JP2002518659A

JP2002518659A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2002518659A
Application number: JP2000555057A
Authority: JP
Inventors: シモンズ、キース、トーマス
Original assignee: チャート、ヒート、エクスチェンジャーズ、リミテッド
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2002-06-25
Also published as: WO1999066280A1; EP1086349A1; DE69909792D1; AU3947999A; CA2335011A1; US6968892B1; ATE245792T1; DE69909792T2; EP1086349B1

Abstract

(57)【要約】この発明は、改良されたいわゆるピン・フィンタイプの熱交換器を提供するものである。この熱交換器は、孔があけられた平行な板（１０、２０、３０、７０、８０）が複数個の貫通孔（１５Ａ）を持っている熱交換器において、上記貫通孔（１５Ａ）が、間隔をおいて列をなして並び、板の厚みに等しい厚みを持った柱構成材（１６、２１、３１）の外郭を形成しており、柱構成材（１６、２１、３１）がリガメント（１７、２２Ａ、２２Ｂ、３２、３３）によって一体に結合され、各リガメントが１対の隣接する柱構成材の間に延びており、リガメント（１７、２２Ａ、２２Ｂ、３２、３３）が板の厚みよりも小さい厚みを持っており、どの１つの板の柱構成材（１６、２１、３１）も積重ね体の中でどの隣接した板の柱構成材（１６、２１、３１）とも全く一致しており、それによって積重ね体は列をなして並んだ個々の柱を備えることとなり、各柱は板（１０、２０、３０、７０、８０）の平面に垂直に延びており、それによって積重ね体の中を流れる流体が、曲がりくねった流路をたどることを強いられ、柱の周りを流れることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この発明は、熱交換器に関するものであり、とくにいわゆる「ピン・フィン」
タイプの熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

「ピン・フィン」タイプの熱交換器は原理的には何年も前からよく知られてお
り、本質的には多数の薄い金属板の積重ね体から成り、積重ね体中の隣接する複
数対の板が間隔をおいた複数の柱又はピンによって隔てられており、柱又はピン
が熱交換器のフィンとして働き、即ち望ましい二次面を作り出している。この積
重ね体中を流れる流体は、隣接する複数対の板の間を通り、曲がりくねった経路
をたどるように強制されて、積重ね体の一側から他側へ進行する間にピンの周り
を流れる。そのような流れ、従ってピンによって引き起こされる乱流は、理論上
は積重ね体として良好な熱の移動特性をもたらすこととなる。

【０００３】ピンは、本質的には、むくの金属で作られた柱であって、その両端で１対の板
に結合される必要があり、従ってピンは板の間に挟まれて板に垂直になっている
。板は熱交換器の主たる表面を構成し、色々な流れを分離し、上に述べたピンは
二次的な表面積を与えている。

【０００４】ピンは、好ましくは、表面接触抵抗を小さくするような方法で、例えばろう付
け、溶接、拡散結合（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｂｏｎｄｉｎｇ）その他色々な手段
によって、結合される必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】

しかし、実際には、ピン・フィン積重ね体を作ることは困難であることが判明
した。板とピンとが満足に結合されるために必要な条件、例えば温度及び圧力の
条件を作り出している間、ピンを互いに正しい間隔に維持することは困難である
ことが判明した。

【０００６】従って、この発明の目的は、必要な許容差に合わせて正確に一貫して製造する
ことができ、熱交換能力が改善されたピン・フィン熱交換器を提供することであ
る。

【０００７】

【課題解決の手段】

それゆえ、一面ではこの発明は熱交換器を提供するものであって、その熱交換
器は、孔があけられた平行な板の積重ね体からなり、積重ね体の各板は複数箇の
貫通孔を持っている熱交換器であって、上記貫通孔は間隔をおいて列をなして並
び上記板の厚みに等しい厚みを持った柱構成材（ｃｏｌｕｍｎｐｒｅｃｕｒｓ
ｏｒ）の外郭を形成しており、上記柱構成材はリガメントによって一体に結合さ
れ、各リガメントは１対の隣接する柱構成材の間に延びており、リガメントは上
記板の厚みよりも小さい厚みを持っており、どの１つの板の柱構成材も積重ね体
の中でどの隣接した板の柱構成材とも全く一致しており、それによって積重ね体
は列をなして並んだ個々の柱を備えることとなり、各柱は上記板の平面に垂直に
延びており、それによって積重ね体の中を流れる流体は曲がりくねった流路をた
どることを強いられ、柱の周りを流れることを特徴とするものである。

