JP6106041B2 - Heat exchanger - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも二種類の流体の間で、そのうちの少なくとも一方に粒子を接触させながら熱交換を行う熱交換器に関する。   The present invention relates to a heat exchanger that performs heat exchange between at least two kinds of fluids while bringing particles into contact with at least one of them.

従来から、流体に粒子を接触させながら熱交換を行う熱交換器が知られている。例えば特許文献１には、水素ガスを液化する水素液化装置に用いられる、オルソ−パラ変換を促進させる触媒が組み込まれた熱交換器が開示されている。この水素液化装置では、水素ガスが高圧環境下で複数の熱交換器を通過することにより徐々に低温になり、最後に膨張弁で膨張させられて気液二相状態となる。気液二相状態の水素は気液分離器で液体水素と水素ガスとに分離され、分離された水素ガスは上記の熱交換器に送られて水素ガスの冷却に利用される。   Conventionally, heat exchangers that perform heat exchange while bringing particles into contact with a fluid are known. For example, Patent Document 1 discloses a heat exchanger incorporating a catalyst for promoting ortho-para conversion, which is used in a hydrogen liquefaction apparatus that liquefies hydrogen gas. In this hydrogen liquefying apparatus, hydrogen gas gradually passes through a plurality of heat exchangers under a high-pressure environment, and gradually becomes low temperature. Finally, the hydrogen gas is expanded by an expansion valve to be in a gas-liquid two-phase state. The gas-liquid two-phase hydrogen is separated into liquid hydrogen and hydrogen gas by a gas-liquid separator, and the separated hydrogen gas is sent to the heat exchanger and used for cooling the hydrogen gas.

各熱交換器では、冷却されるべき水素ガスが流れる流路内に触媒が充填されている。常温の水素ガスはオルソ水素とパラ水素の割合が３：１で平衡状態であるのに対し、−２５３℃の液体水素はパラ水素の割合がほぼ１００％で平衡状態となる。常温の水素ガスを液化しただけでは平衡状態となるまでに数日を要し、その間に多くの水素が蒸発する。触媒は、パラ水素の比率を迅速に上昇させるために使用される。   In each heat exchanger, a catalyst is filled in a flow path through which hydrogen gas to be cooled flows. The hydrogen gas at normal temperature is in an equilibrium state with a ratio of ortho hydrogen and para hydrogen of 3: 1, whereas liquid hydrogen at −253 ° C. is in an equilibrium state with a ratio of para hydrogen of almost 100%. Just liquefying hydrogen gas at room temperature takes several days to reach equilibrium, and much hydrogen evaporates during that time. The catalyst is used to quickly increase the proportion of parahydrogen.

ところで、特許文献１には、触媒が流路内に充填された熱交換器の具体的な構造は開示されていない。この点、例えば特許文献２には、図１１（ａ）に示すようなプレートフィン型の熱交換器１００が開示されている。   By the way, Patent Document 1 does not disclose a specific structure of a heat exchanger in which a catalyst is filled in a flow path. In this regard, for example, Patent Document 2 discloses a plate fin type heat exchanger 100 as shown in FIG.

特許文献２に開示された熱交換器１００は、コルゲートフィンを内蔵する、略正方形状の断面形状で上下方向に延びるコア１１０を備えている。なお、特許文献２には明確に記載されていないが、コルゲートフィンは図１１（ａ）の紙面と直交する方向にプレートと交互に積層されていると考えられる。   The heat exchanger 100 disclosed in Patent Document 2 includes a core 110 that includes a corrugated fin and extends in the vertical direction with a substantially square cross-sectional shape. Although not clearly described in Patent Document 2, it is considered that corrugated fins are alternately stacked with plates in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

コア１１０の上面および下面には、第１流体用の第１ヘッダー１２０が接合されており、コア１１０の左右の両側面１１１の端部には、第２流体用の第２ヘッダー１３０が接合されている。そして、コア１１１内には、粒子１４０が充填されている。   The first header 120 for the first fluid is joined to the upper surface and the lower surface of the core 110, and the second header 130 for the second fluid is joined to the ends of the left and right side surfaces 111 of the core 110. ing. The core 111 is filled with particles 140.

また、特許文献２には、図１１（ｂ）に示すような第１ヘッダー１２０の断面形状の一例が開示されている。第１ヘッダー１２０は、コア１１０の上面または下面を覆うドーム１２１と、ドーム１２１の中心から突出する粒子投入管１２２と、粒子投入管１２２の先端を閉塞するキャップ１２３を含む。そして、粒子投入管１２２の外周面に、第１流体管１２４が接合されている。さらに、粒子投入管１２２内には、粒子１４０が第１流体管１２４内に流出することを防止するための筒状の多孔質部材１５０が配置されている。   Patent Document 2 discloses an example of a cross-sectional shape of the first header 120 as shown in FIG. The first header 120 includes a dome 121 that covers the upper surface or the lower surface of the core 110, a particle input tube 122 that protrudes from the center of the dome 121, and a cap 123 that closes the tip of the particle input tube 122. The first fluid pipe 124 is joined to the outer peripheral surface of the particle input pipe 122. Further, a cylindrical porous member 150 for preventing the particles 140 from flowing out into the first fluid pipe 124 is disposed in the particle input pipe 122.

特開２００２−２４３３６０号公報JP 2002-243360 A 米国特許第３２１３９３３号明細書U.S. Pat. No. 3,213,933

しかしながら、図１１（ｂ）に示すような構造では、粒子投入管１２２を通じて熱交換器１００内に粒子１４０を投入する際に、粒子が筒状の多孔質部材１５０の内周面上を滑るように流れるため、多孔質部材１５０が破損するおそれがある。   However, in the structure as shown in FIG. 11B, when the particles 140 are introduced into the heat exchanger 100 through the particle introduction tube 122, the particles slide on the inner peripheral surface of the cylindrical porous member 150. Therefore, the porous member 150 may be damaged.

そこで、本発明は、粒子の投入時に多孔質部材が破損することを防止できる熱交換器を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the heat exchanger which can prevent a porous member from being damaged at the time of injection | throwing-in of particle | grains.

