KR880001962B1 - 가열식 철도 탱크차와, 통상의 탱크를 가열식 탱크로 전환하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가열식 철도 탱크차와, 통상의 탱크를 가열식 탱크로 전환하는 방법

제1도는 탱크차와 그에 설치된 열교환기의 수평단면도.

제2도는 탱크차와 열교환기의 부분 단면 측면도.

제3도는 제1도의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 확대 단면도.

제4도는 제1도의 선 Ⅵ-Ⅵ에 따른 확대 단면도.

제5도는 제4도의 선 Ⅴ로 둘러싼 부분의 확대 단면도.

제6도는 제1도의 선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 부분의 확대 단면도.

제7도는 개조된 열교환기가 설치된 탱크차의 수평단면도.

제8도는 제7도의 선 Ⅷ-Ⅷ에 따른 확대 단면도.

제9도는 열교환기의 다른 예의 확대 단면도.

제10도는 열교환기의 또 다른 예의 확대 단면도.

제11도는 상하로 배치된 2개의 가열 유니트들을 가진 열교환기의 다른예의 단면도.

제12도는 상부 가열 유니트가 탱크의 외부에 설치된 것을 제외하고는 제11도에 도시된 것과 유사한 단면도.

제13도는 부가적인 정체 공기 공간을 구비한 탱크차를 가열하기 위한 1쌍의 가열 유니트를 사용하는 예의 단면도.

제14도는 브라켓트를 사용하지 않고 가열 유니트가 탱크차의 내측에 직접 부착된 열 교환기의 예를 나타내는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 프레임 14 : 탱크

18 : 탱크 저부 20, 22 : 탱크 단부

26 : 배출구 28 : 열교환기

30, 30' : 제1및 제2 열교환기 유니트 32, 34 : 상부 및 저부판

36 : 배플판 40 : 벽부재

42 : 도입구 44 : 배출구

114 : 탱크 128 : 열교환기

130 : 열교환기 유니트 139 : 파형 부재

225a : 반타원형 부재

본 발명은 가열식 철도 탱크차에 관한 것으로, 특히 열교환기가 설치된 가열식 탱크차와 통상의 탱크를 가열식 탱크로 전환하는 방법에 관한 것이다.

철도 탱크차는, 화물이 저부 또는 상부에 설치된 배출 밸브를 통하여 흘러 배출될 수 있게 하기 위해서는 가열되어야 하는 액체 화물을 운송하는데 통상 사용한다. 현재, 그러한 액체 화물은 차량의 외측표면에 배치된 코일을 통과하는 증기에 의해, 또는 차량의 내측에 배치된 코일에 의해 가열한다. 종래 장치들중 대표적인 것들이 미국 특허 제2,145,614호, 제2,558,648호, 제2,772,784호, 제3,143,108호, 제3,176,764호, 제3,228,466호, 제3,595,307호, 및 제3,685,458호에 기술되어 있다.

차량은 많은 지역이 가열된 증기에 접촉되지 않고, 탱크의 저부에 부착된 탱크 새들(saddle) 및 하부 프레임이 열을 내측 화물로 복사하는 것이 아니라 외측 대기중으로 복사하는 큰 히이트 싱크(heat sink)로 작용하는 것을 상기 특허들로 부터 알수 있다. 외부 코일 및 내부코일과 관련된 문제는, 그 코일들이 사실상 수평으로 배치되어 증기가 단절된후 그 증기를 배출시키는 것을 어렵게 하고 그리하여 빙결,부식 및 코일의 파손을 야기한다는 것이다.

종래의 기술에서의 또 다른 문제는, 탱크의 상단부의 물질이 탱크의 저부의 물질보다 빨리 가열된다는 것이다. 탱크 상부 부분의 물질은 바람직한 것보다 긴시간 동안 가열되는데, 이는 배출 밸브 주위의 물질이 탱크로부터 흘러 배출될 수 있게하는데 충분하게 가열될때까지 탱크 상부 부분의 물질이 탱크로 부터 흐르기 시작하지 않기 때문이다. 종래 장치의 또 다른 문제는, 물질의 "부우트(boot)" 가 차량의 저부에 형성된다는 것이다. 그 "부우트" 는 가열 및 교반 부족에 기인하여 차량의 저부로 이동하는 약간의 화물 침전물에 의해 형성되며, 또한 그 "부우트" 는 특정위치에서 탱크에 부착된 강(鋼)의 히이트 싱크 효과에 기인하여 형성된다. "부우트" 는 차량의 화물이 배출된 후 차량내에 잔류하는 물질이며 그 "부우트" 가 탱크내에 축적되어 차량의 유효 용량을 감소시킨다. 그 "부우트" 는 파쇄 또는 다른 수동제거 작업에 의해 제거되어야 한다.

또한, 가열된 코일을 사용하는 종래 기술의 철도 탱크차는 응결성이고 열에 민감한 물질의 배출에 적당치 못하고, 이 때문에 많은 문제들이 발생되었다.

첫째, 많은 화물의 물질이 파열에 기인하여 영향을 받게되며, 어떤 물질에서는 과열에 의해 화물이 완전히 못쓰게 될 수도 있다.

둘째, 그 방법들에 의한 가열은 탱크 표면상에 형성되는 막 때문에 비효과적임이 밝혀졌다. 이것은, 가열단계중 차량의 저부에 고형분들이 정착함에 의해 야기된다. 그것이 제거되지 않으면, 탱크 표면에 그러한 물질의 구워져 붙음이 가열 효율을 크게 감소시킨다. 가열시의 부우트가 탱크 저부의 부식을 야기할 수도 있다.

세번째의 가끔 간과되는 문제는 탄 물질에 의한 새로운 물질의 오염이다.