【０００８】何れの対の隣接する板においても、各板のリガメントは、その対のうちの他の
板のリガメントに対して位置をズラして食い違いに置かれ、それによって一層乱
流を生じ易いチャンネルが、積重ね体の中に、すなわち柱の周りと各リガメント
の上又は下に形成されることが好ましい。

【０００９】こうして流体は、板の一端から他端へ板に沿って進むのであるから、流れは、
ほぼ板の平面の方向になっている。しかし、リガメントの下及び上で付加的な乱
流が引き起こされる。

【００１０】他面では、この発明は、間隔をおいて列をなして並ぶ柱構成材を備えた孔のあ
けられた板を提供するものであり、その板は、柱構成材が板の厚みに等しい厚み
を持っていてリガメントによって一体に結合され、各リガメントが隣接する１対
の柱構成材の間に延びていて、板の厚みよりも小さい厚みを持っていることを特
徴とするものである。

【００１１】

【発明実施の態様】

積重ね体の上端及び下端は、何れも従来のむくの板で閉じられてもよく、また
入口、出口、ヘッドタンク等の特徴は、必要に応じて付与することができる。積
重ね体の側板又は棒は、積重ね体を構成している各板の縁の周りにある孔のあけ
られていない周縁部分を積み重ねることによって構成するのが好ましく、上記の
孔のあけられていない周縁部分は板の一部として一体に構成される。

【００１２】板にあけられた貫通孔と、リガメントの小さい厚みとは、何れも光化学的なエ
ッチングによって作ることが好ましいが、そのような技術は当業界ではよく知ら
れている。しかし、必要ならば例えば火花浸蝕のような他の手段を用いてもよい
。

【００１３】少なくとも２種類の異なった型のリガメントを用い、従ってこれらリガメント
は積重ね体の中では完全に一致しないことが好ましい。少なくとも、２種の異な
った板を用い、即ち板が違った型のリガメントを持つことが好ましい。こうする
と、積重ね体の中の曲がりくねった流路が、柱の縦軸の周り及び縦軸に垂直に形
成されるだけでなく、またリガメントの表面の至るところで形成される。

【００１４】柱構成材、従って柱は、好ましい実施態様では、横断面が円形であってもよい
が、このことは重要ではなくてエッチングその他の方法で板に形成する型を適当
に選択することにより、例えば楕円形、正方形、長方形、三角形など、どのよう
な他の望ましい断面にすることができる。

【００１５】大きさすなわち断面積と柱のピッチとは、特定の状況に合うように広く変化さ
せることができるので、当業者は特殊な必要に適した寸法と配置とを容易に決定
することができる。同様に、リガメントの厚みと幅、板の厚み、及び積重ね体の
中の板の数は、必要とされる結果を達成するために決定することができる。

【００１６】この発明の積重ね体は、これを多数一体に結合させることができ、そこでは孔
のあけられた板からなる各積重ね体が孔のあけられていない、即ちむくの板によ
って、隣接する積重ね体から隔てられており、それによって、多数の積重ね体内
を２つ又は３つ以上の流体の流れが別々に通過し、それらの流れの間で望ましい
熱の移動を達成させることができる。

【００１７】他の実施態様では、この発明に係る積重ね体が複数箇設けられており、その中
では隣接した流れを孔のあけられていない板によって分離しないで、孔のあけら
れた板によって分離して、例えば化学反応を起こさせるために、高圧下の流体を
１つの流れから、隣接した流れの低圧下にある流体中へ、制御しながら注入する
ことができる。

【００１８】リガメントの厚みは、必要に応じて、流体の流れを多少妨害するように選択さ
れる。こうして、流体の速度変化と流体の流れの中の乱流を、適当に設計した板
の型によって達成することができる。従って熱の移動の増加（及びこれに関連す
る圧力低下）は、リガメントの寸法を適当に変えることにより達成することがで
きる。従って、そのような効果を小さくしようとする場合には、薄いリガメント
を採用すればよい。

【００１９】板はその形状が平面で円形、正方形又はそのほかどのような形状のものであっ
てもよく、また例えばエッチングによって柱とリガメントの望ましい型を作るこ
とができる材料であれば、どのような材料からも作ることができるが、通常は金
属である。１つの積重ね体の中の板は、すべて同じ材料からなることが好ましく
、例えば厚みが０．５ｍｍ又はそれ以下の薄い金属板であることが好ましい。そ
の材料は、ステンレススチールであることが好ましいが、他の金属例えばアルミ
ニウム、銅、チタン、又はそれらの合金を用いることができる。

