JP2013217647A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレートに対して接触圧力をできるだけ均一に分散させて、不均一を防止し、したがって積層プレートの漏れや破損を防止する。
【解決手段】
クランプ装置は、２枚の端部プレートと、皿ばねと、テンションロッドとを有している。２枚の端部プレートの一方である第１の端部プレートの上に分散して支持された皿ばねの積層体が、第１の端部プレートの上に、第１のばねグリッドとして構成されている。第１の端部プレートに対向した第２の端部プレートの上に、皿ばねの他の積層体が第２のばねグリッドとして分散されている。２枚の端部プレート間に、１つ以上のモジュールが配置され、テンションロッドが、２枚の端部プレートを接続するとともに、クランプ装置が閉鎖位置にあるときに皿ばねの積層体に引っ張り力を分散させている。
【選択図】図１３

Description

本発明は、２つ以上のばねグリッドを有する、流れモジュールまたはプレート式反応器のクランプ装置に関する。本発明はさらに、クランプ装置を開閉する方法、フレーム構成、および圧力解放用制御装置に関する。

流れモジュールまたは反応器は、弾性率が低く、熱膨張が大きく異なる材料で製造され積層されたプレートを有し、広い温度範囲で動作する。プレートの材料は、枠組み、ねじ、テンションロッド、端部プレートなどと比べて、弾性率が低く、熱膨張が大きく異なり、そのことが破損や漏れを引き起こす場合がある。したがって、１つの課題は、構造全体にわたる張力を、モジュールまたは反応器のいずれの部品にも漏れや破損を引き起こすことなく、全温度範囲にわたって限界内に維持することである。

プレートを使用する際の別の課題は、プレートに対して接触圧力をできるだけ均一に分散させて、不均一を防止し、したがって積層プレートの漏れや破損を防止することである。

したがって、本発明は、積層されたプレートをばねグリッド同士の間に配置することで、上記に対する解決策を実現している。ばねグリッドは、多くの場合、ウィンクラーベッドと呼ばれている。この解決策によって、テンションロッドに張力が与えられた状態を、許容できる範囲内で維持することができる。この解決策によって、クランプ力を、プレートの縁部に沿って局所的に集中させるのではなく、積層されたプレートのプレート領域全体にわたって均一に分散させることができる。端部プレートの曲げ剛性が、流れモジュールやプレート式反応器においてそれほど重要ではなくなる。さらなる利点は、ばねの圧縮を測定することによって、クランプ力の監視および制御が可能になることである。各ばねのたわみを測定することによって、プレートのパッケージに作用する力を間接的に測定することができる。

周囲の構造の剛性よりも著しく低いばね定数を選択することによって、クランプ力の分布を、周囲の構造部材に対する荷重分布とは無関係に有効な状態に維持することができ、必要に応じて、各ばねに異なる力を作用させることができる。

流れモジュールや反応器のシールを適切に動作させるためには、クランプ力を適切な範囲内にする必要がある。ばね力Ｆは、ばね長さＬの関数である。ばね長さは、Ｌ_ｍａｘからＬ_ｍｉｎまでの範囲内で変化することになり、Ｌ_ｍａｘは、ばねが負荷を受けていないときの自由長として定義され、Ｌ_ｍｉｎは最大圧縮時のばね長さとして定義される。最大力Ｆ_ｍａｘは、ばねの最大圧縮時のばね力として定義され、したがって、ばね力は０とＦ_ｍａｘとの間で変化することになる。ばね力Ｆ_ｘは、Ｌ_ｘに対応し、確実に漏れが発生しないようにするために、力Ｆ_１よりも大きい必要があるが、永久歪みの危険性をなくすために、力Ｆ_２以上にしてはならない。Ｆ_１およびＦ_２はそれぞれ、ばね長さＬ_１およびＬ_２に対応し、Ｌ_１＜Ｌ_ｘ＜Ｌ_２である。適切な力圧縮曲線を有するばねまたはばねの積層体を使用することで、Ｌ_２からＬ_１の十分な動作範囲を実現することができる。Ｌ_２からＬ_１の範囲は、製造、組み立て、および動作に由来する他の幾何学的差異よりも大きくなければならない。そのような差異としては、例えば、平坦性や厚さに対する製造公差、組み立て時の力に起因する歪み、または動作時の熱膨張や材料クリープによる寸法変化がありうる。

