KR20060130131A

KR20060130131A - Support for a tube bundle

Info

Publication number: KR20060130131A
Application number: KR1020067014744A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 웨인 존스톤; 도미니쿠스 프레데리쿠스 물더
Original assignee: 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-12-18
Also published as: US20090200004A1; CN1906456A; EP1709382A1; EA200601213A1; PT1709382E; CA2550688C; WO2005061982A1; US20050161204A1; CA2550688A1; ES2324351T3; DE602004020679D1; EP1709382B1; JP2007515615A; ATE428900T1; AU2004304015A1; EA007892B1; AU2004304015B2

Abstract

A support for a bundle of tubes, which support comprises a plurality of transverse support plates spaced apart along the direction of the tubes to be supported, and which support plates are provided with openings for accommodating the tubes, wherein the plurality of support plates comprises segmental baffle support elements and expanded metal support elements.

Description

SUPPORT FOR A TUBE BUNDLE

본 발명은 튜브 다발용 지지체에 관한 것으로, 특히 지지되는 튜브의 방향을 따라서 이격되어 있는 세그멘탈 배플 (segmental baffle) 로 알려진 여러 개의 횡단 지지체 플레이트를 포함하는 지지체에 관한 것이다.The present invention relates to a support for tube bundles, and more particularly to a support comprising a plurality of transverse support plates known as segmental baffles spaced along the direction of the supported tube.

튜브 다발의 주요 적용 범위는 원통 다관식 (shell-and-tube) 열교환기이다. 원통 다관식 열교환기는 용기 (vessel) 의 길이 방향으로 신장된 튜브 다발이 내부에 구비된 원통형 용기를 포함한다. 튜브로 이루어진 다발은 특히 평행 튜브의 다발일 수 있으며, 또한 튜브 다발로도 언급된다.The main field of application for tube bundles is cylindrical shell-and-tube heat exchangers. The cylindrical shell and tube heat exchanger includes a cylindrical vessel provided therein with a tube bundle extending in the longitudinal direction of the vessel. The bundle consisting of the tubes can in particular be a bundle of parallel tubes, also referred to as tube bundles.

잘 알려진 바와 같이, 원통 다관식 열 교환기는 열이 튜브 다발의 튜브 (튜브 측) 를 통해 지나는 유체와 상기 튜브의 외부 공간 (쉘 측) 을 통해 지나는 유체 사이에 전달되는 간접식 열교환기이다. 원통 다관식 열교환기의 세부 내용은, 예컨대 맥그로우-힐 출판사, 6 개정판 (1984년), 페리의 화학 공학 교본 11쪽 3행 ~ 11쪽 21행에서 확인할 수 있다. 튜브 다발은 열교환기의 가장 중요한 부재이다. 튜브 다발의 튜브의 단부는 튜브 시트에 고정된다. 상기 열교환기는 2 개의 튜브 시트를 포함하는데, 원통형 용기의 각 단부에 하나의 튜브 시트를 포함하거나, 열교환기가 U-형 튜브 열교환기인 경우, 원통형 용기의 일 단부에 단 일 튜브 시트를 포함한다.As is well known, a cylindrical shell and tube heat exchanger is an indirect heat exchanger in which heat is transferred between a fluid passing through a tube (tube side) of a tube bundle and a fluid passing through an outer space (shell side) of the tube. Details of cylindrical shell and tube heat exchangers can be found, for example, in McGraw-Hill Press, 6th Revision (1984), Perry's Chemical Engineering Textbook, page 11, lines 3 to 11, page 21. Tube bundles are the most important member of the heat exchanger. The end of the tube of the tube bundle is fixed to the tube sheet. The heat exchanger includes two tube sheets, one tube sheet at each end of the cylindrical vessel, or, if the heat exchanger is a U-shaped tube heat exchanger, a single tube sheet at one end of the cylindrical vessel.

튜브의 중간 부분은, 예컨대 유체의 유동에 의해 발생하는 진동으로 인한 튜브의 손상을 막기 위하여 또한 지지가 되어야 한다는 것을 이해하게 될 것이다. 튜브의 중간 부분을 지지하기 위해서, 튜브 지지체는 축방향에 수직으로 이격된 횡단 지지판을 포함한다. 지지판은 때때로 지지 시트 (sheet) 또는 지지 배플로도 언급된다.It will be appreciated that the middle portion of the tube must also be supported to prevent damage to the tube, for example due to vibrations caused by the flow of fluid. To support the middle portion of the tube, the tube support includes a transverse support plate spaced perpendicular to the axial direction. Support plates are sometimes referred to as support sheets or support baffles.

본 발명은 소위 세그멘탈 배플로 불리는 지지판을 포함하는 열교환기에 관한 것이다. 상기 페리의 책에는 몇몇 종류의 세그멘탈 배플이 논의되었다. 종래의 세그멘탈 배플은 원형 세그멘트 (윈도우 (window)) 가 절단된 원형 금속판으로 제조되고, 판의 잔여 부분을 통해서 튜브가 지나갈 수 있도록 많은 개구가 천공되거나 절단된다. 때때로, 2개의 원형 세그멘트가 양측에서 절단되는데, 이는 예컨대 소위 더블 세그멘탈 배플 배치, 또는 윈도우에 튜브가 없는 (no-tube-in-window) 배치에 사용하기 위해서이다. The present invention relates to a heat exchanger comprising a support plate called segmental baffles. Perry's book discusses several kinds of segmental baffles. Conventional segmental baffles are made of a circular metal plate with a circular segment (window) cut out, and many openings are drilled or cut so that the tube can pass through the remainder of the plate. Sometimes two circular segments are cut on both sides, for example for use in so-called double segmental baffle arrangements, or in no-tube-in-window arrangements.

