JP2002031497A - ２重管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価かつ簡単な構造で腐食液や薬液、又は吸
湿液体等の利用流体の加熱又は冷却を行うことが可能な
２重管式熱交換器を提供する。 【解決手段】 内部伝熱管３と、その外部に配設した外
殻管２とを有し、上記内部伝熱管３の内部を流通する流
体と、内部伝熱管３と外殻管２との間を流通する流体と
の間で熱交換可能に構成した２重管式熱交換器におい
て、上記伝熱管３の表面を耐食性樹脂で被覆すると共
に、上記外殻管２を耐食性樹脂で形成することによっ
て、上記伝熱管３と外殻管２との間に腐食流体を流通さ
せている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、薬液や腐食液、
又は吸湿液体等の流体を加熱冷却することが可能な２重
管式熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は外殻管２２内に内部伝熱管２３を
配設した２重管式の熱交換器２１であり、この外殻管２
２と内部伝熱管２３との間に利用流体２４を流通させる
一方、内部伝熱管２３内に上記利用流体２４を加熱又は
冷却するための熱源流体２５を流通させるように構成し
ている。従来では、このような２重管式熱交換器２１内
に流通させる流体としては、水や冷媒を用いることが多
く、このため、上記各配管２２、２３には鉄や銅等の金
属材料が使用されるのが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが近年では、半
導体分野や食品・医療等の分野で、上記水や冷媒以外の
流体、すなわち腐食液や酸等の薬液が使用され、これら
の加熱、又は保温を行う必要性が生じている。しかしな
がら、このような腐食液や薬液を上記２重管式熱交換器
２１に流した場合、内部伝熱管２３の腐食、及び外殻管
２２の内面側腐食が生じるため、上記各配管２２、２３
に従来の金属材料を用いることができないという問題が
ある。また、これを解決するために腐食に強い金属を使
用しようとすると、コストが上昇するということに加え
て、加工制約が増大するという問題が生じる。

【０００４】上記のような金属配管を使用することがで
きない薬液等の流体を加熱する方法としては、特開平１
０−７８２５９号公報に示すような方法が考えられてい
る。すなわち、これによれば、図８に示すように、アル
ミ製ドラム２６にテフロンチューブ２７を組込み、この
テフロンチューブ２７に薬液を流すと共に、このアルミ
製ドラム２６をヒータ２８で加熱することにより、アル
ミ製ドラム２６とテフロンチューブ２７内の薬液との間
で熱交換を行うことができるように構成している。しか
しながら、このような方法を用いようとすれば、熱交換
器の構造が複雑になると共に重量が大きくなるという問
題がある。また、この場合におけるテフロンチューブ２
７は強度部材であるため、その肉厚を厚くする必要があ
り、この結果、伝熱促進しにくい等の問題も生じてい
る。

【０００５】またこの他、上記２重管式熱交換器２１を
加湿器や除湿器に利用しようとした場合、水蒸気等の物
質移動を行う必要があるが、従来の２重管式熱交換器２
１は、熱源流体２５側の冷温熱を利用流体２４側に移動
させるだけで、上記物質移動に関する機能付加を考慮さ
れた構成になっていないという問題もある。

【０００６】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであり、その目的は、安価かつ簡単な構
造で腐食液や薬液、又は吸湿液体等の利用流体の加熱又
は冷却を行うことが可能な２重管式熱交換器を提供する
ことにある。また、水蒸気等の物質移動を可能とした２
重管式熱交換器を提供することもこの発明の目的であ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の２重管
式熱交換器は、外殻管２内部に伝熱管３を配設した２重
管式熱交換器において、上記伝熱管３の表面を耐食性樹
脂で被覆すると共に、上記外殻管２を耐食性樹脂で形成
したことを特徴としている。

【０００８】上記請求項１の２重管式熱交換器では、伝
熱管３の表面を耐食性樹脂で被覆すると共に、外殻管２
を耐食性樹脂で形成している。これより、簡単な構造
で、外殻管２と伝熱管３との間に腐食液や薬液等を流通
させることができると共に、これらの加熱又は冷却を行
うことが可能になる。また、上記腐食液や薬液等を流す
ことによる外殻管２や伝熱管３の腐食を防止することも
できる。さらに、上記伝熱管３表面に被覆する耐食性樹
脂は強度部材ではないため、その厚さを薄く形成するこ
とが可能となり、上記２重管式熱交換器の軽量化及び低
コスト化を図ることができる。

