JP2000304895A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】伝熱管の不具合発生による性能の低下，寿命の
短期化をなくすることを目的とし、構造が簡単で製作コ
ストが低く、保守点検の容易な熱交換器を提供する。 【解決手段】基本的には、２重円筒管組立の中間円筒体
21と外側円筒体22との間の隙間40に高温ガスの流路を長
くとり、熱交換時間を長くするためのスパイラル状バッ
フル板41を設け、内側円筒体20の内面，外面円筒体22の
外面，バッフル板41の内部を水冷するようにしたもので
ある。上流側から流入してきた高温ガスが円筒管組立内
のスパイラル状バッフル板41に沿って下部へ流下し、外
側円筒体22，中間円筒体22およびバッフル板41に接触し
て冷却され、露点以下の温度となって水蒸気を水滴とし
て分離する。本発明によれば、効率よく熱交換でき、同
時に構造が簡単で、性能，寿命の維持および安全性が確
保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子力発電
所向けの気体廃棄物処理系設備において、水蒸気を含ん
だ空気を主体とする高温ガスを冷却し、水蒸気を水とし
て分離するための復水器またはガスを加熱するための予
熱熱器等に好適した熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ），（ｂ）により原子力発電プ
ラントに設置されている排ガス復水器を熱交換器の例と
して説明する。一般に、排ガス復水器は図５（ａ）に示
したように胴側胴組立１と管側胴組立８とを管板６およ
びフランジ13をボルト14の締結により組立て構成されて
いる。胴側胴組立１は、胴２，排ガス入口管３，排ガス
出口管４，ドレン溜り胴５および胴２の開口端面に溶接
した管板６と、この管板６に取付け胴２内に挿入された
熱交換器の主機能を果たすステンレス管をＵ字型に成形
した複数の伝熱管７とからなっている。

【０００３】管側胴組立８は図５（ｂ）に示したように
管側胴９，冷却水入口管10，冷却水出口管11および仕切
板12からなっている。冷却水入口管10から供給された冷
却水は水室ａから伝熱管７内に入り込み、水室ｃに流れ
てくる。さらに水室ｃから再び伝熱管７内に入り込み、
水室ｂを経て冷却水出口管11から排出される。

【０００４】かくして、排ガス入口管３から流れてきた
水蒸気を含んだ高温ガスは伝熱管７の表面に接触して冷
却され、水蒸気は水と気体に分離する機能を有してい
る。なお、図５（ａ），（ｂ）中太線矢印は排ガスの流
れ方向を示し、細線矢印は冷却水の流れ方向を示してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
熱交換器の熱交換要素である伝熱管７は供用期間中に厳
しい使用環境の中で、腐食，割れ等の不具合が生じるこ
とがあり、運転停止や修理が必要となり、原子力発電プ
ラントの場合、安全性も絡み、社会的に問題になること
がある。

【０００６】伝熱管７の不具合対策としては、伝熱管７
の入口および出口にステンレス鋼製のプラグを挿入，溶
接して閉止してしまう措置を行っているが、閉止割合が
多くなると、伝熱面積が小さくなり、熱交換性能が低下
し、寿命が短期化してしまうという課題がある。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、伝熱管の不具合発生による性能低下や寿命の
短期化を防止し、熱交換要素である伝熱管を使用するこ
となく構造が簡単で、製作コストが低く、保守点検を容
易に行うことができる熱交換器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、内側円筒体，中間円筒体および外側円筒体を有し、
前記内側円筒体の上部から冷却水が流入し、前記円筒体
の下端部をＵターンして前記内側円筒体と前記中間部円
筒体との間を上昇し前記外側円筒体の上部閉止板を貫通
して流出する冷却水流路と、前記中間部円筒体と前記外
側円筒体との間の円筒状隙間に上方から下方へ向けて湿
分を含んだガスが流通して前記外側円筒体の下部閉止板
から流出するガス流路とを備えてなることを特徴とす
る。

【０００９】請求項２に対応する発明は、前記内側円筒
体の上端部に冷却水集水室を設け、前記内側円筒体の下
端部に冷却水分岐室を設けてなることを特徴とする。請
求項３に対応する発明は、前記外側円筒体の外面にジャ
ケット胴を取付け、このジャケット胴の下部にジャケッ
ト水入口管を接続し、前記ジャケット胴の上部にジャケ
ット水出口管を接続し、内部に流路孔を有する仕切板を
設けてなることを特徴とする。

