JP2012007761A - 熱交換器および熱交換器の管台 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の管台での熱応力およびクリープの緩和を向上することのできる熱交換器および熱交換器の管台を提供する。
【解決手段】この熱交換器は、内部空間と、流体流出用の開口部と、を有する内胴と、前記内胴との間に第１の流路を形成する外胴と、前記外胴を貫通して前記内部空間内へ流体を流入する第１の管体と、前記第１の管体を覆い、第２の流路を前記第１の管体との間に形成するとともに、一端が前記外胴に連結されて前記第１の流路に前記第２の流路を連通し、かつ他端が前記外胴の外側で前記第１の管体に接続されて前記第２の流路を封止して、前記第１の流路から前記第２の流路に流体が流れる第２の管体と、前記第２の管体と連結され、前記第２の流路から流体が流入する第３の管体と、を有する入口管台と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器および熱交換器の管台に関する。

従来、熱交換器等の本体内部に高温流体を導入するための管台内に、この管台の径よりも小径の筒体からなり、一端が管台上流側の内周壁に取り付けたサーマルスリーブを設けた熱交換器等の管台構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。

実開平６−６５７８１号公報

しかしながら、上記した先行技術には、加熱蒸気温度が高温となる熱交換器に用いると、高温の蒸気が流入する管台での熱応力およびクリープの緩和が図れないという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、熱交換器の管台での熱応力およびクリープの緩和を向上することのできる熱交換器および熱交換器の管台を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明の熱交換器は、流体が流れる内部空間と、この内部空間から流体が流出する開口部と、を有する内胴と、前記内胴を覆って、前記内胴との間に前記開口部から流出した流体が流れる第１の流路を形成する外胴と、前記内胴内に設けられ、前記内部空間内の流体を冷却する冷却部と、前記外胴を貫通して前記内部空間内へ流体を流入させる第１の管体と、前記第１の管体を覆い、第２の流路を前記第１の管体との間に形成するとともに、一端が前記外胴に連結されて前記第１の流路に前記第２の流路を連通し、かつ他端が前記外胴の外側で前記第１の管体に接続されて前記第２の流路を封止して、前記第１の流路から前記第２の流路に流体の一部が流れる第２の管体と、前記第２の管体と連結され、前記第２の流路から流体が流入する第３の管体と、を有する入口管台と、を具備することを特徴とする。

また、熱交換器の管台は、外部から熱交換器の内部空間内へ流体を流入させる第１の管体と、前記第１の管体を覆い、流路を前記第１の管体との間に形成するとともに、一端が前記熱交換器に連結されて前記内部空間に前記流路を連通し、かつ他端が前記熱交換器の外側で前記第１の管体に接続されて前記流路を封止して、前記内部空間から前記流路に流体の一部が流れる第２の管体と、前記第２の管体と連結され、前記第２の流路から流体が流入する第３の管体と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器の管台での熱応力およびクリープの緩和を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器の構成の断面を示す断面図である。 図１の要部断面を示す図である。 第２実施形態に係る熱交換器の要部断面を示す図である。 図３のＡ−Ａ断面を示す図である。 第３実施形態に係る熱交換器の要部断面を示す図である。 第４実施形態に係る熱交換器の要部断面を示す図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る熱交換器１０の構成の断面を示す断面図である。図２は、図１の要部断面を示す図である。

図１に示すように、この熱交換器１０は、蒸気などの流体Ｓを流通させる中空の円筒形状に形成された外胴１１と、外胴１１の内部に設けられ、中空の円筒形状に形成された内胴１２と、を備える。この内胴１２の一端は、外胴１１の長手方向の一端側（図中、外胴１１の右端側）に設けられた円盤形状の管板２５に支持されて、管板２５に固定される。この外胴１１の長手方向の他端側（図中、外胴１１の左端側）には、流体Ｓを外部に流出する出口管台１８が連結される。

この内胴１２の右端側（管板２５側）で、内胴１２の周面には、内胴１２内から流体Ｓが流出する開口部１２ａが配置されている。この内胴１２内には、複数の伝熱管（以下、「伝熱管群」という）１３が設けられ、この伝熱管群１３は、管板２５を貫通するとともに、管板２５に支持されている。この伝熱管群１３には、図示しない例えば給水機からボイラに流れる低温水Ｌが供給されて、内胴１２内の流体Ｓを冷却している。なお、１４は低温水Ｌが流入する給水入口で、１５は低温水Ｌが流出する給水出口で、１６は給水入口１４と給水出口を仕切る仕切板である。

