JPH05296680A - 熱交換器の伝熱管支持構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝熱管の振動を抑制し、ジグザグ流の管外流
体の流動特性を良好に保つようにすること。 【構成】 伝熱管支持構造体20は熱交換器の胴３の内径
とほぼ同じ大きさの直径を有するバッフルプレート21
と、バッフルプレート21の切欠き部を補充する形状を有
する伝熱管支持グリッド22とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多管式熱交換器の伝熱管
支持構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力、原子力発電プラントその他の各種
産業プラントにおいては、多管式熱交換器が広く使用さ
れている。この多管式熱交換器は並列した多数の伝熱管
内を流れる管内流体とそれらの外側を流れる管外流体と
の間で伝熱管の管壁を通して熱交換させるもので、伝熱
管に対する管外流体の流れ方向により平行流式とジグザ
グ流式がある。また、多管式熱交換器では、伝熱管の振
動防止および過度のたわみ防止のため、適当な間隔で配
置された伝熱管支持構造体により伝熱管を支持してい
る。管外流体をジグザグ流式にするためは伝熱管支持構
造体としては、バッフルプレートおよびタブ付エッグク
レート方式によるグリッドが使用される。以下に、バッ
フルプレートを使用した多管式熱交換器を図面を参照し
て説明する。

【０００３】図５はバッフルプレートを使用した多管式
熱交換器の縦断面図を示し、図６はバッフルプレート型
の伝熱管支持構造体の平面図を示す。図中、矢印は流体
の流れ方向を示す。図５において、並列した多数の伝熱
管１は両端を管板２に接続され、胴３内に収容される。
伝熱管１の中間は複数のバッフルプレート４によって支
持される。

【０００４】管内流体は入口水室ノイズ５より入口水室
６内に流入し、管板２に接続された伝熱管１に流入し、
伝熱管１内を流れ、管外流体と伝熱管１の管壁を通して
熱交換した後、管板２から出口水室７に流入し、水室出
口ノズル８より流出する。

【０００５】管外流体は胴３に設けられた管外流体入口
ノズル９より流入し、バッフルプレート４によって形成
された伝熱管１に対してジグザグに流れる間に伝熱管１
の管壁を通して管内流体と熱交換し、胴３に設けられた
管外流体出口ノズル10より流出する。

【０００６】バッフルプレート４は伝熱管１の外径より
も若干大きい口径の透孔11を伝熱管管配列にしたがって
平板にあけ、管外流体の軸方向流路を確保するために切
欠き部を設けたものである。このようなバッフルプレー
ト４は管外流体をジグザグに流すため、図５に示すよう
に、切欠き部が対向するように交互に熱交換器の管束に
適当な間隔で配置したものである。

【０００７】この熱交換器において、管外流体は２枚の
バッフルプレート４に挟まれた流路では伝熱管１に対し
て主に直角方向に流れ、バッフルプレート４の端部と胴
３の間の流路では伝熱管１に対して主に平行方向に流
れ、全体としてジグザグ流となる。次に、エッグクレー
ト方式を使用した多管式熱交換器を図面を参照して説明
する。

【０００８】エッグクレート方式による伝熱管支持グリ
ッドは、薄板を格子状に組合わせた伝熱管支持構造体
で、部分的に流動抵抗を持たすためのタブを設けたもの
である。このようなタブ付エッグクレート方式の先行技
術としては、例えば米国特許4210201 号等にみられる。

【０００９】このエッグクレート方式による伝熱管支持
グリッドを使用した熱交換器を図７を参照して説明す
る。図中１は伝熱管、２は管板、３は胴、12はタブ付部
を有する伝熱管支持グリッド、13は伝熱管支持グリッド
12の伝熱管支持タブ付部、14は伝熱管支持グリッド12の
伝熱管支持タブ無部である。矢印は管外流体の流れ方向
を示す。また、図８は伝熱管支持グリッド12の具体例を
示す平面図、図９は伝熱管支持タブ付部の部分拡大図で
ある。

【００１０】この熱交換器において、管外流体は２箇所
の伝熱管支持グリッド12で挟まれた流路では伝熱管１に
対して直角方向に主に流れ、伝熱管支持グリッド12の伝
熱管支持タブ無部14近傍の流路では伝熱管１に対して平
行な方向に主に流れてジグザグ流となる。

