(57)【要約】      （修正有）【課題】伝熱効率を向上させた伝熱管及び、炉コイルの伝熱効率を高めかつ圧力損失が少ない当該伝熱管を用いた分解炉を提供する。【解決手段】伝熱管は、管の内壁に配置されたねじれバッフル１１を有し、当該ねじれバッフル１１は上記伝熱管の軸方向に沿って螺旋状に延伸している。上記ねじれバッフル１１は、その一端から他端へと上記伝熱管の軸方向に沿って延伸する非貫通のギャップ１２を有する。上記ギャップ１２は、２本の同形の滑らかな曲線部１３を有する。【選択図】図２
2015083910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管部の内壁に配置されたねじれバッフルを有し、
当該ねじれバッフルは、上記管部の軸方向に沿って螺旋状に延伸しており、かつ上記管部の軸方向に沿って当該ねじれバッフルの一端側から他端側に向かって延伸する非貫通のギャップを有していることを特徴とする伝熱管。
【請求項２】
上記ギャップと上記ねじれバッフルとの面積比が、０．０５：１から０．９５：１、好ましくは０．６：１から０．８：１の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管。
【請求項３】
上記ギャップは滑らかな曲線からなる輪郭線を有することを特徴とする請求項１に記載の伝熱管。
【請求項４】
上記滑らかな曲線は２本の同形の曲線部を有し、当該２本の同形の曲線部は上記伝熱管の中心線に対して中心対称であることを特徴とする請求項３に記載の伝熱管。
【請求項５】
上記ギャップの始端における幅と上記伝熱管の内径との比率は、０．０５：１から０．９５：１、好ましくは０．６：１から０．８：１の範囲であり、
上記２本の同形の曲線部のそれぞれは上記ギャップの始端から終端へと延伸しており、
上記曲線部の曲率半径変化率のｘ軸要素と上記伝熱管の内径との比率は０．０５：１から０．９５：１であり、
上記曲線部の曲率半径変化率のｙ軸要素と上記伝熱管の内径との比率は０．０５：１から０．９５：１であり、
上記曲線部の曲率半径変化率のｚ軸要素と上記伝熱管の内径との比率は１：１から１０：１であり、好ましくは２：１から４：１であることを特徴とする請求項４に記載の伝熱管。
【請求項６】
上記ギャップを２つ有し、当該２つのギャップは上記ねじれバッフルの異なる端部から、上記伝熱管の軸方向に沿って、互いに向かって交わることなく延伸していることを特徴とする請求項５に記載の伝熱管。
【請求項７】
上流側のギャップと下流側のギャップとの面積比が、２０：１から０．０５：１、好ましくは２：１から０．５：１であることを特徴とする請求項６に記載の伝熱管。
【請求項８】
上記ねじれバッフルは複数の孔をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の伝熱管。
【請求項９】
二つの隣接する孔の中心線間の軸方向の間隔と上記ねじれバッフルの軸方向の長さとの比率が、０．２：１から０．８：１の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の伝熱管。
【請求項１０】
上記ねじれバッフルは、ねじれ角が９０°から１０８０°の範囲内、好ましくは１２０°から３６０°の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管。
【請求項１１】
上記ねじれバッフルの軸方向の長さと伝熱管の内径との比率が、１：１から１０：１、好ましくは２：１から４：１の範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の伝熱管。
【請求項１２】
放射コイルを備える分解炉であって、当該放射コイルは、請求項１に記載の伝熱管を少なくとも１本、好ましくは２本から１０本備えていることを特徴とする分解炉。
【請求項１３】
