JP2020517900A - 波板接合部が改良された熱交換器、空気分離装置の関連設備、及びそのような熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱産生流体との交換によりクーラント流体を気化させるための熱交換器（２）に関し、前記熱交換器（２）は、それらの間に、クーラント流体の、又は熱産生流体が流れるのに適した複数の通路（１７、１９）が画定される複数の平行なプレート（４）と、２つの連続するプレート（４）間に、同じ通路（１７）内に複数の流路（１４、３４）を画定するように延びる第一の波板（１）と第二の波板（３）であって、２つの隣接する縁部（１０、３０）を含む前記第一及び第二の波板（１、３）と、一方の縁部から他方（１０、３０）に延びて、波板（１、３）を相互に接続する少なくとも１つの組立部材（１３）と、を含む。本発明によれば、組立部材（１３）は、一方で、第一の波板（１）のある流路（１４）の少なくとも一部と、他方で、第二の波板（３）のある流路（３４）の少なくとも一部と、強制的に係合する。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、熱と発熱性流体との交換を通じて液体冷媒を気化させるためのブレージングプレート・フィン型熱交換器及びそのような熱交換器の組立方法に関する。

熱交換器は特に、低温蒸留により空気を分離し、熱と発熱性気体、例えば空気又は窒素との交換により、カラム底部の液体、例えば液体酸素を気化させるために空気分離カラムで使用される気化器であり得る。

本発明は注目すべきことに、気体の低温分離、特に空気の低温分離の分野において、加圧された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）として知られるものに応用できる。特に、本発明は液体、例えば酸素、窒素、及び／又はアルゴンの流れを熱−気体交換によって気化させる熱交換器に応用されてよい。

熱交換器が蒸留カラムの底部にある場合、これは、そのために熱交換器がカラムを流れ落ちる液体の槽に浸漬される熱サイフォンとして動作する気化器又は、液体がカラムから流れ落ちる状態で、及び／又は循環ポンプによって直接供給される液膜の気化を行う気化器を構成してよい。

このような相変化熱交換器に一般的に利用される技術はアルミニウムブレージングプレート・フィン型熱交換器のそれであり、これによって非常にコンパクトで且つ、大きい熱交換表面積を提供する構成部品を得ることが可能となる。これらの熱交換器は複数のプレートで構成され、それらの間にコルゲート板又はフィンが挿入され、このようにして気化「通路」と凝縮「通路」の積層体が形成される。コルゲートフィンには様々な種類があり、例えばプレーン型、パーフォレート型、又は部分的に段違いとなった（セレート型）フィンのコルゲートフィン等である。

液膜落下モードで動作する気化器の場合、装置の一部はもっぱら気化通路内及び熱交換器コルゲートフィンの流路間で液体を分散させることに用いられる。

この分散は気化器ごとに異なり、従来、仏国特許公開第Ａ２５４７８９８号に記載されている原理にしたがって実現されており、すなわち、気化通路への供給が凝縮通路の上から行われる。すると、酸素は１列の穴を通過し、これが気化通路内へのその一次分散を行う。次に、それは水平直線母線のコルゲートフィンストリップを通って流れ、これが、水平直線母線のコルゲートフィンストリップの下流の気化通路内に配置された流路間で液体酸素を分散させることを目的とした、より細かい分散を行い、それを二次分散と呼ぶ。

気化させられる液体酸素は、溶解された形態の不純物を含む。主な不純物は酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、及び炭化水素（Ｃ_２、Ｃ_３、．．．）である。動作条件によっては、これらの不純物は気化通路内に（固体の形態又は液体の形態の何れかで）堆積し得る。産業レベルでは、このような固体又は液体の堆積物の形成を常に制御し、爆発のあらゆるリスクを回避することが重要である。

堆積物の形成の鍵となるパラメータの１つは、流路あたりの液体流量（又は、湿潤させられる周辺１メートルあたりとして表現される）である。具体的には、流路あたりの液体の流量が壁を湿潤させるのに十分でないと、乾燥状態まで気化させられることによって堆積物が形成される。

このタイプの（液膜）気化器の場合、液体酸素の分散はその動作（性能及び安全性）において重要な役割を果たす。したがって、どのような状況でも、各流路内における液体の良好な分散が確実に行われるようにしなければならない。そのために、流路間の液体の分散を十分に均一にする必要がある。液体の不均一な分散は、特に熱交換器の下側部分において波型コルゲート板が十分に湿潤しないこと及び、したがって乾燥状態まで気化させることによる堆積物の形成につながることもある。問題は、通路あたり及び本体あたりの流路数が同じ（流路５５０本／通路、流路５５０００本／本体）である場合、すべての流路の中の液体の流量を確実に均等にすることである。

