JP6161686B2 - 積み重ね可能な構造の化学反応炉のための拡大する中心 - Google Patents

Description

本発明は、向上された効率及び生産性を有する改良された積み重ね可能な構造の化学反応炉に関し、より具体的には、向上された熱伝達及び化学反応炉効率のために拡大する中心の配置を有する改良された積み重ね可能な構造の化学反応炉に関する。

合成ガス又は水素を生み出すために使用されるものなどの、触媒反応を実行するための化学反応炉の構成要素は、反応を後押しするために、概して、例えば、加熱炉などの熱源に晒される化学反応炉の管と接触する。対照的に、発熱反応などの他の種類の反応は、冷却ジャケットなどの冷却源を必要とする可能性がある。化学反応炉の管は、ファン、フィン、コイル、フォーム、又はモノリスの形のフォイルで支持された若しくは構造化された触媒などの、構成要素の様々な配置が搭載され得る。いくつかの例において、化学反応炉の構成要素は、例えばファンなどのフォイルから形成されるものなどのように、拡大されることができる。

化学反応炉を通る熱伝達及び流体の流れを改良するために、フォイルで支持された触媒の適合性が向上され得る。化学反応炉の管の中で、拡大可能な触媒で被覆された化学反応炉の構成要素は、熱源又は冷却源に晒される化学反応炉の壁と接触するか又はその壁に対して制御された近接位置にあるなどのように、熱伝達を増加させるように位置決めされ得る。それ故、増加される熱伝達及び化学反応炉の効率を促進するために、化学反応炉を装備品に適合させることが望ましい。化学反応炉の性能を改良するための拡大する中心の構成要素及び配置の様々な実施形態が、本明細書の中において議論される。

本明細書の中において説明されるのは、熱伝達及び化学反応炉の効率を向上させるための、改質装置などの化学反応炉の中における使用のための拡大可能な中心の配置である。拡大可能な中心の配置は、化学反応炉又はその一部分の長さにわたる中心の支持、中心の支持の長さの上に及びその長さに沿って位置決めされる１以上のコーン、並びに中心の支持の長さの上及びそれに沿ってまた位置決めされる１以上の拡大重りを含み得る。１以上の拡大重りのうちの少なくとも１つは、半径方向において拡大のための力を促進及び提供するために、コーンの上の中心の支持の上に配置され得る。１以上のコーン及び１以上の拡大重りは、コーンの拡大の間に中心の支持の上をスライドすることができる。

改質装置などの化学反応炉は、拡大可能な中心の配置を含むことができる。化学反応炉は、化学反応炉の構成要素を収納するための外側の管、及び拡大可能な中心の配置を収納するための内側の管を含むことができる。化学反応炉の構成要素は、同心に配置される外側の管及び内側の管の間の環状空間又はその一部分を占める、拡大可能な触媒支持であり得る。内側の管は、半径方向において拡大可能である。内側の管の範囲内において位置決めされる拡大可能な中心の配置は、１以上のコーンを含むことができ、ここで、１以上のコーンは半径方向において拡大可能である。コーンの最も外側の直径の表面は、内側の管と接触し得る。拡大可能な中心の配置はまた、１以上の拡大重りを含み得る。好ましくは、拡大重りは、内側の管と接触しない。１以上の拡大重りのうちの少なくとも１つは、例えば、交互に積み重なるパターンにおいて、１以上のコーンと接触し得る。１以上の拡大重りは、半径方向において、１以上のコーンの拡大のための力を促進及び提供する。拡大重りの上を押す付加的な外部の力が、例えば、化学反応炉の構成要素の設置の間に、さらにコーンを拡大するために使用され得る。１以上のコーン及び１以上の拡大重りは、コーンの拡大の間に中心の支持の上をスライドすることができる。

以下の図面は、本発明の１以上の実施形態の様々な態様を図解しているが、それらは本発明を示される実施形態に限定することを企図するものではない。

図１Ａは、積み重ねられたコーン及び拡大重りの拡大する中心の配置の斜視図を示している。 図１Ｂは、拡大する中心の配置における使用に対して適切な、半径方向に拡大可能な波形のコーンの斜視図を示している。 図２は、拡大する中心の配置が衰弱した位置にある、下側に面するコーン及び拡大重りを含む、拡大する中心の配置を有する化学反応炉の管の断面図を示している。 図３は、化学反応炉の構成要素が化学反応炉の管と接触するように、拡大する中心の配置が拡大された位置にある、図２の化学反応炉の管の断面図を示している。 図４は、上側に面するコーン及び拡大重りを含む、拡大する中心の配置を有する化学反応炉の管の断面図を示している。 図５は、上側に面するコーン及び拡大重りを含む、拡大する中心の配置を有する化学反応炉の管の断面図を示している。 図６は、一連の対向するコーンのペア及び拡大重りを含む、拡大する中心の配置を有する化学反応炉の管の断面図を示している。

