JPH0961071A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPH0961071A
JPH0961071A JP21355795A JP21355795A JPH0961071A JP H0961071 A JPH0961071 A JP H0961071A JP 21355795 A JP21355795 A JP 21355795A JP 21355795 A JP21355795 A JP 21355795A JP H0961071 A JPH0961071 A JP H0961071A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シェルの保温性が良好で、熱交換効率が高
く、かつ量産性に適した固定管板形のシェル・アンド・
チューブ型熱交換器構造を提供する。 【解決手段】 このため、円筒状のシェル1a,熱交換
媒体の第2の流体の各入口/出口部材2a/3a;4a
/5a、ならびに伝熱管チューブ6の固定管板7aを耐
熱、耐蝕性の、例えばポリカーボネート,ポリエチレン
サルファイド等の合成樹脂で形成し、シェル1aは中間
空気層1bを有する2重壁構成として、第2流体入口/
出口部材4a/5aと一体成形し、また第1流体の入口
部材2aと、この入口側の固定管板7a間には、前記樹
脂製の整流板9を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器、特に、
熱効率がよく、かつ量産が容易なシェル・アンド・チュ
ーブ型熱交換器構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液−液、液−凝縮する流体、液−沸騰す
る流体、沸騰する流体−凝縮する流体等の熱交換に用い
られるこの種のシェル・アンド・チューブ型熱交換器の
うち、従来の最も一般的な多管式用円筒形の固定管板形
熱交換器の一例の概要構成の長手方向断面図を図3に示
す。なお、(a)図は、そのa−a断面拡大斜視図、
(b)図はb−b斜視図である。
【0003】1は円筒状の例えばステンレス鋼板等の金
属製シェルで、その両端部には熱交換される第1の流体
のそれぞれ入口部材2及び出口部材3、ならびに熱交換
媒体の第2の流体のそれぞれ入口部材4及び出口部材5
が固設されている。
【0004】シェル1の内部には、各両端部をそれぞれ
一対の固定管板7に固定接続された複数の例えばチタン
製等の伝熱管(チューブ)6が、各部材2,5;3,4
を介して取付け固設されている。なお、8は長手方向に
上/下交互に配設された複数のバッフル(邪魔板)であ
る。
【0005】以上の各構成部材1〜8は、特殊の場合を
除き、一般的にいずれも金属材料製であり、その熱交換
器の使用条件の熱特性、強度、腐蝕性、加工性及び経済
性等により、炭素鋼,銅及び銅合金等が、また特に耐蝕
用材料としては、ステンレス鋼や、極めて熱伝導性や加
工性に劣るチタンやモネル等が用いられることもある。
【0006】前記図3の構成例にあっては、各構成部材
の相互固定は、ボルト/ナット結合部以外は、例えばシ
ェル1と各入口/出口金具4/5との接続、各チューブ
6と各固定板7との接続等には、総て溶接もしくはろう
付け等が用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このため、この種の熱
交換器構造においては、上記溶接工数等により、一般的
に量産化が困難であり、このため比較的高コスト傾向と
なる。また、シェル1が耐蝕性を得るためにはステンレ
ス鋼や銅製等の場合、材料コストが比較的大となり、ま
た熱伝導率が比較的大きいため、保温性(遮温性)が悪
く、熱交換媒体の熱効率が悪化するという問題点があっ
た。
【0008】また、熱交換される第1流体の入口部材2
から各伝導管チューブ6への導入部には、整流機能手段
がないため、流れが渦を巻いて各チューブ6に均等に流
入されず、熱交換効率が低下するという本質的な問題点
があった。
【0009】本発明は、以上のような局面にかんがみて
なされたもので、シェルの保温性(熱絶縁性)を向上す
ると共に、各伝熱管チューブへの流体流れを整流して全
体の熱交換効率を向上し、伝導管チューブ以外の主構成
