JP2000346569A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体と伝熱面との熱伝達を効果的に促進して
熱交換性能を高める。 【解決手段】 主管７の内部に芯材８を同芯状に配置し
て、芯材８の外面と主管７の内面との間の隙間を第１流
体路ｆ１とし、芯材８の内部又は主管７の外側を第２流
体路ｆ２として、第２流体路ｆ２の通過第２流体Ｇと第
１流体路ｆ１の通過第１流体Ｗとを熱交換させる熱交換
器において、芯材８の外面と主管７の内面とにわたる横
断面形状で主管７の管芯を螺旋中心とする螺旋状に管芯
方向へ延びる螺旋条２６を設け、この螺旋条２６によ
り、第１流体路ｆ１を管芯方向へ螺旋状に延びる螺旋流
路にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器に関し、詳
しくは、主管の内部に芯材を同芯状に配置して、芯材の
外面と主管の内面との間の隙間を第１流体路とし、そし
て、主管の外側又は芯材の内部を第２流体路として、こ
の第２流体路の通過第２流体と上記第１流体路の通過第
１流体とを夫々の通過過程で熱交換させる熱交換器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の熱交換器では、図１５に
示す如く、芯材８の外面と主管７の内面との間に形成さ
れる環状の隙間ｓを第１流体路ｆ１とし、この環状隙間
ｓにおいて第１流体Ｗを主管７の管芯方向と平行な流れ
向きに通過させていた。

【０００３】なお、同図１５に示す例は、芯材８を管に
して、芯材８の内部を上記環状隙間ｓに対する第１流体
Ｗの導入路（ないし導出路）とするバヨネット型の熱交
換器を示し、主管７の外側を第２流体路ｆ２として、こ
の第２流体路ｆ２の通過第２流体Ｇと第１流体路ｆ１と
しての上記環状隙間ｓの通過第１流体Ｗとを熱交換させ
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来構
造では、伝熱管としての主管７の内面と第１流体Ｗとの
間の熱伝達（芯材８の内部を第２流体路ｆ２とする場合
は芯材８の外面と第１流体Ｗとの間の熱伝達）を促進し
て熱交換性能を高めるのに、第１流体路ｆ１としての環
状隙間ｓの隙間寸法ｅ（すなわち、芯材８の外面と主管
７の内面との半径差）を極力小さくして、第１流体Ｗの
流速を大きくすることが要求されるが、この隙間寸法ｅ
を小さくすると、芯材８と主管７とが製作誤差で僅かに
偏芯するだけでも、芯材８が主管７の内面に接触する状
態になって、また、接触に至らずとも隙間寸法ｅに対し
相対的に大きな偏芯となって、環状隙間ｓにおける第１
流体Ｗの流れの均一性が大きく損なわれ、そのことで却
って全体としての熱伝達の促進が制限されてしまい、こ
のことから、熱交換性能の効果的な向上が難しく、ま
た、熱交換性能の向上に高い製作精度が要求されて製作
コストが高く付く問題があった。

【０００５】そしてまた、従来構造では、上記の如く隙
間寸法ｅの縮小による性能向上が製作上難しいことか
ら、図１６に示す如く、主管７と芯材８との組み体の複
数組９′を並列配置する装置構造を採る場合、これら組
み体９′夫々の環状隙間ｓへ第１流体Ｗを直列に通過さ
せて各環状隙間ｓにおける第１流体Ｗの流量を大きく確
保することで、第１流体Ｗの流速を大きくして熱伝達を
促進するようにするが、この場合、直列通過であるた
め、また、１つの環状隙間ｓを通過した第１流体Ｗを方
向反転させて次の環状隙間ｓに流入させる形態となるた
め、さらには、その方向反転部の流路構造が複雑になる
ため、全体としての第１流体Ｗの圧力損失が大きくなっ
て流体搬送に要する動力が嵩み、また、流路構造の複雑
化で製作コストも高く付く問題があった。

