(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、プレート式熱交換器用のブロックを製造するにおいて、ろう付け中に変形を防止するための方法および装置を提供する。【解決手段】ろう材を用いて分離プレートと熱伝導構造体とを重ねてブロック１１にし、ブロックに鉛直方向（Ｖ）に沿って第１の力（Ｆ１）を及ぼしてブロックの上部の第１の部分２１をろう材軟化温度（ＴＬ）に加熱し、同時にブロックの第２の部分２２を、ろう材軟化温度（ＴＬ）より低い熱処理温度（ＴＲ）にし、次に、ブロックに外部から力を作用させず、または第１の力（Ｆ１）より小さい第２の力（Ｆ２）を作用させて、ブロックの第２の部分をろう材軟化温度（ＴＬ）にし、同時に第１の部分を、ろう材軟化温度（ＴＬ）より低い熱処理温度（ＴＲ）にする。【選択図】図４
2019076956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート式熱交換器（１０）用のろう接されたブロック（１１）の製造方法であって、
前記ブロック（１１）は、少なくとも２つの流体（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）間で間接的に熱交換するための複数の熱交換流路（１）を有するものであり、
まず、複数の分離プレート（４）と熱伝導構造体（２，３）とをろう材（１５）を介在させて鉛直方向（Ｖ）に１つのブロック（１１）として積み重ね、
次に、
（ａ）前記鉛直方向（Ｖ）に沿って、外部から第１の力（Ｆ１）を前記ブロック（１１）に作用させ、前記ブロック（１１）の上部の第１の部分（２１）を、前記上部の部分（２１）がろう接されるように前記ろう材（１５）が軟化するろう材軟化温度（ＴＬ）に加熱し、同時に、前記ブロック（１１）の、前記鉛直方向（Ｖ）に沿って下方から前記第１の部分（２１）に接する第２の部分（２２）を、前記ろう材軟化温度（ＴＬ）より低く周囲温度より高い熱処理温度（ＴＲ）であって、前記ろう材（１５）が軟化しない熱処理温度（ＴＲ）にし、
ステップ（ａ）の次に、
（ｂ）前記鉛直方向（Ｖ）に沿って前記ブロック（１１）に外部から力を作用させず、または外部から前記ブロック（１１）に作用する、前記第１の力（Ｆ１）より小さい第２の力（Ｆ２）を前記ブロック（１１）に作用させて、前記ブロック（１１）の前記第２の部分（２２）を、前記第２の部分（２２）がろう接されるように前記ろう材（１５）が軟化するろう材軟化温度（ＴＬ）に加熱し、同時に前記第１の部分（２１）を、前記ろう材軟化温度（ＴＬ）より低く前記周囲温度より高い熱処理温度（ＴＲ）であって、前記ろう材（１５）が硬化する、または軟化しない熱処理温度（ＴＲ）にする、
製造方法。
【請求項２】
前記第１の部分（２１）は前記ブロック（１１）の上半分によって構成され、前記第２の部分（２２）は前記ブロック（１１）の下半分によって構成されている、
請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記ブロック（１１）は、前記鉛直方向（Ｖ）に沿って下方から前記第２の部分（２２）に接する別の第３の部分（２３）を有し、
ステップ（ｂ）の次にステップ（ｃ）において、前記ブロックに外部から力を作用させずに、前記ブロック（１１）の前記第３の部分を、前記ろう材（１５）が軟化するろう材軟化温度（ＴＬ）にし、同時に前記第２の部分（２２）を、前記ろう材軟化温度より低く前記周囲温度より高い熱処理温度（ＴＲ）であって、前記ろう材（１５）が硬化する、または軟化しない熱処理温度（ＴＲ）にする、
請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
前記第１の部分（２１）は前記ブロック（１１）の上部の１／３部分によって構成され、前記第２の部分（２２）は前記ブロック（１１）の中間の１／３部分によって構成され、前記第３の部分（２３）は前記ブロック（１１）の下部の１／３部分によって構成されている、
請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
少なくとも１つの緊縮されたばね（３１，３２）を用いて、前記第１の力（Ｆ１）および前記第２の力（Ｆ２）を前記ブロック（１１）にかけ、
前記少なくとも１つの緊縮されたばね（３１，３２）は、上方から前記ブロックの最外側の上部の分離プレート（４）に作用する、
請求項１から４までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項６】
ステップ（ａ）において、前記上部の部分（２１）のろう接中に、緊縮された第１のばね（３１）と緊縮された第２のばね（３２）とを用いて、前記緊縮された第１のばね（３１）および前記緊縮された第２のばね（３２）によって前記ブロック（１１）に及ぼされる力の総和に相当する合算された力（Ｆ１）を前記ブロック（１１）に作用させ、
前記第２の部分（２２）のろう接中には、前記緊縮された第２のばね（３２）のみを用いて前記ブロック（１１）に前記第２の力（Ｆ２）を作用させる、
請求項１から５までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項７】
ステップ（ａ）において、前記上部の第１の部分（２１）のろう接後に前記第１のばね（３１）が第１のストッパ（３３）に当接して、前記第１のばね（３１）が前記ブロック（１１）に作用しなくなるようにし、
前記第２の部分（２２）のろう接後に前記第２のばね（３２）が第２のストッパ（３４）に当接して、前記第２のばね（３２）が前記ブロック（１１）に作用しなくなるようにする、
請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
