JPH09145292A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チューブプレートに接合されたチューブ内に
高温ガスを流して冷却水または媒体により冷却するよう
にした熱交換器において、チューブとチューブプレート
の取付部分に高熱応力が発生しないように効果的に冷却
可能に構成した熱交換器を提供する。 【解決手段】 高温ガスが流れるチューブ２を冷却する
容器１と、高温ガスが導入される容器１０の間には、チ
ューブプレート８と支持プレート７によって水室空間が
形成されている。この水室空間内には水室隔離板２０が
設けられている。チューブ２は下端をチューブプレート
８に溶接され、水室隔離板２０と支持プレート７を貫通
して上方に伸びている。水室隔離板２０とチューブ２の
間には間隙ａがあり、水室隔離板２０の上方に導管９か
ら導入された冷却水は間隙ａを通って下方に流れチュー
ブプレート８とチューブ２の溶接部等を効果的に冷却し
たのち冷却水逃し管２１を通って上方に吹出しチューブ
２を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温ガス（１００
０°〜１５００℃）を冷却水やその他の媒体で冷却する
ための熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】１０００°〜１５００℃の高温ガスのた
めの冷却用熱交換器の例として、特公昭６３−２１１１
４号公報に示されたものがある。その熱交換器の構成を
図２に示してある。これを説明すると、容器１内にチュ
ーブ２が収容されており、チューブ２は下端をチューブ
プレート８に、上端をガス収集のための部屋４に連結さ
れている。

【０００３】容器１の下には、ガス供給室１１を形成す
る容器１０が設けられ、容器１と容器１０の間には、下
からチューブプレート８、支持プレート７の順に設けら
れた構造となっている。ガス供給室１１は絶縁層１３で
囲まれ、供給チューブ１２から冷却すべき高温ガスが供
給される。

【０００４】チューブプレート８と支持プレート７の間
の水室空間１４には導管９からその開口１５を経て冷却
水が供給され、チューブ２が貫通している支持プレート
７の開口６を通って容器１内へ流入する。下端をチュー
ブプレート８に溶接されたチューブ２は前記したように
支持プレート７の開口６を一定の隙間をもって貫通し、
またチューブプレート８は支持プレート７に溶接されて
いる。

【０００５】また、チューブ２は応力緩和用のチューブ
支持用のリングにより支持プレート７に取付けられ、そ
のリングはチューブ２と支持プレート７の隙間を一定に
保つような構造となっている。図１の熱交換器は以上の
ような構成にすることによりチューブ２と、チューブプ
レート８と支持プレート７を効果的に冷却するようにし
ている。なお、冷却されたガスは吐出口５から、ガスを
冷却した後の冷却水は吐出口３から容器１の外へ排出さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記したような１００
０°〜１５００℃の高温ガスを冷却する熱交換器の場
合、チューブプレート８は温度差のため高い熱応力を受
ける。そのためチューブプレート８を２０〜２５mm以上
の肉厚にすることは出来ない。そのため冷却水または媒
体側の圧力を高温ガス側と同じにする対策が講じられる
が、チューブプレートの冷却を均一にすることが難し
く、また高温ガス冷却用容器とチューブプレートとの接
合部に高熱応力が発生する不具合がある。

【０００７】これらの問題の解決方策として前記特公昭
６３−２１１１４号に示されたものでは、特別なチュー
ブ支持のリングを備えた支持プレート７と、高温ガスに
よる高熱応力対策用薄肉のチューブプレート８を設け、
支持プレート７とチューブプレート８によって形成され
る空間１４に冷却水または媒体を供給するように構成し
ている。

【０００８】本発明は、前記したようなチューブプレー
トに接合されたチューブ内に高温ガスを流して冷却水ま
たは媒体により冷却するようにした熱交換器において、
チューブ支持のための特別なリング等を用いることなし
に、チューブとチューブプレートの取付部分に高熱応力
が発生しないように効果的に冷却可能に構成した熱交換
器を提供することを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決するために、支持プレートとチューブプレートの間
の冷却空間に水室隔離板を設け、この水室隔離板と支持
プレートの間の水室空間に冷却水または媒体を供給する
ように構成する。チューブは、支持プレートを貫通して
一定長さのところで支持プレートに溶接する。

