JP2004278854A

JP2004278854A - 二重管型熱交換器およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004278854A
Application number: JP2003068287A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Kikuyama; 辰也菊山
Original assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】二重管型熱交換器の大径管２の内周に螺旋状の凸条３を形成したものにおいて、その流体抵抗の低減と熱交換器性能の向上と製造の容易性とを合わせ持つものの提供。
【解決手段】大径管２の内周に螺旋状に凸条３が突設形成されると共に、その凸条３が大径管２の周方向に１８０度ごとに分断されて、その分断部分には凸条の存在しないバイパス部４が形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温高圧の炭酸ガス等の第一流体が小径管内を流通し、被加熱用の水からなる第二流体が大径管内に流通する給湯機や空調機等に最適な二重管型熱交換器であって、特に第二流体の流路長を長くしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
二重管型熱交換器は、オイルクーラとして広く使用されている。これは、小径管の外周に空間を有して大径管か同軸に配置され、その大径管の長手方向両端が閉塞されると共に、大径管の長手方向両端に第二流体の出入口が開口する。そして第一流体が少なくとも小径管内部に流通するものである。
このような二重管型熱交換器において、第二流体の流路長を長くするものとして、大径管の内周面に螺旋凸条を形成し、第二流体をその凸条に沿って螺旋状に流通させたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３８４７９号公報（第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複数の螺旋状を有する二重管型熱交換器は、その大径管内を流通する第二流体の流通抵抗が大きくなり、その流通のためのポンプ動力をより多く必要としていた。また、流通抵抗が大きいわりには第二流体の攪拌が充分を行われないものであった。
そこで本発明は、係る問題点を解決する二重管型熱交換器を提供すると共に、その熱交換器の製造方法も提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、小径管（１）の外周に空間を有して大径管（２）が同軸に配置され、小径管と大径管とに異なる流体が流通し、両流体間に熱交換が行われる二重管型熱交換器において、
前記大径管（２）の内周に螺旋状に凸条（３）が突設形成されると共に、その凸条（３）が大径管（２）の周方向に１８０度ごとに分断されて、その分断部分には凸条の存在しないバイパス部（４）が形成された二重管型熱交換器である。
【０００６】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記凸条（３）の頂部が小径管（１）の外周に接触するように形成された二重管型熱交換器である。
請求項３に記載の本発明は、請求項１において、
前記小径管（１）の外周に分離用被覆管（１２）の内面が接触して被覆され、前記大径管（２）の長手方向両端と分離用被覆管（１２）の外周面との間が閉塞部（８）により液密に閉塞され、前記凸条（３）の頂部が分離用被覆管（１２）の外周に接触するように形成され、前記分離用被覆管（１２）の内周には多数の小溝（１３）が全長に渡って形成された二重管型熱交換器である。
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記凸条（３）が複数並列した二重管型熱交換器である。
【０００７】
請求項５に記載の本発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの熱交換器を製造する方法において、
前記大径管（２）の前記凸条（３）は、一対のプレス金型（５）（６）により形成され、
その一対のプレス金型（５）（６）は、それぞれ大径管（２）外周の半割り部に整合すると共に、その大径管（２）の内面側の前記凸条（３）の位置でその外面側に形成される凹溝（３ａ）に整合する成形用凸条（７）を有するものを使用して成形することとした二重管型熱交換器の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１（Ａ）は本二重管型熱交換器の第１の実施の形態を示す一部破断斜視略図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。また、図２（Ａ）は図１（Ｂ）の仮想直線ａ_１で切り開いて展開したものであり、図２（Ｂ）はその表面を平坦に形成したときの展開説明図である。さらに図３は図１における大径管２を形成するための金型５，金型６の説明図である。