【００２０】積重ね体の構成部品は、拡散結合又はろう付け又はその他の適当な手段によっ
て一体に結合させることができる。拡散結合は、それが可能な場合には好ましい
が、アルミニウムの場合には、拡散結合させることが困難であるから、ろう付け
が必要となる。その場合には、例えば箔又は蒸気溶着のようなろう付け媒体を与
える他の手段を用いることもできるが、ろう付けの技術によって満足な結合を達
成するためには、適当なろう付け合金を使用して、例えば加熱ロールによる加圧
結合によってアルミニウム表面を被覆することが好ましい。

【００２１】積重ね体の板は、その端に延長部分を備えていてもよい。１つの形式では、延
長部分が１つの積重ね体中で板の固定を助けるためのラグであってもよい。その
ようなラグは、積重ね体を組み立てたあとで、例えばラグが板に結合している線
に沿い、厚みの途中でエッチングによって、壊れて離れるように設計することも
できる。その代わり及び／又はそれに加えて、延長部分は積重ね体の状態で一体
に嵌まり合うような形状にして、例えば積重ね体の側面に１箇又は２箇以上のタ
ンクを付設するようにすることもできる。そのような各延長部分は、例えば平坦
なループ例えば半円輪郭の形状で、板の周縁に孔を形成しており、板が一体に積
み重ねられると、隣接している板の孔がタンクの内容積を形成するようにするこ
ともできる。ループはその両端で板に接続されるだけでなく、また狭い交差部材
によって孔を横切って板に接続され、さらに機械的に補強し、こうして内部の圧
力に対して一層大きな抵抗を与えることもできる。こうして形成された各タンク
は、積重ね体を横切る通路内へ流体を供給することができる。

【００２２】触媒を作用させようとする流体が通る通路内に、触媒物質を堆積させて、熱交
換器のような構造物内で化学反応に触媒を関与させることができることは、既に
知られている。

【００２３】この発明のさらに別に実施態様では、熱交換器／触媒反応器（熱交換器兼触媒
反応器）が提供されるが、その熱交換器／触媒反応器は、触媒物質を含んだ複数
箇の通路を備えていて、この通路内を通る流体中での化学反応を促進させるもの
であり、これらの通路は、この発明に係るピン・フィン構造を持った孔のあけら
れた板を平行に積み重ねた物から、中間にある板によって隔てられているもので
ある。こうして、中間にある板によって隣接する通路から隔てられた板の積重ね
体は、あとで触媒物質が満たされ、孔があけられた板によって構成されており、
孔があけられた各板は間隔をおいて列をなして並んだ柱構成材を備え、柱構成材
は板の厚みに等しい厚みを持っており、複数対の隣接する柱構成材の間に延びる
リガメントによって一体に結合されており、リガメントは板の厚みよりも小さい
厚みを持つものである。この熱交換器の構造物が完成し試験されるときには、触
媒物質がその通路内に詰め込まれる。しかし、触媒物質の詰め込みは、普通所望
の使用位置に熱交換器／反応器を設置する直前に、完了されるものである。

【００２４】触媒物質を含む通路は、板の長さ方向へ進む平行なリブの間に外郭を形成され
ていて、そこに触媒物質を導入するのが好都合であり、その後寿命周期の終りに
除去することが好ましい。通路は、触媒物質を保持するために、金網によって一
端又は両端を閉じることができる。

【００２５】この別の実施態様により、触媒を含んでいる層に隣接した板の積重ね体内に、
加熱又は冷却用流体を通すことによって、化学反応のための加熱又は冷却を極め
て有効に行うことができる。上に指摘したように、この構造物は非常に曲がりく
ねった流れと乱流とを生じさせるので、とくにガス状の流体を使用して、非常に
良好な熱移動特性を達成することができる。従って、触媒が作用する反応は、も
しそれが発熱反応であれば、適当な冷却用流体を通すことによって効率よく冷却
することができ、又はそれが吸熱反応であれば、ピン・フィン積重ね体中に適当
な加熱用流体を通すことによって効率よく加熱し、従って反応を開始させ又は改
良することができる。

【００２６】この別の実施態様は、また上に記載した注入構造に結びつけて用いることがで
きる。すなわち、熱交換器は触媒物質を含んでいる通路を持った第１積重ね体と
、注入孔を持った中間にある板によって上記第１積重ね体から分離された隣接す
る第２積重ね体と、ピン・フィン冷却又は加熱構造を持った第３積重ね体とを備
えたものとすることができる。第１積重ね体は、例えば第２積重ね体と、第３積
重ね体との間に存在してもよく、又はそれらは第１、第２、第３の順序に存在し
てもよい。これら３つの積重ね体は、多数回繰り返されて、完全な熱交換器兼反
応器を構成してもよい事は言うまでもない。