この液体分散の質は、分散器の正しい設計と寸法に依存する。

いわゆる二次分散（流路間の液体の分散）は典型的に、おそらく部分的に段違いになった（セレート）型のフィンの、水平直線母線のコルゲートフィンストリップを使用する。

ここで、各気化通路内部にこのコルゲートフィンストリップを配置することには、特定の欠点がある。

具体的には、典型的に１０００〜１２００ｍｍ程度である、熱交換器の各プレート間に画定される通路の幅により、少なくとも２つのコルゲートフィンを１つの同じ通路内に並置することによってその幅全体をカバーすることが必要である。

熱交換器の組立中、これらのコルゲートフィンはクリアランスがゼロ又はゼロに近い状態で並置される。しかしながら、コルゲートフィンを隣接するプレートにブレージングによって取り付けるステップにより、２つのコルゲートフィン間の接合部にクリアランス（ギャップ）が生じ得る。特に、ブレージング用金属が溶ける際に、一方のコルゲートフィンが他方に関してわずかにずれることがある。

隣接するコルゲートフィン間のクリアランスは、液体が流れる好ましい通路を構成し、液体が過剰供給されるクリアランスのすぐ下にある流路へとつながり、さらに特に、液体の供給が不足する、その周辺を取り囲む流路へとつながる。

仏国特許公開第Ａ２９３８９０４号は、熱交換器のコルゲートフィンを一緒に保持することを可能にする解決策を開示している。しかしながら、これらの解決策は完全に満足できるものとは言えず、これは特に、それではコルゲートフィンを相互に十分に堅牢に組み立てることができないからである。さらに、これらの解決策は、使用される保持用構成部品の複雑さとコスト及びそれらを熱交換器内に嵌め込むむずかしさによる問題を提示するかもしれず、これは産業規模の製造のための方法とは両立しないものである。

本発明の注目すべき目的は、冷媒流体の分散ができるだけ均一な熱交換器を提供することによって、上記の問題の全部又は一部を解決することである。

そのために、本発明の１つの主旨は、熱と発熱性流体との交換により冷媒流体を気化させるための熱交換器であり、前記熱交換器は、
−それらの間に、冷媒流体の、又は発熱性流体の流れのために設計された複数の通路が画定される複数の平行なプレートと、
−２つの連続するプレート間に、同一の通路内に複数の流路を画定するような方法で延びる第一のコルゲートフィンと第二のコルゲートフィンであって、２つの隣接する縁部を含む前記第一及び第二のコルゲートフィンと、
−縁部のそれぞれの側に延びて、前記コルゲートフィンを一体に結合する少なくとも１つの組立部材と、
を含み、
組立部材は、一方で、第一のコルゲートフィンのある流路の少なくとも一部と、他方で、第二のコルゲートフィンのある流路の少なくとも一部と、強制的に係合することを特徴とする。

