JP2019523697A - 拡張可能な中央装置 - Google Patents

Abstract

反応器向けの拡張可能な中央装置が開示される。装置は、拡張チューブと、拡張チューブ内部の中央支持体と、３つ以上のばね要素とを備える。ばね要素は、中央支持体に締結され、拡張チューブまで外向きに弧を描く。反応器も開示される。【選択図】図７

Description

本発明は、反応器向けの拡張可能な中央装置、反応器、および拡張可能な中央装置を反応器に装着する方法に関する。特に、ただし非排他的に、本発明は、積重ね可能な構造化反応器向けの拡張可能な中央装置、積重ね可能な構造化反応器、およびかかる装置をかかる反応器に装着する方法に関する。

合成ガスまたは水素を生成するのに使用するものなど、触媒反応を実施する反応器構成要素は、一般に、反応を支援する熱源に、例えば加熱炉に曝露される接触反応器チューブであることができる。対照的に、発熱反応など、他のタイプの反応には、冷却ジャケットなどの冷却源を要する場合がある。反応器チューブには、ファン、フィン、コイル、発泡体、またはモノリスの形態の、ホイル支持層付き（foil-supported）または構造触媒など、触媒被覆構成要素の様々な装置が装填され得る。いくつかの例では、反応器の触媒被覆構成要素は、ホイルから形成されたもの、例えばファンなど、拡張可能なものであることができる。

反応器を通した伝熱および流体流を改善するため、ホイル支持層付き触媒の適合を向上させることができる。反応器チューブ内で、拡張可能な触媒被覆反応器構成要素は、加熱源もしくは冷却源に曝露されている反応器壁と接触させるか、または反応器壁に対する近接性を制御するなど、伝熱を増大させるように位置決めすることができる。したがって、反応器を付属品と適合させて、伝熱の増大および反応器効率を促進することが望ましい。

ＷＯ２０１３１５１８８９は、伝熱および反応器効率を向上させる、改質器などのチューブ状反応器で使用される、拡張可能な中央装置について記載している。拡張可能な中央装置は、径方向で拡張可能であるコーンと、コーンの拡張を促進する拡張ウェイトとを含むことができる。コーンおよび拡張ウェイトは、中央支持体上に摺動可能に配置することができる。コーンが径方向で拡張することによって、反応器の触媒被覆構成要素が、反応器の触媒被覆構成要素および拡張可能な中央装置を収容する外側チューブまで、径方向外向きに押しやられる。反応器の触媒被覆構成要素が外側チューブに向かって拡張することで、触媒反応を実施する伝熱が促進される。

ＷＯ２０１３１５１８８９の装置は、良好な性能を生み出すが、比較的高価な摺動ブッシングおよび拡張コーンが必須である。コーンは高価なことがあり、または信頼性に問題があることがある。コーンおよびブッシングを適所で保持するのに使用されるプッシュナットは、装着しにくい場合があり、また中央支持体上に特別な表面を要することがある。システムを装着するのに、把持、発射、および押込みという３つの機能を有するツールが必要とされる。したがって、特に、システムコストを更に低下させ、またシステムの装着の容易さを更に改善するように、ＷＯ２０１３１５１８８９のシステムを改善する余地がある。

本発明の好ましい実施形態は、従来技術における上述の不利な点のうち１つまたは複数を克服しようとするものである。特に、本発明の好ましい実施形態は、反応器向けの改善された拡張可能な中央装置、および改善された反応器を提供しようとするものである。

本発明の第１の態様によれば、拡張チューブと、拡張チューブ内部の中央支持体と、３つ以上のばね要素とを備え、ばね要素が、中央支持体に締結され、且つ拡張チューブに向かって弧を描く、反応器向けの拡張可能な中央装置が提供される。

かかる装置は、反応器の構造化触媒被覆構成要素に拡張力を提供するが、多数の別個の可動部品は必要としない、拡張可能な中心を提供してもよい。したがって、装置は、有利には、製造、組立て、および装着が簡単であり、コスト削減の可能性を提供してもよい。ばね要素は、好ましくは弾性であって、拡張チューブを中央支持体から離れるように外向きに付勢する。

