(57)【要約】      （修正有）【課題】プレート熱交換器における温度測定の可能性を改善する。【解決手段】複数の分割シート２０及び複数のフィン１１、１２を有するプレート熱交換器１の製造方法に関し、フィン１１、１２はそれぞれ、隣接する２枚の分割シート２０の間に配置されており、少なくとも１つの熱電対及び／又は測定抵抗素子４０を有する少なくとも１つの毛管３０が、少なくとも１枚の分割シート２０に導入され、各場合において、複数の分割プレートの分割プレートと複数のフィン１１、１２とが交互に配置され、材料接合で互いに結合される。【選択図】図２
2020112345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分割シート（２０）及び複数のフィン（１１、１２）を有するプレート熱交換器（１）の製造方法であって、フィンは、それぞれ、隣接する２枚の分割シートの間に配置されており、
少なくとも１つの熱電対及び／又は測定抵抗素子（４０）を有する少なくとも１つの毛管（３０）が、前記複数の分割シート（２０）のうちの少なくとも１枚の分割シート（２０）内に導入され（１０３）、
各場合において、分割プレートとフィンとが、交互に配置され（１０４）、材料接合で互いに結合される（１０６）、方法。
【請求項２】
温度値が、前記少なくとも１つの毛管（３０）内の前記少なくとも１つの熱電対及び／又は測定抵抗素子（４０）によって材料接合で結合する際に記録される（１０７）、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分割シート（２０）及び前記フィン（１１、１２）は、ろう付けプロセスによって、特に、真空ろう付けプロセスによって、材料接合で互いに結合される（１０６）、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの毛管（３０）は、前記少なくとも１枚の分割シート（２０）の溝（２３、２４）に導入される（１０３）、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１枚の分割シート（２０）は、互いに隣接する表面を有する第１の部分シート（２１）及び第２の部分シート（２２）から形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記溝（２３、２４）は、前記第１の部分シート（２１）及び第２の部分シート（２２）の前記２つの隣接する表面のうちの少なくとも１つに導入される、請求項４及び５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの毛管（３０）は、前記少なくとも１枚の分割シート（２０）の内部にある第１の部分（３１）では薄い壁（３１）により形成され、かつ／又は前記少なくとも１つの毛管（３０）は、前記少なくとも１枚の分割シート（２０）の外部にある第２の部分（３２）では金属（３２）に封入される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの毛管（３０）は、材料接合での結合が実行されるプロセスチャンバから引き出される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって製造されたプレート熱交換器（１）の運転方法であって、
第１の流体及び第２の流体が前記プレート熱交換器に通され（２０２）、
前記プレート熱交換器（１）の運転中に、前記少なくとも１つの毛管（３０）内の前記少なくとも１つの熱電対及び／又は測定抵抗素子（４０）を用いて温度値が記録される（２０３）、方法。
【請求項１０】
前記プレート熱交換器（１）の運転は、前記プレート熱交換器（１）の運転中に記録された前記温度値に応じて開ループ及び／又は閉ループで制御される（２０４）、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プレート熱交換器（１）の寿命消費及び／又は余寿命が、前記プレート熱交換器（１）の運転中に記録された前記温度値に応じて決定される（２０５）、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プレート熱交換器（１）の運転履歴が、前記プレート熱交換器（１）の運転中に記録された前記温度値に応じて決定される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
複数の分割シート（２０）及び複数のフィン（１１、１２）を有するプレート熱交換器（１）であって、前記複数のフィンのフィンは、それぞれ、前記複数の分割シートのうちの隣接する２枚の分割シートの間に配置されており、少なくとも１つの熱電対及び／又は測定抵抗素子（４０）を有する少なくとも１つの毛管（３０）は、前記複数の分割シートのうちの少なくとも１枚の分割シート（２０）内に配置されている、プレート熱交換器。
【請求項１４】
前記少なくとも１枚の分割シート（２０）は、互いに隣接する表面を有する第１の部分シート（２１）及び第２の部分シート（２２）から形成されており、溝（２３、２４）が、前記第１の部分シート（２１）及び前記第２の部分シート（２２）の前記隣接する２つの表面のうちの少なくとも１つに導入されており、前記少なくとも１つの毛管（３０）は、前記溝（２３、２４）内に配置されている、請求項１３に記載のプレート熱交換器。
