JP2023500762A - 断熱を有する移行部品 - Google Patents

Abstract

本発明は、化学又はプラント工学的装置の部品を接合するための移行部品（１ａ、１ｂ）に関し、移行部品（１ａ、１ｂ）は第１の材料からなる第１の材料片（１０）及び第２の材料からなる第２の材料片（２０）を備え、第１の材料及び第２の材料は融接によって互いに接合不能であり、第１の材料片（１０）及び第２の材料片（２０）は中空体を形成し、移行部品（１ａ，１ｂ）は径方向内側に位置する内面（２）及び径方向外側に位置する外面（３）を備え、第１の材料片（１０）は少なくとも１つの中間材料層（３０）を介して第２の材料片（２０）に接合されており、移行部品（１ａ、１ｂ）は少なくとも１つの断熱層（１００、２００）を備え、断熱層（１００、２００）は移行部品（１ａ、１ｂ）の内面（２）及び／又は外面（３）の少なくとも一部に広がっている。本発明はさらに、コア・イン・シェル式熱交換器（１０００）及び移行部品（１ａ、１ｂ）を備えるコールドボックス（２０００）にも関する。【選択図】図１

Description

本発明は、移行部品が第１の材料からなる第１の材料片及び第２の材料からなる第２の材料片を備え、第１の材料及び第２の材料が融接によって互いに接合不可能であり、第１の材料片及び第２の材料片が中空体を形成し、移行部品が径方向内側に位置する内面及び径方向外側に位置する外面を備え、第１の材料片は少なくとも１つの中間材料層を介して第２の材料片に接合されている化学的又はプロセス工学的装置の部品を接合するための移行部品に関する。さらに本発明は、移行部品を備えるコア・イン・シェル式熱交換器及び移行部品を具備する配管を備えるコールドボックスに関する。

特に、ガスを液化するための極低温熱交換などの極低温プラントや、例えば液化極低温ガスを提供するためのコールドボックス、或いはコア・イン・シェル式熱交換器又は極低温タンク、もしくはクライオポンプといった多数の用途においては、例えば液密性を提供するために、異なる材料からなる管などのような部品を、特に溶接によって互いに接合することが必要になる。列記されたプラント又は装置は、上記の化学的又はプロセス工学的装置の例又は部品である。

例えばアルミニウム管と鋼鉄管とを接合するために、アルミニウム管が固定される、特に溶接されることが可能であるアルミニウム部と、鋼鉄管が固定される、特に溶接されることが可能である鋼鉄部とを備える移行部品（英語：トランジション継手）が使用される。移行部品のアルミニウム部と移行部品の鋼鉄部とを液密に接合するために、例えばチタン又はチタン合金、銅、ニッケル或いは銅ニッケル合金といった金属からなるさまざまな中間材料層が複数の層で爆発圧着法を用いて、アルミニウム部と移行部品の鋼鉄部との間に配置される。この製造方法は一方で極めてコストがかかる。他方では金属からなる中間材料層は爆発圧着法によって物理的に高い負荷を受けるので、中間材料層は脆性を有する又は破損しやすくなり得る。

他の種類の接合片又は構造も先行技術から公知である。

米国特許第３８９９００７（Ａ）号明細書及び米国特許第３７４７９６１（Ａ）号明細書はそれぞれ、軸方向又は長手方向への移動から保護するためにアンカー又はアンカープレートによって同軸のハウジング管内に保持される耐高温性の中央管を備える管の配置について説明している。アンカーはこのハウジングから外へ出され、例えばコンクリートからなる断熱層の外面に位置する。中央管の方は断熱性の環状層に取り囲まれている。仏国特許出願公開第２９４７０３２（Ａ１）号明細書は、フランジ又は接合構造を介して２本の管を接合することを提案する。２本の管のそれぞれは、内壁及び外囲壁を備え、内壁は管端部において外側に向かって案内される。接合構造も外面と内面とを備えており、２本の管を接合した時に、内側壁部が管端部において接合構造の内面に位置するようになる。

本発明の目的は、より簡単に製造することができ、公知の移行部品と比較して有利な特性を有する移行部品を提供することにある。

本発明の開示
本発明にしたがって、独立請求項の技術的特徴を有する移行部品、コア・イン・シェル式熱交換器及びコールドボックスが提案される。有利な実施形態は従属請求項及び以下の明細書本文の対象である。

特に極低温プラントにおける化学的又はプロセス工学的装置の部品を接合するための本発明に基づく移行部品は、第１の材料からなる第１の材料片及び第２の材料からなる第２の材料片を備え、第１の材料及び第２の材料は融接によって互いに接合不能である。

移行部品又は第１の材料片及び第２の材料片は、径方向内側に位置する内面及び径方向外側に位置する外面を備える中空体の形状、特にトーラス形状、環形状又は円筒形状を有する。移行部品は、化学的又はプロセス工学的装置の管に接合されるのに適していて、移行部品の形状は、好ましくは管の形状に合わせられている。

