JP2007271157A - 伝熱管の支持構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】伝熱管の信頼性及び耐久性の低下を防止することができる伝熱管支持構造を提供することを目的とする。
【解決手段】下部胴（容器）と、下部胴内に設けられた伝熱管１３と、下部胴内に設けられて厚み方向に伝熱管挿通孔２６が開口された管支持板２５とを有する蒸気発生器（熱交換器）において、伝熱管挿通孔２６の内面には、伝熱管挿通孔２６の軸線方向の中間部に、伝熱管１３を受ける支持部２７を設け、支持部２７と伝熱管挿通孔２６の各開口端との間の領域は、それぞれ開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔２６の径方向外側に向う傾斜面２８とする。
【選択図】図１０
【解決手段】下部胴（容器）と、下部胴内に設けられた伝熱管１３と、下部胴内に設けられて厚み方向に伝熱管挿通孔２６が開口された管支持板２５とを有する蒸気発生器（熱交換器）において、伝熱管挿通孔２６の内面には、伝熱管挿通孔２６の軸線方向の中間部に、伝熱管１３を受ける支持部２７を設け、支持部２７と伝熱管挿通孔２６の各開口端との間の領域は、それぞれ開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔２６の径方向外側に向う傾斜面２８とする。
【選択図】図１０
Description
本発明は、例えば原子力発電設備において用いられる蒸気発生器等の熱交換器における伝熱管の支持構造に関するものである。
熱交換器としては、容器と、この容器内に設けられた複数の伝熱管と、容器内で伝熱管を支持する管支持板とを有しているものがある。この熱交換器では、伝熱管内に第一の流体が流通されかつ容器内に第二の流体が流通されることで、第一の流体と第二の流体との間で熱交換が行われるようになっている。
ここで、容器内には、管支持板の周縁部を支持するラッパー（周縁部支持部材）と、管支持板の内周部を支持するステーロッド（内周部支持部材）とが設けられており、これによって管支持板が容器内に固定されている。
ここで、容器内には、管支持板の周縁部を支持するラッパー（周縁部支持部材）と、管支持板の内周部を支持するステーロッド（内周部支持部材）とが設けられており、これによって管支持板が容器内に固定されている。
伝熱管の支持構造としては、例えば後記の特許文献１に記載の支持構造が知られている。
特許文献１では、管支持板として、複数の管穴が設けられた管支持板を用いており、各管穴に伝熱管を挿通することによって、管支持板による伝熱管の支持が行われるようになっている。
ここで、管支持板は、容器内を流通する第二の流体等から受ける負荷にも十分に耐えられるように、伝熱管の支持のために必要となる厚みよりも厚みが大きく確保されているとともに、管穴間の領域の面積（言い換えれば管穴間に位置する部分の体積）も、所定程度確保されている。
特許文献１では、管支持板として、複数の管穴が設けられた管支持板を用いており、各管穴に伝熱管を挿通することによって、管支持板による伝熱管の支持が行われるようになっている。
ここで、管支持板は、容器内を流通する第二の流体等から受ける負荷にも十分に耐えられるように、伝熱管の支持のために必要となる厚みよりも厚みが大きく確保されているとともに、管穴間の領域の面積（言い換えれば管穴間に位置する部分の体積）も、所定程度確保されている。
この管支持板は、管穴の内面から径方向内方に突出し且つ内側の端部に伝熱管を支持するための接触面を備えた複数の突出部を有し、内面から接触面にかけて円錐形の案内構造を形成して管穴への伝熱管の挿入を容易にするように、突出部の端部の少なくとも一方にテーパーが付けられている。すなわち、この管支持板では、管穴の軸線方向における突出部の長さは、テーパー部分を含めても管穴の長さよりも短く、突出部よりも管穴の開口端側の内面は、内面が軸線に平行な形状（テーパーのない形状）に形成されている。
蒸気発生器では、製造工程における溶接の熱や、溶接処理後の溶接部の健全性確保のための溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）の熱や、容器内に流通される第二の流体の熱によって、ラッパーやステーロッドが加熱される。このときに、ラッパーとステーロッドとの熱膨張量に差が生じたり、ラッパーとステーロッドとのうちのいずれか一方のみが加熱されてこの一方のみが熱膨張した場合には、これらラッパーとステーロッドとによって支持される管支持板に歪みが生じる。
また、製造工程において蒸気発生器の姿勢を変更する際には、姿勢変更のために蒸気発生器に外力が加わり、また管支持板において自重が加わる向きが変わるので、これによっても管支持板に歪みが生じる。
また、製造工程において蒸気発生器の姿勢を変更する際には、姿勢変更のために蒸気発生器に外力が加わり、また管支持板において自重が加わる向きが変わるので、これによっても管支持板に歪みが生じる。
管支持板に歪みが生じると、管穴の内面がこの管穴に挿通されている伝熱管に対して傾斜して、管穴の開口端等が伝熱管に押し付けられる。このため、管支持板に生じた歪みの大きさによっては、伝熱管にへこみや傷を生じさせてしまう可能性がある。
