KR20100139094A - 튜브 번들 장치 및 튜브 번들을 구비하는 열 교환기 - Google Patents

Abstract

쉘 및 튜브 타입 열 교환기용의 튜브 번들(10)은, 제조를 간단하게 하고, 튜브(12)의 확실한 지지체를 제공하여 진동 및 이 진동과 관련된 문제점을 완화시키는 지지 시스템을 구비한다. 튜브 번들은 튜브들로 구성되며, 이들 튜브는, 인접한 튜브와의 충분한 간극을 허용하는 크기로 되고, 교호하는 위치 및 교호하는 배향으로 구성된 지지 로드(26)를 구비하는 이격된 케이지(22)에 이해 지지되며, 4개의 넓게 이격된 케이지의 세트는 완벽한 지지 네트워크를 형성한다. 진동을 회피하도록 확실한 지지체를 제공하기 위해서, 지지 스테이크(30)의 세트는 케이지에 인접하여(또는 케이지 사이에) 삽입되어, 튜브를 케이지의 지지 로드에 대해서 바이어스시킨다. 이에 의해, 제조가 간단해지지만, 확실한 지지 시스템은 유지된다.

Description

튜브 번들 장치 및 튜브 번들을 구비하는 열 교환기{REDUCED VIBRATION TUBE BUNDLE SUPPORT DEVICE}

본 발명은 예를 들면 원자로, 전기 히터와 같은 장치에서 튜브 또는 로드형 요소의 집합체나, 튜브 또는 다른 요소상을 통과하는 유체 흐름을 갖는 평행한 원통형 형상의 모든 집합체를 갖는 열 교환기, 응축기 및 유사한 유체 취급 기구와 같은 튜브 번들 장치에 관한 것이다.

튜브 번들(tube bundle) 장치, 예컨대 쉘 및 튜브 열 교환기 및 유체 조작 장치와 유사 품목, 예컨대 유동 댐퍼(damper) 및 유동 스트레이트너(straightener)는 유체를 장비를 통해 유도되도록 하는 번들로 이루어진 튜브를 사용한다. 그러한 튜브 번들에서, 전형적으로 튜브의 내측면을 통해 그리고 튜브의 외측면을 교차하여 유체가 유동된다. 번들에서 튜브의 구성은 튜브가 세팅되는 튜브시트에 의해 세팅된다. 튜브에 대한 하나의 통상적인 구성은 직사각형 또는 정사각형 형태이며, 튜브 세트는 각각의 쌍 또는 열 사이에서 튜브 레인(lane)(튜브 사이의 직선 경로)과 정렬된 열로 세팅되며, 서로에 대해 직각으로 정렬된다. 이 형태에 있어서, 각각의 튜브는 튜브 번들의 외주에서만 8개의 다른 튜브와 인접해 있고, 직접적으로 대응 튜브에 대칭되어 튜브 레인을 교차하여 이 열을 2개의 인접 열로부터 분리시키도록 한다. 삼각형의 튜브 형태에서, 튜브는 다른 배열로 서로 배열되어 각각의 튜브가 6개의 다른 튜브(동일 열에서는 2개의 인접 튜브 및 2개의 인접 열에서는 4개의 튜브)에 인접하도록 한다.

종래의 교환기는 때때로 기구 사이즈를 축소하여 자본 비용을 줄이거나 또는 생산성 요소를 증가시키도록 처리량이 증가될 필요성이 제기되고 있다. 교환기에서의 속도 증가를 평가할 때 당면하게 되는 공통적인 제한적 요소는 튜브에서의 유동에 의해 야기된 진동에 의한 손상 가능성이다. 튜브 주변의 유체 유동 패턴은 튜브 번들에서의 유기적인 또는 불규칙적으로 변동되는 특성으로 인한 유동 유도 진동을 야기시킬 수 있다.

열 전달이 튜브와 주변 유체 사이에서 일어날 수 있는 장치, 예컨대 열 교환기의 경우, 유체가 순환되면서 튜브 주변으로 유동되면서 유체의 온도 및 밀도가 변화되어 진동 가능성을 증가시킬 수 있다. 만약 이러한 진동이 소정의 임계 크기에 도달되게 된다면, 번들에 대한 손상이 초래될 수 있다. 열 교환 장비에서 원래의 튜브가 다른 재료의 튜브로 대체된다면, 예를 들어 상대적으로 강성의 재료가 보다 경량의 재료로 대체된다면, 튜브 진동 문제는 악화될 것이다. 또한, 장비가 조작에 있어서 보다 과도한 요구 상황에 놓여질 때, 예를 들어 다른 종래의 장비가 업그레이드될 때 유동 유도 진동이 발생될 수 있으며, 종래의 만족스런 열 교환기도 새로운 조건하에서는 유동 유도 진동될 수 있다. 열 교환기가 유동 스트림에 있지만 열 교환기가 작동되지 않은 소정의 상태에서도 진동을 겪게 될 수 있으며, 뿐만 아니라, 열 교환을 이용하거나 이용하지 않는 유동 스트림에서도 로드 또는 로드형 부재의 집합체로 이루어진 다른 튜브 번들 장치에서도 진동을 겪게 된다.

진동 손상은 작동 플랜트에서 대부분의 상황에 있어서 매우 비용이 많이 드는 사고이다. 열 교환기는 몇천개의 튜브를 가질 수 있는 반면에, 단일 튜브의 고장은 프로세스 유닛의 정지로 유도되고, 그에 따라 상당한 경제적인 손실을 야기한다. 따라서, 진동을 감소시키거나 제거하는 것은 매우 당면한 목표이다. 진동의 위험성을 최소화하는 다른 장점은, 압축기 동력 소비가 극적으로 감소되어 에너지 비용의 상당한 절약으로 유도될 수 있기 때문에 가스 압축기와 연결된 축방향 쉘측 유동을 이용하는 것이 가능하게 한다는 것이다.

다수의 상이한 장비 디자인은 튜브 진동의 문제를 다루는 것으로 발전되었다. 하나의 예는 로드 배플 디자인이다. 로드 배플 열 교환기는 튜브를 지지하고 그리고 진동에 대해서 튜브를 고정하기 위해서 로드 배플을 이용하는 쉘 및 튜브 타입 열 교환기이다. 추가로, 로드 배플은 쉘측 불균형분배를 감소시키고 그리고 보다 균일한 쉘측 유동을 야기하는데 이용될 수 있다. 용어 "로드 배플(rod baffle)"은 매 15㎝에 또는 튜브 번들의 길이부를 따라 위치된 환형 링을 가리키며, 여기에서 복수의 지지 로드의 단부는 케이지형 튜브 지지 구조체를 형성하도록 연결되어 있다.

그러나, 로드 배플 교환기는 종래의 쉘 및 튜브 교환기보다 대략 20% 내지 40% 비용이 많이 드는 경향이 있다. 또한, 이러한 종류의 튜브 번들 장치는 유동-유도 진동으로 인해서 고장나는 상황이 있었다. 로드 배플이 갖는 중요한 문제점은 로드 사이에 튜브를 장전하는 것이 어렵다는 것이다. 확실한 지지체를 제공하고 진동을 최소화하기 위해서, 로드 사이의 간격은 튜브의 직경에 매우 근접한다. 몇몇 구성에서, 로드의 직경은 튜브 사이의 레인의 사이즈와 대략 동일하다. 이것은 케이지를 통한 튜브의 매우 면밀한 나사형성을 요구하며, 설치에 요구되는 곤란함 및 시간을 크게 증가시킨다. 로드 배플 열 교환기는 예를 들어 미국 특허 제 4,342,360 호, 제 5,388,638 호, 및 5,553,665 호 및 제 5,642,778 호에 기술되어 있다.

