JPS5934957B2 - 復熱式熱交換のための板状熱交換器マトリツクス支承装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、襞の襞鞍に接触するカバープレートを有す
る、同形の装線（Ｆａｌｔｅｎｚｕｇｅ ）中に置かれ
て端面を閉鎖された帯の襞から成り、カバープレートが
熱交換器内の媒体用流出入口を有する復熱式熱交換用板
状熱交換器マトリックスの支持装置に関する。

この種の熱交換器マトリックスは熱伝導に際する高能力
を特性としている。

そのような熱交換器マトリックスは管式熱交換器と比較
すると同じ能力を廃揮するのに構造体積と重量が非常に
小さい。

従って、板状の熱交換器マトリックスを熱交換中の媒体
間の圧力と温度の差が大きい場合の大量の媒体流量用に
も投入する努力が払われている。

板状熱交換器マトリックスは利用率が高くて構造体積が
小さいために、特にエネルギー生産装置中の熱伝導に適
している。

そのような熱伝導に際してはガスタービンが閉鎖処理ガ
ス回路中の高熱核反応装置によって加熱された圧縮処理
ガスによって駆動される。

板状熱交換器マトリックスを有する従来公知の熱交換器
では、核反応装置のプレストレストコンクリート容器内
に熱交換器を組込むために用意されている空間の最大限
の利用が不可能である。

それはドイツ公開公報第２０５３７１８号で知られてい
る熱交換器である。

この熱交換器の板状の熱交換器マトリックスは、成る程
一つのケーシングにきっちり囲まれてはいるが、しかし
その空間占有度は就中、閉鎖式処理ガス回路を有する高
温核反応装置の場合に生じるような大流量の場合には、
それに対応して敷設されるべき、平行に接続された熱交
換器を接続するための導管のために極めて著しくなる。

そのような熱交換器をプレストレストコンクリート容器
の切欠部内に支承することも困難である。

ドイツ特許第１１１１２２１号明細書から知られる長く
延長された閉鎖式熱交換器ケーシングでは、媒体間の圧
力と温度の差が大きい場合にはケーシングを更に補強す
る必要があり、その結果、板状熱交換器マトリックスの
使用によって得られた重量軽減が少なくとも一部分また
失われる。

英国特許第３２０２７９号明細書から、成る程、装線中
に置かれた帯の襞から成る熱交換器マトリックスのため
の、高剛性管式ケーシングも知られている。

しかしこの熱交換器では流動抵抗が大きいのが欠点であ
る。

熱交換器マトリックスの使用に際してはそれを覚悟しな
げればならない。

従ってこの熱交換器は高温反応装置の処理ガス回路中の
熱交換には適していない。

この発明の課題は、熱交換器マトリックスを流量が大き
く且つ熱交換中の媒体間の圧力と温度の差が大きい装置
内での熱交換器にも使用できるようにする板状熱交換器
マトリックスの支承のための装置の創成にある。

この支承は容易でなければならず、従って熱交換器マト
リックスは核反応装置ノブレストレスコンクリート容器
中に組込んだ後も容易に手が届き且つ解体可能である。

以上の課題はこの発明によって次のようにして解決され
る。

即ち管状ケーシング１１内に平行に接続された熱交換器
マトリックスがケーシングの端面の間に延長する平面上
に装入されていて、隣接する熱交換器マトリックスのカ
バープレートの間にもカバープレートと管状ケーシング
の内側壁面との間にも流出口に対して流入口を密封する
分離壁を配設してあり、ケーシングの端面の一つに多角
形の長板が固定されており、この終端は位置固定されて
いる支持体構造上に摩擦係合によって支承されており、
この支持体構造はいくつものケーシングの収容のために
長板の多角形に対応して形成されたいくつもの蜂の巣状
細胞部を有する。

