JP2002303497A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 断熱容器内に配置するに際して配管の敷設を
極力簡素なものとすることができ、しかも管長収縮補償
のための管路中のループ部分を不要もしくは少なくとも
小規模のものに抑制することができる熱交換器を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも1つの熱交換器ブロック
(1)と熱交換器ハウジングを構成する断熱容器とを有
する熱交換器。熱交換器ブロック(1)は断熱容器内で
止着手段(3,4,5,7)により変位可能に吊持され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも1つの
熱交換器ブロックと熱交換器ハウジングを構成する断熱
容器とを有し、熱交換器ブロックが止着手段によって断
熱容器内に吊り下げ配置されている熱交換器、及び深冷
空気分離設備におけるその使用に関するものである。
【0002】
【従来の技術】空気の深冷分離では、分離すべき原料空
気をプロセス温度に冷却する必要がある。通常これは、
空気分離設備で得られる製品流と原料空気との間接熱交
換によって行われる。大量の空気を処理する設備では、
この間接熱交換は複数の並列接続された熱交換器ブロッ
クからなる主熱交換器で実現される。個々の熱交換器ブ
ロックはプレート式熱交換器として構成されているのが
一般的である。
【0003】主熱交換器の断熱は、外部に対して断熱さ
れた断熱容器、いわゆるコールドボックスの内部に熱交
換器を収容することによって行われる。断熱容器内に熱
交換器、即ち個々の熱交換器ブロックを配置する方式は
様々なものが知られている。
【0004】例えば、或る一つの公知の配置方式では、
台架又は桁、或いは断熱容器の底部や基礎構造物に熱交
換器ブロックを据え付けている。別の方式では、熱交換
器ブロックにも互いに反対側となる箇所に形材を取り付
け、これらの形材を断熱容器内の横桁に載置固定して熱
交換器ブロックを保持するようにしている。同様に、熱
交換器ブロックの側部に取付けた形材に引張棒を固定
し、この引張棒を利用して熱交換器を断熱容器内の天井
桁で吊持することも行われている。
【0005】更に国際公開WO99−11990号公報
には、熱交換器ブロックを温端、即ち上部領域で支持ブ
ラケットにより保持し、冷端ではケーブルを利用して断
熱容器内で斜めに固定することが述べられている。
【0006】これら公知の配置方式の全てに共通するの
は、熱交換器ブロックが断熱容器内で不動に剛性固定さ
れることである。しかしながら、設備の起動時や負荷変
動時には、熱交換器ブロックに連結された配管の長さが
温度変化により管長1m当り4mm程度の収縮率で収縮
する。このため、従来は例えば冷えたときに管の収縮で
熱交換器ブロック又は配管の割れ等の損傷が生じるのを
防止する目的で収縮補償として管路中にループ部分を設
ける必要があり、或いは費用をかけて熱交換器ブロック
の嵌め管を補強する必要があった。その結果、配管の敷
設に要する管長が長くなり、配管敷設用のスペース需要
が増し、配管敷設が一層複雑になる問題が不可避であっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、断熱
容器内に配置された熱交換器、特に配管の敷設を極力簡
素なものとすることができ、しかも管長収縮補償のため
の管路中のループ部分を不要もしくは少なくとも小規模
のものに抑制することができる熱交換器を提供すること
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の課題は、本発明に
よれば、少なくとも1つの熱交換器ブロックと熱交換器
ハウジングを構成する断熱容器とを有し、熱交換器ブロ
ックが止着手段によって断熱容器内に吊り下げ配置され
ている熱交換器において、熱交換器ブロックを断熱容器
内で変位可能に支持することによって解決されるもので
ある。
【0009】本発明によれば、熱交換器ブロックは、熱
交換器ブロックに結合された配管に温度変化で管長変化
が生じても、その管長変化が熱交換器ブロックの変位に
よって補償されるように、断熱容器内で支持されてい
る。例えば、設備が冷えると熱交換器ブロックは収縮す
る配管と一緒に変位する。
【0010】本発明において、熱交換器ブロックはその