미국 특허 제 5,553,665 호에 설명된 바와 같이, 로드 배플 설계의 소정의 응용 분야, 예컨대 표면 응축기 및 전력 플랜트 응용 분야는 종방향 유동에서 쉘측 압력 손실이 최소화되는 장점이 있다. 쉘측 압력 손실의 감소는 로드 배플 공간을 증가시켜서 로드 배플의 수를 감소시키거나 또는 튜브 수를 감소시켜서 튜브 피치 크기, 예컨대 튜브의 중앙으로부터 측정된 튜브들의 2개의 인접 열사이의 거리를 증가시킴에 의해 달성될 수 있다. 배플 공간의 증가는 통상적으로 바람직한 선택사항이 아니며, 이것은 배플 공간이 증가하는 것은 유동 유도된 튜브 진동의 발생 가능성을 증가시키기 때문이다. 튜브 피치 크기를 증가시킴에 의해 튜브 카운트를 감소시키는 것은 로드 배플 사이의 종방향 유동에 대한 쉘측 압력 손실을 감소시키지만, 그러나 지지 로드 직경의 과도한 크기를 요구하여, 로드 배플 압력 손실을 증가시키는데, 종방향 유동의 감소를 상쇄시킬 수 있으며, 쉘측 압력 손실은 튜브 카운트의 감소로부터 얻어진다. 또한 이것은 튜브 카운트를 특정화하기 위해서 쉘 직경을 증가시키기 때문에 교환기의 비용을 증가시킬 수 있다. 미국 특허 제 5,553,665 호에 개시된 바와 같은 로드 배플 설계 구조는 로드 배플의 배치로 압력 드롭 문제를 다루려고 하고 있다. 종방향 유동의 쉘측 압력 손실의 상당한 증가를 회피하기 위해 구성된 구조의 다른 예가 미국 특허 제 5,642,778 호에 개시되어 있다.

다른 설계 구조로는 "에그크레이트(Eggcrate)" 및 "스퀘어 원(Square One)" 설계 구조가 있다. 그러나, 이들은 로드 배플 설계 구조보다 고가이지만 이들은 튜브 채터(chatter)가 일어나서 튜브 손상을 야기할 수 있다. 채터는 지지체와 튜브 외경 사이의 갭 때문에 튜브 지지체를 타격하는 튜브의 운동이다. 갭은 번들이 구축될 때 튜브를 에그크레이트 또는 스퀘어 원 지지체를 통해 삽입시킬 수 있도록 하기 위해 필요하다. 이에 따라, 경제적인 및 조작적인 관점에서 보면, 로드 배플 설계 구조는 출발점에서 매우 고무적이다.

우수한 설계 구조의 장비 이외에도, 또한 다른 방법이 튜브 진동을 감소시키는데 고려될 수 있다. 이들 지지 장치와 같은 튜브 스테이크 또는 튜브 지지 장치는 통상적으로 공지되어 있고(본 명세서에 언급되어 있음), 유동 유도 진동을 제어하고 튜브의 초과 운동을 방지하도록 하기 위해서 튜브 번들 내에 설치될 수 있다. 다수의 튜브 지지체 또는 튜브 스테이크가 제안되어 있고 상업적으로 시판되고 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,648,442 호(윌리엄), 제 4,919,199 호(한), 제 5,213,155 호(한) 및 제 6,401,803 호(한)에는 진동을 감소시키기 위해 튜브 번들에 삽입될 수 있는 다른 타입의 튜브 스테이크 또는 튜브 지지체를 기술하고 있다. 개선된 튜브 스테이크는 미국 특허 제 7,032,655 호(바니 등등) 및 미국 특허 공개 제 US 2005/279487 호(바니 등등)에 개시되어 있고, 그 내용은 참고로 본원에 인용된다.

로드 배플 타입의 종래의 열 교환기보다 더 효과적이고, 보다 신뢰성이 있고, 제조가 용이하고 그리고 비용이 저가인 튜브 번들 장치가 개발되었으며, 미국 특허 제 7,073,575 호 및 미국 특허 제 7,219,718 호에 개시되어 있으며, 이들 특허의 내용은 참고로 본원에 인용한다. 이 장치에서, 로드 배플과 유사한 튜브 지지 케이지는 예를 들면 매 50㎝ 내지 200㎝마다 그리고 대부분의 경우에 대략 매 60㎝ 내지 150㎝마다 튜브의 길이부를 따라서 연장된 위치에 위치되며, 이에 의해 로드 배플 지지체가 전형적으로 단지 대략 15㎝ 이격되어 위치된 종래의 로드 배플 장치와 비교하여, 튜브 번들의 제조를 보다 용이하게 하고 그리고 비용을 낮출 수 있도록 한다. 로드 배플 구조에서 모든 다른 튜브 레인에 제공된 케이지와 비교하여, 튜브는 케이지 위치에서 각 튜브 레인내의 로드 또는 편평한 바아에 의해 지지된다. 튜브 번들은 튜브 지지 케이지 사이에서 튜브 스테이크를, 바람직하게는 상기 케이지 사이에서 걸쳐진 튜브의 중간 지점에서 삽입함으로써 강화된다. 이러한 시스템은 효율적인 반면에, 진동 완화를 보장하면서 단순한 제조로 생산될 수 있는 다른 구조를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시형태는 서로 평행하게 배치되고, 종방향 축을 갖고 튜브 번들을 형성하는 튜브로서, 상기 튜브는 인접한 열을 분리하는 x-튜브 레인 및 인접한 행을 분리하는 y-튜브를 갖는 열 및 행으로 배치되어 있는, 상기 튜브를 포함하는 튜브 번들 장치(tube bundle device)에 관한 것이다. 튜브 번들 장치는 배플 프레임을 포함하는 제 1 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되는, 상기 제 1 튜브 지지 케이지와, 배플 프레임을 포함하는 제 2 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 1 배향에 대해 일정 각도에서 제 2 배향으로 연장되는, 상기 제 2 튜브 지지 케이지와, 배플 프레임을 포함하는 제 3 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 상기 제 1 튜브 지지 케이지로부터 하나의 레인에 의해 오프셋되어 있는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되는, 상기 제 3 튜브 지지 케이지와, 배플 프레임을 포함하는 제 4 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 상기 제 2 튜브 지지 케이지로부터 하나의 레인에 의해 오프셋되어 있는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 2 배향으로 연장되는, 상기 제 4 튜브 지지 케이지를 포함한다. 적어도 하나 세트의 튜브 지지 스케이트(tube support skate)는 상기 튜브 지지 케이지중 하나에 인접하고 상기 하나로부터 이격된 튜브 번들내에, 인접한 튜브 지지 케이지의 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부로부터 교호하는 레인에 실질적으로 평행하게 그리고 교호하는 레인에 오프셋되어 삽입된다. 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 튜브 지지 케이지는 각 x-튜브 레인 및 각 y-튜브 레인에 배치된 튜브 지지 부재의 그리드를 함께 구성하는 하나의 세트를 형성한다. 상기 튜브 지지 부재는 x-튜브 레인 또는 y-튜브 레인의 폭의 90%와 98% 사이인 두께를 가지며, 그에 따라 인접한 튜브 지지 부재와 각 튜브 사이에 자유 공간을 형성한다. 상기 튜브 지지 스케이트는 인접한 튜브 지지 부재에 대해 튜브를 바이어스시킨다.

