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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur eines Wärmetauschers, der einen Wärmeaustausch zwischen Flüssigwasserstoff und einem zu kühlenden Gas durchführt.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren sind Untersuchungen durchgeführt worden, um ein Wasserstoffgas als Kraftstoff von Brennkraftmaschinen wie beispielsweise Gasturbinenmaschinen zu verwenden. Typischerweise wird das Wasserstoffgas in einem Tank in einem Zustand von Flüssigwasserstoff gespeichert. Der Flüssigwasserstoff wird in einem Verdampfer zu Wasserstoffgas verdampft und dann wird das Wasserstoffgas an eine Brennkammer (einen Brenner) der Brennkraftmaschine geliefert. Die durch die Verdampfung des Flüssigwasserstoffs in dem Verdampfer erzeugte Kälte weist eine extrem niedrige Temperatur auf und wird an die Umgebungsluft abgegeben.
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Erdgas, das herkömmlicherweise als Kraftstoff der Brennkraftmaschine wie etwa der Gasturbinenmaschine verwendet wird, ist typischerweise in einem Tank in einem Zustand von Flüssigerdgas (LNG) gespeichert. Das LNG wird in dem Verdampfer verdampft und dann wird das verdampfte Erdgas an die Brennkammer der Brennkraftmaschine geliefert. Es ist bekannt, dass die durch die Verdampfung des Erdgases in dem Verdampfer erzeugte Kälte verwendet wird. Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 eine Luftkühlvorrichtung, die einen LNG-Verdampfer, der das LNG durch Wärmeaustausch zwischen dem LNG und einem Zwischenmedium (gemischtem Alkohol) verdampft, und einen Luftkühler, der Luft durch Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Zwischenmedium kühlt, das in dem LNG-Verdampfer abgekühlt worden ist, enthält. Diese Luftkühlvorrichtung kühlt die Luft durch Verwenden der Kälte, die durch die Verdampfung des LNG erzeugt wird.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentdokument(e)
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- Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-116198
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Der normale (Standard-)Siedepunkt von LNG beträgt etwa –162 °C, während der normale Siedepunkt von Flüssigwasserstoff etwa –253 °C beträgt. Deswegen tritt, wenn ein Versuch unternommen wird, Wärme zwischen dem Flüssigwasserstoff und der Luft entsprechend der in dem oben beschriebenen Patentdokument 1 offengelegten Luftkühlvorrichtung auszutauschen, das folgende Phänomen wegen der Tatsache auf, dass die Temperatur des Flüssigwasserstoffs viel niedriger ist als die des LNG.
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Lösung für das Problem
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Bei dem Wärmetauscher, der Wärmeaustausch zwischen dem Flüssigwasserstoff und der Luft durchführt, wird angenommen, dass ein Phänomen auftritt, bei dem die Luft, die durch den Wärmeaustausch mit dem Flüssigwasserstoff gekühlt wird, in ein verflüssigtes Gas verwandelt wird und Feuchtigkeit, Sauerstoff, Stickstoff oder Ähnliches, das in der Luft enthalten ist, abgeschieden wird. Ein derartiges Phänomen muss für den Wärmetauscher, der Wärmeaustausch zwischen dem LNG und der Luft durchführt, nicht bedacht werden, weil der normale Siedepunkt des LNG höher ist als der der Luft. Wenn sich das verflüssigte Gas und die abgeschiedene Substanz in dem Wärmetauscher ansammeln, kann die Funktionalität des Wärmetauschers beeinträchtigt werden oder häufige Wartungsarbeiten können nötig sein. Im Hinblick darauf ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher zu schaffen, der auf geeignete Weise dazu verwendet wird, Wärmeaustausch zwischen dem Flüssiggas und der Luft durchzuführen.
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Ein Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung enthält einen Wärmetauschbehälter, der in seinem Inneren eine Wärmetauschkammer aufweist, in die ein zu kühlendes Gas oder ein Zwischenmedium gefüllt wird, und der direkt oder indirekt zwischen dem Flüssiggas und dem zu kühlenden Gas in einem Inneren der Wärmetauschkammer Wärmeaustausch durchführt; eine Wanne, die in dem Inneren der Wärmetauschkammer bereitgestellt ist und ein verflüssigtes Gas und eine abgeschiedene Substanz, die durch den Wärmetauscher in dem Inneren der Wärmetauschkammer erzeugt werden, aufnimmt; und einen Flüssigkeitsabgabemechanismus, der das verflüssigte Gas aus der Wanne in einen Außenbereich der Wärmetauschkammer abgibt.
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Gemäß diesem Wärmetauscher fallen das verflüssigte Gas und die abgeschiedene Substanz des zu kühlenden Gases, die durch den Wärmeaustausch zwischen dem Flüssigwasserstoff und dem zu kühlenden Gas erzeugt werden, in die Wanne. Dann führt der Flüssigkeitsabgabemechanismus das verflüssigte Gas selektiv aus der Wanne und somit aus der Wärmetauschkammer ab. Daher kann unnötiges flüssiges Gas aus der Wärmetauschkammer abgeführt werden.
