JPH09329393A

JPH09329393A - 高温加熱で使用する熱交換器

Info

Publication number: JPH09329393A
Application number: JP35384096A
Authority: JP
Inventors: Cuddalore Padmanaban Natarajan; パドマナバンナタラヤンカドロー; Haruhisa Yamaji; 晴久山路; Axel Freitag; フライタークアクセル
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1997-12-22
Also published as: CA2191379A1; CN1176375A; EP0777098A3; EP0777098A2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】熱交換器内での均一な温度勾配を容易にし、停
電時の破局的なメルトダウンを回避する。【解決手段】内面が絶縁され、壁内を冷却剤が流れる
外部シェル１５が利用される。第２の冷却剤チャンバを
包囲する二重底部チューブシート３５が提供される。プ
ロセスガスチューブ６０の頂部は、その手前の熱勾配を
緩やかにするため、遮蔽されたチャンバ内に包囲され、
フェルールも同様に、二重底部チューブシートが通過す
る箇所でプロセスガスチューブの底部に取付けられてい
る。冷却剤の流れが、二重底部チューブシートの冷却チ
ャンバに直接通される。二重底部チューブシートからの
冷却剤は、熱交換器の頂部の頂部チューブシートに隣接
した箇所に通気される。冷却剤を推進するための第２の
ブロア１００が、主ブロア９５からの冷却剤の通気の流
れと直列に配置され、不測の停止状態では、主ブロワは
停止するが第２ブロアは運転を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温での使用に特
に適合する熱交換器に関する。より詳細には、本発明
は、非常な高温に曝されるカーボンブラック工業での利
用を意図した熱交換器に関する。装置は、熱交換器内で
の均一な温度勾配を容易にし、電力が不意に途絶した際
に破局的なメルトダウンを回避することを意図した、幾
つかの特徴を備えている。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】熱交換器は典型的に
は、関連した基礎的な工業プロセスからの熱を利用する
ことによって、空気又は他の気体をより高温に予熱する
のに使用される。或る特別の型式の熱交換器は、燃料又
は他の物質の燃焼による排ガスを利用し空気又は他の気
体をより高温に予熱して工業プロセスの他の観点で使用
する、気体−気体型熱交換器である。このようにして、
大気中に排出され廃棄されるプロセスガスの熱を回収す
ることにより、エネルギが保存される。熱交換器は典型
的には、特定の温度範囲内で使用されるように設計され
ている。作動温度は、熱交換器の構成材料の種類ならび
に熱交換器の構成要素の物理的な配向で決まる。一般
に、カーボンブラック工業では、比較的高温の作動温度
を利用しており、この作動温度と関連した熱交換器の特
別の設計上の特徴を必要としている。カーボンブラック
の製造プロセスの際、液体の供給原料がリアクタ内の高
温の火炎に噴霧され、高温の火炎は供給原料を分解し、
リアクタ内の排ガスと同伴した微細な分散固形物として
カーボンブラックを生成する。この微細な固形物は典型
的には、バッグフィルタによってリアクタの排ガスと分
離される。あいにく、バッグフィルタは、カーボンブラ
ック供給原料を分解して固形物質にする作動温度に耐え
ることができない。この状態では、分散されたカーボン
ブラック固形物を含んだリアクタの排ガスは、バッグフ
ィルタの許容温度まで冷却しなければならない。典型的
には、リアクタのプロセスガスは、１１００°Ｃ〜１２
００°Ｃで出現する。したがって、熱交換器を利用し
て、プロセスガスの熱エネルギを蓄え、即ち取り戻す冷
却剤でプロセスガスの温度を減少させる。冷却剤は、熱
エネルギを回収するため、もとの位置に搬送され或いは
利用される。

【０００３】熱交換器は典型的には、プロセスガスが、
一連のチューブが長さ方向に配列されている熱交換器の
略円筒形のシェルを通って上方に流れるように構成され
ている。プロセスガスは、冷却剤によって囲まれている
チューブを通って流れる。プロセスガスからの熱は、長
さ方向チューブの壁を通って、熱交換器の長さにわたっ
て循環している周囲の冷却剤に達する。チューブは、頂
部と底部のところでチューブシートに連結されており、
チューブシートは、チューブの端部を収容し且つ拘束
し、シェルと共に、冷却剤を収容する熱交換器の内部分
とプロセスガスとの間の障壁としても役立つ。したがっ
て、供給原料が分解されるリアクタと熱交換器の冷却部
分との界面となる底部チューブシートは、著しい熱崩壊
ならびに非常に高い作動温度に曝される。この領域にお
けるチューブシートと熱交換器の特別の冷却に関して種
々の発明が提案されており、その中には、１９８６年４
月２９日にマルバーガーに付与された米国特許第４，５
８５，９５７号、１９９５年８月１７日に公開された独
国公開明細書（ＤＥ４４０４０６８Ｃ１号）が含まれ
る。マルバーガーの特許は、貫通する一連の入口チュー
ブを有するチューブシートに隣接して特別に配置された
冷却チャンバを備えた熱交換器のための冷却チューブシ
ート入口を開示している。

【０００４】米国ペンシルベニア州ピッツバーグのアメ
リカン・シャック社、及び独国カッセルのシュミットシ
ェ・ハイスダンプ・ゲゼルシャフト（ＳＨＧ）社によっ
て製造されている著名な他の従来の装置は、冷却チュー
ブの支持構造体内に冷却剤用空隙を有する多数の壁又は
二重底部チューブシートを利用している。ＳＨＧ社の装
置は、冷却チューブが取付けられる底部チューブシート
を形成するため、一連の平行な卵形のチューブを利用し
ている。底部チューブシートの冷却は、この構造体（特
に、冷却チューブとチューブシートとの溶接接合部）に
高温のプロセスガスが当たることにより、この箇所に特
別の疲労と破損が生ずるので、特に重要である。しかし
ながら、製造施設が予期せぬ電力停止を受けた場合に、
破局的な破損が生ずることが多い。このような状況は、
本発明の特別の用途ではあるが、熱交換器モジュールの
下部分に関する幾つかの冷却方法についての触媒として
も役立つ。上述のように、プロセスガスは、通常の作動
の際、典型的には熱交換器の上流に配置されているリア
クタから、熱交換器を通って上方に移送される。したが
って、熱交換器は、上部分に比較して下部分が著しい高
温を受ける。特にカーボンブラック工業における高温プ
ロセスの進行につれて、構成材料ならびに種々の金属構
成要素間の溶接接合部の構造容量以内に作動温度を維持
するのに、特殊な材料や冷却方法が益々利用されてい
る。しかしながら、従来の設計は、熱伝達を容易にする
ため、熱交換器を通過する気体又は液体の冷却剤を利用
していた。二重底部チューブでは、この箇所で特別の冷
却を行うため、二重底部の空隙にも冷却剤が通されてい
る。定期的な作動の停止の際、プロセスガスの流れを徐
々に減少させて、ついには停止させ、熱交換器ユニット
を、冷却剤の連続流の下で周囲温度まで冷却させる。こ
れにより、特に熱交換器の下部分において、温度の漸進
的かつ安定した減少が行われる。

【０００５】熱交換器を通る冷却剤の種々のポンプ又は
推進システムは典型的には、全体として作動プラントの
電力又は他の動力システムに接続されている。製造ユニ
ットへの電力又は動力の予期せぬ、即ち緊急の停止の
際、冷却剤の流れは、プロセスガスの発生が止まると同
時に停止する。しかしながら、動力の停止時にリアクタ
と熱交換器内にある残留プロセスガスは、リアクタと熱
交換器内に捕捉されたままである。冷却剤空隙を通る冷
却剤の流れが停止すると、リアクタと熱交換器は、同伴
残留プロセスガス内に含まれる熱に浸漬されることとな
り、構造システム全体をプロセスガスの作動温度まで上
昇させる。このような温度は、熱交換器を構成する構造
材料の設計温度よりも、かなり高い。この浸漬の影響
は、冷却チューブと底部チューブシートとの溶接接合部
に関して、より深刻となる。熱交換器が、構成材料の許
容強度に達する程度までプロセスガスの熱に浸漬される
と、典型的にはチューブとチューブシートとの溶接接合
部のところでの破損により、プロセスガスと冷却剤が混
合される。冷却剤が空気又は燃焼を支持する他の媒体で
ある場合には、種々の燃焼炭化水素物質を含むプロセス
ガスとこれらの物質の燃焼を支持する冷却剤の突然の露
出により、火災や爆発を含む、破局的な破損が引き起こ
される。また、熱交換器も恒久的に破壊される。