【０００９】また請求項２の２重管式熱交換器は、上記
外殻管２は、水蒸気や水分を透過可能な多孔質材料で形
成されていることを特徴としている。

【００１０】上記請求項２の２重管式熱交換器では、上
記外殻管２を多孔質材料で形成している。これより、上
記外殻管２と伝熱管３との間に、例えば吸湿液体を流通
させることによって、上記吸湿液体を直接加熱又は冷却
しながら、外殻管２の周囲を流れる空気との間で水蒸気
等の物質移動を行うことができる。またこれによって、
熱ロスが低下するため、その性能を改善することができ
る。

【００１１】さらに請求項３の２重管式熱交換器は、外
殻管２内部に伝熱管３を配設した２重管式熱交換器にお
いて、上記外殻管２を水蒸気や水分を透過可能な多孔質
材料で形成したことを特徴としている。

【００１２】上記請求項３の２重管式熱交換器では、上
記外殻管２を多孔質材料で形成している。これより、上
記外殻管２と伝熱管３との間に、例えば水を流通させる
ことによって、上記水を直接加熱又は冷却しながら、外
殻管２の周囲を流れる空気との間で湿分移動を行うこと
ができる。これによって、加湿や除湿を行うことが可能
になると共に、熱ロスが低下するため、その性能を改善
することができる。また、上記水を冷却することで脱臭
を行うこともできる。

【００１３】また請求項４の２重管式熱交換器は、複数
の伝熱管３・３を並設し、これらの伝熱管３・３の表面
に伝熱手段９、１１を熱的に接触させると共に、その外
周部を外殻管２で覆ったことを特徴としている。

【００１４】上記請求項４の２重管式熱交換器では、複
数の伝熱管３・３を並設し、これらを伝熱手段９、１１
で熱的に接触させるように構成している。このことによ
って、伝熱管３の加熱冷却伝熱面積を大きくすることが
できる。

【００１５】さらに請求項５の２重管式熱交換器は、上
記伝熱手段９、１１の表面に溝１４を設けたことを特徴
としている。

【００１６】上記請求項５の２重管式熱交換器では、上
記伝熱手段９、１１の表面に溝１４を設けている。この
ことによって、２重管式熱交換器の伝熱促進を図ること
ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、この発明の熱交換器の具体
的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明
する。図１は本発明の第１実施形態である２重管式熱交
換器の断面図である。

【００１８】図１に示すように、上記２重管式熱交換器
１は耐食性樹脂で形成された外殻管２内に、金属製の内
部伝熱管３が配設されており、この内部伝熱管３の表面
には、耐食性樹脂で形成された熱収縮チューブ４が被覆
されている。ここで、上記耐食性樹脂としては、例えば
フッ素系樹脂（例えば、テフロン（登録商標））、ポリ
エチレン、架橋ポリオレフィン等が用いられ、耐熱温度
や耐腐食を考慮して選定される。さらに、上記耐食性樹
脂の内部伝熱管３表面への被覆方法としては、上記のよ
うな熱収縮チューブ４で覆う他、上記耐食性樹脂で塗装
する等の方法が用いられる。そして、このように形成さ
れた２重管式熱交換器１の内部伝熱管３内に、加熱又は
冷却用の熱源流体５が流通される一方、上記熱収縮チュ
ーブ４で覆われた内部伝熱管３と外殻管２との間には、
利用流体として腐食液や薬液等の腐食流体６が流通され
るように構成されている。

【００１９】これより、上記外殻管２を耐食性樹脂で形
成すると共に、内部伝熱管３の表面を熱収縮チューブ４
で被覆するという簡単な構造で、腐食液や酸等の薬液を
流通させ、これらの加熱又は冷却を行うことが可能にな
る。またこれによって、上記腐食液や薬液等を流すこと
による外殻管２や内部伝熱管３の腐食を防止することも
できる。さらに、上記内部伝熱管３を表面被覆する熱収
縮チューブ４は、強度部材ではないため、その肉厚を約
０．１ｍｍ程度まで薄くすることが可能である。この結
果、上記２重管式熱交換器の軽量化及び低コスト化を図
ることが可能になる。