넷째는, 부착된 물질 또는 탄 물질을 제거하기 위해 밀폐된 탱크내로 사람이 들어가야 하는데 따라 발생되는 위험이다.

본 발명의 개념은 전체 화물이 배출되도록 충분히 경사지게 탱크차의 저부에 설치되는 가열 시스템을 사용하는 것이다.

그러한 가열 시스템은 탱크차의 저부에 열을 집중시켜 화물의 저부에서의 열 전달을 최대로 할 수 있게한다. 화물의 가열된 부분의 열이 그 화물을 통하여 상승함에 따라 화물의 가열되지 않은 부분이 저부로 하강하게 되고 그리하여 화물이 효과적으로 혼합 또는 로울링 된다. 화물의 그러한 균일한 가열은 화물이 신속히 배출될 수 있게 하고, 화물이 그 화물을 태우거나 캐러맬(caramel)화 시키는 과도한 열을 받는 것을 방지한다. 또한, 화물 저부에의 열의 부여가 배출 밸브내 화물과 그 밸브 주위 화물을 신속하게 용융시킨다.

그러한 가열 시스템에서는 화물 배출중 가열 효율이 크게되는데, 이는 탱크가 거의 빌때까지 전체 가열 표면이 화물 배출중 화물과 접촉하기 때문이다. 코일을 가진 차량에서는, 화물수준이 차량내에서 강화함에 따라 코일이 노출되어 가열 효율이 상실된다.

초기 시험 결과, 화물 저부와 열 교환기를 접촉시킴으로서 가열 효율이 증진된다는 것을 알았다. 탱크차내에 설치된 일련의 프로우브(probe)를 사용하여 매5분마다 판독하여 얻은 데이타에 의하면, 이러한 개량된 가열 시스템은 내용물을 균일하게 가열한다는 것이 밝혀졌다. 가열 단계중에 로울링 작용이 발생되었고 화물이 회전하여 뜨거운 화물 부분과 차거운 부분을 혼합시킨다는 것이 상기 시험들중에 밝혀졌다.

그 시험에서, 서로 동일한 용량의 외부 코일 탱크차와 플레이트(신규한 열 교환기) 탱크차가 사용되었다. 온도 프로우브들은 탱크 중앙에서 각 탱크차의 저부위 6인치(15.24㎝), 24인치(60.96㎝) 및 42인치(106.68㎝) 거리에 설치되었다. 보일러 압력은 76-80psi로 유지되었고 응축물의 체적 및 온도가 특정되었다. 코일 탱크차에서, 응축물 흐름은 분당3갈론(약 11.34리터)이었고 응축물의 온도는 처음 1½시간에 70℉(21.1℃) 또는 그보다 적었고, 그 다음, 90℉(32.2℃)의 최종 온도까지 상승하였다. 플레이트 탱크차에서도, 코일 탱크차에서와 동일한 과정이 수행되었다. 그러나, 응축물 온도에는 135℉(57℃)까지 급격히 상승하였고 안정된 상태로 유지되었으며 그렇게 되는데 걸리는 시간이 전번의 시간의 절반보다 적게 소요되었다.

코일 탱크차내 온도는 화물의 저부부분의 온도와 비교하여 화물의 상부부분에서 급격히 상승하였다. 이러한 열 차이는 가열 2시간 후 감지되었고, 그때 로울링 작용 또는 혼합작용이 목격되었다. 그러한 로울링 작용을 측정하기 위해, 염료가 양 탱크차내에 주기적으로 첨가되었다. 플레이트 탱크차는 차량 저부의 열 집중에 기인하여 화물의 신속한 운동을 나타내었고, 반면에 코일 탱크차는 매우 느린 혼합작용을 나타내었다. 양 탱크차내 화물은 물이었다.

또 다른 시험이 플레이트 탱크차에만 수행되었다. 이 시험은 동물 지방(응결된)을 사용하여 행해졌다. 열 교환기는 그 지방을 신속히 가열하였고 다음, 로울링 작용이 시작됨에 따라 온도가 강화되고 화물의 온도 상승을 평준화시켰다. 밸브의 배출지역의 온도가 신속히 상승하였음이 목격되었다. 이것은 중요한데, 그 이유는 밸브 온도가 신속히 올라갈수록 그 지역내 화물을 신속히 액화시켜 화물 배출이 신속히 시작될 수 있기 때문이다.

또 다른 시험에서, 플레이트 탱크차에 갈론(약 3.8 리터) 당 11.5파운드(약 5.22kg)의 페당밀(blackstrap molasses)을 채웠다. 5분에, 가열시스템이 80℉(26.7℃)까지 온도를 상승시켰다. 당밀의 온도는 전체적으로 균일하게 상승하였고 통상의 코일 탱크차에서 대개 일어나는 것과 같은 열층이 그 당밀에서는 발생되지 않았다.

통상의 코일 탱크차에서는 화물이 상부에 뜨거운 층이 그리고 화물의 저부에 차거운 층이 형성된다. 플레이트 탱크차는 열 부여후 15분에 화물 배출을 위해 준비되었다. 펌핑 완료후 탱크차내에 당밀이 남아 있지 않았고, 제거된 화물을 시험하였으나 그 화물은 전혀 타지 않았다.

그리하여, 본 발명은 후술되는 목적들의 적어도 모두를 달성함을 볼 수 있다.

열 교환기의 유니트들이 경사져 있기 때문에, 시실상 모든 응축물이 배출되고 열교환기는 빙결되지 않는다.

화물이 화물의 넓은 지역에 열을 가하는 열 교환기의 상부에 얹혀 있기 때문에, 종래의 외부 코일 탱크차에서와 같은 에어포켓이나 과열점(hot spot) 현상이 일어나지 않는다.

