特表 2024-538030 ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器

(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】2024-10-18

(54)【発明の名称】ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/00 20060101AFI20241010BHJP

   F28D 7/16 20060101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

F28D7/00 Z

F28D7/16 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024521205

(86)(22)【出願日】2022-10-12

(85)【翻訳文提出日】2024-06-10

(86)【国際出願番号】 US2022046431

(87)【国際公開番号】W WO2023064378

(87)【国際公開日】2023-04-20

(31)【優先権主張番号】63/262,403

(32)【優先日】2021-10-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518274010

【氏名又は名称】トレヴィ システムズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＴＲＥＶＩ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チャラムコ， セルゲイ

(72)【発明者】

【氏名】グリーン， マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ウェブリー， ジョン

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA31

(57)【要約】

ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器が提供される。熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含んでもよく、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、その長手方向の周りにねじられた少なくとも１つのチューブ、又はねじられた若しくは互いに巻き合わされた少なくとも１対のチューブを含む。ツイストチューブを有する本開示の高分子チューブインシェル熱交換器は、酸溶液、食品及び飲料流体の場合などに高分子チューブの使用が利点を提供する用途、並びに金属熱交換器の用途が回収のために使用されるアミンを破壊する炭素回収用途に特に適し得る。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器であって、
１つ以上の高分子チュ－ブバンドルであって、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つが、ねじられた又は１つ以上のチューブの周りに巻かれた２つ以上のチューブの１つ以上のセットを含む、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを備え、各チューブが、管状壁と、第１の流体が流れるように構成された通路とを備え、前記熱交換器が、第２の流体が前記ツイストチューブの間の空間を通過するように構成されている、熱交換器。

【請求項2】

前記２つ以上のチューブの１つ以上のセットは固定長を有する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、ねじられた、又は互いに巻き付けられた複数ペアのチューブを含む、請求項１又は２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、ねじられた、又は互いに巻き付けられた複数の三つのチューブ又は複数のチューブを含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが複数の非円形チューブを含み、各チューブがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられている、請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた楕円形チューブを含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられたピーナッツ形状のツイストチューブを含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた多角形のツイストチューブを含む、請求項１乃至７の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた花弁ツイストチューブを含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項10】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた分葉状ツイストチューブを含む、請求項１乃至９の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項11】

２つ以上の高分子チューブが、ねじられた前記２つ以上のチューブの外面から外向きに延在する１つ以上の外部リブを含み、各チューブがそれぞれの長手方向の周りにある、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項12】

前記２つ以上のチューブが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた前記１つ以上のチューブの内面から外向き若しくは内向きに延在する１つ以上の内部チャネル又は内部リブを備える、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項13】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングをさらに備える、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項14】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップをさらに備え、前記外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項15】

ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器であって、
１つ以上の高分子チュ－ブバンドルであって、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つが複数の高分子チューブを含む、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルと、
管状壁と、第１の流体が流れるように構成された通路とを備える各チューブであって、前記熱交換器が、第２の流体が前記ツイストチューブの間の空間を通過するように構成され、前記複数の高分子チューブのうちの少なくとも１つが、その長手方向の周りにねじられた管状壁から延在する１つ以上のリブを備える、各チューブと、
を備える、熱交換器。

【請求項16】

前記複数の高分子チューブは固定長を有する、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項17】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが複数の非円形チューブを含み、各チューブがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられている、請求項１５又は１６に記載の熱交換器。

【請求項18】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた楕円形チューブを含む、請求項１５乃至１７の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項19】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられたピーナッツ形状のツイストチューブを含む、請求項１５乃至１８の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項20】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた多角形のツイストチューブを含む、請求項１５乃至１９の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項21】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた花弁ツイストチューブを含む、請求項１５乃至２０の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項22】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた分葉状ツイストチューブを含む、請求項１５乃至２１の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項23】

２つ以上の前記チューブのうちの少なくとも１つが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた１つ以上の前記チューブの内面から外向き若しくは内向きに延在する１つ以上の内部チャネル又は内部リブを備える、請求項１５乃至２２の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項24】

１つ以上の外部の前記リブが、前記管状壁の外面から外側に延在する、請求項１５乃至２３の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項25】

前記１つ以上のリブが、前記管状壁の内面から内側に延在する、請求項１５乃至２４の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項26】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングをさらに備える、請求項１５乃至２５の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項27】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップをさらに備え、前記外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される、請求項１５乃至２６の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項28】

チューブを有する高分子チュ－ブインチューブ交換器であって、熱交換器が、
１つ以上の高分子チュ－ブバンドルであって、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つが１つ以上の高分子二重チューブ構造を含み、各高分子二重チューブ構造が内側チューブと、外側チューブと、前記外側チューブの内面から前記内側チューブの外面まで延在する複数のリブとを含み、前記複数のリブが、前記高分子二重チューブ構造の長手方向軸に沿ってねじられている、１つ以上の高分子チュ－ブバンドル
を備える、熱交換器。

【請求項29】

前記高分子二重チューブ構造の前記外側チューブは、そのそれぞれの長手方向に沿って真っ直ぐである、請求項２８に記載の熱交換器。

【請求項30】

前記内側チューブが、第１の管状壁、及び第１の流体が通過するように構成された通路とを備え、前記外側チューブが、第２の管状壁、及び、前記外側チューブの前記第２の管状壁の内面と、前記内側チューブの前記第１の管状壁の外面との間の、第２の流体が通過するように構成された空間を備える、請求項２８乃至２９の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項31】

前記１つ以上の高分子二重チューブ構造が固定長を有する、請求項２８乃至３０の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項32】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングをさらに備える、請求項２８乃至３１の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項33】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップをさらに備え、前記外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される、請求項２８乃至３２の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項34】