したがって、本発明は、２枚の端部プレートと、皿ばねと、テンションロッドとを有するクランプ装置に関する。皿ばねの積層体が、２枚の端部プレートの一方のプレートであって皿ばねが支持される第１の端部プレートの上に、第１のばねグリッドとして構成されている。１つ以上のモジュールが、クランプ装置の２枚の端部プレート間に配置されている。上記モジュールのそれぞれは、流れプレート、反応器プレート、熱交換プレート、中間プレート、ペルチェ素子、バリアプレート、絶縁プレート、シール、ガスケットなどからなる群から選択された１つ以上の装置を有している。流れモジュールは、本明細書に記載されていない他の装置を有していてよい。本発明による流れモジュールは、流路プレート、流れプレート、反応器プレート、ユーティリティプレート、熱交換プレート、中間プレート、絶縁プレートからなる群から選択された１枚以上のプレートを有していることが好ましい。流路プレートは、入口と出口とに接続された流路を有するプレートとして定義されたプレートである。ユーティリティプレートは、流路プレート、流れプレート、または反応器プレートのいずれかの流路との熱伝導のやりとりを増加させるための筒状の挿入物を有するプレートとして定義されたプレートである。第２の端部プレートは、第１の端部プレートに対向している。この第２の端部プレートの上には、皿ばねの他の積層体が第２のばねグリッドとして配置されている。両方の端部プレートは、テンションロッドによって接続されている。テンションロッドは、クランプ装置が閉鎖位置にあるときに皿ばねの積層体に引っ張り力を分散させている。端部プレートに支持された構成つまりばねは、端部プレート間のモジュールに、装置のクランプ力を分散させている。２つ以上のテンションロッドが、プレートの周縁に沿って配置されていてよい。テンションロッドは、ばねをＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎかつＬ_ｘ＜Ｌ_ｍｉｎである長さＬ_ｘまで圧縮するように、まとめてねじ止めされるか、あるいは締め付けられていてよい。この構成の締め付けは、その構成に応じて、手作業か、あるいはアクチュエータの補助によって行うことができる。テンションロッドは、締め付け方式に応じて、同期的に、あるいは少しずつ連続的に締め付けることができる。テンションロッドは、一定長さを有しているか、あるいはいくつかの予め規定された一定長さを設定するモジュール長さを有していてよい。予め規定された長さは、１枚のプレート、２枚から任意の枚数までのプレート、またはモジュールの長さであってよい。モジュール長さは、予め規定されたテンションロッドの長さを１つ以上合成することで実現することができる。この一定長さは、プレート１枚の厚さを少なくとも規定しているか、あるいはプレート数枚の合計厚さを少なくとも規定している。別の代替態様によれば、テンションロッドは、機械式ジャッキまたはローラねじであってよい。

クランプ装置は、２つ以上の流れモジュールの間に配置されたスペーサプレートをそれぞれが形成する、皿ばねからなる１つ以上の追加グリッドであって、各スペーサプレートが、ばねグリッドと、フレックスプレートと、ばねグリッドとフレックスプレートとを覆うカバープレートと、を有する、皿ばねからなる１つ以上の追加グリッドをさらに有することができる。

代替態様によれば、皿ばねからなる１つ以上の追加グリッドが、スペーサプレートを形成することができる。これらのスペーサプレートは、本発明の一代替態様によれば、流れプレート、反応器プレート、熱交換プレート、中間プレート、ペルチェ素子、バリアプレート、絶縁プレート、シール、ガスケット、およびこれらの組み合わせのいずれかからなる、１つ以上の追加モジュールの間に配置されている。シールまたはガスケットは、流れプレート、熱交換プレート、中間プレート、または反応器プレートのいずれかの流路を密封することができるが、シールは、端部プレートおよびスペーサプレートの少なくとも一方を密封することもできる。スペーサプレートは、ばねグリッドと、フレックスプレートと、カバープレートとを有している。カバープレートは、フレックスプレート上のばねグリッドを覆っている。フレックスプレートは、ばねグリッドを形成する皿ばねの積層体を支持している。

第２の端部プレート上では、第２のばねグリッドのばねが、フレックスプレートによって支持されている。本発明の一代替態様によれば、第２の端部プレートとフレックスプレートとの間の空間をガスケットが密封している。この空間に、第２のばねグリッドが配置されている。

クランプ装置において、第１のばねグリッドの皿ばねの積層体は、ピストンに装着されているか、第１の端部プレートのねじ上に配置されていてよい。ピストンまたはねじは、第１の端部プレートに設けられた穴を通って案内されている。ばね構成、すなわちばね積層体からなるグリッドは、一代替態様によれば、端部プレートに適切に組み込むことができるが、このばねグリッドは、フレックスプレートの上部または端部プレートの上部に配置されていてもよい。ばねは、端部プレートに設けられた穴の中に積層されて端部プレートと一体となっていてよく、あるいは端部プレートを貫通するピストンまたはねじによって、端部プレートに配置されていてよく、あるいはこれらのいずれでもよい。皿ばねの積層体は、最も有利なばね力Ｆ_ｘを受け止めるように配置されていてよい。本明細書では皿ばねについて述べてられているが、ばねは、任意の種類の適切なばねであってよい。一代替態様によれば、クランプ装置は、異なるばねグリッドにそれぞれ異なる種類のばねを備えていてよく、ある種類のばねが端部プレートに設けられ、別のばねがスペーサプレートに設けられていてよい。適切なばねの例として、コイルばね、波形ばね座金などがある。１つまたは２つの方向に施された波形状部を有する、１枚以上のプレス加工された有孔プレートが適切な場合もある。

１つ以上のねじが、第１の端部プレート上の皿ばねの積層体に張力を与えることができる。クランプ装置は、テンションロッドが、モータ駆動の機械式ジャッキまたはモータ駆動のローラねじであるか、あるいは油圧アクチュエータによって張力を与えられるように構成することもできる。

本発明のクランプ装置は、少なくとも２つのテンションロッドと、それぞれが皿ばねの積層体を有する少なくとも２つのばねグリッドと、２枚の端部プレートと、１枚以上の分散プレートと、１枚以上の圧力プレートと、を有するとともに、それぞれがスペーサプレートを形成する、皿ばねからなる１つ以上の追加グリッドであって、スペーサプレートが２つ以上の流れモジュールの間に配置され、各スペーサプレートがばねグリッドを有する、皿ばねからなる１つ以上の追加グリッドを任意に有することができる。クランプ装置は、距離ブロックを有することができる。

