特許 7389563 熱交換器及びマニホールドを有する熱交換器コアを製造するための方法

(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】

(24)【登録日】2023-11-21

(45)【発行日】2023-11-30

(54)【発明の名称】熱交換器及びマニホールドを有する熱交換器コアを製造するための方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 3/08 20060101AFI20231122BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20231122BHJP

   F28F 9/00 20060101ALI20231122BHJP

   F28F 9/26 20060101ALI20231122BHJP

   B23K 9/00 20060101ALI20231122BHJP

【ＦＩ】

F28F3/08 301Z

F28D9/00

F28F9/00 331

F28F9/26

B23K9/00 501H

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019077739

(22)【出願日】2019-04-16

(65)【公開番号】P2019207096

(43)【公開日】2019-12-05

【審査請求日】2022-04-15

(31)【優先権主張番号】18168335.0

(32)【優先日】2018-04-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】515150597

【氏名又は名称】ボーサル エミッション コントロール システムズ エヌベー

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120134

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 規雄

(74)【代理人】

【識別番号】100187964

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100104282

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康仁

(72)【発明者】

【氏名】ルイック，マーティン

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第０１３７６０４１（ＥＰ，Ａ２）

【文献】仏国特許発明第０２４９７５６５（ＦＲ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２５４５９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－００３０７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ ３／０８

Ｆ２８Ｄ ９／００

Ｆ２８Ｆ ９／００

Ｆ２８Ｆ ９／２６

Ｂ２３Ｋ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱交換器であって、
各々が熱交換器コアの４つの異なる側部に配置された、第１の流体注入口、第１の流体排出口、第２の流体注入口、及び第２の流体排出口と、
前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの１つの側部を覆うマニホールドであって、前記マニホールドの第１の側壁が前記マニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの前記１つの側部に対して９０度未満の角度で配置された、前記マニホールドと
を備え、
前記マニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの前記１つの側部と前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの隣接側部との間の前記熱交換器コアのエッジが、前記マニホールドの前記第１の側壁の接続エッジとともに共通の溶接線を形成し
前記熱交換器は、熱転送プレートの積層体であって、第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルが前記熱転送プレートの間に間隙要素を配置することによって前記熱転送プレートの間に設けられ、前記間隙要素は、前記第１の流体注入口、前記第１の流体排出口、前記第２の流体注入口及び前記第２の流体排出口を開放したまま前記熱転送プレートの４つのエッジ部に沿って延在する、前記熱転送プレートの積層体を備え、
前記間隙要素が熱交換器コアを形成する前記４つのエッジ部に沿って前記熱転送プレートに溶接され、
前記マニホールドの前記接続エッジとともに前記共通の溶接線を形成する前記熱交換器コアの前記エッジが、間に間隙要素を有する積層された前記熱転送プレートの全体に沿って延在し且つ前記熱転送プレートの全体によって形成される４つのエッジのうちの１つである、熱交換器。

【請求項2】

前記マニホールドによって覆われた前記１つの側部に隣接する前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの第２の側部を覆う更なるマニホールドを備え、
前記更なるマニホールドの第１の側壁の接続エッジが前記共通の溶接線の一部を形成する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記更なるマニホールドの前記第１の側壁が、前記更なるマニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの前記第２の側部に対して９０度未満の角度で配置されている、請求項２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記マニホールドの前記第１の側壁及び前記更なるマニホールドの前記第１の側壁が同一平面に配置されている、請求項２又は３に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記マニホールドが第２の側壁を備え、
前記第２の側壁の接続エッジは、前記マニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの前記１つの側部と、前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの他の対向隣接側部との間で、前記熱交換器コアのエッジとともに共通の溶接線を形成する、請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記マニホールドが非対称上盤の形状を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部の各１つがマニホールドによって覆われ、マニホールドによって覆われない前記熱交換器コアの２つの対向側部が各々側部プレートによって覆われ、当該側部プレートは対向側部において前記マニホールドにわたる容積部を閉じる、請求項１～６のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記熱交換器コアの前記異なる側部の各１つがマニホールドによって覆われ、各マニホールドが、その隣接マニホールド及び前記熱交換器コアのエッジと共通の溶接線を共有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記マニホールドの各々における共通の開口部を備える矩形状の熱交換器ボックスの形態を有し、２つの共通の開口部が前記熱交換器ボックスの１つの側部に配置され、２つの更なる共通の開口部が前記前記熱交換器ボックスの対向側部に配置された、請求項７又は８に記載の熱交換器。

【請求項10】

熱シールドが、マニホールドと、前記マニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの側部との間の空間内に配置された、請求項１～９のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項11】

マニホールドを有する熱交換器コアを製造する方法であって、
熱転送プレートの積層体を設けるステップであって、前記熱転送プレートが略平面に延在し、４つのエッジ部を備える、ステップと、
前記熱転送プレートの間に間隙要素を配置することによって前記熱転送プレートの間に第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを設けるステップであって、前記間隙要素は、前記積層体の４つの異なる側部に各々配置された第１の注入口、第１の排出口、第２の注入口、及び第２の排出口を開放したまま前記熱転送プレートの前記４つのエッジ部に沿って延在している、ステップと
前記４つのエッジ部に沿って熱転送プレートに間隙要素を溶接し、それによって熱交換器コアを形成するステップであって、前記熱交換器コアは、間に間隙要素を有する積層された前記熱転送プレートの全体に沿って延在し且つ前記熱転送プレートの全体によって形成される４つのエッジを有する、ステップと、
マニホールドを設けるとともに、前記マニホールドで前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの１つの側部を覆うステップと、
前記熱交換器コアの前記４つのエッジのうちの１つに前記マニホールドの接続エッジを溶接し、それによって前記４つのエッジのうちの前記１つに沿って前記熱交換器コアを溶接し、前記マニホールドの前記接続エッジとともに共通の溶接線を形成するステップとを備える方法。

