JPH04214191A - 殻及びチューブ熱交換器及びその作動方法 - Google Patents

殻及びチューブ熱交換器及びその作動方法

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JPH04214191A
JPH04214191A JP3002030A JP203091A JPH04214191A JP H04214191 A JPH04214191 A JP H04214191A JP 3002030 A JP3002030 A JP 3002030A JP 203091 A JP203091 A JP 203091A JP H04214191 A JPH04214191 A JP H04214191A
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groove
shell
horizontal
tubesheet
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Tai Wai Kwok
タイ　ウェイ　クウオック
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Phillips Petroleum Co
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Phillips Petroleum Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、改善された
チューブシート及び正面端部ヘッド設計物を備えた殻及
びチューブ熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】産業において、熱の伝達方法は殆んど全
ての化学プロセスの重要な部分を形成している。最もふ
つうに用いられる熱伝達機器の一つは殻及びチューブ型
式の熱交換器である。種々のタイプの熱交換器の説明は
多くの周知の出版物において要約されており、例えば全
体を知るのだったら「ペリーの化学技術者ハンドブック
」の第１１章３〜２１頁（Ｇｒｅｅｎ社第６版、１９８
４年）を参照すれば良く、ここではそれ以上深入りはし
ない。一般的に言って、このタイプの熱交換器はチュー
ブの束及び取出しノズルと流体導通する取入れノズルを
備えたヘッドとを有している。前記チューブ束は殻内に
封入されており、これによりある流体はチューブ束と接
触するよう流れ、熱は前記束内のチューブを通って流れ
る別の流体へと又はから伝達される。
【０００３】殻及びチューブ熱交換器は基本的には凝縮
、冷却、気化及び熱エネルギを２つの異なる流体間で単
純に交換するといった全てのタイプの機能的作業におい
て用いることが出来る。更には、殻及びチューブ交換器
は実質的に任意のタイプの化学成分例えば水、蒸気、炭
化水素、酸及び塩基を含む物質を取扱うことが出来る。 殻及びチューブ熱交換器の設計においては、経済的に最
適な熱交換器設計を実現するべく考慮に入れねばならな
い機械的及びプロセス因子は数多く存在する。これらの
望ましい設計因子の多くはしかしながら、メリットを帳
消しにする負の結果をももたらすので、ある設計因子を
用いることの出来る程度には限界がある。例えば、一般
的には交換器内において伝達される熱量は最大化するこ
とが望まれ、これを達成するため設計者は熱伝達表面を
増大させて交換器のチューブ側及び殻側の両方における
流体の速度を最大にすることを試みるであろう。しかし
、熱交換器の表面積及び流体速度を増大させることによ
り、交換器材質の経済的コストは増大し、交換器中に流
体をポンプ輸送するコストは増大する。これらの相反す
る条件の故に、設計者は回収される熱量の増分値を付加
的熱エネルギを回収するのに関連した増分コストと比較
することにより熱交換器の設計を最適化しなければなら
ない。増分コストと増分価値が均衡する地点において経
済的に最適な設計が与えられる。
【０００４】別の設計条件は取扱うべき流体の品質並び
に性質とそれらが熱交換器表面の腐食、汚れ及びスケー
ル付着に及ぼす影響である。汚れとは物質が熱交換器の
熱交換表面上に堆積することである。これらの堆積物質
は通常低い熱伝導率を備えており、それによって大きな
熱抵抗が生じ、その結果熱伝達率が低下する。高い熱伝
達率を備えた表面を用いるということは、大量の熱伝達
が得られ、より経済的な熱交換器設備の設計が出来ると
いう点で有利である。
【０００５】熱交換器の汚れ率を最小にする一つの方法
は大きな流体又は気体の速度が得られるように設計を行
なうことである。高速度を得るようにする設計の欠点は
、しかしながら、速度の増大にともなって熱交換器中の
圧力低下が指数関数的に増大し、流体のポンプ移送コス
トが増大してしまうということにある。更には、流体速
度が高くなると熱交換器表面のエロージョン損傷もより
大きくなる。これらの負の結果により、熱交換器の設計
仕様においては、流速を最小にした流れと許容限度最高
の速度流れのいづれもがあらわれてくる。
【０００６】殻及びチューブタイプの熱交換器が気化器
又は凝縮器として用いられる時には、熱交換器中を通過
する流体のいづれか一方又は両方が相変化を受ける。こ
の相変化の故に、体積流量は気体又は液体が熱交換器中
を通過するにつれて変化する。体積流量のこの変化が流
速の変化をもたらし、凝縮しつつある流体の場合にはそ
