JPH04500717A - 熱―交換器チューブの表面拡大要素 - 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】 熱−交換器チューブの表面拡大要素 本発明は、請求の範囲１の前文に定義される形式の熱−交換器チューブの表面拡 大要素に関する。

熱交換容量が大きくことなる媒体間で熱が交換される場合には、低い熱交換容量 の媒体と接触する側の熱交換表面には通常表面拡大要素が設けられ、熱の流れが 、熱交換器の反対側で達成される熱の流れとバランスされるようにする。

例えば、蒸気もしくは温水ボイラあるいはこの種のボイラの後ろ側に連結される 節炭器などのような場合がそうであり、この場合、水はチューブ内を通過し一方 燃焼ガスもしくは別の高温流体はチューブの外側に沿って、通常はチューブの長 手方向軸線に直角方向に向けて（長手方向の流動も知られている）流動する。

種々の表面拡大要素が年来開発されて来たが、これらの中には、チューブに沿っ てもしくは直角方向に溶接されるピン、フィンおよびストリップやあるいはチュ ーブの周りに螺旋状に適用されるリボン形状の要素などが含まれる。

公知の表面拡大要素では、熱交換器の製造コストを制限しかつこれと同時に比較 的容易に外側表面に清浄度を保持できると共に作動中の変形を無視できる程度に 維持できる熱交換器を提供することは困難であることが明らかにされている。

従って、本発明の１つの目的は、表面拡大要素が、それ自体を容易かつ低コスト で製造できると共にチューブに対して簡単かつ安価に溶接され、そしてその構造 が効率的に清掃できると共に作動中の変形を無視できる程度に維持できるような 、前記形式の熱交換器チューブにおける表面拡大要素を提供することにある。

前述した並びにこれから更に述べる本発明は、蒸気発生機の燃焼ガスと水との間 で熱を交換する熱交換器に対して適切なものであるが、しかしながら、本発明に 係る表面拡大要素は他の流体に対して設計される熱交換器に対しても完全に好適 に使用され得ることは明らかであろう。

この種の形式の熱交換器は、一般に等しいスペース内に配置、される平行なチュ ーブからなり、そして隣接するチューブ上の表面拡大要素はチューブの軸線に直 角な共通平面内で互いに実質的に接合されており、これにより、これら各共通平 面内の表面拡大要素は協働して実質的に完全な仕切りを画定し、これらの仕切り は熱交換器を流通するガスを案内する。

従って、チューブ上の表面拡大要素は、チューブを中心として適宜の矩形の、好 ましくは正方形の表面を占冑する。

表面拡大要素には、一般に、これらがチューブに対して固定される方法が異なる ２つの主要な形式がある。１つの形式は中心穴を有するプレートからなり、この 穴内にチューブが配置されてプレートに固定される。他の形式は、長辺の長さが 実質的に幅の２倍の長さを有する実質的に四角なプレートからなる。これらのプ レートは一方の長手方向側部に実質的に半円形の凹部を備えてチューブに対して 抵抗溶接され、これにより、プレートがチューブの軸線に対する垂直平面内に適 宜に配置されるように設計されている。プレートは、好適には、共通平面内にお いてチューブの両側に対して対として溶接される。

ところで、我々は、生産の面から第２の形式のプレートが推奨されることを確認 した。しかしながら、我々は、経験から、この形式の公知の表面拡大要素は満足 には機能しないことを発見した。これらは熱的バランスが達成されず、このため 例えば、作動中に変形を発生する。このような変形は、必然的に熱交換器内の流 動抵抗を不可避的に上昇すると共に塵埃および煤煙がプレート上に迅速に堆積す る危険を発生し、このためより頻繁な清掃を必要とする。このように我々は、公 知の表面拡大要素においては、表面拡大要素内の熱の流れがチューブの周りに関 して不均等に分配されることを確認した。

