JP2012097937A - 多管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 単純な基本部材を設置現場へ運び入れ、設置のための溶接やロウ付け等の接合工事をせずに、単純な工具のみで簡単に組み立てること可能とする。
【解決手段】 多管式熱交換器(20)は、並行に配列した複数本の直管伝熱管(21,21,・・・)と、その一端に連通して熱交換流体を供給する流体供給管(30)と、各直管伝熱管(21,21,・・・)の他端に連通して熱交換流体を集める流体集合管(50)と、を備える。流体供給管(30)と流体集合管(50)と各直管伝熱管(21,21,・・・)を、それぞれ独立した基本部材として設置現場へ運び入れる。その現場では、各直管伝熱管(21,21,・・・)の一端側を、流体供給管(30)を構成する複数の供給側マニホールド(31,31,・・・)の供給側伝熱管差込み口(38,38,・・・)へ挿入する。各直管伝熱管(21,21,・・・)の他端側を、流体集合管(50)を構成する集合側マニホールド(51,51,・・・)の集合側伝熱管差込み口(53,53,・・・)へ挿入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スタック（縦積み）型の多管式熱交換器を提供する技術に関する。
特に、所望される熱交換器が大型のものであっても、設置現場にて溶接やロウ付けを行わなくても簡単に組み立て可能な多管式熱交換器に関する。

現在、外気（空気）を熱源として冷房、暖房、冷凍、温水などを供給するために、多くのヒートポンプ（熱交換器）が普及している。ヒートポンプ（冷凍機を含む）は低温熱源から高温熱源に熱移送をする装置であり、両熱源側にそれぞれ熱交換器を備える必要がある。
例えば、特許文献１には、空気調和機用熱交換器が開示されている。その熱交換器は、所定間隔で少なくとも一列に配置した複数の伝熱管と管外にスパイラル状の細線を網目状に組み合わせた伝熱面を有するものである。

さて、冷暖房用室外機等に搭載された熱交換器は、外気（空気）の代わりに、海水、河川水、地下熱、上下水などを熱源とすれば、さらに熱交換効率が高くなり、省エネルギー性が向上することが知られている。これら熱源は、外気温に比べて季節，時間，天候等による温度変動が小さく、安定した熱源といえる。
そこで、例えば、特許文献２には、海水を利用する熱交換器として、複数組の熱交換器用管板ユニットを連結する構造が開示されている。 その熱交換器は、２つの管板が相対向して配置され、各管板の一面側は流体室に臨んでいる。 さらに、前記２つの管板の間には、多数の伝熱管が配置されている。すなわち、その多数の各伝熱管の両端部が前記２つの管板の他面側に溶接によって固定されている。

前述のような熱交換器は、例えば、海中・河川・湖沼・上下水タンク中に設置され，伝熱管外部の水熱源と伝熱管内部を流れる流体が熱交換を行い、伝熱管内を流れる流体はその熱を配管に沿って移送することが出来る。例えば、夏季の冷房排熱を下水に排出する場合、気温摂氏30度の外気に熱を捨てるには伝熱管内流体は45℃以上でなければ有効でないのに対し、水温摂氏27度の水中に同じ熱を捨てるには、伝熱管内流体温度は摂氏30〜35度程度でも有効である。

海水、河川水、地下熱、上下水などの熱源を利用する場合には、その熱源と熱交換するための熱交換器と、その熱交換器の設置工事とが必要である。しかし、それら熱源水には金属に対する腐食性があり、耐腐食熱交換器が必須である。そして耐腐食熱交換器自体の費用および設置工事の費用は、外気（空気）を熱源とする熱交換器に比べて高価である。そのために、外気以外の熱源を利用する熱交換器は、外気（空気）を熱源とする熱交換器に比べて、光熱費削減にはなるものの、それ以上に初期設置費用が高価になり、経済的優位性が乏しいのが現状である。

特開平１０−２６３９５２号公報 特開２００３−２４０４７８号公報

通常の熱交換器は、それを構成する金属部材を工場にて溶接、ロウ付等で接合して組み立てるとともに、その工場にて耐圧や気密等の検査を受けてから設置場所へ送られる。例えば、特許文献１の熱交換器は、ロウ付で組み立てており、特許文献２の熱交換器は、溶接で組み立てている。すなわち、熱交換器を機能させる現場での組み立ては想定されていない。

一方、熱源との関係で設置場所の入口が狭小な空間である場合、例えば、下水道内、煙突内、貯水ピット内などのように、通常の出入口がマンホール程度に限られる空間では、熱交換器の設置そのものが困難になる。 すなわち、そのような場所へ予めくみ上げられた大型の熱交換器を設置するには、熱交換器だけでなくそれを設置するための重機などの設備を出入りさせるために、開削工事やマシンハッチの設置が必要となってしまい、大掛かりな設置工事となることが予想される。それゆえ、これまでは大型の熱交換器を既存の下水道内に設置することができなかった。
また、熱交換器を分解して現場に搬入するという手段を選択しようという場合には、現場における空間内での溶接作業等が伴ってくる。 そのために、可燃性ガス対策や防爆対策などの工事が必要となる。

