JP2021179303A - 温度プローブを有する熱交換器を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ろう付けプレート及びフィン型の熱交換器を製造するための方法を提供する。【解決手段】ろう付けプレート及びフィン型の熱交換器の製造方法において、ａ）積み重ねステップ、ｂ）形成ステップ、ｃ）ろう付け材料配置ステップ、ｄ）温度プローブ配置ステップ、ｅ）ろう付けステップ、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器内で温度及び／又は熱流測定を行うための少なくとも１つの温度プローブを有する、ろう付けプレート型の熱交換器を製造するための方法、並びにこれらの測定を行うことを可能にする熱交換器に関する。

本発明は、加圧気体酸素を生成するために使用するＡＳＵ（空気分離ユニット）として知られるもののうち気体の深冷分離、特に空気の深冷分離の分野に特に応用される。特に、本発明は、気体流、例えば空気又は窒素と熱交換することによって、液体、例えば液体酸素、窒素、及び／又はアルゴン、の流れを気化させる熱交換器の製造に適用され得る。

本発明はまた、少なくとも１つの他の流体、例えば天然ガスとの熱交換を通じて、気液混合物の少なくとも１つの流れ、特に多構成混合物、例えば炭化水素混合物の流れを気化させる熱交換器に適用され得る。

熱交換器のために一般的に使用する技術は、ろう付けプレート熱交換器の技術であり、その技術は、大きい熱交換面エリア及び低い圧力損失を提供する非常にコンパクトなコンポーネントを得ることを可能にする。これらの熱交換器は、フィン熱交換構造を形成する、波形構造又は波形部などのスペーサ要素がその間に一般的に挿入される平行なプレートのセットによって形成される。積み重ねられたプレートは、互いの間に、異なる流体が熱交換関係に至るための平坦な通路のスタックを形成する。

熱交換器の製造中、プレート、フィンスペーサ要素、及び熱交換器の他の構成要素は、互いに対して押し付けられ、その後、５５０〜９００℃であり得る温度で真空炉においてろう付けすることによって共に接合される。

それらのコンパクト性及びそれらのモノリシックな構築により、これらのろう付け熱交換器内で温度又は熱流の局所測定を行うことは非常に困難である。このことから、それらを実装する方法の大部分では、作業者は、各流体の入口と出口との間で達成されるエネルギーバランスにより、流体間で交換される総熱力しか利用できない。

これは、これらの熱交換器を特徴付けることをより一層困難にし、例えば、通路の各々の熱交換係数を別々に測定することを可能にしない。

使用中、局所データの欠如は、方法についての制御の可能性を制限する。特に、相変化又は化学反応などの、熱交換器内で発生する可能性がある特定の物理的現象は、熱流又は温度の局所変動に現れ、その局所変動もまた、熱交換器中の問題の位置に依存する。

温度又は熱流の局所測定は、以下の熱交換器の貧弱な動作条件、即ち、流体の貧弱な分配、例えばブロッキング又は局所蒸留現象に起因する熱交換器のある特定のエリアのパフォーマンスの低減、の現場での検出を可能にするであろう。それらの寿命中にプレート及びフィン熱交換器のパフォーマンスの変化を監視するために、温度又は熱流の局所測定の恩恵を受けることも有用であろう。

これらの要件を前にして、既存の温度測定ソリューションは、特に、使用する保持部の複雑さにより、又はその実装により、完全に満足のいくものというわけではないということが分かっている。

「その場」温度測定方法は存在するが、それらは、現在のところ、流体内の温度を測定することしか可能にしていない。それらはまた、熱交換通路内の流体の流れを変えるので、侵入的である。更に、それらは、交換器の構築時から提供されないので、それらの実装は、比較的複雑で、高価で、あまりロバストではない。

熱流を測定するための方法が存在するが、それらは、熱交換器の通路間にプローブを介在させることを伴う。１つの部分として熱交換器をろう付けすることがもはや可能ではなく、それは、その利点のほとんどを失うことを意味する。その上、プローブはまた、著しい追加のコストを意味し、問題の熱交換器の典型的な熱交換係数と互換性がない熱抵抗を必然的に追加する。最後に、このソリューションは、熱交換器が多数の通路を有するとき、特に組み立ての困難さに起因して、工業規模で想定することは困難である。

更に、文書ＪＰ−Ａ−２０１４１６９８０９は、管中に挿入される温度プローブを備える熱交換器を開示しており、その管自体は、交換器のプレートにおいて作られた溝中に挿入される。管は、２つのプレート間にろう付けされ、次いで、ろう付け段階が完了すると、プローブは、管中に導入される。この方法は、いくつかの問題を提示している。管の存在は、その温度を測定することを意図するプレートとプローブとの間の熱抵抗を必然的に増大させ、これは、測定の精度に対して悪影響を有する。管はまた、プローブを導入するために必要とされる空間を増大させ、それによって、方法の侵入的な性質を増大させる。

本発明の特定の目的は、測定値と熱交換器中の位置との両方の観点から、熱交換器の動作を乱したり、又はその空間的要件を増大させたりすることなく、より正確な形で熱交換器内で局所温度の測定及び／又は熱流の測定を行うことを可能にするろう付けプレート熱交換器を製造するための方法を提案することによって、上述の問題のうちの全て又はいくつかを克服することである。

