热交换器
阅读：834发布：2023-03-11
专利汇可以提供热交换器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的目的在于，在多个传 热管 之间设有共鸣防止 挡板 的 热交换器 中，使共鸣防止挡板及其安装所需的作业简化并且低成本化，设置于 锅炉 等的燃烧气体的流路的热交换器(10)在形成燃烧气体(g)的流路的管道壁(12)的内部具有：多个 传热 管(14)，其轴向配置为将燃烧气体(g)横切的方向，并且相互隔开间隔地并排配置；以及板状的共鸣防止挡板(16)，其在多个传热管(14)之间沿着燃烧气体(g)设置。共鸣防止挡板(16)由金属箔(18)构成。，下面是热交换器专利的具体信息内容。
1.一种热交换器，具有：
多个传热管，其轴向配置为将被热交换流体的流路横切的方向，并且相互隔开间隔地并排配置；以及
板状的共鸣防止挡板，其在多个所述传热管之间沿着被热交换流体的流动方向设置，所述热交换器的特征在于，
所述共鸣防止挡板由金属箔构成。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述热交换器还具备固定于所述金属箔的外缘部的刚性框体。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述共鸣防止挡板通过固定件固定于多个所述传热管的至少一部分传热管。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，
所述固定件是以围绕所述传热管的方式配置且两端螺合固定于所述共鸣防止挡板的U字螺栓。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
多个所述传热管沿着被热交换流体的流动方向呈直线状排列，
所述共鸣防止挡板形成为平板状，且沿着被热交换流体的流动方向配置。
热交换器
技术领域
背景技术
[0002] 在锅炉等中，在形成燃烧气体的流路的管道壳体中设有过热器、再热器、节煤器等热交换器。这些热交换器的多个传热管设于管道壳体中，在该传热管中流动的水等介质被燃烧气体加热而转化成蒸气。该蒸气向蒸气涡轮输送，被用作发电动力。该多个传热管的轴向配置为将燃烧气体的流路横切的方向，并且相互隔开间隔地并排配置。
[0003] 传热管在形成燃烧气体的流路的管道壁的内部沿与燃烧气体g正交的方向配置。图4示出了在形成燃烧气体g的流路的管道壁100的内部传热管102在燃烧气体g的流路中呈格子状配置示例，图5示出了传热管102呈交错状配置的示例。
[0005] fk＝St·V/D (1)
[0006] 此处，St：斯特鲁哈尔数
[0007] V：最小间隙流速(传热管间的流速)
[0008] D：传热管的外径
[0009] 另一方面，在与燃烧气体流正交并且与传热管的轴向正交的管道壁间具有由燃烧气体g的物性决定的固有的振动模式。该固有振动频率fn(Hz)由下式来表示。
[0010] fn＝n·c/2L (2)
[0011] 此处，n＝1，2，3，…
[0012] c：音速(取决于燃烧气体g的温度。)
[0013] L：管道壁100间的宽度
[0014] 图7示出了n＝1的1次模式时的振动模式(v表示速度成分，p表示压力成分。)。因此，当产生频率fk与固有振动频率fn(n＝1，2，3，…)的任一方一致时，会产生共鸣状态，产生被称为罐响(缶鳴り)的过大的噪声。
[0015] 罐响防止的普遍的对策为，在传热管组之间沿着燃烧气体流配置板状的共鸣防止挡板，使固有振动频率fn上升，由此来避免共鸣。
[0016] 图8示出了设有上述共鸣防止挡板104的示例。在图8中，由管道壁100形成了燃烧气体g的流路。传热管102在燃烧气体g的流路中沿与燃烧气体g的流动方向正交的方向配置。共鸣防止挡板104在传热管102之间沿着燃烧气体g的流动方向配置。
[0018] 在先技术文献
[0019] 专利文献
[0020] 专利文献1：日本特开昭59-012293号公报
[0021] 专利文献2：日本特开平05-141891号公报
发明内容
[0022] 发明所要解决的课题
[0023] 然而，以往的共鸣防止挡板具有较大的重量，从而存在为了将重量较大的共鸣防止挡板固定于被热交换流体的流路中，花费大量的工时以及费用这样的问题。