下端部が少なくとも2つの空間方向へ変位できるように
断熱容器内で支持されていることが好ましい。特に好ま
しくは、熱交換器ブロックは揺動可能にその重心より上
部で吊持されている。
【0011】通常、熱交換器ブロックの上端部に温かい
原料空気が供給され、下端部には冷たい製品ガスが供給
される。起動時又は負荷変動時には、温端の温度変化は
極く僅かであるので、熱交換器ブロックの下端部の冷端
に連結された配管が特に著しい管長変化を示す。このた
め、熱交換器ブロックは、特にその重心よりも上部で吊
持されていれば下端部では比較的容易に変位できる。こ
の場合、下端部に連結された配管が収縮しても熱交換器
ブロックが容易に変位するので、これらの配管に作用す
る力はほんの僅かとなり、配管が許容レベルを超えて高
い応力の作用を受けることが防止される。
【0012】本発明は、少なくとも2つ、好ましくは4
つ以上の熱交換器ブロックを含む熱交換器において効果
を発揮することができる。また、本発明は、各列で4又
は5基の熱交換器ブロックを2列に配置して合計8又は
10基の熱交換器ブロックを含む熱交換器に好適に適用
可能である。多数の熱交換器ブロックを備えた大型の熱
交換器では、互いに向流で導かれる冷却対象の原料空気
と冷媒としての製品流とを個々の熱交換器ブロックに分
配するために複雑な配管敷設が必要である。
【0013】収縮によって配管に生じる応力を吸収する
ために従来は管路中にループ部分を設ける必要があった
が、このループ部分は配管の敷設を複雑困難とするだけ
でなく、特にそのために著しく大きな占有スペースを必
要としている。このため、断熱容器も相応に大型とせざ
るを得ず、これにより設備の建設コストが増大する問題
があったことは事実である。
【0014】本発明に従って熱交換器ブロックを配置す
るとループ部分を設ける必要がないので配管の敷設は簡
素となり、また断熱容器も従来より小型化できるので、
かなりの設備費用の削減が可能である。このことは、特
に個々の熱交換器ブロックが共通の集合管路に通じる供
給管路及び/又は排出管路を備えている場合に顕著であ
る。
【0015】本発明において、熱交換器ブロックを断熱
容器内に吊り下げ配置するための止着手段は枢支連結手
段を有することが好ましく、それによって熱交換器ブロ
ックはこの連結手段の枢支軸心周りに回動変位すること
ができるようになる。このような枢支軸方式の吊持機構
は技術的な困難を伴わずに実現可能であり、実際におい
ても特に好ましいことが確認されている。
【0016】
【発明の実施の形態】以上に述べた本発明の特徴及びそ
の他の詳細を図示の実施例に基づいて説明すれば以下の
通りである。
【0017】図1及び図2に深冷空気分離設備の主熱交
換器における熱交換器ブロック1の上端部の支持構造を
示す。主熱交換器は、このような熱交換器ブロック1を
複数基並列に接続してなるものである。
【0018】熱交換器ブロック1は、幅寸法が240c
m以下である。熱交換器ブロック1の上部には集合/分
配器、いわゆるヘッダ2が取り付けられており、このヘ
ッダから一本以上の図示しない配管が分岐している。
【0019】熱交換器ブロック1には両端面に第1要素
としてアルミニウム板3が固定されており、このアルミ
ニウム板はヘッダ2から上方に張り出している。また、
第2要素として適正な設計強度を有する略三角形の鋼製
支持板4がアルミニウム板3に対して直角にヘッダ2よ
り上方の位置に配置され、その両端部に設けられたナッ
ト部で枢支ボルト5によって両アルミニウム板3に枢着
されている。熱交換器ブロック1に対して鋼製支持板4
は両端のボルト5の中心軸と同心の枢支軸心6の周りを
枢動可能である。
【0020】鋼製支持板4の三角形の頂点部分にはもう
一つの枢支連結部7が設けられている。この枢支連結部
7によって鋼製支持板4がH型鋼支持ビーム8に吊持さ
れており、この支持ビームは、熱交換器ブロック1を担
持するために図示しない断熱容器からなるコールドボッ
クス内に固定設置された支持構造体である。枢支連結部
7は鋼製支持板4を前記枢支軸心6を含む面内で枢動可
能としており、その枢支軸心9は枢支軸心6とは直角な
向きである。
【0021】このようにして熱交換器ブロック1は互い
に直交する2つの枢支軸心6及び9の周りで枢動可能に
吊持されている。両アルミニウム板3及び鋼製支持板4
の配置構成は、吊持点10が熱交換器ブロック1の重心
の真上に位置するように選ばれている。
【0022】アルミニウム板3と鋼製支持板4との間の