本明細書の中において使用されるように、５から２５などの範囲が与えられる場合、これは５以上、かつそれとは分離し独立して２５以下であることを意味する。本明細書の中において議論されるような、コーン、拡大重り、触媒支持、中心の支持、並びに内側及び外側の管などの全ての化学反応炉の構成要素又はその部品の構築のための材料は、例えば、金属、非鉄金属、金属箔、スチール、ステンレススチール、合金、フォイル、プラスチック若しくはガラス、セラミック、又はそれらの組み合わせなどの非金属などの、本技術分野において知られている任意の適切な材料を含むことができる。

本明細書の中において説明される化学反応炉は、時々、積み重ね可能な構造の化学反応炉（「ＳＳＲ」）として言及され、化学反応炉を通る流体の流れの方向から見られた場合に一般的な管状の断面積のモノリスを形成するために、中心ロッド若しくはマンドレル、パイプ、ポスト、又はそれらと同様なものなどの、中心の支持の周りに配置され又は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。モノリス又は積み重ねられる触媒支持は、外側の管及び内側の管などの、２つの同心に配置された管の間の環状空間の全て又は一部分を占めることができる。本明細書の中において説明されるように、化学反応炉及び関連する化学反応炉の構成要素の様々な変形例及び実施形態が、熱伝達及び化学反応炉の効率を促進するために、拡大可能な中心の配置と結び付けて使用されることができる。

図１Ａは、化学反応炉における使用のための拡大可能な中心の配置を示している。拡大可能な中心の配置は、中心の支持３の上に交互に配置される、一連の積み重ねられるコーン２及び拡大重り１を含むことができる。コーン２は、金属、スチール、ステンレススチール、合金、フォイルなどの、任意の適切な材料から作られることができる。図１Ｂの中において示されるように、コーン２は、各々のコーンが半径方向に拡大可能となるように、波形の金属フォイルから作られることができる。代替的に、コーンは、金属の扁平なディスク又は断片から型打ち／形成されて、半径方向の拡大を可能とする波形又は折り畳みを有し、紙のコーヒーフィルターのようである。拡大可能なコーンは、例えば、化学反応炉の作動の間に、衰弱した位置又は拡大された位置において静止することが可能である。本明細書の中において説明されるように、コーン２の衰弱した位置は、拡大重りがコーンの上に力をかけることなしに、静止してかつ標準温度にあるコーンを言及している。例えば、衰弱した位置はまた、コーン２が、コーンが半径方向外側に拡大する原因となる、コーンの上の下向きの重り又はコーンの上に課される力などの任意の力に晒されていないことを示す。コーン２の拡大された位置は、拡大重りなどの重りをコーンの上に置くことによって発生される下向きの力などの力がコーンに適用されている時のコーンの寸法に言及する。以下に説明されるように、拡大重りは、半径方向にコーン２を拡大する下向きの力を課すために、化学反応炉の中心領域に配置されることができる。

コーン２は、小さい穴又は開口部を有する上端部、及びより大きい穴又は開口部を有する下端部の２つの端部を有する。中心の支持３の上に配置されるので、コーン２は、化学反応炉の中心部分の中における動きに適応するために、支持３の長さに沿って支持３の上をスライドすることができる。中心の支持３は、化学反応炉の作動の間に、固定した又は静止した位置にあるが、一方、コーン２は、コーンが拡大及び縮小するように、中心の支持の長さに沿って上に移動したり下に移動したりする。中心の支持３の形状及び直径又は寸法は、コーン２及び拡大重り１の中の穴と位置合わせされるように選択されることができる。例えば、円筒形状のロッド３は、中心にある円形状の穴を有するコーン２及び拡大重り１を支持するために示されるように使用されることができる。円筒形状のロッド３は、コーン及び拡大重りの中の穴の直径と約同じか又はわずかに小さい直径を有することができる。

