专利名称：用于在线测量仪表的温度控制的热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在线测量仪表的温度控制的装置，该在线测量仪表具有至少一个插入过程管线中并用于引导待测过程流体的测量管。本发明还涉及一种适用于该装置的热交换器和制造该热交换器的方法。
背景技术：
在工业过程测量技术中，特别是在化学过程自动化或处理操作方面，现场安装过程测量仪表和现场测量仪表，即，令它们靠近过程，以产生代表物理测量变量的测量值信号。
为了测量物理测量变量，诸如管道中传递的介质的质量和/或体积流量、密度、粘度等，经常使用过程测量仪表，它们利用物理-电测量变送器和与其连接的测量装置电子器件影响测量变量的物理到电的转换。测量变送器插入传递介质的管道，从而介质在操作期间流经该变送器。为了检测这些测量变量，这种过程测量仪表(这里称为在线测量仪表)往往具有测量变送器，其具有至少一个直接安装在管道中的测量管。本领域技术人员熟知这种在线测量仪表的例子，在以下文献中有所描述US-B 66 91 583、US-B 64 50 042、US-B 63 54 154、US-B63 52 000、US-B 63 08 580、US-A 60 06 609、US-A 60 03 384、US-A 5979 246、US-A 58 50 039、US-A 57 96 011、US-A 56 02 345、US-A 53 01557、US-A 47 68 384、WO-A 03 095 950、WO-A 03 095 949或WO-A95 16 897。测量变量的例子包括液体、粉末、蒸汽或气体过程介质的质量流量、密度、粘度、压力或温度等。
对于通常主要分析的检测的测量变量，所述类型的过程测量仪表还通常通过连接至测量仪表电子器件的数据传输系统连接在一起和/或连接至合适的过程控制计算机。测量值信号被例如经由(4～20mA)电流回路和/或数字数据总线发送至其它过程测量仪表和/或过程控制计算机。在这种情况中，能够用作数据传输系统的是特别为串行的现场总线系统，诸如PROFIBUS-PA、FOUNDATION FIELDBUS，以及相应的传输协议。传输的测量值信号可以在过程控制计算机中被进一步处理，并且作为相应的测量结果例如在监视器上可视化，并且/或者转换为用于过程执行机构(例如电磁阀、电动机等)的控制信号。为了容纳测量仪表电子器件，这种过程测量仪表还包括电子器件外壳，其诸如在US-A 63 97 683或WO-A 00 36 379中记载的，可以远离过程测量仪表或者通过柔性电缆与其相连，或者如在EP-A 903 651或EP-A1 008 836中记载的，直接设置在测量变送器或独立容纳测量变送器的测量变送器外壳上。例如在EP-A 984 248、US-A 45 94 584、US-A 47 16770或US-A 63 52 000中所示，电子器件外壳还经常用于附加地容纳测量变送器的一些机械元件，诸如在操作器件机械形变的薄膜、棒状、壳状或管状形变或振动元件；关于这一点，参见上面提到的US-B 63 52000。
由于广泛的应用范围，具有振动型测量变送器的在线测量仪表已经用于测量管道中流动的介质。这些振动型变送器使用至少一个在操作期间振动的测量管。振动的变送器在其中流经的介质中引起机械反作用力，例如对应于质量流量的科里奥利力、对应于介质密度的惯性力和/或对应于粘度的摩擦力。这种在线测量仪表以及它们的操作方式对于本领域技术人员是熟知的并且例如已经在以下文献中有详细说明US-B 66 91 583、US-B 64 50 042、US-B 63 54 154、US-B 63 08 580、US-A 60 06 609、US-A 59 79 246、US-A 58 50 039、US-A 57 96 011、US-A 56 02 345、US-A 53 01 557、US-A 48 76 898、US-A 47 68 384、WO-A 03 09 5950、WO-A 03 095 949、WO-A 02 088 641或WO-A 95 16897。
为了引导介质，这种振动型测量变送器包括至少一个在例如管状或盒状支持框架中容纳的测量管。测量管具有弯曲的或直的管段，电机激励器装置驱动它以合适的振荡模式振动，以在操作期间产生前述反作用力。为了检测管段的振动，测量变送器还包括传感器装置，其对于振动的管段的运动作出反应。传感器装置具有物理-电子，通常是电动或光声-电子的振荡传感器，其发送代表测量管的局部振荡的振荡测量信号。
至少一个测量管以及激励器和传感器装置被外壳盖围绕，外壳盖连接至支持框架，特别是焊接到它或者与其集成。这样形成的测量变送器外壳除了用于容纳至少一个测量管之外，还用于保护测量管、激励器和传感器装置以及其它位于内部的元件不受外部环境例如灰尘或水雾的影响以及用于抑制测量变送器的声音辐射。
