JP2015522782A - コア交換用のコールドボックス設計 - Google Patents

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Abstract

熱交換器ユニットの複数のコアが取り付けられているＬＮＧ低温プロセスに特に使用されるコールドボックスである。ヘッダはハウジング内に位置され、供給ラインはヘッダをコア上のマニホルドに接続する。コアとヘッダは、ハウジングの前部及び／又は後部を介するコアの取外しを妨げるようヘッダを位置させないように配置される。コールドボックスを製造する方法も開示される。

Description

本願は、概してコールドボックスの設計、より詳細には、コア交換を容易にする設計を有するコールドボックスに関する。
天然ガスのような炭化水素ガスは、低温プロセスによって液化されて、輸送及び貯蔵を容易にするためにそれらの容量を縮小する。ろう付けされたアルミニウムプレートフィン熱交換器は、天然ガス及び液化天然ガス(ＬＮＧ)の低温処理において長年の間利用されている。これらの熱交換器は、従来のシェル及びチューブ交換器と比較して、より小さいサイズ及び重量、その結果としてのより少ないコストを含む利点がある。
製造できる熱交換器の最大サイズは、製造業者のろう付け炉のサイズによって制限される。大容量設備については、「コア」と称する熱交換器ユニットの多数の部分は、完全な熱交換器を形成するために組立てられ相互に連結される。これらのコアが幾つも必要な場合、コールドボックスの構成は、構造用鋼骨組（箱）内に組み立てられる交換器と、熱保存のため箱の内の空隙を満たすパーライトのような絶縁材と共に利用される。そのようなコールドボックスでは、保守は、必要な修理を遂行するために長い操業停止期間を要求される問題があり得る。コアの修理あるいは交換が必要な場合、コールドボックス内のコアを相互に連結する現在の方式は、保守を妨げる。
オイル及びガス産業は、今日では海上浮きＬＮＧ（ＦＬＮＧ）生産設備を考慮している。米国特許第６,２５０,２４４号は、一連の熱交換器を使用する浮き天然ガス液化システムを記載する。熱交換器はコールドボックス内に配置できる。
海上生産設備の他の例は、Pribleらの２００５年５月１０日に発行された米国特許第６,８８９,５２２号に示されており、その開示は、参考としてその全体をここに組み入れている。米国特許第６,８８９,５２２号は、液化石油ガス（ＬＰＧ）及びＬＮＧを生産し、貯蔵し、荷揚げするための２つの海上容器を記載する。第１の容器は、ＬＰＧ／ＦＰＳＯ（液化石油ガス／浮き生産、貯蔵及び荷揚げ）容器である。第２はＬＮＧ／ＦＰＳＯ容器である。ＦＬＮＧ適用の可能性を有する技術は、低温で作動し、且つろう付けされたアルミニウム熱交換器のコアを備えるコールドボックスを利用するユニットを利用する。そのような技術の例は、Fogliettaの１９９８年５月２６日に発行された米国特許第５,７５５,１１４号及びFogliettaの２００２年７月２日に発行された米国特許第６,４１２,３０２号に示され記載された方法を含む。これら両方の特許の開示は、参考としてその全体をここに組み入れている。
ＦＬＮＧユニットの現在の設計に対する関心のうちの１つは、そこで使用されるコールドボックスのための高い修理コストである。コールドボックスのまわりの空間は密集しており、コールドボックスへのアクセスはより困難である。
ＦＬＮＧユニットで使用するために形成されたようなコールドボックスの現在の設計に対する他の関心は、無駄な時間に関連したコストである。ＬＮＧユニットの典型的な陸上の設備では、ユニットオフラインをとる経済的帰結は比較的わずかである。時には、供給ガスはプラントへ転用され、顧客への影響を最小限にすることができる。対照的に、コールドボックス内にコアを含んでいるＦＬＮＧユニットにおける無駄な時間のコストは高い。典型的なＦＬＮＧユニットは、２０年以上の期間の間海上に維持されるように設計されており、どんな修理も現場でしなければならないことを意味する。コストは、海上ユニットとの間で構成部品を移動するのにかかる費用、及び海上ユニットを安全に修理するために職員に払う費用を含む。ＦＬＮＧユニットは遠隔の位置に設置され、売主／供給業者及び修理職員によるアクセスが容易でないことが起こり得る。
従って、コア修理のコスト及びコア修理を完了するのに必要な無駄な時間を最小限にするように、コールドボックスを設計することが望ましい。
１つの実施例によれば、密閉構造物を提供するハウジングと、各々が正面、背面、上面、底面及び側面を有する、ハウジング内の少なくとも１組の複数のコアとを含むコールドボックスが提供されている。各組のコアは、軸線に沿って前後関係で列になって位置し、コアは、それらの正面及び背面に複数のマニホルドを有する。複数のヘッダは、ハウジング内に設けられ、ハウジングの外部の導管に接続されるように形成される。ヘッダはコアの列の軸線と平行に延びる。ヘッダは、熱交換ユニットの上面、底面及び／又は背面に配置されて、すべてのコアの１つの側面とハウジングとの間の空間からヘッダをなくす。