종래 기술의 외부 코일 탱크차와 반대로 본 발명의 열교환기를 사용하는 탱크차는 겨울철에 코일 탱크차보다 매우 신속히 화물을 하역한다.

화물의 구워짐이 일어나지 않는데, 그이유는 열교환기가 화물의 많은 지역에 균일한 열을 가하기 때문이다.

가열 시스템(열교환 유니트들)의 어떤 부분이 탱크내 대기에 노출되기 전에 본 발명의 탱크차의 대략 4/5-5/6가 비워지게 되지만, 종래 기술의 탱크차에서는 내부 파이프코일 및 외부 코일이 그 탱크차가 7/8 정도 비원진때 완전히 노출된다. 따라서, 본 발명의 가열 시스템은 화물과 계속 접촉하여 가열하고, 탱크차가 빌때까지 그 화물을 유체 상태로 유지한다.

거의 1:12(8%등급)의 각 열교환기 유니트의 핏치에서 완전 하역이 달성되고 물질의 형성이 방지된다.

모든 열은 탱크차의 저부에서 부여되고, 열이 상승함에 따라 탱크차는 매우 신속히 하역할 수 있어 BTU(영국 열 단위) 및 비용을 절약한다. 외부 코일 탱크차의 측부 코일들은, 열이 화물내 약 8인치(20.32㎝)까지 침투하고 화물을 관통하여 탱크차의 상부로 전달되기 때문에 매우 양호하게 작용하지 않는다. 또한 차량의 측부의 코일은 차량의 상부와 밀접하여 있어, 차량의 상부를 과열시킨다.

가열시스템을 탱크차의 바닥에서 떨어져 배치함에 의해, 탱크 크래들(cradle), 본체 볼스터(bolster) 및 트럭에 의해 야기되는 하이트 싱크가 존재치 않거나 제거된다.

코일 탱크차의 외부 코일은 용접된 위치들 사이 최소 6인치(15.24㎝) 간격으로 떨어져 배치되어 코일들 사이에 정지점(dead spot)이 약간 발생되고, 그러한 코일들은, 탱크차의 저부에 연속적인 가열 표면을 제공하는 본 발명의 가열 시스템과 대조적으로 스터브 턱(stub sill) 및 본체의 가장자리 띠를 제거하도록 차량의 저부에서 많이 떨어져 배치된다.

열 교환기내 흐름 구조의 견지에서 배출밸브를 증기로 둘러쌀 필요가 없다.

열 교환기의 유니트의 경사와, 가열 작용 및 열교환기의 경사에 의해 야기되는 화물의 로울링 작용 때문에, 외부 코일 탱크차에서의 부우트 형성과 대조적으로 부식 또는 물질 축적이 일어나지 않는다. 종래 외부 코일 탱크차에서의 부우트는 탱크차의 저부 코일들에서의 열 전달 효율을 감속시키고 바람직하지 않은 열 절연재로 작용한다.

화물의 저부에서의 열 적용은 저부에서 시작하여 화물을 관통하여 상방으로 통과하고 다시 저부쪽 하방으로 이동하는 내부 순환을 야기하고, 그리하여 혼합 또는 로울링 작용을 발생시키며, 그 결과, 화물의 가열이 신속 균일하게 된다.

이 가열 시스템이 화물을 균일하게 가열하기 때문에, 가열 매체의 온도는 과도할 필요가 없고, 따라서 탱크차내에 사용되는 플라스틱 라이너의 손상을 방지한다. 코일 탱크차에서는 그러한 손상이 일어날 수 있다.

또한, 본 발명의 개조된 형태에서, 열 교환기는 열교환기내에서 형성되는 응축물의 중간 배출을 위한 적절한 구멍들을 가지고 있다. 그리하여, 가압된 가열 매체의 부여를 방해하는 응축물의 축적이 방지된다. 또한, 그러한 응축물 축적은 들어오는 열을 약화시켜 재증발되게 한다. 차거운 기후에서, 응축물의 축적은 유입 가열 매체에 의해 전방으로 이동되어야 하는 액체 플러그를 형성하며, 유입 가열 매체의 압력의 증가를 요한다.

따라서, 본 발명의 주 목적은 개량된 가열식 탱크차를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 물질의 보다 효율적이고 균일한 가열을 달성하도록 탱크의 저부위에 절연적으로 떨어져 열교환기가 설치된 가열식 탱크차를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 통상의 가열식 탱크차에서 발생되는 히이트 싱크 문제를 제거하는 개량된 가열식 탱크차를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 응축물이 열교환기로 부터 배출되어 열교환기의 부식을 감소시키도록 차량의 중간쪽으로 경사진 탱크차용 열교환기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 차량의 저부에의 "부우트(boot)" 의 형성을 방지하는 가열식 탱크차를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열교환기내에 형성될 수 있는 어떤 가열 매체 응축물을 배출하기 위한 열 교환기내 배출수단을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 차량의 배출 밸브쪽으로의 물질의 흐름을 보조하도록 경사진 열교환기를 이용하는 가열식 탱크차를 제공하는데 있다.

본 발명의 가열식 탱크차는 탱크의 저부위에 배치된 열교환기를 가지고 있다. 그 열 교환기는 탱크의 단부들과 측벽들에 부착되어 그들에 의해 지지된 1쌍의 열교환기 유니트들을 포함하며, 그 열교환기 유니트들은 탱크의 단부로 부터 탱크의 중심쪽으로 하방으로 경사져 있다. 각 열교환기 유니트는 떨어져 있는 상부판 및 저부판으로 이루어져 있고, 그 판들에 다수의 떨어져 있는 배플(baffle)판들이 부착되어 있고 그 상하부판들 사이에서 연장하여 열교환기내에 다수의 배플 또는 통로들을 형성한다.

