JP2019510191A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

本開示は、熱交換器であって、主方向（Ｌ）に沿って前記中央本体（１０）を通って延在する第１組のチャネル（Ａｉｊ）と、第２組のチャネル（Ｂｉｊ）と、を備える中央本体（１０）を備え、前記中央本体（１０）では、前記主方向（Ｌ）と交差する任意の断面において、前記第１組のチャネル（Ａｉｊ）および前記第２組のチャネル（Ｂｉｊ）は、前記断面において市松模様を形成し、前記熱交換器（１）は、２つの内側移行部（２０）をさらに備え、それぞれの前記内側移行部（２０）において、前記第１方向（Ｔ１）に沿って延在する前記列（Ｘ１Ｘ、Ｘ２Ｘ、Ｘ３Ｘ、Ｘ４Ｘ、Ｘ５Ｘ、Ｘ６Ｘ、Ｘ７Ｘ、Ｘ８Ｘ）のうち、チャネルの前記市松模様が線形模様に変形されるように、他方の前記チャネル（Ｘ１Ｘ、Ｘ３Ｘ、Ｘ５Ｘ、Ｘ７Ｘ）に対して前記第１方向（Ｔ１）に次第にシフトするチャネル（Ｘ２Ｘ、Ｘ４Ｘ、Ｘ６Ｘ、Ｘ８Ｘ）が設けられている列（Ｘ２Ｘ、Ｘ４Ｘ、Ｘ６Ｘ、Ｘ８Ｘ）が、第２方向（Ｔ２）に沿って１列おきにカウントされる、熱交換器に関する。

Description

本発明は、熱交換器であって、前記熱交換器を通って第１組の流体通路の一部を形成する第１組のチャネルと、前記熱交換器を通って第２組の流体通路の一部を形成する第２組のチャネルとを備える一体的に形成された中心本体を備え、前記第１組および第２組の複数のチャネルにおける前記チャネルは、前記中央本体の第１端部から主方向に沿って前記中央本体を通って前記中央本体の第２端部まで延在し、前記中央本体では、前記主方向と交差する任意の断面において、前記第１組のチャネルおよび前記第２組のチャネルは、市松模様の第１外周に沿って延在する第１方向に沿って、複数の列に交互に配置され、前記第１方向に対して垂直に延在する第２方向に沿って、前記模様の第２外周に沿って複数の列に交互に配置されることにより、前記断面において市松模様を形成する、熱交換器に関する。

熱交換器を設計するとき、典型的には考慮される必要がある多くの問題がある。典型的には、比較的高温の流体と低温の流体との間の熱的接触を最大にするために、２つの流体の間の壁の表面積をできるだけ大きくすることが望ましいことである。また、典型的には、流動抵抗または圧力損失を最小限にするか、または過度の流動抵抗または圧力損失を避けることが望ましいことである。典型的には、熱交換器の大きさをできるだけ小さく保つことも望ましいことである。典型的には、熱交換に使用される材料の重量、コストおよび／または量を最小限に抑えることも望ましいことである。１つの問題に対する解決策は、１つ以上の他の問題に関しても有益であることもあり、解決策が矛盾し、それぞれの問題に対する解決策を調和させる必要があることがある。

特許文献１は、２つのガスをマルチチャネルモノリシック構造体（multi-channel monolithic structure）に出し入れするための方法および装置を開示している。２つのガスのためのチャネルの配置には、多数の異なる構成が開示されている。異なる配置における複数のチャネルにガスを分配することができるように、熱交換器には異なるホールパターンを有する複数のプレートが設けられ、これによりそれらが単一の出口または入口に変形されるまで異なるチャネルを段階的に一緒に接合する異なるセットアップ（set-ups）も開示されている。

特許文献２もまた、２つのガスをマルチチャネルモノリシック構造体に出し入れするための方法および装置を開示している。モノリス（monoliths）の複数のチャネルにガスを分配することができるように、熱交換器には異なるホールパターンを有する複数のプレートが設けられ、これによりそれらが単一の出口または入口に変形されるまで異なるチャネルを段階的に一緒に接合する異なるセットアップ（set-ups）も開示されている。

特許文献３には、熱交換管、このような管を使用する熱交換器およびこのような管の作製方法が開示されている。付加製造（Additive manufacturing）は、菅の少なくとも一部を形成するために使用される。外部格子構造および内部格子構造などの拡張された熱交換機構は、間欠的な繰り返し形状を備える強化された熱交換領域を形成するために、管に沿って組み立てられている。それらの格子形状は、従来の菅の製造に関連付けられた大きな外形寸法を縮小または排除しながら菅の放熱面を最大にすると言われている。

特許文献４には、複数の蓄熱マルチチャネルブロック（heat storing multi-channel blocks）が、低温気流と高温気流とに交互に存在させて、これにより２つの気流の間で熱を伝達するために回転されるシステムが開示されている。

米国特許第７２８５１５３号 米国特許第８１９６６４７号 国際公開第２０１３／１６３３９８号 独国特許第１９５１２３５１号

本発明の目的は、改良された熱交換器を提供することである。本発明の目的は、効率的な熱伝達、および圧力損失または流動抵抗を最小限に抑えることを実現することが可能である熱交換器を提供することである。

