JPH03140798A - 管支持体、タブ付管支持体およびその製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は多管式熱交換器に係り、特に伝熱管の中間領域
の支持手段として機能する管支持体に関する。

（従来の技術） 一般に、この種の伝熱管の支持手段は伝熱管の振動ある
いは過度のたわみを防止するために用いられ、その代表
的なものは伝熱管の外径よりも若干大きい口径の管孔を
伝熱管配列に従って穿ち、伝熱管を管孔内面で支えるバ
ッフルプレートである。しかしながら、このバッフルプ
レートは孔あけ加工するとき、管孔の芯の加工情度が何
枚かのバッフルプレートの間でバラツキが生じるため、
組立時に間怠を保つことが難かしいという問題がある。

この問題を解決する試みとして薄板を格子状に組合わせ
た構造の管支持体が提案されている。

第７図はこのような薄板を格子状に組合わせて構成され
る管支持体を示している。薄板１が縦横に組合わされて
格子状の管支持体が形成されている。

伝熱管２はこの格子の目の部分に納められ、薄板とその
外周部分で接触する。薄板１は切欠き溝を何し、この切
欠き溝に薄板１が嵌込まれて格子が形成される。これら
の格子はリング３に形成されているスリット４に入れら
れた後、溶接により双方が固定される。通常、リング３
の円周側は格子の一辺あるいは二辺を形成するために直
線状あるいはある角度で曲げられている。また、リング
３の外周部はこれと接する胴との隙間が小さくなるよう
に胴の内面を模擬した形状となっている。薄板１は当然
管配列の間に納めなければならないため、厚さについて
は管配列の隙間よりも若干薄い厚さの板材か使用され、
材料としてはステンレス鋼が使用されることが多い。

このような管支持体は、一般に、エラグクレートと呼ば
れている。このエラグクレートについては、例えば米国
特許第４５７９３０４号及び第４５９５１ｆｌｉ１号に
紹介されている。バッフルプレートに代わるエラグクレ
ートの適用によりもたらされる利点には次のようなもの
がある。なお、ここで、適用された熱交換器は復水器で
ある。

（１）バッフルプレートの厚さは、一般に、２０ｍｍ以
下であるのに対してエラグクレートは通常約４Ｏｎ＋＋
＋＋程度であり、幅の広がる分支持特性か優れている。

（２）バッフルプレートに比べて、管孔の芯ずれが少な
く、伝熱管の挿入が容易である。

（３）バッフルプレートに比べて、伝熱管との接触面が
滑らかであり、伝熱管の支持構造としてより適切である
。

（４）ステンレス鋼をエラグクレート材料として用いる
ことにより耐食性の面で炭素鋼を用いるバッフルプレー
トよりも優れている。

（５）支持箇所の伝熱特性はバッフルプレートよりも格
段によく、さらにガスが伝熱管長手方向に流れやすいた
めに支持箇所での不凝縮ガスの停滞がなくなる。

ところで、復水器は、一般に、管外流体が伝熱管に直角
の方向から流入する、いわゆる直交流の熱交換器として
構成される場合が多い。しかし、流動抵抗を与えるため
のタブをこのような管支持体に取付け、管外流体を伝熱
管に直交、平行と交互に導く、いわゆるジグザク流の熱
交換器として構成することも可能である。なお、タブを
取付けず伝熱管に平行に管外流体を流すことも勿論可能
である。このタブ付管支持体については米国特許第４２
１０２０２号が代表的なものである。

