JP2006337000A - 熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射線等を用いた検査により内部欠陥を検知、識別することが可能となり溶接部の欠陥を無くすことができると共に、製作性に優れた、熱交換器及び熱交換器の製造を実現することを目的とする。
【解決手段】 管板間に伝熱管が設けられた熱交換器において、前記管板の仕切り室側に突出した円筒状のスタブと、前記管板及び前記スタブを貫通して配設された前記伝熱管と、前記スタブ及び前記伝熱管の端面に突き合わせて連接された端管と、前記スタブ及び前記伝熱管の端面と前記端管の端面との突合せ面に形成された接合部とを備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、蒸気発生器、加熱器、過熱器、温水器、冷却器、復水器等、温度の異なる流体の間接的な接触によって熱の交換を行うシェル・アンド・チューブ型の熱交換器及び熱交換器の製造方法に関するものである。

従来、シェル・アンド・チューブ形の多管式熱交換器において、図９に図示のように、管板８０の表面（シェル内部に流通する他方の流体と接触しない側の表面）に、短管状で且つ伝熱管８１が貫通可能な管台８２を溶接し、該管台８２と管板８０に対し伝熱管８１の両端部を貫通させて管台８２の先端から所要量だけ突出させるようにし、該伝熱管８１の管台８２からの突出部外周を管台８２の先端に溶接するよう構成したものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載のものは、管板８０及び管台８２に伝熱管８１を通過させ、伝熱管８１を拡管処理により管板８０に固定すると共に、管台８２の端部全周を伝熱管８１の外周面に隅肉溶接８３している。
この従来の接合構造は、製作性に優れるという利点があるが、隅肉溶接８３周辺で肉厚が変化するため、放射線等を用いた検査により内部欠陥を検知することが困難であるという問題がある。

即ち、図１０の接合部拡大図に図示のように、伝熱管８１内から外側に向かってＸ線８５を照射し、管台８２及び伝熱管８１の該周囲に設けられた図示略のフィルムに溶接状況を撮影する場合、管台８２と伝熱管８１との段差による映像の変化と欠陥８４による映像の変化との区別ができず、放射線等により内部欠陥を検知することが困難である。
特に、加熱媒体と非加熱媒体とが異なる物質の場合、安全性が要求される場合等には、隅肉溶接８３の信頼性をさらに高めることが望ましい。

また、図１１に図示のように、流体室９０側から熱交換室９１側へ貫通する管板孔９２を有する管板本体９３と、管板本体９３の熱交換室９１側の面に管板孔９２と対応するよう一体的に形成されたスタブ部９４と、該スタブ部９４に接続された伝熱管９５とを備え、流体室９０から伝熱管９５へ流入する一次流体と熱交換室９１の二次流体との間で熱交換を行なうようにしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
なお、各スタブ部９４の先端部と伝熱管９５とは溶接されている。

特許文献２に記載のものは、スタブ部９４の先端部と伝熱管９５との溶接部が伝熱管９５群の間にあるため、伝熱管９５の取り付け工事においては、多数の伝熱管９５につき１本毎に順次、溶接、溶接部の外周へのＸ線用フィルムの当接、放射線透過検査（ＲＴ検査）を繰返し行うことが必要であり、多くの時間を要する。

特開２００２−６２０８１号公報（図１、要約） 特開平７−１９０６７３号公報（図１、要約）

以上に述べたように、特許文献１に記載のものでは、製作性に優れているものの、管板の管台の端部と伝熱管の端部との溶接接合部の管の長手方向両側において段差があるため、放射線等を用いた検査が困難であり、特許文献２に記載のものでは、放射線等を用いた検査が可能なものの、伝熱管９５の取り付け工事においては、多数の伝熱管９５につき１本毎に順次、溶接、溶接部の外周へのＸ線用フィルムの当接、ＲＴ検査を繰返し行う必要があり、製作性が悪いという問題がある。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、放射線等を用いた検査により内部欠陥を検知、識別することが可能となり溶接部の欠陥を無くすことができると共に、製作性に優れた、熱交換器及び熱交換器の製造方法を実現することを目的とする。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、特許請求の範囲に記載された各発明は、熱交換器及び熱交換器の製造方法として、それぞれ以下の（１）〜（１０）に述べる各手段を採用したものである。

