JP2017519963A - ブロックインシェル型の熱交換器 - Google Patents
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Abstract
本発明は、第1の媒体(S)と第2の媒体(S’)との間の間接的な熱交換に用いられる熱交換器であって、前記第1の媒体(S)を収容するためのジャケット空間(M)を包囲するジャケット(3)と、前記ジャケット空間(M)内に配置された、熱交換器ブロック(20)を備えるプレート式熱交換器(2)とを有しており、前記熱交換器ブロック(20)は、前記第1の媒体(S)を受け入れる複数の第1の熱伝達通路(201)と、前記第2の媒体(S’)を受け入れる複数の第2の熱伝達通路(202)とを有しており、第1のコレクタ(21)を有しており、該第1のコレクタ(21)は、前記熱交換器ブロック(20)の第1の側面(20a)に固定されていて、前記第2の熱伝達通路(202)と流体接続されており、これにより、前記第1のコレクタ(21)を介して前記第2の媒体(S’)を前記第2の熱伝達通路(202)内へ導入することができるようになっており、第2のコレクタ(22)を有しており、該第2のコレクタ(22)は、前記熱交換器ブロック(20)の、前記第1の側面(20a)とは反対の側の第2の側面(20b)に固定されていて、前記第2の熱伝達通路(202)と流体接続されており、これにより、前記第2のコレクタ(22)を介して前記第2の媒体(S’)を前記第2の熱伝達通路(202)から流出させることができるようになっており、前記第2のコレクタ(22)は、延在方向(E)に沿って前記第2の側面(20b)にわたって延在しており、前記第2のコレクタ(22)から前記第2の媒体(S’)を流出させるための、前記延在方向(E)に沿って延びた第1の導管(41a)が、前記第2のコレクタ(22)と流体接続しており、且つ前記ジャケット(3)の貫通開口(O)を通じて、前記ジャケット空間(M)から前記延在方向(E)に導出されている、熱交換器に関する。本発明に基づき、前記第1のコレクタ(21)は、前記延在方向(E)に沿って前記第1の側面(20a)にわたって延在しており、前記第1のコレクタ(21)に接続された少なくとも1つの第1の流入接続管片(31)が設けられており、該第1の流入接続管片(31)は、前記第1のコレクタ(21)から前記延在方向(E)に対して横方向に分岐しており、前記第1の流入接続管片(31)を介して前記第2の媒体(S’)を前記第1のコレクタ(21)に導入することができるようになっており、且つ、当該熱交換器(1)は、前記ジャケット空間(M)内に配置された第3のコレクタ(23)を有しており、該第3のコレクタ(23)は、少なくとも1つの前記流入接続管片(31)と流体接続しており、特に前記第3のコレクタ(23)は、中空球形又は中空半球形に形成されている。
Description
本発明は、請求項1記載の熱交換器に関する。
このような熱交換器は、第1の媒体と第2の媒体との間の間接的な熱交換に用いられ、第1の媒体を収容するためのジャケット空間を包囲するジャケットと、ジャケット空間内に配置された、熱交換器ブロックを備えるプレート式熱交換器とを有しており、熱交換器ブロックは、第1の媒体を受け入れる複数の第1の熱伝達通路と、第2の媒体を受け入れる複数の第2の熱伝達通路とを有しており、この場合、これらの熱伝達通路は、第2の熱伝達通路に流入する第2の媒体の熱が、第1の熱伝達通路に流入する第1の媒体に間接的に伝達可能であるように構成されている。更に当該熱交換器は、第1のコレクタ(ヘッダとも云う)を有しており、第1のコレクタは、熱交換器ブロックの第1の側面に固定されていて、第2の熱伝達通路と流体接続されており、これにより、第1のコレクタを介して第2の媒体を第2の熱伝達通路内へ導入することができるようになっており、第2のコレクタ(又はヘッダ)が設けられており、第2のコレクタは、熱交換器ブロックの、第1の側面とは反対の側の第2の側面に固定されていて、第2の熱伝達通路と流体接続されており、これにより、第2のコレクタを介して第2の媒体を第2の熱伝達通路から流出させることができるようになっている。
このような熱交換器は、例えば”The Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturer’s association (ALPEMA)”第3版、2010年、第67頁、図9−1に記載されていて、ジャケット空間を包囲するジャケット(「シェル」又は「ケトル」)と、ジャケット空間内に配置された少なくとも1つのプレート式熱交換器(「コア」又は「ブロック」)とを有している。よってこのような構成の熱交換器は、「コアインシェル」又は「ブロックインシェル」型の熱交換器とも呼ばれる。この場合は特に、液化された第2の媒体の流出用に用いられるプレート式熱交換器の第2のコレクタから、第1の導管がジャケットの軸方向に延びてから、ブロックの下方に配置されたジャケットの接続管片へ戻され、この接続管片を介して、液化された第2の媒体を流出させることができるようになっている。
この点から出発する本発明の根底を成す課題は、ジャケットの軸方向長さの短縮を可能にする、冒頭で述べた形式のブロックインシェル型の熱交換器を提供することにある。
