(57)【要約】      （修正有）【課題】熱媒体によって被加熱体を高い熱交換効率で加熱することができる熱交換器の提供を目的とする。【解決手段】胴体２、天板３及び底板４を備える本体１０、天板及び底板に貫通装着される多数の流通管５、本体内に熱媒体を吐出する流入管６、及び本体内の熱媒体を排出する排出管７を備える熱交換器１であって、多数の流通管のうち、胴体の中心軸及び吐出口６ａの中心を含む仮想面Ｓ１の一方に配設される第一領域流通管群と他方に配設される第二領域流通管群との管配置が対称で、第一領域流通管群の流通管のうち、吐出口に最も近接する第一流通管５ａ、第一流通管に胴体の中心軸を中心とする周方向に近接する第二流通管５ｂ、及び第一流通管に胴体の径方向に近接する第三流通管５ｃが、第一流通管から第二流通管までの距離に対し、第一流通管から第三流通管までの距離が０．７７倍以上１．３倍以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴体とこの胴体の上下端面を閉塞する天板及び底板とを有し、内部に熱媒体が循環する内部空間部を有する本体、
上記胴体と中心軸が略平行にかつ上記天板及び底板に貫通するよう装着され、上下方向に被加熱体を流通可能な多数の流通管、
上記本体に開口する吐出口を有し、内部空間部に熱媒体を吐出する流入管、及び
上記本体に開口する排出口を有し、内部空間部の熱媒体を排出する排出管を装備する熱交換器であって、
上記多数の流通管のうち、上記胴体の中心軸及び上記吐出口の中心を含む第一仮想面の一方に配設された複数の流通管からなる第一領域流通管群と、上記第一仮想面の他方に配設された複数の流通管からなる第二領域流通管群との配置が第一仮想面を挟んで対称であり、
上記第一領域流通管群の複数の流通管のうち、上記吐出口に最も近接する第一流通管、この第一流通管に胴体の中心軸を中心とする周方向に近接する第二流通管、及び上記第一流通管に胴体の径方向に近接する第三流通管の三つの流通管が、
第一流通管から第二流通管までの距離に対する第一流通管から第三流通管までの距離が０．７７倍以上１．３倍以下であり、かつ、上記第一流通管の中心軸及び第二流通管の中心軸を含む第二仮想面と上記第一流通管の中心軸及び第三流通管の中心軸を含む第三仮想面とのなす角度が５０°以上９０°以下になるよう配設されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記第一流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離と第二流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離とが略等しい第一半径距離であり、
上記第一領域流通管群の複数の流通管のうち、一部の流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離が上記第一半径距離であり、かつ、残りの流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離が上記第三流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離と略等しい第二半径距離である請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
上記第一半径距離が、上記胴体の半径の８０％以下である請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
上記多数の流通管の一つとして、上記胴体の中心に位置する中心流通管を備える請求項１、請求項２又は請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
上記吐出口が上記胴体に開口されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
上記多数の流通管の一つとして、上記第一仮想面上に含まれかつ上記吐出口と対向して位置する吐出口近接流通管を備える請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
上記吐出口の中心と上記排出口の中心とを結ぶ直線が上記胴体の中心軸と交わるように吐出口及び排出口が開口されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
上記流通管の直径が、上記胴体の直径の５％以上２０％以下である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
上記排出口が上記底板に開口されている請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
上記熱媒体が蒸気である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
上記被加熱体が高粘度油である請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高粘度の油を移送する場合、油の粘度が高いままであると移送用のポンプ等の効率が低下したり、故障が生じたりするおそれがある。そのため、高粘度の油を製品として輸送したり、燃料として用いたりする船舶においては、このような高粘度の油の移送を容易にするために、一般に油を加熱して粘度を低下させる手段が用いられる。特に寒冷地等においては、油の粘度が非常に低くなり、移送に支障を来す可能性がさらに高くなるため、油の加熱手段は必要不可欠となる。
