JP4570167B2 - 管束支持具 - Google Patents

Description

本発明は、平行管束のための支持具、特に支持する管の方向に沿って一定間隔をあけた少なくとも２つの横支持プレートを備えた支持具に関する。

しばしば、支持プレートは支持シート又は支持バッフルともいう。
平行な管の束は管束ともいう。

管束の主な適用領域は、円筒多管式熱交換器である。円筒多管式熱交換器は円筒容器を備え、その中に平行管の束が該容器の縦方向に延びて配置されている。

周知のように、円筒多管式熱交換器は、管束の管を通る流体（管側）と該管の外側の空間を通る流体（シェル側）との間で熱を伝達する間接熱交換器である。円筒多管式熱交換器の詳細は、例えばPerry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6th edition, 1984, McGraw-Hill Inc., page 11-3 〜11-21に記載されている。管束の管の端部は管シートに固定される。この熱交換器は、２つの管シートを円筒容器の各端部に１つづつ備えるか、又は熱交換器がＵ字管交換器の場合には円筒容器の一方の端部に１つの管シートを備えることができる。

この管は支持しなければならない。これは、軸方向に間隔をあけて設けれる横支持具によって行うことができる。

例えば流体の流れによって生じる振動に起因する管の損傷を防止するために、管の中間部分も支持しなければならないことが分かる。管の中間部分を支持するため、管の長さ方向に沿って間隔をあけて設けられた横支持プレートを備えた支持具を使用できる。

従来の支持具はセグメント型バッフルを備え、上記Ｐｅｒｒｙの刊行物にもいくつかの種類が説明されている。バッフルはこの管を支持するだけでなく、シェル側を通る流体の流れにも影響を与える。したがって、バッフルの設計は熱伝達も考慮して決められる。

別の種類の管支持具は、管の列の間のレーンに配置されたロッド又は棒から形成される。横支持具は、円筒容器の内径よりやや小さい外径を有する支持リングと、端部にて支持リングに固定された平行なロッド又は棒とからなる。

管束の管は、通常は正三角形ピッチで配置される（すなわち、管をそれらの中心が正三角形の頂点上にくるように配置する）。しばしば、着脱自在式バンドル交換器において機械的な洗浄のために、正方形ピッチ（すなわち管をそれらの中心が正方形の頂点上にくるように配置する）も使用される。

米国特許第４１４３７０９号明細書には、平行管束用の支持具が開示され、この支持具は、支持する管の長さ方向に沿って一定の間隔を置いて複数の横支持プレートを備える。各プレートは、複数の穴を規則的な格子上で切り抜いた１つのシートから一体的に形成され、この穴の各々は複数の管を受け入れるのに十分な大きさである。この穴は、概ね長方形、概ね正方形、概ね三角形又は概ねひし形（ダイヤモンド形）とし得る。

この公知の支持具の支持プレートのうち少なくとも１つは、位相を違えて配置される、すなわちずらして配置される。１つの支持プレート中の同じ穴を通って延びる管は、別の支持プレート中の異なる穴を通って延び、その結果、協働する隣り合ったプレートが、横移動に対して両側から管を支持する。

この概ね三角形又は概ねダイヤモンド形の実施態様は、三角形ピッチで管を支持するのに適する。しかしながら、これらの実施態様では、支持格子のクロスラス(cross-lath)の幅を、隣り合った管の最短距離よりも相当小さくしなければならず、このことは機械的な強度の点で最適ではない。

出願人は、エキスパンデッドメタルを用いて非常に有利に管支持具を製造できることを見いだし、これは本出願人名義の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ０３／０１０７４の主題であるが、これは本願の最初の出願（優先）日には公開されていなかった。

１枚のエキスパンデッドメタルは、シートメタルから作られ、このシートメタルは、千鳥状の平行な破線の配列に従ってスリットが入れられ、該破線に垂直に引き伸ばし（広げ）て隙間のあるクロスラスの構造にしたものである。その製造は単純で安価である。また、このシートは、例えばレーザー切断によって特定の用途に望ましい形状、例えば円形に容易に切断できる。

エキスパンデッドメタルの開口部は実質的にひし形又はフラストロ（frustro）ひし形の形状を有する。実質的にひし形（等辺の平行四辺形）の形状は、仮想の破線に沿ったスリットが、その間の非スリット部分（いわゆる結合部）よりもずっと長いときに得られる。スリットシートメタルの引き伸ばしの後、この結合部が頂点を形成し、各々が等しい長さの４つのいわゆるストランドを連結する。スリット間の非スリット部分が相対的に長いならば、実質的にフラストロひし形の形状が得られる。フラストロひし形の形状とは、ひし形形状の２つの対角が一対の平行線に沿って切り落とされることを意味する。例えばSorst Streckmetall GmbH、ハノーバー、ドイツから得ることができるように、公知のエキスパンデッドメタルは最大９０度まで引き伸ばされ、ほぼ正方形の開口部となる。

エキスパンデッドメタルの引き伸ばし後のストランドは、完全には真っ直ぐでなく、しばしばわずかにＳ字形状である。すなわち、結合部による連結部で湾曲し、その間は実質的に直線状の中央部分である。引き伸ばす方向における隣接（隣の）ストランド対のＶ形状は多少歪んでいることが分かるであろう。この引き伸ばし角度は、（歪んだ）Ｖ形状を形成するストランドの中央部分により適切に定義される。

