JPH04292789A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPH04292789A
JPH04292789A JP3338921A JP33892191A JPH04292789A JP H04292789 A JPH04292789 A JP H04292789A JP 3338921 A JP3338921 A JP 3338921A JP 33892191 A JP33892191 A JP 33892191A JP H04292789 A JPH04292789 A JP H04292789A
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pressure vessel
plates
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pressure
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JP3338921A
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James Martin Robertson
ジェームズ　マーティン　ロバートソン
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UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
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    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0006—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the plate-like or laminated conduits being enclosed within a pressure vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D9/0025—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being formed by zig-zag bend plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/102—Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プレート型熱交換器に
関し、特に、限るわけではないが、１つの流体が高圧で
あるような用途に適した熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】熱交換
器は、２つの流体が隣接したダクトの中を流れることに
よって２つの流体間に熱伝達が起こることを可能にする
。プレート型熱交換器では、間隔を隔てた平行なプレー
ト間にダクトが構成れさ、隣接したプレートは、例えば
、一方又は他方のプレートと一体のフインによって、又
は波形スペーサによって間隔が隔てられる。一方又は両
方の流体が高圧（例えば、１０乃至３００気圧）である
場合には、プレートは大きな力に曝される。プレートは
、例えば、一方のプレートのフインの端を隣接したプレ
ートにろう付けすることによって支持されてない領域を
最小にするため、隣接したプレートを互いに金属的に結
合することにより互いに保持され、或いは、プレートは
、厚い端プレート間に延びるボルトで互いに保持される
。腐食に遭遇した場合には、ろう及びプレートの金属間
の電気化学的な違いによって腐食は一層悪化することが
あり、一方ボルトの使用は、流体圧力が高いと、端プレ
ートを大変大きい応力下にする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも１つの流体が１０気圧以上の高圧である２つの流体
間の熱交換に適した熱交換器であって、高圧流体の流れ
る中空円筒形の圧力容器と、容器内にあって、両流体用
の流路を間に構成する複数の間隔を隔てたプレートから
なる組立体と、低圧流体をプレートの組立体にまた該組
立体から流すためのダクトと、を有し、対の隣接したプ
レートはそれらの間に、圧力容器と同軸の環状領域内で
角度的に間隔を隔てた実質的に半径方向平面において延
