JPS59189290A - 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】 発明の分野 この発明は熱交換：Ｓに関する。より詳細にはこの発明
は改良された円筒多管式熱交換器に関する。

先行技術の説明 過去１０年間におけるエネルギーの有効利用に対する一
般及び産業界での感心の高まりには驚ろくへきものがあ
る。特に感心の高い１分野には、いわゆるゝゝ廃熱“の
利用があるが、これは全てとは言わない寸でも非常に多
くの重工業の工程に関係するものである。この廃熱の回
収及び利用は、例えば食品加工産業、石油並びに精製及
びエネルギー製造産業に、生産の効率を向」ニさせろと
いう意味において潜在的な利益をもたらすものである。

Ｃｌ２） 上記の全ての産業において、工程への投入及び／あるい
は副産物として熱エネルギーの占めろ比重は非常に大き
い。エネルギー利用において満足のできる効率が達成で
きないということは、必然的に投入した熱のいくらかが
非生産的な放射その他によって損失されていることとな
る。工程内で発生する廃熱が不適当な媒体に吸収される
ためその後の処理が困雁なことがしばしばある。例えば
、高温の熱を有する冷却剤の廃熱の多くは、この冷却剤
が特定の衛生基準の下で毒性と分類されており、直接に
上水に利用することが困難である。

第１の媒体に蓄わえられている熱を第２の媒体に移動し
てその後これを回収する意図にて多数の熱交換器が考案
されている。熱交換器の一般的な形態に円筒多管式熱交
換器がある。この装置は第２の流体を含む管内環境で異
なる熱含量を有す流体間の伝熱を達成するよう考案され
ている。これら装置は多数の管を使用し、接触面積を犬
きくすることにより流体間の伝熱効率を高かめることが
できろ。

この伝熱効率は、第１と第２の流体の流れを逆方向にし
て逆流を構成することによりさらに促進できろ。

円筒多管式熱交換器は比較的学純な基本設計を有するも
のの、これはこの装置の性能を落し、保守を繁雑にし、
寸だ省エネルギー装置としての有効性を損なういくつか
の固有の問題を持つ。この方式の熱交換器に関する保守
上の問題は、多くの接触面積を犬きくして流体間の伝熱
効率を高めろ目的で多数採用されろ管に関するものであ
る。多くの設計において点検、現場での修理、分解の複
雑さ並びに管の漏れ及び損傷の検出などを含む管の完全
さと関連する保守」二の問題が指摘されている。

発明の概要 この発明は円筒多管式熱交換器に関連する上述及びその
他の問題を解決するため以下より構成されろ改良された
熱交換器を提供する。

つ芥り 第１の熱交換流体の流入及び流出をそれぞれ可能とする
第１の入り口手段及び第１の出口手段、並びに第２の熱
交換流体の流入及び流出をそれぞれ可能とする第２の入
り口手段及び第２の出口手段を持つ概ね環状のさや：該
さやの軸方向の両側にある終端に結合して、内側チャン
バーを区画する１対の終端部材； 該チャンバー内に延在する大気へのベント手段を有する
複数の管部材： 該第１の熱交換流体を該管部材の少なくとも１つに結集
させろための手段： 該チャンバーの中間領域をそれぞれいくつかの該管部材
によって占拠される複数の軸方向に延在するサブチャン
バーに区画するための軸方向に延在する隔壁手段； 該チャンバーの中間区画領域を中間でない領域から密封
する一方、該中間でない領域と（１５） 該管部材とが通じろことを可能とする第１の手段； 連続区画領域を経て該チャンバー内を流れろ該第２の流
体の多経路を確立するための手段；及び 該終端部（オと一体となって、該チャンバーを通じての
第１の流体の多経路を提供するだめの複数の連続流経路
を形成する終端隔壁板手段から構成されろ熱交換器を提
供する。

この発明の上記の及びその他の特徴は、以下の詳細な説
明によって明確となろう。

詳細な説明 第１図はこの発明の熱交換器１ｏの側面図である。この
熱交換器１ｏは一般に終端アセンブリ１４及び１６に終
端する細長く延びた円筒形外側さや１２を含むが、この
発明においては、第１の熱交換流体、例えば比較的冷い
−１−水が終端アセンブリ１４内の入りロポート５４か
ら熱交換器１０に入り、終端アセンブリ１６内の出口ポ
ート６２から出ろため、〔１６〕 前者アセンブリを入り口終端アセンブリ、そして後者を
出口終端アセンブリと呼ぶ。

第２の熱交換流体、例えば過熱冷却剤Ｃアンモニアなど
）は、ネックフランジ４６内の孔から成る入り口１８か
ら供給されろ。第２の流体はその後、ネックフランジ４
４内の出口２０から熱交換器を出る。

第１図においては外側さや１２が部分的にちぎられてお
り、本質的に円筒形の内側チャンバー２２が露出されて
いる。第１図に示す装置は完全なアセンブリでなく、第
２Ａ図及び第２Ｂ図にてより詳細に説明及び図示するご
とく、チャンバー２２内には複数の熱交換管７５及び縦
方向に延在するチャンバー仕切り隔壁板アセンブリ７４
が位置し、これによってチャンバー２２内の第１と第２
の流体間の多経路逆流熱交換プロセスが実現され、内側
管Ｔ５がこれらの間の熱の伝導を行うの全可能としてい
る。この目的のための追加のアセンブリは以下の諸図面
に示す通りである。

