(57)【要約】  ダクト構造システムは、その内部を通って延びる流路を規定するため、互いに連結した複数のダクトパネルを有するダクトを有する。このダクトは、ダクト内の爆轟によって生じるダメージに抵抗するための構造を有する。このダメージに抵抗するための構造は、ダクトの流路を横切って延びた内側補強部材を内部に有し、ダクトの少なくとも２つの側面を互いに連結する。例えば、内側補強部材は、ダクトパネルへ取り付けられたフレームの一側から反対側のダクトパネルに取り付けられたフレームの他側へ延びた１つ或いはそれ以上の延長された部材を有する取り付けフレームを有する補強パネルにすることができる。上述した構造の代りに或いは上述した構造に加えて、ダクトは、ダメージに抵抗する構造を有することができる。この構造は、ダクトの長軸に沿って少なくとも１つの曲げられた或いは小面にされた側面をダクトに与える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部および第２の端部を有し、上記第１の端部がダクト構造の第１の側面に取り付けられるように構成され、上記第２の端部が上記ダクト構造の上記第１の側面と反対側の上記ダクト構造の第２の側面に取り付けられるように構成され、上記ダクト構造の流路を横切って延びるように構成された、延長された部材を有する、上記ダクト構造のための内側補強部材。
【請求項２】
上記延長された部材の上記第１の端部は、上記ダクト構造内に設けられたバッフル板に取り付けるように構成されている請求項１に記載の内側補強部材。
【請求項３】
上記バッフル板は、上記流路内に配置された熱交換器の複数本のチューブの列を挿通して受け入れるように構成されている請求項２に記載の内側補強部材。
【請求項４】
それぞれ第１の端部および第２の端部を有し、上記第１の端部が上記ダクト構造の上記第１の側面に取り付けられるように構成され、上記第２の端部が上記ダクト構造の上記第１の側面と反対側の上記ダクト構造の上記第２の側面に取り付けられるように構成され、上記流路を横切って延びるように構成された、１つ或いはそれ以上の追加の延長された部材をさらに有する請求項１に記載の内側補強部材。
【請求項５】
上記延長された部材および上記１つ或いはそれ以上の追加の延長された部材は、第１のベース部分を有するパネル内に一体に形成されており、この第１のベース部分が、上記延長された部材および上記１つ或いはそれ以上の追加の延長された部材の上記第１の端部に一体に接続され、上記第１のベース部分が、上記ダクト構造の上記第１の側面に取り付けられるように構成されている請求項４に記載の内側補強部材。
【請求項６】
上記第１のベース部分は複数の取付孔を有する請求項５に記載の内側補強部材。
【請求項７】
上記パネルは、上記延長された部材および上記１つ或いはそれ以上の追加の延長された部材の上記第２の端部に一体に接続された第２のベース部分を有し、この第２のベース部分は、上記ダクト構造の上記第２の側面に取り付けられるように構成されている請求項５に記載の内側補強部材。
【請求項８】
上記第１のベース部分および上記第２のベース部分は、複数の取付孔を有する請求項７に記載の内側補強部材。
【請求項９】
上記パネルは、その外辺部の略全長を延び、上記ダクト構造に取り付けられるように構成され、上記第１のベース部分および上記第２のベース部分を含む取り付け部分を有する請求項７に記載の内側補強部材。
【請求項１０】
上記取り付け部分は、複数の取付孔を有する請求項９に記載の内側補強部材。
【請求項１１】
上記パネルは、流体が流れる複数の延長された開口を有する平らなシートであり、この平らなシートの隣接した上記延長された開口の間の部分は、上記延長された部材および上記１つ或いはそれ以上の追加の延長された部材である請求項７に記載の内側補強部材。
【請求項１２】
第１の端部および第２の端部を有する横切る方向に延長された部材をさらに有し、上記第１の端部が上記ダクト構造の第３の側面に取り付けられるように構成され、上記第２の端部が上記ダクト構造の上記第３の側面と反対側の上記ダクト構造の第４の側面に取り付けられるように構成され、上記横切る方向に延長された部材は、上記延長された部材とは異なる方向に流路を横切って延びるように構成されている請求項１に記載の内側補強部材。
【請求項１３】
上記横切る方向に延長された部材は、上記延長された部材と実質的に直交する方向に延びている請求項１２に記載の内側補強部材。
【請求項１４】
それぞれ第１の端部および第２の端部を有し、上記第１の端部が上記ダクト構造の上記第３の側面に取り付けられるように構成され、上記第２の端部が上記ダクト構造の上記第３の側面と反対側の上記ダクト構造の上記第４の側面に取り付けられるように構成され、上記流路を横切って延びるように構成された、１つ或いはそれ以上の追加の横切る方向に延長された部材をさらに有する請求項１２に記載の内側補強部材。
【請求項１５】
上記延長された部材、上記１つ或いはそれ以上の追加の延長された部材、上記横切る方向に延長された部材、および上記１つ或いはそれ以上の追加された横切る方向に延長された部材は、平らなパネル内に一体に形成されている請求項１４に記載の内側補強部材。
【請求項１６】
上記平らなパネルは、その外辺部の略全長を延び、上記ダクト構造に取り付けられるように構成された取り付け部分を有する請求項１５に記載の内側補強部材。
【請求項１７】
上記取り付け部分は、複数の取付孔を有する請求項１６に記載の内側補強部材。
【請求項１８】
ダクトを通って延びた流路を規定するように互いに連結された複数のダクトパネルを有するダクトと、
第１の端部および第２の端部を有し、上記第１の端部が上記複数のダクトパネルのうち第１のダクトパネルに取り付けられ、上記第２の端部が上記複数のダクトパネルのうち第２のダクトパネルに取り付けられ、上記流路を横切って延びた、延長された部材と、
を有するダクト構造システム。
【請求項１９】
上記第１のダクトパネルに取り付けられた第１の端部および上記流路内へ延びた第２の端部を有するバッフルをさらに有し、