【０００６】その他の破損は、プロセスガスに同伴され
るカーボンブラック固形物が熱交換器の内部分に長期間
堆積することによる熱交換器の内部分の閉塞や付着が原
因である。この付着により、上述の破局的な破損とは別
個に或いは破局的な破損とともに破損が引き起こされる
が、熱交換器内部の特定の箇所での冷却温度の変動によ
って引き起こされるのが普通である。したがって、当該
技術分野において欠如しているものは、より均一な温度
勾配の分布、ならびに、熱交換器の破局的な破損が回避
されるように突然の予期せぬ電力損が生じた場合でさえ
も熱交換器内での作動温度勾配を維持する構造方法論の
両方を提供する、熱交換器である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】熱交換器の本体内で均一
な温度勾配を達成し、かつ、熱交換器の構造一体性が維
持されるように予期せぬ電力停止が生じた場合でも熱交
換器内の温度勾配を維持するための手段を提供する、一
連の装置を利用した熱交換器が開示される。さらに、本
発明は、プロセスガスおよび同伴するカーボンブラック
固形物を含む、チューブの内部付着物を減少させる。好
ましくは内面が耐火物又は他の絶縁材で絶縁された外部
シェルを備えた熱交換器が提供される。或いは、冷却剤
のスリップストリームをシェル壁に通してもよい。シェ
ルは全体として円筒形であり、シェル内に長さ方向に配
置されシェルの実質的に全体に延びた複数のプロセスガ
スチューブを収容するようになっている。チューブは、
プロセスガスチューブ内から冷却剤への熱エネルギの伝
達を容易にするため、プロセスガスチューブの外面に沿
って冷却剤の流れを差し向ける冷却剤チャンバによっ
て、実質的に全体が囲まれている。プロセスガスチュー
ブは、チューブシートとも呼ばれる取付け手段によっ
て、頂部と底部のところで適当に連結されている。取付
け手段は、プロセスガスチューブの頂部と底部の手前で
プロセスガスチューブを受け入れ拘束するようになって
いる。チューブシートは更に、外部シェルによって形成
される冷却剤チャンバを包囲するようになっている。

【０００８】底部チューブシートは、第２の冷却剤空間
を包囲する頂部と底部によって構成されており、頂部、
底部、及び冷却剤空間は、二重底部チューブシートとし
て知られるものを形成する。二重底部チューブシート
は、冷却剤が出入りするための手段を備えており、出口
は好ましくは、熱交換器の冷却剤チャンバと連通してい
る。プロセスガスチューブは、頂部すなわち上部チュー
ブシートの頂端に取付けられているが、プロセスガスチ
ューブと頂部チューブシートとの構造密封関係を維持し
つつプロセスガスチューブと頂部チューブシートとの相
対移動を可能にする膨張継手を利用して頂部チューブシ
ートに取付けるのが好ましい。膨張継手は好ましくは、
膨張継手を囲むシールド及び実質的に形成されたプロセ
スガスチューブの上部分によって形成されたシールドチ
ャンバ内に包囲されている。これらのシールドチャンバ
は、プロセスガスチューブの幾つか又は全てで利用して
もよいが、好ましくは、一般に冷却剤チャンバの頂部に
配置される冷却剤入口の手前のプロセスガスチューブで
利用される。

【０００９】シールド又はフェルールは又、好ましく
は、プロセスガスチューブが通され二重底部チューブシ
ートに受け入れられ拘束される箇所で、プロセスガスチ
ューブの底部に取付けられる。従来技術の教示とは異な
り、本発明において利用されるフェルールは、二重底部
チューブシート内の冷却剤に曝されるプロセスガスチュ
ーブの部分が完全に遮蔽されるように、二重底部チュー
ブシートを実質的に完全に通って延びている。プロセス
ガスチューブの遮蔽ならびにシェルの絶縁は、熱交換器
の種々の部分における均一で漸進的な温度勾配の維持を
容易にする。熱交換器は更に、冷却剤を二重底部チュー
ブシートならびに熱交換器を通して推進するための第２
の手段の利用を含んでいる。推進手段は好ましくは、冷
却剤が空気である場合にはブロワである。第２のブロワ
は、熱交換器を通る冷却剤の通常の流れと直列に配置さ
れており、冷却剤の通常の流れに抗力を及ぼさないよう
になっている。通常の作動状態における冷却剤の流れは
一般に、冷却剤の大部分が頂部の入口のところで熱交換
器に流入し、熱交換器の冷却剤チャンバ内に収容された
バフル板の使用により熱交換器本体を通って曲がりくね
ったパターンで下方に差し向けられ、好ましくは熱交換
器の長さ方向長さの下部分のところにある出口を通して
熱交換器から出るように構成されている。通常の冷却剤
の流れのスリップストリームが差し向けられ、二重底部
チューブシートの冷却剤チャンバ内に直接通される。次
いで、好ましくは、二重底部チューブシートから冷却剤
は、熱交換器内にプロセスガスチューブと平行に長さ方
向に配置され、熱交換器の実質的な長さ延びたチューブ
を通して通気される。このチューブは、二重底部チュー
ブシートと流体連通し、二重チューブシートから熱交換
器の冷却剤チャンバの全体長さを通って上方への冷却剤
の通過を可能にするように、取付けられている。しかし
ながら、この冷却剤チューブは、頂部チューブシートの
手前で終わっており、冷却剤の通常の流入流れ内に含ま
れるように熱交換器の冷却剤チャンバ内に冷却剤の流れ
を差し向ける。予期せぬ停止状態においては、主ブロワ
の作動は停止し、感圧弁が閉鎖して主ブロワを熱交換器
システムの残部から隔離し、冷却剤が熱交換器システム
から逆流するのを阻止する。かくして、主電源には依存
しない別の動力源によって動力供給され、好ましくはデ
ィーゼルモータ又はディーゼル電動機によって動力供給
される第２のブロワは、冷却剤を二重底部チューブシー
トを通し、冷却剤チューブを通って上方へ、次いで熱交
換器の冷却剤チャンバを通して推進させ続ける。第２の
ブロワの作動と構成、及び二重底部チューブシートを通
り熱交換器の冷却剤チャンバ内への冷却剤の進行によ
り、予期せぬ電力停止が生じた場合でも、熱交換器の種
々の部分における作動温度勾配を維持することができ
る。これにより、プロセスガスが熱交換器内で浸漬され
た場合に、熱交換器を許容温度範囲内に維持して構造一
体性を確保することができる。

【００１０】本発明のこれらの及び他の利点と特徴は、
好ましい実施の形態および添付の図面を参照して、より
完全に理解されるであろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、外部シェル１
５を有する熱交換器１０が提供され、外部シェル１５
は、熱交換器１０の内部分全体を囲んでいる。外部シェ
ル１５は、熱交換器１０の長さを構造的に支持するのに
役立ち、全体として円筒形であり、一体構造のものでも
よくセグメント構造のものでもよい。外部シェル１５は
一般に、熱交換器１０の内部構成要素を包囲し、かつ、
主冷却剤チャンバ１２の側方境界を形成するようになっ
ている。熱交換器１０は好ましくは、プレナムチャンバ
の上に取付けられるようになっており、両者を互いに接
合し包囲されたチャンバを形成するため、プレナム取付
けフランジ２０を備えている。かくして、熱交換器１０
は、熱交換器１０を通して単一方向に圧送されるプロセ
スガスを受け入れるようになっている。

