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JP2018054216A - Shell-and-tube type heat exchanger - Google Patents

Shell-and-tube type heat exchanger Download PDF

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JP2018054216A
JP2018054216A JP2016190471A JP2016190471A JP2018054216A JP 2018054216 A JP2018054216 A JP 2018054216A JP 2016190471 A JP2016190471 A JP 2016190471A JP 2016190471 A JP2016190471 A JP 2016190471A JP 2018054216 A JP2018054216 A JP 2018054216A
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JP
Japan
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shell
tube
fluid
header
heat exchanger
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JP2016190471A
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翔太 清水
Shota Shimizu
翔太 清水
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Miura Co Ltd
Original Assignee
Miura Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized shell-and-tube type heat exchanger capable of coping even with expansion/contraction of a tube due to temperature change, easily securing a joint space, and reducing pressure loss.SOLUTION: A shell-and-tube heat exchanger includes a hollow shell 2 through which first fluid passes, and a tube 3 that is arranged in the shell 2 and through which second fluid passes. The tube 3 meanders in a right-left direction and goes downward, and is bridged between the right and left sides of the shell 2. Preferably, on the right and left sides of the shell 2, a hollow header 7 is provided through a partition wall 6, and in order to bridge the right and left headers 7, a plurality of tubes 3 are provided so as to separate from each other in a front-back direction. Then, an end part of each tube 3 is opened into each header 7; on the upper and lower sides of the shell 2, gates 4, 5 for first fluid are respectively provided; and the right and left headers 7, gates 8, 9 for second fluid are respectively provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、シェル内にチューブを収容して構成されるシェルアンドチューブ式熱交換器に関するものである。   The present invention relates to a shell-and-tube heat exchanger configured by housing a tube in a shell.

従来、下記各特許文献に開示されるように、各種のシェルアンドチューブ式熱交換器が知られている。特許文献1の第1図に示される熱交換器では、シェル(胴体1)の左右を架け渡すように、直管状のチューブ(熱交換管5)が設けられている。一方、特許文献2の第1図に示される熱交換器では、シェル(1)内に、略U字形状のチューブ(2)が設けられている。   Conventionally, various shell-and-tube heat exchangers are known as disclosed in the following patent documents. In the heat exchanger shown in FIG. 1 of Patent Document 1, a straight tubular tube (heat exchange tube 5) is provided so as to bridge the left and right sides of the shell (body 1). On the other hand, in the heat exchanger shown in FIG. 1 of Patent Document 2, a substantially U-shaped tube (2) is provided in the shell (1).

実願昭55−62223号(実開昭56−162477号)のマイクロフィルム(明細書第1頁第17行−第2頁第7行、第1図)Microfilm of Japanese Utility Model No. 55-62223 (Japanese Utility Model Publication No. 56-162477) (Specification, page 1, line 17-page 2, line 7, FIG. 1) 特開昭50−114657号公報(第1頁左下欄第19行−右下欄第16行、第1図)JP-A-50-114657 (first page, lower left column, line 19-lower right column, line 16, FIG. 1)

シェルの左右に直管状のチューブを架け渡す場合、伝熱面積を確保するにはチューブを長くする必要があり、設置スペースを要する。また、温度差が大きい箇所で使用する場合、チューブの一部を伸縮管にするなどして、温度変化によるチューブの伸縮に対応する必要もある。   When a straight tube is installed on the left and right sides of the shell, it is necessary to lengthen the tube in order to secure a heat transfer area, and an installation space is required. Moreover, when using it in a location where the temperature difference is large, it is necessary to cope with the expansion and contraction of the tube due to a temperature change by, for example, making a part of the tube an expansion and contraction tube.

一方、シェルの左右片側にU字管状のチューブの両端部を保持する場合、チューブの伸縮には対応できるが、チューブの両端部がシェルの片側にまとめて配置されるので、配管との継手スペースが狭くなる。これに対処するために、チューブの口径を小さくしたのでは、圧力損失が大きくなる。   On the other hand, when both ends of the U-shaped tube are held on the left and right sides of the shell, the tube can be expanded and contracted, but both ends of the tube are arranged together on one side of the shell, so the joint space with the piping Becomes narrower. In order to cope with this, if the diameter of the tube is reduced, the pressure loss increases.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、小型で、温度変化によるチューブの伸縮にも対応でき、継手スペースを確保しやすく、圧力損失の低減も図ることができるシェルアンドチューブ式熱交換器を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is a shell-and-tube heat exchanger that is small in size, can cope with expansion and contraction of a tube due to temperature change, can easily secure a joint space, and can reduce pressure loss. It is to provide.