한 세트의 튜브 지지 스테이크는 각 튜브 지지 케이지에 인접하여 배치될 수 있다. 한 세트의 튜브 지지 스테이크는 상기 세트내의 인접한 튜브 지지 케이지 사이에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시형태는 서로 평행하게 배치되고, 종방향 축을 갖고 튜브 번들을 형성하는 튜브로서, 상기 튜브는 인접한 열을 분리하는 x-튜브 레인 및 인접한 행을 분리하는 y-튜브를 갖는 열 및 행으로 배치되어 있는, 상기 튜브를 포함하는 튜브 번들 장치에 관한 것이다. 또한, 튜브 번들 장치는 배플 프레임을 포함하는 제 1 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되는, 상기 제 1 튜브 지지 케이지와, 상기 제 1 튜브 지지 케이지에 인접하고 상기 제 1 튜브 지지 케이지로부터 이격된 튜브 번들내에, 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입되는 제 1 세트의 튜브 지지 스테이크를 포함한다. 제 2 튜브 지지 케이지는 배플 프레임을 포함하며, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 1 배향에 대해 일정 각도에서 제 2 배향으로 연장되며, 제 2 세트의 튜브 지지 스테이크는 상기 제 2 튜브 지지 케이지에 인접하고 상기 제 1 튜브 지지 케이지로부터 이격된 튜브 번들내에, 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입된다. 제 3 튜브 지지 케이지는 배플 프레임을 포함하며, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 상기 제 1 튜브 지지 케이지로부터 하나의 레인에 의해 오프셋되어 있는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되며, 제 3 세트의 튜브 지지 스테이크는 상기 제 3 튜브 지지 케이지에 인접하고 상기 제 3 튜브 지지 케이지로부터 이격된 튜브 번들내에, 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입된다. 제 4 튜브 지지 케이지는 배플 프레임을 포함하며, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 상기 제 2 튜브 지지 케이지로부터 하나의 레인에 의해 오프셋되어 있는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 2 배향으로 연장되며, 제 4 세트의 튜브 지지 스테이크는 상기 제 4 튜브 지지 케이지에 인접하고 상기 제 4 튜브 지지 케이지로부터 이격된 튜브 번들내에, 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입된다. 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 튜브 지지 케이지는 각 x-튜브 레인 및 각 y-튜브 레인에 배치된 튜브 지지 부재의 그리드를 함께 구성하는 하나의 세트를 형성하며, 각 튜브 지지 케이지는 종방향 축을 따라 측정된 적어도 300㎜의 거리로 이격되어 있다. 상기 튜브 지지 스테이크는 인접한 튜브 지지 부재에 대해 상기 튜브를 바이어스시키며, 이에 의해 튜브를 보강하여 유동 유도 진동 가능성을 억제한다.

튜브 번들의 입구 및 출구 영역에 인접하여 추가의 튜브 지지 스테이크가 제공되어, 이들 영역에서 튜브용의 추가의 지지체를 제공할 수 있다. 튜브 지지 스테이크는 복수의 이격된 딤플 및 주름부를 구비할 수 있다.

또한, 본 발명은 열 교환용 유체를 운반하기 위한 튜브 번들을 구비하는 열 교환기에 관한 것으로서, 서로 평행하게 배치되고, 종방향 축을 갖고 튜브 번들을 형성하는 튜브를 포함하며, 상기 튜브는 인접한 열을 분리하는 x-튜브 레인 및 인접한 행을 분리하는 y-튜브를 갖는 열 및 행으로 배치되어 있다. 튜브 번들은 4개의 튜브 지지 케이지의 세트를 포함한다. 각 튜브 지지 케이지는 배플 프레임을 포함하며, 복수의 평행한 튜브 지지 바아가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정된다. 상기 4개의 튜브 지지 케이지의 세트는 상기 종방향 축을 따라 축방향으로 이격되며, 그 결과 2개의 튜브 지지 케이지의 튜브 지지 바아는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되고 그리고 다른 2개의 튜브 지지 케이지의 튜브 지지 바아는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 1 배향에 대해 일정 각도에서 제 2 배향으로 연장된다. 적어도 한 세트의 튜브 지지 스테이크는 상기 튜브 지지 케이지중 적어도 하나에 인접하고 상기 적어도 하나로부터 이격된 튜브 번들내에, 직조 구성으로 인접한 튜브 지지 케이지의 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입된다. 상기 튜브 지지 스테이크에는 튜브를 지지하기 위한 시트가 형성되어 있다. 상기 4개의 튜브 지지 케이지의 세트는 각 x-튜브 레인 및 각 y-튜브 레인에 배치된 튜브 지지 바아의 그리드를 함께 형성하며, 각 튜브 지지 케이지는 상기 종방향 축을 따라 측정된 적어도 300㎜의 거리에서 4개의 튜브 지지 케이지의 세트내에서 다른 튜브 지지 케이지로부터 이격되어 있다. 상기 튜브 지지 바아는 x-튜브 레인 또는 y-튜브 레인의 폭의 최대로 98%인 두께를 갖고 있으며, 그에 따라 각 튜브와 인접한 튜브 지지 바아 사이에 자유 공간을 형성한다. 상기 튜브 지지 스테이크는 상기 시트내의 상기 튜브를 지지하며, 인접한 튜브 지지 바아에 대해서 상기 튜브를 바이어스시킨다.

본 발명의 이들 및 다른 실시형태는 특히 참조하여 취한 하기의 상세한 설명을 참조하면 명료해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 튜브 지지 케이지 및 튜브 스테이크에 의해 지지된 튜브를 갖는 튜브 번들의 단순화된 개략도로서, 지지 케이지 및 튜브 스테이크의 확대 상세도,
도 2는 도 1의 튜브 번들에 사용하기 위한 튜브 스테이크의 확대도,
도 3은 도 1의 튜브 번들에 사용하기 위한 다른 튜브 스테이크의 확대도,
도 4는 종래의 로드 배플 번들의 측면 사시도,
도 5는 튜브 번들의 단부 부분에 추가의 튜브 스테이크를 갖는 도 1의 튜브 번들의 변형예의 단순화된 개략도.

도면에서 유사한 도면부호는 동일한 도면부호로 표시되어 있다.

본 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서, 용어 "수직(vertical)" 및 "수평(horizontal)"은 튜브 지지 케이지 및 스테이크의 부재 배향과 관련하여 상대적인 의미를, 즉, 서로와 관련하여 그리고 장치와 축과 관련하여 지지 케이지의 부재 또는 스테이크의 상대적 배향을 지시하기 위해, 사용된다. 이에 따라, "수직" 배향이 가리키는 것은 배향이 진정한 수직 또는 진정한 수평인지를 암시하는 것이 아니라, 특정화된 "수평" 배향에 대해 직교한 것을 의미하는 것이다. 이것은 특히 열 교환기 자체 축이 수직 또는 수평일 때 적용되어, 모든 지지 케이지 및 스테이크가 진정한 수평이 되도록 할 것이다. 이에 따라, 튜브 지지 케이지 및 스테이크의 부재 배향과 관련하여 "수직" 및 "수평"이 가리키는 것은 튜브 번들 장치의 종방향 축 자체가 진정한 수평이고 특정화된 배향이 진정한 것이 아니며 서로와 관련된 것이라는 가정하에 고려된 것이다. 예를 들어, 진정한 수평 종방향 축의 열 교환기에서, 튜브 지지 케이지의 부재는 수평/수직에 대해 진정한 45°의 각도로 있지만, 서로와 관련하여 "수직" 및 "수평"이다. 수직 종방향 축의 열 교환기에서, 모든 튜브 지지 케이지의 모든 부재는 진정한 수평으로 있지만, 서로와 관련하여 상대적인 이들의 배향이 종방향 축을 중심으로 직교한다면 "수직" 및 "수평"한 것으로 고려된다.