前記のように、管支持板の厚みは大きく確保されているので、管穴の一方の開口端から他方の開口端までの距離が大きい。このため、管穴の内面の傾斜量がわずかであっても、管穴の一方の開口端と他方の開口端との位置ずれは大きく、伝熱管には大きな負荷が加わる。
このように伝熱管にへこみや傷が生じると、伝熱管の信頼性や耐久性を損ねるので、好ましくない。
前記のように、管支持板の厚みは大きく確保されているので、管穴の一方の開口端から他方の開口端までの距離が大きい。このため、管穴の内面の傾斜量がわずかであっても、管穴の一方の開口端と他方の開口端との位置ずれは大きく、伝熱管には大きな負荷が加わる。
このように伝熱管にへこみや傷が生じると、伝熱管の信頼性や耐久性を損ねるので、好ましくない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、伝熱管にへこみや傷が生じにくく、伝熱管の信頼性及び耐久性の低下を防止することができる伝熱管支持構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記容器内に設けられて厚み方向に伝熱管挿通孔が開口された管支持板とを有する熱交換器に用いられる伝熱管の支持構造であって、前記伝熱管挿通孔の内面には、該伝熱管挿通孔の軸線方向の中間部に、前記伝熱管を受ける支持部が設けられているとともに、該支持部と前記伝熱管挿通孔の各開口端との間の領域は、それぞれ前記開口端側に向うにつれて前記伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面とされている伝熱管の支持構造を提供する。
すなわち、本発明は、容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記容器内に設けられて厚み方向に伝熱管挿通孔が開口された管支持板とを有する熱交換器に用いられる伝熱管の支持構造であって、前記伝熱管挿通孔の内面には、該伝熱管挿通孔の軸線方向の中間部に、前記伝熱管を受ける支持部が設けられているとともに、該支持部と前記伝熱管挿通孔の各開口端との間の領域は、それぞれ前記開口端側に向うにつれて前記伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面とされている伝熱管の支持構造を提供する。
このように構成される伝熱管の支持構造では、管支持板の伝熱管挿通孔に挿通される伝熱管は、伝熱管挿通孔の内面に設けられた支持部によって受けられる。
伝熱管挿通孔の内面において、伝熱管を受ける支持部と伝熱管挿通孔の開口端との間の領域は、開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面とされている。
すなわち、この伝熱管の支持構造では、支持部と開口端との間に形成された傾斜面部分では、伝熱管との間に隙間（逃げ）が確保されている。
このため、管支持板に傾斜が生じても、伝熱管挿通孔の開口端等が伝熱管に当たりにくく、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
伝熱管挿通孔の内面において、伝熱管を受ける支持部と伝熱管挿通孔の開口端との間の領域は、開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面とされている。
すなわち、この伝熱管の支持構造では、支持部と開口端との間に形成された傾斜面部分では、伝熱管との間に隙間（逃げ）が確保されている。
このため、管支持板に傾斜が生じても、伝熱管挿通孔の開口端等が伝熱管に当たりにくく、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
また、本発明に係る伝熱管の支持構造では、伝熱管が伝熱管挿通孔の内面に接触したとしても、伝熱管と伝熱管挿通孔の内面（傾斜面）とが、平行に近い角度で当接する。すなわち、本発明に係る伝熱管の支持構造では、伝熱管と伝熱管挿通孔の内面との接触面積が大きいので、伝熱管に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
また、本発明では、管支持板の伝熱管挿通孔の開口端から支持部までが傾斜面とされている。
このため、本発明では、伝熱管の逃げを確保しつつ、伝熱管挿通孔の容積をより低減することができるので、管支持板の強度を確保することができる。
このため、本発明では、伝熱管の逃げを確保しつつ、伝熱管挿通孔の容積をより低減することができるので、管支持板の強度を確保することができる。
また、本発明は、容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記容器内に設けられて厚み方向に伝熱管挿通孔が開口された管支持板と、該管支持板の周縁部を支持する周縁部支持部材と、前記管支持板の内周部を支持する内周部支持部材とを有する熱交換器に用いられる伝熱管の支持構造であって、前記内周部支持部材による前記管支持板の支持位置のうち、周縁部に最も近い支持位置から前記管支持板の中心位置までの距離をＤ１とし、前記周縁部支持部材による前記管支持板の支持位置から前記管支持板の中心位置までの距離をＤ２とすると、Ｄ１／Ｄ２＜０．６とされている伝熱管の支持構造を提供する。