我々は、熱交換器の経済的な生産と良好な機能を達成するためには、すなわち本 発明の目的を達成するためには、表面拡大要素が請求の範囲１に規定される特徴 を備えなければならないこと、すなわちその形状が抵抗溶接のためにチューブの 形状に適応しかつ前記要素は特定の方法で配置されるスリットを備えられなけれ ばならないことを発見した。スリットの好適な実施態様は、請求の範囲２に規定 されている。

有利な溶接状態を達成するためには、要素内の凹部の半径は好適にはチューブの 半径より僅かに、例えば１鵬膳程度大きくすべきであり、前記寸法はチューブの 半径が約２０鵬簡の場合に好適である。これにより均賀な溶接が可能となる。

さらに、チューブおよび／もしくは凹部の表面は好適には荒砥石車で研磨し、研 磨切り目が溶接工程中に発生するガスを引き抜くようにする。

要素内にスリットによって画定される舌片は、何等かの方法で折返し、折曲げあ るいは変形することができ、通過流体中の乱流を増大させることができる。流体 （燃焼−ガス）は、表面拡大要素内においてこの要素内のスリットの方向に対し て実質的に直角方向に通過する。

本発明によってスリットを介して等しい幅で分離される舌片を形成することによ り、前記スリットは好適には要素の側端部に向けて次東に浅くなるよう形成され るが、前記舌片は作動中に変形されることが少なくなると共に温度状態がその外 端部において、すなわち表面拡大要素の周縁部において平衡されると同時に、一 方、共通平面内における表面拡大要素は熱交換器内の外側流体（例えば燃焼−ガ ス）に対する良好に画定された流路を形成する。

本発明およびその実施態様は、添付される請求の範囲に規定されている。

次に、本発明を実施例により添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。ここ で、 第１図は、本発明に係る表面拡大要素を備える熱交換器チューブの横断面図を示 し、 第２図は、第１図に示す熱交換器チューブの一部分を切断する軸方向断面図を示 し、 第３図は、第１図に示す熱交換器チューブの長手方向一部分の側面図で、ここで 表面拡大要素の舌片は折曲げにより変形されており、 箪４図は、多数の平行チューブからなる熱交換器の一部分を切断する断面図を示 し、 ｊＦ！５図は、本発明に係る表面拡大要素の別の実施態様を示し、そして、 第６図は、第５図における矢印Ｖｌ−Ｖ１方向の端面図を示す。

茶１図において、参照符号１０は熱交換器の一部分を構成するチューブを示し、 このチューブはその外側に溶接された金属片１１形状の表面拡大要素を備える。

この部品１１は同一平面内において好適には抵抗溶接によりチューブに対して対 状に溶接されており、第２および３図から分かるように、一対の金属プレートは チューブに沿って正確な間隔、例えば１０ｍ５を離間して配置されている。

各金属片１１は取付けに適当な幅Ｂを有し、この幅の好適な長さはチューブの外 径の約２倍であり、また深さは約０．５Ｂである。

金属辺の一方の長手方向側部には、その中央部分に実質的に円形の凹部が存在す る。この凹部の直径はチューブの半径より幾らか大きめに、例えば１■大径に設 定されており、そしてその深さは半径より小さい。従って、凹部の端縁部は１８ ０°より幾らか小さい角度で延在する。これにより、チューブに対して同一平面 内に溶接される２つの金属片１１の間には隙間１３が保持される。このことは、 溶接を容易にすると同時に、一定量のガスが金属片の平面に対して横断方向に流 動することを可能とする。

半径が異なることは、抵抗溶接が圧力下で行われる場合に、満足すべき均賀な溶 接接合を確実にする。溶接の品質は、若しチューブおよび／もしくは金属片の当 接端縁部が荒研磨され、これにより溶接工程中にガスが研磨切り目から引抜きを 許容される際にはさらに向上される。

