JPH02287093A - 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〕 ＋：発明は、−生いに干行な２つの母管を有する熱交換
器であって、これらの母管が束状に配置さ７”Ｌだ複数
の成形管を介して結合さ几ており、各母管がそれぞれ、
軸方向で互いに上下にかつ雷にシールさ！′１７て配置
ｄされた複数の母管区分から形成さノしている形式のも
のに関する。

〔従来の技術〕

上記形式の熱交換器が、例えばドイツ連邦共和国特許出
願Ｐ３８　０３　９４７号又はＰろ８　０３　９４８号
明細書に開示されている。

これらの明卸１書による熱交換器では、複数の母管区分
が母宮内に設けらｎた引張り部材によって結合さｔてい
る。この場合、引張り部材は弓張ジ棒又は引張り管とし
て形成することができる。こｒにより、熱交換器の製作
及び保守整備が鎮めて簡単となる。というのは、ただ複
数の母管区分が加工もしくは父換されｎばよいからであ
る。′また、高温ガス流が母管外側で母管の近くを流れ
る場合でも、個々の母管区分間にはシールに関する問題
が生じることがない。というのは、まず母管の方が母管
内部の引張り部材よりも強く加熱さ扛るからである。そ
ねによって、熱交換器の始動時にも、軸方向に隣合う２
つの母管区分の突合わせ箇所が確実にシールされる。

しかし、上記形式の熱交ｙ８器には以下の様な欠点があ
る。即ち、母管内部に配置された引張り部材によって、
母管内部を貫流するガス流に対する著しく大きな流れ抵
抗が生じ、ヤれにＬす、熱交換器によって駆動さｎる装
置の全体的な効率が大さく下がってしまう。さらに、所
定の駆動状態、例えば母管外側のガス向流の温度計上Ｖ
（工って全負荷が部分負荷へ減少しだ状、咀において、
母管が収稲してしまう。しかし、この慟合にも母管内部
の引張部材の温度は元の温度のままである。従って、こ
のような不利な状態ではガス流のｍＡの生じる危れがめ
る。

さらなる欠点は、上述した熱交換器の幕成がただ全高の
小さな熱交換器にしか適していない、といった点にある
。というのも、全高の大きな熱交換器では成形管マトリ
ックスの０貞とこの熱交換器内に生じた加速度負荷によ
って、管に対する負荷が大きくなるからである。そ扛に
より、管の全長にわたって半径方向の複数の支承部が心
安となる。複数の母管区分は剛性にフランジ粕合妊れる
と、全長の大きな閉鎖された管結合体を形成する。上記
母管の慣断面にわたって温度勾配が生じると、母管は擬
昧蛛を中心としてだわんでしまう。このようなたわ与と
多数の支承部とによって過剰の支承状態が生じる。

その結果、上記母管の縦方向の伸張が阻止ざｎ１含横断
面が付那的に負荷される。

母管軸方向に加速度負荷が生じた場合、閉鎖された管結
合体には大きな質量加速力が生じる。

この加速力によっても母管は付加的に負荷される。さら
に、少なくとも１つの閉鎖された底部とこの底部から大
きく離ｎた軸方向支承部とを有する母管は、母管内部の
内圧にＪ：υ管底部へ作用する軸方向の力によって負荷
される。これによって、中空状の管横断面の安定度が極
めて大きな影響を受ける。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、全高の大きな場合でも、駆動時に母管
へ作用する力特に６つの主要方向へ向かう加速労金でき
る限り有利にかつ確実に支持できる熱交換器全提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、本発明によればはじめに述べた形式の熱交
換器において、２つの母管外側に設けられた支持フレー
ムに、各母Ｖ区分の管両端部が案内されており、かつ軸
方向で固定されておシ、支持フレームが両母管に対して
平行な少なくとも１つの長手支持体を有しており、互い
に軸方向の間隔を置いた複式の支持体がこの長手支持体
に取付けられており、かつ、上記各母管区分のうちで軸
方向に隣合う２つの母管区分の突合わせ範囲において両
母管を支持していることによって解決されている。

