JP3579084B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、第1流体のための少なくとも1つの管束を含む熱交換器であって、該管がその中を延伸するエンドピースによって両端が閉じられ、第2流体のための少なくとも1つの入口と出口を備え、前記第2流体の流れを逆流させるために該管に垂直なバッフル壁を前記入口と出口の間に備えた、前記管を取り囲むジャケットを含む熱交換器に関する。前記バッフル壁は、前記ジャケットの一方の側及び他方の側に交互に前記第2流体を自由に通すための流路を有する。
【背景技術】
【0002】
円筒状のジャケットを備えたこのタイプの従来の熱交換器では、バッフルは、前記管束(5、27、31)を囲む、一方の側が切り落とされた円形状のバッフルプレートから成り、このバッフルプレートは該ジャケットの内径と等しい直径を持つ。第2流体のための開いた連続流路が互いに垂直に向き合うように、前記バッフルプレートはジャケットに取り付けられる。このような熱交換器では、第2流体の流れは管束に対して部分的に垂直ではあるが、また、管束に対して部分的に平行でもあり、これによって熱伝達が制限される。
【0003】
さらに、前記従来型熱交換器にはデッドコーナーが含まれ、この管束が不正確に配置されている場合には、最終バッフルとエンドプレートの間にデッドスペースが形成されることがあり、その状態では、第2流体は多かれ少なかれ静止し、沈殿物の蓄積、局所的高温が引起こされ、腐食のみならず低い熱伝達が結果として生じることになる。また、前記従来型熱交換器の場合には、漏れないように流路の隣接バッフルをジャケットに接続することは困難である。ジャケットとバッフルエッヂの間の漏れは冷却能力も減少させる。
【0004】
前記従来型熱交換器は、また、例えば、より高速の第2流体を得るための調節が困難である。従来型の熱交換器は、流体の一定の温度と流量で最適に動くように計算されている。第2流体の流量の大規模な減少によって熱交換能力は減少するが、これは、前記第2流体のより低い速度、及び、流体間のより小さい温度差が原因である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、これらの欠点を回避すること、及び、比較的安価であるにもかかわらず、優れた熱伝達を示すデッドコーナーのない熱交換器であって、1つの実施例において、第2流体の流れに関して経済的に、かつ、同一ジャケット内に第1の流体のためのいくつかの管束を取り付ける可能性を提示するように、調節することも可能な熱交換器を提供することをその目的とするものである。
【問題を解決するための手段】
【0006】
ジャケットの内周部分の間に亘って延伸し、バッフルプレートの外側エッヂが接続されている内側方向に向いている、少なくとも1つのバッフルプレートと少なくとも1つの壁とによってバッフルが形成され、その結果、壁がない場所に第2流体が流れるための流路が残るという点において、この目標は本発明によって達成される。
【0007】
ジャケットに接する壁は、ジャケットを備えた単一のピースを形成していてもよいし、遊動壁であってもよい。あるいは、いくつかの壁は固定されていて、いくつかの壁は遊動するものであってもよい。
【0008】
遊動壁を用いることによって、壁を取り除いたり加えたりすることにより、第2流体の流れを調節することが容易になる。
【0009】
本発明の好ましい実施例では、熱交換器は、連続バッフル壁及び/又は外部バッフル壁およびエンドピースとの間に少なくとも1つの横断方向の仕切壁を持ち、この仕切壁は、管に対して垂直で、ジャケットの外側エッヂ部分の間に亘ってジャケットの内面側から一定の距離のところに配置される。
【0010】
この横断方向の仕切壁を設けた結果、第2流体の流れは逆行せず、分割されて、平行で、より小さな流れに変る。その結果、前記流体の管の間に亘るより横断方向の流れが得られ、それによってよりよい熱伝達が得られる。この横断方向の仕切壁を取り巻くジャケットに接して遊動壁を置くことによって、特別なバッフル壁を容易に形成することができ、この横断方向の仕切壁がバッフル壁となる。反対に、バッフルプレートのまわりの遊動壁を取り除くことによってバッフル壁を消滅させることができるが、バッフルプレートはそのまま横断方向の仕切壁として機能する。