도입 밸브 또는 파이프가 각 열교환기의 내측 단부와 연통하여 있고, 배플 판들은 가열된 물 또는 증기가 열교환기를 통하여 전후로 이동되후 배출 파이프 또는 밸브를 통하여 배출되도록 배치되었다. 그 배출 파이프 또는 밸브는 열교환기 유니트로 부터 탱크차를 관통하여 하방으로 연장하여있다. 열 교환기 유니트의 외주는 밀폐된 격실 또는 정체 공기 공간이 열교환기 아래에 형성되도록 탱크의 측벽 및 단부에 부착되어 그들에 의해 지지되고, 그리하여 탱크에 부착된 탱크 새들 및 하부 프레임의 히이트싱크 효과를 감소시킨다. 화물의 가열을 더 촉진시키기 위해, 또 다른 가열 유니트가 탱크의 상부에 인접히 배치되어 대향된 가열 유니트들 사이에 화물이 배치되도록 할 수도 있다. 그 열교환기는 탱크차의 가열시 형성될 수 있는 가열매체 응축물을 배출시키기 위해 통로들과 배출 파이프 사이를 연통하는 응축물 배출구를 구비할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 이하 상세히 설명한다.

번호(10)은 통상의 구조의 바퀴를 가진 지지수단, 즉 프레임(12)를 포함하는 통상의 철도 탱크차를 나타낸다. 제2도에서 볼수있는 바와같이, 화물용기, 즉, 탱크(14)가 탱크 새들(saddle)(16)과 같은 통상의 수단에 의해 프레임(12)상에 설치된다.

탱크(14)는 도입구(도시생략)가 있는 상부(도시생략)와 배출구(26)이 있는 저부(18)을 가지는 일반적으로 원통형 구조로 되어 있으나, 탱크(14)의 저부(18)은 탱크 단부(20) 및 (22)로 부터 배출구(26)쪽으로 내측으로 경사져있다. 이러한 통상의 탱크차 구조에 본 발명의 열 교환기가 설치된다. 그 열 교환기가 번호(28)로 전체적으로 표시되어있다.

열교환기(28)은 서로 대칭인것을 제외하고는 서로 동일한 제1 및 제2 열교환기 유니트(30) 및 (30')로 이루어져 있다.

제1열교환기 유니트(30)과 제2열교환기 유니트(30')가 서로 동일하기 때문에 제1열교환기 유니트(30)만을 상세히 설명한다. 제2열교환기 유니트의 각 구성 요소들이 제1열교환기 유니트의 대응하는 각 구성 요소를 나타내는 번호에 프라임 부호(')를 첨가하여 나타내어져있다.

제1열교환기 유니트(30)은 다수의 배플 판(36)이 부착된 궁형의 상부 및 저부 판들(32) 및 (34)를 포함하며, 그 배플 판들은 제3도에 상세히 도시된 바와같이 상부 판과 저부 판 사이에서 연장하여 그들 사이에 다수의 통로(38)을 형성한다.

상부 및 저부 판들(32) 및 (34)의 외주는 서로 부착되고, 그 부착부 주위에서 연장하는 벽 부재(40)에 의해 밀봉되어 열 교환 매체 수용실(43)을 형성한다. 제1도에 도시된 바와같이, 벽부재(40)의 내측 단부는 배출구(26)의 상단부의 형상에 맞도록(41)에서와 같이 만곡되어있다. 번호(42)는 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 탱크(14)의 저부를 관통하여 상방으로 연장하고 열교환기의 내부와 연통하는 가열 매체용 도입구를 나타낸다. 또한, 배출구(44)가 제2도에 도시된 바와같이 탱크(14)의 저부를 관통하여 상방으로 연장하여 있고 열교환기의 내부와 통하여 있다.

더 구체적으로는, 제1열교환기 유니트(30)은 다음과 같이 형성되어있다.

열교환기의 외측 벽부재(40)은 만곡된 외측 단부 부분(40a), 평편한 내측 단부부분(40b), 탱크 배출구 주위에 만곡된 부분(40c) 및 서로의 쪽으로 내측으로 집중하도록 종방향으로 연장하는 평편한 측부부분(40e) 및 (40f)를 가지고 있다.

배플판(36)은 벽부재(40)에 의해 둘러싸인U자형의 외측 배플판 요소(33)를 포함하며, 그 배플판요소(33)은 서로로 부터 외측으로 벌어지고 종방향으로 연장하는 외측의 다리부(33a)(33b)를 가지고 있고, 그 다리부(33a)(33b)의 외측단부(33c)는 벽 부재의 만곡된 외측 단부부분(40a)로 부터 떨어져있다. 또한, 이 배플판 요소(33)은 내측단부부분(33d)와, 탱크의 배출구(26)의 일부분 주위에 배치된 중앙의 만곡된 부분(33e)와, 도입구(42)주위에 있는 U자형의 외측으로 향한 굴곡부분(33f)를 가지고 있다.

배플판(36)은 또한, 벽부재(40)의 만곡된 외측단부부분(40a)와 연결되어 내측 단부부분(40b)에 인접한 배플판 요소(33)의 내측 단부부분(33d)의 바로 앞까지 연장하는 종방향으로 긴 판(35)(35)과, 만곡된 외측 단부부분(40a)의 바로 앞까지 연장하는 외측으로 벌어진 다리부분(37a,37a)와 열교환기의 배출구(44)의 일부분 주위에서 만곡된 내측 만곡 부분(37b)를 가진 머리핀 형태의 종방향 연장 중앙 배플판 요소(37)및, 벽부재의 외측 단부부분(40a)에 연결되어 다리부분(37a)(37a) 사이로 약간 연장하는 짧은 중앙 판(39)를 포함한다.

