JP6864988B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、熱交換装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to heat exchangers.
特許文献1には、例えば低温液化ガスといった流体の昇温を行う熱交換装置の1つとして、水中燃焼式気化装置(Submerged Combustion Vaporizer)が記載されている。水中燃焼式気化装置は、液化天然ガスを気化するための装置であり、水槽内に浸漬されかつ、バーナーからの燃焼ガスを、周面に形成された気泡噴出孔を通じて水中に噴出する複数のスパージパイプと、水槽内に浸漬されかつ、スパージパイプの上側に配置された伝熱管を有する熱交換器と、を備えている。水中に気泡として噴出された燃焼ガスが水槽内の水を撹拌しつつ、伝熱管内を流れる低温液化ガスを加熱する。このことによって、低温液化ガスを気化させる。
また、水中燃焼式気化装置と同様に、水槽内に配設したスパージパイプから高温のガスを気泡として噴出することによって、水槽内に浸漬されかつ、スパージパイプの上側に配置された伝熱管内を流れる低温液化ガスを気化する気化装置として、スチームエジェクタ式気化装置等の、中間熱媒体式気化装置も知られている。 Further, as in the case of the underwater combustion type vaporizer, a high temperature gas is ejected as bubbles from a spurge pipe arranged in the water tank, so that the gas is immersed in the water tank and flows in a heat transfer tube arranged above the spurge pipe. As a vaporizer for vaporizing the liquefied gas, an intermediate heat medium type vaporizer such as a steam ejector type vaporizer is also known.
さらに、水槽内に配設したスパージパイプから高温のガスを気泡として噴出することによって、水槽内に浸漬した熱交換器の伝熱管内を流れる天然ガス等の温度を高めるよう構成された熱交換装置も知られている。 Furthermore, there is also a heat exchange device configured to raise the temperature of natural gas or the like flowing in the heat transfer tube of the heat exchanger immersed in the water tank by ejecting high-temperature gas as bubbles from a spurge pipe arranged in the water tank. Are known.
前述した水中燃焼式気化装置や中間熱媒体式気化装置等を含む熱交換装置において、水槽内に浸漬された伝熱管は支持部材によって支持される。支持部材は、特許文献1の図2に示されているように、伝熱管の管軸に直交するように広がる板状の部材であって、特許文献1には明示されていないが、厚み方向に貫通する支持孔を有している。伝熱管は、支持部材を貫通するように支持孔に内挿されることで、支持部材に支持される。支持部材は、例えばフェノール系樹脂等の合成樹脂によって構成される。
In the heat exchange device including the above-mentioned underwater combustion type vaporizer, intermediate heat medium type vaporizer, and the like, the heat transfer tube immersed in the water tank is supported by the support member. As shown in FIG. 2 of
本願発明者らは、こうした構成の熱交換装置において、ステンレス製の伝熱管の腐食が起こり得ることを見出した。 The inventors of the present application have found that corrosion of a heat transfer tube made of stainless steel can occur in a heat exchange device having such a configuration.
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水槽内に浸漬した伝熱管を有する熱交換装置において、伝熱管の腐食を防止することにある。 The technique disclosed herein has been made in view of this point, and an object thereof is to prevent corrosion of the heat transfer tube in a heat exchange device having a heat transfer tube immersed in a water tank.
本願発明者らが、熱交換装置における伝熱管の腐食について検討をしたところ、この腐食は、支持部材が伝熱管を支持している箇所における隙間腐食であることが判明した。 When the inventors of the present application examined the corrosion of the heat transfer tube in the heat exchange device, it was found that this corrosion was the crevice corrosion at the place where the support member supports the heat transfer tube.
つまり、水槽に貯留されている水は、一般的には工業用水であり、塩化物イオンの濃度が比較的高い。一方で、支持部材の支持箇所には、ステンレス製の伝熱管の外周面と、合成樹脂製の支持孔の内周面とが接触している箇所に隙間が形成される。隙間内部に塩化物イオンが濃縮される結果、伝熱管の不動態皮膜が破壊されて、伝熱管が局部的に腐食してしまうのである。 That is, the water stored in the aquarium is generally industrial water and has a relatively high concentration of chloride ions. On the other hand, in the support portion of the support member, a gap is formed at a portion where the outer peripheral surface of the stainless steel heat transfer tube and the inner peripheral surface of the support hole made of synthetic resin are in contact with each other. As a result of the concentration of chloride ions inside the gap, the passivation film of the heat transfer tube is destroyed and the heat transfer tube is locally corroded.
