JP2005016819A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
【課題】熱交換器内で発生する蒸気の合体を抑制し、気泡を小径化し、均質に分布させるための構造とし、これによって熱交換効率を向上させる。
【解決手段】鉛直方向ではない向きに互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管2からなる伝熱管群と、伝熱管群を収容する容器1とを有し、伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、伝熱管相互の間の、沸騰が生じると想定される部分の少なくとも一部に、伝熱管の方向に広がるワイヤメッシュ3を配置した。
【選択図】 図1A structure for suppressing the coalescence of steam generated in a heat exchanger, reducing the diameter of bubbles and distributing them uniformly, thereby improving the heat exchange efficiency.
A heat transfer tube group including a plurality of heat transfer tubes 2 arranged in substantially parallel to each other in a non-vertical direction and in which a high-temperature fluid flows therein, and a container 1 that accommodates the heat transfer tube group. Boiling occurs between heat transfer tubes in a heat exchanger configured to contain the low temperature side fluid in the container outside the heat tube and cause the low temperature side fluid to boil on the outer surface of the heat transfer tube. The wire mesh 3 that spreads in the direction of the heat transfer tube was disposed in at least a part of the assumed portion.
[Selection] Figure 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シェル/チューブ型の熱交換器に関し、特に、シェル側で沸騰が生じる熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
熱交換器は、化学工業、発電プラント、食品工業など様々な分野において重要な役割を果たしている。熱交換器は種々のタイプがあるが、シェル/チューブ型の熱交換器は最も一般的であり、ケトル式リボイラ、給水加熱器、蒸発器、換気空調器などとして幅広く利用されている。この熱交換器は、多管式伝熱管(チューブ)束を円筒胴に挿入した形式のもので、管板と胴(シェル)との取り合い構造により円筒管板形、Uチューブ形、浮動頭形、バヨネット・チューブ形などに分類される(特許文献1参照)。
【0003】
シェル側の流動は、熱交換器の使用目的によって異なるが、蒸発器、リボイラとして使用する場合には、液体を加熱して蒸発させるため、シェル内は沸騰二相流となる。実際、すべての熱交換器の少なくとも60%は、シェル内の流れが二相流であるとされている。
【0004】
図10に従来のシェル/チューブ型の熱交換器の概略図を示す。主に、円筒形の容器1と容器1内に配置された伝熱管2群によって構成される。容器1には低温液体が満たされており、伝熱管2内には高温流体が流れる。図10の例では、互いに平行な多数の伝熱管2が水平方向に延びるように配置され、伝熱管2同士が水平方向および高さ方向に揃うように正方格子状に配列されている。
【0005】
伝熱管2内の高温流体の熱は伝熱管2壁を通して伝熱管2外側の低温側流体に伝えられ、伝熱管2の外表面では低温側の液体が沸騰を起こし、容器1内の流れが気液二相流となる。このとき、加熱された容器1内の流体は密度差と、発生した気泡の上昇によって自然循環流が形成される。
【0006】
伝熱管群の下部の段においては液単相か気泡がごく少ないが、上段にいくにしたがって気泡の発生量が多くまた発生した気泡が蓄積されるため、上段ほど気泡の体積割合(ボイド率)が大きくなる。しかしながら、ボイド率は、上段にいくについて徐々に増加するわけではなく、上部/中央部でボイド率が大きく、下部/周辺部でボイド率が小さくなり、高ボイド率領域18と低ボイド率領域19の二つの領域に分かれることが従来の研究から指摘されている。
