JPS6086393A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気タービン用再熱装置の如き熱交換器に係
り、特にＵ字状伝熱管の支え板部の改良に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕一般に、沸騰水
型或は加圧水型の軽水炉を用いる原子力発電プラントに
おける蒸気タービンに供給される蒸気は、化石燃料を用
いる火力発電プラントにおける蒸気と比較して湿分がは
るかに多い、いわゆる湿り蒸気である。ところがこの湿
り蒸気　′中の湿分け、蒸気タービンの羽根全浸食する
ばかりでかく蒸気タービンの効率低下を招くため、上記
湿分を除去する必要がある。

そこで、原子力発電プラントでは、高圧タービンと低圧
タービンとの間に例えばシェブロン型のようなドレンポ
ケット付波板状の湿分分離装置を設け、高圧タービン排
気蒸気中に含まれる１０係程度の湿分を１チ或はそれＵ
下に減少せしめ、この湿分が低下した蒸気をさらに高圧
タービンかちの抽気蒸気または原子炉で発生した蒸気を
加熱源とした再熱装置により加熱し、そこで加熱された
過熱蒸気を低圧タービンに供給するようにした再熱サイ
クルを採用している。一般にこの湿分分離装置と再熱装
置とは一つの胴の中に収容されており、湿分分離再熱装
置と呼ばれている。

従来、この種の再熱装置としては、１段再熱形式と２段
再熱形式とがある。前者は原子炉で発生する蒸気で再熱
を行ない、後者は高圧タービンからの抽気蒸気で第１段
の再熱を行ないさらに原子炉で発生した蒸気で第２段の
再熱を行なうものであり、これらの再熱装置はいずれも
高温側の再熱側蒸気を管内に流し、加熱されるべき被再
熱側蒸気を管外に流す形式の多管式熱交換器によって構
成されている。

第１図は従来の２段再熱形式の湿分分離再熱装置の縦断
面図であって、装置の外殼をなす本体胴１は横長の円筒
で、下側部に被呵熱湿り蒸気導入両端部は蓋板６によっ
て閉じられ、その蓋板５の近くに仕切板６が本体胴内に
対向して設けられている。本体胴１の底面付近には、両
端の仕切板６を胴軸方向で連結する水平々底板７と、こ
の底板７の上方にあって底板と平行な天井板８が設けら
れている。そして、上記底板７の上面には、第２図に示
すように、蒸気分配板９が両仕切板６０間に山形に設け
られ、底板７、蒸気分配板９および仕切板６によって横
断面形状が三角形の蒸気分配室１０が形成されている。

蒸気分配盤９の側斜側には、底板７と天井板８との間に
湿分分離装＃１１が併設されている。

また、天井板８の上部両端縁には長手方向に２枚の分割
板１２が山形を形成するように設けられ、さらにこの分
割板１２の外側に平行して対向板１３が設けられて、こ
の分割板１２と対向板１３の間の流路が上部で合流して
過熱蒸気排出管４へ連なり、本体胴内に横断面が逆Ｔ字
状の再熱路１４が形成されている。

一方、本体胴両端の蓋板５と仕切板６との間の空間には
、第１段再熱装置の第１段再熱へラダ１５と第２段再熱
装置の第２段再熱へラダ１６とがそれぞれ設けられてい
る。そして、再熱路１４の下部には多数のＵ字状伝熱管
１７からなる第１段再熱装置のＵ字管束が、ま九再熱路
１４の上部には第１段再熱装置のＵ字管束が配設されて
いる。この第１段および第２段再熱装置は、第８図およ
び第４図に示すように、隔壁１８によって高温室１９と
低温室２０とに区画された再熱ヘッダ１５．１６と、始
端を高温室１９に・末端を低温室２０に開口し両画管部
がそれぞれ上下に位置するようにされた多数のＵ字状伝
＃管１７と、これらの伝熱管を取付ける管板２１と、Ｓ
動防正のためＵ字状伝熱管１７を適当な間隔で支持する
支え板２２からなっている。また、高温室１９には再熱
蒸気導入管２３が、低温室２０にはドレン排出管２４、
ベント蒸気排出管２５、および出入用マンホール２６が
設けられている。

しかして、被再熱側蒸気は、被再熱湿り蒸気導入管２よ
り本体胴１内に流入し、蒸気分配室１０内を本体胴軸方
向へ流れ、蒸気分配板９により２分されたのち、湿分分
離装置１１を通過する間に湿分を除去され、再熱路１４
に導かれる。除去された湿分は重力により個分分離装置
１１１１中を流下して集められてドレン排出管１３より
排出される。また、再熱路１４に送られた蒸気は％第１
段および第２段のＵ字状伝熱管１７の間をそれと直交し
て流れる間に、伝熱管内を流れる再熱蒸気と熱交換して
過熱蒸気排出管４から流出し、低圧タービンに送られる
。

