JPS6042292Y2 - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
- Publication number
- JPS6042292Y2 JPS6042292Y2 JP9314784U JP9314784U JPS6042292Y2 JP S6042292 Y2 JPS6042292 Y2 JP S6042292Y2 JP 9314784 U JP9314784 U JP 9314784U JP 9314784 U JP9314784 U JP 9314784U JP S6042292 Y2 JPS6042292 Y2 JP S6042292Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- fluid
- heat exchanger
- shell
- temperature
- Prior art date
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- Expired
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
この考案は管板部が改良された多管式熱交換器に関する
ものである。
ものである。
近時、エネルギー節約の必要性から、熱交換器による熱
の有効利用の重要性が増大してきている。
の有効利用の重要性が増大してきている。
これらに使用される熱交換器として最も多く使用される
ものは多管式熱交換器であるが、熱交換すべき2種の流
体間の温度差あるいは圧力差が大なる場合あるいは、特
に、その大型品を使用する必要がある場合の多管式熱交
換器には、まだ多くの技術的諸問題がある。
ものは多管式熱交換器であるが、熱交換すべき2種の流
体間の温度差あるいは圧力差が大なる場合あるいは、特
に、その大型品を使用する必要がある場合の多管式熱交
換器には、まだ多くの技術的諸問題がある。
まず、添附の縦断面図によって説明する。
第1図はこの考案の熱交換器であり、第2図は通常の多
管式熱交換器を示す。
管式熱交換器を示す。
各図中において記号1は第1流体の入口であり、記号2
.2a、 2b、および2cは、第1流体の出口であ
り、出口は、それぞれ、管群5.管群5′あるいは管群
5および管群6によって連通している。
.2a、 2b、および2cは、第1流体の出口であ
り、出口は、それぞれ、管群5.管群5′あるいは管群
5および管群6によって連通している。
管群5が熱交換用の伝熱面を提供する。
記号393’! 3at 3a’t 3b*およ
び3b′は、第2流体の入口であり、記号4.4’、4
a、4a’、4bおよび4b’は、第2流体の出口であ
る。
び3b′は、第2流体の入口であり、記号4.4’、4
a、4a’、4bおよび4b’は、第2流体の出口であ
る。
管群5および管群5′の管外空間によってこれらの入口
と出口は連通している。
と出口は連通している。
記号10および11は第1流体の導入管と導出管が、そ
れぞれ接続されるためのカバ一部分である。
れぞれ接続されるためのカバ一部分である。
記号9は第1流体が特別に高温である場合に、カバ一部
分10および管板7あるいは管板7bが高温となり構成
材料の強度の低下することを防止するための断熱材であ
る。
分10および管板7あるいは管板7bが高温となり構成
材料の強度の低下することを防止するための断熱材であ
る。
第2図において、このような通常型の多管式熱交換器で
は使用状態において第1流体と第2流体との間に温度差
があるため、胴部8と管群5との間には熱膨張または収
縮の差があり、この熱膨張差の結果、管板7および管板
7と胴部8の接合部附近に応力が発生する。
は使用状態において第1流体と第2流体との間に温度差
があるため、胴部8と管群5との間には熱膨張または収
縮の差があり、この熱膨張差の結果、管板7および管板
7と胴部8の接合部附近に応力が発生する。
この応力は第1流体と第2流体の温度差大なる場合ある
いは熱交換器が大型であって管群5の長さが大である場
合に、使用材料あるいは接合部の保有強度の見地から設
計に支障を生じる程度の大きさとなる。
いは熱交換器が大型であって管群5の長さが大である場
合に、使用材料あるいは接合部の保有強度の見地から設
計に支障を生じる程度の大きさとなる。
更に、第1流体と第2流体との間に圧力差がある場合は
、第1流体と第2流体の温度および圧力の両状態の組合
せにより異なるが、圧力差による応力が前記の熱膨張差
による応力の上に重加され、第2流体の圧力が特に高い
場合など伸縮接手の使用が不可能であるため応力の大き
さ、方向および分布が複雑となり、その結果、管板7お
よび管板7と胴部8の接合部附近の構造を複雑化させ、
製作、点検、修理などの諸作業を困難煩雑にする。