【0007】
気泡の局所的な分布についてみると、図11に示される一般的な格子配列では、伝熱管2の間の鉛直方向のギャップにおいて流れのはく離によって流れが逆流、停滞するため気泡が集積しやすく、伝熱管2の背後でボイド率が大きく、主流領域でボイド率が小さいといった気泡分布が生じる。
【0008】
自然循環流が大きく流れの乱れが大きくなるほど、伝熱管2の背後への流れが強くなり、より伝熱管2の背後のボイド率が大きくなる。こうした伝熱管2同士のギャップにおける気泡の集積は、伝熱を劣化させ、ドライアウトを生じやすくさせる。熱交換器が、特に発電プラントの安全にかかわる冷却設備として使用される場合には、ドライアウトによる急激な除熱の劣化は、安全性に大きく影響を及ぼす可能性がある。
【0009】
【特許文献1】
特開平6−147406号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このように、熱交換器においては、より熱交換率が良く、またドライアウトなどによる急激な伝熱劣化を生じることなく所定の熱交換性能を維持することが求められる。しかしながら、熱交換器内に発生する蒸気が伝熱管の周囲に停滞することによって著しく伝熱を劣化させ、またドライアウトを発生しやすくする。
【0011】
そこで、本発明では、熱交換器内で発生する蒸気の合体を抑制し、気泡を小径化し、均質に分布させるための構造とし、これによって熱交換効率を向上させた熱交換器を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的に沿うものであって、請求項1に記載の発明は、鉛直方向とは異なる向きに互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記伝熱管相互の間の、沸騰が生じると想定される部分の少なくとも一部に、前記伝熱管の方向に広がるワイヤメッシュを配置したこと、を特徴とする。
【0013】
また、請求項2に記載の発明は、鉛直方向とは異なる向きに互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記伝熱管相互の水平方向の間隔を部分的に他の伝熱管相互の水平方向の間隔よりも大きくすることにより、前記伝熱管群を上下方向に横切る流路が、前記伝熱管群のほぼ中央を通る位置に形成されていること、を特徴とする。
【0014】
また、請求項3に記載の発明は、鉛直方向とは異なる向きに互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記伝熱管群の上部の中央で、前記伝熱管相互の間隔が、伝熱管群の他の部分の伝熱管相互の間隔よりも広くなるように構成されていること、を特徴とする。
【0015】
また、請求項4に記載の発明は、鉛直方向とは異なる向きに互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記伝熱管群の上部の中央から斜め上方に向かって、前記伝熱管相互の間隔を他の伝熱管相互の間隔よりも大きくすることにより、前記伝熱管群を横切る流路が、形成されていること、を特徴とする。
【0016】
また、請求項5に記載の発明は、鉛直方向とは異なる向きに互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記伝熱管群は、ほぼ水平方向に相互に間隔をあけて並べられた複数の伝熱管からなる段を、上下方向に互いに間隔をあけて並べた複数段の伝熱管からなり、相互に隣接する前記伝熱管の段の上下方向に隣接する個々の伝熱管の位置が互いに水平方向にずれて配置されていること、を特徴とする。
【0017】
また、請求項6に記載の発明は、鉛直方向とは異なる向きに互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記複数の伝熱管の横断面形状が上下方向に長い楕円形であること、を特徴とする。
【0018】
また、請求項7に記載の発明は、鉛直方向とは異なる向きに互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記複数の伝熱管の横断面の外表面下端部に突起が形成されていること、を特徴とする。
【0019】
また、請求項8に記載の発明は、互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記複数の伝熱管が、水平方向でも鉛直方向でもない向きに配置されていること、を特徴とする。
【0020】
また、請求項9に記載の発明は、互いにほぼ平行に配列されて内部を高温側流体が流れる複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記伝熱管群を収容する容器とを有し、前記伝熱管の外側の前記容器内に低温側流体を収容して、前記伝熱管の外表面で前記低温側流体に沸騰が生じるように構成された熱交換器において、前記低温側流体に界面活性剤が含まれていること、を特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図9を参照して、本発明に係る熱交換器の実施の形態を説明する。ここで、従来技術と共通もしくは類似の部分、または相互に共通または類似の部分には共通の符号を付し、重複説明は省略する。