【請求項１５】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法によって製造される、請求項１３又は１４に記載のプレート熱交換器。
【請求項１６】
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法によって運転されるように設計され、特に、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計された制御ユニットを有する、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、プレート熱交換器の製造方法、及び複数の分割シート及び複数のフィン（フィンは、それぞれ、隣接する２枚の分割シートの間に配置されている）を有するプレート熱交換器に関する。
【０００２】
プレート熱交換器は、互いに平行に配置された複数の分割シート又はセパレータプレートと、複数のフィンとを有しており、フィンは、隣接する２枚の分割シートごとにその間に配置されているため、隣接するプレート同士の間に媒体が通過できる複数の平行なチャネルが形成される。両側では、フィンは、隣接するプレートにろう付けされた、いわゆるサイドバーによって区切られている。このようにして、複数の平行な熱交換通路が形成されるため、間接熱交換を実行するために、媒体を、例えば、互いに逆方向に通過させるようにすることができる。
【０００３】
示差温度差によって引き起こされる様々に異なる熱膨張の結果としての熱応力が、プレート熱交換器がその周囲に対して漏出する程度まで、熱交換通路同士間の封止の完全性を機械的に劣化させ得る。温度場を分析するために、このようなプレート熱交換器は、例えば、その外皮の表面上に温度測定器を備えることができる。ただし、外皮上の温度は局所的な値をもたらすだけであり、この値を使用して、仮定を立てることによってプレート熱交換器内部の温度を推測することができる。しかしながら、測定は外皮上で行われるため、これらの温度測定値は環境影響によって影響を受ける可能性がある。
【０００４】
国際公開第２０１４／０５６５８７（Ａ１）号は、例えば、温度測定のための光導波路を有するプレート熱交換器について記載している。光導波路は、この場合、プレート熱交換器のフィン又は分割シートのいずれかに設けられた開放溝に配置されている。
【０００５】
プレート熱交換器における温度測定の可能性を改善することが望まれている。
【０００６】
発明の開示
こうした背景に対し、本発明は、独立請求項の特徴を有する、プレート熱交換器の製造方法並びに複数の分割シート及び複数のフィン（フィンは、それぞれ、隣接する２枚の分割シートの間に配置されている）を有するプレート熱交換器を提案するものである。好都合な構成は、従属請求項及び以下の説明の主題である。
【０００７】
プレート熱交換器を製造するための本方法の範囲内において、少なくとも１つの熱電対及び／又は１つの測定抵抗素子を有する少なくとも１つの毛管が、複数の分割シートのうちの少なくとも１枚の分割シートに導入される。複数の分割シートの分割シートと、複数のフィンのフィンとが、それぞれ交互に配置されており、材料接合で互いに結合されている。その結果、フィンは、それぞれ、互いに平行に走る２枚の分割シートの間に配置される。
【０００８】
本発明は、毛管内の少なくとも１つの熱電対及び／又は１つの測定抵抗素子をプレート熱交換器の少なくとも１枚の分割シートに導入し、それを、プレート熱交換器内の温度を監視するために、特にプレート熱交換器の製造中に早くも使用するという認識された考えに基づく。
【０００９】
この関連で、熱電対は、特に、温度を測定するためのいわゆる熱電効果又はゼーベック効果を利用する素子を意味するものとして理解されるべきである。具体的には、熱電対は、例えば溶接接続によって、一端で互いに接続された異なる金属からなる２つの導電体を含む。熱電効果又はゼーベック効果は、導電体に沿った温度勾配による、電圧差又は電位差（いわゆる熱電電圧）の発生を指す。この電圧差又は電位差は、特に導体に沿った温度差に応じて、また特に導電材料ごとに、変化する。結果的に、異なる材料から製造された２つの導体に温度差がある場合、熱電対内に別々の熱電電圧が生成される。熱電対の２つの導体が、その一方の端部で互いに接続されている接続点は、測定対象温度に都合良く曝露され、測定点とも呼ばれる。互いに接続されていない他方の端部（いわゆる比較点）において、２つの導体は、具体的には電圧計に接続されている。測定点における温度は、これらの端部又はこの比較点において確認可能な電圧差から推測することができる。
【００１０】
