JPH07198286A - チューブ式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱交換チューブの流入側と流出側とで、スケー
ルやスライムの付着量に差をなくして熱交換チューブの
使用寿命を長くする。 【構成】中空な円筒状のケーシング１２を隔壁板１４で
円筒軸に直交する面で仕切って熱交換室１８と該熱交換
室１８に隣接する隣接空間を形成すると共に、隔壁板１
４をケーシング１２に回転自在に支持させる。また、隔
壁板１４の回転を阻害しないように、隣接空間を仕切板
２２で円筒軸に沿った面で仕切って流入室２０Ａと流出
室２０Ｂに略２等分する。また、熱交換室１８内に設け
た複数の熱交換チューブ３６の一方端を隔壁板１４の流
入室２０Ａ側に形成した連通孔３８に支持し、他方端を
隔壁板３６の流出室２０Ｂ側に形成した連通孔４０に支
持する。そして、隔壁板１４を回転させながら、流入室
２０Ａ、熱交換チューブ３６、流出室２０Ｂの順に流れ
る熱源流体２１と熱交換室１８を流れる被伝熱流体３０
との間で熱交換を行う。これにより、熱交換チューブ３
６を流れる熱源流体２１の流れ方向を定期的に反転させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明はチューブ式熱交換器に係
り、特に、熱交換チューブの流入側と流出側に付着する
スケールやスライムの付着状態を均等化することのでき
るチューブ式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のチューブ式熱交換器は、
円筒状のケーシングをケーシングの円筒軸に直交する２
枚の隔壁板で仕切って３つの室に区分けし、両側に熱源
流体が流入する流入室と、流出する流出室を形成し、真
ん中の室に被伝熱流体が流入・流出する熱交換室を形成
する。そして、２枚の仕切板に形成した複数の連通孔に
複数の熱交換チューブを支持して、流入室と流出室を連
通するように構成される。これにより、熱交換室内にお
いて熱源流体と被伝熱流体が熱交換チューブを介して熱
交換する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
チューブ式熱交換器の構成にあっては、熱交換チューブ
の流入側と流出側では、スケールやスライムの付着量に
差が生じ、流入側に多く付着する。この結果、チューブ
の流入側が閉塞し易くなるので、使用寿命が短くなると
いう欠点がある。

【０００４】この対策として、スポンジボールを流入室
に入れて熱交換チューブ内を流して流出室から回収する
操作を繰り返して、熱交換チューブ内に付着したスケー
ルやスライムを洗浄する方法がある。しかし、流入室に
入れたスポンジボールが全ての熱交換チューブに均等に
流れることはなく、熱交換チューブごとの洗浄度が不均
一になる。

【０００５】また、別の方法としては、流入室と流出室
の流路切り換えを行って、熱交換チューブごとに設置さ
れているブラシをその都度熱交換チューブ内を通過させ
る方法もある。しかし、流路切り換えの頻度を多くする
と、流路のストレスが多くなる共に、運転時間のロスが
生じる。本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、熱交換チューブの流入側と流出側とで、スケール
やスライムの付着量に差をなくして熱交換チューブが閉
塞しにくいようにし、熱交換チューブの使用寿命を長く
できるチューブ式熱交換器を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
する為に、中空な円筒状のケーシングと、前記ケーシン
グをケーシングの円筒軸に直交する面で仕切って熱交換
室と該熱交換室に隣接する隣接空間を形成すると共に、
前記ケーシングに回転自在に支持された円板状の隔壁板
と、前記隣接空間を前記ケーシングの円筒軸に沿った面
で仕切って流入室と流出室に略２等分する仕切板と、前
記熱交換室内に設けられ、その一方端が前記隔壁板の前
記流入室側に形成された連通孔に支持されると共に、そ
の他方端が隔壁板の前記流出室側に形成された連通孔に
支持される複数の熱交換チューブと、から成り、前記熱
交換チューブを介して前記流入室側から前記流出室側に
流れる第１の流体と前記熱交換室内を経由して流れる第
２の流体との間で熱交換を行う際に、前記隔壁板を回転
させて熱交換チューブ内の流れ方向を反転させることを
特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、熱交換チューブを支持する隔
壁板を回転させながら、前記熱交換チューブを介して前
記流入室側から前記流出室側に流れる第１の流体と前記
熱交換室内を経由して流れる第２の流体との間で熱交換
を行うようにした。即ち、隔壁板が回転して、隔壁板の
流入室側に形成された連通孔と隔壁板の流出室側に形成
された連通孔の位置関係が変わることにより、熱交換チ
ューブの流入側と流出側が切り換わるので、熱交換チュ
ーブ内を流れる第１の流体の流れ方向を定期的に反転さ
せることができる。従って、熱交換チューブの流入側と
流出側とで、スケールやスライムの付着量に差をなくす
ことができる。