【0022】
図1および図2に、本発明に係る熱交換器の第1の形態を示す。この熱交換器は、円筒形容器(胴)1と、容器1内に配置された多数の伝熱管2から構成され、伝熱管2同士の間にワイヤメッシュ3が設置されている。伝熱管2は水平方向に、互いに平行に延び、互いに上下左右方向に揃うように正方格子状に配列されている。ワイヤメッシュ3は、伝熱管2同士の間を水平方向に、容器1内を横断するように延びている。
【0023】
容器1内で伝熱管2外側の冷媒(低温側流体)は、伝熱管2内部の高温流体との熱交換によって温度上昇し、やがて沸騰が開始する。この容器1内の冷媒の温度上昇による対流と発生した蒸気の浮力により、容器1内の伝熱管群の間では流体が上昇し、伝熱管群の外で容器1内壁に沿って下降する自然対流が生じ、冷却が促進される。伝熱管群の間では、このような上昇流のため、上部ほど気泡が蓄積されて蒸気の体積割合(ボイド率)が大きくなり、ボイド率が大きくなると蒸気が伝熱管2の前面や背面で集積し、停滞することによって伝熱が劣化する。
【0024】
図2に示すように、ワイヤメッシュ3を伝熱管2と伝熱管2の間に設置することによって、発生した蒸気の気泡を小径化することができる。これによって、径の大きい気泡が伝熱管2の側面近傍に停滞することを防止することができる。ワイヤメッシュ3は、図1に示すように、ボイド率の大きい上部に設置することが効果的である。
【0025】
図3は、本発明に係る熱交換器の第2の実施の形態を示す。容器1内のボイド率は、上部ほど大きいが、必ずしも伝熱管群の下部から上部にかけて順に増大するわけではなく、図10に示すように、中央/上部に高ボイド率領域18が形成され、周辺/下部に低ボイド率領域19が形成されるというように、二つの領域に分けられることが分かっている。特に、中央部で蒸気が排出されにくいことがこの領域を高ボイド率化させる。そこで、図3のように中央部の伝熱管2の横方向のピッチを大きくとり、鉛直方向の流路6を形成する。これにより、中央部の伝熱管群からの蒸気が排出されやすくなり、伝熱管群の中に蒸気が停滞することを抑制することができる。
【0026】
次に、図4は、本発明に係る熱交換器の第3の実施の形態を示す。これは、中央/上部におけるピッチd2を大きくし、周辺/下部でのピッチd1を小さくして伝熱管群を配置するものである。これにより、ボイド率の小さい周辺/下部で伝熱面積を増やし、中央/上部の伝熱管2の背後に気泡が集積することを防止することで、熱伝達を向上することができる。
【0027】
また、図5は、本発明に係る熱交換器の第4の実施の形態を示す。これは、管群の中央/上部から斜め上方に向かって伝熱管2を設置しない部分、すなわちV字形流路30を設けるものである。これにより、第2の実施の形態(図3)と同様に、伝熱管2外側の蒸気の流れを促進する効果が期待できる。
さらに、図6は、本発明に係る熱交換器の第5の実施の形態を示す。図示のように、各段の伝熱管群を水平方向に交互にずらして配置する。
【0028】
従来の伝熱管群配列には、格子配列のほかに、前段の配列における伝熱管2と伝熱管2の中央に配列する千鳥配列(三角配列)がある。冷媒が単相の場合、一般的に千鳥配列は格子配列に比べて乱れが強いため熱伝達率は大きいが、圧力損失も大きいことが分かっている。一方、冷媒が二相流の場合は、熱伝達率は乱流強度のみならず、蒸気の割合と分布にも大きく影響される。図11に示すように、一般的に良く用いられる格子配列では、伝熱管2は背後にウェーク11が形成され気泡12が巻き込まれ、下流の管でブロックされることによって、伝熱管2と伝熱管2の間に気泡が集積しやすい。このことが、伝熱管2の前面と背面での熱伝達率を低下させている。
【0029】
本実施の形態では、図7に示すように伝熱管2背後の気泡12が上方に排出されやすくなり、圧力損失をそれほど増大させることなく、千鳥配列と同様に蒸気の背後での蓄積による高ボイド率化を防ぎ、熱伝達率を増大することができる。
【0030】
さらに、図8は、本発明に係る熱交換器の第6の実施の形態を示す。図示のように、伝熱管2の形状を主流方向(鉛直方向)に径の大きい楕円形とする。このことにより、同一伝熱面積の円形伝熱管に比べて気泡が伝熱管の背後に集積しにくくなる。また、はく離点が後方に移動し、逆流域が減少することによって、圧力損失が低減されるという効果も期待できる。
【0031】
また、図9は、本発明に係る熱交換器の第7の実施の形態を示す。これは、伝熱管2の下面に突起物15を設けたものである。これにより、伝熱管2下面で気泡が停滞することを抑制することができる。
以上説明した各実施の形態では、伝熱管2の方向は水平としたが、必ずしも水平方向でなくとも、鉛直方向と異なれば、同様の効果が得られる。