この課題は、請求項1記載の特徴を有する熱交換器により解決される。
それによれば、第2のコレクタは、延在方向に沿って第2の側面にわたって延在しており、前記第2のコレクタから第2の媒体を流出させるための、前記延在方向に沿って延びた、好適には前記第2のコレクタと整合する第1の導管が、前記第2のコレクタと流体接続しており、且つジャケットの貫通開口を通じて、当該熱交換器のジャケット空間から前記延在方向に導出されている。好適には、所定の形式で配置された熱交換器において前記延在方向は、水平線に対して平行に、特に熱交換器ブロックの前記第2の側面に対して平行に、且つ上面に対して平行に延びている。
これにより、原理的にジャケットの長手方向軸線若しくは円筒軸線に沿って構成空間を節減することができる。熱交換器ブロックは、長手方向軸線の方向において全体的により短く形成され得る。これに相応して、ジャケット若しくはケトルも、長手方向軸線の方向においてより短くすることができる。
更に本発明に基づき、第1のコレクタは、延在方向に沿って第1の側面にわたって延在しており、この場合、第1のコレクタに接続された少なくとも1つの第1の流入接続管片が設けられており、第1の流入接続管片は、第1のコレクタから延在方向に対して横方向に分岐しており、この場合、第1の流入接続管片を介して第2の媒体を第1のコレクタに導入することができるようになっており、且つ当該熱交換器は、ジャケット空間内に配置された第3のコレクタを有しており、第3のコレクタは、少なくとも1つの流入接続管片と流体接続しており、特に第3のコレクタは、中空球形又は中空半球形に形成されている。
本発明の1つの実施形態では更に、第2のコレクタから第2の媒体を流出させるための、延在方向に沿って延びた別の第1の導管が、付加的に第2のコレクタと流体接続しており且つ延在方向に見て一方の貫通開口とは反対の側の、ジャケットの別の貫通開口を通じて、ジャケット空間から延在方向とは逆方向に導出されている、という可能性も生じる。好適には、第1の導管と別の第1の導管とは互いに整合しており、且つ第2のコレクタの互いに反対の側から延びている。
好適には更に、第1のコレクタは、延在方向に沿って第1の側面にわたって延在しており、この場合、第1のコレクタと接続された少なくとも1つの第1の流入接続管片が設けられており、第1の流入接続管片は、第1のコレクタから延在方向に対して横方向に分岐しており、この場合、第1の流入接続管片を介して第2の媒体を、第1のコレクタ内に導入することができるようになっている。第1の流入接続管片は、好適には第1のコレクタに対して接線方向に配置されている。所定の形式で配置された熱交換器において、少なくとも1つの第1の流入接続管片は、好適には鉛直線に沿って、又は熱交換器ブロックの第1の側面に対して平行に、若しくは上面に対して垂直に延びている。更に、延在方向に対してやはり横方向に、且つ好適には第1の流入接続管片に対して平行に延びる、1つの第2の流入接続管片又は複数の付加的な流入接続管片が設けられていてもよい。第2の流入接続管片若しくは複数の付加的な流入接続管片も、好適にはやはり第1のコレクタに対して接線方向に配置されている。
第1の側面と第2の側面とは、好適には互いに平行に延在しており、熱交換器ブロックの下面を、熱交換器ブロックの上面と接続している。好適には、上面と下面もやはり互いに平行に延在しており、この場合、所定の形式で配置された熱交換器において、上面と下面とは、好適には水平方向に延在している。
プレート式熱交換器の、一般に直方体形の熱交換器ブロックは、好適には互いに平行に配置されて第1及び第2の熱伝達通路を形成する、複数の隔離プレート若しくは隔離金属薄板を有している。好適には、隣合う隔離プレート間にはそれぞれ、例えば折り畳まれた又は波形の金属薄板(いわゆるフィン)の形態の伝熱構造体が設けられている。プレート式熱交換器の最外位は、それぞれカバープレートによって形成される。このようにして、各2つの隔離プレート間若しくは隔離プレートとカバープレートとの間には、その間に配置された各伝熱構造体(例えばフィン)に基づいて、対応する媒体が通流可能な多数の平行な通路若しくは第1又は第2の熱伝達通路が形成される。第1及び第2の熱伝達通路は、好適には互いに隣合って配置されているので、第1及び第2の媒体が対応する各通路を通流する際に、間接的に熱交換可能になっている。
各側面に対しては、隣合う各2つの隔離プレート間、若しくはカバープレートと隣の隔離プレートとの間に、好適には各熱伝達通路を閉じる閉鎖条片(いわゆるサイドバー)が設けられている。第1の熱伝達通路は、垂直線の方向で上下に対して開いており、特に閉鎖条片によって閉じられてはいない。この場合、各第1の熱伝達通路は、熱交換器ブロックの下面に、第1の媒体の液相が第1の熱伝達通路に流入可能な流入開口を有しており、且つ、熱交換器ブロックの上面に、第1の媒体が液相又は気相として熱交換器ブロックの上面に流出可能な流出開口を有している。カバープレート、隔離プレート、フィン及びサイドバーは、好適にはアルミニウムから製造されており、且つ好適には、例えば1つの炉内で互いにろう接される。前記及び以下に記載するアルミニウムには、アルミニウム合金も含まれる。
更に好適には、第2のコレクタは、延在方向に沿って熱交換器ブロックを越えて突出している。