この目的のために、本発明の主題は、ろう付けプレート及びフィン型の熱交換器を製造するための方法において、
ａ）第１の流体の縦方向の流れが少なくとも第２の流体との熱交換関係に至るのに適した複数の通路をプレート間に画定するように、互いに対して且つ縦方向に平行に対してプレートのセットを間隔を空けた形で積み重ねるステップであって、プレートは、縦方向に延在する縦エッジのペアと、縦方向に対して垂直の横方向に延在する横エッジのペアとによって範囲を定められる、積み重ねステップ、
ｂ）少なくとも第１の板製品及び少なくとも第２の板製品を縦方向及び横方向に対して垂直の積み重ね方向に互いの上に重ねて置くことによって、積み重ねステップａ）において積み重ねられたプレートのうちの少なくとも１つを形成するステップであって、第１の板製品及び第２の板製品のうちの少なくとも１つは、プレートに対して平行に延在し、横エッジ又は縦エッジ中の少なくとも１つの開口部を通じて積み重ねステップａ）で形成されたスタックの外側に向かって続く少なくとも１つの溝を備える、形成ステップ、
ｃ）第１の板製品と第２の板製品との間に少なくとも１つのろう付け材料を配置する、ろう付け材料配置ステップ、
ｄ）溝中に少なくとも１つの温度プローブを配置するステップであって、一方の部分では、温度プローブの少なくとも一部と、他方の部分では、溝の内壁との間に空き空間が設けられる、温度プローブ配置ステップ、
ｅ）第１の板製品を第２の板製品にろう付けすることを含む、プレートのセットをろう付けするステップであって、ろう付け材料は、融解され、ろう付け材料の少なくとも一部は、第１の板製品及び第２の板製品中で拡散し、温度プローブと溝の内壁との間に設けられた空き空間の少なくとも一部は、固化したろう付け材料で充填される、ろう付けステップ、
を備える、方法である。

ケースに応じて、本発明による熱交換器は、以下の特徴のうちの１つ以上を備え得る：
−温度プローブは、
○所望されるロケーションにおいて形成ステップｂ）で形成されたプレートの表面の温度を測定するように構成された感熱部と、
○感熱部を電気測定回路に接続するように構成された導電性部材と、
○感熱部の周り及び導電性部材の少なくとも一部の周りにスリーブを形成する鞘であって、鞘は、感熱部において配置された第１の端部とプレートのスタックの外側に配置された第２の端部との間に延在し、好ましくは、第２の端部は、開口部から少なくとも１００ｍｍの距離にある、鞘と、
を備える。
−鞘は、アルミニウム、ニッケル、白金、タングステン、アルミニウム合金、ニッケル合金、白金合金、タングステン合金、ステンレス鋼、耐火鋼から選ばれた金属材料を備える。
−鞘は、０．１〜１ｍｍの厚さ及び／又は０．５〜３ｍｍの外径を有する。
−鞘は、１００〜１００００ｍｍの長さを有する。
−鞘は、変形可能である。
−温度プローブは、鞘と感熱部との間に配置された電気絶縁材料を備え、電気絶縁材料は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムから選ばれる。
−温度プローブは、異なる金属から形成された導線のペアを備える熱電対プローブであり、導線は、温度プローブの感熱部を形成する、測定接点として知られる接点において接合される。
−導線は、そこに基準接点として知られる接点を形成するように、電気測定回路の端子に接合することを意図するそれぞれの延長線に各々接続され、接続片が、導線とそのそれぞれの延長線との間の接続の周りにスリーブを形成し、接続片は、鞘の第２の端部に接続される。
−導線を形成する金属は、タイプＥ、タイプＪ、タイプＫ、タイプＮ、タイプＭ、タイプＲ、タイプＳ、タイプＢから選ばれたタイプの熱電対プローブを形成するように構成される。
−温度プローブは、温度プローブの感熱部を形成する測定抵抗器に接続された導線のペアを備える抵抗プローブであり、測定抵抗器は、抵抗材料として、セラミック材料又は金属材料、特に白金又は白金合金を有する。
−ろう付けステップｅ）は、ろう付け炉中で行われ、プレートのスタックは、ろう付けサイクル中の最大温度が５５０〜９００℃、好ましくは５５０〜６５０℃であるろう付け炉の第１の領域中にあり、鞘の第２の端部は、温度が第１の領域中の最大温度よりも低い第２の領域中にある。

本発明はまた、ろう付けプレート及びフィン型の熱交換器において、第１の流体の流れが少なくとも第２の流体との熱交換関係に至るのに適した複数の通路をプレート間に画定するように、互いに対して且つ縦方向に対して平行であるプレートのセットを備え、プレートは、縦方向に延在する縦エッジのペアと、縦方向に対して垂直の横方向に延在する横エッジのペアとによって範囲を定められ、プレートのうちの少なくとも１つは、縦方向及び横方向に対して垂直の積み重ね方向に互いの上に重ねて置かれた少なくとも第１の板製品及び少なくとも第２の板製品によって形成され、その対向面のうちの少なくとも１つに配置された所定の融点を有するろう付け材料のコーティング又はシートによってろう付けされ、第１の板製品及び第２の板製品のうちの少なくとも１つは、プレートに対して平行に延在し、横エッジ又は縦エッジ中の少なくとも１つの開口部を通じてスタックの外側に向かって続く少なくとも１つの溝を備え、少なくとも１つの温度プローブが溝中に配置されており、温度プローブと溝の内壁との間の空間の少なくとも一部は、固化したろう付け材料で充填されている、熱交換器に関する。

特に、温度プローブは、所望されるロケーションにおいて形成ステップｂ）で形成されたプレートの表面の温度を測定するように構成された感熱部と、感熱部を電気測定回路に接続するように構成された導電性部材と、感熱部及び導電性部材の少なくとも一部の周りにスリーブを形成する鞘であって、鞘は、感熱部において配置された第１の端部とプレートのスタックの外側に配置された第２の端部との間に延在し、好ましくは、第２の端部は、開口部から少なくとも１００ｍｍ、好ましくは１００〜１００００ｍｍの距離にある、鞘と、を備え得る。

本発明はここで、非限定的な例示として、及び添付した図面を参照して与えられる以下の説明により、より良く理解されるであろう。

本発明による方法を使用して製造することができるろう付けプレート熱交換器の３次元図である。 本発明による板製品及び溝の異なる実施形態を概略的に示す。 本発明の実施形態による温度プローブを概略的に示す。 本発明による板製品及び溝の更なる実施形態を概略的に示す。 本発明による板製品及び溝の更なる実施形態を概略的に示す。 本発明の一実施形態による複数の溝を有する板製品を概略的に示す。

