特許 6665098 熱交換器、その形成方法、およびその使用

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6665098

(24)【登録日】2020年2月21日

(45)【発行日】2020年3月13日

(54)【発明の名称】熱交換器、その形成方法、およびその使用

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/10 20060101AFI20200302BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20200302BHJP

   F28F 3/04 20060101ALI20200302BHJP

   F28F 13/12 20060101ALI20200302BHJP

   F24H 1/12 20060101ALI20200302BHJP

   F24H 9/00 20060101ALI20200302BHJP

   B21D 53/04 20060101ALI20200302BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/10 A

   F28D9/00

   F28F3/04 B

   F28F13/12 Z

   F24H1/12 B

   F24H9/00 A

   B21D53/04 B

【請求項の数】13

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-544841(P2016-544841)

(86)(22)【出願日】2015年1月9日

(65)【公表番号】特表2017-507310(P2017-507310A)

(43)【公表日】2017年3月16日

(86)【国際出願番号】IB2015000113

(87)【国際公開番号】WO2015104634

(87)【国際公開日】20150716

【審査請求日】2017年12月25日

(31)【優先権主張番号】2012066

(32)【優先日】2014年1月9日

(33)【優先権主張国】NL

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】511003073

【氏名又は名称】インターガス・ヒーティング・アセッツ・ベスローテン・フェンノートシャップ

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(72)【発明者】

【氏名】コール，ペーテル・ヤン

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−１５８９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９５９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０１９６６１３３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４４９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３９４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭５８−０２７３３７（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 実開昭５８−１８１１７８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０３９３１８５４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 独国特許発明第１９５４６１９０（ＤＥ，Ｃ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ７／００ − ９／０４

Ｆ２８Ｆ ３／００ − ３／１４

Ｆ２４Ｈ １／１２

Ｆ２４Ｈ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空中心体（１）を備える熱交換器（１０）であって、前記中空中心体（１）は、ハウジング（２）内に収容され、第１の媒体（Ｍ１）用の内側通路（３）を画定しており、前記ハウジング（２）内において前記中心体（１）を包囲する空間は、第２の媒体（Ｍ２）用の少なくとも１つの外側通路（４）を画定しており、前記中心体（１）は、両側にその主面から突出する部分（５）を有しており、前記中心体（１）は、局部的に互いに接続された少なくとも２つの実質的に平行の輪郭加工されたプレートを備え、前記中心体（１）の前記主面から突出する前記部分（５）は、前記ハウジング（２）の互いに向き合った部分に接続されており、前記突出部分（５）は、前記外側通路（４）に接合され、前記外側通路（４）が前記中心体（１）の前記主面と実質的に平行の蛇行形状を有している、熱交換器において、
連続する突出部分間の中間的な空間および／または前記突出部分の寸法は、前記第１の媒体（Ｍ１）の流れ方向において変化していることを特徴とする、熱交換器（１０）。

【請求項2】

前記少なくとも１つの外側通路（４）は、互いに隣接する２つの突出部分間において、前記内側通路（３）を通る前記第１の媒体（Ｍ１）の流れ方向を実質的に横切る前記第２の媒体（Ｍ２）の流れ方向を画定していることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器（１０）。

【請求項3】

両側の前記突出部分は、互いに向き合って配置されており、前記内側通路（３）の局部的に広がった部分を形成し、または、
両側の前記突出部分は、互いに対して位置ずれしており、前記内側通路（３）は、蛇行形状を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（１０）。

【請求項4】

前記中心体の前記突出部分は、前記プレートの互いに平行の凹みによって形成され、前記凹みは、実質的にＵ字形またはＶ字形であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１０）。

【請求項5】

前記ハウジングは、前記中心体の両側に延在して該両側に局部的に接続された少なくとも２つの実質的に平行のプレートを備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器（１０）。

【請求項6】

前記プレートは、溶接部によって、互いに対しておよび／または前記中心体に接続され、または
前記中心体の前記輪郭加工されたプレートは、離脱可能に互いに接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器（１０）。

【請求項7】

前記熱交換器（１０）の前記ハウジングおよび／または前記中心体は、ステンレス鋼および／またはチタンから少なくとも部分的に作製されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器（１０）。

【請求項8】

前記内側通路（３）は、バーナー（９）の出口（８）に接続可能になっており、前記外側通路（４）は、水導管に接続可能になっていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器（１０）。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器（１０）を形成するための方法であって、
−型押し加工またはプレス加工によって、多数のプレートの各々に所望の輪郭形状を与えることと、
−前記輪郭加工されたプレートを互いの上に実質的に互いに平行に配置することと、
−互いの上に配置された前記プレートを、少なくとも２つの個別の連続的な通路が前記プレート間に画定されるように、局部的に互いに接続することと
を含む、方法。

