JP2016515694A

JP2016515694A - 供与ヘッドを接続する二重機能アセンブリを備えた熱交換器

Info

Publication number: JP2016515694A
Application number: JP2016508089A
Authority: JP
Inventors: マゼティエリー; ディブジョアン
Original assignee: フィーブクリオ
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2016-05-30
Also published as: FR3004527B1; CN105324626A; US20160054072A1; WO2014170178A1; KR20150143532A; DE112014001996T5; FR3004527A1; CN105324626B

Abstract

エッチングされたプレート(3)の積層体、または、各波形部材(4)、各分離用薄寸体(3)、及び、バー(5、6)の積層体、または、上記２つの形式の積層体の組み合わせから成るマトリクス(2)と、流体供与ヘッド(17)と、上記供与ヘッド(17)を上記マトリクス(2)に対して接続する仲介アセンブリ(7)と、を備える熱交換器(1)及び該交換器を製造する方法は、上記仲介アセンブリ(7)が、単一段階において上記マトリクス(2)に対して装着されて組立てられると共に、マトリクス(2)の、エッチングされた各プレート(3)に対する、及び／または、各分離用薄寸体(3)及びバー(5、6)の積層体に対する位置保持体も形成することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、ロウ付けプレート型の熱交換器に関する。

ロウ付けプレート型の熱交換器は、エッチングされたプレートを備えた、もしくは、分離用プレート及び波形部材を備えた形式とされ得るか、または、エッチングされたプレートと、分離用プレートおよび波形部材との組み合わせを含み得る。

本発明は特に、炭素鋼、ステンレス鋼、または、耐熱合金製の交換器に対して有用である。

エッチングされたプレート式の熱交換器は、一つの面上には予めエッチングが為され且つ各面の内の一つの面はロウ付け被覆により被覆されたという金属薄寸体の積層体で構成される。このエッチング部分は、内部を流体が流れる通路を画成する。

分離用プレート及び波形部材による熱交換器は、一群の波形マット、分離用金属薄寸体及びバーから成る積層体で構成される。各分離用金属薄寸体は、各面上にて、ロウ付け被覆により被覆される。これらの金属薄寸体は次に、積層され、上記波形マットにより離間され、且つ、それらの周縁部の全体にわたり、断面が矩形の各バーにより閉じられる。各薄寸体間のスペースは、流体が流れる通路を構成する。

エッチングされたプレートにより、または、は波形マット、分離用金属薄寸体及びバーにより形成された上記積層体は、概略的に、エッチングされたプレートまたは分離用プレートよりも大きな厚みを備えた第1及び第2のプレートにより範囲設定される。上記アセンブリは、ロウ付け加熱炉内での単一操作においてロウ付けされる。

上記マトリクスに対しては次に、流体供与ヘッドが付加される。その配置箇所に依存して、供与ヘッドは、上記マトリクスに対して流体を供給するか、逆に、該マトリクスからの流体の除去に遭遇する。供与ヘッドを表すために、“コレクタ”という語句も使用される。引き続き、“供与ヘッド”という語句は、上記マトリクスに対して流体を供給しまたはそれから流体を放出するヘッドを区別無く表すべく使用される。

アルミニウム製の交換器に対し、マトリクスに対する供与ヘッドの組み付けは、多くの実施形態により良好に規定され且つ広く実証されたコンピュータ処理の規則及び実用的手法に従い、溶接により行われる。鋼鉄または耐熱合金により構成された熱交換器の場合、特に、プレート及び波形部材のアセンブリに対し、特に、閉じバーにより形成された壁部に沿って締結が為されるべきとき、上記操作は実施することが難しいままである。故に、この操作に続き、ロウ付けされた接合箇所または溶接継目においては、亀裂の出現が観察されることが多い。その場合、これらは、上記マトリクスの構造の漏出もしくは更なる脆弱さの原因となり得るが、このことは、ロウ付けされた接合箇所の再溶融に起因し、且つ／又は、マトリクスが熱機械的な溶接応力に適合し得ないことに起因する。

この困難さを排除するために、熱交換器の設計態様が改変され得ないとしても、自身上に供与ヘッドが組み付けられるという仲介部材を使用することは知られている。この仲介部材は上記マトリクス上に、後者が先に組立てられ且つ該仲介部材を受容すべく機械加工された後で、ロウ付けされる。故に、それの使用によれば、ロウ付けされた接合箇所上へのヘッドの直接的な溶接を実施しないことが可能とされる。

