(57)【要約】  本発明は、各々がチャネルを備えた少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器モジュールを製作する方法であって、ａ／第１の回路と称する少なくとも２つの流体回路のうちの一方の１つ又は２つ以上のエレメントを作るステップを含み、第１の回路の各エレメントは、少なくとも２枚の金属プレートを含み、少なくとも２枚の金属プレートのうちの少なくとも１枚は、第１の溝を有し、ｂ／各エレメントの少なくとも２枚の金属プレートを積み重ねて第１の溝が第１の回路のチャネルを形成するようにするステップを含み、ｃ／拡散溶接によって、第１の回路の各エレメントの少なくとも２枚の積み重ねられた金属プレートを相互に組み立てるステップを含み、ｄ／第２の回路と称する少なくとも１つの他の流体回路の１つ又は２つ以上のエレメントを作るステップを含み、第２の回路の各エレメントは、第２の回路のチャネルの少なくとも一部分を有し、ｅ／拡散溶接若しくははんだ付けによって、又は拡散はんだ付けによって、第１の回路のエレメントと第２の回路のエレメントを組み立てるステップを含む方法に関する。
2016517950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がチャネルを備えた少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器モジュールを製作する方法であって、
ａ／第１の回路と称する前記少なくとも２つの流体回路のうちの一方の１つ又は２つ以上のエレメント（２）を作るステップを含み、前記第１の回路の各エレメントは、少なくとも２枚の金属プレート（１）を含み、前記少なくとも２枚の金属プレートのうちの少なくとも１枚は、第１の溝（１０）を有し、
ｂ／各エレメントの前記少なくとも２枚の金属プレート（１）を積み重ねて前記第１の溝が前記第１の回路の前記チャネル（１１）を形成するようにするステップを含み、
ｃ／拡散溶接によって、前記第１の回路の各エレメントの前記少なくとも２枚の積み重ねられた金属プレートを相互に組み立てるステップを含み、
ｄ／第２の回路と称する少なくとも１つの他の流体回路の１つ又は２つ以上のエレメント（３，３０；６，６０）を作るステップを含み、前記第２の回路の各エレメントは、前記第２の回路の前記チャネル（３１，６０）の少なくとも一部分を有し、
ｅ／拡散溶接若しくははんだ付けによって、又は拡散はんだ付けによって、前記第１の回路の前記エレメントと前記第２の回路の前記エレメントを組み立てるステップを含む、熱交換器モジュールを製作する方法。
【請求項２】
前記ステップｂ／の前に、前記第１の回路の各エレメントの前記金属プレートをクリーニングするステップａ１／を実施する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｂ／後に、各エレメントの前記少なくとも２枚の金属プレートの周囲を封止するステップｂ１／を実施し、次に各封止スタックの内側の脱ガスを行うステップｂ２／を、プレート相互間の各インターフェースのところに設けられている開口穴を介して実施し、前記開口穴を閉鎖するステップｂ３／を実施し、最後に熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを、封止されて脱ガスされた各スタックに比較的低圧で適用することによって前記ステップｃ／を実施する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
各スタックの前記周囲を溶接することによって前記ステップｂ１／を実施する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ステップｂ１／を、容器と称する金属ケーシング中への各スタックの挿入によって実施し、次に、前記容器を溶接するステップを実施し、前記開口穴は、前記容器の一面に溶接された圧送ポートと呼ばれる管内に開口し、前記圧送ポートを経て前記ステップｂ２／を実施し、前記圧送ポートを溶接することによって前記ステップｂ３／を実施する、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ステップｃ／の前記ＨＩＰサイクルを２０〜５００ｂａｒ、好ましくは４０〜２００ｂａｒの圧力で実施する、請求項３〜５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップｃ／の前記ＨＩＰサイクルを５００〜１２００℃の温度で実施する、請求項３〜６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップｃ／を一軸圧縮によって実施する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項９】
前記ステップｃ／を１〜５００ｋｇ／ｃｍ2、好ましくは１０〜２５０ｋｇ／ｃｍ2の圧縮力で実施する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップｃ／を１５分間〜数時間、好ましくは３０分間〜２時間の持続時間にわたり実施する、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップｃ／後に、好ましくは加工によって、少なくとも１枚の組み立て状態の金属プレートの厚さを減少させるステップｃ１／を実施する、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップｃ／後又は該当する場合には前記ステップｃ１／後に、前記第１の回路の前記チャネルを外側に向かって開口させるステップｃ２／を実施する、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップｃ２／後に、熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを既に組み立てられた各スタックに高圧で適用するステップｃ３／を実施する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップｃ３／の前記ＨＩＰサイクルを５００〜２０００ｂａｒ、好ましくは８００〜１２００ｂａｒの圧力で実施する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップｃ／後又は該当する場合には前記ステップｃ１／後又は該当する場合には前記ステップｃ３／前及び／又は前記ステップｃ３／後に、前記第１の回路の前記チャネルの非破壊管理ステップｃ４／を好ましくは超音波によって実施する、請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の回路の各エレメントについて、少なくとも２枚の金属プレートであってそのうち少なくとも１枚が前記第２の回路の前記チャネルの一部分を形成する第２の溝を備えた前記２枚の金属プレートを積み重ねるステップｄ１／と、前記第２の回路の各エレメントの前記少なくとも２枚の積み重ねられた金属プレートを拡散溶接により相互に組み立てる次のステップｄ２／とによって、前記ステップｄ／を実施する、請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の回路の前記チャネルを形成する前記溝と反対側の前記第１の回路の各エレメントの少なくとも１つの主要面又は２つの主