JP2013142322A - Intra-pipe cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン駆動のポンプにおいてエンジンを冷却した高温のエンジン冷却液(エンジン冷却水等)をポンプ吐出配管を流れるポンプ揚液(ポンプ揚水等)で冷却する管内クーラーに関するものである。 The present invention relates to an in-pipe cooler that cools a high-temperature engine coolant (such as engine coolant) that has cooled an engine in a pump driven by an engine, with pump fluid (such as pump water) flowing through a pump discharge pipe.
エンジン駆動のポンプにおいて、エンジンを冷却した高温のエンジン冷却液とポンプ吐出配管を流れるポンプ揚液の間で熱交換を行い高温のエンジン冷却液を冷却する装置を管内クーラーと称している。図1及び図2は、管内クーラーを説明するための図であり、図1はエンジン7からの高温のエンジン冷却液の冷却にポンプ揚液を用いる管内クーラーを使用するポンプ設備の概略構成を示す図、図2は管内クーラーの外観立体構成を示す図である。ポンプ2はエンジン7により駆動されるポンプであり、エンジン7からの回転力は減速機8を介してポンプ2の回転軸に伝達され、ポンプ2は駆動され液体(水等)1が吸引される。5は管内クーラーであり、エンジン7を冷却し、高温となったエンジン冷却液6は冷却液入口11から管内クーラー5内に流入し、後に詳述するように、複数本の伝熱管23を通って流れることにより、該伝熱管23が配置されている領域を通って流れるポンプ揚液4との間で熱交換が行われ、冷却されエンジン7に戻り循環する。
In an engine-driven pump, a device that cools the high-temperature engine coolant by exchanging heat between the high-temperature engine coolant that has cooled the engine and the pumped liquid flowing through the pump discharge pipe is called an in-pipe cooler. 1 and 2 are diagrams for explaining a pipe cooler, and FIG. 1 shows a schematic configuration of a pump facility that uses a pipe cooler that uses pumped liquid for cooling high-temperature engine coolant from the
管内クーラー5はポンプ2の吐出口に接続されたポンプ配管(吐出配管)3が主管となって、ポンプ吐出口からのポンプ揚液4が冷却液として管内クーラー5内に送り込まれる。管内クーラー・ケーシング10にはエンジン7からの高温のエンジン冷却液6が流入する冷却液入口11と冷却されたエンジン冷却液が吐出される冷却液出口12が設けられ、後に詳述するように対向して配置された一対の小伝熱管・液室組立体部20−1の一方の入口側液室21の冷却液出口12と他方の小伝熱管・液室組立体部20−2の入口側液室21の冷却液入口11を連結する連結管13が設けられている。
The
図3は管内クーラー・ケーシング10内のエンジン冷却液6が通る伝熱管と液室を組立ててなる伝熱管・液室組立体20を示す図であり、図4は伝熱管・液室組立体20とポンプ配管3の組立体を示す図である。図3に示すように、伝熱管・液室組立体20は一対の小伝熱管・液室組立体部20−1、20−2から成っている。小伝熱管・液室組立体部20−1と小伝熱管・液室組立体部20−2のそれぞれは、円弧状の入口側液室21と円弧状の出口側液室22を備え、入口側液室21の一端は前記管内クーラー・ケーシング10の冷却液入口11に連通し、他端は管内クーラー・ケーシング10の冷却液出口12に接続されている。
FIG. 3 is a view showing a heat transfer tube /