【0032】
また、本発明に係る熱交換器の第8の実施の形態は、伝熱管2を水平に対して傾けて配置する(図示せず)。このことにより、伝熱管2の下面に付着した気泡が管壁に沿って浮上し離脱するため、管壁での停滞を防ぐことができる。
【0033】
さらに本発明に係る熱交換器の第9の実施の形態は、容器1内の冷媒に少量の界面活性剤を混入させるものである。界面活性剤は、主に二つの物質の境界面を活性化(表面張力を低下させる等)することができる物質である。したがって、これを冷媒の中に混入させることにより気泡が合体しなくなるため気泡が小径のまま維持されると同時に、気体と液体の分布が均一化する。これによって、特定の部分への蒸気の集積を抑制することができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シェル/チューブ型の熱交換器において、発生した蒸気を小径化し、均一に分布させることにより、伝熱管群内への気泡の蓄積を抑制することによって、流れが二相流の場合の熱交換効率を向上させることができる。また、蒸気を伝熱管群の間から排出されやすくすることによって伝熱管群内のボイド率を低下させ、熱交換率を向上させると同時に、伝熱管がドライアウトし、ヒートアップすることを防ぎ、安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱交換器の第1の実施の形態の横断面図。
【図2】図1の熱交換器の伝熱管付近の部分斜視図。
【図3】本発明に係る熱交換器の第2の実施の形態の横断面図。
【図4】本発明に係る熱交換器の第3の実施の形態の伝熱管配列を示す横断面図。
【図5】本発明に係る熱交換器の第4の実施の形態の伝熱管配列を示す横断面図。
【図6】本発明に係る熱交換器の第5の実施の形態の伝熱管配列を示す横断面図。
【図7】図6の熱交換器の伝熱管配列の部分拡大横断面図。
【図8】本発明に係る熱交換器の第6の実施の形態の伝熱管配列を示す部分拡大横断面図。
【図9】本発明に係る熱交換器の第7の実施の形態の伝熱管の横断面図。
【図10】従来の熱交換器の横断面図。
【図11】従来の熱交換器の伝熱管配列の部分拡大横断面図。
【符号の説明】
1…容器、2…伝熱管、3…ワイヤメッシュ、5…気泡、6…流路、11…ウェーク、12…気泡、15…突起物、18…高ボイド領域、19…低ボイド領域、30…V字形流路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shell / tube type heat exchanger, and more particularly to a heat exchanger in which boiling occurs on the shell side.
[0002]
[Prior art]
Heat exchangers play an important role in various fields such as the chemical industry, power plant, and food industry. There are various types of heat exchangers, but shell / tube type heat exchangers are the most common, and are widely used as kettle reboilers, feed water heaters, evaporators, ventilation air conditioners and the like. This heat exchanger is a type in which a bundle of multi-tube heat transfer tubes (tubes) is inserted into a cylindrical body. Cylindrical tube plate type, U tube type, floating head type due to the connection structure of tube plate and shell (shell) And bayonet tube type (see Patent Document 1).
[0003]
The flow on the shell side varies depending on the purpose of use of the heat exchanger, but when used as an evaporator or reboiler, the liquid is heated to evaporate, so that the inside of the shell becomes a boiling two-phase flow. In fact, at least 60% of all heat exchangers are said to have a two-phase flow in the shell.