【0011】
前記横断方向の仕切壁の形状はバッフルプレートと同じサイズと形状となしてもよいが、ただジャケット内壁面には接続されない。
【0012】
本発明の一つの有効な実施例では、ジャケットの内壁面とバッフルプレートの外周縁との間にシールがある。
【0013】
この実施例では特に、バッフルプレートの外周縁とジャケット内壁との間の漏流が回避され、第2流体の全流量は、壁の中の仕切りによって形成された流路を通って流れなければならない。
【0014】
本発明の通常の実施例では、ジャケットは部分的に円筒状であり、バッフルプレートは円形で、ジャケットの内径とぴったりと合う直径を持つ。そのジャケットは、向き合った側(対称位置)で広くなり、第2流体の流れが転送されるチャネル(流路)が形成される。
【0015】
この場合、熱交換器は、通常、第1流体のための管束をただ一つ含むだけである。
【0016】
熱交換器は、2つ以上の管束を含むものであってもよく、この場合、これらの管束は互いに平行で1つのジャケットによって囲まれ、管束のうちの一方は他方より長く、バッフル壁が、互いに隣接しているこの様々な管束の間に渡って延伸している。
【0017】
この実施例では、いくつかの管束の間に渡って延伸するバッフル壁が、各々の管束に接するバッフルプレートと、ジャケットの内側の少なくとも1つの壁とによって効果的に形成されるが、この壁は流路を除いて、2つのバッフルプレート間の開通部を閉じ、また、各々のバッフルプレートとジャケットの内側との間の開通部を閉じる。
【0018】
この場合、熱交換器は、各管束のためのジャケットの円筒部を有していてもよく、その結果、隣接したジャケット部の内側スペースはひとつの流路によって互いに連通し合い、隣接した管束の間に亘って延伸する各バッフル壁には、各管束に接する円形バッフルプレート、対応するバッフルプレートに接続する、壁部の各々に接する壁、及び、流路に置かれ、隣接したバッフルプレートに接続する壁とが含まれる。
【0019】
本発明の特別な実施例において、バッフル壁とジャケットとの間(ここに流路が、ジャケットの内側に接する壁中の仕切壁によって形成されるのであるが)の流路の少なくとも1つは、口径を測定された流路を持つ、前記内側に接する壁によって閉じられる。
【0020】
その両端近くの出入り口に加えて、ジャケットはさらに第2の出入口を有してもよく、この場合には、前記第2出入口の間にバッフル壁があり、前記バッフル壁の流路に取り付けられた、口径を測定された流路を備えた壁が付いている。
【発明の効果】
【0021】
以上説明した熱交換器は、経済的に非常によい熱伝達を提示する一方で、例えば、いくつかの管束を持つための標準的構成要素を用いる変更例のための広い可能性が提示されている。
【0022】
本発明は、上に説明され、図面に示された実施例に制限されるものでは決してない。反対に、このような熱交換器は、本発明の範囲内にある種々の変更例においても作ることができるものである。
【実施例】
【0023】
本発明をよりよく説明するために、本発明による熱交換器のいくつかの推奨実施例を例として、(但し、いかなる点においても制限的なものではない)添付の図面を参考にして以下説明する。
【0024】
図1および図2に示される熱交換器は、両端がエンドピース2によって閉じられ、一方の端近くに入口3を、他方の端近くに出口4を持つジャケット1と、両端がそれぞれのエンドピース2の中を貫通して延伸し、ジャケット1の縦方向( 軸方向 )に平行に延伸する第1すなわち主要流体を流すための複数本の管束5,5・・と、ジャケット1の内側の管5に対して垂直に取り付けられているいくつかのバッフル6とを本質的に含んでいる。
【0025】
このジャケット1は、大部分円筒状であるが、互いに正反対( 直径方向 )に向き合う2ヶ所で広くなって、流体が流れるそれぞれのチャネル48が形成される。
【0026】
本発明の特徴は、複数本の管5が貫通して延伸し、直径がジャケット1の内径よりわずかに小さい円形のバッフルプレート7と、ジャケット1の内側面に突設した壁8がシール9を介してバッフルプレート7の外側エッヂにぴったりと合うチャネル48のうちの1つが内側へ突き出し、ジャケット1の内壁に接している前記壁8とによって、前記バッフル6が形成されることにより、チャネル48が閉じられるという事実である。シール9がバッフルプレート7を囲み、バッフルプレート7とジャケット1の円筒部分の内側との間のシールがさらに確保される。
