(57)【要約】本発明は流体流路を含む部品の作成方法に関する。基部プレート（１０）の少なくとも一方の面（２１）に、溝（１２）を作成し、溝（１２）を薄肉帯状片（１６）により封止的に閉塞し、溝付きの基部プレート（１０）の面（２１）に熱間等静圧圧縮を用い薄肉帯状片（１６）を覆って蓋（２２）を拡散溶接する。溝は、帯状片（１６）を受け入れる嵌め込み部（１４）を含む。帯状片は、例えばレーザ溶接により溶接する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路を含む部品の作成方法であって、
基部プレート（１０）の少なくとも一方の面（２１）に溝（１２）を作成する工程と、
前記溝（１２）の頂部を帯状片（１６）により封止可能に閉塞する工程と、
前記溝（１２）を含む基部プレート（１０）の前記面（２１）に、前記帯状片（１６）を覆って蓋（２２）を熱間等静圧圧縮を用いて拡散溶接する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記帯状片（１６）による前記溝（１２）の閉塞が溶接により得られることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記帯状片（１６）がレーザ溶接により前記基部プレート（１０）上に溶接される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記帯状片（１６）による閉塞前に、嵌め込み部（１４）が前記溝（１２）内に作成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記嵌め込み部（１４）の幅が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記嵌め込み部（１４）の深さが０．５ｍｍ〜１ｍｍである請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
前記嵌め込み部（１４）とこの嵌め込み部（１４）内に挿入される前記帯状片（１６）との間の遊びが０．１ｍｍ未満である、請求項３〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
熱間等静圧圧縮成形で前記蓋（２２）を拡散溶接する工程後、前記部品の肉厚を低減すべく前記基部プレート（１０）及び／又は前記蓋（２２）を機械加工することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記溝（１２）が基部プレート（７２）の二つの面のそれぞれに作成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記溝（１６）を前記蓋（８２）内に作成し、前記蓋それ自体が基部プレートを形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限定しないが特に二つの流体間の熱交換に関する、流体流路を含む部品の作成方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
構造体内に冷却流路を作成する上で、人は様々な機械加工技法や基本部品の組立のいずれかに頼っている。機械加工により直接得ることができる構造体は、冷却流体を通過させる断面と回路の幾何構造の両点において非常に制約を受ける。それゆえ、人は一般に単純な基礎部品の組立へ導かれる。特に、ろう付けや各種エネルギー源（電気アークや高エネルギビーム）による融合溶接や拡散溶接等の、多くの組立技法を用いることが可能である。拡散溶接は、組立対象面に所定の時間にわたり高温で力を印加することからなる。部品間の材料の連続性は、温度と力の複合効果の下で、遊びと多孔性を抑制することにより達成される。本技法を用いることにより、熱間等静圧圧縮すなわちＨＩＣを適用したときに特に複雑な幾何構造を得ることが可能である（すなわち、力はガス圧力により得られる）。ＨＩＣ拡散溶接を用いることにより、金属製のシートやプレートやシェル等の多種多様な部品から屈曲管でもそうでなくともモノリシック構造へ改造することが可能となる。前述した他の技法とは逆に、充填金属を用いることなく大きな複雑な面の組立に適用することができる。このようにして、低融点材料の存在（使用温度の制限やろう付け接合の低耐性）や、壁を通って流れる溶着部の存在（漏洩の危険性）に付随する問題が排除される。拡散溶接により得られる接合部は、特に耐性があることで知られている。
