JPS61503046A - 管状熱交換器，例えば面積型復水器等の効率を、その流れ損失を減少させることによって改善するための装置 - 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】 管状熱交換器、例えば面積型復水器等の効率を、その流れ損失を減少させること によって改善するための装置 本発明は、管状熱交換器、例えば面積型復水器等の効率を、その流れ損失を減少 させることによって改善するための装置に関し、この場合この熱交換器は、媒体 が貫流する多数の管を有し、肢管の全部にその内部側筒面を非連続的に清浄化す る清浄体が、殊にブラシの形で相互配置されており、ならびにこの清浄体は、媒 体によってその交互に生じる流れ方向に相当して管中を搬送され、かつそれぞれ 当該の貫流される管の端部で該端部に取付けられだ捕集スリーブ中で捕集可能で あり、ならびに全部の捕集スリーブは、その１端にそれぞれの管の端部と結合さ せるための結合体を有しかつ他方の端部に清浄体の搬送路を制限する保持部材を 有し、この装置の場合結合体ならびに保持部材は、それぞれ環状カラーに設けら れており、ならびに該環状カラーは、１つが他の下に少なくとも３つの、殊に捕 集スリーブの長手方向中心軸と同心的に配置された、環状筒を形成する支柱を介 して相互に結合されている。

熱機関、例えば復水タービン等を取扱う場合、このような機関の効率が発生した 真空の高さに依存することは、よく知られている。更に、この真空は、一連の他 の因子とともに熱交換器の冷却管の冷媒−又は冷却るための種々の系がさらに公 知である。すなわち、例えば管をブラシにより手で清浄化すること、管を化学薬 品により清浄化すること、ならびにボールを冷媒の流れの中に導入すること又は ブラシを清浄化すべき全ての管中に装入することは、公知である。この最後に挙 げた清浄化の場合、ブラシは、冷却管を通過する媒体の流れによって管の１端か ら他端へ連行される。冷却管をブラシにより手で清浄化するか又は化学薬品によ り清浄化する場合には、熱交換器は停止させなげればならず、この熱交換器の管 をボール又はブラシにより清浄化することは、熱交換器を作動する間に実施する ことができる。冷却管を冷媒の流れによって連行されるかかるブラシにより最も 有効に清浄化する場合、確定された時間間隔で媒体の流れを転向させることが行 なわれ、したがってブラシは、管の１端から他端へ移動される。このブラシの前 後運動によって、全ての管は、極めて強力に管にそれぞれ固有のブラシによって 清浄化される。他面で、冷却管を清浄化するためにボールを清浄体として使用す る場合、特に漏洩等によってボールが冷却管の位置に堅固に保持されるか又は多 数のボールが媒体の流れによって制限され、１つの冷却管及び同じ冷却管を介し て到達し、これに反して他の管を通過しないままである場合には、屡々困難を生 じ５ることが判明した。このボールによる冷却管の清浄化の不十分さによって、 熱交換器の効率は、極めて不十分にのみ多数のボールの法外な費用及び装入量で のみ若干改善される。また、ボールを用いて清浄化する場合、冷却管中での流れ 抵抗が一面で不十分な清浄化のために著しく上昇し、他面でこの管中に懸吊され ているボールによる冷却管の閉塞のために著しく上昇することは、阻止すること ができず、したがって要求される真空は、期待が外れたままである。高い流れ抵 抗は、この場合に機関及び要求される効率に対する不利な作用を排除することな しに、さらに高いエネルギー使用（例えば、ポンプエネルギー）を必要とする。

前記欠点、殊に手による清浄化及び冷媒管の場合のボールによる清浄化の欠点を 回避するために、清浄化系は開発され、かつ清浄体によってブラシの形で形成さ れるような熱機関の熱交換器の場合に導入された。

該ブラシには、熱交換器のそれぞれの冷却管の両端に捕集液が設けられており、 この捕集籠中に清浄体は媒体のそれぞれの流れによって浮動される。清浄体は、 この場合にこの捕集液から冷却管を通過して冷却管の他端の他の捕集液に到達さ せるために、媒体の流れが切換弁によって転向されるまでの時間の間この捕集籠 中に保持されたままである。切換えの時間間隔は、個別的に調節することができ 、長時間でも短時間でもよ（、本質的には、冷媒又は冷却管の汚染度に依存する 。

