JP2012017959A

JP2012017959A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2012017959A
Application number: JP2010157221A
Authority: JP
Inventors: Norio Tanihata; 範雄谷畑
Original assignee: Atago Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Atago Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26

Abstract

【課題】伝熱面積の増大を図り、熱効率に優れるとともに、熱交換する流体の圧力損失を低減し、組立作業性、生産性に優れた熱交換器を提案する。
【解決手段】金属板を波形成形した波板１０ａを筒状とし、軸方向に沿った襞壁を有する環体１０を形成し、環体１０の内周に内管１５を接合し、環体１０の外周に外管１６を接合し、内管１５と外管１６との間に、環体１０で区画された軸方向に沿った流体の流通路を形成し、内管１５と環体１０との間の空間で形成される流通路Ａに、熱交換する一方の流体を流通させ、外管１６と環体１０との間の空間で形成される流通路Ｂに、熱交換する他方の流体を流通させ、一方の流体と他方の流体の流通方向を逆方向とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、加熱装置や冷却装置等の各種熱関連装置に用いられる熱交換器に関するものである。

２種類の流体で熱交換を行う熱交換器として、外形形状を筒形（又は柱形）に形成したものがあり、その代表的なものは二重管構造の熱交換器である。一般に、二重管構造の熱交換器は、内管と外管を備え、熱交換する一方の流体が内管内を流通し、熱交換する他方の流体が内管と外管との間隔内を流通し、熱交換を行うものである。水と高温冷媒との間で熱交換を行う熱交換器では、特許文献１に示すように、管壁を多孔材で形成して冷媒通路とした構造もある。こうした二重管構造の熱交換器は、内管の管壁を介して熱交換が行われ、伝熱面積が限られるため、熱効率に課題があった。

特開２００９−１５０５７３号公報

この発明は、外形形状を筒形（又は柱形）に形成する熱交換器であって、伝熱面積の増大を図り、熱効率に優れるとともに、熱交換する流体の圧力損失を低減し、組立作業性、生産性に優れた新規構成の熱交換器を提案することを目的とするものである。

こうした目的を達成するため、この発明の熱交換器は、金属板を波形成形した波板１０ａを筒状とし、軸方向に沿った襞壁を有する環体１０を形成し、環体１０の内周に内管１５を接合し、環体１０の外周に外管１６を接合し、内管１５と外管１６との間に、環体１０で区画された軸方向に沿った流体の流通路を形成する。そして、内管１５と環体１０との間の空間で形成される流通路Ａに、熱交換する一方の流体を流通させ、外管１６と環体１０との間の空間で形成される流通路Ｂに、熱交換する他方の流体を流通させ、一方の流体と他方の流体の流通方向を逆方向としたものである。

また、外管１６の外側に外筒３０を設け、部材を真空炉で接合することで、外管１６と外筒３０との間に真空層３１を形成するものである。

また、このように構成した熱交換器において、一方の流体が水であり、他方の流体が燃焼排気ガスである熱交換器である。

この発明の熱交換器は、内管１５と外管１６との間に、環体１０で区画された軸方向に沿った流体の流通路を形成し、熱交換する一方の流体が、内管１５と環体１０との間の空間で形成される流通路Ａを流通し、熱交換する他方の流体が、外管１６と環体１０との間の空間で形成される流通路Ｂを流通し、その流通方向が逆方向で、環体１０で区画された流通路を交互に流通し、環体１０の襞壁を介して両流体の熱交換が行われる。このように、両流体は、極めて狭間隔の流通路を交互に流通し、伝熱面積の増大により熱効率に優れるとともに、流通路が単純であるから、熱交換する流体の圧力損失を大幅に低減することができる。

また、この発明の熱交換器は、環体１０、内管１５、外管１６を主要部材とし、一般的なシェル＆チューブ式熱交換器に比べて部品点数が大幅に削減され、組み立てが簡単で生産性に優れ、製作コストが安価である。環体１０は、内管１５と外管１６に接合されて堅固に挟持され、耐圧性に優れて高圧流体の使用に耐えるとともに、環体１０の薄板化も可能である。環体１０の薄板化は、熱効率の向上にも寄与する。

また、この発明の熱交換器は、流通路Ａと流通路Ｂの断面積は必然的に流通路Ｂが大となり、熱交換する流体の流量・流速・粘性等の特性に応じて、流通路Ａと流通路Ｂを流れる流体が選択され、環体１０の襞壁の高さ、襞数を、熱交換する流体の特性に適するように設定可能である。特に、流通路Ａを水が流通し、流通路Ｂを燃焼排気ガスが流通するように設定し、多量の燃焼排気ガスと水との間で熱交換を行う熱交換器に適用して有益である。