前記熱伝導構造体（２，３）はコルゲート形のプレート（２，３）によって構成されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項９】
前記分離プレート（４）および熱伝導構造体（２，３）の積層時に、隣り合った分離プレート（４）間に、各熱交換流路（１）を外部から閉鎖する縁条片（８）を配置する、
請求項１から８までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理温度（ＴＲ）は５℃〜１５０℃の範囲内、特に３０℃〜１００℃の範囲内であって、前記ろう材軟化温度（ＴＬ）を下回る、
請求項１から９までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の製造方法により製造された少なくとも１つのブロック（１１）を備えたプレート式熱交換器（１０）の製造方法であって、
ステップ（ａ），（ｂ）および場合によってはステップ（ｃ）の次に、前記ブロック（１１）に少なくとも１つの管片（６）および／または少なくとも１つのコレクタ（７）を溶接する、
製造方法。
【請求項１２】
プレート式熱交換器（１０）用のろう接されたブロック（１１）の製造装置であって、
・ろう材（１５）を介して鉛直方向（Ｖ）に重ね合わされてブロック（１１）にされた複数の分離プレート（４）および複数の熱伝導構造体（２，３）を有するブロック（１１）の上部の第１の部分（２１）を、前記ろう材（１５）が軟化するろう材軟化温度（ＴＬ）に加熱し、同時に、前記ブロック（１１）の、前記鉛直方向（Ｖ）に沿って下方から前記第１の部分（２１）に接する第２の部分（２２）を、前記ろう材軟化温度（ＴＬ）より低く周囲温度より高い熱処理温度（ＴＲ）であって、前記ろう材（１５）が軟化しない熱処理温度（ＴＲ）にし、次に前記第２の部分（２２）を、前記ろう材（１５）が軟化するろう材軟化温度（ＴＬ）に加熱し、かつ前記上部の部分（２１）を、前記ろう材軟化温度（ＴＬ）より低く前記周囲温度より高い熱処理温度（ＴＲ）であって、前記ろう材（１５）が軟化しない熱処理温度（ＴＲ）にするように構成されている加熱装置（４０）と、
・前記ブロック（１１）の前記上部の部分（２１）を前記ろう材軟化温度（ＴＬ）に加熱する間、前記鉛直方向（Ｖ）に沿って外部から前記ブロック（１１）に作用する第１の力（Ｆ１）を前記ブロック（１１）に及ぼし、前記ブロック（１１）の前記第２の部分（２２）を前記ろう材軟化温度（ＴＬ）に加熱する間、前記ブロック（１１）に前記鉛直方向（Ｖ）に沿って外部から力を作用させない、または前記第１の力（Ｆ１）より小さい第２の力（Ｆ２）を作用させるように構成されている締付装置（３０）と
を備えている、製造装置。
【請求項１３】
前記締付装置（３０）は少なくとも１つのばね（３１，３２）を備えており、
前記締付装置（３０）は、緊縮された前記少なくとも１つのばね（３１，３２）を用いて、上方から前記ブロック（１１）の最外側の上部の分離プレート（４）に作用する前記第１および第２の力（Ｆ１，Ｆ２）を前記ブロック（１１）に及ぼすように構成されている、
請求項１２記載の製造装置。
【請求項１４】
前記締付装置（３０）は、前記上部の部分（２１）のろう接中に、緊縮された第１のばね（３１）と緊縮された第２のばね（３２）とを用いて、前記第１のばね（３１）および前記第２のばね（３２）によって前記ブロック（１１）に及ぼされる力の総和に相当する合算された力（Ｆ１）を前記ブロック（１１）に作用させるように構成されており、
前記締付装置（３０）は、前記第２の部分（２２）のろう接中には、緊縮された前記第２のばね（３２）のみを用いて前記ブロック（１１）に前記第２の力（Ｆ２）を作用させるように構成されている、
請求項１２または１３記載の製造装置。
【請求項１５】
前記締付装置（３０）は第１のストッパ（３３）を備えており、
前記締付装置（３０）は、前記上部の第１の部分（２１）のろう接後に前記第１のばね（３１）が前記第１のストッパ（３３）に当接して、前記第１のばね（３１）が前記ブロック（１１）に作用しなくなるように構成されており、
前記締付装置（３０）は第２のストッパ（３４）を備えており、
前記締付装置（３０）は、前記第２の部分（２２）のろう接後に前記第２のばね（３２）が前記第２のストッパ（３４）に当接して、前記第２のばね（３２）が前記ブロック（１１）に作用しなくなるように構成されている、
請求項１４記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう接されたプレート式熱交換ブロックを製造するための方法および装置と、プレート式熱交換器の製造方法とに関する。
【０００２】
先行技術から、第１の流体または第１の流体群の熱を他の第２の流体または他の第２の流体群へ間接的に伝達するように構成されたプレート式熱交換器が公知である。プレート式熱交換器内のこれらの流体は、プレート式熱交換器のそれぞれ別個の熱交換流路内に流される。これらの各熱交換流路は、プレート式熱交換ブロックのそれぞれ２つの平行な分離プレートによって仕切られ、各分離プレート間にそれぞれ、「フィン」とも称される熱伝導構造体が配置されている。
【０００３】
