JPH01500685A - 螺線管束を有する対向流式熱交換器 - Google Patents

螺線管束を有する対向流式熱交換器

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JPH01500685A JP62504868A JP50486887A JPH01500685A JP H01500685 A JPH01500685 A JP H01500685A JP 62504868 A JP62504868 A JP 62504868A JP 50486887 A JP50486887 A JP 50486887A JP H01500685 A JPH01500685 A JP H01500685A
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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】 □fiii11朋」 本発明は芯管と共通の長軸線を囲む管状外殻との間に閉鎖された螺線状の流路を 形成する少くとも一つの短線管束を有する熱交換器であって、複数の短線管は該 共通の長軸線の周りを一定のピッチで一致する螺締面に巻かれ、間断なく配列さ れそして短線管束に結合されており、一方、−次側流体と二次側流体はそれぞれ 短線管及び螺線状の流路を対向して流れる対向流式熱交換器に関する。
対向流式熱交換器は交差流式熱交換器よりも高い効率を備えており熱交換媒体の 温度差が比較的小さい場合には特に必要であることは知られている。
複数の管を有する通常の熱交換器は狭い間隙により接近不可能な多数の管の連結 や洗浄に関する欠点を有している。さらにほとんどの場合において、必要とされ る間隙を有する複数の比較的長く可撓性のある管を維持する事が困難である。そ のような熱交換器は対向流式熱交換器のようにあまり保守を行わずに作動するに は概して不適当である。従ってそのような熱交換器は種々の通用には不向きであ る。
一方、プレート式の熱交換器は対向流式熱交換器としては適している。しかし、 その熱交換器はプレートの洗浄を可能にするために毎回分解されねばならないこ とと、同時に各分解後の密閉作業に問題を含むという欠点を有している。
最初に記載した型式の対向流式熱交換器においては、短線管は閉鎖された短線形 の流路を形成しそれにより効率の高い安定した対向流の作動を確保するために相 互干渉なしに配置されなければならない。
しかしながら、隣接する短線管を有する管束の組立体及びそれらの連結は特に問 題性を有するようになった。なぜならば、管の本数が増加しているからでありか つ、該組立体は従来はきわめて少数の短線管に対して最上のものであったからで ある。
本発明の根底をなす関連した問題点は、とりわけ、コイル状に巻かれた管を閉鎖 した螺締面に配置されるほど正確に、同時に応力を発生せずに形成することが不 可能という事実によって説明される。しかしながら、渦巻線に沿って接触してい る円管にかかる応力の影響は、一つの短線管がわずかな外乱で他の管をはずすか も知れないことである。相互に押圧する凸状の管壁はそれ故に不安定な平衡状態 にある。従って、小さな変形力が固定されていない管をその正規の位置からずら すかも知れない。
他方、別の既知の設計においては、短線管は種々の支持構造物によりある与えら れた間隔を有して互に離れて保持されている。この場合において、−次側流体は 短線管を介して流動し、一方、二次側流体は実質的に交差しこれらの短線管の間 を流動する。それ故に、このような配列は対向流式熱交換器よりかなり低い効率 の交差流式熱交換器と同じである。
下記の特許公報は冒頭で限定した型式の熱交換器に関連した技術の記載に関する 発明を示すのに引用されている。(GB−A−791843、FR−A−248 2717、及びPR−A−2214093) 。
これ等の既知の熱交換器はほんの3本又は4本の短線管と狭も限られる。
既に記載した通り、この型式の管束の製作は特に次のような問題を含んでいる。
すなわち、管の本数が増加した場合には、それに応じて管端への接近が不可能と なるため、隣接する管の連結が特に困難となり従って通常の連結装置を使うこと が不可能となる。
