JPS60223992A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPS60223992A
JPS60223992A JP8144884A JP8144884A JPS60223992A JP S60223992 A JPS60223992 A JP S60223992A JP 8144884 A JP8144884 A JP 8144884A JP 8144884 A JP8144884 A JP 8144884A JP S60223992 A JPS60223992 A JP S60223992A
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tubes
heat exchanger
heat transfer
tube
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Shinichiro Masuda
増田 伸一郎
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1669Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は熱交換器管束の伝熱管の配列に係り、特に伝熱
流動性能や構造の健全性を損うことなく小量化と良好な
製作性を確保するのに好適な熱交換器伝熱管の配列方法
に関するものでるる。
〔発明の背景〕
従来の熱交換器の一例ケ第1図に示す。熱交換器は、1
次側流体の入口ノズル2と出口ノズル3を有する外胴1
と、この外胴内に収納され上部に入口窓9をまた下部に
出口窓10を設けた外部シュラウド21と、この外部シ
ュラウド21に収納され上下管板6.7間に取付けられ
た伝熱管當束16によシ構成されている。
上管板6には2次側用ロノズル5を備えだ2次側上部鏡
板20が管束吊胴8を介して接続されておシ、2次側上
部プレナム20人を形成している。
2次側流体入口管17は、これら上部プレナム20A、
上部鏡板20及び上管板6.下管板7を貞通し、その下
端が下部管板7と一体と結合された2次側下部プレナム
19Aに開口している。また、土管板6と下管板7の近
傍で、相対する面側には熱遮蔽板13.14を設けであ
る。伝熱管16の両端は、上管板6と下管板7に接続さ
れている。伝熱管16は管束部においては、熱遮蔽板1
3.14のほかに管束部整流板11及び伝熱管サポート
板12を貫通している。
上記の構成の熱交換器では、1次流体入ロノズル2から
外胴1内に導入された1次側の高温流体は、外胴1と外
部シュラウド21が形成する環状流路部を上昇し、外部
シュラウド21の入口窓9から外部シュラウド内に流入
して、管束部の伝熱管16内を上昇する2次流体と熱交
換しながら下降した後、出口窓10を通り外胴1の1次
流体出ロノズル3から熱父侯器外へ流出する。
一方、低温の2次流体は入口ノズル4から機器内に流入
し入口管17を通って2次側下部プレナム19Aに至シ
、この下部ブレナム19Aで反転した後に管束の伝熱管
16内に流入し、その伝熱管外を流れる1次流体と熱交
換しながら上昇して、2次側上部プレナム20Aに至シ
、さらに2次流体の出口ノズル5から機器外へ流出する
この種の熱交換器で、管束部の伝熱管16は通常第2図
に示す正三角形配列又は第3図に示す円周配列に固定さ
れる。第2図に示す正三角形配列は隣接する3本の伝熱
管がすべて等ピッチの正三角形に配列される。このタイ
プでは均一な伝熱管配列であるため最もコンパクトに伝
熱管を配列できる。しかし、管束の内部シュラウド18
及び外部7ユラウド21に対面する伝熱管16はその外
面及び内面に沿った配列ができない。伝熱流動的にはこ
の部分が内部に比べ不均一になるため、この部分に複雑
な形状の流路形成板22を設置しなければならない。ま
た上管板6及び下管板7の内周及び外周部は伝熱管1本
当りの管板材料の質量が不均一で大きくなυ、熱過渡時
の温度追従性が悪くなシ、構造の健全性確保にも不利な
面がある。
しかし、孔の配置が完全に均一なだめ、管板、整流板、
伝熱管サポート板の加工性は非常によく、作シ易い。
一方、第3図に示す円周配列は、伝熱管16の配置を同