かかるプレート式熱交換ブロックはたとえば、“The standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association”（ALPEMA，Third Edition，２０１０年）に図示および記載されている。このプレート式熱交換器ブロックは、互いに平行に配置された、通常は分離金属薄板の形態の複数の分離プレートを備えており、これらの分離プレートは、互いに間接的な熱移動をすべき流体を流すための多数の熱交換流路を形成している。熱交換に関与する流体間の熱交換は、隣り合った熱交換流路間で行われ、各熱交換流路、ひいては各流体は、分離プレートによって互いに分離されている。この熱交換は、分離プレートを介した熱移動と、分離プレート間に配置された熱伝導構造体（フィン）とを利用して行われる。熱交換流路は、分離プレートの縁部に端を揃えて取り付けられた（たとえば金属薄板ストリップの形態の）縁条片（「サイドバー」ともいう）によって外部から閉鎖されている。プレート式熱交換ブロックはさらに、「カバープレート」と称される２つの最外側の分離プレートによって外部から仕切られている。大抵はカバープレートも平坦な金属薄板の形態であるが、この金属薄板は通常、内側の分離金属薄板より厚い材料厚さを有する。
【０００４】
かかるプレート式熱交換器は有利にはアルミニウム製であり、その構成要素ないしは部品は硬ろう付けによって互いに接合される。
【０００５】
先行技術では、かかるプレート式熱交換ブロックの製造時に構成要素のスタックが、通常はろう材クラッドされた分離プレートと、熱伝導構造体（フィン）と、縁条片（サイドバー）とから構成される。その次に、このスタックを真空ろう接炉内において、ろう接に必要な温度（以下「ろう材軟化温度」ともいう）にする。構成要素はこの軟化したろう材中に浸漬し、これによって互いにろう接される。
【０００６】
ろう接中は通常、スタックを構成するよう配置された構成要素をクランプ具で固定する必要がある。しかしかかる固定は、プレート式熱交換ブロックの構成要素、とりわけ薄肉の熱伝導構造体（フィン）が、クランプ力の作用を受けて永久的に変形（たとえば歪みまたは圧潰）し得るという問題を伴う。このことによって、幾つかの熱交換流路が熱伝導構造体の機械的変形によって流体を通すことができなくなるので、プレート式熱交換器の熱交換性能が制限されることになり得る。
【０００７】
上記の問題は特に、プレート式熱交換ブロックの下部分に生じる。この部分では、ブロックにかかるクランプ力だけでなく、その上方にあるプレート式熱交換ブロックの部分の重量力も作用する。その上、たとえば熱伝導構造体等の構成要素の強度が、ろう材軟化温度のときに、通常条件のときの強度より低くなるので、ろう接中にはかかる構成要素が特に変形しやすくなる。
【０００８】
よって、先行技術の上記の欠点に鑑みて改善されたプレート式熱交換ブロックの製造方法を実現するとの課題が生じる。
【０００９】
前記課題は、独立請求項１記載のブロックの製造方法と、請求項１１記載のプレート式熱交換器の製造方法と、請求項１２記載の装置とによって解決され、本製造方法の有利な実施形態は従属請求項２〜１０に記載されており、本装置の有利な実施形態は従属請求項１３〜１５に記載されている。本発明の実施形態については、以下詳細に説明する。
【００１０】
本発明の第１の側面は、プレート式熱交換器用のろう接されたブロック（「プレート式熱交換ブロック」ともいう）の製造方法に関し、ブロックは、少なくとも２つの流体間で間接的に熱交換するための複数の熱交換流路を有し、まず、複数の分離プレートと熱伝導構造体とをろう材（「ろう材料」ともいう）と共に鉛直方向に重ねてブロックにし、次に第１のステップにおいて、
・前記鉛直方向に沿って、外部からブロックに作用する第１の力をブロックに印加して、ブロックの上部の第１の部分を、上部の部分がろう接する（すなわち特に、第１の部分の熱伝導構造体と分離プレートないしはカバープレートとをろう接する）ようにろう材が軟化するろう材軟化温度に加熱し、同時に、ブロックの、鉛直方向に沿って下方から第１の部分に接する第２の部分を、ろう材軟化温度より低く周囲温度より高い熱処理温度であって、ろう材が軟化しない熱処理温度にし、第１のステップの次に第２のステップにおいて、
・前記鉛直方向に沿ってブロックに外部から力を印加せず、または外部からブロックに作用する、第１の力より小さい第２の力をブロックに印加して、ブロックの前記第２の部分を、第２の部分をろう接する（すなわち特に、第２の部分の熱伝導構造体と分離プレートないしはカバープレートとをろう接する）ようにろう材が軟化するろう材軟化温度にし、同時に第１の部分を、ろう材軟化温度より低く周囲温度より高い熱処理温度であって、ろう材が硬化し、または軟化しない熱処理温度にする。
【００１１】
ブロックの上記の上部の部分は、とりわけ最上部の分離プレートないしはカバープレートによって上方から仕切られている。
【００１２】
「熱伝導構造体」とは、とりわけ加熱面要素（「フィン」ともいう）および分配フィンをいう。
【００１３】
とりわけ、ろう材料は分離プレートまたは熱伝導構造体に層として塗布され（たとえばクラッドされ）、またはブロックの積層時に分離プレートと熱伝導構造体との間にろう材料層を挟み込む。
【００１４】
ブロックのろう接対象の構成要素はとりわけ、鉛直方向と交差する方向に層状に延在する。
【００１５】
鉛直方向に沿ってブロックに作用する第１および第２の力は、とりわけ、ブロックの最上部（最外側）の分離プレートないしはカバープレートにかかる。
【００１６】
「周囲温度」とは、ブロックのろう接中のブロックの外部の温度、とりわけ、ブロックのろう接が行われるろう接炉の外部の温度をいう。
【００１７】
「ろう材の軟化」とは、ろう材がブロックのろう接対象の構成要素間にろう接部を形成できる流動状態ないしはペースト状態に遷移することをいう。
【００１８】
ろう材軟化温度と熱処理温度との間の差は、とりわけ、上部の部分と第２の部分との間の熱膨張の差がプレート式熱交換ブロックのろう接のために十分に小さくなるように選択される。
【００１９】
熱処理温度と、ブロックに及ぼされる外力（たとえば第１および第２の力）はとりわけ、第２の部分の構成要素が外力の作用を受けたときに永久的に変形しないように選択される。
