JP6379916B2

JP6379916B2 - 多管式熱交換器

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Publication number: JP6379916B2
Application number: JP2014190724A
Authority: JP
Inventors: 昌幸水野; 繁幸戸田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: JP2016061510A

Description

本発明は、複数の伝熱管内を流通させる流体と、各伝熱管の外側を流通させる別の流体との熱交換を行わせるために用いる多管式熱交換器に関するものである。

熱交換器の一つである多管式熱交換器は、容器（シェル）の胴内に、平行に配置された複数の伝熱管による管群が設けられている。

該管群の長手方向複数個所には、バッフル（邪魔板、そらせ板とも称する）が備えられている。この種のバッフルとしては、セグメント形式のバッフルが広く用いられているが、ディスク状（円板状）のバッフルとドーナツ状（リング状）のバッフルとを交互に配置したディスクアンドドーナツ形式と云われるものも用いられている（たとえば、特許文献１参照）。

これらのバッフルを備えた従来の多管式熱交換器は、管群の各伝熱管内を流通させる管側流体と、シェルの胴内で前記各伝熱管の外面に接する胴側流体との熱交換を行わせるときに、胴側流体の流れが、各バッフルで順次折り返されて、常に各伝熱管の長手方向に直交する方向の流れ、すなわち、管群直交流となって各伝熱管に当たるようにしてある。

特表２００６−５１０４７１号公報

ところが、前記セグメント形式やディスクアンドドーナツ形式のバッフルを備えた従来の多管式熱交換器は、胴側流体の流れに、各バッフルで順次折り返される管群直交流を繰り返して発生させるようにしてあるため、胴側流体の圧力損失が大きくなりやすい。

そこで、本発明は、胴側流体の圧力損失の低減化を図ることができる多管式熱交換器を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、伝熱管内を流通させる第１の流体と伝熱管の外側を流通させる第２の流体とを熱交換させる多管式熱交換器において、容器と、前記容器内の軸心方向の一方の端部に管板により仕切って形成した第１の流体の分配ヘッダと、前記容器内の軸心方向の他方の端部に別の管板により仕切って形成した前記第１の流体の集合ヘッダと、前記容器における前記各管板の間に位置する胴の内側の空間部に環状に設定した管群設置領域と、前記管群設置領域に配置した前記容器の軸心方向に平行な複数の伝熱管による管群と、前記管群設置領域に、周方向の複数個所を前記容器の軸心方向に平行で且つ半径方向に沿うバッフルで仕切って周方向に形成した複数の区画と、前記各区画の外周側の容器軸心方向の一端側に備えた外周側開口部と、内周側の容器軸心方向の他端側に備えた内周側開口部と、を有し、周方向に隣接する２つの区画の外周側開口部同士を胴の外面に沿う位置で接続する外周側接続流路、又は周方向に隣接する２つの区画の内周側開口部同士を管群設置領域の内側の空間を通して接続する内周側接続流路のいずれか一方又は双方を備え、少なくとも２つの区画が接続された第２の流体の流通経路を備えた構成を有する多管式熱交換器とする。

上記構成において、各区画は、容器軸心方向の一端側と他端側に、外周側開口部と内周側開口部を備えたものとした構成に代えて、各区画は、容器軸心方向の中間部に、外周側開口部を備え、且つ容器軸心方向の両端側に、内周側開口部を備えるものとした構成としてもよい。

更に、上記各構成において、各伝熱管には、触媒が充填されている構成としてもよい。

多管式熱交換器によれば、胴側流体の圧力損失の低減化を図ることができる。

多管式熱交換器の第１実施形態を示すもので、（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。図１の多管式熱交換器の管群設置領域に形成した区画を展開して示す概要図である。第１実施形態の応用例を示すもので、（ａ）（ｂ）（ｃ）は図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に対応する図である。多管式熱交換器の第２実施形態を示すもので、（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ方向矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ方向矢視断面図である。図４の多管式熱交換器の管群設置領域に形成した区画を展開して示す概要図である。多管式熱交換器の第３実施形態を示すもので、（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ方向矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ方向矢視断面図である。図６の多管式熱交換器の管群設置領域に形成した区画を展開して示す概要図である。多管式熱交換器の第４実施形態を示すもので、（ａ）（ｂ）は図１（ｂ）（ｃ）に対応する図である。第４実施形態の第１変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図８（ａ）（ｂ）に対応する図である。第４実施形態の第２変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図８（ａ）（ｂ）に対応する図である。多管式熱交換器の第５実施形態を示すもので、（ａ）（ｂ）は図４（ｂ）（ｃ）に対応する図である。第５実施形態の変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図１１（ａ）（ｂ）に対応する図である。多管式熱交換器の第６実施形態を示すもので、（ａ）（ｂ）は図１１（ａ）（ｂ）に対応する図である。第６実施形態の第１変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図１３（ａ）（ｂ）に対応する図である。第６実施形態の第２変形例を示すもので、（ａ）（ｂ）は図１３（ａ）（ｂ）に対応する図である。多管式熱交換器の第７実施形態を示すもので、（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ方向矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ方向矢視断面図である。図１６の多管式熱交換器の管群設置領域に形成した区画を展開して示す概要図である。多管式熱交換器の第８実施形態を示すもので、（ａ）（ｂ）（ｃ）は図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に対応する図である。

本発明の多管式熱交換器について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、多管式熱交換器の第１実施形態を示すものであり、図１（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ方向矢視断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。

本実施形態の多管式熱交換器は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、円筒状の容器１を備える。

容器１内の軸心方向一端寄り個所（図１（ａ）では上端寄り個所）には、管板２により仕切られた第１の流体としての管側流体１２の分配ヘッダ３が設けられている。容器１内の軸心方向他端寄り個所（図１（ａ）では下端寄り個所）には、別の管板４により仕切られた管側流体１２の集合ヘッダ５が設けられている。なお、容器１の軸心に沿う方向は、単に、容器軸心方向と云うものとする。

容器１における各管板２と４の間に位置する円筒状の部分は胴６である。胴６の内側の空間部は、中心部を除く領域が、環状の管群設置領域７とされる。

管群設置領域７には、容器軸心方向に平行に配置された複数の伝熱管９による管群８が設けられている。

なお、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した伝熱管９の数や、伝熱管９同士の間隔は、図示するための便宜上のものであり、実際の伝熱管９の数や伝熱管９同士の間隔を反映したものではない。又、図示する便宜上、図１（ａ）と、図１（ｂ）（ｃ）では、伝熱管９の数や伝熱管９の配置は異なっている（後述する各実施形態の図においても同様）。

各伝熱管９の一端部は、管板２を介して分配ヘッダ３に連通接続されている。各伝熱管９の他端部は、管板４を介して集合ヘッダ５に連通接続されている。

容器１の軸心方向の一端部には、分配ヘッダ３に連通する管側流体入口１０が設けられている。一方、容器１の軸心方向の他端部には、集合ヘッダ５に連通する管側流体出口１１が設けられている。これにより、管側流体入口１０の上流側に接続された図示しない管側流体供給部より供給される管側流体１２は、管側流体入口１０を通して分配ヘッダ３に流入し、この分配ヘッダ３内で分散されてから、管群８を形成している各伝熱管９に対し供給される。各伝熱管９に対して供給された管側流体１２は、各伝熱管９を通過する間に、各伝熱管９の外面に接する後述の第２の流体としての胴側流体１３と、各伝熱管９の管壁を介して間接的に熱交換される。各伝熱管９を通過した後の管側流体１２は、集合ヘッダ５で集合させられた後、管側流体出口１１を通して容器１の外部へ取り出される。この容器１の外部へ取り出された管側流体１２は、管側流体出口１１の下流側に接続された図示しない管側流体１２の需要先や回収部に送られるようにすればよい。

管群設置領域７は、周方向に等間隔の複数個所、たとえば、図１（ｂ）（ｃ）に示す如き周方向１２０度間隔の３個所に、バッフル（邪魔板）１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられている。これらのバッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、容器軸心方向に平行な面内で管群設置領域７の内周側端部から容器１の胴６の内面に接する位置まで容器１の半径方向に沿って延びる矩形板状とされている。これにより、管群設置領域７には、各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃによって仕切られた３つの区画７ａと７ｂと７ｃが、周方向に配列して形成される。

各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、図示してないが、容器軸心方向の両端側に位置する端部が、各管板２と４にそれぞれ取り付けられている。又、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃの容器１の外周寄りに位置する端部は、胴６の内面に取り付けられている。

各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、管群８の各伝熱管９と干渉しないように配置されている。

たとえば、管群８における伝熱管９の配列が、図１（ｂ）（ｃ）に示すような正三角形を単位とする三角配列（千鳥配列）となっている場合は、管群８には、各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる個所が、周方向６０度間隔の６個所に形成される。この容器１の半径方向に連続する隙間が存在する各個所では、その他の個所に比べて、管群設置領域７に供給される胴側流体１３が、容器１の半径方向に沿って通り抜けやすくなる。

この点に鑑みて、各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる６個所のうちの３個所に配置することが望ましい。これは、各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる個所にバッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを配置することにより、該個所での胴側流体１３の容器の半径方向に沿う流れが抑制されるようにするためである。したがって、このような各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃの配置によれば、管群設置領域７で、胴側流体１３が局所的に容器１の半径方向に沿う方向へ通り抜ける現象を抑制することができる。

次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７ａ，７ｂ，７ｃを通る胴側流体１３の流通経路について説明する。

図２は、胴側流体１３の流通経路の概要を説明するための図で、容器１の胴６内の管群設置領域７に形成された３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃを、周方向に分離し、展開させて示してある。なお、図２では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃを、内周部が手前側に、外周部が奥側に配置された状態として斜視図で示してある。図２において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。又、図２では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃを図示する便宜上、各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、容器１の胴６以外の部分、管板２、及び、伝熱管９の記載は省略してある。

各区画７ａ，７ｂ，７ｃは、外周部と内周部の容器軸心方向にずれた位置、たとえば、図２にハッチングを付して示すように、外周部における容器軸心方向一端寄りの端部（図２では上端寄りの端部）と、内周部における容器軸心方向他端寄りの端部（図２では下端寄りの端部）に、外周側開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、内周側開口部１６ａ，１６ｂ，１６ｃをそれぞれ備えている。この外周側と内周側の各開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃと１６ａ，１６ｂ，１６ｃの具体的な構成については後述する。

周方向に配列された３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃのうち、隣接する区画７ａと７ｂは、互いの内周側開口部１６ａと１６ｂ同士が、区画７ａと７ｂの内側に設けた内周側接続流路１７を介して接続されている。更に、隣接する区画７ｂと７ｃは、互いの外周側開口部１５ｂと１５ｃ同士が、容器１の胴６の外側に設けた外周側接続流路１８を介して接続されている。この内周側接続流路１７及び外周側接続流路１８の具体的な構成は後述する。