３つの実質的に同一な平行スリット１４．１５．１６が、金属片１１の端縁部に チューブから反対側に向けて設けられている。中間スリット１５は中央部に位置 して略チューブに向けて延在する。２つの外側スリット１４．１６は、これによ って形成される金属舌片１７が実質的に同一幅−ｂ”を有するように配置される 。このことは、金属片内の良好な熱分布を確保して、金属片が変形される危険を 減少する。

第３図に明らかに見られるように、舌片はその外側端縁部を、例えばプレートの 中間一平面に対して同一方向に折曲げることにより変形することができる。この ようにすると、チューブを通過する乱流が発生されて、熱伝達が改善されると共 に如何なる煤煙粒子でも容易に除去される。

第４図に、表面拡大要素１１を有する多数の平行チューブ１０からなる熱交換器 の部分を示す。チューブは平行に配列されており、列間の間隔はＢより大きく、 従って対向する要素１１の横断方向端縁部の間には間隙１８が形成されており、 この隙間は同一チューブ上の２つの要素間の隙間１３と略同じ幅である。

図示される実施態様においては、隣接する列のチューブは公知の方法で１７２ピ ッチ変位されているが、このことは金属要素を備える図示実施態様に関しても不 都合なく実現することができる。

各列内におけるチューブの中心はＢおよび１３の合計よりさらに離間されていて 、同一列内における２つのチューブ上の隣接要素の間には小さな隙間１９が形成 されている。

第５図に、スリットの深さが要素の短手方向側部に向けて減少されている表面拡 大要素を示す。従って、傾斜は要素の長手方向の中央−領域において深くなって いる。このようにスリットの深さを変化させると、等しい幅の舌片１７と協働し て、作動中における表面拡大要素の周縁領域に対する著しく均一な温度分布が提 供され、従って熱変形が無視できる程度に抑えられることが判明した。

第６図に示すように、舌片１７は山形断面に変形し、そして隣接する舌片を反対 方向に折曲げることができる。第６図に示す変形は、第３図に示す変形の代案を 構成するものである。

第５および６図において、舌片の稜線は線１８によって示されている。

要素１１はチューブ１１と同じ材料、例えば鋼から構成することができる。要素 の材料は、効率を向上するために、高い熱伝導率を有することが重要である。従 って、鋼を使用する場合には、低炭素含有量の鋼が好適に選定される。

箪５図に係る実施態様において、スリット１４−４６は６Ｈの幅を有し、中央ス リット１５は２５ｍ５の深さを有しそして外側スリットは１５ｍｍの深さを有す る。２つの中央部舌片は１９■の幅を有し、そして２つの外側舌片は２２ｍｍの 幅を有する。要素１１の長さは１００■でありそしてその幅は５５１層である。

凹部は約２３．５ｍ■の半径とおよび約１７．５ｍｍの深さを有する。熱交換器 の一実施例においては、要素１１の長手方向におけるチューブの中心間の間隔は 約１０８ｍｍであり、−刃要素の横断方向におけるチューブの中心間の間隔は約 １２５１である。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 特許庁長官　植松　敏　殿　平成　２年１２月１１日１、特許出願の表示 ＰＣＴ／５Ｅ８９１００４４８ ２、発明の名称 熱−交換器チューブの表面拡大要素 ３、特許出願人 名　称　ガブリウス　スンロツド　アーベー代表者　ドルケンシエ、インゲマー ル （国　籍）（スウェーデン国） １９９０年　９月２８日（平成　２年　９月２８日）６、添付書類の目録 （１）補正書の写しく翻訳文）　１通 補正　請　求　の　範　囲 １．実質的に四角型の薄板−金属片（１１）からなり、前記薄板−金属片は一方 の長手方向側部の中央−領域に１８０１′以下の角度で延在する実質的に円形の 凹部を備え、チューブに対して溶接するよう設計されている熱−交換器チューブ の表面拡大要素において、前記薄板−金属片は金属片の他方の長手方向側部から 延在して薄板−金属片（１１）の短手方向側部と略平行して進行するスリット（ １４，１５，１６）を有し、前記スリット（１４，Ｉ５゜１６）はその長さを前 記金属片の中央部から短手方向側部へ向けて減少することを特徴とする熱−交換 器チューブの表面拡大要素。