【００２０】
本発明では、プレート式熱交換ブロック全体を同時に、ろう接に必要な温度に加熱するのではなく、ろう接を上部から下部に向かって段階的に行う（部分ごとのろう接、ゾーンろう接）。
【００２１】
本方法の、第２の部分がろう材軟化温度を有するため比較的変形しやすくなっている第２のステップでは、上記の第２の部分には、外部の第２の力の他に上部の部分の重量力が作用し、または（第２のステップにおいてブロックに外力が印加されない場合）上部の部分の重量力のみが作用する。本発明では第２の力が第１の力より小さいことにより、ないしは、上部の部分の重量力のみが作用することにより、第２の部分がろう材軟化温度で永久変形することがなくなる。
【００２２】
上部の部分のろう接中の第２の部分の熱処理温度は、とりわけ、第２の部分のろう接中の上部の部分の熱処理温度と等しくすることができる。これに代えて、上部の部分の熱処理温度と第２の部分の熱処理温度とは異なることができる。
【００２３】
もちろん、上記の両部分は互いに滑らかに移行することができる。具体的にはとりわけ、両部分間の境界領域にはそれぞれ、ろう材軟化温度と熱処理温度との間の温度勾配が存在することができる。
【００２４】
さらに本方法は、任意の数の部分およびステップでも同様に実施することができる。これに代えて、本方法を個々のステップで実施するのではなく、連続的に実施することもでき、たとえば、プレート式熱交換ブロックにかかる外力を連続的に低減させながら、ブロックのろう材軟化温度になっている部分、すなわち、ろう接しようとする部分を、本方法の実施中に上部から下部に向かって連続的に移動させることによって、連続的に実施することもできる。
【００２５】
プレート式熱交換ブロックはとりわけ、構成要素として分離プレートと縁条片と熱伝導構造体とを備えており、各熱交換流路はそれぞれ、２つの平行な分離プレートの間に配置されており、各熱交換流路内に熱伝導構造体（たとえば、加熱面要素ないしはフィンまたは分配フィン）が配置されており、各熱交換流路の両側は、各熱交換流路を仕切る両分離プレートの間に配置された縁条片（ここでは「サイドバー」ともいう）によって区切られており、各熱伝導構造体は、交互に配置された山部および谷部を有し、山部と谷部とは互いに側面によって接続されている。
【００２６】
ろう接の際にはとりわけ、ブロックの該当する構成要素とろう材料との間に冶金接合が形成される。
【００２７】
ろう材料と各構成要素（たとえばサイドバー、フィンまたは分離プレート）との間の「冶金接合」とは、本発明ではとりわけ金属間結合（すなわち、ろう材料の金属または金属合金と、該当する構成要素の金属または金属合金との結合）をいい、たとえば、各構成要素の金属合金とろう材料の金属合金との素材結合的接合によるものをいう。
【００２８】
ブロックのろう接はとりわけ、周囲圧より低い圧力で行われ、たとえば、真空炉内で少なくとも部分真空下で行われる。これに代えて周囲圧で、ろう接対象の構成要素にフラックスを供給して、ろう接プロセスを行うこともできる。
【００２９】
本発明の方法により、ブロックの構成要素、とりわけブロックの第２ないしは下部の部分の構成要素のろう接時に、構成要素が、ろう接に必要な外力によっては変形および損傷しないという利点が奏される。このことによって、構成要素の変形によりブロックの熱交換性能が損なわれることがなくなる。
【００３０】
さらに本発明の方法によって、先行技術の方法より（鉛直方向における）高さが大きいプレート式熱交換ブロックを共に（部品として）ろう接することもできる。
【００３１】
一実施形態では、第１の部分はブロックの上半分によって構成され、第２の部分はブロックの下半分によって構成される。
【００３２】
他の一実施形態ではブロックは、鉛直方向に沿って下方から第２の部分に接する他の第３の部分を有し、第２のステップの次に第３のステップにおいて、ブロックに外部から力を印加せずに、ブロックの第３の部分を、ろう材が軟化するろう材軟化温度にし、同時に第２の部分を、ろう材軟化温度より低く周囲温度より高い熱処理温度であって、ろう材が硬化し、ないしは軟化しない熱処理温度にする。
【００３３】
その際には、とりわけ第２の部分のろう接中（すなわち第２のステップ中）および第３の部分のろう接中（すなわち第３のステップ中）に、上部の部分も熱処理温度にし、ないしは熱処理温度に保つ。
【００３４】
他の一実施形態では、上部の第１の部分はブロックの上部の１／３部分によって構成され、第２の部分はブロックの中間の１／３部分によって構成され、第３の部分はブロックの下部の１／３部分によって構成される。
【００３５】
他の一実施形態では、第１の力および第２の力は、少なくとも１つの緊縮されたばねを用いてブロックにかけられ、少なくとも１つの緊縮されたばねは有利には、上方からブロックの最外側の上部の分離プレートないしはカバープレートに作用する。
【００３６】
もちろんこれに代えて、本発明において外力を提供するために、力伝達のための当業者に公知の他の手段を用いることも可能である。もちろん、力伝達のための手段であって、複数の異なる締付力を調達するために異なる力を調整できる手段を１つだけ用いることも可能である。
【００３７】
他の一実施形態では、第１のステップにおいて上部の部分のろう接中に、緊縮された第１のばねと緊縮された第２のばねとを用いて、緊縮された第１のばねおよび緊縮された第２のばねによってブロックに及ぼされる力の総和に相当する合算された力をブロックに印加し、第２の部分のろう接中には、緊縮された第２のばねのみを用いてブロックに第２の力を印加する。
【００３８】
