JPS60240994A - 伝熱式熱交換器 - Google Patents

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】 にいえば被加熱流体が加熱流体と熱交換関係で流れる蛇
行流路をつくるよう隣り合う熱交換モジュールが相互に
接続され、これらモジュールを構成する複数の熱交換管
の外側を加熱流体が流れるようにした型式の管形熱交換
器に係るものである。

本発明の対象となる伝熱式熱交換器の典型的なものにお
いては、複数の熱交換モジュールを相互に縦に隣接して
、間隔を置いて列をなす形に配置している。各熱交換モ
ジュールは、孔のあいた一対の管板に両端を固定して配
置されている複数の熱交換管から成る。そして、隣り合
う熱交換モジュールの端間を流体連絡とするように相互
に接続して蛇行流路を形成し、この流路な通して被加熱
流体が流れる。すなわち、被加熱流体は、１つの熱交換
モジュールから次の隣接するモジュールへとその熱交換
管内を加熱流体と熱交換する関係で流れる。加熱流体の
方は熱交換管の外側をこれら管を直交するようにして流
れる。

しかして、複数の熱交換モジュールはこれらモジュール
を越えて流れる加熱流体の流れに対して熱交換管の温度
は熱交換器の低温端（すなわち、加熱流体が熱交換器か
ら出る端）に配置されているモジュールの熱交換管の温
度よりも高くなる。

したがって、熱交換管の加熱時の軸方向の伸張と冷却時
の収縮とは熱交換器の全体にわたって異なり、熱変形の
大きさは加熱流体の流れ方向の下流にいくにしたがって
減少する。このように、熱交換管の軸方向に沿う熱変形
の程度に差異があるので、熱交換モジュールが、その長
手方向に膨張しても、熱交換器のハウジング又は支持装
置に当らないようにする手段を講じなければならない。

このため、熱交換モジュールの熱変形を吸収する１つの
公知の方法として、次のようなものがある。この方法に
よれば、熱交換モジュールの一端を固定支持するが、他
端を滑動自在に支持し、そしてこの軸方向に自由に動け
るモジュールの端とモジュールへの入口ダクトとの間に
はフレキシブルなベローのシールを設けている（このよ
うす方（３） 法は、例えば、米国特許第２　、６５３　、７７９号明
細書に開示されている）。各モジュールの熱変形は、こ
のベローシールによって吸収される。しかし、このよう
なベローシールは、使用中繰返して疲労させられ、熱交
換モジュールの反覆加熱冷却後には裂けたり、破れたり
する問題がある。

他の公知な解決方法として、米国特許第２，９６５，３
５８号明細書に開示されているものがある。この方法に
よれば、隣り合う熱交換モジュールの間及び各モジュー
ルとそれへの被加熱体出入ロダクトとの間にそれぞれ弾
性の可動シールを設けている。このように、相互に動く
熱交換器の部分間に設けた可動シールにより、熱交換モ
ジュールの熱変形が吸収される。この可動シールの動き
は、案内されるようになっている。しかし、このような
可動シールはその構成が非常に複雑となるのは避けられ
ない問題がある。

本発明は、以上述べたような従来の問題を解決するため
になされたもので、その目的は、したがって、熱交換モ
ジュールの熱変形を吸収する手段（４） として、膨張ジヨイントや可撓性シールに頼らずに隣り
合う熱交換モジュールの熱変形を吸収することができる
ものを提供することにある。

本発明による伝熱式熱交換器においては、複数の熱交換
管から成るモジュールの熱変形は、熱交換器のハウジン
グ内で熱交換モジュールが自由に浮動できるようにする
ことにより、吸収される。

複数の熱交換モジュールは、熱交換器の・・ウジングの
中に互いに間隔を置いて列をなす形に配置される。各熱
交換モジュールは、揃えて孔をあけている一対の間隔を
置いた管板と、これら管板の孔間な延びるように配置し
た複ド交換管とによって構成される。