モジュールは、中間プレートであって、流路を備えた挿入要素または一体化要素、ペルチェ素子、くぼみや通路や溝を備えたプレート、貫通領域または貫通流路を備えた要素を有する中間プレートなどをさらに有していてよい。これらのプレートは、バリアプレートであってよく、絶縁プレートであってよく、一体化されたプレートの組み合わせか分離されたプレートの組み合わせであってよい。

本発明はさらに、１つ以上の流れモジュールを有するクランプ装置を開閉する方法であって、以下のステップ、すなわち、ばねの構成を長さL_x＞L_minまで圧縮するステップ（i）と、圧縮されたばねの構成と端部プレートとの間に、積層された１つ以上の流れモジュールを配置するか、あるいは１つ以上の流れモジュールを取り外すステップ（ｉｉ）と、テンションロッドの長さによって予め規定された、２枚の端部プレート間の全長として定義された長さＡまで、テンションロッドを締め付けて、２枚の端部プレートを接続するか、あるいはテンションロッドを解放して、端部プレートの接続を解除するステップ（ｉｉｉ）と、ばねの構成の圧縮を解放するステップ（ｉｖ）と、を含む方法に関する。

１つ以上の流れモジュールを有するクランプ装置を開閉する本発明の代替の方法は、圧縮されていないばねの構成と２枚の端部プレートとの間に１つ以上の流れモジュールを配置するか、あるいは１つ以上のモジュールを取り外すステップ（ｉ）と、ばねの構成を長さL_x＞L_minまで圧縮するステップ（ｉｉ）と、距離Ａを設定するように、フレーム内の一方の端部プレートと分散プレートとの間に距離ブロックを配置するか、あるいはクランプ装置を開いたときに１つ以上のモジュールを取り外すステップ（ｉｉｉ）と、ばねの構成の圧縮を解放するステップ（ｉｖ）と、を含んでいる。

２つの代替態様による方法は、ばね力Ｆ_ｘを制御するために、各ばねに対して長さＬ_ｘを測定するステップ（ｖ）をさらに含んでいてよい。２つの方法は、ステップ（ｉ）での圧縮とステップ（ｉｖ）での圧縮の解放とが、油圧シリンダの補助や、電気機械式または機械式アクチュエータの補助によって行われるように構成することもできる。

本発明はさらに、流れモジュールを閉じる方法、プレート式反応器を閉じる方法、または１つ以上のモジュールを有するクランプ装置を閉じる方法であって、そのモジュールが、１枚以上の流れモジュールプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせを有する、クランプ装置を閉じる方法に関する。この閉じる方法は、以下のステップ、すなわち、本発明のクランプ装置でばねの構成を２枚の端部プレート間で長さＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎまで圧縮するステップ（ｉ）と、圧縮されたばねの構成と端部プレートとの間に１つ以上のモジュールを配置するステップ（ｉｉ）と、２枚の端部プレートを長さＡ＞（Ｌ_ｍｉｎ＋積層されたモジュールの合計厚さ）まで締め付けるステップ（ｉｉｉ）と、ばねの構成の圧縮を解放するステップ（ｉｖ）と、を含んでいる。

本発明はさらに、流れモジュールを閉じる方法、プレート式反応器を閉じる方法、または１つ以上のモジュールを有するクランプ装置を閉じる代替の方法であって、そのモジュールが、１枚以上の流れモジュールプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせを有する、クランプ装置を閉じる代替の方法に関する。クランプ装置は、１つ以上の距離ブロック、１枚以上の分散プレート、１枚以上の圧力プレート、またはそれらの組み合わせをさらに有することができる。この代替の閉じる方法は、以下のステップ、すなわち、圧縮されていないばねの構成と端部プレートとの間に１つ以上のモジュールを配置するステップ（ｉ）と、本発明のクランプ装置でばねの構成を長さＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎまで圧縮するステップ（ｉｉ）と、長さＡ＞（Ｌ_ｍｉｎ＋積層されたモジュールの合計厚さ）を設定するように、一方の端部プレートと１枚の分散プレートとの間に距離ブロックを配置するステップ（ｉｉｉ）と、ばねの構成の圧縮を解放するステップ（ｉｖ）と、を含んでいる。

本発明はさらに、流れモジュールを開く方法、プレート式反応器を開く方法、または１つ以上のモジュールを有するクランプ装置を開く方法であって、そのモジュールが、１枚以上の流れモジュールプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせを有する、クランプ装置を開く方法に関する。この代替の開く方法は、以下のステップ、すなわち、本発明のクランプ装置でばねの構成を長さＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎつまり１つ以上のモジュールを取り外すことができる長さまで圧縮するステップ（ｉ）と、１つ以上のモジュールを取り外すステップ（ｉｉ）と、ばねの構成の圧縮を解放するステップ（ｉｉｉ）と、を含んでいる。