第１の材料片は、特に金属からなる少なくとも１つの中間材料層を介して第２の材料片に接合される。少なくとも１つの中間材料層は、特に爆発圧着法を用いて、第１の材料片と第２の材料片との間に配置されるか、或いは第１の材料片及び／又は第２の材料片に取り付けられる。

先行技術の移行部品は、高い熱負荷にさらされる。例えば極低温流体が移行部品の中を流れる場合は、移行部品の内面が急速且つ明確に冷却されるので、移行部品の内面の温度が外面の温度に比較して変化する。個々の材料の温度差及び異なる熱膨張係数が原因で、移行部品内では内面と外面との間及び／又は個々の材料の間に歪みが生じ、これらの歪みは割れや破損などを引き起こすおそれがある。

内面と外面との間のこの温度差は、少なくとも１つの中間材料層の内面が外面よりも強く収縮しようとするように、少なくとも１つの中間材料層に影響を及ぼす。したがって少なくとも１つの中間材料層にも歪みが発生する。

例えばこれらの歪みは、爆発圧着法によって負荷を受けた少なくとも１つの中間材料層にさらなる負荷を与える結果になり、これによって中間材料層に割れや破損が形成されるおそれがある。さらにこれらの割れや破損によって、例えば移行部品に漏れが生じ、極低温流体の漏出をまねく結果なりかねない。この欠点は、本発明にしたがって提案された移行部品では発生しない。

本発明の移行部品は、少なくとも１つの断熱層を備えている。この断熱層は移行部品の内面及び／又は外面の少なくとも一部に広がる。

ここで「一部」とは、例えば、少なくとも１つの中間材料層の上にのみ断熱層が配置されることを意味する。さらにこの断熱層は、少なくとも１つの中間材料層の上と第１の材料片の少なくとも一部の上、及び／又は第２の材料片の少なくとも一部の上に配置されていてもよい。

少なくとも１つの断熱層が移行部品の内面に配置された場合、この層は移行部品の少なくとも一部を極低温流体に対して断熱する。このことから、移行部品の内面と外面との間の温度差は小さくなる。これにより、移行部品に生じる歪みはさらに減少する。少なくとも１つの断熱層が移行部品の外面に配置された場合、この層は移行部品の少なくとも一部を周囲温度、例えば外気温度に対して断熱するので、移行部品の内面と外面との間の温度差は小さくなる。

したがって、一般的に少なくとも１つの断熱層は移行部品の寿命を向上させる。

例えばそれぞれ１つの断熱層を移行部品の内面及び外面に配置した場合は、温度差がさらに低下するため、移行部品の寿命を延長させることができる。

好ましくは少なくとも１つの断熱層は、この層が第１の材料片、少なくとも１つの中間材料層及び第２の材料片を被覆するように配置される。このような配置によって、第１の材料片、少なくとも１つの中間材料層及び第２の材料片は略同一の温度を有する。このようにして、第１の材料片と少なくとも１つの中間材料層との間の明確な温度差などによって２つの部品間に歪みが発生するのを防止して、例えば第１の材料片及び／又は少なくとも１つの中間材料層に損傷や破壊が生じないようにすることができる。

好ましくは移行部品の外面に配置された断熱層は、クラッドである。クラッドは中空体として形成され、トーラス形状、環形状又は円筒形状である。クラッドの形の断熱層は移行部品上に取り付けられ、これを包み込むか、或いは包摂する。クラッドは移行部品の使用場所及び各回の使用に応じて適合され、相応に選択されてよい。

第１の材料片が第１の材料からなる第１の配管と接合され、第２の材料片が第２の材料からなる第２の配管と接合された場合、クラッドは、好ましくは第１の配管の一部及び／又は第２の配管の一部を被覆する。ここで言う「配管」とは、特に熱交換器への配管又は熱交換器からの配管の一部を意味していてよい。

例えば、第１の材料片は第１の配管と接合され、特に溶接されている。クラッドが、例えば先行技術による移行片の場合のように移行部品しか被覆していないとすれば、例えば第１の材料片と第１の配管との温度差によって第１の材料片と第１の配管との間に歪みが生じ得る結果になるであろう。これにより溶接継目が損傷を受け、極低温流体の流出をまねくという結果になりかねない。

例えばクラッドが、第１の材料片と第１の配管の接合領域全体に広がっている場合、先行技術と比較して、第１の材料片と第１の配管との間の歪みは軽減され、接合が保護される。

好ましくは、クラッドは、金属及び／又はプラスチック及び／又はセラミック及び／又はコンクリートを含む。クラッドはさまざまな実施形態で実施されていてよい。１つの実施形態では、クラッドが管の形、特に熱保護管の形で提供されてよい。この管は、移行部品及び／又はこれに接合された配管を取り囲んでおり、材料結合（例えば溶接を用いて）又は形状結合（例えばネジを用いて）によって移行部品及び／又はこれに接合された配管に固定されていてよい。

