JPH10267567A

JPH10267567A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH10267567A
Application number: JP7855797A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Mochida; 芳雄餅田; Akira Nemoto; 晃根本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】石炭焚高温炉に適用可能な高温での信頼性に優
れたものを提供する。【解決手段】伝熱管２１は、同心状に配置された内側お
よび外側円筒２３，２２と、これら内外円筒２３，２２
の間に同心状に挿入された中間円筒２４とを備え、この
中間円筒２４と内外円筒２３，２２により被加熱流体が
流通する内側および外側環状流路３３，３２が形成さ
れ、内外円筒２３，２２および中間円筒２４の下端がそ
れぞれ管板２７，２５，２６に固定される一方、内外円
筒２３，２２の上端が円環状の上半部に形成された蓋２
８により閉塞され、伝熱管２１が容器内に一定間隔で設
けられたバッフル板２９で支持された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば石炭間接焚
コンバインドサイクル発電プラントに適用される高温用
の熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球環境問題が国際的に重要な課題とな
っている中で、今後とも世界的なエネルギー需要は増加
し、これに伴って石炭の需要は大きく伸びると予想され
る。石炭を燃料とする場合、環境と調和した効率的な発
電システムを構築することが必要であり、石炭間接焚コ
ンバインドサイクル発電プラントは、これに応えるもの
として注目されている。

【０００３】図１４は石炭間接焚コンバインドサイクル
発電プラントの構成を示す系統図である。図１４に示す
ように、空気１は圧縮機１１によって圧縮され、圧縮空
気として石炭焚高温炉１２に導かれる。この石炭焚高温
炉１２では、空気予熱器１５で予め加熱された燃焼用空
気３によって石炭２を燃焼させ、この燃焼で発生した高
温の燃焼ガスによって圧縮空気を加熱する。そして、加
熱され高温となった圧縮空気はガスタービン１３で仕事
をして発電機１９ａを駆動させた後、排熱回収ボイラ１
４に導かれて、蒸気タービンサイクル用の蒸気発生に用
いられた後、空気予熱器１５にて燃焼用空気３を予熱
し、煙突１８へと至る。

【０００４】一方、石炭焚高温炉１２で発生した燃焼ガ
スは、圧縮空気を加熱した後、排熱回収ボイラ１４にて
ガスタービン１３の排気とともに、蒸気タービンサイク
ル用の蒸気発生に用いられた後、煙突１８へと至る。ま
た、排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気は、蒸気タービ
ン１６で仕事をして発電機１９ｂを駆動させた後、復水
器１７に入る。

【０００５】石炭焚高温炉１２は、管外を流れる１５０
０℃を越える高温の燃焼ガスと管内を流れる高圧（３Ｍ
Ｐａ）の圧縮空気を熱交換する熱交換器であり、伝熱管
温度は１０００℃を越える。この熱交換器には、圧縮空
気の圧力が高いことから、直管またはＵ字管から構成さ
れる多管式熱交換器が用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、多管式熱交
換器の伝熱管形式としては、直管を用いることが多く、
圧力が高い圧縮空気を管内側に、燃焼ガスを管外（胴
側）にそれぞれ配置するとともに、伝熱管両端を管板ま
たはへッダーに固定している。したがって、直管形の場
合は、伝熱管の温度が上がると伝熱管は伸びるが、伝熱
管が管板またはへッダーにより両端を拘束されているた
め、座屈あるいは過大な熱応力により破損する恐れがあ
る。

【０００７】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、石炭焚高温炉に適用可能な高温での信頼性に
優れた熱交換器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１は、容器内に多数の伝熱管を有
し、この伝熱管内を流通する被加熱流体を、前記容器内
に加熱流体を流通させて熱交換する熱交換器において、
前記伝熱管は、同心状に配置された内側および外側円筒
と、これら内外円筒の間に同心状に挿入された中間円筒
とを備え、この中間円筒と前記内外円筒により前記被加
熱流体が流通する内側および外側環状流路が形成され、
前記内外円筒および前記中間円筒の下端がそれぞれ管板
に固定される一方、前記内外円筒の上端が円環状の上半
部に形成された蓋により閉塞され、前記伝熱管が前記容
器内に一定間隔で設けられたバッフル板で支持されたこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項２は、容器内に多数の伝熱管を有
し、この伝熱管内を流通する被加熱流体を、前記容器内
に加熱流体を流通させて熱交換する熱交換器において、
前記伝熱管は、同心状に配置された内側および外側円筒
と、これら内外円筒の間に同心状に挿入された中間円筒
とを備え、この中間円筒と前記内外円筒により前記被加
熱流体が流通する内側および外側環状流路が形成され、
前記内外円筒および前記中間円筒の上端がそれぞれ管板
に固定される一方、前記内外円筒の下端が円環状の下半
部に形成された蓋により閉塞され、前記伝熱管が前記容
器内に一定間隔で設けられたバッフル板で支持されたこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項３は、請求項１または２記載の外側
円筒の外周面にフィンを設けたことを特徴とする。