また、外胴１１は、内胴１２を覆って、開口部１２ａから流入した流体Ｓが流れる第１の流路１７を内胴１２との間に形成する。この外胴１１の右端側に配置された開口部１２ａからの流体Ｓは、第１の流路１７内を、図中、左方向に流れて、外胴１１の左端側に連結された出口管台１８から流出される。

図２に示すように、外胴１１の左端側の周面には、蒸気タービンからの高温の流体（蒸気）が流入させる入口管台１９が取り付けられる。この入口管台１９は、第１の管体２０、第２の管体２１および第３の管体２２とから構成される。
第１の管体２０は、一端が外胴１１を貫通して外部から内胴１２の左端側の周面に取り付けられ、この内胴１２内へ流体Ｓを流入させる。この第１の管体２０からの流体Ｓは、内胴１２内を図中、右方向に流れて、開口部１２ａから第１の流路１７に流出される。

第２の管体２１は、内径が第１の管体２０の外径より大きく形成され、第１の管体２０を覆い、第２の流路２３を第１の管体２０との間に形成する。この第２の管体２１は、一端が外胴１１に連結されて第１の流路１７に第２の流路２３を連通し、かつ他端が外胴１１の外側で第１の管体２０に接続されて第２の流路２３の一端を封止する。
このように、第２の管体２１は、第１の管体２０との間に、第２の流路２３を形成し、この第１の流路１７から流体Ｓの一部が流入する。
第３の管体２２は、一端が第２の管体に連結され、他端が出口管台に連結されて、流体Ｓの一部を出口管台１８へ流出可能に構成される。この第３の管体２２は、流体Ｓの一部を出口管台１８に流出させるバイパス機能を有している。

この構成により、高温の流体Ｓは、入口管台１９の第１の管体２０から内胴１２の左端に流入し、内胴１２内を、図中、右方向に移動し、伝熱管群１３内を一巡して流れる低温水Ｌによって冷却される。この冷却された流体Ｓは、内胴１２の開口部１２ａから第１の流路１７に流出される。

開口部１２ａを内胴１２の右端側に、入口管台１９を内胴１２の左端側に離して配置することで、流体Ｓが内胴１２の内部空間を流れる距離を長くし、冷却部である伝熱管群１３による流体Ｓの冷却をより効率よく実行できる。

第１の流路１７の流体Ｓは、外胴１１の内周面と内胴１２の外周面に沿って、図中、左方向に流れ、外胴１１と内胴１２を冷却することができる。この第１の流路１７の流体Ｓは、外胴１１左端の出口管台１８から熱交換器１０の外部に流出される。

また、第１の流路１７の一部の流体Ｓは、分流されて入口管台１９の第２の流路２３に流入する。第２の流路２３の流体Ｓは、第１の管体２０の外周面と第２の管体２１の内周面に沿って、図中、上方向に流れ、第１の管体２０と第２の管体２１を冷却する。この第２の流路２３の流体Ｓは、第３の管体２２へ流出される。第３の管体２２の流体Ｓは、図中、左方向に流れ、出口管台１８で第１の流路１７からの流体Ｓと合流して熱交換器１０の外部へ流出される。

このように、この実施形態の熱交換器によれば、二重構造の外胴と内胴との間に冷却された流体が流通する第１の流路を形成するとともに、冷却された流体の一部が流入する第２の流路を形成する入口管台を備え、外胴、内胴および高温の流体が流れる入口管台を冷却することができる。この結果、熱交換器および管台での熱応力およびクリープの緩和を向上することができるので、信頼性の高い熱交換器を提供できる。

なお、この実施形態では、蒸気などの気体を冷却する熱交換器について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば油などの液体を冷却する熱交換器に用いることも無論可能である。

（実施形態２）
図３は、第２実施形態に係る熱交換器の要部断面を示す図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面を示す図である。
図３、図４に示すように、この実施形態の熱交換器１０は、内胴１２を外胴１１の内周面に支持する複数の支持部３０を備える。

内胴１２は、管板２５と対向し、かつこの管板２５と離間する端面１２ｂを内胴１２の長手方向の一端（図中、内胴１２の右端）に有し、この管板２５と端面１２ｂ間には、空間が形成される。この空間は第１の流路の一部として機能する。端面１２ｂは、管板２５とともに、貫通された伝熱管群１３を支持する。この内胴１２の右端の周面で、かつ端面１２ｂとの間には、内部から流体Ｓが流出する開口部１２ａが配置される。

