(57)【要約】【課題】従来のサーマルスリーブ構造とは別の、新規な熱応力軽減構造により、蒸気条件のより高圧・高温化に対応し、熱交換器の構造健全性を確保できるようにする。【解決手段】熱交換器は、本体胴１と、本体胴１の端部に設けられた管板２と、管板２によって支持され本体胴１の内部に収容された複数の伝熱管３と、本体胴１に高温流体を導入する高温流体入口座４を有している。高温流体入口座４の内面には、冷却流体を散布する冷却ジャケット６を設け、冷却ジャケット６は多孔構造を有するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体胴と、
前記本体胴の端部に設けられた管板と、
前記管板によって支持され前記本体胴内部に収容された複数の伝熱管と、
前記本体胴に高温流体を導入する高温流体入口座と、
前記高温流体入口座の内面に設けられ、前記冷却流体が供給される冷却ジャケットと、からなり、
前記冷却ジャケットは多孔構造を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記高温流体入口座に冷却流体を導入する冷却流体入口部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記冷却ジャケットは、前記本体胴の内面に伸びる延長部が形成され、前記本体胴に前記冷却ジャケットに冷却流体を導入する冷却流体入口部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記冷却ジャケットには、前記本体胴の内部から出口座を介して導出される熱交換後の流体を前記冷却流体入口部に導入することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記高温流体入口座と前記鏡面形状部とをサーマルスリーブを用いて接続したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
本体胴と、
前記本体胴の端部に設けられた管板と、
前記管板によって支持され前記本体胴内部に収容された複数の伝熱管と、
前記本体胴に高温流体を導入する高温流体入口座と、
前記本体胴に取り付けられる鏡面形状部と、からなり、
前記鏡面形状部を介して前記高温流体入口座を前記本体胴に接続したことを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
前記高温流体入口座および前記鏡面形状部の内面には、前記冷却流体が供給される冷却ジャケットを設け、前記冷却ジャケットは多孔構造を有することを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記高温流体入口座に冷却流体を導入する冷却流体入口部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記冷却ジャケットは、前記本体胴の内面に伸びる延長部が形成され、前記本体胴に前記冷却ジャケットに冷却流体を導入する冷却流体入口部を設けたことを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記冷却ジャケットには、前記本体胴の内部から出口座を介して導出される熱交換後の流体を前記冷却流体入口部に導入することを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記高温流体入口座と前記鏡面形状部とをサーマルスリーブを用いて接続したことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原子力発電所や、火力発電所で用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、発電プラントで用いられる熱交換器において、熱交換器の本体と、加熱蒸気が流れる高温配管との接続部を示す図である。この図６において、参照番号６０は、熱交換器の本体胴を示す。この本体胴６０の内部には、多数の伝熱管６１が管板６２によって支持されている。伝熱管６１の内部には、低温の流体が流れている。本体胴６０には、高温流体入口座６３から高圧・高温の流体が導入され、高温流体と伝熱管６１を流れる低温流体の間で熱交換が行われる。
【０００３】
このような熱交換器では、高温流体入口座６３と本体胴６０との接続部位の近傍には、熱応力が作用する。これは、高温流体入口座６３は高温にさらされて熱膨張する一方で、本体胴６０は温度が低いので、高温流体入口座６３と本体胴６０との接続部位には膨張と収縮が同時発生して高い圧縮応力を受けるからである。このため、従来の熱交換では、高温流体入口座６３にサーマルスリーブ構造を適用して熱応力の低減を図っている。
【０００４】
また、従来の熱交換器では、サーマルスリーブ構造により熱応力を緩和した上で、それでは不十分であれば、サーマルスリーブ構造に断熱構造を設けるなどして、熱応力の低減性能を強化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−９４４６号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５９５０号公報
【特許文献３】実開平６−６５７８１号公報