제2열교환기 유니트(30')는 제1열교환기의 유니트의 것과 동일한 배플판 구조를 가지므로 더 이상 설명하지 않는다.

번호(46) 및 (48)은 열 교환기의 배출구(44)쪽으로 열 교환기내 응축물을 배출시키는 것을 보조하도록 저부 판(34)의 상부표면에 제공된 튜브를 나타낸다. 통로내 응축물이 배플판을 통과하여 흘러 그 응축물이 배출구(44)에서 배출될수 있게 하기 위해 튜브(46) 및 (48)에 개구부(49)(제6도)를 가지고 있다.

봉(bar)과 같은 지지체(52)가 제3도에 도시된 바와같이 탱크의 양측부의 내측 표면에 용접되어 있고, 브라켓트(56)이 제1열교환기 유니트(30)의 양측부에 부착되고 지지체(52)에 각각 용접되어 있다. 또한, 브라켓트(54,54')(제2도)가 제1 및 제2 열교환기 유니트(30,30')의 외측단부에 부착되어 있고, 탱크단부(20,22)의 내측 표면상의 봉과 같은 지지체(50)에 용접되어있다.

통상의 탱크차가 다음과 같은 방식으로 본 발명의 가열식 탱크차(10)으로 전환될 수 있다. 먼저, 양 탱크단부(20) 및 (22)의 일부분을 제거한 다음, 지지체(50) 및 (52)가 탱크 측벽의 내측표면에 용접된다. 다음, 제1 및 제2열교환기 유니트(30) 및 (30')가 탱크의 내부내에 삽입되어, 브라켓트(54,54') 및 (56)이 각각 지지체(50) 및 (52)상에 얹히게 하고 또한 그 열교환기 유니트들의 내측단부가 탱크의 배출구(26)에 인접히 위치되도록 한다. 열교환기의 도입구(42,42') 및 배출구(44,44') 탱크의 저부(18)을 통과하여 하방으로 연장하도록 그 탱크의 저부(18)에 사전에 구멍들이 형성된다. 다음, 브라켓트(54,54') 및 (56)을 탱크 단부의 내측표면의 상기 지지체들에 통상의 방식으로 용접한 후, 탱크 단부(20) 및 (22)를 통상의 방식으로 재배치한다.

제1 및 제2열교환기 유니트들의 내측단부들을 서로 용접하여 열교환기와 저부(18)사이에 밀폐된 격실, 즉 정체공기 공간(60)이 형성되도록한다.

사용에 있어서, 탱크차가 액체 화물을 수용한 것으로 가정할때 증기 또는 뜨거운 물이 열교환기의 도입구(42) 및 (42')에 주입된다. 들어온 그러한 증기는 탱크의 배출구(26)주위를 통과한 다음, 제1도에 화살표로 나타낸 통로를 따라 이동하여 열교환기의 배출구(44) 및 (44')를 통해 배출된다. 열 교환기에 의한 물질(화물)의 가열에 의하여 먼저, 열교환기와 접촉하여 있는 상기 물질이 자신의 중량에 의해 배출구(26)쪽으로 흐르게된다. 이러한 화물 가열 방법은 그 물질 일부의 과열을 방지한다. 열교환기(28)과 탱크저부(18) 사이의 정체공기 공간(6)은 차량의 프레임 및 탱크 새들이 히이트 싱크로 작용하는 것을 방지하여 보다 효율적인 가열이 달성되도록 한다.

열교환기가 배출구(26)쪽으로 경사져 있어 그, 배출구로의 물질의 흐름이 더 용이하게 된다.

그리하여 본 발명의 신규한 가열식 탱크차는 화물을 보다 효율적으로 가열하고 탱크차의 저부에의 물질의 "부우트" 형성을 방지함을 알수 있다. 또한, 제1 및 제2열교환기 유니트가 경사져 있어 열 교환기 내 응축물의 축적이 방지되고 그리하여 종래 장치에서와 같은 부식의 문제가 없게됨을 알수있다.

본 발명의 또 다른 특징은 탱크차내 화물의 가열 과정중 열교환기 내측에 형성되는 가열 매체 응축물을 제거하는 것에 있다. 이 특징이 제7도 및 제8도에 도시된 열 교환기의 다른 실시예에 예시되어있다.

탱크(114)내에, 1쌍의 열 교환기 유니트(130,130)로 이루어진 열교환기(128)이 설치되어있다. 양 열교환기 유니트들의 구조가 서로 동일하기 때문에, 열 교환기 유니트(130,130)들 중 하나를 지지하는 탱크(114)의 좌측부분만을 도시하였다. 열 교환기(128)이 제1도-제6도를 참조하여 기술된 열 교환기(28)과 동일한 수단에 의해 지지되기 때문에, 지지구조에 대해서는 설명할 필요가 없을 것이다.

열 교환기유니트(130)은 궁형의 상부 및 저부판들(132) 및 (134)로 이루어지며, 그 상부판과 저부판 사이에 파형부재(139) 형태의 배플 수단이 배치되어 다수의 채널(135) 및 (137)을 형성한다. 제8도에 도시된 바와같이 그 채널들은 동일한 단면적을 갖지 않는다. 예를들어, 채널(135)는 채널(137)보다 작도, 좁은 채널(135)는 가열 매체(증기)를 도입구(142)로 부터 탱크 헤드(120)쪽으로 상방으로 안내하도록 작용하고, 넓은 채널(137)은 가열 매체(증기)를 도입구(142)쪽 하방으로 안내하도록 작용한다.