れが交換器中を通過するにつれてその速度は減少し、低
いチューブ側の流体速度と関連する汚れ、スケール付着
又は腐食といった問題がより発生し易くなる結果となる
。流体が気化する場合にはそれが交換器中を通過するに
つれてその体積速度が増大し、エロージョンの発生の危
険性が高まる。
【０００７】低いチューブ側流体速度に関連する問題点
への一つのアプローチは多重のチューブパスを設けるこ
とである。この多重パスタイプの熱交換器構造は流路の
横断面積を減少させることにより流速を増大することで
熱伝達率を改善することが出来る。多重パス熱交換器は
そのヘッド及び戻り端部内に邪魔板（バッフル）又は隔
壁を組込み、流体をチューブを通らせそれらの適当な相
対位置へと導くことにより構成されている。
【０００８】最もありふれた多重パス熱交換器構造は１
パス当り等しい数のチューブを配設するものである。し
かしながら、もしも流体体積を物理的に変化させ得るの
だとすれば、１パス当りの数が等しくないチューブが存
在する熱交換器を設計することが出来よう。１パス当り
不等数のチューブを備えた熱交換器を提供することによ
り、流体がチューブ中を通過するにつれて流体内に例え
相変化があったとしても交換器チューブの全長にわたっ
て相対的に均等な流体速度を維持するように熱交換器を
設計することが出来る。交換器のチューブ側における流
体速度をコントロールすることにより、汚れ付着、スケ
ール付着、腐食、エロージョン、熱伝達係数及び圧力損
失のような種々の設計条件の全てを最適化してやること
が出来る。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】多重パス交換器の
使用から種々の利点が生ずるにもかかわらず、着脱自在
なチューブ束を備えたタイプの熱交換器を使用する場合
にはまだ当業界で解決されていない不具合が前記多重パ
ス交換器には存在している。チューブの有効寿命をのば
すために周期的に熱交換チューブ束をその長手方向軸線
のまわりで１８０°回転してやることが時として良い結
果を生む。交換器束をこのように回転してやるという手
順は摩耗の分布をより一様にしてやることによりタイヤ
の有効寿命を延ばしてやろうと自動車のタイヤをローテ
ーションしてやるのに幾分似ている。特に、熱交換器が
極度に腐食性で過酷な用途に用いられる場合には、チュ
ーブ束を回転させて腐食、エローシブ及び他の応力をよ
り一様に分布させ得ることが重要である。しかしながら
、もしも熱交換器が１パス当り等しいか等しくない数の
チューブを備えたものであった場合、チューブ束は回転
することにより非対称的な流れパターンが生ずるので所
望の通りに回転させることは出来ない。
【００１０】
【発明の要約】本発明の一つの目的は蒸気の凝縮及び液
体の気化を行なう殻及びチューブ熱交換器の最適設計を
可能とする装置を提供することである。
【００１１】本発明の別の目的は殻及びチューブ熱交換
器の有効寿命を増大させるのに役立つ装置を提供するこ
とである。
【００１２】本発明の別の目的は殻及びチューブ熱交換
器であって、等しいか等しくない数のチューブを１チュ
ーブ側パス当り含むも、チューブ束の周期的な回転を許
容しつつ前記回転後におけるチューブ中の流体流れ分布
を同一のままに維持することが出来る殻及びチューブ熱
交換器を提供することである。
【００１３】本発明は着脱自在のチューブ束を備えた典
型的な殻及びチューブ熱交換器を改善したものである。 改善装置は交換器チューブシートの面内に形成された仮
隔壁溝を含んでおり、該溝は多重チューブパスを備え、
１パス当り等しいか等しくない数のチューブを備えた熱
交換器のチューブ束の周期的な回転を許容している。
【００１４】
【実施例】図１は殻１２及びチューブ束１４を有する殻
／チューブ熱交換器１０を示している。チューブ束１４
は複数個のＵ字形状のチューブ１５から構成されており
、これらのチューブは穿孔されたチューブ穴又は孔内に
滑入するための慣用技術によってチューブシート１６に
取付けられている。チューブ束１４のチューブ１５並び
にチューブシート１６は三角形ピッチ又は四角形ピッチ
の如く通常用いられるパターンにより配設することが可
能であり、それらは種々の材質から製作することが可能
である。例えば鋼、銅、モネル、アドミラルティ黄銅、
７−３銅・ニッケル・アルミ青銅、アルミニウム及びス
テンレス鋼から製作可能である。しかしながら、好まし
い態様はチューブ１５を四角形ピッチパターンに配設し
、同チューブをモネメタルから形成することである。図
１に示すように、チューブ束１４は着脱自在Ｕチューブ
タイプのものであり、単一チューブシート１６を備えて
いる。しかし本発明はＵ字タイプの構造に限定されるも
のではなく、例えば浮動ヘッドタイプ束のように殻から
のチューブ束の除去を可能ならしめる任意の構造のもの
とすることが出来る。チューブシート１６は殻フランジ
１８及びチャンネルフランジ２０によって定位置に保持
されており、これらフランジは（図示せぬ）複数個のね
じ付ボルトによって適宜固定することが出来る。
【００１５】殻１２にはノズル２２及び２４が設けられ
ており、これらノズルは図示の如くチューブ束１４のチ
ューブの外側長さに沿ってあるいはこれを横切って殻側
流体の流れを誘起せしめるように隔置されている。この
一パス式殻側流体流れ方式は本発明の実施例のもとでは
好ましいものであり、一般的にも典型的設計の殻／チュ
ーブ熱交換器において最もありふれて用いられる流れの
方式である。スプリット流、ダブルスプリット流、分割