【０００８】また、隔壁板が回転することにより、熱交
換チューブが熱交換室内の第２の流体を攪拌するので、
熱交換効率が向上する。また、熱交換室内の所定位置に
超音波振動子を設けると、隔壁板が回転することによ
り、全ての熱交換チューブに超音波振動子を作用させる
ことができるので、熱交換チューブの外側にスケールや
スライムが付着しにくくできる。

【０００９】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るチューブ
式熱交換器の好ましい実施例について詳説する。図１
は、本発明のチューブ式熱交換器１０の第１実施例を説
明する斜視図で、一部を切り欠いて内部構造を示した。
また、図２は図１の縦方向の断面図である。図１、図２
に示すように中空円筒状のケーシング１２が縦向きに設
けられ、その真ん中より少し上の位置にケーシング１２
の周面に沿ってリング状の突起部１２Ａが形成される。
また、突起部１２Ａの内周面に沿って溝１２Ｂが形成さ
れ、この溝１２Ｂに、円板状の隔壁板１４の周縁部がシ
ール機能を有する支持部材１６を介して回転自在に支持
される。この隔壁板１４によりケーシング１２内が上下
の室に仕切られ、隔壁板１４の下側に熱交換室１８が形
成されると共に、隔壁板１４の上側に熱交換室１８に隣
接する隣接空間２０が形成される。また、隣接空間２０
は、更にケーシング１２に支持された垂直な仕切板２２
により左右の室に２等分され、仕切板２２の左側に熱源
流体２１の流入室２０Ａが形成されると共に、仕切板２
２の右側に熱源流体２１の流出室２０Ｂが形成される。
また、仕切板２２の下端にはゴム等の弾性体で形成され
たシール部材２４が固着され、このシール部材２４が隔
壁板１４に当接することにより、隔壁板１４の回転が阻
害されないと共に、流入室２０Ａと流出室２０Ｂとが完
全に遮断される。

【００１０】また、流入室２０Ａには熱源流体２１の流
入口２６が形成され、図示しない流入管に連結されると
共に、流出室２０Ｂには熱源流体２１の流出口２８が形
成され、図示しない流出管に連結される。また、前記熱
交換室１８の側面下部には被伝熱流体３０が流入する流
入口３２が形成され、図示しない流入管に連結されると
共に、側面上部には、被伝熱流体３０が流出する流出口
３４が形成され、図示しない流出管に連結される。

【００１１】また、熱交換室１８には、Ｕ字形状をした
複数の熱交換チューブ３６、３６…が配設され、熱交換
チューブ３６の一方端は隔壁板１４の流入室２０Ａ側に
形成された連通孔３８、３８…に支持されると共に、他
方端は隔壁板１４の流出室２０Ｂ側に形成された連通孔
４０、４０…に支持される。これにより、流入室２０Ａ
に流入した熱源流体２１は、熱交換チューブ３６内を流
れて流出室２０Ｂに至り、流出室２０Ｂから流出する。
一方、流入口３２から熱交換室１８に流入した被伝熱流
体３０は、熱交換室１８を満たして流出口３４から流出
する。

【００１２】また、前記溝１２Ｂ内の所定位置には、隔
壁板１４の周縁部に当接するローラ４２が設けられると
共に、ローラ４２はモータ４４に連結して回転する。こ
れにより、モータ４４が作動してローラ４２が回転する
と、図３に示すように、隔壁板１４は図中矢印４６方向
に回転する。次に、上記の如く構成された本発明のチュ
ーブ式熱交換器１０の作用について説明する。

【００１３】熱源流体２１は流入室２０Ａに流入した
後、複数の熱交換チューブ３６内を流れて流出室２０Ｂ
に至り、流出室２０Ｂから流出する。一方、被伝熱流体
３０は、流入口３２から熱交換室１８に流入し、熱交換
室１８を満たして流出口３４から流出する。これによ
り、熱交換室１８に配設された熱交換チューブ３６内を
流れる熱源流体２１と、熱交換室１８を流れる被伝熱流
体３０との間で熱交換が行われる。この熱交換操作にお
いて、モータ４４を作動させて隔壁板１４を回転させ
る。これにより、隔壁板１４に形成されて連通孔３８が
流入室２０Ａの位置にくると連通孔４０は流出室２０Ｂ
に位置し、逆に、連通孔３８が流出室２０Ｂの位置にく
ると、連通孔４０は流入室２０Ａに位置する。即ち、隔
壁板１４が回転することにより、熱交換チューブ３６の
流入側と流出側が交互に切り換わる。従って、熱交換チ
ューブ３６内を流れる熱源流体２１の流れ方向が定期的
に反転されるので、熱交換チューブ３６の流入側と流出
側とで、スケールやスライムの付着量に差をなくすこと
ができる。また、流れ方向が反転することにより、逆洗
効果を生じるので、熱交換チューブ３６内に付着するス
ケールやスライムの付着量を少なくすることができる。