本願発明が解決しようとする課題は、単純な基本部材を設置現場へ運び入れ、設置のための溶接やロウ付け等の接合工事をせずに、単純な工具のみで簡単に組み立てること可能とし、簡易な設置工事を実現する多管式熱交換器を提供することにある。

（第一の発明）
本願における第一の発明は、 並行に配列した複数本の直管伝熱管(21,21,・・・)と、その複数本の各直管伝熱管(21,21,・・・)の一端に連通して熱交換流体を供給する流体供給管(30)と、前記複数本の各直管伝熱管(21,21,・・・)の他端に連通して熱交換流体を集める流体集合管(50)と、を備えた多管式熱交換器(20)に係る。
前記流体供給管(30)は、熱交換流体を流す供給側流路(32)を形成する複数の供給側マニホールド(31,31,・・・)を積み重ねて構成し、 前記各供給側マニホールド(31)は、前記供給側流路(32)と、その供給側流路(32)に対してほぼ直角方向で連通する供給側分岐流路(33)と、その供給側分岐流路(33)へ対応する直管伝熱管(21)の一端を挿入する供給側伝熱管差込み口(38)と、を備える。
前記流体集合管(50)は、熱交換流体を集める集合側流路(52)を形成する複数の集合側マニホールド(51,51,・・・)を積み重ねて構成し、 前記各集合側マニホールド(51)は、前記集合側流路(52)と、その集合側流路(52)に対してほぼ直角方向で連通する集合側分岐流路(53)と、その集合側分岐流路(53)へ対応する直管伝熱管(21)の他端を挿入する集合側伝熱管差込み口(53)と、を備える。

（作用）
多管式熱交換器(20)を組み立てるには、まず、流体供給管(30)と流体集合管(50)と複数の各直管伝熱管(21,21,・・・)を、それぞれ独立した基本部材として設置現場へ運び入れる。
その設置現場では、複数の各直管伝熱管(21,21,・・・)の一端側を、前記流体供給管(30)を構成する複数の供給側マニホールド(31,31,・・・)の供給側伝熱管差込み口(38,38,・・・)へ挿入する。さらに、上記の複数の各直管伝熱管(21,21,・・・)の他端側を、前記流体集合管(50)を構成する複数の集合側マニホールド(51,51,・・・)の集合側伝熱管差込み口(53,53,・・・)へ挿入する。 以上の作業にて、多管式熱交換器(20)の基本的な構成の組み立てが完成する。
上記の流体供給管(30)と流体集合管(50)と複数の各直管伝熱管(21,21,・・・)は、ボルトやナット部材などの一般的な固定具にて固定して一体化する。したがって、大型の熱交換器であっても安価な設置工事を実現する。
また、流体供給管(30)は、複数の供給側マニホールド(31,31,・・・)を積み重ねて一般的な固定具にて固定するので、設置現場にて簡単に組み立ててもよい。一方、流体集合管(50)も同様に、複数の集合側マニホールド(51,51,・・・) を積み重ねて一般的な固定具にて固定するので、設置現場にて簡単に組み立ててもよい。
なお、前記流体供給管(30)および前記固定流体集合管(50)は、設置現場へ搬入するのが困難でなければ、別の場所で予め組み立ててから、搬入してもよい。かならずしも設置現場で組み立てなくてもよい。
熱交換流体は、流体供給管(30)から複数本の直管伝熱管(21,21,・・・)を通過する際に、設置現場の熱源と熱交換して加熱あるいは冷却される。その加熱あるいは冷却された熱交換流体は、複数本の直管伝熱管(21,21,・・・)から流体集合管(50)へ集めてから、送出される。

（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 複数の供給側マニホールド(31,31,・・・)を積み重ねた流体供給管(30)と、複数の集合側マニホールド(51,51,・・・)を積み重ねた流体集合管(50)と、前記各供給側マニホールド(31,31,・・・)の供給側伝熱管差込み口(38,38,・・・)と前記各集合側マニホールド(51,51,・・・)の集合側伝熱管差込み口(53,53,・・・)へ差し込んで並列した複数本の直管伝熱管(21,21,・・・)と、を備えた基本ユニット(20)を構成する。
複数の前記基本ユニット(20,20,・・・)を並列するとともに各基本ユニット(20,20,・・・)における流体供給管(30,30,・・・)の少なくとも一端に連通して熱交換流体を供給する流体供給用本管(11)と、前記各基本ユニット(20,20,・・・)における流体集合管(50,50,・・・)の少なくとも一端に連通して熱交換流体を集合する流体集合用本管(12)と、を備えた多管式熱交換器(10)を提供する。

（作用）
基本ユニット(20)は、流体供給管(30)と流体集合管(50)と複数の各直管伝熱管(21,21,・・・)を、それぞれ独立した基本部材として設置現場へ運び入れる。それらを設置現場にて簡単に組み立てて、ボルトやナット部材などの一般的な固定具にて固定して一体化する。基本ユニット(20)自体が、安価な設置工事を実現する。
したがって、並列した複数の前記基本ユニット(20,20,・・・)を流体供給用本管(11)と流体集合用本管(12)へ連通した大型の多管式熱交換器(10)を組み立てることも、設置現場にて簡単に実施できる。その結果、複数の前記基本ユニット(20,20,・・・)を備えた大型の多管式熱交換器(10)の安価な設置工事を実現する。
熱交換流体は、流体供給用本管(11)から複数の各基本ユニット(20,20,・・・)における流体供給管(30)から複数本の直管伝熱管(21,21,・・・)を通過する際に、設置現場の熱源と熱交換して加熱あるいは冷却される。その加熱あるいは冷却された熱交換流体は、複数本の直管伝熱管(21,21,・・・)から流体集合管(50)へ集められてから、流体集合用本管(12)を経て送出される。