一方、再熱側蒸気は、再熱蒸気導入管２３を通して再熱
ヘッダ１５．１６の高温室１９に流入したのち、多数の
Ｕ字状伝熱管１７に分配されて伝熱管内を流れ、この間
に被再熱側蒸気と熱交換を行ない、徐々に凝縮して、環
状流、波状流、層状流のような状態の２相流で流れ、流
動形態も変動する。そのため、Ｕ字状伝熱管１７の入口
付近では気体重量比すなわちクォリティがほぼ１で気相
であるのに対し出口付近ではほぼ０となり殆んど液相の
ドレンとなり、低温室２０を経てドレン排出管２４から
排出される。また、凝縮に至らなかった再熱側蒸気はベ
ント蒸気排出管２５から流出する。このような再熱側蒸
気の流れは、第１段再熱装置および第２段再熱装置のい
ずれにおいてもほぼ同じである。

ところで、上記Ｕ字状伝熱管１７の下側直管部は特に低
温の被再熱側蒸気と接することから、凝縮が終了して液
単相のドレン流となっている部分では管内蒸気圧力に対
する飽和湛度坩下となるドレンの過冷却が大きくなる傾
向にあり、このためＵ字状伝熱管１７の上側直管部と下
側直管部においては伝熱管管壁に温度差が生じる。した
がって、この温度差によってＵ字状伝熱管１７の上側直
管部１７ａと下側直管部１７ｂの間では伸び差が生じる
。さらに、プラント稼動時においてＵ字状伝熱管１７の
内部に加熱蒸気が流れるので、伝熱管が加熱されて伝熱
管の先端の半内部の半径が増加する。このようにＵ字状
伝熱管１７には上記２つの変形が同時に起るため、Ｕ字
状伝熱管１７は、第５図に示したように半内部が下方へ
撓んで変形する。

したがって、第６図に示すように、最も半内部寄りの支
え板の下側の管穴２２ａにおいて、Ｕ字状伝熱管１７と
支え板２２との接触力が大きくなり、支え板２２と伝熱
管１７との間にかじりが生じ、伝熱管が破損する恐れが
ある等の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、Ｕ字状伝熱管の上側直管
部と下側直管部の伸び差および先端半円部の熱膨張によ
る半径増加とにより起るＵ字状伝熱管の変形による支え
板と伝熱管のかじりを防止し、機器の信頼性を同上し得
るようにした熱交換器ヲ得ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、ヘッダに多数のＵ字状伝熱管からなるＵ字管
束を接続し、その伝熱管を適当な間隔で配設された支え
板によって支承するようにし、伝熱管内を流れる加熱流
体によって伝熱管外を流れる被加熱流体を加熱する熱交
換器において、Ｕ字状伝熱管の半内部に近い部分を、上
記Ｕ字状伝熱管の軸線に直交して水平方向に延びる平板
状および波板状の２枚の薄板からなる押え板によって挾
持し、その押え板の両端をＵ字管束の両側に立設された
枠部材に固着するとともに、上記枠部材を、その下端部
に取着したそり板を介して、伝熱管の軸線方向に配設さ
れたＶ−ル上に載置したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、第７図乃至第１Ｏ図を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。なお、同図中第１図乃至第４図と同じ
部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。

第７図において、再熱ヘッダ１５の管板２１には多数の
Ｕ字状伝熱Ｉｆ＃１７からなるＵ字管束が装着され、適
当な間隔で上記Ｕ字状伝熱管１７が支え板２２によって
支承されている。

ところで、上記Ｕ字状伝熱管１７０半内部に近い位置に
はＵ字管束の両側および上部を開撓するようにｎ形の枠
部材３０が立設されている。上記枠部材３０の下端部に
はそり板３１が取着されており、枠部材３０はそのそり
板３１を介して、Ｕ字状伝熱管１７蓬 の軸線方向に沿びるレール３２上に載置されている。

捷た、Ｕ字状伝熱管１７の半内部に近い部分は、殖 その軸線に直交し横方向に沿びる平板状および波板状の
２枚の薄板から々る押え板３３．３４によってそれぞれ
挾持されている（第８図、第９図）。すなわち、Ｕ字状
伝熱管１７の直管部の棲端部は、押え板３３．３４の互
いに対向する平面間に挾持されており、上記押え板３３
．３４の両端部はそれぞれ枠部材３０の左右縦枠部に固
着されている。なお、この場合、Ｕ字状伝熱管１７の下
側直管部側の押え板３３乙、３４　ｔけ各伝熱管に固着
し、上側直管部側の押え板３３ｕ、３４ｕは比較的緩く
伝熱管に当接せしめられている。

しかして、プラントが稼動せしめられると、再熱側蒸気
は再熱ヘッダ１５からＵ字状伝熱管１７内に流入し、そ
の上側内管部１７ａ１半内部、および下側直管部１７１
）をこの順に流通する。一方、被再熱側蒸気はＵ字状伝
熱管１７の下方から上方へ向ってＵ字状伝熱管１７の外
側を流通し、Ｕ字状伝熱管１７内を流れる再熱側蒸気と
順次熱交換してその再熱が行なわれる。

