JP2013185771A - Heat exchanger - Google Patents
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Description
水平方向に延びる外胴と、前記外胴内に配置され高温熱媒体が内部を流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群とを備え、高温熱媒体入口より受け入れた高温熱媒体が伝熱管群内を流れる状態で、外胴と伝熱管群との間に形成された低温熱媒体移流空間に流入される低温熱媒体を加温して加温ガスとして外部に放出するシェルアンドチューブ式熱交換器として構成され、低温熱媒体移流空間に流入する低温熱媒体量に対応するガス量の加温ガスが外部に放出される構成で、低温熱媒体が気液混相状態で低温熱媒体移流空間に流入することがある熱交換器に関する。 An outer cylinder extending in the horizontal direction, and a heat transfer tube group including a plurality of heat transfer tubes disposed in the outer cylinder and through which the high temperature heat medium flows, and the high temperature heat medium received from the high temperature heat medium inlet is in the heat transfer tube group. Shell-and-tube heat exchanger that heats the low-temperature heat medium flowing into the low-temperature heat medium advection space formed between the outer cylinder and the heat transfer tube group and discharges it as a heated gas outside The heating gas with the gas amount corresponding to the amount of the low temperature heat medium flowing into the low temperature heat medium advection space is discharged to the outside, and the low temperature heat medium flows into the low temperature heat medium advection space in a gas-liquid mixed phase state. It relates to a heat exchanger.
この種の熱交換器の一例としては、特許文献1に記載の加温器11、特許文献2に記載のガス過熱用熱交換器11がある。これら文献に開示の熱交換器は、蒸発器(気化器)により蒸発・気化された低温熱媒体を高温熱媒体により昇温する構造を有しており、構造上の問題、或は、処理量との関係から横置きシェルアンドチューブ構造とされている。
即ち、水平方向に延びる外胴と、この外胴内に配置され高温熱媒体(海水)が内部を流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群とを備え、高温熱媒体入口より受け入れた高温熱媒体(海水)が伝熱管群内を流れる状態で、外胴と伝熱管群との間に形成された低温熱媒体移流空間に流入される低温熱媒体(天然ガス)を加温して加温ガスとして外部に放出する。
従来型シェルアンドチューブ構造の熱交換器を、本願に対応して、図4に示した。
As an example of this type of heat exchanger, there are a
That is, a high-temperature heat medium received from a high-temperature heat medium inlet is provided with an outer cylinder that extends in the horizontal direction and a heat transfer tube group that is arranged in the outer cylinder and that includes a plurality of heat-transfer tubes through which the high-temperature heat medium (seawater) flows. (Seawater) flows through the heat transfer tube group, warming the low temperature heat medium (natural gas) flowing into the low temperature heat medium advection space formed between the outer body and the heat transfer tube group To the outside.
A conventional shell-and-tube heat exchanger is shown in FIG. 4 corresponding to the present application.
上記の設備は、液化天然ガス(LNG)から気化天然ガス(NG)及び熱量調整された都市ガスを得るための設備であるが、一般的に気液混相状態にある或はほぼ気化された状態にある昇温対象の低温熱媒体を高温熱媒体により昇温する熱交換器にあっては、熱交換器の上流の運転状態が変化する、或は、周囲環境の温度条件等の変化によって、設計条件として予定される以上の液相状態にある低温熱媒体が熱交換器に流入することがある。
このような状態にあっては、その熱負荷が大きくなり、低温熱媒体が熱交換器外胴底部に溜まり、一部伝熱管内の高温熱媒体を凍結させたり、運転状態を不安定化する虞がある。このような異常状態が発生すると、熱交換器を含むシステム全体の運転状態が多大に影響を受け好ましくない。
The above equipment is equipment for obtaining vaporized natural gas (NG) and calorie-adjusted city gas from liquefied natural gas (LNG), but is generally in a gas-liquid mixed phase state or almost vaporized state. In the heat exchanger that raises the temperature of the low-temperature heat medium to be heated by the high-temperature heat medium, the operating state upstream of the heat exchanger changes, or the temperature condition of the surrounding environment changes, There is a case where a low-temperature heat medium in a liquid phase state more than planned as a design condition flows into the heat exchanger.
In such a state, the heat load increases, and the low temperature heat medium accumulates at the bottom of the heat exchanger outer trunk, partially freezes the high temperature heat medium in the heat transfer tube, or destabilizes the operation state. There is a fear. When such an abnormal state occurs, the operation state of the entire system including the heat exchanger is greatly affected, which is not preferable.
