JP2020521676A - マルチレベル加熱コイルバンドル - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態では、１つの加熱コイル本体と３つのサポート（４０）とを備えたタンク（１０）加熱用の加熱コイルバンドル（２０）が開示されている。バンドル（２０）は、複数の直管（３２）と複数のＵ字管（３４）で構成され、これらは開放端で直列に漏れ止め接合され、互いに平行かつ離間した関係で延び、複数のレベル（２４）に配置されている。バンドル（２０）の断面は、Ｍ行（２４）とＮ列（２６）のバイナリ行列状の管パターン（２２）によって特徴付けられる。開示された加熱コイルバンドル（２０）は、加熱流体（５０）の大規模循環（５２）を生成し、浮力駆動自然対流に、前記大規模循環（５２）により駆動された強制対流を重ね合わせ、より効果的な熱伝達メカニズムを提供する。【選択図】図６

Description

本発明は、タンカ貨物加熱機器に関する。

タンカは、荷降ろし中に、多大な労力を必要とする様々なタイプの高粘度流体を輸送する。そのため、タンカには、流体の温度を上げることにより、流体の粘度を下げ、流体の荷降ろしを改善する、貨物を加熱するための手段が装備されている。

タンカ貨物を加熱するための機器は、従来、蒸気駆動加熱コイルとして実行され、タンクの底部全体に均等に配置され、単一または２つのレベルに沿って配置された加熱管が自然対流メカニズムによって蒸気から流体に熱を伝達する。タンカ加熱コイルの累積長さは、数千メートルを超えるため、タンカ貨物加熱機器は、タンカ建設コストにおける重要な項目である。より効果的な加熱コイルの適用は、必要な加熱コイルの長さの短縮を可能にし、したがって、タンカ全体の建設コストの低減を可能にする。

Ｃ．Ｇｕｅｄｅｓ Ｓｏａｒｅｓら（Ｅｄｓ．）のＴｏｗａｒｄｓ Ｇｒｅｅｎ Ｍａｒｉｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ、ＣＲＣプレス、ロンドン、２０１５年、６０３〜６０８頁におけるＩ．ＰｉｖａｃおよびＧ．Ｍａｇａｚｉｎｏｖｉｃの文献であるＮｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔａｎｋ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｉｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓにおいて、著者は、文献の６０８頁において、タンクの横方向断面に垂直な軸の周りの強力な加熱流体の円運動の存在を開示する数値シミュレーション結果を報告した。報告された運動は、いわゆる大規模循環として当該技術分野で既に知られている現象の明示であり、Ｒ．ＫｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｉおよびＬ．Ｎ．ＨｏｗａｒｄによるＬａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ ｆｌｏｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ、米国科学アカデミー紀要、第７８巻、第４号、１９８１〜１９８５頁、１９８１年４月を参照されたい。

加熱された流体の大規模循環は、浮力駆動自然対流に、大規模循環により駆動された強制対流を重ね合わせることにより、より効果的な熱伝達メカニズムを可能にするので、本発明の本質である。ＶＤＩ Ｈｅａｔ Ａｔｌａｓ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、ベルリン、２０１０年、６８４頁を参照されたい。

特許文献が関係する場合、日本の登録実用新案３０４８８７８号（新来島どっく、１９９８年）は、加熱管が１つのレベルにのみ配置された格納式加熱ユニットを開示している。解決すべき課題は、引用文献の図１のように、加熱ユニットの回転を可能にし、ユニットの下の固化した貨物の残骸へのアクセスを提供することにより、タンク洗浄プロセスを簡素化することであった。また、この文献は、加熱コイルがタンク領域の底部のかなりの部分を覆う、従来の加熱コイル配置を教示しており、たとえば、引用文献の図２は、タンク領域の底部の約４０％が加熱コイルで覆われていることを示している。

本願は、この問題を解決するための代替アプローチを提供する。本願の実施形態によれば、加熱コイルバンドルは、非常に小さな設置面積によって特徴付けられ、バンドルを取り外す必要なく、簡単に洗浄できるようにアクセスできる。それに加えて、タンク領域の底部のほとんどには、タンク加熱機器はない。たとえば、本願の図６のように、タンク領域の底部の２．５％未満しか、加熱コイルのバンドルで覆われていない。