以上により、管群設置領域７には、外周側開口部１５ａから、区画７ａの内部空間、内周側開口部１６ａ、内周側接続流路１７、内周側開口部１６ｂ、区画７ｂの内部空間、外周側開口部１５ｂ、外周側接続流路１８、外周側開口部１５ｃ、及び、区画７ｃの内部空間を順に経て、内周側開口部１６ｃまで一連に繋がる胴側流体１３の流通経路が形成される。

これにより、区画７ａと７ｃでは、図２に示すように、容器軸心方向一端寄りの端部に設けられた外周側開口部１５ａ，１５ｃより流入する胴側流体１３が、容器軸心方向他端寄りの端部に設けられた内周側開口部１６ａ，１６ｃに向けて流れるようになる。

又、区画７ｂでは、容器軸心方向他端寄りの端部に設けられた内周側開口部１６ｂより流入する胴側流体１３が、容器軸心方向一端寄りの端部に設けられた外周側開口部１５ｂに向けて流れるようになる。

したがって、各区画７ａ，７ｂ，７ｃでは、前記のように流通する胴側流体１３が、複数の伝熱管９（図１（ａ）（ｂ）（ｃ）参照）の外面に接して、各伝熱管９内を流通する管側流体１２との熱交換に供される。

この際、胴側流体１３は、各伝熱管９の管軸に平行な容器軸心方向の流れとなるときに生じる抵抗が、各伝熱管９に対して直交する方向の流れ（管群直交流）となるときに生じる抵抗に比して小さくなる。

そのため、図２に各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおける胴側流体１３の流れ方向の概要を示すように、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内での胴側流体１３の流れは、外周側開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃと内周側開口部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが設けられている容器軸心方向両端寄りの領域で、管群直交流の流れ成分を含むようになるとしても、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内における容器軸心方向の中間部の領域では、主として容器軸心方向に沿った流れとなる。

次に、外周側開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び、内周側開口部１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、内周側接続流路１７、及び、外周側接続流路１８の具体的な構成について説明する。

外周側開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図１（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、容器１の胴６における容器軸心方向一端寄りの端部に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの周方向角度範囲に対応して周方向に延びるように設けられている。なお、外周側接続流路１８を介して接続される隣接する２つの外周側開口部１５ｂと１５ｃは、図１（ｂ）に示すように、容器１の胴６に、周方向に連続した開口として形成させるようにしてもよい。

一方、図１（ａ）（ｂ）に示すように、管群設置領域７の内側（胴６の中心部）には、管板２に接する位置から、胴６における容器軸心方向の他端寄り個所まで延びる円柱形状の閉止部材１９が設けられている。これにより、内周側開口部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端部と、管板４との間の隙間として形成されている。

閉止部材１９の容器軸心方向一端寄りの端部は、管板２に取り付けられている。又、閉止部材１９の外周面には、各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃの容器１の中心寄りに位置する端部が取り付けられている。なお、閉止部材１９は、胴側流体１３を通さないものであれば、中空構造又は中実構造のいずれであってもよい。

図１（ａ）に示すように、管板４には、管群設置領域７よりも内側となる中央部に、開口２０が設けられている。開口２０には、容器１の軸心方向に沿って集合ヘッダ５の内側に突出する管状部材２１が取り付けられている。管状部材２１の突出端部は閉塞されているものとする。更に、管状部材２１には、接続管３０の一端側が接続されている。接続管３０の他端側は、集合ヘッダ５に対応する容器壁を貫通させて外部に突出されている。外部に突出した接続管３０の他端側は、胴側流体１３の出口３０ａとされている。なお、容器壁における接続管３０が貫通配置された部分は、シールされているものとする。

更に、図１（ａ）（ｃ）に示すように、管群設置領域７よりも内側で、且つ閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面から管板４の開口２０までの間の空間には、該空間を、内周側開口部１６ａと１６ｂの双方に連通する領域と、内周側開口部１６ｃのみに連通する領域とに仕切るための内周部仕切部材２２が設けられている。

内周部仕切部材２２は、容器１の軸心位置からバッフル１４ａと１４ｃの内周側端部に向けて容器１の半径方向に沿って延びる２つの平板を容器１の軸心位置で繋いだ形状とされ、その両側端部がバッフル１４ａと１４ｃの内周側端部に取り付けられている。内周部仕切部材２２の容器軸心方向一端寄りの端部は、閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面に取り付けられている。

更に、管板４の開口２０の中には、管群設置領域７よりも内側で、且つ内周部仕切部材２２によって内周側開口部１６ａと１６ｂの双方に連通するように仕切られた領域の容器軸心方向他端側を閉塞させて、管状部材２１との連通を阻止するための閉塞部材２３（図１（ａ）参照）が設けられている。

これにより、閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面と、閉塞部材２３との間で、内周部仕切部材２２によって内周側開口部１６ａと１６ｂの双方に連通するように仕切られた領域が、前述した内周側接続流路１７となる。

一方、閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面と、管板４の開口２０との間で、内周部仕切部材２２によって内周側開口部１６ｃのみに連通するように仕切られた領域は、前述した胴側流体１３の流通経路で下流側端部（末端）に位置する内周側開口部１６ｃより流出する胴側流体１３を集合させて、管状部材２１に送るための出口側のヘッダ２４となる。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、胴６の外面における外周側開口部１５ｂと１５ｃの周縁部には、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状の流路形成部材２５が、各外周側開口部１５ｂと１５ｃを一緒に覆うように配置された状態で取り付けられている。流路形成部材２５の内部空間は、外周側開口部１５ｂと１５ｃとを接続する外周側接続流路１８となる。

前述した胴側流体１３の流通経路で上流側端部（起端）に位置するのは、外周側開口部１５ａである。そこで、胴６の外面における外周側開口部１５ａの周縁部には、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状のヘッダ部材２６が、外周側開口部１５ａを覆うように配置された状態で取り付けられている。このヘッダ部材２６には、胴側流体１３の入口２７が設けられている。

更に、図１（ａ）（ｂ）に示すように、各外周側開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃには、分散板２８を備えることが望ましい。この分散板２８は、胴側流体１３が通過する際に或る程度の圧力損失を生じさせることで、各外周側開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃを通る胴側流体１３の周方向への分散を促進させるためのものである。分散板２８は、前記の胴側流体１３の分散促進機能を備えていれば、多孔板、パンチングメタル、スリットを設けた板、メッシュを用いる構成等、任意の構成のものを採用してよい。又、分散板２８は、胴６の周壁に孔やスリットを設けた構成としてもよい。なお、図１（ｂ）では、分散板２８を、周方向に均一な構造を有するものとして示したが、外周側開口部１５ａの外側のヘッダ部材２６内における胴側流体１３の流通方向や、外周側開口部１５ｂと１５ｃを接続する外周側接続流路１８における胴側流体１３の流通方向等を考慮して、分散板２８は、胴側流体１３の通過時に生じる圧力損失が、均一に分布していないものであってもよいことは勿論である。又、各分散板２８は、同一構成のものでもよいし、同一構成のものでなくてもよい。

又、各内周側開口部１６ａ，１６ｂ，１６ｃにも、胴側流体１３の流れを周方向に平均化させることを目的として、管群設置領域７の内周側端部位置に沿って円弧状に配置された分散板２９を備えることが望ましい。なお、流路断面積の差を考慮して、内周側の分散板２９は、外周側の分散板２８に比して、胴側流体１３の通過時に発生する圧力損失が小さいものを用いるようにすればよい。

以上の構成としてある第１実施形態の多管式熱交換器を使用する場合は、管側流体入口１０に、図示しない管側流体供給部を接続し、管側流体出口１１に、図示しない管側流体１２の需要先又は回収部を接続する。

一方、ヘッダ部材２６の入口２７には、図示しない胴側流体供給部を接続し、接続管３０の出口３０ａには、胴側流体１３の回収部あるいは需要先を接続する。なお、胴側流体１３が熱媒である場合は、出口３０ａより回収される胴側流体１３を、胴側流体供給部に戻し、温度調整しながら循環させて使用すればよい。

この状態で、管側流体供給部より供給される管側流体１２は、前述したように管側流体入口１０、分配ヘッダ３を経て各伝熱管９に連続的に供給される。

一方、胴側流体供給部より供給される胴側流体１３は、入口２７よりヘッダ部材２６内へ供給されると、ヘッダ部材２６内で周方向に分散された後、外周側開口部１５ａより区画７ａに流入する。その後、前述した胴側流体１３の流通経路にしたがって、区画７ａを通過した胴側流体１３は、内周側接続流路１７を経て区画７ｂに供給され、区画７ｂを通過した胴側流体１３は、外周側接続流路１８を経て区画７ｃに供給される。

これにより、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内では、それぞれの区画７ａ，７ｂ，７ｃに配置された各伝熱管９内を流通する管側流体１２と、各伝熱管９の外側を流通する胴側流体１３との間で、伝熱管９の管壁を介した熱交換が行われる。

前記熱交換の処理が行われた後の管側流体１２は、各伝熱管９を通過後に、集合ヘッダ５で集合させられてから、管側流体出口１１より取り出される。

一方、前記熱交換の処理が行われた後の胴側流体１３は、内周側開口部１６ｃを通して、その内周側に設けられているヘッダ２４へ導かれ、その後、管板４の開口２０から、管状部材２１と接続管３０を通して出口３０ａまで導かれて取り出される。

しかる後、本実施形態の多管式熱交換器より取り出された管側流体１２と、胴側流体１３は、それぞれの需要先や回収部へ送って、予め設定されている後処理を行うようにすればよい。

ところで、管群設置領域７の各区画７ａと７ｂと７ｃは、胴側流体１３の流通経路上で上下流方向に並んでいるため、区画７ａでの熱交換処理に供された後の胴側流体１３が区画７ｂに供給され、更に、区画７ｂでの熱交換処理に供された後の胴側流体１３が区画７ｃに供給されるようになる。このため、区画７ａと７ｂと７ｃでは、供給される胴側流体１３の温度に相違が生じ、それに起因して、伝熱管９の管外側の熱伝達率に差が生じることが考えられる。

しかし、一般に、熱交換器の熱交換性能は、管側流体１２の供給時と取出時の温度差や、胴側流体１３の供給時と取出時の温度差に基づいて決定されるものであるため、個々の伝熱管９で管外側の熱伝達率に差が生じていても、多管式熱交換器としての熱交換性能に何ら問題が生じることはない。

このように、本実施形態の多管式熱交換器によれば、管側流体１２と胴側流体１３との熱交換を実施させることができる。

又、容器１の胴６内では、管群設置領域７をバッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃに分けて、胴側流体１３の流路断面積を制限するようにしてあるため、各伝熱管９の外側を流通する胴側流体１３の流速が高められる。よって、本実施形態の多管式熱交換器は、熱交換性能を高いものとすることができる。

