(57)【要約】【課題】  高温処理に適した熱交換器及びその使用の提供。【解決手段】  熱交換器は、複数のプレート（７、９、１１、１３）を有し、それぞれは互いの反対側に第１（１５、１９）及び第２（１７、２１）伝熱面を有している。プレートは、隣り合うプレートの互いに面する伝熱面間に間隙をあけて積み重ねられて配置されている。積み重ねの間隙に交互にそれぞれ第１流体の第１流路（５１、５２）及び第２流体の第２流路（５７、５９）を形成している。プレートは、複数のグループに配置され、それぞれは少なくとも２つのプレートを有している。ピン手段は、複数のピン（２３）グループの形状で形成されている。各ピングループのピンは、それぞれのプレートグループのプレートを橋渡しするように配置されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが互いの反対の側に第１伝熱面及び第２伝熱面を有するプレートを複数有し、隣りあうプレートの互いに面する伝熱面間に間隙をあけてプレートは積み重ねて配置され、積み重ねの間隙に交互にそれぞれ第１流体のための第１流路及び第２流体のための第２流路が形成され、前記プレートは複数のプレートグループに配置され、それぞれのグループは少なくとも２つのプレートを有し、ピン手段は複数のピングループを備え、各ピングループのピンは各プレートグループのプレートを橋渡しするように配置されている熱交換器。
【請求項２】
ピン手段は、少なくとも１つのプレートグループの最も外側の伝熱面から延びる外側のピンを更に有し、前記外側のピンはそれぞれ固定されていない端部で終わっていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
１つのグループの最も外側の伝熱面から延びる外側のピンの固定されていない端部と、隣りあうグループの最も外側の伝熱面から延びる外側のピンの固定されていない端部との間に間隙があるように、プレートグループは配置されていることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
少なくとも１つのグループの少なくとも１つのプレートの第１伝熱面から延びるピンは、該プレートの第２伝熱面から延びるピンと直線的に並んでいることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
少なくとも１つのグループの少なくとも１つのプレートの第１伝熱面から延びるピンは、該プレートの第２伝熱面から延びるピンとずれて位置することを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
請求項３に従属するとき、互いに面する固定されていない端部を有するピンは、実質的に直線的に並んでいることを特徴とする請求項４または請求項５記載の熱交換器。
【請求項７】
請求項３に従属するとき、互いに面する固定されていない端部を有するピンは、実質的にずれて位置していることを特徴とする請求項４から請求項６いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
少なくともピンのいくつかは各プレートに一体化形成されていることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
少なくともいくつかのピンは１つまたはそれ以上のプレートに設けられた各穴の中を又は穴を通って延び、それらの穴への入口の一地点（２つ以上の地点）で１つのプレート（２つ以上のプレート）と結合することを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
各プレートグループは偶数枚のプレートからなることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
各プレートグループは、２つのプレートからなることを特徴とする前述の請求項いずれかに記載の熱交換器。
【請求項１２】
第１流路はそこから第１流体を受けるための第１流体源に接続し、第２流路はそこから第２流体を受けるための第２流体源に接続していることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
第１流体源の圧力は、第２流体源の圧力の１００％から２００％であることを特徴とする請求項１２記載の熱交換器。
【請求項１４】
ピン手段は、実質的に一定の間隔をおいた列に一直線に並べられ、第１及び第２の列は、それぞれ第１及び第２の流路で、実質的に同じ向きの流れになる、または実質的に逆の向きの流れになるように導かれることを特徴とする前述の請求項いずれかに一項に記載の熱交換器。
【請求項１５】
列は、第１及び第２の流体の流れの方向に実質的に垂直であることを特徴とする請求項１４記載の熱交換器。
【請求項１６】
列は、第１及び第２の流体の流れの方向に対して４５°から８５°の角度の関係にあることを特徴とする請求項１４記載の熱交換器。
【請求項１７】
交互の列におけるピンはそれぞれお互いに千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１４から請求項１６いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１８】
ピン手段は、断面が実質的に円形のピンを少なくともいくつか有していることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１９】
ピンの中心間の平均距離とピンの直径の平均との比が１．２５〜４．０であることを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２０】
ピン手段は、空気力学的な流れ及び／又は熱伝達を高めるための少なくとも１つの外観特徴を備える少なくともいくつかのピンを有することを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２１】
交換器の中央領域における第１流路を規定するプレート間の間隙の平均値と同じ領域における第２流路を規定するプレート間の間隙の平均値との比が１：１０から１００：１、好ましくは１：１０から１０：１であることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２２】
第１及び第２の流体の少なくとも１つの流れの方向におおよそまたは実質的に直交する方向で横切ったプレートの幅が、第１流体及び／又は第２流体の流入に近づく各領域で次第に狭くなっていくことを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２３】
第１及び第２の流体の１つの流入及び／又は流出は、プレートの積み重ねを通って各チューブ手段へ導かれ、各第１流路及び／又は第２流路の中への少なくとも１つの開口部を備えることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２４】
第１及び第２流体の他の流入及び／又は流出は、各チューブ手段を少なくとも部分的に囲うそれぞれのマニホルド壁の内部に導かれることを特徴とする請求項２３記載の熱交換器。
【請求項２５】
プレートは実質的に平らであることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２６】
プレートは少なくとも部分的に曲がっていることを特徴とする請求項１から請求項２４いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２７】
積み重ねは実質的に立方体であることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２８】
プレートは放射状、好ましくは螺旋状の形状に配置されていることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換機器。
【請求項２９】
複数の積み重ねられた、互いに距離をおいてあけられたプレートの対を有し、各対のプレートそれぞれは互いに面する内部表面を有し、内部表面はプレート間に第１流体の第１流路を規定し、各対のプレートはそれぞれ前記各内部表面と反対の外側に面する表面を有し、１つの対におけるプレートの外部に面する表面は、隣りあう対のプレートの外側に面する表面と、それらの間に第２流体の第２流路を規定するために、距離をあけて面し、対におけるプレートは複数のピンによって第１流路を横切って橋渡しされている熱交換器。
【請求項３０】
第２流路の中へ外部表面を越えて延在する複数のピンを更に有する請求項２９記載の熱交換器。
【請求項３１】
ピン手段は少なくとも１つのプレート対の最も外側の伝熱面から延在する外側のピンもまた有し、前記更なるピンはそれぞれ固定されていない端部で終わっていることを特徴とする請求項３０記載の熱交換器。
【請求項３２】
１つの対の最も外側の伝熱面から延びる外側のピンの固定されていない端部と隣りあう対の最も外側の伝熱面から延びる外側のピンの固定されていない端部との間に間隙をおくように、前記プレート対は配置されていることを特徴とする請求項３１記載の熱交換器。
【請求項３３】
少なくとも１つの対における少なくとも１つのプレートの第１伝熱面から延びるピンは、該プレートの第２伝熱面から延びるピンと直線的に並んでいることを特徴とする請求項２９から請求項３２いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項３４】
