JPS6126788Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、シエルアンドチユーブ型熱交換器の
改良に関する。

一般に、シエルアンドチユーブ型熱交換器は、
第１図に示す如く構成されている。同図において
１は胴体、２は該胴体１の上下の管板１ａ，１ｂ
に上下の端部を取付けられた互いに平行な多数の
伝熱管２ａよりなる伝熱管群、３_１〜３_５は上記
胴体１内に上下方向に多段（本例の場合５段）に
設置された伝熱管群２の支持板で、それら多段の
伝熱管支持板３_１〜３_５によつて互いに平行な多
数の伝熱管２ａの相互の間隔が所定の間隔に保持
されるようになつている。なお図中１ｃは胴体１
の頂部の１次流体（加熱流体）入口、１ｄは胴体
１の底部の１次流体（加熱流体）出口、１ｅは胴
体１の底部側壁に設けられた２次流体（被加熱流
体）の入口、１ｆは胴体１の頂部側壁に設けられ
た加熱されて蒸気化した２次流体の出口をそれぞ
れ示す。

そして上記多段の伝熱管支持板３_１〜３_５は、
伝熱管２ａの流動振動を防止しり、伝熱管外の流
体を仕切る役割をも持つている。

また、最も普通に用いられている伝熱管支持板
は、第２図に示すように、伝熱管２ａの外径より
若干大きい内径を有する管孔ｈを有し、伝熱管２
ａの外周と管孔の内周間に間隔４が形成されるよ
うになつており、かつ多数の２次流体流通孔３ａ
が図示の如く設けられている。

上記のような管孔ｈを有する従来の伝熱管支持
板においては、伝熱管２ａと管孔ｈと間に存在す
る間隔（以下クレビスと呼ぶ）４内において、し
ばしば伝熱管２ａの損傷事故が発生しているが、
その原因としては、 (i) クレビス内の沸騰限界熱負荷低下に起因する
伝熱管の焼損。

(ii) 腐食性不純物のクレビス内への濃縮に起因す
る伝熱管の腐食。

などが挙げられる。このために上記従来のもので
は、熱交換器性能が制限されたり、その稼動率の
低下が生じることが多々あるなどの欠点があつ
た。

本考案は、上記従来のものの欠点を解消するこ
との可能な伝熱管支持板をもつシエルアンドチユ
ーブ型熱交換器を提供することを目的として提案
されたもので、垂直方向に延びて並設されて伝熱
管群２を形成する複数本の伝熱管２ａ、該伝熱管
群２を囲撓するとともに１次流体用出入口１ｃ，
１ｄと、２次流体用出入口１ｅ，１ｆとをそれぞ
れ具えた胴体１、該伝熱管２ａのそれぞれの端部
が挿着され、上記胴体１の端部とともに１次流体
用水室を形成する管板１ａ，１ｂおよび該胴体１
内部の横断面全域をおおつて配置されるととも
に、該伝熱管のそれぞれが単独に挿通される支持
管孔ｈと、２次流体の流通孔３ａとが分布して穿
設された伝熱管支持板３を有するシエルアンドチ
ユーブ型熱交換器において、該支持管孔ｈの上下
端部内周に、ほぼ截頭円錐状の拡大部を設けると
ともに、該伝熱管２ａの外面と、該支持管孔ｈの
内面との間に、２次流体流通用間隙４を形成して
なることを特徴とするシエルアンドチユーブ型熱
交換器に係るものである。

一般に熱交換器は、その経済性の観点から伝熱
管群の相隣る伝熱管のピツチは構造上許される範
囲でできるだけ小さく設定され、その結果伝熱管
支持板３の管孔ｈあるいは２次流体の流通孔３ａ
との間隔は極めて小さく、２mm以下になる場合が
多々生じる。このような場合第３図ａ，ｂに示す
如く隣接する管孔ｈあるいは２次流体流通孔３ａ
と干渉することなく45゜程度の面取りを管孔ｈに
行う場合、その面取り幅はせいぜい２mm程度にと
どまり、これによる「クレビス内の沸騰限界熱負
荷低下率の抑制」の効果は期待できないことにな
る。この観点から管孔入口部の面取りは、実用熱
交換器においては伝熱管損傷防止策としては不適
であると一般に認識されている。

本考案は、かかる一般の認識を覆えし、伝熱管
支持板の管孔入口の面取りを適切に行うことより
上記従来のものの欠点を解消し得たものである。

第４図は本考案の要部の一実施例で上記第２図
に相当するものであり、伝熱管支持板３に設けら
れた伝熱管２ａの管孔ｈの下端部内周面部には面
取り角度θが15゜以下すなわちＣ／≦tan15゜
（ただしＣは面取り幅、は面取り奥行き長さ）
の面取りが設けられている。また該管孔ｈの上端
部内周面には伝熱管２ａとの組立上必要なだけの
僅かな面取りがしてある。すなわち伝熱管支持板
３の管孔ｈの上下両端部はほぼ截頭円錐状に拡大
されている。なお第５図に示す如く管孔ｈの上端
部内周面にも下端部内周面の面取りと同程度の角
度θ_２の面取りを設けてもよい。