択一的に（しかし原則としては、追加的に）、毛管内の少なくとも１つの測定抵抗素子を、プレート熱交換器の少なくとも１枚の分割シートに導入し、プレート熱交換器内の温度を、特に既にその製造中に監視するために使用することができる。測定抵抗素子は、それ自体が公知であり、温度依存抵抗器又は抵抗温度計とも呼ばれる。これらは、温度を測定するために導電体の電気抵抗の温度依存性を使用する電気部品である。純金属、具体的には、耐食性白金が、一般に導電体として使用される。また、ここでの利点は、温度と抵抗との間の実質的に線形の関係である。適切な構成の白金抵抗温度計は、最大１０００℃まで使用することができる。Ｐｔ１００又はＰｔ１０００などの既知の標準化された白金測定抵抗器が存在し、この場合、０℃での公称抵抗Ｒ０は、それぞれ、１００オーム及び１キロオームである。抵抗測定では、最も単純な場合、一定の測定電流が流れる測定抵抗器の電圧降下が測定され、通常はこのために、２導体回路においてホイートストンブリッジが使用される。センサまでの長い導線が測定値に及ぼす影響を避けるために、３導体又は４導体の回路が知られている。このようにして、特に接続ケーブルに使用される材料に依存せずに、はるかに高い精度を達成することができるが、同時にそれに対応するより大きな空間要件が存在する。
【００１１】
熱電対及び測定抵抗素子は、高い耐熱性を有し、高温であっても正確な測定値を記録することを可能にする。したがって、熱電対及び測定抵抗素子は、材料結合の間に生じる高温に耐え、同時に、温度値又は測定された温度値を正確に記録することを可能にするため、熱電対及び測定抵抗素子は、既にプレート熱交換器の製造プロセス中に使用するのに特に適している。具体的には、熱電対及び測定抵抗素子は、従来の光導波路よりもはるかに耐熱性がある。したがって、従来の光導波路は、通常、プレート熱交換器の製造プロセス中に使用することができないが、これは、それによって生じる高温に光導波路が耐えることができないためである。このような高温に曝露することができる高温耐熱性光導波路を使用することもあり得るが、このような高温耐熱性光導波路は、非常にコストがかかる。これとは対照的に、熱電対又は測定抵抗素子を用いると、運転中だけでなくプレート熱交換器の製造プロセス中も、はるかに好ましい方法で温度記録又は温度監視を可能にすることができる。
【００１２】
具体的には、複数の熱電対又は測定抵抗素子が、毛管ごとに配置される。このようにして形成された毛管は、以下では「熱電対プロファイルバー」と呼ばれる、又は「測定抵抗素子プロファイルバー」と呼ばれる。これらの毛管内の熱電対又は測定抵抗素子は、互いに好適な距離で都合良く配置されており、これは、プロファイルバーに沿った対応する点において、すなわち、毛管の長手方向の範囲に沿って、プレート熱交換器内の温度を効果的に記録することができるようにするため、具体的には、温度差若しくは温度分布又は温度場を記録することができるようにするためである。更に、そのような毛管は、具体的には、分割シートのうちの少なくとも１０％、好ましくは、分割シートのうちの少なくとも２０％、２５％、３０％、４０％、又は少なくとも５０％に配置される。特に、毛管を有する分割シートは、プレート熱交換器内の温度を効果的に記録するために、更に特に温度差若しくは温度分布又は温度場を記録することができるように、互いに好適な距離で配置される。特に、このようにして、小さな設置空間内のプレート熱交換器内の温度プロファイルを記録することが可能となり得る。
【００１３】
毛管内の熱電対又は測定抵抗素子の具体的な種類は、特に、これらの種類の具体的な特性に従って、また更に、特に、それぞれのプレート熱交換器の条件に応じて、選択することができる。熱電対の種類とは、それぞれの熱電対に使用される２つの導体の材料の組み合わせを都合良く説明したものである。例えば、本方法の範囲内では、Ｋ型の熱電対（一方の導体がＮｉＣｒかつ他方の導体がＮｉ）及び／又はＪ型の熱電対（Ｆｅからなる導体及びＣｕＮｉからなる導体を有する）及び／又はＬ型の熱電対（Ｆｅからなる導体及びＣｕＮｉからなる導体を有する）を使用することができる。測定抵抗素子は、好ましくは、Ｐｔ１００又はＰｔ１０００測定抵抗器であり、精度要件及び空間制限に従って使用される２導体回路、３導体回路、又は４導体回路を有する。
【００１４】
好ましくは、温度値は、プレート熱交換器の製造における材料結合の間に、少なくとも１つの毛管の少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を用いて記録され、材料結合は、記録された温度値に基づいて、又は記録された温度値に応じて、監視される。その優れた耐熱性により、少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を用いて、プレート熱交換器内の温度は、その製造プロセス中、又は分割シートとフィンとの材料結合の間に、正確に記録され、監視され得る。光導波路とは対照的に、プレート熱交換器の製造プロセス中でも、熱電対又は測定抵抗素子を用いて、温度記録及び温度監視を簡単に行うことが可能になる。具体的には、材料結合のプロセスは、記録された温度値に応じて、開ループ及び／又は閉ループで実行又は制御することができる。例えば、所望の結合強度を達成するために結合プロセスの過程で分割シート又はフィンが、十分に高いレベルまで加熱されているかどうか、かつ／又は結合プロセス中に結合の耐久性若しくは強度を悪化させる可能性がある温度勾配が発生するかどうかを記録温度値に応じて監視し得る。
【００１５】
