(57)【要約】  熱交換器がシェルを有する。チューブシートがシェルに装着される。複数のチューブが、チューブ内の第１の流体とチューブの外側のシェル内の第２の流体との間での熱交換のために、チューブシートからシェルの中まで延在する。チューブシートがシェルの内部を、チューブが第２の流体と熱交換を行うことができる熱交換チャンバと、第１の流体がチューブに入ったりチューブから出たりするための入口・出口チャンバとに分割する。ブリーチ・ロックがチューブシートをシェルの中でロックする。二方向型の自己付勢ガスケットがチューブシートとシェルとの間に着座させられ、それにより熱交換チャンバを入口・出口チャンバから密閉する。ガスケットが、熱交換チャンバ又は入口・出口チャンバの中のいずれが高圧であるかに関わらず密閉を行うように自己付勢するように構成される。
2021521399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルと、
前記シェルに係合されるチューブシートであって、複数のチューブが、前記チューブ内の第１の流体と前記チューブの外側の前記シェル内の第２の流体との間での熱交換のために、前記チューブシートから前記シェルの中まで延在し、前記チューブシートが前記シェルの内部を、前記チューブが前記第２の流体と熱交換を行うことができる熱交換チャンバと、前記第１の流体が前記チューブに入ったりチューブから出たりするための入口・出口チャンバとに分割する、チューブシートと、
前記チューブシートを前記シェルに対してロックするブリーチ・ロックであって、前記ブリーチ・ロックが、入口・出口チャンバに跨る形で、前記チューブシートから離間される、ブリーチ・ロックと、
前記チューブシートと前記シェルとの間に着座させられてそれにより前記熱交換チャンバを前記入口・出口チャンバから密閉する二方向型の自己付勢ガスケットであって、前記ガスケットが、前記熱交換チャンバ又は前記入口・出口チャンバの中のいずれが高圧であるかに関わらず密閉を行うように自己付勢するように構成される、二方向型の自己付勢ガスケットと
を備える熱交換器。
【請求項２】
前記シェルが前記第１の流体のための入口及び出口を有し、前記入口・出口チャンバが前記第２の流体のための入口及び出口を有し、前記入口・出口チャンバが、プレートにより入口セクションと出口セクションとに再分割され、前記チューブの各々が、前記入口セクションに流体連通される、前記チューブシートを通る入口と、前記出口セクションに流体連通される、前記チューブシートを通る出口とを有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記ガスケットが環状メイン・ボディを有し、前記ガスケットが、前記シェルの環状面と前記チューブシートの環状面との間で軸方向に係合される、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記ガスケットの前記メイン・ボディが、前記熱交換チャンバ内の圧力を用いての密閉係合を強化するように構成される、径方向内向きに開いている自己付勢構造部を有する、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記自己付勢構造部が、前記ガスケットの前記メイン・ボディから径方向内向きに開いている環状ポケットの両側において、前記ガスケットの前記メイン・ボディから延在する軸方向に離間される一対の隆起部を有する、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記自己付勢構造部が、前記環状ポケットの近傍で前記ガスケットの前記メイン・ボディ内の軸方向反対側にある一対の環状チャンネルを有し、それにより、前記シェル及び前記チューブシートのそれぞれに対して前記隆起部が自己付勢的に密閉するために前記隆起部が湾曲するのを促進する、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記ガスケットの前記メイン・ボディが、前記入口・出口チャンバ内の圧力を用いての密閉係合を強化するように構成される径方向外向きに開いている自己付勢構造部を有する、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記自己付勢構造部が、前記ガスケットの前記メイン・ボディから径方向外向きに開いている環状ポケットの両側において、前記ガスケットの前記メイン・ボディから延在する軸方向に離間される一対の隆起部を有する、請求項７に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記自己付勢構造部が、前記環状ポケットの近傍で前記ガスケットの前記メイン・ボディ内の軸方向反対側にある一対の環状チャンネルを有し、それにより、前記シェル及び前記チューブシートのそれぞれに対して前記隆起部が自己付勢的に密閉するために前記隆起部が湾曲するのを促進する、請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記ガスケットがステンレス鋼材料を含む、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１１】
二方向型の自己付勢メイン・ボディであって、前記メイン・ボディが、第１の方向及び／又は前記第１の方向の反対の第２の方向からの圧力に関係なく、密閉を行うように自己付勢するように構成される、二方向型の自己付勢メイン・ボディ
