JP2011043317A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の偏りを軽減して効率的に熱交換すると共に流体からドレンを適切に分離する熱交換器を提供する。
【解決手段】チューブとフィンとを組み合わせて構成され且つ流体をフィンの隙間に流して流体の流れを一方向にするバンドル２１と、バンドル２１内に流体を流すようにバンドル２１に入口及び出口を構成し且つバンドル２１の一面及び他面に配置されるシールバッフル２２とを備える熱交換器であって、
シールバッフル１１の出口側に流体の開放部３０を備え、開放部３０は、バンドル２１の出口から流出する流体の向きをバンドル２１の一面側へ誘導するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機等に配置される熱交換器に関するものである。

一般に圧縮機は、外部の空気を吸い込んで圧縮する構成を備え、空気の圧縮時には温度が上昇することから、圧縮空気を冷却するクーラの熱交換器が備えられている。

熱交換器は、図１０、図１１に示す如く、チューブ１ａとプレートフィン１ｂを組み合わせて構成されるバンドル１と、バンドル１に入口及び出口を構成し且つバンドル１の上面及び下面に配置されるシールバッフル２と、バンドル１の一側に位置する第一管板３と、バンドル１の他側に位置する第二管板４と、第一管板３の外側に固定される第一水室５と、第二管板４の外側に固定される第二水室６と、バンドル１及びシールバッフル２等を内部に収納するシェル７とを備えている。

シールバッフル２は、バンドル１の上面に配置される上側シールバッフル８と、バンドル１の下面に配置される下側シールバッフル９とを備えており、上側シールバッフル８及び下側シールバッフル９は、バンドル１を上下で挟み込むように入口側及び出口側でタイロッド等の固定部材１０により固定されている。又、上側シールバッフル８の上面には、上側シール固定部１１ａを備えてステンレス等のシール部材１１ｂを配置し、シェル７の上部内面との間をシールするようにしている。更に下側シールバッフル９の下面には、下側シール固定部１１ｃを備えてシール部材１１ｄを配置し、シェル７の下部内面との隙間をシールするようにしている。又、シールバッフル２の一端側には、第一管板３に取り付け得る垂直板の第一取付部１２ａを備えていると共に、シールバッフル２の他端側には、第二管板４に取り付け得る垂直板の第二取付部１２ｂを備えている。更に上側シール固定部１１ａ及び下側シール固定部１１ｃには、第二水室６に取り付け得る水平板の端側取付部１３を備えている。

第一水室５は、冷却水が流出入する出入口５ａを備え、チューブ１ａへ冷却水を流すと共にチューブ１ａから冷却水を排出するようにしている。又、第二水室６は、冷却水を折り返してチューブ１ａへ流す構造を備えている。ここで第一水室５は、冷却水を折り返す構造を更に備え、冷却水を第一水室５及び第二水室６で往復させるようにしても良い。

シェル７は、上部に、圧縮空気が内部に流入する空気入口（図示せず）を備えていると共に、バンドル１を通過した圧縮空気が外部へ流出する空気出口（図示せず）を備えている。

圧縮空気が冷却される際には、圧縮空気が各プレートフィン１ｂの間、各チューブ１ａの間をバンドル１の入口側から出口側に向かって通過すると共に、冷却水がチューブ１ａ内を通過し、更に圧縮空気が各プレートフィン１ｂ及びチューブ１ａの表面に接触することで冷却されている。又、シェル７の圧縮空気は、空気入口から下方へ向けて流れ、シェル７内の下部で横方向へ向きを変えてバンドル１の入口へ流れ込み、そしてバンドル１内を流れて冷却された後、バンドル１の出口の横方向から上方向へ向きを変えて上方に流れ、空気出口から外部へ流出するようになっている。

なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。

特開平１０−２８１５９２号公報

しかしながら、圧縮空気等の流体をバンドル１に流す際には、圧縮空気等の流体の向きを変えるシェル７の内部形状等の構造や他の条件によって、バンドル１の内部を流れる圧縮空気に偏りを生じ、バンドル１で効率的に熱交換できないという問題があった。特に図１０の如き従来例の構成の場合には、バンドル１内を流れる流体が、上方の空気入口から遠い部分に偏って流れるという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、流体の偏りを軽減して効率的に熱交換する熱交換器を提供しようとするものである。

本発明の熱交換器は、チューブとフィンとを組み合わせて構成され且つ流体をフィンの隙間に流して流体の流れを一方向にするバンドルと、該バンドル内に流体を流すようにバンドルに入口及び出口を構成し且つ前記バンドルの一面及び他面に配置されるシールバッフルとを備える熱交換器であって、
前記シールバッフルの出口側に流体の開放部を備え、該開放部は、バンドルの出口から流出する流体の向きを前記バンドルの一面側へ誘導するように構成されたものである。