これらの目的は、以下の熱交換器によって達成される。熱交換器は、中央本体、好ましくは一体的に形成された中央本体であって、前記熱交換器を通って第１組の流体通路の一部を形成する第１組のチャネルと、前記熱交換器を通って第２組の流体通路の一部を形成する第２組のチャネルとを備える中央本体を備え、前記チャネルは、前記中央本体の第１端部から主方向に沿って前記中央本体を通って前記中央本体の第２端部まで延在し、前記中央本体では、前記主方向と交差する任意の１つの断面、好ましくはありとあらゆる断面において、前記第１組のチャネルおよび前記第２組のチャネルは、市松模様の第１外周に沿って延在する第１方向に沿って、複数の列に交互に配置され、前記第１方向に対して垂直、または少なくとも本質的に垂直に延在する第２方向に沿って、前記模様の第２外周に沿って複数の列に交互に配置されることにより、市松模様を形成し、前記熱交換器は、２つの内側移行部であって、１つは前記中央本体の前記第１端部から延在し、１つは前記中央本体の前記第２端部から延在する内側移行部をさらに備え、前記中央本体の前記チャネルは、前記中央本体の前記端部から、前記市松模様内でそれぞれの前記内側移行部の内側端部から前記各内側移行部の中へ、それぞれの前記内側移行部を通って延在し、好ましくは、それぞれのチャネルは、主方向Ｌに沿って、主要部品と本質的に平行または少なくとも平行であり、それぞれの内側移行部の外側端部への延在部を有しており、それぞれの前記内側移行部において、前記第１方向に沿って延在する前記列のうち、複数の断面において、主方向と交差し、主方向に沿って互いに連続的に続いており、第１方向、すなわちシフト方向にそれぞれの内側移行部の他方のチャネルに対して位置が次第にシフトするチャネルが設けられている列が、第２方向に沿って１列おきにカウントされ、それによって、それぞれの前記内側移行部の前記内側端部での前記第１組のチャネルおよび前記第２組のチャネルの前記市松模様が、それぞれの前記内側移行部の前記外側端部での線形模様に変形され、これにより、それぞれの前記組のチャネルの前記チャネルが、前記外側端部で、前記第１組のチャネルの前記列および前記第２組のチャネルの前記列が前記第１方向に沿って交互に配置されながら、前記第２方向に沿って延在する列において互いに並んで配置される。

市松模様を形成する異なる通路に関連付けられたチャネルを備える中央本体を設計することによって、チャネル間の壁は、その壁の両側の異なる通路に関連付けられたチャネルを可能な限り多く有するだろう。これにより、効率的な熱伝達が行われ、中央本体の断面は、異なる通路に関連付けられたチャネル間の壁によって提供される利用可能な熱伝達領域と比較して小さくなり得る。

主方向は、長手方向とも称され、好ましくは直線であるが、必ずしも直線を形成する必要はないことに留意することができる。中央本体は湾曲していてもよく、例えばＵ字形に湾曲していてもよい。市松模様は、好ましくは中央本体全体にわたって同じ向きであるが、必ずしも同じ向きを有する必要はないことにも留意することができる。中央本体は、市松模様が主方向に沿って向きを変えるように、主方向に沿って捻じれていてもよい。主方向は、チャネルが中央本体の第１端部から中央本体を通って中央本体の第２端部に向かう方向として定義され得る。
１列おきにシフト方向に線形模様へとシフトされるように１列おきの全てのチャネルが次第にシフトされることによって、圧力損失又は流動抵抗を最小限に抑えながら市松模様を線形模様に変えることが可能である。この次第にシフトすることは、絶え間なく次第にシフトすることであってもよい。シフトすることには、例えば、傾斜している直線チャネルを伴っていてもよい。シフトすることには、湾曲したチャネルを伴っていてもよい。シフトすることには、直線部分に移行する湾曲したチャネル部分を伴っていてもよい。

第１内側移行部のシフト方向は、第２内側移行部のシフト方向と平行であってもよく、または垂直であってもよいことに留意することができる。

市松模様は、チャネルが二次または矩形でなければならない設計を必ずしも指しておらず、第１方向および第２方向が互いに対して直線的に配置された直線である設計を必ずしも指していないことに留意することができる。チャネルの他の形状が考えられる。第１方向と第２方向との間の歪んだ関係および/または湾曲した外周線（perimeter lines）などの非直線状のものを有することも考えられる。市松模様は、二方向の交互配置を指すことを意図している。同様に、線形模様は二次チャネルの直線に限定されない。線形模様は、一方向の交互配置を指す。

好ましい実施形態は、従属請求項および明細書に記載されている。

上述したように、中央本体は好ましくは一体的に形成された中央本体である。均一な本体では、均一な一体物の壁部は、複数のチャネルのための壁を第１方向と第２方向の両方に形成する。一体的に形成された中央本体は、本体を通って延在する複数のチャネルを有する。一体的に形成された中央本体は、例えば、ポリマー材料または金属材料などの材料の押出または付加堆積によって形成され得る。中央本体は、代替として、このような一体的に形成された１つ以上の本体の、主方向および／または第１方向および第２方向のうちの１つ以上の方向における組立体（assembly）であってもよいことに留意することができる。

それぞれの前記内側移行部において、前記第１方向に沿って延在する前記列のうち、複数の断面において、前記主方向と交差し、前記主方向に沿って互いに連続的に続いており、前記第１方向の反対方向に位置が次第にシフトするチャネルが設けられている列が、前記第２方向に沿って１列おきにカウントされ得る。これにより、１列おきの相対的なシフトは、主方向に沿って短い距離に沿って行われ、圧力損失または流動抵抗をさらに最小化することができる。

前記内側移行部は、前記中央本体と一体的に形成され得る。これにより、これらの部分の誤った組立のリスクとそれに関連する問題とが排除される。さらには、クランピングシステム（clamping system）が全く不要であり、はんだ付けや溶接を可能にする設計への適応が全く不要であるため、熱交換器は、熱伝達および圧力損失または流動抵抗の最小化に重視しながらコンパクトに設計され得る。