【０００３】
しばしば遭遇するのは、１以上の内部冷却回路を持たねばならないプレートやシェルの事例である。この種の構造を製造する上での解決策は、二つの溝付きプレート２，４（図１）間に所望の流路幾何構造をもった管６を挿入することである［参照文献；「融合反応炉の第１壁の製造技法（Ｆｕｓｉｏｎ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｆｉｒｓｔ  ｗａｌｌ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）」、Ｇ．ル  マロワ（Ｇ．  Ｌｅ  Ｍａｒｏｉｓ）、Ｅ．リガル（Ｅ．Ｒｉｇａｌ）、Ｐ．ブッチ（Ｐ．Ｂｕｃｃｉ）共著、融合工学及び設計（Ｆｕｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）、第６１，６２巻（２００２年）、ｐｐ１０３−１１０、エルゼビア科学出版社（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｂ．Ｖ．）］。溝７が管の幾何構造を有するため、部品を積層することで最終的な幾何構造を再構成することができる。拡散溶接による組立は、以下の方法で行われる。すなわち、組み立てる面を清掃し、部品を積層し、プレートと管の周縁を封止溶接し、接触面のガスを抜き、積層体をＨＩＣ工程にさらす。ＨＩＣ工程のパラメータ（時間、温度、圧力）は金属材料の性質に依存する。ＨＩＣ工程期間中、ガス圧力は接触面内に浸透せず、部品は溶接される。管は外面と同じ圧力にさらされるため、圧力によって潰されることはない。
【０００４】
前段に記載した技法は、対応する管が市販品に存在しないかあるいは流路が管の屈曲によっては作成できない屈曲部を含むような断面流路を含む構造の場合に重大な限界が発現する。このような場合には管を用いることができない。挿入管を全く用いない溝付きプレートのＨＩＣ拡散溶接による組立は可能ではあるが、著しく構造が劣化するという犠牲が必ず伴う。実際、流路の流入口と流出口を封止しない場合には、加圧ガスがプレート間に浸透し、溶着部は全く存在しない。それとは逆に流路の流入口と流出口を封止した場合には、流路は圧力により潰され、その結果、寸法精度の容認不能な損失か、あるいは流路が消失することさえある。圧力を低減させることで圧壊は減少するが、これにはプレート／プレート接合の耐性が減少するという犠牲が伴う。別の解決策としては、組立後に化学的溶解あるいは別の手段により除去できる材料にて作成した芯材でもって溝を充填することがあるだろう。このようにすれば流路の圧壊は防止されるが、実際には充填材の除去は極めて困難である。
【０００５】
能動的冷却パネルの作成方法もまた公知である（仏国特許第２８５０７４１号）。この方法によれば、耐熱構造複合材料内の第１の部分を流路を形成する陥凹起伏を有する内面をもって作成し、この面に金属被覆を形成し、耐熱構造複合材料内の第２の部分を第１の部分の内面へ適用する内面をもって作成し、第２の部分の内面に金属被覆を形成し、両部分を熱間加圧により組立て、一体型流路を有する冷却パネルを得る。
【０００６】
この方法では、複合材料部品を密封ケーシング内に挿入する。加圧ガスは流路内に浸透できない。この解決策は、流路の圧壊を防止すべく溶接温度での複合材料が十分高い剛性を保っているために可能である。この溶接温度では材料が変形するため、介在金属被覆を全く用いない金属材料へのこの解決策の適用は不可能である。
【０００７】
ここで、部品内に第２の材料が存在することはそれが諸元、例えばその圧力強度を複雑化させるため、望ましくないことが多い。部品をその用途について適するものとするには、相当の開発が必要である。
【０００８】
