JP7477463B2 - 連結部を有する熱交換器及びそれを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、管状熱交換器の製造方法に関する。本発明は、流動層ボイラにとりわけ適した熱交換器に関する。本発明は、循環流動層ボイラに適した熱交換器に関する。本発明は、流動層熱交換器に関する。本発明は、循環流動層ボイラのループシール（loopseal）のための熱交換器に関する。本発明は粒子冷却器（particle cooler）に関する。

特許文献１から熱交換管及び部屋の空間を形成する天井又は壁に熱交換管を容易に設置するためのハンガーが知られている。特許文献２からボイラ管を保持するためのシステムが知られている。特許文献３から流動層熱交換器が知られている。係る流動層熱交換器の伝熱管は直線部及び湾曲部を含み、熱交換器は曲がりくねるように構成されている。長い管は機械的に剛性ではないため、使用の際にそれらを機械的に支持する必要がある。特許文献１では、流動層から離された空間の壁がそれらの長い管に機械的な支持を提供する。特許文献３では、流動層から分離された空間の壁が管のための機械的な支持を提供する。代替的に、それらの長い管は炉の壁に対して支持され得る。特許文献４から、管を実質的にそれらの全長にわたって下から支持することが知られている。

米国特許第２８４３３６３号明細書 米国特許出願公開第２０１１/０１４６５９８号明細書 米国特許第９３７１９８７号明細書 米国特許第８１４１５０２号明細書

しかしながら、壁で管を支持する構造は製造が困難である。管を支持する壁には、管のための好適な開口が設けられ得る。しかしながら、そのような製造方法では、管は、互いに溶接された少なくとも直線部及び湾曲部の複数の部分を組み立てる必要がある。溶接は、周知のプロセスであっても、伝熱管が約１２０ｂａｒの圧力及び約６００℃の温度に耐える必要があるため、やや負担が大きい。

本発明は、熱交換器の伝熱管のための機械的な支持体を目的とする。係る支持体は容易に製造できる。支持体、すなわち連結部（bond）は本明細書に開示されている。そのような連結部を有する熱交換器は独立請求項に開示されている。そのような熱交換器の製造方法は独立請求項に開示されている。連結部は、いくつかの場所で曲げられる１つ以上の伝熱管と共に用いるのに適している。連結部は、組み立てる必要がないか又はさらに組み立てる必要がない１つ以上の伝熱管と共に用いるのに適している。

図１ａは循環流動層ボイラの側面図を示す。 図１ｂはバブリング流動層ボイラの側面図を示す。 図２ａは第１の伝熱管の側面図を示す。 図２ｂは図２ａの伝熱管及び直線部を接合する連結部を示す。 図３ａは図２ｂの伝熱管及び連結部のＩＩＩａ－ＩＩＩａ断面を示す。 図３ｂは図２ｂの伝熱管及び連結部のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ断面を示す。 図３ｃは図３ｂのＩＩＩｃ部をより詳細を示す。 図４ａは連結部及び伝熱管の上面図を示し、一次面（５１１、５２１）の法線は伝熱管の長手方向と平行である。 図４ｂは連結部及び伝熱管の上面図を示し、一次面（５１１、５２１）の法線は伝熱管の長手方向と平行ではない。 図５ａは連結部及び伝熱管の上面図を示し、連結部は面Ｐの法線Ｎの方向で部分的に重なる。 図５ｂは連結部及び伝熱管の上面図を示し、連結部は面Ｐの法線Ｎの方向で完全に重なる。 図５ｃは連結部及び伝熱管の上面図を示し、連結部は面Ｐの法線Ｎの方向で重ならない。 図６ａは連結部と、ストッパを備えた伝熱管との上面図を示す。 図６ｂは連結部と、ストッパを備えた伝熱管との第１の端面図を示す。 図６ｃは連結部と、ストッパを備えた伝熱管との第２の端面図を示す。 図７ａは内側伝熱管及び外側耐火物を有する同軸伝熱管の直管部の断面を示す。 図７ｂは内側伝熱管及び外側耐火物を有する同軸伝熱管の湾曲部の断面を示す。 図８ａは２つの伝熱管と、双方の伝熱管を支持する連結部との配置の側面図を示す。 図８ｂは図８ａのＶＩＩＩｂ－ＶＩＩＩｂ断面を示す。 図９ａは３つの伝熱管と、伝熱管を支持する連結部との配置の側面図を示す。 図９ｂは４つの伝熱管と、伝熱管を支持する連結部との配置の側面図を示す。 図１０は、４つの伝熱管と、これらの伝熱管を支持する２つの連結部の第１の配置と、４つの伝熱管と、これらの伝熱管を支持する２つの連結部の第２の配置の斜視図を示す。 図１１ａは、２つの伝熱管と、双方の伝熱管を支持する２つの連結部の配置の側面図を示す。 図１１ｂは、図１１ａの複数の伝熱管配置の配置アセンブリの斜視図で示す。 図１１ｃは図１１ｂの配置アセンブリを端面図で示す。 図１２は連結部のパーツを切断できるプレートと、切断用の切断ラインを示す。 実施形態の異なる図を示すために、３つの直交する方向Ｓｘ、Ｓｙ及びＳｚを図示する。使用の際、方向Ｓｚは実質的に垂直であり且つ上方であることが好ましい。このように、方向Ｓｚは重力と実質的に反対である。図１０の方向Ｓｈは、Ｓｚに対して垂直な水平方向を表す。

図１ａは循環流動層ボイラ１の側面図を示す。循環流動層ボイラ１は、炉５０と、煙道ガスから流動媒体を分離するための手段４０であるサイクロン４０と、ループシール５とを含む。ループシール５は、サイクロン４０から流動媒体を受け取るように構成されている。図１ａでは、煙道ガス流路を参照符号２０で示す。煙道ガスは、煙道ガス流路２０を介して炉５０から排出される。

図１ｂはバブリング流動層ボイラ１の側面図を示す。バブリング流動層ボイラ１は、炉５０と煙道ガス流路２０とを含む。

通常、流動層ボイラ1(バブリング又は循環)は、煙道ガス流路２０内に煙道ガス熱交換器２６、２８を含む。煙道ガス熱交換器２６、２８は、煙道ガスから熱を回収するように構成されている。煙道ガス熱交換器の一部は、煙道ガスから熱を回収することにより蒸気を過熱するように構成された過熱器２６であり得る。熱交換器の一部は、煙道ガスから熱を回収することにより水を加熱及び／又は沸騰させるように構成されたエコノマイザ２８であり得る。

循環流動層ボイラ（図１ａ）では、流動媒体をガスから分離するために、炉５０の上部から流動媒体をサイクロン４０に運ぶ。流動媒体は、通路６０を介してサイクロン４０からループシール５に落ちる。ループシール５では、流動媒体の層が形成される。流動媒体はパイプライン１５を介してループシール５から炉５０に戻される。ループシール５では、ループシール５の壁５１により循環流動媒体の流動層が配置される容積Ｖが制限される。バブリング流動層ボイラ（図１ｂ）では、流動媒体は炉５０内で流動化される。そのため、炉５０の壁５１は、流動媒体の流動層が配置される容積Ｖを制限する。

一般に、流動層ボイラ１は伝熱媒体用の配管を含む。使用の際、伝熱媒体は配管内で循環され、熱交換器により、とりわけ煙道ガス熱交換器２６、２８及び流動層熱交換器１０により加熱される。配管は伝熱媒体の循環を形成する。循環では、同じ伝熱媒体が煙道ガス熱交換器２６、２８と流動層熱交換器１０との間を流れ得る。通常、熱交換媒体が先ずエコノマイザ２８で加熱され、その後に過熱器２６で加熱されるように循環が形成される。さらに、過熱器２６の後、熱交換媒体は流動層熱交換器１０で加熱される。その後、媒体（例えば、過熱蒸気）は、通常、蒸気タービンに運ばれる。

本発明は、とりわけ熱交換器の構造及びそのような熱交換器の製造方法に関する。好ましい用途では、熱交換器は流動層内に、例えば循環流動層ボイラのループシール５又はバブリング流動層ボイラの炉に配置される。一般に、熱交換器は、水及び／又は蒸気等の第１の伝熱媒体が流れるように構成された複数の管を含む。管の外側では、流動媒体等の第２の伝熱媒体が流れるように構成され、それにより管の壁を通して熱が第２の伝熱媒体から第１の伝熱媒体に伝達される。流動層内に設けられた場合に流動層熱交換器１０を形成する熱交換器１０は、ボイラの一部として又はボイラの予備部品として製造できる。そのため、一実施形態は熱交換器１０に関する。加えて、一実施形態は流動層ボイラ１に関する。

本説明では以下の用語を用いる。

「伝熱管」とは管を意味する。伝熱管は、単一の実質的に均質な材料、例えば、鋼鉄等の金属から作ることができる。実施可能であると考えられる場合、伝熱管は、「同軸伝熱管」と区別するために「通常の伝熱管」という場合がある。金属は一般に伝熱性が良好であるため、普通の伝熱管はある種の金属で構成され得る。

