JP2013528778A - 熱交換器ユニット - Google Patents

Abstract

少なくとも２つのプレートフィンタイプの熱交換器（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を備え、前記熱交換器は同じであり、実質的に同じ寸法を有し、立方形状を有し、前記熱交換器は少なくとも１つの単一分配導管（Ｅ，）、及び少なくとも１つの単一収集導管に連結され、少なくとも１つの第一の熱交換器（Ａ，Ｃ）は前記単一分配導管の軸に対して一方側に位置し、少なくとも１つの第２の熱交換器（Ｂ，Ｄ）は前記単一分配導管の軸に対して他方側に位置し、前記第１の熱交換器の第１の面は前記第２の熱交換器の最も近い面に平行であるが前記単一分配導管の軸の方向においてオフセットし、各熱交換器は前記分配導管に近位の面に接続された流体接続導管（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）を有し、前記オフセットは流体接続導管が互いに接触しないようになっている、熱交換器ユニット。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器ユニット、及び特に少なくとも２つの熱交換器を含む熱交換器ユニットに関する。

熱交換器を形成するために、いくつかの同じ熱交換器の集合を用いることは一般的である。冷却される流れは、分配導管及び各々が流れの一部を熱交換器の１つに送る複数の導管を介して、全ての熱交換器へ送られる。同様に、分配導管によって熱交換器に送られた冷却された流れを収容する収集導管に各々接続されている個々の導管によって、冷却された流れは各々の熱交換器から移動させられる。

このような熱交換器ユニットは、科学技術に関するリンデ報告書，６１／１９９９における、Ｓｏｔｚｅｋによる「アルミニウムプレートフィン熱交換器の複合における伝熱と圧力低下の相互作用」、ＦＲ−Ａ−２８４４０４０、及びＷＯ−Ａ−０５／０８５７２８に記述される。

熱交換器ユニットを、特に熱交換器ユニットが床面に占めるスペース（「足跡」）の低減によって、できるだけコンパクトにすることが望ましい。これは現場で溶接接続をする必要性を低減するか除去することができる。

熱交換器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図１に示されるように一列に、そうでなければ熱交換器Ａ、Ｃが導管の一方側にありＢ，Ｄが他方側にある（図２、導管は不図示）正方形の構成に、配置され得る。

図２の構造では、収集導管のいずれの側においても熱交換器を互いに近づけすぎて配置することはできない。熱交換器は同じで、導管の両側で隣接する面に接続された流体導管は熱交換器の側壁の同じ位置にあるため、熱交換器が互いに近づけて配置されることが妨げられるからである。

本発明の１つの目的は、少なくとも２つのプレートフィンタイプの熱交換器を備え、前記熱交換器は同じであり、実質的に同じ寸法を有し、立方形状を有し、前記熱交換器は少なくとも１つの単一[single]分配導管、及び少なくとも１つの単一収集導管に連結され、少なくとも１つの第一の熱交換器は前記単一分配導管の軸に対して一方側に位置し、少なくとも１つの第２の熱交換器は前記単一分配導管の軸に対して他方側に位置し、前記第１の熱交換器の第１の面は前記第２の熱交換器の最も近い面に平行であるが前記単一分配導管の軸の方向においてオフセットし、各熱交換器は前記分配導管に近位の面に接続された流体接続導管を有し、前記オフセットは流体接続導管が互いに接触しないようになっている、熱交換器ユニット、である。

さらに、以下を含む任意の特徴が存在し得る。

・ 前記単一分配導管は、前記単一分配導管に垂直に走る第１の導管を介して前記第１の交換器に連結されるとともに、前記単一分配導管に垂直に走る第２の導管を介して前記第２の熱交換器に連結され、前記第１の導管は前記単一分配導管に第１のポイントにて連結され、前記第２の導管は前記単一分配導管に第２のポイントにて連結され、前記第１のポイントは前記単一分配導管の軸に沿って前記第２のポイントから離間している。

・ 前記第１の導管は前記第１の熱交換器のトップのヘッダーまたは側壁に連結され、前記第２の導管は前記第２の熱交換器のトップの位置または側壁にて前記第２の交換器に連結される。