【０００９】
この熱交換器は、給湯機やオイルクーラ等に用いることができるものであり、小径管１の外周に空間を有して大径管２が同軸に配置され、大径管２の長手方向両端が閉塞部８により小径管１の外周に液密に閉塞されている。
大径管２の長手方向両端外周には一対のパイプ９が突設され、それが大径管２内に連通する。さらに大径管２には、その内面側に螺旋状の凸条３がプレス成形により曲折形成されている。
【００１０】
この凸条３は、その頂部が小径管１の内面に接するように形成され、それによって小径管１を大径管２の中心位置に保持することができる。さらに、凸条３はその螺旋が周方向に１８０度ごとに分断され、そこにバイパス部４が形成される。即ち、図１（Ｂ）において仮想直線ａ_２を中心として仮想直線ａ_１で切り開いて展開すると、図２（Ａ）の如く各内面に配置された凸条３の稜線が斜め方向に向くように湾曲形成されると共に、その両端部は仮想直線ａ_１，仮想直線ａ_２に達しないように配置されている。
【００１１】
そして全体として、夫々の凸条３の稜線の延長線が螺旋状に形成されている。即ち、同図（Ａ）または（Ｂ）において最右端に存在する凸条３の左端の延長線は、右から２番目の凸条３の右端にバイパス部４を挟んで対向する。
なお、３番目の凸条３の右端は２番目の凸条３の左端にバイパス部４を挟んで対向する。その結果、大径管２内を流通する第二流体１１は各凸条３に沿って螺旋状に流通すると共に、バイパス部４の存在によりそこをバイパスする流体と合流し攪拌される。実験によればバイパス部４を設けることにより、それが存在しないで連続した凸条の場合に比べて熱交換量が増加することが判った。これは凸条３の存在により、第二流体１１の攪拌が促進されるものと推測される。
【００１２】
このような大径管２は、管材をプレス加工により容易に成形することができる。その金型の一例を示すのが、図３である。
同図は上下に金型５，金型６が対向し、夫々の対向面には半円状の凹陥部が形成され、夫々に成形用凸条７が突設形成されている。これらの金型は、夫々大径管２の外周の半割り部に整合すると共に、大径管２の内面側の凸条３の位置でその外面側に形成される凹溝３ａに整合するように成形用凸条７が突設されている。そして断面円形管を一対の金型５，６間に挟持押圧することにより、凸条付き大径管２を形成することができる。
なお、大径管２の両端は成形または他の環状部材を溶接等の手段により接合してそこに閉塞部８を形成することができる。
【００１３】
次に、図４は一対の凸条３、３ｂが長手方向の同一位置に並列され、全体として２条の螺旋状が形成されるものである。このようにすることにより、大径管２と小径管１との接触部をより広くして熱交換を促進することができる。それと共に、攪拌効果を大きくすることができる。
【００１４】
このような二重管型熱交換器は、図１に示す如く、その小径管１内に第一流体１０が流通し、大径管２内に一方のパイプ９から他方のパイプ９に第二流体１１が螺旋状に流通し、両流体間に熱交換が行われるものである。
一例として、第一流体１０を高温高圧の炭酸ガスとし、第二流体１１を水として、その水を加熱し温水として使用することができる。即ち、この二重管型熱交換器は温水機として利用できる。また、第一流体１０として冷却水を流通させ、第二流体１１としてオイルを流通させ、オイルクーラとして利用することもできる。
なお、上記の各例では凸条３または凸条３ｂが周方向に１８０度ごとに螺旋を分断するように配置されているが、それに代えて９０度ごとに分断してもよい。本発明は少なくとも１８０度ごとに螺旋条が分断されれば足りる。
【００１５】
次に、図５は本発明の第２の実施の形態を示す二重管型熱交換器であり、図６はその軸直角横断面略図である。
この熱交換器は、特に小径管１に亀裂が生じても、第一流体１０と第二流体１１とが混ざり合うことがない防護措置が取られたものである。即ち、小径管１の外周に分離用被覆管１２の内周が接触して被覆されている。そして大径管２の両端が閉塞部８によって分離用被覆管１２の外周に液密に閉塞され、大径管２の両端よりも分離用被覆管１２が軸方向外側に突出されたものである。
【００１６】
この分離用被覆管１２は、その内面に多数の小溝１３が軸線に平行にその全長に渡って延在している。従って、仮に小径管１の外周に亀裂が生じ、第一流体１０がそこから漏れだしても、分離用被覆管１２の存在により大径管２内にそれが浸入することを阻止できる。そして第一流体１０は、分離用被覆管１２の小溝１３によって外部に導かれる。それを検出器により検出することにより、第一流体１０の漏れを容易に検出することができる。