【請求項10】

前記熱交換器（１０）は、少なくとも２つの内側プレートおよび２つの外側プレートを備えており、前記内側プレートは、離脱可能に互いに接続されるようになっており、前記外側プレートは、隣接する前記内側プレートに溶接されるようになっていることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

連続する凹み間の距離および／または前記凹みの幅および／または深さは、前記プレートの表面の全体にわたって変化するようになっていることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。

【請求項12】

前記熱交換器（１０）は、少なくとも２つの内側プレートおよび２つの外側プレートを備えており、前記内側プレートは、対応する繰り返し輪郭を有するようになっており、
前記内側プレートは、それらの凹みが実質的に一致し、これによって、前記プレート間に蛇行通路を形成すべく、互いの上に配置されるようになっており、または、
前記内側プレートは、それらの互いに向き合った凹みが前記プレート間に画定された通路内に局部的に広い部分を形成すべく、互いに逆向きに配置されるようになっていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。

【請求項13】

請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器（１０）によって、第１の媒体（Ｍ１）および第２の媒体（Ｍ２）を互いに熱交換接触させるための方法であって、前記第１および第２の媒体は、熱交換面を介して互いに沿って流れるようになっている、方法において、
前記第１の媒体（Ｍ１）は、第１の主方向および該方向を実質的に横切る第２の方向に流れるようになっており、前記第２の媒体（Ｍ２）は、前記第１の主方向および第３の方向と実質的に平行に流れるようになっており、前記第３の方向は、前記第１の主方向および前記第２の方向の両方を実質的に横切っていることを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中空中心体を備える熱交換器であって、中空中心体は、ハウジング内に収容され、第１の媒体用の内側通路を画定しており、ハウジング内において中心体を包囲する空間は、第２の媒体用の少なくとも１つの外側通路を画定しており、中心体は、両側にその主面から突出する部分を有しており、中心体は、局部的に互いに接続された少なくとも２つの実質的に平行の輪郭加工されたプレートを備えている、熱交換器に関する。このような熱交換器は、種々の変形態様において知られている。

【0002】

多くの分野において、比較的高い温度を有する媒体から比較的低い温度を有する媒体に熱を伝達するために、熱交換器が用いられている。熱交換器は、比較的暖かい媒体を冷却するように意図されることがある。一方、熱交換器は、比較的冷えた媒体を加熱するように意図されることもある。これは、例えば、熱交換器がセントラルヒーティングシステム（ＣＨ）または給水システムに用いられる場合である。このようなシステムにおいて、水は、バーナーの煙道ガスと熱交換接触することによって加熱されることになる。

【0003】

多くの場合、熱交換器、特に、ＣＨ設備および給水システム用の熱交換器には、矛盾する要件が存在する。媒体は、適切に、すなわち、低圧力損失を保って通路を貫流しなければならなく、かつ互いに強く熱交換接触されねばならない。同時に、熱交換器は、比較的単純な構造を有し、かつ低コストで量産することが可能でなければならない。また、熱交換器に対して簡単に洗浄および修理を行なうことができねばならない。

【0004】

特許文献１は、２つの鋳物片を備える熱交換器を開示している。鋳物片は、開口を有する周辺フランジを備えており、ボルトによって互いに締付け可能になっている。同じように周辺フランジを備えるバッフルプレートが鋳物片間に締め付けられ、これによって、例えば、部品の洗浄または取替えのために、熱交換器を分解することができるようになっている。

【0005】

特許文献２は、矩形断面を有する二重プレート状パイプを備える熱交換器に関するものである。加熱のために、燃焼ガスが燃焼チャンバから水流れに沿った方向と反対に流れるようになっている。外側通路は、高温の燃焼ガスを移送し、それらの間に位置する内側通路内の水を加熱することになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第１，９６６，１３３号明細書

【特許文献2】独国特許第１９５４６１９０Ｃ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、改良された熱交換器を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、この目的は、中心体の主面から突出する部分がハウジングの互いに向き合った部分に接続され、外側通路が中心体の主面と実質的に平行の蛇行形状を有するように突出部分が外側通路に接合されることによって、達成されることになる。外側通路の蛇行形状によって、良好な熱伝達が得られることになる。また、外側通路の境界が中心体の突出部分をハウジングに局部的に接続することによって形成されるので、熱交換器の構造が簡単になる。

【0009】

本発明によれば、内側通路および外側通路は、いずれも、熱交換器内に良好に画定されることになる。これによって、第１の媒体および第２の媒体の両方に対して、所望の流れ特性を実現することができる。本発明による熱交換器の場合、最もよく知られている熱交換器と対照的に、２つの媒体の流れ挙動が、それらの流れ通路をそれらの流れ媒体に応じて設計することによって、大きく影響されるようになっているので、最適な熱伝達が得られることになる。

