JP5915429B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換室を区切る複数のバッファープレートと、これらバッファープレートに遊挿された多数の伝熱チューブとを備えたチューブ式の熱交換器に関する。

図５は、コンプレッサーに取り付けたインタークーラー、或いはアフタークーラーとして使用されているチューブ式の熱交換器を示すものである。
この熱交換器は、円筒形のシェル１内を熱交換室２とし、この熱交換室２の長手方向の一方（図５の左側）から圧縮された高温気体（例えば窒素）が流れ込む。
熱交換室２には、冷却水供給部（不図示）から延設され、チューブ内を冷却水が流れる多数の伝熱チューブ３が配置されており、熱交換室２の長手方向の一方から流れ込んだ高温気体は、多数の伝熱チューブ３と接触することで冷却され、熱交換室２の長手方向の他方から流れ出るようになっている。

熱交換室２内には、室内の円形断面に沿って配置され、熱交換室２の長手方向に離間した円板形状のチューブ保持プレート４ａ，４ｂが配置されている。
これらチューブ保持プレート４ａ，４ｂには、多数のチューブ固定穴５と、熱交換室２内の気体が通過する流体通過穴（不図示）が形成されている。そして、多数の伝熱チューブ３は、チューブ保持プレート４ａ，４ｂのチューブ固定穴５に固定され、互いに平行に熱交換室２の長手方向に延在して保持される。

また、熱交換室２には、その長手方向の空間が複数のバッファープレート６〜１０で区切られている。これらバッファープレート６〜１０は、熱交換室２の長手方向の一方から流れ込んだ気体を遮り、拡散させることで気体と多数の伝熱チューブ３との接触面積を増大させる。
バッファープレート６〜１０は、図６、図７に示すように、半円より大きい円弧状の外周を有する板材である。

すなわち、バッファープレート６〜８は、図６に示すように多数の挿通穴１１が形成されており、これら多数の挿通穴１１に、熱交換室２の長手方向に延在した多数の伝熱チューブ３が遊挿される。これら３枚のバッファープレート６〜８は、３本のバッファー固定ロッド１２〜１４に、相対移動不可能に所定間隔をあけて固定されている。
また、バッファープレート９，１０も、図７に示すように、熱交換室２の長手方向に延在した多数の伝熱チューブ３が遊挿される多数の挿通穴１１が形成されている。これら２枚のバッファープレート９，１０も、３本のバッファー固定ロッド１５〜１７に、相対移動不可能に所定間隔をあけて固定されている。

そして、バッファープレート６〜８は、円弧状の外周を図５の上方に向け、多数の挿通穴１１に伝熱チューブ３を遊挿した状態で熱交換室２に配置され、それらバッファープレート６〜８を固定している３本のバッファー固定ロッド１２〜１４の一端がチューブ保持プレート４ａに固定される。また、他のバッファープレート９，１０も、円弧状の外周を図５の下方に向け、多数の挿通穴１１に伝熱チューブ３を遊挿した状態で熱交換室２に配置され、それらバッファープレート９，１０を固定している３本のバッファー固定ロッド１５〜１７の一端がチューブ保持プレート４ａに固定される。これにより、熱交換室２を複数に区切ったバッファープレート６〜１０が、多数の伝熱チューブ３を遊挿している。

ところで、上記構成の熱交換器は、コンプレッサーの振動が伝達すると、何れかのバッファープレート６〜１０と伝熱チューブ３とが相対移動してバッファープレート６〜１０の挿通穴１１の内周と伝熱チューブ３の外周とが接触し続け、伝熱チューブ３の外周に局部的に摩耗が発生しやすく、寿命の面で問題がある。
このような熱交換器で使用されている伝熱チューブの摩耗を防止する技術として、ポリアミドイミド等の耐摩耗性を有する材料で伝熱チューブを形成する方法が考えられる（例えば、特許文献１）。

特許文献１の耐摩耗性を有する材料で形成した伝熱チューブは、振動により他の構成部材と接触しても摩耗損傷が減少するので、寿命が大幅に向上する。

特開平６−２６７８４号公報

しかし、ポリアミドイミド等の耐摩耗性材料からなる伝熱チューブは製造単価が嵩むので、耐摩耗性材料からなる多数の伝熱チューブを使用した熱交換器は、製造コストの面で問題がある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性を有する材料を使用せずに多数の伝熱チューブを形成することで製造コストの低減化を図ることができるとともに、外部振動が伝達しても定期的なメンテナンスを行うだけで多数の伝熱チューブの寿命を大幅に延ばすことができる熱交換器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の熱交換器は、熱交換室を区切る複数のバッファープレートと、これら複数のバッファープレートに設けた挿通穴に遊挿されて前記熱交換室に延在する多数の伝熱チューブとを備えた熱交換器において、前記複数のバッファープレートを前記伝熱チューブが延在する方向に移動させるバッファー移動機構を、前記熱交換室の内部に設け、前記バッファー移動機構は、前記複数のバッファープレートを所定の間隔をあけて固定した中空の移動ロッドと、前記中空の移動ロッドに挿入されて前記伝熱チューブが延在する方向に沿って配置され、前記中空の移動ロッドを軸方向にスライド自在に支持する支持ロッドと、前記中空の移動ロッドを前記伝熱チューブが延在する方向にスライド移動させるスライド移動部と、を備えている。

さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱交換器において、前記支持ロッドは、外周に雄ねじを形成したねじロッドであり、前記スライド移動部は、前記中空の移動ロッドの両端から突出している前記ねじロッドにそれぞれ螺合し、前記中空の移動ロッドの両端に当接する一対のナットである。

本発明に係る熱交換器によれば、バッファー移動機構により、熱交換室を区切る複数のバッファープレートを伝熱チューブが延在する方向に移動させると、バッファープレートの挿通穴の内周に接触する伝熱チューブの外周位置を変化させることができる。これにより、外部振動が伝達しても、伝熱チューブの外周の局部的な摩耗を防止することができ、多数の伝熱チューブの寿命を大幅に延ばすことができる。

また、耐摩耗性を有する高価な材料で伝熱チューブを形成せず、バッファー移動機構を備えただけで多数の伝熱チューブの寿命を大幅に延ばすことができるので、製造コストの低減化を図った熱交換器を提供することができる。

本発明に係る１実施形態の熱交換器を示す断面図である。 本発明の熱交換器を構成するバッファー移動機構の要部を示す図である。 図２のＣ−Ｃ線矢視図である。 本発明の熱交換器を構成するバッファー移動機構の動作を示す図である。 従来の熱交換器を示す断面図である。 図５のＡ−Ａ線矢視図である。 図５のＢ−Ｂ線矢視図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図５から図７で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明する。
図１から図４は、コンプレッサーに取り付けたインタークーラー、或いはアフタークーラーとして使用されているチューブ式の熱交換器の１実施形態を示すものである。

本実施形態の熱交換器は、図１に示すように、バッファー移動機構２０Ａに支持されたバッファープレート６〜８が熱交換室２を区切り、バッファー移動機構２０Ａと略同一構造のバッファー移動機構２０Ｂに支持された他のバッファープレート９、１０が熱交換室２を区切っている。
バッファープレート６〜８を支持するバッファー移動機構２０Ａは、図２及び図３に示すように、バッファープレート６〜８のそれぞれの円弧側の板厚方向に貫通して形成した３箇所のロッド通過穴２０ａ〜２０ｃと、ロッド通過穴２０ａ〜２０ｃを通過して所定間隔をあけたバッファープレート６〜８を溶接で固定した３本の中空ロッド２１〜２３と、これら中空ロッド２１〜２３内に軸方向にスライド自在に装入された外周に雄ねじを形成したねじロッド２４〜２６と、中空ロッド２１の両端部から突出したねじロッド２４に螺合する一対のダブルナット２７，２８と、中空ロッド２２の両端部から突出したねじロッド２５に螺合する一対のダブルナット２９，３０と、中空ロッド２３の両端部から突出したねじロッド２６に螺合する一対のダブルナット３１，３２と、を備えている。

また、他のバッファープレート９、１０を支持するバッファー移動機構２０Ｂは、詳細には記載しないが、図１に示すように、ブッファープレート９，１０のそれぞれの円弧側の板厚方向に貫通して形成した３箇所のロッド通過穴を通過し、所定間隔をあけたバッファープレート９〜１０を溶接で固定した３本の中空ロッド３３，３４（残りの１本の中空ロッドは図示せず）と、これら中空ロッド内に軸方向にスライド自在に装入された外周に雄ねじを形成したねじロッド３５、３６（残りの１本の中ねじロッドは図示せず）と、中空ロッド３３，３４の両端部から突出したねじロッド３５，３６に螺合する一対のダブルナット３７，３８及び一対のダブルナット３９，４０（残りの一対のダブルナットは図示せず）と、を備えている。

そして、バッファー移動機構２０Ａのねじロッド２４〜２６の一端をチューブ保持プレート４ａに固定し、バッファー移動機構２０Ｂのねじロッド３５、３６の一端もチューブ保持プレート４ａに固定することで、熱交換室２を複数に区切ったバッファープレート６〜１０に、多数の伝熱チューブ３が遊挿されている。
本実施形態の熱交換器は、コンプレッサーを所定期間運転した後に、図４に示すメンテナンス作業を行う。

