(57)【要約】      （修正有）【課題】廃ガス温度を制御可能で、高温に耐えて、複雑な構造を有しない熱交換器を提供する。【解決手段】ガス入口チャンバー７の管板５とガス出口チャンバー８の管板６との間に各々保持されている、複数の伝熱管３と中央に配設されているバイパス管４とを備える。スロットルバルブ１８と駆動装置１９とを備えた制御装置１６がバイパス管の出口端１７に配設されている。制御装置は熱交換器１のガス出口温度を一定温度範囲に設定するために設けられ、バイパス管からの未冷却廃ガス流の排出速度及び排出量は、バイパス管の出口端に配設され且つ制御装置により調整できるスロットルバルブにより制御できる。スロットルバルブは、高温腐食に感受性のある温度範囲で高温腐食耐性がある材料からなる。【選択図】図１
2017078567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス入口チャンバー（７）の管板（５）とガス出口チャンバー（８）の管板（６）との間に各々保持されている、複数の伝熱管（３）と中央に配設されているバイパス管（４）とを備え、前記それぞれの管板（５、６）は円筒ジャケット（２）に接続されており、前記ジャケットにはジャケット空間（９）が形成されており、前記ジャケット空間（９）内には前記伝熱管（３）と前記バイパス管（４）が入っているととともに冷媒（１１）を導入することができる、熱交換器であって、
前記円筒ジャケット（２）に接続されて冷媒（１１）を前記伝熱管（３）のジャケット側のジャケット空間（９）に導入する少なくとも１つの入口パイプ（１０）と、
前記円筒ジャケット（２）に接続されて、前記ジャケット空間（９）から前記伝熱管（３）のジャケット側を介して、間接伝熱により生成した水／蒸気混合物を排出する少なくとも１つの出口パイプ（１２）と、
ガス流方向に前記管板（５）の前の前記ガス入口チャンバー（７）に横方向または軸方向に配置されて熱廃ガス流（１４）を前記管板（５）のガス入口側の前記伝熱管（３）および前記バイパス管（４）に導入する入口パイプ（１３、１３．１）と、
前記ガス流方向に前記管板（６）の後ろに前記ガス出口チャンバー（８）に横方向または軸方向に配設されて、前記管板（６）のガス出口側の前記伝熱管（３）からの冷却された廃ガス流（１４）と前記バイパス管（４）からの未冷却廃ガス流との混合物を排出する排出管（１５、１５．１）と、
駆動装置（１９）に接続されて前記熱交換器（１）のガス出口温度を一定の温度範囲に設定するスロットルバルブ（１８）を構成する制御装置（１６）であり、前記バイパス管（４）からの前記未冷却廃ガス流（１４）の排出速度と排出量は前記スロットルバルブ（１８）により制御でき、前記スロットルバルブ（１８）は前記バイパス管（４）の出口端（１７）に配設され且つ前記制御装置（１６）の前記駆動装置（１９）により調整できるものであり、前記スロットルバルブ（１８）は高温腐食感受性のある温度範囲で高温腐食に対して耐性のある材料から製造されている制御装置とを備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記制御装置（１６）の前記スロットルバルブ（１８）は、ダブルジョイント（２０）を介して前記駆動装置（１９）により調整可能に配設されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記制御装置（１６）の前記スロットルバルブ（１８）は、シャフト（２１）と前記ダブルジョイント（２０）を介して前記駆動装置（１９）に接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記スロットルバルブ（１８）は、両側に、前記バルブハウジング（２２）の内壁（２９）上に適用された断熱材（２４）に形成されたベアリング（２５）に一体型シャフト端（２７）を有し、前記シャフト（２１）は前記ガス出口チャンバー（８）の壁（２８）におけるベアリング（２６）に配設され、前記ダブルジョイント（２０）が前記シャフト端（２７）と前記シャフト（２１）を介して前記駆動装置（１９）に接続されて、前記バルブハウジング（２２）における前記スロットルバルブ（１８）の前記