JP2020529572A - マルチチャネル分散要素を含む熱交換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、プレート−フィン熱交換器（１）の少なくとも１つの分散領域（２０）内に配置されるように構成された分散要素（２２）を含む熱交換器であって、前記分散要素（２２）は、分散要素が分散領域（２０）内に配置されるとき、前記分散領域（２０）が流体（Ｆ１）の流れのための複数のチャネル（２６）に分割されるように配置された複数の分割壁（２５）を含む、熱交換器に関する。本発明によると、前記チャネル（２６）は、異なる長さの流路を画定し、且つ前記流路に沿って変化する流体通路断面を有する。【選択図】図５Ｂ

Description

本発明は、プレート及びフィンタイプの熱交換器の分散区域内に配置されるように構成された分散要素と、このような分散要素及び流体が少なくとも１つの他の流体と熱交換関係にされるための通路の少なくとも１つの組を含む熱交換器とに関する。本発明による要素は、前記通路の幅にわたる流体のより均一な分散を可能にする。

本発明は、加圧気体酸素を生成するために使用されるＡＳＵ（空気分離ユニット）として知られたものにおける気体の深冷分離、具体的には空気の深冷分離の分野に特に用途が見出される。特に、本発明は、気体、例えば酸素、窒素及び／又はアルゴンとの熱の交換によって液体の流れを気化させる熱交換器に適用され得る。

本発明は、少なくとも１つの他の流体、例えば天然ガスとの熱の交換を介して液体−ガス混合物、例えば炭化水素の混合物の少なくとも１つの流れ、具体的にはマルチ成分混合物の流れを気化させる熱交換器にも適用され得る。

熱交換器に一般的に使用される技術は、極めてコンパクトであり、且つ大きい熱交換表面積を提供する装置を得ることを可能にするアルミニウム蝋付け式プレート及びフィン熱交換器のものである。

これらの熱交換器は、プレートを含み、一連のフィン又は波型脚で形成された熱交換波型がプレート間に挿入され、これにより熱交換関係にされる様々な流体の通路の積層を構成する。

これらの通路は、実際の熱交換区域の上流及び下流における対象の通路内の流体の流れの方向全体に配置される、分散区域と呼ばれる区域を含む。分散区域は、様々な流体を様々な通路に選択的に分散させ、且つ前記流体を前記通路から除去するように構成された半管状ヘッダに流体接続される。

知られた方法において、これらの分散器は、通常、２つの連続プレート間に波板の形式で配置される分散波型を含む。分散波型は、通常、三角形又は台形の形状にカットされた穴あき直線波型である。分散波型は、熱交換器の入口ヘッダから来る流体を熱交換区域の幅にわたって拡げるために方向転換させ、且つ前記熱交換区域から来る流体を回収する。分散波型は、蝋付け時及び通路の分散区域の動作中に機械的完全性を保証するためにスペーサとしての役割も果たす。このような分散波型は、米国特許第Ｂ−６，０４４，９０２号明細書及び欧州特許出願公開第Ａ−０５０７６４９号明細書から知られている。また、欧州特許出願公開第Ａ−３１５０９５２号明細書から知られたものは、分散要素が実際のプレート（これらは、プレスされる）によって形成されるプレート熱交換器である。

現在の分散区域の構成に伴って発生する問題の１つは、熱交換区域に向かう流体の劣悪な分散である。具体的には、分散区域は、整形工程からの切断屑を最適化するために少なくとも２つの波型パッドによって占められ、したがってこれらのパッド間のクリアランスのリスクを増加させる。波型パッドの組み立ても流体の流路に沿った事故を引き起こし得、これは、分散区域内の圧力降下を増加させる一因となる。分散区域内のこれらの不完全性のため、熱交換器の正しい動作にとって有害な約１０％の振幅を有する流量の変動が生じ得る。

同様に、分散欠陥は、熱交換区域から来る流体の回収に用いられる分散区域において見出される。

別の問題は、分散区域の機械的完全性に関係する。具体的には、これらの区域は、熱交換区域のものより低い密度、典型的には１インチ当たり６〜１０脚を有する波型を備える。現在、通路の分散区域は、通常、約２００〜６００ｍｍの長さ（同じ通路の熱交換区域内の流体の流れの方向に対応する縦方向において測定される）に沿って且つ約５００〜１５００ｍｍの幅（前記縦方向に対して垂直方向において測定される）にわたって延びる。分散区域は、熱交換区域より低い機械的完全性を有する部分を構成することから、通路内の高圧での流体の循環中の熱交換器のより良い耐性を保証するために、その縦方向の広がりを可能な限り制限することが望ましい。

