JPH09145286A - 二重管式熱交換器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子 - Google Patents
二重管式熱交換器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子Info
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- JPH09145286A JPH09145286A JP30019395A JP30019395A JPH09145286A JP H09145286 A JPH09145286 A JP H09145286A JP 30019395 A JP30019395 A JP 30019395A JP 30019395 A JP30019395 A JP 30019395A JP H09145286 A JPH09145286 A JP H09145286A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
- F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 管抵抗を実用上支障のない程度に抑え、熱伝
達効率を向上させる。 【構成】 二重管式熱交換器を構成する内管７の内側
に、撹乱素子１を支持固定する。撹乱素子１は、１対の
導流板２、２から成る。各導流板２を構成する１対の導
流面部５、５の幅寸法は、下流側に向かうに従って大き
い。又、１対の導流面部５、５同士の間隔は、上流側か
ら下流側に向かうに従って広い。これらにより、内管７
の内周面７ａと、撹乱素子１との間に、それぞれ１対ず
つの第一、第二の流通空間９、９、１０、１０、９ａ、
９ａ、１０ａ、１０ａを形成する。更に、１対の導流板
２、２の、内管７の断面の円周方向に亙る位相を、互い
に異ならせる。
達効率を向上させる。 【構成】 二重管式熱交換器を構成する内管７の内側
に、撹乱素子１を支持固定する。撹乱素子１は、１対の
導流板２、２から成る。各導流板２を構成する１対の導
流面部５、５の幅寸法は、下流側に向かうに従って大き
い。又、１対の導流面部５、５同士の間隔は、上流側か
ら下流側に向かうに従って広い。これらにより、内管７
の内周面７ａと、撹乱素子１との間に、それぞれ１対ず
つの第一、第二の流通空間９、９、１０、１０、９ａ、
９ａ、１０ａ、１０ａを形成する。更に、１対の導流板
２、２の、内管７の断面の円周方向に亙る位相を、互い
に異ならせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明に係る二重管式熱交換器に
挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子は、例えばジャムや
味噌等、粘性液体若しくはゲル状物質を冷却或は加熱す
る為の二重管式熱交換器の熱伝達効率の向上を図るべ
く、二重管式熱交換器に挿入する撹乱素子に関する。
挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子は、例えばジャムや
味噌等、粘性液体若しくはゲル状物質を冷却或は加熱す
る為の二重管式熱交換器の熱伝達効率の向上を図るべ
く、二重管式熱交換器に挿入する撹乱素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ジャムや味噌等を工場で製造す
る場合、完成後に滅菌処理を施す必要がある。ジャムや
味噌等の滅菌処理は、これらジャムや味噌等を二重管式
熱交換器により加熱する事で行なう。ところで、上記ジ
ャムや味噌等の粘性液体若しくはゲル状物質を、二重管
式熱交換器により冷却或は加熱する際に、熱伝達効率を
向上させるべく、この二重管式熱交換器内に、図８に示
す様な撹拌素子を設ける事が従来から行なわれている。
但し、この様な撹拌素子は、元々、熱伝達効率を向上さ
せる目的で造られたものではなく、いわゆるスタティッ
クミキサと称される混合撹拌機を構成する混合促進用の
部材を、熱交換促進用に転用したものである。熱伝達効
率の向上を図る為の専用の部材は、従来存在しなかっ
た。
る場合、完成後に滅菌処理を施す必要がある。ジャムや
味噌等の滅菌処理は、これらジャムや味噌等を二重管式
熱交換器により加熱する事で行なう。ところで、上記ジ
ャムや味噌等の粘性液体若しくはゲル状物質を、二重管
式熱交換器により冷却或は加熱する際に、熱伝達効率を
向上させるべく、この二重管式熱交換器内に、図８に示
す様な撹拌素子を設ける事が従来から行なわれている。
但し、この様な撹拌素子は、元々、熱伝達効率を向上さ
せる目的で造られたものではなく、いわゆるスタティッ
