(57)【要約】【課題】  伝熱管から管板に熱が伝導することを最小限に抑制し、管板の交換頻度を低減させる。【解決手段】  一対の管板１１間に多数の伝熱管１２が、その両端部が一対の管板１１にそれぞれ形成された貫通孔１１ａに挿入されて並設されるとともに、該伝熱管１２の両端部外周面と、管板１１の貫通孔１１ａ内周面との間に、これらの伝熱管１２および管板１１に接合された管状のカラー１３が設けられ、伝熱管１２の両端部の少なくとも一方の内側には、インサート管１４の一端部が挿入され、該一端部の外周面には、カラー１３の内周面の全域に伝熱管１２を介して対向するように断熱材１４ａが設けられ、伝熱管１２およびインサート管１４の内部に高温流体Ｈを通過させながら、一対の管板１１同士の間に低温流体Ｌを通過させる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の管板間に多数の伝熱管が、その両端部が前記一対の管板にそれぞれ形成された貫通孔に挿入されて並設されるとともに、該伝熱管の両端部外周面と、前記管板の貫通孔内周面との間に、これらの伝熱管および管板に接合された管状のカラーが設けられ、
前記伝熱管の両端部の少なくとも一方の内側には、インサート管の一端部が挿入され、該一端部の外周面には、前記カラーの内周面の全域に前記伝熱管を介して対向するように断熱材が設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器において、
前記インサート管の一端部の外周面には、径方向外方へ突出した鍔部が設けられ、前記インサート管は、前記伝熱管の内側に、前記鍔部の端面と前記伝熱管の端部開口面とが当接された状態で挿入されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、
前記インサート管の一端における外周面には、径方向外方へ突出して前記断熱材を支持するストッパー部材が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の管板間に多数の伝熱管が並設された熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱交換器としては、例えば下記特許文献１および２に示されるような、一対の管板間に多数の伝熱管が、その両端部が前記一対の管板にそれぞれ形成された貫通孔に挿入されて並設された構成が知られている。この熱交換器は、例えば汚泥焼却設備やガスタービン設備等に設けられ、従来から、前記伝熱管の内部に高温流体を通過させながら、前記一対の管板同士の間に低温流体を通過させて用いられている。
【０００３】
このような熱交換器においては、高温の前記伝熱管から低温の前記管板に熱が伝導されて、該管板が熱劣化し易いという問題があった。
このような問題を解決するための手段として、従来から、前記伝熱管の外周面のうち、前記管板の貫通孔内周面と対向する部分と、該管板の貫通孔内周面との間に、管状のカラーを、その内周面を伝熱管の外周面と非接触にした状態で、伝熱管および管板に接合して設けることがなされている。なお、カラーは、その一方の端部と伝熱管の外周面とが接合され、かつカラーの外周面と前記管板の表面における前記貫通孔の開口周縁部とが接合されて設けられている。
これにより、伝熱管から管板への伝熱経路の最小限化が図られ、管板が高温となることを抑制できるようになっている。
【特許文献１】特開平９−４２８８９号公報
【特許文献２】実開平５−３４４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが前記従来の熱交換器では、前記カラーを設け、その内周面と伝熱管の外周面とを非接触にすることにより、伝熱管から管板への伝熱経路の最小限化を図ったとしても、前記のように、カラーは伝熱管および管板に接合されているので、各接合部を介して管板に伝熱管の熱が伝導すること自体に変わりはなく、管板の熱劣化を効果的に抑制することはできなかった。このため、一般に管板は定期的に交換する必要があった。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、伝熱管から管板に熱が伝導することを最小限に抑制し、管板の交換頻度を低減させることができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の熱交換器は、一対の管板間に多数の伝熱管が、その両端部が前記一対の管板にそれぞれ形成された貫通孔に挿入されて並設されるとともに、該伝熱管の両端部外周面と、前記管板の貫通孔内周面との間に、これらの伝熱管および管板に接合された管状のカラーが設けられ、前記伝熱管の両端部の少なくとも一方の内側には、インサート管の一端部が挿入され、該一端部の外周面には、前記カラーの内周面の全域に前記伝熱管を介して対向するように断熱材が設けられたことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、前記断熱材が、伝熱管を介してカラーの内周面の全域に対向しているので、この熱交換器が、前記伝熱管の内部に高温流体を通過させながら、前記一対の管板同士の間に低温流体を通過させて用いられると、伝熱管の外周面のうち、内側に断熱材が位置されていない部分、つまり高温流体の熱が前記断熱材を介さずに直接伝導された部分に、カラーの内周面が対向することを回避することが可能になる。したがって、伝熱管からカラーに伝導する熱量が低減され、カラーの温度が高温になることを抑制することが可能になり、このカラーに接合された管板が高温になることを抑えることができ、この管板の長寿命化を図ることができるとともに、その交換頻度を低減させることができる。
