JP2017048961A - 熱交換装置、熱交換方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]第一流体および第二流体が伝熱隔壁の一面側および他面側にそれぞれ沿って流れ、前記伝熱隔壁を介して前記第一流体と前記第二流体との間で熱交換を行う熱交換装置であって、前記伝熱隔壁の一面側および他面側の少なくともいずれか一方において、前記第一流体および前記第二流体の少なくともいずれか一方の一部を流出側から流入側に向けて還流する循環手段を備えたことを特徴とする。
図1は、第一実施形態の熱交換装置の一例を示す模式図である。
本実施形態の熱交換装置10は、中空円筒形の外管(管路)11と、この外管11の中心部を貫通する中空円筒形の内管(管路)12と、循環手段13とを備えている。内管12は、その外径が外管11よりも小さく、外管11の内周面と内管12の外周面との間に、熱交換を行う一方の流体である第一流体F1の流路となる空間が形成される。一方、内管12の内周面の内側は、熱交換を行う他方の流体である第二流体F2の流路となる空間を成す。即ち、外管11と内管12によって二重管構造を構成している。
本実施形態の熱交換装置10を用いた熱交換方法では、伝熱隔壁Hwの一面側Hw1において、第一流体F1の一部を流出側P1bから流入側P1aに向けて還流させ、少なくとも伝熱隔壁Hwにおいて、第一流体F1の流量を増加させる循環工程を備える。
図2は、第二実施形態の熱交換装置の一例を示す模式図である。
本実施形態の熱交換装置20は、中空円筒形の外管11と、この外管11の中心部を貫通する中空円筒形の内管12と、循環手段23、24とを備えている。内管12は、その外径が外管11よりも小さく、外管11の内周面と内管12の外周面との間に、熱交換を行う一方の流体である第一流体F1の流路となる空間が形成される。一方、内管12の内周面の内側は、熱交換を行う他方の流体である第二流体F2の流路となる空間を成す。即ち、外管11と内管12によって二重管構造を構成している。
本実施形態の熱交換装置20を用いた熱交換方法では、伝熱隔壁Hwの一面側Hw1において、第一流体F1の一部を流出側P1bから流入側P1aに向けて還流させ、また、他面側Hw2において、第二流体F2の一部を流出側P2bから流入側P2aに向けて還流させ、第一流体F1および第二流体F2の流量を増加させる循環工程を備える。
図3(a)は合流部の構成例を示す模式図である。また、図3(b)は分岐部の構成例を示す模式図である。
前述した実施形態に示す熱交換装置の合流部は、外部から熱交換装置に流入する流体の流路(管路)と、循環手段から流入する還流流体の流路(管路)とが互いに直角に接続された例を示している。また、前述した実施形態に示す熱交換装置の分岐部は、熱交換装置から外部に流出する流体の流路(管路)と、循環手段に向けて分岐する還流流体の流路(管路)とが互いに直角に分岐された例を示している。
本発明の効果を検証した。検証にあたっては、図2に示す第二実施形態の熱交換装置を用いた。
各流体の基準流速は、内管(伝熱隔壁部分):2.1m/s、外管:2.0m/s、各流体の温度は内管(伝熱隔壁部分):50℃、外管:20℃とした。
そして、熱交換装置内における流体の流速倍率と、等価伝熱面積との関係を測定した。
流速倍率は、外部から熱交換装置内に流入する流体の流速を1とした場合に、流体の還流量に応じて高められた流速の倍率を示している。また、等価伝熱面積は、流速倍率が1の時に単位熱量の熱交換に必要な伝熱隔壁の面積を1として、流速倍率を上げた時に単位熱量の熱交換に必要な伝熱隔壁がどれだけ必要かを示した数値であり、数値が小さいほど熱交換効率が高い。
こうした検証結果を図4に示す。
次に、合流部および分岐部における流体の流路同士の接続角度に応じた、流速倍率と圧力損失との関係を測定した。流体の流路同士の接続角度は、90°、45°、30°にそれぞれ設定し、流速倍率を1〜10倍まで変化させ、圧力損失(損失ヘッド)を測定した。
こうした検証結果を図5に示す。
11 外管
12 内管
13 還流手段
F1 第一流体
F2 第二流体
F3 還流流体
Hw 伝熱隔壁
Claims (6)
- 第一流体および第二流体が伝熱隔壁の一面側および他面側にそれぞれ沿って流れ、前記伝熱隔壁を介して前記第一流体と前記第二流体との間で熱交換を行う熱交換装置であって、
前記伝熱隔壁の一面側および他面側の少なくともいずれか一方において、前記第一流体および前記第二流体の少なくともいずれか一方の一部を流出側から流入側に向けて還流する循環手段を備えたことを特徴とする熱交換装置。 - 前記伝熱隔壁は、前記第一流体および前記第二流体の少なくともいずれか一方が流れる管路によって構成されることを特徴とする請求項1記載の熱交換装置。
- 前記循環手段は、前記第一流体および前記第二流体のそれぞれの一部を流出側から流入側に向けて還流する循環ポンプであることを特徴とする請求項1または2記載の熱交換装置。
- 前記循環手段を流れる還流流体は、前記流入側の合流部において、前記第一流体および前記第二流体の少なくともいずれか一方の流れ方向に対して合流することを特徴とする請求項1ないし3いずれか一項記載の熱交換装置。
- 前記循環手段に向かう還流流体は、前記流出側の分岐部において、前記第一流体および前記第二流体の少なくともいずれか一方の流れ方向に対して分岐することを特徴とする請求項1ないし4いずれか一項記載の熱交換装置。
- 伝熱隔壁の一面側および他面側に沿って第一流体および第二流体をそれぞれ流し、前記伝熱隔壁を介して前記第一流体と前記第二流体との間で熱交換を行う熱交換方法であって、
前記伝熱隔壁の一面側および他面側の少なくともいずれか一方において、前記第一流体および前記第二流体の少なくともいずれか一方の一部を流出側から流入側に向けて還流させ、少なくとも前記伝熱隔壁において、前記第一流体および前記第二流体の少なくともいずれか一方の流量を増加させる循環工程を備えたことを特徴とする熱交換方法。
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JP2021516326A (ja) * | 2018-03-09 | 2021-07-01 | ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ−BAE SYSTEMS plc | 熱交換器 |
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