JPS5855430B2 - ニジユウカンシキユ−ジガタネツコウカンキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｕ字型シェルの中を多数の伝熱管が貫通され
ると共に、シェル空間を流される外部流体が前記伝熱管
のＵベン１部を除く部分に、それと同心円状配置で被覆
された伝熱外管の中を流通するように流れを規制された
２重管式Ｕ字型熱交換器に関するものである。

耐圧容器としてのシェルがＵ字形をなす管式熱交換器は
既に公知である。

また、管式熱交換器において、伝熱管外を流れる流体の
流れを伝熱管と同心円状配置の外管により規制して熱伝
達率を増大する２重管式熱交換器も既に公知である。

さらにまた、Ｕ字型熱交換器において不可避の熱膨張差
を吸収する有効な手段として、シェル両端部の長さに適
切な寸法差を与えた段違いシェルの理論ならびにその実
用的な具体案も開示されている。

すべて熱交換器の大容量化と超高温化実現の前に存在す
る技術的困難の解決に費やされた努力の成果である。

従来の上述したような発明・考案が問題の１つ１つを個
別的に解決した技術であるのに対し、本発明では、そう
した技術的背景を踏まえて総合的に室底されたＵ字型熱
交換器の技術的思想として確立したことを特色としてい
る。

すなわち、本発明の特徴的ないくつかの点を列挙すれば
次のようである。

まず第１に、Ｕ字形シェルの中を多数の伝熱管が貫通さ
れたＵ字型熱交換器であること。

そのＵ字型シェルは、熱膨張差吸収に効果的な寸法差の
段違いシェルであること。

管外流体は、シェル空間を貫流されるが、伝熱管のＵベ
ン１部を除く部分には伝熱外管が被覆され、管外流体は
必らずこの外管を流通させられる２重管式であることな
どである。

かくて熱的悪影響の少ない大容量の超高温用Ｕ字型熱交
換器が提供されるのである。

次に本発明を図示した例により具体的に説明する。

図中１は熱交換器主体としての耐熱耐圧容器構造のＵ字
形シェルである。

このＵ字形シェル１は、その全体がほぼ均等断面の管状
であるが、左右の垂直部に関しては下方のＵパフ１部の
始点から、上方の各固定支持点までの長さＬｌとＬ２に
寸法差がある。

その寸法差Ｌ１−Ｌ２は、後述するように、この熱交換
器の定常運転時の温度条件あるいは温度分布に基く左右
のシェル垂直部の軸方向熱膨張をそれぞれ△Ｌ１．△Ｌ
２とすれば、△Ｌ１−△Ｌ２の結果を満たす条件下で求
められる。

上述した段違いシェル１の両端部には、管板２゜３が気
密的・水密的に固定設置され、シェル内を貫通する多数
の伝熱管４・・・の両端がやはり気密的・水密的に固定
支持されている。

伝熱管４・・・の中間位置は、管外流体の流通が自在な
多孔構造のサポートないしスペーサ５・・・で支持され
ている。

このスペーサ５は、シェル１に対し遊動自在である。

なお、２個の管板２，３は、図示の例では同じレベル（
つまり既述したシェルのような寸法差なし）に設置され
た構成になっているが、決してこれに限らない。

シェル内を流れる管外流体が流れの方向に温度変化する
のと同様、伝熱管４内を流れる流体温度も流れの方向に
漸次変化する。

従って、通常の温度条件下では、左右の伝熱管平行部に
必らず熱膨張差を生ずる。

ゆえにそうした熱膨張量を均等化する目的で、管板２，
３の位置にも寸法差を与えることが好ましいといえよう
。

上記２個の管板２，３よりも適筒な距離内方へ寄った位
置に、もう１つの管板６，７がやはり気密的・水密的に
設置されている。

こうして、２個の管板２と６および３と７により、閉鎖
的に仕切られた流体室８，９が形成され、この２つの流
体室８，９を拠点として１つの流体が流通される構成と
なっている。

伝熱管４におけるＵパフ１部を除く部分には、それと同
心円状配置で伝熱外管１０・・・、１１・・・が被覆さ
れ、この外管の一端部が前記第２の管板６゜７で支持さ
れ、その管１１は各々相当する流体室８．９と水密的に
連通されている。

