JP2021512268A - 温度制御可能な測定装置を有する測定モジュールおよび測定装置の温度を制御する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、流体を測定するための測定システム（２４）、該測定システム（２４）を少なくとも部分的に収容するハウジング（３２）、および該ハウジング（３２）の内部の温度を制御するための温度制御装置を有する、特に、モジュール式構造を有するプロセスプラント用である測定モジュール（１０）であって、前記温度制御装置がプレート熱交換器（３４）を有し、前記ハウジング（３２）の少なくとも一部がこのプレート熱交換器（３４）の少なくとも１つのプレート構造（３６）によって、特に、少なくとも１つのいわゆる熱交換器プレートによって形成される測定モジュールに関する。

Description

本発明は、流体を測定するための測定システム、該測定システムを少なくとも部分的に収容するハウジング、および該ハウジングの内部の温度を制御するための温度制御装置を有する、特に、モジュール式構造を有するプロセスプラント用である測定モジュールに関する。

本発明はさらに、１つ以上のそのような測定モジュールを有する、化学製品および／または医薬品を製造するためのモジュール式構造を有するプロセスプラント、ならびに液体を測定するための測定装置の温度を制御する方法に関する。

文書ＷＯ２００７／０５７４３２Ａ１には、サンプリング位置から液体サンプルを自動的に採取するためのサンプラーが開示されている。このサンプラーは、（ｉ）測定装置を備えたサンプリングユニット、（ｉｉ）採取されたサンプルを保管するサンプル収集ユニット、（ｉｉｉ）サンプリングユニットとサンプル収集ユニットとを収容するハウジング、および（ｉｖ）ハウジング内部のサンプラーの構成要素の温度を制御するための温度制御ユニットを有する。

本発明の目的に関し、「温度を制御する」という表現は、「何かを特定の温度にする」と解釈されるべきである。これは、意図された温度の値と実際の値に応じて、加熱または冷却することによって生じ得る。温度の制御は、例えば、温度制御装置および／または別個の外部温度制御装置によって行うことができ、温度制御装置および／または温度制御機器の温度は、測定システムを備えた回路内に存在する温度制御媒体によって測定システムに伝えられる。

本発明の目的は、周囲温度とは異なる温度を有する流体を非常に効果的に測定することを可能にする手段を提供することである。

この目的は、独立請求項の特徴により本発明によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、それぞれがそれ自体で、または互いに任意の組み合わせで、本発明の態様を表すことができる従属請求項に示されている。

測定システム、該測定システムを少なくとも部分的に収容するハウジング、および該ハウジングの内部の温度を制御するための温度制御装置を有する本発明の流体を測定するための測定モジュールでは、前記温度制御装置は、プレート熱交換器およびを有し、前記ハウジングの少なくとも一部がこのプレート熱交換器の少なくとも１つのプレート構造によって形成される。ハウジングを有するこの提案された温度制御測定システムは、温度が制御されるシステムの構成要素の温度を、収容された領域の温度に可能な限り保ち、個々の構成要素の温度制御を可能な限り省くという着想の結果である。これにより、さまざまなシステム構成要素の効果的な統合を可能にする省スペースのモジュール構造を実現することが可能となる。

プレート熱交換器（ＰＨＥ）は、プレート熱伝達装置（ＰＨＴ）またはプレート冷却器（ＰＣ）とも呼ばれ、プレート構造を有する熱交換器の特定のタイプの構造であり、例えば、加熱される媒体と熱を放出する媒体とが交互の中間スペースに流れるように組み立てられた賦形プレート（profiled plate）の積層体である。