【0027】
壁8がジャケット1の内周の一部分上に伸びて単一チャネル48の一方を閉鎖する結果、ジャケット1の他方側、すなわち、もう他方のチャネル48では、流路10は開いたままになる。
【0028】
連続壁8が配置される結果、前記流路10は、交互に、1つのチャネル48のジャケット1の一方の側で、また、もう他方のチャネル48の反対側で交互にバッフル6のある位置で遮られる。その結果、入口3を通って管5とジャケット1との間のスペースに入る第2流体は、出口4向かってジグザグ状( 蛇行状 )に流れることを強いられる。つまり、第2流体の流れの方向は矢印11によって図1に示される。
【0029】
バッフル6の間毎に、また、外側バッフル6とエンドピース2との間毎に、バッフルプレート7と同じ直径を持つ、2枚ずつの円形の仕切壁12が管5の横断方向に取り付けられている。これらの横断方向の仕切壁12の全周に亘ってオープンスペースがある。バッフル6とは対称的に、横断方向の仕切壁12は、前記流体の流れの方向を変更させず、その流れを分割して3つの平行な、より小さな流れに変える。
【0030】
バッフルプレート7の縁が壁8にぴったりと合うように、バッフルプレート7と横断方向の仕切壁12に対して管束5,5・・を正確に位置決めすることは、エンドピース2によって保証されるだけでなく、管5に平行ないくつかのバー13によっても保証される。なぜなら、前記バー13は、バッフルプレート7の溝と横断方向の仕切壁12の溝を通り、その両端はエンドピース2に取り付けられるからである。
【0031】
横断方向のバッフルプレート7と仕切壁12が付けられた状態の管束5,5・・を、ジャケット1内に組立てるために、バッフルプレート7と同じ直径を持つ内側円形部品14、およびこの内側円形部品14にぴったりと合うことができる環状外側部品15によってエンドピース2の1つが形成される。1−ピースエンドピース2および2−ピースエンドピース2から成る部品14が管束5,5・・に付けられる。管束5は、1−ピースエンドピース2がジャケット1にぴったりと合うまで、部品14と共にジャケット1の中を前方へ滑り、そこで、環状部品15が部品14の周りに付けられ、ジャケット1の他端にぴったりと合う。
【0032】
この熱交換器は冷却器として使用することもできるが、その場合、第1流体すなわち主要流体(通常、ガス)は、管5の中を流れる。そして、冷却剤(通常、水)である第2流体が矢印11に従って入口3から出口4へ流れる。バッフルプレート7、及び、横断方向の仕切壁12が追加して存在するために、第2流体、つまり冷却流体の流れ方向は、すべての地点において管5に対して事実上垂直である。したがって優れた熱伝達が得られる。冷却流体はいかなる地点においても静止しておらず、したがって、デッドコーナーが回避され、冷却流体のむらのない流れが得られる。バッフルプレート7と壁8との間あるいはジャケット1の円筒部の間の密閉が確保され、その結果、冷却流体は、流路10の中だけで蛇行状に流れることが可能となる。
【0033】
壁8の数、したがって、バッフル6の数は、流体の流量および要求される熱伝達に従って調節することができる。したがって、壁8は、図1の点線によって示されるように2つの隣接したバッフル6の間にある2つの横断方向の仕切壁12のポイントに置くことができる。このようにして、これらの横断方向の仕切壁12はバッフルプレート7を形成し、このバッフルプレート7は、壁8と共にバッフル壁6を形成する。ジャケット1を製造するとき、このように、壁8を追加したり、あるいは取り除いたりしてもよい。この場合、前記壁8を固定することによって、ジャケット1を備えた単体を形成することができる。しかしながら、管束5,5・・を挿入する前に、すべてあるいは少なくとも前記壁8のいくつかをジャケット1の内側にぴったりと合わせることが可能な遊動壁( 位置調整可能な壁 )にするほうがより容易である。この目的のために、前記ジャケット1にはチャネル48のグルーブ16が内側に接して供給され、前記遊動壁8が配置される。
【0034】