それぞれのシャフト端（２７）の前記それぞれのベアリング（２５）と、前記ガス出口チャンバー（８）の壁（２８）に配設されている前記シャフト（２１）の前記ベアリング（２６）との間の膨張の差を補正することを特徴とする、請求項２または３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記スロットルバルブ（１８）は、ガス流方向に対して直角で前記バルブハウジング（２２）に回転可能に配設されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記バルブハウジング（２２）は、前記バイパス管（４）の延長部として構成され、同じまたは拡径を有し、前記バイパス管の前記出口端（１７）から前記拡径への移行部としての円錐状アタッチメント（３１）を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記スロットルバルブ（１８）のメタルダスティング耐性または高温耐性材料はセラミック材からなるものであることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス入口チャンバーの管板とガス出口チャンバーの管板との間にそれぞれ保持されている、円筒ジャケット内に複数の伝熱管と中央に配設されたバイパス管とを備えた熱交換器であって、管板が円筒ジャケットに接続されており、円筒ジャケットは管板とともにジャケット空間を形成し、当該ジャケット空間内に、伝熱管とバイパス管が入れられており、かつジャケット空間を介して冷媒が流れるようになっている、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、様々な化学的及び石油化学プロセスに利用されている。伝熱管は、管内及びこのようなプロセスにおけるジャケット側の管の外の異なるガス状及び／又は液状媒体に暴露されている。
【０００３】
一般的に、プロセスから発生する熱廃ガスは、このようなプロセスにおいて伝熱管とバイパス管の双方に供給される。伝熱管を通って流れる間、熱廃ガスはその熱をそれぞれの管ジャケットを介してジャケット空間内にある冷媒に対して放出する。
【０００４】
水が通常冷媒として使用される。冷媒への伝熱により冷却される廃ガスは、続いて熱交換器から流れ出る。熱交換器のガス出口温度を所定の温度範囲内に維持することもしばしば必要である。
【０００５】
通常のバイパスは、ガス出口温度を設定するのに通常使用される。ガス出口温度は制御バルブ又は回転制御バルブ又は制御プラグにより時より影響されることがある。そのような制御装置は、バイパス管の出口端に配設されている。このような制御装置はＤＥ２８４６４５５Ｂ１又はＥＰ０３５６６４８Ａ１により知られている。
【０００６】
熱交換器のバイパス管内の廃ガスは、とても高温である。しかも、ほとんどの場合、そのような廃ガスは高速でバイパス管を通って流れる。バイパス管の出口端に配設された制御装置、例えば、制御プラグ又は制御バルブは、それゆえ熱効果により極めて高い負荷にさらされる。
【０００７】
ＥＰ１４９８６７８Ａ１は、バイパス管を有する熱交換器であり、このバイパス管は、二重壁構成を有する成形ピストンとしての閉塞装置を有しており、バイパス管において、冷却ダクトがピストンの二重壁内に形成されて、冷媒が流れるようになっている熱交換器を開示している。冷媒をロッドに設けられた冷媒ラインを介してピストンの二重壁における冷却ダクトに供給してピストンを作動させる。
【０００８】
ＤＥ３９１３４２２Ａ１は、ガス流の排出側端に制御バルブとなる中央配置部分流管を備えた管束熱交換器を開示している。制御バルブは、二重壁構成となっており、その内部空間にダクトを備えていて、そのダクトを通して冷媒を通過させることができ、冷媒は中空シャフトとして構成されているバルブシャフトを通って上昇する。
【０００９】
ＤＥ１０２００５０５７Ｂ４は、制御装置を備えていて、バイパス管内に排出されるガス流の速度及び量がプラグにより制御可能で、このプラグはバイパス管の出口端に配設され、制御装置の手段により軸方向に調整できるものである廃熱ボイラを開示している。プラグは、プラグ内に配設される冷却ダクトを通って流れる冷却媒体により冷却される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