【0010】

さらに、熱交換器内の非冷却部分をなくし、煙道ガス媒体が溶接シームに接触しないような設計をもたらすことができる

【0011】

本発明による熱交換器の簡単な構造のさらなる利点は、該熱交換器を簡単に製造することができることにある。従来の熱交換器は、概して鋳造によって作製されるかまたは多数のプレートを互いに溶接することによって組み立てられるようになっているが、本発明による設計は、３つまたは４つのプレートに所望の形状を与え、次いで、互いに溶接することによって、製造することができる。このようにして得られた細長構造は、ガス炎の熱を良好に分布させることができるというさらなる利点を有している。１つまたは複数のガスバーナーの周りに組み立てられる従来の熱交換器は、高温の熱源が中心にあり、熱を熱交換器の全体に分布させることが困難であるという欠点を有している。

【0012】

第１の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの外側通路は、互いに隣接する２つの突出部分間において、内側通路を通る第１の媒体の流れ方向を実質的に横切る第２の媒体の流れ方向を画定している。これによって、第１の媒体と第２の媒体との間に横断流れが生じることになる。

【0013】

本発明による熱交換器のさらなる実施形態では、両側の突出部分は、互いに向き合って配置されており、内側通路の局部的に広がった部分を形成している、これらの広幅部分は、旋回チャンバとして機能し、これによって、第１の媒体は、その流れ方向を横切る運動を生じ、その結果、改良された熱伝達が得られることになる。

【0014】

熱交換器の代替的実施形態では、両側の突出部分は、互いに対して位置ずれしており、内側通路は、蛇行形状を有している。この蛇行によって、煙道ガスで覆われる経路長さが増大することになる。

【0015】

連続する突出部分間の中間的な空間および／または突出部分の１つ（または複数の）寸法が、第１の媒体の流れ方向において変化するとき、熱交換器の全表面積全体にわたって、媒体間の温度差の変動を考慮しながら、良好かつ均一な熱伝達を達成することができる。

【0016】

中心体が局部的に互いに接続された少なくとも２つの実質的に平行な輪郭加工されたプレートを備えるとき、熱交換器の構造的に簡単な実施形態が得られる。これによって個々の構成部品の数が減らされ、その結果、製造が簡素化されることになる。

【0017】

この場合、中心体の突出部品をプレートの互いに平行の凹みによって簡単に形成することができる。

【0018】

凹みが実質的にＵ字形またはＶ字形であるとき、容易に製造される熱交換器が得られることになる。このような凹みは、プレス加工または型押し加工によって、迅速かつ容易に形成することができる。

【0019】

ハウジングが中心体の両側に延在して該両側に局部的に接続された少なくとも２つの実質的に平行のプレートを備えるとき、熱交換器の構造は、さらに簡素化されることになる。この場合、熱交換器の全体をわずかな数のプレート、最小で３つのプレートから組み立てることができる。

【0020】

中心体のプレートおよび／またはハウジングのプレートは、いずれも同一とすることができ、これによって、熱交換器の組立において２種類のプレートを準備すればよいことになる。

【0021】

プレートは、溶接部によって、互いに対しておよび／または中心体に接続されるとき、堅牢であるが構造的に簡単な熱交換器が得られることになる。用いられる材料および実施形態に応じて、ここでは、種々の溶接技術を用いることができる。スポット溶接、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接、などが考えられる。

【0022】

熱交換器の容易な洗浄または保守を可能にするために、中心体の輪郭加工されたプレートは、好ましくは、離脱可能に互いに接続されるようになっている。これによって、熱交換器を周期的に分離させることができる。

【0023】

熱交換器のハウジングおよび／または中心体は、有利には、ステンレス鋼および／またはチタンから少なくとも部分的に作製されている。この材料は、良好な熱伝達によって貫流する媒体の影響に対してすぐれた耐性を有しており、また比較的簡単に加工することが可能である。

【0024】

内側通路がバーナーの出口に接続可能になっており、１つまたは複数の外側通路が水導管に接続可能になっているとき、熱交換器を、例えば、ＣＨ設備または給水システム内において煙道ガスを用いて貫流加熱するのに用いることができる。

【0025】

また、本発明は、前述の熱交換器を形成するための方法に関する。本発明によれば、この方法は、多数のプレートの各々に所望の輪郭形状を与えるステップと、このように輪郭加工されたプレートを互いの上に実質的に互いに平行に配置するステップと、互いの上に配置されたプレートを、少なくとも２つの個別の連続的な通路がプレート間に画定されるように、局部的に互いに接続するステップとを含んでいる。このようにして、熱交換器を容易にかつ迅速に組み立てることができる。

