(57)【要約】【課題】従来技術でもたらされる欠陥を簡便かつ効果的に解消することができるプレート型熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  一対の金属プレートを並置し、前記並置したプレートの少なくとも外辺部を互いに溶接し、作用熱交換流体を横断させるために、前記金属プレート間で内部チャンバを規定することを含み、前記並置したプレートの溶接を、前記金属プレートのそれぞれに直接的に熱を供給することによって行うことを特徴とするプレート型熱交換器の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属プレートを並置し、
前記並置したプレートの少なくとも外辺部を互いに溶接し、
作用熱交換流体を横断させるために、前記金属プレート間で内部チャンバを規定することを含み、
前記並置したプレートの溶接を、前記金属プレートのそれぞれに直接的に熱を供給することによって行うことを特徴とするプレート型熱交換器の製造方法。
【請求項２】
プレート間の溶接を、前記プレートの外辺部の少なくとも一部に沿って行う請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プレーと間の溶接を、プレートの外辺部の内側に位置する領域において金属プレーとのそれぞれを結合させるスポット溶接を行う請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
直接的な熱の供給を、並置した金属プレートに面する少なくとも１つのヘッドによって行う請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
溶接を、熱を、行うべき溶接の２つの側において実質的に同等に供給するように、互いに対向する２つの金属プレートにそれぞれ面する少なくとも１つの熱源を配置することによって得る請求項１〜４のいずれか１つ３に記載の方法。
【請求項６】
直接的な熱の供給を、レーザービームを用いて行う請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
互いに並置した一対の金属プレート用の実質的に平坦な支持構造物と、
金属プレートの一方に面する所定の位置に配置され、熱源を収納する少なくとも１つのヘッドの下で一対の金属プレートを移動させる可動手段とを含むプレート型熱交換器の製造装置であって、
他方の金属プレートに面する熱源を収容する少なくとも１つの第２のヘッドを備え、少なくとも１つの第２のヘッドに面する少なくとも１つの貫通開口部を支持構造体に与える
ことを特徴とするプレート型熱交換器の製造装置。
【請求項８】
作用熱交換流体の入口及び出口を通して熱交換器外と流体連通をとる内部チャンバを規定するように、所望の空隙をあけた位置関係によって互いに連結された２つのプレートで形成された箱型、平行六面体、平坦な本体からなる熱交換器であって、平衡した収縮張力を有する溶接部を備えることを特徴とするプレート型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート型熱変換器の製造方法及び関連装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学反応器の分野及び多くの他の産業上の適用において、複数の熱交換器、特に、いわゆるプレート型熱交換器を含む熱交換器ユニットの使用が広く知られている。
そのようなプレート型熱交換器を製造するためには、所定の外辺部にそって並置された一対の金属プレートを互いに溶接することを必要であり、場合によっては、熱交換器に剛性を与えるために、外辺部の溶接に加えて、プレート自体の外辺部の内側に位置する領域、好ましくは金属プレートの平坦な表面に沿って規則正しく配置された領域において、金属プレートを互いに結合させるようなスポット溶接も行われる。
【０００３】
その後、作用熱交換流体を横断させることを目的として、金属プレート間で内部チャンバを規定する。
内部チャンバは、いわゆる膨張工程(swelling step)、つまり、この場合、加圧流体に対してシールを形成するために溶接されたプレート間に加圧流体を導入する工程によって形成される。一般に、約４０〜５０以下での膨張圧力では空気圧で操作し、より大きな圧力では水圧で操作する。
【０００４】
さらに、内部チャンバは、作用流体の入口及び出口を通して交換器外と流体連通している。そのような開口部は、金属プレートの全外辺部に沿って行われた外辺部の溶接を伴い、一般に、膨張工程後に形成される。
【０００５】
