(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管内を流通させる第１の流体と伝熱管の外側を流通させる第２の流体とを熱交換させる多管式熱交換器において、
容器と、
前記容器内の軸心方向の一方の端部に管板により仕切って形成された前記第１の流体の分配ヘッダと、
前記容器内の軸心方向の他方の端部に別の管板により仕切って形成された前記第１の流体の集合ヘッダと、
前記容器内における前記各管板の間に位置する空間部である管群設置領域と、
前記管群設置領域に配置された前記容器の軸心方向に平行な複数の伝熱管による管群と、
前記管群設置領域に、周方向の複数個所を前記容器の軸心方向に平行で且つ半径方向に沿うバッフルで仕切って周方向に形成された複数の区画と、
前記各区画の外周側における容器軸心方向にずれた位置に備えた複数の開口部と、を有し、
周方向に隣接する２つの区画の開口部同士が前記容器の外側の周方向に前記開口部を覆うように延びる接続流路により接続されて、少なくとも２つの区画を通過する第２の流体の流通経路を備えたこと
を特徴とする多管式熱交換器。
【請求項２】
前記各区画は、容器軸心方向の一端寄りの外周部と、容器軸心方向の他端寄りの外周部とに開口部を備えること
を特徴とする請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項３】
前記各区画は、容器軸心方向の中間部の外周部と、容器軸心方向の両端寄りの外周部に開口部を備えること
を特徴とする請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
前記各伝熱管には、触媒が充填されていること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の伝熱管内を流通させる流体と、各伝熱管の外側を流通させる別の流体との熱交換を行わせるために用いる多管式熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器の一つである多管式熱交換器は、容器（シェル）の胴内に、平行に配置された複数の伝熱管による管群が設けられている。
【０００３】
該管群の長手方向複数個所には、バッフル（邪魔板、そらせ板とも称する）が備えられている。この種のバッフルとしては、セグメント形式のバッフルが広く用いられている。また、ディスク状（円板状）のバッフルとドーナツ状（リング状）のバッフルとを交互に配置したディスクアンドドーナツ形式といわれるものも用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
これらのバッフルを備えた従来の多管式熱交換器は、管群の各伝熱管内を流通させる管側流体と、シェルの胴内で前記各伝熱管の外面に接する胴側流体との熱交換を行わせるときに、胴側流体の流れが各バッフルで順次折り返されて、常に各伝熱管の長手方向に直交する方向の流れ、すなわち、管群直交流となって各伝熱管に当たるようにしてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５１０４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前記セグメント形式やディスクアンドドーナツ形式のバッフルを備えた従来の多管式熱交換器は、胴側流体の流れに、各バッフルで順次折り返される管群直交流を繰り返して発生させるようにしてあるため、胴側流体の圧力損失が大きくなりやすい。
【０００７】
そこで、本発明は、胴側流体の圧力損失の低減化を図ることができる多管式熱交換器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、伝熱管内を流通させる第１の流体と伝熱管の外側を流通させる第２の流体とを熱交換させる多管式熱交換器において、容器と、前記容器内の軸心方向の一方の端部に管板により仕切って形成された前記第１の流体の分配ヘッダと、前記容器内の軸心方向の他方の端部に別の管板により仕切って形成された前記第１の流体の集合ヘッダと、前記容器内における前記各管板の間に位置する空間部である管群設置領域と、前記管群設置領域に配置された前記容器の軸心方向に平行な複数の伝熱管による管群と、前記管群設置領域に、周方向の複数個所を前記容器の軸心方向に平行で且つ半径方向に沿うバッフルで仕切って周方向に形成された複数の区画と、前記各区画の外周側における容器軸心方向にずれた位置に備えた複数の開口部と、を有し、周方向に隣接する２つの区画の開口部同士が前記容器の外側の接続流路により接続されて、少なくとも２つの区画を通過する第２の流体の流通経路を備えた構成を有する多管式熱交換器とする。
【０００９】
前記各区画は、容器軸心方向の一端寄りの外周部と、容器軸心方向の他端寄りの外周部とに開口部を備える構成としてある。
【００１０】
前記各区画は、容器軸心方向の中間部の外周部と、容器軸心方向の両端寄りの外周部に開口部を備える構成としてある。
【００１１】
前記各伝熱管には、触媒が充填されている構成としてある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の多管式熱交換器によれば、胴側流体の圧力損失の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】多管式熱交換器の第１実施形態を示すもので、（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。
【図２】第１実施形態の多管式熱交換器における胴側流体の流通経路の概要を示す図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は管群設置領域に形成される区画の開口部に備えられる分散板を拡大して示す断面図である。
【図４】多管式熱交換器の第２実施形態を示すもので、（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ｂ）（ｃ）と対応する位置での断面図である。
【図５】第２実施形態の第１変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図４（ａ）（ｂ）に対応する図である。
【図６】第２実施形態の第２変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図４（ａ）（ｂ）に対応する図である。
【図７】多管式熱交換器の第３実施形態を示すもので、（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ｂ）（ｃ）と対応する位置での断面図である。
【図８】第３実施形態の変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図７（ａ）（ｂ）に対応する図である。
【図９】多管式熱交換器の第４実施形態を示すもので、（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ｂ）（ｃ）と対応する位置での断面図である。
【図１０】第４実施形態の第１変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図９（ａ）（ｂ）に対応する図である。
【図１１】第４実施形態の第２変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図９（ａ）（ｂ）に対応する図である。
【図１２】多管式熱交換器の第５実施形態を示すもので、（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ方向矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ方向矢視断面図である。
【図１３】第５実施形態の多管式熱交換器における管群設置領域に形成される胴側流体の流通経路の概要を示す図である。
【図１４】多管式熱交換器の第６実施形態を示すもので、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の多管式熱交換器について、図面を参照して説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、多管式熱交換器の第１実施形態を示すものであり、図１（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ方向矢視断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。図２は本実施形態における胴側流体の流通経路の概要図である。図３（ａ）（ｂ）は管群設置領域に形成される区画の開口部に備えられる分散板を拡大して示す断面図である。
【００１６】
本実施形態の多管式熱交換器は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、円筒状の容器１を備える。
【００１７】
容器１内の軸心方向一端寄り個所（図１（ａ）では上端寄り個所）には、管板２により仕切られた第１の流体としての管側流体Ｆ１の分配ヘッダ３が設けられている。容器１内の軸心方向他端寄り個所（図１（ａ）では下端寄り個所）には、別の管板４により仕切られた管側流体Ｆ１の集合ヘッダ５が設けられている。なお、容器１の軸心に沿う方向は、以下、容器軸心方向と云うものとする。
【００１８】
容器１における各管板２と４の間に位置する円筒状の部分は胴６である。胴６の内側の空間部は、管群設置領域７とされる。
【００１９】
管群設置領域７には、容器軸心方向に平行に配置された複数の伝熱管９による管群８が設けられている。
【００２０】
なお、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した伝熱管９の数や、伝熱管９同士の間隔は、図示するための便宜上のものであり、実際の伝熱管９の数や伝熱管９同士の間隔を反映したものではない。また、図示する便宜上、図１（ａ）と、図１（ｂ）（ｃ）では、伝熱管９の数や伝熱管９の配置は異なっている（後述する各実施形態の図においても同様）。
【００２１】
各伝熱管９の一端部は、管板２を介して分配ヘッダ３に連通接続されている。各伝熱管９の他端部は、管板４を介して集合ヘッダ５に連通接続されている。
【００２２】
容器１の軸心方向の一端部には、分配ヘッダ３に連通する管側流体入口１０が設けられている。容器１の軸心方向の他端部には、集合ヘッダ５に連通する管側流体出口１１が設けられている。
【００２３】
これにより、管側流体入口１０の上流側に接続された図示しない管側流体供給部より管側流体Ｆ１が供給されると、管側流体Ｆ１は、管側流体入口１０を通して分配ヘッダ３に流入し、この分配ヘッダ３内から、管群８を形成している各伝熱管９内に供給される。各伝熱管９内に供給された管側流体Ｆ１は、各伝熱管９内を通過する間に、各伝熱管９の外面に接する後述の第２の流体としての胴側流体Ｆ２と、各伝熱管９の管壁を介して間接的に熱交換される。各伝熱管９内を通過した後の管側流体Ｆ１は、集合ヘッダ５で集合させられた後、管側流体出口１１を通して容器１の外部へ取り出される。この容器１の外部へ取り出された管側流体Ｆ１は、管側流体出口１１の下流側に接続された図示しない管側流体Ｆ１の需要先や回収部に送られるようにすればよい。
【００２４】
管群設置領域７は、周方向に等間隔の複数個所、たとえば、図１（ｂ）（ｃ）に示す如き周方向１２０度間隔の３個所に、バッフル（邪魔板）１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられている。これらのバッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、容器軸心方向に平行な面内で管群設置領域７の中心部から容器１の胴６の内面に接する位置まで容器１の半径方向に沿って延びる矩形板状とされている。
【００２５】
各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、容器１の中心側に位置する端部同士が互いに突き合わされていて、胴側流体Ｆ２の自由な通過は阻止されるようにしてある。また、図示したように、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの容器中心側に位置する端部同士は、互いに接合されていてもよい。
【００２６】
各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃにおける容器１の外周寄りに位置する端部は、胴６の内面に取り付けられている。また、図示してないが、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、容器軸心方向の両端側に位置する端部が、管板２と管板４にそれぞれ取り付けられている。