流及び交差流のような他の殻側流れ方式が可能であるが
、これらは付加的ノズル配列又は異なるノズル配列又は
両者を必要とする。前記チューブ束１４にはセグメント
タイプの邪魔板２６が適当な距離を隔てて装備されてお
り、これら板は乱流を誘起させ、殻側流がチューブ束１
４のチューブ１５の軸線と直交するよう流れることを許
容することにより熱交換効果を改善している。セグメン
ト式邪魔板２６は円形穿孔板のセグメントから製作され
ており、これらの板は交換器チューブの挿入を許容する
。セグメント式邪魔板２６の直径は殻１２の直径に近い
ものであり、各邪魔板２６の約２５％は切りとられ、穿
孔板から除去されている。邪魔板の前記切り取られた部
分はチューブ殻１２の長手方向軸線のまわりを交互に１
８０°回転されることにより、束１４を横切っての上下
、側対側又はジグザグタイプの流体流れを提供している
。本発明の好ましい実施例は２５％を切落したセグメン
ト式邪魔板を用いているが、円板及びドーナッツ邪魔板
、ロッド邪魔板、オリフィス邪魔板、ダブルセグメント
式邪魔板及びトリプルセグメント式邪魔板の如く他にも
用いることが出来るタイプの邪魔板がある。
【００１６】取入れノズル３０、取出しノズル３２、２
つの水平方向配向のパス隔壁３４及び３６及び一つの垂
直方向を向いた隔壁３８を備えた静止正面端ボンネット
ヘッド又は正面端ヘッド２８にはチャンネルフランジ２
０が装備されており、同フランジは自身及びこれに対向
する殻フランジ１８中を通過する（図示せぬ）ボルトに
よって殻１２とともに組立てられている。締結手段とし
てボルト及びフランジを用いることが一般的には好まし
いが、静止正面端ボンネットヘッド２８及び殻１２をそ
れらの間にあるチューブシート１６と接続するのにクラ
ンプ及びラッチのような他の適当な手段装置を用いるこ
とが可能である。フランジ１８及び２０は本発明に従っ
て設計されたチューブシート１６上において閉鎖位置に
クランプされる。前記パス部分の外側エッジとチューブ
シート１６内の隔壁溝間の締結部は図２、図３及び図４
に示すように水平方向パス隔壁３４の外側エッジを隔壁
溝５２内に挿入し、垂直方向パス隔壁３８の外側エッジ
を垂直方向隔壁溝５４内に挿入することにより形成され
ている。前記締結部は（図示せぬ）ガスケットを用い、
チャンネルフランジ２０及び殻フランジ１８を接続する
ねじ付ボルトの締付け力を利用してシールされている。 ボンネットヘッド２８には吊上げ栓４０が装着されてい
る。殻１２には基礎上に支持し、装着するための支持サ
ドル４２及び４４が設けられている。
【００１７】図２は境界エッジ並びに５個の溝グループ
４６、４８、５０、５２及び５４を備えたチューブシー
ト１６並びに取入れノズル３０及び取出しノズル３２に
沿ってパス隔壁プレート３４、３６及び３８を備えたボ
ンネットヘッド２８のレイアウトを示している。水平方
向パス隔壁溝４６及び４８は真の溝ではない。何故なら
ば、それらの溝はチューブシート１６の垂直中心線と交
差する中心又は長手方向軸線のまわりにチューブ束１４
を１８０°の角度だけ回転することを許容しつつ同一の
流体流れがチューブ中に分布するよう維持するためだけ
のためにチューブシート１６の面上に形成されているか
らである。チューブシート１６の中心又は長手方向軸線
はチューブシート１６の面に垂直な仮想線として定義さ
れるものであり、同軸線はチューブシート中を軸線方向
に貫通するとともに、チューブシート１６に取付けられ
たチューブ１５に平行をなし、かつ又チューブシート１
６の垂直方向中心線と交差している。チューブシート１
６の垂直方向中心線はチューブシート１６の面に平行を
なす仮想線にして同チューブシート１６の面を２つの対
称的半割部分に分割し、前記中心乃至長手方向線と交差
する線として定義される。チューブシート１６の面上に
は垂直方向隔壁溝５４が形成されており、同溝は前記垂
直方向中心線に平行をなしてチューブシート１６の面を
横切るよう延びており、垂直隔壁溝５４の両端部はチュ
ーブシート１６の境界エッジと交差している。水平方向
隔壁溝５０及び５２並びに水平方向偽隔壁溝４６及び４
８は前記垂直中心線からチューブシート１６の外側境界
エッジへと直交方向に延びている。
【００１８】隔壁プレート３４、３６及び３８は溶接又
は他の適当な手段によってボンネットヘッド２８の内側
に固定されている。これらの隔壁プレートは例えば流体
が熱交換器チューブ１５中を通過する際必要とされる特
定のパターンにおいて流体流れをチューブ内に導く役目
を果たしている。図２は一パス当りのチューブ数が等し
くないような６パス熱交換器を提供している本発明の好
ましい実施例を示している。本発明は、しかしながら、
パス当り等しいか等しくない数のチューブを備えた任意
の偶数個のチューブ側方パスを備えた熱交換器に展開す
ることが出来る。更には、本発明は敍上のような浮動タ
イプのチューブ束を使用する熱交換器にも拡張すること
が可能である。
【００１９】図２と、図３、図４の横断面図とは熱交換
器チューブ中の流体流れ、本発明の装置及びその操作を
例示している。熱交換器１０の作動時において、凝縮さ
せるべき蒸気は取入れノズル３０からボンネットヘッド
２８内の第一のチャンバ５６へと交換器１０に進入し、
ここで蒸気が堆積した後前記第一のチューブパスを有す
るチューブシート１６内に含まれるチューブ１５の一部
分内に流入する。チューブ１５がＵ字チューブタイプの
設計であるが故に、進入する蒸気は前記第一のチューブ