（１）第１の手段の熱交換器は、管板間に伝熱管が設けられた熱交換器において、前記管板の仕切り室側に突出した円筒状のスタブ、前記管板及び前記スタブを貫通して配設された前記伝熱管と、前記スタブ及び前記伝熱管の端面に突き合わせて連接された端管と、前記スタブ及び前記伝熱管の端面と前記端管の端面との突合せ面に形成された接合部とを備えたことを特徴とする。

（２）第２の手段の熱交換器は、前記第１の手段において、前記接合部近傍の端管の内径及び外径と前記伝熱管の内径及び前記スタブの外径が同じになるように連接されていることを特徴とする。

（３）第３の手段の熱交換器は、前記第１又は２の手段において、前記接合部は、前記端管の前記突合せ面の半径方向板厚幅に亘って形成されていることを特徴とする。

（４）第４の手段の熱交換器は、前記第１乃至３の手段において、前記伝熱管は、多重管であることを特徴とする。

（５）第５の手段の熱交換器は、前記第１乃至４の手段において、前記端管にオリフィスが形成されていることを特徴とする。

（６）第６の手段の熱交換器は、前記第１乃至５の手段において、前記管板は、加熱流体として高温の液体ナトリウムが用いられる高速増殖炉に使用されるものであることを特徴とする。

（７）第７の手段は、管板間に多数の伝熱管が設けられた熱交換器の製造方法において、前記各伝熱管を前記管板及び前記管板の仕切り室側に突出した円筒状のスタブに挿入し、前記スタブ及び前記伝熱管の端面に端管を突き合わせて連接し、前記スタブ及び前記伝熱管の端面と前記端管の端面との突合せ面を接合することを特徴とする。

（８）第８の手段の熱交換器の製造方法は、前記第７の手段において、前記接合部近傍の端管の内径及び外径と前記伝熱管の内径及び前記スタブの外径が同じになるようにすることを特徴とする。

（９）第９の手段の熱交換器の製造方法は、前記第７又は８の手段において、前記接合は、前記端管の前記突合せ面の半径方向板厚幅に亘って行うことを特徴とする。

（１０）第１０の手段の熱交換器の製造方法は、前記第７乃至９の手段において、前記伝熱管は、多重管であることを特徴とする。

特許請求の範囲に記載の各請求項に係る発明は、上記の（１）〜（１０）に記載の各手段を採用しているので、接合部周辺で肉厚が変化しない或いは許容される誤差の範囲内であるため、放射線の透過度が一定となり、放射線、または、超音波を用いた検査により接合部周辺の内部欠陥を検知することが可能となる。

特に、（６）に記載の手段においては、触れ合うと激しく反応する液体金属ナトリウムと水もしくは蒸気との間で熱交換を行う高速増殖炉の熱交換器では、伝熱管に施行される溶接等の接合部の検査には極めて高い信頼性が要求されるため、放射線等による検査は、是非とも実施したいものであるが、その放射線等による検査が可能となる。

また、溶接部は、胴部内の多数の伝熱管が配設された側ではなく、出口側の仕切り室、入口側の仕切り室内に位置しているため、補修も簡単に行うことができる。
更に、従来は伝熱管１本毎に拡管処理作業と溶接接合作業と放射線による検査とを行う必要があったが、多数の伝熱管の拡管処理作業、溶接等の接合作業、検査作業が独自に自由に行えるため、製作性と信頼性に優れている。

以下、本発明の各実施の形態を図１〜８を参照して説明する。
図１は、本発明の各実施の形態を一部断面で示す熱交換器の全体図である。
図２は、本発明の第１の実施の形態を示す接合部断面図、図３は、図２の接合部拡大図、図４は、図２の接合部における放射線による検査方法を示す図である。
図５は、本発明の第２の実施の形態を示す要部拡大断面図、図６は、図５における溶接前の突合せ部の形状を示す図である。
図７は、本発明の第３の実施の形態を示す要部拡大断面図である。
図８は、本発明をＦＢＲ用に適用した蒸気発生装置の部分拡大断面図である。