図１は、縦方向ｚ及び横方向ｘに２次元、即ち長さ及び幅にそれぞれ延在するプレート２のスタックを備える、ろう付けプレート及びフィン型の熱交換器１を示す。プレート２は、互いの上に重ねて、互いに対して平行に、且つ間隔を空けた形で配置される。それらは、このことから、互いの間に通路３の複数のセットを形成し、いくつかの通路は、第１の流体Ｆ１の流れのために設けられ、他の通路は、少なくとも１つの他の流体Ｆ２、Ｆ３の流れがプレート２を介したＦ１との間接的な熱交換関係に至るように設けられる。横方向ｘは、縦方向ｚに対して直交であり、プレート２に対して平行である。流体は、好ましくは、縦方向ｚに対して平行な熱交換器の長さに沿って流れる。

好ましくは、各通路は、平坦であり、平行六面体形状を有する。通路の高さに対応し、プレート２の積み重ね方向ｙに測定される、２つの連続するプレート２間の間隔は、各連続するプレートの長さ及び幅と比較して小さい。積み重ね方向ｙは、プレートに対して直交である。

通路３は、閉鎖バー６に接しており、閉鎖バー６は、通路を完全に塞ぐわけではなく、対応する流体の入口又は出口のための空の開口部を残す。プレート２は、周辺エッジ４によって範囲を定められ、周辺エッジ４は、好ましくは、ペアで平行である。周辺エッジ４は、縦方向ｚに延在する縦エッジ４ａのペアと、横方向ｘに延在する横エッジ４ｂのペアとを備える。

熱交換器１は、熱交換器１中に流体を導入し、熱交換器１から流体を放出するための入口及び出口１０を設けられた半管マニホールド７、９を備える。これらのマニホールドは、通路よりも狭い開口部を有する。入口マニホールドの下流及び出口マニホールドの上流に配置された分配ゾーンは、通路の幅全体に又は通路の幅全体から流体を均一に導くために使用する。

好ましくは、通路３のうちの少なくともいくつかは、プレート２に対して平行に、熱交換器の通路の幅にわたって及び長さに沿って有利に延在するフィンスペーサ要素８を備える。例示した例では、スペーサ要素８は、波形シートの形態の熱交換波形部を備える。このケースでは、波形部の連続する頂部及び底部を接続する波形脚部は、「フィン」と呼ばれる。スペーサ要素８はまた、所望される流体流の特性に従って画定される他の特定の形状を採用することができる。より一般的には、「フィン」という用語は、ブレード又は他の２次熱交換面をカバーし、それは、１次熱交換面、即ち熱交換器のプレートから熱交換器の通路中に延在する。図２、４及び５は、プレート２の両側にある熱交換器の通路中に配置された、穴の空いた真っ直ぐの波形部８を示すことに留意されたい。当然ながら、あらゆるタイプの波形部、特に、穴の空いていない真っ直ぐの波形部、「波状」波形部とも呼ばれる「杉綾模様」波形部、部分的にずれた波形部、等が考えられる。

熱交換器１の製造中、互いに対して且つ縦方向ｚに対して平行に積み重ねられるプレート２のセットが設けられる。プレート２は、閉鎖バー６によって互いから離間される。熱交換器の他の構成要素、特に熱交換波形部、分配波形部、等の組み立て後に、スタックが、熱交換器の要素を互いに固定するためにろう付けされる。好ましくは、熱交換器のプレート及び他の構成要素のうちの全て又はいくつかは、アルミニウム又はアルミニウム合金で作られる。

熱交換器のプレート２のうちの少なくとも１つは、少なくとも第１の板製品２１及び少なくとも第２の板製品２２を互いの上に重ねて置くことによって形成される。第１の板製品２１及び第２の板製品２２は、共にろう付けされ、同様に共にろう付けされた他のプレート２にろう付けされる。好ましくは、板製品を重ねて置くことによって形成されたプレート２と熱交換器の他のプレート２とは、同時にろう付けされる。共に板製品をろう付けし、次いで、それらを他のプレート２と積み重ね、次いで、このスタックをろう付けすることも考えられる。

図２の例に見ることができるように、第１の板製品２１及び第２の板製品２２のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの溝１２を備える。溝はまた、プレート２の厚さで作られたすじ、スロット、又は凹部であると理解され得る。溝１２は、プレート２に対して平行に延在し、溝が設けられる板製品に応じて、第１の板製品又は第２の板製品の横エッジ４ｂ又は縦エッジ４ａ中にある少なくとも１つの開口部５を通じてスタックの外側に向かって続く。第１の板製品及び第２の板製品が重ねて置かれると、溝１２は、プレート２内に空洞を形成し、その空洞は、少なくとも１つの温度プローブ１４を受け入れるように構成される。

プローブ１４及び溝１２は、一方の部分では、温度プローブ１４の少なくとも一部と、他方の部分では、溝１２の内壁との間に空き空間が存在するように構成される。特に、プローブ１４と溝１２との間の隙間の存在は、プローブの導入を可能にするのに必要であり、スタックを変形させるリスクを制限する。プローブの不規則又は非対称な外部形状及び／又は溝及びプローブの形状が完全に補完的なわけではないという事実もまた、プローブ１４の周りに空き空間を作成するのに有用であり得る。プローブの外面のいくつかの部分は、溝１２の内壁を介して接触状態にあり得、他の部分は接触状態にない。

本発明によると、温度プローブ１４は、熱交換器のプレートがろう付けされる前に溝１２中に配置される。板製品間に配置されたプローブ１４を有する重ねて置かれた板製品から形成された前記少なくとも１つのプレート２を備えるスタックは、次いで、共にスタックの様々な要素を接合するようにろう付けされる。溝１２中に直接プローブを配置することによって、ろう付けする前に、スタックがろう付けされてからのスタックの追加の操作が回避され、それによって、スタックが損傷を受けるリスクを低減する。

