JPS6124988A - 熱交換器 - Google Patents

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】 本発明は特許請求の範囲第１項の前置き記載の熱交換器
装置に関する。

（１）従来の技術 この種類の熱交換器はＥＰ−０８０１１１６１５から既
知であり；コンパクトな構造であることに加えて、それ
は容易に調整が可能である。しかしながら、その有用性
は限られている。何故ならば第１に、熱の全量の前置て
決められた部分は制御エンジニャリングの理由によって
蒸発器加熱表面に供給されねばならないために、第２に
、構造上の理由によって、高温ガスの温度は、２個の平
行分岐ダクトに入る接合部近くでは、既知の熱交換器が
合成ガスを冷却するのに使用される数多くの場合におい
て、例えば約６００℃に限られているからである。

（２）発明の目的 本発明の目的は上記の種類の熱交換器を改良してその従
来の優れた特徴をほとんど保持する一方、使用の範囲を
拡げることである。

この問題は特許請求の範囲第１項の効力発生部分の特徴
によって解決される。第２の熱交換表面が中に置かれ、
また混合室の下流に配置される第２のダクト部分を設け
ることは、第２の分岐ダクト内に熱交換器表面を設ける
必要のない場合でさえ熱の正に相当の量の伝達を容易に
する結果、この熱交換器表面は、もし要求されるならば
、高温ガス・バイパスとして働くことができる。制御範
囲はよって既知のシステムと比べて相当増加する。

又、第２分岐ダクト内の熱交換器表面は小さい寸法であ
ることができ、または恐らく完全に省かれることができ
るので、接合領域は高温にそれ程耐えなげればならない
ことはなく、一方第２のダクト部分の第２の熱交換器表
面には、少なくとも全体の蒸発器加熱表面に沿って第１
分岐ダクト内に適当に冷却されているガスだけが働く。

本発明によって与えられるもう１つの利点は、第２の分
岐ダクトは唯比較的に小さい熱交換器だけをもつ必要が
ある、または成る場合には全然何等の表面をもつ必要が
ないということにある。第２の分岐ダクトの設計に対し
てほとんど制限はなく、それは圧力容器の中心に置かれ
ることができ、よって装置がコンパクトな構造であるこ
とに対する努力を実現し易くする。

特許請求の範囲第２項に記載の特徴は熱交換器装置によ
って占められる空間の最適の利用ができ、よって、より
小さい比較的に軽い容器を使うことになり、結果として
コストは低くなり輸送が容易でありまた組立てが容易で
ある。

特許請求の範囲第６項に記載の第２の蒸発器加熱表面を
設けることは熱交換器が対処できる温度範囲に相当の増
加を与える。

特許請求の範囲第４項の特徴は１．構造上の利点を与え
る。何故ならば滑らかな仕切り壁が設けられることがで
きるので非常に強く応力を受ける加熱表面の取り外しを
やり易くするからである。

特許請求の範囲第５項に記載の構造は非常にコンパクト
な構造を特徴する 特許請求の範囲第６項の実施例はコスト上有利である。

何故ならば、パイプ・コイルは製作が極めて簡単であり
、チューブ・バンクを吊り下げることは特別の保持する
または支持する装置を要求しないからである。

特許請求の範囲第７項の特徴は非常に高い熱移動を達成
し、漏れがある場合は、漏るパイプは容易に操業から切
り離されることができ、この処置がガス中に高温残留物
を残すことにはならない。

特許請求の範囲第８項に記載の構造は、簡単で比較的に
小さい絞り弁を使い、この絞□り弁は比較的に冷たい領
域内に置かれ、また操作が簡単である。

特許請求の範囲第９項による特徴は構造上及び操業上の
利益を与え新しい装置の利益を強張する。

既知の熱交換器では、ガス出口接続は圧力容器の底の部
分に置かれ、その結果すべての熱交換器表面と媒体を運
ぶ管との接続は圧力容器の頂上部に置かれねばならない
。しかしながら、特許請求の範囲第９項によると、少な
くとも底部の熱交換器表面の媒体接続は圧力容器の底の
部分に置かれ、その結果熱交換器が停止したとき、他の
熱交換器表面から媒体の固体または液体の残余を取り除
くことは簡単なことである。