第1の導管は、溶接結合により第2のコレクタと結合されていてよいか、又は第2のコレクタに一体成形されていてよい。本発明の1つの好適な構成では、第1の導管は、トランジション継手とも呼ばれる別個の、好適には環状の継手部材を介して第2のコレクタに接続されている。この場合、第2のコレクタは、好適にはアルミニウムから成っており、第1の導管は鋼から成っている。継手部材は、好適には管状に形成されていて、好適にはアルミニウムから製造され且つアルミニウム製の構成部材(例えば第2のコレクタ)に(例えば溶接によって)結合される第1の端部領域と、第1の端部領域に結合された第2の端部領域とを有しており、第2の端部領域は、鋼から製造され且つ鋼製の構成部材(例えば第1の導管)に(例えば溶接によって)結合される。つまり継手部材は、第2のコレクタと第1の導管とで異なる材料の結合を可能にする。継手部材の両端部領域は、継手部材の複数の別の環状の材料領域、例えばアルミニウム、チタン及びニッケルの順で相接する3つの材料領域を介して互いに結合されていてよく、この場合、アルミニウム材料領域を介して、アルミニウムから成る端部領域との結合が生ぜしめられると共に、ニッケル材料領域を介して、鋼から製造された端部領域との結合が生ぜしめられる。
本発明の1つの好適な実施形態では、熱交換器は、ジャケット空間内に配置された第3のコレクタを有しており、第3のコレクタは、少なくとも1つの流入接続管片と流体接続しているので、第2の媒体は、第3のコレクタを介して第1の流入接続管片内に流入することができるようになっている。好適には、第3のコレクタは中空球状に形成されている。
好適には、第3のコレクタは第2の導管を介して、第1のコレクタの少なくとも1つの流入接続管片と接続されている。第2の流入接続管片(又は場合によっては3つ以上の流入接続管片)が設けられている場合には、これらの更なる流入接続管片はそれぞれ、好適には別の第2の導管を介して第3のコレクタと流体接続されている。この場合、第2の導管はそれぞれ、中空球状の第3のコレクタ内に開口している。流入接続管片が1つしか設けられていない場合には勿論、第3のコレクタを省くことができる。
更に好適には、第3のコレクタは、第3の導管と流体接続しており、第3の導管は、特に第3のコレクタから分岐しており且つジャケットの貫通開口を通じて熱交換器のジャケット空間から導出されている。好適には、第3の導管は前記延在方向に対して横方向に、好適には鉛直線に沿って、若しくは熱交換器ブロックの上面に対して垂直に延びている。
1つの好適な実施形態では、第2の導管は別個の、特に環状の継手部材を介して、少なくとも1つの流入接続管片と接続されている(トランジション継手、上記参照)。第1のコレクタに複数の流入接続管片が設けられている場合には、複数の第2の導管が、それぞれ前記のような継手部材を介して、対応する各流入接続管片に接続されている。1つ若しくは複数の継手部材がこのように配置されている場合には、第2の導管、第3のコレクタ、並びに第3の導管が鋼から成っているのに対して、各流入接続管片はアルミニウムから成っている。この場合、第2及び/又は第3の導管は、好適には第3のコレクタと溶接されているか、又は第3のコレクタに一体成形されている。この場合、前記継手部材もやはり、流入接続管片と第2の導管とで異なる材料間の結合を、それぞれ保証する(上記参照)。
これに対して択一的に、別の好適な実施形態では、第3の導管が、別個の、特に環状の継手部材を介して第3のコレクタに接続されている、という可能性がある。この場合、好適には第3の導管が鋼から製造されており、第3のコレクタ、並びに第2の導管及び流入接続管片は、アルミニウムから製造されている。この場合、第2の導管は、第3のコレクタと例えば溶接されていてよいか、又は第3のコレクタに一体成形されていてよい。更に、第2の導管は、各流入接続管片に溶接されていてよいか、又は各流入接続管片に一体成形されていてよい。
1つの実施形態では、若干の又は全ての継手部材を省く可能性もあり、この場合、好適には、互いに結合されるべき各コンポーネントは、それぞれ同一材料から製造されている、若しくは各コンポーネントの直接的な結合を可能にする材料から製造されている。この場合、直接的な結合とは、双方のコンポーネントに結合され、その間に配置される別個の継手部材を一切有さない若しくは必要としない結合を意味する。この意味での直接的な結合は、特に関連するコンポーネント(例えばコレクタ、導管)間の材料接続的な結合、例えば溶接結合である。更に、双方のコンポーネントが例えば互いに一体成形されている場合には、直接的な結合が生じる。
特に本発明の1つの実施形態では、熱交換器のジャケットと、導管、コレクタ、熱交換器ブロック等の別のコンポーネントとが、アルミニウム又は(上記の意味で)同一の材料から製造されていると、継手部材を省くことができる。
第1のコレクタ若しくは第2のコレクタが取り付けられた両側面に対して垂直に延在し且つ両側面と境を接している熱交換器ブロックの上面は、好適には長手方向軸線若しくは円筒軸線(この長手方向軸線若しくは円筒軸線に沿ってジャケットが延在している)の高さに延在している(即ち円筒軸線は、上面によって形成される平面内に延びている)。よって本発明による熱交換器は、ブロックの上面の上方に、管若しくは蒸発した第1の媒体の気相を受け入れるための、有利には比較的大きな構成空間を有している。