（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記流体供給管(30)における各供給側マニホールド(31,31,・・・)の供給側伝熱管差込み口(38,38,・・・)と、前記流体集合管(50)における各集合側マニホールド(51,51,・・・)の集合側伝熱管差込み口(53,53,・・・)へ差し込んだ複数本の直管伝熱管(21,21,・・・)に対して押圧力をかけるべく、前記流体供給管(30)と前記流体集合管(50)の一端側同士と他端側同士へそれぞれ第一テンション材(22,22)を連結して構成する。

（作用）
単にボルトやナット部材などの一般的な固定具だけでなく、第一テンション材(22,22)を用いることによって、各構成部材を簡単にかつ確実に固定して一体化することとなる。

（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記流体供給管(30)の一端側と前記流体集合管(50)の他端側、および前記流体供給管(30)の他端側と前記流体集合管(50)の一端側へそれぞれ対角線上に第二テンション材(23,23,23,23)を連結して構成する。

（作用）
単にボルトやナット部材などの一般的な固定具だけでなく、第二テンション材(23,23,23,23)を用いることによって、各構成部材を簡単にかつ確実に固定して一体化することとなる。 また、第一テンション材(22,22)および第二テンション材(23,23,23,23)の両方を用いるなら、各構成部材をより一層確実に固定して一体化することとなる。

（第一の発明のバリエーション４）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記流体供給管(30)の両端および前記流体集合管(50)の両端に、熱交換流体を流すための連結用流路(62)とその連結用流路(62)が臨む連結用フランジ部(63)とを有する連結用マニホールド(60a,60b, 60c,60d)を連結する。
また、前記第一テンション材(22,22)は、前記流体供給管(30)の一端側の連結用マニホールド(60a)と前記流体集合管(50)の一端側の連結用マニホールド(60c)へ連結し、前記流体供給管(30)の他端側の連結用マニホールド(60b)と前記流体集合管(50)の他端側の連結用マニホールド(60d)へ連結して構成する。 また、前記第二テンション材(23,23,23,23)は、前記流体供給管(30)の一端側の連結用マニホールド(60a)と前記流体集合管(50)の他端側の連結用マニホールド(60d)を連結し、前記流体供給管(30)の他端側の連結用マニホールド(60b)と前記流体集合管(50)の一端側の連結用マニホールド(60c)を連結して構成する。

（作用）
前記流体供給管(30)の両端および前記流体集合管(50)の両端に連結した連結用マニホールド(60a,60b, 60c,60d)は、他の配管へ簡単に連結することができる。しかも、第一テンション材(22,22)と第二テンション材(23,23,23,23)を4つの連結用マニホールド(60a,60b, 60c,60d)へ連結することによって、各構成部材にかかるテンションのバランスが良いので、多管式熱交換器(20)の全体のゆがみを少なくした状態で一体化することとなる。

（第一の発明のバリエーション５）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記流体供給管(30)の一端側に取り付けた連結用マニホールド(60a)にて前記流体供給用本管(11)に連通するとともに、前記流体供給管(30)の他端側に取り付けた連結用マニホールド(60)にその連結用流路(62)を閉塞する蓋部(24)を設ける。 一方、前記流体集合管(50)の一端側に取り付けた連結用マニホールド(60)にて前記流体集合用本管(12)に連通するとともに、前記流体集合管(50)の他端側に取り付けた連結用マニホールド(60)にその連結用流路(62)を閉塞する蓋部(24)を設ける。

（作用）
流体供給用本管(11)が１本であるときは、流体供給管(30)の他端側に取り付けた連結用マニホールド(60)に蓋部(24)を設ければよい。また、流体集合用本管(12)が１本であるときは、流体集合管(50)の他端側に取り付けた連結用マニホールド(60)に蓋部(24)を設ければよい。

第一の発明によれば、単純な基本部材を設置現場へ運び入れ、設置のための溶接やロウ付け等の接合工事をせずに、単純な工具のみで簡単に組み立てること可能とし、大型の熱交換器であっても簡易な設置工事を実現する多管式熱交換器を提供することができた。

本発明の実施形態に係る多管式熱交換器を示すもので、複数の基本ユニットを備えた多管式熱交換器の斜視図である。 図１の正面図である。 図１の多管式熱交換器における基本ユニットの平面図である。 供給側マニホールド（集合側マニホールド）の部分的な断面を含む斜視図である。 連結用マニホールドの部分的な断面を含む斜視図である。 多管式熱交換器における組み立て状態の一部を示す部分的な断面を含む斜視図である。 図１の多管式熱交換器における基本ユニットの他の実施形態を示す斜視図である。 （ａ）は、図７におけるＶＩＩＩａの連結用マニホールドを示す斜視図であり、（ｂ）は、図７におけるＶＩＩＩｂの連結用マニホールドを示す斜視図である。 伝熱管を示す斜視図である。 伝熱管の端部にはめる管端部材を示す斜視図である。 多管式熱交換器の組み立て現場にて伝熱管の端部加工を行えるスエージング加工機を示す図であり、（Ａ）が断面図、（Ｂ）が斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る多管式熱交換器について図面を参照して説明する。ここで使用する図面は、図１から図１１である。