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In dem obigen Wärmetauscher ist der Flüssigkeitsabgabemechanismus bevorzugt dazu ausgelegt, das verflüssigte Gas in einem Zustand, in dem die abgeschiedene Substanz in der Wanne verbleibt, abzugeben. Gemäß dieser Konfiguration wird ein Flüssigkeitsabgabeweg des verflüssigten Gases nicht mit der abgeschiedenen Substanz verstopft, da nur das verflüssigte Gas aus der Wanne abgegeben wird. Dies macht es möglich, die Häufigkeit des Auftretens eines Problems, das mit dem Flüssigkeitsabgabemechanismus verbunden ist, zu verringern.
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Vorzugsweise enthält der obige Wärmetauscher mindestens ein Wärmeübertragungsrohr, das in den Wärmetauschbehälter eingesetzt ist, wobei der Flüssigwasserstoff in das Wärmeübertragungsrohr geleitet wird, und die Wanne ist unter dem mindestens einen Wärmeübertragungsrohr angeordnet. Gemäß dieser Konfiguration kann die erzeugte abgeschiedene Substanz zuverlässig in der Wanne gesammelt werden, da es höchst wahrscheinlich ist, dass die abgeschiedene Substanz in dem Bereich, der in der Nähe des Wärmeübertragungsrohrs liegt, erzeugt wird.
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In dem obigen Wärmetauscher enthält das mindestens eine Wärmeübertragungsrohr vorzugsweise ein doppelwandiges Unterdruckrohr, das einen Einführungsabschnitt, der in die Wärmetauschkammer eingeführt ist, definiert, und ein einwandiges Rohr, das einen Abschnitt, der von dem Einführungsabschnitt verschieden ist, definiert, und die Wanne ist angeordnet, um einen Bereich abzudecken, der unter dem einwandigen Rohr, das in dem Inneren der Wärmetauschkammer freigelegt ist, liegt. Gemäß dieser Konfiguration kann die erzeugte abgeschiedene Substanz verlässlich in der Wanne gesammelt werden, da es höchst wahrscheinlich ist, dass die abgeschiedene Substanz in dem Bereich, der in der Nähe des einwandigen Rohrs liegt, erzeugt wird.
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In dem obigen Wärmetauscher kann die Wanne in einem Bodenabschnitt der Wärmetauschkammer angeordnet sein und der Flüssigkeitsabgabemechanismus kann einen Ablassanschluss, der sich in dem Bodenabschnitt der Wärmetauschkammer so öffnet, dass das verflüssigte Gas, das aus der Wanne übergeflossen ist, zu dem Ablassanschluss fließt, und ein Ablassrohr, das mit dem Ablassanschluss verbunden ist, enthalten. Gemäß dieser Konfiguration werden der Ablassanschluss und das Ablassrohr nicht mit der abgeschiedenen Substanz verstopft, da nur das verflüssigte Gas aus der Wanne abgegeben wird. Dies macht es möglich, die Häufigkeit des Auftretens eines mit dem Flüssigkeitsabgabemechanismus verbundenen Problems zu verringern.
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In dem obigen Wärmetauscher kann der Wärmetauscher ein Wärmetauscher eines Zwischenmedium-Typs sein, der den Wärmeaustausch zwischen dem Flüssigwasserstoff und dem zu kühlenden Gas unter Verwendung eines Zwischenmediums durchführt, der Wärmetauschbehälter kann einen Zwischenmedium-Einlass enthalten, der sich in einem oberen Abschnitt der Wärmetauschkammer öffnet, und die Wanne kann unter einem Wärmetauschrohr, das in der Nähe des Zwischenmedium-Einlasses angeordnet ist, des mindestens einen Wärmetauschrohrs angeordnet sein. Gemäß dieser Konfiguration können das verflüssigte Gas und die erzeugte abgeschiedene Substanz verlässlich in der Wanne gesammelt werden, da es höchst wahrscheinlich ist, dass das verflüssigte Gas und die abgeschiedene Substanz des Zwischenmediums in dem Bereich, der in der Nähe des Wärmeübertragungsrohrs liegt, das in der Nähe des Zwischenmedium-Einlasses angeordnet ist, erzeugt werden.
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In dem obigen Wärmetauscher kann das Zwischenmedium Luft, Sauerstoff und/oder Stickstoff sein.
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In dem obigen Wärmetauscher kann das zu kühlende Gas trockene Luft, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Wasserstoff sein.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können das verflüssigte Gas und die abgeschiedene Substanz, die in der Wärmetauschkammer durch Wärmeaustausch zwischen dem Flüssigwasserstoff und dem zu kühlenden Gas erzeugt werden, in der Wanne gesammelt werden und das verflüssigte Gas kann aus der Wanne an die Außenumgebung der Wärmetauschkammer abgegeben werden. Daher wird es möglich, einen Wärmetauscher zu verwirklichen, der für den Wärmeaustausch zwischen dem Flüssigwasserstoff und dem zu kühlenden Gas geeignet ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine vordere Schnittansicht, die die schematische Anordnung eines Wärmetauschers, der Flüssigwasserstoff verwendet, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine Draufsicht im Schnitt, die die schematische Anordnung des Wärmetauschers zeigt.