上記延長された部材の上記第１の端部が、上記バッフルの上記第２の端部に取り付けられ、それにより、上記バッフルを介して、上記第１のダクトパネルへ、上記延長された部材の上記第１の端部の連結部を与える請求項１８に記載のダクト構造システム。
【請求項２０】
上記バッフルは、上記流路内に配置された熱交換器の複数本のチューブの列を挿通して受け入れるように構成されている請求項１９に記載のダクト構造システム。
【請求項２１】
ダクトを通って延びる流路を規定するように互いに連結された複数のダクトパネルを有するダクトを有し、
このダクトは、ダクト内の爆轟によってダクトに引き起こされたダメージに抵抗する手段を含むダクト構造システム。
【請求項２２】
上記ダメージに抵抗する手段は、上記ダクトにジグザグ形を有する外形を与えることを含む請求項２１に記載のダクト構造システム。
【請求項２３】
上記ダメージに抵抗する手段は、上記ダクトにアコーディオン形を有する外形を与えることを含む請求項２１に記載のダクト構造システム。
【請求項２４】
上記ダメージに抵抗する手段は、上記ダクトにその長軸に沿った少なくとも１つのカーブされた側面を与えることを含む請求項２１に記載のダクト構造システム。
【請求項２５】
上記ダメージに抵抗する手段は、上記ダクトにその長軸に沿った少なくとも１つの小面にされた側面を与えることを含む請求項２１に記載のダクト構造システム。
【請求項２６】
上記少なくとも１つの小面にされた側面は、上記複数のダクトパネルのうち第１の部分および第２の部分を有する第１のダクトパネルを与えることによって形成されており、上記第１の部分は上記第２の部分に対してゼロではない角度で設けられている請求項２５に記載のダクト構造システム。
【請求項２７】
上記第１のダクトパネルは、上記流路内のバッフルを形成する第３の部分をさらに有する請求項２６に記載のダクト構造システム。
【請求項２８】
上記バッフルは、上記流路内に配置された熱交換器の複数本のチューブの列を挿通して受け入れるように構成されている請求項２７に記載のダクト構造システム。
【請求項２９】
上記ダメージに抵抗する手段は、第１の端部および第２の端部を有する延長された部材をさらに有し、上記第１の端部が上記バッフルに取り付けられ、上記第２の端部が上記複数のダクトパネルのうち第２のダクトパネルに取り付けられ、上記延長された部材は、上記流路を横切って延びている請求項２７に記載のダクト構造システム。
【請求項３０】
上記少なくとも１つの小面にされた側面は、上記複数のダクトパネルのうち第１のダクトパネルを上記複数のダクトパネルのうち第２のダクトパネルへ連結することによって形成され、上記第１のダクトパネルは、ゼロではない角度で上記第２のダクトパネル連結されている請求項２５に記載のダクト構造システム。
【請求項３１】
上記第１のダクトパネルは、折り曲げられた端部を有する平らな金属のシートであり、上記第２のダクトパネルは、折り曲げられた端部を有する平らな金属のシートであり、上記第１および第２のダクトパネルの上記折り曲げられた端部は、上記第１および第２のダクトパネルの主部分が上記ゼロではない角度で設けられるように、互いに平行な姿勢で連結される請求項３０に記載のダクト構造システム。
【請求項３２】
上記第１および第２のダクトパネルの上記端部は、ボルトおよびナットによる固定具によって互いに連結されている請求項３１に記載のダクト構造システム。
【請求項３３】
上記第１および第２のダクトパネルの上記端部の終端は、溶接によって互いに連結されている請求項３２に記載のダクト構造システム。
【請求項３４】
上記第１および第２のダクトパネルの上記端部の終端は、溶接によって互いに連結されている請求項３１に記載のダクト構造システム。
【請求項３５】
上記第１のダクトパネルはバッフル部分を有し、このバッフル部分は上記流路内に延びている請求項３０に記載のダクト構造システム。
【請求項３６】
上記バッフル部分は、上記流路内に配置された熱交換器の複数本のチューブの列を挿通して受け入れるように構成されている請求項３５に記載のダクト構造システム。
【請求項３７】
上記ダメージに抵抗する手段は、第１の端部および第２の端部を有する延長された部材をさらに有し、上記第１の端部が上記バッフル部分に取り付けられ、上記第２の端部が上記複数のダクトパネルのうち第３のダクトパネルに取り付けられ、上記延長された部材は、上記流路を横切って延びている請求項３５に記載のダクト構造システム。
【請求項３８】
上記ダメージに抵抗する手段は、第１の端部および第２の端部を有する延長された部材をさらに有し、上記第１の端部が上記複数のダクトパネルのうち第１のダクトパネルに取り付けられ、上記第２の端部が上記複数のダクトパネルのうち第２のダクトパネルに取り付けられ、上記延長された部材は、上記流路を横切って延びている請求項２５に記載のダクト構造システム。
【請求項３９】
上記第１のダクトパネルに取り付けられた第１の端部および上記流路内へ延びた第２の端部を有するバッフルをさらに有し、
上記延長された部材の上記第１の端部は、上記バッフルの上記第２の端部に取り付けられ、それにより、上記バッフルを介して、上記第１のダクトパネルへ、上記延長された部材の上記第１の端部の連結部を与える請求項３８に記載のダクト構造システム。
【請求項４０】
上記ダメージに抵抗する手段は、第１の端部および第２の端部を有する延長された部材を有し、上記第１の端部が上記複数のダクトパネルのうち第１のダクトパネルに取り付けられ、上記第２の端部が上記複数のダクトパネルのうち第２のダクトパネルに取り付けられ、上記延長された部材は、上記流路を横切って延びている請求項２１に記載のダクト構造システム。
【請求項４１】
上記第１のダクトパネルに取り付けられた第１の端部および上記流路内へ延びた第２の端部を有するバッフルをさらに有し、
上記延長された部材の上記第１の端部は、上記バッフルの上記第２の端部に取り付けられ、それにより、上記バッフルを介して、上記第１のダクトパネルへ、上記延長された部材の上記第１の端部の連結部を与える請求項４０に記載のダクト構造システム。
【請求項４２】
