JP2003529740A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
流体の流れからの熱で交換されるあらゆるタイプの熱交換器に適用可能である。
込む空気を加熱することを可能にする伝熱式熱交換器に適用される。このような
伝熱式熱交換器は、国際公開公報第94/12785号の図4に開示されたエン
ジンに使用されている。
熱交換器によって、燃焼チャンバで使用される等温圧縮された冷たい空気を予熱
する。本エンジンは、ガスタービン技術による従来の伝熱式熱交換器(ソーラー
・マーキュリー50等)を使用して作動させることができる。但し、国際公開公
報第94/12785号のエンジンの排ガスの圧力及び温度は、ガスタービン内
の圧力及び温度より高くなる場合がある。例えば、当該エンジンの排ガス圧力は
、ガスタービンの場合が常圧であるのに対して、5×105Pa(5バール)で
ある。伝熱式熱交換器に入る空気は、例えばガスタービンでは2×106Pa(
20バール)になり、エンジンでは1×107Pa(100バール)又はこれ以
上になる。伝熱式熱交換器の「熱い」端部(即ち、熱い排ガスが入り、加熱され
た空気が出る端部)は、ガスタービンでは500−600℃であるのに対して、
エンジンでは750−800℃である可能性がある。また、伝熱式熱交換器の「
熱い」端部と「冷たい」端部との温度差もエンジンの方が大きくなり、その場合
の「冷たい」端部を出る冷却された排ガスの温度は、典型的には250−300
℃になる。
が、これは、極めて高い流量かつ比較的低い圧力において最適な効率で作動する
ように設計されている。本発明の目的は、より低い流量かつより高い圧力で最も
効率的に作動する熱交換器を提供することにある。
る多数の配管とを有する熱交換器を開示している。ダクトの壁内には、ダクト内
外の圧力を均等にするための複数の小さな孔が設けられている。この配置は、ダ
クト壁内外の定常状態かつ圧力差が均一な空間から生じる応力を低減する、又は
除去するためには効果的であるが、ダクトに作用する他の様々な応力の効果に対
処するものではない。まず、ダクト壁には、管巣内の定常圧力の低下によって発
生し、かつダクト壁内外に圧力差が不均一な空間を発生させる応力が存在する。
この点は、ダクト長に沿って複数の小さな孔を配置し、ダクト沿いの様々な位置
での圧力差を均等にすることによって克服することが可能である。しかしながら
これは、ダクト外部の空間に沿って、この空間が断熱体として十分に作用するこ
とを妨げる流れを発生させるため、熱交換器の効率が低下する。実に第2の応力
が、通常の作動の一部又は故障状態の何れかである一過性の流れの結果として存
在すると思われる圧力の脈動によって発生する。スイス特許第195,866号
の熱交換器はこれらの状態に適応することができず、よって最新の高圧熱交換器
としては不適当である。
かう第1の流れのための、複数の管内に設けられた第1の通路と、容器を通って
反対方向に向かう第2の流れのための第2の通路であって、熱伝達が管の壁を通
して発生するように圧力容器から間隔を置いて配置されかつ管を包囲するダクト
を備える第2の通路と、ダクトの内側とダクト及び圧力容器間の空間との間の圧
力をほぼ均等にする手段と、ダクトと圧力容器の内面との間の断熱体と、ダクト
の外側の圧力を超えるダクトの内側の圧力によって生じる膨張に対してダクトを
支持する支持体とを備えている。
器を形成し、全体的には、2つの流れの最小温度差を許容する対向流形の熱交換
器を形成する。しかしながら、高温高圧の排ガスにこれらの管を使用する場合は
、高温にも耐え得る適切な圧力容器が必要である。双方の機能を満たすことので
きるニッケル合金等の材料は、極めて高価である。
から断熱体によって分離された第2の通路を形成するダクトを有している。当該
圧力容器は、こうして排ガスの高温から保護されている。
るために、多数の措置が講じられている。特に、ダクト内外の圧力をほぼ均等に
する手段は、ダクトが排ガスの全圧のようなものに一切対応する必要のないこと
を保証している。その他、管沿いの圧力低下及びダクト内の圧力の脈動等によっ
て生じる応力には、支持体が対処する。
ることが可能である。一方で、ダクトはシステムの最大温度に耐え得るものでな