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、第一流体が通される中空状のシェルと、このシェル内に配置されて第二流体が通されるチューブとを備え、前記チューブは、左右に蛇行しつつ下方へ進みながら、前記シェルの左右に架け渡されていることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. The invention according to claim 1 is a hollow shell through which a first fluid is passed, and a second fluid which is disposed in the shell and through which the second fluid passes. The shell is a shell-and-tube heat exchanger that is stretched to the left and right of the shell while moving downward while meandering from side to side.

請求項1に記載の発明によれば、チューブが左右に蛇行して形成されるので、単なる直管状とした場合と比較して、伝熱面積を確保しつつ、熱交換器を小型に構成することができる。また、チューブは、左右に蛇行して形成されるので、温度変化による伸縮にも対応することができる。さらに、チューブの両端部は、シェルの左右に分かれて配置されるので、継手スペースを確保しやすく、チューブを小径とする必要もないので圧力損失の低減も図ることができる。   According to the first aspect of the present invention, since the tube is formed to meander from side to side, the heat exchanger is configured in a small size while ensuring a heat transfer area as compared with a simple straight tube. be able to. Further, since the tube is formed to meander from side to side, it can cope with expansion and contraction due to temperature change. Furthermore, since both ends of the tube are arranged separately on the left and right sides of the shell, it is easy to secure a joint space, and it is not necessary to reduce the diameter of the tube, so that pressure loss can be reduced.

請求項2に記載の発明は、前記シェルの左右には、隔壁を介して中空状のヘッダが設けられており、左右のヘッダを架け渡すように、複数本の前記チューブが前後に離隔して設けられており、各チューブの端部は、各ヘッダ内に開口されており、前記シェルの上下に、第一流体の出入口が設けられる一方、左右のヘッダに、第二流体の出入口が設けられることを特徴とする請求項1に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器である。   According to a second aspect of the present invention, hollow headers are provided on the left and right sides of the shell via partition walls, and a plurality of the tubes are separated in the front-rear direction so as to bridge the left and right headers. The end of each tube is opened in each header, and a first fluid inlet / outlet is provided above and below the shell, while a second fluid inlet / outlet is provided on the left and right headers. It is a shell and tube type heat exchanger of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

請求項2に記載の発明によれば、シェルの左右にヘッダを備え、そのヘッダを架け渡すように複数本のチューブが設けられることで、省スペースで効率的な熱交換を図ることができる。また、複数本のチューブに対し、ヘッダでまとめて、外部に対し配管することができる。   According to the second aspect of the present invention, the header is provided on the left and right sides of the shell, and a plurality of tubes are provided so as to bridge the header, so that space-saving and efficient heat exchange can be achieved. In addition, a plurality of tubes can be bundled together by a header and piped to the outside.

請求項3に記載の発明は、前記チューブは、左右方向一方のヘッダから他方へ向けて直管状に延出した後、略半円弧状に下方へ折り返されて、左右方向一方へ向けて直管状に延出した後、再び略半円弧状に下方へ折り返されて、左右方向他方へ向けて直管状に延出して、左右方向他方のヘッダに接続されており、前記シェルは、略矩形状に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器である。   According to a third aspect of the present invention, the tube extends in a straight tube from one header in the left-right direction toward the other, and then is folded downward in a substantially semicircular arc shape so that the tube is straight in the left-right direction. Is then folded back downward in a substantially semicircular arc shape again, extending in a straight tube shape toward the other in the left-right direction, and connected to the other header in the left-right direction, and the shell has a substantially rectangular shape It is formed, It is a shell and tube type heat exchanger of Claim 2 characterized by the above-mentioned.

請求項3に記載の発明によれば、チューブは、上下に離隔した直管状部が、左右互い違いに略半円弧状部で連接された構成とされ、小型でありながら、伝熱面積を確保することができる。また、シェルは、略矩形状に形成されているので、上述したチューブの全体形状との相性もよく、スペースの有効利用が可能となる。   According to the third aspect of the present invention, the tube has a configuration in which the straight tubular portions spaced apart in the vertical direction are connected to each other in a substantially semicircular arc shape alternately on the left and right sides, and secures a heat transfer area while being small. be able to. Further, since the shell is formed in a substantially rectangular shape, the compatibility with the overall shape of the tube described above is good, and the space can be effectively used.