また、小伝熱管・液室組立体部20−1の入口側液室21と出口側液室22は複数本の伝熱管23で連通され、同様に小伝熱管・液室組立体部20−2の入口側液室21と出口側液室22も複数本の伝熱管23で連通されている。小伝熱管・液室組立体部20−1と小伝熱管・液室組立体部20−2は管内クーラー・ケーシング10内に複数本の伝熱管23で囲まれた領域をポンプ揚液4が流れるように対向して配置されている。高温のエンジン冷却液が流れる伝熱管23はポンプ揚液4の流れを阻害しないように主管であるポンプ配管3の外径より外側の領域に配置されている。一方の小伝熱管・液室組立体部20−1の入口側液室21の冷却液出口12と対向する小伝熱管・液室組立体部20−2の入口側液室21の冷却液入口11は、連結管13で連通され、両入口側液室21は連通している。
Further, the inlet
小伝熱管・液室組立体部20−1の入口側液室21は、図5に示すように仕切部材24で複数の小液室25に区分され、各小液室25には複数本(図では2本又は4本)の伝熱管23の一端が連通している。図示は省略するが出口側液室22も同様に仕切部材24で複数の小液室25に区分され、各小液室25には前記一端が入口側液室21の小液室25に連通する伝熱管23の他端が連通している。小伝熱管・液室組立体部20−1の入口側液室21の一方端の小液室25内に冷却液入口11から流入した高温のエンジン冷却液6は伝熱管23を通って出口側液室22の該伝熱管23の他端が連通している小液室25に流入し、該小液室25に他端が連通している伝熱管23を通って該伝熱管23の一方端が連通している入口側液室21の小液室25に流入するというように、高温のエンジン冷却液6は入口側液室21及び出口側液室22の各小液室25で反転を繰り返し、伝熱管23を通して流れる間に、複数本の伝熱管23で囲まれた流路14を流れるポンプ揚液4との間で熱交換が行われエンジン冷却液6は冷却される。
The inlet
上記小伝熱管・液室組立体部20−1で冷却されたエンジン冷却液6は入口側液室21の他端の小液室25に連通する冷却液出口12から、連結管13を通って該小伝熱管・液室組立体部20−1に対向して配置された小伝熱管・液室組立体部20−2の入口側液室21の一端の小液室25に流入し、上記と同じように、入口側液室21と出口側液室22を連通する伝熱管23を通って、各小液室25で反転を繰り返し、伝熱管23を通る間にポンプ2からのポンプ揚液4との間で熱交換が行われ冷却され、エンジン7に戻る。なお、図5において、中心部に「・」印を付した○はエンジン冷却液6が紙面裏から紙面表に向かって(即ち、エンジン冷却液6が出口側液室22から入口側液室21に向かって)流れる場合の伝熱管23を、中心部に「×」印を付した○はエンジン冷却液6が紙面表から紙面裏に向かって(即ち、エンジン冷却液6が入口側液室21から出口側液室22に向かって)流れる場合の伝熱管23をそれぞれ示す。
The
上記構成の管内クーラー5において、冷却熱量を上げる方法として、従来管内クーラー5の伝熱管23の本数を増やすなど伝熱面積を増やすことが行われてきた。管内クーラー5の内部はポンプ配管3内を流れるポンプ揚液4の流路14となっており、このポンプ2からのポンプ揚液4が流れる流路14を改良して、冷却熱量を上げる(冷却効率を上げる)手法はあまり考慮されていなかった。本願発明者等は従来構成の管内クーラー5の流路14内のポンプ揚液4の流れを流れ解析により調べたとろ、管内クーラー・ケーシング10内の伝熱管23が配置されている領域に流入するポンプ揚液4の流入量は意外に少なく、エンジン7からの高温のエンジン冷却液6を効率的に冷却できないという構造上の問題があることを突き止めた。
In the
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、管内クーラーの伝熱管・液室組立体を改造し、ポンプ揚液が管内クーラー・ケーシング内の伝熱管が配置されている領域に流入し、エンジンからの高温のエンジン冷却液を効率的に冷却できる管内クーラーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points, remodeling the heat transfer tube / liquid chamber assembly of the in-tube cooler, and pumping liquid flows into the region where the heat transfer tube in the in-tube cooler / casing is disposed, An object of the present invention is to provide an in-pipe cooler capable of efficiently cooling a high-temperature engine coolant from an engine.