【００１１】請求項４は、請求項１または２記載の外側
円筒の外周面に熱放射エネルギーを選択的に吸収する選
択吸収面を設けたことを特徴とする。

【００１２】請求項５は、容器に多数の伝熱管が設けら
れた熱交換器において、前記伝熱管は、同心状に配置さ
れた内側および外側円筒と、これら内外円筒の間に同心
状に挿入された中間円筒と、前記外側円筒の外側に同心
状に配置された最外周管とを備え、前記内外円筒と前記
中間円筒により内側および外側環状流路が形成されると
ともに、前記外側円筒と前記最外周管との間に最外側環
状流路が形成され、前記内外円筒，前記中間円筒および
前記最外周管の下端がそれぞれ管板に固定される一方、
前記内外円筒の上端が円環状の上半部に形成された第１
の蓋により閉塞されるとともに、前記最外周管の上端が
半球形の第２の蓋により閉塞されたことを特徴とする。

【００１３】請求項６は、請求項５記載の熱交換器にお
いて、最外周管を固定する管板と外側円筒を固定する管
板との間に形成された水室部の容器側面に最外側環状流
路から流出する流体の出口座を、内側円筒を固定する管
板の下部の水室にその流体の入口座をそれぞれ設けたこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項７は、請求項５記載の熱交換器にお
いて、最外周管を固定する管板と外側円筒を固定する管
板との間に形成された水室部を仕切板にて分割するとと
もに、各分割した水室部の容器側面に前記最外周管と前
記外側円筒とから形成される環状流路を流れる流体の出
入口座を設けたことを特徴とする。

【００１５】請求項８は、請求項５記載の熱交換器にお
いて、外側円筒を固定する管板と中間円筒を固定する管
板との間に形成された水室部を仕切板にて分割するとと
もに、各分割した水室部の容器側面に前記外側円筒と前
記中間円筒にから形成される環状流路を流れる流体の出
入口座を設けたことを特徴とする。

【００１６】請求項９は、請求項５記載の熱交換器にお
いて、中間円筒を固定する管板と内側円筒を固定する管
板との間に形成された水室部を仕切板にて分割するとと
もに、各分割した水室部の容器側面に前記中間円筒と前
記外側円筒とから形成される環状流路を流れる流体の出
入口座を設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項１０は、請求項５記載の熱交換器に
おいて、内側円筒を固定する管板下部に設けた水室部を
仕切板にて分割するとともに、各分割した水室部の容器
底面に前記内側円筒により形成される管状流路を流れる
流体の出入口座を設けたことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００１９】図１は本発明に係る熱交換器の第１実施形
態を示す概略縦断面図、図２は第１実施形態の熱交換器
を構成する伝熱管を示す拡大図、図３は図２のＡ−Ａ線
断面図である。なお、図１では多数の伝熱管のうち一部
を示している。

【００２０】図１に示すように、円筒状の容器である熱
交換器２０内には、多数の伝熱管２１が設置され、この
伝熱管２１内を被加熱流体が流通する一方、伝熱管２１
外に加熱流体が流通して両者が熱交換される。この伝熱
管２１は外側円筒２２、内側円筒２３および中間円筒２
４から構成されており、これら３つの円筒２２，２３，
２４はいずれも同心状で、同一の高さに配置されてい
る。そして、中間円筒２４は、外側円筒２２と内側円筒
２３との間に配置されている。

【００２１】外側円筒２２，中間円筒２４および内側円
筒２３の下端は、それぞれ熱交換器２０下部に配置され
た外側円筒用管板２５，中間円筒用管板２６および内側
円筒用管板２７に取り付けられ、外側円筒２２と内側円
筒２３の上端にはそれら両端を連結する円環状の上半部
（半ドーナツ状）に形成された第１の蓋としての蓋２８
が取り付けられている。熱交換器２０には、管軸方向に
一定の間隔でバッフル板２９が複数設置されており、伝
熱管２１はこれらバッフル板２９を貫通して支持されて
いる。