、第1流体と第2流体の温度および圧力の両状態の組合
せにより異なるが、圧力差による応力が前記の熱膨張差
による応力の上に重加され、第2流体の圧力が特に高い
場合など伸縮接手の使用が不可能であるため応力の大き
さ、方向および分布が複雑となり、その結果、管板7お
よび管板7と胴部8の接合部附近の構造を複雑化させ、
製作、点検、修理などの諸作業を困難煩雑にする。
また、例えば、第2図に示すように、断熱材9を内張す
することにより管板7の温度上昇による強度低下を防止
するか、あるいは管群の容管の入口部分と管板7を被覆
するフェルールを挿入する方法が実施されている。
することにより管板7の温度上昇による強度低下を防止
するか、あるいは管群の容管の入口部分と管板7を被覆
するフェルールを挿入する方法が実施されている。
これらの方法により、ある程度の効果は生じるが、前記
の多管式熱交換器の基本的問題の解決には不充分である
。
の多管式熱交換器の基本的問題の解決には不充分である
。
この考案は上記の基本的問題を解決する。
この考案を第1図によって説明する。
第1図において、部分記号の説明は既述の通りであるが
、理解を容易にするために、第1流体が第2流体よりも
高温であり、第2流体の圧力が第1流体の圧力よりも高
い場合について説明する。
、理解を容易にするために、第1流体が第2流体よりも
高温であり、第2流体の圧力が第1流体の圧力よりも高
い場合について説明する。
この場合、最も高温の第1流体は入口1より管群6の管
内部に流入し、管群6の第1流体の入口の反対側の端部
より管群5の内部に入り、その一部は第2流体と熱交換
後、他の一部は出口2cより、また他の一部は管群5′
の内部に入り第2流体とさらに熱交換後、出口2aより
流出する。
内部に流入し、管群6の第1流体の入口の反対側の端部
より管群5の内部に入り、その一部は第2流体と熱交換
後、他の一部は出口2cより、また他の一部は管群5′
の内部に入り第2流体とさらに熱交換後、出口2aより
流出する。
残部は管群6の容管と管群5の容管それぞれが形成する
二重管部の環状隙間を通過しつつ第2流体と熱交換後、
出口2bより流出する。
二重管部の環状隙間を通過しつつ第2流体と熱交換後、
出口2bより流出する。
このように第1流体の流路が構成されることにより、
まず、第1点として第1図管板7aの両側において、圧
力差は略々第1流体が管6および管6と管5よりなる二
重管部の環状隙間を通過する際の圧力損失に等しく僅か
なものとなり、さらに温度差は第1流体が管6と管5よ
りなる二重管部分を通過する際におこなった熱交換量に
見合う温度降下量に略々等しく、圧力差、温度差とも第
2図の場合に同一条件の第1および第2流体を通過させ
た場合の管板7の両側における圧力差および温度差に比
較しはるかに小となり、管板の肉厚を小とし、使用材料
あるいは製作手間の節減ができる。
力差は略々第1流体が管6および管6と管5よりなる二
重管部の環状隙間を通過する際の圧力損失に等しく僅か
なものとなり、さらに温度差は第1流体が管6と管5よ
りなる二重管部分を通過する際におこなった熱交換量に
見合う温度降下量に略々等しく、圧力差、温度差とも第
2図の場合に同一条件の第1および第2流体を通過させ
た場合の管板7の両側における圧力差および温度差に比
較しはるかに小となり、管板の肉厚を小とし、使用材料
あるいは製作手間の節減ができる。
第2点としては第1図における管板7bの両側において
圧力差は第2図の管板7の場合と略々等しいが、温度差
は管6と管5て構成される二重管の環状隙間を第1流体
が流れる際の熱交換量に見合った第1流体の温度降下量
分が小となり、管板7bの温度低下をもたらすため、管
板7bおよび管板7bと胴部8の接合部附近の使用材料
を第2図の管板7の場合に比較し、より高強度の状態で
使用することができ、結果として管板の肉厚を薄くして
柔構造とし、熱応力の発生を軽減し、併せて製作の手間
や使用材料の節減をすることができる。
圧力差は第2図の管板7の場合と略々等しいが、温度差
は管6と管5て構成される二重管の環状隙間を第1流体
が流れる際の熱交換量に見合った第1流体の温度降下量
分が小となり、管板7bの温度低下をもたらすため、管
板7bおよび管板7bと胴部8の接合部附近の使用材料
を第2図の管板7の場合に比較し、より高強度の状態で
使用することができ、結果として管板の肉厚を薄くして
柔構造とし、熱応力の発生を軽減し、併せて製作の手間
や使用材料の節減をすることができる。
上記第1点および第2図の効果は、前記第2図のような
通常の多管式熱交換器において2流体間にある温度差あ
るいは圧力差大なる場合に起る前記のような管板および
管板と胴部の接合部附近の設計上の困難を解決するため
には大きな効果を有する。
通常の多管式熱交換器において2流体間にある温度差あ
