JP2017101840A - 三重管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器を提供する。【解決手段】三重管式熱交換器１００は、内管１と、内管１の径方向外側を覆う中間管２と、中間管２の径方向外側を覆う外管３とを備えている。内管１の径方向内側には、熱媒体が通る第１の熱媒体用流路５１が形成されており、中間管２と外管３との間には、熱媒体が通る第２の熱媒体用流路５２が形成されている。また、内管１と中間管２との間には、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が通る対象流体用流路５３が形成されている。そして、内管１と中間管２とが軸方向の後方の端部において取外し自在に固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、三重管式熱交換器に関する。

従来、プレート式熱交換器、コイル式熱交換器、多管円筒式熱交換器等の各種の熱交換器が存在している。
プレート式熱交換器は、複数のプレートを重ね合せ、該プレートの隙間に水等の熱媒体と対象流体とを交互に流すことで、対象流体の冷却等を行うものである。
コイル式熱交換器は、管をコイル状に曲げて加工したコイル状管を水等の熱媒体に浸漬、または、このコイル状管を二重管として外管に熱媒体を流し、コイル状管内に対象流体を流すことで、対象流体の冷却等を行うものである。
多管円筒式熱交換器は、円筒内に多数の伝熱管を配列し、伝熱管外部の円筒内に熱媒体を流し、伝熱管内に対象流体を流すことで、対象流体の冷却等を行うものである。

また、内管と、内管の径方向外側を覆う中間管と、中間管の径方向外側を覆う外管とを備える三重管式熱交換器が知られている（特許文献１，２参照）。この三重管式熱交換器は、内管内、および中間管と外管との間に熱媒体を流し、内管と中間管との間に対象流体を流すことで、対象流体の冷却等を行う。

特許文献１は、水系媒体の入口部および出口部を熱交換器の一端側に配置し、熱交換器の管長が変化しても継手の位置は固定され、ユニット内での配管引き回し等における収納性を向上できる三重管式熱交換器を開示している。
特許文献２は、中間管を周方向に山部と谷部とが交互に配された波形に形成し、中間管が内管内および外管内の熱媒体に接触する面積を広くして伝熱効果を向上させ、小型にすることが可能な三重管式熱交換器を開示している。

特開２００２−３４０４８６号公報 特開２０１３−５３８０４号公報

しかしながら、プレート式熱交換器は、対象流体の受圧部の面積が大きいため、高圧の対象流体と熱交換する場合には、シール性が不十分となって対象流体の漏れが発生してしまうおそれがあるといった課題があった。
また、コイル式熱交換器や、多管円筒式熱交換器は、熱交換器を分解して管の内部を洗浄することが困難であるといった課題があった。
さらに、特許文献１，２に開示されている三重管式熱交換器は、高圧環境下における処理による経年劣化や、熱交換器の要素を適宜分解して管を洗浄すること等を想定していなかった。

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る三重管式熱交換器は、第１の管と、前記第１の管の径方向外側を覆う第２の管と、前記第２の管の径方向外側を覆う第３の管と、を備え、前記第１の管の径方向内側に、熱媒体が通る第１の熱媒体用流路が形成されており、前記第２の管と前記第３の管との間に、熱媒体が通る第２の熱媒体用流路が形成されており、前記第１の管と前記第２の管との間に、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が通る対象流体用流路が形成されており、前記第１の管と前記第２の管とは、軸方向の少なくとも一方の端部において取外し自在に固定されていること、を特徴とする。

この構成では、第１の管と第２の管とが軸方向の端部において取外し自在に固定されている。このため、第１の管と第２の管とを固定した状態から、互いに取り外して容易に分解することができる。したがって、対象流体が通る対象流体用流路を構成している第１の管の外周面と第２の管の内周面とを外部に露呈させて、容易に洗浄することができる。また、第１の管と第２の管とを固定した状態においては、対象流体の受圧部の面積が例えばプレート式熱交換器と比較して小さいため、高圧の対象流体と熱交換する場合でも、対象流体を良好にシールして漏れを防止できる。
すなわち、対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器を提供することができる。