供給ラインは、ヘッダの各々をそれぞれのマニホルドに接続する。
更なる実施例によれば、前部、後部、２つの側部、頂部及び底部を含む密閉構造物を提供するハウジングを含むコールドボックスが提供されている。正面、上面、底面及び２つの離間した側面を有する複数のコアは、ハウジング内に前後関係で列になって位置される。複数のマニホルドは、各コアの正面及び背面に設けられる。複数のヘッダは、ハウジングの外部の導管に接続されるように適合して、ハウジング内に設けられる。ヘッダはコアの列の軸線と平行に延びる。ヘッダは、コアの上面、底面及び背面に配置されて、コアの１つの側面とハウジングの前部との間の空間からヘッダをなくす。供給ラインは、ヘッダの各々をコア上のそれぞれのマニホルドに接続する。
更に他の実施例によれば、前部、後部、２つの側部、頂部及び底部を含む密閉構造物を提供するハウジングを含むコールドボックスが提供されている。正面、上面、底面及び２つの離間した側面を有する複数のコアは、ハウジング内に設けられ、コアは２つの列に位置され、各列のコアは前後関係にある。複数のマニホルドは、各コアの正面及び背面上に設けられる。複数のヘッダは、ハウジングの外部の導管に接続されるように適合して、ハウジング内に設けられる。ヘッダはコアの列の軸線と平行に延びる。ヘッダは、コアの上面、底面及びコアの両列の間に配置されて、コアの各々の１つの側面とハウジングとの間の空間からヘッダをなくす。供給ラインは、ヘッダの各々をコア上のそれぞれのマニホルドに接続する。
他の実施例は、コールドボックスを製造する方法であって、取り外し可能な側壁を有する密閉構造物を提供するハウジングを得ること、及び、ハウジング内に少なくとも１組の複数のコアを配置し、各コアが正面、背面、上面、底面及び側面を有し、各組のコアが軸線に沿って前後関係で列になって位置され、コアがそれらの正面及び背面上に複数のマニホルドを有することを包含する。この方法は、さらに、ハウジング内に複数のヘッダを配置し、ヘッダが、ハウジングの外部の導管に接続されるように形成され、コアの列の軸線と平行に延び、コアの上面、底面及び／又は背面に配置されて、すべてのコアの１つの側面とハウジングとの間の空間からヘッダをなくすこと、及び、供給ラインを使用してヘッダの各々をコアのそれぞれに接続することを含む。
２個から５個までのコアの典型的な設計である、従来技術による５個のコアを備えたコールドボックスのレイアウトの等角図である。 ６個以上のコアの典型的な設計である、従来技術による６個のコアを備えたコールドボックスのレイアウトの等角図である。 ２個から５個までのコアに類似する、本開示の一様相による５個のコアのコールドボックス用のレイアウトの等角図である。 図２Ａに類似するが、プロセスにおけるコアのうちの１個を削除して示す図である。 図２Ｂの側面から見た図である。 ６個以上のコアに類似する、本開示の他の様相による６個のコアのコールドボックス用のレイアウトの等角図である。 図３Ａに類似するが、プロセスにおけるコアのうちの２個を削除して示す図である 図３Ｂの側面から見た図である。 本開示の他の様相による１０個のコアのコールドボックス用のレイアウトの等角図である。 図４Ａに類似するが、プロセスにおけるコアのうちの２個を削除して示す図である。
ここに記載された実施例は、従来のコールドボックスよりも著しく低い保守及び修理コストですむ新規設計のコールドボックスを提供している。ここに記載された実施例において、コールドボックスに配置されたコアに通じるヘッダは、コールドボックスを所定位置に維持したままで修理又は交換が必要となる場合に、個々のコアを容易に取り外し可能にするように形成されている。修理及び交換を容易にすることにより、無駄な時間も省ける更なる利点を提供する。
浮動の熱交換ユニットを設計する人の目的は、該ユニットを支持する浮揚装置の設置面積及び浮力の要件を最小限にするため、熱交換器をできるだけ小さく軽量に作ることである。これらの進路に沿って、海上作業台船で使用される設備のサイズ及び重量を軽減する様々な研究及び設計プロジェクトが目的とされている（例えば、Offshore Engineer、２０１０年１２月、「Lighter topsides: the what, why and how」、及び、Boyd, N.G.、「Topsides Weight Reduction Design Techniques for Offshore Platforms」、Offshore Technology Conference、１９８６年５月５−８日、ヒューストン、テキサスを参照)。対照的に、ここに記載されたコールドボックスの設計は、逆の方向に向かっている。より明確には、新規のコールドボックスは、同じ容量を有する従前の設計によるユニットよりも大きく及び/又は重い。このような形態は、この新規の設計が開発された時点では他人には明らかに明白ではなかった。
