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JP2023146903A - Heat exchanger - Google Patents

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JP2023146903A
JP2023146903A JP2022054335A JP2022054335A JP2023146903A JP 2023146903 A JP2023146903 A JP 2023146903A JP 2022054335 A JP2022054335 A JP 2022054335A JP 2022054335 A JP2022054335 A JP 2022054335A JP 2023146903 A JP2023146903 A JP 2023146903A
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JP
Japan
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tube
pipe
fluid
passage
flow path
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Pending
Application number
JP2022054335A
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Japanese (ja)
Inventor
宗久 山腰
Munehisa Yamakoshi
泰広 藤田
Yasuhiro Fujita
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Sumitomo Precision Products Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Precision Products Co Ltd
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Abstract

To provide a heat exchanger which may inhibit pressure fluctuation in a passage when used in a situation where fluctuation of a fluid pressure easily occurs.SOLUTION: A heat exchanger 100 includes: a first pipe 10; a second pipe 20 into which the first pipe 10 is inserted; and a third pipe 30 into which the first pipe 10 and the second pipe 20 are inserted. A first passage 41 is formed between the first pipe 10 and the second pipe 20 to allow a first fluid 1 to circulate therebetween, and a second passage 42 for allowing a second fluid 2 which conducts heat exchange with the first fluid 1 to circulate is formed between the second pipe 20 and the third pipe 30. The first pipe 10 includes: a passage 11 which communicates with the second pipe 20 at both ends; and a pressure fluctuation suppression part 12 which limits circulation of the first fluid 1 in the passage 11 and releases a pressure fluctuated in the first passage 41 from an end of the passage 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、熱交換器に関し、特に、多重管式の熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger, and particularly to a multi-tube heat exchanger.

従来、多重管式の熱交換器が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, multi-tube heat exchangers are known (for example, see Patent Document 1).

上記特許文献1では、外管と、内管と、内管内に設けられたマスキング管とを備え、外管と内管との間に第1流路が形成され、内管とマスキング管との間に第2流路が形成された二重管式熱交換器が開示されている。マスキング管の両端は塞がれており、マスキング管の内部には断熱材が充填されている。第2流路の一端と、第1流路の一端とは、触媒部に繋がっている。第2流路の他端に繋がる供給部から原料ガスが第2流路内に供給される。第2流路から原料ガスが触媒部に供給される。触媒反応により原料ガスが改質され、改質ガスが触媒部から第1流路に供給される。改質ガスは、第1流路の他端に繋がる排出部から排出される。第2流路を流通する原料ガスと、第1流路を流通する改質ガスとの間で、熱交換が行われる。 Patent Document 1 includes an outer tube, an inner tube, and a masking tube provided in the inner tube, and a first flow path is formed between the outer tube and the inner tube, and a connection between the inner tube and the masking tube is provided. A double tube heat exchanger with a second flow path formed therebetween is disclosed. Both ends of the masking tube are closed, and the inside of the masking tube is filled with a heat insulating material. One end of the second flow path and one end of the first flow path are connected to the catalyst section. Raw material gas is supplied into the second flow path from a supply section connected to the other end of the second flow path. Raw material gas is supplied to the catalyst section from the second flow path. The raw material gas is reformed by the catalytic reaction, and the reformed gas is supplied from the catalyst section to the first flow path. The reformed gas is discharged from the discharge section connected to the other end of the first channel. Heat exchange is performed between the raw material gas flowing through the second flow path and the reformed gas flowing through the first flow path.

特開2003-302177号公報JP2003-302177A

上記特許文献1の二重管式熱交換器は、ガスの改質に用いる熱交換器として使用されているが、このような熱交換器を、流体の圧力変動が生じ易い用途で用いる場合、流路内で生じた圧力変動により熱交換性能が不安定化したり、圧力変動に起因する繰り返し応力が発生して熱交換器の耐久性(長期間の信頼性)に悪影響を及ぼしたりする。そのため、流体の圧力変動が生じ易い用途で用いる場合に、流路内での圧力変動を抑制することが望まれる。 The double-tube heat exchanger of Patent Document 1 is used as a heat exchanger for reforming gas, but when such a heat exchanger is used in applications where fluid pressure fluctuations are likely to occur, Heat exchange performance becomes unstable due to pressure fluctuations occurring within the flow path, and repeated stress due to pressure fluctuations occurs, which adversely affects the durability (long-term reliability) of the heat exchanger. Therefore, when used in applications where fluid pressure fluctuations are likely to occur, it is desirable to suppress pressure fluctuations within the flow path.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、流体の圧力変動が生じ易い用途で用いる場合でも、流路内での圧力変動を抑制することが可能な熱交換器を提供することである。 This invention was made to solve the above-mentioned problems, and one purpose of the invention is to suppress pressure fluctuations in a flow path even when used in applications where fluid pressure fluctuations are likely to occur. The purpose of the present invention is to provide a heat exchanger capable of

上記目的を達成するために、この発明による熱交換器は、第1管と、第1管が挿入された第2管と、第1管および第2管が挿入された第3管とを備え、第1管と第2管との間に第1流体を流通させる第1流路が形成され、第2管と第3管との間に、第1流体と熱交換する第2流体を流通させる第2流路が形成されており、第1管は、両端が第2管内に連通する通路と、通路内の第1流体の流通を制限するとともに、第1流路内で変動した圧力を通路の端部から逃がす圧力変動抑制部とを含む。 In order to achieve the above object, a heat exchanger according to the present invention includes a first tube, a second tube into which the first tube is inserted, and a third tube into which the first tube and the second tube are inserted. A first flow path is formed between the first pipe and the second pipe to allow the first fluid to flow therethrough, and a second fluid that exchanges heat with the first fluid is passed between the second pipe and the third pipe. A second flow path is formed, and the first pipe has a passage that communicates with the second pipe at both ends, and restricts the flow of the first fluid in the passage, and also controls the pressure that fluctuates within the first flow path. and a pressure fluctuation suppressor that releases pressure from the end of the passage.

なお、本発明において「通路内の第1流体の流通を制限する」とは、圧力変動が生じていない状態で第1流体が流れないように制限することだけでなく、第1流路における第1流体の流量と比較して十分小さな流量で第1流体が流れるように通路内の流れを制限する(流路抵抗を増大させる)こと、を含む広い概念である。 Note that in the present invention, "restricting the flow of the first fluid in the passage" refers not only to restricting the flow of the first fluid in a state where no pressure fluctuation occurs; This is a broad concept that includes restricting the flow in the passage (increasing the flow resistance) so that the first fluid flows at a flow rate that is sufficiently small compared to the flow rate of the first fluid.

この発明による熱交換器では、第1管が、両端が第2管内に連通する通路を含むので、第2管の一端と他端との間では、第1流路と、第1管内の通路とが、並列的に設けられることになる。ここで、第1管が、通路内の第1流体の流通を制限する圧力変動抑制部を含むので、第1管内に通路を設けた場合でも、通路よりも第1流路の方に第1流体を積極的に流通させて、第1流路を流通する第1流体と第2流路を流通する第2流体との間で熱交換させることができる。そして、圧力変動抑制部が、第1流路内で変動した圧力を通路の端部から逃がすので、熱交換に伴って第1流路内で圧力変動が生じた時には、第1管内の通路が圧力を逃がすためのバイパス経路となって、第2管の一端側と他端側との間の圧力差を低減させることができる。これらの結果、流体の圧力変動が生じ易い用途で用いる場合でも、流路内での圧力変動を抑制することができる。 In the heat exchanger according to the present invention, the first tube includes a passage whose both ends communicate with the inside of the second tube. will be provided in parallel. Here, since the first pipe includes a pressure fluctuation suppressing part that restricts the flow of the first fluid in the passage, even if the passage is provided in the first pipe, the first fluid is located closer to the first flow path than the passage. By actively circulating the fluid, it is possible to exchange heat between the first fluid flowing through the first flow path and the second fluid flowing through the second flow path. The pressure fluctuation suppressor releases the pressure that fluctuates within the first flow path from the end of the passage, so when pressure fluctuation occurs within the first flow path due to heat exchange, the pressure fluctuation suppressor releases the pressure that fluctuates within the first pipe. It becomes a bypass path for releasing pressure, and can reduce the pressure difference between one end side and the other end side of the second pipe. As a result, even when used in applications where fluid pressure fluctuations are likely to occur, pressure fluctuations within the flow path can be suppressed.

上記発明による熱交換器において、好ましくは、第1流体は、第2流体との熱交換により気化される液体であり、圧力変動抑制部は、第1流体の流通を制限して通路内に第1流体の気化ガスを滞留させ、第1流路内の圧力変動に応じて気化ガスを流通させるように構成されている。このように構成すれば、液体の第1流体が第1流路内で沸騰状態となって気化するため、沸騰の状況に応じて第1流路内の圧力が変動する。このような場合でも、圧力変動抑制部が、第1流体の流通を制限して通路内に第1流体の気化ガスを滞留させ、第1流路内の圧力変動に応じて気化ガスを流通させるので、第1流路側の圧力の変化に合わせて通路内の気化ガスを通過させることで、圧力変動を抑制することができる。この結果、不安定な沸騰状態であっても、熱交換性能が不安定化することを抑制できるとともに、圧力変動に起因する繰り返し応力(脈動)の発生を効果的に抑制できる。 In the heat exchanger according to the above invention, preferably, the first fluid is a liquid that is vaporized by heat exchange with the second fluid, and the pressure fluctuation suppressing section restricts the flow of the first fluid to allow the first fluid to flow into the passage. It is configured to retain one fluid of vaporized gas and to circulate the vaporized gas in response to pressure fluctuations within the first flow path. With this configuration, the liquid first fluid boils and evaporates within the first flow path, so the pressure within the first flow path changes depending on the boiling situation. Even in such a case, the pressure fluctuation suppressing section restricts the flow of the first fluid to retain the vaporized gas of the first fluid in the passage, and allows the vaporized gas to flow according to the pressure fluctuation in the first flow path. Therefore, by passing the vaporized gas in the passage in accordance with the change in pressure on the first flow passage side, pressure fluctuations can be suppressed. As a result, even in an unstable boiling state, it is possible to prevent the heat exchange performance from becoming unstable, and it is also possible to effectively suppress the occurrence of repetitive stress (pulsation) due to pressure fluctuations.

上記発明による熱交換器において、好ましくは、圧力変動抑制部は、通路に設けられた絞り部材を有する。このように構成すれば、絞り部材によって通路の内径を絞ることによって、通路の流路抵抗を第1流路の流路抵抗よりも十分に高くすることができる。その結果、通路内には第1流体がほとんど流入しない状態(実質的に第1流路側のみに流通する状態)で、かつ、両端に圧力差が生じた時にその圧力差を解消する分だけ第1流体が流入出できる圧力変動抑制部を、簡単な構造で実現できる。 In the heat exchanger according to the above invention, preferably the pressure fluctuation suppressing section includes a throttle member provided in the passage. With this configuration, the flow resistance of the passage can be made sufficiently higher than the flow resistance of the first flow passage by narrowing the inner diameter of the passage using the throttle member. As a result, the first fluid hardly flows into the passage (substantially it flows only to the first flow path side), and when a pressure difference occurs between both ends, the first fluid flows only by the amount to eliminate the pressure difference. A pressure fluctuation suppressor that allows one fluid to flow in and out can be realized with a simple structure.