【請求項12】

前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの第２の隣接側部を覆う更なるマニホールドを準備するステップと、
前記更なるマニホールドの接続エッジを、前記マニホールドの前記接続エッジ、及び前記熱交換器コアの前記４つのエッジのうちの前記１つに溶接し、それによってマニホールドと、更なるマニホールドと、前記熱交換器コアの前記１つのエッジとの間に前記共通の溶接線を形成するステップと
をさらに備える請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

４つのマニホールドを設けるステップと、
前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部の各１つを前記４つのマニホールドのうちの１つで覆うステップと、
マニホールドの接続エッジの各２つを相互に、及び前記熱交換器コアの前記４つのエッジのうちの１つに溶接するステップと
を備える請求項１１又は１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記熱交換器コアの周囲に前記４つのマニホールドを配置及び設計し、それによって、前記４つのマニホールドの各々に共通の開口部を備える熱交換器ボックスを形成するステップと、
前記熱交換器ボックスの１つの側部に２つの共通の開口部及び前記熱交換器ボックスの対向側部に２つの更なる共通の開口部を配置するステップと
を備える請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器及びマニホールドを有する熱交換器コアを製造するための方法に関し、特に、プレート式熱交換器及びマニホールドを有するプレート式熱交換器を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

熱交換器において、特に、個々の熱交換器セルが積層されて熱交換器積層体を形成する熱交換器において、異なる流体フローの注入口及び排出口は、コレクタに組み合わされるので、流体の各々に対する単一の供給管及び単一の排出管を有するマニホールドと呼ばれる。マニホールドの構築及びその熱交換器コアの搭載は、多くの場合緻密であり費用がかさむ。

【0003】

したがって、熱交換器の製造コストを低減可能とする簡素なマニホールドを有する熱交換器が必要とされている。

【発明の概要】

【0004】

発明によると、第１の流体注入口と、第１の流体排出口と、第２の流体注入口と、第２の流体排出口とを備える熱交換器が提供され、第１の流体注入口、第１の流体排出口、第２の流体注入口及び第２の流体排出口の各々は、熱交換器コアの４つの異なる側部に配置される。熱交換器は、熱交換器コアの４つの異なる側部のうちの１つを覆うマニホールドをさらに備える。マニホールドは、第１若しくは第２の排出口からマニホールドにおける共通の排出口に流体を収集するために、又はマニホールドにおける共通の注入口から熱交換器コアの第１若しくは第２の流体注入口に流体を方向付けるために設けられる。

【0005】

マニホールドの第１の側壁は、マニホールドによって覆われた熱交換器コアの１つの側部に対して９０度未満の角度で配置される。したがって、マニホールドは、マニホールドの共通の垂直配置、すなわち、マニホールドの側壁及び熱交換器コアの側部によっては熱交換器コアに接続されない。

【0006】

マニホールドによって覆われた熱交換器コアの１つの側部と熱交換器コアの４つの異なる側部のうちの隣接側部との間の熱交換器コアのエッジは、マニホールドの第１の側壁の接続エッジとともに共通の溶接線を形成する。これによって、熱交換器コアは共通の溶接線においてそれに沿って溶接され、マニホールドは同じ共通の溶接線によって熱交換器コアに溶接される。エッジにおける熱交換器コアの溶接は、熱交換器コアへのマニホールドの溶接と同様の製造ステップにおいて好適に実行される。

【0007】

共通の溶接線によって、製造は溶接ステップを低減することによって簡略化され得る。傾斜した熱交換器コアの側部にマニホールドを適用することによって、マニホールドは相互に直接接続され得るので、更なる溶接ステップは省略されてもよく、単純な形態のマニホールドが、以下でより詳細に概説するように形成され得る。これは、材料コストと、さらにマニホールドの製造ステップとを低減し得る。さらに、単純なマニホールドの形状は、高圧力降下を引き起こすことなくマニホールドにおいて、流体、特にガスを均一に誘導することを可能とする。熱交換器コアへのマニホールドの傾斜した適用によって、例えば、熱交換器の高圧用途に対する設置、断熱又は補強を簡略化し得るマニホールドを含む熱交換器の非常に単純な配置の設計も可能となる。

【0008】

熱交換器は積層熱交換器コアを備え、好適には、いくつかの熱交換器セルが１つの熱交換器コアに組み合わされる。好適には、熱交換器は、熱転送プレートの積層体を備える。

【0009】

好適な実施形態において、熱交換器は熱転送プレートの積層体を備え、第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルが、熱転送プレートの間に間隙要素を配置することによって熱転送プレートの間に設けられる。間隙要素は、第１の流体注入口、第１の流体排出口、第２の流体注入口及び第２の流体排出口を開放したまま熱転送プレートの４つのエッジ部に沿って延在する。間隙要素は、４つのエッジ部に沿って熱転送プレートに溶接される。好適には、溶接は、導管を通じて誘導される流体の漏出を防止するために、４つのエッジ部に沿って全体的に実行される。ただし、溶接は、所望量の漏出を規定するために、特定の場所では部分的であってもよい。積層熱交換器において、マニホールドの接続エッジとともに共通の溶接線を形成する熱交換器コアのエッジは、間に間隙要素を有する積層された熱転送プレートの全体に沿って延在し、それによって形成される４つのエッジ又は角部のうちの１つである。共通の溶接線は、積層体の高さを超えて実質的に延在する。積層体の４つのエッジのうちの１つへのマニホールドの接続エッジの溶接によって、熱交換器積層体又は熱交換器コアはまた、共通の溶接線を形成する４つのエッジのうちの１つに沿って溶接される。

