JP2014169809A

JP2014169809A - 積層構造体

Info

Publication number: JP2014169809A
Application number: JP2013041061A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Fujita; 泰広藤田; Akihiro Tanabe; 章裕田辺
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: JP6249611B2

Abstract

【課題】積層構造体の内部の温度計測を可能にする。
【解決手段】積層構造体（触媒反応器１）は、隣り合う通路２１、２２の間に介在しかつ、各通路内を流れる流体間の伝熱を行うよう構成されたチューブプレート２３と、前記チューブプレートに積層した状態でろう付けされると共に、通路内に配設されるように構成されたコルゲートフィン２１１、２２１と、を備える。チューブプレートは、当該プレート内に埋め込まれかつ、該プレートの側面に開口すると共に、プレートの内方に向かって延びるよう構成されたパイプ２３５と、開口を通じてパイプ内に内挿されかつ、チューブプレートの内方位置での温度を計測するセンサ２３６と、を有している。
【選択図】図４

Description

ここに開示する技術は、積層構造体に関し、特に隣り合う通路の間に介在しかつ、各通路内を流れる流体間の伝熱を行うよう構成されたチューブプレートと、チューブプレートに積層した状態でろう付けされかつ、前記通路内に配設されるように構成されたコルゲートフィンと、を備えた積層構造体に関する。

特許文献１には、チューブプレートとコルゲートフィンとを積層して構成した積層構造体の一つである熱交換器において、チューブプレートとコルゲートフィンとの接合状態を検査するために、積層構造体の外表面を構成するチューブプレートの表面に温度センサを取り付ける技術が記載されている。この技術は、チューブプレートを間に挟んだ２つの通路の間での熱交換を行うプレートフィン型熱交換器において、各通路の外側に位置するチューブプレートの外表面のそれぞれに熱電対を取り付け、その２つのチューブプレートの温度差から、チューブプレートとコルゲートフィンとの、ろう付け状態の良否を判断するようにしている。

また、特許文献２には、プレートフィン型の熱交換器において、コアへの流入口が形成されている、コアの外表面に、ヘッダータンクを貫通するように熱電対を配置することで、最も高温になり得るコアの流入口付近の温度を計測することが記載されている。

また、特許文献３には、コア内に設けた通路に隣接するヒーターを加熱源としたプレートフィン型熱交換器において、そのヒーター部分に熱電対を内蔵してヒーターの加熱温度を計測することが記載されている。具体的に、このプレートフィン型熱交換器は、薄板状のヒーターを用い、チューブプレート、コルゲートフィン、及び前記のヒーターを、所定の順番で積層することにより、チューブプレートによって区画された流体通路と流体通路との間に、ヒーターを介在させるようにしている（引用文献３の図３参照）。

さらに、特許文献４には、プレートフィン型熱交換器の構造を利用した触媒反応器が記載されている。この触媒反応器は、チューブプレートによって区画した通路内にコルゲートフィンを配置し、チューブプレートとコルゲートフィンとをろう付けにより固定することで、コア（つまり、積層構造体）を構成すると共に、コルゲートフィンによって区画された複数のチャンネルのそれぞれに、触媒担持体を挿入して構成されている。この触媒反応器は、流体が通路内の各チャンネル内を流れる際に、触媒反応が行われるよう構成されている。

特開２００２−１５６１９４号公報特開平７−１６７５８０号公報特開２０００−１３０９６６号公報特開２０１１−６２６１８号公報

ところで、特許文献４に記載されているような触媒反応器においては、触媒反応はコアの内部において行われるため、その反応状態を把握するために、コア（つまり、積層構造体）の内部における温度状態、例えばチューブプレートを介した流体間の温度でもあるチューブプレートの温度を計測したいという要求がある。