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3 ist eine vordere Schnittansicht, die die schematische Anordnung eines Wärmetauschers, der den Flüssigwasserstoff verwendet, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist eine vordere Schnittansicht, die die schematische Anordnung eines Wärmetauschers, der den Flüssigwasserstoff verwendet, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist eine vordere Schnittansicht, die die schematische Anordnung eines Wärmetauschers, der den Flüssigwasserstoff verwendet, gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Als Nächstes werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung ist dazu ausgelegt, Wärmeenergie zwischen Flüssigwasserstoff (Wasserstoff mit extrem niedriger Temperatur) und einem zu kühlenden Gas direkt oder indirekt auszutauschen, um das zu kühlende Gas zu kühlen und den Flüssigwasserstoff zu erwärmen. Das zu kühlende Gas enthält beispielsweise Trockenluft, Stickstoff, Sauerstoff und/oder Wasserstoff. In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die unten beschrieben werden, wird die Trockenluft als Beispiel des zu kühlenden Gases verwendet, um Niedertemperatur-Trockenluft zu erhalten. Die Trockenluft ist Luft, die durch Entziehen von Dampf aus feuchter (nasser) Luft erhalten wird.
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[Ausführungsform 1]
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1 ist eine vordere Schnittansicht, die die schematische Anordnung eines Wärmetauschers 1, der Flüssigwasserstoff verwendet, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht im Schnitt, die die schematische Anordnung des Wärmetauschers 1 zeigt. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt des Wärmetauschers 1 einschließlich eines ersten Wärmeübertragungsrohrs 3, durch das der Flüssigwasserstoff geleitet wird, und eines zweiten Wärmeübertragungsrohrs 4, durch das die Trockenluft geleitet wird. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt des Wärmetauschers 1 einschließlich des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3.
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Wie in 1 und 2 gezeigt enthält der Wärmetauscher 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eine Hülle 2 (einen Wärmetauschbehälter des Zwischenmedium-Typs), die in ihrem Inneren eine Wärmetauschkammer 20 zum Durchführen des Wärmeaustauschs aufweist. Die Hülle 2 ist ein doppelwandiger Unterdruckwärmedämmungsbehälter und weist aufgrund der Unterdruckwärmedämmung ein hohes Wärmerückhaltungsvermögen auf. Ein Zwischenmedium-Einlass 28 ist an dem oberen Abschnitt der Hülle 2 vorgesehen, während ein Zwischenmedium-Auslass 29 an dem unteren Abschnitt der Hülle 2 vorgesehen ist. Die Wärmetauschkammer 20 ist mit einem Zwischenmedium gefüllt. Das Zwischenmedium enthält beispielsweise Luft, Sauerstoff und/oder Stickstoff.
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Mindestens ein erstes Wärmeübertragungsrohr 3 ist in den oberen Abschnitt der Hülle 2 eingesetzt. Das erste Wärmeübertragungsrohr 3 ist in dem Inneren der Wärmetauschkammer 20 freigelegt. Der Flüssigwasserstoff wird aus dem Flüssigwasserstofftank (nicht gezeigt) geliefert und wird durch das erste Wärmeübertragungsrohr 3 geleitet. Ein Abschnitt des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3, der in die Wärmetauschkammer 20 eingeführt ist, besteht aus einem doppelwandigen Unterdruckrohr 31 mit einem hohen Wärmerückhaltungsvermögen aufgrund der Unterdruckwärmedämmung. Ein Abschnitt des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3, der sich von dem Einführungsabschnitt unterscheidet, enthält ein einwandiges Rohr 32. Ein Verbindungsabschnitt (Änderungsabschnitt) des doppelwandigen Unterdruckrohrs 31 und des einwandigen Rohrs 32 ist innerhalb der Wärmetauschkammer 20 angeordnet. Um eine ausreichende Wärmeübertragungsfläche des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 zu garantieren, ist die Rohrlänge der ersten Wärmeübertragungsrohr 3 so festgelegt, dass die Rohrlänge des doppelwandigen Unterdruckrohrs 31 kürzer ist und die Rohrlänge des einwandigen Rohrs 32 länger ist. Um die Wärmeübertragungsfläche des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 zum Vereinfachen der Wärmeübertragung zu vergrößern, ist es erwünscht, dass das erste Wärmeübertragungsrohr 3 im Inneren der Hülle 2 an mehreren Punkten gebogen ist und Lamellen (nicht gezeigt) an seinem Umfang aufweist.