【００２７】
これにより、管群設置領域７には、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって仕切られた３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃが、周方向に配列して形成されている。各区画７ａ，７ｂ，７ｃは、容器軸心方向に垂直な断面の形状が扇形となっている。
【００２８】
各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、管群８の各伝熱管９と干渉しないように配置されている。
【００２９】
たとえば、管群８における伝熱管９の配列が、図１（ｂ）（ｃ）に示すような正三角形を単位とする三角配列（千鳥配列）となっている場合、管群８には、各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる個所が、周方向に６０度間隔の６個所に形成される。
【００３０】
そこで、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる６個所のうちの周方向に１２０度間隔の３個所に配置することが好ましい。このようにすれば、本実施形態の多管式熱交換器を設計や製造する際に、各伝熱管９の三角配列に変更を加える手間を省くことができる。
【００３１】
なお、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、管群８における各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる個所以外の個所に配置してもよいことは勿論である。この場合は、管群８に配列される伝熱管９のうち、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃと干渉する位置の伝熱管９を間引くようにすればよい。
【００３２】
次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７ａ，７ｂ，７ｃを通る胴側流体Ｆ２の流通経路について説明する。
【００３３】
図２は、胴側流体Ｆ２の流通経路を説明するための概要図で、容器１の胴６の部分について、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの中央位置（扇形断面形状の中心角の二等分線に沿う位置）での断面図が並べて示してある。なお、図２では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの断面は、外周側が右側になり、内周側が左側になるように配置されている。図２において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。また、図２では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃを図示する便宜上、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、容器１の胴６以外の部分、および、伝熱管９の記載は省略してある。
【００３４】
各区画７ａ，７ｂ，７ｃは、容器軸心方向にずれた位置、たとえば、容器軸心方向一端寄りの端部（図２では上端寄りの端部）と、容器軸心方向他端寄りの端部（図２では下端寄りの端部）の外周側に、胴６の側壁（周壁）を内外方向に貫通する一端寄り開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃと他端寄り開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃをそれぞれ備えた構成とされている。
【００３５】
周方向に配列された３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃのうち、隣接する区画７ｂと区画７ｃは、図１（ｂ）に示すように、互いの一端寄り開口部１３ｂ，１３ｃ同士が、胴６の外面に沿って周方向に延びる接続流路１５を介して接続されている。更に、隣接する区画７ａと区画７ｂは、図１（ｃ）に示すように、互いの他端寄り開口部１４ａ，１４ｂ同士が、胴６の外面に沿って周方向に延びる接続流路１６を介して接続されている。この接続流路１５，１６の具体的な構成は後述する。
【００３６】
以上により、管群設置領域７には、一端寄り開口部１３ａから、区画７ａの内部空間、他端寄り開口部１４ａ、接続流路１６、他端寄り開口部１４ｂ、区画７ｂの内部空間、一端寄り開口部１３ｂ、接続流路１５、一端寄り開口部１３ｃ、および、区画７ｃの内部空間を順に経て、他端寄り開口部１４ｃまで一連に繋がる胴側流体Ｆ２の流通経路が形成される。
【００３７】
これにより、区画７ａと７ｃでは、図２に示すように、容器軸心方向一端寄りの端部に設けられた一端寄り開口部１３ａ，１３ｃより流入する胴側流体Ｆ２が、容器軸心方向他端寄りの端部に設けられた他端寄り開口部１４ａ，１４ｃに向けて流れるようになる。
【００３８】
また、区画７ｂでは、容器軸心方向他端寄りの端部に設けられた他端寄り開口部１４ｂより流入する胴側流体Ｆ２が、容器軸心方向一端寄りの端部に設けられた一端寄り開口部１３ｂに向けて流れるようになる。
【００３９】
したがって、各区画７ａ，７ｂ，７ｃでは、前記のように流通する胴側流体Ｆ２が、複数の伝熱管９（図１（ａ）（ｂ）（ｃ）参照）の外面に接して、各伝熱管９内を流通する管側流体Ｆ１との熱交換に供される。
【００４０】
この際、図２に各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおける胴側流体Ｆ２の流れ方向の概要を示すように、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内での胴側流体Ｆ２の流れは、一端寄り開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃと他端寄り開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられている容器軸心方向両端寄りの領域で、管群直交流の流れ成分を含むようになるとしても、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内における容器軸心方向の中間部の領域では、主として容器軸心方向に沿った流れとなる。
【００４１】
そのため、胴側流体Ｆ２は、各伝熱管９の管軸に平行な容器軸心方向の流れとなるときに生じる抵抗が、各伝熱管９に対して直交する方向の流れ（管群直交流）となるときに生じる抵抗に比して小さくなる。
【００４２】
次に、一端寄り開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、および、他端寄り開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、各接続流路１５，１６の具体的な構成について説明する。
【００４３】
一端寄り開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、図１（ａ）（ｂ）および図２に示すように、容器１の胴６における容器軸心方向一端寄りの端部に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの周方向角度範囲に対応して周方向に延びるように設けられている。なお、接続流路１５を介して接続される隣接する２つの一端寄り開口部１３ｂ，１３ｃは、図１（ｂ）に示すように、容器１の胴６に、周方向に連続した開口として形成されていてもよい。
【００４４】
他端寄り開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、図１（ａ）（ｃ）および図２に示すように、容器１の胴６における容器軸心方向他端寄りの端部に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの周方向角度範囲に対応して周方向に延びるように設けられている。なお、接続流路１６を介して接続される隣接する２つの他端寄り開口部１４ａ，１４ｂは、図１（ｃ）に示すように、容器１の胴６に、周方向に連続した開口として形成されていてもよい。
【００４５】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、胴６の外面における一端寄り開口部１３ｂ，１３ｃの周縁部には、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状の流路形成部材１７が、各一端寄り開口部１３ｂ，１３ｃを一緒に覆うように配置された状態で取り付けられている。これにより、流路形成部材１７の内部空間が、一端寄り開口部１３ｂ，１３ｃ同士を接続する接続流路１５とされている。
【００４６】
図１（ａ）（ｃ）に示すように、胴６の外面における他端寄り開口部１４ａ，１４ｂの周縁部には、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状の流路形成部材１８が、各他端寄り開口部１４ａ，１４ｂを一緒に覆うように配置された状態で取り付けられている。これにより、流路形成部材１８の内部空間が、他端寄り開口部１４ａ，１４ｂ同士を接続する接続流路１６とされている。
【００４７】
前述した胴側流体Ｆ２の流通経路において、上流側端部（起端）に位置するのは、一端寄り開口部１３ａである。そこで、胴６の外面における一端寄り開口部１３ａの周縁部には、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状のヘッダ部材１９が、一端寄り開口部１３ａを覆うように配置された状態で取り付けられている。このヘッダ部材１９には、胴側流体Ｆ２の入口２０が設けられている。これにより、外部から入口２０へ供給される胴側流体Ｆ２は、ヘッダ部材１９の内部空間で周方向に分散された後、一端寄り開口部１３ａより区画７ａの内部空間へ流入し、その後、胴側流体Ｆ２の流通経路に従って流れるようになる。
【００４８】
一方、前述した胴側流体Ｆ２の流通経路において、下流側端部（終端）に位置するのは、他端寄り開口部１４ｃである。そこで、胴６の外面における他端寄り開口部１４ｃの周縁部には、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状のヘッダ部材２１が、他端寄り開口部１４ｃを覆うように配置された状態で取り付けられている。このヘッダ部材２１には、胴側流体Ｆ２の出口２２が設けられている。これにより、胴側流体Ｆ２の流通経路に従って他端寄り開口部１４ｃまで流れた胴側流体Ｆ２は、ヘッダ部材２１の内部空間で集合させられてから、出口２２を通して外部へ導かれるようになる。
【００４９】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、各一端寄り開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、および、各他端寄り開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃには、分散板２３が備えられている。
【００５０】
分散板２３は、胴側流体Ｆ２が通過する際に或る程度の圧力損失を生じさせることで、各開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃを通る胴側流体Ｆ２の周方向への分散を促すためのものである。分散板２３は、前記の胴側流体Ｆ２の分散促進機能を備えていれば、多孔板、パンチングメタル、スリットを設けた板、メッシュを用いる構成等、任意の構成のものを採用してよい。
【００５１】
また、分散板２３は、胴６の周壁に孔やスリットを穿設した構成としてもよい。この場合は、分散板２３は胴６の周壁の一部であるため、各開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、実際の開口ではなく、胴６の周壁における孔やスリットが設けられた領域を指すものとなる。
【００５２】
ところで、各区画７ａ，７ｂ，７ｃは、胴側流体Ｆ２の入口側となる一端寄り開口部１３ａ、他端寄り開口部１４ｂ、一端寄り開口部１３ｃ、および、出口側となる他端寄り開口部１４ａ、一端寄り開口部１３ｂ、他端寄り開口部１４ｃが、共に外周側に配置されている。
【００５３】
