(57)【要約】  構成部材（４、５、６）、特に、エッチングプレート又はコルゲーション（４）、セパレータシート（５）及び柵部（６）の積層体、又は２つのタイプの積層体の組み合わせを含む、熱交換器（１）のための金属母材（２）であり、前記構成部材（４、５、６）が、ろう付け材料（３）によって互いに対して固定され、それによって、母材を機械的に一体化し、母材が、母材内に流体循環経路（１０）を含み、各流体循環経路（１０）が、径方向に前記流体を完全に収容するように設けられた内壁を有する、金属母材（２）であって、各内壁が、耐食コーティング（７）で完全に被覆されたことを特徴とする金属母材（２）。炭素鋼又はステンレス鋼を基にした熱交換機に適用されるのが好ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部での腐食性流体の循環に適した、熱交換器（１）のためのろう付けされた金属製の母材（２）を製造するための方法であって、前記母材（２）が、構成部材（４、５、６）、特に、エッチングプレート若しくはコルゲーション（４）、セパレータシート（５）及び柵部（６）の積層体、又は２つのタイプの積層体の組み合わせを含み、前記構成部材（４、５、６）の複数が、前記腐食性流体を運ぶためのチャネル（８）を画定し、
以下の連続する工程：
ａ）前記母材（２）の前記構成部材（４、５、６）を提供する工程と、
ｂ）前記構成部材の間を機械的に接続するように意図された前記構成部材の領域（９）上に、ろう付け材料（３）の層を堆積する工程と、
ｃ）前記チャネル（８）と、好ましくは前記柵部（６）とを、耐食層で被覆する工程と、
ｄ）前記構成部材を積層して、前記母材（２）を形成する工程と、
ｅ）積層した前記母材（２）をろう付け炉中に設置する工程と、
ｆ）前記母材（２）に熱サイクルを受けさせ、単一作業で、前記母材（２）をろう付けし、流体経路（１０）を耐食コーティング（７）で被覆する工程と
を含む、方法。
【請求項２】
前記ろう付け材料（３）の層及び前記耐食層が同一の製品で作られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ろう付け材料（３）の層及び前記耐食層が、溶融温度の差が５０℃以下である２つの異なる製品で作られる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記耐食層が、液体溶媒と、湿潤剤と、金属合金粉末、特に、ニッケル及びクロムをベースとした合金粉末とを含む懸濁液である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
構成部材（４、５、６）、特に、エッチングプレート若しくはコルゲーション（４）、セパレータシート（５）及び柵部（６）の積層体、又は２つのタイプの積層体の組み合わせを含む、熱交換器（１）のための金属製の母材（２）であり、
前記構成部材（４、５、６）が、ろう付け材料（３）の層によって互いに対して保持され、それによって、前記母材を機械的に一体化し、
内部に流体循環経路（１０）を含み、各流体循環経路（１０）が、径方向に流体を完全に収容するように設けられた内壁（１１）を有する母材（２）であって、
各内壁（１１）が、耐食コーティング（７）で完全に被覆されたことを特徴とする、母材（２）。
【請求項６】
前記流体循環経路（１０）の全ての各内壁（１１）が、前記耐食コーティング（７）で完全に被覆された、請求項５に記載の母材（２）。
【請求項７】
前記耐食コーティング（７）が、前記ろう付け材料（３）と同一の材料、特に、ニッケル及びクロムをベースとした合金、好ましくは、ニッケル、クロム、ホウ素及びケイ素（ＮｉＣｒＢＳｉ）の合金で作られた、請求項５又は６に記載の母材（２）。
【請求項８】
前記ろう付け材料（３）が第１合金で作られ、前記耐食コーティング（７）が、前記第１合金と異なり、前記第１合金の溶融温度と５０℃を超えて異ならない溶融温度を有する第２合金で作られた、請求項５又は６に記載の母材（２）。
【請求項９】
前記第２合金が、前記第１合金と同一の群の合金、特に、ニッケル及びクロムをベースとした合金の群に属し、前記第２合金が、好ましくは、ニッケル、クロム及びケイ素（ＮｉＣｒＳｉ）の合金、又はニッケル、クロム、ケイ素及びリン（ＮｉＣｒＳｉＰ）の合金である、請求項８に記載の母材（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部材、特に、エッチングプレート若しくはコルゲーション、セパレータシート及び柵部の積層体、又は２つのタイプの積層体の組み合わせを含む、金属製の熱交換器の母材に関し、前記構成部材は、ろう付け材料の層により互いに対して保持され、それによって、母材を機械的に一体化し、母材は、内部に流体循環経路を含み、各流体循環経路は、径方向に前記流体を完全に収容するように設けられた内壁を有する。