본 발명은, 열 교환기 튜브의 번들이 쉘내의 튜브시트 사이에 고정되고 그리고 액체가 튜브를 통해 그리고 튜브 둘레로 배향되어 열 교환에 영향을 주는 쉘 및 튜브 타입의 열 교환기를 참조하여 설명한다. 이러한 타입의 튜브 번들은 설명한 바와 같은 열 교환기에 사용되거나, 또는 응축기, 핵 연료 로드 장치, 또는 유체가 그 위를 유동하는 평행한 튜브의 모든 다른 타입의 정렬된 배치에서 사용된다. 편리함 및 간결성을 위해서, 본 발명은 열 교환기로서 장치를 참조하여 설명하지만, 다른 튜브(또는 로드) 번들 장치도 또한 본 발명의 원리에 따라 구성될 수 있다. 튜브 번들은, 교환기가 단지 작은 온도차를 갖고 또는 보다 통상적으로 하나의 고정 튜브시트 및 하나의 플로팅 튜브시트에 의해 작동되거나, 또는 단지 하나의(고정) 튜브시트를 갖는 U자형 튜브 번들에 의해 작동된다면, 예를 들면 2개의 고정 튜브시트에 의해 종래의 방식으로 주변 쉘에 끼워맞춰질 것이다.

도 4는 로드 배플 지지 시스템을 이용하는 종래의 열 교환 튜브 번들(100)을 도시하는 것이다. 번들(100)은, 평행하게 배치되고 그리고 공지된 바와 같이 튜브시트(104)에 의해 각 단부에 고정된 복수의 길다란 열 교환기 튜브(102)로 구성된다. 튜브(102)는 튜브 레인들에 의해 서로로부터 이격되어 있다. 열 교환기 튜브(102)의 길이부를 따라서 대략 매 150㎜마다 복수의 로드 배플(106)이 배치되어 있다. 각 로드 배플(106)은 환형 링(108)으로서 형성되며, 상기 환형 링(108)은 이 링(108)을 가로질러 연장되는 지지 로드(110)의 단부를 지지한다. 도시된 바와 같이, 지지 로드(110)는 튜브(102) 사이의 레인에서 번들을 가로질러 횡방향으로 연장된다. 이러한 구성에 의해, 번들을 통한 액체의 흐름에 의해 유도된 진동이 감소될 수 있다. 이러한 시스템에서, 각 지지 로드(110)의 사이즈 허용오차는 신중하게 설계해야 한다. 튜브(102)를 단단히 지지하기 위해서, 단지 작은 간극이 제공되어, 배플(106)을 통해 튜브(102)를 제 위치에 장전해야 하며, 이것은 장전을 곤란함을 야기시키고 제조 비용을 증가시킨다. 그러나, 보다 쉬운 튜브 장전을 제공하도록 로드(110)를 작게 하면 특히 쉘 입구 및 출구에서 진동 손상을 회피하기 위한 번들의 능력을 상실하게 한다.

도 1은 이러한 문제를 해결하기 위해 설계된 튜브 번들(10)을 도시한 것이다. 후술하는 바와 같이, 튜브 번들(10)은 보다 큰 출력을 수용하도록 그리고 종래의 교환기보다 축소되도록 설계된다. 이들 조건은 튜브 번들에서 겪게 되는 보다 높은 속도로 유도되고, 보다 큰 진동 성향으로 유도될 수 있다.

튜브 번들(10)은 직사각형 형태로 다수의 평행한 튜브(12)를 포함하고 있는데, 즉 튜브(12)의 열(14) 및 튜브(12)의 행(15)은 튜브 열(14)과 튜브 행(15) 사이에 형성된 x-튜브 및 y-튜브 레인(16)과 함께 2개 방향으로 연장된다. 도면들에 도시된 바와 같이, 단지 몇 개의 열, 행 및 레인이 간략함을 위해 표시되어 있지만, 이들 도면부호는 각각 각 열, 행 및 레인을 참조하기 위한 것이라는 것을 이해해야 한다. 튜브(12)는 종래의 방식으로 튜브 번들의 각 단부에서 튜브시트(18, 20)에 연결된다. 다음에, 튜브시트(18, 20)는 교환기의 쉘내에 설치될 것이다. 물론, 번들(10)내의 튜브(12)의 다른 구성이 가능하며, 예를 들면 삼각형 구성이 가능하다. 따라서, 레인 스페이스(16)는 튜브 지지 부재(26)를 끼워맞추도록 조정될 필요가 있다.

튜브(12)는 이 튜브(12)의 길이부를 따라 간격을 두고 배치된 튜브 지지 케이지(22)에 의해 지지되어 있다. 튜브 지지 케이지(22)는, 번들을 통해 반복되고 A, B, C 및 D로 도면에 표시된 4개의 상이한 타입이다. 각 튜브 지지 케이지(22)는 중앙 절취 윈도우를 갖는 링(24) 또는 배플판으로 형성된다. 복수의 튜브 지지 부재 또는 로드(26)는 중앙 개방 영역을 가로질러 연장되며, 그 단부에서 링(24)에 고정되어 있다. 케이지(22)는 보다 효율적이고 덜 비싼 조립을 위해 사전제조될 수 있다.

로드(26)는 모든 구성일 수 있지만, 바람직하게 배플에 용접된 편평한 바아의 형태이다. 물론, 로드(26)는 원형, 직사각형 또는 원형 단면을 포함한 모든 형상일 수 있으며, 그들 단면 형상과 상관없이 편리함 및 간략함을 위해서 "로드"라고 한다. 로드(26)는 링(24)의 측면(링의 벽 두께를 가로질러)에 직접 용접되거나, 또는 보다 복잡한 구조에서, 드릴링에 의해 형성된 로드의 단면으로 적절하게 형성된, 환형 링(24)의 리세스 또는 개구에 수용되며, 로드들은 용접, 납땜 또는 다른 고정 수단에 의해 리세스 또는 개구에 고정되어 있다.