間隔を好適に選択することによって付加的に熱交換器ブ
ロック1の水平変位を吸収することもできる。
【0023】枢支連結部7は、特に枢支軸心9が熱交換
器に固有の設計要求条件に適合する強度を持つように、
即ち、予め計算で求められる熱交換器の特殊な稼働条件
下における配管の発生応力に耐えられるように設計され
ていることが好ましい。
【0024】
【発明の効果】熱交換器ブロック1の下端部には、相互
に熱交換を行う流体の流れを給排するため一つ以上の図
示しない配管が取付けられている。負荷変動或いは設備
の温操作及び冷操作に際して、これらの配管には温度変
化によって配管長1m当り約3〜4mmの管長変化が生
じるが、本発明による熱交換器では、熱交換器ブロック
が変位可能に吊持されているので、管長変化が生じても
熱交換器ブロックが対応して変位し、配管には管長変化
による応力が生じない。従って配管中にループ部分を設
ける必要はなく、断熱容器内にループ部分のための余分
な空間を準備する必要もない。本発明において、特に好
ましくは熱交換器ブロックをその重心よりも上方位置で
吊持することにより、熱交換器ブロックの下端部に僅か
でも力が作用すると熱交換器ブロック自体が直ちに抵抗
無く枢支軸心回りに枢動変位し、この熱交換器ブロック
の変位によって温度変化による管長変化が吸収される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る熱交換器の吊持構造を
示す部分正面図である。
【図2】図1の吊持構造の側面図である。
【符号の説明】
1:熱交換器ブロック 2:ヘッダ 3:アルミニウム板(第1要素) 4:鋼製支持板(第2要素) 5:枢支ボルト 6:枢支軸心 7:枢支連結部 8:H型鋼支持ビーム 9:枢支軸心 10:吊持点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴォルフガング バーデル ドイツ連邦共和国 82067 エーベンハウ ゼン、アム・ゾンマーフェルト 9 Fターム(参考) 3L065 AA40 4D047 AA08 DA17 DB01 EA07

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの熱交換器ブロックと熱
    交換器ハウジングを構成する断熱容器とを有し、熱交換
    器ブロックが止着手段によって断熱容器内に吊り下げ配
    置されている熱交換器において、熱交換器ブロック
    (1)が断熱容器内で変位可能に支持されていることを
    特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項2】 熱交換器ブロック(1)の下端部が少な
    くとも2つの空間方向へ変位可能であることを特徴とす
    る請求項1に記載の熱交換器。
  3. 【請求項3】 熱交換器ブロック(1)が揺動可能にそ
    の重心より上部で吊持されていることを特徴とする請求
    項1又は2に記載の熱交換器。
  4. 【請求項4】 少なくとも2つ、特に3つ以上の熱交換
    器ブロック(1)を有することを特徴とする請求項1〜
    3のいずれか1項に記載の熱交換器。
  5. 【請求項5】 各熱交換器ブロック(1)が共通の集合
    管路に通じる供給管路及び/又は排出管路を有すること
    を特徴とする請求項4に記載の熱交換器。
  6. 【請求項6】 止着手段が枢支連結手段(5,7)を含
    むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載
    の熱交換器。
  7. 【請求項7】 止着手段が2つの互いに直交する枢支軸
    心(6、9)を有することを特徴とする請求項6に記載
    の熱交換器。
  8. 【請求項8】 止着手段が、熱交換器ブロック(1)に
    固定された第1要素(3)と、この第1要素(3)に枢
    着された第2要素(4)とを含み、第2要素(4)が断
    熱容器内で枢支されていることを特徴とする請求項1〜
    7のいずれか1項に記載の熱交換器。
  9. 【請求項9】 深冷空気分離設備における、特に深冷空
    気分離設備の主熱交換器としての請求項1〜8のいずれ
    か1項に記載の熱交換器の使用。
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