前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第２の管は、有底円筒形状を呈しており、前記第１の管と前記第２の管とは、前記第２の管が開口している側の端部において取外し自在に固定されている。

この構成では、第１の管と第２の管とが軸方向の片側の端部において取外し自在に固定されているため、第１の管と第２の管との固定構造が簡易になるとともに、第１の管と第２の管との分解および組立がより容易となる。

前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第１の熱媒体用流路は、前記第１の管内を軸方向に延伸しており、前記第１の熱媒体用流路の一方の端部に熱媒体が導入される熱媒体入口が設けられており、前記第１の熱媒体用流路の他方の端部に熱媒体が排出される熱媒体出口が設けられている。

この構成では、伝熱面積を増やすために対象流体用流路を挟み込むように配置される第１の熱媒体用流路および第２の熱媒体用流路のうち、対象流体用流路の径方向内側に位置する第１の熱媒体用流路を簡易な構成とすることができる。

前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第１の管は、軸方向の一方の端部が閉塞されており、前記第１の熱媒体用流路は、前記第１の管内においてＵ字形状に折り返されており、前記第１の管の他方の端部における前記Ｕ字形状を呈する流路の両端に、熱媒体が導入される熱媒体入口と熱媒体が排出される熱媒体出口とがそれぞれ設けられている。

この構成では、伝熱面積を増やすために対象流体用流路を挟み込むように配置される第１の熱媒体用流路および第２の熱媒体用流路のうち、対象流体用流路の径方向内側に位置する第１の熱媒体用流路の熱媒体入口と熱媒体出口とを、第１の管の同じ側の端部に近接させて設置することができる。

前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第１の熱媒体用流路を通る熱媒体の流れ方向および前記第２の熱媒体用流路を通る熱媒体の流れ方向の少なくとも一方と、前記対象流体用流路を通る対象流体の流れ方向とが逆向きに設定されている。

この構成では、熱交換を行う部分における熱媒体と対象流体との温度差が大きくなるため、熱交換量を増大させることができる。

前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第１の管の内表面に、複数のフィンが配置されている。

この構成では、第１の熱媒体用流路を流れる熱媒体と対象流体用流路を流れる対象流体との熱交換において、第１の管の壁部を介した伝熱（放熱もしくは吸熱）面積が増えるため、熱交換性能が向上する。

前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第２の管の外表面に、複数のフィンが配置されている。

この構成では、第２の熱媒体用流路を流れる熱媒体と対象流体用流路を流れる対象流体との熱交換において、第２の管の壁部を介した伝熱（放熱もしくは吸熱）面積が増えるため、熱交換性能が向上する。

本発明によれば、対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る三重管式熱交換器の構成を示す概略縦断面図である。 図１に示される三重管式熱交換器の右側面図である。 図１のIII−III線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係る三重管式熱交換器の構成を示す概略縦断面図である。 図４に示される三重管式熱交換器の右側面図である。 図４のVI−VI線に沿う断面図である。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る三重管式熱交換器１００の構成を示す概略縦断面図であり、図２のI−I線に沿う断面図である。図２は、図１に示される三重管式熱交換器１００の右側面図である。図３は、図１のIII−III線に沿う断面図である。
なお、説明の都合上、図１における左側を「前」、右側を「後」と称する。

図１に示すように、本実施形態に係る三重管式熱交換器１００は、内管（第１の管）１と、内管１の径方向外側を覆う中間管（第２の管）２と、中間管２の径方向外側を覆う外管（第３の管）３とを備えている。

内管１の径方向内側には、熱媒体が通る第１の熱媒体用流路５１が形成されている。また、中間管２と外管３との間には、熱媒体が通る第２の熱媒体用流路５２が形成されている。そして、内管１と中間管２との間には、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が通る対象流体用流路５３が形成されている。ここでは、例えば水等の熱媒体が使用され、例えば高粘度の対象流体が使用されている。