他の一実施形態では、第１のステップにおいて上部の第１の部分のろう接後に第１のばねが第１のストッパに当接して、第１のばねがブロックに作用しなくなるようにし、第２の部分のろう接後に第２のばねが第２のストッパに当接して、第２のばねがブロックに作用しなくなるようにする。
【００３９】
すなわち、第１のばねが第１のストッパに接触すると、第１のばねはプレート式熱交換ブロックに力を及ぼさなくなり、第２のばねが第２のストッパに接触すると、第２のばねはプレート式熱交換器に力を及ぼさなくなる、ということである。
【００４０】
上述の方法はもちろん、任意の数のばねおよびストッパでも同様に実施することができる。
【００４１】
他の一実施形態では、熱伝導構造体はコルゲート形のプレートによって構成されている。
【００４２】
他の一実施形態では、プレート式熱交換ブロックのろう接対象の構成要素として、少なくとも複数の分離プレートを重ね合わせ、各２つの隣り合った分離プレート間に１つのフィンまたは分配フィンを配置する。
【００４３】
特に、フィンおよび分配フィンは襞部（ないしは山および谷）構造を有するので、これらの部品は、ろう接プロセス中に鉛直方向に沿った過度に高い力によって変形しやすい。
【００４４】
他の一実施形態では、分離プレートおよび熱伝導構造体の積層時に、隣り合った分離プレート間に、各熱交換流路を外部から閉鎖する縁条片を配置する。
【００４５】
他の一実施形態では、熱処理温度は５℃〜１５０℃の範囲内、特に３０℃〜１００℃の範囲内であり、ろう材軟化温度を下回る。
【００４６】
他の一実施形態では、熱処理温度はろう材軟化温度を下回る５℃、１０℃、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃、８０℃、８５℃、９０℃、９５℃、１００℃、１０５℃、１１０℃、１１５℃、１２０℃、１２５℃、１３０℃、１３５℃、１４０℃、１４５℃または１５０℃である。
【００４７】
本発明の第２の側面は、本発明の第１の側面の方法を用いて製造された少なくとも１つのブロックを備えているプレート式熱交換器の製造方法に関し、方法では、第１および第２のステップの次に、とりわけ第１、第２および第３のステップの次に、少なくとも１つの管片および／または少なくとも１つのコレクタをブロックに接続し、とりわけブロックに溶接する。
【００４８】
本発明の第３の側面は、とりわけ本発明の第１の側面の方法による、プレート式熱交換器用のろう接されたブロックを製造するための装置に関し、ろう接されたブロックを製造するための装置は、
・加熱装置（たとえばろう接炉）を備えており、加熱装置は、ろう材を用いて鉛直方向に重ね合わされてブロックにされた複数の分離プレートおよび複数の熱伝導構造体を有するブロックの上部の第１の部分を、ろう材が軟化するろう材軟化温度に加熱し、同時に、ブロックの、鉛直方向に沿って下方から第１の部分に接する第２の部分を、ろう材軟化温度より低く周囲温度より高い熱処理温度であって、ろう材が軟化しない熱処理温度にし、次に前記第２の部分を、ろう材が軟化するろう材軟化温度にし、かつ上部の部分を、ろう材軟化温度より低く周囲温度より高い熱処理温度であって、ろう材が軟化しない熱処理温度にするように構成されており、ろう接されたブロックを製造するための装置はさらに、
・締付装置（たとえば締付フレーム）を備えており、締付装置は、ブロックの上部の部分をろう材軟化温度に加熱する間、ブロックに鉛直方向に、外部からブロックに作用する第１の力を印加し、ブロックの第２の部分をろう材軟化温度に加熱する間、ブロックに鉛直方向（Ｖ）には外部から力を印加せず、または第１の力より小さい第２の力を印加するように構成されている。
【００４９】
ろう接されたブロックを製造するための装置の一実施形態では、締付装置は少なくとも１つのばねを備えており、締付装置は、緊縮された少なくとも１つのばねを用いて、有利には上方からブロックの最外側の上部の分離プレートないしはカバープレートに作用する第１および第２の力をブロックにかけるように構成されている。
【００５０】
他の一実施形態では、締付装置は第１のプレートと、第１のプレートに対して平行な第２のプレートとを備えており、少なくとも第１のプレートが少なくとも１つのガイドに沿って摺動可能となるように、第１のプレートは少なくとも１つのガイド（たとえばガイドバーまたはガイドレール）を介して第２のプレートと結合されており、少なくとも１つのばねは、少なくとも１つのガイドに対して平行に作用する力を第１のプレートにかけるように構成されている。
【００５１】
その際には、締付装置はとりわけ、ブロックを第１のプレートと第２のプレートとの間に位置決めすることができるように、かつ緊縮された少なくとも１つのばねを用いて第１のプレートを介してブロックに第１の力および第２の力を印加できるように構成されている。
【００５２】
他の一実施形態では締付装置は、上部の部分のろう接中に、緊縮された第１のばねと緊縮された第２のばねとを用いて、第１のばねおよび第２のばねによってブロックに及ぼされる力の総和に相当する合算された力をブロックに印加するように構成されており、締付装置は、第２の部分のろう接中には、緊縮された第２のばねのみを用いてブロックに第２の力を印加するように構成されている。
【００５３】
他の一実施形態では、締付装置は第１のストッパを備えており、締付装置は、上部の第１の部分のろう接後に第１のばねが第１のストッパに当接して、第１のばねがブロックに作用しなくなるように構成されており、締付装置は第２のストッパを備えており、締付装置は、第２の部分のろう接後に第２のばねが第２のストッパに当接して、第２のばねがブロックに作用しなくなるように構成されている。
【００５４】
