JP2735664B2 - 熱―交換器チューブの表面拡大要素 - Google Patents
熱―交換器チューブの表面拡大要素Info
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- JP2735664B2 JP2735664B2 JP1508894A JP50889489A JP2735664B2 JP 2735664 B2 JP2735664 B2 JP 2735664B2 JP 1508894 A JP1508894 A JP 1508894A JP 50889489 A JP50889489 A JP 50889489A JP 2735664 B2 JP2735664 B2 JP 2735664B2
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- enlarging
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- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
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- F28F1/325—Fins with openings
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、請求の範囲１の前文に定義される形式の熱
−交換器チューブの表面拡大要素に関する。
−交換器チューブの表面拡大要素に関する。
熱交換容量が大きくことなる媒体間で熱が交換される
場合には、低い熱交換容量の媒体と接触する側の熱交換
表面には通常表面拡大要素が設けられ、熱の流れが、熱
交換器の反対側で達成される熱の流れとバランスされる
ようにする。
場合には、低い熱交換容量の媒体と接触する側の熱交換
表面には通常表面拡大要素が設けられ、熱の流れが、熱
交換器の反対側で達成される熱の流れとバランスされる
ようにする。
例えば、蒸気もしくは温水ボイラあるいはこの種のボ
イラの後ろ側に連結される節炭器などのような場合がそ
うであり、この場合、水はチューブ内を通過し一方燃焼
ガスもしくは別の高温流体はチューブの外側に沿って、
通常はチューブの長手方向軸線に直角方向に向けて（長
手方向の流動も知られている）流動する。
イラの後ろ側に連結される節炭器などのような場合がそ
うであり、この場合、水はチューブ内を通過し一方燃焼
ガスもしくは別の高温流体はチューブの外側に沿って、
通常はチューブの長手方向軸線に直角方向に向けて（長
手方向の流動も知られている）流動する。
種々の表面拡大要素が年来開発されて来たが、これら
の中には、チューブに沿ってもしくは直角方向に溶接さ
れるピン、フィンおよびストリップやあるいはチューブ
の周りに螺旋状に適用されるリボン形状の要素などが含
まれる。
の中には、チューブに沿ってもしくは直角方向に溶接さ
れるピン、フィンおよびストリップやあるいはチューブ
の周りに螺旋状に適用されるリボン形状の要素などが含
まれる。
公知の表面拡大要素では、熱交換器の製造コストを制
限しかつこれと同時に比較的容易に外側表面に清浄度を
保持できると共に作動中の変形を無視できる程度に維持
できる熱交換器を提供することは困難であることが明ら
かにされている。
限しかつこれと同時に比較的容易に外側表面に清浄度を
保持できると共に作動中の変形を無視できる程度に維持
できる熱交換器を提供することは困難であることが明ら
かにされている。
従って、本発明の１つの目的は、表面拡大要素が、そ
れ自体を容易かつ低コストで製造できると共にチューブ
に対して簡単かつ安価に溶接され、そしてその構造が効
率的に清掃できると共に作動中の変形を無視できる程度
に維持できるような、前記形式の熱交換器チューブにお
ける表面拡大要素を提供することにある。
れ自体を容易かつ低コストで製造できると共にチューブ
に対して簡単かつ安価に溶接され、そしてその構造が効
率的に清掃できると共に作動中の変形を無視できる程度
に維持できるような、前記形式の熱交換器チューブにお
ける表面拡大要素を提供することにある。
前述した並びにこれから更に述べる本発明は、蒸気発