このようにして、冷却流体の最低限の流速でも前記冷却流体に十分な速度を与えるために、ジャケット1に十分なバッフル6があることを保証することが可能である。管束5,5・・上の冷却流体のパスを制御することが可能であり、したがって、標準化された要素、すなわち、要求に応じて、管束5,5・・に取付けられ、バッフルプレート7や横断方向の仕切壁12を形成する円形プレートと共同する壁8によって熱伝達を調節することが可能である。
【0035】
ジャケット1内の、2次的すなわち第2流体の流れを調節できるだけでなく、図3および図4に示されるような単一の熱交換器を形成するために、各々自身の管束5,5・・を持つ2つの熱交換器を容易に組合せることもできる。
【0036】
この実施例で、熱交換器の中に含まれるものとして、上面のジャケット17、その長さの一部に延伸する、真下に縦の開通部19を備えた部分的に円筒状のジャケット部18、底部、ジャケット部18の軸線に平行な軸線を持ち、上部に縦の開通部21を備え、開通部19と同サイズで、それと正反対に対向している、前記開通部19の下に位置する部分的に円筒状のジャケット部20、及び、ジャケット部18と20にぴったりと合い、ジャケット部18と20の内側スペース間の流路を形成する接続部22がある。ジャケット部18は、チャネル48を形成するために上部が広くなっており、また同時に、ジャケット部18は、チャネル48を形成するために下部も同様に広くなっている。
【0037】
一端で、ジャケット部18と20はそのエンドピース23によって閉じられ、その一方で、ジャケット部18と20の他端は円形内側部品25と、該円形内側部品25の回りにぴったりと合う環状部26から成る2−ピースエンドピース24によって閉じられている。
【0038】
底ジャケット部20および接続部22は同じ長さを持ち、示されているようにジャケット部18の長さより小さい(但しこれは必ずしも必要なことではない)。
【0039】
ジャケット部18の中には,管束27,27・・がある。この管27は、エンドピース23とエンドピース24の部品25にあるその両端によって保持されている。壁部18の直径に直径がぴったりと合うバッフルプレート28が管27に垂直に取り付けられている。
【0040】
上部ジャケット部18の両端近くには、第2流体(例えば冷却剤)のための、入口29および出口30をそれぞれ持っている。
【0041】
底ジャケット部20には、対応するエンドピース23、および対応するエンドピース24の部品25に保持された管の両端を持つ、類似した方法で配置された管束31がある。
【0042】
両端間のおよそ真中に、底ジャケット部20は予備出口32、及びその隣に予備入口33を持っている。
【0043】
丸バッフルプレート34も、ジャケット部20の管31にぴったりと合い、それによって、前記バッフルプレート34の直径は、ジャケット部20の内径にぴたりと合う。
【0044】
シール36を介して、上部ジャケット部18のバッフルプレート28と底ジャケット部20のバッフルプレート34に接続する、上部ジャケット部18と底ジャケット部20の軸線に垂直ないくつかの壁35が接続部22にある。
【0045】
壁35の各々は、それに接続するバッフルプレート28および34と共に、あるいは、上部ジャケット部18のチャネル48にある壁37と共に、あるいは、底ジャケット部20のチャネル48にある壁38と共に、完全なバッフル39を形成する。バッフルプレート28とバッフルプレート34にぴったりと合う壁37と38は、それぞれシール36を介して位置し、隣接するバッフル39が、ジャケット17の一方の側とその反対側で第2流体すなわち冷却剤のための流路10を交互に形成するようになっている。
【0046】
さらに、この実施例では、壁37と38は固定状態にも遊動状態にもすることができる。第2流体によってカバーされたパスは、したがって、遊動壁を追加したり、取り除いたりすることによって調節することができる。このパスは矢印11によって図3に示される。
【0047】
バッフル39のうちの1つは、出口32と入口33の間に位置し、前記出入口の側にその流路10を有する。管40は、出口32に接続し、入口33へ帰る回路41によって接続している。前記バッフル39とジャケット部20の内壁との間の流路10に、ジャケット部20の内側に遊動的に取り付けられた壁37あるいは壁38と類似の方法で口径が決められた流路43を備えた壁42がある。その結果、第2流体の一部は管40の中ではなく流路43を介して流れるために、回路41の圧力低下の減少が可能になる。