要面を溝切りすることによって前記第２の溝を作る、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の回路の前記エレメントとは別体である金属プレートの主要面を溝切りすることによって前記第２の溝を作る、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の回路の各エレメントについて、互いに平行に配列されると共に前記第２の回路の前記チャネルの一部分を形成する管を挿入するステップｄ１／によって、前記ステップｄ／を実施する、請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを高圧で前記第１の回路の前記エレメントと前記第２の回路の前記エレメントとの間に適用することによって前記ステップｅ／を実施し、前記第１の回路と前記第２の回路の前記チャネルは両方とも、前記外側に向かって開口する、請求項１〜１９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ステップｅ／による前記ＨＩＰサイクルを５００〜２０００ｂａｒ、好ましくは８００〜１２００ｂａｒの圧力で実施する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記ステップｄ／と前記ステップｅ／との間で、前記第１の回路の前記チャネルは、外側及び形成された前記第２の回路の前記チャネルに向かって開口し、熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを比較的低い圧力で前記第１の回路の前記エレメントと前記第２の回路の前記エレメントとの間に適用することによって前記ステップｄ２／を実施する、請求項１〜２１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ステップｅ／による前記組み立て状態のモジュールに流体コレクタを溶接するステップｆ／を含み、前記流体コレクタは、前記第１の回路又は前記第２の回路内を流れる流体を分配し又は回収することができる、請求項１〜２２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のうちいずれか一項に記載の方法に従って得られた少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器モジュール。
【請求項２５】
互いに連結された請求項２４記載の複数のモジュールを含む熱交換器システム。
【請求項２６】
原子炉、例えば液体金属冷却炉（ＬＭＦＲ）の熱交換器の一部としての請求項２４記載の熱交換器モジュール又は請求項２５記載の熱交換器システムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々がチャネルを備えた少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器に関する。
【０００２】
本発明は、特に、熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）技術により得られる拡散溶接による、かかる熱交換器の新規な製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
公知の熱交換器は、１つであるか少なくとも２つであるかのいずれかである内部流体循環チャネル回路を有する。単一回路を有する熱交換器では、熱交換は、回路とこの回路が浸漬されている周囲流体との間で行われる。少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器では、熱交換は、２つの流体回路相互間で行われる。
【０００４】
少量の共反応物を、好ましくはミキサを備えた第１の流体回路の入口のところで同時に注入し、得られた化学生成物を第１の回路の出口のところで回収する連続方法を実施する化学反応器が知られている。これら公知の化学反応器の中には、一般にユーティリティ回路と呼ばれ、機能上、反応に必要な熱を提供するか或いはこれとは対照的に反応により放出された熱を排出することによるかのいずれかによって化学反応を熱的に制御する第２の流体回路を有するものがある。ユーティリティを含む２つの流体回路を備えたかかる化学反応器は、従来、熱交換器／反応器と呼ばれている。
【０００５】
本発明は、熱交換の機能だけを備えた熱交換器の製作と熱交換器／反応器の製作の両方に関する。したがって、本発明との関連において「少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器」という表現は、熱交換の機能だけを備えた熱交換器と熱交換器／反応器の両方であるものと理解されることを意図している。
【０００６】
先行技術
【０００７】
プレート式と称される既存の熱交換器は、多管式と称される熱交換器と比較して顕著な利点を有しており、特に、有利には熱交換の表面積と体積の比が高いことの結果として、これらの熱的性能レベルの高さ及びこれらのコンパクトさという利点を有する。
【０００８】
公知の多管式熱交換器は、例えば、Ｕ字形又は螺旋形に曲げられた管又は真っ直ぐな管の束が有孔プレートに固定されると共にシェル（胴）と呼ばれているチャンバ内に配置されたチューブアンドシェル式熱交換器である。チューブ及びシェルを有する熱交換器では、流体の流れのうちの一方は、管の内部を流れ、他方の流体は、シェルの内側を流れる。これらチューブアンドシェル式熱交換器は、嵩が相当大きく、従って、コンパクトさに欠ける。
【０００９】
公知のプレート式熱交換器は、コンパクトであり、そしてチャネルを有し且つ互いに組み立てられるプレートを積み重ねることによって得られる。
【００１０】
チャネルは、プレートをスタンピング（プレス加工）することによって、必要ならば、フィンの形に折り畳まれたシートを追加することにより又は溝を作ることによって作られる。この製作は、例えばフライス加工による機械的手段又は化学的方法を用いて行われる。化学的製作は、従来、化学エッチング又は電気化学エッチングと呼ばれている。
【００１１】
プレートの相互の組み立ては、熱交換器の封止及び／又は機械的強度、特に内側を流れている流体に対する耐圧性を保証するようになっている。
【００１２】
幾つかの組み立て技術が知られており、これら組み立て技術は、所望のプレート式熱交換器の形式に従って用いられる。かくして、この組立体は、機械的手段、例えば端部のところに配置された２枚の厚手の且つ剛性のプレート相互間にクランプされたスタックを保持する引張部材を用いて実施できる場合がある。チャネルの封止は、連結状態の接合部を平たくすることによって実施できる。組み立ては又、溶接によって実施される場合があり、溶接は、一般的に言って、プレートの周囲に限定され、プレートは、溶接作業後、熱交換器をグリッド中に挿入して流体に対するその耐圧性の実現を可能にすることを必要とする場合がある。組み立ては、この場合も又、特にフィンが追加された熱交換器に関してはんだ付けによって実施できる場合がある。組み立ては、最後に、拡散溶接によって実施できる。
【００１３】
上述した最後の２つの技術により、機械的強度の面で特に秀でた熱交換器を製作することができる。これは、これら２つの技術の結果として、組み立てがプレートの周囲のところだけでなく熱交換器の内部においても実施されるからである。
【００１４】