上記発明による熱交換器において、好ましくは、通路は、一方の端部が第2管内に開放されており、圧力変動抑制部は、通路の他方の端部を覆うように設けられている。このように構成すれば、たとえば第1管の内部に圧力変動抑制部を配置するような構成と異なり、容易に圧力変動抑制部を設けることができる。 In the heat exchanger according to the above invention, preferably, one end of the passage is open into the second pipe, and the pressure fluctuation suppressor is provided so as to cover the other end of the passage. With this configuration, the pressure fluctuation suppressor can be easily provided, unlike a configuration in which the pressure fluctuation suppressor is arranged inside the first pipe, for example.

上記第1流体が第2流体との熱交換により気化される液体である構成において、好ましくは、第1管、第2管および第3管は、上下方向に延びるように設けられ、第2管の下端部に第1流体の入口部が設けられ、第2管の上端部に気化ガスの出口部が設けられ、圧力変動抑制部は、第1管の上端部に設けられている。このように構成すれば、下端の入口部から導入された第1流体が上方へ流れる過程で気化され、第1流体の気化ガスが上端の出口部から流出する。このため、第1流体の気化ガスを上方移動させるのに比重の差を利用できるので、気化ガスを円滑に流通させることができる。そして、第1管内の通路の下端は第1流体の液体と接し、通路の上端は第1流体の気化ガスと接することになり、圧力変動が生じた場合には、通路内に第1流体の液体が一時的に流れ込んだり、気化ガスが流れ込んだりすることで、入口部と出口部との間の圧力変動を抑制できる。 In the configuration in which the first fluid is a liquid that is vaporized by heat exchange with the second fluid, preferably, the first pipe, the second pipe, and the third pipe are provided to extend in the vertical direction, and the second pipe A first fluid inlet is provided at the lower end of the tube, a vaporized gas outlet is provided at the upper end of the second tube, and a pressure fluctuation suppressor is provided at the upper end of the first tube. With this configuration, the first fluid introduced from the inlet at the lower end is vaporized in the process of flowing upward, and the vaporized gas of the first fluid flows out from the outlet at the upper end. Therefore, the difference in specific gravity can be used to move the vaporized gas of the first fluid upward, so that the vaporized gas can be smoothly circulated. The lower end of the passage in the first pipe will be in contact with the liquid of the first fluid, and the upper end of the passage will be in contact with the vaporized gas of the first fluid.If a pressure fluctuation occurs, the first fluid will be in contact with the liquid in the passage. By temporarily flowing in liquid or vaporized gas, pressure fluctuations between the inlet and outlet can be suppressed.

上記発明による熱交換器において、好ましくは、第1流路内で、第1管の外周面と第2管の内周面とにそれぞれ当接するように設けられたフィンをさらに備え、フィンは、第1管との当接部および第2管との当接部において、第1管および第2管の各々とフィンとの材料同士が一体化した部分を有する。このように構成すれば、第1流路の外周側から供給される第2流体からの熱を、フィンによって第1流路の内周側(第1管の外周面)まで効率的に伝えることができる。そして、このフィンが、第1管との当接部および第2管との当接部において、第1管および第2管の各々とフィンとの材料同士が一体化した部分を有するので、フィンの表面と第1管(第2管)の表面とが一体化せずに接触する場合と比べて、当接部におけるフィンと第1管(第2管)との接触面積を増大させることができる。接触面積が増大することによって熱抵抗が減少し、熱を伝えやすくなることで熱交換性能が向上する。そのため、第1管の外周面と第2管の内周面との間の温度差を低減でき、第1流路の半径方向における熱交換性能のばらつきを低減できる。 The heat exchanger according to the above invention preferably further includes fins provided in the first flow path so as to contact the outer circumferential surface of the first tube and the inner circumferential surface of the second tube, respectively, and the fins include: At the contact portion with the first tube and the contact portion with the second tube, there is a portion where the materials of each of the first tube and the second tube and the fin are integrated. With this configuration, heat from the second fluid supplied from the outer circumferential side of the first channel can be efficiently transmitted to the inner circumferential side of the first channel (outer circumferential surface of the first pipe) by the fins. I can do it. Since this fin has a portion in which the materials of each of the first tube and the second tube and the fin are integrated at the abutting portion with the first tube and the abutting portion with the second tube, the fin Compared to the case where the surface of the fin and the surface of the first tube (second tube) contact without being integrated, it is possible to increase the contact area between the fin and the first tube (second tube) at the contact part. can. As the contact area increases, thermal resistance decreases, making it easier to conduct heat and improving heat exchange performance. Therefore, the temperature difference between the outer circumferential surface of the first tube and the inner circumferential surface of the second tube can be reduced, and variations in heat exchange performance in the radial direction of the first flow path can be reduced.

本発明によれば、上記のように、流体の圧力変動が生じ易い用途で用いる場合でも、流路内での圧力変動を抑制することが可能な熱交換器を提供することができる。 According to the present invention, as described above, it is possible to provide a heat exchanger that can suppress pressure fluctuations within a flow path even when used in applications where fluid pressure fluctuations are likely to occur.

熱交換器の全体を示した模式的な縦断面図である。FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing the entire heat exchanger. 熱交換器の模式的な水平断面図である。FIG. 3 is a schematic horizontal sectional view of a heat exchanger. 圧力変動抑制部を示した模式的な拡大断面図である。FIG. 3 is a schematic enlarged sectional view showing a pressure fluctuation suppressing section. オフセットフィンの構造を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the structure of an offset fin. オフセットフィンに対する第1流体の流れを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining the flow of the 1st fluid with respect to an offset fin. 第1管および第2管とフィンとの当接部を拡大して示した水平断面図である。FIG. 2 is an enlarged horizontal cross-sectional view of the contact portion between the first tube and the second tube and the fin. 熱交換器の動作を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of a heat exchanger. 伝熱管の製造方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of a heat exchanger tube. 変形例による圧力変動抑制部を示した模式図である。It is a schematic diagram which showed the pressure fluctuation suppression part by a modification. 圧力変動抑制部を第1管の下端部に設けた変形例を示した模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a modification in which a pressure fluctuation suppressing section is provided at the lower end of the first pipe.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

まず、図1~図6を参照して、一実施形態による熱交換器100について説明する。 First, a heat exchanger 100 according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

(熱交換器の全体構成)
図1に示すように、熱交換器100は、多重管式の熱交換器である。本実施形態の熱交換器100は、第1流体1と第2流体2とを流通させて第1流体1と第2流体2とを熱交換させる。一例として、第1流体1は、第2流体2よりも低温の流体である。第2流体2は、第1流体1よりも高温の流体である。第1流体1は、熱交換により、第2流体2から熱を受け取る。第2流体2は、熱交換により第1流体1に熱を与える。
(Overall configuration of heat exchanger)
As shown in FIG. 1, the heat exchanger 100 is a multi-tube heat exchanger. The heat exchanger 100 of this embodiment circulates the first fluid 1 and the second fluid 2 to exchange heat between the first fluid 1 and the second fluid 2. As an example, the first fluid 1 is a fluid having a lower temperature than the second fluid 2. The second fluid 2 is a fluid with a higher temperature than the first fluid 1. The first fluid 1 receives heat from the second fluid 2 through heat exchange. The second fluid 2 gives heat to the first fluid 1 through heat exchange.

具体的には、本実施形態の熱交換器100は、第1流体1の気化器として構成されている。第1流体1は、第2流体2との熱交換により気化される液体である。本実施形態では、第1流体1は、極低温の液化ガスである。具体的には、第1流体1は、液化窒素であるが、液化水素やLNG(液化天然ガス)などでもよい。第2流体2は、特に限定されない。一例として、第2流体2は、水、または不凍液である。 Specifically, the heat exchanger 100 of this embodiment is configured as a vaporizer for the first fluid 1. The first fluid 1 is a liquid that is vaporized by heat exchange with the second fluid 2. In this embodiment, the first fluid 1 is a cryogenic liquefied gas. Specifically, the first fluid 1 is liquefied nitrogen, but may also be liquefied hydrogen, LNG (liquefied natural gas), or the like. The second fluid 2 is not particularly limited. As an example, the second fluid 2 is water or antifreeze.

熱交換器100は、第1流体1の入口部3aおよび出口部3bと、第2流体2の入口部4aおよび出口部4bとを有する。第1流体1は、液体の状態で入口部3aに導入される。第1流体1は、熱交換器100を通過する過程で気化され、出口部3bから気体の状態(気化ガスという)で、出口部3bから導出される。第2流体2は、入口部4aに導入され、熱交換器100を通過する過程で熱を放出し、入口温度よりも低温の液体状態で、出口部4bから導出される。 The heat exchanger 100 has an inlet section 3a and an outlet section 3b for the first fluid 1, and an inlet section 4a and an outlet section 4b for the second fluid 2. The first fluid 1 is introduced into the inlet portion 3a in a liquid state. The first fluid 1 is vaporized in the process of passing through the heat exchanger 100, and is led out from the outlet section 3b in a gaseous state (referred to as vaporized gas). The second fluid 2 is introduced into the inlet portion 4a, releases heat while passing through the heat exchanger 100, and is led out from the outlet portion 4b in a liquid state at a temperature lower than the inlet temperature.

熱交換器100は、全体として直線状に延びる筒状形状を有する。熱交換器100は、第1管10と、第2管20と、第3管30とを備える。第2管20には、第1管10が挿入されている。第3管30には、第1管10および第2管20が挿入されている。第1管10、第2管20、第3管30の順で直径が大きくなっている。第1管10、第2管20、第3管30は、いずれも、円筒形状を有する。熱交換器100(すなわち、第1管10、第2管20および第3管30)は、上下方向に延びるように設けられている。 The heat exchanger 100 has a cylindrical shape that extends linearly as a whole. The heat exchanger 100 includes a first tube 10, a second tube 20, and a third tube 30. The first tube 10 is inserted into the second tube 20. The first tube 10 and the second tube 20 are inserted into the third tube 30 . The diameter increases in the order of the first tube 10, the second tube 20, and the third tube 30. The first tube 10, the second tube 20, and the third tube 30 all have a cylindrical shape. The heat exchanger 100 (that is, the first tube 10, the second tube 20, and the third tube 30) is provided to extend in the vertical direction.