しかしながら、特許文献１、２に記載されている技術は、積層構造体の外表面の温度計測は可能であるものの、内部の温度を計測することはできない。また、特許文献３に記載されている技術は、積層構造体の内部に埋め込んだヒーターの温度を計測する技術であり、流体間の温度計測を意図していない。また、この技術は、チューブプレートに挟まれたヒーターの温度を計測するように構成されており、通路同士を区画して流体間の伝熱を行うチューブプレートの温度を計測する構成とは異なる。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、積層構造体の内部の温度計測を可能にすることにある。

ここに開示する技術は、積層構造体に係り、この積層構造体は、隣り合う通路の間に介在しかつ、各通路内を流れる流体間の伝熱を行うよう構成されたチューブプレートと、前記チューブプレートに積層した状態でろう付けされかつ、前記通路内に配設されるよう構成されたコルゲートフィンと、を備える。

そして、前記チューブプレートは、当該プレート内に埋め込まれかつ、該プレートの側面に開口すると共に、前記プレートの内方に向かって延びるよう構成されたパイプと、前記開口を通じて前記パイプ内に内挿されかつ、前記チューブプレートの内方位置での温度を計測するセンサと、を有している。

この構成によると、チューブプレートとコルゲートフィンとを積層してろう付けすることにより構成された積層構造体において、そのチューブプレートにはパイプが埋め込まれている。パイプは、チューブプレートの側面に開口すると共に、そこからプレートの内方に向かって延びている。従って、パイプは、積層構造体の側面（つまり、積層構造体において、その積層方向に直交する方向の外表面を構成する面）に開口することになる。

このパイプには、温度を計測するセンサが内挿されており、このセンサは、チューブプレートの内方位置での温度を計測する。このようなセンサは、例えば熱電対としてもよい。前述したように、このパイプは、チューブプレートの側面に開口していることで、積層構造体の側面に開口しているから、積層構造体の側面の開口を通じてパイプの内部にセンサを挿入することができ、そのセンサを、チューブプレートの内方位置に、言い換えると積層構造体の内方位置に位置づけることが可能になる。その結果、チューブプレートを間に挟んで隣り合う通路内のそれぞれを流れる流体間の熱交換状態を、積層構造体の内部におけるチューブプレートの温度に基づいて把握することが可能になる。センサは、チューブプレートに埋設されており、チューブプレートによって区画される通路内には現れないため、センサを、積層構造体の内部に配設しても、流体の流れに支障が生じることがない。

ここで、チューブプレートにパイプを埋め込むことは、チューブプレートとコルゲートフィンとをろう付けする際に、ろう材によって、センサを配設するための孔が塞がってしまうことを回避して、チューブプレートの内方位置へのセンサの配設を確実に行い得るという利点がある。

また、パイプ内にセンサを内挿し、そのセンサをパイプに対して固定しないようにすれば、例えばセンサの故障等が発生したときに、センサの交換を容易に行い得る。さらに、チューブプレートの各所に、予め複数のパイプを埋め込んでおけば、センサの配設位置を変更することによって、積層構造体内部の各所における温度を計測することも可能になる。

ここで、前記隣り合う通路のうちの少なくとも一方の通路内には、触媒担持体が配設されており、当該通路内を流れる流体について触媒反応が行われるよう構成されている、としてもよい。

つまり、この構成は、チューブプレートとコルゲートフィンとを積層して構成したプレートフィン型の熱交換器の構造を有する触媒反応器において、チューブプレートの内方位置の温度計測を可能にする。触媒反応器は、その内部で触媒反応が行われるため、内部の温度が、流体の流入口や流出口が形成されている積層構造体の側面付近の温度よりも高くなり得る。従って、触媒反応器では、内部の温度を計測したいという要求があるものの、前述のように、チューブプレートに、センサが内挿されるパイプを埋め込むことによって触媒反応器の内部の温度が計測可能になるから、反応状態を正確に把握することが可能になる。従って、この技術は、触媒反応器に、特に適している。

