JP2017504775A

JP2017504775A - 支持要素、関連する低温流体回路および関連する方法

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Publication number: JP2017504775A
Application number: JP2016534167A
Authority: JP
Inventors: フォールネル、ジャン−リュク
Original assignee: レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: EP3074702A1; WO2015079130A1; RU2654794C1; CN105765324B; FR3013816A1; JP6342494B2; RU2016125215A; US10215326B2; EP3074702B1; KR102204797B1; KR20160089371A; ES2640512T3; CN105765324A; US20170159871A1

Abstract

低温流体移送管の通過を対象とする複数のオリフィス（２、３）を備える低温流体回路のための支持要素および方法、前記支持要素（１）は、２つの隣接したオリフィス（２、３）間に形成されている少なくとも１つの熱経路（４、５）を備え、前記熱経路（４、５）はブラインド開口部を備え、該開口部（４、５）は、オリフィス（２、３）の平面に対して垂直な長手方向に、２つの端部間に延在している２つの、離間した壁（１４、２４；１５、２５）により範囲を定められており、２つの壁（１４、２４；１５、２５）は端壁（３４、２５）により結合されており、支持要素（１）は、第１の熱経路（５）により取り囲まれている第１のセットのオリフィス（２）と第２のセットのオリフィス（３）とを該支持要素は備え、第１の熱経路（５）は第１のセットのオリフィス（２）と第２のセットのオリフィス（３）との間に置かれており、それはすなわち、第１の熱経路（５）が、一方では第１のセットのオリフィス（２）のオリフィス全てと、他方では第２のセットのオリフィス（３）のオリフィス（３）全てと、熱的機械的接続の状態にあることを意味する、ことを特徴とする。

Description

本発明は低温流体回路用の支持要素に関し、また、そのような支持要素を備える回路および方法に関する。
より詳細には、本発明は、低温流体を移送する各管の通過のために設けられている複数のオリフィスを備える低温流体回路用の支持要素に関し、前記支持要素は、２つの隣接したオリフィス間に形成されている少なくとも１つの熱経路を備え、熱経路は、２つの隣接したオリフィス間に形成されているブラインドダクトを備え、ダクトは２つの、離間した壁により範囲を定められており、各壁は、オリフィスの平面に対して垂直な長手方向に、２つの端部間に延在しており、壁の第１の端部は、２つの隣接したオリフィスそれぞれに接続されており、２つの壁の第２の端部は端壁により互いに接続されている。

気体または液体を低温回路内へ入れ、そこから外へ出すために、熱経路（「熱障壁」とも呼ばれる）を使用することが従来行われている。
これらの機械的デバイスは、異なる温度の２つの機械的に接続された点間に機械的伝導経路を延ばしている。これら熱経路は、機械的に接続されている２点間の間隔を維持する、溶接されたチューブを使用する。

異なる温度のいくつかの管を回路が備える場合、熱経路が存在するのと同数の個々の出口を設けることが必要である。これは、関連する隔壁に多数の穴部を設けることを必要とする。組立体の機械的強度は損なわれる。これは、１つまたは複数の熱経路の曲げモーメントに対する抵抗が相対的に小さいためである。

本発明の目的は、前段に挙げられた先行技術の欠点の全てまたはいくつかを改善することである。
この目的のために、前段の序文で与えられている包括的定義に別の方法で基づく、本発明による支持要素は、本質的に、第１の熱経路により取り囲まれている第１のセットのオリフィスと第２のセットのオリフィスとを該支持要素は備え、第１の熱経路は第１のセットのオリフィスと第２のセットのオリフィスとの間に置かれている、すなわち、第１の熱経路は、一方では第１のセットのオリフィスのオリフィス全てに、他方では第２のセットのオリフィスのオリフィス全てに、熱的に機械的に接続されている、ことを特徴とする。

この設計は、１つの同一支持要素上の管（対応するオリフィス）を類似した温度のグループにグループ化すると同時に、熱経路の数を減少させることを可能にする。また、該デバイスは、先行技術と比較して穴部の数を減少させ、組立体の機械的強度を増大させることを可能にする。
また、本解決策は製造費用が安く、嵩張らない。また、本解決策は、先行技術の解決策と比較して、熱損失を制限することを可能にする。