【００２０】次に、本発明の第２実施形態である２重管
式熱交換器の断面図を図２に示す。図に示すように、こ
の実施形態における２重管式熱交換器１は、内部伝熱管
３の表面に熱収縮チューブ４を被覆すると共に、その外
周部に湿分移動が可能な多孔質構造の外殻管２を配設し
ている。ここで、上記多孔質構造の外殻管２としては、
例えば、疎水性多孔膜に非多孔膜の親水性ウレタン膜を
複合させたもの等が用いられる。また上記疎水性多孔膜
の材質としては、補強用不織布とＰＴＦＥ（多孔性ポリ
テトラフルオロエチレン）との複合材や、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等が用いられ
る。また、上記熱収縮チューブ４の材質としては、上記
と同様に、例えばフッ素系樹脂（例えば、テフロン（登
録商標））、ポリエチレン、架橋ポリオレフィン等が用
いられる。そして、このように形成された２重管式熱交
換器１の内部伝熱管３内に、加熱又は冷却用の熱源流体
５が流通される一方、上記熱収縮チューブ４で覆われた
内部伝熱管３と外殻管２との間には、利用流体として塩
化リチウム水溶液（ＬｉＣｌ）や臭化リチウム水溶液
（ＬｉＢｒ）等の吸湿液体７が流通されるよう構成され
ている。

【００２１】また、このように構成された２重管式熱交
換器１の内部伝熱管３に冷温熱を流すと共に、上記外殻
管２の周囲に送風空気を流通させることによって、上記
吸湿液体７を冷却又は加熱しながら、上記２重管式熱交
換器１とその周囲の空気との間で湿分移動を可能にする
ことができる。すなわち、上記内部伝熱管３に冷却熱源
流体５を流し、上記外殻管２の周囲に送風空気を流通さ
せた場合、吸湿液体７の水蒸気分圧が周りの空気中の水
蒸気分圧よりも低くなるため、空気中の湿分が上記多孔
質構造の外殻管２を透過して内部の吸湿液体７に吸収さ
れることになる。このため、これを利用して除湿を行う
ことができる。一方、上記内部伝熱管３に加熱熱源流体
５を流し、上記外殻管２の周囲に送風空気を流通させた
場合、吸湿液体７の水蒸気分圧が周りの空気中の水蒸気
分圧よりも高くなるため、上記吸湿液体７中の湿分が上
記外殻管２を透過して周囲に放出されることになる。こ
のため、これを利用して加湿を行うことができる。

【００２２】このように、内部伝熱管３表面を熱収縮チ
ューブ４で覆うと共に、外殻管２を多孔質構造としたこ
とにより、吸湿液体７を直接冷却又は加熱しながら周囲
の空気との間で湿分移動を行うことが可能になるため、
これによって除湿や加湿を行うことができる。またこの
結果、熱ロスが低下すると共にその性能を改善すること
ができる。

【００２３】次に上記第２実施形態の変更例として、内
部伝熱管３表面を熱収縮チューブ４で被覆しない場合に
ついて述べる。また、上記吸湿液体７として水を用いた
点が異なる他は、上記第２実施形態と略同様に構成され
ている。従って、上記熱源流体５に冷温熱を流し、これ
によって水を冷却又は加熱すると共に、上記外殻管２の
周囲に送風空気を流通させることによって、上記２重管
式熱交換器１とその周囲の空気中との間の湿分移動が可
能になる。このため、これを利用して除湿や加湿を行う
ことができる。またこのとき、上記吸湿液体７に水又は
水と活性炭等の脱臭材（金属腐食の小さいもの）とを混
合したものを用いれば、これを冷却することにより、除
湿と共に脱臭を行うことも可能となる。

【００２４】このように上記吸湿液体７に水を使用すれ
ば、従来から用いられている金属製の内部伝熱管３をそ
のまま利用して、水を直接冷却又は加熱しながら除湿や
加湿を行うことが可能になる。この結果、低コストで実
施可能であると共に、熱ロスが低下するためその性能を
改善することができる。

【００２５】次に、本発明の第３実施形態である２重管
式熱交換器の断面図を図３に示す。この実施形態では、
複数本の内部伝熱管３を並設した場合における２重管式
熱交換器１の構成例を示している。すなわち、図３に示
す２重管式熱交換器１によれば、金属製の内部伝熱管３
が２本、一定の間隔を空けて並設されており、これら各
内部伝熱管３、３に跨って、かつその周囲を覆うよう
に、２枚の伝熱シート（伝熱手段）９、９が内部伝熱管
３、３の上下方向に設けられている。ここで、上記伝熱
シート９、９の材質としては、例えばアルミニウム、銅
等の金属、又はポリエチレン等の有機材料に、伝熱改善
としてカーボン等を添加したものが用いられる。そし
て、この内部伝熱管３、３と伝熱シート９、９との周囲
を熱収縮チューブ４で巻回することによって、内部伝熱
管３、３と伝熱シート９、９とを熱的に接触させ、この
状態で両者を固定している。さらに、上記熱収縮チュー
ブ４の周囲には、山谷に折り曲げられたスペーサ１０を
介して上記多孔質構造の外殻管２が配設されている。そ
して、このように形成された２重管式熱交換器１の各内
部伝熱管３、３内に、加熱又は冷却用の熱源流体５、５
が流通される一方、上記熱収縮チューブ４と外殻管２と
の間に、塩化リチウム水溶液や臭化リチウム水溶液等の
吸湿液体７が流通されるよう構成されている。