【0010】

好適には、本発明において、ＥＰ３２１７１３２に記載されるような熱交換器積層体は、ここで説明するマニホールドと組み合わせて用いられる。ＥＰ３２１７１３２の開示は、参照によりここにともに取り込まれる。特に、熱交換器積層体の要素と、積層体の要素の材料及び位置決めと、溶接の位置及び方法とは、ＥＰ３２１７１３２において記載されるように実行及び選択されてもよく、参照によりここにともに取り込まれる。

【0011】

ＥＰ３２１７１３２の熱交換器では、プレート積層体は、積層体を形成するプレートの全体を超えて、それにより積層体の高さ全体を超えて積層体のエッジに沿って溶接される。これは、第１の導管と第２の導管の間の漏出と、それによる熱交換器においてそれを通じて誘導される２つの流体の熱交換又は混合を阻止するためになされる。本発明において、プレートエッジ及び中間間隙要素を組み合わせるこれらの溶接は、熱交換器コアへの１以上のマニホールドの溶接により直接組み合わされ得る。

【0012】

好適には、１つのマニホールドは、熱交換器コアのエッジが溶接されるのと同時に熱交換器コアに溶接され、それによって、１つの共通の溶接線をなす。これによって、熱交換器は、エッジにおいて液密に、好適には気密になり、マニホールドが熱交換器コアに取り付けられる。より好適には、２つの隣接マニホールドは、熱交換器コアのエッジが溶接されるのと同時に熱交換器コアのエッジに溶接される。好適には、溶接が、ある単一の溶接処理ステップにおいてなされる。

【0013】

好適には、熱交換器は、マニホールドによって覆われた１つの側部に隣接する熱交換器コアの４つの異なる側部のうちの第２の側部を覆う更なるマニホールドを備える。そして、更なるマニホールドの第１の側壁の接続エッジは、マニホールドの接続されたエッジ及び熱交換器コアのエッジに溶接される。そして、更なるマニホールドの接続エッジはまた、共通の溶接線の一部も形成する。これによって、２つの隣接マニホールドは、熱交換器コアの１つのエッジと、かつ相互に接続され得る。これは、２つの、又は好適にはある単一の溶接ステップにおいてなされ得る。

【0014】

好適には、更なるマニホールドの第１の側壁は、更なるマニホールドによって覆われた熱交換器の（第２の）側部に対して９０度未満の角度で配置される。２つのマニホールドの傾斜した配置は、より単純な製造処理だけでなく、熱交換器コア及びマニホールドの単純な設計も可能とする。例えば、隣接マニホールドは、１つのマニホールドから隣接マニホールドへの円滑な外側遷移をなすなどのように配置され得る。

【0015】

好適には、マニホールドの第１の側壁及び更なる隣接マニホールドの第１の側壁は、同一平面に配置される。好適には、マニホールドの第１の側壁は各々、１つの共通の開口部を備える。共通の開口部は、熱交換器コアの注入開口部又は排出開口部と流体接続した共通の注入口又は共通の排出口であってもよい。この配置によって、２つの共通の開口部は、隣り同士で同一平面に配置され得る。これは、熱交換器の配管、並びに共通の注入口及び共通の排出口のアクセス性を簡素化する。

【0016】

本発明のマニホールドは、非常に単純な構造のものである。マニホールドの接続エッジは、マニホールドによって覆われた熱交換器コアの１つの側部のエッジに溶接され、マニホールドの他の接続エッジは、マニホールドによって覆われた側部の対向エッジに溶接される。

【0017】

好適には、マニホールドは、共通の開口部を備える第１の側壁を備え、さらに第２の側壁を備える。第１及び第２の側壁は、例えば、シート材料の矩形状ピースから形成されて接続される。好適には、第１の側壁又は第２の側壁が、より好適には、第１の側壁及び第２の側壁が、単一平面によって各々形成される。第１の側壁は共通の開口部を備え、開口部は第１の側壁の平面から外部に延在するカラーを備え得る。好適には、マニホールドの第１の側壁の接続エッジは、マニホールドによって覆われた熱交換器コアの１つの側部のエッジに溶接され、マニホールドの第２の側壁の接続エッジは、マニホールドによって覆われた側部の対向エッジに溶接される。第１及び第２の側壁の接続エッジは、好適には、マニホールドを形成するシート材料のピースの対向端部に配置される。好適には、第２の側壁の接続エッジは、マニホールドによって覆われた熱交換器の１つの側部と、熱交換器積層体の４つの異なる側部のうちの他の対向隣接側部との間で、熱交換器のエッジとともに共通の溶接線を形成する。これによって、熱交換器コアの２つのエッジに対する溶接ステップは、熱交換器コアへのマニホールドの取付具と直接組み合わされ得る。

【0018】

好適には、マニホールドは、共通の開口部を備える第１の側壁及び第２の側壁からなる。

【0019】

第１及び第２の側壁は、１８０度未満の角度を含む。好適には、第１及び第２の側壁は、６０度～１４０度の範囲の、より好適には８０度～１２０度の範囲の、最も好適には９０度の角度を含む。角度は、例えば、マニホールドに配置される共通の開口部の位置及びサイズにも依存して、マニホールドを通じるフローを最適化するために選択及び適合され得る。

【0020】

好適には、マニホールドは、非対称上盤の形状を有する。マニホールドは２つの側壁を備え、第１の側壁がマニホールドの第２の側壁よりも大きい又は小さい断面を有する。マニホールドの１つの寸法が熱交換器積層体の寸法によって与えられるので、２つの側壁の間に形成される角度の大きさに依存して、２つの側壁は基本的に長さが異なる。マニホールドは、シート材料、例えば、ステンレス鋼の単一ピースから作製され得る。２つの側壁のうちの一方は共通の開口部を備え、それは熱交換器を通じて誘導される流体の共通の注入口又は共通の排出口を形成する。

