(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側端部を仕切壁により区劃した該端部附近の外周側に、内部に通ずる流入孔壁と流出孔壁とを有する胴体内部の長手方向に亘って、バッフル・プレートを貫通して相互に流通間隙を保持した多数の伝熱管を束状に配列してその両端部を前記仕切壁の少なくとも一方に貫設、固着せしめ、さらに該仕切壁の外側を少なくとも１つのボンネットで密閉すると共に、該ボンネットに内部の伝熱管に通ずる流入口と流出口とを設けて構成した熱交換器において、前記伝熱管（Ｐ）の内周面と同一位相を持って外周面に巻き方向を異にする螺旋状の波形面（６）を、長さ方向に亘って交互に設けかつバッフル・プレート（３）間で前記伝熱管（Ｐ）の螺旋状の波形面（６）が同一の巻き方向となして構成したことを特徴とする多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、効果的に熱交換するために用いられる伝熱管、および例えば化学プラント、食品プラント等の加熱、冷却、排熱回収、或いはスチーム、ボイラー等の高温水による空調、給湯、またはプール、温泉等での加熱、昇温、さらにエアー、排気ガス、フロンガス体もしくは油圧機器等の加熱、冷却用等として広い分野に亘って使用される前記伝熱管を使用した多管式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の伝熱管（Ｐ′）としては一般に図４に示すように、個々の横断面円形となす平滑な内外周面を有するものを使用しており、これら伝熱管を使用して多管式熱交換器を組立てる場合、図５および図６のように該伝熱管（Ｐ′）を束状に配列して熱交換器として胴体（１１）内部に内装して構成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術においては、単に円形のなす平滑な内周面と、一定からなる流体通路の断面積とにより伝熱管（Ｐ′）内部での流体の流れを略直滑状となすため、内周面附近に生ずる流れの境界層を厚くなし、また長期に亘って該内周面に付着する水垢、油滓、汚れ等の不純物或いはゴミ、煤等とに起因して熱交換効率の低下を招くこととなり、且つ該効率の低下に関連して概して製品全体の大型化及び重量体を余儀なくされる問題を有するものであった。
【０００４】
さらに、伝熱管の外周面が平滑な場合、バッフル・プレート（１３）が胴体（１１）内部にあっても流入孔（１１′）より流入した伝熱管（Ｐ′）の外側を流れる流体は、図５および図６に点線で示すようにサインカーブ状にほぼ最短距離をとるよう流れて流出孔（１１″）より流出するため、伝熱管（Ｐ′）の外周面との接触時間が短く、したがって熱交換効率が十分でなくその改善が求められていた。
【０００５】
本発明は従来技術の有する前記問題に鑑みてなされたものであり、内外周面、特に該内周面での単位長さ当りの表面積の拡大により流体の伝熱管とのなす接触時間を増すとともに、流体通路面積の拡狹変化によって内周面や内外周面附近に乱流機能を生ぜしめて流れの境界層を極力薄くなし、同時に乱流の促進による該内周面での水垢、油滓、汚れ等の不純物或いはゴミ、煤等の付着の減少及びその除去効果とによって、長期に亘って熱交換効率を高め、さらに製品全体を比較的小型、軽量体となすことのできる多管式熱交換器を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る多管式熱交換器は、両側端部を仕切壁により区劃した該端部附近の外周側に、内部に通ずる流入孔壁と流出孔壁とを有する胴体内部の長手方向に亘って、バッフル・プレートを貫通して相互に流通間隙を保持した多数の伝熱管を束状に配列してその両端部を前記仕切壁の少なくとも一方に貫設、固着せしめ、さらに該仕切壁の外側を少なくとも１つのボンネットで密閉すると共に、該ボンネットに内部の伝熱管に通ずる流入口と流出口とを設けて構成した熱交換器において、前記伝熱管の内周面と同一位相を持って外周面に巻き方向を異にする螺旋状の波形面を、長さ方向に亘って交互に設けかつバッフル・プレート間で前記伝熱管の螺旋状の波形面が同一の巻き方向となして構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明はこのように構成されているため、伝熱管の内周面と同一位相を持って外周面に巻き方向を異にする螺旋状の波形面によって、内外周面、特に該内周面での単位長さ当りの表面積の拡大によって流体の伝熱管とのなす接触時間を増し、同時に流体の通路面積を拡狹変化せしめることとなるため、伝熱管の内周面附近の流れに乱流機能を生ぜしめて該附近での流れの境界層を極力薄くなすことができ、また乱流の促進による該内周面での水垢、油滓、汚れ等の不純物或いはゴミ等の付着を減少、除去せしめることとにより、長期に亘って熱交換効率を高める結果となり、また該効率の向上によって製品全体を比較的小型、軽量体となすこととなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明すれば、図１は本発明に係る多管式熱交換器の伝熱管単体の一実施例を一部切欠いて示す拡大平面図、図２は本発明に係る多管式熱交換器の一実施例を一部省略して縦断面図、図３は本発明に係る多管式熱交換器の他の実施例を示す図２相当図である。