【００２２】また、熱交換器２０の下部には、被加熱流
体が供給される２つの被加熱流体入口座３０が設けられ
るとともに、被加熱流体を排出する２つの被加熱流体出
口座３５が設けられている。そして、熱交換器２０に
は、外側円筒用管板２５と中間円筒用管板２６とで内側
水室３１が形成されるとともに、中間円筒用管板２６と
内側円筒用管板２７とで中間水室３４が形成される。

【００２３】さらに、熱交換器２０は、図２および図３
に示すように外側円筒２２と中間円筒２４とで外側環状
流路３２が形成されるとともに、中間円筒２４と内側円
筒２３とで内側環状流路３３が形成されている。

【００２４】一方、外側円筒用管板２５の上部の胴側に
は、加熱流体が供給される加熱流体入口座３６が設けら
れ、また内側円筒２３内には管状流路３７が形成され、
この管状流路３７が内側円筒用管板２７の下部に設けた
外側水室３８と連通され、この外側水室３８と連通する
加熱流体出口座３９が熱交換器２０の底部に設けられて
いる。

【００２５】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００２６】伝熱管２１内を流れる被加熱流体は、被加
熱流体入口座３０から外側円筒用管板２５と中間円筒用
管板２６とで形成される内側水室３１に入り、その内側
水室３１からさらに各伝熱管２１の外側円筒２２と中間
円筒２４とから形成される外側環状流路３２に入り、こ
の外側環状流路３２を上昇する間に被加熱流体は管外の
加熱流体により加熱され温度上昇する。

【００２７】蓋２８まで達した被加熱流体は、この部分
でＵターンして、中間円筒２４と内側円筒２３とで形成
される内側環状流路３３を下降しながらさらに加熱流体
により加熱される。そして、内側環状流路３３下部まで
達した被加熱流体は、中間円筒用管板２６と内側円筒用
管板２７とで形成される中間水室３４に入った後、被加
熱流体出口座３５を経て熱交換器２０から排出される。

【００２８】一方、加熱流体は、外側円筒用管板２５の
上部の胴側に設けた加熱流体入口座３６から器内に入
り、伝熱管２１群を直交して流れる間に管内の被加熱流
体を外側円筒２２を介して加熱しながら、複数のバッフ
ル板２９を経て順次上方へと向かう。伝熱管２１群頂部
に達した加熱流体は、次に内側円筒２３内の管状流路３
７を下向きに流れながら内側円筒２３を介して被加熱流
体を加熱した後、外側水室３８を経て加熱流体出口座３
９より器外へと排出される。

【００２９】このように本実施形態によれば、外側円筒
２２，内側円筒２３および中間円筒２４の下端は、それ
それ管板２５，２６，２７に固定されているものの、上
端については、外側円筒２２と内側円筒２３とは蓋２８
を介して閉塞される一方、中間円筒２４は固定されてお
らず完全に自由である。

【００３０】これにより、外側円筒２２と内側円筒２３
の温度が上昇し、これら両部材に熱伸び差が発生して
も、蓋２８が緩衝材となって発生する熱応力を従来に比
べ大幅に低減できるので、高温用熱交換器に不可欠な高
い信頼性を実現することができる。

【００３１】なお、上記説明では、被加熱流体を外側環
状流路３２から内側環状流路３３ヘと流通させたが、逆
に内側環状流路３３から外側環状流路３２へと、また加
熱流体を管外に、被加熱流体を管内に配置したが、これ
らを逆に配置しても同様の効果が得られることは明白で
ある。

【００３２】図４は本発明に係る熱交換器の第２実施形
態を示す概略縦断面図である。なお、前記第１実施形態
と同一または対応する部分には同一符号を付して説明す
る。以下の各実施形態も同様である。

【００３３】図４に示すように、外側円筒２２，中間円
筒２４および内側円筒２３の上端は、それぞれ熱交換器
２０の上側に配置された外側円筒用管板２５，中間円筒
用管板２６および内側円筒用管板２７に取り付けられ、
外側円筒２２と内側円筒２３の下端には両端を連結する
円環状の下半部（半ドーナツ状）に形成された蓋２８が
取り付けられている。

【００３４】また、熱交換器２０の上部には、被加熱流
体が供給される２つの被加熱流体入口座３０が設けられ
るとともに、その上部に被加熱流体を排出する２つの被
加熱流体出口座３５が設けられている。そして、熱交換
器２０には、外側円筒用管板２５と中間円筒用管板２６
とで内側水室３１が形成されるとともに、中間円筒用管
板２６と内側円筒用管板２７とで中間水室３４が形成さ
れる。

