(57)【要約】      （修正有）【課題】一つの胴の管側に複数の流体を並列に受け入れられる頭部を有するコンパクトな多管円筒式熱交換器を提供する。【解決手段】多管円筒式熱交換器の胴円筒に配置された伝熱管の管板に、複数流体を分離する分割のレーンを設ける。分割用のレーンは自由に設計することが可能で、たとえば２パラレルでは同心円状の分割レーンと仕切り板構造すること、３パラレルでは放射状の分割レーンと仕切り板の組み合わせで実現可能である。また伝熱促進効果の高い３次元立体ワイヤー素子を伝熱管内に挿入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの多管円筒式熱交換器において、３次元立体ワイヤー素子が挿入された１パスの伝熱管が複数の流体を受け入れられるよう配置された頭部を持つ多管円筒式並列熱交換器。
【請求項２】
伝熱管の並列数が２から４で、管側流体が圧縮ガスである請求項１記載の多管円筒式熱交換器。
【請求項３】
伝熱管の並列数が２から４で、胴円筒が合成樹脂である請求項１記載の多管円筒式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，同じ胴円筒内に複数の１パス伝熱管流路をもつ多管円筒式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるシェルアンドチューブ（胴＆管：多管円筒式）型熱交換器は、伝熱面積を大きくし、小型化するために多管式を採用しているが、伝熱管側の流速を上がるよう、複数回のパスを持つようにその頭部の構造が決められているのが一般的である。
【０００３】
この管側の複数パスの効果は、流れる流体の流速を上げることによって、管内側の境膜伝熱係数を上げる効果はあるが、流体の圧力損失を大きくするマイナス効果も表れる。
【０００４】
管内に疑似乱流を形成するとされるハイトランは、芯ワイヤーに管内壁に接触するループワイヤーを固定した3次元立体ワイヤー素子であり、これらは多管円筒式熱交換器において、管側のパス数を大きくして流速を上げるよりも、この素子の挿入によって大きな伝熱促進効果を与えることが可能である。
【０００５】
このような熱交換器は多種多様な用途に利用されているが、複数の流体を胴側が同じ流体で加熱または冷却する場合、複数の熱交換器を並列に使用することが実施されている。
【０００６】
並列使用の実施形態の１つの例は、ガスの断熱多段圧縮に用いるインタークーラーとアフタークーラーであり、圧力と温度の違うガスが同じ冷却水で、２つ以上の熱交換器を並列に使用している。
【０００７】
２つ目の例は、成分の異なる複数の流体を一定温度に保つために、同一温度の高温流体によって加熱する場合であり、具体的にはいわゆるスーパー銭湯における各浴槽温水の加温である。
【０００８】
これら並列使用されている熱交換器を、一つの胴円筒内で、複数の流体を管側に流すことが出来れば、熱交換器システムの大幅なコストダウンが可能となり、本発明の狙いである。
【０００９】
多管円筒式熱交換器の複数管パスを１パスで性能を達成するためには、管内に伝熱促進のための３次元立体ワイヤー素子が必須であり、その好適な例としてハイトランがあげられる。
【００１０】
複数管パスを一つの胴円筒内に並列に配置するには、その頭部構造が複雑となり、製作加工に多くの費用を要するであろうことは容易に想像できる。
【００１１】
本発明は胴円筒に１パスの管バンドルを複数配置することにより、同等性能の熱交換器を並列設置するよりも低コストで達成することが狙いである。
【００１２】
加えて本発明は新設熱交換器だけではなく、既設の熱交換器の頭部の改造によっても達成可能であることも留意すべき点で、2管パス以上の既設熱交換器は、頭部の改造のみで本発明の熱交換器に改造できる。
【００１３】
本発明は管内を流れる２つ以上の流体が、それぞれに凝縮や蒸発の相変化を伴う流体であっても、胴側の冷却あるいは加熱条件が同じであれば適用可能であり、相変化の無い場合に限定されるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
特開２０１６−２１７５４０
【非特許文献】
【００１５】
渡部、酒井、「熱交換器の伝達を促進する管側３次元ワイヤー素子“hiTRAN”の活用（その５）」、化学装置、（株）工業通信、２０１６年６月、第５８巻第６号、ｐ６４−６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の課題は複数の流体を冷却あるいは加熱するにあたり、１つの多管円筒式熱交換器を用いる頭部の構造に関し、胴円筒内には3次元立体ワイヤー素子の挿入された１パス伝熱管の流路が２つ以上存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明では胴円筒に配置された伝熱管の管板に、複数流体を分離する分割のレーンを設け、管板と緊結される頭部に複数流体用のノズルとその仕切り板を設置することで達成できる。