図１では、それ自体が単独で多管式熱交換器となる基本ユニット２０を複数個、ほぼ平行に並列した状態の多管式熱交換器１０を示している。 図１では、９個の基本ユニット２０，２０，・・・を並列に配置している。この多管式熱交換器１０は、例えば、海水、河川水、地下熱、上下水などの熱源の現地へ設置される。
熱交換流体が、流体供給用本管１１から９個の各基本ユニットの多管式熱交換器２０，２０，・・・へ供給される。熱交換流体が各基本ユニット２０の複数本の直管伝熱管２１，２１，・・・を通過する際に、現地の熱源と熱交換して加熱あるいは冷却される。次いで、流体集合用本管１２を経て送出され、種々の用途に利用される。なお、熱交換流体としては、例えば、水などの液体あるいは蒸気などの気体が用いられ、特に限定されない。

まず、基本ユニットの多管式熱交換器２０について説明する。
図２では、図１において右斜め下側から視た正面を示している。また、図３では、基本ユニット２０の平面を示している。
多管式熱交換器２０は、図２において右側に、熱交換流体を供給する流体供給管３０が配置されている。また、図２において左側に、熱交換流体を集合する流体集合管５０が配置されている。さらに、並行に配列した複数本の直管伝熱管２１が、前記流体供給管３０と前記流体集合管５０とを連通している。

より詳しく説明すると、前記流体供給管３０は、複数の供給側マニホールド３１，３１，・・・を積み重ねて熱交換流体を流す供給側流路３２を形成している。すなわち、各供給側マニホールド３１は、図４において上下方向に貫通する供給側流路３２を有しており、その供給側流路３２に対してほぼ直角方向で連通する供給側分岐流路３３を有する。
また、前記供給側流路３２が臨む両端面には、その供給側流路３２の周囲を囲むように、Ｏリング等のパッキン材３４を嵌め込むためのパッキン用溝部３５を設けている。
さらに、各供給側マニホールド３１は、図４において上下に貫通する複数の貫通孔３６，３６，・・・が、前記供給側流路３２の周囲を囲むように設けられている。本実施形態では３箇所の貫通孔３６，３６，３６が設けられている。

複数の供給側マニホールド３１，３１，・・・を積み重ねる際に、図６に示すようにパッキン用溝部３５にパッキン材３４を嵌め込み、上記の３箇所の貫通孔３６，３６，３６へ長尺のボルト３７，３７，３７を挿入してナット部材等の固定具で締め付ける。それによって、複数の供給側マニホールド３１，３１，・・・の間に生じる隙間が前記パッキン材３４，３４，・・・によって塞がれる。複数の供給側マニホールド３１，３１，・・・を積み重ねた供給側流路３２は、図６に示すように水密状態もしくは気密状態になる。

さらに、上記の各供給側マニホールド３１の供給側分岐流路３３には、直管伝熱管２１の一端を挿入するための供給側伝熱管差込み口３８を設けている。供給側伝熱管差込み口３８の奥は、前記直管伝熱管２１の一端を突き当てる段突き部３９を形成している。供給側伝熱管差込み口３８の中間は、Ｏリング等のパッキン材４１を嵌め込むためのパッキン用溝部４２を形成している。本実施形態では、２箇所のパッキン用溝部４２，４２を設けている。
したがって、各供給側マニホールド３１の供給側伝熱管差込み口３８へ、それぞれ対応する直管伝熱管２１の一端側（図２において右側）を挿入すると、直管伝熱管２１と供給側伝熱管差込み口３８との隙間は、図６に示すようにパッキン材４１、４１によって水密状態もしくは気密状態になる。

また、上記の流体供給管３０の図２において上端には、連結用マニホールド６０ａを取り付け、流体供給管３０の図２において下端には、連結用マニホールド６０ｂを取り付けている。連結用マニホールド６０ａ，６０ｂは同じ構造である。例えば、連結用マニホールド６０ａは、図５に示すように、供給側マニホールド３１の端面に取り付けるための平板状の基部６１と、熱交換流体を流すために図５において上下方向に貫通する連結用流路６２と、前記連結用流路６２が臨む連結用フランジ部６３と、を備えている。
また、基部６１の面には、前記連結用流路６２の周囲を囲むように、前述したＯリング等のパッキン材３４を嵌め込むためのパッキン用溝部６４を設けている。一方、連結用フランジ部６３の面には、前記連結用流路６２の周囲を囲むように、Ｏリング等のパッキン材（図示省略）を嵌め込むためのパッキン用溝部６５を設けている。

