(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、液化ガスのためのタンク（５）を有する可動冷蔵輸送手段（２）のための熱交換器（３０）に関する。この熱交換器（３０）は、液化ガスの流れの受け入れのため、および液化ガスの少なくとも一部の気化のためのパイプ（１４）を有する。このパイプ（１４）は、少なくとも複数の部位において長手軸（１９）を有し、上述した熱交換器（３０）は、液化ガスのための入口（２６）、および少なくとも部分的に気化されたガスのための出口（２５）を有する。この出口（２５）は、流れを許容する方法で排出パイプ（６）に接続されている。上述したパイプ（１４）は、乱流を発生し、或いは放射状の相分離の目的のため、内部に複数の構成部品（１８）を有する。この発明は、これら複数の構成部品（１８）の助けによって、ガスの気化の結果として生じるパイプ（１４）の壁（２３）上のガスインターフェース層の厚さが、飛躍的に減少され、それにより、熱交換器（３０）の効率が飛躍的に増大されることを特徴としている。【選択図】図７
2009533641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスの流れの受け入れのため、および液化ガスの少なくとも一部の気化のための少なくとも１つのパイプ（１４）を有し、
このパイプ（１４）は、少なくとも複数の区間において、長手軸（１９）を有し、
当該熱交換器（３０）は、液化ガスのための入口（２６）、および少なくとも部分的に気化されたガスのための出口（２５）を有し、
この出口（２５）は、流れを許容する方法で、排出パイプ（６）に接続されており、
上記パイプ（１４）は、流れの中に乱流を発生させる目的のため、その内部に複数の構成部品（１８）を有することを特徴とする、液化ガスのためのタンク（５）を有する可動冷蔵輸送手段（２）のための熱交換器（３０）。
【請求項２】
液化ガスの流れの受け入れのため、および液化ガスの少なくとも一部の気化のための少なくとも１つのパイプ（１４）を有し、
このパイプ（１４）は、少なくとも複数の区間において、長手軸（１９）を有し、
当該熱交換器（３０）は、液化ガスのための入口（２６）、および少なくとも部分的に気化されたガスのための出口（２５）を有し、
この出口（２５）は、流れを許容する方法で、排出パイプ（６）に接続されており、
上記パイプ（１４）は、液相と気相の放射方向の分離を生出する目的のため、その内部に複数の構成部品（１８）を有することを特徴とする、液化ガスのためのタンク（５）を有する可動冷蔵輸送手段（２）のための熱交換器（３０）。
【請求項３】
上記複数の構成部品（１８）は、上記パイプ（１４）内の複数の整流部材（２１）によって形成され、特に、上記長手軸（１９）に沿って延びた複数の棒状部材（２２）或いは複数の板片によって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項４】
上記複数の棒状部材（２２）或いは複数の板片は、星形、特に、少なくとも２つの突出部、好ましくは少なくとも３つの突出部、例えば少なくとも５つの突出部を有することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器（３０）。
【請求項５】
上記複数の整流部材（２１）は、上記長手軸（１９）に沿ってねじられて延びていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項６】
上記複数の整流部材（２１）は、上記長手軸（１９）に沿って起伏が付けられて延びていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項７】
上記パイプ（１４）は、パイプ壁（２３）を有し、このパイプ壁（２３）は、上記長手軸（１９）に沿って断面が変化され、特に、起伏が付けられ或いはねじられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項８】
上記パイプ（１４）は、その長手方向に沿って変化するパイプ内側の横断面を有し、特に、第２のパイプ位置（１６）におけるパイプ内側の第２の横断面上に、第１のパイプ位置（１５）におけるパイプ内側の第１の横断面を投影したときの突出面が、パイプ内側の横断面の９０％より小さく、特に７０％より小さく、好ましくは５０％より少ないことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項９】
上記パイプ（１４）は、特に、その外側に巻装された複数のフィン（１７）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１０】
上記複数のフィン（１７）は、らせんの形、および／或いは起伏が付けられた形で上記パイプの周りに延設されていることを特徴とする請求項９に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１１】
上記パイプ（１４）および上記複数の構成部品（１８）は、同質の材料、特に銅から製造され、特に、溶接或いは半田付けによって製造されることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１２】
上記複数の構成部品（１８）は、上記パイプ（１４）内側の横断面を、少なくとも２つ、特に少なくとも３つ、または好ましくは少なくとも５つの内側横断面部分に分割することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１３】
上記パイプ内側の上記複数の横断面部分は、外側に向けて放射状に広げられていることを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１４】
液化ガスを気化されたガスから分離する目的のため、流れを許容するように上記出口（２５）に接続された相分離器（２４）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１５】
上記相分離器（２４）は、圧力容器であることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１６】
液化ガスのための上記入口（２６）は、少なくとも部分的に気化されたガスのための上記出口（２５）より重力方向上方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１７】
上記パイプ（１４）の周りにらせん状に巻き付けられた伝熱手段（２８）によって特徴付けられた請求項１乃至請求項１６のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１８】
上記パイプ（１４）の下に凝集液のための捕集タンク（３１）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項１９】
上記捕集タンク（３１）は、加熱部材（３２）を有することを特徴とする請求項１８に記載の熱交換器（３０）。
【請求項２０】
当該熱交換器（３０）は、特に、熱可塑性材料から製造された熱交換器ハウジング（２９）を有し、この熱交換器ハウジング（２９）は、当該熱交換器（３０）内部へ空気を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項１９のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項２１】
水滴を捕集するための防止縁（３４）を有する排出口（３３）によって特徴付けられた請求項２０に記載の熱交換器（３０）。
【請求項２２】
当該熱交換器（３０）の少なくとも１つの圧力センサ（３５）、および冷却システム、特に当該熱交換器（３０）の気密試験のための手段（２０）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項２１のうちいずれか１項に記載の熱交換器（３０）。
【請求項２３】
上記気密試験のための手段（３６）に電気的に接続された温度センサ（３７）が設けられていることを特徴とする請求項２２に記載の熱交換器（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化ガスのためのタンクを有する可動冷蔵輸送手段のための熱交換器に関する。この熱交換器は、液化ガスの流れを受け付けて、液化ガスの少なくとも一部を気化するためのパイプを有する。このパイプは、少なくとも複数の区間で長手軸を有する。また、熱交換器は、液化ガスのための入口および少なくとも部分的に気化されたガスのための出口を有する。そして、この出口は、流れを許容する方法で、排出パイプに接続されている。