【０００３】
この高粘度の油の加熱手段としては、油を貯蔵したタンク内に加熱装置を設けるのが一般的である。この加熱装置としては、蒸気配管をタンク内の底部に配設してタンク内の油を加熱する装置が従来から用いられてきた。しかし、この配管が船舶の建造時に障害となり、工作効率が低下することから、熱媒体を循環させる内部空間部を有する本体内に、油を流通可能な流通管を上下方向に付設した熱交換器が考案されている（特開２００２−２１１４９１号公報等参照）。
【０００４】
この熱交換器は本体内に導入される高温の熱媒体によって、流通管内及び本体周辺の油を加熱するものである。熱媒体によって加熱され高温となった油は密度が低下するため、タンクの上部に流動する。それと同時に、タンク内の密度が高い低温の油がタンクの下部に流動する。すなわち、加熱された流通管内の油は上方に流出し、温度の低い油が下方から流入する。この流動によって、この熱交換器はタンク内の油を効率よく加熱することができる。
【０００５】
しかしながら、上記熱交換器においては、熱媒体入口近傍での流通管の間隔が不均一であるため、流通管同士又は流通管と本体側面との間隔が狭い部位が存在し、このような部位には本体内に導入された熱媒体が十分に流通しにくい。そのため、流通管内及び本体周辺の油との熱交換が一律に行われず、加熱ムラが生じる可能性がある。従って、さらなる熱交換効率の改善の余地が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、熱媒体によって被加熱体を高い熱交換効率で加熱することができる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】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた発明は、
円筒状の胴体とこの胴体の上下端面を閉塞する天板及び底板とを有し、内部に熱媒体が循環する内部空間部を有する本体、
上記胴体と中心軸が略平行にかつ上記天板及び底板に貫通するよう装着され、上下方向に被加熱体を流通可能な多数の流通管、
上記本体に開口する吐出口を有し、内部空間部に熱媒体を吐出する流入管、及び
上記本体に開口する排出口を有し、内部空間部の熱媒体を排出する排出管を装備する熱交換器であって、
上記多数の流通管のうち、上記胴体の中心軸及び上記吐出口の中心を含む第一仮想面の一方に配設された複数の流通管からなる第一領域流通管群と、上記第一仮想面の他方に配設された複数の流通管からなる第二領域流通管群との配置が第一仮想面を挟んで対称であり、
上記第一領域流通管群の複数の流通管のうち、上記吐出口に最も近接する第一流通管、この第一流通管に胴体の中心軸を中心とする周方向に近接する第二流通管、及び上記第一流通管に胴体の径方向に近接する第三流通管の三つの流通管が、
第一流通管から第二流通管までの距離に対する第一流通管から第三流通管までの距離が０．７７倍以上１．３倍以下であり、かつ、上記第一流通管の中心軸及び第二流通管の中心軸を含む第二仮想面と上記第一流通管の中心軸及び第三流通管の中心軸を含む第三仮想面とのなす角度が５０°以上９０°以下になるよう配設されていることを特徴とする熱交換器である。
【０００９】
当該熱交換器においては、上述のように第一領域流通管群と第二領域流通管群とが上記第一仮想面に対して対称の管配置を有しており、さらに上記第一流通管から第二流通管までの距離に対し、第一流通管から第三流通管までの距離が０．７７倍以上１．３倍以下であり、また上記第二仮想面と第三仮想面とのなす角度が５０°以上９０°以下であることによって、上記内部空間部に上記流入管より吐出される熱媒体が、これらの流通管の周辺部を漏れなく循環できるような経路が形成され、内部空間部に熱媒体を分散して循環させることができる。そのため、当該熱交換器は流通管内部及び本体周辺の被加熱体を略均一に加熱することができ、また、熱媒体が有する熱をより多く熱交換に供することができる。その結果、当該熱交換器は高い熱交換効率を発揮することができる。
【００１０】
上記第一流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離と第二流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離とが略等しい第一半径距離であり、上記第一領域流通管群の複数の流通管のうち、一部の流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離が上記第一半径距離であり、かつ、残りの流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離が上記第三流通管の中心軸から胴体の中心軸までの距離と略等しい第二半径距離であるとよい。
【００１１】
このように多数の流通管が配設されることによって、流通管が胴体の半径方向に対して等密度的にバランスよく配置され、内部空間部に熱媒体が分散して循環できる経路を形成することができ、当該熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。また、当該熱交換器の構造強度を向上させることができ、被加熱体が貯留されたタンク等内に好適に設置することができる。