少なくとも１つの対における少なくとも１つのプレートの第１伝熱面から延びるピンは、該プレートの第２伝熱面から延びるピンとずれていることを特徴とする請求項２９から請求項３２いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項３５】
請求項３２に従属するとき、前記ピンは、互いに面する固定されていない端部が実質的に直線的に並んでいることを特徴とする請求項３３または請求項３４記載の熱交換器。
【請求項３６】
請求項３２に従属するとき、ピンは、互いに面する固定されていない端部が実質的にずれていることを特徴とする請求項３３から請求項３５いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項３７】
動力製造プラントと前述の請求項いずれかに一項に記載の熱交換器を具備する動力製造装置。
【請求項３８】
熱交換器は、圧縮後の流体を暖めるために、動力製造プラントからの排気流体から熱を奪回するように配置されていることを特徴とする請求項３７記載の動力製造装置。
【請求項３９】
動力プラントを出る排気ガスが圧縮後のプラントからの空気を暖めるように配置されている請求項３８記載の動力製造装置。
【請求項４０】
動力製造プラントはガスタービンを含むことを特徴とする請求項３５から請求項３９いずれか一項に記載の動力製造装置。
【請求項４１】
熱交換器はレシプロエンジン動力製造機のターボチャージャー又はスーパーチャージャーに適用されることを特徴とする請求項３７記載の動力製造装置。
【請求項４２】
熱交換器は、空気がレシプロ動力製造機に入る前に、空気を冷やすために使われることを特徴とする請求項３７記載の動力製造装置。
【請求項４３】
熱交換器は、ターボチャージャーまたはスーパーチャージャーでの空気の圧縮後に、空気を冷やすために使われることを特徴とする請求項４２記載の動力製造装置。
【請求項４４】
熱交換器は分割され、分割部分は動力プラントの軸の周りに配置されていることを特徴とする請求項３５から請求項４３いずれか一項に記載の動力製造装置。
【請求項４５】
熱交換器は円柱形であり、動力プラントの軸は円柱の中心を軸方向に通っていることを特徴とする請求項３５から請求項４３いずれか一項に記載の動力製造装置。
【請求項４６】
動力製造プラントは燃料電池を含むことを特徴とする請求項３５記載の動力製造装置。
【請求項４７】
１つ又はそれ以上の半製品を用意する工程と、前記１つの半製品又はそれ以上の半製品からプレートとピン手段を一体化形成する工程とを有する請求項１、８、２９から３６いずれか一項に記載の熱交換器又は請求項８に従属する限りの他の請求項記載の熱交換器の製造方法。
【請求項４８】
複数のプレートを用意する工程と、前記プレートに穴を開ける工程と、前記穴の中へ又は穴を通って各々のピン手段を挿入する工程と、穴の中へ又は通る入口の少なくとも一地点でピン手段を接着する工程とを有する請求項１、９、２９から３６いずれか一項に記載の熱交換器又は請求項９に従属する限りの他の請求項記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び様々な産業利用におけるその使用に関する。さまざま上記の利用について以下に詳細に説明するが、ガスタービン配置への使用が好ましい種類の実施形態となる。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、電力生成の供給及び輸送利用にも度々用いられる。これ及び他への利用において、十分良く作動し、かつ適切な大きさ、価格及び性能でもある、適切な熱交換器（復熱装置）を供給するのには問題があった。
【０００３】
ガス−ガス熱交換器において、プレートフィン又はプレートチューブ配列が、通常望ましい。従来のプレートチューブ熱交換器は、平行に積み重ねられたプレートを通り抜けて延びるチューブの全長を１つの流体が流れるような構成を備えている。第２流体はプレート間の間隙の間を流れている。
【０００４】
ＵＳ−Ａ−５８４５３９９では、炭素繊維複合材熱交換器が開示されており、そこでは炭素繊維フィラメントは、平行な薄板状の炭素繊維プレートの平面を通って走っており、プレート間に第１及び第２流体の流路が交互に規定されている。
【０００５】
ＧＢ−Ａ−２１２２７３８の記述によれば、腐食耐性熱交換器は、プラスチックのような腐食耐性物質でできた分割壁プレートによって分離された流路を備えており、流れはセラミックスでできた伝熱フィンを通りぬける。
【０００６】
別個の流路を分離するぎざぎざのあるプレートを有する他の熱交換器は、ＵＳ−Ａ−４  ７７１８２６に記載されている。
【０００７】
ＥＰ−Ａ−７１４５００は、熱伝導ワイヤーに直交して延びる平面上に配置されたナイロンスペーサワイヤーにより拘束された充填材領域によって規定される路分割層を通り抜ける熱伝導ワイヤーを有する熱交換器に関する。
【０００８】
ＤＥ−Ａ−１００２５４８６は、平たく押しつぶされた細長いチューブが皿状の構造を示し、「プレート」間の間隙に交互にそれぞれの流体の流路が規定され、全ての構造がそれらを通り抜けるピンまたは棒を有している熱交換器を開示している。
【０００９】
ＵＳ−Ａ−６３０５０７９には、セル状の構造を伴った熱交換器が記述されている。それぞれの「セル」は一対のプレートを有し、プレートの上には熱伝導領域を増やすためにフィンのような構造物が接着されている。各セルのプレート間の間隙は、フィンのような構造物によって橋渡しされている。比較的暖かい流れと比較的冷たい流れは、プレート間に交互に導かれる。セルは、その端部がふいご又はコンサーティーナ状の外形の中に形作られ接着されていることによって、どちらかの端部で支えられている。セルは、その端部が蛇腹又はコンサーティーナのような外形の中に作られ接着されることによって、どちらかの端部で支えられている。
【００１０】
ＵＳ−Ａ−２８１２６１８では、プレートとピンの配置が開示されており、断面が円形でないピンは、プレートからプレートへの断面方向に１つおきに配置され、熱交換器を通りぬけている。ピンはお互いに全て同軸とならないよう異なる方向となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
プレートとピンのデザイン及びセル状のデザインは、今のところ、ちょうどガスタービン性能の回復の恩恵が大きい高温（通常６５０℃より高く）下での長引く操作に良く耐えることができないため、ひどく限られている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
広い態様では、本発明の熱交換器は、２つの流体が、プレートと１つ又はそれ以上のプレートを通って延びるピン手段との間の間隙に交互に流れるように、配置されている。この構造形状は、構造上の支えを可能にし、明らかに熱伝導の一助となる。プレートは、ピンによって結合された複数のプレートを有するセルそれぞれの中に、できることなら配置される。様々な実施形態に係る熱交換器の構造は、高温及び高圧下での処理の可能性もまた高め、そして／又は、他の利益を与える。
【００１３】
本発明の第１態様によれば、熱交換器は複数のプレートを有し、各プレートは互いに反対の側にある第１及び第２の伝熱面を有し、前記プレートは隣りあうプレートの互いに面する伝熱面間に間隙を持って積み重ねられて配置され、積み重ねの間隙に交互にそれぞれ第１流体の第１流路と第２流体の第２流路を形成し、プレートは複数のグループで配置され、それぞれのグループは少なくとも２つのプレートを有し、ピン手段は複数のピングループを備えてもよく、各ピングループのピンは各プレートグループのプレートの橋渡しをするように配置されている。
【００１４】
本発明の第２態様によれば、熱交換器は、複数の積み重ねられた、一定の間隙をおいて配置されたプレート対を有し、各対のプレートはそれらの間に第１流体の第１流路を規定するそれぞれ互いに向き合う内側の面を有し、各対のプレートはそれぞれ前記各内側の表面と反対の外側に向かう表面を有し、１つの対のプレートの外側に向かう表面は、隣り合う対のプレートの外側に向かう表面と、それらの間に第２流体の第２流路を規定するために、間隙をあけて面しており、対のプレートは複数のピンによって第１流路を横切って橋渡しされている。
【００１５】
本発明の第３態様によれば、熱交換器は、それぞれ互いに反対の側にある第１及び第２の伝熱面を有する複数のプレートを有し、前記プレートは隣りあうプレートの互いに面する伝熱面間に間隙を持って積み重ねられて配置され、積み重ねの間隙に交互にそれぞれ第１流体の第１流路と第２流体の第２流路を形成し、前記プレートの積み重ねは複数グループ配列され、このピングループは各プレートグループを接合し、各プレートグループを通って延びる複数のピングループを有している。
【００１６】
本発明の第４態様によれば、熱交換器は複数の積み重ねられた一定の間隙をおいて配置された対のプレートを有し、各対のプレートはそれらの間に第１流体の第１流路を規定するそれぞれ互いに向き合う内側の面を有し、各対のプレートはそれぞれ前記各内側の面と反対の外側に向かう表面を有し、１つの対のプレートの外側に向かう表面は、隣り合う対のプレートの外側に向かう表面と、それらの間に第２流体のための第２流路を規定するように間隙をあけて面し、対のプレートは第２流路の中へ外側表面を貫き通り越して延びる複数のピンによって第１流路を横切って橋渡しされている。
【００１７】
第５態様では、本発明の熱交換器は、それぞれ逆の側にある第１及び第２の伝熱面を有する複数のプレートを有し、前記プレートは隣り合うプレートの互いに向き合う伝熱面間に、間隙を持って積み重ねて配置され、積み重ねの間隙に交互にそれぞれ第１流体の第１流路と第２流体の第２流路を形成し、ピン手段は積み重ねにおける少なくとも１つのプレートを貫いて延びている。
