JP2005221118A - Shell-and-tube exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は各種プラント、建築などの省エネルギー化や反応操作を行うための多管式熱交換器に関するもので、特に該多管式熱交換器に用いられる邪魔板の構造に関するものである。 The present invention relates to a multi-tubular heat exchanger for performing energy saving and reaction operation in various plants and buildings, and particularly relates to a structure of a baffle plate used in the multi-tubular heat exchanger.
熱交換器の構造の1種として多管式熱交換器が知られている。この熱交換器は、外殻の内部に多数の管を束にして管束を配置して、多管の内部と外殻の内部にそれぞれ温度の異なる熱交換流体を流して多管壁を通して熱交換流体同士で熱交換を行うものである。また、この熱交換器では、管束を支持するとともに外殻内部を流れる熱交換流体の偏流を防止し、流れの状態を変えて熱交換効率を高めるために、管の軸方向に直角に邪魔板を配置するとともに邪魔板に管の外形に合わせた貫通孔を設けて上記多管を貫通させるものが知られている(例えば特許文献1、2) A multi-tube heat exchanger is known as one type of heat exchanger structure. In this heat exchanger, a large number of tubes are bundled inside the outer shell to arrange the tube bundle, and heat exchange fluids with different temperatures flow through the inside of the multi-tube and the outer shell to exchange heat through the multi-tube wall. Heat exchange is performed between fluids. In addition, in this heat exchanger, the baffle plate is supported at right angles to the axial direction of the tube in order to support the tube bundle and prevent the flow of the heat exchange fluid flowing inside the outer shell, and to improve the heat exchange efficiency by changing the flow state. And a baffle plate provided with a through hole that matches the outer shape of the tube to allow the multi-tube to penetrate therethrough (for example, Patent Documents 1 and 2).
さらに、熱交換流体が移動する際の流体抵抗を小さくするために、邪魔板に流体通過用の通過孔を形成するものが提案されている。図3は、邪魔板30に多数の貫通孔31を形成して該貫通孔30に管40を挿通させるとともに、貫通孔31の周囲に小孔の通過孔32を形成したものである。
また、上記邪魔板に変えて、図4に示すように、短冊上の金属板35を互いに形成したスリットを交互に嵌め込んだり、溶接固定したりして、格子状に組み付け、その格子内にそれぞれ管40を挿通させて支持するとともに、管40の周囲の隙間41を通して熱交換流体を通過させるものが提案されている。また、この技術を改良して管の外形に合わせて金属板にウェーブを形成したものも提案されている。
Further, instead of the baffle plate, as shown in FIG. 4, the slits formed with the
しかし、前記のように邪魔板の周囲に小孔の通過孔を形成するものでは、開口率が十分ではなく流体の通過が良好になされず、流体抵抗を低下させたいという要望に十分に応えることができないという問題がある。
また、金属板を格子状に組み合わせるものでは、流体の通過は比較的良好になされるものの管の支持強度が十分ではないため、板幅(管の軸方向)を大きくする必要がありその結果、熱交換流体と管外壁との伝熱面積が減少するという問題がある。また強度的及び寸法的な安定性が不十分なため孔の位置の固定が難しく、その結果、管の配列が乱れやすいという問題がある。すなわち、従来の構造では管配列のコンパクト化、寸法安定性、開口率確保の全てを満足させることができなかった。
However, in the case where the small passage hole is formed around the baffle plate as described above, the aperture ratio is not sufficient and the fluid does not pass well, and the demand for reducing the fluid resistance is sufficiently satisfied. There is a problem that can not be.
In addition, in the case where the metal plates are combined in a lattice shape, the passage of the fluid is made relatively good, but the support strength of the tube is not sufficient, so it is necessary to increase the plate width (in the axial direction of the tube). There is a problem that the heat transfer area between the heat exchange fluid and the pipe outer wall is reduced. Further, since the strength and dimensional stability are insufficient, it is difficult to fix the positions of the holes, and as a result, there is a problem that the arrangement of the tubes is easily disturbed. That is, the conventional structure cannot satisfy all of the compactness of the tube arrangement, the dimensional stability, and the securing of the aperture ratio.