本発明を実施するために、例えばＬＯＢ ＧｍｂＨ製のＨＥＰシステム（熱交換器プレートシステム）は、プレート熱交換器として有利に使用される。このＨＥＰシステムのプレート構造は、熱交換器プレートとも呼ばれる。ＨＥＰシステムの原理は、最大２ｍｍの厚さの金属シートが支持シート／支持プレート上に配置され、レーザー溶接によって接合されることに基づいている。レーザー溶接により、温度制御媒体の流路が形成される。溶接後、これらのチャネルは内圧によって広げられ、その結果、均一な中空スペースが形成される。次いで、温度制御媒体がこれらの中空空間を通って運ばれる。それらの製造方法によると、これらの中空空間は、断面に関して、多角形（三角形、長方形等）または円等の平らな幾何学的形状に対応していない。したがって、熱交換器プレートのチャネルは、例えば、チューブまたは管ではない。この原理によって、穴およびその他のくぼみの両方、ならびにＨＥＰシステムのほぼすべての外部輪郭を実現することができる（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｏｂ−ｇｍｂｈ．ｄｅ／ｄｅ／ＨＥＰ−ｓｙｓｔｅｍ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＃も参照されたい）。ＨＥＰシステムは、「枕板（Pillow Plate）」および「サーモブレック（Thermoblech）」の名前でも知られている。ＬＯＢ ＧｍｂＨ製のＨＥＰシステムの原理的な構成は、とりわけ、特許文献ＤＥ１０２００６０２９８２１Ｂ３に記載されている。

測定される「流体」または「プロセス流体」は一般的に液体であるが、液体／気体混合物であっても、気体であってもよい。温度制御によって達成される温度は、一般的に測定される流体によって決定される。流体は、例えば、その凝固点が室温より高い液体であり得る。この場合、温度制御を行うために加熱する必要がある。

測定される流体によって規定される温度が測定システムの部分に適さないため、測定システム全体の温度を制御することは好ましくない場合がある。その場合、測定システムは部分的にのみ囲まれているため、測定システムのこれらの部分は温度制御されたハウジングの外側にある。

本発明の好ましい実施形態では、測定システムは、配管システムを介して互いに流体的に接続される複数のシステム構成要素を有する。測定システムの１つの典型的なシステム構成要素は、例えば、（測定）ポンプである。これは、配管システムの管を介してモジュール内で流体的に接続される。

本発明の好ましい実施形態では、測定システムの少なくとも１つのシステム構成要素は、ハウジングの一部を形成するプレート熱交換器の複数のプレート構造またはプレート構造の少なくとも１つに直接固定される。本発明の好ましい実施形態では、測定システムの少なくとも１つのシステム構成要素は、ハウジングの一部を形成する複数の熱交換器プレートまたは少なくとも１つ熱交換器プレートに直接固定される。

従来のポンプの駆動モーターは一般的に高温での使用を目的として設計されていないため、ポンプヘッドが温度制御されたハウジング内に配置され、モーターが外部に配置されるようなポンプの配置が提案されている。熱交換器プレートからポンプヘッドへの熱の伝導を助けるために、特に有利な構成は、ポンプヘッドのフランジを介して熱交換器プレートに直接ポンプを取り付けることである。

可能であれば、測定システムの温度制御は、温度制御されたハウジングのみを介して行う必要がある。単に完全を期すために、例えばモジュールの再構築後に、さらなる温度制御対策が考えられる。この目的のために、配管システムの管の少なくとも一部を媒体温度制御可能な（媒体加熱可能な）管として構成すること、および／またはシステム構成要素の少なくとも１つを媒体温度制御可能（媒体加熱可能）にすることが有利である。媒体温度制御可能な管および／またはシステム構成要素は、一般的に外部温度制御機器によって加熱／冷却されてもよい。対応する媒体加熱管は既知であり、とりわけ、供給元であるＳｗａｇｅｌｏｋからの蒸気加熱を伴う束状管として供給されている。媒体加熱ポンプも同様に知られている。すなわち、例えば、供給元のＧａｔｈｅｒから、加熱ポンプヘッド用の対応するスリーブが供給されている。対応する管、スリーブ等も当然冷却に使用することができる。