拡散溶接によって組み立てられたプレートを備える熱交換器は、はんだ付けに必要な添加金属が存在しない結果として、はんだ付けによって得られる熱交換器の接合部よりも更に一層機械的に優れた接合部を有する。
【００１５】
拡散溶接では、高温状態で力を所与の期間にわたり組み立てられるべきコンポーネントに加えることによって組立体を固体状態で得る。加えられる力は、二重の機能を有し、即ち、この力によりドッキングが可能であり、即ち、溶接されるべき表面の接触が可能であり、しかも、この力は、クリープ変形／拡散によって接合部（インターフェース）中の残留ポロシティをなくすのを容易にする。
【００１６】
一軸圧縮によって、例えば、オーブンを備えたプレスを用いて又は単に組み立てられるべきコンポーネントのスタックの頂部のところに配置された塊又は質量体を用いてかかる力を加えることができる。この方法は、従来、一軸拡散溶接と呼ばれており、この方法は、プレート式熱交換器の製作に工業的に用いられている。
【００１７】
一軸拡散溶接法の大きな欠点は、これにより一軸圧縮力を加える方向に対して任意の向きの接合部を溶接することができないということと関連している。
【００１８】
別の変形方法は、この欠点を解決している。この別の方法では、加圧ガスにより力を密閉チャンバに加える。この方法は、一般に、熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）法と呼ばれている。一軸拡散溶接法と比較した場合のＨＩＰによる拡散溶接法の別の利点は、この拡散溶接法が工業規模で普及しているということにある。これは、ＨＩＰが鋳物コンポーネントのバッチ処理及び粉体の締め固めのために使用されるからである。
【００１９】
現在知られている拡散溶接によって得られたプレート付きのコンパクトな熱交換器は又、以下に説明することができる大きな欠点を有している。
【００２０】
第１の大きな欠点は、プレート、特に作製されるチャネルを備えたプレートの場合の製作費が高いことにある。化学エッチングが機械的製作と比較してコスト面で或る程度の減少を可能にするが、これは、全て相対的であり、所与の長さで比較すると、化学エッチングによって製作されるプレート式熱交換器のチャネルのコストは、多管式熱交換器のチャネルのコストよりも高くつく。さらに、化学エッチングには多数の欠点があり、例えば、不適当な寸法精度、拡散溶接にとっては望ましくない縁部の丸み付け、又は用いられた酸洗い及びマスキング製品の残留物に起因して組み立てられるべき表面に生じる残留汚染が挙げられる。
【００２１】
拡散によって溶接されたプレート付きのコンパクトな熱交換器の第２の大きな欠点は、得られるインターフェース接合部の機械的強度とチャネルの許容可能な変形と構造材料の結晶粒の拡大との間に良好な妥協点を見出すことが困難なことである。
【００２２】
これは、一軸拡散溶接法では、インターフェースのところのポロシティをなくすために、プレートが良好な相互接触関係をなすこと及び小さな値の力が溶接温度の増加によって補償されることを条件として、チャネルを僅かな程度まで変形させる小さな又はそれどころか極めて小さな値の力を用いることが可能であるからである。これら条件は、材料の耐腐食性及び機械的性質に対して禁止的になる場合のある材料の結晶粒の拡大を不可避的に伴う。さらに、多くの用途では、２つの流体回路相互間に配置される材料の結晶粒の数が漏れの恐れを阻止するために最小値を超えることが必要不可欠である。
【００２３】
ＨＩＰを用いた拡散溶接法では、溶接されるべき表面により構成されるインターフェース中にガスが入り込むのを阻止するために、コンポーネントのスタックを前もって密閉容器内に封入する。従来用いられているガス圧力は、高く、５００〜２０００ｂａｒのオーダであり、典型的には１０００ｂａｒである。ＨＩＰを実施することができる工業用チャンバの最低動作圧力は、それ自体４０〜１００ｂａｒである。かくして、この圧力で溶接された接合部は、他の全ての条件（材料、温度、表面状態等）が同一であるものとして、高い圧力、例えば１０００ｂａｒで得られた接合部よりも耐性が低い。さらに、４０〜１００ｂａｒのこの圧力ですら、高いチャネル密度を備えたプレート、即ち、隣のプレートで定められる接触表面が目に見える全表面と比較して狭いプレートについては一層高い。これは、この種のプレートに関し、数十バールの圧力であっても、これがチャネルの許容できないほどの変形を生じさせるのに十分な場合があるからである。考えられる一解決策は、組み立て温度を減少させて材料が圧力に対する耐性が高いようにすることであると言えるが、これは、接合部の強度を更に低下させることに等しい。別の考えられる解決策は、チャネルの構成を変えてスタックが圧力に対して高い耐性を持つようにすることであると言えるが、これは、プレート式熱交換器のコンパクトさを低下させることに等しい。
【００２４】
注目されるべきこととして、一軸拡散溶接法を用いるにせよＨＩＰを利用する拡散溶接法を用いるにせよいずれにせよ、溝付きプレートのスタックへの溶接力の伝達は、不均等な仕方で行われる。これは、溝の下に位置するインターフェースの部分が減少した溶接力を受けるからであり、と言うのは、この溶接力が各溝の一方の側及び他方の側に配置された２つのリブ又は峡部を介してのみ伝えられるからである。これとは逆に、リブに関しては、大きな溶接力が得られる。かくして、インターフェースの品質は、スタックのある１つの場所と別の場所とでは異なる場合がある。
【００２５】
さらに、特に要求の厳しい用途に関し、スタックの全ての場所で例えば非破壊管理によってインターフェースの品質を管理できることが必要である。これは、幾つかの高精度な場合、例えば極めて僅かに内方に湾曲し且つ制御超音波を通過可能にするのに適したサイズを有するチャネルの場合を別として、現在利用できる技術では不可能である。
【００２６】
ＨＩＰによる拡散溶接によって熱交換器を製作する一方で、チャネルの幾何学的形状及びインターフェースの品質を制御する多くの解決策が既に知られている。これら解決策の共通の要点は、ＨＩＰサイクル中、チャネルを開口状態のままにすることができるようスタックを製作することである。このように、加圧ガスは、チャネルの内部空間の全てを占め、その結果、チャネルは、変形状態にはならず又は変形状態になったとしても極めて僅かである。かくして、ＨＩＰを高圧で実施することが可能になる。
【００２７】
第１の公知の解決策では、各チャネルについて管を用い、そしてこの管の少なくとも一端部をそれ自体密閉されている容器に封止的に溶接する。各管をあらかじめプレートの溝の中に挿入し、次に、同一プレートの溝の中に挿入された管を、溝が設けられ又は設けられておらず且つ隣に位置する別のプレートでサンドイッチする。本願の発明者のうちの１人は、この解決策を既に実施している（非特許文献である刊行物［１］参照）。各管の少なくとも一端部を密閉容器に封止的に溶接する先の強制的なステップは、本来、限られた本数及び限られた密度の管を必要とする。この解決策の大きな欠点は、管の形態で製作可能な熱交換器のチャネルが必要であり、これにより、複雑な形状、例えば曲げ加工によっては製作することができない急な方向変化を有する形状を採用することができないということにある。このように、複雑な形状に代えて、チャネルは、より簡単でしかもコンパクトさの低い形態で製作される。即ち、この第１の公知の解決策は、前提部に記載されている先行技術による拡散によって溶接される溝付きプレートを有する熱交換器と比較して、熱交換器のコンパクトさを損なう。