本発明の目的は、熱交換区域内の流体の分散が可能な限り一様である熱交換器であって、従来技術より小さい空間を占める分散区域も有する熱交換器を特に提案することにより、上述の問題を完全に又は部分的に解決することである。

したがって、本発明による解決策は、蝋付け式プレート及びフィンタイプの熱交換器であって、
− 貫流する少なくとも１つの他の流体と熱を交換するように意図された流体の通路であって、縦方向及び前記縦方向に対して垂直な横方向に延びる通路の少なくとも１つの組を画定するように互いに平行な方式で配置された複数のプレートと、
− 縦方向において少なくとも１つの分散区域及び１つの熱交換区域に分割される各通路と、
− 分散要素を含む通路の少なくとも１つの分散区域であって、前記分散要素は、流体が貫流する複数のチャネルに前記分散区域を分割するように配置された複数の分割壁を含み、前記チャネルは、異なる長さの流路を画定し、且つ前記流路に沿った流体の可変通路部を有する、少なくとも１つの分散区域と
を含む熱交換器である。

場合により、本発明の要素は、以下の技術的特徴の１つ又は複数を含み得る：
− 分散要素の分割壁は、支持体を介して一緒に固定され、
− 支持体は、隣接プレートに蝋付けされる。
− 分割壁は、支持体から通路内に突出する。
− 支持体は、平底部を含み、分割壁は、底部に対して垂直に突出する。
− 要素は、流体の入口又は出口を形成する第１の端と、分散要素が分散区域内に配置されるとき、熱交換区域に流体的に接続される第２の端とを含み、各分割壁は、単一部品から形成され、且つ第１の端から第２の端まで連続的に延びる。
− 各チャネルは、第１及び第２の端にそれぞれ位置する第１の開口及び第２の開口を備える。
− 少なくとも１つの第１の開口は、別の第１の開口の流体の通路部と異なる流体の通路部を有し、及び／又は少なくとも１つの第２の開口は、別の第２の開口の流体の通路部と異なる流体の通路部を有する。
− 同一チャネルの第１の開口及び／又は第２の開口は、前記チャネルによって画定される流路が長いほどより大きくなる流体の通路部を有する。
− １つ又は複数のチャネルは、前記チャネルの線形流動抵抗を修正するための手段を含む。
− 前記手段は、前記チャネルの内部プロファイルの形状を含む。
− 前記手段は、前記チャネル内に配置された隔壁を含む。
− 前記手段は、前記チャネル内に配置された多孔質構造、例えば金属発泡体を含む。
− 分割壁は、縦断面において直線方向プロファイルを有する。
− 分割壁は、縦断面において所定の曲線プロファイルを有する。
− 前記所定の曲線プロファイルは、少なくとも１つの変曲点を含む。
− 分散要素は、縦方向の長さに沿って且つ横方向の幅にわたって延び、長さと幅との間の比は、２０％未満、好ましくは５〜１０％である。
− 分散要素は、５００ｍｍ未満、好ましくは５０〜２００ｍｍの長さに沿って延びる。
− 分散要素は、プレートに対して直角である垂直方向に測定された少なくとも２ｍｍ、好ましくは少なくとも５ｍｍの高さ、好ましくは２〜１５ｍｍの高さを有する。
− 分散要素は、好ましくは、付加製造方法又は鋳造によって製造されるモノリシック要素である。

本発明は、ここで、非限定的例としてのみ与えられ且つ添付図面を参照する以下の説明により、より良く理解される。

プレート及びフィンタイプの熱交換器の三次元概略図である。 本発明の一実施形態による分散区域の縦断面の部分的概略図である。 本発明の他の実施形態による分散区域の縦断面の部分的概略図である。 本発明の他の実施形態による分散区域の縦断面の部分的概略図である。 本発明の別の実施形態による分散区域の縦断面の概略図及び三次元概略図である。 図５Ｂに概略的に描写された分散要素を使用して行われたシミュレーションの結果を提示する。 図５Ｂに概略的に描写された分散要素を使用して行われたシミュレーションの結果を提示する。