【0021】

マニホールドの側壁とマニホールドによって覆われた熱交換器の側部との間の角度は、好適には、９０度未満である。したがって、マニホールドの第１及び第２の側壁並びに熱交換器コアの側部にわたる三角形の２つの底角は双方とも、好適には、９０度未満である。好適には、マニホールドは、２つの底角が等しくならないように非対称となる。一方の底角は、例えば、２０度～４０度の範囲であってもよく、他方の底角は５０度～８０度の範囲であってもよい。いずれの場合にも、底角及び頂角の合計は、１８０度となる。

【0022】

好適には、熱交換器コアの４つの異なる側部、すなわち、第１の流体注入口、第１の流体排出口、第２の流体注入口及び第２の流体排出口を備える側部のうちの各１つが、マニホールドによって覆われる。好適には、各マニホールドは、その隣接マニホールド及び熱交換器コアの２つのエッジとともに、共通の溶接線を共有する。

【0023】

マニホールドによって覆われない熱交換器コアの２つの対向側部は、側部プレートによって各々覆われてもよい。側部プレートは、好適には、マニホールドの対向側部においてマニホールドにわたる容積を閉じる。したがって、マニホールド及び側部プレートは、熱交換器コアを覆い隠す。２つの側部プレートは、好適には、側部プレートの外周全体に沿ってマニホールドに接続、例えば、溶接される。２つの側部プレートはまた、例えば、熱交換器コアの２つの対向する端線に沿って熱交換器コアに固定、例えば、溶接されてもよい。これは、熱交換器の構築をさらに安定化し得る。

【0024】

発明による熱交換器は、マニホールドを有する従来の熱交換器よりも少ない溶接ステップで製造されるので、製造コストを低減し得る。マニホールドの形状及び配置に依存して、熱交換器は単純な外部形態ももたらされるので、熱交換の適用及び設置を容易にし得る。

【0025】

好適には、マニホールドを搭載した熱交換器は、矩形状の熱交換器ボックスの形態を有する。熱交換器ボックスは、マニホールドの各々において共通の開口部を備える。好適には、２つの共通の開口部が熱交換器ボックスの１つの側部に配置され、更なる２つの共通の開口部が熱交換器ボックスの対向側部に配置される。これは、既述したように、共通の開口部への良好なアクセス性をもたらすだけではない。熱交換器ボックスの４つの平坦な側部次第で、熱交換器の設置における多様性を可能とする。平坦な側部には、例えば、熱交換器の高圧用途に対する補強及び／又は断熱が非常に容易に与えられ得る。

【0026】

熱交換器における流体フローのうちの１つが加圧されることによって１．５ｂａｒ以上の圧力を有する場合には、補強が設けられ得る。補強は、例えば、国内又は国際規制に、例えば、高圧用途のための欧州圧力機器指令（ＰＥＤ）に準拠するように熱交換器に設けられ得る。

【0027】

熱交換器における流体の圧力が１．５ｂａｒ未満の場合には、補強は省略されてもよく、好適には省略される。

【0028】

熱交換器は、外部の断熱及び補強を備え得る。断熱及び補強は、１つの要素と組み合わされてもよいし、別個の要素に設けられてもよい。特に、熱交換器における流体、特にガスが１．５ｂａｒより高い、例えば、５ｂａｒ～１０ｂａｒの圧力を有する高圧用途においては、側部プレートは変形を防止又は軽減するために補強され得る。

【0029】

発明による熱交換器は、高温用途、特に、２つの流体のうちの一方が最高で約１０００℃の温度を有し得る高温用途において用いられ得る。流体は気体又は液体であってもよいし、１つが気体であり他の１つが液体であってもよい。好適には、第１の流体は気体である。好適には、第１の流体は、熱吸収流体、すなわち低温流体である。好適には、第２の流体は気体である。好適には、第２の流体は、熱放出流体、すなわち高温流体である。高温流体の温度は、最高で約１０００℃であってもよく、例えば、６００℃～９５０℃であり得る。

【0030】

熱交換器の熱効率を向上させるために、熱交換器には１以上の熱シールドが設けられ得る。熱シールドは、マニホールドとマニホールドによって覆われた熱交換器コアの側部との間の空間内に配置される。好適には、熱シールドは、流体フローがマニホールドによって覆われた熱交換器コアの側部の一部に接触しないようにする。これによって、マニホールドにおける流体と熱交換器コアの側部のその部位との間には、熱交換が生じない又はほとんど生じないことになる。好適には、熱シールドは、マニホールドにおける流体とマニホールドによって覆われた側部の一部との間の接触を防止又は制限するように配置され、熱交換器コアの側部のその部位は側部プレートによって閉じられる。したがって、熱シールドは、流体注入口又は流体排出口によって形成される熱交換器コアの側部のその部位を覆わない。熱シールドはまたフローを方向付ける要素であってもよく、流体フローをマニホールドにおける共通の注入口から熱交換器コアにおける流体注入口に方向付けし、又は流体フローを熱交換器コアにおける流体排出口からマニホールドにおける共通の排出口に方向付ける。

【0031】

マニホールドを有する熱交換器コアを備える熱交換器を製造する方法も、提供される。方法は、熱転送プレートの積層体を設けるステップであって、熱転送プレートが略平面に延在して４つのエッジ部を備える、ステップと、熱転送プレートの間に間隙要素を配置することによって熱転送プレートの間に第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを設けるステップとを備える。間隙要素は、積層体の４つの異なる側部に各々配置された第１の注入口、第１の排出口、第２の注入口及び第２の排出口を開放したまま熱転送プレートの４つのエッジ部に沿って延在する。方法は、４つのエッジ部に沿って熱転送プレートに間隙要素を溶接するステップをさらに備え、それによって、熱交換器コアを形成する。熱交換器コアは、間に間隙要素を有する積層された熱転送プレート全体に沿って延在してそれによって形成される４つのエッジを有する。方法は、マニホールドを設けるステップと、マニホールドで熱交換器コアの４つの異なる側部のうちの１つの側部を覆うステップと、熱交換器コアの４つのエッジのうちの１つにマニホールドの接続エッジを溶接するステップとをさらに備え、それによって、４つのエッジのうちの１つに沿って熱交換器コアを溶接し、マニホールドの接続エッジとともに共通の溶接線を形成する。