さらに、連結用マニホールド６０ａの基部６１には、図５において上下に貫通する複数の貫通孔６６，６６，・・・が、前記連結用流路６２の周囲を囲むように設けられている。本実施形態では、３箇所の貫通孔６６，６６，６６が前記供給側マニホールド３１の３箇所の貫通孔３６，３６，３６と合う位置に設けられている。 また、連結用マニホールド６０ａの基部６１には、詳しくは後述する第一テンション材２２を取り付けるために、２箇所の取付用孔６７，６７を設けている。

図６に示すように、連結用マニホールド６０ａを前記流体供給管３０の上端に位置する供給側マニホールド３１の端面に取り付ける際には、基部６１の面に設けたパッキン用溝部６４にパッキン材３４を嵌め込む。一方、連結用マニホールド６０ｂも上記と同様にして、前記流体供給管３０の下端に位置する供給側マニホールド３１の端面に取り付ける。
それから、連結用マニホールド６０ａおよび連結用マニホールド６０ｂの３箇所の貫通孔６６，６６，６６と供給側マニホールド３１の３箇所の貫通孔３６，３６，３６へ長尺のボルト３７，３７，３７を挿入してナット部材等の固定具で締め付ける。
その結果、連結用マニホールド６０ａと複数の供給側マニホールド３１，３１，・・・と連結用マニホールド６０ｂの間に生じる隙間は、パッキン材３４によって塞がれて水密状態もしくは気密状態になる。

また、本実施形態では、前記流体供給管３０の一端側（図２において上側）の連結用マニホールド６０ａは、詳しくは後述する流体供給用本管１１へ連結し、連結用マニホールド６０ａの連結用流路６２を流体供給用本管１１内の流体供給流路（図示省略）へ連通する構成である。
一方、前記流体供給管３０の他端側（図２において下側）の連結用マニホールド６０ｂは、その連結用フランジ部６３の端面に平板状の蓋部２４を取り付けることによって連結用流路６２を閉塞する。このとき、本実施形態では、蓋部２４と連結用マニホールド６０ｂとの連結方法は、連結用フランジ部６３と蓋部２４とを側方から挟み込むチャック２５によって固定している。

前記第一テンション材２２は、図３および図６に示すようにシャフト２２ａの両端に平板状の連結部２２ｂを溶接等で固定し、その連結部２２ｂに連結用マニホールド６０の基部６１の取付用孔６７，６７と合う位置に２箇所の取付用孔２２ｃ，２２ｃを設けている。
なお、第一テンション材２２のシャフト２２ａは、２本の分割シャフト２２ａ１，２２ａ２を、張力を調整するためのターンバックル２２ｄにて連結している。すなわち、ターンバックル２２ｄを回転することによって、右ねじの分割シャフト２２ａ１と左ねじのシャフト２２ａ２が締められたり、緩められたりして、張力を調整するものである。なお、ターンバックル２２ｄは少なくとも一つあればよい。
第一テンション材２２の一端側の連結部２２ｂを連結用マニホールド６０ａの基部６１へ固定するには、図６に示すように、両者の２箇所の取付用孔２２ｃ，２２ｃおよび取付用孔６７，６７に挿入したボルト等の固定具２６，２６にて固定する。

次に、流体集合管５０について詳しく説明する。その流体集合管５０は、上述した流体供給管３０と同じ構造である。しかし、多管式熱交換器２０における構造上の役目が異なるので、部材名称を変える。そこで、同じ図を用いて説明する場合、前記流体供給管３０の部材と同じ構造の部材は、符号に（ ）を付して並べて記載する。

流体集合管５０は、図２に示すように複数の集合側マニホールド５１を積み重ねて熱交換流体を集める集合側流路５２を形成している。すなわち、各集合側マニホールド５１は、図４において上下方向に貫通する集合側流路５２を有しており、その集合側流路５２に対してほぼ直角方向で連通する集合側分岐流路５３を有する。
また、前記集合側流路５２が臨む両端面には、その集合側流路５２の周囲を囲むように、Ｏリング等のパッキン材３４を嵌め込むためのパッキン用溝部５４を設けている。
さらに、各集合側マニホールド５１は、図４において上下に貫通する複数の貫通孔５５，５５，・・・が、前記集合側流路５２の周囲を囲むように設けられている。本実施形態では３箇所の貫通孔５５，５５，５５が設けられている。

複数の集合側マニホールド５１を積み重ねる際に、パッキン用溝部５４にパッキン材３４を嵌め込み、上記の３箇所の貫通孔５５，５５，５５へ長尺のボルト３７，３７，３７を挿入してナット部材等の固定具で締め付ける。それによって、他の集合側マニホールド５１を積み重ねたときに生じる隙間が前記パッキン材３４，３４，・・・によって塞がれる。複数の集合側マニホールド５１を積み重ねた集合側流路５２は、図６に示すように水密状態もしくは気密状態になる。

さらに、各集合側マニホールド５１の集合側分岐流路５３には、直管伝熱管２１の一端を挿入するための集合側伝熱管差込み口５６を設けている。集合側伝熱管差込み口５６の奥は、前記直管伝熱管２１の一端を突き当てる段突き部５７を形成している。集合側伝熱管差込み口５６の中間は、Ｏリング等のパッキン材４１を嵌め込むためのパッキン用溝部５８を形成している。
したがって、各集合側マニホールド５１の集合側伝熱管差込み口５６へ、それぞれ対応する直管伝熱管２１の他端側（図２において左側）を挿入すると、直管伝熱管２１と集合側伝熱管差込み口５６との隙間は、図６に示すようにパッキン材４１によって水密状態もしくは気密状態になる。