熱交換器の排出温度に影響するバイパス管用の従来の制御装置においては、このような冷却ピストンまたは制御バルブは温度分布が生じて冷却流が欠如したり、熱衝撃がおきやすいので、そのようなプラグ及び制御バルブのところで漏れが生じる欠点がある。したがって、従来の制御装置はバイパス管用のそのような制御装置により熱交換器の排出温度に十分に影響を及ぼすことができなくなり、その結果、保守間隔が短くなる望ましくない結果となるか、または熱交換器の寿命がより短くなる欠点がある。
【００１１】
本発明の目的は、一定の廃ガス温度を制御する信頼できる制御装置であって、制御要素用冷媒を使用することなく廃ガス流の高温関連負荷に十分耐えることができ、かつ複雑な構成を有していない制御装置を備えた熱交換器を提供することである。
【００１２】
本発明の目的は請求項１の特徴により達成される。
【００１３】
本発明の有利な実施例は従属請求項に記載されている。
【００１４】
本発明の基本的な目的は、以下の有利な点を有する熱交換器を提供することにより達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
熱交換器は、ガス入口チャンバーの管板とガス出口チャンバーの管板との間に各々保持されている、複数の伝熱管と中央に配設されているバイパス管とから構成されている。それぞれの管板は円筒ジャケットに接続されており、前記ジャケットにはジャケット空間が形成されている。前記伝熱管と前記バイパス管は前記ジャケット空間内に入っている。冷媒は、前記ジャケット空間を通して流れる。１つの入口パイプは、冷媒を前記伝熱管のジャケット側に導入するための前記円筒ジャケットに接続されている。さらに、１つの出口パイプは、前記伝熱管のジャケット側を介して、間接伝熱により生成した水／蒸気混合物を排出するため前記円筒ジャケットに接続されている。入口パイプは、熱廃ガス流を前記管板のガス入口側の前記伝熱管および前記バイパス管に導入するため、ガス流方向に前記管板の前の前記ガス入口チャンバーに横方向または軸方向に配設されている。排出管は、前記管板のガス出口側の前記伝熱管からの冷却された廃ガス流と前記バイパス管からの未冷却廃ガス流との混合物を排出するため前記ガス流方向に前記管板の後ろの前記ガス出口チャンバーに横方向または軸方向に配設されている。制御装置は、バイパス管の出口端のすぐ近くに配設されており、前記熱交換器のガス出口温度を一定の温度範囲に設定するため、駆動装置に接続されたスロットルバルブを構成している。前記バイパス管からの前記廃ガス流の排出速度と排出量はスロットルバルブにより制御でき、前記スロットルバルブは前記バイパス管の出口端に配設され且つ前記制御装置の前記駆動装置により調整できる。
【００１６】
前記スロットルバルブは高温腐食感受性のある温度範囲で高温腐食に対して耐性のある材料から有利に構成されている。
【００１７】
前記制御装置の前記スロットルバルブは、ダブルジョイントを介して前記駆動装置により調整可能に有利に配設されている。
【００１８】
前記制御装置の前記スロットルバルブは、シャフトと前記ダブルジョイントを介して好ましくは前記駆動装置に接続されている。
【００１９】
前記スロットルバルブは、両側に、前記バルブハウジングの内壁上に適用された断熱材に形成されたベアリングに一体型シャフト端またはシャフトアタッチメントを有し、前記シャフトは前記ガス出口チャンバーの壁におけるベアリングに配設され、前記ダブルジョイントが前記シャフト端と前記シャフトを介して前記駆動装置に接続されて、前記バルブハウジングにおける前記スロットルバルブの前記それぞれのシャフト端の前記それぞれのベアリングと、前記ガス出口チャンバーの壁における前記シャフトのベアリングとの間の膨張の差を補正する。
【００２０】
前記スロットルバルブは、前記ガス流方向に対して直角で前記バルブハウジングに回転可能に配設されている。前記バルブハウジングは、前記バイパス管の延長部として有利に構成され、同じまたは拡径を有し、前記バイパス管の前記出口端から前記拡径への移行部としての円錐状アタッチメントを有する。
