JPH0456238B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多管式熱交換器に関し、特に、高温
流体を取り扱う熱交換器において、管板に取付け
られた熱交換チユーブの端部の保護する支持装置
に関する。

〔従来の技術〕

熱交換器内には、多数の熱交換チユーブが束状
になつて配置され、これら熱交換チユーブの両側
は、熱交換器の両端部に設けられた管板に支持さ
れる。そして熱交換チユーブ内には、初期状態が
例えば600℃から1100℃の高温で、200バール以上
の高圧になつたガス状流体が注入され、熱交換器
内の冷却水との間で熱交換を行い、蒸気等を発生
させる。

このような熱交換器においては、管板における
熱交換チユーブの端末支持部は、冷却されるべき
流体が高温高圧であること、又、たとえば450℃
以上の高温で、かつ高圧下で発生する腐食性ガス
の冷却の場合、ガスの成分により熱交換器が腐食
され、その機械的な強度を低下させるおそれがあ
る。そして、かかるおそれを軽減するために、た
とえば360℃より低い温度で熱交換チユーブ等を
保持することが重要となつてきた。

従来の熱交換器の場合、熱交換チユーブの支持
体となる管板は、熱交換器内で発生する蒸気の強
い圧力にも耐え得る必要がある。さらに、管板を
厚くすると、入口側の管板はガスによつて強力に
加熱され、管板の両面管で著しい熱勾配を受け
る。また、腐食の問題もあり、これらを総合的に
解決するために、従来の管板は、強度に充分な厚
さを有すると共に、腐食に強い特殊鋼で作るか、
または特殊鋼で被覆する構造としている。したが
つて、熱交換チユーブの端末支持部が非常に高価
なものとなつていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記の事実に鑑みてなされたもの
で、温度の上昇や温度勾配の発生を防止し、圧力
の上昇にも耐え、腐食性ガスによる侵食も防止で
きる熱交換チユーブ端末部の支持構造を提供する
ことを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、熱交換チユーブの入口側端部の支持
体を、２枚の管板で構成し、その内の１枚の板を
比較的薄く形成して熱交換器本体を閉鎖し、該管
板に熱交換チユーブの端部を固定し、他方の管板
を前記管板よりずつと厚く堅牢にして、前記の管
板から所定の距離だけ離れて熱交換器本体内に固
定し、２枚の管板を剛性の大きい複数の筒状体で
接続固定し、該筒状体を延長する中ぐりを厚い管
板にあけ、筒状体と中ぐりとの中に熱交換チユー
ブを遊嵌させて熱交換チユーブと筒状体との間に
環状空間を形成し、筒状体に連通口を設け、２枚
の管板の間に画定される熱交換室と、厚い管板の
向こう側に形成される熱交換室とを連通した構成
としている。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

第１図は熱交換器を示し、細長い円筒状で、入
口端と出口端を有する熱交換器の本体１と、該本
体の入口端と出口端との間の内壁で画定される熱
交換室とからなる。熱交換チユーブ４の束がこの
熱交換室内に配置され、高温の流体、例えば高温
ガス等が、矢印で示すようにチユーブ４内を入口
端から出口端にかけて冷却される。図示の実施例
においては、同様の支持体が熱交換チユーブ４を
支持するために本体の両端に設けられている。

入口端側の支持体は、比較的薄い板で、本体１
の入口端を閉鎖し、熱交換チユーブ４の一方端が
貫通支持される管板５と、これよりずつと厚く、
剛性の板であつて、管板５から離間して本体内に
固定され、熱交換チユーブ４が〓間を開けて遊嵌
する中ぐり部１３が穿設された管板２とを有す
る。薄い管板５と厚い管板２との間には第１の熱
交換室１４が形成され、厚い管板２と出口側との
間には、第２の熱交換室１５が形成される。

筒状体７は、熱交換室１４内に設けられ、薄い
管板５と厚い管板２とを接続すると同時に両者間
の間隔を保持する。各筒状体７は、各熱交換チユ
ーブ４を同心的に取り囲み、筒状体７と熱交換チ
ユーブ４との間に、環状空間１６を形成し、各環
状空間１６は、各中ぐり部１３に内接している。
なお、筒状体７が厚い管板２を貫通せずに、その
下端面、乃至管板２の中間で終了し、中ぐり部１
３が引き継いで管板２を貫通することで環状空間
１６を形成させてもよい。筒状体７には連通口７
０が穿設され、熱交換室１４と環状空間１６とを
連通している。

入口管路９は、熱交換室１４内に水等の冷却用
流体を供給し、まず、薄い管板５との間で熱交換
を行う、次いで冷却用流体は、この熱交換室１４
から連通口７０を通り、熱交換チユーブ４の回り
に形成された環状空間１６に達し、熱交換チユー
ブ４内の高温の流体と冷却用流体との間でもさら
に熱交換を行う。熱交換は、隣の熱交換室１５内
でも行われるが、ここには、補助入口管路１１か
ら冷却流体も補充的に追加される。

