JP2001153573A - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents
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- F28D7/0025—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium the conduits for one medium or the conduits for both media being flat tubes or arrays of tubes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】可燃性流体などの熱交換器で、流路が破損した
場合でも加熱側流体と被加熱側流体の混合を抑制できる
熱交換器を提供する。 【解決手段】熱交換器の加熱側流体流路と被加熱側流体
流路をそれぞれ独立流路とし、それぞれの間は伝熱性部
材で結合する。
場合でも加熱側流体と被加熱側流体の混合を抑制できる
熱交換器を提供する。 【解決手段】熱交換器の加熱側流体流路と被加熱側流体
流路をそれぞれ独立流路とし、それぞれの間は伝熱性部
材で結合する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可燃性物質や毒物
等、流路から漏洩することが望ましくない流体を安全に
熱交換させるのに好適な熱交換器に関する。
等、流路から漏洩することが望ましくない流体を安全に
熱交換させるのに好適な熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術としては、可燃性の液化天然ガ
ス(以下、LNGと称する)と圧縮空気とを熱交換する
熱交換器に関しては、特開平10−47080 号公報に記載の
ものがある。この従来技術には、漏洩による不測の事象
を回避するため、不燃性の中間冷媒を介在させて熱交換
させることが提案されている。また、特開平9−279132
号公報では、LNGと熱交換をさせるための不燃性の冷
媒についての検討がなされている。
ス(以下、LNGと称する)と圧縮空気とを熱交換する
熱交換器に関しては、特開平10−47080 号公報に記載の
ものがある。この従来技術には、漏洩による不測の事象
を回避するため、不燃性の中間冷媒を介在させて熱交換
させることが提案されている。また、特開平9−279132
号公報では、LNGと熱交換をさせるための不燃性の冷
媒についての検討がなされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述した2つの従来技
術のように、熱交換媒体としてLNGといった可燃性物
質や毒物等を使用する熱交換器にあっては、媒体の漏
洩、あるいは加熱側流体と被加熱側流体との混合によっ
て燃焼や爆発,汚染といった事象に発展してしまう虞が
あるため、安全性についても考慮されることが望まれて
いた。
術のように、熱交換媒体としてLNGといった可燃性物
質や毒物等を使用する熱交換器にあっては、媒体の漏
洩、あるいは加熱側流体と被加熱側流体との混合によっ
て燃焼や爆発,汚染といった事象に発展してしまう虞が
あるため、安全性についても考慮されることが望まれて
いた。
【0004】本発明は上記した点に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは、熱交換媒体の混合を
抑制する熱交換器を提供することにある。
あって、その目的とするところは、熱交換媒体の混合を
抑制する熱交換器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の熱交換器は、加熱側流体を流通させる加熱
側伝熱管と、被加熱側流体を流通させる被加熱側伝熱管
とを有し、前記加熱側伝熱管と被加熱側伝熱管とが熱伝
導性の部材で結合されたことを特徴とする。
に、本発明の熱交換器は、加熱側流体を流通させる加熱
側伝熱管と、被加熱側流体を流通させる被加熱側伝熱管
とを有し、前記加熱側伝熱管と被加熱側伝熱管とが熱伝
導性の部材で結合されたことを特徴とする。
【0006】また、本発明の液体空気製造システムは、
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気を
冷却する冷却器と、該冷却器で冷却された空気とLNG
とを熱交換する第1の熱交換器と、該第1の熱交換器で
熱交換された空気と低温空気とを熱交換する第2の熱交
換器と、該第2の熱交換器で熱交換された空気を液化す
る膨張弁と、該膨張弁で液化された液体空気を貯蔵する
タンクと、前記第1の熱交換器を経た空気の一部を等エ
ントロピ膨張させて前記第2の熱交換器に導く膨張ター
ビンとを備えた液体空気製造システムであって、前記第
1の熱交換器は、空気を流通させる加熱側伝熱管と、L
NGを流通させる被加熱側伝熱管とを有し、前記加熱側
伝熱管と被加熱側伝熱管とが熱伝導性の部材で結合され
たことを特徴とする。
