CN108463682A - U形管热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明的U形管热交换器的管支承板(50)将管外流体室(93)内分隔为：第二端侧(D2)的曲管室(95)，存在U形管(20)的曲管部(25)；以及第一端侧(D1)的室。第二分隔壁(45)将管外流体室(93)内的第一端侧(D1)的室内分隔为：第一直管室(94a)，存在U形管(20)的入口侧直管部(21a)；以及第二直管室(94b)，存在U形管(20)的出口侧直管部(21b)。在第二分隔壁(45)形成有自第一直管室(94a)向第二直管室(94b)贯通的开口(46)。在管支承板(50)形成有：第一通孔(52a)，自第一直管室(94a)向曲管室(95)贯通；以及第二通孔(52b)，自第二直管室(94b)向曲管室(95)贯通。

Description

U形管热交换器

技术领域

本发明涉及一种U形管热交换器。

本申请基于2016年2月8日在日本申请的日本特愿2016-021880号主张优先权，并在此援用该内容。

背景技术

热交换器中有一种U形管热交换器，其具备：外筒；将外筒内分隔为第一端侧的管内流体室和第二端侧的管外流体室的管板；以及配置于管外流体室内且两端固定于管板的多个U形管。

作为这样的U形管热交换器例如有专利文献1中记载的U形管热交换器。在该U形管热交换器的管外流体室，设有隔壁，该隔壁将所述管外流体室分隔为存在U形管的入口侧直管部的第一直管室和存在U形管的出口侧直管部的第二直管。此外，在第一直管室以及第二直管室设有多个挡板。在该U形管热交换器，为了使流经U形管内的管内流体和流经U形管外的管外流体的传热面积增加，管外流体也流经存在U形管的曲管部的区域，换言之也流经外筒的端板的内侧的端板区域。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2002-357394号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述U形管热交换器中，由于管外流体也在U形管的曲管部的周围流动，因此曲管部发生振动的可能性高。因此，当为了抑制曲管部的振动而在外筒内使管外流体不流经曲管部存在的区域时，管外流体与管内流体的传热面积变小。

所以，本发明的目的在于，提供一种能使管外流体与管内流体的传热面积增加，并且能抑制U形管的振动的U形管热交换器。

技术方案

用于达成上述目的的本发明的第一方案的U形管热交换器具备：外筒，形成筒状，两端闭合；管板，在所述两端中的第一端侧的位置将所述外筒内分隔为所述第一端侧的管内流体室和第二端侧的管外流体室；多个U形管，配置于所述管外流体室，两端固定于所述管板，并且该两端面向所述管内流体室；第一分隔壁，将所述管内流体室分隔为：入口室，面向作为所述U形管的所述两端中的入口端的集合的入口端组；以及出口室，面向作为所述U形管的所述两端中的出口端的集合的出口端组；管支承板，将所述管外流体室分隔为所述第二端侧的、存在作为所述U形管的曲管部的集合的曲管组的曲管室以及所述第一端侧的室，并且对所述U形管的从所述入口端延伸的入口侧直管部以及所述U形管的从所述出口端延伸的出口侧直管部进行支承；以及第二分隔壁，将所述管外流体室的相对于所述曲管室处于所述第一端侧的室分隔为：第一直管室，存在作为所述U形管的所述入口侧直管部的集合的入口侧直管组；以及第二直管室，存在作为所述U形管的所述出口侧直管部的集合的出口侧直管组，在所述第二分隔壁的所述第二端侧的、比所述管支承板靠近所述第一端侧处，形成有自所述第一直管室向所述第二直管室贯通的开口，在所述管支承板，形成有自所述第一直管室向所述曲管室贯通的一个以上的第一通孔，并且形成有自所述第二直管室向所述曲管室贯通的一个以上的第二通孔。

在该U形管热交换器，设为管内流体已流入管内流体室的入口室。该管内流体从形成于多个U形管的入口端的入口流入U形管内。流入U形管内的管内流体经过U形管的入口侧直管部、曲管部、出口侧直管部，从形成于U形管的出口端的出口流出至管外流体室的出口室。

此外，在该U形管热交换器，例如设为管外流体已流入管外流体室的第二直管室。流入第二直管室的管外流体在流经该第二直管室内的过程中，与流经多个U形管的出口侧直管部内的管内流体进行热交换。

流入第二直管室的管外流体的一部分经过管支承板的第二通孔流入曲管室。管外流体在流经曲管室的过程中，与流经多个U形管的曲管部内的管内流体进行热交换。流入曲管室的管外流体经过管支承板的第一通孔流入管外流体室的第一直管室。此外，流入第二直管室的管外流体的另一部分经过第二分隔壁的开口流入第一直管室。

流入第一直管室的管外流体在流经该第一直管室的过程中，与流经多个U形管的入口侧直管部内的管内流体进行热交换。

如上所述，在该U形管热交换器，能在曲管室使管外流体与U形管的曲管部内的管内流体进行热交换，因此，与不将管外流体引导至曲管室内的U形管热交换器相比，能使传热面积增加。

再者，存在U形管的曲管部的曲管室中的管外流体的流动方向成分，以沿着曲管部的方向成分为主，但在局部也存在与曲管部交叉的方向成分。因此，当管外流体在一定条件下流经曲管室时，曲管室的曲管部发生振动。