拡張チューブは、互いの周りに巻き付き重なり合うばね要素の尾端部から形成されてもよい。したがって、ばね要素は、好ましくは、互いの周りに巻き付き重なり合う。例えば、ばね要素は、好ましくは、中央支持体に締結された頭端部と、重なり合って拡張チューブを形成する尾端部とを有する。好ましくは、尾端部はそれぞれ、拡張チューブの少なくとも一周分延在する。拡張チューブをばね要素の尾端部から形成することによって、中央装置は、多構成要素のシステムよりも扱いと装着が簡単であってもよい、単一構造を含んでもよい。

拡張チューブは、ばね要素とは別個のものであってもよく、ばね要素は拡張チューブを外向きに押圧してもよい。例えば、ばね要素は、中央支持体から、拡張チューブの内部を外向きに押圧してもよい。かかるシステムは、例えば、ばね要素と拡張チューブに対して異なる材料特性が望ましい場合に、有利なことがある。

好ましくは、ばね要素は、中央支持体および拡張チューブの軸線方向と位置合わせされたシート状の要素である。例えば、中央支持体および拡張チューブは、好ましくは、中央支持体（例えば、チューブもしくはロッド）が拡張チューブの内部で同心状に位置合わせされて、実質的に真っ直ぐである。ばね要素は、好ましくは、金属などの弾性材料のシートを含み、好ましくは、シートの第１の対向する縁部が中央支持体と位置合わせされ、拡張チューブの長手方向軸線とシートの第２の対向する縁部とが、中央支持体から拡張チューブまで外向きに弧を描くように、中央支持体の１つの縁部に沿って締結される。かかる装置は、拡張チューブの大きい面積にわたって拡張力を提供してもよい。

好ましくは、拡張チューブは圧縮に抵抗する。その抵抗は、層間の摩擦力の結果であってもよい。好ましくは、拡張チューブは、複数回巻き付けられて拡張チューブの円周を形成する、少なくとも１つのシートを備える。これによって、チューブの圧縮に対する高い抵抗をもたらす、重なり合った面積を生み出してもよい。少なくとも１つのシートは、ばね要素の尾部であってもよい。複数の巻き付きは、各尾部が拡張チューブの少なくとも一周に巻きつけられることによって提供されてもよい。

本発明の第２の態様によれば、外側チューブと、外側チューブ内部の拡張チューブと、拡張チューブと外側チューブとの間の環状空間を占める拡張可能な触媒支持体と、拡張チューブを外側チューブに向かって付勢するように、拡張チューブ内に配置された３つ以上の湾曲した弾性ばね要素とを備える、反応器が提供される。

好ましくは、ばね要素は中央支持体上に取り付けられる。中央支持体は、構造に剛性をもたらすのに使用されてもよく、装着および除去の間、構造を扱うのに使用されてもよい。

拡張チューブは、互いの周りに巻き付き重なり合う、ばね要素の尾端部から形成されてもよい。拡張チューブはばね要素とは別個のものであってもよい。

好ましくは、ばね要素は、外側チューブおよび拡張チューブの軸線方向と位置合わせされたシート状の要素である。

好ましくは、拡張チューブは、複数回巻き付けられて拡張チューブの円周を形成する、少なくとも１つのシートを備える。

本発明の好ましい反応器は、積重ね可能な構造的反応器（「ＳＳＲ」）と呼ばれる場合があり、反応器を通る流体のフロー方向で見てほぼ環状の断面のモノリスを形成するために、中央ロッドもしくはマンドレル、パイプ、ポストなど、中央支持体の周りに配置されるか上に積み重ねられる、複数の触媒支持構成要素を含むことができる。モノリスまたは積み重ねられた触媒支持体は、外側チューブおよび内側チューブなど、２つの同心状に配置されたチューブの間の環状空間の全体もしくは一部分を占めることができる。内側チューブは拡張チューブと呼ばれてもよい。本明細書に記載するように、反応器および関連する反応器構成要素の様々な修正例ならびに実施形態を、拡張可能な中央装置と関連して使用して、伝熱および反応器効率を促進することができる。

全ての反応器構成要素、または本明細書に記載するような、触媒支持体、中央支持体、ばね要素、ならびに内側および外側チューブなど、反応器構成要素のすべてまたは反応器構成要素の部分に関する構成材料としては、当該分野で知られているような任意の適切な材料、例えば金属、非鉄金属、金属ホイル、スチール、ステンレススチール、合金、ホイル、プラスチックもしくはガラスなどの非金属、セラミック、またはこれらの組み合わせを挙げることができる。