るいは圧力差大なる場合に起る前記のような管板および
管板と胴部の接合部附近の設計上の困難を解決するため
には大きな効果を有する。
また、例えば、本例の場合管板7aと管6の接合部は管
板の両側の圧力差が小でかつ同一流体が流れているため
、溶接構造を採用する必要性がなく、拡管加工でよい。
板の両側の圧力差が小でかつ同一流体が流れているため
、溶接構造を採用する必要性がなく、拡管加工でよい。
またさらに、第1図のようにカバ一部分10の適当な個
所にフランジを設置することにより、点検、保守、修理
の際フランジ部において、カバ一部分10、管板7as
管群6よりなる部分を熱交換器の本体部分から切離し、
諸作業を容易にすることが可能であり、第2図において
複雑な管板構造を有する公知の多管式熱交換器ではほと
んど不可能なことも、この考案により容易に実施できる
等の利点をも併せ持つものである。
所にフランジを設置することにより、点検、保守、修理
の際フランジ部において、カバ一部分10、管板7as
管群6よりなる部分を熱交換器の本体部分から切離し、
諸作業を容易にすることが可能であり、第2図において
複雑な管板構造を有する公知の多管式熱交換器ではほと
んど不可能なことも、この考案により容易に実施できる
等の利点をも併せ持つものである。
またカバ一部分11および中間部分15のそれぞれの適
当な個所にもフランジを設置することができる。
当な個所にもフランジを設置することができる。
本熱交換器の基本的な考え方は、温度、圧力が高く、温
度差および圧力差(特に温度および温度差)の大きい2
流体間に熱交換を行わせる場合、熱交換器を2つの部分
に分けて、第1の部分は温度および圧力に特に強い構造
とし、第1の部分によって温度を低下せしめて、それに
続く第2の部分は通常の構造が可能とし、全体としてコ
ストを最小に、性能を最大に発揮させる、という考え方
に基すいている。
度差および圧力差(特に温度および温度差)の大きい2
流体間に熱交換を行わせる場合、熱交換器を2つの部分
に分けて、第1の部分は温度および圧力に特に強い構造
とし、第1の部分によって温度を低下せしめて、それに
続く第2の部分は通常の構造が可能とし、全体としてコ
ストを最小に、性能を最大に発揮させる、という考え方
に基すいている。
即ち最初の部分は構造材質共に最高級のものとなるので
コストがかさむが、この部分で冷却される程度は、第2
の部分が耐えられる限りにおいて最小のものとし、大部
分の熱交換は第2の通常の構造材質の熱交換器にて行う
ようにするものである。
コストがかさむが、この部分で冷却される程度は、第2
の部分が耐えられる限りにおいて最小のものとし、大部
分の熱交換は第2の通常の構造材質の熱交換器にて行う
ようにするものである。
第1図において左側が特殊構造材質の第1の部分、右側
が通常の熱交換器の第2の部分である。
が通常の熱交換器の第2の部分である。
第1の熱交換器は入口部が二重管部であるので、流速制
限を守るために管を大きくする必要がある。
限を守るために管を大きくする必要がある。
即ち一般の熱交換器に比べてチューブ配列が疎になる。
第2の熱交換器は一般の熱交換器並にチューブを密に配
列することができる。
列することができる。
従って第1の熱交換器の部分の伝熱面積は必要最小限と
して、第2の熱交換器にて効率のよい熱交換をさせるこ
とができる。
して、第2の熱交換器にて効率のよい熱交換をさせるこ
とができる。
次にこのような高温ガスの熱交換器においてしばしば遭
遇するのは、ガスの汚れやプロセス条件の変化に応じて
、出口温度を所望の温度に一定に保つという必要である
。
遇するのは、ガスの汚れやプロセス条件の変化に応じて
、出口温度を所望の温度に一定に保つという必要である
。
このため通常行われる方法は第3図に示すような高温ガ
スのバイパスを設ける方法である。
スのバイパスを設ける方法である。
即ち熱交換器の内部に弁を設け、それを外部から操作す
る方法である。
る方法である。
本考案においてはノズル2b、2Cがこのバイパスを与
える。
える。
即ちこれらの通路にはバイパス弁が設けられており、こ
れらの弁により全体のバイパス量および各々のバイパス
量が任意にコントロールできるのである。
れらの弁により全体のバイパス量および各々のバイパス
量が任意にコントロールできるのである。
本考案によって予め冷却されたガスは通常のガスより低
温となる上、バイパス弁が熱交換器の外部にあるので、
構造材質上経済的なものとなり、かつメンテナンスも容
易で、信頼性の高いものとなるのである。
温となる上、バイパス弁が熱交換器の外部にあるので、
構造材質上経済的なものとなり、かつメンテナンスも容
易で、信頼性の高いものとなるのである。
以上説明したように本熱交換器は高温および高温度差、
高圧力および高圧力差に最も良く耐え、かつ経済的なも