【0026】

これらのプレートは、ここでは、ステンレス鋼および／またはチタンから少なくとも部分的に作製可能になっている。

【0027】

型押し加工またはプレス加工によって、これらのプレートに所望の輪郭形状を与えることができる。型押し加工および溶接は、ラジエータの製造においてよく知られており、十分に開発されている技術である。従って、信頼性の高い簡単な製造プロセスによって、これらのプレートを作製することができる。

【0028】

さらに、プレートは、溶接部によって、局部的に互いに接続可能になっている。

【0029】

少なくともいくつかのプレート、有利には、離脱可能に互いに接続可能になっている。

【0030】

熱交換器が少なくとも２つの内側プレートおよび２つの外側プレートを備えるとき、内側プレートは、離脱可能に互いに接続可能になっており、外側プレートは、各々、隣接する内側プレートに溶接可能になっている。

【0031】

少なくともいくつかのプレートは、有利には、該プレートに互いに平行の凹みを形成することによって、繰り返し輪郭を備えるようになっている。

【0032】

ここで、凹みは、実質的にＵ字形またはＶ字形とすることができる。

【0033】

連続する凹み間の距離および／または凹みの幅および／または深さは、プレートの表面の全体にわたって変化するようになっていてもよい。

【0034】

熱交換器が少なくとも２つの内側プレートおよび２つの外側プレートを備えるとき、内側プレートおよび／または外側プレートは、いずれも同一とすることができる。

【0035】

熱交換器が少なくとも２つの内側プレートおよび２つの外側プレートを備えるとき、内側プレートは、対応する繰り返し輪郭を有するようになっていてもよく、それらの凹みが実質的に一致し、これによって、プレート間に蛇行通路を形成するように、互いの上に配置されるようになっていてもよい。

【0036】

熱交換器が少なくとも２つの内側プレートおよび２つの外側プレートを備えるとき、内側プレートは、対応する繰り返し輪郭を有するようになっていてもよく、それらの互いに向き合った凹みがプレート間に画定された通路内に局部的に広い部分を形成するように、互いに逆向きに配置されるようになっていてもよい。

【0037】

最後に、本発明は、第１の媒体および第２の媒体を互いに熱交換接触させるための方法であって、第１および第２の媒体は、熱交換面を介して互いに沿って流れるようになっている、方法にさらに関する。

【0038】

本発明による熱交換の方法において、第１の媒体は、第１の主方向および該方向を実質的に横切る第２の方向に流れるようになっており、第２の媒体は、第１の主方向および第３の方向と実質的に平行に流れるようになっており、第３の方向は、第１の主方向および第２の方向の両方を実質的に横切っている。媒体をこのように互いに異なる方向において互いに沿って流すことを可能にすることによって、良好な熱伝達が生じることになる。

【0039】

第１の媒体が第１の主方向のいずれかの側に周期的に流出し、かつ還琉するとき、この媒体の流れは、乱流になり、これによって、この媒体は、第２の媒体と十分に熱交換接触することになる。

【0040】

第１の媒体が蛇行する流路に追従するとき、同様の効果を達成することができる。

【0041】

最適な熱伝達のために、第２の媒体のいずれも蛇行流路に追従させることができる。

【0042】

熱交換器は、好ましくは、内側通路および外側通路の両方に対して蛇行流路を備えている。両方の経路を蛇行流路として実施することによって、内側通路内の第１の媒体、例えば、燃焼ガスの流れ、および外側通路の第２の媒体、例えば、加熱用水の流れに対して、最適な熱伝達が得られるような効果をもたらすことができる。

【0043】

第１の媒体は、ここでは、ガス状であってもよく、第２の媒体は、液体であってもよい。本方法がＣＨ設備または給水システム内に用いられるとき、第１の媒体をバーナーから流れる燃料ガスとし、第２の媒体を水とすることができる。

【0044】

熱交換器を取り巻く領域の温度が過度に上昇するのを防ぐために、第２の媒体が第１の媒体の周りの全体を実質的に覆って流れることが推奨される。

【0045】

以下、多数の例に基づいて本発明を検討する。ここで、参照される添付の図面は、以下の通りである。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】本発明の第１の実施形態によるバーナーおよび熱交換器の略縦断面図である。