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In dem einwandigen Rohr 32 des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 und einem Bereich, der in der Nähe des einwandigen Rohrs 32 liegt, tritt ein Austausch von Wärmeenergie zwischen dem innerhalb des Rohrs vorhandenen Flüssigwasserstoff und dem außerhalb des Rohrs vorhandenen Zwischenmedium auf. Durch diesen Wärmeaustausch sinkt die Temperatur des Zwischenmediums und die Temperatur des Flüssigwasserstoffs steigt. Somit wird der Flüssigwasserstoff, nachdem er in das erste Wärmeübertragungsrohr 3 geleitet worden ist, aus dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3 als der Flüssigwasserstoff und/oder das Wasserstoffgas abgegeben. Das Wasserstoffgas, das aus dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3 abgegeben worden ist, wird beispielsweise zu einer Brennkammer (Brenner) einer Wasserstoffgasturbinenmaschine geschickt und als Kraftstoff der Wasserstoffgasturbinenmaschine verwendet.
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Mindestens ein zweites Wärmeübertragungsrohr 4 ist unter dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3 in die Hülle 2 eingesetzt. Das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 ist in dem Inneren der Wärmetauschkammer 20 freigelegt. Trockenluft wird aus einer Trockenluftquelle (nicht gezeigt) geliefert und in das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 geleitet. Das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 wird hauptsächlich von einem einwandigen Rohr gebildet. Um die Wärmeübertragung zu erleichtern, kann das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 an mehreren Stellen gebogen sein oder Lamellen an seinem Umfang aufweisen.
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In dem zweiten Wärmeübertragungsrohr 4 und einem Bereich, der in der Nähe des Wärmeübertragungsrohrs 4 liegt, tritt Austausch von Wärmeenergie zwischen der innerhalb des Rohrs vorhandenen Trockenluft und des außerhalb des Rohrs vorhandenen Zwischenmediums auf. Durch diesen Wärmeaustausch steigt die Temperatur des Zwischenmediums und die Temperatur der Trockenluft sinkt. Somit wird die Trockenluft, die durch das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 geleitet worden ist, aus dem zweiten Wärmeübertragungsrohr 4 als Niedertemperatur-Trockenluft in einem niedrigeren Temperaturzustand abgegeben. Die Niedertemperatur-Trockenluft, die aus dem zweiten Wärmeübertragungsrohr 4 abgegeben worden ist, wird beispielsweise als Kühlgas in einem Tieftemperatur-Luftabscheider, Kühlluft in einem Abflussabscheider (Brackwasserabscheider), Kältemittel eines Kühlwasserkühlers oder dergleichen verwendet. Auf diese Weise kann die durch Verdampfung des Flüssigwasserstoffs erzeugte Kälte effizient genutzt werden.
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Es ist bekannt, dass der normale (Standard-)Siedepunkt von Wasserstoff bei etwa –253 °C liegt, der normale Siedepunkt von Sauerstoff bei etwa –183 °C liegt, der normale Schmelzpunkt von Sauerstoff bei etwa –218 °C liegt, der normale Siedepunkt von Stickstoff bei etwa –196 °C liegt, der normale Schmelzpunkt von Stickstoff bei etwa –210 °C liegt und der normale Siedepunkt von Luft bei etwa –190 °C liegt. Der normale Siedepunkt ist als Siedepunkt bei Atmosphärendruck (1atm = 101325 Pa) definiert. Der normale Schmelzpunkt ist als Schmelzpunkt bei Atmosphärendruck definiert. Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem ein Austausch der Wärmeenergie zwischen dem Flüssigwasserstoff bei –253 °C und dem Zwischenmedium-Einlass bei Atmosphärendruck auftritt, die Temperatur des Zwischenmediums niedriger als seine Siedepunkttemperatur und das Zwischenmedium wird verflüssigt oder das verflüssigte Zwischenmedium wird fest und abgeschieden. Angesichts dessen ist eine Wanne 23 in dem Bodenabschnitt der Wärmetauschkammer 20 vorgesehen, um das verflüssigte Gas (z. B. verflüssigte Luft, Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff etc.), das durch Kühlen und Verflüssigen des Zwischenmediums erzeugt wird, und die abgeschiedene Substanz F (z. B. Eis, fester Stickstoff, fester Sauerstoff etc.) des verflüssigten Gases aufzunehmen.
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Die Wanne 23 weist einen Aufnahmebereich auf, der den gesamten Bereich enthält, in dem die Wanne 23 mit dem einwandigen Rohr 32, das in dem Inneren der Wärmetauschkammer 20 freigelegt ist, in einer Draufsicht überlappt. Da angenommen wird, dass die abgeschiedene Substanz F in einem Bereich gebildet wird, der in der Nähe des einwandigen Rohrs 32 des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 ist, ist die Wanne 23 angeordnet, um den gesamten Bereich unter dem einwandigen Rohr 32 abzudecken, auf den die abgeschiedene Substanz F fallen kann. Die Wanne 23 weist eine Form auf, bei der ihr Umfangsabschnitt höher ist als der restliche Abschnitt, um die eingefangene abgeschiedene Substanz F des verflüssigten Gases davon abzuhalten, aus der Wanne 23 zu fließen.