クミキサと称される混合撹拌機を構成する混合促進用の
部材を、熱交換促進用に転用したものである。熱伝達効
率の向上を図る為の専用の部材は、従来存在しなかっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記図８に示した、混
合促進用の部材を転用した撹拌素子は、加熱或は冷却す
べき粘性液体若しくはゲル状物質を分割し乱流を起こさ
せて混合を引き起す機能を有するが、熱伝達効率をより
一層向上させる為には、上記粘性液体若しくはゲル状物
質の流れを単に乱すだけでなく、この粘性液体若しくは
ゲル状物質のうち、粘性液体若しくはゲル状物質が流通
する二重管式熱交換器の内管の内周面近くの部分（熱媒
体の熱影響を受けた管壁に近い部分）と内管の中心軸線
近くの部分（熱媒体の熱影響を受け難い芯部に近い部
分）とが入れ換わる流れを生じさせる必要がある。特
に、上記粘性液体若しくはゲル状物質が、粘度の高いも
の或は流速の小さいもの、即ち、レイノルズ数が小さい
ものである場合、熱伝達効率を向上させる為には、上記
流れを生じさせる必要がある。上記撹拌素子は、上述し
た様に、元々、混合促進を図るべく造られたものであ
り、上記粘性液体若しくはゲル状物質を単に撹拌し混合
するのみである為、上記撹拌素子を設けても、期待され
る程の熱伝達効率の向上は見られず、上記目的を達成さ
せるには撹拌素子を多くし、管も長くする必要がある。
ところが、上記撹拌素子を多くし、管も長くした場合、
内管内の流通抵抗が過大になり、上記粘性液体若しくは
ゲル状物質を内管に流す事が難しくなる。本発明の二重
管式熱交換器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子は、
上述の様な事情に鑑みて発明したものである。
合促進用の部材を転用した撹拌素子は、加熱或は冷却す
べき粘性液体若しくはゲル状物質を分割し乱流を起こさ
せて混合を引き起す機能を有するが、熱伝達効率をより
一層向上させる為には、上記粘性液体若しくはゲル状物
質の流れを単に乱すだけでなく、この粘性液体若しくは
ゲル状物質のうち、粘性液体若しくはゲル状物質が流通
する二重管式熱交換器の内管の内周面近くの部分（熱媒
体の熱影響を受けた管壁に近い部分）と内管の中心軸線
近くの部分（熱媒体の熱影響を受け難い芯部に近い部
分）とが入れ換わる流れを生じさせる必要がある。特
に、上記粘性液体若しくはゲル状物質が、粘度の高いも
の或は流速の小さいもの、即ち、レイノルズ数が小さい
ものである場合、熱伝達効率を向上させる為には、上記
流れを生じさせる必要がある。上記撹拌素子は、上述し
た様に、元々、混合促進を図るべく造られたものであ
り、上記粘性液体若しくはゲル状物質を単に撹拌し混合
するのみである為、上記撹拌素子を設けても、期待され
る程の熱伝達効率の向上は見られず、上記目的を達成さ
せるには撹拌素子を多くし、管も長くする必要がある。
ところが、上記撹拌素子を多くし、管も長くした場合、
内管内の流通抵抗が過大になり、上記粘性液体若しくは
ゲル状物質を内管に流す事が難しくなる。本発明の二重
管式熱交換器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子は、
上述の様な事情に鑑みて発明したものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の二重管式熱交換
器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子は、展開すると
蝶の様な形をした板を、流体の流れの上流方向が先にな
る様に曲げて導流板を作り、それと同一形状で９０°位
相をずらした導流板をもう一枚配置させ、それを支持体
で固定させた２枚の導流板で１対になる撹乱素子を二重
管式熱交換器の内管内に１対以上を挿入し動かない様に
固定する事により、従来品よりもその熱伝達効率をより
向上させる事ができるものである。
器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子は、展開すると
蝶の様な形をした板を、流体の流れの上流方向が先にな
る様に曲げて導流板を作り、それと同一形状で９０°位
相をずらした導流板をもう一枚配置させ、それを支持体
で固定させた２枚の導流板で１対になる撹乱素子を二重
管式熱交換器の内管内に１対以上を挿入し動かない様に
固定する事により、従来品よりもその熱伝達効率をより
向上させる事ができるものである。
【０００５】
【作用】上述の様に構成される本発明の二重管式熱交換
器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子を二重管式熱交