「同軸伝熱管」とは、最外伝熱管が内側伝熱管を取り囲むように配置された伝熱管を意味する。同軸伝熱管は、互いに同軸の伝熱管（通常、２つのみの伝熱管）の配置である。

「直線部」とは、伝熱管（素管、同軸管）のうちの管の製造業者から入手した部分（通常管又は同軸管）であって曲げられていないものをいう。一般的に、管の製造業者は剛性の直管を供給する。曲率半径に関して、直線部の中心線の曲率半径ｒ_ｓ（図２ａ参照）は少なくとも1メートル（１ｍ）である。直線部の曲率半径r_ｓは無限又は実質的に無限であり得る。

「湾曲部」とは、伝熱管（通常管又は同軸管）のうちの曲げられた部分をいう。曲率半径に関して、湾曲部の中心線の曲率半径ｒ_ｃ（図２ａ参照）は１メートル（１ｍ）未満である。湾曲部の曲率半径ｒ_ｃは伝熱管の直径の少なくとも３倍であることが好ましい。

図２ａは伝熱管１００、すなわち、第１の伝熱管１００の側面図を示す。本発明の熱交換器１０は第１の伝熱管１００を含む。図２ａに示すように、第１の伝熱管１００は、第１の一次直線部１０１と、第１の一次湾曲部１０２と、第１の二次直線部１０３と、第１の二次湾曲部１０４と、第1の三次直線部１０５とを含み、さらなる（すなわち、三次）湾曲部１０６と、さらなる（すなわち、四次）直線部１０７も含む。少なくとも湾曲部は、第１の伝熱管１００の直線部が長手方向ｄ_ｌにおいて第１の平面Ｐと平行に延びるように、管が延びる方向において管１００の２つの直線部の間に残される。図２ａでは、第１の一次直線部１０１において伝熱媒体が管１００内を流れる方向は、第１の二次直線部１０３におけて伝熱媒体が管内を流れる方向と逆である。これは、第１の三次直線部１０５におけて伝熱媒体が管内を流れる方向とも逆である。図２ａは、熱交換器１０の第１の伝熱管１００に及び任意で他の伝熱管に伝熱媒体を供給するように構成された分配ヘッダ１４２も示す。図２ａは、熱交換器１０の第１の伝熱管１００から及び任意で他の伝熱管から伝熱媒体を回収するように構成された回収ヘッダ１４４も示す。

熱交換器１０はモジュール式、すなわち、例えばボイラ１に挿入可能であるとともにボイラ１から取り外し可能であり得る。このような熱交換器１０を取り扱うために、伝熱管１００は機械的に支持されることが好ましい。そのため、熱交換器１０は、図２ｂに示すように、第１の一次連結部５３０を備える。熱交換器１０は、図２ｂに示す第１の二次連結部５４０も備えることが好ましい。図１１ａに示すように、長手方向ｄ_ｌにおいて、第１の一次連結部５３０と第１の二次連結部との間に距離ｄ_ｂｏｎｄが残される。距離ｄ_ｂｏｎｄは、例えば少なくとも１ｍ等の少なくとも５０ｃｍであり得る。係る距離が十分に長いと、熱交換器の機械的安定性が改善される。

第１の一次連結部５３０及び第１の二次連結部５４０は、本願において後述する原理に従って製造され得る。これらは構造的に同一であり得る。第１の一次連結部５３０は、伝熱管を支持するために少なくとも１つの伝熱管の少なくとも２つの部分を共に連結する。一実施形態では、第１の一次連結部５３０は、ボイラの支持構造に対して支持されるか又は支持されるように構成されている。例えば、第１の一次連結部５３０は、空間Ｖ内のボイラの梁又は床に対して支持される、例えば接続され得る。一実施形態では、第１の一次連結部５３０は、伝熱管１００、２００の下の支持構造に対して支持されるか又は支持されるように構成されている。このような実施形態では、連結部５３０は、伝熱管の重さの一部を支えるべきである。

第１の一次連結部５３０は、第１の一次連結部分（bond part）５１０及び第１の二次連結部分５２０を含む。図３ａは、図２ｂのＩＩＩａ－ＩＩＩａ断面を示す。そのため、通常の用途では、図３ａは、第１の一次連結部５３０及び管１００の第１の一次直線部１０１の上面図である。

図３ａを参照して、第１の一次連結部分５１０は第１の一次面５１１を含む。一実施形態では、第１の一次面５１１の全体が平面である。図３ａの実施形態では、第１の一次面５１１は管１００の第１の直線部（１０１、１０３）の長手方向ｄ_ｌを向く。しかしながら、図４ｂに示すようにこれは必要ではない。第１の一次連結部分５１０は、第１の一次面５１１と反対の第１の二次面５１２を含む。一実施形態では、第１の二次面５１２の全体が平面である。図３ａでは、第１の二次面５１２は、長手方向ｄ_ｌと反対の方向－ｄ_ｌを向く。第１の一次連結部分５１０は第１の三次面５１３を含む。後述するように、第１の三次面５１３は切断により製造され得る。そのため、第１の三次面５１３の法線と第１の一次面５１１の法線との間の角度は、第１の一次連結部分５１０がどのように製造されたか、例えば、プレートから切断されたかに依存する。

第１の一次連結部分５１０と管１００の第１の直線部（１０１、１０３）とは、第１の三次面５１３の一部が第１の一次直線部１０１の方を向き、第１の三次面５１３の一部の一部が第１の二次直線部１０３の方を向くように互いに対して配置される。とりわけ、以下で詳述するように、孔５１４、５１５の面は直線部１０１、１０３の方を向く。これは、管１００の一部が孔５１４、５１５に嵌合できるという効果を有する。そのため、第１の三次面５１３の少なくとも一部は第１の平面Ｐの法線Ｎの方向を向き、第１の三次面５１３は第１の一次面５１１と第１の二次面５１２とを接続する。第１の三次面５１３の各点で、第１の三次面５１３の接線方向は、図３ａに示すように平面Ｐ内の方向であることが好ましい。しかしながら、孔５１４、５１５の面を除いて、第１の三次面は平面Ｐ(図示せず)に対して異なる角度で配置されてもよい。それでもなお、図４ａ及び図４ｂに示すように、第１の三次面５１３のすべての平面部分は、第１の平面Ｐの法線Ｎの方向を向いていることが好ましい。また、全ての点において、第１の三次面５１３は、法線が長手方向ｄ_ｌと一方向である面に属する法線を有することが好ましい（図４ａ及び図４ｂ参照）。

次に、図３ｂ及び図３ｃを参照して、第１の一次孔５１４が第１の三次面５１３に配置されている。第１の一次孔５１４は第１の一次直線部１０１の一部を受容するように構成されている。そのため、第１の一次孔５１４の形状は、第１の一次直線部１０１の外面に適合する、すなわちぴったり合う。このように、第１の一次連結部分５１０は、第１の三次面５１３上で、第１の一次連結部分５１０を通って第１の一次面５１１から第１の二次面５１２に長手方向ｄ_ｌに延びる第１の一次孔５１４を制限する。さらに、図３ｂに示すように、第１の一次直線部１０１の一部は、第１の一次孔５１４内に配置されている。第１の一次孔５１４は第１の一次開口５３３の一部を形成する。

同様に、第１の二次孔５１５は第１の三次面５１３に配置される。第１の二次孔５１５は、第１の二次直線部１０３の一部を受容するように構成されている。そのため、第１の二次孔５１５の形状は、第１の二次直線部１０３の外面に適合する、すなわちぴったり合う。このように、第１の一次連結部分５１０は、第１の三次面５１３上で、第１の一次連結部分５１０を通って第１の一次面５１１から第１の二次面５１２に長手方向ｄ_ｌに延びる第１の二次孔５１５を制限する。さらに、図３ｂに示すように、第１の二次直線部１０３の一部は、第１の二次孔５１５内に配置されている。第１の一次孔５１５は第１の二次開口５３４の一部を形成する。

孔５１４、５１５及び後で定義される孔５２４、５２５は、面５１３（又は５２３）にある凹部であり、伝熱管の一部、とりわけその直線部の一部を受容するための連結部５３０の開口を定義する。孔の形状は、使用時に、三次面５１３、５２３と管の外面との間に間隙が実質的に残らないように管の対応する部分に適合される、すなわち、ぴったり合うようにされる。製造公差の理由から、孔（５１４、５１５、５２４、５２５）の面と管１００の一部（１０１、１０３）の外面との間で最大０．５ｍｍの幅を有する間隙がいくつかの点で残され得る。そのため、図３ｂが、提示のために管の一部（１０１、１０３）と孔（５１４、５１５、５２４、５２５）との間に間隙を示しているとしても、そのような間隙は熱交換器に存在しないことが好ましい。間隙が小さいか又は全く間隙がない場合には管１００の耐摩耗性が改善する。何故なら、そのような場合には、連結部分５１０、５２０と管の一部１０１、１０３との間の移動が低減されて、管１００又は管１００、２００、３００、４００の摩耗が減少する。

