JP6568464B2 - Triple tube heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、三重管式熱交換器に関する。 The present invention relates to a triple tube heat exchanger.
従来、プレート式熱交換器、コイル式熱交換器、多管円筒式熱交換器等の各種の熱交換器が存在している。
プレート式熱交換器は、複数のプレートを重ね合せ、該プレートの隙間に水等の熱媒体と対象流体とを交互に流すことで、対象流体の冷却等を行うものである。
コイル式熱交換器は、管をコイル状に曲げて加工したコイル状管を水等の熱媒体に浸漬、または、このコイル状管を二重管として外管に熱媒体を流し、コイル状管内に対象流体を流すことで、対象流体の冷却等を行うものである。
多管円筒式熱交換器は、円筒内に多数の伝熱管を配列し、伝熱管外部の円筒内に熱媒体を流し、伝熱管内に対象流体を流すことで、対象流体の冷却等を行うものである。
Conventionally, there are various heat exchangers such as a plate heat exchanger, a coil heat exchanger, and a multi-tubular heat exchanger.
The plate heat exchanger superimposes a plurality of plates, and cools the target fluid by flowing a heat medium such as water and the target fluid alternately in a gap between the plates.
Coiled heat exchangers are manufactured by immersing a coiled tube that has been processed by bending the tube into a coil shape in a heat medium such as water, or by flowing the heat medium through an outer tube as a double tube. The target fluid is cooled to cool the target fluid.
A multi-tube cylindrical heat exchanger cools a target fluid by arranging a large number of heat transfer tubes in a cylinder, flowing a heat medium in a cylinder outside the heat transfer tube, and flowing the target fluid in the heat transfer tube Is.
また、内管と、内管の径方向外側を覆う中間管と、中間管の径方向外側を覆う外管とを備える三重管式熱交換器が知られている(特許文献1,2参照)。この三重管式熱交換器は、内管内、および中間管と外管との間に熱媒体を流し、内管と中間管との間に対象流体を流すことで、対象流体の冷却等を行う。
A triple-pipe heat exchanger is known that includes an inner tube, an intermediate tube that covers the radially outer side of the inner tube, and an outer tube that covers the radially outer side of the intermediate tube (see
特許文献1は、水系媒体の入口部および出口部を熱交換器の一端側に配置し、熱交換器の管長が変化しても継手の位置は固定され、ユニット内での配管引き回し等における収納性を向上できる三重管式熱交換器を開示している。
特許文献2は、中間管を周方向に山部と谷部とが交互に配された波形に形成し、中間管が内管内および外管内の熱媒体に接触する面積を広くして伝熱効果を向上させ、小型にすることが可能な三重管式熱交換器を開示している。
In
In
しかしながら、プレート式熱交換器は、対象流体の受圧部の面積が大きいため、高圧の対象流体と熱交換する場合には、シール性が不十分となって対象流体の漏れが発生してしまうおそれがあるといった課題があった。
また、コイル式熱交換器や、多管円筒式熱交換器は、熱交換器を分解して管の内部を洗浄することが困難であるといった課題があった。
さらに、特許文献1,2に開示されている三重管式熱交換器は、高圧環境下における処理による経年劣化や、熱交換器の要素を適宜分解して管を洗浄すること等を想定していなかった。
However, since the plate type heat exchanger has a large area of the pressure receiving portion of the target fluid, there is a risk that when the heat exchange with the high pressure target fluid is performed, the sealing performance becomes insufficient and the target fluid leaks. There was a problem that there was.
Moreover, the coil-type heat exchanger and the multi-tubular cylindrical heat exchanger have a problem that it is difficult to disassemble the heat exchanger and clean the inside of the pipe.
Furthermore, the triple-pipe heat exchanger disclosed in
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a triple-tube heat exchanger that can ensure hermeticity even when the target fluid is at a high pressure and is easy to disassemble and clean.