上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンで駆動されるポンプの吐き出すポンプ揚液が通るケーシング内に、入口側液室と出口側液室を複数本の伝熱管で接続してなる伝熱管・液室組立体を、前記ポンプ揚液が前記伝熱管に囲まれた領域を前記入口側液室側から前記出口側液室側に流れるように配置し、前記エンジンからの高温冷却液を前記入口側液室に導入し、前記出口側液室との間を前記伝熱管を通って前記高温冷却液が流れる間に該高温冷却液と前記ポンプ揚液の間で熱交換を行う管内クーラーにおいて、前記入口側液室の前記伝熱管が接続されている側板の前記ポンプ揚液の流れと交差する前記出口側液室に対向する面の内側端部をポンプ揚液が前記伝熱管配置領域に流入しやすい曲面としたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is formed by connecting an inlet side liquid chamber and an outlet side liquid chamber with a plurality of heat transfer tubes in a casing through which pumped liquid discharged from a pump driven by an engine passes. The heat transfer tube / liquid chamber assembly is arranged so that the pumped liquid flows in a region surrounded by the heat transfer tube from the inlet side liquid chamber side to the outlet side liquid chamber side, and the high temperature coolant from the engine In the pipe that exchanges heat between the high temperature cooling liquid and the pumping liquid while the high temperature cooling liquid flows between the outlet side liquid chamber and the outlet side liquid chamber through the heat transfer pipe. In the cooler, the pumped liquid is disposed at the inner end of the side of the side plate connected to the heat transfer pipe of the inlet side liquid chamber that faces the outlet liquid chamber that intersects the flow of the pumped liquid. It is characterized by a curved surface that easily flows into the region.
また、本発明は、上記管内クーラーにおいて、前記側板の内側端部曲面は円弧面であることを特徴とする。 Moreover, the present invention is characterized in that, in the pipe cooler, the inner end curved surface of the side plate is an arc surface.
また、本発明は、上記管内クーラーにおいて、前記伝熱管・液室組立体は円弧状の入口側液室と円弧状の出口側液室を複数本の伝熱管で接続してなる一対の小伝熱管・液室組立体部からなり、該一対の小伝熱管・液室組立体部は前記伝熱管がポンプ揚液の流れを阻害しない領域に位置するように前記ケーシング内に対向して配置されていることを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the above-described cooler, the heat transfer tube / liquid chamber assembly includes a pair of small heat transfer tubes in which an arc-shaped inlet-side liquid chamber and an arc-shaped outlet-side liquid chamber are connected by a plurality of heat transfer tubes. It is composed of a liquid chamber assembly, and the pair of small heat transfer tubes and the liquid chamber assembly are arranged opposite to each other in the casing so that the heat transfer tubes are located in a region where the flow of pumping liquid is not hindered. It is characterized by that.
本発明は、入口側液室の伝熱管が接続されている側板のポンプ揚液の流れと交差する出口側液室に対向する面の内側端部をポンプ揚液が伝熱管配置領域に流入しやすい円弧面等の曲面としたことにより、この部分でのポンプ揚液流れの剥離を抑え、伝熱管の配置領域に流れるポンプ揚液の流量が多くなることから、伝熱管の冷却性能が向上し、エンジン冷却水の冷却効率が向上する。 According to the present invention, the pumped liquid flows into the heat transfer tube arrangement region at the inner end of the side of the side plate connected to the heat transfer tube of the inlet side liquid chamber that faces the flow of the pumped liquid that intersects the outlet side liquid chamber. The curved surface, such as an easy-to-use arc surface, suppresses separation of the pumped liquid flow at this part and increases the flow rate of the pumped liquid flowing in the heat transfer tube arrangement area, thereby improving the cooling performance of the heat transfer tube. The cooling efficiency of engine coolant is improved.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係る管内クーラーの外観立体構成、管内クーラーの伝熱管・液室組立体の構成、伝熱管・液室組立体とポンプ配管の組立体の概略構成、伝熱管・液室組立体の小伝熱管・液室組立体部の液室と伝熱管の配置構成例は、図2、図3、図4、図5と略同じであるから、その詳細な説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The external three-dimensional configuration of the pipe cooler according to the present invention, the configuration of the heat transfer tube / liquid chamber assembly of the pipe cooler, the schematic configuration of the heat transfer tube / liquid chamber assembly and the pump pipe assembly, and the small transfer of the heat transfer tube / liquid chamber assembly Since the arrangement configuration examples of the liquid chamber and the heat transfer tube of the heat tube / liquid chamber assembly are substantially the same as those in FIGS. 2, 3, 4, and 5, detailed descriptions thereof will be omitted.