第１図に示すごとぐ、ネックフランジ４４及び４６を、
溶接あるいは類似の工程によってさや１２の軸方向の両
側にある両端に接合する。後に説明する理由によって、
このネックフランジ４４及び４６は好井しくは同一の構
造のものとし、それぞれポート２０及び１８並びにその
他を含が、管への接合に際してお互いに７２°の回転オ
フセットを持って接合する。

アセンブリ１４及び１５はそれぞれこのアセンフリ１４
及び１５の周囲に配置されナツト５０にかみ合う複数の
ボルト４８によってネックフランジ４４及び４５に接合
されたサンドイッチ状に配置された要素から構成されろ
。第１図及び第２Ａ図に示すごとく、入り口終端アセン
ブリ１４は、終端キャップ２４゜中央圧力フランジ３２
及び内側管シート４０を含む。類似の出口終端アセンブ
リ配置も同様に終端キャップ２６、中央圧力フランジ３
４、及び内側管シート４２を含む。

ネックフランジ４４は好ましくは第２の伝熱流体が出ろ
出口ポート２０、及び圧力開放弁８６のためのポート８
５を含む。この両者のポートは後に詳細に説明するごと
く、内側チャンバー２２に通じろ。ネックフランジの１
部として両者のポートを含め、フランジを作成する鋳造
工程の一部としてこのポートを形成すると、さや内にポ
ートをドリルしてねじのついた附属品をさやに溶接しな
くて済みより経済的である。

チャンバー２２内に位置する軸方向に延在するチャンバ
ー仕切り隔壁板アセンブリ７４は、チャンバーを５つの
軸方向に延在す石部分つまりサブチャンバーに仕切る。

この各５つの仕切られた領域は、熱交換管７５の特定の
ネストを包囲するが、この隔壁板アセンブリ７４及び管
７５については、第３図と関連してより詳細に説明する
。

第３図は第１図の線３−３に沿って切り取った熱交換器
１０の断面である。隔壁板アセ（１９） ンブリ７４は５つの連結隔壁板部材７６．７８．８０．
８２及び８４から形成されろか、これは例えば押出しプ
ロセスなどによりアルミニウムから干易及び経済的に形
成できろ。隔壁板部材７６はより詳細ては、径アーム１
３４及びさや１２の内周と概ね対応する円周アーム１３
２から構成されろ。

円周アーム１３２及び径アーム１３４はチャンバー２２
内を軸方向に延在する。第３図に示すごとく１円周アー
ム１３２は径アーム１３４から概ね円周方向に遠のいて
延在し、フック状の足部１４０に終端する。径及び円周
アームの接合点は足部１４０と補間的な形状のソケット
１３６を含み、これは隣接する隔壁板部材８４の類似の
足部１３８を捕らえろ。一方、足部１４０は同様に隣り
の隔壁板部材７８のソケットに捕えられろ。

隔壁板アセンブリ７４において、隔壁板部材７６は隔壁
板部材８４及びγ８の中間に位置するが、部材８４は右
方向に隣接し、部材Ｃ２０） ７８は左方向に隣接する。径アーム１３４の径方向に内
側の部分は左方向に隣接する隔壁板部材７８の対応する
附属物と連結するために採用されたフック状の部分に終
端する。同様に右方向に隣接する隔壁板部材８４の径ア
ームの終端部と連結させるため附属物１３７が採用され
ている。第３図に示すごとく、各径アームはその隣接す
る径アームと突き当りこれと連結する。

この構造は特に安価である。隔壁板アセンブリ７４を組
み立てるには、まず第１の隔壁板部材８４をさや１２内
に製置し、第１の隔壁板部材の足部（例えば１３８）の
末端部を第２の部材のソケット（例えば１３６）の基部
に挿入し、同時に第２の部材のフック状の附属物１３γ
を第１の附属物に挿入する。次に第２の部材を相対的に
軸方向にチャンバー内に差し込み、終端／附属物とソケ
ット／足部を完全にがみ合わすが、これらは部材が軸方
向に移動されない限り分離しない形状となっていろ。続
けて、各々第３から第５寸での部材ヲ軸方向に所定の位
置に差し込み、最後にこの結果得られろ隔壁板アセンブ
リを後に詳述するごとくチャンバー７２に差し込む。

径方向に延在するアームはアセンブリに径方向の圧縮を
与えろようこころ持ち大きめのサイズにしてあり、径ア
ームの接合点においてシール効果が提供できるようにな
っている。

隔壁板部材の円周アームは径方向に外側に延在する足部
７６ａ、７８ａ、８０ａ、８２ａ及び８４ａ’１ｌｉ＝
含が、これによって隔壁板アセンブリの径方向に外側の
面とさや１２の内側壁との間にｘｏ、ｏ４ｏ４部チの空
間が保たれろ。

第３図はこれに加えて第２の熱交換流体のための入り口
１８及び第１の熱交換流体の通路のための管７５の断面
を図解する。第２の熱交換流体は隔壁板部材８４及び径
アーム１３４によって区画されろ隔壁板区域Ｉに入いつ
、軸方向に図面内に流れろ。入り口１８はアルミニウム
・スリーブ７１に含むが、これしまさや１２内の孔を経
て入り口１８に通じ、所定位置に拡張されている。従っ
て入り第２流体は隔壁板とさや１２の内壁の間の空間に
通過することはできない。後に詳述する理由により、出
口２０あろいは圧力開放弁ポート８５（第１図）には相
当する拡張スリーブはなく、従って出第２流体の１部が
空間１４５を満す。