【0032】

方法の効果は、熱交換器に関連して説明したので繰り返さない。

【0033】

好適には、方法は、熱交換器コアの４つの異なる側部のうちの更なる隣接側部を更なるマニホールドで覆う更なるマニホールドを設けるステップと、更なるマニホールドの接続エッジをマニホールドの接続エッジ及び熱交換器コアの４つのエッジのうちの１つに溶接するステップとをさらに備え、それによってマニホールドと、更なるマニホールドと、熱交換器コアの１つのエッジとの間に共通の溶接線を形成する。

【0034】

方法は、４つのマニホールドを設けるステップと、熱交換器コアの４つの異なる側部の各１つを４つのマニホールドのうちの１つで覆うステップと、マニホールドの接続エッジの各２つを相互に及び熱交換器コアの４つのエッジのうちの１つに溶接するステップとを備え得る。各溶接するステップは別々に実行され得るが、熱交換器コアのエッジを溶接するステップと、マニホールドを熱交換器コアに接続するステップとは、好適には、１つの溶接ステップにおいて実行される。また、２つの隣接マニホールドを相互にかつ熱交換器コアに接続するステップは、個別の溶接するステップにおいて実行され得るが、それは、好適には、ある単一の溶接するステップにおいて実行される。

【0035】

好適には、方法は、熱交換器コアの周囲に４つのマニホールドを配置及び設計するステップを備え、それによって熱交換器ボックスを形成する。熱交換器ボックスは、４つのマニホールドの各々に共通の開口部を備える。方法は、好適には、熱交換器ボックスの１つの側部に２つの共通の開口部及び熱交換器ボックスの対向側部に更なる２つの共通の開口部を配置するステップをさらに備える。

【0036】

以下の図面によって示す実施形態に関して、発明をさらに説明する。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1-3】図１は、マニホールド及び熱交換器コアの共通の溶接線の部分図を示す。図２は、プレート式熱交換器に搭載されたマニホールドを示す。図３は、２つのマニホールド及び熱交換器コアのエッジの共通の溶接線の図を示す。

【図4-6】図４は、２つのマニホールド（図４）を有する熱交換器コアにおける斜視図である。図５は、４つのマニホールド（図５）を有する熱交換器コアにおける斜視図である。図６は、側部プレートを備える図５の熱交換器における斜視図である。

【図7-9】図７は、補強及び断熱を有する図６の熱交換器ボックスを示す。図８は、更なる補強を有する図７の実施形態を示す。図９は、熱交換器積層体にマニホールドを溶接する従来技術の例である。

【0038】

図面において、同一又は類似の要素には同じ符号が用いられる。

【発明を実施するための形態】

【0039】

図１は、熱転送プレート４の間にチャネルを形成するように間隙要素１１、１４によって分割された矩形状の熱転送プレート４の積層体を備えるプレート式熱交換器コア１における部分図を示す。プレート４は、ダブルスペーサを形成する１ｍｍの厚さの間隙要素１４及び間隙要素１１と比べて薄い約０．１５ｍｍの厚さのプレートに起因して、間隙要素１４の間において視認されなくてもよい。

【0040】

図１に示す熱交換器の積層体において、矩形状のプレートは垂直に配置される。例えば、２０～３０枚のプレートは、積層体を形成するように相互に上に又は隣り合って配置され得る。

【0041】

第１の流体、好適には、冷却ガスは、積層体の４つの側部のうちの第１の側部１００の第１の注入ポート区画１３において積層体に浸入し得る。第１の流体は、第１のチャネルを流通することによって積層体を通過した後に、対向する第３の側部１２０（図面において図示しない底部）において熱交換器から出ることになる。

【0042】

第２の流体、好適には、高温ガスは、積層体の第２の側部１１０の第２の注入ポート区画１８において積層体に浸入し得る。第２の流体は、第２のチャネルを流通することによって積層体を通過した後に、対向する第４の側部１３０（図１には図示せず）において熱交換器から出ることになる。

【0043】

第１の側壁２０１の一部のみ示されるマニホールド２０は、熱交換器コア１に溶接される。共通の溶接線３は、マニホールド２０の第１の側壁２０１の接続エッジ２０３と、熱交換器のエッジ１０１との間に形成される。共通の溶接線３は、エッジ１０１に沿って熱交換器コアの熱転送プレート４及び間隙要素１１を緊密に接続する。共通の溶接線３はまた、マニホールド２０と熱交換器積層体のエッジ１０１を接続する。

【0044】

熱交換器コア１は、好適には、ＥＰ３２１７１３２に記載されるように、熱交換器積層体である。熱転送プレート４は、上部エッジに沿ってハーフスペーサ１１を備える積層体の１つの側部を形成する。このスペーサは、以下でさらに説明するように、側部プレートに溶接されるように作用し得る。熱転送プレート４のプロファイルでは、流体の分配及び収集を向上させるプロファイルを備えるプレートの中心が平坦なプレート部分によって取り囲まれることが明確に確認される。次のレベルでは、第２の側部１１０は、スペーサ１４の上及び下に横向き溶接を通じて熱転送プレート４に溶接されたスペーサ１４によって閉じられる。第１の側部１００は開放され、注入開口部にわたって延在し得る又は側部１００の全体に沿って延在し得る波形シート１２が設けられる。この第１のチャネルは、次の熱転送プレート４によって閉じられる。更なる層において、第１の側部１００はスペーサ１１によって閉じられ、一方の第２の側部１１０は開放され、波形シート１２が設けられる。この第２のチャネルは、更なる熱転送プレート４によって再度閉じられる。更なる層のスペーサ１４は、横向きでこの更なる熱転送プレート４に溶接される。

