JP2011185538A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、容器の外周又は内周に設ける熱媒体流路を円筒状熱交換構造体により簡単に得ることを目的とする。
【解決手段】本発明による熱交換装置は、円筒状熱交換構造体(20)が、軸方向に分割して得た複数の弧状長手部材(23,23a)の軸方向に沿って所定の間隔で形成された多数の凸条部(21)又は凹条部(21a)と、各凸条部(21)又は凹条部(21a)の周方向における両端に形成されたエッジ部分(12,13)と、からなり、各凸条部(21)又は凹条部(21a)を互いに１ピッチずらせて接続することにより、螺旋状通路(25)を形成する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換装置に関し、特に、容器の外周又は内周に設ける熱媒体流路を円筒状熱交換構造体により簡単に得るための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の熱交換装置としては、例えば、特許文献１の図１のように、パイプ状でつづら状の通水路を熱交換プレートに対して取付けることにより、熱交換装置を構成しており、医薬等の分野で用いられる熱交換装置としては、図５〜図７で示される構成が一般に用いられていた。
すなわち、図５において符号１で示されるものは全体形状がカップ型をなす缶体等の有底型の容器２を有する熱交換装置であり、この容器２の外周２ａにはパイプを半分に切断した断面半円状の熱媒体通路３が螺旋状に巻付けられている。
前記熱媒体通路３は、前記外周２ａとの接触部に溶接による溶接部４を形成することにより、螺旋状の前記熱媒体通路３が形成され、この熱媒体通路３の上下両端には、入口５及び出口６が形成されている。

前記容器２の底部には、被加熱試料等を出し入れするための出入口７が形成され、この出入口７から注入されて容器２内に貯蔵された試料は、熱媒体通路３を循環する熱媒体１０によって熱交換され、所定の温度に維持される。

図６において、熱交換装置１の有底型の容器２の外周２ａには、空隙７を有するジャケット８が設けられ、このジャケット８の上部と下部には、出口６と入口５とが設けられている。
前記容器２の底部の出入口７からは、試料等の出し入れができ、容器２内の試料等はジャケット８内を循環する熱媒体１０により熱交換できるように構成されている。

図７に示す従来構成においては、基本的に図６の構成と同様のジャケット８を用いた構成であるが、熱媒体１０の循環効率が向上するように、ジャケット８の空隙７内にジャマ板１１をスパイラル状に配設した構成である。
従って、ジャケット８内の熱媒体１０は、図７の点線で示されるように、スパイラル状となって容器２の外周２ａを循環して熱交換することができる。

特開２００９−２１６３６９号公報

従来の熱交換装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、特許文献１の構成の場合、水又は媒体を案内する通路としては管状体が用いられているため、その製作及び取付けには多大の労力と困難を伴っていた。

また、図５の従来構成においては、半円筒状の熱媒体通路を溶接部を介して容器の外周に全面的に取付けなければならず、溶接個所が多く、溶接に時間がかかり、コストアップとなっていた。
また、溶接した部分の溶接不良の発生が高く、溶接による容器（缶体）全体の歪みが大となるため、例えば、グラスライニングを施す構成の容器（缶体）には不適であった。

また、図６の従来構成においては、ジャケット内部に熱媒体の偏流や滞留部が発生し、容器内部の流体を均一に加熱又は冷却することが困難であった。
また、容器（缶体）の外面と熱媒体の接線流速を高くすることが困難なため、熱交換効率が良好ではなかった。

さらに、図７の構成においては、図６の構成を改善するためにジャマ板を設けた構成で、図６の構成よりも熱交換効率が改善できるが、ジャマ板をジャケットの内面に溶接等によって固定する必要があるため、コストアップとなっていた。