内管１は、円筒形状の本体部１１と、本体部１１の前側に設けられた円筒形状の大径部１２と、本体部１１の後側に設けられた円盤形状の後端部１３とを備えており、これらは、ここでは一体に形成されている。つまり、内管１は、全体として、前側が開口している有底円筒形状を呈している。

大径部１２の内径は本体部１１の内径と同じであり、大径部１２の外径は本体部１１の外径よりも大きい。大径部１２の外周面には環状の溝１５が形成されており、この溝１５には、Ｏリング等のシール部材５４が装着されている。

内管１の後端部１３は、本体部１１の外径よりも径方向外側に延びている外周部１４を有している。外周部１４の前面（中間管２側の面）には環状の溝１６が形成されており、この溝１６には、Ｏリング等のシール部材５５が装着されている。後端部１３の中央には、熱媒体が排出される熱媒体出口Ｔ２が形成されている。熱媒体出口Ｔ２は、第１の熱媒体用流路５１に連通している。

中間管２は、円筒形状の本体部２１と、本体部２１の前側に設けられた円筒形状の前大径部２２と、前大径部２２の前側に設けられた底の浅い有底円筒形状の前端部２３と、本体部２１の後側に設けられた円筒形状の後大径部２４とを備えており、これらは、ここでは一体に形成されている。つまり、中間管２は、全体として、後側が開口している有底円筒形状を呈している。前端部２３の中央には、熱媒体が導入される熱媒体入口Ｔ１が形成されている。熱媒体入口Ｔ１は、第１の熱媒体用流路５１に連通している。

前大径部２２および後大径部２４の内径は本体部２１の内径と同じであり、前大径部２２および後大径部２４の外径は本体部２１の外径よりも大きい。前大径部２２の外周面には、対象流体が導入される対象流体入口Ｓ１が形成されている。また、後大径部２４の外周面には、対象流体が排出される対象流体出口Ｓ２が形成されている。対象流体入口Ｓ１および対象流体出口Ｓ２は、それぞれ対象流体用流路５３に連通している。対象流体入口Ｓ１と対象流体出口Ｓ２との円周方向位置は、ここでは互いに１８０度反対側に設定されている。

中間管２の前端部２３の内周面に内管１の大径部１２の外周面が嵌合しており、両者の間はシール部材５４によってシールされている。一方、中間管２の後大径部２４の後端面には、内管１の外周部１４の前面が当接されている。
図２に示すように、内管１の外周部１４と中間管２の後大径部２４（図１参照）とは、複数の固定手段としてのボルト５６（例えば６本のＭ８ボルト）によって固定されており、両者の間はシール部材５５（図１参照）によってシールされている。

図１に示すように、外管３は、円筒形状の本体部３１と、本体部３１の前側に設けられた円筒形状の前大径部３２と、本体部３１の後側に設けられた円筒形状の後大径部３３とを備えており、これらは、ここでは一体に形成されている。つまり、外管３は、全体として、軸方向両側が開口している円筒形状を呈している。

前大径部３２および後大径部３３の内径は本体部３１の内径と同じであり、前大径部３２および後大径部３３の外径は本体部３１の外径よりも大きい。前大径部３２の外周面の一部を平坦に削ることによって形成された設置面３４には、ボス部５７が全周溶接等によって固定されている。ボス部５７には、熱媒体が排出される熱媒体出口Ｔ４が形成されている。熱媒体出口Ｔ４は、前大径部３２に形成された孔３５を介して第２の熱媒体用流路５２に連通している。また、後大径部３３の外周面の一部を平坦に削ることによって形成された設置面３６には、ボス部５８が全周溶接等によって固定されている。ボス部５８には、熱媒体が導入される熱媒体入口Ｔ３が形成されている。熱媒体入口Ｔ３は、後大径部３３に形成された孔３７を介して第２の熱媒体用流路５２に連通している。熱媒体入口Ｔ３と熱媒体出口Ｔ４との円周方向位置は、ここでは互いに１８０度反対側に設定されている。また、対象流体入口Ｓ１と熱媒体出口Ｔ４との円周方向位置、対象流体出口Ｓ２と熱媒体入口Ｔ３との円周方向位置は、ここではそれぞれ互いに４５度ずれるように設定されている。