これに関して好適には、少なくとも1つの第2の導管がエルボを有しており、これにより、少なくとも1つの第2の導管若しくは場合によっては複数の第2の導管(上記参照)が部分的に、熱交換器ブロックの上面の上方で、前記上面に沿って延びることになる。これにより特に、導管及びブロックの熱膨張に関して不可欠な融通性が保証され得る。
更に、本発明の1つの好適な実施形態では、第2のコレクタが、熱交換器のジャケットに、好適には案内軸受によって支持されており、案内軸受は、好適には熱交換器のジャケットの内面に取り付けられている。この場合、案内軸受は、第2のコレクタの、延在方向に対して横方向のずれを防止すると共に、熱交換器ブロックと熱交換器のジャケットとの間の熱に起因する、延在方向でのずれ若しくは延在方向とは逆方向でのずれ、更には延在方向を中心とした第2のコレクタの回動を可能にするように形成されている。
更に案内軸受により、ジャケットに対する熱交換器ブロックの断熱が可能であり、例えば第2のコレクタは一方の自由端部で以て、絶縁材料を介して案内軸受に支持されている。
第2のコレクタの前記端部は、第2のコレクタの管状の延長部として形成されていてよく、且つ平らなプレートによって閉じられていてよいので、第2のコレクタのこの端部において第2の媒体が流出する恐れはない。
案内軸受は、第2のコレクタの前記端部を支持すると同時に、該端部の周囲に係合しているので、延在方向に沿った運動だけが可能であるに過ぎない。例えば、案内軸受はU字形に形成されていてよく、この場合、第2のコレクタの前記端部の上方に延在していて、案内軸受から垂直方向に第2のコレクタの前記端部が外れることを防ぐように案内軸受に配置若しくは固定可能なピンが設けられていてよい。
更に好適には、第1及び/又は第2のコレクタが、その延在方向に対して横方向に有する包囲角は、好適には180°を上回っており、この場合、包囲角は更に好適には270°未満であり、好適には260°未満、好適には250°未満、好適には240°未満、好適には230°未満、好適には220°未満、好適には210°未満、好適には200°未満である。本発明において第1又は第2のコレクタを延在方向に対して横断してみると、相応するコレクタ周壁の、それぞれ円弧状の輪郭が得られ、この場合、包囲角は、各円弧状輪郭を形成する中心角(即ち円弧状輪郭の両端部に向かって延びる2つの半径の間の角度)に相当する。
1つの好適な実施形態では、第3のコレクタは、金属から鍛造されているか、又は鍛造された部分を有していてよい。つまり第3のコレクタは、例えばそれぞれ鍛造されていてよい中空半球又は中空球を有していてよい。
本発明の別の態様では、請求項1の上位概念に記載の特徴だけを有するに過ぎない熱交換器が想定されている。この対象物は、この熱交換器の好適な構成が記載された従属請求項に基づき、場合によっては請求項1の特徴部に記載の構成と組み合わせて改良可能である。
本発明の別の特徴及び利点は、以下の各実施例の図面の説明において図面に基づき説明する。
図1には、本発明によるブロックインシェル型の熱交換器1が図2に関連して示されている。熱交換器1は、長手方向軸線若しくは円筒軸線Lに沿って延在するジャケット3を有しており、長手方向軸線若しくは円筒軸線Lは、所定の形式で配置された熱交換器1において水平線に沿って延びている。ジャケット3は、内部にプレート式熱交換器2が配置されたジャケット空間Mを規定している。プレート式熱交換器2は、直方体形の熱交換器ブロック20を有しており、熱交換器ブロック20は、例えば交互に相並べて配置された、特に垂直な第1及び第2の熱伝達通路201,202を有しており、第1及び第2の熱伝達通路201,202は、それぞれ第1若しくは第2の媒体S,S’を受け入れるように形成されているので、両媒体は間接的に熱交換可能である。この場合、熱伝達通路201,202はそれぞれ、2つの平行な隔離プレート203によって仕切られており(ブロック20の最外位の両隔離プレート203はカバープレートと云う)、これらの隔離プレート203間には、本発明ではいわゆるフィンとして、つまり波形の又は折り畳まれた金属薄板として形成された、各1つの伝熱構造体205が配置されているので、両側の各隔離プレート203と相まって、各媒体S,S’用の多数の平行な通路が形成されることになる。
図2に示唆するように、第1の熱伝達通路201は、それぞれ上面20c及び下面20d(図示せず)に対して開いて形成されている。即ち、ブロック20の周囲に浴を形成する、ジャケット空間M内に供給された第1の媒体Sが第1の熱伝達通路201に流入することのできる、適当な複数の流入開口が下面20dに存在しており、第1の媒体Sは、第1の熱伝達通路201内を上昇可能であり(いわゆるサーモサイホン効果)、上面20cにおいて適当な流出開口O’’を介して第1の熱伝達通路201から、例えば液相及び/又は気相として再び流出することができるようになっている。
第1及び第2の熱伝達通路201,202は、側面20a,20bに対しては、いわゆる縁部条片又は閉鎖条片(サイドバー)204により閉じられている。第2の熱伝達通路202は、付加的に上方及び下方に対しても、このような閉鎖条片204によって閉じられている。