さらに、本発明の実施形態が、以下の特徴：
− 支持要素は第２の熱経路を備え、第２の熱経路は第２のセットのオリフィスと支持要素の周縁部との間に配設されており、第２の熱経路は、一方では第２のセットのオリフィスのオリフィス全てに、他方では支持要素の周縁部に、熱的に機械的に接続されており、
− 第２の熱経路は、第２のセットのオリフィスと支持要素の周縁部との間に置かれている唯一の熱経路であり、
− 第１の熱経路は、第１のセットのオリフィスと第２のセットのオリフィスとの間に置かれている唯一の熱経路であり、
− 第１のセットのオリフィスは２個と１０個の間の複数のオリフィスを備え、第２のセットのオリフィスは２個と１０個の間の複数のオリフィスを備え、
− 長手方向に延在している各熱経路の２つの、離間した壁は円筒状であり、
− 支持要素は、支持要素の両側に置かれている容積の連通のために設けられている穴部を備え、
− 支持要素は、ステンレス鋼、ニッケル−クロム金属合金もしくは超合金、特にインコネル（登録商標）の商品名で販売されている合金から選択される材料の少なくとも１つを備えるかまたはそれで構成されており、
− 支持要素の周縁部の少なくとも一部が、支持要素を構造要素上に取り付ける接合部分を形成しているスリーブまたはリングに固定されており、前記支持要素は前記リング内に少なくとも部分的に収容されている、
の１つまたは複数を備え得る。

また、本発明は、所定の各温度の低温流体（単数および複数）を移送する複数の管を備える低温流体回路に関し、前記管は支持要素の各オリフィスを通って延在しており、支持要素は前段のまたは以下の特徴のいずれか１つに基づいている。

他の可能性のある詳細な特徴によれば：
− 第１のセットのオリフィスのオリフィスを通って延在している管は、第２のセットのオリフィスのオリフィスを通って延在している管により移送されることが意図されている低温流体の温度より相対的に低い温度の低温流体を移送することが意図されており、
− 第１のセットのオリフィスのオリフィスを通って延在している管は、類似した温度の、すなわちゼロと５０Ｋの間の温度差を有する、好ましくは２Ｋと１０Ｋの間の温度の、低温流体を移送することが意図されており、
− 第２のセットのオリフィスのオリフィスを通って延在している管は、類似した温度の、すなわちゼロと２００Ｋの間の温度差を有する、好ましくは８０Ｋと１１０Ｋの間の温度の、低温流体を移送することが意図されており、
− 流体を移送する管は、外部ケーシングにより範囲を定められている真空下の容積内に収容されており、その点において、支持要素は真空下の容積内に横方向に配設されており、管は前記支持要素に固定されており、
− 支持要素は、同一のまたは異なる圧力に保たれている２つの容積を分離する隔壁、特に冷却ユニットまたは低温流体分配ユニットの隔壁、に固定されている。

また、本発明は、各管の通過のために設けられているオリフィスを備える支持要素を通って隔壁を通過する複数の低温管を保持する方法に関し、本方法は、支持要素の第１のセットの各オリフィスで第１の温度の流体を運ぶ第１のセットの管をグループ化するステップと、支持要素の第２のセットの各オリフィスで第２の温度の流体を運ぶ第２のセットの管をグループ化するステップとを備え、第１の熱経路は、支持要素（１）の第１のセットのオリフィスと第２のセットのオリフィスとの間に配設されており、第２の熱共通路は、支持要素の第２のセットのオリフィス（３）の周囲に配設されており、その点において、第１の温度は第２の温度より低い。

また、本発明は、前段のまたは以下の特徴の任意の組合せを備える任意の代替的方法または代替的デバイスに関する可能性がある。
さらなる詳細な特徴および利点が、図を参照して与えられている以下の記載を読むことから明らかになるであろう。