【０００６】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
合理的な流路構造により上記の如き問題を解消する点に
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明では、主管の内部に芯材を同芯状に配置して、この芯
材の外面と前記主管の内面との間の隙間を第１流体路と
し、前記主管の外側又は前記芯材の内部を第２流体路と
して、この第２流体路の通過第２流体と前記第１流体路
の通過第１流体とを夫々の通過過程で熱交換させる熱交
換器において、前記芯材の外面と前記主管の内面とにわ
たる横断面形状で前記主管の管芯を螺旋中心とする螺旋
状に管芯方向へ延びる螺旋条を設け、この螺旋条によ
り、前記第１流体路を管芯方向へ螺旋状に延びる螺旋流
路にする。

【０００８】つまり、この構成によれば（図６及び図７
参照）、芯材８の外面と主管７の内面との間の隙間寸法
ｅの設定と、上記螺旋条２６の螺旋ピッチｄ（換言すれ
ば、上記螺旋流路の管芯方向における流路巾）の設定と
の両方で、第１流体路ｆ１としての上記螺旋流路の流路
断面積を調整することができ、これにより、芯材８の外
面と主管７の内面との間の環状隙間ｓに対し第１流体Ｗ
を管芯方向と平行な流れ向きでに通過させる先述の図１
５に示す如き従来装置において環状隙間ｓの隙間寸法ｅ
の縮小だけで第１流体Ｗの流速を大きくするに比べ、隙
間寸法ｅを小さくすることの必要性を軽減しながら、上
記螺旋流路ｆ１における第１流体Ｗの流速を十分に大き
く確保することができる。

【０００９】また、螺旋条２６が主管７の内部で芯材８
の位置決め具としても機能することで、主管７の内部へ
の芯材８の同芯配置（換言すれば、適切な螺旋流路ｆ１
の形成）も容易になり、これらのことから、従来構造に
比べ、製作を容易にして製作コストを安価にしながら
も、図６の如く主管７の外側を第２流体路ｆ２とする場
合では主管７の内面と第１流体Ｗとの間の熱伝達を、ま
た、図７の如く芯材８の内部を第２流体路ｆ２とする場
合では芯材８の外面と第１流体Ｗとの間の熱伝達を上記
の流速確保により効果的に促進して、熱交換性能を効果
的に高めることができる。

【００１０】なお、請求項１に係る発明の実施において
は、図６に示す如く主管７の外側のみを第２流体路ｆ２
とする形式や、図７に示す如く芯材８の内部のみを第２
流体路ｆ２とする形式に限らず、図８に示す如く主管７
の外側と芯材８の内部の両方を第２流体路ｆ２とする形
式を採用してもよく、この場合、上記螺旋条２６を設け
ることで、主管７の内面と第１流体Ｗとの間の熱伝達、
及び、芯材８の外面と第１流体Ｗとの間の熱伝達の両方
を効果的に促進することができて、熱交換性能を一層効
果的に高めることができる。

【００１１】上記螺旋条２６は、芯材８及び主管７のい
ずれとも別体のものを芯材８又は主管７のいずれかに固
着させた状態で芯材８と主管７の間に装備する形式、あ
るいは、別体状態のままで芯材８と主管７の間に装備す
る形式、さらにまた、芯材８又は主管７のいずれか一方
に一体形成しておく形式のいずれを採用してもよいが、
螺旋条２６を芯材８に一体形成しておく形式であれば、
芯材８の形成において、芯材外面側への加工で螺旋条２
６を容易に同時形成することができ、この点で製作を容
易にすることができる。

【００１２】〔２〕請求項２に係る発明では、請求項１
に係る発明の実施にあたり、前記主管を同芯状に囲う外
管を設けるとともに、この外管と前記主管と前記芯材と
の組み体を内部孔に同芯状に配置する囲い部材を設け、
前記主管の外面と前記外管の内面との間の隙間を前記第
２流体路とし、かつ、前記外管の外面と前記囲い部材に
おける前記内部孔の内面との間の隙間を外側第１流体路
として、この外側第１流体路の通過第１流体を前記第１
流体路の通過第１流体とともに前記第２流体路の通過第
２流体と熱交換させる構造にし、前記外管の外面と前記
内部孔の内面とにわたる横断面形状で前記主管の管芯を
螺旋中心とする螺旋状に管芯方向へ延びる外側螺旋条を
設け、この外側螺旋条により、前記外側第１流体路を管
芯方向へ螺旋状に延びる螺旋流路にする。