場合に応じて、本発明による熱交換器は、以下の特徴の１つ又は複数を含んでいてよい：
−幾つかの組立部材は、隣接する縁部に沿って配置される。
−流路と組立部材は、全体が第一の方向ｚに平行に延びる。
−組立部材は、少なくとも第一の方向ｚに直交する第二の方向ｘにおいて、係合前に、前記第二の方向ｘへの流路の内のり寸法より大きい、又はそれと等しい、好ましくは厳密にそれより大きい外形寸法を有する。
−第一のコルゲートフィン（１）の流路の内のり寸法と組立部材の前記外形寸法との比及び第二のコルゲートフィンの流路の内のり寸法と組立部材の前記外形寸法との比は１００〜７０％の間に含まれ、好ましくは９５〜８５％の間に含まれる。
−組立部材の断面積と第一のコルゲートフィンの流路の断面積との比及び／又は組立部材の断面積と第二のコルゲートフィンの流路の断面積との比（前記断面積は第一の方向ｚに対して垂直な平面内で測定される）は５０％以下、好ましくは１５〜３５％の間に含まれる。
−第二の方向ｘは隣接する縁部に平行に延びる。
−組立部材は円柱形であり、ある外径を有し、第二の方向ｘに測定される通路の幅と前記外径との比は１００〜７０％の間に含まれ、好ましくは９５〜８５％の間に含まれる。
−組立部材の外径は０．５〜２ｍｍの間に含まれ、好ましくは１〜１．３ｍｍの間に含まれる。
−組立部材は、１つの流路の少なくとも一部と強制的に係合する第一の部分と、第二のコルゲートフィンの流路の少なくとも一部と強制的に係合する第二の部分と、を含み、前記第一及び第二の部分の、第一の方向ｚに平行に測定される長さは５ｍｍ以上、好ましくは３０〜５０ｍｍの間、より好ましくはさらに、約４０ｍｍと等しい。
−組立部材は穴の開いた、又はスロット入り周辺壁を含む。
−第一及び第二のコルゲートフィンは第一の材料から形成され、組立部材は第二の材料から形成され、第二の材料の融点は第一の材料の融点より高いか、それと等しい。
−プレートは、流れの方向と呼ばれる方向ｘに平行に延び、流路と組立部材は全体が流れの方向ｙに直交する第一の方向ｚに延びる。
−第一及び第二のコルゲートフィンは各々、波形状頂点部により接続される一連の波形状脚部を含み、組立部材は、一方で、第一のコルゲートフィンの２つの連続する波形状脚部の少なくとも一部分間に、他方で、第二のコルゲートフィンの２つの連続する波形状脚部の少なくとも一部分間に強制的に係合する。
−各流路はプレートと、第一の、又は第二のコルゲートフィンの２つの連続する波形状脚部と、前記２つの波形状脚部を接続する波形状頂点部との間に画定される。
−第一及び第二のコルゲートフィンは、プレーン型フィン、パーフォレート型フィン、セレート型、波型フィン、又はヘリンボーン型フィンの波形状から選択される。

本発明の他の態様は、蒸留により空気を分離する空気分離設備に関し、先行する特許請求項の１つに記載の少なくとも１つの熱交換器を含むこと、及び設備が冷媒流体としての液体酸素と発熱性流体としての気体窒素を熱交換器の通路内に分散させるための供給手段を含むことを特徴とする。

さらに、本発明はまた、本発明による熱交換器の組立方法にも関し、以下のステップを含むことを特徴とする：
−第一のコルゲートフィンと第二のコルゲートフィンを２つの連続するプレート間に配置するステップと、
−第一及び第二のコルゲートフィンの２つの縁部を並置するステップと、
−組立部材を、一方で、第一のコルゲートフィンの流路の少なくとも一部に、他方で、第二のコルゲートフィンの流路の少なくとも一部に強制的に係合させるステップと、
−第一のコルゲートフィンと第二のコルゲートフィンをブレージングによってプレートに組み付けるステップと、
を含む。

ここで、本発明は、あくまでも非限定的な例として示され、下記のような添付の図面に関してなされる以下の説明により、よりよく理解されるであろう。

本発明の１つの態様による熱交換器の部分立体図である。 図１の熱交換器の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態による熱交換器のコルゲートフィンを概略的に示す。 本発明の他の実施形態による熱交換器の２つのコルゲートフィンの、相互に垂直な２つのそれぞれの断面における概略図である。 図４Ａ及び図４Ｂのコルゲートフィンの一方の立体図である。

図１は、二重カラム型の空気蒸留設備で使用可能な熱交換器２の１つの実施形態を示す。動作中、熱の交換は冷媒流体としての液体酸素と発熱性流体としての気体窒素との間で行われる。

熱交換器２は液密シェル４０を含み、これには一般的にアルミニウム製の長方形のプレート４の集合が含まれ、これらは相互にほぼ平行に延びる。プレート４はそれゆえ、酸素の流れのため（通路１７）又は窒素の流れのため（通路１８）の複数の通路を画定する。

その高さの大部分にわたり、通路１７、１８は各々、この例では有孔コルゲートアミニウムシートで製作される熱交換コルゲートフィン１９を含む。これらの熱交換コルゲートフィン１９は好ましくは、垂直の直線母線を有するか、又はいわゆる「安易な」構成に配置されるタイプのものである。この場合、熱交換コルゲートフィン１９は、動作中、関係する通路内の流体の流れの方向（図１では方向ｘ）に垂直な波形状の全体的方向（図１では方向ｚ）を有する。

通路１７及び１８の上端において、熱交換器のコルゲートフィン１９はそれぞれ、分散用コルゲートフィンストリップ２４及び従来のコルゲートフィン２０により延長されている。コルゲートフィン２０の上方で、通路１７及び１８はそれぞれ水平バー２８及び２１で閉じられている。