本発明に係る管内クーラーが図2及び図3に示す従来の管内クーラーと異なる点は、図6及び図7に示すように、伝熱管・液室組立体20の入口側液室21の伝熱管23が接続されている側板のポンプ揚液4の下流側の面(出口側液室22に対向する面)の該ポンプ揚液4の流れと交差する内径側端部を半径Rの円弧面21aとした点である。
The in-tube cooler according to the present invention is different from the conventional in-tube cooler shown in FIGS. 2 and 3 in that the heat transfer tube of the inlet side
図2及び図3に示す管内クーラーにおいて、ポンプ配管3から管内クーラー5の管内クーラー・ケーシング10内に流入したポンプ揚液4は入口側液室21(小伝熱管・液室組立体部20−1の円弧状の入口側液室21と小伝熱管・液室組立体部20−2の円弧状の入口側液室21で形成される)と出口側液室22(小伝熱管・液室組立体部20−1の円弧状の出口側液室22と小伝熱管・液室組立体部20−2の円弧状の出口側液室22で形成される)と該入口側液室21と出口側液室22を接続する複数本の伝熱管23で囲まれた空間を入口側液室21側から出口側液室22側へと流れる。そしてポンプ2の吐出口に接続されたポンプ配管3は曲管(図1では略90°屈曲した曲管)となっていることから、ポンプ配管3内を流れるポンプ揚液4は偏流となっている。この偏流を伴うポンプ揚液4が管内クーラー5内に流入した場合、偏流によって伝熱管23と伝熱管23の間隙を通って、かなりの流量のポンプ揚液4が管内クーラー・ケーシング10内の伝熱管23が配置されている領域に流入すると考えられていた。
In the in-pipe cooler shown in FIGS. 2 and 3, the
ところが、図8に示すように従来の伝熱管・液室組立体20の入口側液室21の伝熱管23が接続されている側板の出口側液室22(図示せず)と対向する面のポンプ揚液4の流れと交差する角部を直角としたままのものでは、予想外に少ない流量のポンプ揚液4しか伝熱管23の配置領域に流入しないことが後に示す流れ解析結果から判明した。その主な原因は管内クーラー・ケーシング10内に流入したポンプ揚液4が入口側液室21を通り過ぎるとき、入口側液室21の伝熱管23が接続されている側板の出口側液室22に対する面の内側端部でポンプ揚液4の流れに剥離が発生し、この剥離により、伝熱管23の配置領域にポンプ揚液4の流れが拡がらずに大部分が複数の伝熱管23で囲まれた領域内部を入口側液室21から出口側液室22へと矢印4bに示すように素通りすることにある。
However, as shown in FIG. 8, the surface of the side plate facing the outlet side liquid chamber 22 (not shown) of the side plate to which the
そこで本発明に係る管内クーラーでは、上記のように伝熱管・液室組立体20の入口側液室21の伝熱管23が接続されている側板のポンプ揚液4の流れと交差する出口側液室22に対向する面(ポンプ揚液下流側の面)の内側端部を図7(a)、(b)に示すように、半径Rの円弧面21aとしたのである。これにより、図7の矢印4aに示すように、ポンプ揚液4の流れが伝熱管23の配置領域に拡がり、管内クーラーの冷却熱量を上げることができる。なお、図7(a)、図8(a)はそれぞれ伝熱管・液室組立体20の伝熱管23が入口側液室21に接続されている部分の断面を、図7(b)、図8(b)はそれぞれこの伝熱管23が入口側液室21に接続されている部分の斜視図を示す。
Therefore, in the pipe cooler according to the present invention, the outlet side liquid intersecting with the flow of the pumping
図9は管内クーラーの伝熱管・液室組立体の流れ解析結果を示す水平断面速度ベクトル図である。図9(a)は入口側液室21の伝熱管23が接続されている側板の出口側液室22に対向する面のポンプ揚液4の流れと交差する角部を角(直角)のままとした(以下「入口側液室角部を角のまま」と記す)場合を、図9(b)は入口側液室21の伝熱管23が接続されている側板の出口側液室22に対向する面のポンプ揚液4の流れと交差する内側面端部を半径Rの円弧面21aに加工した(以下「入口側液室角部を円弧に加工」と記す)場合をそれぞれ示す。入口側液室角部を角のままとした場合は、図9(a)に示すように、入口側液室21の角端部で剥離が発生し、伝熱管23が設置されている領域に冷却水となるポンプ揚液4が流れ込めない状態となっている。これに対して、入口側液室角部を円弧に加工した場合は、図9(b)に示すように、なだらかではあるが入口側液室21の角部からポンプ揚液4が伝熱管23が設置されている領域に流れ込んでいる。