ここで、水中燃焼式気化装置や中間熱媒体式気化装置等の熱交換装置が運転すると、水槽内の水が激しく流動するため、隙間内部に塩化物イオンが濃縮されることが抑制される。つまり、伝熱管の腐食が防止される。しかしながら、水中燃焼式気化装置や中間熱媒体式気化装置等は、急激な需要増加をカバーするための、ピークシェービング用やエマージェンシー用としても使用される場合があり、その場合、長期間に亘って運転されないことがある。長期間に亘って運転されずに、水槽内の水が停滞した状態が継続すると、伝熱管の隙間腐食が起こり易くなる。 Here, when a heat exchange device such as an underwater combustion type vaporizer or an intermediate heat medium type vaporizer is operated, the water in the water tank flows violently, so that the concentration of chloride ions in the gap is suppressed. That is, corrosion of the heat transfer tube is prevented. However, underwater combustion type vaporizers, intermediate heat medium type vaporizers, etc. may also be used for peak shaving and emergency to cover a rapid increase in demand, in which case, for a long period of time. It may not be driven. If the water in the water tank remains stagnant without being operated for a long period of time, crevice corrosion of the heat transfer tube is likely to occur.
伝熱管の腐食は、支持部材が伝熱管を支持している箇所において起こることから、熱交換装置が長期間に亘って運転されないときには、水槽内の支持部材の位置を、定期的にずらすことが考えられる。例えば支持部材の配設位置をずらすことによって、伝熱管と支持孔との接触箇所を、定期的に変更すれば、伝熱管の隙間腐食を抑制することが可能になる。しかしながら、この対策は、メンテナンスが煩雑になってしまうという不都合がある。 Corrosion of the heat transfer tube occurs where the support member supports the heat transfer tube. Therefore, when the heat exchange device is not operated for a long period of time, the position of the support member in the water tank may be shifted regularly. Conceivable. For example, by shifting the arrangement position of the support member and periodically changing the contact point between the heat transfer tube and the support hole, it is possible to suppress the interstitial corrosion of the heat transfer tube. However, this measure has the disadvantage that maintenance becomes complicated.
そこで、本願発明者等は、伝熱管と支持孔との接触面積を、できるだけ小さくすることで、伝熱管の腐食を防止することにした。 Therefore, the inventors of the present application have decided to prevent corrosion of the heat transfer tube by making the contact area between the heat transfer tube and the support hole as small as possible.
ここに開示する熱交換装置は、水槽内に浸漬されかつ、高温のガスを水中に噴出するよう構成されたスパージパイプと、前記水槽内における前記スパージパイプの上側に配置された伝熱管を有しかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、前記伝熱管の内部を流れる流体を昇温するように構成された熱交換器と、前記水槽内に浸漬されかつ、前記伝熱管を支持するように構成された支持部材と、を備える。
Heat exchanger you disclosed herein, and is immersed in the water tank has a Supajipaipu configured to jet a high-temperature gas in water, the heat transfer tubes disposed on the upper side of the Supajipaipu in the water tank and A heat exchanger configured to raise the temperature of the fluid flowing inside the heat transfer tube by stirring and heating water by bubbles ejected from the spurge pipe, and the heat transfer tube immersed in the water tank. It comprises a support member configured to support it.
前記支持部材は、前記伝熱管の管軸に直交するように広がる板状の部材であって、前記伝熱管が貫通する支持孔を有し、前記支持孔は、その内周面が、前記支持部材の厚み方向にテーパ状に形成され、前記支持孔の最小径は、前記伝熱管の外径よりも大であり、前記伝熱管は、前記支持孔の最小径のエッジ状の箇所に、点接触、又は、線接触するように接触して支持されている。
The support member is a plate-shaped member that extends so as to be orthogonal to the tube axis of the heat transfer tube, and has a support hole through which the heat transfer tube penetrates. is tapered in the thickness direction of the member, the smallest diameter of the support hole is larger than the outer diameter of the heat transfer tubes, the heat transfer tube, the minimum diameter of the edge-shaped portions of said support hole, the point It is supported by contact so as to make contact or line contact.