請求項１乃至３３の何れか一項に記載の１つ以上の前記高分子チュ－ブバンドルを製造する方法であって、
高分子からの押出によって高分子チューブを形成することと、
ツイストチューブ又は２つ以上のツイストチューブのサブセットを形成するために１つ以上の高分子チューブをねじることと、
前記ツイストチューブ又は前記２つ以上のツイストチューブのサブセットからツイストチューブのバンドルを形成することと、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願に関する相互参照］
本特許出願は、２０２１年１０月１２日に出願された「POLYMERIC TUBE-IN-SHELL HEAT EXCHANGER WITH TWISTED TUBES」という名称の米国特許出願第６３／２６２，４０３号の３５ ＵＳＣ§１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、引用によりその全体が組み込まれる。

【0002】

［技術分野］
本開示はチュ－ブバンドル熱交換器、特に、ツイストチューブ熱交換器に広く関する。

【背景技術】

【0003】

チュ－ブバンドル熱交換器は多くの用途で使用され、自動車用途で広く使用されている。そのような熱交換器は、典型的にはハウジング又はシェル内に封入された、離間した平行なチューブのバンドルを含む。第１の熱交換流体はチューブを通って流れ、一方、第２の熱交換流体はハウジングを通って流れ、チューブの外面間の中間部の空間を通過する。

【0004】

チュ－ブバンドル熱交換器の典型的な構造では、円形断面の平行なチューブがチューブシートとしても知られている穿孔されたヘッダープレートによって、その端部の定位置に保持される。チューブを保持することに加えて、ヘッダープレートはまた、チューブの内部とハウジングの内部との間の流れ連通を妨げるための封を提供する。

【発明の概要】

【0005】

一態様では、ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器が提供される。熱交換器は、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含んでもよい。１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つが、ねじられた又は１つ以上のチューブの周りに巻かれた２つ以上のチューブの１つ以上のセットを含み、各チューブが、管状壁と、第１の流体が流れるように構成された通路とを備え、熱交換器は第２の流体がツイストチューブの間の空間を通過するように構成される。

【0006】

開示される実施例の各々と組み合わせられ得るいくつかの実施例では、２つ以上のチューブの１つ以上のセットが固定長を有する。

【0007】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、ねじられた、又は互いに巻き付けられた複数ペアのチューブを含む。

【0008】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、ねじられた、又は互いに巻き付けられた複数の三つのチューブ又は複数のチューブを含む。

【0009】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが複数の非円形チューブを含み、各チューブはそのそれぞれの長手方向の周りにねじられている。

【0010】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられた楕円／楕円形チューブを含む。

【0011】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられたピーナッツ形状のツイストチューブを含む。

【0012】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられた多角形ツイストチューブを含む。

【0013】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられた花弁ツイストチューブを含む。

【0014】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられた分葉状ツイストチューブを含む。

【0015】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、２つ以上の高分子チューブが２つ以上のチューブの外面から外向きに延在する１つ以上の外部リブを含み、各チューブはそのそれぞれの長手方向の周りにねじられている。

【0016】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、２つ以上のチューブが１つ以上のチューブの内面から外向き若しくは内向きに延在する１つ以上の内部チャネル又は内部リブを含み、各チューブはそのそれぞれの長手方向の周りにねじられている。

【0017】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、熱交換器はまた、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングを含む。

【0018】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、熱交換器はまた、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップを含み、外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される。

【0019】

別の態様では、ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器が提供される。この熱交換器は、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含んでもよい。１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つは、複数の高分子チューブを含む。各チューブは、管状壁と、第１の流体が流れるように構成された通路とを含む。熱交換器は、第２の流体がツイストチューブ間の空間を通過するように構成される。複数の高分子チューブのうちの少なくとも１つは、その長手方向の周りにねじられた管状壁から延在する１つ以上のリブを含む。

【0020】

開示された実施例のそれぞれと組み合わせることができるいくつかの実施例では、複数の高分子チューブが固定長を有する。

【0021】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが複数の非円形チューブを含み、各チューブはそのそれぞれの長手方向の周りにねじられている。

【0022】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられた楕円又は楕円形チューブを含む。

【0023】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられたピーナッツ形状のツイストチューブを含む。

【0024】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられた多角形ツイストチューブを含む。

【0025】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられた花弁ツイストチューブを含む。

【0026】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられた分葉状ツイストチューブを含む。

【0027】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、２つ以上のチューブのうちの少なくとも１つはそれぞれの長手方向の周りにねじられた１つ以上のチューブの内面から外向き若しくは内向きに延在する１つ以上の内部チャネル又は内部リブを含む。

【0028】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上の外部リブが管状壁の外面から外向きに延在する。

【0029】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、１つ以上のリブが管状壁の内面から内向きに延在する。

【0030】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、熱交換器はまた、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングを含む。

【0031】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、熱交換器はまた、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップを含み、外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される。

【0032】

さらなる態様では、チューブを有する高分子チューブインチューブ交換器が提供される。熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つは１つ以上の高分子二重チューブ構造を含み、各高分子二重チューブ構造は内側チューブと、外側チューブと、外側チューブの内面から内側チューブの外面まで延在する複数のリブとを含み、複数のリブは高分子二重チューブ構造の長手方向軸に沿ってねじられている。

【0033】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、高分子二重チューブ構造の外側チューブがそのそれぞれの長手方向に沿って直線である。

【0034】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、内側チューブが第１の管状壁と、第１の流体が通過するように構成された通路とを含み、外側チューブは第２の管状壁を含む。外側チューブの第２の管状壁の内面と内側チューブの第１の管状壁の外面との間の空間は、第２の流体が通過するように構成される。

【0035】

開示された実施例のそれぞれと組み合わせることができるいくつかの実施例では、１つ以上の高分子二重チューブ構造が固定長を有する。

【0036】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、熱交換器はまた、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングを含む。

【0037】

開示された実施例の各々と組み合わされ得るいくつかの実施例では、熱交換器はまた、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップを含み、外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される。