第１の直線部（１０１、１０３）を共に連結するために、第１の一次連結部分５１０は第１の二次孔５１５から第１の一次孔５１４に延びる。

図３ａを参照して、第１の二次連結部分５２０は第２の一次面５２１を含む。一実施形態では、第２の一次面５２１の全体が平面である。図３ａの実施形態では、第２の一次面５２１は管１００の第１の直線部（１０１、１０３）の長手方向ｄ_ｌを向く。しかしながら、上述したようにこれは必要ではない。第１の二次連結部分５２０は、第２の一次面５２１と反対の第１の二次面５２２を含む。一実施形態では、第１の二次面５２２の全体が平面である。そのため、図３ａでは、第２の二次面５２２は、長手方向ｄ_ｌと反対の方向－ｄ_ｌを向く。第１の二次連結部分５２０は第１の三次面５２３を含む。第１の二次連結部分５２０と管１００の第１の直線部（１０１、１０３）とは、第２の三次面５２３の少なくとも一部が第１の直線部（１０１、１０３）の方を向くように互いに対して配置される。第２の三次面５２３の少なくとも一部は第１の平面Ｐの法線Ｎの方向も向く。第２の三次面５２３は第２の一次面５２１と第２の二次面５２２とを接続する。第２の三次面５２３の各点で、第２の三次面５２３の接線方向は、図３ａに示すように平面Ｐ内の方向であることが好ましい。第１の三次面５１３と同様に、第２の三次面５２３のすべての平面部分は、第１の平面Ｐの法線Ｎの方向を向いていることが好ましい。また、全ての点において、第２の三次面５２３は、法線が長手方向ｄ_ｌと一方向である面に属する法線を有することが好ましい（図４ａ及び図４ｂ参照）。

次に、図３ｂ及び図３ｃを参照して、第２の一次孔５２４が第２の三次面５２３に配置される。第２の一次孔５２４は、第１の一次直線部１０１の一部を受容するように構成されている。そのため、第２の一次孔５２４の形状は、第１の一次直線部１０１の外面に適合されている。このように、第１の二次連結部分５２０は、第２の三次面５２３上で、第1の二次連結部分５２０を通って第２の一次面５２１から第２の二次面５２２に長手方向ｄ_ｌに延びる第２の一次孔５２４を制限する。さらに、図３ｂに示すように、第１の一次直線部１０１の一部は第２の一次孔５２４内に配置されている。第２の一次孔５２４は第１の一次開口５３３の一部を形成する。

同様に、第２の二次孔５２５が第２の三次面５２３に配置される。第２の二次孔５２５は、第１の一次直線部１０１の一部を受容するように構成されている。そのため、第２の二次孔５２５の形状は、第１の二次直線部１０３の外面に適合されている。このように、第１の二次連結部分５２０は、第２の三次面５２３上で、第1の二次連結部分５２０を通って第２の一次面５２１から第２の二次面５２２に長手方向ｄ_ｌに延びる第２の二次孔５２５を制限する。さらに、図３ｂに示すように、第１の二次直線部１０３の一部は第２の二次孔５２５内に配置されている。第２の二次孔５２５は第１の二次開口５３４の一部を形成する。

第１の直線部（１０１、１０３）を共に連結するために、第１の二次連結部分５２０は第２の二次孔５２５から第２の一次孔５２４に延びている。

熱交換器１０において、第１の一次連結部分５１０は、第１の伝熱管１００の一部を連結するために第１の二次連結部分５２０に溶接されて第１の一次連結部５３０を形成する。共に溶接された場合、第１の一次孔５１４と第２の一次孔５２４との組み合わせは第１の一次連結部５３０の第１の一次開口５３３を形成し、伝熱管１００のとりわけ第１の一次直線部１０１が第１の一次開口５３３を通って延びる。第１の一次開口５３３の形状は、伝熱管１００の直線部１０１の外面の形状に適合される。同様に、第１の二次孔５１５と第２の二次孔５２５との組み合わせは第１の一次連結部５３０の第１の二次開口５３４を形成し、伝熱管１００の直線部１０３は第１の二次開口５３４を通って延びる。第１の二次開口５３４の形状は、伝熱管１００の直線部１０３の外面の形状に適合される。このように、一実施形態では、第１の伝熱管１００の湾曲部（例えば１０２）は、第１の一次連結部５３０を通って延びていない。このように、一実施形態では、第１の伝熱管１００の湾曲部（例えば１０２）は連結部５３０内に延びていない。

上記及び図４ａで示したように、上記の実施形態では、第１の一次面５１１は、管１００の第１の直線部（１０１、１０３）の長手方向ｄ_ｌと平行な法線Ｎ_５１１を有する。このような構造は、例えば、プレート５００上に垂直な方向にプレート５００を切断することにより第１の三次面５１３を形成することによって製造され得る。しかしながら、第１の三次面５１３は異なる角度で切断されてもよい。加えて又は代替的に、流体ジェットを用いて第１の三次面５１３が切断される場合、第１の三次面５１３はプレート５００の主面５０１に対して垂直ではない（図１２を参照）。図４ｂを参照して、そのような場合、第１の一次面５１１は、管１００の第１の直線部（１０１、１０３）の長手方向ｄ_ｌと角度φを形成する法線Ｎ_５１１を有する。しかしながら、第１の一次面５１１の法線Ｎ_５１１は、管１００の第１の直線部（１０１、１０３）の長手方向ｄ_ｌと実質的に平行であることが好ましい。より具体的には、一実施形態では、（ｉ）面の法線Ｎ_５１１は長手方向ｄ_ｌと平行であるか又は（ｉｉ）面の法線Ｎ_５１１は長手方向ｄ_ｌと角度φを形成し、角度φは４５°未満、例えば３０°未満又は１５°未満であり、好ましくは５°未満である。角度が小さいと、連結部５３０の組み立てが容易になる。

図２ｂに示すように、熱交換器１０は第１の二次連結部５４０を含むことが好ましい。第１の二次連結部５４０は、第１の一次連結部５３０と同様の方法で製造され得る。第１の二次連結部５４０も、少なくとも第１の一次直線部１０１と第１の二次直線部１０３とを共に連結するように構成されている。図２ｂでは、第１の二次連結部５４０は、第１の三次直線部１０３及び第１の四次直線部１０７も共に連結する。

このような熱交換器１０を製造する場合、上述する及び／又は後述する第１の伝熱管１００が利用可能に配置される。管１００は、例えば、曲げることによって製造され得るか又は管１００は、例えば購入され得る。第１の一次連結部分５１０及び第１の二次連結部分５２０は、図１２に示すようにプレート５００から切断され得る。プレート５００は厚さｔ_ｐを有する。厚さｔ_ｐは、図１２に示すように、プレート５００の厚さｔｐの方向ｄ_ｔｐに方向付けられている。図１２に切断線を灰色で示す。係る線に沿って切断すると、第１の一次連結部分５１０及び第１の二次連結部分５２０が形成される。これらの部分を図１２に示す。上述したように、切断線は、プレート５００の厚さｔ_ｐの方向にプレート５００にわたって延びるか又は切断線は、厚さｔ_ｐの方向に対して斜めに配置され得る。当然のことながら、第１の一次連結部分５１０をプレート５００から切断し、第１の二次連結部分５２０を別のプレートから切断することが可能であり得る。

最初に、プレート５００は、プレート５００の厚さの方向ｄ_ｔｐに平行な面法線を有する主面５０１を有する。通常、プレート５００の主面５０１は平面である。加えて、通常、主面５０１と反対の面も平面である。連結部５３０は十分な機械的強度を有する必要があるため、第１の一次連結部分５１０は、主面５０１の一部が第１の一次面５１１又は第１の二次面５１２のいずれかを形成するようにプレート５００から切断される。第１の三次面５１３の少なくとも一部は前記切断により形成される。一実施形態では、結果として得られた第１の三次面は、プレート５００の厚さの方向ｄ_ｔｐに垂直又は実質的に垂直な方向を向いている。「実質的に垂直」という用語は、前述の角度φに沿って、４５°よりも大きい角度（大きくても９０°）、例えば６０°よりも大きいか又は７５°よりも大きい角度、好ましくは８５°よりも大きい角度を意味し得る。第１の三次面５１３の少なくとも一部を形成する間、第１の一次孔５１４及び第１の二次孔５１５も切断によって形成される。その結果、本方法は、第１の伝熱管１００の第１の一次直線部１０１の一部を受容するように構成された第１の一次孔５１４を形成することを含む。孔５１４の形状は、上述したように部分１０１の面に適合される。さらに、本方法は、第１の伝熱管１００の第1の二次直線部１０３の一部を受容するように構成された第１の二次孔５１５を形成することを含む。孔５１５の形状は、上述したように部分１０３の面に適合される。

第１の二次連結部分５２０はプレート５００（又は第２のプレート）から同様に切断される。第１の二次連結部分５２０は、主面５０１の一部（又は第２のプレートの主面）が第２の一次面５２１又は第２の二次面５２２のいずれかを形成するようにプレート５００から切断される。さらに、第２の三次面５２３の少なくとも一部が前記切断により形成される。一実施形態では、結果として得られた第２の三次面は、プレート５００又は第２のプレートの厚さの方向ｄ_ｔｐに垂直又は実質的に垂直な方向を向いている。「実質的に垂直」という用語は、前述の角度φに沿って、４５°よりも大きい角度（大きくても９０°）、例えば６０°よりも大きいか又は７５°よりも大きい角度、好ましくは８５°よりも大きい角度を意味し得る。第２の三次面５２３の少なくとも一部を形成する間、第２の一次孔５２４及び第２の二次孔５２５も切断によって形成される。その結果、本方法は、第１の伝熱管１００の第１の一次直線部１０１の一部を受容するように構成された第２の一次孔５２４を形成することを含む。孔５２４の形状は、上述したように部分１０１の面に適合される。さらに、本方法は、第１の伝熱管１００の第２の二次直線部１０３の一部を受容するように構成された第２の二次孔５２５を形成することを含む。孔５１５の形状は、上述したように部分１０３の面に適合される。