中国特許ＣＮ１０１３６２５０９Ａ（Ｗｅｎｃｈｏｎｇ造船、２００９年）は、複数のバンカータンクの設置方法を開示している。２レベルの加熱コイル配置が開示されている。解決すべき課題は、コイル設置中のハードワークの低減であった。引用文献の図１のように、コイルは垂直タンク壁の近くに配置されているため、船舶の構造要素に囲まれ、流体循環による熱伝達改善の可能性は制限される。

日本の公開実用新案Ｓ５３−５３７８６号（日立造船、１９７８年）は、引用文献の図３のように、７つの管レベルと、１レベルあたり５本の管を備えたマルチレベル加熱コイルバンドルを開示しており、バンドルの長さは、タンクの底部の詳細によって決定される。解決すべき課題は、高い加熱効率の加熱ユニットであった。しかしながら、開示された実施形態は、引用文献の図４における容器の構造要素（１６）によって囲まれており、これは、加熱された流体の自由な流れを大幅に抑制する。結果として、可能な熱伝達の改善は制限される。それに加えて、開示された実施形態は、図３のように、最下部の管レベルに配置された加熱流体入口（１０）と、最上部の管レベルに配置された加熱流体出口（１１）とを備える。可能性のある結果は、凝縮蒸気の流れによって引き起こされる水撃困難性である。

本願は、この問題を解決するための代替アプローチを提供し、加熱された流体のクロスフローが、熱伝達を高める。また、水撃困難性を抑制するために、加熱流体入口と加熱流体出口が、それぞれ管の最上位レベルと最下位レベルに配置されている。

日本の特許出願公開Ｈ０５−６９８９３号（新来島どっく、１９９３年）は、加熱管を貨物タンクに設置する方法を開示している。この文献は、引用文献の図１および図２のように、労働力の大幅な削減につながる単一レベルの加熱コイルバンドルを開示している。

英国特許出願ＧＢ１０５４０６６Ａ（Ｊ．Ｈ．Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ，１９６７年）は、固体および液体貨物用の貨物倉用の変位可能な２レベルの加熱コイルバンドルを開示している。引用文献の図２のように、複数の加熱コイルが、平行な２列に配置されており、ここでは、タンク領域の底部のほぼすべてが加熱コイルで覆われている。

日本の特許出願公開２００７−２３８０５４号（住友重機械工業、２００７年）は、２つの問題、すなわち、溶接作業によるバラストタンク塗装の焼損の低減と、タンクの底部に作業車両用の通路を残すこととを解決する、単一レベルの加熱コイル配置を開示している。引用文献の図１および図２のように、この文献は、非対称加熱コイル配置を開示しており、ここでは、加熱コイルが容器の縦隔壁の近くに配置されている。この文献は、対流板（９）を使用することによって強化された加熱貨物循環も開示している。しかしながら、加熱コイルは、タンクの隅に部分的に配置されており、ここでは、加熱された流体の速度が最も低いので、貨物の循環の影響は制限される。また、引用文献の図２のように、タンク領域の底部の大部分は、加熱コイルで覆われており、ここでは、覆われた領域は、タンク領域の底部の約６０％と推定される。

本願は、この問題を解決するための代替アプローチを提供し、加熱コイルバンドルの両側に通路が提供される。さらに、少数のバンドルサポートによって、たとえば、本願の図６は、９つのサポートを開示しており、バラストタンク塗装の焼損の発生が制限される。

実用新案３０４８８７８号明細書 中国特許ＣＮ１０１３６２５０９Ａ号 実開昭５３−５３７８６号公報 特開平５−６９８９３号公報 英国特許出願ＧＢ１０５４０６６Ａ号 特開２００７−２３８０５４号公報

