JPS5812065Y2 - ネツコウカンキノナイトウカン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、超高温高圧熱交換器に使用される内筒管の改
良に関する。

本考案の目的は、超高温流体と接触する内筒管が、熱衝
撃や熱応力に起因した思いがけない過渡現象等によりそ
の健全性を損なわれたり、ついには破壊にまで進展する
、決して起ってはいけない事態に対する完べきな対策を
講するにある。

（技術的背景） 第１図と第２図にヘリカルコイル型超高温熱交換器の１
例を示している通り、チューブ群２の中心部に内筒管１
が使用されている。

この内筒管１の主たる役目は、矢印Ａのように入口ノズ
ル３から流入した１次高温流体が内壁管空間を上昇する
際に適当な流れ抵抗を付与し、熱交換室４の横断面の全
領域に均等な流れを作り、高温流体の流路短絡を防止す
ることにある。

すなわち、図示例の熱交換器においては、チューブ群２
は大幅に省略して表わしているが、個々の伝熱管をコイ
ル状に成形し、そのコイルを同心円状の配置で多数層に
積層した構成である。

この構成で問題なのは、伝熱管の屈曲成形にはどうして
もその最小曲率半径に限度があるという点である。

このため、最内周のコイルは軸方向に円筒形の中空部を
形威し、これをそのまま放置すれば、１次流体が流れ抵
抗の小さいこの中空部をどんどん上昇し、いわゆる流れ
の短絡現象を生じてしまう。

短絡現象は、勿論、伝熱管内を下降する２次側流体との
熱交換の効率を著るしく低下させてしまう。

もつといけないのは、短絡現象によって、はとんど温度
降下しないままの高温流体の直撃により、通常の設計条
件下では高温流体が流れないとされているところの材料
、例えば上側の管板５、分配器６、出口ノズル７および
それに続く管に熱応力や熱衝撃がか五り管の健全性を損
い、ついには高温破壊に至らしめる恐れがある。

ひいては熱交換器そのものの機能ならびに構造を危険な
状態に導き、さらに進んで破壊という重大率が予想され
る。

例えば、原子カプラントの場合であると、単に１つの熱
交換器のトラブルに止どまらず、プラント全体の運転に
支障をもたらすし、事故発生に対し、プラントの急停止
は不可能であることも考慮する必要がある。

特に原子カプラントに関しては、安全性が厳格に判断さ
れ、いかに些細な事項でも心配な点は完全な対策と措置
を検討に付すべき特殊事情がある。

内筒管１は、チューブ群２の中心部に形成される中空円
筒部をふさぎ、上記した短絡現象の防止に効果を奏する
。

しかし、この内管は、伝熱管外流体の入口と出口部で大
きな温度差があり（例えば、入ロ側温度り０００℃出ロ
側温度４００℃）、この温度差によって内管に大きな熱
応力が発生し、内管は強度上苛酷な状態にある。

このように強度上苛酷な状態にある内管は、以上に説明
した通りの趣旨で決してその健全性が損なわれてはなら
ず、もし万が−にも健全性が損なわれたとしてもそれに
対する万全の善後策がなされていなげればならないので
ある。

（実施例の説明） 次に、本考案により改良された内筒管を第３図以降に示
した実施例により説明する。

この内筒管１０は、従来例と同様その上端部に約１２０
°づつ等配された（第４図参照）支持プレート１１を有
し、この支持プレートを内壁管へ接合する（第１図参照
）ことで熱交換器へ懸垂状態で設置される。

との内筒管１０は、下端を閉鎖した管体であり、その下
端は半球形に加工されている。

内筒管１０の下方部分に、同材質で同程度の強度を有す
る仕切管１２が同心円状配置（第５図参照）で設置され
、仕切管１２の上端部１４が内筒管１０へ接合され、１
つの独立した閉鎖空間を形成しでいる。