本発明のさらに好ましい実施形態では、測定システムのシステム構成要素は、以下の構成要素の少なくとも１つを含む：（測定）ポンプ、フィルター、遮断弁、圧力測定装置、温度測定装置、流量計および安全弁。特に好ましい実施形態では、これらすべてのシステム構成要素が提供される。測定装置、弁等は、当然、温度制御装置による温度制御または調整にも使用することができ、その場合、この装置の一部である。

本発明の好ましい実施形態では、測定システムの複数のシステム構成要素は、ハウジングの一部を形成するプレート熱交換器の複数のプレート構造またはプレート構造の少なくとも１つに直接固定される。

本発明の好ましい実施形態では、測定システムの複数のシステム構成要素が、ハウジングの一部を形成する複数の熱交換器プレートまたは熱交換器プレートの少なくとも１つに直接固定される。本発明の特に好ましい実施形態では、測定システムのできるだけ多くのシステム構成要素が、ハウジングの一部を形成する複数の熱交換器プレートまたは熱交換器プレートの少なくとも１つに固定される。本発明のさらに好ましい実施形態では、管を除いて、測定システムのすべてのシステム構成要素が、ハウジングの一部を形成する複数の熱交換器プレートまたは熱交換器プレートの少なくとも１つに固定される。フランジ、ファスナー等の穴は、熱交換器プレートの溶接シームを適切に配置することにより考慮され、熱交換器プレートの温度制御媒体のチャネルは、熱の伝達に関して流体的に最適かつ最適に設計することができる。そのようなプレートにおける熱の伝達は、例えば、固定された管を有するプレートにおける場合よりも原則的に高い。

ＨＥＰシステムの熱交換器プレートの材料は、化学製品および／または医薬品の製造のためのプロセスプラントに適しており、確実に使用できるように選択することができる。

上述した本発明の好ましい実施形態では、ＨＥＰシステムの熱交換器プレートは、加熱／冷却されるモジュール式測定システムの構成要素の支持要素として使用される。ここでの支持要素とは、熱交換器プレートがシステム構成要素を保持し、他のハウジング部品に接続する必要のあるさらなる支持体が不要であることを意味する。

ハウジングを形成するために、モジュールは、特に、プレート熱交換器のプレート構造に加えて、以下のさらなる構成要素を有する：フレーム、ハウジング部品および断熱（熱遮断とも呼ばれる）用の構成要素を有する。フレームは、好ましくはハウジングの外側のさらなるモジュール構成要素も支持できるように構成される。

特に、モジュールは、プロセス流体のための圧力容器および／または電子機器ユニットをさらに有する。圧力容器の温度は、好ましくは、例えば、外部温度制御機器によって制御可能であり得る。プロセス流体は、圧力容器から測定システムのシステム構成要素に導入され、次いで、最終的に温度を調節されるか、または圧力容器内のプロセス流体が所望の温度に調節された場合には、その温度に保持される。ここでの電子機器ユニットは、特に、リモートＩ／Ｏコントローラーと呼ばれる電子機器ユニット、すなわちネットワーク接続（例えば、イーサネット接続やインターネット接続）を介してリモートアクセスして大きな隔たりを切り替えるための機器である。温度制御装置は、とりわけ、この電子機器ユニットによって制御または調整される。電子機器ユニットは、好ましくは、外部温度制御機器から温度制御装置への温度媒体の供給を制御または調整する。

複数のモジュールを有する化学製品および／または医薬品を製造するためのモジュール構造を有する本発明のプロセスプラントでは、これらのモジュールの少なくとも１つが上記の測定モジュールとして構成される。モジュールは、特に、互いに一致する固定された所定の寸法を有する。