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In der vorliegenden Ausführungsform erhebt sich ein Dammbalken 22 aus der Bodenfläche der Wärmetauschkammer 20. Die Wanne 23 ist als ein Raum vorgesehen, der von dem Dammbalken 22, der Bodenfläche und der Wandfläche der Wärmetauschkammer 20 umgeben ist. Der Dammbalken 22 befindet sich relativ zu dem Verbindungsabschnitt des doppelwandigen Unterdruckrohrs 31 und des einwandigen Rohrs 32 aus der Perspektive der Mitte der Wärmetauschkammer 20 außen. Der Dammbalken 22 teilt den Bodenabschnitt der Wärmetauschkammer 20 in die Wanne 23 und einen Flüssigkeitsabgabeabschnitt 24, der sich von der Wanne 23 unterscheidet.
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Der Flüssigkeitsabgabeabschnitt 24 ist mit einem Ablassanschluss 25 versehen, der sich darin öffnet. Ein Ablassrohr 26 ist mit dem Ablassanschluss 25 verbunden. Das Ablassrohr 26 ist mit einem Ein-Aus-Ventil (Öffnungs-/Schließventil) 27 versehen. Der Dammbalken 22, der Ablassanschluss 25, das Ablassrohr 26 und dergleichen bilden einen Flüssigkeitsabgabemechanismus, der das verflüssigte Gas, das sich aus der Wärmetauschkammer 20 in der Wanne 23 ansammelt, in einem Zustand abgibt, in dem die abgeschiedene Substanz F in der Wanne 23 verbleibt. Bei diesem Flüssigkeitsabgabemechanismus bewegt sich dann, wenn der Flüssigkeitspegel der Wanne 23 den Dammbalken 22 überschreitet, das verflüssigte Gas in der Wanne 23 über den Dammbalken 22 hinaus und fließt in einem Zustand, in dem die abgeschiedene Substanz F in der Wanne 23 verbleibt, in einen Flüssigkeitsausgabeabschnitt 24. Die abgeschiedene Substanz F ist in das verflüssigte Gas innerhalb der Wanne 23 eingetaucht. Daher wird die abgeschiedene Substanz F von dem Dammbalken 22 zurückgehalten und kann nicht in Richtung des Flüssigkeitsausgabeabschnitts 24 (des Ablassanschlusses 25) fließen. Das verflüssigte Gas, das in den Flüssigkeitsausgabeabschnitt 24 übergelaufen ist, und das verflüssigte Gas des Zwischenmediums, das direkt in den Flüssigkeitsabgabeabschnitt 24 gefallen ist, werden durch den Ablassanschluss 25 und das Ablassrohr 26 in einen Außenbereich der Wanne 2 abgegeben. Auf diese Weise wird von dem verflüssigten Gas und der abgeschiedenen Substanz F, die in der Wanne 23 eingefangen sind, selektiv das verflüssigte Gas abgegeben. Dies macht es möglich, die Häufigkeit des Auftretens des Problems, das mit dem Flüssigkeitsabgabemechanismus verbunden ist, zu verringern, und zwar des Problems, dass der Abgabekanal (nämlich der Ablassanschluss 25 und das Ablassrohr 26) des verflüssigten Gases mit der abgeschiedenen Substanz F verstopft wird.
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[Ausführungsform 2]
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Als Nächstes wird die Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist eine vordere Schnittansicht, die die schematische Konfiguration eines Wärmetauschers 1A, der Flüssigwasserstoff verwendet, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Zeichnung, auf die für die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform Bezug genommen wird, sind die Elemente, die identisch oder ähnlich zu denen der oben beschriebenen Ausführungsform 1 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht wiederholend beschrieben.
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Wie in 3 gezeigt enthält der Wärmetauscher 1A gemäß Ausführungsform 2 nicht den Zwischenmediumeinlass 28, den Zwischenmediumauslass 29 und mindestens ein zweites Wärmeübertragungsrohr 4 der oben beschriebenen Ausführungsform 1. Stattdessen enthält der Wärmetauscher 1A gemäß Ausführungsform 2 mindestens einen Luftversorgungsanschluss 41, der sich an einer Stelle öffnet, die oberhalb des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 liegt, das sich innerhalb der Wärmetauschkammer 20 befindet, und mindestens eine Niedertemperatur-Trockenluft-Auslassöffnung 42, die sich an einer Stelle öffnet, die unterhalb des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 liegt, das sich innerhalb der Wärmetauschkammer 20 befindet.