对于在线测量仪表作为科里奥利质量流量计安装的情况，测量仪表电子器件重复确定从两个彼此间隔的振荡传感器发出的振荡测量信号之间的相位差，并且测量仪表电子器件在其输出端发出测量值信号，其对应于确定的相位差的时间特性，代表质量流量的测量值。除此之外，正如在上述文献WO-A 95/16897、US-A 45 24 610或US-A 41 87 721中记载的，这种在线测量仪表可以基于由传感器装置发出的振荡测量信号中的至少一个的频率，测量流动介质的瞬时密度。另外，这种在线测量仪表还可以直接测量位于振动的测量管中的介质的粘度和/或粘度-密度之积；关于这一点，特别地参见US-B 66 51 513、US-A 55 31126、US-A 52 53 533、US-A 45 24 610或WO-A 95/16897。除此之外，为了在振荡测量中可能需要的对于温度影响的补偿，通常还以合适的方式，例如利用设置在测量管上和/或外壳上的温度传感器，直接测量介质的温度和/或测量变送器的各个元件的温度。
在待测介质(例如加热的碳氢化合物等)要尽可能精确地保持在预定温度范围的情况中使用在线测量仪表时，往往需要以合适的方式，例如通过引入或排出热量而控制在线测量仪表的温度。为了控制在线测量仪表的温度，即，为了增加或排出热量，已经证实这样的仪表是成功的，其结合在现场安装并引导合适的温度控制流体的合适的温度控制管道系统中，温度控制流体例如是水、水蒸气、油等。这种用于控制在线测量仪表的温度的装置早已可以从市场得到。
一种可以从申请人得到的装置被认为很好地代表了现在常见的温度控制装置，其例如如图1和2示意性显示的，具有两个热交换器，每一热交换器具有可以连接至温度控制管道系统的空腔。这些空腔可利用合适的固定工具彼此相对地安装在在线测量仪表外部。在这种情况中，由于测量原理，直接安装在测量变送器外壳上。两个热交换器中的每一个都具有内壁，其至少部分在外部平面接触在线测量仪表并且相应地对应于在线测量仪表的外轮廓。基本上盒状的外壁焊接到内壁上，用于在其间形成空腔。为了控制在线测量仪表的温度，两个空腔具有在操作期间流经它们的温度控制流体。
这种温度控制装置的一个缺点是，容纳温度控制流体的空腔的设计体积非常不好。所示空腔的尺寸和形状导致温度控制装置对于空腔中作用于内壁的温度改变能力具有非常大的热惯性，从而具有非常低的反应动态特性。除此之外，在空腔中形成显著的死区，温度控制流体几乎根部不在其中流通。而且，没有保证温度控制流体的流动。由于这些因素，这种装置往往对于相对较低的加热/冷却功率具有非常低的热效率，事实上，这由图3中显示的实验确定的温度图表得到了证实。另外，这种装置通常还具有非常大的重量，可以达到温度要被控制的在线测量仪表的标称重量的100％，即，大约100kg或更多。另外，形状非常不受欢迎的外壁具有较大的表面区域，在热绝缘方面需要注意阻隔热量流动。
这种温度控制装置的另一缺点在于，它们具有相当低的标称耐压性，例如如图4所示，对于标称直径DN≤100mm的在线测量仪表的情况中，上述装置的标称耐压性会随着温度增加而明显降低。除此之外，空腔的较大体积通常明显超过20l，这导致应用的热交换器的耐压性和强度测试的要求更高。结果，这种装置的使用通常仅可用于相对较低的温度，例如低于200℃，和/或温度控制系统内较低的压力，例如低于3bar的压力。
每个所述类型的温度控制装置非常复杂，使得它们仅可用于小批量制造，或制造单个单元。
发明内容
于是，本发明的目的是提供一种用于在线测量仪表的温度控制的装置，以及适用于这种装置的热交换器，其具有在较高耐压性和耐热性的同时具有较高热效率。除此之外，该装置应当易于制造并因而还适用于大量生产。
为了实现这个目标，本发明在于一种用于在线测量仪表的温度控制的装置，该测量仪表具有至少一个插入过程管道中并用于引导待测过程流体的测量管，该装置包括-至少一个固定在在线测量仪表上的第一热交换器，其在操作期间至少间断地由用于输送热量的温度控制流体流经；和-固定工具，用于将至少一个第一热交换器特别是可松开地外部固定在在线测量仪表上；-其中热交换器具有内壁和固定在其上的外壁，该内壁特别地槽状或盘状拱起，从外部至少部分平面接触在线测量仪表；-其中外壁通过沿边缘区域分布的用于密封温度控制流体的边缘连接焊缝以及通过多个特别是点状或环状的内部连接位置与内壁相连，这些内部连接位置彼此间隔地排列在至少部分由边缘连接焊缝围绕的内部区域中，从而在内壁和外壁之间形成至少一个空腔，其具有多个彼此相通的部分并且用于引导温度控制流体；并且-其中该空腔通过通入其中的开口连接进入引导温度控制流体的温度控制管道系统。
除此之外，本发明在于一种特别是适用于上述装置的用于在线测量仪表的热交换器，该测量仪表具有至少一个可插入用于引导待测过程流体的过程管道中的测量管，该热交换器包括至少两个热交换器板-其中特别是槽状或盘状拱起的内部第一热交换器板适于在操作期间从外部在可预定的接触区域至少部分平面接触在线测量仪表，并且因而形成热交换器的内壁，并且-其中固定在第一热交换器板上的外部第二热交换器板形成热交换器的外壁，-其中，两个热交换器板通过沿边缘区域分布的边缘连接焊缝以及通过多个特别是点状或环状的内部连接位置相连在一起，这些内部连接位置彼此间隔地排列在至少部分由边缘连接焊缝围绕的内部区域中，从而形成至少一个由两个热交换器板包围且具有彼此相通的部分的空腔；并且-其中空腔可通过通入其中的在至少一个热交换器板中设置的开口连接进入温度控制管道系统，该系统引导用于传输热量的温度控制流体。