【００１３】つまり、この構成によれば（図９参照）、
上記の外側第１流体路ｆ３における通過第１流体Ｗを、
前記第１流体路ｆ１の通過第１流体Ｗとともに上記第２
流体路ｆ２の通過第２流体Ｇと熱交換させることで、換
言すれば、主管７の外面と外管６の内面との間の隙間を
通過させる第２流体Ｇを、主管７の外面と外管６の内面
との表裏２面において第１流体Ｗと熱交換させること
で、伝熱面積を大きく確保して熱交換性能を高めること
ができる。

【００１４】そして、この伝熱面積の増大による性能向
上に加え、上記の外側螺旋条２７により、外側第１流体
路ｆ３を管芯方向へ螺旋状に延びる螺旋流路にすること
で、外側第１流体路ｆ３における通過第１流体Ｗと外管
６の外面との間の熱伝達についても、前述の請求項１に
係る発明による熱伝達の促進（すなわち、第１流体路ｆ
１の通過第１流体Ｗと主管７の内面との間の熱伝達の促
進）と同様に効果的に促進して、熱交換性能をさらに効
果的に高めることができる。

【００１５】また、上記の外側螺旋条２７は囲い部材５
の内部孔において外管６の位置決め具としても機能し、
これにより、装置製作において囲い部材５の内部孔への
外管６の同芯配置も容易になる。

【００１６】なお、請求項２に係る発明の実施において
は、主管７の外面と外管６の内面との間の隙間のみを第
２流体路ｆ２とする形式に限らず、主管７の外面と外管
６の内面との間の隙間、及び、芯材８の内部の両方を第
２流体路ｆ２とする形式を採用して、伝熱面積をさらに
大きく確保するようにしてもよい。

【００１７】また、図１０に示す如く、主管７の外面と
外管６の内面とにわたる横断面形状で主管７の管芯を螺
旋中心とする螺旋状に管芯方向へ延びる第２流体用の螺
旋条２８を設け、この第２流体用の螺旋条２８により、
主管７の外面と外管６の内面との間の第２流体路ｆ２を
管芯方向へ螺旋状に延びる螺旋流路にすることで、主管
７の外面と第２流体Ｇとの間の熱伝達、及び、外管６の
内面と第２流体Ｇとの間の熱伝達も効果的に促進して、
熱交換性能をさらに効果的に高めるようにしてもよい。

【００１８】上記の外側螺旋条２７は、外管６及び囲い
部材５のいずれとも別体のものを外管６又は囲い部材５
のいずれかに固着させた状態で外管６と囲い部材５の間
に装備する形式、あるいは、別体状態のままで外管６と
囲い部材５の間に装備する形式、さらにまた、外管６又
は囲い部材５のいずれか一方に一体形成しておく形式の
いずれを採用してもよいが、外側螺旋条２７を外管６に
一体形成しておく形式であれば、外管６の形成におい
て、外管外面側への加工で外側螺旋条２７を容易に同時
形成することができ、この点で製作を容易にすることが
できる。

【００１９】同様に、図１０に示す如き第２流体用の螺
旋条２８を設ける場合についても、この第２流体用の螺
旋条２８は、主管７及び外管６のいずれとも別体のもの
を主管７又は外管６のいずれかに固着させた状態で主管
７と外管６の間に装備する形式、あるいは、別体状態の
ままで主管７と外管６の間に装備する形式、さらにま
た、主管７又は外管６のいずれか一方に一体形成してお
く形式のいずれを採用してもよい。

【００２０】〔３〕請求項３に係る発明では、請求項１
又は２に係る発明の実施にあたり、前記主管と前記芯材
との組み体の複数組、又は、前記囲い部材と前記外管と
前記主管と前記芯材との組み体の複数組を並列に配置
し、これら並列配置した複数組の組み体の夫々における
前記第１流体路又は前記外側第１流体路へ第１流体を並
列に通過させる構造にする。