FIG. 9 is a horizontal cross-sectional velocity vector diagram showing a flow analysis result of the heat transfer tube / liquid chamber assembly of the in-pipe cooler. FIG. 9 (a) shows that the corner crossing the flow of the pumped
図10は、管内クーラーの伝熱管・液室組立体のポンプ揚液4の流れ方向の垂直断面の流速ベクトル図であり、図10(a)は入口側液室角部を角のままとした場合を、図10(b)は入口側液室角部を円弧に加工した場合をそれぞれ示す。入口側液室角部を角のままとした場合、図10(a)に示すように、伝熱管23が設置されている領域に中央部分のポンプ揚液4の主流F1から分離する流速ベクトルは見られない。これに対して入口側液室角部を円弧に加工した場合、図10(b)に示すように、伝熱管23が設置されている領域に中央部分のポンプ揚液4の主流F1から分離した流速ベクトルF2が存在し、高温のエンジン冷却液の冷却水となるポンプ揚液4が伝熱管23の配置領域に流れ込んでいる。
FIG. 10 is a flow velocity vector diagram of a vertical cross section in the flow direction of the pumped
伝熱管23が配置されている領域に流れ込むポンプ揚液4の流量が増えるほど、伝熱管23の冷却性能は向上する。図7(b)に示す入口側液室21の伝熱管23が接続されている側板の出口側液室22に対向する面のポンプ揚液4の流れと交差する角部の円弧半径Rは、かなり小さくても伝熱管23が配置されている領域へポンプ揚液4が流れ込む流量を増大させる効果はあるが、円弧半径Rが大きいほど剥離を抑える効果は大きいことから、上記円弧にする効果は円弧半径Rの大きさに略比例する。他方、管内クーラーの伝熱管・液室組立体の構造上の制約から半径の大きさには限界がある。よって、管内クーラー5の主管となるポンプ配管3の径を700mmとした場合、円弧半径Rは5mm以上で、構造上とれる範囲で円弧半径Rを大きくすると良い。
The cooling performance of the
図5で説明したように、伝熱管23を2本一対として、エンジン7からの高温のエンジン冷却液6を入口側液室21に導入し、該一対の伝熱管23を通して反対側の出口側液室22に送り、該出口側液室22に到達してから、該出口側液室22でUターンして戻すことを繰り返すことにより、高温のエンジン冷却液6を冷却するようになっている。この一対を1パスとして、10パスから16パスまで、入口側液室を角のまま(断面略直角)とした場合と、入口側液室の角部を円弧半径R=25mmの円弧に加工した場合の熱と流れの解析結果を図11に示す。ここでポンプ配管3の径は700mmである。
As described with reference to FIG. 5, two
図11から、入口側液室の角部を円弧に加工、即ち入口側液室21の出口側液室22に対向する側板面のポンプ揚液4の流れと交差する角部を半径R=25mmの円弧に加工することにより、エンジン7からの高温のエンジン冷却液6の出口と入口の温度差は、12%〜16%向上していることが確認できた。12パスについては入口側液室21の上記内側端部を半径9.5mmの円弧にした場合も解析した。その結果の温度差は12.6℃で、冷却性能比率である(円弧に加工温度差)/(角のままの温度差)は(12.6)/(11.5)=1.10であったので、円弧半径Rが大きいほどその効果は大きいことを確認できた。
From FIG. 11, the corner of the inlet-side liquid chamber is processed into an arc, that is, the corner intersecting the flow of the pumped
上記のように、入口側液室角部を円弧に加工した場合、その半径に比例して伝熱管23を配置した領域へ拡がるポンプ揚液4の流量が増大する。この流量の増大により流速が大きくなり、伝熱管23の配置領域に渦が引き起こされる。この渦は必ずしも振動・騒音の原因となるとは限らないが、振動・騒音の原因となる恐れがある。また、渦の発生によりキャビテーションの発生による伝熱管の壊食を起こす危険もある。そこで伝熱管23の配置領域に発生する渦を抑える手段を設置する必要がある。
As described above, when the inlet side liquid chamber corner is machined into a circular arc, the flow rate of the pumped
図12は上記伝熱管23の配置領域に発生する渦を抑える渦防止手段の構成例を示す図であり、図12(a)は伝熱管・液室組立体20(小伝熱管・液室組立体部20−1)の下端部を示す斜視図、図12(b)は伝熱管・液室組立体20の下端部を上流側から見た図を示す。本渦防止手段は、伝熱管・液室組立体20の入口側液室21の下端部の管内クーラー・ケーシング10上の内側と外側に所定間隔Dを設けて2枚の渦防止板31a、31bを平行に配置している。渦防止板を2枚としたのは、渦防止板31bの1枚のみであると、裏側に渦が発生するので、この裏側に発生する渦を防止するため2枚としたのである。渦防止板31a、31bの長さは伝熱管23の全長と同じ長さ、即ち入口側液室21の下流端(ポンプ揚液4の流れの下流側端)から出口側液室22の上流端までの間隔と同じ長さである。2枚の渦防止板31a、31bの上に蓋をするように板を設置しても渦の抑制作用効果には変りはない。