隔壁にまたは低温流体回路内に配設されている支持要素の概略的部分的な例示的実施形態の上面斜視図。図１の支持要素の線ＡＡに沿った長手方向断面の図。図１の支持要素の線ＡＡに沿った長手方向断面の斜視図。真空下で断熱されているいくつかの低温管を備える回路内にある、本発明による支持要素の例示的使用の斜視概略部分図。

図１の支持要素１は、（異なるまたは同一の可能性がある温度および圧力の）２つの別個の容積を分離している、例えば隔壁１３内に設置されている。
隔壁１３は、例えば、冷蔵庫および／または液化機または任意の他の適切な装置の冷却ユニットまたは低温流体分配ユニットの隔壁であり得る。

図１から図３に示されている低温流体回路用の支持要素１は、低温流体を移送する各管の通過のために各々設けられている複数のオリフィス２、３を備える（図４参照）。オリフィス２、３は、１つの同一平面にまたは平行な平面に置かれていることが好ましい。
より詳細には、支持要素１は、第１の熱経路５により取り囲まれている第１のセットの中心オリフィス２と、第１の熱経路５と第２の熱経路４との間に配設されている第２のセットの周囲オリフィス３とを備える。

第２の熱経路４は、第２のセットのオリフィス３と支持要素１の（例えば円形の）周縁部との間に、第２のセットのオリフィス３の周囲に配設されている。これらの修飾語「第１の」および「第２の」は、カロリーまたはフリゴリーの移送における時系列であることを前提としていない。熱経路５および４を示す修飾語「第１の」および「第２の」は、それらの同心順序に基づいて（オリフィス２、３の平面において支持要素１の中心から外側へ径方向に）、恣意的に選択される。

第１の熱経路５は、第１のセットのオリフィス２の中心オリフィス２の全てに、第２のセットのオリフィス３のオリフィス３の全てに、共通である。これは、第１の熱経路５の２つの端部が第１のセットのオリフィス２および第２のセットのオリフィス３それぞれに機械的に熱的に接続されていることを意味する。「機械的に接続されている」は、例えば、熱経路が、問題のオリフィス２、３を設けられているシートメタルの部分に（直接、例えば溶接により）機械的に接続されていることを意味する。「熱的に接続されている」は、例えば、熱経路と問題のオリフィス２、３を設けられている材料の部分との間で、直接、伝導が可能であることを意味する。

同様に、第２の熱経路４は、第２のセットのオリフィス３のオリフィス３の全てに共通である。これは、第２の熱経路４の２つの端部が、第２のセットのオリフィス３および支持要素１の周縁部それぞれに機械的に熱的に接続されていることを意味する。
これは、第１の中心オリフィス２のいずれかと第２の周囲オリフィス３のいずれかとの間の伝導による熱移送が、第１の熱経路５（これら２つのセット間にある単一の熱経路）経由でのみの通過に限られることを意味する。同様に、第２の周囲オリフィス３のいずれかと支持要素１の外側（周囲部）との間の伝導による熱移送が、第２の熱経路４（これら２つの実体間の単一の熱経路）経由でのみの通過に限られる。

さらに、第１のオリフィス２のいずれかと支持要素１の外側（周囲部）との間の熱移送が、第１の熱経路５および第２の熱経路４経由での通過に限られる。
図２および図３に認められる通り、２つの実体間に形成されている各熱経路４、５が、２つの平行な離間した壁１４、２４；１５、２５と端壁３４、３５とにより範囲を定められているブラインドダクトを備える。

１つの同一熱経路の２つの、離間した壁１４、２４；１５、２５は、オリフィス２、３の平面（単数および複数）に対して垂直に２つの長手方向端部の間に延在している。例えば、第１の熱経路５では、２つの、離間した壁１５、２５の（図１〜図３の上部に向いた）第１の上流端部は、２つの隣接したセットのオリフィス２、３に、それぞれ接続されている。さらに詳細には、壁１５、２５の第１の上流端部は、第１のセットのオリフィス２と第２のセットのオリフィス３とそれぞれを備える材料（例えば、シートメタル）の２つの平面に、それぞれ接続され得る。