前記チューブプレートは、前記パイプと、当該パイプを板厚方向に挟み込むように配置されかつ、前記通路を区画する面を構成する第１及び第２の板材と、前記第１及び第２の板材の間で、前記パイプを間に挟んだ両側のそれぞれに配置される、少なくとも第３及び第４の板材と、を、ろう付けにより相互に接合することで構成されている、としてもよい。

こうすることで、チューブプレートに対するパイプの埋め込みが容易になる。すなわち、チューブプレートに対して、その内方位置にセンサを配設するための孔を形成しようとすれば、例えばチューブプレートの側面から内方に向かって延びる孔を開けることが考えられる。しかしながら、チューブプレートは、これを挟んだ流体間での伝熱を行うことから、その板厚を比較的薄くしなければならない。そのため、板厚の薄いチューブプレートに対して、その側面から内方に孔を開けることは、加工が困難であると共に、加工コストが高くなる。

前述した複数枚の板材を組み合わせる構成は、板材に孔を開けることなく、チューブプレート内にパイプを埋め込むことにより、センサ配設用の孔を設けることを可能にする。また、第１〜第４の板材を、互いに同じ板厚の板材とすることも可能であり、こうすることで、製造コストの低減に有利になる。尚、第１〜第４の板材を同じ板厚に設定する場合は、パイプの両側に配置する第３及び第４の板材は、パイプの外径以上に設定する必要性がある一方で、第１〜第４の板材を積層して構成されるチューブプレート全体の板厚を、伝熱性を考慮して薄くする必要性もあるため、各板材の板厚は、これらを考慮して、適切な板厚に設定することが好ましい。

また、第１〜第４の板材及びパイプは、チューブプレートとコルゲートフィンとの積層方向と同じ方向に積層されたチューブプレートを構成するから、チューブプレートとコルゲートフィンとのろう付けと同時に、第１〜第４の板材及びパイプを、ろう付けすることが可能である。このようにすれば、製造工程が簡略化することによるコスト低減に有利になる。

以上、説明したように、前記の積層構造体によると、チューブプレートの側面に開口するパイプをチューブプレートに埋め込むと共に、そのパイプにセンサを内挿することによって、積層構造体の内部の温度計測が可能になる。

触媒反応器の構成を概略的に示す一部破断の正面図である。図１のII−II断面図である。（ａ）チューブプレートの分解斜視図、（ｂ）チューブプレートの組立斜視図である。チューブプレートの断面図である。（ａ）（ｂ）チューブプレートの変形例を示す図４対応図である。（ａ）（ｂ）チューブプレートの別の変形例を示す図４対応図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）チューブプレートのさらに別の変形例を示す図４対応図である。

以下、触媒反応器の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図１は、実施形態に係る触媒反応器１の構成を概略的に示しており、図２は、図１のII−II断面の一部を示している。尚、説明の便宜上、図１における紙面上下方向をＸ方向、左右方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向と呼ぶと共に、各図において、紙面における上側を上、下側を下と呼ぶ場合がある。但し、以下の説明における「上」や「下」が、実際の触媒反応器における上や下に対応しないこともある。

この触媒反応器１は、基本的にはプレートフィン型の熱交換器と同じ構造のコア２を有している。コア２は、図２にその一部を示すように、第１流体が流れる複数の第１通路２１と第２流体が流れる複数の第２通路２２とを、チューブプレート２３を介在しつつ、Ｙ方向に交互に積層することで構成されている（尚、図２においては、一つの第１通路２１と、一つの第２通路２２とだけを図示している）。第１通路２１及び第２通路２２におけるＺ方向の側部は、サイドバー２４によって区画される。チューブプレート２３の構成の詳細は、後述する。