パスのチューブ１５中を通り、第二のチューブパスを経
てボンネットヘッド２８内の第二のチャンバ５８へと戻
る。第二のチャンバ５８内において、流体はまわりまわ
って第三のチューブパス内へと進入し、ここで流体は第
三のチューブパスのチューブ１５の全長を軸線方向に下
り、第四のチューブパスを経てボンネットヘッド２８内
の第三のチャンバ６０へと進入する。第三のチャンバ６
０内において、流体はまた旋回し第五のチューブパスに
進入し、そこからチューブ１５の全長を軸線方向に流下
し、第六のチューブパスを経てボンネットヘッド２８内
の第四のチャンバ６２に進入する。第四のチャンバ６２
からは、凝縮された流体が取出しノズル３２を経てチャ
ンバを出る。蒸気が交換器１０のチューブ１５及びチュ
ーブ束１４中を通過する際同蒸気は流体流路内の任意の
位置において蒸気及び液体が幾分混合する凝縮プロセス
が行なわれる。この凝縮プロセスの結果として、流体が
熱交換器中を通過するにつれて流体の体積流量が変化す
るので、流体の速度低下が発生する。チューブパス当り
非対称かつ不等の数のチューブを設けることによりチュ
ーブ側方流体流速の調節及び最適化が出来る。
【００２０】前記２つのいわゆる水平方向仮パス隔壁溝
４６及び４８はチューブシート１６内に組込まれており
、既に定義した中心軸線のまわりをチューブ束１４が１
８０°の角度だけ周期的に回転することを許容している
。本発明を作動させるにあたって、適当な使用期間後、
チューブ束１４が殻１２から除去され、その中心軸線の
まわりを１８０°だけ回転させられ、次に新しい回転位
置に再配置される。チューブ束１４がその中心軸線のま
わりを１８０°回転させられると、水平方向の仮パス隔
壁溝４６が水平方向のパス隔壁溝５０によって以前保持
されていた位置へと再配置され、パス隔壁溝４８は水平
方向パス隔壁溝５２によって以前保持されていた位置へ
と再配置される。かくして、回転の後、水平方向パス隔
壁溝５０及び５２は水平方向の仮パス隔壁溝になり、水
平方向の仮パス隔壁溝４６及び４８は隔壁プレート３４
及び３６の端部とジョイント並びにシール部を形成する
のに必要な溝となる。パス隔壁溝５４はチューブ束１４
の元の及び回転後両位置における隔壁プレート３８の端
部とジョイントシール部を形成する。
【００２１】図５は前述した図１のＵ字タイプの熱交換
器１０に対して浮動ヘッドタイプの熱交換器１０の後方
端部ヘッドセクションを示す本発明の一つの実施例を例
示している。図１の熱交換器１０に示された全ての要素
は幾つかの例外事項を除けば熱交換器１００の要素と類
似している。殻１２はその後方端部において殻フランジ
１０２が装備されている。チューブ束は浮動ヘッド組立
体１０４を備えた浮動ヘッドタイプのものである。殻カ
バー１０６が設けられており、これには殻カバーフラン
ジ１０８及び対向する殻フランジ１０２中を通過するボ
ルト（図示せず）によって殻１２とともに組立てる殻カ
バーフランジ１０８が設けられている。
【００２２】浮動ヘッド組立体１０４は浮動ヘッドカバ
ー１１０を有しており、該カバーは浮動ヘッドフランジ
１１２と２つの水平方向隔壁プレート１１４及び１１６
を備えている。更に浮動ヘッド組立体１０４には浮動ヘ
ッドバッキング装置１１８が設けられている。浮動ヘッ
ドバッキング装置１１８は浮動ヘッドフランジ１１２と
関連して用いられ、チューブシート１２０を浮動ヘッド
カバー１１０に対して定置せしめるとともに、水平方向
の隔壁プレート１１４及び１１６をしてチューブシート
１２０と符号せしめている。浮動ヘッドカバー１１０は
チューブ側流体に対するもどりカバーとして作用してい
る。チューブシート１２０及び浮動ヘッドカバー１１０
を定位置に取付けるためのボルトを備えた浮動ヘッドバ
ッキング装置１１８の如きバッキングリングを締結手段
装置として用いることが一般的には好ましいことである
が、任意の他の適当な手段装置を用いることが可能であ
る。例えば、前記浮動ヘッドカバー１１０はバッキング
リングの助けを借りること無くチューブシート１２０上
に直接ボルト結合することが可能である。
【００２３】図６は図５の線６−６に沿って眺めた横断
面図であり、チューブシート１２０の一方の面を示して
いる。チューブ１５はこれらを図１、図２及び図４に示
されるチューブシート１６に固定するのに用いられた手
法と実質的に類似な手法によってチューブシート１２０
に固定されている。チューブシート１２０内には４つの
水平方向隔壁溝１２２、１２４、１２６及び１２８が形
成されており、これらはチューブシート１２０の面を横
切って水平方向に、かつ水平方向中心線と平行をなして
延びている。なお各水平方向隔壁溝の両方の端部はチュ
ーブシート１２０の境界エッジと交差している。チュー
ブシート１２０は仮想の垂直方向中心線、仮想の水平方
向中心線及び中心乃至長手方向軸線とを備えいる。これ
らの仮想中心線はチューブシート１２０の面を対称的な
半割部材に分割しているチューブシート１２０の面に平
行な線として定義される。仮想の水平方向中心線はチュ
ーブシート１２０を水平方向に分割しており、仮想の垂
直中心線はチューブシート１２０を垂直方向に分割して
いる。水平方向仮想中心線及び垂直方向仮想中心線の交
差点は又チューブシート１２０の面と直交し、この中を
通る仮想線である、中心線の交差点でもある。中心軸線
はチューブシート１２０及びチューブシート１６の両方
に固定されたチューブ１５に平行に走行している。チュ