心円周上に並べたものであシ、管束の内部シネラウド1
8及び外部シュラウド21に対面する伝熱管16をその
外面及び内面に沿った配列にできるので、伝熱流動的に
は均一で、管束構造も単純化できる。しかし、隣接する
伝熱管との相対関係が場所によってそれぞれ異り、伝熱
管のコンパクト配置のためには不利であシ、製作上龜三
角形配列に比べて不利になる。管板の内周及び外周部は
均一で、骨板の質量も少なく押えることができるので、
熱過渡時の温度追従性が良くなり、構造の健全性確保に
は有利である。
管束部の主要構成部品である管束整流板11は、1次側
流冷の流動を均一にするためのもので、第4図に示すよ
うに伝熱管貫通口23の他に1次側流路孔24が設けら
れている。流路孔24は流路の流動抵抗を与え、管束の
水平断面の流動を均一にする。伝熱管サポート板12は
長尺の伝熱管16の長手方向を何ケ所かサポートするも
のである。その構造は第4図に示す管束整流板11と同
様であるが、Ilf、路抵抗をできるだけ少なくするた
め1次側流路孔24の開口面積は整流板に比較して大き
くしである。
流路の最内周及び最外周部は、構造上及び製作精度上伝
熱流動特性が内部と異ってくるため、伝熱管の温度差に
不均一が生じ、この温度差の不均一が大きい場合には伝
熱管に座屈を生じる可能性がある。これら部分の流動を
調整するように整流板の流路孔の開口割合を変えたシ、
流動抵抗体を設置したシして対策している。
このように管束の伝熱管配列方法には一長一短がオリ、
状況に応じて使い分けなければならなかった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、熱交換器管束の伝熱管配列に三角形配
列と円周配列の利点を生かしながらそれぞれの欠点を解
消し、伝熱流動性能の低下をきたすことなく管束の小型
化と加工性の向上が達成される熱交換器を提供すること
である。
〔発明の概要〕
本発明は、熱交換器の管束において、伝熱管配列に従来
使われている円周配列と三角形配列を組合せ、管束の内
周及び外周部では円周配列とする一方で内部を三角形配
列とし、円周配列領域と三角形配列領域の間に遷移配列
領域を設け、この領域では等価直径がほぼ等しくなるよ
うに伝熱管配列を調整し、管束全体の流動を均一化させ
、伝熱流動性能を確保するとともに、配列の特性により
管束をコンパクト化し、加工性も向上させるものである
本発明の伝熱管配列の考え方を示す第5図において、管
束の最内周及び最外周は完全な円周配列として、伝熱管
16を同一円周上に等間隔に配置する。これにより、こ
れらの層に対面する構造物(内部シュラウドIB及び外
部シュラウド21)との相対距離を均一に精度よく保て
るので、流動を均一化するだめの特別な流路形成板のよ
うな構造は不要になる。管束の内層部の伝熱管配列は三
角形配列としているから、伝熱管の配列が均一になると
ともに、最も密な状態で配列される。大型熱交換器の管
束においては三角配列の領域を大きくとれるので、管束
の小型化が図れる。
また円周配列と三角配列のつなぎ目すなわち遷移領域の
伝熱管配列は、単なる2種類の伝熱管配列の組合せでは
流路面積に不均一が生じ、伝熱流動性能的に不具合が生
じ、それが構造の健全性の面にまで影響を及ぼすため、
できるだけ均一な伝熱管配置とし、隣接する相互の伝熱
管で形成される流路面積の均一化を図る。
遷移領域の大きさについては、管束の大きさや配列のだ
めのl!1lil整のしやすさによって適宜選定する必
要がある。
熱交換器の管束の伝熱管配列方法は管板の強度的な面か
ら現行の通産省令第501号「発電用原子力設備に関す
る技術基準」などに規定されておム (伝熱管ピッチ)
/(伝熱管外径)≧1.25にする必要がある。従って
伝熱管相互の最小ピッチには下限がある。また、整流板
や伝熱管サポート板部の流路孔を確保するために伝熱管
の最小ピッチが制限される場合もおる。この他に管板と
伝熱管の接続方法(溶接おるいは拡管)によυ伝熱管の
配列が制限される場合もある。
(発明の実施例〕 伝熱管配列の実施例を第6図に示す。最内周と最外周の
伝熱管16は円周配列で等ピッチに配列する。最内周と
最外周の伝熱管から管束の内側に数層入った所から内部
を三角形配列とする。この三角形配列では伝熱流動の均