第１流体は、図１に実線の矢印で示すように、コア２の上端面から第１通路２１内に流入してコア２内を下向きに流れた後、コア２の下端部における側面からＺ方向に流出するように構成されている。第２流体は、図１に白抜きの矢印で示すように、コア２の下端面から流入してコア２内を上向きに流れた後、コア２の上端部における側面からＺ方向に流出するように構成されている。このように、コア２は、第１流体と第２流体とがＸ方向に対向して流れる対向流型に構成されている。但し、コア２の構成はこれに限らず、第１流体と第２流体との流れ方向が互いに並行に設定された並行流型としてもよいし、第１流体と第２流体との流れ方向が互いに直交する直交流型としてもよい。

コア２における各第１通路２１内には、図２に示すように、コルゲートフィン２１１が配設されている。このコルゲートフィン２１１によって、各第１通路２１は、Ｚ方向に並ぶと共に、それぞれＸ方向に延びる複数のチャンネルに区画されている。また、各第２通路２２内にも、コルゲートフィン２２１が配設されており、このコルゲートフィン２２１によって各第２通路２２もまた、Ｚ方向に並ぶと共に、それぞれＸ方向に延びる複数のチャンネルに区画されている。第１通路２１及び第２通路２２内に配置されるコルゲートフィン２１１、２２１は、チューブプレート２３に当接する上壁２１１１、２２１１及び下壁２１１２、２２１２と、上壁２１１１、２２１１及び下壁２１１２、２２１２を互いに連結するように、Ｙ方向に真っ直ぐに延びる側壁２１１３、２２１３とを有して構成されている。第１通路２１及び第２通路２２において、上壁２１１１、２２１１又は下壁２１１２、２２１２、２つの側壁２１１３、２２１３、及びチューブプレート２３によって区画される各チャンネルは、ほぼ長方形状の横断面形状を有している。尚、チャンネルの横断面形状は、この形状に限定されるものではない。

各第１通路２１内にはまた、図１に概念的に示すように、コア２の下端部に対応する流出側に、三角形状に切り出されたディストリビュータフィン２１２が配設されている。ディストリビュータフィン２１２は、第１通路２１内の流れ方向を、Ｘ方向の下向きからＺ方向の水平向き（図１の紙面左向き）へと変更する。また、各第２通路２２内にも、コア２の上端部に対応する流出側に、三角形状のディストリビュータフィン２２２が配設されており、これによって、第２通路２２内の流れ方向が、Ｘ方向の上向きから、Ｚ方向の水平向き（図１の紙面右向き）へと変更されている。こうしてコア２の上端面が第１流体の流入面３１になると共に、コア２の下部における側面が第１流体の流出面３２になる。一方、コア２の下端面が第２流体の流入面３３になると共に、コア２の上部における側面が第２流体の流出面３４になる。

コア２に対し、第１流体の流入面３１には、第１流体を各第１通路２１の各チャンネルに分配して流入させるための、流入ヘッダータンク４１が取り付けられている。流入ヘッダータンク４１には、第１流体が流入する流入ノズル４１１が取り付けられている。一方、コア２における、第１流体の流出面３２には、各第１通路２１の各チャンネルを通過した第１流体を集合させて流出させるための、流出ヘッダータンク４２が取り付けられている。流出ヘッダータンク４２には、第１流体が流出する流出ノズル４２１が取り付けられている。また、第２流体の流入面３３には流入ヘッダータンク４３が取り付けられると共に、第２流体の流出面３４には流出ヘッダータンク４４が取り付けられる。第２流体の流入ヘッダータンク４３及び流出ヘッダータンク４４は、第１流体の流入ヘッダータンク４１及び流出ヘッダータンク４２と同じ構成であり、それぞれ、流入ノズル４３１及び流出ノズル４４１が取り付けられている。

第１通路２１内の第１のコルゲートフィン２１１は、その上端及び下端がそれぞれ、流体の流れ方向（つまり、Ｘ方向）に直交するように構成されている。この第１のコルゲートフィン２１１と、ディストリビュータフィン２１２との間には、第２のコルゲートフィン２１３が配設されている。