コールドボックスの幾つかの実施例では、新規のコアはコールドボックス内に設置され、取り外されたコアが修理されている間、コールドボックスは稼働状態に戻される。これは、修理が終わるまでの間、製造業者あるいは供給業者にユニットを休止状態にしておく必要を無くす。
図面において、図１Ａ及び１Ｂは、複数のコアのコールドボックス用の既存の設計を提示している。図１Ａは、２個〜５個のコアを組込んだコールドボックス用の従来技術の設計の典型的なレイアウトを提示している。図１Ａに示される特定の例は、５個のコアを組込んでいる。
図１Ａに示されるように、コールドボックス２は、図中破線で示され構造用鋼製でよいハウジング４を含む。ハウジング４は全体的に長方形であり、参考のため、前部６、後部８、２つの離間した側部１０と１２、頂部１４及び底部１６を含み、これらの部分が密閉構造物を構成する。
５個のコア１８は、ハウジング４内に並行関係で配置される。これらのコアは熱交換器ユニットであってよい。天然ガス及びＬＮＧの処理では、そのような熱交換器ユニットは、ろう付けされたアルミニウムプレートフィン熱交換器であってよい。
図１Ａに示されるように、コア１８の各々は、正面２０、背面２２、上面２４、底面２６及び２つの離間した側面２８と３０を備えた全体的に長方形の断面である。正面２０、背面２２、上面２４及び底面２６は、コア１８の内部に連通するマニホルド３２を取り付けられている。(明瞭化のため、マニホルド３２のすべてに番号を付してはいない。）これらのマニホルド３２は、コア１８の列の軸線と平行に、またハウジングの前部６及び後部８と平行に概ね延びている。
正面２０、背面２２、上面２４及び底面２６上のマニホルド３２の正確な数及び配置は、使用される特定の低温プロセス及び熱交換器ユニットの内部の特定の設計に依存する。マニホルド３２は、コアの特定の設計及び目的に依存してコアの様々な内部位置でコアの内部に流体経路を提供する。
ヘッダ３４は、コア１８の列の軸線と平行に延びるように設けられ、各ヘッダ３４は、ハウジング４の前部６及び後部８と平行で且つマニホルド３２と平行な平面において延びている。これらのヘッダ３４は、コールドボックスハウジング４の側部１０，１２を貫通して延び、コールドボックスハウジング４の外部に設けられた導管（図示しない）に接続されるように適合する。このため、ヘッダ３４は、コールドボックスの外部の導管に設けられた同様のフランジに接続するために、それらの開放端に相フランジ３５（すべてに番号を付してはいない）を設けていてよい。
図１Ａに示されるように、コアの上面２４の上方に位置した２個のヘッダ３４、コアの底面２６の下方に位置した１個のヘッダ３４、正面２０の前方の６個のヘッダ３４、及びコア１８の背面２２の後方の６個のヘッダ３４がある。
ヘッダ３４の正確な数は、コアの特定の設計及び目的に依存する。直線形状である個々の供給ライン３６（そのうちの幾つかだけに番号を付してある）は、ヘッダ３４の各々と、個々の熱交換器の各々におけるそれぞれのマニホルド３２との間で延びて、ヘッダ３４からマニホルド３２への流れの接続を提供する。例として、ヘッダ３４は、熱交換器ユニット１８との間で、暖温供給ガス（天然ガス＋メタン冷媒リサイクル）、高圧ＬＮＧへ進む供給ガス、暖温高圧Ｎ２冷媒、再循環するボイルオフガス、低温低圧Ｎ２冷媒及び低温低圧メタン冷媒のような液体及びガスを運ぶのに使用されてよい。ヘッダによって運ばれる特定の液体又はガスは、特定の低温プロセスに依存する。コールドボックスハウジング４の内部は、パーライト（図示しない）のような絶縁材で満たされてよい。
図１Ｂは、６個以上のコア１１８を組込んだコールドボックス用の従来技術の設計の典型的なレイアウトを提示している。図１Ｂに示される特定の例は、６個のコア１１８を組込んでいる。図１Ａの設計と同様に、コールドボックス４０は、図中破線で示され構造用鋼製でよいハウジング１０４を含む。ハウジング１０４は、前部１０６、後部１０８、２つの離間した側部１１０と１１２、頂部１１４及び底部１１６を含み、これらの部分が密閉構造物を構成する。