【０００２】
そのような母材は公知であり、１つの例が図１に示される。
【０００３】
エッチングプレートを含む熱交換器は、１つの面上にエッチングが事前に行われたプレートの積層体により得られた母材を有する。このエッチングにより、流体が流れる経路が画定される。プレートの非エッチング面は、ろう付けコーティングでコーティングされ、それにより、ろう付け炉中で、単一作業でろう付けによって組み立てて、母材を得ることが可能となる。
【０００４】
図１は、コルゲーション４、柵部６及びセパレータシート５を含む熱交換器１の母材２の例を示す。それは、「コルゲーションマット」とも称されるコルゲーション４と、柵部６と、セパレータシート５との組の積層体で作られる。セパレータシート５は、クロスハッチングで示されるろう付け材料３の層で、各面９上にコーティングされる。したがって、セパレータシート５の面９は、母材２の構成部材間で機械的接続を提供するために設けられた領域９としてみなすことができる。シート５は、それらの外周上に長方形の柵部６を有するコルゲーションマットにより離間して積層されて、母材を形成する。
【０００５】
図２に関連して、セパレータシート５間の間隔Ｅは、流体が循環する経路１０を構成する。各流体循環経路１０は、経路１０を画定し、経路１０の内側に前記流体を収容するように設けられた内壁１１を有する。内壁１１は、経路１０の内部の外周全体を被覆し、好ましくは柵部の内面をまた被覆する。
【０００６】
この積層体は、次に、ろう付け炉中で、単一作業で組み立てられ、母材を得る。
【０００７】
母材は、一般的に、エッチングプレート又はセパレータシート５よりも厚い厚さを持つ、第１プレート及び最終プレートを含む。
【０００８】
流体供給ヘッドは、交換器を形成するために母材に加えられる。母材と供給ヘッド間の中間接続部品を使用することができる。
【０００９】
交換器１における経路１０の数及び設計は、その装置によって達成しなければならない性能レベルに適する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この設備を製造するために使用される材料の選択は、機械的一体性及び耐久性を考慮して決定される。腐食環境にさらされる設備については、材料溶液をその環境に適応させることが必要になり、それは、ほとんどの場合、コストのかかる材料の使用を要求し、その材料の構成は、セパレータシート、柵部及びコルゲーション又はエッチングプレートを含む交換器を製造するために、常に適応するとは限らない。それらが腐食から保護される場合に、所望の構成又は形状において容易に適用可能である低コストの材料の使用を考えることができるにすぎない。さらに、腐食から設備を保護することで、その分野での使用を延ばし、より良好な寿命を保証することが可能となる。
【００１１】
そのような設備のために、後のろう付け耐食処理を考えることができるが、これは、セパレータシート間に位置するコルゲーションマットにより形成されたネットワークの屈曲及びろう付け構造の接近不可能性のため難しい。特に、この設備が高温で作業する場合は、幾つかの技術が、潜在的に、このタイプの保護をもたらすことを可能とする。この設備の作業温度が、これらのコーティングの耐食性が無効になる温度の２００℃を超えない場合に、自己触媒型の電解析出を考慮することができるにすぎない。化学処理（浸透拡散処理）は、電気化学的方法に代替することができるが、耐食コーティングの構築への、前駆体要素の母材の構造における導入及び分配を習得することを除き、それは、一般的に高温で行われる追加の熱処理を要求する。熱処理が、ろう付け合金の溶融温度に近い温度で行われる場合、その熱処理により、特に、ろう付け材料の早期劣化が始まることで、組立体の冶金の質を悪化させることがある。さらに、このタイプの構造での後のろう付け耐食コーティングの使用により、こうして得られたコーティングの質を構成することが可能とならない。
【００１２】
エッチングプレート又はコルゲーションマット、セパレータシート及び柵部をろう付けする前に耐食処理を行うことは、それが後のろう付け作業に悪影響を与えない場合に、考えることができるにすぎない。反対に、耐食コーティングの質は、ろう付け作業の間に悪化してはならない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明により、これらの欠点を埋め合わせることが可能となる。特に、本発明の１つの目的は、特に高温で、例えば２００℃超で、１つ又は複数の腐食性流体が移動する用途において、母材の良好な耐食性を保証する、熱交換器の母材及び関連する製造方法を提案することである。本発明に係る母材はまた、塩水、例えば、海水を含む熱交換で使用することができなければならない。