びる低圧流体用の流路を構成し、対の隣接したプレート
は、折り曲げたシートによって構成されている、熱交換
器を提供する。
【０００４】プレートは平らであり、セパレータによっ
て離して保持され、或いはフインを構成するようにうね
が付けられ、或いは波形をなしている。セパレータ、フ
イン又は波形は、例えばプレートの両側の２つの流体の
流れが向流状態にあるようにするため、流体の流れを特
定の所望路へ拘束するように配列される。プレートは、
熱を十分よく伝える任意の材料、例えばチタンのような
金属又はセラミック材料又はプラスチック材料のような
非金属のものである。材料は、使用中に受ける圧力及び
温度差に従って選択されなければならない。
【０００５】望ましくは、複数のプレート、より望まし
くは、全てのプレートは、ジグザグに折り曲げられた単
一の長いシートによって構成される。折り曲げたシート
を使用することによって、溶接縁の長さが短くなり、か
かるジグザグシートにより、より一層短かくなる。プレ
ートについて円形の幾何形状を使用することにより、普
通の長方形の幾何形状に比較して、圧力容器の容積をよ
り良く使用することができる。対の隣接したプレート間
の流路によってつくられる半径方向平面は容器の長手方
向軸線を中心とする等間隔の角度であることが好ましい
。
【０００６】本発明は、高圧パイプラインの一部をなし
、かつパイプラインと同じ直径である円筒形圧力容器が
主として圧力を受けるような熱交換器を提供する。この
構成により、簡単な小型の熱交換器をチタン及びその合
金のような耐蝕性材料でつくることができ、建造中かか
る材料の屑を最小にすることができる。熱交換器は、１
００ｍ２　／ｍ３　以上、好ましくは２００ｍ２　／ｍ
３　、例えば２５０ｍ２　／ｍ３　の熱伝達表面を提供
することができる。かかる小型の熱交換器は、例えば、
沖合ガス田の生産用プラットホームに使用するのに適し
ており、沖合ガス田ては、流体は、約１５０°乃至２５
０°の温度の高圧天然ガス（二酸化炭素及び水蒸気とと
もに主として、メタン）と、低圧海水又は真水／グリコ
ール混合物である。熱交換器は従来用いられた熱交換器
よりも小さくかつ軽いから、プラットホームの他の観点
でスペース及び重量を小さくすることができる。
【０００７】圧力容器は、約０．１ｍ乃至１．５ｍの直
径のものであり、約１．０ｍの直径は上述した沖合の使
用に適している。プレートによって占められる環状領域
は、圧力容器の内径の約半分の内径のものであることが
好ましく、圧力容器の外径よりも小さい外径のものがよ
い。プレートは、圧力容器の直径の約半分乃至約５倍の
長さのものであり、沖合の使用では、プレートは長さ約
１ｍ乃至４ｍまたは５ｍであり、好ましい長さは、約３
ｍである。折り曲げたシートは、ステンレス鋼またはチ
タン合金のものであり、約０．３ｍｍ乃至１．２ｍｍ、
好ましくは０．５ｍｍの厚さのものである。低圧流体の
流路を構成する、対の隣接したプレート間のギャップは
２ｍｍ乃至１０ｍｍ、好ましくは２ｍｍ乃至６ｍｍ、も
っと好ましくは約３ｍｍてあるのがよい。
【０００８】低圧流体用ダクトは、圧力容器内のプレー
ト組立体の支持体をなす。これらのダクトは熱交換器の
熱膨張及び収縮による歪みに耐えなければならず、ダク
トの一方又は両方は例えば、歪みに順応する曲がり部を
有するのがよい。ダクトはプレート組立体の両端に連結
され、変形例では、両方とも、プレート組立体の同じ端
に連結される（例えば、ダクトは同軸である）。円筒形
圧力容器が垂直であれば、ダクトの後者の構成により、
プレート組立体を、例えば、掃除のために圧力容器から
容易に取り出すことができる。
【０００９】今、本発明を、添付図面を参照して単なる
例示としてもっと詳細に説明する。図１を参照すると、
沖合ガス生産用プラットホームに用いられる小型の熱交
換器１０の横断面図が示してあり、この熱交換器は、２
００気圧の圧力及び通常約１５０℃（しかし２５０℃ほ
どでもよい）の温度の天然ガスの流れと冷却水の流れと
の間の熱伝達を行うものである。熱交換器１０は、外径
０．５０ｍのチタン合金製の管状円筒形の圧力容器１２
を有し、この圧力容器は、ガス流を運ぶ同じ直径のパイ
プラインの一部として据えつけられる。
【００１０】外径０．２５ｍの円筒形成体１４が圧力容
器１２内に同軸的に支持され、従って、形成体１４と圧
力容器１２との間に管状空間１６が構成される。チタン
合金の厚さ０．５ｍｍの長い長方形のシート２２を殆ど
４００の平らなプレートを形成するようにジグザグに折