因此，在该U形管热交换器，为了抑制曲管部的振动，使第二直管室的管外流体中的一部分流入曲管室，另一方面，使剩余的一部分不流入曲管室而从第二分隔壁的开口流入第一直管室。其结果是，在该U形管热交换器，虽然管外流体流经曲管室，但其流速变慢，由此与曲管部交叉的方向成分的流速也变慢，能抑制曲管部的振动。

需要说明的是，以上是假定管外流体从第二直管室向第一直管室流动来进行说明，但在管外流体从第一直管室向第二直管室流动的情况下，也能取得与以上相同的效果。

对于用于达成上述目的的本发明的第二方案的U形管热交换器而言，在所述第一方案的所述热交换器中，所述开口的开口面积大于所述一个以上的第一通孔的全流路截面积以及所述一个以上的第二通孔的全流路截面积。

对于用于达成上述目的的本发明的第三方案的U形管热交换器而言，在所述第一方案或所述第二方案的所述U形管热交换器中，在所述管支承板形成有：第一管孔，供多个所述U形管的各入口侧直管部插入；以及第二管孔，供多个所述U形管的各出口侧直管部插入，所述第一通孔形成于所述管支承板的多个所述第一管孔的相互间的位置，所述第二通孔形成于所述管支承板的多个所述第二管孔的相互间的位置。

对于用于达成上述目的的本发明的第四方案的U形管热交换器而言，在所述第一方案或所述第二方案的所述U形管热交换器中，在所述管支承板形成有：第一管孔，供多个所述U形管的各入口侧直管部插入；以及第二管孔，供多个所述U形管的各出口侧直管部插入，所述第一通孔与多个所述第一管孔中的任一个相连，所述第二通孔与多个所述第二管孔中的任一个相连。

对于用于达成上述目的的本发明的第五方案的U形管热交换器而言，在所述第一方案至第四方案中任一方案的所述U形管热交换器中，具备：引导件，配置于所述曲管室，与多个所述U形管分离，具有沿着多个所述U形管中的任一个U形管的所述曲管部弯曲的曲面。

在该U形管热交换器，曲管室的管外流体能沿着U形管的曲管部流动，因此，能减少管外流体的流动方向成分中的与曲管部交叉的方向成分。因此，在该U形管热交换器，即使流入曲管室的管外流体的流量与不具有引导件的热交换器相同，与不具有引导件的热交换器相比，也能抑制多个曲管部的振动。

换言之，在该U形管热交换器，即使流入曲管室的管外流体的流量多于不具有引导件的热交换器，也能抑制多个曲管部的振动。所以，在该U形管热交换器，能增加曲管室的管外流体与管内流体的热交换量。

对于用于达成上述目的的本发明的第六方案的U形管热交换器而言，在所述第五方案的所述U形管热交换器中，多个U形管中的任一个U形管的曲管部的曲率半径与其他U形管的曲管部的曲率半径不同，所述引导件具有以下引导件中的至少一个的引导件：内侧引导件，相对于作为曲率半径最小的曲管部的最小曲管部，位于所述最小曲管部的曲率中心侧，具有沿着所述最小曲管部的所述曲率中心侧弯曲的凸曲面；外侧引导件，相对于作为曲率半径最大的曲管部的最大曲管部，位于所述最大曲管部的曲率中心侧的相反侧，具有沿着所述最大曲管部的所述相反侧弯曲的凹曲面；以及中引导件，位于所述最小曲管部与所述最大曲管部之间，具有沿着所述最小曲管部的曲率中心侧的相反侧弯曲的凹曲面和沿着所述最大曲管部的曲率中心侧弯曲的凸曲面。

对于用于达成上述目的的本发明的第七方案的U形管热交换器而言，在所述第一方案至所述第六方案中的任一方案的所述U形管热交换器中，具备：一个以上的第一挡板，配置于所述第一直管室，在与所述入口侧直管部延伸的方向交叉的方向扩展；以及一个以上的第二挡板，配置于所述第二直管室内，在与所述出口侧直管部延伸的方向交叉的方向扩展，在所述第一挡板形成有在所述入口侧直管部延伸的方向贯通的一个以上的第三通孔，在所述第二挡板形成有在所述入口侧直管部延伸的方向贯通的一个以上的第四通孔。

在该U形管热交换器，在第一直管室配置有第一挡板，因此能使流经第一直管室的管外流体的流路长度变长。而且，在该U形管热交换器，第二直管室配置有第二挡板，因此能使流经第二直管室的管外流体的流路长度变长。因此，在该U形管热交换器，能增加管外流体与管内流体的热交换量。

此外，在该U形管热交换器，具有在与直管部延伸的方向交叉的方向扩展的挡板，但在挡板形成有在直管部延伸的方向贯通的通孔。因此，能减少管外流体的流动方向成分中的与直管部交叉的方向成分。所以，在该U形管热交换器，能抑制直管部的振动。

有益效果

根据本发明的一方案，能扩大管外流体与管内流体的传热面积，并且能抑制U形管的振动。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的U形管热交换器的剖面图。

图2是图1中的II-II线剖面图。

图3是表示本发明的第一实施方式的管孔和通孔的位置关系的说明图。

图4是本发明的第二实施方式的U形管热交换器的剖面图。

图5是本发明的第三实施方式的U形管热交换器的剖面图。

图6是表示本发明的第一改进例的管孔和通孔的位置关系的说明图。

图7是表示本发明的第二改进例的管孔和通孔的位置关系的说明图。

图8是表示本发明的第三改进例的管孔和通孔的位置关系的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的U形管热交换器的各种实施方式以及改进例进行详细说明。