【００１４】
上記の目的は、各内壁が、耐食コーティングで完全に被覆されたことを特徴とする、上で規定したような熱交換器の母材で達成される。
【００１５】
耐食コーティングで流体経路の内壁を完全に被覆することで、母材を移動する腐食性流体は、母材の内側部分を腐食させることができない。
【００１６】
好ましい実施形態において、本発明に係る母材は、全ての技術的に可能な組み合わせに従って、以下のうち１つ、複数又は全てを含む。
−耐食コーティングは、１００μｍ以下の厚さを有する。
−その流体循環経路の全ての各内壁は、耐食コーティングで完全に被覆される。
−耐食コーティングは、ろう付け材料と同一の材料、特に、ニッケル及びクロムをベースとした合金、好ましくは、ニッケル、クロム、ホウ素及びケイ素（ＮｉＣｒＢＳｉ）の合金で作られる。
−ろう付け材料は、第１合金で作られ、耐食コーティングは、第１合金とは異なり、第１合金の溶融温度と５０℃を超えて異ならない溶融温度を有する第２合金で作られる。
−第２合金は、第１合金と同一の群の合金、特に、ニッケル及びクロムをベースとした合金の群に属し、第２合金は、好ましくは、ニッケル、クロム及びケイ素（ＮｉＣｒＳｉ）の合金又はニッケル、クロム、ケイ素及びリン（ＮｉＣｒＳｉＰ）の合金である。
【００１７】
上記の目的はまた、内部での腐食性流体の循環に適した、熱交換器のためのろう付けされた金属製の母材を製造するための方法で達成され、母材が、構成部材、特に、エッチングプレート若しくはコルゲーション、セパレータシート及び柵部の積層体、又は２つのタイプの積層体の組み合わせを含み、前記構成部材の複数が、前記腐食性流体を運ぶチャネルを画定し、方法は、以下の連続する工程：
ａ）母材の前記構成部材を提供する工程と、
ｂ）構成部材の間を機械的に接続するように設けられた前記構成部材の領域上に、ろう付け材料の層を堆積する工程と、
ｃ）前記チャネルと、好ましくは柵部とを、耐食層で被覆する工程と、
ｄ）構成部材を積層して、母材を形成する工程と、
ｅ）積層した母材をろう付け炉中に設置する工程と、
ｆ）母材に熱サイクルを受けさせ、単一作業で、母材をろう付けし、その流体経路を耐食コーティングで被覆する工程と
を含む。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、本発明に係る方法は、全ての技術的に可能な組み合わせに従って、以下のうち１つ、複数又は全てを含む。
−ろう付け材料の層及び耐食層が同一の製品で作られる。
−ろう付け材料の層及び耐食層が、溶融温度の差が５０℃以下である２つの異なる製品で作られる。
−耐食層が、液体溶媒と、湿潤剤と、金属合金粉末、特に、ニッケル及びクロムをベースとした合金粉末とを含む懸濁液である。
−工程ｃ）が、耐食製品の浴中で、チャネルを持つ前記構成部材を冷却し、次いで、その浴から構成部材を取り除くことで行われる。
−耐食製品が、約５〜１００μｍ、好ましくは約２０〜６５μｍの範囲のサイズを持つ飛散粒子の形態で、浴中に存在し、浴中の粒子の充填率が約３０〜６０容積％に含まれ、取り除くことが、約５〜３０ｍｍ／秒に含まれる速度で行われる。
−工程ｆ）に係る熱サイクルが、積層した母材を所定の乾燥温度に加熱するための第１段階、その後、所定の乾燥時間の間、その乾燥温度で母材を維持するための第２段階を開始し、それによって、耐食層を乾燥する。
−第２段階の後に、積層した母材を、乾燥温度より高い所定のろう付け温度に加熱するための第３段階が行われ、その後、所定のろう付け時間の間、ろう付け温度で母材を維持するための第４段階を行い、それによって、母材をろう付けし、それによって、耐食コーティングを合成する。
−工程ｃ）の前に、前記チャネルの表面をストリップする。
【００１９】
本発明は、図面を参照して、単なる例としてかつ非限定的に提供される、以下の詳細な説明を参照することで、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術に係る熱交換器の母材の拡大斜視図である。
【図２】母材をろう付けする前の、図１の母材の流体経路の詳細図である。
【図３】本発明に係る熱交換器の母材の拡大斜視図である。
【図４】母材をろう付けする前の、本発明に係る図３の母材の流体経路の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここでは、図３を参照する。以後、本発明の説明を簡潔にするために、本発明がまた、エッチングプレートの積層体で作られた母材、又はこれらの２つの積層体の組み合わせを含む母材に適用されることの理解と共に、母材２がコルゲーション４、柵部６及びセパレータシート５の積層体で作られる交換器１に対して参照がなされる。
