JP2012508859A - 熱交換器用の可動式バッフルおよび熱交換器の振動の低減方法 - Google Patents

Abstract

管振動を低減するため、管束装置であって、束装置内の管を支持する少なくとも１つの可動式バッフルを有する管束装置が開示される。可動式バッフルは、管束内の管が偏向するように設置位置に動かすことのできる少なくとも２つの可動部分を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、原子炉、化学反応器、電熱器、または管若しくは他の要素を通過する流体の流れを有する任意の平行円筒形材の集合体などの装置における、管またはロッド状要素の集合体を備えた、熱交換器、凝縮器および同様の流体処理機器などの管束装置に関する。特に、本発明は、束と連係して用いられることにより束内の個々の管に支持を提供し、且つ振動を低減する可動式バッフルまたは支持構造に関する。本発明はまた、熱交換器内の管束の振動を低減する方法にも関する。

管束機器、例えば、シェルアンドチューブ熱交換器、並びにフローダンパおよびフローストレートナなどの他の類似の流体処理装置は、束内に構造化された管を利用して機器中に流体を案内する。かかる管束には、典型的には、管の内部を通じる流体の流れと、管の外側を越えて通る流体の流れとの双方が存在する。束内の管の構成は管板により配設され、管はそれらの管板中に配設される。一般的な管構成の一つは矩形または正方形の配列であり、ここで管は、各対または列間に管レーン（管間の直線状の通路）を伴い列状に整列し、互いに直交となるよう整列して配設される。この配列では、各管は、管束の周囲の管を除き、８本の他の管に隣接し、その列を２つの隣接する列と隔てる管レーンを挟んで対応する管の真向かいにある。三角形の管配列では、各管が６本の他の管（同じ列内の２本の隣接する管と、２つの隣接する列内の４本の管）に隣接するように、一つおきの列の管が互いに整列する。

既存の交換器においては、機器サイズの低減により資本費用を削減するため、或いは生産性要因を高めるため、処理量の増加が求められることが多い。熱交換器の高率化を評価する際に一般によく認められる制限要因は、管が流動励起振動により損傷する可能性である。管の周囲の流体の流動パターンが、管束に秩序立った、またはランダムな振動性の流動励起振動を引き起こし得るとともに、熱交換器のように管と周囲の流体との間で熱伝達が行われる装置の場合には、流体が循環して管の周囲を流れるときの流体の速度、温度および密度の変化により、振動の可能性が高まり得る。このような振動が、ある限界振幅に達すれば、束に損傷が生じ得る。管振動の問題は、熱交換機器が元の管と異なる材料の管に付け換えられる場合、例えば、比較的剛性の材料が軽量の管に交換される場合、悪化し得る。流動励起振動はまた、機器が更に大きい運転要求に供されるとき、例えば、他の既存の機器の性能が向上し、それまでは十分であった熱交換器が、新しい条件下では流動励起振動を被るようになるときにも起こり得る。振動は、更には、ある条件下で熱交換器がなお流動していながら熱伝達は起こっていないときにも、並びに熱伝達を伴い、または伴わず流動しているロッドまたはロッド状要素の集合体を備えた他の束装置においても起こり得る。

管振動の問題に対処するため、多種多様な機器設計が考案されている。一例は、ロッドバッフル設計である。ロッドバッフル熱交換器は、ロッドバッフルを利用して管を支持し、且つそれらを振動から保護するシェルアンドチューブ型熱交換器である。用語「バッフル」は、管束の長さに沿って１５ｃｍ程度ごとに配置されるケージを指し、そこに複数の支持ロッドの端部が連結され、ケージ状管支持構造を形成する；従って用語「ロッドバッフル」となる。しかしながら、ロッドバッフル交換器は従来のシェルアンドチューブ交換器と比べて３０〜４０％程高価となりがちであり、且つこの種類の管束装置が流動励起振動のために破損する状況が起こっている。ロッドバッフルは極めて正確な寸法でなければならない。ロッドバッフル内のロッドのサイズが僅かに小さければ、管のチャタリングが起こり得る。ロッドのサイズが僅かに大きければ、管の装填が極めて困難且つ高価となり得る。ロッドバッフル熱交換器については、例えば、Ｇｅｎｔｒｙらに対する特許文献１；Ｇｅｎｔｒｙに対する特許文献２；Ｇｅｎｔｒｙに対する特許文献３；およびＧｅｎｔｒｙに対する特許文献４に記載されている。

特許文献３に記載されるとおり、気体圧縮用途などの特定の用途のロッドバッフル設計は、長手方向流により、シェル側圧力損失が最低限に抑えられることで利益を得ることができる。シェル側圧力損失の低減は、ロッドバッフル間隔を大きくし、それによりロッドバッフルの数を減らすことによるか、または管のピッチ寸法、即ち管の中心から計測したときの２つの隣接する列の管間の距離を大きくして管の数を減らすことにより達成され得る。バッフル間隔が大きくなると、流動励起管振動が発生する可能性が高まるため、通常、バッフル間隔を大きくすることは魅力的な選択肢ではない。このロッドバッフル設計は、ロッドバッフル構成の圧力降下問題に対処する試みに相当する。

代替的な設計は、「エッグクレート」支持設計である。しかしながら、これはロッドバッフル設計より更に高価である。ロッドバッフルと同じく、エッグクレートもまた、管の破損をもたらし得る管のチャタリングが生じ易い。チャタリングは、支持体と管外径との間に間隙があるため、管が管支持体にぶつかる動きである。この間隙は、束の組み立て時にエッグクレート支持体を通じて管を挿入可能とするために必要である。