分割シート及びフィンは、ろう付けプロセスによって、好ましくは真空ろう付けプロセスによって、材料接合で互いに結合されるのが都合が良い。例えば、この目的のために、分割シートの表面にろう付けを適用することができ、その後、分割シート及びフィンを、互いに交互に重ねて積層することができ、サイドバーが側部を閉鎖するように配置される。その後、プレート熱交換器又はその中央本体は、炉内で加熱することによってろう付けされる。このようなろう付けでは、加熱又は冷却の間に、プレート熱交換器内で不均一な温度分布が生成され得る。熱膨張の違い及び結果として生じる変形の差により、フィンと分割シートとが、緩く結合されている又はまだ十分にしっかりと結合されていないことから、プレート熱交換器内に隙間が形成され得る。したがって、特に好ましくは、温度値は、少なくとも１つの毛管内の少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を用いてろう付けプロセス中に記録され、ろう付けは、記録された温度値に基づいて監視され、また、好ましくは記録された温度値に応じて、開ループ又は閉ループで制御される。したがって、熱電対又は測定抵抗素子を用いて温度値を簡単かつ正確に記録することにより、プレート熱交換器内の温度分布、また特に温度場又は温度差をろう付け中に決定し、監視することが可能になる。具体的には、この方法では、熱膨張の違いによりプレート熱交換器内に隙間が形成されることを監視及び防止することができる。
【００１６】
好都合には、少なくとも１つの毛管が、少なくとも１枚の分割シートの溝に導入される。この溝は、具体的には、毛管が分割シートの材料によって都合良く完全に包囲又は被覆されるように、分割シートの内部に設けられ得る。具体的には、溝は、例えば、プレート熱交換器の製造プロセスの過程で、例えばミリングによって、少なくとも１枚の分割シートに導入され得る。その後、毛管が、形成された溝に都合良く導入され得る。同様に、相応の製造業者から少なくとも１枚の分割シートが得られたときに、このシートが対応する溝を既に有しており、製造プロセスの過程で溝に導入されるのは毛管だけであることも考えられる。
【００１７】
好ましくは、少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を有する毛管を有する少なくとも１枚の分割シートは、互いに隣接する表面を有する第１の部分シート及び第２の部分シートから形成される。他の分割シート、すなわち、プレート熱交換器の製造において別の場所で使用されるような分割シートは、ここでは特に部分シートとして使用され得る。その後、１枚ではなく２枚の分割シートが使用され、毛管がそこに配置される。
【００１８】
具体的には、溝は、好ましくは、第１及び第２の部分シートの互いに対向する２つの隣接する表面のうちの少なくとも１つに導入される。溝は、例えば、ミリングによって形成され得る。溝は、１枚の部分シートのみに導入される、又は具体的には、互いに隣接する部分シートの両表面内に均等な部分（２つの「半溝」）で導入される、のいずれかである。
【００１９】
具体的には、この場合、毛管は、第１の部分シート及び第２の部分シートの材料によって完全に包囲又は被覆されるように、溝に導入される。上述の説明と同様に、溝は、特にプレート熱交換器の製造プロセスの過程で、例えばミリングにより部分シートに導入されることができる、又は、好都合には、予め溝を備えた部分シートを得ることもできる。この場合、部分シートは、一方で、毛管が導入されていない分割シートとは異なることもあり、例えば、これらの分割シートの厚さの半分でしかないことがある。特に好ましくは、毛管が挿入されていない、プレート熱交換器の分割シートうちの１枚が、第１及び第２の分割シートとして使用されることが考えられる。プレート熱交換器の製造プロセスの過程で、半溝は、この場合、具体的には、例えばミリングによって、２枚のこのような分割シートに導入され得る。分割シートの対応する表面を互いに重ねて配置すると、このようにして形成された完成した溝に、対応する毛管を導入することができ、次いで、それらの２枚の分割シートを、例えばろう付け又は溶接によって材料接合で互いに結合することができる。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つの毛管は、少なくとも１枚の分割シートの外部では、金属に封入されている、金属カプセルとして形成されている、又は適した金属に包み込まれている。具体的には、毛管は、結果的に、分割シート内部の第１のサブ領域又は部分と、分割シートの外部の第２のサブ領域又は部分とを有する。代替的に又は追加的に、少なくとも１つの毛管は、少なくとも１枚の分割シート内部では、好ましくは薄い壁で形成されている。したがって、特にその第１のサブ領域において、毛管は金属に封入されていない。
【００２１】
好ましくは、少なくとも１つの毛管は、材料結合が実行されるプロセスチャンバから引き出されており、具体的には、ろう付けのための（真空）炉から引き出されている。具体的には、分割シート外部の上記第２のサブ領域における金属封入により、結合プロセス中に蒸気放出がプロセスチャンバ又は炉空間内に排出されることを防止することができる。
【００２２】