【００２１】
前記スロットルバルブの前記高温耐性または前記メタルダスティング耐性材料としてセラミック材が好ましくは使用される。
【発明の効果】
【００２２】
パイパス管からの未冷却廃ガス流によって一定温度範囲内において要求される温度条件に冷却された廃ガス流のガス出口温度を調整する制御装置を備えた熱交換器の有利な実施例に基いて、信頼できる温度効果が得られ、十分な冷媒の供給と使用される制御要素の冷却効果及び冷媒ラインの封止効果から独立して動作する。特別な冷却が必要とされない高温耐性またはメタルダスティング耐性材料が制御要素として本発明において使用される。
【００２３】
他の材料から作られるコンポーネントは、これらのコンポーネントがこれらの材料の適正にしたがって信頼性よく使用できる程度にまで未冷却廃ガス流から断熱されるように配設されている。
【００２４】
本発明の典型的な実施例は、図面に示された熱交換器に基いて以下の説明においてより詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明による熱交換器の縮小縦断面図を示したものである。
【図２】図２は、出口端付近に配設された制御装置を備えた本発明による熱交換器のバイパス管の出口端を拡大した縦断面図として図１のＸの詳細を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
熱交換器１は、縦配置において図１に概略縦断面図で示されている。このような熱交換器１は、種々の化学的および石油化学的プロセスに使用されている。熱交換器１は、各々がガス入口チャンバー７の管板５とガス出口チャンバー８の管板６との間に保持されている、複数の伝熱管３と中央に配設されたバイパス管４とを備えている。それぞれの管板５、６は、円筒ジャケット２に接続され、その内部にジャケット空間９が形成されている。伝熱管３とバイパス管４は、ジャケット空間９に入れられている。冷媒１１は、ジャケット空間９を通って流れる。
【００２７】
バイパス管４は、伝熱管３よりも大きな直径で構成されている。その長さにわたって、バイパス管４は、その内管壁３０上に、断熱材２３を有しており、この断熱材２３は廃ガス流１４がバイパス管４を通って流れながらもバイパス４が実質的にいずれの熱も放出しないようにすることを目的として設けられている。
【００２８】
矢印で示すように、冷媒１１は、ガス出口チャンバー８の管板６の前において、廃ガス流１４の流れ方向に円筒ジャケット２に横方向に配設されている少なくとも１つの入口パイプ１０を介してジャケット空間９に流入する。冷媒１１は、ガス入口チャンバー７の管板５の後に位置している円筒ジャケット２上に横方向に配設されている少なくとも１つの出口パイプ１２を介して水／蒸気混合物としてジャケット空間９をでる。冷却中に形成される水／蒸気混合物は、伝熱管３のジャケット側を介して間接伝熱により生成される。
【００２９】
入口パイプ１３、１３．１は、点線のみにより示されているように、横方向または軸方向に、ガス入口チャンバー７にガス流方向において管板５の前に配設されており、矢印で示すように、廃ガス流１４は入口パイプ１３、１３．１を通ってガス入口チャンバー７に流れ、矢印に示されているように、そこから管板５に保持されている伝熱管３の端およびバイパス管４の端に流入する。
【００３０】
点線のみにより示されているように、排出パイプ１５、１５．１は、ガス流方向において管板６の後に横方向または軸方向にガス出口チャンバー８に配設されており、矢印により示されているように、廃ガス流１４は、管板６に保持されている伝熱管３の端と、バイパス管４の他端とに接続されているガス出口チャンバー８を出て、そこから、分割された廃ガス流は、矢印により示されているように、前記排出パイプ１５、１５．１を通って出る。
【００３１】
制御装置１６は、バイパス管４の出口端１７に配設されている。制御装置１６は、バルブハウジング２２におけるスロットルバルブ１８と、熱交換器１の外に配設されている駆動装置１９とを備えている。駆動装置１９は、シャフト２１とダブルジョイント２０とに接続され、且つスロットルバルブ１８の一体シャフト端２７に接続され、パワートレインを形成している。スロットルバルブ１８は、シャフト２１を介して駆動装置１９により接続ダブルジョイント２０およびシャフト端２７で調整可能に配設されている。
