JPH09101001A - 管形熱交換器、廃熱ボイラーおよび廃熱回収方法 - Google Patents

管形熱交換器、廃熱ボイラーおよび廃熱回収方法

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JPH09101001A
JPH09101001A JP8191037A JP19103796A JPH09101001A JP H09101001 A JPH09101001 A JP H09101001A JP 8191037 A JP8191037 A JP 8191037A JP 19103796 A JP19103796 A JP 19103796A JP H09101001 A JPH09101001 A JP H09101001A
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heat exchanger
distribution plate
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 管形熱交換器１０，１００における最外管列
５０の壁から流入する高温ガスの衝突を偏向させること
によって、ボイラー水質の変化に対する最外管の感度を
低減して、信頼性を向上させた改良された管形熱交換器
を提供する。 【解決手段】 本発明の管形熱交換器１０は、管側流体
を流すために殻体１２の中に全体的に長手方向に配置さ
れた管束１４が配置される。管束のまわりに殻体内面か
ら間隔を隔てて配置された円筒形の分配プレート５２に
よって形成される環状の分配チャンネル４８と流体連通
されて、殻体側入口２２が備えられる。分配プレートに
複数の穿孔が形成されて備えられ、流体を環状分配チャ
ンネルから管束を通し管外面を横切って殻体側流体出口
２６へ流すようになされる。複数の衝突バー５６が管束
１４の外側管列５０と分配プレート内面との間に配置さ
れる。衝突バー５６は、穿孔に流体を通して該バーに衝
突させるために、穿孔に対向される。穿孔は複数の長手
方向の列として配列でき、また衝突バーが各列の穿孔と
長手方向に整列されてその全長に沿って延在される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は管形熱交換器に係わ
り、特に、最外管におけるピーク熱束を減少させる流入
ガスのための衝突分配器を有する廃熱ボイラーに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】廃熱ボイラーは一般に製造プラントにお
いて例えば水蒸気改質、接触分解、石炭ガス化、動力タ
ービンの運転などのような高温処理で発生する排出ガス
から熱を回収するために使用されている。水管廃熱ボイ
ラーは管形熱交換器を典型的に含んでおり、高温で流入
する排出ガスは殻体側へ導かれる。管側を流れるボイラ
ー水は熱されて一部が蒸発する。
【０００３】このような高温熱交換器の管は、壁の機械
的完全性が水質の悪いボイラー水による腐食、スケール
付着または汚損などの要因により、または流入ガスの衝
突に起因する侵食によって損なわれたときに、故障を起
こす。例えば、管側の汚損は管壁温度を高め、厳しい場
合には過熱による管の損傷を生じる。過大熱束を含む厳
しい運転状況は、完全性の問題を激化し、ボイラーの水
質変化における感度を高める。
【０００４】廃熱ボイラーの信頼性は、過大な熱束の分
配、および特に高温ガス入口に最も近い最外管に対する
衝突の問題点に対処することによって、ボイラーの水質
が変化する状況のもとでも、十分に向上させることがで
きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】管形熱交換器における
最外管列（ｂａｎｋ）の壁から流入する高温ガスの衝突
を偏向させることによって、ボイラー水質の変化に対す
るこれらの最外管の感度を低減させて、信頼性を向上さ
せることができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】１つの見地によれば、本
発明は改良された管形熱交換器を提供する。第１部材と
して、熱交換器を通して管側流体を流すために殻体内に
全体的に長手方向に配置された管束が備えられる。他の
部材として、管束のまわりに殻体内面から間隔を隔てて
配置された円筒形の分配プレートによって形成される環
状の分配チャンネルと流体連通されて、殻体側入口が備
えられる。分配プレートに複数の穿孔が形成されて備え
られ、流体を環状分配チャンネルから管束を通し管外面
を横切って殻体側流体出口へ流すようになされる。複数
の衝突バーが管束の外側管列と分配プレート内面との間
に配置される。衝突バーは、穿孔に流体を通して該バー