プレート熱交換器の製造プロセスは、プレート熱交換器を運転させる前に更なる都合の良い工程を含み得ることは言うまでもなく、例えば、フィンは、隣接する分割シートに例えばろう付けによって材料接合で結合されるいわゆるサイドバーによって、両側が区切られ得る。複数の平行な熱交換通路がこのようにして都合良く製造され、これらの熱交換通路を、プレート熱交換器の通常運転中に２つの流体又は媒体が、間接熱交換のために通過することができる。特に好都合には、少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を有する少なくとも１つの毛管が、製造プロセスの後期の過程で、又は製造プロセスが完全に実行された後でも、少なくとも１枚の分割シートから取り外されない。したがって、少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を有する少なくとも１つの毛管は、製造プロセス後であってもプレート熱交換器内に留まり、プレート熱交換器の通常運転中に好都合に使用することができる。
【００２３】
少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を有する毛管が、ろう付けプロセス中に溝内に配置されている場合、ろう付けプロセス中にこの毛管は、ろう付けによって囲まれ、その後（例えば、補修などの場合に）取り外すことができなくなる。これを回避するためには、例えばステンレス鋼からなる又はアルミニウムよりもはるかに高い融点を有するいくつかの他の材料からなる、より大きな毛管を溝内に配置しなければならないであろう。このより大きい毛管の内部空間は、ろう付けなしのままであるため、測定素子を有する温度測定装置を挿入して再び取り外すことができる。ろう付けプロセス中に温度測定装置がプレート熱交換器内にあることを意図しない場合にも、同じ手順が必要となる。空の溝がある場合には、ろう付けで充填される。この場合も、結果的に、ろう付けにはより大きな毛管の作成を含める必要があり、それにより温度測定装置のための自由な空間が保たれることになる。必要な断面積を確保するために、可能な限り最小の壁厚（例えば、０．２ｍｍ）の熱的に安定なステンレス鋼管を使用してもよい。
【００２４】
本発明の特に好ましい実施形態は、本発明による上記方法の好ましい実施形態に従って製造されたプレート熱交換器の運転方法に関する。この運転の過程で、第１の流体及び第２の流体が、プレート熱交換器を通過し、具体的には、サイドバーによって両側が区切られている、相互結合されたフィン及び分割シートによって形成された熱交換通路を通過する。好都合には、これらの２つの流体は、互いに逆方向に通過するようにされており、特に、間接熱交換を行うことができる。プレート熱交換器のこの運転中、特に有利な温度値は、少なくとも１つの毛管内の少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を用いて記録される。このようにして、フィン及び分割シートの材料結合プロセス中に、更には、プレート熱交換器の通常の運転中に、少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子の形態の同様の温度測定装置を用いて、すなわち、具体的には、上記に定義した熱電対又は測定抵抗素子プロファイルバーのうちの１つ以上を使用して、温度記録を実行することが可能になる。結果的に、材料結合プロセス（好ましくは、ろう付け又は真空ろう付け）を監視するために製造プロセスの過程で使用される熱電対又は測定抵抗素子は、温度値を記録するために、具体的には、プレート熱交換器内の温度差、若しくは温度分布又は温度場を決定するために、プレート熱交換器の通常運転でも引き続き使用継続することができる。具体的には、結果的に、通常運転のための追加の温度測定装置を提供する必要がなく、コスト及び労力を節約することができる。
【００２５】
好ましい実施形態によれば、プレート熱交換器の運転は、プレート熱交換器の運転中に記録された温度値に応じて開ループ及び／又は閉ループで制御される。具体的には、現在記録されている温度値を使用して、プレート熱交換器の効果的で可能な限り最良な運転を可能にすることができる。更に、記録された温度値は、特に、プレート熱交換器の運転又は運転モードの最適化を実行するために使用され、好都合には、プレート熱交換器の余寿命を延長することも可能である。
【００２６】
好都合には、プレート熱交換器の寿命消費及び／又は余寿命は、プレート熱交換器の運転中に記録された温度値に応じて決定される。この目的のために、現在記録されている温度値は、評価され、この場合には、例えば、保存データ又は以前に記録された温度値と比較されることができ、かつ／又は、例えば、プレート熱交換器の理論モデル又はシミュレーションのための入力データとして使用されることができる。プレート熱交換器内に配置された熱電対又は測定抵抗素子によって、プレート熱交換器の内部の温度値を記録することができるため、寿命を特に効果的かつ簡単に監視することができる。具体的には、温度値を使用してプレート熱交換器内での熱応力又は機械的応力を得ることができ、それに応じて、プレート熱交換器の寿命消費及び／又は余寿命を都合良く決定することができる。更に、現在記録されている温度値は、後で記録される温度値との比較に使用され、結果的に、寿命消費及び／又は余寿命の将来的判定に使用されるために、都合良く保管されることもでき、例えば制御ユニットに保存される。
