JPS5928214Y2 - シエルチユ−ブ式熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は複数の冷媒系統を有するシェルチューブ式熱交
換器の構造に関する。

２乃至３の冷媒系統を同一シェル内に収納して水、海水
等の流体を共用させた構造のシェルチューブ式熱交換器
は大形冷凍機の蒸発器、凝縮器に多く用いられるが、容
器の両側に設けたヘッダー間に直状の伝熱管を多段・多
列に橋絡するようにしたものが普通であって、一方のヘ
ッダー例えば左側のヘッダーの入口ヘッダーから多段多
列の伝熱管を経て右側の中間ヘッダーに至り、その後流
れ方向を転じて多部多列の伝熱管を経、左側の出ロヘツ
グーに達する冷媒流通経路が採られているかかる構造の
熱交換器は特に中間ヘッダーの箇所で冷媒のうち液分が
下方、ガス分が上方に分離して存在し易くなるために、
下段の伝熱管には液冷媒が、上段の伝熱管にはガス冷媒
が多く流通することとなって冷媒の偏流が生じ熱交換器
の効率低下を招く問題は免れ得なかった。

かかる冷媒偏流は冷媒が単系統の場合にも当然生じるも
のであって、複数の冷媒系を有することとは直接的に関
係はないが、複数冷媒系を有するものでは、ヘッダー壁
を形成する管板と覆い蓋との部分で、冷媒流通系相互間
での混流が生じないように、覆い蓋の内側に約２５萌厚
肉の仕切りを設けて、この仕切りを植込ボルト等で管板
に強固に締付けるなどのシール手段が必要となるもので
あり、その場合、厚内の仕切りが接触する個所（第１図
に釦いて斜線示個所）を避けて管板に伝熱管を挿設しな
ければならなく、その結果、第１図に斜線示した前記個
所に対応する位置で水を流通せしめる容器内に大きい空
間ができて、この空間が水のバイパスとなるために水と
冷媒との間の熱交換が有効に行われ難い欠点を有してい
た。

かかる欠点の解消をはかるために、水のバイパスとなる
前記空間部分に、冷媒を流通せしめない所謂捨てパイプ
４ｔｔ、 ４／／ｆ管板２’、２’間に架は渡すように
したものが一部に釦いて利用されている。

しかし、このような構造のものでも、捨てパイプ４／
、 ４／／を取付ける工事が余計となってコスト増をも
たらす結果となり、実用装置と１７で適当でなかった。

本考案は、従来のこの種熱交換器が実用上の問題点を有
している事実に着目して威されたものであって、その目
的とするところはシェルチューブ式熱交換器にトける冷
媒側灸よび流体側での偏流の解消をはからせる点に存す
る。

しかして本考案は上述の目的を達成するために、管板と
覆い蓋とから形成されるヘッダーを器体の一側に有する
容器と、Ｕ字管の両管端部を前記ヘッダーに連通ずる如
く、管板に対し気密的に挿設して、容器内に片持ち状と
なし横設せしめた複数本の伝熱管とからなり、冷媒を伝
熱管内に、水、海水等の流体を容器内に夫々流通する如
くなしたシェルチューブ式熱交換器を構成して、前記覆
い蓋内に水平方向の横断的に設けた締付固定用の仕切り
により、前記ヘッダーを冷媒系統の数に対応する複数の
室に仕切ると共に、該各室を覆い蓋に設けた壁によって
横方向に並ぶ少くとも２つの区画室に夫々区切る一方、
Ｕ字状をなす前記各伝熱管を略々水平方向に迂回せしめ
、かつ横方向に並ぶ前記区画室間に接続せしめて、前記
管板に挿設した構成であり、冷媒偏流の最大の原因とな
る中間ヘッダーを省略可能とした点を特徴とする。

次に、本考案の１実施例の内容について添付図面を参照
しつつ詳細に説明する。

第２図乃至第４図は本考案に係る２冷媒系統のシェルチ
ューブ式熱交換器を示していて、該熱交換器は管板２と
覆い蓋３とから形成されるヘッダーを器体の一側に有す
る容器１と、Ｕ字管の両管端部を前記ヘッダーに連通ず
る如く、管板２に対し気密的に挿設して、容器１内に片
持ち状となし横設せしめた複数本の伝熱管４・・・とか
ら構成され、伝熱管４・・・側を冷媒の流通路に、容器
１内を水、海水等の流体の流通路にすることによって、
流体を共用とした２冷媒系統の熱交換器となしている。