のであり、また高温ガスの温度コントロールも容易なも
のである。
高圧力および高圧力差に最も良く耐え、かつ経済的なも
のであり、また高温ガスの温度コントロールも容易なも
のである。
上記説明は、温度では第1流体が高(、圧力では第2流
体の方が高い場合の例についてのものであるが、この考
案の適用は二説明例に限られるものではなく、第1およ
び第2流体間にある圧力差が実質的にないが、温度差が
大なる場合、また第1流体と第2流体間の温度および圧
力の相対関係が上記例とは異なった条件にある場合にも
適用することができる。
体の方が高い場合の例についてのものであるが、この考
案の適用は二説明例に限られるものではなく、第1およ
び第2流体間にある圧力差が実質的にないが、温度差が
大なる場合、また第1流体と第2流体間の温度および圧
力の相対関係が上記例とは異なった条件にある場合にも
適用することができる。
さらに、この考案を実施するに当り管6と管5により形
成される二重管における環状隙間の形状を均一に保つた
めに、この隙間に例えば管6の外部に適当な大きさの突
起を適当な間隔で附属させるなどのような各種の手段を
使用することができるし、また、第1流体の圧力が第2
流体の圧力より高い場合に管群5が座屈することを防止
するため、第2流体の通路空間において管5と垂直方向
に適当な厚みと適当な相互間隔を有し、かつ大部分の孔
が管5によつり貫通された多孔支持板(通常、サポート
プレートと称される)を設置するなどの公知の方法を組
み込むことも可能である。
成される二重管における環状隙間の形状を均一に保つた
めに、この隙間に例えば管6の外部に適当な大きさの突
起を適当な間隔で附属させるなどのような各種の手段を
使用することができるし、また、第1流体の圧力が第2
流体の圧力より高い場合に管群5が座屈することを防止
するため、第2流体の通路空間において管5と垂直方向
に適当な厚みと適当な相互間隔を有し、かつ大部分の孔
が管5によつり貫通された多孔支持板(通常、サポート
プレートと称される)を設置するなどの公知の方法を組
み込むことも可能である。
この考案において、管板7aおよび7bの両側に生ずる
温度差は、管5の長さに対する二重管部の長さの比率を
変更する方法と、入口1より流入した第1流体の2aお
よび2b両流出口への分配比を変更する方法との両手段
により調節可能であり、第1流体および第2流体の温度
、圧力などの条件により適宜選択することができる。
温度差は、管5の長さに対する二重管部の長さの比率を
変更する方法と、入口1より流入した第1流体の2aお
よび2b両流出口への分配比を変更する方法との両手段
により調節可能であり、第1流体および第2流体の温度
、圧力などの条件により適宜選択することができる。
さらに、この考案の大きな効果の一つとして、第1流体
と第2流体の間の温度差、圧力差に関する使用可能範囲
が通常型多管式熱交換器に比較し大巾に拡大できること
になったため、第1図における管群5,5′および6の
内部に適宜化学反応用の触媒を充填し、反応熱の供給や
除去を行なわせる反応器兼用の熱交換器として使用する
ことが挙げられる。
と第2流体の間の温度差、圧力差に関する使用可能範囲
が通常型多管式熱交換器に比較し大巾に拡大できること
になったため、第1図における管群5,5′および6の
内部に適宜化学反応用の触媒を充填し、反応熱の供給や
除去を行なわせる反応器兼用の熱交換器として使用する
ことが挙げられる。
また、例えば、第1流体が高温または低温のため第1図
におけるカバ一部分10あるいは管板7aなどの高温ガ
スまたは低温流体に接触する部分に断熱材を内張りに腰
使用材料の温度上昇または低下による強度低下を防止す
ることができるなどの公知方法の適用も可能である。
におけるカバ一部分10あるいは管板7aなどの高温ガ
スまたは低温流体に接触する部分に断熱材を内張りに腰
使用材料の温度上昇または低下による強度低下を防止す
ることができるなどの公知方法の適用も可能である。
この考案を応用して大きな効果を得る具体的応用例とし
ては、炭化水素の改質反応器から流出する高温ガスから
熱回収する廃熱ボイラーなどの熱交換器、液化天然ガス
、液体窒素などのような液化ガスを一方の流体とする熱
交換器、アンモニア合皮などの高圧反応器より流出する
液体用の熱交換器など数多くのものがある。
ては、炭化水素の改質反応器から流出する高温ガスから
熱回収する廃熱ボイラーなどの熱交換器、液化天然ガス
、液体窒素などのような液化ガスを一方の流体とする熱
交換器、アンモニア合皮などの高圧反応器より流出する
液体用の熱交換器など数多くのものがある。
第1図はこの考案が実施された多管式熱交換器の縦断面
図であり、第2図は通常に使用されている多管式熱交換
器の縦断面図、第3図はバイパス弁を持った通常の熱交
換器断面図である。 1−−−−−−第1流体入口、2t 2av 2b、