この発明は、実験等によって本発明者らが得た以下の知見に基づいてなされたものである。
一般的に、熱交換器の容器は、複数の部材、例えば、円筒形の胴体部分と胴体部分の両端を閉塞するドーム状の水室鏡とを溶接することによって作成される。また、この容器の製造工程においても、容器には溶接後熱処理が施される。
管支持板の周縁部を支持する周縁部支持部材は、管支持板の内周部を支持する内周部支持部材に比べて、容器において溶接や熱処理が施される部位に近い。すなわち、周縁部支持部材は、内周部支持部材に比べて、溶接処理や溶接後熱処理の際に容器に加えられる熱が伝わりやすい。
一般的に、熱交換器の容器は、複数の部材、例えば、円筒形の胴体部分と胴体部分の両端を閉塞するドーム状の水室鏡とを溶接することによって作成される。また、この容器の製造工程においても、容器には溶接後熱処理が施される。
管支持板の周縁部を支持する周縁部支持部材は、管支持板の内周部を支持する内周部支持部材に比べて、容器において溶接や熱処理が施される部位に近い。すなわち、周縁部支持部材は、内周部支持部材に比べて、溶接処理や溶接後熱処理の際に容器に加えられる熱が伝わりやすい。
このため、容器に溶接処理や溶接後熱処理を施した際には、周縁部支持部材の熱膨張量が内周部支持部材の熱膨張量よりも大きくなる。すると、管支持板の周縁部が周縁部支持部材によって押圧されて、管支持板の内周部支持部材による支持位置よりも周縁部側の部分（以下「外周部」とする）が、管支持板の片面側に向けて反り返ることになる。
また、熱交換器の稼動中に、周縁部支持部材近傍を流通する流体と内周部支持部材近傍を流通する流体との間に温度差が生じている場合にも、周縁部支持部材と内周部支持部材との間に熱膨張量の差が生じて、管支持板に上記のような変形が生じる。
このため、管支持板の外周部では、伝熱管挿通孔に傾斜が生じることとなり、管支持板の外周部に支持されている伝熱管にへこみや傷が生じる可能性がある。
また、熱交換器の稼動中に、周縁部支持部材近傍を流通する流体と内周部支持部材近傍を流通する流体との間に温度差が生じている場合にも、周縁部支持部材と内周部支持部材との間に熱膨張量の差が生じて、管支持板に上記のような変形が生じる。
このため、管支持板の外周部では、伝熱管挿通孔に傾斜が生じることとなり、管支持板の外周部に支持されている伝熱管にへこみや傷が生じる可能性がある。
このように管支持板に熱膨張に由来する変形が生じた場合には、管支持板において内周部支持部材による支持位置が支点となり、周縁部支持部材による支持位置が力点となる。このため、内周部支持部材による管支持板の支持位置と周縁部支持部材による管支持板の支持位置との距離が小さいほど、外周部の変形量（内周部に対する外周部の傾斜角度）が大きくなる。また、内周部支持部材による管支持板の支持位置と周縁部支持部材による管支持板の支持位置との距離が大きいほど、外周部の変形量が小さくなる。
そこで、本発明では、内周部支持部材による管支持板の支持位置のうち、周縁部に最も近い支持位置から管支持板の中心位置までの距離をＤ１とし、周縁部支持部材による管支持板の支持位置から管支持板の中心位置までの距離をＤ２とすると、Ｄ１／Ｄ２＜０．６としている。
このように、周縁部支持部材による管支持板の支持位置から管支持板の中心位置までの距離に比べて、管支持板における支点と力点との距離を十分に確保することにより、管支持板の内周部に対する外周部の変形量を小さくすることができる。
これにより、周縁部支持部材と内周部支持部材との間に熱膨張量の差が生じた際にも、管支持板の外周部に設けられた伝熱管挿通孔の傾斜角度が小さくて済み、管支持板の外周部に支持されている伝熱管にへこみや傷が生じにくくなる。
このように、周縁部支持部材による管支持板の支持位置から管支持板の中心位置までの距離に比べて、管支持板における支点と力点との距離を十分に確保することにより、管支持板の内周部に対する外周部の変形量を小さくすることができる。
これにより、周縁部支持部材と内周部支持部材との間に熱膨張量の差が生じた際にも、管支持板の外周部に設けられた伝熱管挿通孔の傾斜角度が小さくて済み、管支持板の外周部に支持されている伝熱管にへこみや傷が生じにくくなる。
ここで、このように管支持板の支点と力点との距離を確保した上で、さらに以下の構成を採用してもよい。
具体的には、伝熱管挿通孔の内面には、伝熱管挿通孔の軸線方向の中間部に、伝熱管を受ける支持部を設け、支持部と伝熱管挿通孔の各開口端側との間の領域を、それぞれ開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面としてもよい。
具体的には、伝熱管挿通孔の内面には、伝熱管挿通孔の軸線方向の中間部に、伝熱管を受ける支持部を設け、支持部と伝熱管挿通孔の各開口端側との間の領域を、それぞれ開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面としてもよい。