本発明はさらに、流れモジュールを開く方法、プレート式反応器を開く方法、または１つ以上のモジュールを有するクランプ装置を開く代替の方法であって、そのモジュールが、１枚以上の流れモジュールプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせを有する、クランプ装置を開く代替の方法に関する。この代替の開く方法は、以下のステップ、すなわち、本発明のクランプ装置でばねの構成を長さＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎまで圧縮するステップ（ｉ）と、一方の端部プレートと１枚の分散プレートとの間から距離ブロックを移動させるステップ（ｉｉ）と、ばねの構成の圧縮を解放し、１つ以上のモジュールをフレームから取り外すステップ（ｉｉｉ）と、を含んでいる。

本発明の開閉する方法は、流れモジュール、プレート式反応器、またはクランプ装置が閉じられる際に、ばね力Ｆ_ｘを制御するために、各ばねに対して長さＬ_ｘを測定するステップ（ｖ）をさらに含んでいてよい。この方法は、圧縮するステップと圧縮を解放するステップとが、油圧シリンダの補助や、電気機械式または機械式アクチュエータの補助によって行われるように構成することもできる。

この方法の代替態様によれば、テンションロッドを、正確な長さＬ_ｘが設定されるまで同時にかつ同期的に締め付けることができる。このことは、テンションロッドとしての機械式ジャッキまたはローラねじをアクチュエータと共に使用することで行うことができる。正確なＬ_ｘに到達したとき、機械式ジャッキや、ローラねじおよびナットは、固定される必要がある。アクチュエータは、電気モータ、油圧モータ、または任意の種類のモータであってよい。同期は、機械伝達装置の補助によって行うか、あるいは個々のアクチュエータを制御することによって行うことができる。

本発明はさらに、２枚の端部プレート間に積層された、１枚以上の流れモジュールプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせのいずれかの熱膨張を補償するクランプ装置の使用に関する。本発明はさらに、流れモジュールまたはプレート式反応器を開閉するクランプ装置の使用に関する。

本発明の一代替態様によれば、流れモジュールまたはプレート式反応器内の圧力が増加すると、任意の種類の圧力センサが制御ユニットに信号を送信する。制御ユニットは、クランプ装置に接続された油圧アクチュエータ、シリンダ、機械式ジャッキ、またはローラねじのいずれかに接続されていてよい。圧力が臨界レベルまたは予め規定された値に達すると、制御ユニットは、アクチュエータに流れモジュールまたはプレート式反応器を開放させて、圧力を開放する。

本発明はさらに、２枚の端部プレートと、皿ばねと、テンションロッドと、分散プレートと、２枚の圧力プレートとを有するクランプ装置を有し、皿ばねの積層体が、２枚の端部プレートの一方のプレートであって皿ばねが支持される第１の端部プレートの上に、第１のばねグリッドとして構成され、第１の端部プレートに対向した第２の端部プレートの上に、皿ばねの他の積層体が第２のばねグリッドとして構成され、圧力プレートと分散プレートとの界面で接触パターンを規定するように、材料の追加または除去によって、クランプ力が再分散されている、反応器フレーム構成または流れモジュールフレーム構成に関する。少なくとも１枚の分散プレート、少なくとも１枚の圧力プレート、またはそれらの両方に、１つ以上の溝がフライス削りされ、各プレートの全長にわたって２つ以上の垂直接触線が形成されていてよい。溝の代わりに、垂直切欠部が接触パターンを規定したり、追加のプレート、バープレート、または任意の適切な長手方向形状物のいずれかが、接触パターンを規定したりしていてよい。この接触パターンによって、クランプ力の分布が改善される。

本発明の一代替形態における第１の端部プレート上に支持されたばねグリッドを示す断面図である。 本発明の一代替形態におけるばねグリッドを示す平面図である。 長さＬ_ｍａｘを有する圧縮されていないばねグリッドを示す側面図である。 長さＬ_ｍｉｎを有する圧縮されたばねグリッドを示すとともに、長さＡをさらに規定する側面図である。 長さＬ_ｘを有するばねグリッドの側面図であって、流れモジュールまたはプレート式反応器の密封力がばねによってどのように生じているかを示す図である。 ばね力とばね長さとの関数を示す図である。 ２つのテンションロッドと２枚の端部プレートとを有するフレームであって、ばねグリッドの補助によって反応器プレートまたは流れプレートを所定の位置に保持するフレームを有し、油圧が開閉のために使用されている、本発明の代替の実施形態を示す図である。 距離ブロックが開放位置、つまり非クランプ位置にあるときの、図７と同じ実施形態を示す図である。 距離ブロックが閉鎖位置、つまりクランプ位置における所定の位置に反応器プレートを保持した状態のフレームの、図８と同じ方向から見た図である。 距離ブロックがクランプ位置にあり、油圧シリンダが解放された状態の、図７と同じ実施形態を示す側面図である。 クランプされたプレートを備えていない閉じた反応器フレームを示すとともに、断面Ａ−Ａを示す側面図である。 断面Ａ−Ａを示す図である。 ２つのばねグリッドを有するクランプ装置を示す断面図である。 ３つのばねグリッドを有するクランプ装置を示す断面図である。 本発明における第２のばねグリッドを有する第２の端部プレートを示す図である。 本発明におけるスペーサプレートを示す断面図である。 図１６のスペーサプレートを別の方向から示す図である。 図１６のスペーサプレートを別の方向から示す図である。 第１の端部プレート上の第１のばねグリッドの代替構成を示す断面図である。 本発明の一代替形態における閉じた流れモジュールまたは閉じた反応器を示す図である。 圧力プレート間にクランプされたモジュールプレートを有する、閉じたクランプ装置を示す図である。