[0004]
FIG. 10 shows a schematic view of a conventional shell / tube heat exchanger. It is mainly composed of a
[0005]
The heat of the high-temperature fluid in the
[0006]
In the lower stage of the heat transfer tube group, there is very little liquid single phase or bubbles, but as the upper stage goes, more bubbles are generated and the generated bubbles are accumulated, so the volume ratio (void ratio) of bubbles in the upper stage Becomes larger. However, the void ratio does not gradually increase toward the upper stage, the void ratio is large at the upper / center portion, and the void ratio is decreased at the lower / peripheral portion, and the high
[0007]
With regard to the local distribution of the bubbles, in the general lattice arrangement shown in FIG. 11, the bubbles are likely to accumulate because the flow backs up and stagnates due to the separation of the flow in the vertical gap between the
[0008]
The larger the natural circulation flow and the greater the turbulence of the flow, the stronger the flow behind the
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-147406
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the heat exchanger is required to have a higher heat exchange rate and to maintain a predetermined heat exchange performance without causing rapid heat transfer deterioration due to dryout or the like. However, the steam generated in the heat exchanger stagnates around the heat transfer tube, so that the heat transfer is remarkably deteriorated and dryout is easily generated.
[0011]
Therefore, the present invention provides a heat exchanger that suppresses coalescence of steam generated in the heat exchanger, reduces the diameter of bubbles, and distributes them uniformly, thereby improving the heat exchange efficiency. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is in accordance with the above object, and the invention according to
[0013]
According to a second aspect of the present invention, a heat transfer tube group comprising a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high temperature side fluid flows, and the heat transfer tube group are accommodated. A heat exchanger configured to contain a low-temperature fluid in the container outside the heat transfer tube and to cause boiling of the low-temperature fluid on an outer surface of the heat transfer tube, By partially setting the horizontal interval between the heat transfer tubes partially larger than the horizontal interval between the other heat transfer tubes, the flow path traversing the heat transfer tube group in the vertical direction extends substantially at the center of the heat transfer tube group. It is formed at a passing position.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a heat transfer tube group comprising a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which a high temperature fluid flows, and the heat transfer tube group. A heat exchanger configured to contain a low-temperature fluid in the container outside the heat transfer tube and to cause boiling of the low-temperature fluid on an outer surface of the heat transfer tube, In the center of the upper portion of the heat transfer tube group, the interval between the heat transfer tubes is configured to be wider than the interval between the heat transfer tubes in the other part of the heat transfer tube group.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a heat transfer tube group comprising a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which a high temperature side fluid flows, and the heat transfer tube group. A heat exchanger configured to contain a low-temperature fluid in the container outside the heat transfer tube and to cause boiling of the low-temperature fluid on an outer surface of the heat transfer tube, A flow passage crossing the heat transfer tube group is formed by making the interval between the heat transfer tubes larger than the interval between the other heat transfer tubes from the upper center of the heat transfer tube group obliquely upward. It is characterized by.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, a heat transfer tube group comprising a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which a high temperature fluid flows, and the heat transfer tube group are accommodated. A heat exchanger configured to contain a low-temperature fluid in the container outside the heat transfer tube and to cause boiling of the low-temperature fluid on an outer surface of the heat transfer tube, The heat transfer tube group is composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in a substantially horizontal direction with a space between each other, and a plurality of heat transfer tubes arranged in the vertical direction with a space between each other, and adjacent to each other. The positions of the individual heat transfer tubes adjacent to each other in the vertical direction of the stage of the heat transfer tubes are arranged so as to be shifted from each other in the horizontal direction.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, a heat transfer tube group comprising a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which a high-temperature fluid flows, and the heat transfer tube group are accommodated. A heat exchanger configured to contain a low-temperature fluid in the container outside the heat transfer tube and to cause boiling of the low-temperature fluid on an outer surface of the heat transfer tube, The cross-sectional shape of the plurality of heat transfer tubes is an ellipse that is long in the vertical direction.