【００１２】熱交換器１０には、好ましくは空気である
冷却剤の主冷却剤チャンバ１２からの通路となる冷却剤
入口３０と冷却剤出口２５が設けられている。主冷却剤
チャンバ１２は、外部シェル１５、頂部チューブシート
４０、及び好ましくは二重底部チューブシート３５であ
る底部チューブシートによって構成されている。熱交換
器１０には更に、熱交換器１０を適当なプロセスガス移
送手段（図示せず）と密封連結するため、出口取付けフ
ランジ４５が設けられており、出口取付けフランジ４５
は、同伴カーボンブラック固形物をプロセスガスから除
去するためのバッグフィルタに通じている。冷却剤が遭
遇する熱交換器１０の内部の表面積の利用を最大にする
ように主冷却剤チャンバ１２から冷却剤を曲がりくねっ
た径路内に圧送するため、主冷却剤チャンバ１２内に、
一連のバフル５０が設けられている。これは、プロセス
ガスから冷却剤への熱伝達を容易にすることを意図して
いる。

【００１３】一連のプロセスガスチューブ６５が、外部
シェル１５の内部に規則的な平行パターンで長さ方向に
取付けられており、プロセスガスが熱交換器１０の比較
的真っ直ぐな径路内を長さ方向に移動し、かつ、バフル
５０によって差し向けられるように主冷却剤チャンバ１
２内のプロセスガスチューブ６５の外面を冷却剤で浸
す。プロセスガスチューブ６５は、熱交換器１０の入口
から出口への所望の温度減少を達成しつつプロセスガス
の処理量を最大にするように配置されている。プロセス
ガスチューブ６５は、頂部チューブシート４０および二
重底部チューブシート３５に取付けられ拘束されてお
り、熱交換器１０の２つの端部間を流体連通する。プロ
セスガスのプロセスガスチューブ６５への導入を容易に
するため、図３により明瞭に示されるように、二重底部
チューブシート３５の端部のところに、プロセスガスチ
ューブ６５の円錐形の入口を設けてもよい。チューブス
リーブ１４８は、図４により明瞭に示されるように、二
重底部チューブシート３５の境界層を形成する下側の底
部チューブシート７０と上側の底部チューブシート７５
の両方のところで二重底部チューブシート３５に溶接さ
れている。プロセスガスチューブ６５は、チューブスリ
ーブ１４８の底端部に溶接されている。下側の底部チュ
ーブシート７０と上側の底部チューブシート７５は、底
部チューブシート冷却剤チャンバ８０を形成しており、
底部チューブシート冷却剤チャンバ８０は、詳細には後
述するように、別個の関連した冷却剤のリザーバを有し
ている。冷却剤移送チューブ５５が、底部チューブシー
ト冷却剤チャンバ８０と主冷却剤チャンバ１２とを流体
連通させるようになっている。

【００１４】熱交換器１０は、プレナム取付けフランジ
２０が二重底部チューブシート３５を形成する下側の底
部チューブシート７０と上側の底部チューブシート７５
を支持するように、構成されている。プロセスガスチュ
ーブ６５は、二重底部チューブシート３５内に取付けら
れ、底部チューブシート３５によって拘束されており、
チューブバンドルとも呼ばれる全てのプロセスガスチュ
ーブ６５は、プロセスガスのリアクタからの唯一の排気
路となる。同伴カーボンブラック固形物を含んだプロセ
スガスがリアクタから出ると、プロセスガスは、プロセ
スガスチューブ６５内に圧送され、次いでプロセスガス
とカーボンブラック固形物は、熱交換器１０を通って長
さ方向上方に移送される。プロセスガスチューブ６５は
全て、間隔を隔てて互いに略平行に配列されている。

【００１５】二重底部チューブシート３５は、プロセス
ガスが下側の底部チューブシートに当たる箇所で例外的
な熱減少を提供すべく、冷却剤の別個のリザーバを収容
するようになっている。材料が非常な高温に曝されるの
で、この箇所で特別な冷却が必要となる。プロセスガス
が高温で当たる影響を減少させるため、下側の底部チュ
ーブシート７０と上側の底部チューブシート７５の一方
又は両方に、セラミックの遮熱層を設けてもよく、底部
チューブシート冷却剤チャンバ８０内の冷却剤は、二重
底部チューブシート３５の内部温度を減少させるのに役
立つ。この著しい高温への露出による崩壊に対して、プ
ロセスガスチューブ６５と二重底部チューブシート３５
との溶接継手の感受性について特に注意すべきである。
冷却剤は典型的には、冷却剤入口３０を通って熱交換器
１０に通される。冷却剤入口３０は、冷却剤の外部源と
主冷却剤チャンバ１２とを流体連通させる。冷却剤の大
部分は、冷却剤入口３０を通って主冷却剤チャンバ１２
に入り、熱交換器１０の入口部分と出口部分との間に均
一な温度勾配を形成するように冷却剤に曝されている熱
交換器１０の内部表面積の利用を最大にするようになっ
た一連のバフル５０に差し向けられる。

【００１６】冷却剤は、冷却剤として空気を利用する実
施の形態では、主ブロワ９５によって冷却剤入口３０に
供給される。冷却剤として別の流体又は液体を使用する
実施の形態では、周知のより適当な駆動機構を選定しな
ければならない。主ブロワ９５は典型的には、プラント
の主電源に電気接続され、主電源によって駆動され、普
通は、冷却剤の連続流を冷却剤入口３０に供給するよう
に構成されている。主ブロワ９５の出力のスリップスト
リームが、底部チューブシート入口８５を通って底部チ
ューブシート冷却剤チャンバ８０に入るように差し向け
られる。第２のブロワ１００が、主ブロワ９５と底部チ
ューブシート入口８５との間に直列に配置されており、
主ブロワ９５から底部チューブシート入口８５への冷却
剤の流れに抗力を生じさせないようになっている。第２
のブロワ１００は必然的に、主ブロワ９５の電源とは別
個の電源によって電力供給され、電源が故障した緊急の
場合にも作動し続けるようになっている。好ましくは、
ディーゼル電力発生システム又は同様な主要発動機が利
用され、好ましくは、通常の作動状態における熱交換器
１０の普通の作動の際にも作動される。公知の動力発生
システムを利用してもよい。これには、太陽エネルギ発
電や風力発電のような、種々の自然エネルギ源が含まれ
る。好ましい実施の形態では、特に、電力損が突発的に
生じたり主ブロワ９５を通る冷却剤の流れが突然途絶し
た場合に、冷却剤の二重チューブシート冷却剤チャンバ
８０への流入が遅延したり中断したりしないようになっ
ている。主ブロワ圧力センサ１０５による主ブロワ９５
からの冷却剤の損失の検出によって第２のブロワ１００
が作動され、主ブロワ圧力センサ１０５の作動により冷
却剤が第２のブロワ１００を通って流れ始める、別の実
施の形態も提供される。いずれの実施の形態において
も、主ブロワ９５からの冷却剤の損失を検知する主ブロ
ワ圧力センサ１０５の作動により、冷却剤入口の弁１０
０が閉鎖され、緊急作動の際、冷却剤流路の非作動部分
を通る冷却剤の逆流による漏れが回避される。

【００１７】通常の作動および緊急時の作動の際、第２
のブロワ１００と組み合わせた主ブロワ９５の出力、或
いは第２のブロワ１００のみの出力は、底部チューブシ
ート入口８５に供給され、底部チューブシート入口８５
は、主ブロワ９５および第２のブロワ１００と底部チュ
ーブシート冷却剤チャンバ８０とを流体連通させる。底
部チューブシート冷却剤チャンバ８０は、二重底部チュ
ーブシート３５内に配置されたチューブスリーブ１４８
によって囲まれているプロセスガスチューブ６５の最下
部分に冷却剤を供給し、高温のプロセスガスが直接当た
るプロセスガスチューブ６５を更に冷却する。冷却剤
は、底部チューブシート冷却剤チャンバ８０から、冷却
剤移送チューブ５５と流体連通している底部チューブシ
ート出口９０を通して圧送される。冷却剤移送チューブ
５５は、底部チューブシート冷却剤チャンバ８０と主冷
却剤チャンバ１２の最上部分との間に、冷却剤用の導管
として提供されている。冷却剤移送チューブ５５は、プ
ロセスガスチューブ６５と略平行に配列され、外部シェ
ル１５の中央軸線に沿って長さ方向に延びている。底部
チューブシート冷却剤チャンバ８０から冷却剤移送チュ
ーブ５５に入った冷却剤は、頂部チューブシート４０に
よって形成された主冷却剤チャンバ１２の最上面に隣接
した箇所の移送チューブ出口６０を通して、主冷却剤チ
ャンバ１２の頂部のところで排出される。