ハウジング内には、６個のコア１１８が配置されている。図１Ａの設計と同様に、コア１１８は、正面１２０、背面１２２、上面１２４、底面１２６及び２つの離間した側面１２８と１３０を備えた全体的に長方形の断面である。コア１１８は、各列に３個のコア１１８を並行関係で備える２つの列に配置されている。コア１１８の正面１２０、背面１２２、上面１２４及び底面１２６は、コア１１８の内部に連通するマニホルド１３２を取り付けられている。図１Ｂの設計では、両列は互いに平行に位置している。コア１１８は、マニホルド１３２がコア１１８の各列の軸線と平行に、またハウジングの前部１０６及び後部１０８と平行に概ね延びるように、配置されている。
ヘッダ１３４は、ハウジング１０４の前部１０６及び後部１０８と平行で且つコア１１８の各列の軸線及びマニホルド３２と平行に延びるように設けられている。これらのヘッダ１３４は、コールドボックスハウジング１０４の側部１１０，１１２を貫通して延び、コールドボックスハウジング１０４の外部に設けられた導管（図示しない）に接続されるように適合する。このため、ヘッダ１３４は、コールドボックスの外部の導管に設けられた同様のフランジに接続するために、それらの開放端に相フランジ１３５を設けていてよい。
図１Ｂに示されるように、コア１１８の各列の面とハウジング１０４の部分との間に位置した６個のヘッダ、及びコア１１８の２つの列の間で延びる５個のヘッダ１３４がある。コア１１８の上方に設けられた２個のヘッダ１３４、及びコア１１８の下方で両列の間の空間と垂直方向に整合する１個のヘッダ１３４がある。これらのヘッダ１３４は、マニホルド１３２と平行で且つコア１１８の列の軸線と平行に延びる。
個々の供給ライン１３６（そのうちの幾つかだけに番号を付してある）は、ヘッダ１３４の各々と、個々のコア１１８の各々におけるそれぞれのマニホルド１３２との間で延びて、ヘッダ１３４からマニホルド１３２への流れの接続を提供する。供給ライン１３６は直線形状かＬ形状をなし、あるいは、鈍角で互いに結合される２個の直線部分１３７，１３９を有する。ヘッダ１３４は、コールドボックスの外部の導管に設けられた相フランジに接続するために、それらの開放端に相フランジを設けていてよい。コールドボックスの内部は、パーライトのような絶縁材で満たさてよい。
図１Ａ及び１Ｂの両設計において、ヘッダ３４又は１３４は、各コア８又は１１８の正面及び背面とハウジング４又は１０４の前部及び後部との間に位置されている。そのようなヘッダ３４又は１３４が分離され外されなければ、コア１８又は１１８はハウジング４又は１０４の前部及び後部を介して取り外すことができない。
図２Ａ-２Ｃは、２個〜５個までのコアに使用できる本願開示によるコールドボックスの設計を示す。これらの図は、特にコールドボックス４２内に取り付けられた５個のコア２１８を示す。コールドボックス４２は、図中破線で示され構造用鋼製でよいハウジング２０４を含む。ハウジング２０４は全体的に長方形であり、参考のため、前部２０６、後部２０８、２つの離間した側部２１０と２１２、頂部２１４及び底部２１６を含み、これらの部分が密閉構造物を構成する。
ハウジング２０４内に取り付けられた５個のコア２１８がある。コア２１８は個々の熱交換器ユニットでよく、制限されない例では、ろう付けされたアルミニウムプレートフィン熱交換器である。コア２１８は全体的に長方形の断面であり、参考のため、正面２２０、背面２２２、上面２２４、底面２２６及び離間した側面２２８と２３０を含む。５個のコア２１８は、ハウジング２０４内に前後関係で取り付けられ、ハウジング２０４の側部から側部へ延びる軸線に沿って単列をなす。図２Ａ-２Ｃに示される実施例では、コアは互い離間して配置される。コア２１８は、それらの正面２２０及び背面２２２がハウジング２０４の側部２１０及び２１２にそれぞれ面するようにして、ハウジング２０４内に取り付けられる。それらの側面２２８はハウジング２０４の前部２０６に面し、それらの側面２３０はハウジング２０４の後部２０８に面する。
図２Ａ-２Ｃの設計における各コアの正面２２０、背面２２２、上面２２４及び底面２２６は、 コア２１８の内部に連通するマニホルド２３２を取り付けられている。図２Ａ-２Ｃに示されるように、コア２１８が上述のごとくハウジング２０４内に位置されていることにより、マニホルド２３２はコア２１８の列の軸線に対して垂直に、またハウジング２０４の側部２１０及び２１２と平行に概ね延びている。
ヘッダ２３４は、コア２１８の列の軸線と平行に延びるように設けられ、各ヘッダは、ハウジング２０４の前部２０６及び後部２０８と平行な平面において延びている。ヘッダ２３４はマニホルド２３２に対して垂直に延びている。ヘッダ２３４は、コールドボックスハウジング２０４の側部２１０，２１２を貫通して延び、コールドボックスハウジング２０４の外部に設けられた導管（図示しない）に接続されるように適合する。このため、ヘッダ２３４は、コールドボックスの外部の導管に設けられた同様のフランジに接続するために、それらの開放端に相フランジ２３５を設けていてよい。