プレート４の上方にある空間は、液体酸素５の槽を取り囲む。槽５の液体酸素は、バー２８に沿って貫通してすべての酸素用通路１７間及び各通路１７のコルゲートフィンストリップ２４の方向の幅全体にわたる液体酸素の一次分散を行う開口２９を通って流れる。コルゲートフィンストリップ２４は一般に、水平の直線母線を有するか、又はいわゆる「難しい」構成に配置されるタイプのコルゲートアルミニウムの穴の開いていないシートで形成される。この場合、コルゲートフィンストリップ２４の動作中の全体的な波形状の方向（図１の方向ｘ）は、関係する通路内の流体の流れの方向に平行である。

それと同時に、気体窒素は供給タンク（図示せず）及び分散コルゲートフィン２０を介して熱交換器に到達し、その後、通路１８に沿って下方に流れる。その中で、これは隣接する通路１７内にある液体酸素に次第に熱を伝え、それによって酸素は気化して窒素は凝縮する。

図２は、液体酸素の流れのための通路１７を概略的に示す。通路１７は２つの平行な垂直プレート（図示せず）間に形成され、これらはバー１５、７によって分離されそれらが通路を塞いでいる。

熱交換器の通路の幅全体をカバーするのに十分に広いコルゲートフィンを製造することは困難である。したがって、図２からわかるように、少なくとも１つの第一のコルゲートフィン１４と１つの第二のコルゲートフィン３４が利用され、これらは、図１に示されるようにコルゲートフィンストリップ２４を形成するような方法で並置される。

より詳しくは、第一及び第二のコルゲートフィン１４、３４は２つの連続するプレート（図２では示さず）間に、通路１７内に複数の流路１４、３４を画定するように延びる。第一及び第二のコルゲートフィン１４、３４は、２つの隣接する縁部１０、３０を含み、それらの間にゼロ又は非常に小さいクリアランス３１が画定され、典型的にクリアランスは０．１から最大でも５ｍｍ程度である。

動作中、液体酸素は、第一及び第二のコルゲートフィン１４、３４の上方に位置付けられた穴（図２では示さず）を、これらの穴の穴径とそれらの上の液体槽の高さ（液頭）により画定される流量で流れる。それゆえ、穴は液体酸素の通路１７の幅全体にわたる一次分散を行い、このように事前に分散された液体酸素はコルゲートフィン１４、３４に沿って流れ、その各々はその通路１７の幅全体にわたる、より細かい二次分散を行う。このようにして、液体酸素は、縦の直線母線を有する下側コルゲートフィン１９を、それに割り当てられた通路のすべての壁に沿ってできるだけ均一にしたたることにより、すなわちこれらの壁に連続的な落下液膜を形成することによって伝う。

したがって、コルゲートフィン１４、３４の２つの縁部１０、３０ができるだけ完璧に接触して、液体の漏出を回避し、したがって熱交換器のブレージング中にコルゲートフィン１４、３４が相互に関して移動するリスクを減らすことが重要であることがわかるであろう。

こうするために、本発明による熱交換器は、縁部１０、３０のそれぞれの側に前記コルゲートフィン１、３を相互に組み立てるように延びる組立部材１３を含む。本発明によれば、組立部材１３は、一方で、第一のコルゲートフィン１の流路１４の少なくとも一部に、他方で、第二のコルゲートフィン３の流路３４の少なくとも一部に強制的に係合する。

換言すれば、部材１３は、一方で、第一のコルゲートフィン１の流路１４の少なくとも一部の中に、他方で、第二のコルゲートフィン３の流路３４の少なくとも一部の中に強制的に係合し、又は押し込まれる。

実際に、組立部材１３は応力を受けてコルゲートフィンの流路内に係合する。例えば、部材１３は流路１４、３４の中に、組立部材をコルゲートフィンの底部に強制的に係合させることのできるマイナスドライバ等の小型の工具を使い、手で圧力を加えることによって入れることが可能である場合もある。部材１３とコルゲートフィン１４、３４との間の接続は、これらの要素の一方及び／又は他方の弾性変形により実現される。

このようにして、組立部材１３は流路１４、３４の内部の所定の位置に溶接効果によって詰まり、これによって第一及び第二のコルゲートフィン１、３は相互に関して移動不能となる。第一及び第二のコルゲートフィン１、３内に組立部材１３を強制的に詰めることにより、組立部材１３は第一及び第二のコルゲートフィン１、３の中に、単純に差し込んだだけの場合よりしっかりと固定され、したがって、コルゲートフィン１、３のより堅牢な結合が確実となる。このようにしてコルゲートフィン１、３は部材１３により相互に組み立てられる。したがって、熱交換器の組立中にコルゲートフィン間にクリアランスができるリスクが大幅に制限されるか、さらには排除される。