２つの外側移行部であって、１つはそれぞれの前記内側移行部のどちらか一方の前記外側端部から延びている外側移行部をさらに備えてもよく、前記各外側移行部は、前記第１組の第１流体通路の一部を形成する第１組の複数のチャネルと、前記第２組の第２流体通路の一部を形成する第２組の複数のチャネルとを備え、前記第１組のチャネルおよび前記第２組のチャネルは、前記外側移行部の内側端部から、前記内側移行部に面し、前記外側移行部を通って、前記外側移行部の外へ延在しており、前記外側移行部において、前記第１組のチャネルおよび／または前記第２組のチャネルは、前記主方向および前記第２方向によって定義される迂回面と平行に延在し、それぞれの前記内側移行部の前記シフト方向に対して垂直である第３方向および第４方向にそれぞれ沿って延在するために迂回しており、前記第３方向および前記第４方向は、前記第１組のチャネルが第１端部分で前記外側移行部の外へ延在し、前記第２組のチャネルが第２端部分で前記外側移行部の外へ延在するように互いに異なっており、前記第２端部分は、前記第１端部分から離間している。この原理に基づく設計では、第１通路と第２通路とをコンパクトに分割し、圧力損失または流動抵抗をさらに最小化することが可能である。

それぞれの前記内側移行部は、関連した前記外側移行部と一体的に形成され得る。これにより、これらの部分の誤った組立のリスクとそれに関連する問題とが排除される。さらには、クランピングシステム（clamping system）が全く不要であり、はんだ付けや溶接を可能にする設計への適応が全く不要であるため、熱交換器は、熱伝達および圧力損失または流動抵抗の最小化に重視しながらコンパクトに設計され得る。

好ましくは、前記中央本体と、前記内側移行部と、前記外側移行部とは、一体的に形成されて単体となる。これにより、これらの部分の誤った組立のリスクとそれに関連する問題とが排除される。さらには、クランピングシステム（clamping system）が全く不要であるため、またはんだ付けや溶接を可能にする設計への適応が全く不要であるため、熱交換器は、熱伝達および圧力損失または流動抵抗の最小化に重視しながらコンパクトに設計され得る。

前記熱交換器は、４つの管状接続部をさらに備え、各々は、それぞれの前記外側移行部の前記第１端部分および前記第２端部分におけるそれぞれ１つの外側包絡面から延在し、前記外側包絡面と一体的に形成された管状壁部を有する。好ましくは、管状接続部は円形であり、より好ましくは、これらは、接続管が管状接続部にねじ止めされるか、またはねじ山を用いて管状接続部に対して挟持することを可能にするねじ外面が設けられている。代替的には、管状接続部には、雌ネジが設けられ得る。管状接続部には、バヨネット接続（bayonet connection）などの管状本体を一緒に接続する他の手段が設けられ得る。接続部を端部分の包絡面と一体に形成することにより、クランピングシステム（clamping system）が全く不要であり、はんだ付けや溶接を可能にする設計への適応が全く不要であるため、熱交換器は、熱伝達および圧力損失または流動抵抗の最小化に重視しながらコンパクトに設計され得る。

前記内側移行部は前記主方向における長さを有し、その長さは、前記中央本体における前記市松模様の任意のチャネルにおける最大幅の少なくとも３倍であり得る。チャネルの幅と、１列おきのチャネルがシフト方向にシフトされる長さとのこの比によって、なだらかな曲率でシフトされ、これにより圧力損失または流動抵抗を最小化する。

前記中央本体の各チャネルは、３ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満の最大幅を有することができる。このように、薄い壁を備える中央本体を設計することが可能であり、これにより、効率的な熱伝達と、比較的高圧に耐えることがさらに可能である軽量かつコンパクトな熱交換器とを達成する。

前記内側移行部を通って連通し、前記外側移行部の中に連通している前記中央本体の各チャネルは、別々のチャネルとして前記外側移行部を通って、それぞれの前記第１端部分または前記第２端部分へと連通することができる。このように、チャネルの壁は、チャネルの全ての延在部全体にわたって、互いに強化し続ける。

前記外側移行部において、第３方向および第４方向にそれぞれ沿って延在するために迂回している前記第１組のチャネルおよび／または前記第２組のチャネルの前記チャネルは、それらがそれぞれの前記内側部分から前記第３方向および前記第４方向にそれぞれ出る方向から湾曲し得る。このようにして、迂回には、最小限の圧力損失または流動抵抗が設けられ得る。

前記中央本体と、前記内側移行部とは、前記中央本体および前記内側移行部を形成する材料の付加堆積によって形成され得、好ましくは一体的に形成され得る。この方法は、複雑な形状の効率的な製造を可能にし、これにより、例えば、圧力損失または流動抵抗を最小化するために設計を選択することができる。

前記中央本体と、前記内側移行部と、前記外側移行部とは、前記中央本体、前記内側移行部および前記外側移行部を形成する材料の付加堆積によって形成され得、好ましくは一体的に形成され得る。この方法は、複雑な形状の効率的な製造を可能にし、これにより、例えば、圧力損失または流動抵抗を最小化するために設計を選択することができる。

前記材料は、金属材料であり、好ましくはチタンまたはチタン系合金、タンタルまたはタンタル系合金、鋼または鋼系合金、ステンレス鋼またはステンレス鋼系合金からなる群から選択される金属材料であり得る。これらの材料を選択することにより、耐食性の熱交換器を提供することができる。さらには、その材料は、付加堆積製造方法に使用するのに適している。

前記材料は、前記金属材料の前記付加堆積中にレーザ焼結または電子焼結され得るか、または前記付加堆積後にオーブンで焼結され得る。このように、その材料は強力な製品に融合される。

前記第１組のチャネルの各チャネルは第１断面積を有し、前記第２組のチャネルの各チャネルは第２断面積を有し、前記第１断面積は、前記第２断面積の１．１〜１．５倍の間、好ましくは１．１〜１．２５倍の間であり得る。このようにして、異なる流体の異なる流動を熱交換器に受け入れることが可能である。

一態様によれば、熱交換器は、要するに、主方向に沿って前記中央本体を通って延在する第１組の複数のチャネルと、第２組の複数のチャネルと、を備える中央本体を備え、前記中央本体では、前記主方向と交差する任意の断面において、前記第１組のチャネルおよび前記第２組のチャネルは、前記断面において市松模様を形成し、前記熱交換器は、２つの内側移行部をさらに備え、それぞれの前記内側移行部において、前記第１方向に沿って延在する前記列のうち、チャネルの前記市松模様が線形模様に変形されるように、これらが他方の前記チャネルに対して前記第１方向に次第にシフトするように湾曲したチャネルが設けられている列が、第２方向に沿って１列おきにカウントされるものとして要約することができる。