【００２８】
第２の公知の解決策が国際公開第２００６／０６７３４９号パンフレットに記載されている。これは、実質的に、溶接されるべきインターフェースがチャネル中に開口するのを阻止することが必要である。このように、この国際公開の解決策では、頂部のところが開口した断面を有する溝を金属プレートに形成し、次に薄い金属プレートの溶接によって溝を個々に塞ぎ、かくして溝の一方の端部又は２つの端部を加圧ガスに対して接近可能である状態のままにする。チャネル端部を溶接した場合の問題は、第１の公知の解決策と比較して単純化されているが、これは、チャネル１本当たり１枚のプレートを溶接するという手間をかけた上でのことである。これは、大きな労働力を要すると共にコスト高であり、しかも熱交換器１つ当たり多数本のチャネルが用いられている場合に実施するのは困難な場合がある。
【００２９】
第３の公知の解決策が国際公開第２０１１／０２６９２５号パンフレットに記載されている。以下のステップ、即ち、
‐溝付きプレート上に各溝の周囲のところに浮き上がった状態の材料の連続ビード及びプレートの周囲のところで浮き上がった状態の別の連続ビードを設けるステップ、
‐溝付きプレートを、これらの連続ビードが容器内に位置し、溝が開口した端部を備えていない状態で積み重ねるステップ、
‐容器を密閉するステップ、
‐低圧力ＨＩＰサイクルを適用し、その間、少なくとも１本の溝によって個々に画定された各チャネルの封止が連続ビードの拡散溶接を用いて得られるようにするステップ、
‐チャネルを穴あけして加圧ガスが各チャネル中に入り込むことができるようにするステップ、
‐高圧ＨＩＰサイクルを適用して連続ビードによって画定された表面の拡散溶接によって良好な機械的性質を接合部に与えるステップが実施される。
【００３０】
この国際公開第２０１１／０２６９２５号パンフレットに記載された公知の解決策の場合、この最後の公知の解決策は、大きな労働力を要すると共にコスト高であり、しかも熱交換器１つ当たり多数本のチャネルが用いられている場合に実施するのは困難な場合がある。
【００３１】
第４の解決策が本出願人によって開発された。この解決策は、国際公開第２０１３／１５０４５８号パンフレットに記載されると共にクレーム請求されている。この解決策では、実質的に、第１の端部が行き止まり状態（閉鎖状態）であり、第１の端部と反対側の第２の端部が開口している細長い形態の金属管の２つの群を製作し、各群に属する管を並置状態に位置決めすることによってこれら管を互いに整列させ、２つの群を頭と足を位置決めすると共にオフセットさせた状態で交互に積み重ねて遊びを生じさせ、各遊びにプレート又は金属プレートを詰め込み、次にこのようにして形成されたスタックを金属プレートによって形成されたケーシングで囲む。このように、インターフェースの周囲の封止溶接は、単純化される一方で、後には各管の第２の端部が開口状態で残され、かくして高圧ＨＩＰサイクルを適用することが可能である。この解決策は、これ又上述の第１の解決策と同様、管の考えられる特有の形状の結果として、複雑な幾何学的形状及び／又は小さな寸法のチャネル、例えば金属シート又は溝付きプレートで作られるチャネルを有する熱交換器の製作には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】国際公開第２００６／０６７３４９号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２０１１／０２６９２５号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２０１３／１５０４５８号パンフレット
【非特許文献】
【００３３】
【非特許文献１】［１］《Fusion reactor first wall fabrication techniques》by G. Le Marois, E. Rigal, P. Bucci, (fusion engineering and design pp 61-62(2002) 103-110 Elsevier science B.V);
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
したがって、特にチャネルが複雑な幾何学的形状及び／又は小さな寸法を備えた状態のコンパクトな熱交換器を得るために拡散溶接による熱交換器の製作方法を更に改良し、熱交換器の任意の場所で接合部の品質を例えば非破壊管理によって管理することができるようにするために、チャネルの過度に激しい変形を生じさせず且つ構造材料の結晶粒の許容できないほどの拡大を生じさせずに、これら接合部の機械的強度を向上させ、しかも許容可能な製作費を実現すると共に具体化を容易にすることが要望されている。
【００３５】
本発明の目的は、この要求を少なくとも部分的に満たすことにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
この目的のため、本発明は、各々がチャネルを備えた少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器モジュールを製作する方法であって、
ａ／第１の回路と称する少なくとも２つの流体回路のうちの一方の１つ又は２つ以上のエレメントを製作するステップを含み、第１の回路の各エレメントは、少なくとも２枚の金属プレートを含み、少なくとも２枚の金属プレートのうちの少なくとも１枚は、第１の溝を有し、
ｂ／各エレメントの少なくとも２枚の金属プレートを積み重ねて第１の溝が第１の回路のチャネルを形成するようにするステップを含み、
ｃ／拡散溶接によって、第１の回路の各エレメントの少なくとも２枚の積み重ねられた金属プレートを相互に組み立てるステップを含み、
ｄ／第２の回路と称する少なくとも１つの他の流体回路の１つ又は２つ以上のエレメントを製作するステップを含み、第２の回路の各エレメントは、第２の回路のチャネルの少なくとも一部分を有し、
ｅ／拡散溶接若しくははんだ付けによって、又は拡散はんだ付けによって、第１の回路のエレメントと第２の回路のエレメントを組み立てるステップを含むことを特徴とする方法に関する。
【００３７】
「はんだ付け拡散」は、刊行物［２］に記載されているように当業者の通常の定義を意味するものである。
【００３８】
このように、本発明は、実質的に、好ましくはＨＩＰを用いた拡散溶接による、溝付きプレートから作られた第１の流体回路のエレメント相互の中間組み立てを含む少なくとも２種類の流体回路を有する熱交換器を製作する方法である。
【００３９】
第１の流体回路のエレメントについて中間拡散溶接を行うことにより、純粋に中間拡散溶接に専用の溶接力を提供することができ、この場合、第２の流体回路のエレメントを同時に溶接する必要がない。即ち、溶接力は、第１の回路の各エレメントに個々に加えられ、この溶接力は、先行技術の方法とは対照的に、第２の流体回路のエレメントが設けられていることによっては、小さくならず、即ち遮られることはない。
【００４０】
本発明により、組み立てステップｃ／での溶接力が第１の流体回路のエレメントの各々に別個独立に加えられるということの結果として、エレメントのプレートの初期厚さが比較的厚いということを想定することが可能であり、その目的は、プレートの溝により形成されるチャネルの変形を最大限減少させることにある。次に、第２の流体回路のエレメントとの組み立てのためのステップｅ／前に、例えば加工によって、第１の回路の各エレメントのこれらプレートの厚さを必要に応じて正確に減少させることが可能であり、その目的は、第１の回路のエレメントと第２の回路のエレメントとの間に所望の壁厚を設けることにある。
