(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体内部に多数の伝熱管が貫通しているとともに胴側流体を誘導する邪魔板の多数が前記伝熱管に直角に内装されており、前記邪魔板は外側周縁部に中心対称の二つの切欠きを設けた分流邪魔板と、中心部に直径方向へ延びる細長い通孔を設けた合流邪魔板とからなり、前記分流邪魔板と合流邪魔板とが交互に配置されている多管式熱交換機において、前記伝熱管は前記通孔を挟んで大きい間隔を有して配置された二つの群からなり、胴側流体の入口および出口が前記間隔に向かって開口していることを特徴とする多管式熱交換機。
【請求項２】
前記合流邪魔板の少なくとも一部が、中心部の直径方向へ延びる細長い孔部分および中心で直交した細長い孔部分からなる十字形の通孔を設けたものとされていることを特徴とする請求項１記載の多管式熱交換機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体の熱交換に用いられる多管式熱交換器、詳しくは胴側流体を誘導する邪魔板が伝熱管に直角に設けられている多管式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多管式熱交換器は例えばモータやシリンダの作動油を冷却するため、など広い分野で流体の熱交換に使用されており、邪魔板として円板の一部に弓形の切欠きを設けたものを用い、切欠きを交互に反対側に位置させて伝熱管に直角に設け胴側流体が伝熱管を横切りながらじくざくに流れるようにしたものが最も多く使用されている。
【０００３】
そして、この種の多管式熱交換器にあっては胴側流体を誘導して流速を調節し、伝熱面全部を利用させることによって総括伝熱係数が大きいとともに圧力損失が小さいものとすることが設計製造上の目標とされ、そのために伝熱管の本数および配列、邪魔板の間隔、切欠きの大きさおよび形状について多くの検討がなされていることは周知の事実である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円板の一部に弓形の切欠きを設けるという制約下での改良には限界があり、更なる性能向上を計ることはできない。また、弓形切欠きの邪魔板に代えて大径孔あき円板と小径円板とからなる二種類の邪魔板を交互に配置したもの、伝熱管を大きな隙間で貫通させる邪魔板を用いたもの、羽根形の邪魔板を用いたもの、螺旋形に連続した邪魔板を用いたものが知られているが、これらは価格面で不利である、胴側流体として気体しか使用できない、小形のものにしか適用できない、などの問題点の少なくとも一つをもっており、現在はあまり使用されていない。
【０００５】
本発明はこのような実情を背景としてなされたものであって、現在最も多く使用されている弓形切欠きの邪魔板を用いた多管式熱交換器よりも更にすぐれた性能をもつものを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は胴体内部に多数の伝熱管が貫通しているとともに胴側流体を誘導する邪魔板の多数が伝熱管に直角に内装されている多管式熱交換器がもっている性能面での不満足を改善するために次のようにした。
【０００７】
即ち、邪魔板として外側周縁部に中心対称の二つの切欠きを設けた分流邪魔板と、中心部に直径方向へ延びる細長い通孔を設けた合流邪魔板との二種類を用い、これを交互に配置したものである。
【０００８】
胴側流体は分流邪魔板の手前で二つに分かれて切欠きを通過し、次の合流邪魔板の手前で中心部に集合して通孔を通過し、更に次の分流邪魔板の切欠きに向かって二つに分かれる、という動作を繰返して胴体一端部の入口からもう一端部の出口へ流れる。このため、胴体中心軸線周辺部分における胴側流体の停滞が解消され総括伝熱係数が大きくなるとともに、各分流邪魔板に向かって二方向に分流するため圧力損失が低下するものである。
【０００９】
また、本発明において性能を最大限に向上させるには、切欠きと通孔とが互いに平行となるようにすること、および二つの切欠きの合計実開口面積と通孔の実開口面積とが互いにほぼ等しいようにすること、或いは伝熱管を通孔を挟んで配置した二つの群からなるものとしその間隔部分に胴側流体の入口と出口を開口させることが好適である。しかし、切欠きと通孔とが互いに直交するように配置すること、或いは通孔を切欠きと平行に配置したものと直交させて配置したものとを併用することによっても、分流と合流とを繰返させて停滞を解消することができる。
【００１０】
次に、本発明においては合流邪魔板として前記のものの少なくとも一部を細長十字形の通孔を設けたものに代えたものとした。
【００１１】
このことにより、胴側流体が多様な分流と合流とを行なうようになり、停滞が更に確実に解消されるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、図１において円筒形の胴体１に両端を塞いで固定管板４，５が液密または気密に取付けられており、一方の固定管板４の外側に管側流体の入口７および出口８を有するボンネット６が取付けられているとともに、もう一方の固定管板５の外側に管側流体をＵターンさせるボンネット９が取付けられている。伝熱管１０は多数本が両端の固定管板４，５に挿通支持されて胴体１の内部をその中心軸線方向へ挿通されており、胴体１の中心軸線を通る平面、図示形態では水平の平面を挟んで上側に配置されている伝熱管１０の群は入口７に連通し、下側に配置されている伝熱管１０の群は出口８に連通している。
【００１３】
上側の伝熱管１０の群と下側の伝熱管１０の群とは前記平面を挟んで大きい間隔を有して配置されている。胴側流体の入口２および出口３はこの間隔に向かって胴体１の横の側面に開口している。
【００１４】
伝熱管１０に直交して胴体１に内装されている邪魔板は、図２（Ａ）に示す分流邪魔板１１と図２（Ｂ）に示す合流邪魔板１３とからなり、これらが交互に配置されている。
【００１５】
