JP2017003189A - シェルアンドチューブ式熱交換器 - Google Patents

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大河 小堀
真之 相山
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Abstract

【課題】均一に流体を伝熱管に分配し、熱交換性能を向上したシェルアンドチューブ式熱交換器を提供する。
【解決手段】シェルアンドチューブ式熱交換器は、内部を流れる第１流体１０と外部を流れる第２流体とを熱交換させる複数の伝熱管２と、伝熱管を内包する胴部１と、胴部に第１流体が流入する第１流体入口部と伝熱管に第１流体が流入する伝熱管の端部との間に配置された第１流体分配部７と、を備え、第１流体分配部は伝熱管の端部と対向する位置に形成されて第１流体分配部を貫通する開口部を有し、この開口部の内径は伝熱管の内径よりも小さく形成された。
【選択図】図１

Description

本発明はシェルアンドチューブ式熱交換器に関する。
冷媒入口部に冷媒分流器を設置することで冷媒分布の改善を図ったシェルアンドチューブ式熱交換器が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、「本発明は、複数の伝熱管の内外に温度の異なる流体が流れて熱交換を行うシェルアンドチューブ式熱交換器において、伝熱管の内を流れる流体が分配されて複数の伝熱管内に流入する部分に、一端が封止され、他端が前記流体のシェルアンドチューブ式熱交換器入口であって、かつ周方向に等間隔で複数の穴を備えた管からなる冷媒分流器を備え、複数の伝熱管に前記流体が均等に分配されるようにしたことにある。」と記載されている。
特開平８−２００８８５号公報
特許文献１に記載された分流器は、一端を封止した管において周方向に穴を備える。流入する流体の流れは封止した一端でせき止められ、その後、その流れ方向を周方向へ変えて流体が分散する。このような分配器においては、流路において外側の伝熱管により多くの流体が分配されるという問題があった。
本発明は、均一に流体を伝熱管に分配し、熱交換性能を向上したシェルアンドチューブ式熱交換器を提供することを課題とする。
本発明のシェルアンドチューブ式熱交換器は、内部を流れる第１流体と外部を流れる第２流体とを熱交換させる複数の伝熱管と、伝熱管を内包する胴部と、胴部内に第１流体が流入する第１流体入口部と伝熱管内に第１流体が流入する伝熱管の端部との間に配置された第１流体分配部と、を備え、第１流体分配部は伝熱管の端部と対向する位置に形成されて第１流体分配部を貫通する開口部を有し、この開口部の内径は伝熱管の内径よりも小さく形成される。
本発明によれば、均一に流体を伝熱管に分配し、熱交換性能を向上したシェルアンドチューブ式熱交換器を提供することができる。
シェルアンドチューブ式熱交換器の断面図 冷凍サイクル構成図 流体分配板を示す図 流体分配板の他の例を示す図 流体分配板の他の例を示す図
本発明のシェルアンドチューブ式熱交換器は、内部を流れる第１流体と外部を流れる第２流体とを熱交換させる複数の伝熱管と、伝熱管を内包する胴部と、胴部内に第１流体が流入する第１流体入口部と伝熱管内に第１流体が流入する伝熱管の端部との間に配置された第１流体分配部と、を備え、第１流体分配部は伝熱管の端部と対向する位置に形成されて第１流体分配部を貫通する開口部を有し、この開口部の内径は伝熱管の内径よりも小さく形成される。本発明によれば、均一に流体を伝熱管に分配し、熱交換性能を向上したシェルアンドチューブ式熱交換器を提供することができる。また、本発明のシェルアンドチューブ式熱交換器は、第１流体の流れが速い位置の開口部の断面積は第１流体の流れがより遅い位置の前記開口部の断面積よりも小さく形成される。本発明によれば、より均一に流体を伝熱管に分配し、熱交換性能を向上したシェルアンドチューブ式熱交換器を提供することができる。
以下、本発明の実施例を図１−５に基づいて説明する。本実施例においては、本発明のシェルアンドチューブ式熱交換器をチリングユニットにおける凝縮器として適用した場合を例として説明する。