・ 前記第１の熱交換器の前記第１の面は、前記分配導管の軸の方向において前記面の長さより小さいオフセット距離で、前記第２の熱交換器の最も近い面にオフセットしている。

・ 前記オフセット距離は、前記分配導管の軸の方向において、前記面の長さの半分よりも小さい。

・ 前記オフセット距離は、前記第１及び／または第２の導管の直径と実質的に等しい。

・ 少なくとも４つのプレートフィンタイプの交換器を備え、少なくとも２つの第１の交換器は前記単一分配導管の軸に対して一方側に位置し、少なくとも２つの第２の交換器は前記単一分配導管の軸に対して他方側に位置し、前記第１の熱交換器の各々は第２の熱交換器の最も近い面に平行で前記単一分配導管の軸の方向においてオフセットする第１の面を有し、各熱交換器は前記分配導管に近位の前記面に接続された流体接続導管を有し、前記オフセットは前記流体接続導管が互いに接触しないようになっている。

・ 前記単一分配導管は、前記単一分配導管に垂直に走る第３の導管を介して第３の熱交換器に連結されるとともに、前記単一分配導管に垂直に走る第４の導管を介して第４の熱交換器に連結され、前記第３の導管は第３ポイントにおいて前記単一分配導管に連結され、前記第２の導管は第４のポイントにおいて前記単一分配導管に連結され、前記第３のポイントは前記単一分配導管の軸の方向において前記第４のポイントから離間し、前記第３のポイントは前記谷津分配導管の軸の方向に沿って前記第２のポイントから離間し、前記第２及び第３のポイントの距離は前記第１及び第２のポイントの間の距離の少なくとも２倍であり、第３及び第４のポイントの間の距離の少なくとも２倍である。

・ 各熱交換器は重心を有し、単一分配導管の一方側にある前記交換器の重心は、単一分配導管の他方側にある最も近い前記交換器の重心から、前記単一分配導管の前記軸に沿ってオフセットしている。

・ 前記第１の交換器の前記第１の面に接続された前記流体接続導管は、前記分配導管の軸に対して垂直な線上に落ち前記面を２つの等しい半分に分けるポイントに、接続される。

さらなる実施形態によれば、上述の熱交換器ユニット含み、前記熱交換器ユニットは絶縁体で囲まれる、コールドボックスが提供される。

さらなる実施形態によれば、上述の熱交換器ユニットまたはコールドボックスを含み、空気分離ユニットは前記熱交換器ユニットに接続された蒸留塔システムを含む、深冷空気分離ユニットが提供される。

発明は、発明に係る熱交換器ユニット示す図３、５を参照してより詳細に記述される。図３及び４は俯瞰図を示し、図５は側面図を示す。

熱交換器Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは同じであり、同じ寸法及び同じ接続部を有している。交換器Ｂは交換器Ａの鏡像として配され、交換器Ｄは交換器Ｃの鏡像であり、鏡像は導管Ｅの軸に沿ってわずかにずれている。導管Ｅ（点線で示される）は交換器Ａ，Ｃ及びＢ，Ｄ間に走り空気を熱交換器へ運ぶ。交換機の各々は導管Ｅの下に配置され、導管Ｆ（不図示）への接続部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを有している。これらの接続部は断面で示されるのみである。交換器Ａに属する要素は参照符号等の後の文字Ａで示される。

図は、導管Ｅの軸に平行に走り熱交換器の面に接続する接続部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄも示す。特定の実施形態において、接続部は、温められた高圧な窒素用の出口導管であるが、もちろんそれらは高圧窒素以外の他の流体を含み得る。

熱交換器間のオフセットにより、熱交換器は、互いに触れることなく、いずれの接続部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄも互いに触れることなく、互いに近く配置され得る。このようにして熱交換器Ａ及びＣは交換器Ｂ及びＤに対してできる限り近く配置され得る。

熱交換器はさらに、熱交換器のトップにあるヘッダー用の接続部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを有し、これら接続部は熱交換器からの温められた酸素ガスの移動を許容する。