本発明による熱交換装置は、容器の外周又は内周に設けられた円筒状熱交換構造体と、前記円筒状熱交換構造体に形成され熱媒体を循環させるための螺旋状通路と、からなる熱交換装置において、前記円筒状熱交換構造体は、軸方向に分割して得た複数の弧状長手部材と、前記各弧状長手部材の軸方向に沿って所定の間隔で形成された多数の凸条部又は凹条部と、前記各凸条部又は凹条部の周方向における両端に形成されたエッジ部分と、からなり、前記各弧状長手部材の各凸条部又は凹条部を互いに１ピッチずらせて各エッジ部分を接続することにより、前記各凸条部又は凹条部は螺旋状に接続されて前記螺旋状通路を形成し、前記螺旋状通路の両端には前記熱媒体を循環させるための入口と出口が形成されている構成であり、また、前記各弧状長手部材は、半円筒状で一対よりなる構成であり、また、前記各弧状長手部材は、１８０°以下の弧状をなし少なくとも３個以上よりなる構成であり、また、前記各凸条部又は凹条部は、断面形状で半円、台形、矩形の何れかよりなる構成であり、また、前記弧状長手部材は、ロール転造又はプレス加工により形成されている構成であり、また、前記容器はグラスライニング製である構成である。

本発明による熱交換装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、容器の外周又は内周に設けられた円筒状熱交換構造体と、前記円筒状熱交換構造体に形成され熱媒体を循環させるための螺旋状通路と、からなる熱交換装置において、前記円筒状熱交換構造体は、軸方向に分割して得た複数の弧状長手部材と、前記各弧状長手部材の軸方向に沿って所定の間隔で形成された多数の凸条部又は凹条部と、前記各凸条部又は凹条部の周方向における両端に形成されたエッジ部分と、からなり、前記各弧状長手部材の各凸条部又は凹条部を互いに１ピッチずらせて各エッジ部分を接続することにより、前記各凸条部又は凹条部は螺旋状に接続されて前記螺旋状通路を形成し、前記螺旋状通路の両端には前記熱媒体を循環させるための入口と出口が形成されていることにより、螺旋状通路を簡単に得ることができる。
また、前記各弧状長手部材は、半円筒状で一対よりなることにより、二つ割りの弧状長手部材を互いに１ピッチずらせることによって螺旋状通路を得ることができる。
また、前記各弧状長手部材は、１８０°以下の弧状をなし少なくとも３個以上よりなることにより、螺旋状通路を得ることができる。
また、前記各凸条部又は凹条部は、断面形状で半円、台形、矩形の何れかよりなることにより、簡単に螺旋状通路を得ることができる。
また、前記弧状長手部材は、ロール転造又はプレス加工により形成されていることにより、簡単に凸条部を有する弧状長手部材を形成することができる。

本発明による熱交換装置の円筒状装置を示す分解斜視図である。 本発明による熱交換装置を示す正面一部断面図である。 図２の他の形態を示す正面一部断面図である。 図２の他の形態を示す断面図である。 従来の熱交換装置を示す正面一部断面図である。 従来の熱交換装置を示す正面一部断面図である。 従来の熱交換装置を示す断面図である。

本発明は、容器の外周に設ける熱媒体流路を円筒状熱交換構造体により簡単に得るようにした熱交換装置を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による熱交換装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
尚、図１は軸方向に切断されて二体に形成されているが、まず、二体になる前の円筒状の状態について説明する。
図１において、符号２０で示されるものは全体形状が円筒状をなし金属板をロール転造又はプレス加工により形成された円筒状熱交換構造体であり、この円筒状熱交換構造体２０は、全体形状が蛇腹状に形成されていると共に、所定のピッチで輪状の凸条部２１が形成されている。

前記各凸条部２１間には、この円筒状熱交換構造体２０の内径に等しい輪状平坦部２２Ａ（後に弧状平坦部２２となる）が形成されている。
図１に示される構成は、前述の円筒状構造体２０を、円周の１８０°位置で軸方向に切断して二体（例えば、１８０°以下として二体以上、三体等も可）として一対の軸方向に沿って長手の半円筒状の弧状長手部材２３，２３ａが形成された状態を示している。