換器に設けた場合、この撹乱素子により、冷却若しくは
加熱すべき粘性液体若しくはゲル状物質が撹拌され、熱
伝達効率が向上する。更に、本発明の撹乱素子を設ける
事により、粘性液体若しくはゲル状物質が二重管式熱交
換器に送り込まれてから送り出されるまでの間に、この
粘性液体若しくはゲル状物質のうちで熱媒体の熱影響を
受けた管壁に接触或は接近しない部分が殆どなくなる。
この為、従来使用されていた素子に比較して熱伝達効率
がより一層向上する。
器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子を二重管式熱交
換器に設けた場合、この撹乱素子により、冷却若しくは
加熱すべき粘性液体若しくはゲル状物質が撹拌され、熱
伝達効率が向上する。更に、本発明の撹乱素子を設ける
事により、粘性液体若しくはゲル状物質が二重管式熱交
換器に送り込まれてから送り出されるまでの間に、この
粘性液体若しくはゲル状物質のうちで熱媒体の熱影響を
受けた管壁に接触或は接近しない部分が殆どなくなる。
この為、従来使用されていた素子に比較して熱伝達効率
がより一層向上する。
【０００６】
【実施例】図１〜６は本発明の実施例を示している。二
重管式熱交換器を構成する内管７の内側には、本発明の
撹乱素子１を設けている。この撹乱素子１は、それぞれ
１対ずつの導流板２、２と支持体３、３とにより構成さ
れている。このうちの導流板２は、上流端（図１、４の
左端）同士を接続面４により接続した１対の導流面部
５、５を有する素子部材（図５参照）を、折り曲げ形成
する事により構成している。この素子部材が請求項に記
載された展開すると蝶の様な形をした板である。上記導
流面部５、５の幅寸法（図１の右側の導流板２を構成す
る導流面部５、５の場合、上下方向寸法。図５の左右方
向寸法。）は、上流側（図１、４の左側）から下流側
（図１、４の右側）に向かうに従って大きくなる、略二
等辺三角形としている。又、１個の導流板２を構成する
１対の導流面部５、５同士の間隔は、上流側から下流側
に向かうに従って広くしている。即ち、上記１対の導流
面部５、５と内管７の中心軸線ａ（図１）とのなす角度
βを鋭角とし、撹乱素子１を断面略横Ｖ字形状としてい
る。
重管式熱交換器を構成する内管７の内側には、本発明の
撹乱素子１を設けている。この撹乱素子１は、それぞれ
１対ずつの導流板２、２と支持体３、３とにより構成さ
れている。このうちの導流板２は、上流端（図１、４の
左端）同士を接続面４により接続した１対の導流面部
５、５を有する素子部材（図５参照）を、折り曲げ形成
する事により構成している。この素子部材が請求項に記
載された展開すると蝶の様な形をした板である。上記導
流面部５、５の幅寸法（図１の右側の導流板２を構成す
る導流面部５、５の場合、上下方向寸法。図５の左右方
向寸法。）は、上流側（図１、４の左側）から下流側
（図１、４の右側）に向かうに従って大きくなる、略二
等辺三角形としている。又、１個の導流板２を構成する
１対の導流面部５、５同士の間隔は、上流側から下流側
に向かうに従って広くしている。即ち、上記１対の導流
面部５、５と内管７の中心軸線ａ（図１）とのなす角度
βを鋭角とし、撹乱素子１を断面略横Ｖ字形状としてい
る。
【０００７】上記支持体３は、導流面部５、５のなす上
記角度βを予め設定された値に保持すると共に、撹乱素
子１を内管７内に固定する機能を有する。この為に、各
支持体３は、上記内管７の内径と等しい高さ寸法を有す
る基部と、この基部から上流側に連続し、上記１対の導
流面部５、５の互いに対向する内面に当接する支持部と
から構成している。この支持部は、上述の様に１対の導
流面部５、５の互いに対向する内面同士の間に設けられ
る為、１対の導流面部５、５同士のなす角度（＝２β）
と等しい角度の頂部を有する。本実施例の場合、この様
に構成される一の支持体３により、１対の導流板２、２
を、図１、４に示す様に連設する。
記角度βを予め設定された値に保持すると共に、撹乱素
子１を内管７内に固定する機能を有する。この為に、各
支持体３は、上記内管７の内径と等しい高さ寸法を有す
る基部と、この基部から上流側に連続し、上記１対の導
流面部５、５の互いに対向する内面に当接する支持部と
から構成している。この支持部は、上述の様に１対の導
流面部５、５の互いに対向する内面同士の間に設けられ
る為、１対の導流面部５、５同士のなす角度（＝２β）
と等しい角度の頂部を有する。本実施例の場合、この様
に構成される一の支持体３により、１対の導流板２、２
を、図１、４に示す様に連設する。
【０００８】導流面部５、５の下流側端縁である基端縁
６、６と、内管７の内周面７ａとの間部分には、流体で
ある粘性液体若しくはゲル状物質が流通自在な、略三日
月形の第一の流通空間９、９、９ａ、９ａが形成され