図４は、熱交換器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで冷却され熱交換器から導管７Ａ，７Ｂ，７Ｃ及び７Ｄを介して導管Ｅへ移動した低圧ガス窒素用の導管Ｅを示している。なお、導管は導管Ｅの軸に対して垂直に延びるペアで配設されている。交換器Ａ，Ｂの位置のオフセットによって、導管７Ａは導管７Ｂにオフセットしている。交換器Ｃ，Ｄの位置のオフセットによって、導管７Ｃは導管７Ｄにオフセットしている。交換器間のオフセットは１つの導管７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの直径とおおよそ等しく、これらは全て同じ直径を有している。

この特定の場合において、熱交換器は深冷蒸留装置の塔システムに送られる空気を冷却するのに用いられる。空気は熱交換器にて深冷蒸留装置からの流体によって間接的な熱交換で冷却される。

交換器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各々は、立方形状であり、アルミニウム製のプレートフィン熱交換器を備え、立方形はそこからの流体の移動及び案内のためにヘッダーに接続されている。プレートフィン熱交換器はフィンによって互いに離間するいくつかのプレートを備える。

それぞれの熱交換器は、余剰の酸素の移動のための導管Ｆに接続された２つの導管５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを持つ。これらの導管のペアは導管７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの両側に配置され、これらの導管と同様にオフセットしている。

導管９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄは空気導管である。導管Ｆは高圧ガス窒素のための導管であり４つの熱交換器Ａ〜Ｄからの温められた高圧ガス窒素を受ける。Ｇは過冷却器からの酸素ガス流である。

図５は熱交換器ユニット全体を示し、熱交換器Ｄは他のＡ，Ｂ，Ｄによって隠れており、全ユニットは支持構造Ｈに搭載されている。図４と同じ要素が追加の導管Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍとともに示されている。導管Ｊは空気分離塔システムから熱交換器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄへ低圧ガス窒素を送る導管である。導管Ｋは余剰の酸素を空気分離塔システムから熱交換器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄへ運ぶ余剰酸素導管である。導管Ｌは酸素ガス導管である。導管Ｍは空気ガス導管である。

これは、熱交換器ユニット全体の幅を、幅全長６００ｍｍにおいて４００ｍｍ程度減少するのを許容する。これは、ある場合には、熱交換器を現場で合わせて接続しなければならないことよりはむしろ、熱交換器ユニットが組立ユニットとして搬送され得ることを意味する。

熱交換器ユニットは好ましくは絶縁体で囲まれコールドボックスと呼ばれる囲いに納められる。

熱交換器ユニットは、例えば空気分離ユニットのような深冷蒸留ユニットの一部からであり得、そこで供給される空気を十分に冷たい温度まで冷却し蒸留するのに用いられる。

単純な場合には熱交換器は２つの熱交換器Ｂ及びＡ，またはＣ及びＤを備えるだけでよいことが明らかである。

Claims (13)