熱媒体入口Ｔ１、熱媒体出口Ｔ２、熱媒体入口Ｔ３、熱媒体出口Ｔ４、対象流体入口Ｓ１、および対象流体出口Ｓ２には、図示しない配管と接続するための管用ねじがそれぞれ形成されている。ここで、熱媒体出口Ｔ２と熱媒体入口Ｔ３とは、図示しない配管を介して接続されている。

外管３と中間管２とは、軸方向の両端部において完全に密着して接合されている。具体的には、外管３の前大径部３２の内周面に中間管２の前大径部２２の外周面が嵌合しており、両者の間は溶接等によって密封されて固定されている。また、外管３の後大径部３３の内周面に中間管２の後大径部２４の外周面が嵌合しており、両者の間は溶接等によって密封されて固定されている。

図３に示すように、内管１の本体部１１の内周面（内表面）には、複数（例えば８枚）のフィンＦ１が設置されている。また、中間管２の本体部２１の外周面（外表面）には、複数（例えば２４枚）のフィンＦ２が設置されている。フィンＦ１，Ｆ２は矩形板形状を呈している。複数のフィンＦ１は、内管１の本体部１１の内周面の周方向に沿って等間隔に並んで設置されている。また、複数のフィンＦ２は、中間管２の本体部２１の外周面の周方向に沿って等間隔に並んで設置されている。

フィンＦ１，Ｆ２を設置することによって、伝熱（放熱もしくは吸熱）面積を増やし、熱交換性能を向上させることができる。良好な熱伝導のためには、フィンＦ１は内管１に、フィンＦ２は中間管２に確実に密着して設置されている必要がある。フィンＦ１，Ｆ２の設置方法としては、内管１，中間管２に後から矩形板形状のフィンＦ１，Ｆ２をそれぞれ全周溶接等してもよいし、内管１，中間管２の一部をフィン状に加工してもよい。

対象流体が流れる内管１と中間管２との間の半径方向の隙間は、熱交換性能、隙間に滞留する対象流体の体積、中間管２から内管１を引き出して分解する作業効率等の観点から、１ｍｍ〜１５ｍｍが望ましく、好ましくは２ｍｍ〜１２ｍｍ、より好ましくは３ｍｍ〜６ｍｍ、さらに好ましくは４ｍｍ〜５ｍｍである。また、内管１の本体部１１、中間管２の本体部２１、外管３の本体部３１の半径方向の厚みは、熱交換性能や耐圧性・耐久性等の観点から、０．５ｍｍ〜５ｍｍが望ましく、好ましくはｌｍｍ〜３ｍｍ、より好ましくはｌｍｍ〜２ｍｍである。

中間管２の内表面、および内管１の外表面は、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が流れるため、サニタリー仕様とされている。中間管２の内表面、および内管１の外表面としては、市販のサニタリー管が使用されてもよいし、管の製作の最終工程でバフ研磨等の表面処理を行うことによってサニタリー仕様とされてもよい。内管１、中間管２、および外管３の材質としては、耐腐食性の高いステンレス鋼が望ましい。

次に、このように構成された三重管式熱交換器１００の作用について説明する。
図１において、熱媒体の流れを太い実線の矢印で示し、対象流体の流れを白抜き矢印で示す（図４でも同様）。
図１に示すように、例えば水等の熱媒体が、図示しない配管を介して熱媒体入口Ｔ１に導入され、内管１の径方向内側に形成されている第１の熱媒体用流路５１を通って、熱媒体出口Ｔ２から排出される。熱媒体出口Ｔ２から排出された熱媒体は、図示しない配管を経て、熱媒体入口Ｔ３に導入され、中間管２と外管３との間に形成されている第２の熱媒体用流路５２を通って、熱媒体出口Ｔ４から排出される。一方、例えば高粘度の対象流体が、図示しない配管を介して対象流体入口Ｓ１に導入され、内管１と中間管２との間に形成されている対象流体用流路５３を通って、対象流体出口Ｓ２から図示しない配管に排出される。