本発明はさらに、以下の工程を含む、測定モジュール内の流体を測定するための測定システムの温度を制御する方法を提供する：ａ）少なくとも部分的にハウジングに収容される測定システムを有し、前記ハウジングの少なくとも一部が、該ハウジングの内部の温度を制御するプレート熱交換器の少なくとも１つのプレート構造によって形成される測定モジュールの提供；ｂ）前記プレート熱交換器の温度を制御するための温度制御媒体であって、媒体が前記測定システムを備えた回路内に存在する温度制御媒体の提供；ｃ）温度制御媒体の加熱／冷却。プレート熱交換器は、温度制御媒体が運ばれる中空空間またはフローチャネルを備えており、これらにより、ハウジングの内部、すなわち測定システムを特定の温度にしたり維持したりできる。プレート熱交換器のプレート構造は、好ましくは熱交換器プレートである。温度制御は、好ましくは温度制御装置および外部温度制御機器を介して行われる。

本発明の方法の好ましい実施形態は、以下の工程を含む：ａ）少なくとも部分的にハウジングに収容される測定システムを有し、前記ハウジングの少なくとも一部が、該ハウジングの内部の温度を制御するプレート熱交換器の少なくとも１つの熱交換器プレートによって形成される測定モジュールの提供；ｂ）前記プレート熱交換器の温度を制御するための温度制御媒体であって、媒体が前記測定システムを備えた回路内に存在する温度制御媒体の提供；ｃ）外部温度制御機器による温度制御媒体の加熱／冷却。

ハウジングの温度を制御するプレート熱交換器、断熱材、その他の温度に関連する構成要素の寸法およびパラメーター、ならびに望ましく期待される温度が分かっている場合、システムの設計段階で熱に関する要件を計算することができる。

本発明の方法の好ましい実施形態は、測定モジュールに関する上記の手段と同様に導き出すことができる。

本発明は、添付の図面を参照し、好ましい実施例を用いて、以下の実施例によって説明され、以下に示される特徴は、それ自体で、また互いに組み合わせて、本発明の態様を示す。図は以下を示す。

図１は、本発明の好ましい実施形態による本発明の測定モジュールの構成要素の概略図を表す。 図２は、図１に示す測定モジュールのハウジングの構成要素を表す。 図３は、完全な測定モジュールの正面図を表す。 図４は、完全な測定モジュールの背面図を表す。 図５は、測定モジュールのフロー図を表す。

図１は、モジュール構造を有するプロセスプラント用の測定モジュール１０の実施例を示す。測定モジュールは、モジュール１０のさらなる構成要素がその上または中に取り付けられるフレーム１２を有する。フレーム１２自体はパレット１４に配置されている。測定モジュールのさらなる構成要素は、以下のように分類できる：リモートＩ／Ｏコントローラーとして構成され、フレーム１２の上部領域に配置される電子機器ユニット１６、圧力容器２０および対応する周辺部２２を有する圧力容器ユニット１８、ここで、圧力容器２０は下に配置され、周辺部は電子機器ユニット１６の隣に配置され、測定システム（測定アセンブリ）２４はモジュール１０の下部領域にある。測定システム２４は、様々な管を備えた配管システム２６、配管システム２６に接続されたポンプ２８、および測定システム２４の他のシステム構成要素３０、例えば、フィルター、遮断弁、圧力測定装置、温度測定器装置、流量計、および廃棄物導管への安全弁を有するが、これはここでは詳細に論じられないので、参照番号３０で要約される。

測定モジュール１０はさらに、測定システム２４を少なくとも部分的に収容するハウジング３２、およびハウジング３２の内部の温度を制御するためのプレート熱交換器３４として構成される温度制御装置をさらに有する。リモートI／Ｏコントローラーとして構成される電子機器ユニット１６は、ネットワーク接続（例えば、イーサネット接続またはインターネット接続）を介してリモートアクセスして隔たりを切り替えるための機器である。温度制御装置は、とりわけ、この電子機器ユニット１６を介して制御または調整される。プレート熱交換器３４として構成された温度制御装置の加熱／冷却は、好ましくは、別個の外部温度制御機器（図には示されていない）によって行われる。電子機器ユニット１６はまた、好ましくは、この別個の外部温度制御機器を制御または調整することができる。