FIG. 12 is a view showing a configuration example of vortex preventing means for suppressing vortices generated in the arrangement region of the
図12に示すように、外側の渦防止板31bは入口側液室21及び出口側液室22の底部の両端幅Aの間に設置することで渦防止の作用効果が得られている。渦防止板31a、31bの高さ寸法Hは、低すぎると渦防止の作用効果が無くなり、高すぎると二次流れを阻害することになる。また、内側の渦防止板31aと外側の渦防止板31bの間隔Dは外側の渦防止板31bの裏側に渦が発生しない程度の幅とする。ここで、管内クーラー5の主管となるポンプ配管3の径を700mmとして、上記渦防止板間隔D、渦防止板の高さH、D/Hは次のようにするとよい。
20.0mm≦D
0.5≦D/H≦1.5
As shown in FIG. 12, the outer
20.0mm ≦ D
0.5 ≦ D / H ≦ 1.5
図13及び図14は上記伝熱管23の配置領域に発生する渦を抑える渦防止手段の他の構成例を示す図であり、図13(a)は伝熱管・液室組立体20(小伝熱管・液室組立体部20−1)の下端部を示す斜視図、図13(b)は伝熱管・液室組立体20の下端部を上流側から見た図、図14は伝熱管・液室組立体20を示す。本渦防止手段は、伝熱管・液室組立体20(小伝熱管・液室組立体部20−1)の入口側液室21の下端部と出口側液室22の下端部に亘ってブリッジ状の渦防止板33を設けた構成である。このように入口側液室21の下端部と出口側液室22の下端部に亘ってブリッジ状の渦防止板33を設けた場合も伝熱管23の配置領域に発生する渦を抑えることができる。
FIGS. 13 and 14 are diagrams showing another example of the structure of the vortex preventing means for suppressing the vortex generated in the arrangement region of the
図14に示す構成の渦防止手段において、図13(b)のように、ブリッジ状の渦防止板33の幅寸法をL、入口側液室21の下端部(出口側液室22の下端部)の幅寸法をL0とした場合、L/L0 を次のように設定すると伝熱管23の配置領域に発生する渦を効果的に抑制することができる。
0.3≦L/L0≦1.0
In the vortex preventing means having the configuration shown in FIG. 14, the width of the bridge-shaped
0.3 ≦ L / L0 ≦ 1.0
なお、図14では、ブリッジ状の渦防止板33を両端部を入口側液室21及び出口側液室22のそれぞれ対向面の内側端部で且つ角部の円弧終端から下方に取り付けているが、図示は省略するが入口側液室21及び出口側液室22の端部に亘って取り付けてもよい。
In FIG. 14, both ends of the bridge-shaped
図15乃至図18は管内クーラー5のポンプ揚液4の流れ方向の垂直断面の解析結果を示す速度ベクトルを示す図で、図15は入口側液室角部を角のままとした場合で且つ渦防止手段を設けない場合を、図16は入口側液室角部を円弧に加工した場合で且つ渦防止手段を設けない場合を、図17は入口側液室角部を円弧に加工した場合で且つ渦防止手段として2枚の渦防止板31aと31bを設けた場合を、図18は入口側液室角部を円弧に加工した場合で且つ渦防止手段としてブリッジ状の渦防止板33を設けた場合をそれぞれ示す。
FIGS. 15 to 18 are diagrams showing velocity vectors showing the analysis results of the vertical cross section in the flow direction of the pumped
入口側液室角部を角のままとして渦防止手段を設けない場合は、図15に示すように、伝熱管23が設置されている領域に中央部分のポンプ揚液4の主流F1から分離する流速ベクトルは見られず、伝熱管23が設置されている領域にポンプ揚液4の流入量は少なく、伝熱管23の設置領域に渦も発生しない。
When the corner of the liquid chamber on the inlet side remains a corner and no vortex prevention means is provided, as shown in FIG. 15, separation is performed from the main flow F <b> 1 of the pumped liquid 4 at the center in the region where the