に衝突させるために、穿孔に対向される。穿孔は複数の
長手方向の列として配列でき、また衝突バーが各列の穿
孔と長手方向に整列されてその全長に延在される。
【０００７】好ましい実施例では、第１および第２の環
状シールプレートが分配チャンネルの反対両側に備えら
れて、その分配プレートから半径方向外方へ向かって殻
体内面の近くまで延在される。熱交換器は、管束から半
径方向外方へ向かって分配プレート内面の近くまで延在
する１以上の分配バッフルを含んでいる。分配バッフル
の外形にノッチが形成されて、衝突バーを容易に受け入
れることができるように、また分配プレートおよび衝突
バーに対して管束を半径方向に整列させて保持するよう
になされる。
【０００８】１つの構成では、管は半径方向ピッチを有
することが好ましく、衝突バーは外側列の隣り合う管の
間の長手方向間隙と整列されることが好ましい。熱交換
器は複数の長手方向に間隔を隔てたガイドリングを含ん
でおり、これらのガイドリングは分配プレートに固定さ
れてそこから半径方向内方へ向かって延在している。長
手方向の穴がガイドリングに形成されており、衝突バー
を受け入れて半径方向に整列させて保持するようにな
す。ガイドリングは外側管列の輪郭に一致した内側輪郭
を有することが好ましい。幾つかの衝突バーは管束の長
さにほぼ延在する締付けロッドを含み、バッフルおよび
シールプレートの構造的な支持を形成することができ
る。
【０００９】他の構造では、衝突バーは分配プレート内
面の近くで該内面から間隔を隔てて配置された凹面を有
する。衝突バーは外側列における隣り合う管と整列され
ることが好ましい。衝突バーは分配プレートにボルトで
取り付けられ、その内面からスペーサで間隔を隔てられ
ることが好ましい。
【００１０】他の見地によれば、本発明は長手方向管束
を収容し、それぞれ管側および殻体側の流体入口および
出口を含んでなる耐火ライナー張りの円筒形殻体廃熱ボ
イラーを提供する。複数のバッフルが穿孔され、管束に
おける管をスライド状態で受け入れて半径方向に整列さ
せて保持するようになされる。バッフルは締付けロッド
で長手方向に間隔を隔てられており、ロッドはバッフル
に形成された穴を通され、またその穴よりも大きい外形
を有する環状スペーサ部材を通されている。円筒形の分
配プレートは管束のまわりに配置され、殻体の内面から
半径方向に間隔を隔てられて高温ガスの入口環状路を形
成するようになされ、この環状路は殻体側の流体入口と
流体連通される。上側および下側のシールプレートは分
配プレートの長手方向における上側および下側の反対端
部に固定され、そこから半径方向外方へ延在して殻体内
面の近くまで延在して、高温ガス入口環状路のそれぞれ
の端部に流体シールを形成するようになされる。バッフ
ルの１つは支持バッフルであり、管束から半径方向外方
へ向かって分配プレートの下端部より下方の殻体内面の
近くまで延在して、分配プレートを支持バッフルの上面
に支持するようになされる。複数の穿孔が分配プレート
に形成されており、それらは間隔を隔てた長手方向の列
として整列される。複数の長手方向の衝突バーが管束お
よび分配プレートの外周縁の近くに配置される。このよ
うに配置された各衝突バーは、穿孔の列と整合されて対
向され、高温ガスがその穿孔を通過してそれぞれの衝突
バーに直接に衝突し、その後隣り合う衝突バーの間を通
って管束に流入する。１以上のバッフルが分配バッフル
で、分配プレートの長手方向の端部間で管束から半径方
向外方へ向かって延在しており、また衝突バーを横方向
に受け入れて衝突バーおよび分配プレートに対する管束
および締付けロッドを半径方向に整列して保持するため
に周縁ノッチを有する分配プレート内面近くの外形を含
む。バッフルの１つは支持バッフルとされ、管束から半
径方向外方へ向かって分配プレートの上側端部より上方
の殻体内面の近くまで延在して、分配プレートを上側お
よび下側の支持バッフル間で垂直に位置決めするように
なされることが好ましい。バッフルはディスクおよびド
ーナツの形状とされることが好ましい。支持バッフルは
ドーナツとして形成されることが好ましく、分配バッフ
ルはディスクとして形成されることが好ましい。
【００１１】１つの構造において、幾つかの衝突バーは
締付けロッドとされることができる。複数のガイドリン
グが分配プレートの長さに沿って間隔を隔てて固定さ
れ、そこから半径方向内方へ向かって管束および締付け
ロッドの半径方向の輪郭に一致する内側輪郭まで延在さ
れる。ガイドリングは穿孔されて衝突バーを受け入れ
て、穿孔列と整列させて保持するようになされる。廃熱
ボイラーの穿孔と対向される衝突バーおよび締付けロッ
ドは、分配プレートと同心円に配列されることが好まし
い。管はまた分配プレートと同芯の円形模様に配列され