【０００９】
本発明に係る伝熱管（Ｐ）は、Ｔｉ、ＳＵＳ或いはＣｕ材等種々の金属材料からなるものであって、その構造は図１に示すように、波形面（６）（６′）の巻き方向が変化する非螺旋状部に所定幅からなる平滑面（７）を設けた管とするものである。
【００１０】
かかる伝熱管（Ｐ）を用いた多管式熱交換器は、図２、図３に示すように、
ＳＵＳ、銅合金或いは鉄鋼材等からなる円筒状の胴体（１）の両側端部をハブによる仕切壁（２，２′）により区劃した該端部附近の外周側に内部に通ずる一方の流体の流入孔壁（１′）と流出孔壁（１″）とを有してなるものである。そして、該胴体内部の長手方向に亘って欠円状からなる複数のバッフル・プレート（３）を貫通して相互に前記一方の流体の流通間隙を保持して、前記伝熱管（Ｐ）の多数を束状に配列して、その両端部を前記仕切壁（２，２′）の組付け孔部に貫設した状態で固着される。（４，４′）は左右のボンネットであり、前記仕切壁（２，２′）の外側にパッキングを敷設した状態で位置して図２のようにその一方に前記伝熱管（Ｐ）に通ずる他方の流体の流入口（５）と流出口（５′）を設けてそれぞれ封塞してなるものである。（９）は一方のボンネット（４′）に設けた内部での防食亜鉛棒部材である。この防食亜鉛棒部材は双方のボンネットに設けてもよい。
【００１１】
さらに、他の実施例として、図３に示す多管式熱交換器にも用いることができる。図３に示す熱交換器ではその底部が球面となる有底円筒体に形成された胴体（１）の一側端部を仕切壁（２）により区劃した該端部附近の外周側に内部に通ずる一方の流体の流入孔壁（１′）と流出孔壁（１″）とを有してなり、胴体内部の長手方向に亘って欠円状からなる複数のバッフル・プレート（３）を貫通して相互に前記一方の流体の流通間隙を保持して、ほぼＵ字状に曲げられた伝熱管（Ｐ）の多数を束状に配列して、その両端部を前記仕切壁（２）の組付け孔部に貫設した状態で固着される。一方仕切壁（２）の外側にパッキングを敷設した状態でボンネット（４）を位置して該ボンネットに前記伝熱管（Ｐ）に通ずる他方の流体の流入口（５）と流出口（５′）を設けて封塞してなるものである。
【００１２】
なお実線による矢印はそれぞれの流体の流れの方向を示し、また図３において実線による矢印は隣接する伝熱管（Ｐ）相互の外周面の波形面（６′）の巻き方向を異にして配列した該伝熱管での外側流体の蛇行状からなる流れを示すものであって、伝熱管（Ｐ）での熱交換機能を内周面のみならず外周面で一層効果的に発揮するものであり、また図２および図３のように伝熱管（Ｐ）の外周面の波形面（６′）をバッフル・プレート（３）に対して対称で、かつ該バッフル・プレートの自由端に向かって開放するよう設けることにより、外側流体は軸方向にほぼＺ字状に流れるため単位長さ当りの表面積の拡大により流体の伝熱管とのなす接触時間を増すことになり、外周面における熱交換機能が一層効果的になる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による多管式熱交換器は、伝熱管（Ｐ）の内周面と同一位相を持って外周面に巻き方向を異にする螺旋状の波形面（６）を、長さ方向に亘って交互に設け、かつバッフル・プレート（３）間で前記伝熱管（Ｐ）の螺旋状の波形面（６）が同一の巻き方向となして構成するため、螺旋状のなす該波形面によって内外周面、特に内周面での単位長さ当りの表面積を拡大して該伝熱管（Ｐ）の管壁付近を流れる流体の管壁との接触時間が長くなりかつ該管壁との相対速度が早くなるとともに、流体の通路面積を拡狹変化せしめることとなり、従って伝熱管（Ｐ）の内外周面、特に内周面附近の流れに乱流機能を生ぜしめて該附近での流れの境界層を極力薄くなすことができ、また乱流の促進により該内周面での水垢、油滓、汚れ等の不純物或いはゴミ、煤等の付着を減少、除去することとなり、長期に亘って熱交換効率を高める結果となり、また該効率の向上によって製品全体を比較的小型、軽量体となすことができる等、極めて有用な多管式熱交換器である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多管式熱交換器の伝熱管単体の一実施例を一部切欠いて示す拡大平面図である。
【図２】本発明に係る多管式熱交換器の一実施例を一部省略して縦断面図である。
【図３】本発明に係る多管式熱交換器の他の実施例を示す図２相当図である。
【図４】従来の多管式熱交換器の伝熱管単体を一部切欠いて示す拡大平面図である。
【図５】従来の多管式熱交換器の一例を一部省略して示す縦断面図である。
【図６】従来の多管式熱交換器の他の例を示す図５相当図である。
【符号の説明】
１  胴体
１′流入孔壁
１″流出孔壁
２  仕切壁
３  バッフル・プレート
４、４′ボンネット
５  流入口
５′流出口
６、６′  波形面
７  平滑面
Ｐ  伝熱管
【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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