例えば隔離プレート203、フィン205、サイドバー204及びコレクタ21,22等の、プレート式熱交換器2の各コンポーネントは、好適にはアルミニウムから製造されている。隔離プレート203、サイドバー204及びフィン205は、好適には1つの炉内で互いにろう接される。
第1の媒体Sが熱交換器ブロック20内を上昇すると、例えばそれぞれ隣接する第2の熱伝達通路202内の対向流で案内される第2の媒体S’との間接的な熱交換状態にもたらされる。これにより、最初はガス状の第2の媒体S’が冷やされる、特に液化されるのに対して、第1の媒体Sは加熱され、場合によっては蒸発させられる。この場合に生じる第1の媒体Sの気相は、プレート式熱交換器2の上方のジャケット空間Mに集合し、そこから流出可能である。好適には、プレート式熱交換器2の上面20cにおいて発生した第1の媒体Sの気相と共に流出する液相は、プレート式熱交換器2を包囲する浴に戻される。
熱交換器ブロック20の第2の熱伝達通路202に第2の媒体S’を供給するために、上面20cに対して垂直に延在するブロック20の第1の側面20aに第1のコレクタ21が固定されており、第1のコレクタ21は、延在方向Eに沿って第1の側面20a全体にわたって延びていると共に、個々の第2の熱伝達通路202と流体接続しているので、第1のコレクタ21に供給された第2の媒体S’は、通路202に流入することができるようになっている。第1のコレクタ21とは更に、少なくとも1つの第1の流入接続管片31が流体接続しており、この場合、第1の流入接続管片31は、第1のコレクタ21に対して接線方向に配置されており且つ延在方向Eに対して垂直方向に、好適には鉛直線に沿って延びている。第1の流入接続管片31は更に、第2の導管42と接続しており、第2の導管42自体は、中空球状に形成された第3のコレクタ23内に開口している。
更に、第1の流入接続管片31に対して平行に配置されていて、やはり第1のコレクタ21内に開口している、1つ(又は複数)の第2の流入接続管片32が設けられていてもよい。この場合、第2の流入接続管片32もやはり、第3のコレクタ23内に開口する別の第2の導管43と流体接続している。
第3のコレクタ23自体は、第3の導管44と流体接続しており、第3の導管44は、熱交換器1のジャケット3に対応配置された貫通開口O’を通じて、ジャケット空間Mから導出されている(つまり流入接続管片31,32、両方の第2の導管42,43、並びに第3のコレクタ23は、熱交換器1のジャケット空間M内に配置されている)。
第2の媒体S’は適宜に、特に気相として、第3の導管44を通って第3のコレクタ23へ案内され、そこから第2の導管42,43を介して第1のコレクタ21内へ案内されて、第2の熱伝達通路202内へ供給されてよい。
この場合、第2の導管42,43が、それぞれ各流入接続管片31,32を起点として最初は弓形に上面20cを越えて案内されてから第3のコレクタ23内へ開口していることにより、ブロック20の上面20cの上方全体に、膨張を許容する余裕が供与される。この場合、ブロック20の上面20cは、ジャケット3の中心の長手方向軸線Lの高さに位置しており、ブロック20の垂直方向下側の容積に比べて大きなジャケット空間容積が上面20cの上方に存在していることで、融通性のある導管案内を可能にしている。
更に、任意の位置で球形のコレクタ23から半径方向に突出している接続管片31,32若しくは第2の導管42,43も融通性のある導管案内を可能にしており、この場合、内圧に関して必要とされる、ASME VIIIによる壁厚さは、円筒形のコレクタに比べると約1/2の壁厚さを必要とする。
流入接続管片31,32が第1のコレクタ/ヘッダ21に対して接線方向に取り付けられるという状況は更に、少なくとも2つの導管エルボ(第2の導管42,43の各湾曲部分)を用いた導管案内を可能にし、その結果、長手方向軸線Lに沿って、両コレクタ21,22を備えるブロック20よりそう長くはないプレート式熱交換器2を可能にする。これによりジャケット3若しくはケトルも、小さな寸法と、これに相応して少ない所要冷媒量とで以て極めてコンパクトに寸法設定可能である。
図1に示すように、トランジション継手とも呼ばれる、いわゆる継手部材52,53若しくは54の配置に関しては、少なくとも2つの異なる構成部分が存在する。継手部材52,53,54は、アルミニウムと鋼との間の材料変化部に用いられる。この場合、継手部材51,52,53,54の、アルミニウムと結合されるべき各端部領域は、アルミニウムから成っており、更に、各継手部材51,52,53,54の、鋼と結合されるべき端部領域は、鋼から成っている。
このような継手部材52,53は、第1のコレクタ21に関しては流入接続管片31,32と、対応配置された第2の導管42,43との間に配置されていてよく、この場合、流入接続管片31,32、並びに第1のコレクタ21は、好適にはアルミニウムから成っており、第2の導管42,43、第3のコレクタ23及び第3の導管44は、鋼から成っている。継手部材54は省いてもよい。
これに対して択一的には、継手部材52,53を省くこともできる。この場合には、流入接続管片31,32、第2の導管42,43並びに第3のコレクタ23が、アルミニウムから製造されている。この場合、継手部材若しくはトランジション継手54(図1の破線を参照)が、第3のコレクタ23を第3の導管44に接続しており、この場合、第3の導管44は好適には鋼から製造されていて、ジャケット空間Mから導出される(上記参照)。