ここでは、薄板を交互にＶ字型に折曲げ、山部と谷部と
を合わせて薄板同士を結合し、格子状の管支持体が形成
されている。タブは薄板の幅の中央部を三角尼状に折曲
げて形成される。複数のタブを局所的ないし計画的に配
置することにより管外流体の流動は任意の向きに変える
ことかでき、このような特徴を有する熱交換器について
もかかる特許に紹介されている。一般に、タブ付管支持
体を使用した熱交換器が有利と考えられる点は次のよう
なことにある。パブフルプレートでは伝熱管の支持間隔
は一定でなく、隣接しているバッフルプレートの支持間
隔が２倍になる箇所がある。これに対してタブを計画的
に配置することによりタブ付管支持体では支持間隔を一
定にすることかでき、管外流体による伝熱管の振動防止
を図るうえで後者の有利さは明らかである。また、タブ
の面積を変化させることにより伝熱管長手方向と平行な
方向およびこれと直角な方向の流動抵抗比が変えられ、
管外流動状況を変化させることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した管支持体はタブの有無にかかわ
らず、次のような問題がある。

第一に、第７図に示された格子の最少構成要素である薄
板１はリング３に形成されたスリット４に入れるために
薄板１の長さを両端共正確に仕上げる必要がある。特に
、リング３の外径が大きいほど、薄板１の使用枚数は多
くなり、すべての薄板１がスリット４に正しく納められ
る保証はない。

第二に、リング３にスリット４を形成するためにはその
寸法から放電加工（ワイヤカット法）が適当と思われる
が、この場合の加工速度は放電加工機の能力にもよるが
それほど早くない。特に、大型熱交換器ではリング３の
形状も大きく、製造上の障害になることが予想される。

また、製造コストは長時間の加工により高くなる。

第三に、米国特許第４２１０２０２号に開示（第７図）
されたものにおいて、管支持体の外周部近傍には伝熱管
が入らない空間領域ができてしまうという問題がある。

この空間領域は伝熱管が納まる格子の目の部分と対比し
て流動抵抗は少なく、管外流体が多く流れる。このよう
な空間領域が多くなれば、管内流体と熱交換することな
く管外流体が流れてしまい、全体的に伝熱特性が大きく
損なわれる。第７図に示されるリング３はこうした空間
領域によるショートバス現象が生じない点において望ま
しい手段である。

第四に、米国特許第４２１０２０２号に開示（第１図）
されたタブ付管支持体はタブ形状が三角形であり、タブ
に要求される平行流における流動抵抗の増大という目的
に対して設計裕度が低い。すなわち、格子の一つについ
て注目すると、三角形のタブを設けて管外流体の流れる
流路を塞ぐには自ずから限度がある。このため、伝熱管
と格子の間の流路面積は比較的大きく、管支持体にタブ
を設けて管外流体をジグザグ流とする場合も、平行流に
近いジグザグ流となってしまう。

最後に、このタブ付管支持体は薄板本体から折曲げて三
角形のタブを形成する方法であるため加工性があまりよ
くない、すなわち、タブを薄板の幅方向のほぼ中央で曲
げるにはタブの溝入れから始まり、Ｖ字状曲げ加工を経
てタブの折曲げという手順を踏むことになる。このうち
、タブの折曲げは曲げる箇所が薄板の幅方向のほぼ中央
に揃い、かつ曲げ方向が交互に異なるために手際よく進
められない。しかも、個々のタブの曲げ角度は均一には
ならない。

本発明の目的は、高い加工精度を要求されない支持体構
成要素を用いて必要な支持機能を与え、しかも伝熱特性
の一層の向上を果たすようにした管支持体を提供するこ
とにある。

また、発明の別の目的はタブの面積の割合いを高低広い
範囲に与えることを可能にし、もって設計裕度が広く保
てるようにしたタブ付管支持体を提供することにある。

さらに、本発明の別の目的は、タブを有する薄板の加工
性を飛躍的に高めることのできるタブ付管支持体の製造
方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記それぞれの目的を達成するために第１の発明は、管
外流体と管内流体との間に伝熱面を構成する伝熱管の中
間領域を支持するための管支持体であって、管支持体は
多数の薄板を伝熱管の管配列に合うように格子状に組合
わせて構成したものにおいて、薄板に連ねて伝熱管の列
の外周ないし内周側空間領域を塞ぐ閉塞部材を設けたこ
とを特徴とするものである。

