JP2014137219A

JP2014137219A - 冷却器

Info

Publication number: JP2014137219A
Application number: JP2014006546A
Authority: JP
Inventors: Buljina Irhad; イルハド・ブルジナ; Greven Thomas; トーマス・グレフェン; Stephan Faulhaber; シュテファン・ファウルハーバー
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-07-28
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: EP2757340A2; US9279612B2; EP2757340B1; CN103983127A; CN103983127B; JP6324732B2; DE102013000766A1; US20140202198A1; EP2757340A3

Abstract

【課題】新式の冷却器を創出すること。
【解決手段】ハウジング（１１）と、ハウジング（１１）内に配置された熱交換器（１２）であって、複数の管を有し、管を冷却剤が貫流し、冷却されるべき気体状媒体が当該管の周囲を流れる熱交換器（１２）と、少なくとも１つの流入口（１３）であって、流入口を通って、冷却されるべき媒体が冷却器のハウジング（１１）に流入可能であり、熱交換器（１２）の流入側部分（１４）に供給可能である流入口（１３）と、少なくとも１つの流出口であって、流出口を通って、冷却された媒体が、熱交換器（１２）の流出側部分（１６）から出発して、冷却器のハウジング（１１）から流出可能である流出口と、を有し、ハウジング（１１）内には、冷却されるべき媒体の流れる方向に見て、熱交換器（１２）の流入側部分の上流側に、少なくとも１つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素（１８、１９）が位置している。
【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の冷却器に関する。

冷却器を用いて、圧縮機内で圧縮された気体状媒体を冷却することが実務から十分に知られている。当該冷却器は、２つの圧縮機段間のインタークーラー、又は、最終圧縮機段若しくは唯一の圧縮機段の後のアフタークーラーであり得る。

圧縮機内で圧縮された気体状媒体を冷却するための、実務から知られた冷却器は、ハウジングを備えており、当該ハウジング内には、圧縮された気体状媒体を冷却するための熱交換器が配置されている。このような冷却器は複数の管を備えており、当該管の中を冷却剤が貫流し、当該管の周囲を冷却されるべき気体状媒体が流れる。

典型的な冷却剤は水であり、典型的な冷却されるべき気体状媒体は空気である。

冷却器のハウジングは少なくとも１つの流入口を有しており、当該流入口を通って、冷却されるべき気体状媒体が、冷却器のハウジングに流入可能であると共に、熱交換器の流入側部分に供給可能である。さらに、当該ハウジングは少なくとも１つの流出口を有しており、当該流出口を通って、冷却された気体状媒体が、熱交換器の流出側部分から出発して、冷却器のハウジングから流出可能である。

使用分野に応じて、当該冷却器の寸法が大きくなることがあり得る。例えば、長さが１０メートル超で直径が３メートル超のハウジングを有する冷却器が知られている。特にこのような寸法の大きい冷却器の場合、冷却器内部で、冷却されるべき気体状媒体の不均質なフローが形成されるという問題が存在する。このような冷却されるべき気体状媒体の不均質なフローは、冷却器を最適に動作させることができないので不利である。冷却器を通る、圧縮された気体状の冷却されるべき媒体の不均質なフローは、冷却器の冷却性能を制限する。

ここから始まって、本発明の課題は、新式の冷却器を創出することにある。

本課題は、請求項１に記載の冷却器によって解決される。本発明によると、ハウジング内には、冷却されるべき媒体の流れる方向に見て、熱交換器の流入側部分の上流側に、少なくとも１つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素が位置している。

本発明によると、熱交換器の流入側部分の上流側に、少なくとも１つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素が位置している。このフロー均質化要素又はそれぞれのフロー均質化要素によって、冷却器の熱交換器を通る冷却されるべき気体状媒体のための均質なフローが実現し得る。冷却器は最適な動作点で動作可能であり、それによって、その冷却性能が改善し得る。さらに、本発明によって、必要に応じて存在する冷却器の凝縮物分離装置における凝縮物の分離が改善し得る。さらに、本発明によって、冷却器内での圧力損失が減少し、冷却器部材の振動による負荷も軽減し得る。

有利なさらなる一構成によると、冷却されるべき媒体の流れる方向に見て熱交換器の流入側部分の上流側に位置している、少なくとも１つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素は、異なる多孔性の複数のセグメントに分割されている。異なる多孔性を有するセグメントを通じて、冷却器又は冷却器の熱交換器を、冷却されるべき気体状媒体が最適に貫流できるよう調整される。

