JPH01159590A - 多管熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は從来般用されている並行管束よりなる夛管熱
交換装置の管外流路及び、管の長手中間支持装置に関す
る。夛管熱交換装置は長い間の経験、開発、改良を経て
種々権威ある標準化もなされている歴史的装置ではある
が、依然改良の余地は少くない。從来夛管熱交換装置の
管外流は一般に管束長手適宜間隔毎に管束に直交してそ
の５５〜８０％を仕切３バッフル板をその開口を交互と
して設置し、管外流速を速め、伝熱性能を期待すると共
に、夫々管の貫通孔の遊隙を出来るだけ縮少した支持板
と併用し管長手中間支持をなさしめていた。管外流れ抵
抗の増大及び、管の各部分毎に相違する管外流の解析困
難等のため、理論的機能向上策も立たず、從って旧態依
然のまゝであった。

又、バッフル板又は支持板の管貫通部遊隙の大小は別と
して、夛数管の累積誤差を考え０にすることは不可能で
あり、從って管の振動事故を絶無にすることは不可能で
あった。米国特許第３７０８１４２、６８１６７０、７
１５７０４号等ま次善的改良もあるが、生産性等総合的
に從来のものと全面的に取って代わるものではなかった
。

この出願の発明は夛管交換装置の並行管間隙に夫々並行
面体状又は、任意波形の波行又は、ジグザク面体状の夫
々前流を遮ることなく整導流する薄板成形板を夫々対向
管面長手に、その相互板面又は、複数凹凸部、切起し部
を断続又は、連続接合又は、弾性利用圧接又は、溶接、
ろう接、伝熱性パッキン圧接、接着剤等で固着し、管間
空間を夫々管単位又は、適宜管列、管群毎の管外流路に
区画し、管外全空間を合理的に利用して流れを連続流線
として整導流し、成形板の管軸交差方向２次元及び、又
は、３次元波行、所要部配置の凹凸形切欠き、切起し、
ルーバー（鎧戸）部分及び、隣接成形板の夫々対応形状
及び相対方向の相関により管外流を、いわゆる流線形に
沿って管外表面に対して２次元又は、３次元波行又は、
管軸方向にら線状に整導導流する流路を構成し、熱伝達
を増進し、必要に応じ夫々管毎の任意数伝熱フィン又は
、ルーバー付積層フィン又は、管表面のドレン累積を未
然に防止するドレンセパレータを兼ねたものとし、夫々
成形板毎及び、又は、管束外周と胴壁との隙間仕切板に
結合し、夫々管長手複数個所を成形板及び、成形部の弾
性により遊隙なく互に管半径方向に押圧支持し、個々の 支持個所毎にバネ座金を介して締付けたと同様に全体無
断隙化した管束となした構成である。成形板は薄板によ
るプレス又は、ローラ成形により曲げを主としたものと
し、３次元波行、凹凸形成形板とする場合も、用途が一
般に小管径のためその成形変化率及びその絶対値が小さ
く成形に困難はなく、熱交換装置組立についても治具又
は、アンダーサイズ先導管応用等容易になし得て生産性
のあるものとすることができる ２次元又は、３次元波行流路として流路断面形状が同一
の末、その流路方向軸線が２次元又は３次元積行するも
の又は、流路軸線が直線又は、平面のまゝ流路壁の部分
配置凹凸成形、又は、切欠き切起しルーバによる波行導
流によって流路内流れを２次元又は、３次元波行流とす
るもの等この発明趣旨による種々の応用波行流路を構成
しうる。

夫々管列両側のスパイラルユルゲート成形板により夫々
管を取巻く単独管外らせん流路を構成し、成形板を管外
面とらせん状に接触又は、圧接せしめると共に夫々成形
板のらせん状山谷の相当部分を互に圧接又は、近接した
構成とし管支持をなさしめ、高熱伝達効率のものを構成
した。

夫々管列両側のユルゲート成形板を夫々管間々隙の中点
で互に接触又は、圧接せしめ個別管毎管外流路を区画し
、夫々管外周と部分接触又は、圧接した斜行凹凸形又は
、切起しルーバーにより管外流をらせん状誘導すると共
に管支持をなさしめる構成とした。短形状碁盤目配置管
束の短辺列間隙に任意数の積層成形板を夫々管軸と密着
せしめ、管間長辺空間部分の成形板を適宜ピッチ積層並
行状となし、夫々面の切欠き、切起しルーバーフィンと
なし、もの細片ルーバーの前線効果利用の高効率熱伝達
２次元波行管軸方行又は管軸交差方向流路を構成し、又
、成形板の管軸密接部を熱伝導性密接構成としその対向
部を互に弾性発条押圧構成とし軸支持をなさしめる構成
となした。