上記バッフル部分は、上記流路内に配置された熱交換器の複数本のチューブの列を挿通して受け入れるように構成されている請求項４１に記載のダクト構造システム。
【請求項４３】
ダクトを通って延びる流路を規定するように互いに連結された複数のダクトパネルを有するダクトに対して爆轟損傷耐性を与える方法であって、
上記ダクトの長軸に沿って、少なくとも１つの曲げられた側面、或いは少なくとも１つの小面にされた側面を与える工程を有する方法。
【請求項４４】
上記少なくとも１つの曲げられた側面、或いは上記少なくとも１つの小面にされた側面は、上記ダクトの上記流路内に設けられたバッフルに取り付けられ、或いは一体にされている請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
上記バッフルは、上記流路内に設けられた熱交換器の複数本のチューブの列を受け入れるように形成されている請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
ダクトを通って延びる流路を規定するように互いに連結された複数のダクトパネルを有するダクトに対して爆轟損傷耐性を与える方法であって、
上記ダクトの少なくとも２つの側面を互いにつなぐように、上記ダクト内に上記流路を横切って延びる内側補強部材を与える工程を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
この発明は、流体を流すためのダクト構造に関する。
【０００２】
背景技術の説明
高温で流体を流す際に使用されるダクト構造は、このダクト構造および／或いはこのダクト構造内に配置された他の構成部品の熱膨張に起因したストレスを受ける。さらに、いくつかの適用において、このダクト構造は、計画的に或いは偶然にダクト構造内に流れる燃料の爆轟を受ける。例えば、燃料がダクト構造内に偶然に流れ込み、且つ燃料が自動的に発火する温度を超える温度まで昇温されるような高い温度がダクト構造内にある場合、燃料はダクト構造内で爆発する。このような爆発は、ダクト構造に不可逆的な損傷を与え、爆発の際には、人に危害を加え、或いはダクト構造の近くの構造物に損傷を与える可能性がある。
【０００３】
発明の要約
高温環境で適用されるダクト構造に関連した上述した問題を減少させるための努力として、本願の発明者等は、以下に説明するような、ダクト構造内に爆轟損傷耐性を与える装置および方法を発明した。
【０００４】
この発明は、ダクトを通って延びる流路を規定するように互いに連結された複数のダクトパネルを有するダクトを有し、このダクトが、ダクト内の爆轟によってダクトに引き起こされるダメージに抵抗する構造を含むダクト構造システムを効果的に提供する。
【０００５】
この発明の第１の実施例によると、ダクトの少なくとも２つの側面を互いにつなぐように、ダクトの流路内を横切って延びる内側補強部材を含む構造が、ダメージに抵抗するために設けられる。このような内側補強部材の一例は、１つ或いはそれ以上の延長された部材を有する取り付けフレームを含む補強パネルである。１つ或いはそれ以上の延長された部材は、ダクトパネルに取り付けられたフレームの一側から反対側のダクトパネルに取り付けられたフレームの他側へ延びている。
【０００６】
この発明の第１の実施例の構造の代りに或いはこの構造に加えて実行可能なこの発明の第２の実施例によると、上記ダクトが、その長軸に沿った少なくとも１つの曲げられた或いは小面にされた側面をダクトに与えることを含むダメージに抵抗するための構造を有する。
【０００７】
この発明のより完全な正しい認識および多くの付随した効果は、以下の詳細な説明を参照することで、特に、添付図面を参照することで明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は、ダクト構造に対する爆轟損傷に抵抗するためダクト構造で使用するこの発明の補強パネルの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の補強パネルの側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）の補強パネルの縮小概略図である。
【図２】図２は、ダクト構造の流路内で爆轟の危険がある種々の箇所に設けられたいくつかの補強パネルを含むこの発明のダクト構造システムの斜視図（内部構造を露出するためいくつかのフロントパネルを取り除いた状態を示す）を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、流路の各通路が矩形断面である流路内に複数の補強パネルが設けられたダクト構造システムを含むこの発明の実施例の断面概略図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ジグザグ形の流路を有するダクト構造システムを含むこの発明の代わりの実施例の断面概略図を示す。
【図４】図４は、複数の補強パネルを組み合わせたジグザグ形の流路を有するダクト構造システムを含むこの発明のさらに代わりの実施例の部分拡大斜視図（内部構造を露出するためフロントおよびリアパネルを取り除いた状態）を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、繰り返しＳ字形の流路を有するダクト構造システムを含むこの発明の追加の実施例の正面図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示されたこの発明の実施例の斜視図を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、内部構造を露出するためいくつかのフロントパネルと中央のチューブ束を取り除いた状態の、図５Ａおよび図５Ｂに示したこの発明の実施例の斜視図を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、内部構造を露出するためフロントパネルが取り除かれた図５Ａ〜図５Ｃに示されたこの発明の実施例の部分拡大斜視図を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、内部構造を露出するため全てのフロントパネルを取り除いた状態の図５Ａ〜図５Ｃに示されたこの発明の実施例の部分の部分拡大斜視図を示す。