代替的な実施形態において、クラッドはプラスチックマットの形で形成されていてよく、プラスチックマットは移行部品及び／又はこれに接合された配管の周囲に配置される。固定剤として、ここでは例えばスリーブを用いる。

別の実施形態において、クラッドはプラスチックからなる空洞部を備える構造体の形に形成されていてよく、この構造体は、例えば六角形、矩形又は円形の空洞部を有し、空洞部にはガスが充填されているか、空洞部は真空になっている。

さらに、発泡断熱材及び／又は発泡スチロールもクラッドとして使用することができる。

好ましくは、移行部品の内面に配置された断熱層は耐熱壁である。耐熱壁は中空体として形成され、トーラス形状、環形状又は円筒形状である。さらに耐熱壁は、ネジなどを用いた形状結合、及び／又は接着などによる材料結合によって移行部品に接合されているので、移行部品内を流れる極低温流体が耐熱壁を動かしたり、外したりすることはできない。さらに耐熱壁は、極低温流体が耐熱壁と移行部品との間に達しないように移行部品に接合されている。これによって、例えば耐熱壁と移行部品との接合を緩めたり、外したりすることができると考えられる。さらに、極低温流体が移行部品と耐熱壁との間にあると、移行部品の断熱を妨害するおそれがある。

好ましくは、耐熱壁は、酸化アルミニウムセラミック、コンクリート、空洞部を備えるプラスチック製構造体、発泡断熱材及び／又は発泡スチロール、又はこれらの混合物を有している。コンクリート又は発泡断熱材は、例えば耐熱壁の形にしたり、注入したりすることが可能である。酸化アルミニウムセラミックは、例えば耐熱壁の形を有するように製造することが可能である。用途に応じて、耐熱壁の材料は当業者が好ましいものを優先できることは自明である。

さらに本発明の移行部品において、第１の材料は鋼鉄又はステンレス鋼であり、第２の材料はアルミニウム又はアルミニウム合金である。特にガスを液化するための極低温プラント、例えば極低温熱交換器、或いは極低温タンクや極低温ポンプでは、鋼鉄管及びアルミニウム管が多く使用される。アルミニウム及び鋼鉄（又はこれらの合金）は溶接できない。したがって、移行部品は、鋼鉄管とアルミニウム管との移行部を創出するのに適し、接合が液密に形成される。

好ましくは少なくとも１つの中間材料層は、銀層、ニッケル層又はニッケルチタン層である。これらの材料は、爆発圧着法を用いて第１の材料片及び／又は第２の材料片に接合できることから、第１の材料片と第２の材料片とを接合することが可能になる。このようにして創出された接合は液密であるので、例えば極低温流体が流出することはできない。さらに第１の材料片と第２の材料片との接合は解除不能である。個数及び使用される材料を移行部品の用途に応じて選択及び変更できることは自明である。複数の中間材料層を選択する場合、例えば中間材料層として１つ以上の銀層、ニッケル層及び／又はニッケルチタン層を使用することが可能である。

本発明に基づくコア・イン・シェル式熱交換器は、コア・イン・シェル式熱交換器の外部タンクに配置されたプレート式熱交換器を備える。プレート式熱交換器は、プレート式熱交換器に流体を送り込むことができる供給管と、プレート式熱交換器から流体を取り出すことができる排出管とを備えている。さらに、少なくとも１つの本発明に基づく移行部品が、供給管及び／又は排出管の中に配置されている。

コア・イン・シェル式熱交換器（ブロック・イン・シェル式熱交換器、ブロック・イン・ケトル式熱交換器又はプレート＆シェル熱交換器とも呼ばれ、これらの用語は同義である）では、少なくとも１つのプレート式熱交換器、いわゆる「コア」が、「シェル」とも呼ばれる外部タンクの中に配置されている。

コア・イン・シェル式熱交換器は、例えば気相の流体から液相の流体への間接的な伝熱を実現するのに用いられる。このとき、気相の流体は、例えば外部から第１の供給管を介してプレート式熱交換器に送り込まれ、液相の流体は、液相の流体がプレート式熱交換器を取り囲むように外部タンク内に準備される。プレート式熱交換器のプレート部分では、間接的な熱接触が発生し、気相の流体が冷却されて液化され、液相の流体は少なくとも部分的に気相の凝集状態に移行する。しかし、コア・イン・シェル式熱交換器は他の種類の伝熱にも適している。