ることが好ましく、分配プレートの穿孔は最外列の隣り
合う管の間隙と整列されることが好ましい。衝突バーは
ガイドリングの１つに固定され、また他のガイドリング
の穿孔内にスライドさせて受け入れられて長手方向の熱
膨張を許容できるようになされることが好ましい。
【００１２】他の構造において、衝突バーは分配プレー
ト内面の近くに配置されてそこから間隔を隔てられた凹
面を有している。分配プレートの穿孔は最外列の隣り合
う管と整列されることが好ましい。衝突バーはボルトに
より分配プレートに取り付けられ、スペーサによりその
内面から間隔を隔てられることが好ましい。
【００１３】他の実施例として、本発明は廃熱を高温ガ
ス流から回収する方法を提供する。１つの段階として、
高温ガス流は管形熱交換器の環状分配チャンネルへ導か
れる。この熱交換器は、それを通して管側流体を流すた
めに殻体内に全体的に長手方向に配置された管束を有す
る。環状分配チャンネルが殻体側入口からの流体と連通
しており、この分配チャンネルは管束のまわりに殻体内
面から間隔を隔てて配置された円筒形の分配プレートに
よって形成されている。高温ガスは環状チャンネルから
管束を通り、管外面を横切って、分配プレートに形成さ
れた複数の穿孔によって殻体側出口へ流れるように分配
される。ガスは穿孔を通過して、管束の外側管の列と衝
突バーが穿孔に対向する分配プレート内面との間に配置
された複数の衝突バーに衝突される。分配プレートによ
り分配されたガスから回収された熱は管束を通って流れ
る流体と熱交換される。冷却されたガスは殻体側出口か
ら抜き出され、熱せられた流体は殻体側出口から抜き出
される。
【００１４】
【発明の実施の形態】穿孔を形成された分配装置が、そ
の穿孔と整列された衝突ロッドとともに管形熱交換器の
外側管に対する流れおよび熱束を十分に向上させる。
【００１５】図１〜図１５を参照すれば、同じ符号は同
様な部品を示しており、本発明の管形熱交換器の実施例
１０，１００は限定するわけではないが廃熱回収ボイラ
ーを表しており、これらは内部に管束１４を取り付けら
れて有する殻体１２を含み、管束１４は本発明の衝突分
配器１６，１０２を装備している。
【００１６】この分野で周知のように、殻体１２は殻体
側流体を管２０の外面と接触させるための殻体側通路１
８を含む。殻体１２は高温の殻体側流体２４を導入する
ための１以上の入口ノズル２２と、温度状態が低下され
た流体２８を抜き出すための１以上の出口ノズル２６と
を含む。通路１８は複数の軸方向に取り付けられたディ
スクおよびドーナツ形式のバッフルプレート３０，３
０’で形成されており、管２０の外面とのほぼ完全な熱
交換接触を容易に達成できるようになされている。入口
ノズル２２および出口ノズル２６、およびバッフルプレ
ートの個数および形状は、導入される流れの種類、熱交
換要件、プロセス経費、などの多くの因子に依存した実
務者の好みの問題であることが十分に理解できよう。図
１に見られることに加えて、耐火物の破損時に殻体１２
を冷却して保護するために殻体１２は冷却ジャケット３
２を含んでいる。
【００１７】熱は殻体側流体から、管束１４の管側通路
３４を通って流れる管側流体へ熱交換される。この分野
で良く知られているように、管側通路３４は１以上の入
口ノズル３６と、管側流体を管２０に分配するとともに
その機械的支持を行う１つの入口管シート材３８と、出
口管シート材４０および１以上の出口ノズル４２とを含
む。
【００１８】取り付け、保守および製造を容易にするた
めに、管束１４は各端部を管シート材３８，４０で一体
化されて殻体側バッフルプレート３０，３０’を取り付
ける基部を形成している非分離形の管２０のユニットと
して一般に組み立てられる。必然的な殻体の熱膨張を許
容するための管束１４の支持手段は良く知られている。
典型的に管束１４の一端部だけが殻体１２に、例えば管
シート材４０にてボルト固定される。他端部は殻体１２
の内部を「遊動」するのであり、殻体１２はその膨張お
よび収縮のために膨張結合部を入口管３６に備えてい
る。
【００１９】バッフルプレート３０，３０’の支持手段
もまた良く知られている。バッフルプレート３０，３
０’は穿孔されて管束１４の管２０をスライド可能に受
け入れるとともに、その半径方向の整列状態を保持する
ようになされている。バッフルプレート３０，３０’は
複数の締付けロッド４５（図４〜図６を参照されたい）
によって長手方向に間隔を隔てられており、締付けロッ
ド４５はバッフルの穴を通り、該穴よりも大きな外径を
有する環状のスペーサ部材４７を通って延在されてい
る。この締付けロッド４５（２つの連結された部分とし
てが好ましい）は管束１４の長さに典型的に延在してお
り、また管シート材３８，４０の一方に一般に取り付け