特に図２Ｃに示されるように、コア２１８とハウジング２０４の後部２０８との間でコア２１８の裏側に位置して１３個のヘッダ２３４があり、コア２１８の上方に位置して２個のヘッダ２３４があり、そしてコア２１８の下方に位置して１個のヘッダ２３４がある。コア２１８とハウジングの前部２０６との間でコア２１８の前側に位置するヘッダは存在しない。ヘッダ２３４の正確な数は、熱交換器ユニットの特定の設計及び目的に依存する。
個々の供給ライン２３６（そのうちの幾つかだけに番号を付してある）は、ヘッダ２３４の各々と、個々の熱交換器の各々におけるそれぞれのマニホルド２３２との間で延びて、ヘッダ２３４からマニホルド２３２への流れの接続を提供する。図２Ａ-２Ｃに示される実施例において、供給ライン２３６のうちの幾つかは、マニホルド２３２に接続されコア２１８の列の軸線と平行なＸ方向に延びる第１の部分２５１と、第１の部分２５１に流体的に接続されコア２１８の列の軸線に対して略垂直なＺ方向に水平に延びる第２の中間部分２５２と、中間部分２５２に流体的に接続されこれが接続するヘッダ２３４の軸線に対して垂直なＹ方向に垂直に延びる第３の部分２５３とを含む形状を有する。図２Ａ及び２Ｃに示されるように、供給ラインのうちの幾つかは、マニホルドに対して垂直なヘッダにマニホルドを接続する湾曲形状を有する。幾つかの形態（図示しない）では、供給ラインのうちの幾つかの第１の部分は、Ｘ方向に水平に延び、第２の中間部分はＹ方向に垂直に延び、そして第３の部分はＺ方向に水平に延びる。
前述したように、ヘッダ２３４は、熱交換器ユニット１８との間で、暖温供給ガス（天然ガス＋メタン冷媒リサイクル）、高圧ＬＮＧへ進む供給ガス、暖温高圧Ｎ２冷媒、再循環するボイルオフガス、低温低圧Ｎ２冷媒及び低温低圧メタン冷媒のような液体及びガスを運ぶのに使用されてよい。ヘッダによって運ばれる特定の液体又はガスは、特定の低温プロセスに依存する。コールドボックスが使用される場合、コールドボックス内の自由空間は、パーライトのような絶縁材で満たされてよい。
上述したように、図２Ａ-２Ｃに示されるような構成において、コア２１８の前側の側面２２８とハウジング２０４の前部２０６との間で前側の側面２２８の前方には、ヘッダ２３４あるいは供給ライン２３６は存在しない。コア２１８の修理や交換が必要になる場合、任意のコア２１８は、ハウジング２０４の前部２０６を開け、所望のコア２１８への供給ライン２３６を外し、図２Ｂ及び２Ｃに示されるようにコア２１８を外側へ引き出すことにより、容易に取り外すことができる。図１Ａ及び１Ｂに示される例で起こるような、取外しの障害となるヘッダ２３４は存在しない。この設計は、コアへのアクセス及び修理の容易さにより保守コストを相当節約すると共に、コアの修理あるいは交換に必要な時間の無駄を削減している。更に、浮き作業台船以外の場所で修理を必要とするコアを修理するに当たりコアを取り外し交換する能力は、熱交換ユニットのための修理の選択における融通性を提供する。他の利点は、コアの取外し及び交換が船の専属整備員で行なうことができるとことである。その後、修理を必要とする取り外したコアは、製造業者により後日修理することができる。
図３Ａ-３Ｃは、６個以上のコア３１８に使用できる本願開示による設計を示す。これらの図は、特にコールドボックス４４内に取り付けられた６個のコア３１８を示す。コールドボックス４４は、図中破線で示され構造用鋼製でよいハウジング３０４を含む。ハウジング３０４は全体的に長方形であり、参考のため、前部３０６、後部３０８、２つの離間した側部３１０と３１２、頂部３１４及び底部３１６を含み、これらの部分が密閉構造物を構成する。
ハウジング３０４内に取り付けられた６個のコア３１８がある。コア３１８は、ろう付けされたアルミニウムプレートフィン熱交換器のような個々の熱交換器ユニットでよい。前述の設計と同様に、図３Ａ-３Ｃにおけるコア３１８は全体的に長方形の断面であり、参考のため、正面３２０、背面３２２、上面３２４、底面３２６、側面３２８及び側面３３０を含む。６個のコア３１８は、各列に３個のコア３１８を備える２つの平行な列に配置されている。各列のコア３１８は前後関係にある。２つの列の各々は、ハウジング３０４の側部から側部へ延びる軸線に沿って延びている。そのため、コア３１８は、それらの正面３２０及び背面３２２がハウジング３０４の側部３１０及び３１２にそれぞれ面するように、且つそれらの側面３２８及び３３０がハウジング３０４の前部３０６及び後部３０８にそれぞれ面するようにして、ハウジング３０４内に取り付けられる。
図２Ａ-２Ｃに示されるコア２１８と同様に、図３Ａ-３Ｃの設計における各コア３１８の正面３２０、背面３２２、上面３２４及び底面３２６は、 コア３１８の内部に連通するマニホルド３３２を取り付けられている。図３Ａ-３Ｃに示されるように、コア３１８が上述のごとくハウジング３０４内に位置されていることにより、マニホルド３３２はコア３１８の列の軸線に対して垂直に、またハウジング３０４の側部３１０及び３１２と平行に概ね延びている。