支持体構造の蜂の巣状構造は熱交換器マトリックスを平
行に接続している隣接ケーシングの多数を極めて緊密な
構造にして使用可能にするので有利である。

更に有利なのは、それらのケーシングは熱交換器マトリ
ックスの破損の場合、支持体構造からとり出すのが容易
であることである。

個々の熱交換器部分に到る容易な到達性は就中、高温核
反応装置の処理ガス回路中での使用のために投入される
熱交換器に対しては、媒体間の圧力差と温度差の結果に
よる熱交換器マトリックスの負荷が大きいために重要で
ある。

その上更に、熱交換器をいくつかの小ユニットに分割す
ると、熱交換器の製造に際して価格の低下を招来する。

管状ケーシング内の板状熱交換器マトリックスの固定は
特に、直方体ケーシングに対する管状ケーシングの剛性
が大きいために有利である。

この発明の更に別の態様では、熱交換器マトリックスの
折曲帯とケーシングの内側壁面との間に夫々、帯とケー
シングの間の中空間を気密に閉鎖する熱膨張補償器を設
ける。

熱膨張補償器は、就中装線に沿って生じる熱交換器マト
リックスの熱膨張を元に返すのに適していて有利である
。

従って熱交換器マトリックスの熱応力の一部分をしか吸
収する必要がない。

蜂の巣状支持体構造は特に円形にふちとりした横断面を
有する。

この横断面は七つの細胞部に分れており、その基面ば夫
々一様な六角形を形成している。

支持体構造の空間分割は、熱交換器の装着に対する高温
反応装置のためのプレストレストコンクリート容器に設
けられているような空間にとっては最良のことである。

この発明の更に別の有利な態様の本質は次の通りである
。

即ち熱交換器マトリックスが熱交換器マトリックス内の
媒体の流動方向に関して相互に鏡像対象に設けられてい
る。

熱交換器マトリックスの配設が鏡像対象である場合には
、熱交換器マトリックスとケーシングによって捕捉され
ねばならない熱膨張と熱応力が相殺され、減少する。

熱交換器マトリックスの一様な貫流は、熱交換器マトリ
ックスがケーシングの内側に相互に鋭角を作って設けら
れており、従って、媒体が貫流する内部空間も、熱交換
器マトリックスとケーシング壁部との間の中空間も夫々
媒体の主流動方向に見て流入口の領域では縮小され、流
出口の領域では拡大される。

管状のケーシングに装入された熱交換器マトリックスを
貫流する際の流動抵抗をできる限り少なく押えるために
、この発明の別の態様では、熱交換器マトリックスの折
曲帯の装面がカバープレートと９０° とは異なる角を
作っている。

長板が固定されているケーシングの斯の端面における熱
応力は、ｉ口熱媒体に対する熱交換器マトリックスの流
入口がこの端面から離して設けられていることによって
弱められる。

実施例を示した図をもとに更に詳しく説明する。

図から判るように、構造と支承の解決を目指すこの発明
による板状熱交換器マトリックス１′、１“は折曲帯２
′、２“から構成されている。

この折曲帯は端面が閉鎖されており、該折曲帯の装線は
、襞鞍上にあるカバープレー） ３’、 ４’又は３“
。

４“に被われていて、帯の両側に熱交換中の媒体が平行
に貫流する多数の小室ができている。

媒体流出入口はこの実施例では夫々端面５’、 ６’又
は５“、６“の領域並びに熱交換器マトリックスの中部
にあるので、熱交換器マトリックスは媒体の夫夫が連続
的に反対方向に向けられた部分流となって貫流する。

