JPS621596Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、高温ガス炉の除熱系に使用する、中
間熱交換器、蒸気発生器等のヘリカルコイル型の
熱交器、特にヘリウム−ヘリウムの超高温熱交換
器の伝熱管支持装置に関する。

ヘリウム相互間で熱交換を行う中間熱交換器
は、二次側被加熱流体を高温にし、二次側以降の
利用系を有利にさせる点において非常に重要な装
置である。熱交換は、一次側に約1000℃のヘリウ
ムガスを用い、二次側のヘリウムガスを約930℃
に上昇させるが、伝熱管外の熱伝達を良好にする
ため、伝熱管のピツチを小さくして流速を高め、
また熱交換器の外形寸法を小さくするため、伝熱
面は、一般にヘリカルコイル状に形成される。な
お、前述のごとく熱交換の相対温度差が小さいた
め、伝熱管内外の流れを対向流とする。従つて加
熱流体の入口付近では、伝熱管内外の温度が約
1000℃に達するので、伝熱管の重量を支える支持
装置は吊り下げ方式とし、また高温雰囲気内での
支持荷重を小さくするため、伝熱面の下方を高温
側、上方を低温側にするよう熱交換器を構成す
る。従つて伝熱管の支持装置の下方の部分は、常
時約1000℃のヘリウムガスに囲まれ、極めて苛酷
な条件下での使用を強いられる。

以下従来の伝熱管支持装置の数例を紹介し、そ
の問題点を述べる。第１図乃至第３図は、所謂ラ
ダー式と称するもので、伝熱管ａの各列ｂ毎にコ
イルの半径方向に２本の縦部材ｃ，ｃを配置し
て、伝熱管を両側から支持するものである。この
方式は、各列毎に縦部材ｃが独立しているので、
コイルの半径方向の温度のばらつきに対し安全で
あるが、縦部材ｃを各列の間に配置するため、コ
イルの半径方向のピツチｐが大きくなり、熱伝達
率を低下させる。そのため、コイルの各列の間に
分離板ｄを設置し管外流速を高める必要がある。
従つて熱交換器の構造が複雑になり、しかも外形
寸法が嵩ばる欠点がある。

第２の方式は、第４図に示すごとく、ラダーの
代りにＨ型断面を有する縦部材ｅを用い、伝熱管
ａを２列づつ束ねて支持する。この方式は、液体
ナトリウムの熱交換に用いられ、もともと熱伝達
率が良好なため、コイルのピツチが大となつても
分離板ｄを配置する必要はないが、使用温度は、
精々500℃程度であり、これを高温度のヘリウム
ガスに対して用いると、ラダー式と同じ欠点を生
ずる。

第３の方式は、第５図に示すごとく、多孔板ｆ
を用いるもので、管を貫通させて支持する管孔ｇ
を伝熱管の数だけ多数穿設した板を、コイルの軸
ｌの上下方向の温度域毎に適宜分割して、センタ
ーパイプｈにコイル半径方向に取り付けたもので
ある。この方式はコイル軸方向の温度差により生
ずる熱応力を緩和できるが、分割した多孔板ｆが
支える伝熱面の重量は、多孔板ｆをセンターパイ
プｈに溶接して伝えるか、或いは多孔板を相互に
図示しない金物で接続して行う。しかし何れの取
付方法も高温領域下での強度低下は免かれず、信
頼性に欠ける。またこの方式は、基本的には、コ
イルの半径方向（矢印ｉ）の温度のばらつきを吸
収し得るものではなく、適用温度範囲は、精々
700℃程度に限定される。更に別の欠点として第
６図に示すごとく、上下の多孔板の間でそれぞれ
のヘリカルコイルｊ，ｊの途中に直管部ｋを設け
なければならず、コイルの成形が極めて厄介にな
る。前記以外の問題点として、ヘリカルコイル
は、各コイルの管長さを統一するため、リード角
をほゞ一定にしており、従つて各列の管が多孔板
を貫通する位置は、コイル円周上の位置によつて
異なるが、多孔板を断続的に分割して配置する
と、多孔板の加工及び組立時の寸法の割出しが極
めて煩雑であり、加工ミスを起し易い。

本考案は、前述の問題点に鑑み、約1000℃の雰
囲気温度中で使用して、コイルの上下方向及び半
径方向の温度差による有害な熱応力を発生させ
ず、且つコイルの半径方向のピツチを最小限にす
ることにより、管外流速を高めて良好な熱伝達率
を保有し、更に熱交換器の外形寸法を小さくし得
る、ヘリカルコイル形熱交換器の伝熱管支持装置
を提供することを目的としてなしたもので、その
要旨とするところは、伝熱管をヘリカルコイル状
に多段多列に配設した堅型熱交換器において、前
記伝熱管の上方にあり、且つセンターパイプにコ
イル半径方向に取り付けた吊梁と、上段側の伝熱
管を支持するための管孔を有する上部多孔板と、
該上部多孔板の下部にコイル軸に平行に隣接配置
し、且つ各々が下段側の隣接する少くも２列の伝
熱管を支持するための管孔を有する細長い形状の
分割多孔板とを備え、該分割多孔板を、相互の隣
接部に設けた上下方向に相対移動可能な接合部に
より相互に結合すると共に前記上部多孔板の下部
に固着して吊り下げ、一体の多孔板を構成し、該
一体の多孔板の上部を前記吊梁に吊下げ、且つ側
部をセンターパイプに滑動可能に取り付けたこと
を特徴とするものである。