本発明の好ましいさらなる構成は、下位請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の実施例を図を用いて詳細に説明するが、これに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。

冷却器の側面図である。冷却器の正面図である。冷却器の横断面図である。冷却器の詳細部分を示す図である。代替の冷却器の横断面図である。

本発明は、圧縮機内で圧縮された気体状媒体の冷却に用いられる冷却器に関する。圧縮機は軸流圧縮機であり、本発明に係る冷却器はインタークーラー又はアフタークーラーであり得る。特に本発明は、出力が約300,000Nm³/h以上の大型の圧縮機プラントで用いられる冷却器に関する。

図１及び図２は、冷却器１０、すなわち冷却器１０のハウジング１１の異なる面を示しており、ハウジング１１の内部には熱交換器１２が配置されている。

熱交換器１２は、複数の、詳細には図示されていない管を有しており、当該管を冷却剤、特に水が貫流し、当該管の周囲を冷却されるべき気体状媒体、特に冷却されるべき空気が流れる。

冷却器１０のハウジング１１には、少なくとも１つの流入口１３が形成されており、当該流入口を通って、冷却されるべき、圧縮された気体状媒体が、冷却器１０のハウジング１１に流入可能であると共に、熱交換器１２の流入側部分１４に供給可能である。さらに、ハウジング１１は少なくとも１つの流出口１５を有しており、当該流出口を通って、冷却された媒体が、熱交換器１２の流出側部分１６から出発して、冷却器１０のハウジング１１から流出可能である。これから冷却される気体状媒体のフローと、すでに冷却された気体状媒体のフローとは、少なくとも１つの分離板２５によって分離させられる。

図中、冷却されるべき気体状媒体が冷却器１０を通って流れる方向が、矢印１７によって示されている。特に図２、図３及び図５から明らかなことに、冷却されるべき気体状媒体は、上から流入口１３を通過して冷却器１０に流入し、垂直及び水平に、熱交換器１２の流入側部分１４に沿って分かれ、水平方向において流入側部分１４から流出側部分１６へ熱交換器１２を貫流し、その後、垂直及び水平に熱交換器１２の流出側部分１６に沿って、流出口１５に流れる。

本発明によると、冷却器１０のハウジング１１内には、冷却されるべき気体状媒体の流れる方向に見て、熱交換器１２の流入側部分１４の上流側に、少なくとも１つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素が位置している。

図１から図４の実施例では、冷却されるべき気体状媒体の流れる方向に見て、熱交換器１２の流入側部分１４の上流には、２つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素１８、１９が位置しており、当該フロー均質化要素は、図３によると、互いに山形鋼状に（winkelprofilartig）配置されており、角度αは３０°から６０°の間である。好ましくは、両方の、有孔かつプレート状のフロー均質化要素１８、１９は、４０°から５０°の間の角度αを形成する。第１の有孔かつプレート状のフロー均質化要素１８は、冷却されるべき媒体が熱交換器１２を通って流れる方向１７において、又は、当該方向に対して平行に延在している。第１のフロー均質化要素１８の下側に配置された第２のフロー均質化要素１９は、冷却されるべき媒体が熱交換器１２を通って流れる方向１７に対して斜めに延在している。

好ましくは、第１の上側のプレート状のフロー均質化要素１８も、第２の下側のプレート状のフロー均質化要素１９も、異なる多孔性の複数のセグメントに分割されている。

上側のフロー均質化要素１８の異なる多孔性のセグメントは、冷却されるべき媒体が熱交換器１２を通って流れる方向１７において、又は、当該方向に対して平行に延在しており、好ましくは、水平方向において、冷却されるべき媒体が熱交換器を通って流れる方向１７に対して垂直に、隣り合って配置されており、それによって、流入口１３に隣接して、冷却されるべき媒体のために、比較的低い多孔性が形成され、流入口１３との間隔が増大するのに伴って、比較的高い多孔性が形成される。上側のフロー均質化要素１８を、例えば５又は７のセグメントにさらに分けることが可能であり、流入口１３に隣接しているセグメントは、例えば４０％の比較的高い多孔性を有し、それに対して、流入口１３とセグメントとの間隔が増大するにつれて、多孔性は次第に増大し、例えば徐々にセグメントごとに１０％増大する。