【００１０】請求項４に対応する発明は、前記中間部円
筒体の外周面に、一対の薄板をスパイラル状に形成して
内部に水室を形成する複数のバッフル板を積層してスパ
イラル状流路を有するように取付けてなることを特徴と
する。

【００１１】請求項５に対応する発明は、前記外側円筒
体の下部閉止板の下方に凝縮液受皿を設けると共に水滴
浸入防止板を設けてなることを特徴とする。請求項６に
対応する発明は、前記中間円筒体および外側円筒体の上
端部をそれぞれフランジとボルト締めにより構成し、前
記外側円筒体および前記中間円筒体を組立て解体自在と
してなることを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、複数の径の異なる円筒
体を三重構造に組合せ、中間円筒体と外側円筒体との間
に形成される円筒状隙間に上から下へ水蒸気を含んだ高
温ガスを流してガス流路とする。ガス流路を長くとるた
めにガス流路内の中間円筒体の外面にスパイラル状バッ
フル板を積層状態に取付け、高温ガスは円筒状隙間内を
バッフル板のスパイラルに沿って円周方向に進み、スパ
イラル状に下部へ流れ出る。

【００１３】また、高温ガスの冷却は、ガス流路を構成
している円筒体の内側および外側を水冷し、かつバッフ
ル板を中空構造の水室とし、水室内を水冷することによ
り、ガス通路面が冷却され、高温ガスが下方に進むに従
い、通路面との接触により冷却が効率よく行われる。

【００１４】冷却により結露してできた水滴は外側円筒
体の下部に設けた凝縮液受皿に溜め、水分の除去された
冷却ガスは外側円筒体の下部側面に設けたガス出口管か
ら下流側へ送られる。

【００１５】従来の熱交換器では、約150 本の伝熱管が
熱交換要素として構成されているが、本発明では上記説
明のようにガス流路を構成している部材（円筒体，バッ
フル板）が熱交換要素となっており、構造が簡単で、各
部の分解，点検，組立が容易に行うことができ、性能と
安全性の維持を提供できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１〜４により本発明に係る熱交
換器の実施の形態を説明する。ここで、図２（ａ），
（ｂ）および図３（ａ），（ｂ）は図１のＡ−Ａ矢視，
Ｂ−Ｂ矢視，Ｃ−Ｃ矢視，Ｄ−Ｄ矢視方向から見た上面
図および横断面である。

【００１７】まず、高温ガスのガス流路を構成する要素
について図１により説明する。主要構成要素は長さを目
的，性能に合わせて設計できる径の異なる内側円筒体2
0，中間部円筒体21および外側円筒体22の三重円筒体か
らなっている。外側円筒体22の外側にはジャケット胴23
が取付けられている。

【００１８】外側円筒体22はステンレス鋼（ＳＵＳ）系
の薄肉鋼管で形成されており、上下両端部には上部およ
び下部フランジ24，25が溶接され、上部フランジ24には
ガス入口管26を備えた外側円筒体閉止板27がボルト28に
より取付けられている。

【００１９】また、外側円筒体22の下部側面には内側に
水滴浸入防止板29が取付けられ、この水滴浸入防止板29
と同一位置に穴30を介してガス出口管31が溶接により接
続され、さらに、下部フランジ25には凝縮液受皿32がボ
ルト33により取付けられている。

【００２０】中間円筒体21も外側円筒体22と同様の構造
で、中間円筒体21の上下両端部に上部フランジ34と下部
フランジ37が取付けられ、上部フランジ34にはガス流入
用孔35を開けた上部閉止板36がボルト付けされ、下部フ
ランジ37にはガス出口孔38を開けた下部閉止板39がボル
ト付けされている。上部閉止板36の上面は外側円筒体閉
止板27の下面に支持板65を介して支持されている。

【００２１】そして、上流からの高温ガスは下流側の真
空ポンプ（図示せず）に導かれてガス入口管26から流入
し、上部閉止板36のガス浸入用孔35を通って中間円筒体
21と外側円筒体22との間の円筒状隙間40を下方に向かっ
て進み、下部閉止板39のガス出口孔38から穴30を通りガ
ス出口管31から下流側へ流出する。