【0045】

次のレベルは、第１のチャネルの繰返しであり、それにより形成され、一方、次後のレベルは第２のチャネルの繰返しである。

【0046】

スペーサ１１、１４と熱転送プレート４の間の溶接接合は、熱転送プレートの側部全体に沿ったエッジ部に沿って設けられる。溶接接合はまた、第１及び第２の注入開口部１５を備えていない積層体の側部におけるスペーサ１１、１４と熱転送プレート４の間に設けられる。

【0047】

溶接接合は、溶接されていない波形シート１２と熱転送プレート４の間に漏出経路が形成されるように、上記波形シート１２と熱転送プレート４の間には設けられない。２つの間隙要素１１、１４の間は溶接されないため、２つの流体チャネルの間のエッジ部分を閉じるのに共通の溶接線３に沿った封止が必要とされる。

【0048】

第２の流体チャネルのスペーサ１１は、２つの熱転送プレート４の距離及び第２のチャネルの高さを規定するダブルスペーサの一部である。好適には、ダブルスペーサ１１は相互にセルを積層することに応じて形成され、各セルがその外部に配置されたスペーサ１１を有する。スペーサの配置及び横向き溶接の更なる詳細は、ＥＰ３２１７１３２に記載され、参照によりここにともに取り込まれる。

【0049】

図２は、プレート式熱交換器１に搭載されたマニホールド２０を示す。

【0050】

第１のカバープレート１６は、注入ポート区画１３に対する以外、熱交換器の上部又は第１の側部１００を覆う。第１の排出ポート区画（図示せず）は、同様にではあるが、熱交換器の対向側部に構築される。このカバープレートのセットアップは、熱交換器の実施形態に使用され得るものであり、波形シート１２などの開放内側間隙要素が熱交換器の側部全体に沿って配置される。そして、注入及び排出ポート区画のサイズは、カバープレートの配置によって主に規定される。このカバープレートのセットアップはまた、熱交換器の実施形態にも使用され得るものであり、波形シートなどの間隙要素又は開放内側間隙要素が注入又は排出開口部において単独では、すなわち、熱交換器コアの側部の一部のみに沿っては配置されることはない。そして、注入ポート区画１３は、注入開口部によって主に画定される。

【0051】

カバープレート１６（及びそれによる積層体の対向側部）は、積層体の上部側部１００の約２／３又は４／５を覆う。

【0052】

注入ポート区画１８は、熱交換器コア１の長さ全体（図面における高さ）にわたって延在する。熱交換器コアの対向側部１３０に配置された対応する排出ポート区画（図示せず）もまた、熱交換器コア１の長さ全体（図面における高さ）にわたって延在する。２つの流体は、積層体を通じて実質的に相互に平行に、第１及び第２のチャネルに交互に誘導される。

【0053】

カバープレート１６は、角部に沿って積層体に溶接される。

【0054】

マニホールド２０は、熱交換器積層体の上部側部１００を覆う。マニホールド２０は上盤の形態を有し、上盤の大きな方の第１の側壁２０１は共通の注入口２０４を備える。共通の注入口２０４は、注入管の用途に対するカラー２０４０を備える。カラーは、例えば、シート材料の射出によってマニホールドで一体形成され得る。ただし、カラーはまた、マニホールドにおける共通の開口部に溶接された別個の部分であってもよい。

【0055】

マニホールド２０の第１の側壁２０１は、共通の溶接線３に沿って上部側部１００のエッジ１０１に溶接される。マニホールドの第２のより急勾配の側壁２０２は、他の共通の溶接線に沿って上部側部の対向エッジ１０２に溶接される。上盤は、９０度の頂角２０６を有する。マニホールドの大きな方の第１の側壁２０１に起因して、第１の側壁及び上部側部１００は、約２０度～３０度、例えば２５度の底角２０７を含む。第２の側壁２０２及び上部側部１００は、約７０度～８０度、例えば７５度の底角２０８を含む。第１の側壁２０１及び第２の側壁２０２は、共通の注入開口部２０４の周囲のカラー２０４０から離れて、各々ある単一の平面に延在する平坦なプレートである。

【0056】

図３は、例えば図２のような、２つのマニホールド及び熱交換器コアのエッジの共通の溶接線３を示す。

【0057】

図３で分かるように、第２のマニホールド２１の第１の側壁２１１は、第２のマニホールド２１の接続エッジ２１３に沿って、第１のマニホールド２０及び熱交換器コア１のエッジ１０１の共通の溶接線３に溶接される。２つのマニホールドの２つの第１の側壁２０１、２１１が、１つの平面に配置される。概観において図４で分かるように、第２のマニホールド２１は、熱交換器コアの第２の側部１１０を覆う。第２のマニホールド２１における共通の注入口２１４は、第２の側部１１０の注入開口部１５に方向付けられる流体フローに対する共通の注入口を形成する。第２のマニホールド２１において、第２の側壁２１２は、共通の注入口２１４から熱交換器コアの第２の側部１１０に第２の流体を誘導する第１の側壁２１１よりも大きい。２つの共通の開口部２０４、２１４は、同一平面に配置され、同一方向から共通の開口部へのアクセスを可能とする。

【0058】

第２のマニホールド２１も上盤の形態を有し、上盤の小さい方の第１の側壁２１１は共通の注入口２１４を備える。上盤は、９０度の頂角を有する。第２のマニホールドの小さい方の第１の側壁２１１及びそのより急勾配な配置に起因して、第１の側壁及び第２の側部１１０は、約７０度～８０度、例えば２５度の底角を含む。第２の側壁２１２及び第２の側部１１０は、約２０度～３０度、例えば２５度の底角を含む。

