JP2017519963A - ブロックインシェル型の熱交換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の媒体（Ｓ）と第２の媒体（Ｓ’）との間の間接的な熱交換に用いられる熱交換器であって、前記第１の媒体（Ｓ）を収容するためのジャケット空間（Ｍ）を包囲するジャケット（３）と、前記ジャケット空間（Ｍ）内に配置された、熱交換器ブロック（２０）を備えるプレート式熱交換器（２）とを有しており、前記熱交換器ブロック（２０）は、前記第１の媒体（Ｓ）を受け入れる複数の第１の熱伝達通路（２０１）と、前記第２の媒体（Ｓ’）を受け入れる複数の第２の熱伝達通路（２０２）とを有しており、第１のコレクタ（２１）を有しており、該第１のコレクタ（２１）は、前記熱交換器ブロック（２０）の第１の側面（２０ａ）に固定されていて、前記第２の熱伝達通路（２０２）と流体接続されており、これにより、前記第１のコレクタ（２１）を介して前記第２の媒体（Ｓ’）を前記第２の熱伝達通路（２０２）内へ導入することができるようになっており、第２のコレクタ（２２）を有しており、該第２のコレクタ（２２）は、前記熱交換器ブロック（２０）の、前記第１の側面（２０ａ）とは反対の側の第２の側面（２０ｂ）に固定されていて、前記第２の熱伝達通路（２０２）と流体接続されており、これにより、前記第２のコレクタ（２２）を介して前記第２の媒体（Ｓ’）を前記第２の熱伝達通路（２０２）から流出させることができるようになっており、前記第２のコレクタ（２２）は、延在方向（Ｅ）に沿って前記第２の側面（２０ｂ）にわたって延在しており、前記第２のコレクタ（２２）から前記第２の媒体（Ｓ’）を流出させるための、前記延在方向（Ｅ）に沿って延びた第１の導管（４１ａ）が、前記第２のコレクタ（２２）と流体接続しており、且つ前記ジャケット（３）の貫通開口（Ｏ）を通じて、前記ジャケット空間（Ｍ）から前記延在方向（Ｅ）に導出されている、熱交換器に関する。本発明に基づき、前記第１のコレクタ（２１）は、前記延在方向（Ｅ）に沿って前記第１の側面（２０ａ）にわたって延在しており、前記第１のコレクタ（２１）に接続された少なくとも１つの第１の流入接続管片（３１）が設けられており、該第１の流入接続管片（３１）は、前記第１のコレクタ（２１）から前記延在方向（Ｅ）に対して横方向に分岐しており、前記第１の流入接続管片（３１）を介して前記第２の媒体（Ｓ’）を前記第１のコレクタ（２１）に導入することができるようになっており、且つ、当該熱交換器（１）は、前記ジャケット空間（Ｍ）内に配置された第３のコレクタ（２３）を有しており、該第３のコレクタ（２３）は、少なくとも１つの前記流入接続管片（３１）と流体接続しており、特に前記第３のコレクタ（２３）は、中空球形又は中空半球形に形成されている。

Description

本発明は、請求項１記載の熱交換器に関する。

このような熱交換器は、第１の媒体と第２の媒体との間の間接的な熱交換に用いられ、第１の媒体を収容するためのジャケット空間を包囲するジャケットと、ジャケット空間内に配置された、熱交換器ブロックを備えるプレート式熱交換器とを有しており、熱交換器ブロックは、第１の媒体を受け入れる複数の第１の熱伝達通路と、第２の媒体を受け入れる複数の第２の熱伝達通路とを有しており、この場合、これらの熱伝達通路は、第２の熱伝達通路に流入する第２の媒体の熱が、第１の熱伝達通路に流入する第１の媒体に間接的に伝達可能であるように構成されている。更に当該熱交換器は、第１のコレクタ（ヘッダとも云う）を有しており、第１のコレクタは、熱交換器ブロックの第１の側面に固定されていて、第２の熱伝達通路と流体接続されており、これにより、第１のコレクタを介して第２の媒体を第２の熱伝達通路内へ導入することができるようになっており、第２のコレクタ（又はヘッダ）が設けられており、第２のコレクタは、熱交換器ブロックの、第１の側面とは反対の側の第２の側面に固定されていて、第２の熱伝達通路と流体接続されており、これにより、第２のコレクタを介して第２の媒体を第２の熱伝達通路から流出させることができるようになっている。

このような熱交換器は、例えば”The Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturer’s association (ALPEMA)”第３版、２０１０年、第６７頁、図９−１に記載されていて、ジャケット空間を包囲するジャケット（「シェル」又は「ケトル」）と、ジャケット空間内に配置された少なくとも１つのプレート式熱交換器（「コア」又は「ブロック」）とを有している。よってこのような構成の熱交換器は、「コアインシェル」又は「ブロックインシェル」型の熱交換器とも呼ばれる。この場合は特に、液化された第２の媒体の流出用に用いられるプレート式熱交換器の第２のコレクタから、第１の導管がジャケットの軸方向に延びてから、ブロックの下方に配置されたジャケットの接続管片へ戻され、この接続管片を介して、液化された第２の媒体を流出させることができるようになっている。

