JP2005221094A

JP2005221094A - 熱交換器用伝熱管

Info

Publication number: JP2005221094A
Application number: JP2004026659A
Authority: JP
Inventors: Kazumichi Tanaka; 一道田中; Koji Aono; 浩二青野
Original assignee: Iwai Kikai Kogyo Co Ltd
Current assignee: Iwai Kikai Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】圧力損失が小さく、かつ、圧力損失の割には伝熱係数が大きくて、伝熱効率の高い熱交換器用伝熱管を提供する。
【解決手段】内部を被加熱物が流通する熱交換器用伝熱管１であって、伝熱管本体２における管壁にディンプル加工により管内方へ突出する凸部５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は熱交換器用伝熱管に関し、特に、高粘性液を液媒体として使用する熱交換器に用いられる伝熱管の改良に関する。

熱交換器では高粘性液を被加熱物として用いることが多い。ところが、伝熱管の内部に高粘性液を流通させた場合、管の中心部と、その周囲の管壁近傍との間に温度差が生じやすく、伝熱効率が低いという不具合がある。そして、この不具合を解消するには、伝熱管内部の高粘性液を攪拌して乱流を発生させ、管の中心部の温度と、その周囲の管壁近傍の温度を均一にすることが望ましい。

従来、伝熱管内部の高粘性液を攪拌するために、管壁の長さ方向全域に亘ってコルゲート加工を施すことが行われている。

しかしながら、コルゲート加工を施した伝熱管の場合、圧力損失が大きくなるという弊害がある。また、コルゲートによる攪拌は管壁近傍に限られ、管中心部ではそれほど攪拌されないため、温度が均一にならず、圧力損失が大きくなる割には伝熱係数が小さくて、伝熱効率が悪いという不具合があった。

なお、本出願人は上記の不具合を解消できる熱交換器用伝熱管について調査したが、関連する先行技術文献を見出すことができなかった。

そこで本発明は、圧力損失が小さく、かつ、圧力損失に比して伝熱係数が大きく、伝熱効率の高い熱交換器用伝熱管の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、内部を被加熱物が流通する熱交換器用伝熱管であって、伝熱管本体における管壁に管内方へ突出する複数の凸部が設けられたことを特徴とする．
従って、請求項１記載の発明にあっては、伝熱管内部を流通する高粘液性の被加熱物が、管へ記に設けられた凸部に衝接することにより、流れが攪拌される。
また、請求項２記載の熱交換器用伝熱管にあっては、管壁へのディンプル加工により管内方へ突出する凸部が設けられたことを特徴とするものである。

即ち、本発明に係る熱交換器用伝熱管にあっては、伝熱管本体の管壁にディンプル加工により管内方へ突出するように設けられた凸部が、伝熱管本体の内部を流通する被加熱物を攪拌して乱流を発生させることができる。

また、請求項３記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、上記被加熱物として高粘性液が用いられ、上記ディンプル加工部は伝熱管本体の長さ方向に沿って一定ピッチで設けられ、上記ディンプル加工部に形成された上記凸部は管壁の周方向において互いに対向して一対に設けられたことを特徴とする。

即ち、本発明に係る熱交換器用伝熱管にあっては、流動性が高くなく攪拌しにくい高粘性液が用いられても、伝熱管内における高粘性液の流れの幅方向の両側部位が、互いに対向する一対の凸部に衝突することにより、流れが分離されることにより攪拌される。

また、請求項４記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、伝熱管本体の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部と、伝熱管本体の長さ方向において上記凸部の前後に設けられた隣接する凸部は互いに伝熱管本体の周方向において略９０度づつ角度を異ならしめて配置されたことを特徴とする。

即ち、本発明に係る熱交換器用伝熱管にあっては、伝熱管内を高粘性液が流動するに従い、その伝熱管内を流通する高粘性液は、先ず、互いに対向する一対の凸部に衝接することにより流れが分離され、さらに、当該分離された流れがさらに流通方向後方側に配置された伝熱管の周方向において略９０度異ならしめて配置された一対の凸部に衝接することによりさらに流れが分離される。
従って、管路内を流通する高粘性液はこのような、凸部への衝接、分離が繰り返されることにより十分に攪拌される。

また、請求項５記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、被加熱物として固形物を含有する高粘性液が用いられ、上記ディンプル加工部は伝熱管本体の長さ方向に沿って一定ピッチで設けられ、その長さ方向における任意の１箇所におけるディンプル加工部では管壁の周方向における１箇所に上記凸部が設けられたことを特徴とする。