コーン２の小さい上端部の穴の直径は、少なくとも０．２、０．２５、０．３、０．４、０．５、０．７５、１、１．２５、１．５、１．７５、又は２インチであり、かつ好ましくは０．２５から０．７５インチの範囲内にある。コーン２の大きい下端部の穴の直径は、衰弱した位置において、少なくとも０．５、１、１．５、２、２．５、又は３インチである。コーン２の大きい下端部の穴の直径は、拡大した位置において、少なくとも１、１．５、２、２．５、３、３．５、又は４インチである。衰弱した位置における各々のコーン２は、少なくとも０．５、１、１．５、２、２．５、又は３インチの高さを有する。拡大した位置における各々のコーン２は、少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．２５、１．５、又は２インチの高さを有する。コーンは、上側に面する位置において配置されるか、又は示されるように下側に面する位置において配置される。一連のコーンは、全て直接接触するように又は拡大重りと交互に、上側向きか下側向きか又はそれらの組み合わせにおいて、中心の支持の上に配置される。化学反応炉の高さに応じて、一連のコーンの数は、化学反応炉の構成要素の支持を提供するように選択され、例えば、一連のコーンが２、３、４、５、６、７、８、９、１０又はそれ以上のコーンを含む。

示されるように、コーンは中心の支持の上に配置され、コーンの上端部の開口部は中心の支持と接触している。下端部は、中心の支持から半径方向外側に離れるように置かれる。使用において、コーンの下端部は、内側の管及び／又は化学反応炉の構成要素と接触する。半径方向に拡大可能なので、コーンは、コーンを囲んでいる化学反応炉の構成要素及び／又は内側の管を半径方向外側に押す。コーンは、化学反応炉の作動の間に囲んでいる構成要素に引張を提供し、化学反応炉の効率を増加させるために、外側の化学反応炉の管に向かって構成要素の外側への拡大を促進する。コーン２の拡大を促進するために、拡大重り１が使用される。

図１Ａは、各々のコーン２の上の中心の支持３の上に順番に位置決めされる第１及び第２の拡大重り１を示している。拡大重り１は、重り１がコーン２の上に接触するか又はコーン２の上に押す力を提供するために位置決め可能なように、中心の支持３の上にスライド可能に配置される。設置の間に、重りは中心の支持の上でスライドし、かつ外的な力をコーンに伝達してそれらを拡大させる。上述のコーン２と同様に、中心の支持３は、化学反応炉の作動の間に固定した又は静止した位置にあるが、一方、拡大重り１は、コーンが拡大及び縮小するように、中心の支持の長さに沿って上に移動したり下に移動したりする。コーン２の上に一定の押す力を提供するために、拡大重り１の重さは、コーン２を拡大するために任意の望ましい重さを提供するように変更され、例えば、０．１から５ポンド、かつ好ましくは０．１５ポンドから０．５ポンドの重りが使用される。別の実施形態において、外的な力は、設置目的で拡大を促進するために、コーン２の上に付加的な押す力を提供するように利用される。例えば、重力の重さ又は空気圧シリンダーが、コーンを半径方向外側に拡大するために拡大重りを上から押すように使用される。拡大重りの上の外的な押す力は、５０から５００ポンドの範囲内にあり、かつ好ましくは２００から３００ポンドの範囲内にある。

拡大重り１は、球形若しくは円筒形状の管又はワッシャの積み重ねなどの、任意の適切な形状を有する。一実施形態において、拡大重りは、コーンに接触するための各々の端部において丸められたエッジを有する円筒形状の管である。拡大重り１は、好ましくはその中心に、穴を有し、その穴は、中心の支持３又はそれと同様なものに適応するために、重りの全体の長さにわたる。中心の支持が使用されない場合において、拡大重りは、任意の開口部を有しない固体であり得る。拡大重り１の穴は、少なくとも０．２、０．２５、０．５、０．７５、１、１．２５、１．５、１．７５、又は２インチであり、かつ好ましくは０．２５から０．７５インチの範囲内にある。一実施形態において、拡大重り１の中の穴は、コーン２の小さい上端部の穴と同じである。拡大重り１は、少なくとも０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０インチの高さを有し、かつ少なくとも０．５、０．６、１、１．５、２、２．５、又は３インチの外側の直径を有する。一実施形態において、拡大重りの外側の直径は、衰弱したコーンの下端部の直径と約同じであるか又はわずかに小さい。例えば、拡大重り１の外側の直径は、コーンの下の大きな端部の穴の直径の少なくとも５０、６０、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５パーセントである。
このことは、拡大重り１が、下側の位置に面するコーンの内側の表面の上を押す時に、コーンの上により多くの影響力を有することを可能にする。拡大重り１は、内側の管及びコーン２の大きい下端部の直径よりも小さい外側の直径を有する。例えば、図１Ａの中において示されているように、拡大重り１は、下側に面する位置において配置されているコーン２の内側の表面の上で静止している。中心の支持３の上で位置合わせされているので、各々の重りが、重りの下に位置決めされるコーンと接触するために、中心の支持３の上でスライド可能となるように、拡大重り１は自由に浮いている。コーンが、内側の管及び化学反応炉の構成要素に対抗して押すために、半径方向外側に拡大するように、拡大重り１はコーン２の上に下向きの力をかける。拡大重り１は、例えば、金属又はセラミックなどの任意の適切な材料から作られる。