【０００８】
さらに、この断熱材が、伝熱管ではなくインサート管に設けられているので、前記断熱材が熱により劣化する等して、これを交換する必要が生じた場合に、その交換時間を最小限に抑制することができる。すなわち、その一端部外周面に新しい断熱材が設けられた他のインサート管を予め用意しておくことにより、交換時に、熱劣化した断熱材を有するインサート管ごと前記伝熱管から取り外した後に、前記他のインサート管を前記伝熱管の内側に挿入して取り付けるようにすることが可能になる。
【０００９】
また、前記インサート管の一端部の外周面には、径方向外方へ突出した鍔部が設けられ、前記インサート管は、前記伝熱管の内側に、前記鍔部の端面と前記伝熱管の端部開口面とが当接された状態で挿入されてもよい。
この場合、伝熱管に対するインサート管の管軸方向における位置決めを容易かつ高精度にすることが可能になり、前記インサート管の取り付け時間をかけることなく前記の作用効果を容易に実現することができるとともに、前記インサート管の交換に要する時間を最小限に抑えることができる。
【００１０】
さらに、前記インサート管の一端における外周面には、径方向外方へ突出して前記断熱材を支持するストッパー部材が設けられてもよい。
この場合、熱交換器の使用時およびインサート管の交換時に、前記断熱材がインサート管から外れて、前記伝熱管の内側に嵌り込むことを回避することが可能になり、前記インサート管の交換に要する時間を最小限に抑えることができるとともに、伝熱管に高温流体が流れないあるいは流れ難くなるといった不具合が発生することを回避することができる。
【発明の効果】
【００１１】
伝熱管から管板に熱が伝導することを最小限に抑制し、管板の交換頻度を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１および図２に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、図２は、図１の熱交換器１０において、二点鎖線で囲まれた伝熱管１２等の上側部分を示すものである。以下、この上側部分の詳細を説明する。
本実施形態の熱交換器１０では、一対の管板１１間に多数の伝熱管１２が、その両端部が一対の管板１１、１１にそれぞれ形成された貫通孔１１ａに挿入されて並設されている。なお、この管板１１は例えばステンレス鋼により形成されている。
【００１３】
さらに、伝熱管１２の両端部外周面と、管板１１の貫通孔１１ａ内周面との間に、これらの伝熱管１２および管板１１に接合された管状のカラー１３が設けられている。このカラー１３は、管板１１の前記裏面１１ｅから突出し、かつ伝熱管１２の端部開口面１２ａよりも管板１１側にその上端部が位置されるとともに、その内周面が伝熱管１２の外周面と非接触とされ、かつ外周面が管板１１の貫通孔１１ａの内周面と接触された状態で、伝熱管１２および管板１１に溶接により接合されて設けられている。すなわち、カラー１３は、その前記上端部と伝熱管１２の外周面とが溶接接合され、かつカラー１３の外周面と管板１１の前記裏面１１ｅにおける貫通孔１１ａの開口周縁部とが溶接接合されて設けられている。なお、カラー１３はステンレス鋼により形成されている。
【００１４】
そして、本実施形態では、伝熱管１２の両端部の内側には、各端部開口面１２ａからその内部に向けて、インサート管１４の下端部が挿入されている。伝熱管１２の内部に挿入されるインサート管１４の下端部の外周面には、その管軸方向における全長に亙って、断熱材１４ａが設けられている。この断熱材１４ａは、例えばセラミックバルクフェルトにより形成されるとともに、その管軸方向における大きさは、カラー１３の管軸方向における大きさよりも大きくされている。
【００１５】
また、インサート管１４の下端部外周面における上端には、径方向外方へ突出した鍔部１４ｂが設けられている。この鍔部１４ｂは平面視円環状とされ、その内側にインサート管１４の下端部が挿入されている。そして、鍔部１４ｂの、インサート管１４の下端（伝熱管１２の管軸方向内方端）側に向く一方の端面と反対側の他方の端面と、このインサート管１４の外周面とが接合されている。また、断熱材１４ａの上端と、鍔部１４ｂの前記一方の端面とが当接されている。
【００１６】
さらに、インサート管１４の下端外周面には、径方向外方へ突出して断熱材１４ａを下方から支持するストッパー部材１４ｃが設けられている。このストッパー部材１４ｃの、インサート管１４の外周面から径方向外方へ向けた突出量は、断熱材１４ａの径方向における厚さ以下とされ、ストッパー部材１４ｃおよび断熱材１４ａの外径は、伝熱管１２の内径以下とされている。また、鍔部１４ｂの外径は、伝熱管１２の内径より大きく外径以下とされている。
【００１７】