られる。プレート３０，３０’およびスペーサ４７は交
互に締付けロッド４５に沿って介在される。したがって
スペーサ４７はバッフル３０，３０’を長手方向の位置
に保持し、バッフル３０，３０’の穿孔は管２０を相対
的に半径方向位置に保持する。ディスクおよびドーナツ
形のプレート３０，３０’はまた図１に見られるように
一般に交互とされ、管２０の外面を横切る高温ガスの横
断流れを増大させる。
【００２０】本発明によれば、円筒形の衝突分配器１
６，１０２が管束１４の周辺のまわりに取り付けられ
て、殻体側入口ノズル２２に近い殻体１２の内面４６か
ら間隔を隔てて支持される。分配器１６，１０２は環状
分配チャンネル４８形成して、流入する殻体側流体を殻
体側通路１８の入口４９へ均等に分配し、流入する高温
流体の最外列５０に対する直接的な衝突を軽減するよう
になす。
【００２１】本発明の衝突分配器１６，１０２は分配プ
レート５２を含み、そこに複数の穿孔が形成されてい
る。複数の長手方向に取り付けられた衝突バー５６，１
０４は外側列５０と穿孔５４に対向する分配プレート５
２の内面との間に配置される（図４〜図９を参照された
い）。穿孔５４は複数の長手方向のコラムとして配列さ
れ、また衝突バーは穿孔の各コラムと長手方向に整列さ
れて、そのほぼ全長に延在する。
【００２２】管列５０の外側管に対する衝突バー５６，
１０４の好ましい位置は、衝突バーの横断面の幾何形状
および管ピッチに依存する。凹形横断面を有する衝突バ
ーと円周ピッチを有する管とに関しては、衝突バー５６
は外側列５０の隣り合う管の間の長手方向間隙５７と整
列されて、図４〜図６および図１１〜図１２に見られる
ような間接的な流路５８を形成するようになすことが好
ましい。このようにして衝突バー５６は、衝突するガス
をその側方へ偏向させて間隙を通し、これにより最外管
に対する直接的な衝突を回避するように位置決めされる
ことができる。衝突バー５６の適当とされる横断面の例
は円形、楕円形、四角形、長円形などであり、円形横断
面が好ましい。細長い横断面が使用されるならば、平坦
面が穿孔コラムと長手方向に整列されることが好まし
い。
【００２３】これに代えて、凹形横断面を有する衝突バ
ーと円形ピッチを有する管とに関しては、衝突バー１０
４は図８、図１５〜図１６に見られるように外側列５
０’の隣り合う管と整列されることが望ましい。更に、
衝突バー１０４は、その凹形面１０６が穿孔コラムに対
向する分配プレート５２に向かって該コラムから間隔を
隔てて配向されるように配置される。このようにして、
衝突ガスは分配プレート５２で反射され、衝突バー１０
４の側部に沿って形成されている長手方向スロット１０
８を通して流される（図１５を参照されたい）。衝突バ
ー１０４と外側列５０’との間のこの空間的関係は、隣
り合う外側管の間隙１１２を通る間接的な流路１１０を
形成して、直接的な衝突流れを回避するようになす。衝
突バー１０４は長手方向に二分した管断面を有すること
が好ましい。
【００２４】特に図２〜図５、図７〜図８を参照すれ
ば、上側および下側のシールプレート６０，６２は分配
プレート５２の長手方向の上側および下側の反対端部の
近くに固定され、分配プレート５２から殻体１２の内面
４６の近くまで半径方向外方へ延在して高温ガス入口環
状路４８のそれぞれの端部に流体シールを形成するよう
になす。シールプレート６０，６２は溶接のような通常
手段によって分配プレート５２に固定される。シールプ
レート６０，６２（特に下側シールプレート６２）はそ
の自由面をガセット（図示せず）で補強され、及び／又
はそれに固定された隣接する補強リング（図示せず）で
補強されて、分配器１６の重量で座屈を生じるのを防止
するようになすことが好ましい。
【００２５】実施例１０の衝突バー５６は複数のガイド
リング７０により固定されることが好ましい。図３に見
られるように、衝突バー５６は一端部を上側ガイドリン
グ７０’に溶接して固定され、また自由端部６８はガイ
ドリング７０の他の開口を通してスライド可能に受け入
れられて、衝突バー５６を穿孔５４の列と整列させて保
持するとともに、ガイドリング７０に対する衝突バー５
６の熱膨張を許容するようになされる。
【００２６】ガイドリング７０，７０’は分配プレート
５２の長さに沿って間隔を隔てて固定され、そこから半
径方向内方へ向かって、外側管列５０の半径方向の輪郭
と等しい半径方向溝７４および舌部７６と、締付けロッ
ドスペーサ７４の半径に等しいノッチ８０とを含む内側
輪郭７２の位置まで延在して、管５０および締付けロッ
ド４５を受け入れるようになされることが好ましい。
【００２７】衝突バー１０４（図７〜図１０を参照され
たい）はナット１１６を有する複数のボルト１１４で分
配プレート５２に固定され、これにより凹面１０６が分