[0018]
The invention according to claim 7 accommodates the heat transfer tube group including a plurality of heat transfer tubes arranged in parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high temperature fluid flows, and the heat transfer tube group. A heat exchanger configured to contain a low-temperature fluid in the container outside the heat transfer tube and to cause boiling of the low-temperature fluid on an outer surface of the heat transfer tube, The protrusion is formed in the lower end part of the outer surface of the cross section of a some heat exchanger tube, It is characterized by the above-mentioned.
[0019]
The invention according to claim 8 has a heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in parallel to each other and through which the high temperature side fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container outside the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube, the plurality of heat transfer tubes are arranged horizontally. It is characterized by being arranged in a direction that is neither a direction nor a vertical direction.
[0020]
The invention according to claim 9 includes a heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in parallel to each other and through which a high-temperature side fluid flows, and a container accommodating the heat transfer tube group, In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container outside the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube, a surfactant is added to the low temperature side fluid. Is included.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-9, embodiment of the heat exchanger which concerns on this invention is described. Here, parts common or similar to the prior art, or parts common or similar to each other are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
[0022]
1 and 2 show a first embodiment of a heat exchanger according to the present invention. This heat exchanger is composed of a cylindrical container (body) 1 and a large number of
[0023]
The temperature of the refrigerant (low temperature side fluid) outside the
[0024]
As shown in FIG. 2, by installing the
[0025]
FIG. 3 shows a second embodiment of the heat exchanger according to the present invention. The void ratio in the
[0026]
Next, FIG. 4 shows a third embodiment of the heat exchanger according to the present invention. This is to arrange the heat transfer tube group by increasing the pitch d2 at the center / upper part and decreasing the pitch d1 at the periphery / lower part. Thus, heat transfer can be improved by increasing the heat transfer area at the periphery / lower part where the void ratio is small and preventing bubbles from accumulating behind the
[0027]
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the heat exchanger according to the present invention. This is a portion in which the
Furthermore, FIG. 6 shows a fifth embodiment of the heat exchanger according to the present invention. As shown in the figure, the heat transfer tube groups at the respective stages are alternately shifted in the horizontal direction.
[0028]
In addition to the lattice arrangement, the conventional heat transfer tube group arrangement includes a
[0029]
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the
[0030]
Further, FIG. 8 shows a sixth embodiment of the heat exchanger according to the present invention. As illustrated, the shape of the
[0031]
FIG. 9 shows a seventh embodiment of the heat exchanger according to the present invention. This is a
In each of the embodiments described above, the direction of the
[0032]
In the eighth embodiment of the heat exchanger according to the present invention, the
[0033]
Furthermore, in the ninth embodiment of the heat exchanger according to the present invention, a small amount of a surfactant is mixed in the refrigerant in the
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the shell / tube heat exchanger, the generated steam is reduced in diameter and uniformly distributed, thereby suppressing the accumulation of bubbles in the heat transfer tube group, The heat exchange efficiency when the flow is a two-phase flow can be improved. In addition, by reducing the void rate in the heat transfer tube group by facilitating the discharge of steam from between the heat transfer tube groups, while improving the heat exchange rate, the heat transfer tubes are prevented from drying out and heating up, Safety can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a transverse cross-sectional view of a first embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 2 is a partial perspective view of the vicinity of a heat transfer tube of the heat exchanger of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a second embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a heat transfer tube arrangement of a third embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a heat transfer tube arrangement of a fourth embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a heat transfer tube arrangement of a fifth embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
7 is a partially enlarged cross-sectional view of a heat transfer tube array of the heat exchanger of FIG. 6;
FIG. 8 is a partial enlarged cross-sectional view showing a heat transfer tube arrangement of a sixth embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a heat transfer tube of a seventh embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional heat exchanger.
FIG. 11 is a partial enlarged cross-sectional view of a heat transfer tube array of a conventional heat exchanger.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記伝熱管相互の間の、沸騰が生じると想定される部分の少なくとも一部に、前記伝熱管の方向に広がるワイヤメッシュを配置したこと、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high-temperature fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, the outer side of the heat transfer tube In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container of the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
The heat exchanger characterized by arrange | positioning the wire mesh which spreads in the direction of the said heat exchanger tube in at least one part of the part assumed that a boiling occurs between the said heat exchanger tubes.