この場合には、支持部と開口端との間に形成された傾斜面部分では、伝熱管との間に隙間（逃げ）が確保されるので、管支持板に傾斜が生じても、伝熱管挿通孔の開口端等が伝熱管に当たりにくく、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
また、伝熱管が伝熱管挿通孔の内面に接触したとしても、伝熱管と伝熱管挿通孔の内面（傾斜面）とが、より平行に近い角度で当接することになり、伝熱管と伝熱管挿通孔の内面との接触面積が大きいので、伝熱管に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
さらに、伝熱管の逃げを確保しつつ、管支持板の容積を、特許文献１に記載の管支持板に比べてより低減することができるので、管支持板の強度を確保することができる。
また、伝熱管が伝熱管挿通孔の内面に接触したとしても、伝熱管と伝熱管挿通孔の内面（傾斜面）とが、より平行に近い角度で当接することになり、伝熱管と伝熱管挿通孔の内面との接触面積が大きいので、伝熱管に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
さらに、伝熱管の逃げを確保しつつ、管支持板の容積を、特許文献１に記載の管支持板に比べてより低減することができるので、管支持板の強度を確保することができる。
また、前記管支持板の表面と前記各傾斜面との境界部分に面取り部が設けられていてもよい。
この場合には、管支持板の表面と伝熱管挿通孔の内面を構成する各傾斜面との境界部分に角がなくなるので、仮にこの領域に伝熱管が接触しても、この境界部分から伝熱管に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
この場合には、管支持板の表面と伝熱管挿通孔の内面を構成する各傾斜面との境界部分に角がなくなるので、仮にこの領域に伝熱管が接触しても、この境界部分から伝熱管に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
本発明に係る伝熱管の支持構造によれば、伝熱管の信頼性及び耐久性の低下を防止することができる。
［第一実施形態］
以下に、本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態では、本発明に係る伝熱管の支持構造を、図１に示す蒸気発生器１に適用した例を示す。
蒸気発生器１は、加圧水型原子力発電設備において、原子炉炉心で発生した熱を回収した高温高圧の一次冷却水（一次冷却材）と、一次冷却水とは独立した流路を流通する二次冷却水（二次冷却材）との間で熱交換を行うことにより、二次冷却水を沸騰させて、発電用タービンを駆動するための高圧蒸気を発生させるものである。
以下に、本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態では、本発明に係る伝熱管の支持構造を、図１に示す蒸気発生器１に適用した例を示す。
蒸気発生器１は、加圧水型原子力発電設備において、原子炉炉心で発生した熱を回収した高温高圧の一次冷却水（一次冷却材）と、一次冷却水とは独立した流路を流通する二次冷却水（二次冷却材）との間で熱交換を行うことにより、二次冷却水を沸騰させて、発電用タービンを駆動するための高圧蒸気を発生させるものである。
以下、蒸気発生器１の具体的な構成について説明する。
図１及び図２に示すように、蒸気発生器１は、略円筒形状の下部胴３と、略円筒形状の上部胴５とによって構成される容器を有している。
下部胴３には、第一水室７と、第二水室９と、管板１１と、多数の伝熱管１３と、ラッパー（管群外筒）１５とが備えられている。
図１及び図２に示すように、蒸気発生器１は、略円筒形状の下部胴３と、略円筒形状の上部胴５とによって構成される容器を有している。
下部胴３には、第一水室７と、第二水室９と、管板１１と、多数の伝熱管１３と、ラッパー（管群外筒）１５とが備えられている。
下部胴３の下端部は、略半球ドーム状に形成されており、その内部は、左右の二室に区分されている。これら二室のうち、一方の室が第一水室７とされ、他方の室が第二水室９とされている。第一水室７には、一次冷却材入口ノズル１７が設けられている。第一水室７内には、この一次冷却材入口ノズル１７を通じて原子炉炉心からの一次冷却水が導入されるようになっている。
第二水室９には、一次冷却材出口ノズル１９が設けられている。蒸気発生器１で熱交換され第二水室９に回収された一次冷却水は、一次冷却材出口ノズル１９を通って原子炉炉心へ向けて送り出される。
第二水室９には、一次冷却材出口ノズル１９が設けられている。蒸気発生器１で熱交換され第二水室９に回収された一次冷却水は、一次冷却材出口ノズル１９を通って原子炉炉心へ向けて送り出される。
図１に示すように、管板１１は、下部胴３内を、第一水室７及び第二水室９を構成する下端部と、伝熱管１３が収納される上部とに区画するものである。
各伝熱管１３は、管板１１から下部胴３の上端まで立ち上げられて、下部胴３内に逆Ｕ字型の流路を形成するものである。各伝熱管１３は、それぞれ、一端が管板１１を通じて第一水室７に接続され、他端が管板１１を通じて第二水室９に接続されている。
