JPH0449502Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、例えば湿分分離加熱器をはじめとす
る１次流体の流れに直交するように熱交換用管群
を配列した熱交換器に関する。

従来の技術 湿分分離加熱器をはじめとする各種熱交換器と
して、ダクト中に流れる１次流体の流れに直交す
るように熱交換用管群を配置し、ダクト中を流れ
る１次流体と管群中を流れる２次流体との間で熱
交換を行なうものが知られている。第１０図は従
来の熱交換器の横断面を示したもので、１はダク
ト、２は伝熱管、３はバツフル板である。ダクト
１内には１次流体が矢印方向へ流れており、この
流れに沿つて伝熱管２は上流側から下流側へ複数
段千鳥状に整然と配列されて管群を形成してい
る。

ところで、管群を形成する伝熱管２の管径を
Ｄ、ダクト１内を流れる流体の管群間流速をVp、
ストローハル数をStとすると、管群内では次式で
示されるように、特定の周波数fvの渦が発生す
る、 fv＝StVp／Ｄ ……(1) この周波数fvが容器の気柱共鳴周波数（fr）と
一致したときに、強い自励音が発生することとな
り、これがいわゆる管群共鳴音である。

このような管群内で生ずる渦の周波数fvは、次
のような関係により定まるものと考えられてい
る。

第１１図は管群内における特定周波数の渦の発
生メカニズムを説明するために示したもので、ダ
クト１内を流れる流体により、伝熱管２のうち上
流側に位置する伝熱管（以下上流管２ａという）
からはがれた渦４は、移流速度Vcで下流へ移動
し、下流側に位置する伝熱管（以下下流管２ｂと
いう）にぶつかる。このとき擾乱５が発生し、こ
の擾乱が波動となつて音速で周囲に伝わり、それ
が上流管２ａにぶつかつたとき新たな渦４ａの流
出を引き起こす。この周期Ｔは、上流管２ａと下
流管２ｂとのピツチ（すなわち流体の流れ方向に
沿う両管の中心間の距離）をＬ、音速をＣとする
と、概略次式で示される。

Ｔ＝Ｌ／Vc＋Ｌ／Ｃ ……(2) 通常Vc＜＜Ｃなので、(2)式は Ｔ≒Ｌ／Vc ……(3) のようにみなすことができる。そして(3)式は(4)式
のように書きかえることができる。

fv＝１／Ｔ≒Vc／Ｌ ……(4) つまり、管群の１段目の伝熱管２ａからの渦が
同一周期で放出されるようになると、２段目の伝
熱管２ｂにぶつかる周期も同じになり、２段目の
伝熱管２ｂからの渦放出周期も一致する。又、管
ピツチＬが同じだから、３段目の伝熱管に渦がぶ
つかつて発生した擾乱がその上流側の２段目の伝
熱管２ｂに伝ぱんする周期も同じで、放出渦を
増々強めることになる。このように、後段まです
べての領域で渦放出周期がそろうことになり、そ
の周波数がfv＝Vc／Ｌで定まることになる。

この現象を除去するための従来の対策は、流速
を下げてfvを小さくし、容器の気柱共鳴周波数fr
と一致しないようにするか、又は第１０図に示す
ように管群間に流れに沿う方向にバツフル板３を
設置して、容器の気柱共鳴周波数を高くし、fvと
frとが一致しないようにすることであつた。

考案が解決しようとする問題点 しかしながら、ダクト１内を流れる流体の流速
を下げると、熱交換器自体を大きくしなければな
らず、種々の不都合を生ずるし、バツフル板３を
設置するには、次のような問題点がある。

１ バツフル板自体が流力振動をおこさないよう
に剛性を上げる等の工夫が必要である。

２ 高次までの共鳴を避けるには、多くの枚数の
バツフル板が必要である。

３ 場合によつては、設置スペースが無いため、
バツフル板１枚について伝熱管を１列除去する
必要がある。

４ 対策の場合など改造工事が大がかりになり、
不可能な場合もある。

５ 流れ方向の共鳴モードに対しては、バツフル
板によつてモードを変えることができない（気
柱共鳴周波数を変えることはできない）。

問題点を解決するための手段 上述の問題点を解決するために、本考案では、
流路中に伝熱管が上流から下流に複数列配置され
た熱交換器において最上流の伝熱管の径ｄと２列
目より下流側の伝熱管の径Ｄとを0.5＜ｄ／Ｄ≦
１の関係とし、最上流の伝熱管の中心位置と、同
じ位置の下流にある最も近い伝熱管の中心位置と
の間隔ｌと２列目の伝熱管と同じ位置の下流にあ
る最も近い伝熱管との中心位置の間隔Ｌとを1.1
＜ｌ／Ｌ＜1.9の関係としている。

作 用 上記の手段によれば、最上流側の伝熱管（１段
目）からの放出渦周期は、後段側の伝熱管（２段
目）において本来発生する渦放出周期とは異なる
ようになる。よつて、１段目の伝熱管からの放出
渦が２段目の伝熱管に当たる周期は、３段目の伝
熱管からの擾乱が伝ぱんしてくる周期とは異な
り、２段目の伝熱管から定まつた周期の渦が放出
されなくなる。以後の伝熱管においても、同様の
現象が生じ、管群全体で特定の周期の渦が生じな
いようになる。