前記の孔５１４、５１５、５２４、５２５を形成した後、図３ｂに示すように、直線部１０１、１０３の一部が孔内に配置される。したがって、一実施形態において、管１００及び部分５１０、５２０は、第１の一次連結部分５１０の厚さの方向と長手方向ｄ_ｌとが平行になるように又は上述の角度φを形成するように配置される。さらに、第１の二次連結部分５２０の厚さ方向と長手方向ｄ_ｌとは平行であるか又は角度φについて示された角度に沿って例えば４５°未満の角度を形成する。図１２で示すように、切断の間、第１の一次連結部分５１０の厚さ方向はプレート５００の方向ｄ_ｔｐと平行である。さらに、切断の間、第１の二次連結部分５２０の厚さ方向は、プレート５００又は第２のプレートの方向ｄ_ｔｐと平行である。

その後、第１の一次連結部分５１０は第１の二次連結部分５２０に溶接されて、第１の一次連結部５３０を形成する。第１の一次連結部５３０は、第１の伝熱管１００の直線部（１０１、１０３）を共に連結する。第１の二次連結部５４０は同様の方法で製造され得る。

プレート５００はレーザーを用いて切断され得る。加えて又は代替的に、プレート５００は流体ジェット、例えば、液体ジェット又はガスジェットを用いて切断され得る。流体ジェットの効果は、砂等の研磨粒子を用いることにより改良され得る。切断のために流体ジェットを用いることは、三次面５１３が一次面５１１に対して垂直でなくなるという効果を有し得る。

プレート５００は、少なくとも１０００℃の融点を有する溶接可能な金属を含むことが好ましい。そのような金属は機械的強度を通常有する。そのような好適な金属の例としては鋼鉄、例えばオーステナイト鋼が挙げられる。熱交換器１０では、連結部分５１０、５２０は、プレート５００について説明したような材料を含む。

十分な機械的安定性を有するために、プレートの厚さｔ_ｐは１５ｍｍ～４０ｍｍであることが好ましい。これに対応して、図５ａを参照して、熱交換器１０の一実施形態では、第１の一次連結部分５１０は、第１の一次面５１１の法線Ｎ_５１１方向に第１の一次厚さｔ_ｌ１を有し、第１の一次厚さｔ_ｌ１は１５ｍｍ～４０ｍｍである。第１の一次連結部分５１０がプレート５００から作られる場合、第１の一次厚さｔ_ｌ１は一定である。さらに、第１の二次連結部分５２０は、第２の一次面５２１の法線Ｎ_５２１の方向に第２の一次圧さｔ_ｌ２を有し、第２の一次厚さｔ_ｌ２は１５ｍｍ～４０ｍｍである。第１の二次連結部分５２０がプレート５００又は別のプレートから作られる場合、第２の一次厚さｔ_ｌ２は一定である。連結部分５１０、５２０が同じプレート５００から作られる場合、第１の一次厚さｔ_ｌ１は、第２の一次厚さｔ_ｌ２と等しい。しかしながら、上述したように、部分５１０、５２０は同じプレート５００で作られる必要はない。

機械的安定性は、連結部分５１０、５２０の厚さ及び他の寸法を選択することによっても影響され得る。しかしながら、連結部分５１０、５２０が大きい場合には、伝熱管の異なる部分を互いに遠く離して配置されなければならないために熱交換器１０のサイズが大きくなる。通常、熱交換器１０の容積に対する伝熱管１００、２００、３００、１００ｂ、２００ｂの表面積の比は、良好な熱回収のために最大化される。これらの観点から、上述の厚さは、とりわけ連結部５３０が鋼鉄を含む場合に特に好適であることが分かっている。

連結部分５１０、５２０の他の寸法に関しては、機械的支持機能を有するために他の寸法も適度に大きくなければならず、コンパクトな熱交換器の場合には適度に小さくなければならない。とりわけ、いくつかの用途では、連結部５３０及び/又は５４０は、管１００、２００、３００、４００を下から且つ管の重力に対して機械的に支持するのに用いられる。したがって、薄い、例えばプレート状の連結部は十分な支持を提供しない。しかしながら、連結部５３０、５４０が管を吊すために用いられる場合、より薄い連結部で十分であり得る。そのため、図５を参照して、好ましい実施形態では、第１の一次孔５１４と第１の二次孔５１５との間に、第１の一次連結部分５１０は、第１の一次面５１１の法線Ｎ_５１１に垂直な方向に第１の二次厚さｔ_ｔ１を有し、第１の平面Ｐの法線Ｎと最小角度を形成する。なお、第１の一次面５１１の全ての方向は法線Ｎ_５１１に対して垂直である。さらに、第１の一次面５１１の方向のうちのそれぞれは、第１の平面Ｐの法線Ｎと角度（任意で０°）を形成する。そのため、第１の一次面５１１の１つの方向のみが、第１の平面Ｐの法線Ｎと最小角度（任意で０°）を形成する。厚さの方向を図４ｂ及び図５ａに明示する。

第１の二次厚さｔ_ｔ１は一定である必要はないが、例えば、図３ｃに示すように、厚さを測るレベル（例えば、高さ）に依存し得る。機械的支持の観点から、第１の二次厚さｔ_ｔ１の最小値ｔ_{ｔ１，ｍｉｎ}、すなわち、最小の第１の二次厚さｔ_{ｔ１，ｍｉｎ}は、連結部５３０の支持能力を決定し得る。したがって、一実施形態では、最小の第１の二次厚さｔ_{ｔ１，ｍｉｎ}は１０ｍｍ～５０ｍｍであり、好ましくは１５ｍｍ～５０ｍｍである。第１の二次厚さｔ_ｔ１は、図３ｃから分かるように場所に依存し得る。そのため、一実施形態では、第１の一次孔５１４と第１の二次孔５１５との間では、第１の一次連結部分５１０の第１の二次厚さｔ_ｔ１は１０ｍｍ～５０ｍｍである。すなわち、第１の二次厚さｔ_ｔ１の最大値ｔ_{ｔ１,ｍａｘ}は最大で５０ｍｍであり得る。これは、製造コストを妥当なレベルで維持し、熱交換器を適度に小さくするのに役立つ。

同様に、好ましい実施形態では、第２の一次孔５２４と第２の二次孔５２５との間では、第１の二次連結部分５２０は、第２の一次面５２１の法線Ｎ_５２１に垂直な方向に第２の二次厚さｔ_ｔ２を有し、第１の平面Ｐの法線Ｎと最小角度を形成する。第２の二次厚さｔ_ｔ２は最小値、最小の第２の二次厚さｔ_{ｔ２，ｍｉｎ}及び最大値ｔ_{ｔ２，ｍａｘ}を有する。一実施形態では、最小の第２の二次厚さｔ_{ｔ２,ｍｉｎ}は１０ｍｍ～５０ｍｍであり、好ましくは１５ｍｍ～５０ｍｍである。第２の二次厚さｔ_ｔ２は場所に依存し得る。そのため、一実施形態では、第２の一次孔５２４と第２の二次孔５２５との間では、第１の二次結合部５２０は１０ｍｍ～５０ｍｍの二次厚さｔ_ｔ２を有する。すなわち、第２の二次厚さの最大値ｔ_{ｔ２,ｍａｘ}は最大で５０ｍｍであり得る。

連結部分５１０、５２０が同じプレート５００から作られているか又は異なるプレートから作られているかにかかわらず、第２の厚さ（ｔ_ｔ１、ｔ_ｔ２）は互いに異なっていてもよい。しかしながら、第２の一次厚さｔ_ｔ１は、少なくとも局所的に、すなわち特定の位置（例えば、Ｓｚ方向のレベルで、図３ｃ参照)で、第２の二次厚さｔ_ｔ２と等しいことが好ましい。これは、使用時に連結部５３０、５４０の反りが生じるのを防止するか又は少なくとも高温環境において反りが生じる傾向を減少させる。

連結部分５１０、５２０は、図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図６ａに示すように共に溶接されていることが好ましい。熱交換器１０は、第２の三次面５２３を第１の一次面５１１（図４ａ参照）又は第１の二次面５１２（図３ａ参照）に接合する第1の溶接継ぎ手５３１を含むことが好ましい。熱交換器１０は、第１の三次面５１３を第２の二次面５２２（図４ａ参照）又は第２の一次面５２１（図３ａ参照）に接合する第２の溶接継ぎ手５３２を含むことが好ましい。溶接継ぎ手５３１、５３２は溶接の証拠である。そのため、本方法の一実施形態は、第２の三次面５２３を第１の一次面５１１又は第１の二次面５１２に溶接することを含む。さらに、本方法の一実施形態は、第１の三次面５１３を第２の二次面５２２又は第２の一次面５２１に溶接することを含む。このように溶接することは、使用時に連結部５３０、５４０の反りを生じることを防止するか又は少なくとも高温環境におけて反りを生じる傾向を減少させることが分かっている。