なお、分散板２３を経て各区画７ａ，７ｂ，７ｃに流入するときの胴側流体Ｆ２の流れの向きは、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの外周側から内周側へ向く方向となっている。
【００５４】
このため、各区画７ａ，７ｂ，７ｃでは、胴側流体Ｆ２が各区画７ａ，７ｂ，７ｃの外周部のみを入口側から出口側まで短絡的に流れるといった極端な偏流が生じることはないが、外周寄りと内周寄りでは胴側流体Ｆ２の流量に偏りが生じてしまうことも考えられる。
【００５５】
そこで、各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおいて、胴側流体Ｆ２の入口側となる一端寄り開口部１３ａ、他端寄り開口部１４ｂ、一端寄り開口部１３ｃに備える分散板２３は、図３（ａ）または図３（ｂ）に示す構成とすることが好ましい。
【００５６】
図３（ａ）に示す分散板２３は、胴６の内側に向けてノズル形状となる孔（スリットを含む）２４を備えた構成とされている。この孔２４のノズル形状は、胴側流体Ｆ２を噴流として胴６の内側に向けて吹き出すことができるように設定されている。この構成によれば、分散板２３の孔２４を通して各区画７ａ，７ｂ，７ｃに流入する胴側流体Ｆ２を、噴流として各区画７ａ，７ｂ，７ｃの内周寄りの領域まで積極的に導くことができる。
【００５７】
図３（ｂ）に示す分散板２３は、分散板２３に備える孔２４ａの配置と向きが、管群８における伝熱管９同士の隙間が連続して延びる位置と向きに合わせて設定された構成となっている。この構成によれば、分散板２３の孔２４ａを通して各区画７ａ，７ｂ，７ｃに流入する胴側流体Ｆ２の流れが、伝熱管９同士の隙間を通って各区画７ａ，７ｂ，７ｃの内周寄りまで到達しやすくすることができる。
【００５８】
よって、図３（ａ）に示した分散板２３や、図３（ｂ）に示した分散板２３を、各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおける胴側流体Ｆ２の入口側となる一端寄り開口部１３ａ、他端寄り開口部１４ｂ、一端寄り開口部１３ｃに備える構成では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内での内外周方向の胴側流体Ｆ２の偏流を抑制することができる。このため、各区画７ａ，７ｂ，７ｃでは、内周寄りに配置されている伝熱管９と外周寄りに配置されている伝熱管９とで、管側流体Ｆ１と胴側流体Ｆ２との熱交換を均等に行わせることができる。
【００５９】
更に、管群設置領域７の外径と胴６の内径との差を低減させると、管群設置領域７の最外周部に配置される伝熱管９と、胴６の周壁との間隔が狭くなるため、胴６の周壁の内面に沿う位置での胴側流体Ｆ２の流れが抑制される。よって、この構成も各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内での内外周方向の胴側流体Ｆ２の偏流を抑制するためには有効である。
【００６０】
なお、図１（ｂ）（ｃ）では、図示する便宜上、分散板２３を、周方向に均等な構造で示したが、図３（ｂ）で示したように孔２４の向きや配置が周方向に均一でない構成でもよい。更に、接続流路１５，１６やヘッダ部材１９，２１内における胴側流体Ｆ２の流通方向等を考慮して、分散板２３は、胴側流体Ｆ２の通過時に生じる圧力損失が、均一に分布していないものであってもよいことは勿論である。また、各分散板２３は、同一構成のものでもよいし、同一構成のものでなくてもよい。
【００６１】
本実施形態の多管式熱交換器を使用する場合は、管側流体入口１０に、図示しない管側流体供給部を接続し、管側流体出口１１に、図示しない管側流体Ｆ１の需要先または回収部を接続する。
【００６２】
また、ヘッダ部材１９の入口２０には、図示しない胴側流体供給部を接続し、ヘッダ部材２１の出口２２には、胴側流体Ｆ２の回収部あるいは需要先を接続する。なお、胴側流体Ｆ２が熱媒である場合は、出口２２より回収される胴側流体Ｆ２を、胴側流体供給部に戻し、温度調整しながら循環させて使用すればよい。
【００６３】
この状態で、管側流体供給部より供給される管側流体Ｆ１は、前述したように管側流体入口１０、分配ヘッダ３を経て各伝熱管９に連続的に供給される。
【００６４】
一方、胴側流体供給部より供給される胴側流体Ｆ２は、入口２０よりヘッダ部材１９内へ供給されると、ヘッダ部材１９内で周方向に分散された後、一端寄り開口部１３ａから区画７ａに流入する。その後、前述した胴側流体Ｆ２の流通経路にしたがって、区画７ａを通過した胴側流体Ｆ２は、接続流路１６を経て区画７ｂに供給され、区画７ｂを通過した胴側流体Ｆ２は、接続流路１５を経て区画７ｃに供給される。
【００６５】
これにより、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内では、それぞれの区画７ａ，７ｂ，７ｃに配置された各伝熱管９内を流通する管側流体Ｆ１と、各伝熱管９の外側を流通する胴側流体Ｆ２との間で、伝熱管９の管壁を介した熱交換が行われる。
【００６６】
前記熱交換の処理が行われた後の管側流体Ｆ１は、各伝熱管９を通過後に、集合ヘッダ５で集合させられてから、管側流体出口１１より取り出される。
【００６７】
一方、前記熱交換の処理が行われた後の胴側流体Ｆ２は、他端寄り開口部１４ｃを通して、ヘッダ部材２１へ導かれ、その後、出口２２から取り出される。
【００６８】
しかる後、本実施形態の多管式熱交換器より取り出された管側流体Ｆ１と、胴側流体Ｆ２は、それぞれの需要先や回収部へ送って、予め設定されている後処理を行うようにすればよい。
【００６９】
ところで、管群設置領域７の各区画７ａと７ｂと７ｃは、胴側流体Ｆ２の流通経路上で上下流方向に並んでいるため、区画７ａでの熱交換処理に供された後の胴側流体Ｆ２が区画７ｂに供給され、更に、区画７ｂでの熱交換処理に供された後の胴側流体Ｆ２が区画７ｃに供給されるようになる。このため、区画７ａと７ｂと７ｃでは、供給される胴側流体Ｆ２の温度に相違が生じ、それに起因して、伝熱管９の管外側の熱伝達率に差が生じることが考えられる。
【００７０】
しかし、一般に、熱交換器の熱交換性能は、管側流体Ｆ１の供給時と取出時の温度差や、胴側流体Ｆ２の供給時と取出時の温度差に基づいて決定されるものであるため、個々の伝熱管９で管外側の熱伝達率に差が生じていても、多管式熱交換器としての熱交換性能に何ら問題が生じることはない。
【００７１】
このように、本実施形態の多管式熱交換器によれば、管側流体Ｆ１と胴側流体Ｆ２との熱交換を実施させることができる。
【００７２】
また、容器１の胴６内では、管群設置領域７をバッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃに分けて、胴側流体Ｆ２の流路断面積を制限するようにしてあるため、各伝熱管９の外側を流通する胴側流体Ｆ２の流速が高められる。よって、本実施形態の多管式熱交換器は、熱交換性能を高いものとすることができる。
【００７３】
更に、本実施形態の多管式熱交換器では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内での胴側流体Ｆ２の流れを、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとし、特に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体Ｆ２を、主として容器軸心方向に沿う流れとさせることができる。
【００７４】
このため、本実施形態の多管式熱交換器は、従来の多管式熱交換器のように、管群直交流を繰り返しているものではないため、胴側流体Ｆ２の圧力損失の低減化を図ることができる。
【００７５】
これにより、本実施形態の多管式熱交換器は、胴側流体供給部より胴側流体Ｆ２を供給するために必要とされるポンプ動力の低減化を図る場合に有利な構成とすることができる。
【００７６】
従来の多管式熱交換器の場合は、特許文献１に記載されているように、バッフルに多数の伝熱管挿通孔を設けて、各伝熱管挿通孔に伝熱管を挿通（貫通）させるようにした構成とされている。
【００７７】
これに対し、本実施形態の多管式熱交換器では、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、各伝熱管９の管軸方向に平行に配置してあるため、伝熱管挿通孔を設ける必要がない。よって、本実施形態の多管式熱交換器を製造する際には、バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対する孔開け作業自体が不要になる。
【００７８】
更に、本実施形態の多管式熱交換器は、バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃに伝熱管挿通孔が形成されていないことから、管群設置領域７の各区画７ａ，７ｂ，７ｃに胴側流体Ｆ２を流通させるときに、胴側流体Ｆ２の伝熱管挿通孔からのリークという問題は生じない。このため、本実施形態の多管式熱交換器では、管群設置領域７の各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおける胴側流体Ｆ２の流れが単純なものとなる。したがって、本実施形態の多管式熱交換器は、胴側流体Ｆ２の温度コントロールを行いやすいものとすることができる。
【００７９】
本実施形態の多管式熱交換器では、区画７ａを通過した後の胴側流体Ｆ２は、接続流路１６に一旦集合し、その後、接続流路１６より区画７ｂに流入する。このため、何らかの要因によって区画７ａの内部の温度分布が不均一になったとしても、区画７ａを通過したすべての胴側流体Ｆ２が接続流路１６内で混合されるため、区画７ｂには均一な温度の胴側流体Ｆ２が流入するようになる。
【００８０】
同様に、区画７ｂを通過した後の胴側流体Ｆ２は、接続流路１５に一旦集合し、その後、接続流路１５より区画７ｃに流入する。このため、何らかの要因によって区画７ｂの内部の温度分布が不均一になったとしても、区画７ｂを通過したすべての胴側流体Ｆ２が接続流路１５内で混合されるため、区画７ｃには均一な温度の胴側流体Ｆ２が流入するようになる。
【００８１】
したがって、本実施形態の多管式熱交換器によれば、胴側流体Ｆ２を複数の区画７ａ，７ｂ，７ｃに順次流通させて管側流体Ｆ１との熱交換に供するときに、たとえ区画７ａや区画７ｂに内部の温度分布に偏りが生じるとしても、この温度分布の偏りが下流側に位置する区画７ｂや区画７ｃに影響する虞を抑制できる。
【００８２】
なお、前記第１実施形態では、管群設置領域７に周方向に３分割された区画７ａ，７ｂ，７ｃを形成した例を示した。この区画数である３は、いずれも１を除く正の約数は、その数以外にはない。したがって、複数の区画を通過するように設定する胴側流体Ｆ２の流通経路は、すべての区画を通過する一系統のみとなる。
【００８３】
これに対し、たとえば、区画数が６、４、８のように、１とその数以外の約数を有する数である場合は、胴側流体Ｆ２の流通経路は、１以外の約数の数に応じた複数パターンで設定し得る。
【００８４】
たとえば、区画数が６の場合は、１以外の約数が２と３と６であるため、２区画ずつを接続した３系統の流通経路、３区画ずつを接続した２系統の流通経路、および、６区画を接続した１系統の流通経路という３パターンの設定が可能である。
【００８５】
また、区画数が４の場合は、１以外の約数が２と４であるため、２区画ずつを接続した２系統の流通経路、および、４区画を接続した１系統の流通経路という２パターンの設定が可能である。
【００８６】
同様に、区画数が８の場合は、１以外の約数が２と４と８であるため、２区画ずつを接続した４系統の流通経路、４区画ずつを接続した２系統の流通経路、および、８区画を接続した１系統の流通経路という３パターンの設定が可能である。
以下にこれらの例について示す。
【００８７】
［第２実施形態］
図４は多管式熱交換器の第２実施形態を示すものであり、図４（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。
【００８８】
なお、図４（ａ）（ｂ）において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態において、管側流体Ｆ１の流通経路は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００８９】
