JPH08247686A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロッドバッフル圧力損失に対する関与を大き
く増大させず、また流れにより誘起される振動発生の可
能性を高めずに、長手方向流れのシェル側圧力損失を低
減させ、また支持ロッドによる長手方向流れのシェル側
圧力損失に対する関与を大きく増大させずにチューブピ
ッチ寸法を増大させたロッドバッフル熱交換装置を提供
する。 【解決手段】 ロッドバッフル熱交換装置のロッドバッ
フルはバッフルリングと支持部材を有してなる。支持部
材は第１ストリップおよび第２ストリップを含んでな
り、各ストリップはバッフルリングに取付けられて該リ
ングを横断するように延在され、各ストリップが隣接チ
ューブ列を支持するようになされる。ストラットが第１
および第２ストリップに取り付けられて両者間を延在さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に熱交換器に係
わり、更に詳しくは、限定するわけではないが、ロッド
バッフル熱交換装置に関する。

【０００２】ロッドバッフル熱交換装置は、ロッドバッ
フルを使用してチューブを支持し、耐振固定するように
なされたシェルおよびチューブ形式の熱交換装置であ
る。更に、ロッドバッフルはシェル側流れの不均一分配
を修正し、更に乱流のシェル側流れを形成するのに使用
できる。「バッフル」という用語は複数の支持ロッドの
端部が連結された環状リングを示し、それ故に「ロッド
バッフル」という用語で称される。

【０００３】表面凝縮器およびパワープラントの応用例
のような幾つかの応用例において、ロッドバッフル熱交
換装置の内部における長手方向流れのシェル側圧力損失
を最少にすることが重要である。シェル側圧力損失の低
減は、ロッドバッフル間隔を増大してロッドバッフル数
を減少すること、またはチューブピッチ寸法すなわち２
つの隣接したチューブ列の間のチューブ中心で測定した
距離を増大させてチューブ本数を減少することにより達
成できる。バッフル間隔の増大は一般に実現不可能な選
択である。何故ならば、バッフル間隔の増大は流れによ
って誘起されるチューブ振動の発生する可能性を高める
からである。チューブピッチ寸法を増大してチューブ本
数を減少させることは、ロッドバッフル間の長手方向流
れのシェル側圧力損失を減少させるが、過大な支持ロッ
ド径を必要とし、通常のロッドバッフル設計ではチュー
ブピッチからチューブ外径を差し引いた値に等しくされ
ねばならない。支持ロッド径のこの増大は、ロッドバッ
フル圧力損失に対する関与を増大し、これがチューブ本
数の減少に付随した長手方向長さのシェル側圧力損失の
減少を相殺する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】それ故に、本発明の目
的はロッドバッフル圧力損失に対する関与を大きく増大
させず、また流れにより誘起される振動発生の可能性を
高めずに、ロッドバッフル熱交換装置の長手方向流れの
シェル側圧力損失を低減させることである。本発明の他
の目的は、支持ロッドによる長手方向流れのシェル側圧
力損失の影響を大きく増大させずにロッドバッフル熱交
換装置のチューブピッチ寸法を増大させることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、隣接チ
ューブ列の間にレーンを備えた複数のチューブ列を形成
するように配列された共通整合軸線を有する複数の平行
なチューブ；該複数のチューブを取囲むリング；および
通常のロッドバッフル熱交換器のロッドに代えて該レー
ンの少なくとも一部に配置された複数の支持部材であっ
て、各々が第１ストリップと、第２ストリップと、複数
の支持ストラットとを有し、第１ストリップは第１端部
および第２端部を有し、第１および第２端部は該リング
に固定的に取付けられて該ストリップがリングの第１弦
に沿って延在するようになされ、第１弦は隣接チューブ
列の間のレーンの１つに位置して第１ストリップが該レ
ーンを形成している隣接チューブ列における第１の列の
実質的に全てのチューブと接触するようになされてお
り、第２ストリップは第１端部および第２端部を有し、
第１および第２端部は該リングに固定的に取付けられて
第２ストリップが該リングの第２弦に沿って延在するよ
うになされ、第２弦は隣接チューブ列の間のレーンに位
置して第２ストリップが該レーンを形成している隣接チ
ューブ列における第２の列の実質的に全てのチューブと
接触するようになされており、また該支持ストラットは
第１ストリップおよび第２ストリップに沿って間隔を隔
てて配置されて各支持ストラットが第１ストリップから
第２ストリップへ延在するようになされるとともに、第
１ストリップに固定的に取付けられた第１端部および第
２ストリップに固定的に取付けられた第２端部を有して
いる複数の支持部材とを含んでなるロッドバッフル熱交
換装置が提供される。

