JP2007212074A - High temperature heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つの流体間において熱交換を行う熱交換器に関し、特に、高温の流体が流通する高温度熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger that exchanges heat between two fluids, and more particularly, to a high temperature heat exchanger in which a high-temperature fluid flows.
従来、ガスタービンから排出される高温ガスの排熱を回収する場合や、燃料電池において燃料となる水素を生成する場合等において、高温熱交換器が使用されている。 Conventionally, a high-temperature heat exchanger has been used when recovering exhaust heat of a high-temperature gas discharged from a gas turbine or when generating hydrogen as fuel in a fuel cell.
図3に示すように、この種の高温熱交換器1は、複数並設された扁平チューブ2と、扁平チューブ2の端部に設けられる円形ヘッダプレート3と、扁平チューブ2を囲繞するように円筒状に形成されるシェル4とから概略構成されている。
As shown in FIG. 3, this type of high-temperature heat exchanger 1 surrounds a plurality of
そして、円形ヘッダプレート3には、図4に良く示されているように、扁平チューブ2の端部の形状及び数に合わせて長円形状の貫通孔5が平行に穿設されており、これらの貫通孔5に扁平チューブ2の端部が貫通し、ロウ付けされることにより扁平チューブ2が円形ヘッダプレート3に固定されるようになっている。また、円形ヘッダプレート3の外縁部がシェル4の端部内面に溶接されることにより、円形ヘッダプレート3がシェル4に固定されるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
シェル4には、両端部にそれぞれ高温ガス入口部6及び高温ガス出口部7が設けられており、高温ガスは各扁平チューブ2内を流通可能となっている。また、シェル4には、周壁部の両端部近傍に低温ガス入口部8及び低温ガス出口部9が設けられており、低温ガスはシェル4内においてその周壁部と扁平チューブ2との間及び各扁平チューブ2間を高温ガスと対向するように流通可能となっている。
The shell 4 is provided with a
このような構成を備えた高温度熱交換器1において、高温ガス入口部6から各扁平チューブ2内に流入した高温流体は、低温ガス入口部8からシェル4内に流入した低温流体と対向する方向に各扁平チューブ2内を流通し、低温流体との間で熱交換を行い、その後、高温ガス及び低温ガスは、それぞれ、高温ガス出口部7及び低温ガス出口部9から外部に排出される。
In the high temperature heat exchanger 1 having such a configuration, the high temperature fluid flowing into the
しかしながら、上記した高温度熱交換器1では、各扁平チューブ2が高温ガスの流通により伸長し、低温ガスが流通するシェル4との間に伸長量に差が生じる結果、扁平チューブ2と円形ヘッダプレート3との接合部において、特に、扁平チューブ2の四隅(図4中のハッチング部分)に応力が集中し、この接合部で亀裂等の接合不良が発生するおそれがあった。
However, in the above-described high temperature heat exchanger 1, each
そこで、扁平チューブ2とシェル4との間の伸長量の差を吸収し、扁平チューブ2やシェル4に発生する応力を緩和するため、図3に示すように、シェル4にベローズ10を設けることも行われている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記した特許文献1に記載されている従来の高温度熱交換器では、シェルや扁平チューブに対する熱応力の発生を緩和するため、シェルにベローズを設ける必要があるため、部品点数や工数が増え、製造コストの増大要因になるといった問題があった。 However, in the conventional high temperature heat exchanger described in the above-mentioned Patent Document 1, it is necessary to provide a bellows on the shell in order to alleviate the generation of thermal stress on the shell and the flat tube. There has been a problem that the manufacturing cost increases.
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、製造コストの増大を抑制しつつ、扁平チューブやシェルに発生する応力を緩和し、強度を高め、耐久性の向上を図ることのできる高温度熱交換器を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and while suppressing an increase in manufacturing cost, it can relieve stress generated in a flat tube and a shell, increase strength, and improve durability. It aims at providing the high temperature heat exchanger which can be performed.
上記目的を達成するため、本発明に係る高温度熱交換器は、複数並設された扁平チューブと、該扁平チューブの端部が貫通し、固定される円形ヘッダプレートと、前記扁平チューブを囲繞するように円筒状に形成され、前記円形ヘッダプレートの外縁部が固定されるシェルとを備え、前記円形ヘッダプレートは、前記扁平チューブの端部が貫通する貫通孔と、該貫通孔の外周近傍部分に形成された平坦面と、該平坦面と前記外縁部との間に形成された傾斜面とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a high-temperature heat exchanger according to the present invention includes a plurality of flat tubes, a circular header plate through which ends of the flat tubes penetrate and are fixed, and surrounds the flat tubes. And a shell to which an outer edge portion of the circular header plate is fixed. The circular header plate includes a through hole through which an end of the flat tube passes, and a vicinity of an outer periphery of the through hole. A flat surface formed in the portion and an inclined surface formed between the flat surface and the outer edge portion are provided.
そして、前記高温度熱交換器において、前記貫通孔には、バーリング加工によりフランジ部が形成されていてもよい。 In the high temperature heat exchanger, a flange portion may be formed in the through hole by burring.