この点から出発する本発明の根底を成す課題は、ジャケットの軸方向長さの短縮を可能にする、冒頭で述べた形式のブロックインシェル型の熱交換器を提供することにある。

この課題は、請求項１記載の特徴を有する熱交換器により解決される。

それによれば、第２のコレクタは、延在方向に沿って第２の側面にわたって延在しており、前記第２のコレクタから第２の媒体を流出させるための、前記延在方向に沿って延びた、好適には前記第２のコレクタと整合する第１の導管が、前記第２のコレクタと流体接続しており、且つジャケットの貫通開口を通じて、当該熱交換器のジャケット空間から前記延在方向に導出されている。好適には、所定の形式で配置された熱交換器において前記延在方向は、水平線に対して平行に、特に熱交換器ブロックの前記第２の側面に対して平行に、且つ上面に対して平行に延びている。

これにより、原理的にジャケットの長手方向軸線若しくは円筒軸線に沿って構成空間を節減することができる。熱交換器ブロックは、長手方向軸線の方向において全体的により短く形成され得る。これに相応して、ジャケット若しくはケトルも、長手方向軸線の方向においてより短くすることができる。

更に本発明に基づき、第１のコレクタは、延在方向に沿って第１の側面にわたって延在しており、この場合、第１のコレクタに接続された少なくとも１つの第１の流入接続管片が設けられており、第１の流入接続管片は、第１のコレクタから延在方向に対して横方向に分岐しており、この場合、第１の流入接続管片を介して第２の媒体を第１のコレクタに導入することができるようになっており、且つ当該熱交換器は、ジャケット空間内に配置された第３のコレクタを有しており、第３のコレクタは、少なくとも１つの流入接続管片と流体接続しており、特に第３のコレクタは、中空球形又は中空半球形に形成されている。

本発明の１つの実施形態では更に、第２のコレクタから第２の媒体を流出させるための、延在方向に沿って延びた別の第１の導管が、付加的に第２のコレクタと流体接続しており且つ延在方向に見て一方の貫通開口とは反対の側の、ジャケットの別の貫通開口を通じて、ジャケット空間から延在方向とは逆方向に導出されている、という可能性も生じる。好適には、第１の導管と別の第１の導管とは互いに整合しており、且つ第２のコレクタの互いに反対の側から延びている。

好適には更に、第１のコレクタは、延在方向に沿って第１の側面にわたって延在しており、この場合、第１のコレクタと接続された少なくとも１つの第１の流入接続管片が設けられており、第１の流入接続管片は、第１のコレクタから延在方向に対して横方向に分岐しており、この場合、第１の流入接続管片を介して第２の媒体を、第１のコレクタ内に導入することができるようになっている。第１の流入接続管片は、好適には第１のコレクタに対して接線方向に配置されている。所定の形式で配置された熱交換器において、少なくとも１つの第１の流入接続管片は、好適には鉛直線に沿って、又は熱交換器ブロックの第１の側面に対して平行に、若しくは上面に対して垂直に延びている。更に、延在方向に対してやはり横方向に、且つ好適には第１の流入接続管片に対して平行に延びる、１つの第２の流入接続管片又は複数の付加的な流入接続管片が設けられていてもよい。第２の流入接続管片若しくは複数の付加的な流入接続管片も、好適にはやはり第１のコレクタに対して接線方向に配置されている。

第１の側面と第２の側面とは、好適には互いに平行に延在しており、熱交換器ブロックの下面を、熱交換器ブロックの上面と接続している。好適には、上面と下面もやはり互いに平行に延在しており、この場合、所定の形式で配置された熱交換器において、上面と下面とは、好適には水平方向に延在している。

プレート式熱交換器の、一般に直方体形の熱交換器ブロックは、好適には互いに平行に配置されて第１及び第２の熱伝達通路を形成する、複数の隔離プレート若しくは隔離金属薄板を有している。好適には、隣合う隔離プレート間にはそれぞれ、例えば折り畳まれた又は波形の金属薄板（いわゆるフィン）の形態の伝熱構造体が設けられている。プレート式熱交換器の最外位は、それぞれカバープレートによって形成される。このようにして、各２つの隔離プレート間若しくは隔離プレートとカバープレートとの間には、その間に配置された各伝熱構造体（例えばフィン）に基づいて、対応する媒体が通流可能な多数の平行な通路若しくは第１又は第２の熱伝達通路が形成される。第１及び第２の熱伝達通路は、好適には互いに隣合って配置されているので、第１及び第２の媒体が対応する各通路を通流する際に、間接的に熱交換可能になっている。

各側面に対しては、隣合う各２つの隔離プレート間、若しくはカバープレートと隣の隔離プレートとの間に、好適には各熱伝達通路を閉じる閉鎖条片（いわゆるサイドバー）が設けられている。第１の熱伝達通路は、垂直線の方向で上下に対して開いており、特に閉鎖条片によって閉じられてはいない。この場合、各第１の熱伝達通路は、熱交換器ブロックの下面に、第１の媒体の液相が第１の熱伝達通路に流入可能な流入開口を有しており、且つ、熱交換器ブロックの上面に、第１の媒体が液相又は気相として熱交換器ブロックの上面に流出可能な流出開口を有している。カバープレート、隔離プレート、フィン及びサイドバーは、好適にはアルミニウムから製造されており、且つ好適には、例えば１つの炉内で互いにろう接される。前記及び以下に記載するアルミニウムには、アルミニウム合金も含まれる。