特許請求の範囲第１０項の環状部屋は圧力容器壁を過熱
から守る簡単な装置である。

特許請求の範囲第１１項の絞り弁はガスの最終温度を制
御するための簡単な装置である。

特許請求の範囲第１２項の特徴はコイル状チューブの温
度を下げる利点を有し；またそれは、ガスの側での高い
圧力降下なしに接合領域内でのいくらかのガスの逆流を
許す。

特許請求の範囲第１３項の間隔をとるという特徴はコイ
ル状チューブが一緒にまとめられて、特許請求の範囲第
１４項に請求される方法で、一番外側のチューブによっ
て容易に吊り下げられることができるコンパクトな輪を
形成することができるようにする。

特許請求の範囲第１５項のカバーは圧力容器内部にいつ
でも近寄ることができること、より詳しく言えば加熱表
面に対していつでも近寄ることができることを保証し、
−勇断熱材によって比較的薄肉のカバーが使用される。

本発明の好適な実施例は以下に充分詳細に記載されるで
あろう。

第１図を参照して円筒状圧力容器１のチューブ状の底辺
部１は柄３を経て基礎４のうえに乗っている。部分２は
その底辺の端のところでガス入口管（図示しない）に接
続する。横方向のガス出口接続５が部分２の頂上端の僅
か下のところに設けられている。部分２の頂上端におい
て、それはフランジ６をもっており、そのうえには容器
１の頂上部分を形成しまた内部熱絶縁材８を有するカバ
ー７が置かれる。

環状部屋９の境界となるよう部分２の内部壁から中心に
近い距離のところにあるライニング１０は部分２の高さ
の中央部の長い地域にわたって延び頂上は環状プレート
１２の内側縁のところに終結し、またそれにシールを介
して接続される。プレート１２の周辺は底辺の部分２に
シールを介して接続される。

第１のチューブ部分の境界となる外側のダクト壁２０は
、ライニング１０からより小さい半径方向距離のところ
でライニング１０の内側に延びている。

中央のダクト壁２２は外側壁２０の中に置かれ、その底
辺端のところで、シールによって気密であるが容易に外
すことのできる接続１６を経て部分２の壁に接続されて
いる。

１個の内部ダクト壁２８が中央ダクト壁２２の内側に設
けられ、それと協力して環状の断面を有する第一の分岐
タリト３２の境界となるン壁２８はまた円筒形の内部の
第２の分岐ダクト３３の境界となりまたその頂上に弁座
２４を有する金属製円錐２３を付けている。サーボモー
タ２６によって作動される茸弁の形をした絞り弁２５は
弁座２４と協働する。

壁２２の内側にまた壁２２の底辺部内にダクト部分３０
の境界となり壁２２と協力する変位部材１４が置かれる
。その結果、２つの分岐ダクト３２と３３が始まる接続
部は部材１４の上方に置かれ、ダクト部分３０と第一の
分岐ダクト３２は互いに心出しされた状態にある。

蒸発器として配置される単一の螺旋状加熱表面３６が、
ダクト部分３０と第１の分岐ダクト３２によって境界を
決められる環状部屋の全体の高さにわたって延びる。表
面３６は３６個の、インボリュート・チューブ・バンク
３８によって作られ、その各々は垂直方向のアームを有
するチューブによって作られる。この種類のチューブ・
バンク３８は特に第２図においては強張されておりまた
第３図では展開された形で示されている。一番外力にあ
るチューブ・シリンダ５０のうえに延びるアーム５１（
第３図）は傾斜した部分５２を経てアーム５４に接続さ
れ、アーム５４は一番内方のチューブ・シリンダ５３（
第２歯）のうえに延びている。アーム５４は、頂上のと
ころで曲がりを経てアーム５５に接続され、アーム５５
は、底辺のところで曲がりを経てもう１つのアーム５６
に接続されている。チューブの数回の屈曲のあとアーム
５７は最終的に垂直方向に上方に向かって延び、アーム
５１と共にカバー７の方向に行き、カバー７を通ってア
ーム５１と５７は周知のシールを経て気密であるチュー
ブの中に延びる。アーム５１と５７は他の３５個のバン
ク３８の相当するアームと共に分配器５８と管寄せ５９
にそれぞれ接続される。