改質器チューブなど、内壁面および外壁面を有する反応器または外側チューブは、中央支持体の周りに配置された、垂直に積み重ねられたファンまたはモノリスなどの反応器構成要素を収容してもよい。外側チューブの直径は、好ましくは、外側チューブの全長に沿って一定である。改質器チューブの場合、チューブの一部はより大きい直径を有することができ、外側チューブに膨らみまたは拡張部分を作ることができる。反応器構成要素は、中央支持体、および内側チューブを含む拡張する中央装置などの中央部構成要素を受け入れる、中央開口部を有するように構築されてもよく、これによって構成要素を、外側チューブと拡張する中央装置との間で、中央支持体上に積み重ねるかまたは配置することができる。中央支持体は、外側チューブの長さに適応する長さを有することができる。中央支持体は連続的であってもよいが、好ましくは、拡張する中央装置と反応器構成要素の区画とそれぞれ関連付けられる、区画から形成される。中央支持体は、ファンまたはモノリスなどの反応器構成要素が摺動して中央支持体の端部から外れないように、停止器具を提供するブラケット、ブッシング、ベースプレートなどを有することができる。ベースプレートは、中央支持体の下端部または下端部付近に位置することができ、外側チューブに装着するのを簡単にできる、形状および直径または寸法を有することができる。例えば、停止プレートは、外側チューブの内径とほぼ同じかまたは内径よりも小さい直径の円形を有することができる。

中央支持体は、外側チューブに挿入される前に、任意の数の反応器構成要素を事前装填することができる。構成要素は、図示されるように垂直に積み重ねて、反応器の配向または特定の技術要件に適応するように、垂直に、あるいは水平などの代替的な形で、反応器構成要素の層を形成することができる。ワッシャーを、例えば、所望のように１つまたは複数の反応器構成要素（例えば、ファン）の間に挿入することができ、各ファンをワッシャーによって分離することができ、ワッシャーは構成要素の間に開放空間を作り出す。一般的に８ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の高さを有する、積み重ねられた反応器構成要素を、所望のように垂直に配置して、１５ｃｍ〜１．５ｍの範囲の高さのサブアセンブリを作り出すことができる。複数のサブアセンブリを反応器内で共に積み重ねることができ、例えば、１〜６０のサブアセンブリを積み重ねることができる。積み重ねられたサブアセンブリは、１ｍ〜２０ｍの範囲の高さを有することができる。各サブアセンブリは、中央支持体の区画上に形成されてもよい。装着されると、中央支持体の区画が組み合わさって、連続的な中央支持体を形成してもよい。中央支持体の区画は、サブアセンブリの事前装填された反応器構成要素の一端を越えて延在してもよく、これにより、サブアセンブリを外側チューブに装着する間把持することができる、突出部分が提供される。中央支持体区画は、区画の突出部分とは反対側の端部に、オープンエンドの中空部分を含んでもよい。したがって、１つの区画の突出部分は隣接区画の中空部分に嵌合してもよく、これによって、隣接したサブアセンブリの反応器構成要素が、突出部分の長さより短い長さで分離される。好ましくは、１つの区画の突出部分は隣接区画の中空部分に嵌め合してもよく、これによって、隣接したサブアセンブリの、例えばワッシャーが存在する場合はワッシャーを含む反応器構成要素が、連続的なスタックを形成する。

反応器構成要素は、例えば、ワッシャーを含んでまたはワッシャーを含まずに使用される、ファンまたはモノリスであることができる。一実施形態では、反応器構成要素は、１つもしくは複数の触媒コーティングを有する、ファン、コイル、またはモノリスなどの触媒支持体であることができる。反応器を通って流れる流体との触媒との接触を有効に分配するため、構成要素と関連して使用されるワッシャーも、触媒コーティングを有することができる。触媒材料は、当該分野において知られており、ニッケル、パラジウム、プラチナ、ジルコニウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、コバルト、ならびに酸化アルミニウム、酸化セリウム、および酸化ジルコニウムを挙げることができる。