세그멘탈 배플은 튜브를 지지할 뿐만 아니라, 쉘 측을 통하는 유체 흐름에도 영향을 준다. 따라서, 배플의 디자인은 열 전달도 고려하여 결정되어야 한다. 세그멘탈 배플 튜브 지지체는 열 전달의 최적화를 위하여 쉘 내부의 유체가 튜브 다발사이를 어느 정도 양으로 교차하여 흐르는 것을 소망할 때 사용된다.Segmental baffles not only support the tube, but also affect the fluid flow through the shell side. Therefore, the design of the baffle must be determined in consideration of heat transfer as well. Segmental baffle tube supports are used when the fluid inside the shell wishes to flow to some extent between the tube bundles to optimize heat transfer.

세그멘탈 배플의 디자인은 특정되어 실제로 응용되는 구체적인 요구에 알맞게 어느 정도 제한하에서 개조될 수 있다. 예컨대, 소위 배플 컷 (cut) 이 구체적으로 선택될 수 있는데, 이는 세그멘탈 배플을 형성하기 위하여 절단된 원형 직경의 백분율을 말한다. 단일 세그멘탈 배플에있는 큰 배플 컷은 상대적으로 낮은 압력 강하를 제공하지만, 윈도우를 통해 뻗어있는 튜브의 상대적으로 큰 부분은 지지되지 않고 남아있다. 일반적으로, 혹자는 최소한 모든 제 2 세그멘탈 배플에 의해서라도 튜브를 지지하려고 시도할 것이고, 이때 일반적으로 채택된 최대 배플 컷은 45%이다.The design of the segmental baffle can be specified and adapted to some extent to suit the specific needs of the actual application. For example, a so-called baffle cut can be specifically selected, which refers to the percentage of the circular diameter cut to form a segmental baffle. Large baffle cuts in a single segmental baffle provide a relatively low pressure drop, but a relatively large portion of the tube extending through the window remains unsupported. In general, one will attempt to support the tube by at least all the second segmental baffles, with the maximum baffle cut generally adopted is 45%.

튜브가 윈도우를 통해 뻗어있을 때, 튜브의 지지되지 않은 최대 길이 ("지지되지 않은 튜브 길이") 는 세그멘탈 배플 사이 간격의 2배 이상이다. 따라서, 지지판은 기계적 지지의 관점에서만 볼 때 지지판의 개수가 2배 이상으로 필요하다는 것을 내포하고 있다. 세그멘탈 배플은 열교환기의 비용에 실질적으로 기여하기 때문에, 혹자는 배플 사이 간격을 최대화하려고 시도할 것이다. 지지되지 않은 튜브 길이가 너무 길어지게 되면, 이는 진동 문제를 야기할 수 있다.When the tube extends through the window, the maximum unsupported length of the tube (“unsupported tube length”) is more than twice the spacing between the segmental baffles. Therefore, the support plate implies that the number of support plates is required to be two or more times only from the viewpoint of mechanical support. Since segmental baffles contribute substantially to the cost of the heat exchanger, some will attempt to maximize the spacing between the baffles. If the unsupported tube length becomes too long, this can cause vibration problems.

다른 열교환기 디자인에서는 윈도우를 통과하는 튜브가 없다. 예컨대, 초대형 수직 열교환기 (예컨대 대형 공업용 공정에 공급/배출 등의 열교환기로 사용되는 "텍사스 타워" 등으로 알려진 것) 에서, 단일 세그멘탈 배플이 일반적으로 어느 정도 간격을 두고 설치되며, 이때 쉘을 따라 뻗어있는 튜브 다발 사이에서 희망하는 교차 흐름 패턴을 달성하기 위해 윈도우는 반대쪽으로 교차하여 설치된다. 최적화된 유체 흐름 및 최적화된 유압 성능 (특히 최소한의 압력 강하) 을 위하여 희망하는 간격이 진동에 대한 양호한 기계적 지지를 위해 요구되는 간격보다 훨씬 길 수 있기 때문에, 2개의 윈도우 각각을 제외하고 상당수의 추가 세그멘탈 지지 배플이 단일 세그멘탈 배플 사이에 놓인다. 이러한 추가 요소는 전체 튜브 지 지체의 상당한 비용 요소가 된다. In other heat exchanger designs, there is no tube passing through the window. For example, in very large vertical heat exchangers (such as those known as "Texas towers" used as heat exchangers for supply / discharge for large industrial processes, etc.), single segmental baffles are generally installed at some distance, with the shell being In order to achieve the desired cross flow pattern between the tube bundles extending along the window, the windows are installed opposite to each other. Significant additions except for each of the two windows, since the desired spacing for optimized fluid flow and optimized hydraulic performance (especially minimal pressure drop) can be much longer than the spacing required for good mechanical support for vibration. Segmental support baffles lie between the single segmental baffles. This additional factor is a significant cost factor for the overall tube delay.