【０００６】

【発明の実施の形態】図面、特に図１を参照すれば、シ
ェルおよびチューブ熱交換装置１０が示されており、ロ
ッドバッフル束１２のまわりをシェル１４が取囲んでい
る。チューブ束１２のチューブ２８は複数のロッドバッ
フル組立体１６，１８，２０および２２で支持されてい
る。１つの流体がシェルおよびチューブ熱交換装置１０
のシェル側に入口２６を通して流入し、熱交換後にチュ
ーブ２８内の流体は出口３０を経てシェル側から流出す
る。熱交換装置のチューブ側を通って流動する流体は、
熱交換装置の端部キャップ３８に入口３２を経て流入
し、熱交換装置の端部キャップ４４から出口３４を経て
流出する。この流体は、熱交換装置の端部キャップ３８
およびチューブシート４０で画成される端部室３６から
チューブ２８を通って端部キャップ４４および他方のチ
ューブシート４６で同様に画成された反対側の端部室４
２の中へ流れる。

【０００７】チューブ２８は図２に示されるように正方
形パターンに配置できる。チューブ２８は複数のロッド
バッフル１６，１８，２０および２２で所定位置に保持
される。一例が図２に示されている各々のロッドバッフ
ル組立体は、バッフルリング４８と、該バッフルリング
４８に対して反対両端部で固定的に取付けられている複
数の２重支持ストリップとされたバッフル支持部材５０
とを含んでなり、該バッフル支持部材は等間隔に隔てら
れて対をなす平行なチューブ２８の列の間を延在されて
いる。

【０００８】典型的に、バッフル支持部材５０は図２に
示されるように水平に延在するか、垂直に延在する。一
般に、シェルおよびチューブ熱交換装置は一連のロッド
バッフル組立体を有し、そのロッドバッフル組立体の少
なくとも一部は水平に延在するバッフル支持部材を有す
るとともに、ロッドバッフル組立体の少なくとも一部は
垂直に延在するバッフル支持部材を有する。チューブお
よびシェル熱交換装置１０は、２つの垂直ロッドバッフ
ル組立体と２つの水平ロッドバッフル組立体とを含み且
つバッフル支持部材５０が交互に垂直および水平な平行
チューブ２８の列の間を延在するように間隔を隔てられ
てなる４バッフルセットを少なくとも１つ有することが
好ましい。更に、該対をなす水平ロッドバッフル組立体
は、間隔内をバッフル支持部材５０が延在しているチュ
ーブ列が両水平ロッドバッフル組立体のチューブ列に関
して同じとならないようにバッフル支持部材５０が配置
されねばならない。同様に、垂直ロッドバッフル組立体
のバッフル支持部材５０は、間隔内をバッフル支持部材
５０が延在しているチューブ列が両垂直ロッドバッフル
組立体に関して同じチューブ列とならないように配置さ
れたバッフル支持部材５０を有してなる。このような４
バッフルセットは適当なチューブ支持を可能にするとと
もに、支持ロッドのシェル側圧力損失に対する関与を最
少にする。４バッフルセットは図３に示されている。

【０００９】図３は第１ロッドバッフル組立体１６、第
２ロッドバッフル組立体１８、第３ロッドバッフル組立
体２０および第４ロッドバッフル組立体２２を示してい
る。ロッドバッフル組立体１６および２０は水平バッフ
ル支持部材５０を収容する一方、ロッドバッフル組立体
１８および２０は垂直バッフル支持部材５０を収容して
いる。しかしながら、間隔内をロッドバッフル組立体２
０の支持部材５０が延在しているチューブ２８の列は、
間隔内をロッドバッフル組立体１６の支持部材５０が延
在しているチューブ２８の列ではないことが注目され
る。ロッドバッフル組立体２０のバッフル支持部材はロ
ッドバッフル組立体１６の開放された、すなわちバッフ
ルされていない水平チューブ列の間に位置されている。
間隔内をロッドバッフル組立体２２の支持部材５０が延
在しているチューブ列は、間隔内をロッドバッフル組立
体１８の支持部材５０が延在しているチューブ列ではな
いこともまた注目される。ロッドバッフル組立体２２の
支持部材はバッフル組立体１８の開放された、すなわち
バッフルされていない垂直チューブ列の間に位置されて
いる。このようにして、４つのバッフルは一緒になって
各チューブ２８の４側部全てにおける径方向支持を形成
する。