前記目的を達成するために、本発明に係る三重管式熱交換器は、第1の管と、前記第1の管の径方向外側を覆う、有底円筒形状を呈する第2の管と、前記第2の管の径方向外側を覆う第3の管と、を備え、前記第1の管の径方向内側に、熱媒体が通る第1の熱媒体用流路が形成されており、前記第2の管と前記第3の管との間に、熱媒体が通る第2の熱媒体用流路が形成されており、前記第1の管と前記第2の管との間に、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が通る対象流体用流路が形成されており、前記第1の管は、円筒形状の本体部と、前記本体部における前記第2の管が開口している側とは反対側に設けられ外径が前記本体部よりも大きい円筒形状の大径部と、を備え、前記大径部の外周面には環状の溝が形成されており、該溝には前記第1の管と前記第2の管との間をシールするシール部材が装着されており、前記第1の管と前記第2の管とは、軸方向における前記第2の管が開口している側の端部において取外し自在に固定されていること、を特徴とする。 To achieve the above object, a triple-pipe heat exchanger according to the present invention includes a first tube and a second tube having a bottomed cylindrical shape that covers a radially outer side of the first tube, A third pipe covering a radially outer side of the second pipe, and a first heat medium flow path through which the heat medium passes is formed on a radially inner side of the first pipe, A second heat medium flow path through which the heat medium passes is formed between the second pipe and the third pipe, and cooling is performed between the first pipe and the second pipe. Alternatively, a target fluid flow path through which a target fluid to be heated passes is formed, and the first tube has a cylindrical main body portion and a side of the main body portion on which the second tube is open. A cylindrical large-diameter portion having an outer diameter larger than that of the main body portion, and an annular groove is formed on the outer peripheral surface of the large-diameter portion. The seal member for sealing is mounted between the first tube and the second tube, wherein the first tube and the second tube, the in the axial direction the second tube is open It is characterized in that it is detachably fixed at the end portion on the side where it is present.
この構成では、第1の管と第2の管とが軸方向の端部において取外し自在に固定されている。このため、第1の管と第2の管とを固定した状態から、互いに取り外して容易に分解することができる。したがって、対象流体が通る対象流体用流路を構成している第1の管の外周面と第2の管の内周面とを外部に露呈させて、容易に洗浄することができる。また、第1の管と第2の管とを固定した状態においては、対象流体の受圧部の面積が例えばプレート式熱交換器と比較して小さいため、高圧の対象流体と熱交換する場合でも、対象流体を良好にシールして漏れを防止できる。
すなわち、対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器を提供することができる。
また、第1の管と第2の管とが軸方向の片側の端部において取外し自在に固定されているため、第1の管と第2の管との固定構造が簡易になるとともに、第1の管と第2の管との分解および組立がより容易となる。
In this configuration, the first tube and the second tube are detachably fixed at the end in the axial direction. For this reason, it can remove | separate from a state which fixed the 1st pipe | tube and the 2nd pipe | tube, and can decompose | disassemble easily. Therefore, the outer peripheral surface of the first tube and the inner peripheral surface of the second tube constituting the target fluid flow path through which the target fluid passes can be exposed to the outside and easily cleaned. Further, in the state where the first pipe and the second pipe are fixed, the area of the pressure receiving portion of the target fluid is smaller than that of, for example, a plate heat exchanger, so even when heat is exchanged with the high-pressure target fluid. The target fluid can be well sealed to prevent leakage.
That is, even when the target fluid is at a high pressure, it is possible to provide a triple tube heat exchanger that can ensure hermeticity and can be easily disassembled and cleaned.
In addition, since the first tube and the second tube are detachably fixed at one end in the axial direction, the fixing structure between the first tube and the second tube is simplified, and the first tube Disassembly and assembly of the first tube and the second tube is easier.
前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第1の熱媒体用流路は、前記第1の管内を軸方向に延伸しており、前記第1の熱媒体用流路の一方の端部に熱媒体が導入される熱媒体入口が設けられており、前記第1の熱媒体用流路の他方の端部に熱媒体が排出される熱媒体出口が設けられている。 In the triple pipe heat exchanger, preferably, the first heat medium flow path extends in the axial direction in the first pipe, and one end of the first heat medium flow path. A heat medium inlet through which the heat medium is introduced is provided in the section, and a heat medium outlet through which the heat medium is discharged is provided at the other end of the first heat medium flow path.
この構成では、伝熱面積を増やすために対象流体用流路を挟み込むように配置される第1の熱媒体用流路および第2の熱媒体用流路のうち、対象流体用流路の径方向内側に位置する第1の熱媒体用流路を簡易な構成とすることができる。 In this configuration, the diameter of the target fluid channel among the first heat medium channel and the second heat medium channel arranged so as to sandwich the target fluid channel in order to increase the heat transfer area. The first heat medium flow channel located on the inner side in the direction can have a simple configuration.
前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第1の熱媒体用流路を通る熱媒体の流れ方向および前記第2の熱媒体用流路を通る熱媒体の流れ方向の少なくとも一方と、前記対象流体用流路を通る対象流体の流れ方向とが逆向きに設定されている。 In the triple pipe heat exchanger, preferably, at least one of the flow direction of the heat medium passing through the first heat medium flow path and the flow direction of the heat medium passing through the second heat medium flow path, The flow direction of the target fluid passing through the target fluid flow path is set in the opposite direction.
この構成では、熱交換を行う部分における熱媒体と対象流体との温度差が大きくなるため、熱交換量を増大させることができる。 In this configuration, the temperature difference between the heat medium and the target fluid in the portion where heat exchange is performed becomes large, so that the heat exchange amount can be increased.
前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第1の管の内表面に、複数のフィンが配置されている。 In the triple pipe heat exchanger, a plurality of fins are preferably disposed on the inner surface of the first pipe.
