(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ピッチの狭い管群を有する縦型多管式熱交換器においても、伝熱管表面での滴状凝縮形態を維持でき、高い伝熱性能を得ることにある。【解決手段】本発明は、前記管状構造に接着された液膜排除構造と、前記管状構造と隣接する管状構造の間に、前記管状構造と並行に配置された液膜流下補助構造を備えることを特徴とする。【効果】本発明によれば、ピッチの狭い管群を有する縦型多管式熱交換器においても、伝熱管表面での滴状凝縮形態を維持でき、高い伝熱性能を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に媒体が流れる管状構造を備えた熱交換器において、
前記管状構造に接着された液膜排除構造と、前記管状構造と隣接する管状構造の間に、前記管状構造と並行に配置された液膜流下補助構造を備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記液膜流下補助構造が、前記液膜排除構造よりも濡れ性の良い材質で構成され、前記液膜排除構造の端部に設置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に記載の熱交換器において、
前記液膜排除構造の設置間隔が下方に向かうほど小さくなることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記液膜排除構造の高さが下方に向かうほど大きくなることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
内部に媒体が流れる管状構造と、前記管状構造に接着された液膜排除構造と、前記管状構造と隣接する管状構造の間に、前記管状構造と並行に配置された液膜流下補助構造を備えることを特徴とする熱交換器の伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び熱交換器の伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器の伝熱管に関する例として、特開昭53-96558号を取り上げて説明する。
【０００３】
一般に、凝縮器や蒸発器などの熱交換器において、熱交換を行う伝熱面には平板状のものや管状のものが用いられる。特に、管状の構造は伝熱管であり、製作が容易で取り付けが簡単なため、多く用いられている。熱交換を行う伝熱面での交換熱量Q[W]は以下の式で決定される。
Q=KAΔT            ・・・・・・・・・・(1)
ここで、K[W/m2K]は熱通過率、A[m2]は伝熱面積、ΔT[K]は熱交換する媒体の温度差である。伝熱面積、媒体の温度差が等しい場合、熱通過率が大きい程、交換熱量が大きくなり、伝熱性能（単位面積、単位温度差当たりの交換熱量）が高くなる。
【０００４】
これらの伝熱管は、単に管状のままで縦に配列され使用されることが多い。この伝熱管の外周面側を凝縮面として使用する場合、伝熱管上部では凝縮液が滴状に分散する滴状凝縮となる。滴状凝縮では、凝縮の進行に伴い液滴が成長し流下する。その際、流下する液滴が、伝熱面に付着した他の液滴をぬぐい去り一緒に流下するため、伝熱面が露出し新たに液滴の生成・流下が繰り返される。このような伝熱面の刷新効果により、滴状凝縮の際の壁面上における熱通過率はきわめて大きくなり、伝熱性能が高くなる。一方で、伝熱管上部を除く部分では、凝縮した蒸気ドレンが下方に流下するほどに、その流下膜が大きく成長して熱抵抗となり、伝熱性能を決定する熱通過率が著しく低下するため、伝熱管長さを大きく出来ない課題があった。
【０００５】
特許文献１では上記課題を解決するため、伝熱管に蒸気ドレン排除用の部品を取り付けた構造を提供している。蒸気ドレン排除のため、伝熱管にプラスチックあるいはゴム製の輪状部品を取り付けており、その設置位置は蒸気ドレンが成長して流下するか、その流下膜が大きく成長しない段階の位置としている。このような構造により、蒸気ドレンは各輪状部品の上部に集まり、輪状部品の外周側から下方に空中滴下して排除されていく。輪状部品の外径は空中滴下した液滴が再度伝熱管に付着して流下しないように決定される。輪状部品の下方では、流下液膜が排除されており、伝熱面が露出しているため、凝縮液が滴状に分散する滴状凝縮となる。滴状凝縮では熱通過率がきわめて大きくなるため、伝熱管の伝熱性能を向上させることができる。また、伝熱管長さを大きくしても、輪状部品を伝熱管に追加することで、流下液膜の成長を抑制できるので、伝熱管長さを大きくできないといった、従来の課題を解決することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭53-96558号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
伝熱管群を縦に並べた縦型多管式熱交換器において、熱交換器の大きさをコンパクトにするため、伝熱管のピッチを狭くし、伝熱管の設置密度を増加させることが多い。伝熱管を単に管状のままで配列して使用すると、伝熱管表面で凝縮した蒸気ドレンが下方に流下するほどに、その流下膜が大きく成長して熱抵抗となり、伝熱性能を決定する熱通過率が著しく低下し、必要な伝熱管数が増加する。
【０００８】