更に好適には、第２のコレクタは、延在方向に沿って熱交換器ブロックを越えて突出している。

第１の導管は、溶接結合により第２のコレクタと結合されていてよいか、又は第２のコレクタに一体成形されていてよい。本発明の１つの好適な構成では、第１の導管は、トランジション継手とも呼ばれる別個の、好適には環状の継手部材を介して第２のコレクタに接続されている。この場合、第２のコレクタは、好適にはアルミニウムから成っており、第１の導管は鋼から成っている。継手部材は、好適には管状に形成されていて、好適にはアルミニウムから製造され且つアルミニウム製の構成部材（例えば第２のコレクタ）に（例えば溶接によって）結合される第１の端部領域と、第１の端部領域に結合された第２の端部領域とを有しており、第２の端部領域は、鋼から製造され且つ鋼製の構成部材（例えば第１の導管）に（例えば溶接によって）結合される。つまり継手部材は、第２のコレクタと第１の導管とで異なる材料の結合を可能にする。継手部材の両端部領域は、継手部材の複数の別の環状の材料領域、例えばアルミニウム、チタン及びニッケルの順で相接する３つの材料領域を介して互いに結合されていてよく、この場合、アルミニウム材料領域を介して、アルミニウムから成る端部領域との結合が生ぜしめられると共に、ニッケル材料領域を介して、鋼から製造された端部領域との結合が生ぜしめられる。

本発明の１つの好適な実施形態では、熱交換器は、ジャケット空間内に配置された第３のコレクタを有しており、第３のコレクタは、少なくとも１つの流入接続管片と流体接続しているので、第２の媒体は、第３のコレクタを介して第１の流入接続管片内に流入することができるようになっている。好適には、第３のコレクタは中空球状に形成されている。

好適には、第３のコレクタは第２の導管を介して、第１のコレクタの少なくとも１つの流入接続管片と接続されている。第２の流入接続管片（又は場合によっては３つ以上の流入接続管片）が設けられている場合には、これらの更なる流入接続管片はそれぞれ、好適には別の第２の導管を介して第３のコレクタと流体接続されている。この場合、第２の導管はそれぞれ、中空球状の第３のコレクタ内に開口している。流入接続管片が１つしか設けられていない場合には勿論、第３のコレクタを省くことができる。

更に好適には、第３のコレクタは、第３の導管と流体接続しており、第３の導管は、特に第３のコレクタから分岐しており且つジャケットの貫通開口を通じて熱交換器のジャケット空間から導出されている。好適には、第３の導管は前記延在方向に対して横方向に、好適には鉛直線に沿って、若しくは熱交換器ブロックの上面に対して垂直に延びている。

１つの好適な実施形態では、第２の導管は別個の、特に環状の継手部材を介して、少なくとも１つの流入接続管片と接続されている（トランジション継手、上記参照）。第１のコレクタに複数の流入接続管片が設けられている場合には、複数の第２の導管が、それぞれ前記のような継手部材を介して、対応する各流入接続管片に接続されている。１つ若しくは複数の継手部材がこのように配置されている場合には、第２の導管、第３のコレクタ、並びに第３の導管が鋼から成っているのに対して、各流入接続管片はアルミニウムから成っている。この場合、第２及び／又は第３の導管は、好適には第３のコレクタと溶接されているか、又は第３のコレクタに一体成形されている。この場合、前記継手部材もやはり、流入接続管片と第２の導管とで異なる材料間の結合を、それぞれ保証する（上記参照）。

これに対して択一的に、別の好適な実施形態では、第３の導管が、別個の、特に環状の継手部材を介して第３のコレクタに接続されている、という可能性がある。この場合、好適には第３の導管が鋼から製造されており、第３のコレクタ、並びに第２の導管及び流入接続管片は、アルミニウムから製造されている。この場合、第２の導管は、第３のコレクタと例えば溶接されていてよいか、又は第３のコレクタに一体成形されていてよい。更に、第２の導管は、各流入接続管片に溶接されていてよいか、又は各流入接続管片に一体成形されていてよい。

１つの実施形態では、若干の又は全ての継手部材を省く可能性もあり、この場合、好適には、互いに結合されるべき各コンポーネントは、それぞれ同一材料から製造されている、若しくは各コンポーネントの直接的な結合を可能にする材料から製造されている。この場合、直接的な結合とは、双方のコンポーネントに結合され、その間に配置される別個の継手部材を一切有さない若しくは必要としない結合を意味する。この意味での直接的な結合は、特に関連するコンポーネント（例えばコレクタ、導管）間の材料接続的な結合、例えば溶接結合である。更に、双方のコンポーネントが例えば互いに一体成形されている場合には、直接的な結合が生じる。

特に本発明の１つの実施形態では、熱交換器のジャケットと、導管、コレクタ、熱交換器ブロック等の別のコンポーネントとが、アルミニウム又は（上記の意味で）同一の材料から製造されていると、継手部材を省くことができる。

第１のコレクタ若しくは第２のコレクタが取り付けられた両側面に対して垂直に延在し且つ両側面と境を接している熱交換器ブロックの上面は、好適には長手方向軸線若しくは円筒軸線（この長手方向軸線若しくは円筒軸線に沿ってジャケットが延在している）の高さに延在している（即ち円筒軸線は、上面によって形成される平面内に延びている）。よって本発明による熱交換器は、ブロックの上面の上方に、管若しくは蒸発した第１の媒体の気相を受け入れるための、有利には比較的大きな構成空間を有している。

これに関して好適には、少なくとも１つの第２の導管がエルボを有しており、これにより、少なくとも１つの第２の導管若しくは場合によっては複数の第２の導管（上記参照）が部分的に、熱交換器ブロックの上面の上方で、前記上面に沿って延びることになる。これにより特に、導管及びブロックの熱膨張に関して不可欠な融通性が保証され得る。