図２に戻ると、改質装置の管などの、内側の壁面及び外側の壁面を有する化学反応炉又は外側の管４は、中心の支持３の周りに配置される、垂直に積み重ねられたファン又はモノリスなどの化学反応炉の構成要素６を収納する。外側の管４の直径は、好ましくはその全体の長さに沿って一定である。改質装置の管の場合において、管４の部分は、より大きな直径を有し、かつ外側の管の中に膨らみ又は拡大された部分を生成することができる。上で説明したように、化学反応炉の構成要素６は、内側の管８、拡大重り１、コーン２などの拡大する中心の配置などの、中心の支持３及び中心の領域の構成要素を受け入れるための中心の穴を有するように構築され、それによって、構成要素は、外側の管４の内側の中心の支持３の上に積み重ねられ又は配置される。中心の支持３は、外側の管４の長さに適応するような長さを有する。示されるように、中心の支持３は、ファン又はモノリス６などの化学反応炉の構成要素が中心の支持３からスライドして外れないように、止め具を提供するためのブラケット、ブッシング、ベースプレート１０、及びそれらの様なものを有する。ベースプレート１０は、中心の支持３の下端部に又はその近傍に置かれ、かつ外側の管４の中に容易に設置されることを可能にするような形状及び直径又は寸法を有する。
例えば、ストッププレート１０は、外側の管の内側の直径と約同じかそれより小さい直径を有する円筒形状を有している。

中心の支持３は、外側の管４の中に挿入される前に、図示されぬ、任意の数の化学反応炉の構成要素又はワッシャが予め組み合わされる。構成要素６は、示されるように１つのものを別のものの上へと、垂直に積み重ねられ、化学反応炉の配向又は特定の技術的な要求に適応するために、垂直に又は水平などの代替的なやり方において、化学反応炉の構成要素の層を形成する。（図示されぬ）ワッシャは、望まれるように１以上の化学反応炉の構成要素（例えば、ファン）の間に挿入されて、例えば、各々のファンがワッシャによって分離されてワッシャが構成要素６の間に空間を生成する。積み重ねられる化学反応炉の構成要素６は、例えば、サブアセンブリを生成するために０．５から４フィートの範囲内において、望まれるように垂直に配置される。複数のサブアセンブリは、化学反応炉の中において一緒に積み重ねられ、例えば、１から６０個のサブアセンブリが積み重ねられる。積み重ねられたサブアセンブリは、２から６０フィートの範囲内の高さを有する。

上述したように、化学反応炉の構成要素６は、ワッシャとともに使用されるかワッシャなしで使用される、ファン又はモノリスである。一実施形態において、化学反応炉の構成要素６は、１以上の触媒被覆を有するファン、コイル、又はモノリスなどの触媒支持である。構成要素６と結び付けて使用されるワッシャはまた、化学反応炉を通る流体の流れと接触する触媒を効果的に分配するために触媒被覆を有する。触媒の材料は本技術分野において知られており、かつニッケル、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、並びにアルミニウム、セリウム、及びジルコニウムの酸化物を含む。

触媒支持６は、半径方向に拡大可能であり、それによって、支持が外側の管４に対して半径方向外側に押される。外側の管４の中に配置される時に、化学反応炉の構成要素６は、外側の管４及び内側の管８の間の環状空間の一部又は実質的に全体を占める。構成要素６は、拡大可能な場合及び衰弱状態において、外側の管４よりも小さい直径を有する。拡大された位置において、構成要素６は、外側の管４に直接接触するか、又は外側の管４及び構成要素６の外側の直径面の間に小さな隙間を生成する。化学反応炉の構成要素の外側のエッジの直径面及び化学反応炉の管の内側の壁面の間の隙間は、少なくとも０．５、１、２、３、５、１０、又は１５ミリメートルであり、かつ好ましくは０．５から６ミリメートルの範囲内にあり、かつより好ましくは１から３ミリメートルの範囲内にある。隙間は、熱伝達を促進し、かつ流体の流れが化学反応炉の内側の壁の壁面に向かって移動するように強いて、その流体は化学反応炉の内側部分に向かって戻るように誘導される。ワッシャ、ワイヤー、リング、ループ、又はそれらと同様なものなどのスペーサが、モノリス若しくはファンの外側の直径のエッジ若しくは面及び化学反応炉の管の内側の壁面の間の望ましい隙間間隔を確実にするために使用される。反応を起こす気体又は液体などの流体は、概して、上か又は下か望ましいように垂直に、化学反応炉の管４を通って及び中心の支持３の上に配置された各々の構成要素６を通って、好ましくは内側の管８の外側で流れる。
化学反応炉の構成要素６は、熱伝達を増加させるために他の垂直でない方向へ流体の流れを誘導し、例えば、ファンは、流体の流れを化学反応炉の管の壁４に向かって半径方向に（全体的な垂直方向に対して直角に）誘導もしくはガイドする。１以上のモノリス又はファン６は、化学反応炉の管４の内側の壁面に接触するか又は近傍に位置し、それらは、触媒反応を促進するために、化学反応炉の外装から化学反応炉の構成要素及びそこに収容されている液体へ熱を効果的に伝達する。