優れた機器設計に加えて、管振動の低減に対しては他の方策もまた講じられ得る。流動励起振動を制御し、且つ管の過剰な移動を防止するため、管支持装置、またはそれらの支持装置が一般的に知られている（および本明細書で称される）とおりの管ステークが、管束に挿入されてもよい。数多くの管支持体または管ステークが提案されているとともに、市販されている。例えば、Ｗｉｌｌｉａｍｓに対する特許文献５、Ｈａｈｎに対する特許文献６、Ｈａｈｎに対する特許文献７およびＨａｈｎに対する特許文献８が、振動を低減するため管束内に挿入することのできる種々のタイプの管ステークまたは管支持体を記載している。

改良された管ステークもまた、「Ａｎｔｉ−Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｕｂｅ Ｓｕｐｐｏｒｔ」と題されるＷａｎｎｉらに対する特許文献９に記載されている。Ｗａｎｎｉらによって教示される管ステークの使用は、管束の振動低減に特に有効であることが分かっている。それらの管ステークは、既存の束を改造するのに特に有用である。「Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｕｂｅ Ｂｕｎｄｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ Ｓｌｏｔｔｅｄ Ｂａｆｆｌｅｓ」と題されるＷａｎｎｉらに対する本願の譲受人に譲渡された同時係属中の特許文献１０（その開示は参照により本明細書に具体的に援用される）は、図１〜図４に示されるとおりの、管束内の管を支持するスロット付きバッフルの使用を開示している。特許文献９に開示されるような管支持ステークは、個々の管を偏向させてスロット付きバッフルと接触させ、従ってバッフルは、図１に示されるとおり、ステークと組み合わさって管を支持し、振動を低減する。しかしながら、例えば新しい管束で特別に使用される管ステークを使用することなしに、管束の振動を低減する必要がある。

米国特許第４，３４２，３６０号明細書 米国特許第５，３８８，６３８号明細書 米国特許第５，５５３，６６５号明細書 米国特許第５，６４２，７７８号明細書 米国特許第４，６４８，４４２号明細書 米国特許第４，９１９，１９９号明細書 米国特許第５，２１３，１５５号明細書 米国特許第６，４０１，８０３号明細書 米国特許第７，０３２，６５５号明細書 米国特許出願第１１／９０５，６９４号明細書 米国特許第７，２１９，７１８号明細書 米国特許第７，０７３，５７５号明細書

本発明のある態様は、管束装置（例えば、熱交換器）であって、束装置において管を支持する少なくとも１つの可動式バッフルを有する管束装置を提供することである。この用語の使用は、例として用いるものである。本発明は管に限定されないことが企図される；むしろ、ロッドおよび他の伝熱要素または流体流れ要素が用いられてもよいことが企図され、十分に本発明の範囲内にあるものと考えられる。

本発明のある態様は、振動を低減するよう管の支持強化を提供する改良された管束装置を提供することである。この管束装置は、ハウジングと、ハウジング内に位置する管束とを含む。管束は、管列として互いに平行に配置された複数の管を有する。管は、従来の矩形構成に配置されても、または従来の三角形構成に配置されてもよい。管束装置は、少なくとも１つの可動式支持バッフルを含む。各可動式支持バッフルは、そこに形成された複数の穴を有する。穴は、そこを通じて少なくとも１本の管を受け入れるサイズである。様々な穴の構成が企図される。穴は、そこを通じて単一の管を受け入れるサイズであってもよい。穴は、例えば、「Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｕｂｅ Ｂｕｎｄｌｅ Ｈａｖｉｎｇ Ｓｌｏｔｔｅｄ Ｂａｆｆｌｅｓ」と題される２００７年１０月３日に出願された同時係属中の特許文献１０（その開示は全体として参照により援用される）に開示されるとおり、複数の管を受け入れる細長スロットとして形成されてもよい。穴は、例えば、いずれも「Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｕｂｅ Ｂｕｎｄｌｅ」と題される特許文献１１および特許文献１２（それらの開示は全体として参照により援用される）に開示されるとおり、ケージに固定された細長ロッドまたはバーから形成される細長スロットとして形成されてもよい。

本発明に従えば、各可動式支持バッフルは少なくとも第１の部分と第２の部分とを有し、ここでこれらの部分は、可動式支持バッフルの管束に対する位置決めを促進する第１の装填位置と、複数の穴を挿通する管を偏向させる第２の設置位置との間を選択的に動かすことが可能である。少なくとも１つの第１のファスナが、部分を第１の装填位置に固定または維持するために提供される。可動式支持バッフルを管束の軸に沿った所望の位置に配置した後、少なくとも１つの第１のファスナは緩められるか、または取り外され、それにより部分を第２の位置となるよう互いに対して動かすことが可能となる。第１のファスナは、クランプ、ねじ、ボルトまたは設置する間に部分を第１の位置に維持する任意の他の好適なファスナであってよく、但し部分を第２の位置に動かすことを可能とするため取り外すことができる。部分は、可動式支持バッフルを挿通する管が偏向されることを条件として、第２の設置位置において互いに近付けることができるようにも、或いは引き離すことができるようにも企図される。少なくとも１つの第２のファスナが、部分を第２の設置位置に固定または維持するために提供される。第２のファスナは、クランプ、ねじ、ボルト、溶接または部分を第２の設置位置に維持する任意の他の好適なファスナであってよい。本発明は、第１の部分および第２の部分に限定されることを意図するものではなく、むしろ２つより多い任意の数の部分が、束内で管の必要な偏向をもたらすためそれらの部分を互いに対して動かすことができることを条件として、企図される。

本発明の別の態様に従えば、部分間に少なくとも１つのインサートが提供され、それにより部分が管を偏向させるために必要な部分間の間隔が提供される。次に第２のファスナを使用して部分およびインサートがそれらの適切な向きに固定される。