また、第２の発明は管外流体と管内流体との間に伝熱面
を構成する伝熱管の中間領域を支持するための管支持体
であって、管支持体は多数の薄板を伝熱管の管配列に合
うように格子状に組合わせて構成したものにおいて、伝
熱管の軸心とほぼ直角方向に薄板から延在し、円弧部を
もって各伝熱管と接する複数のタブを設けたことを特徴
とするものである。

さらに、第３の発明は薄板の端部に伝熱管の軸芯とほぼ
直角方向に円弧状のタブを薄板と一体に形成するタブ付
管支持体の製造方法において、初めに薄板を決められた
数の伝熱管の列に見合う大きさに切断し、次に伝雀＾管
の列に従う並びを保ち、伝熱管の外径よりも大きい直径
の穴と、他の薄板を格子状に組合わせるための溝とを同
時に穿設（７、次に各式の中心を結ぶ線と平行であって
、穴の端部に倣う線に沿って折り曲げ、最後に穴を含む
薄板の先端部分を一様な深さの円弧部が残るように切断
することを特徴とするものである。

（作用） 本発明によるところの伝熱管の列の外周ないし内周側空
間領域を塞ぐ閉塞部材を配置した管支持体においては閉
塞部材の端部で薄板が支持され、このとき薄板の両端部
は閉塞部材の半径方向の幅内であれば、長さを自由に決
めることができる。

また、閉塞部材によりリング使用しなくても薄板の並び
が保たれる。

また、別の発明のタブ付管支持体では円弧部をもって各
伝熱管と接する複数のタブが管外流路面積に占めるタブ
の面積の割合を高低広い範囲に与えられ、平行流、直交
流成分比を広く扱うことができる。

さらに、本発明に係るタブ付管支持体の製造方法におい
ては、例えばプレス加工のようにタブを一度の加工で全
部形成することができ、薄板の加工性は飛躍的に改善さ
れる。しかも、型をもって曲げられるタブの曲げ角度は
一様である。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。第１図において、薄板１が縦横に組合わされて格
子状の管支持体が形成されるのは従来のものと同様であ
るが、管支持体は薄板１より伝熱管の列の外周側空間領
域に延在する閉塞板５を備えている。この閉塞板５の内
周側は格子の一辺あるいは二辺を形成するために、直線
状あるいはある角度で曲げて構成され、その外周側は胴
の内面を模擬した形状となっている。また、薄板ｌと閉
塞板５との結合は溶接により行なわれる。

上記のように構成された管支持体は閉塞板５の端板で薄
板１が支持される。薄板１の両端部は閉塞板５の半径方
向の幅内であれば、任意の長さでよく、薄板１の１枚１
枚に高い加工精度は要求されない。さらに、閉塞板５の
採用により従来のリング３は不要となり、スリット４の
加工も一切なくなるために放電加工などの製造上の障害
を取り除くことができる。

一方、閉塞板５は空間領域を残らず塞いでいることから
、空間領域を通過して流れようとする管外流体が伝熱板
２に向けられ、管内流体との接触を果たすことができる
。すなわち、熱交換器の伝熱特性は空間領域を塞ぐ閉塞
板５により常に高い値を保つことが可能である。

また、第２図は本発明の異なる実施例を示している。

上記実施例では閉塞板５は１枚限り使用されているか、
本実施例においては２枚の閉塞板、すなわち第１閉塞板
５と第２閉塞板６が用いられる。

第１閉塞板５は上記実施例同様上側に、第２閉塞板６は
薄板１の下側に取付けられる。

このような実施例の構成による管支持体も上記実施例の
ものと同様に機能することは明らかである。つまり、薄
板１の両端の長さの加工精度は要求されず、かつスリッ
ト４を形成するうえでの加工性の問題は一切なくなる。

また、管外流体が空間領域を通って流れてしまうことが
なく、伝熱性能はさらに向上する。

さらに、本発明の異なる実施例を第３図を参照して説明
する。

第３図は管外流体の流動形式がジグザグ流の場合の適用
例である。熱交換器は同芯状に設けられた外胴７および
内胴８と、これらの外胴７および内胴８の間の空間に配
置された複数の伝熱管９と、これらの伝熱管９の両端部
を支持する管ｆｉｌ　Ｏａ。