以下、図１から図２０を用いて、本発明について説明する。図面は本発明を明示するためのものであって、その範囲を制限するものではない。

図１は、本発明の一代替形態における第１の端部プレート２に支持されたばねグリッド１の断面図である。この図では、ばねは、反応器または流れモジュールを密封できるように、適切な長さおよび力を得るように構成された皿ばねの積層体である。皿ばねの各積層体はピストン３に装着され、ピストン３は、端部プレート２の反対側で、ワッシャー４と保持リング５とによって固定されている。反応器プレート６または流れプレート６が、端部プレート７とテンションロッド８との補助によって密封されている。テンションロッドは、一定長さを有しているか、あるいは、１枚または２枚以上のプレートの長さに相当する長さであってよい予め規定されたいくつかの一定長さを設定するように、モジュール式であってよく、各モジュール式テンションロッドは、できるだけ自由度が高くなるように様々な組み合わせを有していてよく、したがって、モジュール式テンションロッドが特定の用途に対してどのように構成されるかに応じて、１組のモジュール式テンションロッドを、１枚のプレート、２枚のプレート、または数枚のプレートに対して使用することができる。

本実施形態によれば、プレート式反応器または流れモジュールは、ばねグリッド、プレート、およびテンションロッドと共に、２枚の端部プレートをねじ止めすることによって閉じられる。装置が閉じられるか密封される際に、端部プレートとばねピストンの端部との間の距離を測定することによって、クランプ力を測定することができる。

図２は、本発明の一代替形態におけるばねグリッドの平面図である。この図では、皿ばね１の積層体が、端部プレート２上で、３×７のばねグリッドを構成している。端部プレートの長辺に沿って、組立体を閉じる際にテンションロッド８をこの図には示されていないねじに固定するための穴９が配置されている。組立体を閉じる１つの方法は、図２に示すように、プレート全体にわたって分布した、ばね積層体からなるグリッドを作用させることであり、この場合、すべての構成が、プレートの周縁に沿ったテンションロッドによってまとめてねじ止めされている。ロッドは、各ばね積層体のたわみが修正されるまで、均等に締め付けられる。

図３には、ばねの長さＬ_ｍａｘを有する圧縮されていないばねグリッド１０が示されており、ばねは、ピストン３に装着されている。この図では、ある定数がばねの長さに加算されており、その定数は、ピストン３のヘッド１１の厚さに等しい。この図は、反応器または流れモジュールの開閉に使用することができる油圧シリンダ１２も示している。ばねは、流れモジュールまたは反応器が開く際に、油圧シリンダによって長さＬ_ｍｉｎまで圧縮され、そのことは図４で見ることができる。この図の長さＬ_ｍｉｎには、図３の場合と同じ定数が加算されている。流れプレート、反応器プレート、熱交換プレート、またはそれらの組み合わせが、ヘッド１１と端部プレート７との間に配置され、プレートは所定の位置に配置され、クランプ長さがＡになるまでナットが締め付けられる。クランプ長さＡは、２枚の端部プレート２，７の間の長さの合計として定義されている。図５では、流れモジュールまたは反応器がどのように閉じられるかが見てとれる。油圧が解放されると、プレートが締め付けられる。力Ｆ_ｘを制御するために、各ばね積層体に対して長さＬｘが測定される。ばねの長さは、図３と同じ定数がプラスされたＬ_ｘである。長さＬ_ｘは、流れモジュールまたは反応器に作用するばね力Ｆ_ｘに対応している。長さＬ_ｘは、温度に応じて変化する。したがって、枠組み、ねじ、テンションロッド、２枚の端部プレートなどの場合と比べて、プレートの材料の弾性率が低く、熱膨張が大きく異なる点が、組み立てられた反応器または流れモジュールに柔軟性を与えるばねグリッドによって補償され、損傷や漏れを防止することができる。

図６は、ばね力とばねの長さとの関数を示す図である。ばねグリッドのばね長さを測定することによって、この図を用いて、各長さに対する力を見積もることができる。

図６に示す図は、実施例１に例示されているが、この実施例は、力とばね長さとの関数を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するためのものではない。

図７は、本発明の別の代替形態を示しており、フレームが、反応器プレート６または流れモジュールプレート６を所定の位置に保持している。この図では、プレートは、ばねグリッドおよび端部プレートからの力によって所定の位置に維持されている。本発明のこの代替形態によれば、分散プレート１５と圧力プレート１３ａ，１３ｂとが、２枚の端部プレートと反応器プレート６または流れモジュールプレート６との間に配置されている。２つの距離ブロック１６が、端部プレート７と分散プレート１５との間に配置されている。距離ブロックは、この図では閉鎖位置にあって、その位置で距離ブロックが端部プレートと分散プレートとの間に配置されていることは図で見てとれるが、これは、距離ブロックが開放位置にある場合には当てはまらない。油圧シリンダ１２からの力は、プレート６が油圧シリンダ１２の補助によらずに所定の位置に維持されるように解放することができる。プレート６に対する力は、端部プレート２と、端部プレート２の外側まで到達したピストン３との間の距離を測定することによって測定可能であり、これについては、図１０も参照されたい。２枚の端部プレート２，７は、開放位置にあるときに目的の数のプレート６を間に入れることができるように位置している。２枚の端部プレート間の距離は、スリーブ１７の数を選択するとともに、各テンションロッド８上のナット１８を締め付けることによって調整することができる。

