JP2002005592A - Multipipe heat exchanger - Google Patents

Multipipe heat exchanger

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JP2002005592A
JP2002005592A JP2000184488A JP2000184488A JP2002005592A JP 2002005592 A JP2002005592 A JP 2002005592A JP 2000184488 A JP2000184488 A JP 2000184488A JP 2000184488 A JP2000184488 A JP 2000184488A JP 2002005592 A JP2002005592 A JP 2002005592A
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Japan
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tube
heat
source fluid
temperature side
heat exchanger
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Application number
JP2000184488A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Nakayama
浩樹 中山
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce thermal stress of heat exchanger tubes effectively under a simple structure without requiring any special design technology while avoiding significant increase in the manufacturing cost of a multipipe heat exchanger. SOLUTION: In a multipipe heat exchanger, e.g. a shell and tube heat exchanger, heat exchanger tubes 7 are secured to a high temperature side tube sheet 3 by welding and heat source fluid guide tubes 9 made of a heat resistant material are held while being spaced apart from the heat exchanger tubes 7 with the outlet side end part thereof being inserted into the heat exchanger tube 7 and arranged in a high temperature side header 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シェルアンドチュ
ーブ式熱交換器と称される多管式熱交換器に関するもの
であり、特に高温の熱源流体が流入する高温側ヘッダー
における伝熱チューブの配管構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-tube heat exchanger called a shell-and-tube heat exchanger, and more particularly to piping of heat transfer tubes in a high-temperature header into which a high-temperature heat source fluid flows. Regarding the configuration.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年になって、熱源流体、予熱流体共に
高圧域、高温域での両流体相互間の熱交換を堅牢構造の
下で効率的に行わせることを可能とする多管式熱交換器
に対する要求が頓に多くなっている。このような要求に
応え得る多管式熱交換器に関する典型的な先行技術が、
特開平10− 62079号公報及び特開平11− 51588号公報に
挙示される。
2. Description of the Related Art In recent years, a multi-tube type heat exchanger capable of efficiently performing heat exchange between a heat source fluid and a preheating fluid in a high pressure range and a high temperature range under a robust structure has been recently developed. The demand for exchangers is increasing rapidly. A typical prior art regarding a shell-and-tube heat exchanger that can meet such demands is as follows.
It is disclosed in JP-A-10-62079 and JP-A-11-51588.

【0003】この種のシェルアンドチューブ式熱交換器
においては高温の熱源流体と低温の予熱流体を分離して
いる境界部分であるチューブシート近辺、特に伝熱チュ
ーブとチューブシートを固定する溶接部に温度差による
熱応力が原因となる破損の発生が問題となっている。そ
れは、伝熱チューブは高温の熱源流体が流れ込むことに
より温度が上昇し、一方、チューブシートは低温流体と
接しているため、温度上昇が抑えられることに起因して
いる。
In this type of shell-and-tube heat exchanger, a portion near a tube sheet which is a boundary portion separating a high-temperature heat source fluid and a low-temperature preheating fluid, particularly a welded portion for fixing the heat transfer tube and the tube sheet. The occurrence of breakage due to thermal stress due to a temperature difference is a problem. This is because the temperature of the heat transfer tube rises due to the flow of the high-temperature heat source fluid, and the temperature rise is suppressed because the tube sheet is in contact with the low-temperature fluid.

【0004】特開平10− 62079号公報に開示されている
第1の先行技術は予熱空気の流速をコントロールするこ
とで熱応力を緩和する手段を採用したものであり、特開
平11− 51588号公報に開示されている第2の先行技術は
図5に示されるように、チューブシートを15a 及び1
5b の二重に配置して溶接部を冷却する手段を採用した
ものであって、何れも溶接部の温度差による熱応力の低
減を図ったものである。
The first prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-62079 employs means for relaxing the thermal stress by controlling the flow rate of preheated air. A second prior art disclosed in U.S. Pat.
5b adopts a means for cooling the welded portion by arranging the doubled portions 5b, all of which are intended to reduce the thermal stress due to the temperature difference of the welded portion.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、何れの
技術も溶接部で温度差がつくことによる熱応力を完全に
除去することはできない。また、加工コストが極端に高
くついたり、設計が非常に困難性を伴う等の難点を抱え
ている。
However, none of the techniques can completely eliminate the thermal stress caused by the temperature difference at the weld. In addition, there are disadvantages such as extremely high processing cost and extremely difficult design.