제7도에서, 도입구(142)를 통해 열 교환기(128)로 들어가는 증기와 같은 가열 매체는 좁은 채널(135)를 통하여 상방으로 이동하여 열교환기의 만곡된 단부부분(140a)에 도달하고, 그때 증기는 두 부분으로 분할되어 1쌍의 넓은 채널(137,137)을 따라 흐르며 작은 매니포울드(141)에 도달한다. 그 매니포울드는 증기를 좁은 채널(135a)로 안내하고, 만곡된 단부 부분(140a)에 도달한 증기는 넓은 채널(137a)로 방향을 바꾸어 내측벽(143)에 도달할때까지 계속 이동한다. 그후, 증기는 체널(135b)에서 나와 만곡된 단부부분(140a)에 부딪치고, 그 만곡된 단부 부분에서 방향을 바꾸어 넓은 채널(137b)를 따라 이동한다. 최종적으로 증기는 주 매니포울드(145)내로 들어간다. 주 매니포울드(145)는 배출구(144)를 통하여 대기와 통하여 있다. 또 다르게는, 배출 증기가 증기를 방생하는 증기 장치(도시안됨)의 재가열실로 다시 도입될 수도 있다.

제1도-제6도를 참조하여 기술된 제1실시예와 같이 화물 저부에 열을 계속 부여함으로써 화물내에 로울링 또는 순환 흐름이 발생된다. 즉, 화물의 가열된 부분이 화물을 통하여 위로 올라감에 따라 화물의 가열되지 않은 부분이 저부로 하강하여 화물을 효과적으로 혼합 또는 로울링시킨다. 그러한 화물의 균일한 가열에 의해 화물이 신속한 하역을 위해 준비되고, 화물을 태우거나 케러멜화시키는 과도한 열을 받지 않게된다.

화물의 유사한 순환이 제7도 및 제8도에 도시된 예에서도 일어난다.

화물의 가열 및 유동을 증가시키기 위해, 열 교환기(128)이 지류(支流)관(147,149,151)를 구비하고 있다. 탱크의 단부로 갈수록 그 지류 관들을 더 길게 하므로써 증기 및 응축물의 유동이 증진되고 화물의 신속한 가열이 증진된다. 그 지류관들은 좁은 채널(135)와 넓은 채널(137b) 사이를 연통시켜, 채널(135)로 들어가는 증기의 일부분이 맨 바깥쪽 채널(137b)내로 외측으로 흐르게 하고, 그리하여 증기가 열교환기를 신속히 가열시켜 화물을 더 신속히 가열하게 된다. 화물의 가열 및 유동을 더 증가시키기 위해, 열교환기(128)은 제7도에 도시된 바와 같이 또 다른 지류관(147a) 및 (147b)를 구비할 수도 있다.

제7도에서, 채널(137a) 및 (135b)내에서 형성되는 어떤 응축물은 내측벽(143)쪽으로 하방으로 흐르고 내부 배출구를 통하여 작은 매니포울드(141)로 통과하여 채널(137) 및 (135a)내에서 형성된 다른 응축물과 결합된 다음, 배출구(144)와 연통하는 외부 배출구를 통하여 배출된다. 이러한 배출에 의해 증기의 공급중에 응축물이 제거되고, 탱크차가 비워진 후 열교환기가 적절히 배수된다. 중앙 채널(135)내에서 형성된 응축물은 상방으로 흐르는 증기 아래에서 하방으로 흘러 배출구(144)에서 배출된다.

파형 부재(139)는 제8도에 도시된 바와 같이 용접과 같은 적절한 수단에 의해 궁형의 상부판(132)와 저부판(134)에 부착된다. 그리하여, 인접하는 채널(135)와 (137) 사이에서 횡방향의 가열 매체 흐름이 일어나지 않게된다.

지류관들(147, 149, 151, 147a, 147b)가 각종 채널들을 형성하는 벽들을 관통하도록 배치될 수 있다. 그러나, 바람직한 배치에서는, 각종 지류관들이 채널의 벽을 통과하지 않고 채널의 외측에 배치된다. 제8도에서, 지류관들(예를들어, 지류관(147a)이 궁형의 저부판(134) 아래에서 열 교환기(128)의 외측에 부착되어 있다. 특정의 지류관(147a)는 채널(135)와 (135b) 사이에서 연장하여 그 채널들을 연통시킨다.

제7도 및 제8도에 도시된 구조에서, 증기가 도입구 내로 들어오고 중앙 통로를 따라 위로 통과하고 측부 통로들을 따라 이동하며, 응축물은 증기 아래에서 흐르게 함으로써 증기가 응축물을 통로 밖으로 밀어내지 않고 응축물이 탱크의 저부에서 신속히 배출되게 함을 알 수 있다.

제8도에 도시된 예에서는 다수의 다른 크기의 채널을 형성하기 위해 파형 부재(139)를 사용하지만, 그러한 채널을 형성하기 위해 다른 수단이 이용될 수도 있음을 명백하다.