第１の板製品２１を第２の板製品２２にろう付けすることを含め、温度プローブ１４を備えるプレート２のセットが次いで、ろう付けされる。

ろう付け中、熱交換器の構成要素は、所定の融点を有する、ろう付け又はろう付け材料３０と呼ばれる溶加材を使用して接続される。好ましくは、所定の融点は、５５０〜９００℃、より好ましくは５５０〜６５０℃である。

組み立ては、ろう付けすべき部分内で融解及び拡散するろう付け材料３０を、後者を融解することなく加熱することによって得られる。ろう付け材料３０は、一般的に共積層することによって堆積されたコーティング層の形態で、又はオプションとしてプレートの表面上に手で堆積された溶液若しくはゲルの形態で、又はプレート間に堆積されたシート若しくはストリップの形態であり得る。プレート、フィンスペーサ要素、及び熱交換器の他の構成要素は、好ましくは、典型的に２００００〜４００００Ｎ／ｍ²の圧縮力をプレート２に印加する圧縮デバイスによって共に押し付けられる。好ましくは、スタックは、真空炉中に導入され、５５０〜９００℃、好ましくは５５０〜６５０℃であり得る温度でろう付けされる。ろう付け材料３０は、好ましくは、アルミニウム又はアルミニウム合金である。

融解する間、第１の板製品２１と第２の板製品２２との間に配置されたろう付け材料３０は、プローブ１４の周りを流れ、温度プローブ１４と溝１２の内壁との間に存在する空間の少なくとも一部を充填する。固化したろう付け材料は、一方の部分では、プローブと直接熱接触状態にあり、他方の部分では、溝の壁と直接熱接触状態にあるように配置されることに留意されたい。

これは、温度プローブ１４と、その温度を測定することを意図するプレートを形成する板製品との間の優れた熱伝導を保証する。

温度プローブ１４は、プローブと第１及び第２の板製品との間の中間保持コンポーネントを使用する必要なく、溝中に直接導入される。これは、プローブと板製品との間の熱抵抗を最小化し、それによって、測定の精度を著しく改善する。その上、第１の板製品と第２の板製品とを共にろう付けすることは、熱的観点から優れた接触を保証し、熱抵抗を制限し、動作中の熱交換器のパフォーマンスに対する悪影響を無くすことを可能にする。温度プローブは、熱交換器中に非侵入的に導入される。プローブは、熱交換器のプレート２において取り囲まれ、熱交換器中の局所温度を測定することを可能にする。デバイスの空間的要件もまた最小化される。

ろう付け中、ろう付け材料３０は、板製品２１、２２内で融解し、拡散することに留意されたい。材料３０がプローブ１４内で拡散することも考えられる。しかしながら、プローブ１４がろう付けされないことも可能であり、プローブ１４の材料内で材料３０の拡散がないことを意味する。

プローブ１４は、板製品が重ねて置かれる前、又は板製品が重ねて置かれてからのうちのいずれかにおいて、開口部５を通じて溝１２中に配置することができることに留意されたい。

好ましくは、プローブ１４は、その後スタックをろう付けすることを視野に入れて、板製品が積み重ねられ、圧縮力によって共に挟持され続けた後に溝中に配置される。これは、プローブが導入される前に板製品が互いに適正に接触状態にあることを保証し、ろう付けマトリックスの完全性及び結果として熱交換器の動作を損なう可能性がある、プローブ１４の挿入中におけるスタックの要素の任意の移動を回避する。これはまた、プローブの外部寸法が溝の内部寸法と比較して大きすぎないことを保証することを可能にする。

いくつかの溝１２がある場合、少なくとも１つのプローブ１４を溝１２毎に設けられることに留意されたい。

本発明の範囲内では、温度プローブ１４は、接触を通じて温度測定を行うように構成されたあらゆるプローブであり得る。

図３の例を参照すると、温度プローブ１４は、所望されるロケーションにおいて形成ステップｂ）で形成されたプレート２の表面の温度を測定するように構成された感熱部４５を備える。プローブはまた、導電性部材４１、４２を備え、それらの端部は、一方の部分では、感熱部４５に電気接続され、他方の部分では、過度に高い温度に曝されないようにスタックの外側に位置する電気測定回路に接続されるように設計される。

好ましくは、プローブ１４は、感熱部４５の周りに、及び導電性部材４１、４２の少なくとも一部の周りにスリーブを形成する鞘４３を備える。鞘４３は、ろう付け中にプローブの最も脆弱な要素を保護する目的を有する。鞘４３は、プローブの構成要素であり、それの他の構成要素、特に感熱部４５及び導電性部材４１、４２に固定されることに留意されたい。

鞘なしの導電性部材４１、４２、例えば互いから絶縁され、且つ感熱部の領域中で互いに接合された電線、から形成されたプローブを使用することが相変わらず考えられることに留意されたい。好ましくは、電線を互いから絶縁するために、電線は、特にガラス質材料、セラミック材料、又はポリアミド若しくはポリテトラフルオロエチレンに基づく材料でカバーすることができる。溝中の電線の周りの空のままにされた空間の少なくとも一部は、次いで、ろう付け材料で充填される。

好ましくは、鞘４３は、ろう付け中に熱交換器の残りの部分から断熱することを可能にするように、好ましくは、開口部５から少なくとも１００ｍｍの距離で、感熱部４５において配置された第１の端部４３ａと、プレート２のスタックの外側に配置された第２の端部４３ｂとの間に縦方向に延在する。このことから、測定を行うために必要な他の要素、特に電力供給デバイス、電圧を測定するためのデバイスは、ろう付け中にそれらを過度に高い温度に曝さないために、スタックから十分に遠く離れるように移動される。