更に、本実施形態の多管式熱交換器では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内での胴側流体１３の流れを、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとし、特に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃの容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体１３を、主として容器軸心方向に沿う流れとさせることができる。

このため、本実施形態の多管式熱交換器では、従来の多管式熱交換器のように、管群直交流を繰り返しているものではないので、胴側流体１３の圧力損失の低減化を図ることができる。

これにより、本実施形態の多管式熱交換器は、胴側流体供給部より胴側流体１３を供給するために必要とされるポンプ動力の低減化を図る場合に有利な構成とすることができる。

従来の多管式熱交換器の場合は、特許文献１に記載されているように、バッフルに多数の伝熱管挿通孔を設けて、各伝熱管挿通孔に伝熱管を挿通（貫通）させるようにした構成とされている。

これに対し、本実施形態の多管式熱交換器では、各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、各伝熱管９の管軸方向に平行に配置してあるため、伝熱管挿通孔を設ける必要がない。よって、バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対する孔開け作業自体が不要である。

更に、管群設置領域７の各区画７ａ，７ｂ，７ｃに胴側流体１３を流通させるときに、バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに伝熱管挿通孔が形成されていないことから、胴側流体１３の伝熱管挿通孔からのリークという問題は生じない。このため、本実施形態の多管式熱交換器では、管群設置領域７の各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおける胴側流体１３の流れが単純なものとなる。したがって、本実施形態の多管式熱交換器は、胴側流体１３の温度コントロールを行いやすいものとすることができる。

［第１実施形態の応用例］
図３は第１実施形態の応用例を示すものであり、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と対応する図である。

なお、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す多管式熱交換器は、胴側流体１３の流通方向を第１実施形態の多管式熱交換器とは逆にしたものである。

本応用例では、接続管３０の容器外側の端部を、胴側流体１３の入口３０ｂとし、ヘッダ部材２６に、胴側流体１３の出口２７ａを設けるようにすればよい。このように用いる場合は、各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおける胴側流体１３の流れは、図２に示したものとは逆方向となる。したがって、胴側流体１３は、容器軸心方向両端寄りの領域で、管群直交流の流れ成分を含むようになるとしても、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内における容器軸心方向の中間部の領域では、主として容器軸心方向に沿った流れとなる。

よって、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第２実施形態］
図４は、多管式熱交換器の第２実施形態を示すものであり、図４（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ方向矢視断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ方向矢視断面図である。

なお、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の多管式熱交換器は、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、前記第１実施形態と同様の構成において、管群設置領域７における周方向１２０度間隔の３個所に、バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを設けた構成に代えて、管群設置領域７の周方向１８０度間隔の２個所に、前記バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃと同様のバッフル１４１ａ，１４１ｂを設けた構成としてある。

これにより、本実施形態では、管群設置領域７に、各バッフル１４１ａと１４１ｂによって仕切られた２つの区画７１ａと７１ｂが周方向に配列されて形成されている。

なお、各バッフル１４１ａ，１４１ｂは、第１実施形態における各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃの配置と同様に、三角配列とされた管群８の各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる６個所のうちの２個所に配置することが望ましい。このような各バッフル１４１ａ，１４１ｂの配置によれば、管群設置領域７で、胴側流体１３が局所的に容器１の半径方向に沿う方向へ通り抜ける現象を抑制することができる。

次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７１ａ，７１ｂを通る胴側流体１３の流通経路について説明する。

図５は、本実施形態における胴側流体１３の流通経路の概要を説明するための図で、管群設置領域７に形成された２つの区画７１ａ，７１ｂを、周方向に分離し、展開させて示してある。なお、図５では、各区画７１ａ，７１ｂを、内周部が手前側に配置された状態として斜視図で示してある。図５において、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したものと同一のものには、同一符号が付してある。又、図５では、各区画７１ａ，７１ｂを図示する便宜上、各バッフル１４１ａ，１４１ｂ、容器１の胴６以外の部分、管板２、及び、伝熱管９の記載は省略してある。

各区画７１ａ，７１ｂは、図５にハッチングを付して示すように、外周部における容器軸心方向一端寄りの端部（図５では上端寄りの端部）と、内周部における容器軸心方向他端寄りの端部（図５では下端寄りの端部）に、外周側開口部１５１ａ，１５１ｂと、内周側開口部１６１ａ，１６１ｂをそれぞれ備えている。

区画７１ａと７１ｂは、互いの内周側開口部１６１ａと１６１ｂ同士が、内周側接続流路１７を介して接続されている。

以上により、管群設置領域７には、外周側開口部１５１ａから、区画７１ａの内部空間、内周側開口部１６１ａ、内周側接続流路１７、内周側開口部１６１ｂ、区画７１ｂの内部空間を順に経て、外周側開口部１５１ｂまで一連に繋がる胴側流体１３の流通経路が形成される。

これにより、区画７１ａでは、容器軸心方向一端寄りの端部に設けられた外周側開口部１５１ａより流入する胴側流体１３が、容器軸心方向他端寄りの端部に設けられた内周側開口部１６１ａに向けて流れるようになる。

又、区画７１ｂでは、容器軸心方向他端寄りの端部に設けられた内周側開口部１６１ｂより流入する胴側流体１３が、容器軸心方向一端寄りの端部に設けられた外周側開口部１５１ｂに向けて流れるようになる。

したがって、本実施形態においても、図５に各区画７１ａ，７１ｂにおける胴側流体１３の流れ方向の概要を示すように、各区画７１ａ，７１ｂ内での胴側流体１３の流れは、外周側開口部１５１ａ，１５１ｂと内周側開口部１６１ａ，１６１ｂが設けられている容器軸心方向両端寄りの領域で、管群直交流の流れ成分を含むようになるが、各区画７１ａ，７１ｂ内における容器軸心方向の中間部の領域では、主として容器軸心方向に沿った流れとなる。

本実施形態では、胴側流体１３の流通経路は、偶数である２つの区画７１ａと７１ｂを接続したものとなっている。このため、前記したように、外周側開口部１５１ａを上流側端部（起端）とする胴側流体１３の流通経路の下流側端部（末端）は、外周側開口部１５１ｂとなる。

そこで、図４（ａ）（ｂ）に示すように、胴６の外面における外周側開口部１５１ｂの周縁部には、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状のヘッダ部材３１が、外周側開口部１５１ｂを覆うように配置された状態で取り付けられている。このヘッダ部材３１には、胴側流体１３の出口３２が設けられている。

更に、本実施形態では、管群設置領域７の内側に配置されるのは、内周側開口部１６１ａと１６１ｂとを接続するための内周側接続流路１７のみである。

よって、図４（ａ）（ｃ）に示すように、本実施形態では、管板４は、中央部に開口のないものとしてあり、閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面と管板４との隙間全体が、内周側接続流路１７とされる。

以上の構成としてある本実施形態の多管式熱交換器を使用する場合は、管側流体入口１０と管側流体出口１１には、第１実施形態と同様に、図示しない管側流体供給部と管側流体１２の需要先又は回収部をそれぞれ接続する。本実施形態において、管側流体１２の流通は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

一方、ヘッダ部材２６の入口２７には、図示しない胴側流体供給部を接続し、ヘッダ部材３１の出口３２には、胴側流体１３の回収部あるいは需要先を接続する。なお、胴側流体１３が熱媒である場合は、出口３２より回収される胴側流体１３を、胴側流体供給部に戻し、温度調整しながら循環させて使用すればよい。

胴側流体供給部より供給される胴側流体１３は、入口２７よりヘッダ部材２６内へ供給されると、ヘッダ部材２６内で周方向に分散された後、外周側開口部１５１ａより区画７１ａに流入する。その後、前述した胴側流体１３の流通経路にしたがって、区画７１ａを通過した胴側流体１３は、内周側接続流路１７を経て区画７１ｂに供給される。

これにより、各区画７１ａ，７１ｂ内では、それぞれの区画７１ａ，７１ｂに配置された各伝熱管９内を流通する管側流体１２と、各伝熱管９の外側を流通する胴側流体１３との間で、伝熱管９の管壁を介した熱交換が行われる。

前記管側流体１２との熱交換の処理が行われた後の胴側流体１３は、外周側開口部１５１ｂを通して、その外周側に設けられているヘッダ部材３１へ導かれた後、出口３２から取り出される。この胴側流体１３は、第１実施形態と同様に処理するようにすればよい。

したがって、本実施形態の多管式熱交換器においても、管側流体１２と胴側流体１３との熱交換を実施させることができる。

又、本実施形態の多管式熱交換器では、各区画７１ａ，７１ｂ内での胴側流体１３の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなる。特に、各区画７１ａ，７１ｂの容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体１３が、主として容器軸心方向に沿う流れとなる。

このため、本実施形態の多管式熱交換器によっても、第１実施形態の多管式熱交換器と同様の効果を得ることができる。

［第３実施形態］
図６は、多管式熱交換器の第３実施形態を示すものであり、図６（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＥ−Ｅ方向矢視断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＦ−Ｆ方向矢視断面図である。

なお、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の多管式熱交換器は、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、前記第２実施形態と同様に、管群設置領域７に、バッフル１４１ａ，１４１ｂによって仕切られた２つの区画７１ａ，７１ｂを備えた構成において、胴側流体１３の流通経路を変更したものである。

図７は、本実施形態における胴側流体１３の流通経路の概要を説明するための図で、図５と同様に、管群設置領域７に形成された２つの区画７１ａ，７１ｂを、周方向に分離し、展開させて示してある。

本実施形態における胴側流体１３の流通経路は、区画７１ａと７１ｂを、互いの外周側開口部１５１ａと１５１ｂ同士が、外周側接続流路１８を介して接続されている。この外周側接続流路１８の具体的な構成は後述する。

このため、管群設置領域７には、内周側開口部１６１ａを起端として、内周側開口部１６１ａから、区画７１ａの内部空間、外周側開口部１５１ａ、外周側接続流路１８、外周側開口部１５１ｂ、区画７１ｂの内部空間を順に経て、内周側開口部１６１ｂまで一連に繋がる胴側流体１３の流通経路が形成される。

これにより、区画７１ａでは、容器軸心方向他端寄りの端部に設けられた内周側開口部１６１ａより流入する胴側流体１３が、容器軸心方向一端寄りの端部に設けられた外周側開口部１５１ａに向けて流れるようになる。

又、区画７１ｂでは、容器軸心方向一端寄りの端部に設けられた外周側開口部１５１ｂより流入する胴側流体１３が、容器軸心方向他端寄りの端部に設けられた内周側開口部１６１ｂに向けて流れるようになる。

したがって、本実施形態においても、図７に各区画７１ａ，７１ｂにおける胴側流体１３の流れ方向の概要を示すように、各区画７１ａ，７１ｂ内での胴側流体１３の流れは、外周側開口部１５１ａ，１５１ｂと内周側開口部１６１ａ，１６１ｂが設けられている容器軸心方向両端寄りの領域で、管群直交流の流れ成分を含むようになるが、各区画７１ａ，７１ｂ内における容器軸心方向の中間部の領域では、主として容器軸心方向に沿った流れとなる。