【0006】また、第2の先行技術に関しては溶接部に
ついても熱応力の緩和を図らせる工夫が成されている。
これを図5及びその要部拡大図である図6に基づいてチ
ューブシート近辺部分の構造につき説明すると、各伝熱
チューブ16の開口部近傍での熱源からの断熱効果を上
げ、かつ冷却効果を高めるためとして、カラー管17及
び断熱ボード19を装備しており、特にチューブシート
15b と伝熱チューブ16の固定はカラー管17を介し
て溶接による溶着部18で行われている。しかし、高温
流体に熱せられた伝熱チューブ16から溶着部18を通
して熱伝導が行われる結果、カラー管17とチューブシ
ート15b との溶着部18を頂点にカラー管17自体に
大きな温度勾配がつき、この部分で熱応力が発生する。
また、カラー管17はチューブシート15b の高温ガス
側にあり、従って、熱応力は非常に大きいためにこれが
原因となる破損の発生が十分懸念される。
Further, in the second prior art, a device has been devised to reduce the thermal stress in the welded portion.
This will be described with reference to FIG. 5 and FIG. 6 which is an enlarged view of a main part of the structure, in the vicinity of the tube sheet. The heat insulating effect from the heat source near the opening of each heat transfer tube 16 is increased, and the cooling effect is improved. In order to increase the height, a collar tube 17 and a heat insulating board 19 are provided. In particular, the tube sheet 15b and the heat transfer tube 16 are fixed at the welded portion 18 by welding via the collar tube 17. However, as a result of heat conduction from the heat transfer tube 16 heated by the high-temperature fluid through the welding portion 18, the collar tube 17 itself has a large temperature gradient at the top of the welding portion 18 between the collar tube 17 and the tube sheet 15b. Thermal stress occurs in this part.
In addition, since the collar tube 17 is located on the hot gas side of the tube sheet 15b, and therefore has a very large thermal stress, there is a great concern that breakage due to this will occur.

【0007】本発明は、このような従来の問題点の解消
を図るために成されたものであり、従って本発明の目的
は、熱交換器の製造コストの大幅増加を避けながら特別
な設計技術を要することなく簡単な構造の下で伝熱チュ
ーブに対する熱応力の効果的な低減を図ることが可能な
多管式熱交換器を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a special design technique while avoiding a significant increase in the manufacturing cost of a heat exchanger. It is an object of the present invention to provide a multi-tube heat exchanger capable of effectively reducing thermal stress on a heat transfer tube with a simple structure without requiring a heat exchanger.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため以下に述べる構成としたものである。すな
わち本発明における請求項1の発明は、予熱流体の入・
出口を有する管体、該管体の両端部に塞がせてそれぞれ
設けられる高温側チューブシート及び低温側チューブシ
ート、前記各チューブシートを挟んで前記管体の両側に
それぞれ設けられる熱源流体の入口を有する高温側ヘッ
ダー及び熱源流体の出口を有する低温側ヘッダー、前記
両チューブシートにチューブ端を貫挿し前記両ヘッダー
に開口部を臨ませて前記管体内に延設される複数本の伝
熱チューブを含み、それら伝熱チューブに流通させた熱
源流体の熱を、該伝熱チューブを介して前記予熱流体に
伝達させる多管式熱交換器において、前記伝熱チューブ
が溶接接合により高温側チューブシートに固定されてな
る一方、耐熱材の管からなる熱源流体案内チューブが、
前記伝熱チューブに対し離間して保持されるとともに、
その出口側端部を該伝熱チューブ内に介挿して高温側ヘ
ッダー内に配設されてなることを特徴とする熱源流体案
内チューブを有する多管式熱交換器である。
The present invention has the following configuration to achieve the above object. That is, the invention of claim 1 in the present invention is a method of introducing and supplying a preheating fluid.
A tube body having an outlet, a high-temperature side tube sheet and a low-temperature side tube sheet provided to be closed at both ends of the tube body, and inlets of heat source fluids provided on both sides of the tube body with the respective tube sheets interposed therebetween. A high-temperature side header having a heat source fluid outlet and a low-temperature side header having a heat source fluid outlet, and a plurality of heat transfer tubes extending through the tube body with the tube ends inserted through the tube ends so that the opening faces both headers. In a multi-tube heat exchanger that transfers the heat of the heat source fluid circulated through the heat transfer tubes to the preheating fluid via the heat transfer tubes, the heat transfer tubes are welded and joined by a high-temperature side tube sheet. On the other hand, a heat source fluid guide tube made of a heat-resistant material tube,
While being held apart from the heat transfer tube,
A multi-tube heat exchanger having a heat source fluid guide tube, wherein the outlet side end is inserted into the heat transfer tube and disposed in the high temperature side header.

【0009】また、本発明における請求項2の発明は、
上記請求項1に記載の多管式熱交換器に関して、前記伝
熱チューブが、溶接接合の際における溶着部の所要長に
対応する長さ分のチューブ端を前記高温側ヘッダー内に
突出させて溶接接合により高温側チューブシートに固定
されてなる構成としたことを特徴とする。
Further, the invention of claim 2 of the present invention provides:
With regard to the multi-tube heat exchanger according to claim 1, the heat transfer tube is configured such that a tube end corresponding to a required length of a welded portion at the time of welding is projected into the high-temperature side header. It is characterized by being configured to be fixed to the high temperature side tube sheet by welding.

【0010】また、本発明における請求項3の発明は、
上記請求項1又は2に記載の多管式熱交換器に関して、
前記高温側チューブシートと前記伝熱チューブとの溶着
部及び前記熱源流体案内チューブを取巻く断熱材が張設
されてなる構成としたことを特徴とする。
[0010] The invention of claim 3 in the present invention provides:
Regarding the multitubular heat exchanger according to claim 1 or 2,
A heat insulating material surrounding the welded portion between the high-temperature side tube sheet and the heat transfer tube and the heat source fluid guide tube is stretched.