【００２１】つまり、先述の如く従来では、主管７と芯
材８との組み体９′の複数組を並列配置する装置構造を
採る場合（図１６参照）、これら組み体９′の夫々にお
ける芯材８と主管７の間の第１流体路ｆ１としての環状
隙間ｓへ第１流体Ｗを直列に通過させて各環状隙間ｓに
おける第１流体Ｗの流量を大きく確保することで、第１
流体Ｗの流速を大きくして熱伝達を促進するようにした
が、このような直列形式に比べ、上記構成によれば（図
１１及び図１２参照）、並列配置した複数組の組み体
９′，９の夫々における第１流体路ｆ１又は外側第１流
体路ｆ３へ第１流体Ｗを並列に通過させるから、仮に、
これら第１流体路ｆ１としての螺旋流路又は外側第１流
体路ｆ３としての螺旋流路の各々の流路抵抗が従来にお
ける第１流体路としての環状隙間ｓの各々の流路抵抗と
同じ、ないし、それより多少大きいとしても、これら第
１流体路ｆ１の流路群又は外側第１流体路ｆ３の流路群
の全体としての流路抵抗（換言すれば、それら流路群の
全体についても第１流体Ｗの圧力損失）はかなり小さく
することができる。

【００２２】また、１つの第１流体路ｆ１又は外側第１
流体路ｆ３を通過した第１流体Ｗを方向反転させて次の
第１流体路ｆ１又は外側第１流体路ｆ３へ流入させると
いったことを不要にし得る（直列形式を組み合わせる場
合では、方向反転の繰り返し回数を低減できる）こと
や、このように方向反転が不要になる（ないしは、方向
反転の繰り返し回数が低減する）ことで流路構造を簡単
にし得ることからも、第１流体路ｆ１の流路群又は外側
第１流体路ｆ３の流路群の全体としての流路抵抗を低減
でき、これにより、複数の組み体９，９′を並列配置す
る装置構造を採ることにおいて、流体搬送に要する動力
を効果的に低減できるとともに、流路構造の簡単化で製
作を容易にして製作コストも安価にすることができる。

【００２３】そして、このように第１流体Ｗを複数の組
み体９，９′夫々の第１流体路ｆ１又は外側第１流体路
ｆ３に分配して並列に通過させることで全体としての流
路抵抗（第１流体Ｗの圧力損失）を効果的に低減するよ
うにしながらも、熱交換性能については、請求項１に係
る発明による熱伝達の促進（すなわち、第１流体路ｆ１
の通過第１流体Ｗと主管７の内面（ないし芯材８の外
面）との間の熱伝達の促進）や、請求項２に係る発明に
よる熱伝達の促進（すなわち、外側第１流体路ｆ３の通
過第１流体Ｗと外管６の外面との間の熱伝達の促進）を
もって、高い熱交換性能を確保することができる。

【００２４】〔４〕請求項４に係る発明では、請求項１
〜３のいずれか１項に係る発明の実施にあたり、前記螺
旋条又は前記外側螺旋条を弾性材で形成する。

【００２５】つまり（図６及び図９参照）、前記の螺旋
条２６を弾性材で形成する場合、芯材８と主管７とが製
作誤差で多少偏芯するとしても、また、螺旋条２６その
ものに製作誤差があるとしても、それら偏芯や螺旋条２
６そのものの製作誤差を弾性材で形成した螺旋条２６の
弾性変形により吸収した状態で、芯材８の外面と主管７
の内面との間に螺旋条２６を適切に装備して、第１流体
路ｆ１としての螺旋流路を適切に形成することができ
る。

【００２６】また同様に、前記の外側螺旋条２７を弾性
材で形成する場合、外管６と囲い部材５の内部孔とが製
作誤差で多少偏芯するとしても、また、外側螺旋条２７
そのものに製作誤差があるとしても、それら偏芯や外側
螺旋条２７そのものの製作誤差を弾性材で形成した外側
螺旋条２７の弾性変形により吸収した状態で、外管６の
外面と囲い部材５の内部孔の内面との間に外側螺旋条２
７を適切に装備して、外側第１流体路ｆ３としての螺旋
流路を適切に形成することができ、これらのことによ
り、装置の製作を一層容易にすることができる。

【００２７】そしてまた、弾性材は一般に熱伝導性が低
いことから、螺旋条２６を弾性材とすることにより、第
１流体路ｆ１としての螺旋流路での螺旋条２６を介して
の第１流体Ｗどうしの熱授受も効果的に抑止することが
でき、また同様に、外側螺旋条２７を弾性材とすること
により、外側第１流体路ｆ３としての螺旋流路での外側
螺旋条２７を介しての第１流体Ｗどうしの熱授受も効果
的に抑止することができ、これらことで、熱交換性能も
さらに効果的に高めることができる。