【０００９】
発明の詳細な説明
本願発明の複数の実施例は、複数の図面を参照して説明される。以下の実施例において、実質的に同じ機能および配置を有する構成要素には同じ参照番号を付し、繰り返しの説明は必要なときだけする。
【００１０】
本願の発明者等は、ダクト構造をデザインするとき、ダクト構造システムの構造上の要求と同様に、ダクト構造の製造および組み立てのためのコストのような多くの要因を考慮しなければならないことを決めている。従って、ダクト構造の構成やダクト構造に使用される材料のタイプは、材料の価格、材料の強度、ダクト構造の要求強度を満足するのに必要な材料の量、材料が使用される環境における材料の反応、材料の重量、この材料を使用したダクト構造の製造および組み立ての容易さおよび価格などの要因に基づいて選択される。しかしながら、爆轟損傷に対する耐性を与えるため比較的厚い壁を単に提供するだけでは、ダクト構造の価格および重量が増大するため一般には効果的ではない。さらに、極端な厚さのダクト構造は、不利な低い曲げ易さを有する。熱交換器や熱交換反応炉などの温度勾配が存在する高温環境での適用において、熱応力に起因した機械的な故障を防止するための強度と同様、ダクト構造が曲げ易いことが望まれる。また、発明者等は、ダクト構造に爆轟損傷耐性を与える外付けの補強部材や支持部材の使用が一般に効果的ではないことを決めている。すなわち、外付けの補強部材や支持部材がダクト構造より低い温度である場合、外付けの補強部材や支持部材のダクト構造に対する不均一な膨張によって引き起こされる熱膨張の問題が生じる。
【００１１】
この発明は、使用が所望される特徴なしに過度に厚い壁や外付けの補強部材を与える必要が無く、ダクト構造内で爆轟によって引き起こされる損傷を飛躍的に減少し或いは全体的に無くすための装置および方法を効果的に与える。この発明がここで説明および図示されるいくつかの好適な実施例の形態に限定されない一方で、本願発明の好適な実施例は、熱膨張によって引き起こされるストレスに耐えるための薄くて曲げ易い金属シートの壁を使用し、一方で、曲げ易く過度の熱ストレスを生じることなく実質的な熱勾配を収容可能な軽量ダクト構造を維持する。
【００１２】
本願発明の第１の実施例において、この発明は、内側の補強部材を提供する。この補強部材は、流路内の爆轟によって生じたダクト構造の壁に作用する外側に向かう力に抗う補強構造を提供するため、ダクト構造の流路を横切って延設されている。例えば、このような内側補強部材は、ダクト構造の壁にいかなる方法で取り付けられた第１の端部、およびダクト構造の反対側の壁にいかなる方法で取り付けられた第２の端部を有する延長された部材であっても良い。従って、流路内で爆轟が生じた場合、この延長された部材は、その長手方向に沿って爆轟からの外側へ向かう力に抗う力を与え（例えば、この延長された部材が引っ張られる）、ダクト構造の対向する壁を互いに保持し、壁に対する損傷を防止する。
【００１３】
この発明の内側補強部材は、いくつもの形状をとることができ、いくつもの異なる方法でダクト構造へ取り付けでき、その好適な実施例については、以下に説明する。例えば、この内側補強部材は、補強パネルとして提供できる。この補強パネルは、外側取り付けフレーム、およびこのフレームを通る開口を横切る１以上の方向に延びた１つ或いはそれ以上の延長された部材（例えば、平行或いは非平行な配置で延長された複数の部材、直交する配置或いは直交しない配置でクロスする（或いはグリッド、或いはネット）パターンで延長された複数の部材など）を有する。この内側補強部材は、ダクト構造の流路内で複数枚のバッフル板に接続され或いは一体にされた延長された部材（例えば、図４参照）とすることができる。この内側補強部材は、ダクト構造内の爆轟が生じる位置に好適に配置され、ダクト構造の弱い部分に作用する力に抵抗を与えるようにダクト構造内で方向付けされる（例えば、１つ或いはそれ以上の延長された部材が、ダクト構造の弱い外側パネルやジョイントと反対側の外側パネルやジョイントとの間に取り付け可能であり、これら弱い外側パネルやジョイントに作用する爆轟からの外側に向かう力に抵抗する。）。また、この内側補強部材は、好ましくは、ダクト構造の流路を通って流れる流体の流れを大きく妨げることはない。
【００１４】
図１（ａ）は、ダクト構造に対する爆轟損傷に抵抗するようにダクト構造内で使用するこの発明に係る補強パネルの平面図を示し、図１（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、この補強パネルの側面図、および縮小した斜視図を示す。この実施例において、上記内側補強部材は、ステンレス鋼やニッケル超合金シートのような平らな金属シートから形成された補強パネル１０の形態で提供される。この補強パネル１０は、フレーム１２の中央部を通って延びた開口部１３を伴う取り付け部分（すなわち外側取り付けフレーム）１２を有する。このフレーム１２は、その外辺部に沿って４つの側部１４〜１７を有する。
【００１５】
この実施例において、側部１４〜１７のそれぞれは、ダクトパネルの近接した部位の間のジョイントでダクトパネルの近接した部位の間にクランプされて挟まれて、ダクトパネルへ取り付けられる。これら複数の側部１４〜１７は、例えば、フレーム１２の外辺部に設けられた複数の取付孔１８を用いて、例えば、これら取付孔とダクトパネルの一致する取付孔を通るボルトとナットによる固定具を与えることで、ダクトパネルへ取り付け可能である。さらに或いは代りに、フレーム１２とダクトパネルの近接したエッジを互いに溶接することもでき、両者の間にさらなる構造的な接続を与える。フレーム１２の上述した取り付けの代りに、フレーム１２は、例えば、溶接或いは他の取り付け構造或いは方法によって、流路に沿ったいかなる位置でもダクト構造の内面に直接的に取り付けでき、連結部分へ或いは連結部分に近接して設けることができ、或いは流路の長手方向に沿ったいかなる他の位置でも設けることができる。