複数の上記伝熱管が、上記放射コイル内に、当該放射コイルの軸方向に沿って、互いに間隔を置いて配置され、当該間隔と上記伝熱管の直径との比率が、１５：１から７５：１、好ましくは２５：１から５０：１の範囲であることを特徴とする請求項１２に記載の分解炉。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、加熱炉に特に適した伝熱管に関する。また、本発明は、上記伝熱管を用いる分解炉に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
石油化学産業における主要な装置である分解炉は、多量の熱を必要とする分解反応を起こすために炭化水素材料を加熱することに主に使用されている。フーリエの法則によれば、以下の式が成り立つ。
ｑ／Ａ＝−ｋ（ｄｔ／ｄｙ）
（式中、ｑは伝熱量、Ａは伝熱面積、ｋは伝熱係数、ｄｔ/ｄｙは温度勾配である。）
石油化学産業で用いられる分解炉を例に取ると、伝熱面積Ａ（分解炉の性能によって定められる）と温度勾配ｄｔ/ｄｙ（炉コイル材料とバーナーの性能とによって定められる）とが決定されると、単位面積当たりの伝熱量ｑ/Ａを高める唯一の方法は、伝熱係数ｋの値を高めることである。伝熱係数ｋは、主流体の熱抵抗、境界層の熱抵抗などの影響を受ける。
【０００３】
プラントルの境界層理論によれば、実流体が固体壁に沿って流れると、壁面近くの流体の極薄層が、滑り落ちることなく壁に付着する。つまり、壁面に付着した流体（境界層を形成する流体）の速度はゼロである。この境界層は非常に薄いが、その熱抵抗は非常に大きい。熱は、境界層を通り過ぎれば、主流体に急速に伝達される。したがって、境界層を何とかして薄くできれば、伝熱量を効率的に増加できるであろう。
【０００４】
先行技術では、石油化学産業で一般に使われている分解炉の炉管は、通常、以下のような構造を有する。すなわち、分解炉の炉コイルの軸方向に沿って入口端部から出口端部に至る領域の一ヵ所、複数個所、あるいは全箇所の内側表面にリブが配置され、当該リブは炉コイルの内側表面において炉コイルの軸方向に沿って螺旋状に延伸する。上記リブは流体をかき混ぜて境界層の厚みを最小限に抑える目的を果たすことができるが、炉コイルの内側表面に形成されるコークスは、時間の経過とともにリブの役割を弱めていくことになり、その結果、炉コイルの境界層を減らすというリブの機能は小さくなる。また、炉管の内側表面には、互いに間隔を置いた複数のフィンが設けられる。これらのフィンも、境界層の厚みを減らすことができる。しかし、炉管の内側表面のコークスが増えるにつれて、これらのフィンも同様に効果を失っていく。
【０００５】
したがって、本技術分野では、伝熱素子を向上させ、炉コイルの伝熱効果をさらに高めることが重要である。
【０００６】
〔発明の概要〕
先行技術における上記の技術的課題を解決するため、本発明は優れた伝導効果を持つ伝熱管を提供する。本発明はまた、当該伝熱管を用いる分解炉に関する。
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、管部の内壁に配置されたねじれバッフルを有し、当該ねじれバッフルは、上記管部の軸方向に沿って螺旋状に延伸しており、かつ上記管部の軸方向に沿って当該ねじれバッフルの一端側から他端側に向かって延伸する非貫通のギャップを有している伝熱管を開示する。
【０００８】
本発明の伝熱管では、ねじれバッフルを設けたことにより、流体がねじれバッフルに沿って流れることができ、回転流となる。流体の接線速度により境界層が破壊され、伝熱を高めるという目的が達成される。その上、上記ギャップを設けたことで、上記伝熱管内の液体の抵抗が減り、それによって当該液体の圧力損失がさらに減少する。また、上記ギャップは非貫通として構成されている。よって、上記ねじれバッフルは実際には、上記伝熱管に接続されている二つの側端を有する一体化した部品であり、上記二つの側端が上記伝熱管に接続されている構成となっているので、上記流体の衝撃を受けたときの上記ねじれバッフルの安定性を向上させることができる。
【０００９】