【００３５】上記の構成において、伝熱管２１は管板２
５，２６および２７により吊り下げられることになるた
め、伝熱管２１の自重による変形を防止でき、熱膨張し
た場合でも伝熱管２１とバッフル板２９との摺動性を確
保することができる。

【００３６】このように本実施形態によれば、伝熱管２
１を管板２５，２６および２７から吊り下げたことによ
り、伝熱管２１の自重による伝熱管２１の変形を抑制す
ることができる。その結果、第１実施形態と比較して熱
交換器としての信頼性を一段と高めることができる。

【００３７】図５は本発明の第３実施形態の熱交換器を
構成する伝熱管を示す拡大図、図６は図５のＢ−Ｂ線断
面図である。なお、図２および図３と同一部分には同一
符号を付し、その部分の構成の説明は省略する。以下の
各実施形態も同様である。

【００３８】この第３実施形態は、外側円筒２２の外周
面に環状フィン４０を取り付けたものである。

【００３９】上記の構成により、伝熱面積が拡大し、図
１の熱交換器２０の胴側を加熱流体が伝熱管２１と直交
して流れる際の対流熱伝達を促進させることができる。

【００４０】本実施形態によれば、外側円筒２２の外周
面に環状フィン４０を取り付けたことにより、伝熱管２
１および熱交換器２０を高性能化およびコンパクト化す
ることができる。

【００４１】図７は本発明の第４実施形態の熱交換器を
構成する伝熱管を示す拡大図である。この第４実施形態
は、外側円筒２２の外周面、内側円筒２３の内周面およ
び蓋２８の外表面に熱放射に対する選択吸収面４１を設
けたものである。これにより、加熱流体のエネルギーを
吸収すると同時に、外側円筒２２の外周面、内側円筒２
３内周面および蓋２８の外表面からの熱の散逸を最小限
に抑えることができる。

【００４２】このように本実施形態によれば、外側円筒
２２の外周面、内側円筒２３の内周面および蓋２８の外
表面に選択吸収面４１を設けたことにより、熱放射によ
る交換熱量を増大することができるため、伝熱管２１お
よび熱交換器２０をコンパクト化することができる。

【００４３】図８は本発明に係る熱交換器の第５実施形
態を示す概略縦断面図である。この第５実施形態は、図
８に示すように外側円筒２２の外周側に、これより大き
な径の最外周管４２が同軸で設置され、その最外周管４
２の上端には半球形に形成された第２の蓋としての蓋４
３が取り付けられている一方、その下端は最外周管用管
板４４に取り付けられている。

【００４４】この最外周管用管板４４と外側円筒用管板
２５との間には、水室４５が形成され、この水室４５に
は加熱流体入口座３６から加熱流体が供給される。

【００４５】上記の構成において、加熱流体は加熱流体
入口座３６から水室４５に入り、その後、最外周管４２
と外側円筒２２により形成される最外側の環状流路４２
ａを上昇し、蓋４３まで達すると、この部分でＵターン
して内側円筒２３内の管状流路３７を下降する。

【００４６】このように本実施形態によれば、外側円筒
２２の外周側に、これより大きな径の最外周管４２を同
軸に設置したことにより、伝熱管２１群を覆う容器（熱
交換器２０の胴部）が不要となるので、加熱流体圧力が
高い場合にも、十分に対応することができる。

【００４７】また、加熱流体と被加熱流体の入口が同
じ、すなわち外側円筒２２を介して両流体が並行して流
れるので、加熱流体温度が高い場合でも外側円筒２２の
温度を低くすることができる。

【００４８】図９は本発明に係る熱交換器の第６実施形
態を示す概略縦断面図である。この第６実施形態は、第
５実施形態において加熱流体入口座３６を加熱流体出口
座に、加熱流体出口座３９を加熱流体入口座としたもの
である。すなわち、図９に示すように加熱流体入口座３
６および加熱流体出口座３９が図８とは逆になってい
る。

【００４９】以上の構成によれば、伝熱管２１内で加熱
流体と被加熱流体とが外側円筒２２を介して対向流とし
て流れるため、両者の温度差を大きくとれ、熱交換器と
しての伝熱効率を改善することができる。

【００５０】図１０は本発明に係る熱交換器の第７実施
形態を示す概略縦断面図である。この第７実施形態は、
第５実施形態の水室４５を仕切板４６によって二分割し
て入口水室４７、出口水室４８を形成するとともに、各
水室４７，４８に対して加熱流体入口座３６と加熱流体
出口座３９を最外周管用管板４４と外側円筒用管板２５
との間の容器側面に設置したものである。