又、本発明の熱交換器においては、前記シールバッフルの入口側に流体の開放部を備え、該開放部は、バンドルの入口に流入する流体の向きを、前記バンドルの一面側から、前記バンドルの一面に配置されたシールバッフルと前記バンドルの他面に配置されたシールバッフルとの間へ誘導するように構成されることが好ましい。

更に本発明の熱交換器においては、前記シールバッフルの開放部が縁部に沿って形成されることが好ましい。

更に又、本発明の熱交換器においては、前記シールバッフルの開放部が切欠き又は／及び開口で構成されることが好ましい。

又、本発明の熱交換器においては、前記バンドル及びシールバッフルを収納し且つ流体入口を上方に配するシェルを備え、前記流体入口は、平面から見てシールバッフルの入口側で且つバンドルの入口延在方向の一側寄りに配置されると共に、前記シールバッフルの入口側に配置された開放部は、バンドルの入口延在方向の他側寄りに備えられることが好ましい。

更に本発明の熱交換器においては、前記バンドルの入口の一側寄り位置に多孔のプレートを備えることが好ましい。

本発明の熱交換器によれば、シールバッフルの出口側に流体の開放部を備え、該開放部は、バンドルの出口から流出する流体の向きを前記バンドルの一面側へ誘導するので、バンドル内の流れの偏りを軽減し、バンドルで効率的に熱交換することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の熱交換器の一例を示す全体概要構成図である。 本発明の熱交換器の一例の内部を示す平面図である。 本発明の熱交換器のバンドルの一部を示す概念図である。 本発明の熱交換器の一例のシールバッフルを示す平面図である。 本発明の熱交換器の一例のシールバッフルを示す側面図である。 本発明の熱交換器の他の例を示す全体概要構成図である。 本発明の熱交換器の他の例のシールバッフルを示す平面図である。 本発明の熱交換器の別の例を示す全体概要構成図である。 本発明の熱交換器の別の例の内部を示す平面図である。 従来の熱交換器を示す全体概要構成図である。 従来の熱交換器の入口側を示す正面図である。

以下、本発明を実施する形態例を添付図面を参照して説明する。

図１〜図５は本発明の実施の形態例であって、図中、図１０と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、実施の形態例である熱交換器は、チューブ１ａ（図３参照）とプレートフィン（フィン）１ｂ（図３参照）を組み合わせて構成されるバンドル２１と、バンドル２１に入口及び出口を構成し且つバンドル２１の上面（一面）及び下面（他面）に配置されるシールバッフル２２と、バンドル２１の一側に位置する第一管板３と、バンドル２１の他側に位置する第二管板４と、第一管板３の外側に固定される第一水室５と、第二管板４の外側に固定される第二水室６と、バンドル２１及びシールバッフル２２等を内部に収納するシェル２３とを備えている。

バンドル２１は、図３に示す如くプレートフィン１ｂを左右方向に積層するように並列に並べて入口側及び出口側を形成していると共に、各プレートフィン１ｂに形成された複数の貫通穴にチューブ１ａを配置している。又、バンドル２１のチューブ１ａには、冷却水が第一水室５と第二水室６の間を流れるようになっており、バンドル２１のプレートフィン１ｂの間には、流体の圧縮空気が入口側から出口側へ流れるようになっている。ここでバンドル２１の構成は、プレートフィン１ｂとチューブ１ａを備える当該実施例に限定されるものではなく、圧縮空気が熱交換して冷却されるならば、他の構成でも良い。

シェル２３は、図１、図２に示す如く上部に、圧縮空気が内部に流入する流体入口の空気入口２４（図２参照）を備えていると共に、バンドル２１を通過した圧縮空気が外部へ流出する流体出口の空気出口（図示せず）を備えている。ここで空気入口２４は、平面から見て、バンドル２１の圧縮空気の流れ方向で、シールバッフル２２の入口側からシールバッフル２２の中央位置までの範囲に配置されていると共に、バンドル２１の入口延在方向（バンドル２１の圧縮空気の流れ方向と垂直な方向）で、バンドル２１の入口の中央から一側寄り位置の範囲（図２では左側位置の範囲）に配置されている。

シールバッフル２２は、バンドル２１の上面に配置される上側シールバッフル２５と、バンドル２１の下面に配置される下側シールバッフル２６とを備えている。又、上側シールバッフル２５及び下側シールバッフル２６は、入口側（入口延在方向）の中央部２５ａ，２６ａ及び出口側（出口延在方向）の中央部２５ｂに夫々取付孔２７（図４参照）を形成し、上側シールバッフル２５の入口側及び下側シールバッフル２６の入口側を、取付孔２７及びブラケット等の第一固定部材２８によって固定していると共に、上側シールバッフル２５の出口側及び下側シールバッフル２６の出口側を、取付孔２７及びブラケット等の第二固定部材２９によって固定している。