一つの実施形態によれば、上記ねじれバッフルは、ねじれ角が９０°から１０８０°の範囲内である。ねじれ角が比較的小さい場合は、流体の圧力低下と回転する流体の接線速度はともに小さい。したがって、伝熱管はよい効果を生じない。ねじれ角が大きくなるにつれて、回転流の接線速度が速まり、その結果、伝熱管の効果はよくなるが、流体の圧力低下も大きくなる。ねじれ角が１２０°から３６０°の範囲にある場合、伝熱管の性能と流体の圧力低下はともに適切な範囲になる。上記ねじれバッフルの軸方向の長さと伝熱管の内径との比率は１：１から１０：１である。この比率が比較的小さい場合、回転流の接線速度は比較的高く、その結果、伝熱管は高性能であるが、流体の圧力低下は比較的大きい。上記比率の値が次第に上がるにつれて、回転流の接線速度は遅くなり、そのため伝熱管の性能も下がるが、流体の圧力低下は小さくなる。この比率が２：１から４：１の範囲である場合、伝熱管の性能と流体の圧力低下はそれぞれ適切な範囲になる。ねじれバッフルがそのような大きさを有する場合、伝熱管内の流体は境界層を破壊するのに十分な接線速度を有することになり、その結果、より優れた伝熱効果を得ることができ、コークスが伝熱壁に形成される傾向も弱まる。
【００１０】
一つの実施形態によれば、上記ギャップと上記ねじれバッフルとの面積比は、０．０５：１から０．９５：１の範囲内である。この比率が比較的小さいときは、上記ねじれバッフルは上記流体に対して大きな流路変更効果を有し、その結果、伝熱管の伝熱効果は良好だが、上記流体の圧力低下も大きい。この比率が大きくなるにつれて、上記ねじれバッフルの上記流体に対する流路変更効果と上記流体の圧力低下は小さくなる。しかし、それに伴い、伝熱効果も悪化する。この比率が０．６：１から０．８：１の範囲内であるとき、伝熱管の性能と流体の圧力低下はともに適切な範囲になる。さらに、上記面積比が上記範囲内にあるとき、流体は圧力の損失が小さく、ねじれバッフルは衝撃に対する抵抗力が大きい。一つの実施形態によれば、上記ギャップは滑らかな曲線からなる輪郭線を有しており、この滑らかな曲線により流体が流れやすくなるので、流体の抵抗を減らし、流体の圧力の損失がさらに減少する。特定の実施形態によれば、上記滑らかな曲線は２本の同形の曲線部を有し、当該２本の同形の曲線部は伝熱管の中心線に対して中心対称である。一つの実施形態によれば、上記ギャップの始端における幅と上記伝熱管の内径との比率は、０．０５：１から０．９５：１、好ましくは０．６：１から０．８：１の範囲であり、上記２本の同形の曲線分のそれぞれが上記ギャップの始端から終端へと延伸している。上記曲線部の曲率半径変化率のｘ軸要素と上記伝熱管の内径との比率は０．０５：１から０．９５：１であり、上記曲線部の曲率半径変化率のｙ軸要素と上記伝熱管の内径との比率は０．０５：１から０．９５：１であり、上記曲線部の曲率半径変化率のｚ軸要素と上記伝熱管の内径との比率は１：１から１０：１である。上記曲線部の曲率半径変化率のｚ軸要素と上記伝熱管の内径との比率が比較的小さいときは、回転する流体の接線速度が速く、その結果、伝熱効果は良好であるが、流体の圧力低下も大きい。この比率が大きくなるにつれて、回転する流体の接線速度と流体の圧力低下は小さくなるが、それに応じて伝熱効果も悪くなる。この比率が２：１から４：１の範囲内であれば、伝熱管の性能も流体の圧力低下も適切な範囲にある。上記のように構成されたギャップの輪郭線は、最上の流体力学的効果を有する。すなわち、圧力降下を最小にし、ねじれバッフルの衝撃に対する抵抗力を最大にすることができる。
【００１１】
一つの実施形態によれば、ギャップは２つあり、当該２つのギャップは上記ねじれバッフルの異なる端部から、上記伝熱管の軸方向に沿って、互いに向かって交わることなく延伸している。上流側のギャップと下流側のギャップとの面積比は、２０：１から０．０５：１である。この比率が比較的大きいと、流体の圧力低下と回転する流体の接線速度がともに小さく、その結果、伝熱効果は悪くなる。この比率が小さくなるにつれて、回転する流体の接線速度は大きくなり、伝熱管の性能も向上するが、流体の圧力低下も大きくなる。この比率が２：１から０．５：１の範囲にあると、伝熱管の性能と流体の圧力低下の双方が適切な範囲内にある。さらに、下流側のギャップは、流体の抵抗をさらに弱めて圧力低下を弱めるのに役立つ。また、上流側のギャップと下流側のギャップとを上記のように構成すると、ねじれバッフルの重量を減らし、それによってねじれバッフルを配置しやすく使いやすくすることができるので、上記構成は好ましい。