図面を参照して、本発明の実施例に係る以下の図面についての説明において、本発明の他の構成および利点について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】プレート式熱交換器の斜視図である。
【図２】本発明の方法を使用して製造されたブロックの斜視図である。
【図３】２つのろう接ステップを有する、本発明の一例のブロック製造方法のフローの概略図である。
【図４】３つのろう接ステップを有する、本発明の一例のブロック製造方法のフローの概略図である。
【図５】ろう接プロセスの前および後の加熱面要素と分離プレートとのブロックの一部の細部図である。
【００５６】
図１は、本発明の方法を使用して製造可能な、ブロック１１を備えたプレート式熱交換器１０の一例を示す。プレート式熱交換器１０は、互いに平行に配置された分離プレート（たとえば分離金属薄板の形態）４を有するプレート式熱交換ブロック１１を備えており、これらの分離プレート４は、互いに間接的な熱移動をすべき流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを流すための多数の熱交換流路１を形成している。分離プレート４は、たとえばアルミニウム合金から成る。熱交換に関与する流体間の熱交換は、隣り合った熱交換流路１間で行われ、各熱交換流路１、ひいては各流体は、分離プレート４によって互いに分離されている。この熱交換は、分離プレート４と、分離プレート４間に配置された加熱面要素（フィン）３とを介した熱伝導を利用して行われ、これらもとりわけアルミニウム合金から成ることができる。熱交換流路１は、分離金属薄板４の縁部に端を揃えて取り付けられた金属薄板ストリップ８の形態の縁条片（以下「サイドバー８」ともいう）によって外部から閉鎖されている。
【００５７】
上記のサイドバー８も、アルミニウム合金から成ることができる。各熱交換流路１内ないしは各２つの分離プレート４間には、コルゲート形のフィン３が配置されており、フィン３の断面の細部は図１に示されている。同図によれば、各フィン３はそれぞれ、谷部１２と山部１４とを交互に設けたコルゲート構造を有し、各１つの谷部１２は、該当するフィン３の１つの側面１３を介して隣の１つの山部１４に接続していることにより、コルゲート構造になっている。このコルゲート構造は必ずしも丸くする必要はなく、方形ないしは階段状の形状とすることもできる。かかるコルゲート構造によって、‐両側の分離プレート４と共に‐各熱交換流路１に流体を流すための通路が形成される。各フィン３のコルゲート構造の山部１４および谷部１２は、それぞれ隣り合った分離プレート４に接続している。よって、熱交換に関与する流体はコルゲート構造３と直接熱接触し、山部１４ないしは谷部１２と分離プレート４とのこの熱接触によって熱移動が保証される。熱移動を最適化するためには、使用事例に依存して、隣り合った流路間において並流、直交流、対向流または直交対向流が可能になるようにコルゲート構造の向きを選択する。
【００５８】
プレート式熱交換器１０はさらに、熱交換流路１への開口９を、たとえばプレート式熱交換器１０の端部または中間部分に有し、この開口９を介して流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを熱交換流路１に導入し、ないしは熱交換流路１から排出することができる。各熱交換流路１はこの開口９の領域に分配フィン２を備えており、この分配フィン２は各流体を、該当する熱交換流路１のフィン３の流路に分配する。流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはたとえば、管片６とコレクタ７とを介してプレート式熱交換器１０の開口９に導入し、開口９を介して、対応する熱交換流路１に導入し、他の開口９を介して熱交換流路１から排出することができる。
【００５９】
分離プレート４と、フィン３と、サイドバー８と、場合によっては他の構成要素（たとえば分配フィン２）とは、本発明の方法ではろう接により、有利には硬ろう付けにより、互いに接合される。
【００６０】
図２は、より概観しやすくするため、管片６およびコレクタ７を有しないプレート式熱交換ブロック１１を示す。
【００６１】
図３および図４は、プレート式熱交換器１０用、たとえば、図１に示されているプレート式熱交換器１０用のブロック１１の本発明の製造方法のフローを概略的に示す。このフローではろう接を行うために、鉛直方向Ｖに配置された、プレート式熱交換ブロック１１の構成要素のスタックが構成され、構成要素はたとえば、図１に示されている分離プレート４、フィン３、分配フィン２および縁条片８とすることができる。
【００６２】
図３に示されている実施例（２ステップでのブロック１１の２つの部分２１，２２におけるろう接）では、第１のばね３１を用いて鉛直方向に沿って外力Ｆを構成要素のスタックないしはブロック１１に及ぼすことができるように、構成要素のスタックを締付装置３０、特に締付フレームに固定する。
【００６３】
本実施例では、締付装置３０は第１のプレート３５と、第１のプレート３５に対して平行な第２のプレート３６とを備えており、第１のプレート３５が第１のガイド３７に沿って摺動可能となるように、第１のプレート３５は第１のガイド３７（たとえばガイドバーまたはガイドレール）を介して第２のプレート３６と結合されており、第１のばね３１は、第１のガイド３７に対して平行に（すなわち鉛直方向Ｖに沿って）作用する力を第１のプレート３５に及ぼすように構成されている。これはとりわけ、第１のばね３１が第１のプレート３５の上方において第１のガイド３７に接続されていることによって達成される。その際には、緊縮されたばね３１を用いて第１のプレート３５を介してブロック１１に第１の力Ｆ１が印加される。
【００６４】