伝熱外管１０゜１１の他端部ならびに中間点は、シェル
１に対し遊動するサポートないしスペーサ１２で支持さ
れている。

ただし、このスペーサ１２は、管外流体の適度の漏洩を
許容する構造であることが好ましく、前記伝熱管スペー
サ５のように、流体の自在の流通を可能とする構造であ
る必要はない。

むしろ、そうした構造は有害でさえある。

図中１３は高温側流体室のシェル内壁面に内張すした断
熱材で、これはシェル壁体の温度上昇を抑制する目的で
使用されている。

上述したＵ字型熱交換器において、高温の１次側流体は
、およそ８５０℃程度の温度で入口１４から矢印Ａのよ
うに流入する。

この１次側流体は、伝熱管群中を貫流し、その際に２次
側流体との熱交換により漸次温度降下しつつ進み、出口
１５をおよそ２２５℃程度で矢印Ｂのように流出してゆ
く。

他方、低温の２次側流体は、およそ５０℃程度で矢印Ｃ
のように低温流体室９へ流入する。

この２次側流体は、伝熱外管１１中を伝熱管４に沿って
進み、規制された流路を一様にかつ設計流速で流れ、高
い熱伝達率のもとに高効率の熱交換を実現する。

こうして熱を吸収し温度上昇をつづけつつ伝熱管４の直
線コース終端に至って外管１１からシェル空間へ放流さ
れた２次側流体は、Ｕパフ１部に沿って流れたのち、再
び次の伝熱外管１０中へと集約される。

かくて再び高い効率の熱交換で熱を吸収した２次側流体
は、やがて高温流体室８に至り、およそ６６５℃程度の
温度で矢印りのように流出してゆく。

なお、２次側流体は、シェル空間の全領域に満たされ、
シェル１を圧力管としてそれに圧力を負担させる構造と
なっている。

ただし、伝熱外管１０．１１の存在する場所にあっては
、そのスペーサ１２の仕切り効果で、２次側流体は流れ
るというよりはむしろ、単にそこに滞留すると状態とさ
れている。

従って、低温域はもとよりのこと、高温域でさえもスペ
ーサ１２で仕切られた中に滞留する２次側流体の温度は
、外管１０中を流れるそれの温度に比し著るしく低い。

ゆえにシェル内壁面に断熱材を内張すするまでもなく、
その壁体温度は耐熱強度上の悪化をみない。

むしろ、２次側流体が激しく流通するＵパフ１部におけ
る２次側流体温度のシェル壁体に及ぼす熱的影響の考慮
の方が大切であるように思われるだろう。

しかし、既述の温度条件から推定できるように、Ｕパフ
１部を流れる２次側流体の温度は、その最高温度として
も５００℃を超えることはなく、平均的にはそれよりも
一段と低く、材質的にも強度的にも何ら問題はないはず
である。

以上の通りであって、本発明による上述した熱交換器は
、流体温度が高い割にシェル壁体温度を全体的に危険性
のない範囲にまで下げることが可能である。

と同時に、シェルならびに伝熱管の構造が熱膨張差吸収
ないし緩和に有利な構成であるから、構造上全体的にも
また局部的にも熱応力の発生ないし集中を可及的に回避
でき、構造上の安全性と安定性が高く、耐用寿命に優れ
た熱交換器を提供できる。

加えて、２種類の流体間の熱伝達率が高い、換言すれば
熱効率の良い高性能の熱交換器を提供できるのである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるＵ字型熱交換器の一例を簡単化して
表わした断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記する（イ）〜住）の構造の結合より成ることを
   特徴とする２重管式Ｕ字型熱交換器。 （イ）熱膨張差吸収に適切な寸法差を有する段違い構造
   のＵ字型シェル。 （ロ）前記シェルの中を貫通するＵ字型伝熱管がシェル
   両端部にて気密的・水密的に固定された管板で支持され
   、その管の中間位置はスペーサで支持されている。 （ハ）前記（ロ）の管板より内側の位置にもう１つの管
   板が気密的・水密的に固定されて密閉室が作られ、この
   室に１つの流体が出入りするノズルが設けられている。 に）前記（ロ）の伝熱管のＵベン１部を除く部分に、そ
   の管と同心円状配置で伝熱外管が被覆され、この外管の
   一端が前記（／→の管板で支持され、外管の他端ないし
   中間位置がスペーサないしサポータで支持されている。 （ホ）伝熱管と伝熱外管とに異なった２種類の流体が決
   して混合されることなく流通され熱交換が行なわれる。