実施例 以下本考案の実施例を第１図ないし第９図を参
照して詳細に説明する。

第１図は本考案に係る熱交換器の一例を示す横
断面図、第２図は第１図の−線方向矢視図で
あり、この第２図の−線方向断面図が第１図
である。

これらの図において、１は従来と同様のダクト
であり、ダクト１内を矢印方向へ流れる１次流体
の流れに直交するように、伝熱管２が上流側から
下流側へ複数段、千鳥状に整然と配列されて管群
を形成している。伝熱管２内には２次流体が導入
されるものである。

管群を形成する伝熱管２のうち、１次流体の流
れ方向に対して最上流側に位置する伝熱管２ａの
管径はｄに、その他の伝熱管２の管径はＤに夫々
設定してあり、これらの関係は0.5＜ｄ／Ｄ≦１とし てある。

更に、最上流側に位置する伝熱管２ａと３列目
に位置する伝熱管２ｃとの、１次流体の流れ方向
に沿う中心間の距離をｌに、その他の伝熱管２に
ついては、１列おきどうしの管であつて１次流体
の流れの方向に沿うても近い位置にある伝熱管２
ｂと２ｄ（または２ｃと２ｅ等）との中心間の距
離をＬに夫々設定してあり、これらの関係は1.1
＜ｌ／Ｌ＜1.9としてある。

伝熱管の配列を上記の如くすることにより、１
次流体の流れ方向の最上流側に位置する伝熱管
（１段目）２ａからの放出渦周期は、その後段側
の伝熱管（３段目）２ｃにおいて本来発生する渦
放出周期とは異なるようになる。よつて、１段目
の伝熱管２ａからの放出渦が３段目の伝熱管２ｃ
に当たる周期は、５段目の伝熱管２ｅからの擾乱
が伝ぱんして来る周期とは異なるので、３段目の
伝熱管２ｃから定まつた周期の渦が放出されなく
なる。以降の伝熱管２ｅ，２ｇ…についても同様
となり、また伝熱管２ｂ，２ｄ，２ｆ…について
も隣りの列の伝熱管２ｃ，２ｅ，２ｇ…の影響を
うけて渦がそろわなくなる。よつて、管群全体と
して特定周期の渦の発生は防止される。なお、１
段目の伝熱管２ａは熱交換に寄与しないダミー管
に代えても良く、その場合ダミー管の径ｄは任意
に選定できる。ただし、あまり小さすぎると効果
がうすれるし、また径が伝熱管２の管径Ｄより大
きくなると圧損が大きくなり、得策でない。ま
た、ダミー管と３段目の伝熱管２ｃとの間隔ｌも
任意に選定できるが、近づけすぎると圧損が増す
とともに効果がなくなり、離しすぎても効果がな
くなるので、伝熱管２ａの場合と同様の関係を保
持するように選定するのがよい。

ダミー管は第３図ａに示すベアチユーブでよい
が、ダミー管自体での渦放出周期がそろわないよ
うに第３図ｂ，ｃに示すトリツピングワイヤをつ
けたものや、第３図ｄに示す段付パイプとしても
良い。

また、本考案の効果をより確実にするため、第
４図および第５図に示すように、上流２段の伝熱
管２ａ，２ｂを異種配列として1.1＜ｌ／Ｌ＜
1.9，1.1＜l′／Ｌ＜1.9，0.5＜ｄ／Ｄ≦１，0.5＜
d′／Ｄ≦１の関係を満たすようにしても良い。

なお、伝熱管の配列は第６図に示す格子配列と
した場合にも本考案は適用できる。

考案の効果 以上詳述したように、本考案によれば、ダクト
内を流れる１次流体の流速を下げたり、管群内に
バツフル板を設置することなく、管群共鳴音の発
生を低減するこができる。

第７図および第８図は、第１図および第２図に
示した実施例における管群共鳴音の減音量を測定
した実験結果を示しており、１段目と２段目以降
の伝熱管のピツチの関係では、1.1＜ｌ／Ｌ＜1.9の 範囲での効果が大きく、更に１段目と２段目以降
の伝熱管の径の関係では、0.5＜ｄ／Ｄ≦１の範囲で の効果が大きいことがわかる。

更に、第９図は本考案の熱交換器と従来の熱交
換器とにおける管群共鳴音の周波数と音圧レベル
を比較したものであるが、図から明らかなよう
に、本考案によれば特定周波数の共鳴周波数が消
滅していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る熱交換器の一実施例の要
部を示す横断面図、第２図は第１図の−線方
向矢視図であり、この第２図の−線方向断面
図が第１図である。第３図ａ〜ｄはダミー管の
種々の例を示した斜視図、第４図は本考案に係る
熱交換器の他の実施例の要部を示す横断面図、第
５図は第４図の−線方向矢視図であり、この
第５図の−線方向断面図が第４図である。第
６図は本考案の更に他の実施例を示す横断面図、
第７図ないし第９図は本考案の効果を説明するた
めに示した特性図、第１０図は従来の熱交換器の
要部を示した横断面図、第１１図は渦の発生メカ
ニズムを説明するために示した説明図である。 １……ダクト、２……伝熱管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 流路中に伝熱管が上流から下流に複数列配置さ
   れた熱交換器において、最上流の伝熱管の径ｄと
   ２列目より下流側の伝熱管の径Ｄとを0.5＜ｄ／
   Ｄ≦１の関係とし、最上流の伝熱管の中心位置
   と、同じ位置の下流にある最も近い伝熱管の中心
   位置との間隔ｌと２列目の伝熱管と同じ位置の下
   流にある最も近い伝熱管との中心位置の間隔Ｌと
   を1.1＜ｌ／Ｌ＜1.9の関係としたことを特徴とす
   る熱交換器。