本発明は、例として、本発明の現在好ましい実施形態を示す添付の概略図を参照してより詳細に説明される。

熱交換器の第１平面投影図である。 図１の熱交換器の第２平面投影図である。 図２の線III−IIIに沿った断面図に対応する概略図である。 図２の線III−IIIに沿った断面図に対応する概略図であって、１つの流体に関連付けられたチャネルが暗い実線のマーキングでマークされた概略図である。 図２の線IV−IVに沿った断面図に対応する概略図であって、１つの流体に関連付けられたチャネルが図２のように暗い実線のマーキングでマークされた概略図である。 図２の線Ｖ−Ｖに沿った断面図に対応する概略図であって、１つの流体に関連付けられたチャネルが図３ｂおよび図４のように暗い実線のマーキングでマークされた概略図である。 図１に対応する概略図であって、熱交換器の内部構造を破線で模式的に示した概略図である。 図６の線VII−VIIに沿った断面図である。 VIII’とマークされた線の間の部分における図６の線VIII−VIIIに沿った断面図であるとともに、図５にさらに示されているように配置された断面を有するものである。 別の実施形態の図２の線III−IIIに沿った断面図に対応する概略図である。 図９ａに対応する図であって、１つの流体に関連付けられたチャネルが暗い実線のマーキングでマークされた図である。 異なる流体に関連付けられたチャネルが外側移行部の端部分で異なる方向に延在する代替的な実施形態の熱交換器の平面投影図である。 異なる流体に関連付けられたチャネルが外側移行部の端部分で異なる方向に延在する代替的な実施形態の熱交換器の平面投影図である。

図１に示すように、熱交換器１は、中央本体１０と、２つの内側移行部２０と、２つの外側移行部３０と、４つの管状接続部４０とを備える一体形成部品を備える。

図３ａおよび図３ｂに示すように、中央本体１０は、第１組の複数のチャネルＡ_ｉｊを含む。これらのチャネルＡ_ｉｊは、熱交換器１を通って第１組の第１流体通路Ｐ_１ａ、Ｐ_１ｂ（図６に示され、まとめてＰ_１と呼ばれる）の一部を形成する。

中央本体１０は、第２組の複数のチャネルＢ_ｉｊをさらに備える。これらのチャネルＢ_ｉｊは、熱交換器１０を通って第２組の第２流体通路Ｐ_２ａ、Ｐ_２ｂ（図６に示され、まとめてＰ_２と呼ばれる）の一部を形成する。

第１組および第２組の複数のチャネルにおけるチャネルＡ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊは、中央本体１０の第１端部１０ａから、主方向Ｌに沿って中央本体１０を通って、中央本体１０の第２端部１０ｂまで延在する。

主方向Ｌと交差する任意の断面における図３ｂに示すように、第１組のチャネルＡ_ｉｊおよび第２組のチャネルＢ_ｉｊは、上記断面において市松模様を形成する。市松模様は、異なる組のチャネルＡ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊが、模様の第１外周１０ｃに沿って延在する第１方向Ｔ_１に沿って、複数の列Ｘ_１Ｘ、Ｘ_２Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_７Ｘ、Ｘ_８Ｘで交互に配置され、模様の第２外周１０ｄに沿って延在する第２方向Ｔ_２に沿って、複数の列Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３、Ｙ_４、Ｙ_５、Ｙ_６、Ｙ_７、Ｙ_８で交互に配置されることによって、形成される。第２方向Ｔ_２は、第１方向Ｔ_１に対して垂直である。

第１方向Ｔ_１に沿った第１列は、チャネルＡ_１１、Ｂ_１２、Ａ_１３、Ｂ_１４、Ａ_１５、Ｂ_１６、Ａ_１７、Ｂ_１８を備える。第１方向Ｔ_１に沿った第２列は、チャネルＢ_２１、Ａ_２２、Ｂ_２３、Ａ_２４、Ｂ_２５、Ａ_２６、Ｂ_２７、Ａ_２８を備える。第２方向に沿った第１列は、チャネルＡ_１１、Ｂ_２１、Ａ_３１、Ｂ_４１、Ａ_５１、Ｂ_６１、Ａ_７１、Ｂ_８１を備える。

これに関連して、チャネルの数は、実際には、しばしば図３〜９に示されるチャネルの数よりも著しく多いことに留意すべきである。図２では、より多い数のチャネルが示されている。チャネルの大きさおよび数については、後の記述で詳細に説明する。

熱交換器１は、２つの内側移行部２０であって、一方は中央本体１０の第１端部１０ａから延在し、他方は中央本体１０の第２端部１０ｂから延在する内側移行部２０をさらに備える。

各内側移行部は、第１組の第１流体通路Ｐ_１の一部を形成する第１組の複数のチャネルＡ_ｉｊと、第２組の第２流体通路Ｐ_２の一部を形成する第２組の複数のチャネルＢ_ｉｊとを備える。第１組のチャネルＡ_ｉｊおよび第２組のチャネルＢ_ｉｊは、それぞれの内側移行部２０の内側端部２０ａからそれぞれの内側移行部２０を通って、それぞれの内側移行部２０の外側端部２０ｂまで延在している。

チャネルＡ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊは、それぞれの内側移行部２０において主方向Ｌに沿って、主要部品と本質的に平行かつ少なくとも平行に延びている。内側移行部２０は、内側端部２０ａが中央本体１０に面するように正しい方向に置かれている。