特に、第２の端部４３ｂは、開口部５から１００〜１００００ｍｍ、好ましくは５００〜５０００ｍｍの距離に配置することができる。

ろう付け中、温度プローブ１４と溝１２の内壁との間に存在する空間は、この領域では、プローブと温度を測定することを意図するプレート２との間で可能な限り最良の熱接触を保証することを必要とするので、少なくとも感熱部４５の周りで充填されることに留意されたい。好ましくは、鞘４３は、少なくとも感熱部４５の領域中で、再固化したろう付け材料３０でその全周の周りを囲まれる。

好ましくは、鞘４３は、アルミニウム、ニッケル、白金、タングステン、ニオブ、モリブデン、タンタル、上述の金属の合金、例えば、インコネル（登録商標）などのクロム及び鉄を有するニッケルの合金、ステンレス鋼、又は耐火鋼から選ばれた金属材料を備える。

挙げた材料は、耐熱温度、機械的完全性、製造の容易さ、及びコストに関して異なる特性を提供し、それは、材料を応用に適合させることを可能にする。

鞘は、ろう付けされることもされないこともあり、鞘の材料中のろう付け材料の拡散又は拡散の欠如を意味することに留意されたい。

鞘の材料は、オプションとして、この要素のろう付けを最適化し、従って、プローブと板製品との間の熱抵抗を低減するために、熱交換器の残りの部分のために使用する材料と同一であり得、これは、温度測定値の代表性を改善する。これは、ろう付け材料が鞘中で拡散し、板製品とプローブとの間の優れた熱接触を得ることを可能にする。良好な材料均一性もまた得られ、それによって、温度場のいかなる乱れも回避する。特に、鞘４３と熱交換器のプレートとは、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成することができる。ろう付け材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であろう。

鞘４３がセラミック材料を備えることも可能であり、このタイプの材料は、良好な温度抵抗を提供する。

本発明の範囲では、「金属材料」は、純金属又は金属合金から形成される材料であると理解されることに留意されたい。

鞘４３は、０．１〜１ｍｍの厚さ及び／又は０．２５〜３ｍｍの外径を有し得る。その長さは、プローブの感応要素を十分に遠く離れるように移動させることを可能にするために、少なくとも１００ｍｍ、好ましくは１００ｍｍ〜１０ｍ、より好ましくは５００ｍｍ〜５ｍであり得る。

このことから、プレート２のスタックが、ろう付けサイクル中の最大温度が５５０〜９００℃、好ましくは５５０〜６５０℃である炉の第１の領域５１中にあることを考慮すると、鞘４３の第２の端部４３ｂは、温度が第１の領域５１中の最大温度よりも低い第２の領域中にあるように、スタックから離れるように移動される。好ましくは、第２の領域中の温度は、第１の領域中の最大温度よりも少なくとも５０℃、より好ましくは少なくとも１００℃低い。

好ましくは、鞘４３は、変形可能であり、溝中にプローブを挿入することをより容易にし、それによって、プレート２を損傷又は変形させるリスクを低減し、例えば、互いの間で角度を形成する複数の直線部分を有する及び／又は少なくとも１つの湾曲部分を有する輪郭をプレート２に対して平行な平面における縦断面において有する溝１２のケースでは、溝の方向のいかなる変化にも従うことを可能にする。

好ましくは、鞘４３は、プローブが溝中で移動することを可能にするために、少なくとも部分的に、弾性、即ち可逆変形を受けるように構成される。

好ましくは、電気絶縁材料４４は、鞘４３と感熱部４５との間に、様々な導体間及び後者と鞘との間の短絡のいかなるリスクも除去するために配置される。前記電気絶縁材料４４は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムから選ばれ得る。

図３は、本発明の範囲中で使用することができる異なるタイプの温度プローブ１４を概略的に示す。

１つの有利な可能性によると、その例は、（ａ）に見ることができ、温度プローブ１４は、異なる金属から形成された導電性線４１、４２のペアを備える熱電対プローブである。それら線４１、４２は、オプションとして剥き出しであり得る。導電性線４１、４２は、温度プローブ１４の感熱部を形成する、測定接点として知られる接点４５において接合、一般的には溶接される。鞘４３は、絶縁材料４４で充填され、それら線４１、４２は、その中に埋め込まれる。熱電対プローブは、低コスト及び良好な温度抵抗の利点を有する。

（ａ）に例示したケースでは、導線４１、４２は、そこで基準接点として知られる接点を形成するように、電気測定回路の端子に接合することを意図するそれぞれの電気延長線４０１、４０２に各々接続される。接続片４６は、導線４１、４２とそのそれぞれの延長線４０１、４０２との間の接続の周りに、それらを保護するために、スリーブを形成する。接続片４６は、鞘４３の第２の端部４３ｂに接続され、スタックの外側にある。

（ｂ）に見ることができるように、測定回路の端子に直接接合されるように、熱電対線４１、４２が鞘４３から突出することも考えられる。

好ましくは、導線４１、４２を形成する金属は、タイプＥ、タイプＪ、タイプＫ、タイプＮ、タイプＭ、タイプＲ、タイプＳ、タイプＢから選ばれたタイプの熱電対プローブを形成するように構成され、それらは全て、高温に対する十分な抵抗を示す。

（ｃ）に例示した別の可能性によると、温度プローブ１４は、プローブ１４の感熱部を形成する測定抵抗器４５に接続された少なくとも２つの導線４１、４２を備える抵抗プローブである。測定抵抗器４５は、抵抗材料として、セラミック材料又は金属材料、特に白金又は白金合金を備える。特に、温度プローブ１４は、タイプＰＴ１００の白金抵抗温度プローブであり得る。特に、４つの導電性線（例示せず）を有する抵抗プローブを使用することができる。導線の一方のペアは、電流を通す役割を果たし、他方のペアは、感熱部の端子において電圧を測定する役割を果たす。このタイプのプローブは、より良好な精度さえ提供する。好ましくは、鞘４３は、ろう付け材料３０の前記所定の融点よりも高い融点を有する第１の材料から完全に又は部分的に形成される。このことから、その完全性は、ろう付けサイクル中に維持される。例えば、第１の材料は、ステンレス鋼又は耐火鋼などの鉄合金であり得る。