（熱交換器の全体の構成）
先ず、図１に基づき、本発明の各実施の形態に係る熱交換器の全体の構成を説明する。
なお、本発明における熱交換器は、蒸気発生器、加熱器、過熱器、温水器、冷却器、復水器等の、温度の異なる流体の間接的な接触によって熱の交換を行うシェル・アンド・チューブ型のものを含む。
加熱流体としては、熱水、ボイラ等における火炎、高温気体、高温蒸気、原子力発電設備における液体ナトリウム、等が用いられる。
被加熱流体としては、水、蒸気、反応のために加熱する化学物質（流体）等が用いられる。

図１に図示のように、熱交換器１は、中央部の胴部２、胴部２の上端に気密或いは液密に取り付けられた上部の出口側の管板５及び上部の出口側の仕切り室３（又は、プレナム、水室、ヘッダー、マニホールドともいう）、胴部２の下端に液密に取り付けられた下部の入口側の管板６及び下部の入口側の仕切り室４（又は、プレナム、水室、ヘッダー、マニホールドともいう）により構成されている。
入口側の仕切り室４には、被加熱流体９を導入する被加熱流体導入管１２が接続され、出口側の仕切り室３には、被加熱流体排出管１３が接続されている。
また、胴部２の上端部には、加熱流体８を導入する加熱流体導入管１０が接続され、胴部２の下端部には、加熱流体排出管１１が接続されている。

胴部２内には、多数の伝熱管７が配設されており、この各伝熱管７の上端は、出口側の管板５に穿設された孔及びスタブ２０を貫通し出口側の仕切り室３内に突出している。
また、各伝熱管７の下端も同様に、入口側の管板６に穿設された孔及びスタブ２０を貫通し入口側の仕切り室４内に突出している。
そして、スタブ２０及び伝熱管７の全ての両端には、後述するように端管２１が溶接、溶金等により接合されている。

上述の熱交換器１において、加熱流体８は、加熱流体導入管１０から胴部２内に導入されて、伝熱管７内の被加熱流体９を加熱した後、加熱流体排出管１１から排出される。
また、被加熱流体９は、被加熱流体導入管１２から入口側の仕切り室４に導入され、多数の伝熱管７を流れながら加熱流体８により加熱された後、出口側の仕切り室３を通り被加熱流体排出管１３から排出される。

なお、図１に図示の伝熱管７は、直管型の例を示しているが、これに限定されるものではなく、Ｕ字管型、ヘリカルコイル型、１重管型、多重管型（２重管以上のもの）等、各種の形状のものとすることができる。

（本発明の第１の実施の形態）
次に、図２〜図４に基づき、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器及び伝熱管と管板との接合構造、接合方法につき説明する。
図２は、図１における各スタブ２０及び伝熱管７の端部の接合部を拡大したものである。
上述のごとく、出口側の管板５又は入口側の管板６には、各伝熱管７を通すための多数の孔が穿設されている。
この各孔の周囲には、出口側の仕切り室３又は入口側の仕切り室４に突出したスタブ２０が、出口側の管板５、入口側の管板６に形成されている。

そして、出口側の管板５、入口側の管板６に穿設された孔及び各スタブ２０には各々伝熱管７の端部が挿入され、各伝熱管７は周知の拡管装置により拡管部２４が拡張されて出口側の管板５、入口側の管板６に穿設された各孔の内面に液密に密着固定されている。
これにより、胴部２内の加熱流体８が出口側の仕切り室３、入口側の仕切り室４内に混入しないように、或いは出口側の仕切り室３、入口側の仕切り室４内の被加熱流体９が胴部２内に混入しないようになっている。

更に、本実施の形態においては、出口側の管板５、入口側の管板６或いはスタブ２０と伝熱管７との液密性を高めるために、各スタブ２０及び各伝熱管７の端面には板厚の厚いリング状の端管２１（又は、単管、短管或いはストッパーリングと称する）が突き合わされ連接され、スタブ２０、伝熱管７及び端管２１の突き合わせ部分は、溶接或いは溶金等により接合２２されている。