【００２８】〔５〕請求項５に係る発明では、請求項１
〜４のいずれか１項に係る発明の実施にあたり、前記螺
旋条又は前記外側螺旋条を並列の複数条にして、前記第
１流体路又は前記外側第１流体路を並列の複数螺旋流路
にする。

【００２９】つまり、この構成によれば（図１３及び図
１４参照）、第１流体路ｆ１又は外側第１流体路ｆ３に
おいて第１流体Ｗに対し案内壁として機能する螺旋条２
６又は外側螺旋条２７を並列の複数条にすることで、第
１流体Ｗに対する整流機能を高めて、第１流体路ｆ１又
は外側第１流体路ｆ３としての螺旋流路における各流路
断面での第１流体Ｗの流速分布を管芯方向（すなわち、
螺旋流路の流路巾方向）について均一化することがで
き、これにより、螺旋条２６を並列の複数条とする場合
では、主管７の内面ないし芯材８の外面と第１流体路ｆ
１における通過第１流体Ｗとの間の熱伝達を、また、外
側螺旋条２７を並列の複数条とする場合では、外管６の
外面と外側第１流体路ｆ３における通過第１流体Ｗとの
間の熱伝達を一層効果的に達成して、熱交換性能をさら
に効果的に高めることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１はスターリングサイクル機器
の熱入出力部を示し、多管構造の熱交換器１をシリンダ
室２の頭部に取り付け、シリンダ室２からガス路３への
作動ガスＧの吐出とガス路３からシリンダ室２への作動
ガスＧの吸入とをピストン４の往復動作に伴い繰り返す
ことにおいて、その作動ガスＧを上記熱交換器１で熱交
換対象の流体Ｗと熱交換させる。

【００３１】ガス路３は蓄熱材を充填した再生熱交換器
を介してスターリングサイクル機器における他のシリン
ダ室に連通させてあり、作動ガスＧにはヘリウムガスや
水素ガスあるいは空気などの種々の気体が用いられる。

【００３２】また、熱交換対象の流体Ｗの一例として
は、放熱源としての冷却用流体（例えば冷却水）や、吸
熱源としての冷却対象流体（例えば冷水やブライン）、
あるいは、加熱源としての高温流体（例えば燃焼ガスや
廃熱保有水）を挙げることができる。

【００３３】上記熱交換器１は、同図１〜図５及び図９
に示す如く、囲い部材としての囲い管５の内部に外管６
を同芯状に配置するとともに、その外管６の内部にシリ
ンダ室側の端部を閉塞した主管７を同芯状に配置し、さ
らに、その主管７の内部に芯材としての内管８を同芯状
に配置した多重管構造の組み体９を単位ユニットとし、
この組み体９をシリンダ室２の筒軸芯Ｐと平行な姿勢で
環状に並列配置した構造にしてある。

【００３４】そして、これら組み体９の夫々における内
管８の外面と主管７の内面との間の隙間を第１流体路ｆ
１として、これら第１流体路ｆ１を、後述の第１流体路
用のヘッダ構造を介し熱交換対象流体Ｗの供給路１０ａ
及び排出路１１ａに接続するとともに、組み体９の夫々
における外管６の外面と囲い管５の内面との間の隙間を
外側第１流体路ｆ３として、これら外側第１流体路ｆ３
を、後述の外側第１流体路用のヘッダ構造を介し同じく
熱交換対象流体Ｗの供給路１０ｂ及び排出路１１ｂに接
続し、これに対し、組み体９の夫々における主管７の外
面と外管６の内面との間の隙間を第２流体路ｆ２とし
て、これら第２流体路ｆ２のシリンダ室側端をシリンダ
室２に開口させるとともに、これら第２流体路ｆ２の反
シリンダ室側端を第２流体路用のヘッダ室１２を通じて
ガス路３に連通させてある。

【００３５】また、内管８と主管７との組み体について
は、いわゆるバヨネット形式を採用し、内管８の内部
を、内管８の外面と主管７の内面との間の上記第１流体
路ｆ１に対する熱交換対象流体Ｗの導出入路にしてあ
る。