このとき、対象流体は、径方向内側から内管１の壁部を介して熱媒体と熱交換するとともに、径方向外側から中間管２の壁部を介して熱媒体と熱交換する。このように対象流体の径方向内側と径方向外側との両側に熱媒体を流すことによって対象流体と熱媒体との伝熱面積を増やすことができるため、対象流体は熱媒体によって効率良く熱交換されて、冷却もしくは加熱される。

前記したように、本実施形態に係る三重管式熱交換器１００では、内管１と中間管２とが軸方向の後方の端部において取外し自在に固定されている。具体的には、内管１と中間管２との間は、軸方向の両端部にてシール部材５４，５５によってシールされており、内管１と中間管２とは、軸方向の後方の端部においてボルト５６を用いて締結されて固定されている。ただし、内管１と中間管２とが軸方向の少なくとも一方の端部において取外し自在に固定されていればよく、例えば、内管１と中間管２とが軸方向の前方の端部、あるいは前方および後方の両端部において取外し自在に固定されていてもよい。

このため、内管１と中間管２とを固定した状態から、互いに取り外して容易に分解することができる。したがって、対象流体が通る対象流体用流路５３を構成している内管１の外周面と中間管２の内周面とを外部に露呈させて、容易に洗浄することができる。また、内管１と中間管２とを固定した状態においては、対象流体の受圧部の面積が例えばプレート式熱交換器と比較して小さいため、高圧の対象流体と熱交換する場合でも、対象流体を良好にシールして漏れを防止できる。
すなわち、本実施形態によれば、対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器１００を提供することができる。

また、本実施形態では、中間管２は、有底円筒形状を呈しており、内管１と中間管２とは、中間管２が開口している側の端部において取外し自在に固定されている。この構成では、内管１と中間管２とが軸方向の片側の端部において取外し自在に固定されているため、内管１と中間管２との固定構造が簡易になるとともに、内管１と中間管２との分解および組立がより容易となる。

また、本実施形態では、第１の熱媒体用流路５１は、内管１内を軸方向に延伸している。そして、第１の熱媒体用流路５１の前方の端部に熱媒体が導入される熱媒体入口Ｔ１が設けられており、第１の熱媒体用流路５１の後方の端部に熱媒体が排出される熱媒体出口Ｔ２が設けられている。この構成では、伝熱面積を増やすために対象流体用流路５３を挟み込むように配置される第１の熱媒体用流路５１および第２の熱媒体用流路５２のうち、対象流体用流路５３の径方向内側に位置する第１の熱媒体用流路５１を簡易な構成とすることができる。

また、本実施形態では、第２の熱媒体用流路５２を通る熱媒体の流れ方向と、対象流体用流路５３を通る対象流体の流れ方向とが逆向きに設定されている。この構成では、熱交換を行う部分における熱媒体と対象流体との温度差が大きくなるため、熱交換量を増大させることができる。
なお、前記した構成に限定されるものではなく、例えば、第１の熱媒体用流路５１を通る熱媒体の流れ方向、あるいは第１の熱媒体用流路５１を通る熱媒体の流れ方向および第２の熱媒体用流路５２を通る熱媒体の流れ方向の両方と、対象流体用流路５３を通る対象流体の流れ方向とが逆向きに設定されていてもよい。

また、本実施形態では、内管１の内周面に、複数のフィンＦ１が配置されている。この構成では、第１の熱媒体用流路５１を流れる熱媒体と対象流体用流路５３を流れる対象流体との熱交換において、内管１の壁部を介した伝熱面積が増えるため、熱交換性能が向上する。

また、本実施形態では、中間管２の外周面に、複数のフィンＦ２が配置されている。この構成では、第２の熱媒体用流路５２を流れる熱媒体と対象流体用流路５３を流れる対象流体との熱交換において、中間管２の壁部を介した伝熱面積が増えるため、熱交換性能が向上する。

（第２実施形態）
次に、図４〜図６を参照しながら、本発明の第２実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る三重管式熱交換器１００ａの構成を示す概略縦断面図であり、図５のIV−IV線に沿う断面図である。図５は、図４に示される三重管式熱交換器１００ａの右側面図である。図６は、図４のVI−VI線に沿う断面図である。