図２は、ハウジング３２の個々の構成要素、およびＨＥＰシステムとして構成されるプレート熱交換器３４の中央構成要素、すなわち、このＨＥＰシステムの熱交換器プレート３６を示す。熱交換器プレート３６は、それがハウジング３２の壁を形成するかまたは部分的に形成するように配置される。この熱交換器プレート３６に加えて、ハウジング３２はさらに、ハウジング部品３８および断熱（熱遮断とも呼ばれる）用の要素４０を有する。

図３および４は、完全な測定モジュール１０を示す。図３は、ハウジング３２の開いたドア４２に向かって見た正面図を示し、図４は背面図を示し、ポンプ２８の部品、すなわちポンプ駆動部４４、およびハウジング３２から突出している流量計３０の部品が見られる。対応するハウジング壁は、この目的のための開口部を有する。そうでなければ、この壁は、熱交換器プレート３６によって（部分的に）形成されるハウジング３２の一部である。

図５のフロー図は、同様に、モジュール構造を有するプロセスプラント用の測定モジュール１０の実施例を示している。この図は、とりわけ、圧力容器２０を有する圧力容器ユニット１８、様々な管を備える配管システム２６からなる測定システム２４、配管システム２６に接続されたポンプ２８、および測定システム２４の他のシステム構成要素３０、例えば、フィルター、遮断弁、圧力測定装置、温度測定装置、流量計、廃棄物導管への安全弁を示す。

モジュールの加熱された空間へのプロセス流体の移行は、圧力容器ユニット１８の下に示されている。熱交換器プレート３６の加熱／冷却は、リモートＩ／Ｏコントローラーとして構成された電子機器ユニット１６を介して制御または調整できる外部温度制御機器を介して有利に行われる。

本発明の様々な態様およびその利点について、以下でもう一度説明する。

一般的に、ポンプ２８、管２６、フィルター、流量計、弁およびセンサー３０からなる測定システム２４は、コンパクトな配置として組み立てられ、少なくとも大部分が、周囲から区切られ得る／区切られるハウジング３２に配置される。ハウジング３２の少なくとも１つの壁は、ハウジング３２の内部からまたは内部にエネルギーを引き出しまたは供給する温度制御可能な熱交換器プレート３６として構成され、このエネルギーは、周囲または取り付けられた構成要素との熱交換によって導入または除去される。ハウジング３２の壁には、有利には断熱材４０が設けられている。

プロセス流体の温度は、管２６内のセンサーによって測定することができ、プレート熱交換器３４として構成された温度制御装置の温度制御媒体の温度を調整するために使用することができる。

ハウジング３２内の所望の温度も測定することができ、付随的に使用して、プレート熱交換器３４として構成された温度制御装置の温度制御媒体の温度を調整することもできる。

ハウジングを有する提案された温度制御測定システム２４は、構成要素２６、２８、３０の温度が、可能な限り、閉空間内でプロセス流体の望ましい温度が所定の制限内に維持されるレベルの温度、かつ、個々の構成要素の個別の温度制御が可能な限り不要となる温度に維持されるように保持される原理に従う。これにより、省スペースのモジュール構造と効果的な温度制御とが可能になります。

爆発の危険のある領域で使用するために、フレーム１２に固定（例えば、ねじ止め）することができる導電性材料（例えば、金属シート）のハウジング部品を作ることが提案されている。金属シートとして構成されたハウジング部品３８は、（例えば、接着結合によって）断熱用の構成要素４０でハウジングの内側を被覆することができ、同様に複合材料を使用することが可能である。

従来のポンプ２８のポンプ駆動部４４、すなわち駆動モーターは、一般的に高温での使用のために設計されていないので、ポンプヘッドが温度制御されたハウジング３２に配置され、モーターが外部に配置されるようなポンプ２８の配置が提案されている。熱交換器プレート３６からポンプヘッドへの熱の伝導を助けるために、特に有利な構成は、ポンプヘッドのフランジを介して熱交換器プレート３６に直接的にポンプ２８を取り付けることである。