第２のコルゲートフィン２１３は、ディストリビュータフィン２１２と同様に、三角形状に切り出されたフィンであると共に、第１のコルゲートフィン２１１と同様に、第１通路２１を、Ｚ方向に並ぶ複数のチャンネルに区画するように構成されている。第２のコルゲートフィン２１３を第１のコルゲートフィン２１１に対して突き合わせて配置することにより、第１通路２１内の各チャンネルがＸ方向に連続する。

また、第２通路２２内の第１のコルゲートフィン２２１も、その上端及び下端がそれぞれ、流体の流れ方向（つまり、Ｘ方向）に直交するように構成されていると共に、詳細な図示は省略するが、第１のコルゲートフィン２２１、ディストリビュータフィン２２２との間には、三角形状に切り出された第２のコルゲートフィン２２３が配設されている。

そうして、この触媒反応器１においては、第１通路２１内の各チャンネル内に、触媒担持体２１５が挿入されている。触媒担持体２１５は、図１、２に概念的に示すように、Ｘ方向に延びると共に、チャンネルの横断面形状に対応する横断面を有する角棒状であり、第１のコルゲートフィン２１１の一端から他端までの全域に亘って延びている（図１の「第１通路の触媒挿入領域」参照。尚、図１においては、理解容易のために、一つの触媒担持体２１５のみを図示している。）。また、第２通路２２内でも同様に、各チャンネル内に、Ｘ方向に延びる角棒状の触媒担持体２２５が挿入されている（図２参照）。第２通路２２内においても、触媒担持体２２５は、第１のコルゲートフィン２２１の一端から他端までの全域に亘って延びており（図１の「第２通路の触媒挿入領域」参照）、第１通路２１の触媒挿入領域と第２通路２２の触媒挿入領域とが重複する領域で、２つの触媒反応の相互作用が期待できる。尚、触媒担持体２１５、２２５の形状は、チャンネルの横断面形状に対応する横断面形状とすればよく、図示は省略するが、チャンネルの横断面形状が、例えば台形状になれば、触媒担持体２１５、２２５の横断面形状も台形状とし、チャンネルの横断面形状が、例えば正方形状になれば、触媒担持体２１５、２２５の横断面形状も正方形状とすればよい。

このように、コア２は、チューブプレート２３とコルゲートフィン２１１、２２１とを積層し、それらをろう付けすることによって構成した積層構造体として構成されている。

ここで、触媒反応器１の製造方法について簡単に説明をすると、コア２は、チューブプレート２３とコルゲートフィン２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３を所定の順番で積層して、ろう付けすることによって作成可能である。ヘッダータンク４１、４２、４３、４４はそれぞれ、コア２に対し溶接により取り付けられる。第１通路２１内の触媒担持体２１５は、ヘッダータンク４１を取り付ける前の、コア２の上端面である第１流体の流入面３１が露出した状態で、当該流入面３１に開口するチャンネルの一つ一つに挿入される。同様に、第２通路２２内の触媒担持体２２５は、ヘッダータンク４３を取り付ける前の、コア２の下端面である第２流体の流入面３３が露出した状態で、当該流入面３３に開口するチャンネルの一つ一つに挿入される。

こうして、この構成の触媒反応器１においては、各触媒担持体２１５、２２５はチャンネル内で固定しないため、コア２に取り付けたヘッダータンク４１、４３を取り外して、コア２の流入面３１及び流入面３３を露出することによって、交換を容易に行うことが可能である。

次に、図３、４を参照しながら、チューブプレート２３の構成について詳細に説明する。図３（ａ）は、チューブプレート２３の分解斜視図を、同図（ｂ）は、４枚の板材等を組み合わせた状態のチューブプレート２３の組立斜視図を、図４は、チューブプレート２３の横断面図の一部を、それぞれ示している。コア２を構成する多数のチューブプレート２３の内の少なくとも１のチューブプレート２３には、図３、４に示すように、パイプ２３５が埋め込まれている。このパイプ２３５は、温度を計測するセンサの一例として、熱電対（つまり、熱電対線）２３６（図４参照）を、コア２の内部に配設するためのパイプ２３５である。このチューブプレート２３は、第１〜第４の４枚の板材２３１、２３２、２３３、２３４と、パイプ２３５とを互いに接合することで構成されている。