【００１８】均一な温度勾配を提供する場合は、プロセ
スチューブ内の高温のプロセスガスが主冷却剤チャンバ
１２内の冷却剤の低温部分に直接当たるのを避けるのが
望ましい。同様に、図３を参照して詳細に説明されるよ
うに、冷却剤入口３０のところで主冷却剤チャンバ１２
に入る比較的低温で新しい冷却剤がプロセスガスチュー
ブ６５に直接当たるのを避けるのが望ましい。その結
果、底部チューブシート冷却剤チャンバ８０から冷却剤
移送チューブ５５を通して移送される冷却剤は、通常の
作動の際に冷却剤入口３０を通して熱交換器１０に入る
とき、比較的低温の冷却剤を温めるのに利用される。次
に図２を参照すると、冷却剤を主冷却剤チャンバ１２に
入れるため、別の実施の形態が提供されている。しかし
ながら、図２に示した実施の形態、並びに、図３および
図５に示した実施の形態が図１に示した第１の実施の形
態と交換可能であることに留意すべきである。さらに、
３つの実施の形態の要素は、ここに記載した実施の形態
を含む、種々の要素のいずれか或いは全てを使用して熱
交換器を構成するのように、組み合わせてもよい。

【００１９】再び図２を参照すると、シェル１５を備え
た熱交換器１０が提供されている。シェル１５は、主冷
却剤チャンバ１２を構成しており、主冷却剤チャンバ１
２は更に、頂部チューブシート４０と二重底部チューブ
シート３５によって構成されている。冷却剤とプロセス
ガスチューブ６５とが相互作用する表面積を最大にする
曲がりくねった径路内に、主冷却剤チャンバ１２に入る
冷却剤を導入するため、バフル５０も設けられている。
この実施の形態では、冷却剤入口３０Ａが、シェル１５
の下部分に配置されており、冷却剤出口は、図示されて
いない。冷却剤は、図１に関連して説明したように、冷
却剤入口３０Ａを通って入るが、冷却剤入口３０Ａか
ら、主冷却剤チャンバ１２に直接入るのではなく、主冷
却剤チャンバ１２を囲んでいる冷却剤入口プレナム１１
２に入る。この実施の形態では、シェル１５は、互いに
間隔を隔てて冷却剤入口プレナム１１２を形成する外側
シェル壁１１５と内側シェル壁１２０である２つのシェ
ル壁によって構成されている。冷却剤入口プレナム１１
２は、シェル１５の長さの実質的に全体に沿って延びて
おり、冷却剤を冷却剤入口３０Ａから外側シェル壁１１
５と内側シェル壁１２０との間の主冷却剤チャンバ１２
のまわりに円周方向に且つ上方に流れさせるようになっ
ている。すると、冷却剤は、主冷却剤チャンバ入口１２
３を通って主冷却剤チャンバ１２に入り、そこで図１に
関連した説明したのと同様に作用する。冷却剤入口プレ
ナム１１２は、主冷却剤チャンバ１２と熱交換器１０の
外部の周囲空気とに冷却絶縁障壁を提供するのに役立
つ。これは、主冷却剤チャンバ１２と、全体として熱交
換器１０の構造支持体となる外側シェル壁１１５との温
度差を減少させる。これは、作動の際に引き起こされる
構造要素の疲労や破損を減少させるが、冷却剤チャンバ
１２３に入る温かい冷却剤も提供する。この構成は又、
比較的低温の冷却剤が頂部チューブシート４０に隣接し
てプロセスガスチューブ６５に直接当たるのを減少さ
せ、これによりプロセスガスチューブ６５内部での付着
物を減少させる。

【００２０】次に図３を参照すると、シェル断熱材１２
５として耐火材又は他の断熱材料を利用した第３の実施
の形態が提供されている。シェル断熱材１２５は、主冷
却剤チャンバ１２の頂部のところに冷却剤入口３０を保
持する構成では、高温のプロセスガスチューブ６５、冷
却剤チャンバ１２、および熱交換器１０の外部の周囲空
気のために断熱機能を提供する。図３には、プロセスガ
スチューブ６５と頂部チューブシート４０との相対移動
が可能なようにプロセスガスチューブ６５を頂部チュー
ブシート４０に接合するのに利用される膨張継手１３０
が示されている。プロセスガスチューブ６５およびシェ
ル１５を含む、熱交換器の種々の構成要素の熱膨張の差
のため、プロセスガスチューブ６５と熱交換器の残部と
の間で相対移動を可能にする必要がある。同様に、後述
するように、一定の作動状態が、種々のプロセスガスチ
ューブ６５間で及びプロセスガスチューブ６５自体に熱
膨張差を引き起こし、これにより膨張継手の使用が必要
となる。膨張継手の使用は、各実施の形態において適用
可能であり、実際には、ここに記載されている熱交換器
の断熱にとって好ましいことに特に留意すべきである。

【００２１】プロセスガスチューブ６５の最上部分に隣
接して円周方向に取付けられているプロセスガスチュー
ブシールド１３５が、プロセスガスチューブ６５の最上
端部のまわりにプロセスガスチューブチャンバ１４０を
形成するようになっている。プロセスガスチューブシー
ルド１３５によって形成されていないプロセスガスチュ
ーブチャンバ１４０の境界は、頂部チューブシート４０
と頂部バフル５０Ａによって形成されている。プロセス
ガスチューブチャンバ１４０は、ここで説明されるよう
に、高温のプロセスガスチューブ６５と冷却剤１２との
絶縁遮熱層として利用される。プロセスガスがプロセス
ガスチューブ６５を通過する際、プロセスガスチューブ
６５の付着物が発生することがある。リアクタにおける
供給原料の燃焼の際、油を基剤として副生物ならびに未
反応の供給原料は、カーボンブラック固形物とともに、
熱交換器１０を通ってプロセスガスに達する。さらに、
供給原料の反応の水冷は、プロセスガスに水分を導入す
る。同伴カーボンブラック固形物を含むプロセスガスが
プロセスガスチューブ６５を通過すると、突然の温度低
下により、プロセスガスの水又は油部分が凝縮する。す
ると、凝縮した液体はプロセスガスチューブ６５の内面
に付着し、プロセスガス中にも含まれる油とカーボンブ
ラック固形物を捕捉する。時間が経過すると、この物質
が、プロセスガスチューブ６５の内壁に付着することが
ある。このような付着は、通過するプロセスガスにとっ
て放熱体としても作用し、付着を生じさせる最初の温度
差を更に悪化させる。一定時間の後、プロセスガスの通
過を遮断するプロセスガスチューブ６５の閉塞が生ずる
ことがある。この時点で、プロセスガスチューブ６５全
体の温度は、隣接するプロセスガスチューブ６５の温度
よりもかなり低い温度に減少し、均一な温度勾配が熱交
換器１０の通常の作動内で系統的に達成されるのを更に
妨害する。したがって、付着物の減少、ならびに、局部
的な付着物の主要な原因である温度差の減少が望まれ
る。突然の局部的な温度変化を回避することは、図３を
参照して示した実施の形態において、プロセスガスチュ
ーブチャンバ１４０にとって基本となる。