本発明の別の態様に従えば、可動式支持バッフルは、少なくとも１つの固定バッフルと併せて使用される。各固定バッフルは、管の少なくとも１つを中に受け入れるサイズの複数の穴を有する。少なくとも１つの固定バッフルおよび少なくとも１つの可動式支持バッフルは、管束の長手方向軸に沿って離間される。好ましくは、各可動式支持バッフルが、隣接する固定バッフルと離間される。かかる構成により、可動式支持バッフルがそれらの第２の設置位置に配置されると、管が十分な量を偏向して管は固定バッフルにも接触し、束内で管が更に安定するとともに振動が低減される。

本発明の更に別の態様に従えば、管束において複数の管の支持に使用される可動式支持バッフルが開示される。可動式支持バッフルは、少なくとも第１のプレートと第２のプレートとを含む。各プレートは、そこに形成された複数の穴を有する。可動式支持バッフルは、プレートを共に第１の装填位置に固定するための少なくとも１つの第１のファスナアセンブリを有する。可動式支持バッフルは、プレートを共に第２の設置位置に固定するための少なくとも１つの第２のファスナアセンブリを更に含む。

本発明の別の態様は、管列として互いに平行に配置された複数の管と、複数の管と略平行の方向に延在する長手方向軸とを有する管束の支持方法を提供することである。この方法は、少なくとも１つの可動式支持バッフルを、管束に対して長手方向軸に沿って配置する工程を含む。各可動式支持バッフルは、そこに形成された複数の穴であって、そこを通じて管の少なくとも１本を受け入れるサイズの複数の穴を有する。各バッフルは２つ以上の部分を有し、ここで複数の穴の一部の各部分がそこに配置される。この方法は、部分を設置位置となるよう互いに対して動かす工程と、それらの部分を設置位置に固定する工程とを更に含む。可動式バッフルを挿通する管は、部分が互いに対して動かされると偏向する。

ここで添付の図面と併せて本発明を説明し、図面では、同様の参照符号は同様の要素を示す：

本発明の実施形態に係る少なくとも１つの可動式支持バッフルを有する管束の概略図である。 本発明の実施形態に係る可動式支持バッフルの概略図である。 図２の可動式支持バッフルの変形例である。 図２の可動式支持バッフルの別の変形例である。 本発明に係る複数の水平に配置されたスロットを有する図２の可動式支持バッフルの更に別の変形例である。 ２つ以上の平行な仕切りレーンを有する図５−Ａの可動式支持バッフルの別の変形例である。 装填位置にある可動式支持バッフルを有する本発明に係る管束装置の側面図である。 本発明に係る一つの設置位置にある可動式支持バッフルを有する図６の管束装置の側面図である。 本発明に係るクランプ装置を有する可動式支持バッフルの概略図である。 本発明に係る別のクランプ装置を有する可動式支持バッフルの概略図である。 本発明に係る別の設置位置にある可動式支持バッフルを有する図６の管束装置の側面図である。 本発明に係る管を中に受け入れるサイズの複数の開口部を有する可動式支持バッフルの概略図である。 本発明に係る管を中に受け入れるサイズの複数のスロットを形成する複数のロッドを有する可動式支持バッフルの概略図である。 本発明に係る管束に使用される垂直スロットを有する固定支持バッフルの概略図である。 本発明に係る管束に使用される水平スロットを有する固定支持バッフルの概略図である。 本発明に係る管束に使用される遮断バッフルの概略図である。

ここで、以下の図に関連して本発明を更に詳細に説明する。本出願人は、水平および垂直という用語が、本発明に関連して用いられるとき、バッフルの個々の構成要素の、バッフルの他の構成要素に対する向きを表す基準点として意図されることを注記する。この用語がバッフルまたは熱交換器内でバッフルを構成する構成要素の向きを表すことは意図されない。管束装置１は、使用時に、いくつかの向きのうちの一つを有し得ることが企図される。従って管束装置は、概して、水平に、垂直にまたは水平に対して任意の角度に向いていてよい。

複数の離間されたバッフルを有する管束が、図１に示される。管束１０は、管束装置１（例えば、熱交換器または他の好適な伝熱構成要素）の一部である。管束１０は、一対の管板１３と１４との間に延在する複数の平行管１１を含む。管束１０は、管束装置１の周囲のシェルまたはハウジング２０内に嵌装される。典型的には、管１１の内部を通じる流体の流れと、シェル２０内で管１１の外側を越えて通る流体の流れとの双方が起こる。管束１０はバッフルを備え、それにより管束１０内の流動励起振動が低減され、且つ流体の流れがシェル２０から遠ざけられ、管１１に向かって誘導される。

可動式支持バッフル３００が図２に示される。可動式バッフル３００は、振動を低減するように管１１を受け入れるサイズの複数の穴を含む。可動式バッフル３００は複数のスロット３６を含む。スロット３６は、束１０内の管１１の列に対応して配置される。複数の垂直に延在するリブ３７が、バッフル３００に提供される。各リブ３７は、スロット３６間に垂直に延在する。各リブ３７は、好ましくは管束１０内の隣接する管１１の間の間隔より僅かに小さい厚さを有する。本発明は垂直スロットに限定されるものではない；むしろ、図５−Ａおよび図５−Ｂに示されるとおりの水平スロット４６が、十分に本発明の範囲内にあるものと考えられる。水平に延在するスロット４６では、複数の水平に延在するリブ４７が提供される。各リブ４７は、スロット４６間に水平に延在する。各リブ５７は、好ましくは管束１０内の隣接する管１１の間の間隔より僅かに小さい厚さを有する。しかしながら、本発明は垂直スロット３６または水平スロット４６の使用に限定されることを意図するものではなく、むしろ、限定はされないが、水平スロット、図１１に示されるとおりの単一の管１１を受け入れるサイズの開口部３７１、および図１２に示されるとおりの、ケージ３７４に固定された細長バーまたはロッド３７３から形成される細長開口部３７２を含む他の穴が企図される。中を通じて個々の管１１を受け入れる開口部３７１の使用が、好ましい穴構成であり得ることが企図される。