更に、特に交換器の内側面が触媒により被覆されるなら、供与ヘッドを用いて析出を実施して、例えば、その触媒を再生することが定期的に必要となり得る。再び、仲介部材の存在によれば、上記マトリクスの品質に対する不都合なしで、析出と、供与ヘッドの再溶接とが可能とされる。

フランス特許出願公開公報FR2,950,960A1号は、枠体の形態の仲介部材を実現する解決策を記述している。この解決策は十分でない、と言うのも、マトリクスと仲介部材との間の結合平面が、マトリクスの積層物に対して直交する場合、枠体は、ロウ付けの間におけるマトリクスの寸法変動、特に、ロウ付け材の溶融及び浸出に起因する収縮を考慮し得ないからである。上記マトリクスは、実際、第1ロウ付け段階において予め組立てられてから、上記枠体の形状に対して機械加工され、後者は第2ロウ付け段階において上記マトリクスに対して組み付けられることが必要である。

使用されるロウ付け合金、特にニッケル系のものの性質に鑑みると、マトリクスの機械加工は、ロウ付けされた接合箇所の劣化を引き起こすことがある。更に、二重のロウ付けサイクルは、例えば、オーステナイト粒子の増大、または、第1ロウ付け段階のロウ付け金属／母材の境界の進展の故に、接合箇所及び母材の金属学的品質を変化させることがある。

本発明は、これらの欠点を解消することを可能とする。本発明の一つの目的は、特に、供与ヘッドの頻繁な取り外し及び再組み付けを必要とする用途においてさえも良好な緊密さ及び機械的堅牢性を有すると共に、容易に且つ確実に作成され得るという、ロウ付けプレート型の熱交換器を提供するに在る。

この目的は、
エッチングされたプレートの積層体、または、各波形部材、各分離用薄寸体、及び、バーの積層体、または、上記２つの形式の積層体の組み合わせで構成されてロウ付けされたマトリクスと、
流体供与ヘッドと、
上記供与ヘッドを上記マトリクスに対して接続する仲介アセンブリと、
を備える熱交換器において、
上記仲介アセンブリ及び上記マトリクスは、好適には対応切欠きに依る雌雄接続により相互に連結され、且つ、相互にロウ付けされることを特徴とする熱交換器により達成される。

好適実施形態において、本発明に係る熱交換器は、技術的に可能である全ての組み合わせに従い、以下の特徴の一つ、幾つか、または、全てを備える：
上記仲介アセンブリは、上記マトリクスの積層の間における上記エッチングされた各プレート、及び／または、各分離用薄寸体及びバーの位置決めと、ロウ付けの間における所定位置への維持とに寄与する；
上記仲介アセンブリは上記供与ヘッドを備えた単一片である；
上記供与ヘッド及び上記仲介アセンブリは、脆弱化ラインにより境界決定される；
上記仲介アセンブリは、上記供与ヘッドに対して締着された、特に溶接された、該供与ヘッドとは別体的なアセンブリである；
上記仲介アセンブリは、例えばＬ形状の断面を備えた２つの構造型材を備える；
上記仲介アセンブリは、上記マトリクスのエッチングされた各プレートまたは各分離用薄寸体に対して実質的に直交する方向に長手方向に延在する。

上記目的はまた、
上述の熱交換器を製造する方法であって、
ロウ付けの前に、上記仲介アセンブリ及び上記マトリクスは相互に連結され、次に、上記マトリクス及び上記仲介アセンブリにより形成されたアセンブリは単一操作におけるロウ付けにより固化されることを特徴とする、
方法によっても達成される。

好適実施形態において、本発明に係る製造方法は、技術的に可能である全ての組み合わせに従い、以下の特徴の一つ、幾つか、または、全てを備える：
ロウ付けの前に、上記仲介アセンブリと上記マトリクスとの間の接触表面に沿い、ロウ付け用リザーバが位置される；
上記連結は、上記仲介アセンブリに沿い、上記マトリクスの、各エッチングされたプレートを積層することにより、及び／または、各波形部材、各分離用薄寸体及びバーを積層することにより行われる；
上記連結は、上記仲介アセンブリと、上記マトリクスの、各エッチングされたプレート、及び／または、各分離用薄寸体及びバーとの間の横方向の遊びであって、ロウ付けの間における上記マトリクスの垂直収縮を許容するという横方向の遊びを以て行われる；
ロウ付けの間、上記マトリクスは圧縮して維持される；
ロウ付けの後、上記仲介アセンブリ上への、流体供与ヘッドの特に溶接による取付けから成る段階。