ブラシとして記載されている清浄体それ自体は、ブラシをブラシ掛けするための 支持体及びこの支持体の端部を制限する２つのキャップを有し、該キャンプはそ れぞれ、特に流れに有利なシールｒを有する円錐形で記載されている。この場合 、それぞれのキャップは、それが支持体に向（・ている底辺で内部管よりも小さ い直径を有するような形を示し、したがってこの底辺の側筒面と、冷却管の内部 側筒面との間には、なお環状間隙が残る。この環状間隙は、媒体、すなわち冷媒 の一部をなお通過させ、したがってそれぞれの冷却管の清浄化すべき壁面は、不 十分にのみ湿ったままであり、この場合このことは、壁面を清浄化するためにブ ラシをブラシ掛けすることによって把握される。その上、環状間隙の側を流れる 冷媒は、ブラシをブラシ掛けすることによって掻き取られた汚染物を同伴し、し たがってこの汚染物をブラシの前から搬出する。それによって、ブラシは、掻き 取られた汚染物と衝突せず、かつこの汚染物をブラシそれ自体から押出す必要も なく、例えばこのことは、ポールにより清浄化する場合に当てはまる。実際に、 このような系は、熱交換器、例えば管状復水器等の冷却管を清浄化するために極 めて良好であることが証明されたが、それにも拘らずこの方法でより良好な効率 を熱交換器中、ひいては真空中で得るためには、このような装置の流れ抵抗をな お十分に減少させる必要がある。また、流れ抵抗を、殊にそれぞれの捕集筒に対 して十分に減少させることは１特にこの抵抗が本質的に、自由な出口横断面が僅 かたけ狭くなっている、冷却管の端部に固定された捕集スリーブによっても部分 的に惹起される゛ことが確認された場合にも必要である（西ドイツ国特許第１１ ３８８００号明細書参照）。

本発明の課題は、冷媒管の清浄化がブラシ体によって行なわれるような装置から 出発し、この装置を〜流れ抵抗を著しく減少させようとするために、〆／プのエ ネルギー使用量を殊に冷媒側で減少させ、それにも拘らず熱を交換する媒体の間 での温度移行を上昇させることを目的に十分に形成させることにある。

この課題は、本発明によれば、首記した種類の装置の場合、保持部材を有する環 状カラーが捕集スリーブの長手方向中心軸に対し傾斜して配置され、かつ該スリ ーブの異なる長さの支柱に結合されていることによって解決される。

この方法は、流れ抵抗、ひいてはエネルギー使用量を減少させるだけでなく、熱 移行も決定的に、改善し、それによって冷媒が同じ量の場合に熱機関の高い効率 を得ることができるという利点を有する。この方法のも５１つの利点は、冷媒− 又は水側に対する小さい比抵抗を有する他の集成装置にこのような装置、すなわ ち恐らくこれまでこのような効率改善の点で無視しなければならなかった空気調 和装置、冷凍倉庫用の集成装置等を装備することもできることにある。また、流 れ抵抗を取消すこと、によって熱交換装置は、より静かに作動させることができ 、この熱交換装置は、冷却効率に対して大きい水量の場合であっても静かなまま であり、このことは、特に装置をヒトの聴取範囲内で使用する場合に著しく重要 であることが判明した。更に、本発明による方法を使用する場合、ブラシー清浄 化の機能に必要とされる、最少の冷却水の流れを縮少することもでき、それによ って冷却水ポンプに必要とされる出力も僅かになることが判明した。本発明によ る装置の概念によって、この場合には殊にブラシ体に対する保持部材を有する環 状カラーの傾斜位置によって、捕集スリーブを冷却管の端部に・、できるだけ大 きな入口−又は出口横断面が開いたままであるように置くことができる。このこ とは、例えば１つの捕集スリーブでの傾斜せる環状カラーの最下点が隣接せる捕 集スリーブでのこのような環状カラーの最上点に向いているか又はその間にある 位置を選択することによって行なうことができる。