【0011】また、本発明における請求項4の発明は、
上記請求項1、2又は3に記載の多管式熱交換器に関し
て、前記伝熱チューブと前記熱源流体案内チューブとの
間に断熱材が介設されてなる構成としたことを特徴とす
る。
[0011] The invention of claim 4 in the present invention provides:
The multi-tube heat exchanger according to the first, second or third aspect is characterized in that a heat insulating material is interposed between the heat transfer tube and the heat source fluid guide tube.

【0012】また、本発明における請求項5の発明は、
上記請求項4に記載の多管式熱交換器に関して、前記断
熱材が、断熱特性を高温側から低温側に至り低下させて
変化するように設けられたものである構成としたことを
特徴とする。
Further, the invention of claim 5 in the present invention provides:
The multi-pipe heat exchanger according to claim 4, wherein the heat insulating material is provided so as to change the heat insulating property by decreasing the heat insulating property from a high temperature side to a low temperature side. I do.

【0013】また、本発明における請求項6の発明は、
上記請求項5に記載の多管式熱交換器に関して、前記断
熱材の厚みが、高温側から低温側に至り漸減してなる構
成としたことを特徴とする。
[0013] The invention of claim 6 in the present invention provides:
The multi-tube heat exchanger according to claim 5 is characterized in that the thickness of the heat insulating material is gradually reduced from a high temperature side to a low temperature side.

【0014】また、本発明における請求項7の発明は、
上記請求項1、2、3、4、5又は6に記載の多管式熱
交換器に関して、前記熱源流体案内チューブがステンレ
ス鋼の管からなる構成としたことを特徴とする。
[0014] The invention of claim 7 in the present invention provides:
The multi-tube heat exchanger according to the first, second, third, fourth, fifth or sixth aspect is characterized in that the heat source fluid guide tube is made of a stainless steel tube.

【0015】このような本発明によれば、新たに熱源流
体案内チューブを設けて、これを伝熱チューブとチュー
ブシートとの何れとも固定させない構造としたから、高
温部での溶接を回避できてこれにより溶着部での熱応力
を緩和し得る。
According to the present invention, since a heat source fluid guide tube is newly provided and is fixed to neither the heat transfer tube nor the tube sheet, welding at a high temperature portion can be avoided. Thereby, the thermal stress at the welded portion can be reduced.

【0016】また、熱源流体案内チューブをチューブシ
ートより低温側に延ばし、伝熱チューブと熱源流体案内
チューブの間に空気層等の断熱材を介設した構成とする
ことにより、例えば高温ガスの熱交換をチューブシート
から離れた個所で行わせることができて、これによりチ
ューブシートと伝熱チューブとの溶着部における熱応力
を緩和し得る。
The heat source fluid guide tube extends to a lower temperature side than the tube sheet, and a heat insulating material such as an air layer is interposed between the heat transfer tube and the heat source fluid guide tube. The replacement can be performed at a location remote from the tube sheet, so that the thermal stress at the welding portion between the tube sheet and the heat transfer tube can be reduced.

【0017】なお、本発明においては、熱交換運転時に
おける過渡状態、即ち、熱交換装置の機器内での温度上
昇が激しい状態において、発生しやすいことが十分予想
される熱応力を格段に低減できるものであり、長時間運
転で機器内温度変化がなくなった定常状態では伝熱チュ
ーブと熱源流体案内チューブで輻射により熱交換が行わ
れることよりして、過渡状態の下での優れた効果が期さ
れる。
In the present invention, the thermal stress that is expected to easily occur in a transient state during the heat exchange operation, that is, in a state where the temperature inside the heat exchange device is sharply increased is remarkably reduced. In the steady state where there is no change in temperature inside the equipment after long-term operation, heat exchange is performed by radiation between the heat transfer tube and the heat source fluid guide tube. Expected

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。図1
は、本発明が適用される多管式熱交換器の断面示正面図
であり、図2は、本発明の第1の実施の形態に係る多管
式熱交換器のチューブシート近辺部分の断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. Figure 1
FIG. 2 is a front view showing a cross section of a multi-tube heat exchanger to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion near a tube sheet of the multi-tube heat exchanger according to the first embodiment of the present invention. FIG.

