JPH0212358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は第１熱交換流体を上方へ移送する複数
の平行な垂直管を有していて、第２熱交換流体が
該チユーブの外表面と接触している型式の液―液
熱交換のための熱交換器に関する。

米国特許第4119139号、第3991816号及び第
4220193号がこのような熱交換を開示しており、
これ等は更に少くともチユーブを占めるように第
１流体の上方への流れによつて運転中流動化され
る顆粒物質（即ち粒子物質）を含んでいる。

これらの公知の熱交換器の利点は、流動された
顆粒物質がチユーブの内表面の掃除効果を有し、
そして更に第１流体とチユーブ壁との間の熱流に
著しい改良を与えることである。多くの場合に、
またチユーブ壁と第２熱交換流体との間に高率
（high rate）の熱伝達を必要とする。公知の装置
において、チユーブは円筒状の容器内を走つてお
り、この容器を通り第２流体は、出来れば逆の方
向へ通過される。これ等の密閉された容器内及び
チユーブ外表面上の第２流体のための全流れ断面
は通常、チユーブを通る全流れの断面よりも大き
く、これは第１及び第２熱交換流体の比較し得る
容積では第１熱交換流体に比べて第２熱交換流体
に対して著しく低い速度をもたらす。その結果チ
ユーブ壁と第２流体との間の熱伝達が比較的低
い。

この欠点は、チユーブ上の流体速度が上昇され
得るように、チユーブの外表面上に多数のバツフ
ルをつくり、その結果熱交換器内の熱伝達を改良
することにより少くとも理論的には部分的に克服
することができるけれども、このような装置は熱
交換換器をより複雑化し、従つてより高価とな
る。更に第２流体をポンプで送るためより多くの
ポンプ力を必要とし、一方実際に、このような方
法では熱伝達における大きな改良は得られること
ができない。

チユーブ壁の内側の熱流は流動化さた顆粒物質
の使用により改良されるので、第１流体の速度
は、若しも工程がそれを必要とするのであれば、
低く保つことができる。そ場合には、同量の流体
を移送するためにより大きな直径を有するより多
くの数のチユーブが必要である。その上、これ等
の大きなチユーブは、チユーブの外側上の第２熱
交換流体の流れ断面を増加をもたらし、前述のよ
うな困難をもたらす。

本発明の目的はチユーブの外表面上の熱流を改
良することによりチユーブ型式の熱交換器の熱交
換容量を増加することである。

本発明は第２熱交換流体によりチユーブの表面
に亘り下方へ移動するフイルムを形成せしめるこ
とである。

好ましくは、このフイルムの形成はチユーブの
各々の周りの環状スロツトによつて達成され、こ
のスロツトを通り第２熱交換流体は、チユーブに
沿つて下方へ流れるフイルムを形成するように通
過する。チユーブからのフイルムを集める適切な
排出手段は、チユーブが通過するベースと、側壁
と、出口とを有するタンクである。フイルム状の
流体のすべては例えば第２流体の１部分が蒸発さ
れる使用法では、このタンク内にとらえられる必
要はない。

先行技術における如く充填されなければならな
い密閉されたマニホルド内側のチユーブの外側の
第２熱交換流体のための強制対流の代りに、チユ
ーブ外側における熱流はチユーブの下方へフイル
ムとして第２流体の流れをつくることにより得ら
れる。本発明では、チユーブの内側での熱伝達機
構と非常によく対応している熱伝達機構がチユー
ブの外側に使用されている。これは熱交換器の構
造においてかなりの程度の自由を与え、これが得
られた結果を最適化するのを可能にする。

流体フイルムと固体表面との間の熱伝達は、固
体表面に沿つて流体の非常に少い移送率であつて
も、非常に高くなりうることが知られている。チ
ユーブ内及びチユーブ上を流れる比較可能な物質
の流れにより、反対方向に付加的に流れる２つの
流体間の熱伝達を改良されることができる。チユ
ーブ材料及び壁厚の従来の選択では、熱伝達係
3000より6000W／m²゜Ｋがチユーブ内に得られる
ことができる。