更に、本発明の１つの好適な実施形態では、第２のコレクタが、熱交換器のジャケットに、好適には案内軸受によって支持されており、案内軸受は、好適には熱交換器のジャケットの内面に取り付けられている。この場合、案内軸受は、第２のコレクタの、延在方向に対して横方向のずれを防止すると共に、熱交換器ブロックと熱交換器のジャケットとの間の熱に起因する、延在方向でのずれ若しくは延在方向とは逆方向でのずれ、更には延在方向を中心とした第２のコレクタの回動を可能にするように形成されている。

更に案内軸受により、ジャケットに対する熱交換器ブロックの断熱が可能であり、例えば第２のコレクタは一方の自由端部で以て、絶縁材料を介して案内軸受に支持されている。

第２のコレクタの前記端部は、第２のコレクタの管状の延長部として形成されていてよく、且つ平らなプレートによって閉じられていてよいので、第２のコレクタのこの端部において第２の媒体が流出する恐れはない。

案内軸受は、第２のコレクタの前記端部を支持すると同時に、該端部の周囲に係合しているので、延在方向に沿った運動だけが可能であるに過ぎない。例えば、案内軸受はＵ字形に形成されていてよく、この場合、第２のコレクタの前記端部の上方に延在していて、案内軸受から垂直方向に第２のコレクタの前記端部が外れることを防ぐように案内軸受に配置若しくは固定可能なピンが設けられていてよい。

更に好適には、第１及び／又は第２のコレクタが、その延在方向に対して横方向に有する包囲角は、好適には１８０°を上回っており、この場合、包囲角は更に好適には２７０°未満であり、好適には２６０°未満、好適には２５０°未満、好適には２４０°未満、好適には２３０°未満、好適には２２０°未満、好適には２１０°未満、好適には２００°未満である。本発明において第１又は第２のコレクタを延在方向に対して横断してみると、相応するコレクタ周壁の、それぞれ円弧状の輪郭が得られ、この場合、包囲角は、各円弧状輪郭を形成する中心角（即ち円弧状輪郭の両端部に向かって延びる２つの半径の間の角度）に相当する。

１つの好適な実施形態では、第３のコレクタは、金属から鍛造されているか、又は鍛造された部分を有していてよい。つまり第３のコレクタは、例えばそれぞれ鍛造されていてよい中空半球又は中空球を有していてよい。

本発明の別の態様では、請求項１の上位概念に記載の特徴だけを有するに過ぎない熱交換器が想定されている。この対象物は、この熱交換器の好適な構成が記載された従属請求項に基づき、場合によっては請求項１の特徴部に記載の構成と組み合わせて改良可能である。

本発明の別の特徴及び利点は、以下の各実施例の図面の説明において図面に基づき説明する。

本発明による熱交換器を部分的に断面して示す斜視図である。 本発明による熱交換器を部分的に断面して示す別の斜視図である。 図１に示した実施形態の変化態様を部分的に断面して示す斜視図である。 図１に示した案内軸受の詳細図である。 第３のコレクタの択一的な構成の詳細図である。

図１には、本発明によるブロックインシェル型の熱交換器１が図２に関連して示されている。熱交換器１は、長手方向軸線若しくは円筒軸線Ｌに沿って延在するジャケット３を有しており、長手方向軸線若しくは円筒軸線Ｌは、所定の形式で配置された熱交換器１において水平線に沿って延びている。ジャケット３は、内部にプレート式熱交換器２が配置されたジャケット空間Ｍを規定している。プレート式熱交換器２は、直方体形の熱交換器ブロック２０を有しており、熱交換器ブロック２０は、例えば交互に相並べて配置された、特に垂直な第１及び第２の熱伝達通路２０１，２０２を有しており、第１及び第２の熱伝達通路２０１，２０２は、それぞれ第１若しくは第２の媒体Ｓ，Ｓ’を受け入れるように形成されているので、両媒体は間接的に熱交換可能である。この場合、熱伝達通路２０１，２０２はそれぞれ、２つの平行な隔離プレート２０３によって仕切られており（ブロック２０の最外位の両隔離プレート２０３はカバープレートと云う）、これらの隔離プレート２０３間には、本発明ではいわゆるフィンとして、つまり波形の又は折り畳まれた金属薄板として形成された、各１つの伝熱構造体２０５が配置されているので、両側の各隔離プレート２０３と相まって、各媒体Ｓ，Ｓ’用の多数の平行な通路が形成されることになる。

図２に示唆するように、第１の熱伝達通路２０１は、それぞれ上面２０ｃ及び下面２０ｄ（図示せず）に対して開いて形成されている。即ち、ブロック２０の周囲に浴を形成する、ジャケット空間Ｍ内に供給された第１の媒体Ｓが第１の熱伝達通路２０１に流入することのできる、適当な複数の流入開口が下面２０ｄに存在しており、第１の媒体Ｓは、第１の熱伝達通路２０１内を上昇可能であり（いわゆるサーモサイホン効果）、上面２０ｃにおいて適当な流出開口Ｏ’’を介して第１の熱伝達通路２０１から、例えば液相及び／又は気相として再び流出することができるようになっている。

第１及び第２の熱伝達通路２０１，２０２は、側面２０ａ，２０ｂに対しては、いわゆる縁部条片又は閉鎖条片（サイドバー）２０４により閉じられている。第２の熱伝達通路２０２は、付加的に上方及び下方に対しても、このような閉鎖条片２０４によって閉じられている。