【背景技術】
【０００２】
約３０年間、輸送手段の冷却には、窒素を用いたマルチチャンバーが利用されてきた。このタイプの方式は、低温転送（ＣＴ）の名称ですでに知られている。低温転送方式は窒素を真空断熱容器に入れて低温に保ち、液体の状態で輸送手段に積んで運ぶ必要がある。冷やしたい時は、この窒素をそれ自体の圧力によってパイプを経由して抜き取り、冷却チャンバー内に直接吹き付ける。この方式は、非常に単純で安定しているのみならず、冷却能力が周囲の温度に影響されず常に一定に保たれ、原理的にスプレーノズルの吹き付け能力にのみ制限される。この結果、食材配送交通に使用され、冷却稼動中に頻繁にドアを開閉される低温転送冷却貨物車両は、冷却品質においてかなり有利である。特に、気温が高い夏は、機械的冷却設備が性能の衰えた凝縮機と気化器の着氷を伴って奮闘しなければならない時に、低温転送方式は、効率、信頼性、および性能の点で優位性を実証している。ドアを開けた後、参照温度にわずか数秒で元に戻る。
【０００３】
しかしながら、この方式にも不利な点はある。冷却チャンバー内に吹き付けたガスのいくらかは室外に排気ガスとしてもれ出るため、窒素の消費量が比較的多いことである。例えば、冷凍食品チャンバーを冷凍するなら、排気ガスの温度は−３０℃から−４０℃のオーダになる。また安全のため、積荷空間に入る前に完全な換気が必要な事も不利な点である。この場合、不必要な多量の暖気が積荷空間に入る。温度は明らかに急速に低下し始めるが、より多くのエネルギーを消費するため、必要以上のコスト高になる。カーテン等の保冷システムに慣例的に取り付けられている設備は、換気を損なう危険な方法であるため、低温転送冷却車両の場合、むしろ不適当である。
【０００４】
欧州出願０８２６９３７Ａは、チャンバーを冷却するための冷却ユニットについて述べている。
【０００５】
欧州出願１５９３９１８Ａは、冷却チャンバー内に低温液化ガス気化器を配置した熱交換器を有する冷蔵輸送手段のための間接的冷却手段に関する。
【０００６】
液化低温窒素は、常圧において７７Ｋの温度を有する。この場合蓄えられている冷気は、２つの成分として存在している。即ち、７７Ｋで液体から気体へ相の過渡変化する成分と、７７Ｋから排気ガス温度へのガス相温度の上昇と同時発生する吸収熱の成分である。気化のエンタルピーと特殊な潜熱という２つの成分は、通例として近似的にほぼ同じ大きさである。
【０００７】
冷却媒体として液化低温窒素を用いる場合、特別な特徴が熱交換器に要求される。熱交換器の温度と液体窒素との間の−１９６℃の大きな温度差によって、熱交換器の冷却に関連した材料に対して、熱的に引き起こされる極めて大きな応力が与えられる。
【発明の開示】
【０００８】
この出願の目的は、高い熱交換効率、動作の信頼性、および最もコンパクトな構造が可能になることの信頼性を組み合わせた熱交換器を提供することにある。
【０００９】
この目的は、独立請求項で定義された主題によって達成される。適切な方式の要求に応じて個々に利用するか複合的に合わせて利用できる、更なる効果的な実施例や形態は、以下の記述と従属請求項に示されている。
【００１０】
液化ガスのためのタンクを有する可動冷蔵輸送手段のための本発明の熱交換器は、液化ガスの流れを受け付けて、液化ガスの少なくとも一部を気化するための少なくとも１つのパイプを有する。このパイプは、少なくとも複数の区間で、長手軸を有する。また、熱交換器は、液化ガスのための入口および少なくとも部分的に気化されたガスのための出口を有する。そして、この出口は、排出パイプに接続されている。上述したパイプは、その内部に、乱流を発生させる目的で、複数の構成部品を有する。
【００１１】
この他に、液化ガスのためのタンクを有する可動冷蔵輸送手段のための本発明の熱交換器は、液化ガスの流れを受け付けて、液化ガスの少なくとも一部を気化するための少なくとも１つのパイプを有する。このパイプは、少なくとも複数の区間で、長手軸を有する。また、熱交換器は、液化ガスのための入口および少なくとも部分的に気化されたガスのための出口を有する。そして、この出口は、排出パイプに接続されている。上述したパイプは、その内部に、液相および気相の放射方向の分離を生出させる目的で、複数の構成部品を有する。
【００１２】
この場合、液体がパイプの壁に押し付けられて、気体が内側を流れることができる分布が好ましく、この結果、パイプの外側と内側の気体の流れとの間の熱の伝達が改良される。
【００１３】
熱交換器は、液化ガスの気化、および液化ガスに含まれている冷成分を特に効果的な方法で使用することのため、特に適している。熱交換器は、特に高い効率を有し、特に信頼性の高い方法で動作する。
【００１４】
特に、液体窒素などの−１００℃より低い沸点のガスが、液化ガスとして使用可能である。しかし、液体二酸化炭素などのより高い沸点のガスも、熱交換器の適切な適合のため使用可能である。
【００１５】
上述したガスは、特に、極低温に冷却され、約１バールから２０バールの圧力で、好ましくは、１．５バールから３．５バールの圧力でタンク内に存在する。このタンクは、例えば真空断熱によって、或いは発泡ジャケットへの封入によって、断熱されている。また、タンクは、流体を伝達する方法で、熱交換器に接続されている。タンクから気化器へ液化ガスを流すためのパイプは、効果的には、超断熱である。
【００１６】
熱交換器の内部において、液化ガスは少なくとも部分的に気化されており、液化ガスに含まれている冷成分が可動冷蔵輸送手段の冷却チャンバーへ放出される。冷却システム自体は開かれており、閉回路を有していない。冷却システムが圧縮機を必要としないで動作するため、ガスを圧縮するための圧縮機は不必要である。
【００１７】
パイプは、直線状、湾曲、メアンダ状、コイル状に巻かれ、或いは複数の部分に折り曲げ可能である。また、パイプは、平らに、起伏が付けられ、或いは星形断面にできる。平らなパイプは、断面高さより非常に大きな断面幅を有する。ここで言う断面とは、パイプの長手方向、或いは長手軸と直交する面でパイプを切断した断面であるものと理解される。パイプは、アルミニウムや銅などの特に良好な熱伝達特性を有する材料から成り、好ましくは銅が選択される。低温、およびそれに結びつく急峻な温度勾配や経時的な潜在的温度変化のため、熱交換器のために使用される複数の構成部品の均一な材料の組み合わせが、熱的に引き起こされる材料の破壊やそれに伴う材料疲労現象を減少させるためには効果的である。
【００１８】
液化ガスは、熱交換器内で少なくとも部分的に気化される。これにより放出される冷成分は、複数の冷却パイプを介して、冷却液や冷却空気などの冷気伝達媒体によって、所望する位置（例えば、冷却チャンバーの中）へ伝達される。そして、冷蔵輸送手段の冷却チャンバーは、液化ガスによって、直接的ではなく間接的に冷却される。
【００１９】
効果的には、熱交換器は、冷却する空気のための複数の流通路を有し、ここで冷却された空気は、冷蔵輸送手段の冷却チャンバー内へ吹き込まれる。熱交換器は、特に、冷却のための空気を再循環する目的のための気化器を有する。冷気は、冷気とパイプとの間、そして冷気と液化ガスとの間で特に強い熱接触を生じるように、効果的には、パイプに吹き付けられる。
【００２０】
冷気の伝達を改良するため、パイプは、その内部に、乱流を生じせしめ、或いは液化ガスと気化されたガスの放射方向の分離の目的のため、複数の構成部品を有する。これら複数の構成部品の助けにより、渦流や乱流が、液化ガスのパイプに沿った流れとして製造される。これら複数の構成部品の助けにより、パイプの壁のガスインターフェース層の厚さ、特に液化ガスとパイプの壁との間のガス層の厚さを大きく減少でき、冷接触、すなわち冷却容量を無視できない程度に改善できることが明らかになっている。
【００２１】
これら複数の構成部品は、パイプ内に配置した複数の整流部材によって形成でき、特に、長軸に沿って延びた複数の棒状部材や板片によって形成できる。これら複数の整流部材は、パイプの内部に突出してパイプの横断面を分割或いは分離する、複数の突出部材、複数の突起、或いは他の仕切り壁や分割壁によっても形成できる。
【００２２】
上述した複数の棒状部材や板片は、星形に仕上げることができ、少なくとも２つの突出部、好ましくは３つの突出部、例えば５つの突出部を有する。少なくとも２つ、少なくとも３つ、或いは少なくとも５つのガス供給路へのパイプ内部の小分けは、この方法によって保証される。