【００３２】
ダブルジョイントは、実質的にバルブハウジング２２におけるスロットルバルブ１８の各一体シャフト端２７用の２つのベアリング２５と、シャフト２１用のベアリング２６との間の膨張の差を補正する目的で設けられている。各ベアリング２６は、バルブハウジング２２の内壁２９に適用されている断熱材２４に形成されている。ベアリング２６は、ガス出口チャンバー８の壁２８に配設されている。
【００３３】
スロットルバルブ１８は、バルブハウジング２２においてガス流方向に対して直角に回転可能に配設されている。バルブハウジング２２の内壁２９に適用されている断熱材２４は、好ましくはライニングとして構成されている。
【００３４】
バルブハウジング２２は、もし熱交換器１の既存の設置条件が十分であるならば、等径のバイパス管４の延長部として構成される。高密度設置条件の場合、図２に示されているようなバルブハウジング２２の構成が好ましく、円錐状アタッチメント３１にわたるバイパス管４の延長部はバイパス管の出口端１７から拡径までの移行部として構成される。
【００３５】
駆動装置１９に接続されているスロットルバルブ１８は、伝熱管３からの冷却廃ガス流１４をバイパス管４からの未冷却廃ガス流と混合することにより、熱交換器１のガス出口温度を一定温度範囲に設定するために設けられている。廃ガス流１４の排出速度と排出量は、バイパス管４の出口端１７の直近に配設され、制御装置１６の駆動装置１９により調整可能であるスロットルバルブ１８で制御できる。
【００３６】
スロットルバルブ１８は、ほぼ５００℃〜約８５０℃の桁までの温度範囲である、高温腐食感受性の温度範囲で高温腐食に耐性のある材料で作られている。スロットルバルブ１８の制御要素として使用されている材料は、温度安定性を有し、特殊な冷却を必要としない高温耐性またはメタルダスティング耐性材料である。
【００３７】
温度安定性を有する高温耐性またはメタルダスティング耐性を有するセラミック材料は、スロットルバルブ１８の材料として使用される。
【００３８】
他の材料から作られているコンポーネントは、これらのコンポーネントがこれらの材料の適性にしたがって信頼性よく使用できる程度にまで未冷却廃ガス流１４から断熱して配設される。
【符号の説明】
【００３９】
１  熱交換器
２  円筒ジャケット
３  伝熱管
４  バイパス管
５  廃ガス流入口側管板
６  廃ガス流出口側管板
７  ガス入口チャンバー
８  ガス出口チャンバー
９  ジャケット空間
１０  入口パイプ
１１  冷媒
１２  出口パイプ
１３  入口パイプ
１４  廃ガス流
１５  排出パイプ
１６  制御装置
１７  バイパス管の出口端
１８  スロットルバルブ
１９  駆動装置
２０  ダブルジョイント
２１  シャフト
２２  バルブハウジング
２３  バイパス管の断熱材
２４  バルブハウジングの断熱材
２５  スロットルバルブのシャフト端のベアリング
２６  シャフトのベアリング
２７  シャフト端
２８  ガス出口チャンバーの壁
２９  バルブハウジングの内壁
３０  バイパス管の内壁
３１  円錐状アタッチメント
【図１】
2017078567.tif 000003
【図２】
2017078567.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月21日(2016.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
ダブルジョイントは、実質的にバルブハウジング２２におけるスロットルバルブ１８の各一体シャフト端２７用の２つのベアリング２５と、シャフト２１用のベアリング２６との間の膨張の差を補正する目的で設けられている。各ベアリング２５は、バルブハウジング２２の内壁２９に適用されている断熱材２４に形成されている。ベアリング２６は、ガス出口チャンバー８の壁２８に配設されている。
【外国語明細書】
2017078567000001.pdf