例えば隔離プレート２０３、フィン２０５、サイドバー２０４及びコレクタ２１，２２等の、プレート式熱交換器２の各コンポーネントは、好適にはアルミニウムから製造されている。隔離プレート２０３、サイドバー２０４及びフィン２０５は、好適には１つの炉内で互いにろう接される。

第１の媒体Ｓが熱交換器ブロック２０内を上昇すると、例えばそれぞれ隣接する第２の熱伝達通路２０２内の対向流で案内される第２の媒体Ｓ’との間接的な熱交換状態にもたらされる。これにより、最初はガス状の第２の媒体Ｓ’が冷やされる、特に液化されるのに対して、第１の媒体Ｓは加熱され、場合によっては蒸発させられる。この場合に生じる第１の媒体Ｓの気相は、プレート式熱交換器２の上方のジャケット空間Ｍに集合し、そこから流出可能である。好適には、プレート式熱交換器２の上面２０ｃにおいて発生した第１の媒体Ｓの気相と共に流出する液相は、プレート式熱交換器２を包囲する浴に戻される。

熱交換器ブロック２０の第２の熱伝達通路２０２に第２の媒体Ｓ’を供給するために、上面２０ｃに対して垂直に延在するブロック２０の第１の側面２０ａに第１のコレクタ２１が固定されており、第１のコレクタ２１は、延在方向Ｅに沿って第１の側面２０ａ全体にわたって延びていると共に、個々の第２の熱伝達通路２０２と流体接続しているので、第１のコレクタ２１に供給された第２の媒体Ｓ’は、通路２０２に流入することができるようになっている。第１のコレクタ２１とは更に、少なくとも１つの第１の流入接続管片３１が流体接続しており、この場合、第１の流入接続管片３１は、第１のコレクタ２１に対して接線方向に配置されており且つ延在方向Ｅに対して垂直方向に、好適には鉛直線に沿って延びている。第１の流入接続管片３１は更に、第２の導管４２と接続しており、第２の導管４２自体は、中空球状に形成された第３のコレクタ２３内に開口している。

更に、第１の流入接続管片３１に対して平行に配置されていて、やはり第１のコレクタ２１内に開口している、１つ（又は複数）の第２の流入接続管片３２が設けられていてもよい。この場合、第２の流入接続管片３２もやはり、第３のコレクタ２３内に開口する別の第２の導管４３と流体接続している。

第３のコレクタ２３自体は、第３の導管４４と流体接続しており、第３の導管４４は、熱交換器１のジャケット３に対応配置された貫通開口Ｏ’を通じて、ジャケット空間Ｍから導出されている（つまり流入接続管片３１，３２、両方の第２の導管４２，４３、並びに第３のコレクタ２３は、熱交換器１のジャケット空間Ｍ内に配置されている）。

第２の媒体Ｓ’は適宜に、特に気相として、第３の導管４４を通って第３のコレクタ２３へ案内され、そこから第２の導管４２，４３を介して第１のコレクタ２１内へ案内されて、第２の熱伝達通路２０２内へ供給されてよい。

この場合、第２の導管４２，４３が、それぞれ各流入接続管片３１，３２を起点として最初は弓形に上面２０ｃを越えて案内されてから第３のコレクタ２３内へ開口していることにより、ブロック２０の上面２０ｃの上方全体に、膨張を許容する余裕が供与される。この場合、ブロック２０の上面２０ｃは、ジャケット３の中心の長手方向軸線Ｌの高さに位置しており、ブロック２０の垂直方向下側の容積に比べて大きなジャケット空間容積が上面２０ｃの上方に存在していることで、融通性のある導管案内を可能にしている。

更に、任意の位置で球形のコレクタ２３から半径方向に突出している接続管片３１，３２若しくは第２の導管４２，４３も融通性のある導管案内を可能にしており、この場合、内圧に関して必要とされる、ＡＳＭＥ ＶＩＩＩによる壁厚さは、円筒形のコレクタに比べると約１／２の壁厚さを必要とする。

流入接続管片３１，３２が第１のコレクタ／ヘッダ２１に対して接線方向に取り付けられるという状況は更に、少なくとも２つの導管エルボ（第２の導管４２，４３の各湾曲部分）を用いた導管案内を可能にし、その結果、長手方向軸線Ｌに沿って、両コレクタ２１，２２を備えるブロック２０よりそう長くはないプレート式熱交換器２を可能にする。これによりジャケット３若しくはケトルも、小さな寸法と、これに相応して少ない所要冷媒量とで以て極めてコンパクトに寸法設定可能である。

図１に示すように、トランジション継手とも呼ばれる、いわゆる継手部材５２，５３若しくは５４の配置に関しては、少なくとも２つの異なる構成部分が存在する。継手部材５２，５３，５４は、アルミニウムと鋼との間の材料変化部に用いられる。この場合、継手部材５１，５２，５３，５４の、アルミニウムと結合されるべき各端部領域は、アルミニウムから成っており、更に、各継手部材５１，５２，５３，５４の、鋼と結合されるべき端部領域は、鋼から成っている。

このような継手部材５２，５３は、第１のコレクタ２１に関しては流入接続管片３１，３２と、対応配置された第２の導管４２，４３との間に配置されていてよく、この場合、流入接続管片３１，３２、並びに第１のコレクタ２１は、好適にはアルミニウムから成っており、第２の導管４２，４３、第３のコレクタ２３及び第３の導管４４は、鋼から成っている。継手部材５４は省いてもよい。