前記課題を解決するために、本発明の熱交換器は、少なくとも第１流体と第２流体の二種類の流体の間で、少なくとも前記第１流体に粒子を接触させながら熱交換を行う熱交換器であって、コルゲートフィンとプレートが交互に積層された、前記第１流体用の第１流入口および第１流出口ならびに前記第２流体用の第２流入口および第２流出口を有するコアと、前記第１流入口または前記第１流出口を覆うドーム、前記ドームから突出する粒子投入管、および前記粒子投入管の外周面に接合された第１流体管、をそれぞれ含む一対のヘッダーと、前記各ヘッダーの前記粒子投入管の先端を閉塞するキャップと、前記キャップとの間に前記第１流体管と連通するチャンバーを形成するように前記粒子投入管内に配置された、前記チャンバーと前記ドームの内部とを連通する開口を有する支持部材であって、前記ヘッダーに対して着脱可能に構成された支持部材と、前記開口を覆うように前記支持部材に取り付けられた多孔質部材と、前記各ヘッダーの前記ドーム内および前記コアにおける前記第１流入口と前記第２流入口の間の第１流路内に充填された粒子と、を備える、ことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a heat exchanger according to the present invention performs heat exchange between at least two kinds of fluids, ie, a first fluid and a second fluid, while at least bringing particles into contact with the first fluid. A core having a first inlet and a first outlet for the first fluid and a second inlet and a second outlet for the second fluid, wherein corrugated fins and plates are alternately stacked And a pair of headers each including a dome covering the first inlet or the first outlet, a particle inlet pipe protruding from the dome, and a first fluid pipe joined to an outer peripheral surface of the particle inlet pipe A cap that closes the tip of the particle input tube of each header, and a chamber that is disposed in the particle input tube so as to form a chamber that communicates with the first fluid tube between the cap and the front of the chamber. A support member having an opening communicating with the inside of the dome, wherein the support member is configured to be detachable from the header; a porous member attached to the support member so as to cover the opening; And particles filled in a first flow path between the first inlet and the second inlet in the dome of each header and in the core.

ここで、「二種類の流体」とは、必ずしも異なる組成の流体である必要はなく、一方の流体と他方の流体の温度が異なる限りそれらが同じ組成であってもよい。   Here, the “two types of fluids” do not necessarily need to be fluids having different compositions, and they may have the same composition as long as the temperatures of one fluid and the other fluid are different.

上記の構成によれば、ヘッダーに対して着脱可能に構成された支持部材に多孔質部材が取り付けられているので、熱交換器内へ粒子を充填する際には、支持部材をヘッダーから取り外しておき、粒子の充填後に支持部材をヘッダーに装着することができる。その結果、粒子の投入時に多孔質部材が破損することを防止できる。   According to said structure, since the porous member is attached to the support member comprised so that attachment or detachment with respect to the header was carried out, when charging a particle | grain into a heat exchanger, a support member is removed from a header. Alternatively, the support member can be attached to the header after the particles are filled. As a result, the porous member can be prevented from being damaged when the particles are charged.

前記支持部材は、前記開口を形成するチューブと、前記チューブの前記チャンバー側の端部に設けられた、ボルトにより前記ヘッダーに固定されるフランジと、を含み、前記多孔質部材は、前記チューブの前記フランジと反対側の端面に取り付けられていてもよい。この構成によれば、前記粒子投入管の内周面と前記支持部材の外周面との間隙を通じての前記ドーム内部から前記チャンバーまでの距離を大きくとることができ、前記チャンバー内への粒子侵入を困難にさせると共に、粒子が他の機器に影響を与えることを防止できる。   The support member includes a tube that forms the opening, and a flange that is provided at an end of the tube on the chamber side and that is fixed to the header by a bolt, and the porous member includes the tube You may attach to the end surface on the opposite side to the said flange. According to this configuration, it is possible to increase the distance from the inside of the dome to the chamber through the gap between the inner peripheral surface of the particle introduction tube and the outer peripheral surface of the support member, and particle intrusion into the chamber can be prevented. While making it difficult, it can prevent that particle | grains influence other apparatuses.

前記粒子投入管は、前記ドームを貫通しており、前記粒子投入管の前記ドーム側の端部には、縮径された中心穴を規定するリング部であって、前記キャップ側の端面に前記ボルトと螺合するネジ穴が形成されたリング部が設けられており、前記多孔質部材は、前記リング部の前記コア側の端面と連続面を形成する位置に配置されていてもよい。この構成によれば、リング部で規定される中心穴内に粒子が充填されることを防ぐことができる。その結果、第１流体の流速が大きい位置に配置される粒子を少なくすることができる。しかも、多孔質部材がリング部のコア側の端面から張り出さないので、多孔質部材の周囲に位置する粒子にも、多孔質部材を通過する前または通過した後の第１流体をスムーズに接触させることができる。   The particle injection tube passes through the dome, and the end of the particle injection tube on the dome side is a ring portion that defines a reduced diameter center hole, and the end surface on the cap side has the ring portion. A ring portion in which a screw hole to be screwed with the bolt is provided, and the porous member may be disposed at a position that forms a continuous surface with the end surface on the core side of the ring portion. According to this configuration, it is possible to prevent the particles from being filled into the center hole defined by the ring portion. As a result, the number of particles arranged at a position where the flow rate of the first fluid is large can be reduced. In addition, since the porous member does not protrude from the end surface on the core side of the ring portion, the first fluid after passing through the porous member before or after passing through the porous member smoothly contacts particles located around the porous member. Can be made.

前記第１流入口と前記第１流出口は、互いに直交する方向に開口してもよい。この構成によれば、双方のヘッダーの粒子投入管から同時に熱交換器内に粒子を投入することが可能である。   The first inflow port and the first outflow port may be opened in directions orthogonal to each other. According to this configuration, it is possible to simultaneously introduce particles into the heat exchanger from the particle input tubes of both headers.

例えば、前記粒子は、水素ガスのオルソ−パラ変換を促進させる触媒であってもよい。   For example, the particles may be a catalyst that promotes ortho-para conversion of hydrogen gas.