바람직하게, 로드(26)의 두께는 튜브 번들(16)과 연관되어 축소된다. 튜브(12)의 삽입을 위해 로드(26) 둘레에 충분한 간극을 제공하기 위해서, 로드의 두께는 레인의 폭의 98%일 수 있으며, 바람직하게 90% 내지 98%의 범위일 수 있다. 편평한 바아로서 구성된 로드(26)의 경우에, 두께는 바아의 폭이라고 한다. 예를 들면, 로드(26)는 튜브 레인(16)의 폭의 약 95%일 수 있다. 특히, 2개의 인접한 튜브 사이의 간격으로서 측정된 튜브 레인이 6.35㎜이라면, 로드는 6.0㎜ 내지 6.2㎜의 두께의 사이즈이다. 이것은 튜브(12)가 사전제조된 케이지(22)내로 쉽게 삽입될 수 있게 하며, 이것은 번들이 매우 쉬운 작업으로 장전될 수 있게 한다. 대경 번들에서, 작은 로드는 유동에 의해 편향될 수 있으며, 이러한 이유 때문에, 편평한 로드를 보다 큰 계수의 로드(26)로 사용하여, 보다 큰 축방향 강도를 야기시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 주 바아를 보강하기 위해 몇몇 크로스바아를 사용하는 것을 예시할 수 있다. 그러나, 로드(26)로부터의 완전한 지지체의 부재는 전체 지지 시스템의 효율성을 경감시키지 않는데, 그 이유는 후술하는 바와 같이 튜브 번들내로 삽입되는 튜브 스테이크에 의해 추가의 지지체가 마련되기 때문이다.

상술한 바와 같이, 케이지(22)의 4개의 상이한 구성이 있다. 4개의 타입(A, B, C, D)이 도 1에 도시되어 있으며, 도면의 바닥을 가로질러 좌측으로부터 우측으로 연장된다. 상이한 구성은 번들(10)에 설치될 때 케이지(22)의 배향과 관련이 있다. 본 명세서에서, 용어 "수평" 및 "수직"은 인접한 요소 사이의 상대적인 위치를 나타내기 위한 설명 목적으로 위해 사용된다. 전체 조립체는 회전되고 그에 따라 배향을 변경시키는 반면에, 요소 사이의 상대적인 배향은 동일하게 유지된다.

도시된 바와 같이, 제 1 타입(A)은, 링(24)의 바닥 부분에서 시작되고, 교호하는 수평 열(14) 사이에서 x-튜브 레인(16)에 배치되도록 이격되어 있는 수평으로 배치된 로드(26)를 갖고 있다. 제 2 타입(B)은, 링(24)의 좌측 부분에서 시작되고, 교호하는 수직 행(15) 사이에서 y-튜브 레인(16)에 배치되도록 이격된 수직으로 배치된 로드(26)를 갖고 있다. 제 3 타입(C)은, 링(24)의 상부 부분에서 시작되고, 교호하는 수평 열(14) 사이에서 x-튜브 레인(16)에 배치되도록 이격된 수평으로 배치된 로드(26)를 갖고 있다. 제 4 타입(D)은, 링(24)의 후측 부분에서 시작되고, 교호하는 수직 행(15) 사이에서 y-튜브 레인(16)에 배치되도록 이격된 수직으로 배치된 로드(26)를 갖고 있다. 따라서, 각 케이지(22)는 단지 한 방향으로 배향된 로드(26)를 갖고 있다. 이에 의해, 타입(A, B, C, D)의 4개 케이지(22)의 각 세트는 번들을 충분히 지지하는 각 열(14)과 각 행(15) 사이에서 모든 레인(16)에서 로드(26)를 제공한다.

각 튜브 지지 케이지(22)는 번들(10)의 길이부를 따라서 이격된 간격으로 위치되어 있다. 이러한 구성에서, 간격은 종래의 지지 케이지보다 넓은데, 예를 들면 케이지(22) 사이가 적어도 300㎜이다. 간격은 케이지(22) 사이에서 600㎜(19.05㎜ 직경의 튜브에 대해서)와 1200㎜(25.4㎜ 직경의 튜브에 대해서) 정도로 클 수 있다. 필요하다면, 지지 케이지/스테이크 사이의 거리는 교환기의 중간 부분에서 증가될 수 있는데, 그 이유는 번들(10)의 중간 부분에서 축방향 속도가 튜브에 대해서 평행하고, 그에 따라 진동을 덜 야기시키기 때문이다. 케이지(22)는 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이 타이 바아 또는 타이 로드(12)에 의해 서로에 고정되어 있다.

로드(26)의 감소된 사이즈, 보다 적은 개수의 케이지(22)의 사용 및 로드(26)의 교호하는 구성으로 인해서, 케이지(22)를 통한 튜브(12)의 장전이 용이하게 성취될 수 있다. 튜브(12)가 장전된 후에, 번들에 배치된 튜브(12)를 보강하기 위해서 튜브 지지 스테이크(30)의 삽입에 의해 추가의 진동방지 지지부가 제공된다.

도 1의 상부 열을 참조하면, 진동방지(anti-vibration ; AV) 튜브 지지 스테이크(30)의 4개의 상이한 구성은 좌측으로부터 우측으로 AV-A, AV-B, AV-C 및 AV-D로 표시되어 있다. 각 위치에서 튜브 지지 스테이크(30)는 동일한 방향으로 배치되며, 교호하는 열 또는 행 사이에서 레인내에 배치된다. 구성(AV-A)은 2개의 튜브 지지 스테이크(30)를 이용하며, 이 지지 스테이크(30)는 모두 수평으로 배치되며, 2개의 인접한 열(14) 사이에서 레인(16)에 배치되며, 상기 레인(16)은 인접한 케이지(22)의 로드(26)가 위치되는 레인(16)으로부터 오프셋되어 있다. 이것은 A 케이지(22)의 구성을 도 1에서의 AV-A 스테이크 구성과 비교함으로서 이해될 수 있다.

유사하게, 구성(AV-B)은 번들의 좌측 부분에서 시작하는 행(15) 사이에서 레인(16)내에 수직으로 배치된 2개의 튜브 지지 스테이크(30)를 이용한다. 구성(AV-C)은 번들의 상부 부분에서 시작하는 열(14) 사이에서 레인(16)내에 수평으로 배치된 2개의 튜브 지지 스테이크(30)를 이용한다. 구성(AV-D)은 번들의 우측 부분에서 시작하는 행(15) 사이에서 레인(16)내에 수직으로 배치된 2개의 튜브 지지 스테이크(30)를 이용한다. 케이지(22)와 유사하게, 이러한 구성에 의해, 4개 구성의 각 세트는 각각 열(14)과 행(15) 사이에서 모든 x-튜브 및 y-튜브에서 튜브 지지 스테이크(30)를 제공한다. 물론, 번들이 보다 많은 튜브(12)로 구성되면, 보다 많은 로드(26) 및 보다 많은 튜브 지지 스테이크(30)가 각 위치에서 사용된다. 로드(26) 및 대응하는 튜브 지지 스테이크(30)가 교호하는 레인(16)에 배치되는 한, 각 열(14) 및 각 행(15)은 충분히 지지될 것이다. 튜브 지지 스테이크(30)의 모두는 예를 들면 원주방향으로 감겨된 짜여진 케이블 및/또는 클램프에 의해 각 위치에서 함께 묶여질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 케이지(22) 및 튜브 지지 스테이크(30)의 위치는 또한 교호한다. 각 인접한 케이지(22) 타입 및 튜브 지지 스테이크(30) 구성은 동일한 방법으로 배향된다. 예를 들면, 케이지 타입(A)은 구성(AV-A)의 수평으로 배향된 튜브 지지 스테이크(30)로서 교호 레인에 배치된 수평으로 배향된 로드(26)를 갖고 있다. 이것은 각각 인접한 맞물리는 쌍, B와 AV-B, C와 AV-C, 그리고 D-AV-D에서도 동일하다.