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気を
冷却する冷却器と、該冷却器で冷却された空気とLNG
とを熱交換する第1の熱交換器と、該第1の熱交換器で
熱交換された空気と低温空気とを熱交換する第2の熱交
換器と、該第2の熱交換器で熱交換された空気を液化す
る膨張弁と、該膨張弁で液化された液体空気を貯蔵する
タンクと、前記第1の熱交換器を経た空気の一部を等エ
ントロピ膨張させて前記第2の熱交換器に導く膨張ター
ビンとを備えた液体空気製造システムであって、前記第
1の熱交換器は、空気を流通させる加熱側伝熱管と、L
NGを流通させる被加熱側伝熱管とを有し、前記加熱側
伝熱管と被加熱側伝熱管とが熱伝導性の部材で結合され
たことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】図2は、本発明の第1の実施例で
あるLNG冷熱利用型液体空気製造システムの系統図を
示す。図2に示す本実施例では、プロセス空気を二段階
で高圧に圧縮する空気圧縮機51および52、圧縮され
て高温となったプロセス空気30,31と冷却水10,
11とを熱交換する熱交換器55および56,低温の戻
り空気35によりプロセス空気31をさらに冷却する熱
交換器57,低温の戻り空気35とプロセス空気31の
一部の空気39とを熱交換させる熱交換器70b,プロ
セス空気31から分岐した高圧の空気32を等エントロ
ピ膨張させ寒冷空気33を発生させる膨張タービン6
0,膨張タービン60で発生した寒冷空気33とプロセ
ス空気31とを熱交換させ、空気の液化に必要な温度ま
でプロセス空気31を冷却する深冷熱交換器61,低温
高圧の空気34を等エンタルピ膨張させ、膨張タンク6
3で部分的に液化する膨張弁62,膨張タンク63で生
成した液体空気36を貯蔵する液体空気貯蔵タンク6
4,LNG貯蔵タンク43から配管を経由して供給され
るLNG40とプロセス空気31から分岐された空気3
7とを熱交換させる熱交換器70aを備えている。
あるLNG冷熱利用型液体空気製造システムの系統図を
示す。図2に示す本実施例では、プロセス空気を二段階
で高圧に圧縮する空気圧縮機51および52、圧縮され
て高温となったプロセス空気30,31と冷却水10,
11とを熱交換する熱交換器55および56,低温の戻
り空気35によりプロセス空気31をさらに冷却する熱
交換器57,低温の戻り空気35とプロセス空気31の
一部の空気39とを熱交換させる熱交換器70b,プロ
セス空気31から分岐した高圧の空気32を等エントロ
ピ膨張させ寒冷空気33を発生させる膨張タービン6
0,膨張タービン60で発生した寒冷空気33とプロセ
ス空気31とを熱交換させ、空気の液化に必要な温度ま
でプロセス空気31を冷却する深冷熱交換器61,低温
高圧の空気34を等エンタルピ膨張させ、膨張タンク6
3で部分的に液化する膨張弁62,膨張タンク63で生
成した液体空気36を貯蔵する液体空気貯蔵タンク6
4,LNG貯蔵タンク43から配管を経由して供給され
るLNG40とプロセス空気31から分岐された空気3
7とを熱交換させる熱交換器70aを備えている。
【0008】図1は、図2に示す熱交換器70aの詳細
図である。図1に示す本実施例の熱交換器70aは、加
熱側流体伝熱管群20と、被加熱側流体伝熱管群21を
備え、これら伝熱管群の夫々の管軸は互いに平行であ
り、アルミニウム合金製のプレートフィン22によって
互いに結合されている。加熱側流体伝熱管群20と、被
加熱側流体伝熱管群21は銅製のチューブであり、熱伝
達を促進するために管内面に溝加工がなされている。ま
た、加熱側流体伝熱管群20には加熱側流体(プロセス
空気37)を供給或いは排出するヘッダ25が接続さ
れ、被加熱側流体伝熱管群21には被加熱側流体(LN
G40)を供給或いは排出するヘッダ26が接続されて
いる。
図である。図1に示す本実施例の熱交換器70aは、加
熱側流体伝熱管群20と、被加熱側流体伝熱管群21を
備え、これら伝熱管群の夫々の管軸は互いに平行であ
り、アルミニウム合金製のプレートフィン22によって
互いに結合されている。加熱側流体伝熱管群20と、被
加熱側流体伝熱管群21は銅製のチューブであり、熱伝
達を促進するために管内面に溝加工がなされている。ま
た、加熱側流体伝熱管群20には加熱側流体(プロセス
空気37)を供給或いは排出するヘッダ25が接続さ
れ、被加熱側流体伝熱管群21には被加熱側流体(LN
G40)を供給或いは排出するヘッダ26が接続されて
いる。
【0009】さらに、これらの伝熱管は図1に示すよう
に、加熱側流体伝熱管群20と被加熱側流体伝熱管群2
1の一方の管端が中心軸に対して90°の角度(図中点
線Aに対する点線Bの角度)で緩やかに曲げ加工されて
いる。また、加熱側流体伝熱管群20と被加熱側流体伝
熱管群21は、プレートフィン22に対し互いに対向す
る向きに挿入された後に、図示しないマンドレルによっ
て拡管され、プレートフィン22と機械的に接合されて
いる。なお、本実施例におけるプレートフィン22の厚
