JPH02126099A - 多管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子力及び火力発電プラントに用いられている
シェル・アンド・チューブ式熱交換（（ｇに係り、特に
、小型化、高性能化に好適な多管式熱交換器に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、第７［シ１に示すように、胴体２ａの内
径が大きいので、胴体内へ人間が入り込んで胴側仕切板
６を１１Ｍ内壁へ溶接して取付けていた。

また、米国フィリップス・ペトロリューム社のロッド・
バッフル式熱交換器のように、胴側流速を増加させるた
めに川内径を小さくしたもので、胴側パス数を多くする
のに折流用仕切板を伝熱管束とともに外部で組み込み、
胴側仕切板付き伝熱管束を一体のものとし２て、胴体内
へ挿入する製作法もある。

この場合、伝熱管束３と仕切板が一体物となっているた
め、−ｈ”の管仮に伝熱管を溶接し、もう一方の管板２
（１は用いないものに限定される６すなわち、伝熱管は
し丁字型伝熱管に限定される。そのため、一般にシェル
・アン１−・チューブ式熱交換ＨＫに用いられる直管式
伝熱なｒは外部で仕ＬｕＪ板の挿入、あるいは、設置が
できないなどの問題がある。また、伝熱管束と仕切板は
−・体構造となるが、１１Ｆ（内壁〕＼の固定θ；が採
用できないため、シェルと伝熱管束が）３１１体どなり
、し、かも、仕１男板と胴体壁ヒの間に大きなギャップ
が牛［じ、各室間のリークｈｔが大きくなるなどの問題
もあった。

〔を明が解決（７ようとする課題〕 １゛記従来技術は切欠きバッフルを用いた胴側直・ン。

ｉｌＱのために胴内径が一般的に大きく、月Ｆ（側に折
流用イｌ切板を取付ける際、人が内部）＼入り込んで、
容１妾することが可能であった。

本発明は特開昭６２−１６６２９６号、特開昭６２−１
６２８９９号公報に記載の完全対向流方式の多管式熱交
換器を達成するために、胴側流速の増大により胴内径が
小さくなる。そのため、胴側折流用仕切板を溶接で取付
けるスペースが確保されない。そこで、胴側折流用仕切
板を胴内壁誘導溝７に沿って外部から挿入して組み）′
１てる。このシール効果を用いて、各室間での圧力差に
よろリークを低減し、しかも、熱交換性能も確保する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的とする熱交換器の性能向上を図るため、伝熱管
には平滑管を用いているために管側伝熱・圧損を含めて
総合性能は十分図られており、熱交換器性能を決定する
律速条件は胴側流れを支配する胴側構造にあると考えら
れる。以下、この問題を解決するための手段について説
明する。

まず、性能を決定する律速条件は胴側流速を増加させる
ことである。そのために、必然的に胴径を小さくするこ
とが必須となる。それでも、建屋内に配置させるには胴
が長くなる場合が多？あり、この上う鳥・場合には、胴
側折流数を増やすだめの；ｉ）（側！、ｌ　ｕＪ坂にヲ
取付けることが必要となる。そこｒ、Ｉ］′Ｐ！径が小
さい内部に仕切４１１取付けるためには、胴内壁１清導
溝７　”！：　：投首し、、ここへ仕切板にを挿入し７
てシール効果を持た４士る。

１体的な構造として、 （ｉ　）ｌｉｐ４内壁誘導溝７とｊｌｉＪ側仕切扱６と
のギャップダ（１［用」−る構ｉ；′ｉ、 （ｉｉ）、円内４Ｊ＆　ｌｉ〜心！：’Ｗ　７の四部を
うビリンス構造とするもの、 （ｉｉｉ　）胴側仕切板（３の両端部をラビｌ−１ンス
構造と士ぐ；）もの、 （［Ｖ）円内壁話お溝７の材料上り熱膨張率の人さな１
１１（側仕切板６を用いる構造、 （ｖ）胴内壁１清導ｊ荷７と胴側仕切板０とを各々イン
ロータイプの段差構造どするもの、 等々が考えられる。

これらの発明はいずれも折流による各室間の圧力差に基
づくり一りｉを極めて小さくし、シール効果を高める方
法であり、熱交換性能の向１−１信頼性確保、製作性の
容易さのいす、ｔシをとってもｆ＋効なものである。

〔作用〕

本発明の熱交換器は１）：：］内壁誘導溝７とｊｌ）１
側仕切板６の取付は構造に関するもので、上記の誘導）
ｊｌ７と仕切板６の間のギャップにより、各室間の圧力
差によるリーク量を：戚らすシール構ｊ告である。