この構成では、第1の熱媒体用流路を流れる熱媒体と対象流体用流路を流れる対象流体との熱交換において、第1の管の壁部を介した伝熱(放熱もしくは吸熱)面積が増えるため、熱交換性能が向上する。 In this configuration, in heat exchange between the heat medium flowing through the first heat medium flow path and the target fluid flowing through the target fluid flow path, the heat transfer (heat dissipation or heat absorption) area through the wall portion of the first tube Therefore, the heat exchange performance is improved.
前記三重管式熱交換器において、好ましくは、前記第2の管の外表面に、複数のフィンが配置されている。 In the triple pipe heat exchanger, a plurality of fins are preferably disposed on the outer surface of the second pipe.
この構成では、第2の熱媒体用流路を流れる熱媒体と対象流体用流路を流れる対象流体との熱交換において、第2の管の壁部を介した伝熱(放熱もしくは吸熱)面積が増えるため、熱交換性能が向上する。 In this configuration, in heat exchange between the heat medium flowing through the second heat medium flow path and the target fluid flowing through the target fluid flow path, the heat transfer (heat dissipation or heat absorption) area through the wall portion of the second pipe Therefore, the heat exchange performance is improved.
本発明によれば、対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a triple-pipe heat exchanger that can ensure hermeticity even when the target fluid is at a high pressure and can be easily disassembled and cleaned.
(第1実施形態)
まず、図1〜図3を参照しながら、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る三重管式熱交換器100の構成を示す概略縦断面図であり、図2のI−I線に沿う断面図である。図2は、図1に示される三重管式熱交換器100の右側面図である。図3は、図1のIII−III線に沿う断面図である。
なお、説明の都合上、図1における左側を「前」、右側を「後」と称する。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing the configuration of a triple-
For convenience of explanation, the left side in FIG. 1 is referred to as “front” and the right side is referred to as “rear”.
図1に示すように、本実施形態に係る三重管式熱交換器100は、内管(第1の管)1と、内管1の径方向外側を覆う中間管(第2の管)2と、中間管2の径方向外側を覆う外管(第3の管)3とを備えている。
As shown in FIG. 1, a triple-
内管1の径方向内側には、熱媒体が通る第1の熱媒体用流路51が形成されている。また、中間管2と外管3との間には、熱媒体が通る第2の熱媒体用流路52が形成されている。そして、内管1と中間管2との間には、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が通る対象流体用流路53が形成されている。ここでは、例えば水等の熱媒体が使用され、例えば高粘度の対象流体が使用されている。
A first heat
内管1は、円筒形状の本体部11と、本体部11の前側に設けられた円筒形状の大径部12と、本体部11の後側に設けられた円盤形状の後端部13とを備えており、これらは、ここでは一体に形成されている。つまり、内管1は、全体として、前側が開口している有底円筒形状を呈している。
The
大径部12の内径は本体部11の内径と同じであり、大径部12の外径は本体部11の外径よりも大きい。大径部12の外周面には環状の溝15が形成されており、この溝15には、Oリング等のシール部材54が装着されている。
The inner diameter of the
内管1の後端部13は、本体部11の外径よりも径方向外側に延びている外周部14を有している。外周部14の前面(中間管2側の面)には環状の溝16が形成されており、この溝16には、Oリング等のシール部材55が装着されている。後端部13の中央には、熱媒体が排出される熱媒体出口T2が形成されている。熱媒体出口T2は、第1の熱媒体用流路51に連通している。
The
中間管2は、円筒形状の本体部21と、本体部21の前側に設けられた円筒形状の前大径部22と、前大径部22の前側に設けられた底の浅い有底円筒形状の前端部23と、本体部21の後側に設けられた円筒形状の後大径部24とを備えており、これらは、ここでは一体に形成されている。つまり、中間管2は、全体として、後側が開口している有底円筒形状を呈している。前端部23の中央には、熱媒体が導入される熱媒体入口T1が形成されている。熱媒体入口T1は、第1の熱媒体用流路51に連通している。
The
前大径部22および後大径部24の内径は本体部21の内径と同じであり、前大径部22および後大径部24の外径は本体部21の外径よりも大きい。前大径部22の外周面には、対象流体が導入される対象流体入口S1が形成されている。また、後大径部24の外周面には、対象流体が排出される対象流体出口S2が形成されている。対象流体入口S1および対象流体出口S2は、それぞれ対象流体用流路53に連通している。対象流体入口S1と対象流体出口S2との円周方向位置は、ここでは互いに180度反対側に設定されている。
The inner diameters of the front
中間管2の前端部23の内周面に内管1の大径部12の外周面が嵌合しており、両者の間はシール部材54によってシールされている。一方、中間管2の後大径部24の後端面には、内管1の外周部14の前面が当接されている。
図2に示すように、内管1の外周部14と中間管2の後大径部24(図1参照)とは、複数の固定手段としてのボルト56(例えば6本のM8ボルト)によって固定されており、両者の間はシール部材55(図1参照)によってシールされている。
The outer peripheral surface of the
As shown in FIG. 2, the outer