分流邪魔板１１は外側周縁部に中心対称の二つの弓形の切欠き１２を有しており、合流邪魔板１３は中心部に直径方向へ延びる細長い通孔１４を有している。そして、分流邪魔板１１は切欠き１２の縁が前記平面と平行であるように設置され、合流邪魔板１３は通孔１４が前記平面と平行であるように設置されている。また、これらの邪魔板１１，１３の群の両端に位置するものは分流邪魔板１１とされており、入口２から前記間隔部分に流入した胴側流体は直ちに二つに分かれて切欠き１２を通過し、次に中心部に向かって流れ集合して通孔１４を通過し、更に再び二つに分かれて切欠き１２を通過する、という動作を繰返して伝熱管１０を流れる管側流体との熱交換を行なう。最後の分流邪魔板１１の切欠き１２を通過した胴側流体は出口３に向かって集合することにより、この部分においても熱交換を行なう。
【００１６】
このように、胴側流体は胴体１に流入した直後から流出する直前まで分流と合流とを繰返すことにより、伝熱管１０とまんべんなく接触するとともに、殊に中心部分に発生しやすかった停滞が解消され総括伝熱係数が大きくなる。また、胴側流体を二方向に分流させることにより圧力損失が低下する。
【００１７】
図示形態では入口２および出口３を前記間隔部分に開口させ伝熱管１０がこれらの正面を塞ぐ形で横切らないようにしており、このことにより圧力損失を低下させることができる。加えて、切欠き１２および通孔１４を伝熱管１０が通過しないようにしており、このことにより切欠き１２および通孔１４の近くでの胴側流体の停滞を殆どなくすことができる。もっとも、切欠き１２や通孔１４の縁に伝熱管１０の一部が突出していても実用上は差支えない。
【００１８】
更に、分流邪魔板１１の二つの切欠き１２および合流邪魔板１３の通孔１４の胴側流体が通過する実開口面積は互いにほぼ等しくされており、このことは圧力損失の低下、停滞部分の解消に役立つ。
【００１９】
図示形態によると、以上に述べたように総括伝熱係数が向上することと圧力損失が低下することとにより、伝熱管１０の使用本数を減少するとともに各邪魔板１１，１３の間隔を小さくして小形化を計ることが可能となる。或いは胴側流体の流量を増加して熱交換能率の向上を計ることが可能となる。
【００２０】
次に、本発明は胴側流体の分流と合流とを繰返して効率のよい熱交換を行なわせるものであり、そのために前記の合流邪魔板１３に代え図３（Ａ），（Ｂ）に示すようなものを使用することができる。即ち、（Ａ）に示した合流邪魔板１５は分流邪魔板１１の切欠き１２と直交する細長い通孔１６を中心部に設けたものである。また、（Ｂ）に示した合流邪魔板１７は切欠き１２と平行な方向へ延びる細長い孔部分およびこれと中心で直交した細長い孔部分からなる十字形の通孔１８を設けたものである。
【００２１】
これらの合流邪魔板１５，１７は前述のように伝熱管１０の使用本数を減少できることにより、通孔１６，１８に伝熱管１０を通過させることなく設置することができるものであり、図２（Ｂ）に示した合流邪魔板１３と併用し或いはこれに代えて設置することにより、多様な分流と合流とを行なわせて総括伝熱係数を大きくすることができる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明品と従来品との性能比較試験結果について述べる。両品は胴体の内径（８４．１ｍｍ）、長さ（５５０ｍｍ）、伝熱管の外径（８ｍｍ）および肉厚（１．２ｍｍ）、邪魔板の枚数（１５枚）および間隔（２５ｍｍ）、切欠きおよび通孔の実開口面積（邪魔板全面積の２５％）、胴側流体（ＩＳＯ  ＶＧ−３２相当）および管側流体（冷却水）については同一条件とし、伝熱管の本数は本発明品３６本、従来品４６本とした。尚、本発明品は図１に示した形態のもの、従来品は先に説明した弓形切欠きの邪魔板を用いたものである。
【００２３】
両品について、管側流体の入口温度（３０℃）、流量（２０ｌ／ｍｉｎ）を一定とし、胴側流体を出口温度（５０℃）が一定となるように流量および入口温度を変えて熱交換量、総括伝熱係数、圧力損失を測定した。その結果を胴側流体の流量に対する熱交換量は図４に、総括伝熱係数は図５に、圧力損失は図６に示した。尚、胴側流体の流量は例えば入口温度６８℃で２０ｌ／ｍｉｎ，５５℃で１００ｌ／ｍｉｎとすることにより一定の出口温度となった。
【００２４】
この結果によると、本発明品は従来品に比べて伝熱管の使用本数を減少させ伝熱面積が約２２％少なくなっているため、例えば図６に示されている圧力損失１ｋｇ／ｃｍ2である胴側流体流量約１３０ｌ／ｍｉｎにおいて、図４から判るように従来品に比べて熱交換量が約６％少ない。しかし、図５から判るように総括伝熱係数は従来品に比べて約１６％向上しており、また図６から判るように圧力損失は従来品の約５７％に低下している。また、本発明品は従来品と同等の総括伝熱係数、圧力損失でよいとした場合、胴側流体の流量を増加して能力を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると胴側流体が分流、合流を繰返しながら流れるように邪魔板を形成する、というきわめて簡単な手段で総括伝熱係数が大きいとともに圧力損失が低いというすぐれた性能をもつものとすることができ、小形化を計る、能力向上を計る、など流体の種類および使用場所に応じて適切なものを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦断面図。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ線、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線にそれぞれ沿う拡大断面図。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は合流邪魔板のそれぞれ異なる実施の形態を示す正面図。
【図４】熱交換量の試験結果を示すグラフ。
【図５】総括伝熱係数の試験結果を示すグラフ。
【図６】圧力損失の試験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１胴体、１０伝熱管、１１分流邪魔板、１２切欠き、１３，１５，１７合流邪魔板、１４，１６，１８通孔
【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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