JPH04292792A

JPH04292792A - 伝熱管支持体

Info

Publication number: JPH04292792A
Application number: JP5229091A
Authority: JP
Inventors: Shunji Kono; 俊二河野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1991-03-18
Publication date: 1992-10-16

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］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱交換に供されるシェル
側流体が伝熱管に沿って平行に流される形式のシェルア
ンドチューブ形熱交換器に係り、伝熱管配列の形態を制
限せず、特に伝熱管に沿うシェル側流体の流動を保持し
つつ、その伝熱管を強固に支持するのに好適な伝熱管支
持体に関する。

【０００２】

【従来の技術】シェルアンドチューブ形熱交換器では伝
熱管内を流れる流体に対してシェル側流体が蛇行流を保
持して流動する形式が多用されているが、この他にシェ
ル側流体が平行流を保って流動する形式のものも用いら
れる。この流動形式においては伝熱管の支持部材は蛇行
流における閉塞構造と異なり、平板を格子構造に組み上
げ、格子の目の部分に伝熱管を通してシェル側流体が伝
熱管に沿って平行に流れるように構成される。一例を述
べると、図６に示されるように平板１、２に平板１、２
の厚さに見合う幅のスリット３を切り、これらの平板１
、２同士をスリット３を使って格子構造に多数組み合わ
せて図７に示されるような伝熱管支持体を構成している
。なお、図中、符号４は支持枠を示している。平板１、
２の配置角度により、例えばひし形の格子構造とする場
合には平板双方の角度を傾けて組み上げ、所望の格子形
状が得られる（例えば、特開昭５５−１４４９３号公報
参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな格子構造の伝熱管支持体においては平板１、２がス
リット３を使ってかみ合う構造のために平板１、２同士
の結合が強固でなく、シェル側流体、あるいは伝熱管か
ら加えられる力によって結合状態が不安定になり易く、
また、平板１、２の位置がずれたり、あるいは反りやた
わみが生じて位置の定まらない伝熱管に振動などが発生
し、その表面に傷が生じるか、あるいは振動が激しくな
ると、伝熱管が破損してしまう危険性がある。

【０００４】そこで、従来、このような場合に備えて予
め平板１、２のかみ合い部を溶接によって固定し、強固
な結合構造を保つようにしているが、この溶接の際に加
えられる熱によって平板１、２が大きく変形してしまい
、格子寸法に狂いが生じて寸法の矯正に手間取るか、狂
いの程度によっては伝熱管の挿入自体が難しくなるとい
う問題がある。

【０００５】また、このような従来の伝熱管支持体にお
いては伝熱管配列パターンに自由度がなく、直線的な管
配列しか選べない。しかし、伝熱管を、例えば円筒形シ
ェルの円形断面内で直線的に配列すると、不可避的にシ
ェル内面と管束最外周管との間に伝熱管の入らない中途
半端な断面が生じる。例えば、実開昭５８−１５０７９
１　号公報、特公昭５８−４９５０７号公報、特開平１
−１５０７９８号公報などの図上にその様子が端的に表
されている。

【０００６】このような伝熱管が配列されない自由空間
はシェル側の平行流熱伝達にとって非常に有害であり、
実質的な熱交換効率を低下させる原因となる。なぜなら
ば、そのような空間は流動抵抗が小さいため流体が多く
流れ易い一方で、熱伝達係数は逆に低下するので、その
部分を流れた流体の出口温度は期待されるほどには変化
しない。また、正規の伝熱管配列が保たれている部分を
流れた流体は前述の理由で流量が低下しているので、熱
伝達係数が低下するが、出口温度は流量が少ないためか
えって仕様値よりも大きく変化し、管内流体との間の温
度差が逼迫し、熱交換が余り生じなくなる。こうして、
シェル側流体の出口における全体平均の温度の入口温度
との差は、理想的につくられた熱交換器の場合よりも小
さくなってしまう。

【０００７】このように、従来の格子組み上げ形伝熱管
支持体では精度、剛性が共に出にくいこと、さらに、伝
熱管の配列されない無駄空間により生ずる性能低下が不
可避でかつ予測が困難であることが管外平行流形式のシ
ェルアンドチューブ形熱交換器のネックとなっていた。