加圧流体は、おそらく適切に拡張され、かつ適当な通路が備え付けられた小さな開口部（上述した入口又は出口に変換することができる）を通して注入される。
さらに、通路は、一般に、作用熱交換流体が横断するための内部チャンバにおいて規定される。
一般に、そのような製造のために、充填剤を用いないでそれらを構成する金属の溶解によって、自生溶接法を行う、言い換えると、２つのプレート間の結合を得る自動溶接装置が用いられる。
【０００６】
従来技術における不変の教示によれば、溶接は、金属プレートの一方への直接的な熱の供給によって行われる。
広く採用されている装置は、レーザービーム源を収容するヘッドを備える。溶接は、上述したプレートの外表面に向けられたレーザービームによって行われる。この方法では、一対の金属プレートの領域は、一対の金属プレートの所定の接触領域において、それらが溶解するまで、伝導によって加熱される。
【０００７】
種々の観点から利点はあるが、概略的に上述したことによるプレート型熱交換器の製造方法は、欠陥があると認識されている。
主なものは、溶接操作中に、徐々に進行するプレートの変形及び／又はひずみに直面することであり、溶接物自体の冷却中、つまり、加熱した金属領域の冷却中に発生する収縮張力によって起こる。
【０００８】
そのような現象は常に存在するが、形成される熱交換器のサイズ（長さ及び／又は幅）がより大きくなり、溶接される並置プレート厚が厚ければなおさら明白である。化学反応器の内部のプレート型熱交換器では、例えば、相当のサイズ及び、一般に、レーザ溶接のための技術的限界にせまる厚みを必要とする。この場合、例えば、アンモニア合成のための反応器に対しては、刺激性のプロセス流体のため（窒化現象）厚膜（例えば、２〜２．５ｍｍ）を選択せざるを得ない。また、メタノール合成の反応器に対しては、プレート型熱交換器内部を循環する冷却流体の圧力がプロセス流体の圧力とは異なるために、プレート型熱交換器は、プレート型熱交換器自体の内外で高い圧力差に付される。
【０００９】
つまり、プレート型熱交換器の徐々に進行する変形及び／又はひずみは、長いプレートに対して、１００ｍｍオーダーの平面でのずれを招く。
そのような状況によって、不可能ではないとしても、反応器中に熱交換ユニットを構成する複数のプレート型熱交換器を組み立てることが非常に困難となり、いかなる場合においても、プレート型熱交換器の空隙の不均一を招き、プロセスレベルでの不利な結果（例えば、反応器のパフォーマンスの点で、反応器中に導入された触媒塊内部でのホットポイントの発生の点でなど）をもたらす。
【００１０】
これらの理由のために、それらを作業場で取り付ける前に、所定値以下に、プレート型熱交換器の平面性を確保する操作を行うことが必要となる。
一般に、熱交換器のプレート間に圧力流体を導入する工程の間に、溶接中に発生する張力を相殺するために、プレート型熱交換器にいくらかの締めつけを施す操作が行われる。そのような操作は、非常に複雑で、プレート型熱交換器の製造を間違いなく相当遅らせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の基礎を形成する技術的な問題は、簡便かつ効果的に、従来例でもたらされる欠陥を解消することができるプレート型熱交換器の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、一対の金属プレートを並置し、並置したプレートの少なくとも外辺部を互いに溶接し、作用熱交換流体を横断させるために、金属プレート間で内部チャンバを規定する工程を含むプレート型熱交換器の製造方法に関する。
【００１３】
また、本発明は、プレート型熱交換器のタイプを考慮して、上述した製造方法を実行するための装置ならびに上述した方法で得られた熱交換器に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は出願人によってなされた実験に基づいたものであり、上述したタイプのプレート型熱交換器について、並置されたプレートの溶接工程において、金属プレートのそれぞれに熱を直接供給することによって、従来技術において相変わらず教示される問題点を簡便かつ効果的に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明による熱交換器の製造方法の特性及び利点は、単に説明のためであって限定する意図はなく、添付の図面を引用することによって、実施形態の詳述から明確になるであろう。
【００１６】