前記円筒状熱交換構造体２０は、前述のように１８０°位置における切断部位２４により、二体の弧状長手部材２３，２３ａに分割され、１８０°位置にエッジ部分１２，１３が形成されている。
前述の構成において、前記弧状長手部材２３の各凸条部２１に対して、弧状長手部材２３ａの各凸条部２１のピッチを１ピッチずらせて各エッジ１２，１３を溶接等によって接合させると、図１では右ネジ状（左ネジ状も可）に凸条部２１が連続して形成され、螺旋状通路２５が形成される。

前述のように、各弧状長手部材２３，２３ａが軸方向に沿って１ピッチずれた状態で接合された円筒状熱交換構造体２０が形成されると、図１の円筒状熱交換構造体２０の両端に形成されているように、軸方向に沿う両端のエッジ部分１２，１３が解放された状態の円筒状熱交換構造体２０を得ることができる。
従って、このエッジ部分１２は入口５とし、エッジ部分１３は出口６として用いることができる。

図２は、図５の従来例に対応しており、前述の円筒状熱交換構造体２０を、有底型で出入口７を有する缶体等からなる容器２の外周２ａに嵌着させ、前記弧状平坦部２２を介してスポット溶接によるスポット溶接部３２を形成することによって、円筒状熱交換構造体２０は容器２の外周２ａに密合し、前記凸条部２１の内部が螺旋状に連続した前記螺旋状通路２５となる。尚、各凸条部２１が軸方向に連続して形成されていることにより、従来のような溶接を行うことなく、スポット溶接部３２で気密が保たれ十分に同じ作用を得ることができる。
図２では、前記各エッジ部分１２，１３を溶接により接合させて形成される軸方向に沿う直線状の径方向接続面３３が形成されており、前記円筒状熱交換構造体２０の軸線に沿う両端に形成された一対の軸方向端面部３４，３５が容器２の外周２ａに溶接によって接合していることにより、容器２の強度も向上する。

前述の図２の熱交換装置１の構成において、容器２の下部に形成された出入口７から加熱又は冷却用の液体を注入した後、円筒状熱交換構造体２０の入口５から熱媒体１０を供給すると、熱媒体１０は螺旋状通路２５を経て出口６から図示しない加熱又は冷却用の熱源装置に戻り、加熱又は冷却されて再び螺旋状通路２５を循環することにより、容器２内の液体と熱交換を行うことができる。尚、凸条部２１又は後述の図４の凹条部２１ａの寸法及び形状は、熱交換する液体等の物質の物性、流速、温度差等によって決定することができる。

図３の形態は、従来の図６及び図７の従来例に対応しており、図１及び図２と同一部分は同一符号を付しその説明は省略するものとし、異なる部分についてのみ説明する。
すなわち、図３において容器２の外周２ａには凸条部２１の断面形状が半円型をなす円筒状熱交換構造体２０が設けられ、この円筒状熱交換構造体２０の外側位置に円筒型をなすジャケット４０が設けられている。
従って、図３の形態においては、ジャケット４０の中に円筒状熱交換構造体２０が内蔵されている。尚、容器２がグラスライニングされている場合、容器２に別の金属を溶接するとグラスライニングのガラス部分が溶接の部分加熱により破損する。このため、この図３の構成はグラスライニング製の容器２に好適と云える。

図４の形態は、図２の他の形態を示すもので、容器２内に攪拌羽根を内設する用途に最適な構成であり、図１及び図２と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
すなわち、図４においては、円筒状熱交換構造体２０の凹条部２１ａが内方へ向けて突出する構成で、この円筒状熱交換構造体２０が容器２の内周２ｂ側に設けられることにより、容器２内に内設されて螺旋状通路２５が形成されている。
従って、前述の図４の形態においては、入口５から供給した熱媒体１０は、容器２の内側に設けられた螺旋状通路２５を介して内部で循環して出口６から外部へ出て再び循環装置（図示せず）を経て入口５に供給でき、熱交換が行われるように構成されている。
従って、前述のように攪拌機を用いる場合、内部流体の流れが乱流となり、更に熱交換が効果的に行われる。