직사각형 튜브 배치에서, 지지 로드(26)의 수직/수평 배치는, 각 세트내의 튜브 지지 스테이크(30)가 인접한 케이지(22)중 하나의 지지 로드(26)에 평행하게 되게 하며, 그 결과 튜브(12)는 지지 스테이크(30)에 의해 튜브(12)와 평행한 지지 로드(26)에 대해서 단단히 유지된다. 삼각형 튜브 배치에서, 소정의 위치에서 지지 스테이크(30)의 배향은, 케이지(22)의 로드(26)에 대해서 튜브를 단단히 보지하기 위해서 인접한 케이지(22)중 하나의 지지 로드(26)에 평행하게 되는 것이 바람직하다. 물론, 삼각형 구성에서, 튜브 사이의 간격은 약간 증가될 것이며, 케이지와 스테이크의 교호 배향은 90°가 아닌 각도일 것이다. 그래서, 각 세트에서 로드와 스테이크에 의해 형성된 형상은 사각형이라기 보다는 마름모일 수 있다.

교호 구성은 번들을 통한 자유로운 유체 유동을 허용하는 이점을 제공한다. 인접한 케이지(22)의 지지 로드(26)와 튜브 지지 스테이크(30)의 평행한 정렬과 오프셋 구성은 지지 로드(26) 또는 스테이크(30)에 대해서 모든 튜브(12)를 가압하는 효과를 갖고 있어서, 만족스러운 작동을 위해 요구되는 강성을 최종 번들에 제공한다. 튜브 지지 스테이크(30)를 튜브 번들내로 삽입함으로써 튜브(12)를 지지 스테이크(30)의 표면으로부터 멀리 가압하고, 튜브를 로드(26)를 향해 바이어스시킨다. 이 효과는 직조 바스켓과 유사하다. 이러한 방법에서, 튜브(12)는 튜브 지지 스테이크 위치에서 뿐만 아니라 튜브 지지 케이지 스테이션에서 튜브 지지부를 잘 제공하도록 약간(2㎜까지) 편향되어 있다.

튜브 지지 스테이크(30)가 케이지(22) 사이에 모두 걸쳐져 있을 필요가 없기 때문에, 케이지의 2개 세트 사이의 번들의 종방향 중앙에는 튜브 지지 스테이크가 마련되지 않는다. 특히 쉘 유동이 대부분이 축방향이고 그리고 진동 손상을 야기시키는 매우 작은 경향을 갖고 있기 때문에 입구 노즐과 출구 노즐 사이의 중간 영역(들) 근방에서는 튜브 지지 스테이크가 마련되지 않는다. 다른 위치에 뿐만 아니라 특정 번들 구성 및 진동 분석에 따라서 튜브 지지 스테이크(30)를 배치하는 것이 가능하다. 특정 디자인은 특정 분야일 것이다.

본 발명의 변형예가 도 5에 도시되어 있다. 이러한 변형예에서, 튜브 번들(50)은 번들의 입구 및 출구 영역에서 튜브를 보강하는 추가의 번들을 제공하여, 번들의 튜브 모두가 잘 지지되는 것을 보장하도록, AV-A' 및 AV-AD'에 위치된 추가의 튜브 지지 스테이크(30)를 포함한다. 튜브 번들이 U자형-굽힘 구성을 갖는 경우(즉, 입구 및 출구 영역이 번들의 동일한 측면에 있는 경우)에, 하나의 위치(즉, AV-A' 또는 AV-AD')에만 추가의 튜브 지지 스테이크가 필요한 것으로 이해된다.

튜브 지지 스테이크(30)는, 튜브를 케이지의 지지 로드에 대해 단단히 보지하도록 튜브 번들내로 삽입시에 증가된 튜브 분리를 부여하는 크기로 되어 있도록 제공된 모든 구성을 가질 수 있다. 따라서, 예를 들면, 미국 특허 제 4,648,442 호(윌리엄), 미국 특허 제 4,919,199 호(한), 미국 특허 제 5,213,155 호(한) 및 미국 특허 제 6,401,803 호(한)에 개시된 튜브 스테이크는 이 목적에 만족스럽다. 그러나, 튜브 스테이크의 바람직한 타입은 미국 특허 제 7,032,655 호(바니 등등)에 개시된 타입이며, 상기 미국 특허는 이들 바람직한 튜브 스테이크의 설명에 참조하였으며, 딤플(dimple) 튜브 지지체라고 한다. 동일한 방식으로 이용될 수 있는 튜브 스테이크의 다른 바람직한 형태는 미국 특허 공개 제 US 2005/0279487 호에 개시되어 있으며, 상기 미국 특허 공개는 이들 바람직한 튜브 스테이크의 설명에 참조하였으며, 새들(saddle) 튜브 지지체라고 한다. 이들 타입의 조합체가 또한 이용될 수 있다. 지지체의 이들 타입의 상세한 설명은 본 명세서에서 참조한 상기 특허 및 특허 출원에 개시되어 있으며, 또한 미국 특허 제 7,073,575 호의 이러한 타입의 지지 배치는 본 명세서에서 참조하였다.

도 2를 참조하면, 딤플 튜브 지지 스테이크(40)는 튜브(12) 사이의 레인에 배치된 것으로 도시되어 있다. 딤플 튜브 지지 스테이크(40)는 일련의 융기된 부분을 갖는 길다란 본체를 갖는 스테이크 또는 스트립(42)과, 각각의 인접한 튜브(12)용 시트(seat)를 형성하도록 이격된 주름부 또는 딤플(44)로 형성되어 있다. 도 3은 딱딱한 재료의 2개의 시트(54)로 형성된 스테이크(52)로서 형성된 새들 튜브 지지체(50)를 도시한 것이며, 각 새들 튜브 지지체는 각 인접한 튜브(12)용 시트를 형성하는 라운드형 중앙 컵(58)을 구비하는 대향 융기된 섹션(56) 또는 주름부를 갖고 있다. 물론, 시트를 형성하는 상이한 구성 및 방법도 가능하다. 이들 구성은 용이한 삽입을 허용하는 동시에 튜브를 제 위치에 확실하게 로킹시킨다. 또한, 이들은 제조하는데 경제적이다.

이들 타입의 튜브 지지체 또는 스테이크에서, 튜브에 대면하는 주름부는 튜브를 위한 탄성 지지체를 제공하도록 튜브를 약간 편향시키는 기능을 하는 동시에 지지 스테이크를 번들내로 확실하게 삽입시키는 기능을 한다. 그 외측 말단에서, 각 튜브 지지 스테이크는, 동일한 방법으로 튜브를 약간 편향시키지만 최외측 튜브상에 보다 확실하게 로크시켜서, 취급 또는 작동 동안에 튜브 지지 스테이크의 바람직하지 못한 변위의 경향을 최소화하는 딤플을 구비하고 있다. 본 발명은 딤플 및/또는 주름부를 갖는 튜브 지지체와 결합하여 사용되는 것으로 의도한 것은 아니다. 로드에 대해서 튜브를 가압 또는 바이어스시키기 위해 튜브내에 다른 지지 장치가 이용하는 것도 고려된다.