内部ダクト壁２８の底辺端の高さとほぼ等しいところに
、バンク３８のすべてのアームは直径が小さくなり、小
さくなった直径はこの位置の下方では旦（第１図）であ
り、その位置の上方では直径は大きくなってＤ（第２図
）である。その結果、ダクトの部分３０ではガスの流速
は小さくなり、また蒸発させられる媒体の流速は同時に
増大させられる。その結果、熱移動はチューブの外側で
は減少し、その内側では増加する、この両者の場合、チ
ューブ材料の温度を下げる効果をもつ。また、チューブ
直径が小さくなるためダクト部分３０から第２の分岐ダ
クト３３へ通過する部分的ガスに対する流れ断面は増加
する。

バンク３８の内側及び間にはチューブ・アームが、アー
ムのうえに作られた突起（図示しない）または種々の高
さに置かれる周方向のリゾまたはフィンまたは類似のも
のによって互いに間隔をとって離れている。表面３６を
作るにはバンク３８は内方ダクト壁２８のうえ・に層状
になっており、インボリュート表面の内に曲がって入り
、表面３６０周辺上に延びる止めバンド（図示しない）
によって半径方向に一緒に圧される。結果として得られ
る加熱表面の束は第１の分岐ダクト３２０近くにあるワ
イヤを編んだ編みものの中に包まれている。ダクト部分
３０の近くに一番外側のアーム５１が中央のダクト壁２
２に係合し、アーム５１は操。

業中冷却される。しかしながら、ここにもまた、大きい
熱抵抗材料で作ったワイヤの編みものは、恐らく数層で
設けられることができるかまたは中央ダクト壁２２への
熱の移動を小さくする絶縁物が峻けられることができる
。

外方ダクト壁２０と中央ダクト壁２２によって境界を決
められる環状室が第２のダクト部分３４を形成し、その
中に第２の熱交換器表面６２−この場合は過熱表面であ
る−が配置され、表面６２は５個のチューブ・シリンダ
を形成する２９個の螺旋状に延びるチューブ６４によっ
て作られている。チューブ６４はその底において容器１
の部分２の壁を貫通して延びる連結チューブ７２によっ
て分配器７５，７５’に連結されている。各チューブ６
４はその頂上端においてチューブ曲がり６５を経て、ラ
イニング１０と外側ダクト壁２０の間の環状ダクト内に
垂直方向に延びる２９個のフォーラ（杵のように落下し
て作用する装置）６６の１つに連結されている。チュー
ブ６６はほとんどガスに対して気密である通路（詳細に
は図示されていない）を経て環状ダクトから発し横手方
向に、圧力室から部分２の壁を貫いてサーモスリープに
入る。フォーラは２本の管よせ７０１７０′に連結され
ている。表面６２が上方に膨張するのは自由である。

表面６２のチューブ６４は３つの平面内の第２のダクト
の内側に置かれる数多くの穴を明けた支持プレート６１
の中に保持されている。３つの表面は互いにオフセット
されており容器１の垂直軸を通って延びている。プレー
トの底の端は横手方向には部分２の壁に確保されており
、支持プレート６１は表面６２の高さを越えて形成され
、表面６２の穴６３は第２図で見られる。チューブ６４
は穴６３の中に曲りくねって延びる。プレート６１は上
方に膨張することは自由である。

手回し車８０、水平弁棒８１及びライニング１０内の円
形穴内で作動する旨錐８２を含む弁が部分２のうえのガ
ス出口接続５のうえに置かれる。

車８０は容器１の外側にある。棒８′１は部分２の壁を
貫いて延び；棒８１のうえのねじ山（図示しない）は部
分２に確保されているナツト８３と係合し、また棒８１
が底部２を貫通して延びる場所は既知のやり方で封止さ
れている。