〔作用及び効果〕

本発明の太さなイリ点は、母管区分の一端部が州方向で
自由に伸張できるように支持フレームによって固定さｎ
ている点にある。その結果、個々の母管区分間の、熱膨
張による締付けが回避される。母゛ｇ横断面にわたった
温度勾配により、母管は縦＠線金中心としてたわんでし
まうが、このたわみは個々の母管区分の長さにわたって
しか生じない。母管が複数の母管区分から成る点におい
て、本発明による熱交換器も従来の熱交換器も同様であ
る。しかし、本発明の熱９：侯器では、上述した様に母
管区分の一端部が支持フＶ−ムに固定さｎているだけで
メジ、そｎＫ工９母母管分の軸方向の伸張が許されてい
る。でれに対して、従来の熱交換器では母管区分が７ラ
ンジ結合さ扛ているので、母管区分の軸方向の伸張は許
されていない。従って、本発明における母管のたわみは
、従来の母管のたわみよりも著しく小ざい。本発明のさ
らなる利点は、母管を別個の母管区分に分割したことに
よって、母管区分の支承箇所において締付は力が生じる
ことはなく、従って良好な支承状態が得られることにあ
る。さらに有利なことには、熱膨張により生じる母管の
長さの変化が極めて小さいので、そのわずかな液化はシ
ール部材によって補償することができる。この場合、分
割した母管における各母管区分は一貫した母管において
よシもわずかしか伸張せず、しかもよシ谷易にシールさ
れる。また、６母管区分が一端部だけで軸方向に固定さ
れていることによって、母管は一方向にしか伸張しない
。

本発明によるさらに有利な徊成によれば、谷母管区分円
に付加的な軸方向の締付けが生じることはない。言いか
えれば、母管内の内圧により管底部へ作用する軸方向力
は管底部に隣接する母′ａ区分へは伝達さｌｎ、ない。

また、各班・３区分と母゛α区分に固定された成形管マ
トリックスとの比較的小さな質量だけが受答されるだけ
でよいので、軸方向の加速度負荷が容易に受容される。

さらに、母管内部で熱交換されるべき媒体の自由な貫流
が保証されているので、流れの損失は回避され、ひいて
は熱交換器の効率が改善される。従来の熱交換器におけ
る利点、即ち破損した個々の部材の容易な交換は、本発
明による熱交換器においても得られる。

本発明の有？ｌＪな構成によれば、支持フレームが、両
母管の両側に両母管に対して平行な２つの支持管金石し
ている。こｎらの支持管は互いに間隔を薗１いた複数の
支持体に工って結合さｎている。こｇらの支持体は個々
の母管区分の突合わせ範囲において両母管全支持してお
り、各母管区分の一端部が各支持体に固定さｎている。

支持フレームのこのような構成によって、熱交侠器駆切
時に生じる電量力及び加速力が特に半径方間で有利で１
つ確実に支持さ扛る。さらに、極めて小さな重量の支持
フレームの場合でも個個の母管区分が固定さｎ′＃る。

上記構成の支持フレームにおいては、上記重量力及び加
速力は軸方向にも支持かつ案内される。

有利には、個々の母管区分の間に味方向弾性的なパツキ
ンリングがはめ込まれている。このパツキンリングは、
波形の金楓ベローズ（ｇ−ｓｅａｌｓ　）として形成さ
れていると有利である。

このパツキンリングにより、比軟的大きなシールギャッ
プがシールされると共に、耐熱性のある良好なシールが
行われる。５１！１性的な上記パツキンリングのゼする
利点は、特に１Ｍ度変化により生じた、母管の軸方向の
伸張金袖偵できる点にある。