【００１０】このチューブの高温ガス側端部（下端）は
薄肉のチューブプレートに溶接で取付ける。更に、前記
した水室隔離板に設けられチューブが貫通する開口とチ
ューブとの間には、冷却水または媒体が一定以上の流速
で流れるようにする間隙を設ける。

【００１１】このようにして、水室隔離板と支持プレー
トの間の水室空間に供給された冷却水または媒体は、前
記した間隙を通って水室隔離板とチューブプレートとで
形成される空間へ流れるようにする。また、この水室隔
離板とチューブプレートの間の空間へ流出した冷却水ま
たは媒体を、チューブ冷却のため上方へ導くチューブと
平行な冷却水逃し管を設ける。

【００１２】本発明による熱交換器では前記したように
支持プレートとチューブプレートとの間の水室空間に水
室隔離板を設け、その水室隔離板に設けられた穴と、そ
こを通るチューブとの間には一定の狭い間隙を保つよう
に構成されているので、支持プレートと水室隔離板によ
って形成される空間と、水室隔離板とチューブプレート
によって形成される空間との間には一定の差圧をもつこ
とになる。

【００１３】従って、冷却水または媒体は、このチュー
ブと水室隔離板の穴との間に設けられた狭い間隙を一定
の速度以上でチューブプレートの方向にチューブに添っ
て吹出す。この後、冷却水または媒体はチューブに添っ
て薄膜状にチューブを効果的に冷却しながら流れ、チュ
ーブプレートに衝突する。その結果、チューブプレート
及びチューブプレートとチューブの溶接部（強度上の弱
い部分）を効果的に冷却する。

【００１４】そのあと水冷水または媒体は水室隔離板と
支持プレートとの間に設けられた冷却水逃し管を通って
上方のチューブ冷却空間へ流れる。このように、本発明
の熱交換器では、チューブ支持のための特別なリング等
を用いることなく、高温ガス冷却に適応可能な構成とな
っている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による熱交換器につ
いて図１に示した実施の形態に基づいて具体的に説明す
る。なお、以下の実施の形態において、図２に示した従
来の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にするため同
じ符号を付してある。

【００１６】図１に示されたこの熱交換器は、図２に示
された熱交換器と同様、高温ガスを冷却するガス用チュ
ーブ２と、冷却されたガスを一時収容する部屋４と、冷
却水等の吐出口３、及び冷却後のガスを排出する排出口
５とを備えた容器１、及び高温ガスを一時収容するガス
供給室１１と、ガス用チューブ２を支える支持プレート
７と、冷却水とガスを隔離するチューブプレート８とを
備えた容器１０を有している。

【００１７】図１の熱交換器では支持プレート７とチュ
ーブプレート８との間に形成された水室空間を２つに分
離する水室隔離板２０が設けられている。水室隔離板２
０にはチューブプレート８に端部を取付けられたチュー
ブ２が貫通する穴が設けられ、その穴はチューブ２との
間に狭い間隙ａが形成される大きさである。

【００１８】また、水室隔離板２０とチューブ支持プレ
ート７との間には冷却水逃し管２１がチューブ２と平行
して貫通し、水室隔離板２０の下の水室空間を支持プレ
ート７の上方の空間に連通している。その他の構成は図
２に示したものと実質同じである。

【００１９】以上の構成をもつ図１の熱交換器におい
て、高温ガスは高温ガス供給管１２を通り熱絶縁体１３
でシールドされた容器１０のガス供給室１１へ流れ込
み、チューブプレート８に下端を溶接されたチューブ２
へ流れる。冷却水は導管９よりチューブ支持プレート７
と水室隔離板２０により形成された空間へ導入される。

【００２０】冷却水は、チューブ支持プレート７と水室
隔離板２０の間の空間からチューブ２と水室隔離板２０
の穴の間の均一な間隙ａを通って、水室隔離板２０とチ
ューブプレート８により形成される空間へ流入する。こ
の際、チューブ２のチューブプレート側とチューブプレ
ート８を効果的に冷却しながら冷却水の逃し管２１を経
て容器１内へ吹出す。

【００２１】水室隔離板２０の穴とチューブ２との間の
間隙ａの大きさは一例として３〜５mmとする。この間隙
ａの大きさは間隙ａを流れる流速を２〜５m/s に設定す
ることから決められている。実際の流速は、チューブ２
とチューブプレート８の取付部の表面温度を測定し材料
の許容応力内に冷却されるように設定され、その結果と
して間隙ａが決定される。