先ず、図４（ａ）に示すように、バッファー移動機構２０Ａの一対のダブルナット２７，２８を、それらの単独ナットが回転自在となるように緩める。また、図示しないが、他の一対のダブルナット２９，３０、一対のダブルナット３１，３２も緩める。
次に、図４（ｂ）に示すように、チューブ保持プレート４ａからダブルナット２７までの距離が小さくなるように（Ｌ１＜Ｌ２）、ダブルナット２７をチューブ保持プレート４ａ側に回転移動させていく。また、図示しないが、他のダブルナット２９，３１も距離Ｌ１となるようにチューブ保持プレート４ａ側に回転移動させていく。

次に、チューブ保持プレート４ａ側にとの距離がＬ２となるまで移動したダブルナット２７，２９，３１を、回転不能となるように締め嵌合する。
次に、図４（ｃ）に示すように、中空ロッド２１〜２３の一端がダブルナット２７，２９，３１に当接するように、中空ロッド２１〜２３を軸方向にスライド移動させ、チューブ保持プレート４ａから中空ロッド２１〜２３までの距離を小さくする（Ｄ１＜Ｄ２）。

これにより、バッファープレート６〜８は、Ｄ１，Ｄ２の差分量で、伝熱チューブ３の延在方向のチューブ保持プレート４ａ側に移動する。
次に、ダブルナット２８，３０，３２を回転移動させて中空ロッド２１〜２３の他端に当接するとともに、回転不能となるように締め嵌合する。
上記のようなメンテナンスを行うと、メンテナンス前にはバッファープレート６〜８の挿通穴１１の内部に位置していた伝熱チューブ３の外周Ｐ１〜Ｐ４が、バッファープレート６〜８が伝熱チューブ３の延在方向に移動したことで、挿通穴１１の外部に位置する。

また、バッファープレート９，１０を支持しているバッファー移動機構２０Ｂも、図４で示したメンテナンスと同様の手順で、Ｄ１，Ｄ２の差分量で、伝熱チューブ３を遊挿している方向のチューブ保持プレート４ａ側に移動する。これにより、メンテナンス前にはバッファープレート９，１０の挿通穴１１の内部に位置していた伝熱チューブ３の外周が、バッファープレート９，１０が伝熱チューブ３の延在方向に移動したことで、挿通穴１１の外部に位置する。

このように、本実施形態の熱交換器は、上記のような定期的なメンテナンス作業でバッファー移動機構２０Ａ，２０Ｂを動作し、バッファープレート６〜１０を伝熱チューブ３の延在方向に移動させると、バッファープレート６〜１０の挿通穴１１の内周に接触する伝熱チューブ３の外周位置を変化させることができる。したがって、コンプレッサーから振動が伝達しても、上記のような定期的なメンテナンス作業を行うだけで、伝熱チューブ３の外周の局部的な摩耗を防止することができ、多数の伝熱チューブ３の寿命を大幅に延ばすことができる。

また、本実施形態の熱交換器は、耐摩耗性を有する高価な材料で伝熱チューブを形成せず、簡便な構造のバッファー移動機構２０Ａ，２０Ｂを備えただけで多数の伝熱チューブ３の寿命を大幅に延ばすことができるので、製造コストの低減化を図った熱交換器を提供することができる。
なお、図４では、チューブ保持プレート４ａに近接する方向にバッファープレート６〜１０を移動させたが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、定期的に、チューブ保持プレート４ａから離間する方向にバッファープレート６〜１０を移動させても同様の作用効果を得ることができる。

１…シェル、２…熱交換室、３…伝熱チューブ、４ａ，４ｂ…チューブ保持プレート、６〜１０…バッファープレート、１１…挿通穴、２０Ａ，２０Ｂ…バッファー移動機構、２０ａ〜２０ｃ…ロッド通過穴、２１〜２３…中空ロッド、２４〜２６…ねじロッド、２７，２９，３１…ダブルナット、２８，３０，３２…ダブルナット、３３，３４…中空ロッド、３５，３６…ロッド、３７，３８…ダブルナット、３９，４０…ダブルナット

Claims (2)

1. 熱交換室を区切る複数のバッファープレートと、これら複数のバッファープレートに設けた挿通穴に遊挿されて前記熱交換室に延在する多数の伝熱チューブとを備えた熱交換器において、
   前記複数のバッファープレートを前記伝熱チューブが延在する方向に移動させるバッファー移動機構を、前記熱交換室の内部に設け、
   前記バッファー移動機構は、前記複数のバッファープレートを所定の間隔をあけて固定した中空の移動ロッドと、前記中空の移動ロッドに挿入されて前記伝熱チューブが延在する方向に沿って配置され、前記中空の移動ロッドを軸方向にスライド自在に支持する支持ロッドと、前記中空の移動ロッドを前記伝熱チューブが延在する方向にスライド移動させるスライド移動部と、を備えていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記支持ロッドは、外周に雄ねじを形成したねじロッドであり、
   前記スライド移動部は、前記中空の移動ロッドの両端から突出している前記ねじロッドにそれぞれ螺合し、前記中空の移動ロッドの両端に当接する一対のナットであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。

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