２つの壁１５、２５の（図１〜図３の下部に向いた）第２の下流端部は、横方向端壁３５により互いに接続されている。
第２の熱経路４では、２つの、離間した壁１４、２４の（図１〜図３の上部に向いた）第１の上流端部は、（例えば、同様に平面を介して）支持要素の周囲部および第２のセットのオリフィス３それぞれに接続されている。

図２の例に示されている通り、周囲部に置かれている長手方向壁１４の第１の上流端部は、支持要素を取り囲んでいるスリーブまたは外側リング１６に（例えば、溶接により）接続され得る。（支持要素と同じ種類の材料で作製されていることが好ましい）このリング１６は支持要素を強化することができ、特に、回路の構造上に乗る接合部分としての機能を果たすことができる。

２つの壁１４、２４の（図１〜図３の下部に向いた）第２の下流端部は、横方向端壁３４により互いに接続されている。
離間した壁１４、２４；１５、２５の対は、円筒状で同心であることが好ましい。２つの壁間の横方向間隔は、例えば、７ｍｍと５０ｍｍの間である。
支持要素１およびその様々な平面および熱経路４、５は、低温に適合する溶接されたステンレス鋼または任意の他の金属材料等で構成され得る。

好適で有利な方法では、第１のセットのオリフィス２は、類似した温度の相対的により冷たい流体（単数および複数）を移送する管の通過のために設けられている。例えば、異なる第１のオリフィス２を通過する流体間の温度差はゼロと５０Ｋの間である。例えば、第１のオリフィス２は、３Ｋと１０Ｋの間の温度の流体用の管を受容する。

第２のセットのオリフィス３は、その一部に関しては、（第１のオリフィス２と比較して）相対的により温かい流体を移送する管の通過のために設けられ得る。例えば、異なる第２のオリフィス３を通過する流体間の温度差は、ゼロと２００Ｋの間である。例えば、第２のオリフィス３は、８０Ｋと１００Ｋの間の温度の流体用の管を受容する。

提案されている解決策によれば、最も冷たい管は、支持要素１の中心でグループ化されることが可能であり（第１のオリフィス２）、一方、相対的により温かい管は、この中心の周囲に配設されている（第２のオリフィス）。
したがって、類似した温度でのグループ化における流体全てのために、支持要素１に共通出口が設けられている。各周囲チューブまたは管（第２のセットのオリフィス３）が、類似した温度でチューブをグループ化する支持プレートに溶接され得る熱経路４（均熱化のための長い経路）により隔離されている。この周囲中間プレートは、それ自体、異なる温度を有するチューブ（第１のセットのオリフィス２）を支持する中心隣接プレートに該周囲中間プレートを接続する熱経路５に取り付けられている。

第１のセットのオリフィス２は、２個と１０個の間（例えば、図１の例では５個）の複数のオリフィス２を備え得る。同様に、第２のセットのオリフィス３は、２個と６個の間（例えば、図１の例では２個）の複数のオリフィス３を備える。
図１に示されている通り、穴部１１が、第２のセットのオリフィス３を集めているプレートに設けられ得る。この穴部１１は、流体管を受け入れることは意図されていないが、支持要素の両側に置かれている容積間の連通を可能にするために設けられ得る。

図４に示されている通り、支持要素１は、真空下で断熱されている、１つまたは複数の管の低温回路において使用され得る。
支持要素１は、例えば、外部ケーシング１２により範囲を定められている真空下の容積内に収容されている。流体を移送する複数の管６、７、８、９、１０は真空下の容積内に収容されており、支持要素１に（好ましくは堅く）接続されている。支持要素１は、真空下の容積内に横方向に配設されており、管６、７、８、９、１０のための固定点を形成している。

単純な構造を有しており、費用が安いと同時に、本発明による支持要素１は、移送される流体の温度にあまり悪影響を及ぼさないために、異なる温度の、回路の部品間に熱経路を効率的に延在させることを可能にする。さらに、それらの温度による管の配置は、一方では支持要素の高温の周囲部（例えば、３００Ｋ）と第１のオリフィス２のより冷たい管（例えば、８０Ｋと３Ｋの間の温度）との間に、冷たい管（３００Ｋと８０Ｋの間の温度）を配設することを可能にする。