図８は、開放位置での距離ブロックを示している。開放位置では、各ブロックが分散プレート１５の外側に配置されている。図９は、閉鎖位置での距離ブロックを示している。反応器または流れモジュールが閉じられると、距離ブロック１６は、分散プレート１５の背後に位置する。図１０では、油圧シリンダ１２が圧力から解放されて、距離ブロックが分散プレートの背後に配置され、反応器または流れモジュールが閉鎖位置に保持されている。

図１１は、距離ブロックが閉鎖位置で分散プレート１５の背後にある状態のフレームの側面図である。この図は、断面線Ａ−Ａを示している。図１２の断面Ａ−Ａは、フレームとばねグリッドとを示す図１１の構成である。図１２は、分散プレート１４が、油圧シリンダによって圧力プレートに作用する力に応じて、ばねグリッドの筐体内部をどのように移動できるかを示している。この図では反応器プレートや流れモジュールプレートが存在していないため、皿ばねの積層体には力が作用しておらず、その結果、ピストン３は、端部プレート２の外側と同じ高さになる。ばねや油圧シリンダからの力が存在する場合、その力は、圧力分散プレート１４，１５によって再分散される。再分散は、材料を追加または除去し、圧力プレート１３ａと圧力分散プレート１５との界面、および圧力プレート１３ｂと圧力分散プレート１４との界面でそれぞれ接触パターンを規定することによって行うことができる。この場合、圧力分散プレートに、その全長にわたって、垂直溝がフライス削りされ、２つの垂直接触線が形成される。

図１３は、第１の端部プレートに対向して配置された第２の端部プレート２０上の第２のばねグリッド１９を示している。カバープレート２１が第１のばねグリッド２２を覆っており、いかなる流体も第１のばねグリッドに入らないようになっている。図１４では、２枚の反応器プレート間、または２枚の流れモジュールプレート間に、スペーサプレート２３が挿入されている。任意の枚数のスペーサプレート２３が、プレート間、または積層されたプレート間に挿入可能である。これにより、１つのプレート式反応器または１つの流れモジュールに組み込むことができるプレートの数を増やすことが可能となる。

図１５は、第２のばねグリッド１９を有する第２の端部プレート２０を示しており、この図では、第２のばねグリッドは、本発明の一代替形態における第２の端部プレートに設けられた穴の中に配置された皿ばねの積層体を有している。この図には、切欠部分２４または溝２４が示されており、そこには、第２の端部プレート２０とフレックスプレート２６との間に形成された領域または空間を密封するために、または締め付けるために、ガスケット２５またはシール２５を配置することができる。ねじ２７によって、フレックスプレートが第２の端部プレートに対して位置決めされているが、ばねが動くための空間は残されている。

図１６、図１７、および図１８は、ばねグリッド３０を覆うカバープレート２９を備えたスペーサプレート２８を示している。これらの図におけるばねグリッドは、穴３１の中に配置されて所定の位置に保持された皿ばねの積層体である。

図１９は、第１の端部プレートの第１のばねグリッドの代替構成を示している。この図では、ピストン３は取り除かれている。ピストン３、ワッシャー４、および保持リング５（図１を参照）が取り除かれた部分は、固定ワッシャーおよびねじ３２で置き換えられている。テンションロッドを締め付けた後で、１つ以上のねじ３２によって、本発明の一代替形態における第１の端部プレート上の皿ばねの積層体に張力を与えることができる。

図２０は、プレート式反応器または流れモジュールを３次元的に示す図である。この図では、プレート式反応器または流れモジュールは閉じられており、ばねグリッドは、端部プレートとカバープレートとによって覆われているため、この図では見ることができない。

図２１は、２枚の端部プレート３４ａ，３４ｂに配置された２つのばねグリッド３３ａ，３３ｂを有する、本発明の組み立てられた流れモジュールを示している。この図には、油圧シリンダや油圧アクチュエータのような油圧ツールは示されていない。用途によっては、油圧ツールは取り外し可能である。テンションロッド３５ａ，３５ｂは、流れモジュールがクランプされると、流れモジュールの流れプレート３６または反応器プレート３６を水平位置における所定の位置に保持する。図２１は、梁３８からつり下げられた保持手段３７によって流れプレート３６が所定の位置にどのように保持されているかについても示している。分散プレート３９ａ，３９ｂは、力を圧力プレート４０ａ，４０ｂに分散させている。分散プレートと圧力プレートとの間で、材料の追加または除去が行われ、圧力プレートと分散プレートとの界面で接触パターンを規定することができ、そのパターンは、図には示されていないが、２つ以上の平行な長手領域であってよい。この図ではクランプナット４１がテンションロッドを締め付けているが、任意の締め付け手段が可能である。

（実施例１）
例えば、一代替形態における積層された１０枚の反応器プレートは、約−４０℃から約２００℃までの温度範囲にわたる寸法変動の合計がＬ２−Ｌ１＝０．６ｍｍとなる場合がある。調整されたばね積層体からなるグリッドを使用することによって、力を各積層体に対して限界内に、この場合はＦ１＝１２ｋＮからＦ２＝２８ｋＮまでの間（ｋＮ＝キロニュートン）に保持することができる。