本発明はまた、上記熱交換器のマトリクスに対して流体供与ヘッドを取付ける役割を果たす仲介アセンブリであって、上記マトリクスの積層と、ロウ付け時のその収縮との間における各層に対する位置決め及び安定化手段の役割も果たすという仲介アセンブリを使用する、という着想にも基づいている。そのときに上記仲介アセンブリは、上記マトリクスと流体供与ヘッドとの間を接続し、且つ、上記マトリクスの各層を位置決め及び安定化する、という二重の機能を達成する。

上記に記述された配置構成の他に、本発明は、添付図面を参照して記述される例示的実施形態に関して更に明示的に論じられる一定数の他の配置構成を包含するが、それらに対して限定されることはない。

本発明の第１実施形態に係る、２つの仲介部材を含む仲介アセンブリによる積層の間におけるマトリクスの概略的分解図である。図１に示された本発明の第１の代表的実施形態に係る、マトリクスに対して付加された供与ヘッドの概略的分解図である。図１及び図２に示された本発明の第１の代表的実施形態に係る、完成された交換器の概略図である。本発明の第２の代表的実施形態に係る、供与ヘッドによる積層の間におけるマトリクスの概略的分解図である。

本明細書で以下においては、本発明の記述を簡素化するために、分離用プレート及び波形部材による交換器が参照されるが、本発明は、エッチングされたプレートによる交換器、または、分離用プレート及び波形部材及びエッチングされたプレートの組み合わせを備える交換器に対しても適用されることは理解される。

図１は、Ｌ形状である２つの仲介部材7による仲介アセンブリを備えた第１の代表的実施形態に係る、製造の間におけるマトリクス2の積層体を概略的に示している。各図を簡素化するために、記述は単一の供与ヘッドの載置に限定されているが、交換器は、少なくとも２つ、多くの場合にはそれ以上を備える。

この代表的実施形態において、仲介部材7の端部は、(図２の)供与ヘッドを閉じるべく各側上でプレート19を受容するために、マトリクス2の各側上に突出する。このことは、以下において更に詳細に記述される。仲介部材7が、工具に対する下側支持部の役割を果たす支持表面11上に載置されたマトリクス2の側面上に突出することを許容するために、支持表面11上には最初に暫定プレート16が載置される。該プレート16の厚みは、仲介部材7の所望の突出量に対応する。

次に、暫定プレート16上にはマトリクス2の下側端部プレート10が載置されてから、各仲介部材7は、その下側端部プレート10内に摺動挿入され且つ支持表面11上に垂直に載置される。下側端部プレート10に予め形成されたＬ形状開口8は、仲介部材7の形状9に合致する。このＬ形状は、本発明の単純な代表的実施形態を例証するが、決して限定的なものでなく、他の形状もまた、上記仲介部材とマトリクスとの間の連結を許容する。下側端部プレート10の載置の後、下側端部プレート10と仲介部材7との間における、対応切欠きに依る連結もしくは嵌合によれば、仲介部材7の所定位置への維持が確実とされ得る。

次に、下側端部プレート10上には、第1層の波形部材4が載置され、且つ、バー5、6により囲繞される。仲介部材7の側に載置される各バー6は、Ｌ形状開口8を有することで、各バーが仲介部材7の回りを摺動することが許容される。次に、波形部材4及びバー5、6上には、同様に開口8を備えた第1の中間プレート3が、それを仲介部材7回りに摺動させることにより、載置される。その後、上側端部プレート20(図２参照)の載置を以てマトリクス2が完成されるまで、他の各層が載置される。

マトリクス2の積層の間、各仲介部材7は、矩形化システムの役割を果たし、且つ、マトリクス2の順次的な層の位置決めを促進し且つ確実とする。マトリクス2が一旦完成したなら、各仲介部材7は、ロウ付けの間におけるマトリクスの収縮を考慮すべく、暫定プレート16の厚みよりも僅かに短い長さだけ、マトリクス2の上部側から突出する。故に、ロウ付けサイクルの間におけるマトリクス2の寸法変動を排除することが可能である。各仲介部材7は、ロウ付けに起因する融着まで、支持表面11による垂直並進のみに維持される。