る。又、各導流面部５、５のそれぞれ側端縁８、８のう
ち、幅方向同じ側（図２の右側同士、及び左側同士）に
存在する１対の側端縁８、８と、上記内管７の内周面７
ａとの間部分には、やはり上記粘性液体若しくはゲル状
物質が流通自在な、断面略扇形状の第二の流通空間１
０、１０、１０ａ、１０ａが、それぞれ形成される。
６、６と、内管７の内周面７ａとの間部分には、流体で
ある粘性液体若しくはゲル状物質が流通自在な、略三日
月形の第一の流通空間９、９、９ａ、９ａが形成され
る。又、各導流面部５、５のそれぞれ側端縁８、８のう
ち、幅方向同じ側（図２の右側同士、及び左側同士）に
存在する１対の側端縁８、８と、上記内管７の内周面７
ａとの間部分には、やはり上記粘性液体若しくはゲル状
物質が流通自在な、断面略扇形状の第二の流通空間１
０、１０、１０ａ、１０ａが、それぞれ形成される。
【０００９】更に、上流側の導流板２の、上記内管７の
断面の円周方向に亙る位相と、下流側の導流板２の、上
記内管７の断面の円周方向に亙る位相とは、互いに異な
らせている。図示の実施例の場合、この位相を、図２〜
３に示す様に、上記内管７の断面の円周方向に９０度ず
らせている。
断面の円周方向に亙る位相と、下流側の導流板２の、上
記内管７の断面の円周方向に亙る位相とは、互いに異な
らせている。図示の実施例の場合、この位相を、図２〜
３に示す様に、上記内管７の断面の円周方向に９０度ず
らせている。
【００１０】上述の様に構成される本発明の撹乱素子１
を設けた二重管式熱交換器を用いて、ジャム等の粘性液
体若しくはゲル状物質を加熱する場合、内管７の一端開
口から図示しない送り込み管を介して上記粘性液体若し
くはゲル状物質を送り込む。これと共に、熱媒体円筒状
空間１１内には二重管式熱交換器の熱媒体の出入口１
２、１２のうちの一方から熱水等の熱媒体を送り込む。
この結果、上記粘性液体若しくはゲル状物質は上記熱媒
体と熱交換する事で加熱される。
を設けた二重管式熱交換器を用いて、ジャム等の粘性液
体若しくはゲル状物質を加熱する場合、内管７の一端開
口から図示しない送り込み管を介して上記粘性液体若し
くはゲル状物質を送り込む。これと共に、熱媒体円筒状
空間１１内には二重管式熱交換器の熱媒体の出入口１
２、１２のうちの一方から熱水等の熱媒体を送り込む。
この結果、上記粘性液体若しくはゲル状物質は上記熱媒
体と熱交換する事で加熱される。
【００１１】特に、本発明の撹乱素子１を設けた二重管
式熱交換器の場合、この撹乱素子１により、熱伝達効率
が向上する。即ち、上記粘性液体若しくはゲル状物質が
上記内管７内に送り込まれると、先ず、内管７の一端開
口と上流側の導流板２の一端側（図１、４の左端側）と
の間部分に、上記粘性液体若しくはゲル状物質が満たさ
れる。更に、上記粘性液体若しくはゲル状物質を内管７
内に送り込み続けると、内管７の一端開口と上記導流板
２の一端側との間部分に満たされた粘性液体若しくはゲ
ル状物質のうち、上記第一、第二の流通空間９、９、１
０、１０に対向する位置に存在する部分は、これら第
一、第二の流通空間９、９、１０、１０を直接通過す
る。上記第一、第二の流通空間９、９、１０、１０に対
向する位置に存在する部分以外の残りの部分は、導流板
２によって進路を変更されて、上記１対の第一の流通空
間９、９及び１対の第二の流通空間１０、１０に向か
う。そして、これら第一、第二の流通空間９、９、１
０、１０を通過する。特に、導流面部５、５に沿って第
一の流通空間９、９に向かう流れは、内管７の直径方向
内側から外側に向かう為、内管７の中心軸線近くの部分
と内周面７ａ近くの部分とで上記粘性液体若しくはゲル
状物質の入れ換えが効果的に行なわれる。
式熱交換器の場合、この撹乱素子１により、熱伝達効率
が向上する。即ち、上記粘性液体若しくはゲル状物質が
上記内管７内に送り込まれると、先ず、内管７の一端開
口と上流側の導流板２の一端側（図１、４の左端側）と
の間部分に、上記粘性液体若しくはゲル状物質が満たさ
れる。更に、上記粘性液体若しくはゲル状物質を内管７
内に送り込み続けると、内管７の一端開口と上記導流板
２の一端側との間部分に満たされた粘性液体若しくはゲ
ル状物質のうち、上記第一、第二の流通空間９、９、１
０、１０に対向する位置に存在する部分は、これら第
一、第二の流通空間９、９、１０、１０を直接通過す
る。上記第一、第二の流通空間９、９、１０、１０に対
向する位置に存在する部分以外の残りの部分は、導流板
２によって進路を変更されて、上記１対の第一の流通空
間９、９及び１対の第二の流通空間１０、１０に向か
う。そして、これら第一、第二の流通空間９、９、１
０、１０を通過する。特に、導流面部５、５に沿って第
一の流通空間９、９に向かう流れは、内管７の直径方向