【００３６】つまり、この構造により、組み体９の夫々
における内管８の外面と主管７の内面との間の第１流体
路ｆ１、及び、外管６の外面と囲い管５の内面との間の
外側第１流体路ｆ３に、第１流体としての熱交換対象流
体Ｗを通過させ、一方、組み体９の夫々における主管７
の外面と外管６の内面との間の第２流体路ｆ２に、第２
流体としての作動ガスＧを通過させ、これらの通過過程
で作動ガスＧと熱交換対象流体Ｗとを熱交換させる。

【００３７】第１流体路用のヘッダ構造については、各
主管７の反シリンダ室側の端部を保持する主管保持部材
１３に、全ての組み体９の第１流体路ｆ１を開口させる
環状溝１４を形成し、そして、この環状溝１４に、各内
管８の反シリンダ室側の端部を保持するリング状の内管
保持部材１５を嵌合させる組み付け構造において、この
内管保持部材１５の内管側端面に、全ての組み体９の第
１流体路ｆ１に連通させる渡りヘッダ室用の環状溝１６
を形成し、一方、この内管保持部材１５の反内管側端面
には、半数の組み体９の内管８の内部に連通する入口ヘ
ッダ室用の半弧状溝１７、及び、残りの半数の組み体９
の内管８の内部に連通する出口ヘッダ室用の半弧状溝１
８を形成してある。

【００３８】すなわち、主管保持部材１３の環状溝１４
に内管保持部材１５を嵌合させて、その環状溝１４に対
する蓋部材１９を主管保持部材１３に連結した組み付け
状態において、半弧状溝１７により形成される入口ヘッ
ダ室ｈ１で供給路１０ａからの第１流体Ｗ（熱交換対象
流体）を半数の組み体９の内管８の内部に分配供給し
て、これら半数の組み体９の第１流体路ｆ１へ第１流体
Ｗを並列的に通過させ、続いて、これら半数の組み体９
の第１流体路ｆ１を通過した第１流体Ｗを、環状溝１６
により形成される渡りヘッダ室ｈ２を通じ、残りの半数
の組み体９の第１流体路ｆ１へ並列的に通過させ、そし
て、これら残りの半数の組み体９の第１流体路ｆ１を通
過した第１流体Ｗを、これら残りの半数の組み体９の内
管８の内部を通じ、半弧状溝１８により形成される出口
ヘッダ室ｈ３で集合させて、この出口ヘッダ室ｈ３から
排出路１１ａへ送出する。

【００３９】また、外側第１流体路用のヘッダ構造につ
いては、各囲い管５のシリンダ室側の端部を保持する円
盤状の囲い管保持部材２０に、全ての組み体９の外側第
１流体路ｆ３のシリンダ室側端に連通させる入口ヘッダ
室用の環状溝２１を形成するとともに、各囲い管５の反
シリンダ室側の端部を保持する円盤状の囲い管保持部材
２２に、全ての組み体９の外側第１流体路ｆ３の反シリ
ンダ室側端に連通させる出口ヘッダ室用の環状溝２３を
形成してある。

【００４０】すなわち、各外管６のシリンダ室側の端部
を保持する円盤状の外管保持部材２４とシリンダ室側の
囲い管保持部材２０とを組み付け、かつ、各外管６の反
シリンダ室側の端部を保持する円盤状の外管保持部材２
５と反シリンダ室側の囲い管保持部材２２とを組み付け
た状態において、環状溝２１により形成される入口ヘッ
ダ室ｈ４で供給路１０ｂからの第１流体Ｗ（熱交換対象
流体）を全ての組み体９の外側第１流体路ｆ３へ分配供
給して、これら外側第１流体路ｆ３へ第１流体Ｗを並列
的に通過させ、そして、これら外側第１流体路ｆ３を通
過した第１流体Ｗを、環状溝２３により形成される出口
ヘッダ室ｈ５で集合させて、この出口ヘッダ室ｈ５から
排出路１１ｂへ送出する。

【００４１】各組み体９における内管８の外面と主管７
の内面との間には、それら内管８の外面と主管７の内面
とにわたる横断面形状で、主管７の管芯を螺旋中心とす
る螺旋状に管芯方向へ延びる螺旋条２６を設け、この螺
旋条２６により、内管８の外面と主管７の内面との間の
前記第１流体路ｆ１を管芯方向へ螺旋条に延びる螺旋流
路にしてある。