周囲を囲む遮断領域３４は、任意のバイパス流を、最も外側の管１１とシェル２０の内径との間から内側に、管１１に向けて誘導するように構成される。垂直スロット３６は、そこに管１１を受け入れる。バッフル３０は、そこに形成された複数のノッチ３２および３３を含む。ノッチ３２は、そこにタイバー５を受け入れるサイズである。ノッチ３３は、そこにスキッドバー６を受け入れるサイズである。スキッドバー６は、管束１０をシェル２０に挿入する間の支持を確実にするために提供される。ノッチ３２および３３は、バッフル３００が適切な向きに維持されることを確実にする。タイバー５、スキッドバー６、可動式バッフル３００、固定バッフル３０、４０（利用される場合）および遮断バッフル６０（利用される場合）は、一体となって剛性のケージを形成し、これによりシェル２０への束１０の管１１の挿入が促進される。

典型的には、管束１０は少なくとも１つの仕切りレーンを含み、それによって管束１０内の管１１が別個の群に分離される。仕切りレーンはいずれの管１１も含まない。仕切りレーンは、水平の向きと垂直の向きとを有し得る。仕切りレーンを通じて流れる流体は管１１の熱伝達面には接触しない。そのため、束１０内の流体の流れを仕切りレーンから遠ざけて管１１に向けて誘導し、熱伝達を向上させることが望ましい。可動式バッフル３００は、熱交換器１のシェル内の流体の流れを管束１０の管１１に向けて誘導する少なくとも１つの仕切りレーン遮断領域３５および３１０を含む。複数の穴は遮断領域３５および３１０の両側に配置される。

本発明のある態様に係る可動式バッフル３００は、仕切りレーン遮断領域３１０にある仕切りレーン３０１に沿って少なくとも２つの別個の部分３２０と３３０とに分割される。仕切りレーン３０１は、バッフル３００を２つのセクションに切断することによって形成される。これは、レーザ切断または他の好適な切断方法により達成することができる。バッフル３００の元の形状（即ち、バッフルを２つ以上のセクションに切断する前）は、バッフル３００を２つのセクションに切断して設置位置とした後、バッフル３００がシェル２０の内周のサイズと一致する外周を有するように、所望の形状より僅かに大きくてもよい。また、部分３２０および３３０が別個のセクションとして形成され得ることも企図される。部分３２０と３３０とは、バッフル３００が管束１０に対して所望の位置に適切に配置され得るように管束１０に装填するため、互いに固定される。バッフル３００を適切に設置するため、図８に示されるとおりの着脱可能なクランプアセンブリ３５０を使用してそれらの部分を互いに固定してもよい。バッフル３００が適切に配置され、管が装填されると、クランプアセンブリ３５０は取り外される。バッフル３００は、図６に示されるとおりの向きを有する。管１１が穴の中に受け入れられ、部分３２０と３３０との間には小さい空間３６０が存在する。

振動を低減するための束１０における管１１の補強は、２つの方法のうちの一方により達成することができる。バッフル３００および以下に更に詳細に記載する他のバッフルが管束１０に対して適切に配置され、クランプアセンブリ３５０が取り外されると、図７または図９に示される位置まで部分３２０と３３０とを互いに近付けることができる。かかる構成では、バッフル３００の穴が管１１に接触し、管１１を内側に偏向させる。この管の偏向により、振動を低減する補強がもたらされる。部分３２０と３３０とは、仕切りレーン３０１に沿った適当な溶接、適当なクランプ装置３７０、ボルトナット式ファスナアセンブリ３８０または任意の他の好適なファスナを、かかるファスナが熱交換器１の運転中に部分３２０および３３０をそれらの適切な設置位置に維持することを条件に使用して、互いに固定することができる。

或いは、バッフル３００および他のバッフルが管束１０に対して適切に配置され、クランプアセンブリ３５０が取り外されると、図１０に示される位置まで部分３２０と３３０とを引き離すことができる。かかる構成では、バッフル３００は、それが設置位置にあるとき、バッフル３００の外周がシェルの内周と実質的に一致するように僅かに小さい元の形状を有し得る。２つの部分３２０と３３０との僅かな動きは、クレーン、ジャッキなどを利用して２つの部分を互いから僅かに引き離し、バッフル３００の２つの部分３２０と３３０との間の空間３９１に、適切に形成されたインサート３９０（これは金属のストリップから形成されてもよい）を置くことにより実現される。クレーンまたはジャッキにより加えられる力を取り除くと、管１１により加えられる力によってインサート３９０がその場に保持され得る；同様に、同じ力が管に対して屈曲力をもたらすため、それにより管が補強され得る。２つの部分は互いに溶接されても、または別のクランプセットにより互いに固定されてもよく、それにより束の取扱い中における更なる剛性が提供される。かかる構成では、バッフル３００の穴が管１１に接触し、管１１を外側に偏向させる。部分３２０および３３０は、インサート３９０を使用してかかる向きに維持することができる。部分３２０および３３０は、インサート３９０に溶接されてもよい。また、クランプ装置３７０、または任意の他の好適なファスナを、かかるファスナが部分３２０および３３０をそれらの適切な設置位置に維持することを条件に使用して、部分３２０および３３０を固定し得ることも企図される。インサート３９０の厚さは、バッフル３００に切断された空間３９１の厚さより僅かに大きくなければならない点に留意することが重要である。例えば、切断されたスロット３９１が３ｍｍ幅である場合、インサート３９０は約６または７ｍｍ厚であり得る。