【特許文献４】実公平３−１１５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、発電プラントでは、蒸気タービンにおける蒸気条件の高圧・高温化が進んでおり、これに伴い、熱交換器に供給される蒸気も高圧・高温化している。このような蒸気の高圧・高温化の条件下では、熱交換器の構造健全性の確保のためには、従来のサーマルスリーブ構造による熱低減には限界があることが指摘されている。
【０００７】
そこで、本発明が解決する課題は、従来のサーマルスリーブ構造とは別の、新規な熱応力軽減構造により、蒸気条件のより高圧・高温化に対応し、構造健全性を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、熱交換器は、本体胴と、前記本体胴の端部に設けられた管板と、前記管板によって支持され前記本体胴内部に収容された複数の伝熱管と、前記本体胴に高温流体を導入する高温流体入口座と、前記高温流体入口座の内面に設けられ、前記冷却流体が供給される冷却ジャケットとを有している。そして、前記冷却ジャケットは多孔構造を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による熱交換器を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の変形例による熱交換器の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による熱交換器を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態による熱交換器を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の変形例による熱交換器の断面図である。
【図６】従来の熱交換器を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明による熱交換器の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。  
図１は、本発明の第１実施形態による熱交換器を示す。この熱交換器は、火力発電や原子力発電プラントで用いられる熱交換器である。図１において、参照番号１は、熱交換器の本体部を構成する本体胴を示している。この本体胴１の端部には、管板２が取り付けられている。本体胴１の内部では、多数の伝熱管３が管板２によって支持されている。
【００１１】
本体胴１には、高温流体入口座４が取り付けられている。図示しない高温配管を通って送られてきた高温流体は、高温流体入口座４から本体胴１の内部に導入される。他方、伝熱管３には低温の流体が流れるようになっている。そして、本体胴１の内部に導入された高温の流体と、伝熱管３を流れる低温流体との間で熱交換が行われる。熱交換の結果、温度の低下した流体は、本体胴１にある流体出口座５から導出される。
【００１２】
本実施形態による熱交換器では、高温流体入口座４の内側には、冷却ジャケット６が装着されている。この冷却ジャケット６は、円筒形状の部材であって、多数の穴のあいている多孔構造を有する部材である。この冷却ジャケット６は、高温流体入口座４の内面との間に流体の流れる隙間を形成するように嵌合しており、その端部は、本体胴１と高温流体入口座４との接続部位まで延びている。高温流体入口座４には、冷却ジャケット６に冷却流体を導入するために、冷却流体入口部７が取り付けられている。この冷却流体入口部７には、図示しない冷却配管が接続されている。
【００１３】
本実施形態による熱交換器は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。  
高圧・高温の流体は、高温流体入口座４から本体胴１の内部に流れ込む。この高温の流体によって、高温流体入口座４は高温に曝されているために、熱膨張が生じている。他方、本体胴１の内部では、多数の伝熱管３を流れる流体と、高温流体との間で熱交換が行われているため、本体胴１の温度は相対的に低くなっている。
【００１４】
このような熱的状況にあって、高温流体入口座４に設けられた冷却ジャケット６には、冷却流体入口部７から冷却流体が導入される。冷却ジャケット６は、多数の穴のあいた多孔構造になっており、冷却流体を多数の穴から噴出させることにより、冷却ジャケット６全体を冷却流体で覆うことができ、この冷却ジャケット６と接触している高温流体入口座４の内面の温度上昇を抑えることができる。
【００１５】
これによって、高温流体入口座４と本体胴１との接続部位では高温流体入口座４と本体胴１との間の温度差が小さくなり、熱応力を低減することができる。しかも、従来の機械的に熱応力を低減するサーマルスリーブ構造と異なって、高温流体入口座４から導入される高温流体の高温化に対しても、冷却ジャケット６によれば十分に対応することができるので、熱交換器の構造健全性、信頼性を高めることが可能になる。
【００１６】