本実施形態の多管式熱交換器は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の構成において、管群設置領域７における周方向１２０度間隔の３個所にバッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設けた構成に代えて、管群設置領域７の周方向６０度間隔の６個所に、前記バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃと同様のバッフル１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆを設けた構成としてある。
【００９０】
これにより、本実施形態では、管群設置領域７に、各バッフル１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆによって仕切られた６つの区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆが周方向に配列されて形成されている。
【００９１】
なお、各バッフル１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆは、第１実施形態における各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの配置と同様に、三角配列とされた管群８の各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる６個所に配置することが好ましい。これは、第１実施形態の場合と同様の理由による。
【００９２】
また、各バッフル１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆは、管群８における各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる個所以外の個所に配置してもよいという点も第１実施形態と同様である。
【００９３】
各区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆには、外周部の容器軸心方向一端寄りの端部に、一端寄り開口部１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ，１３１ｆが設けられている。また、外周部の容器軸心方向他端寄りの端部には、他端寄り開口部１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ，１４１ｅ，１４１ｆが設けられている。
【００９４】
次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆを通る胴側流体Ｆ２の流通経路について説明する。
【００９５】
本実施形態では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃと、区画７１ｆ，７１ｅ，７１ｄの３区画ずつを接続した２系統の流通経路として設定される。
【００９６】
そのため、区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃでは、他端寄り開口部１４１ａ，１４１ｂ同士が、接続流路１６により接続される。また、一端寄り開口部１３１ｂ，１３１ｃ同士は、接続流路１５により接続される。これにより、区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃを接続した胴側流体Ｆ２の流通経路は、一端寄り開口部１３１ａから、区画７１ａの内部空間と他端寄り開口部１４１ａ、接続流路１６、他端寄り開口部１４１ｂと区画７１ｂの内部空間と一端寄り開口部１３１ｂ、接続流路１５、一端寄り開口部１３１ｃと区画７１ｃの内部空間を順に経て、他端寄り開口部１４１ｃまで一連に繋がる流通経路とされる。
【００９７】
一方、区画７１ｆ，７１ｅ，７１ｄでは、他端寄り開口部１４１ｆ，１４１ｅ同士が、別の接続流路１６により接続される。また、一端寄り開口部１３１ｅ，１３１ｄ同士は、別の接続流路１５により接続される。これにより、区画７１ｆ，７１ｅ，７１ｄを接続した胴側流体Ｆ２の流通経路は、一端寄り開口部１３１ｆから、区画７１ｆの内部空間と他端寄り開口部１４１ｆ、接続流路１６、他端寄り開口部１４１ｅと区画７１ｅの内部空間と一端寄り開口部１３１ｅ、接続流路１５、一端寄り開口部１３１ｄと区画７１ｄの内部空間を順に経て、他端寄り開口部１４１ｄまで一連に繋がる流通経路とされる。
【００９８】
図４（ａ）に示すように、胴６の外面には、図１（ａ）（ｂ）に示した流路形成部材１７と同様の流路形成部材１７が、一端寄り開口部１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅを覆うように取り付けられている。更に、この流路形成部材１７の内部空間は、一端寄り開口部１３１ｃと一端寄り開口部１３１ｄの境界となる位置の外周側、すなわちバッフル１２１ｄの外周側となる位置で、仕切部材２５によって仕切られている。これにより、一端寄り開口部１３１ｂ，１３１ｃ同士を接続する接続流路１５と、一端寄り開口部１３１ｅ，１３１ｄ同士を接続する接続流路が、仕切部材２５によって仕切られた流路形成部材１７の内部空間によって形成されている。
【００９９】
なお、図示しないが、胴６の外面に、流路形成部材１７を、一端寄り開口部１３１ｂ，１３１ｃを覆う配置で取り付けると共に、別の流路形成部材１７を、一端寄り開口部１３１ｅ，１３１ｄを覆う配置で取り付けて、一端寄り開口部１３１ｂ，１３１ｃ同士を接続する接続流路１５と、一端寄り開口部１３１ｅ，１３１ｄ同士を接続する接続流路１５を、個別の流路形成部材１７の内部空間によって形成する構成としてもよい。
【０１００】
図４（ｂ）に示すように、胴６の外面には、図１（ａ）（ｃ）に示した流路形成部材１８と同様の流路形成部材１８が、他端寄り開口部１４１ｅ，１４１ｆ，１４１ａ，１４１ｂを覆うように取り付けられている。更に、この流路形成部材１８の内部空間は、他端寄り開口部１４１ｆと他端寄り開口部１４１ａの境界となる位置の外周側、すなわちバッフル１２１ａの外周側となる位置で、仕切部材２５によって仕切られている。これにより、他端寄り開口部１４１ａ，１４１ｂ同士を接続する接続流路１６と、他端寄り開口部１４１ｆ，１４１ｅ同士を接続する接続流路が、仕切部材２５によって仕切られた流路形成部材１８の内部空間によって形成されている。
【０１０１】
なお、図示しないが、胴６の外面に、流路形成部材１８を、他端寄り開口部１４１ａ，１４１ｂを覆う配置で取り付けると共に、別の流路形成部材１８を、他端寄り開口部１４１ｆ，１４１ｅを覆う配置で取り付けて、他端寄り開口部１４１ａ，１４１ｂ同士を接続する接続流路１６と、他端寄り開口部１４１ｆ，１４１ｅ同士を接続する接続流路１６を、個別の流路形成部材１８の内部空間によって形成する構成としてもよい。
【０１０２】
前述した胴側流体Ｆ２の流通経路の２つの系統で、上流側端部（起端）に位置するのは、一端寄り開口部１３１ａと、一端寄り開口部１３１ｆである。そこで、胴６の外面における一端寄り開口部１３１ａ，１３１ｆの外側には、図１（ａ）（ｂ）に示したと同様の入口２０を備えたヘッダ部材１９が、各一端寄り開口部１３１ａ，１３１ｆを一緒に覆うように取り付けられている。
【０１０３】
一方、前述した胴側流体Ｆ２の流通経路の２つの系統で、下流側端部（終端）に位置するのは、他端寄り開口部１４１ｃと、他端寄り開口部１４１ｄである。そこで、胴６の外面における他端寄り開口部１４１ｃ，１４１ｄの外側には、図１（ａ）（ｃ）に示したと同様の出口２２を備えたヘッダ部材２１が、各他端寄り開口部１４１ｃ，１４１ｄを一緒に覆うように取り付けられている。
【０１０４】
本実施形態の多管式熱交換器によれば、入口２０に接続された図示しない胴側流体供給部より供給される胴側流体Ｆ２は、入口２０よりヘッダ部材１９内へ供給されると、ヘッダ部材１９内で周方向に分散された後、一端寄り開口部１３１ａを通して区画７１ａに流入すると共に、一端寄り開口部１３１ｆを通して区画７１ｆに流入する。
【０１０５】
区画７１ａに流入した胴側流体Ｆ２は、前述した区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃを順に経る系統の流通経路を通った後、他端寄り開口部１４１ｃからヘッダ部材２１に送られる。
【０１０６】
同様に、区画７１ｆに流入した胴側流体Ｆ２は、前述した区画７１ｆ，７１ｅ，７１ｄを順に経る系統の流通経路を通った後、他端寄り開口部１４１ｄからヘッダ部材２１に送られる。
【０１０７】
このヘッダ部材２１まで達した胴側流体Ｆ２は、第１実施形態の場合と同様に出口２２から取り出される。
【０１０８】
したがって、本実施形態の多管式熱交換器によっても、胴側流体Ｆ２の流通経路を形成している各区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃと７１ｆ，７１ｅ，７１ｄ内では、胴側流体Ｆ２の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなる。特に、容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体Ｆ２が主として容器軸心方向に沿う流れとなる。
【０１０９】
このため、本実施形態の多管式熱交換器によっても、第１実施形態の多管式熱交換器と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
なお、本実施形態では、一端寄り開口部１３１ａ，１３１ｆの外側に共通のヘッダ部材１９を設け、また、他端寄り開口部１４１ｃ，１４１ｄの外側に共通のヘッダ部材２１を設けた構成を示したが、胴側流体Ｆ２の２つの系統の流通経路に、個別の入口側のヘッダ部材１９と、出口側のヘッダ部材２１を備える構成としてもよいことは勿論である。この場合、区画７１ｄ，７１ｅ，７１ｆについては、他端寄り開口部１４１ｄの外側に入口側のヘッダ部材１９を設け、一端寄り開口部１３１ｆの外側に出口側のヘッダ部材２１を設けて、前述した胴側流体Ｆ２の流通経路とは逆に、区画７１ｄ，７１ｅ，７１ｆを順に経る流通経路を形成するようにしてもよい。
【０１１１】
本実施形態のように管群設置領域７に周方向に６つの区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆを形成した構成では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃと区画７１ｄ，７１ｅ，７１ｆの３区画ずつを接続した２系統の流通経路のほかに、前述したように６区画を接続した１系統の流通経路と、２区画ずつを接続した３系統の流通経路を設定することができる。
【０１１２】
［第２実施形態の第１変形例］
図５は、第２実施形態の第１変形例として、６つの区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆを順に接続した１系統の流通経路を設けた形式を示すものである。図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ図４（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。
【０１１３】
なお、図５（ａ）（ｂ）において、図４（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【０１１４】
この第２実施形態の第１変形例では、図５（ａ）に示すように、一端寄り開口部１３１ｂ，１３１ｃ同士、および、一端寄り開口部１３１ｄ，１３１ｅ同士が、それぞれ個別の接続流路１５で接続されている。この２つの接続流路１５は、図４（ａ）の場合と同様に、胴６の外面の対応する個所に取り付けられた周方向に延びる流路形成部材１７の内部空間を、バッフル１２１ｄの外側に配置した仕切部材２５で仕切ることにより形成されている。
【０１１５】
また、図５（ｂ）に示すように、他端寄り開口部１４１ａ，１４１ｂ同士、他端寄り開口部１４１ｃ，１４１ｄ同士、および、他端寄り開口部１４１ｅ，１４１ｆ同士が、それぞれ個別の接続流路１６で接続されている。この場合も、３つの接続流路１６は、胴６の外面の対応する個所に取り付けられた周方向に延びる流路形成部材１８の内部空間を、バッフル１２１ａ，１２１ｃ，１２１ｅの外側に配置された仕切部材２５で仕切ることにより形成されている。
【０１１６】
本変形例では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、図５（ａ）に示すように、一端寄り開口部１３１ａが上流側端部（起端）とされ、一端寄り開口部１３１ｆが下流側端部（終端）とされる。このため、入口側となる一端寄り開口部１３１ａと、出口側となる一端寄り開口部１３１ｆとが隣接して配置されている。
