JPH0667408B2 - 多管式熱交換器 - Google Patents

多管式熱交換器

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JPH0667408B2
JPH0667408B2 JP62173003A JP17300387A JPH0667408B2 JP H0667408 B2 JPH0667408 B2 JP H0667408B2 JP 62173003 A JP62173003 A JP 62173003A JP 17300387 A JP17300387 A JP 17300387A JP H0667408 B2 JPH0667408 B2 JP H0667408B2
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pipe
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は筒状のハウジング内に多数のパイプを並置した
多管式熱交換器に関し、特に有効熱交換面積の小さい小
型多管式熱交換器の多数のパイプ内に流体を均等に分散
して流入するようにした多管式熱交換器に関する。
（従来の技術） 従来より筒状ハウジングの両側部に隔壁を設けてヘッド
部とし、一方のヘッド部に第１流体の導入口を、他方の
ヘッド部に第１流体の導出口をそれぞれ設け、両ヘッド
部間に多数のパイプを筒状ハウジングの軸方向に並置し
て該パイプ内に第１流体を通過させ、更に、筒状ハウジ
ングに第２流体の流入口及び流出口を設けてパイプの外
側に第２流体を流通させ、パイプ壁を通して第１流体と
第２流体との間で熱交換を行う多管式熱交換器は広く使
用されている。しかしながらこの多管式熱交換器を例え
ば人工肺などの熱交換器として使用するために小型化し
た場合には有効熱交換面積に対してヘツド部の体積は割
合として大きくなり、その結果ヘツド部に流入する流体
の指向性が作用してパイプの位置による流速の違いに大
きく影響を与えることになり、特に第１流体のヘッド部
への導入口が筒状ハウジングの接線方向にある場合に
は、流体が筒状ハウジングの円周に沿って旋回する指向
性が強いためにヘッド部内で渦流が生じヘッド部の中央
部と外周部で圧力差が生じ、そのため中央部に位置する
パイプ内の流速と外周部に位置するパイプ内の流速に大
きな差が生じ、熱交換器内の温度が不均一となった。更
にヘツド導入口より進入した気泡はヘツド部の中央部の
低圧力の部分に集りパイプを通って外に出ていかず、こ
れも熱交換器内の温度を不均一にする原因である。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記の欠点を解決し流体導入ヘツド部の中央に
滞留する気泡を除去しパイプ内の流速をパイプの位置に
よるバラツキを解決し、それぞれのパイプ内に流体を均
等に分散させて熱交換器内の温度を均一にした熱交換器
を提供するにある。
（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は、筒状ハウジングの両側部に隔壁を
設けてヘッド部とし、一方のヘッド部に第１流体の導入
口を、他方のヘッド部に第１流体の導出口をそれぞれ設
け、両ヘッド部間に多数のパイプを筒状ハウジングの軸
方向に並置して該パイプ内に第１流体を通過させ、更に
筒状ハウジングに第２流体の流入口及び流出口を設けて
前記パイプの外側に第２流体を流通させ、パイプ壁を通
して第１流体と第２流体との間で熱交換を行う多管式熱
交換器において、前記第１流体の導入口はヘッド部内に
筒状ハウジングの接線方向に開口しており、且つ該ヘッ
ド部内に邪魔板をその内側先端が第１流体の導入口の外
側端を超えないように設けたことを特徴とする多管式熱
交換器である。
本発明における邪魔板は通常筒状ハウジングの材質と同
じもの、あるいは、性質の似ているもので作られている
が限定はなく、またその数も限定されない。邪魔板は、
例えば筒状ハウジングの端部蓋体の内面に取り付けると
よい。この場合、邪魔板は筒状ハウジングの端部蓋体の
内面から筒状ハウジングの軸方向に内方側に向かって延
びっている。第２図、第４図はこの邪魔板を３枚設けた
ときの配置状態の例を示した図で、各邪魔板の内側先端
部はヘッド中心部に向かって延びている。このうちの導
入口に最も近い邪魔板は流体導入方向に対しほぼ60゜の
角度で取り付けるのが好ましい。本発明においては、邪
魔板をその内側先端が第１流体の導入口の外側端を超え
ないように設ける必要がある。邪魔板の内側先端が第１
流体の導入口の外側端を超えるようになると、導入口か
ら入った第１流体が邪魔板により邪魔されて、ヘッド内
での旋回流が妨げられるからである。
また、本発明の熱交換器を使用するに際してはパイプの
内、外の何れかに熱媒体を流してもよいが人工肺の熱交
換器として使用する場合には、パイプの外側を通す第２
流体として血液を、パイプの内側を通す第１流体として
熱媒体（冷水）を流通させるのが好ましい。
更に、本発明を図面について詳細に説明する。第１図は
本発明に係る多管式熱交換器の一部断面側面図である。
１は筒状ハウジング、２は隔壁であり、４は隔壁と筒状
ハウジングの端部蓋体とで構成されるヘッド部である。
筒状ハウジング１の他の側部にも同様に隔壁３が設けら
れ、ヘッド部５が構成されている。６は上記のヘッド部
４内に、筒状ハウジング１の接線方向に開口するように
設けられた第１流体の導入口である。この導入口６は、
筒状ハウジング１の軸方向に対し垂直方向に設けられて
いる。また７はヘッド部４内に設けられた邪魔板で、こ
の邪魔板は筒状ハウジングの端部蓋体の内面に設けら
れ、筒状ハウジングの軸方向に内方側に向かって延びっ
ている。そして、邪魔板の内方側の先端部7A、すなわち