そして、高温の煙道ガスのような第１の流体（加熱流体
）は、複数の熱交換モジュールの熱交換管の外側をこれ
ら管を直交するような流れとなってハウジング内を通過
する。一方熱交換モジュールの容管の内部を通して、燃
焼のための空気のような第２の流体（被加熱流体）が流
れる。

熱交換モジュールの各々は、その管板の横縁でもって一
対の支持ビームに支持されている。各管板の横縁は支持
ビームに当接しているが固定しないで支持されており、
これにより、モジュールの熱交換管がそれらの長手方向
軸線に沿って膨張、収縮するにしたがって、管板が支持
ビームに沿ッて滑動できるようになっている。

ヘッダー管は、隣り合う熱交換モジュールの端を相互に
接続し、第２の流体が１つのモジュールの熱交換管を通
ってから隣りのモジュールの熱交換管を通るという蛇行
流路に沿って流れるようにし、これらモジュールの熱交
換管内を通過する第２の流体はハウジング内を通して流
れる第１の流体と熱交換する関係で流れる。

各へラダー管は実質的にＵ字形となっており、それの開
口端はヘッダー管が相互に接続に＝ｈている隣り合う熱
交換モジュールの管板に固定されている。また、各ヘッ
ダー管は、ハウジングと支持ビームとからそれぞれ離さ
れていて、ヘッダー管の各側面に治って膨張間隙を与え
るようにしている。

しかして、各モジュールの熱交換管が膨張、収縮すると
、モジュールの管板はそれに応答して長手方向に滑動し
、各管板と組合されているヘッダー管も動く。すなわち
、各ヘッダー管の各側面に前述した如く間隙を設けであ
るので、ヘッダー管はそれと組合されている熱交換器の
モジュールと一緒に動くことができる。この場合ヘッダ
ー管が、熱交換器の・・ウジング又は支持ビームと衝突
することはない。

このように、本発明によれば、熱交換器の各モジュール
はその熱交換管の熱変形に応答して自由に浮動すること
ができるようにされている。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について
詳述する。

第１図は伝熱式の管形熱交換器１０を示し、この熱交換
器はハウジング１２を有する。ハウジング１２はその底
部に第１の開口１４をまた頂部に第２の開口１６を有し
、これら間に形成される室１８内には複数の熱交換モジ
ュール２０が垂直に間隔を置いて配置されている。加熱
流体である第１の（７） 流体、例えば高温の煙道ガスは、第１の開口１４から第
２の開口１６又はその逆にハウジング１２内を垂直に土
向き又は下向きに流れ、その際内部の室１．８に配置さ
れている熱交換モジュール２゜を横切る。

第１図は水平に延びている複数の垂直配列の熱交換モジ
ュール２０に対して垂直方向にガスが流れる熱交換器１
０を例示しているが、これとは逆ている熱交換器にも本
発明を同様に適用できることは勿論である。

しかして、各熱交換モジュール２０は、一対の横に間隔
を置いて配置した管板２４の間に、水平に延びるように
配置されている複数の熱交換管２２により構成されてい
る。この対になっている管板２４の各々には、熱交換管
２２の両端の一方を夫々密封状態で受け入れるように揃
えられている複数の孔があけられている。各熱交換モジ
ュール２０を支持しているビーム２６は、各管板２４の
下方（８） の横縁の下で、ハウジング１２を横切っている。

そして、これら支持ビーム２６は、図には示していない
フレームに接続されている。

隣りどうしのふたつの熱交換モジュール２０は、ヘッダ
ー管３０により相互に接続されている。そして、燃焼の
ための空気のような加熱しようとする第２の流体は、先
ず、１つのモジュール２０の各熱交換管２２を通して流
れ、それから、その次ｔ′ の隣接するモジュールの各熱交換芒；冨フな通して前段
のモジュールの場合とは正反対の向きに流れ、その後も
次々にこのようにして蛇行している流路に沿って流れる
。この第２の流体のための入口ダクト４０と出口ダクト
５０とがハウジング１２に設けられ、入口ダクト４０は
最上流の熱交換モジュール２０に対して開口しており、
そして出口ダクト５０は最下流の熱交換モジュール２０
に対して開口している。