図４に示すように、内管１ａは、円筒形状の本体部１１ａと、本体部１１ａの前端開口部を密閉するように設けられた蓋部１２ａと、本体部１１ａの後側に設けられた円盤形状の後端部１３ａとを備えている。

後端部１３ａの前面（軸方向内側の面）には、導入管１７が後記する熱媒体入口Ｔ１に連通するように設置されている。導入管１７の後端は後端部１３ａの前面に例えば全周溶接されて固定されている。導入管１７は、導入管１７の前端と蓋部１２ａとの間に所定の間隔が形成される長さに設定されている。蓋部１２ａは、本体部１１ａに例えば全周溶接等されて固定されている。また、本体部１１ａと後端部１３ａとは、ここでは一体に形成されている。

内管１の後端部１３ａは、本体部１１ａの外径よりも径方向外側に延びている外周部１４ａを有している。外周部１４ａの前面（中間管２ａ側の面）には環状の溝１６が形成されており、この溝１６には、Ｏリング等のシール部材５５が装着されている。

後端部１３ａの中央には、対象流体が排出される対象流体出口Ｓ２が形成されている。対象流体出口Ｓ２は、複数（例えば４本）の通路１８（図５も参照）を介して、対象流体用流路５３に連通している。また、後端部１３ａにおける対象流体出口Ｓ２の上側には、熱媒体が導入される熱媒体入口Ｔ１が形成されており、後端部１３ａにおける対象流体出口Ｓ２の下側には、熱媒体が排出される熱媒体出口Ｔ２が形成されている。熱媒体入口Ｔ１および熱媒体出口Ｔ２は、それぞれ第１の熱媒体用流路５１に連通している。

中間管２ａは、円筒形状の本体部２１ａと、本体部２１ａの前側に設けられた円筒形状の前大径部２２ａと、前大径部２２ａの前側に設けられた底の浅い有底円筒形状の前端部２３ａと、本体部２１ａの後側に設けられた円筒形状の後大径部２４ａとを備えており、これらは、ここでは一体に形成されている。つまり、中間管２ａは、全体として、後側が開口している有底円筒形状を呈している。前端部２３ａの中央には、対象流体が導入される対象流体入口Ｓ１が形成されている。対象流体入口Ｓ１は、前端部２３ａと蓋部１２ａとの間に形成されている空間を介して、対象流体用流路５３に連通している。

図５に示すように、内管１ａの外周部１４ａと中間管２ａの後大径部２４ａ（図１参照）とは、複数のボルト５６（例えば６本のＭ８ボルト）によって固定されており、両者の間はシール部材５５（図１参照）によってシールされている。一方、図４に示すように、内管１の前側は、中間管２ａ内に延伸しており、中間管２ａとは接触していない。

なお、図４に示すように、外管３は、第１実施形態（図１参照）と同様の構造である。

図６に示すように、本実施形態では、内管１ａの本体部１１ａの内周面（内表面）に形成されている複数（例えば２０枚）のフィンＦ１ａは、内管１ａの径方向内側のみではなく、径方向外側まで貫通して設置されている。また、中間管２ａの本体部２１ａの外周面（外表面）に形成されている複数（例えば２４枚）のフィンＦ２ａは、中間管２ａの径方向外側のみではなく、径方向内側まで貫通して設置されている。このようにすれば、内管１ａ、中間管２ａの壁部に孔をあけて、フィンＦ１ａ，Ｆ２ａをそれぞれ嵌め込んだ上で溶接作業を行うことができるため、製造が確実かつ容易となる。

前記したように、本実施形態では、内管１ａは、軸方向の前方の端部が閉塞されている。また、第１の熱媒体用流路５１は、内管１ａ内において、導入管１７を用いてＵ字形状に折り返されている。また、内管１ａの後方の端部における前記Ｕ字形状を呈する流路の両端に、熱媒体が導入される熱媒体入口Ｔ１と熱媒体が排出される熱媒体出口Ｔ２とがそれぞれ設けられている。