【０００８】したがって、本発明の目的はシェルの内側
断面内に無駄な空間をつくらずに均等に伝熱管を配列せ
しめ、管外流体の伝熱管に沿う平行な流動を保ちながら
、良好な精度および高い剛性を保持することのできる伝
熱管支持体を提供することにある。［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、伝熱
管を支える支持部材を伝熱管を貫通させる管孔を有する
平板をもって構成し、その平板の幅は伝熱管の連続する
一連の配列線上にある一列の伝熱管群を保持するために
必要な最小の幅とし、かつ互いに隣合う配列線上に並ぶ
伝熱管群を支えるための平板は伝熱管長さ方向の異なっ
た断面に位置させて一組の支持体として構成することを
特徴とする。

【００１０】

【作用】伝熱管を支える支持部材は平板状であり、伝熱
管の支持部分はその平板面に垂直に明けられた伝熱管の
外形よりもわずかに大きい直径の円形孔であるため、加
工が容易で高い位置精度を得ることができる。平板の幅
は伝熱管を支えるに必要最小限の幅であり、かつ、互い
に隣合う配列線上の伝熱管を支える平板は伝熱管の長さ
方向の異なった断面位置に配置されるので、伝熱管に沿
って平行に流れてきた管外流体の進路を閉塞せず、平板
の両側に逃げる余地を有する。こうして、本発明の伝熱
管支持体は管外流体が伝熱管に沿って平行に流れるのを
確保しながら伝熱管を強固に精度良く支持することがで
きる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３を
参照して説明する。図１は本発明の構成を例えば、円筒
形のシェルを持つ熱交換器に適用するために、円形リン
グ状平板で実施した例を示す平面図である。図２は図１
の中心付近の一部を紙面に対して略４５度の角度からみ
たときの略図である。ここにおいて、伝熱管は位置関係
を示すに必要な最小限の本数のみを図示している。また
、図３は図１のＡ−Ａ断面の一部を示している。

【００１２】図１において、伝熱管１１は複数の同心の
円周上に配置されている。これらの伝熱管１１を支持す
る各平板１２、１３、１４、１５、１６は、それぞれの
円周上に配置された伝熱管１１の配列円と同心状のリン
グ上に形成され、幅方向略中央部に伝熱管１１を貫通さ
せるための管孔１７が穿たれている。しかも、それらの
各平板１２、１３、１４、１５、１６の幅は伝熱管１１
を強固に保持するに必要最小限の幅となっている。そし
て、図２および図３に示すように、平板１２、１４、１
６は伝熱管１１の長さ方向断面Ｘに、一方、平板１３、
１５は伝熱管１１の長さ方向断面Ｙに位置している。こ
れらの配置位置の異なる平板同士は連結板１８により、
例えば溶接などの方法で相互の位置が固定される。なお
、連結板１８は図１に図示した場所に限らず必要な箇所
に必要な寸法で設けることができる。

【００１３】こうして組み合わされた平板群を一組とす
る伝熱管支持体は伝熱管１１の長手方向にある間隔で一
組または複数組が配列され、伝熱管１１を強固に支持す
る。上記構成からなる伝熱管支持体は伝熱管配列がいわ
ゆる円周配列の場合であるため、支持部材の平板１２、
１３、１４、１５、１６もその形状に合わせてリング状
であり、伝熱管１１の配列に合わせてフレキシブルな平
板形状をとることができる。

【００１４】本実施例においてはその主要構造部である
ところの伝熱管１１との接触部が平板１２、１３、１４
、１５、１６の面に垂直に穿たれた円形の管孔１７であ
るから、機械加工により容易に精度良く加工することが
できる。このため、熱交換器を組み立てる際の伝熱管１
１の挿入がスムーズに行われ、伝熱管１１を傷つけるこ
とが極めて少ない。