“第一实施方式”

参照图1～图3对本发明的U形管热交换器的第一实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的U形管热交换器具备：筒状的外筒10；将外筒10内分隔为管内流体室90和管外流体室93的管板30；配置于管外流体室93内的多个U形管20；将管内流体室90内分隔为入口室91和出口室92的第一分隔壁40；将管外流体室93内分隔为第一直管室94a和第二直管室94b的第二分隔壁45；改变流经第一直管室94a内的管外流体Fo的流动方向的第一挡板60a；改变流经第二直管室94b内的管外流体Fo的流动方向的多个第二挡板60b；以及支承多个U形管20的管支承板50。

外筒10形成筒状，两端闭合。该外筒10具有：以轴线X为中心呈圆筒状的躯干部11；以及连接于躯干部11的端部的第一端板部12以及第二端板部14。在此，将轴线X延伸的方向设为轴向Dx。此外，将该轴向Dx的一侧设为第一端侧D1，将另一侧设为第二端侧D2。第一端板部12连接于躯干部11的第一端侧D1的端部，堵塞该躯干部11的第一端侧D1的开口。该第一端板部12向其内表面远离第二端板部14的一侧，就是说第一端侧D1平滑地凹陷成凹状。第二端板部14连接于躯干部11的第二端侧D2的端部，堵塞该躯干部11的第二端侧D2的开口。该第二端板部14向其内表面远离第一端板部12的一侧，就是说第二端侧D2平滑地凹陷成凹状。在第一端板部12，最靠近第一端侧D1的部分形成外筒10的第一端部13。此外，在第二端板部14，最靠近第二端侧D2的部分形成外筒10的第二端部15。

对于外筒10内而言，在第一端侧D1的位置由管板30分隔为第一端侧D1的管内流体室90和第二端侧D2的管外流体室93。更具体而言，对于外筒10内而言，在第一端板部12与躯干部11的分界处由管板30分隔为管内流体室90和管外流体室93。

U形管20具有一对直管部21和将一对直管部21的端部相互连接的曲管部25。曲管部25以一对直管部21之间的位置作为曲率中心26形成圆弧状。一对直管部21中的一方的直管部21形成入口侧直管部21a，另一方的直管部21形成出口侧直管部21b。入口侧直管部21a的两端中的与曲管部25相反侧的一端形成入口端22a。在该入口端22a形成有管内流体Fi流入U形管20内的入口。此外，出口侧直管部21b的两端中的与曲管部25相反侧的一端形成出口端22b。在该出口端22b形成有管内流体Fi自U形管20内流出的出口。U形管20的各直管部21均在轴向Dx延伸，且在轴向Dx的位置相同。

多个U形管20配置于管外流体室93内，多个U形管20的两端22a、22b固定于管板30。管板30实质上形成圆板状。在该管板30，形成有在轴向Dx贯通并供多个U形管20的各入口端22a以及各出口端22b插通的管孔31。在圆板状的管板30的一方的半圆内的多个管孔31，插通有多个U形管20的入口端22a。多个U形管20的入口端22a均面向管内流体室90。U形管20的入口端22a固定于该管孔31。此外，在圆板状的管板30的另一方的半圆内的多个管孔31，插通有多个U形管20的出口端22b。多个U形管20的出口端22b均面向管内流体室90。U形管20的出口端22b固定于该管孔31。多个U形管20的各曲管部25配置于合并了管外流体室93中的第二端板部14的内侧的区域和躯干部11的内侧的、第二端板部14一侧的区域的曲管室95内。

第一分隔壁40将管内流体室90内分隔为：面向作为U形管20的入口端22a的集合的入口端组的入口室91；以及面向作为U形管20的出口端22b的集合的出口端组的出口室92。在第一端板部12设有：使内侧的入口室91与外部相连通的管内侧入口喷嘴16；以及使内侧的出口室92与外部相连通的管内侧出口喷嘴17。

管支承板50配置于管外流体室93内，将该管外流体室93内分隔为前述的曲管室95和除该曲管室95以外的室。换言之，管支承板50将管外流体室93内分隔为第二端侧D2的室和第一端侧D1的室。在管支承板50形成有：第一管孔51a，供多个U形管20的入口侧直管部21a的第二端侧D2的部分插通；以及第二管孔51b，供多个U形管20的出口侧直管部21b的第二端侧D2的部分插通。多个U形管20的入口侧直管部21a通过插通于第一管孔51a来支承于该管支承板50。此外，多个U形管20的出口侧直管部21b通过插通于第二管孔51b来支承于该管支承板50。

第二分隔壁45配置于管外流体室93内，将管外流体室93内的与曲管室95相比靠近第一端侧D1的室分隔为：第一直管室94a，存在作为U形管20的入口侧直管部21a的集合的入口侧直管组；以及第二直管室94b，存在作为U形管20的出口侧直管部21b的集合的出口侧直管组。该第二分隔壁45在轴向Dx从管板30延伸至管支承板50。