特許文献１に記載の蒸気ドレン排除用の輪状部品を設置する方法では、各伝熱管において、輪状部品で流下液膜が飛散して排除されるが、伝熱管ピッチの狭い管群形状では、排除され飛散した液滴が隣接する他の伝熱管表面に再付着し、液膜を形成するため、十分な液膜排除効果が得られない課題があった。また、隣接管からの飛散液滴の再付着により、輪状部品の下方においても液膜が形成され、流下液膜の成長を抑制できないので、伝熱管長さを大きく出来ない課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、ピッチの狭い管群を有する縦型多管式熱交換器においても、伝熱管表面での滴状凝縮形態を維持でき、高い伝熱性能を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記管状構造に接着された液膜排除構造と、前記管状構造と隣接する管状構造の間に、前記管状構造と並行に配置された液膜流下補助構造を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ピッチの狭い管群を有する縦型多管式熱交換器においても、伝熱管表面での滴状凝縮形態を維持でき、高い伝熱性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１に係る伝熱管を側面から見た図である。
【図２】実施例１に係る伝熱管を上方から見た図である。
【図３】実施例１〜４に係る伝熱管を備えた縦型多管式熱交換器を示す図である。
【図４】実施例２に係る伝熱管を側面から見た図である。
【図５】実施例２に係る伝熱管を上方から見た図である。
【図６】実施例３に係る伝熱管を側面から見た図である。
【図７】実施例４に係る伝熱管を側面から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１、図２は本実施例に係る伝熱管の構造図である。図１は伝熱管を側面から見た図であり、図２は伝熱管を上方から見た図である。本実施例の伝熱管は、内部に冷却媒体が流れる管状構造１と、管状構造１に接着された液膜排除構造２と、液膜排除構造２の端部に接着された液膜流下補助構造３で構成される。管状構造１は、例えば伝熱管材料として一般的に用いられるステンレスで構成される。その他の材料として、熱伝導率の良い銅等を用いても良い。管状構造１の表面形状は平滑面としている。伝熱面積を増加させるため、スリット状の構造を設けても良い。管状構造１の伝熱面を流下する蒸気ドレンの流下液膜を排除するため、伝熱面に輪状の液膜排除構造２を取り付けている。本実施例では液膜排除構造２の形状を円形としているが、楕円形、多角形等であっても良い。液膜排除構造２の材質はプラスチック、ゴム、ステンレス等の液膜を排除できるだけの強度を有するものであれば良い。液膜排除構造２は材質の弾性を用いたはめ込み、もしくは溶接等で管状構造１に接着される。液膜排除構造２の設置位置は、流下する蒸気ドレンによる流下液膜が大きくならない位置とする。液膜排除構造２の端部には液膜流下補助構造３が接着されている。液膜流下補助構造３は、管状構造１と平行に設置された棒状構造物であり、隣接する液膜排除構造２の端部（外縁部）同士をつなぐように配置されている。本実施例では、１本の管状構造１当たり、液膜流下補助構造３の数を４つとしているが、液膜流下補助構造３の数は限定されない。本実施例では、液膜流下補助構造３の断面形状を円形としているが、楕円形、多角形等であっても良い。液膜流下補助構造３の材質もしくは表面構造は、接着する液膜排除構造２よりも濡れ性の良いものとする。液膜排除構造２の材質がステンレスで構成される場合、液膜流下補助構造３の材質および表面構造は、例えば、表面を粗化させたステンレス等を用いる。液膜流下補助構造３ははんだ、溶接等により液膜排除構造２に接着される。このような構造により、管状構造１の表面で凝縮した蒸気ドレンは液膜排除構造２の上部に集まり、液膜排除構造２の端部に接着された液膜流下補助構造３を伝って流下する。液膜流下補助構造３は液膜排除構造２よりも濡れ性の良い表面を有しているので、一度、液膜流下補助構造３に付着した液膜は、液膜排除構造２に戻ることなく流下する。液膜排除構造２の上部に集まった蒸気ドレンは、空中に飛散することなく液膜流下補助構造３を伝って流下するので、伝熱管ピッチの狭い管群形状であっても、隣接管から飛散する液滴の再付着を抑制できる。したがって、伝熱管ピッチの狭い管群形状においても、液膜排除構造２の下方では、流下液膜が排除されており、伝熱面が露出しているため、凝縮液が滴状に分散する滴状凝縮となる。滴状凝縮では熱通過率がきわめて大きくなるため、伝熱管の伝熱性能を向上させることができる。また、伝熱管長さを大きくしても、流下液膜の成長を抑制できるので、伝熱管ピッチの狭い管群形状において伝熱管長さを大きくできないといった課題を解決することができる。
【００１５】
図３は本実施例に係る伝熱管を用いた縦型多管式熱交換器を示す図である。縦型多管式熱交換器４は、管状構造１、液膜排除構造２、液膜流下補助構造３、１次系ノズル５、２次系ノズル６、伝熱管を支持する管板７で構成される。管状構造１および液膜流下補助構造３は管板７にはんだ、もしくは溶接で接着されている。管状構造１内を１次系媒体８が流れ、２次系ノズル６を通って２次系媒体９が流れる。液膜排除構造２および液膜流下補助構造３により、伝熱管の伝熱性能が向上するため、縦型多管式熱交換器４の大きさをコンパクトにすることができる。また、液膜排除構造２および液膜流下補助構造３により伝熱管を流下する液膜の成長を抑制できるので、伝熱管長さを長くすることができる。