【００１５】また、本実施例の伝熱管支持体によれば、
伝熱管１１の支持のための平板１２、１３、１４、１５
、１６が配置されている断面においても図２および図３
に示すように、すぐ隣の管列には全く支持のための平板
が配置されていないため、流体をスムーズに流すための
空間が充分確保されている。これら一組の伝熱管支持体
は伝熱管長さ方向に例えば１ｍくらいの間隔で配置され
る。一方、断面Ｘと断面Ｙとの間隔はせいぜい　１００
〜　２００ｍｍ程度である。このため、伝熱管支持部で
流体の流れがわずかに乱されたとしてもその熱伝達への
影響は極めて少ない。

【００１６】このように、簡単な構造で工作が容易で、
しかも高い精度を容易な手段で得られる構造でありなが
ら、伝熱管外の流体が伝熱管１１に沿って平行に流れる
のを保証することができる。また、伝熱管１１の配列に
応じてフレキシブルに対応できるので、逆に、伝熱管配
列を熱交換器のシェル形状に合わせて自由に行うことが
できるようになるという効果もある。管外流体を伝熱管
１１に沿って平行に流す形式の熱交換器においては、前
述のように伝熱管の配列されない無駄な空間は伝熱性能
に対して最も有害なものである。本実施例の伝熱管支持
体によれば、このような空間を最小限にするための管配
列に高度の自由度を持たせることができる。

【００１７】図４は本発明の他の実施例を示している。図４において、伝熱管配列の中心線は略方形をなしてい
る。これに応じて伝熱管１１の支持部材である平板１９
、２０、２１は方形の枠型形状をしている。隣合う配列
線上の伝熱管１１はそれぞれ異なる長さ方向位置におい
て平板１９、２０、２１に支持されている。

【００１８】図５は本発明のさらに異なる実施例を示し
ている。本実施例における各伝熱管１１は６０度の角度
で交差する２方向からの複数の直線上に配列されている
。これは、ごく一般的な管配列であり、多くの熱交換器で
採用されている。隣合う配列線上の伝熱管１１はそれぞ
れ異なる長さ方向位置において伝熱管平板２２、２３、
２４、２５によって支持されている。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の伝熱管支持
体は管外流体の伝熱管に沿う平行な流動を保ちながら、
従来の格子組み上げ形の伝熱管支持体と比べて格段に精
度がよく、かつ、伝熱管の支持剛性が高い。したがって
、熱交換器製作時に伝熱管を傷つけることも少なく運転
時にも有害な振動を生じないので、熱交換器の信頼性を
大きく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る伝熱管支持体の一実施例を示す正
面図。

【図２】図１に示される伝熱管支持体の一部を示す斜視
図。

【図３】図１に示される伝熱管支持体のＡ−Ａ線に沿う
断面図。

【図４】本発明の他の実施例を示す斜視図。

【図５】本発明のさらに異なる実施例を示す斜視図。

【図６】従来の伝熱管支持体の格子を形成する平板の一
例を示す平面図。

【図７】従来の伝熱管支持体の一組の全体を示す正面図
。

【符号の説明】

１２、１３、１４、１５、１６…平板１７………管孔１８………連結板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　管外流体を伝熱管と平行に流動せしめ
るシェルアンドチューブ形熱交換器のための伝熱管支持
体であって、前記伝熱管を支える支持部材を該伝熱管を
貫通させる管孔を有する平板をもって構成し、その平板
の幅は該伝熱管の連続する一連の配列線上にある一列の
伝熱管群を保持するために必要な最小の幅とし、かつ互
いに隣り合う配列線上に並ぶ伝熱管群を支えるための前
記平板は伝熱管長さ方向の異なった断面に位置させて一
組の支持体として構成することを特徴とする伝熱管支持
体。
【請求項２】　　該伝熱管を支持する平板群を同心の円
形リング状に形成したことを特徴とする請求項１記載の
伝熱管支持体。
【請求項３】　　該伝熱管を支持する平板群を互いに隣
合う該平板がその幅方向中心線により形成される多角形
の相対するいずれの辺も互いに法線方向に等距離だけ隔
たった多角形リング状に形成したことを特徴とする請求
項１記載の伝熱管支持体。