図1に示すように、外管3は、円筒形状の本体部31と、本体部31の前側に設けられた円筒形状の前大径部32と、本体部31の後側に設けられた円筒形状の後大径部33とを備えており、これらは、ここでは一体に形成されている。つまり、外管3は、全体として、軸方向両側が開口している円筒形状を呈している。
As shown in FIG. 1, the
前大径部32および後大径部33の内径は本体部31の内径と同じであり、前大径部32および後大径部33の外径は本体部31の外径よりも大きい。前大径部32の外周面の一部を平坦に削ることによって形成された設置面34には、ボス部57が全周溶接等によって固定されている。ボス部57には、熱媒体が排出される熱媒体出口T4が形成されている。熱媒体出口T4は、前大径部32に形成された孔35を介して第2の熱媒体用流路52に連通している。また、後大径部33の外周面の一部を平坦に削ることによって形成された設置面36には、ボス部58が全周溶接等によって固定されている。ボス部58には、熱媒体が導入される熱媒体入口T3が形成されている。熱媒体入口T3は、後大径部33に形成された孔37を介して第2の熱媒体用流路52に連通している。熱媒体入口T3と熱媒体出口T4との円周方向位置は、ここでは互いに180度反対側に設定されている。また、対象流体入口S1と熱媒体出口T4との円周方向位置、対象流体出口S2と熱媒体入口T3との円周方向位置は、ここではそれぞれ互いに45度ずれるように設定されている。
The inner diameters of the front
熱媒体入口T1、熱媒体出口T2、熱媒体入口T3、熱媒体出口T4、対象流体入口S1、および対象流体出口S2には、図示しない配管と接続するための管用ねじがそれぞれ形成されている。ここで、熱媒体出口T2と熱媒体入口T3とは、図示しない配管を介して接続されている。 The heat medium inlet T1, the heat medium outlet T2, the heat medium inlet T3, the heat medium outlet T4, the target fluid inlet S1, and the target fluid outlet S2 are respectively formed with pipe screws for connecting to a pipe (not shown). Here, the heat medium outlet T2 and the heat medium inlet T3 are connected via a pipe (not shown).
外管3と中間管2とは、軸方向の両端部において完全に密着して接合されている。具体的には、外管3の前大径部32の内周面に中間管2の前大径部22の外周面が嵌合しており、両者の間は溶接等によって密封されて固定されている。また、外管3の後大径部33の内周面に中間管2の後大径部24の外周面が嵌合しており、両者の間は溶接等によって密封されて固定されている。
The
図3に示すように、内管1の本体部11の内周面(内表面)には、複数(例えば8枚)のフィンF1が設置されている。また、中間管2の本体部21の外周面(外表面)には、複数(例えば24枚)のフィンF2が設置されている。フィンF1,F2は矩形板形状を呈している。複数のフィンF1は、内管1の本体部11の内周面の周方向に沿って等間隔に並んで設置されている。また、複数のフィンF2は、中間管2の本体部21の外周面の周方向に沿って等間隔に並んで設置されている。
As shown in FIG. 3, a plurality of (for example, eight) fins F <b> 1 are provided on the inner peripheral surface (inner surface) of the
フィンF1,F2を設置することによって、伝熱(放熱もしくは吸熱)面積を増やし、熱交換性能を向上させることができる。良好な熱伝導のためには、フィンF1は内管1に、フィンF2は中間管2に確実に密着して設置されている必要がある。フィンF1,F2の設置方法としては、内管1,中間管2に後から矩形板形状のフィンF1,F2をそれぞれ全周溶接等してもよいし、内管1,中間管2の一部をフィン状に加工してもよい。
By installing the fins F1 and F2, the heat transfer (heat dissipation or heat absorption) area can be increased and the heat exchange performance can be improved. For good heat conduction, the fin F1 needs to be installed in close contact with the
対象流体が流れる内管1と中間管2との間の半径方向の隙間は、熱交換性能、隙間に滞留する対象流体の体積、中間管2から内管1を引き出して分解する作業効率等の観点から、1mm〜15mmが望ましく、好ましくは2mm〜12mm、より好ましくは3mm〜6mm、さらに好ましくは4mm〜5mmである。また、内管1の本体部11、中間管2の本体部21、外管3の本体部31の半径方向の厚みは、熱交換性能や耐圧性・耐久性等の観点から、0.5mm〜5mmが望ましく、好ましくはlmm〜3mm、より好ましくはlmm〜2mmである。
The radial gap between the
中間管2の内表面、および内管1の外表面は、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が流れるため、サニタリー仕様とされている。中間管2の内表面、および内管1の外表面としては、市販のサニタリー管が使用されてもよいし、管の製作の最終工程でバフ研磨等の表面処理を行うことによってサニタリー仕様とされてもよい。内管1、中間管2、および外管3の材質としては、耐腐食性の高いステンレス鋼が望ましい。
The inner surface of the
次に、このように構成された三重管式熱交換器100の作用について説明する。
図1において、熱媒体の流れを太い実線の矢印で示し、対象流体の流れを白抜き矢印で示す(図4でも同様)。
図1に示すように、例えば水等の熱媒体が、図示しない配管を介して熱媒体入口T1に導入され、内管1の径方向内側に形成されている第1の熱媒体用流路51を通って、熱媒体出口T2から排出される。熱媒体出口T2から排出された熱媒体は、図示しない配管を経て、熱媒体入口T3に導入され、中間管2と外管3との間に形成されている第2の熱媒体用流路52を通って、熱媒体出口T4から排出される。一方、例えば高粘度の対象流体が、図示しない配管を介して対象流体入口S1に導入され、内管1と中間管2との間に形成されている対象流体用流路53を通って、対象流体出口S2から図示しない配管に排出される。
Next, the operation of the triple
In FIG. 1, the flow of the heat medium is indicated by thick solid arrows, and the flow of the target fluid is indicated by white arrows (the same applies to FIG. 4).