拡張スリーブ７１に換わる方法として、ゝゝスリーブを
隔壁板アセンブリ壁、つまり円周アーム１４γに抜き取
ることもできろ。

基本的には、アーム１４７を貫通して入り日入をありで
、部材を外側に向けて抜き取り隔壁板部材と統合する漏
斗状の導管を形成する。

この熱交換の組み立てにおいては、まず最初に抜き取っ
た穴がネックフランジ４４の入り口１８の穴に合うよう
に穴をあけた隔壁板部材をチャンバー２２内に位置し、
次に、残りの隔壁板部材を前述したごとぐ差し込む。

（２３） 第１と第２の流体のそれぞれの経路の詳細に関しては後
に詳述するが、第２図と第３図を比較することにより、
第１の熱交換流体のだめの入り口５４は入り流体を隔壁
板アセンブリの区域ｖｌ占有する管のネストに集結させ
るよう配向されていることがわかる。管の構造の詳細は
、第４．５及び８図にて一層理解できろ。

第４図・ン工組み立て済の終端アセンブリ１４の拡大縦
部分断面図であり、熱交換管の代表の１つ全一部図解す
る。第５図は第４図の切断ｍ５に沿って切り取った表面
管状部材の１部の拡大断面図である。第８図は組み立て
済み終端アセンブリ１６のボート断面であり、熱交換管
の代表の１つを１部図解する。

第４．５及び８図尾示すごとく、管部材７５は一般にギ
ャップつ寸り間隙１１０が次に隣接するら旋接触面まで
の間、管に沿ってら旋状に形成されろよう、ら旋接触面
に沿ってお互いに押えつけられた外皮９６及び内皮（２
４） ５７から構成される。例えば、区域■（第３図）内の管
の外皮９６が破裂したときは、後に詳述するごとく、区
域Ｉ内の第２の流体が、ら旋間隙１１０に侵入し、この
破裂は間隙１１０からのこの流体の大気へのベントによ
って検出される。同様に、内皮５Ｔが破裂したときは、
第１の流体がこのら旋間隙１１０に侵入し、後に説明す
るごとく、その後これは大気にベントされる。

管７５の構成は、従来の増補表面管よりさらに伝熱係数
が向上するように設計されている。この向上は外皮９６
と内皮５γがお互いに押しつけられているうねの幅を比
較的広くとり、金属接触面１２２を大きくすることによ
って達成している。さらに、うね間の距離を大きくし、
より厚い湿表面を形成することによって伝熱係数の向上
を計っている。増補管状部材の伝熱は熱交換器内の管の
直径がある特定の値をとる時に著しく向上することが知
られているが、本発明者はこの制御定数を最適化する特
定の構成を開発した。より具体的には、本発明者は、う
ね幅１２２を約１７８インチ、奥行きを約３７３２イン
チにしたとき、製造の際に管をつぶすことなく、これが
管の両側に最も効果的な流体の乱流を与え、伝熱を最大
化することを見つけた。管のピッチ１２４は９／１６イ
ンチが最適である。寸だ間隙１１０は、ベントの管理」
二、Ｏ，ＯＯ３インチとしたが、これは伝熱を最大に保
つため最小にすべきである。

熱交換器内の流体の経路の説明に入る前に、組み立て手
順について説明することにより、様々な構成要素の相互
関係をより明確にする。

第１図に示すごとく、最初に、フランジから突起してい
る位置決め合せくぎ７０と管シート４２内の受は穴３８
によって内側管シート４２をネックフランジ４６に搭載
する。この合せぐぎ及び合せくぎ受は穴は入りロアセン
ブリの管シート４０と関連する第２Ａ図に図解する合せ
くぎ７０及び穴５６と類似のものである。

この管シート４２はプレート４０（第２Ａ図）と類似す
るものであるが、これは管７５の外皮９６を受は入れる
寸法の穴のパターンを有す。この穴のパターンは第３図
に示す管７５のパターンに対応する。

第８図は熱交換器１０の出口終端の部分断面図を示す。

内側管シート内の対応する穴を通じてチャンバー２２に
挿入される各管７５は、管の終端」二に挿入されたブシ
ュ１０４を含む。ブシュ１０４はステップ壁１０４ａ’
！ｚ有す貫通穴を含が、ブシュの大きい方の内径部は管
７５の外皮９６とかみ合わせ、一方、ブシュの小さい方
の径部は管γ５の内皮５７とかみ合わせる。次に、当技
術において周知の方法によって、管に通常のウェッジ工
具を挿入してブシュ内の管を拡張して、内皮と外皮の間
の間隙１１０（ｉｌ−内側ブシュ壁のステップ部１０４
ａに密接することによってブシュと内皮及び外皮の間を
それぞれ密封する。

（２７） 管／ブシュのサブアセンブリを内側管シート４２の対応
する穴に挿入して、各ブシュの前面でガスケット６７に
類似のガスケットをプレート４２の外面に接触させろ。

出１］終端アセンブリ１６の完成について説明する前に
、入り口終端アセンブリ１４に再度目を向ける。第１及
び２Ａ図に示すごとく、ネックフランジ４４は数個の周
辺孔３３及び縦方向に延在する周辺合せぐぎ７０を含む
。

