(57)【要約】【課題】  多管式熱交換器の管の保持と流体の流れの整流及び熱伝達率の確保のために用いられる邪魔板の構造の改良を図る。【解決手段】  第１の熱交換流体の流路となる管束６と、管束６を覆い第２の熱交換流体の流路となる外殻１と、外殻１内にあって管束６の軸方向と交差する方向に沿って配置され前記管束の個々の管が貫通する複数の貫通孔８を有する邪魔板７を備え、貫通孔８は、その内周面の一部８ａに前記管６の外周面の一部が接触するとともに前記内周面の他部８ｂと前記管６の外周面との間に第２の熱交換流体が通過する隙間９を有する。管６を高い寸法精度で支持でき、また流体の抵抗を小さくして熱交換効率を向上させることができ、貫通孔のピッチを小さくして装置をコンパクト化することも可能になる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の熱交換流体の流路となる管束と、該管束を覆い第２の熱交換流体の流路となる外殻と、前記外殻内にあって前記管束の軸方向と交差する方向に沿って配置され前記管束の個々の管が貫通する複数の貫通孔を有する邪魔板とを備え、前記貫通孔の一部または全部は、その内周面の一部に前記管の外周面の一部が接触するとともに前記内周面の他部と前記管の外周面との間に前記第２の熱交換流体が通過する隙間を有する形状からなることを特徴とする多管式熱交換器。
【請求項２】
前記貫通孔は、点対称形状からな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】
前記貫通孔は、略菱形形状を有し、一対の対向隅部が前記管の外周面が内接する弧状の形状を有し、他の一対の対向隅部は前記管の外周面と離隔する形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
前記貫通孔は、複数が規則的に配列していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は各種プラント、建築などの省エネルギー化や反応操作を行うための多管式熱交換器に関するもので、特に該多管式熱交換器に用いられる邪魔板の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器の構造の１種として多管式熱交換器が知られている。この熱交換器は、外殻の内部に多数の管を束にして管束を配置して、多管の内部と外殻の内部にそれぞれ温度の異なる熱交換流体を流して多管壁を通して熱交換流体同士で熱交換を行うものである。また、この熱交換器では、管束を支持するとともに外殻内部を流れる熱交換流体の偏流を防止し、流れの状態を変えて熱交換効率を高めるために、管の軸方向に直角に邪魔板を配置するとともに邪魔板に管の外形に合わせた貫通孔を設けて上記多管を貫通させるものが知られている（例えば特許文献１、２）
【０００３】
さらに、熱交換流体が移動する際の流体抵抗を小さくするために、邪魔板に流体通過用の通過孔を形成するものが提案されている。図３は、邪魔板３０に多数の貫通孔３１を形成して該貫通孔３０に管４０を挿通させるとともに、貫通孔３１の周囲に小孔の通過孔３２を形成したものである。
また、上記邪魔板に変えて、図４に示すように、短冊上の金属板３５を互いに形成したスリットを交互に嵌め込んだり、溶接固定したりして、格子状に組み付け、その格子内にそれぞれ管４０を挿通させて支持するとともに、管４０の周囲の隙間４１を通して熱交換流体を通過させるものが提案されている。また、この技術を改良して管の外形に合わせて金属板にウェーブを形成したものも提案されている。
【特許文献１】特開平０５−１０６９９３号公報
【特許文献２】特開平０６−１８５８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記のように邪魔板の周囲に小孔の通過孔を形成するものでは、開口率が十分ではなく流体の通過が良好になされず、流体抵抗を低下させたいという要望に十分に応えることができないという問題がある。
また、金属板を格子状に組み合わせるものでは、流体の通過は比較的良好になされるものの管の支持強度が十分ではないため、板幅（管の軸方向）を大きくする必要がありその結果、熱交換流体と管外壁との伝熱面積が減少するという問題がある。また強度的及び寸法的な安定性が不十分なため孔の位置の固定が難しく、その結果、管の配列が乱れやすいという問題がある。すなわち、従来の構造では管配列のコンパクト化、寸法安定性、開口率確保の全てを満足させることができなかった。
【０００５】