[0024] 鉴于上述的现有技术的课题，本发明的目的在于，使共鸣防止挡板的结构及其安装所需的作业简化并且低成本化。
[0025] 用于解决课题的方案
[0026] 为了达到所述目的，本发明的一实施方式所涉及的热交换器具有：多个传热管，其轴向配置为将被热交换流体的流路横切的方向，并且相互隔开间隔地并排配置；以及板状的共鸣防止挡板，其在多个所述传热管之间沿着被热交换流体的流动方向设置，所述热交换器的特征在于，所述共鸣防止挡板由金属箔构成。
[0027] 共鸣防止挡板具有如下作用，即，使形成被热交换流体的流路的管道壁间产生的固有振动频率fn上升，从而使该固有振动频率fn与因在传热管的尾流中产生的卡门涡旋e而产生的频率fk不同。
[0028] 为了使固有振动频率fn上升，只要将被热交换流体的流路分隔形成被热交换流体的粒子速度＝0的边界即可。因此，即使是像金属箔那样的较薄的隔板也能够得到上述作用。
[0029] 根据本发明的一实施方式，通过由金属箔构成共鸣防止挡板能够使共鸣防止挡板轻量化。因此，能够节省材料费，而且能够使共鸣防止挡板的安装以及更换所需的作业简化并且低成本化。
[0030] 在本发明的一实施方式中，所述热交换器还具备固定于金属箔的外缘部的刚性框体。
[0031] 金属箔承受被热交换流体而有时会变形，因此通过将刚性框体固定于金属箔，能够对金属箔赋予刚性。由此，能够防止金属箔的变形，能够在不大幅增加重量的情况下保持不会因被热交换流体的流动而变形的刚性。
[0032] 在本发明的一实施方式中，共鸣防止挡板通过固定件固定于多个传热管的至少一部分传热管。
[0033] 如上述那样，本发明的共鸣防止挡板能够实现轻量化，因此能够利用低强度的固定件简单地安装于传热管。另外，由于共鸣防止挡板轻量，因此仅安装于一部分传热管即可，能够减轻安装作业。
[0034] 在本发明的一实施方式中，所述固定件是以围绕所述传热管的方式配置且两端螺合固定于所述共鸣防止挡板的U字螺栓。利用该结构的U字螺栓能够使安装作业进一步简化。
[0035] 在本发明的一实施方式中，多个所述传热管沿着被热交换流体的流动方向呈直线状排列，所述共鸣防止挡板形成为平板状，且沿着被热交换流体的流动方向配置。
[0036] 由此，能够容易将共鸣防止挡板插入设置好的传热管之间，且能够配置在规定位置。因此，不拆卸设置好的传热管，便能够进行共鸣防止挡板的安装作业或更换作业。另外，无需在安装了共鸣防止挡板以后进行传热管的设置，从而能够大幅度减少安装作业以及更换作业的工时。
[0037] 发明效果
[0039] 图1是本发明的一实施方式所涉及的热交换器的主视剖视图。
[0040] 图2是所述热交换器的共鸣防止挡板的组装前的立体图。
[0041] 图3是所述共鸣防止挡板的组装后的立体图。
[0042] 图4是表示一般的热交换器的传热管的格子状配置的主视剖视图。
[0043] 图5是表示一般的热交换器的传热管的交错配置的主视剖视图。
[0044] 图6是在传热管的尾流中产生的卡门涡旋e的说明图。
[0045] 图7是热交换器的管道壁间产生的固有振动的说明图。
[0046] 图8是以往的热交换器的主视剖视图。
具体实施方式
[0047] 以下，利用附图所示的实施方式对本发明进行详细说明。然而，本实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等在无特定的记载的情况下，并不表示将本发明的范围限定于此。
[0048] 根据图1～图3对本发明的一实施方式所涉及的热交换器进行说明。本实施方式是将本发明的一实施方式所涉及的热交换器10应用于装入火力发电设备等的蒸气锅炉中设置的过热器、再热器、节煤器等热交换器、或者排热回收锅炉等中的示例。
[0049] 在图1中，利用构成本实施方式所涉及的热交换器10的管道壳体形成燃烧气体g的流路。在构成管道壳体的管道壁12的内部配置有多个传热管14。该管道壳体例如具有方形剖面或圆形剖面。
[0050] 多个传热管14相互隔开间隔且并排配置，并且其轴向配置为与燃烧气体g正交的方向。多个传热管14呈格子状排列。即，由多个传热管14构成的各列沿燃烧气体g的流动方向呈直线状配置，并且相对于与燃烧气体g的流动方向正交的方向也呈直线状排列。
