(57)【要約】【課題】多管円筒式熱交換器の管側に伝熱促進素子を挿入するにあたり、管側出入り口のノズル変更せずに、且つ管側圧力損失の増加を防いだ２パス多管円筒式熱交換器を提供する。【解決手段】既設の４パス以上の多管円筒式熱交換器の伝熱促進体を挿入して伝熱量の増加を図るにあたり、その１パス目の管本数が２パス目の管本数の３倍以上の本数となるように、頭部のパス仕切り板を改造した非対称2パスバンドルを持つ多管円筒式熱交換器。【選択図】  図１
2017120149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱促進素子が挿入された管束の最初のパスの管本数が、２番目のパスの管本数の3倍以上である2パス向流型多管円筒式熱交換器。
【請求項２】
伝熱管の内部に装着する伝熱促進素子が３次元立体ワイヤー素子「商品名：hiTRAN」である請求項１記載の2パス向流型多管円筒式熱交換器。
【請求項３】
２番目のパスの管には伝熱促進素子が挿入されていない請求項１記載の2パス向流型多管円筒式熱交換器。
【請求項４】
２番目のパスの管に最初のパスよりも圧力損失の小さな伝熱促進素子を挿入した請求項１記載の２重管式向流熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，管内に伝熱促進素子を挿入した多管円筒式熱交換器のバンドルパスの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝熱を促進する目的で、多管円筒式熱交換器の管バンドルは胴側流体と複数回接触させるためのパス構造をとることが一般的になされている。
【０００３】
このバンドルパスは胴側流体と複数回接触するだけでなく、管側流体の流速を上げることで管側境膜伝熱抵抗を小さくする効果があり、ほぼ同じ本数からなる４から１６パス程度で設計されていることが多い。
【０００４】
これ以外に管側境膜伝熱抵抗を小さくする方法として、管内に伝熱促進用の素子を挿入することが古くから提案されており、ツイストテープや商品名「hiTRAN」として、多数の多管円筒式熱交換器に実用化されている。
【０００５】
ツイストテープとは捩じられた平板であり、「hiTRAN」はコアーワイヤーに固定された多数のループワイヤーで構成されており、管の内径に合致するこれらの素子を挿入することによる管内壁境膜の更新効果により、管内流速を上げることなく管側境膜伝熱抵抗を小さくするものである。
【０００６】
これらの伝熱促進素子は当然流体の摩擦抵抗を大きくし、同じ流速での圧力損失は大きくなるが、パス数増加によって流速を上げて伝熱抵抗を小さくするよりも、圧力損失は小さく、効果的であるとしている。
【０００７】
したがって、同じパス数では挿入体の無い空洞管の圧力損失よりも大きくなり、伝熱促進素子を挿入する場合にはパス数を小さくして、圧力損失と伝熱促進効果のバランスをとることがなされることが多い。
【０００８】
一方多管円筒式熱交換器は、構造上偶数パスバンドルの場合には、管側出入り口が熱交換器頭部の片側に、奇数パスバンドルに場合は両側に位置せざるを得ないため、伝熱促進素子を挿入する場合に、最適なパス数が偶数から奇数によって、管側出入り口の位置が決定される。
【０００９】
この事実は新規に熱交換器を設置する場合には設計段階でのプロットプランに制限を生じるのみであって、大きな経済的損失を伴うことは少ないでと予想される。
【００１０】
しかし既設の多管円筒式熱交換器に伝熱促進素子を挿入する場合には、熱交換器頭部の出入り口の位置変更は頭部のパス変更のための仕切り板改造工事に加え、出入り口配管の移設工事を伴うことになる。
【００１１】
この移設工事の費用は、伝熱促進素子を挿入することによる便益を損なうものであり、既設の条件によっては配管の移設工事そのものが不可能である場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
特開２００３−３１４９８２号公報
【非特許文献】
【００１３】