ガス出口接続５は、入口ノズルを形成しまた静止ミキサ
９３の中に延びるライニング・プレート９２によってラ
イニングされてい、る。

コイル状の加熱表面３６の下方には、接続部１６と部分
２の最も低い部分が冷却チューブ（図示されない）を内
包することのできる石工構造７６によって加熱から保護
されている。

管寄せ５９は湿った蒸気管４５を経て分離器４６につな
がれ、分離器４６の出口管４７は分配器７５．７５′に
延び、一方分離した水は分離器４６底の部分の放出接続
４８を通って放出される。

また例えば、クーラからまたはボイラ設置からくるもう
１つの蒸気供給ライン４９がディストリビュータ７５，
７５’に接続されている。

第１図１〜乙に示される熱交換器装置は次のように操業
する。例えば、１０００℃の温度と２０バールから４０
バールの間の圧力の処理ガスが容器１の底辺端に供給さ
れているとする。このガスはダクト部分３０を通って流
れ、また次いで、約９００℃に冷却されたあと、第・１
の分岐ダクト３２と第２の分岐ダクト３３を通って分配
される。

ダクト３２内の部分的流れはさらに熱を放出して例えば
６００℃に冷却される。

２個の部分的流れまたは成分流が例えば、７００’０の
混合温度において絞り弁２５の下方のところで互いに再
会する。組合わされたガス流はそこで第２のダクト部分
を通って進行し、第２ダクト部分３４のところでガス流
はさらに、例えば４００°Ｃに冷却され、また環状室９
を通り、ここでガス流は圧力容器１の壁を冷却してプレ
ート１２の下方の環状室に入り、次いでそこからさらに
使用されるためガス出口接続５を通る。

容器１からの出口のところでのガスの温度が低過ぎると
、高温ガスが弁円錐８２を開くととＫよって混合室から
容器１に供給される。この供給の量は棒８１を車８０で
回すことによって制御される。

弁円錐８２を開くことによって作られるどのような高温
ガスの流れでも部分２の壁のうえ及びガス出ロ接続５の
うえに高温局所を作らないために、ライニング・グレー
ト９２は、追加の反射板の助けによってまたは助けなし
にそのようなガス流が圧力を支える壁に当たらないよう
にする。静的ミキサ９３はそこでガス温度を均等にする
。

熱交換器装置は、アーム５１を通って表面３６の中に注
入される加熱水の形の第２の媒体を分配器５８を経て供
給される。上述のように、表面３６は蒸発器の働きをし
、またよって蒸気と水の混合はアーム５７を通って管寄
せ５９の中に流れ込む。混合物はそこで分離器４６内で
分離され、水は接続４８を通って放出され、一方ぬれた
蒸気は管４７を通って分配器７５．７５’の中に注入さ
れる。

さらに工場（図示しない）からの湿った蒸気は管４９を
通って分配器７５．７５′の中に注入される。湿った蒸
気は連結チューブ７２．７２’を通って第２の熱交換器
表面６２の中に入り、その中で加熱ガスと逆方向に流れ
て過熱される。過熱された蒸気はチューブ６６と管寄せ
７０，７０’を通って熱交換器を離れる。

可能な汚物が付くことを見越して、ダクト部分３０と第
１の分岐ダクト３２の中の加熱表面は操業が絞り弁２５
と弁円錐８２を完全に開いた状態で開始するに充分なだ
け大きい；これらの条件では、相当の熱がダクト部分３
０の中に発生しまた部分３０を出るガスの非常に大きい
部分が第２の分岐ダクト３３を通って流れるので、第１
の分岐ダクト３２の中に発生する熱量は比較的小さい値
に保たれる。第２分岐ダクト３３内のガスが入るときの
温度は既にかなり低いので、ダクト３３が過熱する危険
性は低い。相当して第２のダクト部３４／）下流のガス
温度は比較的に低い。圧力容器１から出るガスの温度は
、比較的大きい量の加熱ガスを完全に開かれた弁円錐８
２を通って注入することによって要求された水準に戻さ
れることができる。