필요하다면, 튜브 번들(10)의 상부 및 바닥에서 바이패스 슈라우드가 제공되어, 쉘측 유체의 종방향 바이패스를 방지할 수 있다. 이들 슈라우드는 공지되어 있으며, 최외측 튜브에 대해서 안착되는 편평한 면과, 각 단부에 주변 플랜지를 구비하여 형성된다. 플랜지는 열 교환 쉘의 내경에 부합하는 직경의 원의 현(chordal) 세그먼트이며, 튜브 번들이 쉘내로 삽입될 때, 플랜지는 슈라우드형 영역내로 쉘측 유체의 진입을 방지하도록 쉘의 내부에 밀접하게 부합되어 있다. 슈라우드는 표준 길이로 제조될 수 있으며, 다수의 슈라우드는 플랜지를 통해 볼트체결(또는 단부대 단부를 함께 달리 체결함)될 수 있어서, 쉘 입구 및 출구로의 유동이 요구되는 입구 및 출구 단부를 제외한 모든 영역에서 튜브상으로 연장된다. 슈라우드는 예를 들면 플랜지가 이 플랜지 사이의 튜브 지지 케이지와 함께 볼트체결됨으로써 적당한 강성으로 튜브 지지 케이지에 체결된다.

삼각형 튜브 배치에서, 튜브 지지 케이지 및 튜브 지지 스테이크 세트의 유사한 배열이 가능하지만, 이러한 경우에, 각 연속적인 축방향 위치에서 케이지내의 지지 로드의 정렬은 60°의 배수로 회전되며, 그 결과 본래의 정렬은 스테이크가 유사한 정렬 패턴으로 삽입된 상태로 제 4 위치(즉, 지지 로드가 0°, 60°, 120° 및 등등으로 연속적으로 정렬됨)로 복귀된다. 튜브 지지 스테이크가 인접한 지지 케이지의 지지 로드에 평행하게 삽입되어 바람직함을 제공하면, 전형적인 삽입 모드는 제 1 케이지에 대한 0°, 60°, 120°의 각도 변위로 표시된 케이지 지지 로드 및 튜브 지지 스테이크의 상대적인 각도 위치를 갖고 있다. 삼각형 튜브 배치에서, 튜브(12) 사이의 간격은 케이지 지지 로드를 수용하기 위해서 종래의 배치보다 약간 증가될 수 있다.

조립 동안에, 튜브(12)는 케이지(22)를 통해서 하나 또는 양 튜브시트(18, 20)내로 삽입된다. 하나의 튜브시트에 수용된 U자형 튜브를 갖는 튜브 번들의 경우에, 케이지(22)는 튜브(12)의 자유 단부상으로 압박되고, 다음에 튜브(12)는 단일 튜브시트내에 고정된다. 2개의 튜브시트를 갖는 번들의 경우에, 튜브(12)는 케이지(22)를 통해 하나 또는 양 튜브시트내로 통상적으로 통과되며, 이어서 튜브(12)는 교환기 디자인에 따라서, 예를 들면 용접에 의해 또는 팽창된 조인트로 튜브시트중 하나 또는 양자에 고정될 것이다.

상기 설명은 피치 및 튜브 치수가 일정한 배열을 설명하였지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 설명된 조립체는 다양한 피치 또는 다양한 튜브 치수를 갖는 튜브의 열상에서 작동되도록 구성될 수 있다는 것을 이해될 것이다. 예를 들면, 튜브 지지체의 시트의 간격 및 곡률은 쉽게 변경될 수 있다. 또한, 본 기술 분야에 숙련된 자들은, 다양한 수정 및 변경이 설명된 배치로 이뤄질 수 있고 첨부된 특허청구범위에 규정된 본 발명의 영역내에 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (23)