【0019】図1図示の多管式熱交換器1は、予熱流体
の入口2A と出口2B を両側端寄り部にそれぞれ有する
管体2と、管体2の両端部に塞がせてそれぞれ設けられ
る高温側チューブシート(管板)3及び低温側チューブ
シート(管板)4と、高温側チューブシート3を挟んで
管体2の直上部に一体に取付けられた熱源流体の入口5
A を有する高温側ヘッダー5と、低温側チューブシート
4を挟んで管体2の直下部に一体に取付けられた熱源流
体の出口6A を有する低温側ヘッダー6と、両チューブ
シート3、4にチューブ端を貫挿し両ヘッダー5、6に
開口部を臨ませて管体2内に延設される複数本の伝熱チ
ューブ7とを含んで構成される。なお、図1中におい
て、8は、管体2の一端から他端に向かって内壁面に等
間隔かつ食い違い状に配設された複数枚のバッフル板で
ある。
The multi-tubular heat exchanger 1 shown in FIG. 1 has a pipe 2 having a preheating fluid inlet 2A and an outlet 2B near both ends, respectively, and is provided by closing both ends of the pipe 2. A high-temperature side tube sheet (tube sheet) 3 and a low-temperature side tube sheet (tube sheet) 4 and a heat source fluid inlet 5 integrally mounted immediately above the tube 2 with the high-temperature side tube sheet 3 interposed therebetween.
A, a low-temperature header 6 having a heat source fluid outlet 6A integrally attached immediately below the tube 2 with the low-temperature tube sheet 4 interposed therebetween, and a tube in both tube sheets 3, 4. It is configured to include a plurality of heat transfer tubes 7 that are inserted into the ends and extend into the tube 2 with the openings facing the headers 5 and 6. In FIG. 1, reference numeral 8 denotes a plurality of baffle plates arranged at equal intervals and in a staggered manner on the inner wall surface from one end to the other end of the tube 2.

【0020】上記多管式熱交換器1は、高温側ヘッダー
5を経て各伝熱チューブ7に流通させた熱源流体と、入
口2A から管体2内の各伝熱チューブ7周りの空間部に
流通させた予熱流体との間で熱交換を行わせて、熱源流
体の熱を各伝熱チューブ7を介して予熱流体に伝達させ
ることにより、予熱流体を所定温度に加熱して出口2B
から取り出させるようになっている。
The multi-tubular heat exchanger 1 has a heat source fluid flowing through each heat transfer tube 7 through the high temperature side header 5 and a space around each heat transfer tube 7 in the tube 2 from the inlet 2A. Heat is exchanged with the circulated preheating fluid, and the heat of the heat source fluid is transferred to the preheating fluid via each heat transfer tube 7, so that the preheating fluid is heated to a predetermined temperature and the outlet 2B is heated.
It is designed to be taken out from.

【0021】この多管式熱交換器1において、チューブ
シート、特に高温側チューブシート3の近辺部分での構
造を図2を参照して説明すると、耐熱性に優れた例えば
ステンレス鋼製の管からなる伝熱チューブ7は、溶接接
合の際における溶着部12の所要長に対応する長さ分の
チューブ端を、高温側チューブシート3の対応するチュ
ーブ挿通孔から高温側ヘッダー5内に突出させて、その
端部外周壁面を溶接接合になる溶着部12により高温側
チューブシート3に固定させている。
Referring to FIG. 2, the structure of the tube type heat exchanger 1 in the vicinity of the tube sheet, in particular, the high temperature side tube sheet 3 will be described with reference to FIG. The heat transfer tube 7 is formed by projecting a tube end corresponding to a required length of the welded portion 12 at the time of welding connection from the corresponding tube insertion hole of the high temperature side tube sheet 3 into the high temperature side header 5. The outer peripheral wall surface of the end portion is fixed to the high temperature side tube sheet 3 by a welded portion 12 to be welded.

【0022】なお、図示を省略するが多管式熱交換器1
において高温側チューブシート3が2段などの複数段で
設けられる構造のものがあるが、この場合、伝熱チュー
ブ7は下段側のチューブシート3に対しては貫通させて
上・下両方に突出した個所で溶接接合になる溶着部12
により当該チューブシート3に固定させる一方、高温側
ヘッダー5に臨んで設けられてなる最上段の高温側チュ
ーブシート3に対しては、その対応するチューブ挿通孔
から高温側ヘッダー5内に突出させずに僅かに引き込ま
せた状態にて溶接接合により高温側チューブシート3に
固定させるようにしたものもある。
Although not shown, the multi-tube heat exchanger 1
In the above, there is a structure in which the high temperature side tube sheet 3 is provided in a plurality of stages such as two stages. Welded part 12 to be welded at the place where
While the uppermost high-temperature side tube sheet 3 provided facing the high-temperature side header 5 is not projected into the high-temperature side header 5 from the corresponding tube insertion hole. In some cases, it is fixed to the high temperature side tube sheet 3 by welding in a state where it is slightly retracted.