１０ｂと、各伝熱管９の中ｍｊ領領域支持するタブ付薄
板からなる第１管支持体１１ａ１および通常のタブのな
い薄板から構成される第２管支持体１１ｂとを備えてい
る。第１および第２管支持体１１ａ、ｌｌｂは説明の便
宜上、前者が塗りつぶされて、また後者は地の部分とし
て示されている。

ここで、管外流体は千鳥に並ぶ第２管支持体１１ｂを通
って流動するため、ジグザグ流となる。そして、図には
明示されないが、第１管支持体１１ａにはタブ付薄板か
ら空間領域に延在する第１図と同様な閉塞板あるいは第
２図と同様な第１および第２閉塞板が備えられる。また
、第２管支持体１１ｂにはタブのない薄板から空間領域
に延びる同様な閉塞板あるいは第１および第２閉塞阪が
備えられる。必要に応じて、内胴８側にも外胴７側の閉
塞板と同等の機能を有する閉塞板（図示せず）か設けら
れる。

このような第１および第２管支持体１１ａ、１１ｂを組
合わせたものにおいても上記各実施例の管支持体と同様
に機能することは明らかであり、同様の効果を得ること
ができる。

また、本発明に係るタブ付管支持体の実施例を第４図お
よび第５図を参照して説明する。

第４図において、タブのない薄板１２ａとタブ１３を有
する薄板１２ｂとか縦横に組合わされて洛子状の管支持
体が形成されている。タブ１３は内径寸法を伝熱管２の
外径よりも若干大きく定めた円弧部を有し、後に詳述さ
れるように薄板１２ｂと一体にその幅方向の端部を折り
曲げて形成される。円弧部をもって伝熱管２と接するタ
ブ１３は伝熱管２の外径との隙間がほぼ均一であり、米
国特許第４２１０２０２号の第１図に示されるような三
角形状のタブと比べて、平行流の流動様式でのタブの流
動抵抗を増すことができる。このため、管外流路面積に
占めるタブの面積の割合を高低広い範囲に与えることが
でき、管外流動状況の平行流直交流成分比を広く扱える
ことから、設計裕度が広がる。タブ１３の高さの高い本
実施例においては流路面積に占めるタブの面積の割合が
大きいため、平行流に対するタブ１３の流動抵抗が増大
し、管外流体のジグザグ流はそれが低い場合と比べて、
直交流成分が優る。本実施例に係るタブ１３を有する薄
板１２ｂによる管支持体が製造上の困難の幾つか克服し
ていることは、後に第６図により説明される。

さらに、第５図はタブ付管支持体の別の実施例を示して
いる。本実施例のタブ１４は第４図のものと比べて、高
さの点で著しく低い形状となっている。このように構成
したものは流路面積に占めるタブの面積の割合が小さい
ので、平行流に対するタブ１４の流動抵抗は少なく、ジ
グザグ流となる管外流体は高さのあるタブ１３と比べて
平行流成分が優ることになる。円弧部を有するタブ１４
としたことによるタブの面積割合を広い範囲に与えられ
ることによる設計裕度の向上は上記実施例のものと同様
である。

次に、タブ付管支持体の製造方法に関する実施例を第６
図を参照して説明する。初めに、薄板１５は素材から（
ａ）に示される形状に切断される。

次に、薄板１５はプレス型を用いて（ｂ）に示されるよ
うに穴１６および溝１７が打抜かれる。次に、曲げ加工
用プレス型により薄板１５は（Ｃ）に示されるように各
式１６の端部に倣う仮想線ｍに沿って折り曲げられる。

最後に、タブ１９を形成するために（ｄ）の仮想線ｎか
ら先端まで切断されてタブ付管支持体として仕上げられ
る。

上記の工程による方法は、薄板１５の幅方向の端部を曲
げてタブ１９を形成するようにしているので、プレス型
により一度に全部を折り曲げることができ、例えば米国
特許第４２１０２０２号に記載された１列のタブを形成
するのにそれぞれの工程でタブを折り曲げて形成するや
り方と比べて、能率的な加工が可能であり、加工性に優
れている。

