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特表2022-535693偏向面と方向付けセクションとから形成されるアセンブリ／組み込み要素を備えるチューブバンドル熱交換器
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-10
(54)【発明の名称】偏向面と方向付けセクションとから形成されるアセンブリ／組み込み要素を備えるチューブバンドル熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28F 13/12 20060101AFI20220803BHJP
F28D 7/12 20060101ALI20220803BHJP
F28F 9/013 20060101ALI20220803BHJP
B01F 25/431 20220101ALI20220803BHJP
【ＦＩ】
F28F13/12 B
F28D7/12
F28F9/013 B
B01F25/431
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021569015
(86)(22)【出願日】2020-05-26
(85)【翻訳文提出日】2022-01-04
(86)【国際出願番号】 EP2020064519
(87)【国際公開番号】W WO2020239734
(87)【国際公開日】2020-12-03
(31)【優先権主張番号】00696/19
(32)【優先日】2019-05-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CH
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515169326
【氏名又は名称】ズルツァー マネジメント アクチエンゲゼルシャフト
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】シュトライフ、フェリックス
【テーマコード（参考）】
3L103
4G035
【Ｆターム（参考）】
3L103AA17
3L103AA25
3L103AA37
3L103DD06
3L103DD43
3L103DD44
4G035AC06
4G035AE15
(57)【要約】
本発明は、偏向面、窓、及び、方向付けセクションによって形成される組み込み要素を備えるチューブバンドル熱交換器に関する。これらの組み込み要素を使用して、熱伝達中の製品フローの一定の混合が達成され、それにより、不均衡分布及び軸方向の逆混合が防止される。同時に、流路が延長され、したがって、熱伝達が改善される。製品は、製品用の入口２及び出口３とチューブ７内の熱担持体用の入口４及び出口５とを伴うチューブバンドル熱交換器１の外側チャンバ６内で流れる。チューブバンドル熱交換器を備える偏向パネル又は偏向面８は、それらが窓１２，１３を開放したままにするとともに少なくとも１つの方向付けセクション１０又は１１が偏向面の入口側及び出口側に取り付けられるように変更される。これらの方向付けセクションは、チューブ軸と平行に延びるとともに、互いに交差する。流れは、入口側の方向セクションによって分割され、両方向で窓へ方向付けられ、その後、出口セクションのそれぞれの両側から出て、偏向される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱を供給又は放散すると同時に製品フローを混合するためのバンドル熱交換器であって、チューブ（７）、電気加熱ロッド、又は、加熱コイルなどの少なくとも２つの伸長型熱交換要素のバンドルを備え、外側チャンバ（６）内の製品フローが、少なくとも１つの偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）を備える少なくとも１つの固定アセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）により、入口開口（２）から出口開口（３）へと流れる、バンドル熱交換器において、入口側から出口側へ導く少なくとも２つの窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）が前記偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）に設けられ、それにより、少なくとも１つの方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）が前記偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）の前記入口側又は前記出口側で前記伸長型熱交換要素と平行に取り付けられ、窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備えない前記偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）の部分表面が、熱交換要素のバンドルにおけるそれらの間隔にしたがって前記熱交換要素の通過のための１つ以上の孔又は開口（７'）を有することを特徴とするバンドル熱交換器。
【請求項2】
前記バンドル熱交換器が円形断面を有することを特徴とする請求項１に記載のバンドル熱交換器。
【請求項3】
前記入口側の方向付けセクション（１０）と前記出口側の方向付けセクション（１１）とが９０°の角度で互いに交差することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のバンドル熱交換器。
