JPS6241591A

JPS6241591A - 熱交換器

Info

Publication number: JPS6241591A
Application number: JP17804285A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yoshimura; 浩一吉村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-08-13
Filing date: 1985-08-13
Publication date: 1987-02-23

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、例えば原子力発電プラント等において、湿り
度の高い蒸気から湿分を除去した後その蒸気を再熱する
湿分分離再熱装置の如き熱交換器に関する。

（発明の技術的背景）一般に、沸騰水型や加圧水型の軽水炉、或は新型転換炉
を用いる原子力発電プラントにおいては、蒸気タービン
に送給される蒸気が、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湿り蒸気
であることから、上記湿り蒸気中の湿分による蒸気ター
ビンの羽根の侵食を防止するとともに蒸気タービンの効
率低下を防止するため、上記湿り蒸気中の湿分を除去す
る手段が設けられている。

すなわち、原子力発電プラントにおいては、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形状の湿分分離エレメントを有
する分ＩＩＩＩｌ装置を設けて、高圧排蒸気中に含まれ
ている１０％程度の湿分を１％或はそれ以下まで減少さ
れている。そしてこの湿分が低下した蒸気を高圧からの
油気蒸気或は原子炉で発生する蒸気を加熱源とした再熱
装置で加熱し、そこで再熱された過熱蒸気が低圧タービ
ンに供給される。

ところで、上記湿分分離装置と再熱装置は一つのハウジ
ング内に収容されており、湿分分１１！ｌ装置と呼ばれ
ている。

この秤の再熱装置としては、原子炉で発生する蒸気で再
熱を行なう１段再熱形式と、高圧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する蒸気で第２
段の再熱を行なう２段再熱形式とがあり、これらの再熱
装置はいずれも再熱側蒸気を管内に流し、被再熱側の蒸
気を管外に流す形式の直交流型多管穴熱交換器が広く採
用されている。

第３図乃至第５図は従来の湿分分離再熱Ｈ置の縦断正面
図Ｊ３よび縦断側面図であって、横方向に延在する円筒
形のハウジング１の両端はそれぞれ蓋板２ａ、　２ｂに
よっ℃密閉されており、このハウジング１の下部には、
一対の被再熱湿り蒸気導入管３．３がハウジング１の軸
方向に間隔を隔てて設けられている。また上記両導入管
３．３の間のハウジング１にはドレン排出管４が設けら
れている。一方、上記ハウジング１の上部には一対の過
熱蒸気排出管５．５が被再熱湿り蒸気導入管３゜３と対
応するようにハウジング１の軸方向に所定間隔をもって
設けられている。

上記ハウジング１内はそれぞれ前記蓋板２ａ。

２ｂの近傍で円形の仕切板６ａ、６ｂによって軸方向に
仕切られており、前記ハウジング１の底部内には、両性
切板５ａ、　６ｂ間に水平方向に延在された底板７が設
けられている。ハウジング１の軸線より多少下方のハウ
ジング１内には、上記底板７と平行に配置された天井板
８が、両性切板６ａ、６ｂを接続するように配設されて
おり、この天井板８の幅方向中間位置の下面には、底板
７からそれぞれ頂端縁が互いに接近するように斜上方に
斜設されるとともに多数の開口９ａが形成された一対の
蒸気分配板９が接続されている。そして、画然気分配板
９，９および底板７により囲まれた断面三角形の蒸気分
配室１０が形成されている。

また、前記天井板８の幅方向両端部には、画然気分配板
９．９の外側において底板７から立設され、その蒸気分
配板９．９の軸線と平行に延びる湿分分離エレメント１
１．１１の上端が固定されており、湿り蒸気が湿分分離
エレメント１１゜１１を通過する際に、蒸気中の湿分が
分離除去されるようになっている。

