(57)【要約】  流路を画定する流路壁（３）と、１つまたは複数の熱交換面（５ａ〜５ｄ）とを備え、１つまたは複数の熱交換面（５ａ〜５ｄ）のそれぞれが流体熱交換媒体用の１つまたは複数の流路を埋設する、例えば合成ガス反応器用、熱交換装置（１）。支持構造体（２０）が流路内に熱交換面（５ａ〜５ｄ）を支持する。支持構造体（２０）は、中央交差部（２２）から流路壁（３）まで延在する複数のアーム（２１）を備える。支持構造体のアーム（２１）は、等間隔に配置された、例えば、蛇行する内側流路（２３）を埋設することができ、内側流路（２３）が熱交換面（５ａ〜５ｄ）内の流路と開放結合することができる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を画定する流路壁（３）と、
１つまたは複数の熱交換面（５ａ〜５ｄ）であって、それぞれに流体熱交換媒体用の１つまたは複数の流路が埋設され、前記流体熱交換媒体の供給および排出用の供給および排出接続部（７、９）を有する熱交換面（５ａ〜５ｄ）と、
前記流路内に前記熱交換面（５ａ〜５ｄ）を支持する支持構造体（２０）と
を備え、
前記支持構造体（２０）が、中央交差部（２２）から前記流路壁（２）まで延在する複数のアーム（２１）を備え、
前記アーム（２１）の少なくとも一部が内側流路（２３）を備え、前記内側流路（２３）の各々が前記熱交換面（５ａ〜５ｄ）内の前記流路の１つと開放結合している、
熱交換装置（１）。
【請求項２】
前記内側流路（２３）が互いに平行で等距離にあり、対応する前記アーム（２１）全体に等間隔に配置されている、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記内側流路（２３）が前記アーム（２１）を通って蛇行する、請求項２に記載の熱交換器装置。
【請求項４】
前記アーム（２１）が２つ以上のアーム部分（２４、２５、２６）から形成され、前記アーム部分の少なくとも一部に、単一の屈曲部を形成する互いに平行で等距離の内側流路区域が埋設されている、請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項５】
各アーム（２１）が、
第１の角（２７ｂ）まで上方に延在する第１の区域（２７ａ）および交差区域（２２）の方向に延在する第２の区域（２７ｃ）を含む、互いに等距離に配置された平行な流路（２７）を有する、第１の下方アーム部分（２４）と、
前記第１の下方アーム部分（２４）内の前記各流路（２７）の前記第２の区域（２７ｃ）と整列する第１の区域（２８ａ）を含む、互いに等距離に配置された平行な流路（２８）を有する、第２の下方アーム部分（２５）であって、前記第１の区域（２８ａ）が第２の角（２８ｂ）まで延在し、第２の区域（２８ｃ）が前記第２の角（２８ｂ）から上方に延在する、第２の下方アーム部分（２５）と、
前記第２の下方アーム部分（２５）内の前記各流路（２８）の前記第２の区域（２８ｃ）と整列する第１の垂直区域（２９ａ）を含む、互いに等距離に配置された平行な流路（２９）を有する、上方アーム部分（２６）であって、前記第１の区域（２９ａ）が第３の角（２９ｂ）まで上方に延在し、第２の区域（２９ｃ）が前記第３の角（２９ｂ）から、前記交差区域（２２）から離れる方に延在する、上方アーム部分（２６）と
を備える、請求項４に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記装置（１）が、閉じられた幾何形状の同軸上に入り子式になった２つ以上の熱交換面（５ａ〜５ｂ）を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記支持構造体（２０）が、互いに直角をなして交差部を形成する４つのアーム（２１）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記支持構造体の１つまたは複数の前記アームが、任意選択で管状部分に作動可能に結合される内側流路が埋設されたブロックまたはプレートと併せて、少なくとも