内側先端7Aは、導入口６の外方端の端部6A、すなわち外
側端6Aを超えないように設けられている。８は筒状ハウ
ジングに設けられた第１流体の導出口である。９は両ヘ
ッド部４、５間に筒状ハウジングの軸方向に並置された
多数のパイプである。10は第２流体の流入口、11は第２
流体の流出口である。
しかして、第１流体は導入口６よりヘッド部４内に入
り、多数のパイプ９内を通って他端のヘッド部５を経て
導出口８より排出される。一方、第２流体は流入口10か
ら筒状ハウジング１内に流入し、多数のパイプ９の周囲
を通って流出口11から流出する。そして、パイプ９壁を
介して第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる。
ところで、導入口６からヘッド部４内に導入された第１
流体の流れは、ヘッド部４で流幅が拡がる。本発明の熱
交換器においては、その流れの大部分は筒状ハウジング
の円周に沿って旋回流となるが、導入口６より外側に拡
がった流れは邪魔板７にぶつかり、流れの指向性が失わ
れ中心方向に導かれる。すなわち、導入口から入った第
１流体は、旋回する流れと、中心方向への流れとに分か
れる。そして、旋回する流れは外周側のパイプに、また
中心方向への流れは中心側のパイプに流入する。したが
って、多数のパイプ内に均等に第１流体が導入される。
またそれと共にヘッド部中央には気泡のたまることがな
くなる。
（実施例１） 第１図に示した熱交換器において、一端部に第２図に示
すような邪魔板７を取り付けた蓋体を持った筒状ハウジ
ング１を構成し、熱交換用媒体を導入口６より22／mi
nの速度でヘッド部４に導入し気泡抜けの状態を観察
し、同時に各パイプ９の出口側の吐出圧力をそれぞれ測
定した。なお、比較例とした邪魔板７のない場合につい
ても同様の測定を行った。その結果を第３図及び次ぎに
示す。第３図において（ａ）は本発明、（ｂ）は比較例
の場合を示す。
Pf値（Performannce factor）は次式によって計算され
る。
Pf値＝（Tbo−Tbi）／（Twi−Tbi） Tbo:熱交換器より出る熱交換される流体の温度℃ Tbi:熱交換器に入る熱交換される流体の温度℃ Twi:熱交換器に入る熱媒体（例えば水）の温度℃ すなわち、Pf値とは熱交換される流体が熱交換器内を通
過する間にどれだけ温度が変化するかということを意味
する。
（実施例２） 第１図に示した熱交換器において、第４図に示した邪魔
板７を取り付けた蓋体を持った筒状ハウジング１を構成
し、導入口６より流体を導入し、各パイプの出口側の吐
出圧力（mmHg）を測定した。また、比較例として邪魔板
７のない場合についても同様の測定を行った。その結果
は第５図に示した。第５図において（ａ）は本発明、
（ｂ）は比較例の場合を示す。
本発明の熱交換器においては、各パイプにほぼ均等に流
体が流れることが明らかになったが、比較例では中心部
は全く流体が流れなかった。
また、邪魔板を取り付けることにより圧力損失が小さく
なり、抵抗が少なく流れ易くなることも明らかとなっ
た。すなわち、同能力のポンプを用いて熱交換用媒体を
導入した場合の全流量および圧力損失は以下に示す通り
であった。
比較例 本発明 全流量（／min） 17 18.9 圧力損失（mmHg） 0.64Q2 0.5Q2 Ｑは媒体流量（／min）を示す。
（実施例３） 実施例２と同様の本発明の熱交換器および比較例の熱交
換器を用いて、ヘモグロビン濃度として12g／dlの牛血
を用い水流量15／minの場合の熱交換効率の測定を行
った。
その結果を第６図に示した。比較例に比べて本発明の熱
交換器は熱交換効率が優れていることが明らかとなっ
た。
（効 果） 以上述べたように、本発明は流体導入部のヘッド部に邪
魔板を設けることにより実施例に示されているように気
泡抜け、吐出圧力のバラツキ、熱交換効率の点で改良さ
れ、優れた効果を奏するのである。本発明は熱交換面積
の小さい多管式熱交換器に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る熱交換器の右側の一部断面側面
図、第２図は本発明で使用される邪魔板の一例を示す断
面図、第３図はその際の各パイプの吐出圧力を示した図
であり、第４図は他の邪魔板の例を示す断面図、第５図
は第４図の邪魔板の場合の各パイプの吐出圧力を示した
図であり、第６図は実施例３における測定結果を示した
図表である。 １……筒状ハウジング、2,3……隔壁 4,5……ヘッド部、６……導入口 ７……邪魔板、８……導出口 ９……パイプ、10……流入口 11……流出口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】筒状ハウジングの両側部に隔壁を設けてヘ
    ッド部とし、一方のヘッド部に第１流体の導入口を、他
    方のヘッド部に第１流体の導出口をそれぞれ設け、両ヘ
    ッド部間に多数のパイプを筒状ハウジングの軸方向に並
    置して該パイプ内に第１流体を通過させ、更に筒状ハウ
    ジングに第２流体の流入口及び流出口を設けて前記パイ
    プの外側に第２流体を流通させ、パイプ壁を通して第１
    流体と第２流体との間で熱交換を行う多管式熱交換器に
    おいて、前記第１流体の導入口はヘッド部内に筒状ハウ
    ジングの接線方向に開口しており、且つ該ヘッド部内に
    邪魔板をその内側先端が第１流体の導入口の外側端を超
    えないように設けたことを特徴とする多管式熱交換器。
JP62173003A 1987-07-13 1987-07-13 多管式熱交換器 Expired - Lifetime JPH0667408B2 (ja)

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