この構成によると、支持孔の内周面が、支持部材の厚み方向にテーパ状となっているため、支持孔内に挿入された伝熱管の外周面は、支持孔における最小径の箇所でのみ、支持孔の内周面と接触する。支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触箇所が、支持部材の厚み方向に広がらないため、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積は、小さくなる。その結果、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。 According to this configuration, since the inner peripheral surface of the support hole is tapered in the thickness direction of the support member, the outer peripheral surface of the heat transfer tube inserted into the support hole is only at the portion having the smallest diameter in the support hole. , Contact the inner peripheral surface of the support hole. Since the contact point between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube does not widen in the thickness direction of the support member, the contact area between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube becomes smaller. As a result, it becomes possible to suppress crevice corrosion at the contact points between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube.
前記支持孔の最小径は、前記伝熱管の外径よりも大であり、前記伝熱管は、前記支持孔の最小径のエッジ状の箇所に接触して支持されるため、伝熱管の外周面は、支持孔の内周面と、点接触、又は、線接触する。両者の接触面積が小さくなるため、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。
The minimum diameter of the support hole, than the outer diameter of the heat transfer tube Ri Oh large, the heat transfer tube, since that will be supported in contact with the minimum diameter of the edge-shaped portions of said support hole, the outer periphery of the heat transfer tube The surface makes point contact or line contact with the inner peripheral surface of the support hole. Since the contact area between the two is small, it is possible to suppress crevice corrosion at the contact point between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube.
ここで、「点接触」は、接触面積が微小であって、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触部分が、実質的に点とみなすことができるような接触状態を意味し、数学的な意味における「点」とは異なる。また、「線接触」も、接触幅が微小であって、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触部分が、実質的に線とみなすことができるような接触状態を意味し、数学的な意味における「線」とは異なる。また、「線接触」は、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触部分が、伝熱管の周方向、又は、管軸方向に、ある程度の長さを有し、この意味で「点接触」と相違する。Here, "point contact" means a contact state in which the contact area is very small and the contact portion between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube can be regarded as a substantially point. However, it is different from the "point" in the mathematical sense. Further, "line contact" also means a contact state in which the contact width is very small and the contact portion between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube can be regarded as a line substantially. , Different from "line" in the mathematical sense. Further, "line contact" means that the contact portion between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube has a certain length in the circumferential direction of the heat transfer tube or the tube axis direction. It is different from "point contact".
例えば、伝熱管が円管であるときに、支持部材の支持孔を横断面円形状とすれば、伝熱管の外周面は、支持孔における最小径の箇所において一点で接触する。支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積が小さくなって、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。また、伝熱管が円管であるときに、支持部材の支持孔を横断面円形状とすれば、両者の接触箇所は、伝熱管の最下位置でかつ、支持孔の最下位置となる。ここで、伝熱管の位置がずれて、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触箇所が変化しても、支持孔の内周面と伝熱管の外周面とが共に円形状であれば、両者は、常に、一点で接触する。この構成は、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積を、常に小さく保つことが可能である。 For example, when the heat transfer tube is a circular tube, if the support hole of the support member has a circular cross section, the outer peripheral surfaces of the heat transfer tube come into contact with each other at a point having the smallest diameter in the support hole. The contact area between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube becomes smaller, and it becomes possible to suppress crevice corrosion at the contact point between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube. .. Further, when the heat transfer tube is a circular tube, if the support hole of the support member has a circular cross-sectional shape, the contact point between the two is the lowest position of the heat transfer tube and the lowest position of the support hole. Here, even if the position of the heat transfer tube shifts and the contact point between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube changes, both the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube have a circular shape. If so, they will always come into contact at one point. With this configuration, the contact area between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube can always be kept small.
前記支持孔の内周面には、前記伝熱管の前記管軸に沿う方向に伸びる複数の凹溝が、縞状に形成されている、としてもよい。 On the inner peripheral surface of the support hole, a plurality of concave grooves extending in a direction along the tube axis of the heat transfer tube may be formed in a striped pattern.
こうすることで、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所、つまり、支持孔の最小径の箇所において、凹溝の分だけ、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積が小さくなる。支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、さらに抑制することが可能になる。 By doing so, at the contact point between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube, that is, the part having the minimum diameter of the support hole, the inner peripheral surface of the support hole and the heat transfer tube are formed by the amount of the concave groove. The contact area with the outer peripheral surface becomes smaller. Gap corrosion at the contact points between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube can be further suppressed.