好ましくは、冷却されるべき媒体が熱交換器１２を通って流れる方向１７に対して斜めに配置された、下側のフロー均質化要素１９も、異なる多孔性の複数のセグメントに分割されており、具体的な実施例において、このフロー均質化要素１９を２つのセグメントにさらに細かく分けることも可能であり、下側フロー均質化要素１９の、上側のフロー均質化要素１８に隣接して延在する上側セグメントでは、比較的高い多孔性が設定されており、それに対して、下側フロー均質化要素１９の、上側のフロー均質化要素１８から離間している下側セグメントでは、比較的高い多孔性が形成されている。したがって、下側フロー均質化要素１９の異なる多孔性のセグメントは、水平方向に隣り合ってではなく、垂直方向に重なり合って位置している。

図３から最も良くわかるように、冷却されるべき媒体が熱交換器１２を通って流れる方向１７に対して平行に延在する、上側の第１のフロー均質化要素１８は、間隔Δｄ１を有して、熱交換器１７の上縁部２０の下側に配置されている。さらに図３から導出できるように、両方のフロー均質化要素１８及び１９は、間隔Δｄ２を有して、熱交換器１２の流入側部分１４の上流に配置されているので、熱交換器１２を通過するよう導かれるべきフローの一部は、フロー均質化要素１８及び１９を経由し、その他の部分はフロー均質化要素１８及び１９の横を通り過ぎる。

図４は、フロー均質化要素１８又はフロー均質化要素１９の一部を、そのセグメントの領域において示している。図４には、複数の穴又は凹部２１が示されており、その大きさ及び間隔は、各フロー均質化要素１８又は１９の各セグメントの多孔性を決定している。

図４には、凹部２１が、複数の列と段との形でマトリックス状に配置されており、第１の列の２つの凹部２１の間の中央には、近傍の第２の列の凹部が配置されている。２列に配置された凹部２１の３つずつは、その中心点が、二等辺三角形の頂点に配置されている。この凹部２１の配置は、純粋に例示的なものである。

図５は、本発明に係る冷却器１０の代替的な実施例を示しており、当該実施例では、ハウジング１１内に、３つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素２２、２３、２４が配置されている。第１の上側のフロー均質化要素２２と、第２の下側のフロー均質化要素２４とは、それぞれ、冷却されるべき気体状媒体が熱交換器１２を通って流れる方向１７において、又は当該方向に対して平行に延在している。第３の中間のフロー均質化要素２４は、冷却されるべき気体状媒体が熱交換器１２を通って流れる方向に対して垂直に、上側のフロー均質化要素２２と、下側のフロー均質化要素２３との間を延在している。これらのフロー均質化要素２２、２３、２４の内少なくとも１つは、それぞれ異なる多孔性の複数のセグメントにさらに細かく分けられる。

本発明によって、容易な方法で、冷却器１０内部のフローを均質化し、それによって確実に、冷却されるべき気体状媒体が、冷却器１０の熱交換器１２を経由して均質又は同形に導かれることが可能である。これによって、冷却器１０の効率は改善され、最適な動作点において動作することが可能になる。さらに、冷却器１０を通るフローの均質化によって、当該冷却器のアセンブリに加えられる振動による負荷は減少する。冷却器１０内の圧力損失は最適化され得る。また、場合によっては、熱交換器１２の下流に設置された凝縮物分離装置における凝縮物の分離が改善し得る。

１０冷却器
１１ハウジング
１２熱交換器
１３流入口
１４流入側部分
１５流出口
１６流出側部分
１７流れる方向
１８フロー均質化要素
１９フロー均質化要素
２０上縁部
２１凹部
２２フロー均質化要素
２３フロー均質化要素
２４フロー均質化要素
２５分離板