Ｉ．Ｐｉｖａｃ、Ｇ．Ｍａｇａｚｉｎｏｖｉｃ著、「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔａｎｋ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｉｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ」、Ｔｏｗａｒｄｓ Ｇｒｅｅｎ Ｍａｒｉｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ、ＣＲＣプレス、ロンドン、２０１５年、６０３〜６０８頁 Ｒ．Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｉ、Ｌ．Ｎ．Ｈｏｗａｒｄ著、「Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ ｆｌｏｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ」、米国科学アカデミー紀要、第７８巻、第４号、１９８１〜１９８５頁、１９８１年４月 「ＶＤＩ Ｈｅａｔ Ａｔｌａｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、ベルリン、２０１０年、６８４頁 Ｆ．Ｍｏｕｋａｌｌｅｄら著、「Ｔｈｅ Ｆｉｎｉｔｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ」、Ａｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＯｐｅｎＦＯＡＭ（Ｒ） ａｎｄ Ｍａｔｌａｂ（Ｒ）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｃｈａｍ２０１６、１０３〜１３５頁および５６１〜６９０頁 Ｙ．Ｉ．Ｃｈｏ、Ｇ．Ａ．Ｇｒｅｅｎｅ著、「Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ」、第４３巻、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、サンディエゴ、２０１１年、２９８頁

本発明によれば、複数の直管および複数のＵ字管を備えた少なくとも１つの加熱体と、複数の固定手段と、タンクの底部の上方近くに、水平に延びるコンパクトで剛性のある構造を形成する少なくとも１つのサポートとを備えた、タンク加熱用の加熱コイルバンドルが提供される。

提供される加熱コイルバンドルは、
直管の縦軸に平行な軸の周りに、加熱された流体の大規模循環を生成すること、
直管とＵ字管とを囲む空隙空間を介した、加熱された流体のほぼ水平なクロスフローを可能にすること、および、
浮力駆動自然対流に、大規模循環により駆動された強制対流を重ね合わせることによって、より効果的な熱伝達メカニズムを提供することによって特徴付けられる。

加熱体は、直管とＵ字管で構成されており、これらは開放端において直列に漏れ止め接合され、接合シーケンスは、直管とＵ字管とを接合することで始まり、その後、直管とＵ字管とをそれぞれ備えた管のペアの、Ｕ字管の開放端側における一連の連続接合によって進み、最終的には、さらに別の直管を接合することによって完了する。この結果は、複数の固定手段を使用してサポートに固定された、複数の平行および垂直に離間された加熱コイル管レベルに配置された１つの流体入口および１つの流体出口を備えた単一の加熱体となる。

直管の軸に垂直な加熱コイルバンドルの断面は、Ｍ行Ｎ列のバイナリ行列状の管パターンを有し、ここで、行数Ｍは、加熱コイルバンドルが配置された加熱コイル管レベルの合計数であり、列数Ｎは、Ｍ個の加熱コイル管レベルのいずれかに配置された直管の最大数である。加熱コイル管レベルは、直管の軸とタンクの底部との間の固有の距離を有する少なくとも１つの直管を備えることによって特徴付けられる。

図２の管のパターンは、６行３列によって特徴付けられているが、図３に示されているバンドルの管パターンは２０行１列のみによって特徴付けられている。管レベルにおいて配置された加熱管の数は、変動し得る。管レベルがＮ未満の管を備えている場合、パターン行の残りの要素は、空のままとなる。たとえば、図２を参照されたい。管パターンは、管ピッチを無視したバンドル管配置を示しており、つまり、レベル間の垂直ピッチは、同じレベルの管の間の水平ピッチと同様に変動し得る。

加熱流体入口は、図３の加熱体の最上部に常に配置され、水撃困難性の可能性を抑制する。同様に、加熱流体出口は、常に加熱体の最下位レベルに位置する。加熱流体の温度は、流体入口において最高であり、流体出口において最低であることを考慮すると、より高い管レベルは、より低い管レベルよりも、熱的に効果的である。図２に示すように、バイナリ行列状の管パターンにより、熱的に効果の高い高レベルに配置された、より多くの直管と、熱的に効果の低い低レベルに配置された、より少ない直管とを使用したレイアウトが可能となる。