コルゲートフィン１、３はそれゆえ、相互に簡単に素早く組み立てることができる。組立には追加の固定手段が不要であり、産業規模で、低額な投資費用で容易に実行できる。

希望により、第一及び第二のコルゲートフィン１、３の縁部１０、３０は相互に接触して、又は接触に近い状態に位置付けられて、前記コルゲートフィン１、３間に全く、又は実質的に全くクリアランスがないようにされる。

有利な態様として、２つのコルゲートフィン１、３は形状、寸法及び波形状の方向の点で同じ構成を有し、それらの縁部が完璧に合うような方法で配置される。

熱交換器は、縁部１０、３０に沿って配置された幾つかの組立部材１３を含んでいてもよい。縁部１０、３０に沿って配置される組立部材１３の数は、前記縁部の長さに応じて調整されてよい。例えば、３０〜１００ｍｍの間に含まれる長さのコルゲートフィンの場合、熱交換器は、図３に示されるように、２つの組立部材１３を含んでいてもよい。

図３及び図４は、流路１４、３４及び組立部材１３が第一の方向ｚにほぼ平行に延びる本発明の実施形態を概略的に示す。

希望により、部材１３の、一方で、第一のコルゲートフィン１に、他方で、第二のコルゲートフィン３に係合する部分の、第一の方向ｚに測定される長さは、コルゲートフィン１、３に確実に接続するのに十分であるように、５ｍｍより長いか、それと等しい。例えば、全長４０ｍｍ程度での部材１３を使用することができ、各々約２０ｍｍの長さの部分がそれぞれ第一のコルゲートフィン１と第二のコルゲートフィン３に係合する。

有利な態様として、組立部材１３は、少なくとも前記第一の方向ｚに直交する第二の方向ｘに、強制的係合の前に、前記第二の方向ｘにおいて流路１４、３４の内のり寸法より大きいか、それと等しい外形寸法を有する。

本発明に関して、組立部材１３の寸法又は断面積は、コルゲートフィンの流路に係合することによって組み立てられる以前、すなわち部材１３に生じ得るあらゆる変形の前に測定される値を意味する点に留意されたい。

希望により、組立部材１３は、組立をより堅牢なものとするために、過剰に大きくされ、コルゲートフィンの流路の１つ又は複数の内側横方向寸法に関するものになる。

それゆえ、第一のコルゲートフィン１の流路１４の内のり寸法と組立部材１３の前記外形寸法との比及び第二のコルゲートフィン３の流路３４の内のり寸法と組立部材１３の前記外形寸法との比は、好ましくは１００〜７０％の間に含まれ、より好ましくは９５〜８５％の間に含まれる。このような値により、係合力を手で提供できるため、重い工作機械設備を使用せずに組立を実現することが可能となる。

有利な態様として、強制的係合は、締まり嵌めと呼ばれる嵌め込みにより実現される。換言すれば、「嵌め込み」の値は、部材１３の外形寸法（複数の場合もある）と同じ方向への流路の内のり寸法（複数の場合もある）の差異として定義され、比較的大きく、好ましくは０．１〜０．５ｍｍの間に含まれる。

希望により、前記組立部材１３の少なくとも１つの外形寸法は０．５〜２ｍｍの間に含まれ、好ましくは１〜１．３ｍｍの間に含まれる。このような外形寸法は、組立部材１３が、従来のコルゲートフィンの場合には一般的に２ｍｍより大きく、典型的に３〜８ｍｍの間に含まれる流路１４、３４の高さの一部のみを占めるため、有利である。前記高さは、図３に関して、第一の方向ｚ及び第二の方向ｘに直交する第三の方向ｙに測定された流路１４の内のり寸法に対応する。組立部材１３の外径寸法は、有利な点として、コルゲートフィンの高さに応じて調整される点に留意されたい。

希望により、高さは、第一及び第二のコルゲートフィン１、３が第三の方向ｙに通路１７の幅のほとんど全部又はさらには全部にわたって延びるように選択される。

１つの有利な実施形態によれば、特に図３に示されているように、第一及び第二のコルゲートフィン１、３は各々、波形状頂点部１２１により接続される連続する波形状脚部１２３を含み、波形状脚部１２３は波形状の方向と呼ばれる方向Ｄに次々に続く。組立部材１３は、一方で、第一のコルゲートフィンの２つの連続する波形状脚部の少なくとも一部分間に、他方で、第二のコルゲートフィンの２つの連続する波形状脚部の少なくとも一部分間に強制的に係合する。明瞭にするために、第一のコルゲートフィン１だけが示されている。