を備えるガスケット。
【請求項１２】
前記メイン・ボディが環状である、請求項１１に記載のガスケット。
【請求項１３】
前記メイン・ボディが、前記熱交換チャンバ内の圧力を用いての密閉係合を強化するように構成される、径方向内向きに開いている自己付勢構造部を有する、請求項１２に記載のガスケット。
【請求項１４】
前記自己付勢構造部が、前記ガスケットの前記メイン・ボディから径方向内向きに開いている環状ポケットの両側において、前記ガスケットの前記メイン・ボディから延在する軸方向に離間される一対の隆起部を有する、請求項１３に記載のガスケット。
【請求項１５】
前記自己付勢構造部が、前記環状ポケットの近傍で前記メイン・ボディ内の軸方向反対側にある一対の環状チャンネルを有し、それにより、前記隆起部が自己付勢的に密閉するために前記隆起部が湾曲するのを促進する、請求項１４に記載のガスケット。
【請求項１６】
前記ガスケットが、前記入口・出口チャンバ内の圧力を用いての密閉係合を強化するように構成される径方向外向きに開いている自己付勢構造部を有する、請求項１２に記載のガスケット。
【請求項１７】
前記自己付勢構造部が、前記メイン・ボディから径方向外向きに開いている環状ポケットの両側において、前記メイン・ボディから延在する軸方向に離間される一対の隆起部を有する、請求項１６に記載のガスケット。
【請求項１８】
前記自己付勢構造部が、前記環状ポケットの近傍で前記メイン・ボディ内の軸方向反対側にある一対の環状チャンネルを有し、それにより、前記隆起部が自己付勢的に密閉するために前記隆起部が湾曲するのを促進する、請求項１７に記載のガスケット。
【請求項１９】
前記メイン・ボディが、鋼、ステンレス鋼、デルリン、プラスチック、青銅、及び／又はゴムのうちの少なくとも１つを含む材料を含む、請求項１に記載のガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、「ＢＩ−ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ  ＳＥＬＦ−ＥＮＥＲＧＩＺＩＮＧ  ＧＡＳＫＥＴＳ」と題される、２０１８年４月６日に出願した米国非仮特許出願第１５／９４６，８９６号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本開示はシール及びガスケットに関し、より詳細には、自己付勢シール（ｓｅｌｆ−ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ  ｓｅａｌ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
ブリーチ・ロック（又はスクリューロック）式の熱交換器は特に高圧の熱交換の用途のための標準となっている。従来のデザインは、特にはシステムの急停止又はプラント・トリップの後での、シェル−チューブシートのガスケットでの漏洩の問題を有する。熱交換器の再始動時、システムのプロセス流体が高圧側から低圧側へ漏洩する。この漏洩は、熱交換器ネットワークの第１の複数の熱交換器で特に顕著である。
【０００４】
ブリーチ・ロック式の熱交換器ユニットのボルト及びプッシュ・ロッドはシステムの始動前に毎回再調整されたり又は再び締め付けられたりするわけではない。また、特には粒子又は汚染物質がシェル−チューブシートのガスケットの上に留まることが可能であるような場合、停止後にプッシュ・ロッドを用いて内部の雄ねじを再び締め付けることでシェルに対してチューブシートが常に確実に密閉されるというわけでもない。
【０００５】
当産業は、温度、圧力、運動（ｍｏｖｅｍｅｎｔ）、及び材料／構成要素の緩みが蓄積してチューブシートとシェルとの間のクリアランス・スペースを増大させる可能性がありさらにはそれにより漏洩を許してしまう可能性があることを認識している。ボルト及びプッシュ・ロッドを再調整することがある程度の補助となり得るが、それでも相当な漏洩が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技法はそれらの意図される目的においては満足のいくものであると考えられている。しかし、密閉を改善することは常に要求される。本開示はこの要求のための解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
熱交換器がシェルを有する。チューブシートがシェルに係合される。複数のチューブが、チューブ内の第１の流体とチューブの外側のシェル内の第２の流体との間での熱交換のために、チューブシートからシェルの中まで延在する。チューブシートがシェルの内部を、チューブが第２の流体と熱交換を行うことができる熱交換チャンバと、第１の流体がチューブに入ったりチューブから出たりするための入口・出口チャンバとに分割する。ブリーチ・ロックがチューブシートをシェルに対してロックする。ブリーチ・ロックが、入口・出口チャンバに跨る形で、チューブシートから離間される。二方向型の自己付勢ガスケットがチューブシートとシェルとの間に着座させられ、それにより熱交換チャンバを入口・出口チャンバから密閉する。ガスケットが、熱交換チャンバ又は入口・出口チャンバの中のいずれが高圧であるかに関わらず密閉を行うように自己付勢するように構成される。