タンクの加熱プロセスは、加熱コイルバンドル管の空隙空間に加熱流体を充填することで始まる。加熱流体は、自然対流熱伝達機構によって、周囲の加熱された流体に熱を伝達する加熱管の温度を上昇させる。浮力効果により、加熱管に近い加熱された流体が、上方に移動し始め、高温流体の支配的な垂直流、および、高温流体粒子と低温流体粒子との間の摩擦によって引き起こされる複数の小さな流体旋回を生成する。時間が経つにつれて、加熱された流体のプルームがタンク上端に達すると、徐々に渦の濃縮プロセスが始まり、小さな渦の大部分が、１つの大きな渦となる。これは、大規模循環とも呼ばれる。その結果、加熱された流体の支配的な円運動となり、ここでは、図７のように、流体の流線は同心円の形態を採る。加熱された流体の大規模循環は、図１のように、非対称に配置された加熱コイルバンドルからの対流エネルギの流入によって生成され、タンク壁を介した対流エネルギの流出によりさらに高められる。ここでは、大規模循環を完全に発達させるのに十分な加熱持続時間が必要である。

加熱コイルバンドルにより、図１および図７のように、直管とＵ字管とを囲む空隙を介した大規模循環のほぼ水平なクロスフローが可能となる。これは２つの理由から重要な特徴である。第１に、水平クロスフローは、バンドルを介した最短のクロスフロー経路を作成するため、流体フローの圧力損失が最小になる。第２に、水平クロスフローは、バンドルの領域内の大規模循環の経路に類似しており、加熱された流体の流れ構造に与える悪影響を最小限とする。

本願は、当該技術分野で知られている複数の長年にわたるニーズを満たす。熱伝達の改善に加えて、本願は、以下の通り特徴付けられる。
本願は、タンク領域の覆われた底部を低減し、より効率的なタンク洗浄を可能にする。
本願は、作業車両用の通路を残す。
そして、本願は、溶接作業によってもたらされる、バラストタンク塗装の焼損に関連する困難性を軽減する。

本発明は、添付図面を参照して、例によってさらに説明される。

図１は、加熱コイルバンドルと加熱された流体の大規模循環の輪郭が破線で描かれているタンクの横断面図である。 図２は、一般的な加熱コイルバンドルのバイナリ行列状の管パターンを示す図である。 図３は、加熱コイルバンドルの好ましい実施形態を示す図である。 図４は、加熱流体移送管を示す図である。 図５は、熱膨張補償デバイスとして膨張ベンドを備えた加熱流体移送管を示す図である。 図６は、明確にするために加熱流体の供給ラインおよび排出ラインが省略された、タンク加熱システムの好ましい実施形態を示す図である。 図７は、加熱された流体の大規模循環を示す数値シミュレーション結果を示す図である。

図１のように、液体貨物（５０）で満たされたタンク（１０）には、タンク外壁（１４）よりもタンク内壁（１８）にわずかに近く、タンカの縦方向対称面（２）およびタンク内壁（１８）に平行かつ離間した関係で延びており、複数のサポート（４０）を利用してタンク底部（１２）に接合された加熱コイルバンドル（２０）が装備されている。タンク底部（１２）は平面であり、流体の流れを妨げる可能性のある構造や機器はほとんどない。タンク（１０）はデッキ（１６）で覆われている。

図３のように、加熱コイルバンドル（２０）は、工場で事前に製造され、タンク（１０）に立てられ、サポート（４０）がタンク底部（１２）に接合され、加熱流体入口（３１）および加熱流体出口（３９）が、対応する加熱流体の供給ラインおよび排出ラインに、漏れ止め接合される。

１つの加熱コイルバンドル（２０）で発生した熱が、タンク（１０）の加熱要件に十分ではない場合、図６のように、複数の加熱コイルバンドル（２０）を設置する必要がある。明確にするために、図６では、加熱流体の供給ラインおよび加熱流体の排出ラインは示されていない。