図１に示された如く、マトリクス2の積層体の順次的な各層は、マトリクス2の断面14に対して実質的に平行である。各仲介部材7は、マトリクス2の断面14に対して実質的に直交する方向15において、長手方向に延在する。

マトリクス2が一旦形成されたなら、その上には、圧縮を維持する工具であって、例えば、上記積層体の最後のプレート上に載置された塊状体から単に構成されるという工具が載置される。上記維持工具は、十分な圧縮力を維持し乍ら、ロウ付けに起因する融着の間において、マトリクス2の各プレート3、各波形部材4、及びバー5、6の各層の収縮から帰着するそれらの垂直移動を確実とする。ロウ付けの間において、支持表面11上に載置された各仲介部材7は、静止的な位置を有する。マトリクス2の収縮の間において、各プレート3及びバー6は、各仲介部材7に沿って摺動する。各仲介部材7と、プレート3及びバー5、6との間における雌雄的な連結は、ロウ付けの間においてマトリクス2を所定位置に維持することを助長する。エッチングされたプレートによる交換器に対し、本発明は同様に、エッチングされたプレートが、ロウ付けに起因する融着の間において仲介部材に沿って摺動することを可能とする。

この代表的実施形態に依れば、２つの仲介部材7は、Ｌ形状の断面を備えた構造型材であり、各Ｌ形状の基部は相互に向けて転回されている。構造型材7の輪郭と開口8との間の横方向の遊びは、マトリクス2の組立て、その後のロウ付けの間における各構造型材7とプレート3及びバー5、6との間の相対的な垂直移動を許容すべく、十分とされねばならない。この横方向の遊びは、例えば、0.1〜0.4mmに含まれる。

好適に、構造型材7の雄型部分と、雌型部分、すなわち、プレート3、10、20及びバー6の夫々の開口8との間の境界に沿い、溝の形態のロウ付け用リザーバが存在する。このリザーバの存在によれば、各仲介部材7とマトリクス2との間の接触表面の全長にわたるロウ付け材料の存在が確実とされる。更に、各仲介部材7が垂直に載置されたとき、ロウ付け材料の組成は、ロウ付けの状態が流動的であることを回避する様に適合化される。

一つの代替実施形態に依れば、マトリクス2の順次的な各層は習用的に積層され、次に各仲介部材7が、マトリクス2の各開口8の整列物内へと摺動挿入される。但し、ロウ付けの間における接続の品質を確実とするためのマトリクス2と仲介部材7との間の限られた横方向の遊びの故に、マトリクス2の順次的な各層を通して仲介部材7を摺動させ得るためには、各層間の非常に精密な整列を実現する必要がある。この欠点を回避すべく、且つ、本発明に依れば好適には、各仲介部材7は、先に記述された如くマトリクス2の積層物に対する案内部の役割を果たす。

図２は、ロウ付け操作が一旦実施されたマトリクス2を概略的に示している。この図は、各仲介部材7がマトリクスの両側から突出することを示している。次に、マトリクス2上には、実質的に半円筒形状を有する供与ヘッド17が、その各端縁部を、上記マトリクスに対して横方向に突出するそれの仲介部材7の平行な分岐部の端縁部上に溶接することにより、取付けられる。次に、供与ヘッド17に対しては端部プレート18及び19が取付けられることで、該供与ヘッド17の各端部が閉塞される。

図３は、端部プレート18及び19と共に供与ヘッド17が取付けられたマトリクス2を備える完成された交換器1を概略的に示している。各プレートは、部材7のＬ形状内に緊密に挿入された２つの切欠き20であって、該部材を上記マトリクスの端部プレート10及び20の上下の面に対して押圧するという２つの切欠き20を含んでいる。

図４は、供与ヘッド17が仲介部材7により延長されたという本発明の別の代表的実施形態を概略的に示している。故に、各仲介部材7は、マトリクス2の組立ての前に、供与ヘッド17に対して固着される。各仲介部材7は、例えば、溶接により供与ヘッド17に対して付加され得るか、または、その一体的部分であり得る。故に、供与ヘッド17は、仲介片7の形状を備える単一片から構成され得る。