触媒支持体は、支持体を外側チューブまで径方向外側に押すことができるように、径方向で拡張可能であることができる。外側チューブ内に配置される際、反応器構成要素は、外側チューブと内側チューブとの間の環状空間の一部分、または実質的に全体を占めることができる。構成要素は、拡張可能であって折り畳まれた状態のとき、外側チューブよりも小さい直径を有する。拡張位置では、構成要素は、外側チューブと直接接触していることができるか、または外側チューブと構成要素の外径面との間に小さいギャップを作り出すことができる。反応器構成要素の外縁部直径面と反応器チューブの内壁面との間のギャップは、少なくとも０．２、０．５、１、２、３、５、１０、または１５ｍｍであることができる。ギャップは、好ましくは、３、６、１０、１５、２０、または２５ｍｍ以下であり、好ましくは０．５〜６ｍｍの範囲、より好ましくは１〜３ｍｍである。ギャップは、伝熱を促進し、反応器壁の内壁面に向かって移動する流体フローを、反応器の内側部分に向かって戻す。ワッシャー、ワイヤ、リング、ループなどのスペーサーを使用して、モノリスまたはファンの外径縁部もしくは外径面と、反応器チューブの内壁面との間の所望の間隙を確保することができる。反応に用いられるガスまたは液体などの流体は、所望に応じて上向き流または下向き流のどちらかで、反応器チューブを通って、また中央支持体に配置された各構成要素を通って、好ましくは内側チューブの外側を垂直に流れる。反応器構成要素は、流体流を他の非垂直方向に向き付けて伝熱を向上させ、例えばファンは、流体流を反応器チューブの壁に向かって径方向で（全体の垂直方向に直交して）向き付けるかまたはガイドすることができる。１つもしくは複数のモノリスまたはファンは、吸熱触媒反応を促進するため、反応器の外部から反応器構成要素および中に含まれる流体へと有効に伝熱する、反応器チューブの内壁面と接触しているかまたは内壁面と近接していることができる。発熱触媒反応の場合、動作原理は同じであるが、熱は、反応器構成要素および中に含まれる流体から反応器の外部へと伝達される。上記説明は、一般的に使用される垂直流を参照しているが、本発明は、水平（または他の配向）流の反応器でも使用することができる。かかる反応器の配向は、特に、構造化触媒要素が用いられる場合に使用されてもよく、これはかかる要素が、例えば触媒ペレットよりも簡単に水平の幾何学形状で保留することができるためである。

反応器チューブの中央区画には、拡張可能な中央装置を使用することができる。拡張可能な中央装置は、拡張可能な中央装置を収容してもよい、内側チューブを含んでもよい。内側チューブは、波形に形成するか、あるいはシートの２つの端部が合う地点に重なり合う区画があるようにして、ロール状金属シートまたは円筒状に巻かれた平坦なシートで構成することができる。つまり、ロール状シートの端部は重なり合い、円筒またはチューブの内部に力が掛けられると、重なり合った部分が摺動し、これによって内側チューブが径方向外向きに拡張する。例えば、内側チューブは、円筒状に巻かれたホイルシートで作ることができる。好ましくは、重なり合う区画は、内側チューブの周りに少なくとも一周、好ましくは少なくとも二周延在する。したがって、内側チューブは、材料、例えばホイルのシートを複数回巻いたものから形成された円筒であってもよい。内側チューブは、独立した物品であってもよく、またはばね要素の尾部から形成されてもよい。

ばね要素は、反応器構成要素に張力を提供し、内側チューブを外向きに押しやる。内側チューブは、外径において、拡張可能な触媒被覆ファンなどの反応器構成要素に接触する。ばね要素は内側チューブを径方向外向きに押すので、内側チューブが常に反応器構成要素と接触していて、反応器構成要素の内径と内側チューブの外径との間のギャップを防止または排除することができる。反応器構成要素の内径と内側チューブの外径との間の間隙を低減または排除することで、反応器チューブの壁に近い反応器の外側部分へと向き付けられる流体の量が増加し、これによって熱交換および反応効率を増大することができる。ばね要素によって提供される力はまた、外側チューブに対する反応器構成要素の拡張を促進することができ、これによって、反応器構成要素と外側チューブとの間の適正な小さい間隔が維持され、反応器を通過する流体に対する伝熱が促進される。動作の間、温度は上昇することができ、外側チューブは、反応器構成要素から離れるように径方向外向きにクリープまたは拡張し、反応器構成要素の外径面と外側チューブとの間のギャップを形成することができる。ばね要素が広がる傾向が、反応器構成要素を外向きに押しやって、かかるギャップを低減または排除することができる。

本発明の第３の態様によれば、拡張可能な中央装置を反応器に装着する方法が提供される。好ましくは、拡張可能な中央装置は、本発明の第１の態様による拡張可能な中央装置である。好ましくは、装着は、本発明の第２の態様による反応器をもたらす。好ましくは、方法は、拡張チューブと、拡張チューブの内部に配置されたばね要素とを備える、拡張可能な中央装置を提供することと、中央装置を反応器に挿入することと、拡張チューブを拡張させるように、加圧ガスを拡張チューブに導入することとを含み、ばね要素は、加圧ガスが抜かれた後の拡張チューブの圧縮に抵抗する。