配プレート内面の近くで、その内面からスペーサ１１８
によって間隔を隔てられて、上述のように長手方向スロ
ット１０８を衝突バー１０４と分配プレート内面との間
に形成するように配置されるようになされることが好ま
しい。複数の規則的に長手方向に間隔を隔てられた凹部
１２０が衝突バー１０４に形成されて、ボルト１１４の
一般的に六角形のボルトヘッド１２２を受け入れるよう
になされることが好ましい。ボルト止めが行われたなら
ば、ナット１１６が溶接されて緩むのを防止することが
好ましい。
【００２８】１以上のバッフルプレート３０，３０’は
分配プレート５２の長手方向端部の間で管束１４から半
径方向外方へ延在する分配バッフル３０ａ，３０ｂであ
る。分配バッフルは、分配プレート５２の内面の近くに
周縁部ノッチ７８を備えた外形を有している。ノッチ７
８は衝突バー５６，１０４を横方向に受け入れて、分配
プレート５２に対して管束１４および締付けロッド４５
を半径方向に整列させて保持するようになす。使用され
る分配バッフルの個数および形状は実務者の好みの問題
であろう。
【００２９】本発明のデザインの実際例では、幾つかの
締付けロッド４５は管束１４の長さにほぼ延在してバッ
フルの構造支持体を形成し、また支持プレートは実施例
１０（図２〜図６を参照されたい）において衝突バーを
含むことができる。衝突バー５６と同様に、締付けロッ
ド４５は内側殻体壁と分配プレート５２との間で、穿孔
列と長手方向に整列され、また外側列５０の隣り合う管
の間の長手方向の間隙と長手方向に整列されて配置され
る。締付けロッドである衝突バーの個数は熱交換器１０
の機械的な支持設計基準に応じて決まる。
【００３０】分配器１６，１０２は、管束１４から半径
方向外方へ向かって分配プレート５２の下側端部より下
方の殻体１２の内面の近くまで延在した１つのバッフル
３０，３０’によって殻体１２の内部に支持されること
が好ましい。図１〜図３および図７に見られるように、
ドーナツ形分配プレート５２の長手方向端部の近くに長
手方向に配置されたドーナツ形バッフルプレートは上側
および下側の支持プレート３０’ａ，３０’ｂを形成し
て、下側支持プレート３０’ｂが下側シールプレート６
２に当接するようになす。冷えた状態では典型的に分配
器１６，１０２は一般に下側支持バッフル３０’ｂ（図
１〜図３および図７に見られるように）に対してのみ係
合するが、加熱状態ではシールプレート６０，６２は殻
体１２の耐火ライニング１３まで内壁４６に抗して膨張
する。
【００３１】管束１４の管２０の配向および構造材料の
ような他の設計上の特徴は、典型的に実務者の好みの問
題である。図６および図８に見られるように、互い違い
の管の配向が使用できる。
【００３２】特に図１１〜図１４および図１７〜図１８
を参照すれば、本発明の衝突分配器１６を含むメタノー
ルプラントのような典型的な廃熱回収の応用例に使用さ
れる管形熱交換器に関する流速ベクトルおよび温度の等
温線図がコンピュータでシミュレーションされて、衝突
分配器１６の衝突バー５６が使用されていない類似の応
用例と比較された。長手方向間隙５７の内部の管壁８２
に近い高温ガスの温度は、本発明の衝突バーが使用され
るときには同じ温度に実質的に保持されることが分か
る。したがって、本発明の分配器１６は熱交換器１０の
熱移動に実質的に干渉しない。しかしながら、衝突バー
５６の有無による穿孔５４に対して長手方向に整列され
た管８４の壁の等温線図の比較では（図９および図１２
に見られるように）、衝突バー５６が管壁によってみら
れる最大温度をかなり低下させることを示している（５
０゜Ｒ以上）。
【００３３】特に図１５〜図１６を参照すれば、衝突分
配器１０２を含むメタノールプラントのような典型的な
廃熱回収応用例に使用された管形熱交換器の速度ベクト
ルを知るために、コンピュータによるモデル化が行われ
た。熱交換器１００における熱移動は外側管５０’と干
渉せず、それに対する直接的な衝突は（小さな速度ベク
トルで示されるように）回避された。
【００３４】本発明の管形熱交換器１０，１００を運転
するために、熱を回収すべき高温排出ガスが集められ、
このガスは熱交換器１０の殻体側の入口ノズル２２へ導
かれて、衝突分配器１６の環状チャンネル４８を通って
分配される。分配チャンネル４８内でこのガスはまず衝
突バー５６，１０４に衝突し、外側管５０に対する直接
衝突から偏倚されて、管壁８４の温度を低下させる。流
入ガスからの熱は管２０を通して流れる冷たい管側流
体、一般にはボイラー給送水へ熱交換される。冷やされ
たガスはそのノッチ熱交換器１０の殻体１２から出口ノ
ズル２６の位置で取り出される。加熱されたボイラー給
送水は出口ノズル４２の位置で熱交換器１０から抜き出
される。
