JPH04347491A - 熱交換器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体を加熱あるいは冷
却するために、発電プラント，化学プラント，あるいは
一般産業プラント等で使用される熱交換器に係わり、特
にその熱交換性能を改善するための構造の改良に関する
。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来技術による熱交換器の構成
例を示す構成図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面
図である。図７において、１は、流体２を通流させる円
筒形状をなした熱交換器のシェルであり、一般にこのシ
ェル内を流す流体２（以下シェル流体という）は高圧で
あることが多いため圧力容器であることが多い。３およ
び４は、それぞれ前記シェル１の周壁にほぼ垂直に、し
かもそれぞれがシェル１の長手方向に離れて配設されて
おり、前記シェル流体２をシェル１の周壁から入出させ
る入口管および出口管である。５は、複数の孔５ａが設
けられた、前記シェル１の両端の各々を閉じる円盤状の
管板である。６は、前記シェル１の両端に配設された前
記両管板５，５の複数の孔５ａにその端部が、それぞれ
溶接，拡管等適宜の方法によって接合された複数の細管
である。７は、前記シェル流体２が前記シェル１内を図
示の如く蛇行して通流するよう間隔を設けてシェル１内
に配設されたバフルである。シェル流体２は、入口管３
からシェル１に流入し、バフル７によってシェル１内に
形成された流路を図示Ａ矢のとおりに蛇行して流れ、出
口管４からシェル１外に流れ出す。シェル流体２はこの
間、細管６の周囲を通流し、細管６の内部を流れる管流
８と熱交換を行う。

【０００３】図８は、従来技術による熱交換器の異なる
構成例を示す構成図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横
断面図である。図７と同一部分には同じ符号を付して、
その説明を省略する。図８の図７と異なる点は、図８で
はシェル流体２の流速をスムースに減速あるいは増速す
るための拡管部１２を入口管３および出口管４のそれぞ
れに設けたことである。拡管部１２を設けたことで、シ
ェル流体２を細管６群全体に一様に流そうとするもので
ある。図９は、従来技術による熱交換器のさらに異なる
構成例を示す構成図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横
断面図である。図７または図８と同一部分には同じ符号
を付して、その説明を省略する。図９の図８と異なる点
は、図９ではシェル流体２の流れをスムースに拡大ある
いは縮小するための流れガイド１３を拡管部１２に設け
たことである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る熱交換器においては、図７に示したものでは、シェル
流体２の流入部で説明すると、シェル１内においてシェ
ル流体２の流れは、シェル流体２の入口管３からの流入
方向と同方向の流れ２ａが主体であって、シェル流体２
の流入方向と直角方向の成分を含む横方向の流れ２ｂは
僅かであり、このことは流出部やシェル内の蛇行部でも
同様である。したがって、熱交換に有効に働くのは、細
管６群のうち同方向の流れ２ａの正面にあるもののみで
あり、両側部に有るものは熱交換に有効に働かない。こ
のため熱交換器が大型となる問題があった。また、図８
に示したものでは、拡管部１２を設置したので、横方向
の流れ２ｂは図７に示したものよりも増大するが、かな
らずしも充分にはなしえない。しかも横方向の流れ２ｂ
を大きくしようとして拡管部１２を過度に大型にすると
、その分シェル１が削り取られることとなり、シェル１
の強度を低下させる。これを回避するためには、シェル
１や拡管部１２の肉厚を増したり、補強板を付設する必
要があるため熱交換器の重量が増加する問題があった。 さらに、図９に示したものでは、細管６のシェル流体２
の流入方向と同方向の流れ２ａに対する流れ抵抗が充分
に大きくない場合には、横方向の流れ２ｂは小さい。そ
のうえ、入口管３および出口管４を、拡管部１２を得る
ため扇状に成形したうえに、その内部にシェル流体２を
徐々に拡散または縮小させる配置で流れガイド１３を設
置する必要があるので、製作が容易ではないという問題
があった。

【０００５】本発明は、前述の従来技術の問題点に鑑み
なされたものであり、その目的は入口管からシェル内に
流入したシェル流体が細管配設部に流入する部位，また
出口管からシェル外に流出しようとするシェル流体が細
管配設部から流出する部位、またシェル内を蛇行して通
流するシェル流体の細管配設部に再流入する部位に、さ
らにはシェル内を蛇行通流するシェル流体の細管配設部
から流出する部位に、整流体を配設することにより、い
ずれの部位の細管周辺でもほぼ均等な流速でシェル流体
が流れるようにすることで、熱交換性能の高いしたがっ
て小形かつ軽量で、しかも製作の容易な熱交換器を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では前述の目的は
、