在外筒10的躯干部11设有：管外侧入口喷嘴18，使内侧的第二直管室94b与外部相连通；以及管外侧出口喷嘴19，使内侧的第一直管室94a与外部相连通。

在第一直管室94a内配置有改变管外流体Fo的流动方向的多个第一挡板60a。此外，在第二直管室94b内也配置有改变管外流体Fo的流动方向的多个第二挡板60b。各挡板60a、60b均沿着在与U形管20的各直管部21延伸的轴向Dx交叉的交叉方向扩展的假想面、具体而言沿着在相对于轴线X垂直的方向扩展的假想面进行设置。不过，各挡板60a、60b仅沿着直管室94内的假想面的一个区域进行设置，在剩余的区域不进行设置。所以，各挡板60a、60b在假想面的一个区域将直管室94内分隔为第一端侧D1和第二端侧D2，但是在假想面的剩余区域不存在，不会对直管室94内进行分隔。多个第一挡板60a在第一直管室94a内以在轴向Dx的位置相互不同的方式进行配置。此外，多个第二挡板60b在第二直管室94b内以在轴向Dx的位置相互不同的方式进行配置。对于多个第一挡板60a中的在轴向Dx邻接的两个第一挡板60a而言，将直管室94内分隔为第一端侧D1和第二端侧D2的区域相互不同。此外，对于多个第二挡板60b中的在轴向Dx邻接的两个第二挡板60b而言，将直管室94内分隔为第一端侧D1和第二端侧D2的区域相互不同。在第一挡板60a形成有供U形管20的入口侧直管部21a插通的第一管孔61a。此外，在第二挡板60b形成有供U形管20的出口侧直管部21b插通的第二管孔61b。

如图1以及图2所示，在第二分隔壁45的第二端侧D2的、与管支承板50相比靠近第一端侧D1处，形成有自第一直管室94a向第二直管室94b贯通的开口46。此外，在管支承板50，形成有：第一通孔52a，自第一直管室94a向曲管室95贯通多个第一管孔51a的相互间的位置；以及第二通孔52b，自第二直管室94b向曲管室95贯通多个第二管孔51b的相互间的位置。在第一挡板60a形成有在轴向Dx贯通各第一管孔61a的相互间的位置的多个第三通孔62a。在第二挡板60b形成有在轴向Dx贯通各第二管孔61b的相互间的位置的多个第四通孔62b。

如图3所示，本实施方式的管配置为正三角形配置。即，本实施方式的多个U形管20的各直管部21均配置于正三角形的顶点的位置。在此，将管支承板50的第一管孔51a、管支承板50的第二管孔51b、第一挡板60a的第一管孔61a、第二挡板60b的第二管孔61b仅设为管孔81。此外，将形成于管支承板50的多个第一管孔51a的相互间的第一通孔52a、形成于管支承板50的多个第二管孔51b的相互间的第二通孔52b、形成于第一挡板60a的多个第一管孔61a的相互间的第三通孔62a、形成于第二挡板60b的多个第二管孔61b的相互间的第四通孔62b仅设为通孔82。该通孔82形成于前述正三角形的中心。

形成于管支承板50的多个第一通孔52a的全流路截面积与形成于管支承板50的多个第二通孔52b的全流路截面积实质上相同。形成于第二分隔壁45的开口46的开口面积大于多个第一通孔52a的全流路截面积以及多个第二通孔52b的全流路截面积。

管内流体Fi自管内侧入口喷嘴16流入管内流体室90的入口室91。流入入口室91的管内流体Fi自多个U形管20的入口流入U形管20内。流入U形管20内的管内流体Fi经过U形管20的入口侧直管部21a、曲管部25、出口侧直管部21b从U形管20的出口流出至管内流体室90的出口室92。到达出口室92的管内流体Fi从管内侧出口喷嘴17流出至外部。

管外流体Fo自管外侧入口喷嘴18流入管外流体室93的第二直管室94b。流入第二直管室94b的管外流体Fo流经该第二直管室94b。此时，管外流体Fo沿着由外筒10的躯干部11的内表面、第二分隔壁45以及多个第二挡板60b形成的蛇形(蜿蜒)的流路流动。即，管外流体Fo一边在第二直管室94b蛇形一边流向第二端侧D2。此外，流入第二直管室94b的管外流体Fo的一部分在各第二挡板60b的多个第四通孔62b内流向第二端侧D2。管外流体Fo在如上所述地流经第二直管室94b的过程中，与流经多个U形管20的出口侧直管部21b内的管内流体Fi进行热交换。

流入第二直管室94b的管外流体Fo的一部分经过管支承板50的第二通孔52b流入曲管室95。管外流体Fo在流经曲管室95的过程中，与流经多个U形管20的曲管部25内的管内流体Fi进行热交换。

流入曲管室95的管外流体Fo经过管支承板50的第一通孔52a流入管外流体室93的第一直管室94a。此外，流入第二直管室94b的管外流体Fo的另一部分经过第二分隔壁45的开口46流入第一直管室94a。

流入第一直管室94a的管外流体Fo流经该第一直管室94a。此时，管外流体Fo沿着由外筒10的躯干部11的内表面、第二分隔壁45以及多个第一挡板60a形成的蛇形的流路流动。即，管外流体Fo一边在第一直管室94a蛇形一边流向第一端侧D1。此外，流入第一直管室94a的管外流体Fo的一部分在各第一挡板60a的多个第三通孔62a内流向第一端侧D1。管外流体Fo在如上所述地流经第一直管室94a的过程中，与流经多个U形管20的入口侧直管部21a内的管内流体Fi进行热交换。

与流经多个U形管20的入口侧直管部21a内的管内流体Fi进行热交换后的管外流体Fo从管外侧出口喷嘴19流出至外部。

如上所述，由于本实施方式的U形管热交换器能在曲管室95使管外流体Fo与U形管20的曲管部25内的管内流体Fi进行热交换，因此，与不将管外流体Fo引导至曲管室95的U形管热交换器相比，能使传热面积增加。