(第1管および第2管)
第1管10と第2管20との間に第1流体1を流通させる第1流路41が形成されている。第1流路41には、フィン50が設けられている。第2管20と第3管30との間に、第1流体1と熱交換する第2流体2を流通させる第2流路42が形成されている。第1流路41と第2流路42とは、互いに連通しないように区画されている。第2管20が、第1流路41と第2流路42とを仕切る隔壁となっている。熱交換器100は、第1管10、第2管20およびフィン50を含んで第1流体1を流通させる組立体を、第2流体2を流通させる第3管30の内側に配置した構造となっている。以下、第1管10、第2管20およびフィン50の組立体を、「伝熱管HT」と呼ぶ。
(1st pipe and 2nd pipe)
A first flow path 41 through which the first fluid 1 flows is formed between the first pipe 10 and the second pipe 20. Fins 50 are provided in the first flow path 41 . A second flow path 42 is formed between the second pipe 20 and the third pipe 30, through which the second fluid 2 that exchanges heat with the first fluid 1 flows. The first flow path 41 and the second flow path 42 are partitioned so as not to communicate with each other. The second pipe 20 serves as a partition wall that partitions the first flow path 41 and the second flow path 42 . The heat exchanger 100 has a structure in which an assembly including a first pipe 10, a second pipe 20, and a fin 50, through which the first fluid 1 flows, is arranged inside a third pipe 30 through which the second fluid 2 flows. It has become. Hereinafter, the assembly of the first tube 10, the second tube 20, and the fin 50 will be referred to as a "heat transfer tube HT."

第1管10は、入口部3aの付近から、出口部3bの付近まで延びる。第1管10の下端部10bは、入口部3aと対向している。第1管10の上端部10aは、出口部3bと対向している。第1管10は、上端部10aから下端部10bまで連続的に延びる1本の管部材である。 The first pipe 10 extends from near the inlet section 3a to near the outlet section 3b. The lower end portion 10b of the first tube 10 faces the inlet portion 3a. The upper end portion 10a of the first tube 10 faces the outlet portion 3b. The first pipe 10 is a single pipe member that extends continuously from an upper end 10a to a lower end 10b.

本実施形態では、第1管10は、通路11を含む。通路11は、第1管10の内周面10dにより区画された、第1管10の内部空間である。通路11は、上端部10aから下端部10bまで連続的に延びる。そのため、通路11は、両端が第2管20内に連通する。 In this embodiment, the first tube 10 includes a passage 11 . The passage 11 is an internal space of the first tube 10 defined by the inner circumferential surface 10d of the first tube 10. The passage 11 extends continuously from the upper end 10a to the lower end 10b. Therefore, both ends of the passage 11 communicate with the inside of the second pipe 20.

第2管20は、第1管10を内側に収容しつつ、上下に延びる。第2管20は、上端部20aから下端部20bまで連続的に延びる1本の管部材である。第2管20の下端部20bに第1流体1の入口部3aが設けられ、第2管20の上端部20aに気化ガスの出口部3bが設けられている。入口部3aは、下端部20bに形成された貫通孔である。出口部3bは、上端部20aに形成された貫通孔である。 The second tube 20 extends vertically while accommodating the first tube 10 inside. The second pipe 20 is a single pipe member that extends continuously from the upper end 20a to the lower end 20b. An inlet portion 3a for the first fluid 1 is provided at the lower end 20b of the second pipe 20, and an outlet portion 3b for vaporized gas is provided at the upper end 20a of the second pipe 20. The inlet portion 3a is a through hole formed in the lower end portion 20b. The outlet portion 3b is a through hole formed in the upper end portion 20a.

第1管10と第2管20とは、互いの中心軸が一致するように設けられている。図2に示すように、この第1管10の外周面10cと、第2管20の内周面20dとの間の空間が、第1流路41である。第1流路41は、図1に示すように、第1管10の外径D1と第2管20の内径D2との差分に相当する流路高さで、上下に延びる円筒状の空間である。 The first tube 10 and the second tube 20 are provided so that their central axes coincide with each other. As shown in FIG. 2, the space between the outer circumferential surface 10c of the first tube 10 and the inner circumferential surface 20d of the second tube 20 is the first flow path 41. As shown in FIG. 1, the first flow path 41 is a cylindrical space extending vertically with a flow path height corresponding to the difference between the outer diameter D1 of the first pipe 10 and the inner diameter D2 of the second pipe 20. be.

第1管10の外周を通る第1流路41と、第1管10の内部を通る通路11とは、伝熱管HT内の入口部3aと出口部3bとの間で並列的に設けられている。ただし、第1流路41を流れる第1流体1の流量と比べて、通路11内を通過する第1流体1の流量が非常に小さく、通路11には第1流体1がほとんど流通しないようになっている。 The first flow path 41 passing through the outer periphery of the first tube 10 and the passage 11 passing through the inside of the first tube 10 are provided in parallel between the inlet section 3a and the outlet section 3b in the heat transfer tube HT. There is. However, compared to the flow rate of the first fluid 1 flowing through the first flow path 41, the flow rate of the first fluid 1 passing through the passage 11 is very small, so that almost no first fluid 1 flows through the passage 11. It has become.

(圧力変動抑制部)
具体的には、図3に示すように、第1管10は、圧力変動抑制部12を含む。圧力変動抑制部12は、通路11内の第1流体1の流通を制限するとともに、第1流路41内で変動した圧力を通路11の端部から逃がすように構成されている。
(Pressure fluctuation suppressor)
Specifically, as shown in FIG. 3, the first pipe 10 includes a pressure fluctuation suppressor 12. The pressure fluctuation suppressor 12 is configured to restrict the flow of the first fluid 1 within the passage 11 and to release the pressure that fluctuates within the first passage 41 from the end of the passage 11.

圧力変動抑制部12は、第1流体1の流通を制限して通路11内に第1流体1の気化ガスを滞留させるように構成されている。通路11は、一方の端部(下端部)が第2管20内に開放(図1参照)されており、圧力変動抑制部12は、通路11の他方の端部(上端部)を覆うように設けられている。つまり、圧力変動抑制部12は、第1管10の上端部10aに設けられている。このため、第1管10の通路11は、上端部が圧力変動抑制部12を介して出口部3b側へつながり、下端部は入口部3aに対して開放された開口となっている。圧力変動抑制部12は、通路11の上端部を覆うことにより、通路11内の第1流体1の流通を制限する。 The pressure fluctuation suppressing section 12 is configured to restrict the flow of the first fluid 1 and to cause the vaporized gas of the first fluid 1 to stay in the passage 11 . The passage 11 has one end (lower end) open into the second pipe 20 (see FIG. 1), and the pressure fluctuation suppressor 12 covers the other end (upper end) of the passage 11. It is set in. That is, the pressure fluctuation suppressor 12 is provided at the upper end portion 10a of the first pipe 10. Therefore, the upper end of the passage 11 of the first pipe 10 is connected to the outlet section 3b via the pressure fluctuation suppressing section 12, and the lower end is an opening open to the inlet section 3a. The pressure fluctuation suppressor 12 limits the flow of the first fluid 1 within the passage 11 by covering the upper end of the passage 11 .

より具体的には、圧力変動抑制部12は、通路11に設けられた絞り部材12aを有する。本実施形態では、絞り部材12aは、第1管10の上端部10aを塞ぐ蓋体である。絞り部材12aは、円板形状を有し、周縁部が第1管10の上端部10aに接合されている。絞り部材12aには、絞り部材12aを厚み方向に貫通する絞り孔12bが形成されている。 More specifically, the pressure fluctuation suppressor 12 includes a throttle member 12a provided in the passage 11. In this embodiment, the aperture member 12a is a lid that closes the upper end 10a of the first tube 10. The aperture member 12a has a disk shape, and its peripheral edge is joined to the upper end 10a of the first tube 10. A throttle hole 12b is formed in the throttle member 12a, passing through the throttle member 12a in the thickness direction.

絞り孔12bは、第1流路41の流路断面積よりも十分に小さい開口面積(図2参照)を有する。なお、流路断面積、開口面積は、第1流路41の延びる方向(上下方向)と直交する面内の面積である。また、絞り孔12bの内径は、第1管10の内径(通路11の内径)よりも小さい。絞り孔12bの内径は、たとえば、第1管10の内径の1/20以下である。 The throttle hole 12b has an opening area (see FIG. 2) that is sufficiently smaller than the cross-sectional area of the first flow path 41. Note that the channel cross-sectional area and the opening area are areas in a plane perpendicular to the direction in which the first channel 41 extends (vertical direction). Further, the inner diameter of the throttle hole 12b is smaller than the inner diameter of the first pipe 10 (the inner diameter of the passage 11). The inner diameter of the throttle hole 12b is, for example, 1/20 or less of the inner diameter of the first pipe 10.

これにより、通路11は、絞り孔12bの部分で流路断面積が縮小するため、第1流路41よりも十分に大きい流路抵抗を有する。そのため、絞り孔12bによって通路11内の第1流体1の流通が制限される。通路11内は、大部分が第1流体1の気化ガスで満たされ、通路11内が液体の第1流体1で満たされることはない。通路11内に液体の第1流体1が流入する場合でも、その液体の第1流体1は、通路11の下端部付近の一部の範囲までしか流入しない。通路11の下端部付近に存在する第1流体1の液体は、第1流路41と比較してゆっくりとしたペースで気化して、絞り孔12bを介して僅かずつ出口部3b側へ流出する。この結果、圧力変動抑制部12は、通路11内の第1流体1の流量を、第1流路41における流量と比較して実質的に流通しないと見なせる(無視できる)程度まで制限する。 As a result, the passage 11 has a passage resistance that is sufficiently larger than that of the first passage 41 because the passage cross-sectional area is reduced at the throttle hole 12b. Therefore, the flow of the first fluid 1 within the passage 11 is restricted by the throttle hole 12b. The inside of the passage 11 is mostly filled with vaporized gas of the first fluid 1, and the inside of the passage 11 is not filled with the first fluid 1 which is a liquid. Even when the liquid first fluid 1 flows into the passage 11, the liquid first fluid 1 flows only to a partial range near the lower end of the passage 11. The liquid of the first fluid 1 existing near the lower end of the passage 11 is vaporized at a slower pace than in the first flow passage 41, and flows out little by little to the outlet part 3b side through the throttle hole 12b. . As a result, the pressure fluctuation suppressor 12 limits the flow rate of the first fluid 1 in the passage 11 to such an extent that it can be considered that it does not substantially flow (ignorable) compared to the flow rate in the first flow path 41 .