入口側液室角部を円弧に加工し、渦防止手段を設けない場合は、図16に示すように、伝熱管23が設置されている領域に中央部分のポンプ揚液4の主流F1から分離する流速ベクトルF2が見られ、伝熱管23が設置されている領域にポンプ揚液4が流入し、渦が発生している流速ベクトルF3が見られる。
When the inlet side liquid chamber corner is processed into a circular arc and no vortex prevention means is provided, as shown in FIG. 16, it is separated from the main flow F1 of the pumped liquid 4 at the center in the region where the
入口側液室角部を円弧に加工し、渦防止手段として2枚の渦防止板31aと31bを平行に設けた場合は、図17に示すように、伝熱管23が設置されている領域に中央部分のポンプ揚液4の主流F1から分離する流速ベクトルF2が見られ、ポンプ揚液4が流入しているが、2枚の渦防止板31a、31bをポンプ揚液4の流れ方向に対して平行に設けていることから、渦の発生は見られない。
When the inlet side liquid chamber corner is machined into a circular arc and two
入口側液室角部を円弧に加工し、渦防止手段としてブリッジ状の渦防止板33を設けた場合は、図18に示すように、伝熱管23が設置されている領域に中央部分のポンプ揚液4の主流F1から分離する流速ベクトルF2が見られ、ポンプ揚液4が流入しているが、ブリッジ状の渦防止板33をポンプ揚液4の流れ方向に対して平行に設けていることから、渦の発生は見られない。
When the inlet side liquid chamber corner is machined into a circular arc and a bridge-shaped
管内クーラー5の入口側液室21及び出口側液室22の内径は主管であるポンプ配管3の外径から決ってくるため、図19及び図20に示すように、伝熱管23の配置領域θareaを決定しているθtopとθbottomの大きさは、任意ではなく限定されている。従来の管内クーラー5の入口側液室21及び出口側液室22では底部角部を面取りしない角のままの場合、図19に示すように、伝熱管23の底側末端位置は、入口側液室21及び出口側液室22の外径上の角が管内クーラー・ケーシング10の内面に当接しない位置で止まることになる。この位置によりθareaは決まってくる。
Since the inner diameters of the inlet-
そこで図20に示すように、入口側液室21及び出口側液室22の底部角部を面取りして面取部21b、22b(図示を省略)を設けることにより、θbottomを小さくすることができ、その分θareaを大きくすることができる。図20のΔθareaは、図19の入口側液室21及び出口側液室22では底部角部を角のままとした場合に対して、増加した分の円周方向域を示す。面取部21bが大きいほど、θareaを大きくすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 20, the bottom corners of the inlet-
図21は更にΔθareaを大きくする場合の例を示す図である。ここでは入口側液室21及び出口側液室22の底部末端の外径側の伝熱管23をΔRだけ入口側液室21の中心方向(ポンプ配管3の中心方向)に移動することにより、面取部21bの面をΔZ(ΔZ=1〜2mm)だけ、底部末端の外径側の伝熱管23に近づけることができ、面取部21bの大きさを増大でき、一段とθareaを大きくすることができる。θareaが大きくなれば、図21に示す隣接する伝熱管23との空きスペースを広げることができ、上記のように伝熱管23のパス数が多くなると、伝熱管23と伝熱管23が近づきすぎて図19に示す、入口側液室21の外径上の角が管内クーラー・ケーシング10の内面に当接して製作できなかったことが製作できるようにすることもできる。
FIG. 21 is a diagram illustrating an example in which Δθarea is further increased. Here, by moving the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用効果を奏する以上、本願発明の技術範囲である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Is possible. Note that any shape or structure not directly described in the specification and drawings is within the technical scope of the present invention as long as the effects of the present invention are achieved.
