JP2018132227A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来に比べ熱交換効率の向上により小型軽量で、シェルの耐圧力を向上させた、かつ低圧力損失で目詰まりしにくく、生産性を向上させた熱交換器を提供する。
【解決手段】 内外面積比の大きいフィン＆チューブ式熱交換ユニットおよび、内部バイパスを防止する板を具備することで熱交換効率を向上させ小型軽量化、シェルは円筒を採用することで耐圧を向上させ、フィンピッチを広く取ることで低圧損で目詰まりのしにくい熱交換器を提供できる。また、内部に具備されている遮蔽板とバッフル板は溶接を必要とせず、シェルもシームレス管の仕様にて、溶接箇所の大幅な削減による生産性の向上を実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体を導流し熱交換させるためのスペースを確保する円筒シェル内部に、冷媒が流れるチューブと、効率よく熱交換させるためのフィンと、フィンの間を所定の間隔毎に左右に折り返しながら蛇行状に流体を流すためのバッフル板を一体化した熱交換ユニットおよび、内部バイパスを防止する遮蔽板を具備した熱交換器に関する。

従来の熱交換器には、主に３種のタイプがあり、第一にはシェル＆コイル式のものがある。図３により第一の熱交換器について説明する。
第一の熱交換器は、円筒シェル１２内部にチューブをらせん状に巻いたコイル１３と内側導流板１４、外側導流板１５を具備している。
ポンプ等から搬送される流体が流体入口１６から入り、流体流路１７を通りコイル１３と接触し熱交換しながら流れ、流体出口１８から排出する構造である。

第二には角筒型フィン＆チューブ式のものがある。図４により第二の熱交換器について説明する。
第二の熱交換器は、角筒シェル１９内に一体化されたチューブ２０とフィン２１を具備しており、フィン２１は角筒シェル１９の軸方向に対し垂直方向に配されている。角筒シェル１９所定の間隔毎に左右に折り返しながら蛇行状に流体を流すためのバッフル板２２を具備している。
ポンプ等から搬送される流体は流体入口２３から入り、流体流路２４を通りフィン２１と接触し熱交換しながら流れ、流体出口２５から排出する構造である。

第三にはプレート積層式のものがある。図５により第三の熱交換器について説明する。
薄いステンレス製の伝熱プレート２６が積層式に積み重ねられ、両端の２枚のフレーム２７に挟まれており、冷媒と流体がプレート２６を隔てて交互に流れながら、プレート２６を介し熱交換する。
ポンプ等から搬送される流体は流体入口２８から入り、流体流路２９を通り伝熱プレート１と接触し熱交換しながら流れ、流体出口３０から排出する構造である。

第一の熱交換器は、内外面積比が小さいため冷却コイルが長くなり、本体容積／重量
が大きくなる。
第二の熱交換器は、第一の熱交換器の課題を解決しているが、シェルが角筒のため流体側の耐圧が低い構造である。バッフル板２２は角筒シェル１９の内面に溶接固定され、また、角筒シェル１９は２分割のそれぞれコ型の板金を全周溶接しているため、溶接に要する工数が多くなる構造である。
第三の熱交換器は、流体流路が狭く圧力損失（以下圧損と略す）が大きい、また目詰まりしやすい構造である。

本発明は、このような従来の構造が有していた問題を解決するものであり、熱交換部において効率よく熱交換させ、小型化／軽量化および耐圧の向上、低圧損で低目詰まり化、工数削減による生産性を向上させた熱交換器を実現することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、流体を導流し熱交換させるためのスペースを確保する円筒型のシェルと、内部に冷媒が流れるチューブと効率よく熱交換させるためのフィンと、流体のバイパスを防止するために、フィン側面とシェル内面にばね力を持たせるため折り曲げたことで、密閉性/固定性を確保した遮蔽板と、同じくばね力を持たせるために円形の板の全周囲を鈍角に折り曲げ、密閉性/固定性を確保しつつ流路を形成するバッフル板を具備しており、かつ、流路を広く取ることが出来るフィン＆チューブ式熱交換ユニットであることを特徴とするものである。