それぞれの内側移行部２０において、第１方向Ｔ_１に沿って延在する列のうち、第１方向Ｔ_１に位置がシフトされるものが第２方向Ｔ_２に沿って１列おき（every second）にカウントされる。この１列おき（every second row）にシフトすることは、シフトされた列の全てのチャネルが主方向Ｌに沿ったそれらの延在部に沿って湾曲していることによって実現される。１チャネルおきの全てのチャネルがシフトされていれば十分である。これは、例えば、２列目、４列目、６列目、および８列目のチャネルが第１方向Ｔ_１に沿ってシフトされることになる。１列目はＡ_１１、Ｂ_１２等を備える列であり、２列目はＢ_２１、Ａ_２２等を備える列である。したがって、一例では、チャネルＸ_２Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_８Ｘは第１方向Ｔ_１に沿ってシフトされる。

好ましい実施形態では、第２方向Ｔ_２に沿った１列おきの全てのチャネルＸ_２Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_８Ｘは、第１方向に沿って湾曲し、他方の１列おき（other every second row）の全てのチャネルＸ_１Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_５Ｘは、第１方向Ｔ_１の反対方向Ｔ_１’に沿って湾曲する。

参照番号Ｘは、ＡおよびＢの両方を意味する。下付きのｘは、すべての下付きの１〜８を意味する。つまり、Ｘ_２ＸはＢ_２１、Ａ_２２、Ｂ_２３、Ａ_２４、Ｂ_２５、Ａ_２６、Ｂ_２７、Ａ_２８を言う。

第２方向Ｔ_２に沿って１列おきにカウントされたチャネルＸ_２Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_８Ｘは、複数の断面において（例えば、一連の図３ｂ、図４および図５を参照）主方向Ｌと交差し、主方向Ｌに沿って互いに連続的に続いており、第１方向Ｔ_１、すなわちシフト方向にそれぞれの内側移行部２０の他方のチャネルＸ_１Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_７Ｘに対して位置が次第にシフトするように湾曲する。図８では、どのようにチャネルＸ_１Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_７Ｘが中央本体１０を真っ直ぐ延在し、第１方向Ｔ_１の反対方向Ｔ_１’のシフトを実現するように湾曲しているかを示す断面図が示されている。図８の断面において、第２方向Ｔ_２に沿ってカウントされた５番目のチャネルは、第１方向Ｔ_１の反対方向Ｔ_１’にシフトされる。頂部および底部において、チャネルＡ_６８が延在する後方の側壁は、チャネルＸ_５Ｘがそれぞれの内側移行部２０の外側端部２０ｂに近づくにつれて現れる。

チャネルＡ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊの形状は、それぞれの内側移行部２０の内側端部２０ａ（図３ｂ）におけるチャネルの市松模様が、それぞれの組のチャネル（Ａ_ｉｊおよびＢ_ｉｊ）が第２方向Ｔ_２に沿って延在する列Ａ_１５、Ｂ_１４において互いに並んで配置され、第１組のチャネルの列および第２組のチャネルの列がそれぞれの内側移行部２０の第１方向Ｔ_１に沿って交互に配置されながら、外側端部２０ｂで線形模様（図５）に変形される。第１方向Ｔ_１に沿ってカウントされた列の数が１つだけ増加したことに留意されたい。第２方向Ｔ_２に沿ってカウントされるものは、中央本体１０と同じ列の数である。

上述のように、熱交換器１は、２つの外側移行部３０であって、１つはそれぞれの内側移行部２０のどちらか一方の外側端部２０ｂから延びている外側移行部３０をさらに備える。

各外側移行部は、第１組の第１流体通路Ｐ_１の一部を形成する第１組の複数のチャネルＡ_ｉｊと、第２組の第２流体通路Ｐ_２の一部を形成する第２組の複数のチャネルＢ_ｉｊとを備える。

第１組のチャネルＡ_ｉｊおよび第２組のチャネルＢ_ｉｊは、外側移行部３０の内側端部３０ａから、内側移行部２０に面し、外側移行部３０を通って、外側移行部３０の外へ延在している。

外側移行部３０において、第１組のチャネルＡ_１５および／または第２組のチャネルＢ_１４は、主方向Ｌおよび第２方向Ｔ_２によって定義される迂回面と平行に延在し、それぞれの内側移行部２０の上記シフト方向に対して垂直である第３方向Ｔ_３および第４方向Ｔ_４にそれぞれ沿って延在するために迂回している。迂回面ＤＰは図２に示されており、図１、図６、図１０〜１１の紙面と平行である。それぞれの内側移行部２０のシフト方向は、それぞれの外側移行部３０の迂回面ＤＰの法線に沿って延在している。図１および図６の実施形態では、外側移行部３０において、第１組のチャネルＡ_ｉｊは、第３方向Ｔ_３に沿って延在するように迂回しており、第２組のチャネルＢ_ｉｊは、第４方向Ｔ_４に沿って延在するように迂回している。図１０および図１１の実施形態では、外側移行部３０において、第１組のチャネルＡ_ｉｊは、第３方向Ｔ_３に沿って延在するように迂回しているが、一方、第２組のチャネルＢ_ｉｊは、迂回されていない。図１０および図１１の実施形態では、第２組のチャネルＢ_ｉｊは、主方向Ｌに対して平行である第４方向Ｔ_４に沿って外側移行部３０の第２端部分３０ｃの外へ延在している。