内側から外側に向かう為、内管７の中心軸線近くの部分
と内周面７ａ近くの部分とで上記粘性液体若しくはゲル
状物質の入れ換えが効果的に行なわれる。
【００１２】上記粘性液体若しくはゲル状物質が上記第
一、第二の流通空間９、９、１０、１０を通過して、１
対の導流板２、２の間部分に満たされると、この粘性液
体若しくはゲル状物質のうち、下流側の導流板２と内管
７との間に形成された第一、第二の流通空間９ａ、９
ａ、１０ａ、１０ａに対向する位置に存在する部分は、
これら第一、第二の流通空間９ａ、９ａ、１０ａ、１０
ａを直接通過する。又、上記第一、第二の流通空間９
ａ、９ａ、１０ａ、１０ａに対向する位置に存在する部
分以外の残りの部分は、上記下流側の導流板２によって
進路を変更されて、上記第一の流通空間９ａ、９ａ及び
１対の第二の流通空間１０ａ、１０ａに向かう。そし
て、これら第一、第二の流通空間９ａ、９ａ、１０ａ、
１０ａを通過する。この場合も、導流板２に沿って第一
の流通空間９ａ、９ａに向かう流れは、内管７の直径方
向内側から外側に向かう為、内管７の中心軸先近くの部
分と内周面７ａ近くの部分とで上記粘性液体若しくはゲ
ル状物質の入れ換えが効果的に行なわれる。
一、第二の流通空間９、９、１０、１０を通過して、１
対の導流板２、２の間部分に満たされると、この粘性液
体若しくはゲル状物質のうち、下流側の導流板２と内管
７との間に形成された第一、第二の流通空間９ａ、９
ａ、１０ａ、１０ａに対向する位置に存在する部分は、
これら第一、第二の流通空間９ａ、９ａ、１０ａ、１０
ａを直接通過する。又、上記第一、第二の流通空間９
ａ、９ａ、１０ａ、１０ａに対向する位置に存在する部
分以外の残りの部分は、上記下流側の導流板２によって
進路を変更されて、上記第一の流通空間９ａ、９ａ及び
１対の第二の流通空間１０ａ、１０ａに向かう。そし
て、これら第一、第二の流通空間９ａ、９ａ、１０ａ、
１０ａを通過する。この場合も、導流板２に沿って第一
の流通空間９ａ、９ａに向かう流れは、内管７の直径方
向内側から外側に向かう為、内管７の中心軸先近くの部
分と内周面７ａ近くの部分とで上記粘性液体若しくはゲ
ル状物質の入れ換えが効果的に行なわれる。
【００１３】上記第一、第二の各流通空間９、９、１
０、１０、９ａ、９ａ、１０ａ、１０ａのうち、特に第
一の流通空間９、９、９ａ、９ａは、熱媒体が流通する
円筒状空間１１を形成する内管７の内周面７ａ側に存在
する。この為、特に第一の流通空間９、９、９ａ、９ａ
を通過する粘性液体若しくはゲル状物質は、この内周面
７ａ側に向けて移動する事になる。従って、上記粘性液
体若しくはゲル状物質は、この内周面７ａを介して上記
熱媒体から熱を受けつつ、上記内管７の他端開口側に向
けて送られる。
０、１０、９ａ、９ａ、１０ａ、１０ａのうち、特に第
一の流通空間９、９、９ａ、９ａは、熱媒体が流通する
円筒状空間１１を形成する内管７の内周面７ａ側に存在
する。この為、特に第一の流通空間９、９、９ａ、９ａ
を通過する粘性液体若しくはゲル状物質は、この内周面
７ａ側に向けて移動する事になる。従って、上記粘性液
体若しくはゲル状物質は、この内周面７ａを介して上記
熱媒体から熱を受けつつ、上記内管７の他端開口側に向
けて送られる。
【００１４】更に、本発明の場合、撹乱素子１を構成す
る１対の導流板２、２の、上記内管７の断面の円周方向
に亙る位相を、互いに９０度、異ならせている。従っ
て、上流側、下流側それぞれの第一の流通空間９、９、
９ａ、９ａ同士及び第二の流通空間１０、１０、１０
ａ、１０ａ同士は、互いに対向しない。この為、上記粘
性液体若しくはゲル状物質は、内管７の中心近くの部分
と内管７の内周面７ａ近くの部分とがほぼ完全に入れ換
わりながら内管７の他端開口へ向けて送られる。即ち、
上記撹乱素子１の存在により、上記粘性液体若しくはゲ
ル状物質のうちで上記内周面７ａに接触或は接近しない
部分が殆どなくなる。従って、上記粘性液体若しくはゲ
ル状物質は、熱媒体が流通する熱媒体円筒状空間１１を
形成する内管７の内周面７ａを介してまんべんなく熱を
得る。この為、熱交換が促進され、熱伝達効率が向上す
る。
る１対の導流板２、２の、上記内管７の断面の円周方向
に亙る位相を、互いに９０度、異ならせている。従っ
て、上流側、下流側それぞれの第一の流通空間９、９、
９ａ、９ａ同士及び第二の流通空間１０、１０、１０
ａ、１０ａ同士は、互いに対向しない。この為、上記粘
性液体若しくはゲル状物質は、内管７の中心近くの部分
と内管７の内周面７ａ近くの部分とがほぼ完全に入れ換
わりながら内管７の他端開口へ向けて送られる。即ち、
上記撹乱素子１の存在により、上記粘性液体若しくはゲ
ル状物質のうちで上記内周面７ａに接触或は接近しない