第２のオリフィス３を通過する管は、特に、「熱化」、すなわち高温周囲部とより冷たい中心部との間でシステムにフリゴリーを引き渡すのに使用され得る。このことは、第１のオリフィス２を通過するより冷たい管の温度をよりよく保証することを可能にする。
前述されている構造は、特に、先行技術と比較して熱損失を低減することを可能にする。

本設計は、中心にある最も冷たい管および接合部の外側に向かう最も温かい管に関して温度マップを生成することを可能にする。このことは、異なる回路に関する悪影響を最小限にする温度勾配を作り出すことを可能にする。

さらに、本装置は、このように、より大きな機械的強度、特に軸方向力および曲げモーメントに対するより大きな抵抗を有する。これは、特に、熱経路４、５のシェル（チューブ）の慣性の増大のためである。この配置では、ケーシングまたは外部隔壁の穴部が少なくて済む。また、特許請求されている構造は、装置の製造コストの低減を可能にする。

当然、本発明は、前述されている例に限定されない。例えば、３つのまたは４つ以上のセットのオリフィスを設けることが可能である可能性があり、２つの隣接したセットは１つまたは複数の共通熱経路により分離されている。
同様に、オリフィスにおける種々の管の同心分配は、類似した温度のグループでの必要に応じて修正され得る。

