JP2006098038A - 熱交換パイプ - Google Patents

Abstract

【課題】流動する空気を加熱又は冷却するために温調した熱交換器内に配置する熱交換パイプにおいて、流動する空気をパイプ壁側から中心側へ円滑に移動させられるようにすること。
【解決手段】パイプの内側に螺旋状の薄肉板を装填させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動する空気を加熱又は冷却するために温調した熱交換器内に配置する熱交換パイプに関するもので、主として建築物内の空調を行う際に使用される。

この種の熱交換器ないし熱交換パイプは、例えば特許文献１、２に開示された一般的なものである。
これらの公知技術では、加熱水又は冷却水で温調させた熱交換器内に配置したパイプに空気を導き、パイプ内を流動する間に空気を加熱・冷却するようにしている。ところが、単純に空気をパイプ内に流動させると、パイプの内壁面に沿って移動する空気だけがパイプ壁を介して温調された水と接触するから、中心部側を流動する空気に対する熱交換率を高めることができない。
この問題点は、特許文献２（段落番号0015参照）においてすでに示唆されている。

直管部分を長くしたりコイル状に屈曲させたりすることによってパイプと温調された水とが接触する距離を長くしようとすると、熱交換器自体が大きくなってしまうことになるから、新たにスペースの確保が課題となり、敷地の狭い一般住宅における空調には適さないものとなる。
特許文献２では、空気への伝熱効率を高めるために、パイプ内面の表面積を大きくするために内面にフィンを取り付けたり、パイプを長さ方向で波板状にすることを提案している。しかし、前者のフィンの形態は不明であるし、波板状のパイプ形態も不明である。これらの形態如何によっては空気の流動抵抗が大きくなってしまうから、空気を動かすファンに掛かる負荷も大きくなる不都合がある。
特許第 3120304号公報 特開平2004-212038 号公報

本発明は、流動する空気を加熱又は冷却するために温調した熱交換器内に配置する熱交換パイプにおいて、流動する空気をパイプ壁側から中心側へ円滑に移動させられるようにすることを課題としたものである。

この技術的課題を解決するための第一の技術的手段は、（イ）パイプの内側に螺旋状の薄肉板を装填させたこと、である。
パイプの内側に螺旋状の薄肉板が装填させられているから、パイプ内を流動する空気は、この薄肉板に案内されて螺旋状に旋回移動し、
制的に移動させられることになる。

第二の技術的手段は、（ロ）薄肉板をパイプの直径より大きい幅に形成すると共に幅方向に湾曲させた状態で捩じりを与えて装填し、（ハ）パイプの中心部に加熱水又は冷却水を通過させる小径管を配置させたこと、である。
パイプの直径より大きい幅を有する薄肉板を幅方向に湾曲させたたまま捩じりを与えると、薄肉板は螺旋状の屈曲状態となり、パイプの中心部に薄肉板の存在しない部分が形成されることになる。
薄肉板の存在していない部分には、加熱水又は冷却水が通過する小径管が配置されているから、パイプ内を流動する空気は内外双方から熱交換が行われる。同時に、小径管の外側を旋回しながら移動してパイプ壁側から中心側へ円滑に移動させられるから、空気全体がパイプ壁及び小径管壁と接触する機会が増加し、効率よく熱交換されることになる。

第三の技術的手段は、（ニ）パイプの中心部に加熱水又は冷却水を通過させる小径管を配置し、（ホ）パイプと小径管との間に装填させた薄肉板を螺旋状に旋回させたこと、である。
パイプと小径管との間にソウテンされた薄肉板は螺旋状に旋回させられているから、パイプ内を流動する空気は、上記の技術的手段と同様に内外双方から熱交換が行われる。同時に、小径管の外側を回転しながら移動してパイプ壁側から中心側へ円滑に移動させられ、空気全体とパイプ壁及び小径管壁との接触機会が増加し、効率よく熱交換が行われることになる。

熱交換パイプとしては銅、ステンレス、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属素材が使用されているが、パイプ内に装填される薄肉板も、これと同様の素材を使用することが望ましい。そうすることによって、温調された加熱水や冷水の熱をパイプ壁から奪ってパイプの中へ伝導し、中からも空気に対して熱交換を行うことになる。
パイプは内径50〜100mm の太さのものを好適に使用することができる。また、薄肉金属板は0.1 〜0.5mm 程度の肉厚のものを使用することが望ましい。
また、熱交換器における熱交換パイプは、直管と曲管とを組み合わせて蛇行状に配置されるのが通例であるが、パイプの直管部分に薄肉板を螺旋方向に向けて装填しその端部をパイプ壁に溶接ないしロウ付けすることによって、薄肉板をパイプ壁に固定することができる。この場合、曲管には薄肉板が存在しないが、管の屈曲部では流動する空気が乱流状態となるから自然に空気の移動が行われることになる。