예를 들어 제9도에 도시된 바와같이, 열교환기(228)은, 궁형의 상부판(232) 및 궁형의 저부판(234)에 부착된 일련의 종방향의 반타원형 부재(235a)에 의해 형성된 다수의 떨어져 있는 좁은 채널(235)와 반타원형 부재(235a)들 사이 간격에 의해 형성된 다수의 넓은 채널(237)을 가진 배플수단을 포함한다. 그 채널들중 일부는 제7도의 예에서 설명한 바와 같이 지류관(251)에 의해 서로 연통한다. 반타원형 부재(235a)가 열교환기(228)에 충분한 강도를 제공하지 않기 때문에, 1쌍의 종방향 봉(259)가 상부 및 저부 판들(232) 및 (234) 사이에 부착된다. 종방향 봉(259)는 인접한 반타원형 부재(235a)와 함께 상기 종방향 봉(159)들 각각에 인접히 1쌍의 채널(235b)를 형성한다. 증기를 상방으로 안내하는 좁은 채널(235)와 증기를 하방으로 안내하는 넓은 채널(237)의 간격은 제7도 및 제8도에 도시된 예에서와 같다. 예를들어, 제9도에 도시된 바와같이 반타원형 부재(235a)에 의해 형성된 좁은 채널(235)는, 궁형의 상부판(232)와 궁형의 저부판(234) 및 반타원형 부재(235a) 사이에 형성된 넓은 채널(237)에 의해 분리되거나 또는 상부판(232) 및 저부판(234)와 종방향 봉(259) 사이에 형성된 넓은 채널(235b)에 의해 분리되어 있다. 상기 예로 부터, 궁형의 상부 및 저부판들(232) 및 (234) 사이에 채널을 형성하기 위해 다른 수단이 이용될 수도 있음이 명백하다. 제9도에 도시된 예의 나머지 구조의 세부는 제7도 및 제8도에 도시된 예와 관련된 구조의 세부와 동일한다. 즉, 도입구, 배출구 및 배수구의 배치가 동일하다.

제10도는 서로 인접하여 있고 궁형 판(332)에 부착된 종방향의 궁형부재(335)에 의해 형성되는 다수의 채널 또는 통로(338)을 가진 열교환기(328)의 개조된 구조를 나타낸다.

그 채널들중 일부는 지류관(351)에 의해 서로 연통한다.

제11도는 탱크(414)내에서 화물에 열을 가하기 위해 그 화물의 위 아래에 서로에 대하여 대향하여 배치된 1쌍의 열교환기 유니트(430a) 및 (430b)로 이루어진 또 다른 구조의 열교환기(428)을 나타낸다. 전술한 예들에 대하여 설명된 바와 같이, 열교환기 유니트들은 정체 공기 공간(460a) 및 (460b)에 의해 탱크(414)의 벽으로 부터 떨어져 있다.

채널들중 몇몇은 제7도에 도시죈 예에 대하여 기술된 바와같이 지류관(447)에 의해 상호 연결되어 있다.

제12도는 탱크(514) 내측 화물에 열을 가하는데 적합하게된 1쌍의 열 교환기 유니트(530a) 및 (530b)를 가진 또 다른 개조예의 열 교환기(528)을 나타낸다. 열 교환기 유니트(530a)는 전술한 열 교환기 유니트들과 유사한다. 열 교환기 유니트(530b)는 탱크(514)의 상부 외부에 직접 꾸불 꾸불한 방식으로 부착된 일련의 튜브들로 이루어진다. 2개의 열교환기 유니트(530a) 및 (530b)가 그 열 교환기 유니트들 사이에 배치된 화물에 열을 가한다. 열 교환기 유니트(530a,530b)의 채널들중 몇몇은 지류관(557)에 의해 상호연결되어 있다. 열 교환기 유니트(530b)는 액화에 많은 역을 요하는 유황과 같은 화물을 가열하기 위해 탱크(514)의 상부 외측에 영구적으로 설치될 수 있다. 또 다르게는, 열 교환기 유니트(530b)는 필요에 따라 탱크(514) 상부에 설치될 수 있는 착탈식 유니트일 수도 있다.

제13도에 도시된 예는 제11도에 도시된 바와같은 구조에서 직립벽(661)에 의해 형성되는 또 다른 정체 공기 공간(660c)를 탱크(614)내에 가지는 예이다. 그 부가적인 정체 공기 공간(660c)는 정체 공기 공간(660a,660b)와 협동하여 열 교환기 유니트(630a,630b)로 부터 탱크(614)내 화물로의 열전도를 증가시킨다. 상기 예들에서와 같이, 지류관(647)이 열교환기 유니트들내 채널들중 몇몇을 상호 연결한다.

제14도는 열 교환기 유니트(730a)를 탱크(714)에 부착하는 다른 방식을 나타낸다. 열교환기 유니트를 탱크에 부착하기 위해 제3도에 도시된 바와같이 브라켓트(54,56) 및 지지체(50,52)를 포함하는 중간 부재들을 사용하는 대신, 연속적인 용접 비이드(730c)와 같은 적절한 수단에 의해 열교환기 유니트(730a)의 외주를 탱크(714)에 직접 용접한다.

Claims (23)