傾斜せる環状カラーを隣接せる捕集スリーブに置くことは、選択的に行なうこと ができ、したがって臨界的な狭い範囲内であっても、例えば管底部の周面で、冷 媒に対して十分に大きい流れ横断面積はなおそのままである。更に、試験により 、これまでの多数の使用の場合には、清浄化を冷却管に対して設けることができ なかったことが判明した。それというのも、殊に小型の装置の場合に流れ抵抗は 、大きすぎることになるであろうからである。これに対して、一定の背圧（復水 器圧）に対して設計されている復水タービンの場合、低い温度で、すなわち例え ば冬期にこの背圧が低い冷媒温度又は水温のために減少することは、公知である 。

しかし、この低い背圧は、低い圧力部分の横断面が比蒸気容量のために遮断を惹 起するので、復水タービンではもはや利用することができない、すなわちこのよ うな場合には、タービン中の圧力を上昇させるため、冷却水量を取消すことによ り、内部消費量を減少させることが強制される。しかし、熱交換装置中の流れ抵 抗が減少しない、すなわち本発明による装置を設けない場合には、強制的に清浄 化装置の限界に突き当り、このことは、熱交換器が非経済的に仕事し、したがっ て熱機関の効率が損失を受けることを甘受しなげればならないという結果をまね く。

本発明の他の好ましい後形成は、殊に残りの従属請求項から認めることができる 。

図面には、本発明の可能な実施例の１つが略示されている。

第１図は、熱交換器中に配置された冷却管を有し、その中から若干のもののみが 図示され、かつ冷媒用の切換部材とともに供給管及び排出管を有する熱交換器を 示唆のためにのみ示す略図であり、 第２図は、本発明による捕集スリーブ中に点線で示した清浄体を有する本発明に よる捕集スリーブをその静止位置を達成する直前で示す側面図であり、第３図は 、第２図による捕集スリーブを示す平面図であり、 第１図は、第２図による捕集スリーブを９００だけ回転させた場合の正面図であ り、 第５図は、第４図による捕集スリーブを切断面Ｖ−■で示す略図であり、 第６図は、従来実施され℃いる２つの並置せる捕集スリーブを示す略図であり、 この場合これらの捕集スリーブについてのみ保持部材を有する環状カラー及び支 柱の一部が図示されており、 第７図は、冷却管１個当り同じ流出横断面を維持するにも拘らず捕集スリーブの 狭い配置を可能ならしめる、本発明により実施されろ２つの並置せる捕集スリー ブを示す略図であり、 第８図は、管底部に固定した若干の管又は捕集スリーブを有する管底部を示す平 面図であり、この場合管又はスリーブ１個当りの流出横断面は、ノ・ツチングを 付して図示されている。

本発明により捕集液１として記載され、かつ管状熱交換器２の効率を改善するた め及び図面に図示されてない熱機関、例えば復水タービン、空気調和集成装置、 冷却機等のような熱交換器の流れ損失を減少させるために使用される装置は、略 示した管状熱交換器の例で図示され、かつ説明される。この場合、このような熱 交換器２の構造容積をできるだけ小さくなるように形成するために、個々の冷却 管３は、できるだけ僅かな間隔をもって互いに配置される。このことは、熱交換 器２と密接な実施を生じるために、装置、すなわち清浄体４用の捕集液１をも冷 却管３の管端部５にできるだけ狭くなるように配置することを余儀なくさせる。

スリーブ状に記載されている捕集液１は、その端部に環状カラー６．７を有し、 その中１つの環状カラー７は、捕集スリーブ１を冷却管３のそれぞれの管端部５ と結合させるために使用され、他の環状カラー６は、捕集筒中に浮動させるべき 清浄体４を固定するために使用される。該環状カラー６．７は、さらに捕集液１ の周囲に配置されている一連の支柱８，９により相互に結合されている。更に、 少なくとも３つの全ての捕集液１が相互配置されていてもよい支柱８，９は、捕 集液の長手方向中心軸Ｘを中心に同心的に配置されている。４つのこのような支 柱８，９が捕集液１に相互配置されている場合には、該支柱は、一般に対称的に 向合うように配置されており、それぞれ２つの向合う支柱８又は９は、異なる幅 を有することもできる。