前記の部分流の方向を第２図に矢印で示しである。

即ち媒体の一つの流動経過を実線で、また対向して流れ
る媒体を鎖線で示しである。

この構造では特に温度差が大きい時に生じる、熱交換器
マトリックスの冷・熱領域間の著しく異なる熱膨張が相
殺され、その結果吸収すべき熱応力が減少する。

流入ロア’、 ９’又は７“、９“及び流出口８’、
１０’ 又は８“、１０“は次のように設けられている
。

即ち熱交換中の媒体は対流になって熱交換器マトリック
ス中を貫流し、熱交換器の中心領域には加熱帯域ができ
るようにである。

板状の熱交換器マトリックス１′、１“の支承のために
管状ケーシング１１を用意しである。

このケーシングの内部には熱交換器マトリックスが平行
に接続されて挿入しである。

熱交換器マトリックス１′、１“は、ケーシング１１の
端面１２，１３間に延長する平面にある。

熱交換器マトリックス１′、１“の相互に向き合うカバ
ープレー）３／、３／／の聞及びカバープレート４′、
４“と管状ケーシング１１の内部壁面の間には分離壁１
４．１５があるので、流入ロア′、７“の領域並びに９
′、９“及び流出口８′、８“並びに１０’、 １０“
の領域に相互に密閉する流動空間ができ上る。

前記の分離壁１４．１５は、流出口に対して流入口を密
閉するというその課題の他に、同時に熱交換器マトリッ
クスに対する支承壁としての機能を発揮する。

好都合なのは分離壁土に熱絶縁体１５ａをとりつげるこ
とである。

熱交換器マトリックスは管状ケーシング中でケーシング
の端面の一つにのみ固定されている。

そうして熱交換器マトリックスが加熱時にケーシングの
他の端面の方に向って自由に膨張することができる。

ケーシング１１の端面の一つに、この実施例では端面１
２に多角形長板１６が固定されている。

この長板１６によってケーシング１１は位置固定されて
いる支持体構造１７上に摩擦係合しで支承されている。

支持体構造１７は夫々長板１６の多角形に対応するいく
つかの蜂の巣状の細胞部１８を有する。

前記の細胞部には夫々１個のケーシング１１が本質的に
垂直な構造にして挿入されている。

垂直な構造の場合には長板１６と支持体構造１７との間
の、たとえばねじ止めによって行なわれる固定の追加は
しなくても良い。

これには、支持体構造中に挿入されたケーシング１１は
容易に解体ができるという利点がある。

支持体構造１７の蜂の巣状形状は、大きい負荷をも吸収
できるように、支持体構造に充分な剛性を与える。

支持体構造１７は熱交換のために設けられた空間の壁部
に挿入されている。

熱交換器マトリックス１′、１“はケーシング１１の内
部で、第２図に示した熱膨張補償器１９’、 １９”を
介して側面を支持されている。

熱膨張補償器１９’、 １９“は一方では熱交換器マト
リックス１′。

１“の折曲帯２′、２“の端面と、また他方では、ケー
シング１１の内部壁面に固定されている支持要素２０の
夫々に溶接されている。

支持要素２０は有利に溶接縫目の負荷を除くために熱膨
張補償器１９’、 １９“を支承する。

支持体構造１７の縁形は、第１図の実施例では円形であ
り、横断面は七つの細胞部１８に分れていて、該細胞部
の基礎面は一様な六角形を形成している。

支持体構造１７のこの構造は支持体構造の挿入に際して
、高温核反応装置に対するプレストレストコンクリート
容器中に熱交換器を装着するために設けられているよう
な円筒状切欠部中に最善の空間分割として実証される。

熱交換器マトリックス１′、１“はケーシング１１中に
組になって且つ熱交換器マトリックスの内部の媒体の流
動方向に関して相互に鏡像対称に設けられていて、従っ
て熱応力は減少する。

従って二つの熱交換器マトリックスの流入ロア、７と、
同一の媒体に対する流出口８′、８“とが相互に向い合
っている。

第３図に示した熱交換器の場合には支持体構造１７が第
１図の場合と同様に、高温核反応装置のだめのプレスト
レストコンクリート容器２１の切欠部中に水平に固定さ
れている。

