(57)【要約】  下側にノズルを有する外側シェルと；外側シェル内に設けられ、外側シェルと中間空間を形成し、下側に開口部を有する内側シェル部材と；を備え、中間空間に嵌め込まれるよう配置され開口部とノズルとの間に流体用の密封通路を形成する密封部材を更に備える熱交換器シェルアセンブリを提供し、また、内側シェル部材を外側シェル中に滑らせて中間空間を形成し；外側シェル内において内側シェル部材を持ち上げておき；密封部材を中間空間中に滑らせ；そして密封部材に作用する重力が密封力として働くように内側シェル部材を降ろすことからなる熱交換器シェル構造体の組み立て方法を提供する。【選択図】図２
2010528253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側にノズルを有する外側シェルと；
前記外側シェル内に設けられ、前記外側シェルと中間空間を形成し、下側に開口部を有する内側シェル部材と；
を備え、前記中間空間に嵌め込まれるよう配置され前記開口部と前記ノズルとの間に流体用の密封通路を形成する密封部材を更に備える熱交換器シェルアセンブリ。
【請求項２】
前記密封部材が重力密封部材であり、前記内側シェル部材により前記密封部材に作用する重力によって密封力が与えられる請求項１に記載の熱交換器シェルアセンブリ。
【請求項３】
通常運転中、前記密封部材が前記外側シェルと前記内側シェル部材とのうち少なくとも一方には連結されず、好ましくは前記外側シェルと前記内側シェル部材の両方に連結されない請求項１又は２に記載の熱交換器シェルアセンブリ。
【請求項４】
前記密封部材が、前記外側シェルと前記内側シェル部材に適合するよう構成された上面及び下面を有し前記ノズルと前記開口部を取り囲む板であり、好ましくは前記上面及び／又は下面にガスケットを備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器シェルアセンブリ。
【請求項５】
前記ノズルが第１のノズルを形成し、前記開口部が第１の開口部を形成し、前記外側シェルが第２のノズルを更に備え、前記内側シェル部材が第２の開口部を備え、前記第２のノズルと前記第２の開口部は前記中間空間を介して流体連通するように配置される請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器シェルアセンブリ。
【請求項６】
下側にノズルを有する外側シェルと開口部を有する内側シェル部材とを用意し；
前記外側シェルと共に中間空間を形成し且つ前記開口部が前記ノズルの上に位置するように前記内側シェル部材を前記外側シェル中に滑らせ；
前記外側シェル内において前記内側シェル部材を持ち上げておき；
密封部材を前記中間空間中に滑らせて前記開口部と前記ノズルとの間に流体用の通路を形成し；そして
前記密封部材に作用する重力が密封力として働くように前記内側シェル部材を降ろすことからなる熱交換器シェル構造体の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器シェルアセンブリ、及び熱交換器シェル構造体を組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シェル・アンド・チューブ式熱交換器は間接熱交換器である。熱交換器シェル内に延びた管束の管を通る流体（管側）と、管の外側の空間を通る流体（シェル側）との間で熱伝達が起こる。シェル・アンド・チューブ式熱交換器の詳細は、例えばＰｅｒｒｙ’ｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第７版、１９９７、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｉｎｃ．、１１−３３〜１１−４６頁（非特許文献１）に見いだせる。
【０００３】
シェル・アンド・チューブ式熱交換器は、シェル側と管側の流体の通過回数に基づいて分類できる。各通過において、それぞれの流体は一般に水平方向に長い熱交換器の全長にほぼ沿って流れる。複数のシェル通過において、流体の流れはシェルの全長を複数回往復し蛇行する。
【０００４】
熱交換器シェルはシェル側の流体用の入口ノズル及び出口ノズルを有する。シェル側通過が１回の熱交換器の場合、一般に入口ノズルがシェルの一方の端部、特にシェルの上部に配置され、出口ノズルがその反対の端部、特に下部に配置される。通過が奇数回の場合も同様である。シェル側通過が２回の場合（又はもっと言うならば偶数回の場合）、入口ノズルと出口ノズルが同じ端部に適当に配置される。
【０００５】