また、エキスパンデッドメタルが引き伸ばされるとき、シートがその後に再び平らにされなければ、ストランドはシートメタルの平面から捩じられる。ストランドと結合部へのそれらの取り付け部のわずかのＳ形状により得られる結論は、開口部は２つのミラー対称軸しか有さず、これらは引き伸ばし方向に沿うものと該方向に垂直なものにし得ることである。このことは図面に関して詳細に説明する。

エキスパンデッドメタル中の開口部について完全なひし形又はフラストロひし形の形状からのずれを説明するために、明細書及び特許請求の範囲では「実質的にひし形又はフラストロひし形の形状」なる用語を用いる。したがって、この用語は完全なこれらの形状や不完全な又は歪んだこれらの形状を包含する。

出願人は、完全なひし形又はフラストロひし形の形状からのずれが、米国特許第４１４３７０９号明細書のような千鳥状配列にてエキスパンデッドメタルを用いることを困難にしていることが分かった。少なくとも２つの異なる種類の通路が、わずかに異なる断面及び形状を有して形成されこのことが最適な管支持具にとって望ましくないからである。
米国特許第４１４３７０９号明細書 Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6th edition, 1984, McGraw-Hill Inc., page 11-3〜11-21

本発明の目的は、複数の開口部を備えた少なくとも２つの横支持プレートを有する管束用の改良された支持具であって、１つの支持プレート中の同じ開口部を通って延びる支持通路が、別の支持プレート中の異なる開口部を通って延びるように、異なる支持プレート中の開口部が平行管用の支持通路を形成すべく配置される該支持具を提供することである。特別な目的は、最適化された機械的安定性を与えるこのような支持具を提供することである。本発明の別の特別な目的は、エキスパンデッドメタルから作ることのできる改良された支持具を提供することである。

本発明の概要
本発明は、平行管束用の支持具であって、該支持具は、支持する管の長さ方向に沿って一定間隔をあけた少なくとも２つの横支持プレートを備え、その各プレートは、実質的にひし形又は実質的にフラストロひし形の形状の複数の開口部を備え、該開口部の各々は、特徴的ミラー対称軸を含めて最大２つのミラー対称軸を有し、該開口部は、少なくとも２つの管を収容するのに十分な大きさを有し、また、１つの支持プレート中の同じ開口部を通って延びる支持通路が別の支持プレート中では異なる開口部を通って延びるように、異なる支持プレート中の開口部が平行管用の支持通路を形成すべく配置され、また、同じ支持通路に属する少なくとも２つの開口部の前記特徴的ミラー対称軸は、異なる方向に延びるように配置される前記平行管束用の支持具を提供する。

本発明は、出願人が得た次の洞察に基づいている。すなわち、例えばエキスパンデッドメタルの引き伸ばし方向に沿った固有の特徴的なミラー軸を有する開口部は、隣接した支持プレートにおいてそれらのミラー対称軸を互いに回転させて有利に配置し得るということである。というのは、このようにして、相対的に一様な断面と形状を有する管用の支持通路を形成できるからである。

明細書及び特許請求の範囲で用いられている特徴的ミラー対称軸なる用語は、固有のミラー対称軸であって、所定の特徴に従って明確に特定でき、かつ開口部の他のいずれのミラー対称軸とも同じでないものをいう。特徴的ミラー対称軸の例は、開口部の伸び方向と一致したミラー対称軸、及び１枚のエキスパンデッドメタルの引き伸ばし方向に沿ったミラー対称軸である。

支持プレートの開口部は、少なくとも２つの管、好ましくは４つの管を収容するのに十分な大きさを有する。このことが、１つの支持プレートがシェル側での流体流に課す制限を最小化する。すべての方向における管用の機械的な支持具は、協力する支持プレートにより与えられる。このため、１つの支持プレート中の同じ開口部を通って延びる支持通路が、別の支持プレート中の異なる開口部を通って延びるように、平行管用の支持通路を形成すべく異なる支持プレート中の開口部が配置される。すべての方向の支持は、２つの協力する支持プレートにより与えられるのが好ましいが、原理的にはすべての方向の支持のために協力する３つ以上の支持プレートを有することも可能である。開口部が４つの管を収容するのに十分な大きさを有するならば、適切には、選択した支持プレート中の１つの開口部が、連続した支持プレート中の４つの開口部と協力して４つの個別の支持チャネルが得られる。

適切には、開口部はそれらの特徴的ミラー対称軸の方向に伸ばされる。共に支持通路を形成する伸ばされた開口部が、それらの特徴的ミラー軸の互いに垂直な方向にて配置されるならば、明確な支持チャネルが得られる。

適切には、支持プレート中の前記開口部が規則的な格子を形成し、この支持プレート中の開口部の前記特徴的ミラー対称軸が平行であり、それにより該支持プレートの特徴的方向を定め、連続した支持プレートは、それらの特徴的方向が支持される管の長さ方向の周りにお互いに対して回転するように配置される。