さは0.3 mm、ピッチは3mmである。また、各伝熱管の
管端部には、ヘッダ25および26が接続され、各伝熱
管群の流れをまとめている。
に、加熱側流体伝熱管群20と被加熱側流体伝熱管群2
1の一方の管端が中心軸に対して90°の角度(図中点
線Aに対する点線Bの角度)で緩やかに曲げ加工されて
いる。また、加熱側流体伝熱管群20と被加熱側流体伝
熱管群21は、プレートフィン22に対し互いに対向す
る向きに挿入された後に、図示しないマンドレルによっ
て拡管され、プレートフィン22と機械的に接合されて
いる。なお、本実施例におけるプレートフィン22の厚
さは0.3 mm、ピッチは3mmである。また、各伝熱管の
管端部には、ヘッダ25および26が接続され、各伝熱
管群の流れをまとめている。
【0010】上述したように本実施例の熱交換器70a
では、加熱側流体の流路配管である加熱側流体伝熱管群
20と、被加熱側流体の流路配管である被加熱側流体伝
熱管群21とを独立して設け、これらの流路配管の外面
を熱伝導性の部材であるプレートフィン22で接合して
いる。熱伝達は、加熱側流体伝熱配管群20〜プレート
フィン22〜被加熱側流体伝熱管群21という経路でな
される。ここで、万が一、加熱側流路配管または被加熱
側流路配管が破損し、流体が漏えいしたとしても、加熱
側流路配管または被加熱側流路配管は各々独立した配管
で形成されているので、漏洩した流体は熱交換する相手
側の流体と混合することを抑制することが可能となる。
では、加熱側流体の流路配管である加熱側流体伝熱管群
20と、被加熱側流体の流路配管である被加熱側流体伝
熱管群21とを独立して設け、これらの流路配管の外面
を熱伝導性の部材であるプレートフィン22で接合して
いる。熱伝達は、加熱側流体伝熱配管群20〜プレート
フィン22〜被加熱側流体伝熱管群21という経路でな
される。ここで、万が一、加熱側流路配管または被加熱
側流路配管が破損し、流体が漏えいしたとしても、加熱
側流路配管または被加熱側流路配管は各々独立した配管
で形成されているので、漏洩した流体は熱交換する相手
側の流体と混合することを抑制することが可能となる。
【0011】また、本実施例の熱交換器では、伝熱管群
の一方の温度端で加熱側流体伝熱管群20が曲げ加工さ
れており、他方の温度端では被加熱側流体伝熱管群21
が曲げ加工されている。このように伝熱管群を形成する
ことで、熱交換器70aの両方の温度端では、どちらか
の流体の管端部が曲がっているので、各流体の管端部が
干渉することは無く、流体毎に別々のヘッダを取り付け
ることが容易となる。また、どちらの流体の管群も、一
端に直線な管端部分を有するので、伝熱管を挿入可能な
複数の孔を有する熱伝導性の部材、例えばプレートフィ
ン22などの熱伝導性の部材に挿入し、これら伝熱管内
に機械力あるいは流体力などを作用させて拡管すること
で、伝熱管群と熱伝導性の部材を機械的に結合させるこ
とが可能となる。
の一方の温度端で加熱側流体伝熱管群20が曲げ加工さ
れており、他方の温度端では被加熱側流体伝熱管群21
が曲げ加工されている。このように伝熱管群を形成する
ことで、熱交換器70aの両方の温度端では、どちらか
の流体の管端部が曲がっているので、各流体の管端部が
干渉することは無く、流体毎に別々のヘッダを取り付け
ることが容易となる。また、どちらの流体の管群も、一
端に直線な管端部分を有するので、伝熱管を挿入可能な
複数の孔を有する熱伝導性の部材、例えばプレートフィ
ン22などの熱伝導性の部材に挿入し、これら伝熱管内
に機械力あるいは流体力などを作用させて拡管すること
で、伝熱管群と熱伝導性の部材を機械的に結合させるこ
とが可能となる。
【0012】また、図1に示すように本実施例の熱交換
器70aでは、伝熱管群は挿入する先端の反対側の管端
が曲げ加工されており、加熱側流体伝熱管群20と被加
熱側流体伝熱管群21が、孔加工された熱伝導性の部材
に対して互いに対向する向きに挿入するように形成され
ている。このように伝熱管群を形成することにより、熱
交換器の両方の温度端ではどちらかの流体の管端部が曲
がっているので、各流体の管端部が干渉することが無く
なり、さらに流体毎に別々のヘッダを取り付けることが
容易となる。
器70aでは、伝熱管群は挿入する先端の反対側の管端
が曲げ加工されており、加熱側流体伝熱管群20と被加
熱側流体伝熱管群21が、孔加工された熱伝導性の部材
に対して互いに対向する向きに挿入するように形成され
ている。このように伝熱管群を形成することにより、熱
交換器の両方の温度端ではどちらかの流体の管端部が曲
がっているので、各流体の管端部が干渉することが無く
なり、さらに流体毎に別々のヘッダを取り付けることが
容易となる。
【0013】また、特開平10−47080号公報,特開平9−
279132号公報に記載の熱交換器では、可燃性のLNGと
熱交換させるための媒体として不燃性の中間冷媒を使用
しているが、中間冷媒を用いた場合、冷媒を循環させる
機構が必要となりシステム全体が複雑化してしまうほ
か、冷媒が液体であるため使用可能な温度範囲も制限さ