【0048】
バルブ45を備えた給水管44が入口29に接続し、一方、温度計47を備えた吐出し管46は出口30に接続している。第2流体の流量は、ゲージ47によって測定された温度に従ってバルブ45により調節することができる。管束31が管束27の隣りに置かれる場合、第2流体は、バッフル壁29によって2つの管束上を垂直に流れることを強いられる。管束27,27・・の隣りに管束31,31・・がない場合、ジャケット部18の内側に取り付けられ、シール36によってバッフルプレート28に接続された、バッフルプレート28と壁37によって形成されるバッフル壁39間のジャケット部18の内側の前記第2流体は、ジグザク状に流れる。
【0049】
壁37と壁38は固定することも、遊動状態( 可動状態 )にすることも可能である。同じことが壁35にも当てはまる。この実施例では、横断方向の仕切壁を隣接したバッフル壁39間に取り付けることもできる。双方の管束が互いに隣接して置かれる場合、横断方向の仕切壁を各々の管束に取り付けることができ、壁によってこれらの横断方向の仕切壁を互いに接続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明による熱交換器の縦断面図
【図2】図1の線II−IIに沿った横断面図
【図3】熱交換器の別の実施例のための、図1のものと類似の縦断面図
【図4】図3の線IV−IVに沿った横断面図
【符号の説明】
1,17,18…ジャケット
2,23,24…エンドピース
3,29,33…入り口
4,30,32…出口
5,27,31…管束
6,39…バッフル壁
7,28,34…バッフルプレート
8,35,37,38…壁
9,36…シール
10…流路
12…仕切壁
13…バー
19,21…開通部
Claims (13)
- 第1流体のための少なくとも1つの管束(5,5・・、27,27・・、31,31・・)を含む熱交換器であって、前記管束(5,5・・、27,27・・、31,31・・)を囲み、かつ前記管束(5,5・・、27,27・・、31,31・・)が貫通するエンドピース(2、23、24)によって各端が閉じられ、さらに第2流体のための、少なくとも1つの入口(3、29、33)と1つの出口(4、30、32)を備えたジャケット(1、17)を有し、前記第2流体の流れの方向を逆流させるために、前記管束(5,5・・、27,27・・、31,31・・)に対して垂直で前記入口と出口の間に位置されるバッフル(6、39)を備え、該バッフル(6、39)が、ジャケット(1、17)の一方の側と他方の側に交互に前記第2流体を流すための流路(10)を形成し、さらに該バッフル(6、39)は少なくとも1つのバッフルプレート(7、28、34)と、このバッフルプレート(7、28、34)の外側エッヂが接続され、かつジャケット(1、17)の内周部に渡って延伸し、内側方向へ向いている少なくとも1つの壁(8、37,38)によって形成され、さらに前記壁(8、37、38)がない個所では、第2流体のための流路(10)を開放した状態となしていることを特徴とする熱交換器。
- 請求項1に記載の熱交換器において、ジャケットに接している少なくともいくつかの壁(8、37および38)が、遊動壁であることを特徴とする熱交換器。
- 複数のバッフル(6、39、)相互間、及び/又はバッフル(6、39、)とエンドピース(2、23、24)との間に、管束(5,5・・、27,27・・、31,31・・)を貫通支持する少なくとも一つの仕切壁(12)が、その管軸と直交方向で取り付けられており、さらに仕切壁 ( 12 ) の周縁とジャケット(1、17)の内面との間を流路として開放していることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の熱交換器。
- 請求項3に記載の熱交換器において、横断方向の仕切壁(12)がバッフルプレート(7、28、34)と同じサイズ、および形状を有すること特徴とする熱交換器。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の熱交換器において、ジャケット(1、17)内の壁(8、37、38)とバッフルプレート(7、28、34)の外側エッヂとの間にシール(9、36)がぴったりと接合介在されていることを特徴とする熱交換器。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の熱交換器において、ジャケット(1)が部分的に円筒状であるが、チャネル(48)を形成するために対向する側で広くなっていることと、バッフルプレート(7)が円形で、ジャケット(1)の内径とぴったりと接合する直径を備え、一方で、ジャケット(1)の内側に接する壁(8)が、一方又は他方のチャネル(48)中で交互に配置されることにより前記チャネル(48)が閉じられることとを特徴とする熱交換器。