剛性のある管を正確に隣接するコイルに曲げること及びそれを通常の連結装置で 連結することはさらに困難である。
それに対して、比較的可撓性のある管はより容易に巻(ことが可能である。しか し、それは安定した管束を得るために管束の所望の位置に固定される必要がある 。
できる限り多数の短線管を有する小型の対向流式熱交換器の製作は最大限の効率 を有する最大熱交換表面を得るためには特に有利である。
本発明は冒頭で限定した型式の熱交換器を提供することを目的としている。この 熱交換器は多数の短線管及び管束を有し、。
全く異った材質で簡単にかつ低原価で製作され、その上上述の欠点をほとんど回 避することが可能である。
この目的は、管束の各端部に連結区画を設けた短線管を備えた本発明により達成 される。この連結区画は、取外し可能なカバーを有する有孔の接続板で構成され ていて、かつ芯管と管状外殻との間に、短線管の端部が同一の螺締面からあまり はずれることな(接続板に千鳥に配列された対応する穴に交互に装着されそして 接続板に堅固に連結されるという方法で、配置されている。カバーは、この場合 では、接続仮に堅固に装着されていて、かつそれが連結区画を一次側入口又は− 次側出口に連結するという方法で配置されている。
本発明による連結区画の接続板は望ましくは千鳥状の配列をした2列の穴を備え ており、その穴は短線面の両側に短い距離を置いて短線面に平行に伸びている。
螺締管の端部はこの場合では、短線面の両側に片側づつ交互にわずかに曲ってお り、次に該短線面に平行に伸びそして該両列の対応する穴に交互に連結されてい る。
本発明の好適実施例によると、本熱交換器は、可撓性を有する螺締管が複数のブ ラケットに拘束されずに載置されている。
そのブラケットは芯管に堅固に連結され、そして螺締管が移動しない位置に相互 に支持されるという方法でブラケットが同一の螺締面内に芯管の周りに配分され ている。
可撓性のある螺締管が交互に都合良く曲げられて軸方向両側にブラケ・ントで支 持されてもよい。
本発明の螺締管及び連結区画はい(つかの適当なプラスチック材、例えばデュポ ンの「テフロン」又は「テフゼル(Tefzel) Jのような商品名で示され ている材料で有利に製作されてもよい。
この場合において、螺締管の端部は接続板の穴に融解接着により簡単な方法で緊 密に連結されてもよい。熱交換器の全部品は、化学的反応に対する熱交換器全体 の可能な限り高い耐性を得るためとそれにより最大限に寿命を伸ばすためにい( つかのプラスチック材で形成されるか、又は少くともプラスチック材で覆われて いることが望ましい。
本発明のブラケットは螺締管を装着するために都合良く歯の付いた配列装置を備 えそして補剛材を備えた外形となっている。
該ブラケットは共通の長軸線に対して都合良く傾斜しており、さらにそれは軸方 向両側に交互に傾斜していることが望ましい。
同じ螺締面内に軸方向にかつ周縁に千鳥に配置され、一端が芯管に固定され、そ して管束の全ての螺締管がその上で拘束されずに載置され一様に支持される該ブ ラケットは、全ての管束の螺線状の接触を保持することを可能にする。
本発明によるブラケットは芯管にかかる螺締管の組立体に関する種々の機能を果 たす。このことは以下で説明する。
プラスチック材又は柔軟な金属製の可撓性を有する管を巻く場合には、管は連続 して形成される管コイルが相互に密着した状態になるように、所要の張力により 引き伸ばされる。それによりこの張力は第1の又は最内側の管コイルを芯管に押 圧しさらに各々の管コイルを先の管に押圧する。この張力は管に半径方向の力を 掛ける。この力は2つの成分に分解される。その一つはブラケットの長軸に平行 方向に向いもう一つはブラケットの長軸に対して垂直方向に向う、ブラケットに 平行な成分は先の管コイルに向って曲って形成されている各管コイルを押圧し、 そして垂直成分は管コイルをブラケットに向けて押圧する。静的に見ると、各ブ ラケットは一方の側(芯管側)に固定された片持梁として作用する。
一方に固定されかつもう一端は可動に支持された片持梁の最大曲げモーメントは 、自己支持形の片持梁よりも数倍小さくなることは知られている。
本発明のブラケットが多数のコイルを支持するためにそれに応じて比較的大きな 長さ又はリーチををする場合は、ブラケットの外端部は、横方向のストラップに より保持されても良い。