【0038】

開示された実施例の各々と組み合わせることができるいくつかの実施例では、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを製作するための方法が提供される。本方法は、高分子からの押出によって高分子チューブを形成することを含んでもよい。本方法はまた、１つ以上の高分子チューブをねじって、ツイストチューブ又は２つ以上のツイストチューブのサブセットを形成することを含んでもよい。本方法はまた、ツイストチューブ又は２つ以上のツイストチューブのサブセットからツイストチューブのバンドルを形成することを含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【0039】

本開示の利点及び特徴を得ることができる方法を説明するために、添付の図面に示されるその実施形態が参照される。これらの図面は本開示の典型的な実施形態のみを表しているためその範囲を限定するものとしては考えられないことを理解して、本明細書の原理が以下の添付の図面を用いながらさらなる具体性及び詳細をもって記述及び説明される。

【0040】

【図1】本開示の例示的な実施形態による、従来のチューブ及びシェル熱交換器の流れパターンの概略図を示す。

【0041】

【図2A】本開示の例示的な実施形態による、従来のツイストチューブ金属熱交換器のグラフ表示を示す。

【0042】

【図2B】本開示の例示的な実施形態による、図２Ａの従来のツイストチューブ金属熱交換器の拡大図を示す。

【0043】

【図3】本開示の例示的な実施形態による、ツイストペア熱交換器バンドルの斜視図を示す。

【0044】

【図4】本開示の例示的な実施形態による、楕円／楕円形チューブの斜視図を示す。

【0045】

【図5】本開示の例示的な実施形態による、ピーナッツ形状のツイストチューブの斜視図を示す。

【0046】

【図6】本開示の例示的な実施形態による、三角形ツイストチューブの斜視図を示す。

【0047】

【図7】本開示の例示的な実施形態による、花弁ツイストチューブの斜視図を示す。

【0048】

【図8】本開示の例示的な実施形態による、５分葉状ツイストチューブの斜視図を示す

【0049】

【図9】本開示の例示的な実施形態による、ねじられたフィン／リブを有するチューブの斜視図を示す。

【0050】

【図10】本開示の例示的な実施形態による、５分葉状ツイストチューブのバンドルの斜視図を示す。

【0051】

【図11】本開示の例示的な実施形態による、ねじられたリブを有するチューブのバンドルの斜視図を示す。

【0052】

【図12】本開示の例示的な実施形態による、ハウジングの内側のチューブのバンドルに適用される外側ラップの断面図を図示する。

【0053】

【図13】本開示の例示的な実施形態による、ハウジングの内側にリブを有するチューブのバンドルに適用される外側ラップの断面図を図示する。

【0054】

【図14】本開示の例示的な実施形態による、内部チャネルを有するチューブの内側にライフルを有するチューブの斜視図を図示する。

【0055】

【図15】本開示の例示的な実施形態による、内部リブを有するチューブの内側にライフルを有するチューブの斜視図を図示する。

【0056】

【図16A】本開示の例示的な実施形態による、チューブインチューブ構成の斜視図を図示する。

【0057】

【図16B】本開示の例示的な実施形態による、チューブインチューブ構成の端部断面図を図示する。

【0058】

【図17A】本開示の例示的な実施形態による、高分子チューブインシェル熱交換器の斜視図である。

【0059】

【図17B】本開示の例示的な実施形態による、図１７Ａの高分子チューブインシェル熱交換器の側面断面図である。

【0060】

【図17C】本開示の例示的な実施形態による、図１７Ａの高分子チューブインシェル熱交換器の端面図である。

【0061】

【図17D】本開示の例示的な実施形態による、図１７Ｂの高分子チューブインシェル熱交換器の一部分の拡大側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0062】

図１は、本開示の例示的な実施形態による、従来のチューブ及びシェル熱交換器の流れパターンの概略図を示す。チューブ及びシェル熱交換器１００では、チューブ入口１０８Ａからの第１の流体１０４がチューブ１０２Ａ～Ｄの内側を通過し、チューブ出口１０８Ｂから出る一方、シェル入口１１０Ａからの第２の流体１０６は、チューブ１０２の周りを、及びチューブ１０２に沿ってシェル１０３内を通過し、シェル出口１１０Ｂから出る。第１の流体１０４はチューブ１０２Ａ～Ｄの内側を流れる内部流体とも呼ばれ、一方、第２の流体はチューブ１０２Ａ～Ｄの外側を流れる外部流体とも呼ばれる。シェル入口１１０Ａは第１の端部１１２Ａ上のチューブ出口１０８Ｂの近くに配置され、一方、チューブ入口１０８Ａは第１の端部１１２Ａとは反対側の第２の端部１１２Ｂ上のシェル出口１１０Ｂの近くに配置される。熱交換器のシェル側では、第２の流体１０６がチューブ１０２に沿って通過し、チューブのバンドルは、第２の流体１０６がチューブのバンドル１０２を放射方向１０７から／へと出入りさせるために、矢印１１３によって示されるような経路に沿った流路を提供することができる。このようにして、チューブ１０２Ａ～Ｄのバンドルはチューブ１０２Ａ～Ｄに隣接する第２の流体１０６の外部流をガイドし、バイパスを低減する。バッフル１１２は、チューブ１０２Ａ～Ｄのための追加の支持体として使用される。バッフル１１２はまた、シェル内の流体の流れの分配を改善するのに役立つ。熱交換器１００はまた、チューブ１０２Ａ～Ｄの端部に、円形断面の平行なチューブ１０２Ａ～Ｄをその端部の定位置に保持するために使用されるチューブシート又は穿孔されたヘッダープレート１１４を含んでもよい。

【0063】

チューブ及びシェル熱交換器１００は高温及び高圧に適しているが、チューブ１０２Ａ～Ｄ間の大きな間隔は多くの流れバイパス及び不十分な流れ分配を引き起こし、チューブ及びシェル熱交換器１００の有効性を低くする。

【0064】

図２Ａは、本開示の例示的な実施形態による、従来のツイストチューブ金属熱交換器のグラフ表示を示す。ツイストチューブ熱交換器２００は、エンクロージャ２０４内に封入された複数のツイストチューブ２０２を含む。