請求項4に記載の発明は、左右方向一方のヘッダに、前記チューブの上端部が接続されると共に第二流体の入口が設けられ、左右方向他方のヘッダに、前記チューブの下端部が接続されると共に第二流体の出口が設けられ、前記シェルには、左右方向他方の下部に、第一流体の入口が設けられ、左右方向一方の上部に、第一流体の出口が設けられることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器である。   In the invention according to claim 4, the upper end of the tube is connected to one header in the left-right direction and an inlet for the second fluid is provided, and the lower end of the tube is connected to the other header in the left-right direction. A second fluid outlet is provided, and the shell is provided with a first fluid inlet at a lower part in the left-right direction, and a first fluid outlet is provided at an upper part in the left-right direction. A shell and tube heat exchanger according to claim 2 or claim 3.

請求項4に記載の発明によれば、チューブに対する第二流体の入口または出口と、シェルに対する第一流体の出口または入口とが、それぞれ同じ側に寄せて構成される。これにより、第一流体と第二流体との熱交換を円滑に図ることができる。たとえば、第二流体としての高温ガスを、第一流体としての冷却水と熱交換して冷却しようとする際、高温ガスの入口側のチューブが高温となるが、この高温部に寄せて冷却水を流すことができるので、高温ガスの温度を下げやすく、局所的な沸騰や、応力腐食割れを防止することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the inlet or outlet of the second fluid to the tube and the outlet or inlet of the first fluid to the shell are arranged close to each other. Thereby, heat exchange with the 1st fluid and the 2nd fluid can be aimed at smoothly. For example, when the high temperature gas as the second fluid is cooled by exchanging heat with the cooling water as the first fluid, the tube on the inlet side of the high temperature gas becomes hot. Therefore, it is easy to lower the temperature of the hot gas, and local boiling and stress corrosion cracking can be prevented.

さらに、請求項5に記載の発明は、燃料電池のオフガスと、そのオフガスの冷却水との熱交換に用いられ、第一流体としての冷却水がシェルに通され、第二流体としてのオフガスがチューブに通されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器である。   Furthermore, the invention according to claim 5 is used for heat exchange between the off-gas of the fuel cell and the cooling water of the off-gas, the cooling water as the first fluid is passed through the shell, and the off-gas as the second fluid is The shell and tube heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein the shell and tube heat exchanger is passed through a tube.

請求項5に記載の発明によれば、燃料電池のオフガスと冷却水とを熱交換して、オフガスの冷却と冷却水の加温とを図ることができる。オフガスの冷却により、オフガス中の水分を凝縮させれば、その凝縮水を燃料電池へ戻して、水自立を図ることができる。また、オフガスの熱を冷却水の加温に用いて、熱回収を図ることができる。なお、オフガスは、チューブに通されるが、チューブは、温度変化に伴う伸縮を吸収する形状とされている。   According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to perform heat exchange between the off-gas and the cooling water of the fuel cell, thereby cooling the off-gas and heating the cooling water. If the moisture in the offgas is condensed by cooling the offgas, the condensed water can be returned to the fuel cell to achieve water independence. Further, heat recovery can be achieved by using the heat of the offgas for heating the cooling water. The off-gas is passed through the tube, but the tube has a shape that absorbs expansion and contraction accompanying a temperature change.

本発明のシェルアンドチューブ式熱交換器によれば、小型で、温度変化によるチューブの伸縮にも対応でき、継手スペースを確保しやすく、圧力損失の低減も図ることができる。   According to the shell-and-tube heat exchanger of the present invention, it is small in size and can cope with the expansion and contraction of the tube due to temperature change, it is easy to secure a joint space, and the pressure loss can be reduced.

本発明の一実施例のシェルアンドチューブ式熱交換器の概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the shell and tube type heat exchanger of one Example of this invention. 図1のシェルアンドチューブ式熱交換器の概略横断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the shell and tube heat exchanger of FIG.