【００２７】
好ましくは、プレート熱交換器の運転履歴が、プレート熱交換器の運転中に記録された温度値に応じて決定される。この文脈において、運転履歴は、プレート熱交換器の寿命消費又は余寿命に影響を及ぼすプレート熱交換器の特定のプロセス、プロセスの変化、又は状況の変化を意味するものとして理解されるべきである。具体的には、プレート熱交換器の運転履歴は、実施される負荷変化に関し、すなわち、特に、プレート熱交換器で生じる機械的応力が過程において変化するプロセスに関する。具体的には、プレート熱交換器の運転中に運転履歴として記録された温度値に応じて、実施する負荷変化の数及び／又は個々の負荷変化が実施される速度が決定される。
【００２８】
本発明によるプレート熱交換器は、複数の分割シート及び複数のフィンを有し、複数のフィンのフィンは、それぞれ、複数の分割シートの隣接する２枚の分割シートの間に配置されており、少なくとも１つの熱電対及び／又は測定抵抗素子を有する少なくとも１つの毛管が、分割シートのうちの少なくとも１枚に導入されている。本発明による方法及び本発明によるプレート熱交換器の利点及び好ましい構成は、本明細書から同様に明らかである。
【００２９】
本発明によるプレート熱交換器の場合、少なくとも１枚の分割シートが、好ましくは、互いに隣接する表面を有する第１の部分シート及び第２の部分シートから形成され、溝が、第１の部分シート及び第２の部分シートの２つの隣接する表面のうちの少なくとも１つに導入され、少なくとも１つの毛管が溝内に配置される。
【００３０】
本発明によるプレート熱交換器は、具体的には、本発明による方法の好ましい実施形態に従って製造される。
【００３１】
更に、プレート熱交換器は、好ましくは、上述した本発明による方法の好ましい実施形態に従って運転されるように設計される。具体的には、制御ユニットが、例えば、本発明による方法の好ましい実施形態を、特にプログラミングに関して実行するように設計された、蓄積プログラム制御器（ＳＰＣ）の形態で、この目的のために提供されてもよい。具体的には、この制御ユニットは、特に、開ループ及び／又は閉ループでプレート熱交換器を相応に制御するため、及び／又は寿命消費若しくは余寿命を決定するため、及び／又は運転履歴を決定するために、少なくとも１つの毛管の少なくとも１つの熱電対若しくは測定抵抗素子を用いて、プレート熱交換器の運転中に記録された温度値を受け取り、都合良く保存及び／又は評価することができる。
【００３２】
本発明の更なる利点及び構成は、明細書及び添付の図面から明らかになるであろう。
【００３３】
本発明の更なる可能な構成はまた、明示的に指定されていない例示的な実施形態に関して、上記又は下記で説明される特徴の組み合わせを含む。この場合、当業者であれば、本明細書に記載された個別の態様もまた、本発明によるプレート熱交換器又は本発明による方法のそれぞれの基本的な実施形態に対する改善又は追加として、追加するであろう。
【００３４】
本発明は、例示的な実施形態に基づいて図面に概略的に示され、図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】本発明による方法の好ましい実施形態に従って製造され、運転されることができる、入口取付具及び出口取付具の取り付け前（図１Ａ）及び取り付け後（図１Ｂ）の本発明によるプレート熱交換器の好ましい構成を概略的かつ斜視的に示す。
【図１Ｂ】本発明による方法の好ましい実施形態に従って製造され、運転されることができる、入口取付具及び出口取付具の取り付け後の本発明によるプレート熱交換器の好ましい構成を概略的かつ斜視的に示す。
【図２】本発明によるプレート熱交換器の好ましい構成の詳細を概略的に示す。
【図３】本発明による方法の好ましい実施形態をブロック図として概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１では、本発明によるプレート熱交換器の好ましい構成が、概略的かつ斜視的に図示されており、１で示されている。
【００３７】
図１Ａによるプレート熱交換器１は、例えば数メートルの長さと、例えば約１メートル又は数メートルの幅及び高さとを有する立方状中央本体８を有する。中央本体８は、本質的に、分割シート２０とフィン１１、１２とを交互に配置したものである。したがって、プレート熱交換器１の中央本体８は、複数の分割シート及び複数のフィンを有し、フィンは、それぞれ、隣接する２枚の分割シートの間に配置されている。分割シート及びフィンの両方は、例えばアルミニウムから製造することができる。それら側面では、同様にアルミニウムから製造され得るサイドバー４によってフィン１１、１２が閉じられているため、分割シート２０との積層構造の結果として、側壁が形成されている。フィン及び分割シートに平行に存在し、一般に、同様にアルミニウムからなるカバー５（外側シート）によって、中央本体８の外側フィン（ここでは、１１）が閉じられている。
【００３８】