生機の燃焼ガスと水との間で熱を交換する熱交換器に対
して適切なものであるが、しかしながら、本発明に係る
表面拡大要素は他の流体に対して設計される熱交換器に
対しても完全に好適に使用され得ることは明らかであろ
う。
生機の燃焼ガスと水との間で熱を交換する熱交換器に対
して適切なものであるが、しかしながら、本発明に係る
表面拡大要素は他の流体に対して設計される熱交換器に
対しても完全に好適に使用され得ることは明らかであろ
う。
この種の形式の熱交換器は、一般に等しいスペース内
に配置される平行なチューブからなり、そして隣接する
チューブ上の表面拡大要素はチューブの軸線に直角な共
通平面内で互いに実質的に接合されており、これによ
り、これら各共通平面内の表面拡大要素は協働して実質
的に完全な仕切りを画定し、これらの仕切りは熱交換器
を流通するガスを案内する。従って、チューブ上の表面
拡大要素は、チューブを中心として適宜の矩形の、好ま
しくは正方形の表面を占有する。
に配置される平行なチューブからなり、そして隣接する
チューブ上の表面拡大要素はチューブの軸線に直角な共
通平面内で互いに実質的に接合されており、これによ
り、これら各共通平面内の表面拡大要素は協働して実質
的に完全な仕切りを画定し、これらの仕切りは熱交換器
を流通するガスを案内する。従って、チューブ上の表面
拡大要素は、チューブを中心として適宜の矩形の、好ま
しくは正方形の表面を占有する。
表面拡大要素には、一般に、これらがチューブに対し
て固定される方法が異なる２つの主要な形式がある。１
つの形式は中心穴を有するプレートからなり、この穴内
にチューブが配置されてプレートに固定される。他の形
式は、長辺の長さが実質的に幅の２倍の長さを有する実
質的に四角なプレートからなる。これらのプレートは一
方の長手方向側部に実質的に半円形の凹部を備えてチュ
ーブに対して抵抗溶接され、これにより、プレートがチ
ューブの軸線に対する垂直平面内に適宜に配置されるよ
うに設計されている。プレートは、好適には、共通平面
内においてチューブの両側に対して対として溶接され
る。
て固定される方法が異なる２つの主要な形式がある。１
つの形式は中心穴を有するプレートからなり、この穴内
にチューブが配置されてプレートに固定される。他の形
式は、長辺の長さが実質的に幅の２倍の長さを有する実
質的に四角なプレートからなる。これらのプレートは一
方の長手方向側部に実質的に半円形の凹部を備えてチュ
ーブに対して抵抗溶接され、これにより、プレートがチ
ューブの軸線に対する垂直平面内に適宜に配置されるよ
うに設計されている。プレートは、好適には、共通平面
内においてチューブの両側に対して対として溶接され
る。
ところで、我々は、生産の面から第２の形式のプレー
トが推奨されることを確認した。しかしながら、我々
は、経験から、この形式の公知の表面拡大要素は満足に
は機能しないことを発見した。これらは熱的バランスが
達成されず、このため例えば、作動中に変形を発生す
る。このような変形は、必然的に熱交換器内の流動抵抗
を不可避的に上昇すると共に塵埃および煤煙がプレート
上に迅速に堆積する危険を発生し、このためより頻繁な
清掃を必要とする。このように我々は、公知の表面拡大
要素においては、表面拡大要素内の熱の流れがチューブ
の周りに関して不均等に分配されることを確認した。
トが推奨されることを確認した。しかしながら、我々
は、経験から、この形式の公知の表面拡大要素は満足に
は機能しないことを発見した。これらは熱的バランスが
達成されず、このため例えば、作動中に変形を発生す
る。このような変形は、必然的に熱交換器内の流動抵抗
を不可避的に上昇すると共に塵埃および煤煙がプレート
上に迅速に堆積する危険を発生し、このためより頻繁な
清掃を必要とする。このように我々は、公知の表面拡大
要素においては、表面拡大要素内の熱の流れがチューブ
の周りに関して不均等に分配されることを確認した。
我々は、熱交換器の経済的な生産と良好な機能を達成
するためには、すなわち本発明の目的を達成するために
は、表面拡大要素が請求の範囲１に規定される特徴を備
えなければならないこと、すなわちその形状が抵抗溶接
のためにチューブの形状に適応しかつ前記要素は特定の