【００２２】上記ガスの流路は中間円筒体21と外側円筒
体22との隙間40を上から直線的に下に向う基本的な流れ
を説明したものである。この場合、ガスが直線的に流れ
るため円筒状隙間40内での路程が短くなるという短所が
ある。そこで、詳細は冷却方法の項で記述するが、中間
部円筒体21にはさらに外周面に複数のスパイラル状バッ
フル板41が上から下に向けて積層された状態で取付けら
れており、ガスは円筒状隙間40をスパイラル運動、つま
りら旋状に旋回しながら下方へ向かうため路程が長くと
れ、熱交換の効率が向上するしくみとなっている。

【００２３】次に高温ガスを冷却する構成要素について
説明する。外側円筒体22を冷却する要素としては、外側
円筒体22の外周部に冷却部を覆うに充分な長さの、ま
た、冷却するに充分な水を供給できる水室42を備えたジ
ャケット胴23が溶接されている。

【００２４】ジャケット胴23には、下部にジャケット水
入口管43，上部にジャケット水出口管44が、さらに水室
42には水流を乱して冷却効率を上げるために流路孔45を
開けた仕切板46が溶接により取付けられている。

【００２５】冷却作用は、ジャケット胴23内に上向きの
水を供給し、外側円筒体22の外面を冷却することによ
り、内側を流れる高温ガスを冷却しようとするものであ
る。中間円筒体21を冷却する要素としては、内部に内側
円筒体20を設け、中間円筒体21と内側円筒体20との間に
水室47を形成させている。

【００２６】内側円筒体20には、下部に冷却水分岐管4
8，上端に冷却水集水管49が溶接され、さらに上部には
外側円筒体閉止板27，中間円筒体上部閉止板36，冷却水
集水管49の下板50を連通する内側冷却水入口管51が、別
に中間部円筒体上部閉止板36，外側円筒体閉止板27を連
通する内側冷却水出口管52が溶接構成で取付けられてい
る。

【００２７】上記入口管51，出口管52とも外側円筒体閉
止板27の下面での取合は、分解および組立が容易に行え
るようフランジ組立となっている。また、内側円筒体20
の外側にはジャケット胴23と同様に仕切板53が溶接され
ている。

【００２８】冷却作用は、内側冷却水入口管51から冷却
水を内側円筒体20内に供給する。冷却水は冷却水分岐管
48の上板54の入口孔55を通って冷却水分岐室56に入り、
上板54の出口孔57を通って水室47内に上向きの冷却水を
供給し、中間円筒体21の内面を水冷することにより、中
間円筒体21の外側を流れる高温ガスを冷却するものであ
る。冷却水は上部の冷却水集水管49の下板50の出口孔58
を通って集水室59に入り、内側冷却水出口管52から排水
される。

【００２９】次に高温ガスの通路内で冷却機能を持つ前
述のスパイラル状バッフル板41の構成を説明する。スパ
イラル状バッフル板41は図４（ａ）に示すように、リン
グ状薄板60を切り開き、図４（ｂ），（ｃ）に示すよう
に中間円筒体21の外側に上から２連で溶接し、リング状
薄板60を継ぎ合わせてスパイラル状に形成したもので、
図４（ｄ），（ｅ）に示すように内部に水室61を形成す
るために、２連バッフルの外側に帯板62が溶接されてい
る。

【００３０】また、スパイラル状バッフル板の最下端部
には、図１に示すようにバッフル板の水室61に連通する
連通孔63が中間円筒体21の下部に開けられ、最上端部に
は水室61と連通したバッフル冷却水出口管64が内側冷却
水出口管52と同様な構造で取付けられている。

【００３１】このスパイラル状バッフル板41の作用は、
中間円筒体21の連通孔63から供給された冷却水がバッフ
ル板41の水室61を上向きに流れ、バッフル板内面を冷却
することにより通路内の高温ガスを冷却するものであ
る。

【００３２】このように構成された熱交換器は主要部が
ボルト組立のため、簡単に分解が可能である。例えば、
外側円筒体閉止板27の取付ボルト28を取り外し、前記閉
止板27を引き上げることによって内部構造物の全体を外
側円筒体22と分離できる。

【００３３】さらに、外側円筒体閉止板27，中間円筒体
21の上部閉止板36の下面に取付けている各冷却水配管の
フランジボルトおよび上部閉止板36の取付ボルトを取り
外し、上部閉止板36を引き上げることによって中間円筒
体21から内側円筒体20を分離することができる。