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、強度的及び寸法的な安定性が十分で管を安定的に固定できるとともに、熱交換流体の通過を良好に行って熱交換効率を低下させることなく流体抵抗を低下させることができる多管式熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and the strength and dimensional stability are sufficient to stably fix the tube, and the heat exchange fluid is favorably passed to reduce the heat exchange efficiency. An object of the present invention is to provide a multi-tubular heat exchanger that can reduce fluid resistance without any problems.
すなわち、本多管式熱交換器の発明は、第1の熱交換流体の流路となる管束と、該管束を覆い第2の熱交換流体の流路となる外殻と、前記外殻内にあって前記管束の軸方向と交差する方向に沿って配置され前記管束の個々の管が貫通する複数の貫通孔を有する邪魔板とを備え、前記貫通孔の一部または全部は、その内周面の一部に前記管の外周面の一部が接触するとともに前記内周面の他部と前記管の外周面との間に前記第2の熱交換流体が通過する隙間を有する形状からなることを特徴とする。 That is, the present invention of the multi-tubular heat exchanger includes a tube bundle serving as a flow path for the first heat exchange fluid, an outer shell covering the tube bundle and serving as a flow path for the second heat exchange fluid, And a baffle plate having a plurality of through holes that are arranged along a direction intersecting the axial direction of the tube bundle and through which the individual tubes of the tube bundle pass, and a part or all of the through holes are included therein. From a shape in which a part of the outer peripheral surface of the tube is in contact with a part of the peripheral surface and a gap through which the second heat exchange fluid passes between the other part of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the tube. It is characterized by becoming.
なお、前記貫通孔は、点対称形状からなるものが望ましい。これにより管の支持と熱交換流体の通過とがバランス良くなされる。
また、前記貫通孔は、略菱形形状を有し、一対の対向隅部が前記管の外周面が内接する弧状の形状を有し、他の一対の対向隅部は前記管の外周面と離隔する形状を有するものがさらに望ましい。上記のように一対の対向隅部にそれぞれ管の外周面が内接することで管が安定して支持される。また、他の一対の対向隅部が前記管の外周面と離隔する形状を有していることにより熱交換流体の通過を確実なものとする。そしてこの他の一対の対向隅部は、角形状でも湾曲形状でもよく、湾曲形状とする場合には管の曲率よりも小さな曲率にすることで上記隙間が確実に得られる。
The through-hole is preferably a point-symmetric shape. As a result, the support of the tube and the passage of the heat exchange fluid are balanced.
The through-hole has a substantially rhombus shape, a pair of opposing corners has an arc shape in which the outer peripheral surface of the tube is inscribed, and the other pair of opposing corners are separated from the outer peripheral surface of the tube. What has the shape to do is further desirable. As described above, the outer peripheral surfaces of the pipes are inscribed in the pair of opposing corners, so that the pipes are stably supported. Further, the other pair of opposing corners have a shape that is separated from the outer peripheral surface of the tube, thereby ensuring the passage of the heat exchange fluid. The other pair of opposing corners may be angular or curved, and in the case of a curved shape, the gap is reliably obtained by making the curvature smaller than the curvature of the tube.
前記貫通孔は、管の配列に従って例えば複数を規則的に配列する。また、上記邪魔板は、管の軸方向に間隔をおいて複数を配置するものであってもよい。貫通孔は、レーザ加工や機械加工によって邪魔板を穿孔することにより形成することができるが、本発明としては貫通孔の形成方法は特に限定されるものではなく、公知の適宜の方法によって貫通孔を設けることができる。
なお、管の数や配列方法などは特に限定されるものではなく、直管、U字管、波管等適宜選択することができる。また、外殻の形状も特に限定されるものではなく、その基本的な機能を果たす限りは必要に応じて適宜の形状とすることができる。
For example, a plurality of the through holes are regularly arranged according to the arrangement of the tubes. A plurality of the baffle plates may be arranged at intervals in the axial direction of the tube. The through hole can be formed by drilling a baffle plate by laser processing or machining, but the method of forming the through hole is not particularly limited as the present invention, and the through hole is formed by a known appropriate method. Can be provided.