この構成により、第１の流路１７の流体Ｓは、外胴１１の内周面と内胴１２の外周面に沿って、図中、左方向に流れ、外胴１１と内胴１２を冷却するとともに、端面１２ｂと管板２５に沿って、図中、下方向に流れ、管板２５を冷却することができる。

このように、この実施形態の熱交換器によれば、実施形態１と同様の効果が得られるとともに、内胴を外胴と独立させて、外胴内部に支持させ、端面と管板間の空間にも冷却された流体を流通する第１の経路を形成することができる。この結果、管板での熱応力およびクリープの緩和も向上することができるので、さらに信頼性の高い熱交換器を提供できる。

（実施形態３）
図５は、第３実施形態に係る熱交換器の要部断面を示す図である。
図５に示すように、この実施形態の熱交換器１０は、図４の熱交換器とほぼ同様に構成である。異なる点は、管板２５が外胴１１内部の長手方向の一端を遮蔽し、かつ内胴１２より下方に配置されることで、外胴１１および内胴１２の長手方向を、図中、上下方向に位置させて、熱交換器１０を縦置き形状に形成される。

入口管台１９は、外胴１１の上端側の周面に設けられている。第１の管体２０は、外胴１１を貫通して外部から内胴１２の上端側の周面に取り付けられ、この内胴１２内へ流体Ｓを流入させる。
また、この熱交換器１０では、運転時に発生する凝縮ドレン（蒸気が凝縮した液体）Ｗを管板２５側に留めることができるので、この凝縮ドレンＷを流出させる回収ノズル３１を管板２５の周面に取り付ける。

この構成により、高温の流体Ｓは、入口管台１９の第１の管体２０から内胴１２の上端に流入し、内胴１２内を、図中、下方向に移動し、伝熱管群１３内を一巡して流れる低温水Ｌによって冷却される。この冷却された流体Ｓは、内胴１２の開口部１２ａから第１の流路１７に流出される。

第１の流路１７の流体Ｓは、外胴１１の外周面と内胴１２の内周面に沿って、図中、上方向に流れ、外胴１１と内胴１２を冷却することができる。この第１の流路１７の流体Ｓは、外胴１１上端の出口管台１８から熱交換器１０の外部に流出される。

また、第１の流路１７の一部の流体Ｓは、分流されて入口管台１９の第２の流路２３に流入する。第２の流路２３の流体Ｓは、第１の管体２０の外周面と第２の管体２１の内周面に沿って、図中、右方向に流れ、第１の管体２０と第２の管体２１を冷却する。この第２の流路２３の流体Ｓは、第３の管体２２へ流出される。第３の管体２２の流体Ｓは、図中、上方向に流れ、出口管台１８で第１の流路１７からの流体Ｓと合流して熱交換器１０の外部へ流出される。

また、流体Ｓは、熱交換器１０の運転時に、熱交換器１０内部で凝縮して凝縮ドレンＷ発生する。この凝縮ドレンＷは、管板２５上に流れ、さらに管板２５に回収ノズル３１から熱交換器１０外部に流出されて回収可能となる。

これにより、この実施形態の熱交換器によれば、実施形態２と同様の効果が得られるとともに、回収ノズルを管板に連結させることができる。この結果、凝縮ドレンの回収も容易になるので、さらに信頼性の高い熱交換器を提供できる。

（実施形態４）
図６は、第４実施形態に係る熱交換器の要部断面を示す図である。
図６に示すように、この実施形態は、外胴１１のみの構造の熱交換器１０に入口管台１９を取り付けた場合の一例である。

この入口管台１９は、外胴１１の右端側の周面に取り付けられる。この入口管台１９は、実施形態１と同様に、第１の管体２０、第２の管体２１および第３の管体２２とから構成される。
第１の管体２０は、外胴１１を貫通して外部から外胴１１の右端側、すなわち低温水Ｌが外胴１１に流入、または外胴１１から流出する基端側の伝熱管群１３に当接し、この外胴１１内へ流体Ｓを流入させる。

第２の管体２１は、第１の管体２０を覆い、流路２３を第１の管体２０との間に形成する。この第２の管体２１は、一端が外胴１１に連結されて外胴１１の内部空間に流路２３を連通し、かつ他端が外胴１１の外側で第１の管体２０に接続されて第２の流路２３の一端を封止する。このように第２の管体２１は、外胴１１の内部空間と連結可能な流路２３を第１の管体２０との間に形成し、この外胴１１の内部空間から流体Ｓの一部が流入する。
第３の管体２２は、実施形態１と同様に、一端が第２の管体２１に連結され、他端が出口管台１８に連結されて、外胴１１から流路２３に流入する流体Ｓの一部を出口管台１８にバイパスしている。