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1および図2は、本発明の一実施例のシェルアンドチューブ式熱交換器1の概略図であり、図1は縦断面図、図2は横断面図である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 are schematic views of a shell-and-tube heat exchanger 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view and FIG. 2 is a transverse sectional view.

本実施例のシェルアンドチューブ式熱交換器1は、中空容器状のシェル2と、このシェル2内に配置されるチューブ3とを備える。   The shell-and-tube heat exchanger 1 of the present embodiment includes a hollow container-like shell 2 and a tube 3 disposed in the shell 2.

シェル2は、その形状を特に問わないが、好適には略矩形の中空ボックス状に形成される。シェル2には、第一流体を導入および導出するために、第一入口管4および第一出口管5が設けられる。第一入口管4は、シェル2への第一流体の入口管であり、本実施例ではシェル2の下端部に接続される。一方、第一出口管5は、シェル2からの第一流体の出口管であり、本実施例ではシェル2の上端部に接続される。   Although the shape of the shell 2 is not particularly limited, it is preferably formed in a substantially rectangular hollow box shape. The shell 2 is provided with a first inlet pipe 4 and a first outlet pipe 5 for introducing and leading the first fluid. The first inlet pipe 4 is an inlet pipe for the first fluid into the shell 2 and is connected to the lower end of the shell 2 in this embodiment. On the other hand, the first outlet pipe 5 is an outlet pipe for the first fluid from the shell 2, and is connected to the upper end of the shell 2 in this embodiment.

本実施例では、シェル2が略矩形の中空ボックス状に形成されるため、第一入口管4がシェル2の下壁に接続される一方、第一出口管5がシェル2の上壁に接続される。その際、第一入口管4および第一出口管5は、シェル2の左右方向中央部に接続されてもよいが、後述するように、チューブ3に通される第二流体との熱交換を効率的に行うために、左右方向片側へずれた位置(しかも第一入口管4と第一出口管5とで逆側へずれた位置)に接続されるのがよい。なお、シェル2の前後方向に対しては、第一入口管4および第一出口管5は、図示例では前後方向中央部に接続されるが、場合により前後方向に互いにずらした位置に接続されてもよい。   In this embodiment, since the shell 2 is formed in a substantially rectangular hollow box shape, the first inlet pipe 4 is connected to the lower wall of the shell 2, while the first outlet pipe 5 is connected to the upper wall of the shell 2. Is done. At that time, the first inlet pipe 4 and the first outlet pipe 5 may be connected to the central portion in the left-right direction of the shell 2, but as described later, heat exchange with the second fluid passed through the tube 3 is performed. In order to perform efficiently, it is preferable to connect to a position shifted to one side in the left-right direction (and a position shifted to the opposite side between the first inlet pipe 4 and the first outlet pipe 5). In addition, with respect to the front-rear direction of the shell 2, the first inlet pipe 4 and the first outlet pipe 5 are connected to the center part in the front-rear direction in the illustrated example, but are connected to positions shifted from each other in the front-rear direction in some cases. May be.

シェル2の左右両端部には、隔壁6を介して、中空状のヘッダ7(7A,7B)が設けられる。ヘッダ7の外形(側面視縦断面形状)は、シェル2と同様とするのが好ましい。言い換えれば、ヘッダ7付きのシェル2全体として、本実施例では、略矩形のボックス状に形成されており、シェル2とヘッダ7とが隔壁6で仕切られている。   Hollow headers 7 (7 </ b> A, 7 </ b> B) are provided at both left and right end portions of the shell 2 via partition walls 6. It is preferable that the outer shape (vertical sectional shape in a side view) of the header 7 is the same as that of the shell 2. In other words, the entire shell 2 with the header 7 is formed in a substantially rectangular box shape in this embodiment, and the shell 2 and the header 7 are partitioned by the partition wall 6.

チューブ3は、蛇行した金属管から構成され、左右のヘッダ7を架け渡すように設けられる。本実施例では、複数本のチューブ3が、前後に離隔して平行に設けられている。各チューブ3は、典型的には同一の形状および大きさとされる。具体的には、各チューブ3は、左右に蛇行しつつ下方へ進みながら、シェル2の左右の隔壁6に架け渡される。その際、各チューブ3の左右両端部は、隔壁6を気密に貫通して、左右のヘッダ7内に開口する。   The tube 3 is composed of a meandering metal tube, and is provided so as to bridge the left and right headers 7. In the present embodiment, a plurality of tubes 3 are provided in parallel spaced apart from each other in the front-rear direction. Each tube 3 is typically the same shape and size. Specifically, each tube 3 is bridged between the left and right partition walls 6 of the shell 2 while moving downward while meandering left and right. At that time, the left and right end portions of each tube 3 pass through the partition wall 6 in an airtight manner and open into the left and right headers 7.