【００１８】
第６態様では、本発明の熱交換器は、複数の積み重ねられた一定の間隙をおいて配置された対のプレートを有し、各対のプレートはそれらの間に第１流体の第１流路を規定するそれぞれ互いに向き合う内側の面を有し、各対のプレートはそれぞれ前記各内側の面と逆の各外側に向かう表面を有し、１つの対のプレートの外側に向かう表面は、隣り合う対のプレートの外側に向かう表面と、それらの間に第２流路のための第２流路を規定するように、間隙をあけて面し、対のプレートは第２流路の中へ外側表面を貫き通り越して延びる複数のピンによって第１流路を横切って橋渡しされている。
【００１９】
積み重ねの交互のプレートセットの間それぞれで、第１及び第２流体の流れ方向は、互いに同じ方向になることもあるし、又は好ましくは反対の流れ、又はちょうど直交又は他の相互の（mutual）角度になることもある。ここで使われている「流体」という言葉は、液体と気体の両方を包含し、第１及び第２流体は互いに無関係で、どちらであってもよい。
【００２０】
実質的に熱交換器の全てのプレートが本発明のいくつかの態様に限定されるような形状（例えばピン手段に関して）を有することが好ましいが、任意に、熱交換器は、この限定にぴったりでないプレートを有してもよく、そして／又は他の構造、特に他の熱交換器構造を有していてもよい
【００２１】
プレートを橋渡しするピンの使用によって、より厚いものの使用、強健さを加えるような方法で製造された高温材料の使用を可能にし、現時の復熱装置に欠けている信頼性を与える伝熱面の配置が可能となる。必要以上の材料を使用することによる不利は、プレートを横切るだけでなくピンをも通って生じる高められた熱伝達によって軽減される。この形状では、熱交換器は高温維持下での作動が可能となる。
【００２２】
本発明に係る熱交換機器は、好ましくは、ピンによって結合された、少なくとも２つ、例えば１０またはそれ以上の、プレートグループを有している。プレートの構材の数全体には、応用次第ではあるが、上限がなく、これは１００、または１０００、例えば１００００に増やすこともできる。しかし、ユニットは６０から６００のプレートを有するのが典型的である。プレートグループの全数にもまた上限がない。
【００２３】
どの１つのグループの中にでも、ピン手段は、少なくとも１つのプレート（しかし、好ましくはそのグループの全てのプレート）の一方の伝熱面から延びるピンを有し、そのピンはそのプレートの他方の伝熱面から延びるピンに実質的に直線的に位置している。あるいは、一方の伝熱面から延びるピンは、他方の伝熱面から延びるピンに対して、放射状に千鳥状に（例えば、ずれて）配置されている。後者の配置は、以下により詳細に説明するように熱交換器の製造上、都合がよい場合もある。
【００２４】
ピン手段もまた少なくとも１つのプレートグループの最も外側の伝熱面から延びる外側のピンを有することが有利であり、該更に遠いピンは固定されていない端部で終わっている。好ましくは、間隙は、あるグループからのピンの端部と隣りあうグループからのピンの端部との間に設けられている。好ましくは、プレート間の間隙間に交互に流れる各々の流体は、そのようなピン部分の端部が位置するそれらの間隙で、連続して延びるピン構材が通るプレート間の１つおきの間隙ででよりも、流体の圧力が低くなるようになっている。
【００２５】
それぞれのプレートグループは、２つのプレートを有していてもよく、２つのプレートよりも多いグループが個々のピン構材によって取り付けられていてもよく、好ましくは４，６、８それ以上というような偶数枚のプレートのセットがよい。更に、結合されたプレートのそのような１つのグループにおけるピンの端部と隣り合うグループを貫いて延びるピンの端部との間に間隙をあけて配置されることが望ましい。ピンが列間で放射状にずれるまたは千鳥状になっているとき、最も好ましくは、間隙によって規定された互いに面する端部を有するピンはそれにも係らず互いに実質的に直線的に並んでいる。しかし、互いに面する端部を伴う少なくともいくつかのピンはずれている（千鳥状になっている）。
【００２６】
ピン端部間のそのような間隙の大きさは、プレート間の間隙の大きさの好ましくは１％から５０％、更に好ましくは２％から２０％であり、プレートを貫いてそれらのピン部分は各端部で終わるように延びている。
【００２７】
好ましくはピンは硬いが、空洞またはハチの巣状の構造もまた可能である。また好ましくは断面においてピンは円柱状であるが、楕円形、多角形、または翼形状のような他の断面形状であってもよく、発明は特有の構造に限定されない。更に、全てのピンが同じ断面形状を有し、そして／または同じ断面径である必要は少しもない。例えば、ピンの径は局部的に技術的及び生産的な制約に応じて異ならせてもよく、または、ピン配置が、１つの列中に小さい径のピンと大きい径のピンとが交互となるようにすることもできる。また、ピンが軸にそって完全に円柱状である必要も本当にない。ピン断面はその軸に沿って大きさ及び形状が異なっても良く、例えばテーパ状であったり、また端部は円形であるが中央部が翼状であったりしてもよい。ある可能なテーパ形状は、端部でより広く、中央部に向かって狭くなるようなテーパとなっている。
【００２８】
ピンのまわりの空気力学的な流れ及び／又は熱伝達容量を高めるために、ピンのいくつか又は全てが、突起又は肋骨状のもの（例えば円形又はらせん状の肋骨状のもの）のようにふぞろいであってもよいし、またはさもなければ、ざらざらにする、例えばアルミニウム蒸着処理またはブラスティングのようなもので適切なコーティングをすることによって、表面領域を増大させてもよい。
【００２９】
上から見たときに、ピンは、好ましくは流体の流れに垂直な列方向に配置されるが、１列おきのピンは好ましくは対応する隣の列のピンに対して互いに千鳥状に配置され、ピンの端部は、一辺が実質的に流れ方向に垂直な三角形（例えば実質的に正三角形）の頂点に位置するように見える。流れに垂直（または限りなく垂直に近い）な辺のピッチの、ピンの軸のピッチに対する割合は、異なっても良く、例えば０．４〜４、更に好ましくは１〜１．２であり、好ましくは流れに実質的に垂直な一辺を伴う好ましくは実質的に等辺の配置で配置されるピンに相当する。しかし、他の形状もまた可能であり、それによってこの名目上の三角形の「辺」は流れの方向に適切な斜角に位置する。
【００３０】
円柱状のピンの場合、好ましくは、中央断面の径が０．１ｍｍから１０ｍｍ、更に好ましくは０．５ｍｍから３ｍｍである。中央プレート厚みは好ましくは０．１ｍｍから３ｍｍである。
【００３１】
ある１つのグループにおける隣り合うプレート間の間隙は、プレート領域にわたって、好ましくは１つのプレート間間隙から隣のプレート間間隙もまた、好ましくは実質的に一定である。しかし、これらの間隙は場合によって異なってもよい。好ましくは、グループにおけるプレート間の間隙もまた実質的に、１つ又はそれ以上、好ましくは全ての他のグループと同じである。プレートの異なる対間の間隙は同じである必要はない。ピン端部を含む隣り合うプレート間の間隙は、好ましくは平均断面径の０．１〜１００倍であり、好ましくは、１〜１０倍である。個々のピン又はピン構材によって完全に橋渡しされたプレート間の間隙は、好ましくは平均断面径の０．１〜１００倍、更に好ましくは１〜１０倍である。
【００３２】
プレートは好ましくは実質的に平らであるが、主要表面の部分又は実質的に全てにわたって湾曲していても良い。プレートは、放射状の形に配置されていてもまた良い。その場合、好ましくは、隣り合うプレート間の間隙が実質的に一定に保たれるように螺旋状の形で湾曲していても良い。流れは、２つの流体としてはそれぞれ放射状及び／又は軸上にあってもよい。
【００３３】
好ましくは、交換器の中央領域にある第１流体の路を規定するプレート間の平均間隙の、同じ領域にある第２流体の路を規定するプレート間の平均間隙に対する比は、１：１００から１００：１、好ましくは１：１０から１０：１である。
【００３４】
一般的にいって、比較的暖かく比較的冷たい流体の流出入は、それぞれの主なダクト手段を通って行われる。各々の伝達構材は、これらが熱交換器のボディ内にある第１又は第２流路の関連がある端部と通じるように設けられている。ある種の形態、すなわち後述する例では、熱交換器の一方または他方または両方における端部、しかし好ましくは少なくとも比較的低圧の流体の流出が生じるところの端部で、熱交換器の主なボディにおける流れの方向に通常平行なプレートのエッジが内部へ次第に細くなっていく（例えばプレートの幅が減少していく。この幅とは、以下の記述に示すｚ軸に沿った熱交換器の高さに対応する。）。より低圧の流体の流出がヘッダーチューブを囲むマニホルド及びそれに関連した供給装置で捕獲される間に、より高圧の気体はヘッダーチューブを通って供給される。
【００３５】
プレートの最も好ましい断面形状は、大体または実質的に長方形である。しかし、他の形状であってもよい。けれども、好ましくは、プレートの全て又はほとんどは実質的に同じ形である。好ましくは、それらは厚みが実質的に均一である。
【００３６】
上述したように、１つの好ましい種の実施形態では、少なくとも第１及び第２流体の少なくとも１つの方向に対しておよそ又は実質的に直交方向で横切るプレートの幅が、第１及び／又は第２流体の流入に近い各々の領域で、次第に細くなっていく。
【００３７】
好ましくはその上、第１及び第２流体のうちの１つの流入及び／又は流出は、積み重ねられたプレートを通り抜け、各第１流路及び／又は第２流路への開口が少なくとも１つ設けられている各々のチューブ手段を通って導かれる。この種の配置において、好ましくはその上、前記他の第１及び第２流体の流入及び／又は流出は、各々のチューブ手段を少なくとも部分的に取り囲む各々のマニホルド壁の中に導かれる。