【０００７】１）内部にシェル流体を通流させる円筒状
のシェルと、このシェルの周壁にそれぞれが前記シェル
の長手方向に離れて配設されしかも前記シェル流体をシ
ェルの周壁から入出させる入口管および出口管と、複数
の孔を有し前記シェルの両端の各々を閉じる円盤状の管
板と、前記シェル内に配設され前記両管板の前記複数の
孔にその端部がそれぞれ接合される複数の細管と、前記
シェル流体が前記シェル内を蛇行して通流するよう間隔
を設けてシェル内に配設されたバフルとを備え、前記シ
ェル流体の熱と前記細管中を流れる流体の熱とを交換す
る熱交換器において、前記シェル流体が通流する流路中
に、シェル流体が前記シェル内のいずれの部位にもほぼ
均等な流速で流れるようにする整流体を、シェル壁から
間隔を設けて配設したこと、また

【０００８】２）前記１項記載の手段において、入口管
からシェル内に流入したシェル流体が細管配設部に流入
する部位に整流体を配設すること、また

【０００９】３
）前記１項記載の手段において、入口管からシェル内に
流入したシェル流体が細管配設部に流入する部位、およ
び出口管からシェル外に流出しようとするシェル流体が
細管配設部から流出する部位に整流体を配設すること、
また

【００１０】４）前記１項記載の手段において、入口管
からシェル内に流入したシェル流体が細管配設部に流入
する部位、および、シェル内を蛇行して通流するシェル
流体が細管配設部に再流入する部位に整流体を配設する
こと、また

【００１１】５）前記１項記載の手段において、入口管
からシェル内に流入したシェル流体が細管配設部に流入
する部位、出口管からシェル外に流出しようとするシェ
ル流体が細管配設部から流出する部位、シェル内を蛇行
して通流するシェル流体が細管配設部に再流入する部位
、ならびにシェル内を蛇行して通流するシェル流体が細
管配設部から流出する部位に整流体を配設すること、ま
た

【００１２】６）前記１項ないし前記５項記載の手段に
おいて、整流体が多数の孔を設けた板体であること、ま
た

【００１３】７）前記１項ないし前記６項記載の手段に
おいて、板体に設けた多数の孔による開口面積を、入口
管または出口管の前面部にあたる細管に通流するシェル
流体に対しては狭い面積に、かつ入口管および出口管の
前面部から離れた細管に通流するシェル流体に対しては
広い面積に形成したこと、さらにまた

【００１４】８）前記１項ないし前記５項記載の手段に
おいて、整流体が、それぞれが互いに間隙を置いてしか
も細管の長さ方向にほぼ直交して設けられた多数の棒体
であること、で達成される。

【００１５】

【作用】本発明においては前述の構成としたので、入口
管からシェルに流入したシェル流体は、入口管を流れて
いるさいの流速のままでシェルに流入するが、シェル壁
から間隔を設けて配設されている整流体によって減速さ
れて、流入方向と同方向の流れの流速は低減されるとと
もに、これによって、シェル流体の流入方向と直角方向
の成分を含む横方向の流れが、減速された流入方向の流
れの流速に見合う流速に成長するので、両側部にある細
管にもシェル流体がほぼ均等な流速で通流する。また、
出口管からシェル外に流出するシェル流体は、出口管を
流れるさいの流速でシェルから流出するが、シェル壁か
ら間隔を設けて配設されている整流体によって減速され
るとともに、これによって、シェル流体の流出方向と直
角方向の成分を含む横方向の流れが、減速された流出方
向の流速に見合う流速に成長するので、両側部にある細
管にもシェル流体がほぼ均等な流速で通流する。さらに
、シェル流体が蛇行して通流する部位においても、入口
部や出口部と同様にして、両側部にある細管にもシェル
流体がほぼ均等な流速で通流する。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例による熱交換器の構
成図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、図２は
その整流体の図１におけるシェル流体の通流する方向か
ら見た図である。図７の従来例と同一部分には同じ符号
を付しその説明を省略する。図１および図２において、
９は、入口管３のシェル１との接合部３ａから間隔Ｈを
設けて、細管６配設部にシェル流体２が流入する部位の
全面に配設した整流体であり、薄板製で同一径の貫通孔
９ａが、縦方向，横方向それぞれ同一間隔で多数設けら
れており、管板５あるいはバフル７に固着される。なお
本構成例の場合では、バフル７の共通化などのために、
入口管３が配設される側および入口管３が配設される側
と反対の側の、シェル１の壁面から間隔Ｈの範囲には細
管６を設けない。