この合せくぎ７０は構成要素をフランジ４４に搭載した
とき、終端アセンブリ１４の構成要素内にそれぞれ形成
された位置決め穴にはまるよう設計されている。

ここで、２個のガスケット６８及び６９の中間に管シー
ト４０を有すガスケットアセンブリをフランジ４４に搭
載するが、この管シート及びガスケット６８は管式９６
の配置と対応して整合する穴のパターンを有し、管７５
はこれを外側に貫通して延在する。後に説明するごとく
、このガスケットアセンブリ（２８） 及び出口アセンブリ１６の対応するガスケットアセンブ
リが第２の伝熱流体のだめのチャンバー２２の終端を定
める。

ガスケット６８金管シートに搭載したら、概ね環状のブ
シュ４１を各管７５の回りに取り付けてガスケットアセ
ンブリに差し込む。

ブシュ４１を外側管皮９６の終端にまたかせる。第４図
に示すごとく、各ブシュ４１は管７５の間隙１１０と通
じる管拡張領域４３′ｆＩ：形成する対の０リング１０
２及び１０３を含む。この管拡張領域４３には間隙１１
０に通じる穴１１１があり、これにより管を大気にベン
トできるようになっている。

次に、管７５の突起内側管５γにガスケット６７を取り
付けたら、合せくぎ７ｏにて圧力フランジ３２を正しく
配位して、これをネックフランジ４４に組合せる。圧力
フランジ３２の軸方向に内側の面がブシュ４１の外側面
に当たるガスケット６γに突き邑たり、結果として突起
ブシュ４１を包囲し、またガスケット６７及び６８に密
着するように設計された外側環状部３２ａがフランジ３
２と管シート４０の間のベントチャンバー４５を区画す
ることとなる。このベント経路は圧力フランジの環状部
３２ａ内のベント穴４７にて完結する。

上記に説明の構成は、片方の熱交換流体が他方の熱交換
流体と混合するのを防ぐためである。管７５の外皮９６
が破損し、第２の流体が１１０に侵入し、ら旋間隙１１
０に沿って流出した場合、この流体は領域４３に入り穴
１１１ｆｆ：経た後、さらに穴４ｒを経て大気にベント
される。他方、この第２の流体は出口アセンブリ１６の
所の間隙１１０からはベントされないが、これｊ・まこ
の終端におけるブシュ１０４への管７５の挿入によるブ
シュの拡張により、間隙の有る箇所全体を通じてこのブ
シュが密着しているためである。

第４図に示すごとく、ブシュ４１は貫通穴１１１を有し
、間隙１１０内の流体はこれより流出する。この流出流
体は下方向にチャンバー４５に落ち、圧力フランジ３２
の底周辺内の貫通穴４７を経てこの終端アセンブリ」：
り出るが、これは後に説明する方法によって検１１’ｌ
され、これにまり内皮５７の破損あるいはその他によっ
て、第１と第２の流体が混合される前に管７５を交換す
ることができる。

同様知内皮５７が破損した時は、第１の流体が領域４３
に入り、穴１１１及び４７を経て流出する。

圧力フランジ３２はさらに環状部３２ａのガスケット接
触面から相対的に後退した中央部３２ｂ（５含む。この
後退部はブシュから突起して軸方向に延在する内側スリ
ーブ５７と整合する貫通穴９５のパターンを有す。この
後退部３２ｂの軸方向に内側の面は各経路９５を包囲し
て、各ブシュの軸方向に外側の面をガスケット６７に密
着させる。内側スリーブ５７は経路９５内部に延長する
が、経路９５から軸方向に外側の面に突出することはな
い。

（３１） 圧力フランジ３２の軸方向に外側の面は貫通穴９５に外
接する環状部２８ａ並びに概ね径方向に延在するバー５
２ａ、ｂ及びＣから構成されろＹ形部を含む終端隔壁板
機構２Ｂを含む。このバー５２ａ、ｂ及びＣ１並びに環
状部２８ａは、ガスケット２９によって終端キャップ２
５の内側を密封し、第６図及び第７図で詳しく説明する
ごとく、一連の圧力チャンバーを形成する。

第６図及び第７図は、それぞれ第１図の線６−６及び７
−７に沿って切り取った入り口及び出口終端アセンブリ
の一部の断面図である。図かられかるように、この終端
アセンブリは概ね同一の構造を持つ。圧力フランジ３２
及び３４の外側内辺の回りには、複数のボルト受は穴３
３がある。

第６図及び第７図に示すととぐ、終端隔壁板２８及び３
０はそれぞれ径翼板機構５２ａ、ｂ、ｃ及び５９ａ、ｂ
、ｃを含む環状鋼鉄部２８ａ及び３０ａから成る。この
翼板２８及（３２） び３０の相対的な位置関係は、７２°の回転オフセット
を有す。この隔壁板の環状部は、それぞれ位置決め合せ
くぎＴＯ及び７０′が挿入される孔５６及び３８を有し
、これにより翼板機構が終端アセンブリ１４及び１６内
に正して配位できるようになっている。終端アセンブリ
が類似のためブシュ４１及び１０４を除いては、終端ア
センブリ１４及び１６に同一の構成要素が使用できるが
、さや１２へのネックフランジ１２の溶接に当っては、
ネックフランジ４４の位置から７２°の回転オフセット
を持ってこれを溶接する。

終端隔壁板２８及び３０の翼板ば、終端アセンブリ１４
及び１６内の圧力チャンバーを区画するが、これは熱交
換管内の第１の熱交換流体の流れの方向を変える連続流
経路を提供する。ダッシュに囲こまれた円５４及び６２
は、それぞれ翼板機構２８及び３ｏに対する入りロボー
ト５４及び出口ポート６２の位置を示す。図かられかる
ごとく、各機構の径ひれ部は、鈍角及び鋭角の２個の角
度を有すが、この発明の実施においては、鋭角は７２°
、そして鈍角は１４４°を採用した。