化学反応炉の管の中心領域において、拡大可能な中心の配置が使用される。拡大可能な中心の配置を収納するのは、内側の管である。内側の管８は、波形であるか、又はロールされた金属シート若しくはシートの２つの端部が合う点において重なる領域が存在するように円筒形状にロールされた平坦なシートから構成される。すなわち、ロールされたシートの端部がゆるやかに重なり、かつ力が円筒又は管の内側にかけられるので、重なる部分はスライドし、かつ内側の管８は半径方向外側に拡大する。例えば、内側の管８は、上で説明したような寸法を有する円筒形状の中へロールされるフォイルシートから作られ、又は内側の管８は、２から６個の個別の領域などの互いに重なる複数の領域であり得る。
同様のやり方において、コーン２は、波形にされる代わりに、力がコーン２にかけられた時に半径方向の拡大を可能にする重なり部分を、ロールされたシートの２つの端部が生成するように、コーンの中へロールされたシートから作られる。

図２の中において示されるように、内側の管８の範囲内において、半径方向に拡大可能なコーン２は、中心の支持３の上に位置決めされ、化学反応炉の作動の間に、化学反応炉の構成要素６及び内側の管８に対して引張を提供し、かつそのような構成要素６を外側の管４に向かって押す。示されるように、コーン２は、コーンの小さい上端部をコーンの大きい下端部の下に置く、下側に面する位置の中に配置される。コーン２の小さい上端部は、中心の支持３に適応するために、ブッシングに適合するかもしれないし適合しないかもしれない。コーン２の大きい下端部は、内側の管８に接触する。その外側の直径において、内側の管８は、示されるように拡大可能な触媒で被覆されたファンなどの化学反応炉の構成要素６に接触する。コーン２は、内側の管８に対抗して半径方向外側に押すので、内側の管８は、化学反応炉の構成要素６と持続的に接触し、化学反応炉の構成要素６の内側の直径及び内側の管８の外側の直径の間の隙間を妨げ又は消去する。化学反応炉の構成要素の内側の直径及び内側の管の外側の直径の間の任意の隙間間隔を低減し又は消去することは、化学反応炉の管４の壁の近傍の化学反応炉の外側部分に誘導される流体の量を増加させ、それは、熱伝達及び化学反応炉の効率を増加させる。

一連のコーン２及び拡大重り１は、外側の管４に対抗する化学反応炉の構成要素６の拡大を促進するために使用される。示されるように、交互の拡大重り１及びコーン２は、中心の支持３の上にスライド可能に積み重ねられ、それによって、各々の拡大重り１はコーン２の上でコーン２に接触し、ここで、重力は拡大重り１がコーンを上から押してそれを拡大させることを可能にする。この配置において、拡大重り１は、コーンの大きい下端部の内側において又はその近傍で、コーン２の内側面と接触し、ここで、下側に面するコーンの上端部は下の拡大重りと直接に接触する。一番上の第１の拡大重りが一番上の第１のコーンを上から押す時、第１のコーンは内側の管８の上に対して半径方向外側に拡大し、内側の管８はまた半径方向外側に拡大可能である。第１のコーンが拡大すると、その全体的な高さは、その下端部の直径が増加するにしたがって低減される。コーンが拡大すると、コーン及び拡大重りは、中心の支持３の上で下向きにスライドする。