容器１は底部の管板２寄りに水流人口１０を、頂部の反
対側に水流出口１１を開口すると共に、伝熱管４・・・
群に直交叉して複数枚の邪魔板１２・・・を配設せしめ
て、昇流と降流の交叉を繰り返しで、伝熱管４・・・の
管長方向に流体（水）を流通させる流通経路が形成され
ている。

前記ヘッダー内は第３図に示すように上下に仕切られた
２室８，８、さらにこの２室８，８を左右に区画して形
成した区画室９・・・の４つの室を有して卦り、ヘッダ
ーの囲壁を形成する管板２と覆い蓋３のうち、覆い蓋３
には水平方向の横断的に設けた締付固定用の仕切り５と
、該仕切り５に直交叉して設けられた蓋６，６とを設け
て、仕切り５で上下方向に並ぶ２室８，８に仕切り、さ
らに各室８，８を壁６，６によって横方向に並ぶ区画室
９，９に区画している。

な卦、仕切り５は異る冷媒系統相互間の混流が生じない
ように、管板２に列し気密的に密着することが必要であ
るために厚内例えば２５皿厚の壁部を形成して複数個の
植込ボルト穴γ・・・を穿設する一方、壁６，６は同−
冷媒系統内での仕切りであるために気密性を必要とはす
るが、必らずしも機械的強度を十分持たせることを要し
なく、例えば８１ｎＴＬ程度の薄肉壁に形成している。

一方、Ｕ字管により形成した伝熱管４・・・は、第４図
の断面図に釦いて一連をなす往管、復管を同一の目印に
て示しているように、容器１内で水平あるいは略々水平
の方向に迂回（Ｕターン）せしめ、かつ、横方向に並ぶ
区画室９，９間に接続せしめて、前記管板２に挿設し固
定している。

この場合、第４図々示の如く、伝熱管４・・・に直交す
る断面上に釦いて管ピッチが等しく、かつ千鳥状となる
配列で管板２に固定することが流体の偏流を防止する上
でより好ましい形態である。

叙上の構造となした熱交換器は２系統の冷凍機に対して
共用させて使用し、仕切り５によって上下に仕切られた
Ａ、Ｂ冷媒系統が容器１内を流れる流体との間で熱交換
を行うが、冷媒側に釦けるターン部分が容器１内で流体
と熱交換を行うこと、ヘッダー間にわたらせた伝熱管の
各々がＵ字管であるために、中間ヘッダーでＵターンヲ
行わせる従来のものに比べて気液分離にもとづく冷媒の
偏流がないこととにより、伝熱面積が有効に利用でき、
実測によれば平均熱貫流率で約１０％向上する結果が得
られたところからも明らかなように、熱交換器の性能が
大巾に増大する。

な耘、この例では、昇流降流の繰り返しで流通する水の
流れに対して、仕切り５を設けたことに起因する容器１
内の伝熱管４が存しない空隙部分は直角に配置されてい
るので、流体側でのバイパス等偏流が生じる釦それはな
く、従って従来のように捨てパイプを設けるなどの手段
は省略できる。

さらに、図示例では凝縮器として運転している場合で、
Ａ系統は通常の冷凍運転であって流体の加熱を行って釦
り、一方、Ｂ系統は蒸発器側でのデフロストが必要とな
って、前記Ａ系統の熱を利用して冷媒側が蒸発、流体側
が冷却の運転を行ってしるときを考えると、容器１内の
流体は偏流が少いために円滑なかくはんが成されて、系
統間での温度偏差が発生しない利点がある。

以上述べた例は２冷媒系統のものを示したが、第５図に
断面示する如く水平方向の仕切り５を２個設けて３冷媒
系統の熱交換器に形成することも可能であり、また、第
６図会よび第７図に示すように、それぞれの系統の室８
を２個の壁６．（７／によって３つの区画室９８〜９ｃ
に区画し、そのうちの管挿通穴が倍数存する区画室９ｃ
ｌｒ中間ヘッダーとして利用し、該区画室９ｃと他の２
区画室９ａ、９ｂとの間にＵ字状伝熱管４・・・を接続
する形態のものもまた本考案の例として挙げられる。

此の場合は、冷媒の１パスにｐいて冷媒の往路。

復路が都合２回宛となりパス長が長くなることから熱交
換面積が犬となる利点がある。

な釦、中間ヘッダーとして利用する区画室９ｃ内での液
ガス分離が予想されるが、蒸発器として利用する場合に
は区画室９ｃに至るまでに殆んど蒸発し、その後は過熱
酸部となるような運転を、また凝縮器として利用する場
合には逆に殆んどが液化し、その後は過冷却酸部となる
ような運転を行い得る如く設計時点で容量を選定するこ
とによって、冷媒偏流の問題は解消できる。