前記キャップは、溶接により前記粒子投入管の先端に固定されていてもよい。第１流体が水素ガスである場合は熱交換器に高い気密性が要求されるため、溶接による固定は特に分子の小さい水素ガス用の熱交換器に適している。   The cap may be fixed to the tip of the particle input tube by welding. When the first fluid is hydrogen gas, the heat exchanger is required to have high airtightness. Therefore, fixing by welding is particularly suitable for a heat exchanger for hydrogen gas having a small molecule.

本発明によれば、粒子の投入時に多孔質部材が破損することを防止できる。   According to the present invention, the porous member can be prevented from being damaged when the particles are charged.

本発明の一実施形態に係る熱交換器の斜視図である。It is a perspective view of the heat exchanger which concerns on one Embodiment of this invention. 図１に示す熱交換器のコアの部分的な斜視図である。It is a partial perspective view of the core of the heat exchanger shown in FIG. 図１に示す熱交換器を第１流路に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the heat exchanger shown in FIG. 1 along the 1st flow path. 図１に示す熱交換器を第２流路に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the heat exchanger shown in FIG. 1 along the 2nd flow path. 第１ヘッダーの断面図である。It is sectional drawing of a 1st header. 支持部材および多孔質部材の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a supporting member and a porous member. 図１に示す熱交換器内に一方の第１ヘッダーから粒子を投入する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of throwing particle | grains from one 1st header in the heat exchanger shown in FIG. 図１に示す熱交換器内に他方の第１ヘッダーから粒子を投入する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method to throw particle | grains into the heat exchanger shown in FIG. 1 from the other 1st header. 図１に示す熱交換器内に双方の第１ヘッダーから粒子を投入する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of throwing particle | grains from both the 1st headers in the heat exchanger shown in FIG. 変形例の第１ヘッダーの断面図である。It is sectional drawing of the 1st header of a modification. （ａ）は従来の熱交換器の一部断面正面図、（ｂ）は同熱交換器の第１ヘッダーの一例を示す断面図である。(A) is a partial cross section front view of the conventional heat exchanger, (b) is a cross-sectional view showing an example of a first header of the heat exchanger.

図１に、本発明の一実施形態に係る熱交換器１を示す。この熱交換器１は、第１流体と第２流体の二種類の流体の間で、第１流体に粒子を接触させながら熱交換を行うプレートフィン型の熱交換器である。ただし、本発明の熱交換器は、二種類の流体の間で熱交換を行うものに限られず、三種類以上の流体の間で熱交換を行うものであってもよい。   FIG. 1 shows a heat exchanger 1 according to an embodiment of the present invention. The heat exchanger 1 is a plate fin type heat exchanger that performs heat exchange between two kinds of fluids, a first fluid and a second fluid, while bringing particles into contact with the first fluid. However, the heat exchanger of the present invention is not limited to one that performs heat exchange between two types of fluids, and may perform heat exchange between three or more types of fluids.

本実施形態では、熱交換器１は、略正方形状の断面形状で上下方向に延びるコア２を備えている。コア２は、図２に示すように、コルゲートフィンとプレート２１が水平方向に交互に積層された構成を有している。以下、説明の便宜のために、コルゲートフィンとプレート２１の積層方向を前後方向（図１および図２の手前側を前方、奥側を後方）、上下方向および前後方向と直交する方向を左右方向（図１および図２の左側を左方、右側を右方）という。   In the present embodiment, the heat exchanger 1 includes a core 2 that extends in the vertical direction with a substantially square cross-sectional shape. As shown in FIG. 2, the core 2 has a configuration in which corrugated fins and plates 21 are alternately stacked in the horizontal direction. Hereinafter, for convenience of explanation, the stacking direction of the corrugated fins and the plate 21 is the front-rear direction (the front side in FIGS. 1 and 2 is the front and the rear side is the rear), and the vertical direction and the direction orthogonal to the front-rear direction are the left-right direction. (The left side of FIGS. 1 and 2 is the left side and the right side is the right side).

図１に示すように、コア２は、互いに平行な上面２ａおよび下面２ｂ、ならびに４つの側面２ｃ〜２ｆを有している。左側面２ｃの下部には、第１流体を受け入れる第１ヘッダー３Ａが接合されており、上面２ａには、第１流体を排出する第１ヘッダー３Ｂが接合されている。一方、右側面２ｅの上部には、第２流体を受け入れる第２ヘッダー４Ａが接合されており、下面２ｂには、第２流体を排出する第２ヘッダー４Ｂが接合されている。   As shown in FIG. 1, the core 2 has an upper surface 2a and a lower surface 2b that are parallel to each other, and four side surfaces 2c to 2f. A first header 3A for receiving the first fluid is joined to the lower portion of the left side surface 2c, and a first header 3B for discharging the first fluid is joined to the upper surface 2a. On the other hand, a second header 4A for receiving the second fluid is joined to the upper portion of the right side surface 2e, and a second header 4B for discharging the second fluid is joined to the lower surface 2b.

図２〜４に示すように、コア２のプレート２１の間には、第１流体が流れる第１流路５と第２流体が流れる第２流路６とが交互に形成されている。そして、第１流路５内に第１コルゲートフィン５５が配置され、第２流路６内に第２コルゲートフィン６５が配置されている。また、プレート２１間には、当該プレート２１の周縁に沿ってサイドバー２２が設けられており、このサイドバー２２により各コルゲートフィンが取り囲まれている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the first flow path 5 through which the first fluid flows and the second flow path 6 through which the second fluid flows are alternately formed between the plates 21 of the core 2. A first corrugated fin 55 is disposed in the first flow path 5, and a second corrugated fin 65 is disposed in the second flow path 6. A side bar 22 is provided between the plates 21 along the periphery of the plate 21, and each corrugated fin is surrounded by the side bar 22.