可動式支持バッフル４００が、図５−Ａに示される。可動式バッフル４００は、振動を低減するように管１１を受け入れるサイズの複数の穴を含む。可動式バッフル４００は複数のスロット４６を含む。スロット４６は、束１０内の管１１の列に対応して配置される。複数の水平に延在するリブ４７が、バッフル４００に提供される。各リブ４７は、スロット４６間に水平に延在する。各リブ４７は、好ましくは管束１０内の隣接する管１１の間の間隔より僅かに小さい厚さを有する。スロット４６は、上記のとおり、開口部３６１または細長開口部３７２に代えられてもよい。

周囲を囲む遮断領域４４は、任意のバイパス流を、最も外側の管１１とシェル２０の内径との間から内側に、管１１に向けて誘導するように構成される。水平スロット４６は、そこに管１１を受け入れる。バッフル４００は、そこに形成された複数のノッチ３２および３３を含む。ノッチ３２は、そこにタイバー５を受け入れるサイズである。ノッチ３３は、そこにスキッドバー６を受け入れるサイズである。スキッドバー６は、管束１０をシェル２０に挿入する間の支持を確実にするために提供される。ノッチ３２および３３は、バッフル４００が適切な向きに維持されることを確実にする。タイバー５、スキッドバー６、可動式バッフル３００および４００、固定バッフル３０、４０（必要な場合）並びに遮断バッフル６０（必要な場合）は、一体となって剛性のケージを形成し、これによりシェル２０への束１０の管１１の挿入が促進される。

可動式バッフル４００は、熱交換器１のシェル内の流体の流れを管束１０の管１１に向けて誘導する少なくとも１つの仕切りレーン遮断領域４５を含む。複数の穴は遮断領域４５の両側に配置される。本発明のある態様に係る可動式バッフル４００は、仕切りレーン遮断領域４５にある仕切りレーン４０１に沿って少なくとも２つの別個の部分４２０と４３０とに分割される。仕切りレーン４０１は、バッフル４００を２つのセクションに切断することによって形成される。これは、レーザ切断または他の好適な切断方法により達成することができる。バッフル３００と同様に、バッフル４００の元の形状（即ち、バッフルを２つ以上のセクションに切断する前）は、バッフル４００を２つのセクションに切断して設置位置とした後に、部分４２０と４３０とを互いに近付けると、バッフル４００がシェル２０の内周のサイズと一致する外周を有するように、所望の形状より僅かに大きくてもよい。バッフル３００と同様に、部分４２０と４３０とが設置位置において引き離される場合には、元の形状は僅かに小さくてもよい。場合によっては、熱交換器１は仕切りレーンを有しなくともよい。これは、単一の管路の熱交換器において起こり得る。かかる構成では、仕切りレーン４０１に沿ってバッフルを２つ以上のセクションに切断することを可能とするため、可動式バッフルに擬似的な仕切りレーンを含む（即ち、管レーンの幅を増加させる）ことが望ましい。仕切りレーンがない場合（例えば、単一の管路の交換器）、または仕切りレーンが存在しないところに仕切りレーンが求められる場合、擬似的な仕切りレーンを含むことが望ましい。図５−Ｂは、２つ以上の仕切りレーン７０１、７０２および７０３を有し、それらがバッフル７００を部分７１０、７２０、７３０および７４０に分割する可動式バッフル７００を示す。

部分４２０と４３０とは、バッフル４００が管束１０に対して所望の位置に適切に配置され得るように管束１０に装填するため、互いに固定される。バッフル４００を適切に設置するため、図８に示されるとおりの着脱可能なクランプアセンブリ３５０を使用してそれらの部分を互いに固定してもよい。バッフル４００は、図６に示されるとおりの向きを有する。管１１が穴の中に受け入れられ、部分４２０と４３０との間には小さい空間３６０が存在する。バッフル４００が適切に配置され、管１１が装填されると、クランプアセンブリ３５０は取り外される。

振動を低減するための束１０内の管１１の補強は、２つの方法のうちの一方により達成することができる。バッフル４００および以下に更に詳細に記載する他のバッフルが管束１０に対して適切に配置され、管１１が装填され、クランプアセンブリ３５０が取り外されると、図７または図９に示される位置まで部分４２０と４３０とを互いに近付けることができる。かかる構成では、バッフル４００の穴が管１１に接触し、管１１を内側に偏向させる。これにより振動を低減するよう管１１が補強される。部分４２０と４３０とは、仕切りレーン４０１に沿った適当な溶接、適当なクランプ装置３７０、ボルトナット式ファスナアセンブリ３８０または任意の他の好適なファスナを、かかるファスナが熱交換器１の運転中に部分４２０および４３０をそれらの適切な設置位置に維持することを条件に使用して、互いに固定することができる。