【０１１７】
そこで、本変形例では、胴６の外面における一端寄り開口部１３１ａ，１３１ｆの外側となる個所に、一端寄り開口部１３１ａ，１３１ｆを一緒に覆うヘッダ部材２６を取り付け、このヘッダ部材２６の内部空間を、バッフル１２１ａの外周となる位置に配置された仕切部材２５で仕切った構成としてある。これにより、ヘッダ部材２６の内側には、一端寄り開口部１３１ａの外側で入口側の分散ヘッダとして機能する空間と、一端寄り開口部１３１ｆの外側で出口側の集合ヘッダとして機能する空間が形成されている。
【０１１８】
更に、ヘッダ部材２６は、分散ヘッダとして機能する空間に連通する入口２０と、集合ヘッダとして機能する空間に連通する出口２２とを備えた構成とされている。
【０１１９】
［第２実施形態の第２変形例］
図６は、第２実施形態の第２変形例として、６つの区画７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆのうち、２つずつの区画７１ａ，７１ｂ、区画７１ｃ，７１ｄ、区画７１ｅ，７１ｆを接続した３系統の流通経路を設けた形式を示すものである。図６（ａ）（ｂ）は、それぞれ図４（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。
【０１２０】
なお、図６（ａ）（ｂ）において、図４（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【０１２１】
この第２実施形態の第２変形例では、胴６の外面における一端寄り開口部１３１ａ，１３１ｂ、一端寄り開口部１３１ｃ，１３１ｄ、一端寄り開口部１３１ｅ，１３１ｆのそれぞれの外側となる個所に、図５（ａ）に示したと同様のヘッダ部材２６が個別に取り付けられている。
【０１２２】
また、他端寄り開口部１４１ａ，１４１ｂ、他端寄り開口部１４１ｃ，１４１ｄ、他端寄り開口部１４１ｅ，１４１ｆが、それぞれ個別の流路形成部材１８によって形成された接続流路１６を介して接続されている。
【０１２３】
以上の第２実施形態の第１変形例および第２変形例によっても、胴側流体Ｆ２の流通経路の１つの系統に含まれる区画数は異なるが、第２実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
［第３実施形態］
図７は多管式熱交換器の第３実施形態を示すものであり、図７（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。
【０１２５】
なお、図７（ａ）（ｂ）において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態において、管側流体Ｆ１の流通経路は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０１２６】
本実施形態の多管式熱交換器は、管群８における伝熱管９の配列が、たとえば、図７（ａ）（ｂ）に示すような正方形を単位とする四角配列となっている場合に適用する例を示すものである。
【０１２７】
伝熱管９が四角配列となっている場合、管群８には、各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる個所が、周方向９０度間隔の４個所に形成される。
【０１２８】
そこで、本実施形態では、図７（ａ）（ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の構成において、管群設置領域７における周方向９０度間隔の４個所に、バッフル１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄを設けた構成としてある。
【０１２９】
これにより、本実施形態では、管群設置領域７に、各バッフル１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄによって仕切られた４つの区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄが周方向に配列されて形成されている。
【０１３０】
なお、各バッフル１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄは、四角配列された各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる４個所に配置することが好ましい。これは、第１実施形態の場合と同様の理由による。
【０１３１】
また、各バッフル１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄは、管群８における各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる個所以外の個所に配置してもよいという点も第１実施形態と同様である。
【０１３２】
各区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄには、外周部における容器軸心方向一端寄りの端部に、一端寄り開口部１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄが設けられている。また、外周部における容器軸心方向他端寄りの端部に、他端寄り開口部１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄが設けられている。
【０１３３】
次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを通る胴側流体Ｆ２の流通経路について説明する。
【０１３４】
本実施形態では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、区画７２ａ，７２ｂ同士と、区画７２ｄ，７２ｃ同士の２区画ずつを接続した２系統の流通経路として設定される。
【０１３５】
そのため、区画７２ａ，７２ｂでは、他端寄り開口部１４２ａ，１４２ｂ同士が接続流路１６により接続される。
【０１３６】
これにより、区画７２ａと７２ｂを接続した胴側流体Ｆ２の流通経路は、一端寄り開口部１３２ａから、区画７２ａの内部空間と他端寄り開口部１４２ａ、接続流路１６、他端寄り開口部１４２ｂと区画７２ｂの内部空間を順に経て、一端寄り開口部１３２ｂまで一連に繋がる流通経路とされる。
【０１３７】
一方、区画７２ｄ，７２ｃでは、他端寄り開口部１４２ｄ，１４２ｃ同士が、別の接続流路１６により接続される。これにより、区画７２ｄと７２ｃを接続した胴側流体Ｆ２の流通経路は、一端寄り開口部１３２ｄから、区画７２ｄの内部空間と他端寄り開口部１４２ｄ、接続流路１６、他端寄り開口部１４２ｃと区画７２ｃの内部空間を順に経て、一端寄り開口部１３２ｃまで一連に繋がる流通経路とされる。
【０１３８】
前記の胴側流体Ｆ２の流通経路の２つの系統で、上流側端部（起端）に位置するのは、一端寄り開口部１３２ａと、一端寄り開口部１３２ｄである。そこで、胴６の外面における一端寄り開口部１３２ａ，１３２ｄの外側には、図１（ａ）（ｂ）に示したと同様の入口２０を備えたヘッダ部材１９が、各一端寄り開口部１３２ａ，１３２ｄを一緒に覆うように取り付けられている。
【０１３９】
一方、前記の胴側流体Ｆ２の流通経路の２つの系統で、下流側端部（終端）に位置するのは、一端寄り開口部１３２ｂと一端寄り開口部１３２ｃである。そこで、胴６の外面における一端寄り開口部１３２ｂ，１３２ｃの外側には、図１（ａ）（ｃ）に示したと同様の出口２２を備えたヘッダ部材２１が、各一端寄り開口部１３２ｂ，１３２ｃを一緒に覆うように取り付けられている。
【０１４０】
本実施形態の多管式熱交換器によれば、入口２０に接続された図示しない胴側流体供給部より供給される胴側流体Ｆ２は、入口２０よりヘッダ部材１９内へ供給されると、ヘッダ部材１９内で周方向に分散された後、一端寄り開口部１３２ａを通して区画７２ａに流入すると共に、一端寄り開口部１３２ｄを通して区画７２ｄに流入する。
【０１４１】
区画７２ａに流入した胴側流体Ｆ２は、前述した区画７２ａ，７２ｂを順に経る系統の流通経路を通った後、一端寄り開口部１３２ｂからヘッダ部材２１に送られる。
【０１４２】
同様に、区画７２ｄに流入した胴側流体Ｆ２は、前述した区画７２ｄ，７２ｃを順に経る系統の流通経路を通った後、一端寄り開口部１３２ｃからヘッダ部材２１に送られる。
【０１４３】
このヘッダ部材２１まで達した胴側流体Ｆ２は、その出口２２から取り出される。
【０１４４】
したがって、本実施形態の多管式熱交換器によっても、胴側流体Ｆ２の流通経路を形成している各区画７２ａ，７２ｂと各区画７２ｄ，７２ｃ内では、胴側流体Ｆ２の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなる。特に、容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体Ｆ２が主として容器軸心方向に沿う流れとなる。
【０１４５】
このため、本実施形態の多管式熱交換器によっても、第１実施形態の多管式熱交換器と同様の効果を得ることができる。
【０１４６】
なお、本実施形態では、一端寄り開口部１３２ａと一端寄り開口部１３２ｄの外側に共通のヘッダ部材１９を設け、他端寄り開口部１３２ｂと他端寄り開口部１３２ｃの外側に共通のヘッダ部材２１を設けた構成を示したが、胴側流体Ｆ２の２つの系統の流通経路に、個別の入口側のヘッダ部材１９と、出口側のヘッダ部材２１を備える構成としてもよいことは勿論である。
【０１４７】
本実施形態のように管群設置領域７に周方向に４つの区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを形成した構成では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、区画７２ａ，７２ｂ同士と区画７２ｃ，７２ｄ同士の２区画ずつを接続した２系統の流通経路のほかに、前述したように４区画を接続した１系統の流通経路を設定することができる。
【０１４８】
［第３実施形態の変形例］
図８は、第３実施形態の変形例として、４つの区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを順に接続した１系統の流通経路を設けた形式を示すものである。
【０１４９】
図８（ａ）（ｂ）は、それぞれ図７（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。
【０１５０】
なお、図８（ａ）（ｂ）において、図７（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【０１５１】
この第３実施形態の変形例では、他端寄り開口部１４２ａ，１４２ｂ同士、および、他端寄り開口部１４２ｃ，１４２ｄ同士は、第３実施形態と同様に、個別の接続流路１６を介して接続されている。
【０１５２】
更に、胴６の外面における一端寄り開口部１３２ｂ，１３２ｃの外側には、図１（ａ）（ｂ）に示したと同様の流路形成部材１７が、一端寄り開口部１３２ｂ，１３２ｃを一緒に覆うように取り付けられている。これにより、一端寄り開口部１３２ｂ，１３２ｃ同士が、流路形成部材１７により形成された接続流路１５によって接続されている。
【０１５３】
本変形例では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、図８（ａ）に示すように、一端寄り開口部１３２ａが上流側端部（起端）とされ、一端寄り開口部１３２ｄが下流側端部（終端）とされる。このため入口側となる一端寄り開口部１３２ａと、出口側となる一端寄り開口部１３２ｄとが隣接して配置されている。
【０１５４】
このため、胴６の外面における一端寄り開口部１３２ａ，１３２ｄの外側には、図５（ａ）に示したと同様に、入口２０と出口２２を備え、且つ内部空間が仕切部材２５によって仕切られた構成のヘッダ部材２６が取り付けられている。
【０１５５】
以上の第３実施形態の変形例によっても、胴側流体Ｆ２の流通経路の１つの系統に含まれる区画数は異なるが、第３実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
［第４実施形態］
図９は多管式熱交換器の第４実施形態を示すものである。図９（ａ）（ｂ）はそれぞれ図７（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。
【０１５７】
なお、図９（ａ）（ｂ）において、図７（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態において、管側流体Ｆ１の流通経路は、第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１５８】