前記伝熱管相互の水平方向の間隔を部分的に他の伝熱管相互の水平方向の間隔よりも大きくすることにより、前記伝熱管群を上下方向に横切る流路が、前記伝熱管群のほぼ中央を通る位置に形成されていること、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high-temperature fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, the outer side of the heat transfer tube In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container of the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
By making the horizontal interval between the heat transfer tubes partially larger than the horizontal interval between the other heat transfer tubes, the flow path traversing the heat transfer tube group in the vertical direction is substantially at the center of the heat transfer tube group. It is formed in the position which passes through, The heat exchanger characterized by the above-mentioned.
前記伝熱管群の上部の中央で、前記伝熱管相互の間隔が、伝熱管群の他の部分の伝熱管相互の間隔よりも広くなるように構成されていること、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high-temperature fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, the outer side of the heat transfer tube In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container of the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
A heat exchanger characterized in that, in the center of the upper part of the heat transfer tube group, the interval between the heat transfer tubes is configured to be wider than the interval between the heat transfer tubes in the other part of the heat transfer tube group. .
前記伝熱管群の上部の中央から斜め上方に向かって、前記伝熱管相互の間隔を他の伝熱管相互の間隔よりも大きくすることにより、前記伝熱管群を横切る流路が、形成されていること、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high-temperature fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, the outer side of the heat transfer tube In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container of the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
A flow path crossing the heat transfer tube group is formed by making the interval between the heat transfer tubes larger than the interval between the other heat transfer tubes, obliquely upward from the center of the upper portion of the heat transfer tube group. A heat exchanger characterized by that.
前記伝熱管群は、ほぼ水平方向に相互に間隔をあけて並べられた複数の伝熱管からなる段を、上下方向に互いに間隔をあけて並べた複数段の伝熱管からなり、相互に隣接する前記伝熱管の段の上下方向に隣接する個々の伝熱管の位置が互いに水平方向にずれて配置されていること、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high-temperature fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, the outer side of the heat transfer tube In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container of the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
The heat transfer tube group is composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in a vertical direction with a plurality of heat transfer tubes arranged in a substantially horizontal direction and spaced apart from each other, and adjacent to each other. The heat exchanger is characterized in that the positions of the individual heat transfer tubes adjacent to each other in the vertical direction of the stage of the heat transfer tubes are shifted from each other in the horizontal direction.
前記複数の伝熱管の横断面形状が上下方向に長い楕円形であること、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high-temperature fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, the outer side of the heat transfer tube In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container of the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
A heat exchanger characterized in that the cross-sectional shape of the plurality of heat transfer tubes is an ellipse that is long in the vertical direction.
前記複数の伝熱管の横断面の外表面下端部に突起が形成されていること、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in substantially parallel to each other in a direction different from the vertical direction and through which the high-temperature fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, the outer side of the heat transfer tube In the heat exchanger configured to accommodate the low temperature side fluid in the container of the heat transfer tube and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
A protrusion is formed at the lower end of the outer surface of the transverse section of the plurality of heat transfer tubes.
前記複数の伝熱管が、水平方向でも鉛直方向でもない向きに配置されていること、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in parallel with each other and through which a high temperature side fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, and the low temperature side in the container outside the heat transfer tube In a heat exchanger configured to contain a fluid and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
The heat exchanger is characterized in that the plurality of heat transfer tubes are arranged in directions that are neither horizontal nor vertical.
前記低温側流体に界面活性剤が含まれていること、を特徴とする熱交換器。A heat transfer tube group composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in parallel with each other and through which a high temperature side fluid flows, and a container for housing the heat transfer tube group, and the low temperature side in the container outside the heat transfer tube In a heat exchanger configured to contain a fluid and to cause boiling of the low temperature side fluid on the outer surface of the heat transfer tube,
A heat exchanger characterized in that a surfactant is contained in the low temperature side fluid.
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