その一方、拡散溶接の利点の一つが失われ、すなわち接合部の機械的性能が所要の予防措置（適切な面調製と溶接パラメータ）を講じた場合に基部材料のそれに極めて類似するようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、これらの欠点に対する改善策を見出すような、流路を含む部品、具体的には熱交換部品の作成方法である。本方法を用いることにより、屈曲管とは比較にならないような、内部流路により冷却される構造を得ることが可能となるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的は、本発明に従って基部プレートの少なくとも一方の面に溝を作成し、溝の頂部を帯状片により好ましくは溶接によって封止的に閉塞し、溝を含む基部プレートの面に帯状片を覆うように蓋を熱間等静圧圧縮で拡散溶接するとの事実により達成される。
【００１１】
帯状片は特にレーザ溶接により基部プレート上に溶接することが好ましい。
【００１２】
溶接により、ろう付けの使用が抑えられる。従って、部品を使用することができる最大温度を上昇させることができる。レーザ溶接を用いることで、小寸法の部品へのアクセス性をさらに得ることができる。
【００１３】
溶着部が壁全体に跨がることはない。何故ならこれらの溶着は、専ら基部プレートへの帯状片の結合に使用されるからである。
【００１４】
拡散溶接は管の使用を必要とせず、たとえそれらが小断面であったとしても流路の変形を全く生じない。さらに、これらの流路の断面は長さに従って変化してもよいが、このことは管を用いる先行技術の方法には当てはまらないものである。さらに、基部プレート上の帯状片の溶接ビードにおいて起こり得る欠陥（例えば、浸透の不足）は、基部プレートがよりよい機械的強度のための第２の壁を形成する蓋で覆われるため、重大ではない。
【００１５】
帯状片により閉塞される前に、嵌め込み部を溝内に作成すると都合よい。これら嵌め込み部の幅は０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ、深さは０．５ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。嵌め込み部と、嵌め込み部内に導入される帯状片との間の遊びは、０．１ｍｍを超えないことが好ましい。
【００１６】
特定の実施形態では、基部プレートへの蓋の拡散溶接工程の後に、部品の肉厚を減らすべく基部プレート及び／又は蓋を機械加工する。
【００１７】
本実施形態は、薄肉部品を作成したい場合に特に適したものである。
【００１８】
特定の実施形態では、溝を基部プレートの二つの面それぞれに形成することもできる。このようにして、二つの蓋の間に挟持される基部プレートを含む部品が作成される。本実施形態により、小型の構造がもたらされる。別の特定の実施形態では、溝をさらに蓋内に作成し、蓋それ自体が基部プレートを形成するようにする。
【００１９】
この蓋は、溝を全く含まない蓋やあるいは溝を含む新規の蓋自体にて閉蓋することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付図面を参照し、一つの例示として与えられた以下の例示実施形態の説明を読むと、本発明の他の特徴及び利点がさらに明らかとなるだろう。
【００２１】
図２によれば、第１段階において、基部プレート１０内に溝１２を機械加工する。各溝１２は、少なくともその端部の一方において外部に開口している。溝は、冷却構造の設計により決められる方向に沿い、基部プレートを覆っている。これらは、多種多様な断面とコースにすることができる。特に、矩形や多角形や半円形の断面を有してもよい。この断面はまた、長さに従って変化してもよい。直線あるいは非直線のいずれのコースにもできる。また、図１に示した先行技術による屈曲管を用いては作成できないような転換部及び／又は急な角部を持たせることもできる。
【００２２】
溝の幾何構造に応じ、種々の機械加工法が実行されてもよい。例えば、鋸状切削加工具やボール切削加工具や高速機械加工や化学的機械加工や電機式機械加工や型彫りを用いた切削加工を使用することができる。
【００２３】
溝が二つの嵌め込み部１４を有し、溝を閉塞する帯状片１６を嵌め込み部１４で受けることが好ましい。例示実施形態では、嵌め込み部の幅は０．１ｍｍ〜０．６ｍｍであり、それらの深さは０．５ｍｍ〜１ｍｍである。嵌め込み部の幅は、帯状片１６の遊びが最大でも０．１ｍｍであるよう調整する。帯状片１６の肉厚は、嵌め込み部の深さ、すなわち０．５〜１ｍｍにほぼ等しい。