図１から分かるように、プレート及びフィンタイプの熱交換器１は、縦方向ｚ及び横方向ｙにおいて２次元、長さ及び幅でそれぞれ延びるプレート２の積層を含む。プレート２は、間隔をあけて互いに平行に且つ積み重ねられて配置され、したがってプレート２を介して間接的な熱交換関係にされる流体Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の通路３、４、５のいくつかの組を形成する。横方向ｙは、縦方向ｚに対して直角であり且つプレート２と平行である。好ましくは、縦軸は、熱交換器１が動作中である場合に垂直である。

好ましくは、各通路は、平坦且つ平行な６面体の形状を有する。通路は、長さに関して縦方向ｚに延び、幅に関して横方向ｙに延びる。２つの連続プレート間の距離間隔は、各連続プレートの長さ及び幅と比較して小さい。

各通路３、４、５は、縦方向ｚにおいて少なくとも１つの分散区域２０及び１つの熱交換区域２１に分割される。分散区域内の流体の流れは、全体として縦方向ｚと平行に発生する。分散区域２０と熱交換区域２１とは、好ましくは、縦軸ｚに沿って並置される。

図１の描写によると、その内部が見えるようにされた通路３を特に考慮すると、２つの分散区域２０は、熱交換区域２１の両側に配置され、その一方は、流体Ｆ１を熱交換区域２１方向に運ぶ役割を果たし、他方は、流体Ｆ１を前記区域から排出する役割を果たす。波型製品の形式で作製される従来の分散波型が分散区域２０内に示される。

それ自体周知の方式において、熱交換器１は、流体を熱交換器１内に導入し、流体を熱交換器１から排出するための開口１０を備えた半管状ヘッダ７、９を含む。これらのヘッダは、通路より広くない開口を有する。分散区域２０は、開口を介して導入された流体を通路の幅にわたってヘッダ内に分散させる役割を果たす。

本発明によると、流体Ｆ１が貫流する複数のチャネル２６に前記分散区域２０を分割するように配置された複数の分割壁２５を含む分散要素は、熱交換器の通路３の少なくとも１つの分散区域２０内に配置される。前記チャネル２６は、異なる長さを有する流路を画定し、且つ前記流路に沿った流体の可変通路部を有する。可変長及び断面を有する複数の別個のチャネルに分散区域を細分化することで、各チャネル内の流体のフロー条件を精細に制御しながら流体を方向転換させることを可能にする。特に、分散区域内の圧力降下を最小化する一方、各チャネルの出口における多少なりとも同一である流体速度と、したがって分散区域の出口における通路の幅にわたる流体の一様又は準一様な分散とを得るように、異なるチャネルを貫流する流体の速度を釣り合うようにすることが可能である。

さらに、分散要素は、スペーサ機能が分割壁によって保証され得るため、熱交換器の分散区域上の構造的剛性を与える。

本発明の範囲内において、熱交換器は、蝋付け式プレート及びフィンタイプであることに留意すべきである。ここで、蝋付け式プレート及びフィンタイプは、熱交換器を作り上げる別個の要素が鑞付けによって直接又は間接的に固定されることを意味する。本発明による分散要素は、プレート２から分離されている。

「蝋付け支持体」は、この支持体が、そのそれぞれの面の少なくとも一部分を介して熱交換器の隣接プレートに鑞付けすることによって接続又は固定されることを意味するものと理解される。

表現「流体の通路部」は、流体がチャネル内で貫流する領域を意味することに留意すべきである。これは、前記チャネル内の流体Ｆ１の移動方向に対して垂直である、すなわち移動する流体Ｆ１の流線に対して垂直である面内で測定される。

流路の長さは、対象のチャネルの入口と出口との間で流体Ｆ１によってカバーされる距離であるものと理解される。

本発明によると、分散要素は、一緒に固定された壁２５を維持するように構成された支持体２７も含む。このような要素の例が図５Ｂに提示される。

したがって、分散要素は、蝋付け式プレート及びフィン熱交換器の分散区域内に慣習的に配置される分散波型とは対照的に、波型製品でないことが理解される。壁２５は、同一支持体２７を介して一緒に固定され、これにより分散要素上のより大きい剛性を与える。これは、蝋付け作業を単純化することも可能にする。さらに、このような構成は、分散要素のより大きい設計自由度及びそのチャネルの幾何学的自由度を提供する。

したがって、比較的大きい高さ、典型的には少なくとも２ｍｍ、好ましくは少なくとも５ｍｍ、より好ましくは最大１５ｍｍ以上を有する壁２５を通路内に配置することが可能である。これは、壁が分割プレートの加圧の結果として生じる熱交換器には当てはまらない。