要素に耐熱、耐蝕性合成樹脂を使用することにより、保
温性の向上と共に、工作性の改善により、量産性が得ら
れ、コスト低下を計ることができ、またシェル内部のチ
ューブカートリッジの清掃や交換等の保守をも容易にし
得る手段の提供を目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、固定管板形のシェル・アンド・チューブ型熱交換
器において、円筒状シェル及び第1,第2の熱交換流体
のそれぞれの入口、出口部材、ならびに一対のチューブ
固定管板を、耐熱耐蝕性合成樹脂材料で形成し、前記シ
ェルは、中間空気層を有する2重壁構成に中空成形する
と共に、前記第2熱交換流体の各入口、出口部材と一体
に成形し、前記各チューブの固定管板は、複数チューブ
のそれぞれ両端部に鋳型成形して前記シェル内にシール
部材を介して取付けると共に、前記第1熱交換流体の入
口部材と、この入口部材側の前記固定管板との間に前記
合成樹脂材料成形の整流板を配設するよう構成すること
により、前記目的を達成しようとするものである。
【0011】
【作用】以上のような本発明構成により、例えばポリカ
ーボネート、ポリエチレンサルファイド等の耐熱、耐蝕
性の合成樹脂材料の単体もしくは一体成形等により、そ
の熱伝導率は、例えばステンレス鋼等に比し約1/80
であり、かつシェルは中間空気層を有する2重壁構造の
ため、保温(熱絶縁)性が著しく向上して熱損失が減少
し、また、第1の熱交換流体の各チューブへの流入が整
流板により均一化されるため、熱交換効率が向上する。
さらに、前記樹脂の射出一体成形や、各チューブの固定
管板鋳型成形等により、従来のような溶接作業を全廃す
ることができるため、量産性に優れ、生産コスト低下に
もつながる。
【0012】また、シェル内部のチューブカートリッジ
を取付け、取外し可能にし得るため、清掃、交換等の保
守性が向上する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
固定管板形の多管式円筒形シェル・アンド・チューブ型
熱交換器の典型的な一実施例に基づいて説明する。
【0014】
【実施例】図1,2に、前記図3に示した従来例の熱交
換器に対比して本発明を実施した一態様例の図3対応図
を示し、図3におけると相当構成要素は同一番号の末尾
にa符号を付して示す(例:1→1a)。
【0015】(構成)本実施例においては、シェル1a
及び第1(被熱交換)流体、第2(熱交換媒体)流体の
それぞれの各入口/出口部材2a/3a,4a/5a、
ならびに伝熱管チューブ6用の各固定管板7aを総て耐
熱、耐蝕性の合成樹脂材料、例えばポリカーボネート
(PC)もしくはポリエチレンサルファイド(PES)
等で成形し、特に第2流体の各入口/出口部材4a/5
aとシェル1aとは一体射出成形品とし、製作されると
共に、シェル1aは、中間に空気層1bを有する2重壁
構成として中空成形されていることを特徴としている。
【0016】また、円板状の各固定管板7aは、前記と
同一の合成樹脂材料を用いて、所定数の各チューブ5a
群のそれぞれ両端部を鋳型成形により円板状に構成さ
れ、それぞれその円板外周部をシール部材として、例え
ば2個のO−リング7cを介して、シェル1aの両端の
凹所内にシール的に嵌合され、それぞれ第1流体の入口
/出口部材2a/3a間に複数のボルトにより締付け固
定されるよう構成されている。
【0017】さらに、本発明実施例の他の特徴の一つ
は、第1流体入口部材2aと、この入口側の固定管板7
aとの間に、前記と同一の合成樹脂材料による整流板9
が介装されていることにある。この整流板9は、第1流
体が、入口部材2aから固定管板7a部より各チューブ
6に導入されるとき、従来例構成においては、この間の
空間で渦を巻いて均等に各チューブ6に分布、流入でき
なかった難点を解決するもので、この間で整流を行うよ
うに機能し、各チューブ6への流入を均等にして熱交換
効率を向上することができる。
【0018】(効果)以上のような構成により、耐熱、
耐蝕性合成樹脂材料の使用により、シェル1a部の保温
性が著しく改善されて熱損失が減少し、従来のような保
温手段が不要となった。また、各部材を一体射出成形品
とすることにより、工数を要した従来の溶接等が不要と