The number of tubes and the arrangement method are not particularly limited, and can be selected as appropriate, such as a straight tube, a U-shaped tube, and a wave tube. Further, the shape of the outer shell is not particularly limited, and may be an appropriate shape as necessary as long as the basic function is achieved.
すなわち、本発明によれば、邪魔板に形成した貫通孔の内周面の一部で管が支持されるので管が安定して固定され、位置精度も高くなる。また、上記貫通孔と管の外周面との間には、熱交換流体が通過できる隙間が確保されており、熱交換流体を円滑に通過させることができる。また、熱交換流体と管との接触は、上記貫通孔で阻害されないばかりか、上記隙間を通過する際に、直接管と熱交換流体とが接触するので、熱交換効率をさらに高める作用が得られる。 That is, according to the present invention, since the pipe is supported by a part of the inner peripheral surface of the through hole formed in the baffle plate, the pipe is stably fixed and the positional accuracy is also improved. Further, a gap through which the heat exchange fluid can pass is secured between the through hole and the outer peripheral surface of the tube, and the heat exchange fluid can be passed smoothly. In addition, the contact between the heat exchange fluid and the pipe is not hindered by the through hole, and since the pipe and the heat exchange fluid are in direct contact with each other when passing through the gap, an effect of further improving the heat exchange efficiency is obtained. It is done.
以上説明したように、本発明の多管式熱交換器は、第1の熱交換流体の流路となる管束と、該管束を覆い第2の熱交換流体の流路となる外殻と、前記外殻内にあって前記管束の軸方向と交差する方向に沿って配置され前記管束の個々の管が貫通する複数の貫通孔を有する邪魔板とを備え、前記貫通孔の一部または全部は、その内周面の一部に前記管の外周面の一部が接触するとともに前記内周面の他部と前記管の外周面との間に前記第2の熱交換流体が通過する隙間を有する形状からなるので、以下の効果を有している。
(1)寸法精度が良いので管の固定が十分できることと邪魔板の肉厚を十分取ることで強度が保証できる。
(2)開口面積の増大と流体抵抗の減少により外殻側の熱交換流体の流速の低下を防止できるので伝熱効率が良くなる。
(3)貫通孔のピッチを小さくして、管束の配列をコンパクト化できるので外殻の内径を小さくでき、容器の製造コストの低減が可能となる。
As described above, the multitubular heat exchanger according to the present invention includes a tube bundle serving as a flow path for the first heat exchange fluid, and an outer shell that covers the tube bundle and serves as a flow path for the second heat exchange fluid; A baffle plate having a plurality of through holes in the outer shell and disposed along a direction intersecting the axial direction of the tube bundle and through which the individual tubes of the tube bundle pass, and part or all of the through holes Is a gap through which a part of the outer peripheral surface of the tube contacts a part of the inner peripheral surface and the second heat exchange fluid passes between the other part of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the tube. Since it has a shape having the following, it has the following effects.
(1) Since the dimensional accuracy is good, the tube can be fixed sufficiently and the thickness of the baffle plate can be sufficiently secured to ensure the strength.
(2) Since the decrease in the flow rate of the heat exchange fluid on the outer shell side can be prevented by increasing the opening area and decreasing the fluid resistance, the heat transfer efficiency is improved.
(3) Since the pitch of the through holes can be reduced and the arrangement of the tube bundle can be made compact, the inner diameter of the outer shell can be reduced, and the manufacturing cost of the container can be reduced.
以下に、本発明の一実施形態を図1、2に基づいて説明する。
円筒形状の胴部1aと該胴部1aの両端に連なる半球殻形状のヘッド部1b、1cとを主構造として外殻1が構成されている。該外殻1内には、上記胴部1a内空間とヘッド部1b、1c内空間とを隔てる隔壁2b、2cが設置されており、ヘッド部1b、1cには、上記隔壁2a、2bで囲まれた空間に連通して外部に開口する流体口3b、3cがそれぞれ設けられている。また、上記胴部1aには、隔壁2b、2cで囲まれた空間に連通して外部に開口する流体口4a、5aが設けられている。
さらに上記隔壁2b、2c間には、多数の管6…6が管束になって架設されており、各管の両端部はそれぞれ隔壁2b、2cで囲まれたヘッド部1b、1c内空間に連通している。
Below, one Embodiment of this invention is described based on FIG.