【００１２】
一つの実施形態によれば、上記ねじれバッフルは複数の孔を有する。軸方向に流れる流体および半径方向に流れる流体はともに、上記複数の孔を通って流れることができる。すなわち、これらの孔は流体の流れる方向を変えて伝熱管内の乱流状態を強め、それによって、境界層を破壊し、伝熱を高めるという目的を達成することができる。加えて、異なる方向からの流体それぞれが、これらの孔を通って下流へ支障なく流れることができ、それによって、流体の流れに対する抵抗をさらに減らし、流体の圧力の損失をさらに減らすことができる。流体内を運ばれるコークスの破片もこれらの孔を通って下流へ流れるので、排出するのが容易である。好ましい実施形態によれば、二つの隣接する孔の中心線間の軸方向の間隔と、上記ねじれバッフルの軸方向の長さとの比率は、０．２：１から０．８：１の範囲である。
【００１３】
本発明の第二の態様によれば、本発明の分解炉は、放射コイルを備える分解炉であって、当該放射コイルは、本発明の第一の態様の伝熱管を少なくとも１本、好ましくは２本ないし１０本備える。
【００１４】
一つの実施形態では、複数の上記伝熱管が、上記放射コイル内に、当該放射コイルの軸方向に沿って、互いに間隔を置いて配置され、当該間隔と上記伝熱管の直径との比率は、１５：１から７５：１、好ましくは２５：１から５０：１の範囲である。互いに間隔を置いた複数の伝熱管により、放射コイル内の流体は絶えずピストン流から回転流へ変化し、それによって伝熱効率が高まる。
【００１５】
本開示の文脈において、「ピストン流」とは、理想的には、流体が流れ方向に混ざり合うが、半径方向には決して混ざり合わないことを意味する。しかし、実際には、完全なピストン流は実現不可能であり、近似的ピストン流だけが実現可能である。
【００１６】
先行技術と比較すると、本発明は以下の点で優れている。まず、伝熱管内にねじれバッフルを配置することで、ねじれバッフルに沿って流れる流体を回転流に変えることができ、それによって流体の接線速度を速め、境界層を破壊し、伝熱を高めるという目的を達成できる。次に、上記ねじれバッフルは、その一端側から他端側へと上記伝熱管の軸方向に沿って延伸する非貫通のギャップを有する。上記ギャップにより、伝熱管内部の流体の抵抗が低下し、それによって、流体の圧力の損失を減らすことができる。その上、上記ギャップは非貫通である。すなわち、上記ねじれバッフルは実際には、上記伝熱管に接続されている二つの側端を有する一体化した部品であり、上記二つの側端が上記伝熱管に接続されている構成となっているので、流体の衝撃を受けたときの上記ねじれバッフルの安定性を向上している。さらに、ねじれバッフルに設けられた複数の孔により、流体の流れ方向を変え、伝熱管内の乱流状態を強め、伝熱を高めるという目的を達成できる。さらに、これらの孔は流体の流れに対する抵抗をさらに減らし、その結果、圧力低下はさらに小さくなる。加えて、流体内を運ばれるコークスの破片もこれらの孔を通って下流へ流れることができ、そのため排出が促進される。
【００１７】
〔図面の簡単な説明〕
以下に、本発明を、具体的な実施形態を参照しながら、図面を参照しつつ詳述する。
〔図１〕本発明のねじれバッフルを有する伝熱管の概略を示す側面図である。
〔図２〕本発明のねじれバッフルの第一の実施形態の概略を示す斜視図である。
〔図３〕本発明のねじれバッフルの第一の実施形態の概略を示す斜視図である。
〔図４〕図２に示すねじれバッフルの、図１のＡ−Ａ線における断面の概略を示す断面図である。
〔図５〕図２に示すねじれバッフルの、図１のＢ−Ｂ線における断面の概略を示す断面図である。