【００４１】
このように、プレート厚さが第１の回路の各エレメントについて当初厚いことにより、溶接力及び／又は溶接温度を増大させ、かくして接合部の品質を高めると共に接合部の性能レベルと第１の流体回路の結晶粒拡大及びチャネルの変形との間に最適の妥協点を見出すことが可能である。
【００４２】
さらに、第１の流体回路の各エレメントについて複雑な幾何学的形状及び／又は小さなサイズのチャネルを構成することが可能である。
【００４３】
本発明の方法により、少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器を得ることができ、これら熱交換器は、コンパクトであり、しかもこれら熱交換器の第２の流体回路のエレメントとの組み立てに先立つ第１の流体回路の各エレメントの比較的低圧での好ましくはＨＩＰを用いた拡散溶接による独立した組み立てにより、許容できないほどの結晶粒拡大が生じた結果としてのチャネルの圧潰の恐れが生じるわけでもなく構造材料の過度の劣化が生じるわけでもない。
【００４４】
さらに、本発明の方法の実施化のコスト及び容易さは、許容限度内にある。
【００４５】
第１及び第２の流体回路の各エレメント並びに溶接によって互いに連結される流体コレクタを構成する金属材料は、熱交換器モジュールについて必要な使用条件、即ち流体の圧力、モジュールを通って流れる流体の温度及び性状に従って選択される。これは、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はこれらと鋼の合金、特に合金化鋼若しくはステンレス鋼、又はニオブ、モリブデン、タンタル若しくはタングステンの合金から選択された耐熱金属であるのが良い。
【００４６】
流体循環チャネルは、特に運ばれる流体の性状及び特性並びに所望の熱交換に依存する幅及び高さを有する。かかる幅及び高さは、特に、チャネルの経路に沿って様々であって良い。一般的に言って、本発明のコンパクトな熱交換器モジュールは、寸法が０．１ｍｍから１０ｍｍまで、好ましくは１ｍｍから５ｍｍまで様々であるチャネルを有する。この目的のため、本発明に従ってステップａ／〜ステップｃ／で用いられる第１の回路のエレメントの金属プレートの厚さは、０．１ｍｍから１５ｍｍまで、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍまで様々であって良い。最後に、チャネルのこれらの長さにわたる経路は、真っ直ぐであっても良く真っ直ぐではなくても良く、そして例えばジグザグの形態をした曲り部又はパターンを形成しても良い。
【００４７】
第１の回路の各エレメントを構成する金属プレートの製作は、第１の回路のチャネルに与えることが望ましい幾何学的形状に依存した方法を実施するのが良い。例えば、丸形コーナー部を備えた一定の長方形断面を有するチャネルが望ましい場合、単一のエレメントを構成する２枚のプレートに溝を作ることが好ましい。チャネルは、各プレートの溝を互いに対向して位置決めした状態で２枚のプレートを互いに積み重ねることによって形成される。これとは対照的に、鋭角を備えたチャネルが望ましい場合、溝が設けられていない２枚のプレートで、レーザ切断技術又は化学貫通エッチングによって凹まされたパターンを有する中間プレートをサンドイッチすることが好ましい。
【００４８】
チャネルを形成するため、チャネルを形成する第１の回路の各エレメントを構成するプレートについてステップｂ／による積み重ねが行われる。この目的のため、心出しピンを用い又はプレートをこれらのエッジのところに楔止めすると共にこれらを例えば溶接によって固定することが可能である。
【００４９】
好ましくは、積み重ねに先立って、即ち、ステップｂ／の前に、第１の回路の各エレメントの金属プレートをクリーニングするステップａ１／を実施する。クリーニングは、例えば洗浄剤又は溶剤を用いて実施されるのが良い。
【００５０】
有利な実施形態によれば、ステップｂ／後に、各エレメントの少なくとも２枚の金属プレートの周囲を封止するステップｂ１／を実施し、次に各封止スタックの内側の脱ガスを行うステップｂ２／を、プレート相互間の各インターフェースのところに設けられている開口穴を介して実施し、開口穴を閉鎖するステップｂ３／を実施し、最後に熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを比較的低圧で封止されて脱ガスされた各スタックに適用することによってステップｃ／を実施する。チャネル及びインターフェースの脱ガスは、チャネル及びインターフェースを減圧状態に配置することにより開口穴を介して実施され、その後開口穴を遮断する。
【００５１】
この方法に従って、有利な変形例として、各スタックの周囲を溶接することによってステップｂ１／を実施する。
【００５２】
さらにこの方法によれば、ステップｂ１／を、容器と称する金属ケーシング中への各スタックの挿入によって実施し、次に、容器を溶接するステップを実施し、開口穴は、容器の一面に溶接された圧送ポートと呼ばれる管内に開口し、圧送ポートを経てステップｂ２／を実施し、圧送ポートを溶接することによってステップｂ３／を実施する。容器に溶接される管すなわち圧送ポートは、インターフェース内に開口した穴と対向したプレートのうちの一方に溶接されるのが良い。脱ガス作業を実施するため、この圧送ポートを真空ポンプに連結し、圧送を周囲温度と約４００℃との間の特定の温度で実施し、次に、圧送ポートを空中に再び配置することなく溶接によって閉鎖する。
【００５３】
ＨＩＰ型のサイクルは、大抵の場合同時である加熱作業及び加圧作業、温度及び圧力の維持、その後の冷却作業及び減圧作業を含む。このサイクルは、特に第１の回路のエレメントを構成するプレートの材料に従って選択される。具体的に言えば、特に用いられるＨＩＰチャンバの容量を考慮に入れて維持温度並びに加熱及び加圧の（それぞれ冷却及び減圧の）速度を選択することが可能である。
【００５４】
ステップｃ／のＨＩＰサイクルを２０〜５００ｂａｒ、好ましくは４０〜２００ｂａｒの圧力で実施することが好ましい。圧力の選択は、得られるべき溶接品質とチャネルの許容可能な変形との間に見出される妥協点の結果として行われる。このＨＩＰサイクルは、比較的低圧のサイクルと呼ばれており、と言うのは、圧力が高圧サイクルと呼ばれるＨＩＰサイクル、即ち、５００〜２０００ｂａｒ、有利には８００〜１２００ｂａｒのＨＩＰサイクルの圧力よりも低いからである。
【００５５】
ステップｃ／のＨＩＰサイクルを好ましくは再度、５００〜１２００℃の温度で実施する。用いられる温度は、用いられるプレートを構成する材料及び最大許容結晶粒度で決まる。
【００５６】
別の有利な実施形態によれば、ステップｃ／を一軸圧縮によって実施する。このように、この別の方法によれば、ステップｂ／に従って作られた各スタックをオーブン内に配置し、次に、各スタックをＨＩＰによる他の方法に関する材料に依存するサイクルに従って加熱し、そして力を加熱の開始から又は加熱中若しくは維持中かのいずれかに加える。次に、スタックを冷却する。ＨＩＰを用いた方法に関し、力の選択は、得られるべき溶接品質とチャネルの許容可能な変形との間に見出される妥協点の結果として行われる。
【００５７】