【図2】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面を示す図である。

【図3】本発明による熱交換器の第２の実施形態の略縦断面図である。

【図4】より小さい尺度に基づく図３に対応する断面を示す図である。

【図5】第３の実施形態による熱交換器の一部の縦断面図である

【図6】バーナーの一部を付随的に示す本発明による熱交換器の第４の実施形態の略縦断面図である。

【図7】熱交換器の第５の実施形態の図４に対応する断面を示す図である。

【図8】この実施形態の変更形態を示す図である。

【図9】図８の矢印ＩＸから見た略上面図である。

【図10】バーナー、本発明による熱交換器、水接続部、および煙道ガス排出部を有する設備の略図である。

【図11】本発明による熱交換器を製造するための方法の最も重要なステップを概略的に示す図である。

【図12A】熱交換器の第７の実施形態の斜視図である。

【図12B】図１２Ａに示されている熱交換器を通る水流れの略図である。

【図13】図１２Ａの熱交換器の分解図である。

【図14】図１２Ａの熱交換器の断面図である。

【図15】熱交換器の第８の実施形態の断面図である。

【図16A】熱交換器の第９の実施形態の断面斜視図である。

【図16B】図１６Ａに示されている熱交換器を通る水流れの略図である。

【図17】熱交換器の第１０の実施形態の断面斜視図である。

【図18】図１７の矢印ＸＶＩＩＩに沿った断面図を示す図である。

【図19】図１７の矢印ＸＩＸに沿った断面を示す図である。

【図20A】熱交換器の第１１の実施形態の断面斜視図である。

【図20B】図２０Ａに示されている熱交換器を通る水流れの略図である。

【図21】図１６Ａ、図２０Ａによる熱交換器の煙道ガスラビリンスを一緒に形成するプレートの斜視図である。

【図22】図２１の矢印ＸＸＩＩに沿った断面斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0047】

熱交換器１０（図１）は、中空中心体１を備えている。中空中心体１は、ハウジング２内に収容されており、第１の媒体Ｍ１用の内側通路３を画定している。中心体１を包囲するハウジング２内の空間４は、ここでは、第２の媒体Ｍ２用の外側通路を画定している。中心体１は、第１の媒体Ｍ１の流れ方向、ここでは、図の面を横切るＸＹ方向と平行の主面を有している。中心体１は、この主面から両側に突出してハウジング２の互いに向き合った壁６に接続された部分５を有している。突出部分５は、ハウジング２の全幅にわたって延在しておらず、各々、その閉鎖した外端１１とハウジング２の側壁１２の１つとの間に通路を画定している（図２）。従って、突出部分５は、外側通路４が中心体１の主面、すなわち、ＸＹ方向における主面と平行の蛇行形状を有するように、この通路４に接合されている。ＸＹ方向におけるこの蛇行形状によって、２つの熱交換媒体Ｍ１，Ｍ２の互いに横断する流れがもたらされる。具体的には、互いに隣接する２つの突出部分５間に密閉された外側通路４において、第２の媒体Ｍ２は、内側通路３を通る第１の媒体Ｍ１の流れ方向を実質的に横切ることになる。図示されている実施形態では、両側の突出部分５は、互いに向き合って配置されており、内側通路３内に局部的に広がった部分７を形成している。乱流がこれらの広幅部分７内に生じ、これによって、広幅部分７は、旋回チャンバとして機能し、第１の媒体Ｍ１は、その流れ方向を横切る方向、すなわち、Ｚ方向の運動を生じることになる。２つの媒体Ｍ１，Ｍ２が互いに異なる方向に運動することによって、良好な熱伝達が確保されることになる。

【0048】

内側通路３は、ここでは、バーナー９の出口８に接続されており、外側通路４は、（ここに示されていない）水導管に接続されている。熱交換器１０のこの設計は、広幅バーナー９のための空間をもたらし、これによって、該バーナーが比較的大きなバーナー面積を有するという利点をもたらすことに留意されたい。内側通路３は、出口８と一体に形成されていてもよい。燃料／空気混合物がバーナー９によって燃焼され、生じた煙道ガスが、ここでは、第１の媒体Ｍ１をもたらすことになる。外側通路４内の第２の媒体Ｍ２、ここでは、例えば、ＣＨ設備内を循環する貫流水または水道水として流出する貫流水は、これらの煙道ガスによって所望の温度に加熱されることになる。図示の例では、水Ｍ２は、煙道ガスＭ１と平行でかつ反対の方向において熱交換器１を貫流するようになっている。

【0049】

ここでは、中心体１およびハウジング２は、それぞれ、互いに接続された１対のプレート１３，１４および互いに接続された１対のプレート１５，１６から形成されている。従って、中心体１の壁を形成するプレート１３，１４が、ここでは、輪郭加工されており、ハウジング２の外壁６を形成するプレート１５，１６は、この実施形態では、（比較的高い出口チャンバ８と薄い熱交換器１０との間を接続するためにいくらか湾曲しているが）、実質的に平坦である。