図３の加熱管（３２）、（３４）は、タンカが輸送する貨物の種類に応じて、炭素鋼、ステンレス鋼、またはある銅ベースの合金によって作製される。管が、鋼ベースの場合は溶接によって、または、管が、銅合金製の場合はろう付けによって、互いに接合される。加熱管（３２）は、通常はＵ字型のボルトとナットである固定手段（４２）を使用して、サポート（４０）に固定される。加熱コイルバンドル（２０）は、タンカのエンジンルームに設置されたボイラで生成された加熱流体である蒸気によって駆動される。蒸気は、タンカのデッキに沿って蒸気ヘッダによって分配され、蒸気マニホールドが、各加熱体に向けて蒸気を分岐する。タンカの横隔壁に沿って延びるデッキ（１６）レベルの蒸気ダウンカマから、蒸気を、タンク底部（１２）レベルに導く。ここでは、各加熱体入口（３１）に蒸気を供給するために、水平移送管が利用される。

加熱コイルは、蒸気から貨物液体への熱伝達によって、周囲の液体を加熱する。熱エネルギの流出により、蒸気は徐々に凝縮する。加熱体の管の長さは、蒸気を完全に凝縮するのに十分でなければならない。加熱体出口（３９）を出た後の凝縮液は、水平移送管を介して横隔壁まで導かれ、ここでは、加熱体の出口（３９）を、デッキ（１６）のレベルにおいて、凝縮液マニホールドに接続するために、凝縮リフト、ライザ、および蒸気トラップが使用される。凝縮液マニホールドは、凝縮液をさらに凝縮液ヘッダに導き、凝縮液をエンジン室およびボイラに戻す。

各管レベル（２４）が１つの直管（３２）しか備えていないので、加熱コイルバンドル（２０）の断面は、２０行および１列からなるバイナリ行列状の管パターン（２２）を有している。管パターン（２２）は１つのパターンの列によって特徴付けられるが、加熱コイルバンドル（２０）は、図３のように、各列がサポート（４０）の反対側の１つを占める２つの物理的な列に配置された加熱管（３２）によって実行される。

サポート（４０）は、図３に示すような単純なシングルパート標準プロファイルから、加熱コイルバンドル（２０）を安全に保持できる、より複雑に構築されたマルチパート構造まで、様々な手法で実行され得る。構築されたマルチパートサポートは図２のように、より複雑なバイナリ行列状の管パターン（２２）で特徴付けられる加熱コイルバンドルに適している。

前記加熱管（３２）は３レベル（２４）ほど低く配置され得るが、より多数の管レベル（２４）に配置された加熱コイルバンドル（２０）は、より少ない数の管レベル（２４）に配置された加熱コイルバンドルよりも、熱的により効果的である。その結果、図３の加熱コイルバンドル（２０）は、シンプルでコンパクトな設計により、高い熱効率および低い製造コストによって特徴付けられる。

内壁（１８）と、直管（３２）の中心線に最も近い加熱コイルバンドル（２０）との間の距離は、タンク（１０）の幅の０．３倍から０．７倍、好ましくは０．４倍から０．４５倍の範囲である。

バンドル（２０）は、図１のタンクの底部（１２）の中央部分に設置され、ここでは、大規模循環（５２）の速度プロファイルは、直管（３２）およびＵ字管（３４）を囲む空隙を介した、意図されたクロスフローに関して最も強い。しかしながら、正確な中点位置は、循環（５２）方向の変化を起こしやすい、安定性の低い大規模循環を生成するため、理想的な中点からのわずかな逸脱は、提供される実施形態の好ましい特徴である。

垂直ピッチ、つまり、管パターン（２２）の２つの連続する管レベル（２４）間の垂直距離は、加熱された流体（５０）の、前記直管（３２）およびＵ字管（３４）を囲む空隙を介した、容易なクロスフローを可能にできるように十分大きくなければならず、前記直管（３２）外径に対する管パターン（２２）垂直ピッチの比は、少なくとも１．２５、好ましくは、少なくとも３である。

本発明の別の実施形態は、図４の、少なくとも１つの加熱流体移送管（３６）をさらに備え、前記加熱流体移送管（３６）は、１つの流体入口と１つの流体出口とを有する単一体であり、前記加熱流体移送管（３６）は、前記直管（３２）に対して平行かつ離間した関係で延びており、前記加熱流体移送管（３６）は、前記複数の固定手段（４２）を使用することにより前記サポート（４０）に固定されることを特徴とする。