第６図及び第７図に内（１！ｌ管スリーブ５７の終端か
は壕る貫通経路９５を示す。軸方向に外側の面２８ａ及
び３０ａは、それぞれゝゝＡ′からゝゝＥ／／及びゝＸ
Ａ／　／／からゝゝＥ　／　／／にて示めす、７２°の
区域に分けられる。各終端隔壁板の３個の径ひれ部は、
それぞれ終端キャップ２４及び２６の内側と一体となっ
て、熱交換器の各終端に３つの終端チャンバーを与える
。

熱交換器内の第１の熱交換流体の流れは以下の通りであ
る。流体は、入りロポート５４（第６図）から加圧下で
熱交換器１ｏに入るが、これは、７２°区域Ａに入り、
圧力板３２の経路９５に入れこ式にはめられた伝熱管７
５の内側管５７のネストに入いる。流体は、次に管内を
伝熱チャンバー２２を通って進み、Ａ′及びＥ′区域Ｃ
第７図）から構成される出口終端アセンブリ１６内の圧
力チャンバーの１４４°区域に入いる。圧力下で区域Ａ
′内の管から現われる流体は、この終端チャンバーのこ
の区域からの出口としては、区域Ｅ′のチャネルに通じ
る経路に入れるのみであり、したがってこれより管５７
に入り熱交換チャンバー２２内を通って入り口終端１４
の区域に戻る。区域Ｂ（第６図）の管から現られれた流
体は、区域Ｃ内のチャネルに入いれるのみであり、これ
は熱交換チャンバー２２内を再度輸送され、この工程が
続けられる。終端圧力チャンバーの各区域内の１つの内
側スリーブ５Ｔの終端が、その区域の管ネスト内の第１
の流体の流れの方向に従って同定されているが、１点“
はこの図の平面から出てくる流体の流れを示し、″ばつ
“は図の平面に入り込む流れを示す。

特定の設計及び終端隔壁板アセンブリ２８及び３０の相
対的な配位によって、この伝熱チャンバー２２内に第１
の流体のための特定Ｃ３５） の多流経路を提供できることが理解できよう。

第１の流体の多流経路の説明ケ終え、次に第２の流体の
経路を説明する。第３図に示すごとく、第２の流体は入
り口１８を経てチャンバー２２の区域Ｉに入いる。径ア
ーム１３５及び１３４は管シート６９に密着しているた
め、（第２図により、一層理解できる）、交換器の第１
の流体出口終端１６を経て区域Ｉから出ることはできな
い。従って、第２の流体は区域Ｉと内側管シート４０の
境界点に到達する１で第１の入り口終端１４に向う。径
アーム１３５の径方向に向かう全長は管シート４０に密
着しているが、径アーム１３４の軸方向に遠方の終端の
一部は、管シートの手前で終端しており、このため第２
の流体はアーム１３４０回りを通ってチャンバー２２の
区域■（第３図）を出口終端１４（第１−図）に向って
流れる。

同様に、隔壁板７８の径アームは管シート４２の手前で
終端しており、第２の流体が区（３６） 載置に入って、入り口終端１４（第１図）に向って流れ
るのを可能にしている。同様にして、第２の流体は区域
■より、区域■及び区域■を通り、区域■の経路の最後
において、チャンバー２２から出口２０より出る。

第２８図に適当な終端における終端方法を示すが、ここ
では概ねゝゝＣ“形のノツチ２１０が管シートと一体と
なって隣接する区域間のみぞを形成しており、径方向の
アーム長の残りの部分は管シートに密着しているのがわ
かる。

第３図は各ネストの代表の管７５にゝゝ点″及びゝゝば
つ“印を与えているが、これは各区域内の第１の流体の
流方向を示す。９点“は図の平面から出る流れを示し、
一方ゝゝばつ“はこの平面に入いる流れを示す。同様に
、ここには管７５の外側の各区域内の第２の流体の流方
向が同様の記号にて示されている。

第３図から明らかのように、第１及び第２の流体は、区
域■からＶ内において逆方向に流れる。第３図より同様
に明らかな通り、第１の流体は区域Ｖ内において、１つ
の温度極限（例えば、最低温）にあり、（例えば）これ
が右回りに順番に流れるにしたがって、各区域■からＩ
へと順次温たかくなる。逆に第２の流体は、第１の流体
が最高温度となる区域■において、その温度極限（例え
ば、最高温）にあり、これは一連の区域を左回りに順次
流れ、第１の流体が最低温となる区域■より、その最低
温にて出る。従って、この２つの流体は、熱交換器内の
全逆流全通じて一方向に熱の交換を続けることとなる。

区域Ｉから■の各間の温度差に起因するさやに対する温
度誘発ストレスを最小限に押えるため、隔壁板アセンブ
リの円周アームとチャンバー２２の内側円周壁との間の
環状の軸方向に延在する空間１４５に、第２の流体の薄
い循環層が提供される。空間１４５は、既に説明したご
とぐ、チャンバー２２の壁から径方向に内側の隔壁板ア
センブリを支持する足部７６ａ、７８ａ、８０ａ、８２
ａ及び８４ａにより提供されろ。これも前述したごとく
、第２の流体のための出口２０は、入り口１８のスリー
ブ７１のようなスリーブは含丑ず、第２の流体がこの中
にゝゝ漏れ“込み、この空間を満のを許し、さやのこの
円周の温度金板ね一定に保つ。