或いは、バッフル４００および他のバッフルが管束１０に対して適切に配置され、管１１が装填され、クランプアセンブリ３５０が取り外されると、図１０に示される位置まで部分４２０と４３０とを引き離すことができる。かかる構成では、バッフル４００は、それが設置位置にあるとき、バッフル４００の外周がシェルの内周と実質的に一致するように僅かに小さい元の形状を有し得る。２つの部分４２０と４３０との僅かな動きは、クレーン、ジャッキなどなどを利用して２つの部分を互いから僅かに引き離し、バッフル４００の２つの部分４２０と４３０との間の空間３９１に、適切に形成されたインサート３９０（これは金属のストリップから形成されてもよい）を置くことにより実現される。クレーンまたはジャッキにより加えられる力を取り除くと、管１１により加えられる力によってインサート３９０がその場に保持され得る；同様に、同じ力が管に対して屈曲力をもたらすため、それにより管が補強され得る。２つの部分は互いに溶接されても、または別のクランプセットにより互いに固定されてもよく、それにより束の取扱い中に更なる剛性が提供される。かかる構成では、バッフル４００の穴が管１１に接触し、管１１を外側に偏向させる。部分４２０および４３０は、インサート３９０を使用してかかる向きに維持することができる。部分４２０および４３０は、インサート３９０に溶接されてもよい。また、クランプ装置３７０、または任意の他の好適なファスナを、かかるファスナが部分４２０および４３０をそれらの適切な設置位置に維持することを条件に使用して、部分４２０および４３０を固定し得ることも企図される。

本発明に従えば、可動式バッフル３００および４００は、２つの可動部分３２０、３３０および４２０、４３０に限定されない；むしろ、２つ以上の可動部分が、十分に本発明の範囲内にあるものと考えられる。３つの可動部分を有するバッフル５００が、図３に示される。バッフル５００は追加の仕切りレーン３０２を含む。４つの可動部分を有するバッフル６００が、図４に示される。バッフル６００は、追加の仕切りレーン３０３を更に含む。可動部分は、互いに対して動くことが可能であり、上記の方法で適切な装填位置に固定することができる。他の構成が、十分に本発明の範囲内にあるものと考えられる。更に、様々な穴の構成が、バッフル５００および６００での使用に好適であると考えられる。複数の穴がスロットである場合、図２および図４に示されるとおり、それらの部分を動かしたときにスロットが管１１を動かすことができるように、仕切りレーン４０１はスロットと略平行である。２つ以上の仕切りレーン（例えば、図３、図４、図５−Ｂに示されるとおり）が提供される場合、穴の構成は、それらの部分を互いに対して動かしたときに、管が動くことを可能にするものでなければならない。図５−Ｂでは、仕切りレーン７０１、７０２および７０３は互いに平行である。かかる構成では、穴は、部分７１０、７２０、７３０および７４０を動かすことで管の適切な偏向が生じるように、仕切りレーンと平行に延在する細長スロットであってもよい。細長スロットが仕切りレーンと垂直に延在すると、管の適切な偏向は生じないであろう。そのような場合に、２つ以上の方向に動かすことが企図されるときには、開口部３７１の使用が最も適した穴であり得る。

本発明に従えば、可動式バッフル３００および４００は、振動を低減するよう管束１０の長さ沿って離間されてもよい。また、可動式バッフルが、振動の低減が必要な場所に（例えば、束の端部分に）のみ配置され得ることも企図される。本発明は、可動式バッフル３００および４００の単独での使用に限定されることを意図するものではない。

本発明に従えば、可動式バッフル３００および４００は、図１３および図１４に示されるとおりの少なくとも１つの固定バッフル３０または４０、および図１５に示されるとおりの少なくとも１つの遮断バッフル６０と連係して使用されてもよい。スロットを有する固定バッフル３０が、図１３に示される。垂直スロットを有する固定バッフル３０が示されるが、本発明は、スロットのみを有するバッフルに限定されることを意図するものではない；むしろ、可動式バッフル３００に関連して上記に記載したとおりの他の構成が、十分に本発明の範囲内にあるものと考えられる。固定バッフル３０は、振動を低減するよう管１１に支持を提供する複数の垂直スロット３６を有する。遮断領域３４は、任意のバイパス流を、最も外側の管１１とシェル２０の内径との間から内側に、管１１に向けて誘導するように構成される。垂直スロット３６は、そこに管１１を受け入れる。バッフル３０は、そこに形成された複数のノッチ３２および３３を含む。ノッチ３２は、そこにタイバー５を受け入れるサイズである。一般的には、タイバーおよびスキッドバーは管の装填前にバッフルに溶接される。本発明の場合、可動式バッフルについてはこれは該当しないであろう。その代わり、タイバーおよびスキッドバーは、管を装填した後、およびバッフル部分を動かした後に、可動式バッフルに溶接され得る。固定バッフルおよび遮断バッフルが使用される場合、それらは管の装填前にタイバーおよびスキッドバーに溶接して、束ケージに十分な剛性を提供することができる。本発明は、タイバーを伴う使用に限定されるものではない；むしろ、図１１に示されるとおりの従来のタイロッド３８０の使用が用いられてもよい。タイロッド３８０が利用される場合、装填された部分となるまで可動式バッフルを動かすと、タイロッドを管１１と共に屈曲させることが可能となり得る。他方で、タイロッド用の固定バッフルの孔は僅かに大きく作製されてもよく、それにより可動式バッフルを動かす間のタイロッドの屈曲を低減することができる。ノッチ３３は、そこにスキッドバー６を受け入れるサイズである。スキッドバー６は、管束１０をシェル２０に挿入する間の支持を確実にするために提供される。ノッチ３２および３３は、可動式バッフル３００、固定バッフル３０および４０並びに遮断バッフル６０（以下に記載される）が適切な向きに維持されることを確実にする。タイバー５、スキッドバー６並びにバッフル３００、３０、４０および６０は、一体となって剛性のケージを形成し、これにより束１０の管１１の挿入が促進される。バッフル３０は、熱交換器１のシェル内の流体の流れを管束１０の管１１に向けて誘導する少なくとも１つの仕切りレーン遮断領域３５を含む。スロット３６は、束１０内の管１１の列に対応して配置される。複数の垂直に延在するリブ３７が、バッフル３０に提供される。各リブ３７は、スロット３６間に垂直に延在する。各リブ３７は、好ましくは管束１０内の隣接する管１１の間の間隔より僅かに小さい厚さを有する。