拡大可能な中心の配置はさらに、拡大重り１及びコーン２を所定の場所に固定するためのロッキング手段１２を含む。ロッキング手段１２は、ロックナット、ロックワッシャ、止め具、又はそれらのようなものである。ロッキング手段１２は、図２の中において示されるように、一番上の拡大重り１の上に位置決めされる。好ましくは、ロッキング手段１２は、例えば、圧縮力又は溶接によって中心の支持３に対して固定される。一旦、中心の支持３に固定されると、ロッキング手段１２は、一番上の拡大重り１が上向きの方向へ又はコーン２から離れる反対側への方向へ移動することを妨げる。設置目的で、ロッキング手段は、中心の支持の上へとスライドされ、それによって、ロッキング手段は一番上の拡大重りの上に位置決めされる。拡大重り１がコーンを押して拡大させ、かつ拡大重りに対しておそらく付加的な力が適用されて、コーンの拡大を促進すると、ロッキング手段１２は、拡大重り１の一番上の面において又はその近傍で固定される。好ましくは、ロッキング手段１２は、コーンが拡大位置にある場合、拡大重りの一番上に直接接触する。化学反応炉の構成要素６は、拡大重り１がコーン３を衰弱した位置へと戻して解放するように中心の支持３の上で上向きにスライドすることができないので、拡大した位置のままである。

拡大重り及びコーンが交互のシリーズにおいて配置されているので、一番下のコーン２は中心の支持３の上に置かれるベースプレート１０の上で静止している。ベースプレート１０は、中心の支持３の上に固定されかつその上でスライドしない。それ故、化学反応炉の拡大可能な中心の配置は、ストッププレート１０において固定される端部、並びに拡大重り及びコーンが支持３の上でスライドするので可動中心部分を有する。ロッキング手段１２を直接に一番上の拡大重り１の上に直接に固定することは、拡大可能な中心の配置を抑制し、かつ最小の動きのみできる又はスライドする動きができない固定された又は静止した配置を生成する。

上で説明したように、ロッキング手段１２は、化学反応炉の構成要素が拡大するコーンによって半径方向外側に押されるのに続いて、中心の支持３の上で所定の場所に固定される。図２は、衰弱した又は拡大しない位置にある、コーン２、内側の管８、及び化学反応炉の構成要素６を示している。そのような位置において、外側の管４の内側の壁及び化学反応炉の構成要素６の外側の直径面の間に重要な隙間が見られる。対照的に、図３は、拡大した位置にある図２の化学反応炉を示している。示されるように、化学反応炉の構成要素６は拡大され、かつ外側の管４の内壁及び化学反応炉の構成要素６の外側の直径面の間に隙間は存在しない。代替的に、化学反応炉の構成要素は、外側の管４及び構成要素６の間に小さい隙間を生成するように拡大される。

図３の中においてまた示されるように、内側の管８及びコーン２は拡大した位置にある。内側の管８は、コーン２が半径方向外側に押すためにより大きい直径を有し、ここで、上側を向いているコーン２の下端部の直径は、また増加されている。各々の拡大されたコーン２は、低減された高さを有し、それは拡大重り１及びコーン２が拡大の間に中心の支持３の上で下向きにスライドすることを可能にした。ロッキング手段１２は、一旦、コーンが化学反応炉の作動のために所定の位置に化学反応炉の構成要素６をロックするように拡大されると、中心の支持３の上で固定される。

作動の間に、温度は増加し、外側の管は、化学反応炉の構成要素６から離れるように半径方向外側に変形又は拡大し、かつ化学反応炉の構成要素の外側の直径面と外側の管４との間の隙間を形成する。拡大重り１は、中心の支持３に沿って下向きにスライドし、かつコーン２を内側の管８に対抗して半径方向に拡大し、そのような隙間を低減するか又は消去するために、化学反応炉の構成要素を外側に押し進める。拡大重り１が下向きにスライドすると、ロッキング手段１２及び拡大重り１の上端面の間に隙間が生成され、温度が減少すると、拡大重りはロッキング手段１２に向かって上側にスライドし、必要に応じて引き戻しに適応する。

図４は、拡大重り１、コーン２、及び中心の支持３の拡大可能な中心の配置を有する化学反応炉を示している。図２及び図３とは対照的に、コーン２は、拡大重り１と直列に配置され、ここで、コーンは上側に面する位置にある。コーンの上端部は上側を向き、それによって、コーンの上端部は上の拡大重りと直接に接触する。拡大重り１は、コーン２の上端部を下向きに押し、コーンの半径方向外側への拡大を促進する。一連のコーンの中の一番下のコーン２の下端部は、ストッププレート１０の上で静止している。シリーズの反対側の端部の上において、ロッキング手段１２は、一番上の拡大重り１の上に位置決めされ、重りがコーンから離れる方向に中心の支持３の上で上向きに移動することを妨げる。