【００１７】図３は本発明の異なる実施例による熱交換
器の横断面図である。図１，図２ならびに図７と同一部
分には同じ符号を付しその説明を省略する。図３の図１
，図２と異なる点は、整流体９を、出口管４のシェル１
との接合部４ａから間隔Ｈを設けて、シェル流体２が細
管６配設部から流出する部位の全面に追加配設したこと
である。図４は本発明のさらに異なる実施例による熱交
換器の横断面図である。図１，図２ならびに図７と同一
部分には同じ符号を付しその説明を省略する。図４の図
１，図２と異なる点は、整流体９を、シェル内１を蛇行
して通流するシェル流体２が細管６配設部に再流入する
部位に追加配設したことである。図５は本発明のさらに
また異なる実施例による熱交換器の横断面図である。 図３ならびに図７と同一部分には同じ符号を付しその説
明を省略する。図５の図３と異なる点は、整流体９を、
シェル内１を蛇行して通流するシェル流体２が細管６配
設部に再流入する部位、ならびに、シェル１内を蛇行し
て通流するシェル流体２が細管６配設部から流出する部
位に追加配設したことである。

【００１８】今までの説明では、整流体９は、薄板製で
同一径の貫通孔９ａが、縦方向，横方向それぞれ同一間
隔で多数設けられているとしてきたが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えば、同方向の流れ２ａの
正面の部位にある貫通孔９ａの間隔よりも、横方向の流
れ２ｂの通流する両側部にある貫通孔９ａの間隔を狭く
するか、または、同方向の流れ２ａの正面の部位にある
貫通孔９ａの貫通孔面積よりも、横方向の流れ２ｂの通
流する両側部にある貫通孔９ａの貫通孔面積を大きくす
るか、さらにまた、同方向の流れ２ａの正面の部位にあ
る貫通孔９ａの間隔および貫通孔面積よりも、横方向の
流れ２ｂの通流する両側部にある貫通孔９ａの間隔を狭
くかつ貫通孔面積を大きくすることでもよい。これによ
って、シェル流体２の流入方向と直角方向の成分を含む
横方向の流れの流速が、減速された流入方向の流速によ
り一層一致することとなり、細管６群はいずれの部位で
も一様な熱交換性能を発揮しえるようになる。

【００１９】図６は本発明による熱交換器用整流体の異
なる実施例の構成図で、（ａ）はシェル流体の通流する
方向から見た図、（ｂ）は図（ａ）の断面図である。図
６において、１０はシェル１の管壁から間隔Ｈを設けて
、例えば細管６群に対するシェル流体の流路の全面に配
設した整流体であり、細管６群にほぼ直交し長さ方向の
両端がほぼシェル１の管壁に接する長さを持ち、間隔１
０ａ毎に互いに平行して配設された複数の棒体１０ｂと
、この複数の棒体１０ｂをその両端部でそれぞれ連結し
、しかも整流体を管板５、あるいはバフル７に固着する
保持材１０ｃよりなる。

【００２０】

【発明の効果】本発明においては、入口管からシェル内
に流入したシェル流体が細管配設部に流入する部位にシ
ェル壁から間隔を設けて、整流体を配設するようにした
。これによって、流入方向と同方向の流れ（例えば、図
１の２ａ）の流速は低減されるとともに、シェル流体の
流入方向と直角方向の成分を含む横方向の流れ（例えば
、図１の２ｂ）が、減速された流入方向と同方向の流れ
の流速にほぼ見合う流速に成長するので、両側部にある
細管にもシェル流体が充分に通流する。また、入口管か
らシェル内に流入したシェル流体が細管配設部に流入す
る部位にシェル壁から間隔を設けて、および、出口管か
らシェル外に流出しようとするシェル流体が細管配設部
から流出する部位にシェル壁から間隔を設けて、整流体
を配設した。これによって、全熱交換器にわたって両側
部にある細管にもシェル流体が充分に通流する。また、
入口管からシェル内に流入したシェル流体が細管配設部
に流入する部位にシェル壁から間隔を設けて、およびシ
ェル内を蛇行して通流するシェル流体が細管配設部に再
流入する部位にシェル壁から間隔を設けて、整流体を配
設した。これによって、全熱交換器にわたって両側部に
ある細管にもシェル流体が充分に通流するとともに、流
入方向のシェル流体の流速と、流入方向と直角方向の成
分を含む横方向の流速が一層一致したものとなる。