また、上記の流体集合管５０の図２において上端には、連結用マニホールド６０ｃを取り付け、流体集合管５０の図２において下端には、連結用マニホールド６０ｄを取り付けている。前記連結用マニホールド６０ｃおよび連結用マニホールド６０ｄは、前述の流体供給管３０にて説明した連結用マニホールド６０ａと同じ構造である。
例えば、連結用マニホールド６０ｃは、図５に示すように、集合側マニホールド５１の端面に取り付けるための平板状の基部６１と、熱交換流体を流すために図５において上下方向に貫通する連結用流路６２と、前記連結用流路６２が臨む連結用フランジ部６３と、を備えている。他は同様であるので、その説明を省略する。
なお、連結用マニホールド６０ｃの基部６１に設けた複数の貫通孔６６，６６，・・・、本実施形態では、３箇所の貫通孔３６，３６，３６は、前記集合側マニホールド５１の３箇所の貫通孔５５，５５，５５と合う位置に設けられている。

図６に示すように、連結用マニホールド６０ｃを前記流体集合管５０の上端に位置する集合側マニホールド５１の端面に取り付ける作用は、前述した連結用マニホールド６０ａを供給側マニホールド３１の端面に取り付ける場合と同様である。一方、連結用マニホールド６０ｄも上記と同様にして、前記流体集合管５０の下端に位置する集合側マニホールド５１の端面に取り付ける。

また、本実施形態では、前記流体集合管５０の一端側（図２において上側）の連結用マニホールド６０ｃは、詳しくは後述する流体集合用本管１２へ連結し、連結用マニホールド６０ｃの連結用流路６２を流体集合用本管１２内の流体集合流路（図示省略）へ連通する構成である。
一方、前記流体集合管５０の他端側（図２において下側）の連結用マニホールド６０ｄは、その連結用フランジ部６３の端面に平板状の蓋部２４をチャック２５にて取り付けることによって連結用流路６２を閉塞する。

第一テンション材２２としては、前記流体供給管３０の一端側（図２において上端側）の連結用マニホールド６０ａと前記流体集合管５０の一端側（図２において上端側）の連結用マニホールド６０ｃへ連結する。 さらに、前記流体供給管３０の他端側（図２において下端側）の連結用マニホールド６０ｂと前記流体集合管５０の他端側（図２において下端側）の連結用マニホールド６０ｄへ連結する。

次に、基本ユニットの多管式熱交換器２０の組み立て方法について説明する。
基本ユニットの多管式熱交換器２０は、図２において右側に、複数の供給側マニホールド３１，３１，・・・を積み重ねて熱交換流体を流す供給側流路３２を形成した流体供給管３０を配置する。その流体供給管３０の上端には連結用マニホールド６０ａを取り付け、前記流体供給管３０の下端には連結用マニホールド６０ｂを取り付ける。 連結用マニホールド６０ａおよび連結用マニホールド６０ｂの３箇所の貫通孔６６，６６，６６と複数の供給側マニホールド３１，３１，・・・の３箇所の貫通孔３６，３６，３６へ長尺のボルト３７，３７，３７を挿入してナット部材等の固定具で一体的に固定する。

一方、図２において左側に、複数の集合側マニホールド５１を積み重ねて熱交換流体を集める供給側流路３２を形成した流体集合管５０を配置する。その流体集合管５０の上端には連結用マニホールド６０ｃを取り付け、前記流体集合管５０の下端には連結用マニホールド６０ｄを取り付ける。 連結用マニホールド６０ｃおよび連結用マニホールド６０ｄの３箇所の貫通孔６６，６６，６６と複数の集合側マニホールド５１，５１，・・・の３箇所の貫通孔５５，５５，５５へ長尺のボルト３７，３７，３７を挿入してナット部材等の固定具で一体的に固定する。

上記の流体供給管３０における複数の各供給側マニホールド３１，３１，・・・の供給側伝熱管差込み口３８，３８，・・・と、上記の流体集合管５０における複数の各集合側マニホールド５１，５１，・・・の集合側伝熱管差込み口５６，５６，・・・とが、互いに対応して向き合うように配置する。
次いで、複数の各直管伝熱管２１，２１，・・・の一端側（図２において右端側）をそれぞれに対応する供給側伝熱管差込み口３８，３８，・・・へ挿入し、前記各直管伝熱管２１，２１，・・・の他端側（図２において左端側）をそれぞれに対応する集合側伝熱管差込み口５６，５６，・・・へ挿入する。

次に、前記流体供給管３０の一端側（図２において上端側）の連結用マニホールド６０ａと前記流体集合管５０の一端側（図２において上端側）の連結用マニホールド６０ｃへ一つの第一テンション材２２を連結する。また、前記流体供給管３０の他端側（図２において下端側）の連結用マニホールド６０ｂと前記流体集合管５０の他端側（図２において下端側）の連結用マニホールド６０ｄへ、もう一つの第一テンション材２２を連結する。