その一方で、圧力変動抑制部12は、第1流路41内の圧力変動に応じて気化ガスを流通させるように構成されている。すなわち、第1管10の上端部では、絞り部材12aの下側の通路11内と、絞り部材12aの上側の出口部3b付近の空間とが、小さな絞り孔12bを介して連通している。そのため、絞り部材12aの上側と下側との間で圧力差が生じた場合、この圧力差を小さくするように、絞り孔12bを介して第1流体1の気化ガスが流通する。この結果、第1流路41内での第1流体1の沸騰という不安定な現象によって引き起こされる圧力変動が、圧力変動抑制部12によって抑制される。 On the other hand, the pressure fluctuation suppressing section 12 is configured to allow vaporized gas to flow according to pressure fluctuations within the first flow path 41 . That is, at the upper end of the first tube 10, the inside of the passage 11 below the throttle member 12a and the space near the outlet portion 3b above the throttle member 12a communicate with each other via the small throttle hole 12b. Therefore, when a pressure difference occurs between the upper side and the lower side of the throttle member 12a, the vaporized gas of the first fluid 1 flows through the throttle hole 12b so as to reduce this pressure difference. As a result, pressure fluctuations caused by the unstable phenomenon of boiling of the first fluid 1 within the first flow path 41 are suppressed by the pressure fluctuation suppressor 12.

(フィン)
図1に示すように、フィン50は、第1流路41内の所定範囲に設けられている。フィン50の一端(上端部50a)は、上下方向において、第1流体1の出口部3bと第2流体2の出口部4bとの間の位置に配置されている。フィン50の他端(下端部50b)は、上下方向において、第1流体1の入口部3aと第2流体2の入口部4aとの間の位置に配置されている。
(fin)
As shown in FIG. 1, the fins 50 are provided in a predetermined range within the first flow path 41. As shown in FIG. One end (upper end portion 50a) of the fin 50 is arranged at a position between the outlet portion 3b of the first fluid 1 and the outlet portion 4b of the second fluid 2 in the vertical direction. The other end (lower end portion 50b) of the fin 50 is arranged at a position between the inlet portion 3a of the first fluid 1 and the inlet portion 4a of the second fluid 2 in the vertical direction.

図2に示すように、フィン50は、波形のコルゲートフィンにより形成されている。フィン50は、第1管10と第2管20との間を半径方向に沿って延びる複数の縦板部51と、周方向に沿って隣り合う縦板部51の端部同士を接続する横板部52と、を含む。フィン50は、第1流路41内で、第1管10の外周面10cと第2管20の内周面20dとにそれぞれ当接するように設けられている。フィン50は、第1管10と第2管20との間を接続することにより、第1管10と第2管20との間を熱伝導により伝熱する。フィン50は、第1流路41内を仕切るように延びる複数の縦板部51によって、第1流路41内の伝熱面積(表面積)を増大させる機能を有する。 As shown in FIG. 2, the fins 50 are formed of corrugated corrugated fins. The fin 50 includes a plurality of vertical plate parts 51 extending in the radial direction between the first pipe 10 and the second pipe 20, and a horizontal plate part 51 connecting the ends of the vertical plate parts 51 adjacent to each other along the circumferential direction. A plate portion 52 is included. The fins 50 are provided in the first flow path 41 so as to abut on the outer circumferential surface 10c of the first tube 10 and the inner circumferential surface 20d of the second tube 20, respectively. The fins 50 connect the first tube 10 and the second tube 20 to transfer heat between the first tube 10 and the second tube 20 by thermal conduction. The fin 50 has a function of increasing the heat transfer area (surface area) within the first flow path 41 by using a plurality of vertical plate portions 51 that extend to partition the inside of the first flow path 41 .

図4に示すように、フィン50は、第1流路41に沿った方向(上下方向、図4のA方向)の所定長さL毎に、縦板部51の位置が第1流路41の周方向(図4のB方向)にずれるように形成されたオフセットフィンである。なお、図4は、図2のコルゲートフィンを単純化して平面に展開した状態を示した斜視図である。図5に示すように、オフセットフィンでは、流路に沿ったA方向の所定長さL毎に、縦板部51の隙間であった箇所に別の縦板部51が現れる。そのため、第1流体1がフィン50の縦板部51と衝突して乱流が生じ易い。 As shown in FIG. 4, the fin 50 is arranged so that the position of the vertical plate portion 51 is aligned with the first flow path 41 every predetermined length L in the direction along the first flow path 41 (vertical direction, direction A in FIG. 4). These are offset fins formed to be offset in the circumferential direction (direction B in FIG. 4). Note that FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the corrugated fin of FIG. 2 is simplified and developed on a plane. As shown in FIG. 5, in the offset fin, another vertical plate portion 51 appears at a location that was a gap between the vertical plate portions 51 every predetermined length L in the A direction along the flow path. Therefore, the first fluid 1 collides with the vertical plate portion 51 of the fin 50 and turbulence is likely to occur.

さらに、本実施形態では、フィン50は、第1管10との当接部CPおよび第2管20との当接部CPにおいて、第1管10および第2管20の各々とフィン50との材料同士が一体化した部分を有する。図6に示すように、フィン50は、内周側の横板部52の部分が第1管10の外周面10cと当接し、この横板部52と外周面10cとの接触部分が当接部CPである。同様に、フィン50は、外周側の横板部52の部分が第2管20の内周面20dと当接し、この横板部52と内周面20dとの接触部分が当接部CPである。 Furthermore, in the present embodiment, the fin 50 is connected to each of the first tube 10 and the second tube 20 at the contact portion CP with the first tube 10 and the contact portion CP with the second tube 20. It has a part where the materials are integrated. As shown in FIG. 6, in the fin 50, a portion of the horizontal plate portion 52 on the inner peripheral side is in contact with the outer peripheral surface 10c of the first pipe 10, and a contact portion between the horizontal plate portion 52 and the outer peripheral surface 10c is in contact with the outer peripheral surface 10c. It is part CP. Similarly, in the fin 50, a portion of the horizontal plate portion 52 on the outer peripheral side contacts the inner peripheral surface 20d of the second pipe 20, and a contact portion between the horizontal plate portion 52 and the inner peripheral surface 20d is a contact portion CP. be.

ここで、伝熱管HTは、第1管10の外周面10cと第2管20の内周面20dとの間にフィン50を圧着させた状態で加熱処理されることによって作製されている。加熱処理の結果、各当接部CPの少なくとも一部において原子拡散が生じ、図6に示したように材料同士が一体化する。図2では、便宜的に、第1管10および第2管20とフィン50との境界を明確に図示している。なお、第1管10、第2管20およびフィン50は、同一材料で構成されている。具体的には、第1管10、第2管20およびフィン50は、共に、ステンレス鋼材からなる。 Here, the heat transfer tube HT is produced by heat-treating the fins 50 in a state in which the fins 50 are crimped between the outer circumferential surface 10c of the first tube 10 and the inner circumferential surface 20d of the second tube 20. As a result of the heat treatment, atomic diffusion occurs in at least a portion of each contact portion CP, and the materials become integrated as shown in FIG. In FIG. 2, the boundaries between the first tube 10, the second tube 20, and the fins 50 are clearly illustrated for convenience. Note that the first tube 10, the second tube 20, and the fins 50 are made of the same material. Specifically, the first tube 10, the second tube 20, and the fin 50 are all made of stainless steel.

(第3管)
図1に戻り、第3管30は、第1管10および第2管20の外径よりも大きい内径を有する。第3管30の内径D3は、たとえば図1の例では第2管20の外径の約2倍である。第3管30は、上端部30aおよび下端部30bがそれぞれ塞がれている。そして、第3管30には、第3管30の下端部30b付近に側方から接続された導入管31と、第3管30の上端部30a付近に側方から接続された導出管32と、が設けられている。導入管31は、第2流体2の入口部4aを有する。導出管32は、第2流体2の出口部4bを有する。
(3rd pipe)
Returning to FIG. 1, the third tube 30 has an inner diameter larger than the outer diameters of the first tube 10 and the second tube 20. The inner diameter D3 of the third tube 30 is approximately twice the outer diameter of the second tube 20 in the example of FIG. 1, for example. The third pipe 30 has an upper end 30a and a lower end 30b closed. The third pipe 30 includes an inlet pipe 31 connected from the side near the lower end 30b of the third pipe 30, and an outlet pipe 32 connected from the side near the upper end 30a of the third pipe 30. , is provided. The introduction pipe 31 has an inlet portion 4 a for the second fluid 2 . The outlet pipe 32 has an outlet section 4b for the second fluid 2.

導入管31は、入口部3a付近の伝熱管HTの外周面に対向するように、第3管30に接続されている。これにより、導入管31は、導入管31から第3管30に流入した直後の最も高温の第2流体2を、最も低温となり易い伝熱管HTの入口部3a付近の部分に衝突させる。その結果、伝熱管HTの他の部分と比べて、伝熱管HTの入口部3a付近における熱伝達率が局所的に高くなり、第2管20の表面温度が局所的に高くなるので、入口部3a付近における第2流体2の凍結が抑制される。 The introduction pipe 31 is connected to the third pipe 30 so as to face the outer peripheral surface of the heat transfer tube HT near the inlet portion 3a. Thereby, the introduction pipe 31 causes the second fluid 2 having the highest temperature immediately after flowing into the third pipe 30 from the introduction pipe 31 to collide with the portion near the inlet portion 3a of the heat transfer tube HT where the temperature is likely to be the lowest. As a result, compared to other parts of the heat transfer tube HT, the heat transfer coefficient near the inlet portion 3a of the heat transfer tube HT becomes locally higher, and the surface temperature of the second tube 20 becomes locally higher, so that the inlet portion Freezing of the second fluid 2 near 3a is suppressed.

導出管32は、第3管30と第2管20との間の第2流路42を通って熱を放出した第2流体2を、出口部4bから排出するように構成されている。 The outlet pipe 32 is configured to discharge the second fluid 2 that has passed through the second flow path 42 between the third pipe 30 and the second pipe 20 and released heat from the outlet portion 4b.

第3管30の上端部30aおよび下端部30bには、伝熱管HTが貫通するように設けられており、伝熱管HTの外周面が上端部30aおよび下端部30bに固定されている。第3管30と伝熱管HT(第1管10および第2管20)とは、互いの中心軸が一致するように設けられている。第2管20の外周面20cと、第3管30の内周面30dとの間の空間が、第2流路42である。第2流路42は、第2管20の外径と第3管30の内径D3との差分に相当する流路高さで、上下に延びる円筒状の空間である。本実施形態では、第1流路41とは異なり、第2流路42には、フィンが設けられていない。 A heat transfer tube HT is provided so as to pass through the upper end 30a and the lower end 30b of the third tube 30, and the outer peripheral surface of the heat transfer tube HT is fixed to the upper end 30a and the lower end 30b. The third tube 30 and the heat transfer tube HT (the first tube 10 and the second tube 20) are provided so that their central axes coincide with each other. The space between the outer circumferential surface 20c of the second tube 20 and the inner circumferential surface 30d of the third tube 30 is the second flow path 42. The second flow path 42 is a cylindrical space extending vertically with a flow path height corresponding to the difference between the outer diameter of the second pipe 20 and the inner diameter D3 of the third pipe 30. In this embodiment, unlike the first flow path 41, the second flow path 42 is not provided with fins.