表面３６に汚物が付くことはその熱の取り入れを小さく
する；この小さくすることは絞り弁２５の開いている断
面を小さくすることによって匡正されることがテ鐸る。

第２の熱交換器表面６２もまた相当に寸法を大きくしで
あるので、これらの状況のもとで、蒸気の要求される過
熱温度に達しないという危険はほとんどない。

熱交換器表面６２の汚物が付くことは、もし加熱面が清
浄であったとしたときのガス温度があるであろう温度を
越えて環状室内のガスの温度を増加させるので、弁円錐
８２を閉じることは加熱ガスの室９への供給を制限する
。

加熱面が余りに汚れてその結果絞り弁２５が完全に閉じ
られねばならずまた要求された温度に保つことが不可能
になるときは、カバー７は上方に上げられ、加熱面と内
方のダクト壁２８もまた後退させられて、接合１６が開
放されたあとは、中央のダクト壁２２はそこでまたかな
り容易に後退させられる。

表面３６の周りのクランプする装置を取り除いたあと、
より詳しく言えば表面３６の中央部及び底辺部において
クランプする装置を取り除いたあと、チューブ拳パンク
３８は清浄のため容易に外側に曲げられることができる
。表面６２は内側から検査されることができ、また内側
から掃除されることができる。

接続部が設計によって低過ぎるかまたは高過ぎることが
分かったなら、内部のダクト壁２８を短くすることまた
はそれを下方に延ばすことは簡単である。もう１つの可
能性は接続部と、例えば１つまたは２つのスリーブ弁ま
たは壁２８内のバイパスによって調節可能にすることで
ある。

本発明は示された実施例に限定されない。例えば、ダク
ト壁２０．２２．２Ｂが少なくともある程度薄膜壁とし
て即ち溶接チューブの壁として作られることが有利であ
るであろう。

図示の実施例の熱交換器表面は非常に簡単な形で示され
ている。この表面は、しかしながら、さらに分割される
ことができる。流れの方向もまた全体的にまたは部分的
に方向を逆さに′されることができる。

１つ以上の第２の媒体が熱交換に参加することができる
。圧力容器内の制限を緩和することが要求されるならば
、絞り弁は圧力容器の外側にガスを運ぶ働きをする接続
管の中に置かれることができる。

種々の加熱表面の間に熱交換を分配するために、各第２
の媒体の量的分配を変化させることがある状況のもとで
は可能であろう。本発明はまた熱交換器表面のタイプに
関して図示の実施例に制限されない、例えばブラインド
・チューブまたは加熱チューブが使用されることができ
る。

分岐ダクトへの分岐は種々の温度でまたは種々の温度範
囲において、喰い違いすることができる。

分岐流の再組合わせは喰い違いすることができる。

弁円錐８２によって制限される開きはまた入口側でどち
らかの分岐ダクト内のいくつかの場所に接続されること
ができる。設定されるぎりぎりの条件によって、圧力容
器内のダクトの配列を切り替えるかまたはいずれか別の
方法で配置することが好都合であろう。個々のチューブ
のシールを容易にするため、より詳しく言えば過熱器チ
ューブ束内において個々のチューブのシールを容易にす
るために、例えばＣＨ−ＰＳ３８４６０２に従って接続
チューブをチューブ・プレートに接続することが好都合
であろう。

表面６２の取り外しを容易にするため、圧力容器１０部
分２を水平中間フランジによってプレート６１を確保す
るところの下方にさらに分割することは有利であろう。

工場の操業の安全を増加するため過剰部材が設けられる
ことができる。例えば；２個またはそれ以上の弁円錐８
２とそれに関連した部品が本発明に従って熱交換器装置
内に設けられることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱交換器を有する圧力容器を垂直
方向に切断した部分的図式的断面図；第２図は第１図の
線■−■上の水平方向断面の一局部で第１図よりより大
きい縮尺の断面図；及び 第３図はコイル状チューブのバンクの展開図である。 図において、