【００２７】添付図面を参照しながら、１つの例を挙げるだけの積りで、以下にこの発明の
実施態様を説明するが、その場合、

【００２８】図１は、この発明に係る孔のあけられた１枚の板の平面図である。

【００２９】図２は、図１に示した板の中央部分の一部の拡大図である。

【００３０】図３は、図１に示した孔のあけられた板の周縁部分の厚み方向断面図である。

【００３１】図４は、この発明に係る孔のあけられた第２板の中央部分の拡大平面模型図で
ある。

【００３２】図５は、この発明に係る孔のあけられた第３板の図４と同様な模型図である。

【００３３】図６は、図４と図５の板が一体に積み重ねられた状態の拡大平面模型図である
。

【００３４】図７は、触媒反応器として使用するに適したこの発明の熱交換器の一部切欠斜
視図である。

【００３５】図８は、図７に示した熱交換器の内部で板が配置される状態を示した模型図で
ある。

【００３６】図９は、プロセス流体に化学反応を行わせるための流路を提供するために、図
７の熱交換器に用いられている第１タイプの板３枚からなる積重ね体の平面図で
ある。

【００３７】図１０は、図９のＸ−Ｘ線断面図である。

【００３８】図１１は、プロセス流体中に注入される流体反応物を提供するために、図７の
熱交換器に用いられる第２タイプの板の積重ね体の平面図である。

【００３９】図１２は、図１１の板に類似の別な板の積重ね体の平面図であって、その積重
ね体は必要なときに冷却用又は加熱用流体を提供するために、図７の熱交換器に
用いられる。

【００４０】図１３は、図１１及び図１２の積重ね体の間に置かれる分離板又は中間に付設
される板の平面図である。

【００４１】図１４は、図９及び図１１の積重ね体の間に付設される注入板の平面図である
。

【００４２】図１５は、この発明で用いられる別の板の一部の平面図である。

【００４３】図１６は、この発明で用いられるさらに別の板の一部の図１５と同様な平面図
である。

【００４４】図１、２及び３は、ほぼ長方形の孔のあけられた薄い金属板１０で、周囲に孔
のあけられていない、周縁部分１１を持った板を示している。板の各かど近くに
設けられている４箇の必須なループ１２は、孔１３の外郭を形成し、孔１３は同
様な板が積み重ねられたときタンクを形成し、これに積重ね体への入口と積重ね
体からの出口が付設される。

【００４５】位置決め用ラグ１４が板の４箇の各縁の中央に必要なものとして形成され、こ
の板を積重ね体に組み立てるのを容易にしている。

【００４６】周縁１１の内側にある板の中央部分１５は、エッチングされて多数の孔１５Ａ
（図２）を与えており、孔１５Ａは列をなして並んだ柱構成材とリガメントとの
外郭を形成しており、リガメントは隣接する柱構成材を一体に結合し、周縁部分
１１に達している。中央部分１５の一部が図２にさらに詳しく示されている。

【００４７】図２と図３は、柱構成材１６とリガメント１７との配列を示している。柱構成
材は横断面が円形で板の厚みに等しい高さを持っている。この配列では、柱構成
材が４箇の菱形のグループとして配置され、各グループはその柱構成材から他の
グループの柱構成材へ延びるリガメントによって、３箇又は４箇の隣接するグル
ープに接続されている。

【００４８】リガメント１７はエッチングされて板の厚みの半分の厚みになっている。

【００４９】図４では、板２０の中央部分が、列をなして並んだ断面長方形の柱構成材２１
を幾列にも並べて備えており、一列中の各柱構成材は、斜めに延びる比較的薄い
、すなわち、平面ではリガメント２２Ａ又は２２Ｂによって、次の列の隣接する
柱構成材に接続されている。第１列の柱構成材と第２列の柱構成材とを結ぶリガ
メント２２Ａは、次の列の間の柱構成材を結ぶリガメント２２Ｂに対して、反対
方向に傾斜しており、この傾斜は板全体にわたって繰り返されている。

【００５０】図５では、板３０の中央部分が図４と同じ直線状に並んだ柱構成材３１を備え
ている。柱構成材３１は、図４に示された板２０の柱構成材２１と同じ寸法を持
ち、板内で同じ位置に間隔をおいて存在している。板２０と３０とは同じ大きさ
のものである。

【００５１】柱構成材３１はリガメント３２によって同じ列の隣接する柱構成材に接続され
、リガメント３３によって次の列の隣接する柱構成材に接続されている。

【００５２】板２０と３０とが、柱構成材を重ねて一体に積み重ねられると、その結果は図
６に示されるようになるが、そこでは板２０が板３０の上に位置している。従っ
て、柱構成材２１だけが見えている。