その場合には、ブラケットはこれらのストラップにより支持されそれにより強度 を増加し、従ってその全高は小さいままである。
一つの有利な実施例によると、本発明のブラケットは異った半径方向面に配分さ れ各半径方向面のストラップによりその自由端で連結される。
それ故、ストラップは一方において互に重っているブラケット間の間隔を一定に 保つ。従って螺締流路の高さ又は断面はどこも等しく保たれる。他方において、 ストラップは最外端のコ熱交換を改良するために、本発明の熱交換器は、特に金 属製の螺締管が使用される時は、その共通の長軸線の周りを回転するように装着 されそして回転揺動運動を熱交換器に伝達することが可能なように配置された駆 動装置に結合されても良い。
本発明による螺締管束を有する対向流式熱交換器の熱伝達は、この場合は、熱交 換器全体がその長軸線の周りに連続的に前後回転されるという事実により増加す る。流動する流体と管壁との間の熱伝達は始動区間において最大であることは知 られている。一方、流動状態によっては、該熱伝達は始動区間における方がある 距離を流動した後よりも数倍高(でも良い。この現象は、この場合では、熱交換 器をその長軸線の周りに前後に回転させることにより利用される。管壁に対する 両流体の付加速度は、管の内外両側で基底の流動に重ね合わされて、それにより 連続的に増加し減少する。付加的な相対速度と基底流動は同じ位数の大きさの範 囲にある。流体力学的始動状態がそれにより回転揺動運動と共に規則的に連続し て発生する。該流体力学的始動状態は管壁の内側及び外側の熱伝達を増加させる 。
本発明の実施例は、下記図面を参照して説明される。
第1図は本発明による熱交換器の実施例の長手方向断面図、第2図は第1図の実 施例の連結区画の断面図、第3図は4式の管束と支持ブラケットを有する別の実 施例の横断面図、 第4図は芯管に取り付けられたブラケットの部分透視図、第5図は、第4回の通 りに支持された螺締管の展開投影図、第6図はストラップを備えた第3図の熱交 換器の実施例の長手方向部分断面図、 第7図は第6図による実施例のストラップの部分透視図、第8図は別形式のブラ ケットとストラップを有する本発明に。
よる熱交換器の別の実施例の長手方向断面図、である。
第1図は、二次側流体に対向して流れる一次側流体の通路用の二つの螺締管束I A、IBを有し、その二次側流体は平行して伸びる二つの螺締管束の間に形成さ れた二つの対応する螺締流路2A、2Bを通過して流れるような本発明による熱 交換器の実施例を示している。
第1図の上部に矢印で図示されているように、−次側流体は一次側人口3から中 央分配器4及び二つの補助分配器5A、5Bを経由して螺締管束IA、IBの上 端へと供給され、そしてそれらの下端から二つの補助収集器6A、6Bと、中央 収集器7と上部の一次側出口8とを経由して流出する。
補助分配器5A、5Bと補助収集器6A、6Bは、本発明による二分割の連結す る区画から構成されており、そしてそれらは以後、連結区画として記載される。
第1図から理解される通り、螺締管束IA、IBは、芯管9と熱交換器の共通し た長軸線を有する共軸の管状外殻10との間の密閉された環状チャンバ内に、対 応する連結区画5A、5B及び6A。
6Bと共に配置されている。第1図に図式的に示されている通り、各管束IA、 IBは10本の短線管から成り、これ等の短線管は一定ピッチで同−短線平面内 で共通長軸線の周りにコイル状に巻かれておりかつ芯管9と管状外殻10との間 に密着して配列されている。
熱交換器のハウジングは、外部フランジ11を有する管状外殻と、底部12とカ バープレート13とから成っている。カバープレート13はこの実施例では芯管 9と一体部分として造られそして外部フランジ11に固く連結されている。
このカバープレート13は、芯管9と、管状外殻1oと、底部12と共に4個の 連結区画5A、5B、6A、6Bを有する管束IA、 IBを囲む密閉された環 状チャンバを形成する。一方、底部12の二次側人口14は、螺線状の流路2A  、 2Bを通って上方に流れそして管状外殻10の上端で横向きの二次側出口 15を通って排出される二次側流体を供給する。