前記支持孔の内周面には、格子状の凹部が形成されている、としてもよい。こうすることで、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所において、凹部の分だけ、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積が小さくなる。支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、さらに抑制することが可能になる。 A grid-like recess may be formed on the inner peripheral surface of the support hole. By doing so, at the contact point between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube, the contact area between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube is reduced by the amount of the recess. Gap corrosion at the contact points between the inner peripheral surface of the support hole and the outer peripheral surface of the heat transfer tube can be further suppressed.
以上説明したように、前記の熱交換装置によると、支持孔内に挿入された伝熱管の外周面と、支持孔の内周面との接触面積が小さくなるから、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。 As described above, according to the heat exchange device, the contact area between the outer peripheral surface of the heat transfer tube inserted into the support hole and the inner peripheral surface of the support hole becomes smaller, so that the contact area with the inner peripheral surface of the support hole becomes smaller. , Gap corrosion at the contact point with the outer peripheral surface of the heat transfer tube can be suppressed.
以下、熱交換装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、熱交換装置の一つとしての水中燃焼式気化装置1の全体を概略的に示している。図2及び図3はそれぞれ、水槽11内に浸漬された熱交換器32、スパージパイプ15及び伝熱管31を支持する支持部材4の構成を示している。水中燃焼式気化装置1は、低温液化ガスの気化装置の1つであり、ここでは、液化天然ガス(LNG)を気化する。
Hereinafter, embodiments of the heat exchange apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the entire underwater
水中燃焼式気化装置1は、例えば直方体状の水槽11中に浸漬されると共に、LNGの流路となる多数の伝熱管31が多段に曲げ成形されて構成された熱交換器32を備えている。各伝熱管31の一端は、LNGの入口となるLNG入口管12bに連通し、他端が、気化した天然ガス(NG)の出口となるNG出口管12cに連通している。図1では、伝熱管31は簡易化して図示しているが、実際には、図2及び図3に示すように、X方向に延びると共に、Z方向に多段に曲げ成形された伝熱管31が、Y方向に多数、並んで配置されており、各伝熱管31は、LNG入口管12bに接続されるLNG入口ヘッダ33と、NG出口管12cに接続されるNG出口ヘッダ34とのそれぞれに連通している。伝熱管31の、曲げの段数、本数、及び配置は、水中燃焼式気化装置1の性能に応じて、適宜決定される。
The underwater
水槽11は、例えば矩形板状の天板11aで覆われている。この天板11aは、作業員が歩くこともでき、その所定箇所に円筒状のダウンカマー13が水槽11内に浸漬するように配設されている。
The water tank 11 is covered with, for example, a rectangular plate-shaped
ダウンカマー13の上端には、図外の燃料供給源から燃料供給管6を介して供給された燃料ガスと、ブロワー14を通じて供給された空気と、を燃焼させるバーナー2が設けられている。
At the upper end of the
水槽11の底部には、ダウンカマー13に連通すると共に、バーナー2の燃焼ガスが噴出する多数の気泡噴出孔(図示省略)が形成されたスパージパイプ15が配置されている。このスパージパイプ15も、図1では1本しか描いていないが、実際には、図2及び図3に示すように、各々がY方向に延びると共に、X方向に多数並べられており、熱交換器32の全体に燃焼ガスを含む気泡Bが供給されるようになっている。スパージパイプ15の本数やその配置は特に限定されない。
At the bottom of the water tank 11, a
ダウンカマー13と各スパージパイプ15との間には、マニホールド17が介設している。マニホールド17は、ダウンカマー13の下端部に接続されていると共に、図3に示すように、X方向に延びて配設されている。各スパージパイプ15の基端は、マニホールド17に連通しており、マニホールド17は、バーナー2からの燃焼ガスを、各スパージパイプ15に分配する機能を有している。尚、各スパージパイプ15は、断面円形状であり、その先端は閉塞している。
A manifold 17 is interposed between the
水槽11の天板11aには、水槽11内に噴出された燃焼ガスを排気する煙突状のスタック16が設けられ、その上端は大気に開放されている。