【００１４】このように、本発明のチューブ式熱交換器
１０は、従来のチューブ式熱交換器に比べてスケールや
スライムの付着量を少なく、且つ熱交換チューブの流入
側に偏ってスケールやスライム付着しないので、熱交換
チューブが閉塞しにくくなり、これにより、熱交換チュ
ーブ３６の使用寿命を長くすることができる。また、熱
交換チューブ３６の分解掃除を頻繁に行わなくてよいの
で、運転ロスを少なくできる。

【００１５】また、隔壁板１４が回転することにより、
熱交換チューブ３６が熱交換室１８を流れる被伝熱流体
３０を攪拌するので、熱交換効率が向上する。次に、図
４、図５に従って、本発明のチューブ式熱交換器１０の
第２実施例を説明する。第１実施例と相違する点は、隔
壁板１４を回転させるローラ４２及びモータ４４を省略
し、代わりに複数の熱交換チューブ３６の下端部に、図
５に示すように放射状に羽根４８、４８…を取付け、更
に、流入口３２の向きを、熱交換室１８の円周接線方向
に形成した。これにより、流入口３２から流入した被伝
熱流体３０が羽根４８に当たって羽根４８を押すことに
より、隔壁板１４を回転させることができる。従って、
隔壁板１４を回転するための特別な駆動装置が不要にな
るとともに、設備費用及びランニングコストを低減する
ことができる。

【００１６】次に、図６、図７に従って、本発明のチュ
ーブ式熱交換器１０の第３実施例を説明する。第３実施
例は、本発明のチューブ式熱交換器１０を遠心式冷凍気
機の凝縮器として適用した例である。図６に示すよう
に、横向きに設けられた円筒状のケーシング５０の左右
位置には、回転式熱交換チューブユニット５２をセット
する溝５４が夫々形成され、この溝５４内の上下位置に
夫々設けられた一対のローラ５６、５６…に熱交換チュ
ーブユニット５２のガイド５８が挟持されて支持され
る。この熱交換チューブユニット５２は、図７に示すよ
うに、棒状に形成された複数の熱交換チューブ６２、６
２…の両端が、一対の円板状のフレーム６０に形成され
た複数の連通孔６４に夫々支持され、フレーム６０の外
周には、リング状のガイド５８が形成される。

【００１７】この熱交換チューブユニット５２を溝５４
にセットすることにより、熱交換室６６が熱交換チュー
ブユニット５２のフレーム６０とケーシング５０の側面
とにより囲まれた内側に形成される。また、ローラ５６
のうち、溝５４の上側に設けられた一対のローラ５６の
うちの片方のローラ５６はモータ６８に連結され、モー
タ６８が作動することにより、熱交換チューブユニット
５２が回転する。

【００１８】また、ケーシング５０の右側（図６の右
側）は、仕切板７０で上下室に仕切られ、上室は冷却水
７２が流入する流入室７４を形成すると共に、下室は冷
却水７２が流出する流出室７６を形成する。また、仕切
板７０の熱交換チューブユニット５２側には、ゴム等の
弾性体で形成されたシール部材７８が固着され、このシ
ール部材７８が熱交換チューブユニット５２のフレーム
６０に当接することにより、熱交換チューブユニット５
２の回転が阻害されないと共に、流入室７４と流出室７
６とが完全に遮断される。また、ケーシングの左側（図
６の左側）には熱交換チューブユニット５２に連通する
折返し室８０が形成される。これにより、流入室７４に
流入した冷却水７２は、流入室７４から流入室７４に連
通する熱交換チューブ６２内を流れて折返し室８０に入
り、折返し室８０から流出室７６に連通する熱交換チュ
ーブ６２内を流れて流出室７４に至る流れを形成する。
尚、流入室７４に連通する熱交換チューブ６２と、流出
室７６に連通する熱交換チューブ６２の本数は同数にな
るように構成される。

【００１９】また、熱交換室６６の底部には、複数の超
音波振動子８２が配設される。また、ケーシング５０の
側面上方には圧縮機８４が設けられ、連通管８６を介し
て熱交換室６６に連通する。また、ケーシング５０の側
面下方には冷水８８が流れる冷水配管９０が配設された
蒸発室９２が設けられ、蒸発室９２は連通管９４を介し
て熱交換室６６に連通すると共に、別の連通管９６を介
して圧縮室８４に連通する。

【００２０】尚、遠心式冷凍気機の細かい構造について
は、本発明の趣旨ではないので省略するが、図６におい
て、９８はサクションベーン、１００は回転羽根、１０
２は回転機を示す。次に、本発明のチューブ式熱交換器
１０の第３実施例の作用を説明する。尚、図６の矢印１
０４は冷媒の流れを示す。