【００１２】
上述のように流通管が配設されている場合には、上記第一半径距離が、上記胴体の半径の８０％以下であるとよい。上記第一半径距離をこのような範囲とすることによって、上記胴体の中心軸から上記第一半径距離に位置する複数の流通管と胴体との間隔が一定量確保され、熱媒体をこれらの流通管と胴体とで挟まれる空間に流入しやすくすることができる。そのため、流通管内部及び本体周辺の被加熱体を略均一に加熱することができ、当該熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【００１３】
上記多数の流通管の一つとして、上記胴体の中心に位置する中心流通管を備えるとよい。このように中心流通管を備えることによって、熱媒体が分散して循環できる経路を形成し、同時に熱交換面積を増加させることができる。また、当該熱交換器の構造強度をさらに向上させることができる。
【００１４】
上記吐出口は上記底板に開口することも可能であるが、上記胴体に開口されているとよい。底板に吐出口を開口した場合は、吐出口付近に上記流通管を配設することができないが、胴体に吐出口を開口した場合には、本体の内部空間部において流通管を配置することが可能な空間が大きくなる。そのため、当該熱交換器において流通管の本数や径などの設計自由度を高めることができる。
【００１５】
このように上記吐出口が上記胴体に開口されている場合には、上記多数の流通管の一つとして、上記第一仮想面上に含まれかつ上記吐出口と対向して位置する吐出口近接流通管を備えるとよい。このように吐出口近接流通管を備えることによって、内部空間部の熱交換面積を大きくしつつ、流入管の開口部から熱媒体が吐出される吐出空間を確保することができる。
【００１６】
上記吐出口の中心と上記排出口の中心とを結ぶ直線が上記胴体の中心軸と交わるように吐出口及び排出口が開口されているとよい。このような位置関係に吐出口及び排出口を開口することによって、熱媒体が循環する経路を長くすることができるとともに、上述のように第一領域流通管群と第二領域流通管群とに略同量の熱媒体を循環させることができる。そのため、熱媒体が有する熱をより多く熱交換に供することができ、また、当該熱交換器は流通管内部及び本体周辺の被加熱体を略均一に加熱することができる。その結果、当該熱交換器は高い熱交換効率を発揮することができる。
【００１７】
上記流通管の直径が、上記胴体の直径の５％以上２０％以下であるとよい。このように流通管の直径を上記範囲とすることによって、流通管が上記内部空間部に有する面積と、流通管同士又は流通管と胴体との間隔とを適度に保つことができる。そのため、当該熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００１８】
上記排出口は胴体に開口することも可能であるが、底板に開口されているとよい。胴体に排出口を開口した場合は、流入管と排出管との上下位置が近くなり熱媒体の循環路が短くなるが、底板に排出口を開口した場合には、流入管と排出管との上下位置が離れて熱媒体の循環路を上下方向に長くすることができるため、本体の内部空間部を循環する時間（滞留時間）を比較的長くすることができ、当該熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。また、熱の放出により温度が低下して密度が上昇した熱媒体は下方に流動しやすいため、当該熱交換器の熱媒体の排出効率（循環効率）を高めることができ、当該熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００１９】
上記熱媒体が蒸気であるとよい。このように熱媒体を蒸気とすることによって、当該熱交換器のランニングコストを低減することができる。
【００２０】
上記被加熱体が高粘度油であるとよい。このように被加熱体を高粘度油とすることによって、当該熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【００２１】
なお、吐出口及び排出口の中心とは、吐出口面及び排出口面の重心を意味する。また、第一仮想面の一方又は他方に配設される管群とは、第一仮想面にその一部が含まれる管を除外した管群を意味する。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明の熱交換器は、熱媒体によって被加熱体を高い熱交換効率で加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱交換器を示す模式的説明図であって、（ａ）は側方から見た中央部の断面構造を説明するための模式的説明図で、（ｂ）は上方から見た平面構造を説明するための模式的説明図である。
【図２】図１の熱交換器とは異なる形態に係る熱交換器を示す模式的説明図であって、（ａ）は側方から見た中央部の断面構造を説明するための模式的説明図で、（ｂ）は上方から見た平面構造を説明するための模式的説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳説するが、まず本発明の第一実施形態の熱交換器を図１を参酌しつつ説明する。
【００２５】
［第一実施形態］