【請求項4】
前記窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）が方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）の両側に配置されることを特徴とする請求項１から３までの少なくとも一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項5】
前記熱交換要素に対して横方向に立っている偏向面（８）を伴う複数のアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）が流れの方向で前後に配置され、一方では、アセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の窓（１２，１３）が、窓（１２，１３）を備えない後続のアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の偏向面（８’）の部分表面と交互に入れ替わり、他方では、窓（１２，１３）を備えない先行するアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の部分表面が、その後のアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の窓（１２’，１３’）と交互に入れ替わることを特徴とする請求項１から４までの少なくとも一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項6】
連続するアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の方向付けセクション（１１，１０’）が９０°の角度で互いに交差することを特徴とする請求項５に記載のバンドル熱交換器。
【請求項7】
前記バンドルの断面が、前記アセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の前記方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）によってほぼ等しいサイズの部分表面に分割されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項8】
窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備えるアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の部分表面（８）と窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備えない前記部分表面とがほぼ同じサイズであることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載のチューブバンドル熱交換器。
【請求項9】
特定の流れ効果を達成するための窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備える少なくとも１つのアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の部分表面（８）は、窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備えない前記偏向面の前記部分表面よりもかなり小さいことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項10】
少なくとも１つのアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の前記方向付けセクション（１０、１１）の高さ（ｈ）が最大で内径（Ｄｉ）の０．２５であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項11】
粘性製品との熱伝達のための請求項１から１０までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器の使用。
【請求項12】
発熱反応又は吸熱反応における反応器としての請求項１から１０までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器の使用。
【請求項13】
方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）の数が前記入口側と前記出口側とで異なることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項14】
前記方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）の高さ（ｈ）が前記入口側と前記出口側とで異なることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項又は請求項１３に記載のバンドル熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項１の前文に係る外側チャンバ内の偏向面と方向付けセクションとから形成されるアセンブリ（組み込み要素として設計されてもされなくてもよい）を備えるバンドル熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