再者，在本实施方式中，U形管20的曲管部25不像直管部21那样由挡板等进行支承。而且，在存在该曲管部25的曲管室95中的管外流体Fo的流动方向成分中，与曲管部25交叉的方向成分较多。因此，当管外流体Fo在一定条件下流经曲管室95内时，曲管室95内的曲管部25发生振动。

所以，在本实施方式中，为了抑制曲管部25的振动，使第二直管室94b内的管外流体Fo中的一部分流入曲管室95，另一方面，使剩余的一部分不流入曲管室95而从第二分隔壁45的开口46流入第一直管室94a。其结果是，如前所述，在本实施方式中，虽然管外流体Fo流经曲管室95，但其流速变慢，能抑制曲管部25的振动。

在本实施方式中，为了减少流入曲管室95的管外流体Fo的流量并使流经曲管室95的管外流体Fo的流速变慢，使管支承板50的多个第一通孔52a的全流路截面积以及管支承板50的多个第二通孔52b的全流路截面积小于形成于第二分隔壁45的开口46的开口面积。

不过，为了使在曲管室95内的管外流体Fo与管内流体Fi的热交换量增加，优选使流入曲管室95内的管外流体Fo的流量增多。所以，优选在能抑制曲管部25的振动的范围内扩大多个第一通孔52a的全流路截面积以及多个第二通孔52b的全流路截面积。因此，根据构成U形管热交换器的各构件的各种尺寸、流入管外流体室93的管外流体Fo的流量、该管外流体Fo的密度、流入多个U形管20的管内流体Fi的流量、该管内流体Fi的密度等，有时也可以使多个第一通孔52a的全流路截面积以及多个第二通孔52b的全流路截面积大于形成于第二分隔壁45的开口46的开口面积。

在本实施方式的第一直管室94a内，配置有多个第一挡板60a。此外，在第二直管室94b内，配置有多个第二挡板60b。如此，当直管室94内配置有挡板60a、60b时，在直管室94内的一部分，管外流体Fo会在与U形管20的直管部21交叉的方向流动。因此，虽然热交换的效率好，但在直管室94内的直管部21也可能会发生振动。由于在本实施方式的各挡板60a、60b，形成有在直管部21延伸的轴向Dx贯通的多个通孔62a、62b，因此，能减少直管室94内的管外流体Fo的流动方向成分中的与直管部21延伸的轴向Dx交叉的方向成分。因此，在本实施方式中，虽然在直管室94内配置有多个挡板60a、60b，但能抑制直管室94内的直管部21的振动，并且也能使热交换的效率良好。

“第二实施方式”

参照图4，对本发明的U形管热交换器的第二实施方式进行说明。

本实施方式的U形管热交换器在上述第一实施方式的U形管热交换器中追加了内侧引导件71、中引导件73以及外侧引导件76。内侧引导件71、中引导件73以及外侧引导件76均配置于曲管室95内。

多个U形管20的各曲管部25的曲率半径与任意其他的曲管部25的曲率半径不同。因此，在多个U形管20有：U形管20a，具有作为曲率半径最小的曲管部25的最小曲管部25a；U形管20c，具有作为曲率半径最大的曲管部25的最大曲管部25c；以及U形管20b，具有作为曲率半径处于中间的曲管部25的中间曲管部25b。多个U形管20的各曲管部25的曲率中心26均实质上处于轴线X上的、曲管室95内的第一端侧D1的位置。因此，中间曲管部25b位于比最大曲管部25c靠近曲率中心26侧的位置，最小曲管部25a位于比中间曲管部25b更靠近曲率中心26侧的位置。需要说明的是，在本实施方式中，对于多个中间曲管部25b而言，其曲率半径也相互不同。

内侧引导件71配置于从最小曲管部25a向该最小曲管部25a的曲率中心26侧分离的位置。该内侧引导件71具有沿着最小曲管部25a的曲率中心26侧弯曲的凸曲面72。该内侧引导件71例如固定于管支承板50。

外侧引导件76位于从最大曲管部25c向该最大曲管部25c的曲率中心26侧的相反侧分离的位置。该外侧引导件76具有沿着最大曲管部25c的曲率中心26侧的相反侧弯曲的凹曲面77。该外侧引导件76例如固定于管支承板50或外筒10的内表面。

中引导件73配置于多个中间曲管部25b之间的、从各中间曲管部25b分离的位置。该中引导件73具有凹曲面74、凸曲面75。中引导件73的凹曲面74沿着以该中引导件73为基准位于曲率中心26侧的曲管部25的曲率中心26侧的相反侧弯曲。此外，中引导件73的凸曲面75具有沿着以该中引导件73为基准位于曲率中心26侧的相反侧的曲管部25的曲率中心26侧弯曲的凸曲面75。

如上所述，在本实施方式中，由于在曲管室95配置了内侧引导件71、中引导件73以及外侧引导件76，因此，曲管室95中的管外流体Fo无论是在曲管室95的曲率中心26侧，还是在其相反侧，甚至是在其之间的位置都沿着曲管部25的弯曲地流动。即，在本实施方式中，能减少曲管室95中的管外流体Fo的流动方向成分中的与曲管部25交叉的方向成分。