【００２３】
冷気の伝達は、液化ガスと複数の整流部材の接触、およびそれに続く複数の整流部材とパイプの壁との間の冷気の伝達によっても改良できる。この目的のため、良好な熱伝導率を提供するような方法で複数の整流部材がパイプ壁へ取り付けられていることが有効である。例えば、複数の整流部材は、パイプの壁に半田付け或いは溶接できる。その代わりに、或いはさらに追加して、整流部材上への後の収縮のため、パイプより低い低温熱拡大特性を有する材料の使用が可能である。
【００２４】
複数の整流部材が長手軸に沿ってねじられていることが特に効果的である。例えば、棒状部材は、１メートル当たり、少なくとも２回、特に少なくとも４回、そして１００回より少なく、特に２０回より多くねじられている。このようなパイプのねじれは、液化ガスがパイプを流れる際に中心から外側に向かう加速を生じ、この結果、気化により液化ガスとパイプの壁との間にできるガス層の厚さを大きく減少される。
【００２５】
複数の整流部材は、効果的には、長手軸に沿って起伏が付けられて延設されている。この場合、０．５ｍｍから２００ｍｍ、特に１ｍｍから１０ｍｍ程度の起伏の波長が効果的である。この起伏は、液化ガスがパイプを通って流れるとき、乱流を生じる。気化されずに残ったガスの成分に対する気化されたガスの成分の割合は、流れの中に乱流を生じさせるため、或いは液化ガスと気化されたガスの放射方向の分離のための複数の構成部品によって、無視できない程度に増大される。
【００２６】
また、上述した複数の構成部品は、既に気化されたガスに関するインターフェース層の厚さの減少に寄与し、その結果として、低温のガスに貯蓄された冷気の解放が改良される。
【００２７】
パイプは、効果的には、パイプ壁を有し、このパイプ壁は、特に長手軸に沿って形成され、特に、起伏が付けられ或いはねじられる。この種のパイプ壁の断面形状を通して、乱流が、パイプ内部に引き起こされ、熱交換器の効率が改善される。
【００２８】
ねじりの割合は、１メートル当たり少なくとも２回、特に少なくとも４回である。しかしながら、パイプの流れを遮断することのないように、ねじり回数は、１メートル当たり１００回を超えるべきではなく、特に５０回を超えるべきではなく、また特に２０回を超えるべきではない。
【００２９】
複数の起伏の波長、すなわちパイプの長手方向に沿って１つの波頂から隣の波頂までの距離は、少なくとも０．５ｍｍであり、特に少なくとも１ｍｍである。この波長は、２００ｍｍより大きくなく、特に１０ｍｍより大きくない。親密な熱接触および冷接触は、上述したねじりや起伏によって、液化ガスと気化されたガスとの間、および例えば空気などの冷気伝達媒体との間で製造される。
【００３０】
パイプは、特に、パイプの長手方向に沿って変化する内部断面を有する。例えば、第２のパイプ位置におけるパイプの第２の横断面上に、第１のパイプ位置におけるパイプの第１の横断面を投影した場合の突出面は、パイプの内部横断面の９０％より少なく、特に７０％より少なく、好ましくは５０％より少ない。この場合、上述した第１および第２の位置は、パイプの長手方向に沿って１００ｍｍずれている。
【００３１】
パイプ内の流れに生じる乱流は、パイプの内部横断面の変化によって発生される。パイプの内部断面は、この場合、パイプの長手方向に沿って実質的に一定を維持可能である。乱流は、パイプの長手方向における断面形状の変化によって発生される。例えば、パイプの内部断面は、長円形或いは矩形であり、長手方向においてらせん状にねじられている。パイプの壁は、数多くのくぼみや凹部を有し、パイプ内の流れに影響を及ぼす。パイプ内の流れは、少なくとも１０００、特に少なくとも２０００、例えば５０００のレイノルズ数を有する。
【００３２】
パイプを通った流れがあるときのパイプ内における液化ガスの片寄りは、パイプの内部横断面の全面に対して２つのパイプ位置で互いに突出したパイプ断面の小さな部分よって、生出され、この片寄りは、液化ガスと気化されたガスとの間、およびパイプの壁との間の熱接触を改善する。
【００３３】
効果的には、パイプは、特にその外側に複数のらせん状のフィンを有する。これら複数のフィンの働きによって、パイプの壁によって吸収された冷気が、例えば冷却対象となっている空気などの冷気伝達媒体へ効果的に放出できる。また、これら複数のフィンの働きによって、パイプの表面積が、その外側に無視できない程度に広げられる。これら複数のフィンは、スクリューの形で巻き回すことができ、および／或いは起伏を付けることができる。複数のフィンに起伏構造を与えることにより、単位体積当たりの大きな表面を得ることに加えて、さらなる乱流が発生され、冷気伝達媒体への冷気の放出を改良する。
【００３４】
上述したパイプおよび複数の構成部品は、効果的には、同種の材料、特に銅から製造され、および／或いは、特に、溶接或いは半田付けされる。溶接或いは半田付けの場合、内部熱接触が複数の構成部品とパイプとの間に生成され、複数の構成部品からパイプへの冷気の伝達を改良し、そうすることで、熱交換器の全体的な効率を向上させる。同じ方法で、パイプの外側の複数のフィンも、溶接或いは半田付けできる。
【００３５】
複数の構成部品は、特に、パイプの横断面を、少なくとも２つ、特に少なくとも３つ、好ましくは５つに分割する。この方法において、一致する多くの数の流路がパイプ内に形成され、その結果、全体としてのパイプの体積に対するパイプ壁の表面の割合が増大される。この方法によって、熱交換器の効率が向上される。
【００３６】
パイプの内部横断面が外側に向けて放射状に広げられることが効果的である。パイプのねじれ或いは棒状部材によって引き起こされた中心から外側に向かういかなる加速も、内側から放射状に外側に向けて広げることによって利用できる。パイプの壁と液化ガス或いは気化されたガスとの間のインターフェース層の厚さは、この方法で減少できる。
【００３７】
特別な配置において、相分離器が、液化ガスの気化されたガスからの分離の目的で設けられ、この相分離器は、流れを許容するような方法で、熱交換器の出口側に接続される。この相分離器の働きにより、熱交換器を通った後で気化されずに残った液化ガスの液体部分を、引き込んで熱交換器へ戻すことができる。この方法によって、液化ガスに含まれる冷気の効率が高められる。相分離器は、圧力容器として実施可能である。液化ガスのための入口は、特に、少なくとも部分的に気化されたガスのための出口より上方に配置可能である。この方法によって、液化ガスのため、および冷気伝達媒体のための効果的な流れ特性が達成される。
【００３８】
熱交換器は、パイプの周りにらせん状に巻き付けられた伝熱手段を有する。この伝熱手段の働きにより、熱交換器の氷着を減少できる。この伝熱手段は、絶縁層によって被覆された電線によって形成でき、この電線は、パイプの周りに巻き付けられる。
【００３９】
捕集タンクが、パイプの下に配置可能である。熱交換器に形成されたあらゆる氷を凍結解除する特別な場合において、捕集タンクは、凍結解除された水を受け、この水を熱交換器から引き出す。あらゆる氷の凍結解除を促進するため、さらなる加熱部材を捕集タンクに配置可能である。
【００４０】
熱交換器は、特に、熱可塑性材料から製造された熱交換器ハウジングを有することができ、この熱交換器ハウジングは、熱交換器内部に空気供給部を提供する。この方法によって、熱交換器の特にコンパクトな形状および経済的な製造を可能にする。
【００４１】
熱交換器は、効果的には、雫を受けるための防止縁を有する排出口を有する。迷路によって形成可能な防止縁、防止スカート、或いは、他の、水の進入をそらす板などの働きによって、融けた水が、冷却された空気とともに熱交換器から送られることを防がれる。冷却空気のための複数の流通路は、この方法によって、氷着されることが防がれる。
【００４２】
効果的には、熱交換器の少なくとも１つの圧力センサ、および、冷却システム、特に熱交換器の気密試験のための手段が設けられる。この手段は、パイプシステム内に液化ガスに関する漏れがあるか否かの確証のために使用可能である。この目的のため、パイプのある区間が閉塞されてこの区間が正圧に晒され、正圧の安定性が観測される。複数の圧力センサに加えて複数の温度センサを設けることが効果的になり得る。温度測定をすることによって、気化を通して圧力測定を歪める液化ガスが、試験対象のパイプシステムの部分に残っていないことを確証できる。
【００４３】