【0065】

図２Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、図２Ａの従来のツイストチューブ金属熱交換器の拡大図を示す。図２Ｂに示されるように、単一の金属チューブ２０２は、その長手方向に沿って波状パターンを有するようにねじられている。この波状パターンは、チューブ２０２の長手方向軸に垂直な軸の周りの曲線を含む。ツイストチューブ金属熱交換器２００はバッフルを除去し、チューブ振動に損害を与える。独特の形状のチューブは、流体が自由に並んで渦を巻くときに隣接する支持体を提供する三角形パターン上に配置される。チューブ２０２の間の隙間は、シェル側の清掃を容易にする。

【0066】

従来の金属熱交換器には、いくつかの問題がある。第１に、従来の金属熱交換器は、炭素回収用途に使用されるアミンを破壊する可能性がある。追加の用途としては、金属熱交換器が回収を提供するのに費用がかかり過ぎるすべての廃熱用途、及び水又はオイルヒーターなどの異なる粘度が存在する流体流が挙げられる。他の用途としては、食品及び飲料用途、並びに酸性溶液用途が挙げられ、金属熱交換は耐薬品性に関する問題を有する。

【0067】

従来のツイストチューブ金属熱交換器の問題を解決するために、本開示は、ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器を提供する。この態様の非限定的な例を図３に示す。非円形チューブの例は、図４～１１に提供されている。

【0068】

図３は、本開示の例示的な実施形態による、ツイストペア熱交換器バンドルの斜視図を示す。図示されるように、ツイストペア熱交換器バンドル３００は複数ペアのチューブ３０２Ａ及び３０２Ｂ、例えば、７ペアのチューブのツイストペアを含む。チューブ３０２Ａ及び３０２Ｂの各ペアは、その長手方向に沿って長手方向軸Ｌの周りにねじられている。チューブの各ツイストペアは、隣接するチューブのツイストペアと接触している。各チューブは、円形断面３０４を有してもよい。

【0069】

一対の円形チューブ３０２Ａ及び３０２Ｂは支持体を提供し、流体が軸方向若しくは半径方向からバンドルに入る、及び／又はバンドルから出るための流路を可能にする。一対のチューブの間の開放空間は、効果的な熱交換のためにチューブの長手方向に沿って外部流体を導くことができる。加えて、ツイストチューブペアは流路に沿って流れ方向の変化を生成することができ、これは、チューブの外側の外部流体に追加の混合及び乱流を生成することによって熱交換を強化する。外部流体の粘度は、熱交換に影響を及ぼし得る。また、チューブは、熱交換表面を増加させチューブの表面での熱伝達を改善するために、小さい直径を有していてもよい。また、流体入出力位置は、並流又は向流の何れかを提供するように選択することができる。

【0070】

当業者であれば、チューブのツイストペアの個数は、熱交換器バンドル内で異なっていてもよいことを理解するだろう。

【0071】

流体はチューブ端部からツイストチューブ内に流れ込み、従来のシェル及びチューブ熱交換器１００及び２００よりも効率的で信頼性の高い性能をもたらすことができる。ツイストチューブ熱交換器３００内のバンドル構造は、熱伝達を増加させ、圧力降下を減少させる一方で、熱伝達表面積を増加させ、有害な損害を除去することができる。デッドスポットが除去されてもよい。デッドスポットは、ファウリングが蓄積し、有効な熱伝達表面積を減少させる可能性がある場所である。ファウリングは、固体表面上の望ましくない物質の蓄積である。また、チューブは、チューブのサイズ並びにチューブ間の間隔を、チューブの内側及び外側の両方の流体の圧力降下を制御するための特定の用途に合わせることができるように構成することができる。

【0072】

本開示の第１の態様によれば、ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器が提供される。熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、その長手方向の周りにねじられた少なくとも１つのチューブ、又はねじられた若しくは互いに巻き合わされた少なくとも１対のチューブを含む。

【0073】

本開示の第２の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、互いに巻き付けられたチューブのペア又は他の複数の群で作製される。

【0074】

本開示の第３の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、それぞれの長手方向の周りにねじられた複数の非円形チューブを含む。そのような例では、その長手方向の周りにねじられた非円形チューブの使用がツイストペアの実施形態と同様の性能を提供するが、ペアを有さず、したがって、組み立てプロセスを単純化する。チューブの外側のシェル側流体又は外部流体は、バンドルに出入りするために軸方向若しくは半径方向の何れかのアクセスを有するように配置することができる。ツイストチューブ間の空隙は、シェル側流体とチューブ内部の内部流体との間の効果的な熱交換のための内部流体を含むチューブに隣接してシェル側流体をガイドするチューブに沿った通路を可能にする。さらに、ねじられた非円形チューブは、支持体及びバッフルとして作用する。それらは、さらなる乱流を作り出し、それによって熱伝達を高める。追加の支持体、バッフルなどを有しないことは、熱交換器のタイトなパッケージング、コンパクトなサイズ、及び低重量をもたらし、ユニットの全体的なコストを低減する。非円形チューブの例は、図４～１１に提供されている。

【0075】

図４は、本開示の例示的な実施形態による、楕円又は楕円形のツイストチューブの斜視図を示す。図示のように、ツイストチューブ４００は、楕円形又は楕円形の断面４０４を有してもよい。チューブ４００は、その長手方向に沿ってその長手方向軸Ｌの周りにねじられている。ツイストチューブ４００は、ねじられていないチューブの円筒面への圧縮であるツイストマーク４０６を含む外面４０２を有する。

【0076】

図５は、本開示の例示的な実施形態による、ピーナッツ形状のツイストチューブの斜視図を示す。図示のように、ピーナッツツイストチューブ５００は、その長手方向軸Ｌに沿って接続された第１及び第２のツイストチューブセクション５０２Ａ及び５０２Ｂを含む。ピーナッツツイストチューブ５００は、長手方向軸Ｌに沿って変化するピーナッツ形状の断面５０４を有する。また、チューブ５００は、第１のツイストチューブセクション５０２Ａの一部及び第２のツイストチューブセクション５０２Ｂの一部によって形成された外面５０６を有する。外側表面５０６の内側には、流体が通過することを可能にする中空部分５０５がある。