各流路１４、３４は、プレート４と、２つの連続する波形状脚部１２３と、２つの波形状脚部を接続する第一の、又は第二のコルゲートフィン１、３の波形状頂点部１２１との間に画定される。したがって、各流路１４は通路１４内に自由通路を形成し、部材１３は、コルゲートフィンがプレート４間に嵌め込まれる前に、２つの連続する波形状脚部１２３間に係合する。

第一及び第二のコルゲートフィン１、３は、プレーン型フィン、パーフォレート型フィン、セレート型フィン、波型フィン、又はヘリンボーン型フィンのコルゲートフィンから選択される。第一の及び第二のコルゲートフィン１、３は好ましくは、実質的に同じ波形状の方向、形状、及び大きさを有する。希望により、第一及び第二のコルゲートフィンは各々、波型アルミニウムシート又はストリップで形成される。

組立部材１３は、第一の方向ｚに垂直な平面内で、円形、正方形、長方形、八角形、又は三角形の形状の断面を有していてよい。

希望により、組立部材１３の断面積と第一のコルゲートフィン１の流路１４の断面積との比及び／又は組立部材１３の断面積と第二のコルゲートフィン３の流路３４の断面積との比は、５０％以下、好ましくは１５〜３５％の間に含まれる。すると、これによってコルゲートフィン１を通る流体の流れのための穴径の縮小が制限され、組立部材１３は流体の分散を妨害しない。

有利な態様として、組立部材１３は中実構成要素である。希望により、部材１３は円柱形の中実又は管状構成要素である。

１つの特定の実施形態によれば、部材１３は中実の円柱形ロッドの形態をとる。組立部材１３として例えば溶接ロッドを使用することも可能である場合がある。このような構成要素は市販されており、様々な材料又は直径を入手できる。さらには、１本のロッドから所望の長さの幾つかのピースを切り出してもよい。

図３は、平面を持つ波形状脚部１２３を有する平坦な第一のコルゲートフィン１の断面図である。この例示的な実施形態によれば、流路１４は長方形の全体的形状の断面を有する。円形断面の部材１３は、２つの連続する波形状脚部１２３間に強制的に係合する。縁部（１０、３０）は、第二の方向ｘに平行に延びる。第二のコルゲートフィン３（図示せず）は、第一のコルゲートフィン１と縁部を隣り合わせにして配置され、同様の波型形状と大きさを有する。

図３に示される例において、組立部材１３の寸法は、流路１４、３４の、第二の方向ｘに測定される内のり寸法ｄに対応する幅に関して特定される。

有利な態様として、部材１３は、部材１３の内のり寸法ｄと外径との比が１００〜７０％の間に含まれ、好ましくは９５〜８５％の間に含まれる、というものである。このような値により、力を手で提供できるため、重い工作機械設備を使用せずに組み立てることが可能となる。

組立部材１３はある外形寸法を有し、これは典型的に０．５〜２ｍｍの間に含まれ、好ましくは１〜１．３ｍｍの間に含まれる。このようにして、組立部材１３は、従来のコルゲートフィンの場合、一般的に２ｍｍより大きく、典型的には３〜８ｍｍの間に含まれる流路１４の高さの一部のみを占める。

第一のコルゲートフィン１の場合の上述の特徴はもちろん、第二のコルゲートフィン３にも当てはまる。

開口は組立部材１３を貫通していてもよく、及び／又は前記部材１３はスロット入りの周辺壁を有していてもよい。このように、流路１４、３４内に追加の空の空間ができ、それによって流体の流れのための穴径の縮小が回避され、流体の分散の妨害がさらに限定される。

希望により、組立部材１３はその融点が第一及び第二のコルゲートフィン１、３の材料のそれより高いか、それと等しい材料で形成される。すると、これによって組立部材１３が熱交換器のブレージング中に溶融することが回避される。

希望により、第一及び第二のコルゲートフィン１、３と組立部材１３は同じ材料から形成され、それによって、注目すべきことに、熱交換器の動作中、特にその冷却中、及び例えばＡＳＵのシャットダウン中に気温まで温まる際に、部材１３のコルゲートフィン１及び３に関する膨張に差が生じない。このような膨張の差はまた、ブレージング中の温度の変動によっても生じ得る。