プレート式反応器または流れモジュールは、反応器プレートが２枚の端部プレート間でまとめて締め付けられたフレームを有している。各反応器プレートまたは各流れプレートは、ガスケットまたはシールで閉じられていてよく、ガスケットまたはシールに作用する力は、クランプ力に等しい。プレート式反応器または流れモジュールを設計する際の課題は、クランプ力をガスケットまたはシールの全面にわたって分散させ、密封を形成することである。対処しなければならない問題が多数存在する。
１．端部プレートの平坦性や各反応器プレートの厚さなどの幾何学的差異。
２．各プレートの厚さなどの累積した系統的かつ幾何学的差異。
３．反応器プレート、ガスケット、シール、ボルト、テンションロッドなどの間の熱膨張差。
４．端部プレートにおける温度過渡現象が問題となる場合もある。一方の面が高温で他方の面が低温になることによって、端部プレートが曲げられることになる。
５．反応器プレートまたは流れプレートにおける温度過渡現象によって、厚さの違いが生じる場合がある。

下部端部プレートのウィンクラーベッドつまりばねグリッドは、最大プレート数まで動作する。ガスケット表面上の接触力分布は、ウィンクラーベッドから離れるほど悪化し、最終的には漏れにつながる。本発明によって、この問題に対する解決策が得られている。ウィンクラーベッドの機能以外にも、ばねは、小さい接触表面と多くの界面とによって熱を伝えにくいという事実により、温度過渡現象を低下させることができる。積層体にスペーサばねプレートを追加することで、最大プレート数を増加させることができる。追加のスペーサばねプレートは、絶縁材としてもウィンクラーベッドとしても機能する。より良い絶縁プレートにするために、ばねをセラミックワッシャーのような絶縁ワッシャーに置き換えて、反応器プレート間、端部プレート間、またはその両方での熱伝導を減少させることができる。

Claims (23)