【００５１】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００５２】加熱流体は、加熱流体入口座３６から外側
円筒用管板２５、最外周管用管板４４および仕切板４６
で形成される入口水室４７に入った後、伝熱管２１の最
外周管４２と外側円筒２２とで形成される環状流路４２
ａを上昇して蓋４３まで達すると、この部分でＵターン
して内側円筒２３内の管状流路３７を下降して水室３８
に至る。

【００５３】次いで、加熱流体は、伝熱管２１ａの内側
円筒２３内の管状流路３７を上昇して蓋４３に達する
と、この部分でＵターンして最外周管４２と外側円筒２
２とで形成される環状流路４２ａを下降した後、外側円
筒用管板２５、最外周管用管板４４および仕切板４６で
形成される出口水室４８に入った後、加熱流体出口座３
９から器外に排出される。

【００５４】一方、被加熱流体は、被加熱流体入口座３
０から内側水室３１に入った後、伝熱管２１，２１ａに
それぞれ外側円筒２２と中間円筒２４とで形成される外
側環状流路３２を上昇し、蓋２８の部分でＵターンして
中間円筒２４と内側円筒２３とで形成される内側環状流
路３３を下降し、中間水室３４に入つて、被加熱流体出
口座３５から器外に排出される。

【００５５】このように本実施形態によれば、第５実施
形態で説明した効果に加えて、伝熱管２１に流入する加
熱流体と被加熱流体とは並行流となり、伝熱管２１ａで
は流入する加熱流体と蓋２８の部分でＵターンしてくる
被加熱流体とは対向流となり、加熱流体の温度が非常に
高い場合、温度的に問題となる伝熱管２１の外側円筒２
２の温度を並行流としたことにより低くできるため、構
造面および材料面での信頼性を増すことができる。ま
た、加熱流体を伝熱管２１から２１ａへとシリーズに流
すので、伝熱管２１の高さ、すなわち熱交換器２０の全
長を短縮させることができる。

【００５６】図１１は本発明に係る熱交換器の第８実施
形態を示す概略縦断面図である。この第８実施形態は、
第５実施形態の内側水室３１を仕切板４９によって二分
割して入口内側水室５０、出口内側水室５１を形成する
とともに、被加熱流体入口座３０および被加熱流体出口
座３５を外側円筒用管板２５と中間円筒用管板２６との
間の容器側面に設置したものである。

【００５７】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００５８】被加熱流体は、被加熱流体入口座３０から
外側円筒用管板２５、中間円筒用管板２６および仕切板
４９で形成される入口内側水室５０に入った後、伝熱管
２１の外側円筒２２と中間円筒２４とで形成される外側
環状流路３２を上昇して蓋２８まで達すると、この部分
でＵターンして中間円筒２４と内側円筒２３とで形成さ
れる内側環状流路３３を下降して中間水室３４に至る。

【００５９】次いで、被加熱流体は、伝熱管２１ａの中
間円筒２４と内側円筒２３とで形成される内側環状流路
３３を上昇して蓋２８に達すると、この部分でＵターン
して外側円筒２２と中間円筒２４とで形成される外側環
状流路３２を下降した後、外側円筒用管板２５、中間円
筒用管板２６および仕切板４９で形成される出口内側水
室５１に入った後、被加熱流体出口座３５から器外に排
出される。

【００６０】一方、加熱流体は、加熱流体入口座３６か
ら水室４５に入った後、伝熱管２１，２１ａにそれぞれ
最外周管４２と外側円筒２２とで形成される環状流路４
２ａを上昇し、蓋４３まで達すると、この部分でＵター
ンして内側円筒２３内の管状流路３７を下降して水室３
８に至り、加熱流体出口座３９から器外に排出される。

【００６１】このように本実施形態によれば、第５実施
形態で説明した効果に加えて、被加熱流体を伝熱管２１
から２１ａへとシリーズに流すので、伝熱管の高さ、す
なわち熱交換器２０の全長を短縮させることができる。

【００６２】図１２は本発明に係る熱交換器の第９実施
形態を示す概略縦断面図である。この第９実施形態は、
第５実施形態の中間水室３４を仕切板５２によって二分
割して入口中間水室５３および出口中間水室５４を形成
するとともに、被加熱流体入口座３０および被加熱流体
出口座３５を中間円筒用管板２６と内側円筒用管板２７
との間の容器側面に設置したものである。

【００６３】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００６４】被加熱流体は、被加熱流体入口座３０から
中間円筒用管板２６、内側円筒用管板２７および仕切板
５２で形成される入口中間水室５３に入った後、伝熱管
２１の中間円筒２４と内側円筒２３とで形成される内側
環状流路３３を上昇して蓋２８まで達すると、この部分
でＵターンして中間円筒２４と外側円筒２２とで形成さ
れる外側環状流路３２を下降して内側水室３１に至る。