【００２２】特に図３およびプロセスガスチューブチャ
ンバ１４０を参照すると、比較的低温の冷却剤が直接当
たる領域においてプロセスガスチューブ６５を遮蔽する
必要があるときは、プロセスガスチューブチャンバ１４
０を利用するのが望ましい。プロセスガスチューブチャ
ンバ１４０は、必要に応じて、熱交換器１０における全
てのプロセスガスチューブ６５に関連して、或いは冷却
剤入口３０に隣接した部分のみに関連して利用すること
ができる。プロセスガスチューブチャンバ１４０は、そ
の構成にかかわらず、比較的温かいプロセスガスチュー
ブ６５と周囲の冷却剤とに漸進的な温度勾配を提供する
のに役立つ。次に図３および図４を参照すると、同様な
概念により、プロセスガスチューブ６５の下部分のとこ
ろにフェルール１４５が付加されている。フェルール１
４５は、二重底部チューブシート３５の内部のプロセス
ガスチューブ６５の下部分に隣接して円周方向に配置さ
れている。フェルール１４５は、フェルール１４５とプ
ロセスガスチューブ６５との間の隙間に、セラミックの
フェルールフィラー１４７を充填してもよい。フェルー
ル１４５は、フェルールフィラー１４７と共に、二重底
部チューブシート３５との接合箇所での機械的荷重に耐
えるようにプロセスガスチューブ６５を低温に且つ強固
に維持するため、高温のプロセスガスとプロセスガスチ
ューブ６５の底部分との間に遮熱層を形成するようにな
っている。これらは、底部チューブシートの入口８５に
隣接してプロセスガスチューブ６５に付加してもよい
が、底部チューブシート冷却剤チャンバ内の全てのプロ
セスガスチューブ６５が低温の冷却剤に比較して比較的
高温であるため、全てのプロセスガスチューブ６５に利
用するのが好ましい。この構成は、上側の底部チューブ
シート７５と下側の底部チューブシート７０をそれぞれ
効果的に冷却するため、高温のプロセスガスと二重チュ
ーブシートの冷却剤との間に多数の遮熱層を提供する。

【００２３】図５を参照すると、図３の第３の実施の形
態（特に、主冷却剤チャンバ１２の頂部分のところ）
が、より詳細に示されている。冷却剤移送チューブ５５
は、底部チューブシート冷却剤チャンバ８０から主冷却
剤チャンバ１２の頂部分に上方に冷却剤を供給する導管
を提供する。頂部チューブシート４０と主冷却剤チャン
バ１２の大部分との部分的な遮断層として役立ち、移送
チューブプレナム１５０を形成する移送チューブプレナ
ムバフル１５３が提供されている。移送チューブプレナ
ムバフル１５３は、プロセスガスチューブ６５が通過す
る一連の穴を備えている。これらの穴は、各プロセスガ
スチューブ６５を円周方向に囲む移送チューブプレナム
オリフィス１５５よりも僅かに大きな寸法に形成されて
いる。これらは、図５において矢印で示されるように、
移送チューブプレナム１５０から主冷却剤チャンバ１２
への冷却剤の通過を可能にする。また、図５に示される
ように、冷却剤移送チューブ５５を通って上方に移動す
る冷却剤は、移送チューブプレナム１５０全体にわたっ
て分散され、移送チューブプレナムオリフィス１５５を
通って流れて、冷却剤入口３０を通って主冷却剤チャン
バ１２に入る冷却剤と混合する。この構成は、上述のよ
うに、冷却剤入口３０にすぐ隣接した空間に温かい冷却
剤を提供し、プロセスガスチューブ６５の上部分を温め
て付着と閉塞を減少させるのに役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷却剤推進システムの概略図を含む、熱交換器
の部分断面側面図である。

【図２】熱交換器の第２の実施の形態の部分断面側面図
である。

【図３】熱交換器の第３の実施の形態の部分断面側面図
である。

【図４】図３に示した実施の形態の一部の拡大図であ
る。

【図５】図３に示した熱交換器の入口と頂部チューブシ
ート領域の側断面図である。

【符号の説明】

１０熱交換器１２主冷却剤チャンバ１５外部シェル２５冷却剤出口３０冷却剤入口３５二重底部チューブシート４０頂部チューブシート５０バフル６５プロセスガスチューブ８０底部チューブシートチャンバ９５主ブロワ１００第２のブロワ