例えば使用法を変更し又は性能を改良するために熱交換器を改装する場合、通過回数を適合させるのが望ましい。例えば、エキスパンデッドメタルのバッフルからなる横支持体と共に管束を取り付けるとすると、最適な性能のためにはシェル側の通過回数をより大きくするのが好ましい場合がある。エキスパンデッドメタルは、薄板金にスリットを入れ広げて作る。エキスパンデッドメタルのバッフルは、例えば参考のためにここに組み入れる公開番号ＷＯ２００３／０６７１７０、ＷＯ２００５／０１５１０７及びＷＯ２００５／０６１９８２の国際特許出願から公知であり、実際に例えば汚れる傾向がより弱く、圧力低下がより小さく、シェル流体中で生成される乱流により熱伝達が改良されるなどの重要な利点を有することが分かった。利用可能なシェル側通過の横断面に張られたエキスパンデッドメタルのバッフルでは、シェル流体は縦方向に流れる。セグメント型バッフルを用いる従来の熱交換器では、シェル側通過が１回のものでさえシェル内の主流経路に沿って流れが蛇行するので、シェル側の流れの有効長がシェルの縦方向の延長よりも長くなる。エキスパンデッドメタルのバッフルが用いられる場合、より多くのシェル側通過回数を用いてシェル側の流れの経路長を最適化するのが好ましく、特に、これはエキスパンデッドメタルバッフルにより生じる圧力低下が小さいことを考慮して実行できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シェル側の通過回数を偶数と奇数との間で変える場合、ノズルの一方が不適切に配置されるので問題が生じる。原理的には、シェル側の流体の内部流路をシェルの一方の端部からもう一方の端部に配置することが考えられる。本発明の目的はシェル側の通過回数を変更できる熱交換器シェル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
この目的のため、本発明は下側にノズルを有する外側シェルと；
前記外側シェル内に設けられ、前記外側シェルと中間空間を形成し、下側に開口部を有する内側シェル部材と；
を備え、前記中間空間に嵌め込まれるよう配置され前記開口部と前記ノズルとの間に流体用の密封通路を形成する密封部材を更に備える熱交換器シェル装置を提供する。
【０００８】
内側シェル部材を配置することにより、中間空間を用いてシェル側流体を一方のシェル端部から他方に向けることができる。管束との実際の熱交換が行われる内側シェル空間は、中間空間に対して密封する必要があり、一方、シェル側流体は熱伝達効率を下げる近道ルートに沿って流れ得る。このため、内側シェル部材と外側シェルとの間に密封部材が設けられる。好ましくは、密封部材は重力密封部材であり、その密封力は、内側シェル部材により密封部材にかかる重力によって与えられる。特に、密封部材は外側シェルと内側シェル部材とのうち少なくとも１つには連結されず、好ましくは外側シェルと内側シェル部材の両方に連結されない。このことにより、シェル装置の取り付けが特に容易になる。内側シェル部材を外側シェルの中に配置した後に密封部材を中間空間に押し込むことができ、内側シェルを降ろしてその重みと適切には管束の重みとが密封部材に対する密封力を働かせることで簡単に密封が得られるからである。また、密封部材を介して内側シェルと外側シェルを連結しないことにより、外側シェルと内側シェル部材の異なる温度膨張を吸収できる。
【０００９】
適当な態様では、密封部材は上面と下面を有する板であり、これらの上面と下面は、外側シェルと内側シェル部材に適合するように配置され、ノズルと開口部を取り囲み、好ましくは上面及び／又は下面にガスケットを備える。
【００１０】
特定の態様では、ノズルが外側シェルの第１のノズルを形成し、開口部が内側シェル部材の第１の開口部を形成し、外側シェルが第２のノズルを更に備え、内側シェル部材が第２の開口部を有し、第２のノズルと第２の開口部とが中間空間を介して流体連通するように配置される。
【００１１】
本発明は、下側にノズルを有する外側シェルと開口部を有する内側シェル部材とを用意し；
前記外側シェルと共に中間空間を形成し且つ前記開口部が前記ノズルの上に位置するように前記内側シェル部材を前記外側シェル中に滑らせ；
前記外側シェル内において前記内側シェル部材を持ち上げておき；
密封部材を前記中間空間中に滑らせて前記開口部と前記ノズルとの間に流体用の通路を形成し；そして
前記密封部材に作用する重力が密封力として働くように前記内側シェル部材を降ろすことからなる熱交換器の組み立て方法を更に提供する。
【００１２】
本方法は、外側シェルを維持して内側シェル部材の中に新しい管束を配置することによる熱交換器の改造に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以下、添付の図面に関して本発明を更に詳しく説明する。
【図１】本発明による熱交換器シェルアセンブリを有する熱交換器を概略的に示す。