又、シールバッフル２２の上側シールバッフル２５には、出口側の中央部２５ｂを残すように出口側（出口側延在方向）の縁部２５ｃに沿って開放部３０が形成されており、出口側の開放部３０は、切欠きとして、バンドル２１の圧縮空気の流れ方向に沿う全長Ｌ_０に対して先端から３％以上３０％以下の長さＬ_１で形成されている。ここで中央部２５ｂは、上側シールバッフル２５を固定し且つ耐久性を有するならば、大きさや形状は特に制限されるものではないが、圧縮空気の流れを阻害しないように小さい範囲で構成されることが好ましい。又、図６、図７に示す他の例では、上側シールバッフル２５の出口側の開放部３０ａを所定面積の開口で形成しても良い。

更に上側シールバッフル２５には、バンドル２１の入口側（入口延在方向）の縁部２５ｄに沿うように、バンドル２１の入口の中央部２５ａから他側寄り（図２では右側）に開放部３１が形成されており、入口側の開放部３１は、切欠きとして、バンドル２１の圧縮空気の流れ方向に沿う全長Ｌ_０に対して先端から３％以上１０％以下の長さＬ_２で形成されている。ここで図８、図９に示す別の例では、バンドル２１の入口に、パンチングプレート等の多孔のプレート３２を備えても良い。又、多孔のプレート３２は、上側シールバッフル２５の入口端部及び下側シールバッフル２６の入口端部に固定されると共に、バンドル２１の入口の中央から一側寄り（図９では左側）に配置されることが好ましい。

又、上側シールバッフル２５の上面には、図１〜図５に示す如く上側シール固定部３３を備えてステンレス等のシール部材３３ａを配置し、シェル２３の上部内面との間をシールするようにしている。更に下側シールバッフル２６の下面には、下側シール固定部（図示せず）を備えてシール部材（図１１の符号１１ｄ参照）を配置し、シェル２３の下部内面との隙間をシールするようにしている。又、上側シールバッフル２５の一端側及び下側シールバッフル２６の一端側には、第一管板３に取り付け得る垂直板の第一取付部３４を備えていると共に、上側シールバッフル２５の他端側及び下側シールバッフル２６の他端側には、第二管板４に取り付け得る垂直板の第二取付部３５を備えている。更に上側シール固定部３３及び下側シール固定部には、第二水室６に取り付け得る水平板の端側取付部３６を備えている。

以下本発明を実施する形態例の作用を説明する。

圧縮空気が冷却される際には、圧縮空気が各プレートフィン１ｂの間、各チューブ１ａの間をバンドル２１の入口側から出口側に向かって通過すると共に、冷却水がチューブ１ａ内を通過し、更に圧縮空気が各プレートフィン１ｂ及びチューブ１ａの表面に接触することで冷却されている。

又、シェル２３内の圧縮空気は、空気入口２４から斜め下方へ流れて入口側（入口延在方向）で一側から他側（図２では左側から右側）へ向かい、シェル２３内の下部で更に横方向及び斜め方向へ向きを変えてバンドル２１の入口へ流れ込み、そしてバンドル２１内を横方向に流れて冷却された後、バンドル２１の出口及び出口側の開放部３０より横方向及び斜め上方から上方向（上側シールバッフル２５の面に略垂直な方向）へ向きを変えて上方に流れ、空気出口から外部へ流出する。

同時に圧縮空気は、入口側の開放部３１によってバンドル２１の入口側の中途位置からバンドル２１内へ流入し、且つ出口側の開放部３０によってバンドル２１の出口側の中途位置からバンドル２１外へ流れ、バンドル２１内での圧縮空気の流れを均一化して流れの偏りを軽減する。

而して、このように実施の形態例によれば、上側シールバッフル２５の出口側に流体の開放部３０を備え、開放部３０は、バンドル２１の出口から流出する流体の向きをバンドル２１の一面側（上側シールバッフル２５側）へ誘導するので、圧縮空気をバンドル２１の中途位置から上側シールバッフル２５側へ流してバンドル２１内の流れの偏りを軽減し、バンドル２１で効率的に熱交換することができる。又、出口側の開放部３０は、圧縮空気の流れ方向に沿う全長Ｌ_０に対して先端から３％以上３０％以下の長さＬ_１で構成されると、バンドル２１内の流体の流れを適切に均一化して流れの偏りを一層軽減し、バンドル２１で適切に効率的に熱交換することができる。ここで出口側の開放部３０を、全長Ｌ_０に対して先端から３０％より大きくした場合には、圧縮空気がバンドル２１内を十分に流れず、熱交換の効率を高めることができないという問題がある。又、出口側の開放部３０を、全長Ｌ_０に対して先端から３％未満にした場合には、出口側の開放部３０の効果を十分に得ることができず、熱交換の効率を高めることができないという問題がある。