因此，在本实施方式中，即使流入曲管室95的管外流体Fo的流量与上述第一实施方式相同，与上述第一实施方式相比，也能抑制曲管室95的多个曲管部25的振动。

换言之，在本实施方式中，即使使流入曲管室95的管外流体Fo的流量多于上述第一实施方式，也能抑制曲管室95的多个曲管部25的振动。所以，在本实施方式中，能增加曲管室95的管外流体Fo与管内流体Fi的热交换量。

需要说明的是，在本实施方式中，将内侧引导件71、中引导件73以及外侧引导件76配置于曲管室95内。然而，也可以在曲管室95内仅配置内侧引导件71、中引导件73以及外侧引导件76中的任一种引导件或任意两种引导件。

“第三实施方式”

参照图5，对本发明的U形管热交换器的第三实施方式进行说明。

本实施方式的U形管热交换器在上述第一实施方式的U形管热交换器中追加了内筒85。内筒85配置于外筒10内。

内筒85具有：以轴线X为中心呈圆筒状的躯干部86；连接于躯干部86的第二端侧D2的端板部87；以及连接于躯干部86的第一端侧D1的分隔板部88。圆筒状的躯干部86从外筒10的躯干部11的内表面向靠近轴线X的一侧分离。换言之，内筒85的躯干部86的外径小于外筒10的躯干部11的内径。端板部87闭合躯干部86的第二端侧D2的端部的开口。该端板部87的内表面向第二端侧D2平滑地凹陷成凹状，其外表面向第二端侧D2平滑地突出成凸状。特别是，端板部87的内表面沿着最大曲管部25c平滑地弯曲。另一方面，在躯干部86的第一端侧D1的端部，未设有端板部等。因此，内筒85的第一端侧D1的端部形成为开口。该端板部87的外表面从外筒10的第二端板部14的内表面向该第二端板部14的内侧分离。躯干部86以轴向Dx上的第一端侧D1的端部的位置位于管外侧入口喷嘴18的第二端侧D2的方式配置于管外流体室93。在躯干部86的第一端侧D1的端部的、第二直管室94b内的部分，设有向相对于轴线X的径向外侧扩展的分隔板部88。该分隔板部88的径向外侧的缘连接于外筒10的内表面。所以，从管外侧入口喷嘴18流入第二直管室94b内的管外流体Fo不直接流入外筒10和内筒85之间的间隙。另一方面，在躯干部86的第一端侧D1的端部的、第一直管室94a内的部分，未设有向相对于轴线X的径向外侧扩展的分隔板部。所以，在第一直管室94a内与U形管20的入口侧直管部21a内的管内流体Fi进行热交换后的管外流体Fo会从外筒10的内表面与内筒85的躯干部86的第一端侧D1的端部之间的间隙流入外筒10的内表面与内筒85的外表面之间的筒内出口流路96。

本实施方式的管外侧出口喷嘴19a与上述第一实施方式不同，而与管外侧入口喷嘴18相同地连接于外筒10的躯干部11的、第二直管室94b的外侧的部分。该管外侧出口喷嘴19a使筒内出口流路96与外部相连通。

本实施方式中的多个第一挡板60a、多个第二挡板60b以及管支承板50均配置于内筒85内。

在本实施方式中，也是管外流体Fo从管外侧入口喷嘴18流入第二直管室94b内。该管外流体Fo在流经内筒85内的第二直管室94b的过程中，与U形管20的出口侧直管部21b内的管内流体Fi进行热交换。流入第二直管室94b的管外流体Fo的一部分经过管支承板50的第二通孔52b流入内筒85内的曲管室95。管外流体Fo在流经曲管室95的过程中，与流经多个U形管20的曲管部25内的管内流体Fi进行热交换。流入曲管室95的管外流体Fo经过管支承板50的第一通孔52a流入内筒85内的第一直管室94a。

此外，流入第二直管室94b的管外流体Fo的另一部分经过第二分隔壁45的开口46流入内筒85内的第一直管室94a。流入第一直管室94a的管外流体Fo在流经内筒85内的第一直管室94a内的过程中，与流经多个U形管20的入口侧直管部21a内的管内流体Fi进行热交换。在第一直管室94a与U形管20的入口侧直管部21a内的管内流体Fi进行热交换后的管外流体Fo，如前所述地流入外筒10的内表面与内筒85的外表面之间的筒内出口流路96。流入筒内出口流路96的管外流体Fo从管外侧出口喷嘴19a流出至外部。

在本实施方式中，在外筒10内配置内筒85，与管外侧入口喷嘴18相同地将管外侧出口喷嘴19a连接于外筒10的躯干部11的、第二直管室94b的外侧的部分。因此，与外筒10的内表面相接触的流体无论在第一直管室94a侧，还是在第二直管室94b侧，几乎都是与多个U形管20内的管内流体Fi进行热交换后的管外流体Fo。所以，能减小外筒10的第一直管室94a侧的温度与外筒10的第二直管室94b侧的温度的温度差。

在流入U形管热交换器的管外流体Fo的温度和在U形管热交换器内进行热交换后的管外流体Fo的温度的温度差大的情况下，在如上述第一实施方式那样不存在内筒85的热交换器，外筒10的第一直管室94a侧的温度和外筒10的第二直管室94b侧的温度的温度差变大。因此，由于外筒10的第一直管室94a侧的热膨胀量和外筒10的第二直管室94b侧的热膨胀量的膨胀差，外筒10的弯曲变形量变大。

在本实施方式中，如前所述，通过在外筒10内配置内筒85，能减小外筒10的第一直管室94a侧的温度和外筒10的第二直管室94b侧的温度的温度差，能抑制外筒10的弯曲变形。