適切には、一対のこのような連続した支持プレートが、相対回転角９０度にて配置される。さらに適切には、前記規則的な格子は、前記特徴的方向に沿った第１繰り返し長さと、前記特徴的方向に垂直な第２繰り返し長さとを有し、前記第１繰り返し長さと第２繰り返し長さが実質的に等しい。このように、管の密なパッキングが、管間の障害物を最小にして支持できる。特徴的繰り返し長さが等しくないならば、いくつかのジグザグ形状のチャネルが、連続した支持プレート間で交互の９０度回転角にて形成されるであろう。繰り返し長さなる用語は、平行移動させた格子の開口部が平行移動させていない格子の開口部をオーバレイするのに必要な規則的格子の（選択した方向に沿っての）平行移動距離をいう。

製造が容易で製造コストも安いので、エキスパンデッドメタルから支持プレートを作るのが好ましい。
適切には、エキスパンデッドメタルは非扁平型である。ストランドの捩じられた構成は、支持具の有効断面を最小化し、熱交換器のシェル側での流体流に対する障害物を最小化する。

出願人は、引き伸ばし方向がさまざまな非平行方向に延びるようにいくつかのエキスパンデッドメタルシートを順に背後に配置し相互に回転させたとき、過度に引き伸ばされたエキスパンデッドメタル、すなわち９０度より大きな引き伸ばし角度を有するメタルによって、一様な平行な支持通路を作ることができることを見いだした。

特定の一実施態様では、結合部はストランドの長さの約５分の１よりも長いので、開口部は実質的にフラストロひし形の形状であり、引き伸ばし角度は１１０〜１３０度であり、実際上１２０度にできるだけ近いのが好ましい。

別の特定の実施態様では、結合部は短く、実質的に正方形の開口部の頂点あと考えることができるので、引き伸ばし角度は８５〜９５度であり、実際上９０度にできるだけ近いのが好ましい。

好ましくは、選択した結合部の中心点から同じ中心線上の最も近い結合部の中心点までの距離は、選択した結合部の中心点から同じ開口部に属する第２の結合部の中心点までの距離に実質的に等しい。そのとき、引き伸ばし方向に垂直な繰り返し長さに等しい引き伸ばし方向の繰り返し長さを有する規則的な格子が得られる。実質的に等しいなる用語は、ずれが２％以下、好ましくは０．５％（５ｍｍ／ｍに相当）以下、さらに好ましくは０．２％（２ｍｍ／ｍ）以下であることを意味する。引き伸ばし方向及びその垂直方向で等しい繰り返し長さを与えるために要求される引き伸ばし角度は、結合部及びストランドの相対サイズに依存する。一般に、ストランドに対して結合部がより長くなればなるほど、すなわち拡張前の仮想破線に沿ったスリットに対する非スリット部分がより長くなればなるほど、引き伸ばし角度はより大きくしなければならない。

以下、例として添付図面に関し本発明をより詳細に説明する。

本発明の詳細な説明
図中、同じ参照番号は同じ又は類似の部分を参照するのに用いられる。
図１を参照すると、円筒シェル５を有する円筒容器の形態の熱交換器１の縦断面図の一部が示されている。複数の平行管（そのうち管１１、１５、及び１９を図示）から形成された管束が、熱交換器内に設置されている。管の長さ方向は、円筒シェル５の軸に平行である。本発明による管束用の支持具は、円筒シェル５内で管の中間部分（図示せず）を支持する軸方向に間隔を置いて設けられた横支持プレート２１、２２、２３、２４及び２５により形成される。図１は管シートを有する管の端部分を示していないことに留意されたい。

図２を参照すると、図１の円筒シェル５の縦軸に沿って支持プレート２１及び２２の中央部分を見た図が示されている。明瞭にするため、図２は図１より大きなスケールにて描かれており、よって支持プレート２１及び２２の環状部分は見えない。図２に示された規則的な格子は、少なくとも平行管が占有している熱交換器の断面上に広がること、及び支持プレートの環状部分は適当な方法にてシェルに取り付けられることは明らかであろう。明瞭にするため、図１の他の支持プレートは図２では図示していない。

まず、支持プレート２１の特徴を論じる。プレート２１は複数の開口部を備え、開口部３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７は参照番号で示される。開口部の各々は、実質的にフラストロひし形の形状であり、以下、開口部３１について説明する。開口部３１は、２対の隣接した長辺（ストランド）、すなわち対４１、４２と対４３、４４により定まる。これら２つの対の各々は、Ｖ形状を形成し、同じ角度αを定め、この例では実際上できるだけ１２０度に近い。これらＶ形状の対の端点は、等しい長さの一対の平行な短辺（結合部）４５、４６により対称的に連結される。図示されたストランドと結合部の相対的な大きさが、フラストロひし形の形状の開口部を定める。もし結合部４５、４６がストランド４１、４２、４３、４４よりも十分に短かったならば、仮にストランドの長さの五分の一以下だけだとしたら、実質的にひし形の形状の開口部が得られるであろう。

開口部３１は２つのミラー対称軸４８、４９をもつ。開口部が軸４８に沿って引き延ばされると、軸４８が開口部３１の特徴的ミラー対称軸として選択される。後にさらに論じるように、支持プレート２１が１枚のエキスパンデッドメタルから作られるときには、この軸４８は引き伸ばし方向に一致する。

支持プレート２１の開口部は、少なくとも中央部分において、図示したような規則的な格子を形成する。すべての開口部は等しい大きさと形状を有し、軸４８に沿った又は軸４８に平行なそれぞれの特徴的ミラー軸に沿って引き延ばされる。支持プレート２１の特徴的方向を５０として示す。