り曲げることによりガス用の流路１８及び水用の流路２
０が空間１６内に構成される。シート２２の端は互いに
溶接され、このジグザグは点線で指示したように、空間
１６全体に及んでおり、ジグザグの各プレートは形成体
１４から圧力容器１２の内面の１ｍｍ範囲まで延びてい
る。
【００１１】各流路１８は、形成体１４に最も近い幅ゼ
ロに向かってテーパーし、半径方向最外部で幅４ｍｍの
三角形断面のものである。各流路２０は、一様な幅３ｍ
ｍのもので、それぞれの半径方向平面内にある。流路２
０の両側のプレートは、目の荒い金網２４の長方形のシ
ート（２つの金網シート２４を図１に概略的に示す）で
保持されている。かくして、シート２２は、形成体１４
に隣接した角張った折り目と、形成体１４から遠い方の
金網２４を包囲する丸い折り目とに折り曲げられる。
【００１２】今図２を参照すると、形成体１４は各端が
塞がれており、各端に１つずつあって管２８の口部から
延びる同軸の穴あき管２６によって支持され、管２８は
形成体１４と同じ直径のもので、かつこれと同軸である
。管２８と形成体１４との間には穴あき管２６によって
橋渡しされた幅０．１ｍｍのギヤップ３０がある。シー
ト２２によって構成されたジグザグプレートは、各端が
形成体１４を越えて延び、管２８の外表面に溶接され、
各流路２０の両側のプレートの端は互いに向かって曲げ
られ、そして各流路２０の端を密封するように互いに溶
接される。管２８は、圧力容器１２内で形成体１４及び
ジグザグシート２２の組立体を支持し、各管２８は、０
．１５ｍｍの直径までテーパーし、直角に曲がって圧力
容器１２の壁を貫いて突出し、この壁に溶接され、管２
８の一方は、熱歪みに順応するために、Ｓー曲り３２を
形成するように曲げられる。
【００１３】使用中、冷却水を管２８を通して熱交換器
１０に、また熱交換器から流す。熱い高圧ガスはパイプ
ラインに沿ってまた圧力容器１２に沿って流れる。ガス
は流路１８の中を流れ、冷却水は一方のギヤップ３０の
中を流れて流路２０に流入しそして流路に沿って流れて
他方のギヤップ３０から流出する。ガスの圧力は圧力容
器１２１によって収容され、金網シート２４は流路２０
が潰れるのを防止する。形成体１４は、ガス圧力による
半径方向内向きの力に抗してジグザグシート２２を支持
するのを助ける。熱交換器１０は５０ｍ２　／ｍ３　の
熱交換面積を作り、従って小型（コンパクト）と呼ぶこ
とができる。
【００１４】熱交換器１０は種々の方法で変更すること
ができる。例えば、各流路２０は、金網シート２４の代
わりに、チタン製の波形プレート（図示せず）を収容し
、波形の向きは、低圧流体が流路２０を通る特定のルー
トを確実に辿るように配列され、流路のあらゆる部分で
適切な流体流れを保証する。このような波形プレートに
は、波形を各スリットに対してほぼ横に向け、一方の側
の段頂がそのスリットの他方の側のトラフと整列するよ
うにスリットが設けられ、従って、流体は波形プレート
の一方の側で、次いで他方の側で交互に流れる。もう一
つの変形例では、流路２０の端は、隣接したプレート縁
部をチタン製ストリップ（図示せず）に溶接することに
よって密封され、このストリップは、プレート間のギヤ
ップの厚さ全体（３ｍｍ）を占めるか、或いはそれより
も薄く、この場合には、プレートの端のある曲がりが再
び必要である。その上、かかるストリップは、ジグザグ
シート２２の内側をこえて半径方向内向きに延び、管２
８の口部を連結するリングを構成するために、互いに溶
接される。
【００１５】図３を参照すると、熱交換器１０に対する
２つの変形例が示してある。流路２０をそれらの半径方
向平面に留め、従って流路を歪めないために、各流路１
８内に１つ又はそれ以上のスペーサワイヤー３６または
ストリップが設けられていて流路１８の一端から他端ま
で組立体の長手方向軸線と平行に延びている。組立体の
端において、スぺーサワイヤー３６はすべて、軸線から
特定な半径で、リング（図示せず）に固定され或いは隣
接したプレートの一方又は他方に溶接されて操作中スペ
ーサワイヤーが動かないようにする。変形例として、或
いはこれに加えて、シート２２の半径方向最外部分３８
を曲げて流路１８の両側で隣接したプレートに触れるよ
うにする。
【００１６】今図４を参照すると、熱交換器１０と共通
の特徴の殆どをもつた変形例の熱交換器４０が示してあ
る。従って、等しい部品は同じ参照番号で言及されてい
る。水流管２８及び流路２０は熱交換器１０におけるの
と実質的に同じである。しかしながら、組立体の各端で