好ましくは、前記支持体は、分割壁２５がこれから立てられる底部２７、好ましくは平板から形成され得る平底部を含む。壁２５は、好ましくは、垂直方向ｘに立てられる。壁２５は、典型的には２〜１５ｍｍの高さｈを有し得る。好ましくは、高さは、壁２５が垂直方向ｘに通路の高さのすべてではないにしてもほぼすべてにわたって延びるように選択される。

本発明による、プレートと別個部分である分散要素２２の構成は、同一プレートの両側に異なる分散プロファイルを設計することも可能にする。

好ましくは、本発明による分散要素は、熱交換器の１つ又は複数の組の通路の分散区域のすべてではないにしてもいくつかの分散区域内に収容される。前記要素は、通路２０を形成する各プレート２に構造が有利に接するように通路の高さ（垂直方向ｘに測定される）のすべてではないにしてもほぼすべてにわたって延びる。

チャネルは、流体的に互いに絶縁されることが好ましい。したがって、各チャネルのフローパラメータは、隣接チャネルのものとは独立に制御され、これにより分散区域の出口における通路の幅にわたる流体の分散を精密に調整することを可能にする。有利には、分割壁２５は、プレート２に対して垂直に立てられる。

好ましくは、チャネル２６の数は、少なくとも６であり、より好ましくは５〜５０である。具体的には、チャネル２６の数は、一方では要素２２にその機械剛性を与えるのに十分に多い必要があるが、他方では流体が流れ、且つ圧力降下を制限するために十分な自由容積を残すためにあまりに多くてはならない。

有利には、分散要素２２は、流体Ｆ１の入口又は出口を形成する第１の端２３と、熱交換区域２１に流体的に接続される第２の端２４とを含む。

さらに具体的には、図１から分かるように、通路３〜５は、通路を完全に遮断しないが、対応する流体の入口又は出口の自由開口２３、２４を残す閉塞バー６によって境界を定められる。

図２は、本発明の一実施形態による熱交換器の通路３の「入口」部分を概略的に部分的に描写する。流体ヘッダ７は、熱交換器の左手角に配置され、第１の端２３は、ヘッダ７に流体的に接続され、流体Ｆ１の入口を形成し、流体の流れは、破線矢印によって概略的に示される。

第１及び第２の端２３、２４は、好ましくは、横方向ｙに平行であり且つ縦方向ｚに対して垂直な面内に延びる。分割壁２５は、第１の端２３と第２の端２４との間に延びる。分割壁２５は、第２の端２４において外に出るチャネル２６を形成する。分割壁２５は、前記第１の端２３と前記第２の端２４の他方に流体Ｆ１が供給されると、熱交換区域２１の全幅の方向の又はそれからの均一又は準均一な分散を得るように、流体Ｆ１を横方向ｙに一様に分散させるように構成される。

有利には、各チャネルは、第１の開口２６ａ及び第２の開口２６ｂを備える。有利には、図２に概略的に描写されるように、第１及び第２の開口２６ａ、２６ｂは、第１及び第２の端２３、２４にそれぞれ位置し、分割壁２５は、第１の端２３から第２の端２４まで連続的に延びる。流体Ｆ１の流路は、開口２６ａと開口２６ｂとの間に続く経路に対応する。したがって、端２３、２４のそれぞれは、一連の開口２６ａと一連の開口２６ｂとにそれぞれ分割され得る。

チャネル２６の開口２６ａ、２６ｂは、対象のチャネル２６に依存して同一又は可変である流体の通路部を有する可能性がある。開口２６ａ、２６ｂの流体の通路部は、横方向ｙに対して平行な面内の第１及び第２の端２３、２４において測定されるチャネル２６の内部領域に対応する。

好ましくは、少なくとも１つの第１の開口２６ａは、別の第１の開口２６ａの流体の通路部と異なる流体の通路部を有し、及び／又は少なくとも１つの第２の開口２６ｂは、別の第２の開口２６ｂの流体の通路部と異なる流体の通路部を有する。

有利には、同一チャネル２６の第１の開口２６ａ及び／又は第２の開口２６ｂは、前記チャネル２６によって画定される流路が長いほど、すなわち第１の開口２６ａと第２の開口２６ｂとの間で流体Ｆ１によってカバーされる距離が大きくなるほどより大きくなる流体の通路部を有する。