プレート２１の規則的な格子は、特徴的方向５０に沿いかつ特徴的方向に垂直な等しい繰り返し長さを有し、すなわちポイント５１と５２との距離及びポイント５３と５４との距離が、ポイント５１と５３との距離及びポイント５２と５４との距離と同じである。ポイント５１、５２、５３、５４は隣接する結合部の中心点であり、ポイント５１及び５３は結合部の同じ中心線５６上にあり、ポイント５１及び５２は同じ開口部３３に属する結合部の中心点である。

支持プレート２１中の各開口部は、４つの管を収容するのに十分な大きさを有する。図２では管１１、１５、１９が示されているが、明瞭にするために図示された他のいくつかの管には参照番号を付与していない。

一般に支持プレート２２は支持プレート２１に類似しており、特に図２に示された中央部分における開口部の形状、大きさ及び配列は同じである。

支持プレート２２の開口部６１、６２、６３、６４のみ、参照番号をつけて示してある。開口部６２の２つのミラー対称軸は６８、６９として示される。開口部６２は軸６９に沿って引き延ばされ、したがって軸６９は開口部６２の特徴的ミラー対称軸であり、同時に支持プレート２２の特徴的方向を表す。

支持プレート２２は、紙面において、すなわち紙面に垂直に延びる管の長さ方向の周りにて支持プレート２１に対して９０度回転させた。よって、これら２つのプレートの特徴的方向５０及び６９は直交する。また、支持プレート２１中の開口部の特徴的ミラー対称軸（すべて軸４８に平行）は、支持プレート２２中の開口部の特徴的ミラー対称軸（すべて軸６９に平行）に垂直である。支持プレート２１及び２２は、一方のプレートの結合部の中心点がもう一方のプレートの開口部の中心点上に投影するように配置される。

支持プレート２１、２２中の協働する開口部が、平行管束用の支持通路を形成する。１つのこのような支持通路が、参照番号７０の斜線領域により示される。この図においてこの斜線領域と同じ大きさの他のすべての領域もまた、支持通路である。１つの支持プレート中の同じ開口部を通って延びる支持通路は、別の支持プレート中の異なる開口部を通って延びる。例えば、支持プレート２２中の開口部６２を通って延びる４つの支持通路７１、７２、７３、７４は、それぞれ支持プレート２１中の開口部３１、３２、３３、３７を通って延びる。明瞭にするため、これらの支持通路や他のいくつかの支持通路では管を示していない。各支持通路内に１つの管を配置できることは明らかである。

支持通路を通って延びる管は、５つの異なる辺から支持できる。図２の構成の特定例では、管は１９ｍｍの直径を有し、隣接した管の最短距離は６ｍｍであり、正面でのクロスラス（ストランド及び結合部）の幅も６ｍｍである。しかしながら、１つの支持プレートでは、各管は最大で２又は３つの辺から支持されるのみである。したがって、シェル側での流体は縦方向に容易に流れることができる。管が支持通路の許容断面よりも小さいならば、開口部の下辺のみにより支持されるであろう。

適切には、図１の支持プレート２３及び２５は、図２のプレート２１のように配置され、支持プレート２４はプレート２２のように配置される。明らかに、相互に垂直な方向性の支持プレートの特徴的方向（伸び方向）ゆえに、支持通路を形成する開口部のミラー対称軸は異なる方向に延びる。例えば、開口部３１の軸４８は、プレートの平面内にて開口部６２の軸６９に対して垂直の方向に延び、これら２つの開口部は支持通路７１に属する。

図２に示した実施態様により与えられる支持通路は、正三角形ピッチ又は正方形ピッチ上にない。しかしながら、この配置は三角形ピッチに非常に類似しており、同様の高いパッキング密度を有する。最も近い隣接した３つの管すべての軸は、正三角形の頂点上にある。

図２の配置のさらなる利点は、隣接した２つの管の間のストランド又は結合部が、正面において管の軸を連結する仮想線に垂直に延びることである。このことは、正面におけるストランド及び結合部の幅が、隣接した管間の最短距離に等しくなり得ることを意味する。一方、シェル側における流体流の障害物は問題にならない。というのは、実質的に五角形の支持通路の２又は３つの辺上でのみ管が支持されるからである。このように、管の高いパッキング密度（三角形ピッチでの管に匹敵）のために、最高の機械的な安定性及び強度、並びに最適なシェル側の流体流が与えられる。このことは従来技術に対する利点である。比較のため、ＵＳ４１４３７０９の図３及び４における三角形ピッチでの管の支持の両方の実施態様では、支持クロスラスの幅は、隣接した管間の最短距離よりも小さく選択しなければならないことが分かる。

支持プレートは、当業者が選択するであろう任意の方法で製造できる。メタルプレートには、例えばパンチング又はレーザー切断により開口部を設けることができる。プレートはまた、溶接金網から製造することもできる。

