JP2011153800A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】槽体内に多数のコイル状伝熱管を設置することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】直方体形状の槽体１０内に３個の伝熱管１１Ａが配置されている。傾斜螺旋形の伝熱管１１Ａは、軸心線Ｊを挟んだ一方の外周部１１ｂを軸心線Ｊと平行な第１の方向に変位させ、軸心線Ｊを挟んで外周部１１ｂと反対側の外周部１１ｃを該第１の方向と反対の第２の方向に変位させたものである。同一形状、同一大きさの槽体１０内に配置された伝熱管の数を多くし、伝熱面積を増大させることができ、熱交換効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は熱交換器に係り、特に槽体内にコイル状の伝熱管を配置した熱交換器に関する。

給湯機その他の流体加熱用熱交換器として、槽体内にコイル状の伝熱管を配置したものが広く用いられている。

第５図はこのような熱交換器の構成を示す模式的な断面図であり、槽体１内にコイル状の伝熱管２が配置されている。伝熱管２の一端２ａは槽体１の一端側から外部に延出し、伝熱管２の他端２ｂは槽体１の他端側から外部に延出している。熱源流体はこの伝熱管２の一端２ａ側から供給され、他端２ｂ側から流出する。水などの被加熱流体は、槽体１の他端側の流入口３からバルブ４を経て槽体１内に導入され、伝熱管２と熱交換した後、バルブ５を経て流出口６から取り出される。

この伝熱管２は、軸心線を鉛直としたときの上面図において外周形状が円形の標準螺旋形である。即ち、この伝熱管２の軸心線と垂直な断面をとった場合、外周形状は円形である。

特開２００２−１３０８２５には、コージェネレーションシステムの発電機の廃ガスで加熱された高温水が供給される加熱コイルを貯湯槽内に設置した給湯装置が記載されている。

特開２００２−１３０８２５

本発明は、槽体内のコイル状伝熱管の設置数を多くすることができる熱交換器を提供することを目的とする。

請求項１の熱交換器は、複数個のコイル状の伝熱管が槽体内に配置された熱交換器において、少なくとも一部の伝熱管は、軸心線を鉛直としたときの上面図において外周形状が円形である標準螺旋形の伝熱管の外周のうち軸心線を挟んだ該一方の側を軸心線と平行な第１の方向に変位させ、他方の側を該第１の方向と反対の第２の方向に変位させた傾斜螺旋形であることを特徴とするものである。

請求項２の熱交換器は、請求項１において、槽体内に伝熱管として複数個の傾斜螺旋形の伝熱管のみが配置され、且つ各伝熱管の軸心線方向が平行方向となっていることを特徴とするものである。

請求項３の熱交換器は、請求項１又は２において、前記伝熱管は合成樹脂製であることを特徴とするものである。

請求項４の熱交換器は、請求項１ないし３のいずれか１項において、該傾斜螺旋形の伝熱管は、標準螺旋形の伝熱管をマジックハンドで引っ張って傾斜変形させたものであることを特徴とするものである。

本発明の熱交換器にあっては、槽体内に配置したコイル状伝熱管が傾斜螺旋形であるので、槽体の形状によっては、標準螺旋形の伝熱管のみを槽体内に配置する場合よりも多数の伝熱管を該槽体内に配置することができる場合がある。

実施の形態に係る熱交換器の模式的な断面図である。 比較例に係る熱交換器の模式的な断面図である。 別の実施の形態に係る熱交換器の模式的な断面図である。 伝熱管の形状説明図である。 従来の熱交換器の概略的な断面図である。

以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。

第１図は実施の形態に係る熱交換器の模式的な断面図である。また、第４図（ｃ），（ｄ）は、この実施の形態に用いられている傾斜螺旋形伝熱管１１Ａの形状の説明図であり、第４図（ｄ）は伝熱管１１Ａの軸心線Ｊ方向に沿う断面図、第４図（ｃ）はこの軸心線Ｊを鉛直としたときの伝熱管１１Ａの上面図である。

第２図は比較例に係る熱交換器の模式的な断面図である。また、第４図（ａ），（ｂ）は、この比較例に用いられている標準螺旋形伝熱管１１の形状の説明図であり、第４図（ｂ）は伝熱管１１の軸心線Ｊ方向に沿う断面図、第４図（ａ）はこの軸心線Ｊを鉛直としたときの伝熱管１１の上面図である。