【００２２】
これらのタイプの母材のエッチングプレート（図示せず）及びコルゲーション４は、流体を運ぶためのチャネル８を画定することを留意されたい。
【００２３】
本発明によれば、耐食コーティングは、母材の積層の前に、したがって、ろう付けの前に、組立てられるべき部品上（特に、コルゲーション４及び柵部６上）に堆積される。
【００２４】
本発明の第１の例示の実施形態によれば、クロスハッチングで示した柵部６と、太線で示したコルゲーション４とにおいて特定される耐食コーティング７は、ろう付け合金と同一の合金で作られる。耐食コーティング７は、図４により示される詳細図において、コルゲーション４上でより良好に識別することができる。各流体循環経路１０については、耐食コーティング７は、コルゲーション部分で作られた内壁１１の３つの面上に存在する。セパレータシート部５で作られた内壁１１の第４の面については、耐食コーティングは、ろう付け材料３で作られる。耐食コーティングはまた、母材２を移動する流体と接触する柵部６の内面上に存在する。
【００２５】
１つの代替実施形態において、耐食コーティング７は、ろう付け材料３の溶融温度に近い溶融温度を有する溶融合金と同一の群からの合金で作られる。
【００２６】
合金の群は、主要な構成元素が実質的に同等である合金を言い表す。例えば、ニッケル、クロム、ホウ素、及びケイ素（ＮｉＣｒＢＳｉ）で主に作られるろう付け合金については、耐食コーティング７は、ニッケル、クロム及びケイ素（ＮｉＣｒＳｉ）又は異なる割合のニッケル、クロム、ホウ素及びケイ素（ＮｉＣｒＢＳｉ）、又はニッケル、クロム、ケイ素及びリン（ＮｉＣｒＳｉＰ）で作ることができる。
【００２７】
耐食コーティング７は、好ましくはおよそ１００ミクロン又はそれ未満の厚さを持つ、薄い層の形態であると考えられる。
【００２８】
耐食コーティング７は、例えば、液体浴中に母材２の構成部材４、５、６を浸漬し、そこから（浸漬コーティングから）それらを取り除くことで、堆積することができる。次いで、それは、有機又は水性溶媒と、湿潤剤と、粒子サイズが５〜１００μｍ、より有利には２０〜６５μｍで選択される耐食合金の粉末とで作られる懸濁液から作られる。
【００２９】
粉末は、合成した耐食コーティング７の溶融温度がろう付け材料の溶融温度と近いままである限り、ろう付け材料３の組成とは異なる組成を有することができる。活性剤、例えば、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7）を加えることが、ニッケル、クロム、ホウ素及びケイ素（ＮｉＣｒＢＳｉ）の合金粉末にとっては必要であることがある。
【００３０】
有利には、ろう付け材料３と、合成した耐食コーティング７のと間の融点の温度差は、５０℃未満である。
【００３１】
耐食コーティング７は、浴中での浸漬の後、部品４、５、６の表面上に堆積された層又は混合物から得られる。この耐食層は、耐食層中に含有する合金粉末の粒子サイズ及びろう付け合金の性質に応じて、分散剤によってか又は結合剤によって完成させることができる。
【００３２】
浴中での浸漬の前に、母材２の構成部材４、５、６の表面処理が、耐食コーティングの質を保証するために必要であることがある。
【００３３】
別の代替形態によれば、一方では、コーティング面のその場での脱酸（ストリップ）を可能とするために、及び、他方では、コーティングの仕上りを改善するために、浴中に活性剤を加えることができる。その目的を達成するために、フッ化物、例えば、フッ化ナトリウムアルミニウム（ＫＡｌＦ4）、又は高い蒸気圧を持つ塩化物、又は溶融温度がろう付け材料３の溶融温度に近いホウ素化合物、例えば、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7）が選択されることが好ましい。
【００３４】
浴からの母材２の構成部材４、５、６の抽出速度と、この浴中の固体充填物レベルとを調整することで、耐食膜の堆積の厚さを調整することが可能となる。有利には、母材２の構成部材４、５、６は、実質的に鉛直位置で浴から取り除かれるか、又はそれらが浴から取り除かれた後に実質的に鉛直位置で一時的に配置され、それらの余分な液体を流すことを可能とする。取り除かれた構成部材４、５、６はまた、エアジェットで乾燥することができる。有利には、浴中の固体充填物レベルは、前述の粒子サイズについて、３０〜６０容積％に含まれ、抽出速度が５〜３０ｍｍ/秒に含まれるように選択される。
【００３５】