連結部分５１０、５２０の間の継ぎ手が十分強くなるように、溶接継ぎ手５３１、５３２は十分長くなければならない。したがって、図３ｃを参照して、一実施形態では、第１の溶接継ぎ手５３１は第１の平面Ｐ内の方向であるとともに、長手方向ｄ_ｌに垂直な方向ｄ_ｅｘｔに延びている。一実施形態では、第１の溶接継ぎ手５３１は第１の一次直線部１０１と第１の二次直線部１０３との間に延びている。第１の溶接継ぎ手５３１はこの方向に延び、任意で前述の位置にも（少なくとも５ｃｍ）延びていることが好ましい。同様に、一実施形態では、第２の溶接継ぎ手５３２は方向ｄ_ｅｘｔに延びている。一実施形態では、第２の溶接継ぎ手５３２は第１の一次直線部１０１と第１の二次直線部１０３との間に延びている。第２の溶接継ぎ手５３２はこの方向に延び、任意で前述の位置にも（少なくとも５ｃｍ）延びていることが好ましい。好ましい実施形態では、溶接継ぎ手５３１、５３２は、管１００の直線部１０１、１０３のいずれにも完全に延びない。これに対応して、第１の溶接継ぎ手５３１と直線部１０１、１０３の双方との間に少なくとも１ｍｍの距離が残り、第２の溶接継ぎ手５３２と直線部１０１、１０３の双方との間に少なくとも１ｍｍの距離が残っていることが好ましい。これは、連結部分５１０、５２０を共に溶接することは伝熱管１００の機械的特性、とりわけ高圧に耐える能力に影響を及ぼさないという効果を有する。

上述のように、このような溶接は、連結部の反りを低減させる。連結部分の尺度及び溶接の種類に加えて、反りの傾向は、第１の一次連結部分５１０と第２の一次連結部分５２０との相対位置によって影響を受け得る。図５ａを参照して、第１の一次面５１１の法線Ｎ_５１１の方向における第１の一次連結部５３０の長さｌ_ｔｏｔは、第１の一次厚tさｔ_ｌ１、第２の一次圧さｔ_ｌ２及び重なり距離ｄ_ｏにより定義される。数学的には、ｌ_ｔｏｔ＝ｔ_ｌ１＋ｔ_ｌ２－ｄ_ｏで表される。通常、一次面５１１の法線Ｎ_５１１及び一次面５２１の法線Ｎ_５１２は一方向である。

図５ａ及び図５ｂのように、少なくとも部分的な重なりがある場合、第１の三次面５１３の一部は第２の三次面５２３の一部を向いている。もし、図５ｂのように、完全な重なりがある場合、重なり距離ｄ_ｏはｌ_ｔｏｔと等しくなる。そのような場合、前述の面は互いに溶接されない。対照的に、そのような場合、例えば、面５１２が面５２２に溶接され、面５１１が面５２１に溶接され得る（面については図４ａを参照）。しかしながら、そのような溶接を確実に行うことがより困難であり得る。そのため、少なくとも反りが生じるリスクが増大し得る。さらに、このような方法で溶接した場合、連結部５３０に反りが生じることが分かった。使用時における連結部５３０の反りは、連結部分５１０、５２０及び管１００、２００、３００、４００の熱膨張の結果生じ得る。

図５ｃのように重なりがない場合には重なり距離ｄ_ｏはゼロとなり、それに対応して、連結部５３０の厚さｌ_ｔｏｔはその部分の厚さの合計となる。さらに、図５ｃに示すように、第１の三次面５１３のどの部分も第２の三次面５２３の一部の方を向いていない。そのような場合、前述の面は互いに溶接され得る。この解決策は図５ａのものと同じくらい容易に製造可能である。しかしながら、連結部の反りは部分的な重なり（図５ａ）によって最小化され、完全な重なり（図５ｂ）により最悪の状態になることが分かっている。したがって、重なり距離ｄ_ｏがゼロでないことが好ましい。すなわち、長手方向ｄ_ｌにおける第１の一次連結部５３０の全厚さｔ_ｔｏｔは、第１の一次面５１１の法線Ｎ_５１１の方向における第１の連結部分５１０の厚さｔ_ｌ１と第１の連結部分５２０の厚さｔ_ｌ２の合計であるｔ_ｌ１＋ｔ_ｌ２未満であることが好ましい。重なり距離ｄ_ｏは、連結部分５１０の厚さｔ_ｌ１及び連結部分５２０の厚さｔ_ｌ２のうち小さい方の１０％～９０％であることが好ましい。重なり距離ｄ_ｏは、連結部分５１０の厚さｔ_ｌ１及び連結部分５２０の厚さｔ_ｌ２のうち小さい方の２５％～７５％、例えば３３％～６６％であることがより好ましい。

上述したように、連結部５３０に対する管の部分１０１、１０３の動きは、孔５１４、５１５、５２４、５２５によって形成される開口５３３、５３４に管の部分１０１、１０３をしっかり嵌合によって主に減少する。さらに、二次的に、前記の動きは、管の部分の表面の一部にストッパを設けることによってさらに低減できる。このため、図６ａ～図６ｃを参照して、一実施形態では、管１００の第１の一次直線部１０１は第１の一次ストッパ１３１及び第１の二次ストッパ１３２を備える。管の部分１０１について図６ａに示すように、第１の一次連結部５３０の少なくとも一部は、第１の一次ストッパ１３１と第１の二次ストッパ１３２との間に残される。このように、ストッパ１３１、１３２は、第１の一次ストッパ１３１が第１の一次連結部５３０に接触する及び／又は第１の二次ストッパ１３２が第１の一次連結部５３０に接触するようにストッパ１３１、１３２が少なくとも配置された場合に連結部５３０に対する管の部分１０１の動きを防止する。同様に、第１の二次直線部１０３を連結部５３０にロックすることができる。そのため、一実施形態では、管１００の第１の二次直線部１０３は、図６ｂ及び図６ｃから分かるように、第２の一次ストッパ１３３及び第２の二次ストッパ１３４を備える。第１の一次連結部５３０の少なくとも一部は、第２の一次ストッパ1１３３と第２の二次ストッパ１３４との間に残される。しかしながら、管の直管部の全てにストッパを設ける必要はない。そのため、例えば、第１の二次直線部１０３は、ストッパ１３４、１３４により連結部５３０にロックされる必要はない。熱交換器が第２の伝熱管２００を含む場合、その直線部の少なくとも１つにストッパ（図示せず）を設けてもよい。

図３ｃを参照して、第１の一次連結部分５１０は、第１の一次面５１１と角度を形成する第１の四次面５１４を有する。この角度は真っ直ぐであり得るが、そうである必要はない。第１の四次面５１４は、第１の三次面５１３とも角度を形成する。この角度は真っ直ぐであり得るが、そうである必要はない。第１の四次面５１４は平面であり得る。第１の四次面５１４も第１の伝熱管１００と反対側を向いている。同様に、第１の二次連結部分５２０は、第２の一次面５２１及び第２の三次面５２３と角度を形成するとともに、第１の伝熱管１００とは反対側を向く第２の四次面５２４を有する。一実施形態では、四次面５１４及び５２４は互いに溶接されていない。これは、ブリッジ５５１、５５２（図１１ｃ参照）を用いて２つの異なる連結部を互いに連結する場合、連結部５３０の端部に溶接継ぎ手がなければ、連結部５３０は、連結部５３０の端部からブリッジ５５１、５５２により容易に固定できるという効果を有する。例えば、ブリッジ５５１、５５２は、連結部５３０、とりわけ四次面５１４、５２４を受容するように構成された孔を備え得る。

図２ｂ及び図３ｂを参照して、一実施形態では、第１の伝熱管１００は、例えば第１の三次直線部１０５を含む１つ以上の他の直線部（１０５、１０７）を含む。一実施形態では、第１の一次直線部１０１、第１の二次直線部１０３及びその他の直線部（１０５、１０７）は平行に第１の平面Ｐ内に長手方向ｄ_ｌに延びる。管１００は、分配ヘッダ１４２及び回収ヘッダ１４４の双方が熱交換器１０の同じ側、例えば例えば図１１ｂに示すように管（１００、２００、３００、４００）の同じ側に残されるように設計されることが好ましい。図３ｂを参照して、そのような場合、第１の一次連結部分５１０の第１の三次面５１３には、第１の一次連結部分５１０を通って長手方向ｄ_ｌに延びる１つ以上の他の孔５１６、５１７が設けられる。さらに、他の直線部１０５、１０７の一部は、第１の一次連結部分５１０の他の孔５１６、５１７内に配置される。同様に、第１の二次連結部分５２０の第２の三次面５２３には、第１の二次連結部分５２０を通って長手方向ｄｌに延びる１つ以上の他の孔５２６、５２７が設けられる。さらに、他の直線部１０５、１０７の一部は、第１の二次連結部分５２０の他の孔５２６、５２７内に配置される。他の孔は、例えば、第１の一次開口５３３について説明した方法で他の開口を形成し、他の直線部（１０５、１０７）のうちの一方の直線部は、これらの他の開口のうちの一方を貫通する。