The
水中燃焼式気化装置1は、バーナー2の燃焼ガスをスパージパイプ15の気泡噴出孔を通じて水槽11内に気泡Bとして噴出させることによって、水槽11内の水を撹拌しつつ、伝熱管31内を流れるLNGを加熱する。このことによって、LNGを気化させてNGとし、これをNG出口管12cから送り出すように構成されている。水中燃焼式気化装置1は、燃焼ガスを気泡Bとして水槽11内に噴出して水槽11内の水を撹拌すること、及び、スタック16から排出する排気ガスの温度を、水槽11内の温水温度とほぼ同等に低くすることにより、燃焼ガス中の燃焼生成水を100%再凝縮させ、その潜熱を全て温水に与えることが可能であることから熱効率が極めて高いという特徴がある。
The underwater
次に、熱交換器32の伝熱管31を支持する支持部材4の構成について、詳細に説明をする。図2及び図3に示すように、支持部材4は、X方向に延びる伝熱管31の管軸に対して直交するように広がる板状の部材である。支持部材4は、水槽11内に設置した基礎の上に立設している。支持部材4は、X方向に所定の間隔を空けて、図例では5個、配置されている。伝熱管31は、例えばステンレス鋼製の円管である。支持部材4は、合成樹脂製、例えばフェノール系樹脂製である。
Next, the configuration of the
支持部材4は、図4に一部を拡大して示すように、厚み方向に貫通する支持孔41を有しており、伝熱管31は、支持孔41に内挿される。前述したように、熱交換器32は、複数の伝熱管31が、Y方向及びZ方向のそれぞれに並んで配設されており、支持部材4には、伝熱管31の一つ一つに対応するように、複数の支持孔41が、所定の配置で設けられている。
The
各支持孔41は、図5〜図7に示すように、内周面42がテーパ状に形成されている。つまり、支持孔41は、横断面円形状であり、支持部材4における第1面411に開口する開口部421の径と、第2面412に開口する開口部422の径は同じではなく、図5に示すように、第2面412における開口部422の径φ2は、第1面411における開口部421の径φ1よりも小さい。また、第2面412における開口部422の径φ2は、伝熱管31の径φよりも大きい。
As shown in FIGS. 5 to 7, each
伝熱管31の外周面は、支持孔41の内周面42に対して、図6及び図7に示すように、支持孔41の最小径の箇所(つまり、第2面412に開口する開口部422)において、実質的に一点で接触をする。こうして、伝熱管31の外周面と支持孔41の内周面42との接触面積が小さくなる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the outer peripheral surface of the
水槽11内に貯留される水は、一般的には、工業用水であり、塩化物イオンの濃度が比較的高い。また、水中燃焼式気化装置1は、エマージェンシー用として使用される場合には、長期間に亘って(例えば1年や2年といった期間に亘って)、運転されないことも起こり得る。そのため、水中燃焼式気化装置1では、ステンレス鋼製の伝熱管31の外周面と、合成樹脂製の支持孔41の内周面42との間の接触箇所において、伝熱管31に隙間腐食が生じる虞がある。しかしながら、前記の構成では、伝熱管31の外周面と支持孔41の内周面42との接触面積を、できるだけ小さくしているため、隙間腐食を抑制することが可能になる。
The water stored in the water tank 11 is generally industrial water and has a relatively high concentration of chloride ions. Further, when the underwater
尚、支持孔41内において伝熱管31は、支持孔41の最下位置に接触するとは限らない。寸法精度等の関係や、支持部材4が、間隔を空けて複数配置されていることや、水平方向に伸びる伝熱管31が、多数であることなどから、支持孔41内の伝熱管31の位置がずれることも起こり得る。この点に関し、円管である伝熱管31に対し、支持孔41を、横断面円形状とすることは、伝熱管31の位置に関わらず、伝熱管31の外周面と支持孔41の内周面42との接触箇所を、常に一つにすることが可能になる。つまり、多数の支持孔41のいずれにおいても、接触面積を小さくすることが可能になる。
The
ここで、第1面411における開口部421の径φ1と、第2面412における開口部422の径φ2との差は、大きい方が、テーパ角度が大きくなるため、伝熱管31の外周面と支持孔41の内周面42との接触面積を小さくする上では有利である。また、第2面412における開口部422の径φ2と、伝熱管31の径φとの差も、大きい方が、接触箇所における、2つの面の曲率差が大きくなるため、接触面積を小さくする上では有利になる。
Here, the larger the difference between the diameter φ 1 of the
尚、支持部材4に設けられた多数の支持孔41は、そのテーパの向きが全て同じであってもよいし、テーパの向きが異なっていてもよい。
The large number of support holes 41 provided in the
支持孔の形状は、前述した形状に限定されない。以下、支持孔の形状の変形例について、図面を参照しながら説明をする。図8(a)〜(c)は、支持孔が曲線によって構成された各例を示している。尚、図8(a)〜(c)はそれぞれ、支持孔の内周面の形状を抜き出して、概念的に示す図である。 The shape of the support hole is not limited to the shape described above. Hereinafter, a modified example of the shape of the support hole will be described with reference to the drawings. 8 (a) to 8 (c) show each example in which the support hole is formed by a curved line. 8 (a) to 8 (c) are views conceptually showing the shapes of the inner peripheral surfaces of the support holes, respectively.