本発明の目的は、横置きシェルアンドチューブ構造を有する熱交換器であって、昇温対象の低温熱媒体が、気液混相状態で熱交換器内に流入することがある熱交換器において、熱交換器内において、低温熱媒体を外銅底部に溜めることなく、熱交換器から送出される低温熱媒体を確実に気相の状態とすることができる熱交換器を得ることにある。 An object of the present invention is a heat exchanger having a horizontally placed shell and tube structure, in which a low temperature heat medium to be heated may flow into the heat exchanger in a gas-liquid mixed phase state. An object of the present invention is to obtain a heat exchanger that can reliably bring the low-temperature heat medium sent from the heat exchanger into a gas phase state without accumulating the low-temperature heat medium at the bottom of the outer copper in the heat exchanger.
上記目的を達成するための、
水平方向に延びる外胴と、前記外胴内に配置され高温熱媒体が内部を流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群とを備え、高温熱媒体入口より受け入れた前記高温熱媒体が前記伝熱管群内を流れる状態で、前記外胴と前記伝熱管群との間に形成された低温熱媒体移流空間に流入される低温熱媒体を加温して加温ガスとして外部に放出するシェルアンドチューブ式熱交換器として構成され、
前記低温熱媒体移流空間に流入する低温熱媒体量に対応するガス量の前記加温ガスが外部に放出される構成で、
前記低温熱媒体が気液混相状態で前記低温熱媒体移流空間に流入することがある熱交換器の特徴構成は、
伝熱管群の間に、液相状態の低温熱媒体を受け止め、液面を形成する棒状部材が設けられていることにある。
To achieve the above purpose,
An outer cylinder extending in the horizontal direction; and a heat transfer tube group including a plurality of heat transfer tubes arranged in the outer cylinder and through which the high-temperature heat medium flows, wherein the high-temperature heat medium received from a high-temperature heat medium inlet is the heat transfer tube A shell-and-tube that heats a low-temperature heat medium flowing into a low-temperature heat medium advection space formed between the outer cylinder and the heat transfer tube group in a state of flowing in the group and discharges it as a heated gas to the outside. Configured as a heat exchanger,
In the configuration in which the heated gas in a gas amount corresponding to the amount of the low temperature heat medium flowing into the low temperature heat medium advection space is released to the outside,
The characteristic configuration of the heat exchanger in which the low-temperature heat medium may flow into the low-temperature heat medium advection space in a gas-liquid mixed phase state,
The heat transfer tube group is provided with a rod-shaped member that receives a low-temperature heat medium in a liquid phase and forms a liquid surface.
この構成の熱交換器では、液相状態の低温熱媒体の低温熱媒体が低温熱媒体移流空間に進入した場合、棒状部材により当該液が受止められ、棒状部材に受止められた状態で、液面が形成される。一方、主に、気相状態の低温熱媒体は、伝熱管内を流れる高温熱媒体と熱交換し、順次、昇温される。従って、このようにして形成される加温ガスは、棒状部材の上に形態された低温熱媒体液の表面に接触する状態で移流することとなり、結果的に、液相状態の低温熱媒体の気化(蒸発)が促進される。
結果、低温熱媒体の気化を確実に行い、熱交換器から送出される低温熱媒体を確実に気相の状態とすることができる熱交換器を得ることができた。
In the heat exchanger of this configuration, when the low-temperature heat medium of the low-temperature heat medium in the liquid phase enters the low-temperature heat medium advection space, the liquid is received by the rod-shaped member, and is received by the rod-shaped member, A liquid level is formed. On the other hand, the low-temperature heat medium in a gas phase mainly exchanges heat with the high-temperature heat medium flowing in the heat transfer tube, and the temperature is sequentially increased. Therefore, the warming gas formed in this way flows in a state of being in contact with the surface of the low-temperature heat medium liquid formed on the rod-like member. Vaporization (evaporation) is promoted.
As a result, it was possible to obtain a heat exchanger capable of reliably vaporizing the low-temperature heat medium and reliably bringing the low-temperature heat medium sent from the heat exchanger into a gas phase state.
この熱交換器において、当該棒状部材に上下方向の貫通孔が複数設けられていることが好ましい。
ここで、上下方向とは、完全に鉛直方向に形成された貫通孔を意味するものではなく、
棒状部材の上側に形成される液相状態の低温熱媒体の液溜りから、同棒状部材の下側に低温熱媒体液が下降、滴下する程度の貫通孔を意味に、同一の貫通孔でみて、液溜りから低温熱媒体液が流入する貫通孔入口が、その流出する貫通孔出口より上側に位置していればよい。貫通孔の大きさ及び間隔は、熱交換器の運転状態を考慮して設計することが望ましい。
In this heat exchanger, it is preferable that a plurality of through holes in the vertical direction are provided in the rod-shaped member.