일본 특허출원 공개공보 제05-296680호는 윈도우에 진동을 억제하기 위한 다수의 상호작용 시트 금속 스트립 (strip) 이 배치된 지지 배플판을 개시하고 있다. 각 시트 금속 스트립 모두를 위하여 요구되는 특별한 모양 때문에, 제조비용은 높다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-296680 discloses a supporting baffle plate in which a plurality of interactive sheet metal strips are disposed in a window for suppressing vibration. Due to the special shape required for each sheet metal strip, manufacturing costs are high.

본 발명의 목적은 세그멘탈 배플 튜브 지지체에서의 진동에 대한 더욱 단순한 (더욱 저렴한) 기계적 지지를 가능하게 하는 튜브 다발용 지지체를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a support for a bundle of tubes which allows for simpler (more inexpensive) mechanical support against vibration in the segmental baffle tube support.

따라서, 본 발명은 튜브 다발용 지지체를 제공하는데, 이 지지체는 지지되는 튜브의 방향을 따라서 이격된 다수의 횡단 지지판을 포함하고, 이 지지판에는 튜브를 수용하기 위한 개구가 구비되며, 다수의 지지판은 세그멘탈 배플 지지 요소 및 익스팬디드 메탈 지지 요소 (expanded metal support element) 를 포함한다.Accordingly, the present invention provides a support for a tube bundle, the support comprising a plurality of transverse support plates spaced along the direction of the tube being supported, the support plates being provided with openings for receiving the tubes, the plurality of support plates Segmental baffle support elements and expanded metal support elements.

출원인은 세그멘탈 배플 튜브 지지체에서 기계적 지지 기능의 일부가 종래의 세그멘탈 배플 요소에 반드시 제공될 필요가 없으며, 익스팬디드 메탈 요소에 제공됨으로써 유리하게 실현될 수 있음을 인지하였다. 익스팬디드 메탈은 세그멘탈 배플에 비해 상당히 저렴하게 제조될 수 있는데, 그 이유는 재료가 더 적게 사용되고, 절단이 더 작게 이루어지며, 그리고 더 적은 노동력이 요구되기 때문이다. 본 발명은 세그멘탈 배플이 유체 흐름을 위하여 필요한 위치 및 기계적 지지도 제공해주는 위치에 놓이는 튜브 지지체를 가능하게 한다. 나아가, 특히 진동을 방지하기 위한 기계적 지지체에는 익스팬디드 메탈 요소가 제공될 수 있다. 익스팬디드 메탈은 세그멘탈 배플보다 유체 흐름에 영향을 덜 미친다.Applicants have recognized that part of the mechanical support function in a segmental baffle tube support need not necessarily be provided in conventional segmental baffle elements, but may be advantageously realized by providing it in an expanded metal element. Expanded metal can be made significantly cheaper than segmental baffles because less material is used, less cutting is required, and less labor is required. The present invention enables the tube support to be placed in a position where the segmental baffle also provides the necessary position and mechanical support for fluid flow. Furthermore, an expanded metal element may be provided, in particular in a mechanical support for preventing vibration. Expanded metals have less effect on fluid flow than segmental baffles.

본 발명은 이와 같이 세그멘탈 배플 열교환기의 훨씬 융통성있는 디자인을 허락한다. 튜브의 크기 및 배치 (예컨대, 삼각형 또는 사각형 피치 (pitch)), 쉘의 지름, 세그멘탈 배플의 크기 및 간격과 같은 열교환기의 기본적인 디자인 인자들이 진동에 대한 고려 없이 최적화된 유체 흐름, 열교환기 성능 및 압력 강하를 위하여 선택될 수 있다. 본 발명에 따르면, 직면할 수 있는 진동에 관한 문제점은 익스팬디드 메탈 지지 요소를 놓음으로써 해결된다.The present invention thus allows for a much more flexible design of the segmental baffle heat exchanger. Heat exchanger basic design factors such as tube size and placement (eg triangle or square pitch), shell diameter, size and spacing of segmental baffles are optimized for fluid flow, heat exchanger performance without consideration of vibration And pressure drop. According to the present invention, the problem with vibrations that may be encountered is solved by placing the expanded metal support element.

본 명세서 및 청구의 범위에서 사용된 "지지 요소" 라는 표현은 지지판의 일부 또는 지지판 전체를 지시하는 것으로 사용된다.As used herein and in the claims, the expression "support element" is used to indicate a portion of the support plate or the entire support plate.

익스팬디드 메탈 및 세그멘탈 배플 지지 요소들은 함께 복합 지지판을 형성할 수 있다. 따라서, 익스팬디드 메탈은 세그멘탈 배플 지지 요소의 윈도우를 채우기 위하여 배치될 수 있다. 이와 같이 기계적 지지체는 지지판의 총 단면적에 걸쳐 제공될 수 있지만, 유체는 윈도우를 통해서만 흐를 수 있다. 또한, 익스팬디드 메탈은 적게나마 어느 정도의 흐름을 제한하기 때문에, 종래의 세그멘탈 지지 배플과 비교하여 윈도우의 크기를 약간 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.The expanded metal and segmental baffle support elements may together form a composite support plate. Thus, the expanded metal may be arranged to fill the window of the segmental baffle support element. As such, the mechanical support can be provided over the total cross-sectional area of the support plate, but the fluid can only flow through the window. In addition, because expanded metal limits the flow to some extent, it may be desirable to slightly increase the size of the window compared to conventional segmented support baffles.