コア・イン・シェル式熱交換器の使用は、チューブバンドル式熱交換器と比較して、ＱＴ線図の互いに接近性に優れた曲線、小型で軽量、少ない製造費及び運用費などの点が有利である。コア・イン・シェル式熱交換器は、例えばＫ．Ｔｈｕｌｕｋｋａｎａｍ，Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第２版、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ ２０１３、１２７頁で説明され、図４．２５に図示されている。コア・イン・シェル式熱交換器は、例えば欧州特許出願公開第３２３７８２５（Ａ１）号明細書、国際公開パンフレット第２０１６／１０２０４６（Ａ１）号、国際公開パンフレット第２０１６／１０２０４５（Ａ１）号、国際公開パンフレット第２０１６／０００８１２（Ａ１）号、欧州特許出願公開第３１４３３５２（Ａ１）号明細書、欧州特許出願公開第３０７７７５０（Ａ１）号明細書、独国特許出願公開第１０２０１２０１１３２８（Ａ１）号明細書及び独国特許出願公開第１０２０１１０１３３４０（Ａ１）号明細書に開示されている。

プレート式熱交換器は、少なくとも部分的に、通常では管路の大部分に使用される第１の材料に溶接できない上記の第２の材料から形成されている。したがって、供給管及び／又は排出管は、好ましくは第１の材料からなる第１の配管及び第２の材料からなる第２の配管を備え、第１の材料と第２の材料は融接によって互いに接合不能であり、第２の配管は、一方ではプレート式熱交換器に接合され、他方では本発明に基づく移行部品に接合されており、移行部品は第１の配管と第２の配管とを接合するのに用いられる。

第２の配管とプレート式熱交換器は同一の材料から形成されているため、これらは例えば溶接によって互いに接合することができる。この接合は液密であり、プレート式熱交換器に送られる流体がプレート式熱交換器に到達するようにし、また事前にコア・イン・シェル式熱交換器の外部タンクに流れ込まないようにする。さらに移行部品も、第１の配管と第２の配管との接合が液密になるようにする。

ここでも、第１の材料は鋼鉄又はステンレス鋼であり、第２の材料はアルミニウム又はアルミニウム合金である。したがって、プレート式熱交換器は特にアルミニウムから形成される。このことは、アルミニウムの高い伝熱性によって２つの流体間で熱が良好に伝わるため、有利である。さらに、プレート式熱交換器は、例えばロウ付けによって容易に製造し得る。

本発明に基づくコールドボックスは、少なくとも１つの本発明に基づく移行部品を含む配管を備える。

コールドボックスは、低温、特に極低温の温度で動作するプロセス工学的装置が設置されている熱遮断性の筐体である。プロセス工学的プラントは、１つ以上の対応するコールドボックスを含み、特に、対応するコールドボックスからモジュラーを作成することができる。コールドボックスが装備されたプロセス工学的プラントは、例えば空気分解のためのプラント又は合成ガスをその成分である水素、窒素及び二酸化炭素に分解するためのプラントである。このようなプロセスでは、温度が－１８０℃以下になる。本発明は、コールドボックスのあらゆる使用分野に適しており、これらの例に限定されるものではない。コールドボックスでは、複数のプラント構成要素、例えばカラムなどの分離装置及び関連する熱交換器なども、外側から金属板で外装された支持用鉄骨に配管と一緒に固定することができる。このようにして形成された筐体の内部は、例えばパーライトのような絶縁材が充填され、周囲からの入熱を防止する。工場で対応する装置と共にコールドボックスを部分的又は完全にプレハブ化することも可能であるため、必要に応じてこれらを建設現場で最終的に組み立てたり、互いに接合したりするだけでよい。接合には、熱遮断性であり、且つ必要に応じてコールドボックスに格納された配管モジュールを使用できる。代表的なコールドボックスでは、多くの場合、プラント構成要素が壁との間に最小間隔を取って敷設され、十分な断熱が確保される。

本発明に基づくコールドボックスにおける配管は、好ましくはフランジ接合なしで、即ち全体が溶接されるか、又は少なくとも１つの本発明に基づく移行部品を介して実施され、漏れの発生を回避する。発生する温度差により、配管には膨張湾曲が生じるおそれがある。メンテナンスを必要とする部品は、通常、コールドボックス内に配置されないので、コールドボックスの内部は、有利にはメンテナンス不要である。弁は、例えばいわゆるアングル弁として実施されていてよく、外部からの修理を可能にする。この場合、弁はコールドボックスの壁内にあり、管路は弁に向かい、再度引き戻される。管路及び装置は、通常、アルミニウムで実施され、作動圧が極めて高い場合は貴金属も使用される。本発明に基づく移行部品は、これらの材料の接合を可能にする。コールドボックスの塗装はほとんどが白色だが、他の明るい色でも実施される。低温のプラント構成要素と接触して凍結した外気の水分が浸入することは、例えば窒素でコールドボックスを連続してパージすることで防止できる。

本発明のその他の利点及び実施形態は、明細書本文及び添付の図面から明らかになる。

以上に記載し、以下においても説明される技術的特徴が、それぞれ記載された組み合わせにとどまらず、本発明の枠組から逸脱することなく、他の組み合わせ又は単独でも使用可能であることは自明である。