【0023】一方、図1図示の多管式熱交換器1におい
て、耐熱材の例えばステンレス鋼製の管により伝熱チュ
ーブ7の内径に比して僅かに小さい外径を持つ短管に形
成されてなる熱源流体案内チューブ9が、伝熱チューブ
7に対し離間して保持されていて、好ましくは伝熱チュ
ーブ7に対し伝熱しにくい程度の僅かな隙間を存し保持
されて、その出口側端部を該伝熱チューブ7内に略々外
径に見合う長さでラップするように介挿して高温側ヘッ
ダー5内に、伝熱チューブ7に同軸の配列で設けられて
いる。この場合の熱源流体案内チューブ9における出口
側端部は、溶着部12と高温側チューブシート3とを通
り越して低温流体側に迄至って延ばされている。この場
合、高温側チューブシート3に接触している伝熱チュー
ブ7と熱源流体案内チューブ9との間には、空気対流を
起こさない程度の極く薄い空気層からなる断熱層11を
形成して、所謂断熱状態に保持されている。
On the other hand, in the multi-tube heat exchanger 1 shown in FIG. 1, a short tube having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the heat transfer tube 7 is formed by a heat-resistant material such as a stainless steel tube. The heat source fluid guide tube 9 is held at a distance from the heat transfer tube 7, and is preferably held with a small gap to the extent that heat is not easily transferred to the heat transfer tube 7. The heat transfer tube 7 is provided in the high-temperature side header 5 in a coaxial arrangement with the heat transfer tube 7 by inserting the portion into the heat transfer tube 7 so as to be wrapped with a length substantially corresponding to the outer diameter. In this case, the outlet side end of the heat source fluid guide tube 9 extends to the low temperature fluid side through the welding portion 12 and the high temperature side tube sheet 3. In this case, between the heat transfer tube 7 in contact with the high temperature side tube sheet 3 and the heat source fluid guide tube 9, a heat insulating layer 11 made of an extremely thin air layer that does not cause air convection is formed. , So-called insulated state.

【0024】そして、高温側チューブシート3と伝熱チ
ューブ7との溶着部12及び熱源流体案内チューブ9を
取巻かせて断熱ボード等の断熱材10が張設されてい
て、高温側ヘッダー5内の高温熱源流体が直接に接する
ことにより溶着部12及び熱源流体案内チューブ9が加
熱されないように断熱処理を施している。
A heat insulating material 10 such as a heat insulating board is stretched around the welded portion 12 between the high temperature side tube sheet 3 and the heat transfer tube 7 and the heat source fluid guide tube 9. The heat-insulating treatment is performed so that the welding portion 12 and the heat-source fluid guide tube 9 are not heated by the high-temperature heat-source fluid being in direct contact.

【0025】このように構成される本発明の第1の実施
の形態に係る多管式熱交換器1において、高温側ヘッダ
ー5内に入り熱源流体案内チューブ9を経て伝熱チュー
ブ7に流れ込む高温熱源流体(図2の白抜き矢示線)に
直接接触して温度上昇する熱源流体案内チューブ9は伝
熱チューブ7には固定されることなく、両チューブ7、
9のラップする部分では、空気対流が起きない程度の隙
間が保持されて断熱層11が設けられているため、その
温度の影響が伝熱チューブ7に直接的には及ばなく、熱
源流体案内チューブ9から高温側チューブシート3の溶
着部12への熱伝達は、熱放射のみに抑えられる。その
ため、伝熱チューブ7は低温流体の温度、熱源流体案内
チューブ9は高温熱源流体の温度でそれぞれ均衡を取る
ようになる。ここで、伝熱チューブ7の温度分布は熱源
流体案内チューブ9の切れ目(出口側端部)付近で高温
熱源流体が直接吹き込む点が最高温度位置となり、高温
側チューブシート3に近づくにつれて低くなる。熱源流
体案内チューブ9のラップ長さを適当に選定すれば高温
側チューブシート3の溶着部12の温度は低く抑えられ
る上、温度差も略無くなり、溶着部12における熱応力
は著しく緩和されて、この熱応力による破損は防止され
る。
In the shell-and-tube heat exchanger 1 according to the first embodiment of the present invention having the above-described structure, the high-temperature heat flowing into the high-temperature side header 5 and flowing into the heat transfer tube 7 via the heat source fluid guide tube 9 is used. The heat source fluid guide tube 9 that rises in temperature by directly contacting the heat source fluid (open arrow line in FIG. 2) is not fixed to the heat transfer tube 7,
In the wrapped portion 9, the heat insulating layer 11 is provided with a gap that does not cause air convection, so that the temperature does not directly affect the heat transfer tube 7, and the heat source fluid guide tube The heat transfer from 9 to the welded portion 12 of the high-temperature side tube sheet 3 is suppressed only to heat radiation. Therefore, the heat transfer tube 7 balances the temperature of the low temperature fluid, and the heat source fluid guide tube 9 balances the temperature of the high temperature heat source fluid. Here, the temperature distribution of the heat transfer tube 7 is a point where the high-temperature heat source fluid is directly blown in the vicinity of the cut (end on the outlet side) of the heat source fluid guide tube 9, and becomes lower as it approaches the high-temperature side tube sheet 3. If the wrap length of the heat source fluid guide tube 9 is appropriately selected, the temperature of the welded portion 12 of the high temperature side tube sheet 3 can be kept low, and the temperature difference is substantially eliminated, and the thermal stress in the welded portion 12 is remarkably reduced. Breakage due to this thermal stress is prevented.