図２は、板製品及び溝の様々な実施形態を示す。溝１２は、縦方向ｚに対して直交である平面における断面において、正方形、長方形、又は半円形の形状の断面を特に有し得る。

溝の形状は、格納すべきプローブ１４の形状に応じて適合され得る。プローブ１４の寸法に適合させ、プレート２内の所定の高さでプローブ１４を配置するために、溝１２の深さ及び／又は板製品の厚さを適合させることも可能であり、その高さは、積み重ね方向ｙに対して平行に測定される。

板製品は、プレート２を共に形成し、スペーサ要素８は、プレート２の両側に形成された流体通路中に配置される。第１の板製品２１は、対向面２１ａ、２１ｂの第１のペアを備え、第２の板製品２２は、対向面２２ａ、２２ｂの第２のペアを備える。これらの表面は、簡潔さのために（ａ）にのみ示す。

ろう付け材料３０は、プレート２間及び本発明によるプローブを設けられたプレートを形成する板製品間に配置される。

好ましくは、スペーサ要素８に向かって方向付けられた板製品の少なくともそれらの表面と、他方の板製品に向かって方向付けられた板製品の表面のうちの少なくとも１つは、ろう付け材料３０を備える。互いに面するように配置された板製品の２つの表面がろう付け材料３０を備えることも可能である。

図２（ａ）は、第２の板製品２２に向かって方向付けられた第１のペアの表面２１ａに通じる溝１２を備える第１の板製品２１のケースを例示する。ろう付け材料３０は、溝１２に向かって方向付けられた第２の板製品２２のその表面２２ｂ上に配置される。（ｂ）に例示した別の可能性によると、ろう付け材料３０は、溝１２が通じる表面２１ａ上に配置される。

図２（ｅ）は、溝１２中に配置された正方形又は円形断面のプローブ１４を例示する。好ましくは、プローブ１４は、円形断面及び円筒形の全体的な形状を有する。

図２（ｄ）に例示した１つの可能性によると、第２の板製品２２はまた、第１の板製品２１の少なくとも１つの溝１２に面するように配置され、且つ第１の板製品２１に向かって方向付けられた第２のペアの表面のうちの表面２２ｂに通じる少なくとも１つの溝１２を備え得る。有利には、２つの溝１２は、半円形の断面を有する。そのような構成は、円筒形プローブ１４の導入に特に適合される。

図２（ｄ）は、温度測定を行うプレート２が第１の板製品２１、第２の板製品２２、及び追加の板製品２３を互いの上に重ねて置くことによって形成されるケースを例示する。第２の板製品２２は、第１の板製品２１と追加の板製品２３との間に配置される。

一実施形態によると、第２の板製品２２は、通し溝１２を備える。これは、プレート２の中心における温度を測定することを意図するときに、プレート中でのプローブの対称的な位置付けを正確に制御することを可能にする。

図４に例示した別の実施形態によると、第２の板製品２２は、少なくとも２つの溝１２を備え、少なくとも２つの溝１２のうちの一方は、第１の板製品２１に向かって方向付けられた第２のペアのその表面２２ｂに通じ、少なくとも２つの溝１２のうちの他方は、追加の板製品２３に向かって方向付けられた第２のペアのその表面２２ａに通じる。これは、２つの温度プローブ１４をプレート２内の異なる高さで導入することを可能にする。プローブの各々によって測定された温度の差に基づいて、プレート２を通過する熱流を推定することが可能であり、プレート２は、熱抵抗器として機能する。

好ましくは、２つの溝１２は、プレート２の両側に、且つ、プレート２の中央平面、即ち、スタックのプレート２に対して平行であり、板製品２１、２２、２３のスタックによって形成されたプレート２の半ばまで積み重ね方向ｙに配置された平面から等距離で、配置される。その後配置されるプローブもまた、このように位置付けられる。これは、プレートを通じて発生する温度差を測定することを可能にし、これは、プレートを通過する熱流の決定を直接又は間接的にもたらす。

プローブが挿入される第２の板製品２２の厚さ、プローブ間の距離、及びそれらの精度は、所望される測定位置及び感度に対応するように選択することができる。

図４（ａ）に見られる１つの可能性によると、溝のペアのうちの溝１２は、上下に同時発生的な形で、しかしプレート２内の異なる高さで配置される。挿入されたプローブ１４は、このことから、互いに面して位置付けられる。２つのプローブ間の温度差は、従って、中央平面に対して垂直の熱流に依存する。

（ｂ）に見られる別の可能性によると、溝１２は、プレート２に対して平行な平面において互いに対してずれる。これは、より細い第２の板製品を使用し、従って、第２の板製品の熱抵抗を制限し、熱交換器のパフォーマンスに対していかなる影響も有さないことを可能にする。

（ｃ）に見られる別の可能性によると、複数の追加の板製品を使用して、板製品によって形成されたプレート内の異なる高さで２つよりも多くのプローブ１４を配置することが可能である。実際には、所望される追加のプローブの数だけ追加の板製品がスタックに追加される。これは、熱勾配を２つよりも多くの測定点で測定することを可能にし、それによって、測定の精度を更に改善する。この配置はまた、よりロバストであり、プローブのうちの１つに障害があるかどうかを検出することを可能にする。

このことから、図４（ｃ）の例では、２つの追加の板製品２３、２４は、第２の板製品２２上に重ねて置かれる。追加の板製品２３、２４のうちの一方は、追加の板製品２３、２４のうちの他方に向かって通じる少なくとも１つの溝１２を備える。この重ね置きの形は、３つのプローブ１４を互いの上に配置することを可能にする。