図１の熱交換器１は、熱媒体が循環する内部空間部を有する本体１０と、被加熱体が流通する流通管５と、本体１０に開口する吐出口６ａを有し内部空間部に熱媒体を吐出する流入管６と、本体１０に開口する排出口７ａを有し内部空間部の熱媒体を排出する排出管７とを備えている。また、熱交換器１は、流入管６から吐出される熱媒体を天板側に誘導する誘導板８と、誘導された熱媒体が天板４に衝突するのを防止する保護板９とを本体１０の内部空間部に備えている。
【００２６】
＜本体＞
本体１０は、円筒状の胴体２と、胴体２の両端を閉塞するように配設された天板３と底板４とを有する。本体１０には、上記胴体２、天板３及び底板４によって上記内部空間部が形成されている。上記胴体２は円筒状に形成され、天板３及び底板４は円板状に形成されている。また、天板３及び底板４を貫通して多数の流通管５が装着されている。さらに、胴体２には流入管６が接合される吐出口６ａが開口され、底板４には排出管７が接合される排出口７ａが開口されている。これらの開口箇所については、後述において流入管６及び排出管７の付設箇所とともに説明する。
【００２７】
本体１０の寸法は、被加熱体及び熱媒体の温度、量、比熱等によって適宜設計することができる。具体的には、例えば、天板３及び底板４の径は３９５ｍｍ、胴体２の径は３５６ｍｍ、高さは５８０ｍｍとすることができる。
【００２８】
＜流通管＞
当該熱交換器１は、多数の上記流通管５を備えている。この流通管５は、中心軸が胴体２と略平行であり、上端側が天板３に装着され、中途部が内部空間部に配設され、下端側が底部４に装着された直管から構成されている。流通管５は、上端が天板３よりも上方に突出し、下端が底板４よりも下方に突出するよう配設されている。なお、この上端及び下端は天板３及び底板４と面一としてもよい。流通管５は上下方向に被加熱体を流通可能な構造を有しているため、当該熱交換器１を被加熱体が貯留されたタンク等の内部に設置することによって、多数の流通管５の内部に被加熱体が充填及び流通される。流通管５は、本体１０の内部空間部と接しているため、この内部空間部を熱媒体が循環することによって、流通管５内の被加熱体と熱媒体との間で熱交換が行われ、被加熱体が加熱される。加熱された被加熱体は、密度が低下するために当該熱交換器１が設置されたタンク等の上方に流動する。従って、流動管５内の高温の被加熱体は、流動管５を上方（天板側）に移動し流動管５の天板側の端より流出する。これと同時に温度の低い被加熱体が流動管５の下方（底板側）から流入し、低温の被加熱体が順次加熱されるサイクルが生じる。
【００２９】
上記流通管５は全て同じ径を有する。当該熱交換器１は、多数の流通管５の一つとして、胴体２の中心に位置する中心流通管５ｄと、上記胴体２の中心軸及び上記吐出口６ａの中心を含む第一仮想面Ｓ１上に含まれかつ上記吐出口６ａと対向して位置する吐出口近接流通管５ｅとを備えている。この中心流通管５ｄ及び吐出口近接流通管５ｅ以外の複数の流通管５は、上記第一仮想面Ｓ１の一方に配設される第一領域流通管群と、第一仮想面Ｓ１の他方に配設される第二領域流通管群とに分けて配設され、上記第一領域流通管群と第二領域流通管群との配置は、この第一仮想面Ｓ１を挟んで対称である。
【００３０】
上記第一領域流通管群の複数の流通管５のうち、上記吐出口６ａに最も近接する第一流通管５ａから、この第一流通管５ａに胴体２の中心軸を中心とする周方向に近接する第二流通管５ｂまでの距離ｌ１に対して、第一流通管５ａから第一流通管５ａに胴体２の径方向に近接する第三流通管５ｃまでの距離ｌ２が０．７７倍以上１．３倍以下であることが好ましい。ｌ１に対するｌ２の倍率の上限値は、１．２５倍がより好ましく、１．２倍がさらに好ましい。一方、ｌ１に対するｌ２の倍率の下限値は、０．８倍がより好ましく、０．８３倍がさらに好ましい。ｌ１に対するｌ２の倍率が上記上限値を超える場合、第二流通管５ｂが、第三流通管５ｃと比較して第一流通管５ａ及び吐出口６ａから離れて位置することになり、第二流通管５ｂと第三流通管５ｃとの間で加熱ムラが発生するおそれがある。逆に、ｌ１に対するｌ２の倍率が上記下限値未満の場合、第二流通管５ｂが、第三流通管５ｃと比較して第一流通管５ａに近接することになり、第一流通管５ａの周辺部を通過した熱媒体が第二流通管５ｂと第一流通管５ａとの間に流入しにくくなって、第二流通管５ｂに対する加熱効率が低下するおそれがある。具体的には、例えば、ｌ１に対してｌ２は０．９９倍とすることができる。
【００３１】
また、上記第一流通管５ａの中心軸及び上記第二流通管５ｂの中心軸を含む第二仮想面Ｓ２と、上記第一流通管５ａの中心軸及び上記第三流通管５ｃの中心軸を含む第三仮想面Ｓ３とのなす角度は５０°以上９０°以下であることが好ましい。第二仮想面Ｓ２と第三仮想面Ｓ３のなす角度の上限値は、８５°がより好ましく、８０°がさらに好ましい。一方、第二仮想面Ｓ２と第三仮想面Ｓ３のなす角度の下限値は、５３°がより好ましく、５５°がさらに好ましい。第二仮想面Ｓ２と第三仮想面Ｓ３のなす角度が上記上限値を超える場合、第二流通管５ｂと第三流通管５ｃとの間隔が広がり、流通管５が存在しない空間が大きくなり、当該熱交換器１の熱交換効率が低下するおそれがある。逆に、第二仮想面Ｓ２と第三仮想面Ｓ３のなす角度が上記下限値未満の場合、第二流通管５ｂと第三流通管５ｃとの間隔が小さくなり、十分な量の熱媒体が第二流通管５ｂと第三流通管５ｃとの間を流れず、当該熱交換器１の熱交換効率が低下するおそれがある。具体的には、例えば、第二仮想面Ｓ２と第三仮想面Ｓ３の角度は６０°とすることができる。
