JP2722076B2 - 分解ガスを冷却するための熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、請求項（１）の上位概念の特徴を備えた、
とくに、分解ガスを冷却するための熱交換器に関する。

〔従来の技術〕

この種の熱交換器においては、熱を与える高温の分解
ガスと高圧下にある熱を受け取る冷却媒体との間の分離
壁の熱応力の発生を防止すると共に、その壁温度を低く
保つようにするため、それらの分離壁ができるだけ薄く
つくられる必要がある。また、あらゆる運転条件のもと
で、熱交換に関与するすべての熱交換面に冷却媒体が常
に十分に供給されることと同時に、とくに、水平に配置
された熱交換面に対して流れる冷却媒体の流速を十分に
高く保つことが必要である。冷却媒体の中に含まれてい
る粒子が分離壁に堆積して該分離壁が過熱されることを
避けるためには、冷却媒体の流速が高いことが必要であ
る。

ドイツ特許第3,533,219号に開示されている管束式熱
交換器においては、それらの要請に応ずべく、ガス入口
側に配置された管板が薄く設計されていて、複数の支持
フインガーと一枚の支持プレートとによって支持されて
いる。前記熱交換器に供給される多量の冷却媒体は、前
記の薄い管板を冷却するために、該薄い管板と前記支持
プレートとの間に形成された空所に導入されるようにな
っている。しかし、この構成は実用的であることが証明
されているが、前記支持プレートを配設することが必要
であるため、熱交換器の製作に必要な労力と費用が嵩ん
でしまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の主たる目的は、可能な限り厚さを薄くした壁
を備え、製作費をできるだけ低廉ならしめ得るよう構造
を簡素化し、かつ前記の如き要請にもよりよく応ずるこ
とができるようにした当初に挙げた種類の熱交換器を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、請求項（１）の特徴項に
記載されている構成を特徴とする当初に挙げた種類の熱
交換器が本発明によって提供されたのである。本発明の
有利な実施態様については、請求項（２）より（５）ま
でを参照されたい。

〔作用・効果〕

本発明に係る熱交換器においては、二重管の外管は、
冷却媒体の流れを導くという機能のほかに、外筒に関し
て両方の管板をしっかりと固定することによって、内部
構造を支持するという機能をも併有している。したがっ
て、両管板は、冷却媒体側の高い圧力にもかかわらず、
補足的な係止手段、支持要素または保持要素を必要とす
ることなく、非常に薄く作ることができる。なぜなら、
両管板に作用する高い圧縮荷重は、引張荷重と同様、外
管によって受け支えられるからである。外管の壁温度は
外筒の壁温度と同一であるので、外筒と外管と両管板と
の間の熱膨張の差異にもとづく伸びの差による応力の発
生を避けることができる。内管と外管との間の伸びの差
にもとづく応力は管端接続部の形状と寸法ぎめにより吸
収することができるから、伸びの差が管板に伝わること
はなく、あるいは外管と管板間の接続部に伝わることも
ない。

そして、本発明に係る熱交換器にあっては、ガス入口
側に管板と分離板とによって限定された冷却媒体を導く
ための端部チャンバーを設けると共に、この端部チャン
バーを冷却媒体の流速を増大させるための貫流穴を備え
た第２の分離板によって流入チャンバーと流出チャンバ
ーとの２つのチャンバーに分割し、該流入チャンバーの
容積を該流出チャンバーの容積より何倍か大きくし、か
つ外管が流出チャンバー内に位置している部分に流入穴
を備えた構成を含んでいるので、熱交換器へ冷却媒体を
幸いに十分に供給することが可能となると共に、供給さ
れた冷却媒体の流速を十分に高く保つことが可能とな
る。

これを要するに、上記の如く構成された本発明によれ
ば、可能な限り厚さを薄くした管板、分離板等の壁を備
え、製作費をできるだけ低廉ならしめるよう構造を簡素
化し、かつ冒頭に述べた各種の要請にもよりよく応ずる
ことができるようにした熱交換器が得られるものであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の２つの実施例を図解した添付図面を参
照しながら本発明を詳細に説明する。

分解ガスを冷却する熱交換器は円筒状の外筒１より成
り、該外筒１は冷却材の入口継手２と出口継手３を備え
ている。高圧のもと外筒１により取り囲まれた内室に供
給される沸騰水が冷却媒体として使用される。