【００３８】
任意にヘッダーチューブの径が異なって、実質的に同じ配置は、熱交換器の両端部で好ましい。装置の両端部での供給装置の配置が、ヘッダーチューブ１つより多く有することもまた可能であり、実に、一端部が他端部とそのようなチューブの数が異なることもまた可能である。
【００３９】
モジュール方式の配置の熱交換器を製造することは都合が良く、熱交換器はモジュール又はユニットの形状で製造され、それぞれがプレートの総数の一部を有し、２つの流体の流れを各モジュールの中及び外へ導くための適当なダクト装置を伴っている。これによって、特有の利用要求に応じて熱交換器全体のサイズ設計に対応できる。メンテナンスの観点からもまた有利である。そのようなモジュール配置は単純にモジュールが積み重ねられたケーシングを有していても良い。ガスタービンの場合、そのようなモジュールは、タービン軸に対して円周上に配置されてもよい。
【００４０】
本明細書では、相反するものを特に指し示さない限り、以下の記述を用いる。正方形又は長方形のブロックの場合、流れ方向におけるプレート間の間隙に沿った次元は、全長又はｘ軸と称す。伝熱面に垂直なプレートの断面の端から端までの次元は、幅又はｙ軸と称す。プレート間の間隙の端から端までの次元（そして最も好ましい形態における流体の流れ方向に通常垂直）は、高さ又はｚ軸と称する。便宜上、where  appropriate、長さ、幅及び高さの概念は、総熱交換器マトリックスだけでなく、個々の路構材にも適用される。
【００４１】
円柱状の配置の場合、もし路構材の水平方向の広がりが円柱の対称軸に平行に走っている場合、次元はｚ軸、半径方向、ｒ軸及び角度位置θである。
【００４２】
最も広い見解では、プレート及び／又はピンはそれぞれ金属、セラミックス又は混合材料から形成されていてもよい。更に具体的に言えば、プレート及び／又はピンは、高温合金、例えば一般にタービンブレードの製造に用いられるタイプから製造されても良い。その代わりに、高温セラミックスが使われてもよい。加える圧力及び温度をより小さくするために、プレートとピンは高温スチールから製造されてもよい。ピンは、プレートと同じ材料から製造されてもよい。しかし、個々のピンは、他のピン材料と異なるピン材料で形成されてもよく、流体の流れ方向に沿って段々に、例えば一端がニッケル合金、他端がステンレススチールというように形成されていてもよい。これは、比較的高価な材料が動作中に最もストレスの多い状態にさらされるピンにだけ使われる必要がある場合に、価格面で有利である。ピンの材料は、段々に次第に変化した合成物であってもよいし、又は異なる合成物の別々のグループを有してもよい。
【００４３】
課題において材料によって製造方法は、金属の薄板製造又は押し出し成形、溶接（例えばレーザ溶接）フォトケミエッチング、鋳造又は拡散接合によるスーパープラスチックであってもよい。後者は、中間の又は高い温度での意図された使用に適切である。あるいは、ピン及びプレートの配置は、セラミックス構造を作るため適切なやり方で作られた基板の上へ、焼結を用いて製造される。カーボンファイバ合成物のような合成物からなる構造もまた可能である。溶接のような技術によって、ピン手段は、プレートを、そこに形成された穴を貫いて物理的に突き出ることによって、貫いて延びていてもよい。フォトケミエッチングのような技術によって、ピンは１つのプレート又は複数のプレートと一体化して作られてもよい。１つまたは他のそのような構造に向上を与える技術は、当業者によく知られている。本発明によれば、熱交換器がそれぞれ両方の形態でピン手段を有することもまた可能である。
【００４４】
ピン手段のピンはまた、ピンがプレートの一表面から延びるだけで、しかしプレートの伝熱面に少なくとも一端が溶接又は蝋付けされているという意味でプレートと"一体化"して、作られていても良い。その技術の変形では、各ピンの一端は十分に表面の鉱滓が取り除かれた各プレートの各穴に挿入され、それからプレートに溶接又は蝋付けされてもよい。これらの技術では、溶接又は蝋付けを一方又は両方の表面に適用することができる。
【００４５】
それだから、例えば、プレートへのピンの接合及び１つの流体の他の流体からの密閉は、レーザ溶接手段によって成し遂げられる。あるいは、上述したようなコーティング（例えばアルミ蒸着）もまた、ピンとプレートとの結合及び２つの流体の互いの密閉に用いられても良い。
【００４６】
本発明の第７態様によれば、本発明による熱交換器の製造方法は、１つ又はそれ以上の半製品を用意する工程と、前記１つの半製品又は複数の半製品からプレートとピン手段を一体化形成する工程とを有する。
【００４７】
プレートの反対表面から延びる放射状に千鳥状に配置されたそれぞれのピンの場合、これは特に溶接又は蝋付けによる"一体化"したピン構造に適する。蝋付けは、通常、隣り合うプレートによって近づきにくくされていない、さらされたプレート表面にだけ可能である。ピンは、第１プレートの一方又は両方の表面に溶接されることができ、そしてそのようなプレートに隣り合う第２プレートは、第１プレートのピンの固定されていない端部に対して配置され、そして、例えば逆の側から溶接されることができる。ピンは、他方の側と比較して、プレートの一方の側と直線的に配置されていないため、逆の側は溶接されることができる。遠い側で鉱滓が取り除かれるようにピンの一端がプレートの穴の中に挿入されている場合、蝋付けの代わりの技術が可能である。この技術の変形では、プレートが一緒に持ってこられるとき、ピンのいくつか（例えば半分）は１つのプレート及び他のプレートのいくつかに予め結合されていてもよい。溶接又は蝋付けは、プレートの橋渡しされた側とは逆の側に行われる。
【００４８】
本発明の第８態様によれば、本発明による熱交換器製造方法は、複数のプレートを用意する工程と、前記プレートに穴を形成する工程と、各ピン手段を穴の中へ又は穴を通ってピン手段を挿入する工程と、穴の中への又は穴を通る入口の少なくとも１箇所にピン手段を接合する工程とを有する。
【００４９】
本発明の第８態様について、好ましい接着技術は溶接、特にレーザ溶接である。これは、溶接は当時の高い基準だからであり、２つの流体をもう１つから密閉する能力があるからである。製法によって、また、溶接の周辺におけるピンの周囲の周りは、一定の又は不規則な間隔の凹凸構造となる。これらの凹凸は熱伝達に有益である。
【００５０】
また、本発明の一態様に係る、しかし発明の他の態様の記述にはない熱交換器にとって好ましいまたは任意のものとして挙げられる他の特色が、発明のその他の態様に係る熱交換器に含まれていてもよいということは言うまでもない。
【００５１】
本発明の態様の熱交換器は特に動力製造装置に用いられるのに適する。動力製造装置は、ガスタービンを含んでいてもよい。事実、本発明の特に好ましい形態はガスタービンの復熱装置である。
【００５２】
復熱装置では、燃焼器の中へ入る前の圧縮機から放出された空気を前もって熱するために暖かいタービンの排出ガスが使われる。したがって、効果的な仕事をする能力のために必要なタービンに入る高い熱を得るために必要とされる燃料量が減る。添付図面の図１に、電力製造のための発電機を運転するために用いられる復熱ガスタービンを示す。
【００５３】
圧縮機１Ａ、タービン３Ａ及び発電機５Ａは普通、軸７Ａ上に配置されている。従来の方法では、タービン３Ａは、圧縮機１Ａと発電機５Ａを動かしている。圧縮機１Ａは冷たい圧縮空気を有しており、この圧縮空気は復熱装置９Ａを通り抜け、それから燃焼機１１Aを通る。燃焼機１１Ａの生産物はタービン３Ａを動かす。これは、復熱装置を通り抜ける冷路１３Aを規定する。タービン３Ａからの排気は、冷路１３Ａにおける圧縮空気を暖めるために、復熱装置の熱路１７Ａを通って導かれ、それから最後の排気１９Ａを通って出る。圧縮機１Ａを動かすのに加えて、軸７Ａの回転は更に電力を生成するために発電機５Ａを回転させる。
【００５４】
復熱装置の性能は、第１に熱交換器有効性期間及び関連した圧力損失として量化される。復熱装置の有効性は、熱排気ガスから取り出され圧縮機からのより冷たい空気の中へ伝達される熱の割合の大きさである。良い復熱装置の有効性は、７５％より多く、好ましくはおおよそ９０％である。タービンを通る膨張比率が減少する傾向となるように、復熱装置の圧力損失は低く保たれなければならず、回転における圧力損失は動力生産に不利である。圧力損失は１０％より低く、理想的には５％より低くすべきである。
【００５５】
復熱装置の存在は、動力産出を配給するのに用いられる小さいガスタービン型の能率を大いに高める。一般的に、現時の非復熱マイクロタービンは、回復周期がおよそ３０％またはそれ以上であるのに対して、２０％未満の効率で作動する。復熱装置からの排気における消耗熱は、最終消費者における能率を更に効果的に高める家庭用暖房装置（熱・電気複合利用）に供給されるのに用いられる。しかし、総合的な能率における重要な改良点は、現時の復熱装置よりもより高いタービン動作温度とこのようにより高いタービン排気温度を扱えることができることを必要としている。
【００５６】
あるいは、熱交換器は、レシプロエンジン動力製造機のターボチャージャ又はスーパーチャージャに適用してもよい。熱交換器には冷えた空気を用いてもよく、望ましくはターボチャージャ又はスーパーチャージャでの空気圧縮後で、空気がレシプロ動力製造機に入る前に用いられる。
【００５７】
代わりの形態では、発明によって熱伝達メカニズムを伴うボイラーに本発明による熱交換装置の形態に適用できる。