この発明の成形板は夫々管・長手方向の夛数個所で互に
接触をなす構成上、伝熱管としてドレン膜を形成した場
合、前記夛数の成形板との接触点でドレン膜の累積を分
断する構成とすることは容易である。

夛管熱交換装置には種々の形式があるが、その夫々管が
並行配列するものに対してはその配列形の如何に拘らず
、この発明趣旨の装置となることができる。

夛管熱交換装置分類外のものに対しても管が並行又は、
同芯円周相似配置のものに対してはこの発明趣旨を応用
し得る。この発明構成の成形板管外流路の前後流路は熱
交換装置の形式により一定しないが、成形板端面をその
前後流路流線に合わせ、流れ損失を生ずることのない形
状に整導流する成形、折曲げすることは容易である。

管外熱伝達を増進する目的のために管又は、管群管列を
取巻くらせんコイル状流れ又は、２次元、３次元波行流
は管全面に対し、その固定境界層を連続的にスクレープ
薄層化し、伝熱比重量変化した流体対流運動に２次的に
遠心力も協働し熱交換効果を増進する。

具体例を図示説明する。

第１図ａ，ｂ及びｃ図は、この発明の熱交換装置の夫々
管束部側面、ＡＡ断面、ＢＢ断面説明図である。耐圧円
筒胴１、管板６に固着された千鳥配置の管２の夫々並行
管列間隙に並行面体状ユルゲート成形板３を並行管列を
中間に挟み、交互にユルゲートの山谷方向を管軸交差方
向１３及び１３′となし間挿し、ユルゲートの山谷を対
向する管表面に弾性押圧接触せしめ、円筒胴付管束外周
隙間仕切板５及び５′に耳金５″取付し、３′は並列成
形板の初列、終列成形板でこの例ではその管軸方向両端
を割円形に折曲げ胴板との隙間を仕切３″なした例を示
す。管外熱交換流体入口８より流入した流体は胴１内周
から管束隙間を通って流れ線１２の如く管列前後の交差
した方向のユルゲートの夫々２次元波行を３次元的に合
成流とされ管外周を大々２次元及び３次元波行流し高効
率熱伝達をなし出口７より流出する。管内流は管平波行
流１２と向流をなし、入口１１、水室９より右方流なし
管外流１２と熱交換し水室１１′、出口９′より流出す
る。管内流及び管外流共その流星、流速を適宜勘案し、
その流過システムを折返し夛流過式とする等任意である
。管間空間を利用し、上記ユルゲート板の山線１３及び その相当谷線並びに１３′及び、その相当谷線に沿った
独立山、谷（凹凸）４，４′を成形し、管外流路の波行
流１２の３次元波行化を強調することも隋意である。平
板を母板とし夫々管接触部及び、その他の空隙に断続し
た夫々凹凸形、斜行凹凸形又は、切欠き、切起し羽根等
を成形し、上述したものと類似の構成のものとすること
も隋意である。又、管軸に対し直交したユルゲート板を
間挿し２次元波行管外流路とし簡便な次善形とすること
もできる。

第２図は、管軸交差方向ユルゲートのフルート高さを管
間々隙相当とし、千鳥配置管２列に沿って波行した３次
元ユルゲート成形板１５及び、１６を第１図の如く夫々
ユルゲート軸線方向を斜交せしめて管列間に間挿した例
の管束要部軸直角断面説明図である。第１図例のものよ
りユルゲートフルート高さを大とすることができ、波行
効果を増大し得る、１７′及び１７は第１図４，４′相
当のユルゲート山谷に沿った部分的斜行凹凸成形を付し
た場合の例である。管２に付した符号Ｒ，Ｌはその管を
取巻く管外流の３次元らせん流が夫々右ネジ方向及び、
左ネジ方向となることを示した。第３図は、管２を挿ん
で夫々管間に隙の半分相当のフルート高の夫々交差した
斜行した３次元ユルゲート成形板１９，２０を図の如く
交互に管２を包囲なし間挿した例の第２相当図である、
２１，２１′は夫々１７，１７′相当のユルゲート山谷
に沿った凹凸形を付した場合を示す。この例は夫々管外
流路を個別にらせん流近似のものとした。第４図ａ及び
ｂ図は管束要部断面及び、ＥＥ断面説明図である、夫々
管２軸方向表面とスパイラル状接触線２６′，２６″で
接する夫々対向するスパイラルユルゲート成形板２４， ２５を千鳥配置管間巨離の２分の１をフルート高２とし
、Ｘをユルゲートピッチとし、その母線で夫々紙面の左
右方向Ｐ１、上下方向Ｐ２を夫々両径とする隋円径の軸
方向リードＰのらせん状に偏位するスパイラルユルゲー
ト板となした例である。管外流路２６は管の周囲に沿っ
て管軸方向のスパイラル接合線を基点として流路全体が
ら線流路をなし、そのＰ／４毎の流路がＬ′→Ｂ′→Ｒ
′→Ｔ→Ｌ′…のサイクルで順次流れ、管外熱伝達を増
進する。又接触線で管を中心向支持する、ａ図右下方に
局部図示したＢ，Ｒ′，Ｔ流路断面は夫々ｂ図のＢ，Ｒ
′，Ｔ相当軸断面を示した。