このような熱伝達係数は今まで通常プレート熱
交換器でのみ達成することができたことに注目さ
れなければならない。プレート熱交換器は上記の
型式のチーブ熱交換器に比べて、構造、価格及び
操作の理由でかなりの困難を有している。いかな
る場合においても、プレート熱交換器は、熱伝達
表面の繰返される場合は一般に好ましいことでは
ないので、限定された汚染特性を有する流体のみ
に使用されることができる。更にプレート熱交換
器は複雑な且つ傷つき易いシーリング装置を必要
とし、そして更に限定された範囲の温度及び圧力
以内でのみ運転される。これ等すべての困難は本
発明により造られた熱交換器の場合には生じな
い。強力な汚染特性を有する流体を通すときで
も、これ等のチユーブは顆粒物質の洗い流し作用
により清浄になつている。これ等の外側では、第
２流体は密閉されたマニホルド内に入れられる必
要はないので容易に清浄に保たれることができ、
従つてチユーブは掃除のため外側から容易に接近
できる。

チユーブへ第２流体を搬送するための供給手段
は各々のチユーブのための個々の分配チヤンバよ
り成ることができる。しかしながら、好ましくは
供給手段は、自由な環状スロツトを残すように開
口を通過する開口ベースを有する単一のタンクを
具備している。

本発明による熱交換器は第１流体と単一の第２
熱交換流体との間の熱交換に限定されない。これ
に反して、供給及び排出手段はチユーブ壁に沿つ
て異なる流体の別箇の流れとなるように構成され
ることができる。これはチユーブ群の異なる領域
におけるチユーブ上に液体のフイルムを形成する
ための別箇の供給及び排出手段を設けることによ
り達成されることができる。この場合に、２つの
熱交換器は、第１熱伝達流体のみが共通であるよ
うにして、１つの装置内に平行に連結される。構
造上の理由で、１以上の第２流体を有する熱交換
のための熱交換器は好ましくは、チユーブの頂部
から下方へ、種々の第２流体のための供給及び排
出システムが交互に対に位置づけされるように設
計されなければならない。従つて、これは第１流
体のための共通チユーブを有している、直列連結
の熱交換器を表わしている。

チユーブがシールされた容器内に取付けられる
必要がなく、そしてこの理由からチユーブが外側
から容易に掃除され得ることは既に述べられた。
それにもかかわらず流体又は蒸気形態の飛沫
（splashing）の問題を防ぐため、多くの場合、チ
ユーブ組立体を取外し可能な外方ケーシング内に
置くことが好ましい。このハウジングは軽金属板
のようなもので形成されることができる。

添付図面を参照して、これに限定されない実例
により本発明の好ましい実施例を説明する。

第１図の熱交換器において、複数の垂直チユー
ブ１であつて、これを通つて第１熱交換流体が上
方へ流れている複数の垂直チユーブ１は上方及び
下方のチユーブプレート２及び３に気密に固定さ
れており、そしてそれ等の端部を下方チヤンバ４
及び上方チヤンバ５に開放している。下方チヤン
バ４は穿孔された分配プレート６により下方で境
界をつくられており、これがチヤンバ４を下方チ
ヤンバ７と分離し、この下方チヤンバ７内へ第１
流体が入口開口８を経て流れる。最後に流体は出
口開口９を経て排出される。分配プレート６上で
第１流体により占められる容積内に顆粒物質があ
り、この顆粒物質は運転中、第１熱交換流体の上
方への作用により流動化され、従つて顆粒物質は
図に示された状態のように見える。この公知の技
法のより詳細なことは、上記の米国特許で理解さ
れることができ、これ等の特許はまたチユーブへ
第１流体の供給及びチユーブ内の顆粒物質の均一
な流動化のための他の構造体を示している。チユ
ーブプレート３の近くに、チユーブ１の外径より
も大きな大きさのその底部に円形孔を有するタン
ク１０がチユーブ１の周りに構成されている。チ
ユーブ１は各々のチユーブの周りに環状スロツト
を形成するようにこれ等の孔を通過している。第
２熱交換流体は入口開口１２を通りタンク１０に
入る。チユーブ１の下方端の近くに第２流体のた
めの集合タンクがチユーブプレート２及び排出出
口１６を有する直立壁１４により形成されてい
る。第２流体は各々のチユーブ１の周りにフイル
ム１３を形成するため供給タンク１０から環状ス
ロツト１１を通過し、フイルムはチユーブに沿つ
て下方へ、タンク１４内へ流れ、そこにフイルム
は集まる。集合された流体１５は出口開口１６を
経て流出する。