加熱される第２の流体は、入口ダクト４０を通して入り
、それから熱交換モジュール２０とヘッダー管３０とで
形成する蛇行している流路を通して流れ、モジュール２
０の熱交換管２２の外側を流れる加熱流体と熱を交換し
合ってから、出口ダクト５０を通して出る。

しかして、熱交換管２２とそれらを支持している対とな
った管板２４とは、一体の構造、すなわち熱交換モジュ
ールを構成している。それ故、熱交換管２２が加熱して
膨張するとき、又は冷却して収縮するとき、それと組合
されている管板２４もそれに応じて膨張又は収縮しよう
とする。更に、列をなす形に配置されている複数の熱交
換モジュール２０は、それらが加熱流体の流れに対して
位置を異ならせて配置されているので、異なる流体温度
をうける。したがって、加熱流体がハウジング１２へ入
る入口（本実施例では開口１４）に最も近く配置されて
いる熱交換モジュール２０の管２２は最高温度を受ける
こと＼なり、逆に加熱流体が・・ウジング１２から出る
出口（本実施例では開口１６）に最も近く配置された熱
交換モジュール２０の管２２は最低温度を受けることと
なる。

それ故、隣りどうしの熱交換モジュール２０の熱変形は
同じではない。

そこで、本発明は、ヘッダー管３０により相互に接続さ
れている熱交換モジュール２０の組立体の全体が・・ウ
ジフグ１２内で自由に浮動できるようにすることにより
、各熱交換モジュールの熱変形を自由にしてその変形差
は吸収できるようにしたものである。

このため、本発明によれば、第１図に最もよく示されて
いるように、熱交換モジュール２０を相互に接続してい
るヘッダー管３０の各々は、それが取囲んでいる支持ビ
ーム２６とハウジング１２とからそれぞれ離れていて、
端が開いている実質的にＵ字形のダクトから成り、各ヘ
ッダー管の側面に間隙３２をつくっている。そして各熱
交換モジュール２０が膨張、収縮するとそれと組合され
ているヘッダー管３０も水平方向に動くが、その際へラ
ダー管３０がハウジング１２又は支持ビーム２６に当る
ことはない。これは、前述した如く、各ヘッダー管３０
の側面に間隙３２があるからである。

（１１） ヘッダー管３０と管板２４とを相互に接続する構成は、
第２及び３図に最もよく示されている。

管板２４の下方の横縁２３は、熱交換モジュール２０を
支持する手段である支持ビーム２６の上に乗っている。

しかし、管板２４の下方の横縁２３は、それらが乗って
いる支持ビーム２６に固定されてはいない。また、管板
２４の下方の横縁２３は、ヘッダー管３０にそれらの境
界面に沿うシール溶接３５などによってしっかりと接続
されている。

同様に、管板２４の上方の横縁２５も、ヘッダー管３０
にシール溶接３７などによってそれらの境界面に泊って
相互に接続されている。このようにして、ヘッダー管３
０はそれらに接続している熱交換モジュール２０と一体
とされ、そしてこの一体となった組立体全体はノ・ウジ
フグ１２内で自由に浮動することができるようになって
いる。これは、管板２４とヘッダー管３０とが熱交換管
２２の膨張、収縮に応じて支持ビーム２６上を自由に横
に滑動することができるからである。

（１２） 相互に接続されている熱交換モジュール２０とヘッダー
管３０とにより形成されている蛇行流路を通して第２流
体を流すための入口ダクト４０及び出口ダクト５０は、
それぞれ、最上位及び最下位の熱交換モジュール２０の
容管板２４に上に述べたのと同様な方法で接続されてお
り、したがって、入口ダクト４０も出口ダクト５０もハ
ウジング１２内で浮動できるようになっている。