【実施例２】
【００１６】
図４、図５は本実施例に係る伝熱管の構造図である。図４は伝熱管を側面から見た図であり、図５は伝熱管を上方から見た図である。本実施例の伝熱管は、内部に冷却媒体が流れる管状構造１と、管状構造１に接着された液膜排除構造２と、隣接管との空間部に設置される液膜流下補助構造１０で構成される。管状構造１および液膜排除構造２については実施例１のものと同様である。液膜流下補助構造１０は隣接管との空間部に設置されており、その端部は管板７に接着されている。本実施例では液膜流下補助構造１０の数を１本の管状構造１当たり８つとしているが、その数は限定されない。本実施例では、液膜流下補助構造１０の断面形状を円形としているが、楕円形、多角形等であっても良い。液膜流下補助構造１０の材質および表面構造は濡れ性の良いものとし、例えば表面を粗化させたステンレス等を用いる。液膜流下補助構造１０ははんだ、溶接等により管板７に接着される。このような構造により、管状構造１の表面で凝縮した蒸気ドレンは液膜排除構造２の上部に集まり、液膜排除構造２の端部から空中へ液滴として飛散される。飛散された液滴は大部分が、隣接管との空間部に設置された液膜流下補助構造１０に再付着し流下するので、伝熱管ピッチの狭い管群形状であっても隣接管から飛散する液滴の再付着を抑制できる。したがって、伝熱管ピッチの狭い管群形状においても、液膜排除構造２の下方では、流下液膜が排除されており、伝熱面が露出しているため、凝縮液が滴状に分散する滴状凝縮となる。滴状凝縮では熱通過率がきわめて大きくなるため、伝熱管の伝熱性能を向上させることができる。また、伝熱管長さを大きくしても、流下液膜の成長を抑制できるので、伝熱管ピッチの狭い管群形状において伝熱管長さを大きくできないといった従来の課題を解決することができる。実施例１に比べ、隣接管と液膜流下補助構造１０を共有して配置できるため、液膜流下補助構造１０の数を減らすことができ、液膜流下補助構造１０の設置に伴うコストを低減することができる。また、実施例１に比べ、液膜流下補助構造１０の溶接点を減らすことができるため、液膜流下補助構造１０の設置に伴うコストを低減することができる。
【実施例３】
【００１７】
図６は本実施例に係る伝熱管の構造図である。本実施例の伝熱管は、内部に冷却媒体が流れる管状構造１と、管状構造１に接着された液膜排除構造１１と、液膜排除構造１１の端部に接着された液膜流下補助構造３で構成される。管状構造１および液膜流下補助構造３については実施例１のものと同様である。管状構造１の伝熱面を流下する蒸気ドレンの流下液膜を排除するため、伝熱面に輪状の液膜排除構造１１を取り付けている。本実施例では液膜排除構造１１の形状を円形としているが、楕円形、多角形等であっても良い。液膜排除構造１１の材質はプラスチック、ゴム、ステンレス等の液膜を排除できるだけの強度を有するものであれば良い。液膜排除構造１１は材質の弾性を用いたはめ込み、もしくは溶接等で管状構造１に接着される。液膜排除構造１１の設置間隔は下方に向かうほど小さく、すなわちL2<L1となるように設定する。蒸気ドレン量は伝熱管上方では少なく、下方に向かうほど多くなるため、このような構造とすることで少ない液膜排除構造１１で効率的に蒸気ドレンによる液膜を排除することができる。
【実施例４】
【００１８】
図７は本実施例に係る伝熱管の構造図である。本実施例の伝熱管は、内部に冷却媒体が流れる管状構造１と、管状構造１に接着された液膜排除構造１２と、液膜排除構造１２に接着された液膜流下補助構造３で構成される。管状構造１および液膜流下補助構造３については実施例１のものと同様である。管状構造１の伝熱面を流下する蒸気ドレンの流下液膜を排除するため、伝熱面に輪状の液膜排除構造１２を取り付けている。本実施例では液膜排除構造１２の形状を円形としているが、楕円形、多角形等であっても良い。液膜排除構造１２の材質はプラスチック、ゴム、ステンレス等の液膜を排除できるだけの強度を有するものであれば良い。液膜排除構造１２は材質の弾性を用いたはめ込み、もしくは溶接等で管状構造１に接着される。液膜排除構造１２の高さは下方に向かうほど大きく、すなわちH2>H1となるように設定する。ここで、「液膜排除構造１２の高さ」とは、伝熱管の水平断面で見た場合に、管状構造１の外周部から液膜排除構造１２の外縁部までの距離を表す。従って、液膜排除構造１２が円形の場合、半径方向の距離となる。蒸気ドレン量は伝熱管上方では少なく、下方に向かうほど多くなるため、このような構造とすることで高さの小さい液膜排除構造１２で効率的に蒸気ドレンによる液膜を排除することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１    管状構造
２    液膜排除構造
３    液膜流下補助構造
４    縦型多管式熱交換器
５    １次系ノズル
６    ２次系ノズル
７    管板
８    １次系媒体
９    ２次系媒体
１０  液膜流下補助構造
１１、１２  液膜排除構造
【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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【図７】
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