温度センサは、効果的には、熱交換器に設けられ、気密試験のための手段に電気的に接続される。
【００４４】
さらに効果的な実施例およびさらなる開発が、個別に利用でき、または必要に応じて適切な方法で互いに組み合わせることができ、それらは、以下に示す図面に基づいて説明される。これらの図面は、発明を限定するものではなく、実施例として示してある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は、冷却モジュール１０を備えたこの発明の冷蔵輸送手段２の側面図であり、冷却モジュール１０は、冷蔵輸送手段２の前面５０上部に取り付けられている。冷却モジュール１０は、断熱タンク５から液化ガスが供給される気化器１と熱交換器３０（図２参照）を有する。タンク５は、断熱ジャケット、好ましくは真空ジャケット或いは発泡ジャケットを装着しており、冷却モジュール１０に液体を通すように接続されている。タンクは、冷蔵輸送手段２の下部１２に取り付けられている。
【００４６】
図２は、冷却チャンバー４、９の外側に配置された気化器１を示し、この気化器１は、液化ガスの気化によって発生される冷気を冷却チャンバー４、９から取り込んだ空気に作用させるための熱交換器３０の一部を構成している。冷却チャンバー４、９内に収容された物品（ここでは図示せず）は、冷却された空気２７によって冷やされる。気化器１は、液化ガス流路４２によって、タンク５に対し、液体を通すように接続されている。気化器１によって気化されて熱せられた排出ガスは、排出パイプ６を介して、大気中に放出される。タンク５は、気化器１の下に配置されている。タンク５には、僅かに正圧状態で、８０Ｋ程度の温度の液体窒素が貯蔵されている。タンク５内部の正圧は、液化ガスをタンク５から気化器１へ送り出すことに利用される。多量のガスをタンク５から流出させる場合、または液化ガスをタンク５内に充填した後、タンク５内に圧力を生じさせるため、圧力増強手段１３として、好ましくはタンク加熱装置がタンク内に配置されている。この圧力増強手段１３によって、液化ガスを局所的に加熱して気化させることができる。圧力増強手段１３の制御バルブは、冷却モジュール１０内の圧力制御装置３８に配線４３を介して電気的に接続されている。タンク５内部の圧力は、圧力制御装置３８によって調整される。冷却チャンバー４は、冷凍製品用に設けられ、−２５℃から−１８℃に設定される。例えば、著しく低い温度（−６０℃）に設定することもできる。冷却チャンバー９は、生鮮品用に設けられ、＋４℃から＋１２℃に設定される。冷気は、冷却チャンバー４、９とその外側に配置された熱交換器３０との間にある通風機８によって送風される。この目的のため、冷却チャンバー４、９は、複数の流通路７を介して、熱交換器３０と流体を通すように接続されている。冷却チャンバー４、９は、冷却チャンバーハウジング３によって取り囲まれている。冷却チャンバーハウジング３は、断熱構造である。冷却モジュール１０は、冷却チャンバーハウジング３の外側に配置され、ここでは、矩形に形成されている。冷却モジュール１０も、また、断熱構造を有する。
【００４７】
冷却モジュール１０は、相分離器２４を有しており、この相分離器２４を介して、気化器１で気化されなかった液化ガスの成分が、気化されたガスの成分から分離可能となる。そして、分離され気化されなかった液体成分が気化器１に戻される。熱交換器３０、正確には気化器１は、電熱器２８を有しており、気化器１に付着し、或いは熱交換器３０内にあるいかなる氷でも取り除くことができる。このような凍結の解除は、電熱器２８を動作させる代わりに、或いは電熱器２８の動作に加えて、冷却チャンバー４からの空気を再循環させることでも効果的に実施できる。この場合、空気は、上述した氷、熱交換器３０、および溶解のエンタルピーからの特別な熱により冷やされる。再循環が、事実上、冷却チャンバー４、９内への熱入力をもたらすことはない。冷却チャンバーからの空気が水の氷結点より高い温度で運用されて戻される場合、冷却チャンバーが、摂氏０℃より低い温度で運用されるのも事実である。これは、凍結解除の間中、複数の流通路７を閉じる事が可能なため出来ることで、冷却チャンバー４、９と熱交換器３０とが熱的に遮断されるからである。特に、この方法により、気化器１または熱交換器３０に対するエネルギー効率の高い凍結解除が可能となる。冷却モジュール１０、正確には気化器１または熱交換器３０は、冷却システム、特に熱交換器３０および気化器１の気密試験のための手段２０を付加的に装備している。この目的のため、気化器内部または熱交換器３０内部の種々の箇所に、複数の圧力センサ３５と複数の温度センサ３７が設けられており、熱交換器３０と気化器１内部の圧力変化と温度変化が経時的に測定される。この方法によって、特に、気化器１または熱交換器３０の流路の閉じられた区間で正圧が安定して残っているかどうか、または漏洩のため圧力が下がっているのかどうかを判定できる。温度センサの働きによって、熱交換器３０或いは気化器１内のいずれに液相が存在するかを知ることができる。例えば、気密試験は、冷蔵輸送手段２を停止している夜間に実施できる。これによって、この高精度な測定は、都合の良い方法として受け入れられる。
【００４８】
図３は、パイプ１４が斜めから見える、気化器１の斜視図である。このパイプ１４の内部で液化ガスが気化し、その外側表面上を冷却のための空気３９が流れる。パイプ１４は、少なくても幾つかの部分で長手軸１９を有する。気化器１には、相分離器２４が装備されており、パイプ１４を通過した気化していない液化ガスの成分が、相分離器２４を介して、気化ガスと分離されてパイプ１４へ戻される。パイプ１４の入口側２６は、パイプ１４の出口側２５より重力方向に沿って低い位置にある。相分離器２４の戻り流路４０は、相分離器２４の供給流路３６の下に配置されている。凍結解除によって溶融した水を受ける捕集タンク３１(図１０参照)は、気化器１の下に配置されている。熱交換器３０または気化器１を特に小型な設計にするため、複数のパイプ１４は、折り曲げられ、湾曲してコイルされ、またはメアンダ状に巻かれた形状とすることができる。
【００４９】
図４は、図３の熱交換器３０の側面図である。図５は、この熱交換器３０の平面図である。
【００５０】
図６は、パイプ１４の詳細を示す平面図である。パイプ１４は、長手軸１９に沿って延びている。パイプ１４は、外周に複数のフィン１７を有する。これら複数のフィン１７は、特殊な工程でパイプ本体から直にプレス成型されている。言い換えると、これら複数のフィン１７は、実質的にパイプ１４の製造工程における部品である。これら複数のフィン１７は、パイプ１４のパイプ壁２３に溶着可能である。パイプ１４および複数のフィン１７は、特に、銅によって形成されている。液化ガスの気化および加熱によって生じる冷気から冷却対象の空気３９への特に効果的な熱の伝達は、上述した複数のフィン１７の働きによって実現する。これら複数のフィン１７は、単位体積あたりの表面積を増大するため、および冷却対象となる空気３９に乱気流を発生させるため、波状に起伏を持たされている。この結果、冷気の解放と転移が増大される。
【００５１】
図７は、図６のパイプ１４の断面を示す立体的な斜視図である。パイプ１４は、パイプ壁２３を有し、その周囲に起伏のある複数のフィン１７が配置されて取り付けられている。これら複数のフィン１７は、パイプ壁２３に半田付けが可能である。フィン１７による凍結解除を容易にするため、複数のフィン１７の間には、それぞれ電熱手段２８が設けられている。電熱手段２８は、電流を流すことで加熱される複数本の電気的絶縁ワイヤーによって構成されている。乱流の発生のため、或いは液化ガスと気化されたガスの放射状の分離のための複数の構成部品１８が、パイプ１４の内部に導入されている。これら複数の構成部品１８は、複数の整流部材２１として考えられており、星状の断面を持つ棒状部品２２としてパイプ１４の内部に挿入することができる。複数の整流部材は、特に、パイプ壁２３に半田付け或いは溶着できる。パイプ１４内の上述した複数本の棒状部品２２は、長手軸１９に沿って位置を変えられる。この方法によって、パイプ壁２３と液化ガスの液滴の間に形成される気化層の厚さが減少される。液化ガスがパイプ１４を流れるとき、棒状部品２２のねじれ構造によって、液化ガスが、パイプの壁２３の内側に向かって押し付けられる。また、構成部品１８は、渦を巻く構造４１を有し、パイプ１４内部で液化ガスに渦を巻く運動を与える働きをする。パイプ１４内部で渦を巻く現象は、液化ガスとパイプの壁２３の間の気化層の厚さを減らし、その結果、液化ガスと暖められたガスから冷却対象となる空気３９への冷気の転移効率が高くなる。複数の整流部材は、パイプの壁２３とは異なる材料で形成でき、例えば、プラスチックによって形成できる。複数の整流部材２１を熱伝導率の高い材料で製造し、高い熱伝導率を確実にするような方法でパイプの壁２３に接続すると、効果的である。複数の整流部材２１とパイプの壁２３との間の熱伝達抵抗は、例えば半田付けや溶接によって減少可能である。熱伝達抵抗を可能な限り低くするには、液化ガスに含まれる冷気のフィン１７への可能な限り直接的な伝達を確実にする事が効果的である。