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In dem Wärmetauscher 1A mit der oben beschriebenen Konfiguration tritt dann, wenn der Flüssigwasserstoff in das erste Wärmeübertragungsrohr 3 geleitet wird und die Luft durch den Versorgungsanschluss 41 in die Wärmetauschkammer 20 eingeleitet wird, in dem einwandigen Rohr 32 des ersten Wärmeübertragungsrohres 3 und einem Bereich, der sich in der Nähe des einwandigen Rohres 32 befindet, Wärmeaustausch zwischen dem im Inneren des Rohres vorhandenen Flüssigwasserstoff und der außerhalb des Rohres vorhandenen Luft auf. Durch diesen Wärmeaustausch steigt die Temperatur des Flüssigwasserstoffs und die Temperatur der Luft sinkt. Aufgrund der Abnahme der Lufttemperatur wird ein Teil der Luft in verflüssigte Luft (verflüssigtes Gas) umgewandelt. Zusätzlich wird ein Teil der verflüssigten Luft durch Erstarren in die abgeschiedene Substanz F umgewandelt. Die verflüssigte Luft und die abgeschiedene Substanz F fallen in die Wanne 23 und werden darin aufgenommen. Die abgeschiedene Substanz F enthält Feuchtigkeit in der Luft. Die Feuchtigkeit wird aus der Luft entzogen, die in die Wärmetauschkammer 20 eingeführt worden ist, und als Ergebnis wird die in die Wärmetauschkammer 20 eingefüllte Luft in Niedertemperatur-Trockenluft (trockene Luft in einem Niedertemperaturzustand) umgewandelt. Wie oben beschrieben wird in dem Wärmetauscher 1A der Flüssigwasserstoff, der in das erste Wärmeübertragungsrohr 3 geleitet worden ist, aus dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3 als Flüssigwasserstoff und/oder Wasserstoffgas abgegeben, während die Luft, die durch den Versorgungsanschluss 41 in die Wärmetauschkammer 20 eingeführt worden ist, aus dem Abgabeanschluss 42 als Niedertemperatur-Trockenluft abgegeben wird, die in einem niedrigeren Temperaturzustand ist und getrocknet ist.
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[Ausführungsform 3]
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Als Nächstes wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist eine vordere Schnittansicht, die die schematische Konfiguration eines Wärmetauschers 1B, der den flüssigen Wasserstoff verwendet, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Zeichnung, auf die für die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform Bezug genommen wird, sind die Elemente, die identisch oder ähnlich zu denen der oben beschriebenen Ausführungsform 1 sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht wiederholend beschrieben.
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Wie in 4 gezeigt ist in dem Wärmetauscher 1B gemäß Ausführungsform 3 die Wanne 2 nicht mit dem Zwischenmediumeinlass 28 und dem Zwischenmediumauslass 29 der oben beschriebenen Ausführungsform 1 versehen. Stattdessen enthält der Wärmetauscher 1B gemäß Ausführungsform 3 mindestens einen Luftversorgungsanschluss 41, der sich an einer Stelle öffnet, die sich oberhalb des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 befindet, die sich innerhalb der Wärmetauschkammer 20 befindet, und mindestens einen Trockenluft-Abgabeanschluss 42, der sich an einer Stelle befindet, die in einer vertikalen Richtung zwischen dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3 und dem zweiten Wärmeübertragungsrohr 4 liegt, wobei das erste und das zweite Wärmeübertragungsrohr 3, 4 innerhalb der Wärmetauschkammer 20 angeordnet sind. Der Abgabeanschluss 42 ist mit dem Einlass des zweiten Wärmeübertragungsrohrs 4 verbunden.
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In dem Wärmetauscher 1B mit der oben beschriebenen Konfiguration tritt dann, wenn der Flüssigwasserstoff in das erste Wärmeübertragungsrohr 3 geleitet wird und die Luft durch den Versorgungsanschluss 41 in die Wärmetauschkammer 20 eingeleitet wird, in dem einwandigen Rohr 32 des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 und einem Bereich, der sich in der Nähe des einwandigen Rohres 32 befindet, ein Wärmeaustausch zwischen dem im Inneren des Rohres vorhandenen Flüssigwasserstoff und der außerhalb des Rohres vorhandenen Luft auf. Durch diesen Wärmeaustausch steigt die Temperatur des Flüssigwasserstoffs und die Temperatur der Luft sinkt. Aufgrund der Abnahme der Lufttemperatur wird ein Teil der Luft in verflüssigte Luft (verflüssigtes Gas) umgewandelt. Zusätzlich wird ein Teil der verflüssigten Luft durch Erstarren in die abgeschiedene Substanz F umgewandelt. Die verflüssigte Luft und die abgeschiedene Substanz F fallen in die Wanne 23 und werden darin aufgenommen. Die abgeschiedene Substanz F enthält Feuchtigkeit in der Luft. Die Feuchtigkeit wird aus der Luft, die in die Wärmetauschkammer 20 eingeleitet worden ist, entzogen und als Ergebnis wird die in die Wärmetauschkammer 20 eingefüllte Luft in Niedertemperatur-Trockenluft umgewandelt. Dann strömt die Trockenluft durch den Abgabeanschluss 42 aus dem Inneren der Wärmetauschkammer 20 und strömt in das zweite Wärmeübertragungsrohr 4. Da das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 unterhalb des Abgabeanschlusses 42 angeordnet ist, ist die Temperatur der Trockenluft, die in einem Bereich vorhanden ist, der sich in der Nähe des zweiten Wärmeübertragungsrohrs 4 befindet, etwas niedriger als die der Trockenluft, die durch den Abgabeanschluss 42 in das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 strömt. In dem zweiten Wärmeübertragungsrohr 4 und einem Bereich, der sich in der Nähe des zweiten Wärmeübertragungsrohrs 4 befindet, tritt ein Austausch von Wärmeenergie zwischen der im Inneren des Rohres vorhandenen Trockenluft und der außerhalb des Rohrs vorhandenen Trockenluft auf. Somit nimmt die Temperatur der Trockenluft, die außerhalb des Rohrs vorhanden ist, zu und die Temperatur der Trockenluft, die innerhalb des Rohrs vorhanden ist, nimmt weiter ab.