第１図に示すように、出口側端部の支持体も同
様の構成をしており、比較的薄い板であつて、本
体１の出口端を閉鎖し、熱交換チユーブ４の他方
端が貫通支持される管板６と、これよりずつと厚
く、剛性の大きい板であつて、管板６から離間し
て本体内に固定され、熱交換チユーブ４が〓間を
保持して貫通する中ぐり部１７が穿設された管板
３とを有する。薄い管板６と厚い管板３との間に
は、第３の熱交換室１８が形成され、第２の熱交
換室１５は、厚い管板２，３の相互間に形成され
ることとなる。複数と筒状体８は、熱交換室１８
内に設けられ、薄い管板６と厚い管板３とを接続
し、両者間の間隔を保持する。各筒状体８は、各
熱交換チユーブ４を同心的に取り組み、筒状体８
と熱交換チユーブ４との間に、入口端の場合と同
様に環状空間１９を形成する。筒状体８には連通
口８０が穿設され、熱交換室１８と環状空間１９
とを連通している。

出口管路１０は、熱交換室１８から冷却流体を
取り出し、補助出口管路１２は別の熱交換室１５
から冷却流体を取り出す。

第２図は、出入口端における熱交換チユーブ４
の支持体構造の詳細を示す。図示のように筒状体
７，８は熱交換室１４内を貫通して設けられ、薄
い管板５，６と厚い管板２，３とを結合し、厚い
管板の中ぐり部１３，１７を貫通し、厚い管板と
の間を溶接または半田付け２０により接続され、
薄い管板との間を同様に２２で接続している。こ
の場合、環状空間１６，１９は熱交換チユーブ４
と厚い管板２，３との間の〓間を維持するように
延長しておく。熱交換チユーブ４の一方端と薄い
管板５，６とは、筒状体７，８との環状接続部２
４介して溶接または半田付けされている。なお、
筒状体７、熱交換チユーブ４および管板２，５と
の接続は、他の適当な方法で行つてもよい。

厚い管板２，３は、例えば、254mm（10in）程
度の充分な厚さを有し、流体の圧力により生じる
高熱に耐え得るように形成される。これに対し、
薄い管板５，６の厚さは、10.2〜20.3mm（0.4〜
0.8in）程度であり、溶接ないし半田付けされた
熱交換チユーブ４を支持するのに充分な厚さであ
る。熱交換器本体１の直径は、たとえば、914mm
（36in）で、本体の両側における薄い管板と厚い
管板との間隔は、たとえば152mm（6in）である。
入口管路９は、冷却流体を熱交換室１４に供給
し、該流体の開口７０から環状空間１６への循環
は、ポンプによつてまたは、温度サイフオン効果
によつて確実行われる。薄い管板５，６は、周辺
にフランジ５１，６１を有する。

これらの図に示す実施例においては、本体１は
直立し、すなわち、その軸は垂直に延びている。

熱交換チユーブ４内を循環して冷却されるガス
状の流体は、熱交換チユーブの一端に、薄い管板
５の高さで進入し、管板５は、進入する流体と熱
交換することによつて加熱される。水等の冷却用
流体は、入口管路９から熱交換室１４に進入し、
加熱された薄い管板および熱交換チユーブ４との
間で熱交換を行つて蒸発する。冷却用流体は、連
通口７０から環状空間１６に入り、水と蒸気の混
合体となつて熱交換チユーブを取り巻き、熱交換
を行う。

上部、すなわち本体１の出口端側の熱交換チユ
ーブの支持部も、入口端のある下部と同じ構造で
ある。冷却されるべき熱交換チユーブ４内のガス
状流体は、薄い管板６の高さで熱交換器から離
れ、第２の熱交換室１５を循環して加熱されてい
た水と蒸気の混合流体は、連通口８０を経て〓間
１７と環状空間１６を通過し、熱交換室１８に達
し、出口管路１０から外に出る。

図示の実施例において、補助入口管路１１は、
補足的に冷却用水流体を熱交換室１５に供給し、
水と蒸気との混合流体は補助出口管路１２から排
出される。こうして、熱交換室１４と、該室１４
内にある熱交換チユーブ４を冷却するのに丁度必
要な量の冷却用流体を入口管路９から供給し、同
様に補助出口管路１２から排出されない余分な蒸
気のみを出口管路１０から排出させる。熱交換器
１５内の熱交換チユーブ４の冷却に必要な冷却流
体は、補助入口管路１１から補足的に供給され
る。

〔発明の効果〕

以上に説明したように本発明においては、熱交
換チユーブの支持部が、２つの管板の間隔を多数
の筒状体で保持する構造であるから、薄い管板を
変形させることなく、非常に強い圧力（上記実施
例においては、100〜150バール程度の圧力）に抗
することができる。なお、熱交換チユーブの端末
相互端で生じる薄い管板のわずかな変形は、有害
な影響を与えるほどにはならない。