これに対して択一的には、継手部材５２，５３を省くこともできる。この場合には、流入接続管片３１，３２、第２の導管４２，４３並びに第３のコレクタ２３が、アルミニウムから製造されている。この場合、継手部材若しくはトランジション継手５４（図１の破線を参照）が、第３のコレクタ２３を第３の導管４４に接続しており、この場合、第３の導管４４は好適には鋼から製造されていて、ジャケット空間Ｍから導出される（上記参照）。

図１から看取されるように、ブロック２０の第１の側面２０ａに設けられた第１のコレクタ２１は、上面２０ｃ寄りの縁部に配置されている。これに対して、長手方向軸線Ｌの方向に見てブロック２０の第１の側面２０ａに向かい合う、この第１の側面２０ａとは反対の側の、ブロック２０の第２の側面２０ｂに設けられた第２のコレクタ２２は、ブロック２０の下面２０ｄ寄りの縁部に配置されていて、液化された第２の媒体Ｓ’の収集及び流出に用いられる。

このために、第２の側面２０ｂ全体にわたり延在方向Ｅに沿って延在する第２のコレクタ２２からは、この第２のコレクタ２２と整合する第１の導管４１ａが延びており、第１の導管４１ａは、継手部材５１（トランジション継手とも呼ばれる、上記参照）を介して第２のコレクタ２２に接続されている。この場合、第２のコレクタ２２が好適にはブロック２０と同様にアルミニウムから製造されているのに対して、第１の導管４１ａは、好適には鋼から製造されている。第１の導管４１ａは、第２のコレクタ２２と整合しており、ジャケット３の貫通開口Ｏを通じてジャケット空間Ｍから導出されている。

第２のコレクタ２２は、第１の導管４１ａとは反対の側の自由端部７１で以て、好適には図４に示す案内軸受７２に掛合されており、そこでピン７３によって位置固定されている。案内軸受７２は、ジャケット３の内面３ａに固定されていて、第２のコレクタ２２の自由端部７１のための上方に向かって開いた（好適にはＵ字形の）受容部を形成しており、第２のコレクタ２２は前記端部７１において閉じられているので、第２の媒体Ｓ’がそこから流出する恐れはない。

案内軸受７２により、ブロック２０はジャケット若しくはケトル３内で位置固定され、この場合、第２のコレクタ２２の、延在方向Ｅに沿った、延在方向Ｅを中心とした運動が可能である。延在方向Ｅに対して横方向では、案内軸受７２が第２のコレクタ２２の運動を妨げており、この場合、第２のコレクタ２２が上方に向かって案内軸受７２から外れることは、第２のコレクタ２２の自由端部７１を、案内軸受７２と共に延在方向Ｅに対して垂直な平面内で包囲しているピン７３によって防止される。

この案内は、ブロック２０を動的負荷ケース、例えば地震に対して防護する有効な手段を成すものである。

図３には、図１及び図２に対して択一的な第２のコレクタ２２の構成が示されており、この場合、図１及び図２に示したものとは異なり、第２のコレクタ２２は一方の自由端部７１で以て案内軸受７２に掛合されているのではなく、むしろ第２のコレクタ２２から延在方向Ｅとは逆方向に、別の第１の導管４１ｂが延びており、別の第１の導管４１ｂもやはり、継手部材５１を介して第２のコレクタ２２と接続されていて（この場合も別の第１の導管４１ｂはやはり鋼から製造されており、第２のコレクタ２２はアルミニウムから製造されている、上記参照）、熱交換器１のジャケット３から延在方向Ｅとは逆方向に（つまり第１の導管４１ａとは反対の方向に）導出されている。つまり要するに、第２の媒体Ｓ’は第２のコレクタ２２の二方から流出可能である、若しくは第２のコレクタ２２に二方から逆の流れ方向で供給可能である。よって図１及び図４に示した案内軸受７２は、剛性の固定側軸受に交換される。

結果として上述した構成形式の、本発明による熱交換器１若しくはブロック２０は、有利には短小なケトル３を可能にすると共に、更に、動的負荷ケース（地震）における複数の利点を有している。特に、高い圧力と同時に従来のブロックインシェル型の熱交換器では一般に複数の多重接続管片と集合導管とを要するＬＮＧ（天然ガス）用途に関しては、節減が可能となる。例えば、１つの集合導管が完全に削減されると共に、球形の第３のコレクタ２３の比較的薄い壁厚さが材料節減につながり且つ溶接体積を減らす。更に、比較的小型のケトル３が必要とする冷媒は、より少量である。

好適には、ブロック２０を空にするために、付加的な排出導管６１，６２が設けられており、排出導管６１，６２は、第３のコレクタ２３と第２のコレクタ２２との間、並びに流入接続管片３１，３２と第２のコレクタ２２との間に流体接続を生ぜしめる。図１には特に、第３のコレクタ２３がアルミニウムから製造されている場合の排出導管６１，６２が示されている。第３のコレクタ２３が鋼から成る場合には、排出導管６１も好適にはやはり鋼から製造されており、且つ好適には、やはり好適には鋼から製造された第１の導管４１ａに接続されている。排出導管６２はいずれにしろ、好適にはアルミニウムから製造されている。

第１及び第２のコレクタ２１，２２は、延在方向Ｅに対して垂直に、好適には１８０°を上回る包囲角（取り囲み角）を有しており、このことは、より好都合な流れ横断面を生ぜしめる。