実施の形態例において、上側シールバッフル２５の入口側に流体の開放部３１を備え、開放部３１は、バンドル２１の入口に流入する流体の向きを、バンドル２１の一面から、バンドル２１の一面に配置された上側シールバッフル２５とバンドル２１の他面に配置された下側シールバッフル２６との間へ誘導するように構成されると、バンドル２１内の流れの偏りを軽減し、バンドル２１で効率的に熱交換することができる。又、入口側の開放部３１は、圧縮空気の流れ方向に沿う全長Ｌ_０に対して先端から３％以上１０％以下の長さＬ_２で構成されると、バンドル２１内の流体の流れを適切に均一化して流れの偏りを一層軽減し、バンドル２１で適切に効率的に熱交換することができる。ここで、出口側の開放部３０を、全長Ｌ_０に対して先端から１０％より大きくした場合には、圧縮空気がバンドル２１内を十分に流れず、熱交換の効率を高めることができないという問題がある。又、出口側の開放部３０を、全長Ｌ_０に対して先端から３％未満にした場合には、入口側の開放部３１の効果を十分に得ることができず、熱交換の効率を高めることができないという問題がある。

実施の形態例において、上側シールバッフル２５の入口側の開放部３１及び出口側の開放部３０が縁部２５ｃ，２５ｄに沿って形成されると、入口側の開放部３１及び出口側の開放部３０により圧縮空気がバンドル２１に対して容易に流出入し、圧縮空気の流れの偏りを一層軽減し、バンドル２１で効率的に熱交換することができる。

実施の形態例において、上側シールバッフル２５の入口側の開放部３１及び出口側の開放部３０が切欠き又は／及び開口で構成されると、入口側の開放部３１及び出口側の開放部３０により圧縮空気がバンドル２１に対して容易に流出入し、圧縮空気の流れの偏りを一層軽減し、バンドル２１で効率的に熱交換することができる。

実施の形態例において、バンドル２１及びシールバッフル２２を収納し且つ空気入口２４を上方に配するシェル２３を備え、空気入口２４は、平面から見てシールバッフル２２の入口側で且つバンドル２１の入口延在方向の一側寄りに配置されると共に、シールバッフル２２の入口側に形成された開放部３１は、バンドル２１の入口延在方向の他側寄りに備えられると、圧縮空気は入口延在方向で一側から他側へ向かうように、空気入口２４から斜め下方へ流れるので、圧縮空気の流れの偏りを一層軽減し、バンドル２１で効率的に熱交換することができる。

実施の形態例において、バンドル２１の入口の一側寄り位置に多孔のプレート３２を備えると、圧縮空気は入口延在方向で一側から他側へ向かうように、空気入口２４から斜め下方へ一層流れるので、圧縮空気の流れの偏りを更に軽減し、バンドル２１で効率的に熱交換することができる。

尚、本発明の熱交換器は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、クーラとして複数本並べて圧縮機に適用するものでも良いこと、圧縮機以外の他の用途や構成に適用されるものでも良いこと、開放部は単数又は複数の切欠きや開口でも良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ａ チューブ
１ｂ プレートフィン（フィン）
２１ バンドル
２２ シールバッフル
２３ シェル
２４ 空気入口（流体入り口）
２５ｃ 縁部
２５ｄ 縁部
３０ 出口側の開放部
３０ａ 出口側の開放部
３１ 入口側の開放部
３２ プレート

Claims (6)

1. チューブとフィンとを組み合わせて構成され且つ流体をフィンの隙間に流して流体の流れを一方向にするバンドルと、該バンドル内に流体を流すようにバンドルに入口及び出口を構成し且つ前記バンドルの一面及び他面に配置されるシールバッフルとを備える熱交換器であって、
   前記シールバッフルの出口側に流体の開放部を備え、該開放部は、バンドルの出口から流出する流体の向きを前記バンドルの一面側へ誘導するように構成されたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記シールバッフルの入口側に流体の開放部を備え、該開放部は、バンドルの入口に流入する流体の向きを、前記バンドルの一面側から、前記バンドルの一面に配置されたシールバッフルと前記バンドルの他面に配置されたシールバッフルとの間へ誘導するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記シールバッフルの開放部が縁部に沿って形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記シールバッフルの開放部が切欠き又は／及び開口で構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記バンドル及びシールバッフルを収納し且つ流体入口を上方に配するシェルを備え、前記流体入口は、平面から見てシールバッフルの入口側で且つバンドルの入口延在方向の一側寄りに配置されると共に、前記シールバッフルの入口側に配置された開放部は、バンドルの入口延在方向の他側寄りに備えられたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
6. 前記バンドルの入口の一側寄り位置に多孔のプレートを備えたことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。

Images