【図２】図１の熱交換器の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図１及び２に示された密封部材２５の概略平面図である。
【００１４】
異なる図において同じ参照番号が使用されている場合、同一又は類似の対象物を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明の詳細な説明
図１〜３には、本発明による熱交換器シェルアセンブリ又は構造体２を含んだ熱交換器１が概略的に示されている。熱交換器シェルアセンブリ２は外側シェル４と内側シェル部材５とを備える。外側シェル４はその上側に入口ノズル８（第２のノズル）を有し、その下側に出口ノズル９（第１のノズル）を有する。内側シェル部材５が管板１２と浮動ヘッド１４との間で円筒状に延びることにより、外側シェルと共に中間空間１６を形成する。内側シェル部材は、入口ノズル８の反対の端部近くの上側の周りに複数の穴の形の入口開口部（第２の開口部）２１を有し、その同じ端部の下側に出口開口部２３（第１の開口部）を有する。取付け中のハンドリングのために、内側シェル部材５が縦方向の滑り棒２４を備えるのが好ましく、滑り棒２４上にて内側シェル部材をスライドさせて外側シェル４内に入れることができる。
【００１６】
密封部材２５が中間空間１６に配置され、出口開口部２３と出口ノズル９との間で流体の密封通路２６を与える。
【００１７】
図１は密封部材２５を非常に概略的に示しているだけであり、図２及び３が最もよく示している。その基本的な構造は、外側シェルと内側シェル部材とに適合した弧状板２８から形成される。ハンドル３１は取付け中に密封部材を扱うのに役立つ。内側シェル部材は、出口２３の周りにて溶接された板３０を備え、密封部材の接触面を形成する。
【００１８】
最適な密封のために、密封部材は上部及び下部ガスケットリング３２、３３を備え、これらのガスケットリング３２、３３は、密封部材の板２８に機械加工された円形の溝座に適当に配置される。適切なガスケット材料は、耐熱性が最大２５０℃のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。１００％延伸ＰＴＦＥ（ｅ−ＰＴＦＥ）の多方向性ファイバー構造のＧｏｒｅ−Ｔｅｘ  Ｓｅｒｉｅｓ  ３００型を用いて良好な結果が得られた。この材料の温度範囲は−２４０℃〜＋２５０℃であり、許容ピーク温度は最大３１５℃である。３ｍｍ厚のＰＴＦＥテープを使用した。浮動ヘッド及びバッフルの密封のために、２ｍｍ厚の密封テープを使用した。ガスケットリングを置く前に、アルコールで座を掃除し、ガスケットを座の中に接着させた。
【００１９】
このように、密封部材２５を配置して重力により密封する。内側シェルを持ち上げている間に密封部材２５を中間空間１６内にゆるく導入できる。密封力は、内側シェル部材により密封部材に働く重力によって得られ、密封部材をシェル４、５のどちらか一方に固定することなく密封が実現できる。密封部材を取り付けた後は、内側シェル部材は出口開口部２３の近くのスライドストリップ２４上に載っていない。
【００２０】
内側シェル部材は管板１２から浮動ヘッド１６まで延びる管３５、３６を収容し、これらの管は密封部材を押圧する重量に寄与する。その重量は例えば１０００ｋｇを超える場合があり、例えば５０００ｋｇともなる。開口部３９を有する縦バッフル３８が、シェル側の２回通過の構成を得るのに役立つ。縦バッフルを機械的に取り付けるために、内側シェル部材を上部半シェルと下部半シェルとで構成でき、それらの間に縦バッフルを締め付ける。
【００２１】
次に熱交換器１の管側について見てみると、明確にするために数個の管３５、３６のみが示されている。熱交換器３１の管側を複数のドットで示す。この態様の管側は管通過２回の構成である。管側は管入口ヘッダー４３への入口４１を有する。管入口ヘッダーは管束の下の部分（管３６）と流体連通しており、管３６は浮動ヘッド１４に接続された管端板４４まで延び、浮動ヘッド１４は管束の上の部分（管３５）と流体連通しており、管３５は管出口ヘッダー４７中に延び、そこに管側の出口４９が配置される。管入口ヘッダー４３と管出口ヘッダー４７とは水平板５１により分離され、水平板５１は、外側シェル４の中心においてシェル端部から管を固定する管板１２まで水平に延びる。管板１２はフランジ（図示せず）によりシェルに固定され、このフランジによりシェルの入口端部を開いて内部構造物を挿入し又は取り出すことができる。浮動ヘッド１４近くの後端部にもフランジが配置され、それを通してシェルの端部分を取り出すことができる。
【００２２】
反対端部の管端板４４も管を固定するが、管板１２とは異なって、管端板４４とそれに接続される浮動ヘッド１４はシェル３４に連結されない、すなわち端部ヘッダーは浮いている。このことにより、シェル内で管の熱膨張が可能となる。すべての管流体を受け入れて分配する端部ヘッダーの代わりに、個別のＵ字管を用いることもできる。