本発明は、その最も一般的な観点から、いわゆるプレート型熱交換器の製造方法に関し、言い換えると、作用熱交換流体を横断させることを意図して内部チャンバを規定するために、適当な空隙を開けた位置関係で互いに連結された２つの並列の矩形プレートで形成された箱型、平行六面体、平坦な本体からなる熱交換器に関する。
【００１７】
上述したタイプの熱交換器は、化学反応器の熱交換ユニットの形成において有利な用途を有しており、それらは、例えば、アンモニア、メタノール、ホルムアルデヒド、スチレン等の合成反応において、予め計算された理論値前後の狭い範囲にその温度を制御するために、反応環境（一般に、触媒床）からの熱を除去する、あるいは反応環境へ熱を与えるというように、最適な発熱熱又は吸熱化学反応を完了させるために必要である。
【００１８】
図１において、本発明のプレート型熱交換器１０の全体を示す。
熱交換器１０は、箱型で、平行六面体で、平坦な本体１１からなる。
熱交換器１０は、２つの矩形の金属プレート（上板１２及び下板１４）からなり、好ましくは、両者は同じ厚みを有している。
【００１９】
本発明の製造方法では、一対の金属プレート１２及び１４を並置し、並置したプレート１２及び１４の少なくとも外辺部を互いに溶接し、作用熱交換流体を横断させるために、金属プレート１２及び１４間で内部チャンバ１６を規定する工程を含む。
【００２０】
個々のプレート１２、１４は、それぞれの隣に、２以上の小さなサイズのプレート（図示せず）を配置し、それらを連結する（例えば、溶接によって）ことによって得てもよい。
内部チャンバ１６の規定は、加圧流体に対するシールを形成するために互いのプレートを溶接し、加圧流体をそれらのプレート間に導入することによって得ることができる。
２つのプレート１２及び１４間の溶接は、プレート１２及び１４の少なくとも外辺部の一部に沿って行われた、外辺部の溶接部１７により実現される。
【００２１】
実際には、製造の最後に、内部チャンバ１６を規定するために、適当な間隔を離した位置関係で、２つのプレート１２及び１４を互いに外辺部で連結させる。
このチャンバ１６では、作用流体の入口１８と出口２０によって交換器の外部と流体連通している。
場合によっては、図２に例示したように、外辺部の溶接部１７と同様に、加圧流体の導入工程の前に、プレート１２及び１４自体の内側の領域に、金属プレート１２及び１４を互いに連結するスポット溶接２２を行ってもよい。その領域は、金属プレート１２及び１４の平面の表面にそって規則的に配置させることが好ましい。
【００２２】
本発明によれば、溶接工程は、金属プレート１２及び１４のそれぞれに熱を直接供給することによって行う。直接的な熱の供給は、並置した金属プレート１２及び１４の少なくとも一方に直面する少なくとも１つの熱源によって行う。
【００２３】
図２においては、金属プレートのそれぞれに直面する２つの熱源１４０、１５０を用いている。
上述した方法を行うための装置１１０の一部を図２に示す。この装置１１０は、一対の並置した金属プレート１２及び１４用に実質的に平坦な支持構造物と（本来公知であるため、図示せず）、これは好ましくは水平に配置されており、熱源（レーザービーム源等）を収容するヘッド１４０の下で一対の金属プレート１２及び１４を動かすための可動手段（これも本来公知であるため、図示せず）とを含み、これらは、所定の位置に配置されている。その可動手段は、例えば、プレート１２及び１４用のシーミング・クランプを含み、これらのクランプはガイド上を移動することができる。
【００２４】
あるいは、熱源を収容する複数のヘッド１４０を用いてもよい。
本発明によれば、そのような装置は、さらに、支持構造体の下に、他の金属プレートに面し、所定の位置に配置され、レーザービーム源のような熱源を収容する第２のヘッド１５０を含み、支持構造物に第２のヘッド１５０に面する貫通開口部を与える。あるいは、複数の第２のヘッド１５０を用いてもよく、それらは１以上の貫通開口部に面している。
【００２５】
本発明の装置の操作を以下に詳述する。
一対の金属プレート１２及び１４を、装置の支持構造物上に、一方が他方に対して並置するように載置する。
可動手段によって、一対のプレート１２及び１４を支持構造物上で可動させ、ヘッド１４０が装備された源によって照射されたレーザービームが、上板１２に達し、プレート１２及び１４の外辺部に沿って外辺部溶接部１７、あるいはスポット溶接部２２を形成する。
【００２６】
本発明によれば、可動手段によって、一対のプレート１２及び１４が支持構造物上を可動し、それによって、第２のヘッド１５０により照射されるレーザービームが、支持構造物の貫通開口部を横断して下板１４に達し、プレート１２及び１４の外辺部に沿って外辺部溶接部１７、あるいはスポット溶接部２２を形成する。
【００２７】