以下本考案の実施例につき、添付の図面にもと
づいて説明する。第７図は、本考案の多孔板の配
置を示す熱交換器１の全体構造を示し、２は胴、
３はヘリカルコイル、４はセンターパイプ、５は
多孔板、６は多孔板の吊梁であつて、約1000℃の
一次側ヘリウムガスは、胴２の下部に設けた入口
７より、矢印ｍの方向に器内に入り、ヘリカルコ
イル３を形成する伝熱管の管外を矢印ｎの方向に
上昇して、胴２の上部８に達し、その後、胴２と
断熱ダクト９の間を矢印ｑのように下降して、出
口部１０より矢印ｒの方向に約400℃に冷却され
て排出される。約300℃の二次側ヘリウムガス
は、胴上部のヘリカルコイル入口部１１より、矢
印ｓの方向にコイル内に入り、コイル下部に到達
後、矢印ｔの方向に反転して、センターパイプ４
の内側に設けた、センターパイプ内部断熱材１２
が囲む流路１３を上昇し、出口部１４より約930
℃に加熱され、矢印ｕの方向に排出される。セン
ターパイプ４からコイル半径方向に張り出した多
孔板の吊梁６は、多孔板及び多孔板が支持するコ
イルの全重量を吊り下げ、吊り下げられた多孔板
５は、センターパイプ４と断熱材ダクトの間にコ
イル半径方向に配置されている。多孔板５は、第
８図乃至第１１図に示すごとく、約600℃を境界
として、これより上段の低温側を一枚の上部多孔
板１５により、また下段の高温側をコイル軸ｖに
平行に隣接配置する複数個の分割多孔板１６によ
り構成する。各分割多孔板１６には、第９図に示
すごとく、少くとも２列の伝熱管１７，１７を束
ねて支持し得るよう管孔１８を穿設した細長い形
状をしており、また隣接する分割板相互の接合部
には、縦方向に断面が一様な嵌合部１９、或いは
第１０図に示す係合部２０を設け、上下方向、即
ちコイル軸方向には相互に摺動自在に、またコイ
ル円周方向（矢印ｘ）に、ズレを生じないように
し、摺動部の片側の面には、焼付き防止のため、
プラズマコーチング２１を施す。更に別の実施例
としてコイル半径方向にズレを生じないようにす
る場合は第１０図及び第１１図に示すごとく係合
部２０の間隙２２にＬ字形のスペーサ２３を差し
込み、弛みを生じないよう拘束する。しかしこの
場合でも上下方向には相互に摺動可能とし、スペ
ーサの摺動部にプラズマコーチング２１を施す。
なおスペーサは、その肩部２４を分割多孔板１６
に溶接し固定する。

前述の接合構造により、すべての分割多孔板１
６を組立て結合した後、各分割多孔板の上端部２
５を、上部多孔板の下端部２６に溶接により固着
し、一体の多孔板５を構成する。次いで前述のご
とく多孔板の吊梁６に吊り下げ、更に多孔板の最
内側２７をセンターパイプ４に上下方向に滑動可
能に取り付ける。

伝熱管１７を多孔板５に通すためには、図示し
ないヘリカルコイルベンダーを用い、管を螺線状
に曲げながら多孔板５の管孔１８に挿入する。こ
の際、管孔１８の周囲には、第１２図に示すごと
くコイル組立用スリーブ２８を嵌入し、管孔を保
護する。伝熱管を管孔に挿入した後、コイル組立
用スリーブ２８を取り外し、第１３図及び第１４
図に示す、断面がくさび形に傾斜した半割スリー
ブ２９，３０を管孔の両側から圧入し、適宜の個
所３２で抜け止め処理を行い、伝熱管１７を管孔
１８に固定する。なお第１４図に示す半割スリー
ブ３０には、スリツト３１を設け、圧入時伝熱管
との肌付を良好にする。