上端側の第一テンション材２２のターンバックル２２ｄと、下端側の第一テンション材２２のターンバックル２２ｄを、同時に回転して張力を調整することによって、流体供給管３０と流体集合管５０の間の距離を調整する。それによって、流体供給管３０と流体集合管５０が、複数本の直管伝熱管２１，２１，・・・に対してその両端側から押圧力をかけることになる。その結果、流体供給管３０と流体集合管５０と複数本の直管伝熱管２１，２１，・・・が一体的に固定される。
以上で、基本ユニットの多管式熱交換器２０の組み立てが完成する。

以上のように、基本ユニットの多管式熱交換器２０は、その構成部材が小さく単純な基本部材となっているので、各構成部材の状態で設置現場へ容易に運び入れることができる。しかも、ドライバやスパナなどの単純な工具のみを用いて、設置現場にて簡単に組み立てることができる。その結果、多管式熱交換器２０自体の費用と設置工事費用を安価にすることができる。

なお、基本ユニットの多管式熱交換器２０としては、流体供給管３０と、流体集合管５０と、複数の直管伝熱管２１，２１，・・・が、基本的な構成部材である。その基本的な構成部材を組み立てる際には、ボルトやナット部材などの一般的な固定具にて固定して一体化することとなる。これを基本ユニットとすることができる。
すなわち、前述した実施形態では、上記の基本的な構成部材に対して連結用マニホールド６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄおよび２つの第一テンション材２２を付け加えて組み立てた多管式熱交換器２０を、基本ユニットとしているが、連結用マニホールド６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄに代わる他の部材であってもよく、２つの第一テンション材２２に代わる他の部材であってもよい。

例えば、図７に示すように、前述した基本ユニット２０の表側に、２つの第二テンション材２３を連結用マニホールド６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄに対して対角線上に連結してテンションをかけるとともに、前記基本ユニット２０の裏側に、２つの第二テンション材２３を連結用マニホールド６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄに対して対角線上に連結してテンションをかけることができる。

なお、流体供給管３０の一端側（図２において上側）の連結用マニホールド６０ａと、流体集合管５０の一端側（図２において上側）の連結用マニホールド６０ｃは、図８（ａ）に示すような連結用マニホールド６０ｅとすることができる。 その連結用マニホールド６０ｅは、基部６１の図８（ａ）において左右側にフランジ部６１ａを設けており、各フランジ部６１ａには第二テンション材２３を取り付けるための１箇所の取付用孔６８を設けている。なお、基部６１には第一テンション材２２を取り付けるための１箇所の取付用孔６７を設けている。なお、この場合、第一テンション材２２の両端には、前記取付用孔６７へ引っ掛けるためのフック２２ｅを形成している。

また、流体供給管３０の他端側（図２において下側）の連結用マニホールド６０ｂと、流体集合管５０の他端側（図２において下側）の連結用マニホールド６０ｄは、図８（ｂ）に示すような連結用マニホールド６０ｆとすることができる。 その連結用マニホールド６０ｆは、図５における連結用流路６２および連結用フランジ部６３をなくし、基部６１自体が図２における蓋部２４を兼用している。 また、基部６１の図８（ｂ）において左右側にフランジ部６１ａを設けており、各フランジ部６１ａには第二テンション材２３を取り付けるための１箇所の取付用孔６８を設けている。

第二テンション材２３は、シャフト２３ａおよびターンバックル２３ｄを備え、基本的には第一テンション材２２と同様の構造である。ただし、図７では、第二テンション材２３のシャフト２３ａの両端には、上記の連結用マニホールド６０ｅおよび連結用マニホールド６０ｆにおける基部６１の各フランジ部６１ａに設けた取付用孔６８へ引っ掛けるためのフック２３ｂを形成している。

上記構成によって、図７において合計４つの第二テンション材２３，２３，・・・の各ターンバックル２３ｄ，２３ｄ，・・・を回してテンションを調整することによって、基本ユニット２０の全体のゆがみを少なくするとともに、基本ユニット２０の基本的な構成部材を簡単にかつ確実に固定して一体化する点で安定させることができる。

なお、図７においては、第一テンション材２２と第二テンション材２３の両方が用いられているが、第二テンション材２３だけでも基本ユニット２０の基本的な構成部材を一体化する点で十分な機能を有する。

また、上記の２つの第一テンション材２２あるいは４つの第二テンション材２３，２３，・・・が、流体供給管３０の両端に設けた連結用マニホールド６０ａ，６０ｂ（あるいは６０ｅ，６０ｆ）と、流体集合管５０の両端に設けた連結用マニホールド６０ｃ，６０ｄ（あるいは６０ｅ，６０ｆ）へ連結されたことによって、基本ユニット２０の基本的な構成部材にかかるテンションの全体的なバランスを良好に調整することができる。