区域Ｉにおいて最高温の第２の流体（この場合は説明上
、冷却剤とする）は、区域■から■に行くに従って、次
第に冷めたくなる。

従って、区域■に径方向に隣接する空間１４５内の第２
の流体は、区域■に径方向に隣接する空間１４５内の第
２の流体より温だかく、密度が低い。従って、空間１４
５内の第２の流体は、第３図の左方向に」二昇する傾向
を持つが、第２の流体は、１２時の位置に到達すると、
重力によって下知流れ、こうして循環を完結する。空間
内に一旦流体が満たされると、空間内にそれ以上の流体
は入いらない。

この空間内の流体は徐々に右方向に循環して。

（３９） さや内の温度誘発ストレスを最小限に押さえる。

熱交換器１０の組み立ては、終端キャップ２４及び２６
をそれそハ、ネックフランジ４４及び４６に取り付ける
ことによって終了するが、まずボルト４Ｂを頭ケ熱交換
器の反対側に向けて、両方θ）ネックフランジ内の孔３
３に挿入する。次に、ナツト５０をボルトに締めて、終
端アセンブリ１４及び１６′ｆｆ：固定する。

圧力フランジ３２及び３４内の穴１４９は、ボルト４８
とかみ合うねし山を持つ。従って、ナツト５０を取り外
し、終端キャップ２４及び２６を分解することにより、
圧力フランジ３２及び３４とそれぞれのネックフランジ
４４及び４６の密封を壊わすことなく、終端隔壁板の視
覚による点検が可能である。管７５も同様にして、チャ
ンバー２２内の第２の流体を抜くことなく、孔９５より
点検できる。これは、第２の流体が冷却剤の時は、特（
４０） に有効である。

管７５を交換しなくてはならない場合には、終端アセン
ブリを分解する。これにはまず交換を必要とする拡張管
／ブシュの組み合わせを熱交換器から軸方向に引き出す
が、これは軸方向のすべりを助けるブシュ４１のＯリン
グによって簡単に外せる。次に、交換用のブシュ／管の
組み合わせを内側管シート３３を経てチャンバー２２に
差し込み、交換した管にブシュ４１を取り付ける。

終端アセンブリ１６（第８図）においては、内側管シー
ト４２あるいは圧力フランジ３４と関連するガスケット
からの第２の伝熱流体の漏れは、ベントチャンバー１５
１に導かれ、終端アセンブリ１４と同様の方法にて大気
にベントされる。

この実施態様のもう１つの特徴は、管７５の温度変化に
起因する寸法の変化に対する考慮である。ここに説明し
た熱交換器は、第１と第２の流体が順次対向する５つの
区域のチャンバーを使用し、面接触時間をできるだけ延
長することによって、第１の流体の出口温度をできるだ
け高くする工夫がされている。

このため同一熱交換器内の区域Ｉから■はそれぞれ温度
が異なり、この結果各区域の管７５は、他の区域の管と
異なる膨張を示す。

前述の構成は各管７５が必要なだけ膨張できるようにな
っており、この熱交換器を支配する設計用件が満たされ
るようになっている。

つまり、第８図に示すごとく、管は終端アセンブリ１６
においては、この管が挿入されているブシュ１０４を固
定するため比較的堅く固定されているが、第４図に示す
ごとく、管７５の他端は軸方向にゝゝ浮遊〃１−ており
、熱交換器の運転の際に温度変化に起因して起る通常の
管の長さの変動に十分に対応できるように々っている。

特に、管γ５の外皮９６はＯリングとの間の密封を損な
うことなく。

リング内を軸方向に移動できる。同様に内皮５７もこの
２者の間の密封を損なうことなく、０リング内軸方向に
移動できる。内皮５７と外皮９６ば、金属接触領域１２
２によって互いに接合されているため、管設計上、管７
５は内皮５７及び外皮９６と一体となっており、これら
は一体となって移動する。

管が膨張しても２個のＯリング間の領域の密着が保たれ
、ベントも保たれる。従って、この熱交換器は合衆国の
アメリカ機械学会（ＡＳＭＫ）の圧力容器基準およびそ
の他の国の該当する基準の設計仕様を満すことができる
。

当業者にとっては、上述の好ましい実施態様は説明を目
的とするものであり、この発明の精神から逸脱すること
なく多くの変更が可能であることが理解できよう。従っ
て、この発明の範囲は添付の特許請求の範囲によっての
み限定されるものとし、またこの特許請求の範囲はこれ
ら全ての変更及び同等の実施態様が含寸れるよう、先行
技術と矛盾することなく、できる限り広く解釈するもの
とする。