図1から看取されるように、ブロック20の第1の側面20aに設けられた第1のコレクタ21は、上面20c寄りの縁部に配置されている。これに対して、長手方向軸線Lの方向に見てブロック20の第1の側面20aに向かい合う、この第1の側面20aとは反対の側の、ブロック20の第2の側面20bに設けられた第2のコレクタ22は、ブロック20の下面20d寄りの縁部に配置されていて、液化された第2の媒体S’の収集及び流出に用いられる。
このために、第2の側面20b全体にわたり延在方向Eに沿って延在する第2のコレクタ22からは、この第2のコレクタ22と整合する第1の導管41aが延びており、第1の導管41aは、継手部材51(トランジション継手とも呼ばれる、上記参照)を介して第2のコレクタ22に接続されている。この場合、第2のコレクタ22が好適にはブロック20と同様にアルミニウムから製造されているのに対して、第1の導管41aは、好適には鋼から製造されている。第1の導管41aは、第2のコレクタ22と整合しており、ジャケット3の貫通開口Oを通じてジャケット空間Mから導出されている。
第2のコレクタ22は、第1の導管41aとは反対の側の自由端部71で以て、好適には図4に示す案内軸受72に掛合されており、そこでピン73によって位置固定されている。案内軸受72は、ジャケット3の内面3aに固定されていて、第2のコレクタ22の自由端部71のための上方に向かって開いた(好適にはU字形の)受容部を形成しており、第2のコレクタ22は前記端部71において閉じられているので、第2の媒体S’がそこから流出する恐れはない。
案内軸受72により、ブロック20はジャケット若しくはケトル3内で位置固定され、この場合、第2のコレクタ22の、延在方向Eに沿った、延在方向Eを中心とした運動が可能である。延在方向Eに対して横方向では、案内軸受72が第2のコレクタ22の運動を妨げており、この場合、第2のコレクタ22が上方に向かって案内軸受72から外れることは、第2のコレクタ22の自由端部71を、案内軸受72と共に延在方向Eに対して垂直な平面内で包囲しているピン73によって防止される。
この案内は、ブロック20を動的負荷ケース、例えば地震に対して防護する有効な手段を成すものである。
図3には、図1及び図2に対して択一的な第2のコレクタ22の構成が示されており、この場合、図1及び図2に示したものとは異なり、第2のコレクタ22は一方の自由端部71で以て案内軸受72に掛合されているのではなく、むしろ第2のコレクタ22から延在方向Eとは逆方向に、別の第1の導管41bが延びており、別の第1の導管41bもやはり、継手部材51を介して第2のコレクタ22と接続されていて(この場合も別の第1の導管41bはやはり鋼から製造されており、第2のコレクタ22はアルミニウムから製造されている、上記参照)、熱交換器1のジャケット3から延在方向Eとは逆方向に(つまり第1の導管41aとは反対の方向に)導出されている。つまり要するに、第2の媒体S’は第2のコレクタ22の二方から流出可能である、若しくは第2のコレクタ22に二方から逆の流れ方向で供給可能である。よって図1及び図4に示した案内軸受72は、剛性の固定側軸受に交換される。
結果として上述した構成形式の、本発明による熱交換器1若しくはブロック20は、有利には短小なケトル3を可能にすると共に、更に、動的負荷ケース(地震)における複数の利点を有している。特に、高い圧力と同時に従来のブロックインシェル型の熱交換器では一般に複数の多重接続管片と集合導管とを要するLNG(天然ガス)用途に関しては、節減が可能となる。例えば、1つの集合導管が完全に削減されると共に、球形の第3のコレクタ23の比較的薄い壁厚さが材料節減につながり且つ溶接体積を減らす。更に、比較的小型のケトル3が必要とする冷媒は、より少量である。
好適には、ブロック20を空にするために、付加的な排出導管61,62が設けられており、排出導管61,62は、第3のコレクタ23と第2のコレクタ22との間、並びに流入接続管片31,32と第2のコレクタ22との間に流体接続を生ぜしめる。図1には特に、第3のコレクタ23がアルミニウムから製造されている場合の排出導管61,62が示されている。第3のコレクタ23が鋼から成る場合には、排出導管61も好適にはやはり鋼から製造されており、且つ好適には、やはり好適には鋼から製造された第1の導管41aに接続されている。排出導管62はいずれにしろ、好適にはアルミニウムから製造されている。
第1及び第2のコレクタ21,22は、延在方向Eに対して垂直に、好適には180°を上回る包囲角(取り囲み角)を有しており、このことは、より好都合な流れ横断面を生ぜしめる。
更に、球形の第3のコレクタ23は、接続管片配向の複数の可能性をもたらす。更に、有利には複数の流入接続管片31,32を使用することにより、ブロック20内の流れを制御することができる。
最後に図5には、図1〜図3に示した実施形態の場合と同様に使用可能な、第3のコレクタ23の択一的な構成が示されている。この場合、第3のコレクタ23は、好適には第3の導管44と整合するように接続された中空の半球として形成されている。この場合、第3の導管44は、半球形の第3のコレクタ23の周に溶接されていてよく、この場合、第2の導管42,43は、依然として第3のコレクタ23から分岐している。