本発明は図面に記載の実施例を用いて模式的に示され、以下において図面を引用して説明される。

クラッドを備える本発明に基づく移行部品の好ましい実施形態の縦断面図である。 耐熱壁を備える本発明に基づく移行部品の好ましい実施形態の縦断面図である。 コア・イン・シェル式熱交換器の好ましい実施形態の図である。 コールドボックスの好ましい実施形態の図である。

図面において同一の符号は同一又は構造上同一の要素を表し、毎回別途説明されない。

図１では、クラッドを備える本発明に基づく移行部品の好ましい実施形態が縦断面図で示され、１ａの符号で表されている。

移行部品１ａは第１の材料片１０、第２の材料片２０及び中間材料層３０を備える。移行部品１ａ又は第１の材料片１０、中間材料層３０及び第２の材料片２０は、径方向内側に位置する内面２及び径方向外側に位置する外面３を備える中空の円筒形状を有する。第１の材料片１０は鋼鉄からなり、中間材料層３０はニッケルからなり、第２の材料片２０はアルミニウムからなり、第１の材料片１０を融接によって第２の材料片２０に接合することは不可能である。第１の材料片１０は鋼管４に、第２の材料片２０はアルミニウム管５に、特に溶接によって接合されている。

第１の材料片１０及び第２の材料片２０は、それぞれ薄肉部４１、４２及び厚肉部５１、５２を備え、厚肉部５１、５２は薄肉部４１、４２の約２～５倍である厚さを有する。

第１の材料片１０の厚肉部５１と第２の材料片２０の厚肉部５２との間に中間材料層３０が配置されている。中間材料層３０は爆発圧着法を用いて第２の材料片２０に接合される。次いで、中間材料層３０は第１の材料片１０に接合される。ここで、この接合は爆発圧着法を用いて形成される。この場合、厚肉部５１、５２は、特に、中間材料層３０が取付け可能な十分な表面を提供することに用いられる。したがって、ここでの中間材料層３０の役割は、第１の材料片１０と第２の材料片２０とを接合することである。このようにして創出された接合は液密であるので、例えば極低温流体が流出することはできない。さらに第１の材料片１０と第２の材料片２０との接合は解除不能である。

しかし、中間材料層３０は爆発圧着法によって物理的に高い負荷を受けるので、中間材料層３０は脆くなったり、破損しやすくなったりするおそれがある。

特に、移行部品１ａを通って極低温流体が流れる極低温プラントでは、極低温流体が、負荷を受けた移行部品１ａを内面２から外面３に向かって冷却する。したがって、中間材料層３０もまた冷却され、冷却によって収縮する。これらの追加の力により、脆くなっている中間材料層３０に損傷や破壊が生じ、移行部品１ａに漏れが生じるおそれがある。移行部品１ａの内面２と外面３との間の温度差が大きければ大きいほど、中間材料層に作用する力が大きくなる。

移行部品１ａの内面２と外面３との間の温度差を低下させるために、移行部品１ａはさらにクラッド１００、特に熱保護管の形の断熱を備える。クラッド１００は中空体として形成され、トーラス形状、環形状又は円筒形状である。クラッド１００は移行部品１ａを包摂するように径方向外側に位置する外面３に配置されている。このような配置によって、第１の材料片１０、中間材料層３０及び第２の材料片２０は略同一の温度を有する。中間材料層３０の内面２と外面３との間の温度差が小さくなることで、中間材料層３０において発生する歪みが小さくなる。

さらに、例えば第１の材料片１０と中間材料層３０との間に発生して、第１の材料片１０及び／又は中間材料層３０に損傷や破壊を引き起こすおそれのある歪みは小さくなる。したがって、クラッド１００は移行部品１ａの寿命を向上させる。

さらに、クラッド１００は、少なくとも部分的に鋼管４及びアルミニウム管５上にかかっている。このことが有利であるのは、第１の材料片１０と鋼管４との間に温度差が生じると、第１の材料片１０と鋼管４との間に歪みが発生する可能性があるからである。この歪みにより、例えば、第１の材料片１０と鋼管４との間の溶接継目が損傷するおそれもある。

図２は、耐熱壁を備える本発明に基づく移行部品１ｂの別の好ましい実施形態の縦断面図である。

移行部品１ｂは、移行部品１ｂが耐熱壁２００の形の断熱を有するという点で、図１の移行部品１ａとは相違する。耐熱壁２００は中空体として形成され、トーラス形状、環形状又は円筒形状であり、例えば酸化アルミニウムセラミックである。

耐熱壁２００は移行部品１ｂを包摂するように径方向外側に位置する内面３に配置されている。このような配置によって、第１の材料片１０、中間材料層３０及び第２の材料片２０は略同一の温度を有する。中間材料層３０の内面２と外面３との間の温度差が小さくなることで、中間材料層３０において発生する歪みが小さくなる。

さらに、例えば第１の材料片１０と中間材料層３０との間に発生して、第１の材料片１０及び／又は中間材料層３０に損傷や破壊を引き起こすおそれのある歪みは小さくなる。したがって、耐熱壁２００は移行部品１ｂの寿命を向上させる。