ろう付け炉において、耐食層は、温度上昇の際に最初に乾燥される。ろう付けサイクル中に行われるこの乾燥工程は、前駆体耐食コーティングを形成するために、耐食層から有機又は水性の溶媒を抽出することを可能とする。好ましくは、乾燥工程は、所定の乾燥時間の間、３５０〜５００℃で行われる実質的に等温の乾燥温度で母材２を維持することからなる。乾燥時間は、処理されるべき母材２のサイズ及び質量に基づいて調整される。それは、例えば、２５ｃｍ×３０ｃｍ×２００ｃｍを測定する部品に相当する数百キログラムの重量である母材２については、２〜６時間に含まれる。
【００３６】
次に、耐食コーティング７は、ろう付け温度、すなわち、ろう付け合金の溶融温度で合成され、この溶融温度は、使用される合金の性質に応じて、９５０〜１２００℃であることが好ましい。
【００３７】
金属相がろう付け温度で溶融された後、次いで、それは、拡散して耐食コーティング７を形成することができ、それにより、冷却後に、硬く、接着性のある耐食性層になる。図３において、このコーティング７は、クロスハッチングで示した柵部６上に、及び太線で示したコルゲーション４上に示される。
【００３８】
ろう付けサイクルにより、一方では、耐食層の金属相を溶融して、したがって、湿らせることによって、母材の内部構造中にそれを拡散して、腐食保護を保証することが可能となり、他方では、コルゲーション４／シート５と、柵部６／シート５の接合部との間でろう付けメニスカスを形成して、母材２のシーリングと機械的一体性とを保証することが可能となる。
【００３９】
耐食層の溶融の間に、隙間の無い保護コーティング７が、その環境から基材を隔離する柵部６、シート５及びコルゲーション４の表面上に形成される。結果として、特に、炭素鋼で作られる母材２については、耐食性が改善される。
【００４０】
本発明はまた、上で説明したような母材２を含む熱交換器を含む。そのような熱交換器は、それらを積層した後、母材２に分配ヘッドを加えることで得られる。母材２及び分配ヘッドで形成された組立体は、ろう付け炉中に設置され、単一作業で、熱交換器の組立と、母材２の腐食保護とを行う。分配ヘッドの材料が十分に耐食性でない場合は、腐食性流体と接触する少なくともそれらの内面は、事前に、上で説明したような耐食懸濁液の層でコーティングされる。
【００４１】
本発明に係る熱交換器の別の代替実施形態によれば、部品を接続する中間分散ヘッドは、分散ヘッドと母材２の間に設置される。コルゲーション４、柵部６、セパレータシート５及び中間部品の積層体によって形成された組立体は、ろう付け炉中に設置されて、単一作業で、ユニットの組立と、その中での母材２の腐食保護とを行う。中間部品は、それらの材料が十分に耐食性でない場合は、事前に、上で規定したような耐食懸濁液の層でコーティングすることができる。
【００４２】
セパレータシート５は、伝統的に、それらの面の両方にろう付け材料３がコーティングされる。その構成部材の間の接着を強固にすることで、ろう付け母材２の機械的一体性を強化するために、ろう付けに貢献する耐食合金の量を、上で規定したような耐食懸濁液の層の形態で、セパレータシート５のろう付けコーティング３上に設置することができる。この追加の量又は二重層（ろう付け材料の層＋耐食層）により、セパレータシート５とコルゲーション４の間の結合を強化することが可能となる。
【００４３】
別の代替実施形態によれば、腐食保護としても作用するろう付け材料３を、伝統的な堆積手段を通じて、セパレータシート５又はエッチングプレートの表面９上に堆積することができる。この代替実施形態は、有利には、母材２の機械的一体性を保証するために、約１００ミクロン超のろう付け材料３の厚さを使用することが必要である場合に、使用される。
【００４４】
エッチングプレートを含む熱交換器の母材については、本発明の代替実施形態は、ろう付け材料でコーティングされないプレートをエッチングして、次いで、例えば、上で説明したような浴中での浸漬により、耐食層でプレートの全てを被覆することからなる。次いで、耐食コーティング７は２つの機能、すなわち、組立体のためのろう付け材料と腐食保護とを行う。
【００４５】
耐食層はまた、母材２の積層の前に、又は化学的には、浸透プロセスにおいて、被覆されるべき要素の表面上での金属相の気化、次いで、液化により堆積することができる。
【００４６】
本発明は、構成部材が炭素鋼又はステンレス鋼で作られる熱交換器の母材について、特に有利である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2018501456.tif 000007
2018501456.tif 000008
2018501456.tif 000009
2018501456.tif 000010
2018501456.tif 000011
2018501456.tif 000012