1 熱交換器
2 プレート式熱交換器
3 ジャケット
3a 内面
20 熱交換器ブロック
20a 第1の側面
20b 第2の側面
20c 上面
20d 下面
21 第1のコレクタ
22 第2のコレクタ
23 第3のコレクタ
31 第1の流入接続管片
32 第2の流入接続管片
41a 第1の導管
41b 別の第1の導管
42 第2の導管
43 別の第2の導管
44 第3の導管
51,52,53,54 継手部材
61,62 排出導管
71 端部
72 案内軸受
73 ピン
201 第1の熱伝達通路
202 第2の熱伝達通路
203 隔離プレート若しくはカバープレート
204 閉鎖条片(サイドバー)
205 伝熱構造体(例えばフィン)
E 延在方向
L 長手方向軸線
O 貫通開口
Q 貫通開口
O’ 貫通開口
O’’ 流出開口
S 第1の媒体
S’ 第2の媒体
M ジャケット空間
2 プレート式熱交換器
3 ジャケット
3a 内面
20 熱交換器ブロック
20a 第1の側面
20b 第2の側面
20c 上面
20d 下面
21 第1のコレクタ
22 第2のコレクタ
23 第3のコレクタ
31 第1の流入接続管片
32 第2の流入接続管片
41a 第1の導管
41b 別の第1の導管
42 第2の導管
43 別の第2の導管
44 第3の導管
51,52,53,54 継手部材
61,62 排出導管
71 端部
72 案内軸受
73 ピン
201 第1の熱伝達通路
202 第2の熱伝達通路
203 隔離プレート若しくはカバープレート
204 閉鎖条片(サイドバー)
205 伝熱構造体(例えばフィン)
E 延在方向
L 長手方向軸線
O 貫通開口
Q 貫通開口
O’ 貫通開口
O’’ 流出開口
S 第1の媒体
S’ 第2の媒体
M ジャケット空間
Claims (15)
- 第1の媒体(S)と第2の媒体(S’)との間の間接的な熱交換に用いられる熱交換器であって、
前記第1の媒体(S)を収容するためのジャケット空間(M)を包囲するジャケット(3)と、
前記ジャケット空間(M)内に配置された、熱交換器ブロック(20)を備えるプレート式熱交換器(2)とを有しており、前記熱交換器ブロック(20)は、前記第1の媒体(S)を受け入れる複数の第1の熱伝達通路(201)と、前記第2の媒体(S’)を受け入れる複数の第2の熱伝達通路(202)とを有しており、
第1のコレクタ(21)を有しており、該第1のコレクタ(21)は、前記熱交換器ブロック(20)の第1の側面(20a)に固定されていて、前記第2の熱伝達通路(202)と流体接続されており、これにより、前記第1のコレクタ(21)を介して前記第2の媒体(S’)を前記第2の熱伝達通路(202)内へ導入することができるようになっており、
第2のコレクタ(22)を有しており、該第2のコレクタ(22)は、前記熱交換器ブロック(20)の、前記第1の側面(20a)とは反対の側の第2の側面(20b)に固定されていて、前記第2の熱伝達通路(202)と流体接続されており、これにより、前記第2のコレクタ(22)を介して前記第2の媒体(S’)を前記第2の熱伝達通路(202)から流出させることができるようになっており、
前記第2のコレクタ(22)は、延在方向(E)に沿って前記第2の側面(20b)にわたって延在しており、前記第2のコレクタ(22)から前記第2の媒体(S’)を流出させるための、前記延在方向(E)に沿って延びた第1の導管(41a)が、前記第2のコレクタ(22)と流体接続しており、且つ前記ジャケット(3)の貫通開口(O)を通じて、前記ジャケット空間(M)から前記延在方向(E)に導出されている、熱交換器において、
前記第1のコレクタ(21)は、前記延在方向(E)に沿って前記第1の側面(20a)にわたって延在しており、前記第1のコレクタ(21)に接続された少なくとも1つの第1の流入接続管片(31)が設けられており、該第1の流入接続管片(31)は、前記第1のコレクタ(21)から前記延在方向(E)に対して横方向に分岐しており、前記第1の流入接続管片(31)を介して前記第2の媒体(S’)を前記第1のコレクタ(21)に導入することができるようになっており、且つ
当該熱交換器(1)は、前記ジャケット空間(M)内に配置された第3のコレクタ(23)を有しており、該第3のコレクタ(23)は、少なくとも1つの前記流入接続管片(31)と流体接続しており、特に前記第3のコレクタ(23)は、中空球形又は中空半球形に形成されていることを特徴とする、熱交換器。 - 前記第2のコレクタ(22)から前記第2の媒体(S’)を流出させるための、前記延在方向(E)に沿って延びた別の第1の導管(41b)が、付加的に前記第2のコレクタ(22)と流体接続しており、且つ一方の前記貫通開口(O)とは反対の側の、前記ジャケット(3)の別の貫通開口(Q)を通じて、前記ジャケット空間(M)から前記延在方向(E)とは逆方向に導出されており、特に、前記第1の導管(41a)と前記別の第1の導管(41b)とは互いに整合しており、且つ前記第2のコレクタ(22)の互いに反対の側から延びている、請求項1記載の熱交換器。