1. 대향하는 양단부(20,22), 상부 및 저부(18)를 가지며 적어도 도입구와 배출구(26)를 가진 수평의 화물탱크(14)와, 유체가 통하는 적어도 하나의 도입구(42)와 적어도 하나의 배출구(44)를 가지고, 탱크(14)의 저부(18)위에 간격을 가지고 떨어져 설치되며, 탱크내 화물을 가열하기 위한 가열 매체를 수용하는 내부 공간을 가지고 있는 열 교환기(28)로 이루어진 가열식 탱크차.
2. 제1항에 있어서, 열교환기(28)의 내부 공간이 가열매체를 수용하여 순환시키기 위한 공간을 형성하도록 간격을 가지고 떨어져 있는 상부판(32) 및 저부판(34)으로 이루어진 가열식 탱크차.
3. 제2항에 있어서, 간격을 가지고 떨어져 있는 다수의 배플판(36)이 상부 및 저부판들(32,34)에 부착되어 있고, 그 상부 및 저부판들(32,34) 사이에 유체 통로(38)를 형성하도록 그 판들 사이에서 연장하여 있는 가열식 탱크차.
4. 제1항에 있어서, 열교환기(28)의 종방향 단면이 V형으로 된 가열식 탱크차.
5. 제1항에 있어서, 열교환기(28)의 횡방향 단면이 반원형으로 된 가열식 탱크차.
6. 제1항에 있어서, 탱크(14)가 그의 단부들(20,22) 사이에서 연장하는 대향된 측벽들을 가지고 있고, 그 측벽들과 단부들에 열 교환기(28)가 부착되어 지지되고 그리하여 탱크내 화물이 상기 열 교환기 위에 유지되는 가열식 탱크차.
7. 제1항에 있어서, 열교환기(28)이 탱크(14) 내에 끝과 끝이 맞대어 배치된 제1 및 제2열교환기 유니트들(30,30')로 이루어진 가열식 탱크차.
8. 제7항에 있어서, 탱크(14)의 배출구(26)가 제1 및 제2열교환기 유니트들(30,30')의 인접하는 단부들 사이에 배치된 가열식 탱크차.
9. 제7 또는 8항에 있어서, 제1 및 제2열교환기 유니트들(30,30') 각각의 도입구(42,42') 및 배출구(44,44')가 탱크의 배출구(26)의 외측에서 그 열 교환기 유니트들의 내측 단부들에 배치된 가열식 탱크차.
10. 제7항에 있어서, 제1 및 제2열교환기 유니트들(30,30') 각각에 도입된 가열 매체가 탱크(14)의 배출구(26)를 인접히 통과하여 상기 열교환기 유니트들의 배출구(44,44')로 부터 배출되는 가열식 탱크차.
11. 제1항에 있어서, 탱크(14)를 운송하기 위해 바퀴를 가진 프레임(12)을 포함하는 가열식 탱크차.
12. 제1항에 있어서, 열 교환기(28)로 들어간 가열 매체가 제일 먼저 탱크(14)의 배출구(26)를 인접히 통과하는 가열식 탱크차.
13. 제1항에 있어서, 열교환기(28)와 탱크 저부(18) 사이에 정체 공기 공간(60)을 형성하도록 탱크 저부(18)위에 열 교환기(28)를 지지하기 위한 지지체(52)가 탱크(14)의 하부 부분에 부착되고, 상기 정체 공기 공간(60)이 열 교환기(28)로 부터 탱크 하부의 프레임으로의 열 전달을 방지하는 열절연 수단으로 작용하는 가열식 탱크차.
14. 제3항에 있어서, 간격을 가지고 떨어져 있는 다수의 배플판(36)이 열 교환기(28)의 배출구(44,44')쪽으로 경사진 튜브(46,48)에 의해 상호 연통되어, 그 튜브가 배플판(36) 사이에 형성된 다수의 통로(38)내로의 용축물의 배출을 용이하게 하는 가열식 탱크차.
15. 제1항에 있어서, 열 교환기(28)를 제거 가능하게 수용하는데 적합하게 되고 열 교환기(28)의 외주 주위에서 연장하는 브라켓트(56)가 탱크(14)내에 설치되어, 열교환기(28)과 탱크 저부(18)사이에 밀폐된 열절연 정체 공기 공간(60)이 제공되도록 한 가열식 탱크차.
16. 제13항에 있어서, 지지체(52)가 탱크(14)의 하부부분에 부착된 봉부재이고, 열교환기(28)가 그 봉 부재에 부착되는데 적당하게 된 외주 브라켓트(56)을 가지고 있어, 용접에 의한 봉 부재에의 브라켓트의 부착에 의해 열교환기(28)와 탱크 저부(18)사이에 정체 공기 공간(60)이 형성되도록 하는 가열식 탱크차.
17. 제15항에 있어서, 지지체(52) 및 브라켓트(56) 대신 연속적인 용접 비이드(730c)에 의해 탱크에 열교환기의 외주가 부착되는 가열식 탱크차.
18. 제1항에 있어서, 부가적인 열 교환기 유니트(430b)가 탱크(44)의 상부 부분에서 그 탱크내에 배치되고 탱크의 상부와 상기 부가적인 열 교환기 유니트 사이에 정체 공기 공간(460b)을 형성하는 가열식 탱크차.
19. 제7항에 있어서, 부가적인 열 교환기 유니트(530b)가 탱크(514)의 상부 외측에 부착된 가열식 탱크차.
20. 응고 가능한 화물의 배출을 용이하게 하기 위해 통상의 탱크를 가열식 탱크로 전환시키기 위한 방법으로서, 탱크의 내부를 노출시키기 위해 탱크의 적어도 일부분을 제거하고, 그 탱크내에 열 교환기를 삽입하고, 열 교환기가 탱크 저부위에서 떨어져 있도록 탱크내에 상기 열 교환기를 배치시키고, 열 교환기에 도입구 및 배출구를 설치하고, 열 교환기와 탱크 저부 사이에 공간을 형성하도록 탱크의 내벽에 열 교환기의 가장자리를 부착한 다음, 탱크의 상기 제거된 부분을 제 위치에 다시 부착하는 단계들로 이루어진 통상의 탱크를 가열식 탱크로 전환하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 가열 매체가 탱크내 화물을 가열하기 위해 열 교환기를 통과하도록 열 교환기의 도입구 및 배출구를 위한 구멍들이 탱크에 설치되는 상기 방법.
22. 제20 또는 21항에 있어서, 열교환기와 탱크사이의 공간이 탱크 내측으로 부터 밀폐되는 상기 방법.
23. 응고 가능한 유체 화물 운송용 탱크(14)에서 그 탱크내 그러한 화물을 가열하기 위한 열 교환기(28)로서, 그 열교환기가 가열 매체를 수용 및 안내하기 위해 종방향으로 연장하는 다수의 흐름 통로(38)를 가진 구조물로 되어 있고, 그 구조물의 종축 및 횡축에 따른 형상이 하강 배출이 일어나도록 경사지고 또한 궁형으로 되어 있으며, 그 경사의 낮은 지점에 도입구(42) 및 배출구(44)가 설치된 가열식 탱크용의 열 교환기.

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