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温ガス、好適な場合作業ガス、から熱を奪い単
   一なほぼ円筒状圧力容器内に受け入れられているいくつ
   かの熱交換器表面にその熱を移し、１つのそのような表
   面を含む第１のダクト部分は圧力容器の中に置かれ、共
   通混合室内に延びる２本の平行分岐ダクトとして続き、 蒸発器加熱平面も又熱交換器表面として２個の分岐ダク
   トの１つの中に置かれ、 分岐ダクトの少なくとも１つが調整可能な絞り弁をもつ
   熱交換器において； 第２のダクト部分がガス側の混合室の下流にある圧力容
   器内に置かれまたガスからの熱が媒体に供給される第２
   熱交換表面を含むことを特徴とする熱交換器。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、第
   １のダクト部分、少なくとも分岐ダクトの１つ及び第２
   のダクト部分は圧力容器と同軸の環状ダクトであること
   を特徴とする熱交換器。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項のいずれか１
   つの項に記載の装置において、ダクト部の熱交換器表面
   は分岐ダクトの蒸発器加熱表面内と同じ作動媒体が流れ
   る第２の蒸発加熱表面であることを特徴とする熱交換器
   。
4. （４）特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
   １つの項に記載の装置において、第１のダクト部分と第
   １の分岐ダクトは互いに軸線上に心出しされていること
   を特徴とする熱交換器。
5. （５）特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
   １つの項に記載の装置において、第２の分岐ダクトは第
   １のダクト部分内に中心に置かれる押しのけ部品の下流
   においてガス側に置かれ第１の分岐ダクトと同軸である
   円筒形ダクトであることを特徴とする熱交換器。
6. （６）特許請求の範囲第３項及び第５項に記載の垂直軸
   圧力容器を有する装置において、蒸発器加熱表面と第２
   の蒸発器加熱表面は第１のダクト部分を経てまた第１分
   岐ダクトを経て延びる単一コイル・チューブの形状をな
   し、コイル・チューブは圧力容器の軸に平行なアームを
   経てコイル・チューブ・タンク内に延びることを特徴と
   する熱交換器。
7. （７）特許請求の範囲第６項に記載の装置において、第
   ２ダクト部分の第２の熱交換器表面は螺旋状チューブを
   した加熱表面であることを特徴とする熱交換器。
8. （８）特許請求の範囲第５項から第７項のいずれか１つ
   の項に記載の装置において、絞り弁は中央のきのこ弁で
   ありまた円筒状第２分岐ダクトの下流のガス側に置かれ
   ることを特徴とする熱交換器。
9. （９）特許請求の範囲第６項から第８項のいずれか１つ
   の項に記載の装置において、圧力容器は底部に同軸のガ
   ス入口接続部を有しまた頂上部には少なくとも１個の横
   方向のガス出口部を有することを特徴とする熱交換器。
10. （１０）特許請求の範囲第１項から第９項のいずれか１
    つの項に記載の装置において、第２ダクト部と圧力容器
    壁との間に置かれる環状部屋は第２ダクト部の下流に設
    けられ延びてガス出力接続部に延びることを特徴とする
    熱交換器。
11. （１１）特許請求の範囲第９項または第１０項のいずれ
    か１つの項に記載の装置において、ガス出口接続部は少
    なくとも１個の他の調整可能な絞り弁を経てダクト部の
    少なくとも１個及び／（または）分岐ダクトの少なくと
    も１つと連絡することを特徴とする熱交換器。
12. （１２）特許請求の範囲第６項に記載の装置において、
    第１のダクト部の中にあり分岐ダクトの出発点に近いコ
    イル、チューブはチューブの長さの残りの部分よりも相
    当小さい直径であることを特徴とする熱交換器。
13. （１３）特許請求の範囲第６項または第１２項に記載の
    装置において、コイル・チューブはそれに確保した突起
    によって互いに離れていることを特徴とする熱交換器。
14. （１４）特許請求の範囲第１３項に記載の装置において
    、チューブ・バンクは、チューブ・バンク用作動媒体が
    供給されまたは抽き抜かれるチューブから吊り下げられ
    ていることを特徴とする熱交換器。
15. （１５）特許請求の範囲第６項から第１４項のいずれか
    １つの項に記載の装置において、圧力容器はその頂上部
    においてそれを横切るカバーを有しまたカバーはその内
    側に熱絶縁体を有することを特徴とする熱交換器。