【００４２】また同様に、各組み体９における外管６の
外面と囲い管５の内面との間には、それら外管６の外面
と囲い管５の内面とにわたる横断面形状で、主管７の管
芯を螺旋中心とする螺旋状に管芯方向へ延びる外側螺旋
条２７を設け、この外側螺旋条２７により、外管６の外
面と囲い管５の内面との間の前記外側第１流体路ｆ３を
管芯方向へ螺旋条に延びる螺旋流路にしてある。

【００４３】つまり、上記螺旋条２６を設けることによ
り、内管８の外面と主管７の内面との間の隙間寸法ｅの
設定と、螺旋条２６の螺旋ピッチｄ（螺旋流路の管芯方
向における流路巾）の設定との両方で、第１流体路ｆ１
としての上記螺旋流路の流路断面積を調整できるように
し、これにより、隙間寸法ｅの縮小だけで第１流体Ｗの
流速を大きくするに比べ、隙間寸法ｅを小さくすること
の必要性を軽減して製作を容易にしながら、第１流体路
ｆ１としての上記螺旋流路における第１流体Ｗの通過流
速を十分に大きく確保して、伝熱面としての主管７の内
面と通過第１流体Ｗとの間の熱伝達を効果的に促進す
る。

【００４４】また、上記外側螺旋条２７を設けることに
より、同様に、外管６の外面と囲い管５の内面との間の
隙間寸法ｅ′を小さくすることの必要性を軽減して製作
を容易にしながら、外側第１流体路ｆ３としての上記螺
旋流路における第１流体Ｗの通過流速を十分に大きく確
保して、伝熱面としての外管６の外面と通過第１流体Ｗ
との間の熱伝達を効果的に促進し、これら主管７の内面
側及び外管６の外面側の双方の熱伝達の促進により熱交
換性能を効果的に高める。

【００４５】なお、螺旋条２６は芯材としての内管８に
一体形成してあり、これら螺旋条２６と内管８との一体
形成品はゴムなどの弾性材で形成してある。一方、外側
螺旋条２７は金属製の外管６の外面に対する削り出し加
工で外管６に一体形成してある。

【００４６】〔別実施形態〕前述の実施形態では、芯材
としての内管８の内部を、内管８の外面と主管７の内面
との間の第１流体路ｆ１に対する第１流体Ｗの導出入路
とするバヨネット形式を採用したが、本発明は、主管７
の内部に同芯状に配置する芯材を中実材として主管７の
外側を第２流体路ｆ２とする形式や、図７に示す如く芯
材８（内管）の内部を第２流体路ｆ２とする形式、ある
いは、図８に示す如く芯材８の内部と主管７の外側との
両方を第２流体路ｆ２とする形式にも適用できる。

【００４７】前述の実施形態では、主管７の外面と外管
６の内面との間の環状隙間を第２流体路ｆ２にしたが、
図１０に示す如く、主管７の外面と外管６の内面とにわ
たる横断面形状で主管７の管芯を螺旋中心とする螺旋状
に管芯方向へ延びる第２流体用の螺旋条２８を設け、こ
の第２流体用の螺旋条２８により、主管７の外面と外管
６の内面との間の第２流体路ｆ２についても管芯方向へ
螺旋状に延びる螺旋流路にする構造を採用してもよい。

【００４８】また、前述の実施形態では、芯材８（内
管）の外面と主管７の内面との間に１条の螺旋条２６を
装備するとともに、外管６の外面と囲い管５の内面との
間に１条の外側螺旋条２７を装備する例を示したが、こ
れに代え、図１３や図１４に示す如く、芯材８（内管）
の外面と主管７の内面との間に装備する螺旋条２６や外
管６の外面と囲い管５の内面との間に装備する外側螺旋
条２７を並列の複数条（図の例では３条）にして、第１
流体路ｆ１や外側第１流体路ｆ３を並列の複数螺旋流路
にするようにしてもよい。

【００４９】螺旋条２６や外側螺旋条２７を弾性材で形
成する場合、その弾性材としてはゴムやフッ素樹脂を初
めとして種々のものを適用できる。

【００５０】前述の実施形態では、外管６と主管７と芯
材８（内管）との組み体を囲い部材としての囲い管５の
内部に同芯状に配置する構造を示したが、外管６と主管
７と芯材８（内管）との組み体を内部孔に同芯状に配置
する囲い部材は、管材に限定されるものではなく、ブロ
ック体であってもよい。