バンドル熱交換器は通常は金属材料から形成されるため、偏向面ではなく偏向パネルに言及される場合がよくある。しかしながら、この説明では、偏向面という用語は、それらの適用性が金属材料から形成される熱交換器に限定されないことを明確にするために使用される。
【0003】
バンドルは、熱交換媒体（例えば、外側チャンバ内で循環する製品を加熱又は冷却する加熱媒体又は冷却媒体）が挿通して方向付けられるチューブから成り得る。しかしながら、代わりに、電気加熱ロッド、電気加熱コイル及び同様のものなどのバンドル状態へ組み合わされる他の熱交換要素を使用することもできる。説明を簡単にするために、「チューブ」又は「チューブバンドル」という用語が以下で使用されるが、その場合、加熱ロッドなどの他の伸長型熱交換要素も意味されることが理解されるべきである。
【0004】
偏向パネル又は偏向面の通常の形態は、チューブに対して部分的に横方向で及び部分的に平行に外側チャンバ内の流体の流れを案内することによってフローガイドとして機能する。これらの金属シートは、チューブ間隔に対応する孔を有し、チューブに対して垂直であるとともに、流体の軸方向通過のためのセグメント形状の窓を有する。他の知られている実施例は、ディスクとリングとから交互に成る。これらは、乱流（低粘度流体）及び層流（粘性流体）の流れにおいて標準として設置される。更なる機能的及び構造的な詳細については、ＶＤＩヒートアトラス（第６版）のセクションＧｇ５及びＯｂ７を参照されたい。これらの偏向面は、チューブへの多かれ少なかれ顕著なクロスフローのおかげで熱伝達を改善するが、流体の混合を何ら引き起こさない。これは、特に粘性流体の層流の場合に当てはまる。これらの材料は、それらの特性の結果として熱伝達係数が低いため、チューブの周囲で案内される必要がある（ＶＤＩ Ｈｅａｔ Ａｔｌａｓ、セクションＯｂ４）。冷却又は加熱される必要がある粘性媒体の場合、粘度は温度によって大幅に変化する可能性がある。異なる温度-時間履歴（流路）を通過する部分的な流れは、最終的には非常に異なる特性を有する。これは特に粘度に当てはまる。絶え間ない混合がないと、不均衡分布として知られる優先経路及びデッドゾーンが生じる。これにより、熱交換器の完全な故障をもたらす可能性があるが、製品の特性の低下にもつながる可能性がある。熱交換器が重合反応器として使用される或いは粘性のある液体物質との他の発熱反応のために使用されるようになっている場合も、問題は同様である。これについては、例えば、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣｈｅｍＥｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）１３（１９９０）、ｐｐ．２１４－２２０を参照されたい。ここでも、ターンオーバー及び粘度の違いが不均衡分布につながる。同様の問題は、粘性溶液が部分的に蒸発してその過程で粘度が急激に上昇するチューブバンドル熱交換器でも生じる。
【0005】
Ｘミキサー（ＳＭＸ、ＳＭＸＬ）やヘリカルミキサー（Ｋｅｎｉｃｓミキサー）などの多くの静的ミキサーは、熱伝達、混合、滞留時間の分布を同時に改善するために、ダブルジャケットチューブ内の層流と共に使用されることが好ましい。これについては、Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ３４（２０００）Ｎｏ．１－２、ｐｐ．１８－２１を参照されたい。これらの装置のスケールアップには狭い制限がある。これは、チューブの直径が大きくなると製品体積に対する熱伝達面の比率が減少するからであり、或いは、チューブの直径が同じままの場合、製品の量が増えると圧力損失が急激に増加するからである。解決策として、製品がチューブ内を流れるチューブバンドル熱交換器のチューブ内で静的ミキサーを使用する試みも行なわれている。このとき、個々のチューブ内での混合は引き続き行なわれるが、チューブ内の部分的な流れは互いに完全に分離されており、個々のチューブ内で様々な流れ状態と製品特性が生じ得る。結果は、この場合も先と同様に、説明された効果を伴うチューブ内の顕著な不均衡分布となり得る。この問題は、混合要素の圧力損失が高くなることで更に悪化する。反応性製品の更なる欠点は、チューブバンドル装置のフード内の付加的な体積である。この空間では熱伝達が殆ど又は全くない。
【0006】
ドイツ特許第２８３９５６４号は、熱伝達及び静的混合のための装置を提供する。このミキサー－熱交換器又は反応器（ＳＭＲ反応器として知られている）でも、製品が、チューブのバンドルを伴うフローチャネルを通じて、外側チャンバのチューブの周囲で流れる。チューブは、蛇行して曲がり、コイル状チューブを形成する。チューブは、流れ方向に対して４５°であり、互いに交差して、ミキサー構造を形成する。個々のチューブコイルは、チャネル壁を通じてコレクタへと外側に案内される。結果として、外側チャンバ内での同時混合と良好な熱伝達とが達成されるが、多大な労力と多くの欠点がある。混合効果は、交差セクションから成る知られているミキサーと比較して少なく、バンドル又は混合要素内で一方向にのみ発生する。実用上の理由から、チューブバンドルはできるだけ長くする必要がある。結果として、９０°回転される少数のバンドルのみをフローチャネルで使用できる。各混合要素又はコイルバンドルには、熱担持体用の独自のコレクタが必要である。コイルが長く、チューブの曲がりが多いため、チューブ内の熱担持側の圧力損失が大きくなる。コイルの長さが異なると、熱担持体側の流れの分布が不均一になり、それにより、製品側で不均衡分布が引き起こされる可能性がある。