即ち、本発明に係る熱交換器用伝熱管にあっては、被加熱物として動きにくく攪拌しにくい固形物を含有する高粘性液が用いられても、その固形物を含有する高粘性液の幅方向の部位が上記凸部に衝突して流れの方向を変えられるので、攪拌が十分に行われる。

また、請求項６記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、伝熱管本体の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部と、伝熱管本体の長さ方向において上記凸部の前後に設けられた隣接する凸部は互いに伝熱管本体の周方向において略１２０度づつ角度を異ならしめて配置されたことを特徴とする。

即ち、本発明に係る熱交換器用伝熱管にあっては、固形物を含有する高粘性液が流動するに従い、その固形物を含有する高粘性液は周方向の３個所において上記凸部に衝突して流れの方向を変えられるので、攪拌が十分に行われる。

請求項１記載の発明に係る熱交換器用伝熱管は、内部を被加熱物が流通する熱交換器用伝熱管であって、伝熱管本体における管壁にディンプル加工により管内方へ突出する凸部が設けられたことから、伝熱管本体における管壁の内面側にディンプル加工により設けられた上記凸部が、伝熱管内部を流通する被加熱物を攪拌して乱流を発生させるので、伝熱管の中心部の温度と、管壁近傍の温度がほぼ等しくなって、管内部の被加熱物の温度を略均一にすることができる。従って、伝熱係数が大きくなり、伝熱効率が高まる。
請求項２記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管にあっては、ディンプル加工により設けられた凸部は、従来のコルゲートに比べ形状が滑らかなので圧力損失も小さく、サニタリー性も保たれる。

また、請求項３記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、上記ディンプル加工部が伝熱管本体の長さ方向に沿って一定ピッチで設けられ、その長さ方向における任意の１箇所におけるディンプル加工部では管壁の周方向における対向する２箇所に上記凸部が設けられたことから、被加熱物として高粘性液が用いられても、その高粘性液を両側から凸部が攪拌するので、高粘性液が十分に攪拌されて、伝熱係数が大きくなり、伝熱効率が確実に高まるという効果がある。

また、請求項４記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、伝熱管本体の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部と、伝熱管本体の長さ方向において上記凸部の前後に設けられた隣接する凸部は互いに伝熱管本体の周方向において略９０度づつ角度をずらして配置されたことにより、被加熱物として高粘性液が用いられても、その高粘性液を四方から凸部が攪拌するので、高粘性液が十分に攪拌されて、伝熱係数の増大も顕著になり、伝熱効率がさらに高まるという効果がある。

また、請求項５記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、上記ディンプル加工部が伝熱管本体の長さ方向に沿って一定ピッチで設けられ、その長さ方向における任意の１箇所におけるディンプル加工部では管壁の周方向における１箇所に上記凸部が設けられたことにより、被加熱物として固形物を含有する高粘性液が用いられても、その高粘性液を上記凸部が攪拌するので、高粘性液が十分に攪拌されて、伝熱係数が大きくなり、伝熱効率が確実に高まると共に、固形物が上記凸部を設けた部位を容易に通過できるという効果がある。

また、請求項６記載の本発明に係る熱交換器用伝熱管は、伝熱管本体の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部と、伝熱管本体の長さ方向において上記凸部の前後に設けられた隣接する凸部は互いに伝熱管本体の周方向において略１２０度づつ角度をずらして配置されたことにより、被加熱物として固形物を含有する高粘性液が用いられても、その高粘性液を周方向の三方から凸部が攪拌するので、高粘性液が十分に攪拌されて、伝熱係数の増大も顕著になり、伝熱効率がさらに高まると共に、固形物が上記凸部を設けた部位を容易に通過できるという効果がある。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態に係る熱交換器用伝熱管１は、内部を被加熱物が流通する熱交換器用伝熱管１であって、図１〜図７に示すように、伝熱管本体２における管壁３にディンプル加工により管内方へ突出する凸部４が設けられている。
また、図１〜図３に示した実施形態では、上記被加熱物として高粘性液が用いられ、上記ディンプル加工部５は伝熱管本体２の長さ方向に沿って一定ピッチで設けられ、その長さ方向における任意の１箇所におけるディンプル加工部５では管壁３の周方向における対向する２箇所に上記凸部４が設けられている。

また、図１〜図３に示した実施形態では、伝熱管本体２の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部４と、伝熱管本体２の長さ方向において上記凸部４の前後に設けられた隣接する凸部４は互いに伝熱管本体２の周方向において９０度づつ角度をずらして配置されている。