さらに、耐熱壁２００は、少なくとも部分的に鋼管４及びアルミニウム管５上にかかっている。このことが有利であるのは、第１の材料片１０と鋼管４との間に温度差が生じると、第１の材料片１０と鋼管４との間に歪みが発生する可能性があるからである。この歪みにより、例えば、第１の材料片１０と鋼管４との間の溶接継目が損傷するおそれもある。

耐熱壁２００は台形状の断面を有し、耐熱壁２００の内側から外側に延びる縁部２１０は傾斜した状態か、もしくは平坦化された状態に形成されている。これにより、縁部が垂直に延びている場合のように耐熱壁２００が貫流抵抗を顕著に上昇させることなく、極低温流体は移行部品１ｂ内を流れることができる。

ここでは、耐熱壁２００が移行部品と特にネジによって接合されているので、移行部品１ｂ内を流れる極低温流体が耐熱壁２００を動かしたり、外したりすることはできない。さらに、耐熱壁２００は、極低温流体が耐熱壁２００と移行部品１ｂとの間に到達できないように移行部品１ｂに接合されている。これによって、例えば耐熱壁２００と移行部品１ｂとの接合を緩めたり、外したりすることができると考えられる。さらに、極低温流体が移行部品１ｂと耐熱壁２００との間にあると、移行部品１ｂの断熱を妨害するおそれがある。

図３において、本発明のコア・イン・シェル式熱交換器１０００の好ましい実施形態が模式的に示される。コア・イン・シェル式熱交換器１０００は、外部タンク１１００（シェル）及び外部タンク１１００に配置されたプレート式熱交換器１２００を備える。

プレート式熱交換器１２００は複数のプレート１３００を備える。プレート式熱交換器１２００及びプレート１３００は、例えばアルミニウムからロウ付けされている。

プレート１３００は、流体Ａ、例えば天然ガスの熱を流体Ｂ、例えば冷媒（例えばエチレンとプロピレンの混合物）に伝導するように構成されている。このために、気相の状態で存在する流体Ａを、第１の供給管１４００を介して外側からコア・イン・シェル式熱交換器１０００又はプレート式熱交換器１２００内に送ることができ、即ち流体Ａはプレート式熱交換器のプレート１３００内を流れる。流体Ａはここで冷却され、液体としてアルミニウムを含む第１の排出管１５００を介してプレート式熱交換器１２００及びコア・イン・シェル式熱交換器１０００から排出するか、取り出すことが可能である。

このとき、流体Ａの熱は、プレート１３００において流体Ｂに伝導され、液体及び／又は気体（ここでは二相混合物）として、第２の供給管１６００を介してコア・イン・シェル式熱交換器１０００の外部タンク１１００に送られる。流体Ｂはプレート式熱交換器１２００のプレート１３００の間を流れ、流体Ｂの液状の成分は気相の状態に移行する。流体Ｂの気相の成分は高温まで加熱される。その後、気相の流体Ｂは、コア・イン・シェル式熱交換器１０００から第２の排出管１７００を介して取り出すことができる。第２の供給管１６００及び第２の排出管１７００は、例えば鋼鉄を含む。

ここでは、第１の供給管１４００が鋼管４及びアルミニウム管５を備えており、アルミニウム管５の全体及び鋼管４の一部が外部タンク１１００の内部に配置されている。アルミニウム管５はプレート式熱交換器１２００に溶接されている。鋼管４は、例えば、流体Ａが存在するタンクの鋼管に、特に溶接によって接合するために用いられる。

さらに、鋼管４とアルミニウム管５との間には（図１の）移行部品１ａが配置されている。移行部品１ａは、鋼管４とアルミニウム管５とを液密に接合するために用いられる。このために、移行部品１ａは、鋼鉄を含む第１の材料片１０と、アルミニウムを含む第２の材料片２０と、第１の材料片１０と第２の材料片２０との間に爆発圧着法を用いて配置されているニッケルを含む中間材料層３０とを備える。第１の材料片１０は鋼管４に、第２の材料片２０はアルミニウム管５に溶接される。

気相の流体Ａがプレート式熱交換器１２００に送られる第１の供給管１４００の内部では、温度が第１の供給管１４００の外部より高くなる。この温度差及び個々の材料の異なる熱膨張係数が原因で、移行部品１ａ及び／又は第１の供給管１４００において、外面と内面との間及び／又は個々の材料の間、例えば溶接継目に歪みが発生することがある。このことは、例えば第１の供給管１４００又は個々の材料に割れや破損を発生させるおそれがある。

移行部品１ａのクラッド１００は、本実施形態において、外部タンク１１００の内部に配置された第１の供給管１４００の部分にわたって延びており、これによって歪みの発生が抑えられるようになっている。さらに、このことは、例えば溶接継目の割れや破損によって気相の流体Ａが漏れ出す可能性も防止する。