ヘッダ３３４は、コア３１８の列の軸線と平行に延びるように設けられ、各ヘッダは、ハウジング３０４の前部３０６及び後部３０８と平行な平面において延びている。ヘッダ３３４はマニホルド３３２に対して垂直に延びている。これらのヘッダ３３４は、コールドボックスハウジング３０４を貫通して延び、コールドボックスハウジング３０４の外部に設けられた導管（図示しない）に接続されるように適合する。このため、ヘッダ３３４は、コールドボックスの外部の導管に設けられた同様のフランジに接続するために、それらの開放端に相フランジ３３５を設けていてよい。
特に図３Ｃに示されるように、コア３１８の２つの列の間の空間内に延在する１５個のヘッダ３３４があり、各列は、コア３１８の上方で列に沿って延びる２個のヘッダ３３４と、コアの下方で列に沿って延びる１個のヘッダ３３４とを有する。個々の供給ライン３３６（そのうちの幾つかだけに番号を付してある）は、ヘッダ３３４の各々と、コア３１８の両列の各々におけるそれぞれのマニホルド３３２との間で延びて、ヘッダ３３４からマニホルド３３２への流れの接続を提供する。前述の設計と同様に、使用時、コールドボックス内の自由空間は、パーライトのような絶縁材で満たされてよい。
図３Ａ-３Ｃに示される構成により、前側の列のコア３１８の側面３２８とハウジング３０４の前部３０６との間に位置するヘッダ３３４は存在しない。また、後側の列のコアの側面３３０とハウジング３０４の後部３０８との間に位置するヘッダ３３４も存在しない。修理や交換のためにコア３１８を取り外すことが必要になる場合、任意のコアへの個々の供給ライン３３６は分離することができ、そして、取り外すべきコア３１８が位置されている列に応じて、図３Ｂ及び３Ｃに示されるようにコア３１８をハウジング３０４の前部３０６あるいは後部３０８を介して引き出す。取外しの障害となるヘッダ３３４は存在しない。
図３Ａ-３Ｃに示される実施例において、供給ライン３３６のうちの幾つかは、マニホルド３３２に接続されコア３１８の列の軸線と平行なＸ方向に延びる第１の部分３５１と、第１の部分に流体的に接続されコア３１８の列の軸線に対して略垂直なＺ方向に水平に延びる第２の中間部分３５２と、第２の部分に流体的に接続されこれが接続するヘッダ３３４の軸線に対して垂直なＹ方向に垂直に延びる第３の部分３５３とを含む形状を有する。図３Ａ及び３Ｃに示されるように、供給ラインのうちの幾つかは、マニホルドに対して垂直なヘッダにマニホルドを接続する湾曲形状を有する。幾つかの形態（図示しない）では、供給ラインのうちの幾つかの第１の部分は、Ｘ方向に水平に延び、第２の中間部分はＹ方向に垂直に延び、そして第３の部分はＺ方向に水平に延びる。
図４Ａ−４Ｂは、図３Ａ−３Ｃに類似するが、コールドボックス内に１０個のコア４１８を取り付けた設計を示す。コールドボックス４６は、構造用鋼であってもよく、図中破線で示されるハウジング４０４を含む。ハウジング４０４は全体的に長方形であり、参考のため、前部４０６、後部４０８、２つの離間した側部４１０と４１２、頂部４１４及び底部４１６を含み、これらの部分が密閉構造物を構成する。
ハウジング４０４内に取り付けられた１０個のコア４１８がある。コア４１８は、ろう付けされたアルミニウムプレートフィン熱交換器のような個々の熱交換器ユニットでよい。前述の設計と同様に、図４Ａ-４Ｂにおけるコア４１８は全体的に長方形の断面であり、参考のため、正面４２０、背面４２２、上面４２４、底面４２６及び２つの離間した側面４２８と４３０を含む。１０個のコア４１８は、各列に５個のコア４１８を備える２つの列に配置されている。各列のコア４１８は前後関係にある。２つの列の各々は、ハウジング４０４の側部から側部へ延びる軸線に沿って延びている。そのため、コア４１８は、それらの正面４２０及び背面４２２がハウジング４０４の側部４１０及び４１２にそれぞれ面するように、且つそれらの側面４２８及び４３０がハウジン４０４の前部４０６及び後部４０８にそれぞれ面するようにして、ハウジング４０４内に取り付けられる。より複数のコアが必要な場合、それらは各列の端に追加することができる。
図４Ａ-４Ｂの設計における各コア４１８の正面４２０、背面４２２、上面４２４及び底面４２６は、コア４１８の内部に連通するマニホルド４３２を取り付けられている。図４Ａ-４Ｂに示されるように、コア４１８が上述のごとくハウジング４０４内に位置されていることにより、マニホルド４３２はコア４１８の列の軸線に対して垂直に、またハウジング４０４の側部４１０及び４１２と平行に概ね延びている。