【0007】
バンドルの構造に起因して、熱担持体及び製品の有利な向流或いはチューブ内の蒸発又は凝縮も不可能である。
【0008】
この問題の更なる解決策は、欧州特許第１０６７３５２号で模索される。知られているＳＭＸ構造にしたがった交差セクションを伴う混合要素には、チューブバンドル熱交換器のチューブ間隔に対応する孔が設けられ、チューブはセクションに挿通される。混合構造をチューブ配置と関連付けると、一方ではチューブの間隔とサイズの自由度が制限され、他方ではミキサー構造が制限される。セクションがチューブに強固に接続されない場合、この構造も機械的にかなり弱い。プロセス技術の観点から、この熱交換器は前の段落に係る設計よりも優れている場合があるが、その製造は非常に複雑で要求が厳しいものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】ドイツ特許第２８３９５６４号
【特許文献2】ドイツ特許第２８３９５６４号
【特許文献3】欧州特許第１０６７３５２号
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣｈｅｍＥｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）１３（１９９０）、ｐｐ．２１４－２２０
【非特許文献2】Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ３４（２０００）Ｎｏ．１－２、ｐｐ．１８－２１
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の目的は、先行技術の不都合を回避する、冒頭で述べたタイプのチューブバンドル熱交換器、ミキサー熱交換器、又は、混合反応器をもたらすことである。この目的は、請求項１の特徴的な特徴によって達成される。
【0012】
本発明に係るチューブバンドル熱交換器は、粘性のある製品に特に適しており、非常に安価に製造することができる。前記チューブバンドル熱交換器では、製品を加熱、冷却、又は、蒸発させることができ、同時に集中的に混合しながら発熱反応を行なうことができる。軸方向の逆混合が少なく、圧力損失が少ないため、チューブバンドル熱交換器は可動部品を有さない。不均衡分布の形成が防止され、外部から洗浄するための器具が必要に応じて容易にアクセスできる。この装置は、非常に容易に拡張することもできる。流れが通過する伸長型（軸方向に整列された）チューブ（又は他の熱交換要素）の配置及び数を自由に選択できる。
【0013】
本発明の有利な実施例が、添付図面に示され、以下で更に詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明に係るチューブバンドル熱交換器の縦断面図である。
【図2】前記チューブバンドル熱交換器の斜視図である。
【図4】流れ方向で後続する組み込み要素の入口側の図である。
【図5】別の実施例における組み込み要素の入口側の図である。
【図6】組み込み要素の入口側の更なる実施例を示す。
【図7】組み込み要素の入口側の更なる実施例を示す。
【図8】組み込み要素の入口側の更なる実施例を示す。
【図9】本発明の実施例の様々な図である。
【図10】本発明の実施例の図である。
【図11】本発明の実施例の図である。
【図12】本発明の実施例の断面図である。
【図13】本発明の実施例の断面図である。
【図14】本発明の実施例の断面図である。
【図15】本発明の実施例の断面図である。
【図16】本発明の実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図面を全体的に参照すると、製品は、外側チャンバ６に製品用の入口２及び出口３を伴うそれ自体知られているチューブバンドル熱交換器のケーシング空間内で流れる。チューブ７内で流れる熱担持体のために入口４及び出口５が設けられる。本発明によれば、通常存在して、チューブ又は熱交換器の軸に対して垂直であるとともに、チューブ用の孔７'を有する偏向パネル（又は偏向面）８は、それらが偏向面の入口側から出口側へ製品を軸方向で通過させるために２つ以上の窓１２，１３を開いたままにするように変更される。少なくとも１つの方向付けセクション１０又は１１が入口側又は出口側に取り付けられる。これらの方向付けセクションは、チューブと平行に延びるとともに、チューブバンドルの断面をほぼ同じサイズの部分に分割する。必要に応じて、偏向面を熱交換器又はチューブ軸に対してある角度に設定することもできる（参照符号９を参照）。
【0016】
偏向面の入口側及び出口側の方向付けセクション１０，１１は、好ましくは互いに対して９０°である。製品は、入口側の方向付けセクション１０によって両方向で分割されて流れるとともに、チューブを横切って窓１２，１３へと流れ、偏向面は、軸方向で通過して、出口側の方向付けセクション１１の両側で開放し、方向付けセクションの方向に好ましくは９０°偏向される。出口側のチューブを横切る部分的な流れの流れ方向は、方向付けセクション１１の両側で再び反対である。窓と交差する方向付けセクションとを伴う偏向面はそれぞれ、組み込み要素Ａ又はＢを形成する。流れ方向で連続する組み込み要素（Ａ，Ｂ）の方向付けセクション１１，１０’は、好ましくは９０°で互いに交差する。連続する組み込み要素Ａ，Ｂの閉じられた部分表面８，８'と窓１２，１２'及び１３，１３'とが交互に並ぶ。
【0017】