この別の方法によれば、ステップｃ／を１〜５００ｋｇ／ｃｍ2、好ましくは１０〜２５０ｋｇ／ｃｍ2の圧縮力で実施することが好ましい。
【００５８】
この方法とは無関係に、ステップｃ／を１５分間〜数時間、好ましくは３０分間〜２時間の持続時間にわたり実施することが好ましい。ＨＩＰ維持の持続時間は、１５分間〜数時間、好ましくは３０分間〜２時間であるのが良い。加熱及び加圧時間（それぞれ冷却及び減圧のための）は、用いられる機器（チャンバ）の特性及び性能で決まり、かかる加熱及び加圧時間は、一般的に言えば、数時間である。
【００５９】
ステップｃ／後に、好ましくは加工によって、少なくとも１枚の組み立て状態の金属プレートの厚さを減少させるステップｃ１／を実施することが可能である。このように、上述したように、チャネルを外側から隔てる壁について十分に厚い厚さを決定することによって第１の流体回路のチャネルの変形を減少させることが可能である。次に、この厚さをこのステップｃ１／に従って減少させる。プレートの厚さが当初厚い状態で、有利には、溶接力及び／又は溶接温度を増大させ、従って接合部の品質を高め、その結果、接合部の性能レベルと結晶粒拡大及びチャネルの変形との間に見出される最善の妥協点を見出すことが可能である。
【００６０】
ステップｃ／後又は該当する場合にはステップｃ１／後に、第１の回路のチャネルを外側に向かって開放するステップｃ２／を実施する。第１の回路のチャネルの開放は、それに続く第２の回路のチャネルの開放と同じ仕方で、穴あけにより又はチャネルを閉鎖しているプレートの端部を切断することによって実施できる。
【００６１】
有利な変形例によれば、ステップｃ２／後に、熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを高圧で、既に組み立てられた各スタックに適用するステップｃ３／を実施する。この変形例が有利である理由は、一方において、ＨＩＰサイクルを高圧で実施することにより第１の流体回路のエレメントを堅固にすることができ、このことは、有利であることが分かり、と言うのは、次のステップｄ２／中における圧力がそのエレメントを変形させる傾向を有する場合があるからである。他方、ステップｃ３／による高圧ＨＩＰサイクル後における好ましくは超音波による管理によって、組立体の適合性を確認することができる。
【００６２】
ステップｃ３／によるＨＩＰサイクルを５００〜２０００ｂａｒ、好ましくは８００〜１２００ｂａｒの圧力で実施することが好ましい。ステップｃ３／によるこのサイクルは、第１の流体回路の各エレメントに関する組み立てを完了させるようになっている。
【００６３】
ステップｃ／後又は該当する場合にはステップｃ１／後又は該当する場合にはステップｃ３／前及び／又はステップｃ３／後に、第１の回路のチャネルの非破壊管理ステップｃ４／を好ましくは超音波によって実施する。この非破壊管理は、溝を有する面と反対側の面を表示することによって実施される。好ましくは、この管理は、高圧でのＨＩＰサイクルの前及び後に実施され（ステップｃ３／）、それにより、低圧でのＨＩＰサイクル（ステップｃ／）に続く何らかの欠陥の存在を示すことができ、そして高圧ＨＩＰサイクル中になくすことができる。これら欠陥がなくならないということは、第１の回路のエレメントが不合格品であることの理由になり得る。かくして、本発明の方法により、体系的であると言うことができ、且つ、先行技術の拡散法により溶接される金属シート又は溝付きプレートの積み重ね上では実施することができない非破壊管理が可能である。
【００６４】
ステップｄ／による第２の流体回路のチャネルの形成のための幾つかの実施形態及び変形例が可能である。
‐すなわち、第２の回路の各エレメントについて、少なくとも１枚が第２の回路のチャネルの一部分を形成する第２の溝を備えた少なくとも２枚の金属プレートを積み重ねるステップｄ１／及び拡散溶接により第２の回路の各エレメントの少なくとも２枚の積み重ねられた金属プレートを相互に組み立てる次のステップｄ２／による。第１の回路のチャネルを形成する溝と反対側の第１の回路の各エレメントの少なくとも１つの主要面又は２つの主要面を溝切りすることによって第２の溝を作るのが良い。変形例として、第１の回路のエレメントとは別体である金属プレートの主要面を溝切りすることによって第２の溝を作っても良い。
‐すなわち、第２の回路の各エレメントについて、互いに平行に配列されると共に第２の回路のチャネルの一部分を形成する管の挿入ステップｄ′１／による。
【００６５】
好ましくは、熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを高圧で第１の回路のエレメントと第２の回路のエレメントとの間に適用することによってステップｅ／を実施し、第１の回路と第２の回路のチャネルは両方とも、外側に向かって開口する。ステップｅ／によるＨＩＰサイクルを５００〜２０００ｂａｒ、好ましくは８００〜１２００ｂａｒの圧力で実施することが有利である。第１の回路のエレメント上に積み重ねられる第２の回路のエレメントへの溶接力の伝達は、その外側面のところだけでなく第１の流体回路のチャネルの内側を介してガスの圧力により実施される。このように、溶接力は、特に良好に分布され、第２の回路又は他の追加の回路のエレメントの溶接が大幅に容易になる。
【００６６】
ステップｄ／とステップｅ／との間で、第１の回路のチャネルは、外側及び形成された第２の回路のチャネルに向かって開口し、熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを比較的低い圧力で第１の回路のエレメントと第２の回路のエレメントとの間に適用することによってステップｄ２／を実施する。このステップｄ２／は、第２の流体回路が管以外によって形成され、即ち、溝切りによって形成される場合に実施される。第１の開放回路のチャネルへのＨＩＰサイクルの適用により、第２の流体回路のインターフェースへの溶接力の良好な伝達が可能である。
【００６７】
有利には、ステップｅ／に従って組み立てられたモジュールに流体コレクタを溶接するステップｆ／を提供することが可能であり、流体コレクタは、第１の回路又は第２の回路内を流れる流体を分配し又は回収することができる。
【００６８】
本発明は又、上述の方法に従って得られた少なくとも２つの流体回路を有する熱交換モジュールに関する。
【００６９】
本発明は、最後に、互いに連結されている上述した複数のモジュールを含む熱交換器システムに関する。
【００７０】
最後に、本発明は、原子炉、例えば液体金属冷却路（ＬＭＦＲ）の熱交換器の一部としての上述の熱交換器モジュール又は上述のシステムの使用に関する。
【００７１】
本発明の他の利点及び他の特徴は、以下の図を参照して非限定的な例として与えられる本発明の実施形態の詳細な説明を読むと良好に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１の流体回路Ｃ１のエレメントの金属プレートの正面図であり、本発明の２つの流体回路を有する熱交換器モジュールの製作方法の第１の実施例がかかる金属プレートから具体化される状態を示す図である。
【図１Ａ】図１のプレートのＡ‐Ａ線矢視断面図である。
【図１Ｂ】図１のプレートのＢに沿う詳細図である。
【図２】図１の２枚の金属プレートから製作された第１の流体回路のエレメントの断面斜視図である。
【図２Ａ】図２の第１の流体回路のエレメントの断面図である。