さらに、現在ろう接しようとする位置にろう材料１５（図５参照、以下「ろう材」ともいう）を供給し、ろう材料１５が溶融して、該当する構成要素がろう接するように、プレート式熱交換ブロック１１のろう接しようとする位置をろう材軟化温度ＴＬにするため、加熱装置４０を用いてプレート式熱交換ブロック１１の鉛直方向Ｖにおける規定の部分２１，２２，２３を加熱する。
【００６５】
図３ａは本方法の第１のステップを示しており、第１のステップでは、ブロック１１の上部の部分（ここでは上半分）２１のみをろう材軟化温度ＴＬに加熱し、プレート式熱交換ブロック１１の第２の部分２２（ここでは下半分）を、ろう材軟化温度ＴＬより低い熱処理温度（Temperiertemperatur）ＴＲにし、ないしは熱処理温度ＴＲに保つ。
【００６６】
このとき、第１のステップ中、上部の部分２１の構成要素のろう接を行えるようにするため、第１のばね３１を用いてブロック１１に第１の外力Ｆ１を印加する。
【００６７】
第２の部分２２は、第１のステップ中は熱処理温度ＴＲを有する。つまり、特にブロック１１全体の良好なろう接のために、上部の部分２１と第２の部分２２との間の熱膨張の差が十分に小さくなる程度にしか、第２の部分２２は加熱されない。ろう材軟化温度ＴＬと熱処理温度ＴＲとの間の差が過度に大きくないことにより、とりわけ、該当する部分が互いに引っ張り合うことが阻止される。しかし、熱処理温度ＴＲは、比較的高い圧縮力が当該温度において構成要素の永久変形を生じさせない程度に、たとえば外力Ｆと上部の部分２１の重量とが第２の部分２２に作用しても、この第２の部分２２の薄板部が潰れることがない程度に、低く保たれる。
【００６８】
図３ｂは本発明の方法の第２のステップを概略的に示しており、第２のステップでは、ブロック１１の第２の部分２２（下半分）の構成要素をろう接するように、第２の部分２２をろう材軟化温度ＴＬに加熱し、かつ上部の部分２１を熱処理温度ＴＲにし、ないしはこの温度に保つ。
【００６９】
上部の部分２１のろう接後、ブロック１１の寸法は、たとえば薄板等の構成要素がろう材１５に浸漬することによって若干小さくなっている（図５ａおよび図５ｂも参照）。これによって第１のばね３１は伸長して第１のストッパ３３に当接するので、第１のばね３１のばね力は作用しなくなる。すなわち、ブロック１１に力を及ぼさなくなる。よって本方法の第２のステップでは、ブロック１１には外力Ｆが作用しなくなる。第２の部分２２をろう接するために必要な力は、本実施例では、上部の部分２１の重量のみによって及ぼされる。
【００７０】
この重量は、第２の部分２２の構成要素が損傷せず、プレート式熱交換器１０の熱交換性能が損なわれないようにするため、第２の部分２２の構成要素が永久変形しない程度に小さい。
【００７１】
もちろん上記の方法に代えて、第２のステップにおいて、第２の部分２２にかかる全押圧力がブロック１１のこの部分の構成要素を変形させない程度に小さい限りにおいて、ブロック１１に外部の外力Ｆを作用させることもできる。
【００７２】
図４は他の一実施例を概略的に示しており、本実施例では、ブロック１１の３つの部分２１，２２，２３を３ステップでろう接する。本実施例でも、構成要素のスタックを締付装置３０に、特に締付フレームに固定する。この締付装置は第１のばね３１および第２のばね３２を備えており、これらのばねは共に、構成要素のスタックないしはブロック１１に鉛直方向に沿って、合算された外力Ｆを及ぼす。
【００７３】
本実施例では、締付装置３０は第１のプレート３５と、第１のプレート３５に対して平行な第２のプレート３６とを備えており、第１のプレート３５が第１のガイド３８および第２のガイド３７に沿って摺動可能となるように、第１のプレート３５は第１のガイド３８と第２のガイド３７（たとえばガイドバーまたはガイドレール）を介して第２のプレート３６と結合されており、第１のばね３１は、第１のガイド３８に対して平行に（すなわち鉛直方向Ｖに沿って）作用する力を第１のプレート３５に及ぼすように構成されており、第２のばね３２は、第２のガイド３７に対して平行に鉛直方向Ｖに沿って作用する力を第１のプレート３５に及ぼすように構成されている。これはとりわけ、第１のばね３１が第１のプレート３５の上方において第１のガイド３８に接続されており、かつ第２のばね３２が第１のプレート３５の上方において第２のガイド３７に接続されていることによって達成される。この緊縮された第１のばね３１および第２のばね３２を用いて、第１のプレート３５を介してブロック１１に第１の力Ｆ１が及ぼされる。
【００７４】
本実施例でも同様に、現在ろう接しようとする位置にろう材料１５（以下「ろう材」ともいう）を供給し、ろう材料１５が溶融して、該当する構成要素がろう接するように、プレート式熱交換ブロック１１のろう接しようとする位置をろう材軟化温度ＴＬにするため、加熱装置４０を用いてプレート式熱交換ブロック１１の鉛直方向Ｖに沿って規定の部分２１，２２，２３を加熱する。
【００７５】
図４ａは本方法の第１のステップを示しており、第１のステップでは、プレート式熱交換ブロック１１の上部の部分（ここでは上部の１／３部分）２１のみをろう材軟化温度ＴＬに加熱し、プレート式熱交換ブロック１１の中間の部分２２（ここでは中間の１／３部分）と下部の部分２３（ここでは下部の１／３部分）とを、ろう材軟化温度ＴＬより低い熱処理温度ＴＲにし、ないしは熱処理温度ＴＲに保つ。
【００７６】
このとき、第１のステップ中、上部の部分２１の構成要素のろう接を行えるようにするため、第１のばね３１および第２のばね３２を用いて、プレート式熱交換ブロック１１に第１の外力Ｆ１を印加する。
【００７７】