【００１０】ロッドバッフル組立体の４バッフルセット
は米国特許第５１３９０８４号明細書および米国特許第
４３９８５９５号明細書に更に詳しく記載されている。

【００１１】更に、クロス支持部材（図示せず）がチュ
ーブ２８に対する支持を更に追加するために備えられ得
る。クロス支持部材は形状を支持部材５０と同様にされ
るが、バッフルリングを横断して延在され、バッフルリ
ングに対して同じく取付けられる支持部材５０に対して
直角に取付けられる。

【００１２】図４、図５および図６を参照すれば、図２
および図３に示されたバッフル支持部材５０が更に見ら
れる。バッフル支持部材５０は２重支持ストリップの形
状とされ、第１ロッドすなわちストリップ５２と、第２
ロッドすなわちストリップ５４と、複数の支持ストラッ
ト５６とを含んでなる。第１ストリップ５２、第２スト
リップ５４および一対の支持ストラット５６は一緒にな
って通路５８を画成し、該通路を通してシェル側両端が
流動できる。

【００１３】第１ストリップ５２の両端部は適当な方
法、例えば溶接によってバッフルリング４８に取付けら
れている。同様に、第２ストリップ５４の両端部はバッ
フルリング４８に取付けられている。各対をなすストリ
ップ、すなわち第１ストリップ５２および第２ストリッ
プ５４は、第１ストリップ５２が２つの隣接チューブ列
の間のレーンに位置するリングの第１弦に沿って延在し
て、該第１ストリップ５２が該チューブ列の一方の実質
的に全てのチューブと接触するように、また第２ストリ
ップ５４が同じレーンの弦に沿って延在して、該レーン
を形成する他方のチューブ列の実質的に全てのチューブ
と接触するように、配置される。したがって、第１スト
リップ５２はチューブ列の一方のチューブと接触されて
それを支持する一方、第２ストリップ５４は他方のチュ
ーブ列のチューブと接触されてそれを支持する。支持ス
トラット５６は第１および第２ストリップに沿って間隔
を隔てられて、各支持ストラットは第１ストリップから
第２ストリップへ延在するようになされるとともに、第
１端部が第１ストリップ５２に固定的に取付けられ、第
２端部は第２ストリップ５４に固定的に取付けられる。
該ストラット５６は適当な方法、例えば溶接によって各
ストリップに取付けられることができる。該ストラット
５６は、バッフル支持部材に第１ストリップまたは第２
ストリップが単独で有するよりも大きな剛性を与えるこ
とにより、バッフル支持部材に構造的な一体性を与える
助成をなす。該ストラット５６により与えられるこの構
造支持はストラット位置で最大となり、それ故にストラ
ットは各チューブ位置に配置されてチューブ振動に抗す
る最大支持を行えるようになすことが好ましい。

【００１４】第１および第２ストリップの厚さｗは、チ
ューブ２８の適当な支持を保証し、且つ第１ストリップ
５２、第２ストリップ５４およびストラット５６で形成
される通路５８を最大にするために選定されねばならな
い。通路５８を最大にすることで、シェル側の流体最大
流れが得られ、したがって長手方向のシェル側圧力損失
が最少となる。個々の支持ロッドの厚さｗは、構造支持
を最大となし、シェル側圧力損失を最小となすために変
化でき、この厚さは隣接チューブ列間の間隔ｄの約１０
％〜約４０％とされるべきであり、該厚さは隣接チュー
ブ列間の間隔ｄの約２０％〜約３０％とされるのが好ま
しく、隣接チューブ列間の間隔ｄの約２５％とされるの
が最も好ましい。該間隔ｄはチューブピッチｐからチュ
ーブ外径を差し引くことで求めることができる。したが
って、間隔すなわち通路５８を最大にする一方でチュー
ブ２８の適当な支持を保証することで、本発明による支
持部材は長手方向の流れのシェル側圧力降下を中実のロ
ッドすなわち支持部材でチューブ耐振固定する場合より
も小さくすることができる。

【００１５】この熱交換装置を組立るために、チューブ
２８は図１に示されたように間隔を隔てられたバッフル
組立体１６，１８，２０，２２などを通して挿入され
る。この点で、チューブ２８はバッフル組立体１６，１
８，２０および２２のバッフル支持部材５０で支持され
る。チューブの流体部はその後チューブシート４０およ
び４６に形成されている対応した開口を通して受入れら
れる。適当に位置されると、チューブ２８はチューブシ
ート４０および４６に固定的に取付けられ、各チューブ
の各端部は各チューブシートの対応する開口と流体密封
を形成される。