まず、本実施例のシェルアンドチューブ式熱交換器が適用される冷凍サイクル装置について図２を用いて説明する。図２は冷凍サイクル構成図である。冷凍サイクルは、凝縮器として適用されるシェルアンドチューブ式熱交換器１６、減圧装置１７、蒸発器１８、圧縮機１５より構成される。圧縮機１５から吐出された圧縮冷媒ガス（第２流体）はシェルアンドチューブ式熱交換器１６へと流れ、冷却水（第１流体）と熱交換することで凝縮し、減圧装置１７において減圧膨張された後、蒸発器１８へと流入する。蒸発器では空気調和機の室内機などから循環共有される水と減圧された冷媒とが熱交換する。熱交換した水は冷却されて室内機へと戻され、空調などに利用される。冷媒は水との熱交換により蒸発し、圧縮機１５へと吸入される。
図1は本実施例におけるシェルアンドチューブ式熱交換器の断面図である。熱交換器は胴１、伝熱管２、管板３、水室４、胴１を支えるサドル１１から構成される。冷却水入口（第１流体入口部）８部分に伝熱管内径よりも小さい穴（開口部）を設けた流体分配板７（第１流体分配部）が配置される。
冷却水入口８から水室仕切板５で仕切られた水室４に流入した冷却水は、水室４から流体分配板７を通過する際に均一化され、伝熱管２へと流入する。その後、伝熱管の外を流れる冷媒と熱交換し、冷却水出口９からシェルアンドチューブ式熱交換器の外へ流出する。
一方、冷媒は冷媒入口１２から流入し、邪魔板６によって流れ方向を変え、伝熱管内を流れる冷却水と熱交換する。冷却水と熱交換した冷媒は凝縮し、冷媒出口１３からシェルアンドチューブ式熱交換器の外へ流出する。
図３は図１で示した流体分配板７を示す図である。流体分配板７は板状部材を貫通する複数の穴を備える。これらの穴は伝熱管２の端部と対向する位置に配置され、伝熱管の内径よりも小さな内径とする。流入した冷却水は流体分配板の穴を通る過程で均一化される。均一化された冷却水を伝熱管２へと流入させることで、熱交換性能を向上させることができる。
尚、図３に示す流体分配板７の代わりに、以下の図４，５に示す穴形状を備えた流体分配板７を用いてもよい。図４，５の流体分配板においては、各伝熱管２に対向する穴の断面積を穴が形成された位置により変化させる。具体的には、流体の流れが速い位置の穴の断面積は流体の流れがより遅い位置の穴の断面積よりも小さくする。このように構成することにより、流体の流れやすさを平準化して、より均一に流体を伝熱管に流入させることができる。
図４は流体分配板７の他の例を示す図である。流体分配板７における穴の径を、位置によって変化させる。穴径を変えて穴の断面積を変更することで流体の流れやすさを位置によって変更し、より均一に伝熱管へと流入させる。
図５は流体分配板７の他の例を示す図である。各伝熱管２に対する流体分配板７における穴の本数を、位置により変化させる。穴の本数を変えて各伝熱管２に対向する合計の穴の断面積を変更することで流体の流れやすさを位置によって変更し、より均一に伝熱管へと流入させる。
尚、本実施例ではシェルアンドチューブ式熱交換器を凝縮器として適用したが、蒸発器の場合にも本発明を適用可能である。乾式のシェルアンドチューブ式蒸発器の場合には伝熱管内を冷媒が流れ、満液式のシェルアンドチューブ式蒸発器の場合には伝熱管内を冷水が流れる。どちらの場合においても、水または冷媒を分配して伝熱管へと均一に流入させる効果を流体分配板７によって得ることができる。
本実施例ではチリングユニットに適用されるシェルアンドチューブ式熱交換器について説明したが、空気調和装置、冷蔵、冷凍装置などに適用することもできる。
１：胴
２：伝熱管
３：管板
４：水室
５：水室仕切板
６：邪魔板
７：流体分配板
８：冷却水入口
９：冷却水出口
１０：冷却水
１１：サドル
１２：冷媒入口
１３：冷媒出口
１４：冷媒の流れ
１５：圧縮機
１６：凝縮器
１７：減圧装置
１８：蒸発器

Claims (2)

  1. 内部を流れる第１流体と外部を流れる第２流体とを熱交換させる複数の伝熱管と、
    前記伝熱管を内包する胴部と、
    前記胴部に第１流体が流入する第１流体入口部と前記伝熱管に前記第１流体が流入する前記伝熱管の端部との間に配置された第１流体分配部と、
    を備え、
    前記第１流体分配部は、前記伝熱管の端部と対向する位置に形成されて前記第１流体分配部を貫通する開口部を有し、
    前記開口部の内径は前記伝熱管の内径よりも小さく形成された
    シェルアンドチューブ式熱交換器。
  2. 請求項１において、前記第１流体の流れが速い位置の前記開口部の断面積は前記第１流体の流れがより遅い位置の前記開口部の断面積よりも小さく形成されたシェルアンドチューブ式熱交換器。
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