【００３５】本発明の管形熱交換器は前述した説明およ
び例のために示された。前述の説明は限定する図解でな
いことを意図している。何故なら、当業者にはこれに鑑
みて多くの各種の変化例が明白となるであろうからであ
る。特許請求の範囲に記載の範囲および精神に含まれる
そのような全ての変化例はこれにより包含されることを
意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】殻体側ガス入口における本発明の衝突分配器の
実施例を示す管形ボイラーの縦断面図。
【図２】衝突バー５６および支持ガイドリング７０を示
す図１の衝突分配器の拡大した縦断面図。
【図３】図２の衝突分配器の衝突バー、ガイドリング、
バッフルおよびシールプレートの詳細な縦断面図。
【図４】図３の衝突分配器の線４−４に沿うガイドリン
グの部分的平面図。
【図５】図３の衝突分配器の線５−５に沿う分配バッフ
ルの部分的平面図。
【図６】衝突分配器および管列を示す図２の熱交換器の
線６−６に沿う部分的平面図。
【図７】分配プレート内面にボルト止めされてその内面
から間隔を隔てられた衝突バー１０２を示す本発明の衝
突分配器の他の実施例の詳細な縦断面図。
【図８】外側管列の管と整列された衝突バー１０４を示
す図７の衝突分配器の線８−８に沿う分配バッフルの部
分的平面図。
【図９】衝突バー１０４を示す図７の詳細図。
【図１０】分配プレート内面の近くに間隔を隔てられた
凹面１０６を示す図９の衝突バー１０４の線１０−１０
に沿う平面図。
【図１１】図１〜図６の衝突分配器の実施例で定められ
た間接的な流路５８を示す、合成（ｓｙｎｇａｓ）ガス
の発生における第２の改質装置の下流側に使用された廃
熱ボイラーにおける流入ガスのコンピュータによりシミ
ュレーションした等温線の分布（１８００〜２０８０゜
Ｒ）を示す図面。
【図１２】衝突バー５６に対する衝突を示す図１１の間
接的な流路５８における流入ガスの速度ベクトルを示す
図面。
【図１３】管壁８４に対する流入ガスの直接的な衝突を
最少限に止めるために衝突バー５６を使用した図１１の
管壁８４の等温線図を示す図面。
【図１４】図７〜図１０の衝突分配器により定められた
間接的な流路１１４を示す、合成ガスの発生における第
２の改質装置の下流側に使用された廃熱ボイラーにおけ
る流入ガスのコンピュータによりシミュレーションした
速度ベクトルを示す図面。
【図１５】図１４の廃熱ボイラーにおけるコンピュータ
によりシミュレーションした等温線図を示す図面。
【図１６】衝突分配器に衝突バーを使用しない（従来技
術）で合成ガスの発生における改質装置の下流側に使用
された従来技術の廃熱ボイラーにおける流入ガスのコン
ピュータによりシュミレーションした等温線の分布（１
８００〜２０８０゜Ｒ）を示す図面。
【図１７】図１６の従来技術のボイラーにおける流入ガ
スの速度ベクトルを示す図面（従来技術）。
【図１８】図１６の従来技術のボイラーにおける流入ガ
スが直接に衝突する管壁の等温線図を示す図面（従来技
術）。
【符号の説明】
１０，１００ 廃熱回収ボイラー １２ 殻体 １４ 管束 １６，１０２ 衝突分配器 １８ 殻体側通路 ２０ 管 ２２ 殻体側流体の入口ノズル ２４ 殻体側流体 ２６ 殻体側流体の出口ノズル ３０，３０’ バッフルプレート ３４ 管側通路 ３６ 管側流体の入口ノズル ４２ 管側流体の出口ノズル ４５ 締付けロッド ４７ スペーサ部材 ４８ 環状分配チャンネル ５２ 分配プレート ５４ 穿孔 ５６，１０４ 衝突バー ５８，１１０ 間接的流路 ７０ ガイドリング ８４ 管
フロントページの続き (72)発明者 ロイド エドワード シズマー アメリカ合衆国テキサス州ミズーリ シテ ィー，オイスター コーブ 3311 (72)発明者 ロバート スチーブンス バーリンゲーム アメリカ合衆国テキサス州ヒューストン, ハンチントン イーステイツ ドライブ 10419

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱交換器を通る管側流体を流すためにシ
    ェルすなわち殻体の内部に全体的に長手方向に配置され
    ている管束と、 管束の周囲に配置されて殻体内面から間隔を隔てられて
    いる円筒形分配プレートで形成された環状分配チャンネ
    ルに流体連通されている殻体側入口と、 環状チャンネルから流体を分配し、管束を通し管外面を
    横切って殻体側流体出口へ流すために分配プレートに形
    成されている複数の穿孔と、 管束における外側管の列（ｂａｎｋ）および分配プレー
    ト内面の間に配置されており、穿孔を通って流れる流体
    が衝突し、高温ガスが管に直接当たるのを防止するため
    に、該穿孔の各々に対向されている複数の衝突バーとを