各伝熱管１３は、管板１１から下部胴３の上端まで立ち上げられて、下部胴３内に逆Ｕ字型の流路を形成するものである。各伝熱管１３は、それぞれ、一端が管板１１を通じて第一水室７に接続され、他端が管板１１を通じて第二水室９に接続されている。
伝熱管１３の直管部分は、上下方向に所定間隔を空けて複数設けられた管支持板２５によって支持されている。
管支持板２５は、略円板形状をなしており、図３に示すように、厚み方向に伝熱管１３が挿通される伝熱管挿通孔２６が複数開口させられている。
管支持板２５は、管板１１から上方に立ち上げられた複数のステーロッド１６によって径方向内側の領域を支持されている。本実施形態では、ステーロッド１６は、下部胴３と同軸となる円周上に複数本配置されており、この同一円周上に配置されるステーロッド１６の組は、径を違えて複数組設けられている。すなわち、管支持板２５は、径方向の複数箇所でステーロッド１６によって支持されている。
ラッパー１５は、全ての伝熱管１３の直管部分の周囲を囲む略円筒形の部材であって、その上下端をそれぞれ下部胴３に対して溶接等によって固定されている。管支持板２５は、周縁部をラッパー１５の内周面に対して固定されている。
管支持板２５は、略円板形状をなしており、図３に示すように、厚み方向に伝熱管１３が挿通される伝熱管挿通孔２６が複数開口させられている。
管支持板２５は、管板１１から上方に立ち上げられた複数のステーロッド１６によって径方向内側の領域を支持されている。本実施形態では、ステーロッド１６は、下部胴３と同軸となる円周上に複数本配置されており、この同一円周上に配置されるステーロッド１６の組は、径を違えて複数組設けられている。すなわち、管支持板２５は、径方向の複数箇所でステーロッド１６によって支持されている。
ラッパー１５は、全ての伝熱管１３の直管部分の周囲を囲む略円筒形の部材であって、その上下端をそれぞれ下部胴３に対して溶接等によって固定されている。管支持板２５は、周縁部をラッパー１５の内周面に対して固定されている。
図１に示すように、上部胴５には、給水リング３１と、気水分離器３３と、湿分分離器３５と、蒸気室３７とが備えられている。
給水リング３１は、上部胴５の下部にリング状に設けられた配管であり、上部胴５に設けられた給水入口ノズル３９を通って供給される二次冷却水をラッパー１５の外側に供給する機能を有している。
気水分離器３３は、下部胴３から送られる水混じりの蒸気を蒸気と水に粗分離するものである。気水分離器３３で分離された水は、二次冷却水として再び蒸気発生器１内に戻される。
気水分離器３３で粗分離された蒸気は湿分分離器３５に導入され、蒸気中に含まれる湿分を分離される。
湿分を分離された蒸気は、蒸気室３７に送り込まれたのち、上部胴５に設けられた蒸気出口ノズル４１を通じて、発電用タービンに送り込まれるようになっている。
給水リング３１は、上部胴５の下部にリング状に設けられた配管であり、上部胴５に設けられた給水入口ノズル３９を通って供給される二次冷却水をラッパー１５の外側に供給する機能を有している。
気水分離器３３は、下部胴３から送られる水混じりの蒸気を蒸気と水に粗分離するものである。気水分離器３３で分離された水は、二次冷却水として再び蒸気発生器１内に戻される。
気水分離器３３で粗分離された蒸気は湿分分離器３５に導入され、蒸気中に含まれる湿分を分離される。
湿分を分離された蒸気は、蒸気室３７に送り込まれたのち、上部胴５に設けられた蒸気出口ノズル４１を通じて、発電用タービンに送り込まれるようになっている。
以下、この蒸気発生器１における伝熱管１３の支持構造について、より詳細に説明する。
図４に、管支持板２５の平面図を示す。管支持板２５には、多数の伝熱管挿通孔２６が規則的に形成されている。本実施形態では、管支持板２５において、図４に示す複数の斜線の各交点部分に伝熱管挿通孔２６が形成されている。
伝熱管挿通孔２６の詳細な配置について、図５を用いて説明する。図５は、図４に実線で囲って示す領域Ｐの拡大図である。
管支持板２５には、管支持板２５上に、等間隔で配置される複数の平行線の組を、角度を６０°変えて二組設けた際の、各平行線の交点位置に、伝熱管挿通孔２６が形成されている。
図４に、管支持板２５の平面図を示す。管支持板２５には、多数の伝熱管挿通孔２６が規則的に形成されている。本実施形態では、管支持板２５において、図４に示す複数の斜線の各交点部分に伝熱管挿通孔２６が形成されている。
伝熱管挿通孔２６の詳細な配置について、図５を用いて説明する。図５は、図４に実線で囲って示す領域Ｐの拡大図である。
管支持板２５には、管支持板２５上に、等間隔で配置される複数の平行線の組を、角度を６０°変えて二組設けた際の、各平行線の交点位置に、伝熱管挿通孔２６が形成されている。
本実施形態では、伝熱管挿通孔２６の内面は、図５及び図６に示すように、略円筒内面の軸線回りの複数箇所に、伝熱管１３を支持する支持部２７が設けられた構成とされている。
図７に示すように、支持部２７は、伝熱管挿通孔２６の内面のうち、軸線方向の中間部から径方向内側に突出する突起部によって構成されている。