図３に示すように、コア２の左側面２ｃの下部には、第１流体用の第１流入口５ａが形成されており、コア２の上面２ａには、第１流体用の第１流出口５ｂが形成されている。すなわち、第１流入口５ａおよび第２流出口５ｂを両端とする第１流路５はＬ字状をなしており、第１流入口５ａと第１流出口５ｂは互いに直交する方向に開口している。図４に示すように、コア２の右側面２ｅの上部には、第２流体用の第２流入口６ａが形成されており、コア２の下面２ｂには、第２流体用の第２流出口６ｂが形成されている。すなわち、第２流入口６ａおよび第２流出口６ｂを両端とする第２流路６はＬ字状をなしており、第２流入口６ａと第２流出口６ｂは互いに直交する方向に開口している。第１流入口５ａおよび第１流出口５ｂならびに第２流入口６ａおよび第２流出口６ｂは、上述したサイドバー２２により規定されている。   As shown in FIG. 3, a first inflow port 5 a for the first fluid is formed in the lower part of the left side surface 2 c of the core 2, and the first flow for the first fluid is formed on the upper surface 2 a of the core 2. An outlet 5b is formed. That is, the first flow path 5 having both ends of the first inlet 5a and the second outlet 5b has an L shape, and the first inlet 5a and the first outlet 5b open in directions orthogonal to each other. ing. As shown in FIG. 4, a second inflow port 6 a for the second fluid is formed on the upper side of the right side surface 2 e of the core 2, and a second flow for the second fluid is formed on the lower surface 2 b of the core 2. An outlet 6b is formed. That is, the second flow path 6 having both ends of the second inlet 6a and the second outlet 6b has an L shape, and the second inlet 6a and the second outlet 6b open in directions orthogonal to each other. ing. The first inlet 5a and the first outlet 5b, and the second inlet 6a and the second outlet 6b are defined by the side bar 22 described above.

第１流路５内に配置されるコルゲートフィン５５と第２流路６内に配置されるコルゲートフィン６５は、互いに同じ構造を有していてもよいし、異なる構造を有していてもよい。例えば、コルゲートフィン（５５または６５）としては、ストレート型、パーボレート型、ルーバー型、セレート型などのコルゲートフィンを用いることができる。   The corrugated fins 55 disposed in the first flow path 5 and the corrugated fins 65 disposed in the second flow path 6 may have the same structure or different structures. . For example, as the corrugated fin (55 or 65), a corrugated fin of a straight type, a perborate type, a louver type, a serrate type or the like can be used.

第１流体用の第１ヘッダー３Ａ，３Ｂは互いに同じ構造を有していてもよいし、異なる構造を有していてもよい。また、第２流体用の第２ヘッダー４Ａ，４Ｂは互いに同じ構造を有していてもよいし、異なる構造を有していてもよい。具体的に、各第１ヘッダーは、第１流入口５ａまたは第１流出口５ｂを覆うドーム３１と、ドーム３１の中心から突出する粒子投入管３２と、粒子投入管３２の外周面に接合された第１流体管３３を含む。一方、各第２ヘッダーは、第２流入口６ａまたは第２流出口６ｂを覆うドーム４１と、ドーム４１の中心から突出する第２流体管４２を含む。換言すれば、第２ヘッダーでは、第２流体管４２がドーム４１に直接的に接続されている一方、第１ヘッダーでは、第１流体管３４が粒子投入管３２を介してドーム３１に接続されている。粒子投入管３２の先端は、キャップ３３で閉塞されている。   The first headers 3A, 3B for the first fluid may have the same structure or different structures. The second headers 4A and 4B for the second fluid may have the same structure or different structures. Specifically, each first header is joined to the dome 31 covering the first inflow port 5a or the first outflow port 5b, the particle input pipe 32 protruding from the center of the dome 31, and the outer peripheral surface of the particle input pipe 32. The first fluid pipe 33 is included. On the other hand, each second header includes a dome 41 that covers the second inlet 6a or the second outlet 6b and a second fluid pipe 42 that protrudes from the center of the dome 41. In other words, in the second header, the second fluid pipe 42 is directly connected to the dome 41, while in the first header, the first fluid pipe 34 is connected to the dome 31 via the particle input pipe 32. ing. The tip of the particle input tube 32 is closed with a cap 33.

各第１ヘッダー（３Ａまたは３Ｂ）の粒子投入管３２内には、キャップ３３との間に第１流体管３４と連通するチャンバー３５を形成するように支持部材７が配置されている。支持部材７は、当該支持部材７の中心に、チャンバー３５とドーム３１の内部とを連通する開口７０を有している。また、支持部材７は、第１ヘッダーに対して着脱可能に構成されている。支持部材７には、開口７０を覆うように多孔質部材８が取り付けられている。   The support member 7 is disposed in the particle input pipe 32 of each first header (3A or 3B) so as to form a chamber 35 communicating with the first fluid pipe 34 between the cap 33 and the first header (3A or 3B). The support member 7 has an opening 70 that communicates the chamber 35 and the inside of the dome 31 at the center of the support member 7. The support member 7 is configured to be detachable from the first header. A porous member 8 is attached to the support member 7 so as to cover the opening 70.

各第１ヘッダーのドーム３１内および第１流路５内には、粒子５０が充填されている。粒子５０は、特に限定されるものではなく、熱交換器１の用途に応じて様々なものを選択可能である。例えば、粒子５０は、第１流体に作用する触媒であってもよいし、第１流体から不純物を除去する吸着剤であってもよい。   Particles 50 are filled in the dome 31 and the first flow path 5 of each first header. The particles 50 are not particularly limited, and various particles can be selected depending on the application of the heat exchanger 1. For example, the particle 50 may be a catalyst that acts on the first fluid, or may be an adsorbent that removes impurities from the first fluid.

触媒の一例としては、水素ガスのオルソ−パラ変換を促進させる触媒が挙げられる。このような触媒としては、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）や酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）などを用いることができる。吸着剤としては、例えば、ゼオライトや活性炭などを用いることができる。 An example of the catalyst is a catalyst that promotes ortho-para conversion of hydrogen gas. As such a catalyst, iron oxide (Fe 2 O 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), or the like can be used. As the adsorbent, for example, zeolite or activated carbon can be used.

