JP2006258411A

JP2006258411A - 熱交換器とその製造方法

Info

Publication number: JP2006258411A
Application number: JP2005117487A
Authority: JP
Inventors: Norio Tsuchiya; 則男土屋
Original assignee: STS KK
Current assignee: STS KK
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】パイプとパイプを長さ方向に並べ密着させ溶接した熱交換器はパイプ同士がひとつの線接触で接触、又は溶接されるのみであり、パイプ同士の熱交換は熱伝導面積が狭く熱交換効率が悪く課題であり、この熱交換器のコンパクト化、製作方法も大きな課題であった。
【解決手段】熱伝導面積を増やす為、２本のパイプを長さ方向に沿って密着させ、筒状の形体の外面に沿って２条にパイプが互いに密着するように巻いて、すなわち２本のパイプの巻いた次の２本のパイプの隣に密着するように巻く。さらに限られた幅まで巻いたところで、反対の方向に１重目の上に１重目を巻いたと同じように２重目を密着させ巻いて行く為、１重目と２重目のパイプ接触する事となる。お互いロウ付けされることにより１重目と２重目接触が増えるが、１重目と２重目のみならず、複数重ねて巻けば重ねられた同士の接触を同様に増やし、パイプ同士を近接させる。
【選択図】図１

Description

本発明は水、又は他の流体熱交換媒体の熱を他の水、又は他の流体熱交換媒体に熱移動させる熱交換装置、又は装置の一部にこの熱交換器を有する装置に関する。

近年、環境汚染を避けるべく、廃熱の有効利用、自然エネルギーの有効利用等で各種応用機器が世に出てきているが、それら機器の中に組み込まれる熱交換器で熱を伝導、伝達するための高効率で安価な熱交換器を使おうという各種努力がなされている。
従来、水、又は他の流体熱交換媒体に熱を伝える熱交換器としては石油、またはガス給湯器に見られるように水、又は液媒体を配管内に通し、その配管を炎の中あるいは周りに配置し熱伝達を行ったり、水冷の空調機等に見られるように冷媒配管をシェルの中に入れ、冷媒配管の外でシェルの中に水、又は液体熱交換媒体を通し熱交換するといった方法が多くとられていた。中にはパイプ状の２重管とし中のパイプの中を流れる熱交換媒体と外のパイプと中のパイプの間を流れる熱交換媒体との熱交換させる熱交換器も存在した。
極、稀にパイプとパイプをパイプ長さ方向に並べ密着させたり、溶接したりし、それぞれのパイプに熱交換媒体と被熱交換媒体を流し、熱交換させた例もあるが伝熱面積が狭いため熱交換効率があまり良くなかった事と製造コスト等の総合的な評価からほとんど採用されなかった。
但し、上述の熱交換器の内、後の２つは２流体熱交換媒体のカウンターフローがやり易いと言う要素の熱効率は良かった。

前記のようにパイプとパイプを長さ方向に並べ密着させ溶接した熱交換器ががあまり採用されなかった理由はパイプ同士がひとつの線接触で接触、又は溶接されるのみであり、熱伝導面積が狭く熱交換効率が悪かった為である。
この熱交換効率を上げるため接触部分を増やすことと熱伝導のみならず輻射熱伝達も増やす事と、対流熱伝達でパイプから空気中へ失われる熱ロスを減らす事も従来からの課題であり、この熱交換器のコンパクト化も要望されていた。
又上記の課題を解決しつつ製造コストのかからない製作方法も大きな課題であった。

以下に説明するように、本発明は前記の課題全てを改善させるものである。
まず、熱伝導面積を増やす事であるが、請求項１に記述してあるように、２本のパイプを長さ方向に沿って密着させ、筒状の形体の外面に沿って２条にパイプが互いに密着するように巻いて、すなわち２本のパイプの巻いた次の２本のパイプも密着するように巻くため、パイプ内を流れる流体は別のパイプを流れる流体のパイプにお互い密着するよう２条に巻かれた配置となっているためパイプあたり一つの線接触でなく２つの線接触である。又これが炉中ロウ付けされるために熱伝導面積を増やしている。
さらに限られた幅まで巻いたところで、反対の方向に１重目の上に１重目を巻いたと同じように２重目を密着させ巻いて行く為、１重目と２重目のパイプ接触があり、ロウ付けされることにより１重目と２重目接触が増えるが、１重目と２重目のみならず、複数重ねて巻けば重ねられた同士の接触が同様に増え、熱伝導面積をすこぶる増やす事となる。

さらに課題として熱伝導以外の輻射熱伝達の効果を増やす事であるが、上記の接触を増やすことによりパイプ同士がとなりのパイプと近くに配置される為、輻射熱伝達量も多くなるのみならず、重ねて巻かれているパイプ同士も輻射熱伝達を行う事となる。