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Wie oben beschrieben wird in dem Wärmetauscher 1B der Flüssigwasserstoff, der in das erste Wärmeübertragungsrohr 3 eingeleitet worden ist, aus dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3 als Flüssigwasserstoff und/oder Wasserstoffgas abgegeben, während die Luft, die durch den Versorgungsanschluss 41 in die Wärmetauschkammer 20 eingeleitet worden ist, aus dem zweiten Wärmeübertragungsrohr 4 als die Niedertemperatur-Trockenluft abgegeben wird, die in einem niedrigeren Temperaturzustand ist und getrocknet ist.
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[Ausführungsform 4]
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Als Nächstes wird die Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist eine vordere Schnittansicht, die die schematische Konfiguration eines Wärmetauschers 1C, der den flüssigen Wasserstoff verwendet, gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Zeichnung, auf die für die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform Bezug genommen wird, sind die Elemente, die identisch oder ähnlich zu denen der oben beschriebenen Ausführungsform 1 sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht wiederholend beschrieben.
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Wie in 5 gezeigt sind in dem Wärmetauscher 1C gemäß Ausführungsform 4 mindestens zwei erste in einer vertikalen Richtung angeordnete Wärmeübertragungsrohre, die mindestens ein erstes Wärmeübertragungsrohr 3 (3A) an einer oberen Seite und mindestens ein erstes Wärmeübertragungsrohr 3 (3B) an einer unteren Seite sind, in die Hülle 2 eingesetzt. Das erste Wärmeübertragungsrohr 3A an der oberen Seite ist in dem oberen Abschnitt der Wärmetauschkammer 20 und in der Nähe des Zwischenmediumeinlasses 28 angeordnet. Das erste Wärmeübertragungsrohr 3B an der unteren Seite ist in der vertikalen Richtung zwischen dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3A und dem zweiten Wärmeübertragungsrohr 4 angeordnet. Zusätzlich ist der Wärmetauscher 1C mit einer Wanne 51 versehen, die die abgeschiedene Substanz F des Zwischenmediums, die in einem Bereich abgeschieden wird, der in der Nähe des ersten Wärmeübertragungsrohres 3A an der oberen Seite liegt, aufnimmt. Die Wanne 51 ist wünschenswerterweise in der vertikalen Richtung zwischen dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3A an der oberen Seite und dem ersten Wärmeübertragungsrohr 3B an der unteren Seite angeordnet. Die Wanne 51 ist mit einem Ablassanschluss 52 versehen, durch den nur das verflüssigte Gas aus dem oberen Teil der Wanne 51 ausgegeben wird. Ein Ablassrohr 53 mit einem Ein-Aus-Ventil (Öffnungs-/Schließventil) 54 ist mit dem Ablassanschluss 52 verbunden. Der Ablassanschluss 52 und das Ablassrohr 53 bilden einen Flüssigkeitsabgabemechanismus, der das verflüssigte Gas aus der Wanne 51 in den Außenbereich der Wärmetauschkammer 20 in einem Zustand, in dem die abgeschiedene Substanz F in der Wanne 51 verbleibt, abgibt.
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In dem Wärmetauscher 1C mit der oben beschriebenen Konfiguration tritt dann, wenn der Flüssigwasserstoff in die ersten Wärmeübertragungsrohre 3 (3A, 3B) geleitet wird, ein Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Zwischenmedium und dem Flüssigwasserstoff auf. Durch diesen Wärmeaustausch sinkt die Temperatur des Zwischenmediums und die Temperatur des Flüssigwasserstoffs steigt. In einem Bereich, der sich in der Nähe des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3A an der oberen Seite befindet, wird das Zwischenmedium in das verflüssigte Gas umgewandelt und ein Teil des verflüssigten Gases wird in die abgeschiedene Substanz F umgewandelt. Die abgeschiedene Substanz F und das verflüssigte Gas fallen in die Wanne 51. Auf diese Weise werden die abgeschiedene Substanz F und das verflüssigte Gas in der Wanne 51 gesammelt. Wenn der Flüssigkeitspegel der Wanne 51 zunimmt, wird das Ein-Aus-Ventil 54 geöffnet. Die abgeschiedene Substanz F ist in das verflüssigte Gas in der Wanne 51 eingetaucht. Daher wird nur das verflüssigte Gas aus dem Ablassanschluss 52, der sich in dem oberen Abschnitt der Wanne 51 öffnet, durch das Ablassrohr 53 abgegeben und die abgeschiedene Substanz F verbleibt in der Wanne 51. Dies macht es möglich, zu verhindern, dass der Ablassanschluss 52 und das Ablassrohr 53 mit der abgeschiedenen Substanz F verstopft werden.