したがって、第１の端２３が方向ｙに沿った要素２２の極縁に配置される図３Ａ、３Ｂ又は図５Ｂの例では、第１の端２３は、横方向ｙに増加する流体の通路部を有する第１の系列の第１の開口２６ａに細分化される。これは、流体Ｆ１をヘッダ７から、前記極縁の対角線上反対側にある第２の端２３の部分の方向に分散させるように構成されたチャネルの提供を促進する。

要素２２が中央面Ｍを有し、第１の端２３が面Ｍに対して偏心される別の例（図５Ａ）によると、面Ｍの両側に好ましくは対称的に配置される第１の開口２６ａは、前記中央面Ｍからの距離の増加と共に増加する流体の通路部を有する。

これは、ヘッダからさらに離れた区域を介するよりむしろヘッダの隣に位置する分散区域の領域に入る流体の本来の傾向を補償し、したがって熱交換器の通路３の幅にわたる流体の分散を均質化する。

有利には、分散要素２２が熱交換器の分散区域２０内に配置されると、第１の端２３は、熱交換器の入口ヘッダ７によって位置を定められ、流体Ｆ１の入口を形成する。第１の端２３内の第１の開口２６ａは、横方向ｙに沿ったそれらの位置に依存して可変である流体の通路部を有する。

異なる通路部を有する開口２６ａを使用することにより、流体の通路にとってあまり好ましくないチャネル、具体的には流体Ｆ１の入口から分散区域２０内に過剰供給することが特に可能であり、これは、より少ない圧力降下を引き起こし、したがってより効率的な流体分散システムに至る。

本発明の有利な実施形態によると、チャネル２６のすべて又はいくつかは、前記チャネル２６の線形流動抵抗を修正するための手段２８を含む。したがって、各チャネルの線形流動抵抗は、各チャネル２６において望まれるフロー特性、特に流体流量及び流体流速に依存して調整され得る。したがって、チャネルの線形流動抵抗は、各チャネル２６が同様の全体流動抵抗を有するように調整され得る。したがって、チャネル２６の出口における流体の特性が横方向ｙに均質化され、これにより熱交換区域２１の方向の又はそれからの一様な分散を可能にする。

表現「流動抵抗」は、粘性摩擦を生成するだけでなく、流れを方向転換させるためのチャネルの能力（壁に垂直な押圧力）を意味するものと理解される。この抵抗は、流れに対する固体構造体の反作用力の形式（単位ニュートン）で表現され、流体中の圧力降下（単位パスカル）を生じる。この力は、第１に流体の運動エネルギー（ｒｈｏ×ｕ^２）及び第２にレイノルズ数（ｒｈｏ×ｕ×Ｄ／μ）に依存する。線形流動抵抗は、単位長当たりで表現されるチャネルの流動抵抗に対応する。

有利には、チャネル２６は、流体Ｆ１によってカバーされる距離に関して、前記チャネルの開口２６ａが他の開口２６ｂに近いほどなおさら大きい線形流動抵抗の増加を生成するように構成された修正手段２８を含む。例えば、図３Ｂに示す構成では、チャネル２６は、横方向ｙに一層小さくなる線形流動抵抗の増加を生成するように構成される修正手段２８を含む。具体的には、これは、熱交換器の側面に沿ったものよりむしろ軸に沿った流体の本来の好ましい通路を補償することと、したがって流体の良好な分散を得ることとを可能にする。ヘッダ７が熱交換器の中央面Ｍに対して偏心される場合、図５Ａに示すように、チャネルの流体抵抗は、中央面Ｍに近いほどなおさら大きくなる。

チャネル２６は、流動抵抗の異なる変動を生成するために整形される内部プロファイルを有する可能性がある。

異なる流動抵抗を生成する障害物２８が１つ又は複数のチャネル２６内に配置される可能性もある。多孔質構造２８、例えば金属発砲体のチャネル内への挿入は、その流動抵抗を増加させることを可能にする。したがって、チャネル２６の線形流動抵抗は、挿入された構造２８の容積、密度などの特性をチャネルに従って変更することによって調整される可能性がある。図３Ｂに示す例では、多孔質構造２８によって占められる容積は、横方向ｙに沿ってより小さくなる線形流動抵抗の変動を生成するように横方向ｙに減少する。