一化を図るパラメータである流路等価ぽ径り、は伝熱管
配列ピッチをLとすれば となる。
ここでdは伝熱管16の外径である。
等価直径り、が等しい場合には、非伝熱面のあるところ
を除いて伝熱流動特性は等しい。円周配列領域及び遷移
配列領域においても三角形配列領域とほぼ同じ等価直径
を有するように伝熱管を配列する。この場合上記通産省
令との関連で、(伝熱管ピッチ)/(伝熱管径)の比が
一定値以上になるように配列を調整するととは勿論であ
る。円周配列伝熱管と内部シュラウド18.外部シュラ
ウド21で形成される流路は非伝熱面を含んでい71状
ktt肱右保也竺1 /斗り幇I片φ律酩小俟−lしが
図れるが、伝熱(温度分布)特性の均一化は図れない。
そこで、この部分は温度不均一による伝熱管座屈の発生
を防止するため温度を均一にするように流路面積をせば
める。
遷移配列領域では完全な等価直径の均一化は不可能であ
るので、すべての流路が一定幅におさまる等価直径を持
つように調整する。
第7図に33の伝熱管配列を含む領域の1部について示
す。三角形配列の伝熱管ピッチがすべて等しく、円周配
列の周方向ピッチが等しいのに比べ、遷移配列領域では
各々の伝熱管ピッチは、その場所によって異る。
管束部における流動の均一化の程度は、管束整流板の流
路開口部での抵抗、伝熱管サポート板の流路開口部での
抵抗、及び各流路での摩擦抵抗によって決まる。管束整
流板の開口は等価直径のそれぞれ異る3種類の伝熱管配
列領域に対して各流路の全抵抗がほぼ均一になるように
設定する。
例えば、遷移配列領域に対してその等価直径が三角形配
列部に比較して大きい場合には、管束整原板以降の流路
抵抗は遷移配列領域の方が小さく流量が大きくなるため
、この領域についてはこれを押えるように管束整流板の
流路開口を絞ってやる。
伝熱管サポート板については、熱交換器の全体の圧損を
小さくするという面から、その開口を絞ることは好まし
くないが、各流路の等価直径の違いによる摩擦損失の違
いを補償するように、最小限度の開口分布を設ける。
例えば、遷移配列領域の流路等価直径の違いを管束整流
板の開口と同じ方法で調整する。
以上のような方法により、伝熱流動性能を低下させるこ
となく、熱交換器管束部をコンパクト化することが可能
であるが、−例として、伝熱管最小ピッチ30閣、内シ
ュラウド直径740go+。
23層、約3300本の伝熱管を円周配列にした場合に
管束外径は約2140wmとなるが、三角形配列と円周
配列及び遷移配列を組合せた伝熱管配列を用いた場合、
同一伝熱管を配列するのに約10%の径の削減が実現で
きる。
管束製作の難易と伝熱管配列の方法との関連は上管板、
下管板、熱遮蔽板、管束整流板、及び伝熱管サポート板
の伝熱管貫通孔及び流路孔の孔あけ加工にある。大型熱
交換器になると管孔の数も膨大なものになシ、孔あけは
製作上の12の大きなポイントであシ、ネックとなる。
三角形配列領域は隣接する伝熱管の配列パターンが全く
同じであり、工具も多軸の孔あけ機を用いて作業できる
が、円周配列領域及び遷移配列領域は1個ずつ加工しな
ければならない。本発明のこの方法によれば大型熱交換
器の管板等の孔あけ作業は、円周配列領域及び遷移配列
領域の伝熱管数を大幅に削減できるため、G軸の孔あけ
機を使って作業したと仮定した場合、前記円周配列で伝
熱管員数3300本の容量のものについて概略60%の
加工時間の短縮が可能である。
本発明のこれら実施例による波及効果としては、熱交換
器自身の小型化はもちろん、小型化されることによる配
置上の制約の緩和や、収納される建物、容器の小型化等
につながる。特にタンク型FBRにおいては、原子炉容
器内に熱交換器やポンプなどが収納され、その大きさが
原子炉容器の大きさの制限条件になっており、その効果
は熱交換器自身の小型化の効果よりもはるかに大きく力
る。
以上の実施例は、並行流型の熱交換器について述べてき
たが、交流型の熱交換器においても、伝熱流動の面で並
行流型はど構造的な制限がないという事情を除いて、同
様な効果が得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、熱交換器管束の伝熱管配列に三角形配