    含む管形熱交換器。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の管形熱交換器であっ
    て、穿孔が長手方向の複数の列に配置されており、衝突
    バーは穿孔の各列と長手方向に整列されてその全体的長
    さに延在している管形熱交換器。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の管形熱交換器であっ
    て、 分配チャンネルの反対各端部に備えられ、分配プレート
    から殻体内面の近くまで半径方向外方へ延在する第１お
    よび第２の環状シールプレートを含んでいる管形熱交換
    器。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載の管形熱交換器であっ
    て、 管束から分配プレート内面の近くまで半径方向外方へ延
    在する１つ以上の分配バッフルと、 衝突バーを半径方向に受け入れ、分配プレートおよび衝
    突バーに対して管束を半径方向に整列させて保持するた
    めに分配バッフルの外形に形成されたノッチとを含んで
    いる管形熱交換器。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の管形熱交換器であっ
    て、衝突バーが外側列における隣り合う管の長手方向の
    間隙と整列されている管形熱交換器。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の管形熱交換器であっ
    て、 分配プレートに固定され、そこから半径方向内方へ延在
    する複数の長手方向に間隔を隔てられたガイドリング
    と、 ガイドリングに形成されており、衝突バーをそれぞれの
    分配プレートと半径方向に整列させて保持するように受
    け入れる長手方向の穴とを含んでいる管形熱交換器。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の管形熱交換器であっ
    て、ガイドリングが外側管列の形状に対応した内面形状
    を有している管形熱交換器。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の管形熱交換器であっ
    て、少なくとも幾つかの衝突バーが管束の長さを全体的
    に延在する締付けロッドを含んでいる管形熱交換器。
  9. 【請求項９】 請求項４に記載の管形熱交換器であっ
    て、衝突バーが分配プレートの内面の近くに該内面から
    間隔を隔てて配置されており、また衝突バーが外側列の
    隣り合う管と整列されている管形熱交換器。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の管形熱交換器であっ
    て、衝突バーがボルトによって分配プレートに取り付け
    られており、スペーサによって分配プレート内面から間
    隔を隔てられている管形熱交換器。
  11. 【請求項１１】 長手方向の管束を有し、それぞれ管側
    および殻体側の流体入口および出口を含む耐火ランナー
    張りの円筒形殻体と、 管束における管をスライド可能に受け入れ、半径方向に
    整列させて保持するために穿孔された複数のバッフルで
    あって、該バッフルの穴を通る締付けロッドおよび該穴
    よりも大きな外径を有する環状スペーサ部材によって長
    手方向に間隔を隔てられているバッフルと、 管束のまわりに配置され、殻体内面から半径方向に間隔
    を隔てられて殻体側流体入口と流体連通した高温ガス入
    口環状路を形成するようになされている円筒形分配プレ
    ートと、 分配プレートの長手方向に反対両側の上下端部に接近し
    て固定され、そこから殻体内面の近くまで半径方向外方
    へ延在して高温ガス入口環状路の各端に流体シールを形
    成するようになされている上下のシールプレートとを含
    んでいて、 バッフルの１つは管束から分配プレート下端より下方の
    殻体内面の近くまで半径方向外方へ延在して、その上面
    に分配プレートを支持するようになされた支持バッフル
    であり、 また間隔を隔てた長手方向の列として配置された分配プ
    レートに形成されている複数の穿孔と、 管束外周面および分配プレート内面の近くに配置され、
    配列されたそれぞれの穿孔と整列されて対向されている
    複数の長手方向の衝突バーであって、該穿孔を通って流
    れる高温ガスがそれぞれの衝突バーに直接当たった後に
    隣り合う衝突バー間を通って管束内へ流れるようにする