ーブシート１２０の中心軸線は実質的にチューブシート
１６のそれと実質的に同一の中心軸線である。
【００２４】チューブシート１２０の４つの隔壁溝内に
おいて、水平方向隔壁溝１２２及び１２４はチューブシ
ート１２０内において、仮想水平方向中心線に平行をな
す位置に形成されており、浮動ヘッドバッキング装置１
１８に対して浮動ヘッドカバー１１０がチューブシート
を間にはさんで定位置に固定されると、水平方向隔壁プ
レートの外側エッジと水平方向隔壁溝の間のジョイント
部は水平方向隔壁プレート１１４及び１１６の外側エッ
ジをそれぞれ水平方向隔壁溝１２４及び１２２内に挿入
することにより形成することが出来る。前記ジョイント
部は全体的に（図示せぬ）ガスケットを用い、浮動ヘッ
ドフランジ１１２及び浮動ヘッドバッキング装置１１８
中を通過する（図示せぬ）ねじ付ボルトを締込むことに
よって生ずる力によってシールすることが出来る。この
組立体は３つの流体戻しチャンバ１３０、１３２及び１
３４を誘起せしめる。残り水平方向隔壁溝１２６及び１
２８は、前に定義した中心軸線のまわりにチューブ束１
４が１８０°の角度だけ回転するのを許容する一方、同
チューブ中の同一の流体流量は維持するだけのためにチ
ューブシート１２０の面上に形成されているという意味
において、水平方向仮隔壁溝である。
【００２５】図７は図５の線７−７に沿って眺めた横断
面図であり、浮動ヘッドカバー１１０の内側の立面図で
ある。水平方向隔壁プレート１１４及び１１６は浮動ヘ
ッドカバー１１０の内側において溶接又は他の手段でし
っかりと固定されている。これらの隔壁プレートはチュ
ーブ側流体をして正面端部静止ヘッド設計によって決定
される特定のパターンにおいてチューブ中を導く役目を
果たしている。前記水平方向隔壁プレート１１４及び１
１６は図１、図２及び図３に示すように水平方向パス隔
壁３４及び３６と水平方向に整合するよう配置される。 図５、図６及び図７に示されるように、好ましい実施例
は不等数の一パス当りチューブを備えた６パス交換器を
提供している。本発明は、しかしながら、一パス当り等
しいか又は等しくない数のチューブを備えた任意の偶数
個のチューブ側方パスを有する熱交換器へと展開するこ
とが出来る。
【００２６】熱交換器１００の作動において、図１、図
２及び図３に示される正面端部ヘッド２８の第一のチャ
ンバ５６から関連するチューブを経て通過するチューブ
側流体はチャンバ１３０に進入する。チャンバ１３０内
において、流体流れの向きは逆転し、流体はチューブへ
と戻され、チューブを経由して正面端部ヘッド２８の第
二のチャンバ５８内へと進入する。第二のチャンバ５８
内において、流体の流れは向きを変え、チューブに進入
し、それからチャンバ１３２内へと入る。ここで流体は
チューブへと戻され、チューブを経由して第三のチャン
バ６０内へと通過する。第三のチャンバ６０内において
、流体はもう一度向きを変え、チューブに進入し、それ
から流体はチャンバ１３４内へと通過する。これにより
流体は再びチューブに戻され、第四のチャンバ６２へと
最終のパスをたどる。第四のチャンバ６２から凝縮され
た流体は取出しノズル３２を経由してチャンバを出る。
【００２７】前述し、図５において説明したように、チ
ューブシート１２０内には２つのいわゆる水平方向仮隔
壁溝１２６及び１２８が内蔵されている。これらの溝の
存在によりチューブ束１４は前述したように軸線のまわ
りを１８０°の角度だけ周期的に回転させることが可能
となる。本発明の実施において、適当な期間の使用後、
チューブ束１４がその回転に先立って殻１２から除去又
は引き出される。この除去作用はまず殻カバー１０６を
除去し、次に浮動ヘッドカバー１１０を除去し、束１４
をしてそのチューブシート１２０が熱交換器１００の正
面端部から外向きに引張られる際同シートを殻１２の内
部中で滑動させることにより達成される。本発明の一実
施例がひっぱりタイプの浮動ヘッド熱交換器を含み、こ
れにおいて浮動ヘッドカバー１１０が浮動ヘッドバッキ
ング装置１１８と類似のバッキング装置を用いること無
く直接チューブシート１２０に取付けられている場合に
は、チューブ束は殻カバー１０６又は浮動ヘッドカバー
１１０を除去すること無く殻１２から引き出すことが可
能である。
【００２８】
【発明の効果】例Ｉ 表１は本発明を用いることによって達成される利点を示
すために記載されている。表１に記載されているのは２
つのケースの熱交換値であり、それぞれチューブシート
が図８に例示されている典型的な対称配向６パス熱交換
器のチューブ側方内の所定流量に対する値（「以前」の
コラムに示されている）と、図１、図２及び図４に例示
された一パス当り等しくない数のチューブを備えた熱交
換器（「以後」のコラムに示されている）に対するもの
である。なお両者とも蒸気凝縮器として作動されている
。表１に示された計算値はタイプＢＥＵの交換器（すな
わちボンネットヘッド、１パス殻、Ｕ字チューブ束の熱
交換器）にして５８本のＵ字チューブを備え、各チュー
ブが２つの基本的に真直なチューブ長さ部分を備え、各
長さ部分を一つの半径セクションが結んでいる交換器に
対するものである。前記チューブは２５．４ｍｍ（１イ
ンチ）の直径×１２ＢＷＧ（バーミンガム・ワイヤ・ゲ
ージ）のＵ字チューブであって、３１．７５ｍｍ（１　
１／４　インチ）の四角形ピッチパターンをなしており
、「以前」交換器は第一及び第二のパス内に２０個のチ
ューブ長さ部を備え、第三及び第四のパス内には１８個