プレストレストコンクリート容器中の切欠部は約５メー
トルの直径を有する。

支持体構造１７は壁の肉厚がはｇ１５０ミリメートルの
場合、約２．５メートルの高さになる。

支持体構造１７の上側と下側のプレストレストコンクリ
ート容器２１の壁部によって形成された空間はガス捕集
室２２．２３．２４，２５として利用される。

従ってケーシング１１の長板１６は蜂の巣状支持体構造
１７に気密に溶接されている。

ケーシング１１は媒体のための流入管路２６゜２Ｔと流
出管路２８に次のように連結するのが好都合である。

即ちより大きい圧力を受けている媒体がケーシング１１
０例の端面即ち支持体構造１７に連結されている端面１
２に沿って熱交換器マトリックス１′、１“に供給され
且つ排出されるように連結するのが好都合である。

このようにしてケーシング１１と支持体構造１７との間
の摩擦係合が強化される。

従ってこの実施例ではより大きい圧力を受けている媒体
が支持体構造１７の上側にあるガス捕集室２２に導入さ
れ、流出管路２８を経て熱交換器マトリックスを貫流し
た後に排出され、一方より小さい圧力を受けている媒体
は下部ガス捕集室２３に導入され、ガス捕集室２７を経
て熱交換器マトリックスを貫流した後に排出される。

小さい圧力を受けている媒体のための流出管路は第３図
に切り離しては記載してない。

媒体の供給のためにガス捕集室２２には排出管路２８ａ
、ガス捕集室２３は流入管路２６ａがある。

ガス捕集室２３又は２４の特に好都合な形成を第４図及
び第５図に示す。

流出管路２８ａと流入管路２６ａは、個々の熱交換器マ
トリックスの可能な限り一様な貫流を実現するために媒
体の流動方向に見て変更可能な流動横断面を有するガス
捕集室に開口している。

そのようにガス捕集室２４は熱交換器マトリックスから
流出する媒体を計算に入れて媒体の流動方向に拡張して
あり、指形に構成しである（第４図）。

小さい圧力を受けている媒体を熱交換器マトリックスに
供給するために役立つガス捕集室２３の壁部２９はそれ
とは反対に、媒体の流動方向に見て夫々くさび形に細ま
っている小室が生じるように構成されている。

前記小室は流入管路２６ａに移行部なしに続いている。

熱交換器マトリックス１′、１“を一様に貫流させるた
めに、熱交換器マトリックスはケーシング１１の内部で
相互に鋭角３０を作って配設されている。

この熱交換器マトリックスを時間的に密閉するために特
に両側に夫々１個の共通の熱交換補償器１９．１９がと
りつげである（第２図）。

流動抵抗を小さくする熱交換器マトリックスの特に有利
な形成を第６図に示す。

第６図に示した熱交換器マトリックスの場合は折曲帯２
ａの装面がカバープレート３，４と９０°以外の角度３
２で交わる。

ケーシング内の熱交換器マトリックスのこの構成及び対
応する構造の場合には主流動方向３３を有するマトリッ
クスに流れる媒体も、主流動方向３４を有する、マトリ
ックスから流出する媒体も極く僅かしか曲がらず、流出
入に際する圧力損失も僅かにしかならない。

熱交換器マトリックス１′、１“はケーシング１１の中
で締板１６を支持している端面１２にのみ固定しである
。

端面１３には密封のためにケーシングの内側にラビリン
スバッキング３５をとりつけである（第３図）。

従って熱交換器マトリックスは熱交換中にケーシング１
１の内側で端面１３に向って自由に膨張することができ
る。

ケーシング１１の端面１２の上の熱応力はなお、加熱媒
体のための熱交換器マトリックスの流入口９がケーシン
グ１１の端面１２から間隔３６をおいている（第７図）
ので、熱交換器マトリックスには端面１２の領域では冷
却媒体のみが貫流し、熱交換器マ） ＩＪラックスこの
側面では温度が次第に上昇する。