【００５３】板が積み重ねられて熱交換器を構成されると、その場合には２箇の頭を持った
矢印が示す方向に流体は流れることとなる。

【００５４】このことから分かるように、対をなす板２０と板３０とが多数積み重ねられる
と、積重ね体内では、柱構成材が構成している柱の周りを流体が通過しなければ
ならないという必要以外に、さらにリガメント２２Ａ、２２Ｂ、３２及び３３が
曲がりくねった通路を構成している。こうしてすぐれた熱移動特性が達成される
。

【００５５】図７では、熱交換器／触媒反応器５０が、冷媒（又は必要ならば吸熱反応を開
始させるための加熱用流体）の入口５１と出口５２、及び流体反応物の入口５３
と出口５４とを備え、開放通路５５から矢印Ａの方向に沿って反応器５０内へ入
ってくるプロセス流体の中へ上記流体反応物を以下で詳しく説明するように注入
する。上記の入口と出口とは、それぞれタンク６０への入口とタンク６１からの
出口となっており、それらのタンクから流体は適当な積重ね体へ供給される。

【００５６】反応器５０は、勿論（図示していない）パイプライン又はその他の手段に気密
に接続されており、上記パイプライン又はその他の手段は、従来の手段によって
プロセスの流れを発生源から反応器５０を通って適当な受器へ通すものである。
そのような接続は、反応器５０の一方の端にあるフランジ５０Ｂをパイプライン
又は他の手段に付設されている対応するフランジに、ボルト孔５０Ｃを使ってボ
ルトで締め付けることによって行うのが便宜である。

【００５７】通路又はチャンネル５５は、以下で図９及び図１０を参照して説明する板の積
重ね体内に形成される。これらのチャンネルは触媒が詰め込まれており、使用期
間後に直ちに反応器５０はパイプラインから外され、消費した触媒はチャンネル
５５から取り出され、新しい触媒が挿入されて、その結果反応器は再使用できる
状態となる。

【００５８】網５５Ａがフレーム５５Ｂ内に付設され、フランジ５０Ｂに止められて、触媒
を通路５５内に保持する。

【００５９】反応器５０内の板の順序又は配置が図８に示されている。

【００６０】板の積重ね体全体の両端には、孔のあけられていないむくの板Ｓが存在するが
、板Ｓについては以下に図１３を参照して説明する。

【００６１】図８の最下端の板Ｓの上には、積重ね体Ａがあって、積重ね体Ａは通路の外郭
を形成して、入口５１からの冷媒（又は加熱）流を受ける。積重ね体Ａの板は図
１２を参照して以下に説明する。

【００６２】積重ね体Ａの上方には別の分離板Ｓがある。板Ｓの上方には板の積重ね体Ｂが
あって、積重ね体Ｂは通路の外郭を形成して反応物流体を受ける。積重ね体Ｂの
板は図１１を参照して以下で説明する。

【００６３】積重ね体Ｂの上には注入板Ｉがあるが、この注入板Ｉは図１４を参照して以下
で説明する。

【００６４】注入板Ｉの上には板の積重ね体Ｃがあって、積重ね体Ｃは、さきに言及したプ
ロセス流体の通路５５の外郭を形成している。積重ね体Ｃの板は、図９と図１０
を参照して以下で説明する。

【００６５】積重ね体Ｃの上には、別の分離板Ｓがある。

【００６６】その後、この構造が別の積重ね体Ａなどを使用して必要な回数繰り返されて、
所望の容量の熱交換器／反応器５０が作られる。

【００６７】分離板Ｓが図１３に示されている。分離板Ｓは周縁部分５６を持った平面長方
形のもので、周縁部分５６は上に述べた手段の１つによって、隣接する板の対応
する周縁部分に結合される。周縁部分５６は孔があけられていない、即ちむくの
中央部分５７を包囲しており、中央部分５７は流体が板Ｓの一側から他側へ流れ
ないようにする。板Ｓの各かどの近くにはループ延長部５８があって、ループ延
長部５８は包囲されている部分又は孔５９の外郭を形成している。これらのルー
プ５８は、熱交換器中の積み重ねられた他の板の対応する部分と積み重ねられて
、それぞれ２箇の入口タンク６０及び２箇の出口タンク６１を構成し、各タンク
の１つが図７に見えている。