第一及び第二のコルゲートフィン１、３と組立部材１３は、有利な態様として、金属材料で製作される。この材料は、ステンレススチール、アルミニウム、又はアルミニウム合金から選択されてよい。

図４Ａ、図４Ｂ、及び図５は、コルゲートフィン１、３がセレートフィン型である代替的な実施形態を示す。より具体的には、図５からわかるように、コルゲートフィン１、３の各水平又は水平に近い面２５が規則的な間隔で提供され、波形状のピッチの４分の１だけ上方に段差を有する凹み２６を有する。コルゲートフィンの直線母線に沿って測定された凹みの幅は、それらの各々を同じ面上にある２つの隣接する凹みから分離する距離と同程度の大きさである。

この代替的な形態において、第二の方向ｘに測定される流路１４、３４の幅は、第一の方向ｚに、凹み２６が位置付けられる方法に応じて変化する。組立部材１３は好ましくは、図５に示されるように内のり寸法ｄに対応する流路１４、３４の最小幅に関して寸法が決定される。

流路１４、３４の幅は、第二の方向ｘに測定される内のり寸法ｄに対応し、組立部材１３の外形寸法は、それを前記流路１４、３４内に強制的に係合させることができるような方法で画定される。

有利な態様として、熱交換器のプレート４間に画定される複数の通路は、冷媒流路の流れのための通路１７の第一の群と発熱性流体の流れのための通路１８の第二の群を含む。

本発明は、冷媒流体が液体の状態である場合に特に有利である。組立部材１３は好ましくは、第一の群の少なくとも１つの通路１７の第一及び第二のコルゲートフィン１、３間に配置される。

希望により、通路１７、１８内に配置された第一及び第二のコルゲートフィン１、３は水平直線母線を有し、すなわち、「難しい」構成に配置される。

有利な態様として、第一及び第二のコルゲートフィン１、３は、関係する通路内を熱交換コルゲートフィン１９によって流体が流れる方向において下流に延びる。これらの熱交換コルゲートフィン１９は好ましくは、縦の直線母線を有し、すなわちいわゆる「安易な」構成に配置されるタイプである。

希望により、第二の方向ｘは、熱交換器２が動作中には縦方向である。冷媒及び発熱性流体は縦方向に、全体的に同時に下流方向に流れる。

もちろん、本発明は本願において説明し、図示した特定例に限定されない。後述の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者の能力内の他の代替的な形態又は実施形態もまた考えられ得る。

それゆえ、流体の流れの他の方向や向きも、本発明の範囲から逸脱せずに想定できる。例えば、熱交換器２を通じて流体が同時に循環することも考えられる。別の種類の１つ又は複数の冷媒流体や１つ又は複数の発熱性流体もまた、同じ熱交換器の通路１７、１８内に流れてもよい。

熱交換器のコルゲートフィンは、上述の実施形態のそれらとは異なる波形状の方向、寸法、及び／又は形状を有することも想定可能である。

Claims (17)