第１〜第４の板材２３１〜２３４の内、第１の板材２３１及び第２の板材２３２は、コア２の第１通路２１又は第２通路２２を区画する面を構成する板材である。第１の板材２３１及び第２の板材２３２は、コア２の積層方向（つまり、この例ではＹ方向）に、パイプ２３５を挟んで、対面するように配設される。これに対し、第３の板材２３３及び第４の板材２３４は、第１の板材２３１と第２の板材２３２との間に配設される板材であり、パイプ２３５を間に挟んだ両側に、それぞれ配設されている。

パイプ２３５は、図２、３に示すように、チューブプレート２３の側面に開口するよう、その基端の開口が、各板材２３１〜２３４の側縁に位置する一方、その先端が、チューブプレート２３の内方に位置するように、図例ではＺ方向に延びている。こうしてパイプ２３５は、コア２の側面に開口することになり、この開口から熱電対２３６をパイプ２３５に内挿することで、コア２の内部に熱電対２３６を配置することが可能になる。

第１〜第４の板材２３１〜２３４は、図例では全て同じ板厚を有しており、同一の板材から、それぞれ所定の大ききに切り出されることによって構成されている。こうすることで、製造コストの低減に有利になる。第１〜第４の板材２３１〜２３４は、この例では、パイプ２３５の外径と同じ板厚を有しているが、パイプ２３５の外径よりも大きい板厚であれば、第１の板材２３１と第２の板材２３２との間に、パイプ２３５、並びに、第３及び第４の板材２３３、２３４を挟み込んで、チューブプレート２３を構成することが可能である。但し、第１〜第４の板材２３１〜２３４の板厚が分厚くなりすぎると、チューブプレート２３全体の板厚が分厚くなる結果、コア２における、第1通路２１及び第２通路２２間の伝熱性能が低下する虞がある。従って、第１〜第４の板材２３１〜２３４の板厚は、パイプ２３５の外径と同程度にすることが好ましい。

第１〜第４の板材２３１〜２３４及びパイプ２３５は、ろう付けによって互いに接合されることで、一枚のチューブプレート２３を構成する。このろう付けは、前述したチューブプレート２３とコルゲートフィン２１１、２２１とろう付けしてコア２を製造する際に、同時に行うことが可能である。つまり、第１〜第４の板材２３１〜２３４及びパイプ２３５もまた、チューブプレート２３とコルゲートフィン２１１、２１２との積層方向と同じ方向に積層されることから、第１〜第４の板材２３１〜２３４及びパイプ２３５と、コルゲートフィン２１１、２１２とを、所定の順番で積層した上でろう付けを行うことで、コア２を製造することが可能である。このときに、パイプ２３５は、ろう材によって塞がることなく、熱電対２３６の配設経路を確実に確保することを可能にする。

ここで、チューブプレート２３に対するパイプ２３５の配設形態は、様々な形態を採用することが可能である。すなわち、図示は省略するが、パイプ２３５は、チューブプレート２３の一端から他端まで、チューブプレート２３を貫通するように配置してもよい。また、パイプ２３５は、チューブプレート２３の一端から内方の途中位置まで延びるように配置してもよい。