好ましくは、図２の支持プレートはエキスパンデッドメタルシートであり、適切にはその引き伸ばし方向は特徴的方向５０として選択される。引き伸ばし角度は、図２中の角度に対応する、すなわちエキスパンデッドメタルは過度に引き伸ばされる（引き伸ばし角度１２０度）。エキスパンデッドメタル、特に過度に引き伸ばされたエキスパンデッドメタル中に得られる開口部は、図２に示された開口部の理想的なフラストロひし形の形状からわずかにずれる。図２中の支持プレート２１に似たエキスパンデッドメタルシートにおける実質的にフラストロひし形の形状の開口部の実際の形状を示す例が、図３に示される。図３中に用いられた参照番号であって図２に関して用いられた参照番号に対応するものにはプライム符号を付してある。

図３のエキスパンデッドメタル２０のシートは、１枚のメタルを千鳥状で平行の仮想破線に沿って切断することにより製造した。スリッティングに続いて、このシートを線５０’の方向に沿って広げた。拡張前のスリットは、図６中に見ることができる頂点の対、例えば対８１及び８２、対８３及び８４；８５及び８６；８７及び８８；８９及び９０；９１及び９２；９３及び９４に対応する。結合部（仮想破線に沿った非スリット部分）の長さは相対的に長い、すなわちストランド（結合部間中のクロスラス）の長さの約五分の一より長い。例えば、ポイント８２と８３との間の距離又はポイント８６と８７との間の距離（結合部の長さ）は、ポイント８１と８６との間の距離又はポイント８８と９３との間の距離（ストランドの長さ）と比較される。頂点８１、８２、・・・、９４を考慮すると、エキスパンデッドメタルのシート内の開口部のフラストロひし形の形状が最も好ましい。

実際のエキスパンデッドメタルのストランド、例えば開口部３１’に属する４１’、４２’、４３’及び４４’はわずかにＳ字状である。また、ストランドと結合部は、それらの長さの周りで捩じられ、このことがそれらの断面を縮小してシェル側での流体流に対する抵抗を小さくする。例えば、図２に示した構成において直径が１９ｍｍで管間の最短間隔が６ｍｍの管は、２ｍｍ厚のスチールから製造したエキスパンデッドメタルプレートにより支持でき、その際、拡張前のスリットは、間隔を８ｍｍあけた千鳥状の平行な破線に沿って配列した。引き伸ばし中に行われるストランド及び結合部の捩じれによって、正面におけるストランド及び結合部の有効幅は、管が支持されるポイントにて最大６ｍｍである。さらに、ストランド及び結合部の傾斜によって、シェル側での流体流に加えられる抵抗は、非傾斜のクロスラスの抵抗よりも小さい。

各開口部に属する２つの頂点では、開口部は例えば開口部３１’の頂点８５及び８６にて鋭い切欠きを示していることが分かる。開口部の残りの部分は、滑らかに丸い。したがって、エキスパンデッドメタル中に形成された開口部の全体形状は、ある程度ダブル・ベル形状に似ている。

引き伸ばしの方向において隣接したストランドの実質的にＶ字形状対の中央部分により定められる引き伸ばし角度αを、開口部３４’について示すが、これは実際上できるだけ１２０度に近い。

ほぼ正方形の開口部を有する公知のエキスパンデッドメタルは、この公知のエキスパンデッドメタルにおける結合部が引き伸ばし方向においてそれらの幅よりも長いゆえに、引き伸ばし方向及びそれに垂直な方向に沿って等しい繰り返し長さを有さないことが分かる。

図４は、図２のように２枚のエキスパンデッドメタルを従来技術と同様に横に移動させるとき得られる支持通路を示す。図４は、図２の支持プレート２１’とその背後の同じ支持プレート２２’とを示す。プレート２２’は、プレート２１’に対して引き伸ばし方向５０’に垂直な（又は引き伸ばし方向に沿った）繰り返し長さの半分だけ横にシフトされ、その結果、プレート２２’の結合部の中心点、例えば５５’、５６’、５７’の投影が、プレート２１’の開口部の中心にある。方向５０’はまた、プレート２２’の引き伸ばし方向である。この図は、横へのシフトにより２タイプの支持通路が形成されることを示す。タイプ７０ａ（その二三の例が図示されている）は、その断面において２つの切欠き状の頂点を有し、もう一方のタイプ７０ｂはその断面において切欠き状の頂点をもたない。（明瞭にするため、参照番号を付したのは両タイプの支持通路のすべてにではない。）断面の差はやや大きいように見える。これは、明瞭にするために開口部の大きさに対するストランドの幅を少し誇張したからである。同一の平行管束が図４のような構成により支持される場合には、管の最大直径はタイプ７０ａの通路によって決められ、これらの管はより大きな通路７０ｂ内では十分には支持されない。

図５は、エキスパンデッドメタルを用いて本発明により得られる支持通路の断面を概略的に示す。図５は、図２に関して論じた支持プレートの配置に似ており、このプレート２１’及び２２”は、図３に示したものと同一のエキスパンデッドメタルシートから作られる。プレート２１’の背後のプレート２２”は、紙面内で９０度回転させてあり、プレート２２”の結合部の中心点、例えば５５”、５６”、５７”の投影がプレート２１’の開口部の中心にくるように配置される。本発明によるこの構成では、ただ１つのタイプの支持通路７０’が形成される。（明瞭にするため参照番号を付したのは支持通路のすべてではない。）支持通路の各断面、例えば通路７１’の断面は、５つの辺により範囲を定められ、そのうちの１つは、例えば開口部６２’の結合部により形成され、そのうちの２つは、この結合部の端から延びるストランドにより形成され、他の２つの辺は、もう一方の支持プレート上の一対のＶ字状ストランド、例えば４３’及び４４’により形成される。支持通路の各断面は、１つの切欠き状頂点、例えば８６を有する。したがって、本発明により、理想的なフラストロひし形の形状からの逸脱にもかかわらず、エキスパンデッドメタルから作られた支持プレートを用いて相対的に一様な支持通路の配列ができる。このことが本発明の顕著な利点である。