この構成により、高温の流体Ｓは、入口管台１９の第１の管体２０から外胴１１の右端に流入し、外胴１１内を、図中、左方向に移動し、伝熱管群１３内を一巡して流れる低温水Ｌによって冷却される。
この冷却された流体Ｓは、外胴１１内を、図中、左方向に流れ、外胴１１を冷却することができる。この流体Ｓは、外胴１１の左端に取り付けられた出口管台１８から外部に流出される。

この冷却された流体Ｓの一部は、分流されて入口管台１９の流路２３に流入する。流路２３の流体Ｓは、第１の管体２０の外周面と第２の管体２１の内周面に沿って、図中、上方向に流れ、第１の管体２０と第２の管体２１を冷却する。この流路２３の流体Ｓは、第３の管体２２へ流出される。第３の管体２２の流体Ｓは、図中、左方向に流れ、出口管台１８で外胴１１内からの流体Ｓと合流して熱交換器１０の外部へ流出される。

このように、この実施形態の熱交換器によれば、外胴に冷却された流体が流通するとともに、冷却された流体が流入する流路を形成する入口管台を備え、外胴および高温の流体が流れる入口管台を冷却することができる。この結果、熱交換器および管台での熱応力およびクリープの緩和を向上することができるので、信頼性の高い熱交換器を提供できる。

なお、本願発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…熱交換器、１１…外胴、１２…内胴、１２ａ…開口部、１２ｂ…端面、１３…伝熱管群、１４…給水入口、１５…給水出口、１６…仕切板、１７…第１の流路、１８…出口管台、１９…入口管台、２０…第１の管体、２１…第２の管体、２２…第３の管体、２３…第２の流路（流路）、２５…管板、３０…支持部、３１…回収ノズル、Ｌ…低温水、Ｓ…流体、Ｗ…凝縮ドレン。

Claims (7)

1. 流体が流れる内部空間と、この内部空間から流体が流出する開口部と、を有する内胴と、
   前記内胴を覆って、前記内胴との間に前記開口部から流出した流体が流れる第１の流路を形成する外胴と、
   前記内胴内に設けられ、前記内部空間内の流体を冷却する冷却部と、
   前記外胴を貫通して前記内部空間内へ流体を流入させる第１の管体と、前記第１の管体を覆い、第２の流路を前記第１の管体との間に形成するとともに、一端が前記外胴に連結されて前記第１の流路に前記第２の流路を連通し、かつ他端が前記外胴の外側で前記第１の管体に接続されて前記第２の流路を封止して、前記第１の流路から前記第２の流路に流体の一部が流れる第２の管体と、前記第２の管体と連結され、前記第２の流路から流体が流入する第３の管体と、を有する入口管台と、
   を具備することを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱交換器は、前記外胴に連結され、前記第１の流路から流入した前記流体を流出する出口管台を
   さらに具備し、前記第３の管体は、前記第２の流路から流入した流体を前記出口管台に流出する
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記内胴は、円筒形状からなり
   前記円筒形状の内胴の一端を支持する支持部を、
   さらに具備し、前記開口部は、前記支持部側の前記内胴の一端に配置される
   ことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
4. 前記内胴を前記外胴の内側に支持する支持部を、
   さらに具備し、前記内胴は、前記前記支持部と離間する端面をさらに有し、前記支持部と前記端面間の空間が前記第１の流路の一部として機能する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
5. 前記熱交換器は、前記蒸気の凝縮によって前記支持部に溜まった液体を外部に流出する流出部と、
   前記冷却部を支持する管板と、
   をさらに具備し、
   前記支持部は、前記外胴内部の長手方向の一端を遮蔽し、かつ前記内胴より前記管板側に配置される
   ことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
6. 外部から熱交換器の内部空間内へ流体を流入させる第１の管体と、
   前記第１の管体を覆い、流路を前記第１の管体との間に形成するとともに、一端が前記熱交換器に連結されて前記内部空間に前記流路を連通し、かつ他端が前記熱交換器の外側で前記第１の管体に接続されて前記流路を封止して、前記内部空間から前記流路に流体の一部が流れる第２の管体と、
   前記第２の管体と連結され、前記流路から流体が流入する第３の管体と、
   を具備することを特徴とする熱交換器の管台。
7. 前記熱交換器は、前記内部空間から流入した前記流体を流出する出口管台を
   有し、前記第３の管体は、前記内部空間から流入した流体を前記出口管台に流出する
   ことを特徴とする請求項６記載の熱交換器の管台。

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