(熱交換器の動作)
次に、本実施形態の熱交換器100の動作を説明する。
(Operation of heat exchanger)
Next, the operation of the heat exchanger 100 of this embodiment will be explained.

まず、図7に示すように、熱交換器100に第1流体1および第2流体2が、それぞれ導入される。図7では、液体の第1流体1と、気化ガスの第1流体1とに、異なるハッチングを付して図示している。 First, as shown in FIG. 7, a first fluid 1 and a second fluid 2 are introduced into the heat exchanger 100, respectively. In FIG. 7, the first fluid 1 that is a liquid and the first fluid 1 that is a vaporized gas are shown with different hatching.

本実施形態では、例えば液体窒素タンクなどの貯留部から、第1流体1が供給される。第1流体1は、伝熱管HTの入口部3aに接続される配管(図示せず)を介して、入口部3a内へ流入する。第1流体1は、伝熱管HTの下端部の入口部3aから上端部の出口部3bへ向けて、伝熱管HTの内部を上方向に流れる。入口部3aにおける第1流体1の温度(入口温度)は、たとえば-180℃である。 In this embodiment, the first fluid 1 is supplied from a storage section such as a liquid nitrogen tank, for example. The first fluid 1 flows into the inlet portion 3a through a pipe (not shown) connected to the inlet portion 3a of the heat transfer tube HT. The first fluid 1 flows upward inside the heat transfer tube HT from the inlet portion 3a at the lower end of the heat transfer tube HT to the outlet portion 3b at the upper end. The temperature of the first fluid 1 (inlet temperature) at the inlet portion 3a is, for example, -180°C.

第2流体2は、温水供給設備から、第3管30の入口部4a(導入管31)に接続される配管(図示せず)を介して、入口部4a内へ流入する。入口部4aにおける第2流体2の温度(入口温度)は、たとえば30℃以上、80℃以下である。熱交換器100は、入口部4aから、第2流体2を第2管20の外周面20cに衝突させることにより、第2流体2の流れに乱流を形成するように構成されている。そのために、第2流体2は、乱流を形成することが可能な流速で入口部4aから供給される。乱流の形成により、入口部3a付近における熱伝達率が局所的に高くなり、入口部3a付近における第2管20の表面温度を高くすることができるので、入口部3a付近における第2流体2の凍結を抑制できる。 The second fluid 2 flows from the hot water supply equipment into the inlet portion 4a via a pipe (not shown) connected to the inlet portion 4a (introduction pipe 31) of the third pipe 30. The temperature of the second fluid 2 at the inlet portion 4a (inlet temperature) is, for example, 30° C. or more and 80° C. or less. The heat exchanger 100 is configured to form turbulence in the flow of the second fluid 2 by causing the second fluid 2 to collide with the outer circumferential surface 20c of the second pipe 20 from the inlet portion 4a. For this purpose, the second fluid 2 is supplied from the inlet portion 4a at a flow rate that can form a turbulent flow. Due to the formation of turbulence, the heat transfer coefficient near the inlet section 3a locally increases, and the surface temperature of the second pipe 20 near the inlet section 3a can be increased. Freezing can be suppressed.

第2流体2は、導入管31の出口から、第3管30内の伝熱管HTに向けて流入した後、第3管30内の第2流路42を上方に流れて、第3管30内の上端部30a付近で導出管32に流入し、出口部4bから流出する。 The second fluid 2 flows from the outlet of the introduction pipe 31 toward the heat transfer tube HT in the third pipe 30 , flows upward through the second flow path 42 in the third pipe 30 , and flows upward into the third pipe 30 . It flows into the outlet pipe 32 near the upper end 30a and flows out from the outlet 4b.

入口部3aから第2管20内に流入した第1流体1は、第1管10と第2管20との間の第1流路41を流れる。第1管10の内部の通路11は、上記の通り、圧力変動抑制部12(絞り孔12b)によって第1流路41と比較して十分に高い流路抵抗を有するので、第1流体1は通路11にはほとんど流入しない。 The first fluid 1 that has flowed into the second pipe 20 from the inlet portion 3a flows through the first flow path 41 between the first pipe 10 and the second pipe 20. As described above, the passage 11 inside the first pipe 10 has a sufficiently higher flow resistance than the first flow passage 41 due to the pressure fluctuation suppressor 12 (throttle hole 12b), so the first fluid 1 Almost no water flows into the passage 11.

第1流路41を流通する第1流体1は、第2流路42を流通する第2流体2と、熱交換を行う。第1流路41内の第1流体1は、第1流路41の外周を取り囲む第2流路42内の第2流体2から、熱を受け取る。このため、通常、第2管20の内周面20dから、半径方向内側へ離れる程、熱伝達は低下する。本実施形態では、第2管20内に第1管10を配置し、第1流路41を円筒状の空間としたことによって、第2管20の内周面20dから離れた中心軸付近(第1管10の形成位置)に第1流路41が形成されていない。そのため、第1流路41の流路高さが十分に小さくなるので、第1管10を設けない場合と比べて第1流路41内(第2管20内)の温度分布が均一化される。 The first fluid 1 flowing through the first flow path 41 exchanges heat with the second fluid 2 flowing through the second flow path 42 . The first fluid 1 in the first flow path 41 receives heat from the second fluid 2 in the second flow path 42 surrounding the outer periphery of the first flow path 41 . Therefore, heat transfer generally decreases as the distance from the inner circumferential surface 20d of the second tube 20 increases inward in the radial direction. In this embodiment, by arranging the first tube 10 within the second tube 20 and making the first flow path 41 a cylindrical space, the vicinity of the central axis away from the inner circumferential surface 20d of the second tube 20 ( The first flow path 41 is not formed at the position where the first pipe 10 is formed. Therefore, the height of the first flow path 41 becomes sufficiently small, so that the temperature distribution in the first flow path 41 (inside the second pipe 20) is made more uniform compared to the case where the first pipe 10 is not provided. Ru.

第1流路41を流通する第1流体1は、第2管20の内周面20dおよびフィン50の表面を伝熱面として、第2流体2からの熱を受け取る。本実施形態では、第1流体1と第2流体2との温度差が大きい(第1流体1の沸点と比べて伝熱面が高温になる)ため、伝熱面が連続した第1流体1の蒸気膜で覆われる膜沸騰と呼ばれる現象が発生し得る。 The first fluid 1 flowing through the first flow path 41 receives heat from the second fluid 2 using the inner circumferential surface 20d of the second pipe 20 and the surface of the fin 50 as heat transfer surfaces. In this embodiment, since the temperature difference between the first fluid 1 and the second fluid 2 is large (the heat transfer surface becomes high temperature compared to the boiling point of the first fluid 1), the first fluid 1 has a continuous heat transfer surface. A phenomenon called film boiling, in which the material is covered with a vapor film, can occur.

通常、膜沸騰状態では、蒸気膜の介在により液体の第1流体1と伝熱面とが直接的に接触できない。また、第1流体1が層流で流れる状況では、液体の第1流体1が蒸気膜の表面を滑るように流れる。そのため、液体と伝熱面とが直接接触する場合と比べて、熱伝達率が低下する。 Normally, in a film boiling state, the liquid first fluid 1 and the heat transfer surface cannot come into direct contact due to the presence of a vapor film. Further, in a situation where the first fluid 1 flows in a laminar flow, the liquid first fluid 1 flows as if sliding on the surface of the vapor film. Therefore, the heat transfer coefficient is lower than when the liquid and the heat transfer surface are in direct contact.

これに対して、本実施形態では、第1流路41内のフィン50がオフセットフィン(図4および図5参照)であるため、第1流体1が縦板部51の端面に衝突することによって流れが乱される。この結果、蒸気膜が乱されて、膜沸騰状態でも液体の第1流体1と伝熱面とが直接的に接触しやすくなる。このため、第1流体1と第2流体2との温度差が大きい場合でも、膜沸騰の影響を抑制して高い熱伝達率が得られる。 In contrast, in this embodiment, since the fins 50 in the first flow path 41 are offset fins (see FIGS. 4 and 5), the first fluid 1 collides with the end surface of the vertical plate portion 51. The flow is disturbed. As a result, the vapor film is disturbed, and even in the film boiling state, the liquid first fluid 1 and the heat transfer surface tend to come into direct contact. Therefore, even when the temperature difference between the first fluid 1 and the second fluid 2 is large, the influence of film boiling can be suppressed and a high heat transfer coefficient can be obtained.

第1流路41内の第1流体1の気化ガスは、上方に移動して第1流路41の上端部から流出し、第2管20の出口部3bを介して熱交換器100から流出する。このようにして、第1流体1が気化されて、出口部3bに接続された配管(図示せず)から気化ガスの供給先へ送り出される。 The vaporized gas of the first fluid 1 in the first flow path 41 moves upward and flows out from the upper end of the first flow path 41, and flows out from the heat exchanger 100 via the outlet portion 3b of the second pipe 20. do. In this way, the first fluid 1 is vaporized and sent to the vaporized gas supply destination from a pipe (not shown) connected to the outlet portion 3b.

〈圧力変動抑制部の作用〉
第1流路41内は、不安定な沸騰状態になるため、容易に圧力の変動(脈動)が生じやすい。第1流路41内で生じた圧力変動は、圧力変動抑制部12によって抑制される。すなわち、絞り孔12bの上側と下側とで圧力差が生じた場合に、気化ガスが絞り孔12bを通って移動することにより、この圧力差が低減される。
<Effect of pressure fluctuation suppressor>
Since the inside of the first flow path 41 is in an unstable boiling state, pressure fluctuations (pulsations) are likely to occur easily. Pressure fluctuations occurring within the first flow path 41 are suppressed by the pressure fluctuation suppressor 12. That is, when a pressure difference occurs between the upper side and the lower side of the throttle hole 12b, this pressure difference is reduced by the vaporized gas moving through the throttle hole 12b.

たとえば、通路11内の圧力P1に比べて、出口部3b側の圧力P2が低くなった場合、通路11内の第1流体1の気化ガスが絞り孔12bを通って出口部3b側へ流出することにより、圧力差が低減される。通路11内には、絞り孔12bからの流出分に相当する液相の第1流体1が、通路11の下端部から一時的に流入する。通路11内の圧力P1に比べて、出口部3b側の圧力P2が高くなった場合、出口部3b側の第1流体1の気化ガスが絞り孔12bを通って通路11内へ流入することにより、圧力差が低減される。 For example, when the pressure P2 on the outlet part 3b side becomes lower than the pressure P1 in the passage 11, the vaporized gas of the first fluid 1 in the passage 11 flows out to the outlet part 3b side through the throttle hole 12b. This reduces the pressure difference. The liquid-phase first fluid 1 corresponding to the amount flowing out from the throttle hole 12b temporarily flows into the passage 11 from the lower end of the passage 11. When the pressure P2 on the outlet part 3b side becomes higher than the pressure P1 in the passage 11, the vaporized gas of the first fluid 1 on the outlet part 3b side flows into the passage 11 through the throttle hole 12b. , the pressure difference is reduced.