プレート熱交換器１を製造するために、一般的にろうが被せられた分割シート２０、サイドバー４、及びフィン（ここではフィン１１及び１２のみが示されている）が、互いに重ねて積層され、本明細書において図示される中央本体８を形成し、次いで、これが、ろう付け炉内において真空下でろう付けされる。その後、図１Ｂに示されるように、熱交換流体を出入りさせるために必要な入口取付具６及び出口取付具６ａが装着される。
【００３９】
図１Ｂでは、取付具６及び６ａは、中央本体８の上面、中央本体８の側面、及び下面に見ることができる。中央本体８の下にあり、示されている側とは反対の側に位置する取付具６及び６ａは、部分的に隠れている。
【００４０】
流体又はプロセスフローは、プレート熱交換器１に供給され、ノズル７を通って再び除去されることができる。取付具６及び６ａは、ノズル７を通って導入された流体を分配し、プレート熱交換器１から除去対象流体を回収して濃縮する役割を果たし、この分配及び回収は、分配フィン３（図１Ａを参照）を経由して熱交換器フィン１１、１２に対して行われる。そして、プレート熱交換器１内では、流体の様々な流れにより熱エネルギーが交換される。
【００４１】
図１に示されるプレート熱交換器１は、熱交換のために流体の流れを別々の通路で互いに通過させるように設計されている。それらの流れのうちのいくつかは、互いに逆方向に通過するようにでき、その他の流れは、交差方向に又は同時に通過するようにできる。
【００４２】
プレート熱交換器１の詳細を概略的かつ斜視的に示す図２を参照して以下に説明されるように、少なくとも１つの熱電対又は測定抵抗素子を有する少なくとも１つの毛管が、複数の分割シートのうちの少なくとも１枚の分割シート２０に導入されている。
【００４３】
図２に見られるように、フィン１１及び１２は、分割シート２０と並んで配置されている。フィン１１及び１２は、ここで図示された細部の下面にフィン１１、１２が辿る経路が示されているという点で、非常に概略的に示されているだけである。フィン１１及び１２によって形成されるチャネルは、以下に説明する部分３１と平行に延びている。分割シート２０は、溝２３又は溝２４がそれぞれ導入された２枚の部分シート２１及び２２を備える。これらの（半）溝２３及び２４では、特に、毛管３０が第１の部分シート２１及び第２の部分シート２２の材料によって完全に包囲又は被覆されるように、毛管３０が分割シート２０に導入されている。毛管が挿入される部分シート２１、２２のうちの１つのみに、溝を１つだけ導入することも可能である。従来の分割シート又はセパレータプレートを、例えば、部分シート２１、２２として使用してもよい。具体的には、毛管３０は、この場合、分割シート２０内部の第１の部分３１と、分割シート２０外部の第２の部分３２とを有する。分割シート２０内部の第１の部分３１では、毛管３０内に、相互に間隔が空いた複数の熱電対又は測定抵抗器素子４０（「熱電対又は測定抵抗素子プロファイルバー」）が配置されており、これを用いて、プレート熱交換器１内の毛管３０の長手方向に沿って温度値を記録することができる。毛管３０は、特に、第１の部分３１では薄い壁を有するように設計され、又は薄いステンレス鋼管として設計され、第２の部分３２では、金属に封入されている、すなわち、金属によって包み込まれている、又はより厚い管として形成されている。
【００４４】
分割シート２０の外側では、毛管３０は、転送ポイント５０に引き入れられており、この転送ポイント５０は、ケーブル布線５１によって、例えば制御ユニットなどの演算ユニット６０に接続され得る。具体的には、演算ユニット６０は、熱電対又は測定抵抗素子４０によって記録された温度値を受信及び評価し、その結果データをそこから、例えば送信器を用いて、更なる処理のためにクラウドに送信することができる。転送ポイント５０は、例えば、プレート熱交換器１が位置するプロセスチャンバと外部との間のインターフェースの形態をとることができるため、具体的には、演算ユニット６０は、プロセスチャンバ内に配置される必要はない。例えば、このプロセスチャンバは、プレート熱交換器１の製造プロセス中の炉若しくはろう付け炉、又はプレート熱交換器１の通常運転中のコールドボックスであり得る。
【００４５】
測定素子が熱電対である場合には、ケーブル布線は、領域３２におけるのと同じ材料で領域５１において最適に継続されなければならない。そうでなければ、ユニット６０は、転送ポイント５０での温度もまた測定され、熱電電圧がそれに応じて補正されない限り、熱電電圧を正しく測定することができない。測定抵抗素子を使用する場合には、そのようなライン接続の問題を回避することができる。
【００４６】
本発明による方法の好ましい実施形態がブロック図として概略的に示されている図３を参照して以下に説明するように、プレート熱交換器１は、具体的には、本発明による方法の好ましい実施形態に従って製造及び運転される。
【００４７】
この場合、プレート熱交換器１の製造工程が１００で示されている。製造工程１００は、まず、工程１０１において、複数の分割シート及び複数のフィンが設けられる。
【００４８】
分割シートは、例えば、図２に示す部分シート２１及び２２に相当するが、いずれの場合にも溝を有していない。工程１０２では、図２に示されるような部分シート２１及び２２を得るために、分割シートの一部に溝がミリングされる。例えば、溝は、複数の分割シートのうちの２５％に導入されてもよい。