部分的に前記管状部分から形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換装置（１）を有する少なくとも１つの区域を備える、合成ガスを生成するための部分燃焼反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持構造体によって支持された、流路および流路内に配置された１つまたは複数の熱交換面を備える、ガスを冷却するための熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような熱交換器は、例えば、合成ガスを生成するための気体化処理で使用される。そのような処理中に、炭素質の供給原料が反応装置内で部分的に酸化される。反応装置を離れる合成ガスは、典型的に１３００〜１６００℃の温度を有する。高温合成ガスは１００〜７００℃の間の温度まで急冷され、次いで一般に多数の平行な渦巻き状チューブを備える渦巻き状熱交換器に移送される。
【０００３】
支持構造体は、流路壁によって形成された流路内の熱交換面を支持するために使用される。様々な部品の熱膨張の差異が、可能な支持構造を複雑にする。ある程度の動きの自由度を可能にする摺動軸受が使用されてよいが、そのような軸受は実現するのが困難であり、そのような反応装置の環境下ではより信頼性がない。
【０００４】
米国特許第５，４８２，１１０号は、支持体によって担持された入り子式熱交換面を備える部分的な燃焼反応器からの合成ガスを冷却するための熱交換器を開示している。そのような支持構造体は高い局所的な応力のピークを誘発することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、様々な部品による熱膨張の差異によって引き起こされる負荷を低減することができる頑丈な支持構造体を熱交換装置にもたらすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、
流路を画定する流路壁と、
流体熱交換媒体用の１つまたは複数の流路を各熱交換面が埋設し、流体熱交換媒体の供給および排出用の供給および排出接続部を有する、流路内の１つまたは複数の熱交換面と、
熱交換面を支持するための支持構造体と
を備え、支持構造体が中央交差部から流路壁まで延在する複数のアームを備える、熱交換装置によって達成される。
【０００７】
熱交換面は支持構造体上に載設することができ、または熱交換面は支持構造体から吊設することができる。１つまたは複数の熱交換面が、支持構造体に例えば溶接結合によって結合されうる。支持構造体は流路壁または流路壁内の荷重支持構造体に結合されうる。
【０００８】
装置は、例えば、閉鎖された幾何形状の、例えば米国特許第５，４８２，１１０号に開示されているように、円筒形幾何形状の多数の入り子式になった熱交換面を有することができる。熱交換面は同軸上に配置されることができ、または典型的には円筒形である流路壁内に入り子式にすることができる。任意選択で、支持構造体は一連の２つ以上の入り子式になった熱交換面の束を支持することができる。
【０００９】
一般に、流体熱交換媒体は水であるが、任意の他のタイプの水性または非水性冷却剤が、そのように所望されるならば、使用可能である。
支持構造体は、交差部を形成するための例えば３つ以上のアーム、例えば４つ以上のアームを備えてもよい。もし所望されるならば、さらに多くの数のアームが使用可能である。
【００１０】
支持構造体は、複数の埋設された平行な内側流路を備えることができ、各流路は熱交換面の流路の１つと開放結合している。熱膨張を均等にするために、内側流路が等間隔に配置され、等距離に配置されることが好ましい。この目的のために、内側流路は支持構造体のアーム部分を通って蛇行することができる。内側流路を蛇行させることは製造が困難なので、アーム部分は多数の区域から構築されてよく、各区域は、例えば約９０°の単一の屈曲部を形成する、平行で等距離の内側流路を埋設する。例えば、支持構造体の各アームは、