また、図１〜図３に示した実施形態では、伝熱管本体２において上記凸部４が設けられた部位の断面積は、上記凸部４が設けられていない部位の断面積の５０％に設定されている。
また、図４〜図７に示した実施形態では、被加熱物として固形物を含有する高粘性液が用いられ、上記ディンプル加工部５は伝熱管本体２の長さ方向に沿って一定ピッチで設けられ、その長さ方向における任意の１箇所におけるディンプル加工部５では管壁３の周方向における１箇所に上記凸部４が設けられている。

また、図４〜図７に示した実施形態では、伝熱管本体２の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部４と、伝熱管本体２の長さ方向において上記凸部４の前後に設けられた隣接する凸部４は互いに伝熱管本体２の周方向において１２０度づつ角度をずらして配置されている。

また、図４〜図７に示した実施形態では、伝熱管本体２において上記凸部４が設けられた部位の断面積は、上記凸部４が設けられていない部位の断面積の１７％に設定されている。

実施例１に係る熱交換器用伝熱管１は、内部に被加熱物として高粘性液(図示せず)を流通させるもので、図１〜図３に示すように、伝熱管本体２は鋼により直線的な細長パイプ状に形成されている。

上記伝熱管本体２の寸法は、内径が２３ｍｍ、外径が２５．４ｍｍ、全長が１９００ｍｍに設定されている。

上記伝熱管本体２は、長さ方向に沿って、７５ｍｍのピッチで複数箇所にディンプル加工部５が多数設けられている。

上記ディンプル加工部５では、管壁３に内方へ突出する半球状の凸部４が形成されている。上記凸部４が形成された部位では、管壁３の外面側は半球状に凹んで形成されている。

上記伝熱管本体２の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部４ａと、伝熱管本体２の長さ方向において上記凸部４の前後に設けられた隣接する凸部４ｂは、図2及び図３に示すように、互いに伝熱管本体２の周方向において９０度づつ角度を異ならしめて配置されている。

また、図２及び図３に示すように、上記伝熱管本体２において上記凸部４が設けられた部位の断面積は、上記凸部４が設けられていない部位の横断面における面積の略５０％に設定されている。

従って、本実施の形態に係る熱交換器用伝熱管１にあっては、伝熱管本体２内部を流通する被加熱物としての高粘性液の液流Ｆは、任意の凸部４ａを通過する際に、液流Ｌの幅方向両側部が、対向して設けられた一対の凸部４ａ，４ａに衝接し、これらの凸部４ａ，４ａの間の空隙を通過する。
従って、液流Ｆにおいて、より伝熱されている管壁３の近傍の表層部は、伝熱されにくい中心部の内層部と、図１中、熱交換器用伝熱管１の上下方向において混合される。

本実施の形態にあっては、その後さらに、上記液流は、流路後方に配置された隣接する凸部４ｂ，４ｂにあっては、上記凸部４ａ，４ａにおいて混合された液流Ｆは、その後、さらに凸部４ｂ，４ｂに衝接することにより、図１中、熱交換器用伝熱管１の左右方向において、上記同様の要領で混合されて、液流Ｌは攪拌される。
その後も、液流Ｆは、同様にして、管路の下流に至るまで、上下方向及び左右方向における凸部４ａ，４ａ及び４ｂ，４ｂとの衝接を繰り返しながら流下することとなり、その都度、混合され多数回にわたり攪拌される。

従って、液流Ｆにあっては、熱伝達されやすい表層部と、熱伝達されにくい内層部とが充分に.攪拌され、液流Ｆ全体として効率よく熱伝達された状態で熱交換器用伝熱管１内部を流下するものである。

実施例２に係る熱交換器用伝熱管６は、内部に被加熱物として固形物を含有する高粘性液(図示せず)を流通させるもので、図４〜図７に示すように、伝熱管本体２が鋼によりストレートなパイプ状に形成されている。

上記伝熱管本体７の寸法は、内径が２３ｍｍ、外径が２５．４ｍｍ、全長が１９００ｍｍに設定されている。

上記伝熱管本体７は、長さ方向に沿って、２５ｍｍのピッチで複数箇所にディンプル加工部８が設けられている。

上記ディンプル加工部８では、管壁９に内方へ突出する半球状の凸部１０が形成されている。上記凸部１０が形成された部位では、管壁９の外面側は半球状に凹んでいる。

上記伝熱管本体７の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部１０と、伝熱管本体７の長さ方向において上記凸部１０の前後に設けられた隣接する凸部１０は、図５〜図７に示すように、互いに伝熱管本体７の周方向において１２０度づつ角度をずらして配置されている。