익스팬디드 메탈 지지판 형태의 익스팬디드 메탈 지지 요소는 추가적인 기계적 지지체로서 2개의 세그멘탈 배플 지지 요소 사이에 배치될 수도 있다.The expanded metal support element in the form of an expanded metal support plate may be disposed between two segmental baffle support elements as additional mechanical support.

추가적인 실시예에서, 익스팬디드 메탈 지지판은 그 자체로 세그멘탈 모양일 수 있는데, 즉 1개 이상의 세그멘트가 절단되어 1개 이상의 윈도우를 형성할 수 있다. 이것은 세그멘탈 배플의 윈도우를 통하는 튜브가 없는 디자인, 및 세그멘탈 배플 사이의 추가적인 기계적 지지체가 유체 흐름을 최소한으로 방해하는 것을 희망하는 디자인에 유용할 수 있다. In a further embodiment, the expanded metal support plate may itself be segmented in shape, ie one or more segments may be cut to form one or more windows. This may be useful for tubeless designs through the window of the segmental baffle, and designs where additional mechanical support between the segmental baffles is to minimize the fluid flow.

익스팬디드 메탈 지지 요소만으로 구성된 튜브 지지체는 국제특허출원 공개공보 제WO 03/067170호에 개시되어 있다. 그러나, 이 공개공보에서는 종래의 세그멘탈 배플 열교환기에서의 진동에 관한 문제는 언급하지 않고 있으며, 종래의 세그멘탈 배플 및 익스팬디드 메탈 지지 요소의 조합에 대해서 개시하거나 제안하지도 않았다.Tube supports consisting solely of expanded metal support elements are disclosed in WO 03/067170. However, this publication does not address the problem of vibration in a conventional segmental baffle heat exchanger, nor does it disclose or suggest a combination of a conventional segmental baffle and an expanded metal support element.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 지지체를 구비한 열교환기의 제 1 실시예의 개략적인 길이방향 단면도이다.1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a first embodiment of a heat exchanger with a support according to the invention.

도 2 는 도 1 의 II-II 방향을 따라 취한 개략적인 단면도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the II-II direction of FIG. 1.

도 3 은 도 1 의 III-III 방향을 따라 취한 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view taken along the direction III-III of FIG. 1.

도 4 는 세그멘탈 지지 배플의 개략도이다.4 is a schematic representation of a segmental support baffle.

도 5 는 세그멘탈 배플 지지 요소 및 익스팬디드 메탈 지지 요소로 형성된 복합 지지 배플의 개략도이다.5 is a schematic view of a composite support baffle formed of segmental baffle support elements and expanded metal support elements.

도 6 은 본 발명에 따른 지지체를 구비한 열교환기의 제 2 실시예의 개략적인 길이방향 단면도이다.6 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a second embodiment of a heat exchanger with a support according to the invention.

도 7 은 도 6 의 VII-VII 방향을 따라 취한 개략적인 단면도이다.FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along the direction VII-VII of FIG. 6.

도 8 은 도 6 의 VIII-VIII 방향을 따라 취한 개략적인 단면도이다.FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along the VIII-VIII direction of FIG. 6.

도 9 는 또 다른 세그멘탈 지지 배플의 개략도이다.9 is a schematic representation of another segmental support baffle.

도 10 은 텍사스 타워에서 중간 지지판으로 사용되는 종래의 세그멘탈 배플의 개략도이다.10 is a schematic of a conventional segmental baffle used as an intermediate support plate in a Texas tower.

도 11 은 본 발명에 따른 중간의 익스팬디드 메탈 지지판의 개략도이다.11 is a schematic view of an intermediate expanded metal support plate according to the present invention.

도 12 는 본 발명에 따른 지지체를 구비한 열교환기의 제 3 실시예의 개략적인 길이방향 단면도이다.12 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a third embodiment of a heat exchanger with a support according to the invention.

도 13 은 본 발명에 따른 다른 익스팬디드 메탈 지지 요소의 개략도이다.13 is a schematic view of another expanded metal support element according to the invention.

동일하거나 유사한 대상물을 설명하기 위해 동일한 참조번호가 도면에 사용된다.Like reference numerals are used in the drawings to describe the same or similar objects.

도 1 ~ 도 5 에 대해 설명한다. 도 1 은 수직 원통다관식 (vertical shell-and-tube) 열교환기 (1) 의 길이방향 단면을 나타내며, 도 2 및 도 3 은 각각 II-II선 및 III-III선을 따라 취한 2개의 단면을 나타낸다. 열교환기 (1) 는 쉘 (3) 및 도 1 에서 볼 수 있는 튜브들 (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14) 로 구성된 튜브 다발 (5) 을 포함한다. 튜브 다발 (5) 용 지지체는 도 1 에 도시된 4개의 지지판 (18, 19, 20, 21) 을 포함한다. 이 판들은 튜브 (8 ~ 14) 의 길이 방향을 따라서 서로 고정된 거리 (L₁) 만큼 이격되어 있다. 1 to 5 will be described. 1 shows a longitudinal cross section of a vertical shell-and-tube heat exchanger 1, and FIGS. 2 and 3 show two cross sections taken along lines II-II and III-III, respectively. Indicates. The heat exchanger 1 comprises a tube bundle 5 consisting of a shell 3 and tubes 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 as seen in FIG. 1. The support for the tube bundle 5 comprises four support plates 18, 19, 20, 21 shown in FIG. 1. These plates are spaced apart by a fixed distance L ₁ from each other along the longitudinal direction of the tubes 8-14.