方法で配置されるスリットを備えられなければならない
ことを発見した。スリットの好適な実施態様は、請求の
範囲２に規定されている。
するためには、すなわち本発明の目的を達成するために
は、表面拡大要素が請求の範囲１に規定される特徴を備
えなければならないこと、すなわちその形状が抵抗溶接
のためにチューブの形状に適応しかつ前記要素は特定の
方法で配置されるスリットを備えられなければならない
ことを発見した。スリットの好適な実施態様は、請求の
範囲２に規定されている。
有利な溶接状態を達成するためには、要素内の凹部の
半径は好適にはチューブの半径より僅かに、例えば1mm
程度大きくすべきであり、前記寸法はチューブの半径が
約20mmの場合に好適である。これにより均質な溶接が可
能となる。
半径は好適にはチューブの半径より僅かに、例えば1mm
程度大きくすべきであり、前記寸法はチューブの半径が
約20mmの場合に好適である。これにより均質な溶接が可
能となる。
さらに、チューブおよび／もしくは凹部の表面は好適
には荒砥石車で研磨し、研磨切り目が溶接工程中に発生
するガスを引き抜くようにする。
には荒砥石車で研磨し、研磨切り目が溶接工程中に発生
するガスを引き抜くようにする。
要素内にスリットによって画定される舌片は、何等か
の方法で折返し、折曲げあるいは変形することができ、
通過流体中の乱流を増大させることができる。流体（燃
焼−ガス）は、表面拡大要素内においてこの要素内のス
リットの方向に対して実質的に直角方向に通過する。
の方法で折返し、折曲げあるいは変形することができ、
通過流体中の乱流を増大させることができる。流体（燃
焼−ガス）は、表面拡大要素内においてこの要素内のス
リットの方向に対して実質的に直角方向に通過する。
本発明によってスリットを介して等しい幅で分離され
る舌片を形成することにより、前記スリットは好適には
要素の側端部に向けて次第に浅くなるよう形成される
が、これはプレートの素材の質量を増加し、それ故プレ
ートに接触する熱流の質量をも増加させるためであり、
もしスリットの長さが反対に中央部から次第に長くなる
ように制作されるとその結果も逆になり、プレートの温
度分布は一様にはならないからである。前記舌片は作動
中に変形されることが少なくなると共に温度状態がその
外端部において、すなわち表面拡大要素の周縁部におい
て平衡されると同時に、一方、共通平面内における表面
拡大要素は熱交換器内の外側流体（例えば燃焼−ガス）
に対する良好に画定された流路を形成する。
る舌片を形成することにより、前記スリットは好適には
要素の側端部に向けて次第に浅くなるよう形成される
が、これはプレートの素材の質量を増加し、それ故プレ
ートに接触する熱流の質量をも増加させるためであり、
もしスリットの長さが反対に中央部から次第に長くなる
ように制作されるとその結果も逆になり、プレートの温
度分布は一様にはならないからである。前記舌片は作動
中に変形されることが少なくなると共に温度状態がその
外端部において、すなわち表面拡大要素の周縁部におい
て平衡されると同時に、一方、共通平面内における表面
拡大要素は熱交換器内の外側流体（例えば燃焼−ガス）
に対する良好に画定された流路を形成する。
本発明およびその実施態様は、添付される請求の範囲
に規定されている。
に規定されている。
次に、本発明を実施例により添付図面を参照しながら
以下詳細に説明する。ここで、 第１図は、本発明に係る表面拡大要素を備える熱交換
器チューブの横断面図を示し、 第２図は、第１図に示す熱交換器チューブの一部分を
切断する軸方向断面図を示し、 第３図は、第１図に示す熱交換器チューブの長手方向
一部分の側面図で、ここで表面拡大要素の舌片は折曲げ
により変形されており、 第４図は、多数の平行チューブからなる熱交換器の一
部分を切断する断面図を示し、 第５図は、本発明に係る表面拡大要素の別の実施態様
を示し、そして、 第６図は、第５図における矢印VI−VI方向の端面図を
示す。
以下詳細に説明する。ここで、 第１図は、本発明に係る表面拡大要素を備える熱交換
器チューブの横断面図を示し、 第２図は、第１図に示す熱交換器チューブの一部分を
切断する軸方向断面図を示し、 第３図は、第１図に示す熱交換器チューブの長手方向