【００１１】図８にタブ付部を有する伝熱管支持グリッ
ド12の先行技術の一例を示す。薄板15を格子状に組合わ
せた伝熱管支持グリッドに部分的に流動抵抗をもたらす
ためのタブ16が局所的に設けられていることを示す。ま
た、図９は伝熱管支持タブ付部13を部分的に拡大した斜
視図で、タブ16は薄板11に設けた切欠き部17を折曲げて
形成されている。薄板15はその山部と谷部に設けたはめ
込み用の突起18と穴19により各々接合されている。タブ
付部を有する伝熱管支持グリッド12の伝熱管支持タブ無
部14は薄板15に前記タブ16および切欠き部17を設けない
で、格子状に組合わせた部分である。

【００１２】このようなタブ付エッグクレート方式によ
る伝熱管支持グリッド12においては、伝熱管支持タブ無
部14では、伝熱管１と格子状に組合わせられた薄板15の
間の隙間の流動抵抗が小さいので、この隙間を通って、
伝熱管１に平行な方向に主に流れる。また、伝熱管支持
タブ付部13では、タブ16を設けてあり流動抵抗が大きい
ため、伝熱管１に対して平行な方向には多く流れず、伝
熱管１に直角な方向に流れる傾向が生じ、この結果、管
外流体はジグザグ流となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のバッフルプレート４およびエッグクレート方式
による伝熱管支持グリッド12においては、次のような欠
点がある。

【００１４】（１）バッフルプレート４は、管外流体を
流すための切欠き部が設けられる。この切欠き部にある
伝熱管は対向する前後のバッフルプレート４で支持され
ているため、流体振動による伝熱管が破損する危険があ
る。

【００１５】（２）タブ付エッグクレート方式の伝熱管
支持グリッド12では、伝熱管全体を同一平面で支持でき
るため、伝熱管の振動防止の問題は解消されるが、多数
の薄板を組合わせ、さらに、タブ16の加工等を行うた
め、部品点数および加工、組立工数が多くなる。また、
薄板15同士の溶接部が多数あり、溶接収縮による変形が
大きいため、伝熱管１との芯ずれが起こり伝熱管の挿入
が難しくなる等の製造上の困難を伴う。

【００１６】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたもので、伝熱管の振動を抑制し、ジグザグ流の管外
流体の流動特性を良好に保つことのできる熱交換器の伝
熱管支持構造体を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、管配列に合わせて穿たれた多数の透孔を備
えた円形の一部を切欠いて構成されるバッフルプレート
と、管配列に合わせた位置に目を持つように多数の薄板
を組合わせて構成されるグリッドとを備え、グリッドを
バッフルプレートの切欠き部に引き通される伝熱管を支
持するバッフルプレート円を補完する形状に構成したこ
とを特徴とする。

【００１８】

【作用】以上述べた構造の伝熱管支持構造体を用いるこ
とによって、全伝熱管は管束断面方向で、支持され、管
外流体により振動が生じにくく、かつ良好な管外流体の
流動特性が得られる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による伝熱管支持構造体の一実
施例を図１ないし図４を参照して説明する。

【００２０】ここで、図１は本発明の伝熱管支持構造体
の平面図、図２は本発明の伝熱管支持構造体を構成する
バッフルプレートの平面図、図３は本発明の伝熱管支持
構造体を構成する薄板を示す平面図、図４は直管を用い
る本発明の伝熱管支持構造体を取付けた多管式熱交換器
の縦断面である。なお、図中の符号は、従来技術の説明
と同じ部分には同一符号を用いる。

【００２１】図１において、伝熱管支持構造体20、熱交
換器の胴３の内径とほぼ同じ大きさの直径を有するバッ
フルプレート21とバッフルプレート21の切欠き部を補完
する形状を有する伝熱管支持グリッド22とから構成され
る。

【００２２】バッフルプレート21は図２に示すように、
熱交換器の胴３の内径とほぼ同じ大きさの直径を有する
平板に伝熱管１の外径よりも若干大きい口径の透孔11を
伝熱管管配列にしたがって穿ち、管外流体の軸方向流路
を確保するために切欠き部を設ける。

【００２３】伝熱管支持グリッド22は、図３（ａ）
（ｂ）に示すように、幅がバッフルプレート21より大き
い薄板23ａ，23ｂの交差位置にスリット24ａ，24ｂを切
って双方を組合わせて構成する。