【００５８】
本発明による熱交換器が応用される他の動力源は、燃料電池である。例えば、温度が上昇した状態で動く電池からの熱は、空気の予熱及び燃料が電池に入るのに用いることができる。これによって、燃料電池の作動温度が上昇するように他の手段によって供給されなければならない熱が最小限になる。
【００５９】
本発明の更なる形態において、発明に係る熱交換装置は、ガスエキスパンダによるガスの膨張より先にガス予熱に用いることができる。高圧ガスは、時々、発電機を動かすタービンを動かすのに用いられる。膨張に先立ったガスの予熱によって、動力出力は増大し、タービンエキスパンダでの氷微粒子の形成が可能となる。
【００６０】
本発明は、第１及び第２の流体それぞれの供給に関する本発明に係る熱交換器の見地から述べられてもよく、第１及び第２の流体は、どちらも液体であってもよいし気体であってもよいし、一方がもう一方よりも暖かくても良い。しかし、第１流体が暖かい気体で、第２流体が冷たい気体であるときが特に好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明は、添付図面を参照して、下記の好ましい実施形態の記述にいっそう良く記載されている。
【００６２】
以下に記述した実施形態では、便宜上２つのプレートグループのみを示す。しかし、実際にはいくつかのそのようなグループからなることは普通に理解されるだろう。
【００６３】
添付図面の図２は、本発明の第１実施形態に係る熱交換器のコア１の部分斜視図である。コアは、複数の積み重ねられたプレート対からなり、プレートはそれらを貫いて突き出すピンによってそれぞれ結合している。図２に示すように、積み重ねの一部は、２つのプレート対３、５を有している。図面の一番上に図示されている第１の対３は、上部プレート７と下部プレート９を有している。下のプレート対５もまた、上部プレート１１と下部プレート１３を有している。
【００６４】
コアの全てのプレートは、実質的には平らであり、主な平らな表面が互いに平行となるように互いに離間して配置されている。
【００６５】
したがって、上部の対３のプレート７は、平らな上部表面１５と平らな下部表面１７を有している。上部の対３の下部プレート９は、上部表面１９と下部表面２１を有している。上部プレート７の下部表面１７は、下部プレート９の上部表面１９に、内側で面している。これに対して、上部プレート７の上部表面１５は、下部プレート９の下部表面２１と同様に、対の外側で対向している。
【００６６】
プレート７、９の上部の対３は、実質的に円柱形の硬質の複数のピン２３等によって結合されており、このピンは、プレート７、９を、それらの上部及び下部表面１５、１７、１９、２１にそれぞれ垂直に貫いて通っている。ピン２３等は、上部の対３の上部プレート７の上部表面１５の上方で、上端部２５等で終わっている。同様に、ピン２３等は、上部の対３の下部プレート９の下部表面２１の下方で、下端部２７で終わっている。ピンの上端部２５等は、全て実質的に平らで全て実質的に互いに平行である。同様に、ピンの下端部２７等もまた、全て実質的に平らで実質的に互いに平行である。上端部２５と下端部２７それぞれの普通の面もまた、プレートの主な平らな表面１５、１７、１９、２１に実質的に平行である。
【００６７】
ピンは、プレートの穴を貫いて延び、それに溶接され、このようにしてプレートは互いに距離を隔てられている。この方法で、各々の間隙２９、３１は、対のプレート７、９の間、対のプレート１１、１３の間で規定される。間隙３２もまた、上部の対の下部プレート９と下部の対の上部プレートとの間で規定される。
【００６８】
プレート１１、１３の下部の対５は、同様にそれぞれ上端部３５と下端部３７で終わる複数のピン３３等によって結合されている。上部の対３と下部の対５におけるプレート及びピンの配置は、実質的に同一である。
【００６９】
プレート対３、５は、その間に間隙３２があるように配置され、下部の対５のピンの上端部３５等と上部の対３の下端部２７等とは狭い間隙３９をあけて離間されている。第１の上部の対のプレート７、９と下部の対５のプレート１１、１３は、それぞれのエッジ３４１、４３、４５、４７が側壁に溶接されシールされて固定されることによって、この位置が保持されている。例えば、側壁は、それぞれ同じプレート（図示せず）の対で形作られ、気体の流出入のための供給装置が取り付けられる、サイドエッジ４１、４３、４５、４７と直角をなすプレートのエンドエッジ（図示せず）によって形成される。プレートの上部の対３に結合するピン２３等とプレートの下部の対５に結合するピン３３等は、実質的に同軸上となるように配置されている。しかし、ピン２３等をピン３３等に対して、それぞれの軸が千鳥状となるように、配置しても良い。
【００７０】
図２の図面では、２つのプレート対３、５のみが図示されている。しかし、実際には、実質的に同様に、対３の上方及び対５の下方に、ピンによって結合された更なるプレート対が積み重ねられている。
【００７１】
コアは、サイドエッジ４１、４３、４５、４７に取り付けられている側壁の中に支えられ、サイドエッジに垂直なエンドエッジで各供給装置に取り付けられることによって支えられている。特に、各対の上部及び下部のプレートのエッジは各側壁にシールされており、全てのユニットは、それぞれのプレート対のエッジ間の間隙をふさぐケーシングにゆるく保持されている。従って、供給装置を伴うコアは、事実上、密閉されたユニットである。各対のプレート間の間隙２９、３１等は、積み重ねのおかげで、サイドエッジ４１、４３、４５、４７に実質的に平行なそれぞれ矢印５１、５３等によって示される第１流体の流れ路を積み重ねの中に形成する。同様に、第２流体又は気体の流れは、隣り合う対３、５等の外側に面する表面１５、２１等の間を限定する１つおきの間隙３２を通って逆の方向なる。この流れは、矢印５５、５７、５９等で示される。
【００７２】
図３Ａから図３Ｃは、それぞれ代わりの各ピン結合構造を示す。図２に示す実施形態では、ピンは、実質的に一様に円柱形である。図３Ａでは、お互いに離間して配置されるプレート６１、６３は、これらを貫いて突き出し、上部プレート６１と下部プレート６３の上で終わっているピン６５、６７、６９等によって結合されている。これらのピンは実質的に同一である。
【００７３】
ピンのうちちょうど一つ（６９）を参照すると、それは硬質であり、断面は概略円形であるが、径は、上部プレート６９の上で終わる上部位置７１と下部プレート６３の下の最下部の範囲７３で、最も大きくなる。これら２つの最も広い端部７１、７３は、段々にそして直線的に、プレート６１と６３の間の実質的に中ほどのより狭くなっている中央のウエストの形をした部分７５に向かって、次第に細くなっている。
【００７４】
図３Ｂでは、互いに離間して配置されているプレート７９、８１の対は、実質的に同一のピン８３、８５、８７等によって結合されている。具体的にピン８７を参照すると、これは上端部８９を有し、プレートを貫いて下端部９１で終わっている。これらのピンは、実質的に硬質であり、軸断面が円形である。上部の円錐形の断片部分９３を限定するように、ピン８７は、上端部８９からプレート７９までの距離の３分の１で、上端部８９から直線的に径が次第に細くなっている。部分９５を限定する３分割されたこの長さの中央は、湾曲し、球根状になっており、軸断面（径）で拡大し縮小している。最後に、上部プレート７９にすぐ近くで隣り合う下方部分９７は、再び円錐形の断片となっており、外見上、直線的な形で先細っている。プレート８１の下方に延びる同じピンの下方部分９９は、実質的に、長さに沿って上部プレート７９の上の上方部分８９と同じ輪郭を有している。
【００７５】
プレート７９、８１の間にあるピン８７の中央部分１０１は、円形の断面を有し、上部プレート７９の底面から離れて中心へ直線的に次第に細くなっており、上部プレート７９と下部プレート８１との間のおよそ中ほどに位置する第１領域１０３と中央ゾーン１０５において実質的に軸断面、すなわち径が一定となっている。それから、中央領域１０５から下部プレート８１に向かっておりた最後の領域１０７においては、軸断面（径）は外見上、実質的に直線的に先細っている。
【００７６】
ところで図３に話を変えると、互いに離間して配置されたプレート１０９、１１１の間及びプレートを貫いて、実質的に円柱形のピン１１３、１１５、１１７が延びている。これらは、硬質で一定の断面径を有している点で、実質的に同じである。ピン１１７のようにこれらのピンのそれぞれは、螺旋状のうね１１９及び１２１が、それぞれ上部プレート１０９の上の上部領域１２３と下部プレート１１１の下の下部領域１２５の湾曲した表面上に形成されている。
【００７７】
図４において、ここでは図２に示すような復熱装置部分の一端部の概略図が示されている。図４〜６は、単純にするためにピンは図示していないが、これらの図面では元の場所にピンがあるように解釈されるものであることに注意されたい。これは、復熱装置のこの部分の構造の正確な図示ではないが、動作原理を説明するために単純にしている。
【００７８】
この端部での流体の流入は、向流に対応する流体よりも高い圧力の流体の流入である。比較的低い圧力の流体はこの端部で出て行く。図２の形態では、矢印５１、５３によって示される流れは、矢印５５、５７、５９によって示される流れよりも圧力が高い（後者は、互いに面するピン端部が配置されるプレート間の間隙１つおきに流れる）。
【００７９】