前述のごとく伝熱面の高温側は、コイル中心に
対し半径方向に比較的短かい長さをもつ分割多孔
板を一列に並べてあるので、コイル半径方向の温
度のバラツキは、主として上下方向の伸びの差に
転換され、また上下方向の温度差も上下方向の伸
びとなつて現はれるが、一方分割多孔板は、上下
方向に相互に摺動自由であり、しかも摺動部分に
はコーチングを施してあり、更に各分割多孔板
は、上部多孔板を介して吊り下げられているの
で、各々が独立して自由に下方（矢印ｗ）に膨張
することができる。従つて分割多孔板に有害な熱
応力が発生するおそれがない。また高温側伝熱面
の重量は、分割多孔板により支持され、分割多孔
板は、比較的温度の低い部分で上部多孔板に固着
されているので、固着部に高温による障害が発生
するおそれがない。また各分割多孔板は、コイル
２列以上を束ねているので、充分な断面強度を有
している。更に分割多孔板は相互に嵌合構造、或
いは必要に応じて係合構造を用いスペーサにより
放射方向のガタを除去することもできるので、上
部多孔板と共に、所要の剛性を有する一体の多孔
板５を形成する。而してこの一体の多孔板５は、
上部で吊梁に充分強固に支持され、且つセンター
パイプ４にも支持されているので、全伝熱面を所
定の位置に堅固に支持し、熱交換器全体の構造
は、極めて信頼性の高いものになつている。

なお本考案は、前述の実施例にのみ限定される
ものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更し得ることは勿論である。

本考案の伝熱管支持装置は、前述の構成を有す
るので下記の優れた効果を発揮する。

(i) 低温部を一枚の多孔板により、高温部を分割
多孔板を用いて組立て、各分割多孔板は、それ
ぞれ独立して下方に自由に膨張し得るようにし
てあるので、約1000℃の雰囲気ガス中に設置し
ても有害な熱応力が発生することがない。

(ii) 各分割多孔板は、伝熱コイルの２列以上を束
ねているので充分な強度を有し、また相互に嵌
合、または係合構造を用いて接合され、上部多
孔板に固着して一体の多孔板を形成しているの
で、恰かも一枚の多孔板を使用する場合と同等
の剛性を有している。従つて一体の多孔板を伝
熱管の上部に容易に吊り上げることができる。

(iii) 前項に述べたごとく、多孔板を一体に形成し
てあるので、従来のラダー式のように伝熱コイ
ルの各列毎に分離板を設ける必要はなく、コイ
ル半径方向の伝熱管のピツチを小さくすること
ができる。従つて、管外の熱伝達がよく、しか
も熱交換器全体の外形寸法を小さくすることが
できる。

(iv) 第(ii)項に述べたごとく、一体の多孔板を形成
しているので、従来のように上下方向に離隔配
置した多孔板において見られるごとき、二つの
コイルの間に直管部を設ける必要がなく、また
管孔の穿設作業に間違いを生じ難く、工作が非
常に容易である。

(v) 第(ii)項に述べたごとく、一体の多孔板を形成
し、多孔板の管孔を貫通するよう、伝熱管を曲
げ加工するので、コイルの上下方向及び半径方
向のピツチが均一化され、加工の精度が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のラダー式伝熱管支持装置の説明
図、第２図は第１図における−方向からの切
断平面図、第３図は第２図における−方向か
らの縦断側面図、第４図は従来のＨ型縦部材を用
いた伝熱管支持装置の説明図、第５図は従来の多
孔板を用いた伝熱管支持装置の説明図、第６図は
第５図の多孔板を用いた場合のヘリカルコイルの
直管部を示す説明図、第７図は本考案の実施例を
適用した熱交換器の組立縦断側面図、第８図は本
考案の実施例を示す伝熱管支持装置の側面図、第
９図は第８図における−方向からの拡大切断
平面図、第１０図は第９図の別の実施例図、第１
１図は第１０図におけるXI−XI方向からの縦断側
面図、第１２図は伝熱管の固定方法を示す説明
図、第１３図及び第１４図は半割スリーブの斜視
図である。 図中、１は熱交換器、３はヘリカルコイル、４
はセンターパイプ、５は一体の多孔板、６は吊
梁、１５は上部多孔板、１６は分割多孔板、１７
は伝熱管、２１はプラズマコーチング、２３はス
ペーサを示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 伝熱管をヘリカルコイル状に多段多列に配設
   した堅型熱交換器において、前記伝熱管の上方
   にあり、且つセンターパイプにコイル半径方向
   に取り付けた吊梁と、上段側の伝熱管を支持す
   るための管孔を有する上部多孔板と、該上部多
   孔板の下部にコイル軸に平行に隣接配置し、且
   つ各々が下段側の隣接する少くも２列の伝熱管
   を支持するための管孔を有する細長い形状の分
   割多孔板とを備え、該分割多孔板を、相互の隣
   接部に設けた上下方向に相対移動可能な接合部
   により相互に結合すると共に前記上部多孔板の
   下部に固着して吊り下げ、一体の多孔板を構成
   し、該一体の多孔板の上部を前記吊梁に吊下
   げ、且つ側部をセンターパイプに滑動可能に取
   り付けたことを特徴とする伝熱管支持装置。 ２ 分割多孔板の相互の隣接部に設けた接合部
   に、焼付き防止用コーチングを施したことを特
   徴とする実用新案登録請求の範囲第１項に記載
   の伝熱管支持装置。 ３ 分割多孔板の相互の隣接部に設けた接合部
   を、コイル半径方向に抜け出し不能な係合構造
   とし、該係合部の隙間にスペーサを挿入したこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
   項、または第２項に記載の伝熱管支持装置。