各組み込み要素では、層流を伴って、部分的な流れに分割され、各組み込み要素で層の数が少なくとも２倍になるように混合され（入口側及び出口側で２つの部分的な流れ又は１つの方向付けセクションを伴う）、同時に集中的な熱伝達を伴う。装置全体で、形成される層の数は入口から出口へと指数関数的に増加し、組み込み要素の数は流れ方向で互いに追随する。このプロセスは、急速に硬化する丈夫なポリエステル樹脂を使用したテストに基づいて実証できる。乱流の場合、乱流によって混合が激しくなる。連続する偏向面間の軸方向距離は、好ましくは、それらの間に距離がない２つの方向付けセクションの高さに対応する。しかしながら、設置は間隔を空けて行なうこともでき、或いは、方向付けセクションを互いに押し込んで短くすることもできる。入口側と出口側との間に方向付けセクションを伴う２つの窓の代わりに、偏向面が複数の窓２５，２６，２７及び方向付けセクションの多くの対（２１，２２及び２３，２４）を有することもできる。また、入口側と出口側の方向付けセクションの数又はそれらの高さが異なることも想定し得る。これにより、混合の強度が増大するが、労力及び圧力損失も増大する。
【0018】
外側チャンバ内の流路は、本発明に係る方向付けセクションによって延在される。これにより、チューブ周辺の流速及び熱伝達も増大する。集中的な混合は、同時に軸方向の逆混合を防止する。熱交換器内の連続するアセンブリ/組み込み要素の数が多いほど、したがって、装置がより合理化されるほど、攪拌タンク反応器のカスケードと同様に、滞留時間の分布が狭くなる。本発明に係る固定具とは対照的に、熱交換器用の既に知られている全ての偏向パネル（又は偏向面）は、層流又は粘性製品の場合に混合を何ら引き起こさない。熱伝達は、チューブへの良好なクロスフローの結果としてのみ改善される。製品の流れは、迂回されるだけであり、分割及び混合されない。
【0019】
図１は、例として、伸長可能なチューブバンドルを伴うＵチューブ熱交換器内の偏向面及び関連する方向付けセクションから形成される本発明に係る組み込み要素Ａ，Ｂを示す。装置のケーシング１は、組み込み要素の中央の少し前方又は出口側の方向付けセクション１１の前方で軸方向に切り開かれて示され、更に、図には組み込み要素が示される。組み込み要素は、閉じられた部分表面、窓、及び、入口側と出口側の関連する方向付けセクションから成る。組み込み要素は、半田付け、溶接、又は、接着によって、チューブに緩く又は全体的又は部分的に強固に接続され得る。組み込み要素の個々の部分も、このように少なくとも部分的に接続される。
【0020】
更なる実施例では、通常の偏向パネルで慣例であるように、固定具は、ロッドを保持することによって互いに接続されるとともに装置に接続される。シートメタルから曲げることにより、方向付けセクションと閉じられた部分表面とから成る部分要素を製造することもできる。Ｕ字チューブで示される配置は実例にすぎない。勿論、組み込み要素は、固定された真っ直ぐなチューブとチューブシートとを伴うものなどの他の全てのチューブバンドル熱交換器或いはマルチスレッド装置にも適している。円形ではない（例えば、正方形又は長方形の）装置断面も可能である。液体を加熱するため、熱担持体を伴うチューブの代わりに、電気加熱ロッド又は加熱コイルを使用することもできる。
【0021】
図２は、窓１２，１３、閉じられた部分表面８、及び、方向付けセクション１０，１１を備える本発明に係る組み込み要素を伴うチューブのバンドルの３次元図を示す。連続する組み込み要素の閉じられた部分表面及び窓はそれぞれ互いにカバーし、また、連続する方向付けセクションは、好ましくは、９０°の角度で互いに交差する。
【0022】
図３は、偏向面８、及び、２つの方向付けセクション１０，１１、並びに、２つの窓１２，１３及び閉じられた部分表面にあるチューブ用の孔７'を伴う本発明に係る組み込み要素Ａの入口側の図を示す。窓の表面積は、通常、閉じられた部分表面にほぼ対応する。しかしながら、特別な流れ効果又は更なる圧力損失を生み出すため或いはストランドの形成を防止するために、窓をはるかに小さくする或いはスロット又は孔などの異なる形状にすることもできる。
【0023】
図４は、偏向面８'及び２つの方向付けセクション１０'，１１'並びに２つの窓１２'，１３及びチューブ用の孔７’を伴う流れ方向で後続する本発明に係る組み込み要素Ｂの入口側の図を示す。閉じられた部分表面及び窓は、図３に示される先行する組み込み要素に対してオフセットされる。
【0024】
別の実施例が図５に示される。この図は、チューブ用の孔７'を伴う偏向面８及び２つの方向付けセクション１０，１１並びに２つの窓１２，１３を備える本発明に係る組み込み要素の入口側の図であり、この場合、窓は、偏向面よりも実質的に小さい表面積を有し、任意の形状である。
【0025】
図６は、偏向面８及び４つの方向付けセクション２１，２２，２３，２４並びに３つの窓２５，２６，２７及びチューブ用の孔７’を伴う本発明に係る更なる組み込み要素の入口側の図である。
【0026】
図７は、偏向面８を伴うとともに、入口側の１つだけの方向付けセクション１０、２つの方向付けセクション２３，２４、並びに、３つの窓２５，２６，２７及びチューブ用の孔７’を伴う本発明に係る組み込み要素の入口側の図である。
【0027】
図８は、偏向面８を伴うとともに、入口側の１つだけの方向付けセクション１０’、２つの方向付けセクション２３’，２４’、並びに、３つの窓２５’，２６’，２７’及びチューブ用の孔７’を伴う、図７に係るその前方の組み込み要素に続く本発明に係る組み込み要素の入口側の図である。窓はそれぞれ、図７に係る要素に対して窓からオフセットされており、それにより、要素が流れ方向で順々に配置される場合、直接的な軸方向通過は不可能である。