本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す第１図では、直方体形状の槽体１０内に３個の伝熱管１１Ａが配置されている。一方、比較例に係る熱交換器を示す第２図では、第１図と同一形状、同一大きさの槽体１０内に２個の標準螺旋形伝熱管１１が配置されている。

第４図（ａ），（ｂ）の通り、この標準螺旋形伝熱管１１の全ての外周部１１ａに接する包絡面は円筒形である。第４図（ａ）の通り、軸心線Ｊを鉛直としたときの上面図において、外周１１ａが真円形となっている。

傾斜螺旋形の伝熱管１１Ａは、この伝熱管１１の軸心線Ｊを挟んだ一方の外周部１１ｂを軸心線Ｊと平行な第１の方向（第４図（ｄ）の上方向）に変位させ、軸心線Ｊを挟んで外周部１１ｂと反対側の外周部１１ｃを該第１の方向と反対の第２の方向（第４図（ｄ）の下方向）に変位させたものである。第４図（ｄ）の角度θ（コイル状伝熱管の１周回部分がつくる平面と軸心線Ｊとの交差角度のうち最小の角度）は５〜６０°特に２０〜５０°程度が好適である。

第４図（ｃ）の通り、伝熱管１１Ａの軸心線Ｊを鉛直としたときの上面図においては、伝熱管外周の形状は楕円形である。

コイル状伝熱管１１，１１Ａの伝熱管を一直線状に引き伸した場合、各伝熱管１１，１１Ａの全長は互いに等しい。

第１図では、槽体１０内に３個の伝熱管１１Ａが配置されるのに対し、第２図では同一形状かつ同一大きさの槽体１０内に２個の伝熱管１１しか配置することができない。第２図において、破線で示す熱交換器１１’は、２個の伝熱管１１，１１に隣接配置しようとする伝熱管を示しているが、槽体１０の空きスペースが小さいので、この熱交換器１１’は槽体１０内に配置することはできない。

第１図及び第２図の対比から明らかな通り、本発明の実施の形態に係る第１図では、槽体１０内に伝熱管１１Ａが３個設置されており、比較例に係る第２図に比べ、同一形状、同一大きさの槽体１０内に配置された伝熱管の伝熱面積を１．５倍（すなわち５０％増）とすることができ、熱交換効率が向上する。

なお、第１図では伝熱管１１Ａを各々の軸心線Ｊ方向を平行にして平列状に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、傾斜螺旋形伝熱管１１Ａと標準螺旋形伝熱管１１とを同一槽体内に配置してもよい。第３図はその一例を示すものであり、２個の標準螺旋形伝熱管１１と、１個の傾斜螺旋形伝熱管１１Ａとを第１，２図と同一形状、同一大きさの槽体１０内に配置している。この第３図の熱交換器でも、第２図に比べて伝熱面積が１．５倍となる。

ただし、第１図の方が第３図よりも伝熱管が槽体内に均等に分布して配置されているので、伝熱効率としては第１図の方が優れている。

なお、伝熱管の材質としては、第４図（ｃ），（ｄ）のように傾斜変形させることが容易な合成樹脂が好適であり、特に架橋ポリエチレン、ポリブテンが好適である。ただし、ステンレスやチタンなどの金属材であってもよい。

標準螺旋形伝熱管１１を傾斜螺旋形伝熱管１１Ａのように傾斜変形させるには、マジックハンドやフックを用いて引っ張るのが好適であるが、これに限定されない。

伝熱管は、輸送時には標準螺旋形としておき、槽体内に組み込むときに傾斜螺旋形に変形させてもよい。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示の態様に限定されない。例えば、伝熱管の直径（長径、短径）、傾斜角度θ等は図示のものに限定されない。

１，１０ 槽体
２，１１，１１Ａ 伝熱管

Claims (4)

1. 複数個のコイル状の伝熱管が槽体内に配置された熱交換器において、
   少なくとも一部の伝熱管は、軸心線を鉛直としたときの上面図において外周形状が円形である標準螺旋形の伝熱管の外周のうち軸心線を挟んだ該一方の側を軸心線と平行な第１の方向に変位させ、他方の側を該第１の方向と反対の第２の方向に変位させた傾斜螺旋形であることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１において、槽体内に伝熱管として複数個の傾斜螺旋形の伝熱管のみが配置され、且つ各伝熱管の軸心線方向が平行方向となっていることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２において、前記伝熱管は合成樹脂製であることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、該傾斜螺旋形の伝熱管は、標準螺旋形の伝熱管をマジックハンドで引っ張って傾斜変形させたものであることを特徴とする熱交換器。

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