1. −複数の平行なプレート（４）であって、それらの間に、前記冷媒流体の、又は前記発熱性流体の流れのために設計された複数の通路（１７、１８）が画定される複数の平行なプレート（４）と、
   −２つの連続する前記プレート（４）間に、同一の前記通路（１７）内に複数の流路（１４、３４）を画定するような方法で延びる第一のコルゲートフィン（１）と第二のコルゲートフィン（３）であって、２つの隣接する縁部（１０、３０）を含む第一及び第二のコルゲートフィン（１，３）と、
   −前記縁部（１０、３０）のそれぞれの側に延びて、前記コルゲートフィン（１、３）を一体に結合する少なくとも１つの組立部材（１３）と、
   を含む、熱と発熱性流体との交換により冷媒流体を気化させるための熱交換器（２）において、
   前記組立部材（１３）は、一方で、前記第一のコルゲートフィン（１）のある流路（１４）の少なくとも一部と、他方で、前記第二のコルゲートフィン（３）のある流路（３４）の少なくとも一部と、強制的に係合することを特徴とする熱交換器（２）。
2. それは前記隣接する縁部（１０、３０）に沿って配置された幾つかの組立部材（１３）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記流路（１４、３４）と前記組立部材（１３）は第一の方向（ｚ）にほぼ平行に延び、前記組立部材（１３）は、少なくとも前記第一の方向（ｚ）に直交する第二の方向（ｘ）において、係合前に、前記第二の方向（ｘ）への前記流路（１４、３４）の内のり寸法より大きい、又はそれと等しい外形寸法を有することを特徴とする、請求項１及び２の一方に記載の熱交換器。
4. 前記第一のコルゲートフィン（１）の前記流路（１４）の前記内のり寸法と前記組立部材（１３）の前記外形寸法との比及び前記第二のコルゲートフィン（３）の前記流路（３４）の前記内のり寸法と前記組立部材（１３）の前記外形寸法との比は１００〜７０％の間に含まれ、好ましくは９５〜８５％の間に含まれることを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記流路（１４、３４）と前記組立部材（１３）は第一の方向（ｚ）にほぼ平行に延び、前記組立部材（１３）の断面積と前記第一のコルゲートフィン（１）の前記流路（１４）の断面積との比及び／又は前記組立部材（１３）の前記断面積と前記第二のコルゲートフィン（３）の前記流路（３４）の断面積との比は５０％以下、好ましくは１５〜３５％の間に含まれ、前記断面積は第一の方向（ｚ）に対して垂直な平面内で測定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記第二の方向（ｘ）は前記縁部（１０、３０）に平行に延びることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記組立部材（１３）は円柱形であり、ある外径を有し、前記第二の方向（ｘ）に測定される前記通路（１４、３４）の幅と前記外径との比は１００〜７０％の間に含まれ、好ましくは９５〜８５％の間に含まれることを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記組立部材（１３）の前記外径は０．５〜２ｍｍの間に含まれ、好ましくは１〜１．３ｍｍの間に含まれることを特徴とする、請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記組立部材（１３）は、１つの流路（１４）の少なくとも一部と強制的に係合する第一の部分と、前記第二のコルゲートフィン（３）の流路（３４）の少なくとも一部と強制的に係合する第二の部分と、を含み、前記第一及び第二の部分の、前記第一の方向（ｚ）に平行に測定される長さは５ｍｍ以上、好ましくは３０〜５０ｍｍの間、より好ましくはさらに、約４０ｍｍと等しいことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. 前記組立部材（１３）は穴の開いた、又はスロット入り周辺壁を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の熱交換器。
11. 前記第一及び第二のコルゲートフィン（１、３）は第一の材料から形成され、前記組立部材（１３）は第二の材料から形成され、前記第二の材料の融点は前記第一の材料の融点より高いか、それと等しいことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
12. 前記プレート（４）は、流れの方向と呼ばれる方向（ｘ）に平行に延び、前記流路（１４、３４）と前記組立部材（１３）は全体が前記流れの方向（ｙ）に直交する第一の方向（ｚ）に延びることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の熱交換器。
13. 前記第一及び第二のコルゲートフィン（１、３）は各々、波形状頂点部（１２１）により接続される一連の波形状脚部（１２３）を含み、前記組立部材（１３）は、一方で、前記第一のコルゲートフィンの２つの連続する波形状脚部の少なくとも一部分間に、他方で、前記第二のコルゲートフィンの２つの連続する波形状脚部の少なくとも一部分間に強制的に係合することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の熱交換器。
14. 各流路（１４、３４）は前記プレート（４）と、前記第一の、又は前記第二のコルゲートフィン（１、３）の２つの連続する波形状脚部（１２３）と、前記２つの波形状脚部を接続する波形状頂点部（１２１）との間に画定されることを特徴とする、請求項１３に記載の熱交換器。
15. 前記第一及び第二のコルゲートフィン（１、３）は、プレーン型フィン、パーフォレート型フィン、セレート型、波型フィン、又はヘリンボーン型フィンの波形状から選択され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. 蒸留により空気を分離する空気分離設備において、それが請求項１〜１５のいずれか一項に記載の少なくとも１つの熱交換器を含むこと、及び前記設備が冷媒流体としての液体酸素と発熱性流体としての気体窒素を前記熱交換器の前記通路内に分散させるための供給手段を含むことを特徴とする空気分離設備。
17. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の熱交換器の組立方法において、
    −前記第一のコルゲートフィン（１）と前記第二のコルゲートフィン（３）を２つの連続するプレート（４）間に配置するステップと、
    −前記第一及び第二のコルゲートフィン（１、３）の２つの縁部（１０，３０）を並置するステップと、
    −前記組立部材（１３）を、一方で、前記第一のコルゲートフィン（１）の流路（１４）の少なくとも一部に、他方で、前記第二のコルゲートフィン（３）の流路（３４）の少なくとも一部に強制的に係合させるステップと、
    −前記第一のコルゲートフィン（１）と前記第二のコルゲートフィン（３）をブレージングによって前記プレート（４）に組み付けるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。

Images