As shown in FIG. 1, for example, a heat medium such as water is introduced into the heat medium inlet T <b> 1 via a pipe (not shown), and is formed on the inner side in the radial direction of the
このとき、対象流体は、径方向内側から内管1の壁部を介して熱媒体と熱交換するとともに、径方向外側から中間管2の壁部を介して熱媒体と熱交換する。このように対象流体の径方向内側と径方向外側との両側に熱媒体を流すことによって対象流体と熱媒体との伝熱面積を増やすことができるため、対象流体は熱媒体によって効率良く熱交換されて、冷却もしくは加熱される。
At this time, the target fluid exchanges heat with the heat medium from the radially inner side through the wall portion of the
前記したように、本実施形態に係る三重管式熱交換器100では、内管1と中間管2とが軸方向の後方の端部において取外し自在に固定されている。具体的には、内管1と中間管2との間は、軸方向の両端部にてシール部材54,55によってシールされており、内管1と中間管2とは、軸方向の後方の端部においてボルト56を用いて締結されて固定されている。ただし、内管1と中間管2とが軸方向の少なくとも一方の端部において取外し自在に固定されていればよく、例えば、内管1と中間管2とが軸方向の前方の端部、あるいは前方および後方の両端部において取外し自在に固定されていてもよい。
As described above, in the triple-
このため、内管1と中間管2とを固定した状態から、互いに取り外して容易に分解することができる。したがって、対象流体が通る対象流体用流路53を構成している内管1の外周面と中間管2の内周面とを外部に露呈させて、容易に洗浄することができる。また、内管1と中間管2とを固定した状態においては、対象流体の受圧部の面積が例えばプレート式熱交換器と比較して小さいため、高圧の対象流体と熱交換する場合でも、対象流体を良好にシールして漏れを防止できる。
すなわち、本実施形態によれば、対象流体が高圧の場合でも密閉性を確保でき、分解および洗浄が容易な三重管式熱交換器100を提供することができる。
For this reason, it can remove from each other and can be easily disassembled from the state in which the
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide the triple-
また、本実施形態では、中間管2は、有底円筒形状を呈しており、内管1と中間管2とは、中間管2が開口している側の端部において取外し自在に固定されている。この構成では、内管1と中間管2とが軸方向の片側の端部において取外し自在に固定されているため、内管1と中間管2との固定構造が簡易になるとともに、内管1と中間管2との分解および組立がより容易となる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、第1の熱媒体用流路51は、内管1内を軸方向に延伸している。そして、第1の熱媒体用流路51の前方の端部に熱媒体が導入される熱媒体入口T1が設けられており、第1の熱媒体用流路51の後方の端部に熱媒体が排出される熱媒体出口T2が設けられている。この構成では、伝熱面積を増やすために対象流体用流路53を挟み込むように配置される第1の熱媒体用流路51および第2の熱媒体用流路52のうち、対象流体用流路53の径方向内側に位置する第1の熱媒体用流路51を簡易な構成とすることができる。
In the present embodiment, the first heat
また、本実施形態では、第2の熱媒体用流路52を通る熱媒体の流れ方向と、対象流体用流路53を通る対象流体の流れ方向とが逆向きに設定されている。この構成では、熱交換を行う部分における熱媒体と対象流体との温度差が大きくなるため、熱交換量を増大させることができる。
なお、前記した構成に限定されるものではなく、例えば、第1の熱媒体用流路51を通る熱媒体の流れ方向、あるいは第1の熱媒体用流路51を通る熱媒体の流れ方向および第2の熱媒体用流路52を通る熱媒体の流れ方向の両方と、対象流体用流路53を通る対象流体の流れ方向とが逆向きに設定されていてもよい。
In the present embodiment, the flow direction of the heat medium passing through the second heat
The configuration is not limited to the above-described configuration. For example, the flow direction of the heat medium passing through the first heat
また、本実施形態では、内管1の内周面に、複数のフィンF1が配置されている。この構成では、第1の熱媒体用流路51を流れる熱媒体と対象流体用流路53を流れる対象流体との熱交換において、内管1の壁部を介した伝熱面積が増えるため、熱交換性能が向上する。
In the present embodiment, a plurality of fins F <b> 1 are arranged on the inner peripheral surface of the