【０００８】
シェルが第１の流体のための入口及び出口を有することができる。入口・出口チャンバが第２の流体のための入口及び出口を有することができる。入口・出口チャンバが、プレートにより入口セクションと出口セクションとに再分割され得る。チューブの各々が、入口セクションに流体連通される、チューブシートを通る入口と、出口セクションに流体連通される、チューブシートを通る出口とを有することができる。
【０００９】
ガスケットが環状であってよく、シェルの環状面とチューブシートの環状面との間で軸方向に係合され得る。ガスケットが、鋼、ステンレス鋼、デルリン、プラスチック、青銅、及び／又はゴムなどの、任意の適切な材料を含むことができる。ガスケットのメイン・ボディが、熱交換チャンバ内の圧力を用いての密閉係合を強化するように構成される、径方向内向きに開いている自己付勢構造部を有することができる。径方向内向きに開いている自己付勢構造部が、ガスケットのメイン・ボディから径方向内向きに開いている環状ポケットの両側において、ガスケットのメイン・ボディから延在する軸方向に離間される一対の隆起部を有することができる。径方向内向きに開いている自己付勢構造部が、環状ポケットの近傍でガスケットのメイン・ボディ内の軸方向反対側にある一対の環状チャンネルを有することができ、それにより、シェル及びチューブシートのそれぞれに対して隆起部が自己付勢的に密閉するために隆起部が湾曲するのを促進する。
【００１０】
ガスケットのメイン・ボディが、入口・出口チャンバ内の圧力を用いての密閉係合を強化するように構成される径方向外向きに開いている自己付勢構造部を有することができる。径方向外向きに開いている自己付勢構造部が、ガスケットのメイン・ボディから径方向外向きに開いている環状ポケットの両側において、ガスケットのメイン・ボディから延在する軸方向に離間される一対の隆起部を有することができる。径方向外向きに開いている自己付勢構造部が、環状ポケットの近傍でガスケットのメイン・ボディ内の軸方向反対側にある一対の環状チャンネルを有することができ、それにより、シェル及びチューブシートのそれぞれに対して隆起部が自己付勢的に密閉するために隆起部が湾曲するのを促進する。
【００１１】
図面と併せた好適な実施例の以下の詳細な説明から、本開示のシステム及び方法のこれらの及び他の特徴が当業者には容易に明らかとなろう。
【００１２】
本開示の属する当技術分野の当業者が、過度の実験なしで本開示のデバイス及び方法を如何にして作って使用するかを容易に理解できるようにするために、その好適な実施例を、特定の図を参照して本明細書において以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】チューブシート及びチューブを示している、本開示に従って構成されるブリーチ・ロック式の熱交換器の例示の実施例を示す概略側断面図である。
【図２】シェルに対してのチューブシートの係合を示している、図１の熱交換器の一部分を示す概略側断面図である。
【図３】シェルとチューブシートとの間で係合されるガスケットを示している、図１の熱交換器の一部分を示す概略側断面図である。
【図４】ガスケットの環状メイン・ボディを示している、図３のガスケットを示す斜視図である。
【図５】自己付勢構造部を示している、図４のガスケットを示す径方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、同様の参照符号が本開示の同様の構造的特徴又は構造的態様を示している図面を参照する。限定することを目的とせず、説明及び例示することを目的として、本開示による熱交換器の例示の実施例の部分図が図１に示されており、全体として参照符号１００によって示される。本開示による熱交換器の他の実施例、又はその態様が、後で説明されるように、図２〜５に提示されている。本明細書で説明されるシステム及び方法が、例えば高い圧力がいずれの方向から適用されるかに関わらず、ブリーチ・ロック式の熱交換器を密閉するのに使用され得る。
【００１５】
熱交換器１００が、軸方向Ａに沿って軸方向に延在するシェル１０２を有する。チューブシート１０４がシェル１０２に係合される。複数のチューブ１０６（分かり易いように、複数のチューブ１０６のうちの１つのみが図１に示される）が、チューブ１０６内の第１の流体とチューブ１０６の外側のシェル１０２内の第２の流体との間での熱交換のためにチューブシート１０４からシェル１０２の中まで延在する。チューブシート１０４がシェル１０２の内部を、チューブ１０６が第２の流体と熱交換を行うことができる熱交換チャンバ１０８と、第１の流体がチューブ１０６に入ったりチューブ１０６から出たりするための入口・出口チャンバ１１０とに分割する。ブリーチ・ロック１１２が、シェル１０２の中で及びシェル１０２に対してチューブシート１０４をロックする。ブリーチ・ロック１１２が、チャンネルとも称される入口・出口チャンバ１１０に跨る形で、チューブシート１０４から軸方向において離間される。
【００１６】
シェル１０２が、第１の流体を中で循環させるための、熱交換チャンバ１０８に各々が流体連通される入口１１４及び出口１１６を有する。入口・出口チャンバ１１０が、そこを通して第２の流体を循環させるための、入口・出口チャンバ１１０の内部に流体連通される入口１１８及び出口１２０を有する。入口・出口チャンバ１１０が、プレート１２２により、入口セクション１２４と出口セクション１２６とに再分割される。チューブ１０６の各々が、入口セクション１２４に流体連通される、チューブシート１０４を通るように延在する入口１２８と、出口セクション１２６に流体連通される、チューブシート１０４を通るように延在する出口１３０とを有する。