れてしまうが、本実施例によればシステムを簡素化して
取り扱いを容易にすることができる。
279132号公報に記載の熱交換器では、可燃性のLNGと
熱交換させるための媒体として不燃性の中間冷媒を使用
しているが、中間冷媒を用いた場合、冷媒を循環させる
機構が必要となりシステム全体が複雑化してしまうほ
か、冷媒が液体であるため使用可能な温度範囲も制限さ
れてしまうが、本実施例によればシステムを簡素化して
取り扱いを容易にすることができる。
【0014】次に、図2を用いて本実施例の動作を説明
する。液体空気の原料であるプロセス空気は、空気圧縮
機51により0.7MPa まで圧縮されることで、温度
が260℃まで上昇する。高温に圧縮されたプロセス空
気30は熱交換器55により冷却水10と熱交換し、3
0℃まで冷却される。熱交換器55で冷却された後、戻
り空気35と合流した0.7MPaの空気は、空気圧縮機
52により5MPaまで圧縮されることで、温度が28
0℃まで上昇する。空気圧縮機52で圧縮されたプロセ
ス空気31は、熱交換器56にて冷却水11と熱交換さ
れ、40℃まで冷却する。さらに、プロセス空気31は
熱交換器57により低温の戻り空気35と熱交換して5
℃まで冷却され、除湿した後に熱交換器70aおよび7
0bに分岐して供給される。
する。液体空気の原料であるプロセス空気は、空気圧縮
機51により0.7MPa まで圧縮されることで、温度
が260℃まで上昇する。高温に圧縮されたプロセス空
気30は熱交換器55により冷却水10と熱交換し、3
0℃まで冷却される。熱交換器55で冷却された後、戻
り空気35と合流した0.7MPaの空気は、空気圧縮機
52により5MPaまで圧縮されることで、温度が28
0℃まで上昇する。空気圧縮機52で圧縮されたプロセ
ス空気31は、熱交換器56にて冷却水11と熱交換さ
れ、40℃まで冷却する。さらに、プロセス空気31は
熱交換器57により低温の戻り空気35と熱交換して5
℃まで冷却され、除湿した後に熱交換器70aおよび7
0bに分岐して供給される。
【0015】熱交換器57を経て分岐される空気は、熱
交換器70aの加熱側流体として5℃のプロセス空気3
7が供給される。一方、熱交換器70aには被加熱側流
体として−150℃のLNG40が供給される。熱交換
器70aに供給された媒体は熱交換することで、プロセ
ス空気37は−135℃まで冷却され、LNG40は−
10℃のNGとなる。また、分岐されたもう一方の空気
である熱交換器70bに供給される5℃のプロセス空気
39は、被加熱側流体である−140℃の低温戻り空気
35と熱交換される結果、プロセス空気37は−135
℃まで冷却され、低温戻り空気35は−10℃まで温度
が上昇する。
交換器70aの加熱側流体として5℃のプロセス空気3
7が供給される。一方、熱交換器70aには被加熱側流
体として−150℃のLNG40が供給される。熱交換
器70aに供給された媒体は熱交換することで、プロセ
ス空気37は−135℃まで冷却され、LNG40は−
10℃のNGとなる。また、分岐されたもう一方の空気
である熱交換器70bに供給される5℃のプロセス空気
39は、被加熱側流体である−140℃の低温戻り空気
35と熱交換される結果、プロセス空気37は−135
℃まで冷却され、低温戻り空気35は−10℃まで温度
が上昇する。
【0016】熱交換器70a,70bで冷却された−1
35℃のプロセス空気は、熱交換器70a,70bを通
過後にその約30%が分岐され、分岐したプロセス空気
32は膨張タービン60に供給される。膨張タービン6
0ではプロセス空気32を等エントロピ膨張させ、−1
74℃の寒冷空気33を発生させる。この寒冷空気33
と、膨張タンク63から発生する低温戻り空気35は深
冷熱交換器61に供給されて、分岐した残り約70%の
−135℃のプロセス空気38と熱交換を行い、プロセ
ス空気38を−165℃まで冷却する。
35℃のプロセス空気は、熱交換器70a,70bを通
過後にその約30%が分岐され、分岐したプロセス空気
32は膨張タービン60に供給される。膨張タービン6
0ではプロセス空気32を等エントロピ膨張させ、−1
74℃の寒冷空気33を発生させる。この寒冷空気33
と、膨張タンク63から発生する低温戻り空気35は深
冷熱交換器61に供給されて、分岐した残り約70%の
−135℃のプロセス空気38と熱交換を行い、プロセ
ス空気38を−165℃まで冷却する。
【0017】温度−165℃,圧力5MPaのプロセス
空気34は、膨張弁62で0.7MPaまで等エンタルピ膨
張させ、膨張タンク63内に約90%を液化させる。液
化しなかった空気は、0.7MPa の低温戻り空気35
として前記した上流側のプロセスの冷却に使用される。
膨張タンク63の液体空気36は、さらに大気圧の液体
空気貯蔵タンク64へ放出され、約80%が温度−19
5℃の液体窒素となり、約20%は気化して排出され
る。本実施例の場合、得られた液体空気の保有する冷熱
量に対する必要動力の比である作動係数は約0.5 であ
り、通常の空気液化サイクルの作動係数が0.3 前後で