此外，本实施方式的内筒85的端板部87的内表面如前所述那样沿着最大曲管部25c平滑地弯曲。因此，内筒85的端板部87作为上述第二实施方式中的外侧引导件76发挥功能。所以，在本实施方式中，与第二实施方式相同，即使使流入曲管室95的管外流体Fo的流量多于上述第一实施方式，也能抑制曲管室95的多个曲管部25的振动。

需要说明的是，在本实施方式中，也可以如第二实施方式那样设置内侧引导件71、中引导件73。

“通孔的改进例”

参照图6～图8，对形成于管支承板50、第一挡板60a以及第二挡板60b的通孔的各种改进例进行说明。需要说明的是，以下，将管支承板50的第一管孔51a以及第二管孔51b、第一挡板60a的第一管孔61a、第二挡板60b的第二管孔61b仅设为管孔81。此外，将管支承板50的第一通孔52a以及第二通孔52b、第一挡板60a的第三通孔62a，第二挡板60b的第四通孔62b仅设为通孔。

首先，参照图6，对通孔的第一改进例进行说明。

本改进例的管配置也与上述第一实施方式相同，为正三角形配置。即，本改进例的多个U形管20的各入口侧直管部21a均配置于正三角形的顶点的位置。此外，多个U形管20的各出口侧直管部21b也配置于正三角形的顶点。换言之，多个管孔81均配置于正三角形的顶点的位置。

本改进例的通孔82a也与上述第一实施方式相同地形成于多个管孔81的相互间。不过，本改进例的通孔82a构成为具有：形成于上述正三角形的中心的第一孔部82ax；形成于与该正三角形邻接的另一个正三角形的中心的第二孔部82ay；以及连接第一孔部82ax和第二孔部82ay的连接孔部82az。换言之，本改进例的通孔82a是从上述正三角形的中心到邻接于该正三角形的另一个正三角形的中心进行扩展的孔。

接着，参照图7，对通孔的第二改进例进行说明。

本改进例的管配置也与上述第一实施方式以及上述第一改进例相同，为正三角形配置。

再者，上述第一实施方式的通孔82以及上述第一改进例的通孔82a均为相对于管孔81独立的孔。另一方面，本改进例的通孔82b与管孔81相连。在本改进例中，一个管孔81与三个通孔82b相连。如前所述，管孔81是以正三角形的顶点为中心的圆形的孔。一个通孔82b从正三角形的顶点朝向该正三角形的底边的中点自管孔81扩展。相对于一个管孔81剩余的通孔82b也同样从正三角形的顶点朝向该正三角形的底边的中点自管孔81扩展。不过，三个通孔82b以正三角形的顶点为基准并以120°间隔进行配置。

接着，参照图8，对通孔的第三改进例进行说明。

本改进例的管配置与上述第一实施方式、上述第一改进例以及上述第二改进例不同，为正方形配置。即，本改进例的多个U形管20的各入口侧直管部21a均配置于正方形的顶点的位置。此外，多个U形管20的各出口侧直管部21b也配置于正方形的顶点。换言之，多个管孔81均配置于正方形的顶点的位置。

本改进例的通孔82c形成于前述的正方形的中心。虽然本改进例与上述第一实施方式的管配置不同，但在连结多个管孔81的中心而形成的正多角形的中心形成通孔这一点相同。

需要说明的是，如本改进例所示，在管配置是正方形配置的情况下，也可以与上述第二改进例相同地具有：形成于正方形的中心的第一孔部；形成于与该正方形邻接的另一个正方形的中心的第二孔部；以及连接第一孔部和第二孔部的连接孔部，并由它们来构成通孔。此外，如本改进例所示，在管配置是正方形配置的情况下，也可以与上述第二改进例相同地使通孔连接于管孔81。在管配置是正方形配置的情况下，一个管孔81与四个的通孔相连。四个通孔以正方形的顶点为基准并以90°间隔进行配置。

需要说明的是，在图3、图6～图8中，为了方便起见，将管支承板50的第一通孔52a以及第二通孔52b、第一挡板60a的第三通孔62a、第二挡板60b的第四通孔62b进行概括而仅设为通孔，形成于各板的管孔也进行概括而仅设为管孔。因此，虽然管支承板50的第一通孔52a以及第二通孔52b的尺寸和第一挡板60a的第三通孔62a以及第二挡板60b的第四通孔62b的尺寸看起来相同，但两个尺寸并不一定要相同。

此外，管支承板50的第一通孔52a以及第二通孔52b的形状等和第一挡板60a的第三通孔62a以及第二挡板60b的第四通孔62b的形状等也没有必要一致。例如可以采用上述第一实施方式的形状等来作为管支承板50的第一通孔52a以及第二通孔52b的形状等，可以采用上述第一改进例、第二改进例等的孔形状等来作为第一挡板60a的第三通孔62a以及第二挡板60b的第四通孔62b的形状等。此外，相反，也可以采用上述第一实施方式的形状等来作为第一挡板60a的第三通孔62a以及第二挡板60b的第四通孔62b的形状等，也可以采用上述第一改进例、第二改进例等的孔形状等来作为管支承板50的第一通孔52a以及第二通孔52b的形状等。