熱交換器２それ自体は、周知のように多数の冷却管３を備え、肢管は該管端部５ が管底部１０．ＩＩ中に圧入されているか又は他の場合にそこに固定されている 。供給−及び排出管１２．１３を介して該冷却管には、それを貫流する媒体、例 えば冷却水が供給される。

熱交換器２の該供給−及び排出管１２．１３は、この熱交換器の外で特殊な導管 系に接続され、この導管系は、この冷却管３を介して導くべき媒体の流れ方向を 時間間隔をおいて切換えることもでき変えることもできる。この場合には、媒体 の流れ方向を変えるために特に四方弁として構成された制御器官１４が設げられ 、この制御器官は、流れをその位置（Ｈ又はＸ）に相当して一面で矢印１５で実 線で図示したように個々の冷却管３を介して導き、他面で他の矢印１６で点線で 図示したように転向し、したがって冷却管は、切換え側で、すなわち切換えた流 れ方向に媒体を貫流させる。

熱交換器２０所謂底板、すなわち管底部１０．１１中に嵌込まれている個々の冷 却管３は、その管端部５に捕集液１を有し、この捕集液は、この管端部と堅固に 結合され、かつ清浄体４を、ブラシの形で、適当に収容するように設計されてい る。本質的に剛毛１８を嵌込むための支持体１７及びこの支持体の端部に設けら れた２つのキャップ１９．２０からなる清浄体４は、冷却管３を介して導くべき 媒体の流れ方向に相当してこの媒体によって捉えられ、それぞれの冷却管に搬送 され、ひいては１つの管端部５から他の管端部へ浮動される。この清浄体の搬送 方向と同様に、この清浄体は、それぞれの管端部５でそこに設けられた捕集液１ によって収容され、この場合この清浄体は、媒体によってこの筒中に浮動される 。媒体の流れ方向を制御器官１４によって転向させると、清浄体４は、この清浄 体がその静止段階の間に存在していた前記捕集液１から再び搬出され、他の管端 部５に運搬され、そこで清浄体は、そこに使用された捕集液１によって再び収容 される。それぞれの捕集能１中での清浄体の静止時間は、本質的に冷媒又は冷却 管３の汚染度に依存する、時間間隔をおいての切換え及び流れ方向によって決定 され、したがってこの静止時間は、媒体の流れ方向を反対にした場合には、高め られる。

媒体の流れ抵抗を個々の冷却管３によって減少させ、ひいては媒体を運搬するポ ンプのエネルギー需要をも減少させるために、殊に捕集液１をできるだけ流れに 有利であるように形成させることは、決定的に重要である。

この場合、屡々試験により、前記条件は、特に捕集液１が導入のためのスペース を十分に有しかつその流出横断面２１をできるだけ大きく保持することができる 場合に充足し５ることが判明した。このことを考慮に入れてみれば、清浄体４用 の保持部材２２を有する、全ての捕集液１のそれぞれの管状カラー６は、この捕 集液の長手方向中心軸Ｘに対し傾斜してその支柱８゜９に結合されて、いる。こ の場合、この環状カラー６の傾斜位置２３は、この環状カラーを約３０°だけ傾 斜させて置くようにして行なわれる。この場合、この環状カラー６に取付けられ ている保持部材２２は１捕集籠１の横平面２４上にあり、かつ環状カラー６の内 部側筒面にあり、この場合該保持部材は、それぞれ１対で捕集液の長手方向中心 軸Ｘに対して対称的に配置されている。保持部材２２それ自体は、突出部として 設計することができ、この突出部は、捕集スリーブ１をプラスチック射出成形部 材として設計する場合（（この捕集スリーブの環状カラー６の内部側筒面に一緒 に射出成形される。この揚台、保持部材２２を配置するのに重要なことは、この 保持部材は、それが清浄体４のキャップ１９又は２０を有効に停止させかつこの 清浄体を捕集液１中に保持することができるような高さのできるだけ同じ横イ面 ２４にあることである。