本考案の伝熱管支持板は、上記のように構成さ
れており、いま本伝熱管支持板を多段に胴体に具
えたシエルアンドチユーブ型熱交換器の運転を開
始すると、２次流体すなわち被加熱流体入口１ｅ
（第１図）から胴体１内に導入された２次流体
（被加熱流体）は伝熱管群２の各伝熱管２ａの外
周を上昇し、その垂直方向の運動量によつて伝熱
管２ａの管孔ｈの下端部内周面に設けられた入口
幅Ｃ，奥行き長さの面取り部すなわち円錐状拡
大部に強制的に押込まれ、間隔（クレビス）４内
の伝熱管表面に被加熱流体が供給される。これに
伴ない間隔４内の伝熱管２ａの表面が冷却され、
被加熱流体中に存在する腐食性不純物の間隔４内
の濃縮が防止され、これに起因する伝熱管２ａの
腐食発生が抑制される。

また、管孔ｈの上端部内周に設けられた微小の
面取り部にには、被加熱体中の固形分の推積は最
小に抑えられる。なお固形分のない場合には第５
図に示す例のように管孔ｈの上端部内周に設けら
れた面取り部によつても伝熱管２ａの腐食発生の
抑制効果が得られる。

本考案は、上記のような構成、作用を具有する
ものであるから、本考案によれば、 伝熱管支持板の管孔ｈの間隔（クレビス）４内
の最大過熱度の低減化をはかることができる。

第６図ａにその傾向を示すが、横軸は面取り角
度θを、縦軸は間隔４内の伝熱管の表面最大過熱
度の低減化率、 （△Ｔｓｕｐ．ｃ．／△Ｔｓｕｐ．ｕｃ．） ＝（面取り後のクレビス内最大過熱度／面取り前の
クレビス内最大過熱度） を示す。この図から判るように、面取り角度θが
15゜以下５゜以上においても十分、クレビス内最
大過熱度の低減化が得られる。

クレビス内最大過熱度は、クレビス内における
不純物の濃縮度と密接に関係し、これを低減させ
ることにより、クレビス内の不純物の濃縮腐食発
生を抑制する効果を生じる。第６図ｂはそのそ実
証例を示す。

すなわち、第６図ｂにおいて、横軸は面取り角
度を、縦軸は間隔（クレビス）内の伝熱管の腐食
深さ比 （ｈｃ．／ｈｕ_ｃ．）＝（面取り後の腐食深さ／面取
り前の腐食深さ） を示す。この図から判るように、面取り角度15゜
以下、５゜以上においても十分伝熱管の腐食抑制
効果が得られる。

という実用的効果を挙げることができる。なお、
第４図の本考案の例の如く管孔ｈの上端部内周の
面取りは不必要に大きな面取りをさけ、微少な面
取りを行なうと、同部分に、２次流体中のスラジ
等の固形分の堆積が防止されるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般のシエルアンドチユーブ型熱交換
器の概略縦断面図、第２図は第１図のＸ部拡大
図、第３図ａは第２図の平面図、第３図ｂは第３
図ａの−線断面図、第４図は本考案の一実施
例の要部の縦断面図、第５図は本考案の他の実施
例の要部の縦断面図、第６図ａは伝熱管支持板の
管孔の面取り角度と、管孔のクレビス内の伝熱管
の表面最大過熱度の低減化率との関係をグラフ、
第６図ｂは管孔の面取り角度とクレビス内の伝熱
管の腐食深さ比との関係を示すグラフである。 １：胴体、１ａ，１ｂ：管板、１ｃ，１ｄ：一
次流体（加熱流体）入口および出口、１ｅ，１
ｆ：二次流体（被加熱流体）入口および出口、
２：１次流体用伝熱管群、２ａ：一次流体用伝熱
管、３_１〜３_５：伝熱管支持板、３ａ：二次流体
の流通孔、ｈ：伝熱管挿通用管孔、４：間隔（ク
レビス）、θ_１，θ_２：面取り角度。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 垂直方向に延びて並設されて伝熱管群２を形成
   する複数本の伝熱管２ａ、該伝熱管群２を囲撓す
   るとともに１次流体用出入口１ｃ，１ｄと、２次
   流体用出入口１ｅ，１ｆとをそれぞれ具えた胴体
   １、該伝熱管２ａのそれぞれの端部が挿着され、
   上記胴体１の端部とともに１次流体用水室を形成
   する管板１ａ，１ｂおよび該胴体１内部の横断面
   全域をおおつて配置されるとともに、該伝熱管の
   それぞれが単独に挿通される支持管孔ｈと、２次
   流体の流通孔３ａとが分布して穿設された伝熱管
   支持板３を有するシエルアンドチユーブ型熱交換
   器において、該支持管孔ｈの上下端部内周に、ほ
   ぼ截頭円錐状の拡大部を設けるとともに、該伝熱
   管２ａの外面と、該支持管孔ｈの内面との間に、
   ２次流体流通用間隙４を形成してなるこを特徴と
   するシエルアンドチユーブ型熱交換器。