しかしながら、同じ連結部５３０を用いて２つ以上の伝熱管を連結できるように、２つ以上の伝熱管を並べて用いることも可能であり得る。図８ａを参照して、一実施形態では、熱交換器１０は第２の伝熱管２００を含む。第２の伝熱管２００は、第２の一次直線部２０１、第２の一次湾曲部２０２及び第２の二次直線部２０３を含む。また、第２の直線部２０１、２０３は互いに平行に且つ第１の平面Ｐ内に延び、第１の平面Ｐ内には第１の直線部１０１、１０３も延びる。さらに、第２の直線部２０１、２０３は、第１の直線部１０１、１０３と長手方向ｄ_ｌにおいて平行に延びている。図８ｂを参照して、このような管１００、２００を用いる場合、第１の一次連結部分５１０の第１の三次面５１３には、第１の一次連結部分５１０を通って長手方向ｄ_ｌに延びる２つ以上の他の孔５１６、５１７が設けられる。さらに、第２の一次直線部２０１の一部は、他の孔５１６、５１７のうちの１つ（５１６）内に配置され、第２の二次直線部２０３の一部は、第１の一次連結部分５１０の他の孔５１６、５１７のうちの１つ（５１７）内に配置される。同様に、第１の二次連結部分５２０の第２の三次面５２３には、第１の二次連結部分５２０を通って長手方向ｄ_１に延びる１つ以上の他の孔５２６、５２７が設けられる。さらに、第２の一次直線部２０１の一部は、他の孔５２６、５２７のうちの１つ（５２６）内に配置され、第２の二次直線部２０３の一部は、第１の二次連結部分５２０の他の孔５２６、５２７のうちの１つ（５２７）内に配置される。他の孔５１６、５１７、５２６、５２７は、孔５１４、５１５、５２４、５２５及び第１の伝熱管に関連して詳細に説明したように、第２の伝熱管２００の表面に適合される。他の孔は、例えば、第１の一次開口５３３について説明したような形で他の開口を形成し、他の管２００の直線部はこれらの他の開口を貫通する。

図９ａ及び９ｂを参照して、1つの連結部５３０でさらに多くの伝熱管を連結することが可能であり得る。そのため、一実施形態では、熱交換器１０は、上述したように、第１の伝熱管１００及び第２の伝熱管２００を含み、さらに第３の伝熱管３００を含む。第３の伝熱管３００は、第３の一次直線部３０１、第３の一次湾曲部３０２及び第３の二次直線部３０３を含む。第３の直線部３０１、３０３も互いに平行に且つ第１の平面Ｐ内に延び、第１の平面Ｐ内には第１及び第２の直線部１０１、１０３、２０１、２０３も延びる。さらに、第３の直線部３０１、３０３は、長手方向ｄ_ｌにおいて、第１及び第２の直線部１０１、１０３、２０１、２０３と平行に延びる。連結部５３０は、１つ又は２つの管について上述した方法で、３つの管１００、２００、３００の直線部１０１、２０１、３０１、１０３、２０３、３０３を連結するために用いることができる。

図９ｂを参照して、一実施形態では、熱交換器１０は、上述したように、第１の伝熱管１００、第２の伝熱管２００及び第３の伝熱管３００を含み、さらに第４の伝熱管４００を含む。第４の伝熱管４００は、第４の一次直線部４０１、第４の一次湾曲部４０２及び第４の二次直線部４０３を含む。第４の直線部４０１、４０３も互いに平行に且つ第１の平面Ｐ内に延び、第１の平面Ｐ内には第１、第２及び第３の直線部１０１、１０３、２０１、２０３、３０１、３０３も延びる。さらに、第４の直線部４０１、４０３は、長手方向ｄ_ｌにおいて、第１、第２及び第３の直線部１０１、１０３、２０１、２０３、３０１、３０３と平行に延びる。連結部５３０は、１つ又は２つの管について上述した方法で、４つの管１００、２００、３００、４００の直線部１０１、２０１、３０１、４０１、１０３、２０３、３０３、４０３を連結するために用いることができる。

平面Ｐ内に直線部が延びる伝熱管の数Ｎ_ｔｕｂｅは、図２Ａに示すように１つ、図８ａに示すように２つ、図９Ａに示すように３つ、図９ｂに示すように４つ、５つ（図示せず）、６つ（図示せず）又は６つ以上（図示せず）とすることができる。そのような伝熱管の数Ｎ_ｔｕｂｅは少なくとも２つ、２つ、少なくとも３つ、３つ又は４つであることが好ましい。このような管及びそれらの湾曲部の数を用いる場合、連結部分５１０、５２０のそれぞれの三次面５１３、５２３には８～２４個の孔、例えば１２～１８個の孔が設けられ、伝熱管の直管部の一部がそれぞれの孔内に設けられることが好ましい。また、連結部分５１０、５２０のそれぞれの三次面５１３、５２３には、偶数（即ち、２の整数倍）の孔が設けられ、伝熱管の直管部の一部がそれぞれの孔内に設けられることが好ましい。

次に図７ａを参照して、第１の伝熱管１００の第１の一次直線部１０１は、第１の内側伝熱管１１０の第１の一次直線部１１１及び第１の外側耐火物１２０の第１の一次直線部１２１を含み得る。任意で、第１の一次直線部１０１は、内側伝熱管１１０と外側耐火物１２０との間に断熱材１４０を含み得る。図７ｂを参照して、第１の伝熱管１００の第１の一次湾曲部１０２は、第１の内側伝熱管１１０の第１の一次湾曲部１１２及び第１の外側耐火物１２０の第１の一次湾曲部１２２を含み得る。任意で、第１の一次湾曲部１０２は、内側伝熱管１１０と外側耐火物１２０との間に断熱材１４０を含み得る。これは、先行技術の公報である米国特許第９３７１９８７号に開示されているような有利な効果がある。同様に、第２の伝熱管２００、第３の伝熱管３００及び第４の伝熱管４００のいずれか又は全ても内側管及び外側耐火物を含み得る。

外側耐火物１２０を有することにより、使用時に、耐火物１２０の外面の温度は、伝熱管１００が通常の伝熱管で構成されている場合に、伝熱管１００の温度よりもはるかに高くなるというさらなる有利な効果がある。さらに、第１の一次連結部５３０の温度も使用時には高くなる。そのため、外側耐火物を有することにより、使用時に連結部５３０と管１００の外面との間の温度差が低減される。これにより、連結部５３０と管１００との嵌合が改善される。さらに、これはまた、使用時に連結部５３０の反りを低減する。

熱交換器１０は、同じ平面Ｐに延びる複数の第１の伝熱管１００（及び任意で、第２、第３、第４、第５、第６の伝熱管２００、３００、４００・・・）と、これらの管を共に連結する第１の一次連結部５３０及び任意で第1の二次連結部５４０とを含む第１の伝熱管配列を通常含む。図１０、図１１ｂ及び図１１ｃを参照して、熱交換器１０は、第１の平面Ｐと平行な第２の平面Ｐ’に延びる少なくとも第１の二次伝熱管１００ｂを含む第２の伝熱管配列を通常含む。第２の伝熱管配列は、第２の平面Ｐ’に延びる第２の二次伝熱管２００ｂ、任意で第２の平面Ｐ’に延びる第３の二次伝熱管３００ｂ及び任意で第２の平面Ｐ’に延びる第４の二次伝熱管４００ｂ（及び任意で第２の五次及び六次伝熱管も）もさらに含み得る。図１０及び図１１ｃを参照して、第２の伝熱管配列の管は第２の一次連結部５３０ｂ及び任意で第２の二次連結部５４０ｂを用いて連結され得る。図１０に示すように、第２の一次伝熱管１００ｂは、第１の伝熱管１００と同様に直線部１０１ｂ、１０３ｂを含む。同様に、第２の二次伝熱管２００ｂは直線部２０１ｂ、２０３ｂを含み、第２の三次伝熱管３００ｂは直線部３０１ｂ、３０３ｂを含み、第２の四次伝熱管４００ｂは直線部４０１ｂ、４０３ｂを含む。同様に、第３の伝熱管配列は、第３の一次連結部５３０ｃ（図１１ｃ参照）を用いて連結され得る。

第２の伝熱管配列（１００ｂ、２００ｂ、３００ｂ、４００ｂ）は、第１の伝熱管配列（１００、２００、３００、４００）が第１の一次連結部５３０によって支持されるのと同様に、第２の一次連結部５３０ｂによって支持される。そのため、一実施形態では、熱交換器１０は、少なくとも１つの他の伝熱管（１００ｂ、２００ｂ、３００ｂ、４００ｂ）、すなわち二次伝熱管の少なくとも２つの他の直線部（１０１ｂ、１０３ｂ、２０１ｂ、２０３ｂ、３０１ｂ、３０３ｂ、４０１ｂ、４０３ｂ）を支持するように構成された第２の一次連結部５３０ｂを含む。さらに、二次伝熱管（１００ｂ、２００ｂ、３００ｂ、４００ｂ）の他の少なくとも２つの直線部は互いに対して平行に第２の平面Ｐ’内に延びる。第２の平面Ｐ’は第１の平面Ｐと平行である。さらに、第２の平面Ｐ’は第１の平面Ｐから所定の距離の位置に配置される。

図１１ｃを参照して、一実施形態では、第１の一次連結部５３０は、第１のブリッジ５５１により第２の一次連結部５３０ｂに接続される。図１１ｃの実施形態では、第１の一次連結部５３０の端部が第１のブリッジ５５１に固定され、第２の一次連結部５３０ｂの端部が第１のブリッジ５５１に固定される。さらに、熱交換器１０の全ての伝熱管１００、２００、１００ｂ、２００ｂは、第１のブリッジ５５１の同じ側に配置されている。例えば、図１１ｃでは、全ての伝熱管は第１のブリッジ５５１の上方に配置されている。加えて、図１１ｃの実施形態は第２のブリッジ５５２を含む。第１の一次連結部５３０の他端は第２のブリッジ５５２に固定され、第２の一次連結部５３０ｂの他端は第２のブリッジ５５２に固定されている。さらに、熱交換器１０の全ての伝熱管１００、２００、１００ｂ、２００ｂは、第１のブリッジ５５１と第２のブリッジ５５２との間に配置されている。ブリッジ５５１、５５２の目的は、一次連結部５３０、５３０ｂを共に連結することである。ブリッジ５５１、５５２は、使用時に水平であり得る第１の平面Ｐの法線Ｎの方向で管１００、２００、１００ｂ、２００ｂを機械的に支持する。連結部５３０、５３０ｂは、使用時に垂直であり得る別の方向で管１００、２００、１００ｂ、２００ｂを機械的に支持する。