【００６５】次いで、被加熱流体は、伝熱管２１ａの中
間円筒２４と外側円筒２２とで形成される外側環状流路
３２を上昇して蓋２８に達すると、この部分でＵターン
して内側円筒２３と中間円筒２４とで形成される内側環
状流路３３を下降した後、中間円筒用管板２６、内側円
筒用管板２７および仕切板５２で形成される出口中間水
室５４に入った後、被加熱流体出口座３５から器外に排
出される。

【００６６】一方、加熱流体は、加熱流体入口座３６か
ら水室４５に入った後、伝熱管２１，２１ａにそれぞれ
最外周管４２と外側円筒２２とで形成される環状流路４
２ａを上昇し、蓋４３まで達すると、この部分でＵター
ンして内側円筒２３内の管状流路３７を下降して水室３
８に至り、加熱流体出口座３９から器外に排出される。

【００６７】このように本実施形態によれば、第５実施
形態で説明した効果に加えて、被加熱流体を伝熱管２１
から２１ａへとシリーズに流すので、伝熱管の高さ、す
なわち熱交換器２０の全長を短縮させることできる。

【００６８】図１３は本発明に係る熱交換器の第１０実
施形態を示す概略縦断面図である。この第１０実施形態
は、第５実施形態の外側水室３８を仕切板５５によって
二分割して入口外側水室５６および出口外側水室５７を
形成するとともに、加熱流体入口座３６および加熱流体
出口座３９を内側円筒用管板２７下部の水室底部に設置
したものである。

【００６９】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００７０】加熱流体は、加熱流体入口座３６から内側
円筒用管板２７下部の水室内の仕切板５５で形成される
入口外側水室５６に入った後、伝熱管２１の内側円筒２
３内の管状流路３７を上昇し、蓋４３まで達すると、こ
の部分でＵターンして最外周管４２と外側円筒２２とで
形成される環状流路４２ａを下降して水室４５に至る。

【００７１】次いで、加熱流体は、伝熱管２１ａの最外
周管４２と外側円筒２２とで形成される環状流路４２ａ
を上昇して蓋４３に達すると、この部分でＵターンして
内側円筒２３内の管状流路３７を下降した後、内側円筒
用管板２７下部の水室内の仕切板５５で形成される出口
側水室５７に入って、加熱流体出口座３９から器外に排
出される。

【００７２】一方、被加熱流体は、被加熱流体入口座３
０から内側水室３１に入った後、伝熱管２１，２１ａに
それぞれ外側円筒２２と中間円筒２４とで形成される外
側環状流路３２を上昇し、蓋２８の部分でＵターンして
中間円筒２４と内側円筒２３とで形成される内側環状流
路３３を下降し、中間水室３４に入って、被加熱流体出
口座３５から器外に排出される。

【００７３】このように本実施形態によれば、第５実施
形態で説明した効果に加えて、加熱流体を伝熱管２１か
ら２１ａへとシリーズに流すので、伝熱管の高さ、すな
わち熱交換器２０の全長を短縮させることができる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、容器内に多数の伝熱管を有し、この伝熱管内
を流通する被加熱流体を、容器内に加熱流体を流通させ
て熱交換する熱交換器において、伝熱管は、同心状に配
置された内側および外側円筒と、これら内外円筒の間に
同心状に挿入された中間円筒とを備え、この中間円筒と
内外円筒により被加熱流体が流通する内側および外側環
状流路が形成され、内外円筒および中間円筒の下端がそ
れぞれ管板に固定される一方、内外円筒の上端が円環状
の上半部に形成された蓋により閉塞され、伝熱管が容器
内に一定間隔で設けられたバッフル板で支持されたこと
により、各円筒の一端は管板に固定されるものの、他端
については、各円筒の熱伸び差を吸収できるので、伝熱
管の構造健全性を改善することができる。

【００７５】請求項２によれば、容器内に多数の伝熱管
を有し、この伝熱管内を流通する被加熱流体を、容器内
に加熱流体を流通させて熱交換する熱交換器において、
伝熱管は、同心状に配置された内側および外側円筒と、
これら内外円筒の間に同心状に挿入された中間円筒とを
備え、この中間円筒と内外円筒により被加熱流体が流通
する内側および外側環状流路が形成され、内外円筒およ
び中間円筒の上端がそれぞれ管板に固定される一方、内
外円筒の下端が円環状の下半部に形成された蓋により閉
塞され、伝熱管が容器内に一定間隔で設けられたバッフ
ル板で支持されたことにより、伝熱管の自重による伝熱
管の変形を抑制することができ、その結果、請求項１と
比較して熱交換器としての信頼性を一段と高めることが
できる。