本発明は、入口側液室の伝熱管が接続されている側板のポンプ揚液の流れと交差する出口側液室に対向する面の内側端部をポンプ揚液が伝熱管配置領域に流入しやすい円弧面等の曲面としたことにより、この部分でのポンプ揚液流れの剥離を抑え、伝熱管の配置領域に流れるポンプ揚液の流量が多くなることから、伝熱管の冷却性能が向上し、エンジン冷却水の冷却効率が向上する管内クーラーとして利用することができる。 According to the present invention, the pumped liquid flows into the heat transfer tube arrangement region at the inner end of the side of the side plate connected to the heat transfer tube of the inlet side liquid chamber that faces the flow of the pumped liquid that intersects the outlet side liquid chamber. The curved surface, such as an easy-to-use arc surface, suppresses separation of the pumped liquid flow at this part and increases the flow rate of the pumped liquid flowing in the heat transfer tube arrangement area, thereby improving the cooling performance of the heat transfer tube. It can be used as an in-pipe cooler that improves the cooling efficiency of engine cooling water.
1 液体
2 ポンプ
3 ポンプ配管(吐出配管)
4 ポンプ揚液
5 管内クーラー
6 エンジン冷却液
7 エンジン
8 減速機
10 管内クーラー・ケーシング
11 冷却液入口
12 冷却液出口
13 連結管
20 伝熱管・液室組立体
20−1 小伝熱管・液室組立体部
20−2 小伝熱管・液室組立体部
21 入口側液室
22 出口側液室
23 伝熱管
24 仕切部材
25 小液室
31a 渦防止板
31b 渦防止板
33 渦防止板
1
4 Pumping
Claims (3)
前記入口側液室の前記伝熱管が接続されている側板の前記ポンプ揚液の流れと交差する前記出口側液室に対向する面の内側端部をポンプ揚液が前記伝熱管配置領域に流入しやすい曲面としたことを特徴とする管内クーラー。 A heat transfer tube / liquid chamber assembly formed by connecting an inlet-side liquid chamber and an outlet-side liquid chamber with a plurality of heat transfer tubes in a casing through which pumped liquid discharged from a pump driven by an engine passes. Is disposed so that the region surrounded by the heat transfer tube flows from the inlet side liquid chamber side to the outlet side liquid chamber side, the high-temperature coolant from the engine is introduced into the inlet side liquid chamber, and the outlet side In an in-pipe cooler that performs heat exchange between the high-temperature cooling liquid and the pumping liquid while the high-temperature cooling liquid flows through the heat transfer pipe between the liquid chambers,
Pump pumped liquid flows into the heat transfer tube arrangement region at the inner end of the surface of the side plate connected to the heat transfer tube of the inlet side that faces the outlet liquid chamber intersecting the flow of the pumped liquid. In-pipe cooler characterized by a curved surface that is easy to handle.
前記側板の内側端部曲面は円弧面であることを特徴とする管内クーラー。 In the pipe | tube cooler of Claim 1,
An in-pipe cooler characterized in that an inner end curved surface of the side plate is an arc surface.
前記伝熱管・液室組立体は円弧状の入口側液室と円弧状の出口側液室を複数本の伝熱管で接続してなる一対の小伝熱管・液室組立体部からなり、該一対の小伝熱管・液室組立体部は前記伝熱管がポンプ揚液の流れを阻害しない領域に位置するように前記ケーシング内に対向して配置されていることを特徴とする管内クーラー。 In the pipe | tube cooler of Claim 1 or 2,
The heat transfer tube / liquid chamber assembly includes a pair of small heat transfer tubes / liquid chamber assemblies formed by connecting an arc-shaped inlet-side liquid chamber and an arc-shaped outlet-side liquid chamber with a plurality of heat transfer tubes. The small heat transfer tube / liquid chamber assembly portion is disposed opposite to the casing so that the heat transfer tube is located in a region where the flow of pumped liquid is not hindered.
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