1. 少なくとも２つのプレートフィンタイプの熱交換器（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を備え、前記熱交換器は同じであり、実質的に同じ寸法を有し、立方形状を有し、前記熱交換器は少なくとも１つの単一分配導管（Ｅ，Ｆ）、及び少なくとも１つの単一収集導管（Ｊ，Ｋ）に連結され、少なくとも１つの第一の熱交換器（Ａ，Ｃ）は前記単一分配導管の軸に対して一方側に位置し、少なくとも１つの第２の熱交換器（Ｂ，Ｄ）は前記単一分配導管の軸に対して他方側に位置し、前記第１の熱交換器の第１の面は前記第２の熱交換器の最も近い面に平行であり、前記単一分配導管の軸の方向においてオフセットし、各熱交換器は前記分配導管に近位の面に接続された流体接続導管（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）を有し、前記オフセットは流体接続導管が互いに接触しないようになっている、熱交換器ユニット。
2. 前記単一分配導管（Ｅ）は、前記単一分配導管に垂直に走る第１の導管（７Ａ，７Ｃ，９Ａ，９Ｃ）を介して前記第１の交換器（Ａ，Ｃ）に連結されるとともに、前記単一分配導管に垂直に走る第２の導管（７Ｂ，７Ｄ，９Ｂ，９Ｄ）を介して前記第２の熱交換器に連結され、前記第１の導管は前記単一分配導管に第１のポイントにて連結され、前記第２の導管は前記単一分配導管に第２のポイントにて連結され、前記第１のポイントは前記単一分配導管の軸に沿って前記第２のポイントから離間している、請求項１のユニット。
3. 前記第１の導管（７Ａ，７Ｃ，９Ａ，９Ｃ）は前記第１の熱交換器のトップのヘッダーまたは側壁に連結され、前記第２の導管（７Ｂ，７Ｄ，９Ｂ，９Ｄ）は前記第２の熱交換器のトップの位置または側壁にて前記第２の交換器に連結される、請求項１または２のユニット。
4. 前記第１の熱交換器の前記第１の面は、前記分配導管の軸の方向において前記面の長さより小さいオフセット距離で、前記第２の熱交換器の最も近い面にオフセットしている、前述のいずれかの請求項のユニット。
5. 前記オフセット距離は、前記分配導管の軸の方向において、前記面の長さの半分よりも小さい、請求項４のユニット。
6. 前記オフセット距離は、前記第１及び／または第２の導管（７Ａ，７Ｃ，７Ｂ，７Ｄ，９Ａ，９Ｃ，９Ｂ，９Ｄ）の直径と実質的に等しい、請求項５のユニット。
7. 少なくとも４つのプレートフィンタイプの交換器（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を備え、少なくとも２つの第１の交換器（Ａ，Ｃ）は前記単一分配導管の軸に対して一方側に位置し、少なくとも２つの第２の交換器（Ｂ，Ｄ）は前記単一分配導管の軸に対して他方側に位置し、前記第１の熱交換器の各々は第２の熱交換器の最も近い面に平行であり、前記単一分配導管の軸の方向においてオフセットする第１の面を有し、各熱交換器は前記分配導管に近位の前記面に接続された流体接続導管を有し、前記オフセットは前記流体接続導管が互いに接触しないようになっている、前述のいずれかの請求項のユニット。
8. 前記単一分配導管（Ｅ）は、前記単一分配導管に垂直に走る第３の導管（７Ｃ，９Ｃ）を介して第３の熱交換器（Ｃ）に連結されるとともに、前記単一分配導管に垂直に走る第４の導管（７Ｄ，９Ｄ）を介して第４の熱交換器（Ｄ）に連結され、前記第３の導管は第３ポイントにおいて前記単一分配導管に連結され、前記第２の導管は第４のポイントにおいて前記単一分配導管に連結され、前記第３のポイントは前記単一分配導管の軸の方向において前記第４のポイントから離間し、前記第３のポイントは前記谷津分配導管の軸の方向に沿って前記第２のポイントから離間し、前記第２及び第３のポイントの距離は前記第１及び第２のポイントの間の距離の少なくとも２倍であり、第３及び第４のポイントの間の距離の少なくとも２倍である、請求項２に従属する請求項７のユニット。
9. 各熱交換器（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は重心を有し、単一分配導管の一方側にある前記交換器（Ａ）の重心は、単一分配導管の他方側にある最も近い前記交換器（Ｂ）の重心から、前記単一分配導管の前記軸に沿ってオフセットしている、前記いずれかの請求項の熱交換器ユニット。
10. 前記第１の交換器の前記第１の面に接続された前記流体接続導管は、前記分配導管の軸に対して垂直な線上に落ち前記面を２つの等しい半分に分けるポイントに接続される、前述のいずれかの請求項の熱交換器ユニット。
11. 前述の請求項のいずれかの熱交換器ユニット（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を含み、前記熱交換器ユニットは絶縁体で囲まれる、コールドボックス。
12. 請求項１〜９のいずれかの熱交換器ユニット（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）または請求項１０のコールドボックスを含み、空気分離ユニットは前記熱交換器ユニットに接続された蒸留塔システムを含む、深冷蒸留ユニット。
13. 空気の蒸留に適した請求項１２の深冷蒸留ユニット。

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