上記２つの支持管は、有利には複数の支持管区分から形
成さｎている。各支持管区分はそれぞれ２つの支持体間
に配置さｎて、こＣらの支持体とＭ判にはねじによって
堅固に結合されている。支持管は母管と同様に個々の区
分に分割さ牡ていることにより、極めて有利に製作さノ
するようにな勺、さらに支持管の４φ理時には、熱交換
器が、ｄ易に分解芒れるかもしくは破損した支持管が容
易に交換さ扛るようになる。上記支持体は、母管区分ケ
頁通させて差込むために２つの孔をイ１゛する金槁プレ
ートとして形成さｎていてもよいか、又は材料を節約す
るために切欠き？有するνｊ租体として形成されていて
もよい。

また、熱交換器を容易に製作するか又は熱交換器内のカ
ケより良好に伝達するために、上記支持管は一貝して即
ち一つの部材から製作されていてもよい。

支持管が円形偵断面又は信円形横可面を有していると有
利である。この場合、支持管が珀円形横断面に；Ｍして
いると、所期の負荷方向で比較的大きな曲げ抵抗モーメ
ントが傅らｎる。また、上記２つの支持管のうちで一方
が角円形横１所而？有しており、他方が円形慣断面又は
別の個喀面形状、例えば正方形又は方形横断面ケ有して
いてもよい。有利には、各支持管は両円管のそｎ−ｆ：
′ｎ両駒に配置さｔており、それにょって、こｎら４つ
の管の縦軸１線が一平面（靴勝平面）内に位＝する。こ
れによって得られる利点は、上記２つの母゛Ｕが水平方
向で互いに上下に事なるように熱交換器が恕架さｎ／こ
さいに、熱交侯器外側金流れる高温ガスが熱交換器に対
して垂直にこの熱交換器を負荷できる点にある。

このも合、熱交換器の車前力は円母管の上方及び下方に
配置ｄされた支持管Ｖこ工って受答さノｔており、埜直
方向における支持フレームの大きな曲げこわさがこの受
答のために役立っている。

本発明の別の有利な構成では、’ｅｎ−ｆ：ｔ１２つの
支持体によって結合さｎだ複数の儀方向袖強薄板が、上
記軸線平曲に対して垂直に上記２つの母管間の中央に配
ｔ６されている。この構成によシ、軸線平面内の横方向
憾ｊ勝才中心とした、熱交換器全体の曲げこわさが大さ
くなる。さらに、引張り力が軸方向で伝達δノしるよう
になる。

有利には、軸方向に隣合う２つの母゛Ｕ区分の突合わせ
箇所でこｎらの器官区分ケ取囲むガイドスリーブが、支
持体と堅固に結合されており、かつ上記２つの母管区分
のうちで一方の又は両方の母管区分全固定する手段例え
ばガイドスリーブ含有している。ガイドスリーブは、温
度変化時に母管区分を一方向に案内してお９、かつ個々
の母管凶分間に設けられたシール部材を受容及び１ｆｆ
ｉｆｆしている。この場合、ガイドスリーブは支持体に
溶接さｎているか又はねじ固定さｎていてもよく、Ｎｆ
を減少させるためにできる限り短く形成されている。母
管区分の固定手段は、有利には容易に交換可能な講・ば
ね部材として形成ざｎる。

本兄明のさらに別の構成によれば、両母管を供給もしく
は排出専管に接続するための複数の接イ光管が、両母管
の軸方向中央に取付けらｎている。この場合、谷母管に
そ６ぞｎｌつの接続管を取付けるか、又は各母管に、こ
の母管に関して対杯的なそｎぞれ２つの接続管を取付け
ることも可能でめる。接続管が両母管の軸方向中央に取
付けらｎている場合には、熱交換されるべき媒体が母管
内を良好に貫流する。というのは、貫流媒体のそれぞれ
半分だけが各方向へ流れ′ｔ″Ｌばよいからでめり、母
管の全長にわたって必然的に生じる流れ損失が独歩さ几
る力）らである。さらに、接続管が母管の側方向一端部
にしか取付けら；ルておらず、そこからしか貫流媒体と
してのガスが母管内へ供給さｎない場合に比べて、上記
構成の場合においての方がガスは成形管内を一様に質流
する。ｌた、接続室が谷母管の軸方向両端部に奴付けら
ｎている場合にも、熱交換されるべき媒体は母管及び成
形管内を良好に貫流することができる。