この端管２１は、その外径がスタブ２０の外径とほぼ一致し、内径が伝熱管７の内径とほぼ一致するものとなっている。
また、溶接等による接合部２２は、スタブ２０の外面から伝熱管７の内面に達するように（或いは、端管２１の半径方向板厚幅に亘って）形成されている。
即ち、端管２１は、図３に図示のように、端管の外径Ｄｏ＝スタブの外径Ｄｓ、端管の内径Ｄｉ＝伝熱管の内径Ｄｐ、端管の板厚ｔ３＝スタブの板厚ｔ１＋伝熱管の板厚ｔ２となるように、端管２１をスタブ２０及び伝熱管７の端面に突き合わせて連接することが最も好ましい。

なお、本発明における連接とは、以下に述べるように、許容されるずれ、即ち製作公差の範囲内で接合するものを意味するものであり、また、放射線等による溶接部の検査において、スタブ２０及び伝熱管７と端管２１との段差による影響を受けない範囲内のものを含むものとする。
また、端管の長さＬは、長くても構わないが、少なくとも溶接接合（或いは溶金接合）後の放射線検査時に誤検出値が発生せず、取り扱い性の良い長さとする。
即ち、少なくとも、端管の長さＬ≧ｔ１＋ｔ２とすべきである。
なお、端管２１が長い場合、接合部近傍以外の部分、即ち長さＬ≧ｔ１＋ｔ２の部分については、放射線等による検査に影響を与えないので、端管２１の板厚は、公差以下にする必要はなく、薄くても厚くても、更には、後記するようにオリフィスを設けても良い。

端管２１の各寸法は、上述のようにすることが最も好ましいが、図４に図示のように、放射線等を用いた検査に支障のない範囲内であればよく、必ずしも各寸法を完全に一致させる必要はない。
即ち、スタブの外径Ｄｓと端管の外径Ｄｏとの外径差δｏ、及び伝熱管の内径Ｄｐと端管の内径Ｄｉとの内径差δｉとの合計（外径差δｏ＋内径差δｉ）が、１．５ｍｍ以下であれば良い。
この１．５ｍｍという数値は、総理府令第１２１号「研究開発段階にある発電の用に供する原子炉の溶接の技術水準に関する規則」において、厚さ１５ｍｍ以下の母材に関する管または管台の周継手に示されている「越えてはならない食い違いの値」である。

なお、図２、図３、図４に記載のものは、溶接による接合２２のための開先を外側に開くように構成したものであるが、逆に内側に開くような構成としても良い。
更には、端管２１の突合せ側端面及びスタブ２０及び伝熱管７の突合せ側端面の両方ともに水平に研削、切断し、入熱により突き合わせ面を接合しても良い。

（熱交換器の製造、検査）
上述の、熱交換器１の製造においては、出口側の管板５、入口側の管板６間に伝熱管７が配設され、各伝熱管７の各端部は出口側の管板５、入口側の管板６に穿設された孔及びスタブ２０内に挿入される。
そして、各伝熱管７は、周知の拡管装置により図２に図示の拡管部２４が拡張されて出口側の管板５、入口側の管板６に穿設された各孔の内面に液密に密着固定される。
その後、スタブ２０及び伝熱管７の端部の全周囲について開先処理、即ち、端面を斜めに研削、切断する処理が行なわれる。

そして、予め開先処理された端管２１が、スタブ２０及び伝熱管７の端部に突き合わされ、溶接作業を行う側の反対側に円筒状の図示略の裏当て材が当接される。
その後、スタブ２０、伝熱管７及び端管２１は、突き合わされた開先部が全周囲に亘ってＴｉｇ溶接等により肉盛り溶接され接合２２される。

溶接接合された後に、図４に示すように放射線による検査が行われる。
先ず、スタブ２０、接合部２２及び端管２１の外周面を覆うように、全周に亘ってＸ線フィルム１６が配設される。
そして、Ｘ線１５の発生源が伝熱管７内部に挿入され、Ｘ線フィルム１６に向かってＸ線１５が照射されて検査が行なわれる。