〔図６〕図２に示すねじれバッフルの、図１のＣ−Ｃ線における断面の概略を示す断面図である。
〔図７〕本発明のねじれバッフルの第二の実施形態の概略を示す斜視図である。
〔図８〕本発明のねじれバッフルの第二の実施形態の概略を示す斜視図である。
〔図９〕本発明のねじれバッフルの第三の実施形態の概略を示す斜視図である。
〔図１０〕従来技術のねじれバッフルの概略を示す斜視図である。
〔図１１〕本発明の伝熱管を用いる分解炉の放射コイルの概略を示す。
【００１８】
上記図面では、同じ部材は同じ参照符号で言及される。上記図面は実際の寸法に基づくものではない。
【００１９】
〔発明を実施するための形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに説明する。
【００２０】
図１は、本発明の伝熱管１０の側面図である。伝熱管１０は、流体を導いて回転して流れさせるねじれバッフル１１を備えている。ねじれバッフル１１は伝熱管１０の軸方向に沿って螺旋状に延伸している。ねじれバッフル１１の構造の概略を図２、３、７、８、９に示し、当該構造を以下で説明する。
【００２１】
図２と図３は、本発明に係るねじれバッフル１１の第一の実施形態の概略を示す斜視図である。ねじれバッフル１１はねじれ角が９０°から１０８０°である。ねじれバッフルの軸方向の長さと、伝熱管の内径との比率は、１：１から１０：１の範囲内である。ねじれバッフル１１にはギャップ１２が設けられている。このギャップ１２は、伝熱管１０の軸方向に沿って、ねじれバッフル１１の上流端から下流端へ延伸しているが、ねじれバッフル１１を下端側に完全には貫通していない。概して、ギャップ１２はＵ字型を有するものと解することができる。この条件下では、ギャップ１２とねじれバッフル１１との面積比は、０．０５：１から０．９５：１である。
【００２２】
ねじれバッフル１１の軸方向の長さは「ピッチ」と称することができ、「ピッチ」と伝熱管の内径との比率は「ねじれ比」と称することができる。ねじれ角とねじれ比はともに、伝熱管１０内の流体の回転の程度に影響する。ねじれ比が定まると、ねじれ角が大きいほど流体の接線速度は速まるが、流体の圧力低下もそれに応じて大きくなる。ねじれバッフル１１は、伝熱管１０内の流体が境界層を破壊するのに十分な接線速度を持つようなねじれ比とねじれ角を有し、その結果、優れた伝熱効果が実現される。この場合、伝熱管の内壁にコークスが形成される傾向は弱まり、流体の圧力低下は許容範囲内に抑えられる。ギャップ１２をねじれバッフル１１に設けることにより、流体がねじれバッフル１１と接触する面積は大きく減り、それによって、伝熱管１０内の流体の抵抗を減らし、当該流体の圧力低下を減らす。さらに、ギャップ１２は非貫通である。すなわち、上記ねじれバッフルは実際には、伝熱管１０に接続されている二つの側端を有する一体化した部品であり、上記二つの側端が上記伝熱管１０に接続されている構成となっているので、伝熱管１０内のねじれバッフル１１の安定性が向上している。
【００２３】
図２と図３に、滑らかな曲線として構成されている、ねじれバッフル１１のギャップ１２の輪郭線を示す。滑らかな曲線の輪郭線とすることで、流体の抵抗を減らし、それによって、当該流体の圧力低下を減らすことができる。上記滑らかな曲線は、伝熱管１０の中心線に対して中心対称な２本の同じ形の曲線部１３と１３’を有していると解することができる。このように解した場合、ギャップ１２は以下の技術的構成を備えている。ギャップ１２の始端の幅と伝熱管１０の内径との比率は、０．０５：１から０．９５：１の範囲であり、曲線部１３（説明のため例として取り上げる）がギャップ１２の始端１４から終端１５へと延伸している。上記曲線部の曲率半径変化率のｘ軸要素と伝熱管の内径との比率は、０．０５：１から０．９５：１であり、上記曲線部の曲率半径変化率のｙ軸要素と伝熱管の内径との比率は、０．０５：１から０．９５：１であり、上記曲線部の曲率半径変化率のｚ軸要素と伝熱管の内径との比率は、１：１から１０：１である。本開示では、用語「ｘ軸」、「ｙ軸」、および「ｚ軸」はそれぞれ、伝熱管１０の直径方向、紙面垂直方向、伝熱管１０の軸方向を指す。ギャップ１２がこのような構成である場合、最も優れた流体力学的効果を有する。すなわち、ギャップ１２がこのような構成である場合、流体圧力の低下は最も少なく、衝撃に対するねじれバッフル１１の抵抗力は最も高い。