マトリクス2の組立て方法は、図１に関して先に記述されたのと同様である。マトリクス2と供与ヘッド17とにより形成されたアセンブリは、ロウ付け加熱炉内で直接的に、単一操作でロウ付けされる。

例えば、熱交換器1内の触媒を交換するために、供与ヘッド17の取り外しを必要とする熱交換器1の保守操作に対し、供与ヘッド17は切り取られる。この切り取りは、供与ヘッド17と仲介部材7とが溶接される溶接接合箇所に対応するライン13にて、または、例えば、単一片である供与ヘッド17及び仲介部材7の切り取り箇所の材料の厚みを減少することで切り取りを促進するというスロットにて、行われる。

切り取り及び保守操作の後、供与ヘッド17は、マトリクス2に対して固着されたままである仲介部材7上への溶接により、再配置され得る。

Claims

エッチングされたプレート(3)の積層体、または、各波形部材(4)、各分離用薄寸体(3)、及び、バー(5、6)の積層体、または、前記２つの形式の積層体の組み合わせで構成されてロウ付けされたマトリクス(2)と、
流体供与ヘッド(17)と、
前記供与ヘッド(17)を前記マトリクス(2)に対して接続する仲介アセンブリ(7)と、
を備える熱交換器(1)において、
前記仲介アセンブリ(7)及び前記マトリクス(2)は、好適には対応切欠きに依る雌雄接続により相互に連結され、且つ、相互にロウ付けされる、ことを特徴とする熱交換器(1)。
前記仲介アセンブリ(7)は、前記マトリクスの積層の間における前記エッチングされた各プレート(3)、及び／または、各分離用薄寸体(3)及びバー(5、6)の位置決めと、ロウ付けの間における所定位置への維持とに寄与する、請求項１に記載の熱交換器(1)。
前記仲介アセンブリ(7)は前記供与ヘッド(17)を備えた単一片である、請求項１または２に記載の熱交換器(1)。
前記供与ヘッド(17)及び前記仲介アセンブリ(7)は、脆弱化ラインにより境界決定される、請求項３に記載の熱交換器(1)。
前記仲介アセンブリ(7)は、前記供与ヘッド(17)に対して締着された、特に溶接された、該供与ヘッド(17)とは別体的なアセンブリである、請求項１または２に記載の熱交換器(1)。
前記仲介アセンブリ(7)は、例えばＬ形状の断面を備えた２つの構造型材を備える、請求項１から５のいずれか一つの請求項に記載の熱交換器(1)。
前記仲介アセンブリ(7)は、前記マトリクス(2)のエッチングされた各プレートまたは各分離用薄寸体(3)に対して実質的に直交する方向(15)に長手方向に延在する、請求項１から６のいずれか一つの請求項に記載の熱交換器(1)。
請求項１から７のいずれか一つの請求項に記載の熱交換器(1)を製造する方法であって、
ロウ付けの前に、前記仲介アセンブリ(7)及び前記マトリクス(2)は相互に連結され、次に、前記マトリクス及び前記仲介アセンブリにより形成されたアセンブリは単一操作におけるロウ付けにより固化される、ことを特徴とする方法。
ロウ付けの前に、前記仲介アセンブリ(7)と前記マトリクス(2)との間の接触表面に沿い、ロウ付け用リザーバが位置される、請求項８に記載の製造方法。
前記連結は、前記仲介アセンブリ(7)に沿い、前記マトリクスの、各エッチングされたプレート(3)を積層することにより、及び／または、各波形部材(4)、各分離用薄寸体(3)及びバー(5、6)を積層することにより行われる、請求項８または９に記載の製造方法。
前記連結は、前記仲介アセンブリと、前記マトリクス(2)の、各エッチングされたプレート(3)、及び／または、各分離用薄寸体(3)及びバー(5、6)との間の横方向の遊びであって、ロウ付けの間における前記マトリクス(2)の垂直収縮を許容するという横方向の遊びを以て行われる、請求項８から１０のいずれか一つの請求項に記載の製造方法。
ロウ付けの間、前記マトリクス(2)は圧縮して維持される、請求項８から１１のいずれか一つの請求項に記載の製造方法。
ロウ付けの後、前記仲介アセンブリ(7)上への、流体供与ヘッド(17)の特に溶接による取付けから成る段階を更に含む、請求項８から１２のいずれか一つの請求項に記載の製造方法。