지지판 (18, 19, 및 21) 은 종래의 세그멘탈 배플로서 도 4 에 확대되어 도시된다. 이러한 세그멘탈 배플은 원형판 (25) 으로 제조되는데, 원형판 (25) 으로부터 세그멘트가 절단되어 열교환기에 장착될 때 윈도우가 형성된다 (예, 윈도우 (28)). 남아있는 판 (25) 에는 개구 (30) 가 절단되어있다.The support plates 18, 19, and 21 are shown enlarged in FIG. 4 as a conventional segmental baffle. This segmental baffle is made of a circular plate 25, which forms a window when the segment is cut from the circular plate 25 and mounted to the heat exchanger (e.g., the window 28). The opening 30 is cut in the remaining plate 25.

지지판 (20) 은 도 5 에 상세하게 도시된 복합 지지판이다. 복합 지지판 (35) 은 세그멘탈 배플 지지 요소 (38), 및 세그멘탈 배플 지지 요소 (38) 에 개방된 채로 남아있는 윈도우 (42) 를 연결하는 익스팬디드 메탈 지지 요소 (40) 로 형성된다. 익스팬디드 메탈 요소 (40) 는 예컨대 세그멘탈 배플 요소 (38) 및 윈도우 (42) 둘레의 스트립 (45) 에 용접될 수 있다. 스트립 (45) 은 자체가 세그멘탈 배플 요소에도 용접될 수 있으나, 예컨대 밀링 등에 의해 세그멘탈 배플 요소 (38) 가 형성되고 남은 원래의 원형 판으로부터의 나머지 부분일 수도 있다.The support plate 20 is a composite support plate shown in detail in FIG. 5. The composite support plate 35 is formed of a segmented baffle support element 38 and an expanded metal support element 40 connecting the window 42 remaining open to the segmental baffle support element 38. The expanded metal element 40 can be welded to the strip 45 around the segmental baffle element 38 and the window 42, for example. The strip 45 may itself be welded to the segmental baffle element as well, but may be the remainder from the original circular plate remaining after the segmental baffle element 38 is formed, for example by milling or the like.

익스팬디드 메탈은 잘 알려진 재료이며, 슬릿형 (slit) 시트 금속을 신장하여 얻어진 슬릿 구조를 가지는 시트 금속을 제공하여 제조될 수 있다. 구멍 (interstices) 이 형성된 소위 가닥부와 결합부 (strand and bonds) 로 이루어져 크로스 래스 (cross-lath) 구조가 형성된다. 신장의 정도와 함께 슬릿의 배열과 길이는 구멍의 크기, 모양 및 상대적 배열을 결정하고, 따라서 이 구멍은 튜브가 구멍을 통과하여 최적으로 지지되도록 디자인될 수 있다. Expanded metals are well known materials and can be prepared by providing a sheet metal having a slit structure obtained by stretching a slit sheet metal. A cross-lath structure is formed by forming so-called strands and bonds formed with interstices. The arrangement and length of the slits, together with the degree of elongation, determine the size, shape and relative arrangement of the holes, so that the holes can be designed so that the tube is optimally supported through the holes.

인접한 결합부 사이의 가닥부는 원 시트 금속의 면으로부터 수직하게 꼬여서, 익스팬디드 메탈 시트에 수직인 유체 흐름에 대한 제한을 완화시킨다.Strands between adjacent bonds are twisted perpendicularly from the face of the original sheet metal, thus easing the restriction on fluid flow perpendicular to the expanded metal sheet.

지지판 (20) 은 쉘 (3) 의 전체 단면에 걸쳐, 즉 윈도우 (42) 에서도 튜브를 기계적으로 지지한다. 따라서, 예컨대 지지판 (19, 21) 사이에서 지지되지 않은 튜브 (8) 의 길이는 L₁ 이다. 비교를 위하여, 예컨데 지지판 (18, 20) 사이에서 튜브 (14) 의 지지되지 않은 튜브 길이는 2L₁ 이다. 본 발명은 이러한 방식으로 진동을 억제하기 위한 지지되지 않은 튜브의 길이를 감소시킨다. 만약 열교환기 (1) 의 더 많은 또는 모든 지지판이 복합 지지판 (35) 이라면, 기계적 관점에서 지지판 사이의 간격을 증가시키는 것이 가능할 것이다.The support plate 20 mechanically supports the tube over the entire cross section of the shell 3, ie even in the window 42. Thus, for example, the length of the tube 8 which is not supported between the support plates 19, 21 is L ₁ . For comparison, for example, the unsupported tube length of the tube 14 between the support plates 18, 20 is 2L _1. to be. The present invention reduces the length of the unsupported tube to suppress vibration in this way. If more or all of the support plates of the heat exchanger 1 are composite support plates 35, it would be possible to increase the spacing between the support plates from a mechanical point of view.