【0059】

図５は、４つのマニホールド２０、２１、２２、２３が設けられた図４の熱交換器コアを示し、各マニホールドは熱交換器コア１の１つの側部１００、１１０、１２０、１３０を覆う。第１及び第３のマニホールド２０、２２は同一形状及びサイズを有し、第２及び第４のマニホールド２１、２３は同一形状及びサイズを有する。第３のマニホールド２２は、熱交換器コア１の第３の、すなわち底側部１２０を覆う。第４のマニホールド２３は、熱交換器コア１の第４の側部１３０を覆う。

【0060】

マニホールドの各々は、熱交換器コア１の２つのエッジ及びそれらの２つの隣接マニホールドに溶接される。

【0061】

図５において、熱シールド５は、第１のマニホールド２０によって作られる容積中に挿入される。熱シールド５は、共通の注入口２０４とカバープレート１６の間にバリアを形成するシート材料の湾曲ピースである。シールドは、第１のマニホールド２０の第１の側壁２０１に対して平行に配置されるので、共通の注入口２０４に浸入する流体フローを注入ポート区画１３に方向付ける。熱シールド５によって、流体フローとカバープレート１６の間の直接接触が防止又は最小化される。したがって、低温流体と、高温流体によって加熱される通常高温のカバープレート１６との間の不用な熱交換が最小化され得る。

【0062】

そのような熱シールド５が１つのマニホールド２０に対してのみ示されるが、マニホールドの一部のみ又はすべてに熱シールド５が設けられてもよい。

【0063】

注入口又は排出口を備えていない熱交換器コアの２つの側部１４０、１５０は、図６（後側は図示せず）に示すように、側部プレート２８によって覆われる。側部プレート２８は、マニホールド２０、２１、２２、２３にわたる容積を閉じる。側部プレート２８は、それらの外周に沿って、すなわち、それらの４つのエッジの各々に沿ってマニホールドの側部に溶接される。これによって、熱交換器ボックスは、ボックスの１つの側部に２つの共通の開口部２０４、２１４及びボックスの対向側部に２つの共通の開口部２２４、２３４を備える単純な矩形状形態を有して形成される（図５参照）。

【0064】

図７及び図８は、断熱としても作用する補強を有する図６の熱交換器ボックスを示す。図７において、熱交換器ボックスの大きな側部を形成する側部プレート２８は、一連の矩形状中空管６００によって覆われる。矩形状中空管６００は、並列配置された矩形状中空管６００の壁６０を形成する。矩形状中空管６００は、好適には、金属であってもよいが、例えば、断熱材料でもあり得る機械的に安定な材料から作製される。矩形状中空管６００の中空コアは、空気絶縁を形成し、そのようにして熱交換器を断熱する。矩形状中空管６００の内部はまた、断熱材料でも充填され得る。図８においても、共通の開口部を備えていない熱交換器ボックスの２つの小さな側部には、矩形状中空管６００のアレイが設けられる。管は各々、矩形状中空管６００の壁６１を形成する。また壁６１は、金属又は断熱材料から作製され得る。壁は、空気絶縁をもたらし、又は断熱材料で充填され得る。通常、補強は、熱交換器を通じる流体フローの一方又は双方が１．５ｂａｒ以上の圧力を有する場合に設けられる。図示する補強は、例えば、３ｂａｒを上回る、例えば５ｂａｒを上回る圧力を有するガスを用いる高圧用途に対して効果的である。図９は、熱交換器積層体、例えば、ＥＰ３２１７１３２に記載された熱交換器積層体にマニホールドを溶接する周知の方法の例である。

【0065】

熱交換器コア１の２つの側部１００、１１０を覆う従来のマニホールドの一部としての、プレート９のみ示す。プレートは各々、熱交換器の角部に対して垂直に配置される。プレート９は、マニホールドの底部において、熱交換器コア１の角部に溶接される。図示する２本の溶接線９１はまた、プレート９若しくはマニホールドのまさに底部にそれぞれ、又はプレート９の図９に示すのと対向する底部側にあってもよい。

【0066】

熱交換器コアにマニホールドを取り付けるための２本の溶接線９１の隣りには、注入ポート１８に浸入する流体フローが注入ポート１３に浸入する流体フローと混合するのを防止するために、熱交換器コアのエッジ１０１に沿って追加の溶接部（図示せず）が存在する。

【0067】

したがって、３つの個々の溶接部及び溶接ステップが必要とされる。さらに、プレート９及びマニホールドの垂直配置では、非常に単純なマニホールド及び熱交換器の形状を構築できない。