流量計３０の評価電子機器も、一般的に高温での使用のために設計されていないので、電子機器も温度制御されたハウジング３２の外側に配置される配置が提案されている。熱交換器プレート３６から流量計３０の流体伝導部への熱の伝導を助けるために、特に有利な構成は、熱交換器プレート３６の外側に設置することである。

センサーおよびアクチュエーターに関しては、ハウジング３２によって囲まれた領域内の温度範囲で承認されているものが優先されます。そうでない場合、センサーおよびアクチュエーターの液体伝導部は、温度制御されたハウジング３２内に配置されるべきであり、評価および制御構成要素は内部に配置されるべきである。

プレート構造３６として、例えば、ケルンのＬＯＢ ＧｍｂＨ製のフラット構造ＨＥＰシステムの熱交換器プレート３６を使用することは有利であり得、それによって、過熱／冷却されるべきポンプヘッドおよびその他の構成要素を熱交換器プレート３６に直接固定するための穴を開けることができる。

Claims (10)

1. 流体を測定するための測定システム（２４）、該測定システム（２４）を少なくとも部分的に収容するハウジング（３２）、および該ハウジング（３２）の内部の温度を制御するための温度制御装置を有する、特に、モジュール式構造を有するプロセスプラント用である測定モジュール（１０）であって、前記温度制御装置がプレート熱交換器（３４）を有し、前記ハウジング（３２）の少なくとも一部が前記プレート熱交換器（３４）の少なくとも１つのプレート構造（３６）によって、特に、少なくとも１つの熱交換器プレートによって形成される、前記測定モジュール。
2. 前記測定システム（２４）が、配管システム（２６）を介して互いに流体的に接続される複数のシステム構成要素（２８、３０）を有する、請求項１に記載のモジュール。
3. 前記測定システム（２４）の少なくとも１つのシステム構成要素（２８、３０）が、前記ハウジング（３２）の一部を形成する前記プレート熱交換器（３４）の少なくとも１つのプレート構造（３６）と直接固定される、請求項２に記載のモジュール。
4. 前記配管システム（３６）の管の少なくとも一部が、媒体温度制御可能な管として構成され、かつ／または少なくとも１つのシステム構成要素（２８、３０）が媒体温度制御可能である、請求項２または３に記載のモジュール。
5. 前記測定システム（２４）のシステム構成要素（２８、３０）が、以下の構成要素の少なくとも一つ：ポンプ（２８）、フィルター、遮断弁、圧力測定装置、温度測定装置、流量計および安全弁（３０）を有する、請求項２〜４のいずれかに記載のモジュール。
6. 前記測定モジュール（１０）が、プレート熱交換器（３４）のプレート構造（３６）に加えて、ハウジングを形成するための以下のさらなる構成要素：フレーム（１２）、ハウジング部品（３８）および断熱用の構成要素（４０）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモジュール。
7. 前記モジュール（１０）が圧力容器（２０）をさらに有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のモジュール。
8. 前記モジュール（１０）が、電子ユニット（１６）、特にリモートＩ／Ｏコントローラーと呼ばれる電子ユニット（１６）をさらに有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のモジュール。
9. 複数のモジュールを有する化学製品および／または医薬品の製造のためのモジュール構造を有するプロセスプラントであって、前記モジュールの少なくとも１つが、請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定モジュール（１０）として構成される、プロセスプラント。
10. 測定モジュール（１０）内の流体を測定するための測定システム（２４）の温度を制御する方法であって、以下の工程を含む方法：
    ａ）少なくとも部分的にハウジング（３２）に収容される測定システム（２４）を有し、前記ハウジング（３２）の少なくとも一部が、該ハウジング（３２）の内部の温度を制御するプレート熱交換器（３４）の少なくとも１つのプレート構造（３６）によって形成される測定モジュール（１０）の提供；
    ｂ）前記プレート熱交換器（３４）の温度を制御するための温度制御媒体であって、媒体が前記測定システム（１０）を備えた回路内に存在する温度制御媒体の提供；
    ｃ）前記温度制御媒体の加熱／冷却。

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