【００２４】
実際、図２または図３に示すねじれバッフル１１は、伝熱管１０の１本の直径線を、その中点を中心に回転させながら伝熱管１０の軸方向に沿って上方または下方に平行移動させることで軌跡表面を形成し、その後、回転楕円面を当該軌跡表面と交差させ、交差した部分を取り除いて得られる軌跡表面だと解することができる。このように、ねじれバッフル１１は、互いに平行な上端と下端と、伝熱管１０の内壁と常に接する一組のねじれた側端と、ギャップの輪郭線とを有する。図４ないし図６に、伝熱管１０の異なる位置における異なる断面の概略を示す。これらの異なる断面から、ねじれバッフル１１のねじれ具合が見て取れる。図４に示すギャップ１２の断面は図５に示すものに比べて大きいが、これは、Ａ−Ａ断面が、ギャップ１２を形成する楕円回転面の短軸により近いからである。図６に示すねじれバッフルはギャップを有していないが、これは、Ｃ−Ｃ断面が、ねじれバッフル１１のうち、ギャップ１２によって貫通されていない部分にあるからである。
【００２５】
図２では、ねじれバッフル１１のギャップ１２が上流側を向いた開口部と下流側を向いた末端を有している構成を示しているが、実際にはギャップ１２は上流側を向いた末端と下流側を向いた開口部を有するように構成してもよい。このような構成では、流体からねじれバッフル１１に伝わる衝撃力は大幅に減り、その結果、衝撃に対するねじれバッフル１１の抵抗力が向上する。
【００２６】
図７と図８に、ねじれバッフル１１の第二の実施形態の概略を示す。本実施形態は図２と図３に示すねじれバッフル１１と似ており、両者の違いは以下の点のみにある。第二の実施形態のねじれバッフル１１は、２つのギャップ１２と１２’とを有しており、当該ギャップ１２および１２’はそれぞれねじれバッフル１１の上流端と下流端から互いに向かって延伸しているが、なおも互いに間隔を置いている。下流側のギャップ１２’は流体の抵抗をさらに減らして、流体の圧力低下を減らすことができる。加えて、このように上流にも下流にもギャップを設けると、ねじれバッフル１１の重量を減らすのに役立ち、伝熱管１０が配置しやすく使いやすくなる。上流側のギャップ１２と下流側のギャップ１２’との面積比は、２：１から０．５：１であることが好ましい。この場合、ギャップ１２と１２’の合計面積とねじれバッフル１１の面積との比率は、０．０５：１から０．９５：１の範囲内である。
【００２７】
図９に、ねじれバッフル１１の第三の実施形態の概略を示す。本実施形態では、ねじれバッフル１１は孔４１を有しており、そのため流体は孔４１を通過して滑らかに下流へ流れることができ、これによって流体の圧力の損失をさらに減らすことができる。特定の一実施形態では、２つの隣接する孔の中心線間の軸方向の間隔と、ねじれバッフル１１の軸方向の長さとの比率は、０．２：１から０．８：１の範囲である。
【００２８】
本発明はまた、上記の伝熱管１０を用いた分解炉（図示せず）に関する。分解炉は当業者に周知なので、ここでは説明しない。分解炉の放射コイル５０は、上記した伝熱管１０を少なくとも１本備える。図１１に、３本の伝熱管１０の概略を示す。これらの伝熱管１０は、放射コイル内で軸方向に沿って、互いに間隔を置いて配置されることが好ましい。例えば、２本の隣接する伝熱管１０の軸方向の間隔と、伝熱管１０の内径との比率は、１５：１から７５：１、好ましくは２５：１から５０：１の範囲であり、こうすれば、放射コイル内の流体はピストン流から回転流へと絶えず変化し、それによって伝熱効率を高めることができる。伝熱管が複数あるときは、各伝熱管のねじれバッフルは図２、７、９のいずれに示した構成を有してもよい。
【００２９】