図４の概略的に示す例によると、隔壁２８は、分散区域２２を分割するための追加の段を生成するように１つ又は複数のチャネル２６内に配置され得る。これは、線形流動抵抗を変更することと、熱交換区域２１の方向に分散されるか又はそれから回収される流体のフローパラメータをさらに精細に制御することとを可能にする。追加隔壁２８の使用は、十分な数のチャネル２６に分割されることができるにはあまりに小さい幅を分散要素の第１の端２３が有する場合に特に有利である。

場合により、分割壁２５及び／又は隔壁２８は、縦断面において、図２及び図４に示すような直線方向プロファイル又は図３Ａ、３Ｂ及び図５Ａ、５Ｂに示すような曲線プロファイルを有し得る。

特に有利な実施形態によると、分割壁２５は、少なくとも１つの変曲点Ｐを含む所定の曲線プロファイルを有する。

このような幾何学形状は、流体をより急速に、すなわち短距離Ｌ１にわたり、具体的には熱交換器の通路の大きい幅にわたり方向転換させることを可能にする。したがって、熱交換器の「弱い」区域として知られたもののコンパクト性が増加されるため、分散区域２０の縦方向広がりを低減することと、したがって熱交換器の機械的完全性を増加することとが可能である。

これは、分散要素２２の第１の端２３の幅と、したがって比較的高価な部品であるヘッダ７の幅とを低減する可能性も提供する。好ましくは、分散要素２２の入口又は出口を形成する第１の端２３は、横方向ｙに５０〜１０００ｍｍ、より好ましくは１００〜５００ｍｍの幅Ｌ３を有する。

このようなプロファイルは、チャネル２６内の圧力降下を低減することも可能にする。チャネルプロファイルの急変は、圧力降下を引き起こす流体再循環をもたらすことが知られている。

好ましくは、分散要素２２は、縦方向ｚに対して平行に５００ｍｍ未満、好ましくは５０〜２００ｍｍ、より好ましくは８０〜１００ｍｍの長さＬ１を有する。好ましくは、分散要素２２の長さＬ１は、熱交換区域２１の長さの２０％未満を表す。横方向ｙに対して平行に、分散要素２２は、幅Ｌ２を有し、長さＬ１と幅Ｌ２との間の比は、２０％未満、好ましくは５〜１０％である。幅Ｌ２は、好ましくは、５００〜１５００ｍｍである。

分散要素２２は、有利には、金属材料、好ましくはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成される。要素は、特に多孔質材料から、好ましくは密閉気孔、例えば金属発砲体によって形成され得る。

好ましくは、分散要素２２は、モノリシックであり、これにより流体の流路に沿った事故を最小化することを可能にする。

要素２２は、付加製造方法を使用して、好ましくは溶射によって製造され得、複雑な幾何学形状を有する部品を一体に生成することを可能にする。特に、コールドスプレー方法が使用される可能性がある。

付加製造方法は、「３Ｄ印刷」とも呼ばれることがあることに留意すべきである。付加製造は、最終部品を得るために層毎に材料を堆積及び／又は凝固する特定のプリンタを使用して現実物体を製造することを可能にする。これらの層の積層は、立体を生成することを可能にする。

要素２２は、以下の付加製造方法を使用しても製造され得る：
− 溶融材料の堆積によるモデリングを含む溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）方法、
− ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）：紫外線が液体プラスチックの層を凝固する方法、又は
− 粉末の層を凝集するためにレーザが使用される選択的レーザ焼結。

代替的に、分散要素２２は、鋳造によって製造され得る。この製造方法は、複雑な幾何学形状を有する部品を付加製造と比較して比較的低い費用で生成することを可能にする。好ましくは、要素２２は、鋳造によってアルミニウム合金、すなわちその主構成成分がアルミニウムである合金から形成され、鋳造技術によって変換されることが意図されるものより低い密度を有する。

熱交換器の熱交換区域２１に関して、これらは、有利には、図１に示すようにプレート２間に配置された熱交換構造８を含む。これらの構造は、熱交換器の熱交換領域を増加する機能を有し、加圧流体の使用中のプレートのいかなる変形も回避するために、特に蝋付けによる交換器の組み立て中にプレート２間のスペーサとしての役割を果たす。