外周側接続流路１８の具体的な構成は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、胴６の外面に沿って周方向に延びる樋状の流路形成部材２５が、胴６の外面における外周側開口部１５１ａと１５１ｂの周縁部を一緒に覆うように配置された状態で取り付けられている。これにより、流路形成部材２５の内部空間が、外周側開口部１５１ａと１５１ｂとを接続する外周側接続流路１８となる。

本実施形態では、胴側流体１３の流通経路は、偶数である２つの区画７１ａと７１ｂを接続したものとなっており、前記したように、内周側開口部１６１ａを上流側端部（起端）とする胴側流体１３の流通経路の下流側端部（末端）は、内周側開口部１６１ｂとなる。

そこで、図６（ａ）（ｃ）に示すように、管板４には、管群設置領域７よりも内側となる中央部に、開口２０が設けられている。開口２０には、容器１の軸心方向に沿って集合ヘッダ５の内側に突出する管状部材２１が取り付けられている。

管群設置領域７よりも内側で、且つ閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面から管板４の開口２０までの間の空間には、容器１の軸心位置を通ってバッフル１４１ａと１４１ｂの内周側端部同士を接続する内周部仕切部材２２が設けられている。内周部仕切部材２２の容器軸心方向一端寄りの端部は、閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面に取り付けられている。

これにより、管群設置領域７よりも内側で、閉止部材１９よりも容器軸心方向他端寄りとなる空間は、内周部仕切部材２２により、内周側開口部１６１ａにのみ連通する領域と、内周側開口部１６１ｂにのみ連通する領域とに仕切られる。このうち、内周側開口部１６１ａに連通する領域は、前述した胴側流体１３の流通経路で上流側端部に位置する内周側開口部１６１ａへ胴側流体１３を供給するための入口側のヘッダ３３となる。一方、内周側開口部１６１ｂに連通する領域は、前述した胴側流体１３の流通経路で最も下流側に位置する内周側開口部１６１ｂより流出する胴側流体１３を集合させて、管状部材２１に送るための出口側のヘッダ２４となる。

更に、管状部材２１の内側は、内周部仕切部材２２より容器軸心方向他端側へ一連に延びる仕切り３４によって全長に亘り２つの空間に分割されている。更に、管状部材２１には、前記２つの空間のうちの内周側開口部１６１ａに連通する空間に対応する個所に、接続管３５の一端部が接続されている。接続管３５の他端部側は、集合ヘッダ５に対応する容器壁を貫通させて外部に突出させてある。本実施形態では、この接続管３５の容器１外側に突出した端部が、胴側流体１３の入口３５ａとなる。

又、管状部材２１において、前記２つの空間のうちの内周側開口部１６１ｂに連通する空間に対応する個所には、第１実施形態における接続管３０と同様に、接続管３０の一端部が接続されている。接続管３０の他端部側は、集合ヘッダ５に対応する容器壁を貫通させて外部に突出させてある。この接続管３０の容器１外側に突出した端部が、胴側流体１３の出口３０ａとなる。

一方、接続管３５の入口３５ａの上流側には、図示しない胴側流体供給部を接続し、接続管３０の出口３０ａには、胴側流体１３の回収部あるいは需要先を接続する。なお、胴側流体１３が熱媒である場合は、出口３０ａより回収される胴側流体１３を、胴側流体供給部に戻し、温度調整しながら循環させて使用すればよい。

胴側流体供給部より供給される胴側流体１３は、入口３５ａより接続管３５と管状部材２１と管板４の開口２０を通して、ヘッダ３３へ供給される。このヘッダ３３に供給された胴側流体１３は、内周側開口部１６１ａより区画７１ａに流入する。その後、前述した胴側流体１３の流通経路にしたがって、区画７１ａを通過した胴側流体１３は、外周側接続流路１８を経て区画７１ｂに供給される。

前記管側流体１２との熱交換の処理が行われた後の胴側流体１３は、内周側開口部１６１ｂを通して、その内周側に設けられているヘッダ２４へ導かれ、その後、管板４の開口２０から、管状部材２１と接続管３０を通して出口３０ａまで導かれて取り出される。この胴側流体１３は、第２実施形態と同様に処理するようにすればよい。

又、本実施形態の多管式熱交換器でも、前記第２実施形態と同様に、各区画７１ａ，７１ｂ内での胴側流体１３の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなる。特に、各区画７１ａ，７１ｂの容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体１３が、主として容器軸心方向に沿う流れとなる。

このため、本実施形態の多管式熱交換器によっても、第２実施形態の多管式熱交換器と同様の効果を得ることができる。

なお、前記第１実施形態では、管群設置領域７に周方向に３分割された区画７ａ，７ｂ，７ｃを形成した例を示し、又、前記第２実施形態及び第３実施形態では、管群設置領域７に周方向に２分割された区画７１ａ，７１ｂを形成した例を示した。これらの区画数である３と２は、いずれも１を除く正の約数は、その数以外にはない。したがって、複数の区画を通過するように設定する胴側流体１３の流通経路は、すべての区画を通過する一系統のみとなる。

これに対し、たとえば、区画数が６、４、８のように、１とその数以外の約数を有する数である場合は、胴側流体１３の流通経路は複数設定し得る。

たとえば、６区画の場合は、２区画ずつを接続した３系統の流通経路、３区画ずつを接続した２系統の流通経路、及び、６区画を接続した１系統の流通経路が設定可能である。

又、４区画の場合は、２区画ずつを接続した２系統の流通経路、及び、４区画を接続した１系統の流通経路が設定可能である。

更に、８区画の場合は、２区画ずつを接続した４系統の流通経路、４区画ずつを接続した２系統の流通経路、及び、８区画を接続した１系統の流通経路が設定可能である。
以下にこれらの例について示す。

［第４実施形態］
図８は多管式熱交換器の第４実施形態を示すものであり、図８（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。

なお、図８（ａ）（ｂ）において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。又、本実施形態において、管側流体１２の流通経路は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

本実施形態の多管式熱交換器は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、前記第１実施形態と同様の構成において、管群設置領域７における周方向１２０度間隔の３個所に、バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを設けた構成に代えて、管群設置領域７の周方向６０度間隔の６個所に、前記バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃと同様のバッフル１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅ，１４２ｆを設けた構成としてある。

これにより、本実施形態では、管群設置領域７に、各バッフル１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅ，１４２ｆによって仕切られた６つの区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆが周方向に配列されて形成されている。

なお、各バッフル１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅ，１４２ｆは、第１実施形態における各バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃの配置と同様に、三角配列とされた管群８の各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる６個所に配置することが望ましい。このような各バッフル１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅ，１４２ｆの配置によれば、管群設置領域７で、胴側流体１３が局所的に容器１の半径方向に沿う方向へ通り抜ける現象を抑制することができる。

各区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆには、外周部の容器軸心方向一端寄りの端部に、外周側開口部１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ，１５２ｅ，１５２ｆが設けられている。又、各区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆの内周部の容器軸心方向他端寄りの端部には、内周側開口部１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄ，１６２ｅ，１６２ｆが設けられている。

次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆを通る胴側流体１３の流通経路について説明する。

本実施形態では、胴側流体１３の流通経路は、区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃと、区画７２ｆ，７２ｅ，７２ｄの３区画ずつを接続した２系統の流通経路として設定される。

そのために、内周側開口部１６２ａと１６２ｂは、内周側接続流路１７により接続される。又、外周側開口部１５２ｂと１５２ｃは、外周側接続流路１８により接続される。これにより、区画７２ａと７２ｂと７２ｃを接続した胴側流体１３の流通経路は、外周側開口部１５２ａから、区画７２ａの内部空間とその内周側開口部１６２ａ、内周側接続流路１７、内周側開口部１６２ｂと区画７２ｂの内部空間とその外周側開口部１５２ｂ、外周側接続流路１８、外周側開口部１５２ｃと区画７２ｃの内部空間を順に経て、内周側開口部１６２ｃまで一連に繋がる流通経路とされる。

一方、内周側開口部１６２ｆと１６２ｅは、別の内周側接続流路１７により接続される。又、外周側開口部１５２ｅと１５２ｄは、別の外周側接続流路１８により接続される。これにより、区画７２ｆと７２ｅと７２ｄを接続した胴側流体１３の流通経路は、外周側開口部１５２ｆから、区画７２ｆの内部空間とその内周側開口部１６２ｆ、内周側接続流路１７、内周側開口部１６２ｅと区画７２ｅの内部空間とその外周側開口部１５２ｅ、外周側接続流路１８、外周側開口部１５２ｄと区画７２ｄの内部空間を順に経て、内周側開口部１６２ｄまで一連に繋がる流通経路とされる。

なお、各内周側接続流路１７は、図８（ｂ）に示すように、管群設置領域７よりも内側で、且つ閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面から管板４の開口２０までの間の空間を、内周部仕切部材２２によって仕切ることで形成されている（図１（ａ）参照）。このため、内周部仕切部材２２は、容器１の軸心位置からバッフル１４２ａ，１４２ｃ，１４２ｅの内周側端部に向けて容器１の半径方向に沿って延びる３つの平板を繋いだ形状としてある。更に、各内周側接続流路１７の容器軸心方向他端側は、図１（ａ）に示した閉塞部材２３と同様の閉塞部材により閉止されているものとする。

図８（ａ）に示すように、外周側開口部１５２ｂと１５２ｃを接続する外周側接続流路１８は、胴６の外面に、図１（ａ）（ｂ）に示した流路形成部材２５と同様の流路形成部材２５を、外周側開口部１５２ｂと１５２ｃを覆うように取り付けることにより、この流路形成部材２５の内部空間として形成されている。

同様に、外周側開口部１５２ｅと１５２ｄを接続する外周側接続流路１８は、胴６の外面に、前記と同様の流路形成部材２５を、外周側開口部１５２ｅと１５２ｄを覆うように取り付けることにより、この流路形成部材２５の内部空間として形成されている。

前述した胴側流体１３の流通経路の２つの系統で、上流側端部（起端）に位置するのは、外周側開口部１５２ａと、外周側開口部１５２ｆである。そこで、胴６の外面における外周側開口部１５２ａと１５２ｆの外側には、図１（ａ）（ｂ）に示したと同様の入口２７を備えたヘッダ部材２６が、各外周側開口部１５２ａと１５２ｆを一緒に覆うように取り付けられている。

一方、前述した胴側流体１３の流通経路の２つの系統で、下流側端部（末端）に位置するのは、内周側開口部１６２ｃと、内周側開口部１６２ｄである。そこで、これらの内周側開口部１６２ｃと１６２ｄの内側は、図１に示したと同様の管板４に設けた開口２０に連通する共通のヘッダ２４とされている。管板４の開口２０には、図１に示したと同様の管状部材２１と、容器１外側の端部を出口３０ａとした接続管３０が接続されているものとする。