外筒１は両端に肉厚が薄い管板４と５を備えている。
一方の側では、ガス入口チャンバー６が管板４に接続さ
れており、他方の側ではガス出口チャンバー７が管板５
に接続されている。ガス入口チャンバー６は、外筒１の
内室を通って延在している管を介してガス出口チャンバ
ー７と接続されている。

各管は、環状の間隙を形成した状態で外管９により取
り囲まれたガスを案内する内管８を備えた二重管として
構成されている。内管８は、成形片10を介して外管９に
接続されており、該成形片は管板４に押し込んだ状態で
外管９の側において該管板４に溶接されている。従っ
て、その溶接継目は、第２図に示されているように、内
管８に流入するガス流の外側に位置している。外管９は
いろいろな高さに貫流穴11を備えており、最後の貫流穴
11はガス出口側に位置している管板５のごく近傍に設け
られている。従って、外管９は、冷却媒体を案内する働
きをするばかりでなく、また、両方の薄肉の管板4,5を
しっかりと保持固定する働きをしている。

ガス入口側に位置している管板４を効率よく冷却する
ため、管板４に平行に２枚の分離板、すなわち第１の分
離板12と第２の分離板13とが配置されてあり、該分離板
12と13を通って二重管が貫設されている。両方の分離板
12と13は、入口継手２と連通する流入チャンバー14を外
筒１と協働して限定している。第２の分離板13は、管板
４と協働して流出チャンバー15を形成しており、該流出
チャンバー15の容積は流入チャンバー14の容積よりも何
倍か小さい。その容積比は、たとえば、１対４とするこ
とができる。

第２の分離板13は、各一対の二重管の間に冷却媒体の
流速を増大させるための貫流穴16を備えている。貫流穴
16の断面積は、冷却媒体が流入チャンバー14に流入する
場合の流速よりも大幅に大きい流速が貫流穴16で得られ
るよう設定されている。

外管９又は成形片10は、流出チャンバー15内に位置し
ている部分に流入穴17を備えていて、流入穴17を通って
冷却媒体は二重管の環状の間隙の中に流入する。

冷却媒体は、環状の間隙から貫流穴11を通って外筒１
により取り囲まれた内室の中に流入し、該内室から出口
継手３を通って排流される。冷却媒体は、比較的容積が
大きい流入チャンバー14内では低い流速で流動する。第
２の分離板13に設けられた貫流穴16を通って流出するさ
い、冷却媒体の流速は増大する。この原理により、流入
チャンバー14内の流量が低いため圧力損失は低く、また
第２の分離板13に設けられた貫流穴16内では流量が大き
いため圧力損失は大きくなる。従って、貫流穴16が入口
継手２の近傍にあるかあるいは入口継手２より離れたと
ころにあるにかかわりなく、同じ量の冷却媒体がすべて
の貫流穴16を通って流動する。これにより、すべての二
重管は、同じ量の冷却媒体の供給を受けることになる。

第２の分離版13の上下両側に突出する態様でパイプ・
ブッシュ18が貫流穴16に取り付けられている。パイプ・
ブッシュ18の上に向かって突出した縁部は、冷却媒体と
一緒に運び込まれてくる粒子などの浮遊物が流入チャン
バー14から流出チャンバー15内へ冷却媒体と一緒に流入
するのを阻止し、それら浮遊物を該分離板13上に沈澱さ
せるように作用する。パイプ・ブッシュ18の下部は直接
管板４に向かって冷却媒体を案内し、次いで、冷却媒体
は、該管板４に沿って二重管の流入穴17へ高速度で流れ
る。そして、冷却媒体は、さらに、流入穴17を通って高
速度で二重管の環状の間隙内に流入する。

第３図に示されている熱交換器は２つの端部チャンバ
ー19と20を備えており、該チャンバー19と20のうちの一
方は冷却材を供給するための入口継手２を備えており、
他方は冷却材を排流するための出口継手３を備えてい
る。端部チャンバー19と20は、ガスを案内する内管８と
外管９により形成された二重管を介して結合されてい
て、ガス入口チャンバー６とガス出口チャンバー７に接
続されている。各端部チャンバー19と20は、ガス側に上
記管板４と５を備えており、該パイプ・プレート４と５
は側壁21を介して他の板22と接続されている。外管９は
これらの板４と５と22に溶接されているので、これらの
プレートは外管９を介して互いに接続されることにな
る。外管９は、端部チャンバー19と20内に差し込まれた
部分に流入穴17と流出穴23を備えている。