【００３２】
当該熱交換器１においては、上記第一流通管５ａの中心軸から胴体２の中心軸までの距離と、第二流通管５ｂの中心軸から胴体２の中心軸までの距離とが略等しく、その長さは第一半径距離ｄ１である。さらに、上記中心流通管５ｄ及び吐出口近接流通管５ｅを除いた流通管５の一部は、その中心軸から胴体２の中心軸までの距離が上記第一半径距離ｄ１であり、残りの流通管５の中心軸から胴体２の中心軸までの距離が上記第三流通管５ｃの中心軸から胴体２の中心軸までの距離と略等しい第二半径距離ｄ２となっている。
【００３３】
また上記吐出口近接流通管５ｅと第一流通管５ａとの距離ｌ３に対して、吐出口近接流通管５ｅと第三流通管５ｃとの距離ｌ４が０．９７倍以上１．０３倍以下であることが好ましい。このように吐出口近接流通管５ｅを配置することによって、これらの流通管５の周辺部を熱媒体が漏れなく循環できるような経路が形成され、熱媒体を内部空間部に分散しながら循環させることができる。具体的には、例えば、ｌ３に対してｌ４は１．０１倍とすることができる。
【００３４】
上記第一半径距離ｄ１は、上記胴体２の半径の５０％以上８５％以下であることが好ましく、５５％以上８０％以下がより好ましく、６０％以上７８％以下がさらに好ましい。第一半径距離ｄ１が上記上限を超える場合、胴体２の中心軸からの距離が第一半径距離ｄ１である流通管５と胴体２との間隔が狭くなるため、内部空間部の胴体近傍を熱媒体が循環しにくくなり、当該熱交換器１の熱交換効率が低下するおそれがある。逆に、第一半径距離ｄ１が上記下限未満の場合、胴体２の中心軸からの距離が第一半径距離ｄ１である流通管５と、胴体２の中心軸からの距離が第二半径距離ｄ２である流通管５との間隔が小さくなり、また、多数の流通管５が胴体２の中心部に集約するように配置されることになるため、加熱ムラが生じて当該熱交換器１の熱交換効率が低下するおそれがある。また、胴体側の流通管５の存在が疎となるため、当該熱交換器１の構造強度が低下するおそれがある。具体的には、例えば、第一半径距離ｄ１は１３２ｍｍとすることができる。
【００３５】
上記第二半径距離ｄ２は、上記第一半径距離ｄ１の４０％以上６０％以下であることが好ましい。第一半径距離ｄ１が上記上限を超える場合、胴体２の中心軸からの距離が第一半径距離ｄ１である流通管５と、胴体２の中心軸からの距離が第二半径距離ｄ２である流通管５との間隔が小さくなり、内部空間部の胴体近傍を熱媒体が循環しにくくなり、当該熱交換器１の熱交換効率が低下するおそれがある。逆に、第一半径距離ｄ１が上記下限未満の場合、胴体２の中心軸からの距離が第二半径距離ｄ２である流通管５同士の間隔が狭くなり、熱媒体がこれらの流通管５の間を流通しにくくなって当該熱交換器１の熱交換効率が低下するおそれがある。具体的には、例えば、第二半径距離ｄ２は７０ｍｍとすることができる。
【００３６】
上記第一領域流通管群の複数の流通管５のうち、上記胴体２の中心軸からの距離が第一半径距離ｄ１である複数の流通管５からなる第一円周流通管群において、近接する流通管５同士の距離は略一定である。このように上記第一円周流通管群を配置することによって、多数の流通管５が胴体２の周方向に対して等密度的にバランスよく配置され、内部空間部に熱媒体が分散して循環できる経路を形成することができ、当該熱交換器１の熱交換効率を向上させることができる。また、当該熱交換器１の構造強度を向上させることができる。具体的には、例えば、第一円周流通管群の近接する流通管５同士の距離は６８ｍｍとすることができる。
【００３７】
上記第一領域流通管群の複数の流通管５のうち、上記胴体２の中心軸からの距離が第二半径距離ｄ２である複数の流通管５からなる第二円周流通管群において、近接する流通管５同士の距離は第二半径距離ｄ２に略等しい。このように上記第二円周流通管群を配置することによって、第二円周流通管群に含まれる流通管５及び上記中心流通管５ｃの周辺部を熱媒体が漏れなく循環できるような経路が形成され、熱媒体を内部空間部に分散して循環させることができる。
【００３８】
流通管５の直径の上限としては、上記胴体２の直径の２０％が好ましく、１７％がより好ましく、１５％がさらに好ましい。一方、流通管５の直径の下限としては、上記胴体２の直径の５％が好ましく、８％がより好ましく、１０％がさらに好ましい。流通管５の直径が上記上限を超える場合、流通管５の配置可能数が減少するおそれがあるほか、流通管５同士の間隔と流通管５及び胴体２の間隔とのバランスが悪くなることによって熱媒体の循環が偏り、当該熱交換器１の熱交換効率が低下するおそれがある。逆に、流通管５の直径が上記下限値未満の場合、熱交換面積を大きくするために多くの流通管５を配設する必要があるため、当該熱交換器１のコストが上昇するおそれがある。また、当該熱交換器１の構造強度が低下するおそれがある。具体的には、例えば、流通管５の直径は４９ｍｍとすることができる。
【００３９】
＜流入管＞
流入管６は、一方の開口部が内部空間部に表出するよう配設されており、この開口部から上述のように内部空間部に熱媒体が吐出されることになる。
【００４０】
流入管６は、具体的には、直管で形成されており、その中心線が胴体２に開口された吐出口６ａと略垂直となるように接合されている。また、上述のように流入管６は内部空間部に突出する開口部を有する。この開口部は流入管６の中心線と略垂直となるように、つまり吐出口６ａと略平行となるように形成されている。なお、この開口部は胴体の内面と面一とすること、つまり吐出口６ａと一致させてもよい。また、上記中心線とは、管の流通方向の断面の重心を通る仮想直線を意味する。