先ず、図8(a)は、横断面円形状でかつ、内周面がテーパ状に構成された支持孔51を示している。図8(a)の支持孔51と、図5〜図7に示す支持孔41との違いは、内周面のテーパの構成である。図8(a)の支持孔51は、内周面が、支持部材4における厚み方向の中央で最小径となり、そこから、第1面411及び第2面412のそれぞれに向かって径が拡大するように構成されている。図示は省略するが、伝熱管31の外周面は、支持孔51における最小径の箇所において、実質的に一点で、支持孔51の内周面に接触する。支持孔51の最小径は、伝熱管31の外径よりも大きいことが、接触面積を小さくする上で好ましい。尚、最小径の箇所は、支持部材4における厚み方向の中央に限らない。最小径の箇所は、支持部材4における厚み方向の中央から、第1面411の方に、ずれていてもよいし、第2面412の方に、ずれていてもよい。
First, FIG. 8A shows a
図8(b)は、横断面楕円形状でかつ、内周面がテーパ状に構成された支持孔52を示している。支持孔52の楕円の長軸は、水平方向に伸びていてもよい。また、支持孔52の楕円の長軸は、垂直方向に伸びていてもよい。また、横断面楕円形状の支持孔52における最小径(つまり、短軸の長さ)は、伝熱管31の径よりも大きいことが好ましい。こうすることで、伝熱管31の外周面と、支持孔51における最小径の箇所との接触面積をできるだけ小さくすることが可能になる。
FIG. 8B shows a
図8(c)に示す支持孔53は、横断面楕円形状でかつ、支持部材4における厚み方向の中央で最小径となり、そこから、第1面411及び第2面412のそれぞれに向かって径が拡大するように構成されている。支持孔53の楕円の長軸は、水平方向に伸びていてもよい。また、支持孔53の楕円の長軸は、垂直方向に伸びていてもよい。伝熱管31の外周面は、図示は省略するが、支持孔53における最小径の箇所において、支持孔53の内周面に接触する。図8(c)に示す支持孔53おいても、支持孔53の最小径は、伝熱管31の外径よりも大きいことが、両者の接触面積を小さくする上で有利になる。最小径の箇所は、支持部材4における厚み方向の中央から、第1面411の方に、ずれていてもよいし、第2面412の方に、ずれていてもよい。
The
図9〜図12は、支持孔が直線によって構成された各例を示している。先ず、図9は、横断面が矩形状に構成された支持孔61を示している。支持孔61の横断面は、図例では、正方形状であるが、長方形状としてもよい。長方形状横断面を有する支持孔は、垂直方向に長い縦長であっても、水平方向に長い横長であってもよい。図9に示すように、支持孔61の内周面610は、第1面411から第2面412に向かって径が縮小するテーパ状に構成されている。支持孔61の最小径は、伝熱管31の径よりも大きいことが好ましい。ここでいう支持孔61の「最小径」は、第2面412の開口部612において向かい合う辺の間隔に相当する。伝熱管31の外周面は、横断面矩形状の支持孔61における最小径の開口部612において、支持孔61の内周面610と接触する。接触箇所は、伝熱管31の外周面の曲線と、支持孔61における開口部612の直線との接触になるため、実質的に点接触となり、両者の接触面積が小さくなる。図9に示す横断面矩形状の支持孔61では、図例に示すように、伝熱管31が支持孔61の下部においてのみ接触をする場合は、点接触となって接触面積を小さくすることが可能になるが、前述したように、伝熱管31の位置がずれると、伝熱管31の外周面が、支持孔61の内周面610における下部と側部との両方に接触する場合がある。
9 to 12 show each example in which the support holes are formed by straight lines. First, FIG. 9 shows a
図10は、横断面が矩形状の支持孔の変形例として、支持孔62を示している。この支持孔62は、内周面が、支持部材4の厚み方向の中央で最小径となり、そこから、第1面411及び第2面412のそれぞれに対向かって径が大きくなるように構成されている。伝熱管31の外周面は、図示は省略するが、支持孔62における最小径の箇所において、支持孔62の内周面に接触する。図10の支持孔62においても、最小径は、伝熱管31の外径よりも大きいことが、接触面積を小さくする上で有利になる。また、最小径の箇所は、支持部材4における厚み方向の中央に限らない。最小径の箇所は、支持部材4における厚み方向の中央から、第1面411の方に、ずれていてもよいし、第2面412の方に、ずれていてもよい。
FIG. 10 shows the
図11は、横断面を菱形に構成した例として、支持孔63を示している。支持孔63の内周面は、第1面411から第2面412に向かって径が縮小するテーパ状に構成されている。支持孔63の最小径、つまり、第2面412の開口部632において向かい合う辺同士の間隔は、伝熱管31の径よりも大きいことが好ましい。伝熱管31の外周面は、横断面菱形の支持孔63における最小径の開口部632において、支持孔63の内周面と2箇所で接触する。各接触箇所は、伝熱管31の外周面の曲線と、支持孔63における最小径の開口部632の直線との接触になるため、実質的に点接触となり、接触面積が小さくなる。