- 前記第2のコレクタ(22)は、前記延在方向(E)に且つ/又は前記延在方向(E)とは逆方向に、前記熱交換器ブロック(20)を越えて突出している、請求項1又は2記載の熱交換器。
- 前記第1の導管(41a)及び/又は前記別の第1の導管(41b)は、各1つの別個の継手部材(51)を介して前記第2のコレクタ(22)に接続されており、特に前記第2のコレクタ(22)はアルミニウムから製造されており、特に前記第1の導管(41a)及び/又は前記別の第1の導管(41b)は鋼から製造されている、又は、前記第1の導管(41a)及び/又は前記別の第1の導管(41b)は、前記第2のコレクタ(22)と直接に結合されており、特に前記第2のコレクタ(22)はアルミニウムから製造されており、特に前記第1の導管(41a)及び/又は前記別の第1の導管(41b)はアルミニウムから製造されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の熱交換器。
- 前記第3のコレクタ(23)は、第2の導管(42)を介して、前記第1のコレクタ(21)の前記少なくとも1つの流入接続管片(31)と接続されている、請求項1から4までのいずれか1項記載の熱交換器。
- 前記第3のコレクタ(23)は、第3の導管(44)と流体接続しており、該第3の導管(44)は、前記ジャケット(3)の貫通開口(O’)を通じて前記ジャケット空間(M)から導出されており、特に前記第3の導管(44)は、前記延在方向(E)に対して横方向に且つ/又は鉛直線に沿って延びている、請求項1から5までのいずれか1項記載の熱交換器。
- 前記第2の導管(42)は別個の継手部材(52)を介して、前記少なくとも1つの流入接続管片(31)と接続されており、特に前記第2の導管(42)及び/又は前記第3のコレクタ(23)は鋼から製造されていると共に、特に前記少なくとも1つの流入接続管片(31)はアルミニウムから製造されている、又は、前記第2の導管(42)は、前記少なくとも1つの流入接続管片(31)と直接に結合されており、特に前記第2の導管(42)及び/又は前記第3のコレクタ(23)はアルミニウムから製造されていると共に、特に前記少なくとも1つの流入接続管片(31)はアルミニウムから製造されている、請求項5記載の熱交換器。
- 前記第3の導管(44)は、別個の継手部材(54)を介して前記第3のコレクタ(23)に接続されており、特に前記第3の導管(44)は鋼から製造されていると共に、特に前記第3のコレクタ(23)、前記第2の導管(42)及び/又は前記第1の流入接続管片(31)はアルミニウムから製造されている、又は、前記第3の導管(44)は、前記第3のコレクタ(23)と直接に結合されており、特に前記第3の導管(44)はアルミニウムから製造されていると共に、特に前記第3のコレクタ(23)、前記第2の導管(42)及び/又は前記第1の流入接続管片(31)はアルミニウムから製造されている、請求項6記載の熱交換器。
- 前記熱交換器ブロック(20)は、特に前記両側面(20a,20b)と境を接する上面(20c)を有しており、該上面(20c)は、前記両側面(20a,20b)に対して特に垂直に延在している、請求項1から8までのいずれか1項記載の熱交換器。
- 前記ジャケット(3)は、該ジャケット(3)の円筒軸線(L)に沿って延在しており、特に前記上面(20c)は、前記円筒軸線(L)に対して平行に延在しており、特に該円筒軸線(L)は、前記上面(20c)によって形成される平面内に位置する、請求項9記載の熱交換器。
- 前記第2の導管(42)は部分的に、前記熱交換器ブロック(20)の前記上面(20c)の上方で、該上面(20c)に沿って延びている、請求項5及び請求項9又は10記載の熱交換器。
- 前記第2のコレクタ(22)は、当該熱交換器(1)の前記ジャケット(3)に支持されており、特に前記第2のコレクタ(22)の一方の端部(71)は、当該熱交換器(1)の前記ジャケット(3)に固定された案内軸受(72)に支持されており、これにより、特に前記第2のコレクタ(22)は、前記案内軸受(72)において前記延在方向(E)に沿って可動である、請求項1から11までのいずれか1項記載の熱交換器。
- 前記複数の第1の熱伝達通路(201)はそれぞれ、前記熱交換器ブロック(20)の前記上面(20c)に各1つの流出開口(O’’)、並びに前記熱交換器ブロック(20)の、前記上面(20c)とは反対の側の下面(20d)に各1つの流入開口を有しており、これにより、前記ジャケット空間(M)内に存在する、前記熱交換器ブロック(20)を包囲している前記第1の媒体(S)が、前記流入開口を介して前記第1の熱伝達通路(201)に流入してその内部を上昇し、且つ前記流出開口(O’’)から再び流出することができるようになっている、請求項9から12までのいずれか1項記載の熱交換器。
- 前記第1及び/又は前記第2のコレクタ(21,22)は、180°を上回る包囲角を有している、請求項1から13までのいずれか1項記載の熱交換器。
- 前記第3のコレクタ(23)は、鍛造された半球又は中空半球を有している、請求項1から14までのいずれか1項記載の熱交換器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
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