フロントページの続き (72)発明者カドローパドマナバンナタラヤンアメリカ合衆国ペンシルバニア州 15090 ウェックスフォードオークリッジドライヴ 100037 (72)発明者山路晴久東京都世田谷区北烏山４−35−21−409 (72)発明者アクセルフライタークドイツ連邦共和国 34246 ヴァルマーエシュペナウアーシュトラーセ 31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部シェルと、外部シェル内に設けら
れ、シェルを貫通する冷却剤入口および冷却剤出口をも
つ冷却剤チャンバと、冷却剤チャンバを通って延びた少
なくとも１つのプロセスガス導管とを有し、熱エネルギ
が、冷却剤チャンバ内の冷却剤とプロセスガス導管内の
プロセスガスとの間を伝達する熱交換器であって、ａ）前記少なくとも１つのプロセスガス導管の手前で冷
却剤チャンバに取付けられた冷却剤チャンバ底部と、ｂ）冷却剤チャンバ底部内に設けられた第２の冷却剤チ
ャンバと、ｃ）冷却剤を第２の冷却剤チャンバに導入するための主
冷却剤推進手段と、ｄ）冷却剤を第２の冷却剤チャンバに導入するための第
２の冷却剤推進手段とを備え、第２の冷却剤推進手段
が、主冷却剤推進手段が作動しないようなとき、冷却剤
を第２の冷却剤チャンバに導入するようになっており、ｅ）冷却剤を第２の冷却剤チャンバから冷却剤チャンバ
に導入するための流体連通手段と、ｆ）外部シェルに隣接して取付けられ、冷却剤チャンバ
から外部シェルへの熱エネルギの伝達を減少させるため
の断熱手段と、ｇ）前記プロセスガス導管のうち少なくとも１つに隣接
して取付けられたシールド手段とを備え、該シールド手
段が、少なくとも１つのプロセスガス導管、シールド手
段によって形成されたプロセスガス導管チャンバ、前記
プロセスガス導管とシールド手段を取り囲む冷却剤の間
に遮熱層を形成することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】冷却剤チャンバ底部が、シェル内に第２
の冷却剤チャンバを形成する上側シートと下側シートを
更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱交
換器。
【請求項３】シェルの内部、及び第２の冷却剤チャン
バの外部に取付けられた絶縁手段を更に備えていること
を特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】シェルを経ずに、第２の冷却剤チャンバ
と流体連通するようになった出口を更に備えていること
を特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項５】シェルを経ずに、冷却剤チャンバと流体
連通するようになった冷却剤入口を更に備えていること
を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】冷却剤入口がシェルに取付けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】冷却剤チャンバが、冷却剤チャンバ底部
の手前に取付けられていることを特徴とする請求項５に
記載の熱交換器。
【請求項８】少なくとも１つのプロセスガス導管が、
冷却剤チャンバを貫通するように取付けられていること
を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項９】冷却剤チャンバ底部が、シェル内に第２
の冷却剤チャンバを形成する上側シートと下側シートを
備え、少なくとも１つのプロセスガス導管が、上側シー
ト、下側シート、及び第２の冷却剤チャンバを通って延
びていることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】少なくとも１つのプロセスガス導管
が、プロセスガスを導入するようになったフレア形の開
口を更に備えていることを特徴とする請求項９に記載の
熱交換器。
【請求項１１】フレア形の開口が下側シートに設けら
れていることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換
器。
【請求項１２】第２の冷却剤チャンバ内の少なくとも
１つのプロセスガス導管に隣接し該導管から間隔を隔て
て設けられたチューブスリーブを更に備えていることを
特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１３】第２の冷却剤チャンバ内の少なくとも
１つのプロセスガス導管に隣接し該導管から間隔を隔て
て設けられたチューブスリーブを更に備えていることを
特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１４】チューブスリーブが、上側シートと下
側シートに固定されており、少なくとも１つのプロセス
ガス導管が、チューブスリーブに隣接して下側シートに
固定されていることを特徴とする請求項１３に記載の熱
交換器。
【請求項１５】少なくとも１つのプロセスガス導管内
に設けられたフェルールを更に備えていることを特徴と
する請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１６】少なくとも１つのプロセスガス導管
が、第２の冷却剤チャンバを通って延び、フェルール
が、第２の冷却剤チャンバの手前の箇所で少なくとも１
つのプロセスガス導管内に設けられていることを特徴と
する請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１７】少なくとも１つのプロセスガス導管と
フェルールとの間に空間が形成されていることを特徴と
する請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１８】前記空間に絶縁材料が充填されている
ことを特徴とする請求項１７に記載の熱交換器。
【請求項１９】絶縁材料がセラミックであることを特
徴とする請求項１８に記載の熱交換器。
【請求項２０】少なくとも１つのプロセスガス導管
が、プロセスガスを導入するようになったフレア形の開
口を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の
熱交換器。
【請求項２１】冷却剤を第２の冷却剤チャンバから冷
却剤チャンバに導入するための流体連通手段が、第２の
冷却剤チャンバと冷却剤チャンバとの間に延びた移送チ
ューブを更に備えていることを特徴とする請求項１に記
載の熱交換器。
【請求項２２】移送チューブが、冷却剤チャンバ底部
に取付けられていることを特徴とする請求項２１に記載
の熱交換器。
【請求項２３】冷却剤チャンバが、外部シェルととも
に冷却剤チャンバを形成する底部と頂部を更に備えてお
り、移送チューブが、第２の冷却剤チャンバから冷却剤
チャンバの頂部に隣接し該チャンバから間隔を隔てた箇
所まで、外部シェル内を軸線方向に延びていることを特
徴とする請求項２２に記載の熱交換器。
【請求項２４】外部シェルを経ずに、冷却剤チャンバ
と流体連通させる入口を更に備えていることを特徴とす
る請求項２１に記載の熱交換器。
【請求項２５】移送チューブが、冷却剤チャンバの頂
部および入口に隣接した箇所まで延びていることを特徴
とする請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項２６】冷却剤チャンバの頂部および内部に隣
接した冷却剤チャンバプレナムを更に備えていることを
特徴とする請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項２７】移送チューブが、第２の冷却剤チャン
バから冷却剤チャンバプレナムまで延びていることを特
徴とする請求項２６に記載の熱交換器。
【請求項２８】入口が、冷却剤チャンバプレナムに隣
接して設けられていることを特徴とする請求項２６に記
載の熱交換器。
【請求項２９】入口が、冷却剤チャンバプレナムと流
体連通していることを特徴とする請求項２６に記載の熱
交換器。
【請求項３０】入口が、冷却剤チャンバプレナムに隣
接して設けられ、冷却剤チャンバプレナムと流体連通し
ていることを特徴とする請求項２９に記載の熱交換器。
【請求項３１】主冷却剤推進手段が、主発動機によっ
て駆動されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換
器。
【請求項３２】主冷却剤推進手段がブロワであること
を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３３】第２の冷却剤推進手段が、主発動機に
よって駆動されることを特徴とする請求項１に記載の熱
交換器。
【請求項３４】第２の冷却剤推進手段がブロワである
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３５】主冷却剤推進手段が、主電源によって
動力供給されることを特徴とする請求項１に記載の熱交
換器。
【請求項３６】第２の冷却剤推進手段が、主電源以外
の第２の電源によって動力供給されることを特徴とする
請求項３５に記載の熱交換器。
【請求項３７】第２の電源が、燃料燃焼発電機、貯蔵
エネルギ源、自然エネルギ源、太陽エネルギ源、風力エ
ネルギ源のうち少なくとも１つを更に備えていることを
特徴とする請求項３６に記載の熱交換器。
【請求項３８】第２の冷却剤推進手段が、主冷却剤推
進手段の作動停止の直後に作動されることを特徴とする