ヘッダ４３４は、コア４１８の列の軸線と平行に延びるように設けられ、各ヘッダは、ハウジング４０４の前部４０６及び後部４０８と平行な平面において延びている。ヘッダ４３４はマニホルド４３２に対して垂直に延びている。ヘッダ４３４は、コールドボックスハウジング４０４の側壁４１０，４１２を貫通して延び、コールドボックスハウジング４０４の外部に設けられた導管（図示しない）に接続されるように適合する。このため、ヘッダ４３４は、コールドボックスの外部の導管に設けられた同様のフランジに接続するために、それらの開放端に相フランジ４３５を設けていてよい。
図４Ａに示されるように、コア４１８の２つの列の間の空間内に延在する１５個のヘッダ４３４があり、各列は、コア４１８の上方で列に沿って延びる２個のヘッダ４３４と、コアの下方で列に沿って延びる１個のヘッダ４３４とを有する。個々の供給ライン４３６（そのうちの幾つかだけに番号を付してある）は、ヘッダ４３４の各々と、コア４１８の両列の各々におけるそれぞれのマニホルド４３２との間で延びて、ヘッダ４３４からマニホルド４３２への流れの接続を提供する。供給ラインは、図３Ａ-３Ｃに関して記載されたものと同様の形態を有していてよい。前述の設計と同様に、使用時、コールドボックス内の自由空間は、パーライトのような絶縁材で満たされてよい。
図４Ａ−４Ｂに示される構成により、前側の列のコア４１８とハウジング４０４の前部４０６との間に位置するヘッダ４３４は存在しないし、また後側の列のコアとハウジング４０４の後部４０８との間に位置するヘッダも存在しない。修理や交換のためにコア４１８を取り外すことが必要になる場合、任意のコア４１８への個々の供給ラインは分離することができ、そして、取り外すべきコア４１８が位置されている列に応じて、図４Ｂに示されるようにコア４１８をハウジング４０４の前部４０６あるいは後部４０８を介して引き出す。取外しの障害となるヘッダ４３４は存在しない。
ここに記載されたコールドボックスを含む熱交換ユニットは、典型的に、９１３９９１ｋｇ／ｍ２（１３００ｐｓｉｇ）以上の圧力範囲で、通常は約９１３９９１ｋｇ／ｍ２（１３００ｐｓｉｇ）から約９８４２９８ｋｇ／ｍ２（１４００ｐｓｉｇ）までの圧力で作動するように形成される。これらのユニットは、典型的に、−１９５.６℃（−３２０°Ｆ）以下あるいは−１８４.４℃（−３００°Ｆ）の最小設計実用温度を有する。
ここに記載された新規のコールドボックスは、様々な用途を有し、上述したように、ＬＮＧ及びＦＬＮＧユニットを含む天然ガス熱交換器ユニットへ取り込むのに特に適している。これらのユニットは、修理を必要とするコアの取外し及び交換を容易するため、効率的に維持することができる。
上記したように、実施例において、略同じ容量を有する従来のシステムのサイズ及び／又は重量と比較して、コールドボックスのサイズ及び／又は重量は増加する。ある実施例による典型的なコールドボックスにおいて、コア間の空間は、同じ容量を有する従来のシステムと比較して、約１０−５０％あるいは約２５−５０％増加し、結果的に、ある状況では、コールドボックスの容量の全増加が約１０−３０％あるいは約２０−３０％になり得る。ある場合には、コールドボックス内の配列は、同じ容量を有する従来のコールドボックスと比較して、コールドボックスの重量を約５−２０％あるいは約１０−２０％増加させ得る追加の配管取付具を使用することもある。
本願開示は限られた数の実施例を含んでいるが、この開示の利益を受ける当業者は、本願開示の範囲を逸脱することなしに、他の実施例を案出し得ることを認識するであろう。従って、本願発明の範囲は付属の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。

Claims (23)

  1. ａ．密閉構造物を提供するハウジング、
    ｂ．前記ハウジング内の少なくとも１組の複数のコアであって、各前記コアが正面、背面、上面、底面及び側面を有し、各組の前記コアが軸線に沿って前後関係で列になって位置し、前記コアがそれらの正面及び背面に複数のマニホルドを有する、コア、
    ｃ．前記ハウジングの外部の導管に接続されるように適合する前記ハウジング内の複数のヘッダであって、前記ヘッダが、前記コアの列の軸線と平行に延び、前記コアの上面、底面及び／又は背面に配置されて、すべての前記コアの１つの側面と前記ハウジングとの間の空間から前記ヘッダをなくす、ヘッダ、及び、
    ｄ．前記ヘッダの各々をそれぞれの前記コアに接続する供給ライン、
    を包含するコールドボックス。
  2. 前記ハウジング内に２組の複数の熱交換ユニットがあり、前記ヘッダは前記コアの２つの列の上方、下方及びそれらの間に位置されて、すべての前記コアの１つの側面と前記ハウジングとの間の空間に前記ヘッダが位置されていない、請求項１に記載のコールドボックス。