Here, the vertical direction does not mean a through-hole formed in a completely vertical direction,
From the liquid phase low-temperature heat medium liquid pool formed on the upper side of the rod-shaped member, the low-temperature heat medium liquid descends and drops to the lower side of the rod-shaped member. The through-hole inlet into which the low-temperature heat medium liquid flows from the liquid reservoir only needs to be located above the through-hole outlet from which the liquid flows out. It is desirable to design the size and interval of the through holes in consideration of the operation state of the heat exchanger.
このような貫通孔を設けることにより、液相状態にある低温熱媒体を上側に位置される棒状部材から下側に位置される棒状部材に順次移動させて、逐次、液面を形成しながら、気化(蒸発)を促進できる。 By providing such a through hole, the low-temperature heat medium in the liquid phase state is sequentially moved from the rod-shaped member positioned on the upper side to the rod-shaped member positioned on the lower side, and while sequentially forming the liquid surface, Vaporization (evaporation) can be promoted.
この種の熱交換器において、前記棒状部材が、前記複数の伝熱管を支持する管板に支持されていることが好ましい。
横置き、シェルアンドチューブ式の熱交換器にあっては、基本的に、気相状態の低温熱媒体は低温熱媒体移流空間内を、また高温熱媒体は伝熱管群内を、ともに、水平方向に(一方の管板から他方の管板に向かって)移流する構造が採用される。このように水平方向に移流するに際して、外胴軸方向に対して垂直な方向に複数のバッフルが設けられている構造では、低温熱媒体は、上下方向及び水平方向の移流を繰り返すジグザグ経路を流れ、全体として水平方向に移流する場合もある。従って、気相状態の低温熱媒体は、基本的に水平方向の移流に伴って加温ガスとなる。
そこで、前記棒状部材を、管板間に渡って設けておくことにより、加温ガスと液相状態の低温熱媒体との接触機会を確実に確保でき、また、低温熱媒体が入口ノズルより離れた位置にある伝熱管にも分散して接触できるため、良好に気化(蒸発)を実現できる。
In this type of heat exchanger, it is preferable that the rod-like member is supported by a tube plate that supports the plurality of heat transfer tubes.
In horizontal and shell-and-tube heat exchangers, basically, the low-temperature heat medium in the vapor phase is horizontally in the low-temperature heat medium advection space, and the high-temperature heat medium is horizontally in the heat transfer tube group. A structure that moves in the direction (from one tube sheet to the other tube sheet) is employed. In such a horizontal advection, in a structure in which a plurality of baffles are provided in a direction perpendicular to the outer cylinder axis direction, the low-temperature heat medium flows through a zigzag path that repeats advection in the vertical direction and the horizontal direction. In some cases, the advection in the horizontal direction as a whole. Therefore, the low-temperature heat medium in the gas phase basically becomes a heated gas along with the horizontal advection.
Therefore, by providing the rod-shaped member across the tube plates, it is possible to ensure the opportunity of contact between the heated gas and the low-temperature heat medium in the liquid phase, and the low-temperature heat medium is separated from the inlet nozzle. Vaporization (evaporation) can be realized satisfactorily because the heat transfer tubes located at different positions can be dispersed and contacted.
ここで、前記棒状部材は、長手方向視で、断面形状が上方開口するU字状に形成されたU型樋状部材とすることが好ましい。
U型樋状部材の上側の凹部を液相状態の低温熱媒体の貯留部として、良好に液面を形成できる。
Here, it is preferable that the rod-shaped member is a U-shaped bowl-shaped member formed in a U shape whose cross-sectional shape opens upward when viewed in the longitudinal direction.
The liquid surface can be satisfactorily formed by using the concave portion on the upper side of the U-shaped bowl-shaped member as a reservoir for the low-temperature heat medium in the liquid phase.
前記棒状部材が、長手方向視で、斜め上方に延びる堰部材を少なくとも一対備え、前記一対の堰部材間に、前記液相状態の低温熱媒体を受け止める液受止め部を形成することも好ましい。
少なくとも一対の堰部材を少なくとも一対備え、これら一対の堰部材間に、液相状態の低温熱媒体を受け止める液受止め部を形成することで、当該液受止め部を液相状態の低温熱媒体の貯留部として、良好に液面を形成できる。
It is also preferable that the rod-shaped member includes at least a pair of weir members extending obliquely upward as viewed in the longitudinal direction, and forming a liquid receiving portion that receives the low-temperature heat medium in the liquid phase state between the pair of weir members.