另外，本发明在于一种用于制造这种热交换器的方法，该方法包括以下步骤-在用于制造热交换器板之一的第一板部件中产生至少一个第一开口，用于将热交换器连接至温度控制管道系统；-将第一板部件放置在同样用于制造热交换器板之一的第二板部件上，特别地第二板部件的板厚与第一板部件的板厚不同；-通过焊接特别是激光焊接两个叠加的板部件，产生边缘连接焊缝和内部连接位置；-通过第一开口，将特别是基本不可压缩的流体，特别是水、油等引入在彼此连接的两个板部件之间剩余的空腔；-向空腔中填充的流体施加静态压力，该压力超过周围环境的静态压力，特别是超过100bar，使得启动空腔的扩张；以及-通过利用施加了压力的流体扩张空腔，而塑性形变两个板部件之一的主要材料。
在本发明的装置的第一实施例中，第一热交换器基本上力配合地固定在在线测量仪表上。
在本发明的第二实施例中，装置还包括第二热交换器，特别是结构基本与第一热交换器相同的第二热交换器，其中固定工具也用于将第二热交换器特别是可松开地外部固定在在线测量仪表上。
在本发明的装置的第三实施例中，固定工具用于两个热交换器的力配合固定。
在本发明的装置的第四实施例中，固定工具至少部分构造为第一和/或第二热交换器的集成构件。
在本发明的装置的第五实施例中，两个热交换器利用固定工具彼此机械连接。
在本发明的装置的第六实施例中，两个热交换器彼此相对地设置在在线测量仪表上。
在本发明的装置的第七实施例中，边缘连接焊缝自封闭。
在本发明的热交换器的第一实施例中，外部第二热交换器板具有特别是与内部连接焊缝的数目相对应的多个区域，在那里，第二热交换器板的材料被塑性形变，使得它持久地向外弯曲以形成位于两个热交换器板之间的空腔。
在本发明的热交换器的第二实施例中，至少一个通过第一开口通入空腔的入口喷嘴固定在两个热交换器板的至少一个上，热交换器通过该入口喷嘴能够特别是可松开地与引导温度控制流体的第一流体管道相连。
在本发明的热交换器的第三实施例中，入口喷嘴固定在外部第二热交换器板上。
在本发明的热交换器的第四实施例中，至少一个通过第二开口通入空腔的出口喷嘴固定在两个热交换器板的至少一个上，热交换器通过该出口喷嘴能够特别是可松开地与排放温度控制流体的第二流体管道相连。
在本发明的热交换器的第五实施例中，出口喷嘴固定在外部第二热交换器板上。
在本发明的热交换器的第六实施例中，至少内部连接焊缝，特别是还有边缘连接焊缝是激光焊缝。
在本发明的热交换器的第七实施例中，两个热交换器板中至少之一由不锈钢，特别是优质钢制成。
在本发明的热交换器的第八实施例中，内部第一热交换器板的板厚与外部第二热交换器板的板厚不同。
在本发明的热交换器的第九实施例中，第一热交换器板的板厚大于第二热交换器板的板厚。
在本发明的方法的第一实施例中，还包括步骤以这样的方式形变，特别是弯曲板部件，使得用作内部第一热交换器板的板部件至少部分具有与在线测量仪表上的接触区域的外部形状相对应的空间形状。
在本发明的方法的第二实施例中，还包括步骤-将入口喷嘴或出口喷嘴固定在第一板部件上，使得它通入第一开口；以及-将流体的压力管线连接到板部件上固定的入口或出口喷嘴上。
在本发明的方法的第三实施例中，还包括步骤-在两个板部件之一中制造至少一个第二开口，用于将热交换器连接至温度控制管道系统；以及-在将流体引入空腔的步骤之后，压密地密封两个开口之一。
在本发明的方法的第四实施例中，还包括步骤-将入口喷嘴或出口喷嘴固定在第一板部件上，使得它通过第一开口与空腔相通；和-压密地密封在板部件上固定的入口喷嘴或出口喷嘴。
在本发明的方法的第五实施例中，在第一板部件上固定入口喷嘴或出口喷嘴的步骤包括弯曲和/或卷曲第一开口的边缘的步骤。
在本发明的方法的第六实施例中，在第一板部件上固定入口喷嘴或出口喷嘴的步骤包括将第一开口的边缘至少逐点固定在第二板部件相对部分上的步骤。
本发明的装置的突出特点在于，由于空腔的体积非常小，接触面积相对较大，并且特别地，在高加热功率下具有非常高的热效率。因此，该装置具有相对较低的重量，大约是上面提到的现有技术的装置的重量的10％，明显低于30kg。外壁的放热表面可以同样非常小。除此之外，本发明的装置即使在远高于300℃的温度下也具有非常高的耐压性。另外，在空腔内几乎没有温度控制流体的流通受到阻碍的死区。另外，温度控制流体的流动的优化可以通过合适地布置内部连接位置而以非常简单的方式实现。
现在根据实施例和附图详细解释本发明，附图中显示了优选实施例。各个附图中，功能相同的部件具有相同的附图标记，但是，只有需要时才在后面的图中重复附图标记。
图1、2示意性显示了现有技术中已知的用于在线测量仪表的温度控制的装置；图3、4显示了对于图1、2的装置实验确定的数据；图5、6示意性显示了利用热交换器的在线测量仪表的温度控制的装置的实施例；图7-10显示了适用于图5、6的装置的在线测量仪表的细节；图14-17显示了适用于图5、6的装置的热交换器的元件和细节；和图18、19显示了对于图5、6的装置实验确定的测量数据。