Claims

低温流体を移送する各管の通過のために設けられている複数のオリフィス（２、３）を備える低温流体回路用の支持要素であって、前記支持要素（１）は、２つの隣接したオリフィス（２、３）間に形成されている少なくとも１つの熱経路（４、５）を備え、前記熱経路（４、５）は、前記２つの隣接したオリフィス（２、３）間に形成されているブラインドダクトを備え、前記ブラインドダクト（４、５）は２つの、離間した壁（１４、２４、１５、２５）により範囲を定められており、各壁は、前記オリフィス（２、３）の平面に対して垂直な長手方向に、２つの端部間に延在しており、前記壁（１４、２４、１５、２５）の第１の端部が、２つの隣接したオリフィス（２、３）それぞれに接続されており、前記２つの壁（１４、２４、１５、２５）の第２の端部は、端壁（３４、３５）により互いに接続されており、前記支持要素（１）は、第１の熱経路（５）および第２のセットのオリフィス（３）により取り囲まれている第１のセットのオリフィス（２）を備え、前記第１のセットのオリフィス（２）および前記第２のセットのオリフィス（３）の前記オリフィス（２、３）は、１つの同一平面または平行な平面に置かれており、前記第１のセットのオリフィス（２）および前記第２のセットのオリフィス（３）の前記オリフィスは、メタルシートなどの２つの材料プレートそれぞれに形成されており、前記２つの材料プレートは、平行であると共に１つの同一平面にまたは別個の平行な平面に置かれている、前記第１のセットのオリフィスおよび前記第２のセットのオリフィスそれぞれを備え、前記第１の熱経路（５）は前記第１のセットのオリフィス（２）と前記第２のセットのオリフィス（３）との間に置かれており、すなわち前記第１の熱経路（５）は、一方では前記第１のセットのオリフィス（２）の前記オリフィスの全てに、他方では前記第２のセットのオリフィス（３）の前記オリフィス（３）の全てに、熱的に機械的に接続されている、ことを特徴とする、支持要素。
前記第２のセットのオリフィス（３）の前記オリフィスは、前記第１のセットのオリフィスの前記オリフィス（２）と同一平面にまたは平行な平面に置かれていることを特徴とする、請求項１に記載の支持要素。
前記支持要素は第２の熱経路（４）を備え、前記第２の熱経路（４）は、前記第２のセットのオリフィス（３）と前記支持要素（１）の周縁部との間に配設されており、前記第２の熱経路（４）は、一方では前記第２のセットのオリフィス（３）の前記オリフィス（３）の全てに、他方では前記支持要素（１）の前記周縁部に、熱的に機械的に接続されていることを特徴とする、請求項１から２のいずれか一項に記載の支持要素。
前記第２の熱経路は、前記第２のセットのオリフィス（３）と前記周縁部との間に形成されているブラインドダクトを備え、前記ブラインドダクトは２つの、離間した壁（１４、２４）により範囲を定められており、各壁は、前記オリフィス（３）の前記平面に対して垂直な長手方向に、２つの端部間に延在しており、前記壁（１４、２４）の第１の端部が前記周縁部および前記第２のセットのオリフィス（３）それぞれに接続されており、前記２つの壁（１４、２４）の第２の端部は端壁（３４）により互いに接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の支持要素。
前記第２の熱経路（４）は、前記第２のセットのオリフィス（３）と前記支持要素（１）の前記周縁部との間に置かれている唯一の熱経路であることを特徴とする、請求項３または４に記載の支持要素。
前記第１の熱経路（５）は、前記第１のセットのオリフィス（２）と前記第２のセットのオリフィス（３）との間に置かれている唯一の熱経路であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の支持要素。
前記第１のセットのオリフィス（２）は２個と１０個の間の複数のオリフィス（２）を備えること、および前記第２のセットのオリフィス（３）は２個と１０個の間の複数のオリフィス（３）を備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の支持要素。
長手方向に延在している、各熱経路（４、５）の前記２つの、離間した壁（１４、２４、１５、２５）は円筒状であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の支持要素。
支持要素の両側に位置している容積の連通のために設けられている穴部（１１）を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の支持要素。
所定の各温度の低温流体（単数および複数）を移送する複数の管（６、７、８、９、１０）を備え、前記管（６、７、８、９、１０）は支持要素（１）の各オリフィス（２、３）を通って延在している、低温流体回路において、前記支持要素（１）は、請求項１から９のいずれか一項に記載されている通りのものであることを特徴とする、低温流体回路。
前記第１のセットのオリフィス（２）の前記オリフィス（２）を通って延在している前記管（６、７、８）は、前記第２のセットのオリフィス（３）の前記オリフィス（３）を通って延在している前記管（９、１０）により移送されることが意図されている低温流体の温度より相対的に低い温度の前記低温流体を移送することが意図されていることを特徴とする、請求項１０に記載の低温流体回路。
前記第１のセットのオリフィス（２）の前記オリフィス（２）を通って延在している前記管（６、７、８）は、類似した温度の、すなわちゼロと５０Ｋの間の温度差を有する、好ましくは２Ｋと１０Ｋの間の温度の、低温流体を移送することが意図されていることを特徴とする、請求項１１に記載の低温流体回路。
流体を移送する前記管（６、７、８、９、１０）は、外部ケーシング（１２）により範囲を定められている、真空下の容積内に収容されていること、および前記支持要素（１）は前記真空下の容積内に横方向に配設されていること、および前記管（６、７、８、９、１０）は前記支持要素（１）に固定されていることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の低温流体回路。
前記支持要素（１）は、同一のまたは異なる圧力に保たれている２つの容積を分離している隔壁（１３）、特に冷却ユニットまたは低温流体分配ユニットの隔壁（１３）、に固定されていることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の低温流体回路。
各管の通過のために設けられているオリフィスを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の支持要素（１）を経由して、隔壁を通過する複数の低温管（６、７、８、９、１０）を保持する方法であって、該方法は、前記支持要素の第１のセットの各オリフィス（２）で第１の温度の流体を運ぶ第１のセットの管（６、７、８）をグループ化するステップと、前記支持要素の第２のセットの各オリフィス（３）で第２の温度の流体を運ぶ第２のセットの管をグループ化するステップとを備え、ここにおいて、第１の熱経路（５）は、前記支持要素（１）の前記第１のセットのオリフィス（２）と前記第２のセットのオリフィス（３）との間に配設されており、および第２の熱共通経路（４）は前記第２のセットのオリフィス（３）の周囲に配設されていること、および前記第１の温度は前記第２の温度より低いことを特徴とする、方法。