しかも、タブ１９の曲げ角度は別々の工程ではなく、同
一の工程の中で一度に加工されるから、角度が互いに不
揃いとなる可能性がなく、加工精度の向上が果たされる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る管支持体は薄板に連ね
て伝熱管の列の外周ないし内周側空間領域を塞ぐ閉塞部
材を設けているので、薄板の両端の長さを精度よく仕上
げる必要がなく、しがちリングなどの手段を用いる必要
がなく、管支持体の製造工程における作業性を格段に高
めることができる。

また、閉塞部材は管外流体の空間領域でのショートバス
を抑制する働きがあり、管外および管内流体双方の接触
が有効に果たされて伝熱特性が向上する。

さらに、本発明によるタブ付管支持体は円弧部をもって
伝熱管と接するタブを形成しているので、タブの面積の
割合を高低広い範囲に与えることができる。これにより
設計裕度は従来のタブ形式のものと比べて広くなり、熱
交換器の計画が容易となる。

また、本発明によるタブ付管支持体の製造方法において
は一度に全部のタブを折り曲げるようにしているので、
薄板の加工性を飛躍的に向上させることができ、しかも
タブの曲げ角度を一様に保つことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による管支持体の一実施例を示す斜視図
、第２図は本発明による管支持体の他の実施例を示す斜
視図、第３図は本発明に係る管支持体の適用例を示す断
面図、第４図は本発明によるタブ付管支持体の一実施例
を示す斜視図、第５図は本発明によるタブ付管支持体の
他の実施例を示す斜視図、第６図は本発明に係るタブ付
管支持体の製造方法を示す工程図、第７図は従来の管支
持体を示す斜視図である。 １．１５・・・・・・薄板 ２・・・・・・・・・・・・・・・伝熱管５・・・・・
・・・・・・・・・閉塞板６・・・・・・・・・・・・
・第２閉塞板１１ａ・・・・・・・・・第１管支持体１
１ｂ・・・・・・・・・第２管支持体１２ａ・・・・・
・・・・（タブのない）薄板１２ｂ・・・・・・・・・
（タブを有する）薄板１３．１４・・・タブ １６・・・・・・・・・・・穴 １７・・・・・・・・・・・・溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）管外流体と管内流体との間に伝熱面を構成する伝
   熱管の中間領域を支持するための管支持体であって、前
   記管支持体は多数の薄板を前記伝熱管の管配列に合うよ
   うに格子状に組合わせて構成したものにおいて、前記薄
   板に連ねて前記伝熱管の列の外周ないし内周側空間領域
   を塞ぐ閉塞部材を設けたことを特徴とする管支持体。
2. （２）管外流体と管内流体との間に伝熱面を構成する伝
   熱管の中間領域を支持するための管支持体であって、前
   記管支持体は多数の薄板を前記伝熱管の配列に合うよう
   に格子状に組合わせて構成したものにおいて、前記伝熱
   管の軸心とほぼ直角方向に前記薄板から延在し、円弧部
   をもって前記各伝熱管と接するタブを設けたことを特徴
   とするタブ付管支持体。
3. （３）薄板の端部に伝熱管の軸心にほぼ直角方向に円弧
   状タブを該薄板と一体に形成するタブ付管支持体の製造
   方法において、初めに前記薄板を決められた数の前記伝
   熱管の列に見合う大きさに切断し、次に前記伝熱管の列
   に従う並びを保ち、該伝熱管の外径よりも大きい直径の
   穴と、他の薄板を格子状に組合わせるための溝とを同時
   に穿設し、次に前記各穴の中心を結ぶ線と平行であって
   、前記穴の端部に倣う線に沿って折り曲げ最後に前記穴
   を含む前記薄板の先端部分を一様な深さの円弧部が残る
   ように切断することを特徴とするタブ付管支持体の製造
   方法。