〔実施例〕

次に図示の実施例につき不発明を説明する。

第１図に示された熱交侠器１は主に２つの母ｔ２ａ，２
ｂ）から形成されており、これらの母管２ａ、２ｂは、
管内の媒体の流扛を緩やかにするだめにＵ字形に延びる
、２つの成形管束３によって結合さｎている。熱父侠器
１の駆動時に、貫流媒体としてのガスは母管２ａから上
記２つの成形管束３を介して母管２ｂへ貫流しており、
かつ、クロス向流形状の高温ガスが符号４で示された矢
印方向に成形管束３外側で成形管束３の近くを通り過ぎ
ることによって、加熱されている。２つの支持管５，６
が母管２ａ。

２ｂに対して平行に母管ノａ、ｉｂの両側に配Ｉｔされ
ており、かつ支持体７を介して結合されている。この場
合、支持管５．６はそれぞれ固定フランジｄａ、３ｂを
有しており、かつこれらの固定７ランジｄａ、８ｂによ
って支持体７に固定きれている。上記２つの母管２ａ、
ｌｂ間には、図平面に対して垂直な個方向補強薄板９が
自装置’ａｎている。

第２図には、熱交洟器１の縦断面図が示されている。こ
の開力）られかるように、母管２ａ。

２ｂはそれぞれ、軸方向で互いに上下に配置さｎた複数
の母管区分１０　、１１　カ）ら形成さｎている。軸方
向で隣合う２つの母管区分の突合わせ箇所には、プレー
ト状の支持体γが設げられてお９、この支持体γは母管
７ａ、ｌｂのために２つの切欠き及び２つのガイドスリ
ーブ１５゜１６を有している。

母管ｉａ、ｌｂと同様に、支持管５，６もそｔぞれ複数
の支持管区分１２．１３から形成されており、これらの
支持管区分１２．１３の長さは母管区分１０．１１の長
さとほぼ等しくなっている。しかし、母管区分ｉｏ、ｔ
ｉと異なり支持管区分１２．１３の同室は互いに連通し
ておらず、即ち支持体１には支持管５．６のだめの適当
な切欠きが形成さｔていない。しかし、支持体７の′ｆ
ｊＬｔを減少させるために支持体γに切欠きを形成して
もよい。有利には軸方向の上記固定フランジ８ａ、８ｂ
が、支持管区分１２゜１３にそれぞれ７６接されており
、支持管区分１２．１３はそれぞれ固定フランジｄａ、
１３ｂと固定部材１４とを介して支持体７に固定さｎて
いる。支持管５．３、支持体７及び横方向補強薄板９に
よって支持フレームが形成されている。この支持フレー
ムは熱交侠器１をシールするのに役立っており、かつ図
示されていない固定装置によって定置に支持さｎている
。

支持体７にはさらにガイドスリーブ１５゜１６が設けら
Ｊｔており、母管区分１１Ｊ、１１はそ！Ｌぞハガイド
スＩ）−７９１５，１６内に情動可能に案内きれている
。

熱交換さ１１るべさガス？供給もしくは排出するために
、接続＝＃１７ａ、１７ｂがそれぞれ母ｉ′ｌ□ｉｈ、
ｉｂＱ廁方向−１／１部に接続さｎている。

母管ノａ、２ｂの戦力自他端部において最後の母管区分
ＩＩ］、１１には、管底部１８　ａ　、１８ｔ）が七れ
ぞれ俗接さハている。管７１に部１８ａ。

１８ｂはこ′！′Ｌら管底部に適合した形状の４Ａ部片
１９１こ１って支持さｎており、端部片１９は最初の支
持体７１′Ｃ固定さｎている。

第６図に示さＣた、第２図の一部の仏大図でば、特にガ
イドスリーブ１５における母Ｗ＝分１ｕの支承部が示さ
ｌしている。支持体７に浴接されたガイドスリーブ１５
は、ねじ結合部２０によって環状区分形状の弾性部材２
１に結合さｎている。弾性部材２１は母管区分１０の、
弾性部材２１に相応した形状の溝２２内にはめ込まれて
いる。このような構成の支承部によって、母管区分１０
の力がガイドスリーブ１５を介して支持体７へ伝達され
、さらに支持体７から支持管区分１２へ伝達される。