仮に、圧力変動抑制部12を設けずに、圧力変動が抑制されない場合、たとえば圧力が一時的に低下すると、第1流体1の沸点が低下する。沸点の低下により第1流体1の蒸発量が一時的に増大すると、第1流路41内の圧力が増大する。圧力の変化に応じて、第1流体1の流量も変動する。これらの変動要因によって、第1流路41内の状態が不安定になり、熱交換性能の不安定化および脈動による繰り返し応力の発生などが生じる。 If the pressure fluctuation suppressor 12 is not provided and the pressure fluctuation is not suppressed, for example, if the pressure is temporarily lowered, the boiling point of the first fluid 1 is lowered. When the amount of evaporation of the first fluid 1 temporarily increases due to a decrease in the boiling point, the pressure within the first flow path 41 increases. The flow rate of the first fluid 1 also changes according to changes in pressure. These fluctuation factors cause the state inside the first flow path 41 to become unstable, resulting in unstable heat exchange performance and generation of repeated stress due to pulsation.

本実施形態では、このような熱交換性能の不安定化および脈動による繰り返し応力の発生の原因となる圧力変動が、圧力変動抑制部12によって抑制される。 In the present embodiment, the pressure fluctuation suppressor 12 suppresses pressure fluctuations that cause instability of heat exchange performance and generation of repeated stress due to pulsation.

(熱交換器の製造方法)
次に、本実施形態の熱交換器100の製造方法を説明する。
(Method for manufacturing heat exchanger)
Next, a method for manufacturing the heat exchanger 100 of this embodiment will be explained.

まず、伝熱管HTが作製される。伝熱管HTの作製は、図8に示すように、以下の工程S1~工程S4を含む。
(工程S1)第1管10の外周面10cにフィン50を配置する。
(工程S2)第2管20内に、第1管10およびフィン50の第1アセンブリを配置する。
(工程S3)第2管20内に第1管10およびフィン50が配置された第2アセンブリに対して、引き抜き加工を行うことにより第2管20の直径を縮小させ、第1管10の外周面10cと第2管20の内周面20dとの間にフィン50を圧着固定する。
(工程S4)引き抜き加工後の第2アセンブリに対して、加熱処理を行うことにより、フィン50と第1管10との当接部CP(図6参照)およびフィン50と第2管20との当接部CPに、第1管10および第2管20の各々とフィン50との材料同士が一体化した部分を形成する。
First, the heat transfer tube HT is produced. As shown in FIG. 8, the production of the heat transfer tube HT includes the following steps S1 to S4.
(Step S1) Fins 50 are arranged on the outer peripheral surface 10c of the first tube 10.
(Step S2) A first assembly of the first tube 10 and the fins 50 is placed inside the second tube 20.
(Step S3) The second assembly in which the first tube 10 and the fins 50 are arranged inside the second tube 20 is subjected to a drawing process to reduce the diameter of the second tube 20 and the outer periphery of the first tube 10. The fins 50 are crimped and fixed between the surface 10c and the inner peripheral surface 20d of the second tube 20.
(Step S4) By performing heat treatment on the second assembly after the drawing process, the contact portion CP between the fin 50 and the first tube 10 (see FIG. 6) and the contact portion CP between the fin 50 and the second tube 20 are A portion in which the materials of each of the first tube 10 and the second tube 20 and the fin 50 are integrated is formed in the contact portion CP.

工程S1は、フィン50が形成されたコルゲートフィンシートFSを、第1管10の外周面10cに巻き付けることにより行われる。 Step S1 is performed by winding the corrugated fin sheet FS on which the fins 50 are formed around the outer circumferential surface 10c of the first tube 10.

工程S2では、第1管10およびフィン50の第1アセンブリの最大外径よりも大きい内径を有する第2管20が準備され、この第2管20の内部に第1アセンブリが挿入される。つまり、工程S2における第2管20の内径D2a(図8の工程S3を参照)は、図1に示した第2管20の内径D2よりも大きい。 In step S2, a second tube 20 having an inner diameter larger than the maximum outer diameter of the first assembly of the first tube 10 and the fins 50 is prepared, and the first assembly is inserted into the second tube 20. That is, the inner diameter D2a of the second tube 20 in step S2 (see step S3 in FIG. 8) is larger than the inner diameter D2 of the second tube 20 shown in FIG.

工程S3では、冷間引き抜き加工の結果、第2管20が、内径D2aから、内径D2に縮小する。直径の縮小によって、第2管20の内周面20dが、第1管10の外周面10cに配置されたフィン50の外周側の横板部52と当接する。第1管10と第2管20との間にフィン50が強固に挟み込まれることにより、第1管10、フィン50および第2管20が互いに圧着固定される。 In step S3, as a result of cold drawing, the second pipe 20 is reduced from the inner diameter D2a to the inner diameter D2. Due to the reduction in diameter, the inner circumferential surface 20d of the second tube 20 comes into contact with the outer circumferential side plate portion 52 of the fin 50 disposed on the outer circumferential surface 10c of the first tube 10. By tightly sandwiching the fins 50 between the first tube 10 and the second tube 20, the first tube 10, the fins 50, and the second tube 20 are fixed to each other by pressure.

工程S4では、引き抜き加工後の第2アセンブリが、所定の保持温度で所定の保持時間、加熱炉90中で加熱される。第1管10、第2管20およびフィン50がステンレス鋼からなる本実施形態では、加熱処理の保持温度は、約900℃以上約1200℃以下の所定温度である。加熱処理の保持時間は、たとえば1時間以上10時間以下の所定時間である。 In step S4, the second assembly after drawing is heated in the heating furnace 90 at a predetermined holding temperature and for a predetermined holding time. In this embodiment, where the first tube 10, the second tube 20, and the fins 50 are made of stainless steel, the holding temperature of the heat treatment is a predetermined temperature of about 900° C. or more and about 1200° C. or less. The holding time of the heat treatment is, for example, a predetermined time of 1 hour or more and 10 hours or less.

加熱処理によって、フィン50と、第1管10および第2管20との各当接部CP(図6参照)の界面において原子拡散が生じる。その結果、フィン50の内周側の横板部52と第1管10の外周面10cとの当接部CPの少なくとも一部が、一体化する。同様に、フィン50の外周側の横板部52と第2管20の内周面20dとの当接部CPの少なくとも一部が、一体化する。なお、フィン50と、第1管10および第2管20とは、当接部CPの全体が一体化してもよいが、加熱ムラを考慮して一部のみが一体化してもよい。 The heat treatment causes atomic diffusion at the interface between the fin 50 and each contact portion CP (see FIG. 6) of the first tube 10 and the second tube 20. As a result, at least a portion of the contact portion CP between the inner circumferential side plate portion 52 of the fin 50 and the outer circumferential surface 10c of the first tube 10 is integrated. Similarly, at least a portion of the contact portion CP between the outer circumferential side plate portion 52 of the fin 50 and the inner circumferential surface 20d of the second pipe 20 is integrated. Note that the fin 50, the first tube 10, and the second tube 20 may be integrated in their entirety at the contact portion CP, but may be integrated only in part in consideration of uneven heating.

工程S1~工程S4の結果、伝熱管HTが作製される。伝熱管HTは、第3管30の内部に挿入され第3管30に固定される。なお、第3管30の製造工程については説明を省略する。これにより、熱交換器100が作製される。 As a result of steps S1 to S4, heat transfer tubes HT are manufactured. The heat transfer tube HT is inserted into the third tube 30 and fixed to the third tube 30. Note that a description of the manufacturing process of the third tube 30 will be omitted. In this way, the heat exchanger 100 is manufactured.

(本実施形態の効果)
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effects of this embodiment)
In this embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態では、上記のように、第1管10が、両端が第2管20内に連通する通路11を含むので、第2管20の一端と他端との間では、第1流路41と、第1管10内の通路11とが、並列的に設けられることになる。ここで、第1管10が、通路11内の第1流体1の流通を制限する圧力変動抑制部12を含むので、第1管10内に通路11を設けた場合でも、通路11よりも第1流路41の方に第1流体1を積極的に流通させて、第1流路41を流通する第1流体1と第2流路42を流通する第2流体2との間で熱交換させることができる。そして、圧力変動抑制部12が、第1流路41内で変動した圧力を通路11の端部から逃がすので、熱交換に伴って第1流路41内で圧力変動が生じた時には、第1管10内の通路11が圧力を逃がすためのバイパス経路となって、第2管20の一端側と他端側との間の圧力差を低減させることができる。これらの結果、流体の圧力変動が生じ易い用途で用いる場合でも、流路内での圧力変動を抑制することができる。 In this embodiment, as described above, the first pipe 10 includes the passage 11 that communicates with the second pipe 20 at both ends, so that between one end and the other end of the second pipe 20, the first passage 41 and the passage 11 in the first tube 10 are provided in parallel. Here, since the first pipe 10 includes the pressure fluctuation suppressor 12 that restricts the flow of the first fluid 1 in the passage 11, even if the passage 11 is provided in the first pipe 10, the The first fluid 1 is actively circulated toward the first flow path 41 to exchange heat between the first fluid 1 flowing through the first flow path 41 and the second fluid 2 flowing through the second flow path 42. can be done. Then, since the pressure fluctuation suppressing section 12 releases the pressure fluctuated within the first passage 41 from the end of the passage 11, when a pressure fluctuation occurs within the first passage 41 due to heat exchange, the first The passage 11 within the pipe 10 serves as a bypass path for releasing pressure, and the pressure difference between one end and the other end of the second pipe 20 can be reduced. As a result, even when used in applications where fluid pressure fluctuations are likely to occur, pressure fluctuations within the flow path can be suppressed.

また、本実施形態では、上記のように、第1流体1は、第2流体2との熱交換により気化される液体であるので、液体の第1流体1が第1流路41内で沸騰状態となって気化するため、沸騰の状況に応じて第1流路41内の圧力が変動する。このような場合でも、本実施形態では、圧力変動抑制部12は、第1流体1の流通を制限して通路11内に第1流体1の気化ガスを滞留させ、第1流路41内の圧力変動に応じて気化ガスを流通させるように構成されているので、第1流路41側の圧力の変化に合わせて通路11内の気化ガスを通過させることで、圧力変動を抑制することができる。この結果、不安定な沸騰状態であっても、熱交換性能が不安定化することを抑制できるとともに、圧力変動に起因する繰り返し応力(脈動)の発生を効果的に抑制できる。 Further, in this embodiment, as described above, the first fluid 1 is a liquid that is vaporized by heat exchange with the second fluid 2, so the first fluid 1 is boiled in the first flow path 41. Since the boiling water vaporizes and vaporizes, the pressure inside the first flow path 41 fluctuates depending on the boiling situation. Even in such a case, in the present embodiment, the pressure fluctuation suppressing unit 12 restricts the flow of the first fluid 1 and causes the vaporized gas of the first fluid 1 to stay in the passage 11, thereby reducing the flow of the first fluid 1 in the first passage 41. Since the structure is configured to flow the vaporized gas according to pressure fluctuations, pressure fluctuations can be suppressed by passing the vaporized gas in the passage 11 in accordance with changes in the pressure on the first flow path 41 side. can. As a result, even in an unstable boiling state, it is possible to prevent the heat exchange performance from becoming unstable, and it is also possible to effectively suppress the occurrence of repetitive stress (pulsation) due to pressure fluctuations.