一部分の側面図で、ここで表面拡大要素の舌片は折曲げ
により変形されており、 第４図は、多数の平行チューブからなる熱交換器の一
部分を切断する断面図を示し、 第５図は、本発明に係る表面拡大要素の別の実施態様
を示し、そして、 第６図は、第５図における矢印VI−VI方向の端面図を
示す。
第１図において、参照符号10は熱交換器の一部分を構
成するチューブを示し、このチューブはその外側に溶接
された金属片11形状の表面拡大要素を備える。この部品
11は同一平面内において好適には抵抗溶接によりチュー
ブに対して対状に溶接されており、第２および３図から
分かるように、一対の金属プレートはチューブに沿って
正確な間隔、例えば10mmを離間して配置されている。
成するチューブを示し、このチューブはその外側に溶接
された金属片11形状の表面拡大要素を備える。この部品
11は同一平面内において好適には抵抗溶接によりチュー
ブに対して対状に溶接されており、第２および３図から
分かるように、一対の金属プレートはチューブに沿って
正確な間隔、例えば10mmを離間して配置されている。
各金属片11は取付けに適当な幅Ｂを有し、この幅の好
適な長さはチューブの外径の約２倍であり、また深さは
約0.5Bである。
適な長さはチューブの外径の約２倍であり、また深さは
約0.5Bである。
金属辺の一方の長手方向側部には、その中央部分に実
質的に円形の凹部が存在する。この凹部の直径はチュー
ブの半径より幾らか大きめに、例えば1mm大径に設定さ
れており、そしてその深さは半径より小さい。従って、
凹部の端縁部は180゜より幾らか小さい角度で延在す
る。これにより、チューブに対して同一平面内に溶接さ
れる２つの金属片11の間には隙間13が保持される。この
ことは、溶接を容易にすると同時に、一定量のガスが金
属片の平面に対して横断方向に流動することを可能とす
る。
質的に円形の凹部が存在する。この凹部の直径はチュー
ブの半径より幾らか大きめに、例えば1mm大径に設定さ
れており、そしてその深さは半径より小さい。従って、
凹部の端縁部は180゜より幾らか小さい角度で延在す
る。これにより、チューブに対して同一平面内に溶接さ
れる２つの金属片11の間には隙間13が保持される。この
ことは、溶接を容易にすると同時に、一定量のガスが金
属片の平面に対して横断方向に流動することを可能とす
る。
半径が異なることは、抵抗溶接が圧力下で行われる場
合に、満足すべき均質な溶接接合を確実にする。溶接の
品質は、若しチューブおよび／もしくは金属片の当接端
縁部が荒研磨され、これにより溶接工程中にガスが研磨
切り目から引抜きを許容される際にはさらに向上され
る。
合に、満足すべき均質な溶接接合を確実にする。溶接の
品質は、若しチューブおよび／もしくは金属片の当接端
縁部が荒研磨され、これにより溶接工程中にガスが研磨
切り目から引抜きを許容される際にはさらに向上され
る。
スリットの長さが中央部から短手方向側部へ向けて減
少している平行スリット14,15,16が、金属片11の端縁部
にチューブから反対側に向けて設けられている。中間ス
リット15は中央部に位置して略チューブに向けて延在す
る。２つの外側スリット14,16は、これによって形成さ
れる金属舌片17が実質的に同一幅“b"を有するように配
置される。このことは、金属片内の良好な熱分布を確保
して、金属片が変形される危険を減少する。
少している平行スリット14,15,16が、金属片11の端縁部
にチューブから反対側に向けて設けられている。中間ス
リット15は中央部に位置して略チューブに向けて延在す
る。２つの外側スリット14,16は、これによって形成さ
れる金属舌片17が実質的に同一幅“b"を有するように配
置される。このことは、金属片内の良好な熱分布を確保
して、金属片が変形される危険を減少する。
第３図に明らかに見られるように、舌片はその外側端
縁部を、例えばプレートの中間−平面に対して同一方向
に折曲げることにより変形することができる。このよう
にすると、チューブを通過する乱流が発生されて、熱伝
達が改善されると共に如何なる爆煙粒子でも容易に除去
される。
縁部を、例えばプレートの中間−平面に対して同一方向
に折曲げることにより変形することができる。このよう