Claims

圧縮機内で圧縮された気体状媒体を冷却するための冷却器（１０）であって、
ハウジング（１１）と、
前記ハウジング（１１）内に配置された熱交換器（１２）であって、複数の管を有し、前記管を冷却剤が貫流し、冷却されるべき気体状媒体が前記管の周囲を流れる熱交換器（１２）と、
少なくとも１つの流入口（１３）であって、前記流入口を通って、前記冷却されるべき媒体が前記冷却器の前記ハウジング（１１）に流入可能であり、前記熱交換器（１２）の流入側部分（１４）に供給可能である流入口（１３）と、
少なくとも１つの流出口（１５）であって、前記流出口を通って、冷却された媒体が、前記熱交換器（１２）の流出側部分（１６）から出発して、前記冷却器の前記ハウジング（１１）から流出可能である流出口（１５）と、を有する冷却器（１０）において、
前記ハウジング（１１）内には、前記冷却されるべき媒体の流れる方向に見て、前記熱交換器（１２）の前記流入側部分（１４）の上流側に、少なくとも１つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素（１８、１９；２２、２３、２４）が位置していることを特徴とする冷却器。
前記ハウジング（１１）内には、前記冷却されるべき媒体の流れる方向に見て、前記熱交換器（１２）の前記流入側部分（１４）の上流側に、複数の有孔かつプレート状のフロー均質化要素（１８、１９；２２、２３、２４）が位置していることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記冷却されるべき媒体の流れる方向に見て前記熱交換器（１２）の前記流入側部分（１４）の上流側に位置している、少なくとも１つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素（１８、１９；２２、２３、２４）は、異なる多孔性の複数のセグメントに分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却器。
前記ハウジング（１１）内には、少なくとも２つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素（１８、１９）が位置しており、前記フロー均質化要素は、互いに山形鋼状に配置されているので、第１の上側のフロー均質化要素（１８）は、前記冷却されるべき媒体が前記熱交換器（１２）を通って流れる方向において延在しており、第２の下側のフロー均質化要素（１９）は、前記冷却されるべき媒体が前記熱交換器（１２）を通って流れる方向に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却器。
前記第１の上側のフロー均質化要素（１８）と前記第２の下側のフロー均質化要素（１９）とは、３０°から６０°の間の角度を形成することを特徴とする請求項４に記載の冷却器。
前記第１の上側のフロー均質化要素（１８）と前記第２の下側のフロー均質化要素（１９）とは、４０°から５０°の間の角度を形成することを特徴とする請求項５に記載の冷却器。
前記第１の上側のフロー均質化要素（１８）は、第１の間隔を有して、前記熱交換器（１２）の上縁部（２０）の下側に配置されており、前記第１の上側のフロー均質化要素（１８）及び前記第２の下側のフロー均質化要素（１９）は、それぞれ前記熱交換器（１２）の前記流入側部分（１４）とは第２の間隔を有して配置されていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の冷却器。
前記第１の上側のフロー均質化要素（１８）は、異なる多孔性の複数のセグメントに分割されており、前記第１の上側のフロー均質化要素（１８）の異なる多孔性のセグメントは隣り合って配置されており、その結果、各流入口（１３）に隣接して、比較的低い多孔性が形成され、前記流入口又は各流入口（１３）とは間隔を有して、比較的高い多孔性が形成されていることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の冷却器。
前記第２の下側のフロー均質化要素（１９）は、異なる多孔性の複数のセグメントに分割されており、前記第２の下側のフロー均質化要素（１９）の異なる多孔性のセグメントは重なり合って配置されており、その結果、前記第１の上側のフロー均質化要素（１８）に隣接して、比較的高い多孔性が形成され、前記第１の上側のフロー均質化要素（１８）とは間隔を有して、比較的低い多孔性が形成されていることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の冷却器。
前記ハウジング（１１）内に、少なくとも３つの有孔かつプレート状のフロー均質化要素（２２、２３、２４）が配置されていること、すなわち、第１の上側のフロー均質化要素（２２）と第２の下側のフロー均質化要素（２３）とが、前記冷却されるべき媒体が前記熱交換器（１２）を通って流れる方向において延在しており、第３の中間のフロー均質化要素（２４）が、前記冷却されるべき媒体が前記熱交換器（１２）を通って流れる方向に対して垂直に、前記上側のフロー均質化要素と前記下側のフロー均質化要素との間を延在していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却器。
前記第１の上側のフロー均質化要素（２２）は、第１の間隔を有して、前記熱交換器（１２）の上縁部（２０）の下側に配置されており、前記第１の上側のフロー均質化要素（２２）、前記第２の下側のフロー均質化要素（２３）及び前記第３の中間のフロー均質化要素（２４）は、それぞれ前記熱交換器（１２）の前記流入側部分（１４）とは第２の間隔を有して配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の冷却器。
前記フロー均質化要素（２２、２３、２４）は、それぞれ異なる多孔性の複数のセグメントに分割されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の冷却器。