更に、球形の第３のコレクタ２３は、接続管片配向の複数の可能性をもたらす。更に、有利には複数の流入接続管片３１，３２を使用することにより、ブロック２０内の流れを制御することができる。

最後に図５には、図１〜図３に示した実施形態の場合と同様に使用可能な、第３のコレクタ２３の択一的な構成が示されている。この場合、第３のコレクタ２３は、好適には第３の導管４４と整合するように接続された中空の半球として形成されている。この場合、第３の導管４４は、半球形の第３のコレクタ２３の周に溶接されていてよく、この場合、第２の導管４２，４３は、依然として第３のコレクタ２３から分岐している。

１ 熱交換器
２ プレート式熱交換器
３ ジャケット
３ａ 内面
２０ 熱交換器ブロック
２０ａ 第１の側面
２０ｂ 第２の側面
２０ｃ 上面
２０ｄ 下面
２１ 第１のコレクタ
２２ 第２のコレクタ
２３ 第３のコレクタ
３１ 第１の流入接続管片
３２ 第２の流入接続管片
４１ａ 第１の導管
４１ｂ 別の第１の導管
４２ 第２の導管
４３ 別の第２の導管
４４ 第３の導管
５１，５２，５３，５４ 継手部材
６１，６２ 排出導管
７１ 端部
７２ 案内軸受
７３ ピン
２０１ 第１の熱伝達通路
２０２ 第２の熱伝達通路
２０３ 隔離プレート若しくはカバープレート
２０４ 閉鎖条片（サイドバー）
２０５ 伝熱構造体（例えばフィン）
Ｅ 延在方向
Ｌ 長手方向軸線
Ｏ 貫通開口
Ｑ 貫通開口
Ｏ’ 貫通開口
Ｏ’’ 流出開口
Ｓ 第１の媒体
Ｓ’ 第２の媒体
Ｍ ジャケット空間

Claims (15)