【００５２】
図８は、図６および図７のパイプ１４をその長手軸１９に垂直な面で切断した断面図である。複数の構成部品１８は、ねじられて星形にされた複数の整流部材２１が棒状部品２２としてパイプ１４の内部に挿入されている。棒状部品２２の断面は、パイプの壁２３に半田付けされた５本の放射状の腕を持つ星形に示されている。放射状の腕は、それぞれ、棒状部品上に起伏や表面のデコボコを形成した渦を巻く構造４１を持っている。パイプ１４内の乱流は、整流部材によって、および整流部材上の渦を巻く構造４１によって、増大され、その結果、液化ガスからフィン１７へ、さらに冷却対象となる空気３９への冷気の改良された伝達が達せられる。
【００５３】
図９は、フィン１７を持たないパイプ１４の実施例を示している。この実施例は、ねじられた平たいパイプに関し、パイプ１４は、その長手方向に沿って変化するパイプの内側断面を有する。パイプ１４の内側断面は、好ましくは円形、楕円形、或いは顕著な楕円形であり、パイプ１４の長手方向に沿ってねじられている。特に、第１のパイプ位置１５におけるパイプの第１の内側断面を、第２のパイプ位置１６におけるパイプの第２の内側断面の上に投影した面は、パイプの内側断面の３０％に満たない。２つのパイプ位置１５、１６は、この場合、長手軸１９に沿って１００ｍｍずれている。液体（外側）と気体（内側）の遠心分離が、ねじれたパイプ１４を通る流れによって生出され、液化ガスとパイプの壁２３の熱的接触が強まる。
【００５４】
図７の実施例においてパイプ１４内で複数の乱流を発生するためパイプ１４内部に複数の整流部材２１が設けられているのに対し、図９の実施例において描かれているようなパイプは、流れによって１つの乱流を生じせしめるため、特に、ねじられたり起伏が付けられたりしている。
【００５５】
図１０は、熱交換器３０のための熱交換器用ハウジング２９を示す。このハウジング２９は、凍結解除によってしたたる水を受けて排出路（図示せず）を介して排出するため、熱交換器３０の内部に組み込む捕集タンク３１と考えられている。捕集タンク３１は、氷を溶融できる付加的な加熱部材３２を有する。熱交換器用ハウジング２９は、冷却対象となる空気３９や冷却された冷気２７のための複数の流通路７を有する。熱交換器用ハウジング２９は、この場合、凍結解除によって生じる水の侵入を阻止できる縁３４のある排出口３３を有し、その結果ファンによって冷却チャンバー４、９内に水が吹き込まない。この手段によって、溶融した水による複数の流通路７に対する氷着を特に効果的に防止できる。水の浸入を防ぐ縁は、例えば、スカート、迷路構造、または水の進入をそらす板の形状とすることができる。
【００５６】
図１１は、内側が見える形の立体斜視図として、例えば、図１のように冷蔵輸送手段に使用可能な種類の冷却モジュール１０を示す。通風機８、相分離器２４、およびパイプ１４を集合して配置することで、特にコンパクトな外形を達成できる。
【００５７】
図１２は、圧力制御手段３８を有する本発明の冷却システムの概略図を示している。この圧力制御手段３８は、電動ポンプの使用に頼ることなくタンク５から気化器１へ液化ガスを送り込む目的で設けられている。この冷却システムは、冷却システム４５、熱交換器３０、または気化器１の気密試験のための手段２０を有する。気化器１は、液化ガスの流路４２を介した流れを許容するような方法でタンク５と接続されている。液化ガスは、タンク５内部で生じる圧力によって、流れ５４の方向に、流路４２内に送り込まれる。タンク５内部の圧力を上昇させるため、バルブ４９によって流路４２が閉じられる。これにより、流路４２内の液化ガス成分が、バルブ４９の上流側、すなわちバルブ４９とタンク５の間で、流路４２の温度上昇によって、気化される。バルブ４９は、また、入口バルブとして設計されている。流路４２は、２重壁真空断熱（超断熱）または発泡ジャケットのような断熱手段を有することができる。一般法則として、このような断熱にもかかわらず、熱入力は、バルブ４９上流の流路４２内にある十分な液化ガス成分を気化して、タンク５内部の圧力を上昇させるのに充分である。特別な場合において、バルブ４９の上流に位置する流路４２に、必要な熱入力を架橋して処理する熱架橋５１を設けることが適当である。この熱架橋５１は、流路４２の断熱性を減少させることによって形成でき、これにより、熱架橋が、流路４２の特定の区域に設けられるとともに、熱伝達係数に関係する種々の方法で効果的に配置される。バルブ４９が間歇的に開かれて、液化ガスが流路４２内で流れ５４の方向に力を受け、熱交換器３０の内部へ送り込まれる。バルブ４９の間歇的な動作のため流路４２内で安定した状態が生じることはなく、バルブ４９の閉塞状態およびタンク５からのガスの除去により、バルブ４９上流の流路４２内温度が上下に変動する。
【００５８】
タンク５内に十分な圧力を形成するため、バルブ４９の上流でタンク５の開口までの流路４２の容積は、少なくともタンク５の容積の１／１０００程度である。熱交換器は、冷却チャンバー容器３の内部に配置され、冷却された空気２７を冷却チャンバー４へ放出する。この目的のため、冷却チャンバー４内の空気は、モーター５２によって駆動される通風機８の働きで再循環される。冷却チャンバー４内において、温度変動を測定するため、温度センサ３７が第１の位置４６に設けられている。冷却チャンバー４内部の温度が１分間に５℃を超える割合で不意に低下した場合、第１の警告信号が発せられる。この第１の警告信号は、冷蔵輸送手段２のオペレータに対し、冷却システム４５が漏洩している可能性があることについて注意を喚起する。同じ目的で設けられた追加の温度センサ５３は、冷却チャンバー４内部の追加の第１の位置４６に設置可能である。
【００５９】
モーター５２は、電気モーターとして動作可能であり、或いは気化ガスを用いて動作可能である。液化ガスは、バルブ４９の下流側において、気化器１と熱交換器３０を通って追加バルブ５５まで運ばれる。そして、気化されたガスは、排出パイプ６を介して排出ガス５６として大気中に放出される。バルブ４９と追加バルブ５５の間の流路４２の流路区間５７は、２つのバルブ５５、４９の働きによって閉じることができる。この場合、特に、流路区間５７が気密状態であれば、正圧を封じ込める事ができる。流路区間５７の第２の位置４７には圧力センサ３５が設けられ、この圧力センサ３５は、流路区間５７内の経時的な圧力変化を記録する。もし、バルブ５５、４９の間に封じ込められている正圧が設定値より下がったり、この正圧が設定した参照値、例えば１分間に０．２バールを超える割合で急速に変化したりする場合、第２の警告信号が発せられる。上述した第１の警告信号とこの第２の警告信号は、インジケーター装置４４（図２参照）を介して、冷蔵輸送手段２のドライバーに表示される。上述したバルブ４９、追加バルブ５５、圧力センサ３５、および温度センサ３７、５３は、上述した熱交換器３０、気化器１、および冷却システム４５の気密試験のための手段２０を構成する。また、追加バルブ５５は、排出ガスバルブとして設計されている。
【００６０】
少なくとも２つの熱交換器３０と少なくとも２つの気化器１が効果的に使用されて、凍結解除と冷却をかわるがわる実施する。この方法によって、大きな動作信頼性が達せられる。また、この手段によって、熱交換器３０および気化器１への氷着に対する能動的な凍結解除の結果として生じるエネルギーコストが削減される。
【００６１】