また、本実施形態では、中間管2の外周面に、複数のフィンF2が配置されている。この構成では、第2の熱媒体用流路52を流れる熱媒体と対象流体用流路53を流れる対象流体との熱交換において、中間管2の壁部を介した伝熱面積が増えるため、熱交換性能が向上する。
In the present embodiment, a plurality of fins F2 are arranged on the outer peripheral surface of the
(第2実施形態)
次に、図4〜図6を参照しながら、本発明の第2実施形態について、前記した第1実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
Next, with reference to FIGS. 4 to 6, the second embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of common points will be omitted as appropriate.
図4は、本発明の第2実施形態に係る三重管式熱交換器100aの構成を示す概略縦断面図であり、図5のIV−IV線に沿う断面図である。図5は、図4に示される三重管式熱交換器100aの右側面図である。図6は、図4のVI−VI線に沿う断面図である。
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing the configuration of the triple-
図4に示すように、内管1aは、円筒形状の本体部11aと、本体部11aの前端開口部を密閉するように設けられた蓋部12aと、本体部11aの後側に設けられた円盤形状の後端部13aとを備えている。
As shown in FIG. 4, the
後端部13aの前面(軸方向内側の面)には、導入管17が後記する熱媒体入口T1に連通するように設置されている。導入管17の後端は後端部13aの前面に例えば全周溶接されて固定されている。導入管17は、導入管17の前端と蓋部12aとの間に所定の間隔が形成される長さに設定されている。蓋部12aは、本体部11aに例えば全周溶接等されて固定されている。また、本体部11aと後端部13aとは、ここでは一体に形成されている。
An
内管1の後端部13aは、本体部11aの外径よりも径方向外側に延びている外周部14aを有している。外周部14aの前面(中間管2a側の面)には環状の溝16が形成されており、この溝16には、Oリング等のシール部材55が装着されている。
The
後端部13aの中央には、対象流体が排出される対象流体出口S2が形成されている。対象流体出口S2は、複数(例えば4本)の通路18(図5も参照)を介して、対象流体用流路53に連通している。また、後端部13aにおける対象流体出口S2の上側には、熱媒体が導入される熱媒体入口T1が形成されており、後端部13aにおける対象流体出口S2の下側には、熱媒体が排出される熱媒体出口T2が形成されている。熱媒体入口T1および熱媒体出口T2は、それぞれ第1の熱媒体用流路51に連通している。
A target fluid outlet S2 through which the target fluid is discharged is formed at the center of the
中間管2aは、円筒形状の本体部21aと、本体部21aの前側に設けられた円筒形状の前大径部22aと、前大径部22aの前側に設けられた底の浅い有底円筒形状の前端部23aと、本体部21aの後側に設けられた円筒形状の後大径部24aとを備えており、これらは、ここでは一体に形成されている。つまり、中間管2aは、全体として、後側が開口している有底円筒形状を呈している。前端部23aの中央には、対象流体が導入される対象流体入口S1が形成されている。対象流体入口S1は、前端部23aと蓋部12aとの間に形成されている空間を介して、対象流体用流路53に連通している。
The
図5に示すように、内管1aの外周部14aと中間管2aの後大径部24a(図1参照)とは、複数のボルト56(例えば6本のM8ボルト)によって固定されており、両者の間はシール部材55(図1参照)によってシールされている。一方、図4に示すように、内管1の前側は、中間管2a内に延伸しており、中間管2aとは接触していない。
As shown in FIG. 5, the outer
なお、図4に示すように、外管3は、第1実施形態(図1参照)と同様の構造である。
In addition, as shown in FIG. 4, the outer tube |
図6に示すように、本実施形態では、内管1aの本体部11aの内周面(内表面)に形成されている複数(例えば20枚)のフィンF1aは、内管1aの径方向内側のみではなく、径方向外側まで貫通して設置されている。また、中間管2aの本体部21aの外周面(外表面)に形成されている複数(例えば24枚)のフィンF2aは、中間管2aの径方向外側のみではなく、径方向内側まで貫通して設置されている。このようにすれば、内管1a、中間管2aの壁部に孔をあけて、フィンF1a,F2aをそれぞれ嵌め込んだ上で溶接作業を行うことができるため、製造が確実かつ容易となる。
As shown in FIG. 6, in this embodiment, a plurality of (for example, 20) fins F1a formed on the inner peripheral surface (inner surface) of the