特に、沸騰状態で生じる圧力変動の影響は、第1流体1の供給圧力が低いほど大きくなる。そのため、圧力変動抑制部12によって圧力変動を抑制可能な本実施形態の構成は、第1流体1が比較的低圧(たとえば1MPa未満)で伝熱管HTに供給される場合に特に有効である。 In particular, the influence of pressure fluctuations occurring in a boiling state becomes greater as the supply pressure of the first fluid 1 is lower. Therefore, the configuration of this embodiment in which pressure fluctuations can be suppressed by the pressure fluctuation suppressor 12 is particularly effective when the first fluid 1 is supplied to the heat transfer tube HT at a relatively low pressure (for example, less than 1 MPa).

また、本実施形態では、上記のように、圧力変動抑制部12は、通路11に設けられた絞り部材12aを有するので、絞り部材12aによって通路11の内径を絞ることによって、通路11の流路抵抗を第1流路41の流路抵抗よりも十分に高くすることができる。その結果、通路11内には第1流体1がほとんど流入しない状態(実質的に第1流路41側のみに流通する状態)で、かつ、両端に圧力差が生じた時にその圧力差を解消する分だけ第1流体1が流入出できる圧力変動抑制部12を、簡単な構造で実現できる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the pressure fluctuation suppressing section 12 includes the throttle member 12a provided in the passage 11, so that the flow path of the passage 11 is reduced by narrowing the inner diameter of the passage 11 with the throttle member 12a. The resistance can be made sufficiently higher than the flow path resistance of the first flow path 41. As a result, when the first fluid 1 hardly flows into the passage 11 (substantially only flows to the first flow passage 41 side), and when a pressure difference occurs between both ends, the pressure difference is eliminated. The pressure fluctuation suppressing section 12 that allows the first fluid 1 to flow in and out by the amount required can be realized with a simple structure.

また、本実施形態では、上記のように、通路11は、一方の端部が第2管20内に開放されており、圧力変動抑制部12は、通路11の他方の端部を覆うように設けられているので、たとえば第1管10の内部に圧力変動抑制部12を配置するような構成と異なり、容易に圧力変動抑制部12を設けることができる。 Furthermore, in the present embodiment, as described above, one end of the passage 11 is open into the second pipe 20, and the pressure fluctuation suppressor 12 is arranged so as to cover the other end of the passage 11. Therefore, unlike a configuration in which the pressure fluctuation suppressing section 12 is arranged inside the first pipe 10, the pressure fluctuation suppressing section 12 can be easily provided.

また、本実施形態では、上記のように、第1管10、第2管20および第3管30は、上下方向に延びるように設けられ、第2管20の下端部20bに第1流体1の入口部3aが設けられ、第2管20の上端部20aに気化ガスの出口部3bが設けられ、圧力変動抑制部12は、第1管10の上端部10aに設けられているので、下端の入口部3aから導入された第1流体1が上方へ流れる過程で気化され、第1流体1の気化ガスが上端の出口部3bから流出する。このため、第1流体1の気化ガスを上方移動させるのに比重の差を利用できるので、気化ガスを円滑に流通させることができる。そして、第1管10内の通路11の下端は第1流体1の液体と接し、通路11の上端は第1流体1の気化ガスと接することになり、圧力変動が生じた場合には、通路11内に第1流体1の液体が一時的に流れ込んだり、気化ガスが流れ込んだりすることで、入口部3aと出口部3bとの間の圧力変動を抑制できる。 Further, in this embodiment, as described above, the first pipe 10, the second pipe 20, and the third pipe 30 are provided so as to extend in the vertical direction, and the first fluid 1 is provided at the lower end 20b of the second pipe 20. An inlet portion 3a is provided at the upper end portion 20a of the second pipe 20, an outlet portion 3b for vaporized gas is provided at the upper end portion 20a of the second pipe 20, and the pressure fluctuation suppressing portion 12 is provided at the upper end portion 10a of the first pipe 10. The first fluid 1 introduced from the inlet portion 3a is vaporized in the process of flowing upward, and the vaporized gas of the first fluid 1 flows out from the outlet portion 3b at the upper end. Therefore, the difference in specific gravity can be used to move the vaporized gas of the first fluid 1 upward, so that the vaporized gas can be smoothly circulated. The lower end of the passage 11 in the first pipe 10 will be in contact with the liquid of the first fluid 1, and the upper end of the passage 11 will be in contact with the vaporized gas of the first fluid 1. When a pressure fluctuation occurs, the passage When the liquid of the first fluid 1 temporarily flows into the first fluid 11 or the vaporized gas flows into the first fluid 11, pressure fluctuations between the inlet portion 3a and the outlet portion 3b can be suppressed.

また、本実施形態では、上記のように、第1流路41内で、第1管10の外周面10cと第2管20の内周面20dとにそれぞれ当接するように設けられたフィン50をさらに備え、フィン50は、第1管10との当接部CPおよび第2管20との当接部CPにおいて、第1管10および第2管20の各々とフィン50との材料同士が一体化した部分を有するので、第1流路41の外周側から供給される第2流体2からの熱を、フィン50によって第1流路41の内周側(第1管10の外周面10c)まで効率的に伝えることができる。そして、このフィン50が、第1管10との当接部CPおよび第2管20との当接部CPにおいて、第1管10および第2管20の各々とフィン50との材料同士が一体化した部分を有するので、フィン50の表面と第1管10(第2管20)の表面とが一体化せずに接触する場合と比べて、当接部CPにおけるフィン50と第1管10(第2管20)との接触面積を増大させることができる。接触面積が増大することによって熱抵抗が減少し、熱を伝えやすくなることで熱交換性能が向上する。そのため、第1管10の外周面10cと第2管20の内周面20dとの間の温度差を低減でき、第1流路41の半径方向における熱交換性能のばらつきを低減できる。 Furthermore, in the present embodiment, as described above, the fins 50 are provided in the first flow path 41 so as to contact the outer circumferential surface 10c of the first tube 10 and the inner circumferential surface 20d of the second tube 20, respectively. The fin 50 further includes a material of each of the first tube 10 and the second tube 20 and the fin 50 at the contact portion CP with the first tube 10 and the contact portion CP with the second tube 20. Since it has an integrated part, the heat from the second fluid 2 supplied from the outer circumferential side of the first flow path 41 is transferred by the fins 50 to the inner circumferential side of the first flow path 41 (the outer circumferential surface 10c of the first pipe 10). ) can be communicated efficiently. The materials of each of the first tube 10 and the second tube 20 and the fin 50 are integral with each other at the contact portion CP with the first tube 10 and the contact portion CP with the second tube 20. Since the surface of the fin 50 and the surface of the first pipe 10 (second pipe 20) contact each other without being integrated, the fin 50 and the first pipe 10 at the contact portion CP are (the second pipe 20) can be increased in contact area. As the contact area increases, thermal resistance decreases, making it easier to conduct heat and improving heat exchange performance. Therefore, the temperature difference between the outer circumferential surface 10c of the first tube 10 and the inner circumferential surface 20d of the second tube 20 can be reduced, and variations in heat exchange performance in the radial direction of the first flow path 41 can be reduced.

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modified example]
Note that the embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the description of the embodiments described above, and further includes all changes (modifications) within the meaning and range equivalent to the claims.

たとえば、上記実施形態では、熱交換器100が第1流体1の気化器として構成された例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、熱交換器100が流体の気化以外を行う熱交換器であってよい。つまり、流路内で流体の相変化が生じなくてもよい。第1流体1が高温側で、第2流体2が低温側であってもよい。 For example, in the above embodiment, an example was shown in which the heat exchanger 100 was configured as a vaporizer for the first fluid 1, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the heat exchanger 100 may be a heat exchanger that performs other than vaporization of fluid. In other words, there is no need for a phase change of the fluid to occur within the flow path. The first fluid 1 may be on the high temperature side and the second fluid 2 may be on the low temperature side.

また、上記実施形態では、圧力変動抑制部12が、絞り孔12bが形成され第1管10の端部を塞ぐ絞り部材12aである例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば図9の例では、圧力変動抑制部12は、絞り孔12bが形成された絞り部材112と、絞り部材112の装着孔113aが形成された蓋体113と、を含む。蓋体113は、第1管10の端部開口を塞ぐように、第1管10の端部に接合されている。装着孔113aは、蓋体113を厚み方向に貫通するねじ孔(雌ねじ)である。絞り部材112の外周面には、装着孔113aのねじ部に噛み合うねじ部(雄ねじ)が形成されている。絞り部材112は、装着孔113a内に着脱可能に取り付けられる。この構成では、絞り孔12bの直径が異なる複数種類の絞り部材112を用意しておくことで、絞り部材112の付け替えによって絞り孔12bの直径を適切な大きさに変更(調整)できる。 Further, in the above embodiment, an example has been shown in which the pressure fluctuation suppressing section 12 is the throttle member 12a in which the throttle hole 12b is formed and closes the end of the first pipe 10, but the present invention is not limited to this. For example, in the example of FIG. 9, the pressure fluctuation suppressing section 12 includes a throttle member 112 in which a throttle hole 12b is formed, and a lid body 113 in which a mounting hole 113a for the throttle member 112 is formed. The lid body 113 is joined to the end of the first tube 10 so as to close the end opening of the first tube 10. The mounting hole 113a is a screw hole (female thread) that penetrates the lid 113 in the thickness direction. A threaded portion (external thread) that engages with the threaded portion of the mounting hole 113a is formed on the outer peripheral surface of the aperture member 112. The aperture member 112 is removably attached within the mounting hole 113a. In this configuration, by preparing a plurality of types of throttle members 112 having different diameters of the throttle hole 12b, the diameter of the throttle hole 12b can be changed (adjusted) to an appropriate size by replacing the throttle member 112.

また、上記実施形態では、絞り部材12aが第1管10の端部に溶接などにより接合される例を示したが、本発明はこれに限られない。第1管10の端部の内周面10dにねじ溝(雌ねじ)を形成し、外周面にねじ溝(雄ねじ)を形成した絞り部材12aを第1管10の内周面10dにねじ固定してもよい。 Further, in the above embodiment, an example was shown in which the aperture member 12a is joined to the end of the first pipe 10 by welding or the like, but the present invention is not limited to this. A throttle member 12a having a thread groove (female thread) formed on the inner peripheral surface 10d of the end of the first pipe 10 and a thread groove (male thread) formed on the outer peripheral surface is screwed to the inner peripheral surface 10d of the first pipe 10. It's okay.