次に、図２は、本実施形態による変形例を示し、冷却ジャケット６に冷却流体を導入する冷却流体入口部７の配置位置を変えて本体胴１に取り付けた実施形態である。冷却ジャケット６には、本体胴１の内面に沿って伸びる延長部６ａが形成されており、冷却流体入口部７から導入された冷却流体はこの延長部６ａから冷却ジャケット６の全体に行き渡るようになっている。その他の構成は、図１の実施形態と同様であり、同一の構成要素には、同一の参照番号を付して詳細な説明は省略する。
【００１７】
この図２の実施形態によれば、本体胴１に冷却流体入口部７を設け、冷却ジャケット６に冷却流体を供給しているので、高温流体入口座４と本体胴１の接続部位を取り囲む広い範囲に亘って冷却流体で冷却することができるので、より大きな熱応力低減効果を得ることができる。
【００１８】
なお、図１、図２の実施形態では、冷却ジャケット６へは、図示しない冷却配管から冷却流体を供給するようにしているが、本体胴１の内部で熱交換によって温度の低下した流体を流体出口座５から冷却流体入口部７に循環させるようにしてもよい。
【００１９】
次に、図３は、本発明の第２実施形態による熱交換器を示す。この第２実施形態では、第１実施形態における冷却ジャケット６を設ける替わりに、本体胴１に鏡面形状部１０を形成した実施形態である。
【００２０】
鏡面形状部１０は、本体胴１から外側に鏡餅形状に膨出した形状を呈しており、高温流体入口座４は、この鏡面形状部１０を介して本体胴１に接続されている。
【００２１】
この第２実施形態によれば、高温流体入口座４と本体胴１が直接接続されずに、鏡面形状部１０を介して区切られているので、次のようにして、熱応力を低減することができる。
【００２２】
まず、従来のように高温流体入口座４を本体胴１に直接取り付ける場合と、この第２実施形態のように、高温流体入口座４を鏡面形状部１０に取り付ける場合とを比較すると、この第２実施形態のような構造では、本体胴１の直径に比べて大幅に小さくなっている直径をもつ鏡面形状部１０に高温流体入口座４が取り付けられている。この結果、耐圧強度の計算上、高温流体入口座４が取り付けられている鏡面形状部１０の方が本体胴１に直接取り付けた場合に比べて許容応力に余裕ができることになる。
【００２３】
また、鏡面形状部１０そのものが、もともと圧力容器の端面に使用されてきた耐圧強度の高い構造物であるため、高温流体入口座４を鏡面形状部１０に取り付ける構造の方が許容応力に余裕ができる。このため、高温流体入口座４のような円筒形状物を本体胴１に直接取り付ける構造に比較して、熱応力発生を抑える効果が期待できる。
【００２４】
なお、高温流体入口座４と鏡面形状部１０との接続部には、サーマルスリーブ構造を用いて接続するようにしてもよい。この場合、サーマルスリーブがあることによって、高温流体入口座４と鏡面形状部１０および鏡面形状部１０と本体胴１との接続部への応力低減効果が得られるので、より高温条件に対応することができる。
【００２５】
次に、図４は、本発明の第３実施形態による熱交換器を示す。この第３実施形態は、図１に示した冷却ジャケット６を用いた実施形態と、図３の鏡面形状部１０を用いた実施形態を組み合わせた実施形態である。なお、同一の構成要素には、同一の参照符合を付して詳細な説明は省略する。
【００２６】
高温流体入口座４は、鏡面形状部１０を間に介して本体胴１と接続されている点は、図３の第２実施形態と同様であるが、高温流体入口座４には、冷却ジャケット６が装着されている。この冷却ジャケット６に冷却流体を導入する冷却流体入口部７は、冷却ジャケット６に取り付けられている。
【００２７】
この実施形態によれば、冷却ジャケット６による強制冷却と、鏡面形状部１０による許容応力の余裕の相乗効果によって、熱応力を効果的に低減することができる。
【００２８】
次に、図５は、図２の実施形態と、図３の実施形態とを組み合わせた実施形態である。
【００２９】
この実施形態では、冷却ジャケット６は、高温流体入口座４と鏡面形状部１０の内面形状に倣った形状になっているとともに本体胴１まで延びる延長部６ａを有しており、冷却流体入口部７は、本体胴１に取り付けられている。
【００３０】
この実施形態によれば、冷却ジャケット６による強制冷却の範囲が拡がることと、鏡面形状部４による許容応力の余裕の相乗効果によって、より効果的に熱応力を低減することができる。
【００３１】
なお、図４、図５の実施形態では、冷却ジャケット６へは、図示しない冷却配管から冷却流体を供給するようにしているが、本体胴１の内部で熱交換によって温度の低下した流体を流体出口座５から冷却流体入口部７に循環させるようにしてもよい。
【００３２】
以上、本発明の実施形態に係る熱交換器について、好適な形態を挙げて説明したが、鏡面形状部１０については、代表的な形状を示したが、例えば、球面、円錐面等の形状を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１…本体胴、２…管板、３…伝熱管、４…高温流体入口座、５流体出口座、６…冷却ジャケット、７…冷却流体入口部、１０…鏡面形状部  
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011133216.tif 000005
【図４】
2011133216.tif 000006
【図５】
2011133216.tif 000007
【図６】
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