次に、熱交換パイプから空気中に放出、失われる熱を少なくすることであるが、上記の説明の通り、複数重ねて巻くことにより、パイプで囲う形になる為、空気中に熱伝達で熱放出するチャンスを減らしていると同時に従来要望されていた熱交換器のコンパクト化も実現する。

又、従来から課題であった製造コストの低減であるが本発明の熱交換器製作にあたっては筒状のジグを用意し、請求項２に記述したように、そのジグの外面に沿って２条にパイプが互いに密着するように巻いて、すなわち２本のパイプの１本目と２本目が交互に密着するように２条に巻かれた配置となり、限られた幅まで巻いたところで、反対の方向に１重目の上に１重目を巻いたと同じように密着させ巻いて行き、２重目とするように、複数重ねて巻き炉中ロウ付けをして製作するという極めて簡易な熱交換器の製造方法によって実現する。

本発明の熱交換器は２条の内のひとつのパイプともう片方のパイプそれぞれに流す流体熱媒はお互い反対の方向から流し熱交換をさせる事ができる為、既述のように効率の良いカウンターフローがやり易い。
このカウンターフローは２条の内のパイプそれぞれがカウンターフローになるだけでなく、隣り合わせるパイプも、重なっている上下のパイプもお互い近い流れのパイプであるからこれについてもカウンターフローの熱交換となり効率をよくしている。
さらに既述のように、伝熱面積が増え熱伝導効率もアップし、輻射熱伝達効率もアップし、空気中にロスとして逃げる対流熱伝達が減るためトータルとしてすこぶる効率の良い熱交換器となる。

以下、図１〜３図により本発明の最良の形態、実施例として、２条のパイプの７巻き〜８巻きを４重に重ねて巻いた熱交換器を例にとり説明する。
請求項２の本発明熱交換器の製造方法を図１のＡ−Ａ’断面を拡大し、パイプの巻き順序を示した図３で説明する。
パイプを巻きつけるジグの筒のセンター３を持つ筒面４に沿って巻く順序を示す為、パイプ断面に小数点をはさみ２つの数字を付す。
小数点の左は何重目のパイプかを示し、小数点の右の数字は全体として最初から何度目の巻き数にあたるかを示している。
右の数字名ダッシュがついてない数字とダッシュがついている数字は２条のパイプのペアを示す。
図１中の１で示す熱交換器端部１のパイプの断面１．１と１．１’から筒状のジグの面に沿って巻き始め１．２と１．２’と図の下の方向に巻いてゆき、８重巻いた２．８と２．８’の次に巻いてきた１重目の上の２．９と２．９’のところに巻いて行き２重目は図の上の方向に巻いてゆく。
２重目を７回巻いたところの２．１５と２．１５’の次は３重目とし、断面３．１６と３．１６’で示す位置に持って行き１重目と同じように下の方向に巻いてゆく。
この様に４重目の巻き上がったところの熱交換器端部２の４．２９と４．２９’のところまで巻けば本考案である熱交換器の４重の物が巻き上がる。これを炉中ロウ付けを行い、お互いのパイプ間の伝熱面積を増やす事によりさらに熱交換を良くすることもできる。

図１は平面図で、Ａ−Ａ’は図３に示す断面図の断面位置を示す。
１は製作時２条のパイプの巻き始めの熱交換器端部１を示し、２は巻き終わりの熱交換器端部２を示す。
図２はその側面図であり１の端部、２の端部も上記と同様である。

産業上の利用の可能性

自明ゆえ説明は省略

平面図本発明請求項１の熱交換器の態様を示す平面図である。側面図本発明請求項１の熱交換器の態様を示す側面図である。断面図本発明請求項２の熱交換器製造手順を示す断面図である。

符号の説明

１熱交換器端部１
２熱交換器端部２
３ジグセンター
４ジグ面

Claims

２本のパイプを長さ方向に沿って密着させ、筒状の形の物の外面に沿って互いに密着するように巻いて、すなわち２条のパイプのそれぞれが交互に密着するよう２条に巻かれた配置となり、限られた幅まで巻いたところで、反対の方向に１重目の上に１重目を巻いたと同じように密着させ巻いて行き、２重目とするように、２条のパイプを複数重ねて巻いた熱交換器、又は同様に複数巻いたパイプ同士がロウ付けされた熱交換器。
請求項１に記載した熱交換器を筒状の形体の外面に沿って２条にパイプが互いに密着するように巻いて、すなわち２本のパイプの１本目と２本目が交互に密着するように２条に巻かれた配置となり、限られた幅まで巻いたところで、反対の方向に１重目の上に１重目を巻いたと同じように密着させ巻いて行き、２重目とするように、複数重ねて巻く熱交換器製造方法、及び同様に複数重ねて巻かれた後、炉中ロウ付けをして製作される熱交換器の製造方法。