捕集液１の古い実施形式（第６図参照）と、捕集筒１０本発明による実施形式（ 第７図参照）とを比較した場合には、如何なる利点が環状カラー６の傾斜位置２ ３によって得られるかが明らかになる。また、この比較によって、流出横断面２ １を冷却管３の範囲内ないしはこの冷却管の捕集液１及び環状カラー６の範囲内 でより大量になるように拡大することができ、それによって圧力損失を著しく減 少させることができることも容易に明らかになる。この圧力損失の減少によって 、さらにエネルギー、例えばポンプエネルギーは節約され、かつ熱交換器２の構 造容積も著しく減少されるか又はこのような熱交換器にこれまで管間隔の僅かな ピッチのために無視しなければならなかった清浄化装置を装備することもできる 。

更に、環状カラー６の前記の本発明による傾斜位置２３の場合、これまで使用さ れてきた捕集液の、したがって通例の狭い環状間隙、すなわち流出横断面２１は 、本発明による捕集液１によって著しく拡大させることができることが判明する 。このことは、従来の捕集液の場合のような流出横断面の突然の狭隘化及び引続 く著し℃・拡大が失われ、それによって差圧、ひいてはΔｐ（デルタｐ）−値が 面積倍率の少なくとも二乗で減少することを意味する。また、このことは、熱交 換器２の事情が最初に近似する場合に流出横断面２１が捕集スリーブ１の支柱８ ，９によってのみなお影響されることを意味する。

この認識を計算例に置き換えると、次のものが捕集液１の従来の実施と、捕集液 １の新しい実施との比較として得られ、この場合第６図〜第８図には、理解を容 易にするために通例の符号とともに寸法がゝ鵡“で括弧内に記入されている： 籠の直径φ：２５．５−会Ｆ　１＝５１１１Ｅｊ管の内径φ：２１．Ｏ瓢会Ｆ２ 　＝３４６　ａピッチ　ｔ：３１．厖会Ｆ３＝ｔ２．０．８６６＝３１．２２． ０．８６６ Ｆ工＝捕集籠１の直径からの面積 Ｆ２＝冷却管３の内径からの面積 Ｆ３＝冷却管３当りの流出横断面２１の面積（従来）Ｆ４＝＝冷却管３当りの流 出横断面２１の面積（新規）Ｆ３＝８４３−５１１＝３３２ｕ＋　（管状カラー ６の高さで）従来の自由横断面：Ｆ３（従来）　＝　３３２　ｔｊ新規の自由横 断置皿Ｆ　（新規）　−（３１，２２，０，８６６−このことは、新規の捕集ス リーブ１を使用する場合に３１．２！１ＩＩｌ＋から２８４圏へのピンチ（ｔ） 、すなわち冷却管３のピッチの減少が同じないしほぼ同じΔｐ（デルタｐ）で得 られることを意味する。

第２図の場合、全ての捕集液１の環状カラー６は、長子方向中心軸Ｘに対して約 ３０°の傾斜位置又は角度で傾斜して図示されている。このことは、勿論他の角 度を選択することをも排除するものではない。それぞれの環状カラー６の傾斜位 置２３の角度を選択することは、十分に捕集液１の可能な長さ及びそれぞれの管 底部１０又は１１の背後に存在する、熱交換器２の自由空間２７．２８によって 決定される。約３０°を有する環状カラー６の図示した傾斜位置２３の場合、最 下点２９は、環状カラー６の開口横断面３０中で、例えば隣接した環状カラー６ の最上点３１に向って方向を示すことができ、したがってこうして置かれたこれ らの環状カラーの間で、第６図による捕集液１を置いた場合に予想さ式るであろ う自由空間よりも大きい媒体を通過させるための自由空間２１を得ることができ ることが判明する。２つの隣接した環状カラー６の傾斜位置２３は、第７図に左 側から右側へ上昇して図示されている。それぞれの捕集液１をその長手方向中心 軸Ｘを中心に僅かにか又は大きく回転させることによって、環状カラー６を任意 に置くこと及びそれと−緒に捕集液を任意に置くことは、互いに実現させること ができ、したがって開口横断面２１は、環状カラー間で種々の大きさにすること ができる。また、この捕集液１を種々に置くことは、最適な大きさの全開口横断 面をもたらし、このことは、冷媒の流入及び流出を著しく促進させる。