1. ２枚の端部プレートと、皿ばねと、テンションロッドとを有するクランプ装置であって、前記２枚の端部プレートの一方である第１の端部プレートの上に分散して支持された前記皿ばねの積層体が、前記第１の端部プレートの上に、第１のばねグリッドとして構成され、前記第１の端部プレートに対向した第２の端部プレートの上に、前記皿ばねの他の積層体が第２のばねグリッドとして分散され、前記２枚の端部プレート間に、１つ以上のモジュールが配置され、前記テンションロッドが、前記２枚の端部プレートを接続するとともに、前記クランプ装置が閉鎖位置にあるときに前記皿ばねの前記積層体に引っ張り力を分散させている、クランプ装置。
2. １つ以上の距離ブロック、１枚以上の分散プレート、１枚以上の圧力プレート、またはそれらの組み合わせをさらに有する、請求項１に記載のクランプ装置。
3. 端部プレート上に分散したばねグリッドをフレックスプレートが支持し、前記端部プレートと前記フレックスプレートとの間の、前記ばねグリッドが配置された空間をガスケットが密封している、請求項１または２に記載のクランプ装置。
4. それぞれがスペーサプレートを形成する、皿ばねからなる１つ以上の追加グリッドが、２つ以上のモジュールの間に配置され、前記各スペーサプレートが、該スペーサプレート上に分散したばねグリッドと、フレックスプレートと、前記ばねグリッドと前記フレックスプレートとを覆うカバープレートと、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のクランプ装置。
5. 前記第１のばねグリッドの前記皿ばねの前記積層体が、少なくとも一方の前記端部プレートに設けられた穴を通って案内されたピストンに装着されているか、または前記穴を通って案内されたねじ上に配置され、あるいは、１つ以上の前記ねじが、前記第１の端部プレート上に分散した前記皿ばねの前記積層体に張力を与えており、あるいは、それらの組み合わせである、請求項１から４のいずれか１項に記載のクランプ装置。
6. 前記テンションロッドが、前記端部プレートの周縁に沿って配置されているとともに、一定長さを有しているか、またはいくつかの予め規定された一定長さを設定するモジュール長さを有し、あるいは、前記一定長さが、任意の枚数のモジュールに対応している、請求項１から５のいずれか１項に記載のクランプ装置。
7. 前記テンションロッドが、モータ駆動の機械式ジャッキまたはモータ駆動のローラねじであるか、あるいは油圧アクチュエータによって張力を与えられている、請求項１から６のいずれか１項に記載のクランプ装置。
8. 少なくとも２つのテンションロッドと、２枚の端部プレートと、それぞれが前記端部プレートの上に分散した皿ばねの積層体を有する少なくとも２つのばねグリッドと、１枚以上の分散プレートと、１枚以上の圧力プレートと、を有する、クランプ装置。
9. ２つ以上の距離ブロックをさらに有する、請求項８に記載のクランプ装置。
10. ２つ以上のモジュールの間に配置されたスペーサプレートをさらに有し、前記各スペーサプレートが、該スペーサプレート上に分散した、皿ばねからなる１つ以上のグリッドを有する、請求項８または９に記載のクランプ装置。
11. 各ピストンが、ワッシャーと保持リングとによって、前記端部プレートの反対側で固定されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載のクランプ装置。
12. １つ以上のモジュールを有し、該モジュールが、１枚以上の流れプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせを有する、クランプ装置を閉じる方法であって、
    （ｉ）請求項１から１１のいずれか１項に記載のクランプ装置で、ばねの構成を前記２枚の端部プレート間で長さＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎまで圧縮するステップと、
    （ｉｉ）圧縮された前記ばねの構成と前記端部プレートとの間に前記１つ以上のモジュールを配置するステップと、
    （ｉｉｉ）前記２枚の端部プレートを長さＡ＞（Ｌ_ｍｉｎ＋積層された前記モジュールの合計厚さ）まで締め付けるステップと、
    （ｉｖ）前記ばねの前記構成の圧縮を解放するステップと、
    を含む方法。
13. １つ以上のモジュールを有し、該モジュールが、１枚以上の流れプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせを有する、クランプ装置を閉じる方法であって、
    （ｉ）圧縮されていないばねの構成と前記端部プレートとの間に前記１つ以上のモジュールを配置するステップと、
    （ｉｉ）請求項１から１１のいずれか１項に記載のクランプ装置で、前記ばねの構成を長さＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎまで圧縮するステップと、
    （ｉｉｉ）少なくとも一方の前記端部プレートと１枚の分散プレートとの間に距離ブロックを配置するステップと、
    （ｉｖ）前記ばねの前記構成の圧縮を解放するステップと、
    を含む方法。
14. １つ以上のモジュールを有し、該モジュールが、１枚以上の流れプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせを有する、クランプ装置を開く方法であって、
    （ｉ）請求項１から１１のいずれか１項に記載のクランプ装置で、ばねの構成を長さＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎまで圧縮するか、あるいは前記１つ以上のモジュールを取り外すことができる長さまで圧縮するステップと、
    （ｉｉ）前記１つ以上のモジュールを取り外すステップと、
    （ｉｉｉ）前記ばねの前記構成の圧縮を解放するステップと、
    を含む方法。
15. １つ以上のモジュールを有し、該モジュールが、１枚以上の流れプレート、１枚以上の反応器プレート、１枚以上の熱交換プレート、またはそれらの組み合わせを有する、クランプ装置を開く方法であって、
    （ｉ）請求項１から１１のいずれか１項に記載のクランプ装置で、ばねの構成を長さＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎまで圧縮するステップと、
    （ｉｉ）少なくとも１方の前記端部プレートと１枚の分散プレートとの間から距離ブロックを移動させるステップと、
    （ｉｉｉ）前記ばねの前記構成の圧縮を解放するステップと、
    （ｉｖ）前記１つ以上のモジュールをフレームから取り外すステップと、
    を含む方法。
16. 前記圧縮と該圧縮の解放とが、油圧アクチュエータの補助によって行われるか、あるいは、開閉が、機械式ジャッキまたはローラねじの補助によって行われる、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. ２つ以上のモジュールの間に配置されたスペーサプレートであって、皿ばねからなる１つ以上のグリッドを有するスペーサプレートをさらに有する、請求項１４に記載の方法。
18. モジュールまたはプレート式反応器を開閉する方法であって、請求項１から１１のいずれか１項に記載のクランプ装置の圧縮と該圧縮の解放とを行うステップを含み、開閉が、機械式ジャッキ、ローラねじ、または油圧アクチュエータの補助によって行われ、前記テンションロッドは、ばねの長さＬ_ｘがＬ_ｘ＞Ｌ_ｍｉｎかつＬ_ｘ＜Ｌ_ｍａｘとなるように、まとめてねじ止めされるか、あるいは締め付けられ、前記２枚の端部プレートが２つ以上のばねグリッドを有し、１つ以上のモジュールが前記２枚の端部プレート間に配置されている、方法。
19. 前記機械式ジャッキ、前記ローラねじ、または前記油圧アクチュエータが、それぞれ同期され、同時に開閉する、請求項１８に記載の方法。
20. 圧力を測定する手段と、請求項１から１１のいずれか１項に記載のクランプ装置を開く手段とを有し、前記クランプ装置が、油圧アクチュエータ、シリンダ、機械式ジャッキ、およびローラねじのいずれかに接続された制御ユニットによって開放される、圧力解放用制御装置。
21. ２枚の端部プレートと、皿ばねと、テンションロッドと、分散プレートと、２枚の圧力プレートとを有するクランプ装置を有し、前記２枚の端部プレートの一方である第１の端部プレートの上に分散して支持された前記皿ばねの積層体が、前記第１の端部プレートの上に、第１のばねグリッドとして構成され、前記第１の端部プレートに対向した第２の端部プレートの上に、前記皿ばねの他の積層体が第２のばねグリッドとして分散され、圧力プレートと分散プレートとの界面で接触パターンを規定するように、材料の追加または除去によって、クランプ力が再分散されている、反応器フレーム構成またはモジュールフレーム構成。
22. 少なくとも１枚の前記分散プレート、少なくとも１枚の前記圧力プレート、またはそれらの両方に、垂直溝がフライス削りされ、各プレートの全長にわたって２つの垂直接触線が形成されている、請求項２１に記載の反応器フレーム構成または流れモジュールフレーム構成。
23. 請求項１から１１のいずれか１項に記載のクランプ装置の、プレート式反応器としての使用。

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