【００２６】このように複数本の内部伝熱管３、３を並
設し、上記伝熱シート９、９を用いてこれらを熱的に接
触させたことにより、上記吸湿液体７の加熱又は冷却を
行う内部伝熱管３、３の伝熱面積を増加させることがで
きると共に、これに伴って外殻管２の面積も増加させる
ことができる。この結果、上記２重管式熱交換器１とそ
の周囲の空気中との間の湿分移動性能が向上するため、
これを利用して除湿や加湿を効率よく行うことができ
る。

【００２７】なお、上記実施形態では、外殻管２と内部
伝熱管３、３との間に隙間を形成するためにスペーサ１
０を設けたが、内部伝熱管３、３に伝熱シート９、９を
取付けた後に、約１５ｍｍ程度のピッチで針金等を巻
き、熱収縮チューブ４で固定することによって山谷を形
成し、スペーサ１０の役目を持たせることも可能であ
る。

【００２８】図４は、本発明の第４実施形態である２重
管式熱交換器の一部を示す斜視図である。図に示すよう
に、この実施形態における２重管式熱交換器１によれ
ば、半円形状の溝部１２を有する２枚の伝熱板（伝熱手
段）１１、１１を、上記溝部１２、１２が互いに向き合
うように配置すると共に、この溝部１２、１２に上記金
属製の内部伝熱管３を挟み込むように構成しており、上
記各伝熱板１１、１１の表面には複数の凹状の溝１４・
１４が形成されている。また、この他の部分の構造につ
いては図示していないが、上記第３実施形態と略同様に
構成されているものとする。

【００２９】このように各伝熱板１１、１１の表面に複
数の溝１４・１４を形成したことにより、伝熱促進を図
ることができる。また、上記伝熱板１１の形状によって
は、流体通路を形成することが可能となるため、これを
内部伝熱管３と外殻管２との間に設けるスペーサ代わり
に利用することもできる。さらに、上記ように形成され
た伝熱板１１、１１にスリットを設けたり、伝熱板１
１、１１を部分的に分割したりすることによって、上記
２重管式熱交換器１の曲げ加工を容易にすることもでき
る（図示せず）。

【００３０】次に、上記実施形態で述べた２重管式熱交
換器を利用して、これらを多数本組合わせて使用した場
合の応用例について述べる。図５は、上記各実施形態で
述べた２重管式熱交換器１を渦巻き形状に形成し、この
ような２重管式熱交換器１を複数個（本実施形態では２
個）、通風経路内に配置した例を示している。一方、図
６では、上記各実施形態で述べた２重管式熱交換器１を
略直方体の平板形状に形成し、この扁平２重管式熱交換
器１を多数本組合わせて通風経路内に配置した例を示し
ている。より詳細に言えば、例えば上記第３実施形態で
述べた２重管式熱交換器１を略直方体の平板形状に加工
し、この長手方向の相対する側面に３対の伝熱配管１
７、１８をそれぞれ並設する。そして、この並設された
伝熱配管１７、１８のうち、両外側の伝熱配管１７、１
７を冷媒等の熱源流体５を流通させる内部伝熱管３、３
にそれぞれ接続すると共に、内側の伝熱配管１８を吸湿
液体７等の利用流体を流通させる外殻管２に接続するよ
うに構成している。そして、このように形成された扁平
２重管式熱交換器１を複数個設け、それぞれ平行に並べ
て通風経路内に配置している。なお、上記扁平２重管式
熱交換器１、１の配置方法は、平行だけでなく垂直、斜
め等種々の配置に対応可能である。

【００３１】上記図５及び図６で述べた２重管式熱交換
器１、１を通風経路内に設けることによって、空気の流
通面積を広く構成することができるため、除湿や加湿等
をより効率よく行うことができる。