図５は、内側の管８及び拡大可能な中心の配置の周りに同心に置かれる化学反応炉の構成要素６を有する化学反応炉又は外側の管４を示している。拡大可能な中心の配置は、半径方向に拡大可能な上側に面するコーン２、及び各々のコーン２の上の拡大重り１を有する。コーン２及び拡大重りは、中心の支持３の上に位置決めされ、かつ中心の支持の上でスライドすることが可能である。コーン２の小さい上端部は、中心の支持３に適応するためのブッシング１４に適合され得る。ブッシング１４は、コーン２を構造的に支持し、かつ中心の支持３の上のスライドする動きをスムーズにする。ブッシング１４は、コーンの上端部及び拡大重りの穴と同様に、中心の支持３を受け入れるための穴を有する円筒である。コーン２の大きい下端部は、内側の管８に接触する。その外側の直径において、内側の管８は、ファンなどの化学反応炉の構成要素６に接触する。

図５の中において示されるように、ロッキング手段１２は、シリーズの中の各々の拡大重り１の上に位置決めされる。示されていないが、複数の拡大重り１は、必要とされる重さに応じて各々のコーン２の上に積み重ねられ、外側の管４に対して化学反応炉の構成要素６を半径方向外側に押し進めるために適切な拡大を誘導する。各々の拡大重り１又は互いに直接に接触する一連の重りの上に置かれるロッキング手段１２を伴って、１以上の拡大重り１及びコーン２の各々の組み合わせは、内側の管８及び化学反応炉の構成要素６を外側に押し進めるための、孤立した拡大可能な中心の配置を表現している。拡大可能な中心のこの孤立した配置又は一連の孤立した配置は、その長さに沿って外側の管の直径の変化に適応することができる。孤立した拡大可能な中心の配置の数は、望ましいようにかつ全体の化学反応炉の長さ及び寸法に応じて選択される。

図６は、化学反応炉のための拡大可能な中心の配置の別の実施形態を示している。上述した図面と同様に、外側の管４は、外側の管４及び拡大可能な内側の管８の間の環状空間の一部分又は全体を満たす化学反応炉の構成要素６を収納する。化学反応炉の中心において、中心の支持３の長さに沿った対向する配置の中に位置決めされる一連のコーン２は、化学反応炉の構成要素の半径方向の拡大を促進するように使用される。対向するコーン２の単一のペア又は対向するコーンの一連のペアが、示されるように使用される。シリーズの中のコーンの対向するペアは、互いの上に直接に各々積み重ねられ、ここで、各々のペアはその上か下か又はその両方かにおいて、別の対向するペアと接触する。別の実施形態において、拡大重り又はワッシャなどの他の化学反応炉の要素が、交互のパターンを生成するように対向するペアを分離する。

コーン２の対向するペアを生成するために、上側に面するコーンは下側に面するコーンの上に位置決めされ、それによって、各々のコーンのより大きい下端部は互いに面して、かつ同時発生的に内側の管８に接触する。代替的に、対向するペアは、下側に面する位置にある一番上のコーンを、上側に面するコーンに覆いかぶせるように位置決めすることによって生成され、それによって、コーンの２つの小さい上端部は互いに面する（図示されぬ）。図５の中において示される配置と同様に、対向するコーンの各々のペアは、中心の支持３に沿って置かれるロッキング手段１２から孤立した拡大重りを有することができる。例えば、対向するコーンの各々のペアは、それ自身の拡大重りを有し、ここで、ロッキング手段１２は、重りがペアから離れて移動することを妨げるために、重りの上に直接に置かれ、それによって、拡大を促進するために一定の圧力又は力がコーンのペアに適用される。

コーン２を拡大するために、１以上の拡大重り１が、対向するコーンンのペア又は示されるように一連のペアの上に位置決めされる。好ましくは、拡大重り１は、図６の一番上の上側に面するコーンなどの対向するペアの一番上のコーンに直接接触する。拡大重り１が中心の支持３をスライドして又は移動して降りると、コーン２は、内側の管８とともに半径方向に拡大し、外側の管４の近傍に置かれる化学反応炉の構成要素６に対抗して押す。
他の実施形態と同様に、ロッキング手段１２は、重りが上向きにスライドしかつコーン２が拡大された位置から縮小し又は衰弱する原因となることを妨げるために、拡大重り１又は一連の重りの一番上において使用される。ストップナット又はロックナット１６は、スタックに対して固定されたベースを提供するために、対向するコーンの１以上のペアの下に位置決めされる。ストップナット１６は、中心の支持３の上においてスライドしないように配置される。代替的に、対向するコーンの１以上のペアは、中心の支持３の下面に又はその近傍に置かれるストッププレート１０の上で静止する。ストッププレート１０はまた、中心の支持３の周りに配置される化学反応炉の構成要素６のスタックを支持するように機能する。