ければならないが、排ガスの全圧を包含する必要はなく、よって、より薄い材料
で製造することができる。従って、本容器が必要とする高額な高温材料は、全シ
ステム圧力及び全温度に耐えなければならない容器であれば必要になると思われ
るものより遙かに少ない。
は、例えば、ダクトと圧力容器との間の空間に圧力を均等にするためにダクト内
部の圧力に従って制御される加圧された流体を供給することである。但し、圧力
を均等にする本手段は、好ましくはダクト壁内の1つ又は複数の貫通孔である。
これらの貫通孔は、ダクト内部の流体を単に圧力容器内へと流入させ、流体は圧
力容器内に閉じ込められて圧力が均等にされる。
と流入されるガスはその可能な限り最も低温となり、よって当該圧力容器を損傷
しないことが保証される。また、当該圧力容器に漏れが生じたとしても、ガスは
ダクトの冷端部から取り出されるために、最終的な損傷は限られる。さらに、断
熱体で充填された空間に沿うあらゆるガスの流れを回避するために、全貫通孔は
概して、好ましくは当該容器を通る双方の流れの流れる方向に垂直である単一の
平面内に配置される。
る。従って断熱体は、(断熱体が完全なガス透過性であれば)ダクトの外壁と圧
力容器の内面との間の空間を完全に満たして設けられること、圧力容器の内面に
設けられること、或いはダクト自体の壁の側に設けるようにすればよい。但し、
現時点では、断熱体をダクトの外壁に接して設けることが好ましい。
のために圧力が増大又は低下して脈動が生じる可能性がある。ダクト全体に圧力
低下が存在すると、これもまたダクトに応力をかける。
但し、こうした支持体は、管への妨害を回避するように慎重に構成されなければ
ならない。従って当該支持体は、好ましくはダクトの外側にあり、また実質的に
ダクトを取り囲むほうが好ましい。
時点でダクトを支持するための好ましい方法は、支持体を使用してダクトの壁に
抗して保持される断熱体でダクトを取り囲むことである。当該支持体は、好まし
くは、ダクトの実質的部分を取り囲む1本又は複数のケーブルによって与えられ
る。そのケーブルは、圧力容器の内壁に固定される、もしくはダクトの全周を通
って完全な円状に巻かれるようにしてよい。ケーブル又は各ケーブルは、好まし
くは、ばねで荷重されていて、ダクトは、断熱体を膨張させて外側に押し出し、
かつダクトが熱収縮すると断熱体をダクトの壁に押し戻すことができる。これに
よって、ダクトを断熱体によって支持することができ、従ってダクト壁を薄くす
ることができる。また、断熱体をダクトに極めて近接させて保持することによっ
て、常に適切な支持が維持される。
プレートから外向きに突き出す棘状突起又は一連の垂直部上に支持される。この
ように、ケーブルによって設けられる支持体は、単にブロックの角だけでなく、
各ブロックの外面全体に与えられる。
ベースとダクトとの間に設けられるのが好ましい。そのベースは容器内部の構造
、組み立て、及び保守を単純化するために、圧力容器から着脱可能であることが
好ましい。圧力容器におけるダクトの水平方向の熱膨張に配慮するためには、ダ
クトは、水平に自由に膨張できるように支持されるのが好ましい。ダクトはこの
ように膨張できるように熱交換器の熱端部でのみベースに固定されることが好ま
しい。
わませることによって対処することができる。これは、所定の熱負荷下では可能
である。しかしながら、熱負荷が増大すると、既に高い内圧によって生じる応力
下にある管の応力は、許容不能なレベルにまで増大される可能性がある。従って
、熱に誘導されるいかなる応力であっても、管のクリープ寿命を短縮させる。故
に、応力を低減させ、かつ管の寿命を延ばすためには、管は、その低温状態で圧
縮応力を与えられるのが好ましい。従って、管が使用中に加熱されても、熱膨張
は圧縮応力を弛緩させるだけで済む。
い。
る単一の材料で製造されることが可能である。但し、熱交換器全体で温度及び圧
力が大きく変化する場合には、ダクト及び/又は管は、各々が連続して接続され
た異なる材料より成る多数の異なる部品で製造されることが好ましい。こうすれ
ば、システム全体の温度及び圧力に耐え得る高価な材料の使用を減らして、より
安価な材料を使用することができる。
体を伝達させるために、圧力容器の各端部内に設けられるのが好ましい。加熱流