【0050】

プレート１３，１４の輪郭は、この例では、元の平坦なプレートへの一連の平行凹み１７によって形成されている。プレート１３，１４は、ここでは、互いに同一であるが、互いに逆向きに配置され、これによって、凹み１７が互いに離れる方を向き、内側通路３の広幅部分７を形成している。凹み１７は、鋭利な縁１８，１９を有する平坦なＵ字形状を有している。Ｕ字形状の縁１８，１９間の肢およびＵ字形状の底は、ここでは、平坦であり、これによって、元の平坦なプレートに凹み１７を簡単に形成することができる。種々の技術、例えば、型押し加工またはプレス加工、または転動加工を用いて、凹みを形成することができる。これらの技術は、例えば、ラジエータの製造に適用されており、信頼性が高くかつ簡単であり、従って、コスト効率が高い。

【0051】

図示の例では、プレート１３〜１６は、ステンレス鋼によって作製されている。中心体１のプレート１３，１４の突出部分５は、ここでは、溶接部２６によって、ハウジング２のプレート１５，１６に取り付けられている。ここでは、種々の溶接技術、例えば、スポット溶接、ＴＩＧ溶接、またはレーザー溶接を用いることができる。種々のプレート１３〜１６の端縁も、（流入開口および流出開口を除いて）ハウジング２および中心体１を閉鎖するために、および媒体Ｍ１およびＭ２が直接接触するのを阻止するために、相互に接続されている。これらの端接続にも、前述の溶接技術を用いることができる。

【0052】

図示の例では、凹み１７の寸法およびそれらの相互距離は、常に同一である。このような凹み１７によって、内側および外側通路３，４が形成されているが、流出側に近いこれらの通路の貫流面積は、原理的に、流入側に近いこれらの貫流面積と同じである。従って、流入側と流出側との間において、媒体Ｍ１，Ｍ２の流量のいずれも実質的に変化しないことになる。

【0053】

代替的実施形態（図３）では、突出部分５は、媒体Ｍ１，Ｍ２の流れ方向において互いに位置ずれしている。これによって、突出部分５は、真っ直ぐな通路内に局部的に広い部分を形成することなく、内側通路３に蛇行形状をもたらすことになる。第１の実施形態におけるのと同じように、中心体１を画定するプレート１３，１４は、ほぼ同一であり、互いに逆方向に配置されているが、位置ずれしている。従って、比較的広い凹み１７が比較的狭い直立部分２０と向き合って配置され、これによって、比較的鋭利な屈曲部を有する蛇行内側通路３を形成することになる。

【0054】

この実施形態では、突出部分５の形状および寸法ならびに連続する突出部分５間の中間的空間は、媒体Ｍ１，Ｍ２の流れ方向において変化している（図４）。煙道ガスＭ１の流れ方向において、従って、バーナー９の出口８から見て、凹み１７の幅および連続する凹み１７間の距離が減少し、これによって、凹み１７間の上向き縁が、最終的に平坦なＵ字形からＶ字形に変化している。従って、内側通路３は、事実上、中心体１の主面と平行に延在する部分をもはや有しておらず、中心体の主面の周りを単に蛇行することになる。通路３，４の形状を変化させることによって、熱交換器１０内のあらゆる点において、媒体Ｍ１，Ｍ２の温度変化を可能な限り考慮し、最大熱伝達を達成することができる。

【0055】

この実施形態の変更形態において、突出部分５は、同じように位置ずれし、これによって、内側通路３が蛇行形状を有している。しかし、ここでは、凹み１７の幅およびそれらの間の距離が一定であり、これによって、通路３は、規則的に繰り返す形状を有している（図５）。ここでは、内側および外側通路３，４の貫流領域、従って、媒体Ｍ１，Ｍ２の流量も、流れ方向から見て、実質的に一定である。

【0056】

他の実施形態（図６）は、中心体１を形成するプレート１３，１４がハウジング２の外壁６のプレート１５，１６の形状に追従する点に特徴がある。これによって、内側通路３は、バーナー９およびその出口８に近い流入側において、比較的大きな貫流領域を有しており、この貫流領域は、ハウジング２の外壁６が互いに接近するにつれて、煙道ガスＭ１の流れ方向において減少することになる。

【0057】

熱交換器１０のさらに他の実施形態では、中心体を形成するプレート１３，１４のみならず、ハウジング２を形成するプレート１５，１６も、輪郭加工されている（図７）。これらのプレート１５，１６は、直線片２１を有しており、凹み２２がこれらの直線片２１間に位置するように、内側通路３の突出部分５が直線片２１に取付けられている。図示の例では、これらの凹み２２は、丸縁を有しているか、または全体的に湾曲している。これによって、液体媒体Ｍ２に対して、最適な流れ条件がもたらされることになる。直線片２１は、バーナー９の近くの出口８の壁にも固定されており、この領域においても、外側通路４は、蛇行形状を有している。矢印Ｆ１，Ｆ２によって示されているように、内側通路３の両側の凹み２２は、この例では、２つの個別の外側通路４’，４’’を形成しており、これによって、液体Ｍ２の２つの部分流れが、煙道ガスＭ１によって加熱されることになる。