【００６８】積重ね体Ａの上端の板が図１２に示されている。２箇又は３箇以上のそのよう
な板７０が必要とされ、各板は周縁部分７１と中央部分７２とを持ち、周縁部分
７１は隣接する板と結合するためのものである。中央部分７２はピン・フィン構
造のものであるところ、ここでは図示していないが例えば図１−図３に示したよ
うな構造のものである。板Ｓの場合と同様に、板７０のかど近くにループがある
が、そのうちの２つのループ７３Ａと７３Ｂは、対向するかどにあって、孔７４
を包囲しており、他の２つのループ７３Ｃと７３Ｄとは中央部分７２に向かって
開いており、それによって冷媒流体の入口と出口とが形成され、冷媒流体は図７
に示した積重ね体Ａ内の至るところを通過して、入口５１から出口５２へと進む
。

【００６９】積重ね体Ｂの上端の板が図１１に示されている。２箇又は３箇以上のそのよう
な板が必要とされ、それらの板は板７０と同じ構造のものとされる。こうして、
これらの板はピン・フィン構造の中央部分８２を包囲する周縁部分８１を持つも
のとなる。また、それらの板は包囲ループ８３Ａ及び８３Ｂとループ８３Ｃと８
３Ｄとを備え、あとの２箇のループは流体反応物の入口と出口とを形成し、流体
反応物は第７図の入口５３から積重ね体Ｂの至るところを通過して出口５４へと
進む。

【００７０】注入板Ｉが図１４に示されている。注入板Ｉは上に述べた板と同じ長方形のも
ので、中央部分９２を包囲している周縁部分９１を備えている。中央部分９２は
孔があけられていないというものではなくて、厚み方向に貫通する一連の注入孔
９０を備えている。このため、板Ｉの一側にある積重ね体Ｂを通り抜けた流体反
応物は、板Ｉの他側にある積重ね体Ｃを通り抜けて来たプロセス流体よりは、よ
り高い圧力下にあるように配置されることができ、これによって流体反応物は孔
９０からプロセス流体中へ注入されることとなり、望ましい化学反応を惹き起こ
すこととなる。孔９０は、流体反応物の必要量を注入するに適した大きさと分散
状態とを持つものとされる。

【００７１】さきに述べた板の場合と同様に、板Ｉはかどにループ９３Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを備
え、各ループは孔９４を包囲し、図７に示したようにタンク６０と６１との一部
を構成する。

【００７２】積重ね体Ｃの板１００が図９と図１０に示されている。この積重ね体では３枚
の板が示されているが、必要によりそれ以上又はそれ以下の板を使用してもよい
ことは、云うまでもない。また、板１００は、長方形で、２箇の長い縁に沿って
周縁部分１０１を備えている。短い縁に沿った周縁部分１０１Ａと１０１Ｂとは
、この板が他の板と結合されて熱交換器となったあとで、線Ｘ−Ｘ及びＸＩ−Ｘ
Ｉに沿って切断されて、取り除けるように設計されている。

【００７３】各板１００の中央部分１０２は、長い縁に沿って延びる一連の平行リブ１０３
を備えている。隣接する対をなすリブ１０３の間、及び一番外側の各リブ１０３
と周縁部分１０１との間には、開いたチャンネル１０４（図７のチャンネル５５
と均等）がある。このチャンネルは板の厚みを完全に貫通している。両端１０１
Ａと１０１Ｂとが取り除かれると、プロセス流体が、矢印Ａで示したように、以
前、端１０１Ｂのあった積重ね体Ｃの一側から、チャンネル１０４に沿って進み
、以前、端１０１Ａのあった他端で外へ出る。ここの矢印Ａは、図７の矢印Ａに
対応している。

【００７４】リブ１０３は、板１００の両端１０１Ａと１０１Ｂに接続されていることによ
って、初めその位置に保持されるものであることは云うまでもない。積重ね体の
板が一体に結合されると、リブ１０３は下方の板Ｉ又は上方の板Ｓに結合され（
図８に示すような配置になり）、又は隣接する板１００の対応するリブに結合さ
れる。従って、端１０１Ａと１０１Ｂとが取り除かれると、リブは適所に確実に
残る。

【００７５】チャンネル１０４は触媒を詰められて、積重ね体Ａの至るところを通過するプ
ロセス流体と、積重ね体Ｂから注入される流体反応物との間の反応を促進する。

【００７６】各板１０２は、かどにループ１０５Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを備え、孔１０６を完全に
包囲してタンク６０と６１の一部を構成する。