本実施形態の多管式熱交換器は、管群８における伝熱管９の配列が、たとえば、図９（ａ）（ｂ）に示すような正方形を単位とする四角配列となっている場合に適用する別の例を示すものである。
【０１５９】
本実施形態では、図９（ａ）（ｂ）に示すように、図７（ａ）（ｂ）に示した第３実施形態と同様の構成において、管群設置領域７の４個所にバッフル１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄを設けた構成に代えて、管群設置領域における周方向４５度間隔の８個所に、バッフル１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅ，１２３ｆ，１２３ｇ，１２３ｈを設けた構成としてある。
【０１６０】
これにより、本実施形態では、管群設置領域７に、各バッフル１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅ，１２３ｆ，１２３ｇ，１２３ｈによって仕切られた８つの区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈが周方向に配列されて形成されている。
【０１６１】
なお、各バッフル１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅ，１２３ｆ，１２３ｇ，１２３ｈのうちの半数は、図７に示した第３実施形態と同様に、四角配列された各伝熱管９同士の隙間が半径方向に連続して延びるようになる周方向９０度間隔の４個所に合わせて配置するようにすることが好ましい。この場合、残りの半数は、管群８に配列されている各伝熱管９のうちの一部を間引くことで管群設置領域７に半径方向に延びる空間を形成して、そこに設けるようにすればよい。
【０１６２】
なお、各バッフル１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅ，１２３ｆ，１２３ｇ，１２３ｈの配置は、管群の配列に対し、前記した配置以外の配置としてもよいことは勿論である。
【０１６３】
各区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈには、外周部における容器軸心方向一端寄りの端部に、一端寄り開口部１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ，１３３ｄ，１３３ｅ，１３３ｆ，１３３ｇ，１３３ｈが設けられている。また、各区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈの外周部における他端寄りの端部には、他端寄り開口部１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄ，１４３ｅ，１４３ｆ，１４３ｇ，１４３ｈが設けられている。
【０１６４】
次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈを通る胴側流体Ｆ２の流通経路について説明する。
【０１６５】
本実施形態では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄと、区画７３ｈ，７３ｇ，７３ｆ，７３ｅの４区画ずつを接続した２系統の流通経路として設定される。
【０１６６】
そのため、区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄでは、他端寄り開口部１４３ａ，１４３ｂ同士と、他端寄り開口部１４３ｃ，１４３ｄ同士が、個別の接続流路１６によってそれぞれ接続される。更に、一端寄り開口部１３３ｂ，１３３ｃ同士は、接続流路１５により接続される。
【０１６７】
これにより、区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄを接続した胴側流体Ｆ２の流通経路は、一端寄り開口部１３３ａから、区画７３ａの内部空間と他端寄り開口部１４３ａ、接続流路１６、他端寄り開口部１４３ｂと区画７３ｂの内部空間と一端寄り開口部１３３ｂ、接続流路１５、一端寄り開口部１３３ｃと区画７３ｃの内部空間と他端寄り開口部１４３ｃ、別の接続流路１６、他端寄り開口部１４３ｄと区画７３ｄの内部空間を順に経て、一端寄り開口部１３３ｄまで一連に繋がる流通経路とされる。
【０１６８】
一方、区画７３ｈ，７３ｇ，７３ｆ，７３ｅでは、他端寄り開口部１４３ｈ，１４３ｇ同士と、他端寄り開口部１４３ｆ，１４３ｅ同士が、更に別々の接続流路１６により接続される。更に、一端寄り開口部１３３ｇ，１３３ｆ同士が、接続流路１５により接続される。
【０１６９】
これにより、区画７３ｈ，７３ｇ，７３ｆ，７３ｅを接続した胴側流体Ｆ２の流通経路は、一端寄り開口部１３３ｈから、区画７３ｈの内部空間と他端寄り開口部１４３ｈ、接続流路１６、他端寄り開口部１４３ｇと区画７３ｇの内部空間と一端寄り開口部１３３ｇ、接続流路１５、一端寄り開口部１３３ｆと区画７３ｆの内部空間と他端寄り開口部１４３ｆ、別の接続流路１６、他端寄り開口部１４３ｅと区画７３ｅの内部空間を順に経て、一端寄り開口部１３３ｅまで一連に繋がる流通経路とされる。
【０１７０】
前記の胴側流体Ｆ２の流通経路の２つの系統で、上流側端部（起端）に位置するのは、一端寄り開口部１３３ａと、一端寄り開口部１３３ｈである。そこで、胴６の外面における一端寄り開口部１３３ａ，１３３ｈの外側には、図１（ａ）（ｂ）に示したと同様の入口２０を備えたヘッダ部材１９が、各一端寄り開口部１３３ａ，１３３ｈを一緒に覆うように取り付けられている。
【０１７１】
一方、前記の胴側流体Ｆ２の流通経路の２つの系統で、下流側端部（終端）に位置するのは、一端寄り開口部１３３ｄと、一端寄り開口部１３３ｅである。そこで、胴６の外面における一端寄り開口部１３３ｄ，１３３ｅの外側には、図１（ａ）（ｃ）に示したと同様の出口２２を備えたヘッダ部材２１が、各一端寄り開口部１３３ｄ，１３３ｅを一緒に覆うように取り付けられている。
【０１７２】
本実施形態の多管式熱交換器によれば、入口２０に接続された図示しない胴側流体供給部より供給される胴側流体Ｆ２は、入口２０よりヘッダ部材１９内へ供給されると、ヘッダ部材１９内で周方向に分散された後、一端寄り開口部１３３ａを通して区画７３ａに流入すると共に、一端寄り開口部１３３ｈを通して区画７３ｈに流入する。
【０１７３】
区画７３ａに流入した胴側流体Ｆ２は、前述した区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄを順に経る系統の流通経路を通った後、一端寄り開口部１３３ｄからヘッダ部材２１に送られる。
【０１７４】
同様に、区画７３ｈに流入した胴側流体Ｆ２は、前述した区画７３ｈ，７３ｇ，７３ｆ，７３ｅを順に経る系統の流通経路を通った後、一端寄り開口部１３３ｅからヘッダ部材２１に送られる。
【０１７５】
このヘッダ部材２１まで達した胴側流体Ｆ２は、その出口２２から取り出される。
【０１７６】
したがって、本実施形態の多管式熱交換器によっても、胴側流体Ｆ２の流通経路を形成している各区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄと各区画７３ｈ，７３ｇ，７３ｆ，７３ｅ内では、胴側流体Ｆ２の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなる。特に、容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体Ｆ２が主として容器軸心方向に沿う流れとなる。
【０１７７】
このため、本実施形態の多管式熱交換器によっても、第１実施形態の多管式熱交換器と同様の効果を得ることができる。
【０１７８】
なお、本実施形態では、一端寄り開口部１３３ａと一端寄り開口部１３３ｈの外側に共通のヘッダ部材１９を設け、一端寄り開口部１３３ｄと一端寄り開口部１３３ｅの外側に共通のヘッダ部材２１を設けた構成を示したが、胴側流体Ｆ２の２つの系統の流通経路に、個別の入口側のヘッダ部材１９と、出口側のヘッダ部材２１を備える構成としてもよいことは勿論である。
【０１７９】
本実施形態のように管群設置領域７に周方向に８つの区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈを形成した構成では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄと区画７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈの４区画ずつを接続した２系統の流通経路のほかに、前述したように８区画を接続した１系統の流通経路と、２区画ずつを接続した４系統の流通経路を設定することができる。
【０１８０】
［第４実施形態の第１変形例］
図１０は、第４実施形態の第１変形例として、８つの区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈを順に接続した１系統の流通経路を設けた形式を示すものである。
【０１８１】
図１０（ａ）（ｂ）は、それぞれ図９（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。
【０１８２】
なお、図１０（ａ）（ｂ）において、図９（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【０１８３】
この第４実施形態の第１変形例では、図１０（ｂ）に示すように、他端寄り開口部１４３ａ，１４３ｂ、他端寄り開口部１４３ｃ，１４３ｄ、他端寄り開口部１４３ｅ，１４３ｆ、および、他端寄り開口部１４３ｇ，１４３ｈの個別の接続流路１６を介した接続構造は、図９（ｂ）に示した第４実施形態の場合と同様とされている。
【０１８４】
また、図１０（ａ）に示すように、一端寄り開口部１３３ｂ，１３３ｃ同士、一端寄り開口部１３３ｄ，１３３ｅ同士、一端寄り開口部１３３ｆ，１３３ｇ同士が、個別の接続流路１５を介して接続されている。これらの接続流路１５は、胴６の外面の対応する個所に個別に取り付けられた流路形成部材１７によって形成されている。
【０１８５】
本変形例では、胴側流体Ｆ２の流通経路は、図１０（ａ）に示すように、一端寄り開口部１３３ａが上流側端部（起端）とされ、一端寄り開口部１３３ｈが下流側端部（終端）とされる。入口側となる一端寄り開口部１３３ａと、出口側となる一端寄り開口部１３３ｈとは隣接して配置されている。
【０１８６】
このため、胴６の外面における一端寄り開口部１３３ａ，１３３ｈの外側には、図５（ａ）に示したと同様に、入口２０と出口２２を備え、且つ内部空間が仕切部材２５によって仕切られた構成のヘッダ部材２６が取り付けられている。
【０１８７】
［第４実施形態の第２変形例］
図１１は、第４実施形態の第２変形例として、８つの区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈのうち、２つずつの区画７３ａ，７３ｂ同士、区画７３ｃ，７３ｄ同士、区画７３ｅ，７３ｆ同士、区画７３ｇ，７３ｈ同士を接続した４系統の流通経路を設けた形式を示すものである。
【０１８８】
図１１（ａ）（ｂ）は、それぞれ図９（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。
【０１８９】
なお、図１１（ａ）（ｂ）において、図９（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【０１９０】
この第４実施形態の第２変形例では、図１１（ｂ）に示すように、他端寄り開口部１４３ａ，１４３ｂ、他端寄り開口部１４３ｃ，１４３ｄ、他端寄り開口部１４３ｅ，１４３ｆ、および、他端寄り開口部１４３ｇ，１４３ｈの接続流路１６を介した接続構造は、図９（ｂ）に示した第４実施形態の場合と同様とされている。
【０１９１】
一方、胴６の外面には、一端寄り開口部１３３ａ，１３３ｂの外側となる位置、一端寄り開口部１３３ｃ，１３３ｄの外側となる位置、一端寄り開口部１３３ｅ，１３３ｆの外側となる位置、および、一端寄り開口部１３３ｇ，１３３ｈの外側となる位置に、図５（ａ）に示したと同様に、入口２０と出口２２を備え、且つ内部空間が仕切部材２５によって仕切られた構成のヘッダ部材２６がそれぞれ取り付けられている。
【０１９２】
以上の第４実施形態の第１変形例および第２変形例によっても、胴側流体Ｆ２の流通経路の１つの系統に含まれる区画の数は異なるが、第４実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。