支持部２７の突出端は、伝熱管挿通孔２６の軸線に略平行な円筒面とされており、伝熱管１３の外周面を面接触にて受けるようになっている。
本実施形態では、図６に示すように、支持部２７は、伝熱管挿通孔２６の軸線回りに１２０°おきに三つ設けられている。これにより、各支持部２７に対して伝熱管挿通孔２６の軸線を挟んで反対側には、伝熱管挿通孔２６の円筒状内面が位置している。
図７に示すように、支持部２７は、伝熱管挿通孔２６の内面のうち、軸線方向の中間部から径方向内側に突出する突起部によって構成されている。
支持部２７の突出端は、伝熱管挿通孔２６の軸線に略平行な円筒面とされており、伝熱管１３の外周面を面接触にて受けるようになっている。
本実施形態では、図６に示すように、支持部２７は、伝熱管挿通孔２６の軸線回りに１２０°おきに三つ設けられている。これにより、各支持部２７に対して伝熱管挿通孔２６の軸線を挟んで反対側には、伝熱管挿通孔２６の円筒状内面が位置している。
伝熱管挿通孔２６の内面において、支持部２７と伝熱管挿通孔２６の各開口端との間の領域は、それぞれ開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔２６の径方向外側に向う傾斜面２８とされている。
例えば、本実施形態では、伝熱管挿通孔２６の長さは３５ｍｍとされており、伝熱管挿通孔２６の軸線方向における傾斜面２８の寸法は、７ｍｍとされている。また、伝熱管挿通孔２６の軸線Ｏに対する傾斜面２８の傾斜角度θ（図８参照）は、約１０度とされている。
さらに、図８及び図９に示すように、管支持板２５の表面と各傾斜面２８との境界部分には、面取り部２９が設けられている。この面取り部２９は、例えば曲率半径Ｒが１．０ｍｍ以上（例えばＲ＝２ｍｍやＲ＝３ｍｍ）の曲面によって構成されていることが好ましい。
例えば、本実施形態では、伝熱管挿通孔２６の長さは３５ｍｍとされており、伝熱管挿通孔２６の軸線方向における傾斜面２８の寸法は、７ｍｍとされている。また、伝熱管挿通孔２６の軸線Ｏに対する傾斜面２８の傾斜角度θ（図８参照）は、約１０度とされている。
さらに、図８及び図９に示すように、管支持板２５の表面と各傾斜面２８との境界部分には、面取り部２９が設けられている。この面取り部２９は、例えば曲率半径Ｒが１．０ｍｍ以上（例えばＲ＝２ｍｍやＲ＝３ｍｍ）の曲面によって構成されていることが好ましい。
上記した伝熱管１３の支持構造では、管支持板２５の伝熱管挿通孔２６に挿通される伝熱管１３は、伝熱管挿通孔２５の内面に設けられた支持部２７によって受けられる。
伝熱管挿通孔２６の内面において、伝熱管１３を受ける支持部２７と伝熱管挿通孔２６の開口端との間の領域は、開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔２６の径方向外側に向う傾斜面２８とされている。
すなわち、この伝熱管１３の支持構造では、支持部２７と開口端との間に形成された傾斜面２８部分では、伝熱管１３との間に隙間（逃げ）が確保されている。
このため、図１０に示すように、管支持板２５に傾斜が生じても、伝熱管挿通孔２６の開口端等が伝熱管１３に当たりにくく、伝熱管１３にへこみや傷が生じにくい。
伝熱管挿通孔２６の内面において、伝熱管１３を受ける支持部２７と伝熱管挿通孔２６の開口端との間の領域は、開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔２６の径方向外側に向う傾斜面２８とされている。
すなわち、この伝熱管１３の支持構造では、支持部２７と開口端との間に形成された傾斜面２８部分では、伝熱管１３との間に隙間（逃げ）が確保されている。
このため、図１０に示すように、管支持板２５に傾斜が生じても、伝熱管挿通孔２６の開口端等が伝熱管１３に当たりにくく、伝熱管１３にへこみや傷が生じにくい。
ここで、特許文献１に記載の管支持板では、前記のように、突出部よりも管穴の開口端側の内面は、内面が軸線に平行な形状（テーパーのない形状）に形成されている。このため、特許文献１に記載の管支持板では、伝熱管に対して管支持板が傾斜すると、伝熱管は、管穴の開口端と管支持板の表面とが交差する角部に接触することになる。この角部は略直角に形成されているので、伝熱管には角部との当接部に集中して力が加わることになり、伝熱管にへこみや傷が生じやすい。
これに対して、本実施形態に係る伝熱管の支持構造では、前記のように、管支持板２５に傾斜が生じても、伝熱管挿通孔２６の開口端等が伝熱管１３に当たりにくく、また、仮に伝熱管１３が伝熱管挿通孔２６の内面に接触したとしても、伝熱管１３と伝熱管挿通孔２６の内面（傾斜面２８）とが、より平行に近い角度で当接する。すなわち、本実施形態に係る伝熱管の支持構造では、伝熱管１３と伝熱管挿通孔２６の内面との接触面積が大きいので、伝熱管１３に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