連結区画5A、5Bおよび6A、6Bの組立体は、第2図の断面図に示されてい る。連結区画5A、5B及び6A、6Bは有孔の接続板16と、その上に取り付 けられ短管部1日を有する取外し可能のカバー17とで成っている。この短管部 18は各連結区画を芯管9に配置された対応する中央分配器4又は中央収集器7 に連結する。
本発明による連結区画5A、5B、6A、 6Bの接続板16は、対応する短線 平面に垂直に配置されておりかつ2列に千鳥にあけられた部は、接続板16の対 応する2列の千鳥にあけられた穴に取り付けられて固く連結され、それにより対 応する連結区画5A、5B又は6A、6Bに平行に連結される。
短線管に連結後、カバー17は適当な方法、例えばねし及び密封手段で接続板1 6に固く連結される。
ここで記載する本発明による連結区画を接合するには、短線管の端部は、それが 交互に挿入されかつ、対応した穴の近接した平面にある二つの千鳥の列に接続板 16の対応する短線平面に平行に固定されるようにわずかに曲げられるだけでよ い。
この連結区画の特殊な配列は、管端を慣用の接続板等に固く連ぐために管端を著 しく曲げることを必要とする既知の管連結法に対して決定的な利点を提供する。
本発明による連結区画の配列は、それにより管束を連結する場合の重要な問題を 非常に簡単な方法で回避する。すなわち、多数の隣接する接近不可能な管を連結 するために複雑な曲げ加工をすることと、小さすぎる曲げ半径で曲げ加工する場 合に管の変形による強度のいく分かの低下とが簡単に回避される。
カバープレート13を外部フランジ11から取り外した後、芯管9と連結区画5 A、5B及び6A、6Bを有する管束IA、 IBとを有するカバープレート1 3と、−次側人口3と、中央分配器4及び−次側出口8を有する中央収集器とで 成る全体組立部が管状外殻1゜から一体として引き出され得る。
本発明によると芯管9に取付けられた連結区画5A、5B及び6A。
6Bを有する螺締管束IA、IBのこの特殊な配列により、管束は、特に簡単な 方法で露出できさらに、例えば液体ジェット又は側部から引き入れたブラシ等を 使って、随時必要な時にすばやく効果的に洗浄され得る。
螺締管束の効果的な洗浄は多くの応用例に対して必須のことであるから、上述の ことは本発明による熱交換器の配列に特に重要な利点を生ずる。特に、2次側流 体が多かれ少ながれ熱伝達を急速に減少させる沈澱物を短線管の外面に形成した 時には有利である。
上述の本発明による熱交換器の実施例は、2つの螺締管束を備えており、一方そ の数は容易に増加できる。
しかしながら、既知の同型式の熱交換器と対照的に、本発明による熱交換器は、 各場合に要求される連結区画を熱交換器に設けることにより、結果的に、管束の 数と同様に隣接して配列された短線管の数とが特別の困難なしに増加されること を可能にする。
さらに、管束の数を増加する時には、本発明によれば連結区画をいくつかの横方 向面に配置することも可能である。すなわち、一定ピツチを有する任意に選定さ れた数の管束が芯管と管状外殻との間に補助分配器及び補助収集器を有して芯管 の両端に設けられるような態様で、共通の長軸線に対して千鳥に連結区画を配置 することも可能である。
熱交換器の管束が低剛性の管、例えば、プラスチック材又は柔軟な金属の管から 成る場合には、可撓性を有する管の管束は、第3図乃至第7図に示されるように 千鳥状になった支持ブラケットで支持される。
第3図に断面で示された熱交換器は、第1図及び第2図により記載された配置の ものと本質的には同一である。一方類似の部品は全ての図において同じ引用番号 で示されている。
しかしながら、第3図による実施例は各々が4つの対応する補助の分配器及び収 集器を有する4つの螺締管束1八乃至IDを有している。これらの補助の分配器 及び収集器は各場合において第2図による連結区画に該当するものである。
4つの補助分配器又は連結区画5A乃至5D同様にブラケット20及びストラッ プ21を有する4つの螺締管束IA乃至IDが第3図に示されている。
第3図乃至第8図による実施例では、熱交換器は複数の支持ブラケット20を備 えている。このブラケット20は各々が螺締管束の1つを支持し、芯管9に固定 されそして管束に対応する短線面に配設されている。一方、蝮線管はこれらのブ ラケットに拘束されずに置かれかつその上で支持されている。