体を管から、圧力容器の外に伝達するために複数の通路が設けられるのが好まし
い。2本以上の管を使用すれば、始動及び停止時の衝撃を受けにくい、壁厚のよ
り薄い管の使用が可能になる。これにより、熱交換器を、そうしない場合に予想
される所要時間よりも遙かに速くその作動温度に至らせることができる。また、
より薄い壁及びより小さい直径を有する管は、十分な可撓性を備えていてそれ自
体の熱膨張を吸収することが可能であり、よって、ベローズ又は他の手段を使用
して熱膨張を補償する必要はない。伝熱式熱交換器からの加熱空気を分離してレ
シプロエンジンの多数の燃焼器シリンダに送る場合、ヘッダからの管の数は、燃
焼器内のシリンダ数の倍数であることが好ましく、これにより熱空気を個々にシ
リンダに送ることができ、しかもさまざまなシリンダ間で単一の流れを分離させ
るより、はるかに簡単である。
管が各々ヘッダ・アッセンブリの側を通る、又はこれを通過するように構成され
る。これは、個々の管を何れかの端部でヘッダ・アッセンブリから外し、かつヘ
ッダ・アッセンブリの1つを介してこれを取り外すことにより熱交換器から取り
除くことができるような、熱交換器の容易な保守に配慮したものである。
所望の熱伝達を生じさせるのに十分な長さを管に与えるために、管がねじれてい
るのが好ましい。現時点では、波状に巻かれた管が好ましい。これらは、180
度の曲管で接続された多数の直線管部分で構成される。直交流構成で外部ガスは
直線管部全体に流れるが、180度の曲管を連続して設けると外部ガスに対して
内部空気の向流流路を生じさせる。この構成はさらに、小形で、曲管で管を曲げ
て熱膨張をさせるように、実質的な管長に対処することができるという効果があ
る。
ることが好ましい。次いで管は、好ましくは、上下に積層配置される。
ィン又は乱流増進器を設けることができる。フィンは、追加の熱を管内部に導き
入れるために管の表面に接触される場合もあり、離される場合もある。後者であ
れば、フィンは乱流増進器としてのみ機能することになる。代替として、内部フ
ィン又は乱流増進器を設けることで、管内部を流れる空気で熱伝達を向上させる
こともできる。熱伝達の全体性能は概して外部の熱伝達によって制限されるため
、その最も高い効果は、何らかの形式の外部フィン及び/又は乱流強化によって
得られる。特に、フィンは、管の局部長手軸に垂直な平面内で放射方向外側に突
出して、管の全円周の回りに均一に突出しているか、近隣の管を非常に密に搭載
できるように形づくるか切り取るようにしてもよい。
、管の直線部の回りではなく長手方向に沿って走るようにフィンを溶接させるも
のがある。
この代替案では、円周のフィンを選択した場合ほど表面積が増加することはない
が、乱流を増加させ、かつ流れを隣接する管により効果的に向けることで熱伝達
を改善させることができる。当然ながら、圧力損の増大と改善した熱伝達の間で
十分なバランスを取ることが重要になる。
より、熱伝達をさらに改善するようにしてもよい。例えば、らせん状の乱流増進
器を曲げる前に管の各直線部分に挿入すればよい。
とダクト壁との間に空隙を設けながらダクトの各側部で管支持体上に配置される
。これによって異なる熱膨張に適用できるように個々の曲管を互いに対して移動
できるので、特に効果的である。また、管支持体は、管の組み立てを容易にして
、修理又は保守のために個々の管を(必要に応じて)取り除くことを可能にする
。
対側で支持されるようにしなければならない。空気流量のガス流量に対する割合
は固定なので、隣接する管の間で間隙を通って流れなければならないガスに利用
可能な流れ領域を、管内部の空気が利用可能な流れ領域に照らして考慮すること
が重要である。そうでなければ、1つの流体の速度が過度に高くなって、その他
の流体において低速の流れと結合した流体で圧力損が大きくなり、熱伝達が低下
してしまう。管の内径、外径と、隣接する管間の間隙が既に別の要因により決定
されている場合、(ダクト幅に通常等しい)管の直線直交流部の長さを、2つの
流れ領域との間の適正なバランスを保つことができるように選択することが重要
である。これは全ての管が、幅よりもはるかに長い又ははるかに短い長手方向の
ダクトの断面に至る場合、問題が生じる。いずれの場合でも、円筒形圧力容器が