好ましくは、中央支持体は拡張チューブの内部に配置され、ばね要素は中央支持体上に取り付けられる。中央支持体は、有利には、装置の強度を増加させ、装着ツールを把持する場所を提供する。中央支持体はまた、１つの装置の中央支持体が隣接した装置の中央支持体と結合して連続的な中央支持体を提供してもよいので、複数の中央装置を積み重ねて反応器に入れるのに有用であってもよい。いくつかの実施形態では、拡張チューブは、互いの周りに巻き付き互いに重なり合う、ばね要素の尾端部から形成される。好ましくは、ばね要素は、シートの第１の対向する縁部が中央支持体に平行であり、拡張チューブの軸線とシートの第２の対向する縁部とが、中央支持体から拡張チューブまで外向きに弧を描くように、１つの縁部に沿って中央支持体に付着された弾性材料のシートである。かかる装置は製造が簡単であり得る。また、シートの重なり合った端部が間に摩擦力を有し、これが拡張チューブの圧縮を防ぐ助けとなるという点で、有利であってもよい。加圧空気が導入されると、空気はシートの重なり合った端部の間を流れ、シートの互いに対する動きを潤滑にするので、加圧空気と弾性ばね要素の拡張力の両方の結果として、拡張チューブが拡張できるようになる。加圧空気が停止され、圧力が抜けると、シートは潤滑でなくなり、摩擦力が戻って圧縮を防ぐ助けとなる。

好ましくは、拡張チューブはばね要素とは別個である。有利には、拡張チューブはばね要素よりも薄い材料から形成される。好ましくは、拡張チューブは、材料のシートを複数回巻いたものから形成される。材料のシートの内側端部は波形を含んでもよい。波形は、シートの巻きの間を空気が通過するのを助けてもよく、これによって、加圧空気が拡張チューブに導入されたときの、拡張チューブの潤滑および拡張が容易になる。

好ましくは、中央装置はツールを使用して反応器に挿入される。好ましくは、加圧ガスは同じツールを解して導入される。このように、単一のツールを使用して、単一の動作で装置を装着することができる。好ましくは、加圧ガスは、加圧ガスを拡張チューブに吹き込むことによって導入される。好ましくは、ツールは、中央装置を挿入するのに中央支持体を把持する。加圧ガスは、例えば、ガスを中空の中央支持体へと下向きに吹き込み、中央支持体の穴を通して出すことによって、例えば中央支持体を介して導入されてもよい。加圧ガスは、例えばガスを拡張チューブの端部に吹き込むことによって、例えば、拡張チューブに直接導入されてもよい。

好ましくは、ばね要素は、加圧ガスを導入する間、外向きの付勢力を拡張チューブに提供する。好ましくは、ばね要素は、加圧ガスを導入する間ずっと、拡張チューブと接触したままである。ばね要素を提供することによって、加圧ガスの後に、拡張チューブを適所に係止する別個のステップが不要なので、装着における顕著な利点がもたらされる。代わりに、ばね要素は、加圧空気の「吹込み」の終わりには既に適所にあり、ツールを吹込み後すぐに除去することができる。ツールの除去自体によって加圧ガスが抜かれてもよく、または加圧ガスは他のやり方で抜かれてもよい。多くの中央装置を装着する大型の反応器では、各中央装置を係止する必要がないことによる時間の節約が大きいことがある。

好ましくは、方法は、装置が反応器に挿入される前に、拡張可能な触媒支持体構成要素を中央装置の周りに置くことを含む。触媒支持体構成要素は、拡張チューブの外側の周りに置かれる。好ましくは、反応器は外側チューブを備え、チューブの中に、拡張可能な中央装置および中央装置の周辺の触媒支持体構成要素が挿入される。好ましくは、拡張チューブの拡張によって、触媒支持体構成要素が外側チューブの内表面に対して外向きに押し付けられる。このようにして、触媒支持体構成要素の最適な位置決めが達成され維持されてもよい。