さらに、ブラケット20は芯管9から半径方向外側に向い管状外殻10の内側ま で伸び、一方それらのブラケットはストラップ21によりその自由端が固定され ていることは第3図及び第6図から理解できる。
本発明による支持ブラケット20は異った半径方向平面に配置されている。従っ て、ブラケット20は各場合において、第6図から特に明らかである通り、共通 の長軸線に平行して同一の列に整合されている。一方、各列のブラケット間の軸 方向間隔は管束の近接した−巻きの間の間隔と一致しており、それにより、各螺 線状の流路の軸方向高さが決まる。
第4図はただ2つの螺締管の断面と芯管9に固定された2つの支持20とを図を 簡略化して示している。これらは同一の螺締面に配置されそして長軸線に垂直な 面に対して軸方向両側にわずかに外側に傾斜している。この場合では、螺締管は 断続的に配置された支持ブラケット20の両側に交互に拘束されずに載っており それにより螺締管は軸方向両側に交互にわずかに曲げられている。
第5図は螺締管の展開された投影図を示している。螺締管は本方法で支持されて おりかつブラケット20によりわずかに交互に曲げられている。螺締管はブラケ ット20を波状に配置することにより強化されそれにより各ブラケット上でその 位置に保持される。
第6図及び第7図はストラップ21の配置をさらに特定して示しており、ストラ ップ21は同じ半径方向面にかつ短線流路の軸方向高さを決定する必要な間隔を 有して支持ブラケット20をその自由端で固定している。これらのストラップ2 1は各々滑らかな外側部を有する長手方向の帯板から成り、ブラケット20とほ ぼ同じ幅を有し、そして短線流路の要求される軸方向高さと同じ規則的な間隔で 折り曲げられている。
従って折り曲げられたストラップ21は一連の平行な内側に向けられたベアリン グ面22を提供する。このベアリング面22は、各々が自由端に長穴23を備え た対応するブラケット20を支持する。ブラケット20の位置は、ここではスナ ップ式締結装置で設定され、該締結装置は、ブラケット20の各々の端部の長穴 23と、ベアリング面22から突出した対応する返り部とから成りかつ長穴23 にフックをかけるようにされている。
第7図は、ストラップ21の形状及びブラケット20との共働状態を全体的に示 している。ここで示されたストラップ21は、例えば、0.211I11厚の金 属板から形成されてもよい、ただし、それらは折り曲げ形状により高い剛性を提 供する。
第6図及び第7図かられかるように、螺締管は支持アーム20上で隣接して配列 されている。一方、最外端のコイルは各々がストラップ21の返り部24により ブラケット20の端部で最外端の位置に設定されており、ストラップ21の返り 部24はブラケット20の端部で対応する長穴23の中に適合するようにされて いる。
ストラップ21はこの実施例では管束の外側半径を確定し、同様にストラップ2 1は該管束を管状外殻10の内側直径に正確に適合させる。それにより、ストラ ップ21は管束の周縁部での一定の軸方向高さと同様に短線流路の要求される堅 固さを確実にする。
さらに、横方向のストラップ2工は、特に管束を洗浄するために管状外殻が取り 外された場合に、管束に対する管状外殻10の軸方向運動により最外端の管コイ ルに作用するいくらかの力を吸収する。
第6図及び第7図に示されたストラップ21の配列は、短線流路の流れ断面積と 短線管束の外側表面をほとんど減少させない。
第8図は短線管束IA、IB、ICを有する一つの実施例を図示している。この 管束LA、IB、ICはクロスウェブ121を有するダブルフランジ付ブラケッ ト120の両側に設置されている。この場合において、第8図における各ストラ ップは平らな長手方向の帯板122から成り、さらに該ストラップは適当な締結 装置、例えばストラップ式締結装置として作用するためにダブルフランジ付ブラ ケット120の最外端部ウェブの対応する穴に掛ける内側に突出したロックビン のようなものによりブラケット120の最外端部ウェブに連結される。横方向ス トラップもまた本発明のブラケットと共働するために別の適当な形状を有してい てもよい。
第8図による実施例は特に適した適用例である。この適用例は、腐蝕性媒体に対 して十分な耐性を確保するためにプラスチ・7りで製造された熱交換器の具体例 である。