前記したように、本実施形態では、内管1aは、軸方向の前方の端部が閉塞されている。また、第1の熱媒体用流路51は、内管1a内において、導入管17を用いてU字形状に折り返されている。また、内管1aの後方の端部における前記U字形状を呈する流路の両端に、熱媒体が導入される熱媒体入口T1と熱媒体が排出される熱媒体出口T2とがそれぞれ設けられている。
As described above, in the present embodiment, the
この構成では、伝熱面積を増やすために対象流体用流路53を挟み込むように配置される第1の熱媒体用流路51および第2の熱媒体用流路52のうち、対象流体用流路53の径方向内側に位置する第1の熱媒体用流路51の熱媒体入口T1と熱媒体出口T2とを、内管1aの同じ側の端部としての後端部13aに近接させて設置することができる。
In this configuration, the target fluid flow among the first heat
以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the structure described in the said embodiment, The combination thru | or selecting suitably the structure described in the said embodiment is included. The configuration can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention. In addition, a part of the configuration of the embodiment can be added, deleted, and replaced.
外管3と中間管2との密着接合方法や、中間管2と内管1との接続方法は、前記した実施形態に特に限定されるものではなく、さらに、熱媒体や対象流体の流路口(入口および出口)の位置も、前記した実施形態に特に限定されるものではない。つまり、中間管2と外管3との間の隙間、および内管1の内側を熱媒体が流れ、内管1と中間管2との間の隙間を対象流体が流れることで、対象流体を内管1および中間管2を介して熱媒体で径方向の内側と外側から挟み込んでおり(サンドイッチ構造)、熱媒体と対象流体との混合や外部への漏れが生じない構造であれば、様々な構造、方法を採用することができる。また、対象流体や熱媒体が各部を流れる順番や方向も、前記した実施形態に特に限定されるものではなく、任意に設定することができる。
The method for tightly joining the
例えば、前記した第2実施形態では、第1の熱媒体用流路51は、内管1a内において、導入管17を用いてU字形状に折り返されているが、例えば、内管1a内を2つの領域に区画する仕切り板を用いてU字形状に折り返されていてもよい。
For example, in the second embodiment described above, the first heat
また、前記した実施形態では、フィンが内管1の径方向内側、および中間管2の径方向外側のみに設置されているが、フィンの設置位置、枚数、寸法等は、特に限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the fins are installed only on the radially inner side of the
次に、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例によって限定されるものではない。
図1〜図3に示した構造(第1実施形態)の三重管式熱交換器100を用いてテストを行った。外管3の寸法は、本体部31の外径が146mm、本体部31の内径が140mm(肉厚3mm)である。中間管2の寸法は、本体部21の外径が101.6mm、本体部21の内径が97.6mm(肉厚2mm)である。内管1の寸法は、本体部11の外径が89.lmm、本体部11の内径が85.lmm(肉厚2mm)である。つまり、対象流体が流れる中間管2と内管1との間の半径方向の隙間は、4.25mmである。内管1、中間管2、および外管3のいずれも材質はSUS304とした。
内管1の本体部11の内周面における前側と後側とに、8枚のフィンF1(幅3mm、高さ15mm、長さ200mm)をそれぞれ全周溶接にて設置した。また、中間管2の本体部21の外周面に、24枚のフィンF2(幅3mm、高さ15mm、長さ690mm)を全周溶接にて設置した。フィンF1,F2の材質もSUS304とした。
熱媒体の流路として、中間管2に熱媒体入口T1、内管1に熱媒体出口T2、外管3に熱媒体入口T3および熱媒体出口T4を設置し、熱媒体入口T1、熱媒体出口T2、熱媒体入口T3、熱媒体出口T4の順に熱媒体を流した。総伝熱面積は約1m2である。対象流体の流路として、中間管2に対象流体入口S1および対象流体出口S2を設置し、対象流体入口S1、対象流体出口S2の順に対象流体を流した。総伝熱面積は約0.44m2である。
対象流体には、2重量%セルロース水分散液を使用した。対象流体の流量は8L/min、粘度は約7000mPa・sである。熱媒体には、対象流体を冷却するために、冷却水を使用した。熱媒体の流量は35L/minである。
Next, examples of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention is not limited by the following examples.