本発明の１つの態様に関して記載される特徴は、本発明の別の態様において等しく適用可能であることが認識されるであろう。例えば、本発明の拡張可能な中央装置に関して記載される特徴は、本発明の反応器に等しく適用可能であってもよく、この逆もまた真である。別の例として、本発明の方法に関して記載される特徴は、本発明の反応器または拡張可能な中央装置に等しく適用可能であってもよく、この逆もまた真である。いくつかの特徴は、本発明の特定の態様に適用可能ではないことがあり、また特定の態様から除外されることがある。

以下、本発明の実施形態について、限定的な意味ではなく一例として、添付図面を参照して記載する。

本発明による拡張可能な中央装置の一部を示す図である。 ばね要素が拡張チューブに挿入する前の中央支持体の周りに巻き付けられている、図１の拡張可能な中央装置の一部を示す図である。 図１および２の部分が拡張チューブに挿入されている、本発明による拡張可能な中央装置を示す図である。 構造化触媒構成要素が拡張チューブの周りで積み重ねられている、図３の拡張可能な中央装置を示す図である。 本発明による拡張可能な中央装置を示す図である。 図５の拡張可能な中央装置を示す別の図である。 構造化触媒構成要素が周りにある拡張可能な中央装置を示す図である。 構造化触媒構成要素に取り囲まれた図５および６の拡張可能な中央装置を示す図である。 本発明による拡張可能な中央装置を示す図である。 拡張チューブの構成を示す図である。

図１では、拡張可能な中央装置の部分は、中央支持体１と、中央支持体１に接続された４つのばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄとを備える。ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄは、シート状の要素が中央支持体１の軸線方向と位置合わせされるように、支持体に取り付けられたシート状の要素である。

図２では、ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄは中央支持体１の周りに巻き付けられている。ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄは、バンド３、例えばケーブルタイを用いて、巻付き位置で一時的に保持することができる。バンド３が解放されると、ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄは広がる傾向にあり、したがって拡張力が作られる。あるいは、ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄは、一時拘束チューブを用いて適所で保持することができる。一時拘束チューブは、拡張チューブ４の直径よりも少し小さい直径を有する（図３を参照）。拡張チューブ４は一時拘束チューブの上に置かれ、一時拘束チューブは次に、ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄから外され、拡張チューブ４から引き出される。同じくバンド３を解放することによって、ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄを広げ、拡張チューブ４の内部に対する拡張力を作り出すことができる。

図３では、バンド３は除去されており、中央支持体１は、ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄが周りに巻かれた状態で、拡張チューブ４に挿入されている。ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄは広がる傾向にあり、したがって拡張チューブ４を外向きに押しやる。チューブの外側の周りに、構造化触媒被覆構成要素５を積み重ねることができる。１つのかかる構成要素５が図３に示されている。構造化触媒被覆構成要素５は拡張可能であり、ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄが広がろうとする作用が拡張チューブ４を外向きに押しやり、これによって次いで、構造化触媒構成要素５を外向きに押しやる。ホイルバンド３’は拡張チューブ４に巻き付けられる。ホイルバンド３’は、構造化触媒被覆構成要素５が適所に至るまで拡張チューブを保持する一時的なバンドである。構造化触媒被覆構成要素５は拡張チューブ４上に積み重ねられるので、ホイルバンド３’は上に摺動し、拡張チューブ４を外れる。

図４では、複数の構造化触媒被覆構成要素５が拡張チューブ４の外側の周りで積み重ねられている。使用の際、構造化触媒被覆構成要素５が周りに積み重ねられた中央装置は、図示されない反応器チューブに挿入される。ばね要素２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄが広がろうとする作用が、構造化触媒被覆構成要素５を反応器チューブに押し付けたままにし、これによって反応器チューブから構造化触媒被覆構成要素５への伝熱が改善される。改善された伝熱によって、次いで反応速度が改善される。複数の中央装置を反応器チューブ内で互いに上下に積み重ねることができる。中央支持体１は、中央装置と関連付けられる全ての構造化触媒被覆構成要素５が適所にあるとき、その中央装置の頂部から突出する、より薄い部分を有する。突出部分は図４で見ることができる。中央支持体１の下端部は、中空部分または陥凹部（図示なし）を含み、中央支持体１の突出部分が下方にある中央装置からその中に嵌合する。そのように、複数の中央装置を、効率的に互いの上下に積み重ねることができ、中央支持体１の突出部分を使用して、チューブ内へと下ろすかまたはチューブから持ち上げることができる。