標準的な差込みギャップ式、さらには、ラビリンス式に
すると誘導溝７ど仕切板６の間の流路抵抗が大きくなり
、通常の一パス、及び、ニバス間での圧力差は小さいの
で、これら各室間のり−ク鼠は極めて小さくなる。

また、胴側仕切板６に熱膨張率の大きな＋４料を用いる
と、ギャップは仕返板６の伸びにより完全に閉塞されて
完全シールが行オー目しる。

従って、本発明の胴側仕ｔｉＴｌ扱６の取付は構造に従
来の溶接による取付は法と比べても薄色ない上、従来の
切欠きバッフル式熱交換器に比へ、伝熱係数、圧力損失
、流体連成振動の点を考慮しても高性能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

（，１）は本発明の多管式熱交換器本体１の縦断面図で
ある。また、横断面図（ｂ）も合わせて説明する。

まず５本発明の実施例の構成を説明する、多管式熱交換
器は胴体２　ｒｉ内に伝熱管束３を多数設置しており、
これら伝熱管を管板２（１で溶接固定している。また、
胴長と同じ長さの伝熱管をサポートするため、ある間隔
で伝熱管支持材５が設置さおでいる。この伝熱管支持材
５は薄板状スペーサ、円柱ロット、あるいは、従来のよ
うな片側、又は。

両側切欠きバッフルのいずれでもよい。そこで、第１図
に示したように、胴側流路を二つに仕切るため、胴体２
．′１内壁二ケ所に軸方向に沿って脂内壁誘心溝７を、
投１８シ、これに＋１Ｍ側仕切板６を挿入しバし設置す
る。ここで、胴体２ａには胴側入口ノズル２【）、胴側
出口ノズル２Ｃが設置されている。

一方、管板２ｄを介して管側氷室ヘッド４ａが両側に取
り付けられており、これらしこも、また、管側入口ノズ
ル４ｂ、及び−管側出（」ノズル・１（８が設置されて
いる。また、この場合、胴側仕切板６と胴内壁誘導ｉＫ
　７を設置しても、胴側バイパス領域が多くならないよ
うに伝熱管は川内側全域に密に配列されるのが望ましい
。

次に、本発明の実施例の動作を説明する。まず、管側流
体９は管側人口ノズル４ｂから流入し、伝熱管内を流れ
、ｔｌ側の管側氷室ヘラｌ’４ａでリターンして、再び
、伝熱管内を流れて管側出口ノズル４ｃから流出する１
、一方、胴側流体８は１１！４側人ロノズル２ｂから流
入し、同様に伝熱管外を伝熱管軸方向に沿って並行に流
れ、胴側仕切板６が無く開放された部分を伝熱管と直交
流で流れ、リターンして、再び、同様に伝熱管外を並行
に流れ、＋１ｄ体出ロノズル２ｃから流出する。この場
合、熱交換方式は完全対向流となり、伝熱管内外で熱交
換を行う。

この時、ＩＩＱ側第−室↓ＯａとｌＩシ礪側第二室１０
　ｂは）胴内壁誘導溝７に挿入さ扛た胴側仕切板６に、
よ＋１、各々の室を仕切られ、第一・室］、　Ｏａの圧
力と第一゛、室ＬＯｂの圧力差によるリーク量を減じる
シール効果をもつ。ここで、胴側流体８は高温、あるい
は、低温流体のいずれでも良い。

次に、本発明の他の実施例を第２図から第６１４により
説明する。第２図は第１図と同じシール効果をもつ胴内
壁誘導１１４７と胴側仕切板６の絹み合オ］せであり、
これらを二扱月Ｅ（体内に設置して、胴側第１室１０ａ
、胴側第二室１０（）、胴側第三室１０ｉ・及び胴側第
四室１０ｄの凹室、すなわち、四折流と１．た場合であ
る。

また、第３図は第２図と同様に四折流の場合であり、胴
側仕切板６とうビリンス型誘導溝７１の場合であり、第
２図の発明に比ノ＼て本発明は流路抵抗が大きくなり、
シール効果は向上する。第・１図は第３図と逆の場合で
、１１μ内壁誘導溝７へ両端部ラビリンス型仕切扱６ａ
撃挿入した場合であり、シール効果は第３図と同様であ
る。