第４図右上方部分図Ｃ図は、管間空隙の夫々中点を通る
管軸方向ユルゲート板２７の夫々隣接管近接部分に軸方
向交互に傾斜凸形２８、凹形２８′を管と接合する如く
配列波形し夫々管外流をＲ内らせん、Ｌ左らせん状導流
せしめる如く構成した例の局部断面図である。第５図ａ
図は碁盤目配列管束に対する前例趣旨によるスハイラル
角山ユルゲート板３０をユルゲートピッチとフルート高
を管間ピンチとし、軸方向に前記第４図ａ，ｂ図趣旨に
よりらせん状とした構成とし、夫々管外周とスパイラル
接合する如く間挿した例の管軸直角要部断面説明図であ
る。ａ図左方２列は第４図ｂ図Ｌ′相当位相のものを示
し、ａ図右方１列はＢ相当位相のものを示す。第５図ｂ
図左方管列は第４図Ｃ図と同趣旨による管間中穣を通る
角ユルゲート板引の夫々隣接管近接部分に軸方向交互に
斜行凸形３２、凹形３３を管と接合する如く配列成形し
、夫々管外流をＬ左らせん、Ｒ右らせん状に導流せしめ
る構成した例の局部断面図である。その右隣接管列は、
前述斜行凹凸形成形の代わりに、角ユルゲート板３４に
隣接管と接合する如くした軸方向斜行切起しルーバ３５
を成形した例である。第５図Ｃ図上半は夫々管とスパイ ラル接合線をもって接する管間ピッチを直径とする円形
断面のスパイラル管外流路を対向する半筒スパイラルユ
ルゲート板３６，３６′で構成する如くしたもの、管軸
直角断面図であり図は管外流路が管上壁と接した位相時
（第４図ａ，ｂ図のＢ位相）のものである、この例は管
中流路の円形断面形のため旋回方向流れに最適形状であ
るが、前述の夫々例に比し成形板枚数が２倍となり管外
流路の軸方向断面に無効空所Ｇ１が生し、成形板・軸方
向両端部のＧ相当部流入を防止するため部分折曲げ等を
要する。第５図下半図は管間中点を通る夫々半筒ユルゲ
ート対向成形板３７に斜向凹凸形３８を成形し近接管と
部分的に接触、圧接せしめ、第４図Ｃ図の如く管支持と
共に管外流路を３次元波行導流路とした例である。

第５図ｄ図は千鳥配列管束の場合の前記Ｃ図上半図と同
趣旨の成形板３９，３９′形式とした例である。

第６図ａ，ｂ，ｃ，ｄ及びｅ図は管列に接合間挿した積
層成形板に切起しルーバーを付し伝熱フィンとなした例
の夫々局部断面説明図である。ａ図は管束軸直角断面図
でありｄ図はその部分拡大説明図である。

長四角配列の管列４０の長辺間を管外流路とし、短辺間
は積層板と管との熱伝導接着及び管の弾性支持部となす
、管４０外面長手を被覆し金属接触（はんだパッキン、
ろう接、鉛、発条圧力の局部集中等）した夫々成形板４
１を管間長辺部で適宜間に並列せしめ、土吹き、切起し
ルーバ４２を成形し、前縁効果を利用した管外熱交換フ
ィン群流路を形成せしめ、管との接触部４３から管内流
体に伝達する、ｂ図は管外流４５が管軸方向の場合の例
であり、ｃ図は管外流４５′が管軸直交の例を示し、そ
の成形板４１′、切起しルーバ４２′の関係説明図であ
り、４５″はその際必要に応し具備せしめる整流格子で
ある。管外流路はｂ図及びｃ図いづれも成形板に形成し
た切起しルーバにより２次元波行流をなし、伝熱効果を
発揮する配列をなす。成形板４１又は４１′は管間短辺
間隙において、前述した如く管４０を被覆した互に密着
積層をなし（４３）発條４４により対向積層板の４３部
を圧接し、管の支持をなす。