図１１ｃを参照して、一実施形態では、第１の平面Ｐの方向における（ｉ）管の湾曲部によって分離される管の２つの直線部又は（ｉｉ）異なる管の２つの直線部の間の少なくとも1つの点で、第２の一次連結部５３０ｂは第１の一次連結部５３０と接触して、第１の一次連結部５３０と第２の一次連結部５３０ｂとの間に機械的ロック５３７を形成する。これは、第１の平面Ｐの法線Ｎの方向において且つ熱交換器の中央部分において管を互いにロックするのを助ける。これは、モジュール式熱交換器の場合にとりわけ実行可能である。機械的ロック５３７では、第１の平面Ｐの法線Ｎの方向において第１の伝熱管１００と反対を向く第１の一次連結部５３０の面が、第２の平面Ｐ’の法線の方向において第２の一次伝熱管１００ｂと反対を向く第２の一次連結部５３０ｂの面と接触する。一部の管の構成では、機械的ロック５３７は中央ブリッジ要素（central bridging element）５５３と形成することができる。中央ブリッジ要素５５３は第1の一次連結部５３０及び第２の一次連結部５３０ｂの双方に固定できる。機械的ロック（５３７、５５３）は、第１の平面Ｐ内にあり長手方向ｄ₁に垂直な方向（すなわち、図３ｃの方向ｄ_ｅｘｔ）において、（ｉ）管の湾曲部によって分離された管の２つの直線部の間又は（ｉｉ）異なる管の２つの直線部の間に残される点で形成される。

さらに、一部の領域では、図１１ｃにおいて参照符号５３８で示すように、第２の一次連結部５３０ｂと第１の一次連結部５３０との間に間隙５３８（すなわち距離）が残される。図１１ｃに示すように、そのような間隙５３８は、第２の一次連結部５３０ｂと第１の一次連結部５３０との間で第１の平面Ｐの法線Ｎの方向に残される。

熱交換器１００は第１のブリッジ５５１を含んでいる必要はない。何故なら、連結部の端部の近くで連結部５３０、５３０ｂを連結する目的で中央ブリッジ要素５５３（すなわち、第１の中央ブリッジ要素５３３）を用いることができるからである。熱交換器１０は第２のブリッジ５５２を含んでいる必要はない。何故なら、連結部の端部の近くで連結部５３０、５３０ｂを連結する目的で中央ブリッジ要素５５３（すなわち、第２の中央ブリッジ要素）を用いることができるからである。しかしながら、要素（ブリッジ及び／又は中央ブリッジ要素）を用いて連結部５３０、５３０ｂを互いに接続することが好ましい。

図１０を参照して、モジュール性の観点から、熱交換器１０は実質的に矩形の形状を有することが有益である。より正確には、一実施形態では、熱交換器１０は、分配ヘッダ１４２が第１の方向ｄ_ｆｅｅｄに延びるように、分配ヘッダ１４２及び回収ヘッダ１４４を含む。モジュール性の観点から、第１の平面Ｐの法線Ｎは第１の方向ｄ_ｆｅｅｄと平行であるか又は第１の方向ｄ_ｆｅｅｄと最大で６０°の角度αを形成することが有益である。また、第１の平面Ｐは使用時に実質的に垂直であることも好ましい。そのため、一実施形態では、第１の平面Ｐの法線Ｎは、使用時に水平になり、水平方向Ｓ_hと最大で４５°の角度βを形成するように構成される。少なくともそのような場合には、熱交換器は、空間Ｖに挿入可能であるとともに、壁５１の開口を介して空間Ｖから取り外すことが可能なモジュール式アセンブリを形成する。そのような手順は、国際特許出願ＰＣＴ／ＦＩ２０１６／０５０７６０により詳細に記載されている。

熱交換器１０は、流動層熱交換器１０として流動層ボイラで用いられることが好ましい。流動層熱交換器１０は、循環流動層ボイラのループシール５で用いられることがより好ましい。そのため、一実施形態では、流動層ボイラ１は、流動媒体を煙道ガスから分離する手段４０を含む。図１ａを参照して、一実施形態では、流動層ボイラ１は、流動媒体を煙道ガスから分離するためのサイクロン４０を含む。流動層ボイラは、流動媒体を煙道ガスから分離するための手段４０（例えば、サイクロン）から流動媒体を受け取るように構成されたループシール５を含む。さらに、流動層熱交換器１０の少なくとも一部はループシール５内に配置されている。例えば、図２ｂ、図２ｃ、図７ａ、図７ｂ及び図８を参照して、分配ヘッダ１４２及び回収ヘッダ１４４はループシールの外側に配置され得る。しかしながら、伝熱管（１００、２００）又は伝熱管（１１０、１２０、２１０、２２０）の少なくとも大半は、上述したようにループシール内に配置される。例えば、一実施形態では、流動層熱交換器１０の伝熱管（１００、２００）又は伝熱管（１１０、１２０、２１０、２２０）の長手方向に測った場合の少なくとも９０％は、上述のようにループシール５内に配置される。

Claims (16)