部分が殆どなくなる。従って、上記粘性液体若しくはゲ
ル状物質は、熱媒体が流通する熱媒体円筒状空間１１を
形成する内管７の内周面７ａを介してまんべんなく熱を
得る。この為、熱交換が促進され、熱伝達効率が向上す
る。
【００１５】ところで、内管７内に上記撹乱素子１を設
けた場合、上記粘性液体若しくはゲル状物質が内管７内
を通過する際の抵抗が増大する事が避けられない。従っ
て、上記熱伝達効率を向上させると共に、上記抵抗が実
用上好ましくない程度にまでは増大しない様にしなけれ
ばならない。上記抵抗は、第一、第二の流通空間９、
９、１０、１０、９ａ、９ａ、１０ａ、１０ａの開口面
積の大きさにより変化する。これらの開口面積のうち、
上記第二の流通空間１０、１０、１０ａ、１０ａの開口
面積は、上記角度βによって変化する。即ち、導流板２
を構成する導流面部５、５は、前述した様に下流側に向
かうに従って幅寸法が大きくなる略二等辺三角形であ
り、その基端縁６、６の幅方向両端は内管７の内周面７
ａに当接させる。この為、角度βが変化すれば、上記内
径Ｄの値を変えない限り上記側端縁８、８の長さ寸法が
変化し、導流面部５、５の軸方向寸法が変化する。従っ
て、この角度βの値によって、第二の流通空間１０、１
０、１０ａ、１０ａの開口面積が変化する。一方、第一
の流通空間９、９、９ａ、９ａの開口面積は、上記基端
縁６、６の幅方向両端が内管７の内周面７ａに当接する
為に、上記内径Ｄ及び基端縁６、６の幅寸法を変えない
限り上記角度βの値に拘わらず、一定値を取る。この
為、本発明者は、以下の様な理論解析を行ない、熱伝達
効率を向上させると共に、上記抵抗が実用上好ましくな
い程度にまでは増大しない様な角度βの範囲を考察し
た。
けた場合、上記粘性液体若しくはゲル状物質が内管７内
を通過する際の抵抗が増大する事が避けられない。従っ
て、上記熱伝達効率を向上させると共に、上記抵抗が実
用上好ましくない程度にまでは増大しない様にしなけれ
ばならない。上記抵抗は、第一、第二の流通空間９、
９、１０、１０、９ａ、９ａ、１０ａ、１０ａの開口面
積の大きさにより変化する。これらの開口面積のうち、
上記第二の流通空間１０、１０、１０ａ、１０ａの開口
面積は、上記角度βによって変化する。即ち、導流板２
を構成する導流面部５、５は、前述した様に下流側に向
かうに従って幅寸法が大きくなる略二等辺三角形であ
り、その基端縁６、６の幅方向両端は内管７の内周面７
ａに当接させる。この為、角度βが変化すれば、上記内
径Ｄの値を変えない限り上記側端縁８、８の長さ寸法が
変化し、導流面部５、５の軸方向寸法が変化する。従っ
て、この角度βの値によって、第二の流通空間１０、１
０、１０ａ、１０ａの開口面積が変化する。一方、第一
の流通空間９、９、９ａ、９ａの開口面積は、上記基端
縁６、６の幅方向両端が内管７の内周面７ａに当接する
為に、上記内径Ｄ及び基端縁６、６の幅寸法を変えない
限り上記角度βの値に拘わらず、一定値を取る。この
為、本発明者は、以下の様な理論解析を行ない、熱伝達
効率を向上させると共に、上記抵抗が実用上好ましくな
い程度にまでは増大しない様な角度βの範囲を考察し
た。
【００１６】この解析に於いては、初期条件として以下
の様な値を採用した。即ち、内管７の内径Ｄを４７．８
mmとした。これは内管７として、いわゆる２Ｓサニタリ
ー管を採用した場合に相当する。又、内管７内に撹乱素
子１を設けた場合に於いて、内管７の一端開口側からこ
の撹乱素子１を見た場合の、１対の導流面部５、５の基
端縁６、６同士の距離Ｓを３４．０mm、接続面４の長さ
寸法Ｔを６．０mm、導流板２を構成する導流面部５、５
の目視角度（導流面部５の側端縁８と、この導流面部５
の頂部から基端縁６に向けて引いた垂線とのなす角度）
αを５０度とした。尚、熱交換促進を図る為に、この角
度αは４５度以上となる様に設定する。又、上記角度β
は、２２．５度、３０度、９０度の３通りの場合に就い
て調べた。更に、上述の様な各値を採用する為、導流面
部５の半頂角（頂角の１／２の値）ε、接続面４の長さ
寸法Ｕ、導流面部５の高さ寸法Ｖは、次の式により求め
られる。 ε＝sin-1(sin α・sin β) Ｕ＝Ｔ／tan α Ｖ＝（Ｓ−Ｔ／tan α）／（２sin β） である。
の様な値を採用した。即ち、内管７の内径Ｄを４７．８
mmとした。これは内管７として、いわゆる２Ｓサニタリ
ー管を採用した場合に相当する。又、内管７内に撹乱素
子１を設けた場合に於いて、内管７の一端開口側からこ
の撹乱素子１を見た場合の、１対の導流面部５、５の基
端縁６、６同士の距離Ｓを３４．０mm、接続面４の長さ
寸法Ｔを６．０mm、導流板２を構成する導流面部５、５
の目視角度（導流面部５の側端縁８と、この導流面部５
の頂部から基端縁６に向けて引いた垂線とのなす角度）