【0077】

図６は、本開示の例示的な実施形態による、三角形ツイストチューブの斜視図を示す。三角形のチューブ６００は、その長手方向軸Ｌに沿って変化する三角形の断面６０４を有してもよい。三角形のチューブ６００は、その長手方向に沿ってその長手方向軸Ｌの周りにねじられる。ツイストチューブ６００は、ねじられていないチューブの三角形表面への圧縮であるツイストマーク６０６を含む外面６０２を有する。

【0078】

当業者であれば、ツイストチューブは、任意の多角形の断面を有し得ることが理解されるだろう。

【0079】

図７は、本開示の例示的な実施形態による、花弁ツイストチューブの斜視図を示す。花弁ツイストチューブ７００は、それらの外側部分が接続され、内側部分が除去されて単一のチューブを形成する４つのチューブ７０２Ａ～Ｄを含む。花弁ツイストチューブ７００は、その長手方向に沿ってその長手方向軸Ｌの周りにねじられる。花弁ツイストチューブ７００は、長手方向軸Ｌに沿って変化する花弁状断面を有する外側シェル７０６を含む。内側シェル７０６は、流体が通過することを可能にする中空部分７０４である。

【0080】

図８は、本開示の例示的な実施形態による、５分葉状ツイストチューブの斜視図を示す。５分葉状ツイストチューブ８００は、それらの外側部分が接続され、内側部分が除去されて単一のチューブを形成する５つのハーフチューブ８０２Ａ～Ｅを含む。５分葉状ツイストチューブ８００は、その長手方向に沿ってその長手方向軸Ｌの周りにねじられる。５分葉状ツイストチューブ８００は、長手方向軸Ｌに沿って変化する５分葉状断面８０４を有するシェル８０６を含む。内側シェル８０６は、流体が通過することを可能にする中空部分８０５である。

【0081】

図９は、本開示の例示的な実施形態による、ねじられたフィン／リブを有するチューブの斜視図を示す。図示するように、第１のツイストチューブ９０２Ａは、その長手方向に沿ってその長手方向軸Ｌの周りにねじられている。第１のツイストチューブ９０２Ａは、円形シェル９０８を越えて外側に延在し、熱交換のための表面積を増加させる３つのリブ又はフィン９０６Ａ～Ｃを含む。熱交換のための表面積は、リブ又はフィンの高さとともに増加する。リブ９０６Ａ～Ｃは、円形断面９０４に沿って等間隔で配置されてもよい。また、第２のツイストチューブ９０２Ｂは、その長手方向に沿ってその長手方向軸Ｌの周りにねじられている。第２のツイストチューブ９０２Ｂは、１つのリブ９０６Ｄを含む。さらに、第３のツイストチューブ９０２Ｃは、その長手方向に沿ってその長手方向軸Ｌの周りにねじられている。第３のツイストチューブ９０２Ｃは、円形断面９０４の中心から互いに反対側にある２つのリブ９０６Ｅ～Ｆを含む。長手方向軸に沿ったフィン又はリブ９０２間の間隔９１４は、異なるツイストチューブについては異なっていてもよい。追加の熱伝達表面積を提供することに加えて、ねじられたリブは、チューブをチュ－ブバンドル内で自立させ、チューブの外側に沿ってシェル９０８を通過し熱伝達を改善もする外部流体の改善された流れ分布のためにチューブ間隔を制御することを可能にする。

【0082】

図１０は、本開示の例示的な実施形態による、５分葉状ツイストチューブのバンドルの斜視図を示す。ツイストチューブ１０００のバンドルは、複数の５分葉状ツイストチューブ８００を含む。各５分葉状ツイストチューブ８００は、その隣接する５分葉状ツイストチューブ８００と接触する。

【0083】

図１１は、本開示の例示的な実施形態による、ねじられたリブを有するチューブのバンドルの斜視図を示す。ツイストチューブ１１００のバンドルは、ねじられたリブを有する複数のチューブを含む。リブを有する各チューブ９００は、リブを有する隣接するチューブ９００と接触する。外部リブ又はフィンの使用は、追加の表面積を提供することによって熱伝達を改善するのに役立つ。いくつかの変形例では、チューブは追加の表面積を提供することによって熱伝達を改善するのにも役立つ内部リブ又はフィンを有することができる。追加の熱伝達表面積を提供することに加えて、ねじられたリブは、チューブをチュ－ブバンドル内で自立させ、チューブの外側に沿ってシェル９０８を通過し熱伝達を改善もする外部流体の改善された流れ分布のためにチューブ間隔を制御することを可能にする。

【0084】

チューブの形状及びサイズは熱交換を改善し、圧力降下を制御するために、様々な粘度及び熱伝導率を有する流体に適した断面積比を制御するようにカスタマイズすることができる。

【0085】

ツイストチューブのバンドルはまた、良好な流れ分布及びバイパス制御を生成するために、中間部の空間の均一性を制御する能力を提供する。

【0086】

図１２は、本開示の例示的な実施形態による、ハウジングの内側のチューブのバンドルに適用される外側ラップの断面図を図示する。高分子熱交換器１２００は、ハウジング１２０２と、チューブ１２０６のバンドルの周りに巻き付けられてバンドルを締め付ける外側ラップ１２０４とを含む。外側ラップを有するチューブ１２０６のバンドルは、ハウジング１２０２内に配置される。外側ラップ１２０４はチューブを互いに接触させるためのチュ－ブバンドルの圧縮を提供し、したがって、シェルの内面に沿ったバイパス経路を除去するのに役立つ。外側ラップはまた、バンドル内のチューブ間の流れのバイパスを制御するのに役立つ。パイプの寸法のばらつきにより、チューブのバンドルとハウジング１２０２との間に空間が存在する場合がある。外側ラップはチューブ１２０６のバンドルの外面とハウジング１２０２との間の空間を充填するのに役立ち、したがって、流れのバイパスの制御を有する。ほとんどのチューブ１２０６は互いに接触してもよいが、依然としてチューブ１２０６の間に空間１２０８を有してもよい。