あることを考慮すると、LNG冷熱の利用により大幅な
動力の削減がなされたことになる。
空気34は、膨張弁62で0.7MPaまで等エンタルピ膨
張させ、膨張タンク63内に約90%を液化させる。液
化しなかった空気は、0.7MPa の低温戻り空気35
として前記した上流側のプロセスの冷却に使用される。
膨張タンク63の液体空気36は、さらに大気圧の液体
空気貯蔵タンク64へ放出され、約80%が温度−19
5℃の液体窒素となり、約20%は気化して排出され
る。本実施例の場合、得られた液体空気の保有する冷熱
量に対する必要動力の比である作動係数は約0.5 であ
り、通常の空気液化サイクルの作動係数が0.3 前後で
あることを考慮すると、LNG冷熱の利用により大幅な
動力の削減がなされたことになる。
【0018】次に、熱交換器70aの安全機構について
図3を用いて説明する。熱交換器70aは、図3に示す
ようにコールドボックス80に収容され、窒素等の不活
性ガス雰囲気中に設置する。本実施例では、コールドボ
ックス80には圧力計81およびガス検知器82を設置
しており、天然ガス(NG)の漏洩を検知した場合に
は、制御回路83の指令により遮断弁85a〜85dが
自動閉鎖するように設定している。また、コールドボッ
クス80には、内部の圧力がある限度より上昇すると自
動的に開口するラプチャーディスク86が設置されてお
り、ラプチャーディスク86の開口部は配管87により
フレアスタック88に接続されている。以下、熱交換器
70aにおいて漏洩を検知した場合の動作を説明する。
本実施例では、加熱側流体伝熱管群20aには、冷却さ
れるプロセス空気37が、被加熱側流体伝熱管群21a
にはLNG40を加圧して加熱したNG41が流動す
る。熱交換器70aは、コールドボックス80に収容さ
れ、コールドボックス80内に充填されている窒素等の
不活性ガスの圧力は、大気圧程度になるように制御され
ている。
図3を用いて説明する。熱交換器70aは、図3に示す
ようにコールドボックス80に収容され、窒素等の不活
性ガス雰囲気中に設置する。本実施例では、コールドボ
ックス80には圧力計81およびガス検知器82を設置
しており、天然ガス(NG)の漏洩を検知した場合に
は、制御回路83の指令により遮断弁85a〜85dが
自動閉鎖するように設定している。また、コールドボッ
クス80には、内部の圧力がある限度より上昇すると自
動的に開口するラプチャーディスク86が設置されてお
り、ラプチャーディスク86の開口部は配管87により
フレアスタック88に接続されている。以下、熱交換器
70aにおいて漏洩を検知した場合の動作を説明する。
本実施例では、加熱側流体伝熱管群20aには、冷却さ
れるプロセス空気37が、被加熱側流体伝熱管群21a
にはLNG40を加圧して加熱したNG41が流動す
る。熱交換器70aは、コールドボックス80に収容さ
れ、コールドボックス80内に充填されている窒素等の
不活性ガスの圧力は、大気圧程度になるように制御され
ている。
【0019】ここで、NG41が流動する被加熱側流体
伝熱管群21aの何れかの部位が損傷した場合を想定す
る。NG41は、窒素が充填されたコールドボックス8
0内へ放出される。コールドボックス80には圧力計8
1およびガス検知器82が設置してあり、圧力の変化
と、ガス濃度の変化を検出することにより、制御回路8
3の指令により遮断弁85a〜85dが閉鎖する。次
に、コールドボックス80の圧力が設定した限度より上
昇すると、ラプチャーディスク86が自動的に破裂して
開口し、NG41が助燃性の空気と混合することは無
く、コールドボックス80に充填された不活性ガスと混
合しながら配管87を経由してフレアスタック88に導
かれ、未燃ガスを燃焼しながら安全に系外に排出され
る。これらの事象は、熱交換器70aの遮断弁85aお
よび85bの内側に存在するNG41が全て放出され次
第、速やかに終了する。
伝熱管群21aの何れかの部位が損傷した場合を想定す
る。NG41は、窒素が充填されたコールドボックス8
0内へ放出される。コールドボックス80には圧力計8
1およびガス検知器82が設置してあり、圧力の変化
と、ガス濃度の変化を検出することにより、制御回路8
3の指令により遮断弁85a〜85dが閉鎖する。次
に、コールドボックス80の圧力が設定した限度より上
昇すると、ラプチャーディスク86が自動的に破裂して
開口し、NG41が助燃性の空気と混合することは無
く、コールドボックス80に充填された不活性ガスと混
合しながら配管87を経由してフレアスタック88に導
かれ、未燃ガスを燃焼しながら安全に系外に排出され
る。これらの事象は、熱交換器70aの遮断弁85aお
よび85bの内側に存在するNG41が全て放出され次
第、速やかに終了する。
【0020】図4は、図2に示す熱交換器70aの他の
実施形態を示した図である。図1に示す熱交換器70a
では、伝熱管の一方の管端が一箇所だけ曲げ加工されて
いるが、図4に示す本実施例のように、二箇所にわたる
曲げ加工を施しても良い。この場合、曲げ加工の工数は