図６には、本発明による１枚のエキスパンデッドメタル１２０の別の実施態様が概略的に示されている。エキスパンデッドメタルシートの図示部分は、図１の支持プレート２１と同様の本発明による平行管束用支持プレート１２１の中央部分である。

エキスパンデッドメタルシート１２０は、１枚のメタルを千鳥状の平行な仮想破線に沿ってスリット入れすることにより製造した。スリット入れに続いて、このシートを線１５０の方向に沿って広げた。拡張前のスリットは、図６中に見ることのできる頂点の対、例えば対１３１及び１３２；対１３３及び１３４；１３５及び１３６；１３７及び１３８；１３９及び１４０；１４１及び１４２；１４３及び１４４；１４５及び１４６；１４７及び１４８に対応する。結合部（仮想破線に沿った非スリット部分）の長さは、十分に短い、すなわちストランドの長さの約五分の一（拡張前の切断の長さに相当）よりも短い。例えば、ポイント１３８と１３９との間の距離又はポイント１４２と１４３との間の距離（結合部の長さ）は、ポイント１３４と１３７との間の距離又はポイント１３８と１４４との間の距離（ほぼストランドの長さ）と比較される。開口部の大きさに対するストランドの幅は、明瞭にするために少し誇張してある。

エキスパンデッドメタルシート１２０は、開口部の規則的な格子を形成する。そのうち開口部１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６、１６７、１６８、１６９が示されている。各開口部は、引き伸ばし方向において隣接した２対のストランドと、これら２対のストランドをＶ形状の両端にて相互接続する２つの結合部とにより定められる。例えば、開口部１６４は、ストランド１７１及び１７２の対、１７３及び１７４の対、並びにポイント１３４と１３５との間の結合部及びポイント１４２と１４３との間の結合部により定められる。一般に各々のストランド対は、同じ引き伸ばし角度を規定するＶ字形状を形成する。

図６の実施態様では、結合部は、引き伸ばし方向１５０のそれらの幅よりも、１８０に沿ってやや長い。したがって、引き伸ばし角度は９０度よりちょっと大きい、すなわち、結合部の中心点により定められる格子は正方形状である。よって、シート１２０は過度に引き伸ばされたエキスパンデッドメタルシートである。結合部の中心点は、結合部を定める頂点の間（例えばポイント１３４と１３５の間又はポイント１４２と１４３の間）で対称的なポイントであり、この図では明瞭にするため１８１、１８２、１８３、１８４のみが示されている。頂点は、エキスパンデッドメタルの引き伸ばし前のスリットの端点を表す。引き伸ばし方向及び引き伸ばし方向に垂直な方向においてエキスパンデッドメタルシート１２０により定められる規則的な格子の繰り返し長さは、両方とも、結合部の２つの中心点間の最短距離を２の平方根倍したものに等しい。

実際のエキスパンデッドメタルのストランド、例えば１７１、１７２、１７３、１７４は、わずかにＳ字形状である。また、ストランドはそれらの縦軸の周りに捩じられており、このことがそれらの断面を縮小させ、シェル側での流体流に対する抵抗を小さくする。開口部は、各開口部に属する２つの頂点、例えば開口部１６４の頂点１３７及び１３８にて鋭い切欠きを示す。開口部の残りの部分は相対的に滑らかに丸い。

各開口部は２つのミラー対称軸を有する。例えば、開口部１６９は、２つのミラー対称軸、すなわち引き伸ばし方向１５０に沿ったミラー対称軸と、頂点１４７及び１４８を通り引き伸ばし方向に垂直な線１８０に沿ったミラー対称軸とを有する。エキスパンデッドメタルにおける開口部の正方形の形状からのずれ（わずかにＳ字状のストランド）ゆえに、２つの対称軸１５０及び１８０は互いにかなり異なる。したがって、引き伸ばし方向に沿ったミラー対称軸１５０は一意的であり、特徴的ミラー対称軸として選択される。線１５０は同時に支持プレート１２１の特徴的方向である。９０度回転に関する回転対称は存在しないこと、及び引き伸ばし方向１５０から４５度のミラー対称軸は存在しないことにも留意されたい。これが、完全な正方形の形状との相違点であり、また、２より多いミラー対称軸を有するＵＳ４１４３７０９から公知の一般に正方形の開口部の形状との相違点である。

図７は、図６のようなエキスパンデッドメタル２枚を従来技術のように横に移動させたとき得られる支持通路を示す。図７は、図１に対する図２の見方と同様に、図６の支持プレート１２１とその背後の同じ支持プレート１２２とを示す。