以下では、特定の例を用いて、本発明に係る伝熱管１０が用いられた場合の分解炉の放射コイル５０の伝熱効率と圧力低下について説明する。
【００３０】
〔実施例１〕
分解炉の放射コイルは、図２に示すねじれバッフルを有する伝熱管１０を６本備える。各伝熱管１０の内径は５１ｍｍである。曲線部の曲率半径変化率のｘ軸要素と伝熱管の内径との比率は０．６：１であり、上記曲線部の曲率半径変化率のｙ軸要素と伝熱管の内径との比率は０．６：１であり、上記曲線部の曲率半径変化率のｚ軸要素と伝熱管の内径との比率は２：１である。ねじれバッフル１１と１１’のねじれ角は１８０°であり、ねじれ比は２．５である。２本の隣接する伝熱管１０の間隔は、伝熱管の内径の５０倍である。実験の結果、放射コイルの伝熱負荷は１，２７８．７５ＫＷであり、圧力低下は７０，９１６．４Ｐａであった。
【００３１】
〔比較例１〕
分解炉の放射コイルに、従来の伝熱管５０’を６本搭載する。伝熱管５０’は、その枠内にねじれバッフル５１’を備え、ねじれバッフル５１’は伝熱管５０’を、互いに通じていない２つの材料流路に分割する（図１０参照）。伝熱管５０’の内径は５１ｍｍである。ねじれバッフル５１’のねじれ角は１８０°であり、ねじれ比は２．５である。２本の隣接する伝熱管５０’の間隔は、伝熱管の内径の５０倍である。実験の結果、放射コイルの伝熱負荷は１，２６４．０８ＫＷであり、圧力低下は７１，１４０Ｐａであった。
【００３２】
上記の実施例および比較例から、従来の伝熱管を用いた分解炉内の放射コイルの伝熱効率に比べて、本発明の伝熱管を用いた分解炉内の放射コイルの伝熱効率は大幅に改善され、圧力低下も減っていることがわかる。こうした構成は、炭化水素分解反応に非常に役立つ。
【００３３】
以上、本発明を、好ましい実施例を参照しつつ説明してきたが、本発明の範囲は、具体的に開示された実施例のみならず、それに代わる他の実施例および／または本発明の使用方法および本発明の明らかな改良および均等物も含む。特に、構造面での対立がない限り、本発明の各実施例およびすべての実施例で開示された技術的構成は、任意のかたちで互いに組み合わせることができる。本明細書に開示された本発明の範囲は上に開示した特定の実施例に限定されるものではなく、以下の請求項の範囲内にある各技術的解決方法をすべて含む。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のねじれバッフルを有する伝熱管の概略を示す側面図である。
【図２】本発明のねじれバッフルの第一の実施形態の概略を示す斜視図である。
【図３】本発明のねじれバッフルの第一の実施形態の概略を示す斜視図である。
【図４】図２に示すねじれバッフルの、図１のＡ−Ａ線における断面の概略を示す断面図である。
【図５】図２に示すねじれバッフルの、図１のＢ−Ｂ線における断面の概略を示す断面図である。
【図６】図２に示すねじれバッフルの、図１のＣ−Ｃ線における断面の概略を示す断面図である。
【図７】本発明のねじれバッフルの第二の実施形態の概略を示す斜視図である。
【図８】本発明のねじれバッフルの第二の実施形態の概略を示す斜視図である。
【図９】本発明のねじれバッフルの第三の実施形態の概略を示す斜視図である。
【図１０】従来技術のねじれバッフルの概略を示す斜視図である。
【図１１】本発明の伝熱管を用いる分解炉の放射コイルの概略を示す。
【図１】
2015083910.tif 000003
【図２】
2015083910.tif 000004
【図３】
2015083910.tif 000005
【図４】
2015083910.tif 000006
【図５】
2015083910.tif 000007
【図６】
2015083910.tif 000008
【図７】
2015083910.tif 000009
【図８】
2015083910.tif 000010
【図９】
2015083910.tif 000011
【図１０】
2015083910.tif 000012
【図１１】
2015083910.tif 000013
【外国語明細書】
2015083910000001.pdf