【００１６】代替的に、バッフル組立体を通してチュー
ブ２８を挿入する前に、各チューブ２８の第１端部はチ
ューブシート４０に固定的に取付けられ、各チューブ２
８の各第１端部はチューブシート４０の対応する開口と
流体密封を形成される。バッフル組立体を通してチュー
ブ２８を挿入した後、各チューブ２８の第２端部はチュ
ーブシート４６に固定的に取り付けられ、各チューブ２
８の第２端部はチューブシート４６の対応する開口と流
体密封を形成される。

【００１７】このように組立られたチューブ束１２はシ
ェル１４の開口端部に挿入され、該シェル１４の該開口
端部が適当な端部キャップ３８および４４で密閉される
ときに該開口端部内に適当に位置決めされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内部構造を更に明確にするためにシェルの一部
が破断された本発明によるシェルおよびチューブ熱交換
装置の側立面図。

【図２】図１の線２−２に沿う拡大横断面図。

【図３】本発明による４バッフルセットのそれぞれの立
面図。

【図４】図２の実施例に示されたロッドバッフルの上部
を更に明確に示す拡大部分横断面図。

【図５】本発明の支持部材を更に明確に示している図４
に使用された支持部材の拡大部分図。

【図６】図５の線６−６に沿う横断面図。

【符号の説明】

１０ シェルおよびチューブ熱交換装置 １４ シェル １６，１８，２０，２２ ロッドバッフル ２８ チューブ ３８，４４ 端部キャップ ４０，４６ チューブシート ４８ バッフルリング ５０ バッフル支持部材 ５２，５４ ストリップ ５６ ストラット ５８ 通路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隣接するチューブ列の間にレーンを備え
   た複数のチューブ列を形成するように配列された共通整
   合軸線を有する複数の平行なチューブと、 前記複数のチューブを取囲むリングと、 前記レーンの少なくとも一部に配置された複数の支持部
   材であって、各々が第１ストリップと、第２ストリップ
   と、複数の支持ストラットとを有し、前記第１ストリッ
   プは第１端部および第２端部を有し、該第１および第２
   端部は前記リングに固定的に取付けられて前記第１スト
   リップが前記リングの第１弦に沿って延在するようにな
   され、前記第１弦は前記隣接するチューブ列の間の前記
   レーンの１つに位置して前記第１ストリップが該レーン
   を形成している該隣接チューブ列における第１の列の実
   質的に全ての前記チューブと接触するようになされてお
   り、前記第２ストリップは第１端部および第２端部を有
   し、該第１および第２端部は前記リングに固定的に取付
   けられて前記第２ストリップが前記リングの第２弦に沿
   って延在するようになされ、前記第２弦は前記隣接する
   チューブ列の間の前記レーンに位置して前記第２ストリ
   ップが該レーンを形成している該隣接チューブ列におけ
   る第２の列の実質的に全ての前記チューブと接触するよ
   うになされており、また前記支持ストラットは前記第１
   ストリップおよび第２ストリップに沿って間隔を隔てて
   配置されて各支持ストラットが第１ストリップから第２
   ストリップへ延在するようになされるとともに、前記第
   １ストリップに固定的に取付けられた第１端部および第
   ２ストリップに固定的に取付けられた第２端部を有して
   いる前記複数の支持部材とを含む熱交換装置。
2. 【請求項２】 前記リングが前記複数のチューブの共通
   整合軸線に実質的に鉛直な平面内に位置した請求項１に
   よる熱交換装置。
3. 【請求項３】 前記支持ストラットが各チューブ位置に
   備えられた請求項１または請求項２による熱交換装置。
4. 【請求項４】 複数の前記リングを含む請求項１から請
   求項３までの何れか１項による熱交換装置。
5. 【請求項５】 少なくとも４つの前記リングが備えら
   れ、各リングに前記支持部材が固定的に取付けられて、
   前記リングと支持部材とが４つのバッフルセットを形成
   し、これによりチューブが４側部にて径方向支持を行う
   ようになされた請求項４による熱交換装置。
6. 【請求項６】 前記第１ストリップおよび前記第２スト
   リップの各々が隣接チューブ列の間の間隔の約１０％〜
   約４０％の厚さを有する請求項１から請求項５までの何
   れか１項による熱交換装置。
7. 【請求項７】 前記第１ストリップおよび前記第２スト
   リップの各々が隣接チューブ列の間の間隔の約２０％〜
   約３０％の厚さを有する請求項６による熱交換装置。
8. 【請求項８】 前記第１ストリップおよび前記第２スト
   リップの各々が隣接チューブ列の間の間隔の約２５％の
   厚さを有する請求項７による熱交換装置。