多孔質部材８は、薄い円盤状のフィルタである。多孔質部材８は、熱交換器１内に投入された粒子５０の流出を防止するためのものである。多孔質部材８は、粒子５０が通過不能な構造であればどのような構造を有していてもよい。例えば、多孔質部材８としては、焼結金網フィルタを用いることができる。この焼結金網フィルタの一例としては、５層から構成されているものがある。１層目はほぼ金網であり、基本金網を保護する機能を持つ。２層目は基本金網であり、ろ過を制御する機能を有し、ろ過の基本ろ孔金網である。３層目も保護金網であるが、これは２層目を保護すると共に４層目及び5層目の金網への分流効果を持つ。４層目及び５層目は補強金網となっており、充填される粒子の重量に耐えられるよう畳織金網で補強するという効果を持っている。   The porous member 8 is a thin disk-shaped filter. The porous member 8 is for preventing the particles 50 put into the heat exchanger 1 from flowing out. The porous member 8 may have any structure as long as the particle 50 cannot pass therethrough. For example, a sintered wire mesh filter can be used as the porous member 8. One example of the sintered wire mesh filter is composed of five layers. The first layer is almost a wire mesh and has a function of protecting the basic wire mesh. The second layer is a basic wire mesh, which has a function of controlling filtration, and is a basic filter wire mesh for filtration. The third layer is also a protective wire mesh, which protects the second layer and has a shunt effect to the fourth and fifth layer wire mesh. The fourth layer and the fifth layer are reinforced wire meshes, and have the effect of reinforcing with a tatami woven wire mesh so as to withstand the weight of the filled particles.

次に、図５および図６を参照して、第１ヘッダー（３Ａまたは３Ｂ）および支持部材７の構造についてより詳しく説明する。   Next, the structure of the first header (3A or 3B) and the support member 7 will be described in more detail with reference to FIGS.

本実施形態では、粒子投入管３２がドーム３１を貫通している。粒子投入管３２のドーム３１側の端部には、縮径された中心穴３７を規定するリング部３６が設けられている。換言すれば、リング部３６は、粒子投入管３２におけるチャンバー３５を規定する壁部よりも径方向内側に張り出している。本実施形態では、リング部３６が粒子投入管３２と一体的に形成されている。ただし、粒子投入管３２が全長に亘って一定の内径を有し、この粒子投入管３２の内周面に粒子投入管３２とは別体のリング部３６が溶接またはネジ止めなどにより固定されていてもよい。   In the present embodiment, the particle input tube 32 passes through the dome 31. A ring portion 36 that defines a central hole 37 with a reduced diameter is provided at the end of the particle introduction tube 32 on the dome 31 side. In other words, the ring portion 36 projects radially inward from the wall portion defining the chamber 35 in the particle input tube 32. In the present embodiment, the ring portion 36 is formed integrally with the particle input tube 32. However, the particle input tube 32 has a constant inner diameter over the entire length, and a ring portion 36 separate from the particle input tube 32 is fixed to the inner peripheral surface of the particle input tube 32 by welding or screwing. May be.

リング部３６の断面形状は矩形状であり、リング部３６は、粒子投入管３２の径方向にフラットなキャップ３３側の第１端面３６ａと、第１端面３６ａと平行な、ドーム３１側の第２端面３６ｂを有している。リング部３６の第１端面３６ａには、等角度間隔でネジ穴３６ｃが形成されている。   The cross-sectional shape of the ring portion 36 is rectangular, and the ring portion 36 includes a first end surface 36a on the cap 33 side that is flat in the radial direction of the particle input tube 32, and a first end surface 36a on the dome 31 side that is parallel to the first end surface 36a. It has two end faces 36b. Screw holes 36c are formed in the first end surface 36a of the ring portion 36 at equal angular intervals.

支持部材７は、開口７０を形成するチューブ７１と、チューブ７１のチャンバー３５側の端部に設けられたフランジ７２とを含む。フランジ７２には、リング部３６のネジ穴３６ｃと対応する位置に、ネジ穴３６ｃと螺合するボルト９用のザグリ穴７５が設けられている。なお、ザグリ穴７５ではなく、単なる貫通孔であっても良い。そして、リング部３６は、ボルト９によりリング部３６（第１ヘッダー）に固定される。   The support member 7 includes a tube 71 that forms the opening 70, and a flange 72 that is provided at the end of the tube 71 on the chamber 35 side. The flange 72 is provided with a counterbore hole 75 for the bolt 9 that is screwed into the screw hole 36c at a position corresponding to the screw hole 36c of the ring portion 36. Instead of the counterbore hole 75, a simple through hole may be used. The ring portion 36 is fixed to the ring portion 36 (first header) by the bolt 9.

多孔質部材８は、チューブ７１のフランジ７２と反対側の端面に取り付けられている。例えば、多孔質部材８は、溶接またはボルトによりチューブ７１に取り付けられる。チューブ７１内には、多孔質部材８の撓みおよび破損を防止する格子部材７３（図３および図４、図７〜９では作図を省略）が配置されている。   The porous member 8 is attached to the end surface of the tube 71 opposite to the flange 72. For example, the porous member 8 is attached to the tube 71 by welding or bolts. A lattice member 73 (not shown in FIGS. 3 and 4 and FIGS. 7 to 9) that prevents the porous member 8 from being bent and damaged is disposed in the tube 71.

多孔質部材８は、リング部３６の第２端面３６ｂと連続面を形成する位置に配置されている。すなわち、支持部材７のチューブ７１のフランジ７２からの高さは、リング部３６の厚さから多孔質部材８の厚さを引いた値に設定されている。   The porous member 8 is disposed at a position that forms a continuous surface with the second end surface 36 b of the ring portion 36. That is, the height of the support member 7 from the flange 72 of the tube 71 is set to a value obtained by subtracting the thickness of the porous member 8 from the thickness of the ring portion 36.