具体实施例方式
图5和6显示了用于实施为在线测量仪表的过程测量仪表1的温度控制的装置。过程测量仪表1用于检测管道中引导的介质的至少一个特别是物理的测量变量，例如质量流量、密度和/或粘度，并将其映射为瞬时代表这个测量变量的测量值信号；这里没有示出管道。在线测量仪表的一个例子利用优选地容纳在测量变送器外壳7、6内的振动型测量变送器10并利用优选地容纳在电子器件外壳9之内且与测量变送器10电连接的测量装置电子器件20检测测量变量。该装置用于将在线测量仪表的温度并因而还将通过在线测量仪表引导的介质的温度维持在预定温度范围之内。
为了引导介质，这种测量变送器包括至少一个与管道相通的测量管，该测量管可振荡地容纳在支持框架中。在操作期间，正如在这种测量变送器的情况中常见的，令测量管以合适的振荡模式振动，使得流经其中的流体中产生足够高的与测量变量相对应的反作用力，例如科里奥利力、加速力和/或摩擦力。这些力以可测量(即，可由传感器检测并且可电子分析)的方式作用于振动的测量管，例如作用于测量管的振荡形式和/或振荡频率。为了驱动测量管，测量变送器1包括至少一个特别是电动的振荡激励器113。它用于将从测量仪表电子器件20馈送的激励电功率Pexc转换为这种例如脉动或谐波的激励力Fexc，其作用于至少一个测量管并从而产生测量管的合适的振荡。激励力Fexc可以以本领域已知的方式例如利用电流和/或电压调节电路而在幅度上得到调整，并且例如利用锁相环而在频率上得到控制；关于这一点，参见US-A 48 01 897。在振动型测量变送器的情况中用作测量信号的是利用传感器装置产生的振荡测量信号S114和/或S115，其适于代表至少一个测量管的振荡。特别地，本领域技术人员已知使用一个或多个代表振动的测量管的这种振荡的振荡测量信号确定质量流量、密度和/或粘度，并且因而这里无需进一步解释。关于例子，参考EP-A 1 291639、US-B 66 51 513、US-B 65 13 393、US-A 60 06 609、US-A 56 87 100、US-A 56 48 616、US-A 55 97 949、US-A 53 59 881、US-A 53 17 928、US-A 52 95 084、US-A 49 96 871、US-A 49 84 472、US-A 48 76 879、US-A 45 24 610或WO-A 9516897。
具有特别是用作科里奥利质量流量、密度和/或粘度变送器的振动型测量变送器的在线测量仪表的一个实施例在图7-10中有所显示并且下面一起解释。振动型测量变送器的其它合适的实施例形式例如在以下文献中有所公开US-B 66 91 583、US-B 64 50 042、US-B 63 54154、US-B 63 08 580、US-A 60 06 609、US-A 59 79 246、US-A 58 50 039、US-A 57 96 011、US-A 56 02 345、US-A 53 01 557、US-A 47 68 384、WO-A 03 095 950、WO-A 03 095 949或WO-A 95 16 897。
在这里显示的实施例中，测量变送器1包括弯曲的第一测量管4，从图9和10中很明显地看出，其在入口侧具有第一直的管段101a并且在出口侧具有第二直的管段101b。两个直的管段101a、101b经由具有可预定空间形状的弧形，例如圆弧形的管段101c连接在一起，并且实际上这样彼此定向，使得测量管4张成一个平坦平面。测量管4的材料可以实际上是任何通常用于这种测量管的材料，例如不锈钢，钛，钽或锆合金等。代替这里显示的基本为V形的测量管4，实际上可以使用适用于这种在线测量仪表的所有其它测量管。例如从最初引用的下列文献中也可以得到测量管4的其它合适的空间形式US-A 57 31527、US-A 53 01 557、US-A 48 95 030、WO-A 01/33 174或WO-A 00/57 141。
如图9所示，测量管4以入口端通入入口管件103并且以出口端通入出口管件104。在已安装的测量仪表的情况中，入口管件103和出口管件104分别与引导流体且通常是直的管道的的入口侧部分和出口侧部分相连。于是，两个管件103、104优选地彼此对齐并且与虚拟连接两个管件的测量变送器纵轴线A1对齐。具有优点的，测量管4以及入口和出口管件103、104可以由合适长度的单一管状半成品制成。
对于测量管变送器要被可松开地组装入管道的情况，入口管件103还形成有第一法兰2，并且出口管件104形成有第二法兰3，其中法兰2、3也固定在支持框架6上。代替利用法兰2、3，测量变送器1还可以以本领域技术人员熟知的其它方式，例如利用三通连接或螺旋连接而连接至上述管道；如果需要，入口管件103和出口管件104还可以例如利用焊接或铜焊而直接与管道相连。