[0051] 燃烧气体g在通过各传热管14之间时与在各传热管14的内部流动的水等介质进行热交换，水等介质被燃烧气体g加热而转化成蒸气。该蒸气向蒸气涡轮运送，被用作发电动力。
[0052] 两个共鸣防止挡板16插入在传热管14之间，且固定于传热管14。共鸣防止挡板16由具有平坦面的金属箔18构成，且沿着燃烧气体g的流动方向配置。像这样，通过配置共鸣防止挡板16来分隔燃烧气体g的流路，从而通过共鸣防止挡板16形成了燃烧气体g的流速的边界。由此，能够使管道壁12间产生的共鸣频率fn上升。
[0053] 这样，通过使因燃烧气体g的流动而在管道壁12间形成的固有的振动模式的固有振动频率fn与在各传热管14的后方产生的卡门涡旋e的产生频率fk不同，能够防止产生过大的噪声。
[0054] 如图2以及图3所示，共鸣防止挡板16由四边形的金属箔18构成，该金属箔18由厚度10μm～1000μm、例如厚度20μm的较薄的高温用不锈钢(SUH409L)等构成。需要说明的是，金属箔18的材质根据被热交换流体的温度来选定，金属箔18的厚度根据所选定的材料的硬度、粘性等来选定。
[0055] 需要说明的是，本发明中所使用的金属箔的一边的长度由锅炉外壳的长度、热交换器的级数决定，例如，20m(管道宽度)×2m(热交换器级数)。
[0056] 金属箔18承受燃烧气体流而变形。因此，通过刚性的框体20、20从两侧夹持金属箔18的外缘部。两个框体20、20通过螺栓22以及螺母24在必要位置被紧固。需要说明的是，使螺栓22的头部以及螺母24尽量埋设于框体20、20，以免燃烧气体流紊乱。
[0057] 如图1所示，共鸣防止挡板16利用U字螺栓26固定于传热管14。即，利用在两端部形成有外螺纹的U字螺栓26，以围绕传热管14的方式配置U字螺栓26，且使U字螺栓26的两端部的外螺纹与形成于共鸣防止挡板16上的内螺纹孔螺合。或者，将两端部插入共鸣防止挡板16上形成的圆孔，使螺母28与外螺纹部螺合，从而将共鸣防止挡板16固定于传热管14。
[0058] 需要说明的是，只要将利用U字螺栓26的安装部位设置在得到共鸣防止挡板16的所需固定强度所需的安装位置即可。
[0059] 根据本实施方式，通过由金属箔18构成共鸣防止挡板16能够实现轻量化。因此，能够节省材料费，而且能够使共鸣防止挡板16的安装以及更换所需的作业简化并且低成本化。
[0060] 另外，通过两个刚性的框体20、20从两侧紧固金属箔18的外缘部，因此能够在不大幅增加重量的情况下保持相对于燃烧气体流不变形的刚性。
[0061] 另外，共鸣防止挡板16能够实现轻量化，因此能够利用低强度的固定件简单地安装于传热管14。因此，能够利用低成本的固定件将共鸣防止挡板16牢固地固定。
[0062] 另外，由于共鸣防止挡板16轻量，因此仅安装在部分传热管14上即可，能够减轻安装作业。
[0063] 另外，作为共鸣防止挡板16的固定机构而使用U字螺栓26，因此能够进一步简化安装作业。
[0064] 另外，传热管14呈格子状排列，并且共鸣防止挡板16形成为平板状，因此能够容易将共鸣防止挡板16插入设置好的传热管14之间，且能够配置在规定位置。
[0065] 因此，无需拆卸设置好的传热管14、或者在安装了共鸣防止挡板16以后进行传热管14的设置，而能够进行共鸣防止挡板16的安装作业或更换作业。
[0066] 需要说明的是，在所述实施方式中，列举了将本发明应用于在具有呈格子状排列的传热管的热交换器中的示例，然而，通过设置金属箔的固定方法，也可以应用于具有呈交错状或锯齿状排列的传热管的热交换器中。
[0067] 工业实用性
[0068] 根据本发明，在并排配置有多个传热管且在该传热管之间具有共鸣防止挡板的热交换器中，能够使共鸣防止挡板的结构及其安装所需的作业简化且低成本化。
[0069] 附图标记说明
[0070] 10 热交换器
[0071] 12、100 管道壁
[0072] 14、102 传热管
[0073] 16、104 共鸣防止挡板
[0074] 18 金属箔
[0075] 20 框体
[0076] 22 螺栓
[0077] 24、28 螺母
[0078] 26 U字螺栓
[0079] e 卡门涡旋
[0080] g 燃烧气体
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