さらに、図４に示すように、プレートの積み重ねのエッジ１６１、１６３等もまた、流出する低圧力流体の矢印１６５によって示される流体の方向に集まる。流出する低圧力流体は、マニホルド壁１６９と流入ヘッダーチューブ壁１７１を囲むプレートの端部との間の間隙の中に捕獲されるために、矢印１６７等に示すようにプレート間の間隙からでていく。流入ヘッダーチューブ１７１は、プレート間の間隙に交互に向流で導かれるために、チューブの壁の穴（図示せず）を介して矢印１７３で示される高圧流体を、矢印１６５で示される流出低圧流体に関連したプレートの積み重ねの中へ導く。従って、この配置では、復熱装置自身のコアの中に導かれる前で、流入する高圧流体もまたプレート主表面に垂直に導かれる間、流出する低圧力流体は、壁１６９とプレート端部とによって閉じ込められたマニホルド領域におけるプレートの主表面に垂直に上の方へ導かれる。
【００８０】
図５は、図４に示す構造に類似する構造を示す。ここでは、プレートには数字１９１、１９３、１９５及び１９７が付されている。マニホルド領域は、１９９と付した壁によって閉じ込められている。シングル流入ヘッダーチューブ１７１の代わりに、装置は、プレート１９１等の端部が形成されているところの間に、カッタウェイ領域２０５に、ヘッダーチューブ２０１、２０３の対が設けられている。プレートは、そのエッジが端部領域２０７において内部へ先細り、マニホルド壁１９９の領域に入るように、幅が縮小している。ヘッダーチューブの壁の穴（図示せず）によって、チューブからプレート間の関連する間隙の中への流体の通過を可能にする。
【００８１】
更に、図６に、図４及び図５と類似したもうひとつの配置を示す。ここでは、プレートには、符号２０９、２１１、２１３及び２１５を付している。高圧流入端部２１７はヘッダーチューブ２１９、２２１の対を有しており、それらの間にカッタウェイ領域２２３が位置している。この端部領域２２３におけるプレートのエッジの端部は、図５に示す形態のように、内部に向かって先細っている。
【００８２】
低圧流入端部２２５では、プレートのエッジもまた領域２２７において内部に向かって先細っているが、３つのヘッダーチューブ２２９、２３１及び２３３によってチューブの壁（図示せず）に設けられた穴を介して高圧流体の流出が可能となる。これらは、プレートにおけるカッタウェイ領域２３５及び２３７によって、それぞれ部分的に分離されている。この形態では、図面を簡単にするために、どちらの端部のマニホルド壁も図示していない。
【００８３】
図２において、ピンは、流体の流れの方向に実質的に垂直に千鳥状の列に配置されている。しかし、図７に図示されるように、ピン２８１等は、列２８３、２８５、２８７に配置され、これらの列は矢印２８９、２９１によって示される高圧及び低圧の流れの方向に対して斜めの角度に位置する。
【００８４】
図８は、プレートが実質的に平らであるかわりに、湾曲している他の配置を示す。この配置では、エッジから見たときに、プレート３０１、３０３、３０５、３０７が湾曲し、この形で斜めに見たときに螺旋形状を示すように配置されている。４つのプレートだけ図示している。実際には、湾曲したプレートの完全な円柱の配置となってもよい。このような形態では、各々の流体の流れは、紙の平面上の中へ及び中からである。この形態の変形では、各流れは、円周上３０９にある軸状のヘッダーチューブ（図示せず）から中央にある軸状のヘッダーチューブ３１０へであってもよいし、円周上にあるマニホルドから中央のマニホルドへであってもよい。更にこの形態の他の変形では、各々の流れが、円周上の軸状のヘッダーから中央のマニホルドへであってもよいし、逆でもよい。
【００８５】
図９Ａに示すように、ここでは、本質的に図３に示す復熱装置のプレート７、９のように、符号３１１、３１３が付されるプレートの対の一部を貫いた断面が示される。図９Ａでは、これらのプレート３１１、３１３は、穴３１９、３２１等（上部プレート３１１）及び穴３２３、３２５（下部プレート）を貫いて通るピン３１５、３１７等を有している。ピンは、ピンとプレートの穴の周囲との間を連続的溶接又はスポット溶接（図示せず）によって固定されている。
【００８６】
他方、図９Ｂでは、プレート３３１、３３３の対は、それらを通り抜けて延びるが、それらと一体化して形成された複数のピン３３５、３３７を有している。このような配置の形は鋳造することによって成し遂げられる。
【００８７】
図１０では、互いに間隙をおいて配置される複数のプレート３４３、３４５、３４７、３４９を有する復熱装置のコア３４１の他の配置が示されている。
【００８８】
３５１、３５３等のような複数のピンは、これらのピン３５１、３５３の端部３５５、３５７等がプレート３４３等の間の間隙３５９、３６１、３６３の中ほどを横切って終わるように、プレートを貫いて通っている。図２の形態のように、各プレートの上方及び下方に延びる互いに面するピン端部は、符号３６５のような空間の間隙によってわずかに間隙をおいて離間している。しかし、この配置と図２に示す配置との違いは、その一端部が１つのそれぞれのプレートを貫き通るだけの各ピンが、すぐ近くの隣り合うプレートを貫いて延びるピンの対応する端部に面しているところである。このような配置は固形の半製品からフォトケミカルエッチングによって形成することができ、それから結果として生じるいずれか一方の側にピンの半分を有するプレートは、コーナーボルト３６９、３７１等の手段によってかすがい３６７でそれらを一緒に保持することによって、単純に積み重ねて組み立てられる。わずかな高圧動作のような装置に適合させるために、間隔をおいて積み重ねられた穴を貫いて連続的なピンを挿入することが可能であり、例えば、１０行１０列毎に１つのピンが連続的に、残りは非連続的で単一のプレートだけを貫いているというようにすることができる。あるいは、非連続的なピンが間隔をおいて一緒に溶接されていてもよく、例えば１０個のピン毎に１つがプレート間を連続的に結合するというようにしてもよい。
【００８９】
図１１では、プレートにピンをレーザ溶接させることによる有益な効果が示されている。特に、図１１は、プレート３８１及び３８３からなる単一の対を図示している。これらは、ピン３８５、３８７、３８９によってお互いに間隙をおいて配置され結合されている。実際の装置では、他の特定の実施形態のように、複数のそのようなプレート対及び更に多くのピンがある。ピンは、実質的に同じである。便宜上、これらのピン３８９の１つだけを参照すると、ピンは、２つのプレート３８１、３８３の間に中央円柱部分３９１を有する上、上端部３９５で終わるプレート３８１の上方に延びる上方部分３９３、底端部３９９で終わる下部プレート３８３の下方に延びる下方部分３９７を有している。
【００９０】
上端部３９３が上部プレート３８１の上部表面４０１から出てくるところで、そして下端部３９７が下部プレート３８３の底表面４０３から出てくるところでもまた、ピン３８９は各プレート３８１、３８３にスポット溶接されている。その出てくる部分では、上端部３９３と下端部３９７はそれぞれ狭い径の領域４０５、４０７を有している。これはレーザ溶接によるものであり、これはより重要なことで、例えば符号４１１及び４１３によって示されるように、レーザ溶接は凹凸の表面形状を引き起こす。これらは熱伝達に有益である。
【００９１】
発明に係る熱交換器４２１の形態は、ピンが放射状に中心をはずれて又は千鳥状に配置され、図１２〜１４に示されている。熱交換器４２１は、複数のプレート対を有している。便宜上、２つののプレート対４２３、４２５のみを示す。
【００９２】
第１の対４２３は上部プレート４２７と下部プレート４２９を有し、これらは互いに平行で、それらの間の間隙４３１によって分離されている。下部の対４２５は、同様に上部プレート４３３とこれに実質的に平行な下部プレート４３５を有している。下部の対４２５のプレート４３３、４３５もまた間隙４３７によって分離されている。上部の対４２３は、上部のプレート対４２３と下部のプレート対４２５との間の他の間隙４３９によって下方の対４２５から分離されている。上部の対４２３の下部プレート４２９もまた下方の対４２５の上部プレート４３３に実質的に平行である。複数のピン４４１等は、上部プレートに軸方向に直交して、上部プレート４２７の上部表面４４２から上に向かって延びている。これらの上に向かって延びるピン４４１等は、固定されていない端部４４４等で終わっている。上部の対４２３のプレート４２７、４２９は、他の複数のピン４４３等によって間隙４３１を横切って橋渡しされている。従って、ピン４４３等は、その一端部が上部プレート４２７の下部表面４４５及び下部プレート４２９の上部表面４４７と結合している。プレート４２７、４２９を橋渡しするピン４４３は、上部プレート４２７の上部表面から上に向かって延びるピン４４１等に対して放射状にずれて又は千鳥状に配置される。これは図１３からよりより良くわかり、ここでは、上に向かって延びるピン４４１等は実線で示されているのに対し、橋渡しするピン４４３は点線で示される。これらのピンは全て実質的に円柱形であり、橋渡しするピン４４３は、その対称軸が、３つの最も近い上に向かって延びるピン４４１等の対象軸から実質的に等距離となるように、実質的に放射状にずれて配置されている。
【００９３】
他の複数のピン４４９等は、上部の対４２３の下部プレート４２９の下部表面４５１から下に向かって軸方向に直角に延びている。これらの下に向かって延びるピン４４９等もまた、橋渡しするピン４４３に対して軸方向でずれて配置される。しかし、それらの対称軸は上に向かって延びるピン４４１の対称軸と直線的となるようになっている。
【００９４】
下部プレート対４２５のピン配置は実質的に上部プレート対４２３と同じである。他の複数のピン４５３等は、下部の対４２５の上部プレート４３３の上部表面４５５から上に向かって軸方向に直角に延びている。軸方向でずれた橋渡しするピン４５７のセットは、下部の対４２５の上部プレート４３３の下部４５９と下部の対４２５の下部プレート４３５の上部表面４６１との間で、軸方向に直角に延びている。