    ための衝突バーとを含んでいて、 １つ以上のバッフルが分配プレートの長手方向両端の間
    で管束から半径方向外方へ延在する分配バッフルであ
    り、衝突バーを横方向に受け入れて、この衝突バーおよ
    び分配プレートに対して管束および締付けロッドを半径
    方向に整列させて保持するために、分配プレート内面に
    接近して周縁ノッチを有する外形を備えている廃熱ボイ
    ラー。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のボイラーであっ
    て、バッフルの１つが管束から分配プレート上端より上
    方の殻体内面の近くまで半径方向外方へ延在している支
    持バッフルであり、上下の支持バッフルの間で分配プレ
    ートを垂直に位置決めするようになされた廃熱ボイラ
    ー。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のボイラーであっ
    て、管は分配プレートと同芯の円形パターンで配列され
    ている廃熱ボイラー。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載のボイラーであっ
    て、幾つかの衝突バーが締付けロッドであって、分配プ
    レートの穿孔が最外列における隣り合う管の間隙と整列
    されており、穿孔と対向された衝突バーおよび締付けロ
    ッドが分配プレートと同芯の円形パターンで配列されて
    いる廃熱ボイラー。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載のボイラーであっ
    て、分配プレートの長さに沿って間隔を隔てられて固定
    され、そこから管束および締付けロッドの半径方向の輪
    郭に対応した内側輪郭まで半径方向内方へ延在している
    複数のガイドリングであって、衝突バーを受入れ、配列
    された穿孔と整列させて保持するように穿孔を形成され
    ているガイドリングを含んでいる廃熱ボイラー。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のボイラーであっ
    て、衝突バーがガイドリングの１つに固定されるととも
    に他のガイドリングの穿孔にスライド可能に受け入れら
    れ、長手方向の熱膨張を許容するようになされた廃熱ボ
    イラー。
  17. 【請求項１７】 請求項１３に記載のボイラーであっ
    て、衝突バーが分配プレートの内面の近くに該内面から
    間隔を隔てて配置された凹面を有しており、また分配プ
    レートの穿孔が最外列の隣り合う管と整列されている廃
    熱ボイラー。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載のボイラーであっ
    て、衝突バーがボルトによって分配プレートに取り付け
    られており、スペーサによって分配プレート内面から間
    隔を隔てられている廃熱ボイラー。
  19. 【請求項１９】 請求項１２に記載のボイラーであっ
    て、バッフルがディスクおよびドーナツ形状をしてお
    り、支持バッフルがドーナツを含んでいる廃熱ボイラ
    ー。
  20. 【請求項２０】 請求項１９に記載のボイラーであっ
    て、分配バッフルがディスクを含んでいる廃熱ボイラ
    ー。
  21. 【請求項２１】 管側流体を熱交換器に通して流すよう
    に殻体内に全体的に長手方向に配置されている管束を有
    する管形熱交換器において高温ガスから廃熱を回収する
    方法であって、（ａ）殻体側入口と流体連通され、また
    管束のまわりに該内面から間隔を隔てて配置された円筒
    形の分配プレートで形成された管形熱交換器の環状分配
    チャンネルに高温ガスを導く段階と、（ｂ）高温ガスを
    環状分配チャンネルから分配プレートに形成されている
    複数の穿孔を通し、管束を通し管外面を横切って、そし
    て殻体側ガス出口へ分配する段階と、（ｃ）穿孔を通し
    て流れる流体を管束の外側管の列と衝突バーの面が穿孔
    に面している分配プレート内面との間に配置された複数
    の衝突バーに衝突させる段階と、（ｄ）分配プレートで
    分配されるガスから管束を通して流れる流体へ熱を伝え
    る段階と、（ｅ）冷却したガスを殻体側出口から抜き出
    し、加熱された流体を管側出口から抜き出す段階とを含
    む廃熱を回収する方法。
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