また、外側の管板が薄いので、管板を低温に保
ち易くなり、腐食性ガスによる侵食を受けにくく
なる。その結果、管板を特殊鋼等で形成したり、
被つたりする必要がなく、安価に製作することが
できる。

厚い管板２，３は、高温高圧ガス状流体と直接
接触することがなく、熱交換チユーブ４との間に
も、環状空間１６，１９があることから、比較的
低温の冷却流体（水の場合は、液体と蒸気の混合
流体で、300℃から350℃程度である。）によりそ
の表面を被われ、厚い管板２，３の両面間には、
温度勾配が生じない。

熱交換チユーブ４は、薄い管板を通過する部分
を含むその長さ全体に渡つて冷却され、熱交換チ
ユーブ内のガス状流体の成分及び／又は温度によ
る腐食や機械的な強度の低下を防止することがで
きる。

温度勾配や腐食により生じる問題は、明らか
に、出口側端部より入口側端部での方がより深刻
である。それゆえ、本発明の支持構造は、出口側
端部より入口側端部の方でより重要となる。した
がつて、出口側端部においては、本発明の支持構
造に代えて、従来の支持構造としてもよい。

本発明の範囲を逸脱することなく、上記及び請
求の範囲に開示された本発明の装置の各種別型が
可能であることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適実施例による熱交換器の
概略構成を示す図、第２図は管板と熱交換チユー
ブとの固定部を詳細に示す拡大図である。 １……熱交換器の本体、２，３……厚い管板、
４……熱交換チユーブ、５，６……薄い管板、
７，８……筒状体、９……入口管路、１０……出
口管路、１１……補助入口管路、１２……補助出
口管路、１３，１７……中ぐり、１４……第１の
熱交換室、１５……第２の熱交換室、１６，１９
……環状空間、１８……第３の熱交換室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 入口端と出口端とを有する熱交換器の本
   体と、 該本体内の出口と入口との間に熱交換室を
   画定する本体の内壁と、 (b) 前記熱交換室内に配置され、前記入口端から
   出口端の間を循環する間に冷却される高温流体
   が注入される熱交換チユーブの束と、 (c) 熱交換器の本体両端部における熱交換チユー
   ブの支持部の、少なくともその入口端の構成
   が、 前記本体の入口端に設けられ、熱交換チユ
   ーブの一方端が固定されて入口を形成する比
   較的薄い管板と、 前記比較的薄い管板から離間して円筒容器
   の内壁に設けられ、熱交換チユーブが〓間を
   介して貫通する中ぐり部を有する比較的厚い
   管板と、 前記薄い管板と厚い管板との間に形成され
   る第１の熱交換室と、厚い板から出口側に形
   成される第２の熱交換室と、 前記第１の熱交換室内にあつて薄い管板と
   厚い管板とをつなぐ複数の剛性の筒状体であ
   つて、各筒状体が前記熱交換チユーブの外側
   を取り囲み、筒状体と熱交換チユーブとの間
   に環状空間を形成し、各環状空間が前記各〓
   間と結合すると共に、熱交換室と環状空間と
   の間の連通口を有する剛性の筒状体と、 (d) 冷却用流体を熱交換室に注入し、該冷却用流
   体が前記連通口と環状空間及び前記〓間を通つ
   て熱交換チユーブの周りを循環し、熱交換チユ
   ーブ内の高温流体と熱交換チユーブの周囲を循
   環する冷却用流体との間で熱交換するための冷
   却流体用の入口管路と、 からなることを特徴とする熱交換器。 ２ 冷却用流体を第２の熱交換室に注入するため
   の補助入口管路を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の熱交換器。 ３ 出口端における熱交換チユーブの支持部の構
   成が、 (a) 熱交換器本体の出口端に設けられ、熱交換チ
   ユーブの一方端が固定されて出口端を形成する
   比較的薄い管板と、 (b) 前記比較的薄い管板から離間して本体の内壁
   に設けられ、熱交換チユーブが〓間を介して貫
   通する中ぐり部を有する比較的厚い管板と、 (c) 出口端において、前記薄い管板と厚い管板と
   の間に形成されている第３の熱交換室と、２枚
   の厚い板の間にに形成される前記第２の熱交換
   室と、 (d) 第３の熱交換室内において薄い管板と厚い管
   板とをつなぐ複数の剛性の筒状体であつて、各
   筒状体が前記熱交換チユーブの外側を取り囲
   み、筒状体と熱交換チユーブとの間に環状空間
   を形成し、各環状空間が前記各〓間と結合する
   と共に、第３の熱交換室と環状空間との連通口
   を有する剛性の筒状体と、 (e) 冷却用流体を前記第３の熱交換室から排除す
   るための冷却流体用の出口管路と、 (f) 第２の熱交換室から冷却用流体を排除するた
   めの補助出口管路、 とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の熱交換器。 ４ 熱交換器本体の端部に設けられた薄い管板
   が、周辺に取付け用フランジを有することを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の熱交換器。