増加するが、ヘッダ25a,26aの取り付け向きが同
一となり、ヘッダ25a,26aを解体して内部を点検
する際のアクセスに有利である。
実施形態を示した図である。図1に示す熱交換器70a
では、伝熱管の一方の管端が一箇所だけ曲げ加工されて
いるが、図4に示す本実施例のように、二箇所にわたる
曲げ加工を施しても良い。この場合、曲げ加工の工数は
増加するが、ヘッダ25a,26aの取り付け向きが同
一となり、ヘッダ25a,26aを解体して内部を点検
する際のアクセスに有利である。
【0021】図5は、本発明の第2の実施例であるLN
G冷熱利用型液体空気製造システムの系統図を示す。図
2に示した第1の実施例では、熱交換器57を通過した
プロセス空気31は熱交換器70a,70bの二つのル
ートに分岐させていたが、図5に示す本実施例では熱交
換器70一つでプロセス空気31の冷却を行っている。
G冷熱利用型液体空気製造システムの系統図を示す。図
2に示した第1の実施例では、熱交換器57を通過した
プロセス空気31は熱交換器70a,70bの二つのル
ートに分岐させていたが、図5に示す本実施例では熱交
換器70一つでプロセス空気31の冷却を行っている。
【0022】図6は、図5に示す熱交換器70の詳細図
である。図1に示す熱交換器70aでは、加熱側流体伝
熱管群20と被加熱側流体伝熱管群21とをプレートフ
ィン22によって結合しているが、図6に示す熱交換器
70は加熱側流体伝熱管群20,被加熱側流体伝熱管群
21a及び21bのこれら管群の間隙に銅粒子28を充
填している。この場合、熱伝達は、加熱側流体伝熱管群
20〜銅粒子28〜被加熱側流体伝熱管群21a、ある
いは加熱側流体伝熱管群20〜銅粒子28〜被加熱側流
体伝熱管群21bという経路でなされる。なお、加熱側
流体伝熱管群20には加熱側流体としてプロセス空気3
1が供給され、被加熱側流体伝熱管群21aには被加熱
側流体としてLNG40、被加熱側流体伝熱管群21b
には同じく被加熱側流体として低温戻り空気35が供給
される。
である。図1に示す熱交換器70aでは、加熱側流体伝
熱管群20と被加熱側流体伝熱管群21とをプレートフ
ィン22によって結合しているが、図6に示す熱交換器
70は加熱側流体伝熱管群20,被加熱側流体伝熱管群
21a及び21bのこれら管群の間隙に銅粒子28を充
填している。この場合、熱伝達は、加熱側流体伝熱管群
20〜銅粒子28〜被加熱側流体伝熱管群21a、ある
いは加熱側流体伝熱管群20〜銅粒子28〜被加熱側流
体伝熱管群21bという経路でなされる。なお、加熱側
流体伝熱管群20には加熱側流体としてプロセス空気3
1が供給され、被加熱側流体伝熱管群21aには被加熱
側流体としてLNG40、被加熱側流体伝熱管群21b
には同じく被加熱側流体として低温戻り空気35が供給
される。
【0023】本実施例では、熱伝達を銅粒子28を介し
て行っているため、伝熱管をプレートフィンに挿入する
必要が無くなり、図1のような伝熱管の一方ではなく両
方の管端部の曲げ加工が可能となる。したがって、図6
に示すようにヘッダ25,26a,26bの複数のヘッ
ダを取り付けることができる。図2で示した実施例で
は、熱交換器をプロセス空気37−LNG40の熱交換
器70aと、プロセス空気39−低温戻り空気35の熱
交換器70bの合計二種類の熱交換器に分けていたが、
この実施例では、同一の熱交換器70で三流体の熱交換
が可能となる。即ち、加熱側流体伝熱管群20はプロセ
ス空気31のみを流すが、被加熱側流体の伝熱管は、被
加熱側流体伝熱管群21aおよび21bに分割すること
により、LNG40と低温戻り空気35の二種類の被加
熱側流体を別々に流すことが可能となる。このときの安
全対策は図7のようになる。万が一の想定事象の際に
は、図3で説明した実施例の場合と同様に、制御回路8
3の指令により遮断弁85a〜85dが閉鎖するに加え
て、低温戻り空気35の遮断弁85e〜85fが閉鎖す
る。
て行っているため、伝熱管をプレートフィンに挿入する
必要が無くなり、図1のような伝熱管の一方ではなく両
方の管端部の曲げ加工が可能となる。したがって、図6
に示すようにヘッダ25,26a,26bの複数のヘッ
ダを取り付けることができる。図2で示した実施例で
は、熱交換器をプロセス空気37−LNG40の熱交換
器70aと、プロセス空気39−低温戻り空気35の熱
交換器70bの合計二種類の熱交換器に分けていたが、
この実施例では、同一の熱交換器70で三流体の熱交換
が可能となる。即ち、加熱側流体伝熱管群20はプロセ
ス空気31のみを流すが、被加熱側流体の伝熱管は、被
加熱側流体伝熱管群21aおよび21bに分割すること
により、LNG40と低温戻り空気35の二種類の被加
熱側流体を別々に流すことが可能となる。このときの安
全対策は図7のようになる。万が一の想定事象の際に
は、図3で説明した実施例の場合と同様に、制御回路8
3の指令により遮断弁85a〜85dが閉鎖するに加え
て、低温戻り空気35の遮断弁85e〜85fが閉鎖す
る。
【0024】銅粒子28を充填した場合の特有の効果と