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、強度的及び寸法的な安定性が十分で管を安定的に固定できるとともに、熱交換流体の通過を良好に行って熱交換効率を低下させることなく流体抵抗を低下させることができる多管式熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本多管式熱交換器の発明は、第１の熱交換流体の流路となる管束と、該管束を覆い第２の熱交換流体の流路となる外殻と、前記外殻内にあって前記管束の軸方向と交差する方向に沿って配置され前記管束の個々の管が貫通する複数の貫通孔を有する邪魔板とを備え、前記貫通孔の一部または全部は、その内周面の一部に前記管の外周面の一部が接触するとともに前記内周面の他部と前記管の外周面との間に前記第２の熱交換流体が通過する隙間を有する形状からなることを特徴とする。
【０００７】
なお、前記貫通孔は、点対称形状からなるものが望ましい。これにより管の支持と熱交換流体の通過とがバランス良くなされる。
また、前記貫通孔は、略菱形形状を有し、一対の対向隅部が前記管の外周面が内接する弧状の形状を有し、他の一対の対向隅部は前記管の外周面と離隔する形状を有するものがさらに望ましい。上記のように一対の対向隅部にそれぞれ管の外周面が内接することで管が安定して支持される。また、他の一対の対向隅部が前記管の外周面と離隔する形状を有していることにより熱交換流体の通過を確実なものとする。そしてこの他の一対の対向隅部は、角形状でも湾曲形状でもよく、湾曲形状とする場合には管の曲率よりも小さな曲率にすることで上記隙間が確実に得られる。
【０００８】
前記貫通孔は、管の配列に従って例えば複数を規則的に配列する。また、上記邪魔板は、管の軸方向に間隔をおいて複数を配置するものであってもよい。貫通孔は、レーザ加工や機械加工によって邪魔板を穿孔することにより形成することができるが、本発明としては貫通孔の形成方法は特に限定されるものではなく、公知の適宜の方法によって貫通孔を設けることができる。
なお、管の数や配列方法などは特に限定されるものではなく、直管、Ｕ字管、波管等適宜選択することができる。また、外殻の形状も特に限定されるものではなく、その基本的な機能を果たす限りは必要に応じて適宜の形状とすることができる。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、邪魔板に形成した貫通孔の内周面の一部で管が支持されるので管が安定して固定され、位置精度も高くなる。また、上記貫通孔と管の外周面との間には、熱交換流体が通過できる隙間が確保されており、熱交換流体を円滑に通過させることができる。また、熱交換流体と管との接触は、上記貫通孔で阻害されないばかりか、上記隙間を通過する際に、直接管と熱交換流体とが接触するので、熱交換効率をさらに高める作用が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の多管式熱交換器は、第１の熱交換流体の流路となる管束と、該管束を覆い第２の熱交換流体の流路となる外殻と、前記外殻内にあって前記管束の軸方向と交差する方向に沿って配置され前記管束の個々の管が貫通する複数の貫通孔を有する邪魔板とを備え、前記貫通孔の一部または全部は、その内周面の一部に前記管の外周面の一部が接触するとともに前記内周面の他部と前記管の外周面との間に前記第２の熱交換流体が通過する隙間を有する形状からなるので、以下の効果を有している。
（１）寸法精度が良いので管の固定が十分できることと邪魔板の肉厚を十分取ることで強度が保証できる。
（２）開口面積の増大と流体抵抗の減少により外殻側の熱交換流体の流速の低下を防止できるので伝熱効率が良くなる。
（３）貫通孔のピッチを小さくして、管束の配列をコンパクト化できるので外殻の内径を小さくでき、容器の製造コストの低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の一実施形態を図１、２に基づいて説明する。
円筒形状の胴部１ａと該胴部１ａの両端に連なる半球殻形状のヘッド部１ｂ、１ｃとを主構造として外殻１が構成されている。該外殻１内には、上記胴部１ａ内空間とヘッド部１ｂ、１ｃ内空間とを隔てる隔壁２ｂ、２ｃが設置されており、ヘッド部１ｂ、１ｃには、上記隔壁２ａ、２ｂで囲まれた空間に連通して外部に開口する流体口３ｂ、３ｃがそれぞれ設けられている。また、上記胴部１ａには、隔壁２ｂ、２ｃで囲まれた空間に連通して外部に開口する流体口４ａ、５ａが設けられている。
さらに上記隔壁２ｂ、２ｃ間には、多数の管６…６が管束になって架設されており、各管の両端部はそれぞれ隔壁２ｂ、２ｃで囲まれたヘッド部１ｂ、１ｃ内空間に連通している。
