JP3677065B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フレームに担持され、製品の流れと熱伝達媒体の流れとをもつ流れシステム内で互いに連結された複数個の熱交換器要素にして、第１に、互いに連結されて製品流れ挿入部を形成する１個以上の熱伝達管と、第２に、前記熱伝達管を取り巻く管状ジャケットとを含む熱交換器要素を有する熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
熱交換器には多くの形式があり、液体製品を加熱または冷却するために使用されている。例えば、異なる温度の水蒸気または水を使用して、好ましくは液状の製品を所期のレベルまで加熱または冷却することが可能である。熱交換器は種々のプロセス工業において使用され、乳製品製造業のような食品工業においてもよく使用されている。
良く知られた形式の熱交換器は、互いに連結されて流れシステムを形成する１個以上の熱交換器要素より成る、いわゆる管熱交換器である。熱交換器要素は、１本の外側管状ジャケットにより囲まれた１本以上の熱伝達管を有している。熱伝達管は互いに連結され、製品流れ挿入部を形成し、一方該挿入部は、製品エルボー管を用いて互いに連結され、熱交換器が使用されるプロセスに対応して加熱冷却されるべき製品を循環させている。熱伝達管は、異なる温度の水、水蒸気、または他の形式の液体またはガス等の熱伝達媒体を取り囲む管状ジャケットの中に閉じ込められている。しかし、この形式の熱交換器の製造は複雑で費用がかかる。また、連結の正確な整合を必要とし、同時に、熱交換器内の管は、管とフレーム双方に極端な内部応力を生じさせ兼ねない熱膨張に曝されるから、フレームへの取り付けに当たり或る程度の遊びを必要とする。
熱交換器はそれぞれ独自の設計を必要とするから、管形式の熱交換器のモジュール（基本単位組み合わせ）を製造することは、従来困難とされてきた。従来型の管熱交換器は組み立てるのが複雑であり、予備部品を交換するに当たり、個々の部品を交換するため費用の嵩む分解が必要とされることが多い。
【０００３】
【本発明の目的及び目的を達成するための手段】
本発明の目的は、組立てが簡単であり、熱交換器を構成する部品が標準化され、モジュール化され、それにより熱交換器を少数の部品で、フレームと、製品流れと熱伝達媒体間の連結通路との双方を構成することのできる、熱交換器内の諸要素を組み合わせることである。
本発明の他の目的は、部品の少数化をもたらし、従来組立てられた熱交換器における個々の部品の交換に固有な問題を回避するような、簡単化され経済的な設計と構造とを実現することである。
【０００４】
これらの目的、および他の目的は、請求項１の前段に記載された熱交換器にして、前記各熱交換器要素の管状ジャケットの両端においてそれぞれが各管状ジャケットを支持する複数のモジュールユニットと、２個の隣接する熱交換器要素のそれぞれの中の前記熱伝達管を連結する製品エルボー管と、それぞれが２個の管状ジャケットのそれぞれと連通する２個の管状要素とそれら管状要素を連結する連結要素とを有していて前記２個の管状要素のそれぞれが互いに隣接する２個のモジュールユニットのそれぞれに連結されているジャケット連結器とを備え、それぞれが管状ジャケットを支持して互いに隣接する複数のモジュールユニットが継手を用いて互いに移動可能に連結されていて前記熱交換器の前記フレームを形成していることを特徴とする熱交換器によって達成される。
本発明の好適実施例は、さらに、従属形式の請求項に記載された特徴を与えられている。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。
図２は、３個の熱交換器要素１をもつ熱交換器の一部を示す。各熱交換器要素１は、内部に多数の熱伝達管３が設けられた外側管状ジャケット２を有する。モジュールユニット４は熱交換器要素１の管状ジャケット２の各端部に固定されている。ジャケット連結器５は、２個の隣接するモジュールユニット４に固定して取り付けられている。その結果、ジャケット連結器５は管状ジャケット２の延長部を構成し、熱伝達管３の延長部を取り囲んでいる。
熱伝達管３は、各端部において、管板２２に溶接固定され製品流れ挿入部を構成している。製品流れ挿入部同士は、製品エルボー管６または製品連結器１９により互いに連結されている。従来型式の製品流れ挿入部が、ジャケット連結器５内に１個以上のガスケット７に対向して、管状ジャケット２とジャケット連結器５に対し相対的に移動可能に挿入されている。
図３は図２の線Ａ−Ａに沿う断面図であり、熱伝達管３が管状ジャケット２内に置かれている。図はまた、ねじを用いて２個のモジュールユニット４に固定結合されたジャケット連結器５の端部を示す。
図４は、２個の熱交換器要素１と、製品エルボー管６を構成する外側エルボー管とをもつ熱交換器の一部の端面立面図である。製品エルボー管６は製品流れ挿入部に対しフランジ継手によりその位置に保持されている。