振動を低減するよう束１０内の管１１に支持を提供する水平スロット４６を有する固定バッフル４０が、図１４に示される。バッフル３０と同様に、バッフル４０は、流体の流れを、管束１０の外側の管１１とシェル２０の内表面との間の間隙から遠ざけて内側に、束１０内の管１１に向けてシェル２０から遠ざけ、且つ仕切りレーンから外側に遠ざけて管１１に向けて誘導するように構成される。バッフル４０は遮断領域４４を有する。遮断領域４４は、遮断領域３４と同様の構造を有する。バッフル４０はまた、少なくとも１つの仕切りレーン遮断領域４５も含み得る。バッフル４０は複数の水平スロット４６を含む。スロット４６は仕切りレーン遮断領域３５の両側に配置される。スロット４６は、管束１０の管１１を受け入れて支持するサイズである。複数の水平に延在するリブ４７が、バッフル４０に提供される。各リブ４７はスロット４６間に延在する。

可動式バッフル３００、４００および固定バッフル３０、４０が、そこを通じて管を受け入れるためのスロットを有する場合、図１５に示されるとおりの遮断バッフル６０が利用されてもよい。遮断バッフル６０は、流体の流れを内側に、束１０内の管１１に向けてシェル２０から遠ざけ、且つ束の仕切りレーンから外側に遠ざけて誘導するように構成される。各バッフル６０は、遮断領域６４と仕切りレーン遮断領域６５とを含む。遮断バッフル６０は、束１０内の管１１に対して支持は提供しない。

ここで、管束装置１の組み立てについて更に詳細に説明する。管束１０用の剛性ケージが、タイバー５、スキッドバー６、可動式バッフル３００および４００並びにバッフル３０、４０、および６０を使用して作製される。剛性ケージは、タイバー５およびスキッドバー６をバッフル３０、４０、および６０のそれぞれのスロット３２および３３内に固定することにより形成される。タイバー５およびスキッドバー６は、好ましくは溶接または他の好適な取付け機構によってスロット３２および３３内に固定される。可動式バッフル３００および４００は、２つの部分が動かされ、最終的な位置に固定されるまでは、タイバーおよびスキッドバーに溶接されるべきではない。可動式バッフル３００および４００並びに固定バッフル３０および４０は、所望の間隔に離間される。バッフルは、固定バッフルが可動式バッフルに隣接して置かれる交互のパターンを有してもよい。垂直可動式バッフルは、好ましくは水平可動式バッフルに隣接して置かれる。図１に示されるとおり、少なくとも１つの遮断バッフル６０がバッフル間に配置されてもよい。

剛性ケージが組み立てられると、管束１０の管１１がケージに挿入され得る。バッフルの開口部を通じて管１１を挿入することにより、管１１が束１０に装填される。管１１がケージ内に配置された後、上記のとおり、可動式バッフルの部分が設置位置に動かされる。次にそれらの部分が設置位置に固定される。管板１３および１４が束１０の端部に固定されてもよい。これは、各管１１の端部を管板と溶接するか、またはその他の方法で固定することにより達成される。上記に考察されるとおり、管板の少なくとも一方は固定されている。管の端部は一対の管板１３に固定され得ることも、一方が固定されている管板１３に、且つ一方が浮動している管板１４に固定され得ることも、またはＵ字管が使用され、従って管の両端が同じ管板１３に固定される場合には一つの固定されている管板１３に固定され得ることも企図される。組み立てられた管束１０は、束１０をスキッドバー６に沿って摺動させてシェルに入れることによりシェル２０に挿入される。束１０がシェル２０内で適切な向きに置かれると、管板１３がシェル２０に固定される。

当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく様々な改良および／または変更を加え得ることが明らかであろう。従って、本発明は、本明細書の装置および方法の改良および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に含まれることを条件として網羅することが意図される。

Claims (28)