【００４１】
上述のように、流入管６は胴体２に付設されており、具体的には、上述した胴体２に開口された吐出口６ａに接合されている。内部空間部の上下方向長さに対する流入管６の付設位置（吐出口６ａの中心位置）の内部空間部下面（底板４の上面）からの距離の比としては、２／５以上が好ましく、１／２以上がさらに好ましい。内部空間部下面からの距離が上記範囲より小さいと、熱媒体が内部空間部全体に拡がりにくくなり、熱交換効率が低下するおそれがある。また、流入管６の付設位置の内部空間部上面（天板３の下面）からの距離としては、８０ｍｍ以上が好ましく、９０ｍｍ以上がさらに好ましい。内部空間部正面からの距離が上記範囲より小さいと、後述する保護板９に作用する熱媒体の圧力が大きくなり、損耗が大きくなるおそれがある。また、熱媒体が内部空間部の吐出口６ａの上方に滞留しやすくなり、過加熱が生じるおそれがある。
【００４２】
流入管６には熱媒体を供給する配管が接続される。流入管６の径は、熱媒体の供給量や流速等によって適宜設計することができる。具体的には、例えば、径は６０．５ｍｍとすることができる。
【００４３】
＜排出管＞
排出管７は、一方の開口部が内部空間部に表出するように配設され、排出管７から上述のように内部空間部の熱媒体が排出されることになる。
【００４４】
排出管７は底板４に開口された排出口７ａに接合され、開口部が底板４よりも僅かに上方に設けられている。なお、この開口部は底板４と面一とすること、つまり排出口７ａと一致させることもできる。
【００４５】
また排出管７は、流入管６の配設位置に対して平面視反対側に位置するよう配設されており、具体的には、吐出口６ａの中心と排出口７ａの中心とを結ぶ直線が上記胴体２の中心軸と交わるように、排出口７ａが底板４に開口されている。
【００４６】
排出管７には熱交換を行った熱媒体を回収する配管が接続される。排出管７は、具体的には、内部空間部の反対側を向くＬ字型に湾曲した曲管で形成されており、内部空間部内の開口部と反対の端に形成される開口部が、胴体２と略平行となるように形成されている。排出管７の径は、熱媒体の供給量や流速等によって適宜設計することができる。具体的には、例えば、径は６０．５ｍｍとすることができる。
【００４７】
＜誘導板＞
誘導板８は、上記流入管６の熱媒体の吐出方向と略垂直に配設される衝突板と、この衝突板の上下方向の両側縁からそれぞれ吐出口方向に延伸され胴体２に接続される２枚の側板とから形成されている。
【００４８】
上記衝突板は、具体的には、矩形型の平板で形成され、熱媒体の吐出方向と略垂直となるように配設されている。この衝突板を胴体２に固定する上記側板も矩形型の平板で形成され、熱媒体の吐出方向と略平行に衝突板及び胴体２と接続されている。内部空間部の流入管６の開口部近辺には、この衝突板、２枚の側板及び胴体２で囲まれる吐出空間部が形成されている。この吐出空間部は上下方向に開口しているため、流入管６より吐出された熱媒体は、衝突板に衝突した後、吐出空間部から内部空間部の上下方向へ流出していくことになる。
【００４９】
誘導板８の寸法、厚み等については、特に限定されるものではなく、耐久性、加工性、コスト等を考慮して適宜設計することができる。具体的には、例えば、衝突板の上下方向の長さは１００ｍｍ、水平方向の長さは７８ｍｍ、厚みは６ｍｍとすることができる。
【００５０】
＜保護板＞
当該熱交換器１は、流入管６から本体１０の内部空間部に吐出され、誘導板８によって天板側に誘導された熱媒体を内部空間部の側方等に向けてさらに誘導するとともに、この熱媒体の衝突によって天板３が損耗することを防止するために保護板９を有している。具体的には、保護板９は平板形状を有しており、天板３の熱媒体が衝突する位置に天板３と面接触するように一体化して固着されている。
【００５１】
保護板９の面形状、厚み等については、特に限定されるものではなく、耐久性、加工性、コスト等を考慮して適宜設計することができる。具体的には、例えば、流入管６と同様の径の円板から形成することができ、厚みは１０ｍｍとすることができる。
【００５２】
＜熱交換器＞
当該熱交換器１は、本体１０をタンク等の内部に固定するための複数の脚部材（図示せず）を有している。この脚部材としては、例えば、２枚の側面板と底面板とから形成され、この底面板が底板４と略平行になるように上記側面板を底板４の下面に固定した脚部材を用いることができる。また、この複数の脚部材は底面４の下面に略等間隔に配設される。この脚部材の底面板をタンク等の内部の底部に溶接又はボルト締結等の手段で固定することによって、タンク等の内部に固着させることができる。この脚部材の数は、本体１０の形状、重量等によって適宜設計することができる。具体的には、例えば、脚部材の数は３とすることができる。
【００５３】
また、当該熱交換器１は、本体１０を搬送するための複数のフック（図示せず）を有している。このフックとしては、例えば、Ｕ字型の鋼管の両端を天板３の上面に垂直に固着したフックを用いることができる。また、複数のフックは天板３の上面に略等間隔に配設される。このフックをクレーン等で吊り上げることによって、当該熱交換器１をタンク内等に搬送することができる。このフックの数は、本体１０の形状、重量等によって適宜設計することができる。具体的には、例えば、フックの数は２とすることができる。