より詳細には、本実施例の各チューブ3は、上下に離隔して平行に配置される複数の直管状部3aと、隣接する直管状部3aの端部同士を左右互い違い連接する略円弧状部3bとを備え、これら各部が一体的に金属管を屈曲形成されて構成される。そして、最も上方に配置される直管状部3aの一端部が一方のヘッダ7Aに接続され、最も下方に配置される直管状部3aの他端部が他方のヘッダ7Bに接続される。   More specifically, each tube 3 of the present embodiment has a substantially arcuate shape in which a plurality of straight tubular portions 3a that are vertically spaced apart from each other and the ends of adjacent straight tubular portions 3a are alternately connected to the left and right. Part 3b, and these parts are integrally formed by bending a metal tube. One end portion of the straight tubular portion 3a arranged at the uppermost position is connected to one header 7A, and the other end portion of the straight tubular portion 3a arranged at the lowermost position is connected to the other header 7B.

直管状部3aの数は、適宜に設定されるが、チューブ3内を通される流体の圧力損失などを考慮し、図示例では三つである。つまり、図示例の場合、チューブ3は、左右方向一方のヘッダ7Aから他方へ向けて直管状に延出した後(直管状部3a)、略半円弧状に下方へ折り返されて(略円弧状部3b)、左右方向一方へ向けて直管状に延出した後(直管状部3a)、再び略半円弧状に下方へ折り返されて(略円弧状部3b)、左右方向他方へ向けて直管状に延出して(直管状部3a)、左右方向他方のヘッダ7Bに接続される。   The number of the straight tubular portions 3a is appropriately set, but is three in the illustrated example in consideration of the pressure loss of the fluid passing through the tube 3 and the like. That is, in the illustrated example, the tube 3 extends straight from one header 7A in the left-right direction to the other (straight tubular portion 3a), and then is folded downward in a substantially semicircular arc (substantially arcuate). 3b) After extending in a straight tube shape toward one side in the left-right direction (straight tube portion 3a), it is folded back again in a substantially semicircular arc shape (substantially arc-shaped portion 3b) and straight toward the other in the left-right direction. It extends in a tubular shape (straight tubular portion 3a) and is connected to the other header 7B in the left-right direction.

左右のヘッダ7には、各チューブ3に対し第二流体を導入および導出するために、第二入口管8および第二出口管9が設けられる。第二入口管8は、ヘッダ7ひいては各チューブ3への第二流体の入口管であり、一方(図1の左側)のヘッダ7Aに接続される。第二出口管9は、各チューブ3およびヘッダ7からの第二流体の出口管であり、他方(図1の右側)のヘッダ7Bに接続される。なお、ヘッダ7に対する第二入口管8や第二出口管9の接続は、図示例では、ヘッダ7の左右方向外側の端面で行われるが、場合により、上下または前後のいずれかの面で行われてもよい。   The left and right headers 7 are provided with a second inlet pipe 8 and a second outlet pipe 9 in order to introduce and lead the second fluid to and from each tube 3. The second inlet pipe 8 is an inlet pipe for the second fluid to the header 7 and thus to each tube 3, and is connected to one (left side in FIG. 1) header 7A. The second outlet pipe 9 is an outlet pipe for the second fluid from each tube 3 and the header 7, and is connected to the other header 7B (the right side in FIG. 1). The second inlet pipe 8 and the second outlet pipe 9 are connected to the header 7 on the end surface on the outer side in the left-right direction of the header 7 in the illustrated example. It may be broken.