本考案は以上述べた説明により明らかな如く、管板２と
覆い蓋３とから形成されるヘッダーを器体の一但Ｕに有
する容器１と、Ｕ字管の両管端部を前記ヘッダーに連通
ずる如く、管板２に対し気密的に挿設して、容器１内に
片持ち状となし横設せしめた複数本の伝熱管４・・・と
からなり、冷媒を伝熱管４・・・内に、水、海水等の流
体を容器１内に夫夫流通する如くなしたシェルチューブ
式熱交換器であって、前記覆い蓋３内に水平方向の横断
的に設けた締付固定用の仕切り５により、前記ヘッダー
を冷媒系統の数に対応する複数の室８・・・に仕切ると
共に、該各室８・・・を覆い蓋３に設けた壁６・・・に
よって横方向に並ぶ少くとも２つの区画室９．・・に夫
々区切る一方、Ｕ字状をなす前記各伝熱管４・・・を略
々水平方向に迂回せしめ、かつ横方向に並ぶ前記区画室
９・・・間に接続せしめて、前記管板２に挿設せしめた
から、Ｕターン部で合流して気液分離による偏流が生じ
ていた従来の問題点はここに解消されるし、Ｕターン部
に釦いても流体との熱交換が行われることから熱交換面
積の増大による性能向上がはかれる。

さらに複数の冷媒系統が上下に配列された構造であるか
ら、交互デフロストを行う場合などに系統間の温度ムラ
が発生し難くデフロスト能力を安定かつ十分に保つこと
が可能である。

また、容器１内の流体流通を昇流と降流の交互繰り返し
でかつ伝熱管４・・・の管長方向に移動する如く形成す
れば、仕切り５を水平に設けたことに起因する伝熱管４
が存しない空隙部分を残して釦いたとしても、この空隙
部分に直交して流体が流通するためにバイパスなどの偏
流が発生する卦それが無くなって、従来のように捨てパ
イプを設けるなどの余計な工作手段を省略できる。

また、前述せる流体流通経路に加えて、伝熱管４・・・
を該管群に直交する断面内にかいて等ピッチかつ千鳥状
となる配列にすれば、各伝熱管４・・・と流体との間の
熱伝達はより良好となるし、流体の偏流はさらに少くな
って熱交換効率の向上がはかれる。

以上の如く、本考案は種々のすぐれた効果を奏して実用
価値に富むところ多大なシェルチューブ式熱交換器であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のシェルチューブ熱交換器の要部を暗示す
る断面図、第２図は本考案熱交換器の１例に係る暗示構
造図、第３図は第２図に釦ける覆い蓋を内側より見る正
面図、第４図は第２図に釦けるＡ−Ａ線矢視拡犬断面図
、第５図１よび第６図は本考案熱交換器の各側に係る容
器中央部の縦断面図、第７図は第６図々示熱交換器に係
る機能不平面図である。 １・・・容器、 ２・・・管板、 ３・・・覆い蓋、 ４・・・伝熱管、 ５・・・仕切り、 ６・・・壁、 ８・・・室、 ９・・・区画室。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ■ 管板２と覆い蓋３とから形成されるヘッダーを器体
   の一側に有する容器１と、Ｕ字管の両管端部を前記ヘッ
   ダーに連通ずる如く、管板２に対し気密的に挿設して、
   容器１内に片持ち状となし横設せしめた複数本の伝熱管
   ４・・・とからなり、冷媒を伝熱管４・・・内に、水、
   海水等の流体を容器１内に夫々流通する如くなしたシエ
   ルチ。 ユーブ式熱交換器であって、前記覆い蓋３内に水平方向
   の横断的に設けた締付固定用の仕切り５により、前記ヘ
   ッダーを冷媒系統の数に対応する複数の室８・・・に仕
   切ると共に、該各室８・・・を覆い蓋３に設けた壁６・
   ・・によって横方向に並ぶ少くとも２つの区画室９・・
   ・に夫々区切る一方。 Ｕ字状をなす前記各伝熱管４・・・を略々水平方向に迂
   回せしめ、かつ横方向に並ぶ前記区画室９・・・間に接
   続せしめて、前記管板２に挿設したことを特徴とするシ
   ェルチューブ式熱交換器。 ２ 伝熱管４・・・が該管群に直交する断面内に釦いて
   等ピッチかつ千鳥状となる配列で管板２に挿設されてト
   リ、一方、容器１が単流と降流の交互繰り返しで伝熱管
   ４・・・の管長方向に流体を流通する流通路を有する実
   用新案登録請求の範囲第１項記載のシェルチューブ式熱
   交換器。