ここでの第１の供給管１４００における移行部品１ａの使用は、１例にすぎないことは自明である。さらに、追加の移行部品をコア・イン・シェル式熱交換器１０００の中又はその上に敷設することが可能である。例えば鋼鉄を含む第２の供給管１７００が、コア・イン・シェル式熱交換器１０００の外部で鋼鉄を含まない管に接合する必要があり、したがって第２の供給管１７００との直接溶接ができない場合には、対応する移行部品を使用することができるであろう。

さらに、第１の排出管１５００が鋼鉄を含む必要があるケースでは、第１の排出管１５００とプレート式熱交換器１２００との直接接合が実現できないこともあるだろう。ここでは、さらなる移行部品の使用が考えられる。

コア・イン・シェル式熱交換器１０００も、移行部品の用途の１例にすぎない。さらに、移行部品をコールドボックス設備又は略してコールドボックス内で使用することも有効である。コールドボックス設備は、空気分解のために又は合成ガスを分解するために使用され、このために空気又は合成ガスが流れるプロセス工学的装置として複数の熱交換器及び／又はコールドチャンバを備えている。移行部品は、例えば、空気又は合成ガスの特定の成分を、分離後にコールドボックス設備から取り出すために使用する配管に取り付けることができる。個々の成分は例えば鋼鉄タンク又はステンレス鋼タンクに充填されて貯蔵されるが、熱交換器は例えばアルミニウムを含むので、ここでは移行部品の使用が好ましい。というのも、移行部品を使用することにより、熱交換器のアルミニウム配管とステンレス鋼タンクの配管の接合を容易にできるからである。

図４は、例として従来から知られている種類の空気分解設備２１００を示しており、その構成要素は少なくとも部分的にコールドボックス２０００内に配置されている。

図示した種類の空気分解設備は、例えばＨ．－Ｗ．Ｈａｅｒｉｎｇ（Ｅｄ．）、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｇａｓｅｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｗｉｌｅｙ－ＶＣＨ、２００６、特にセクション２．２．５”Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”など、他の文献で何度も説明されている。したがって構成及び機能についての詳細な説明については、対応する専門文献を参照されたい。本発明に使用する空気分解設備は、さまざまな形で形成されていてよい。

図４に例として示された空気分解設備２１００は、コールドボックス２０００の左に模式的にのみ示され、詳細には図示されていない高温部２２００と呼ばれる場所に、主エアコンプレッサ、予備冷却装置、洗浄システム及びブースタコンプレッサアセンブリを備えることが可能である。コールドボックス２０００の内部には、プラント工学的装置として主熱交換器２１１０及び蒸留塔システム２１２０が配置されている。蒸留塔システム２１２０は、図示例においては、主凝縮器２１２６を介して互いに熱交換可能に接合された高圧塔２１２２及び低圧塔２１２４からなる従来の二重塔配置から構成されている。

コールドボックス２０００には、矢印方向に且つ移行部品１ａを用いてコールドボックス２０００に結合された配管２００２、２００４を介して加圧された作動空気流が送り込まれる。作動空気流の１つは、主熱交換器２１１０における部分冷却後に、移行部品１ａによってコールドボックス２０００に結合された配管２００６を介して取り出され、例えばコールドボックス２０００の外部において減圧され、移行部品１ａによってコールドボックス２０００に結合された配管２００８を介して再度コールドボックス２０００に送り込むことができる。

移行部品１ａは、コールドボックス２０００の外側配管とコールドボックス２０００内部のアルミニウム配管とを接合する。

高圧塔２１２２には、酸素富化した液状の下層分画及び窒素富化した気相の上層分画が形成される。酸素富化した液状の下層分画は高圧塔２１２２から抜き取られ、低圧塔２１２４に移送される。高圧塔２１２２の上層から気相の窒素富化された上層生成物が抜き取られ、主凝縮器２１２６において液化され、還流として画分ごとに高圧塔２１２２に供給され、低圧塔２１２４に送られて減圧され、液状生成物ＬＩＮとして空気分解設備２１００から送り出される。

低圧塔２１２４には酸素富化した液状の下層分画及び窒素富化した気相の上層分画が形成される。前者は部分的にモータＭに連結されたポンプにおいて液状で圧縮され、主熱交換器２１１０において加熱され、気相の圧縮生成物ＧＯＸとして提供される。ポンプにおいて液状で圧縮されなかった画分は、液体酸素生成物ＬＯＸとして空気分解設備２１００から送り出すことができる。低圧塔２１２４の上層から抜き取られた気相の酸素富化した流れは、主熱交換器２１１０を通って送られ、窒素生成物ＧＡＮとして提供される。