【００５４】
当該熱交換器１を構成する胴体２、天板３、底板４、流通管５、流入管６、排出管７、誘導板８、保護板９等の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば炭素鋼等を用いることができる。上記各部材の接続は、例えば、溶接にて行うことができる。
【００５５】
当該熱交換器１においては、流入管６によって本体１０の内部空間部に吐出された熱媒体の一部が誘導板８によって内部空間部の天板側に誘導され、また別の一部が底板側に誘導され、胴体２及び等密度的に配置された多数の流通管５によって形成された経路を底板４に設けられた排出管７に向かって循環する。つまり、当該熱交換器１は熱媒体を内部空間部に分散させながら循環させることができる。そのため、当該熱交換器１は流通管５内部及び本体１０周辺の被加熱体を略均一に加熱することができ、また、熱媒体が有する熱をより多く熱交換に供することができる。また、多数の流通管５の適度な配置間隔によって、当該熱交換器１は高い構造強度を有し、タンク等内に好適に設置することができる。
【００５６】
当該熱交換器１は、熱媒体として蒸気を用いることができるように構成されている。なお、熱媒体としては蒸気に限定されるものではないが、蒸気はサーマルオイル（熱媒油）等に比してランニングコストが低いため、熱媒体として蒸気を用いることによって、低コストで被加熱体を加熱することができる。特に、貨物船等の船舶で当該熱交換器１を用いる場合には、船舶で用いられている動力用蒸気や、雑用蒸気を熱媒体として利用することができるため、熱媒体設備を追加する必要がなく、導入コストを低減することができる。
【００５７】
また、当該熱交換器１は、被加熱体として高粘度油を用いることができるように構成されている。なお、被加熱体としては高粘度油に限定されるものではないが、被加熱体を高粘度油とすることで、熱媒体との熱交換が促進されるため、当該熱交換器１の熱交換効率を向上させることができる。
【００５８】
当該熱交換器１は、２つ以上を直列又は並列に接続して用いることができる。具体的には、複数の熱交換器１をタンク等の内部に設置し、一の熱交換器１の排出管７と他の熱交換器１の流入管６とを接続して複数の当該熱交換器１を直列に接続したり、複数の熱交換器１の流入管６へ熱媒体を供給する配管をそれぞれ接続し、さらにこれらの熱交換器１の排出管７へ熱媒体を回収する配管をそれぞれ接続して複数の当該熱交換器１を並列に接続したりすることによって、タンク等の内部の被加熱体を好適に加熱することができる。
【００５９】
［第二実施形態］
図２の熱交換器１１は、熱媒体が循環する内部空間部を有する本体１０と、被加熱体が流通する多数の流通管５と、本体１０に開口する吐出口６ａを有し内部空間部に熱媒体を吐出する流入管６と、本体１０に開口する排出口７ａを有し内部空間部の熱媒体を排出する排出管７と、吐出された熱媒体が天板４に衝突するのを防止する保護板９とを備えている。当該熱交換器１１は、第一実施形態の熱交換器１と同様に、被加熱体が貯留されたタンク等の内部に設置して使用される。胴体２、天板３、底板４及び保護板９の構成については、第一実施形態の熱交換器１と同様である。具体的には、例えば、胴体２の径は３５６ｍｍ、高さは３００ｍｍとすることができる。
【００６０】
当該熱交換器１１の底板４には、胴体２（本体１０の側面）に近い位置に吐出口６ａ及び排出口７ａが開口されている。吐出口６ａ及び排出口７ａは、これらの中心を結ぶ直線が底板４の中心を通るるように底板４上に開口されており、吐出口６ａに流入管６が接合され、排出口７ａに排出管７が接合されている。本実施形態においては、流入管６が熱媒体を天板側に誘導する誘導手段の役割を果たし、流入管６の一方の開口部は、底板４と略平行となるように形成され、内部空間部に突出して配設されている。そのため、熱媒体はこの開口部より内部空間部の上方（天板側）に向かって吐出される。排出管７の一方の開口部は、吐出口６ａと同様に、底板４と略平行となるように形成され、内部空間部に突出して配設されており、熱媒体は内部空間部の下方に向かって排出されることになる。流入管６及び排出管７は、それぞれＬ字型に湾曲した管からなり、内部空間部と反対側の開口部はそれぞれ本体１０と反対側に向くように配設されている。さらに、内部空間部において、流入管６の開口部は、排出管７の開口部よりも天板側に設けられている。具体的には、例えば、流入管６の開口部を排出管７の開口部より１５０ｍｍ高い位置に配設することができる。
【００６１】
当該熱交換器１１においては、図２（ｂ）に示すように、上記第一実施形態の熱交換器１と同様に、上記胴体２の中心軸及び上記吐出口６ａの中心を含む第一仮想面Ｓ１の一方に配設された第一領域流通管群と、この第一仮想面Ｓ１の他方に配設された第二領域流通管群とからなり、この第一仮想面Ｓ１に対して流通管５は対称に配置されている。
【００６２】
また、第一実施形態と同様に、上記吐出口６ａに最も近接する第一流通管５ａから、この第一流通管５ａに胴体２の中心軸を中心とする周方向に近接する第二流通管５ｂまでの距離ｌ１に対して、第一流通管５ａから第一流通管５ａに胴体２の径方向に近接する第三流通管５ｃまでの距離ｌ２が０．７７倍以上１．３倍以下であることが好ましい。具体的には、例えば、ｌ１に対してｌ２は０．９５倍とすることができる。