入口ダクト４０及び出口ダクト５０はそれぞれハウジン
グ１２に届かないでその手前で終っていて、それらの間
に間隙をつくり、この間隙によって入口及び出口ダクト
が接続されている熱交換モジュール２０の膨張が吸収さ
れるようになっている。

第１及び３図に示されるように、熱交換器の・・ウジン
グ１２の内側には絶縁材料の裏打ち４４を取付けて絶縁
し、人を保護している。しかし、熱交換モジュール２０
の熱交換管２２が膨張するとき、絶縁裏打ち４４に当ら
ないでヘッダー管３０が動けるように間隙３２を絶縁し
たハウジング１２とその隣りのへラダー管３０との間に
つくらなければならない。

るようにした、産業上きわめて有益な伝熱式熱交換器が
提供される。

なお、本発明を添付図面に例示した一実施例について詳
述したが、本発明はこの特定の実施例に決して限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しないで種々の変
形がなし得ろことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にしたがって自由に浮動自在な熱交換モ
ジュールを使用している伝熱式熱交換器の一例を示す側
面断面図、第２図は第１図の線２−２によって囲１れて
いる区域の拡大側面断面図、第３図は第１図の線３−３
によって囲まれている区域の拡大側面断面図である。 １０・・熱交換器、１２・・ハウジング、１４・・第１
の開口、１６・・第２の開口、１８・・室、２０・・熱
交換モジュール、２２・・熱交換管、２３・・管板の下
方横縁、２４・・管板、２５・・管板の上方横縁、２６
・・支持ビーム、３０・・ヘラター管、　３２・・間隙
、３５　ｒ　３７・・シール溶接部、４０・・入口ダク
ト、４４・・裏打ち、５０・・出口ダクト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端に第１の開口をまた他端に第２の開口を有し、これ
   ら開口の間に室を形成しているハウジングと、このハウ
   ジングの中に互いに間隔を置いて列をなして配置された
   複数の熱交換モジュールと、これら熱交換モジュールと
   直交して配置された複数の支持ビームと、隣りどうしの
   熱交換モジュールの端を相互に接続するヘッダー管と、
   前記ハウジングの一端でこのハウジングに取付けた入口
   と、前記ハウジングの他端でこのハウジングに取付けた
   出口とを具備し、前記ハウジングにおける第１及び２の
   開口間を第１の流体が流れ、各モジュールは揃えて孔を
   あけている一対の間隔を置いた管板とこれら管板の孔間
   を延びるように配置されている複数の熱交換管とによっ
   て構成され、各モジュールの管板の横縁は前記支持ビー
   ムに当接し、一つのモジュールの熱交換管からその隣り
   のモジュールの熱交換管へ通る蛇行流路に治って流れる
   第２の流体は前記ハウジング内を流れる第１の流体と熱
   交換関係となっており、前記入口と出口とは一方が最上
   流の熱交換モジュールの管へまた他方が最下流の熱交換
   モジュールの管へそれぞれ開口するようにして、相互接
   続されている熱交換モジュールが形成する蛇行流路に第
   ２流体が出入りするようにした伝熱式熱交換器において
   、各ヘッダー管はそれが相互接続している隣りどうしの
   熱交換モジュールの管板に固定された実質的にＵ字形で
   端の開いたダクトにより構成され、このダクトはそれが
   取囲む支持ビームとハウジングとから離されて、ヘッダ
   ー管の各側面に間隔をつくり、ヘッダー管を取付けた管
   板がこの管板と当接している支持ビームに沿って滑動す
   ることにより、ヘッダー管が前記間隙の中へ膨張、収縮
   することができるようにしたことを特徴とする伝熱式熱
   交換器。