のチューブ長さ部を備え、第五及び第六のパス内には２
０個のチューブ長さ部を備えている。前記「以後」交換
器は３８個のチューブ長さ部を備えており、各長さ部は
パス１及び２内に設けられている。同交換器は更に各々
がパス３及び４に設けられている１２個のチューブ長さ
部と、各々がパス５及び６に設けられている３８個のチ
ューブ長さ部を備えている。表１に示すように、進入す
る蒸気の流速は出てくる凝縮液体の流速よりも実質的に
高い。交換器チューブ中の流体の流れを再配向させるこ
とにより、チューブ内のより好ましい速度分布が得られ
る。蒸気速度は下げられ、液体速度は増されるので、高
蒸気速度によって誘起されるエロージョンを減少させ、
低い液体速度によって誘起される汚れを減少させ易くな
る。更には速度分布が改善されるが故に全体の熱伝達係
数が改善される。本発明に従えば適当な時間間隔により
チューブ束を回転させ得るので、熱交換器チューブの有
効寿命が増大し、該熱交換器に関連する種々の資本及び
作動コストを減少することが出来る。
【００２９】
【表１】 （計算値） 典型的な対称６パス熱交換器と、本発明に係るチューブ
シート内の人工的又は仮パス隔室溝を内蔵する非対称６
パス熱交換器に対する関連計算値。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　発明以前　　　　　　　　　　
発明以後蒸気（Ｋｇ／時）　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　４８５６　　　　　　　　　　４８５６
体積流量 　　（ｍ３　／秒）　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　０．１３０　　　　　　　　０．１３０蒸
気速度 　　（ｍ／秒）　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２１．７　　　　　　　　　　１１．１取
出し液体（Ｋｇ／時）　　　　　　　　　　　　　　４
８５６　　　　　　　　　　４８５６取出し体積流量 　　（ｍ３　／秒）　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　３．３５×１０−３　　　　　　　　３．
３５×１０−３液体速度 　　（ｍ／秒）　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　０．５５５　　　　　　　　１．２３３全
熱交換効率 推定値（ＢＴＵ／時／ｆｔ／°Ｆ）　　　　５０　　　
　　　　　　　　　　　５５束の回転によるチューブ寿
命の延長　　　　２〜３　　　　　　　　　　　　４〜
６　　（年）
【００３０】本発明は例示のため詳細に説明されてきた
が、同発明はこの詳細によって限定されるものではなく
、本発明の精神及び範囲内における全ての変更及び修整
例を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】殻及びチューブ熱交換器の立面図であり、一部
分は本発明の特徴を例示するために切取って示してある
。
【図２】図１の熱交換器の斜視展開図であり、本発明の
特徴を含むチューブ束、チューブシート及びその正面端
部ヘッドを例示している。
【図３】図１の線３−３に沿って眺めた横断面図で、本
発明の殻及びチューブ熱交換器の正面端部静止ヘッドの
内側を示している。
【図４】図１の線４−４に沿って眺めた横断面図であり
、本発明の特徴であるチューブシートの設計構造及び形
状を例示している。
【図５】殻及びチューブ熱交換器の立面図であり、その
幾つかの部分は本発明の特徴を例示するために切取って
示してある。
【図６】図５の線６−６に沿って眺めた横断面図であり
、本発明の特徴であるチューブシートの設計構造及び形
状を例示している。
【図７】図５の線７−７に沿って眺めた横断面図であり
、本発明の殻及びチューブ熱交換器の浮動ヘッドの内側
を示している。
【図８】１パス当り実質的に偶数のチューブを内蔵して
いる６パス殻及びチューブ熱交換器の典型的なチューブ
シートの立面図である。
【符号の説明】
１０　　熱交換器 １２　　殻 １４　　チューブ束 １５　　チューブ １６　　チューブシート ２２、２４　　ノズル ２６　　邪魔板 ２８　　正面端部ヘッド ３０　　取入れノズル ３２　　取出しノズル ３４、３６　　水平方向隔壁 ５２、５０　　水平方向隔壁溝 ３８　　垂直方向隔壁 ５４　　垂直方向隔壁溝 ４６、４８　　水平方向仮隔壁溝 ２０、２８　　フランジ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　熱エネルギをある流体から別の流体へ
    と伝達してやるための殻及びチューブ熱交換器であって
    、同交換器は殻と、前記殻及びチューブ熱交換器内で用
    いる着脱自在のチューブ束を有し、該チューブ束は第一
    のチューブシートを有し、これは第一の面と、第二の面
    と、境界エッジと、垂直方向中心線と、垂直方向隔壁溝
    にして、前記垂直方向中心線に沿って前記第一の面内に
    形成され、前記垂直方向隔壁溝の各端部において前記境
    界エッジと交差しており、前記垂直方向隔壁溝は前記第
    一の面をして第一の対称的半割部と第二の対称的半割部
    とに分割している垂直方向隔壁溝と、前記第一の面の前
    記第一の対称的半割部内に形成され、前記垂直方向中心