図５は、隆起部１２１が、溝１２の断面を局所的に低減するように、溝１２の内壁上に設けられる実施形態を概略的に示す。これは、プローブと溝の内壁との間の接触面エリアを低減することによって、その導入中にプローブをスライドさせることを容易にする。内壁の少なくとも１つの表面部分が突出部を有することも考えられることに留意されたい。

これらの局所狭窄は、プローブとプレートとの間の熱接触を低減する可能性があるので、それらは、測定値の代表性を改善するために、温度を測定する必要があるエリア中で局所的に取り除くことができる。隆起部はまた、断熱が好ましいエリア中で、例えば、測定を意図する温度とは非常に異なる温度をプレート２がこのエリア中で有するので、誇張することができる。

前記少なくとも１つの溝１２は、プレート２のエッジ上にある単一の開口部を通じて、又は一方では、縦エッジ４ａ若しくは横エッジ４ｂ中の開口部５を通じて、他方では、対向する縦エッジ４ａ若しくは横エッジ４ｂ中の開口部５を通じて、のうちのいずれかで展開することができることに留意されたい。好ましくは、前記開口部５は、２つの対向する縦エッジ４ａ上に配置される。このことから、溝１２は、実質的に同一の温度を有する領域を貫通し、これは、プローブ自体による熱の追加による温度場のいかなる局所的な乱れも回避する。

潜在的に、２つのプローブ１４は、溝１２中に配置することができ、各々は、開口部５のうちの１つを通じて挿入される。

一方の及び／又は他方の板製品が複数の溝を備える場合、各々は、別個のそれぞれの開口部を通じて交換器のエッジのうちの少なくとも１つに通じることができる。溝１２が、共通の開口部５を通じてそこに通じるように、対向する縦エッジ４ａ又は横エッジ４ｂにおいて出会うことも可能である。これは、図６に示すものである。溝は、プレート２内で止まることができるか（プレートの左側）、又は、対向するエッジに沿って配置された複数の別個のそれぞれの開口部５を通じて他方の側に通じることができる（プレートの右側）。

図６は、プレート２に対して平行な平面における縦断面における溝１２の可能な輪郭を概略的に示す。好ましくは、各溝は、直線部分を備える。各溝は、互いの間に角度を形成する複数の直線部分と、オプションとして少なくとも１つの湾曲部分とを備え得る。これは、複数の溝を１つ及び同じ開口部５まで共にグループ化することを可能にする。溝１２は、互いに対して少なくとも部分的に平行であり得る。複数の溝のそのような配置は、特にどこで異なる相反応又は相変化が起こるかを決定するために、熱交換器の長さに沿った異なる位置において温度及び熱流を測定することを可能にする。このように、熱交換器中で発生する可能性がある物理化学的現象のマップが得られる。

本発明は、局所熱流及び／又は局所温度を測定し、このことから、局所熱交換係数を確認することを可能にし、これは、熱交換器の局所動作条件に関連する情報を提供する。プローブを組み立てるための本方法は、比較的単純で非侵入的であり、プローブとプレートとの間の優れた熱接触を適格なものとすることを可能にする。

当然ながら、本発明は、本出願に説明及び例示した特定の例に限定されない。当業者の能力内の更なる変形及び実施形態もまた、以下の特許請求の範囲において規定された本発明の範囲から逸脱することなく想定され得る。特に、熱交換器１の複数のプレート２は、板製品から形成することができ、本発明によるプローブ１４を伴う少なくとも１つの溝１２を有することができ、これらのプレートは、異なる構成、特に異なる数の溝及び／又は異なる溝形状、異なる数の開口部、異なるエッジ上に配置された開口部を有することが可能であることに留意されたい。

Claims (14)