1. 管列として互いに平行に配置された複数の管を有する管束、および
   複数の穴が中に形成されている少なくとも１つの可動式支持バッフルであって、前記複数の穴は、前記穴を通じて少なくとも１本の前記管を受け入れるサイズである可動式支持バッフル
   を含む管束装置であって、
   前記可動式支持バッフルは、各々少なくとも第１の部分および第２の部分を有し、前記複数の穴の一部が前記第１の部分に、その他の前記複数の穴が前記第２の部分に位置し、
   少なくとも前記第１の部分および前記第２の部分が、前記管束に対する前記管束に対する前記可動式支持バッフルの位置決めを促進する第１の装填位置および前記複数の穴を挿通する前記管を偏向させる第２の設置位置に配置される
   ことを特徴とする管束装置。
2. 前記第１の部分および前記第２の部分が、前記第２の設置位置において、前記第１の装填位置と比較して互いにより近接していることを特徴とする請求項１に記載の管束装置。
3. 前記第１の部分および前記第２の部分が、前記第１の装填位置において、前記第２の設置位置と比較して互いにより近接していることを特徴とする請求項１に記載の管束装置。
4. 前記第２の設置位置において、前記第１の部分を前記第２の部分に固定するための少なくとも１つのファスナを更に含むことを特徴とする請求項２または３に記載の管束装置。
5. 前記少なくとも１つのファスナが、溶接、クランプおよび解除可能なファスナのうちの一つであることを特徴とする請求項４に記載の管束装置。
6. 前記第１の部分と前記第２の部分の間に位置決めされ、前記第２の設置位置において前記第１の部分および前記第２の部分を維持する少なくとも１つのインサートを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の管束装置。
7. 複数の穴が中に形成されている少なくとも１つの固定バッフルであって、前記複数の穴は各々、前記穴を通じて少なくとも１本の前記管を受け入れるサイズである固定バッフルを更に含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の管束装置。
8. ハウジングを更に含み、
   前記管束が前記ハウジング内に受け入れられ、
   前記固定バッフルが各々、外周と、前記外周と前記複数の穴の間に形成された遮断領域を有し、
   前記遮断領域が、前記ハウジングと前記管束の外側の管の間の間隙内に配置されるサイズである
   ことを特徴とする請求項７に記載の管束装置。
9. 前記管束が、前記管束の前記管の一部を前記管束の他の前記管と分離する少なくとも１つの仕切りレーンを有し、
   前記各固定バッフルに、仕切りレーン遮断領域が形成され、
   前記各仕切りレーン遮断領域が、前記管束の対応する前記仕切りレーン内に収まるサイズである
   ことを特徴とする請求項８に記載の管束装置。
10. 前記管束が長手方向軸を有し、前記少なくとも１つの可動式支持バッフルと前記少なくとも１つの固定バッフルが、前記長手方向軸に沿って離間されていることを特徴とする請求項９に記載の管束装置。
11. 前記可動式支持バッフルが各々、隣接する前記固定バッフルから離間されていることを特徴とする請求項１０に記載の管束装置。
12. 前記管束が、前記管束の前記管の一部を前記管束の他の前記管と分離する少なくとも１つの仕切りレーンを有し、
    前記各可動式支持バッフルに、仕切りレーン遮断領域が形成され、
    前記各仕切りレーン遮断領域が、前記管束の対応する前記仕切りレーン内に収まるサイズであり、
    前記仕切りレーン遮断領域が、前記第１の部分における第１のパートおよび前記第２の部分における第２のパートを有する
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の管束装置。
13. 前記複数の穴が、複数の離間されたスロットであることを特徴とする請求項１２に記載の管束装置。
14. 前記複数のスロットが、前記仕切りレーン遮断領域と略平行に延在することを特徴とする請求項１３に記載の管束装置。
15. 前記各可動式支持バッフルが、複数の支持リブを更に含み、前記支持リブは各々、前記複数のスロットと実質的に平行に延在することを特徴とする請求項１４に記載の管束装置。
16. 前記各可動式支持バッフルが、前記支持リブおよび前記スロットと実質的に直交する方向に延在する少なくとも１つの補強リブを更に含み、前記各補強リブが、少なくとも１つのリブおよび少なくとも１つのスロットと交差することを特徴とする請求項１４に記載の管束装置。
17. 管束内の複数の管の支持に用いられる可動式支持バッフルであって、
    複数の穴が中に形成されている第１のプレート、
    複数の穴が中に形成されている第２のプレート、
    前記第１のプレートを、第１の装填位置において前記第２のプレートに固定する第１のファスナアセンブリ、および
    前記第１のプレートを、第２の設置位置において前記第２のプレートに固定する第２のファスナアセンブリを含み、
    前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが各々、外周と、前記外周と前記複数の穴の間に形成された遮断領域を有する
    ことを特徴とする可動式支持バッフル。
18. 前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが各々仕切りレーン遮断領域を有し、
    前記仕切りレーン遮断領域が、管束内の仕切りレーンに配置されるサイズであり、
    前記第１のプレート上の前記仕切りレーン遮断領域が、前記第２のプレート上の前記仕切りレーン遮断領域に隣接して位置決めされる
    ことを特徴とする請求項１７に記載の可動式支持バッフル。
19. 前記第１のファスナアセンブリが、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの前記仕切りレーン遮断領域に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の可動式支持バッフル。
20. 前記第２のファスナアセンブリが、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの前記仕切りレーン遮断領域に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の可動式支持バッフル。
21. 前記複数の穴が複数の平行なスロットであり、前記各スロットが、前記スロットに少なくとも１本の前記管を配置するサイズであることを特徴とする請求項１８に記載の可動式支持バッフル。
22. 前記複数のスロットが、前記仕切りレーン遮断領域と略平行に延在することを特徴とする請求項２１に記載の可動式支持バッフル。
23. 前記複数のスロットが、前記仕切りレーン遮断領域と略垂直に延在することを特徴とする請求項２１に記載の可動式支持バッフル。
24. 管列として互いに平行に配置された複数の管と、前記複数の管と略平行の方向に延在する長手方向軸を有する管束の支持方法であって、
    前記管束に、各々複数の穴が中に形成されている少なくとも１つの可動式支持バッフルを、前記長手方向軸に沿って配置する工程であって、前記複数の穴は各々、前記穴を通じて少なくとも１本の前記管を受け入れるサイズであり、前記各可動式支持バッフルは、第１の部分および第２の部分を有し、前記複数の穴の一部が前記第１の部分に、その他の前記複数の穴が前記第２の部分に位置する工程、
    前記第１の部分を設置位置まで、前記第２の部分に対して動かす工程、および
    前記第１の部分および前記第２の部分が前記設置位置に維持されるように、前記第１の部分を前記第２の部分に固定する工程
    を含むことを特徴とする方法。
25. 前記第１の部分を前記第２の部分に対して動かす工程により、前記複数の穴を挿通する前記管が偏向されることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記第１の部分を前記第２の部分に対して動かす工程が、前記第１の部分と前記第２の部分の間にインサートを挿入することを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記管束に、前記長手方向軸に沿って少なくとも１つの固定バッフルを配置する工程であって、前記少なくとも１つの固定バッフルには各々、複数の穴が形成され、前記複数の穴は各々、前記穴を通じて少なくとも１本の前記管を受け入れるサイズである工程を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
28. 前記各固定バッフルが、隣接する可動式支持バッフルから離間されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。

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