工业上的可利用性

根据本发明的一方案，能扩大管外流体与管内流体的传热面积，并且能抑制U形管的振动。

符号说明

10：外筒

11：躯干部

12：第一端板部

13：第一端部

14：第二端板部

15：第二端部

16：管内侧入口喷嘴

17：管内侧出口喷嘴

18：管外侧入口喷嘴

19、19a：管外侧出口喷嘴

20、20a、20b、20c：U形管

21：直管部

21a：：入口侧直管部

21b：：出口侧直管部

22a：入口端

22b：出口端

25：曲管部

25a：最小曲管部

25b：中间曲管部

25c：最大曲管部

26：曲率中心

30：管板

31：管孔

40：第一分隔壁

45：第二分隔壁

46：开口

50：管支承板

51a：第一管孔

51b：第二管孔

52a：第一通孔

52b：第二通孔

60a：第一挡板

60b：第二挡板

61a：第一管孔

61b：第二管孔

62a：第三通孔

62b：第四通孔

71：内侧引导件

72：凸曲面

73：中引导件

74：凹曲面

75：凸曲面

76：外侧引导件

77：凹曲面

81：管孔

82、82a、82b、82c：通孔

85：内筒

86：躯干部

87：端板部

88：分隔板部

90：管内流体室

91：入口室

92：出口室

93：管外流体室

94：直管室

94a：：第一直管室

94b：：第二直管室

95：曲管室

96：筒内出口流路

Fi：管内流体

Fo：管外流体

X：轴线

Dx：轴向

D1：第一端侧

D2：第二端侧

Claims (7)

1.一种U形管热交换器，其具备：

外筒，形成筒状，两端闭合；

管板，在所述两端中的第一端侧的位置，将所述外筒内分隔为所述第一端侧的管内流体室和第二端侧的管外流体室；

多个U形管，配置于所述管外流体室，两端固定于所述管板，并且所述两端面向所述管内流体室；

第一分隔壁，将所述管内流体室分隔为：入口室，面向作为所述U形管的所述两端中的入口端的集合的入口端组；以及出口室，面向作为所述U形管的所述两端中的出口端的集合的出口端组；

管支承板，将所述管外流体室分隔为所述第二端侧的、存在作为所述U形管的曲管部的集合的曲管组的曲管室以及所述第一端侧的室，并且对所述U形管的从所述入口端延伸的入口侧直管部以及所述U形管的从所述出口端延伸的出口侧直管部进行支承；以及

第二分隔壁，将所述管外流体室的相对于所述曲管室处于所述第一端侧的室分隔为：第一直管室，存在作为所述U形管的所述入口侧直管部的集合的入口侧直管组；以及第二直管室，存在作为所述U形管的所述出口侧直管部的集合的出口侧直管组，

在所述第二分隔壁的所述第二端侧的、比所述管支承板靠近所述第一端侧处，形成有自所述第一直管室向所述第二直管室贯通的开口，

在所述管支承板，形成有自所述第一直管室向所述曲管室贯通的一个以上的第一通孔，并且形成有自所述第二直管室向所述曲管室贯通的一个以上的第二通孔。

2.根据权利要求1所述的U形管热交换器，其中，

所述开口的开口面积大于所述一个以上的第一通孔的全流路截面积以及所述一个以上的第二通孔的全流路截面积。

3.根据权利要求1或2所述的U形管热交换器，其中，

在所述管支承板形成有：第一管孔，供多个所述U形管的各入口侧直管部插入；以及第二管孔，供多个所述U形管的各出口侧直管部插入，

所述第一通孔形成于所述管支承板的多个所述第一管孔的相互间的位置，

所述第二通孔形成于所述管支承板的多个所述第二管孔的相互间的位置。

4.根据权利要求1或2所述的U形管热交换器，其中，

在所述管支承板形成有：第一管孔，供多个所述U形管的各入口侧直管部插入；以及第二管孔，供多个所述U形管的各出口侧直管部插入，

所述第一通孔与多个所述第一管孔中的任一个相连，

所述第二通孔与多个所述第二管孔中的任一个相连。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的U形管热交换器，具备：

引导件，配置于所述曲管室，与多个所述U形管分离，具有沿着多个所述U形管中的任一个U形管的所述曲管部弯曲的曲面。

6.根据权利要求5所述的U形管热交换器，其中，

多个U形管中的任一个U形管的曲管部的曲率半径与其他U形管的曲管部的曲率半径不同，

所述引导件具有以下引导件中的至少一个引导件：

内侧引导件，相对于作为曲率半径最小的曲管部的最小曲管部，位于所述最小曲管部的曲率中心侧，具有沿着所述最小曲管部的所述曲率中心侧弯曲的凸曲面；

外侧引导件，相对于作为曲率半径最大的曲管部的最大曲管部，位于所述最大曲管部的曲率中心侧的相反侧，具有沿着所述最大曲管部的所述相反侧弯曲的凹曲面；以及

中引导件，位于所述最小曲管部与所述最大曲管部之间，具有沿着所述最小曲管部的曲率中心侧的相反侧弯曲的凹曲面和沿着所述最大曲管部的曲率中心侧弯曲的凸曲面。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的U形管热交换器，具备：

一个以上的第一挡板，配置于所述第一直管室，在与所述入口侧直管部延伸的方向交叉的方向扩展；以及

一个以上的第二挡板，配置于所述第二直管室内，在与所述出口侧直管部延伸的方向交叉的方向扩展，

在所述第一挡板，形成有在所述入口侧直管部延伸的方向贯通的一个以上的第三通孔，

在所述第二挡板，形成有在所述入口侧直管部延伸的方向贯通的一个以上的第四通孔。