従って、前述の構成をまとめると、次の通りである。
すなわち、容器２の外周又は内周に設けられた円筒状熱交換構造体２０と、前記円筒状熱交換構造体２０に形成され熱媒体１０を循環させるための螺旋状通路２５と、からなる熱交換装置において、
前記円筒状熱交換構造体２０は、軸方向に分割して得た複数の弧状長手部材２３,２３ａと、前記各弧状長手部材２３,２３aの軸方向に沿って所定の間隔で形成された多数の凸条部２１又は凹条部２１ａと、前記各凸条部２１又は凹条部２１ａの周方向における両端に形成されたエッジ部分１２，１３と、からなり、
前記各弧状長手部材２３,２３ａの各凸条部２１又は凹条部２１ａを互いに１ピッチずらせて各エッジ部分１２，１３を接続することにより、前記各凸条部２１又は凹条部２１ａは螺旋状に接続されて前記螺旋状通路２５を形成し、前記螺旋状通路２５の両端には前記熱媒体１０を循環させるための入口５と出口６が形成されている熱交換装置であり、また、前記各弧状長手部材２３,２３ａは、半円筒状で一対よりなる熱交換装置であり、また、前記各弧状長手部材２３，２３ａは、１８０°以下の弧状をなし少なくとも３個以上よりなる熱交換装置であり、また、前記各凸条部２１又は凹条部２１ａは、断面形状で半円、台形、矩形の何れかよりなる熱交換装置であり、また、前記弧状長手部材２３，２３ａは、ロール転造又はプレス加工により形成されている熱交換装置であり、また、前記容器２はグラスライニング製である熱交換装置である。

本発明による熱交換装置は、医薬、工業薬品、電子材料等の分野における各種化学装置、機器内部に攪拌羽根を設けた攪拌機及び熱交換器等に適用できる。

１ 熱交換装置
２ 容器（缶体）
２ａ 外周
２ｂ 内周
５ 入口
６ 出口
７ 出入口
１２，１３ エッジ部分
２０ 円筒状熱交換構造体
２１ 凸条部
２１ａ 凹条部
２２ 弧状平坦部
２３ 弧状長手部材
２３ａ 弧状長手部材
２４ 切断部位
２５ 螺旋状通路
３２ スポット溶接部
３３ 径方向接続面
３４、３５ 軸方向端面部
１０ 熱媒体

Claims (6)

1. 容器(2)の外周又は内周に設けられた円筒状熱交換構造体(20)と、前記円筒状熱交換構造体(20)に形成され熱媒体(10)を循環させるための螺旋状通路(25)と、からなる熱交換装置において、
   前記円筒状熱交換構造体(20)は、軸方向に分割して得た複数の弧状長手部材(23,23a)と、前記各弧状長手部材(23,23a)の軸方向に沿って所定の間隔で形成された多数の凸条部(21)又は凹条部(21a)と、前記各凸条部(21)又は凹条部(21a)の周方向における両端に形成されたエッジ部分(12,13)と、からなり、
   前記各弧状長手部材(23,23a)の各凸条部(21)又は凹条部(21a)を互いに１ピッチずらせて各エッジ部分(12,13)を接続することにより、前記各凸条部(21)又は凹条部(21a)は螺旋状に接続されて前記螺旋状通路(25)を形成し、前記螺旋状通路(25)の両端には前記熱媒体(10)を循環させるための入口(5)と出口(6)が形成されていることを特徴とする熱交換装置。
2. 前記各弧状長手部材(23,23a)は、半円筒状で一対よりなることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
3. 前記各弧状長手部材(23,23a)は、１８０°以下の弧状をなし少なくとも３個以上よりなることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
4. 前記各凸条部(21)又は凹条部(21a)は、断面形状で半円、台形、矩形の何れかよりなることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の熱交換装置。
5. 前記弧状長手部材(23,23a)は、ロール転造又はプレス加工により形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の熱交換装置。
6. 前記容器(2)はグラスライニング製であることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の熱交換装置。

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