母管区分１０の軸方向の伸張を桶漬するために、６母管
区分１０は軸方向で互いに直接には接しておらず、各母
゛Ｕ区分１０間に若干のヤヤッゾが形成されている。こ
のヤヤツゾ内には、軸方向弾性的な金属ベローズシール
２３がはめ込まれている。

第４図では、第２図による析［ｎ１図に対して垂直な、
熱交換器１の縦断面図が示さ７′しでいる。

この図から特にわかるように、個々の成形・ａ第３が個
々の母管区分１０に取付けられている。

第５図には、個々の支持体７間に配ｒ６さ扛た横方向補
強薄板９が詳しく不遊ｎている。横方向補強薄板９には
そのＭ童を減少させるために複数の切欠＠２４が形成さ
扛ている。

第１図によジ詳しく示されたように、横方向補強薄板９
とリゾ２５とによって横断面Ｈ形の成形部材が形成さ扛
ており、それにより横方向抽（３）薄板９は座屈に対し
て大きな抵抗値を有している。さらに、横方向補強薄板
９は、ねじ２６によって解離可能に支持体７に取付けら
れている。

第６図では支持体７の別の実施例が示されており、この
支持体７は鋳造体として形成されている。第６図上方に
示されたように、接続管１７Ｃ，１７ｄが母管２ａ、２
ｂの軸方向一端部ではなく、母管２ａ、２ｂの軸方向中
央に、しかも母’Ｎ２ａ、２ｂの軸線方向に対して垂直
にぞれぞｔ配置ａされて於り、かつ母’ｔｆ２ａ。