- 請求項6に記載の熱交換器において、この熱交換器が第1流体のための、管束(5,5・・)を1つしか含まないことを特徴とする熱交換器。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の熱交換器において、この熱交換器が2つ以上の管束(27,27・・、31,31・・)を含み、前記管束が互いに平行で、ジャケット(17)によって囲まれ、該管束(27,27・・)のうちの一方が他方の管束(31,31・・)より長くてもよく、互いに隣り合って置かれる異なる管束(27,27・・、31,31・・)上に、バッフル(39)が延伸することを特徴とする熱交換器。
- 請求項8に記載の熱交換器において、いくつかの管束(27,27・・、31,31・・)の間に亘って延伸する壁(39)が、各々の管束に接したバッフルプレート(28、34)及び、2つのバッフルプレート(28と34)間で開通部を閉じ、かつ、該バッフルプレート(28と34)のそれぞれとジャケット(17)の内側との間で、流路に対して以外は開通部を閉じる、ジャケット(17)の内側に接した少なくとも一つの壁(35、37、38)によって構成されることを特徴とする熱交換器。
- 請求項9に記載の熱交換器において、各管束(27,27・・、31,31・・)に対して、この熱交換器が、円筒状の部分とチャネル(48)を形成する広げ部分を備えたジャケット部(18、20)とを持ち、それによって隣接する管束の隣接ジャケット部(18と20)の内側スペースが開通部(21)によって互いと連通し、隣接した管束(27、31)間に渡って延伸する各バッフル壁(39)が、開通部(21)に位置し、隣接するバッフルプレート(28、34)に接続する壁(35)と共に、各バッフルに接する円形のバッフルプレート(28と34)と、一つのジャケット部(18、20)においてチャネル(48)が開いている状態のまま流路(10)を形成する一方で、ジャケット部(18、20)のうちの1つでチャネル(48)を閉じる壁(37または38)とを有することを特徴とする熱交換器。
- 請求項10に記載の熱交換器において、いくつかの管束の間に渡って延伸する壁(39)が、ジャケット(17)の内側に接しているいくつかの分離壁(35、37、38)、すなわち、1つの管束(27)を囲み、かつ、バッフル(39)のもう一方のバッフルプレート(28)にぴったりと合う、バッフル(39)のジャケット部(18)のチャネル(48)中の壁(37)、あるいは、もう一方の管束(31)を囲み、バッフル(39)のもう一方のバッフルプレート(34)にぴったりと合う、ジャケット部(20)に接する壁(38)、そして、2つのバッフルプレート(28と34)との間に位置し、これらのバッフルプレートにぴったりと合う壁(35)とを含むことを特徴とする熱交換器。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載の熱交換器において、前記流路が、ジャケット(1、17)の内側に接する壁(8、37、38)中の仕切壁によって形成されているバッフル(6、39)とジャケット(1、17)の間の流路(10)内の少なくとも1つが、この内側にある口径が決められた流路(43)を備えた壁(42)によって閉じられることを特徴とする熱交換器。
- 請求項12に記載の熱交換器において、入口(3)および出口(14)に加えて、ジャケット(1、17)が、第2の入口(33)と出口(32)をその両端近くに持ち、この場合、前記第2出入口(33、32)の間にバッフル(39)があり、このバッフルは、流路(10)に設けられ、かつ口径が決められた流路(43)を有する壁(42)が備えられていることを特徴とする熱交換器。
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