JPS60185094A - 均一熱流伝熱管 - 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】 この発明は、均一熱流伝熱管に関す−るものである。

熱交換用の伝熱管は、同管内を流れる流体と、同管外の
流体との間で熱を授受づるものであり、間管によっ１隔
てられた両流体間の単位当りの交換熱量は、両流体ｑ温
度差（△丁）と、伝熱慎の熱通過率（Ｋ）及びｗ位管長
当りの伝熱面積（Ｓ）の積（△ＴＸＫＸＳ）にＪ：り定
まる一ｂのであるが、従来の伝熱管は、熱通過率（Ｋ）
及び同管直径が、管軸方向に一様に構成されているため
、同管内を流体が通過しつつ熱交換を行うものであるか
ら、同管入口ＩＣは両流体間の温度差く△−「）が大で
あっても、上記熱交換により下流に向って次第に温度差
（八Ｔ）が減少し、従っ−（間管１１位性長当りの熱交
換量も下流に向って次第に減少し、結果として同管軸方
向に不均一な加熱、あるいは冷却が行われることになり
、上記不均一に起因する種々の不具合が生じ、また、か
かる伝熱管により構成された熱交１条器もまた同様の不
具合が生じていた。

第１図は、従来の伝熱↑τにおいて、管外流体温度を一
定としたときの、管軸方向に対づる管内外流体の温度差
（△゛「）、交換熱量（ｑ）、熱通過率と単位管長当り
の伝熱面積との積（ＫＸＳ）の分布を示す。４Ｔお図中
（×）は、伝熱管の流体人口（１）からの距離を示す。

この発明では、伝熱管の熱通過率（１＜）と伝熱面積（
Ｓ）との債（ＫＸＳ）が、同管下流に向って次第に増加
づるように構成して、温度差（△Ｔ　＞、熱通過率（Ｋ
）及び単位管長当りの伝熱面積（Ｓ）の積（△１−　Ｘ
　Ｋ　Ｘ　Ｓ　）　、すなゎら同情単位管長当りの交換
熱ｆｆｉ　（ｑ）を、同管全長にわたって均一にするこ
とにより、上記不具合を解消する熱交換用伝熱管を提供
Ｖんどりるものである。

この発明の実施例を図表及び図面にもとｆいて詳細に説
明゛Ｊ−れば、第２図は、本発明による伝熱管の管外流
体温度を一定としたとぎの管内外流体の温度差（△Ｔ）
、単位管長当りの交換熱量（針）及び、熱通過率と単位
管長当りの伝熱面積との積（△Ｔ　ｘ　Ｋ　ｘ　３　）
の管軸方向分布を示Ｊものである。

換言すれば、伝熱管（Δ）の全長を（））、間管入［１
（１）からの距離を（Ｘ）、同色（Ａ）体流体温度（Ｔ
Ｑ））を一定とし、同情（Ａ）内流体のＩ′ｉ１管出入
口出入口温度Ｔｃ’ｌ’）　、（１−ｃｏ）どしたどぎ
、伝熱管（Δ）入口（１）における単位管長当りの熱通
過率（Ｋ−Ｐ）に対する同情各部の単位管長当りの熱通
過率＜Ｋ−Ｐ）を、次式に示す（１（１と覆゛るちので
ある。

ただし、（１〈）は、伝熱管（△）の材質による熱通過
率を示し、（Ｐ）は、同情（Ａ）の伝熱面積（Ｓ）を同
情（Ａ）の寸法、形状１表面状態ににり補正したもので
、伝熱面積（Ｓ）と略等値である。

なお、使用流体の種類によっては、流体温度によって比
熱が変化するものもあるが、同変化指は僅かＣあり、」
−記の槓（Ｋ　Ｘ　Ｓ　）分イｈ（！−僅かに＃ヱ正す
ることにより、交換熱湯分布を同情全長にわたって正確
に均一とＪることができる。

第３図〜第８図は、伝熱管（Ａ＞に本発明を実施して、
同情（△）下流に向って同情（Δ）の熱通過率と単位管
長当りの伝熱面積のｆａ（ＫＸＳ）を１ｌｌｉ増させた
ものである。なお図中（１）は管内流体入［１，矢印（
２）は同流体−ト流方向を示Ｊ０第３図は、伝熱管（Ａ
＞の外周面（３）に、円形鍔状のフィン（４）を等ピッ
チ（ｐ）で多数形成し、同フィン＜４）の高さく１１）
を下流に向って漸増し、伝熱面積（Ｓ）を漸増Ｖしめた
ものである。

第４図は、伝熱管〈△）の外周面（３）に多数形成した
同一高−）円形鍔状のフィン（４）を、下流に向って、
同フィン（４）の配設間隔〈１））か１１６次狭くなる
Ｊ、うにして、下流側の伝熱面積を１１６増ｕしめたも
のである。

第５図は、伝＠筐（Ａ）の外周面〈３）に突起（５）を
多数突設し、同突起（５）の植設畜瓜は均一とし、同突
起（５）の高さくｌ＋）−を−ト流方向にいくに従って
漸次高くしたちのである。

第６図は、伝熱管（Ａ）外周面（３）に多数突設した同
一高さの突起（５）の植設間隔（Ｐ）′を下流り向に漸
次狭くしたものである。

第７図は、伝熱管（Ａ）の内外周面゛を波状又は蛇腹状
に形成した＝１ルゲート管を示し、同情（Δ）のコルグ
ー１〜のピッチ（ｌ］）／／を下流に向って密にし゛（
、伝熱面積を下流に向って瀬Ｊｆ’？　Ｉ！　Ｌ、めた
ものである。