이하, 도 6 ~ 도 11 을 참고로 제 2 실시예를 설명한다.Hereinafter, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 11.

도 6 은 텍사스 타워 열교환기 (101) 의 길이방향 단면의 일부를 나타내며, 도 7 및 도 8 은 VII-VII 선 및 VIII-VIII 선을 따라 취한 2개의 단면을 각각 나타낸다. 열교환기 (101) 는 수직인 원통형 쉘 (103) 및 쉘 (103) 의 중심부를 통해 뻗어있는 튜브 다발 (105) 을 포함한다. 튜브 (108, 109, 110) 는 도 6 에서 볼 수 있다. 예컨대, 텍사스 타워의 높이는 24 m이며, 직경은 2.5 m이다.6 shows a portion of the longitudinal cross section of the Texas tower heat exchanger 101, and FIGS. 7 and 8 show two cross sections taken along lines VII-VII and VIII-VIII, respectively. The heat exchanger 101 includes a vertical cylindrical shell 103 and a tube bundle 105 extending through the center of the shell 103. The tubes 108, 109, 110 can be seen in FIG. 6. For example, the tower of Texas is 24 m high and 2.5 m in diameter.

튜브 다발 (105) 용 지지체는 지지 요소로서 도 6 에 도시된 5개의 지지판 (117, 118, 119, 120, 121) 을 포함한다. 이들 판은 튜브 (108 ~ 110) 의 길이 방향을 따라서 서로 이격되어 있다. The support for the tube bundle 105 comprises five support plates 117, 118, 119, 120, 121 shown in FIG. 6 as support elements. These plates are spaced apart from each other along the longitudinal direction of the tubes 108-110.

지지판 (117, 121) 은 도 9 에 확대되어 도시된 종래의 세그멘탈 배플 (124) 이다. 이러한 각 판이 열교환기 (101) 에 장착될 때 윈도우 (127, 128) 가 형성되도록 원형판 (125) 으로부터 세그멘트가 선 (126) 을 따라 절단되어 세그멘탈 배플이 제조된다. 도시된 바와 같이, 윈도우는 열교환기의 양측에 배치된다. 잔여 플레이트 (125) 안으로 튜브 (105) 의 크기와 배열에 따라 개구 (130) 가 절단된다. 도 6 에 도시된 열교환기 (101) 의 디자인은 소위 윈도우에 튜브가 없는 디자인이기 때문에, 윈도우의 반대편 부분 (131) 에는 개구가 배열되지 않는다.The support plates 117 and 121 are conventional segmental baffles 124 shown enlarged in FIG. When each of these plates is mounted to the heat exchanger 101, segments are cut along the line 126 from the circular plate 125 such that windows 127 and 128 are formed to produce segmental baffles. As shown, the windows are arranged on both sides of the heat exchanger. The opening 130 is cut according to the size and arrangement of the tube 105 into the remaining plate 125. Since the design of the heat exchanger 101 shown in FIG. 6 is a so-called tubeless design, no openings are arranged in the opposite portion 131 of the window.

세그멘탈 배플 사이의 간격 (L₂) 은 최적화된 유체 흐름을 얻기 위해 선택되는데, 이때 흐름은 튜브 다발 (105) 을 가로질러 윈도우 (127, 128) 를 통과한다. "L₂" 의 전형적인 값은 1.5 m이다. 만일 간격 (L₂) 이 너무 크면, 튜브의 진동을 방지하기 위하여 도 10 에 도시된 판 (133) 과 같은 추가적인 중간 지지판이 종래의 텍사스 타워에 장착된다. 이 판 (133) 은 양측이 절단된 2부분을 가지며, 튜브를 위한 개구 (134) 가 구비된다. 이러한 추가적인 중간 지지판은 예컨데 도시된 판 (118, 119, 120) 과 동일한 위치에 장착될 수 있으며, 윈도우가 윈도우 (127, 128) 에 일치한다.The spacing L ₂ between the segmental baffles is selected to obtain an optimized fluid flow, with the flow passing through the windows 127, 128 across the tube bundle 105. Typical value of "L ₂ " is 1.5 m. If the spacing L ₂ is too large, an additional intermediate support plate, such as the plate 133 shown in FIG. 10, is mounted to a conventional Texas tower to prevent vibration of the tube. The plate 133 has two parts cut at both sides, and is provided with an opening 134 for the tube. This additional intermediate support plate can be mounted at the same position as, for example, the plates 118, 119, 120 shown, with the windows corresponding to the windows 127, 128.

그러나, 도 6 ~ 도 8 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에서, 중간 지지판 (118, 119, 120) 은 도 11 에 개략적으로 도시된 판 (135) 과 같이 익스팬디드 메탈 지지판이다. However, in the embodiment according to the invention as shown in FIGS. 6 to 8, the intermediate support plates 118, 119, 120 are expanded metal support plates, such as the plate 135 schematically shown in FIG. 11.

판 (135) 은 이중 세그멘탈 익스팬디드 메탈판 (136) 으로 형성되었으며, 이 판 (136) 은 지지 링 (138) 및 지지 스트립 (140) 에 용접되어 윈도우 (142, 143) 를 형성한다. 지지판 (135) 은 도 10 에 도시된 종래의 중간판 (134) 보다 훨씬 저렴하게 제조될 수 있다.The plate 135 is formed of a double segmented expanded metal plate 136, which is welded to the support ring 138 and the support strip 140 to form windows 142, 143. The support plate 135 can be made much cheaper than the conventional intermediate plate 134 shown in FIG.