A test was performed using the triple-
Eight fins F1 (
As the heat medium flow path, a heat medium inlet T1 is installed in the
A 2% by weight cellulose aqueous dispersion was used as the target fluid. The flow rate of the target fluid is 8 L / min, and the viscosity is about 7000 mPa · s. As the heat medium, cooling water was used to cool the target fluid. The flow rate of the heat medium is 35 L / min.
熱媒体入口T1、熱媒体出口T2、熱媒体入口T3、熱媒体出口T4、対象流体入口S1、および対象流体出口S2の各々における配管温度を測定した結果を表1に示す。 Table 1 shows the results of measuring the piping temperature at each of the heat medium inlet T1, the heat medium outlet T2, the heat medium inlet T3, the heat medium outlet T4, the target fluid inlet S1, and the target fluid outlet S2.
表1に示すように、対象流体の温度、および熱媒体の温度がそれぞれ変化した。対象流体を100℃から38.1℃(配管温度)に冷却することができ、良好な熱交換が行われていることがわかった。また、テスト後、内管1と中間管2とを互いに取り外して容易に分解して洗浄することができた。さらに、対象流体の圧力が10MPaであっても、Oリングであるシール部材54,55を用い、M8のボルト6本で内管1と中間管2とを締結することで、十分な密閉性の確保が可能であることが確認できた。
As shown in Table 1, the temperature of the target fluid and the temperature of the heat medium were changed. It was found that the target fluid could be cooled from 100 ° C. to 38.1 ° C. (pipe temperature), and good heat exchange was performed. Further, after the test, the
1,1a 内管(第1の管)
11,11a 本体部
12 大径部
12a 蓋部
13,13a 後端部
14,14a 外周部
15,16 溝
17 導入管
18 通路
2,2a 中間管(第2の管)
21,21a 本体部
22,22a 前大径部
23,23a 前端部
24,24a 後大径部
3 外管(第3の管)
31 本体部
32 前大径部
33 後大径部
34,36 設置面
35,37 孔
51 第1の熱媒体用流路
52 第2の熱媒体用流路
53 対象流体用流路
54,55 シール部材
56 ボルト
57,58 ボス部
100,100a 三重管式熱交換器
F1,F1a フィン
F2,F2a フィン
S1 対象流体入口
S2 対象流体出口
T1 熱媒体入口
T2 熱媒体出口
T3 熱媒体入口
T4 熱媒体出口
1,1a Inner pipe (first pipe)
DESCRIPTION OF
21, 21a
31
Claims (5)
前記第1の管の径方向外側を覆う、有底円筒形状を呈する第2の管と、
前記第2の管の径方向外側を覆う第3の管と、を備え、
前記第1の管の径方向内側に、熱媒体が通る第1の熱媒体用流路が形成されており、
前記第2の管と前記第3の管との間に、熱媒体が通る第2の熱媒体用流路が形成されており、
前記第1の管と前記第2の管との間に、冷却もしくは加熱の対象となる対象流体が通る対象流体用流路が形成されており、
前記第1の管は、円筒形状の本体部と、前記本体部における前記第2の管が開口している側とは反対側に設けられ外径が前記本体部よりも大きい円筒形状の大径部と、を備え、
前記大径部の外周面には環状の溝が形成されており、該溝には前記第1の管と前記第2の管との間をシールするシール部材が装着されており、
前記第1の管と前記第2の管とは、軸方向における前記第2の管が開口している側の端部において取外し自在に固定されていること、
を特徴とする三重管式熱交換器。 A first tube;
A second tube having a bottomed cylindrical shape covering a radially outer side of the first tube;
A third tube covering a radially outer side of the second tube,
A first heat medium flow path through which the heat medium passes is formed on a radially inner side of the first pipe;
A second heat medium flow path through which the heat medium passes is formed between the second pipe and the third pipe,
Between the first pipe and the second pipe, a target fluid flow path is formed through which the target fluid to be cooled or heated passes.
The first tube is provided on the opposite side of the main body portion from the side of the main body portion where the second tube is open, and has a large cylindrical diameter with an outer diameter larger than that of the main body portion. And comprising
An annular groove is formed on the outer peripheral surface of the large-diameter portion, and a seal member that seals between the first tube and the second tube is attached to the groove,
The first tube and the second tube are detachably fixed at an end portion on the side where the second tube is open in the axial direction;
Triple-tube heat exchanger characterized by
前記第1の熱媒体用流路の一方の端部に熱媒体が導入される熱媒体入口が設けられており、
前記第1の熱媒体用流路の他方の端部に熱媒体が排出される熱媒体出口が設けられていること、を特徴とする請求項1に記載の三重管式熱交換器。 The first heat medium flow path extends in the axial direction in the first pipe,
A heat medium inlet through which the heat medium is introduced at one end of the first heat medium flow path;
The triple pipe heat exchanger according to claim 1 , wherein a heat medium outlet through which the heat medium is discharged is provided at the other end of the first heat medium flow path.
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