２、最長のスリット（１５）の長さは要素の幅の半分に対応することを特徴とす る請求の範囲１記載の表面拡大要素。

３、前記要素においてスリット（１４，１５，１６）によって画定される舌片（ １７）は、要素の中央一平面から変形されていることを特徴とする請求の範囲１ または２に記載の表面拡大要素。

４、スリットによって画定される舌片（１７）は、実質的に等しい幅であること を特徴とする請求の範囲１乃至３の何れかに記載の表面拡大要素。

５、凹部の半径は、要素が抵抗溶接手段によって取付けられるべきチューブの半 径より僅かに大きいことを特徴とする請求の範囲１乃至４の何れかに記載の表面 拡大要素。

６、表面拡大要素が請求の範囲１乃至５の何れかにより構成され、そしてチュー ブに対して抵抗溶接手段により溶接されていることを特徴とする表面拡大要素を 備えた熱−交換器チューブ。

７、チューブもしくは表面拡大要素上の溶接接合部の表面が荒研磨によりて達成 される研磨切り目を有し、抵抗溶接工程中における溶接接合部からのガスの引抜 きが許容されることを特徴とする請求の範囲６記載の熱−交換器チューブ。

８、表面拡大要素は、チューブ上に互いに対向して配置される対として溶接され ることを特徴とする請求の範囲６または７に記載の熱−交換器チューブ。

国際調査報告 −ｎ１１ａｌム＊ｍ＋−一−−−ＩＩＮ’ＰＣＴ／ＳＥ８９１００４４Ｂ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．実質的に四角型の薄板−金属片（１１）からなり、前記薄板−金属片は一方 の長手方向側部の中央−領域に１８０°以下の角度で延在する実質的に円形の凹 部を備え、チューブに対して溶接するよう設計されている熱−交換器チュ−ブの 表面拡大要素において、前記薄板−金属片は金属片の他方の長手方向側部から延 在して薄板−金属片（１１）の短手方向側部と略平行して進行するスリット（１ ４，１５，１６）を有し、かつ中央部スリットは金属片の短手方向側部に最近接 して位置するスリットに対して少なくとも同じ長さである熱−交換器チューブの 表面拡大要素。
2. ２．スリットはその長さを、金属片の長手方向側部の中央部から短手方向側部へ 向けて減少する請求の範囲１記載の表面拡大要素。
3. ３．最長のスリットの長さは要素の幅の半分に対応する請求の範囲１記載の表面 拡大要素。
4. ４．スリットは同じ長さであり、前記長さは実質的に要素の幅の半分に対応する 請求の範囲１記載の表面拡大要素。
5. ５．前記要素においてスリットによって画定される舌片は、要素の中央−平面か ら変形されている請求の範囲１乃至４の何れかに記載の表面拡大要素。
6. ６．スリットによって画定される舌片（１７）は、実質的に等しい幅である請求 の範囲１乃至５の何れかに記載の表面拡大要素。
7. ７．凹部の半径は、要素が抵抗溶接手段によって取付けられるべきチューブの半 径より僅かに大きい請求の範囲１乃至６の何れかに記載の表面拡大要素。
8. ８．表面拡大要素が請求の範囲１乃至７の何れかにより構成され、そしてチュー ブに対して抵抗溶接手段により溶接されている、表面拡大要素を備えた熱−交換 器チューブ。
9. ９．チューブもしくは表面拡大要素上の溶接接合部の表面が荒研磨によって達成 される研磨切り目を有し、抵抗溶接工程中における溶接接合部からのガスの引抜 きが許容される請求の範囲１記載の熱−交換器チューブ。
10. １０．表面拡大要素は、チューブ上に互いに対向して配置される対として溶接さ れる請求の範囲８または９に記載の熱−交換器チューブ。