    線と直交するよう整合され、前記垂直方向隔壁溝から前
    記境界エッジと交差するよう延びている水平方向隔壁溝
    と、前記垂直方向中心線と直交するよう前記第一の面の
    前記第二の半割部内に形成され、前記境界エッジと交差
    するよう前記垂直方向隔壁溝から延びている水平方向仮
    隔壁溝にして、該溝は、前記第一のチューブシートが前
    記第一の面と直交し、前記垂直方向中心線と交差する中
    心線のまわりを１８０°の角度だけ回転させられた時に
    、前記水平方向仮隔壁溝が前記中心軸線のまわりの１８
    ０°の角度にわたる前記第一のチューブシートの回転以
    前における前記水平方向隔壁溝と同一の位置に配置され
    るよう、前記第一の面の前記第二の半割部内に位置決め
    される水平方向仮隔壁溝と、複数個の孔にして、対称的
    パターンを以って前記第一のチューブシート内に形成さ
    れ、各前記孔は前記第一の面及び前記第二の面間を連通
    させている孔とを有する第一のチューブシートを有して
    おり、前記チューブ束は更に、複数個のチューブにして
    前記対応する複数個の孔と流体導通するとともに、前記
    第二の面から遠去かるように延びている複数個のチュー
    ブとを有するチューブ束と、内側表面及び外側表面を備
    えた壁を備える第一のヘッドにして、前記壁上に設けら
    れ、流体を受取るため前記内側表面及び前記外側表面の
    間で連通している取入れノズルと、前記着脱自在の束の
    前記複数個のチューブ中に前記流体を導くため前記第一
    のヘッドの前記内側表面に取付けられた垂直方向の隔壁
    プレートと、前記着脱自在束の前記複数個のチューブ中
    に前記流体を導くように、前記第一のヘッドの前記内側
    の表面及び前記垂直方向隔壁プレートの両者に取付けら
    れた水平方向隔壁プレートと、取出しノズルにして、前
    記壁上に設けられ、前記第一のヘッドの前記内側表面及
    び前記外側表面の間で連通するとともに、前記複数個の
    チューブを介して前記取入れノズルと流体導通している
    取出しノズルとを有する第一のヘッドと、前記第一のヘ
    ッドを前記殻に接続し、前記垂直方向隔壁プレートをし
    て前記第一の面の前記垂直方向隔壁溝と符号するよう取
    付け、前記水平方向隔壁プレートをして前記第一の面の
    前記第一の対称的半割部の前記水平方向隔壁溝と符合せ
    しめるよう取付けるための第一の締結装置とを有する殻
    及びチューブ熱交換器。
  2. 【請求項２】　　請求項１に記載の熱交換器において、
    前記水平方向隔壁溝及び水平方向仮隔壁溝は共通の軸線
    を備えていないことを特徴とする殻及びチューブ熱交換
    器。
  3. 【請求項３】　　請求項１に記載の殻及びチューブ熱交
    換器において、前記着脱自在チューブ束は更に第二のチ
    ューブシートを有しており、該チューブシートは第一の
    面と、第二の面と、境界エッジと、前記第一のチューブ
    シートの前記垂直方向中心線と平行をなす垂直方向中心
    線と、前記第二のチューブシートを第一の対称的半割部
    と第二の対称的半割部へと分割している水平方向中心線
    と、第二の水平方向隔壁溝にして、前記第二のチューブ
    シートの前記第一の面の前記第一の対称的半割部内にお
    いて、かつ又前記第一のチューブシートの前記水平方向
    隔壁溝と平行をなす位置において形成され、前記第二の
    チューブシートの前記第一の面を完全に横切るように延
    びることにより二つの位置において前記第二のチューブ
    シートの前記境界エッジと交差している第二の水平方向
    隔壁溝と、第二の水平方向仮隔壁溝にして、前記第二の
    チューブシートの前記第一の対称的半割部の前記第一の
    面の前記水平方向隔壁溝に平行をなして前記第二のチュ
    ーブシートの前記第一の面の前記第二の対称的半割部内
    に形成された溝であって、該溝は、前記第一の面と直交
    し前記垂直方向中心線と交差する中心軸線のまわりを前
    記第二のチューブシートが１８０°の角度だけ回転した
    時に、前記第二のチューブシートが１８０°の角度だけ
    前記中心軸線のまわりを回転するのに先立って前記第二
    の水平方向隔壁溝と同一の位置に配置されるよう、前記
    第二のチューブシートの前記第一の面の前記第二の対称
    的半割部内に配置されている第二の水平方向仮隔壁溝と
    、複数個の孔にして、対称的パターンを以って前記第二
    のチューブシート内に形成され、各孔は前記第一の面と
    前記第二の面の間で連通している複数個の孔とを有して
    おり、前記複数個のチューブは前記第二のチューブシー
    トの前記対応する複数個の孔と流体導通をなしており、
    前記第二のチューブシートの前記第二の面から離れるよ
    う延びていることを特徴とする殻及びチューブ熱交換器
    。
  4. 【請求項４】　　請求項３に記載の熱交換器において、
    更に第二のヘッドにして内側表面を備えた壁を持ち、前
    記流体をして前記着脱自在のチューブ束の前記複数個の
    チューブ中を導くべく前記内側表面に取付けられた第二
    の水平方向隔壁プレートを有する第二のヘッドと、前記