FIG. 11 shows the
図12(a)は、横断面が菱形の支持孔の変形例として、支持孔64を示している。この支持孔64は、内周面が、支持部材4における厚み方向の中央で最小径となり、そこから、第1面411及び第2面412のそれぞれに向かって径が拡大するように構成されている。支持孔64の最小径は、伝熱管31の径よりも大きいことが好ましい。伝熱管31の外周面は、横断面菱形の支持孔64における最小径の箇所において、支持孔64の内周面と、2箇所で接触する。各箇所の接触面積は小さいため、伝熱管31の外周面と支持孔64の内周面との接触面積も、小さくなる。尚、最小径の箇所は、支持部材4における厚み方向の中央に限らない。最小径の箇所は、支持部材4における厚み方向の中央から、第1面411の方に、ずれていてもよいし、第2面412の方に、ずれていてもよい。
FIG. 12A shows the
図12(b)は、横断面が三角形の支持孔65を例示している。支持孔65は、正面視で逆三角形状である。支持孔65の内周面は、テーパ状に構成されている。支持孔65の最小径は、伝熱管31の径よりも大きいことが好ましい。こうすることで、伝熱管31の外周面が、支持孔65の内周面に対し3箇所で接触することが回避される。伝熱管31の外周面は、横断面三角形状の支持孔65における最小径の箇所において、支持孔65の内周面と、2箇所で接触する。各接触箇所は、伝熱管31の外周面の曲線と、支持孔65の内周面の直線との接触になるため、実質的に点接触となり、接触面積が小さくなる。
FIG. 12B illustrates a
図12(c)は、横断面が三角形の支持孔の変形例として、支持孔66を示している。この支持孔66の内周面は、2つのテーパが組み合わさって構成されている。支持孔66の最小径の箇所は、支持部材4の厚み方向の中央に位置する。支持孔66の最小径は、伝熱管31の径よりも大きいことが好ましい。この支持孔66においても、図12(b)に示す支持孔65と同様に、伝熱管31の外周面は、横断面三角形状の支持孔66における最小径の箇所において、支持孔66の内周面と、2箇所で接触する。各接触箇所は、伝熱管31の外周面の曲線と、支持孔66の内周面の直線との接触になるため、実質的に点接触となり、接触面積が小さくなる。
FIG. 12C shows the
前述した各構成の支持孔41、51、52、53、61、62、63、64、65、66においては、伝熱管31の外周面と接触する支持孔の内周面には、図13に示すように、伝熱管31の管軸に沿う方向に伸びる複数の凹溝81を、縞状に形成してもよい。こうすることで、伝熱管31の外周面と支持孔41、51、52、53、61、62、63、64、65、66の内周面との接触箇所における、接触面積をさらに小さくすることが可能になる。
In the support holes 41, 51, 52, 53, 61, 62, 63, 64, 65, 66 of each configuration described above, the inner peripheral surface of the support hole in contact with the outer peripheral surface of the
これとは異なり、図14に示すように、支持孔41、51、52、53、61、62、63、64、65、66の内周面には、多数の凸部を設けることによって、格子状の凹部82を設けてもよい。こうすることでも、伝熱管31の外周面と支持孔41、51、52、53、61、62、63、64、65、66の内周面との接触箇所における、接触面積をさらに小さくすることが可能になる。
Unlike this, as shown in FIG. 14, the inner peripheral surfaces of the support holes 41, 51, 52, 53, 61, 62, 63, 64, 65, 66 are provided with a large number of convex portions to form a grid. A
図15は、支持孔の変形例を示している。この支持孔71は、その内周面から径方向の内方に突出する突起710を、2つ備えている。伝熱管31の外周面は、この2つの突起710に接触している。伝熱管31の外周面と支持孔71の内周面との接触箇所において、
突起710によって構成される支持孔71の内周面は、伝熱管31の外周面に対して180°以上の角度を有することになり、伝熱管31の外周面と支持孔71の内周面とは、実質的に点接触となる。この構成の支持孔71も、伝熱管31の外周面と支持孔71の内周面との接触面積が小さくなることで、隙間腐食が抑制される。
FIG. 15 shows a modified example of the support hole. The
The inner peripheral surface of the
尚、ここに開示する技術は、水中燃焼式気化装置1に適用することに限らず、水槽内に配設されたスパージパイプを有するスチームエジェクタ式の気化装置を始めとした、中間熱媒体式気化装置に適用することも可能である。また、低温液化ガスの気化装置に限らず、水槽内に浸漬した熱交換器の、伝熱管内を流れる流体を昇温する熱交換装置に対して、広く適用することが可能である。