天）−１板８の幅方向両端部上には、前記両性切板６ａ
、５ｂに接続され、断面はぼ正三角形状になるように一
対の分割板１２．１２がそれぞれ傾斜状に配設されてお
り、さらにこの各分；！、１１板１２゜１２と平行とな
るようにハウジング１に取付けられた一対の対向板１３
．１３が上記両分割扱１２゜１２に対設されている。上
記各対向板１３．１３の上ｑ１；部ｔは垂直状とされ、
その対向板１３．１３および分割板１２．１２によって
ハウジング１内にほぼ逆Ｖ字状の再熱路１４が形成され
ている。

ところで、前記蓋板２ａ、２ｂおよび仕切板５ａ、５ｂ
によって形成された空間１５ａ。

１５ｂには、それぞれ第１段角熱装首の第１段再熱蒸気
ヘラダミ５ａと第２段再熱装置の第２段再熱蒸気ヘッダ
１６ｂどが、ｎいに斜め位置に配設されている。そして
、上記各再熱蒸気ヘッダに接続された複数本のＵ字状伝
熱管１７．１７．・・・・・・が前記再熱路１４．１４
内に配設されている。

第６図は、上記再熱装置の拡大Ｕ断側面図であり、再熱
蒸気ヘッダ１６内は隔壁１８によって高温室１９および
低温室２０に区画されており、前記高温室１９には、再
熱蒸気導入管２１が接続され、前記低温室２０にはドレ
ン排出管２２およびベント蒸気排出管２３が接続されて
いる。また再熱蒸気ヘッダ１６の管板２４には両端を前
記高温室１９および低温室２０に連通された複数本のＵ
字状伝熱管１７が接続されており、この伝熱管１７は互
いに軸線方向に離間された枚数本の管束支持板２５ａ、
２５ｂ・・・・・・２５ｅによって支持されている。な
お、符号２６はマンホールである。

伝熱管１７の管束の中央部、上部、および下部において
は、各管束支持板２５ａ、２５ｂ・・・・・・２５ｅ間
にそれぞれステーパイブ２７が介装されており、管板２
４に植設されたステーボルト２８が上記各ステーパイブ
２７および管束支持板２５ａ、２５ｂ・・・・・・２５
８を貞通せしめられ、管板２４から最も遠い位置にある
管束支持板２５ｅ部において締付ナツト２９が螺着され
ている。

しかして、高圧からの抽気蒸気或は原子炉発生蒸気であ
る再熱側蒸気は、再熱蒸気導入ｖ１２１を通って再熱蒸
気ヘッダ１６の高温室１９に流入し、ついで複数本の伝
熱管１７に分配されて管内を流れ、その間に伝熱管１７
外を流れる被再熱蒸気と熱交換してドレンとなって低湿
室２０に流入し、そこからドレン排出管２２を介して図
示しないドレンタンクに集められる。また、凝縮しきら
なかった再熱側蒸気はベント蒸気排出管２３より流出す
る。

一方、被再熱側蒸気は、被再熱湿り蒸気導入管３より流
入し、蒸気分配室１０中を軸方向へ流れ、蒸気分配板９
で２分され、その後例えばドレンポケット付波板形状の
湿分分離エレメント１１を通過する間に湿分分離エレメ
ント１１で除去された湿分は重力によって流下しドレン
排出管４より排出され、一方、再熱路１４に送られた蒸
気は、第１段および第２段の伝熱管１７の外側を流れる
間に伝熱管１７内を流れる再熱蒸気によって加熱され過
熱蒸気となって、過熱蒸気排出管５を経て低圧タービン
に送られる。

したがって、伝熱管１７外の被再熱蒸気は管束下部の再
熱路１４より管束上部に行くにつれて温度が上昇し、こ
のため、被再熱蒸気流れ内にあるステーパイブ２７およ
びステーボルト２８も、被再熱蒸気同様上部にものほど
温度が高くなる。

〔背景技術の問題点〕

上述のように、被再熱蒸気が管束下部から流入し、再熱
されて上部へと流れるため、第１段再熱装置、第２段再
熱装置とも各々の管束支持板２５ａ、２５ｂ・・・・・
・２５ｅを固定するステーパイブ２７およびステーボル
ト２８も、下部から中央部、上部のもの程温度が上昇し
、熱ｉ服が大きくなる。