2c。 ・・・・・・第1流体出口、3t 3’t 3at
3a’t 3b、 3b’−−−−−−第2流体
入口、4. 4’、 4at 4a’9 4 b、
4b’、−−−−−−第2流体出口、5,5’−・
・・・・管群、6 ****e****?、 7a、
7b? 12? 14.14’・・・・・・管板、
8,8a、8b・・・・・・胴部、9・・・・・・断熱
材、10.11・・・・・・カバ一部分、15・・・・
・・中間部分。
図であり、第2図は通常に使用されている多管式熱交換
器の縦断面図、第3図はバイパス弁を持った通常の熱交
換器断面図である。 1−−−−−−第1流体入口、2t 2av 2b、
2c。 ・・・・・・第1流体出口、3t 3’t 3at
3a’t 3b、 3b’−−−−−−第2流体
入口、4. 4’、 4at 4a’9 4 b、
4b’、−−−−−−第2流体出口、5,5’−・
・・・・管群、6 ****e****?、 7a、
7b? 12? 14.14’・・・・・・管板、
8,8a、8b・・・・・・胴部、9・・・・・・断熱
材、10.11・・・・・・カバ一部分、15・・・・
・・中間部分。
Claims (1)
- 多管式熱交換器において、殻を形成するカバ一部分10
の側方部に第1流体人口1、該カバ一部分10の下方部
に第1流体出口2bがそれぞれ設けられ、該カバ一部分
10とともに殻を形成する胴部8aの下方部に、第2流
体人口3aと3a’がそれぞれ間隔をもって設けられ、
該胴部8a上方部に該第2流体人口3aと3a’それぞ
れに対応する第2流体出口4aと4a’が設けられ、該
第1流体入口1部分の殻の内面に断熱材9が内張すされ
、殻の内部は該第1流体人口1側の端部が管板7aに支
持固定され該第1流体入口1の反対側端部には管群5の
管内の中途部分で開口する管群6が設けられ、管群5が
両端を管板7bおよび管板12にそれぞれ支持固定され
、該管群5は第1流体出口2bと第2流体入口3aの間
まで延長され、管板12附近の中間部分15の下方部に
第1流体出口2cが設けられ、殻を形成する胴部8bの
下方部は第2流体人口3bと3b’がそれぞれ間隔をも
って設けられ、該胴部8bの上方部は該第2流体入口3
bと3b’それぞれに対応する第2流体出口4bと4b
’が設けられ、該胴部8bの内部は両端を管板14と1
4′に支持固定された管群5′が設けられ、管板14′
附近の殻カバ一部分11で形成され、該カバ一部分11
側方部に第1流体出口2aが設けられ、該胴部8aおよ
び8bはそれぞれ管板12および14の附近にて該中間
部分15によって支持固定されたことを特徴とする熱交
換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9314784U JPS6042292Y2 (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9314784U JPS6042292Y2 (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 熱交換器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6060575U JPS6060575U (ja) | 1985-04-26 |
JPS6042292Y2 true JPS6042292Y2 (ja) | 1985-12-25 |
Family
ID=30223801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9314784U Expired JPS6042292Y2 (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 熱交換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6042292Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITCO20110033A1 (it) | 2011-08-25 | 2013-02-26 | Nuovo Pignone Spa | Scambiatore di calore integrato con compensazione della pressione e metodo |
-
1984
- 1984-06-21 JP JP9314784U patent/JPS6042292Y2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6060575U (ja) | 1985-04-26 |
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