【００２４】
帯状片１６は、機械式切断やレーザ切断や他の任意の適当な手段により、シートあるいは別形態の半完成品から得ることができる。
【００２５】
帯状片１６を嵌め込み部１４内に配置した後、それらを例えばヤグ（ＹＡＧ；イットリウム・アルミニウム・ガーネット）あるいは二酸化炭素（ＣＯ２）溶接により基部プレート１０上に溶接し、閉じた流路１８を形成する。通常、帯状片１６ごとに二つのビード２０が必要である。言い換えれば、各嵌め込み部１４ごとに溶接ビードが必要となる。しかしながら、冷却流路１８が互いに非常に接近している構造の場合、帯状片の右側に位置する嵌め込み部と隣接帯状片の左側に位置する嵌め込み部の封止を同時に得るために、単一の溶着ビードでも十分である。
【００２６】
溶接条件は、溝内に溶着部の開口を得られるように定めればよい。溶接ビード内に何らかの致命的欠陥がないかを検査すべくＸ線撮影型の非破壊検査を実行し、必要に応じて溶着部が良好に浸透していることを検査すると、都合がよい。プレート１０の各流路の封止は、ヘリウム漏れ試験により検査することもできる。そして拡散溶接により組み立てる面を清掃、前処理（例えば、化学エッチングや若干の機械加工により）し、汚れのない面を得る。
【００２７】
次に、その中に溝１２を作成した基部プレート２の面２１への蓋の２２のＨＩＣ（熱間等静圧圧縮）拡散溶接に着手する。
【００２８】
基部上面と帯状片上面が、蓋を載置する第１の面を形成する。この第１の面に対向する蓋の面が、第２の面を形成する。これら２つの面が、拡散溶接する接触面を形成する。接触面周縁は封止可能に溶接され、ガスを抜かれる。
【００２９】
レーザ法で溶接した帯状片１６によって溝１２を封止することにより、流路１８を著しく変形させることなしにＨＩＣ拡散溶接することが可能であり、また流路はそれらの端部の少なくとも一方において開口する。ＨＩＣ拡散溶接を用いると、蓋２２の肉厚を作用させることのみによって、壁厚を所望値へ増大させることができる。このような肉厚を直接レーザ溶接で得ることは不可能であろうことに加え、さらに蓋が存在することにより溶着部ビード２０は外部媒体から隔離され、それにより修理点検作業中の漏洩危険性を減らすこともできる。
【００３０】
鋼鉄やニッケル合金では、溶接温度は通常１，０００℃〜１，２５０℃の間で、また溶接圧力は通常８００バール〜１５００バールの間で選択される。溶接時間は通常少なくとも２時間、最大で１０時間である。
【００３１】
本発明の方法による熱交換プレート３０の例示実施形態を、図３〜５に示す。波形形状５を有する溝１２は、薄肉の平行六面体である基部プレート３２の長さに沿って形成されている。先に説明したように帯状片を作成し、その形状を溝１２の形状に適合させるようにする。この場合本例では、帯状片１６は波形を有する。図４は、溝１２の嵌め込み部内への帯状片の挿入を示す。図５は、蓋３４をＨＩＣ拡散溶接後のプレート３０の断面図である。図３のプレート３０は、多数の熱交換器種に用いることができる。図６と図７は、一例を図解するものである。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図６に断面で示した熱交換器は、例えば折り畳んで溶接した鋼鉄シートでできたカランドリア４２を含む。熱交換プレート３０は、カランドリア４２内に水平に配置されている。第１の熱交換流体は、これらのプレートのそれぞれの流路１８内部を流れる（図７の矢印４３）。第２の熱交換流体は、第１の流体との熱交換関係をもってカランドリア内を流れる。第２の流体は（図６によれば）矢印４５で示すようにカランドリアの右下部に位置する流入開口４４を通って侵入し、プレート３０の面に接して流れる湾曲した進路を取った後、矢印４７にて図式化したように流出ポート４６を通って交換器から流出する。
【００３２】
図３に示したプレート３０等のプレートを用いて得られる熱交換器の別の実施形態を、図８に示す。この交換器は、実施例では単純に８枚の重ね合わせたプレート３０で出来ている。第１の流体が矢印５２にて図式化したようにこれらのプレートのうち４枚の中を流れ、第２の流体が矢印５４にて図式化したように、これらのプレートの他の４枚の中を流れる。第１の流体が流れるプレートは、第２の流体が流れるプレートと互い違いにされている。これら流体の流れは、対向流である。このようにして小型熱交換器が得られる。流体の給送と流出は、公知の方法でなされる。