【0026】図3には、本発明の第2の実施の形態に係
る多管式熱交換器のチューブシート近辺部分の断面図が
示される。この第2の実施の形態に係る多管式熱交換器
に関して、前記第1の実施の形態に係る多管式熱交換器
に類似し、対応する各部材には同一の参照符号を付して
重複を避け説明を省く。この第2の実施の形態におい
て、特徴とされる構成は、伝熱チューブ7の内径に比し
て僅かに小さい外径を持つ短管に形成されてなる熱源流
体案内チューブ9が、伝熱チューブ7に対し空気対流が
生じなく伝熱しにくい程度の隙間を保持してその出口側
端部を該伝熱チューブ7内に僅かな長さでラップするよ
うに介挿して高温側ヘッダー5内に、伝熱チューブ7に
同軸の配列で設けられていることである。この場合の熱
源流体案内チューブ9における出口側端部は、高温の熱
源流体の流通方向を基準に溶着部12と略等レベルに位
置して低温流体側までは延ばされていない。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion near a tube sheet of a multi-tube heat exchanger according to a second embodiment of the present invention. Regarding the multitubular heat exchanger according to the second embodiment, similar to the multitubular heat exchanger according to the first embodiment, the corresponding members are denoted by the same reference numerals. Avoid duplication and omit explanations. The second embodiment is characterized in that the heat source fluid guide tube 9 formed as a short tube having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the heat transfer tube 7 is a heat transfer tube. 7, an air-convection does not occur, and a gap that does not easily conduct heat is held, and the outlet end thereof is inserted into the heat transfer tube 7 so as to be wrapped with a small length into the high-temperature side header 5. That is, the heat transfer tubes 7 are provided in a coaxial arrangement. In this case, the outlet side end of the heat source fluid guide tube 9 is located at substantially the same level as the welded portion 12 based on the flow direction of the high temperature heat source fluid, and does not extend to the low temperature fluid side.

【0027】このような構成になる第2の実施の形態に
おいては、熱源流体案内チューブ9が、伝熱チューブ7
に対し空気対流が生じなく伝熱しにくい程度の隙間を保
持して僅かなラップ長さで介挿されてなることによっ
て、その温度の影響が伝熱チューブ7に直接的には及ば
ない。一方、高温側チューブシート3の溶着部12は伝
熱チューブ7内の高温熱源流体に該チューブ7壁を介し
て曝されることから熱源流体案内チューブ9の端部との
温度差はなく高温になる。しかし、伝熱チューブ7と熱
源流体案内チューブ9とは前述した通り伝熱しにくい状
態であるから、従って溶着部12における熱応力は緩和
されて、この熱応力による破損は防止される。
In the second embodiment having such a configuration, the heat source fluid guide tube 9 is provided with the heat transfer tube 7.
In contrast, the heat transfer tube 7 is not directly affected by the temperature because the air gap is inserted with a small wrap length while maintaining a gap that does not generate air convection and is difficult to transfer heat. On the other hand, since the welded portion 12 of the high-temperature side tube sheet 3 is exposed to the high-temperature heat source fluid in the heat transfer tube 7 through the wall of the tube 7, there is no temperature difference from the end of the heat source fluid guide tube 9 and the temperature is high. Become. However, since the heat transfer tube 7 and the heat source fluid guide tube 9 are in a state where heat transfer is difficult as described above, the thermal stress in the welded portion 12 is alleviated, and breakage due to this thermal stress is prevented.

【0028】図5には、本発明の第3の実施の形態に係
る多管式熱交換器のチューブシート近辺部分の断面図が
示される。この第3の実施の形態に係る多管式熱交換器
に関して、前記第1及び第2の実施の形態に係る多管式
熱交換器に類似し、対応する各部材には同一の参照符号
を付して説明を省く。この第3の実施の形態において、
特徴とされる構成は、前記断熱層11が空気層に代えて
断熱材を介設している点である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion near a tube sheet of a multi-tube heat exchanger according to a third embodiment of the present invention. Regarding the multitubular heat exchanger according to the third embodiment, similar to the multitubular heat exchanger according to the first and second embodiments, corresponding members have the same reference numerals. The description is omitted here. In this third embodiment,
The characteristic configuration is that the heat insulating layer 11 has a heat insulating material interposed in place of the air layer.