【００２３】
管は複数の横バッフル６５により支持される。特に横バッフル６５はエキスパンデッドメタルのバッフルとしてもよいが、ロッド型バッフル又はその他のバッフルを用いることもできる。図２には、上半分において管３５を支持するエキスパンデッドメタルグリッド６６が図示されている。エキスパンデッドメタル構造の窓を通って延びると共に支持されている数個の管のみが示されている。好ましくは、下半分の管３６も同様に支持される。
【００２４】
次に、組み立てられた熱交換器１の通常運転を述べる。熱交換器が原油蒸留装置の原油予熱装置において用いられる場合、管側の流体を（低温の）原油とし、シェル側の流体を原油蒸留装置からの（高温の）長時間残留物とし得る。汚れる危険性がかなりあるこのような用途では、シェル側のエキスパンデッドメタルバッフルが汚れを抑制するので有利である。管側流体は入口４１及び管入口ヘッダー４３から管３６に沿って送られ、更に浮動ヘッド１４から管束の上部分に沿って出口ヘッダー４７及び出口４９に送られる。その通過中に、管側流体はシェル側流体との熱交換により加熱される。
【００２５】
高温のシェル側流体は入口ノズル８から外側シェル内に導入され、中間空間に沿って内側シェル部材の入口２１に向かって流れる。この入口は内側シェル部材の上部分の周りに分布した複数の穴から形成される。このようにして管３５の周りでのシェル流体の最適な分配が実現される。シェル側流体は管板１２に向かって流れ、開口部３９により向きを変えて出口２３に向かって流れ続ける。出口２３から、密封部材により形成された通路２６を通って出口ノズル９に送られ、その温度は入口ノズル８での温度よりも低い。
【００２６】
外側シェル４と内側シェル部材５との間の中間空間（環）の下半分が、流れない又は低速で流れるシェル流体により満たされる。この流体は管側入口温度の近くのどこかの温度を示す。密封部材は外側シェル４と内側シェル部材５とを相互連結しないので、それらは運転の最中に有する異なる温度に応じて異なって熱膨張し得る。
【００２７】
次に、図１の熱交換器シェル構造体２の組み立て方法を述べる。まず、管入口／出口ヘッダー及び浮動ヘッドの端部分を含まない外側シェルが用意され、好ましくは縦方向の両端部が開いている。改造の場合、元の熱交換器の外側シェルは維持され、新たな内部構造物、一般には管束と内部シェルが用意される。管板、入口／出口ヘッダー、浮動ヘッドは改修又は取替の必要があるかもしれない。好ましくは、開口部２３が出口ノズル９のちょうど上にくるまで、管束を含んだ内側シェル部材５を滑り棒２４上で滑らせて外側シェルの中に入れる。次に、密封部材を出口開口部２３と出口ノズル９との間の中間空間に送り込むことができるように、内側シェル部材を十分に持ち上げる。内側シェル部材を降ろすと、密封部材に作用する重力が密封力として働く。それから、フランジで端部分を取り付けることにより熱交換器を完成させることができる。
【００２８】
熱交換器を清掃しなければならない場合、逆の順序で分解し、清掃し、再度組み立てることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００３／０６７１７０
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２００５／０１５１０７
【特許文献３】国際公開番号ＷＯ２００５／０６１９８２
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】Ｐｅｒｒｙ’ｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第７版、１９９７、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｉｎｃ．、１１−３３〜１１−４６頁
【符号の説明】
【００３１】
１…熱交換器
２…熱交換器シェルアセンブリ（熱交換器シェル構造体）
４…外側シェル
５…内側シェル部材
８…入口ノズル
９…出口ノズル
１２…管板
１４…浮動ヘッド
１６…中間空間
２１…入口開口部
２３…出口開口部
２５…密封部材
２６…密封通路
３２、３３…ガスケットリング
３５、３６…管
３８…縦バッフル
４１…入口
４３…管入口ヘッダー
４４…管端板
４７…管出口ヘッダー
４９…出口
５１…水平板
６５…横バッフル
６６…エキスパンデッドメタルグリッド
【図１】
2010528253.tif 000003
【図２】
2010528253.tif 000004
【図３】
2010528253.tif 000005
【国際調査報告】
2010528253.tif 000006
2010528253.tif 000007