【００９５】
ピン４６３等の他のセットは、下部の対４２５の底部のプレート４３５の下部表面４６５から下に向かって延びている。これら下に向かって延びるピン４６３、すなわち下部のプレート対４２５のピン４６３は、橋渡しするピン４５７に対して軸方向でずれているが、上部に延びるピン４５３に軸方向で直線的に位置する。
【００９６】
しかし、上部の対４２３の下部プレート４２９から下に向かって延びるピンの下端部４６７と、下部の対４２５の上部プレート４５９から上に向かって延びるピン４５３の上方の固定されていない端部４６９とは、各間隙４７１等によって分離されている。その上、上部の対４２３から下に向かって延びるピン４４９等と下部の対４２５から上に向かって延びるピン４５３は、軸方向で実質的に直線的である。従って、プレートの間隙に交互にあるピンは互いに軸方向に千鳥状であるとみなすことができる。ただし、全ての他の間隙にあるピンは、固定されていない端部間の各間隙を規定するように事実上分割されていることを除く。
【００９７】
流体の流れは、図２に図示されるように記述された方法で、連続するプレート間で向流である。
【００９８】
上述した様々な形態において、‘セル’又はプレートグループは、各々のプレート対を具備し、プレートは、直線的に並んだ又はそうでなければずれて配置されたどちらか一方のピンによって橋渡しされている。その上、全ての上述の形態では、固定されていない端部を有するピンは、各対における上部及び下部プレートの最も外側の伝熱面を超えて延びている。図１５及び図１６は、断面からみた方法で、前述とは異なる配置を有する熱交換器を説明している。
【００９９】
図１５は、各グループに４つのプレートがある熱交換器の部分断面図である。便宜上、２つのグループだけ、つまり、互いの間が間隙５０７によって分離された上部の対５０３と下部の対５０５だけを示す。上部グループ５０３のプレート５０９、５１１、５１３及び５１５は、プレート間の間隙５２３、５２５及び５２７それぞれにあるピン５１７等、５１９等、５２１等によって橋渡しされている。１つの層と隣の層との間で、全てのこれらのピンは直線的に配置されている。しかし、上部グループ５０３の上部プレート５０９の上部表面５２９から突き出るピンはなく、下部プレート５１５の下部表面５３１から突き出るピンもない。
【０１００】
（５０５）に示される下部グループの構造は、ピン５３３が、上部グループ５０３のピンが直線的に並んでいるのと同様に、そのグループの層の間で直線的に並んでいるのと実質的に同じである。
【０１０１】
図１６によると、再びプレートグループの全数のうち２つのグループだけが便宜上示されている。この形態では、再び、上部グループ５５１及び下部グループ５５３が示され、それぞれのグループは間隙をおいて４つの平行なプレートを有している。上部グループのプレートは符号５５５、５５７、５５９及び５６１が付されている。上部グループのプレート間の間隙は、それぞれ５６３、５６５及び５６７と名づけられている。上部グループの隣り合うプレートは、各ピン５６９等、５７１等、５７３等によって橋渡しされている。加えて、上部プレート５５５の上部表面５７５からピン５７７等が延びている。下部プレート５６１の下部表面５７９からピン５８１等が延びている。上部プレート５５５の上部表面５７５及び下部プレート５６１の下部表面５７９から延びるそれらのピンは、それぞれ固定されていない端部５８３等、５８５等で終わっている。
【０１０２】
下部のプレートグループ５５３は、実質的に上部グループ５５１と同一である。ここでは、下部グループの上部プレート５８９の上部表面５８７から、それぞれが固定されていない端部５９３等で終わるピン５９１等が延びていることがわかる。同様に、ピン５９５は、下部グループ５５３の下部プレート６０１の下部表面５９９から延びる固定されていない端部５９７等を有している。
【０１０３】
上部及び下部プレートグループは間隙６０３によって分離されており、下方に延びる固定されていないピン５８１の固定されていない端部５８５等は、小さい部分６０５によって、下部グループ５５３の上部プレート５８９の上部表面５８７から上方に延びるピン５９１等の上方の固定されていない端部５９３から、互いに距離を隔てて間隔があけられている。
【０１０４】
図１６の実施形態における各グループの中で、図１３及び図１４に関して記載及び図示された実施形態にならって、ピンは、プレート間の間隙によって規定された１つの層からその隣の層へずれて又は千鳥状に配置されている。お互いに面するピン５８１等、５９１は、それでも互いに直線的に並んでいる。
【０１０５】
他の実施形態だけでなく、付記された特許請求の範囲の全ての範囲内で、記載された実施形態の変形は当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】通常のガスタービンを伴う復熱装置の使用の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る復熱装置のコアの部分斜視図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｃは、抜粋された可能なピン結合構造の様々な断面図である。
【図４】図２に示す種の復熱装置のコアの一端部の概略図である。
【図５】図４に示すシングルチューブの代わりとしてツーヘッダーチューブの周りに形成された代わりの供給装置の配置の概略図である。
【図６】他の実施形態に係るコアと供給装置の概略図であり、供給装置は一端と他端とが異なっている。
【図７】図２に示すピン形状の代わりを示す。
【図８】螺旋型のプレート形状を示す。
【図９】図９A及び図９Bは、それぞれ、プレートを貫いて通るピン配置及びプレートを貫いて延びるピン配置を示し、ピンはプレートと一体化されて形成されている。
【図１０】本発明に係る低圧力復熱装置の概略図である。
【図１１】ピンをプレートにレーザ溶接することにより発生する表面特徴を示す
【図１２】発明に係る熱交換器の他の形態の斜視図であり、層の間でピンがずれて又は千鳥状に配置されている。
【図１３】図１２に示す熱交換器の平面図である。
【図１４】図１２及び図１３に示す熱交換器の断面図である。
【図１５】発明に係る熱交換器の一形態の断面図であり、グループにつき４つのプレートと直線的に並んだピンを有している。
【図１６】発明に係る熱交換器の一形態の断面図であり、グループにつき４つのプレートとずれて配置されたピンを有している。
【符号の説明】
【０１０７】
３Ａ・・・タービン
９Ａ・・・復熱装置
３、５０５・・・下部の対
５、５０３・・・上部の対
７、１１、６１、７９、１０９、３１１、３８１、４２７、４３３、５０９、５５５、５８９・・・上部プレート
９、１３、６３、８１、１１１、３８５、４２９、４３５、５１５、５６１、６０１・・・下部プレート
１５、１９、４０１、４４７、４５５、４６１、５７５、５８７・・・上部表面
１７、２１、４０３、４４５、４５１、４６５、５７９、５９９・・・下部表面
２３、３３、６５、６７、６９、８３、８５、８７、１１３、１１５、１１７、２８１、３３５、３３７、３５１、３５３、３８５、３８７、３８９、４４１、４４３、４４９、４５３、４６３、５１７、５１９、５３３、５６９、５７１、５７３、５７７、５８１、５９１・・・ピン
２５、３５、３９５・・・上端部
２７、３７、９１、３９９、４６７・・・下端部
２９、３１、３２、３５９、３６１、３６３、４３１、４３７、４３９、５２３、５２５、５２７、５６３、５６５、５６７、６０３・・・間隙
３９、３６５、４７１、５０７・・・間隙
１６９、１９９・・・マニホルド壁
１９１、１９３、１９５、１９７、２０９、２１１、２１３、２１５、２３５、２３７、３０１、３０３、３０５、３０７、３１３、３３１、３３３、３４３、３４５、３４７、３４９、５１１、５１３、５５７、５５９・・・プレート
１７１、２０１、２０３、２２９、２３１、２３３、３１０・・・ヘッダーチューブ
２８３、２８５、２８７・・・列
３１９、３２１、３２３、３２５・・・穴
３５５、３５７・・・端部
４２１・・・熱交換器
４２３・・・上部プレート対
４２５・・・下部プレート対
４４４、４６９、５８３、５８５、５９３、５９７・・・固定されていない端部
５５１・・・上部グループ
５５３・・・下部グループ
６０５・・・小さい部分
【図１】
2007507684.tif 000003
【図２】
2007507684.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月25日(2005.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが互いの反対の側に第１伝熱面及び第２伝熱面を有するプレートを複数有し、隣りあうプレートの互いに面する伝熱面間に間隙をあけてプレートは積み重ねて配置され、積み重ねの間隙に交互にそれぞれ第１流体のための第１流路及び第２流体のための第２流路が形成され、前記プレートは複数のプレートグループに配置され、それぞれのグループは少なくとも２つのプレートを有し、ピン手段は複数のピングループを備え、各ピングループのピンは各プレートグループのプレートを橋渡しするように配置されている熱交換器であって、ピン手段は、少なくとも１つのプレートグループの最も外側の伝熱面から延びる外側のピンを更に有し、前記外側のピンはそれぞれ固定されていない端部で終わっており、少なくともいくつかのピンは、少なくとも１つのグループの少なくとも１つのプレートの第１伝熱面から延びてそのプレートの第２伝熱面からのみ延びるピンとずれて配置され、前記互いにずれているピンは前記プレートに蝋付け又は溶接されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