第８図は、伝熱管（ハ）の内周部（６）に多数突設した
円形鍔状のフィン（４）を、Ｊｉｊｌフィン（４）の配
設間隔（■））川か漸次狭くなるようにしたもので、α
内流体の熱抵抗が、管外流体の熱抵抗より人なるとぎに
用いるものであり、同フィン（／ｌ）は伝熱面積（Ｓ）
を拡大すると共に、管内に乱流を生起印しめ゛（熱交換
率をも賃ｊ）δうるちのである。／Ｊお、フィン（４）
のかわりに突起（５）を伝Ｒ（１管（Δン内周Ｗ１に、
＄＋ｉ’ｉ段密度が下流方向に漸次用人づるように植設
してもよい。

第９図１よ、下流方向に伝熱管（△）の内外径（ｄ）（
（１）″を漸減させて、同管下流に向って、伝熱面積／
管内流体通過Ｂ１の比を漸増ｕしめ、熱通過率〈Ｋ）×
伝熱面積（Ｓ）を漸増せしめると共に、下流側Ｃ・の性
向流速を高めることによって、下流側での熱交換を淀進
ザるように開成されｒ　ｉｌＪす、簡単な構造で上記第
３〜第８図に示す伝熱管と、近似結果を得るしのである
。

第３図〜第９図は、いずれも伝熱管の内外周面を加工形
成して、拡大伝熱面を設【ノ、同拡人１ム熱面を、管内
流体の下流ｙノ向く２）に次第に拡大し−Ｃ熱通過率（
Ｋ）ど伝熱面積（Ｓ）の積（ＫＸＳ）を、同下流方向（
２）に漸増ゼしめ、同情（△）全長にわたって均一な熱
交換、Ｊなわち、均一な加熱冷却を行゛うものである。

第１０図は、タンク（７）において、化学反応、あるい
は、生化学反応ににす、同タンク内流体（８）各部が一
様に光熱しているものを冷却ηるための装置σに本発明
を実施した一例を示し、冷却管（Ｂ）を第３図に示づ゛
伝熱管構成と一す−ることにより、タンク内流体（８）
の冷１Ｊ］を均一とし、従来の伝熱管構造に起因する冷
却不均一を防止して、均一な反応を促進づるものである
。

第１１図は、冷ｉｌＩ管（Ｃ）内を流れる低温流体によ
り、ダクト（９）内を上方から下方に流れる空気を冷却
づる直交流型空気冷却器（１０）に本発明を実施した例
を示し、冷却管（Ｃ）を第４図に示り伝熱供構造とづる
ことにより、同ダク１〜（９）内を通過覆る空気を、左
右均等に冷’）ＪＪＬ、、冷房等に用いた場合、冷房む
らをなくして快適＜「冷房効里を得るものである。

第１２図は、蒸気入１］　（１１）力日ら流入した水蒸
気を、冷水管（Ｄ）中を流れる冷水で冷ｕ１凝縮せしめ
るシＬルアントチューゾ型凝縮器（１２）に本発明を実
施しＩこ例を示してＪ５す、第９図に示す構成の冷水管
（Ｄ＞により（１４成されているので、同盟（１２）内
の熱気は、均一に冷却されるので、従来の凝縮器におい
て発生していた蒸気流の下流で冷ノＪＩ水人ロイ１近の
非凝縮性気体の？ｉ１）留か防Ｊｌされ、凝縮器の効率
を向１−さＵたものであり、例えは冷水管（［３）の長
さ１０ｍに対し、管径を１０〜２０％縮少づる形態が考
えうる。なお、同と）水ｒＺ　（Ｂ　）には、第３図〜
第９図に示Ｊいづ゛れの伝熱管イｔ４造を採用しても同
様の効果をｉｑるものである。

この考案によれば、熱交換用伝熱室の熱通過率と伝熱面
積との積が、同情の内部流体人［１から下流方向に向っ
て次第に増大覆るように伝熱管の形状を構成することに
より、同情の交換熱量分イ１１を、同管全長にわたって
均一にするという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来伝熱管の熱的特性の管軸方向分イ０を示
１図表である。 第２図は、本発明にＪζる伝熱管の熱的特性の管ｌＯλ 第９〜第１１図は、本発明による伝熱管の各伸熱交換器
への実施例を示す説明図である。 （Ａ）：伝熱管 （Ｋ）：熱通過率 〈Ｓ）：伝熱面積 （１）：内部流体入口 〈２）：下流方向 第１１′１・］ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）　管内を流れる内部流体と、管外の外部流体とを隔
   離し、しかも、内部流体と外部流体との間に熱交換を行
   わゼるための伝熱管（Ａ＞に８３いて、同筒（△）の熱
   通過率（１＜）と伝熱面積（Ｓ）のｖｌ（ＫｘＳ）が、
   間管（Ａ）（７）内部流体人［１（１）から下流方向（
   ２）に向って次第に増大するように伝熱管（Δ）の形状
   を構成して、同ｆｉｓｈ、　（Δ）の交換熱量分布を、
   同管（Ａ）全長にわたって均一ならしめるように栴成し
   −（なる均一熱流伝熱管。