プレート１２２は、プレート１２１に対して線１８０に沿った繰り返し長さの半分だけ横にシフトさせ、プレート１２２の結合部の中心点の投影がプレート１２１の開口部の中心にくるようにした。この図は、この例でも横へのシフトにより２つのタイプの支持通路が形成されることを示している。すなわち、その断面中に２つの切欠き状頂点を有するタイプ１９０ａと、その断面中に切欠き状頂点を有さないタイプ１９０ｂである。明瞭にするため参照番号を付与したのは支持通路すべてにではない。

図８は、図６のエキスパンデッドメタルからなる２つの支持プレートを本発明に従って相互に回転させたとき得られる支持通路の断面を概略的に示す。図８は図２及び５に関して論じた支持プレートの配置に似ているが、プレート１２１及び１２２’は図６に示したものと同じエキスパンデッドメタルシートから作られている。プレート１２１の背後のプレート１２２’は、特徴的方向（プレート１２２’の引き伸ばし方向１５０’及びプレート１２１の引き伸ばし方向１５０に平行）が紙面において互いに９０度回転するように、本発明に従って配置される。これらのプレートは、プレート１２２’の結合部の中心点の投影がプレート１２１の開口部の中心にくるように配列される。本発明によるこの構成では、１タイプの支持通路１９０のみ形成される。（明瞭にするため参照番号を付与したのは支持通路すべてではない。）

支持通路の各断面、例えば通路１９１の断面は４つの辺により範囲が定められる。そのうちの２つは、結合部の頂点（例えば１３７）から延びたＶ字形状のストランド対、例えば１７１、１７２により形成され、他の２つの辺は、もう一方の支持プレート１２２’上で結合部（例えば１９５）により滑らかに連結された２つのストランドにより形成される。支持通路の各断面は１つの切欠き状頂点（例えば１３７）を有する。この実施態様においても、理想的なフラストロひし形の形状からずれているにもかかわらず、本発明により、エキスパンデッドメタルから作られた支持プレートを用いて相対的に一様な支持通路が提供されている。

支持プレートを形成する規則的な格子の異なる方向における繰り返し長さが等しくないならば、支持通路の他の規則的な配列を得ることができることも明らかである。例えば、特徴的方向に沿った繰り返し長さと特徴的方向に垂直な繰り返し長さとが、整数比、例えば１：２又は３：２であれば、やはり支持通路の規則的なパターンが形成される。エキスパンデッドメタルを用いると、引き伸ばし角度及び／又は結合部長さを適切に選択することにより様々な整数比を与えることができる。この引き伸ばし角度は実質的に９０又は１２０度とは異ならせることができ、８０度より小さく、例えば４５、６０又は７５度にすることもできる。

明らかに、支持すべき管の数は支持プレート中の開口部に入る管数の整数倍では必ずしもないことゆえ、および（円筒形の）シェルに近接した管配置ゆえに、連続した支持プレートは、特にその円周又は環状の領域において必ずしも完全に対称的ではない。１つの管を支持するよう適応したいくつかの追加の支持穴が必要とされ得る。

本発明の支持通路により形成される支持通路は、熱交換器に用いられる標準的な管がうまく支持されるよう適当な大きさを有する。標準的な直径は、例えば１９．０５ｍｍ（３／４インチ）、２０ｍｍ、２５ｍｍ、２５．４ｍｍ（１インチ）である。管の表面間の標準的な最短距離は、６ｍｍ又は６．３５ｍｍ（１／４インチ）である。

長さが約６ｍで直径が１〜３ｍの典型的な熱交換器では、数百から数千個の管が配置される。当業者ならば、支持バッフルの間隔や寸法の決め方を知っている。管の長さ方向における典型的な間隔は、１０〜７０ｃｍである。プレートの厚さは、主に機械的な要求により決められ、一般には１．６ｍｍ〜５ｍｍの範囲とし得る。

熱交換器においてエキスパンデッドメタル支持プレートを用いる顕著な利点は、シェル側において制限が最小の縦方向の流れが可能なことであり、その際、ストランドと結合部の傾斜が局所的なクロスフローを引き起こし、これは熱伝達の観点から望ましい。

本発明の特定の用途は、例えばエチレンオキシドの製造に用いられるようなシェル内に管束を備えた化学反応器である。ここでは大きく開放した管支持構造がしばしば必要とされる。

過度に引き伸ばされたエキスパンデッドメタル、すなわち引き伸ばし角度が９０度より大きいメタルは、任意の適切な方法にて製造することができる。これは、より大きな引き伸ばし角度まで広げることを除いてエキスパンデッドメタルを製造する従来の技術を基本的に用いて１つの工程で実行できる。

第１工程で従来のエキスパンデッドメタルを中間製品として製造し、第２工程でこの中間製品をオーバーストレッチして過度に引き伸ばされたエキスパンデッドメタルを得ることもできる。明らかに、この第２工程は、様々な供給源から得られる（例えば市場で購入した）従来のエキスパンデッドメタルに適用することもできる。

特に、開口部の格子を形成するエキスパンデッドメタルであって、第１繰り返し長さと第２繰り返し長さが所定の比を有するように第１方向の第１繰り返し長さと第１方向に垂直な第２方向の第２繰り返し長さとを有する該エキスパンデッドメタルは、
− 第１方向と一致した引き伸ばし方向を有し、第１繰り返し長さと第２繰り返し長さとの比が所定の比よりも小さい格子を形成するプリエキスパンデッドメタルを提供し；そして
− 繰り返し長さの所定の比が得られるまで第２方向に対する種々の位置で複数のポイントにて第１方向に沿って拡張力を適用し、その際、この拡張力は、該複数のポイントと協働する複数の力伝達装置を用いて適用され、この力伝達装置は、拡張力を適用中にそれらが第２方向においてお互いに向かって移動できるように構成されている、
ことによっても製造できる。