【0087】

図１３は、本開示の例示的な実施形態による、ハウジングの内側にリブを有するチューブのバンドルに適用される外側ラップの断面図を図示する。高分子熱交換器１３００は、ハウジング１３０２と、リブ１３０８を有するチュ－ブ１３０６のバンドルの周りに巻き付けられてバンドルを締め付ける外側ラップ１３０４とを含む。外側ラップ１３０４を有するチューブ１３０６のバンドルは、ハウジング１３０２内に配置される。外側ラップ１３０４はチューブ１３０６を互いに接触させるためのチュ－ブバンドルの圧縮を提供し、したがって、シェルの内面に沿ったバイパス経路を除去するのに役立つ。ほとんどのチューブ１３０６は互いに接触してもよいが、依然としてチューブ１３０６の間に空間１３１０を有してもよい。

【0088】

いくつかの変形例では、外側ラップが伸縮性織布で形成されてもよい。

【0089】

いくつかの変形例では、ハウジングがＰＶＣ又はポリプロピレンなどの硬質プラスチックパイプであってもよい。

【0090】

いくつかの変形例では、ハウジングがガラス繊維強化プラスチックパイプであってもよい。

【0091】

いくつかの変形例では、チューブが外側にリブを有してもよい。

【0092】

図１４は、本開示の例示的な実施形態による、内部チャネルを有するチューブの内側にライフルを有するチューブの斜視図を図示する。図示するように、高分子チューブ１４００は、長手方向軸Ｌに沿ってそれぞれの長手方向の周りにねじられた管状壁１４０４の内面１４０６から外向きに延びる３つのチャネル１４０２を含む。チャネルの数は異なっていてもよい。内部チャネル１４０２は、破線によって示されるように、端部から見たときに螺旋曲線のように見える。内部チャネル１４０２は、改善された熱交換のために、表面露出及び／又は乱流を改善することができる。

【0093】

図１５は、本開示の例示的な実施形態による、内部リブを有するチューブの内側にライフルを有するチューブの斜視図を図示する。図示のように、高分子チューブ１５００は、長手方向軸Ｌに沿ってそれぞれの長手方向の周りにねじられた管状壁１５０４の内面１５０６から外向きに延びる３つの内部リブ１５０２を含む。リブの数は異なっていてもよい。内部リブ１５０２は、破線によって示されるように、端部から見たときに螺旋曲線のように見える。内部リブ１５０２は、改善された熱交換のために、表面露出及び／又は乱流を改善することができる。

【0094】

図１６Ａは、本開示の例示的な実施形態による、チューブインチューブ構成の斜視図を図示する。図１６Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、チューブインチューブ構成の端部断面図を図示する。図示されるように、高分子二重チューブ構造１６００は、外側チューブ１６０２及び内側チューブ１６０４を含む。デュアルチューブ構造１６００はまた、内側チューブの位置を指示及び制御するために、外側チューブ１６０２と内側チューブ１６０４との間にリブ１６０６を含む。リブ１６０６は、外側チューブ１６０２の内面１６０８から内側チューブ１６０４の外面１６１０まで延在する。例えば、このリブの寸法は、内側チューブと外側チューブとの間の空間を制御する。二重チューブ構造のリブ１６０６は、長手方向軸Ｌに沿ってそのそれぞれの長手方向の周りにねじられる。二重チューブ構造１６００が内側チューブと外側チューブとの間の空間１６１２内に第１の流体の環状流を有することを可能にする。二重チューブ構造１６００は、内側チューブの中空部分１６１４の内部に第２の流体の流れを有することを可能にする。チューブ１６００の表面（例えば、外側チューブ１６０２の外側表面１６０９及び内側表面１６０８、内側チューブ１６０４の内側表面１６１１及び外側表面１６１０）及びリブ１６０６は、直線状であっても、ねじられていてもよい。二重チューブ構造１６００は、二重チューブ構造１６００が互いに接触するチュ－ブバンドルのためのものであり得る。

【0095】

図１７Ａは、本開示の例示的な実施形態に従う、高分子チューブインシェル熱交換器の斜視図である。図１７Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、図１７Ａの高分子チューブインシェル熱交換器の側面断面図である。図１７Ｃは、本開示の例示的な実施形態による、図１７Ａの高分子チューブインシェル熱交換器の端面図である。図１７Ｄは、本開示の例示的な実施形態による、図１７Ｂの高分子チューブインシェル熱交換器の一部分の拡大側面断面図である。図示されるように、高分子チューブインシェル熱交換器１７００は、シェル流体１７０３がハウジング１７１２内及びチューブ１７０８間に流れるための、ハウジング１７１２と、入口ハウジング１７０２Ａと、出口ハウジング１７０２Ｂとを含む。高分子チューブ内熱交換器１７００はまた、チューブ流体１７０６がチューブ１７０８を通って流れるための入口１７０４Ａ及び出口１７０４Ｂを含む。シェル流体１７０３のための出口ハウジング１７０２Ｂはチューブ流体１７０６のための入口１７０４Ａに近接する一方で、シェル流体１７０３が熱交換の効率を高めるためにチューブ流体１７０６と逆流するように、シェル流体１７０３のための入口ハウジング１７０２Ａはチューブ流体１７０６のための出口１７０４Ｂに近接する。また、チューブ１７０８は、互いに接触している。図３～１５に示すように、チューブ内部のチューブ又はリブをねじることができる。シェル流体１７０３は、チューブ間の空間を満たすことができる。