図１０〜１１に示すように、第３方向Ｔ_３および第４方向Ｔ_４は、第１組のチャネルＡ_ｉｊが第１端部分３０ｂで外側移行部３０の外へ延在し、第２組のチャネルＢ_ｉｊが第２端部分３０ｃで外側移行部３０の外へ延在するように互いに異なっている。第２端部分３０ｃは、第１端部分３０ｂから離間している。図１および図６の実施形態では、第３方向Ｔ_３および第４方向Ｔ_４の両方は、チャネルがそれぞれの内側移行部２０から出る方向とは異なっている、すなわち第３方向Ｔ_３および第４方向Ｔ_４の両方が主方向Ｌとは異なっている。図１および図６に示すように、第３方向Ｔ_３および第４方向Ｔ_４の両方は、主方向Ｌに対して約４５°の角度をなし、これにより第３方向Ｔ_３および第４方向Ｔ_４は互いに直交し、すなわちそれら自身の間に約９０°の角度をなす。図１０および図１１の実施形態では、第３方向Ｔ_３は、チャネルが内側移行部２０から出る方向とは異なるが、一方、第４方向Ｔ_４は、チャネルが内側移行部２０から出る方向と同じ方向、すなわち第３方向Ｔ_３は主方向Ｌとは異なるが、一方、第４方向Ｔ_４は主方向Ｌと同じ方向である。図１０では、第３方向Ｔ_３は、主方向Ｌに対して約９０°の角度をなし、これにより第３方向Ｔ_３と第４方向Ｔ_４とが互いに直交し、すなわちそれら自身の間に約９０°の角度をなす。図１１では、第３方向Ｔ_３は、主方向Ｌに対して約７０°の角度をなし、これにより第３方向Ｔ_３と第４方向Ｔ_４とがそれら自身の間に約７０°の角度をなす。第３方向Ｔ_３と第４方向Ｔ_４との間の角度は、適度な長い移行通路の間に第３方向Ｔ_３と第４方向Ｔ_４との分離を達成するために、すなわち外側移行部の寸法を低く保つために、好ましくは、少なくとも３０°である。好ましくは、第３方向Ｔ_３と第４方向Ｔ_４との間の角度は、外側移行部の大きさをさらに縮小するために、少なくとも４５°、例えば少なくとも６０°、例えば少なくとも７０°、例えば約９０°である。

図７に示すように、それぞれの端部分３０ｂ、３０ｃは、内側移行部２０の外側端部２０ｂで達成される線構成で配置され、他方の組が他方の端部分３０ｃ、３０ｂに向かって迂回される壁部に接近している第１組のチャネルＡ_ｉｊおよび第２組のチャネルＢ_ｉｊのうちの１つのチャネルに入った複数の開口部として示されている。

上述したように、熱交換器１は、４つの管状接続部４０をさらに備える。各接続部４０は、それぞれの外側移行部３０の第１端部分３０ｂおよび第２端部分３０ｃにおけるそれぞれ１つの外側包絡面から延在し、外側包絡面と一体的に形成された管状壁部を有する。

図２に示すように、管状接続部４０は円形である。接続部４０の一体的に形成された部分は、別々に製造された円筒状の二次接続部を受け入れるか、またはそれに受け入れられるように適合されている。二次接続部には、その外面に接続管が管状接続部にねじ止めされるか、またはねじ山を用いて管状接続部に対して挟持することを可能にするねじ山が設けられている。代替的には、他の部品１０、２０、３０と一体的に形成された接続部４０には、ねじ山が設けられている。

内側移行部２０は主方向Ｌにおける長さを有し、この長さは、中央本体１０における市松模様の任意のチャネルＡ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊにおける最大幅Ｗの少なくとも３倍である。内側移行部２０は、最大幅Ｗの１０倍未満の長さを有することが適切であると考えられる。中央本体の各チャネルは、３ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満の最大幅を有することが適切であると考えられる。チャネルは、少なくとも０．１ｍｍの最小幅を有することが適切であると考えられる。

図１および図２に示す好ましい実施形態では、チャネルは、０．５ｍｍ〜２ｍｍの両辺を備える正方形の断面を有する。第１方向Ｔ_１に沿って、および第２方向Ｔ２に沿ってｙ個のチャネルがある。チャネル間の壁の厚さは、約０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍであり得る。最も外側のチャネルと中央本体の外面との間における壁の厚さは、チャネル間の壁の厚さと同じであってもよいが、好ましくはそれよりも厚く、例えば約０．５ｍｍ〜２ｍｍである。内側移行部は、ｂｍｍの長さを有する。

図６に示すように、内側移行部２０を通って連通し、外側移行部３０の中に連通している中央本体１０の各チャネルＡ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊは、（中央本体１０における市松模様構成、内側移行部２０におけるシフト構成、および外側移行部３０における線構成では、）別々のチャネルとして外側移行部３０を通って、それぞれの第１端部分３０ｂまたは第２端部分３０ｃへと連通している。

図６では、外側移行部３０において、第３方向Ｔ_３および第４方向Ｔ_４にそれぞれ沿って延在するために迂回している第１組のチャネルＡ_ｉｊおよび第２組のチャネルＢ_ｉｊのチャネルは、それらがそれぞれの内側移行部２０から第３方向Ｔ_３および第４方向Ｔ_４にそれぞれ出る方向（典型的には主方向と少なくとも実質的に平行であり、好ましくは主方向と平行である方向）から湾曲している。図１０および図１１の実施形態では、外側移行部３０において、第３方向Ｔ_３に沿って延在するために迂回している第１組のチャネルＡ_ｉｊのチャネルは、それらがそれぞれの内側移行部２０から第３方向Ｔ_３にそれぞれ出る方向（典型的には主方向と少なくとも実質的に平行であり、好ましくは主方向と平行である方向）から湾曲している。図１０および図１１の実施形態では、外側移行部３０において、第２組のチャネルＢ_ｉｊのチャネルは、第４方向Ｔ_４に沿って外側移行部３０の外へ延在するためにそれらがそれぞれの内側移行部２０から出るのと同じ方向（典型的には主方向と少なくとも実質的に平行であり、好ましくは主方向と平行である方向）に配置されている。言い換えると、第２組のチャネルＢ_ｉｊのチャネルの方向は、外側移行部３０に影響されない。したがって、図１０および図１１の実施形態では、第２組のチャネルＢ_ｉｊのチャネルは、外側移行部３０を真っ直ぐ通っている。

中央本体１０と、内側移行部２０と、好ましくはさらに外側移行部３０と、より好ましくはさらに接続部４０とは、材料の付加堆積（additive depositing）によって形成され、好ましくは一体的に形成される。

材料は、金属材料であり、好ましくはチタンまたはチタン系合金、タンタルまたはタンタル系合金、鋼または鋼系合金、ステンレス鋼またはステンレス鋼系合金からなる群から選択される金属材料である。