【００７７】一例を挙げるだけの積りで述べると、板１００は厚みが約２ｍｍであり、その
ような板を必要な数だけ一体に積み重ねて所望のチャンネル高さとする。

【００７８】図１５は、板１１０のループ延長部を示している。

【００７９】ループ延長部１１１は孔１１２部分の外郭を形成しており、孔１１２は開口し
て板の中央部分１１３に通じており、中央部分１１３は上に述べたピン・フィン
構造となっている。こうして、このループ延長部はピン・フィン通路の入口又は
出口の一部を構成している。

【００８０】ループ延長部１１１は、交差部材１１４によって補強され、各交差部材はルー
プの内部周縁から延びて、ピン・フィン構造物１１３の一部に接続している。

【００８１】図１６は、板１２０の別の違った形状のループ延長部を示している。ループ延
長部１２１は、孔１２２の外郭を形成しており、孔１２２は板の中央にあるピン
・フィン部分１２３から、閉じて分離されている。また、ループは交差部材１２
４によって補強され、交差部材１２４はループ１２１と孔があけられていない周
縁部分１２５との間で孔１２２の外郭を形成しており、周縁部分１２５は孔１２
２を板のピン・フィン部分から分離している。

【００８２】２箇又は３箇以上の板１１０又は１２０が一体に積み重ねられる場合には、積
み重ねられたループによって形成されるタンク内には、曲がりくねった道ができ
るように、交差部材１１４又は１２４をそれぞれ隣接する板の交差部材と食い違
いにすることが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る孔のあけられた板の平面図。