At least a pair of dam members are provided, and a liquid receiving part that receives the low-temperature heat medium in the liquid phase is formed between the pair of dam members, so that the low-temperature heat medium in the liquid phase is formed. As the storage part, the liquid level can be satisfactorily formed.
このような棒状部材の外筒内での配置は、外筒の筒軸方向視で、複数の前記棒状部材が上下及び左右方向に分散配置、又は特定の規則に基づいて分散配置されている構成を採用することで、外筒内の空間を有効に利用して低温熱媒体の気化(蒸発)を良好に行える。 The arrangement of such rod-shaped members in the outer cylinder is a configuration in which a plurality of the rod-shaped members are distributed in the vertical and horizontal directions as viewed in the cylinder axis direction of the outer cylinder, or are distributed based on specific rules. By adopting, the space in the outer cylinder can be used effectively to vaporize (evaporate) the low-temperature heat medium well.
本願に係る熱交換器100について、以下、図面を参照して説明する。
The
図1に示すように、本願に係る熱交換器100は、水平方向に延びる外胴3と、この外胴3内に配置され高温熱媒体が内部を流れる複数の伝熱管4からなる伝熱管群40とを備え、高温熱媒体入口5より受け入れた高温熱媒体が伝熱管群40内を流れる状態で、外胴3と伝熱管群40との間に形成された低温熱媒体移流空間50に流入される構造が採用されている。
As shown in FIG. 1, a
これらの図において、外胴3の左右両端側には一対の管板6が設けられており、管板6より横方向端部側に、それぞれ高温熱媒体入口5に接続される高温熱媒体室7、及び高温熱媒体出口8に接続される高温熱媒体室9が設けられている。さらに、一対の管板6間には、伝熱管群40が設けられている。従って、高温熱媒体入口5から高温熱媒体室7に流入する高温熱媒体hは、伝熱管群40内を流れ、高温熱媒体室9に流入し、高温熱媒体出口8から流出する。
In these drawings, a pair of tube plates 6 are provided on the left and right ends of the
前記外胴3内で、一対の管板6及び伝熱管群40の外側に形成される空間が低温熱媒体移流空間50として構成されている。このような低温熱媒体cの一例は、気液混相状態にある天然ガスとなる。
外胴3上部に低温熱媒体入口10及び加温ガス放出口11を設けている。
低温熱媒体移流空間50内を媒体が移流するに伴って、当該低温熱媒体cが伝熱管4内を流れる高温熱媒体hにより昇温、加温され、加温ガスwとして加温ガス放出口11から外部に放出される。
A space formed outside the pair of tube plates 6 and the heat
A low-temperature
As the medium moves in the low-temperature heat
低温熱媒体移流空間50に流入する低温熱媒体cの総量に対応するガス量の加温ガスwが外部に放出される。
即ち、単位時間当り低温熱媒体移流空間50に送り込まれる低温熱媒体cの量に対応する加温ガスwが、当該単位時間で熱交換器100から送り出される。
The heated gas w having a gas amount corresponding to the total amount of the low-temperature heat medium c flowing into the low-temperature heat
That is, the heated gas w corresponding to the amount of the low-temperature heat medium c fed into the low-temperature heat
本願に係る熱交換器100は、伝熱管群40の間に、前記管板6に渡って設けられた樋状部材30(棒状部材の一例)が備えられている。
The
以下、さらに詳細に、本願に係る熱交換器の特徴構成に関して説明する。
図1、図2からも判明するように、本願に係る熱交換器100では、伝熱管群40の間に、液相状態の低温熱媒体cを受け止め液面を形成する樋状部材30が設けられている。
この樋状部材30は、図2に示すように、外胴3内に適宜分散して配置されており、伝熱管4の外周表面、或は別の樋状部材30から滴下する液相状態の低温熱媒体cを受止めるように構成されている。
図3には、これら樋状部材30の断面形状を示しているが、図3(a)に示す例は、樋状部材30が、長手方向視(外筒3の軸方向視)で、上方開口するU字状に形成されたU型樋状部材30aとして構成されている。樋状部材30aに上下方向の貫通孔31が複数設けられている。
Hereinafter, the characteristic configuration of the heat exchanger according to the present application will be described in more detail.