２ｂか、ら外側へ向レフ）つてそ扛ぞれ案内されている
。第６図下方に示されたように、母・α２ｂは環状支持
部形状の弾性部材２１とねじ結合部２０とによって支持
体７に画定さｎている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による熱交換器の２つの実施例オ示すもの
で、 第１図は第１実施例を示す熱交換器の横断面図、第２図
は第１図による熱交換器の縦１析而図、第６図は第２図
による熱交換器の一部仏大図、第４図は熱交換器に設け
られたｔ牙管の縦断面図、第５図は熱交換器に設けられ
た横方白油・」薄板の縦断面図、第６図は第２実施例を
示す熱交換器の一部横断面図である。 １・・・熱交換器、２ａ、２ｂ・・・母°ａ１３・・・
成形管束、４・・・縞温ガスの流れ方向金示す矢印、５
゜６・・・支持管、７・・・支持体、８ａ、８ｂ・・・
同定フランジ、９・・・横方向補強薄板、１０．１１・
・・母聞区分、１２．１３・・・支持′ａ区分、１４・
・・同定部材、１５．１６・・・ガイにスリーブ、１７
ａ。 １７ｂ、１７ｃ、１７ｄ−４Ａｍ’ｆｆ、１８ａ。 １８ｂ・・・管底部、１９・・・端部片，２ｂｌ・・・
ねじ結合部，２ｂ・・・弾性部材、２２・・・溝、２３
・・・金属ベローズシール、２４・・・切欠き、２５・
・・リプ、２６・・・ねじ ６゜ シ芥５−′し ／”−ｍ−−＼ ｚ′Ｌす守Ｉ＋ 支−持体 ７　乞持体 １０　を碩青区ご上 ＦＩｏ、　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに平行な２つの母管を有する熱交換器であつて
   、これらの母管が束状に配置された複数の成形管を介し
   て結合されており、各母管がそれぞれ、軸方向で互いに
   上下にかつ密にシールされて配置された複数の母管区分
   から形成されている形式のものにおいて、上記２つの母
   管（２ａ，２ｂ）外側に設けられた支持フレーム（５，
   ６，７）に、各母管区分（１０，１１）の管両端部が案
   内されており、かつ軸方向で固定されており、支持フレ
   ーム（５，６，７）が両母管（２ａ，２ｂ）に対して平
   行な少なくとも１つの長手支持体（５，６）を有してお
   り、互いに軸方向の間隔を置いた複数の支持体（７）が
   この長手支持体（５，６）に取付けられており、かつ、
   上記各母管区分（１０又は１１）のうちで軸方向に隣合
   う２つの母管区分の突合わせ範囲において両母管（２ａ
   ，２ｂ）を支持していることを特徴とする熱交換器。 ２、長手支持体（５，６）が、両母管（２ａ，２ｂ）に
   対して平行にこれらの母管（２ａ，２ｂ）両側に配置さ
   れかつ支持体（７）を介して結合された２つの支持管（
   ５，６）から形成されており、母管区分（１０，１１）
   が支持体（７）に固定されている、請求項１記載の熱交
   換器。 ３、個々の母管区分（１０，１１）に、軸方向弾性的な
   パッキング（２３）がそれぞれはめ込まれている、請求
   項１又は２記載の熱交換器。 ４、パッキンリング（２３）が波状の金属ベローズ（Ｅ
   −Ｓｅａｌｓ）から成る、請求項３記載の熱交換器。 ５、パッキンリング（２３）が支持体（７）の範囲に位
   置している、請求項２又は３記載の熱交換器。 ６、各支持管（５，６）がそれぞれ複数の支持管区分（
   １２，１３）から形成されており、各支持管区分（１２
   ，１３）がそれぞれ２つの支持体（７）間に配置されて
   おり、かつこれらの支持体（７）と堅固に固定されてい
   る、請求項２記載の熱交換器。 ７、支持体（７）がプレート状に形成されている、請求
   項２記載の熱交換器。 ８、支持体（７）が鋳造体として形成されている、請求
   項２記載の熱交換器。 ９、支持管（５，６）が楕円形横断面又は方形横断面を
   有している、請求項２記載の熱交換器。 １０、両支持管（５，６）の縦軸線及び両母管（２ａ，
   ２ｂ）の縦軸線が一平面（軸線平面）内に位置するよう
   に、各支持管（５，６）が両母管（２ａ，２ｂ）の両側
   に配置されている、請求項２記載の熱交換器。 １１、それぞれ２つの支持体（７）によつて結合された
   複数の横方向補強薄板（９）が、上記軸線平面に対して
   垂直に上記２つの母管（２ａ，２ｂ）間の中央に配置さ
   れている、請求項 １０記載の熱交換器。 １２、上記各母管区分（１０又は１１）のうちで軸方向
   に隣合う２つの母管区分の突合わせ箇所でこれらの母管
   区分（１０，１１）を取囲むガイドスリーブ（１５，１
   ６）が、支持体（７）と堅固に結合されており、かつ上
   記２つの母管区分（１０，１１）のうちで一方の又は両
   方の母管区分（１０，１１）を同定する手段を有してい
   る、請求項７記載の熱交換器。 １３、両母管（２ａ，２ｂ）を供給もしくは排出導管に
   接続するための複数の接続管（１７ｃ，１７ｄ）が、両
   母管（２ａ，２ｂ）の軸方向中央に取付けられている、
   請求項１記載の熱交換器。 １４、母管（２ａ，２ｂ）に関して対称的なそれぞれ２
   つの接続管（１７ｃ，１７ｄ）が、各母管（２ａ，２ｂ
   ）に取付けられている、請求項１３記載の熱交換器。 １５、両母管（２ａ，２ｂ）を供給もしくは排出導管に
   接続するための複数の接続管（１７ａ，１７ｂ）が、各
   母管（２ａ，２ｂ）の軸方向両端部に取付けられている
   、請求項１記載の熱交換器。