【００２４】伝熱管支持構造体20のバッフルプレート21
と伝熱管支持グリッド22との境界の接続は、図２に示す
ように、バッフルプレート21側に伝熱管支持グリッド22
を構成する薄板23ａ，23ｂ端部の所定位置に支持するス
リット25を設け、また、図３に示すように、伝熱管支持
グリッド22の端部には幅方向にバッフルプレート21が差
し込まれる溝部31を形成し、薄板23ａ，23ｂの端部をバ
ッフルプレート21のスリット25に嵌込んで固定する。

【００２５】一方、伝熱管支持構造体20の外輪部分は図
１に示すように、バッフルプレート21の一部および薄板
23ａ，23ｂの外輪先端中央部分に溝32を形成し、バッフ
ルプレート21の外輪と同じ形状に成型または加工した円
弧状のバンド33を埋め込んで取付け、伝熱管支持グリッ
ド22をバッフルプレート21に固定する。バンド33の先端
とバッフルプレート21とバッフルプレート21のバンド取
付け切欠き部分34に嵌め込み、ボルトなどの締結部材ま
たは溶接で突出しないように固定する。

【００２６】このように構成された伝熱管支持構造体20
のバッフルプレート21と伝熱管支持グリッド22とは図４
に示すように、熱交換器の軸線方向に沿って交互に位置
するように配置される。

【００２７】上記構成の本発明の実施例において、伝熱
管１全数を伝熱管支持構造体20の取付位置で支持できる
ので、伝熱管支持構造体20の取付けスパンを基準にし
て、管外流体による伝熱管の振動を考慮した設計ができ
る。

【００２８】また、２枚の本発明の伝熱管支持構造体20
に挟まれた流路では、バッフルプレート21の流動抵抗が
大きいため、管外流体は伝熱管１に対して主に直角方向
に流れる。一方、伝熱管支持グリッド22部分では、伝熱
管支持構造体20が薄板23ａ，23ｂ構成され、管外流体流
路が大きな隙間が形成されるため、管外流体は伝熱管１
に対して主に平行方向に流れる。したがって、管外流体
は全体としてジグザグ流となる。

【００２９】かくして、バッフルプレート21と伝熱管支
持グリッド22とにより伝熱管支持構造体20を一体に構成
するならば、全ての伝熱管１は伝熱管支持構造体位置で
支持されるため、管外流体による振動の防止の点で優
れ、管外流体の良好な流動特性が得られる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明は、円形の一部を切
欠いて構成されるバッフルプレートと、バッフルプレー
トの切欠き部に引き通される伝熱管を支持する円の補完
形状に構成されるグリッドとを組合わせて支持構造体を
形成したから、熱交換器の管束断面方向全ての伝熱管を
支持できる。したがって本発明によれば、伝熱管の振動
を確実に防止でき、しかも管外流体の流動特性を良好に
保つことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による伝熱管支持構造体の一実施例を示
す正面図。

【図２】図１に示されるバッフルプレートを示す正面
図。

【図３】図１に示される伝熱管支持グリッド用薄板を示
す正面図。

【図４】本発明による伝熱管支持構造体を用いた熱交換
器を示す断面図。

【図５】従来のバッフルプレートを組込んだ熱交換器を
示す断面図。

【図６】従来のバッフルプレートを示す正面図。

【図７】従来の伝熱管支持構造体を用いた熱交換器を示
す断面図。

【図８】従来のエッグクレート方式による伝熱管支持グ
リッドを示す正面図。

【図９】従来の伝熱管支持グリッドを示す斜視図。

【符号の説明】

１ … 伝熱管 ３ … 胴 20 … 伝熱管支持構造体 21 … バッフルプレート 22 … 伝熱管支持グリッド 23ａ，23ｂ… 薄板 24ａ，24ｂ… スリット 25 … スリット 31, 32 … 溝 33 … バンド 34 … 切欠き部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管配列に合わせて穿たれた多数の透孔を
   備えた円形の一部を切欠いて構成されるバッフルプレー
   トと、管配列に合わせた位置に目を持つように多数の薄
   板を組合わせて構成されるグリッドとを備え、前記グリ
   ッドを前記バッフルプレートの切欠き部に引き通される
   伝熱管を支持するバッフルプレート円を補完する形状に
   構成したことを特徴とする伝熱管支持構造体。