除了第一测量管4，这里所示的实施例中的测量变送器1还包括特别是与测量管4相同且平行的第二测量管5，其在操作中同样由待测介质流经并且同样可以振动。为此，在实施例的测量变送器中，入口管件103通入入口分配件105，出口管件104通入出口分配件106，从而测量管4在操作期间经由入口和出口管件103、104以及入口和出口分配件105、106而与所连接的管道相通。与此类似的，测量管5也经由入口和出口分配件105、106与管道相连。如果需要，可以例如通过将测量管101、102以这种测量变送器常见的方式在入口侧利用至少一个第一节点盘109并在出口侧利用至少一个第二节点盘110彼此机械连接，而最小化由振动的测量管101、102在入口管件103和出口管件104中引起的可能的机械应力。这里应当注意，代替具有两个在操作期间由待测介质流经的测量管的测量变送器，还可以使用仅利用一个测量管的振动型测量变送器，诸如在US-A 60 06 609、US-A 55 49 009或US-B 66 66 098中描述的变送器。
最后，测量管4、5由优选地为金属的外壳围绕，该外壳由支持框架6和外壳盖7构成。外壳一方面用于相对于外部环境影响(诸如灰尘或水雾)保护测量变送器1的内部部件，诸如测量管4、激励和传感器装置等。另一方面，外壳还用于在测量管4或测量管5中例如由于形成裂纹或爆裂而可能的危险的情况中，将流出的流体尽可能完全保持在外壳内部，直至需要的最大过压。另外，由振动引起的声发射可以利用外壳而被有效抑制。外壳的材料，特别是外壳盖7的材料可以例如是结构钢或者甚至是不锈钢。
如图9和10所示，这里，测量管4、5以这样的方式在入口和出口侧支持在基本管状的支持框架6中，使得它们通过支持框架6的两个切块61、62向一旁延伸出支持框架6，从而延伸进入支持框架6上固定的外壳盖7。外壳盖7用于包围管段41，如图7和8示意性示出的，外壳盖包括槽状第一盖部分71以及基本平面的第二盖部分72和基本与其镜像对称的第三盖部分73。从图3可以明显地看出，盖部分71的形状基本对应于螺旋管形管壳的形状。与此相符的，盖部分71具有基本圆弧形的优选半圆形的具有可预定第一半径r的横截面，并且至少事实上具有第二半径R的基本圆弧形的第一部分边缘71a，第二半径R明显大于第一半径r，还具有形状基本上与第一部分边缘相同的第二部分边缘71b。如果需要，横截面和部分边缘都无需是理想的圆形。于是，它们可以是略微椭圆的形状，至少选择外壳盖7的材料的弹性和/或可延展性，使得外壳盖7以盖部分71的形状适应于理想的螺线管形管壳而反作用于增加的内部压力。
图7和8还显示了利用颈状过渡件8固定在支持框架6上的电子器件外壳9。在线测量仪表的测量装置电子器件位于外壳9中；它一方面产生馈送至所述激励装置的激励信号，另一方面，测量及操作电路接收所述传感器装置的信号并从中生成代表流动的流体的质量流量、密度、粘度或温度的期望信号。这些期望信号可以被进一步处理或显示。在图10中，省略了过渡件8和电子器件外壳9，从而可以看到用于过渡件8的安装平面63。在安装平面63上布置电子通道64，利用它可以实现到上述激励装置和上述传感器装置以及其它可能存在的电子元件例如温度传感器的电连接。
在这里显示的测量变送器的情况中，利用振荡激励器113激励测量管4、5进行悬臂式振动，其中两个测量管4、5以两个音叉叉齿基本彼此反相的方式振荡且各自横向偏移。为此，激励装置113优选地固定至各个测量管4、5的最高点。为了检测测量管4、5的振动，还提供两个特别是电动的振荡传感器114、115，利用它们以这种测量变送器常见的方式产生合适地代表特别是测量管4、5的入口和出口侧振动的振荡测量信号S114、S115。如图9中示意性显示的，振荡测量信号S114、S115合适地馈送至测量装置电子器件20，用于电子地进一步处理。
如图5和6所示，本发明的用于在线测量仪表的温度控制的装置包括至少一个固定在在线测量仪表上的第一热交换器30，其在操作期间至少间断地由用于传递热量的温度控制流体流经，该装置还包括相应的固定工具50、60，用于特别是可松开地将至少第一热交换器30外部地固定在在线测量仪表上。图11、12和13中示意性示出本发明的装置或本发明的热交换器30的其它实施例。
热交换器30包括至少两个特别是由不锈钢或高级钢制成的热交换器板，其中一个特别是弯曲成槽或壳状的内部第一热交换器板32’适于在操作期间在可预定的接触区域中至少部分平面地从外部接触在线测量仪表，并且因而形成热交换器的特别是弯曲成槽或壳状的内壁32，并且其中固定至第一热交换器板32’的外部第二热交换器板31’形成热交换器的外壁31，参见图5、6、11和16。在图5、6所示的实施例中，也由于测量原理，热交换器30这样布置在在线测量仪表上，使得它至少部分平面地接触外壳6、7。然而，热交换器还可以直接设置在测量管上，特别是在在线测量仪表具有在操作期间静止并可从外部接近的测量管的情况中。这种具有静止测量管的在线测量仪表例如可以是分析在待测介质中的压力波动或压差的在线测量仪表；例如参见US-B 6352 000。