【００５１】本発明による熱交換器はスターリングサイ
クル機器での使用に限らず、各種分野で使用でき、熱交
換させる第１流体Ｗ及び第２流体Ｇは夫々、どのような
液体、あるいは、どのような気体であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態を示す熱交換器の全体縦断面図

【図２】実施形態を示す要部の縦断面図

【図３】実施形態を示す要部の一部切欠斜視図

【図４】実施形態を示す要部の分解図

【図５】実施形態を示す図であり、（イ）は要部の平面
図（ロ）は要部の側面図、（ハ）は要部の背面図

【図６】発明構成を説明する縦断面図

【図７】発明構成を説明する縦断面図

【図８】発明構成を説明する縦断面図

【図９】実施形態を示すとともに発明構成を説明する縦
断面図

【図１０】発明構成を説明する縦断面図

【図１１】発明構成を説明する縦断面図

【図１２】発明構成を説明する縦断面図

【図１３】発明構成を説明する図であり、（イ）は一部
切欠斜視図、（ロ）は螺旋条のみを強調した斜視図

【図１４】発明構成を説明する図であり、（イ）は一部
切欠斜視図、（ロ）は螺旋条及び外側螺旋条のみを強調
した斜視図

【図１５】従来構造を示す縦断面図

【図１６】従来構造を示す縦断面図

【符号の説明】

５ 囲い部材 ６ 外管 ７ 主管 ８ 芯材 ９ 囲い部材と外管と主管と芯材との組み体 ９′ 主管と芯材との組み体 ２６ 螺旋条 ２７ 外側螺旋条 ｆ１ 第１流体路 ｆ２ 第２流体路 ｆ３ 外側第１流体路 Ｇ 第２流体 ｗ 第１流体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主管の内部に芯材を同芯状に配置して、
   この芯材の外面と前記主管の内面との間の隙間を第１流
   体路とし、 前記主管の外側又は前記芯材の内部を第２流体路とし
   て、この第２流体路の通過第２流体と前記第１流体路の
   通過第１流体とを夫々の通過過程で熱交換させる熱交換
   器であって、 前記芯材の外面と前記主管の内面とにわたる横断面形状
   で前記主管の管芯を螺旋中心とする螺旋状に管芯方向へ
   延びる螺旋条を設け、 この螺旋条により、前記第１流体路を管芯方向へ螺旋状
   に延びる螺旋流路にしてある熱交換器。
2. 【請求項２】 前記主管を同芯状に囲う外管を設けると
   ともに、この外管と前記主管と前記芯材との組み体を内
   部孔に同芯状に配置する囲い部材を設け、 前記主管の外面と前記外管の内面との間の隙間を前記第
   ２流体路とし、かつ、前記外管の外面と前記囲い部材に
   おける前記内部孔の内面との間の隙間を外側第１流体路
   として、この外側第１流体路の通過第１流体を前記第１
   流体路の通過第１流体とともに前記第２流体路の通過第
   ２流体と熱交換させる構造にし、 前記外管の外面と前記内部孔の内面とにわたる横断面形
   状で前記主管の管芯を螺旋中心とする螺旋状に管芯方向
   へ延びる外側螺旋条を設け、 この外側螺旋条により、前記外側第１流体路を管芯方向
   へ螺旋状に延びる螺旋流路にしてある請求項１記載の熱
   交換器。
3. 【請求項３】 前記主管と前記芯材との組み体の複数
   組、又は、前記囲い部材と前記外管と前記主管と前記芯
   材との組み体の複数組を並列に配置し、 これら並列配置した複数組の組み体の夫々における前記
   第１流体路又は前記外側第１流体路へ第１流体を並列に
   通過させる構造にしてある請求項１又は２記載の熱交換
   器。
4. 【請求項４】 前記螺旋条又は前記外側螺旋条を弾性材
   で形成してある請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱
   交換器。
5. 【請求項５】 前記螺旋条又は前記外側螺旋条を並列の
   複数条にして、前記第１流体路又は前記外側第１流体路
   を並列の複数螺旋流路にしてある請求項１〜４のいずれ
   か１項に記載の熱交換器。