ガス入口側に位置している端部チャンバー19は、貫流
穴16を備えた分離板13により容積の大きい流入チャンバ
ー14と比較的容量の小さい流出チャンバー15に分けられ
ている。管板４上に立設されているオーバーフロー用の
せき24が分離板13と接続されている。入口継手２をへて
端部チャンバー19に供給された冷却媒体は、オーバーフ
ロー用のせき24をへて流入チャンバー14の中にはいり、
流動速度を高めながら流出チャンバー15に到達し、流入
穴17を通って二重管の環状の空間に流入するとともに、
流出穴23をへて他方の端部チャンバー21に流入し、該端
部チャンバー21から出口継手３をへて排流される。

本発明は前述したように立設された構成態様の分解ガ
ス冷却器について説明されているが、横向きに配置され
た分解ガス冷却器にも本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る熱交換器を長さ方向に切断した
断面図。第２図は、第１図に示されているＺ部の詳細
図。第３図は、本発明の別の実施例に係る熱交換器を長
さ方向に切断した断面図。 １……外筒、２……入口継手、３……出口継手、４、５
……管板、６……ガス入口チャンバー、７……ガス出口
チャンバー、８……内管、９……外管、10……成形片、
11……貫流開口、12、13……分離板、14……流入チャン
バー、15……流出チャンバー、16……貫流穴、17……流
入穴、18……パイプ・ブッシュ、19、20……端部チャン
バー、21……側壁、22……板、23……流出穴、24……オ
ーバーフロー用のせき。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−288496（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−207894（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−42843（ＪＰ，Ｂ２) 英国特許969036（ＧＢ，Ｂ) 西独国特許出願公告1551480（ＤＥ, Ｂ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス入口チャンバー（６）とガス出口チャ
   ンバー（７）とを有し、該ガス入口チャンバー（６）と
   該ガス出口チャンバー（７）とが複数のガスを案内する
   内管（８）により互いに接続されていて、それらの内管
   （８）を貫設せしめた各管板（４、５）によりそれぞれ
   限定されており、少なくともガス入口側の管板（４）
   が、第１の分離板（12、22）と共に冷却媒体を導くため
   の端部チャンバー（19）を限定しており、各内管（８）
   が、該管板（４）に溶接され、かつ各内管（８）にそれ
   ぞれ接続された外管（９）により環状の間隙をおいてそ
   れぞれ取り囲まれている、とくに、分解ガスを冷却する
   ための熱交換器において、前記外管（９）が、さらに、
   第１の分離板（12、22）及び、又は、ガス出口側の管板
   （５）に溶接されていること、両方の管板（４、５）及
   び第１の分離板（12、22）がそれぞれ薄肉に形成されて
   いること、前記端部チャンバー（19）が、ガス入口側の
   管板（４）に平行に配設されていると共に、貫流穴（1
   6）を備えている第２の分離板（13）により、第１の分
   離板（12、22）により限定されていると共に、入口継手
   （２）と連通している流入チャンバー（14）と、ガス入
   口側の管板（４）により限定された流出チャンバー（1
   5）とに分割されていること、該流入チャンバー（14）
   の容積が流出チャンバー（15）の容積より何倍か大きい
   こと、及び、外管（９）が流出チャンバー（15）内に位
   置している部分に流入穴（17）を備えていることを特徴
   とする熱交換器。
2. 【請求項２】ガス出口側の管板（５）が、他の板（22）
   と共に、冷却媒体を排出する端部チャンバー（20）を限
   定していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換
   器。
3. 【請求項３】両方の管板（４、５）が、複数のガスを案
   内する内管（８）を収容し、かつ入口継手（２）と出口
   継手（３）とを備えている、冷却媒体を環流させる内室
   を形成する外筒（１）に接続されていること、及び、外
   管（９）が該内室内に位置している部分に貫流穴（11）
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換
   器。
4. 【請求項４】すべての貫流穴（16）の断面積が、冷却媒
   体の流動速度を増大させるよう流入チャンバー（14）の
   断面積との比較において寸法決めされていることを特徴
   とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 【請求項５】第２の分離板（13）の貫流穴（16）にパイ
   プ・ブッシュ（18）が嵌着されていて、該パイプ・ブッ
   シュ（18）が該分離板（13）の両側に突出していること
   を特徴とする請求項１または４に記載の熱交換器。