两个热交换器板31’、32’经由沿边缘区域延伸并相对于温度控制流体密封的边缘连接焊缝90以及经由多个特别是点状或环状的内部连接位置80连接在一起，其中内部连接位置在至少部分由边缘连接焊缝90围绕的内部区域中彼此间隔地设置，并且实际上在内壁和外壁之间形成至少一个空腔H，其用于引导温度控制流体并具有多个彼此相通的空腔部分。这样形成的空腔H经由通入其中的开口连接进入引导合适的温度控制流体的温度控制管道系统(未显示)。
外部第二热交换器板31’具有多个区域70，其数目特别是对应于内部连接焊缝80的数目。在这些区域70中，第二热交换器板的材料塑性形变，使得它持久向外拱出形成位于两个热交换器板31’、32’之间的空腔H或所述的空腔部分。
至少内部连接焊缝80优选地是高强度的几乎不腐蚀的激光焊缝。然而如果需要，边缘连接焊缝90也可以激光焊接。
为了将热交换器30连接至温度控制管道系统，在两个热交换器板的至少之一上，特别在外部板上安装经由第一开口33A通入空腔H的入口喷嘴33和经由第二开口34A通入空腔H的出口喷嘴34，热交换器30可以通过入口喷嘴特别是可松开地与引导温度控制流体的第一流体管道(未显示)相连，热交换器30可以通过出口喷嘴特别是可松开地与引走温度控制流体的第二流体管道(同样未显示)相连。
在本发明的进一步发展中，装置还包括第二热交换器40，特别是其与第一热交换器30的结构基本相同，其中固定工具50、60也用于特别是可松开地将第二热交换器40外部固定在在线测量仪表上；参见图5和6。与上述现有仪表相比，利用根据这个本发明进一步发展构造的装置进行的测量显示了热惯性的明显减少；相应地，在图18中以与图3的数据进行比较的方式给出了对于本发明这个变型的实验确定的测量数据。
在本发明的这个进一步发展的具有优点的实施例中，两个热交换器30、40力配合地固定在在线测量仪表上，其中在本发明的优选实施例中，固定工具50、60至少部分构成为第一和/或第二热交换器的整体部件。在这里显示的实施例中，两个热交换器30、40基本上通过彼此相对地放置在在线测量仪表上并且通过由合适的螺旋连接彼此偏压而固定在在线测量仪表上，从而它们以夹钳装置的方式“捆扎”在在线测量仪表上；参见图5、6、11、12或13。对于仅使用热交换器30的情况，例如安装有合适的螺旋连接的弹簧夹可以用作固定工具50、60。
为了制造热交换器30，在用于制造热交换器板之一的第一板部件31”中制造开口33A、34A，它们用于将热交换器连接至温度控制管道系统。然后，第一板部件31”放置在第二板部件32”上，后者用于制造两个热交换器板31’、32’中的另一个且特别是板厚与第一板部件32”不同的板部件。通过合适的焊接，特别是激光焊接两个互相叠加的板部件31”、32”而制造边缘连接焊缝90以及内部连接位置80；关于这一点，也参见图14和15。焊接可以例如利用合适编程的自动焊接机或焊接机械手完成。
现在，例如通过弯曲或其它合适的特别是冷成形方法，板部件31”、32”可以匹配在线测量仪表的外轮廓；关于这一点，参见图16或图17。于是，板部件这样成形，使得用作内部第一热交换器板32’的板部件32”至少部分地具有与在在线测量仪表上的接触区域的外部形状相对应的空间形状。然后，可以例如通过焊接，在板部件31”或32”中相关的开口33A、34A中安装入口喷嘴33和出口喷嘴34。
为了制造空腔H的期望形状，特别是在外壁中的上述区域70，利用连接至入口喷嘴33的压力管线将在很大程度上不可压缩的流体，特别是水、油等引导流经第一开口33A，进入在两个彼此连接的板部件31”、32”之间的空间H’。同时，经由第二开口从空腔引走空气。一旦空腔H’完全填充不可压缩流体，出口喷嘴34被压密地关闭，并且位于空腔H’中的流体被例如通过进一步馈送高压流体而加载静态压力，该压力超过周围大气环境的静态压力，特别是超过多于100bar，从而开始空腔H’的扩宽。利用其上施加了压力的流体，空腔H’被扩宽，从而获得板部件31”、32”的材料的塑性形变。静态压力被保持，并且如果需要能被进一步增加，直至达到空腔H期望的形状。
通过应用本发明的方法，除了大大简化制造之外，还可以实现这样制造的热交换器30、40能够满足耐压试验的最高需求。于是，通过加载引入空腔H’的流体，与空腔H’的形变同时，往往发生各个热交换器的压力试验，特别是对于每一边缘连接焊缝90以及内部连接位置80。作为施加的高压——这里至少为100bar——的结果，这种对于各个热交换器的试验可以满足相当高的安全需求。图4的测量曲线与图19显示的对于以上述方式制造的热交换器实验确定的测量数据的比较显示，一方面，耐压性明显增加。另一方面，可以看出可用温度范围显著扩展；例如，对于所调查的装置，甚至在所需的安全因数为四的情况中，仍然能够在300℃保证大于4bar的耐压性，这对应于大于16bar的额定耐压性。
于是，本发明的装置特别适用于高温范围，例如上面提到的US-A48 76 898、WO-A 02 088 641或本申请人自己的未公开的PCT/EP2004/002792。