なり、これにより量産性が向上して、生産コストの低減
にも寄与し得る。
【0019】さらにまた、第1流体の入口側に整流板9
を設けたことにより、各チューブ6の熱交換効率が改善
される。また、各チューブカートリッジが、シェル1a
に対して着脱可能であるため、この部の清掃もしくは交
換の保守作業が極めて容易となった。
【0020】なお、以上の実施例においては、シェル・
アンド・チューブ型熱交換器の典型的な構成例に対する
応用事例を示したが、本発明原理は、この実施例のみに
限定されるものでなく、種々の変形構造に対して適用し
得ることはもちろんである。
【0021】(比較例)以上の実施例における効果を定
量的に示すため、上記諸熱効率の向上のうち、シェル
1,1aの材質及び構造部材変更による熱伝導率や、熱
損失の具体的数字の比較例を、従来例のステンレス鋼
板、普通鋼板及び本発明実施例のポリカーボネート(P
C)成形の場合について下記に示す。
【0022】 1)各材料の熱伝導率 Kcal/mh℃ 比重 ステンレス鋼 13 78.31 普通鋼 37 229.89 ポリカーボネート 1.66×10-1 1 2)比較計算温度 ℃ シェル内側温度 100 シェル外側温度 40 シェル材質/構造 A.ステンレス鋼板(従来例1)板厚t=3mm 熱透過率(熱伝達率) U=11.967Kcal/m2h℃ 単位面積当り単位時間の熱損失 q/A=718.1Kcal/m2h B.普通鋼板(従来例2)板厚t=3mm U=11.988Kcal/m2h℃ q/A=719.3Kcal/m2h C.PC板(本実施例の参考例)板厚t=5mm U=8.815Kcal/m2h ℃ q/A=531.0Kcal/m2h D.PC板+中間空気層(本実施例)厚さt=2.5 +空気層1.5 +2.5 =6.5mm U=5.082Kcal/m2h ℃ q/A=305.0Kcal/m2h 以上により、本実施例/従来例の熱損失の比率(%)
は、下表のようになる。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
この種の熱交換器の各伝熱管チューブ以外の各構成要素
を、耐熱、耐蝕性の合成樹脂材料で構成し、特にシェル
を中間空気層を有する2重壁構成とすると共に、第2熱
交換流体用の入口、出口部材と一体成形したため、シェ
ルの保温性が著しく向上し、熱損失が減少し、また第1
熱交換流体入口側に設けた整流板により各チューブの流
入が均一化するため、熱交換効率が向上する。更にま
た、従来技術におけるような各構成部材の溶接作業等が
なくなるため、量産性が得られ、生産コストが低減し得
る。
【0025】また、シェル内部のチューブカートリッジ
を取付け/取外し可能とし得るため、その清掃、交換等
の保守性を改善し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施例の構成断面図
【図2】 図1の部分図
【図3】 従来例の一構成断面図
【符号の説明】
1a シェル 1b 空気層 2a 入口部材(第1流体) 3a 出口部材(第1流体) 4a 入口部材(第2流体) 5a 出口部材(第2流体) 6 チューブ(伝熱管) 7a 固定管板 7b チューブ圧入用穴 7c O−リング 8 バッフル 9 整流板 9a 整流開口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定管板形のシェル・アンド・チューブ
    型熱交換器において、円筒状シェル及び第1,第2の熱
    交換流体のそれぞれの入口、出口部材、ならびに一対の
    チューブ固定管板を、耐熱耐蝕性合成樹脂材料で形成
    し、 前記シェルは、中間空気層を有する2重壁構成に中空成
    形すると共に、前記第2熱交換流体の各入口、出口部材
    と一体に成形し、 前記各チューブの固定管板は、複数チューブのそれぞれ
    両端部に鋳型成形して前記シェル内にシール部材を介し
    て取付けると共に、 前記第1熱交換流体の入口部材と、この入口部材側の前
    記固定管板との間に前記合成樹脂材料成形の整流板を配
    設したことを特徴とする熱交換器。
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