以上の構成としてある本実施形態の多管式熱交換器によれば、入口２７に接続された図示しない胴側流体供給部より供給される胴側流体１３は、入口２７よりヘッダ部材２６内へ供給されると、ヘッダ部材２６内で周方向に分散された後、外周側開口部１５２ａと１５２ｆを通して区画７２ａと７２ｆに流入する。

区画７２ａに流入した胴側流体１３は、前述した区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃを順に経る系統の流通経路を通った後、内周側開口部１６２ｃからヘッダ２４に送られる。

同様に、区画７２ｆに流入した胴側流体１３は、前述した区画７２ｆ，７２ｅ，７２ｄを順に経る系統の流通経路を通った後、内周側開口部１６２ｄからヘッダ２４に送られる。

このヘッダ２４まで達した胴側流体１３は、図１（ａ）に示した第１実施形態の場合と同様に、管板４の開口と管状部材２１と接続管３０を通して出口３０ａまで導かれて取り出される。

したがって、本実施形態の多管式熱交換器によっても、胴側流体１３の流通経路を形成している各区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃと７２ｆ，７２ｅ，７２ｄ内では、胴側流体１３の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなる。特に、容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体１３が主として容器軸心方向に沿う流れとなる。

なお、本実施形態では、外周側開口部１５２ａと１５２ｆの外側に共通のヘッダ部材２６を設け、又、内周側開口部１６２ｃと１６２ｄの内側に共通のヘッダ２４を設けた構成を示したが、胴側流体１３の２つの系統の流通経路に、個別の入口側のヘッダ部材２６と、出口側のヘッダ２４を備える構成としてもよいことは勿論である。この場合、区画７２ｄと７２ｅと７２ｆを接続した流通経路は、外周側開口部１５２ｄにヘッダ部材２６を取り付け、内周側開口部１６２ｆの内側を管板４の開口２０に連通する出口側のヘッダ２４としてもよい。

本実施形態のように管群設置領域７に周方向に６つの区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆを形成した構成では、胴側流体１３の流通経路は、区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃと区画７２ｄ，７２ｅ，７２ｆの３区画ずつを接続した２系統の流通経路のほかに、前述したように６区画を接続した１系統の流通経路と、２区画ずつを接続した３系統の流通経路を設定することができる。

［第４実施形態の第１変形例］
図９は、第４実施形態の第１変形例として、６つの区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆを順に接続した１系統の流通経路を設けた形式を示すものである。

図９（ａ）（ｂ）は、それぞれ図８（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図４（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。

なお、図９（ａ）（ｂ）において、図８（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

この第４実施形態の第１変形例では、内周側開口部１６２ａと１６２ｂ、内周側開口部１６２ｃと１６２ｄ、内周側開口部１６２ｅと１６２ｆが、それぞれ個別の内周側接続流路１７を介して接続されている。

又、外周側開口部１５２ｂと１５２ｃ、外周側開口部１５２ｄと１５２ｅが、胴６の外面の対応する個所に取り付けられた個別の流路形成部材２５によって形成した外周側接続流路１８によりそれぞれ接続されている。

この変形例では、接続された区画数が偶数であるため、外周側開口部１５２ａを上流側端部（起端）とする胴側流体１３の流通経路の下流側端部（末端）は、外周側開口部１５２ｆとなる。

このため、胴６の外面には、外周側開口部１５２ａの外側となる位置に、入口２７を備えたヘッダ部材２６が取り付けられている。一方、胴６の外面における外周側開口部１５２ｆの外側となる位置には、図４（ａ）（ｂ）に示したと同様の出口３２を備えたヘッダ部材３１が取り付けられている。又、管板４は中央に開口のないものとしてある。

［第４実施形態の第２変形例］
図１０は、第４実施形態の第２変形例として、６つの区画７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆのうち、２つずつの区画７２ａと７２ｂ、区画７２ｃと７２ｄ、区画７２ｅと７２ｆを接続した３系統の流通経路を設けた形式を示すものである。

図１０（ａ）（ｂ）は、それぞれ図８（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図４（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。

なお、図１０（ａ）（ｂ）において、図８（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

この第４実施形態の第２変形例では、内周側開口部１６２ａと１６２ｂ、内周側開口部１６２ｃと１６２ｄ、内周側開口部１６２ｅと１６２ｆが、それぞれ個別の内周側接続流路１７を介して接続されている。

胴６の外面には、外周側開口部１５２ａと１５２ｃと１５２ｅの外側となる位置には、図４（ｂ）に示したと同様の入口２７を備えたヘッダ部材２６がそれぞれ取り付けられている。

更に、胴６の外面における外周側開口部１５２ｂと１５２ｄと１５２ｆの外側となる位置には、図４（ｂ）に示したと同様の出口３２を備えたヘッダ部材３１がそれぞれ取り付けられている。

この変形例も、接続された区画数が偶数であるため、管板４は中央に開口のないものとしてあるものとする。

以上の第４実施形態の第１変形例及び第２変形例によっても、胴側流体１３の流通経路の１つの系統に含まれる区画の数は異なるが、第４実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。

［第５実施形態］
図１１は多管式熱交換器の第５実施形態を示すものであり、図１１（ａ）（ｂ）はそれぞれ図４（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。

なお、図１１（ａ）（ｂ）において、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。又、本実施形態において、管側流体１２の流通経路は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

本実施形態の多管式熱交換器は、管群８における伝熱管９の配列が、たとえば、図１１（ａ）（ｂ）に示すような正方形を単位とする四角配列となっている場合に適用する例を示すものである。

伝熱管９が四角配列となっている場合、管群８には、各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる個所が、周方向９０度間隔の４個所に形成される。

そこで、本実施形態では、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した第２実施形態と同様の構成において、管群設置領域７における周方向９０度間隔の４個所に、バッフル１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄを設けた構成としてある。

これにより、本実施形態では、管群設置領域７に、各バッフル１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄによって仕切られた４つの区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄが周方向に配列されて形成されている。

なお、各バッフル１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄは、四角配列された各伝熱管９同士の隙間が容器１の半径方向に連続して延びる４個所に配置することが望ましい。このような各バッフル１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄの配置によれば、管群設置領域７で、胴側流体１３が局所的に容器１の半径方向に沿う方向へ通り抜ける現象を抑制することができる。

各区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄには、外周部の容器軸心方向一端寄りの端部に、外周側開口部１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄが設けられている。又、各区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄの内周部の容器軸心方向他端寄りの端部には、内周側開口部１６３ａ，１６３ｂ，１６３ｃ，１６３ｄが設けられている。

次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄを通る胴側流体１３の流通経路について説明する。

本実施形態では、胴側流体１３の流通経路は、区画７３ａ，７３ｂと、区画７３ｃ，７３ｄの２区画ずつを接続した２系統の流通経路として設定される。

そのため、内周側開口部１６３ａと１６３ｂは、内周側接続流路１７により接続される。これにより、区画７３ａと７３ｂを接続した胴側流体１３の流通経路は、外周側開口部１５３ａから、区画７３ａの内部空間とその内周側開口部１６３ａ、内周側接続流路１７、内周側開口部１６３ｂと区画７３ｂの内部空間を順に経て、外周側開口部１５３ｂまで一連に繋がる流通経路とされる。

一方、内周側開口部１６３ｄと１６３ｃは、別の内周側接続流路１７により接続される。これにより、区画７３ｄと７３ｃを接続した胴側流体１３の流通経路は、外周側開口部１５３ｄから、区画７３ｄの内部空間とその内周側開口部１６３ｄ、内周側接続流路１７、内周側開口部１６３ｃと区画７３ｃの内部空間を順に経て、外周側開口部１５３ｃまで一連に繋がる流通経路とされる。

なお、各内周側接続流路１７は、図１１（ｂ）に示すように、管群設置領域７よりも内側で、且つ閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面から管板４までの間の空間を、内周部仕切部材２２によって仕切ることで形成されている（図１（ａ）参照）。このため、内周部仕切部材２２は、容器１の軸心位置を通ってバッフル１４３ａと１４３ｃの内周側端部同士を接続した構成としてある。なお、管板４は、開口がないものとしてある。

前述した胴側流体１３の流通経路の２つの系統で、上流側端部（起端）に位置するのは、外周側開口部１５３ａと、外周側開口部１５３ｄである。そこで、胴６の外面における外周側開口部１５３ａと１５３ｄの外側には、図４（ａ）（ｂ）に示したと同様の入口２７を備えたヘッダ部材２６が、各外周側開口部１５３ａと１５３ｄを一緒に覆うように取り付けられている。

一方、前述した胴側流体１３の流通経路の２つの系統で、下流側端部（末端）に位置するのは、外周側開口部１５３ｂと外周側開口部１５３ｃである。そこで、胴６の外面における外周側開口部１５３ｂと１５３ｃの外側には、図４（ａ）（ｂ）に示したと同様の出口３２を備えたヘッダ部材３１が、各外周側開口部１５３ｂと１５３ｃを一緒に覆うように取り付けられている。

以上の構成としてある本実施形態の多管式熱交換器によれば、入口２７に接続された図示しない胴側流体供給部より供給される胴側流体１３は、入口２７よりヘッダ部材２６内へ供給されると、ヘッダ部材２６内で周方向に分散された後、外周側開口部１５３ａと１５３ｄを通して区画７３ａと７３ｄに流入する。

区画７３ａに流入した胴側流体１３は、前述した区画７３ａ，７３ｂを順に経る系統の流通経路を通った後、外周側開口部１５３ｂからヘッダ部材３１に送られる。

同様に、区画７３ｄに流入した胴側流体１３は、前述した区画７３ｄ，７３ｃを順に経る系統の流通経路を通った後、外周側開口部１５３ｃからヘッダ部材３１に送られる。

このヘッダ部材３１まで達した胴側流体１３は、その出口３２から取り出される。

したがって、本実施形態の多管式熱交換器によっても、胴側流体１３の流通経路を形成している各区画７３ａ，７３ｂと７３ｄ，７３ｃ内では、胴側流体１３の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなる。特に、容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体１３が主として容器軸心方向に沿う流れとなる。

なお、本実施形態では、外周側開口部１５３ａと１５３ｄの外側に共通のヘッダ部材２６を設け、又、外周側開口部１５３ｂと１５３ｃの外側に共通のヘッダ部材３１を設けた構成を示したが、胴側流体１３の２つの系統の流通経路に、個別の入口側のヘッダ部材２６と、出口側のヘッダ部材３１を備える構成としてもよいことは勿論である。

本実施形態のように管群設置領域７に周方向に４つの区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄを形成した構成では、胴側流体１３の流通経路は、区画７３ａ，７３ｂと区画７３ｃ，７３ｄの２区画ずつを接続した２系統の流通経路のほかに、前述したように４区画を接続した１系統の流通経路を設定することができる。