、その容器に収められる管の数に関して本来あるべき大きさよりはるかに大きく
なる。
パラメータを十分に調節できない場合、1つの選択肢として、ダクトの側面から
間隔を置いて配置され、ストリームが容器を通過する方向でダクトに沿って延び
る1つ以上の管支持体を設けるということが挙げられる。これによって、ダクト
内で2つ以上の管を並べて支持することができる。管支持体又は各管支持体は、
ダクトの全長を走り、ダクトの全高にわたって延びる。1つの管支持体を備えた
構成では、たとえば、流れ領域での必要な均衡を崩すことなく、約2倍の幅、半
分の高さのダクトが設けられる。これは従来の構成ではたった1つの管であるの
に対し、ダクト幅の範囲内の2つの管の空気流の断面があるからである。
力容器を通過する方向で平行に延びる2つ以上のダクト部を設けても同様の効果
が得られる。現在は、2つのダクトを並べて配置することで、波状に巻かれた管
それぞれの長さを半分にすることが好ましい。ダクト部は、単一のダクトと比較
して、ヘッダアセンブリを介して圧力容器からより簡単に取り外される。
に配置されるのが好ましい。これによって、管を局所的に熱膨張することができ
、管をダクトから取り外すのが容易になる。
について説明する。
ジンとともに用いられるよう設計される伝熱式熱交換器である。当該伝熱式熱交
換器は、等温圧縮空気の冷たい流れと燃焼器からの膨張された排ガスの熱い流れ
との間で熱交換するよう設計される。伝熱式熱交換器から出る加熱された圧縮空
気はその後、燃焼器に送られる。
を備え、圧縮容器1内にはその他すべての構成要素が収納されている。伝熱式熱
交換器には、冷端部2と熱端部3がある。冷たい圧縮空気入口4と冷たい排ガス
出口5は冷端部に設けられ、熱い圧縮空気出口6と熱い排ガス入口7は熱端部に
設けられる。後で詳細に説明するように、複数の蛇行状装置8は冷端部2から熱
端部3に圧縮空気を送る。実質的に矩形断面のダクト9が蛇行状装置8を取り囲
み、熱端部3から冷端部2に排ガスを送る。従って、伝熱式熱交換器は、熱が排
ガスから圧縮空気に蛇行状装置の壁を介して伝達される逆流熱交換器として作用
する。
円形のエンド・プレート10を有している。
れ、複数の蛇行状装置8を出口6に接続する働きをしている。実際、出口6はダ
クト9内に垂直方向下向きに伸びる12本の別々の管6A-6Lを備える。図2
A及び2Bから明らかなように、熱い排ガス入口7はダクトマニホルド12につ
ながっており、ダクトマニホルド12は長手方向に伸びる2つのダクト部9A及
び9B間で排ガス流を分離する。熱い圧縮空気出口管6A-6Lのうち6つの管
は、各ダクト部9A及び9Bから延びている。ダクト部それぞれの構造は同一で
ありこのうちの1つの構造のみを以下で説明する。管6A-6Lの各々は、蛇行
状装置8のうちのいくつかに接続される。例えば、図2A及び2Bに示すように
、管6Aは8つの蛇行状装置8A-8Hに接続される。同様に残りのすべての管
6D-6Lにも接続している。
クトベースプレート14に固定される6つのボルト13によって所定位置に保持
される。熱い排ガス入口7にはベローズ部15が設けられ、垂直熱膨張に対処で
きるようにしている。同様のベローズ部16が圧力容器内でポート17に設けら
れ、熱い圧縮空気出口が圧力容器からポート17を介して延び、熱い排ガス入口
が圧力容器に向かってポート17を介して延びる。
では、冷ヘッダアセンブリ18が設けられて冷たい圧縮空気入口4から蛇行状装
置8に冷たい空気を伝達する。冷たい圧縮空気入口4は、図3Bでもっとも明確
に示すように、2つのダクト部9A及び9Bの垂直縁部のちょうど上に配置され
る4つの管4A-4Dに分岐する。管4A-4Dは、冷端部2のエンドプレート1
0を取り除き、蛇行状装置8をそれが固定されていた管4A乃至4D及び6A乃
至6Lから取り外して、蛇行状装置8を、冷端部を介して圧力容器1から軸方向
に取り外すことにより、個々の蛇行状装置8が圧力容器から取り外せるような間
隔をとっている。冷たい圧縮空気入口管4A-4Dはそれぞれ、熱い圧縮空気出
口管6A-6Lそれぞれに接続される蛇行状装置8より多くの蛇行状装置8に接
続されている。図3Dで接続されている管は図面をわかりやすくするために数を