【図２】図１に示した板の中央部分の拡大図。

【図３】図１に示した板の周縁部分の厚み方向断面図。

【図４】この発明に係る孔のあけられた別の板の中央部の拡大平面図。

【図５】この発明に係る孔のあけられたさらに別の板の中央部の拡大平面図。

【図６】図４と図５に示した板の積み重ね状態を示す平面図。

【図７】この発明に係る熱交換器の一部切欠斜視図。

【図８】図７に示した熱交換器内での板の配置状態を示す模型図。

【図９】この発明に係る熱交換器に用いられる積重ね体の平面図。

【図１０】図９に示した積重ね体のＸ−Ｘ線断面図。

【図１１】この発明に係る熱交換器に用いられる別の積重ね体の平面図。

【図１２】この発明に係る熱交換器に用いられるさらに別の積重ね体の平面図。

【図１３】この発明で用いることのできる分離板又は中間にある板の平面図。

【図１４】この発明で用いることのできる注入板の平面図

【図１５】この発明で用いられる別の板の一部平面図。

【図１６】この発明で用いられるさらに別の板の一部平面図。

【符号の説明】

１１、５６、７１、８１、９１、１０１、１２５周縁部分１２、５８、７３、８３、９３、１０５、１１１、１２１ループ９０孔１３、１５Ａ、５９、７４、９４、１０６、孔１１２孔１２２孔１４ラグ１５、５７、７２、８２、９２、１０２、１１３中央部分１６、２１、３１柱構成材１７、２２Ａ、２２Ｂ、３２、３３リガメント１０、２０、３０、７０、８０、１００、１０２、１１０、１２０、Ｉ、Ｓ板５０反応器５１、５３、６０入口５２、５４、６１出口６０、６１タンク５０Ｂフランジ５０Ｃボルト孔５５、１０４通路又はチャンネル５５Ａ網５５Ｂフレーム１０３リブ１１４、１２４交差部材１１３ピン・フィン構造物１２３ピン・フィン部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ【要約の続き】ものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】孔があけられた平行な板の（１０、２０、３０、７０、８０
）の積重ね体からなり、積重ね体の各板（１０、２０、３０、７０、８０）が複
数箇の貫通孔（１５Ａ）を持っている熱交換器であって、上記貫通孔（１５Ａ）
は、間隔をおいて列をなして並び、板の厚みに等しい厚みを持った柱構成材（１
６、２１、３１）の外郭を形成しており、柱構成材（１６、２１、３１）はリガ
メント（１７、２２Ａ、２２Ｂ、３２、３３）によって一体に結合され、各リガ
メントは１対の隣接する柱構成材の間に延びており、リガメント（１７、２２Ａ
、２２Ｂ、３２、３３）は板の厚みよりも小さい厚みを持っており、どの１つの
板の柱構成材（１６、２１、３１）も積重ね体の中でどの隣接した板の柱構成材
（１６、２１、３１）とも全く一致しており、それによって積重ね体は列をなし
て並んだ個々の柱を備えることとなり、各柱は板（１０、２０、３０、７０、８
０）の平面に垂直に延びており、それによって積重ね体の中を流れる流体が曲が
りくねった流路をたどることを強いられ、柱の周りを流れることを特徴とする熱
交換器。
【請求項２】各対をなす隣接した板（２０、３０）のうちの各板のリガメ
ント（２２Ａ、２２Ｂ；３２、３３）は、その対のうちの他の板のリガメントに
対して食い違いに置かれていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】積重ね体の上端及び下端は、孔があけられていない板（Ｓ）
によって閉じられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】積重ね体が側板を備え、側板は積重ね体の中の個々の板の縁
の周りに、孔があけられていない周縁部分（１１、５６、７１、８１、９１、１
０１）を積み重ねることによって構成されていることを特徴とする、請求項１、
２又は３に記載の熱交換器。
【請求項５】板にある貫通孔（１５Ａ）と、リガメント（１７、２２Ａ、
２２Ｂ、３２、３３）の小さい厚みが、光化学的エッチング又は火花浸蝕によっ
て作られていることを特徴とする、前記請求項の何れか１つの項に記載の熱交換
器。
【請求項６】別様に孔があけられた少なくとも２箇の板（２０、３０）が
用いられ、この２箇の板が異なったリガメント模様を持っていることを特徴とす
る、前記請求項の何れか１つの項に記載の熱交換器。
【請求項７】柱構成材（１６、２１、３１）が円形断面のものであること
を特徴とする、前記請求項の何れか１つの項に記載の熱交換器。
【請求項８】熱交換器が孔のあけられた平行な板の積重ね体を複数個一体
に結合したものからなり、各積重ね体はむくの孔のあけられていない板（Ｓ）に
よって、隣接する積重ね体から分離されており、それによって２箇又は３箇以上
の分離した流体通路が形成されていることを特徴とする、前記請求項の何れか１
つの項に記載の熱交換器。
【請求項９】孔のあけられた板（１０、２０、３０、７０、８０）が厚み
０．５ｍｍ又はそれ以下であることを特徴とする、前記請求項の何れか１つの項
に記載の熱交換器。
【請求項１０】積重ね体の構成材料が一体に拡散結合されていることを特
徴とする、前記請求項の何れか１つの項に記載の熱交換器。
【請求項１１】積重ね体の構成材料が一体にろう付けされていることを特
徴とする、前記請求項の何れか１つの項に記載の熱交換器。
【請求項１２】積重ね体の板（１０）がその縁にラグ（１４）を備え、積
重ね体における板の位置決めを助けていることを特徴とする、前記請求項の何れ
か１つの項に記載の熱交換器。
【請求項１３】板（１０、７０、８０、１００、Ｉ、Ｓ）がそれぞれルー
プ（１２、７３、８３、１０５、９３、５８）の形状をした延長部を備え、ルー
プが一体に積重なって積重ね体のそばに１箇又は２箇以上のタンクを形成してい
ることを特徴とする、前記請求項の何れか１つの項に記載の熱交換器。
【請求項１４】ループ（１１１、１２１）が交差部材（１１４、１２４）
によって補強されていることを特徴とする、請求項１３に記載の熱交換器。
【請求項１５】熱交換器が板の積重ね体を複数箇含んでおり、１対の隣接
する積重ね体が貫通孔（９０）を持った板（Ｉ）によって隔てられていて、高圧
下の流体を１つの積重ね体から、隣接する積重ね体内の低圧下の流体中へ制御し
ながら注入できることを特徴とする、前記請求項の何れか１つの項に記載の熱交
換器。
【請求項１６】熱交換器がさらに複数箇の通路（５５、１０４）を備えて
いて触媒物質を含んでおり、この通路は中間にある板（Ｓ）によって、孔があけ
られた平行な板（１０、２０、３０、７０、８０）の積重ね体から分離されてい
ることを特徴とする、前記請求項の何れか１つの項に記載の熱交換器。
【請求項１７】触媒物質を含むべき通路（１０４）が、板の長さ方向に延
びている平行なリブ（１０３）を備えた板（１００）の間に形成されていること
を特徴とする、請求項１６に記載の熱交換器。
【請求項１８】触媒物質を含むべき通路（１０４）が、一端又は両端を網
（５５Ａ）によって閉じられていることを特徴とする、請求項１６又は１７に記
載の熱交換器。
【請求項１９】板（１０、２０、３０、７０、８０）が間隔をおいて列を
なして並ぶ柱構成材（１６、２１、３１）を備え、その柱構成材は板の厚みに等
しい厚みを持っていて、リガメント（１７、２２Ａ、２２Ｂ、３２、３３）によ
って、一体に結合されており、各リガメントは１対の隣接する柱構成材（１６、
２１、３１）の間に延びていて、板の厚みよりも小さい厚みを持っていることを
特徴とする、孔があけられた板。