熱交換器の材料の選択のため、同質材料の組み合わせが使用されるべきである。アルミニウム製か銅製の熱交換器は、低温技術分野における運用が証明されている。他の適した材料を使用できても、製造技術の問題で、銅製パイプおよび銅製フィンからなる同質材料の選択を実施することが好ましい。本実施例において、複数本の熱交換器用のパイプは、好ましくはフィン付きパイプとして使用され、このフィン付きパイプは、同質の銅により構成され、その外側表面に複数の銅製フィンを有する。これら複数のフィンは、他の方法によって、上述した外側表面に対し、半田付け、溶接、かしめ、接着、或いは取り付けが可能である。これら複数のフィン１７は、圧延工程によってパイプ素材から好ましくはプレス加工され、そして、上述した外側表面に起伏を付ける。このフィンの起伏は、最後の圧延工程で製作される。パイプを通る横方向の層状の流れが生じた場合、上述した起伏形状は、フィン１７の間に乱気流を生じ、この乱気流は、積極的に、空気側により高い熱伝達率を与える。圧延されたフィン１７は、好ましくは、上述した外側表面に沿ってらせん状に巻かれる。この場合、フィンとフィンの間隔は２ｍｍから１０ｍｍあり、好ましくは３ｍｍである。しかしながら、これらフィン同士の距離は、他の距離にすることもできる。複数のフィン１７を備えた複数のパイプ１４は、好ましくは、両端のフィンで保持される。端部のフィンは、複数の孔が開いた板として理解され、これら複数の孔に複数のパイプが通るパイプの継手がそれぞれ通される。これら複数の孔の周りには、複数のスロットが、両端のフィンを貫通して形成されている。これら複数のスロットは、端部のフィンの取り付け点に関し、それぞれの場合において、複数本のパイプが個々に移動可能となるように設けられている。上述したパイプの両端は、好ましくは、上述した端部のフィンを超えて突き出ている。好ましくは銅で形成された両端のフィン、および複数本のフィン付きパイプの複数のパイプ継手は、好ましくは半田付けによって、上述した両端のフィンに固着される。上述した両端のフィンから突出した、複数のフィンを備えた複数本のパイプ１４の両端は、複数の銅製の複数の管或いは複数の架橋部材を介して互いに接続されている。
【００６２】
液体窒素から複数本のパイプへの熱の伝達の初期の段階において、熱交換器の複数のパイプ内で、液体から気体への物理的状態の相変化が起こる。この物理的状態変化の間中、液体−気体混合物の反応が薄い層で起り核沸騰が起こる。複数のパイプ内における核沸騰の結果として、液体の加速が生じることが経験上わかっている。この液体の加速は、流れの方向に沿って液体より前に形成された気泡によって起きる。
【００６３】
上述した気化器１において、結果として生出した小さな複数の気泡がたちまち大きな複数の気泡に結合され、これら大きな気泡の前にある液体の柱を、体積変化の結果による爆発的な割合で、熱交換器のパイプを通して進ませる。この工程を通して、上述した複数の熱交換器において、液化ガスから上述したパイプの壁２３への熱の不十分な伝導しか起きない。
【００６４】
上述した熱交換器３０において、複数の熱交換器パイプの内部における最も均一な気化の可能性、およびこの方法における熱伝達係数の増大を許容する複数の構成部品がパイプ１４内に組み込まれている。この最適化を達成するため、複数の流れ成形部品または複数の整流部材２１が、複数のパイプ１４内部に挿入されており、常に液体がパイプ壁２３の内側表面に沿って流れる事を確実にしている。棒状部品２２は、例えば、パイプの横断面をｎ個の部分に長手方向に分割するために利用される。これらの部分は、丸を分割した形状を成し、これら分割された部分の角度は、パイプの中心から始まってパイプの内側表面まで延びている。これら分割された部分は、パイプの内側に可能な限り大きな空間的容積を持ち得る形状にすべきであり、他の幾何的形状も採用できる。好ましくは、パイプの内側に置かれた星形によって５つの放射状の形状が採用される。この星形部材は、パイプの長手軸に対してねじられている。すでに述べたように、熱交換器のパイプに入った時、液体窒素は、気泡が形成されて自身の体積が変化することによって加速される。ｎ本の放射状の腕を持った棒状部品２２の長手軸１９に対するねじれまたは位置の変化は、パイプ１４内に複数の流通路を生じさせ、これら複数の流通路は、パイプの壁２３の内面に沿ったコイルの形状を呈する。ｎ本の放射状の腕を持った内側断面形状の変化は、パイプ１４の全長にわたって長手軸１９に対して請け負わせることができる。しかしながら、複数の流通路は、ねじれた後でも、パイプ内に存在しなければならない。上述した内部部品は、長手軸１９に沿って１メーターあたり２回から１０回、好ましくは３回ねじられている。ｎ本の放射状の腕がある棒状部品２２のねじれは、遠心力によって加速された流体をパイプ内面に押し付け、パイプに沿って送る。液体とパイプ内面との間の温度差に起因して、液体窒素の物理状態は、核沸騰によって変化される。この方法によって、熱伝達係数は、顕著に増大される。液化ガスは、比較的短い距離送られた後、ほとんどすっかり気化される。
【００６５】
熱交換器内にある全てのパイプ１４は、液体窒素で充填され得る。好ましくは、２つのパイプ１４に液化窒素が充填される。液体窒素が充填された熱交換器内にある複数本のフィン付きパイプは、好ましくは、重力方向に沿って最上部にある複数のパイプである。排気口側の重力方向に沿って最も高い位置にある２つのパイプは、液体を充填する目的で使われる。この方法によって、冷却対象の空気の流れと窒素の流れとの間の逆方向の流れが、交わる流れに重ねられる。
【００６６】
効果的には、流体が充填されてねじられた星形部品が内部に配置されたフィン付きパイプ１４の下流側に、相分離器２４が接続される。相分離器２４は、パイプ内面と接触せずに、或いは不十分な接触しかせずに、気化しなかった、いかなる液体をも集める。複数の相分離器は、好ましくは、水平圧力容器として構成されている。入り口側パイプは、好ましくは、鉛直上方に面した容器表面から短い距離だけ下がった位置で、端面を通って配管される。複数の出口側パイプは、入口側パイプの反対側にあり、出口側パイプは、好ましくは、むしろ下にある容器表面より短い距離だけ重力方向上方の位置で、端面を通って配管される。
【００６７】
相分離器２４の働きは、同伴された液体成分を集めて、この集めた液体成分を、フィンを有する後続のパイプ（フィン付きパイプ）の上述した下方の出口側パイプを通して熱交換器へ戻すことである。気化されずに集められたいかなる窒素も、好ましくは、排気側の重力方向に沿って最も低い位置にある２本のフィン付きパイプへ戻される。
【００６８】
ねじられて内部に置かれた棒状部品２２を備えた下流のフィン付きパイプ１４は、窒素ガスのための予備加熱器として働く。窒素ガスを規定されている排出ガス温度まで加熱するため、ｎ本のパイプを下流側に接続可能である。好ましくは、６本のパイプが予備加熱器として使われ、この場合、相分離器からの２本の戻りパイプも、その数に含まれる。
【００６９】
好ましくは、熱交換器も、また、予備加熱器としてのみ使用可能である。この目的のため、入り口におけるガス温度は、冷却予定のチャンバー内の空気の温度よりかなり低くすべきである。
【００７０】
パイプ１４の内部から凍結解除のための熱入力をすることが、工程技術の理由から、不可能であるため、電熱手段が設けられている。この凍結解除のための加熱は、いかなる氷着をも消散し得る。特に、この場合生じる−１９６℃から＋１００℃への温度変動は、特別な特性を有する加熱法とパイプを必要とする。凍結解除のための電気的加熱手段には、好ましくは、少なくとも２本から４０本、例えば９本の銀メッキ銅縒り線が必要とされ、それぞれの場合に於いて銅縒り線の直径を０.１ｍｍから０.５ｍｍ、例えば０.２５ｍｍにすることができる。これら銅縒り線は、電気的絶縁性を与えるため、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなポリマーで出来た被覆に入っている。ＰＴＦＥ被覆を備えた銀メッキ銅縒り線が、フィン付きパイプのベースまで、複数のフィン１７の間でらせん状に巻き付けられており、それにより、各フィン１７とフィンのベースの間で、フィン付きパイプの銅と加熱ケーブルとの間に接触が達成される。この方法によって、熱交換器全体の凍結解除のための均一な熱分布が可能である。
【００７１】
熱交換器全体にわたる空気の流れを規定するため、熱交換器用ハウジング２９がカバーフードとして設計されており、このカバーフードは、一方で、結露水の捕集タンク３１として機能し、他方で、熱交換器３０内における空気の流路を確保する。加えて、熱交換器用ハウジング２９は、空気の抜き取り方向を決める。空気の抜き取り方向は、熱交換器のフードに複数の破壊部位を設ける処置により、前方に、又は任意に左に右に、又は左と右同時に、必要に応じて設定できる。つまり、フードの複数の破壊部位のうち所望する空気の抜き取り方向を指し示す破壊部位が、求めに応じて即座に破壊されて開かれる。例えばポリスチレンとポリエチレンを組み合わせたプラスチックなどで出来た熱交換器ハウジングが、大きな温度差のため、好ましくは選択される。このような素材の組み合わせは、その小さな熱変形によって特徴付けられている。さらに、このような材料は、即座に成形でき、外面への結露を避けるための内側の断熱の可能性を備えている。