【0068】

発明を、主にEP3217132に開示されるような熱交換器の実施形態と組み合わせて説明した。そのような組合せは、特に、上記のように効果的である。ただし、１つ又は特に４つのマニホールドの特定の設計及び配置はまた、本出願に明記していない異なる熱交換器との好ましい組合せも可能とする。好適には、積層体の異なる側部に配置された注入開口部及び排出開口部を備える熱交換器積層体は、一般的に、発明の方法によるマニホールドが設けられるのに適しており、好適に選択される。
なお、本発明には以下の態様が含まれることを付記する。
［態様１］
熱交換器であって、
各々が熱交換器コアの４つの異なる側部に配置された、第１の流体注入口、第１の流体排出口、第２の流体注入口、及び第２の流体排出口と、
前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの１つの側部を覆うマニホールドであって、前記マニホールドの第１の側壁が前記マニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの前記１つの側部に対して９０度未満の角度で配置された、前記マニホールドと
を備え、
前記マニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの前記１つの側部と前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの隣接側部との間の前記熱交換器コアのエッジが、前記マニホールドの前記第１の側壁の接続エッジとともに共通の溶接線を形成する、前記熱交換器。
［態様２］
熱転送プレートの積層体であって、第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルが前記熱転送プレートの間に間隙要素を配置することによって前記熱転送プレートの間に設けられ、前記間隙要素は、前記第１の流体注入口、前記第１の流体排出口、前記第２の流体注入口及び前記第２の流体排出口を開放したまま前記熱転送プレートの４つのエッジ部に沿って延在する、前記熱転送プレートの積層体を備え、
前記間隙要素が熱交換器コアを形成する前記４つのエッジ部に沿って前記熱転送プレートに溶接され、
前記マニホールドの前記接続エッジとともに共通の溶接線を形成する前記熱交換器コアの前記エッジが、間に間隙要素を有する積層された前記熱転送プレートの全体に沿って延在し且つ前記熱転送プレートの全体によって形成される４つのエッジのうちの１つである、態様１に記載の熱交換器。
［態様３］
前記マニホールドによって覆われた前記１つの側部に隣接する前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの第２の側部を覆う更なるマニホールドを備え、
前記更なるマニホールドの第１の側壁の接続エッジが前記共通の溶接線の一部を形成する、態様１または２に記載の熱交換器。
［態様４］
前記更なるマニホールドの前記第１の側壁が、前記更なるマニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの前記第２の側部に対して９０度未満の角度で配置されている、態様３に記載の熱交換器。
［態様５］
前記マニホールドの前記第１の側壁及び前記更なるマニホールドの前記第１の側壁が同一平面に配置されている、態様３又は４に記載の熱交換器。
［態様６］
前記マニホールドが第２の側壁を備え、
前記第２の側壁の接続エッジは、前記マニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの前記１つの側部と、前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの他の対向隣接側部との間で、前記熱交換器コアのエッジとともに共通の溶接線を形成する、態様１～５のいずれか一項に記載の熱交換器。
［態様７］
前記マニホールドが非対称上盤の形状を有する、態様１～６のいずれか一項に記載の熱交換器。
［態様８］
前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部の各１つがマニホールドによって覆われ、マニホールドによって覆われない前記熱交換器コアの２つの対向側部が各々側部プレートによって覆われ、当該側部プレートは対向側部において前記マニホールドにわたる容積部を閉じる、態様１～７のいずれか一項に記載の熱交換器。
［態様９］
前記熱交換器コアの前記異なる側部の各１つがマニホールドによって覆われ、各マニホールドが、その隣接マニホールド及び前記熱交換器コアのエッジと共通の溶接線を共有する、態様１～８のいずれか一項に記載の熱交換器。
［態様１０］
前記マニホールドの各々における共通の開口部を備える矩形状の熱交換器ボックスの形態を有し、２つの共通の開口部が前記熱交換器ボックスの１つの側部に配置され、２つの更なる共通の開口部が前記前記熱交換器ボックスの対向側部に配置された、態様８又は９に記載の熱交換器。
［態様１１］
熱シールドが、マニホールドと、前記マニホールドによって覆われた前記熱交換器コアの側部との間の空間内に配置された、態様１～１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
［態様１２］
マニホールドを有する熱交換器コアを製造する方法であって、
熱転送プレートの積層体を設けるステップであって、前記熱転送プレートが略平面に延在し、４つのエッジ部を備える、ステップと、
前記熱転送プレートの間に間隙要素を配置することによって前記熱転送プレートの間に第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを設けるステップであって、前記間隙要素は、前記積層体の４つの異なる側部に各々配置された第１の注入口、第１の排出口、第２の注入口、及び第２の排出口を開放したまま前記熱転送プレートの前記４つのエッジ部に沿って延在している、ステップと
前記４つのエッジ部に沿って熱転送プレートに間隙要素を溶接し、それによって熱交換器コアを形成するステップであって、前記熱交換器コアは、間に間隙要素を有する積層された前記熱転送プレートの全体に沿って延在し且つ前記熱転送プレートの全体によって形成される４つのエッジを有する、ステップと、
マニホールドを設けるとともに、前記マニホールドで前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの１つの側部を覆うステップと、
前記熱交換器コアの前記４つのエッジのうちの１つに前記マニホールドの接続エッジを溶接し、それによって前記４つのエッジのうちの前記１つに沿って前記熱交換器コアを溶接し、前記マニホールドの前記接続エッジとともに共通の溶接線を形成するステップとを備える方法。
［態様１３］
前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部のうちの第２の隣接側部を覆う更なるマニホールドを準備するステップと、
前記更なるマニホールドの接続エッジを、前記マニホールドの前記接続エッジ、及び前記熱交換器コアの前記４つのエッジのうちの前記１つに溶接し、それによってマニホールドと、更なるマニホールドと、前記熱交換器コアの前記１つのエッジとの間に前記共通の溶接線を形成するステップと
をさらに備える態様１２に記載の方法。
［態様１４］
４つのマニホールドを設けるステップと、
前記熱交換器コアの前記４つの異なる側部の各１つを前記４つのマニホールドのうちの１つで覆うステップと、
マニホールドの接続エッジの各２つを相互に、及び前記熱交換器コアの前記４つのエッジのうちの１つに溶接するステップと
を備える態様１２又は１３のいずれか一項に記載の方法。
［態様１５］
前記熱交換器コアの周囲に前記４つのマニホールドを配置及び設計し、それによって、前記４つのマニホールドの各々に共通の開口部を備える熱交換器ボックスを形成するステップと、
前記熱交換器ボックスの１つの側部に２つの共通の開口部及び前記熱交換器ボックスの対向側部に２つの更なる共通の開口部を配置するステップと
を備える態様１４に記載の方法。

【図1-3】

【図4-6】

【図7-9】