上述の本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器及び伝熱管と管板との接合構造、接合方法によれば、接合部２２周辺で肉厚が変化しない或いは許容される誤差の範囲内であるため、放射線の透過度が一定となり、放射線等を用いた検査により接合部２２周辺の内部欠陥を検知することが可能となる。
また、接合部２２は、胴部２内の多数の伝熱管７が配設された側ではなく、出口側の仕切り室３、入口側の仕切り室４内に位置しているため、補修、再検査等も簡単に行うことができ、接合部２２の欠陥を無くすことができる。

従来は、伝熱管１本毎に拡管処理作業と溶接接合作業と放射線による検査とを行う必要があったが、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器では、多数の伝熱管７の拡管処理作業、溶接接合作業、検査作業が独自に自由に行えるため、製作性に優れている。
また、特許文献２に記載の従来のものでは、中央部付近の伝熱管の補修、再点検は事実上不可能であった。
これに対し、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器及び伝熱管と管板との接合構造、接合方法は、製作性、信頼性、及び補修性を向上或いは可能とすることができるものである。

（本発明の第２の実施の形態）
次に、図５、図６に基づき、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器及び伝熱管と管板との接合構造、接合方法につき説明する。
本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器及び伝熱管と管板との接合構造、接合方法は、本質的には本発明の第１の実施の形態に係るものと同じであり、異なる点は、伝熱管７を２重の伝熱管７ａ、７ｂとしたことにある。

即ち、熱交換器１の信頼性を高めるために、伝熱管７を２重化することがあるが、溶接部の信頼性を更に高める構造、製造方法がこれまでになかった。
しかしながら、本実施の形態に係る構造、製造方法を採用することによって、信頼性を更に高めた伝熱管の２重化が可能となった。
なお、伝熱管７を２重化する目的は、熱応力等により伝熱管７がひび割れ等を起こす可能性があるが、伝熱管７を２重化することにより、一方（内側或いは外側）の伝熱管に万が一ひび割れが生じても、他方の伝熱管（外側或いは内側）により加熱流体８と被加熱流体９との接触を更に確実に防止することにある。

本発明の第２の実施の形態においては、図５に図示のように、出口側の管板５、入口側の管板６に穿設された孔及び各スタブ２０には、外側の伝熱管７ａ及び内側の伝熱管７ｂが挿入され、各伝熱管７ａ、７ｂは周知の拡管装置により拡管部２４が拡張されて出口側の管板５、入口側の管板６に穿設された各孔の内面に液密に密着固定されている。
これにより、胴部２内の加熱流体８が、例え外側の伝熱管７ａにひび割れが生じても、出口側の仕切り室３、４内に混入しないように、或いは出口側の仕切り室３、入口側の仕切り室４内の被加熱流体９が胴部２内に混入しないようになっている。

更に、本実施の形態においても、出口側の管板５、入口側の管板６或いはスタブ２０と伝熱管７ａ、７ｂとの液密性を高めるために、各スタブ２０及び各伝熱管７ａ、７ｂの端面には板厚の厚いリング状の端管２１が突き合わされ、スタブ２０、伝熱管７及び端管２１は、溶接により接合２２されている。
この端管２１は、その外径がスタブ２０の外径とほぼ一致し、内径が内側の伝熱管７ｂの内径とほぼ一致するものとなっている。
また、接合部２２は、スタブ２０の外面から内側の伝熱管７ｂの内面に達するように（或いは、端管２１の半径方向板厚幅に亘って）形成されている。

この端管２１の板厚は、本発明の第１の実施の形態に係るものと同様に、スタブ２０の板厚＋外側の伝熱管７ａの板厚＋内側の伝熱管７ｂの板厚となるような形状とすることが最も好ましい。
なお、端管２１の板厚と、スタブ２０の板厚＋外側の伝熱管７ａの板厚＋内側の伝熱管７ｂの板厚との外径差、内径差も、第１の実施の形態に係るものと同様に許容の範囲内であれば必ずしも各寸法を完全に一致させる必要はない。