等距離に配置された平行な流路が、第１の角まで上方に延在する第１の区域および交差区域の方向に第１の角から延在する第２の区域を有する、第１の下方アーム部分と、
等距離に配置された平行な流路が、第１の下方アーム部分内の各流路の第２の区域と整列する第１の区域を有する、第２の下方アーム部分であって、第１の区域が第２の角まで延在し、第２の区域が第２の角から上方に延在する、第２の下方アーム部分と、
等距離に配置された平行な流路が、第２の下方アーム部分内の各流路の第２の区域と整列する第１の垂直区域を有する、上方アーム部分であって、第１の区域が第３の角まで上方に延在し、水平な第２の区域が第３の角から交差区域から離れる方に延在する、上方アーム部分と
を備える。
【００１１】
この構成の熱分布は、結合された部分の熱膨張の差異が高い機械的応力負荷を招くことがないようになっている。
支持構造体のアームが、例えば、管状部分に作動可能に結合されている内側流路を埋設するブロックまたはプレートとして形成されうる。別法として、支持構造体の１つまたは複数のアームが、任意選択で、管状部分に作動可能に結合されている内側流路を埋設するブロックまたはプレートと併せて、全体的にまたは部分的に管状部分から構成されることができる。
【００１２】
もしより多くの熱交換面またはより重い熱交換面が支持されることになるならば、支持構造体の高さが増加可能である。このように、支持構造体は支持構造体のアームの厚さを増加させずにより頑丈に作製されうるが、それにより、支持構造体の望ましくない高い壁面温度を結果としてもたらすことがある。
【００１３】
支持構造体のアームの厚さは、要求された担持能力を支持構造体に与えるために十分であるべきである。一般に、内側流路の両側における５〜２０ｍｍの壁面の厚さにより、十分な強度と良好な熱放出能力が釣り合う。
【００１４】
特に、圧力荷重熱分解および気化反応器からの蒸着形成ガスを冷却するために、熱交換面が、反応器の作動中に規則的に駆動されうる叩打装置によって浄化されることが望ましい。例えば、気圧式作動された叩打装置の補助により、個々の熱交換面は、煤の付着および汚れが効果的に除去される程度にまで加速される。もし１つの交換面ユニットのすべてのチューブが、例えば控え管（ｔｕｂｅ−ｓｔａｙ−ｔｕｂｅ）またはフィン付き管構造などの熱交換面を構築することにより、１つの構造的な気密ユニットに強固に結合されているならば、叩打による浄化は特に効果的に行われることができる。
【００１５】
熱交換器面は、閉鎖された幾何形状の複数の入り子式熱交換面として組み立てられることができ、それにより内側熱交換面は隣接する外側熱交換面よりも高い構造上の高さを有し、その結果、各熱交換面は、任意の他の熱交換面を貫通する必要なしに、外部から叩打されることが可能である。任意選択で、入り子式セットの内側熱交換面内に配置された１つまたは複数の偏向板が、すべてのガスを均等に冷却するために、高温ガス流を熱交換面の方に案内するために使用されてよい。
【００１６】
本発明による熱交換装置は、例えば、合成ガスを生成するための部分的な燃焼反応器の区域とすることができる。
本発明は添付の図面を参照してさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明による熱交換装置の長手方向の横断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの装置の横断面図である。
【図２Ａ】図１の装置の支持構造体の側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの支持構造体の平面図である。
【図３】本発明による支持構造体の第２の可能な実施形態の側面図である。
【図４】本発明による熱交換装置の追加の可能な実施形態の長手方向の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１Ａは、合成ガスを生成するための部分的燃焼反応器の熱交換区域１の長手方向横断面を示す。区域１は円筒形外側壁２を備える。外側壁２は、図で中心線により概略的に示された、平行な管状パイプラインから構築された同心円状に配置された内側流路壁または膜３を包囲する。内側流路壁３の管状パイプラインは、例えば直接にまたはフィンを介して一体に溶接されて、気密壁を形成する。水などの冷却媒体は、流路壁３のパイプラインを通って流れる。