【００１７】
【発明の作用・効果】
本発明の二重管型熱交換器は、大径管２の内周に形成される螺旋状の凸条３が、周方向に少なくとも１８０度ごとに分断されて、その分断部分に凸条３の存在しないバイパス部４が形成されたものであるから、大径管２内を流通する流体は凸条３に沿って螺旋状に流通すると共に、１８０度ごとにバイパス部４を流通して流体を攪拌することができる。それにより、熱交換性能を向上し得る。
それと共にバイパス部４の存在によりそこをバイパスする流れを作り、流体抵抗を減少することができる。
【００１８】
上記構成において、凸条３の頂部が小径管１の外周に接触するように構成することができる。この場合には、小径管１の軸線と大径管２の軸線とを確実に整合させることができる。
【００１９】
上記構成において、小径管１の外周に分離用被覆管１２を接触して被覆すると共に、その分離用被覆管１２の外周面と大径管２の両端との間を閉塞部８により密閉し且つ、分離用被覆管１２の内周には多数の小溝１３を全長に渡って形成することができる。この場合には、小径管１を流通する流体が小径管１から漏れ出しても、大径管２の流体と混じり合うおそれがない。
また、分離用被覆管１２の内面には多数の小溝１３があるので、小径管１から漏れ出した流体は小溝１３に捕捉され、それを容易に検知することができる。そのため二重管型熱交換器の信頼性を向上できる。
【００２０】
上記何れかの構成において、凸条３を大径管２の内面に複数並列することができる。それにより、大径管２内の流体の攪拌をより有効に行い得る。
【００２１】
上記何れかの熱交換器を製造する方法は、大径管２の凸条３に整合する成形用凸条７を有する一対の半割り状の金型を用いるため、製造が容易で安価に二重管型熱交換器を製造できる。
また、対象となる二重管型熱交換器は、凸条３の存在しない閉塞部８が１８０度ごとに形成されているため、それが連続する場合の金型の如く境目における凸条３の不整合を防止すると共に、金型に無理な外力が加わらず精度の良い二重管型熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の第１の実施の形態を示す一部破断斜視略図および軸直角横断面図。
【図２】同熱交換器の展開図であって、図１の仮想直線ａ_１線上で展開したもの。
【図３】同熱交換器の大径管２の凸条３の形成用金型の説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す二重管型熱交換器であって、その大径管２の展開図。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す二重管型熱交換器の一部破断要部斜視図。
【図６】同熱交換器の軸直角横断面略図。
【符号の説明】
１小径管
２大径管
３凸条
３ａ凹溝
３ｂ凸条
４バイパス部
５金型
６金型
７成形用凸条
８閉塞部
９パイプ
１０第一流体
１１第二流体
１２分離用被覆管
１３小溝
１４仮想切断面
１５二重管型熱交換器
ａ_１仮想直線
ａ_２仮想直線

Claims

小径管（１）の外周に空間を有して大径管（２）が同軸に配置され、小径管と大径管とに異なる流体が流通し、両流体間に熱交換が行われる二重管型熱交換器において、
前記大径管（２）の内周に螺旋状に凸条（３）が突設形成されると共に、その凸条（３）が大径管（２）の周方向に１８０度ごとに分断されて、その分断部分には凸条の存在しないバイパス部（４）が形成された二重管型熱交換器。
請求項１において、
前記凸条（３）の頂部が小径管（１）の外周に接触するように形成された二重管型熱交換器。
請求項１において、
前記小径管（１）の外周に分離用被覆管（１２）の内面が接触して被覆され、前記大径管（２）の長手方向両端と分離用被覆管（１２）の外周面との間が閉塞部（８）により液密に閉塞され、前記凸条（３）の頂部が分離用被覆管（１２）の外周に接触するように形成され、前記分離用被覆管（１２）の内周には多数の小溝（１３）が全長に渡って形成された二重管型熱交換器。
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記凸条（３）が複数並列した二重管型熱交換器。
請求項１〜請求項４のいずれかの熱交換器を製造する方法において、
前記大径管（２）の前記凸条（３）は、一対のプレス金型（５）（６）により形成され、
その一対のプレス金型（５）（６）は、それぞれ大径管（２）外周の半割り部に整合すると共に、その大径管（２）の内面側の前記凸条（３）の位置でその外面側に形成される凹溝（３ａ）に整合する成形用凸条（７）を有するものを使用して成形することとした二重管型熱交換器の製造方法。