［第５実施形態の変形例］
図１２は、第５実施形態の変形例として、４つの区画７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄを順に接続した１系統の流通経路を設けた形式を示すものである。

図１２（ａ）（ｂ）は、それぞれ図１１（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図４（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。

なお、図１２（ａ）（ｂ）において、図１１（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

この第５実施形態の変形例では、内周側開口部１６３ａと１６３ｂ、及び、内周側開口部１６３ｃと１６３ｄは、第５実施形態と同様に、個別の内周側接続流路１７を介して接続されている。

更に、外周側開口部１５３ｂと１５３ｃが、胴６の外面の対応する個所に取り付けられた流路形成部材２５によって形成した外周側接続流路１８により接続されている。

この変形例では、接続された区画数が偶数であるため、外周側開口部１５３ａを上流側端部（起端）とする胴側流体１３の流通経路の下流側端部（末端）は、外周側開口部１５３ｄとなる。

このため、胴６の外面には、外周側開口部１５３ａの外側となる位置に、入口２７を備えたヘッダ部材２６が取り付けられている。一方、胴６の外面における外周側開口部１５３ｄの外側となる位置には、出口３２を備えたヘッダ部材３１が取り付けられている。

以上の第５実施形態の変形例によっても、胴側流体１３の流通経路の１つの系統に含まれる区画の数は異なるが、第５実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。

［第６実施形態］
図１３は多管式熱交換器の第６実施形態を示すものであり、図１３（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１１（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図４（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。

なお、図１３（ａ）（ｂ）において、図１１（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。又、本実施形態において、管側流体１２の流通経路は、第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

本実施形態の多管式熱交換器は、管群８における伝熱管９の配列が、たとえば、図１１（ａ）（ｂ）に示すような正方形を単位とする四角配列となっている場合に適用する別の例を示すものである。

本実施形態では、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、図１１（ａ）（ｂ）に示した第５実施形態と同様の構成において、管群設置領域７の４個所にバッフル１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄを設けた構成に代えて、管群設置領域における周方向４５度間隔の８個所に、バッフル１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４４ｄ，１４４ｅ，１４４ｆ，１４４ｇ，１４４ｈを設けた構成としてある。

これにより、本実施形態では、管群設置領域７に、各バッフル１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４４ｄ，１４４ｅ，１４４ｆ，１４４ｇ，１４４ｈによって仕切られた８つの区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈが周方向に配列されて形成されている。

なお、管群設置領域７における胴側流体１３の局所的な通り抜けを抑制するという観点から考えると、バッフル１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４４ｄ，１４４ｅ，１４４ｆ，１４４ｇ，１４４ｈの半数は、図１１に示したと同様に、正方配列された各伝熱管９同士の隙間が半径方向に連続して延びるようになる周方向９０度間隔の４個所に合わせて配置するようにし、残りの半数は、管群８に配列されている各伝熱管９のうちの一部を間引くことで管群設置領域７に半径方向に延びるよう形成させた空間に設けるようにすることが望ましい。

各区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈには、外周部の容器軸心方向一端寄りの端部に、外周側開口部１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄ，１５４ｅ，１５４ｆ，１５４ｇ，１５４ｈが設けられている。又、各区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈの内周部の容器軸心方向他端寄りの端部には、内周側開口部１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃ，１６４ｄ，１６４ｅ，１６４ｆ，１６４ｈ，１６４ｇが設けられている。

次に、前記のように管群設置領域７に形成された各区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈを通る胴側流体１３の流通経路について説明する。

本実施形態では、胴側流体１３の流通経路は、区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄと、区画７４ｈ，７４ｇ，７４ｆ，７４ｅの４区画ずつを接続した２系統の流通経路として設定される。

そのため、内周側開口部１６４ａと１６４ｂ、内周側開口部１６４ｃと１６４ｄは、それぞれ別の内周側接続流路１７により接続される。

更に、外周側開口部１５４ｂと１５４ｃが、外周側接続流路１８により接続される。

これにより、区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄを接続した胴側流体１３の流通経路は、外周側開口部１５４ａから、区画７４ａの内部空間とその内周側開口部１６４ａ、第１の内周側接続流路１７、内周側開口部１６４ｂと区画７４ｂの内部空間と外周側開口部１５４ｂ、外周側接続流路１８、外周側開口部１５４ｃと区画７４ｃの内部空間と内周側開口部１６４ｃ、第２の内周側接続流路１７、内周側開口部１６４ｄと区画７４ｄの内部空間を順に経て、外周側開口部１５４ｄまで一連に繋がる流通経路とされる。

一方、内周側開口部１６４ｈと１６４ｇ、内周側開口部１６４ｆと１６４ｅは、更に別々の内周側接続流路１７により接続される。

更に、外周側開口部１５４ｇと１５４ｆが、別の外周側接続流路１８により接続される。

これにより、区画７４ｈ，７４ｇ，７４ｆ，７４ｅを接続した胴側流体１３の流通経路は、外周側開口部１５４ｈから、区画７４ｈの内部空間とその内周側開口部１６４ｈ、別の第１の内周側接続流路１７、内周側開口部１６４ｇと区画７４ｇの内部空間と外周側開口部１５４ｇ、別の外周側接続流路１８、外周側開口部１５４ｆと区画７４ｆの内部空間と内周側開口部１６４ｆ、別の第２の内周側接続流路１７、内周側開口部１６４ｅと区画７４ｅの内部空間を順に経て、外周側開口部１５４ｅまで一連に繋がる流通経路とされる。

なお、各内周側接続流路１７は、図１３（ｂ）に示すように、管群設置領域７よりも内側で、且つ閉止部材１９の容器軸心方向他端寄りの端面から管板４までの間の空間を、内周部仕切部材２２によって仕切ることで形成されている（図１（ａ）参照）。この内周部仕切部材２２は、容器１の軸心位置からバッフル１４４ａと１４４ｃと１４４ｅと１４４ｇの内周側端部に向けて容器１の半径方向に沿って延びる４つの平板を容器１の軸心位置で繋いだ形状とされ、その各端部がバッフル１４４ａと１４４ｃと１４４ｅと１４４ｇの内周側端部に取り付けられている。

前述した胴側流体１３の流通経路の２つの系統で、上流側端部（起端）に位置するのは、外周側開口部１５４ａと、外周側開口部１５４ｈである。そこで、胴６の外面における外周側開口部１５４ａと１５４ｈの外側には、図４（ａ）（ｂ）に示したと同様の入口２７を備えたヘッダ部材２６が、各外周側開口部１５４ａと１５４ｈを一緒に覆うように取り付けられている。

一方、前述した胴側流体１３の流通経路の２つの系統で、下流側端部（末端）に位置するのは、外周側開口部１５４ｄと、外周側開口部１５４ｅである。そこで、胴６の外面における外周側開口部１５４ｄと１５４ｅの外側には、図４（ａ）（ｂ）に示したと同様の出口３２を備えたヘッダ部材３１が、各外周側開口部１５４ｄと１５４ｅを一緒に覆うように取り付けられている。

以上の構成としてある本実施形態の多管式熱交換器によれば、入口２７に接続された図示しない胴側流体供給部より供給される胴側流体１３は、入口２７よりヘッダ部材２６内へ供給されると、ヘッダ部材２６内で周方向に分散された後、外周側開口部１５４ａと１５４ｈを通して区画７４ａと７４ｈに流入する。

区画７４ａに流入した胴側流体１３は、前述した区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄを順に経る系統の流通経路を通った後、外周側開口部１５４ｄからヘッダ部材３１に送られる。

同様に、区画７４ｈに流入した胴側流体１３は、前述した区画７４ｈ，７４ｇ，７４ｆ，７４ｅを順に経る系統の流通経路を通った後、外周側開口部１５４ｅからヘッダ部材３１に送られる。

したがって、本実施形態の多管式熱交換器によっても、胴側流体１３の流通経路を形成している各区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄと区画７４ｈ，７４ｇ，７４ｆ，７４ｅ内では、胴側流体１３の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなる。特に、容器軸心方向中間部付近の領域では、胴側流体１３が主として容器軸心方向に沿う流れとなる。

なお、本実施形態では、外周側開口部１５４ａと１５４ｈの外側に共通のヘッダ部材２６を設け、又、外周側開口部１５４ｄと１５４ｅの外側に共通のヘッダ部材３１を設けた構成を示したが、胴側流体１３の２つの系統の流通経路に、個別の入口側のヘッダ部材２６と、出口側のヘッダ部材３１を備える構成としてもよいことは勿論である。

本実施形態のように管群設置領域７に周方向に８つの区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈを形成した構成では、胴側流体１３の流通経路は、４区画ずつを接続した２系統の流通経路のほかに、前述したように８区画を接続した１系統の流通経路と、２区画ずつを接続した４系統の流通経路を設定することができる。

［第６実施形態の第１変形例］
図１４は、第６実施形態の第１変形例として、８つの区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈを順に接続した１系統の流通経路を設けた形式を示すものである。

図１４（ａ）（ｂ）は、それぞれ図１３（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図４（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。

なお、図１４（ａ）（ｂ）において、図１３（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

この第６実施形態の第１変形例では、図１４（ｂ）に示すように、内周側開口部１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃ，１６４ｄ，１６４ｅ，１６４ｆ，１６４ｇ，１６４ｈの内周側接続流路１７を介した接続構造は、図１３（ｂ）に示した第６実施形態と同様とされている。

一方、図１４（ａ）に示すように、外周側開口部１５４ｂと１５４ｃ、外周側開口部１５４ｄと１５４ｅ、外周側開口部１５４ｆと１５４ｇが、胴６の外面の対応する個所に取り付けられた個別の流路形成部材２５によって形成した外周側接続流路１８によりそれぞれ接続されている。

この変形例では、接続された区画数が偶数であるため、外周側開口部１５４ａを上流側端部（起端）とする胴側流体１３の流通経路の下流側端部（末端）は、外周側開口部１５４ｈとなる。

このため、胴６の外面には、外周側開口部１５４ａの外側となる位置に、入口２７を備えたヘッダ部材２６が取り付けられている。一方、胴６の外面における区画７４ｈの外周側開口部１５４ｈの外側となる位置には、図１３（ａ）に示したと同様の出口３２を備えたヘッダ部材３１が取り付けられている。

［第６実施形態の第２変形例］
図１５は、第６実施形態の第２変形例として、８つの区画７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈのうち、２つずつの区画７４ａと７４ｂ、区画７４ｃと７４ｄ、区画７４ｅと７４ｆ、区画７４ｇと７４ｈを接続した４系統の流通経路を設けた形式を示すものである。