（４３）

【図面の簡単な説明】

図面において、 第１図はこの発明の熱交換器の一部切断された１創面図
； 第２Ａ図は反対側、つ壕り出口終端アセンブリと本質的
に同様の第１の流体の入り口終端アセンブリの分解斜視
図： 第２Ｂ図は終端アセンフリと流体導管を省略した熱交換
器の第１の流体の人口終端の斜視図： 第３図は第１図の３−３に沿って切断したこの熱交換器
の断面図； 第４図シマ一部この熱交換管の密封及びベント装置を示
す第１の流体の入り口終端アセンブリの拡大縦断面図； 第５図は第４図に示す切断線５に沿って切断した増補表
向管部材の１部の拡大断面図：第６図シエ第１図の６−
６に沿って切断したこの発明の第１の流体の入り口終端
アセンブリの断面図： （４４） 第７図は第１図の７−７に沿って切断したこの発明の第
１の流体の出口終端アセンブリの断面図；そして 第８図は一部熱交換管によって拡張されたブシュ並びに
ガスケットの破損の際のベント装置を示す第１の流体の
出口終端アセンブリの部分縦断面図を示す。 〔主要部分の符号の説明〕 概ね環状のさや　　　　　・・・・・・１２終端部材　
　　　　　　　・・・・・・４４．４６管部材　　　　
　　　　　・・・・・・７５集結させるための手段　　
・・・・・・５４軸方向に延在する隔壁板部材　・・・
・・・７４多経路を確立するための手段　・・・・・・
１８．２０終端隔壁板　　　　　　　・・・・・・２４
．２６ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、８ 手　糸プｔ　ネｄ１　　韮ｒ＝　　書 昭和５９年５月１８１ 特許庁長官　若杉和夫　殿 １　事件の表丞 昭和５９年特許願第５８５３８号 ２　発明の名称 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏名　　ケライン　サルズバーガー ４代理人 ５　補正の対象　　「図面」 ６　補正の内容　　別　紙　の　通　り図面の浄書内容
に変更が１＝７ （１ン （１）別紙の通り、正式図面１通を提出致します。 （２ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　　ａ）　　第１の熱交換流体の流入及び流出をそれ
   ぞれ可能とする第１の入り口手段及び第１の出口手段、
   並びに第２の熱交換流体の流入及び流出をそれぞれ可能
   とする第２の入り口手段及び第２の出口手段を持つ概ね
   環状のさや； ｂ）該さやの軸方向の両側にある終端に結合して、内側
   チャンバーを区画する１対の終端部材； Ｃ）該チャンバー内に延在する複数の管部材； ｄ）該第１の熱交換流体を該管部材の少なくとも１つに
   集結させるための手段；ｅ）該チャンバーの中間領域を
   それぞれいくつかの該管部材によって占拠される複数の
   軸方向に延在するサブチャンバーに区画するための軸方
   向に延在する隔壁板手段：ｆ）該チャンバーの中間の区
   画された領域を中間でない領域から密封する一方、該中
   間でない領域と該管部材とが通じろことを可能とする第
   １の手段： ｇ）連続区域サブチャンバーを経て該チャンバー内を流
   れる該第２の流体の多経路を確立するための手段：及び ｈ）区画された該サブチャンバー内の該管内の第１の流
   体が該区域内を流れる第２の流体と全く反対方向に流れ
   るように、該終端部材と協働して第１の流体の該チャン
   バーを通じての該中間で々い領域間の多流体経路を提供
   するだめの複数の連続流経路を形成する終端隔壁板手段
   から構成される熱交換器。 ２　軸方向に延在するチャンバーを区画する終端隔壁手
   段が、中央ハブ領域より概ね径方向に外側に向って突出
   する複数の概ね軸方向に延在する表面部材を含み、これ
   がそれぞれ熱交換管のネストを包囲する複数の軸方向に
   延在するサブチャンバーを区画していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 ３　該隔壁手段が該表面部材の径方向に外側に密着する
   概ね軸方向に延在する周辺壁を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項ｆ記載の熱交換器。 ４　該隔壁手段が複数の互いに連結する隔壁板部材を含
   み、この隔壁板部材のそれぞれが径アームの外側端より
   突出する該周辺壁部材の区画と概ね対応する軸方向に延
   在する径アーム円周アームから構成されており、該隔壁
   板部材が隣接する隔壁板部材と密着してかみ合うことに
   よって該軸方向に延在するサブチャンバーを区画する手
   段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
   の熱交換器。 ５　隣接する隔壁板部材を密着してかみ合わす該手段が
   、該円周アームの１方の終端に形成されろ軸方向に延在
   するへこみ並びに（３） 該円周アームの他端において形成されろ補間的外形状を
   有す軸方向に延在する突起ケ含み、各端が隣接する他の
   対応する隔壁板部材と組み合わされろことを特徴とする
   特許請求の範囲第４項に記載の熱交換器。 ６　該管シートの内側終端が隣接する管シートの内側終
   端と緩く接触１７、該表面部材の径がさや内に該隔壁板
   アセンブリを挿入した時、圧縮下でこれと密着して接触
   するような寸法を持つことを特徴とする特許請求の範囲
   第５項に記載の熱交換器。 ７　該チャンバーの壁と組み立て済隔壁板部材の円周ア
   ームとの間に空間を区画する手段を含み、これによって
   該チャンバーの外側さやの温度差を減少させろ熱緩衝と
   して作用する第２の熱交換流体で満たされろ環状チャン
   バーが提供されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載の熱交換器。 ８　第２の出口手段からの第２の熱交換流体（４） を該チャンバー壁と周辺壁部材との間の空間に導入する
   手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記
   載の熱交換器。 ９　　ａ）　　第１の熱交換流体の流入及び流出をそれ
   ぞれ可能とする第１の入り口手段及び第１の出口手段、
   並びに第２の熱交換流体の流入及び流出をそれぞれ可能
   とする第２の入り口手段及び第２の出口手段を持つ概ね