減らして示している。しかし、いうまでもなく実際は、蛇行状装置8と熱ヘッダ
11と、蛇行状装置と冷ヘッダアセンブリ18との間には同数接続されている。
つながっている。ダクト9がベースプレート14で膨張するよう冷ヘッダアセン
ブリ18はベースプレート14に固定されない。
交互に反対方向に曲げることによって多数の波状に巻かれた巻数となる。これは
、曲げ部すべてが共通平面内に形成された非常に密着した偏心距離となるように
自動ベンダ内で管を冷温屈曲させることによって行うのが好ましい。各蛇行状装
置は材料が異なる多数の部分8’、8”、8”’からなる。第1の部分8’は、
最高770℃の温度に耐えるように伝熱式熱交換器の最高温部として設計される
。第2の部分8”は、熱交換器の中間部として設計されて、最高650℃の温度
に耐えうるものであり、第3の部分8”’は、熱交換器の低温部として設計され
て、最高561℃の温度に耐えうるものである。たとえば、NF709(高温特
殊ステンレス鋼)を熱端部で用いて、321ステンレス鋼を中央部で用いて、2
1/4Cr低温合金鋼を冷端部で用いることができる。それぞれの部分は溶接2
0で溶接される。実際、材料が異なるそれぞれの部分はそれ自体溶接20で溶接
されるいくつかの部分からなるものでもよい。
て支持されている。ダクト自体は異なる材料、例えば熱端部がHaynes23
0(高価なニッケル合金)からなり、冷端部が321ステンレス鋼からなるもの
であってよい。各ダクト壁には熱端部2と冷端部3との間に延びる、複数の長手
方向に延びる溝状のブラケット21が設けられる。各蛇行状装置8とブラケット
21には適切な空隙が設けられ、蛇行状装置が熱膨張できるよう、蛇行状装置は
ブラケットに固定されない。また、これにより上記の個々の蛇行状装置8を容易
に取り外すことが可能となる。ブラケット21の代わりに角状部を用いてもよい
。
行状装置の巻がその下にある蛇行状装置の巻のちょうど上に来るように積層して
もよい。あるいは、該蛇行状装置8は、(図7Bに示すように)1つの蛇行状装
置の巻がその下にある蛇行状装置の巻に対して隣接する巻のピッチの半分のピッ
チだけずれるように千鳥状にしてもよい。
熱伝達と圧力損の両方を決定する重要なパラメータとしてのガス最大速度を減少
させる。互いに近接した管を移動させて増大した間隙の補償は、曲げ部と管支持
体との相互干渉により容易には行えない。従ってこうした状況では、従来の経験
とは逆に、千鳥状の管を変化させることで熱伝達性能を低下させる。全体の設計
によっては、図7Bに示すような単純千鳥状管構造の圧力損を減少させても、図
7Aに示すような直列配列の構造に対する熱伝達低下を十分補償できない可能性
がある。
伝達を改善するようにしてもよい。あるいは、フィン31を図7Cに示すような
非円形にして隣接する蛇行状装置が干渉しあわないようにしてもよい。これは、
互いに隣接する蛇行状装置の巻が近接する直列に配置される蛇行状装置に特に適
用可能である。
出する、すなわち図7Eに示すように紙面の平面から突出する1つの偏向板32
を設けるようにしてもよい。これらの偏向板32は、下流の管に当接するように
排ガスを偏向させて配置することができる。十分に熱接触するように偏向板32
を管に固定すると、表面積を増加させ、偏向板から管へ熱が流れる経路を与える
という効果がある。あるいは、このようなデ偏向板を蛇行状装置に取り付けない
で、別個の構成要素として設けることも可能である。この場合、多数の垂直に並
べられた偏向板がルーバ状構造上で接合されると考えられる。
例を示している。これによって図7Eより表面積が大きくなる。図7Gは、流れ
に対して角度がつけられていないフィン34を管の両側に設けた千鳥状管構成を
示している。これにより、圧力損が減少し、表面積が大きくなることで基本の千
鳥状構成の熱伝達が改善される。図7Hは、表面積を増加させ、最小間隙を狭め
、隣接する熱伝達面上に流れを偏向させるように、角度がついたフィン35を千
鳥状管の両側に配置した改良例を示している。隣接する曲げ部と管支持体との干
渉を避けるのに十分な間隔がなお保たれており、必要に応じて保守時に個々の管
を取り外すことも可能である。
22のシステムを用いる。このようなタイロッド22は、図2A及び図2Cに示