【０１９３】
［第５実施形態］
図１２は、多管式熱交換器の第５実施形態を示すものである。図１２（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＣ−Ｃ方向矢視断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のＤ−Ｄ方向矢視断面図である。なお、図１２（ａ）のＥ−Ｅ方向矢視断面における構成は、Ｄ−Ｄ方向矢視断面における構成と外観は共通している。そのため、図１２（ａ）のＥ−Ｅ方向矢視断面における構成については、Ｄ−Ｄ方向矢視断面の構成と異なる符号が付された構成要素についてのみ、図１２（ｃ）にその符号を括弧書きで示してある。図１３は本実施形態における胴側流体の流通経路の概要図である。
【０１９４】
なお、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）、図１３において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。更に、本実施形態において、管側流体Ｆ１の流通経路は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０１９５】
本実施形態の多管式熱交換器は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した第１実施形態と同様に、管群設置領域７に、バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより仕切られた３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃが、周方向に配列して形成されている。
【０１９６】
管群設置領域７に形成された各区画７ａ，７ｂ，７ｃを通る胴側流体Ｆ２の流通経路は、次のようにしてある。
【０１９７】
図１３は、胴側流体Ｆ２の流通経路の概要を説明するための図で、図２と同様に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの中央位置での断面図を並べて示してある。なお、図１３では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの断面は、外周側が右側になり、内周側が左側になるように配置されている。また、図１３では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃを図示する便宜上、各バッフル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、容器１の胴６以外の部分、および、伝熱管９の記載は省略してある。
【０１９８】
各区画７ａ，７ｂ，７ｃは、容器軸心方向の中間部の外周側に、中間部開口部２７ａ，２７ｂ，２７ｃを備えている。更に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃは、容器軸心方向の中間部から両端側にずれた２個所の外周側として、たとえば、容器軸心方向の一端寄りの端部（図１３では上端寄りの端部）および容器軸心方向他端寄りの端部（図１３では下端寄りの端部）の外周側に、一端寄り開口部１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃと他端寄り開口部１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃを備えた構成とされている。
【０１９９】
周方向に配列された３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃのうち、隣接する区画７ａと区画７ｂは、互いの周方向に隣接する一端寄り開口部１３４ａ，１３４ｂ同士、および、他端寄り開口部１４４ａ，１４４ｂ同士が、胴６の外面に沿って延びる個別の接続流路２８を介して接続されている。
【０２００】
また、隣接する区画７ｂと区画７ｃは、互いの周方向に隣接する中間部開口部２７ｂ，２７ｃ同士が、胴６の外面に沿って延びる接続流路２９を介して接続されている。
【０２０１】
これらの接続流路２８，２９は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した流路形成部材１７，１８と同様の樋状の流路形成部材３０，３１を、胴６の外面に取り付けることで形成されている。
【０２０２】
以上により、管群設置領域７には、中間部開口部２７ａから、区画７ａの内部空間、一端寄り開口部１３４ａおよび他端寄り開口部１４４ａ、接続流路２８、一端寄り開口部１３４ｂおよび他端寄り開口部１４４ｂ、区画７ｂの内部空間、中間部開口部２７ｂ、接続流路２９、中間部開口部２７ｃ、区画７ｃの内部空間を順に経て、一端寄り開口部１３４ｃおよび他端寄り開口部１４４ｃまで上下流方向に繋がる胴側流体Ｆ２の流通経路が形成される。
【０２０３】
これにより、区画７ａと７ｃでは、容器軸心方向中間部に設けられた中間部開口部２７ａ，２７ｃより流入する胴側流体Ｆ２が、容器軸心方向両端部に設けられた一端寄り開口部１３４ａ，１３４ｃおよび他端寄り開口部１４４ａ，１４４ｃに向けて流れるようになる。
【０２０４】
また、区画７ｂでは、容器軸心方向両端寄りに設けられた一端寄り開口部１３４ｂおよび他端寄り開口部１４４ｂより流入する胴側流体Ｆ２が、容器軸心方向中間部に設けられた中間部開口部２７ｂに向けて流れるようになる。
【０２０５】
したがって、各区画７ａ，７ｂ，７ｃでは、胴側流体Ｆ２が、中間部開口部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ、一端寄り開口部１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ、他端寄り開口部１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃが設けられている容器軸心方向中間部と両端部寄りの領域では、管群直交流の流れ成分を含むようになるが、その間の領域では、主として容器軸心方向に沿った流れとなる。
【０２０６】
前述した胴側流体Ｆ２の流通経路において、上流側端部（起端）に位置するのは、中間部開口部２７ａである。そこで、胴６の外面における中間部開口部２７ａの外側には、図１（ａ）（ｂ）に示したと同様の入口２０を備えたヘッダ部材１９が取り付けられている。
【０２０７】
また、胴側流体Ｆ２の流通経路において、下流側端部（終端）に位置するのは、一端寄り開口部１３４ｃおよび他端寄り開口部１４４ｃである。そこで、胴の外面における一端寄り開口部１３４ｃと他端寄り開口部１４４ｃの外側には、図１（ａ）（ｃ）に示したと同様の出口２２を備えたヘッダ部材２１が取り付けられている。
【０２０８】
以上の構成としてある本実施形態の多管式熱交換器も、第１実施形態と同様に使用して、管側流体Ｆ１と胴側流体Ｆ２との熱交換を実施することができる。
【０２０９】
また、本実施形態の多管式熱交換器でも、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内での胴側流体Ｆ２の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなり、特に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおいて、容器軸心方向の中間部と一端寄りとの間の領域、および、容器軸心方向の中間部と他端寄りとの間の領域では、胴側流体Ｆ２が、主として容器軸心方向に沿う流れとなる。
【０２１０】
このため、本実施形態の多管式熱交換器によっても、第１実施形態の多管式熱交換器と同様の効果を得ることができる。
【０２１１】
本実施形態では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内に、容器軸心方向の中間部を挟んで、一端寄りと他端寄りに２つに分かれて胴側流体Ｆ２が流通するため、容器１の管群設置領域７の容器軸心方向に沿う寸法が大きい場合に、胴側流体Ｆ２の流路が過度に長くなるのを抑制する場合に有利な構成とすることができる。
【０２１２】
なお、本実施形態では、ヘッダ部材２１の出口２２を入口とし、ヘッダ部材１９の入口２０を出口として、胴側流体Ｆ２の流れを逆にしてもよい。
【０２１３】
［胴側流体の流通経路の配置パターン］
ここで、前述の各実施形態から明らかとなる本発明の多管式熱交換器に備える胴側流体Ｆ２の流通経路の配置パターンについて述べる。
【０２１４】
本発明の多管式熱交換器では、管群設置領域７の周方向に形成する複数の区画について、すべての区画を経る一系統のみの流通経路を形成する構成としてもよく、あるいは、区画数が、１とその数以外の約数を有する数となっている場合は、その約数ずつに分けた区画を接続した複数系統の流通経路を形成する構成としてもよい。
【０２１５】
複数系統の胴側流体Ｆ２の流通経路を備える構成では、各系統の流通経路における胴側流体Ｆ２を流通させる方向は、各系統ごとに独立して設定してよい。この際、それぞれの系統の流通経路ごとに、周方向に配列された区画を順に経て胴側流体を移動させる方向は、容器１の軸心方向の一端側から見て時計回り方向、または、反時計回り方向のいずれに設定してもよい。このため、各系統の流通経路は、入口２０と出口２２が容器軸心方向に揃えて配置されていなくてもよい。
【０２１６】
複数系統の流通経路の入口側となる区画の開口部が隣接している場合は、各開口部の外側に、入口２０を有するヘッダ部材１９を個別に備えてもよいが、入口２０を有する共通のヘッダ部材１９を備えるようにしてもよい。
【０２１７】
複数系統の流通経路の出口側となる区画の開口部が隣接している場合は、各開口部の外側に、出口２２を有するヘッダ部材２１を個別に備えてもよいが、出口２２を有する共通のヘッダ部材２１を備えるようにしてもよい。
【０２１８】
更には、図示しないが、複数系統の流通経路の入口側となる区画の開口部が隣接している場合は、隣接する区画の間のバッフルを省略して、区画を共通化した構成としてもよい。たとえば、図４（ａ）に示した構成では、共に入口側となる区画７１ａの開口部１３１ａと区画７１ｆの開口部１３１ｆとが隣接しているので、バッフル１２１ａを省略して区画７１ａと区画７１ｆとを共通化してもよい。図７（ａ）に示した構成では、共に入口側となる区画７２ａの開口部１３２ａと区画７２ｄの開口部１３２ｄとが隣接しているので、バッフル１２２ａを省略して区画７２ａと区画７２ｄとを共通化してもよい。図９（ａ）に示した構成では、共に入口側となる区画７３ａの開口部１３３ａと区画７３ｈの開口部１３３ｈとが隣接しているので、バッフル１２３ａを省略して区画７３ａと区画７３ｈとを共通化してもよい。
【０２１９】
また、図示しないが、複数系統の流通経路の出口側となる区画の開口部が隣接している場合は、隣接する区画の間のバッフルを省略して、区画を共通化した構成としてもよい。たとえば、図４（ｂ）に示した構成では、共に出口側となる区画７１ｃの開口部１４１ｃと区画７１ｄの開口部１４１ｄとが隣接しているので、バッフル１２１ｄを省略して区画７１ｃと区画７１ｄとを共通化してもよい。図７（ａ）に示した構成では、共に出口側となる区画７２ｂの開口部１３２ｂと区画７２ｃの開口部１３２ｃとが隣接しているので、バッフル１２２ｃを省略して区画７２ｂと区画７２ｃとを共通化してもよい。図９（ａ）に示した構成では、共に出口側となる区画７３ｄの開口部１３３ｄと区画７３ｅの開口部１３３ｅとが隣接しているので、バッフル１２３ｅを省略して区画７３ｄと区画７３ｅとを共通化してもよい。
【０２２０】
［第６実施形態］
図１４は、多管式熱交換器の第６実施形態を示すもので、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に対応する図である。
【０２２１】
なお、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【０２２２】
本実施形態の多管式熱交換器は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した第１実施形態と同様の構成において、管群８の各伝熱管９に触媒３２が充填された構成としてある。且つ、各伝熱管９に流通させる管側流体Ｆ１は、触媒３２を介した触媒反応の対象とする反応原料および反応生成物としてのプロセス流体とし、各伝熱管９の外側に流通させる胴側流体Ｆ２は、熱媒とした構成とする。
【０２２３】