にすると、チューブを通過する乱流が発生されて、熱伝
達が改善されると共に如何なる爆煙粒子でも容易に除去
される。
第４図に、表面拡大要素11を有する多数の平行チュー
ブ10からなる熱交換器の部分を示す。チューブは平行に
配列されており、列間の間隔はＢより大きく、従って対
向する要素11の横断方向端縁部の間には間隙20が形成さ
れており、この隙間は同一チューブ上の２つの要素間の
隙間13と略同じ幅である。
ブ10からなる熱交換器の部分を示す。チューブは平行に
配列されており、列間の間隔はＢより大きく、従って対
向する要素11の横断方向端縁部の間には間隙20が形成さ
れており、この隙間は同一チューブ上の２つの要素間の
隙間13と略同じ幅である。
図示される実施態様においては、隣接する列のチュー
ブは公知の方法で1/2ピッチ変位されているが、このこ
とは金属要素を備える図示実施態様に関しても不都合な
く実現することができる。
ブは公知の方法で1/2ピッチ変位されているが、このこ
とは金属要素を備える図示実施態様に関しても不都合な
く実現することができる。
各列内におけるチューブの中心はＢおよび13の合計よ
りさらに離間されていて、同一列内における２つのチュ
ーブ上の隣接要素の間には小さな隙間19が形成されてい
る。
りさらに離間されていて、同一列内における２つのチュ
ーブ上の隣接要素の間には小さな隙間19が形成されてい
る。
本発明の表面拡大要素について、さらに説明すると、
第５図に示すように、スリットの深さが要素の短手方向
側部に向けて減少しており、従って、傾斜は要素の長手
方向の中央−領域において深くなっている。このように
スリットの深さを変化させると、等しい幅の舌片17と協
働して、作動中における表面拡大要素の周縁領域に対す
る著しく均一な温度分布が提供され、従って熱変形が無
視できる程度に抑えられることが判明した。
第５図に示すように、スリットの深さが要素の短手方向
側部に向けて減少しており、従って、傾斜は要素の長手
方向の中央−領域において深くなっている。このように
スリットの深さを変化させると、等しい幅の舌片17と協
働して、作動中における表面拡大要素の周縁領域に対す
る著しく均一な温度分布が提供され、従って熱変形が無
視できる程度に抑えられることが判明した。
第６図に示すように、舌片17は山形断面に変形し、そ
して隣接する舌片を反対方向に折曲げることができる。
第６図に示す変形は、第３図に示す変形の代案を構成す
るものである。
して隣接する舌片を反対方向に折曲げることができる。
第６図に示す変形は、第３図に示す変形の代案を構成す
るものである。
第５および６図において、舌片の稜線は線18によって
示されている。
示されている。
要素11はチューブ11と同じ材料、例えば鋼から構成す
ることができる。要素の材料は、効率を向上するため
に、高い熱伝導率を有することが重要である。従って、
鋼を使用する場合には、低炭素含有量の鋼が好適に選定
される。
ることができる。要素の材料は、効率を向上するため
に、高い熱伝導率を有することが重要である。従って、
鋼を使用する場合には、低炭素含有量の鋼が好適に選定
される。
第５図に係る実施態様において、スリット14−16は6m
mの幅を有し、中央スリット15は25mmの深さを有しそし
て外側スリットは15mmの深さを有する。２つの中央部舌
片は19mmの幅を有し、そして２つの外側舌片は22mmの幅
を有する。要素11の長さは100mmでありそしてその幅は5
5mmである。凹部は約23.5mmの半径とおよび約17.5mmの
深さを有する。熱交換器の一実施例においては、要素11
の長手方向におけるチューブの中心間の間隔は約108mm
であり、一方要素の横断方向におけるチューブの中心間
の間隔は約125mmである。
mの幅を有し、中央スリット15は25mmの深さを有しそし
て外側スリットは15mmの深さを有する。２つの中央部舌
片は19mmの幅を有し、そして２つの外側舌片は22mmの幅
を有する。要素11の長さは100mmでありそしてその幅は5
5mmである。凹部は約23.5mmの半径とおよび約17.5mmの
深さを有する。熱交換器の一実施例においては、要素11
の長手方向におけるチューブの中心間の間隔は約108mm
であり、一方要素の横断方向におけるチューブの中心間