【0028】
図７及び図８に基づく本発明の変形例の詳細な図が図９～図１７に示されるが、これらは全て同じ縮尺で示されているわけではない。ケーシング１は、例示のために省かれてしまっている。図９は、本発明に係る偏向面、窓、及び、方向付けセクションを伴う熱交換器のチューブバンドルの平面図である。熱交換媒体（熱又は冷却剤）は、矢印２８の方向でチューブを通じて流れる。ここでは、方向付けセクションに参照符号１０ａ～１０ｅが付される。更なる方向付けセクション１０ａ'，１０ａ”～１０ｅ'，１０ｅ”は、それに対して９０°の角度を成して位置され、この場合、前記方向付けセクションはそれぞれ、偏向面８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”に対して直角に接続される。参照符号８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”は、チューブが通過するための開口又は孔を有する部分表面を示す。偏向面は窓１２ａ’；１２ｂ’，１２ｂ”；１２ｃ’；１２ｄ’，１２ｄ”；１２ｅ’によっても遮断される。以下でより詳細に説明されるように、偏向面及び偏向面で切り取られる窓の形状は、偏向面から偏向面へと交互に入れ替わる。
【0029】
図１０は、図９と同じ構造を示すが、今回は図９の矢印Ｘの方向で示される。図１１は、断面ＸＩＩ－ＸＩＩ及びＸＩＩＩ－ＸＩＩＩの印を伴って図９の矢印ＸＩの方向から見た平面図であり、その断面は図１２及び図１３においてそれぞれ見出すことができる。
【0030】
図９には、断面ＸＩＶ－ＸＩＶ，ＸＶ－ＸＶ，ＸＶＩ－ＸＶＩも示される。これらの断面は図１４、図１５、図１６にそれぞれ示される。断面は連続する偏向面を示し、各偏向面は、混合されるべき製品の最適な混合を確保するために先行する（又は次の）偏向面に対して相補的な形状を有する。したがって、図１４に示される偏向面は、製品の流れをそらしてチューブ用の孔を１つだけ有する（被覆）部分表面８ａ’，８ａ”を有する。それらの間に（開放した）窓１２ａ'があり、この窓は、流れに対する抵抗を何ら与えず、２本のチューブによって交差されるにすぎない。図１５に示される偏向面は、図１４の偏向面に対して相補的であり、すなわち、図１４の偏向面に窓が位置された部分表面と、図１４の偏向面に部分表面が位置された窓とを有する。いずれの場合も、逆のことが、参照符号が付されていない偏向面の下側半分に当てはまる。したがって、ミキサー／熱交換器を通じて流れる製品は、偏向面から偏向面へと異なる経路をとることを余儀なくされ、その結果、流体の最適な混合がもたらされる。図１６に係る第３のセクションも先と同様に図１４のセクションに対応する。
【0031】
更なる説明のため、図１７は、最後に、図９～図１６を参照して説明されたチューブバンドル熱交換器の斜視図であり、この場合、矢印２８は、製品の流れ方向を示す（図９参照）。明確にするため、この図には参照符号が付されていないが、これらは図９～図１６から導き出される。
【0032】
アセンブリ又は組み込み要素及び偏向面及び方向付けセクションなどのそれらの構成要素は、鋼から製造されて、それ自体が知られている態様で溶接され得る。しかしながら、鋳造部品も使用できる。最後に、例えば射出成形によって又は３Ｄ印刷などの付加製造によってプラスチックからの製造も想定し得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【手続補正書】
【提出日】2022-01-21
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱を供給又は放散すると同時に製品フローを混合するためのバンドル熱交換器であって、チューブ（７）、電気加熱ロッド、又は、加熱コイルの少なくとも２つの伸長型熱交換要素のバンドルを備え、外側チャンバ（６）内の製品フローが、少なくとも１つの偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）を備える少なくとも２つの固定アセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）により、入口開口（２）から出口開口（３）へと流れる、バンドル熱交換器において、入口側から出口側へ導く少なくとも２つの窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）が前記偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）に設けられ、それにより、少なくとも１つの方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）が前記偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）の前記入口側及び前記出口側で前記伸長型熱交換要素と平行に取り付けられ、窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備えない前記偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）の部分表面が、熱交換要素のバンドルにおけるそれらの間隔にしたがって前記熱交換要素の通過のための１つ以上の孔又は開口（７'）を有し、前記入口側の方向付けセクション（１０）と前記出口側の方向付けセクション（１１）とが９０°の角度で互いに交差することを特徴とするバンドル熱交換器。