この構成では、伝熱面積を増やすために対象流体用流路５３を挟み込むように配置される第１の熱媒体用流路５１および第２の熱媒体用流路５２のうち、対象流体用流路５３の径方向内側に位置する第１の熱媒体用流路５１の熱媒体入口Ｔ１と熱媒体出口Ｔ２とを、内管１ａの同じ側の端部としての後端部１３ａに近接させて設置することができる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

外管３と中間管２との密着接合方法や、中間管２と内管１との接続方法は、前記した実施形態に特に限定されるものではなく、さらに、熱媒体や対象流体の流路口（入口および出口）の位置も、前記した実施形態に特に限定されるものではない。つまり、中間管２と外管３との間の隙間、および内管１の内側を熱媒体が流れ、内管１と中間管２との間の隙間を対象流体が流れることで、対象流体を内管１および中間管２を介して熱媒体で径方向の内側と外側から挟み込んでおり（サンドイッチ構造）、熱媒体と対象流体との混合や外部への漏れが生じない構造であれば、様々な構造、方法を採用することができる。また、対象流体や熱媒体が各部を流れる順番や方向も、前記した実施形態に特に限定されるものではなく、任意に設定することができる。

例えば、前記した第２実施形態では、第１の熱媒体用流路５１は、内管１ａ内において、導入管１７を用いてＵ字形状に折り返されているが、例えば、内管１ａ内を２つの領域に区画する仕切り板を用いてＵ字形状に折り返されていてもよい。

また、前記した実施形態では、フィンが内管１の径方向内側、および中間管２の径方向外側のみに設置されているが、フィンの設置位置、枚数、寸法等は、特に限定されるものではない。

次に、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例によって限定されるものではない。
図１〜図３に示した構造（第１実施形態）の三重管式熱交換器１００を用いてテストを行った。外管３の寸法は、本体部３１の外径が１４６ｍｍ、本体部３１の内径が１４０ｍｍ（肉厚３ｍｍ）である。中間管２の寸法は、本体部２１の外径が１０１．６ｍｍ、本体部２１の内径が９７．６ｍｍ（肉厚２ｍｍ）である。内管１の寸法は、本体部１１の外径が８９．ｌｍｍ、本体部１１の内径が８５．ｌｍｍ（肉厚２ｍｍ）である。つまり、対象流体が流れる中間管２と内管１との間の半径方向の隙間は、４．２５ｍｍである。内管１、中間管２、および外管３のいずれも材質はＳＵＳ３０４とした。
内管１の本体部１１の内周面における前側と後側とに、８枚のフィンＦ１（幅３ｍｍ、高さ１５ｍｍ、長さ２００ｍｍ）をそれぞれ全周溶接にて設置した。また、中間管２の本体部２１の外周面に、２４枚のフィンＦ２（幅３ｍｍ、高さ１５ｍｍ、長さ６９０ｍｍ）を全周溶接にて設置した。フィンＦ１，Ｆ２の材質もＳＵＳ３０４とした。
熱媒体の流路として、中間管２に熱媒体入口Ｔ１、内管１に熱媒体出口Ｔ２、外管３に熱媒体入口Ｔ３および熱媒体出口Ｔ４を設置し、熱媒体入口Ｔ１、熱媒体出口Ｔ２、熱媒体入口Ｔ３、熱媒体出口Ｔ４の順に熱媒体を流した。総伝熱面積は約１ｍ^２である。対象流体の流路として、中間管２に対象流体入口Ｓ１および対象流体出口Ｓ２を設置し、対象流体入口Ｓ１、対象流体出口Ｓ２の順に対象流体を流した。総伝熱面積は約０．４４ｍ^２である。
対象流体には、２重量％セルロース水分散液を使用した。対象流体の流量は８Ｌ／ｍｉｎ、粘度は約７０００ｍＰａ・ｓである。熱媒体には、対象流体を冷却するために、冷却水を使用した。熱媒体の流量は３５Ｌ／ｍｉｎである。