【００７２】
熱交換器および正確には気化器は、効果的には、液化ガスの気化のための熱の伝達を最適化するための装置、特に、低温液体窒素のための装置を備えており、この装置は、空気冷却器として機能する。このため、熱交換器および特に気化器は、らせん状に巻かれた起伏のあるフィンを外側に有する複数本のフィン付きパイプを備えている。この場合、熱交換器のパイプとフィンの素材の組み合わせは、特に、同質の金属により形成されている。これら同質の材料は銅にできる。特に、フィン付きパイプの内側では、パイプの横断面をｎ個に分割する整流部材が用いられる。これら複数の分割された部分は、丸の分割された部分の形状を成し得、および／或いは、１つの丸の分割された部分は、角度を持ってパイプの中心からパイプの内面まで延びることができる。パイプの内側に最も大きい空間的容積を効果的に形成する他の幾何形状も適用可能である。多方に放射状に延びる断面形状を内側の断面形状に採用するのが効果的であり、特に、内部に配置された星形断面の形状をした５本の放射状の断面形状を採用するのが効果的である。フィン付きパイプの内部に配置された構造物の断面形状を長手軸に対して変形させる特別な選択があり、その結果として、パイプの中心に向かってだんだん細くなるらせん状の流通路がパイプの内部に形成される。フィン付きパイプの内部にあるこのような整流部材は、パイプの横断面を少なくとも１度分割できる。効果的には、少なくとも１度パイプの横断面を分割するフィン付きパイプの内部にある整流部材は、少なくとも２つのらせん状の流通路がパイプの内部に形成されるようにらせん状にねじられている。液体窒素が充填される上述した複数のパイプは、効果的には、排気側の重力方向に沿った最上部の複数のパイプである。上述した複数のフィン付きパイプは、効果的には、それぞれの場合において、その両端で、銅製の端部のフィンに半田付けされる。水平相分離器２４は、圧力容器として、上述した端部のフィンに形成および／或いは溶着可能である。上述した相分離器２４へ挿入される入口側パイプは、圧力容器の表面から下に短い距離だけ離れた上述した端面の上部領域で、相分離器内へ導入可能である。出口側パイプは、圧力容器の表面より上方に僅かに離れた位置で、相分離器の端面の低い領域から配管可能である。熱交換器のプラスチック部品は、圧縮成形または引抜き成形により、熱可塑性プラスチック(好ましくはポリエチレン、ＰＥ)から形成可能である。ポリスチレン／ポリエチレンの材料の組み合わせは、高い温度差の見地から、そして断熱の必要性から、効果的である。
【００７３】
本発明に密接に関わる多種多様な追加の実施例が以下に述べられる。個々の実施例は、それぞれの場合において個々に適用可能であり、言い換えると、互いに独立しており、或いは必要に応じて互いに組み合わせることができる。また、これらの実施例は、既に説明した実施例と組み合わせることもできる。
【００７４】
動作の信頼性、エネルギー効率の信頼性の観点から、特に効果的な可動冷蔵輸送手段２は、少なくとも１つの冷却チャンバー４を収容した冷却チャンバーハウジング３、液化ガスのためのタンク５、冷却チャンバー４へ冷気を解放する際に液化ガスを気化するための気化器１、および、気化されたガスのための排出パイプ６を有する。上述した気化器１は、冷却チャンバー４の外側に配置されている。上述した気化器１からの冷気は、効果的には、複数の流通路７を介して、冷却チャンバー４から気化器１へ運ばれ、または気化器１から冷却チャンバー４へ運ばれた冷却された空気へ解放される。特に、この目的のため、冷却チャンバー４の外側に通風機８が設けられ、それに関連して、通風機８と気化器１が冷却モジュール１０として冷蔵輸送手段２に取り付け可能である。冷蔵輸送手段２は、特に、少なくても０℃より低く、特に−１０℃より低い温度にするための少なくとも１つの第１の冷却チャンバー４、および、０℃より高く、特に＋４℃から＋１０℃の間の温度にするための少なくとも１つの第２の冷却チャンバー９を１つ有する。気化器１は、冷蔵輸送手段２の上方領域１１、特に屋根或いは正面に配置可能である。タンク５は、冷蔵輸送手段２の下方領域１２、特に冷蔵輸送手段２の下側に配置可能である。タンク５には、特に、圧力増強手段１３を伴う圧力制御装置３８が設けられている。圧力増強手段１３は、例えば、液化ガスを気化器１へ送り出す電熱手段である。効果的には、冷却システム、特に、気化器１の気密試験手段２０が設けられている。必要とする加熱エネルギーは、大気温熱から取り込み可能である。
【００７５】
可動冷蔵輸送手段２の冷却チャンバー４を冷却するための効果的な方法は、以下の工程を有する。即ち、液化ガスをタンク５から移動させて冷却チャンバー４の外側に配置された気化器１へ供給する工程、冷却のための冷気の流れを冷却チャンバー４から除去する工程、気化器１内で液化ガスを気化させて、冷気の流れを冷却するための冷却成分の少なくとも一部を利用する工程、および、冷却された冷気の流れを冷却チャンバー４内へ導入する工程を有する。
【００７６】
安全に係わる性質の問題に関し、および技術的効率の理由のため、冷蔵輸送手段２の冷却システム４５の気密性を監視するのに都合の良い第１の方法が、以下に示す工程を含んでいる。即ち、冷却システム４５内部の少なくとも第１の位置４６における経時的な温度変化を記録し、第１の時間間隔内における第１の位置４６のどんな温度変化をも決定する工程、および、この変化を第１の参照値と比較して、この変化が第１の参照値を超える場合、第１の警告信号を発する工程を含む。安全に係わる性質の問題に関し、および技術的効率の理由のため、冷蔵輸送手段２の冷却システム４５の気密性を監視するのに都合の良い第２の方法が、以下に示す工程を含んでいる。即ち、冷却システム４５の流路区間５７を正圧に晒す工程、この流路区間５７を閉塞する工程、この流路区間５７における少なくとも第２の位置４７において経時的な圧力変化を記録し、第２の時間間隔内における第２の位置４７のどんな圧力変化をも決定する工程、および、この変化を第２の参照値と比較して、この変化が第２の参照値を超える場合、第２の警告信号を発する工程を含む。特に、圧力が増大したとき、時間遅延の後、第２の方法が繰り返される。もし圧力が設定最低圧力を下回ると、効果的には、追加の警告信号が与えられる。この場合、上述した第１の方法と更なる方法を合わせることが有利であり、更なる方法は、特に、第１の警告信号が発せられたとき、履行される。述した第１の参照値は、効果的には、１分間に２０℃を超えない温度低下、特に１分間に１０℃を超えない温度低下、例えば１分間に５℃を超えない温度低下に相当する。上述した第２の参照値は、特に、１分間に１バールを超えない圧力低下、特に１分間に０.５バールを超えない圧力低下、例えば１分間に０.２バールを超えない圧力低下に相当する。ラフな試験のため、上述した第１および第２の時間間隔は、例えば、１秒から３００秒の間の持続時間、特に５０秒から１８０秒の間の持続時間、例えば１０秒から６０秒の間の持続時間を有する。正確な試験のため、上述した第２の時間間隔は、例えば、５分から２４時間の間の持続時間、特に３０分から１２時間の間の持続時間、例えば１時間から４時間の間の持続時間を有する。上述した気密の監視は、冷蔵輸送手段２の停止によって開始可能となる。第１および／或いは第２の警告信号は、インジケーター装置４４によって、視覚的および／或いは音響的に示すことができる。上述した監視は、特に、上述した冷却システム４５の凍結解除の間中に始められおよび／或いは実行される。
【００７７】
代わりに或いは追加で、以下の連続的な工程を含む方法によって、冷却システム４５の気密監視が可能である。
【００７８】
ａ）タンクと以下の構成部品の内の少なくとも１つとの間のバルブ４９を閉める工程：上記構成部品は、追加バルブ５５の少なくとも同時に動作する開口を備えた熱交換器３０および気化器１であり、上記追加バルブ５５を介して、排出パイプ６への流れが関係した接続が可能であり、そして、上記バルブ４９と追加バルブ５５との間の圧力を計測する工程；
ｂ)上記追加バルブ５５を閉めて、上記バルブ４９と追加バルブ５５との間の圧力を計測する工程；
ｃ)上記バルブ４９を開けて、上記バルブ４９と追加バルブ５５との間の圧力を計測する工程。
【００７９】