【００４９】
工程１０３では、図２に示すように毛管３０を有する分割シート２０を各場合において得るために、工程１０２で溝が設けられた２枚のシート２１、２２の間に各場合において毛管３０が導入される。したがって、この例では、毛管３０を有する分割シート２０は、毛管を有さない分割シートの２倍の厚さがあるが、これは、毛管３０を有する分割シート２０が、それぞれ、毛管を有さない２枚のこのような分割シートから作製されるためである。
【００５０】
工程１０４では、例えば炉などのプロセスチャンバ内で分割シートの表面にろう付けが適用され、その後、分割シートとフィンとが、交互に重ねられ積層される。例えば、この場合、４枚に１枚の分割シートが、毛管３０を有する分割シート２０であり得るため、ここでは互いに隣接する分割シート（部分シート）が、ろう付けによって結合されなければならない。積層後、工程１０５では、個々の毛管３０は、それぞれ、転送ポイントを介して演算ユニットに接続され、工程１０６では、分割シートとフィンとが、炉内においてろう付けによる材料接合で互いに結合される。
【００５１】
ろう付けの間、工程１０７では、プレート熱交換器内の温度値が、毛管３０内の熱電対又は測定抵抗素子４０を用いて記録され、演算ユニットに伝達される。工程１０８では、記録された温度値に基づいて、又はそれに応じて、更なるろう付けプロセスが監視される。具体的には、この場合、プレート熱交換器内の温度分布が都合良く監視されるが、これは、ろう付け作業中の熱膨張の違い及び結果として生じる変形の差により、分割シートとフィンとが緩く結合されている又はまだ十分にしっかりと結合されていないことから、プレート熱交換器内に隙間が形成されることを防止するためである。
【００５２】
フィン及び分割シート又は部分シートが互いにうまく結合されている場合には、工程１０９で、取付具６、６ａ、ノズル７、及びカバーが、プレート熱交換器１に取り付けられる。プレート熱交換器１が正常に製造された場合には、工程１１０で、毛管３０を演算ユニット６０から分離させることができる。
【００５３】
製造プロセスがうまく実施された後でも、以下に説明するように、毛管３０がプレート熱交換器１内に残留し、通常運転中の温度値を記録するために熱電対又は測定抵抗素子４０を使用することも可能である。
【００５４】
プレート熱交換器１の通常運転は、図３では２００によって示される。ステップ２０１では、毛管３０は、演算ユニット、例えば制御ユニットに、再び接続される。工程２０２では、間接熱交換を行うために、２つの流体が、プレート熱交換器１を通って逆方向に通過するようにされる。
【００５５】
工程２０３では、プレート熱交換器のこの運転中に、温度値が、毛管３０内の熱電対又は測定抵抗素子４０を用いて記録される。工程２０４では、プレート熱交換器１の運転は、これらの記録された温度値に応じて開ループ又は閉ループで制御される。具体的には、この場合、プレート熱交換器１の余寿命を長くすることができるように、運転の最適化を行うことができる。
【００５６】
また、工程２０５では、記録された温度値に応じて、プレート熱交換器１の寿命消費又は余寿命が決定される。例えば、温度値を使用して、プレート熱交換器１内の熱応力又は機械的応力を決定することができ、その応力に応じてプレート熱交換器１の寿命消費及び余寿命を決定することができる。
【００５７】
工程２０６では、記録された温度値が、後で記録された温度値との比較に利用できるように、演算ユニットに都合良く保管される。
【００５８】
したがって、本発明によれば、プレート熱交換器１の製造プロセスの過程で、フィンと分割シートとのろう付けの間に、及びプレート熱交換器１の通常運転の過程でも、毛管３０内の熱電対又は測定抵抗素子４０の形態の同様の温度測定装置を用いて、温度記録を実行することが可能となる。ろう付けを監視するために製造プロセスの過程で使用される熱電対又は測定抵抗素子４０もまた、通常運転において継続して使用されることができる。
【００５９】
符号の説明
１      プレート熱交換器
３      分配フィン
４      サイドバー
５      カバー
６      取付具
６ａ    取付具
７      ノズル
８      中央本体
１１    フィン
１２    フィン
２０    分割シート
２１    部分シート
２２    部分シート
２３    溝
２４    溝
３０    毛管
３１    毛管の第１の部分
３２    毛管の第２の部分
４０    熱電対又は測定抵抗素子
５０    転送ポイント
５１    ライン
６０    演算ユニット
１００          製造工程
１０１〜１１０  方法工程
２００          通常運転
２０１〜２０６  方法工程
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
2020112345.tif 000006
【外国語明細書】
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2020112345000002.pdf
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