捕集スリーブ１の設計に応じてそれぞれの冷却管３の管端部５に装着することが できるか又は差込むことができる捕集スリーブ１を容易に取付けるために、該端 部に属する環状カラー７は、切欠き３２を備え、この切欠き中にスリーブ又は籠 を打込むための工具を上に置くことができる。この切欠き３２は、特に支柱８又 は９と対称的に配置することができる。

第１図の場合、冷却管３の管端部５に置かれている捕集液１は、簡単に１″″Ｘ 〃印で図示されている。勿論、この場合も第２図〜第７図に図示されているよう な捕集籠１である。

冷媒の流れ方向を転向させるために、制御器官１４は相互配置されており、この 制御器官は、実線のＨ−位置で到着する流れを熱交換器２の空間２８中に導入し 、これに対してＸ−位置でこの流れを空間２７中に導入する。この冷媒の流出は 流入と同様に行なわれ、この場合このことに関しては、さらに論じる必要がない 。矢印３３は、冷媒の流入及び流出を符号化したものである。

手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ６、補正の対象 国際調査報告 ｉ−一悔−＾−−−１轍ＰＣ−，／ＤＥ８５１００２０３

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．管状熱交換器、例えば面積型復水器等の効率を、その流れ損失を減少させる ことによって改善し、この場合この熱交換器は、媒体が貫流する多数の管を有し 、該管の全部にその内面を非連続的に清浄化する清浄体が、殊にブラシの形で相 互配置されており、ならびにこの清浄体は、媒体によってその交互に生じる流れ 方向に相当して管中を搬送され、かつそれぞれ当該の貫流される管の端部で該端 部に取付けられた捕集スリーブ中で捕集可能であり、ならびに全部の捕集スリー ブは、その１端にそれぞれの管の端部と結合させるための結合体を有しかつ他方 の端部に清浄体の搬送路を制限する保持部材を有し、この装置の場合結合体なら びに保持部材は、それぞれ環状カラーに設けられており、ならびに該環状カラー は、１つが他の下に少なくとも３っの、殊に捕集スリープの長手方向中心軸と同 心的に配置された、環状籠を形成する支柱を介して相互に結合されている装置に おいて、保持部材（２２）を有する環状カラー（６）が捕集スリーブ（１）の長 手方向中心軸（Ｘ）に対して傾斜して配置され、かつ該スリーブの異なる長さの 支柱（８，９）に結合されていることを特徴とする、管状熱交換器の効率を改善 する装置。
2. ２．保持部材（２２）が長手方向中心軸（Ｘ）に対して対称的に該軸と垂直に交 叉する横断面（２４）の高さで環状カラー（６）の内部側筒面に設けられている 、請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．長手方向中心軸（Ｘ）に対する環状カラー（６）の傾斜（２３）が約３０° である、請求の範囲第１項記載の装置。
4. ４．保持部材（２２）が前方及び後方の正面壁の範囲内で環状カラー（６）の内 部側筒面に取付けられている、請求の範囲第２項記載の装置。
5. ５．保持部材（２２）が１対で長手方向中心軸（Ｘ）に対して対称的に環状カラ ー（６）に取付けられている、請求の範囲第４項記載の装置。
6. ６．４つの支柱（８，９）を有する捕集スリーブ（１）を環状カラー（６，７） 間に装備する場合に少なくとも２つの対称的に対向する支柱が異なる長さになる ように設計されている、請求の範囲第１項記載の装置。
7. ７．それぞれ２つの対向する支柱が異なる広幅になるように設計されている場合 、それぞれ対向する支柱（８，９）が同じ幅を有する、請求の範囲第１項記載の 装置。
8. ８．前記の狭い支柱（８）の幅が広幅の支柱（９）の約半分の幅に相当する、請 求の範囲第７項記載の装置。
9. ９．保持部材（２２）が広幅の支柱（９）の結合部の範囲内で環状カラー（６） に設けられている、請求の範囲第７項記載の装置。
10. １０．保持部材（２２）が狭い支柱（８）の結合部の範囲内で環状カラー（６） に設けられている、請求の範囲第７項記載の装置。