これに対して、本実施形態に係る伝熱管の支持構造では、前記のように、管支持板２５に傾斜が生じても、伝熱管挿通孔２６の開口端等が伝熱管１３に当たりにくく、また、仮に伝熱管１３が伝熱管挿通孔２６の内面に接触したとしても、伝熱管１３と伝熱管挿通孔２６の内面（傾斜面２８）とが、より平行に近い角度で当接する。すなわち、本実施形態に係る伝熱管の支持構造では、伝熱管１３と伝熱管挿通孔２６の内面との接触面積が大きいので、伝熱管１３に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
また、特許文献１に記載の管支持板では、管穴突出部のテーパー部分が管穴の開口端まで達していないのに対して、本実施形態に係る伝熱管の支持構造では、管支持板２５の伝熱管挿通孔２６の開口端から支持部２７までが傾斜面２８とされている。
このため、本発明では、伝熱管１３の逃げを確保しつつ、伝熱管挿通孔２６の容積を、特許文献１に記載の管支持板の管穴に比べてより低減することができるので（言い換えれば、管支持板２５の伝熱管挿通孔２６間の領域の体積を、特許文献１に記載の管支持板の管穴間の体積よりも大きくすることができるので）、管支持板２５の強度を確保することができる。
このため、本発明では、伝熱管１３の逃げを確保しつつ、伝熱管挿通孔２６の容積を、特許文献１に記載の管支持板の管穴に比べてより低減することができるので（言い換えれば、管支持板２５の伝熱管挿通孔２６間の領域の体積を、特許文献１に記載の管支持板の管穴間の体積よりも大きくすることができるので）、管支持板２５の強度を確保することができる。
また、本実施形態では、管支持板２５の表面と各傾斜面２８との境界部分に面取り部２９が設けられている。
これにより、管支持板２５の表面と伝熱管挿通孔２６の内面を構成する各傾斜面２８との境界部分に角がなくなるので、仮にこの領域に伝熱管１３が接触しても、この境界部分から伝熱管１３に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管１３にへこみや傷が生じにくい。
これにより、管支持板２５の表面と伝熱管挿通孔２６の内面を構成する各傾斜面２８との境界部分に角がなくなるので、仮にこの領域に伝熱管１３が接触しても、この境界部分から伝熱管１３に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管１３にへこみや傷が生じにくい。
以上述べたように、本実施形態に係る伝熱管の支持構造によれば、伝熱管１３にへこみや傷が生じにくいので、伝熱管１３の信頼性及び耐久性の低下を防止することができる。
［第二実施形態］
以下、本発明の第二実施形態について、図１１を用いて説明する。
本実施形態に係る伝熱管の支持構造は、第一実施形態に示す蒸気発生器１において、
ステーロッド１６（内周部支持部材）による管支持板２５の支持位置のうち、管支持板２５の周縁部に最も近い支持位置から管支持板２５の中心位置までの距離をＤ１とし、ラッパー１５（周縁部支持部材）による管支持板２５の支持位置から管支持板２５の中心位置までの距離をＤ２とした場合に、Ｄ１／Ｄ２＜０．６としたものである。
以下、本発明の第二実施形態について、図１１を用いて説明する。
本実施形態に係る伝熱管の支持構造は、第一実施形態に示す蒸気発生器１において、
ステーロッド１６（内周部支持部材）による管支持板２５の支持位置のうち、管支持板２５の周縁部に最も近い支持位置から管支持板２５の中心位置までの距離をＤ１とし、ラッパー１５（周縁部支持部材）による管支持板２５の支持位置から管支持板２５の中心位置までの距離をＤ２とした場合に、Ｄ１／Ｄ２＜０．６としたものである。
ここで、蒸気発生器１の下部胴３は、円筒形の胴体部分と胴体部分の下端を閉塞するドーム状の水室鏡とを溶接することによって作成される。また、この下部胴３の製造工程においては、溶接部の健全性確保のために、溶接後熱処理が施される。
図３に示すように、管支持板２５の周縁部を支持するラッパー１５は、管支持板２５の内周部を支持するステーロッド１６に比べて、下部胴３において溶接や熱処理が施される部位に近い。すなわち、ラッパー１５は、ステーロッド１６に比べて、溶接処理や溶接後熱処理の際に下部胴３に加えられる熱が伝わりやすい。
図３に示すように、管支持板２５の周縁部を支持するラッパー１５は、管支持板２５の内周部を支持するステーロッド１６に比べて、下部胴３において溶接や熱処理が施される部位に近い。すなわち、ラッパー１５は、ステーロッド１６に比べて、溶接処理や溶接後熱処理の際に下部胴３に加えられる熱が伝わりやすい。
このため、下部胴３に溶接処理や溶接後熱処理を施した際には、ラッパー１５の熱膨張量がステーロッド１６の熱膨張量よりも大きくなる。すると、管支持板２５の周縁部がラッパー１５によって上方に向けて押圧されて、管支持板２６のステーロッド１６による支持位置よりも周縁部側の部分（外周部）が、管支持板２５の上面側に向けて反り返ることになる。
また、熱交換器１の稼動中に、ラッパー１５近傍を流通する流体とステーロッド１６近傍を流通する流体との間に温度差が生じている場合にも、ラッパー１５とステーロッド１６との間に熱膨張量の差が生じて、管支持板２５に上記のような変形が生じる。
このため、管支持板２５の外周部では、伝熱管挿通孔２６に傾斜が生じることとなる。