図１５（ａ）（ｂ）は、それぞれ図１３（ａ）（ｂ）に対応する図であり、図４（ｂ）（ｃ）に対応する位置での断面図である。

なお、図１５（ａ）（ｂ）において、図１３（ａ）（ｂ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

図１５（ｂ）に示すように、内周側開口部１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃ，１６４ｄ，１６４ｅ，１６４ｆ，１６４ｇ，１６４ｈの内周側接続流路１７を介した接続構造は、図１３（ｂ）に示した第６実施形態と同様とされている。

一方、胴６の外面には、外周側開口部１５４ａと１５４ｃと１５４ｅと１５４ｇの外側となる位置に、入口２７を備えたヘッダ部材２６がそれぞれ取り付けられている。

更に、胴６の外面における外周側開口部１５４ｂと１５４ｄと１５４ｆと１５４ｈの外側となる位置には、出口３２を備えたヘッダ部材３１がそれぞれ取り付けられている。

以上の第６実施形態の第１変形例及び第２変形例によっても、胴側流体１３の流通経路の１つの系統に含まれる区画の数は異なるが、第６実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。

なお、図１０（ａ）（ｂ）に示した第４実施形態の第２変形例、図１１（ａ）（ｂ）に示した第５実施形態、図１２（ａ）（ｂ）に示した第５実施形態の変形例、図１３（ａ）（ｂ）に示した第６実施形態、図１４（ａ）（ｂ）に示した第６実施形態の第１変形例、図１５（ａ）（ｂ）に示した第６実施形態の第２変形例は、いずれも、胴側流体１３の一つの系統で接続されている区画数が偶数である。

そのため、各図では、胴側流体１３の入口２７と出口３２が、それぞれ容器１の胴６の外周部に設けられた構成について示したが、第３実施形態と同様に、胴側流体１３を、管群設置領域７の内側から行うようにしてもよい。

この場合は、図示してないが、胴側流体１３の流通経路の上流側端部（起端）となる区画の内周側開口部の内側と、流通経路の下流側端部（末端）となる区画の内周側開口部の内側に、図６（ａ）（ｃ）に示した第３実施形態の場合と同様に、入口側のヘッダ３３と出口側のヘッダ２４をそれぞれ設け、これらのヘッダ３３，２４を、管板４の中央部に設けた開口２０に取り付けて内部を適宜仕切った管状部材２１を介して、容器外部に入口３５ａを有する接続管３５、及び、容器外部に出口３０ａを有する接続管３０に接続した構成とすればよい。

［第７実施形態］
図１６は、多管式熱交換器の第７実施形態を示すものであり、図１６（ａ）は容器軸心位置での概略断面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＧ−Ｇ方向矢視断面図、図１６（ｃ）は図１６（ａ）のＨ−Ｈ方向矢視断面図である。

なお、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。又、本実施形態において、管側流体１２の流通経路は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

本実施形態の多管式熱交換器は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した第１実施形態と同様に、管群設置領域７に、バッフル１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより仕切られた３つの区画７ａと７ｂと７ｃが、周方向に配列して形成されている。

管群設置領域７に形成された各区画７ａ，７ｂ，７ｃを通る胴側流体１３の流通経路は、以下のようにしてある。

図１７は、胴側流体１３の流通経路の概要を説明するための図で、図２と同様に、容器１の胴６内の管群設置領域７に形成された３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃを、周方向に分離し、展開させて示してある。図１７において、図１６に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

各区画７ａ，７ｂ，７ｃは、図１７にハッチングを付して示すように、外周部における容器軸心方向の中間部に、外周側開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備え、内周部における容器軸心方向の両端部の２個所に、内周側開口部１６ａ，１６ｂ，１６ｃをそれぞれ備えている。

周方向に配列された３つの区画７ａ，７ｂ，７ｃのうち、隣接する区画７ａと７ｂは、互いの周方向に隣接する内周側開口部１６ａと１６ｂ同士が、区画７ａと７ｂの内側に設けられた内周側接続流路１７を介してそれぞれ接続されている。更に、隣接する区画７ｂと７ｃは、互いの外周側開口部１５ｂと１５ｃ同士が、容器１の胴６の外側に設けた外周側接続流路１８を介して接続されている。

以上により、管群設置領域７には、外周側開口部１５ａから、区画７ａの内部空間、各内周側開口部１６ａ、各内周側接続流路１７、各内周側開口部１６ｂ、区画７ｂの内部空間、外周側開口部１５ｂ、外周側接続流路１８、外周側開口部１５ｃ、及び、区画７ｃの内部空間を順に経て、各内周側開口部１６ｃまで上下流方向に繋がる胴側流体１３の流通経路が形成される。

これにより、区画７ａと７ｃでは、容器軸心方向中間部に設けられた外周側開口部１５ａ，１５ｃより流入する胴側流体１３が、容器軸心方向両端部に設けられた２つの内周側開口部１６ａ，１６ｃに向けて流れるようになる。

又、区画７ｂでは、容器軸心方向両端部に設けられた２つの内周側開口部１６ｂより流入する胴側流体１３が、容器軸心方向中間部に設けられた外周側開口部１５ｂに向けて流れるようになる。

したがって、各区画７ａ，７ｂ，７ｃでは、胴側流体１３が、外周側開口部１５ａ，１５ｂ，１５ｃと内周側開口部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが設けられている容器軸心方向中間部と両端部寄りの領域では、管群直交流の流れ成分を含むようになるが、その間の領域では、主として容器軸心方向に沿った流れとなる。

本実施形態において、胴６の外側に流路形成部材２５によって形成される外周側接続流路１８、及び、区画７ａの外側に設けられる胴側流体１３の入口２７を備えたヘッダ部材２６は、第１実施形態と同様とされている。

一方、内周側接続流路１７は、管群設置領域７の内側に設ける閉止部材１９を、容器軸心方向一端側の管板２及び容器軸心方向他端側の管板４の双方と所定の間隔を隔てて配置し、閉止部材１９の容器軸心方向両端側の端面と各管板２，４との間の空間に、図１（ｃ）に示した内周部仕切部材２２と同様の内周部仕切部材２２を設けることで形成されている。

更に、管板４に加えて、管板２にも、管群設置領域７よりも内側となる中央部に、図１（ａ）に示した管板４と同様の開口２０が設けられ、この開口２０に、容器１の軸心方向に沿って分配ヘッダ３の内側に突出する管状部材２１が取り付けられている。管状部材２１の突出端部は閉塞されている。更に、管板２側の管状部材２１には、接続管３０の一端側が接続されている。該接続管３０の他端側は、分配ヘッダ３に対応する容器壁を貫通させて外部に突出されている。外部に突出した接続管３０の他端側は、胴側流体１３の出口３０ａとされている。

以上の構成としてある第７実施形態の多管式熱交換器も、第１実施形態と同様に使用して、管側流体１２と胴側流体１３との熱交換を実施することができる。

又、本実施形態の多管式熱交換器でも、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内での胴側流体１３の流れは、容器軸心方向の流れ成分を含んだものとなり、特に、各区画７ａ，７ｂ，７ｃにおいて、容器軸心方向の中間部と、容器軸心方向両端部との間の領域では、胴側流体１３が、主として容器軸心方向に沿う流れとなる。

更に、本実施形態では、接続管３０の出口３０ａを入口とし、ヘッダ部材２６の入口２７を出口として、胴側流体１３の流れを逆にしてもよい。

本実施形態では、各区画７ａ，７ｂ，７ｃ内に、容器軸心方向の中間部を挟んで、一端寄りと他端寄りに２つに分かれて胴側流体１３が流通するため、容器１の管群設置領域７の容器軸心方向に沿う寸法が大きい場合に、胴側流体１３の流路が過度に長くなるのを抑制する場合に有利な構成とすることができる。

ここで、前述の各実施形態から明らかとなる本発明の多管式熱交換器に備える胴側流体１３の流通経路の配置パターンについて述べる。

本発明の多管式熱交換器では、管群設置領域７の周方向に形成する複数の区画について、すべての区画を経る一系統のみの流通経路を形成する構成としてもよく、あるいは、区画数が、１とその数以外の約数を有する数となっている場合は、その約数ずつに分けた区画を接続した複数系統の流通経路を形成する構成としてもよい。

又、一つの系統の胴側流体１３の流通経路が偶数の区画を接続した構成である場合は、その流通経路の上流側端部（起端）と下流側端部（末端）は、共に区画の内周側開口部とする構成と、共に区画の外周側開口部とする構成のいずれであってもよい。

一方、胴側流体１３の流通経路が奇数の区画を接続した構成である場合は、その流通経路の上流側端部（起端）を区画の外周側開口部とし、下流側端部（末端）を区画の内周側開口部とする構成と、その流通経路の上流側端部（起端）を区画の内周側開口部とし、下流側端部（末端）を区画の外周側開口部とする構成のいずれを採用してもよい。

更に、複数系統の胴側流体１３の流通経路を備える構成では、それぞれの系統の流通経路ごとに、周方向に配列された区画を順に経て胴側流体を移動させる方向は、容器１の軸心方向の一端側から見て時計回り方向、又は、反時計回り方向のいずれに設定してもよい。

［第８実施形態］
図１８は、多管式熱交換器の第８実施形態を示すもので、図１８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に対応する図である。

なお、図１８（ａ）（ｂ）（ｃ）において、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の多管式熱交換器は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した第１実施形態と同様の構成において、管群８の各伝熱管９に触媒３６が充填された構成としてある。且つ、各伝熱管９に流通させる管側流体１２は、触媒３６を介した触媒反応の対象とする反応原料及び反応生成物としてのプロセス流体とし、各伝熱管９の外側に流通させる胴側流体１３は、熱媒とした構成とする。

なお、本実施形態の多管式熱交換器では、各伝熱管９の外側に流通させる胴側流体１３が、内周側と周辺部で流路断面積の相違により速度変化を生じる点、及び、胴側流体１３が各区画７ａ，７ｂ，７ｃを順に流通するようにしてある点に鑑みて、前記熱媒として用いる胴側流体１３は、各伝熱管９の管内側におけるプロセス流体である管側流体１２の熱伝達率に比して、管外側の熱伝達率が大きくなるように、密度、比熱、熱伝導率や流量が設定してあるものとする。又、該熱媒としての胴側流体１３は、触媒反応が発熱反応の場合は、冷却媒体を、又、触媒反応が吸熱反応の場合は、加熱媒体を用いるようにすればよい。更に、熱媒の種類は、触媒反応に所望される温度条件等に応じて適宜選定すればよい。

本実施形態の多管式熱交換器では、前記各伝熱管９の内部で、触媒３６により反応原料より反応生成物を生成させる触媒反応が進行する。

この際、前記したように、各伝熱管９では、管内側の熱伝達率が管外側の熱伝達率よりも小さくなるようにしてあるため、各伝熱管９の管壁を介した前記反応原料及び反応生成物となる管側流体１２と、熱媒となる胴側流体１３との熱通過率（総括熱伝達係数）は、前記管内側の熱伝達率に大きく依存している。そのために、本実施形態の多管式熱交換器では、前記管内側の熱伝達率が、前記管壁内外方向の熱通過率の全体に対して律速となる。