【図３】図２の第１の流体回路のエレメントの斜視図であり、本発明の熱交換モジュールの第２の流体回路Ｃ２のチャネルを形成するためにこのエレメントの主要面上に溝が設けられている状態を示す図である。
【図３Ａ】図３のエレメントの断面斜視図であり、第２の流体回路Ｃ２のチャネルを形成するための第１の流体回路Ｃ１のチャネルと溝の両方を示す図である。
【図４】図３の１１個のエレメントのスタック、及び、本発明の熱交換器モジュールを形成するためにこれら１１個のエレメントの一方の側及び他方の側のところに配置された２枚の追加プレートの斜視図である。
【図４Ａ】本発明に従ってＨＩＰサイクルを受ける前における図４のスタックの断面斜視図である。
【図５】図４のスタックが本発明に従って低圧ＨＩＰサイクル及び高圧ＨＩＰサイクルを受けた後であり且つその側方縁部を切断して第２の流体回路Ｃ２のチャネルを開放した後における図４のスタックの斜視図である。
【図６】図１〜図５の製作とは異なる、第２の流体回路のエレメントの別の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
「長手方向」及び「横方向」という用語は、本発明の熱交換器モジュールのスタックの幾何学的形状を定める金属プレートの幾何学的形状に関して考慮されるようになっている。このように、結局、本発明の熱交換器モジュールのスタックの４つの長手方向側部は、プレートの長手方向軸線Ｘと平行に、即ち、これらの長さＬに沿って延びる長手方向側部である。スタックの２つの横方向側部は、プレートの横方向Ｙ軸に沿うと共にＸ軸に対して直交して、即ち、これらの幅ｌ又はｌ′に沿って延びる横方向側部である。
【００７４】
図３、図３Ａ、図４、図４Ａ及び図５Ａでは、この段階では、プレートが溶接されているので、回路１のエレメントを構成するプレート相互間にインターフェースが示されていない。同様に、図５には回路Ｃ２のインターフェースが示されていない。
【００７５】
実施例１
【００７６】
ステップａ／：第１の流体回路Ｃ１のエレメント２を製作するために、長方形の形状Ｌ×ｌ及び厚さＨ、深さＨ１、幅ｌ１及び特定の間隔ｅ（図１、図１Ａ、図１Ｂ）を備えた溝１０を有する２つの互いに同一の金属プレート１を製作する。２枚のプレート１の溝の加工作業を互いに鏡像関係をなした状態で２つのパターンに従って実施し、図１に示されているように、これらは、有利には、９０°の曲り部及びプレート１の長手方向軸線Ｘに対して４５°の傾斜角を有するジグザグパターンであるのが良い。
【００７７】
一例を挙げると、プレート１は、ステンレス鋼１．４４０４のものであり、プレート１の寸法Ｌ×ｌ×Ｈは、６０２×１５０×４ｍｍに等しく、溝の寸法Ｈ１×ｌ１は、１×２ｍｍに等しく、許容誤差は、それぞれ、±０．０２ｍｍ及び±０．０５ｍｍに等しく、溝Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２の曲率半径は、それぞれ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍ、２．１ｍｍに等しく、２つの連続して位置する溝相互間の距離ｅ、即ち峡部の幅は、１ｍｍに等しく、許容誤差は、±０．０５ｍｍに等しい。溝１０の端とプレート１の長手方向縁との間の距離ｄｌは、１１ｍｍに等しい。
【００７８】
ステップａ１／：プレート１のクリーニングを溶剤及び洗浄剤を用いてプレート１のクリーニングを実施する。
【００７９】
ステップｂ／：２枚のプレート１をクリーニングした後、２枚のプレート１を積み重ねて２×Ｈ１、即ち、この実施例では２ｍｍに等しい高さを有するジグザグ配列の一連のチャネル１１を有する第１の回路Ｃ１のエレメント２を再構成する（図２及び図２Ａ）。図示していない心出しピンを用いて２枚のプレート１を互いに整列させる。
【００８０】
ステップｂ１／：チャネルを構成する互いに積み重ねられた２枚の金属プレート１により構成された各エレメント２の周囲を溶接によって封止する。
【００８１】
ステップｂ２／：各封止スタックの２枚のプレート相互間のインターフェースを開口穴経由で脱ガスする。
【００８２】
ステップｂ３／：開口穴を閉鎖する。
【００８３】
ステップｃ／：１１個の互いに同一のスタック２のバッチにいわゆる低圧ＨＩＰサイクルを施し、この低圧ＨＩＰサイクルでは、１０２０℃、１００ｂａｒで２時間にわたり加熱し、１０２０℃及び１００ｂａｒで１時間の維持を実施し、次に数時間冷却し、最後に減圧する。
【００８４】
ステップｃ２／：次に、第１の回路の１１個のエレメント２の長手方向側部を加工して溝１０によって形成されたチャネル１１の端部を外側に向かって開放する。チャネル１１を閉鎖しているエレメント２の端部を切断し、即ち、各エレメント２の全長Ｌにわたって実質的に距離ｄ１に等しい幅を有する長手方向ストリップを切断することによってチャネル１１の開放を行う。かくして、各エレメント２の幅ｌ′は、１−２×ｄ１、即ち、上述の例では１２８ｍｍに等しい。
【００８５】
かくして、超音波又は放射線検査によって個々に容易に管理することが可能な第１の流体回路の１１個のエレメント２が得られる。
【００８６】
ステップｃ３／：開放ステップｃ２／後に、いわゆる高圧熱間等静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）サイクルを、既に組み立てられたスタック２の各々に適用する。この高圧ＨＩＰサイクルでは、１０８０℃且つ１０００ｂａｒで３時間の加熱を行う。
【００８７】
かくして、超音波又は放射線検査によって個々に容易に管理することが可能な第１の流体回路Ｃ１の１１個のエレメント２が得られる。
【００８８】
１１個のエレメント２の各々の新たな管理は、好ましくは、超音波によって実施される。
【００８９】
ステップｄ／：
【００９０】
ステップｄ１／：次に、得られた第１の回路のこれら１１個のエレメント２の各々の２つの主要面及び２枚の追加のプレート４のただ１つの主要面を溝切りしてこれら主要面に第２の流体回路Ｃ２のチャネルを再構成する。第２の溝３０は、外側のところが開口していない（図３）。一例を挙げると、各溝３０は、５．７５ｍｍに等しい幅Ｉ２、１．７５ｍｍに等しい深さ（高さ）Ｈ２を有し、各溝は、１．７５ｍｍに等しい幅ｅ２を有する峡部（リブ）だけ連続して位置する溝３０から隔てられている。溝３０の端とエレメント２の横方向縁との間の距離ｄ２は、１１ｍｍに等しい。
【００９１】
エレメントを全てクリーニングした後、第１の流体回路Ｃ１の１１個のエレメント２と、第２の溝３０により形成されたチャネル３１を有する第２の流体回路Ｃ２の１２個のエレメント３との重畳体を得るために、エレメントを積み重ねる（図４）。止まり穴中に挿入される心出しピンを用いてこれらエレメントを互いに整列させる。
【００９２】
次に、スタック５全体の周囲を封止し、閉鎖されている開口穴を経て各インターフェースを脱ガスする。スタックの周囲のところに封止部を作るため、第１の回路Ｃ１のチャネル１１と対向した開口部を残したままスタック５全体を容器内に配置するか、或いは、スタック５を構成するプレート１の全ての周囲を溶接するかのいずれかを行うことが可能である。
【００９３】
ステップｄ２／：スタック全体にいわゆる低圧ＨＩＰサイクルを施し、この低圧ＨＩＰサイクルでは、１０２０℃、１００ｂａｒで２時間にわたり加熱し、１０２０℃及び１００ｂａｒで３時間の維持を実施し、次に数時間冷却してから減圧する。
【００９４】