熱媒体入口Ｔ１、熱媒体出口Ｔ２、熱媒体入口Ｔ３、熱媒体出口Ｔ４、対象流体入口Ｓ１、および対象流体出口Ｓ２の各々における配管温度を測定した結果を表１に示す。

表１に示すように、対象流体の温度、および熱媒体の温度がそれぞれ変化した。対象流体を１００℃から３８．１℃（配管温度）に冷却することができ、良好な熱交換が行われていることがわかった。また、テスト後、内管１と中間管２とを互いに取り外して容易に分解して洗浄することができた。さらに、対象流体の圧力が１０ＭＰａであっても、Ｏリングであるシール部材５４，５５を用い、Ｍ８のボルト６本で内管１と中間管２とを締結することで、十分な密閉性の確保が可能であることが確認できた。

１，１ａ 内管（第１の管）
１１，１１ａ 本体部
１２ 大径部
１２ａ 蓋部
１３，１３ａ 後端部
１４，１４ａ 外周部
１５，１６ 溝
１７ 導入管
１８ 通路
２，２ａ 中間管（第２の管）
２１，２１ａ 本体部
２２，２２ａ 前大径部
２３，２３ａ 前端部
２４，２４ａ 後大径部
３ 外管（第３の管）
３１ 本体部
３２ 前大径部
３３ 後大径部
３４，３６ 設置面
３５，３７ 孔
５１ 第１の熱媒体用流路
５２ 第２の熱媒体用流路
５３ 対象流体用流路
５４，５５ シール部材
５６ ボルト
５７，５８ ボス部
１００，１００ａ 三重管式熱交換器
Ｆ１，Ｆ１ａ フィン
Ｆ２，Ｆ２ａ フィン
Ｓ１ 対象流体入口
Ｓ２ 対象流体出口
Ｔ１ 熱媒体入口
Ｔ２ 熱媒体出口
Ｔ３ 熱媒体入口
Ｔ４ 熱媒体出口

Claims (7)

1. 第１の管と、
   前記第１の管の径方向外側を覆う第２の管と、
   前記第２の管の径方向外側を覆う第３の管と、を備え、
   前記第１の管の径方向内側に、熱媒体が通る第１の熱媒体用流路が形成されており、
   前記第２の管と前記第３の管との間に、熱媒体が通る第２の熱媒体用流路が形成されており、
   前記第１の管と前記第２の管との間に、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が通る対象流体用流路が形成されており、
   前記第１の管と前記第２の管とは、軸方向の少なくとも一方の端部において取外し自在に固定されていること、
   を特徴とする三重管式熱交換器。
2. 前記第２の管は、有底円筒形状を呈しており、
   前記第１の管と前記第２の管とは、前記第２の管が開口している側の端部において取外し自在に固定されていること、を特徴とする請求項１に記載の三重管式熱交換器。
3. 前記第１の熱媒体用流路は、前記第１の管内を軸方向に延伸しており、
   前記第１の熱媒体用流路の一方の端部に熱媒体が導入される熱媒体入口が設けられており、
   前記第１の熱媒体用流路の他方の端部に熱媒体が排出される熱媒体出口が設けられていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の三重管式熱交換器。
4. 前記第１の管は、軸方向の一方の端部が閉塞されており、
   前記第１の熱媒体用流路は、前記第１の管内においてＵ字形状に折り返されており、
   前記第１の管の他方の端部における前記Ｕ字形状を呈する流路の両端に、熱媒体が導入される熱媒体入口と熱媒体が排出される熱媒体出口とがそれぞれ設けられていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の三重管式熱交換器。
5. 前記第１の熱媒体用流路を通る熱媒体の流れ方向および前記第２の熱媒体用流路を通る熱媒体の流れ方向の少なくとも一方と、前記対象流体用流路を通る対象流体の流れ方向とが逆向きに設定されていること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の三重管式熱交換器。
6. 前記第１の管の内表面に、複数のフィンが配置されていること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の三重管式熱交換器。
7. 前記第２の管の外表面に、複数のフィンが配置されていること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の三重管式熱交換器。

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