すように、また図2Dでもっとも明確に示されるように熱端部に4つ設けられて
いる。タイロッドは一端に多数の外側に延びるフランジ22Aを有して、当該フ
ランジ22Aが熱い圧縮空気出口管6A-6Lに係合する。タイロッドの反対の
端部はエンドプレート10内に延びてナット22Bで固定される。タイロッド2
2のフランジ22Aを熱い圧縮空気出口管6A-6Lに係合することで張力が蛇
行状装置に伝わるようナット22Bを締め付けることにより、蛇行状装置6に張
力をかける。冷端部2でも同様の構成で、ここでは6個のタイロッド22が用い
られる。
説明する。ダクト9は四方を断熱体23からなるブロック(典型的には珪酸カル
シウムブロック)で囲まれる。さらに別の断熱体24ブロックを、図2A及び2
Cに示すようにダクト9の熱端部を覆うように設ける。ブロックはダクトの周り
で煉瓦状に配置される。2層のブロックを用いてブロック間の接合が千鳥状にな
るようにする。これによって、断熱体を介した、直接抜ける熱経路が確実になく
なるようにする。ブロックを互いに引き離す場合は、可撓性セラミックウール断
熱体、たとえばカオウールやロックウールなどの植え金を、間隙を埋めるように
延ばして用いてもよい。
れプレート25を備え、ここから棘状突起26が各ブロックの全幅にわたり延び
ている。当該プレート25はブロック23に対して保持されるが、ブロック23
に固定されない。各側部プレート25の底部には、多数のタグ25´が圧力容器
の壁に向かって突出している。
リップ14’上に配置される。この効果は、各サイドプレート25の重心が支持
体の一点に対して放射状内側に位置して、プレートを支持するケーブルが故障し
ても、重力によって断熱体ブロック23に対して付勢できるという点にある。図
6Aから明らかなように、棘状突起26は圧力容器1の内壁に対してほぼ放射状
に延び、ベースプレート14の下方以外では実質的に円形の包絡線を形成する。
各棘状突起には複数のプーリ27が設けられ、プーリ27は、すべての棘状突起
を取り囲み、バネが設けられた支持体28によりベースプレート14に隣接する
いずれかの端部で保持されるケーブル27Aを支持する。当該プーリ27の代わ
りに丸棒を用いてもよい。
一であり、同一の参照番号で同一構成要素を示している。本構成では、棘状突起
26の代わりに同様に機能する一対の垂直部対26Aを用いている。ここではバ
ネが設けられた支持体28Aが、プレート25の側部の途中に設けられる。支持
体28Aは、バネ28Cを収容するハウジング28Bと、バネの移動を制限して
支持体が損傷しないようにするリミタ28Dとを備える。リミタ28Dがその移
動端部に到達すると、ケーブル27Aの膨張とダクト壁の負荷によってさらに熱
膨張が調整される。
5には、関連する支持体に並列に接続して、1本以上のケーブルが故障する場合
にある程度の冗長性を与える、最大で4本のケーブル27Aが設けられる。
ると、支持体28内に設けられたバネが膨張し、さらにケーブル及び棘状突起2
6又は垂直部対26Aが断熱体23の各ブロックの面の全幅にわたって力を加え
て、これによりダクト9をしっかりと支持する。当該ダクト9は断熱体ブロック
23の低部に配置され、熱膨張によって本ブロックに対して自由に移動する。熱
交換器が使い終わり取り出され、冷却されると、ダクトが収縮するにつれバネが
ケーブルを引っ張るため、これにより断熱体が当該ダクトを確実に支持すること
が保証される。
ある。
面図である。
面図である。
の一部の概略断面図である。
構成の多数の蛇行状装置を示した図である。
Claims (25)
- 【請求項1】 熱交換器であって、 圧力容器と、 圧力容器を通って一つの方向に向かう第1の流れのための、複数の管内に設け
られた第1の通路と、 圧力容器から離間して、管の壁を通して容器を通して熱伝達が生じるように管
を囲むダクトを備えた、第2の流れが圧力容器を通る反対方向に流れるようにす
るための第2の通路と、 ダクトの内側とダクト及び圧力容器間の空間との間の圧力をほぼ均等にするた
めの手段と、 ダクトと圧力容器の内面との間の断熱体と、 ダクトの内側の圧力がダクトの外側の圧力より高いことよって生じる膨張に対
してダクトを支持する支持体と、を具備する熱交換器。 - 【請求項2】 圧力を均等にする手段がダクト壁内の1つ又は複数の貫通孔