【0096】

高分子チューブインシェル熱交換器１７００はまた、外側ラップレイヤ１７１０を含み、これは、エポキシ、ポリウレタン、又はチューブ１７０８の周りの空間を充填し、チューブ１７０８及びハウジング１７１２の内壁をシールする任意の他の適切な材料などのポッティング材料を含む。入口１７０４Ａは、ハウジング１７１２の外側に嵌合するように構成されたコネクション１７１４を含む。同様に、出口１７０４Ｂは、ハウジング１７１２の外側に嵌合するように構成されたコネクション１７１４を含む。入口ハウジング１７０２Ａ及び出口ハウジング１７０２Ｂはまた、ハウジング１７１２の外側に嵌合するように構成されたコネクション１７１６を含む。

【0097】

［高分子ツイストチューブの製造方法］
高分子チューブ又はプラスチックチューブは、押出成形によって製造することができる。高分子チューブはリブ又はフィンを有するように作製されてもよく、次いで、高分子チューブはねじられてもよい。

【0098】

いくつかの変形例では、高分子チューブが高分子チューブがまだ柔らかくねじれやすいときに、押出の直後にねじられてもよい。

【0099】

いくつかの変形例では、高分子チューブは供給業者によって提供されてもよい。高分子チューブは、ねじるための形状を失うことなく、十分に柔らかくなるように加熱されてもよい。

【0100】

いくつかの変形例では、高分子チューブが図３～１５及び１６Ａ～Ｂに示されるような形状を有するように、ねじりなしで押出成形されてもよい。ねじれは、後続するねじり処理なしに押出しによって提供される。

【0101】

いくつかの変形例では、２つ以上の高分子チューブがそれらの長手方向に沿って互いにねじられる。次いで、ツイストペア又は他の複数の高分子チューブを一緒に束ねることができる。

【0102】

いくつかの変形例では、フィン又はリブを有する単一の高分子チューブを、その長手方向に沿ってねじることができる。次いで、ねじられた高分子チューブを一緒に束ねることができる。

【0103】

［ツイストチューブ熱交換器の実験］
６０本のツイストチューブを含むツイストチューブプラスチック熱交換器をポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）チューブから組み立てた。図９に示されるように、ＰＥＥＫチューブは、螺旋リブを有する１．５ｍｍの外径及び１．３ｍｍの内径を有した。６０本のチューブの各ペアを互いに５５回ねじり合わせた。水をタンクから熱交換器に供給した。冷水は、熱交換器内に向流を有するように、熱水とは反対方向に熱交換器に供給された。圧力降下は垂直チューブを用いて測定した。温度は熱電対を用いて測定した。

【0104】

２１０ｍＬ／分の流速で、低温側（又はシェル側）は０．０８ｐｓｉの圧力降下を生じ、高温側（チューブ）は０．２１ｐｓｉの圧力降下を生じた。冷たい側の水を１６℃から７６℃に加熱した。温水を７９℃から２１℃に冷却した。熱交換の両側について熱伝達係数を計算した。

【0105】

表１は、開示された高分子高密度充填チューブインシェルシェル熱交換器と金属チューブアンドシェル熱交換器との比較を列挙する。表１に示されるように、開示される高分子高密度充填チューブインシェル熱交換器は、金属チューブ及びシェル熱交換器よりも有効であり、例えば、約８０％の有効性を有する。

【0106】

また、金属チューブ及びシェル熱交換器などの、クロスフローを有する典型的なチューブ及びシェル熱交換器では、高温シェル流体が低温流体よりもはるかに高温である。流速も高く、したがって温度変化は低温流体よりも低い。これは温度の「クロスオーバー」をもたらさず、すなわち、高温流体出口温度は低温流体出口温度よりも高い。この効果は、高い対数平均温度差（ＬＭＴＤ）である。熱回収熱交換器の場合、熱をできるだけ多く回収しＬＭＴＤを最小に保つことが望ましく、これにより、低温流体出口温度を高温流体出口温度よりも高くすることができる。向流を有する開示された高分子熱交換器は、低ＬＭＴＤを達成することができる。

【0107】

また、開示された高分子高密度充填チューブインシェル熱交換器は金属チューブ及びシェル熱交換器よりも著しく高い表面積充填密度を有し、金属チューブ及びシェル熱交換器よりも低コストである。
［表１：２つの熱交換器の比較］

【表1】

【0108】

チューブの管状形状は、シート／プレート熱交換器と比較して、より良好な構造強度を提供する。さらに、チューブは、押出成形によって製造するのに経済的である。高分子チューブは、低い熱抵抗を得るために薄い壁を有する。さらに、両側、すなわちシェル側（チューブの外側）及びチューブ側（チューブの内側）の小径及び低水力直径は、チューブの表面で高い熱伝達を提供する。滑らかな高分子チューブの使用は、低圧力損失、低ファウリング、及び交換器の容易な洗浄を有することができる。加えて、高分子材料の使用は、高い耐薬品性を提供する。

【0109】

また、ツイストチューブバンドルはとりわけ、バッフルなどの追加の支持体を有しておらず、その結果、ツイストチューブバンドルは熱交換器の緊密なパッケージングをもたらし、小型サイズであり、軽量であり、全体的なコストを低減する。

【0110】

本開示の第４の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、それぞれの長手方向の周りにねじられた複数の楕円又は楕円形チューブを含む。

【0111】

本開示の第５の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、それぞれの長手方向の周りにねじられた複数のピーナッツ形状のツイストチューブを含む。

【0112】

本開示の第６の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、それぞれの長手方向の周りにねじられた複数の三角形又は他の多角形ツイストチューブを含む。

【0113】

本開示の第７の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、それぞれの長手方向の周りにねじられた複数の花弁ツイストチューブを含む。

【0114】

本開示の第８の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、それぞれの長手方向の周りにねじられた複数の５分葉状ツイストチューブを含む。

【0115】

本開示の第９の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、ねじられたフィン／リブを有する複数のチューブを含む。

【0116】

本開示の第１０の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、複数の５分葉状ツイストチューブを含む。