材料は、金属材料の付加堆積中にレーザ焼結または電子焼結されるか、または付加堆積後にオーブンで焼結される。

図９ａおよび図９ｂでは、チャネルＡ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊの代替的な形状が示されている。この代替的な構成では、一方の組のチャネルＡ_ｉｊは、円形の断面を有し、隣接する円形チャネル間の隙間に形成されたチャネルと市松模様に配置されるように設計される。この構成では、円形チャネルは、他方のチャネルよりも大きい断面積を有する。

第１組のチャネルの各チャネルは第１断面積を有し、第２組のチャネルの各チャネルは第２断面積を有し、第１断面積は、第２断面積の１．１〜１．５倍の間、好ましくは１．１〜１．２５倍の間であり得る。このようにして、異なる流体の異なる流動を熱交換器に受け入れることが可能である。

本明細書に記載された実施形態の多くの変更が存在し、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に依然として含まれることが考えられる。

例えば、一実施形態によれば、中央本体は、１つの実体として別々に製造され、内側移行部および外側移行部は、中央本体に取り付けられるように適合された一体形成体として製造されることに留意することができる。この実施形態では、接続部が内側移行部および外側移行部を備える本体と一体的に形成されることも好ましい。中央本体は、例えば、押出プロセスによって別々に製造することができる。

中心本体は、主方向に沿って順次配置された、および／または第１方向および／または第２垂直方向に沿って並んで配置された複数の別体に分割され得ることに留意することができる。

中心本体および／または内側移行部および／または外側移行部は、ポリマー系材料から製造され得ることに留意することができる。

中心本体および／または内側移行部および／または外側移行部は、異なる材料から製造され得ることに留意することができる。

１ 熱交換器
１０ 中央本体
１０ａ 第１端部
１０ｂ 第２端部
１０ｃ 第１外周
１０ｄ 第２外周
２０ 内側移行部
２０ａ 内側端部
２０ｂ 外側端部
３０ 外側移行部
３０ａ 内側端部
３０ｂ 第１端部分
３０ｃ 第２端部分
４０ 管状接続部
Ａ_ｉｊ 第１組の複数のチャネル
Ｂ_ｉｊ 第２組の複数のチャネル
ＤＰ 迂回面
Ｌ 主方向
Ｔ_１’ 第１方向の反対方向
Ｔ_１ 第１方向
Ｔ_２ 第２方向
Ｔ_３ 第３方向
Ｔ_４ 第４方向

Claims (16)