本実施例では、シェル2には、第一流体が、シェル2の下方から導入されて、シェル2の上方へ導出される。また、チューブ3には、第二流体が、一方(図1の左側)のヘッダ7Aから導入されて、他方(図1の右側)のヘッダ7Bから導出される。第一流体および第二流体は特に問わないが、たとえば、第一流体が冷却水、第二流体が高温ガスとされる。いずれにしても、熱交換器1において、第一流体と第二流体とを混ぜることなく熱交換することができる。シェル2には下方から上方へ向けて第一流体を流すので、第一流体が気泡を含む液体の場合でも、気泡を確実に熱交換器1外へ導出することができる。   In the present embodiment, the first fluid is introduced into the shell 2 from below the shell 2 and led out above the shell 2. Further, the second fluid is introduced into the tube 3 from the header 7A on one side (left side in FIG. 1) and led out from the header 7B on the other side (right side in FIG. 1). The first fluid and the second fluid are not particularly limited. For example, the first fluid is cooling water and the second fluid is high-temperature gas. In any case, in the heat exchanger 1, heat exchange can be performed without mixing the first fluid and the second fluid. Since the first fluid flows through the shell 2 from below to above, the bubbles can be reliably led out of the heat exchanger 1 even when the first fluid is a liquid containing bubbles.

本実施例のシェルアンドチューブ式熱交換器1によれば、チューブ3が左右に蛇行して形成されるので、単なる直管状とした場合と比較して、伝熱面積を確保しつつ、熱交換器1を小型に構成することができる。また、チューブ3は、左右に蛇行して形成されるので、温度変化による伸縮に対応することができる。つまり、各直管状部3aは、少なくとも一端部が固定されていないので、伸縮が制限されることがなく、それ故、チューブ3は、蛇腹状の伸縮管を一部に有することなく、温度変化による伸縮が許容される。さらに、チューブ3の両端部は、シェル2の左右に分かれて配置されるので、継手スペースを確保しやすく、チューブ3を小径とする必要もないので圧力損失の低減も図ることができる。   According to the shell-and-tube heat exchanger 1 of the present embodiment, the tube 3 is formed to meander from side to side, so that heat exchange is ensured while ensuring a heat transfer area as compared with a simple straight tube. The device 1 can be configured in a small size. Moreover, since the tube 3 meanders to the left and right, it can cope with expansion and contraction due to temperature changes. That is, since at least one end portion of each straight tubular portion 3a is not fixed, expansion and contraction is not restricted. Therefore, the tube 3 does not have a bellows-like expansion and contraction tube in part, and changes in temperature. Expansion and contraction is allowed. Furthermore, since both ends of the tube 3 are arranged separately on the left and right sides of the shell 2, it is easy to secure a joint space, and it is not necessary to make the tube 3 small in diameter, so that pressure loss can be reduced.

ところで、本実施例では、左右方向一方(図1の左側)のヘッダ7Aに、チューブ3の上端部が接続されると共に第二流体の入口(第二入口管8)が設けられ、左右方向他方(図1の右側)のヘッダ7Bに、チューブ3の下端部が接続されると共に第二流体の出口(第二出口管9)が設けられる。一方、シェル2には、左右方向他方(図1の右側)の下部に、第一流体の入口(第一入口管4)が設けられ、左右方向一方(図1の左側)の上部に、第一流体の出口(第一出口管5)が設けられる。このようにして、チューブ3に対する第二流体の入口または出口と、シェル2に対する第一流体の出口または入口とが、それぞれ同じ側に寄せて構成される。これにより、第一流体と第二流体との熱交換を円滑に図ることができる。たとえば、第二流体としての高温ガスを、第一流体としての冷却水と熱交換して冷却しようとする際、高温ガスの入口側のチューブが高温となるが、この高温部に寄せて冷却水を流すことができるので、高温ガスの温度を下げやすく、局所的な沸騰や、応力腐食割れを防止することができる。   By the way, in this embodiment, the upper end of the tube 3 is connected to the header 7A on one side in the left-right direction (left side in FIG. 1), and the second fluid inlet (second inlet pipe 8) is provided. The lower end of the tube 3 is connected to the header 7B (on the right side in FIG. 1) and an outlet for the second fluid (second outlet pipe 9) is provided. On the other hand, the shell 2 is provided with a first fluid inlet (first inlet pipe 4) in the lower part of the other in the left-right direction (right side in FIG. 1), and in the upper part in one side in the left-right direction (left side in FIG. 1) A single fluid outlet (first outlet pipe 5) is provided. In this way, the inlet or outlet of the second fluid to the tube 3 and the outlet or inlet of the first fluid to the shell 2 are configured close to each other. Thereby, heat exchange with the 1st fluid and the 2nd fluid can be aimed at smoothly. For example, when the high temperature gas as the second fluid is cooled by exchanging heat with the cooling water as the first fluid, the tube on the inlet side of the high temperature gas becomes hot. Therefore, it is easy to lower the temperature of the hot gas, and local boiling and stress corrosion cracking can be prevented.