パイプ２３５は、チューブプレート２３に沿ってＸ方向やＺ方向に延びて配設する他にも、Ｘ方向やＺ方向に対して斜めになる方向に延びて配設してもよい。

さらに、パイプ２３５は、一枚のチューブプレート２３に対し、一つだけ埋め込むのではなく、複数を並列するように配置して、埋め込むようにしてもよい。そのように複数のパイプ２３５を埋め込む場合には、前述した様々な配置形態を、適宜組み合わせるようにしてもよい。例えば、いくつかのパイプ２３５は、チューブプレート２３における所定位置で、そのチューブプレート２３の一端から他端まで貫通するようにかつ、所定の方向に並列して配置する一方、別のいくつかのパイプ２３５は、チューブプレート２３における所定位置で、チューブプレート２３の一端から内方の途中位置まで延びるようにかつ、所定の方向に並列して配置し、さらに、別のいくつかのパイプ２３５は、チューブプレート２３における所定位置で、チューブプレート２３の他端から内方の途中位置まで延びるようにかつ、所定の方向に並列して配置してもよい。尚、２本以上のパイプ２３５をチューブプレート２３に埋め込む構成では、第１及び第２の板材２３１、２３２の間に、３枚以上の板材が配置されることになる。

このような構成によって、この触媒反応器１は、そのコア２の内部の温度を熱電対２３６によって計測することが可能になる。このときに、チューブプレート２３に、パイプ２３５を埋め込んでいるため、コア２において流体が流れる各通路２１、２２には、温度計測のための構成が、何ら現れない。このことは、触媒反応器１の性能に影響を与えることなく、コア２の内部の温度計測を可能にするという利点がある。触媒反応器１は、そのコア２の内部において触媒反応が行われるため、コア２の内部の温度状態を計測することが反応状態の把握に有効である。前記の構成によってコア２の内部の温度計測を可能にすることは、触媒反応器１の適切な運転制御を可能にする。また、コア２の内部の温度状態を監視することで、触媒担持体２１５、２２５の劣化状態を把握することも可能になり、前述の通り交換可能に構成された触媒担持体２１５、２２５を、適切な時期に交換することが可能になる。

（変形例）
図５〜７は、変形例を示している。この内、図５は、一枚のチューブプレート２３に対して、その側面から内方に向かって孔２３７を開け、その孔２３７内に、パイプ２３５を内挿する構成である。孔２３７とパイプ２３５との間は、ろう材によって埋められている。チューブプレート２３に形成する孔２３７は、図５（ａ）に示すように、横断面が円形状でもよいし、同図（ｂ）に示すように、横断面矩形状でもよい。尚、この構成は、チューブプレート２３は、前述の通り、伝熱性を考慮して比較的板厚が薄く設定されるため、板厚の薄いチューブプレート２３に対して孔２３７を形成することが困難（特に、チューブプレート２３の側面から内方に長く延びる孔を形成する場合）であったり、前述した第１〜第４の板材２３１〜２３４を組み合わせる構成と比較して、加工コストが高くなったりするという不利益がある。

図６は、チューブプレート２３の表面に、その表面から凹陥する凹溝２３８を形成し、そこにパイプ２３５を配設している。凹溝２３８内は、パイプ２３５の部分を除いて、ろう材によって埋められている。図６（ａ）は、凹溝２３８の底を円弧状に形成した例であり、図６（ｂ）は、凹溝２３８の底を直線状に形成した例である。チューブプレート２３の表面に凹溝２３８を加工することは、前述したような孔２３７を加工する場合と比較して、加工自体は容易になるものの、加工コストは、依然として高くなってしまうという不利益がある。また、こうした凹溝２３８を形成する構成は、チューブプレート２３とコルゲートフィン２１１、２２１とをろう付けする際に、チューブプレート２３において、コルゲートフィン２１１、２２１が当接する表面に凹溝２３８が形成されていることになるから、チューブプレート２３とコルゲートフィン２１１、２２１とのろう付け性に支障が生じる場合がある。