図５では、中央装置は、中央支持体１１と、４つのばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄとを備える。上述した中央装置と同様に、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄは、中央支持体１１の軸線方向と位置合わせされたシート状の要素である。ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄは、弾性ばね要素であり、中央支持体１１から外向きに弧を描く。円弧はばね作用を作り出すので、弾性ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄは、拡張チューブを中央支持体１１から離れるように外向きに付勢することができる。

図６では、中央支持体１１は穴１６の配列を備える。構造化触媒被覆構成要素が中央装置を取り囲んだ状態で、中央装置が反応器に挿入されると、空気を中央支持体１１へと下向きに吹き付けることができる。空気は、穴１６を通って吹き出し、中央装置を拡張させることによって、触媒被覆構造化構成要素を反応器チューブの外壁と密接に接触させる。ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄは、空気が穴１６を通るとやはり拡張され、次に中央装置の圧縮に抵抗し、構造化触媒被覆構成要素を外側の反応器チューブと密接に接触させて保つ付勢力を提供する。空気の噴射は、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄの間を通り、ばね要素を潤滑させて、互いを横切って摺動し拡張することを可能にする。噴射が終わると、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄは潤滑されなくなり、ばね要素間の摩擦が中央装置の圧縮に抵抗する。代替実施形態では、例えば中央支持体１１が穴１６を備えていない場合、空気の噴射を、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄが中に位置する、中央支持体１１を取り囲むキャビティ（いわゆるベーンキャビティ）へと下向きに提供することができる。この空気の噴射は、穴１６を通る噴射と同じ潤滑および拡張機能を実施してもよい。そのように、空気は拡張チューブに直接導入される。

図７および８では、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄは、構造化触媒被覆構成要素１５が中央装置の外側の周りで適所に位置する、ばね要素の最終位置にある。この場合、拡張チューブ１４は、互いの周りに巻き付き互いに重なり合う、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄの尾端部から形成される。重なり合う尾部は、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄの曲線によって作られる付勢力に加えて、中央装置の圧縮に対する摩擦抵抗を作り出す。図７の実施形態では、中央装置は、構造化触媒被覆構成要素１５に入るタブ１７を備える。したがって、中央支持体１１を構造化触媒被覆構成要素１５に対して捻ることで、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄが広げられ、拡張チューブ１４および構造化触媒被覆構成要素１５が拡張する。

図９では、中央装置は、中央支持体１１１と、中央支持体１１１から外向きに弧を描くばね要素１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄとを含む。この実施形態では、中央支持体１１１は四角い箱形断面の支持体である。ばね要素１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄは、箱形断面の角の領域で中央支持体１１１上に溶接される。ばね要素は上述の中央支持体１および１１にも溶接されてもよいが、ばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄが角の領域で溶接された、四角い箱形断面の中央支持体１１１を使用することで、簡単に製造できる堅牢な装置をもたらすことができる。

図１０では、拡張チューブは、材料のシート２２０、例えばスチールから形成される。シート２２０は縁部に沿って波形２２１を有する。シート２２０は、内側の縁部に波形２２１がある状態で円筒状に巻かれる。加圧空気または別のガスがチューブに導入されたとき、波形２２１によって、空気をシート２２０の層の間に通すことが容易になる。これによって層が潤滑されるので、チューブを拡張することができる。

中央装置の動作は、上述の実施形態の全てと同様である。中央装置は、ばね要素２、１２、１１２を中央支持体１、１１、１１１に巻き付けることによって組み立てられる。拡張チューブ４が別個のチューブである場合、中央装置は拡張チューブ４に挿入される。一般的な装着プロセスでは、ばね要素２、１２、１１２は中央支持体にきつく巻き付けられ、相当な力を使用して一時拘束チューブに挿入される。拡張チューブ４は一時拘束チューブの上を滑らされ、一時拘束チューブは次に、ばね要素２、１２、１１２から外され、拡張チューブ４から引き出される。構造化触媒被覆構成要素５、１５は、拡張チューブ４、１４の外側の周りに積み重ねられてサブアセンブリを作り出し、サブアセンブリは反応器チューブに挿入される。好ましくは、空気が中央支持体１、１１、１１１へと下向きに吹き付けられて、中央装置および構造化触媒被覆構成要素５、１５を拡張させて、押圧して反応器チューブと密接に接触させる。空気はまた、ベーンキャビティへと下向きに吹き込まれてもよい。空気は、中央支持体１、１１、１１１の突出部分上に嵌合する、ツールを使用して吹き付けることができる。ツールは、サブアセンブリを反応器チューブ内へと下ろしながら、中央支持体１、１１、１１１を把持するのに使用されるのと同じツールであることができる。空気が吹き付けられると、ばね要素２、１２、１１２の円弧によってもたらされる外向きの付勢力と、拡張チューブ４、１４の重なり合った層における摩擦力とが組み合わさって、中央装置の圧縮に抵抗し、構造化触媒被覆構成要素５、１５を反応器の外側チューブと継続して密着させる。中央装置はまた、特に、拡張チューブ１４がばね要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄの重なり合った端部から形成され、タブ１７が構造化触媒被覆構成要素１５に挿入される実施形態において、中央支持体１１を捻ることによって拡張させることができる。