本熱交換器の原理及び利点は上記に充分に論述
された。

第２図はこの装置の変形であり、これでは対応
する要素は同じ機能を有している。この図におい
て、出口開口及び入口開口、１９及び２０を有す
る２つの追加のタンク１７及び１８がある。入口
１２と出口１９との間に入口２０と出口１６との
間の流体と異なる他の流体が導入され得ることは
明らかである。熱交換器が使用される製造工程に
よつて、より多くのこのような熱伝達カラムを直
列に、１以上の流体のためあるいは同一製造工程
の異なる段階で同一流体のため連結することが好
都合であるかも知れない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化している熱交換器のい
くらか図解的な縦断面図である。第２図は多重用
途のための第１図の熱交換器の変更例である。 １……垂直チユーブ、２，３……チユーブプレ
ート、４……下方チヤンバ、５……上方チヤン
バ、１０……タンク、１１……環状スロツト、１
４……タンク、１７，１８……タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１熱交換流体をチユーブ１内で上方へ移送
   するため配置された複数の平行な垂直な該チユー
   ブ１と、第１流体のための供給タンク及び排出タ
   ンク４，５であつて、それ等の中へ該チユーブの
   下方端及び上方端がそれぞれ開放している該供給
   タンク及び該排出タンク４，５と、少くとも該チ
   ユーブ１を占めるように第１流体の流れにより運
   転中流動化される顆粒状の物質と、第２熱交換流
   体を各々のチユーブ１の外表面に沿つて下方へ流
   れるフイルム１３の形で該チユーブ１と接触せし
   めるように配置された第２熱交換流体のための供
   給手段10と、該第２流体のための供給手段10は該
   チユーブの各々の周りに延びるスロツト１１を有
   し、これによつて第２流体は該スロツト１１を通
   過する際に該フイルム１３を形成し、そして該フ
   イルム１３を該チユーブ１から集めるように配置
   された第２流体のための排出手段14とを有するこ
   とを特徴とする液―液熱交換熱交換器。 ２ 該第２流体のための該供給手段10が該チユー
   ブが通過しているタンク１０からなり、該タンク
   のベースは該フイルムを形成するために該第２流
   体が通過する該スロツト１１を各々の該チユーブ
   の周りに残すように該チユーブよりも大きい該チ
   ユーブのための開口を有している特許請求の範囲
   第１項記載の熱交換器。 ３ 該第２流体のための該排出手段14が、該チユ
   ーブ１が通過しているタンク１４であつて、該タ
   ンクは該チユーブに密着されているベース２と、
   直立している側壁と、排出出口１６とを具備して
   いる特許請求の範囲第１項または第２項記載の熱
   交換器。 ４ 該チユーブの別箇の領域においてそれぞれの
   フイルムを下方へ流すように該第２流体を該チユ
   ーブ表面に接触せしめるように配置された、それ
   ぞれの該第２熱交換流体のための複数の供給及び
   排出手段（10、14、17、18）を有する特許請求の
   範囲第１〜３項のいづれか１つの項に記載の熱交
   換器。 ５ ２つの該第２流体のためのそれぞれの該供給
   及び排出手段が該チユーブに沿つて交互に配置さ
   れている特許請求の範囲第４項記載の熱交換器。 ６ 該チユーブの熱交換領域を囲んでいる容易に
   取外し可能なハウジングを有している特許請求の
   範囲第１〜５項のいづれか１つの項に記載の熱交
   換器。