また、上記実施形態では、圧力変動抑制部12が、第1管10の端部に接合された絞り部材12aである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧力変動抑制部12が、第1管10に一体的に形成されていてもよい。たとえば、第1管10の端部にテーパー加工を施し、第1管10の端部における通路11の内径自体を絞り孔12bの直径に相当する大きさに縮小させることによって、第1管10に圧力変動抑制部12を形成してもよい。 Further, in the embodiment described above, an example has been shown in which the pressure fluctuation suppressing section 12 is the aperture member 12a joined to the end of the first pipe 10, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the pressure fluctuation suppressor 12 may be integrally formed with the first pipe 10. For example, by tapering the end of the first tube 10 and reducing the inner diameter of the passage 11 at the end of the first tube 10 to a size corresponding to the diameter of the throttle hole 12b, the first tube 10 is A pressure fluctuation suppressor 12 may also be formed.

また、上記実施形態では、圧力変動抑制部12が、絞り孔12bを有する絞り部材12aである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧力変動抑制部12が、絞り孔12bを有していなくてもよい。圧力変動抑制部12は、たとえば多孔質材料または繊維からなり通路11を塞ぐように設けられるフィルタ部材を含み、フィルタ部材により、第1管10内における第1流体1の制限しつつ、変動した圧力を逃がすように構成されてもよい。 Further, in the above embodiment, an example was shown in which the pressure fluctuation suppressing section 12 is the throttle member 12a having the throttle hole 12b, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the pressure fluctuation suppressing section 12 does not need to have the throttle hole 12b. The pressure fluctuation suppressing section 12 includes a filter member made of, for example, a porous material or fibers and provided so as to close the passage 11, and the filter member restricts the pressure of the first fluid 1 in the first pipe 10 while suppressing the fluctuating pressure. may be configured to allow the

また、上記実施形態では、圧力変動抑制部12が、第1管10の上端部10aに設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。図10に示すように、圧力変動抑制部12が、第1管10の下端部10bに設けられてもよい。また、圧力変動抑制部12は、第1管10の端部ではなく、一端(上端部10a)と他端(下端部10b)との間の第1管10内の途中位置に設けられていてもよい。圧力変動抑制部12は、第1管10の一端、他端および途中位置のうち複数箇所に設けられてもよい。 Further, in the embodiment described above, an example was shown in which the pressure fluctuation suppressing section 12 was provided at the upper end portion 10a of the first pipe 10, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 10, the pressure fluctuation suppressor 12 may be provided at the lower end 10b of the first pipe 10. In addition, the pressure fluctuation suppressor 12 is provided not at the end of the first pipe 10 but at an intermediate position within the first pipe 10 between one end (upper end 10a) and the other end (lower end 10b). Good too. The pressure fluctuation suppressor 12 may be provided at a plurality of locations among one end, the other end, and an intermediate position of the first pipe 10.

また、上記実施形態では、第1流路41内にフィン50を設けた例を示したが、本発明では、第1流路41内にフィン50を設けなくてもよい。また、上記実施形態では、第2流路42内にはフィンを設けない例を示したが、本発明では、第2流路42内にフィンを設けてもよい。 Further, in the above embodiment, an example was shown in which the fins 50 were provided in the first flow path 41, but in the present invention, the fins 50 may not be provided in the first flow path 41. Further, in the above embodiment, an example was shown in which no fins were provided in the second flow path 42, but in the present invention, fins may be provided in the second flow path 42.

また、上記実施形態では、フィン50が、第1管10との当接部CPおよび第2管20との当接部CPにおいて、第1管10および第2管20の各々とフィン50との材料同士が一体化した部分を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。当接部CPにおいて、第1管10および第2管20の各々とフィン50との材料同士が一体化した部分が形成されていなくてもよい。言い換えると、伝熱管HTの製造工程における加熱処理を行わなくてもよい。 Further, in the embodiment described above, the fin 50 is connected to each of the first pipe 10 and the second pipe 20 at the contact part CP with the first pipe 10 and the contact part CP with the second pipe 20. Although an example is shown in which there is a part where the materials are integrated, the present invention is not limited to this. In the contact portion CP, a portion where the materials of each of the first tube 10 and the second tube 20 and the fin 50 are integrated may not be formed. In other words, it is not necessary to perform heat treatment in the manufacturing process of the heat transfer tube HT.

また、上記実施形態では、第2アセンブリに対して、引き抜き加工を行う工程S3と、引き抜き加工後の第2アセンブリに対して、加熱処理を行う工程S4とを実施することにより、伝熱管HTの製造する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、引き抜き加工(工程S3)を行わなくてもよい。この場合、加熱処理を行う工程S4において、第1管10内を加圧して膨張させるか、または第1管10内に膨張する物質を封入した状態で加熱処理を行うことにより、第2管20の内周面20dにフィン50の外周側の横板部52を圧着する処理と、加熱により当接部CPにおける材料同士を一体化する処理とを、単一工程で実行してもよい。 Further, in the above embodiment, the heat transfer tubes HT are Although an example of manufacturing has been shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, it is not necessary to perform the drawing process (step S3). In this case, in step S4 of performing heat treatment, the inside of the first tube 10 is pressurized to expand, or the second tube 20 is heated with an expanding substance sealed inside the first tube 10. The process of crimping the horizontal plate part 52 on the outer circumferential side of the fin 50 to the inner circumferential surface 20d of the fin 50 and the process of integrating the materials in the contact part CP by heating may be performed in a single process.

また、上記実施形態では、第1管10、第2管20および第3管30が上下方向に延びるように設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。第1管10、第2管20および第3管30が水平方向または斜め上下方向に延びるように設けられてもよい。各管が水平方向に設けられる場合、第1流路41の上側と下側とで異なる温度分布、気液分布が形成されるため、熱交換器100が第1流体1の気化器として構成される場合、各管が上下方向に延びる構成が好ましい。 Further, in the above embodiment, an example was shown in which the first pipe 10, the second pipe 20, and the third pipe 30 are provided so as to extend in the vertical direction, but the present invention is not limited to this. The first pipe 10, the second pipe 20, and the third pipe 30 may be provided so as to extend horizontally or diagonally up and down. When each pipe is provided in the horizontal direction, different temperature distributions and gas-liquid distributions are formed above and below the first flow path 41, so the heat exchanger 100 is configured as a vaporizer for the first fluid 1. In this case, it is preferable that each tube extends in the vertical direction.

1 第1流体
2 第2流体
3a 入口部
3b 出口部
4a 入口部
4b 出口部
10 第1管
10a 上端部
10b 下端部
10c 外周面
10d 内周面
11 通路
12 圧力変動抑制部
12a、112 絞り部材
20 第2管
20a 上端部
20b 下端部
20d 内周面
30 第3管
30d 内周面
41 第1流路
42 第2流路
50 フィン
100 熱交換器
CP 当接部
HT 伝熱管
1 First fluid 2 Second fluid 3a Inlet part 3b Outlet part 4a Inlet part 4b Outlet part 10 First pipe 10a Upper end part 10b Lower end part 10c Outer peripheral surface 10d Inner peripheral surface 11 Passage 12 Pressure fluctuation suppressor 12a, 112 Throttle member 20 Second pipe 20a Upper end 20b Lower end 20d Inner peripheral surface 30 Third pipe 30d Inner peripheral surface 41 First flow path 42 Second flow path 50 Fin 100 Heat exchanger CP Contact portion HT Heat transfer tube

Claims (6)

第1管と、前記第1管が挿入された第2管と、前記第1管および前記第2管が挿入された第3管とを備え、
前記第1管と前記第2管との間に第1流体を流通させる第1流路が形成され、前記第2管と前記第3管との間に、前記第1流体と熱交換する第2流体を流通させる第2流路が形成されており、
前記第1管は、両端が前記第2管内に連通する通路と、前記通路内の前記第1流体の流通を制限するとともに、前記第1流路内で変動した圧力を前記通路の端部から逃がす圧力変動抑制部とを含む、熱交換器。
comprising a first tube, a second tube into which the first tube is inserted, and a third tube into which the first tube and the second tube are inserted;
A first flow path through which a first fluid flows is formed between the first pipe and the second pipe, and a first flow path through which a first fluid flows is formed between the second pipe and the third pipe. A second flow path is formed that allows the two fluids to flow,
The first pipe has a passage whose both ends communicate with the inside of the second pipe, and restricts the flow of the first fluid in the passage, and discharges the pressure fluctuated within the first passage from the end of the passage. A heat exchanger including a relief pressure fluctuation suppressor.
前記第1流体は、前記第2流体との熱交換により気化される液体であり、
前記圧力変動抑制部は、前記第1流体の流通を制限して前記通路内に前記第1流体の気化ガスを滞留させ、前記第1流路内の圧力変動に応じて前記気化ガスを流通させるように構成されている、請求項1に記載の熱交換器。
The first fluid is a liquid that is vaporized by heat exchange with the second fluid,
The pressure fluctuation suppressing section restricts the flow of the first fluid to retain the vaporized gas of the first fluid in the passage, and causes the vaporized gas to flow according to pressure fluctuations in the first flow path. The heat exchanger according to claim 1, configured as follows.
前記圧力変動抑制部は、前記通路に設けられた絞り部材を有する、請求項1または2に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the pressure fluctuation suppressor includes a throttle member provided in the passage. 前記通路は、一方の端部が前記第2管内に開放されており、
前記圧力変動抑制部は、前記通路の他方の端部を覆うように設けられている、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱交換器。
The passage has one end open into the second pipe,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the pressure fluctuation suppressor is provided to cover the other end of the passage.
前記第1管、前記第2管および前記第3管は、上下方向に延びるように設けられ、
前記第2管の下端部に前記第1流体の入口部が設けられ、前記第2管の上端部に前記気化ガスの出口部が設けられ、
前記圧力変動抑制部は、前記第1管の上端部に設けられている、請求項2に記載の熱交換器。
The first pipe, the second pipe, and the third pipe are provided to extend in the vertical direction,
An inlet for the first fluid is provided at a lower end of the second pipe, and an outlet for the vaporized gas is provided at an upper end of the second pipe.
The heat exchanger according to claim 2, wherein the pressure fluctuation suppressor is provided at an upper end of the first pipe.
前記第1流路内で、前記第1管の外周面と前記第2管の内周面とにそれぞれ当接するように設けられたフィンをさらに備え、
前記フィンは、前記第1管との当接部および前記第2管との当接部において、前記第1管および前記第2管の各々と前記フィンとの材料同士が一体化した部分を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の熱交換器。
Further comprising fins provided in the first flow path so as to contact the outer circumferential surface of the first tube and the inner circumferential surface of the second tube, respectively,
The fin has a portion in which the materials of each of the first tube and the second tube and the fin are integrated at a contact portion with the first tube and a contact portion with the second tube. , the heat exchanger according to any one of claims 1 to 5.
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