よって、本実施形態の多管式熱交換器は、熱媒となる胴側流体１３に前記したような速度変化が生じたり、各区画７ａ，７ｂ，７ｃを順次経ることで多少の温度変化が生じたりする場合であっても、胴側流体１３による管外側の熱伝達率は、前記熱通過率への寄与が小さい。そのため、各伝熱管９内をほぼ均一な温度条件に保持することができる。よって、本実施形態の多管式熱交換器は、各伝熱管９で前記触媒反応を一様に進行させることが可能な多管式反応器として使用することができる。

なお、本実施形態のように各伝熱管９に触媒３６を充填する構成は、前述の各実施形態、応用例、及び変形例に適用してもよいことは勿論である。

なお、本発明は前述の各実施形態、応用例、及び変形例のみに限定されるものではなく、管側流体入口１０と管側流体出口１１を入れ替えて、容器１の他端部の管板４により仕切られた空間を分配ヘッダ３とし、容器１の一端側の管板２により仕切られた空間を集合ヘッダ５としてもよい。かかる構成では、前述の各実施形態に対して管側流体１２の流れ方向は逆になるが、各実施形態と同様の効果を得ることができる。

管群設置領域７に設けるバッフルの数は、図示した以外の数としてもよい。したがって、管群設置領域に周方向に並べて形成させる区画の数も、図示した以外の数としてもよい。

管群８における各伝熱管９の配列としては、三角配列と四角配列を例示したが、図示した以外の規則配列や、その他、任意の配列を採用してもよい。又、各伝熱管９の径や本数、配列ピッチは適宜変更してよい。更に、管群設置領域７における胴側流体１３の局所的な通り抜けを抑制するという観点から考えると、管群８を構成している各伝熱管９同士の隙間が半径方向に連続して延びる個所に合わせてバッフルを配設することが望ましいが、その他の個所であってもよい。

容器１の軸心方向寸法と径寸法との比、容器１内における各管板２と４の設置位置、分配ヘッダ３と集合ヘッダ５の容積、各管板２と４同士の間隔、各区画の外周側開口部と内周側開口部の容器軸心方向の寸法等は、管側流体１２と胴側流体１３の供給量や、温度条件等の熱交換処理に所望される種々の条件に応じて、図示したものから適宜変更してもよい。

前記管側流体１２及び胴側流体１３は、ガス又は液体のいずれであってもよい。

本発明の多管式熱交換器は、いかなる熱交換処理を行う熱交換器に適用してもよい。

本発明の多管式熱交換器は、容器１の軸心方向を、上下方向以外のいかなる方向に向けた姿勢で用いるようにしてもよい。

各伝熱管９について、長手方向の途中位置で振れ止めのための支持が必要な場合は、ワイヤやロッドを格子状に組み合わせたロッドバッフル等の管支持材で支持するようにすればよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の多管式熱交換器に関し、第１実施形態とその応用例、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態とその第１変形例、第５実施形態とその変形例、第６実施形態とその第１変形例及び第２変形例、第７実施形態の各構成について、伝熱管９と管内側を流通させる管側流体１２との間の熱伝達率（管内側の熱伝達率）ｈ_１、及び、伝熱管９と管外側を流通させる胴側流体１３との間の熱伝達率（管外側の熱伝達率）ｈ_２と、管側流体１２と胴側流体１３との伝熱管９の管壁を介した熱通過率Ｋと、管側流体１２側の圧力損失、及び、胴側流体１３側の圧力損失について数値解析した。

なお、熱通過率Ｋの算出は、以下の式に基づいて行った。

その解析結果を、以下の表１に示す。

表１における比較例１は、従来の多管式熱交換器であって、管群設置領域に、伝熱管の長手方向の３個所に、伝熱管の長手方向に直交する面内に配置したドーナツ状のバッフル２枚とディスク状のバッフル１枚を設けてなる４段流路構成としたものである。

又、比較例２は、前記比較例１と同様の構成において、各バッフルにおける伝熱管挿通孔と伝熱管との隙間からのリークを考慮したものである。

このリークの算出条件は以下のようにした。
隙間形状係数：Ｚ＝６７
管本数：約２００００本
Ｚの定義は、下記による。
Ｚ＝２ｔ／（Ｄ−ｄ）
ｔ：バッフル厚さ
Ｄ：バッフルの管挿通孔の径
ｄ：伝熱管の外径

この比較例１、２の構成について、前記と同様に、管側流体側の熱伝達率（管内側の熱伝達率）ｈ_１と、胴側流体側の熱伝達率（管外側の熱伝達率）ｈ_２と、熱通過率Ｋと、管側流体側の圧力損失と、胴側流体側の圧力損失について数値解析したものである。

なお、前述の各実施形態、及び、比較例１、２の構成は、伝熱管９の径、管ピッチ、本数、管側流体１２の流量、胴側流体１３の流量、容器１の径、高さを同様に設定してある。

なお、前記伝熱管９には触媒が充填され、管側流体１２がガスであると想定して、管内側の管側流体１２が、管外側の胴側流体１３に比して熱伝達率が低くなるように設定してある。

又、以下の表１では、各熱伝達率ｈ_１及びｈ_２と、熱通過率Ｋについては、各実施形態と比較例１、２に共通している伝熱管９内に流通させる管側流体１２側の熱伝達率（管内側の熱伝達率）ｈ_１の解析結果の値を基準となる１．０とおいて、各実施形態と比較例１、２の前記各項目の解析結果を規格化している。圧力損失については、前記と同様に、管側流体１２側の圧力損失の解析結果の値を基準となる１．０とおいて、各実施形態と比較例１、２の前記各項目の解析結果を規格化している。

以上の結果から明らかなように、各実施形態のいずれにおいても、比較例１、２とした伝熱管長手方向に直交するバッフルを備えた多管式熱交換器に比して、伝熱管９と胴側流体１３側の熱伝達率（管外側の熱伝達率）ｈ_２は低下する。しかし、熱交換器の熱交換性能の指標となる熱通過率Ｋに関しては、律速の因子となる伝熱管９と管側流体１２側の熱伝達率ｈ_１が変化しないため、各実施形態の熱通過率Ｋは、それぞれ０．９２〜０．７６の範囲の値となり、比較例１、比較例２の熱通過率Ｋの０．９７という値に比して熱交換性能はあまり低下していない。

一方、各実施形態では、胴側流体１３側の圧力損失は、それぞれ、０．０２５〜１．０の範囲の値となっており、比較例１の胴側流体側の圧力損失の４．４という値に比して、更には、比較例２の胴側流体側の圧力損失の１．８という値に比しても低減させることができることが判明した。よって、本発明の多管式熱交換器では、熱通過率Ｋの低下を抑制しながら、すなわち、熱交換性能の低下を抑制しながら、胴側流体１３の圧力損失を大幅に低減できることが判明した。

１容器、２管板、３分配ヘッダ、４管板、５集合ヘッダ、６胴、７管群設置領域、７ａ，７ｂ，７ｃ区画、７１ａ，７１ｂ区画、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆ区画、７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ区画、７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈ区画、８管群、９伝熱管、１４ａ，１４ｂ，１４ｃバッフル、１４１ａ，１４１ｂバッフル、１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅ，１４２ｆバッフル、１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄバッフル、１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４４ｄ，１４４ｅ，１４４ｆ，１４４ｇ，１４４ｈバッフル、１２管側流体（第１の流体）、１３胴側流体（第２の流体）、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ外周側開口部、１５１ａ，１５１ｂ外周側開口部、１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ，１５２ｅ，１５２ｆ外周側開口部、１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄ外周側開口部、１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄ，１５４ｅ，１５４ｆ，１５４ｇ，１５４ｈ外周側開口部、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ内周側開口部、１６１ａ，１６１ｂ内周側開口部、１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄ，１６２ｅ，１６２ｆ内周側開口部、１６３ａ，１６３ｂ，１６３ｃ，１６３ｄ内周側開口部、１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃ，１６４ｄ，１６４ｅ，１６４ｆ，１６４ｇ，１６４ｈ内周側開口部、１７内周側接続流路、１８外周側接続流路、３６触媒

Claims

伝熱管内を流通させる第１の流体と伝熱管の外側を流通させる第２の流体とを熱交換させる多管式熱交換器において、
容器と、
前記容器内の軸心方向の一方の端部に管板により仕切って形成した第１の流体の分配ヘッダと、
前記容器内の軸心方向の他方の端部に別の管板により仕切って形成した前記第１の流体の集合ヘッダと、
前記容器における前記各管板の間に位置する胴の内側の空間部に環状に設定した管群設置領域と、
前記管群設置領域に配置した前記容器の軸心方向に平行な複数の伝熱管による管群と、
前記管群設置領域に、周方向の複数個所を前記容器の軸心方向に平行で且つ半径方向に沿うバッフルで仕切って周方向に形成した複数の区画と、
前記各区画の外周側の容器軸心方向の一端側に備えた外周側開口部と、内周側の容器軸心方向の他端側に備えた内周側開口部と、を有し、
周方向に隣接する２つの区画の外周側開口部同士を胴の外面に沿う位置で接続する外周側接続流路、又は周方向に隣接する２つの区画の内周側開口部同士を管群設置領域の内側の空間を通して接続する内周側接続流路のいずれか一方又は双方を備え、
少なくとも２つの区画が接続された第２の流体の流通経路を備えたこと
を特徴とする多管式熱交換器。
伝熱管内を流通させる第１の流体と伝熱管の外側を流通させる第２の流体とを熱交換させる多管式熱交換器において、
容器と、
前記容器内の軸心方向の一方の端部に管板により仕切って形成した第１の流体の分配ヘッダと、
前記容器内の軸心方向の他方の端部に別の管板により仕切って形成した前記第１の流体の集合ヘッダと、
前記容器における前記各管板の間に位置する胴の内側の空間部に環状に設定した管群設置領域と、
前記管群設置領域に配置した前記容器の軸心方向に平行な複数の伝熱管による管群と、
前記管群設置領域に、周方向の複数個所を前記容器の軸心方向に平行で且つ半径方向に沿うバッフルで仕切って周方向に形成した複数の区画と、
前記各区画の容器軸心方向の中間部に備えた外周側開口部と、容器軸心方向の両端側に備えた内周側開口部と、を有し
周方向に隣接する２つの区画の外周側開口部同士を胴の外面に沿う位置で接続する外周側接続流路、又は周方向に隣接する２つの区画の内周側開口部同士を管群設置領域の内側の空間を通して接続する内周側接続流路のいずれか一方又は双方を備え、
少なくとも２つの区画が接続された第２の流体の流通経路を備えたこと
を特徴とする多管式熱交換器。
前記各伝熱管には、触媒が充填されていること
を特徴とする請求項１又は２記載の多管式熱交換器。