好ましくは、これらの構造は、有利には、熱交換器の通路の幅にわたって且つ長さに沿って延び、プレート２に対して平行である熱交換波型８を含む。これらの波型８は、波板の形式で形成され得る。この場合、波型の連続頂部と連続底部とを接続する波型脚は、「フィン」と呼ばれる。熱交換構造８は、所望の流体フロー特性に依存して定義される他の特定形状もカバーし得る。より一般的には、用語「フィン」は、主熱交換面、すなわち熱交換器のプレートから熱交換器の通路内に延びるブレード又は他の二次的熱交換面をカバーする。

通路内では、本発明による分散要素２２と熱交換構造８とは、好ましくは、縦軸ｚに沿って並置され、すなわち端から端まで置かれる。分散区域２２のチャネルの壁２５に面する熱交換区域２１のチャネルを遮断しないため、小さいクリアランスがこれらの要素間に存在し得ることに留意されたい。好ましくは、要素２２の第１の端２３は、ヘッダ７の少なくとも一部分と共に端から端まで配置される一方、第２の端２４は、構造８の少なくとも一部分と共に端から端まで配置される。好ましくは、構造８、ヘッダ７及び／又は要素２２は、蝋付けによってプレート２に接続され、それぞれの接続を介して一緒に間接的にプレート２に接続される。有利には、要素２２は、支持体２７をプレート２に蝋付けすることによってプレート２上に組み立てられ、支持体又は底部２７は、蝋付け剤によって被覆された少なくとも１つの面を含む。この面は、前記プレート２によって接続面を形成するようにプレート２の隣に位置する。代わりに又は加えて、プレート２は、蝋付け剤層によって少なくとも部分的に被覆された少なくとも１つの面を完全に又は部分的に有する。

流体を一様に分散させるための本発明による分散要素２２の有効性を実証するために、流体フローシミュレーションが図５Ｂによる分散要素を使用して行われた。

分散要素２２の寸法特性は、以下のとおりであった：
− 要素２２の長さＬ１：８５ｍｍ、
− 要素２２の半値幅Ｌ２／２：４８５ｍｍ、
− 入口を形成する第１の端２３の幅Ｌ３：３７０ｍｍ、
− 分散要素２２と熱交換構造８との間の機械的クリアランス：２ｍｍ、
− 要素２２の高さ：９．５ｍｍ（７．５ｍｍの垂直方向ｘの高さを有する壁２５及び２ｍｍの厚さを有する底部２７）、
− 壁２５の厚さ：２．３ｍｍ。

流体に関して、シミューレーションパラメータは、以下のとおりであった：
− 流体の性質：窒素、
− 分散要素２２の出口における流体の圧力：１．２バール、
− ヘッダ７の入口における流体の温度：−８０℃、
− ヘッダ９の出口における流体の温度：１℃、
− 熱交換器の通路を貫流する流体の質量流量：１００ｋｇ／ｈ。

これらのシミュレーションの結果が図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図７に提示される。図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、分散要素２２のチャネル２６内を流れる流体の速度、圧力及び温度のプロットを示す。チャネル２６の出口における流体の準均一な分散が見られる。図７は、横方向ｙにおける位置に依存して要素２２の出口で得られる軸流速度、すなわち縦方向ｚの速度として知られたものの値の変化を示す。したがって、この変化は、分散要素２２の中心（０ｍｍにおける位置）から始まり、第２の端２３（４８５ｍｍにおける位置）の縁まで続く。横方向ｙに沿った速度値の分散は、熱交換区域内の速度の平均値に対する０．９％の標準偏差及び２．８％の最大偏差によって特徴付けられ、これは、標準偏差が約３％である従来の分散要素によって見出される変動よりはるかに小さい。本発明により、速度変動は、こうして分散区域の出口において横方向に低減され、流体を熱交換区域の幅にわたり可能な限り均一に分散させることを可能にする。

当然のことながら、本発明は、本出願において説明され図示された特定の例に限定されない。当業者の能力内の他の変形形態又は実施形態も本発明の範囲から逸脱することなく考えられ得る。例えば、熱交換器内の流体の流れの他の方向及び感知は、当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく考えられる。したがって、本発明による分散要素は、熱交換器の１つ又は複数のヘッダの上流側及び／又は下流側の熱交換器の１つ又は複数の系列の通路３、４、５内の熱交換器の任意の分散区域内に配置され得る。例えば、図５Ｂは、熱交換区域２１の両側に配置された本発明による２つの分散要素を熱交換器通路が含む場合を示す（意図的に短縮された長さによって概略的に示される）。熱交換器の通路３、４、５は、２つの連続プレート２間及び熱交換器の閉塞バー６と、直接隣接したプレート２との間に同様に良好に形成され得ることにも留意すべきである。