壊れていない完全なバルブ４９および壊れていない完全な追加バルブ５５である場合、上述した工程ａ）において、実質的に一定温度であると仮定すると、測定された圧力は、冷却システムの外側を取巻く圧力、通常は大気圧と一致すべきである。上述した工程ｂ)において、測定された圧力は、一定であるべきだが、工程ｃ)においては、圧力は平衡のとれた圧力まで上昇し、そして実質的に一定圧力が側定されるべきである。これらの圧力は、バルブ４９、５５の誤作動が検出できるように、特に、設定可能な参照値と比較可能である。
【００８０】
少なくとも１つの冷却チャンバー４、９を有する冷蔵輸送手段２の冷却システム４５を動作するための特に効果的な方法は、冷却システム４５の気密試験のための２つの方法のうち少なくとも一方を有する。特に、冷却システム４５は、通風機８を有し、通風機８は、冷却チャンバー４、９のドア４８が開いた時、スイッチがオンにされる。
【００８１】
冷蔵輸送手段２のための特に効果的な冷却システム４５は、液化ガスのための少なくとも１つのタンク、少なくとも１つの気化器１、および冷却システム４５の気密試験のための１つの手段２０を有する。この手段２０は、冷却システム４５の気密試験のための２つの方法のうちの少なくとも一方を実施するための少なくとも１つの温度センサ３７および／或いは少なくとも１つの圧力センサ３５を備えている。特に、冷却チャンバー４、９には、ドア４８と通風機８が備えられており、通風機８は、ドア４８が開かれるやいなや動作される。特に、通風機８は、ガス漏洩が検出された時、および冷却チャンバー４、９のドア４８が開かれた時に動作される。
【００８２】
特に効果的な冷蔵輸送手段２は、上述した冷却システム４５を有する。
【００８３】
液化ガスのための気化器１を備えた冷蔵輸送手段２上の液化ガスのためのタンク５内に正圧を発生させるための特に効果的な方法によると、上述した気化器１は、液化ガスのための流路４２を介してタンク５に流体を流すように接続されており、バルブ４９は、上記流路４２に配置されており、この方法は、以下に示す工程を有する。即ち、バルブ４９を開けて液化ガスがタンク５から流路４２へ流れることを許可する工程、液化ガス成分を流路４２内に残してタンク５へ逆流可能なようにバルブ４９を閉じる工程、および流路４２内の液化ガス成分を加熱する工程を有する。この方法によって、熱／エネルギーが、タンク内へ導入され、圧力を増大させる。上述した流路４２は、好ましくは、その中にある成分の少なくとも部分的な気化によって加熱される。この手続によって、電動ポンプを使用することなく、冷蔵プロセスおよび冷蔵輸送手段の高効率動作が可能となる。バルブ４９を閉じたとき、効果的には、バルブ４９の上流の流路４２において、タンク５の容積の少なくとも１／１５００、特に、少なくとも１／７００、例えば少なくとも１／３００の容積の液化ガスが封入される。上述した加熱工程は、流路５内に残った液化ガス成分の特に少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、例えば少なくとも５０％或いは少なくとも８０％を気化する。流路４２の加熱は、大気熱によって実施可能である。
【００８４】
タンク５から重力方向に沿ってより高い位置にある冷蔵輸送手段の気化器へ液化ガスを送るための特に効果的な方法によると、上述した気化器は、流れを許容するような方法で、液化ガスのための流路４２を介して、タンク５に接続されており、この流路４２の途中にバルブ４９が配置されており、この方法は、以下の工程を有する。すなわち、この発明の圧力増強手段によってタンク内の正圧を増強する工程と、バルブ４９を開いて上述した正圧によって液化ガスが気化器１内へ送り込まれることを許可する工程と、を有する。バルブ４９は、圧力増強の目的のため、特に、間欠的に開かれる。
【００８５】
液化ガスのための気化器１を備えた冷蔵輸送手段２にある液化ガスのためのタンク５内に正圧を増強させるための特に効果的な装置によると、上述した気化器１は、液化ガスのための流路４２を介してタンク５に流体を流すように接続されており、バルブ４９は、上記流路４２に配置されている。この装置は、この発明の圧力増強のための方法を実行するための制御手段を有し、特に、バルブ４９の上流の流路４２内の容積は、タンク５内の容積の少なくとも１／１５００、特に、少なくとも１／７００、例えば少なくとも１／３００である。流路４２は、効果的には、断熱性を有し、特に、バルブ４９の上流の流路すなわちその断熱は、熱架橋５１を有する。この熱架橋５１は、タンク５内にある液体窒素の十分な加熱を達成可能な熱容量を持つ。
【００８６】
この発明の圧力増強のための装置は、少なくとも１つの冷却チャンバー４、９、液化ガスのためのタンク５、および液化ガスの気化および冷却チャンバー４、９への冷気の放出のための気化器１を備えた冷蔵輸送手段２のための効果的な冷却システム４５を提供する。上述した気化器は、流れを許容するような方法で、液化ガスのための流路４２を介して、タンク５に接続されており、この流路４２の途中にバルブ４９が配置されている。
【００８７】
本発明は、液化ガスのためのタンク５を有する可動冷蔵輸送手段２のための熱交換器３０に関する。この熱交換器３０は、液化ガスの流れを受け付けて、液化ガスの少なくとも一部を気化するためのパイプ１４を有する。このパイプ１４は、少なくとも複数の区間で長手軸１９を有する。また、熱交換器３０は、液化ガスのための入口２６、および少なくとも部分的に気化されたガスのための出口２５を有する。そして、この出口２５は、流れを許容する方法で、排出パイプ６に接続されている。パイプ１４は、流れの中に乱流を発生させ、或いは放射方向の相分離を発生させる目的で、その内部に複数の構成部品１８を備えている。この発明は、これら複数の構成部品１８の助けによって、ガスの気化の結果として生じるパイプ１４の壁２３上のガスインターフェース層の厚さが、飛躍的に減少され、それにより、熱交換器３０の効率が無視できない程度に向上されることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、この発明による冷蔵輸送手段を概略的に示す側面図である。
【図２】図２は、この発明による冷蔵輸送手段の気化器を示す概略断面図である。
【図３】図３は、図１の冷蔵輸送手段の気化器を示す立体斜視図である。
【図４】図４は、図３の気化器の側面図である。
【図５】図５は、図３および図４の気化器の平面図である。
【図６】図６は、図３の気化器のパイプを示す平面図である。
【図７】図７は、図６のパイプの断面斜視図である。
【図８】図８は、図６および図７のパイプの断面図である。
【図９】図９は、この発明の冷蔵輸送手段の気化器のための更なるパイプを示す側面図である。
【図１０】図１０は、熱交換器のハウジングを示す概略斜視図である。
【図１１】図１１は、例えば図１の冷蔵輸送手段に使える種類の冷却モジュールを開いた状で示す立体斜視図である。
【図１２】図１２は、この発明の圧力発生システム、またはこの発明の漏れ試験システムを示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１…気化器
２…冷蔵輸送手段
３…冷却チャンバーハウジング
４…冷却チャンバー
５…タンク
６…排出パイプ
７…流通路
８…通風機
９…冷却チャンバー
１０…冷却モジュール
１１…上方領域
１２…下方領域
１３…圧力増強手段
１４…パイプ
１５…第１のパイプ位置
１６…第２のパイプ位置
１７…フィン
１８…構成部品
１９…長手軸
２０…熱交換器３０および気化器１の気密試験手段
２１…整流部材
２２…棒状部品
２３…パイプ壁
２４…相分離器
２５…出口側
２６…入口側
２７…冷却された空気
２８…電熱器
２９…熱交換器用ハウジング
３０…熱交換器
３１…捕集タンク
３２…加熱部材
３３…排出口
３４…防止縁
３５…圧力センサ
３６…相分離器２４の供給流路
３７…温度センサ
３８…圧力制御装置
３９…冷却のための冷気
４０…相分離器２４のための戻り流路
４１…渦を巻く構造
４２…液化ガスのための流路
４３…電気配線
４４…インジケーター装置
４５…冷却システム
４６…第１の位置
４７…第２の位置
４８…ドア
４９…バルブ
５０…前面
５１…熱架橋
５２…通風機のためのモーター
５３…温度センサ
５４…液化ガスの流れ方向
５５…追加バルブ
５６…排出ガス
５７…流路区間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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