第一の熱交換器に対して、熱交換ユニットに内外面積比を大きくとることが出来るフィン＆チューブ式を採用、およびシェル内でのバイパスを防止する遮蔽板、流路を形成するバッフル板を具備し、前述の板がバネ力を持っていることで密閉性が増し、熱交換能力が向上、小型／軽量の熱交換器を提供できる。第二の熱交換器に対しては、シェルを円筒とすることで角筒に比べ高い耐圧性能を実現でき、遮蔽板/バッフル板とシェル内面の溶接が不要となり、また、シェルをシームレスパイプを使用することで、シェルの溶接を大幅に削減でき、生産性を向上さた熱交換器を提供できる。第三の熱交換器に対しては、伝熱部としてフィンを採用することでフィンピッチ流路を広く取ることが出来ることで、低圧損で目詰まりを起こしにくい熱交換器を提供できる。

本発明の実施形態を示す熱交換器構造図 上記図１の断面図、部分詳細図 従来の第一の熱交換器の構造図 従来の第二の熱交換器の構造図 従来の第三の熱交換器の構造図

発明の実施形態、実施例

図１、図２にて説明する。

図１、図２に示す熱交換器は、流体を熱交換させるためのスペースを確保するケースとして、円筒型のシェル１と、前記シェル１の両端部を密閉する左端鏡板１０、右端鏡板１１から構成されている。シェル１の左端鏡板１０には冷媒を送出入するチューブ２が貫通しており、流体が送出される流体出口４が装着されるともに、反対側の右端鏡板１１に流体が送入される流体入口３が装着されている。
内部には、左端鏡板１０より貫通したチューブ２とフィン５、バッフル板６を一体化した熱交換ユニットおよび、内部バイパスを防止する遮蔽板８を具備している。前述バッフル板６には流体を通過させるための長穴７が設けられている。

以下、上記構成の動作を説明する。図１において、ポンプ等の外部動力（図示せず）より搬送され流体入口３から入りシェル１内部に送入された流体は、フィンの間に所定の間隔毎に設置されたバッフル板６の長穴７を通過し左右に折り返しながら蛇行状に流れ、チューブ２から熱が伝導したフィン５を介し、熱交換しながら流体出口４から排出される。

このとき、流体間の熱貫流を媒体する伝熱部は、図３のチューブ２のみの場合と比較し、フィンの追加により増大させることが出来る、すなわち内外面積比を向上させ効率よく熱交換させることが出来ることによって、小型化および軽量化を実現している。
また遮蔽板８により、従来からの主流である角型フィンを円筒内に収めることで発生するフィンの無い空間への流体のバイパスを防止し、フィン５に集中して流体を流せるため、更なる熱交換の効率化に寄与している。遮蔽板８は流体の流れる方向に対し平行となる側に、平板を中央で折り曲げ、ばね力を持たせたことで隙間部を密着させることができる。

バッフル板６には流体が通る穴が必要であるが、複数枚必要な場合は穴の形状が流体の圧損に大きく影響するため、長穴とすることで開口面積を大きく確保し、低圧損の熱交換器を提供できる。合わせて熱交換部をフィン＆チューブ式とすることで流路を広く取ること
が出来ることも、圧損の低減に寄与している。

１ 円筒シェル
２ チューブ
３ 流体入口
４ 流体出口
５ フィン
６ バッフル板
７ 長穴
８ 遮蔽板
９ 流体流路
１０ 左端鏡板
１１ 右端鏡板
１２ 円筒シェル
１３ コイル
１４ 内側導流板
１５ 外側導流板
１６ 流体入口
１７ 流体流路
１８ 流体出口
１９ 角筒シェル
２０ チューブ
２１ フィン
２２ バッフル板
２３ 流体入口
２４ 流体流路
２５ 流体出口
２６ 伝熱プレート
２７ フレーム
２８ 流体入口
２９ 流体流路
３０ 流体出口

Claims (1)

1. 熱交換器において、流体を導流し熱交換させるためのスペースを確保する円筒型のシェルと、内部に冷媒が流れるチューブと効率よく熱交換させるためのフィンと、流体の内部バイパスを防止する遮蔽板、流路を形成するバッフル板を具備しており、遮蔽板/バッフル板にはバネ力を持たせることで、これらがシェルに溶接されること無く、密閉性/固定性を確保された状態で設置されていることを特徴とする熱交換器。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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