   環状のさや： ｂ）該さやの軸方向の両側にある終端に結合して、内側
   チャンバーを区画する１対の終端部材； Ｃ）該チャンバー内に延在する複数の管部材； ｄ）該第１の熱交換流体を該管部材の少なくとも１つに
   集結させるための手段；ｅ）該チャンバーの中間領域を
   中間でない領域から密封する一方、該中間でない領域と
   該管部材とが通じろことを可能とする第１の手段： ｆ）該チャンバー内を流れる該第２の流体の流れを確ケ
   するための手段；及び ｇ）該終端部材と一体となって、第１の流体の該チャン
   バーを通じての該中間でない領域間の多流経路を提供す
   るための複数の連続流経路を形成する終端隔壁手段から
   構成されろ熱交換器。 １０　該終端隔壁手段が複数の翼板部材を囲む概ね環状
   の部材を含み、該翼板部材が該概ね環状の部材と少なく
   とも一度接触１−１また少なくとも一部が該環状部材の
   内径を横断して延在しており、該翼板部材が終端部材の
   １つと一体となって隣接する管の終端間の連続流経路を
   区画していることを特徴とする特許請求の範囲第９項に
   記載の熱交換器。 １１　該区画部材が概ね中心に有る穴から概ね径方向に
   該環状部材の概ね円周方向に区分された領域に向って延
   在することを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載
   の熱交換器。 １２　ａ）第１の熱交換流体の流入及び流出をそれぞれ
   可能とする第１の入り口手段及び第１の出口手段、並び
   に第２の熱交換流体の流入及び流出をそれぞれ可能とす
   る第２の入り口手段及び第２の出口手段を持つ概ね環状
   のさや； ｂ）該さやの軸方向の両側にある終端に結合して、内側
   チャンバーを区画する１対の終端部材： Ｃ）内側管の終端が１つ才たは複数の外側管の１つオた
   は複数の終端を越えて突出しており、丑だ全てが熱接触
   され、さらにこれが概ね軸方向て延在する隣接する管と
   の間の間隙を規定している該チャンバー内定延在する複
   数のマルチウオール管； ｄ）該第１の熱交換流体を該マルチウオール間の内側管
   に集結させるだめの手段：ｅ）該マルチウオール管の外
   側管の外側の該チャンバーを流れる第２の熱交換流体（
   ７） の流路を規定する手段： ｆ）　該チャンバーの中間領域を中間でない領域から密
   封する一方、該中間でない領域と各マルチウオール管の
   内側管とが通じろことを可能とする第１の手段； ｇ）該内側管の突起終端の少なくとも１つの周辺と密封
   してかみ合い、第１と第２の密封手段間の領域をこれら
   の中間に存在する１つ斗たは複数の間隙と通じろよう区
   画する第２の手段を含むハウジング部材：及び ｈ）該ハウジング内に含１れろ該間隙から該領域より流
   出する流体を導くベント手段より構成されろ熱交換器。 １３　該第１及び第２の密封手段が該領域内の間隙を維
   持しながら管の軸方向の動作に対応できるように位置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記
   載の熱交換器。 １４　ａ）熱交換流体の流入及び流出をそれ（８） ぞれ可能とする入り口手段及び出口手段を持つチャンバ
   ー： ｂ）熱交換流体の流入及び流出をそれぞれ可能とする入
   り口手段及び出口手段を含む該主チャンバーの終端にて
   終端チャンバーを区画する終端部材； Ｃ）該終端チャンバーと一体となり第１の熱交換流体を
   この管内に通し、第２の熱交換流体を該主チャンバー内
   に通す複数のマルチウオール管： ｄ）該マルチウオール管の内側管を該終端チャンバーに
   密着させ、該マルチウオール管の外側管を該主チャンバ
   ーに密着させろ密封手段； ｅ）肢管との密封を保ちながら管の膨張に対応する膨張
   手段：及び ｆ）該マルチウオール管の壁間を流れるあるいは該密封
   装置を通って流れ出る流体を受けるための該内側管との
   密着及び該外側管との密着との間に形成されるペントチ
   ャンバーから構成される熱交換器。 １５　ａ）該終端部材が該主チャンバーの終端に管シー
   トを含み、該管シートが該マルチウオール管が通過でき
   ろ複数の孔を持っており； ｂ）中央フランジが該管シートから環状スペーサによっ
   て所定の間隔に保たれており　　： Ｃ）該中央フランジが該内側管の終端を受けろための該
   管シートを貫通する孔のパターンに対応する複数の孔を
   持ち； ｄ）該中央フランジが該終端チャンバーの１つの面を形
   成し、そして ｅ）該密封手段及び膨張手段が該マルチウオール管に該
   管シートと該中央フランジの間で接触していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の熱交換器。 １６　該マルチウオール管の１端のみが密着しており、
   肢管の軸方向の膨張に対応できるようになっていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の熱交換器
   。 １７　該密封手段が該マルチウオール管の外側管を受け
   ろ第１の部分及び該マルチウオール管の内側管を受ける
   第２の部分を有す軸方向に段を持つ径を備なえろブシュ
   を含み、適当な密封手段によって該ブシュと該マルチウ
   オール管の対応する壁との間の密封をおこなっているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の熱交換
   器。 １８　該密封が１端においては該マルチウオール管の壁
   を該ブシュの径の中に挿入することによって達成されて
   おり、他端においては密封用ゝゝ０″リングの提供によ
   って達成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １７項に記載の熱交換器。 １９　該マルチウオール管がベントを可能にするだめの
   ら旋間隙を有する増補表面管であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１８項に記載の熱交換器。 ２０　該ら族マルチウオールベント管が該密（１１〕 封手段ケ軸方向に膨張可能な肢管の終端のベントチャン
   バーを通じて大気にベントされろことを特徴とする特許
   請求の範囲第１９項に記載の熱交換器。