キャップ３３は、本実施形態では、溶接により粒子投入管３２の先端に固定される。第１流体が水素ガスである場合は熱交換器１に高い気密性が要求されるため、溶接による固定は特に分子の小さい水素ガス用の熱交換器に適している。より詳しくは、キャップ３３には、粒子投入管３２と嵌合する円形状の窪みが設けられており、第２投入管３２の端面から離れた外周面上でキャップ３３が隅肉溶接される。このため、溶接による裏波がチャンバー３５内に露出することがない。ただし、キャップ３３の固定方法は溶接に限られるものではない。例えば、粒子投入管３２の先端にフランジが設けられ、このフランジにボルトおよびナットによってキャップ３３が固定されてもよい。   In this embodiment, the cap 33 is fixed to the tip of the particle input tube 32 by welding. When the first fluid is hydrogen gas, high heat tightness is required for the heat exchanger 1, and fixing by welding is particularly suitable for a heat exchanger for hydrogen gas having a small molecule. More specifically, the cap 33 is provided with a circular recess that fits into the particle input tube 32, and the cap 33 is fillet welded on the outer peripheral surface away from the end surface of the second input tube 32. For this reason, the back wave by welding is not exposed in the chamber 35. However, the fixing method of the cap 33 is not limited to welding. For example, a flange may be provided at the tip of the particle input tube 32, and the cap 33 may be fixed to the flange by a bolt and a nut.

以上説明したように、本実施形態の熱交換器１では、第１ヘッダー３Ａ，３Ｂに対して着脱可能に構成された支持部材７に多孔質部材８が取り付けられているので、熱交換器１内へ粒子５０を充填する際には、支持部材７を第１ヘッダー（３Ａまたは３Ｂ）から取り外しておき、粒子５０の充填後に支持部材７を第１ヘッダーに装着することができる。その結果、粒子５０の投入時に多孔質部材７が破損することを防止できる。さらには、熱交換器１の製作途中で粒子５０を変更する必要性が生じた場合でも、多孔質部材８を新たな粒子５０に対応したものに容易に取り換えることができる。   As described above, in the heat exchanger 1 of the present embodiment, the porous member 8 is attached to the support member 7 configured to be detachable from the first headers 3A and 3B. When the particles 50 are filled in, the support member 7 can be removed from the first header (3A or 3B), and the support member 7 can be attached to the first header after the particles 50 are filled. As a result, the porous member 7 can be prevented from being damaged when the particles 50 are charged. Furthermore, even when it becomes necessary to change the particles 50 during the production of the heat exchanger 1, the porous member 8 can be easily replaced with one corresponding to the new particles 50.

また、本実施形態では、多孔質部材８が粒子投入管３２に設けられたリング部３６の第２端面３６ｂと連続面を形成する位置に配置されているので、リング部３６で規定される中心穴３７内に粒子５０が充填されることを防ぐことができる。その結果、第１流体の流速が大きい位置に配置される粒子５０を少なくすることができる。しかも、多孔質部材８がリング部３６の第２端面３６ｂから張り出さないので、多孔質部材８の周囲に位置する粒子５０にも、多孔質部材８を通過する前または通過した後の第１流体をスムーズに接触させることができる。   In the present embodiment, since the porous member 8 is disposed at a position that forms a continuous surface with the second end surface 36 b of the ring portion 36 provided in the particle input tube 32, the center defined by the ring portion 36 is used. It is possible to prevent the particles 50 from being filled in the holes 37. As a result, the number of particles 50 arranged at a position where the flow rate of the first fluid is large can be reduced. In addition, since the porous member 8 does not protrude from the second end face 36b of the ring portion 36, the first particles after passing through the porous member 8 or after passing through the porous member 8 also to the particles 50 located around the porous member 8. Fluid can be brought into contact smoothly.

次に、熱交換器１内に粒子５０を充填する方法を説明する。   Next, a method for filling the particles 50 in the heat exchanger 1 will be described.

熱交換器１の全ての要素の製作完了後、コア２に第１ヘッダー３Ａ，３Ｂおよび第２ヘッダー４Ａ，４Ｂを溶接する。ヘッダーの溶接後、熱交換器１内を洗浄し、耐圧試験を行う。耐圧試験としては、気圧試験よりも安全で簡易な水圧試験を行うことが望ましい。水圧試験を行った後は、熱交換器１内を乾燥させる。   After the manufacture of all the elements of the heat exchanger 1 is completed, the first header 3A, 3B and the second header 4A, 4B are welded to the core 2. After the header is welded, the heat exchanger 1 is cleaned and a pressure resistance test is performed. As the pressure test, it is desirable to perform a water pressure test that is safer and simpler than the pressure test. After performing the water pressure test, the heat exchanger 1 is dried.

熱交換器１内を乾燥させた後は、図７に示すように、下側の第１ヘッダー３Ｂに支持部材７を装着し、第１ヘッダー３Ｂの中心穴３７を多孔質部材８で遮断する。その状態で、上側の第１ヘッダー３Ａの粒子投入管３２を通じて熱交換器１内に粒子５０を投入する。この充填は熱交換器１をゆすったり熱交換器１をハンマなどで叩いて熱交換器１に振動を与えたりすることが望ましい。このようにすれば、より多くの粒子５０を充填することができる。目視または重量計測により粒子５０が十分に投入されたことを確認した後、第１ヘッダー３Ａに支持部材７を装着し、第１ヘッダーの中心穴３７を多孔質部材８で遮断する。   After the inside of the heat exchanger 1 is dried, as shown in FIG. 7, the support member 7 is attached to the lower first header 3B, and the central hole 37 of the first header 3B is blocked by the porous member 8. . In this state, the particles 50 are introduced into the heat exchanger 1 through the particle introduction pipe 32 of the upper first header 3A. For this filling, it is desirable to shake the heat exchanger 1 or strike the heat exchanger 1 with a hammer to give vibration to the heat exchanger 1. In this way, more particles 50 can be filled. After confirming that the particles 50 are sufficiently charged by visual observation or weight measurement, the support member 7 is attached to the first header 3 </ b> A, and the center hole 37 of the first header is blocked by the porous member 8.