【0029】このような構成になる第3の実施の形態に
おいては、断熱層11の断熱材によって熱放射を抑えら
れるため、断熱材の厚みを含む断熱特性次第では第2の
実施の形態以上の熱応力緩和効果が得られる。この場
合、必要に応じて断熱層11の断熱材の厚みを高温側か
ら低温側に至り漸減させるなどの手段により、断熱特性
を高温側から低温側に至り低下させて変化するようにす
れば、伝熱チューブ7の温度分布を適宜コントロールす
ることが可能である。
In the third embodiment having such a configuration, heat radiation is suppressed by the heat insulating material of the heat insulating layer 11, and therefore, depending on the heat insulating properties including the thickness of the heat insulating material, the third embodiment is different from the second embodiment. A thermal stress relaxation effect is obtained. In this case, if necessary, the thickness of the heat insulating material of the heat insulating layer 11 may be gradually reduced from the high temperature side to the low temperature side, and the heat insulating property may be reduced from the high temperature side to the low temperature side so as to change. The temperature distribution of the heat transfer tube 7 can be appropriately controlled.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の各実施例について、従来技術
例(図6図示のもの)及び比較例(図7図示のもの)を
対比の上、各部における熱応力Pa を調べたところ、下
記表1のような結果が得られた。ここで、図7図示の比
較例は、上記従来技術例に対して改良を加えた参考例で
あって、カラー管17を低温流体側に延ばすことによ
り、伝熱チューブ16との溶着部18を低温流体側に位
置させて設けた構造に特徴を有する。なお、各部の使用
材料をステンレス鋼とし、高温流体を入口での温度85
0℃の気体、低温流体を出口温度650℃の気体として
各部についての熱応力Pa を調べた。
The thermal stress Pa in each part of each embodiment of the present invention was examined by comparing the prior art example (shown in FIG. 6) and the comparative example (shown in FIG. 7) with each other. The results shown in Table 1 were obtained. Here, the comparative example shown in FIG. 7 is a reference example in which the above-described prior art example is improved, and the welded portion 18 with the heat transfer tube 16 is formed by extending the collar tube 17 to the low temperature fluid side. It is characterized by the structure provided on the low-temperature fluid side. The material used in each part was stainless steel, and a high-temperature fluid was used at a temperature of 85 at the inlet.
Using a gas at 0 ° C. and a low-temperature fluid as a gas at an outlet temperature of 650 ° C., the thermal stress Pa of each part was examined.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】表1から明らかなように、実施例1の場
合、伝熱チューブでの熱応力を従来技術例に比し少しし
か下げられないが、溶接個所を伝熱チューブ1本当たり
1個所に抑えられることから、熱応力を比較的緩和しな
がらコストダウンが図れている。一方、実施例2、3の
場合、伝熱チューブでの熱応力を従来技術例の2/5程
度に抑えて熱応力の緩和に著しく寄与していることが表
されている。
As is clear from Table 1, in the case of the first embodiment, the thermal stress in the heat transfer tube can be reduced only slightly as compared with the prior art example, but the welding point is reduced to one for each heat transfer tube. As a result, the cost can be reduced while relatively relaxing the thermal stress. On the other hand, in the case of Examples 2 and 3, it is shown that the thermal stress in the heat transfer tube is suppressed to about 2/5 of that of the conventional art, and contributes significantly to the relaxation of the thermal stress.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。本発明
は、新たに熱源流体案内チューブを設けて、これを伝熱
チューブとチューブシートとの何れとも固定させない構
造としたから、高温部での溶接を回避できてしかも溶接
個所を半減することが可能となり、これにより溶着部で
の熱応力を緩和し得るとともに、溶接加工コストの低減
並びに生産性の向上が図れる。
The present invention is embodied in the form described above and has the following effects. According to the present invention, since a heat source fluid guide tube is newly provided and is fixed to neither the heat transfer tube nor the tube sheet, welding in a high temperature portion can be avoided, and the number of welding points can be reduced by half. This makes it possible to alleviate the thermal stress at the welded portion, reduce the welding cost and improve the productivity.

【0034】また、熱源流体案内チューブを伝熱チュー
ブ内においてチューブシートより低温側に延ばし、伝熱
チューブと熱源流体案内チューブの間に空気層等の断熱
材を介設した構成とすることにより、例えば高温ガスの
熱交換をチューブシートから離れた個所で行わせること
ができて、これによりチューブシートと伝熱チューブと
の溶着部における熱応力を大きく緩和し得る。
Further, the heat source fluid guide tube extends to a lower temperature side than the tube sheet in the heat transfer tube, and a heat insulating material such as an air layer is provided between the heat transfer tube and the heat source fluid guide tube. For example, the heat exchange of the high-temperature gas can be performed at a location away from the tube sheet, so that the thermal stress at the welded portion between the tube sheet and the heat transfer tube can be greatly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】多管式熱交換器の断面示正面図である。FIG. 1 is a cross-sectional front view of a multitubular heat exchanger.

【図2】本発明の第1の実施の形態に係る多管式熱交換
器のチューブシート近辺部分の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion near a tube sheet of the multitubular heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態に係る多管式熱交換
器のチューブシート近辺部分の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion near a tube sheet of a multitubular heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態に係る多管式熱交換
器のチューブシート近辺部分の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion near a tube sheet of a multitubular heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.

【図5】従来の多管式熱交換器の例のチューブシート近
辺部分の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion near a tube sheet of an example of a conventional multi-tube heat exchanger.