本実施例のシェルアンドチューブ式熱交換器1の好適な使用例として、シェルアンドチューブ式熱交換器1を、燃料電池システムにおけるオフガス(排ガス)と冷却水との熱交換に用いることができる。たとえば、特願2016−142943号として開示した燃料電池システムにおけるオフガス熱交換器の他、従来公知の各種のオフガス熱交換器として利用することができる。その場合、第一流体としての冷却水は、第一入口管4からシェル2内へ導入され、第一出口管5から導出される。また、第二流体としてのオフガスは、第二入口管8から導入され、チューブ3内を介して、第二出口管9から導出される。   As a suitable use example of the shell and tube heat exchanger 1 of the present embodiment, the shell and tube heat exchanger 1 can be used for heat exchange between off-gas (exhaust gas) and cooling water in the fuel cell system. For example, in addition to the off-gas heat exchanger in the fuel cell system disclosed as Japanese Patent Application No. 2006-142943, it can be used as various conventionally known off-gas heat exchangers. In that case, the cooling water as the first fluid is introduced from the first inlet pipe 4 into the shell 2 and led out from the first outlet pipe 5. The off-gas as the second fluid is introduced from the second inlet pipe 8 and led out from the second outlet pipe 9 through the tube 3.

この場合、シェルアンドチューブ式熱交換器1において、燃料電池のオフガスと冷却水とを熱交換して、オフガスの冷却と冷却水の加温とを図ることができる。オフガスの冷却により、オフガス中の水分を凝縮させ、その凝縮水を、第二出口管9(またはこれが接続されたヘッダ7B)の分岐管(図示省略)から燃料電池へ戻して、水自立(外部からの補給水なしに燃料電池の運転)を図ることができる。   In this case, in the shell-and-tube heat exchanger 1, the off-gas of the fuel cell and the cooling water can be subjected to heat exchange, thereby cooling the off-gas and heating the cooling water. By cooling off-gas, the water in the off-gas is condensed, and the condensed water is returned to the fuel cell from the branch pipe (not shown) of the second outlet pipe 9 (or the header 7B to which it is connected), and water is self-supporting (external The fuel cell can be operated without replenishing water.

本発明のシェルアンドチューブ式熱交換器1は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、第一流体が通される中空状のシェル2と、このシェル2内に配置されて第二流体が通されるチューブ3とを備え、チューブ3は、左右に蛇行しつつ下方へ進みながら、シェル2の左右に架け渡されるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。   The shell and tube heat exchanger 1 of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and can be changed as appropriate. In particular, it comprises a hollow shell 2 through which the first fluid is passed, and a tube 3 which is arranged in the shell 2 and through which the second fluid is passed, and the tube 3 moves downward while meandering left and right. The other configuration can be changed as appropriate as long as it extends across the left and right sides of the shell 2.

また、前記実施例において、各チューブ3には、特に直管状部3aに、フィンなどの伝熱面拡大部材を設けてもよい。さらに、前記実施例において、各チューブ3の直管状部3aは、水平に配置されるのではなく、先端側(下流側)へ向けて下方へ若干傾斜するよう形成されてもよい。   In the embodiment, each tube 3 may be provided with a heat transfer surface expanding member such as a fin, particularly in the straight tubular portion 3a. Furthermore, in the said Example, the straight tubular part 3a of each tube 3 may be formed so that it may incline a little toward the front end side (downstream side) instead of being arrange | positioned horizontally.

その他、前記実施例では、シェル2には、下方から上方へ第一流体を通し、チューブ3には、上方から下方へ第二流体を通したが、場合によりこれとは逆に利用してもよい。すなわち、シェル2には、上方から下方へ第一流体を通し、チューブ3には、下方から上方へ第二流体を通してもよい。その場合、シェル2には、上部に第一入口管4が接続され、下部に第一出口管5が接続される。また、図1において、右側のヘッダ7Bに第二入口管8が接続され、左側のヘッダ7Aに第二出口管9が接続される。   In addition, in the said Example, although the 1st fluid was passed through the shell 2 from the downward | lower direction to the upper part, the 2nd fluid was passed through the tube 3 from the downward | lower direction from the upper direction. Good. That is, the first fluid may be passed through the shell 2 from the top to the bottom, and the second fluid may be passed through the tube 3 from the bottom to the top. In that case, a first inlet pipe 4 is connected to the upper part of the shell 2 and a first outlet pipe 5 is connected to the lower part. In FIG. 1, a second inlet pipe 8 is connected to the right header 7B, and a second outlet pipe 9 is connected to the left header 7A.