【００６３】
さらに、第一実施形態と同様に、上記第一流通管５ａの中心軸及び上記第二流通管５ｂの中心軸を含む第二仮想面Ｓ２と、上記第一流通管５ａの中心軸及び上記第三流通管５ｃの中心軸を含む第三仮想面Ｓ３とのなす角度は５０°以上９０°以下であることが好ましい。具体的には、例えば、第二仮想面Ｓ２と第三仮想面Ｓ３とのなす角度は７２°とすることができる。
【００６４】
本実施形態の熱交換器１１においては、上記第一流通管５ａの中心軸から胴体２の中心軸までの距離と、第二流通管５ｂの中心軸から胴体２の中心軸までの距離とが略等しく、その長さは第一半径距離ｄ１である。そして、流通管５の一部は、その中心軸から胴体２の中心軸までの距離が上記第一半径距離ｄ１であり、残りの流通管５の中心軸から胴体２の中心軸までの距離が上記第三流通管５ｃの中心軸から胴体２の中心軸までの距離と略等しい第二半径距離ｄ２となっている。
【００６５】
第一実施形態と同様に、上記第一領域流通管群の複数の流通管５のうち、上記胴体２の中心軸からの距離が第一半径距離ｄ１である複数の流通管５からなる第一円周流通管群において、近接する流通管５同士の距離は略一定である。具体的には、例えば、第一円周流通管群の近接する流通管５同士の距離は８５ｍｍとすることができる。
【００６６】
また、第一実施形態と同様に、上記第一領域流通管群の複数の流通管５のうち、上記胴体２の中心軸からの距離が第二半径距離ｄ２である複数の流通管５からなる第二円周流通管群において、近接する流通管５同士の距離は上記第二半径距離ｄ２に略等しい。
【００６７】
なお、第一実施形態と同様に、上記第一半径距離ｄ１は胴体２の半径の５０％以上８５％以下であり、第二半径距離ｄ２が第一半径距離ｄ１の４０％以上６０％以下であることが好ましい。また、流通管５の直径としては、胴体２の直径の５％以上２０％以下が好ましい。具体的には、第一半径距離ｄ１は１３２．５ｍｍ、第二半径距離ｄ２は５５ｍｍ、流通管５の直径は６０．５ｍｍとすることができる。
【００６８】
当該熱交換器１１においては、流入管６より本体１０の内部空間部の上方に向かって熱媒体が吐出され、上方に流動した熱媒体が天板３に配設された保護板９に衝突し、胴体２及び等密度的に配置された多数の流通管５によって形成された経路を底板４に設けられた排出管７に向かって循環する。つまり、当該熱交換器１１は熱媒体を内部空間部に分散させながら循環させることができる。そのため、当該熱交換器１１は流通管５内部及び本体１０周辺の被加熱体を略均一に加熱することができ、また、熱媒体が有する熱をより多く熱交換に供することができる。結果として、当該熱交換器１１は、第一実施形態の熱交換器１よりも流通管５の数が少ないながらも良好な熱交換効率を発揮することができる。また、多数の流通管５の適度な配置間隔によって、当該熱交換器１１は良好な構造強度を有し、タンク等内に好適に設置することができる。
【００６９】
［その他の実施形態］
本発明の熱交換器は、上述の実施形態に限定されるものではなく、以下のような実施形態とすることもできる。
【００７０】
当該熱交換器において、排出口の開口位置は、吐出口よりも底板側にあれば特に限定されるものではなく、例えば、胴体（本体側面）に開口されていてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態においては、吐出口の中心と排出口の中心とを結ぶ直線が胴体の中心軸と交わるように吐出口及び排出口が配設されているものについて説明したが、吐出口と排出口の位置関係はこの実施形態に限定されるものではなく、吐出口の中心と排出口の中心とを結ぶ直線が胴体の中心軸と交わらない構成とすることもできる。具体的には、例えば、胴体の中心軸及び吐出口の中心を含む第一仮想面と、胴体の中心線及び排出口の中心を含む第四仮想面とが直角に交わるように吐出口及び排出口を配設することも可能である。
【００７２】
さらに、図１及び図２においては、上記第二円周流通管群の流通管の数は２本としたが、第二円周流通管群の流通管の数は３本以上であってもよい。この場合、第二円周流通管群において、近接する流通管同士の距離は略一定とすることが好ましい。このように上記第二円周流通管群を配置することによって、多数の流通管が胴体の周方向に対して等密度的にバランスよく配置され、内部空間部に熱媒体が分散して循環できる経路を形成することができ、当該熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。また、当該熱交換器の構造強度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明の熱交換器は、熱媒体によって被加熱体を高い熱交換効率で加熱することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１、１１  熱交換器
１０  本体
２  胴体
３  天板
４  底板
５  流通管
５ａ  第一流通管
５ｂ  第二流通管
５ｃ  第三流通管
５ｄ  中心流通管
５ｅ  吐出口近接流通管
６  流入管
６ａ  吐出口
７  排出管
７ａ  排出口
８  誘導板
９  保護板
Ｓ１  第一仮想面
Ｓ２  第二仮想面
Ｓ３  第三仮想面
【図１】
2013100051.tif 000003
【図２】
2013100051.tif 000004