次に、図６に基づき、端管２１と、スタブ２０、伝熱管７ａ、７ｂとの溶接、溶金等による接合前の突合せ時の形状に付き説明する。
図６（ａ）は、端管２１、スタブ２０及び伝熱管７ａ、７ｂの双方の突合せ側端面を、斜めに研削、切断し、貫通した溶接による接合２２を行うために外側に向く開先を形成した例である。

図６（ｂ）は、端管２１の突合せ側端面は、水平（管の半径方向）に研削、切断し、スタブ２０及び伝熱管７ａ、７ｂの突合せ側端面のみを、斜めに或いは段状に研削、切断し、貫通した溶接による接合２２を行うために外側に向く開先を形成した例である。
図６（ｃ）は、スタブ２０及び伝熱管７ａ、７ｂの突合せ側端面を水平（管の半径方向）に研削、切断すると共に、スタブ２０、伝熱管７ａ、７ｂと同じ材料を用いそれらを短く切断してスタブ２０、伝熱管７ａ、７ｂの突合せ側端面を斜めに研削、或いは段状に重ね合わせて端管２１を形成して、貫通した溶接による接合２２を行うために外側に向く開先を形成した例である。
図６（ｄ）は、端管２１の突合せ側端面及びスタブ２０及び伝熱管７ａ、７ｂの突合せ側端面の両方ともに水平に研削、切断し、入熱により突き合わせ面を接合する例である。

なお、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）において括弧内の符号のように、端管２１、伝熱管７ｂ、７ａ及びスタブ２０の突合せ側端面の少なくともどちらか一方を、斜めに或いは段状に研削、切断し、貫通した溶接による接合２２を行うために、内側に向く開先を形成しても良い。

本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器及び伝熱管と管板との接合構造、接合方法によれば、第１の実施の形態に係るものと同様の作用効果を奏すると共に、熱交換器１として更に信頼性を高めた伝熱管の２重化が可能となる。

また、２重管の場合、従来のものでは、スタブ２０、外側の伝熱管７ａ及び内側の伝熱管７ｂの端部を、順序よく段違いに揃える必要があり、スタブ２０の端部を外側の伝熱管７ａの外周面に隅肉溶接し、外側の伝熱管７ａの端部を内側の伝熱管７ｂの外周面に隅肉溶接する必要があった。
しかしながら、本発明の第２の実施の形態によれば、スタブ２０、外側の伝熱管７ａ及び内側の伝熱管７ｂの端部を合わせて一緒に研削、切断し、端管７を付き合わせて溶接接合することができるため、溶接作業も１箇所でよく、作業性が向上する。

（本発明の第３の実施の形態）
次に、図７に基づき、本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器につき説明する。
本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器及び伝熱管と管板との接合構造、接合方法は、本質的には本発明の第１の実施の形態に係るものと同じであり、異なる点は、本発明の第１の実施の形態における端管２１をオリフィス付の端管２１ａとし、オリフィス機能を付加させたものである。

即ち、蒸気発生器及びボイラなどの熱交換器１の伝熱管７の入口には、伝熱管７内の流動を安定させるためオリフィスを設置することがあるが、本発明の第３の実施の形態においては、図７に図示のように、オリフィス付の端管２１ａを採用してオリフィス機能を付加している。
伝熱管７の入口にオリフィスが必要な熱交換器の場合、オリフィス機能が付加された端管２１ａを採用することにより部品点数及び加工工数を低減することが可能となる。

本発明の第３の実施の形態においては、図７に図示のように、下部の入口側の管板６に穿設された孔及び各スタブ２０には、伝熱管７が挿入され、各伝熱管７は周知の拡管装置により拡管部２４が拡張されて入口側の管板６に穿設された各孔の内面に液密に密着固定されている。

更に、本発明の第３の実施の形態においては、伝熱管７内の流動を安定させるために、オリフィス２３を有するオリフィス付の端管２１ａが、スタブ２０及び伝熱管７に突き合わされ、溶接等により接合２２されている。
この端管２１ａは、上述の本発明の第１の実施の形態と同様に、その外径がスタブ２０の外径とほぼ一致し、内径が内側の伝熱管７の内径とほぼ一致するものとなっている。

