(57)【特許請求の範囲】
【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端部を有しており、更に、前記支持ストラットが各チューブ位置に備えられている、前記複数の支持部材とを含む熱交換装置。
【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。
【請求項３】
複数の前記リングを含む請求項１または請求項２による熱交換装置。
【請求項４】
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３による熱交換装置。
【請求項５】
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４までの何れか１項による熱交換装置。
【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４２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２０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１６，１８，２０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２８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２８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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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