渡部高司、酒井昭二、「熱交換器の伝熱を促進する管側３次元ワイヤー素子“hiTRAN”の活用  −その１−」、化学装置、株式会社工業通信、２０１５年７月、第５７巻第７号、ｐ６０−６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、多管円筒式熱交換器の管側に伝熱促進素子を挿入するにあたって、伝熱促進効果を損なわず、且つより小さな圧力損失となる、管側出入り口の位置を変更する必要のないバンドルのパス配置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
既設の４パス以上の偶数パスからなる多管式熱交換器に伝熱促進素子を挿入するにあたり、既設の１つのパス分の管本数を２パス目とし、残りの全管本数が１パス目となるように頭部のパス分割を改造した熱交換器の１パス目が胴側流体と向流に接触する非対称管パス配置を持った２パスバンドル熱交換器に関する。
【００１６】
ここで2パス目の管には伝熱促進素子を挿入しないか、あるいは1パス目に挿入した伝熱促進素子よりも圧力損失が小さい素子を挿入することが出来る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の2パスバンドルによって、既設の偶数パスをもつ熱交換器の出入り口配管を移動することなく、熱交換器頭部のパス数配置の変更のみで、低圧力損失で最適の伝熱促進効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を実施するための、有効管長さ5.8mの既設4パス熱交換器の管バンドルのパスレイアウトおよび管パスの順序、管本数、胴および管のサイズやバッフルの配置等、熱交換器の性能を計算するに必要なデータと、本発明の非対称２パスの管配置図である。
【図２】本発明を実施するための、有効管長さ5.0mの既設6パス熱交換器の管バンドルのパスレイアウトおよび管パスの順序、管本数、胴および管のサイズやバッフルの配置等、熱交換器の性能を計算するに必要なデータと、本発明の非対称２パスの管配置図である。
【図３】本発明を実施するための、有効管長さ6.0mの既設10パス熱交換器の管バンドルのパスレイアウトおよび管パスの順序、管本数、胴および管のサイズやバッフルの配置等、熱交換器の性能を計算するに必要なデータと、本発明の非対称２パスの管配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下発明を実施するための形態を実施例と従来技術のそれと比較して説明する。
【実施例１】
【００２０】
次の表１の第１項目には本発明の比較例１として、図１に示した本発明を実施する前の４パス既設熱交換器の胴側に35℃の純水360kg/sを流し、管側に19℃の海水360kg/sで1パス目が向流となるように流して冷却した場合の伝熱量と管側圧力損失の計算値を示している。
【００２１】
表１
2017120149.tif 000003
【００２２】
表１の第２項目には本発明の実施例１の伝熱量と圧力損失を、第３項目、第４項目には比較例１−１および比較例１−２の伝熱量と管側圧力損失を示している。
【００２３】
実施例１は図１の１，２，３パス分の合計1500本を1パスとし、4パス目の500本を2パスとした非対称２パスバンドルで、１パス目のみに最高密度のhiTRAN伝熱促進材を挿入した場合の計算結果である。
【００２４】
比較例１−１は管パスを1パスとし、実施例と同じ密度のhiTRANを全ての管に挿入した場合の計算結果であり、比較例１−２は同じく管パスを均等な本数の2パスとしてその全ての管に実施例と同じ密度のhiTRANを挿入した場合の計算結果である。
【００２５】
表１の実施例と比較例を比べると明らかなように、本発明の実施例1は比較例１に対して圧力損失が約２倍ではあるが、20%程度の伝熱量の増加が認められ、比較例１−２に比べ圧力損失が小さく、且つ伝熱量も若干優れている。
【００２６】
比較例１−１は圧力損失が小さく伝熱量も大きいが、1パスのためノズル位置の変更が必要となり、伝熱量増加の便益が損なわれる。
【実施例２】
【００２７】