また、接合部２２は、スタブ２０の外面から伝熱管７の内面に達するように（或いは、端管２１ａの半径方向板厚幅に亘って）形成されている。
なお、上部の出口側の管板５側は、オリフィス機能は必要無いため、上述の本発明の第１の実施の形態と同様の構造となっている。

なお、図７に図示のものは、オリフィス２３は端管２１ａの開放端に取り付けられているが、これに限定されるものではなく、端管２１ａの内部の中央付近に設けるようにしても良い。
また、伝熱管７も、本発明の第２の実施の形態のものと同様に、図５に図示の２重管７ａ、７ｂを採用しても良い。

本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器及び伝熱管と管板との接合構造、接合方法によれば、第１或いは第２の実施の形態に係るものと同様の作用効果を奏すると共に、伝熱管７内の流動を安定させるためのオリフィス付の端管２１ａを予め準備しておくことにより、部品点数及び加工工数を低減することが可能となる。

（適用例）
次に、図８に基づき、上述の本発明の各実施の形態をＦＢＲ（高速増殖炉）の２次冷却系統に適用した蒸気発生装置につき説明する。
この場合、加熱流体としては、高温の液体ナトリウムが使用され、被加熱流体としては水が使用される。

図８に図示のように、熱交換器１としての蒸気発生器の上部には、断面楕円状の上部の出口側の仕切り室３が配設されており、出口側の仕切り室３の下半分は出口側の管板５を形成している。
この出口側の仕切り室３の頂部には、蒸気である被加熱流体排出管１３が取り付けられている。

一方、蒸気発生器の下部には、断面楕円状の下部の入口側の仕切り室４が配設されており、入口側の仕切り室４の上半分は入口側の管板６を形成している。
この入口側の仕切り室４の下部には、水である被加熱流体導入管１２が取り付けられている。

出口側の仕切り室３と入口側の仕切り室４との間の外側には、胴部２が取り付けられており、胴部２の下方には加熱流体排出管１１が取り付けられ、胴部２の上方には高温の液体ナトリウムが流入する加熱流体導入管１０が取り付けられている。
そして、胴部２内部の出口側の仕切り室３と入口側の仕切り室４との間には、数百〜数千本の伝熱管７（或いは、外側の伝熱管７ａ及び内側の伝熱管７ｂよりなる２重管）が配設される。

そして、伝熱管７（或いは、伝熱管７ａ、７ｂ）の上端部は、図２〜図６に図示の上述の本発明の第１（或いは第２）の実施の形態のごとく、出口側の仕切り室３に穿設された孔を貫通すると共に拡管装置により拡張されて出口側の管板５に液密に密着固定される。
この伝熱管７（或いは、伝熱管７ａ、７ｂ）及びスタブ２０の先端には、端管２１が突き合わされ、スタブ２０の外面から伝熱管７の内面に達するように肉盛り溶接等により接合される。

一方、伝熱管７（或いは、伝熱管７ａ、７ｂ）の下端部は、図２〜図７に図示の上述の本発明の第１（或いは第２、３）の実施の形態のごとく、入口側の仕切り室４に穿設された孔を貫通すると共に拡管装置により拡張されて入口側の管板６に液密に密着固定される。
この伝熱管７（或いは、伝熱管７ａ、７ｂ）及びスタブ２０の先端には、端管２１（或いはオリフィス付の端管２１ａ）が突き合わされ、スタブ２０の外面から伝熱管７（或いは、内側の伝熱管７ｂ）の内面に達するように肉盛り溶接により接合される。

以上、ＦＢＲ（高速増殖炉）の２次冷却系統に適用した例につき説明したが、この構造は、ＦＢＲ（高速増殖炉）の１次冷却系統にも適用可能であり、また、加熱流体としては、熱水、蒸気とする場合もある。

上述のＦＢＲ用の蒸気発生装置によれば、第１、２、３の実施の形態に係るものと同様の作用効果を奏することができ、原子力発電設備において、更に、安全性を確保し、製作性、信頼性、補修性を向上できる、熱交換器を得ることができるものである。
特に、高温の液体ナトリウムと水との間で熱交換を行う伝熱管において、伝熱管と管板との間の溶接等による接合を施行することが可能となり、原子力発電設備における熱交換器の安全性、信頼性が格段に高くなる。