【００３３】
実施例において４ｍｍ×４．５ｍｍの四角形断面をもってその中に冷却回路を作成した薄肉（６．５ｍｍ）の熱核融合反応炉の斜視図を、図９に示す。これらの冷却回路は複雑であるため、図１を参照して説明した方法による単純な機械加工で作成することができない。さらに、これらの部品に対しては冷却回路の完全な封止が要求されるが、これははじめに説明したように単純な熱間等静圧圧縮によっては保証されない。かくして、本発明の特定の代替例によれば、所望断面、すなわち実施例では４ｍｍ×４．５ｍｍの四角形断面を有し、幅が０．２ｍｍ〜０．６ｍｍ、深さが０．５ｍｍ〜１ｍｍである嵌め込み部を有する溝を、例えば１５ｍｍの肉厚を有する比較的厚肉のプレート内に機械加工する。次に、冷却回路の幾何構造に適合させた肉厚と形状を有する帯状片１６を、レーザ溶接法にて溶接する（図１０）。次に、熱間等静圧圧縮により蓋６６を付加する（図１１）。そこで得られた部品を、次に特定の肉厚、すなわち実施例における６．５ｍｍ（図１２）を持たせるように機械加工する。図１１と図１２を比較することで分かるように、肉厚の低減は蓋６６と基部プレート６４の機械加工の両方により得られる。
【００３４】
特定の実施形態（図１３）では、本発明による流体流路を含む部品７０は基部プレート７２のそれぞれの面において溝を機械加工することで作成されてもよい。次に、先に説明したように、蓋７４をこれらの面のそれぞれに結びつける。
【００３５】
別の特定の実施形態（図１４）では、本発明による部品８０はＨＩＣ拡散溶接により基部プレート８１上に組み立てた蓋８２を用いて作成でき、蓋８２自体が溝１２を含む。このようにして、蓋８２自体が蓋８４に対し基部プレートを形成することになる。かくして小型部品が得られる。
【００３６】
説明してきた実施例においては、プレートは平坦である。しかしながら、プレートが曲率半径も有してもよいこと（筒状部や波形シート形状等）も、また理解されたい。プレートと蓋に同じ曲率半径を持たせ、それらが遊びなく互いに適合できるようにしさえすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】先行技術に従って作成したプレートの斜視図である。
【図２】本発明方法の様々な工程を示す概略断面図である。
【図３】本発明に従って作成した熱交換プレートの斜視図である。
【図４】図３のプレートの作成中の断面図である。
【図５】完成した図３のプレートの断面図である。
【図６】本発明のプレート、例えば図３〜図５のプレートを用いた熱交換器の一断面図である。
【図７】本発明のプレート、例えば図３〜図５のプレートを用いた熱交換器の一断面図である。
【図８】本発明に従って作成したプレートを含む小型熱交換器の斜視図である。
【図９】熱核融合反応炉用の被覆モジュールである冷却プレートの斜視図である。
【図１０】図９の熱核融合反応炉用の被覆モジュールを作成する３工程の一つを示す図である。
【図１１】図９の熱核融合反応炉用の被覆モジュールを作成する３工程の一つを示す図である。
【図１２】図９の熱核融合反応炉用の被覆モジュールを作成する３工程の一つを示す図である。
【図１３】本発明による流体流路を含む部品の代替実施形態を示す図である。
【図１４】本発明による流体流路を含む部品の代替実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０，７２  基部プレート
１２  溝
１４  嵌め込み部
１６  帯状片
１８  流路
２１  一方の面
２２，８２  蓋
【図１】
2008524545.tif 000003
【図２】
2008524545.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】
2008524545.tif 000016
【国際調査報告】
2008524545.tif 000017
2008524545.tif 000018
2008524545.tif 000019
2008524545.tif 000020