本発明によれば、円形ヘッダプレートには、外縁部から貫通孔の外周近傍部分まで傾斜面が形成されており、円形ヘッダプレートの剛性が弱められるようになっているため、扁平チューブとシェルとの間の伸長量の差によって生じる応力を分散すると共に確実に吸収することができる。したがって、扁平チューブやシェルにおいて応力が集中して発生するのを緩和することができ、扁平チューブの端部と円形ヘッダプレートとの接合部における接合不良や漏れの発生を確実に防止することができるため、熱交換器の強度及び耐久性の向上を図ることができる。 According to the present invention, the circular header plate is formed with an inclined surface from the outer edge portion to the vicinity of the outer periphery of the through hole, and the rigidity of the circular header plate is weakened. It is possible to disperse and reliably absorb the stress caused by the difference in elongation between the two. Therefore, it is possible to alleviate the occurrence of stress concentration in the flat tube or shell, and it is possible to reliably prevent the occurrence of poor bonding or leakage at the joint between the end of the flat tube and the circular header plate. Therefore, the strength and durability of the heat exchanger can be improved.
また、扁平チューブやシェルにおける応力の発生を緩和するため、シェルにベローズ等の伸長吸収部材を設ける必要がないため、製造コストの低減化を図ることができる。 In addition, since the generation of stress in the flat tube or the shell is alleviated, there is no need to provide an elongation absorbing member such as a bellows on the shell, so that the manufacturing cost can be reduced.
さらに、バーリング加工により貫通孔にフランジ部が形成されている場合には、円形ヘッダプレートと扁平チューブ間の接合面積を増大させることができるため、接合部の強度を高めることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。 Furthermore, when the flange portion is formed in the through-hole by burring, the joint area between the circular header plate and the flat tube can be increased, so that the strength of the joint portion can be increased. An excellent effect can be obtained.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る高温度熱交換器の平面図、図2は図1のA−A矢視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a high-temperature heat exchanger according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view taken along the line AA in FIG.
この高温度熱交換器11は、複数(図示では6本)並設された扁平チューブ12と、扁平チューブ12の端部13が貫設される円形ヘッダプレート14と、扁平チューブ12を囲繞するように円筒状に形成され、円形ヘッダプレート14の外縁部15が端部16の内面側に固定されるシェル17とから概略構成されている。
The high
円形ヘッダプレート14には、扁平チューブ12の端部13の形状及び数に合わせて長円形状の貫通孔18が平行に穿設されている。これらの各貫通孔18にはバーリング加工によりフランジ部19が形成されており、各貫通孔18に扁平チューブ12の端部13が貫通し、この端部13がフランジ部19とロウ付け接合されることにより、扁平チューブ12が円形ヘッダプレート14に固定されるようになっている。このように、バーリング加工により各貫通孔18にフランジ部19が形成されることにより、円形ヘッダプレート14と扁平チューブ12間の接合面積が増大するため、接合部の強度を高めることができる。
An elliptical through
また、円形ヘッダプレート14の各貫通孔18の外周近傍部分には、平坦面20が形成されており、平坦面20の外周は略正方形状を成し、その四隅部分21は僅かに外側に突出した円弧状を成している。さらに、円形ヘッダプレート14には、平坦面20と環状の外縁部15との間に傾斜面22が形成されており、外縁部15がシェル17の端部内面に溶接されることにより、円形ヘッダプレート14がシェル17に固定されるようになっている。
Further, a
このような構成を備えた高温度熱交換器11において、各扁平チューブ12内に流入した高温流体は、シェル17内においてその周壁部と扁平チューブ12との間及び各扁平チューブ12間を流通する低温流体との間で熱交換を行う。そして、この熱交換の間、各扁平チューブ12内には高温ガスが流通するため、各扁平チューブ12は、低温ガスが流通するシェル17より伸張量が大きい。そのため、各扁平チューブ12とシェル17との間で伸長量に差が生じるが、円形ヘッダプレート14には外縁部15から貫通孔18の外周近傍部分まで傾斜面22が形成されており、円形ヘッダプレート14の剛性が弱められているため、応力が分散し、前記伸長量の差は円形ヘッダプレート14により確実に吸収される。
In the high
したがって、扁平チューブ12やシェル17に対する応力の集中を緩和することができ、扁平チューブ12の端部13と円形ヘッダプレート14との接合部の四隅部分21等において亀裂等による接合不良や漏れの発生を防止することができるため、熱交換器の強度を高め、耐久性の向上を図ることができる。さらにまた、扁平チューブ12やシェル17における応力の発生を緩和する目的でシェル17にベローズ等の伸長吸収部材を設ける必要がないため、製造コストの低減化を図ることができる。
Therefore, the concentration of stress on the
11 高温度熱交換器
12 扁平チューブ
13 端部
14 円形ヘッダプレート
17 シェル
18 貫通孔
19 フランジ部
20 平坦面
22 傾斜面
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該扁平チューブの端部が貫通し、固定される円形ヘッダプレートと、
前記扁平チューブを囲繞するように円筒状に形成され、前記円形ヘッダプレートの外縁部が固定されるシェルと、
を備え、
前記円形ヘッダプレートは、前記扁平チューブの端部が貫通する貫通孔と、該貫通孔の外周近傍部分に形成された平坦面と、該平坦面と前記外縁部との間に形成された傾斜面とを備えていることを特徴とする高温度熱交換器。 A plurality of flat tubes arranged side by side;
A circular header plate through which the end of the flat tube penetrates and is fixed;
A shell that is formed in a cylindrical shape so as to surround the flat tube, and an outer edge portion of the circular header plate is fixed;
With
The circular header plate includes a through-hole through which an end of the flat tube passes, a flat surface formed in the vicinity of the outer periphery of the through-hole, and an inclined surface formed between the flat surface and the outer edge portion. And a high-temperature heat exchanger.
The high temperature heat exchanger according to claim 1, wherein a flange portion is formed in the through hole by burring.
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