、ジグザグシート２２によって構成されたプレートの端
はすべて管状端プレート４２に溶接され、従って、この
プレート４２は流路２０の端を密封する。ジグザグプレ
ート２２の半径方向最外折り目と圧力容器１２の内面と
の間には幅５０ｍｍの半径方向ギヤップ４３があり、従
って、ガス流路１８の端は端プレート４２で塞がれるが
、ガスは、端プレート４２の外縁部と圧力容器１２との
間の半径方向ギヤップ４３を経て流路１８に流入するこ
とができる。ギャップ４３に沿う流れは、容器１２の内
面に固定された管状部材４４によつて阻止され、この管
状部材は各端に０．１ｍ残して組立体の全長にそって延
びている。それ故に、ガス流は破線矢印で指示されてい
る通りである。熱交換器４０は図３に示すガス流路１８
に変更（スペーサワイヤ３６及び曲げた外部分３８）を
加えてもよいが、これらの特徴はガス流路１８の端まで
延びるべきではなく、各端から少なくとも０．１ｍで終
わるのが好ましい。
【００１７】今図５を参照すると、３つの流体間の熱交
換を行うもう一つの変形例による熱交換器５０が示して
ある。この熱交換器の特徴の多くは熱交換器１０の特徴
と実質的に等しく、従って同じ部品は同じ参照番号で言
及する。円筒形成体と同心の円筒圧力容器１２との間で
、第１の長いチタンシート５２がジグザグに折り曲げら
れて一定幅４ｍｍの流路５４を構成し、この流路は第１
低圧流体（例えば、冷却水）用のものであり、各流路５
４はセパレータとして荒い目の金網シート２４を包囲す
る。各流路５４はそれぞれの半径方向平面に位置し、一
方の流路と次の流路との間で、シート５２は、５ｍｍ幅
のスペーサバー５６の回りに折り曲げられる。第２の長
いチタンシート５８がジグザグに折り曲げられて一定幅
３ｍｍの流路６０を構成し、この流路は第２の低圧流体
（例えば、第２の低圧ガス又は水）用のものであり、各
流路６０はまたセパレータとして荒い目の金網シート２
４を包囲する。各流路６０は、隣接した流路５４の位置
する平面間の中間のそれぞれの半径方向平面に位置し、
一方の流路６０と次の流路６０との間で、シート５８は
、圧力容器１２の内面に位置する弧状部分６２を構成す
る。高圧ガスは、ジグザグシート５２と５８との間のギ
ャップ６４に沿って流れることができる。
【００１８】組立体の端で、流路５４、６０は、熱交換
器１０と関連して説明したようにシール即ち密封されて
いる。第１の低圧流体は、熱交換器１０について説明し
たように、形成体１４の端を支持する管を経て流路５４
に供給され、そして流路５４から流出する。第２の低圧
流体は、圧力容器１２の外側のそれぞれのヘッダー（図
示せず）及び組立体の各端で圧力容器の壁のスロット又
は孔（図示せず）を経て流路６０に供給され、そして流
路６０から流出する。
【００１９】変形例（図示せず）では、圧力容器１２は
、熱交換器組立体の長さよりも僅かに長い長さにわたっ
て圧力容器の内面から間隔を隔てたスリーブを備え、こ
のスリーブは各端で容器１２に溶接され、スリーブと容
器１２の間の環状空間の中央部分は管状部材で占められ
る。シート５８の弧状部分６２はスリーブの内面に位置
し、りけう路６０の端は、隣接したプレートを互いに溶
接しかつスリーブに溶接することによって密封される。 スリーブと圧力容器１２の間の環状空間の各端の妨げの
ない部分はヘッダーとして作用し、流体は容器１２のポ
ートからこのヘッダーに供給される。
【００２０】熱交換器５０に対する一層の変形例では、
内側流路５４と同じ外側流路６０の半分であり、シート
５８の弧状部分６２は、一対の隣接した流路５４が一方
の流路６０と次の流路６０との間に入るほど長い。各対
の流路５４間で、シート５２は鋭い折り目に折り曲げら
れスペーサバー５６は省かれる。今図６を参照すると、
図１の小型の熱交換器１０の変形例の縦断面図が示され
ており、同じ部品は同じ参照番号で言及されている。熱
交換器６６は先に述べたように、ガス用及び液体用の流
路を構成するジグザグシート２２を有し、シート２２は
管状圧力容器１２の内面と円筒形成体６８との間の空間
を占める。圧力容器１２及び熱交換器６６の長手方向軸
線は垂直である。形成体６８は両端が同軸の穴あき管２
６によって支持されている。管２６の下端は形成体６８
とこの形成体６８と同じ直径のキャップ７０との間のギ
ャップを橋渡しする。管２６の上端は形成体６８と支持
管７２との間のギャップを橋渡しする。出口管７４は形
成体６８の下端とキャップ７０との間の空間と連通し、
形成体６８を上方に貫通して支持管７２に沿って同軸的