列と円周配列の利点を生かしながらそれぞれの欠点を解
消し、伝熱流動性能の低下をきたすことなく管束の小型
化と加工性の向上が達成される熱交換器が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は熱交換器構造の説明図、第2図は三角形配列を
有する管束の説明図、第3図は円周配列を有する管束の
説明図、第4図は管束整流板と伝熱管の組合せ構成図、
第5図は本発明による伝熱管配列方法の説明図、第6図
は遷移配列領域の伝熱管の配列例の説明図、第7図は各
伝熱管配列の詳細説明図である。 1・・・胴体、2・・・1次入ロノズル、3・・・1次
出ロノズル、4・・・2火入ロノズル、5・・・2人出
ロノズル、6・・・上管板、7・・・下管板、8・・・
管束吊り胴、9・・・入口窓、10・・・出口窓、11
゛・・・管束整流板、12・・・伝熱管サポート板、1
3.14・・・熱遮蔽板、15・・・サポート胴、16
・・・伝熱管、17・・・2次側流体入口管、18・・
・内部シュラウド、19・・・下部ブレナム鏡板、19
A・・・下部ブレナム、20・・・上部ブレナム鏡板、
20A・・・上部ブレナム、21・・・外部シュラウド
、22・・・流路形成板、23・・・伝熱管貫通孔、2
4・・・流路孔。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 茅1 目 4 茅 2 目 1 j!、3 目 I 茅4 目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、内部シュラウドと外部シュラウドで形成する円筒空
    間に伝熱管を多層に配列した管束を設け、円筒空間を流
    れる高温流体と伝熱管内の2次流体間で熱交換する熱交
    換器において、内部シュラウドに対面する伝熱管と外部
    シュラウドに対面する伝熱管とを円周配列し、管束内部
    の伝熱管を三角形配列するとともに、円周配列領域と三
    角形配列領域との間に遷移配列領域を設けた管束を備え
    ることを特徴とする熱交換器。 2、特許請求の範囲論1項において、遷移配列領域の伝
    熱管配列を他の領域と伝熱流動的に等価になるようにし
    た管束を備えたことを%徴とする熱又換器。
JP8144884A 1984-04-23 1984-04-23 熱交換器 Granted JPS60223992A (ja)

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JP8144884A JPS60223992A (ja) 1984-04-23 1984-04-23 熱交換器

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JPS60223992A true JPS60223992A (ja) 1985-11-08
JPH0144999B2 JPH0144999B2 (ja) 1989-10-02

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ID=13746678

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9919281B2 (en) 2013-12-18 2018-03-20 Casale Sa Shell and tube heat exchanger with a shell having a polygonal section

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9919281B2 (en) 2013-12-18 2018-03-20 Casale Sa Shell and tube heat exchanger with a shell having a polygonal section

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JPH0144999B2 (ja) 1989-10-02

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