【００２２】以上のように、図１に示された熱交換器で
は、支持プレート７とチューブプレート８との間の水室
空間に水室隔離板２０を設け、その水室隔離板２０に設
けられた穴と、そこを通るチューブ２との間には一定の
狭い間隙ａを保つように構成されているので、冷却水は
この間隙ａをチューブプレート８の方向にチューブ２に
添って吹出す。

【００２３】その後、冷却水はチューブ２に添って薄膜
状にチューブ２を効果的に冷却しながら流れ、チューブ
プレート８に衝突する。このようにして、チューブプレ
ート８及びチューブプレート８とチューブ２の溶接部を
効果的に冷却することができる。

【００２４】以上、本発明を図示した実施の形態に基づ
いて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず特
許請求の範囲に示す本発明の範囲内でその具体的構成に
種々の変更を加えてよいことは言うまでもない。 例え
ば、上記実施形態では冷却水を用いているが、水以外の
冷却媒体を用いてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による熱交
換器ではチューブ支持プレートとチューブプレートとの
間の水室空間に水室隔離板を設け、この水室隔離板をチ
ューブが貫通する穴とチューブの間に間隙を形成させて
おり、チューブ支持プレートと水室隔離板により形成さ
れた水室空間に導入された冷却水または媒体は、その水
室空間より水室隔離板に設けられたチューブ冷却用の均
一な間隙を経て一定以上の速度で流出されることにより
効果的にチューブの当該部を冷却する。

【００２６】前記したようにチューブのまわりの間隙か
ら水室隔離板の下の空間に吹出した冷却水はチューブに
添ってチューブプレートに衝突するように流れ、その結
果、チューブプレートとチューブの溶接部を効果的に冷
却することができる。チューブプレートに衝突した冷却
水はその後チューブプレートに添ってチューブプレート
を冷却しながら流れ、水室隔離板と支持プレートとの間
に設けられた冷却水逃し管を経て支持プレートよりチュ
ーブの長手方向に吹出す。その結果、チューブ内の高温
ガスを効率良く冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態による熱交換器を示す側
面図で、その下半部を断面で示している。

【図２】従来の熱交換器を示す図１と同様の側面図。

【符号の説明】

１ 容器 ２ チューブ ３ 吐出口 ５ 吐出口 ７ チューブ支持プレート ８ チューブプレート ９ 導管 １０ 容器 １１ ガス供給室 １２ 高温ガスの供給チューブ １３ 絶縁層 ２０ 水室隔離板 ２１ 冷却水逃し管 ａ 間隙

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年１２月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】また、チューブ２は応力緩和用のチューブ
支持用のリングにより支持プレート７に取付けられ、そ
のリングはチューブ２と支持プレート７の隙間を一定に
保つような構造となっている。図２の熱交換器は以上の
ような構成にすることによりチューブ２と、チューブプ
レート８と支持プレート７を効果的に冷却するようにし
ている。なお、冷却されたガスは吐出口５から、ガスを
冷却した後の冷却水は吐出口３から容器１の外へ排出さ
れる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス供給室１１と、冷却される高温ガス
   が同ガス供給室から流れるガス用チューブ２と、冷却水
   または媒体の吐出口３並びに高温ガス吐出口５を備える
   高温ガス冷却用容器１と、前記ガス用チューブ２を支え
   るチューブ支持プレート７と、冷却水または媒体と高温
   ガスを隔離するチューブプレート８と、同チューブプレ
   ート８を効果的に冷却するための水室隔離板２０と、前
   記チューブ支持プレート７とチューブプレート８との間
   の水室空間に冷却水または媒体を導くための導管９とで
   構成した高温ガスを冷却する熱交換器であって、高温ガ
   ス側から前記チューブプレート８、水室隔離板２０、支
   持プレート７の順に配置し、前記導管９は冷却水または
   媒体を前記水室隔離板２０と前記支持プレート７との間
   の水室空間に供給するように接続されており、前記ガス
   用チューブ２と前記水室隔離板２０の間には、一定以上
   の速度で冷却水または媒体を流して前記チューブプレー
   ト８並びに前記チューブ２のチューブプレート８への取
   付部を冷却する間隙ａを具備し、同取付部冷却後の冷却
   水または媒体を吹出して前記チューブ２を冷却するよう
   同チューブ２と平行に配置した冷却水逃し管２１を有す
   ることを特徴とする熱交換器。