この対策は、流入口９ａの入口の面積を端面１２から次
第に拡げることによって強化するのが好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、支持体構造中に挿入された管状の、熱交換器
マトリックス付ケーシングの斜視図、第２図は、第１図
の■−■線に沿うケーシング横断面図、第３図は、第１
図に示した支持体構造と挿入ケーシングを有する熱交換
器縦断面図、第４図は、第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿う熱
交換器横断面図、第５図は第３図のＶ−ｖ線に沿う熱交
換器横断面図、第６図は装面がカバープレートと９０°
以外の角度を作る熱交換器マトリックスを有するケーシ
ング縦断面図、第７図は、第６図の■−■線に沿うケー
シングの部分図である。 図中符号１′、１“・・・・・・熱交換器マトリックス
、３′、３“・・・・・・カバープレート、４′、４“
・・・・・・カバープレート、７′、７“、 ９’、
９“・・・−・・流入口、８′。 ８“、 １０’、 １０“・・・・・・流出口、１１・
・・・・・ケーシング、１２，１３・・・・・・ケーシ
ング１１の端面、１４゜１５・・・・・・分離壁、１６
・・・・・・締板、１７・・・・・・支持体構造、１８
・・・・・・蜂の巣状細胞部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 襞の襞鞍に接触するカバープレートを有する、同形
   の装線（Ｆａｌｔｅｎｚｕｇｅ ）中に置かれて端面な
   閉鎖された帯の襞から成り、カバープレートが熱交換器
   内の媒体用流出入口を有する復熱式熱交換用板状熱交換
   器マトリックスの支持装置において、管状ケーシング１
   １内に平行に接続された熱交換器マトリックス１，１“
   がケーシングの端面１２，１３の間に延長する平面上に
   装入されていて、隣接する熱交換器マトリックス１′、
   １“のカバープレー） ３’、 ３“の間にもカバープ
   レート４′、４“と管状ケーシング１１の内側壁面との
   間にも流出口８′、８“、 ｉ ｏ’、 ｉ ｏ“に対
   して流入ロア′、７“、 ９’、 ９“を密封する分離
   壁１４．１５を配設してあり、ケーシング１１の端面１
   ２め一つに多角形の長板１６が固定されており、この終
   端は位置固定されている支持体構造１７上に摩擦係合に
   よって支承されており、この支持体構造はいくつものケ
   ーシング１１の収容のために長板１６の多角形に対応し
   て形成されたいくつもの蜂の巣状細胞部１８を有するこ
   とを特徴とする装置。 ２ 熱交換器マ） ＩＪラックス′、１“の折曲帯２′
   。 ２“とケーシング１１の内側壁面との間に夫々、帯２′
   、２“とケーシング１１との間の中間空間を気密に密閉
   する熱膨張補償器１９を設けであることを特徴とする特
   許請求の範囲１に記載の装置。 ３ 蜂の巣状支持体構造１７が円形に縁取られた横断面
   を有し、この横断面が七個の細胞部１Ｂに分割されてお
   り、その細胞部の基礎面が夫々一様な六角形を形成して
   いることを特徴とする特許許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の装置。 ４ 熱交換器マトリックス１′，１“がその内部の媒体
   の流動方向に関して相互に鏡像対称に設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項の一つ
   に記載の装置。 ５ 熱交換器マトリックス１′，１“がケーシング１１
   内に相互に鋭角３０を作って配設されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。 ６ 熱交換器マトリックス１′，１“の折曲帯２′。 ２“の折面がカバープレー｝ ３’， ４’， ３“、
   ４“と９０° とは異なる角度３２をなしていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項までのうち
   のいずれか一つに記載の装置。 ７ 加熱媒体のだめの熱交換器マトリックスの流入口９
   ′，９“がケーシング１１の端面１２から離して設けて
   あり、その端面に長板１６が固定されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第６項までのうちのい
   ずれか一つに記載の装置。