より詳細かつ好ましくは、図３に示すように、ヘッド１４０及び第２のヘッド１５０からそれぞれ到達する２つのレーザービームが、互いに対向する熱交換器１０の領域に達し、その結果、熱が溶接されるべき２箇所において実質的に同等に供給される（同様に、ヘッド１４０が複数ある場合、複数の第２のヘッド１５０もそれらに対向して配置する）。
【００２８】
それにより、製造された熱交換器１０の最適な平面性が得られる。特に、図３では、本発明の溶接部は、対称な溶接ビーズ１７０を有する。その溶接ビーズ１７０は、溶接中に、溶融温度に達した金属材料の領域を意味する。
【００２９】
あるいは、図４に示すように、外辺部溶接部１７、あるいはスポット溶接部２２は、それぞれヘッド１４０及び１５０を交互に用いることによって、それぞれ得られる。それにより、意外にも、溶接ひずみが補償され、所望の値の範囲内に維持されるべき熱交換器１０の平面性が可能となる。特に、図４は、本発明の溶接が、交互に逆転した溶接ビーズ１７０として得られていることを示す。
【００３０】
基本的に、外辺部溶接部１７は、ヘッド１４０及び第２のヘッド１５０によってそれぞれ形成される溶接部位を結合することによって形成され、ヘッド１４０によって形成された溶接部位は、第２のヘッド１５０によって形成されたものに対して隣接している。言い換えると、ヘッド１４０によって形成された部位と、第２のヘッド１５０によって形成された部位とが交互に配列する。外辺部溶接部が連続的であることが好ましく、よって加圧流体に対するシールを形成することができる。つまり、溶接部位の末端の溶接部は、連続的な溶接部の各末端とオーバーラップする。
【００３１】
同様に、スポット溶接部２２に関しても、ヘッド１４０によって形成される溶接部は、第２のヘッド１５０によって形成されるスポット溶接部２２と交互に配置してもよい。
本発明においては、用語「交互」は、広義の意味である。つまり、例えば、スポット溶接が列の場合、ヘッド側から形成された１つの溶接部と、第２のヘッド側から形成された１つの溶接部とが互いに追随するか、あるいは、ヘッド側から形成された２つの溶接部と、第２のヘッド側から形成された２つの溶接部とが互いに追随するなどである。
【００３２】
基本的に、上述した方法によって得られたプレート型熱交換器は、対称な溶接ビーズ（図３）及び交互の溶接ビーズ（図４）の双方の場合において、平衡した収縮張力を有する溶接部を有することができる。
上述した装置１１０は、支持構造対に対して所定の位置に存在する溶接用のヘッド１４０及び１５０と、支持構造体上で一対の金属プレート１２及び１４を動かす（つまり一般に前進させる）可動手段とを提供する。
【００３３】
あるいは、溶接用ヘッド１４０及び１５０に可動手段を備えていてもよい。よって、一対の金属プレート１２及び１４が支持構造体上の所定の位置に配置され、溶接用ヘッド１４０及び１５０を、支持構造体に対して移動させる。
【００３４】
本発明のプレート型熱交換器の製造方法は、技術的な問題を解決し、種々の利点を達成することは以上の説明から明らかであり、その一つは、厚膜及び／又は大きな長さ及び／又は幅の熱交換器においても、特有の平面性を有する交換器が得られるという事実に帰するものである。
【００３５】
他の利点は、得られた熱交換器は、例えば、化学反応器内に容易に搭載することができることである。
さらなる利点は、得られた熱交換器は、それらの最適な平面性を誘導するプレート型熱交換器間の空隙における均一性のために、反応器の最適なパフォーマンスを確保し、熱交換効率に対して大きく貢献する。
【００３６】
さらに、本発明の溶接で生じる張力が良好に平衡するために、構造的に、特に丈夫である熱交換器を得ることができる。
上述したプレート型熱交換器の製造方法に対して、当業者は種々の改変及び変形を行うことができ、特別な及び付随する条件を満足するために、それらの全ては、特許請求の範囲に規定したように、本発明の保護範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の方法で得られるプレート型熱交換器の透視破断図である。
【図２】本発明の方法における溶接工程に付された一対の金属プレートの透視図である。
【図３】本発明の実施形態１における図２の一対の金属プレートの一部の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態２における一対の金属プレートの一部の拡大断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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