【0117】

本開示の第１１の態様によれば、熱交換器は１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを含み、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの各々は、複数のねじられたリブチューブを含む。

【0118】

金属熱交換器が炭素回収に使用されるアミンを破壊するので、ツイストチューブを有する本開示の高分子チューブインシェル熱交換器は、炭素回収用途に特に適し得る。追加の用途としては、金属熱交換器がペイバックを提供するのに法外なコストがかかるすべての廃熱用途、並びに水／油加熱器などの異なる粘度が存在する流体流が挙げられる。他の用途としては、食品及び飲料用途、並びに高分子チューブの使用が金属熱交換器に勝る利点を提供する酸溶液用途が挙げられる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【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16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図17D】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-14

【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】

ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器であって、
１つ以上の高分子チュ－ブバンドルであって、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つが、ねじられた又は１つ以上のチューブの周りに巻かれた２つ以上のチューブの１つ以上のセットを含む、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを備え、各チューブが、管状壁と、第１の流体が流れるように構成された通路とを備え、前記熱交換器が、第２の流体が前記ツイストチューブの間の空間を通過するように構成されている、熱交換器。

【請求項2】

前記２つ以上のチューブの１つ以上のセットは固定長を有する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、ねじられた、又は互いに巻き付けられた複数ペアのチューブを含む、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、ねじられた、又は互いに巻き付けられた複数の三つのチューブ又は複数のチューブを含む、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが複数の非円形チューブを含み、各チューブがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられている、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた楕円形チューブを含む、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられたピーナッツ形状のツイストチューブを含む、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた多角形のツイストチューブを含む、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた花弁ツイストチューブを含む、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項10】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた分葉状ツイストチューブを含む、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項11】

２つ以上の高分子チューブが、ねじられた前記２つ以上のチューブの外面から外向きに延在する１つ以上の外部リブを含み、各チューブがそれぞれの長手方向の周りにある、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項12】

前記２つ以上のチューブが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた前記１つ以上のチューブの内面から外向き若しくは内向きに延在する１つ以上の内部チャネル又は内部リブを備える、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項13】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングをさらに備える、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項14】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップをさらに備え、前記外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項15】

ツイストチューブを有する高分子チューブインシェル熱交換器であって、
１つ以上の高分子チュ－ブバンドルであって、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つが複数の高分子チューブを含む、１つ以上の高分子チュ－ブバンドルと、
管状壁と、第１の流体が流れるように構成された通路とを備える各チューブであって、前記熱交換器が、第２の流体が前記ツイストチューブの間の空間を通過するように構成され、前記複数の高分子チューブのうちの少なくとも１つが、その長手方向の周りにねじられた管状壁から延在する１つ以上のリブを備える、各チューブと、
を備える、熱交換器。

【請求項16】

前記複数の高分子チューブは固定長を有する、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項17】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが複数の非円形チューブを含み、各チューブがそのそれぞれの長手方向の周りにねじられている、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項18】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた楕円形チューブを含む、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項19】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられたピーナッツ形状のツイストチューブを含む、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項20】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた多角形のツイストチューブを含む、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項21】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた花弁ツイストチューブを含む、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項22】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた分葉状ツイストチューブを含む、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項23】

２つ以上の前記チューブのうちの少なくとも１つが、そのそれぞれの長手方向の周りにねじられた１つ以上の前記チューブの内面から外向き若しくは内向きに延在する１つ以上の内部チャネル又は内部リブを備える、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項24】

１つ以上の外部の前記リブが、前記管状壁の外面から外側に延在する、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項25】

前記１つ以上のリブが、前記管状壁の内面から内側に延在する、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項26】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングをさらに備える、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項27】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップをさらに備え、前記外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される、請求項１５に記載の熱交換器。

【請求項28】

チューブを有する高分子チュ－ブインチューブ熱交換器であって、前記熱交換器が、
１つ以上の高分子チュ－ブバンドルであって、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルのうちの少なくとも１つが１つ以上の高分子二重チューブ構造を含み、各高分子二重チューブ構造が内側チューブと、外側チューブと、前記外側チューブの内面から前記内側チューブの外面まで延在する複数のリブとを含み、前記複数のリブが、前記高分子二重チューブ構造の長手方向軸に沿ってねじられている、１つ以上の高分子チュ－ブバンドル
を備える、熱交換器。

【請求項29】

前記高分子二重チューブ構造の前記外側チューブは、そのそれぞれの長手方向に沿って真っ直ぐである、請求項２８に記載の熱交換器。

【請求項30】

前記内側チューブが、第１の管状壁、及び第１の流体が通過するように構成された通路とを備え、前記外側チューブが、第２の管状壁、及び、前記外側チューブの前記第２の管状壁の内面と、前記内側チューブの前記第１の管状壁の外面との間の、第２の流体が通過するように構成された空間を備える、請求項２８に記載の熱交換器。

【請求項31】

前記１つ以上の高分子二重チューブ構造が固定長を有する、請求項２８に記載の熱交換器。

【請求項32】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの外側に配置されたハウジングをさらに備える、請求項２８に記載の熱交換器。

【請求項33】

前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルの周りに配置された外側ラップをさらに備え、前記外側ラップは、チューブ構成がチューブ間に均一な間隔を提供すること、及び／又はハウジングと前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルとの間の空間を低減することを可能にするように、前記１つ以上の高分子チュ－ブバンドルを締め付けるように構成される、請求項２８に記載の熱交換器。

【請求項34】

請求項１乃至３３の何れか一項に記載の１つ以上の前記高分子チュ－ブバンドルを製造する方法であって、
高分子からの押出によって高分子チューブを形成することと、
ツイストチューブ又は２つ以上のツイストチューブのサブセットを形成するために１つ以上の高分子チューブをねじることと、
前記ツイストチューブ又は前記２つ以上のツイストチューブのサブセットからツイストチューブのバンドルを形成することと、
を含む、方法。

【国際調査報告】