【００７６】請求項３によれば、請求項１または２記載
の外側円筒の外周面にフィンを設けたことにより、伝熱
管外側の熱伝達を促進できるので、熱交換器の高性能
化、コンパクト化を実現することができる。

【００７７】請求項４によれば、請求項１または２記載
の外側円筒の外周面に熱放射エネルギーを選択的に吸収
する選択吸収面を設けたことにより、請求項３と同様の
効果が得られる。

【００７８】請求項５によれば、容器に多数の伝熱管が
設けられた熱交換器において、伝熱管は、同心状に配置
された内側および外側円筒と、これら内外円筒の間に同
心状に挿入された中間円筒と、外側円筒の外側に同心状
に配置された最外周管とを備え、内外円筒と中間円筒に
より内側および外側環状流路が形成されるとともに、外
側円筒と最外周管との間に最外側環状流路が形成され、
内外円筒，中間円筒および最外周管の下端がそれぞれ管
板に固定される一方、内外円筒の上端が円環状の上半部
に形成された第１の蓋により閉塞されるとともに、最外
周管の上端が半球形の第２の蓋により閉塞されたことに
より、各伝熱管毎に収納管を設置するので、圧力が高い
流体にも適用可能であり、また加熱流体と被加熱流体を
完全に並行して流せるので、伝熱面温度を低減でき、信
頼性を高めることができる。

【００７９】請求項６によれば、請求項５記載の熱交換
器において、最外周管を固定する管板と外側円筒を固定
する管板との間に形成された水室部の容器側面に最外側
環状流路から流出する流体の出口座を、内側円筒を固定
する管板の下部の水室にその流体の入口座をそれぞれ設
けたことにより、加熱流体と被加熱流体を完全に対向し
て流せるので、熱交換効率を改善することができる。

【００８０】請求項７によれば、請求項５記載の熱交換
器において、最外周管を固定する管板と外側円筒を固定
する管板との間に形成された水室部を仕切板にて分割す
るとともに、各分割した水室部の容器側面に最外周管と
外側円筒とから形成される環状流路を流れる流体の出入
口座を設けたことにより、各流体を伝熱管にシリーズに
流せるので、熱交換器の全長を短縮することができる。

【００８１】請求項８によれば、請求項５記載の熱交換
器において、外側円筒を固定する管板と中間円筒を固定
する管板との間に形成された水室部を仕切板にて分割す
るとともに、各分割した水室部の容器側面に外側円筒と
中間円筒にから形成される環状流路を流れる流体の出入
口座を設けたことにより、請求項７と同様の効果が得ら
れる。

【００８２】請求項９によれば、請求項５記載の熱交換
器において、中間円筒を固定する管板と内側円筒を固定
する管板との間に形成された水室部を仕切板にて分割す
るとともに、各分割した水室部の容器側面に中間円筒と
外側円筒とから形成される環状流路を流れる流体の出入
口座を設けたことにより、請求項７と同様の効果が得ら
れる。

【００８３】請求項１０によれば、請求項５記載の熱交
換器において、内側円筒を固定する管板下部に設けた水
室部を仕切板にて分割するとともに、各分割した水室部
の容器底面に内側円筒により形成される管状流路を流れ
る流体の出入口座を設けたことにより、請求項７と同様
の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換器の第１実施形態を示す概
略縦断面図。

【図２】第１実施形態の熱交換器を構成する伝熱管を示
す拡大図。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。