【００１９】
内側流路壁３は、４つの概略的に示された入り子式同軸熱交換面５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄの組を包囲する。実際には、２つ以上、例えば熱交換面５ａおよび５ｂが使用されうる。内側流路壁３のように、熱交換面５ａ〜５ｄは平行な管状ラインから構築される。任意選択で、熱交換面５ａ〜５ｄの管状ラインはらせん巻きでありうる。
【００２０】
内側流路壁または膜３は、高温ガスが熱交換面５ａ〜５ｄに沿って排出口に向かって下方へ流れるための中央流路４ａを画定する。内側流路壁３の下方端部で、冷却済みガスが、内側流路壁３と外側壁２の間の環状空間４ｂに入ることができる。内側流路壁３のパイプラインを通って流れる冷却剤は、環状流路４ｂ内の冷却ガスを中央流路４ａ内の高温ガスから分離する。
【００２１】
各内側熱交換面５ｂ〜５ｄの下方端部６は、それぞれ隣接する外側熱交換面５ａ〜５ｃの下方端部６を過ぎて延在する。こうして、各個々の熱交換面５ａ〜５ｄが叩打装置（図示せず）を使用することにより個々に清掃されうる。
【００２２】
図１Ｂに概略的に示すように、４つ以上の等距離に配置された冷却剤排出ライン７が内側流路壁３と外側流路壁２の間に設けられる。図１Ａに戻って参照すると、ライン７の排出端部８は外側壁２を貫通して、冷却剤排出口への結合部を形成する。排出ライン７と整列して、およびこれらの排出ライン７の遠位下方に４つの供給ライン９がある。供給ライン９の上方端部１０は外側壁２を貫通して、冷却剤供給部への結合部を形成する。冷却剤供給ライン１６は、供給ライン９を熱交換面５ａ〜５ｄに結合する。供給ラインおよび排出ラインの配置は、冷却媒体に応じて逆にされてもよい。
【００２３】
水平支持交差部２０は、中央交差部２２から対応する冷却剤排出ライン７まで延在する４つのアーム２１を有する。支持交差部２０は図２Ａおよび２Ｂにより詳細に示される。平行な内側流路２３は、アーム２１を通って延び、各内側流路２３は熱交換面５ａ〜５ｄ内の流路と開放結合している。内側流路２３は対応するアーム２１全体に等間隔に配置される。各熱交換面５ａ〜５ｄの上部側面は２つの垂直なライン区域１９を備え、２つの垂直なライン区域１９は軸方向に対称的に配置され、支持交差部２０の方向に垂直に延在し、図１Ａに示すように、支持交差部２０で埋設された内側流路２３に結合される。
【００２４】
各アーム２１は、それぞれ第１の下方アーム部分２４および第２の下方アーム部分２５、ならびに上方アーム部分２６を備える。第１の下方アーム部分２４では、等距離に配置された平行な流路２７は、第１の角２７ｂまで上方に延在する第１の部分２７ａおよび交差区域２２の方向に延在する第２の区域２７ｃを有する。
【００２５】
第２の下方アーム部分２５には、等距離に配置された平行な流路２８が埋設される。４つのうちの２つの第２の下方アーム部分２５は１つのブロックを形成し、一方他の２つはブロックの反対側に、ブロックと直角に、分離した部分として形成され、ブロックの中央区域に溶接されて、図２Ｂに示すように交差部を形成する。図２Ａに戻って参照すると、第２の下方アーム部分２５内の流路２８は、第１の部分２４内の各流路２７ｃと整列し、第２の角２８ｂまで延在する第１の水平区域２８ａおよび第２の角２８ｂから上方に延在する第２の区域２８ｃを有する。
【００２６】
上方アーム部分２６には、等距離に配置された平行な流路２９が埋設される。４つのうちの２つの上方アーム部分２６は１つのブロックを形成し、一方他の２つの上方アーム部分２６は分離した部分として形成され、ブロックの中央区域に溶接されて、交差部を形成する。上方アーム部分２６内の流路２９は、第２の下方アーム部分２５内の各流路２８と整列し、第３の角２９ｂまで上方に延在する第１の垂直区域２９ａおよび第３の角２９ｂから交差区域２２から離れる方に延在する第２の区域２９ｃを有する。