이하, 도 12 ~ 도 13 을 참고로, 본 발명에 따른 제 3 실시예를 설명한다.Hereinafter, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 13.

튜브 다발 (205) 이 관통하여 뻗어있는 쉘 (203) 을 갖춘 수평 열교환기 (201) 가 디자인의 일 예이다. 도 12 는 길이방향 단면의 일부를 나타내는 것으로, 열교환기는 훨씬 더 길어질 수 있어서 도시된 것보다 더 많은 지지판이 구비될 수 있음을 알 수 있다. 튜브 다발 (205) 은 튜브 (208, 209, 210, 211, 212, 213, 214) 를 포함한다. 도면에는 튜브 시트가 구비된 튜브의 단부가 도시되지 않았다.An example of a design is a horizontal heat exchanger 201 with a shell 203 through which the tube bundle 205 extends. 12 shows a portion of the longitudinal cross section, where it can be seen that the heat exchanger can be much longer so that more support plates can be provided than shown. Tube bundle 205 includes tubes 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214. The figure does not show the end of the tube with the tube sheet.

튜브는 세그멘탈 배플 (218, 219, 220) 에 의해 지지된다. 튜브 진동에 대한 추가적인 지지를 위해, 익스팬디드 메탈 지지판 (221, 222) 이 배치된다. 세그멘탈 배플 지지 요소 및 익스팬디드 메탈 지지 요소가 튜브 (205) 의 길이 방향을 따라서 고정된 간격으로 교차하여 배치된다. 예컨대 "218" 및 "219" 과 같은 인접한 세그멘탈 배플 사이의 간격은 "L₃"이다.The tube is supported by segmental baffles 218, 219, 220. For further support against tube vibration, expanded metal support plates 221, 222 are disposed. The segmental baffle support element and the expanded metal support element are disposed intersecting at fixed intervals along the length of the tube 205. For example, the spacing between adjacent segmental baffles such as "218" and "219" is "L ₃ ".

세그멘탈 배플 지지 요소 (218, 219, 220) 는 도 4 에 도시되어 설명된 것과 유사하다. 인접한 세그멘탈 배플 사이의 중간에, 도 13 에 도시된 판 (235) 과 같은 익스팬디드 메탈 지지판이 배치된다. 이 판 (235) 은 예컨대 익스팬디드 메탈 시트를 예컨대 레이저 절단 등에 의해 원형으로 절단하고, 지지링 (245) 에 용접함으로써 저렴하게 제조할 수 있다.Segmental baffle support elements 218, 219, 220 are similar to those described and illustrated in FIG. 4. In the middle between adjacent segmental baffles, an expanded metal support plate, such as plate 235 shown in FIG. 13, is disposed. The plate 235 can be produced at low cost by, for example, cutting the expanded metal sheet into a circle by, for example, laser cutting or the like, and welding the support ring 245.

익스팬디드 메탈 지지판 (221, 222) 은 세그멘탈 배플 사이의 진동을 방지하는 기능을 한다. 예컨대 튜브 (214) 의 지지되지 않은 최대 길이는 L₃로, 인접한 세그멘탈 배플 사이의 간격과 동일하다. 익스팬디드 메탈 지지 요소가 없으 면, 지지되지 않은 튜브 길이는 인접한 세그멘탈 배플 사이 간격의 2배가 될것이다. 이러한 방식으로, 본 발명은 튜브 지지체가 세그멘탈 배플로만 이루어졌을 때보다 인접한 세그멘탈 배플 사이의 간격을 크게 선택하는 것을 허락한다. 따라서, 세그멘탈 배플은 쉘측의 최적 유체 흐름 및 열전달을 달성할 수 있도록 놓일 수 있으며, 튜브 지지체의 총 비용은 최소화될 수 있다.Expanded metal support plates 221 and 222 function to prevent vibration between segmental baffles. For example, the maximum unsupported length of tube 214 is L ₃ , which is equal to the spacing between adjacent segmental baffles. Without expanded metal support elements, the unsupported tube length would be twice the spacing between adjacent segmental baffles. In this way, the present invention allows the tube support to select a larger spacing between adjacent segmental baffles than when only the segmental baffles were made. Thus, the segmental baffle can be placed to achieve optimum fluid flow and heat transfer on the shell side, and the total cost of the tube support can be minimized.