Fig、 4 Fig・5 国際調査報告 i□ □ k PCT / CH871o 0106ANNEX To T!: E INTERNATICNAL 5EARCHRE?CRT 0NCB−A− 791143None

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.芯管と共通の長軸線を囲む管状外殻との間に閉鎖された螺線状の流路を形成 する少くとも一つの螺線管束を有する熱交換器であって、複数の螺線管は該共通 の長軸線の周りを一定のピッチで一致する螺線面に巻かれ、間断なく配列されそ して螺線管束に結合されており、一方、一次側流体と二次側流体はそれぞれ螺線 管及び螺線状の流路を対向して流れる対向流式熱交換器において、該螺線管は管 束(1A,1B)の各端部に連結区画(5A,5B及び6A,6B)を装着して おり、該連結区画は取外し可能なカバー(17)を有する穴のあいた接続板(1 6)を備え、さらに該連結区画は、該螺線管の両端が一致する螺線面からほとん ど離れることなく接続板(16)の千鳥に配置された対応する穴に交互に装着さ れて該接続板に堅固に連結されるような態様で芯管(9)と管状外殻(10)と の間に配列されており、一方、カバー(17)は、接続板(16)に固く装着さ れていて、カバー(17)が連結区画(5A−5D及び6A−6D)を一次側入 口(3)又は一次側出口(8)に連結するという態様で配列されていることを特 徴とする対向流式熱交換器。
  2. 2.該接続板(16)が、該同じ螺線面に平行して該螺線面の両側に短い距離を 置いて伸びている千鳥状に配置された2列の穴を備えており、一方、該螺線管の 端部は、該螺線面の両側に交互に片側づつ曲げられ、次に該螺線面に平行して伸 びそして該両方の列の対応する穴に交互に連結されていることを特徴とする請求 の範囲第1項に記載の熱交換器。
  3. 3.可撓性のある螺線管が複数のプラケット(20)に拘束されずに載置されて おり、該プラケット(20)は、芯管(9)と堅固に連結されかつ該螺線管が移 動不可能な位置に互いに支持される態様で芯管(9)の周りに一致する螺線面内 に配分されていることを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の熱交換 器。
  4. 4.該可撓性のある螺線管が交互に曲げられかつ該プラケット(20)により一 致する螺線面の軸方向両側で支持されていることを特徴とする請求の範囲第3項 に記載の熱交換器。
  5. 5.該プラケット(20)が、該螺線管を装着するために歯付配列装置を備えて いることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の熱交換器。
  6. 6.該プラケット(20)が、補剛材を備えた外形をしていることを特徴とする 請求の範囲第3項に記載の熱交換器。
  7. 7.該プラケット(20)が該共通の長軸線に対して傾斜していることを特徴と する請求の範囲第3項に記載の熱交換器。
  8. 8.該プラケット(20)が軸方向両側に交互に傾斜していることを特徴とする 請求の範囲第7項に記載の熱交換器。
  9. 9.該螺線管がプラスチック材で造られていることを特徴とする請求の範囲第3 項に記載の熱交換器。
  10. 10.該連結区画(5A,5B及び6A,6B)が、本質的にプラスチック材で 形成されておりそして該螺線管の端部が接続板(16)の対応する穴に融着によ り連結されていることを特徴とする請求の範囲第9項に記載の熱交換器。
  11. 11.該熱交換器全体が該共通の長軸線の周りを回転するように装着されかつ回 転揺動運動を該熱交換器に伝えることが可能なように配置された駆動装置に接合 されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の熱交換器。
  12. 12.該プラケット(20)が異った半径方向面に配分されておりかつ該プラケ ット(20)の自由端において各半径方向面のストラップに連結されていること を特徴とする請求の範囲第3項に記載の熱交換器。
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