【００３４】上述したように本実施の形態によれば、各
構成部材を分解することにより、ガス通路および冷却水
通路を形成している要素の保守・点検を容易に行うこと
が可能であり、熱交換性能を良好に維持できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、円筒管の中でスパイラ
ル状バッフル板により高温ガスの路程を長くとることが
でき、冷却部も高温ガスの通路を形成している要素の全
面で行えるため、熱交換性能を良好に保つことができ
る。また、径の異なる円筒体を組合せた簡単な構造のた
め、製作コストが安くできると同時に保守点検が容易に
行うことができる。

【００３６】合わせて、熱交換要素として伝熱管を使用
していないため、従来例に見られる伝熱管の不具合に起
因するトラブルが防止でき、高寿命型の信頼性の高い安
全な熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換器の実施の形態を示す縦断
面図。

【図２】（ａ）は図１におけるＡ−Ａ矢視方向から見た
上面図、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ矢視方向横断面
図。

【図３】（ａ）は図１におけるＣ−Ｃ矢視方向横断面
図、（Ｂ）は図１におけるＤ−Ｄ矢視方向横断面図。

【図４】（ａ）は図１におけるバッフル板を構成するリ
ング状薄板を示す斜視図、（ｂ）は中間円筒体にリング
状薄板を取付けた状態を示す斜視図、（ｃ）は（ｂ）の
Ａ−Ａ矢視断面図、（ｄ）は中間円筒体にバッフル板を
取付けた状態を示す斜視図、（ｅ）は（ｄ）のＢ−Ｂ矢
視断面図。

【図５】（ａ）は従来の熱交換器を示す縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視方向から切断して示す縦断
面図。

【符号の説明】

20…内側円筒体、21…中間円筒体、22…外側円筒体、23
…ジャケット胴、24…上部フランジ、25…下部フラン
ジ、26…ガス入口管、27…外側円筒体閉止板、28…ボル
ト、29…水滴浸入防止板、30…穴、31…ガス出口管、32
…凝縮液受皿、33…ボルト、34…上部フランジ、35…ガ
ス流入用孔、36…上部閉止板、37…下部フランジ、38…
ガス出口孔、39…下部閉止板、40…円筒状隙間、41…バ
ッフル板、42…水室、43…ジャケット水入口管、44…ジ
ャケット水出口管、45…流路孔、46…仕切板、47…水
室、48…冷却水分岐管、49…冷却水集水管、50…下板、
51…内側冷却水入口管、52…内側冷却水出口管、53…仕
切板、54…上板、55…入口孔、56…冷却分岐室、57…上
板の出口孔、58…下板の出口孔、59…冷却水集水室、60
…リング状薄板、61…水室、62…帯板、63…連通孔、64
…バッフル冷却水出口管、65…支持板。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側円筒体，中間円筒体および外側円筒
   体を有し、前記内側円筒体の上部から冷却水が流入し、
   前記円筒体の下端部をＵターンして前記内側円筒体と前
   記中間部円筒体との間を上昇し前記外側円筒体の上部閉
   止板を貫通して流出する冷却水流路と、前記中間部円筒
   体と前記外側円筒体との間の円筒状隙間に上方から下方
   へ向けて湿分を含んだガスが流通して前記外側円筒体の
   下部閉止板から流出するガス流路とを備えてなることを
   特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記内側円筒体の上端部に冷却水集水室
   を設け、前記内側円筒体の下端部に冷却水分岐室を設け
   てなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記外側円筒体の外面にジャケット胴を
   取付け、このジャケット胴の下部にジャケット水入口管
   を接続し、前記ジャケット胴の上部にジャケット水出口
   管を接続し、内部に流路孔を有する仕切板を設けてなる
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 前記中間部円筒体の外周面に、一対の薄
   板をスパイラル状に形成して内部に水室を形成する複数
   のバッフル板を積層してスパイラル状流路を有するよう
   に取付けてなることを特徴とする請求項１記載の熱交換
   器。
5. 【請求項５】 前記外側円筒体の下部閉止板の下方に凝
   縮液受皿を設けると共に水滴浸入防止板を設けてなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
6. 【請求項６】 前記中間円筒体および外側円筒体の上端
   部をそれぞれフランジとボルト締めにより構成し、前記
   外側円筒体および前記中間円筒体を組立て解体自在とし
   てなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。