図７は、図６と同様に、チューブプレート２３の表面に凹溝２３８を形成して、そこにパイプ２３５を配設すると共に、凹溝２３８の上部開口を別部材２３９で閉塞している。このうち、図７（ａ）は、チューブプレート２３の表面から凹陥すると共に、パイプ２３５の外径と同程度の幅を有する凹溝２３８を形成し、そこにパイプ２３５を配設すると共に、当該凹溝２３８の溝幅に相当する別部材（蓋部材２３９）を、凹溝２３８内に配設している。これによって、凹溝２３８の上部開口を閉塞しつつ、チューブプレート２３の表面が面一になるようにしている。また、図７（ｂ）は、同図（ａ）と同様に、チューブプレート２３の表面から凹陥する凹溝２３８を形成するものの、この凹溝２３８は、相対的に溝幅の広い第１凹溝２３８１と、相対的に溝幅の狭い第２凹溝２３８２と、を連続して形成し、チューブプレート２３の板厚方向の途中で段差を設けている。第２凹溝２３８２は、パイプ２３５の外径と同程度の溝幅及び溝深さであり、パイプ２３５は、第２凹溝２３８２内に配置される。一方、第１凹溝２３８１内には、当該第１凹溝２３８１の溝幅及び溝深さに対応する別部材（蓋部材２３９）を配設することで、凹溝２３８の上部開口を閉塞しつつ、チューブプレート２３の表面が面一になるようにしている。図７（ｃ）は、図７（ａ）と同様に、主プレート２３１１の表面から凹陥する凹溝２３８を形成し、その凹溝２３８内にパイプ２３５を配置している一方で、主プレート２３１１に副プレート２３１２を積層することで、凹溝２３８の上部開口を塞ぐと共に、チューブプレート２３の表面（つまり、コア２における第１又は第２通路２１、２２を区画する面）を構成するようにしている。尚、図７に示す各構成は、板厚の異なる複数の板材等を用意しなければならず、図３、４に示すような構成と比較して、製造コストが高くなるという不都合がある。

尚、触媒反応器１の用途によっては、第２通路２２には触媒担持体２２５を挿入しない構成もあり得る。

また、ここに開示する技術は、触媒反応器に限らず、プレートフィン型熱交換器等の積層構造体において、内部の温度状態を正確に計測することを可能にするから、様々な種類又は用途の積層構造体に広く適用することが可能である。

以上説明したように、ここに開示した積層構造体は、内部の温度計測を可能にするから、例えば触媒反応器や、プレートフィン型熱交換器として有用である。

１触媒反応器
２１第１通路
２１１第１のコルゲートフィン
２１５触媒担持体
２２第２通路
２２１第１のコルゲートフィン
２２５触媒担持体
２３チューブプレート
２３１第１の板材
２３２第２の板材
２３３第３の板材
２３４第４の板材
２３５パイプ
２３６熱電対（センサ）

Claims

隣り合う通路の間に介在しかつ、各通路内を流れる流体間の伝熱を行うよう構成されたチューブプレートと、
前記チューブプレートに積層した状態でろう付けされかつ、前記通路内に配設されるよう構成されたコルゲートフィンと、を備え、
前記チューブプレートは、当該プレート内に埋め込まれかつ、該プレートの側面に開口すると共に、前記プレートの内方に向かって延びるよう構成されたパイプと、前記開口を通じて前記パイプ内に内挿されかつ、前記チューブプレートの内方位置での温度を計測するセンサと、を有している積層構造体。
請求項１に記載の積層構造体において、
前記隣り合う通路のうちの少なくとも一方の通路内には、触媒担持体が配設されており、当該通路内を流れる流体について触媒反応が行われるよう構成されている積層構造体。
請求項１又は２に記載の積層構造体において、
前記チューブプレートは、前記パイプと、当該パイプを板厚方向に挟み込むように配置されかつ、前記通路を区画する面を構成する第１及び第２の板材と、前記第１及び第２の板材の間で、前記パイプを間に挟んだ両側のそれぞれに配置される、少なくとも第３及び第４の板材と、を、ろう付けにより相互に接合することで構成されている積層構造体。