図１及び２による好ましい実施形態は、組み合せが可能であることも自明である。例えば、移行部品はクラッド１００及び耐熱壁２００を備えることが可能である。これにより、移行部品の内面２と外面３との間の温度差がさらに小さくなり、移行部品の寿命を延長することができる。図３又は図４のプラントでは、移行部品１ｂ又は２つの移行部品又は先に図示したものとは異なる移行部品を使用することもできるであろう。

Claims (11)

1. 化学又はプロセス工学的装置の部品を接合するための移行部品（１ａ、１ｂ）であり、前記移行部品（１ａ、１ｂ）は第１の材料からなる第１の材料片（１０）及び第２の材料からなる第２の材料片（２０）を備え、前記第１の材料と前記第２の材料は融接によって互いに接合不能であり、前記第１の材料片（１０）及び前記第２の材料片（２０）は中空体を形成し、前記移行部品（１ａ，１ｂ）は径方向内側に位置する内面（２）及び径方向外側に位置する外面（３）を備え、前記第１の材料片（１０）は少なくとも１つの中間材料層（３０）を介して前記第２の材料片（２０）に接合されている移行部品であって、前記移行部品（１ａ，１ｂ）は少なくとも１つの断熱層（１００、２００）を備え、該断熱層（１００、２００）は前記移行部品（１ａ、１ｂ）の前記内面（２）及び／又は前記外面（３）の少なくとも一部に広がり、前記第１の材料は鋼鉄又はステンレス鋼であり、前記第２の材料はアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする移行部品（１ａ、１ｂ）。
2. 前記少なくとも１つの断熱層（１００、２００）は、前記断熱層が第１の材料片（１０）、前記少なくとも１つの中間材料層（３０）及び前記第２の材料片（２０）を被覆するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の移行部品（１ａ、１ｂ）。
3. 前記移行部品（１ａ、１ｂ）の前記外面（３）に配置された前記断熱層（１００、２００）は、クラッド（１００）であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の移行部品（１ａ、１ｂ）。
4. 前記第１の材料片（１０）が前記第１の材料からなる第１の配管（４）と接合され、前記第２の材料片（２０）が前記第２の材料からなる第２の配管（５）と接合されている移行部品において、前記クラッド（１００）は、さらに前記第１の配管（４）の一部及び／又は前記第２の配管（５）の一部を被覆することを特徴とする、請求項３に記載の移行部品（１ａ，１ｂ）。
5. 前記クラッド（１００）は、金属及び／又はプラスチック及び／又はセラミック及び／又はコンクリートを含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載の移行部品（１ａ、１ｂ）。
6. 前記移行部品（１ａ、１ｂ）の前記内面（２）に配置された前記断熱層（１００、２００）は、耐熱壁（２００）であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の移行部品（１ａ，１ｂ）。
7. 前記耐熱壁（２００）は、酸化アルミニウムセラミック、コンクリート、プラスチック製ハニカム構造体、発泡断熱材及び／又は発泡スチロール、又はこれらの混合物を有していることを特徴とする、請求項６に記載の移行部品（１ａ、１ｂ）。
8. 前記少なくとも１つの中間材料層（３０）は金属層であり、特に銀層、ニッケル層又はニッケルチタン層であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の移行部品（１ａ、１ｂ）。
9. 外部タンク（１１００）に配置されたプレート式熱交換器（１２００）、前記プレート式熱交換器（１２００）に流体を送り込むことができる供給管（１４００）と、前記プレート式熱交換器（１２００）から前記流体を取り出すことができる排出管（１５００）を備えるコア・イン・シェル式熱交換器（１０００）であって、請求項１～８のいずれか一項に記載の少なくとも１つの移行部品（１ａ、１ｂ）は、前記供給管（１４００）及び／又は前記排出管（１５００）に配置されていることを特徴とするコア・イン・シェル式熱交換器（１０００）。
10. 前記プレート式熱交換器（１２００）は前記第２の材料から形成されており、前記供給管（１４００）及び／又は前記排出管（１５００）は前記第１の材料からなる第１の配管（４）及び前記第２の材料からなる第２の配管（５）を備え、前記第２の配管（５）は前記プレート式熱交換器（１２００）に接合されているコア・イン・シェル熱交換器であって、前記第１の配管（４）は、前記少なくとも１つの移行部品（１ａ、１ｂ）を介して前記第２の配管（５）に接合されていることを特徴とする、請求項９に記載のコア・イン・シェル式熱交換器（１０００）。
11. 少なくとも１つのプロセス工学的装置（２１１０、２１２０）を備えるコールドボックス（２０００）であって、前記少なくとも１つのプロセス工学的装置（２１１０、２１２０）の内部にある前記配管、及び／又は複数のプロセス工学的装置の場合には少なくとも２つのプロセス工学的装置（２１１０、２１２０）の間にある前記配管、及び／又は前記コールドボックス（２０００）への供給管（２００２、２００４）及び／又は前記コールドボックスからの排出管（２００６、２００８）は、請求項１～９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの移行部品（１ａ、１ｂ）を有していることを特徴とするコールドボックス（２０００）。
    

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