して、銅粒子が熱容量を有するため、流量の変動などに
対する伝熱管の温度変化が緩やかになる効果がある。発
電所向けや、都市ガス向けのNGの需要量は、一日のう
ちでも時刻により変動が大きく、空気液化システムの生
産量を変動させないためには、熱交換器70の伝熱管部
分の熱容量が大きいほうが良い。銅粒子の熱伝導率は大
きく、加熱側流体伝熱管群20と、被加熱側流体伝熱管
群21aおよび21bの間隙を大きくすることにより熱
容量も容易に増大でき、24時間一定の空気液化システ
ムの運転が可能となる。
して、銅粒子が熱容量を有するため、流量の変動などに
対する伝熱管の温度変化が緩やかになる効果がある。発
電所向けや、都市ガス向けのNGの需要量は、一日のう
ちでも時刻により変動が大きく、空気液化システムの生
産量を変動させないためには、熱交換器70の伝熱管部
分の熱容量が大きいほうが良い。銅粒子の熱伝導率は大
きく、加熱側流体伝熱管群20と、被加熱側流体伝熱管
群21aおよび21bの間隙を大きくすることにより熱
容量も容易に増大でき、24時間一定の空気液化システ
ムの運転が可能となる。
【0025】以上の2つの実施例で説明した熱交換器で
はLNG冷熱利用液体空気製造システムの実施形態につ
いて例示したが、これらの他にも、例えば、液体空気を
利用したエネルギー貯蔵発電システム等、LNGの冷熱
を利用するシステムの全てに適用可能である。
はLNG冷熱利用液体空気製造システムの実施形態につ
いて例示したが、これらの他にも、例えば、液体空気を
利用したエネルギー貯蔵発電システム等、LNGの冷熱
を利用するシステムの全てに適用可能である。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、加熱側流体流路と被加
熱側流体流路をそれぞれ独立とし、これらの流路間を伝
熱性の部材や物質で熱的に結合したことにより、可燃性
物質や毒物等、漏えいすることが望ましくない流体を熱
交換する場合に、加熱側流体と被加熱側流体の混合を防
ぐ。また、伝熱性の物質が熱容量を持つことから、熱交
換流体の流量が変動した場合にも安定して熱交換するこ
とができる。本発明をLNG冷熱利用システムの熱交換
器に適用することにより、安全なLNG冷熱利用システ
ムを提供することができる。
熱側流体流路をそれぞれ独立とし、これらの流路間を伝
熱性の部材や物質で熱的に結合したことにより、可燃性
物質や毒物等、漏えいすることが望ましくない流体を熱
交換する場合に、加熱側流体と被加熱側流体の混合を防
ぐ。また、伝熱性の物質が熱容量を持つことから、熱交
換流体の流量が変動した場合にも安定して熱交換するこ
とができる。本発明をLNG冷熱利用システムの熱交換
器に適用することにより、安全なLNG冷熱利用システ
ムを提供することができる。
【図1】本発明の一実施例を示す熱交換器の斜視図。
【図2】本発明の第1の実施例であるLNG冷熱利用液
体空気製造システムの概要図。
体空気製造システムの概要図。
【図3】本発明の一実施例である安全機構の概要図。
【図4】本発明の一実施例を示す熱交換器の斜視図。
【図5】本発明の第2の実施例であるLNG冷熱利用液
体空気製造システムの概要図。
体空気製造システムの概要図。
【図6】本発明の一実施例を示す熱交換器の斜視図。
【図7】本発明の一実施例である安全機構の概要図。
20…加熱側流体伝熱管群、21…被加熱側流体伝熱管
群、22…プレートフィン、25,26…ヘッダ、40
…LNG、41…NG、43…LNG貯蔵タンク、5
1,52…空気圧縮機、55,56,57,70,70
a,70b…熱交換器、60…膨張タービン、61…深
冷熱交換器、62…膨張弁、63…膨張タンク、64…
液体空気貯蔵タンク、80…コールドボックス、81…
圧力計、82…ガス検知器、83…制御回路、85a〜
85f…遮断弁、86…ラプチャーディスク、87…配
管、88…フレアスタック。
群、22…プレートフィン、25,26…ヘッダ、40
…LNG、41…NG、43…LNG貯蔵タンク、5
1,52…空気圧縮機、55,56,57,70,70
a,70b…熱交換器、60…膨張タービン、61…深
冷熱交換器、62…膨張弁、63…膨張タンク、64…
液体空気貯蔵タンク、80…コールドボックス、81…
圧力計、82…ガス検知器、83…制御回路、85a〜
85f…遮断弁、86…ラプチャーディスク、87…配
管、88…フレアスタック。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千野 耕一 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 中原 貢 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Fターム(参考) 3L103 AA42 BB27 BB30 CC18 CC22 DD09 DD42 4D047 AA08 CA07 CA16 CA17 DA17 DB01
Claims (6)
- 【請求項1】加熱側流体を流通させる加熱側伝熱管と、