に延びる。
【００２１】管状圧力容器１２は熱交換器６６より上で
端板７５によって閉鎖され、この端板はボルト７６（そ
のうちの２本だけを示す）で圧力容器に固定され、端板
より下で高圧ダクト７８が圧力容器１２から分岐してい
る。支持管７２は端板７５に固定され、そしてこれを貫
通する。端板７５より上で、支持管７２の上端は閉鎖さ
れつり上げリング８０がこの閉鎖部に固定さている。ダ
クト８２が管７２から分岐し、管７４は管７２の壁を貫
いて出ている。それ故、使用中、高圧ガスは圧力容器１
２及び高圧ダクト７８の中を流れ、冷却液はダクト８２
及び管７２を経て熱交換器６６に流入しそしてその中を
流れ、同軸の管７４から出る。この構成により、熱交換
器６６を、例えば掃除のために、圧力容器１２から取り
出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換器の横断面図（図２のＩーＩ線における
）である。
【図２】図１のＩＩーＩＩ線における図１の熱交換器の
縦断面図である。
【図３】図１の熱交換器の変形例の一部欠除した横断面
図である。
【図４】変形例の熱交換器の縦断面図である。
【図５】もう１つの変形例の熱交換器の一部欠除した横
断面図である。
【図６】図１の熱交換器のもう１つの変形例の縦断面図
である。
【符号の説明】
１２　　圧力容器 １６　　環状領域 １８　　流路 ２０　　流路 ２２　　折り曲げたシート ２８　　ダクト

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　少なくとも１つの流体が１０気圧以上
    の高圧である２つの流体間の熱交換に適し、高圧流体の
    流れる中空円筒形の圧力容器（１２）を有する熱交換器
    において、容器内にあって、両流体用の流路（１８、２
    ０）を間に構成する複数の間隔を隔てたプレートからな
    る組立体と、低圧流体をプレートの組立体にまた該組立
    体から流すためのダクト（２８）と、を有し、対の隣接
    したプレートはそれらの間に、圧力容器（１２）と同軸
    の環状領域（１６）内で角度的に間隔を隔てた実質的に
    半径方向平面において延びる低圧流体用の流路（２０）
    を構成し、対の隣接したプレートは、折り曲げたシート
    （２２）によって構成されている、熱交換器。
  2. 【請求項２】　　複数のプレートは、ジグザグに折り曲
    げられた単一の長いシート（２２）によって構成される
    請求項１に記載の熱交換器。
  3. 【請求項３】　　全てのプレートは、ジグザグに折り曲
    げられた単一の長いシート（２２）によって構成される
    請求項２に記載の熱交換器。
  4. 【請求項４】　　前記半径方向平面は、圧力容器（１２
    ）の長手方向軸線を中心とする等間隔の角度である、請
    求項１乃至３の何れか１項に記載の熱交換器。
  5. 【請求項５】　　環状領域（１６）の半径方向幅はプレ
    ート組立体（１４、２２）の半径の約半分である、請求
    項１乃至４の何れか１項に記載の熱交換器。
  6. 【請求項６】　　熱交換器（１０）内の熱伝達表面積は
    １００ｍ２　／ｍ３　以上である、請求項１乃至５の何
    れか１項に記載の熱交換器。
  7. 【請求項７】　　熱伝達表面積は２００ｍ２　／ｍ３　
    以上である、請求項１乃至５の何れか１項に記載の熱交
    換器。
  8. 【請求項８】　　ダクト（２８）は圧力容器（１２）内
    でプレート組立体（１４、２２）を支持する、請求項１
    乃至６の何れか１項に記載の熱交換器。
  9. 【請求項９】　　ダクト（７２、７４）は両方ともプレ
    ート組立体（６８、２２）の同じ端に連結されている、
    請求項８に記載の熱交換器。
  10. 【請求項１０】　　上述した対のプレート（５２）間に
    介在され、第３流体用の流路（６０）を構成するように
    配列された対のプレート（５８）を有し、第３流体用の
    流路（６０）は半径方向平面において延び、半径方向最
    外部分が第３流体きヘッダーと連通している、請求項１
    乃至９の何れか１項に記載の熱交換器。
JP3338921A 1990-12-22 1991-12-20 熱交換器 Pending JPH04292789A (ja)

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