その後、図８に示すように、熱交換器１を９０度回転させて、第１ヘッダー３Ａの粒子投入管３２を上向きにし、第１ヘッダー３Ａから支持部材７を取り外す。そして、今度は、第１ヘッダー３Ａの粒子投入管３２を通じて熱交換器１内に粒子５０を投入する。このように、双方の第１ヘッダー３Ａ，３Ｂから粒子５０を投入することにより、第１流路５および第１ヘッダー３Ａ，３Ｂのドーム３１内に隙間なく粒子５０を充填することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 8, the heat exchanger 1 is rotated 90 degrees so that the particle input pipe 32 of the first header 3 </ b> A faces upward, and the support member 7 is removed from the first header 3 </ b> A. Then, the particles 50 are introduced into the heat exchanger 1 through the particle introduction pipe 32 of the first header 3A. In this manner, by introducing the particles 50 from both the first headers 3A and 3B, the particles 50 can be filled in the first flow path 5 and the dome 31 of the first headers 3A and 3B without any gap.

粒子５０の充填が完了すると、第１ヘッダー３Ａに支持部材７を装着した後に、双方の第１ヘッダー３Ａ，３Ｂの粒子投入管３２の先端に溶接によりキャップ３３を固定する。なお、失活などにより粒子５０を交換する際には、粒子投入管３２を第１流体管３４とキャップ３３の間で切断すればよい。   When the filling of the particles 50 is completed, the support member 7 is attached to the first header 3A, and then the cap 33 is fixed to the tips of the particle introduction pipes 32 of both the first headers 3A and 3B by welding. When the particles 50 are exchanged due to deactivation or the like, the particle input pipe 32 may be cut between the first fluid pipe 34 and the cap 33.

上述した充填方法では、まず上側の第１ヘッダー３Ｂから粒子５０を投入し、ついで下側の第１ヘッダー３Ａから粒子５０を投入していたが、それらの順は逆にしてもよい。あるいは、本実施形態では、第１流入口５ａと第１流出口５ｂが互いに直交する方向に開口しているので、図９に示すように、熱交換器１を第１流入口５ａと第１流出口５ｂの双方が斜め上向きとなるような姿勢にすれば、双方の第１ヘッダー３Ａ，３Ｂの粒子投入管３２から同時に熱交換器１内に粒子を投入することもできる。   In the above-described filling method, the particles 50 are first charged from the upper first header 3B and then the particles 50 are charged from the lower first header 3A. However, the order may be reversed. Or in this embodiment, since the 1st inflow port 5a and the 1st outflow port 5b are opening in the direction orthogonal to each other, as shown in FIG. 9, the heat exchanger 1 is connected to the 1st inflow port 5a and the 1st If both the outlets 5b are inclined upward, particles can be simultaneously introduced into the heat exchanger 1 from the particle introduction pipes 32 of the first headers 3A and 3B.

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、熱交換が行われる際に第１流体だけでなく第２流体にも粒子５０が接触するように、粒子５０が第２流路６に充填されていてもよい。この場合には、第２ヘッダー４Ａ，４Ｂを第１ヘッダー３Ａ，３Ｂと同じ構成にすればよい。   For example, the particles 50 may be filled in the second flow path 6 so that the particles 50 contact not only the first fluid but also the second fluid when heat exchange is performed. In this case, the second headers 4A and 4B may have the same configuration as the first headers 3A and 3B.

また、粒子投入管３２は、必ずしもドーム３１を貫通している必要はない。例えば、図１０に示すように、ドーム３１の頂き部に貫通穴が設けられ、その貫通穴から径方向外側に離れた位置で粒子投入管３２がドーム３１の外側面に接合されていてもよい。この場合、粒子投入管３２にリング部３６を設けずに、ドーム３１の貫通穴の周囲にネジ穴を設けてもよい。あるいは、図示は省略するが、ドーム３１の内側面にボルト９と螺合するナットが溶接されていてもよい。   Further, the particle input tube 32 does not necessarily have to penetrate the dome 31. For example, as shown in FIG. 10, a through hole may be provided at the top of the dome 31, and the particle introduction tube 32 may be joined to the outer surface of the dome 31 at a position away from the through hole in the radial direction. . In this case, a screw hole may be provided around the through hole of the dome 31 without providing the ring portion 36 in the particle input tube 32. Or although illustration is abbreviate | omitted, the nut screwed together with the volt | bolt 9 may be welded to the inner surface of the dome 31. FIG.

さらに、支持部材７は、必ずしもチューブ７１およびフランジ７２を有する側面視でＴ字状の形状を有する必要はない。例えば、図１０に示すように、支持部材７は、中心に多数の貫通穴が設けられた板材であってもよい。多数の貫通穴は、チャンバー３５とドーム３１の内部とを連通する開口７０を構成する。ただし、前記実施形態のように支持部材７が側面視でＴ字状の形状を有していれば、粒子投入管３２の内周面と支持部材７の外周面との間隙を通じてのドーム３１内部からチャンバー３５までの距離を大きくとることができ、チャンバー３５内への粒子侵入を困難にさせると共に、粒子が他の機器に影響を与えることを防止できる。   Furthermore, the support member 7 does not necessarily have a T-shape when viewed from the side including the tube 71 and the flange 72. For example, as shown in FIG. 10, the support member 7 may be a plate material provided with a large number of through holes in the center. A large number of through holes constitute an opening 70 that allows the chamber 35 and the inside of the dome 31 to communicate with each other. However, if the support member 7 has a T-shape in a side view as in the above-described embodiment, the inside of the dome 31 through the gap between the inner peripheral surface of the particle input tube 32 and the outer peripheral surface of the support member 7. The distance from the chamber 35 to the chamber 35 can be increased, making it difficult for the particles to enter the chamber 35 and preventing the particles from affecting other devices.

支持部材７を各第１ヘッダーに対して着脱可能に構成するには、必ずしもボルト９を用いる必要はない。例えば、係合構造により支持部材７が各第１ヘッダーに対して着脱可能となっていてもよい。   In order to configure the support member 7 so as to be detachable from each first header, the bolt 9 is not necessarily used. For example, the support member 7 may be detachable from each first header by the engagement structure.