αを５０度とした。尚、熱交換促進を図る為に、この角
度αは４５度以上となる様に設定する。又、上記角度β
は、２２．５度、３０度、９０度の３通りの場合に就い
て調べた。更に、上述の様な各値を採用する為、導流面
部５の半頂角（頂角の１／２の値）ε、接続面４の長さ
寸法Ｕ、導流面部５の高さ寸法Ｖは、次の式により求め
られる。 ε＝sin-1(sin α・sin β) Ｕ＝Ｔ／tan α Ｖ＝（Ｓ−Ｔ／tan α）／（２sin β） である。
【００１７】又、第一、第二の各流通空間９（９ａ）、
１０（１０ａ）のそれぞれ開口面積ＭH 、ＭG は、それ
ぞれ次の式により求められる。先ず、内管７の内真円の
面積ＭD は、 ＭD ＝π（Ｄ／２）2 である。図６にハッチングで示す第一の流通空間９（９
ａ）の開口面積ＭH は、 ＭH ＝｛πＤ2COS-1（Ｓ／Ｄ）／７２０｝−｛Ｓ（Ｄ2
−Ｓ2 ）1/2 ／４｝ である。更に、図６に斜格子で示す第二の流通空間１０
（１０ａ）の開口面積ＭG は、 ＭG ＝｛Ｄ2 cos2α−Ｔ2 ／tan2α｝／４sin β＋Ｄ2
｛π／８−πα／７２０−sin α・cos α／４｝ で表される。従って、上記内真円の面積ＭD に対する、
それぞれ１対ずつ存在する第一、第二の流通空間９、
９、１０、１０（９ａ、９ａ、１０ａ、１０ａ）の総開
口面積、２（ＭH ＋ＭG ）の割合である、通過面積率η
（％）は、 η＝｛２（ＭH ＋ＭG ）／ＭD ｝×１００ である。これらの各式に上述した各値を代入する事によ
り、上記ＭG 、ＭH 及びηを算出し、これらの値を次の
表１にまとめた。
１０（１０ａ）のそれぞれ開口面積ＭH 、ＭG は、それ
ぞれ次の式により求められる。先ず、内管７の内真円の
面積ＭD は、 ＭD ＝π（Ｄ／２）2 である。図６にハッチングで示す第一の流通空間９（９
ａ）の開口面積ＭH は、 ＭH ＝｛πＤ2COS-1（Ｓ／Ｄ）／７２０｝−｛Ｓ（Ｄ2
−Ｓ2 ）1/2 ／４｝ である。更に、図６に斜格子で示す第二の流通空間１０
（１０ａ）の開口面積ＭG は、 ＭG ＝｛Ｄ2 cos2α−Ｔ2 ／tan2α｝／４sin β＋Ｄ2
｛π／８−πα／７２０−sin α・cos α／４｝ で表される。従って、上記内真円の面積ＭD に対する、
それぞれ１対ずつ存在する第一、第二の流通空間９、
９、１０、１０（９ａ、９ａ、１０ａ、１０ａ）の総開
口面積、２（ＭH ＋ＭG ）の割合である、通過面積率η
（％）は、 η＝｛２（ＭH ＋ＭG ）／ＭD ｝×１００ である。これらの各式に上述した各値を代入する事によ
り、上記ＭG 、ＭH 及びηを算出し、これらの値を次の
表１にまとめた。
【００１８】
【表１】
【００１９】この表１から明らかな様に、β＝２２．５
度の場合、通過面積率η＝９７．８％となり、管抵抗の
増大を僅少に抑えたまま、熱交換を促進させる事ができ
る。従って、上記角度βを２０〜２８度程度とすれば、
通過面積率ηが８５％以上となり、管抵抗の増大を実用
上問題ない程度に抑えると共に熱伝達効率を向上させら
れると考えられる。尚、上記角度βが小さい程、上記第
二の流通空間１０、１０、１０ａ、１０ａの開口面積が
増大し、管抵抗の増大が小さくなるが、上記角度βが小
さい程スペースを必要とし、導流板の製作上からも好ま
しくない。この為、熱伝達効率と管抵抗と製作上の三点
より勘案して上記角度βを定める。
度の場合、通過面積率η＝９７．８％となり、管抵抗の
増大を僅少に抑えたまま、熱交換を促進させる事ができ
る。従って、上記角度βを２０〜２８度程度とすれば、
通過面積率ηが８５％以上となり、管抵抗の増大を実用
上問題ない程度に抑えると共に熱伝達効率を向上させら
れると考えられる。尚、上記角度βが小さい程、上記第
二の流通空間１０、１０、１０ａ、１０ａの開口面積が
増大し、管抵抗の増大が小さくなるが、上記角度βが小
さい程スペースを必要とし、導流板の製作上からも好ま
しくない。この為、熱伝達効率と管抵抗と製作上の三点
より勘案して上記角度βを定める。
【００２０】尚、上述の実施例に於いては、撹乱素子１
を１対の導流板２、２により構成した例に就いて説明し
たが、熱伝達効率をより向上させる為に、３個以上の導
流板を設ける事もできる。例えば、３個の導流板を、内
管７の断面の円周方向に亙る位相を互いに１２０度ずつ
ずらせて設ける事ができる。又、本実施例に於いては、
上記導流板を、図５に示す素子を折り曲げ形成する事に
より形成したが、これに限定されるものではない。例え
ば、それぞれ別個に造られた略三角形状の導流面部５、
５と接続面４とを適宜の手段により接合する事で構成し
ても良い。更に、上述の実施例に於いては、ジャム等の
粘性液体若しくはゲル状物質を加熱する場合に就いて説
明したが、この粘性液体若しくはゲル状物質を冷却する