【００３２】以上にこの発明の２重管式熱交換器１の実
施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に
限られるものではなく、種々変更して実施することが可
能である。すなわち上記第２〜第４実施形態及びその応
用例では、上記外殻管２を構成する材料に、疎水性多孔
膜に非多孔膜の親水性ウレタン膜を複合させたものを用
いたが、疎水性多孔膜のみで構成された外殻管２を用い
ることによって、水蒸気と水分の移動を行うことができ
るようにすることも可能である。また、上記第３、第４
実施形態及びその応用例では、多孔質構造の外殻管２を
用い、利用流体に吸湿液体７を用いた場合について述べ
たが、上記外殻管２を耐食性樹脂で形成することで、腐
食流体６を流通させるように構成することも可能であ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上のように請求項１の２重管式熱交換
器によれば、簡単な構造で、外殻管と伝熱管との間に腐
食液や薬液等を流通させることができると共に、これら
の加熱又は冷却を行うことが可能になる。また、上記腐
食液や薬液等を流すことによる外殻管や伝熱管の腐食を
防止することもできる。さらに、上記伝熱管表面に被覆
する耐食性樹脂は強度部材ではないため、その厚さを薄
く形成することが可能となり、上記２重管式熱交換器の
軽量化及び低コスト化を図ることができる。

【００３４】請求項２の２重管式熱交換器では、上記外
殻管と伝熱管との間に、例えば吸湿液体を流通させるこ
とによって、上記吸湿液体を直接加熱又は冷却しなが
ら、外殻管の周囲を流れる空気との間で水蒸気等の物質
移動を行うことができる。またこれによって、熱ロスが
低下するため、その性能を改善することができる。

【００３５】請求項３の２重管式熱交換器では、上記外
殻管２を多孔質材料で形成している。これより、上記外
殻管と伝熱管との間に、例えば水を流通させることによ
って、上記水を直接加熱又は冷却しながら、外殻管の周
囲を流れる空気との間で湿分移動を行うことができる。
これによって、加湿や除湿を行うことが可能になると共
に、熱ロスが低下するため、その性能を改善することが
できる。また、上記水を冷却することで、水に溶ける臭
い物資（例えば、アンモニア、ホルムアルデヒド等）の
脱臭を行うこともできる。

【００３６】請求項４の２重管式熱交換器では、複数の
伝熱管を並設し、これらを伝熱手段で熱的に接触させる
ように構成したことによって、伝熱管の加熱冷却伝熱面
積を大きくすることができる。

【００３７】請求項５の２重管式熱交換器では、上記伝
熱手段の表面に溝を設けることにより、２重管式熱交換
器の伝熱促進を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である２重管式熱交換器
を示す断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態である２重管式熱交換器
を示す断面図である。

【図３】本発明の第３実施形態である２重管式熱交換器
を示す断面図である。

【図４】本発明の第４実施形態である２重管式熱交換器
の一部を示す斜視図である。

【図５】上記第１〜第４実施形態の２重管式熱交換器を
利用した応用例を示す説明図である。

【図６】上記第１〜第４実施形態の２重管式熱交換器を
利用した応用例を示す説明図である。

【図７】従来の２重管式熱交換器を示す断面図である。

【図８】従来の熱交換器を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ２重管式熱交換器 ２ 外殻管 ３ 内部伝熱管 ４ 熱収縮チューブ ５ 熱源流体 ６ 腐食流体 ７ 吸湿液体 ９ 伝熱シート（伝熱手段） １１ 伝熱板（伝熱手段） １４ 溝 １７ 伝熱配管 １８ 伝熱配管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外殻管（２）内部に伝熱管（３）を配設
   した２重管式熱交換器において、上記伝熱管（３）の表
   面を耐食性樹脂で被覆すると共に、上記外殻管（２）を
   耐食性樹脂で形成したことを特徴とする２重管式熱交換
   器。
2. 【請求項２】 上記外殻管（２）は、水蒸気や水分を透
   過可能な多孔質材料で形成されていることを特徴とする
   請求項１の２重管式熱交換器。
3. 【請求項３】 外殻管（２）内部に伝熱管（３）を配設
   した２重管式熱交換器において、上記外殻管（２）を水
   蒸気や水分を透過可能な多孔質材料で形成したことを特
   徴とする２重管式熱交換器。
4. 【請求項４】 複数の伝熱管（３）（３）を並設し、こ
   れらの伝熱管（３）（３）の表面に伝熱手段（９）（１
   １）を熱的に接触させると共に、その外周部を外殻管
   （２）で覆ったことを特徴とする請求項１〜請求項３の
   いずれかの２重管式熱交換器。
5. 【請求項５】 上記伝熱手段（９）（１１）の表面に溝
   （１４）を設けたことを特徴とする請求項４の２重管式
   熱交換器。