【図４】本発明に係る熱交換器の第２実施形態を示す概
略縦断面図。

【図５】本発明の第３実施形態の熱交換器を構成する伝
熱管を示す拡大図。

【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図。

【図７】本発明の第４実施形態の熱交換器を構成する伝
熱管を示す拡大図。

【図８】本発明に係る熱交換器の第５実施形態を示す概
略縦断面図。

【図９】本発明に係る熱交換器の第６実施形態を示す概
略縦断面図。

【図１０】本発明に係る熱交換器の第７実施形態を示す
概略縦断面図。

【図１１】本発明に係る熱交換器の第８実施形態を示す
概略縦断面図。

【図１２】本発明に係る熱交換器の第９実施形態を示す
概略縦断面図。

【図１３】本発明に係る熱交換器の第１０実施形態を示
す概略縦断面図。

【図１４】石炭間接焚コンバインドサイクル発電ブラン
トの構成を示す系統図。

【符号の説明】

１２石炭焚高温炉２０熱交換器２１，２１ａ伝熱管２２外側円筒２３内側円筒２４中間円筒２５外側円筒用管板２６中間円筒用管板２７内側円筒用管板２８蓋（第１の蓋）２９バッフル板３０被加熱流体入口座３１内側水室３２外側環状流路３３内側環状流路３４中間水室３５被加熱流体出口座３６加熱流体入口座３７管状流路３８外側水室３９加熱流体出口座４０フィン４１選択吸収面４２最外周管４２ａ環状流路４３蓋（第２の蓋）４４最外周管用管板４５水室４６，４９，５２，５５仕切板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に多数の伝熱管を有し、この伝熱
管内を流通する被加熱流体を、前記容器内に加熱流体を
流通させて熱交換する熱交換器において、前記伝熱管
は、同心状に配置された内側および外側円筒と、これら
内外円筒の間に同心状に挿入された中間円筒とを備え、
この中間円筒と前記内外円筒により前記被加熱流体が流
通する内側および外側環状流路が形成され、前記内外円
筒および前記中間円筒の下端がそれぞれ管板に固定され
る一方、前記内外円筒の上端が円環状の上半部に形成さ
れた蓋により閉塞され、前記伝熱管が前記容器内に一定
間隔で設けられたバッフル板で支持されたことを特徴と
する熱交換器。
【請求項２】容器内に多数の伝熱管を有し、この伝熱
管内を流通する被加熱流体を、前記容器内に加熱流体を
流通させて熱交換する熱交換器において、前記伝熱管
は、同心状に配置された内側および外側円筒と、これら
内外円筒の間に同心状に挿入された中間円筒とを備え、
この中間円筒と前記内外円筒により前記被加熱流体が流
通する内側および外側環状流路が形成され、前記内外円
筒および前記中間円筒の上端がそれぞれ管板に固定され
る一方、前記内外円筒の下端が円環状の下半部に形成さ
れた蓋により閉塞され、前記伝熱管が前記容器内に一定
間隔で設けられたバッフル板で支持されたことを特徴と
する熱交換器。
【請求項３】前記外側円筒の外周面にフィンを設けた
ことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】前記外側円筒の外周面に熱放射エネルギ
ーを選択的に吸収する選択吸収面を設けたことを特徴と
する請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項５】容器に多数の伝熱管が設けられた熱交換
器において、前記伝熱管は、同心状に配置された内側お
よび外側円筒と、これら内外円筒の間に同心状に挿入さ
れた中間円筒と、前記外側円筒の外側に同心状に配置さ
れた最外周管とを備え、前記内外円筒と前記中間円筒に
より内側および外側環状流路が形成されるとともに、前
記外側円筒と前記最外周管との間に最外側環状流路が形
成され、前記内外円筒，前記中間円筒および前記最外周
管の下端がそれぞれ管板に固定される一方、前記内外円
筒の上端が円環状の上半部に形成された第１の蓋により
閉塞されるとともに、前記最外周管の上端が半球形の第
２の蓋により閉塞されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】請求項５記載の熱交換器において、最外
周管を固定する管板と外側円筒を固定する管板との間に
形成された水室部の容器側面に最外側環状流路から流出
する流体の出口座を、内側円筒を固定する管板の下部の
水室にその流体の入口座をそれぞれ設けたことを特徴と
する熱交換器。
【請求項７】請求項５記載の熱交換器において、最外
周管を固定する管板と外側円筒を固定する管板との間に
形成された水室部を仕切板にて分割するとともに、各分
割した水室部の容器側面に前記最外周管と前記外側円筒
とから形成される環状流路を流れる流体の出入口座を設
けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項８】請求項５記載の熱交換器において、外側
円筒を固定する管板と中間円筒を固定する管板との間に
形成された水室部を仕切板にて分割するとともに、各分
割した水室部の容器側面に前記外側円筒と前記中間円筒
にから形成される環状流路を流れる流体の出入口座を設
けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項９】請求項５記載の熱交換器において、中間
円筒を固定する管板と内側円筒を固定する管板との間に
形成された水室部を仕切板にて分割するとともに、各分
割した水室部の容器側面に前記中間円筒と前記外側円筒
とから形成される環状流路を流れる流体の出入口座を設
けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】請求項５記載の熱交換器において、内
側円筒を固定する管板下部に設けた水室部を仕切板にて
分割するとともに、各分割した水室部の容器底面に前記
内側円筒により形成される管状流路を流れる流体の出入
口座を設けたことを特徴とする熱交換器。