本発明のさらに別の実施形態は、少なくとも１つの管熱膨張補償デバイス（３８）をさらに備え、前記加熱流体移送管（３６）と前記管熱膨張補償デバイス（３８）は、それらの開放端において直列に漏れ止め接合され、単一体に、１つの流体入口および１つの流体出口を提供することを特徴とする。図５は、そのような加熱流体移送管（３６）を示しており、前記管熱膨張補償デバイス（３８）は、拡張ベンドの形態で実行される。

タンク（１０）の加熱要件が高すぎて、前記加熱コイルバンドル（２０）で満たせない場合、加熱された流体の流れ構造に対するバンドル（２０）の有害な影響を最小化するために、図６のように互いに縦方向に離間された関係で、厳密に１列に排他的に延びた複数の前記加熱コイルバンドル（２０）をタンク（１０）内に配置する必要がある。

前記各加熱コイルバンドル（２０）加熱体は、その加熱流体の供給ラインおよびその加熱流体の排出ラインを有し、前記加熱流体の供給ラインおよび前記加熱流体の排出ラインは、前記加熱体入口（３１）および前記加熱体出口（３９）を、デッキ（１６）のレベルにおける対応するヘッダと、油圧によって接続する。

複数の加熱コイルバンドル（２０）がタンク（１０）の長さに沿って１列に並んでいるので、タンク横隔壁、および対応する加熱流体入口（３１）および加熱流体出口（３９）に沿って延びた、垂直ダウンカマとライザとの間の長い距離にわたる、複数の平行な供給ラインおよび排出ラインが必要とされる。そのような構成では、バルクヘッドの近くに位置する加熱コイルバンドル（２０）は、列になってさらに遠くに位置するバンドル（２０）との間の加熱流体移送を支援し得る。さらに、前記加熱流体移送管（３６）、およびそれぞれの加熱コイルバンドル（２０）の一部は、供給ラインのセクションおよび排出ラインのセクションとして便利に利用される。

加熱コイルバンドル（２０）の熱効率に対する大規模循環（５２）の影響は、有限体積方法ソフトウェアであるＯｐｅｎＦＯＡＭ（Ｒ）３．０ツールボックスのｂｕｏｙａｎｔＰｉｍｐｌｅＦｏａｍソルバを使用して実行される過渡シミュレーションによって数値的に検証される。たとえば、Ｆ．ＭｏｕｋａｌｌｅｄらによるＴｈｅ Ｆｉｎｉｔｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ、Ａｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＯｐｅｎＦＯＡＭ（Ｒ） ａｎｄ Ｍａｔｌａｂ（Ｒ）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｃｈａｍ２０１６、１０３〜１３５頁および５６１〜６９０頁を参照されたい。

検証のために、５８５ｍｍ²／ｓの粘度オイルで充填され、約１５００００個のセルで離散化され、図３のように５０Ａサイズの鋼管で構築された７バールの蒸気駆動加熱コイルバンドル（２０）によって加熱された図１の２次元領域（１０）が、３時間加熱される。

次の表は、得られた結果をまとめたものであり、事前ＬＳＣ列は、最初の２７００秒の加熱中の、循環前の流体の流れの段階を指す一方、ＬＳＣ列は、残りの８１００秒の加熱中の、発達した大規模循環の流体の流れの段階を指す。

Ｙ．Ｉ．Ｃｈｏ、Ｇ．Ａ．Ｇｒｅｅｎｅによる書籍であるＡｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、第４３巻、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、サンディエゴ、２０１１年の２９８頁によると、リチャードソン数は、課された流れに対する浮力誘導電流の相対強度の尺度である。平均リチャードソン数が９５．２から７．３に減少したという報告は、前記大規模循環（５２）が、前記バンドル（２０）の自然対流熱伝達に対する前記バンドル（２０）の強制対流熱伝達の影響を、１桁大きくすることを示す。

典型的なシミュレーションされた大規模循環の流線が、図７に提供される。

Claims (7)