なお、本実施形態の多管式熱交換器では、各伝熱管９の外側に流通させる胴側流体Ｆ２が各区画７ａ，７ｂ，７ｃを順に流通するようにしてある点に鑑みて、前記熱媒として用いる胴側流体Ｆ２は、各伝熱管９の管内側におけるプロセス流体である管側流体Ｆ１の熱伝達率に比して、管外側の熱伝達率が大きくなるように、密度、比熱、熱伝導率や流量が設定してあるものとする。また、該熱媒としての胴側流体Ｆ２は、触媒反応が発熱反応の場合は、冷却媒体を用いるようにし、触媒反応が吸熱反応の場合は、加熱媒体を用いるようにすればよい。更に、熱媒の種類は、触媒反応に所望される温度条件等に応じて適宜選定すればよい。
【０２２４】
本実施形態の多管式熱交換器では、前記各伝熱管９の内部で、触媒３２により反応原料より反応生成物を生成させる触媒反応が進行する。
【０２２５】
この際、前記したように、各伝熱管９では、管内側の熱伝達率が管外側の熱伝達率よりも小さくなるようにしてあるため、各伝熱管９の管壁を介した前記反応原料および反応生成物となる管側流体Ｆ１と、熱媒となる胴側流体Ｆ２との熱通過率（総括熱伝達係数）は、前記管内側の熱伝達率に大きく依存している。そのため、本実施形態の多管式熱交換器では、前記管内側の熱伝達率が、前記管壁内外方向の熱通過率の全体に対して律速となる。
【０２２６】
よって、本実施形態の多管式熱交換器は、熱媒となる胴側流体Ｆ２に前記したような各区画７ａ，７ｂ，７ｃを順次経ることで多少の温度変化が生じたりする場合であっても、胴側流体Ｆ２による管外側の熱伝達率は、前記熱通過率への寄与が小さい。そのため、各伝熱管９内をほぼ均一な温度条件に保持することができる。よって、本実施形態の多管式熱交換器は、各伝熱管９で前記触媒反応を一様に進行させることが可能な多管式反応器として使用することができる。
【０２２７】
なお、本実施形態のように各伝熱管９に触媒３２を充填する構成は、前述の各実施形態、応用例、および変形例に適用してもよいことは勿論である。
【０２２８】
また、本発明は前述の各実施形態および各変形例のみに限定されるものではなく、管側流体入口１０と管側流体出口１１を入れ替えて、容器１の軸心方向他端部の管板４により仕切られた空間を分配ヘッダとし、容器１の軸心方向一端側の管板２により仕切られた空間を集合ヘッダとしてもよい。かかる構成では、前述の各実施形態に対して管側流体Ｆ１の流れ方向は逆になるが、各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０２２９】
流路形成部材１７，１８とヘッダ部材１９，２１とを別々の部材とした構成を示したが、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状の部材の内部空間を仕切板で仕切ることで、胴側流体Ｆ２の分散室や集合室と、接続流路１５や接続流路１６を形成させる構成としてもよい。
【０２３０】
管群設置領域７に設けるバッフルの数は、図示した以外の数としてもよい。したがって、管群設置領域に周方向に並べて形成させる区画の数も、図示した以外の数としてもよい。
【０２３１】
管群８における各伝熱管９の配列としては、三角配列と四角配列を例示したが、図示した以外の規則配列や、その他、任意の配列を採用してもよい。また、各伝熱管９の径や本数、配列ピッチは適宜変更してよい。
【０２３２】
容器１の軸心方向寸法と径寸法との比、容器１内における各管板２と４の設置位置、分配ヘッダ３と集合ヘッダ５の容積、各管板２と４同士の間隔、各区画に備える各開口部の容器軸心方向の寸法等は、管側流体Ｆ１と胴側流体Ｆ２の供給量や、温度条件等の熱交換処理に所望される種々の条件に応じて、図示したものから適宜変更してもよい。
【０２３３】
前記管側流体Ｆ１および胴側流体Ｆ２は、ガスまたは液体のいずれであってもよい。
【０２３４】
本発明の多管式熱交換器は、いかなる熱交換処理を行う熱交換器に適用してもよい。
【０２３５】
本発明の多管式熱交換器は、容器１の軸心方向を、上下方向以外のいかなる方向に向けた姿勢で用いるようにしてもよい。
【０２３６】
各伝熱管９について、長手方向の途中位置で振れ止めのための支持が必要な場合は、ワイヤやロッドを格子状に組み合わせたロッドバッフル等の管支持材で支持するようにすればよい。
【０２３７】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【実施例】
【０２３８】
本発明の多管式熱交換器に関し、第１実施形態、第２実施形態とその第１変形例および第２変形例、第３実施形態とその変形例、第４実施形態とその第１変形例および第２変形例、第５実施形態の各構成について、伝熱管９と管内側を流通させる管側流体Ｆ１との間の熱伝達率（管内側の熱伝達率）ｈ１、および、伝熱管９と管外側を流通させる胴側流体Ｆ２との間の熱伝達率（管外側の熱伝達率）ｈ２と、管側流体Ｆ１と胴側流体Ｆ２との伝熱管９の管壁を介した熱通過率Ｋと、管側流体Ｆ１側の圧力損失、および、胴側流体Ｆ２側の圧力損失について数値解析した。
【０２３９】
なお、熱通過率Ｋの算出は、次式に基づいて行った。
【０２４０】
【数１】
0006634770.tif 000002
その解析結果を、下記の表１に示す。
【０２４１】
表１における比較例１は、従来の多管式熱交換器であって、管群設置領域に、伝熱管の長手方向の３個所に、伝熱管の長手方向に直交する面内に配置したドーナツ状のバッフル２枚とディスク状のバッフル１枚を設けてなる４段流路構成としたものである。
【０２４２】
また、比較例２は、前記比較例１と同様の構成において、各バッフルにおける伝熱管挿通孔と伝熱管との隙間からのリークを考慮したものである。
【０２４３】
このリークの算出条件は次のようにした。
隙間形状係数：Ｚ＝６７
管本数：約２００００本
Ｚの定義は、下記による。
Ｚ＝２ｔ／（Ｄ−ｄ）
ｔ：バッフル厚さ
Ｄ：バッフルの管挿通孔の径
ｄ：伝熱管の外径
【０２４４】
この比較例１、２の構成について、前記と同様に、管側流体側の熱伝達率（管内側の熱伝達率）ｈ１と、胴側流体側の熱伝達率（管外側の熱伝達率）ｈ２と、熱通過率Ｋと、管側流体側の圧力損失と、胴側流体側の圧力損失について数値解析した。
【０２４５】
なお、前述の各実施形態、および、比較例１、２の構成は、伝熱管９の径、管ピッチ、本数、管側流体Ｆ１の流量、胴側流体Ｆ２の流量、容器１の径、高さを同様に設定してある。
【０２４６】
なお、前記伝熱管９には触媒が充填され、管側流体Ｆ１がガスであると想定して、管内側の管側流体Ｆ１が、管外側の胴側流体Ｆ２に比して熱伝達率が低くなるように設定してある。
【０２４７】
また、以下の表１では、各熱伝達率ｈ１およびｈ２と、熱通過率Ｋについては、各実施形態と比較例１、２に共通している伝熱管９内に流通させる管側流体Ｆ１側の熱伝達率（管内側の熱伝達率）ｈ１の解析結果の値を基準となる１．０とおいて、各実施形態と比較例１、２の前記各項目の解析結果を規格化している。圧力損失については、前記と同様に、管側流体Ｆ１側の圧力損失の解析結果の値を基準となる１．０とおいて、各実施形態と比較例１、２の前記各項目の解析結果を規格化している。
【０２４８】
【表１】
0006634770.tif 000003
【０２４９】
以上の結果から明らかなように、各実施形態のいずれにおいても、比較例１、２とした伝熱管長手方向に直交するバッフルを備えた多管式熱交換器に比して、伝熱管９と胴側流体Ｆ２側の熱伝達率（管外側の熱伝達率）ｈ２は低下する。特に、第５実施形態では、熱伝達率（管外側の熱伝達率）ｈ２の低下量が比較的大きいが、これは、第５実施形態では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内における胴側流体Ｆ２の流れが容器軸心方向一端寄りと他端寄りで２つの流れとなるために、胴側流体Ｆ２の流速が遅くなることが原因であると考えられる。
【０２５０】
しかし、熱交換器の熱交換性能の指標となる熱通過率Ｋに関しては、各実施形態のいずれにおいても、律速の因子となる伝熱管９と管側流体Ｆ１側の熱伝達率ｈ１が変化しないため、各実施形態の熱通過率Ｋは、それぞれ０．９２〜０．７６の範囲の値となり、比較例１、比較例２の熱通過率Ｋの０．９７という値に比して熱交換性能はあまり低下していない。
【０２５１】
一方、各実施形態では、胴側流体Ｆ２側の圧力損失は、それぞれ、０．０２５〜１．０の範囲の値となっており、比較例１の胴側流体側の圧力損失の４．４という値に比して、更には、比較例２の胴側流体側の圧力損失の１．８という値に比しても低減させることができることが判明した。よって、本発明の多管式熱交換器では、熱通過率Ｋの低下を抑制しながら、すなわち、熱交換性能の低下を抑制しながら、胴側流体Ｆ２の圧力損失を大幅に低減できることが判明した。
【符号の説明】
【０２５２】
１  容器、２  管板、３  分配ヘッダ、４  管板、５  集合ヘッダ、７  管群設置領域、７ａ，７ｂ，７ｃ  区画、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆ  区画、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ  区画、７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈ  区画、８  管群、９  伝熱管、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  バッフル、１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆ  バッフル、１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ  バッフル、１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅ，１２３ｆ，１２３ｇ，１２３ｈ  バッフル、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  一端寄り開口部（開口部）、１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ，１３１ｆ  一端寄り開口部（開口部）、１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ  一端寄り開口部（開口部）、１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ，１３３ｄ，１３３ｅ，１３３ｆ，１３３ｇ，１３３ｈ  一端寄り開口部（開口部）、１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ  一端寄り開口部（開口部）、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  他端寄り開口部（開口部）、１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ，１４１ｅ，１４１ｆ  他端寄り開口部（開口部）、１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ  他端寄り開口部（開口部）、１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄ，１４３ｅ，１４３ｆ，１４３ｇ，１４３ｈ  他端寄り開口部（開口部）、１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ  他端寄り開口部（開口部）、１５  接続流路、１６  接続流路、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ  中間部開口部（開口部）、２８  接続流路、２９  接続流路、３２  触媒、Ｆ１  管側流体（第１の流体）、Ｆ２  胴側流体（第２の流体）
【図１】
0006634770.tif 000004
【図２】
0006634770.tif 000005
【図３】
0006634770.tif 000006
【図４】
0006634770.tif 000007
【図５】
0006634770.tif 000008
【図６】
0006634770.tif 000009
【図７】
0006634770.tif 000010
【図８】
0006634770.tif 000011
【図９】
0006634770.tif 000012
【図１０】
0006634770.tif 000013
【図１１】
0006634770.tif 000014
【図１２】
0006634770.tif 000015
【図１３】
0006634770.tif 000016
【図１４】
0006634770.tif 000017