被加熱側流体を流通させる被加熱側伝熱管とを有し、前
記加熱側伝熱管と被加熱側伝熱管とが熱伝導性の部材で
結合されたことを特徴とする熱交換器。 - 【請求項2】その一端側に加熱側流体を供給するヘッダ
が接続され、他端側に前記加熱側流体を排出するヘッダ
が接続された加熱側伝熱管と、その一端側に被加熱側流
体を供給するヘッダが接続され、他端側に前記被加熱側
流体を排出するヘッダが接続された被加熱側伝熱管とを
有し、該加熱側伝熱管と被加熱側流体伝熱管の夫々の管
の外壁面を熱伝導性の部材により結合したことを特徴と
する熱交換器。 - 【請求項3】その一端側に加熱側流体を供給するヘッダ
が接続され、他端側に前記加熱側流体を排出するヘッダ
が接続された加熱側伝熱管と、その一端側に被加熱側流
体を供給するヘッダが接続され、他端側に前記被加熱側
流体を排出するヘッダが接続された被加熱側伝熱管とを
有し、該加熱側伝熱管と被加熱側流体伝熱管の夫々の管
の間隙部分に熱伝導性の物質で充填したことを特徴とす
る熱交換器。 - 【請求項4】請求項1,2,3の何れかに記載の熱交換
器において、前記伝熱管は一方の温度端では加熱側流体
伝熱管群が曲げ加工されており、他方の温度端では被加
熱側流体伝熱管群が曲げ加工されていることを特徴とす
る熱交換器。 - 【請求項5】請求項1または2に記載の熱交換器におい
て、前記熱伝導性の部材は伝熱管を挿入可能な複数の孔
が形成されたものであって、該複数の孔に挿入される伝
熱管は挿入する先端の反対側の管端が曲げ加工されてお
り、加熱側流体伝熱管と被加熱側流体伝熱管が、孔加工
された熱伝導性の部材に対し互いに対向する向きに挿入
されることを特徴とする熱交換器。 - 【請求項6】空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮
された空気を冷却する冷却器と、該冷却器で冷却された
空気とLNGとを熱交換する第1の熱交換器と、該第1
の熱交換器で熱交換された空気と低温空気とを熱交換す
る第2の熱交換器と、該第2の熱交換器で熱交換された
空気を液化する膨張弁と、該膨張弁で液化された液体空
気を貯蔵するタンクと、前記第1の熱交換器を経た空気
の一部を等エントロピ膨張させて前記第2の熱交換器に
導く膨張タービンとを備えた液体空気製造システムであ
って、前記第1の熱交換器は、空気を流通させる加熱側
伝熱管と、LNGを流通させる被加熱側伝熱管とを有
し、前記加熱側伝熱管と被加熱側伝熱管とが熱伝導性の
部材で結合されたことを特徴とする液体空気製造システ
ム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34170099A JP2001153573A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 熱交換器およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34170099A JP2001153573A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 熱交換器およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001153573A true JP2001153573A (ja) | 2001-06-08 |
Family
ID=18348110
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34170099A Pending JP2001153573A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 熱交換器およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001153573A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12007176B2 (en) * | 2016-03-30 | 2024-06-11 | Woodside Energy Technologies Pty Ltd | Heat exchanger and method of manufacturing a heat exchanger |
-
1999
- 1999-12-01 JP JP34170099A patent/JP2001153573A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US12007176B2 (en) * | 2016-03-30 | 2024-06-11 | Woodside Energy Technologies Pty Ltd | Heat exchanger and method of manufacturing a heat exchanger |
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