したがって、その間Ｕ字状伝熱管の温度が上昇し、この
温度上昇によってＵ字状伝熱管１７の先端の半内部の半
径が増加するとともに、Ｕ字状伝熱管１７の上側直管部
１７ａと下側直管部１７１）との温度差によって上側直
管部１７ａが下側直管部１７　ｂよりも伸び、それによ
ってＵ字状伝熱管１７０半内部が第５図に示すように下
方に撓む。しかしこの場合、Ｕ字状伝熱管１７の半内部
の近くの部分は、２枚の薄板からなる押え板３３．３４
間に挾持されているので、上記伝熱管の撓みに応じて押
え板が容易にねじれ、伝熱管の撓み角に対する拘束が小
さく、従来のように上記Ｕ字状伝熱管の半内部の近い部
分にかじりが生ずるようなことが防止される。

また、上述のようにＵ字状伝熱管１７の直管部に伸び差
が生じた場合、下側直管部側の押え板３３ｔ１３４　ｔ
が伝熱管に固着されているため、上記下側直管部の伸び
に応じて、枠部材３０がそり板３１にょυレール３２上
を滑動し、第７図に於て右方向に移動する。なおこの場
合、Ｕ字状伝熱管の上側直管部の押え板３３ｕ、３４ｕ
は比較的緩く伝熱管に当接しているため、押え板３３ｕ
、３４ｕと伝熱管との摺動によって上記枠部材３０の移
動が阻害されることはない。

このようにして、Ｕ字状伝熱管の下側直管部の変形時に
、伝熱管と押え板との相対的移動がなく、また傾斜に対
する拘束力も少なく、伝熱管にかじり現象が生ずること
がなくて、伝熱管の損傷の発生が防止される。

第１θ図は本発明の他の実施例を示す図であって、波形
状の押え板３４の下面側と平板状の押え板３３の上面側
との間に、上記波形状の押え板３４にのみ固着された長
手方向に延びる仕切板３５が設けられている。

しかして、この場合は上記仕切板３５によってＵ字状伝
熱官外の被再熱側蒸気の流れによる伝熱管の振動を防止
することができ、押え板周辺での伝熱管の長手方向に生
じる漏洩蒸気を減少させることができる。しかも、仕切
板３５は波形状の押え板３４のみに固着されているので
、Ｕ字状伝熱管の撓みに対する拘束力の増加を招くこと
もない。

なお、上記実施例においては再熱器について説明したが
、再熱器に限らず通常の熱交換器にも適用できる。

〔発明の効果〕

ｖ上説明したように、本発明はＵ字状伝熱管の端部にお
ける半内部に近い部分を、２枚の薄板からなる押え板に
よって挟持支持するようにしたので、熱交換器の作動時
にＵ字状伝熱管が被加熱流体の入口側および出口側間の
温度差により変形した場合においても、押え板によるＵ
字状伝熱管に対する拘束力を小さくすることができ、伝
熱管のかじりの発生を防止でき、伝熱管の損傷を確実に
防止できて、機器の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の湿分分離再熱装置の断面図、第２図は第
１図の■−■線に沿う断面図、第８図は第１図の■−■
線に沿う断面図、第４図は従来の再熱装置の断面図、第
６図はＵ字状伝熱管の変形状態説明図、第６図は第５図
のＡ部拡大断面図、第７図は本発明の再熱装置の一実施
例を示す側面図、第８図は第７図の■−■矢視図、第９
図は第８図のＢ部の拡大斜視図、第１０図は本発明の他
の実施例を示す第９図と同一部分を示す斜視図である。 １５・・・再熱ヘッダ、１７・・・Ｕ字状伝熱管、１７
ａ・・・上側直管部、１７ｂ・・・下側直管部、２２・
・・支え板、３ｏ・・・枠部材、３１・・・そシ板、３
２・・・レール、３３．３４・・・押え板、３５・・・
仕切板。 出願人代理人　猪　股　清 特開昭ＧＯ−８６３９３（６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 しヘッダに多数のＵ字状伝熱管からなるＵ字管束を接続
   し、その伝熱管を適当な間隔で配設された支え板によっ
   て支承するようにし、伝熱管内を流れる加熱流体によっ
   て伝熱管外を流れる被加熱流体を加熱する熱変換器にお
   いて、Ｕ字状伝熱管の半円部に近い部分を、上記Ｕ字状
   伝熱管の軸線に直焚して水平方向に延びる平板状および
   波板状の２枚の薄板からなる押え板によって挾持し、そ
   の押え板の両端をＵ字管束の両側に立設された枠部材に
   固着するとともに、上記枠部材を、その下端部に取着し
   たそり板を介して、伝熱管の軸線方向に配設されたレー
   ル上に載置したことを特徴とする。熱交換器。 ２、Ｕ字状伝熱管の下側直管部は対応する押え板に固着
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の熱交換器。 ８．２枚の押え板は長手方向に延びる仕切板によってそ
   の左右が区劃されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の熱交換器。