【００１７】
次に図２を参照すると、シェル内でのチューブシート１０４の係合がより詳細に示される。ブリーチ・ロック１１２がチューブシート１０４に軸方向の力を加えることができ、シェル１０２に対してチューブ１０４を押圧することができ、例えばシェル１０２のショルダ１０３に対してチューブ１０４を押圧することができる。図３でさらに詳細に示されるように、二方向型の自己付勢ガスケット１１４がチューブシート１０４とシェル１０２との間に着座させられ、それにより入口・出口チャンネル側チャンバ１１０からシェル側熱交換チャンバ１０８を密閉する。ガスケット１１４が図４に示される環状メイン・ボディ１３２を有し、シェル１０２の環状面１３４とチューブシート１０４の環状面１３６との間で軸方向に係合される。ガスケット１１４が、高圧のために、高温のために、及び／又は高腐食性の流体のために、ステンレス鋼で作られ得る。鋼、デルリン、プラスチック、青銅、又はゴムなどの、硬質又は軟質の他の任意の適切な材料が所与の用途のために使用されてもよく、本明細書で開示される例示の熱交換器に関連しない用途を含めた、他の化学用途、温度用途、及び／又は圧力用途のために使用され得ることを当業者であれば認識するであろう。ガスケット１１４が、熱交換チャンバ１０８又は入口・出口チャンバ１１０の中のいずれが高圧であるかに関わらず両側からの圧力を用いての密閉を行うように自己付勢するように構成される。したがって、密閉構成が両方向に同時に作用することができる。
【００１８】
次に図５を参照すると、ガスケット１１４のメイン・ボディ１３２が、熱交換チャンバ１０８及び／又は入口・出口チャンバ１１０内の圧力を用いての密閉係合を強化するように構成される、径方向内向きに開いている自己付勢構造部１３８を有する。自己付勢構造部１３８が、ガスケット１１４のメイン・ボディ１３２から径方向内向きに開いている環状ポケット１４２の両側において、ガスケット１１４のメイン・ボディから延在する軸方向に離間される一対の隆起部１４０を有する。自己付勢構造部１３８が、環状ポケット１４２の近傍でガスケットのメイン・ボディ内の軸方向反対側にある一対の環状チャンネル１４４を有し、それにより、シェル１０２及びチューブシート１０４のそれぞれに対して隆起部１４０が自己付勢的に密閉するために隆起部１４０が互いから離れるように湾曲するのを促進する。
【００１９】
継続して図５を参照すると、ガスケット１１４のメイン・ボディ１３２が、熱交換チャンバの入口・出口チャンバ１１０内の圧力を用いての密閉係合を強化するように構成される径方向外向きに空いている自己付勢構造部１４６をさらに有する。自己付勢構造部１４６が、ガスケット１１４のメイン・ボディ１３２から径方向外向きに開いている環状ポケット１５０の両側において、ガスケット１１４のメイン・ボディ１３２から延在する軸方向に離間される一対の隆起部１４８を有する。自己付勢構造部１４６が、環状ポケット１５０の近傍でガスケット１１４のメイン・ボディ１３２内の軸方向反対側にある一対の環状チャンネル１５２を有し、それにより、図５の圧力の矢印によって示されるように、シェル１０２及びチューブシート１０４のそれぞれに対して隆起部１４８が自己付勢的に密閉するために隆起部１４８が互いから離れるように湾曲又は屈曲するのを促進する。
【００２０】
ガスケット１１４が初期状態において、ブリーチ・ロック１１２からのプッシュ・ロッドの力によって着座させられ得、自己付勢構造部１３８及び１４６に作用する圧力によって再着座させられ得る。ガスケット１１４を用いてシェル１０２及びチューブシート１０４の係合を密閉することにより漏洩が防止され、それによりチューブ１０６及び熱交換チャンバ１０８内の第１及び第２の流体の分離状態を維持する。ガスケット１１４が、熱交換器チャンバ１０８からの圧力に反応して、さらには反対方向において入口・出口チャンバ１１０に反応して、自己付勢することを理由として、ガスケット１１４に跨る圧力差の方向が変化してもガスケット１１４が密閉を実現することができる。これにより中断のない密閉が可能となり、それにより、停止、システム過渡状態（ｓｙｓｔｅｍ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）、及び再始動での漏洩を防止する。
【００２１】
図面に示される上述の本開示の方法及びシステムは、従来のシステムでは可能ではないような、漏洩を低減又は防止するための能力を含めた優れた特性を有する密閉を実現する。好適な実施例を参照して本開示の装置及び方法を示して説明してきたが、本開示の範囲から逸脱することなくこれに対して変更形態及び／又は修正形態が作られ得ることを当業者であれば容易に認識するであろう。
【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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【国際調査報告】
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