1. 複数の加熱コイルバンドル（２０）を備えたタンク（１０）加熱機器であって、
   前記複数の加熱コイルバンドル（２０）は、タンク底部（１２）の上方近くに水平に延び、内壁（１８）と外壁（１４）との間にわずかに非対称に配置され、
   前記複数の加熱コイルバンドル（２０）は、タンク（１０）の長さに沿って、縦方向に離間されて、厳密に１列に排他的に延び、
   前記複数の加熱コイルバンドル（２０）の各加熱コイルバンドルは、複数の直管（３２）と、複数のＵ字管（３４）と、複数の固定手段（４２）と、コンパクトで剛性のある構造を形成する複数のサポート（４０）とを備えていることを特徴とし、前記複数の直管（３２）および前記複数のＵ字管（３４）は、少なくとも３つの平行かつ垂直方向に離間した加熱コイル管レベル（２４）に配置され、前記加熱コイル管レベル（２４）のおのおのは、直管（３２）軸と前記タンク底部（１２）との間の一意の距離の少なくとも１つの前記直管（３２）を備えることを特徴とする、
   ことを特徴とするタンク（１０）加熱機器。
2. 前記複数の加熱コイルバンドル（２０）の各加熱コイルバンドルは、少なくとも１つの加熱体を備え、
   前記複数の直管（３２）および前記複数のＵ字管（３４）は、それらの開放端において直列に漏れ止め接合され、前記加熱体に、１つの流体入口（３１）および１つの流体出口（３９）を提供し、接合シーケンスは、前記直管（３２）および前記Ｕ字管（３４）を接合することにより始まり、その後、Ｕ字管（３４）の開放端側で、それぞれ前記直管（３２）および前記Ｕ字管（３４）を備えた管の対の一連の連続した接合によって進み、最後に、さらに別の前記直管（３２）を接合することにより完了し、
   前記複数の直管（３２）は、前記複数の固定手段（４２）を使用することにより前記複数のサポート（４０）に固定され、
   前記複数の加熱コイルバンドル（２０）の各加熱コイルバンドルは、前記複数のサポート（４０）を使用することによって、前記タンク底部（１２）に接合された、請求項１に記載のタンク（１０）加熱機器。
3. 前記複数の加熱コイルバンドル（２０）の各加熱コイルバンドルは、タンカの縦方向対称面（２）から平行かつ離間した関係で延びており、
   前記内壁（１８）と、直管（３２）の中心線に最も近い各加熱コイルバンドル（２０）との間の各距離は、前記タンク（１０）の幅の０．３倍から０．７倍の範囲である、請求項２に記載のタンク（１０）加熱機器。
4. 直管（３２）外径に対する管パターン（２２）の垂直ピッチの比は、少なくとも１．２５である、請求項３に記載のタンク（１０）加熱機器。
5. 少なくとも１つの前記加熱コイルバンドル（２０）は、少なくとも１つの加熱流体移送管（３６）をさらに備え、
   前記加熱流体移送管（３６）は、１つの流体入口（３１）および１つの流体出口（３９）を備えた単一体であり、
   前記加熱流体移送管（３６）は、前記複数の直管（３２）に対して平行かつ離間した関係で延び、
   前記加熱流体移送管（３６）は、前記複数の固定手段（４２）を使用することにより前記複数のサポート（４０）に固定され、
   前記加熱流体移送管（３６）は、前記タンク（１０）内に延びる加熱流体ラインのいずれかのセクションとして便利に利用されることを特徴とする、請求項４に記載のタンク（１０）加熱機器。
6. 少なくとも１つの前記加熱流体移送管（３６）は、管熱膨張補償デバイス（３８）をさらに備え、前記加熱流体移送管（３６）および前記管熱膨張補償デバイス（３８）は、それらの開放端において直列に漏れ止め接合され、単一体に、１つの流体入口（３１）および１つの流体出口（３９）を提供する、請求項５に記載のタンク（１０）加熱機器。
7. 前記固定手段（４２）は、Ｕ字型のボルトおよびナットのファスナであり、前記サポート（４０）は、前記複数の加熱コイルバンドル（２０）のいずれかの加熱コイルバンドルを安全に保持できる任意の単一部品または任意の構築された複数部品による構造である、請求項４、５、６のうち１項に記載のタンク（１０）加熱機器。

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