JP2013142496A - 管内クーラー - Google Patents

Abstract

【課題】管内クーラーの伝熱管領域に多量に流入するポンプ揚液量を多くし、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。
【解決手段】エンジンからの高温のエンジン冷却液を入口側液室２１に導入し、出口側液室２２との間を伝熱管２３を通って高温のエンジン冷却液が流れる間に該高温のエンジン冷却液とポンプ揚液の間で熱交換を行う管内クーラーにおいて、入口側液室２１及び出口側液室２２は周囲が側壁で囲まれたポンプ揚液流れ方向から見た形状が帯状円弧であり、複数本の伝熱管２３の端部は入口側液室２１及び出口側液室２２の側壁に円周上に並べて接続されており、入口側液室２１及び出口側液室２２のケーシング内面に接する底部角部に伝熱管の接続領域が拡がるように面取部２１ｂを形成した。
【選択図】図２０

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

実公平２−４５６６９号公報 実公平３−３０５８６号公報

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。

また、高温のエンジン冷却液６を効率的に冷却できるように、管内クーラー５の伝熱管２３が配置されている伝熱管領域に多量のポンプ揚液４が流入するようにすると、この流入する多量のポンプ揚液４により伝熱管が配置されている領域に渦が発生する。この渦は振動・騒音の原因となる恐れがあり、また渦の発生によるキャビテーションの発生で伝熱管の壊食を起こす危険もある。

また、上記構成の管内クーラー５において、入口側液室２１及び出口側液室２２はそれぞれ周囲が側壁で囲まれ、ポンプ揚液４の流れ方向上流側から見た形状は帯状円弧であり、伝熱管２３の端部は図１９に示すように入口側液室２１及び出口側液室２２の側壁の円周上に（図では入口側液室２１のみを示すが出口側液室２２も同じ）所定の間隔で配置されている。そのため伝熱管２３の配置領域θａｒｅａは、θｔｏｐとθｂｏｔｔｏｍの大きさにより決定されるが、入口側液室２１及び出口側液室２２の側壁が帯状円弧であるため、θｔｏｐとθｂｏｔｔｏｍは任意に設定できない（入口側液室２１及び出口側液室２２の底部角部が管内クーラー・ケーシング１０の内面に接する位置で決まる）から、その分伝熱管２３の配置領域θａｒｅａが小さくなり、該配置領域θａｒｅａでの伝熱管２３と伝熱管２３との間の間隔を大きくできず、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の流入量が抑制されるという問題がある。

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領域に多量に流入するポンプ揚液量を多くし、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。

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、前記入口側液室は周囲が側壁で囲まれた前記ポンプ揚液流れ方向から見た形状が帯状円弧であり、前記複数本の前記伝熱管の端部は前記入口側液室の側壁に円周上に並べて接続されており、前記入口側液室の前記ケーシング内面に接する底部角部に前記伝熱管の接続領域が拡がるように面取部を形成したことを特徴とする。

また、本発明は上記管内クーラーにおいて、前記出口側液室は周囲が側壁で囲まれた前記ポンプ揚液流れ方向から見た形状が帯状円弧であり、複数本の前記伝熱管の端部は前記入口側液室及び前記出口側液室の側壁に円周上に並べて接続されており、前記出口側液室の前記ケーシング内面に接する底部角部に前記伝熱管の接続領域が拡がるように面取部を形成したことを特徴とする。

また、本発明は上記管内クーラーにおいて、前記面取部は、前記入口側液室及び前記出口側液室の側壁の円周上に並んで接続された最も外側の伝熱管の関係は、該最も外側の伝熱管の中心と前記伝熱管・液室組立体のポンプ揚液の流れの中心とを結ぶ線で囲まれた角度が最も大きく、且つ前記入口側液室と前記出口側液室を結ぶ複数本の伝熱管が平行になるように形成したことを特徴とする。

本発明は、入口側液室及び出口側液室のケーシング内面に接する底部角部に伝熱管の接続領域が拡がるように面取部を形成したので、伝熱管が配置されている伝熱管配置領域を大きくでき、伝熱管と伝熱管の間隔を大きくできるので、伝熱管が配置されている領域に流入するポンプ揚液量を多くすることができ、エンジンからの高温冷却液を効率よく冷却できる。