コア２は、必ずしもも略正方形状の断面形状で上下方向に延びている必要はない。例えば、コア２は、コルゲートフィンおよびプレート２１の積層方向に扁平な長方形板状であってもよい。また、第１流路５が直線状となるように、第１流入口５ａと第２流出口６ｂの位置が入れ替わっていてもよい（コア２の下面２ｂに第１流入口５ａが形成されていてもよい）。あるいは、第１流路５がクランク状となるように、第１流出口５ｂと第２流入口６ａの位置が入れ替わっていてもよい（コア２の右側面２ｅの上部に第１流出口５ｂが形成されていてもよい）。   The core 2 does not necessarily have to have a substantially square cross-sectional shape and extend in the vertical direction. For example, the core 2 may have a rectangular plate shape that is flat in the stacking direction of the corrugated fins and the plate 21. Moreover, the position of the 1st inflow port 5a and the 2nd outflow port 6b may be switched so that the 1st flow path 5 may become linear form (the 1st inflow port 5a is formed in the lower surface 2b of the core 2). May be). Or the position of the 1st outflow port 5b and the 2nd inflow port 6a may be switched so that the 1st flow path 5 may become crank shape (the 1st outflow port 5b is the upper part of the right side surface 2e of the core 2). May be formed).

本発明の熱交換器は、種々の流体に対して有用である。   The heat exchanger of the present invention is useful for various fluids.

１ 熱交換器
２ コア
２１ プレート
３Ａ，３Ｂ 第１ヘッダー
３１ ドーム
３２ 粒子投入管
３３ キャップ
３４ 第１流体管
３５ チャンバー
３６ リング部
３６ａ，３６ｂ 端面
３６ｃ ネジ穴
３７ 縮径された中心穴
４Ａ，４Ｂ 第２ヘッダー
５ 第１流路
５ａ 第１流入口
５ｂ 第１流出口
５０ 粒子
５５ コルゲートフィン
６ 第２流路
６ａ 第２流入口
６ｂ 第２流入口
６５ コルゲートフィン
７ 支持部材
７０ 開口
８ 多孔質部材
９ ボルト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat exchanger 2 Core 21 Plate 3A, 3B 1st header 31 Dome 32 Particle input pipe 33 Cap 34 1st fluid pipe 35 Chamber 36 Ring part 36a, 36b End surface 36c Screw hole 37 Reduced center hole 4A, 4B 1st 2 header 5 1st flow path 5a 1st inflow port 5b 1st outflow port 50 particle | grain 55 corrugated fin 6 2nd flow path 6a 2nd inflow port 6b 2nd inflow port 65 corrugated fin 7 support member 70 opening 8 porous member 9 bolt

Claims (6)

少なくとも第１流体と第２流体の二種類の流体の間で、少なくとも前記第１流体に粒子を接触させながら熱交換を行う熱交換器であって、
コルゲートフィンとプレートが交互に積層された、前記第１流体用の第１流入口および第１流出口ならびに前記第２流体用の第２流入口および第２流出口を有するコアと、
前記第１流入口または前記第１流出口を覆うドーム、前記ドームから突出する粒子投入管、および前記粒子投入管の外周面に接合された第１流体管、をそれぞれ含む一対のヘッダーと、
前記各ヘッダーの前記粒子投入管の先端を閉塞するキャップと、
前記キャップとの間に前記第１流体管と連通するチャンバーを形成するように前記粒子投入管内に配置された、前記チャンバーと前記ドームの内部とを連通する開口を有する支持部材であって、前記ヘッダーに対して着脱可能に構成された支持部材と、
前記開口を覆うように前記支持部材に取り付けられた多孔質部材と、
前記各ヘッダーの前記ドーム内および前記コアにおける前記第１流入口と前記第２流入口の間の第１流路内に充填された粒子と、
を備える、熱交換器。 A heat exchanger that performs heat exchange between at least two fluids of a first fluid and a second fluid while bringing particles into contact with at least the first fluid,
A core having a first inlet and a first outlet for the first fluid and a second inlet and a second outlet for the second fluid, wherein corrugated fins and plates are alternately stacked;
A pair of headers each including a first dome covering the first inflow port or the first outflow port, a particle input pipe projecting from the dome, and a first fluid pipe joined to an outer peripheral surface of the particle input pipe;
A cap for closing the tip of the particle input tube of each header;
A support member having an opening communicating with the chamber and the interior of the dome, which is disposed in the particle input tube so as to form a chamber communicating with the first fluid tube between the cap and the cap. A support member configured to be detachable from the header;
A porous member attached to the support member so as to cover the opening;
Particles filled in the first flow path between the first inlet and the second inlet in the dome of each header and in the core;
A heat exchanger. 前記支持部材は、前記開口を形成するチューブと、前記チューブの前記チャンバー側の端部に設けられた、ボルトにより前記ヘッダーに固定されるフランジと、を含み、
前記多孔質部材は、前記チューブの前記フランジと反対側の端面に取り付けられている、請求項１に記載の熱交換器。 The support member includes a tube that forms the opening, and a flange that is provided at an end of the tube on the chamber side and is fixed to the header by a bolt,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the porous member is attached to an end surface of the tube opposite to the flange. 前記粒子投入管は、前記ドームを貫通しており、
前記粒子投入管の前記ドーム側の端部には、縮径された中心穴を規定するリング部であって、前記キャップ側の端面に前記ボルトと螺合するネジ穴が形成されたリング部が設けられており、
前記多孔質部材は、前記リング部の前記コア側の端面と連続面を形成する位置に配置されている、請求項２に記載の熱交換器。 The particle injection tube passes through the dome;
A ring portion that defines a reduced diameter center hole at an end portion on the dome side of the particle input tube, and a ring portion in which a screw hole that is screwed to the bolt is formed on the end surface on the cap side. Provided,
The heat exchanger according to claim 2, wherein the porous member is disposed at a position that forms a continuous surface with an end surface on the core side of the ring portion. 前記第１流入口と前記第１流出口は、互いに直交する方向に開口する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the first inlet and the first outlet are opened in directions orthogonal to each other. 前記粒子は、水素ガスのオルソ−パラ変換を促進させる触媒である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein the particles are a catalyst that promotes ortho-para conversion of hydrogen gas. 前記キャップは、溶接により前記粒子投入管の先端に固定されている、請求項５に記載の熱交換器。
The heat exchanger according to claim 5, wherein the cap is fixed to a tip of the particle input pipe by welding.
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