拡張力がスリットメタル又は中間製品に加えられると、横の収縮を伴って縦方向の拡張が起こる。この効果は、大きな引き伸ばし角度にて、特に約８５度より大きな引き伸ばし角度にて最も著しい。

力伝達装置が、拡張力を適用中にそれらが第２方向においてお互いに向かって移動できるように構成されているとき、この拡張力は、拡張の過程においてエキスパンデッドメタルに均一に加わり続けることができる。このように、例えば拡張が中央領域と比較して該シートの周囲にてより大きくなるのが防止される。したがって、該シート全体で繰り返し長さからの逸脱が最小化され、相対的に一様な開口部の形状が得られ、また特に過度に引き伸ばされたエキスパンデッドメタルの場合にこれらが達成される。

有利な実施態様では、力伝達装置は、エキスパンデッドメタルに係合するフックを備えた実質的に平行なアームの形態を有する。

別の有利な実施態様では、ヒンジ動作可能な格子を形成するようジョイントにより互いに連結された２組の平行な部材を有するツールが用いられ、平行な部材のこれらの組の間の様々なツール角度を有する構成を想定でき、その際、力伝達装置は、格子上に配置され、格子の平面から延びている。

「力伝達装置」なる表現は、ピン、ほぞ、ピボット、ウェッジ又は力をエキスパンデッドメタルに伝達する適当な形状の他の手段をいうのに用いられる。

本発明の支持具により支持された管束を含む熱交換器の縦断面図の一部を概略的に示す。 本発明による支持プレートの実施態様を概略的に示し、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿い拡大スケールで描かれた図である。 図２による管支持具において使用する１枚の過度に引き伸ばされたエキスパンデッドメタルを概略的に示す。 図３の２枚のエキスパンデッドメタルが従来技術のように互いに横に動かされる場合に形成される支持通路を概略的に示す。 図３の２枚のエキスパンデッドメタルを本発明に従って互いに回転させたとき形成される支持通路を概略的に示す。 本発明による管支持具に使用するための１枚の過度に引き伸ばされたエキスパンデッドメタルの別の実施態様を概略的に示す。 図６に示された２枚のエキスパンデッドメタルがＵＳ４１４３７０９のように互いに横に動かされる場合に形成される支持通路を概略的に示す。 図６に示された２枚のエキスパンデッドメタルを本発明に従って互いに回転させたとき形成される支持通路を概略的に示す。

符号の説明

１ 熱交換器
５ 円筒シェル
１１、１５、１９ 管
２１、２２、２３、２４、２５ 支持プレート
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７ 開口部
４１、４２、４３、４４ ストランド
４５、４６ 結合部

Claims (8)

1. 平行管束用の支持具であって、該支持具は、支持する管の長さ方向に沿って一定間隔をあけた少なくとも２つの横支持プレートを備え、その各プレートは、実質的にひし形又は実質的にフラストロひし形の形状の複数の開口部を備え、該開口部の各々は、特徴的ミラー対称軸を含めて最大２つのミラー対称軸を有し、該開口部は、少なくとも２つの管を収容するのに十分な大きさを有し、また、１つの支持プレート中の同じ開口部を通って延びる支持通路が別の支持プレート中では異なる開口部を通って延びるように、異なる支持プレート中の開口部が平行管用の支持通路を形成すべく配置され、また、同じ支持通路に属する少なくとも２つの開口部の前記特徴的ミラー対称軸は、異なる方向に延びるように配置される前記平行管束用の支持具。
2. 前記開口部がそれらの特徴的ミラー対称軸の方向に引き延ばされる請求項１に記載の支持具。
3. 選ばれた支持通路を形成する前記開口部が、互いに垂直な２つの方向に配置されたそれらの特徴的ミラー対称軸を有する請求項１又は２に記載の支持具。
4. 支持プレート中の前記開口部が規則的な格子を形成し、この支持プレート中の開口部の前記特徴的ミラー対称軸が平行であり、それにより該支持プレートの特徴的方向を定め、連続した支持プレートは、それらの特徴的方向が支持される管の長さ方向の周りにお互いに対して回転するように配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載の支持具。
5. 前記規則的な格子は、前記特徴的方向に沿った第１繰り返し長さと、前記特徴的方向に垂直な第２繰り返し長さとを有し、前記第１繰り返し長さと第２繰り返し長さが実質的に等しい請求項４に記載の支持具。
6. 各支持プレートが１枚のエキスパンデッドメタルからなる請求項１〜５の一項に記載の支持具。
7. 引き伸ばし角度が実質的に９０〜１４０度、好ましくは引き伸ばし角度が実質的に９０度又は実質的に１２０度となるようにエキスパンデッドメタルが引き伸ばされている請求項６に記載の支持具。
8. 円筒シェルを特に熱交換器又は化学反応器の一部として含む円筒容器の内部に配置される場合の請求項１〜７のいずれか一項に記載の支持具。