【請求項2】
前記バンドル熱交換器が円形断面を有することを特徴とする請求項１に記載のバンドル熱交換器。
【請求項3】
連続する偏向面（８，８’，８ａ'，８ａ”；８ｂ’；８ｃ’，８ｃ”；８ｄ’；８ｅ’，８ｅ”）間の軸方向距離は、それらの間に距離がない２つの方向付けセクションの高さ（ｈ）に対応することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のバンドル熱交換器。
【請求項4】
前記窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）が方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）の両側に配置されることを特徴とする請求項１から３までの少なくとも一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項5】
前記熱交換要素に対して横方向に立っている偏向面（８）を伴う複数のアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）が流れの方向で前後に配置され、一方では、アセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の窓（１２，１３）が、窓（１２，１３）を備えない後続のアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の偏向面（８’）の部分表面と交互に入れ替わり、他方では、窓（１２，１３）を備えない先行するアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の部分表面が、その後のアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の窓（１２’，１３’）と交互に入れ替わることを特徴とする請求項１から４までの少なくとも一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項6】
連続するアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の方向付けセクション（１１，１０’）が９０°の角度で互いに交差することを特徴とする請求項５に記載のバンドル熱交換器。
【請求項7】
前記バンドルの断面が、前記アセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の前記方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）によってほぼ等しいサイズの部分表面に分割されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項8】
窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備えるアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の部分表面（８）と窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備えない前記部分表面とがほぼ同じサイズであることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項9】
特定の流れ効果を達成するための窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備える少なくとも１つのアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の部分表面（８）は、窓（１２，１３，１２'，１３'，１２ａ';１２ｂ'，１２ｂ”；１２ｃ';１２ｄ'，１２ｄ”;１２ｅ'，２５，２６，２７，２５'，２６'，２７'）を備えない前記偏向面の前記部分表面よりもかなり小さいことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項10】
少なくとも１つのアセンブリ（組み込み要素Ａ，Ｂ）の前記方向付けセクション（１０、１１）の高さ（ｈ）が最大で内径（Ｄｉ）の０．２５であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項11】
粘性製品との熱伝達のための請求項１から１０までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器の使用。
【請求項12】
発熱反応又は吸熱反応における反応器としての請求項１から１０までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器の使用。
【請求項13】
方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）の数が前記入口側と前記出口側とで異なることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載のバンドル熱交換器。
【請求項14】
前記方向付けセクション（１０，１１，１０'，１０ａ－１０ｅ，１０ａ'－１０ｅ'，１０ａ”－１０ｅ”，２３，２４）の高さ（ｈ）が前記入口側と前記出口側とで異なることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項又は請求項１３に記載のバンドル熱交換器。
【国際調査報告】