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３９】第２の冷却剤推進手段が、主冷却剤推
進手段の作動の際、連続して作動されることを特徴とす
る請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４０】第２の冷却剤推進手段が、主冷却剤推
進手段との間の冷却剤の流れが第２の冷却剤チャンバに
妨げられないように通されるようになっていることを特
徴とする請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４１】主冷却剤推進手段の作動の停止を検出
するようになったセンサを更に備えていることを特徴と
する請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４２】第２の冷却剤推進手段が、センサによ
る主冷却剤推進手段の作動の停止の検出時に作動される
ことを特徴とする請求項４１に記載の熱交換器。
【請求項４３】第２の冷却剤推進手段から流れる冷却
剤が第２の冷却剤チャンバにのみ差し向けられるよう
に、主冷却剤推進手段を冷却剤チャンバから隔離するよ
うになった弁手段を更に備えていることを特徴とする請
求項１に記載の熱交換器。
【請求項４４】弁手段が、主冷却剤推進手段に取付け
られたセンサによる主冷却剤推進手段の作動の停止の検
出時に作動されることを特徴とする請求項４３に記載の
熱交換器。
【請求項４５】断熱手段が、冷却剤入口プレナムを更
に備え、該入口プレナムが、外部シェルを経ずに冷却剤
チャンバへの冷却剤の流れを可能にする入口と流体連通
していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４６】外部シェルが、外側壁と内側壁を更に
備え、外側壁と内側壁との間に空間を形成することを特
徴とする請求項４５に記載の熱交換器。
【請求項４７】前記空間が、冷却剤入口プレナムを備
えていることを特徴とする請求項４６に記載の熱交換
器。
【請求項４８】入口が、冷却剤チャンバ底部の手前に
設けられていることを特徴とする請求項４５に記載の熱
交換器。
【請求項４９】冷却剤チャンバとの流体連通が、冷却
剤チャンバの頂部分の手前で行われることを特徴とする
請求項４８に記載の熱交換器。
【請求項５０】冷却剤が、外部シェルの長さの実質的
に全体に沿って入口から冷却剤チャンバまで通ることを
特徴とする請求項４９に記載の熱交換器。
【請求項５１】断熱手段が、外部シェルに隣接して設
けられた固形絶縁材料を備えていることを特徴とする請
求項１に記載の熱交換器。
【請求項５２】固形絶縁材料が、外部シェルの長さの
実質的に全体に沿って取付けられていることを特徴とす
る請求項５１に記載の熱交換器。
【請求項５３】冷却剤チャンバ頂部を更に備え、前記
シールド手段が、冷却剤チャンバ頂部に取付けられ、少
なくとも１つのプロセスガス導管に沿って冷却剤チャン
バ頂部から円周方向外方に延びていることを特徴とする
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５４】シールド手段が、少なくとも１つのプ
ロセスガス導管チャンバを形成することを特徴とする請
求項５３に記載の熱交換器。
【請求項５５】冷却剤が非線形方向に流れるように、
冷却剤チャンバの内部に間隔を隔てて取付けられた一連
のバフルを更に備えていることを特徴とする請求項５４
に記載の熱交換器。
【請求項５６】プロセスガス導管チャンバが、冷却剤
チャンバ頂部によって形成され、最上部バフルが冷却剤
チャンバ頂部に隣接して設けられ、シールド手段が間に
延びていることを特徴とする請求項５５に記載の熱交換
器。
【請求項５７】冷却剤チャンバ内に設けられた冷却剤
チャンバプレナムを更に備え、該冷却剤チャンバプレナ
ムが、プロセスガス導管チャンバを少なくとも部分的に
囲んでいることを特徴とする請求項５６に記載の熱交換
器。
【請求項５８】プロセスガス導管チャンバと冷却剤チ
ャンバプレナムとが流体連通するように、プロセスガス
導管チャンバが冷却剤チャンバプレナムの壁から間隔を
隔てて設けられていることを特徴とする請求項５７に記
載の熱交換器。
【請求項５９】プロセスガス導管と冷却剤チャンバ頂
部とが相対移動するように、少なくとも１つのプロセス
ガス導管と冷却剤チャンバ頂部に摺動可能に取付けられ
た膨張継手を更に含むことを特徴とする請求項５３に記
載の熱交換器。
【請求項６０】膨張継手が、プロセスガス導管チャン
バ内に設けられていることを特徴とする請求項５９に記
載の熱交換器。
【請求項６１】プロセスガス導管と冷却剤チャンバと
が相対移動するように、少なくとも１つのプロセスガス
導管チャンバと冷却剤チャンバを摺動可能に取付ける膨
張継手を更に備えていることを特徴とする請求項１に記
載の熱交換器。
【請求項６２】外部シェルと、外部シェル内に設けら
れ、シェルを貫通する冷却剤入口および冷却剤出口をも
つ冷却剤チャンバと、冷却剤チャンバを通って延びた少
なくとも１つのプロセスガス導管とを有し、熱エネルギ
が、冷却剤チャンバ内の冷却剤とプロセスガス導管内の
プロセスガスとの間を伝達する熱交換器であって、ａ）前記少なくとも１つのプロセスガス導管の冷却剤チ
ャンバへの入口の手前で冷却剤チャンバに取付けられた
冷却剤チャンバ底部と、ｂ）冷却剤チャンバ底部内に設けられた第２の冷却剤チ
ャンバと、ｃ）冷却剤を第２の冷却剤チャンバに導入するための主
冷却剤推進手段と、ｄ）冷却剤を第２の冷却剤チャンバに導入するための第
２の冷却剤推進手段とを備え、第２の冷却剤推進手段
が、主冷却剤推進手段が作動しないようなとき、冷却剤
を第２の冷却剤チャンバに導入するようになっており、ｅ）冷却剤を第２の冷却剤チャンバから冷却剤チャンバ
に導入するための流体連通手段を更に備えていることを
特徴とする熱交換器。
【請求項６３】冷却剤チャンバ底部が、シェル内に第
２の冷却剤チャンバを形成する上側シートと下側シート
を更に備えていることを特徴とする請求項６２に記載の
熱交換器。
【請求項６４】シェルの内部、及び第２の冷却剤チャ
ンバの外部に取付けられた絶縁材料を更に備えているこ
とを特徴とする請求項６３に記載の熱交換器。
【請求項６５】シェルを経ずに、第２の冷却剤チャン
バと流体連通するようになった出口を更に備えているこ
とを特徴とする請求項６３に記載の熱交換器。
【請求項６６】シェルを経ずに、冷却剤チャンバと流
体連通するようになった冷却剤入口を更に備えているこ
とを特徴とする請求項６２に記載の熱交換器。
【請求項６７】冷却剤入口がシェルに取付けられてい
ることを特徴とする請求項６６に記載の熱交換器。
【請求項６８】冷却剤チャンバが、冷却剤チャンバ底
部の手前に取付けられていることを特徴とする請求項６
６に記載の熱交換器。
【請求項６９】少なくとも１つのプロセスガス導管
が、冷却剤チャンバを貫通するように取付けられている
ことを特徴とする請求項６２に記載の熱交換器。
【請求項７０】冷却剤チャンバ底部が、シェル内に第
２の冷却剤チャンバを形成する上側シートと下側シート
を備え、少なくとも１つのプロセスガス導管が、上側シ
ート、下側シート、及び第２の冷却剤チャンバを通って
延びていることを特徴とする請求項６９に記載の熱交換
器。
【請求項７１】少なくとも１つのプロセスガス導管
が、プロセスガスを導入するようになったフレア形の開
口を更に備えていることを特徴とする請求項７０に記載
の熱交換器。
【請求項７２】フレア形の開口が下側シートに設けら
れていることを特徴とする請求項７１に記載の熱交換
器。
【請求項７３】第２の冷却剤チャンバ内の少なくとも
１つのプロセスガス導管に隣接し該導管から間隔を隔て
て設けられたチューブスリーブを更に備えていることを
特徴とする請求項６９に記載の熱交換器。
【請求項７４】第２の冷却剤チャンバ内の少なくとも
１つのプロセスガス導管に隣接し該導管から間隔を隔て
て設けられたチューブスリーブを更に備えていることを
特徴とする請求項７０に記載の熱交換器。
【請求項７５】チューブスリーブが、上側シートと下
側シートに固定されており、少なくとも１つのプロセス
ガス導管が、チューブスリーブに隣接して下側シートに
固定されていることを特徴とする請求項７４に記載の熱
交換器。
【請求項７６】少なくとも１つのプロセスガス導管
が、プロセスガスを導入するようになったフレア形の開
口を更に備えていることを特徴とする請求項６２に記載
の熱交換器。
【請求項７７】冷却剤を第２の冷却剤チャンバから冷
却剤チャンバに導入するための流体連通手段が、第２の
冷却剤チャンバと冷却剤チャンバとの間に延びた移送チ
ューブを更に備えていることを特徴とする請求項６２に
記載の熱交換器。
【請求項７８】移送チューブが、冷却剤チャンバ底部
に取付けられていることを特徴とする請求項７７に記載
の熱交換器。
【請求項７９】冷却剤チャンバが、外部シェルととも
に冷却剤チャンバを形成する底部と頂部を更に備えてお
り、移送チューブが、第２の冷却剤チャンバから冷却剤
チャンバの頂部に隣接し該チャンバから間隔を隔てた箇
所まで、外部シェル内を軸線方向に延びていることを特
徴とする請求項７８に記載の熱交換器。
【請求項８０】外部シェルを経ずに、冷却剤チャンバ
と流体連通させる入口を更に備えていることを特徴とす
る請求項７７に記載の熱交換器。
【請求項８１】移送チューブが、冷却剤チャンバの頂
部および入口に隣接した箇所まで延びていることを特徴
とする請求項８０に記載の熱交換器。
【請求項８２】冷却剤チャンバの頂部および内部に隣
接した冷却剤チャンバプレナムを更に備えていることを
特徴とする請求項８０に記載の熱交換器。