通过使用板厚彼此不同的板部件31”、32”用于制造热交换器板31’、32’，可以以非常简单的方式保证，两个板部件31”、32”中主要仅有一个由于令空腔H’形变的流体而塑性形变，而另一个几乎保持最初形状。与此相应，选择内部热交换器板32’的板厚大于外部热交换器板31’的板厚。
具有优点的，在将入口喷嘴33或出口喷嘴34固定至第一板部件31”之前，相关开口的边缘弯曲和/或卷曲，从而一方面得到良好的接触表面用于将喷嘴焊接至板部件31”，并且另一方面可以阻止空腔H’在边缘区域中的流体密封；关于这一点，参见图16。除了这些，弯曲的边缘可以逐点固定，特别是点焊至第二板部件32”的相对部分，用于稳定边缘。
权利要求
1.一种用于在线测量仪表(1)的温度控制的装置，该在线测量仪表具有至少一个插入过程管道中并用于引导待测过程流体的测量管(4，5)，该装置包括-至少一个固定在在线测量仪表上的第一热交换器(30)，其在操作期间至少间断地由用于输送热量的温度控制流体流经；和-固定工具(50，60)，用于将至少一个第一热交换器(30)特别是可松开地外部固定在在线测量仪表(1)上；-其中热交换器(30)具有内壁(32)和固定在其上的外壁(31)，该内壁特别地槽状或盘状拱起，从外部至少部分平面接触在线测量仪表(1)；-其中外壁(31)通过沿边缘区域分布的用于密封温度控制流体的边缘连接焊缝(90)以及通过多个特别是点状或环状的内部连接位置(80)与内壁(32)相连，这些内部连接位置彼此间隔地排列在至少部分由边缘连接焊缝(90)围绕的内部区域中，从而在内壁(32)和外壁(31)之间形成至少一个空腔(H)，其用于引导温度控制流体并且具有多个彼此相通的部分；并且-其中该空腔(H)通过通入其中的开口(33A，34A)连接进入引导温度控制流体的温度控制管道系统。
2.如权利要求1所述的装置，其中第一热交换器(30)基本上力配合地固定在在线测量仪表(1)上。
3.如权利要求1或2所述的装置，还包括结构基本与第一热交换器(30)相同的第二热交换器(40)，其中固定工具(50，60)也用于将第二热交换器(40)特别是可松开地外部固定在在线测量仪表(1)上。
4.如权利要求3所述的装置，其中固定工具(50，60)用于两个热交换器(30，40)的力配合固定。
5.如权利要求3或4所述的装置，其中固定工具至少部分构造为第一和/或第二热交换器(30，40)的集成构件。
6.如权利要求3～5中任一条所述的装置，其中两个热交换器(30，40)利用固定工具(50，60)彼此机械连接。
7.如权利要求3或4所述的装置，其中两个热交换器(30，40)彼此相对地设置在在线测量仪表(1)上。
8.如权利要求1～7中任一条所述的装置用于插入管道中的在线测量仪表(1)的温度控制的用途，所述在线测量仪表用于测量在管道中流动的介质的至少一个物理测量变量，特别是质量流量、密度和/或粘度。
9.如权利要求8所述的装置的用途，其中要被温度控制的在线测量仪表(1)包括至少一条插入管道中的测量管(4，5)。
10.如权利要求9所述的装置的用途，其中至少第一热交换器至少部分平面地接触至少一条测量管(1)。
11.如权利要求9所述的装置的用途，-其中要被温度控制的在线测量仪表还包括围绕至少一条测量管的外壳，并且-其中至少第一热交换器至少部分平面地接触外壳。
12.如权利要求11所述的装置的用途，其中令至少一条用于测量管道中流动的介质的至少一个物理变量的测量管振动。
13.用于在线测量仪表(1)的热交换器(30，40)，该在线测量仪表具有至少一个可插入用于引导待测过程流体的过程管道中的测量管(4，5)，该热交换器(30)包括至少两个热交换器板(31’，32’)；-其中特别是槽状或盘状拱起的内部第一热交换器板(32’)适于在操作期间从外部在可预定的接触区域至少部分平面接触在线测量仪表(1)，并且因而形成热交换器(30)的内壁(32”)，并且-其中固定在第一热交换器板(32’)上的外部第二热交换器板(31’)形成热交换器(30)的外壁(31)，-其中，两个热交换器板(31’，32’)通过沿边缘区域分布的边缘连接焊缝(90)以及通过多个特别是点状或环状的内部连接位置(80)相连在一起，这些内部连接位置彼此间隔地排列在至少部分由边缘连接焊缝(90)围绕的内部区域中，从而形成至少一个由两个热交换器板(31’，32’)包围且具有彼此相通的部分的空腔(H)；并且-其中空腔(H)可通过通入其中的在至少一个热交换器板(31’，32’)中设置的开口(33A，34A)连接进入温度控制管道系统，该管道系统引导用于传输热量的温度控制流体。
14.如权利要求13所述的热交换器，其中边缘连接焊缝(90)自封闭。
15.如权利要求13或14所述的热交换器，其中外部第二热交换器板(31’，32’)具有特别是数目与内部连接焊缝(80)的数目相对应的多个区域(70)，在那里，第二热交换器板(31’)的材料被塑性形变，使得它持久地向外弯曲以形成位于两个热交换器板(31’，32’)之间的空腔(H)。
16.如权利要求13-15中任一条所述的热交换器，其中至少一个通过第一开口(33A)通入空腔(H)的入口喷嘴(33)固定在两个热交换器板(31’，32’)的至少一个上，热交换器(30)通过该入口喷嘴能够特别是可松开地与引导温度控制流体的第一流体管道相连。