・したがって、ステーパイブ２７により間隔が固定され
、最終の管束支持板２５ｅでのステーボルト２８を締付
ける締付ナツト２９で位置決めされた各管束支持板２５
ａ、２５ｂ・・・・・・２５ｅは、ステーパイブ２７と
ともに変形し、上部の方が下部に比べて、ステーパイブ
の長手方向に対する変位量が大きくなる。しかも管束も
管板側で固定されＵバンド側で自由端となっているため
、管板から最も遠い位置にある最終の管束支持板２５ｅ
では変位量が最大となる。また、管束支持板２５ｅ自体
、被再熱蒸気流れ部をもつ側面と反対側の伝熱管Ｕペン
ド側の面はハウジング内部雰囲気に接している。ところ
が、このハウジング内部は湿分分離エレメントに入る前
の被再熱蒸気の雰囲気であるため、伝熱管Ｕベンド側面
の方が温度が低く圧力は高くなっており、上記最終の管
束支持板２５ｅは伝熱管Ｕベンド側に向かって曲がるよ
うな変形を生じ、前記ステーパイブの熱膨張による上部
がＵベンド側に変形しようとする傾向が増大される。

第７図は従来の上記最終の管束支持板２５ｅの形状を示
１図であって、実線は温度上背後の管束支持板２５ｅの
変形した状態を示し、想縁線は温度上昇前の管束支持板
２５ｅの状態を示す。

また、第８図は変形した最終の管束支持板２５ｅにおけ
る伝熱管と管穴の詳細を示す図であり、上記管束支持板
２５ｅの管穴３０の両端縁部には、組立時に伝熱管を挿
入し易いように、他の管束支持板と同様に手早１￥の面
取加工が施しである。しかして、比較的被再熱蒸気の温
度上昇度が小さい場合は、管束支持板２５ｅの傾斜も小
さくほとんど問題はない。

しかし、温度上昇度を大きくした運転状況下すなわち再
熱蒸気と被再熱蒸気の温度差が大きい場合には、管束下
部と上部の温度差が大きくなり、最終の管束支持板２５
ｅが大きく傾斜しようとする。ところが、上記管束支持
板２５ｅが成程度傾斜すると、その管穴３０の両側端縁
部が第８図に示すように伝熱管１７に係合し、伝熱管１
７に管束支持板の管穴の隅角部が圧接される。そのため
伝熱管１７の熱膨張が拘束されるようになり、伝熱管の
座屈等の１１ＡＩが発生する可能性がある。

ぞこで、最終の管束支持板２５ｅの管穴を大ぎくして伝
熱管と管穴の少リアランスを他の管束支持板よりも大き
くすれば上記問題は解消するが、クリアランスが大きい
と、被再熱蒸気の流体力によって伝熱管が強振するとい
う弾性撮動が発生し易くなる等の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、管束支持構造の熱変形に
よる伝熱管の損傷を効果的に防止し得るようにした熱交
換器を得ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、加熱媒体をヘッダを通して伝熱管内に流し、
該伝熱管外を流れる被加熱媒体を加熱する熱交換器にお
いて、管板から最も遠い位置にある管束支持板の管穴の
少なくとも一方の外端縁部に、外方に拡がる大きなテー
パ部を形成し、上記管穴の平行部長さを他の管束支持板
の管穴平行部長さよりも短くしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明における管板から最も遠い位置にある
管束支持板２５ｅの管穴２０部の拡大断面図であって、
その管穴３０の一側外端縁部には他の管束支持板と同様
に微少半径の面取り３０ａが行なわれており、他側外端
縁部には、外方に拡がる大きなテーパ部３０ｂが一形成
され、管穴３０の平行部３０ｃの長さが伯の管束支持板
のそれより短くしである。