【図6】図5に対応する要部拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a main part corresponding to FIG. 5;

【図7】本発明に対する比較例の多管式熱交換器のチュ
ーブシート近辺部分の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion near a tube sheet of a multitubular heat exchanger of a comparative example for the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…多管式熱交換器 2…筒体 2A …入口 2
B …出口 3…高温側チューブシート 4…低温側チューブシー
ト 5…高温側ヘッダー 6…低温側ヘッダー 7…伝
熱チューブ 8…バッフル板 9…熱源流体案内チューブ 10
…断熱材 11…断熱層 12…溶着部
1 ... Multi-tubular heat exchanger 2 ... Cylindrical body 2A ... Inlet 2
B ... outlet 3 ... high temperature side tube sheet 4 ... low temperature side tube sheet 5 ... high temperature side header 6 ... low temperature side header 7 ... heat transfer tube 8 ... baffle plate 9 ... heat source fluid guide tube 10
... heat insulating material 11 ... heat insulating layer 12 ... welded part

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 予熱流体の入・出口を有する管体、該管
体の両端部に塞がせてそれぞれ設けられる高温側チュー
ブシート及び低温側チューブシート、前記各チューブシ
ートを挟んで前記管体の両側にそれぞれ設けられる熱源
流体の入口を有する高温側ヘッダー及び熱源流体の出口
を有する低温側ヘッダー、前記両チューブシートにチュ
ーブ端を貫挿し前記両ヘッダーに開口部を臨ませて前記
管体内に延設される複数本の伝熱チューブを含み、それ
ら伝熱チューブに流通させた熱源流体の熱を、該伝熱チ
ューブを介して前記予熱流体に伝達させる多管式熱交換
器において、 前記伝熱チューブが溶接接合により高温側チューブシー
トに固定されてなる一方、耐熱材の管からなる熱源流体
案内チューブが、前記伝熱チューブに対し離間して保持
されるとともに、その出口側端部を該伝熱チューブ内に
介挿して高温側ヘッダー内に配設されてなることを特徴
とする熱源流体案内チューブを有する多管式熱交換器。
1. A tube having an inlet / outlet for a preheating fluid, a high-temperature tube sheet and a low-temperature tube sheet which are respectively closed at both ends of the tube, and the tube sandwiching each of the tube sheets. A high-temperature side header having a heat source fluid inlet and a low-temperature side header having a heat source fluid outlet provided on both sides of the tube, the tube ends are inserted through both tube sheets, and the opening faces both headers. A multi-tube heat exchanger that includes a plurality of heat transfer tubes that are extended and that transfers the heat of the heat source fluid circulated through the heat transfer tubes to the preheating fluid via the heat transfer tubes; The heat tube is fixed to the high-temperature side tube sheet by welding, while the heat source fluid guide tube made of a heat-resistant material is held apart from the heat transfer tube. Together, multitubular heat exchanger having a heat source fluid guiding tube characterized by comprising disposed on the high temperature side in the header by inserting the outlet end in the heat transfer tube.
【請求項2】 前記伝熱チューブが、溶接接合の際にお
ける溶着部の所要長に対応する長さ分のチューブ端を前
記高温側ヘッダー内に突出させて溶接接合により高温側
チューブシートに固定されてなる請求項1記載の熱源流
体案内チューブを有する多管式熱交換器。
2. The heat transfer tube is fixed to the high-temperature side tube sheet by welding and projecting a tube end corresponding to a required length of a welded portion at the time of welding connection into the high-temperature side header. A multi-tube heat exchanger having the heat source fluid guide tube according to claim 1.
【請求項3】 前記高温側チューブシートと前記伝熱チ
ューブとの溶着部及び前記熱源流体案内チューブを取巻
く断熱材が張設されてなる請求項1又は2に記載の熱源
流体案内チューブを有する多管式熱交換器。
3. The multiple heat source fluid guide tube according to claim 1, wherein a heat insulating material surrounding the welded portion between the high temperature side tube sheet and the heat transfer tube and the heat source fluid guide tube is stretched. Tube heat exchanger.
【請求項4】 前記伝熱チューブと前記熱源流体案内チ
ューブとの間に断熱材が介設されてなる請求項1、2又
は3に記載の熱源流体案内チューブを有する多管式熱交
換器。
4. A multi-tube heat exchanger having a heat source fluid guide tube according to claim 1, wherein a heat insulating material is interposed between the heat transfer tube and the heat source fluid guide tube.
【請求項5】 前記断熱材が、断熱特性を高温側から低
温側に至り低下させて変化するように設けられたもので
ある請求項4記載の熱源流体案内チューブを有する多管
式熱交換器。
5. The multi-tubular heat exchanger having a heat source fluid guide tube according to claim 4, wherein the heat insulating material is provided so as to decrease and change the heat insulating property from a high temperature side to a low temperature side. .
【請求項6】 前記断熱材の厚みが、高温側から低温側
に至り漸減してなる請求項5記載の熱源流体案内チュー
ブを有する多管式熱交換器。
6. The multi-tube heat exchanger having a heat source fluid guide tube according to claim 5, wherein the thickness of the heat insulating material gradually decreases from a high temperature side to a low temperature side.
【請求項7】 前記熱源流体案内チューブがステンレス
鋼の管からなる請求項1、2、3、4、5又は6に記載
の熱源流体案内チューブを有する多管式熱交換器。
7. A multi-tube heat exchanger having a heat source fluid guide tube according to claim 1, wherein the heat source fluid guide tube is made of a stainless steel tube.
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