1 シェルアンドチューブ式熱交換器
2 シェル
3 チューブ(3a:直管状部、3b:略円弧状部)
4 第一入口管
5 第一出口管
6 隔壁
7 ヘッダ(7A:一方のヘッダ、7B:他方のヘッダ)
8 第二入口管
9 第二出口管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shell and tube type heat exchanger 2 Shell 3 Tube (3a: Straight tubular part, 3b: Substantially arc-shaped part)
4 First inlet pipe 5 First outlet pipe 6 Bulkhead 7 Header (7A: one header, 7B: the other header)
8 Second inlet pipe 9 Second outlet pipe

Claims (5)

第一流体が通される中空状のシェルと、このシェル内に配置されて第二流体が通されるチューブとを備え、
前記チューブは、左右に蛇行しつつ下方へ進みながら、前記シェルの左右に架け渡されている
ことを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器。
A hollow shell through which the first fluid is passed, and a tube disposed in the shell and through which the second fluid is passed,
The tube is stretched to the left and right of the shell while moving downward while meandering from side to side. The shell and tube heat exchanger.
前記シェルの左右には、隔壁を介して中空状のヘッダが設けられており、
左右のヘッダを架け渡すように、複数本の前記チューブが前後に離隔して設けられており、
各チューブの端部は、各ヘッダ内に開口されており、
前記シェルの上下に、第一流体の出入口が設けられる一方、左右のヘッダに、第二流体の出入口が設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
On the left and right sides of the shell, a hollow header is provided via a partition,
A plurality of the tubes are provided apart from each other in the front-rear direction so as to bridge the left and right headers.
The end of each tube is open in each header,
The shell-and-tube heat exchanger according to claim 1, wherein a first fluid inlet / outlet port is provided above and below the shell, and a second fluid inlet / outlet port is provided on the left and right headers.
前記チューブは、左右方向一方のヘッダから他方へ向けて直管状に延出した後、略半円弧状に下方へ折り返されて、左右方向一方へ向けて直管状に延出した後、再び略半円弧状に下方へ折り返されて、左右方向他方へ向けて直管状に延出して、左右方向他方のヘッダに接続されており、
前記シェルは、略矩形状に形成されている
ことを特徴とする請求項2に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
The tube extends in a straight tube from one header in the left-right direction to the other, and then is folded downward in a substantially semicircular arc shape to extend in a straight tube in one side in the left-right direction. Folded downward in an arc shape, extended in a straight tube toward the other side in the left-right direction, and connected to the other header in the left-right direction,
The shell and tube heat exchanger according to claim 2, wherein the shell is formed in a substantially rectangular shape.
左右方向一方のヘッダに、前記チューブの上端部が接続されると共に第二流体の入口が設けられ、左右方向他方のヘッダに、前記チューブの下端部が接続されると共に第二流体の出口が設けられ、
前記シェルには、左右方向他方の下部に、第一流体の入口が設けられ、左右方向一方の上部に、第一流体の出口が設けられる
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
The upper end of the tube is connected to one header in the left-right direction and an inlet for the second fluid is provided, and the lower end of the tube is connected to the other header in the left-right direction and the outlet for the second fluid is provided. And
The said shell is provided with the inlet of the 1st fluid in the lower part of the other side of the left-right direction, and the outlet of the 1st fluid is provided in the upper part of one side of the left-right direction. Shell and tube heat exchanger.
燃料電池のオフガスと、そのオフガスの冷却水との熱交換に用いられ、
第一流体としての冷却水がシェルに通され、第二流体としてのオフガスがチューブに通される
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
Used for heat exchange between the off-gas of the fuel cell and the cooling water of the off-gas,
The shell-and-tube heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein cooling water as the first fluid is passed through the shell and off-gas as the second fluid is passed through the tube. .
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