次に、第５図は胴側仕切板６と胴内壁誘；５溝７の両者
は、第２図と同一構造であるが、各々の材質が異なる。

１１１４内壁誘’１１　Ｒ’＃　７の材料は熱膨張率が
小さく、ＩＩＭ側仕切板６　（１）材料は熱膨張率が大
きいものを採用する。つま：）、室温下でｊ洞体内へ用
側仕切板（３を挿入するりみ；１は、これら両とのギャ
ップは大きくおい℃いろが、これらを組立て後、管側、
及び、胴側流体を、Ｊ：εすど一般的に温度が［−昇し
５、この温度差ΔＴによる各々の材質の熱膨張率の違い
により、胴側住ｌＪ１板６に熱膨張も−よる伸びを生じ
、このギャップは完全に埋まる方向になる。

従って、従来の１ように溶接で取り付けた’ＥＪＬＦＪ
と同様のシール効果が得ｊらｔｌ、る。ここで、ｌ１１
ｂＣ３の先端はテーパ状ｔａｘ　ｌ−ｚで熱伸びによる
柿付けを強くすることも考えられる。また、ある種の剛
性をもつものでは胴側仕１．Ｉｊ板６に形状記憶合金を
用い、ある流体温度で熱伸びによる締付けが強くなるも
のを採用すイ）こともできる。

第６図では胴側仕ｕＩ扱６には通常のものを用い、胴内
壁固定リブ７ｂにはインロータイプの段差構造を採用し
て、次に示−（−各室の圧力差ｔこＬ（づく設置方向を
検討した取付は構造とすれば良い。

し第一・室圧ＩＪ〉第７二室圧ＩＪ＞第二室圧力〉第四
室圧力〕、熱交換器の性能向上に関し、ｌＩｑ側性能律
速であるから、胴側流速の増加を図るために胴径を小さ
く、しかも、１１トシ側折流数を増やすことにより、）
１１４側仕切扱をＩ］ト１内に取付ける必要がある。と
ころが、胴径が従来に比ノ＼て小さいので、人間が胴体
内ノ＼へ−〕τ溶接イ１采を行うことかできない。

そこで、　１ｌｊＪ内壁、１１へ満゛に？Ｃ”１つ℃外
部からｌｌｎ側仕切仕切挿入１−５、外−に間のリーク
鼠を、成じるシール構造をに案した。

〔ｆε明（ハ効果〕

本発明り一よれば　完全対向流式熱交換が達成でき、　
１ｌｉ４側伝熱係数の増加と胴側圧損の低減が図ら１１
５、月１１側総合性能が向）−Ｌ、、熱を換器全体の第
２シ括ひ、熱係数は大きくなり、高性能、小型化が図ら
れる。

、１０図［１１の簡＋ｐへ・説明 第１図は本発明の一実施例の多管式熱交換）（３の：す
ｊ面図、第２図は本発明の他の実施例の熱交換！Ａ：÷
の横断面［４１，第：３図ない１２、第６図は本発明の
実施例の熱交換器の横断面図、第７図は従来例の熱交換
器の横断面図である。

１・・多巻式熱交換器本体、２ｄ・・胴体、２ｂ−胴側
入口ノズル、２ｃ　・月（（側出ロノズル、２ｄ・管板
、３・・・伝熱管束、４．．１・・管側氷室ヘット、４
１）・・管側入口ノズル、４０　管側出口ノズル、５・
・・伝熱管支持材、６・・・胴側仕切板、６５１　・端
部ラビリンス型仕切板、７・・胴内壁誘導溝、７ａ・・
・ラビリンス型誘導溝、７　））　−１１１内壁固定リ
ブ、８・胴側流れ、９・・管側流れ、１０ａ　　胴側第
一・室、１０ｂ・・胴側第二室、ｉｏｃ・・胴側第三室
、１０ｄ　　−胴側第四室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多管式熱交換器において、小さな胴口径における胴
   側折流数を増すため、胴側仕切板を胴側内壁誘導溝へ挿
   入し、溶接固定ではなくこれらのギャップにより各室間
   の圧力差に基づくリーク量を減らし、胴側流速を低下さ
   せることなく熱交換性能を向上させることを特徴とする
   多管式熱交換器。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記胴側仕切板の熱膨張率が大きく、前記胴側内壁誘導
   溝の熱膨張率が小さな異種材料を組み合わせることを特
   徴とする多管式熱交換器。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記胴側内壁誘導溝の凹部をラビリンス構造とすること
   を特徴とする多管式熱交換器。 ４、特許請求の範囲第１項において、 前記胴側仕切板の両端部をラビリンス構造とすることを
   特徴とする多管式熱交換器。 ５、特許請求の範囲第１項において、 前記胴側仕切板と前記胴側内壁誘導板の各々をインロー
   タイプの段差構造とし、圧力の高い室から圧力の低い室
   へ圧力差で押し付けることを特徴とする多管式熱交換器
   。