特に、触れ合うと激しく反応する液体金属ナトリウムと水もしくは蒸気との間で熱交換を行う高速増殖炉の熱交換器では、伝熱管に施行される溶接等の接合部の検査には極めて高い信頼性が要求されるが、本発明の溶接、接合構造を採用することにより、放射線等による検査が可能となり、信頼性を格段に向上することができる。

以上、本発明の第１〜３の実施の形態につき説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
例えば、熱交換器１の形状としては、縦型のみならず、横置型等も採用可能である。
また、加熱流体８を冷熱流体、被加熱流体９を被冷熱流体とした空調機等の熱交換器１としての冷却器にも採用可能である。

本発明の各実施の形態を一部断面で示す熱交換器の全体図である。 本発明の第１の実施の形態を示す接合部断面図である。 図２の接合部拡大図である。 図２の接合部における放射線による検査方法を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す要部拡大断面図である。 図５における溶接前の突合せ部の形状を示す図である。 本発明の第３の実施の形態を示す要部拡大断面図である。 本発明をＦＲＢ用に適用した蒸気発生装置の部分拡大断面図である。 従来の多管式熱交換器における管板の管台と伝熱管との接合を示す図である。 図９の接合部拡大図である。 従来の管板のスタブ部と伝熱管との接合を示す図である。

符号の説明

１ 熱交換器
２ 胴部
３ 出口側の仕切り室
４ 入口側の仕切り室
５ 出口側の管板
６ 入口側の管板
７ 伝熱管
７ａ 外側の伝熱管
７ｂ 内側の伝熱管
８ 加熱流体
９ 被加熱流体
１０ 加熱流体導入管
１１ 加熱流体排出管
１２ 被加熱流体導入管
１３ 被加熱流体排出管
１５ Ｘ線
１６ Ｘ線フィルム
２０ スタブ
２１ 端管
２１ａ オリフィス付の端管
２２ 接合（部）
２３ オリフィス
２４ 拡管部
ｔ１ スタブの板厚
ｔ２ 伝熱管の板厚
ｔ３ 端管の板厚
Ｄｓ スタブの外径
Ｄｐ 伝熱管の内径
Ｄｏ 端管の外径
Ｄｉ 端管の内径
Ｌ 端管の長さ
δｏ 外径差
δｉ 内径差

Claims (10)

1. 管板間に伝熱管が設けられた熱交換器において、
   前記管板の仕切り室側に突出した円筒状のスタブと、
   前記管板及び前記スタブを貫通して配設された前記伝熱管と、
   前記スタブ及び前記伝熱管の端面に突き合わせて連接された端管と、
   前記スタブ及び前記伝熱管の端面と前記端管の端面との突合せ面に形成された接合部と
   を備えたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記接合部近傍の端管の内径及び外径と前記伝熱管の内径及び前記スタブの外径が同じになるように連接されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記接合部は、前記端管の前記突合せ面の半径方向板厚幅に亘って形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記伝熱管は、多重管であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の熱交換器。
5. 前記端管にオリフィスが形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の熱交換器１。
6. 前記管板は、加熱流体として高温の液体ナトリウムが用いられる高速増殖炉に使用されるものであることを特徴とする請求項１乃至５に記載の熱交換器。
7. 管板間に多数の伝熱管が設けられた熱交換器の製造方法において、
   前記各伝熱管を前記管板及び前記管板の仕切り室側に突出した円筒状のスタブに挿入し、
   前記スタブ及び前記伝熱管の端面に端管を突き合わせて連接し、
   前記スタブ及び前記伝熱管の端面と前記端管の端面との突合せ面を接合することを特徴とする熱交換器の製造方法。
8. 前記接合部近傍の端管の内径及び外径と前記伝熱管の内径及び前記スタブの外径が同じになるようにすることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器の製造方法。
9. 前記接合は、前記端管の前記突合せ面の半径方向板厚幅に亘って行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の熱交換器の製造方法。
10. 前記伝熱管は、多重管であることを特徴とする請求項７乃至９に記載の熱交換器の製造方法。
    

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