【００２７】
交差区域２２を形成する側の反対側に、上方アーム部分２６が延長部分３０に結合される。これらの延長部分３０は、上方アーム部分２６内の水平流路区域２８ｃと整列して埋設された、等距離に配置された内側流路３１を有する矩形部分である。
【００２８】
この構成では、支持交差部２０のすべての部分は、アーム部分２４、２５、２６、３０内の等間隔に配置された内側流路２７、２８、２９、３１によって均等に冷却される。その結果、熱膨張の差異によって誘発される機械的応力の虞が実質的に低減される。
【００２９】
アーム部分２４、２５、２６、３０内の内側流路２７、２８、２９、３１の外側端部は、円形縁３５によって包囲されている。アーム部分２４、２５、２６、３０は、これらの円形縁で一体に溶接されて、漏れ止め結合部を形成する。
【００３０】
ブロック３２（図２Ｂ参照）は、延長部分３０の両側に取り付けられる。ブロック３２は内側流路壁３と整列し、同じ湾曲を有する。ブロック３２は、流路壁３内の管状ライン４に作動可能に結合された内側流路３３を備え付けられる。
【００３１】
図３は、本発明による熱交換器用代替支持交差部４０の側面図である。支持交差部は中央部分４２と交差部を形成する等しい長さの４つのアーム４１を備える。各アーム４１は、下方主区域４３、下方中央区域４４、上方中央区域４５および上方主区域４６の４つの区域からできている。
【００３２】
内側流路４７ａおよび４７ｂは下方主区域４３内に埋設され、流路区域４７ａは下方主区域４３の下方側で垂直に延在し、水平に延在する流路区域４７ｂは、下方主区域４３の側面まで延在する。流路区域４７ｂの３つが、隣接する下方中央区域４４に向けて延在する。流路区域４７ｂの上方の１つが、下方主区域４３内の矩形の切り抜き（ｃｕｔ−ｏｕｔ）部分４８内にパイプラインとして形成された上方長手方向の半分を有する。
【００３３】
内側流路４９ａおよび４９ｂは下方中央区域４４内に埋設され、水平な流路区域４９ａは一方の端部で下方主区域４３内の流路区域４７ｂに結合され、他方の端部で垂直な流路区域４９ｂに結合されている。下方中央区域４４は上方中央区域４５と対称構造になっており、上方中央区域４５は内側流路５０ａおよび５０ｂを埋設し、垂直区域５０ａは、下方中央区域４４内の垂直な内側流路４９ｂと整列している。水平な流路区域５０ｂは、垂直な流路区域５０ａから、上方中央区域４５における、中央部２２の反対側の側面に繋がる。
【００３４】
上方主区域４６は、上方中央区域４５内の水平な流路区域５０ｂに作動可能に結合されている３つの水平で平行なパイプライン５１からできている。パイプライン５１は、パイプライン５１に結合された３つの内側流路５３を有する延長ブロック５２に繋がる。
【００３５】
アーム部分４３、４４、４５および上方主区域４６のパイプライン５１の内側流路の外側端部が円形縁５４によって包囲される。アーム部分はこれらの円形縁５４で一体に溶接されて、漏れ止め結合部を形成する。
【００３６】
図４は、図１Ａおよび１Ｂの熱交換装置に類似した熱交換装置６０を示す。同じ参照番号は両方の実施形態で同一である部品のために使用される。図４の熱交換装置は、２つの束６１および６２を備え、４つの入り子式熱交換面６１ａ〜６１ｄおよび６２ａ〜６２ｄが次々に重なって整列している。支持されなければならない二重の重さのために、図１Ａの支持交差部２０よりも厚い支持交差部６３が使用される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2012533042.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３】
2012533042.tif 000007
【図４】
2012533042.tif 000008
【国際調査報告】
2012533042.tif 000009
2012533042.tif 000010