【００１６】
図１（ａ）から図１（ｃ）に示された補強パネル１０において、複数の延長された部材（すなわち、フィンガー）２０が、フレーム１２を通る開口１３を横切って互いに平行に延び、流体が流れる複数の開口２２が、複数の延長された部材２０の間に規定されている。また、図１（ａ）から図１（ｃ）に示した実施例において、流体が流れる延長された２つの開口２４が、側部１６、１７に近接した端部の延長された部材の間に設けられている。この実施例において、複数の延長された部材２０は、それぞれ、ベース部として機能する側部１４に一体に接続された第１の端部、およびベース部として機能するとともに側部１４の反対側に設けられた側部１５に一体に接続された第２の端部を有する。これら複数の延長された部材２０の数および形状は、流路内の取り付け位置で爆轟力に抵抗するのに必要とされた要求強度と、これら延長された部材によって引き起こされる流体の流れに対する妨害の観点からその取り付け位置で流路を流れる流体の要求される流量と、の間のバランスに依存する。
【００１７】
上述した内側補強部材の多くの異なる形状が可能である。例えば、この内側補強部材は、１つ或いはそれ以上の延長された部材２０の多くの異なる形状を含むように構成可能である。これら複数の延長された部材２０は、開口全体を横切って設けることができ、開口の一部だけ横切って設けることができ、均一に互いに離間して設けることができ、均一に離間したまたは不均一に離間した延長された部材の組み合わせを含むことができたりする。さらに、これら複数の延長された部材２０は、同じ形、同じ断面、および同じサイズで提供でき、異なる形、異なる断面、および異なるサイズで提供でき、或いはそれらのいかなる組み合わせでも提供できる。これら複数の延長された部材２０は、同じ材料、すなわち同じ材料特性で形成でき、或いは異なる材料、すなわち異なる材料特性で形成できる。また、これら延長された部材は、図１（ａ）から図１（ｃ）の延長された部材２０と異なり、開口を横切って１或いはそれ以上の異なる方向に延びて設けることもでき、例えば、直交する配置或いは直交しない配置のクロス（或いはグリッド、或いはネット）パターンで、追加の延長された部材の平行および／或いは非平行な配置が可能である。
【００１８】
補強パネル１０は、好ましくは、ダクト構造内の爆轟が起る危険性のある箇所へ取り付けられる。また、補強パネル１０は、好ましくは、その取り付け位置でダクト構造の弱い部位に作用する爆轟力に抵抗を与える向きでダクト構造内に取り付けられる。例えば、図１（ａ）から図１（ｃ）に示した補強パネル１０は、好ましくは、側部１４および／或いは側部１５がダクト構造の弱い部分に取り付けられるように、ダクト構造内で向きを決められて取り付けられ、側部１４、１５の間を延びた複数の延長された部材２０が、上記弱い部分に作用する爆轟力に対する抵抗力を提供できる。
【００１９】
図２は、この発明のダクト構造システム３０の斜視図を示す。このシステム３０は、爆轟の危険があるダクト構造の流路内の種々の箇所に設けられたいくつかの異なる補強パネル６０、７０、８０、９０を有する。この場合、このダクト構造は、蒸気発生器に使用される。図２に示されたダクト構造のいくつかのフロントパネルは、ダクト構造の内部に設けられた複数の補強パネルを露出するために取り外されている。
【００２０】
図２に示されたダクト構造システム３０は、例えば、炭化水素蒸気改質装置や他の装置からの熱い排出ガスを受け入れる入口３６を有する。この熱い排出ガスは、入口３６を介して上方に流れることによってダクト構造システム３０内に流入し、ダクト部分３８（補強パネル６０および７０を露出するため、そのフロントダクトパネルを取り除いた状態を示す）内の流路へ受け入れられる。そして、このガスは、流路に沿って水平方向に移動してダクト部分４０へ流れ、ここでガスの流れが下方に曲って、入口マニホルド４２と出口マニホルド４４との間の分離チューブ側の流れを有する蒸発器のシェル側を移動する。そして、このガスは、ダクト部分４０からダクト部分４６（補強パネル８０を露出するため、フロントダクトパネルを取り除いた状態を示す）に向けて下方に移動し、そこで水平方向に曲げられてダクト部分４８へ流れ、そこで上方に曲げられてダクト部分５０（補強パネル９０を露出するため、フロントダクトパネルを取り除いた状態を示す）およびエコノマイザー部分５２を通して出口５４に向けて流れ、そこでダクト構造システム３０から排出される。
【００２１】
上記ダクト構造システム３０のダクト構造は、異なる形状およびサイズの複数枚のダクトパネル３２を用いて組み立てられている。これら複数枚のダクトパネル３２は、隣接するパネル同士を互いに接続するため、一般的に、折り曲げられた端辺３４を有する金属シート板から形成されている。例えば、これら複数枚のパネルの端辺３４は、当該端辺に形成された取付孔に通すボルトおよびナットを含む固定具を用いて接続され、或いは近接する２枚のパネルそれぞれの隣接する端辺を互いに溶接することによって接続される。本願発明のこの実施例は、熱膨張によって引き起こされるストレスに耐える薄くて曲げ易い壁を提供し、効果的には軽量なダクト構造物を提供するダクトパネル３２を使用する。しかし、ダクト構造の特定の部位は、流路内のガスに含まれる燃料の爆轟の危険に晒される可能性があり、それゆえ、ダクト構造のこれらの部位は、このような爆轟によって生じるダクト構造への不可逆的な機械的な損傷（ダメージ）を受け易い。従って、ダクト構造内におけるこのような爆轟によって生じる損傷を大幅に減少させ或いは全体的に無くすため、図２に示すダクト構造システム３０は、ダクト構造内に取り付けたいくつかの補強パネル６０、７０、８０、および９０を有する。これら補強パネルは、爆轟の危険がある位置でダクト構造の弱い部分に作用する爆轟力に対する抵抗を与える向きで取り付けられている。
【００２２】