次の表２の第１項目には本発明の比較例２として、図２に示した本発明を実施する前の６パス既設熱交換器のシェル側に75℃の温水2.886kg/sを流し、管側に191℃で粘度5.4cpのオイル1.42kg/sを1パス目が向流となるように流して冷却した場合の伝熱量と管側圧力損失の計算値を示している。
【００２８】
表２
2017120149.tif 000004
【００２９】
表２の第２項目には本発明の実施例２の伝熱量と圧力損失を、第３項目、第４項目には比較例２−１および比較例２−２の伝熱量と管側圧力損失を示している
【００３０】
実施例２は図２の１，２，３，４，５パス分の合計６０本を1パスとし、６パス目の１２本を2パス目とした非対称２パスバンドルで、１パス目のみに最高密度のhiTRAN伝熱促進材を挿入した場合の計算結果である。
【００３１】
比較例２−１はチューブパスを1パスとし、実施例と同じ密度のhiTRANを全ての管に挿入した場合の計算結果であり、比較例２−２は同じく管を均等な本数の2パスとしてその全ての管に実施例と同じ密度のhiTRANを挿入した場合の計算結果である。
【００３２】
表２の実施例と比較例を比べると明らかなように、本発明の実施例２は比較例２に対して圧力損失は72%と小さく、伝熱量は3.3倍の増加が認められ、比較例２−２に比べ圧力損失が小さく、且つ伝熱量は同等であり、ノズル位置の変更が必要な比較例２−１と比べて圧力損失は小さいが伝熱量も小さくなっている。
【実施例３】
【００３３】
次の表３の第１項目には本発明の比較例３として、図３に示した本発明を実施する前の１０パス既設熱交換器のシェル側に312℃で粘度0.56cpのオイル1.5kg/sを流し、管側に162℃で粘度3.85cpのオイル2.1kg/sを1パス目が向流となるように流して冷却した場合の伝熱量と管側圧力損失の計算値を示している。
【００３４】
表３
2017120149.tif 000005
【００３５】
表３の第２項目には本発明の実施例３の伝熱量と圧力損失を、第３項目、第４項目には比較例３−１および比較例３−２の伝熱量と管側圧力損失を示している
【００３６】
実施例３は図３の１から９パス分の合計９０本を1パスとし、１０パス目の１０本を2パス目とした非対称２パスバンドルで、１パス目のみに最高密度のhiTRAN伝熱促進材を挿入した場合の計算結果である。
【００３７】
比較例３−１は管パスを1パスとし、実施例と同じ密度のhiTRANを全ての管に挿入した場合の計算結果であり、比較例３−２は同じく管パスを均等な本数の2パスとしてその全ての管に実施例と同じ密度のhiTRANを挿入した場合の計算結果である。
【００３８】
実施例４は実施例３の2パス目に最低密度のhiTRANを挿入した場合の計算結果である。
【００３９】
表３の実施例３と比較例３を比べると明らかなように、本発明の実施例３は圧力損失が比較例３の16%であるにもかかわらず、伝熱量は20%以上向上している。
【００４０】
比較例３−１は最も大きな伝熱量を示し圧損も小さいが、ノズル位置の変更を伴い、同じ本数の2パスの比較例３−２は伝熱量が比較例３よりも小さい。
【００４１】
実施例４の圧力損失は比較例３以下で、且つ伝熱量は実施例３と同等であり、２パス目に低密度のhiTRANを挿入する必要は無いように思われるが、圧力損失が許容されるならば、２パス目の汚れ防止に寄与することが期待される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
既設の４パス以上の複数パスを持つ多管式円筒型熱交換器の伝熱促進挿入するにあたり、本発明の非対称２パスバンドル改造法によれば、ノズル位置を変更することなく、許容圧力損失内で伝熱促進素子を挿入することが出来るので、小さな改造費用で伝熱量を大きくすることが出来る。
【符号の説明】
【００４３】
１  既設熱交換器の管バンドル配置
２  既設熱交換器の管パスの順序
３  既設熱交換器の各パスの本数
４  既設熱交換器の胴と管のサイズやバッフル等のサイズなど熱交換器の諸元
５  本発明の非対称管2パス管配置と本数
【図１】
2017120149.tif 000006
【図２】
2017120149.tif 000007
【図３】
2017120149.tif 000008