【００１２】
さらに、胴部１ａ内空間には、管６の軸方向に間隔を置いて流体の流れを規則的に乱す複数の邪魔板７…７が配置されており、一部に設けた開口部（図示しない）を通して邪魔板７、７を超えて流体の移動が可能になって。なお、邪魔板７…７には、上記管６が貫通する貫通孔８…８が整列して形成されている。該貫通孔８は、レーザ加工などによって邪魔板７を穿孔する方法などにより形成されており、図２に示すように点対称で略菱形の形状を有している。そして開度の大きな一対の対向隅部８ａの内面は、管６の外周形状の曲率よりも大きな曲率の湾曲形状とされている。一方、他の対向隅部８ｂは、開度が小さく、管６の外周形状の曲率よりも小さな曲率の湾曲形状とされている。また、開度の大きな一対の対向隅部８ａ、８ａ間の間隔は、最大箇所で管６の外径と略同じで管６よりも僅かに大きくされている。なお、対向隅部８ａ、８ａ間の最大間隔を管６の外径にあまりに近くすると挿通が難しくなるが、その差異を大きくすると管６の支持性能が損なわれるので、これらを勘案して上記間隔を定めればよい。
【００１３】
上記貫通孔８にそれぞれ管６が挿通された状態では、上記の対向隅部８ａ、８ａに管６の外壁が接することで管６が支持される。このとき対向隅部８ａ、８ａの間隔が管６の外径と略同じになっており、貫通孔８の間隔が対向隅部の両側で菱形形状に従って次第に狭くなることで管６は安定した位置で支持されることになる。一方、対向隅部８ａ、８ａの両側では、対向隅部８ｂ、８ｂに向けて次第に管６の外壁との間の隙間が大きくなり、対向隅部８ｂ、８ｂで最も大きくなる隙間９が確保される。上記構成によって本発明の一実施形態の多管式熱交換器が構成されている。
【００１４】
次に上記多管式熱交換器の作用について説明する。
ヘッド部１ｂ、１ｃの一方の流体口、例えば流体口３ｂから熱交換を受ける第１の熱交換流体（例えば冷水）をヘッド部１ｂ内に導入する。すると、第１の熱交換流体は、ヘッド部１ｂ内空間から各管６内を移動して他方のヘッド部１ｃ内空間へと移動し、流体口３ｃから外部に排出される。一方、第２の熱交換流体（例えば温水）は、流体口４ａから胴部１ａ内空間に導入される。すると第２の熱交換流体は、邪魔板８の表面および図示されない開口部で案内されながら移動して前記管６の外壁と接触して管６内を流れる第１の熱交換流体との間で熱交換を行う。また、第２の熱交換流体の一部は、管６が挿通されている貫通孔８の隙間９を通して邪魔板７を通過する。この際に、管６の外壁に沿って第２の流体が移動することでさらに管６との熱交換がなされる。
【００１５】
上記のように第２の流体が上記隙間９を通して邪魔板７を通過することで第２の熱交換流体の流体抵抗を小さくすることが可能となり、全体として第２の熱交換流体の流速の低下を防止できる。この結果、第２の熱交換流体による熱交換効率が向上する。
また、上記のように管６は、貫通孔８によって安定して高い寸法精度で確実に支持できるので、貫通孔のピッチを小さくしても管束の配列の規則性は維持でき、その結果、熱交換器の小型化が可能になる。
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものではなく、当然に本発明の範囲内において適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の熱交換器全体を示す断面図である。
【図２】同じく邪魔板の一部拡大図であり、（ａ）は貫通孔の配列状態を示す正面図、（ｂ）は管の挿通状態を示す斜視図である。
【図３】背景技術における邪魔板の一例を示す図であり、（ａ）は貫通孔の整列状態を示す正面図、（ｂ）は管の挿通状態を示す平面図である。
【図４】背景技術における格子状の金属板の一例を示す図であり、（ａ）は格子および管の整列状態を示す正面図、（ｂ）は管の挿通状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１    外殻
１ａ  胴部
１ｂ  ヘッド部
１ｃ  ヘッド部
２ａ  隔壁
２ｂ  隔壁
３ｂ  流体口
３ｃ  流体口
４ａ  流体口
５ａ  流体口
６    管
７    邪魔板
８    貫通孔
８ａ  対向隅部
８ｂ  対向隅部
９    隙間
【図１】
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【図２】
2005221118.tif 000004
【図３】
2005221118.tif 000005
【図４】
2005221118.tif 000006