補強パネル６０は、フレーム６２を通る開口６４を伴う取り付け部分（すなわち、外側取り付けフレーム）６２を有する。複数の取付孔６６は、フレーム６２の外辺部に沿って設けられ、ボルトおよびナットによる固定具を用いてフレーム６２が隣接するダクトパネルに取り付けられる。複数の延長された部材６８は、開口６４を横切って互いに平行に延びている。このパネル６０は、複数の延長された部材６８が、例えば、その内部で爆轟の危険を有するダクト部分３８のパネル３７（および／或いはダクト部分３８に隣接した他のパネル）に対する爆轟耐性を与えるように方向付けされるように、その取り付け方向が決められる。これら複数の延長された部材６８の形状や数は、内部補強部材の要求強度、およびダクト構造内のこの位置で流路を通る流体に要求される流れに基づいて決められる。
【００２３】
補強パネル７０は、開口７４、複数の取付孔７６、および複数の延長された部材７８を伴う取り付け部分（すなわち、外側取り付けフレーム）７２を有する。このパネル７０は、複数の延長された部材７８が、例えば、その内部で爆轟の危険を有するダクト部分３８のパネル３９（および／或いはダクト部分３８に隣接した他のパネル）に対する爆轟耐性を与えるように方向付けされるように、その取り付け方向が決められる。これら複数の延長された部材７８の形状や数は、内部補強部材の要求強度、およびダクト構造内のこの位置で流路を通る流体に要求される流れに基づいて決められる。
【００２４】
補強部材８０は、開口８４、複数の取付孔８６、および複数の延長された部材８８を伴う取り付け部分（すなわち、外側取り付けフレーム）８２を有する。このパネル８０は、複数の延長された部材８８が、例えば、ダクト部分４６のパネル４７および／或いはダクト部分４８のパネル４９（および／或いは隣接した他のパネル）に対する爆轟耐性を与えるように方向付けされるように、その取り付け方向が決められる。これら２枚のパネル４７、４９は、爆轟の危険を有し、爆轟からの損傷を非常に受け易い長くて平らであるにも関わらず支持されていない面を形成している。これら複数の延長された部材８８の形状や数は、内部補強部材の要求強度、およびダクト構造内のこの位置で流路を通る流体に要求される流れに基づいて決められる。
【００２５】
補強パネル９０は、開口９４、複数の取付孔９６、および複数の延長された部材９８を直交するようにクロスさせたグリッドを伴う取り付け部分（すなわち、外側取り付けフレーム）９２を有する。この補強パネル９０は、複数の延長された部材９８を直交するようにクロスさせたグリッドを有し、このグリッドが、例えば、ダクト部分５０の外辺部を囲む４つ全てのパネル５１および／或いはエコノマイザー部分５２の外辺部を囲む複数枚のパネルに対する爆轟耐性を与えるように方向付けされるように、その取り付け方向が決められる。これら複数枚のパネルは、爆轟の危険を有し、爆轟からの損傷を受け易い支持されていない面を有する。これら複数の延長された部材９８の形状や数は、内部補強部材の要求強度、およびダクト構造内のこの位置で流路を通る流体に要求される流れに基づいて決められる。
【００２６】
本願発明は、ダクト構造に対して爆轟損傷耐性を与えるための方法および構造を提供し、この発明の１実施形態は、ダクト構造内の爆轟によってパネルに生じる損傷を大幅に減少させるため、ダクト構造の複数枚のダクトパネルを互いに連結する内側補強部材或いは支持部材を提供する。爆轟がダクトの両側に異なる方向の力を与えることから、変形を防止するのに十分に強くダクトの壁に十分に良く取り付けられた内側補強部材は、この補強部材の周りの壁に対する損傷を無くす。１つ或いはそれ以上の内側補強部材は、ダクト構造システム全体を通した損傷を無くすことができる。また、ダクト構造を通って伝達される爆轟によって引き起こされた圧力波を減衰させるため、複合補強部材が使用可能である。上記の補強部材は、図１および図２に示された補強パネルにおける１枚の金属シートから形成可能である。この補強部材は、適切な開口を形成するため打ち抜き或いは切断可能であり、ダクト構造の内部にある流路を通った十分な流体の流れを許容する。他の変形として、内側補強部材は、単に金属片や金属ロッドにすることができ、或いはダクトの両側を互いに連結可能な他の同様な構造或いは材料とすることができる。好ましい実施例において、この補強部材は、ダクト構造のフランジ付ジョイントに容易に取り付けられる一方で、ダクトを一体的に補強する一片の金属シートである。本願発明は、米国特許Ｎｏ．６，９５７，６９５のような曲げ易いダクト構造の殻を有する反応容器で使用することが特に有益である。また、本願発明は、バッフルと共にダクト構造に対して爆轟耐性を与えるため、補強部材が、内部のバッフルに取り付けられ或いはバッフルの構造内へ組み込み可能となることを許容する。本願発明は、米国特許Ｎｏ．７，１１７，９３４のように、熱膨張の逆効果を小さくするようデザインされたバッフルを伴う反応容器で使用することが特に有益である。
【００２７】
ダクト構造の形状に基づいて、異なる壁パネルを互いに連結またはリンクするように、種々の構造の内側補強部材を設けることができる。例えば、矩形のダクトにおいて、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示された補強パネルの複数の延長された部材は、側部１４、１５を取り付けるダクト構造の長い壁に連結およびリンクするが、補強無しで爆轟に抵抗する十分に強いダクト構造の短い壁にはつながない。正方形のダクトにおいて、ダクトの外辺部にある全ての壁を互いに連結するため、複数の延長された部材の“プラス”形、或いはグリッド形状のパターンが使用可能である。代りに、円形、楕円形、或いは多角形の複数の孔を有するグリッドを使用可能である。
【００２８】
図３Ａは、各部位において矩形の断面形状を有する流路内に複数の補強パネルを設けたダクト構造システムを有する本願発明の１実施例の断面概略図を示す。図３Ａの実施例において、バッフルと共にダクト構造に爆轟耐性を与えるため、複数の内側補強部材、すなわち複数の補強パネル１１０が内側のバッフル１２０に取り付けられ、或いはバッフルの構造内へ組み込まれている。図３Ａにおける内側補強部材１１０は、そのダクト構造内における位置を示すため、破線を用いて概略的に示してある。これら補強部材１１０は、図４に示すバッフルや補強パネルと同様の一体的な形を有するように設けることができ、或いは、あらゆる他の方法によって、内側バッフルやダクト構造の壁に取り付け可能である。図３Ａの複数の矢印は、ダクト構造の流路を通る流体の流れを示し、破線部分の矢印は、流体を流すための図示しない外付けパイプを示す。