The outer shell 1 is composed of a
Further, a large number of
さらに、胴部1a内空間には、管6の軸方向に間隔を置いて流体の流れを規則的に乱す複数の邪魔板7…7が配置されており、一部に設けた開口部(図示しない)を通して邪魔板7、7を超えて流体の移動が可能になって。なお、邪魔板7…7には、上記管6が貫通する貫通孔8…8が整列して形成されている。該貫通孔8は、レーザ加工などによって邪魔板7を穿孔する方法などにより形成されており、図2に示すように点対称で略菱形の形状を有している。そして開度の大きな一対の対向隅部8aの内面は、管6の外周形状の曲率よりも大きな曲率の湾曲形状とされている。一方、他の対向隅部8bは、開度が小さく、管6の外周形状の曲率よりも小さな曲率の湾曲形状とされている。また、開度の大きな一対の対向隅部8a、8a間の間隔は、最大箇所で管6の外径と略同じで管6よりも僅かに大きくされている。なお、対向隅部8a、8a間の最大間隔を管6の外径にあまりに近くすると挿通が難しくなるが、その差異を大きくすると管6の支持性能が損なわれるので、これらを勘案して上記間隔を定めればよい。
Furthermore, a plurality of
上記貫通孔8にそれぞれ管6が挿通された状態では、上記の対向隅部8a、8aに管6の外壁が接することで管6が支持される。このとき対向隅部8a、8aの間隔が管6の外径と略同じになっており、貫通孔8の間隔が対向隅部の両側で菱形形状に従って次第に狭くなることで管6は安定した位置で支持されることになる。一方、対向隅部8a、8aの両側では、対向隅部8b、8bに向けて次第に管6の外壁との間の隙間が大きくなり、対向隅部8b、8bで最も大きくなる隙間9が確保される。上記構成によって本発明の一実施形態の多管式熱交換器が構成されている。
In a state where the
次に上記多管式熱交換器の作用について説明する。
ヘッド部1b、1cの一方の流体口、例えば流体口3bから熱交換を受ける第1の熱交換流体(例えば冷水)をヘッド部1b内に導入する。すると、第1の熱交換流体は、ヘッド部1b内空間から各管6内を移動して他方のヘッド部1c内空間へと移動し、流体口3cから外部に排出される。一方、第2の熱交換流体(例えば温水)は、流体口4aから胴部1a内空間に導入される。すると第2の熱交換流体は、邪魔板8の表面および図示されない開口部で案内されながら移動して前記管6の外壁と接触して管6内を流れる第1の熱交換流体との間で熱交換を行う。また、第2の熱交換流体の一部は、管6が挿通されている貫通孔8の隙間9を通して邪魔板7を通過する。この際に、管6の外壁に沿って第2の流体が移動することでさらに管6との熱交換がなされる。
Next, the operation of the multitubular heat exchanger will be described.
A first heat exchange fluid (for example, cold water) that receives heat exchange from one of the fluid ports of the
上記のように第2の流体が上記隙間9を通して邪魔板7を通過することで第2の熱交換流体の流体抵抗を小さくすることが可能となり、全体として第2の熱交換流体の流速の低下を防止できる。この結果、第2の熱交換流体による熱交換効率が向上する。
また、上記のように管6は、貫通孔8によって安定して高い寸法精度で確実に支持できるので、貫通孔のピッチを小さくしても管束の配列の規則性は維持でき、その結果、熱交換器の小型化が可能になる。
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものではなく、当然に本発明の範囲内において適宜変更が可能である。
Since the second fluid passes through the
Further, as described above, since the
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to description of the said embodiment, Of course, it can change suitably within the scope of the present invention.
1 外殻
1a 胴部
1b ヘッド部
1c ヘッド部
2a 隔壁
2b 隔壁
3b 流体口
3c 流体口
4a 流体口
5a 流体口
6 管
7 邪魔板
8 貫通孔
8a 対向隅部
8b 対向隅部
9 隙間
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