그러나, 몇몇 적용사례에서 튜브의 진동을 고려하면 세그멘탈 배플 사이의 간격의 최소값이 제한되는 일이 발생할 수도 있다. 이는 주어진 열교환기의 체적에서 열전달을 최대화하기 위하여, 쉘에서 유체의 교차 흐름을 최대화하고자 할 때 발생할 수 있다. 이러한 경우에, 로우 배플 컷 (low baffle cut) 의 세그멘탈 배플이 사용되고, 혹자는 배플 사이 간격의 최소화를 희망할 것이다. 이는 큰 압력 강하를 초래할 뿐만 아니라, 세그멘탄 배플 사이의 간격이 상대적으로 좁음에도 불구하고 튜브의 진동을 생성할 수도 있다. 이러한 상황에서, 배플 간격 및 가능한 열교환기 크기는 미리 반드시 증가되었을 필요가 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면 추가적인 익스팬디드 메탈 지지판이 진동과 관련된 문제를 해결할 수 있다. 비록 추가적인 익스팬디드 메탈 지지 요소의 사용으로 열교환기의 튜브 지지체의 비용이 소폭 증가하지만, 더 작은 쉘이 사용될 수 있기 때문에 열교환기의 총비용은 더 낮아질 수 있다.However, in some applications it may occur that the minimum value of the spacing between segmental baffles is limited given the vibration of the tube. This may occur when one wants to maximize the cross flow of fluid in the shell in order to maximize heat transfer in a given heat exchanger volume. In such a case, a segmental baffle of low baffle cut is used, and one would hope to minimize the spacing between the baffles. This not only results in a large pressure drop, but may also generate vibration of the tube despite the relatively narrow spacing between the segmental baffles. In this situation, the baffle spacing and possible heat exchanger size had to be increased in advance. However, according to the present invention, an additional expanded metal support plate can solve the problem related to vibration. Although the use of an additional expanded metal support element slightly increases the cost of the tube support of the heat exchanger, the total cost of the heat exchanger can be lower because smaller shells can be used.

본 발명이 수평 열교환기 및 수직 열교환기에도 동등하게 적용될 수 있다는 점은 명백하다.It is clear that the present invention is equally applicable to horizontal heat exchangers and vertical heat exchangers.

지지판은 임의의 적절한 방법으로 쉘에 장착될 수 있다. 세그멘탈 배플 을 장착하는 종래의 방법은 튜브와 평행하게 배치되고, 쉘 및 세그멘탈 배플에 용접된 스페이서 로드 (spacer rod) 를 사용하는 것이다. 이러한 로드는 마찬가지로 익스팬디드 메탈 지지 요소의 지지 링에 용접될 수도 있다.The support plate can be mounted to the shell in any suitable way. A conventional method of mounting segmental baffles is to use spacer rods arranged parallel to the tube and welded to the shell and segmental baffle. Such a rod may likewise be welded to a support ring of an expanded metal support element.

본 발명의 다양한 적용을 위하여, 익스팬디드 메탈 지지 요소는 튜브가 통과할 수 있는 것보다 약간 큰 틈을 적절하게 가짐으로써, 각 튜브는 실질적으로 유극없이 4면이 지지된다. 전형적인 경우에, 크기는 튜브가 틈을 통과할 수 있는 지름보다 최대 10% 큰 값이 될 것이다. 틈의 이러한 크기는 예컨대 도 1 및 도 12 를 참조하여 설명된 실시예에서 선호되며, 이때 각 익스팬디드 메탈 지지 요소는 튜브를 충분히 바람직하게 지지한다. For various applications of the present invention, the expanded metal support element suitably has a gap slightly larger than the tube can pass through, so that each tube is supported on four sides with substantially no play. In a typical case, the size will be up to 10% larger than the diameter through which the tube can pass through the gap. This size of the gap is preferred, for example in the embodiment described with reference to FIGS. 1 and 12, wherein each expanded metal support element preferably supports the tube sufficiently.

그러나, 몇몇 튜브만이 통과할 수 있는 매우 큰 틈이 구비된 익스팬디드 메탈을 사용하는 것도 가능하다. 이러한 경우에, 예컨대 도 6 을 참조하여 설명된 실시예의 중간의 익스팬디드 메탈 지지 요소와 같이, 적절한 몇몇 익스팬디드 메탈의 시트가 상호작용하기 위해 배치되어, 튜브가 모든 측면에서 지지된다. 몇몇 익스팬디드 메탈 시트의 이렇게 적절한 배치는 WO 03/067170에 설명된다. 또 다른 적절한 배치와 관련하여, 익스팬디드 메탈의 종류 및 익스팬디드 메탈의 틈의 배치 및 형태는 본 발명의 제 1 출원 (우선) 일에 미공개된 유럽 특허출원 제03077463.2호에 설명된다.However, it is also possible to use expanded metal with very large gaps through which only a few tubes can pass. In this case, some suitable expanded metal sheets, such as the intermediate expanded metal support elements of the embodiment described with reference to FIG. 6, are arranged to interact so that the tube is supported on all sides. Such a suitable arrangement of some expanded metal sheets is described in WO 03/067170. With respect to another suitable arrangement, the type of expanded metal and the arrangement and shape of the gaps of the expanded metal are described in European Patent Application No. 03077463.2, which is unpublished in the first application (priority) of the present invention.

Claims

A support for a bundle of tubes, the support comprising a plurality of transverse support plates spaced along the direction of the tube being supported, wherein the support plate is provided with openings for receiving the tubes, wherein the plurality of support plates are provided A support for tube bundles comprising a mental baffle support element and an expanded metal support element.

The support of claim 1, wherein the plurality of support plates comprise a composite support plate formed of segmental baffle support elements and expanded metal support elements.

3. A support according to claim 2, wherein the expanded metal support element is arranged to fill a window formed between the segmental baffle support element and a circle of each diameter.

The support of claim 1, wherein the at least one expanded metal support element forms a support plate disposed intermediate between two segmental baffle support plates.

5. The support of claim 4, wherein the intermediate expanded metal support element forms a segmental support plate.