【0058】

この実施形態の変更形態では、ハウジング２の外壁６を形成するプレート１５，１６の直線片２１が狭くなっており、これによって、プレート１５，１６は、一連の互いに接続されたアーチに似た断面を有している（図８）。さらに、外側通路４’、４’’は、比較的狭いループを備える蛇行形状を有していてもよく、これらのループは、急峻な屈曲部を介して互いに接続されており、型押し加工された中間壁によってのみ互いに分離されている（図９）。中心体１を形成するプレート１３，１４は、ここでは、互いに位置ずれしておらず、内側通路３内において、それらの凹み１７によって局部的に広がった部分７を形成している。この実施形態においてハウジング２の外壁６の形状によって達成されているのは、内側通路２の全体が外側通路４内の液体Ｍ２によって密閉されていることである。従って、熱交換器１０の外側は、常に冷却された状態にある。この実施形態では、バーナー８の出口チャンバ９は、直線壁を有する細長形状を有している。従って、この出口チャンバ９を内側通路３と同じようにプレート１３，１４から簡単に形成することができる。

【0059】

この実施形態では、各対のプレート１３，１４および１５，１６は、中心体１の主面に対してより対称的になっている。これによって、熱交換器１０に分割可能な形態を容易に与えることができる。この目的のために、プレート１３，１４は、離脱可能に互いに接続され、プレート１５，１６は、各々、例えば、溶接によって、対応するプレート１３，１４に恒久的に取り付けられている。ここでは、互いに取り付けられたプレート１３，１５の組および互いに取り付けられたプレート１４，１６の組は、同一のモジュールを形成している。これによって、例えば、通路３，４の洗浄または保守作業を行なうために、必要に応じて、熱交換器１０を分離することができる。

【0060】

熱交換器１０およびバーナー８は、多くの場合、壁に吊り下げられることが意図された垂直方向に配向された鋳物片２３内に事実上収容されている（図１０）。図示の例では、バーナー８は、熱交換器１０の上方に配置されており、同じように垂直方向に配向されている。煙道ガスＭ１は、熱交換器１０の内側通路３を通って下方に案内され、上向きに配向された出口パイプ２４内に流れることになる。加熱される水Ｍ２は、同時に、鋳物片２３の底の接続部２５を介して、熱交換器１０の外側通路４に供給されることになる。この水Ｍ２は、最終的に、（図示されていないが、多くの場合、鋳物片の底に事実上配置される）第２の接続部を介して、鋳物片２３から流出することになる。

【0061】

前述の熱交換器１０を形成するための方法は、例えば、ステンレス鋼またはチタンから作製された多数のプレート１３〜１６を供給する第１のステップＳ１を含んでいる（図１１）。次いで、第２のステップＳ２において、熱交換器１０の中心体１を形成することになるプレート１３，１４のそれぞれに輪郭が形成される。この目的のために、例えば、プレス加工または型押し加工が、これらのプレート１３，１４に施される。図７〜図９による熱交換器１０を形成するために、ステップＳ３において、ハウジング２のプレート１５，１６にも、輪郭付けのために、プレス加工または型押し加工が施されねばならない。このステップＳ３は、勿論、平坦な外壁６を有する熱交換器１０に対して必ずしも必要ではない。次いで、プレート１３〜１６は、互いに対して正確な位置に配置され（ステップＳ４）、最終的に互いに接続される（ステップＳ５）。完全に溶接される形式の熱交換器１０の場合、プレート１３，１４が、最初、互いに溶接され、次いで、プレート１５，１６がプレート１３，１４に溶接されるようになっている。分解が必要とされる形式の熱交換器の場合、プレート１５，１６が、最初、対応するプレート１３，１４に溶接され、次いで、プレート対１３，１５および１４，１６が、離脱可能に互いに接続されるようになっている。従って、より容易に自動化される比較的わずかな数の簡単な加工によって、熱交換器１０を迅速かつ効率的に形成することができる。

【0062】

このように、本発明による熱交換器１０は、製造が容易であり、比較的わずかな数の個々の部品から構成されている。本発明による熱交換器１０によれば、比較的わずかな材料を用いながら、比較的大きい熱交換表面積を形成することができる。さらに、熱交換器１０の近傍は、適度に冷却されることになる。何故なら、水Ｍ２が、高温の煙道ガスＭ１の周りの全体を実質的に覆って流れるからである。

【0063】

図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３および図１４は、熱交換器１０の第７の実施形態を示している。ここでは、水Ｍ２の単一流れが、プレート１３，１４の上側と下側との間を交互に流れるようになっている。プレート１３，１４は、高温の煙道ガスＭ１が貫流するラビリンスを協働して密閉している。