本発明による様々な実施形態が示され説明されてきた一方で、本発明はそれらに限定されるものではなく、かつ当業者に知られているような多くの変更及び変形を受け入れることができる、ということが理解される。それ故、本発明は、本明細書の中において示され説明された詳細に限定されるものではなく、かつ添付の特許請求の範囲の領域に包含される全ての変更及び変形を含むものとする。

Claims (14)

1. 化学反応炉のための拡大可能な中心の配置であって、
   ａ）中心の支持；
   ｂ）前記中心の支持の上に位置決めされるコーンであって、半径方向に拡大可能であり、かつ前記中心の支持の上でスライド可能であり、かつ小さい穴又は開口部を有する上端部、及びより大きい穴又は開口部を有する下端部の２つの端部を有するコーン；
   ｃ）前記中心の支持の上に位置決めされる拡大重りであって、前記コーンの上に配置され、前記コーンの下端部が前記拡大重りに面しかつ前記拡大重りが前記コーンと直接接触するように、前記コーンの上端部が下側に面する位置で配置される拡大重り、
   を備える、拡大可能な中心の配置において、前記コーンが半径方向に拡大し、かつ触媒支持構成要素を化学反応炉の外側の管に向かって外側に押し進めることができ、熱伝達を増加する、拡大可能な中心の配置。
2. 前記中心の支持の上に位置決めされるロッキング手段をさらに備える、請求項１に記載の拡大可能な中心の配置。
3. 前記拡大重りの上に配置される前記ロッキング手段は、前記拡大重りが前記中心の支持の上で前記コーンから離れる方向に移動することを妨げる、請求項２に記載の拡大可能な中心の配置。
4. 前記コーンは、波形のフォイル又は型打ちされた金属の断片から作られる、請求項１から３のいずれか一項に記載の拡大可能な中心の配置。
5. 前記拡大重りは前記中心の支持を受け入れるための中心の穴を有し、かつ前記拡大重りは前記中心の支持の上でスライドすることが可能な、請求項１から４のいずれか一項に記載の拡大可能な中心の配置。
6. 前記拡大重りは外側の直径及び中心の穴を有する円筒であり、前記拡大重りの前記外側の直径は前記コーンの前記下端部の直径の少なくとも５０パーセントである、請求項１から５のいずれか一項に記載の拡大可能な中心の配置。
7. ａ）外側の管；
   ｂ）内側の管であって、前記内側の管は半径方向に拡大可能な、内側の管；
   ｃ）前記外側の管及び前記内側の管の間に位置決めされる拡大可能な触媒支持であって、前記拡大可能な触媒支持は前記外側の管及び前記内側の管の間の環状空間を占め、かつ中心の支持を備える、拡大可能な触媒支持；
   ｄ）前記内側の管の範囲内において位置決めされるコーンであって、前記コーンは半径方向に拡大可能であり、かつ中心の支持の上でスライド可能であり、かつ小さい穴又は開口部を有する上端部、及びより大きい穴又は開口部を有する下端部の２つの端部を有するコーン、及び
   ｅ）前記中心の支持の上に位置決めされる拡大重りであって、前記コーンの上に配置され、前記コーンの下端部が前記拡大重りに面しかつ前記拡大重りが前記コーンと直接接触するように、前記コーンの上端部が下側に面する位置で配置される拡大重り、
   を備える、化学反応炉。
8. 前記拡大重りは前記コーンと接触している、請求項７に記載の化学反応炉。
9. 前記コーン及び前記拡大重りが中心の支持の上でスライド可能に配置されるように、前記内側の管の範囲内において位置決めされる前記中心の支持をさらに備える、請求項７又は８に記載の化学反応炉。
10. 前記コーンは前記内側の管と接触し、かつ前記拡大重りは前記コーンと接触する、請求項７から９のいずれか一項に記載の化学反応炉。
11. 前記中心の支持の上に位置決めされるロッキング手段をさらに備える、請求項９に記載の化学反応炉。
12. 前記拡大重りの上に配置される前記ロッキング手段は、前記拡大重りが前記中心の支持の上で前記コーンから離れる方向に移動することを妨げる、請求項１１に記載の化学反応炉。
13. 前記拡大可能な内側の管は、ロールされた金属の断片から形成される、請求項７に記載の化学反応炉。
14. 前記コーンは、波形のフォイル又は型打ちされた金属の断片から作られる、請求項７に記載の化学反応炉。

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