【００２９】
図３Ｂは、本願発明の第２の形態を組み込むダクト構造システムを有する本願発明の実施例の断面概略図を示す。図３Ａに示す実施例の内側補強部材１１０を使用するより、図３Ｂに示された発明の第２の形態は、その内部に起こる爆轟からの損傷を防止するよう形成された複数のダクトパネルを有するダクト構造システムを提供する。（この発明の２つの形態は個々に使用可能であり、或いは図４および以下の説明にあるような最大の爆轟損傷耐性のため組み合わせて使用可能である。）
この発明の第２の形態は、爆轟の間に最も損傷を受け易い領域内で長く真っ直ぐに延びた形状の部分を避けるような複数のダクトパネルや複数の壁の提供を含む。これに対し、図３Ａのダクト構造は、図示のように不所望な真っ直ぐな側面を有することから、第２の形態のような特徴を有していない。また、図２のダクト構造も、図示のように不所望な真っ直ぐな側面と内部を通る真っ直ぐな流路を有することから、このような特徴を有していないことが分かる。真っ直ぐな通路を無くすことは、個々の壁を強くして、ダクトを通って伝わる爆轟を緩衝する。本願発明の第２の形態のように、複数の小さな側面を用いることによって、すなわちアコーディオンスタイルの断面を用いることによって、爆轟によって生じた圧力に晒される支持されていないダクト壁の部分の長さを減少させる。事実、半球状のダクト部分の理想に近付く或いは効果的に達成する複数の半球状の部位や小面にされた部位の使用は、ダクト部分に作用する爆轟からの圧力が、真っ直ぐな側面の接合部のようにダクト構造内の特定部位に不都合に集中するより、そのダクト部分自体によって均一に分配されまたは抵抗されることを許容する。
【００３０】
図３Ｂは、本願発明の第２の形態によるジグザグ形状の流路を有するダクト構造システム２００の断面概略図を示す。図３Ｂの複数の矢印は、ダクト構造の流路を通る流体の流れを示し、複数の破線部分の矢印は、流体を流すための図示しない外付けパイプを示す。ダクト構造の複数の側面は、複数の傾斜された壁部分２１０を用いて小面にされている。また、本発明のこの実施形態が、単に、その他すべてのバッフル２２０での細い幅および各バッフルの間における広い幅を伴うダクトを提供することによって、アコーディオン形状の断面と共に提供されたダクト構造に代りに実施できることが分かる。さらに、本発明のこの実施形態が、複数のバッフルを持たないジグザグ或いはアコーディオン形状を有するダクト構造で代りに実施できることが分かる。
【００３１】
さらに、本願発明の第２の形態は、単一の金属ピース２３０を用いることによって、連結部を効果的に無くすこともできる。この単一の金属ピース２３０は、第１のバッフル部分２３２、第１のダクト壁部分２３４、および第２のダクト壁部分２３６を有する。この第１のダクト壁部分２３４は、第１のバッフル部分２３２および第２のバッフル（第１のバッフル部分２３２に隣接している）に隣接している。第２のダクト壁部分２３６は、第２のバッフルおよび第３のバッフル（第２のバッフルに隣接している）に隣接している。１つのバッフルと１つ或いはそれ以上のダクト壁部分を同じ材料で一体に形成することで、それらの間の連結部を無くすことにより、ダクト構造システムの損傷耐性がより高くなる。効果的には、この実施形態は、曲げ易いダクト構造システムを形成するために使用される個々のダクト部材の数も減少する。さらに効果的には、この実施形態は、連結部（２つの隣接したダクト壁部分の間に各バッフルを挟むため、ダクト構造内の断続的なパスそれぞれの上側および下側で今まで必要とされていた）の数を減らす。これら連結部は、一般に、ダクト構造に硬さを与え、熱い動作環境の元でダクト構造を曲げられることを不都合に減少する。従って、連結部の数の減少は、ダクト構造を曲げること、およびダクト構造内のストレスを減らすことを許容する。また、この実施形態で設けられた複数の連結部は、９０°の角度でダクト壁のエッジから形成されるより、むしろ連結部および／或いはダクト構造を簡単に曲げることを許容する非直交角度で形成され、それにより、例えば、図２および図３Ａに示すように、多角形のダクト構造で使用された連結部の３軸の硬さや拘束力を無くす。従って、装置の動作中に、管の列がダクト構造自体と比較して軸方向に膨張或いは収縮すると、図３に示した実施例の複数の連結部や複数のダクト壁は、管の列の寸法の変化を補償するため簡単に曲げることができる。従って、この実施形態は、ダクト構造の曲げ易さの度合いを維持或いは増加する一方で、ストレスレベルを減少する。
【００３２】
曲げられた管状熱交換器を囲むダクト構造（上述した図３Ｂの示した）のため、ダクトパネルの形成に用いた材料は、バッフルを一体に形成するのに使用することもできる。このバッフルは、図３Ｂに示すような管状熱交換器の固い管束へダクト構造の壁をリンクする。このような構造において、爆轟がダクト構造に生じる殆どの損傷は、ダクトの複数の小面に丸みを付けることである。
【００３３】
図４は、ダクト構造システム３００を含む本願発明のさらなる代わりの実施形態の部分拡大概略図（内部構造を露出するためフロントおよびリアパネルを取り除いた状態）を示す。このダクト構造システム３００は、複数の補強パネルを組み合わせたジグザグ形状の流路を有する。図４に示した実施形態は、本願発明の第１および第２の実施形態を組み合わせている。図４における複数の矢印は、図示したダクト構造の部分の流路への流体の流入および流路からの流出を示す。
【００３４】