上述の実施形態は、いかなる限定的な意味でもなく単なる一例として記載してきたこと、また添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な代替および修正が可能であることが、当業者には認識されるであろう。例えば、４つの代わりに、３つ、５つ、または更に多数のばね要素があってもよい。

Claims (22)

1. 拡張チューブと、拡張チューブ内部の中央支持体と、３つ以上のばね要素とを備え、ばね要素が中央支持体に締結され、且つ拡張チューブに向かって弧を描く、反応器向けの拡張可能な中央装置。
2. 拡張チューブが、互いの周りに巻き付き互いに重なり合うばね要素の尾端部から形成される、請求項１に記載の拡張可能な中央装置。
3. 尾端部のそれぞれが、拡張チューブの少なくとも一周分延在する、請求項２に記載の拡張可能な中央装置。
4. 拡張チューブがばね要素とは別個であり、ばね要素が拡張チューブを外向きに押しやる、請求項１に記載の拡張可能な中央装置。
5. 拡張チューブを中央支持体から離れるように外向きに付勢するように、ばね要素が弾性である、請求項１から４のいずれか一項に記載の拡張可能な中央装置。
6. ばね要素が、中央支持体および拡張チューブの軸線方向と位置合わせされたシート状の要素である、請求項１から５のいずれか一項に記載の拡張可能な中央装置。
7. 拡張チューブが、複数回巻き付けられて拡張チューブの円周を形成する少なくとも１つのシートを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の拡張可能な中央装置。
8. 少なくとも１つのシートが内端部に波形を含む、請求項７に記載の拡張可能な中央装置。
9. 中央支持体が、空気が中央支持体へと下向きに吹き込んでばね要素を潤滑させることを可能にする少なくとも１つの穴を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の拡張可能な中央装置。
10. 外側チューブと、外側チューブ内部の拡張チューブと、拡張チューブと外側チューブとの間の環状空間を占める拡張可能な触媒支持体と、拡張チューブを外側チューブに向かって付勢するように、拡張チューブ内に配置された３つ以上の湾曲した弾性ばね要素とを備える、反応器。
11. ばね要素が中央支持体上に取り付けられる、請求項１０に記載の反応器。
12. 拡張チューブが、互いの周りに巻き付き重なり合うばね要素の尾端部から形成される、請求項１０または１１に記載の反応器。
13. 拡張チューブがばね要素とは別個である、請求項１０または１１に記載の反応器。
14. ばね要素が、外側チューブおよび拡張チューブの軸線方向と位置合わせされたシート状の要素である、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の反応器。
15. 拡張チューブが、複数回巻き付けられて拡張チューブの円周を形成する、少なくとも１つのシートを含む、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の反応器。
16. 拡張チューブと、拡張チューブの内部に配置されたばね要素とを備える拡張可能な中央装置を提供することと、中央装置を反応器に挿入することと、拡張チューブを拡張させるように加圧ガスを拡張チューブに導入することとを含み、ばね要素が、加圧ガスが抜かれた後の拡張チューブの圧縮に抵抗する、拡張可能な中央装置を反応器に装着する方法。
17. 中央装置がツールを使用して反応器に挿入され、加圧ガスが同じツールを介して導入される、請求項１６に記載の方法。
18. ばね要素が、加圧ガスを導入する間、外向きの付勢力を拡張チューブに提供する、請求項１６または１７に記載の方法。
19. ばね要素が、加圧ガスを導入する間ずっと拡張チューブと接触したままである、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 実質的に添付図面を参照して本明細書に記載したものである、反応器向けの拡張可能な中央装置。
21. 実質的に添付図面を参照して本明細書に記載したものである、反応器。
22. 実質的に添付図面を参照して本明細書に記載したものである、拡張可能な中央装置を反応器に装着する方法。

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