1. ろう付けプレート及びフィン型の熱交換器（１）を製造するための方法であって、該方法は、
   ａ）第１の流体の縦方向（ｚ）の流れが少なくとも第２の流体との熱交換関係に至るのに適した複数の通路（３）をプレート（２）間に画定するように、互いに対して且つ前記縦方向（ｚ）に対して平行に前記プレート（２）のセットを間隔を空けた形で積み重ねるステップであって、前記プレート（２）は、前記縦方向（ｚ）に延在する縦エッジ（４ａ）のペアと、前記縦方向（ｚ）に対して垂直の横方向（ｘ）に延在する横エッジ（４ｂ）のペアとによって範囲を定められる、積み重ねステップ、
   ｂ）少なくとも第１の板製品（２１）及び少なくとも第２の板製品（２２）を前記縦方向（ｚ）及び前記横方向（ｘ）に対して垂直の積み重ね方向（ｙ）に互いの上に重ねて置くことによって、積み重ねステップａ）において積み重ねられた前記プレート（２）のうちの少なくとも１つを形成するステップであって、前記第１の板製品（２１）及び前記第２の板製品（２２）のうちの少なくとも１つは、前記プレート（２）に対して平行に延在し、横エッジ（４ｂ）又は縦エッジ（４ａ）中の少なくとも１つの開口部（５）を通じて積み重ねステップａ）で形成されたスタックの外側に向かって続く少なくとも１つの溝（１２）を備える、形成ステップ、
   ｃ）前記第１の板製品（２１）と前記第２の板製品（２２）との間に少なくとも１つのろう付け材料（３０）を配置する、ろう付け材料配置ステップ、
   ｄ）前記溝（１２）中に少なくとも１つの温度プローブ（１４）を配置するステップであって、一方の部分では、前記温度プローブ（１４）の少なくとも一部と、他方の部分では、前記溝（１２）の内壁との間に空き空間が設けられる、温度プローブ配置ステップ、
   ｅ）前記第１の板製品（２１）を前記第２の板製品（２２）にろう付けすることを含む、前記プレート（２）のセットをろう付けするステップであって、前記ろう付け材料（３０）は、融解され、前記ろう付け材料（３０）の少なくとも一部は、前記第１の板製品（２１）及び前記第２の板製品（２２）中で拡散し、前記温度プローブ（１４）と前記溝（１２）の前記内壁との間に設けられた前記空き空間の少なくとも一部は、固化したろう付け材料（３０）で充填される、ろう付けステップ、
   を備える、方法。
2. 前記温度プローブ（１４）は、
   −所望されるロケーションにおいて形成ステップｂ）で形成された前記プレート（２）の表面の温度を測定するように構成された感熱部（４５）と、
   −前記感熱部（４５）を電気測定回路に接続するように構成された導電性部材（４１，４２）と、
   −前記感熱部（４５）の周り及び前記導電性部材（４１，４２）の少なくとも一部の周りにスリーブを形成する鞘（４３）であって、前記鞘（４３）は、前記感熱部（４５）において配置された第１の端部（４３ａ）と前記プレート（２）のスタックの外側に配置された第２の端部（４３ｂ）との間に延在し、好ましくは、前記第２の端部は、前記開口部（５）から少なくとも１００ｍｍの距離にある、鞘（４３）と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記鞘（４３）は、アルミニウム、ニッケル、白金、タングステン、アルミニウム合金、ニッケル合金、白金合金、タングステン合金、ステンレス鋼、耐火鋼から選ばれた金属材料を備えることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記鞘（４３）は、０．１〜１ｍｍの厚さ及び／又は０．５〜３ｍｍの外径を有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記鞘（４３）は、１００〜１００００ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項２〜４のうちのいずれか一項に記載の方法。
6. 前記鞘（４３）は、変形可能であることを特徴とする、請求項２〜５のうちのいずれか一項に記載の方法。
7. 前記温度プローブ（１４）は、前記鞘（４３）と前記感熱部（４５）との間に配置された電気絶縁材料（４４）を備え、特に前記電気絶縁材料（４４）は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムから選ばれることを特徴とする、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記温度プローブ（１４）は、異なる金属から形成された導線（４１，４２）のペアを備える熱電対プローブであり、前記導線（４１，４２）は、前記温度プローブ（１４）の前記感熱部を形成する、測定接点として知られる接点（４５）において接合されることを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の方法。
9. 前記導線（４１，４２）は、そこに基準接点として知られる接点を形成するように、電気測定回路の端子に接合することを意図するそれぞれの延長線（４０１，４０２）に各々接続され、接続片（４６）が、前記導線（４１，４２）とその前記それぞれの延長線（４０１，４０２）との間の接続の周りにスリーブを形成し、前記接続片（４６）は、前記鞘（４３）の前記第２の端部（４３ｂ）に接続されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記導線（４１，４２）を形成する前記金属は、タイプＥ、タイプＪ、タイプＫ、タイプＮ、タイプＭ、タイプＲ、タイプＳ、タイプＢから選ばれたタイプの熱電対プローブを形成するように構成されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記温度プローブ（１４）は、前記温度プローブ（１４）の前記感熱部を形成する測定抵抗器（４５）に接続された導線（４１，４２）のペアを備える抵抗プローブであり、前記測定抵抗器（４５）は、抵抗材料として、セラミック材料又は金属材料、特に白金又は白金合金を有することを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の方法。
12. ろう付けステップｅ）は、ろう付け炉中で行われ、前記プレート（２）のスタックは、ろう付けサイクル中の最大温度が５５０〜９００℃、好ましくは５５０〜６５０℃である前記ろう付け炉の第１の領域（５１）中にあり、前記鞘（４３）の前記第２の端部（４３ｂ）は、温度が前記第１の領域（５１）中の前記最大温度よりも低い第２の領域中にあることを特徴とする、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の方法。
13. ろう付けプレート及びフィン型の熱交換器であって、該熱交換器は、第１の流体の流れが少なくとも第２の流体との熱交換関係に至るのに適した複数の通路（３）をプレート（２）間に画定するように、互いに対して且つ縦方向（ｚ）に対して平行である前記プレート（２）のセットを備え、
    前記プレート（２）は、前記縦方向（ｚ）に延在する縦エッジ（４ａ）のペアと、前記縦方向（ｚ）に対して垂直の横方向（ｘ）に延在する横エッジ（４ｂ）のペアとによって範囲を定められ、
    前記プレート（２）のうちの少なくとも１つは、前記縦方向（ｚ）及び前記横方向（ｘ）に対して垂直の積み重ね方向（ｙ）に互いの上に重ねて置かれた少なくとも第１の板製品（２１）及び少なくとも第２の板製品（２２）によって形成され、その対向面（２１ａ，２１ｂ）のうちの少なくとも１つに配置された所定の融点を有するろう付け材料（３０）のコーティング又はシートによってろう付けされ、
    前記第１の板製品（２１）及び前記第２の板製品（２２）のうちの少なくとも１つは、前記プレート（２）に対して平行に延在し、横エッジ（４ｂ）又は縦エッジ（４ａ）中の少なくとも１つの開口部（５）を通じてスタックの外側に向かって続く少なくとも１つの溝（１２）を備え、
    少なくとも１つの温度プローブ（１４）が前記溝（１２）中に配置されており、前記温度プローブ（１４）と前記溝（１２）の内壁との間の空間の少なくとも一部は、固化したろう付け材料で充填されている、熱交換器。
14. 前記温度プローブ（１４）は、所望されるロケーションにおいて形成ステップｂ）で形成された前記プレート（２）の表面の温度を測定するように構成された感熱部（４５）と、前記感熱部（４５）を電気測定回路に接続するように構成された導電性部材（４１，４２）と、前記感熱部（４５）及び前記導電性部材（４１，４２）の少なくとも一部の周りにスリーブを形成する鞘（４３）であって、前記鞘（４３）は、前記感熱部（４５）において配置された第１の端部（４３ａ）と前記プレート（２）のスタックの外側に配置された第２の端部（４３ｂ）との間に延在し、好ましくは、前記第２の端部は、前記開口部（５）から少なくとも１００ｍｍ、好ましくは１００〜１００００ｍｍの距離にある、鞘（４３）と、を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の熱交換器。

Images