仕切管１２の下端は、内筒管と同心の半球形に加工され
ている。

仕切管１２の長さは任意である。

が、材料経済の面からいえば、内筒管１０の健全性が損
なわれる恐れのある部分についてのみ使用されればよく
、その意味で、例えば全長１０ｍの内筒管１０の下方部
分に長さ２．７ｍの仕切管１２を使用することが設計的
に求められる。

また仕切管１２は、図示例のように一重の他、必要によ
っては幾重にも使用され、内筒管の実質的健全性が図ら
れる。

図中１３は断熱材を指している。

この断熱材１３の役割は、第１図で見るとわかるように
、熱交換を行いつつ上昇して出口ノズル７の近辺に至り
温度降下した１次側流体の一部は、内筒管１の上端部開
口からその中へ入り滞留する。

この内筒管内滞留流体と内筒管外を上昇する１次側流体
との間で熱交換が行なわれると、内筒管内に自然対流が
発生し幣害をもたらすので、それを阻止するために断熱
材１３が効果を奏する。

断熱材１３は、基本的には内筒管内の空間を埋めれば良
いのであるが、内筒管内に滞留する流体の自然対流を可
及的に阻止するという意味からは、第３図と第５図でわ
かりやすいように、管軸を中心として渦巻状に巻いたも
のと、管軸に対し垂直に積層した断熱材とを交互に配設
することがより好ましい。

かくて充填された断熱材１３の全重量が仕切管１２へ負
荷されてその強度低下をきたすことを防ぐため、および
断熱材密度を均等化するために、上端を支持プレート１
５により懸垂された支持パイプ１６を内筒管１０の中心
に沿って設置し、この支持パイプ１６に断熱材支持円板
１７を水平に取付けている。

以上に説明した構成の内筒管によれば、内筒管の内部に
伝熱管外流体を流入させると共に断熱材によって内筒管
内の流体の自然対流を防止したので、内筒管の内外面の
圧力を等しくして実質上流体圧力が作用していない状態
にし、又内筒管内流体の自然対流を防止して内筒管の温
度上昇を防止し、流体圧力と温度に対する強度上の問題
を解決して苛酷な条件を軽減し、内筒管の安全性を向上
させることができる。

更に伝熱管外流体の入口部において、内筒管を二重構造
にしたので、仮に思いがけない突発的過渡現象により内
筒管１０の健全性が損なわれたとしても、その内側に同
様な強度を有する仕切管１２が存在するので、それが内
筒管と同様な役割を果して実質的被害は生じない。

従がって、熱交換器としての健全性にも別設の支障がな
いから、そのまま継続して平常運転を行うことができる
し、あるいは適当な時期を見つけて、プラントの運転に
悪影響を及ぼさない限度に修復作業を行うことができる
のである。

かくて、本考案によれば、当初の目的を十分に達成する
内筒管を提供できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はヘリカルコイル型で伝熱管群をコイル状に成形
してなる熱交換器主要部の断面図、第２図は第１図の■
−■断面図、第３図は本考案により改良された内筒管の
断面図、第４図は平面図、第５図は第３図の５−５断面
図である。 １０・・・・・・内筒管、１１・・・・・・支持プレー
ト、１２・・・・・・仕切管、１３・・・・・・断熱材
、１６・・・・・・支持パイプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 熱交換器の胴の内部に管板を設け、この管板に支持した
   伝熱管を多数層に巻回してチューブ群を形成し、該チュ
   ーブ群の中心空間部に内筒管を挿入し、伝熱管内流体と
   伝熱管外流体とを対向流にして伝熱管内流体を昇温加熱
   するようにしたヘリカルコイル型の熱交換器において、
   上記内筒管を懸吊支持してその上縁を開口にし、内筒管
   内へ伝熱管外流体が流入できる構造となすと共に内筒管
   内に断熱材を装填し、伝熱管外流体入口部に近い内筒管
   の先端部を二重構造に構成したことを特徴とする熱交換
   器の内筒管。