また、熱交換器１の稼動中に、ラッパー１５近傍を流通する流体とステーロッド１６近傍を流通する流体との間に温度差が生じている場合にも、ラッパー１５とステーロッド１６との間に熱膨張量の差が生じて、管支持板２５に上記のような変形が生じる。
このため、管支持板２５の外周部では、伝熱管挿通孔２６に傾斜が生じることとなる。
このように、管支持板２５に、熱膨張に由来する変形が生じた場合には、管支持板２５においてステーロッド１６による支持位置が支点となり、ラッパー１５による支持位置が力点となる。このため、ステーロッド１６による管支持板２５の支持位置とラッパー１５による管支持板２５の支持位置との距離が小さいほど、管支持板２５の外周部の変形量（内周部に対する外周部の傾斜角度）が大きくなる（図１１に一鎖線で示す状態）。また、ステーロッド１６による管支持板２５の支持位置とラッパー１５による管支持板２５の支持位置との距離が大きいほど、外周部の変形量が小さくなる。
そこで、本実施形態では、上記のように、ステーロッド１６による管支持板２５の支持位置のうち、周縁部に最も近い支持位置（最外周に配置されるステーロッド１６の組による支持位置）から管支持板２５の中心位置までの距離をＤ１とし、ラッパー１５による管支持板２５の支持位置から管支持板２５の中心位置までの距離をＤ２とすると、Ｄ１／Ｄ２＜０．６としている。
このように、ラッパー１５による管支持板２５の支持位置から管支持板２５の中心位置までの距離Ｄ２に比べて、管支持板２５における支点と力点との距離を十分に確保することにより、管支持板２５の内周部に対する外周部の変形量を小さくすることができる。
これにより、ラッパー１５とステーロッド１６との間に熱膨張量の差が生じた際にも、図１１に二点鎖線で示すように、管支持板２５の外周部に設けられた伝熱管挿通孔２６の傾斜角度が小さくて済み、管支持板２５の外周部に支持されている伝熱管１３にへこみや傷が生じにくくなる。
これにより、ラッパー１５とステーロッド１６との間に熱膨張量の差が生じた際にも、図１１に二点鎖線で示すように、管支持板２５の外周部に設けられた伝熱管挿通孔２６の傾斜角度が小さくて済み、管支持板２５の外周部に支持されている伝熱管１３にへこみや傷が生じにくくなる。
ここで、本実施形態では、管支持板２５の伝熱管挿通孔２６の内面形状を、第一実施形態に示す管支持板２５における伝熱管挿通孔２６の内面形状と同一にした例を示したが、上記のようにステーロッド１６による管支持板２５の支持位置とラッパー１５による管支持板２５の支持位置との位置関係を好適な範囲に設定した場合には、管支持板２５の傾斜自体が抑えられるので、管支持板２５には、必ずしも傾斜面２８や面取り部２９を設けなくてもよい。
１ 蒸気発生器（熱交換器）
３ 下部胴（容器）
１３ 伝熱管
１５ ラッパー（周縁部支持部材）
１６ ステーロッド（内周部支持部材）
２５ 管支持板
２６ 伝熱管挿通孔
２７ 支持部
２８ 傾斜面
２９ 面取り部
３ 下部胴（容器）
１３ 伝熱管
１５ ラッパー（周縁部支持部材）
１６ ステーロッド（内周部支持部材）
２５ 管支持板
２６ 伝熱管挿通孔
２７ 支持部
２８ 傾斜面
２９ 面取り部
Claims (4)
- 容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記容器内に設けられて厚み方向に伝熱管挿通孔が開口された管支持板とを有する熱交換器に用いられる伝熱管の支持構造であって、
前記伝熱管挿通孔の内面には、該伝熱管挿通孔の軸線方向の中間部に、前記伝熱管を受ける支持部が設けられているとともに、
該支持部と前記伝熱管挿通孔の各開口端との間の領域は、それぞれ前記開口端側に向うにつれて前記伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面とされている伝熱管の支持構造。 - 容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記容器内に設けられて厚み方向に伝熱管挿通孔が開口された管支持板と、該管支持板の周縁部を支持する周縁部支持部材と、前記管支持板の内周部を支持する内周部支持部材とを有する熱交換器に用いられる伝熱管の支持構造であって、
前記内周部支持部材による前記管支持板の支持位置のうち、周縁部に最も近い支持位置から前記管支持板の中心位置までの距離をＤ１とし、
前記周縁部支持部材による前記管支持板の支持位置から前記管支持板の中心位置までの距離をＤ２とすると、Ｄ１／Ｄ２＜０．６とされている伝熱管の支持構造。 - 前記伝熱管挿通孔の内面には、該伝熱管挿通孔の軸線方向の中間部に、前記伝熱管を受ける支持部が設けられているとともに、
該支持部と前記伝熱管挿通孔の各開口端側との間の領域は、それぞれ前記開口端側に向うにつれて前記伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面とされている請求項２に記載の伝熱管の支持構造。 - 前記管支持板の表面と前記各傾斜面との境界部分には、面取り部が設けられている請求項１または３に記載の伝熱管の支持構造。
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