1. 熱交換器であって、当該熱交換器は、
   第１の一次直線部、第１の一次湾曲部及び第１の二次直線部を有する第１の伝熱管であって、該第１の一次直線部及び該第１の二次直線部は長手方向において互いに平行に第１の平面内に延びる、第１の伝熱管と、
   第１の一次連結部分であって、
   第１の一次面と、
   前記第１の一次面と反対側の第１の二次面と、
   第１の三次面であって、少なくとも一部が前記第１の平面の法線の方向に面し、該第１の三次面は前記第１の一次面から前記第１の二次面に延び、前記第１の一次面と前記第１の二次面とを接続する第１の三次面と、
   前記第１の三次面にある第１の一次孔及び第１の二次孔であって、該第１の一次孔及び該第１の二次孔の双方は前記第１の一次連結部分にわたって前記長手方向に延びる、第１の一次孔及び第１の二次孔と、
   を含む、第１の一次連結部分と、
   第１の二次連結部分であって、
   第２の一次面と、
   前記第２の一次面と反対側の第２の二次面と、
   第２の三次面であって、少なくとも一部が前記第１の平面の法線の方向に面し、該第２の三次面は前記第２の一次面から前記第２の二次面に延び、前記第２の一次面と前記第２の二次面とを接続する、第２の三次面と、
   前記第２の三次面にある第２の一次孔及び第２の二次孔であって、該第２の一次孔及び該第２の二次孔の双方は前記第１の二次連結部分にわたって前記長手方向に延びる、第２の一次孔及び第２の二次孔と、
   を含む、第１の二次連結部分と、
   を含み、
   前記第１の一次連結部分は前記第１の二次連結部分に溶接されて、前記第１の伝熱管の一部を保持する第１の一次連結部を形成し、
   前記第１の一次連結部は、
   前記第１の一次孔及び前記第２の一次孔により形成される第１の一次開口であって、前記第１の一次直線部は、該第１の一次開口を介して前記第１の一次連結部を前記長手方向に貫通する、第１の一次開口と、
   前記第１の二次孔及び前記第２の二次孔により形成される第１の二次開口であって、前記第１の二次直線部は、該第１の二次開口を介して前記第１の一次連結部を貫通する、第１の二次開口と、
   を画定し、
   前記第１の一次開口の形状は、前記第１の一次直線部の外面の形状に適合され、
   前記第１の二次開口の形状は、前記第１の二次直線部の外面の形状に適合され、
   当該熱交換器は、
   前記第２の三次面を前記第１の一次面又は前記第１の二次面に接合する第１の溶接継ぎ手と、
   前記第１の三次面を前記第２の二次面又は前記第２の一次面に接合する第２の溶接継ぎ手と、
   を含み、
   前記第１の溶接継ぎ手は、前記第１の一次直線部と前記第１の二次直線部との間において、前記第１の平面内にあり且つ前記長手方向に垂直な方向に延び、
   前記第２の溶接継ぎ手は、前記第１の一次直線部と前記第１の二次直線部との間において、前記第１の平面内にあり且つ前記長手方向に垂直な方向に延び、
   前記第１の三次面の一部は前記第２の三次面の一部に面する、熱交換器。
2. 前記第１の一次孔と前記第１の二次孔との間において、前記第１の一次連結部分は、前記第１の一次面の法線に垂直であり且つ前記第１の平面の法線と形成する角度が最も小さくなる方向に第１の二次厚さが最も小さくなる部分を有し、
   前記第１の二次厚さが最も小さくなる部分は１０ｍｍ～５０ｍｍであり、
   前記第２の一次孔と前記第２の二次孔との間において、前記第１の二次連結部分は、前記第２の一次面の法線に垂直であり且つ前記第１の平面の法線と形成する角度が最も小さくなる方向に第２の二次厚さが最も小さくなる部分を有し、
   前記第２の二次厚さが最も小さくなる部分は１０ｍｍ～５０ｍｍである、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１の一次面の法線の方向における前記第１の一次連結部の全厚さは、前記第１の一次面の法線の方向における前記第１の一次連結部分の厚さと前記第１の二次連結部分の厚さとの合計よりも小さい、請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記第１の溶接継ぎ手と前記第１の一次直線部及び前記第１の二次直線部の両方との間に少なくとも１ｍｍの距離が残され、
   前記第２の溶接継ぎ手と前記第１の一次直線部及び前記第１の二次直線部の両方との間に少なくとも１ｍｍの距離が残され、
   前記第１の溶接継ぎ手及び前記第２の溶接継ぎ手は、前記第１の一次直線部及び前記第１の二次直線部の間で少なくとも５ｃｍ前記第１の平面内にあり且つ前記長手方向に垂直な方向に延びている、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記第１の一次連結部分は、前記第１の一次面の法線の方向に第１の一次厚さを有し、該第１の一次厚さは１５ｍｍ～４０ｍｍであり、
   前記第１の二次連結部分は、前記第２の一次面の法線の方向に第２の一次厚さを有し、該第２の一次厚さは１５ｍｍ～４０ｍｍである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記第１の一次直線部に第１の一次ストッパ及び第１の二次ストッパを含み、前記第１の一次連結部の少なくとも一部は該第１の一次ストッパと該第１の二次ストッパとの間に残されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記第１の伝熱管は１つ以上の追加の直線部を含み、前記第１の一次直線部、前記第１の二次直線部及び該１つ以上の追加の直線部は前記長手方向において互いに平行に前記第１の平面内に延び、
   前記第１の一次連結部分は、前記第１の三次面に、前記第１の一次連結部分にわたって前記長手方向に延びる１つ以上の追加の孔を含み、前記第１の一次連結部分の該１つ以上の追加の孔の数は、前記１つ以上の追加の直線部の数に対応し、前記１つ以上の追加の直線部の一部は前記第１の一次連結部分の１つ以上の追加の孔内に１対１の関係で配置され、
   前記第１の二次連結部分は、前記第２の三次面に、前記第１の二次連結部分にわたって前記長手方向に延びる１つ以上の追加の孔を含み、前記第１の二次連結部分の該１つ以上の追加の孔の数は、前記１つ以上の追加の直線部の数に対応し、前記１つ以上の追加の直線部の一部は前記第１の二次連結部分の１つ以上の追加の孔内に１対１の関係で配置される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 第２の一次直線部、第２の一次湾曲部及び第２の二次直線部を有する第２の伝熱管であって、該第２の一次直線部及び該第２の二次直線部は、前記長手方向において互いに平行に前記第１の平面内に延びる、第２の伝熱管を含み、
   前記第１の一次連結部分は、前記第１の三次面に、前記第１の一次連結部分にわたって前記長手方向に延びる少なくとも２つの追加の孔を含み、前記第２の一次直線部の一部は、前記第１の一次連結部分の該少なくとも２つの追加の孔のうちの第１の孔内に配置され、前記第２の二次直線部の一部は前記第１の一次連結部分の該少なくとも２つの追加の孔のうちの第２の孔内に配置され、
   前記第１の二次連結部分は、前記第２の三次面に、前記第１の二次連結部分にわたって前記長手方向に延びる少なくとも２つの追加の孔を含み、前記第２の一次直線部の一部は、前記第１の二次連結部分の該少なくとも２つの追加の孔のうちの第１の孔内に配置され、前記第２の二次直線部の一部は前記第１の二次連結部分の該少なくとも２つの追加の孔のうちの第２の孔内に配置される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 少なくとも前記第１の一次直線部及び前記第１の二次直線部を共に保持するように構成された第１の二次連結部を含み、
   前記長手方向において、前記第１の二次連結部と前記第１の一次連結部との間に少なくとも５０ｃｍの距離が残される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. １つ以上の追加の伝熱管の少なくとも２つの追加の直線部を支持するように構成された第２の一次連結部を含み、
    前記１つ以上の追加の伝熱管の前記少なくとも２つの追加の直線部は互いに平行に第２の平面内に延び、
    前記第２の平面は前記第１の平面と平行であり、前記第１の平面からの所定の距離の位置に配置される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱交換器。
11. 流動層ボイラであって、
    炉と、
    前記炉から排出される煙道ガスから熱を回収するように構成された煙道ガス熱交換器と、
    前記流動層ボイラの使用時に流動層が形成されるように構成された空間を画定する壁と、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱交換器と、
    を含み、
    前記熱交換器の少なくとも一部は前記空間内に配置される、流動層ボイラ。
12. 煙道ガスから流動媒体を分離するための手段と、
    前記煙道ガスから流動媒体を分離するための手段から流動媒体を受け取るように構成されたループシールと、
    を含み、
    前記熱交換器の少なくとも一部は前記ループシール内に配置される、請求項１１に記載の流動層ボイラ。
13. 熱交換器を製造するための方法であって、当該方法は、
    第１の一次直線部、第１の一次湾曲部及び第１の二次直線部を有する第１の伝熱管であって、該第１の一次直線部及び該第１の二次直線部は長手方向において互いに平行に第１の平面内に延びる、第１の伝熱管と、
    前記熱交換器の伝熱管の連結部に好適な材料からできたプレートであって、該プレートは主面と、所定の方向に厚さとを有し、該主面の法線は該厚さの方向と平行である、プレートと、を利用可能に配置するステップと、
    前記プレートから第１の一次連結部分を切断するステップであって、該第１の一次連結部分は、
    第１の一次面と、反対側の第１の二次面であって、前記主面の一部が該第１の一次面又は該第１の二次面を形成する、第１の一次面及び第１の二次面と、
    第１の三次面であって、該第１の三次面は前記第１の一次面から前記第１の二次面に延び、前記第１の一次面と前記第１の二次面とを接続する、第１の三次面と、
    前記第１の三次面にある第１の一次孔であって、該第１の一次孔は前記第１の一次連結部分にわたって前記第１の一次面から前記第１の二次面に延び、前記第１の伝熱管の第１の一次直線部の一部を受容するように構成されている、第１の一次孔と、
    前記第１の三次面にある第１の二次孔であって、該第１の二次孔は前記第１の一次連結部分にわたって前記第１の一次面から前記第１の二次面に延び、前記第１の伝熱管の第１の二次直線部の一部を受容するように構成されている、第１の二次孔と、
    を有する、ステップと、
    前記プレート又は第２のプレートから第１の二次連結部分を切断するステップであって、該第１の二次連結部分は、
    第２の一次面と、反対側の第２の二次面であって、前記主面の一部又は前記第２のプレートの主面の一部が該第２の一次面又は該第２の二次面を形成する、第２の一次面及び第２の二次面と、
    第２の三次面であって、該第２の三次面は前記第２の一次面から前記第２の二次面に延び、前記第２の一次面と前記第２の二次面とを接続する、第２の三次面と、
    前記第２の三次面にある第２の一次孔であって、該第２の一次孔は前記第１の二次連結部分にわたって前記第２の一次面から前記第２の二次面に延び、前記第１の伝熱管の第１の一次直線部の一部を受容するように構成されている、第２の一次孔と、
    前記第２の三次面にある第２の二次孔であって、該第２の二次孔は前記第１の二次連結部分にわたって前記第２の一次面から前記第２の二次面に延び、前記第１の伝熱管の第１の二次直線部の一部を受容するように構成されている、第２の二次孔と、
    を有する、ステップと、
    前記第１の一次直線部の外面が前記第１の一次孔の面に適合されるように前記第１の伝熱管の第１の一次直線部の一部を前記第１の一次孔に配置するステップと、
    前記第１の一次直線部の外面が前記第２の一次孔の面に適合されるように前記第１の伝熱管の第１の一次直線部の一部を前記第２の一次孔に配置するステップと、
    前記第１の伝熱管の第１の二次直線部の一部を前記第１の二次孔に配置するステップと、
    前記第１の伝熱管の第１の二次直線部の一部を前記第２の二次孔に配置するステップと、
    前記第１の一次連結部分を前記第１の二次連結部分に溶接して、前記第１の伝熱管の直線部を保持する第１の一次連結部を形成するステップと、
    を含み、
    前記プレートから前記第１の一次連結部分を切断することにより前記第１の三次面が形成され、
    前記プレート又は第２のプレートから前記第１の二次連結部分を切断することにより前記第２の三次面が形成され、
    前記第２の三次面を前記第１の一次面又は前記第１の二次面に溶接するために第１の溶接継ぎ手を形成し、該第１の溶接継ぎ手は、前記第１の一次直線部と前記第１の二次直線部との間において、前記第１の平面内にあり且つ前記長手方向に垂直な方向に延び、
    前記第１の三次面を前記第２の二次面又は前記第２の一次面に溶接するために第２の溶接継ぎ手を形成し、該第２の溶接継ぎ手は、前記第１の一次直線部と前記第１の二次直線部との間において、前記第１の平面内にあり且つ前記長手方向に垂直な方向に延び、
    前記第１の三次面は前記第２の三次面と部分的に面する、
    方法。
14. 前記プレートは金属を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記プレートの厚さは１５ｍｍ～４０ｍｍである、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記プレートはレーザー又は流体ジェットを用いて切断される、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の方法。

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