の間隔は約125mmである。
Claims (8)
- 【請求項１】実質的にチューブの直径より長い辺を持つ
四角形の薄板−金属片（11）からなり、前記薄板−金属
片は一方の長手方向側部の中央−領域に180゜以下の角
度で延在する実質的に円形の凹部を備え、チューブに対
して溶接するよう設計されている熱−交換器チューブの
表面拡大要素において、前記薄板−金属片は金属片の他
方の長手方向側部から延在して薄板−金属片（11）の短
手方向側部と略平行して進行するスリット（14,15,16）
を有し、前記スリット（14,15,16）はその長さを前記金
属片の中央部から短手方向側部へ向けて減少することを
特徴とする熱−交換器チューブの表面拡大要素。 - 【請求項２】最長のスリット（15）の長さは要素の幅の
半分に対応することを特徴とする請求の範囲１記載の表
面拡大要素。 - 【請求項３】前記要素においてスリット（14,15,16）に
よって画定される舌片（17）は、要素の中央−平面から
変形され、その長手方向の中心線に沿って屈折し、隣接
する舌片と屈折方向が反対であることを特徴とする請求
の範囲１または２に記載の表面拡大要素。 - 【請求項４】スリットによって画定される舌片（17）
は、実質的に等しい幅であることを特徴とする請求の範
囲１乃至３の何れかに記載の表面拡大要素。 - 【請求項５】凹部の半径は、要素が抵抗溶接手段によっ
て取り付けられるべきチューブの半径より僅かに大きい
ことを特徴とする請求の範囲１乃至４の何れかに記載の
表面拡大要素。 - 【請求項６】表面拡大要素が請求の範囲１乃至５の何れ
かにより構成され、そしてチューブに対して抵抗溶接手
段により溶接されていることを特徴とする表面拡大要素
を備えた熱−交換器チューブ。 - 【請求項７】チューブもしくは表面拡大要素上の溶接接
合部の表面が荒研磨によって達成される研磨切り目を有
し、抵抗溶接工程中における溶接接合部からのガスの引
き抜きが許容されることを特徴とする請求の範囲６記載
の熱−交換器チューブ。 - 【請求項８】表面拡大要素は、チューブ上に互いに対向
して配置される対として溶接され、２枚の要素間に空隙
を持つことを特徴とする請求の範囲６または７に記載の
熱−交換器チューブ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8803215-6 | 1988-09-13 | ||
| SE8803215A SE8803215D0 (sv) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | Ytforstoringselement for vermevexlartub |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04500717A JPH04500717A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2735664B2 true JP2735664B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=20373307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1508894A Expired - Fee Related JP2735664B2 (ja) | 1988-09-13 | 1989-08-28 | 熱―交換器チューブの表面拡大要素 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5046556A (ja) |
| EP (1) | EP0434703B1 (ja) |
| JP (1) | JP2735664B2 (ja) |
| KR (1) | KR960005789B1 (ja) |
| AU (1) | AU4070689A (ja) |
| SE (1) | SE8803215D0 (ja) |
| WO (1) | WO1990002917A1 (ja) |
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