【０００６】
図５、図６はモジュールユニット４を示す。モジュールユニット４は、好適実施例においては、管状ジャケット２の各端部に溶接されたフランジ部分８と、フランジ部分８にルーズに取り付けられたモジュール片９とを有している。これらの部品８、９は勿論単一部品として構成されていてもよい。フランジ部分８はさらに、モジュール片９が取り付けられている管状ジャケット２の延長部を構成している。モジュール片９は、ジャケット連結器５に結合するためのねじ孔１１を有している。モジュール片９はさらに滑動面１０を有し、この滑動面は隣接するモジュールユニット４の滑動面に衝接するようにされている。
モジュール片９は熱交換器全体のフレームを構成し、滑動面１０は熱交換器内で互いに連結された熱交換器要素１の荷重を引き受けている。同時に、滑動面１０は、熱交換器要素１同士が互いに移動することを可能にし、かくて、熱交換器要素１が受ける熱作用を補償している。
６メートルに及ぶような極端に長い熱交換器要素が使用される場合には、１個のモジュール片９が、熱交換器要素１をその中央部において支持するために使用されよう。
【０００７】
図７、図８は、２本の平行な管分岐をもつＨ形管、すなわち、２本の管状要素１２と、管状要素１２に直角に延び管状要素間を連通させる連結要素１３とをもつＨ形管より成るジャケット連結器５を示している。管状要素１２の内径は、熱交換器要素１の管状ジャケット２の内径よりも、ほぼ０〜１０パーセントだけ大きく、このことは、熱伝達媒体がジャケット連結器５内を通過するとき、媒体に対する流れ抵抗を減少させることに役だっている。減少された流れ抵抗は、熱交換器に関連するポンプの容量を減少させ得る点で貢献している。
２本の管状要素１２の１個の端部は、２個の隣接するモジュールユニット４のモジュール片に対して定位置にねじ止めされる。熱伝達管をもつ製品流れ挿入部が管状ジャケット２とジャケット連結器５の中に挿入されたのち、製品流れ挿入部は、熱交換器の製品流入、流出部において、製品エルボー管６または製品連結部１９に連結される。
図９は、上述のＨ形管５の半分だけから成るジャケット連結器１４を示す。このジャケット連結器１４は、熱伝達媒体を流入させ、または流出させるために使用される。エルボー管１６は、熱伝達媒体を流入、流出させるために形成された開放管ソケット１５に連結される。
【０００８】
図１０は４個の互いに隣接するモジュールユニット４を示し、これらユニットはその共通隅部において継手１７により互いに連結されている。継手１７の形状は色々であるが、実質的には、十字形をしており、モジュールユニット４のモジュール片９の中にルーズに挿入され、モジュール片９の溝と形態的に安定して係合している。継手１７は一端においてロックされ、モジュールユニット４とジャケット連結器５との間のねじ連結器に衝接するようになっている。実質的に十字形の継手１７は金属、好ましくはステンレス鋼で作られるが、ポリマーまたはセラミックで作られてもよい。
この設計により、モジュールユニット４は、熱交換器内において殆ど均質な壁を構成し、この殆ど均質な壁は、熱交換器の種々の部分において温度差に起因する固有の対流が起こることを防止する。長い熱交換器要素１の中央領域を支持するためモジュール片９が使用される場合には、モジュール片９は完全に均質ではなく、種々の区画の間に流通が生じ得る。この場合、モジュール片９は支持機能を果たすだけである。
【０００９】
図１２、図１３は組み合わされた熱交換器の二つの違った側面を示す。製品を熱交換器内の違った点において供給し、製品を熱交換器の選択された部分を通して取り出し、また、熱伝達媒体を他の点において導入し、媒体をそこから取り出すことにより、整合ユニットが形成されるが、図はその一例だけを示している。図８に示した実施例に従ったジャケット連結器１４が熱伝達媒体の流入、流出に使用されている場合には、入り口または出口通路を構成するエルボー管１６は熱交換器内において１個のモジュール位置を占有する。このモジュール位置は熱交換器要素１を欠いているから、１個のモジュールユニット４に対応する支持体がこのモジュール位置に使用されなければならない。このような場合には、管状ジャケット２と熱伝達管３とのための孔を有していないモジュール片１８が使用される。このことは、複雑な熱交換器を組み立てるのに必要な堅固性、安定性を得るために必要である。
図１２、図１３はまた、完成した、組み立てられた熱交換器が全ての側面に、図においては板の剛性を増加させるため緩やかな弓形をした被覆板２０が設けられていることを示している。被覆板２０はモジュール片９に適切に固定されている。被覆板２０は、熱交換器要素の温度が周囲環境の温度に比べて高くなったとき使用される。熱交換器全体は、熱交換器を床から持ち上げておくために床フレーム２１上に載架される。