【００１８】
具体的に管側が４パスの既設熱交換器を改造する場合、既設のパスレーンをそのまま利用して、両端の頭部の仕切り板を改造することのみで、４流体あるいは２流体を同じ胴円筒に並行（パラレル）して1管パスで管内に流す構造の熱交換器に改造できる。
【００１９】
本発明の熱交換器を新たに製作する場合、分割用のレーンは自由に設計することが出来、たとえば２パラレルでは同心円状の分割レーンと仕切り板構造とすること、３パラレルも放射状の分割レーンと仕切り板の組み合わせも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】内径90mmの胴円筒に、中心部に円形の分割レーンをもつ管板のレイアウトで、ハイトランを挿入した伝熱管が、18本と19本の並列（２パラレル）からなり、両頭部はこの分割に対応できる仕り板と出入り口ノズルを有している熱交換器の断面図。
【図２】15本ごとに分割された３パラレル熱交換器の管板のレイアウトで、その他は図1と同様である。
【図３】既設の4パス（管側）の熱交換器のパスレーンをそのまま分割レーンとして使用した場合で、各分割ゾーンが11本の伝熱管であり、その他は図1と同様である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明を実施するための形態を実施例をあげ、本発明の効果を説明する。
【実施例１】
【００２２】
伝熱管外径が7mmφでその長さが1mである図1の２パラレル熱交換器の中央部に、１段圧縮後の110℃、2.3MPaの空気を、外周部に２段圧縮後の140℃、4.5MPaの空気を0.08kg/sで流し、共通である胴側には32℃、0.2kg/sの冷却水を流したところ、１段目と２段目空気の出口温度は40.3℃と43.4℃で、かつ冷却水の出口温度は40℃で、これは交換熱量にして19kwに相当する。
【００２３】
比較として胴内径90mmに同じ伝熱管を55本配置した1パス熱交換器を用意し、ハイトランは挿入せずに、先の1段圧縮空気を管側に、胴側には2倍量の冷却水を流したところ、110℃の圧縮空気は40.4℃と本発明と同等程度までに冷却することが出来たが、熱交換量は8.3kwであった。
【００２４】
以上の結果、本発明方法では同じ大きさの熱交換器で、2倍強の伝熱性能を与えることが明らかである。
【実施例２】
【００２５】
図2に示す管配置以外は実施例と同じ形状の３パラレル熱交換器のそれぞれに、成分の異なる３つの65℃の潤滑オイルを0.167kg/s（合計0.5kg/s）で流し、胴側には30℃の冷水0.5kg/sを流したところ、潤滑オイルの温度は50℃まで低下した。
【００２６】
この時の熱交換量は１分割当たり2.86kw、３パラレル合わせて86kwであり、市販品の同等形状の熱交換器に比べて遜色なく、混合不可能な潤滑油3種を1台の熱交換器で運転することが出来る。
【００２７】
もちろん潤滑油3種の入口温度が20℃程度の異なっても問題はない。
【実施例３】
【００２８】
図3に示す管配置以外は実施例と同じ形状の４パラレル熱交換器のそれぞれに、微量成分の異なる４つの約35℃の温泉水を流し、胴側には熱水を循環するケースである。
【００２９】
いわゆるスーパー銭湯では種々の薬効のある数種の湯船を用意しており、この湯船の湯は常時ろ過、殺菌されてさらに適温にまで加熱されて循環されている。
【００３０】
薬効湯の適温への（41℃程度）加熱は湯船毎に熱交換器設置されるが、本発明のこの例では、1基の熱交換器で、適温への加熱が実施できるため、効率的である。
【００３１】
実際に図3の熱交換器を用いて、胴側に入口80℃、出口が60℃、４つの管側に、35℃温泉水を41℃になるように流量を調節したところ、胴側は0.606kg/s（36L/min）、管側は各0.50kg/s（30L/min）の流量でバランスすることが明らかとなった。
【００３２】
交換器が少なくなるメリットだけでなく、熱水配管の配管工事も1/4に削減できるのも効率的である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
実施例に挙げた利用分野はほんの一例にすぎず、省エネルギーの観点から、高性能、低価格な熱交換のシステムの需要はますます大きくなると思われる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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