ｅ図は隋円管束５０の場合のｄ図と同趣旨の要部断面説
明図である。切起しルーバ４８付成形板４７、圧接発條
４９を夫々示した。その他の部分は前述の第６図ａ，ｂ
，ｃ図と同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃ及びｃ図は、この発明の熱交換装置の
夫々管束部側面、ＡＡ断面、ＢＢ断面説明図、第２図、
及び、第３図は夫々第１図と異なる具体例の管束要部軸
直角断面説明図、第４図ａ及び、ｂ図は夫々管束要部断
面説明及び、ＥＥ断面図、第４図ｃ図はａ図と異なる構
成例の局部断面説明図、第５図ａ，ｂ，ｃ及びｄ図は夫
々第４図と異なる例の管束要部軸直角断面説明図、第６
図ａ図は管間成形板を切起しルーバー付のものとし伝熱
フィン目的とした例の管束要部軸直角断面説明図、ｂ図
及びｃ図は切起しルーバーの２次元波行流路説明図、ｄ
図及びｅ図は夫々円管束、隋円管束の管と積層成形板の
接着部分要部説明図を夫々示した。 １…円筒胴，２…管、３…ユルゲート成形板３′…初、
終列成形板、４，４′…独立山谷成形５，５′…管束外
周隙間仕切板、６…管板７，８…管外流体出入口、１１
，１１′…管内流体出入口 １２…管外流路流れ線、１３，１３′…夫々交互配列成
形板のユルゲート山谷方向、１５，１６…夫々対向した
成形板、１７，１７′…凹凸成形１９，２０…成形板、
２１，２１′…凹凸形Ｒ…右らせん、Ｌ…左らせん、２
４，２５…スパイラルユルゲート成形板、２６…管外流
路２６′，２６″…スパイラル状接触線、２７…ユルゲ
ート成形板 ２８，２８′…傾斜凹凸形、Ｌ′−Ｂ−Ｒ′−Ｔ−Ｌ′
…管外スパイラル流路の夫々管の左−下−右−上−左−
夫々位相流路、３０，３１，３４…夫々成形板、３２，
３３…傾斜凹凸形、３５…切起しルーバ、３６，３６′
…対向半筒スパイラルユルゲート板、３７…手筒ユルゲ
ート成形板、３８…凹凸形、４０…管 ４１，４１′…切起しルーバ付成形板、４２，４２′…
切起しルーバ、４３…成形板の管密着接触部、４５，４
５′…夫々管軸方向、管軸直交方向管外流入方向、４４
，４９…発條。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、並行管束からなる熱交換装置において、並行管間隙
   に夫々並行面体状又は、任意波形の波行面体状の薄板成
   形板を夫々管外面軸方向又は、らせん状に断続又は、連
   続接触なして接合、圧接又は、固着なし、管間空間を夫
   々管単位、適宜管列又は、管群毎の管外誘導流路として
   区画し、成形板の管軸交差方向２次元及び、又は、夫々
   ３次元波行、所要部配置の凹凸形、切欠き、切起し、ル
   ーバー部分及び、隣接成形板の夫々対応形状及び、相対
   方向の相関により、管外流を２次元又は、３次元波行又
   は、らせん状に整導流する流路を構成し、又必要に応じ
   成形板を任意数の伝熱フィン又は、管表面のドレンセパ
   レータを兼ねたものとし、夫々成形板毎及び、又は、管
   束外周隙間仕切板に結合し、夫々管支持をなさしめる構
   成とした夛管熱交換装置。 ２、夫々管列両側のスパイラルユルゲート成形板により
   夫々管を取巻く単独管外らせん流路を構成し、成形板を
   管外面とらせん状に接触又は、圧接せしめると共に夫々
   成形板のらせん状山谷の相当部分を互に圧接又は、近接
   した構成とし管支持をなさしめる構成とした特許請求の
   範囲第１項記載の夛管熱交換装置。 ３、夫々管列両側のユルゲート成形板を夫々管間間隙の
   中点で互に接触又は、圧接せしめ個別管毎管外流路を区
   画し、夫々管外周と部分接触又は圧接した斜行凹凸形又
   は、切起しルーバーによりらせん状誘導すると共に管支
   持をなさしめる構成とした特許請求の範囲第１項記載の
   夛管熱交換装置。 ４、矩形状碁盤目配置管束の短辺列間空隙に任意数の積
   層成形板を管軸と密着せしめ、管間長辺空間部分を夫々
   適宜ピッチ配列切起しルーバフィンとなし管軸方向又は
   管軸交差方向管外流を２次元波行熱交換せしめると共に
   、成形板の管軸密接部を互に弾性発条押圧構成とし管支
   持をなさしめる構成とした特許請求範囲第１項記載の多
   管熱交換装置。