図４に示した実施形態は、互いに組み合わせて使用されたダクトパネルの２つの形状を含む。複数のダクトパネル３１０は、主ダクト部分３１２、管状熱交換器３４０の複数の管３４２を受け入れて挿通する複数の孔３１５を有するバッフル部分３１４、および終端３１９を有する端部３１８を含んで提供される。また、複数のダクトパネル３２０は、主ダクト部分３２１、終端３２３を有する端部３２２、管状熱交換器３４０の複数の管３４２を受け入れて挿通する複数の孔３２５を有するバッフル部分３２４、補強部分３２６、および終端３３０を有する端部３２９を含んで提供される。補強部分３２６は、内側補強部材として機能し、複数の開口３２８および複数の延長された部材３２７を有する取り付けフレーム３２６を含む。
【００３５】
複数のバッフル部分３１４および３２４は、ダクト構造３００の壁を管状熱交換器３４０の固い管束へ連結する。
【００３６】
互いに隣接した端部３１８、３２２および／或いは３２９は、例えば、そこに設けられた複数の取付孔（図示せず）およびボルトおよびナットを含む固定具を用いて連結される。さらに加えて或いは代りに、互いに隣接した終端３１９、３２３および／或いは３３０が、それらの間にさらなる機械的な接続を与えるように互いに溶接されても良い。互いに隣接した複数の主ダクト部分は、ダクトの小さくされた外面形状を提供するため、それらがゼロではない角度で向き合うように設けられる。この方法で形成された連結部分は、ダクトに対する重大な（或いはいかなる）損傷を生じることなく、ダクト内の爆轟によって引き起こされた力を抵抗および吸収可能な強いダクトを提供する一方で、重大なストレスが無い状態で管状熱交換器３４０の軸に沿った方向へ変形できるダクト構造３００を提供する。
【００３７】
図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ、および図６Ｂは、本願発明の第２の実施形態を組み込んだダクト構造システムを有する本願発明のさらなる実施例の図を示す。この実施例は内側補強部材を有するように図示されていないが、このような内側補強部材は、構造をさらに完全にするように、この実施例で使用可能である。図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ、および図６Ｂに図示したダクト構造システム４００は、その中の爆轟からの損傷に耐えるように形成された複数のダクトパネルを有し、バーナー組立体４４０に接続されるよう図示されている。内側の熱交換器の複数本のチューブは、図示されていないが、この発明の殆どの実施例で存在する。
【００３８】
このダクト構造システム４００は、本願発明の第２の実施形態に係るＳ字形を繰り返した流路を有する。このダクト構造の複数の側面は、小面にされた或いはカーブされた壁部分４１０を用いて形成されている。この壁部分４１０は、バッフル４２０の開放側の端部を囲むように延びた半球状にカーブされた部分である。各壁部分４１０は、隣接した壁部分の上側部分４１４に隣接する下側部分４１２を有することができ、隣接する壁部分が連結部４１６で連結可能である。
【００３９】
このダクト構造システム４００は、上述した壁部分４１０および隣接した複数のパネルに連結されたフロントおよびリアパネル４３０を有する。これらパネル４３０は、フランジを形成するため外側に曲がった２つのフロントエッジ４３２を有する。各パネルの複数のエッジ４３２は、隣接したパネルの隣接したエッジに連結される。また、これらパネル４３０は、対応する隣接した壁部分へ連結されるフランジを形成するため外側に曲がった小面にされ或いは曲げられた外側エッジ４３４も有する。
【００４０】
本願発明のダクト構造システムは、内部圧力耐性およびサイクル寿命を改良する。ダクト構造システム４００は、壁を薄くされたシリンダーのストレス状態に近付けることによって、圧力負荷をアシストするアーチ形の壁に近付くことを提供する多角形の側面、フロント、およびリアパネルを有する。各通路のための複数の側面パネルおよびバッフルは、金属シートを切断および曲げた２つ或いは３つの個別のピースで形成されている。各バッフルは、最終組立体への溶接アクセスを容易にするため、上方のパスおよび下方のパスで複数の側面パネルへ溶接可能である。上述したアーチ形のフロントおよびリアパネル部分は、その中心線に沿ってバッフルに栓溶接（rosette welded）が可能であり、その外辺部にあるフランジのエッジに沿った溶接によって互いに連結される。
【００４１】
この反応炉システムは、異なる材料を用いたため、および、反応炉の最初のパスにおけるバーナーの入口と、その出口を介してスーパーヒーターへガスが流れる反応炉の最後のパスと、の間の大きな温度差、およびダクト構造の平均の金属温度と、熱交換器チューブの平均の金属温度と、の間の大きな温度差のため、熱膨張する。各パスの複数のパネルは、各パスの要求強度、および各パスにおける熱および／或いはさびの状態に基づいて、ダクト構造システムの長手方向に沿って異なる材料で形成することができる。
【００４２】
図３に示した矩形のダクト構造と比較して、例えば、上述したダクトシステム４００は、局所的なストレス集中がなく、むしろストレスを分散する。事実、０．７ｐｓｉの通常の動作環境下でダクト構造内で引き起こされたストレスによる圧力負荷はごくわずかであり、１５０ｐｓｉの爆轟圧力下でダクト構造システム４００が矩形ダクト構造の約半分の大きさの最大誘導ストレスを見せることが、計算結果によって示されている。
【００４３】
ここで図示および説明された実施例は、本願発明の好適な実施例を示し、いずれにしても特許請求の範囲を限定するものではない。上述した教えに照らして本願発明の多くの修正や変更が可能である。それゆえに、書き添えられた請求項の範囲内で、この発明は、ここで明確に開示されたものとは別の方法で実施される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2010534315.tif 000009
【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
2010534315.tif 000011
【図６Ｂ】
2010534315.tif 000012
【国際調査報告】
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