パイプの中心部に熱交換用の小径管を配置する構成のものでは、この小径管もパイプと同様の素材で形成することが望ましい。
この小径管は、パイプの両端部に孔を穿設してそこから管の端部をパイプの外側に望ませ、一端から温調された熱交換器内の加熱水又は冷却水を供給し、他端から熱交換器内へ排出させることになる。
薄肉板はをパイプに装填する前に小径管の外側に螺旋状に巻き付けた状態で溶接またはロウ付けしておくことができる。この場合、必要に応じて前記と同様にパイプ壁の端部と薄肉板とを溶接又はロウ付けするなどしておけば良い。
なお、小径管を中心部に位置させる場合には、やや大きめのパイプにまで使用することができ、例えば、内径が150mm のパイプであっても使用することができる。

流動する空気をパイプ壁側から中心側へ円滑に移動させられる結果、空気への熱交換効率を高められる利点があり、熱交換器を小型のものとすることができる。そのため一般住宅の床下に設置して空調を行うことが可能となる。

図１は、直状の熱交換パイプ１の正面図、図２はその縦断面図である。
このパイプ１は、銅製のものであって、肉厚0.6mm 、内径50mmの大きさのものを使用していて、その内側には、肉厚0.3mm 、幅52mmの銅製の薄肉板２を捩じりを与えた状態で装填してあって、パイプの両端部でパイプ１と薄肉板２とをロウ付けしている。
なお、パイプ１は曲管（図示せず）を用いて連結し、熱交換器内で蛇行経路を形成して熱交換を行うようにしている。

図３は、他の実施例における直状の熱交換パイプ５の正面図、図４はその縦断面図である。
このパイプ５はアルミニウム製のものであって、肉厚0.8mm 、内径100mm の大きさのものを使用していて、その中心軸上に同じ素材からなる小径管６を同軸に配置している。この小径管６は、肉厚0.5mm 、内径10mmの大きさのものである。
パイプ５と小径管６との間には、捩じりを与えた薄肉アルミニウム板７を介在させている。この板７は、大きさを肉厚0.4mm 、幅105mm とした広幅のものであって、図３に示したように、湾曲させた状態で捩じりを与えてパイプ５の中に装填している。湾曲状態で捩じりを与えると、パイプの中心部に板７の存在しない部分が生じて、そこに小径管６を位置させることができる。

このパイプ５を組み立てるには、小径管６の周囲に薄肉板７を螺旋状に巻き付けながら適宜の位置で溶接し、その状態パイプ内に挿入する。この構造は、直状のパイプにおいてのみ行えば良い。
図示しない曲管を用いてパイプを連結する際には、曲管の部分には薄肉板７を用いる必要はない。小径管を先に連結させ、その外側でパイプ５を連結させ、熱交換器内で蛇行経路を形成して熱交換を行うことになる。

図５は、さらに他の実施例における直状の熱交換パイプ１１の正面図、図６はその縦断面図である。
このパイプ１１は銅製のものであって、肉厚0.5mm 、内径100mm の大きさのものを使用していて、その中心軸上に同じ素材からなる小径管１２を同軸に配置している。この小径管１２は、肉厚1.27mm、内径25mmの大きさのものである。
パイプ１１と小径管１２との間には、捩じりを与えた薄肉アルミニウム板１３を介在させている。この板１３は、大きさを肉厚0.3mm 、幅36mmとした細幅のものであって、図５、６に示したように、小径管１２の外側で螺旋状に旋回させてパイプ１１の中に装填して適宜の位置でロウ付けしている。
この実施例では、薄肉板１３は一枚だけ装填しているが、複数枚を平行して装填するようにしても良い。

熱交換直状パイプの正面図 上記パイプの縦断面図 広幅の薄肉板を使用した熱交換直状パイプの正面図 上記パイプの縦断面図 細幅の薄肉板を使用した熱交換直状パイプの正面図 上記パイプの縦断面図

符号の説明

1、5、11直状パイプ、 2、7、13薄肉板、 ６、12 小径管

Claims (3)

1. 流動する空気を加熱又は冷却するために温調した熱交換器内に配置する熱交換パイプにおいて、パイプの内側に螺旋状の薄肉板を装填した熱交換パイプ。
2. 薄肉板をパイプの直径より大きい幅に形成すると共に幅方向に湾曲させた状態で捩じりを与えて装填し、パイプの中心部に加熱水又は冷却水を通過させる小径管を配置させた請求項１に記載の熱交換パイプ。
3. パイプの中心部に加熱水又は冷却水を通過させる小径管を配置し、パイプと小径管との間に装填させた薄肉板が螺旋状に旋回させてある請求項１に記載の熱交換パイプ。
   
   

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