1. 튜브 번들 장치(tube bundle device)에 있어서,
   서로 평행하게 배치되고, 종방향 축을 갖고 튜브 번들을 형성하는 튜브로서, 상기 튜브는 인접한 열을 분리하는 x-튜브 레인 및 인접한 행을 분리하는 y-튜브를 갖는 열 및 행으로 배치되어 있는, 상기 튜브와,
   배플 프레임을 포함하는 제 1 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되는, 상기 제 1 튜브 지지 케이지와,
   배플 프레임을 포함하는 제 2 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 1 배향에 대해 일정 각도에서 제 2 배향으로 연장되는, 상기 제 2 튜브 지지 케이지와,
   배플 프레임을 포함하는 제 3 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 상기 제 1 튜브 지지 케이지로부터 하나의 레인에 의해 오프셋되어 있는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되는, 상기 제 3 튜브 지지 케이지와,
   배플 프레임을 포함하는 제 4 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 상기 제 2 튜브 지지 케이지로부터 하나의 레인에 의해 오프셋되어 있는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 2 배향으로 연장되는, 상기 제 4 튜브 지지 케이지와,
   상기 튜브 지지 케이지중 하나에 인접하고 상기 하나로부터 이격된 튜브 번들내에, 인접한 튜브 지지 케이지의 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부로부터 교호하는 레인에 실질적으로 평행하게 그리고 교호하는 레인에 오프셋되어 삽입되는 적어도 하나 세트의 튜브 지지 스케이트(tube support skate)를 포함하며,
   상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 튜브 지지 케이지는 각 x-튜브 레인 및 각 y-튜브 레인에 배치된 튜브 지지 부재의 그리드를 함께 구성하는 하나의 세트를 형성하며,
   상기 튜브 지지 부재는 x-튜브 레인 또는 y-튜브 레인의 폭의 90%와 98% 사이인 두께를 가지며, 그에 따라 인접한 튜브 지지 부재와 각 튜브 사이에 자유 공간을 형성하며,
   상기 튜브 지지 스케이트는 인접한 튜브 지지 부재에 대해 튜브를 바이어스시키는
   튜브 번들 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   각 튜브 지지 케이지는 x-튜브 레인 또는 y-튜브 레인의 약 95% 폭인
   튜브 번들 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   각 튜브 지지 케이지는 종방향 축을 따라 측정된 적어도 300㎜ 사이의 거리로 이격되어 있는
   튜브 번들 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   각 튜브는 12㎜ 내지 22㎜의 범위의 직경을 갖고 있으며, 각 튜브 지지 케이지는 종방향을 축을 따라 측정된 약 500㎜ 내지 700㎜의 거리로 이격되어 있는
   튜브 번들 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   각 튜브는 대략 19㎜의 직경을 갖고 있으며, 각 튜브 지지 케이지는 약 600㎜의 거리로 이격되어 있는
   튜브 번들 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   각 튜브는 23㎜ 내지 40㎜의 범위의 직경을 가지며, 각 튜브 지지 케이지는 약 1100㎜ 내지 1300㎜의 거리로 이격되어 있는
   튜브 번들 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   각 튜브는 25.4㎜의 직경을 가지며, 각 튜브 지지 케이지는 약 1200㎜의 거리로 이격되어 있는
   튜브 번들 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   각 튜브 지지 케이지에 인접하여 배치된 한 세트의 튜브 지지 스테이크가 있는
   튜브 번들 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 세트내의 인접한 튜브 지지 케이지 사이에 배치된 한 세트의 튜브 지지 스테이크가 있는
   튜브 번들 장치.
10. 튜브 번들 장치에 있어서,
    서로 평행하게 배치되고, 종방향 축을 갖고 튜브 번들을 형성하는 튜브로서, 상기 튜브는 인접한 열을 분리하는 x-튜브 레인 및 인접한 행을 분리하는 y-튜브를 갖는 열 및 행으로 배치되어 있는, 상기 튜브와,
    배플 프레임을 포함하는 제 1 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되는, 상기 제 1 튜브 지지 케이지와,
    상기 제 1 튜브 지지 케이지에 인접하고 상기 제 1 튜브 지지 케이지로부터 이격된 튜브 번들내에, 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입되는 제 1 세트의 튜브 지지 스테이크와,
    배플 프레임을 포함하는 제 2 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 1 배향에 대해 일정 각도에서 제 2 배향으로 연장되는, 상기 제 2 튜브 지지 케이지와,
    상기 제 2 튜브 지지 케이지에 인접하고 상기 제 1 튜브 지지 케이지로부터 이격된 튜브 번들내에, 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입되는 제 2 세트의 튜브 지지 스테이크와,
    배플 프레임을 포함하는 제 3 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 상기 제 1 튜브 지지 케이지로부터 하나의 레인에 의해 오프셋되어 있는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되는, 상기 제 3 튜브 지지 케이지와,
    상기 제 3 튜브 지지 케이지에 인접하고 상기 제 3 튜브 지지 케이지로부터 이격된 튜브 번들내에, 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입되는 제 3 세트의 튜브 지지 스테이크와,
    배플 프레임을 포함하는 제 4 튜브 지지 케이지로서, 복수의 평행한 튜브 지지 부재가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되어 있으며, 각 튜브 지지 부재는 상기 제 2 튜브 지지 케이지로부터 하나의 레인에 의해 오프셋되어 있는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 2 배향으로 연장되는, 상기 제 4 튜브 지지 케이지와,
    상기 제 4 튜브 지지 케이지에 인접하고 상기 제 4 튜브 지지 케이지로부터 이격된 튜브 번들내에, 상기 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입되는 제 4 세트의 튜브 지지 스테이크를 포함하며,
    상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 튜브 지지 케이지는 각 x-튜브 레인 및 각 y-튜브 레인에 배치된 튜브 지지 부재의 그리드를 함께 구성하는 하나의 세트를 형성하며, 각 튜브 지지 케이지는 종방향 축을 따라 측정된 적어도 300㎜의 거리로 이격되어 있으며,
    상기 튜브 지지 스테이크는 인접한 튜브 지지 부재에 대해 상기 튜브를 바이어스시키는
    튜브 번들 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 튜브 지지 부재는 x-튜브 레인 또는 y-튜브 레인의 폭의 90% 내지 98% 사이의 두께를 갖고 있으며, 그에 따라 각 튜브와 인접한 튜브 지지 부재 사이에 자유 공간을 형성하는
    튜브 번들 장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    각 튜브 지지 케이지는 종방향 축을 따라 측정된 적어도 600㎜의 거리로 이격되어 있는
    튜브 번들 장치.
13. 제 10 항에 있어서,
    각 튜브 지지 케이지는 종방향 축을 따라 측정된 적어도 1200㎜의 거리로 이격되어 있는
    튜브 번들 장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브 지지 스테이크는 복수의 이격된 돌출부를 구비하며, 상기 돌출부는 인접한 튜브용의 시트(seat)를 형성하는
    튜브 번들 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이격된 돌출부는 이격된 딤플 및 이격된 주름부중 하나인
    튜브 번들 장치.
16. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브 지지 스테이크는 복수의 이격된 새들(saddle)을 구비하며, 각 새들은 인접한 튜브용의 시트를 형성하는
    튜브 번들 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 튜브 지지 스테이크중 몇몇은 복수의 이격된 딤플을 구비하며, 상기 튜브 지지 스테이크중 몇몇은 복수의 이격된 새들을 구비하며, 상기 딤플 및 새들은 인접한 튜브용의 시트를 형성하는
    튜브 번들 장치.
18. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브 지지 스테이크중 적어도 일부는 딤플 및 새들의 조합체를 형성하며, 이 조합체는 인접한 튜브용의 시트를 형성하는
    튜브 번들 장치.
19. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    각 튜브 지지 부재는 편평한 바아인
    튜브 번들 장치.
20. 제 1 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,
    각 배플 프레임은 중앙의 절취 윈도우를 갖는 플레이트로 형성되는
    튜브 번들 장치.
21. 제 1 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서,
    쉘과, 상기 쉘에 연결되고 상기 튜브 번들을 지지하는 튜브시트를 더 포함하는
    튜브 번들 장치.
22. 제 1 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브 번들이 입구 영역을 형성하는 제 1 단부와 출구 영역을 형성하는 제 2 단부를 구비하며, 상기 튜브 번들 장치가 상기 제 1 단부 및 제 2 단부중 하나에 인접한 튜브 번들내로 삽입된 적어도 하나의 추가의 튜브 지지 스테이크를 더 포함하는
    튜브 번들 장치.
23. 열 교환용 유체를 운반하기 위한 튜브 번들을 구비하는 열 교환기에 있어서,
    서로 평행하게 배치되고, 종방향 축을 갖고 튜브 번들을 형성하는 튜브로서, 상기 튜브는 인접한 열을 분리하는 x-튜브 레인 및 인접한 행을 분리하는 y-튜브를 갖는 열 및 행으로 배치되어 있는, 상기 튜브와,
    4개의 튜브 지지 케이지의 세트로서, 각 튜브 지지 케이지는 배플 프레임을 포함하며, 복수의 평행한 튜브 지지 바아가 상기 종방향 축에 실질적으로 직교하는 평면에서 상기 배플 프레임에 고정되며, 여기에서 상기 4개의 튜브 지지 케이지의 세트는 상기 종방향 축을 따라 축방향으로 이격되며, 그 결과 2개의 튜브 지지 케이지의 튜브 지지 바아는 교호하는 x-튜브 레인에서 제 1 배향으로 연장되고 그리고 다른 2개의 튜브 지지 케이지의 튜브 지지 바아는 교호하는 y-튜브 레인에서 제 1 배향에 대해 일정 각도에서 제 2 배향으로 연장되는, 상기 4개의 튜브 지지 케이지의 세트와,
    상기 튜브 지지 케이지중 적어도 하나에 인접하고 상기 적어도 하나로부터 이격된 튜브 번들내에, 직조 구성으로 인접한 튜브 지지 케이지의 튜브 지지 부재의 적어도 일부에 실질적으로 평행하게 그리고 상기 적어도 일부로부터 오프셋되어 삽입되는 적어도 한 세트의 튜브 지지 스테이크를 포함하며,
    상기 튜브 지지 스테이크에는 튜브를 지지하기 위한 시트가 형성되어 있으며,
    상기 4개의 튜브 지지 케이지의 세트는 각 x-튜브 레인 및 각 y-튜브 레인에 배치된 튜브 지지 바아의 그리드를 함께 형성하며, 각 튜브 지지 케이지는 상기 종방향 축을 따라 측정된 적어도 300㎜의 거리에서 4개의 튜브 지지 케이지의 세트내에서 다른 튜브 지지 케이지로부터 이격되어 있으며,
    상기 튜브 지지 바아는 x-튜브 레인 또는 y-튜브 레인의 폭의 최대로 98%인 두께를 갖고 있으며, 그에 따라 각 튜브와 인접한 튜브 지지 바아 사이에 자유 공간을 형성하며,
    상기 튜브 지지 스테이크는 상기 시트내의 상기 튜브를 지지하며, 인접한 튜브 지지 바아에 대해서 상기 튜브를 바이어스시키는
    튜브 번들을 구비하는 열 교환기.

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