である、請求項1に記載の熱交換器。 - 【請求項3】 貫通孔又は各貫通孔が熱交換器の冷端部に設置される、請求
項2に記載の熱交換器。 - 【請求項4】 複数の貫通孔が設置され、全ての貫通孔は概して、容器を通
る双方の流れの流れる方向に垂直である単一の平面内に配置される、請求項2又
は3に記載の熱交換器。 - 【請求項5】 支持体がダクトの外部にある、請求項1〜4のいずれか1項
に記載の熱交換器。 - 【請求項6】 支持体が実質的にダクトを取り囲む、請求項5に記載の熱交
換器。 - 【請求項7】 断熱体がダクトの外壁に抗して設置される、請求項1〜6の
いずれか1項に記載の熱交換器。 - 【請求項8】 断熱体が支持体によってダクトの壁に抗して保持される、請
求項6又は7に記載の熱交換器。 - 【請求項9】 支持体がダクトの実質的部分を取り囲む1本又は複数のケー
ブルによって設置される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 【請求項10】 ケーブル又は各ケーブルがばねで荷重され、よってダクト
は断熱体を膨張させて外側に押し出し、かつダクトが熱収縮すると断熱体をダク
トの壁に押し戻すことができる、請求項9に記載の熱交換器。 - 【請求項11】 ケーブル又は各ケーブルは、断熱体の外面を横切って伸び
るプレートから外向きに突き出す棘状突起又は一連の垂直部上に支持される、請
求項9又は10に記載の熱交換器。 - 【請求項12】 ダクトがベース上に配置され、かつ熱膨張に配慮して熱交
換器の熱端部でのみベースに固定される、請求項1〜11のいずれか1項に記載
の熱交換器。 - 【請求項13】 管がその低温状態で圧縮応力を与えられる、請求項1〜1
2のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 【請求項14】 管が圧力容器の壁を通過するロッドにより張力を与えられ
る、請求項13に記載の熱交換器。 - 【請求項15】 ダクト及び/又は管が、各々が連続して接続された異なる
材料より成る多数の異なる部品で製造される、請求項1〜14のいずれか1項に
記載の熱交換器。 - 【請求項16】 複数の通路が、加熱された流体を管から、かつ圧力容器の
外へと伝えるために設置される、請求項1〜15のいずれか1項に記載の熱交換
器。 - 【請求項17】 多数のヘッダを備えるヘッダ・アッセンブリが、管に接続
された熱交換器の少なくとも1つの端部内に設けられており、かつ完全な管が各
々ヘッダ・アッセンブリの側を通るか、或いはこれを通過できるように構成され
る、請求項1〜16のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 【請求項18】 ダクトの側面から間隔を置いて配置され、かつダクト沿い
に流れが圧力容器を通過する方向へ伸びる1つ又は複数の管支持体をさらに備え
る、請求項1〜17のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 【請求項19】 支持体又は各支持体が、各々が並行に、流れが圧力容器を
通過する方向へと伸びる2つ以上のダクト部分によって構成される、請求項18
に記載の熱交換器。 - 【請求項20】 各管が蛇行性である先行する請求項のいずれか1項に記載
の熱交換器。 - 【請求項21】 各管が波状に曲げられる、請求項20に記載の熱交換器。
- 【請求項22】 各管は単一の平面で曲げられて平坦な構造体を形成する、
請求項20又は21に記載の熱交換器。 - 【請求項23】 一連のフィン又は乱流増進器が管壁を通した熱交換を向上
させるために設けられている、請求項22に記載の熱交換器。 - 【請求項24】 管が曲げ部分によって分離された複数の直線部分を有し、
フィンは管の直線部分に沿って長手方向へ伸びる、請求項21又は23に記載の
熱交換器。 - 【請求項25】 管が、該ダクトの壁に固定された横梁上に配置されており
、管が横梁上を自由に滑動できるようにした、請求項1〜24のいずれか1項に
記載の熱交換器。
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