以上の構成において、インサート管１４が、その下端部が伝熱管１２の端部開口面１２ａからその内部に向けて挿入されて、伝熱管１２に配設されると、鍔部１４ｂの前記一方の端面と伝熱管１２の端部開口面１２ａとが当接されるようになっている。また、カラー１３の内周面の全域に伝熱管１２を介して断熱材１４ａが対向する構成とされている。本実施形態では、カラー１３の前記上端部と、伝熱管１２の外周面とが溶接接合された部分も、伝熱管１２を介して断熱材１４ａと対向している。さらに、断熱材１４ａの前記下端が、カラー１３の下端よりも下方に位置されている。
【００１８】
そして、伝熱管１２およびインサート管１４の内部に高温流体Ｈを通過させながら、一対の管板１１同士の間に低温流体Ｌを通過させるようになっている。
なお、図１に示す熱交換器１０において、伝熱管１２等の下側部分は、前述した上側部分とは上下の勝手が反対とされている。
また、前記一対の管板１１のうち高温側の管板１１、すなわち伝熱管１２において、管板１１同士の間を通過する低温流体Ｌにより冷却される前の高温流体Ｈが内部に位置される一方の端部が挿入される管板１１の上面１１ｅ側には、断熱材１１ｂが配設されている。
【００１９】
以上説明したように本実施形態による熱交換器１０によれば、断熱材１４ａが、伝熱管１２を介してカラー１３の内周面の全域に対向しているので、伝熱管１２の外周面のうち、内側に断熱材１４ａが位置されていない部分、つまり高温流体Ｈの熱が断熱材１４ａを介さずに直接伝導された部分に、カラー１３の内周面が対向することを回避することが可能になる。したがって、伝熱管１２からカラー１３に伝導する熱量が低減され、カラー１３の温度が高温になることを抑制することが可能になり、このカラー１３に接合および接触された管板１１が高温になることを抑えることができ、この管板１１の長寿命化を図ることができるとともに、その交換頻度を低減させることができる。
【００２０】
さらに、この断熱材１４ａが、伝熱管１２ではなくインサート管１４に設けられているので、断熱材１４ａが熱により劣化する等して、これを交換する必要が生じた場合に、その交換時間を最小限に抑制することができる。すなわち、その下端部外周面に新しい断熱材１４ａが設けられた他のインサート管１４を予め用意しておくことにより、交換時に、熱劣化した断熱材１４ａを有するインサート管１４ごと伝熱管１２から取り外した後に、前記他のインサート管１４を伝熱管１２の内側に挿入して取り付けるようにすることが可能になる。
【００２１】
また、インサート管１４の下端部外周面における上端には、径方向外方へ突出した鍔部１４ｂが設けられ、該鍔部１４ｂの前記一方の端面と伝熱管１２の端部開口面１２ａとが当接されているので、伝熱管１２に対するインサート管１４の管軸方向における位置決めを容易かつ高精度にすることが可能になり、インサート管１４の取り付け時間をかけることなく前記の作用効果を容易に実現することができるとともに、インサート管１４の交換に要する時間を最小限に抑制することができる。
【００２２】
さらに、インサート管１４の下端外周面には、径方向外方へ突出して断熱材１４ａを下方から支持するストッパー部材１４ｃが設けられているので、熱交換器１０の使用時およびインサート管１４の交換時に、断熱材１４ａがインサート管１４から外れて、伝熱管１２の内側に嵌り込むことを回避することが可能になり、インサート管１４の交換に要する時間を最小限に抑制することができるとともに、伝熱管１２に高温流体Ｈが流れないあるいは流れ難くなるといった不具合が発生することを回避することができる。
【００２３】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、前記実施形態では、一対の管板１１の互いに対向する表面１１ｄと反対側の裏面１１ｅから突出した位置に、伝熱管１２の端部開口面１２ａが位置された構成を示したが、これに代えて、一対の管板１１の前記裏面１１ｅに、伝熱管１２の端部開口面１２ａを位置させてもよい。
【００２４】
また、前記実施形態では、インサート管１４の下端部外周面における上端に、鍔部１４ｂを設けた構成を示したが、該鍔部１４ｂを設けなくてもよい。
さらに、インサート管１４の下端外周面に、径方向外方へ突出して断熱材１４ａを下方から支持するストッパー部材１４ｃを設けた構成を示したが、該ストッパー部材１４ｃを設けない構成においても適用可能である。
さらにまた、前記実施形態のように、伝熱管１２等を縦向きにした熱交換器１０に代えて、伝熱管１２等を横向きにした構成においても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
伝熱管から管板に熱が伝導することを最小限に抑制し、管板の交換頻度を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態として示した熱交換器の要部概略断面図である。
【図２】図１の熱交換器において、Ａ部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  熱交換器
１１  管板
１１ａ  貫通孔
１２  伝熱管
１２ａ  伝熱管の端部開口面
１３  カラー
１４  インサート管
１４ａ  断熱材
１４ｂ  鍔部
１４ｃ  ストッパー部材
Ｈ  高温流体
Ｌ  低温流体
【図１】
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【図２】
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