１つのグループの最も外側の伝熱面から延びる外側のピンの固定されていない端部と、隣りあうグループの最も外側の伝熱面から延びる外側のピンの固定されていない端部との間に間隙があるように、プレートグループは配置されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
互いに面する固定されていない端部を有するピンは、実質的に直線的に並んでいることを特徴とする前述の請求項のどちらか一項に記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項３に従属するとき、互いに面する固定されていない端部を有するピンは、実質的にずれて配置されていることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
各プレートグループは偶数枚のプレートからなることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
各プレートグループは２つのプレートからなることを特徴とする前述の請求項いずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
第１流路はそこから第１流体を受けるための第１流体源に接続し、第２流路はそこから第２流体を受けるための第２流体源に接続していることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
第１流体源の圧力は、第２流体源の圧力の１００％から２００％であることを特徴とする請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】
ピン手段は、実質的に一定の間隔をおいた列に一直線に並べられ、第１及び第２流体は、それぞれ第１及び第２の流路で、実質的に同じ向きの流れになる、または実質的に逆の向きの流れになるように導かれることを特徴とする前述の請求項いずれかに一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
列は、第１及び第２の流体の流れの方向に実質的に垂直であることを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
【請求項１１】
列は、第１及び第２の流体の流れの方向に対して４５°から８５°の角度の関係にあることを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
【請求項１２】
交互の列におけるピンはそれぞれお互いに千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項９から請求項１１いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
ピン手段は、断面が実質的に円形のピンを少なくともいくつか有していることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
ピンの中心間の平均距離とピンの直径の平均との比が１．２５〜４．０であることを特徴とする請求項１３記載の熱交換器。
【請求項１５】
ピン手段は、空気力学的な流れ及び／又は熱伝達を高めるための少なくとも１つの外観特徴を備える少なくともいくつかのピンを有することを特徴とする請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１６】
交換器の中央領域における第１流路を規定するプレート間の間隙の平均値と同じ領域における第２流路を規定するプレート間の間隙の平均値との比が１：１０から１００：１、好ましくは１：１０から１０：１であることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１７】
第１及び第２の流体の少なくとも１つの流れの方向におおよそまたは実質的に直交する方向で横切ったプレートの幅が、第１流体及び／又は第２流体の流入に近づく各領域で次第に狭くなっていくことを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１８】
第１及び第２の流体の１つの流入及び／又は流出は、プレートの積み重ねを通って各チューブ手段へ導かれ、各第１流路及び／又は第２流路の中への少なくとも１つの開口部を備えることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記第１及び第２流体の他の流入及び／又は流出は、各チューブ手段を少なくとも部分的に囲うそれぞれのマニホルド壁の内部に導かれることを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２０】
プレートは実質的に平らであることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２１】
プレートは少なくとも部分的に曲がっていることを特徴とする請求項１から請求項１９いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２２】
積み重ねは実質的に立方体であることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２３】
プレートは放射状、好ましくは螺旋状の形に配置されていることを特徴とする前述の請求項いずれか一項に記載の熱交換機器。
【請求項２４】
複数の積み重ねられた、互いに距離をおいてあけられたプレートの対を有し、各対のプレートそれぞれは互いに面する内部表面を有し、内部表面はプレート間に第１流体の第１流路を規定し、各対のプレートはそれぞれ前記各内部表面と反対の外側に面する表面を有し、１つの対におけるプレートの外部に面する表面は、隣りあう対のプレートの外側に面する表面と、それらの間に第２流体の第２流路を規定するために、距離をあけて面し、対におけるプレートは複数のピンによって第１流路を横切って橋渡しされている熱交換器であって、ピン手段は少なくとも１つのプレート対の最も外側の伝熱面から延在する外側のピンもまた有し、前記外側のピンはそれぞれ固定されていない端部で終わっており、少なくともいくつかのピンは、少なくとも１つの対の第１伝熱面からのみ延びてそのプレートの第２伝熱面からのみ伸びるピンとずれるように配置され、互いにずれて配置されている前記ピンは前記プレートに蝋付け又は溶接されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２５】
１つの対の最も外側の伝熱面から延びる外側のピンの固定されていない端部と隣りあう対の最も外側の伝熱面から延びる外側のピンの固定されていない端部との間に間隙をおくように、前記プレート対は配置されていることを特徴とする請求項２４記載の熱交換器。
【請求項２６】
前記ピンは、互いに面する固定されていない端部が実質的に直線的に並んでいることを特徴とする請求項２４または請求項２５記載の熱交換器。
【請求項２７】
前記ピンは、互いに面する固定されていない端部が実質的にずれていることを特徴とする請求項２４から請求項２６いずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項２８】
動力製造プラントと前述の請求項いずれかに一項に記載の熱交換器を具備する動力製造装置。
【請求項２９】
熱交換器は、圧縮後の流体を暖めるために動力製造プラントからの排気流体から熱を奪回するように配置されていることを特徴とする請求項２８記載の動力製造装置。
【請求項３０】
動力プラントを出る排気ガスが圧縮後のプラントからの空気を暖めるように配置されている請求項２９記載の力製造装置。
【請求項３１】
動力製造プラントはガスタービンを含むことを特徴とする請求項２６から請求項３０いずれか一項に記載の動力製造装置。
【請求項３２】
熱交換器はレシプロエンジン動力製造機のターボチャージャー又はスーパーチャージャーに適用されることを特徴とする請求項２８記載の動力製造装置。
【請求項３３】
熱交換器は、空気がレシプロ動力製造機に入る前に、空気を冷やすために使われることを特徴とする請求項２８記載の動力製造装置。
【請求項３４】
熱交換器は、ターボチャージャーまたはスーパーチャージャーでの空気の圧縮後に、空気を冷やすために使われることを特徴とする請求項３３記載の動力製造装置。
【請求項３５】
熱交換器は分割され、分割部分は動力プラントの軸の周りに配置されていることを特徴とする請求項２８から請求項３４いずれか一項に記載の動力製造装置。
【請求項３６】
熱交換器は円柱形であり、動力プラントの軸は円柱の中心を軸方向に通っていることを特徴とする請求項２８から請求項３４いずれか一項に記載の動力製造装置。
【請求項３７】
動力製造プラントは燃料電池を含むことを特徴とする請求項２８記載の動力製造装置。
【請求項３８】
１つ又はそれ以上の半製品を用意する工程と、前記１つの半製品又はそれ以上の半製品からプレートとピン手段を蝋付け又は溶接することによって一体化形成する工程とを有する請求項１から請求項２７いずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
【国際調査報告】
2007507684.tif 000019
2007507684.tif 000020
2007507684.tif 000021