【００２１】圧縮器８４で圧縮された高温ガス状の冷媒
１０６は、熱交換室６６に流入して冷却水７２の流れる
熱交換チューブ６２に接触して熱交換が行われる。この
熱交換により、冷媒１０６は液化すると共に、冷媒１０
６が液化する液化熱で冷却水７２が温められる。液化し
た冷媒１０６は、蒸発室９２に流れ、冷水８８の流れる
冷水配管９０に接触して熱交換が行われる。この熱交換
により、冷媒１０６は蒸発して再び圧縮機８４に戻り、
冷水８８は冷媒１０６が蒸発する蒸発熱で冷却される。
この冷媒１０６の循環において、液化した冷媒１０６
は、熱交換室６６の底部に溜まり、蒸発室９２に流れ落
ちる。この時、熱交換室の底部に超音波振動子８２を配
設したので、液化した冷媒１０６と接触している熱交換
チューブは超音波洗浄される。そして、熱交換チューブ
ユニット５２が回転することにより、全ての熱交換チュ
ーブ６２を超音波洗浄することができるので、熱交換チ
ューブ５２の外側に付着したスケールやスライムを除去
することができる。従って、熱交換チューブ６２の熱伝
導性の低下を防止することができるので、従来のチュー
ブ式熱交換器に比べて熱交換効率を向上させることがで
きる。

【００２２】尚、超音波振動子は第３実施例に場合に限
定されることはなく、第１実施例及び第２実施例におい
て熱交換室内に設置してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るチュ
ーブ式熱交換器によれば、熱交換チューブを支持する隔
壁板を回転させて、熱交換チューブの流入側と流出側が
切り換わるようにしたので、熱交換チューブ内を流れる
第１の流体の流れ方向を定期的に反転させることができ
る。これにより、熱交換チューブの流入側と流出側と
で、スケールやスライムの付着量に差がなくなると共
に、流れ方向が反転することにより逆洗効果が生じてス
ケールやスライムの付着量が少なくなり、熱交換チュー
ブが閉塞しにくくなるので、熱交換チューブの使用寿命
を長くすることができる。

【００２４】また、熱交換チューブの分解掃除を頻繁に
行わなくてよいので、運転ロスを少なくできる。また、
隔壁板が回転することにより、熱交換チューブが熱交換
室内の第２の流体を攪拌するので、熱交換効率が向上す
る。また、熱交換室内の所定位置に超音波振動子を設け
ると、隔壁板が回転することにより、全ての熱交換チュ
ーブに超音波振動子を作用させることができるので、熱
交換チューブの外側にスケールやスライムが付着しにく
くなり、熱交換チューブの熱伝導性の低下を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るチューブ式熱交換器の第１実施例
を説明する一部切り欠きを含む斜視図

【図２】図１の縦方向の断面図

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図

【図４】本発明のチューブ式熱交換器の第２実施例を説
明する縦断面図

【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図

【図６】本発明のチューブ式熱交換器を遠心式冷凍気機
の凝縮器として適用した第３実施例を説明する縦断面図

【図７】熱交換チューブユニットの構造を説明する斜視
図

【符号の説明】

１０…チューブ式熱交換器 １２…ケーシング １４…隔壁板 １６…支持部材 １８…熱交換室 ２０Ａ…流入室 ２０Ｂ…流出室 ２１…熱源流体 ２２…仕切板 ２４…シール部材 ２６…流入室の流入口 ２８…流出室の流出口 ３０…被伝熱流体 ３２…熱交換室の流入口 ３４…熱交換室の流出口 ３６…熱交換チューブ ３８、４０…連通孔 ４８…羽根 ５２…熱交換チューブユニット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空な円筒状のケーシングと、 前記ケーシングをケーシングの円筒軸に直交する面で仕
   切って熱交換室と該熱交換室に隣接する隣接空間を形成
   すると共に、前記ケーシングに回転自在に支持された円
   板状の隔壁板と、 前記隣接空間を前記ケーシングの円筒軸に沿った面で仕
   切って流入室と流出室に略２等分する仕切板と、 前記熱交換室内に設けられ、その一方端が前記隔壁板の
   前記流入室側に形成された連通孔に支持されると共に、
   その他方端が隔壁板の前記流出室側に形成された連通孔
   に支持される複数の熱交換チューブと、から成り、 前記熱交換チューブを介して前記流入室側から前記流出
   室側に流れる第１の流体と前記熱交換室内を経由して流
   れる第２の流体との間で熱交換を行う際に、前記隔壁板
   を回転させて熱交換チューブ内の流れ方向を反転させる
   ことを特徴とするチューブ式熱交換器。
2. 【請求項２】前記熱交換室内の所定位置に超音波振動子
   を設けたことを特徴とする請求項１のチューブ式熱交換
   器。