1. 第１の媒体（Ｓ）と第２の媒体（Ｓ’）との間の間接的な熱交換に用いられる熱交換器であって、
   前記第１の媒体（Ｓ）を収容するためのジャケット空間（Ｍ）を包囲するジャケット（３）と、
   前記ジャケット空間（Ｍ）内に配置された、熱交換器ブロック（２０）を備えるプレート式熱交換器（２）とを有しており、前記熱交換器ブロック（２０）は、前記第１の媒体（Ｓ）を受け入れる複数の第１の熱伝達通路（２０１）と、前記第２の媒体（Ｓ’）を受け入れる複数の第２の熱伝達通路（２０２）とを有しており、
   第１のコレクタ（２１）を有しており、該第１のコレクタ（２１）は、前記熱交換器ブロック（２０）の第１の側面（２０ａ）に固定されていて、前記第２の熱伝達通路（２０２）と流体接続されており、これにより、前記第１のコレクタ（２１）を介して前記第２の媒体（Ｓ’）を前記第２の熱伝達通路（２０２）内へ導入することができるようになっており、
   第２のコレクタ（２２）を有しており、該第２のコレクタ（２２）は、前記熱交換器ブロック（２０）の、前記第１の側面（２０ａ）とは反対の側の第２の側面（２０ｂ）に固定されていて、前記第２の熱伝達通路（２０２）と流体接続されており、これにより、前記第２のコレクタ（２２）を介して前記第２の媒体（Ｓ’）を前記第２の熱伝達通路（２０２）から流出させることができるようになっており、
   前記第２のコレクタ（２２）は、延在方向（Ｅ）に沿って前記第２の側面（２０ｂ）にわたって延在しており、前記第２のコレクタ（２２）から前記第２の媒体（Ｓ’）を流出させるための、前記延在方向（Ｅ）に沿って延びた第１の導管（４１ａ）が、前記第２のコレクタ（２２）と流体接続しており、且つ前記ジャケット（３）の貫通開口（Ｏ）を通じて、前記ジャケット空間（Ｍ）から前記延在方向（Ｅ）に導出されている、熱交換器において、
   前記第１のコレクタ（２１）は、前記延在方向（Ｅ）に沿って前記第１の側面（２０ａ）にわたって延在しており、前記第１のコレクタ（２１）に接続された少なくとも１つの第１の流入接続管片（３１）が設けられており、該第１の流入接続管片（３１）は、前記第１のコレクタ（２１）から前記延在方向（Ｅ）に対して横方向に分岐しており、前記第１の流入接続管片（３１）を介して前記第２の媒体（Ｓ’）を前記第１のコレクタ（２１）に導入することができるようになっており、且つ
   当該熱交換器（１）は、前記ジャケット空間（Ｍ）内に配置された第３のコレクタ（２３）を有しており、該第３のコレクタ（２３）は、少なくとも１つの前記流入接続管片（３１）と流体接続しており、特に前記第３のコレクタ（２３）は、中空球形又は中空半球形に形成されていることを特徴とする、熱交換器。
2. 前記第２のコレクタ（２２）から前記第２の媒体（Ｓ’）を流出させるための、前記延在方向（Ｅ）に沿って延びた別の第１の導管（４１ｂ）が、付加的に前記第２のコレクタ（２２）と流体接続しており、且つ一方の前記貫通開口（Ｏ）とは反対の側の、前記ジャケット（３）の別の貫通開口（Ｑ）を通じて、前記ジャケット空間（Ｍ）から前記延在方向（Ｅ）とは逆方向に導出されており、特に、前記第１の導管（４１ａ）と前記別の第１の導管（４１ｂ）とは互いに整合しており、且つ前記第２のコレクタ（２２）の互いに反対の側から延びている、請求項１記載の熱交換器。
3. 前記第２のコレクタ（２２）は、前記延在方向（Ｅ）に且つ／又は前記延在方向（Ｅ）とは逆方向に、前記熱交換器ブロック（２０）を越えて突出している、請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記第１の導管（４１ａ）及び／又は前記別の第１の導管（４１ｂ）は、各１つの別個の継手部材（５１）を介して前記第２のコレクタ（２２）に接続されており、特に前記第２のコレクタ（２２）はアルミニウムから製造されており、特に前記第１の導管（４１ａ）及び／又は前記別の第１の導管（４１ｂ）は鋼から製造されている、又は、前記第１の導管（４１ａ）及び／又は前記別の第１の導管（４１ｂ）は、前記第２のコレクタ（２２）と直接に結合されており、特に前記第２のコレクタ（２２）はアルミニウムから製造されており、特に前記第１の導管（４１ａ）及び／又は前記別の第１の導管（４１ｂ）はアルミニウムから製造されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の熱交換器。
5. 前記第３のコレクタ（２３）は、第２の導管（４２）を介して、前記第１のコレクタ（２１）の前記少なくとも１つの流入接続管片（３１）と接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の熱交換器。
6. 前記第３のコレクタ（２３）は、第３の導管（４４）と流体接続しており、該第３の導管（４４）は、前記ジャケット（３）の貫通開口（Ｏ’）を通じて前記ジャケット空間（Ｍ）から導出されており、特に前記第３の導管（４４）は、前記延在方向（Ｅ）に対して横方向に且つ／又は鉛直線に沿って延びている、請求項１から５までのいずれか１項記載の熱交換器。
7. 前記第２の導管（４２）は別個の継手部材（５２）を介して、前記少なくとも１つの流入接続管片（３１）と接続されており、特に前記第２の導管（４２）及び／又は前記第３のコレクタ（２３）は鋼から製造されていると共に、特に前記少なくとも１つの流入接続管片（３１）はアルミニウムから製造されている、又は、前記第２の導管（４２）は、前記少なくとも１つの流入接続管片（３１）と直接に結合されており、特に前記第２の導管（４２）及び／又は前記第３のコレクタ（２３）はアルミニウムから製造されていると共に、特に前記少なくとも１つの流入接続管片（３１）はアルミニウムから製造されている、請求項５記載の熱交換器。
8. 前記第３の導管（４４）は、別個の継手部材（５４）を介して前記第３のコレクタ（２３）に接続されており、特に前記第３の導管（４４）は鋼から製造されていると共に、特に前記第３のコレクタ（２３）、前記第２の導管（４２）及び／又は前記第１の流入接続管片（３１）はアルミニウムから製造されている、又は、前記第３の導管（４４）は、前記第３のコレクタ（２３）と直接に結合されており、特に前記第３の導管（４４）はアルミニウムから製造されていると共に、特に前記第３のコレクタ（２３）、前記第２の導管（４２）及び／又は前記第１の流入接続管片（３１）はアルミニウムから製造されている、請求項６記載の熱交換器。
9. 前記熱交換器ブロック（２０）は、特に前記両側面（２０ａ，２０ｂ）と境を接する上面（２０ｃ）を有しており、該上面（２０ｃ）は、前記両側面（２０ａ，２０ｂ）に対して特に垂直に延在している、請求項１から８までのいずれか１項記載の熱交換器。
10. 前記ジャケット（３）は、該ジャケット（３）の円筒軸線（Ｌ）に沿って延在しており、特に前記上面（２０ｃ）は、前記円筒軸線（Ｌ）に対して平行に延在しており、特に該円筒軸線（Ｌ）は、前記上面（２０ｃ）によって形成される平面内に位置する、請求項９記載の熱交換器。
11. 前記第２の導管（４２）は部分的に、前記熱交換器ブロック（２０）の前記上面（２０ｃ）の上方で、該上面（２０ｃ）に沿って延びている、請求項５及び請求項９又は１０記載の熱交換器。
12. 前記第２のコレクタ（２２）は、当該熱交換器（１）の前記ジャケット（３）に支持されており、特に前記第２のコレクタ（２２）の一方の端部（７１）は、当該熱交換器（１）の前記ジャケット（３）に固定された案内軸受（７２）に支持されており、これにより、特に前記第２のコレクタ（２２）は、前記案内軸受（７２）において前記延在方向（Ｅ）に沿って可動である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の熱交換器。
13. 前記複数の第１の熱伝達通路（２０１）はそれぞれ、前記熱交換器ブロック（２０）の前記上面（２０ｃ）に各１つの流出開口（Ｏ’’）、並びに前記熱交換器ブロック（２０）の、前記上面（２０ｃ）とは反対の側の下面（２０ｄ）に各１つの流入開口を有しており、これにより、前記ジャケット空間（Ｍ）内に存在する、前記熱交換器ブロック（２０）を包囲している前記第１の媒体（Ｓ）が、前記流入開口を介して前記第１の熱伝達通路（２０１）に流入してその内部を上昇し、且つ前記流出開口（Ｏ’’）から再び流出することができるようになっている、請求項９から１２までのいずれか１項記載の熱交換器。
14. 前記第１及び／又は前記第２のコレクタ（２１，２２）は、１８０°を上回る包囲角を有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の熱交換器。
15. 前記第３のコレクタ（２３）は、鍛造された半球又は中空半球を有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載の熱交換器。

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