JP4422234B2 - 多流路式熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、チューブ・ボディおよびこのチューブ・ボディのチューブ・シートに連結したボンネットを有し、ボンネットに運ばれる液体を方向付けるための少なくとも１つのウェブが配置してあり、ウェブがボンネットに連結してある多流路式熱交換器に関する。
【０００２】
このような多流路式熱交換器は化学産業において使用されている。二流路式熱交換器においては、１つのウェブがボンネットに搬入される液体をボンネットから搬出される液体から分離している。四流路式または六流路式熱交換器のボンネットに複数のウェブをはめ込むことによって、液体の流れはボンネット内において繰り返し偏向され、繰り返し熱交換器を通過するように強制される。その結果、高い流速がチューブ内において達成され、良好な熱伝達が得られる。
【０００３】
超純粋形態で存在する液体で使用するためには、特に超純水装置（WFI＝Water for Injection）で使用するためには、これらの設計は使用不可である。これは、ウェブを密封するためにシールが必要であり、これらのシールが、ギャップの形成により、バクテリアの付着や汚染のリスクを伴うからである。この理由のために、１つの流路および対のチューブ・シートだけを有する熱交換器が今まで使用されてきた。このような熱交換器のチューブ内での流速はそれ相応に低く、熱伝達係数が悪い。その結果、滅菌の見地からは満足できるとしても、これらの熱交換器は熱を除去するために全長が長くなければならない。全長が数メートルというのも珍しくない。
【０００４】
この背景に対して、本発明の目的は、超純粋状態において、特に超純水として存在する液体を冷却するのに使用できるように、冒頭に述べたタイプの多流路式熱交換器を開発することにある。
この目的は、冒頭で述べたタイプの多流路式熱交換器の場合、ギャップをウェブとチューブ・シートの間に形成することによって達成される。
【０００５】
本発明によれば、ウェブは、ボンネットを完全に分離した室へ細分割せず、ウェブとチューブ・シートとの間に或る距離が残るようにその長さを決める。それによって、このギャップを通る漏洩流が生じ、この漏洩流はギャップをきれいに洗い流すのに役に立つ。漏洩流は確実に熱損失を招く。この漏洩流が熱交換器を通って流れておらず、したがって、なんら冷却作用を受けていないからである。漏洩流と熱交換器を出る冷却済みの流れとの間には温度の混合が生じる。これらの損失にもかかわらず、ＧＭＰに適合するという点で、滅菌状態で作動するコンパクトで短い熱交換器を得るという本発明の利点は熱損失を補ってあまりあるものである。
【０００６】
ギャップの幅は、熱交換器の作動中に十分な漏洩流がギャップを通って流れ、ギャップをきれいに洗い流すという効果を得るために最適化しなければならない。原則として、このギャップを１mm未満であるように選べば充分である。
ウェブはチューブ・シートの領域において尖っていると好ましい。流体工学の見解からとくに有利であるこの形態により、チューブ・シートに面しているウェブ端部領域において付着が生じ得ない。
【０００７】
使用される多流路式熱交換器のタイプに応じて、複数のウェブを設ける。四流路式熱交換器は、たとえば２つのウェブを有する。この場合、ウェブは特にＴ字形に配置され、その結果、ボンネットは３つの室に細分割される。したがって、六流路式熱交換器の場合、４つの室を設けなければならないであろう。ウェブは互いに９０度の角度で配置すると有利である。
本発明は２つの実施態様の形で図に示してあるが、発明をこれらに限定するわけではない。
【０００８】
図１および２は、二流路式熱交換器１の液体入口領域および液体出口領域を示している。そのチューブ・ボディ２はチューブ・シート３と、１６本のチューブ４とを有する。これらのチューブは、チューブ・シート３の対応する孔内に密封状態で保持されている。チューブ・シート３に連結したボンネット５がチューブ・ボディ２のチューブ領域を覆っており、熱交換器１で冷却しようとしている液体（たとえば超純水）のための入口ノズル６および出口ノズル７を備えている。冷却されるべき液体の流れ方向は、図１において太い矢印で示してある。２つのノズル６、７に加えて、ボンネットは回転対称デザインである。ボンネット５の対称面８の領域において、チューブシート３から或る距離のところで終わっている肉薄のウェブ１１がボンネット５に、したがって、その上面９およびその側面１０に連結してある。特に図３からわかるように、たとえば０.２mmの厚みを有するギャップ１３がウェブの尖った端１２とチューブ・シート３との間に形成される。したがって、冷却されるべき液体が熱交換器１のチューブ４を通って流れるばかりでなく、図３に太い矢印で示すように漏洩流がボンネット５の入口室１４から直接出口室１５にも流れる。
【０００９】
図４は、四流路式熱交換器におけるボンネット５のデザインを示している。図１〜３による実施態様に機能的に対応する構成要素は図４でも同じ参照符号が付けてある。図４による実施態様においては、Ｔ字状に配置した２つのウェブ１１またはウェブ領域が設けてあり、１つのウェブ１１はボンネット５の直径に対応する長さを有し、他方のウェブ１１の長さはボンネット５の半径に対応する。室１４、１５に割り当てられた入口ノズルおよび出口ノズルの配列を適切に変更した場合、冷却されるべき液体はボンネット５の第一象限領域に配置された入口室１４に入る。冷却されるべき液体は、それから、漏洩流とは別に、この室１４に割り当てられたチューブ４を通って熱交換器１内に流入し、ボンネットの第二象限領域においてチューブ・ボディ２を出る。そこから、室１６内の液体は、ボンネット５の第三象限領域に配置されたチューブ４にそらせられる。液体はチューブ４を入り、ボンネット５の第四象限領域に割り当てられた出口室１５の領域においてこれらのチューブ４を出る。上記の漏洩流は、図３によればチューブ・シート３に対するギャップを形成するＴ字形のウェブ１１の領域において生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボンネット領域において二流路式熱交換器を通る縦断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面を示す。
【図３】図１における詳細図Ａを示す。
【図４】四流路式熱交換器を示す、図２と同様の断面図である。
【符号の説明】
１ 二流路式熱交換器
２ チューブ・ボディ
３ チューブ・シート
４ チューブ
５ ボンネット
６ 入口ノズル
７ 出口ノズル
８ 対称面
９ 上面
１０ 側面
１１ 肉薄ウェブ
１３ ギャップ
１４ 入口室
１５ 出口室

Claims (4)

1. チューブ・ボディ（２）と、このチューブ・ボディ（２）のチューブ・シート（３）に連結したボンネット（５）とを有し、ボンネット（５）に搬入される液体を方向付けるための少なくとも１つのウェブ（１１）が配置してあり、このウェブ（１１）がボンネット（５）に連結している多流路式熱交換器（１）において、ウェブ（１１）とチューブ・シート（３）との間に熱交換器の作動中に十分な漏洩流がギャップを通って流れ、ギャップをきれいに洗い流すための１mm未満のギャップの幅を有するギャップ（１３）が形成してあることを特徴とする多流路式熱交換器。
2. ウェブ（１１）がチューブ・シート（３）の領域において鋭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 少なくとも２つのウェブ（１１、１１）が設けてあり、これらのウェブがボンネット（５）を室（１４、１５；１４、１５、１６）に細分割していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. ウェブ（１１、１１）が互いに９０度の角度で配置してあることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。

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