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エンジン駆動のポンプを備えたポンプ設備の概略構成例を示す図である。 管内クーラーの外観立体構成例を示す図である。 管内クーラーの伝熱管・液室組立体の概略構成例を示す図である。 伝熱管・液室組立体とポンプ配管の組立体の概略構成例を示す図である。 伝熱管・液室組立体の入口側液室の内部構成を示す図である。 本発明に係る管内クーラーの伝熱管・液室組立体の概略構成例を示す図である。 本発明に係る管内クーラーの伝熱管・液室組立体の入口側液室のポンプ揚液の流入部を示す図である。 従来の管内クーラーの伝熱管・液室組立体の入口側液室のポンプ揚液の流入部を示す図である。 従来の管内クーラーと本発明に係る管内クーラーの流れ解析水平断面速度ベクトルを示す図である。 従来の管内クーラーのポンプ揚液流れの垂直断面の流速ベクトルを示す図である。 本発明に係る管内クーラーのポンプ揚液流れの垂直断面の流速ベクトルを示す図である。 従来の管内クーラーと本発明に係る管内クーラーの熱と流れ解析結果を示す図である。 本発明に係る管内クーラーの渦防止手段の概略構成例を示す図である。 本発明に係る管内クーラーの渦防止手段の概略構成例を示す図である。 本発明に係る管内クーラーの渦防止手段の概略構成例を示す図である。 従来の管内クーラーのポンプ揚液流れの垂直断面の流速ベクトルを示す図である。 本発明に係る管内クーラーのポンプ揚液流れの垂直断面の流速ベクトルを示す図である。 本発明に係る管内クーラーのポンプ揚液流れの垂直断面の流速ベクトルを示す図である。 本発明に係る管内クーラーのポンプ揚液流れの垂直断面の流速ベクトルを示す図である。 従来の管内クーラーの入口側液室内の伝熱管配置構成例を示す図である。 本発明に係る管内クーラーの入口側液室内の伝熱管配置構成例を示す図である。 本発明に係る管内クーラーの入口側液室内の伝熱管配置構成例を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の端面下側と管内クーラー・ケーシング１０の内面底面との空間の該内面底面上にポンプ揚液の流れ方向に対して平行に且つ所定間隔Ｄを設けて２枚の渦防止板３１ａ、３１ｂを配置している。ここで渦防止板を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。

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

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の端面下側と出口側液室２２の端面下側との間にポンプ揚液４の流れと平行に入力側液室２１と出口側液室２２とを結ぶ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。

図１４に示す構成の渦防止手段において、ポンプ配管３の径を７００ｍｍとして、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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

管内クーラー５の入口側液室２１及び出口側液室２２はそれぞれ周囲を側壁で囲まれており、管内クーラー・ケーシング１０内のポンプ揚液４の流れ方向から見てその形状は帯状円弧である。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の外径から決まってくるため、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。

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。これにより、伝熱管２３の本数が同じであるとすれば、伝熱管２３と伝熱管２３との間隔を大きくでき、伝熱管２３の配置領域に流入するポンプ揚液４の流量が多くなり、高温のエンジン冷却液の冷却効率が向上する。

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。

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。

本発明は、入口側液室及び出口側液室は周囲が側壁で囲まれたポンプ揚液流れ方向から見た形状が帯状円弧であり、複数本の伝熱管の端部は入口側液室及び出口側液室の側壁に円周上に並べて接続されており、入口側液室及び出口側液室のケーシング内面に接する底部角部に前記伝熱管の接続領域が拡がるように面取部を形成したことにより、伝熱管配置領域を大きくでき、伝熱管と伝熱管の間隔を大きくできるので、伝熱管が配置されている領域に流入するポンプ揚液量を多くすることができ、エンジンからの高温冷却液を効率よく冷却できる管内クーラーとして利用できる。

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

Claims (3)

1. 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、
   前記入口側液室は周囲が側壁で囲まれた前記ポンプ揚液流れ方向から見た形状が帯状円弧であり、前記複数本の前記伝熱管の端部は前記入口側液室の側壁に円周上に並べて接続されており、
   前記入口側液室の前記ケーシング内面に接する底部角部に前記伝熱管の接続領域が拡がるように面取部を形成したことを特徴とする管内クーラー。
2. 請求項１に記載の管内クーラーにおいて、
   前記出口側液室は周囲が側壁で囲まれた前記ポンプ揚液流れ方向から見た形状が帯状円弧であり、複数本の前記伝熱管の端部は前記入口側液室及び前記出口側液室の側壁に円周上に並べて接続されており、
   前記出口側液室の前記ケーシング内面に接する底部角部に前記伝熱管の接続領域が拡がるように面取部を形成したことを特徴とする管内クーラー。
3. 請求項２に記載の管内クーラーにおいて、
   前記面取部は、前記入口側液室及び前記出口側液室の側壁の円周上に並んで接続された最も外側の伝熱管の関係は、該最も外側の伝熱管の中心と前記伝熱管・液室組立体のポンプ揚液の流れの中心とを結ぶ線で囲まれた角度が最も大きく、且つ前記入口側液室と前記出口側液室を結ぶ複数本の伝熱管が平行になるように形成したことを特徴とする管内クーラー。

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