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Wie oben beschrieben wird die abgeschiedene Substanz F des verflüssigten Gases des Zwischenmediums in dem Bereich abgeschieden, der sich in der Nähe des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3A an der oberen Seite befindet. Daher wird die abgeschiedene Substanz F nicht aus dem Zwischenmedium erzeugt, das in einem Bereich vorhanden ist, der sich in der Nähe des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3B an der unteren Seite befindet. Aus diesem Grund ist es grundsätzlich nicht notwendig, die Wanne 23 in dem Bodenabschnitt der Wärmetauschkammer 20 vorzusehen. In einem Fall jedoch, in dem das Zwischenmedium eine große Menge an Komponenten enthält, die in die abgeschiedene Substanz F umgewandelt werden, oder es wahrscheinlich ist, dass die abgeschiedene Substanz F aus dem Zwischenmedium erzeugt wird, das in dem Bereich vorhanden ist, der sich in der Nähe des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3B an der unteren Seite befindet, kann die Wanne 23 in dem Bodenabschnitt der Wärmetauschkammer 20 vorgesehen sein.
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Ferner tritt ein Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Zwischenmedium, das durch den Wärmeaustausch mit dem Flüssigwasserstoff gekühlt worden ist, und der Trockenluft, die in das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 geleitet worden ist, auf. Durch diesen Wärmeaustausch steigt die Temperatur des Zwischenmediums und die Temperatur der Trockenluft sinkt. Wie oben beschrieben wird in dem Wärmetauscher 1C der Flüssigwasserstoff, der in die ersten Wärmeübertragungsrohre 3 eingeleitet worden ist, als Flüssigwasserstoff und/oder Wasserstoffgas abgegeben, während die Trockenluft, die in das zweite Wärmeübertragungsrohr 4 eingeleitet worden ist, als Niedertemperatur-Trockenluft in einem niedrigeren Temperaturzustand abgegeben wird.
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In dem Wärmetauscher 1C enthält das erste Wärmeübertragungsrohr 3 das erste Wärmeübertragungsrohr 3A an der oberen Seite und das erste Wärmeübertragungsrohr 3B an der unteren Seite, die in der vertikalen Richtung angeordnet sind, und die Wanne 51 ist unterhalb des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3A an der oberen Seite angeordnet. Jedoch ist die Gestaltung der ersten Wärmeübertragungsrohre 3 und der Wanne 51 nicht auf das Obige beschränkt. Das Zwischenmedium, das durch den Zwischenmediumeinlass 28 in die Wärmetauschkammer 20 eingeleitet wird, neigt dazu, in dem Bereich abgeschieden zu werden, der sich in der Nähe des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 befindet, das das Zwischenmedium zuerst berührt. Angesichts dessen genügt es, dass die Wanne 51 an einer Stelle angeordnet ist, die sich in der Nähe des Zwischenmediumeinlasses 28 und unterhalb des ersten Wärmeübertragungsrohrs 3 befindet, das das Zwischenmedium, das in die Wärmetauschkammer 20 eingeleitet worden ist, zuerst berührt.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben worden. Die oben beschriebene Konfiguration kann beispielsweise wie nachstehend beschrieben geändert werden.
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Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Wärmetauscher 1 ein Wärmetauscher eines Hüllen- und Rohrtyps (oder eines Hüllen- und Lamellenrohrtyps) ist, ist der Typ des Wärmetauschers 1 nicht darauf beschränkt.
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Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen das Innere der Wärmetauschkammer 20 in einem Atmosphärendruckzustand ist, kann das Innere der Wärmetauschkammer 20 mit Druck beaufschlagt sein.
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Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Wannen 23, 51 in die Wanne 2 integriert sind, können die Wannen 23, 51 unabhängig ausgebildet und von der Wanne 2 abnehmbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmetauscher
- 2
- Wanne (Wärmetauscher)
- 3
- Erstes Wärmeübertragungsrohr
- 31
- Doppelwandiges Unterdruckrohr
- 32
- Einwandiges Rohr
- 4
- Zweites Wärmeübertragungsrohr
- 20
- Wärmetauschkammer
- 22
- Dammbalken
- 23
- Wanne
- 24
- Flüssigkeitsabgabeabschnitt
- 25
- Ablassloch
- 26
- Ablassrohr
- 27
- Ein-Aus-Ventil
- 28
- Einlass
- 29
- Auslass
- 51
- Wanne
- 52
- Ablassöffnung
- 53
- Ablassrohr
- 54
- Ein-Aus-Ventil