この第２のＨＩＰサイクル中、第１の流体回路のチャネル１１をチャンバの加圧ガスで満たし、それによりＨＩＰサイクルを実施し、それにより第２の流体回路Ｃ２のチャネル３１を形成するプレート１のインターフェースへの溶接力の良好な伝達を可能にする。
【００９５】
次に、スタック５全体によって構成されたモジュールの横方向側部を加工することによって第２の流体回路Ｃ２のチャネル３１を開放する。チャネル３１を閉鎖しているスタック５の端部を切断し、即ち、全幅ｌ′にわたってスタックの一方の側及び他方の側に設けられた横方向ストリップを切断することによってチャネル３１の開放を行い、このストリップは、実質的に距離ｄ２に等しい幅を有する。かくして、スタック５の長さＬ′は、上述の実施例ではＬ−２×ｄ２、即ち、上述の例では５８０ｍｍに等しい。
【００９６】
かくして、第２の回路Ｃ２のチャネル３１は、スタック５の横方向縁の各々にわたって開き、他方、第１の回路Ｃ１のチャネル１１は、スタック５の長手方向縁の各々にわたって開く（図５）。
【００９７】
ステップｅ／：加工に続き、即ち、第２の流体回路のチャネル３１をスタックの外側に向かって開放した後、１０８０℃でのＨＩＰサイクルを１０００ｂａｒで３時間にわたりこのようにして得られたモジュールに適用し、それにより溶接接合部中の残留欠陥をなくす。
【００９８】
ステップｆ／：最後に、チャネル１１，３１を形成する溝の端部の付近で第１の回路Ｃ１及び第２の回路Ｃ２の各々内に流体を供給すると共に／或いは回収するために、図示されていない流体分配コレクタを溶接により連結する。
【００９９】
ステップａ／〜ｆ／による方法の結果として、コンパクトであり且つＨＩＰを用いた拡散溶接によって組み立てられた熱交換モジュールを製作する。
【０１００】
実施例１／によるかかる熱交換モジュールは、小さな寸法及び複雑な幾何学的形状（ジグザグ形態）を備えた流体循環チャネルを有するものと考えることができる。
【０１０１】
一例として、実施例１／による熱交換器モジュールは、２つの正方形の面を備えた直方体であるのが良い。かかるモジュールの寸法は、５８０×１２８×１０４ｍｍに等しいのが良い。
【０１０２】
実施例２
【０１０３】
実施例１の場合と同一のステップを実施し、相違点は、追加的に、溝１０の底と外側部との間の壁厚が２つの回路Ｃ１，Ｃ２の各々相互間の所望の厚さの１／２に等しくなるまで第１の回路Ｃ１の１１個のエレメント２の主要面を加工することにある。
【０１０４】
第１の流体回路Ｃ１の１１個のエレメント２の間に、同一の原理に従って制作すると共に加工された第２の流体回路の１２個のエレメント３０，４を介在して設けることにより、スタック５を製作する。
【０１０５】
次に、このようにして得られた平面の周囲を溶接し、これらを脱ガスし、そして高圧ＨＩＰサイクルを１０８０℃且つ１０００ｂａｒで３時間適用する。
【０１０６】
実施例３
【０１０７】
実施例１の場合と同一のステップを実施し、相違点は、追加的に、溝１０の底と外側部との間の壁厚が２つの回路の各々相互間の所望の厚さの１／２に等しくなるまで第１の回路Ｃ１の１１個のエレメント２の主要面を加工することにある。
【０１０８】
この場合、各々がシート６により構成されている第２の流体回路Ｃ２の１０個のエレメントが設けられ、シート６は、互いに平行に配列された真っ直ぐにされている角管６０と、シート６の各側部のところで管と平行に追加して設けられた、管と同一厚さの２本のバー７とによってそれ自体構成されている（図６）。シート６の外寸、即ち、幅と長さは、第１の回路Ｃ１のエレメント２を構成する溝付きプレート１の幅と長さに等しい。
【０１０９】
次に、第１の回路Ｃ１の２つの連続して位置するエレメント２相互間に、互いに突き合わせ接合されている真っ直ぐな角管６０のシート６を介在して設けることにより、スタックを製作する。
【０１１０】
このようにして得られたインターフェースの周囲を溶接し、これらを脱ガスし、そして高圧ＨＩＰサイクルを１０８０℃且つ１０００ｂａｒで３時間適用する。
【０１１１】
当然のことながら、本発明は、例示として且つ非限定的な実施例として提供された説明対象の形態及び実施形態には限定されない。
【０１１２】
チャネルは、図１に示されているジグザグパターンとは別の幾何学的形状を有しても良く、しかも細長くても良い。
【０１１３】
流体回路のためのチャネルのサイズは、運ばれるべき流体の性状及び特性、許容可能な圧力降下並びに所望の出力に応じて互いに異なっていても良い。熱交換器の機能、例えば、流体のうちの一方の熱交換又は流量を最適化するために、同一回路の複数のエレメントを積み重ねることが可能である。
【０１１４】
１／〜３／で示された実施例は、正確に言って２つの流体回路を有する熱交換器に関するが、３つ又は４つ以上の流体回路を有する熱交換器を製作することは、全く問題なく可能である。
【０１１５】
２つの流体コレクタは、モジュールを構成するスタックの一方の側及び他方の側に配置されるのが良く、或いは、変形例として、スタックの同一側に配置されても良い。
【０１１６】
本発明の方法に従って得られた熱交換器モジュールは、一方において、例えばフランジを用いることにより又は流体供給パイプを溶接することによって組み立て可能である。かくして、互いに連結された複数のモジュールを有し、且つ、熱交換が複数の段階において互いに異なる平均温度で又は材料中の熱応力を減少するのに十分に小さいモジュール１つ当たりの温度の偏りで実施される熱交換システムの製作を想定することが可能である。例えば、第１の流体の熱を第２の流体に伝達することが望ましい熱交換器の場合、各モジュールにより第１の流体の温度を特定の値だけ減少させることができるモジュール式熱交換器システムを構成することが可能であり、かくして温度の偏りがより大きい単一モジュールを備えた構成の場合と比較して応力を制限することができる。この目的のため、第２の流体の入口温度は、１つのモジュールと別のモジュールとでは異なるのが良い。別の実施例では、モジュール式反応器／熱交換器システムによれば、化学反応を最適に制御し、リスクを最小限に抑え、しかも出力を最大にするために、反応温度を複数の段階の各段階で正確に制御することにより、複雑な化学反応を複数の段階において実施することができる。
【０１１７】
また、複数のモジュールを含む熱交換器システムによれば、欠陥のあるモジュールの個々の交換を可能にすることにより維持費を減少させることができ、モジュールの標準化によって製作費を減少させることができる。
【０１１８】
引用文献
2016517950.tif 000003
【図１】
2016517950.tif 000004
【図１Ａ】
2016517950.tif 000005
【図１Ｂ】
2016517950.tif 000006
【図２】
2016517950.tif 000007
【図２Ａ】
2016517950.tif 000008
【図３】
2016517950.tif 000009
【図３Ａ】
2016517950.tif 000010
【図４】
2016517950.tif 000011
【図４Ａ】
2016517950.tif 000012
【図５】
2016517950.tif 000013
【図６】
2016517950.tif 000014
【国際調査報告】
2016517950.tif 000015
2016517950.tif 000016
2016517950.tif 000017
2016517950.tif 000018
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