しかして、管束の下部と上部との温度差によって管束支
持板が傾斜するが、第１図に一点鎖線で示すように、上
記テーパ部３０ｂによりがなり大きく傾斜するまで伝熱
管１７によってその傾動が阻止されることはない。ずな
わち、伝熱管１７と管穴３０とのクリアランスを従来と
同じ寸法とした場合、最終の管束支持板の許容傾斜度を
従来のものに比し大ぎくすることができ、一方、上記許
容傾斜度を従来と同時にした場合には、伝熱管と管穴の
クリアランスを従来より小さくすることもできる。

ところで、本発明の一実施例として、外径が１９．０５
ｍｍ＋の伝熱管に対して、管板がらＲも遠い位置の最終
管束支持板の肉厚が１６１１１１１．管穴平行部３０ｃ
の流さが８１１１管穴平行部内径１９．５ｍｍ、管穴の
一側外端縁部に長さ７ｍｎ＋、５°のテーパ部３０ｂを
設けた場合、上記管束支持板の許容傾斜度は３°となる
。これに対し従来の管束支持板の肉厚１６ｍｇ＋で、管
穴平行部長さ１４１１１１１管穴平行部内径１９．５ｍ
ｍの場合、許容傾斜度は１．８°にすぎない。このよう
に、上記テーパ部の形成によって管束支持板の許容傾斜
度が大きくなり、上記最終の管束支持板によって伝熱管
の熱膨張が拘束されるようなことを防止することができ
る。

なお、上記実施例においては管束支持板の管穴の一側外
端縁部にのみテーパ部を形成したものを示したが、第２
図に示すように両側にテーパ部３０ｂを形成してもよい
。またこの場合、テーパ部は非対称としても末広がり形
状としても差し支えない。

また、上記実施例においては湿分分離再熱装置について
説明したが、その他の熱交換品についても適用すること
ができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明においては管板から最も遠
い位置にある管束支持板の管穴の少なくとも一方の外端
縁部に外方に広がるテーパ部を形成し、上記管穴の平行
部長さを他の管束支持板の管穴の平行部長さより短くし
たので、管束支持板の許容傾斜度を大幅に大きくするこ
とができ、管束支持板を保持するステーパイブにおける
上下部の温度差に起因する最終管束支持板の熱変形によ
って、伝熱管の熱膨張が拘束されることを防止すること
ができ、伝熱管の座屈等の損傷を防止でき、機器の信頼
性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における湿分分離再熱Ｖｔ置
の最終の管束支持板の管穴部の拡大断面図、第２図は本
発明の他の実施例を示す第１図と同様な拡大断面図、第
３図は従来の湿分分離再熱装置の縦断正面図、第４図は
第３図のＴＶ−ＴＶ線に沿う断面図、第５図は第３図の
ｖ−ｖ線に沿う断面図、第６図は従来の再熱装置の縦断
面図、第７図は従来の最終の管束支持板の形状を示す図
、第８図は従来の最終の管束支持板の作動説明図である
。１・・・へ〇クジング、１１・・・湿分分離エレメント
、１６ａ・・・第１段再熱蒸気ヘッダ、１６ｂ・・・第
２段再熱蒸気ヘッダ、１７・・・伝熱管、２４・・・管
板、２５ａ、２５ｂ、２５Ｇ、２５ｄ、　２ｓｅ・・・
管束支持板、２７・・・ステーパイプ、３０・・・管穴
、３０ｂ・・・テーパ部、３０ｃ・・・平行部。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄＄１図第２目第３目第４目　　　　　　第５目第８膿

Claims

【特許請求の範囲】

加熱媒体をヘッダを通して伝熱管内に流し、該伝熱管外
を流れる被加熱媒体を加熱する熱交換器において、管板
から最も遠い位置にある管束支持板の管穴の少なくとも
一方の外端縁部に、外方に拡がる大きなテーパ部を形成
し、上記管穴の平行部長さを他の管束支持板の管穴平行
部長さよりも短くしたことを特徴とする熱交換器。