1. 熱交換器（１）であって、
   前記熱交換器（１）を通って第１組の流体通路（Ｐ_１ａ、Ｐ_１ｂ）の一部を形成する第１組のチャネル（Ａ_ｉｊ）と、
   前記熱交換器（１）を通って第２組の流体通路（Ｐ_２ａ、Ｐ_２ｂ）の一部を形成する第２組のチャネル（Ｂ_ｉｊ）と、を備える中央本体（１０）を備え、
   前記チャネル（Ａ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊ）は、前記中央本体（１０）の第１端部（１０ａ）から主方向（Ｌ）に沿って前記中央本体（１０）を通って前記中央本体（１０）の第２端部（１０ｂ）まで延在し、
   前記中央本体（１０）では、前記主方向（Ｌ）と交差する断面において、前記第１組のチャネル（Ａ_ｉｊ）および前記第２組のチャネル（Ｂ_ｉｊ）は、市松模様の第１外周（１０ｃ）に沿って延在する第１方向（Ｔ_１）に沿って、複数の列（Ｘ_１Ｘ、Ｘ_２Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_７Ｘ、Ｘ_８Ｘ）に交互に配置され、前記模様の第２外周（１０ｄ）に沿って前記第１方向（Ｔ_１）に対して垂直に延在する第２方向（Ｔ_２）に沿って、複数の列（Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３、Ｙ_４、Ｙ_５、Ｙ_６、Ｙ_７、Ｙ_８）に交互に配置されることにより市松模様を形成し、
   前記熱交換器（１）は、２つの内側移行部（２０）であって、１つは前記中央本体（１０）の前記第１端部（１０ａ）から延在し、１つは前記中央本体（１０）の前記第２端部（１０ｂ）から延在する内側移行部（２０）をさらに備え、
   前記中央本体（１０）の前記チャネル（Ａ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊ）は、前記中央本体（１０）の前記端部（１０ａ、１０ｂ）から、前記市松模様内でそれぞれの前記内側移行部（２０）の内側端部（２０ａ）における前記各内側移行部（２０）の中へ、それぞれの前記内側移行部（２０）を通って、それぞれの前記内側移行部（２０）の外側端部（２０ｂ）に向かって延在し、
   それぞれの前記内側移行部（２０）において、前記第１方向（Ｔ_１）に沿った前記列（Ｘ_１Ｘ、Ｘ_２Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_７Ｘ、Ｘ_８Ｘ）は、１列おき（Ｘ_２Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_８Ｘ）に前記第１方向（Ｔ_１）に、前記列（Ｘ_１Ｘ、Ｘ_２Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_７Ｘ、Ｘ_８Ｘ）の他方の１列おき（Ｘ_１Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_７Ｘ）に対して、それぞれの前記内側移行部（２０）の前記内側端部（２０ａ）での前記第１組のチャネル（Ａ_ｉｊ）および前記第２組のチャネル（Ｂ_ｉｊ）の前記市松模様が、それぞれの前記内側移行部（２０）の前記外側端部（２０ｂ）での線形模様に変形されるまで次第にシフトし、これによりそれぞれの前記組のチャネル（Ａ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊ）の前記チャネルは、それぞれの前記内側移行部（２０）の前記各外側端部（２０ｂ）で、前記第１組のチャネル（Ａ_ｉｊ）の前記列および前記第２組のチャネル（Ｂ_ｉｊ）の前記列が前記第１方向（Ｔ１）に沿って交互に配置されながら、前記第２方向（Ｔ_２）に沿って延在する列において互いに並んで配置される、熱交換器（１）。
2. それぞれの前記内側移行部（２０）において、前記第１方向（Ｔ_１）に沿って延在する前記列（Ｘ_１Ｘ、Ｘ_２Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_４Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_６Ｘ、Ｘ_７Ｘ、Ｘ_８Ｘ）のうち、複数の断面において、前記主方向（Ｌ）と交差し、前記主方向（Ｌ）に沿って互いに連続的に続いており、前記第１方向（Ｔ_１）の反対方向（Ｔ_１’）に位置が次第にシフトするチャネル（Ｘ_１Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_７Ｘ）が設けられている列（Ｘ_１Ｘ、Ｘ_３Ｘ、Ｘ_５Ｘ、Ｘ_７Ｘ）が、前記第２方向（Ｔ_２）に沿って１列おきにカウントされる、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記内側移行部（２０）は、前記中央本体（１０）と一体的に形成される、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. ２つの外側移行部（３０）であって、１つはそれぞれの前記内側移行部（２０）のどちらか一方の前記外側端部（２０ｂ）から延びている外側移行部（３０）をさらに備え、前記各外側移行部（３０）は、前記第１組の第１流体通路（Ｐ_１）の一部を形成する第１組の複数のチャネル（Ａ_ｉｊ）と、前記第２組の第２流体通路（Ｐ_２）の一部を形成する第２組の複数のチャネル（Ｂ_ｉｊ）とを備え、
   前記第１組のチャネル（Ａ_ｉｊ）および前記第２組のチャネル（Ｂ_ｉｊ）は、前記外側移行部（３０）の内側端部（３０ａ）から、前記内側移行部（２０）に面し、前記外側移行部（３０）を通って、前記外側移行部の外へ延在しており、
   前記外側移行部（３０）において、前記第１組のチャネル（Ａ_ｉｊ）および／または前記第２組のチャネル（Ｂ_ｉｊ）は、前記主方向（Ｌ）および前記第２方向（Ｔ_２）によって定義される迂回面（ＤＰ）と平行に延在し、それぞれの前記内側移行部（２０）の前記シフト方向に対して垂直である第３方向（Ｔ_３）および第４方向（Ｔ_４）にそれぞれ沿って延在するために迂回しており、
   前記第３方向（Ｔ_３）および前記第４方向（Ｔ_４）は、前記第１組のチャネル（Ａ_ｉｊ）が第１端部分（３０ｂ）で前記外側移行部（３０）の外へ延在し、前記第２組のチャネル（Ｂ_ｉｊ）が第２端部分（３０ｃ）で前記外側移行部（３０）の外へ延在するように互いに異なっており、前記第２端部分（３０ｃ）は、前記第１端部分（３０ｂ）から離間している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. それぞれの前記内側移行部（２０）は、関連した前記外側移行部（３０）と一体的に形成される、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記中央本体（１０）と、前記内側移行部（２０）と、前記外側移行部（３０）とは、一体的に形成されて単体となる、請求項４に記載の熱交換器。
7. 前記熱交換器は、４つの管状接続部（４０）をさらに備え、前記管状接続部（４０）の各々は、それぞれの前記外側移行部（３０）の前記第１端部分（３０ｂ）および前記第２端部分（３０ｃ）におけるそれぞれ１つの外側包絡面から延在し、前記外側包絡面と一体的に形成された管状壁部を有する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 前記内側移行部（２０）は前記主方向（Ｌ）における長さを有し、前記長さは、前記中央本体（１０）における前記市松模様の任意のチャネル（Ａ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊ）における最大幅（Ｗ）の少なくとも３倍である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 前記中央本体（１０）の各チャネル（Ａ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊ）は、３ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満の最大幅（Ｗ）を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器。
10. 前記内側移行部（２０）を通って連通し、前記外側移行部（３０）の中に連通している前記中央本体（１０）の各チャネル（Ａ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊ）は、別々のチャネルとして前記外側移行部（３０）を通って、それぞれの前記第１端部分（３０ｂ）または前記第２端部分（３０ｃ）へと連通している、請求項４〜９のいずれか１項に記載の熱交換器。
11. 前記外側移行部（３０）において、第３方向（Ｔ_３）および第４方向（Ｔ_４）にそれぞれ沿って延在するために迂回している前記第１組のチャネルおよび／または前記第２組のチャネルの前記チャネル（Ａ_ｉｊ、Ｂ_ｉｊ）は、それらがそれぞれの前記内側部分から前記第３方向（Ｔ_３）および前記第４方向（Ｔ_４）にそれぞれ出る方向から湾曲している、請求項４〜１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
12. 前記中央本体（１０）と、前記内側移行部（２０）とは、前記中央本体（１０）および前記内側移行部（２０）を形成する材料の付加堆積によって形成され、好ましくは一体的に形成される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の熱交換器。
13. 前記中央本体（１０）と、前記内側移行部（２０）と、前記外側移行部（３０）とは、前記中央本体（１０）、前記内側移行部（２０）および前記外側移行部（３０）を形成する材料の付加堆積によって形成され、好ましくは一体的に形成される、請求項４〜１２のいずれか１項に記載の熱交換器。
14. 前記材料は、金属材料であり、好ましくはチタンまたはチタン系合金、タンタルまたはタンタル系合金、鋼または鋼系合金、ステンレス鋼またはステンレス鋼系合金からなる群から選択される金属材料である、請求項１２または１３に記載の熱交換器。
15. 前記材料は、前記金属材料の前記付加堆積中にレーザ焼結または電子焼結されるか、または前記付加堆積後にオーブンで焼結される、請求項１４に記載の熱交換器。
16. 前記第１組のチャネルの各チャネル（Ａ_ｉｊ）は第１断面積を有し、前記第２組のチャネルの各チャネル（Ｂ_ｉｊ）は第２断面積を有し、前記第１断面積は、前記第２断面積の１．１〜１．５倍の間、好ましくは１．１〜１．２５倍の間である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の熱交換器。

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