場合に於いても、本発明の撹乱素子を用いて効率良く行
なえる。この場合に於いて、熱交換用流体は、冷水等、
従来知られたものを使用する。
を１対の導流板２、２により構成した例に就いて説明し
たが、熱伝達効率をより向上させる為に、３個以上の導
流板を設ける事もできる。例えば、３個の導流板を、内
管７の断面の円周方向に亙る位相を互いに１２０度ずつ
ずらせて設ける事ができる。又、本実施例に於いては、
上記導流板を、図５に示す素子を折り曲げ形成する事に
より形成したが、これに限定されるものではない。例え
ば、それぞれ別個に造られた略三角形状の導流面部５、
５と接続面４とを適宜の手段により接合する事で構成し
ても良い。更に、上述の実施例に於いては、ジャム等の
粘性液体若しくはゲル状物質を加熱する場合に就いて説
明したが、この粘性液体若しくはゲル状物質を冷却する
場合に於いても、本発明の撹乱素子を用いて効率良く行
なえる。この場合に於いて、熱交換用流体は、冷水等、
従来知られたものを使用する。
【００２１】
【発明の効果】本発明の二重管式熱交換器に挿入する熱
伝達効率向上の撹乱素子は、上述の様に構成され作用す
る為、粘性液体若しくはゲル状物質を加熱或は冷却する
場合に、管抵抗が実用上差し障る程度にまで増大する事
なく、熱伝達効率を向上させられる。従って、本発明の
撹乱素子を設ける二重管式熱交換器の伝熱面積を小さく
でき、この二重管式熱交換器を小型化できる。
伝達効率向上の撹乱素子は、上述の様に構成され作用す
る為、粘性液体若しくはゲル状物質を加熱或は冷却する
場合に、管抵抗が実用上差し障る程度にまで増大する事
なく、熱伝達効率を向上させられる。従って、本発明の
撹乱素子を設ける二重管式熱交換器の伝熱面積を小さく
でき、この二重管式熱交換器を小型化できる。
【図１】本発明の実施例を示す、撹拌素子を挿入した二
重管式熱交換器の断面図。
重管式熱交換器の断面図。
【図２】図１の断面Ａ−Ａ図。
【図３】図１の断面Ｂ−Ｂ図。
【図４】内管に撹乱素子を挿入した斜視図。
【図５】導流板の展開図。
【図６】第一、第二の各流通空間を説明する為の、図２
と同様の拡大図。
と同様の拡大図。
【図７】第一、第二の流通空間の形状を示す、それぞれ
略図。
略図。
【図８】従来使用されていた撹拌素子の斜視図。
１ 撹乱素子 ２ 導流板 ３ 支持体 ４ 接続面 ５ 導流面部 ６ 基端縁 ７ 内管 ７ａ 内周面 ８ 側端縁 ９、９ａ 第一の流通空間 １０、１０ａ 第二の流通空間 １１ 熱媒体円筒状空間 １２ 熱媒体の出入口
Claims (1)
- 【請求項１】 展開すると蝶の様な形をした板を、流体
の流れの上流方向が先になる様に曲げて導流板を作り、
それと同一形状で９０°位相をずらした導流板をもう一
枚配置させ、それを支持体で固定させた２枚の導流板で
１対になる撹乱素子を二重管式熱交換器の内管内に１対
以上を挿入し動かない様に固定する事により、その熱伝
達効率をより向上させる事ができる撹乱素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30019395A JPH09145286A (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 二重管式熱交換器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30019395A JPH09145286A (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 二重管式熱交換器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09145286A true JPH09145286A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=17881862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30019395A Pending JPH09145286A (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 二重管式熱交換器に挿入する熱伝達効率向上の撹乱素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09145286A (ja) |
-
1995
- 1995-11-17 JP JP30019395A patent/JPH09145286A/ja active Pending
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