中間の部分２２および下部の部分２３は、第１のステップ中は熱処理温度ＴＲを有する。つまり、特にブロック１１全体の良好なろう接のために、上部の部分２１と中間の部分２２ないしは下部の部分２３との間の熱膨張の差が十分に小さくなる程度にしか、これらの部分２２，２３は加熱されない。ろう材軟化温度ＴＬと熱処理温度ＴＲとの間の差が過度に大きくないことにより、とりわけ、該当する部分が互いに引っ張り合うことが阻止される。しかし、熱処理温度ＴＲは、比較的高い圧縮力が当該温度において構成要素の永久変形を生じさせない程度に、特に外力Ｆと上部の部分２１および中間の部分２２の重量とが作用しても、下部の部分２３の薄板が潰れない程度に、低く保たれる。
【００７８】
図４ｂは本発明の方法の第２のステップを概略的に示しており、第２のステップでは、中間の部分２２の構成要素をろう接するように、プレート式熱交換ブロック１１の第２の部分２２（ここでは中間の１／３部分）をろう材軟化温度ＴＬに加熱し、かつ上部の部分２１および下部の部分２３を熱処理温度ＴＲにし、ないしはこの温度に保つ。
【００７９】
図４ｂに示されているように、上部の部分２１のろう接後、たとえば薄板等の構成要素がろう材１５に浸漬することにより、ブロック１１は若干収縮している。すなわち、ブロック１１の鉛直方向Ｖの寸法は当初の高さｈと比較して、すなわち、上部の部分２１のろう接前のブロック１１の元の寸法と比較して小さくなっている（図５ａおよび図５ｂも参照）。これにより、締付装置３０を押さえ付けるばね３１，３２は伸長している。この伸長によって第１のばね３１は第１のストッパ３３に当接し、第１のばね３１のばね力は作用しなくなる。すなわち、ブロック１１に力を及ぼさなくなる。その結果、第２のばね３２のみが、第１のステップにおいて両ばね３１，３２を用いてブロック１１に及ぼされた第１の外力Ｆ１（図４ａ参照）より小さい第２の外力Ｆ２を、鉛直方向Ｖに沿ってブロック１１に及ぼすこととなる。
【００８０】
ブロック１１にかかる、中間の部分２２をろう接するために必要な力は、第２の外力Ｆ２と、上方にある上部の部分２１の重量の合計によって得られる。この合計の力は、有利には第２の外力Ｆ２の大きさの設定によって、中間の部分２２および下部の部分２３の構成要素が永久変形せずに、これらの構成要素が損傷せず、プレート式熱交換器１０の熱交換性能が損なわれないように調整することができる。
【００８１】
図４ｃは本発明の方法の第３のステップを概略的に示しており、第３のステップでは、ブロック１１の下部の部分２３（ここでは下部の１／３部分）の構成要素をろう接するように、下部の部分２３をろう材軟化温度ＴＬに加熱し、かつ上部の部分２１および中間の部分２２を熱処理温度ＴＲにし、ないしはこの温度に保つ。
【００８２】
中間の部分２２のろう接後、ブロック１１の寸法は、たとえば薄板等の構成要素がろう材１５に浸漬することによってさらに若干小さくなっている。これによって第２のばね３２はさらに伸長して第２のストッパ３４に当接し、第２のばね３２のばね力も作用しなくなる。すなわち、ブロック１１に力を及ぼさなくなる。よって本方法の第３のステップでは、ブロック１１に外力Ｆは作用しない。下部の部分２３をろう接するために必要な力は、本実施例では、上部の部分２１および中間の部分２２の重量のみによって得られる。
【００８３】
この重量は、下部の部分２３の構成要素が損傷せず、プレート式熱交換器１０の熱交換性能が損なわれないようにするため、下部の部分２３の構成要素が永久変形しない程度に小さい。
【００８４】
もちろん上記の方法に代えて、第３のステップにおいて、下部の部分２３にかかる全押圧力がブロック１１のこの部分の構成要素を変形させない程度に小さい限りにおいて、ブロック１１に外部の外力Ｆを作用させることもできる。
【００８５】
図５ａおよび図５ｂは、ろう接プロセス中のブロック１１の細部を示す。同図では、２つの分離プレート４と、両分離プレート４間に配置された加熱面要素３とが示されている。分離プレート４と加熱面要素３との間に、ろう材料１５から成る層が存在する。この層はたとえば分離プレート４表面にクラッドすることができ、またはブロック１１の積層時に、分離プレート４と加熱面要素３との間にろう材料１５の別個の層を配置することができる。
【００８６】
図５ａは、ブロック１１の図示の部分のろう接前の状態を示しており、図５ｂは、加熱面要素３と、隣り合った分離プレート４とがろう接された状態を示す。図５ａと図５ｂとを対比すると、積層されたブロック１１においてそれぞれ隣接する分離プレート４に接触する加熱面要素の谷部１２および山部１４が、ろう接中に液状化されたろう材料中に浸漬するので、ブロック１１の高さが減少していることが明らかである（図３および図４も参照）。
【符号の説明】
【００８７】
１  熱交換流路
２  分配フィン
３  加熱面要素またはフィン
４  分離プレート
５  カバープレート
６  管片
７  コレクタ
８  縁条片（サイドバー）
９  開口
１０  プレート式熱交換器
１１  ブロック
１２  谷部
１３  側面
１４  山部
１５  ろう材
２１  上部の部分
２２  中間の部分
２３  下部の部分
３０  締付装置
３１  第１のばね
３２  第２のばね
３３  第１のストッパ
３４  第２のストッパ
３５  第１のプレート
３６  第２のプレート
３７  第１のガイド
３８  第２のガイド
４０  加熱装置
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ  流体
Ｆ  力
Ｆ１  第１の力
Ｆ２  第２の力
ｈ  高さ
ＴＬ  ろう材軟化温度
ＴＲ  熱処理温度
Ｖ  鉛直方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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