    第二のヘッドを前記第二のチューブシートに接続し、前
    記第二のヘッドの前記第二の水平方向隔壁プレートをし
    て前記第二のチューブシートの前記第二の水平方向隔壁
    溝と符合するよう取付けるための第二の締結装置とが含
    まれていることを特徴とする殻及びチューブ熱交換器。
  5. 【請求項５】　　請求項１に記載のタイプの殻及びチュ
    ーブ熱交換器において前記垂直方向隔壁プレートが前記
    第一の面の前記垂直方向隔壁溝と符合しており、更に前
    記第一の面の前記水平方向隔壁溝と前記水平方向隔壁プ
    レートが符合している熱交換器の作動方法であって、（
    ａ）前記着脱自在のチューブ束を前記殻及びチューブ熱
    交換器の前記殻から取外す段階と、 （ｂ）前記殻及び前記第一のヘッドに対して前記着脱自
    在チューブ束を１８０°の角度だけ前記中心軸線のまわ
    りで回転させる段階と、 （ｃ）前記垂直方向隔壁プレートが前記第一の面の前記
    垂直方向隔壁溝と符合し、前記水平方向隔壁プレートが
    前記第一の面の前記水平方向仮隔壁溝と符合した状態に
    あるチューブ束の新しい回転位置において前記着脱自在
    チューブ束を前記殻内へと再配置する段階とが含まれて
    いる作動方法。
  6. 【請求項６】　　請求項３に記載のタイプの殻及びチュ
    ーブ熱交換器において前記垂直方向隔壁プレートが前記
    第一の面の前記垂直方向隔壁溝と符合し、前記水平方向
    隔壁プレートが前記第一の面の前記水平方向隔壁溝と符
    合している熱交換器の作動方法であって、（ａ）前記着
    脱自在チューブ束を前記殻及びチューブ熱交換器の前記
    殻から除去する段階と、 （ｂ）前記殻及び前記第一のヘッドに対して１８０°の
    角度だけ前記中心軸線のまわりで前記着脱自在チューブ
    束を回転させる段階と、 （ｃ）前記垂直方向隔壁プレートが前記第一の面の前記
    垂直方向隔壁溝と符合し、前記水平方向隔壁プレートが
    前記第一の面の前記水平方向仮隔壁溝と符合する前記着
    脱自在チューブ束の新しく回転された位置において該チ
    ューブ束を前記殻内に再配置する段階とが含まれている
    作動方法。
  7. 【請求項７】　　請求項４に記載のタイプの殻及びチュ
    ーブ熱交換器において前記垂直方向隔壁プレートが前記
    第一の面の前記垂直方向隔壁溝と符合し、前記水平方向
    隔壁プレートが前記第一の面の前記水平方向隔壁溝と符
    合している熱交換器の作動方法であって、（ａ）前記第
    二のヘッドを前記第二のチューブシートから切離す段階
    と、 （ｂ）前記殻及びチューブ熱交換器から前記第一のヘッ
    ドを除去する段階と、 （ｃ）前記着脱自在チューブ束を前記殻及びチューブ熱
    交換器の前記殻から除去する段階と、 （ｄ）前記殻、前記殻の前記第一のヘッド及び前記第二
    のヘッドに対して前記着脱自在のチューブ束を前記中心
    軸線のまわりで１８０°の角度だけ回転してやる段階と
    、 （ｅ）前記第二の締結装置により前記第二のヘッドを前
    記第二のチューブシートに再接続し、以って前記第二の
    チューブシートの前記第二の仮水平方向隔壁溝と前記第
    二のヘッドの前記第二の水平方向隔壁プレートとが符合
    するように該プレートを取付ける段階と、（ｆ）前記着
    脱自在チューブ束をその新しく回転された位置へと再配
    置する段階と、 （ｇ）前記第一のヘッドを前記第一の締結装置により前
    記殻に再接続し、以って前記第一の垂直方向隔壁プレー
    トをして前記垂直方向隔壁溝と符合せしめ、かつ又前記
    水平方向隔壁プレートをして前記水平方向仮隔壁溝と符
    合せしめる段階とが含まれている作動方法。
  8. 【請求項８】　　請求項４に記載のタイプの殻及びチュ
    ーブ熱交換器において前記垂直方向隔壁プレートが前記
    第一の面の前記垂直方向隔壁溝と符合し、前記水平方向
    隔壁プレートが前記第一の面の前記水平方向隔壁溝と符
    合している熱交換器の作動方法であって、（ａ）前記着
    脱自在チューブ束を前記殻及びチューブ熱交換器から除
    去する段階と、 （ｂ）前記第二のヘッドを前記第二のチューブシートか
    ら切離す段階と、 （ｃ）前記殻及び前記殻の前記第一のヘッドと前記第二
    のヘッドに対して前記着脱自在のチューブ束を前記中心
    軸線のまわりにおいて１８０°の角度だけ回転させる段
    階と、 （ｄ）前記第二のヘッドを前記締結装置により前記第二
    のチューブシートに再接続し、以って前記第二のヘッド
    の前記第二の水平方向隔壁プレートが前記第二のチュー
    ブシートの前記第二の仮水平方向隔壁溝と符合するよう
    前記プレートを取付ける段階と、 （ｅ）前記着脱自在チューブ束をその新しく回転させら
    れた位置において前記殻内に再配置する段階と、（ｆ）
    前記第一のヘッドを前記第一の締結装置に再接続し、以
    って前記第一の垂直方向隔壁プレートを前記垂直隔壁溝
    と符合するよう取付け、前記水平方向隔壁プレートを前
    記水平方向仮隔壁溝と符合するよう取付ける段階が含ま
    れている作動方法。
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