図１４は、モジュールユニット４が、一つのモジュール寸法Ｍが、使用される熱交換器要素１の大きさ、型式に依存して、２、３、４または６個のモジュール片を包含するように、標準化構成の中にどの様に配置されるかを示している。
【００１０】
【発明の効果】
上記型式の熱交換器は、従来の管熱交換器に比して組立て容易である。さらに、Ｏ−ガスケットや他の予備部品の交換に当たっては、交換しようとする部品の上方に位置する部品を取り外す必要がないため容易になる。取り外すか、緩めるかを要する唯一の部品は、製品エルボー管とジャケット連結器とである。このことは、熱交換器の組立て、保守のための費用を減少させることへの主要な貢献である。
上記記載から明らかなように、本発明は、相当程度標準化され、モジュール化されており、また、そのユニットが組み合わされて、従来の管熱交換器に比して、より小型で、製造、組立て、改造がより簡単な一つの完成ユニットを形成するようにされている熱交換器を実現している。
本発明は上述し図示した例に限定されるものではなく、添付した請求項の精神、範囲から逸脱することなく、多くの改変が考えられよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】一部展開された本発明の熱交換器の全体図。
【図２】熱交換器の一部の部分断面平面図。
【図３】図２の線Ａ−Ａに沿う断面図。
【図４】熱交換器の一部の端面立面図。
【図５】モジュールユニットの平面図。
【図６】図５の線Ｂ−Ｂに沿う断面図。
【図７】ジャケット連結器の一部断面平面図。
【図８】図７の線Ｃ−Ｃに沿う断面図。
【図９】入口または出口連結部をもつジャケット連結器の半分の平面図。
【図１０】多数の互いに連結されたモジュールユニットの平面図。
【図１１】継手を示す斜視図。
【図１２】組立てられた熱交換器の端面立面図。
【図１３】同じ組立てられた熱交換器の他の端面の立面図。
【図１４】モジュールユニットのモジュール化を示す概要図。
【符号の説明】
１ 熱交換器要素
２ 管状ジャケット
３ 熱伝達管
４ モジュールユニット
５ ジャケット連結器
６ 製品エルボー管
８ フランジ部分
９ モジュール片
１７ 継手
１９ 製品連結器
２０ 被覆板

Claims (6)

1. フレームと、該フレームに支持され、製品の流れと熱伝達媒体の流れとをもつ流れシステム内で互いに連結された複数個の熱交換器要素（１）とを有し、各熱交換器要素（１）が、互いに連結されて製品流れ挿入部を形成する１個以上の熱伝達管（３）と、前記熱伝達管（３）を取り巻く管状ジャケット（２）とを含んでいる熱交換器において、
   前記各熱交換器要素（１）の管状ジャケット（２）の両端においてそれぞれが各管状ジャケット（２）を支持する複数のモジュールユニット（４）と、２個の隣接する熱交換器要素（１）のそれぞれの中の前記熱伝達管（３）を連結する製品エルボー管（６）と、それぞれが２個の管状ジャケット（２）のそれぞれと連通する２個の管状要素（１２）とそれら管状要素（１２）を連結する連結要素（１３）とを有していて前記２個の管状要素（１２）のそれぞれが互いに隣接する２個のモジュールユニット（４）のそれぞれに連結されているジャケット連結器（５）とを備え、それぞれが管状ジャケット（２）を支持して互いに隣接する複数のモジュールユニット（４）が継手（１７）を用いて互いに移動可能に連結されていて前記熱交換器の前記フレームを形成していることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、前記ジャケット連結器（５）が、２本の平行な管状要素（１２）と、該管状要素（１２）に直角な連結要素（１３）とを有するＨ形状の管を構成していることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１に記載の熱交換器において、前記継手（１７）が、ほぼ十字形をなし、４個の互いに隣接するモジュールユニットと、形態的に安定に、しかし、融通をもって係合していることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１に記載の熱交換器において、前記継手がステンレス鋼で作られていることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１に記載の熱交換器において、前記ジャケット連結器（５）が、２個の互いに隣接したモジュールユニット（４）に固定して連結されていることを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１に記載の熱交換器において、前記熱伝達媒体の入り口、または出口が、半切断されたジャケット連結器（１４）と、入口、または出口エルボー管（１６）とにより形成されていることを特徴とする熱交換器。

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