【0064】

図１３の分解図において特に明瞭に示されているように、プレート１３，１４は、凹み１７を備えている。凹み１７は、局部的な障害物であり、これによって、プレート１５，１６は、プレート１３，１４と協働して、水Ｍ２が貫流する外側通路４を密閉している。

【0065】

プレート１３，１４は、煙道ガスラビリンスが形成されている内側通路３を協働して密閉している。凹み１７は、ここでは、煙道ガスＭ１の高温流れを確実に旋回かつ混合させるものである。

【0066】

プレート１３，１４の少なくとも１つの側縁は、水流れＭ２が下側から上側および上側から下側に通流することを可能にする通路開口２７を備えている。外側通路４は、外端に流出開口２８を備えており、該流出開口を通して、加熱された水Ｍ２が熱交換器１０から流出することになる。

【0067】

熱交換器１０の第８の実施形態を示す図１５において、水流れＭ２の断面が示されている。水流れＭ２は、通路開口を通って、下側から上側に流れている。この第８の実施形態では、内側通路３は、高温の煙道ガスＭ１が旋回かつ混合するようになっている連続するチャンバ（図示せず）を備えている。このような旋回チャンバは、図１に示されている構成に対応している。

【0068】

図１６Ａおよび図１６Ｂに示されている第９の実施形態も、互いに向き合って配置された２つのプレート１３，１４によって形成された高温煙道ガスＭ１を移送するための内側通路３を備えている。凹み１７がプレート１３，１４を局部的に互いに接続し、これによって、高温煙道ガスＭ１のためのラビリンスを形成している。水流れＭ２は、入口（図示せず）から通路開口２７を介して出口開口２８に向かって外側通路４を貫流している。熱交換器１０の外側通路４の貫流中に、水Ｍ２は、高温煙道ガスＭ１から放出された熱によって加熱されることになる。図１６Ｂは、図１６Ａの熱交換器１０を通る水Ｍ２の流れを概略的に示している。

【0069】

熱交換器１０の第１０の実施形態が、図１７〜図１９に示されており、図１８および図１９は、図１７のそれぞれの矢印ＸＶＩＩＩ，ＸＩＸに沿った断面を示している。内側通路３は、狭い断面を有する通路および広い断面を有する通路を交互に備えている、広い通路の位置において、高温煙道ガスＭ１が旋回および混合し始めるチャンバが、プレート３，４間に形成されており、これによって、外側通路４を貫流する水Ｍ２に対する熱伝達が改良されることになる。図１９の断面は、水Ｍ２の流れが下方から上方にまたはその逆に上方から下方に通る通路開口２７の位置における断面である。このようにして、単一の外側流れ通路４は、内側通路３の下側および上側の両方に沿って延在することになる。この実施形態では、水流れＭ２は、図１６Ｂの第９の実施形態に概略的に示されている水流れに対応している。

【0070】

単一流れ通路４の使用は、閉塞が生じにくいという利点に加えて、閉塞が生じた予期せぬ事態において、該閉塞を迅速に検出することができるという利点を有している。

【0071】

にもかかわらず、流れ通路４を通る水流れＭ２を２つの流れ、すなわち、内側通路３の下側に沿った第１の流れと内側通路３の上側に沿った第２の流れとに分割することを考慮することも可能である。このような実施形態は、図２０Ａおよび図２０Ｂに示されている。図２０Ｂは、水流れＭ２を概略的に示している。

【0072】

最後に、図２１および図２２は、前述の第９の実施形態（図１６Ａおよび図１６Ｂ）および第１１の実施形態（図２０Ａおよび図２０Ｂ）のプレート１３，１４を示している。プレート１３，１４は、凹み１７を備えている。凹み１７は、組み合わされたときに互いに対して接触するように配置され、これによって、高温煙道ガスＭ１が蛇行して通るラビリンスを内側通路３内に形成している。

【0073】

本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、前述の実施形態は、本発明を例示することのみを意図し、本発明の明細をどのようにも制限するものではない。

【0074】

明瞭にするために、水経路は、平行通路間において比較的大きく位置ずれして図示されているが、実際には、これらの通路は、互いに対して極めて近接しては配置されており、これによって、高温煙道ガスＭ１と水流れＭ２との間の熱伝達が改良されるようになっていることに留意されたい。

【0075】

請求項における手段に参照番号が付されているとき、このような参照番号は、請求項の理解に貢献することのみに役立つものであり、保護の範囲をどのようにも制限するものではない。当業者であれば、種々の実施形態の技術的な手段を組み合わせることができることに特に留意されたい。記載される権利は、以下の請求項によって規定されており、該請求項の範囲内において、多くの修正形態を考案することが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図21】

【図22】