17.如权利要求16所述的热交换器，其中入口喷嘴(33)固定在外部第二热交换器板(31’)上。
18.如权利要求16或17所述的热交换器，其中至少一个通过第二开口(34A)通入空腔(H)的出口喷嘴(34)固定在两个热交换器板(31’，32’)的至少一个上，热交换器通过该出口喷嘴能够特别是可松开地与排放温度控制流体的第二流体管道相连。
19.如权利要求18所述的热交换器，其中出口喷嘴(34)固定在外部第二热交换器板(31’)上。
20.如权利要求13-19中任一条所述的热交换器，其中至少内部连接焊缝(80)，特别是还有边缘连接焊缝(90)是激光焊缝。
21.如权利要求13-20中任一条所述的热交换器，其中两个热交换器板(31’，32’)中至少之一由不锈钢，特别是优质钢制成。
22.如权利要求13-21中任一条所述的热交换器，其中内部第一热交换器板(32’)的板厚与外部第二热交换器板(31’)的板厚不同。
23.如权利要求22所述的热交换器，其中第一热交换器板(32’)的板厚大于第二热交换器板(31’)的板厚。
24.如权利要求13-23中任一条所述的热交换器在如权利要求1-7中任一条所述的装置中的使用。
25.用于制造如权利要求13-23中任一条所述的热交换器的方法，该方法包括以下步骤-在用于制造热交换器板(31’，32’)之一的第一板部件(31”)中产生至少一个第一开口(33A，34A)，用于将热交换器连接至温度控制管道系统；-将第一板部件(31”)放置在同样用于制造热交换器(31’，32’)板之一的第二板部件(32”)上，特别地第二板部件的板厚与第一板部件(31”)的板厚不同；-通过焊接特别是激光焊接两个叠加的板部件(31”，32”)，产生边缘连接焊缝(90)和内部连接位置(80)；-通过第一开口(33A)，将特别是基本不可压缩的流体，特别是水、油等引入在彼此连接的两个板部件之间剩余的空腔(H’)；-向空腔(H’)中填充的流体施加静态压力，该压力超过周围环境的静态压力，特别是超过100bar，使得启动空腔(H’)的扩张；以及-通过利用施加了压力的流体扩张空腔(H’)，而塑性形变两个板部件(31”，32”)之一的主要材料。
26.如权利要求25所述的方法，还包括步骤以这样的方式形变，特别是弯曲板部件(31”，32”)，使得用作内部第一热交换器板(32’)的板部件至少部分具有与在线测量仪表(1)上的接触区域的外部形状相对应的空间形状。
27.如权利要求25或26所述的方法，还包括步骤-将入口喷嘴(33)或出口喷嘴(34)固定在第一板部件(31”)上，使得它通入第一开口(33A，34A)；以及-将流体的压力管线连接到板部件(32”)上固定的入口或出口喷嘴(33，34)上。
28.如权利要求25或26所述的方法，还包括步骤-在两个板部件(31”，32”)之一中制造至少一个第二开口(33A，34A)，用于将热交换器(30)连接至温度控制管道系统；以及-在将流体引入空腔(H’)的步骤之后，压密地密封两个开口(33A，34A)之一。
29.如权利要求28所述的方法，还包括步骤-将入口喷嘴或出口喷嘴固定在第一板部件上，使得它通过第一开口与空腔(H’)相通；和-压密地密封在板部件上固定的入口喷嘴或出口喷嘴。
30.如权利要求27-29中任一条所述的方法，其中在第一板部件上固定入口喷嘴或出口喷嘴的步骤包括弯曲和/或卷曲第一开口的边缘的步骤。
31.如权利要求30所述的方法，其中在第一板部件上固定入口喷嘴或出口喷嘴的步骤包括将第一开口的边缘至少逐点固定在第二板部件相对部分上的步骤。
全文摘要
该装置包括固定在在线测量仪表上的至少一个热交换器(30)，其在操作期间至少间断地由用于输送热量的温度控制流体流经；固定工具(50，60)，用于将热交换器(30)特别是可松开地外部固定在在线测量仪表(1)上。热交换器(30)具有内壁(32)和固定在其上的外壁(31)，该内壁特别是槽状或盘状拱起，从外部至少部分平面接触在线测量仪表(1)。外壁(31)通过沿边缘区域分布的用于密封温度控制流体的边缘连接焊缝(90)以及通过多个特别是点状或环状的内部连接位置(80)与内壁(32)相连，这些内部连接位置彼此间隔地排列在至少部分由边缘连接焊缝(90)围绕的内部区域中。在内壁(32)和外壁(31)之间形成至少一个空腔(H)，其具有多个彼此相通的部分并且用于引导温度控制流体，该空腔(H)通过通入其中的开口(33A，34A)连接进入引导温度控制流体的管道系统。
文档编号G01F15/02GK1942743SQ200580011373
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月14日 优先权日2004年4月16日
发明者迈克尔·富克斯, 蒂埃里·莫泽, 罗兰德·翁特尔泽, 帕特里克·乌杜瓦尔 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司