【００２１】さらにまた、入口管からシェル内に流入し
たシェル流体が細管配設部に流入する部位にシェル壁か
ら間隔を設けて、出口管からシェル外に流出しようとす
るシェル流体が細管配設部から流出する部位にシェル壁
から間隔を設けて、さらに、シェル内を蛇行して通流す
るシェル流体が細管配設部に再流入する部位にシェル壁
から間隔を設けて、さらにまた、シェル内を蛇行して通
流するシェル流体が細管配設部から流出する部位にシェ
ル壁から間隔を設けて、流体抵抗体を配設した。これに
よって、全熱交換器にわたって両側部にある細管にもシ
ェル流体が充分に通流するとともに、流入方向のシェル
流体の流速と、流入方向と直角方向の成分を含む横方向
の流速がなお一層一致したものとなる。これらによって
、シェル流体といずれの個所の細管との間の熱交換が一
様に行われるので、熱交換性能の高いしたがって小形で
あり、しかも、拡管部や流れガイドを必要としないこと
で、補強板等は不要となるため軽量であり、かつ製造が
容易であるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による熱交換器の構成図

【図
２】本発明の一実施例による熱交換器用整流体の図１に
おけるシェル流体の通流する方向から見た図

【図３】本
発明の異なる実施例による熱交換器の横断面図

【図４】本発明のさらに異なる実施例による熱交換器の
横断面図

【図５】本発明のさらにまた異なる実施例による熱交換
器の横断面図

【図６】本発明による熱交換器用整流体の異なる実施例
の構成図

【図７】従来技術による熱交換器の構成例を示す構成図

【図８】従来技術による熱交換器の異なる構成例を示す
構成図

【図９】従来技術による熱交換器のさらに異なる構成例
を示す構成図

【符号の説明】

１　　　　シェル ２　　　　シェル流体 ２ａ　　流入方向と同方向の流れ ２ｂ　　横方向の流れ ３　　　　入口管 ３ａ　　接合部 ４　　　　出口管 ６　　　　細管 ９　　　　整流体 Ｈ　　　　間隔

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状のシェルと、このシェルの両端付近
   の周壁に互いに離して配設されしかも前記シェル内に流
   す流体をシェルの周壁から入出させる入口管および出口
   管と、複数の孔を有し前記シェルの両端の各々を閉じる
   円盤状の管板と、前記シェル内に配設され前記両管板の
   前記複数の孔にその端部がそれぞれ接合される複数の細
   管と、前記シェル内を流れる流体が前記シェル内を蛇行
   して通流するよう間隔を設けてシェル内に配設されたバ
   フルとを備え、前記シェル内を流れる流体と前記細管中
   を流れる流体との熱を交換する熱交換器において、シェ
   ル内を流れる流体がいずれの部位の細管周辺でもほぼ均
   等な流速で流れるようにする整流体を、シェル壁から間
   隔を設けて配設したことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】請求項１に記載の熱交換器において、入口
   管からシェル内に流入したシェル内を流れる流体が細管
   配設部に流入する部位に整流体を配設することを特徴と
   する熱交換器。
3. 【請求項３】請求項１に記載の熱交換器において、入口
   管からシェル内に流入したシェル内を流れる流体が細管
   配設部に流入する部位、および出口管からシェル外に流
   出しようとするシェル内を流れる流体が細管配設部から
   流出する部位に整流体を配設することを特徴とする熱交
   換器。
4. 【請求項４】請求項１に記載の熱交換器において、入口
   管からシェル内に流入したシェル内を流れる流体が細管
   配設部に流入する部位、および、シェル内を蛇行して通
   流するシェル内を流れる流体が細管配設部に再流入する
   部位に整流体を配設することを特徴とする熱交換器。
5. 【請求項５】請求項１に記載の熱交換器において、入口
   管からシェル内に流入したシェル内を流れる流体が細管
   配設部に流入する部位、出口管からシェル外に流出しよ
   うとするシェル内を流れる流体が細管配設部から流出す
   る部位、シェル内を蛇行して通流するシェル内を流れる
   流体が細管配設部に再流入する部位、ならびにシェル内
   を蛇行して通流するシェル内を流れる流体が細管配設部
   から流出する部位に整流体を配設することを特徴とする
   熱交換器。
6. 【請求項６】請求項１ないし請求項５記載の熱交換器に
   おいて、整流体が、多数の孔を設けた板体であることを
   特徴とする熱交換器。
7. 【請求項７】請求項１ないし請求項６記載の熱交換器に
   おいて、板体に設けた多数の孔による開口面積を、入口
   管または出口管の前面部にあたる細管に通流するシェル
   内を流れる流体に対しては狭い面積に、かつ入口管およ
   び出口管の前面部から離れた細管に通流するシェル内を
   流れる流体に対しては広い面積に形成したことを特徴と
   する熱交換器。
8. 【請求項８】請求項１または請求項５記載の熱交換器に
   おいて、整流体が、それぞれが互いに間隙を置いてしか
   も細管の長さ方向にほぼ直交して設けられた複数の棒体
   であることを特徴とする熱交換器。