また、上記伝熱管本体７において上記凸部１０が設けられた部位の断面積は、上記凸部１０が設けられていない部位の断面積の１７％に設定されている。

従って、本実施の形態に係る熱交換用伝熱管７にあっては、伝熱管本体９内部を流通する被加熱物としての高粘性液の液流Ｆは、任意の凸部１０ａを通過する際に、液流Ｆの幅方向両側部が、対向して設けられた一対の凸部１０ａに衝接し、これらの凸部１０ａと管壁との間の空隙を通過する。
従って、液流Ｆにおいて、より伝熱されている管壁３の近傍の表層部は、伝熱されにくい中心部の内層部と、図１中、熱交換器用伝熱管１の上下方向において混合される。

本実施の形態にあっては、その後さらに、上記液流は、流路後方に配置された隣接する凸部１０ｂにあっては、上記凸部１０ａにおいて混合された液流Ｆは、その後、さらに凸部１０ｂに衝接することにより、図１中、熱交換器用伝熱管１の左右斜め方向において、上記同様の要領で混合されて、液流Ｆは攪拌される。
その後、液流Ｆはさらに下流の凸部１０ｃにあっては、上記凸部１０ｂにおいて混合された液流Ｆは、その後、さらに凸部１０ｃに衝接することにより、図４中、熱交換器用伝熱管６の左右斜め方向において、上記同様の要領で混合されて、液流Ｆは攪拌される。
その後も、液流Ｆは、同様にして、管路の下流に至るまで、上下方向及び左右方向における凸部１０ａ，１０ｂ及び１０ｃとの衝接を繰り返しながら流下することとなり、その都度、混合され多数回にわたり攪拌される。
従って、固形物を含有する高粘性液液流Ｆであっても、本実施の形態に係る熱交換器用伝熱管６により、熱伝達されやすい表層部と、熱伝達されにくい内層部とが充分に.攪拌され、液流Ｆ全体として効率よく熱伝達された状態で熱交換器用伝熱管１内部を流下するものである。
なお、上記実施の形態にあっては、具体的構成には限定されず、適宜設計変更することは可能である。

本発明の伝熱管は、被加熱物として高粘性液又は固形物を含有する高粘性液を使用する熱交換器に適用可能である。

実施例１の長さ方向に沿う断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。実施例２の長さ方向に沿う断面図である。図４のＣ−Ｃ線断面図である。図４のＤ−Ｄ線断面図である。図４のＥ−Ｅ線断面図である。

符号の説明

１熱交換器用伝熱管
２伝熱管本体
３管壁
４凸部
５ディンプル加工部
６熱交換器用伝熱管
７伝熱管本体
８ディンプル加工部
９伝熱管本体
１０凸部
Ｆ液流

Claims

内部を被加熱物が流通する熱交換器用伝熱管であって、伝熱管本体における管壁に管内方へ突出する複数の凸部が設けられたことを特徴とする熱交換器用伝熱管
上記凸部は、上記管壁へのディンプル加工により設けられたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器用伝熱管。
上記被加熱物として高粘性液が用いられ、上記ディンプル加工部は伝熱管本体の長さ方向に沿って一定ピッチで設けられ、上記ディンプル加工部に形成された上記凸部は管壁の周方向において互いに対向して一対に設けられたことを特徴とする請求項２記載の熱交換器用伝熱管。
伝熱管本体の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部と、伝熱管本体の長さ方向において上記凸部の前後に設けられた隣接する凸部とが互いに伝熱管本体の周方向において略９０度づつ角度を異ならしめて配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器用伝熱管。
被加熱物として固形物を含有する高粘性液が用いられ、上記ディンプル加工部は伝熱管本体の長さ方向に沿って一定ピッチで設けられ、その長さ方向における任意の１箇所におけるディンプル加工部では管壁の周方向における１箇所に上記凸部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器用伝熱管。
伝熱管本体の長さ方向における任意の位置に設けられた上記凸部と、伝熱管本体の長さ方向において上記凸部の前後に設けられた隣接する凸部は互いに伝熱管本体の周方向において略１２０度づつ角度を異ならしめて配置されたことを特徴とする請求項５記載の熱交換器用伝熱管。