Claims (17)

1. − 貫流する少なくとも１つの他の流体（Ｆ２）と熱を交換するように意図された流体（Ｆ１）の通路（３）であって、縦方向（ｚ）及び前記縦方向（ｚ）に対して垂直な横方向（ｘ）に延びる通路（３）の少なくとも１つの組を画定するように互いに平行な方式で配置された複数のプレート（２）と、
   − 前記縦方向（ｚ）において少なくとも１つの分散区域（２０）及び１つの熱交換区域（２１）に分割される各通路（３）と、
   − 分散要素（２２）を含む通路（３）の少なくとも１つの分散区域（２０）であって、前記分散要素（２２）は、前記流体（Ｆ１）が貫流する複数のチャネル（２６）に前記分散区域（２０）を分割するように配置された複数の分割壁（２５）を含み、前記チャネル（２６）は、異なる長さの流路を画定し、且つ前記流路に沿った流体の可変通路部を有する、少なくとも１つの分散区域（２０）と
   を含む、蝋付け式プレート及びフィンタイプの熱交換器（１）において、
   前記分散要素（２２）の前記分割壁（２５）は、隣接プレート（２）に蝋付けされる支持体（２７）を介して一緒に固定されることを特徴とする熱交換器（１）。
2. 前記分割壁（２５）は、前記支持体（２７）から前記通路（３）内に突出することを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記支持体（２７）は、平底部（２７）を含み、前記分割壁（２５）は、前記底部（２７）に対して垂直に突出することを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記流体（Ｆ１）の入口又は出口を形成する第１の端（２３）と、前記分散要素が分散区域（２０）内に配置されるとき、前記熱交換区域（２１）に流体的に接続される第２の端（２４）とを含み、各分割壁（２５）は、単一部品から形成され、且つ前記第１の端（２３）から前記第２の端（２４）まで連続的に延びることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 各チャネル（２６）は、前記第１及び第２の端（２３、２４）にそれぞれ位置する第１の開口（２６ａ）及び第２の開口（２６ｂ）を備え、少なくとも１つの第１の開口（２６ａ）は、別の第１の開口（２６ａ）の流体の通路部と異なる流体の通路部を有し、及び／又は少なくとも１つの第２の開口（２６ｂ）は、別の第２の開口（２６ｂ）の流体の通路部と異なる流体の通路部を有することを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
6. 同一チャネル（２６）の前記第１の開口（２６ａ）及び／又は前記第２の開口（２６ｂ）は、前記チャネル（２６）によって画定される前記流路が長いほどより大きくなる流体の通路部を有することを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器。
7. １つ又は複数のチャネル（２６）は、前記チャネル（２６）の線形流動抵抗を修正するための手段（２８）を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記手段（２８）は、前記チャネル（２６）の内部プロファイルの形状を含むことを特徴とする、請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記手段（２８）は、前記チャネル（２６）内に配置された隔壁（２８）を含むことを特徴とする、請求項７又は８に記載の熱交換器。
10. 前記手段（２８）は、前記チャネル（２６）内に配置された多孔質構造、例えば金属発泡体を含むことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の熱交換器。
11. 前記分割壁（２５）は、縦断面において直線方向プロファイルを有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
12. 前記分割壁（２５）は、縦断面において所定の曲線プロファイルを有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
13. 前記所定の曲線プロファイルは、少なくとも１つの変曲点（Ｐ）を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の熱交換器。
14. 前記分散要素（２２）は、縦方向（ｚ）の長さ（Ｌ１）に沿って且つ横方向（ｙ）の幅（Ｌ２）にわたって延び、長さ（Ｌ１）と前記幅（Ｌ２）との間の比は、２０％未満、好ましくは５〜１０％であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の熱交換器。
15. 前記分散要素（２２）は、５００ｍｍ未満、好ましくは５０〜２００ｍｍの長さ（Ｌ１）に沿って延びることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の熱交換器。
16. 前記分散要素（２２）は、前記プレート（２）に対して直角である垂直方向（ｘ）に測定された少なくとも２ｍｍ、好ましくは少なくとも５ｍｍの高さ、好ましくは２〜１５ｍｍの高さを有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の熱交換器。
17. 前記分散要素（２２）は、好ましくは、付加製造方法又は鋳造によって製造されるモノリシック要素であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の熱交換器。

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