  3. 前記複数のヘッダの各々はその開放端に相継手を有する、請求項１に記載のコールドボックス。
  4. 前記コアは、ろう付けされたアルミニウム熱交換器を含む、請求項１に記載のコールドボックス。
  5. 単列をなす１組の前記コアがあり、前記列は５個までの前記コアを有する、請求項１に記載のコールドボックス。
  6. 前記マニホルドは、熱交換ユニットが位置する列の軸線に対して垂直に延びる、請求項１に記載のコールドボックス。
  7. ａ．前部、後部、２つの側部、頂部及び底部を含む密閉構造物を提供するハウジング、
    ｂ．正面、背面、上面、底面及び２つの離間した側面を有し、前記ハウジング内に前後関係で列になって位置された複数のコア、
    ｃ．各前記コアの前記正面及び背面上の複数のマニホルド、
    ｄ．前記ハウジングの外部の導管に接続されるように適合する前記ハウジング内の複数のヘッダであって、前記ヘッダが、前記コアの列の軸線と平行に延び、前記コアの上面、底面及び背面に配置されて、すべての前記コアの１つの側面と前記ハウジングとの間の空間から前記ヘッダをなくす、ヘッダ、及び、
    ｅ．前記ヘッダの各々を前記コア上のそれぞれの前記マニホルドに接続する供給ライン、
    を包含するコールドボックス。
  8. 前記マニホルドの各々は、熱交換ユニットが位置する列の軸線に対して垂直に延びる、請求項７に記載のコールドボックス。
  9. 前記コアは熱交換器ユニットを含む、請求項７に記載のコールドボックス。
  10. 前記熱交換器ユニットは、ろう付けされたアルミニウム熱交換器を含む、請求項９に記載のコールドボックス。
  11. 前記コアの各々の１つの側面は前記ハウジングの前部に面し、他の側面は前記ハウジングの後部に面する、請求項７に記載のコールドボックス。
  12. 前記列の軸線は、前記ハウジングの側部から側部へ延びる、請求項７に記載のコールドボックス。
  13. 前記列に少なくとも５個のコアがある、請求項７に記載のコールドボックス。
  14. 前記ヘッダは、前記マニホルドに対して垂直に延びる、請求項７に記載のコールドボックス。
  15. ａ．前部、後部、２つの側部、頂部及び底部を含む密閉構造物を提供するハウジング、
    ｂ．正面、上面、底面及び２つの離間した側面を有し、前記ハウジング内で２つの列に位置される複数のコアであって、各前記列のコアが前後関係にある、コア、
    ｃ．各前記コアの前記正面及び背面上の複数のマニホルド、
    ｄ．前記ハウジングの外部の導管に接続されるように適合する前記ハウジング内の複数のヘッダであって、前記ヘッダが前記コアの列の軸線と平行に延び、前記複数のヘッダが、前記コアの上面、底面及び前記コアの両列の間に配置されて、前記コアの各々の１つの側面と前記ハウジングとの間の空間から前記ヘッダをなくす、ヘッダ、及び、
    ｅ．前記ヘッダの各々を前記コア上のそれぞれの前記マニホルドに接続する供給ライン、
    を包含するコールドボックス。
  16. 前記マニホルドの各々は、前記コアが位置する列の軸線に対して垂直に延びる、請求項１４に記載のコールドボックス。
  17. 前記コアは熱交換器ユニットを含む、請求項１４に記載のコールドボックス。
  18. 前記熱交換器ユニットは、ろう付けされたアルミニウム熱交換器を含む、請求項１７に記載のコールドボックス。
  19. 前記列に少なくとも３個のコアがある、請求項１４に記載のコールドボックス。
  20. 前記列に少なくとも５個のコアがある、請求項１９に記載のコールドボックス。
  21. 前記コールドボックスは、浮き液化天然ガス生産設備に配置される、請求項１５に記載のコールドボックス。
  22. コールドボックスを製造する方法において、
    取り外し可能な側壁を有する密閉構造物を提供するハウジングを得ること、
    ハウジング内に少なくとも１組の複数のコアを配置し、各前記コアが正面、背面、上面、底面及び側面を有し、各組の前記コアが軸線に沿って前後関係で列になって位置され、前記コアがそれらの正面及び背面上に複数のマニホルドを有すること、
    ハウジング内に複数のヘッダを配置し、前記ヘッダが、前記ハウジングの外部の導管に接続されるように形成され、前記コアの列の軸線と平行に延び、前記コアの上面、底面及び／又は背面に配置されて、すべての前記コアの１つの側面と前記ハウジングとの間の空間から前記ヘッダをなくすこと、及び、
    供給ラインを使用して前記ヘッダの各々を前記コアのそれぞれに接続すること、
    を包含する方法。
  23. 前記マニホルドの各々は、前記コアが位置する列の軸線に対して垂直に延びる、請求項２１に記載の方法。
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