As can be seen from FIGS. 1 and 2, in the
As shown in FIG. 2, the bowl-shaped
FIG. 3 shows the cross-sectional shapes of the hook-shaped
図3(b)に示す例は、樋状部材30が、長手方向視(外筒3の軸方向視)で、星型断面を呈する星型樋状部材30bとして構成されている。具体的には、この例における星型樋状部材30bは、棒状の部材本体35の周部に放射状に板状部材36を分散配置して、上側に位置する板状部材36aを堰部材として、これら板状部材36a間に、液受止め部38を形成する構成である。
In the example shown in FIG. 3B, the hook-shaped
〔別実施形態〕
(1)これま説明してきた実施形態では、高温熱媒体は右から左に流れる例を示したが、無論、高温熱媒体が左から右に流れる構造を採用してもよい。
(2)図3(a)では、U字状樋状部材30aに、上下方向の貫通孔31が下向き放射状に設けられている例を示している。無論、図3(b)に示す星型樋状部材30b(棒状部材の一例)においても、堰部材を成す板状部材36に貫通孔を設けておいてもよい。
従って、本願にいう棒状部材としては、伝熱管とは別に、液が外胴底部に落下するまでの気液接触時間を増加させ、外胴内での液分散機能を高める機能を持つ形状であれば、特に形状が限定されず、長手軸を有する棒状に構成されていれば良い。
[Another embodiment]
(1) In the embodiment described so far, an example in which the high-temperature heat medium flows from the right to the left has been described. However, a structure in which the high-temperature heat medium flows from the left to the right may be adopted.
(2) FIG. 3A shows an example in which
Therefore, the rod-shaped member referred to in the present application has a shape having a function of increasing the gas-liquid contact time until the liquid falls to the outer trunk bottom part and enhancing the liquid dispersion function in the outer trunk, separately from the heat transfer tube. For example, the shape is not particularly limited, and it may be configured as a rod having a longitudinal axis.
横置きシェルアンドチューブ構造を有する熱交換器であって、昇温対象の低温熱媒体が、気液混相状態で熱交換器内に流入するある熱交換器において、熱交換器内において、熱交換器内の外胴底部に液溜まりを発生させずに、熱交換器から送出される低温熱媒体を確実に気相の状態とすることができる熱交換器を得ることができた。 A heat exchanger having a horizontal shell and tube structure, in which a low-temperature heat medium to be heated flows into the heat exchanger in a gas-liquid mixed phase state, and heat exchange is performed in the heat exchanger. It was possible to obtain a heat exchanger that can reliably bring the low-temperature heat medium sent from the heat exchanger into a gas-phase state without generating a liquid pool at the bottom of the outer shell in the chamber.
3 外筒
4 伝熱管
10 低温熱媒体流入口
11 加温ガス放出口
30 樋状部材(棒状部材)
30a U字状樋状部材(棒状部材)
30b 星型樋状部材(棒状部材)
31 貫通孔
35 棒状の部材本体
36 板状部材(堰部材)
38 液受止め部
40 伝熱管群
50 低温熱媒体移流空間
3
30a U-shaped bowl-shaped member (bar-shaped member)
30b Star-shaped bowl-shaped member (bar-shaped member)
31 Through-
38
Claims (6)
前記低温熱媒体移流空間に流入する低温熱媒体量に対応するガス量の前記加温ガスが外部に放出される構成で、
前記低温熱媒体が気液混相状態で前記低温熱媒体移流空間に流入することがある熱交換器であって、
伝熱管群の間に、液相状態の低温熱媒体を受け止め、液面を形成する棒状部材が設けられている熱交換器。 An outer cylinder extending in the horizontal direction; and a heat transfer tube group including a plurality of heat transfer tubes arranged in the outer cylinder and through which the high-temperature heat medium flows, wherein the high-temperature heat medium received from a high-temperature heat medium inlet is the heat transfer tube A shell-and-tube that heats a low-temperature heat medium flowing into a low-temperature heat medium advection space formed between the outer cylinder and the heat transfer tube group in a state of flowing in the group and discharges it as a heated gas to the outside. Configured as a heat exchanger,
In the configuration in which the heated gas in a gas amount corresponding to the amount of the low temperature heat medium flowing into the low temperature heat medium advection space is released to the outside,
The heat exchanger in which the low temperature heat medium may flow into the low temperature heat medium advection space in a gas-liquid mixed phase state,
A heat exchanger in which a rod-shaped member that receives a low-temperature heat medium in a liquid phase and forms a liquid surface is provided between heat transfer tube groups.
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