また、外管１６の外側に外筒３０を設け、部材を真空炉で接合することで、外管１６と外筒３０との間に真空層３１を形成すれば、真空層が断熱層となって熱交換器が断熱構造となり、特別な断熱材が一切不要となる。部材を真空炉で接合するので、接合工程で真空層が同時に形成される。

この発明の最初の実施例で、波板の（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図。環体の（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図。熱交換器の正面図。図３中Ａ−Ａ線で切断した断面図。仕切板の平面図。別の実施例の熱交換器の正面図。

以下に、この発明の実施形態を、図面の実施例に基づいて具体的に説明する。

図１から５は、この発明の最初の実施例で、熱交換する一方の流体が水であり、熱交換する他方の流体が燃焼排気ガスである熱交換器の適用例である。図１に示すように、金属板を波形成形した波板１０ａを形成し、この波板１０ａを丸めて側縁を接合して筒状とし、図２に示すように、軸方向に沿った襞壁を有する環体１０を形成する。

熱交換器を図３、４に示す。襞壁の底部に当接し、環体１０の内周に内管１５が接合され、襞壁の山部に当接し、環体１０の外周に外管１６が接合されている。内管１５と外管１６との間には、環体１０で区画された軸方向に沿った流体の流通路が形成されている。図４に示すように、内管１５と環体１０との間の空間で形成される流通路Ａと、外管１６と環体１０との間の空間で形成される流通路Ｂとが、襞壁を介して交互に配置され、それぞれ多数の狭間隔の流通路が環状に並置されている。

外管１６の両端部を拡管して膨出部１６ａが形成され、流通路Ｂが連通したヘッダー空間１７が形成され、このヘッダー空間１７に連通した流体の入口継手１８、出口継手１９が設けられている。環体１０の両端に円輪形の仕切板２０が接合され、図５に示すように、仕切板２０は、流通路Ｂを閉塞する鋸歯片２０ａが内周に形成され、仕切板２０を環体１０の端部に接合した状態で、流通路Ａが開口されている。内管１５の両開口橋が遮蔽板２１で閉塞され、外管１６の両開口端に蓋体２２が接合され、流通路Ａが連通したヘッダー空間２３が形成され、このヘッダー空間２３に連通した流体の入口継手２４、出口継手２５が設けられている。

この熱交換器において、入口継手２４からヘッダー空間２３へ流入した水は、流通路Ａを流通して他端のヘッダー空間２３へ流入し、出口継手２５から流出する。一方、入口継手１８からヘッダー空間１７へ流入した燃焼排気ガスは、流通路Ｂを流通して他端のヘッダー空間１７へ流入し、出口継手１９から流出する。このように、水と燃焼排気ガスは逆方向（クロス方向）へ流通し、狭間隔の流通路Ａと流通路Ｂを交互に流通し、環体１０の襞壁を介して両流体が熱交換するように構成されている。

図６は、この発明の別の実施例で、前例の熱交換器に外筒３０を設けたものである。外筒３０は、外管１６と間隔を設けて外管１６の外側に接合されている。この熱交換器は、部材を真空炉でろう付けして接合し、この接合工程で、外管１６と外筒３０との間に真空層３１が同時に形成されている。この真空層が断熱層となり、熱交換器が断熱構造とされている。

１０環体
１０ａ波板
１５内管
１６外管
３０外筒
３１真空層
Ａ、Ｂ流通路

Claims

金属板を波形成形した波板１０ａを筒状とし、軸方向に沿った襞壁を有する環体１０を形成し、環体１０の内周に内管１５を接合し、環体１０の外周に外管１６を接合し、内管１５と外管１６との間に、環体１０で区画された軸方向に沿った流体の流通路を形成し、
内管１５と環体１０との間の空間で形成される流通路Ａに、熱交換する一方の流体を流通させ、外管１６と環体１０との間の空間で形成される流通路Ｂに、熱交換する他方の流体を流通させ、一方の流体と他方の流体の流通方向を逆方向とした熱交換器。
外管１６の外側に外筒３０を設け、部材を真空炉で接合することで、外管１６と外筒３０との間に真空層３１を形成した請求項１に記載の熱交換器。
一方の流体が水であり、他方の流体が燃焼排気ガスである請求項１又は２に記載の熱交換器。