The technique disclosed here is not limited to the underwater
1 水中燃焼式気化装置(熱交換装置)
11 水槽
15 スパージパイプ
31 伝熱管
32 熱交換器
4 支持部材
41、51、52、53、61、62、63、64、65、66 支持孔
42、610 内周面
81 凹溝
82 凹部
1 Underwater combustion type vaporizer (heat exchange device)
11
Claims (3)
前記水槽内における前記スパージパイプの上側に配置された伝熱管を有しかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、前記伝熱管の内部を流れる流体を昇温するように構成された熱交換器と、
前記水槽内に浸漬されかつ、前記伝熱管を支持するように構成された支持部材と、を備え、
前記支持部材は、前記伝熱管の管軸に直交するように広がる板状の部材であって、前記伝熱管が貫通する支持孔を有し、
前記支持孔は、その内周面が、前記支持部材の厚み方向にテーパ状に形成され、
前記支持孔の最小径は、前記伝熱管の外径よりも大であり、
前記伝熱管は、前記支持孔の最小径のエッジ状の箇所に、点接触、又は、線接触するように接触して支持されている熱交換装置。 A spurge pipe that is immersed in a water tank and is configured to eject high-temperature gas into the water.
It has a heat transfer tube arranged above the spurge pipe in the water tank, and is configured to raise the temperature of the fluid flowing inside the spurge pipe by stirring and heating water by bubbles ejected from the spurge pipe. With a heat exchanger
A support member immersed in the water tank and configured to support the heat transfer tube is provided.
The support member is a plate-shaped member that extends so as to be orthogonal to the tube axis of the heat transfer tube, and has a support hole through which the heat transfer tube penetrates.
The inner peripheral surface of the support hole is formed in a tapered shape in the thickness direction of the support member.
The minimum diameter of the support hole is larger than the outer diameter of the heat transfer tube.
The heat transfer tube is a heat exchange device that is supported by contacting an edge-shaped portion having the minimum diameter of the support hole so as to make point contact or line contact.
前記支持孔の内周面には、前記伝熱管の前記管軸に沿う方向に伸びる複数の凹溝が、縞状に形成されている熱交換装置。 In the heat exchange device according to claim 1,
A heat exchange device in which a plurality of concave grooves extending in a direction along the tube axis of the heat transfer tube are formed in a striped pattern on the inner peripheral surface of the support hole.
前記支持孔の内周面には、格子状の凹部が形成されている熱交換装置。 In the heat exchange device according to claim 1,
A heat exchange device in which a grid-like recess is formed on the inner peripheral surface of the support hole.
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