【請求項８３】移送チューブが、第２の冷却剤チャン
バから冷却剤チャンバプレナムまで延びていることを特
徴とする請求項８２に記載の熱交換器。
【請求項８４】入口が、冷却剤チャンバプレナムに隣
接して設けられていることを特徴とする請求項８２に記
載の熱交換器。
【請求項８５】入口が、冷却剤チャンバプレナムと流
体連通していることを特徴とする請求項８２に記載の熱
交換器。
【請求項８６】入口が、冷却剤チャンバプレナムに隣
接して設けられ、冷却剤チャンバプレナムと流体連通し
ていることを特徴とする請求項８５に記載の熱交換器。
【請求項８７】主冷却剤推進手段が、主発動機によっ
て駆動されることを特徴とする請求項６２に記載の熱交
換器。
【請求項８８】主冷却剤推進手段がブロワであること
を特徴とする請求項６２に記載の熱交換器。
【請求項８９】第２の冷却剤推進手段が、主発動機に
よって駆動されることを特徴とする請求項６２に記載の
熱交換器。
【請求項９０】第２の冷却剤推進手段がブロワである
ことを特徴とする請求項６２に記載の熱交換器。
【請求項９１】主冷却剤推進手段が、主電源によって
動力供給されることを特徴とする請求項６２に記載の熱
交換器。
【請求項９２】第２の冷却剤推進手段が、主電源以外
の第２の電源によって動力供給されることを特徴とする
請求項９１に記載の熱交換器。
【請求項９３】第２の電源が、燃料燃焼発電機、貯蔵
エネルギ源、自然エネルギ源、太陽エネルギ源、風力エ
ネルギ源のうち少なくとも１つを更に備えていることを
特徴とする請求項９２に記載の熱交換器。
【請求項９４】第２の冷却剤推進手段が、主冷却剤推
進手段の作動停止の直後に作動されることを特徴とする
請求項６２に記載の熱交換器。
【請求項９５】第２の冷却剤推進手段が、主冷却剤推
進手段の作動の際、連続して作動されることを特徴とす
る請求項６２に記載の熱交換器。
【請求項９６】第２の冷却剤推進手段が、主冷却剤推
進手段との間の冷却剤の流れが第２の冷却剤チャンバに
妨げられないように通されるようになっていることを特
徴とする請求項９５に記載の熱交換器。
【請求項９７】主冷却剤推進手段の作動の停止を検出
するようになったセンサを更に備えていることを特徴と
する請求項６２に記載の熱交換器。
【請求項９８】第２の冷却剤推進手段が、センサによ
る主冷却剤推進手段の作動の停止の検出時に作動される
ことを特徴とする請求項９７に記載の熱交換器。
【請求項９９】第２の冷却剤推進手段から流れる冷却
剤が第２の冷却剤チャンバにのみ差し向けられるよう
に、主冷却剤推進手段を冷却剤チャンバから隔離するよ
うになった弁手段を更に備えていることを特徴とする請
求項６２に記載の熱交換器。
【請求項１００】弁手段が、主冷却剤推進手段に取付
けられたセンサによる主冷却剤推進手段の作動の停止の
検出時に作動されることを特徴とする請求項９９に記載
の熱交換器。
【請求項１０１】外部シェルと、外部シェル内に設け
られ、シェルを貫通する冷却剤入口および冷却剤出口を
もつ冷却剤チャンバと、冷却剤チャンバを通って延びた
少なくとも１つのプロセスガス導管とを有し、熱エネル
ギが、冷却剤チャンバ内の冷却剤とプロセスガス導管内
のプロセスガスとの間を伝達する熱交換器であって、ａ）外部シェルに隣接して取付けられ、冷却剤チャンバ
から外部シェルへの熱エネルギの伝達を減少させるため
の断熱手段と、ｂ）前記プロセスガス導管のうち少なくとも１つに隣接
して取付けられたシールド手段とを備え、該シールド手
段が、少なくとも１つのプロセスガス導管、シールド手
段によって形成されたプロセスガス導管チャンバ、前記
プロセスガス導管とシールド手段を取り囲む冷却剤の間
に遮熱層を形成することを特徴とする熱交換器。
【請求項１０２】少なくとも１つのプロセスガス導管
内に設けられたフェルールを更に備えていることを特徴
とする請求項１０１に記載の熱交換器。
【請求項１０３】少なくとも１つのプロセスガス導管
が、第２の冷却剤チャンバを通って延び、フェルール
が、第２の冷却剤チャンバの手前の箇所で少なくとも１
つのプロセスガス導管内に設けられていることを特徴と
する請求項１０２に記載の熱交換器。
【請求項１０４】少なくとも１つのプロセスガス導管
とフェルールとの間には空間が形成されていることを特
徴とする請求項１０２に記載の熱交換器。
【請求項１０５】前記空間に絶縁材料が充填されてい
ることを特徴とする請求項１０４に記載の熱交換器。
【請求項１０６】絶縁材料がセラミックであることを
特徴とする請求項１０５に記載の熱交換器。
【請求項１０７】少なくとも１つのプロセスガス導管
が、プロセスガスを導入するようになったフレア形の開
口を更に備えていることを特徴とする請求項１０１に記
載の熱交換器。
【請求項１０８】冷却剤を第２の冷却剤チャンバから
冷却剤チャンバに導入するための流体連通手段が、第２
の冷却剤チャンバと冷却剤チャンバとの間に延びた移送
チューブを更に備えていることを特徴とする請求項１０
１に記載の熱交換器。
【請求項１０９】移送チューブが、冷却剤チャンバ底
部に取付けられていることを特徴とする請求項１０８に
記載の熱交換器。
【請求項１１０】冷却剤チャンバが、外部シェルとと
もに冷却剤チャンバを形成する底部と頂部を更に備えて
おり、移送チューブが、第２の冷却剤チャンバから冷却
剤チャンバの頂部に隣接し該チャンバから間隔を隔てた
箇所まで、外部シェル内を軸線方向に延びていることを
特徴とする請求項１０９に記載の熱交換器。
【請求項１１１】外部シェルを経ずに、冷却剤チャン
バと流体連通させる入口を更に備えていることを特徴と
する請求項１０８に記載の熱交換器。
【請求項１１２】移送チューブが、冷却剤チャンバの
頂部および入口に隣接した箇所まで延びていることを特
徴とする請求項１１１に記載の熱交換器。
【請求項１１３】冷却剤チャンバの頂部および内部に
隣接した冷却剤チャンバプレナムを更に備えていること
を特徴とする請求項１１１に記載の熱交換器。
【請求項１１４】移送チューブが、第２の冷却剤チャ
ンバから冷却剤チャンバプレナムまで延びていることを
特徴とする請求項１１３に記載の熱交換器。
【請求項１１５】入口が、冷却剤チャンバプレナムに
隣接して設けられていることを特徴とする請求項１１３
に記載の熱交換器。
【請求項１１６】入口が、冷却剤チャンバプレナムと
流体連通していることを特徴とする請求項１１３に記載
の熱交換器。
【請求項１１７】入口が、冷却剤チャンバプレナムに
隣接して設けられ、冷却剤チャンバプレナムと流体連通
していることを特徴とする請求項１１６に記載の熱交換
器。
【請求項１１８】断熱手段が、冷却剤入口プレナムを
更に備え、該入口プレナムが、外部シェルを経ずに冷却
剤チャンバへの冷却剤の流れを可能にする入口と流体連
通していることを特徴とする請求項１０１に記載の熱交
換器。
【請求項１１９】外部シェルが、外側壁と内側壁を更
に備え、外側壁と内側壁との間に空間を形成することを
特徴とする請求項１１８に記載の熱交換器。
【請求項１２０】前記空間が、冷却剤入口プレナムを
備えていることを特徴とする請求項１１９に記載の熱交
換器。
【請求項１２１】入口が、冷却剤チャンバ底部の手前
に設けられていることを特徴とする請求項１１８に記載
の熱交換器。
【請求項１２２】冷却剤チャンバとの流体連通が、冷
却剤チャンバの頂部分の手前で行われることを特徴とす
る請求項１２１に記載の熱交換器。
【請求項１２３】冷却剤が、外部シェルの長さの実質
的に全体に沿って入口から冷却剤チャンバまで通ること
を特徴とする請求項１２２に記載の熱交換器。
【請求項１２４】断熱手段が、外部シェルに隣接して
設けられた固形絶縁材料を備えていることを特徴とする
請求項１０１に記載の熱交換器。
【請求項１２５】固形絶縁材料が、外部シェルの長さ
の実質的に全体に沿って取付けられていることを特徴と
する請求項１２４に記載の熱交換器。
【請求項１２６】冷却剤チャンバ頂部を更に備え、前
記シールド手段が、冷却剤チャンバ頂部に取付けられ、
少なくとも１つのプロセスガス導管に沿って冷却剤チャ
ンバ頂部から円周方向外方に延びていることを特徴とす
る請求項１０１に記載の熱交換器。
【請求項１２７】シールド手段が、少なくとも１つの
プロセスガス導管チャンバを形成することを特徴とする
請求項１２６に記載の熱交換器。
【請求項１２８】冷却剤が非線形方向に流れるよう
に、冷却剤チャンバの内部に間隔を隔てて取付けられた
一連のバフルを更に備えていることを特徴とする請求項
１２７に記載の熱交換器。
【請求項１２９】プロセスガス導管チャンバが、冷却
剤チャンバ頂部によって形成され、最上部バフルが冷却
剤チャンバ頂部に隣接して設けられ、シールド手段が間
に延びていることを特徴とする請求項１２８に記載の熱
交換器。
【請求項１３０】冷却剤チャンバ内に設けられた冷却
剤チャンバプレナムを更に備え、該冷却剤チャンバプレ
ナムが、プロセスガス導管チャンバを少なくとも部分的
に囲んでいることを特徴とする請求項１２９に記載の熱
交換器。
【請求項１３１】プロセスガス導管チャンバと冷却剤
チャンバプレナムとが流体連通するように、プロセスガ
ス導管チャンバが冷却剤チャンバプレナムの壁から間隔
を隔てて設けられていることを特徴とする請求項１３０
に記載の熱交換器。
【請求項１３２】プロセスガス導管と冷却剤チャンバ
頂部とが相対移動するように、少なくとも１つのプロセ
スガス導管と冷却剤チャンバ頂部に摺動可能に取付けら
れた膨張継手を更に含むことを特徴とする請求項１２６
に記載の熱交換器。
【請求項１３３】膨張継手が、プロセスガス導管チャ
ンバ内に設けられていることを特徴とする請求項１３２
に記載の熱交換器。