図１では、多管式熱交換器１０は、９個の基本ユニット２０，２０，・・・をほぼ平行に並列に配置している。すなわち、各基本ユニット２０の流体供給管３０の一端側が、連結用マニホールド６０ａを介して流体供給用本管１１へ連結されている。このとき、流体供給用本管１１には、９個の連結用供給側管路１３，１３，・・・が、９個の各基本ユニット２０，２０，・・・に対応する位置に図１および図２において下方へ向けて突出している。前記各連結用供給側管路１３の下部には、連結用マニホールド６０ａの連結用フランジ部６３へ連結するための本管側フランジ部（図示省略）が設けられている。その本管側フランジ部と前記連結用フランジ部６３が、側方から挟み込むチャック２５によって固定される。これにより、各基本ユニット２０の流体供給管３０の一端側が、連結用マニホールド６０ａと連結用供給側管路１３を介して流体供給用本管１１へ連通する。

一方、各基本ユニット２０の流体集合管５０の一端側が、連結用マニホールド６０ｃを介して流体集合用本管１２へ連結されている。このとき、流体集合用本管１２には、９個の連結用集合側管路１４，１４，・・・が、９個の各基本ユニット２０，２０，・・・に対応する位置にて図１および図２において下方へ向けて突出している。前記各連結用集合側管路１４の下部には、連結用マニホールド６０ｃの連結用フランジ部６３へ連結するための本管側フランジ部（図示省略）が設けられている。その本管側フランジ部と前記連結用フランジ部６３が、側方から挟み込むチャック２５によって固定される。これにより、各基本ユニット２０の流体集合管５０の一端側が、連結用マニホールド６０ｃと連結用集合側管路１４を介して流体集合用本管１２へ連通する。

流体供給用本管１１の熱交換流体は、９個の各連結用供給側管路１３，１３，・・・から各基本ユニットの多管式熱交換器２０，２０，・・・の流体供給管３０、３０へ流れる。さらに、前記各流体供給管３０においては、複数の供給側マニホールド３１，３１，・・・の供給側分岐流路３３，３３，・・・を経て複数の直管伝熱管２１，２１，・・・へ流れることになる。
熱交換流体は、各基本ユニット２０の複数本の直管伝熱管２１，２１，・・・を通過する際に、現地の熱源と熱交換して加熱あるいは冷却される。その加熱あるいは冷却された熱交換流体は、複数本の直管伝熱管２１から流体集合管５０へ集められてから、流体集合用本管１２を経て送出される。

以上のことから、複数の基本ユニット２０，２０，・・・を並列に配置して構成した多管式熱交換器１０は、前述した基本ユニット２０にて説明したのと同様の効果がある。つまり、各構成部材を熱源が得られる設置現場へ容易に運び入れて、設置現場にて簡単に組み立てることができる。その結果、多管式熱交換器１０が大型であってもそれ自体の費用と設置工事費用を安価にすることができる。 したがって、海水、河川水、地下熱、上下水などの熱源が得られる設置場所にて、さらに熱交換効率が高くなり、省エネルギー性を向上させることができる。

（図９）
図９には、直管伝熱管２１を斜視図にて示している。その端部２１は、詳細な図示は省略するが、１５度の角度にて研削テーパ加工を施すか、スエージング加工を施している。
直管伝熱管２１の端部を加工しているのは、現場での組み立てを工具無しでも行いやすいようにするためである。他の部材に挿入する、といった作業が多いからである。

（図１０）
図１０には、直管伝熱管２１の端部にはめ込んで使用する管端部材４０を示す。この図に示すのは片側であり、左右対称のペアを向き合わせて用いる。
管端部材４０は、板状をなし、直管伝熱管２１を貫通させるための伝熱管用孔４０ａが設けられ、その伝熱管用孔４０ａの軸方向と直角となるようなマニホールド用孔４０ｂが設けられている。

また、伝熱管用孔４０ａにおける反マニホールド用孔４０ｂ側の端部にはパッキン材４１が位置するようになっている。 この図では、パッキン材４１として、二重のＯリングを採用している。

（図１１）
図１１には、図９に示した直管伝熱管２１の端部にスエージング加工を施すためのスエージング加工機７０を示している。
このスエージング加工機７０は、円盤状のローラ台座７２と、被加工物である直管伝熱管２１の端部を支持する円盤状の被加工物支持部材７３と、その被加工物支持部材７３および前記のローラ台座７２とを所定間隔で固定する円柱形の３本の接合部材７４と、被加工物支持部材７３に支持される直管伝熱管２１の軸方向とはずれた回転軸をなす３本のスエージングローラ７１とからなる。

以上のように構成されたスエージング加工機７０の被加工物支持部材７３へ直管伝熱管２１の端部を挿入して固定し、ローラ台座７２を電動工具等で回転させる事でスエージングローラ７１が公転しながら自転して、摩擦発熱を最小限に抑えつつ、直管伝熱管２１の端部を管端部２１ａのように絞り塑性変形させて、直管伝熱管２１の端部にスエージング加工を施す。管端部２１ａの形状により、直管伝熱管２１を伝熱管用孔４０ａに挿入する際にパッキン材４１を規定の形状に弾性変形させ、水密・気密を確実にする。

本発明は、熱交換器の製造業、熱交換器の設備メンテナンス業などにおいて、利用可能性を有する。

１０ 多管式熱交換器 １１ 流体供給用本管
１２ 流体集合用本管 １３ 連結用供給側管路
１４ 連結用集合側管路
２０ 基本ユニット（多管式熱交換器）
２１ 直管伝熱管 ２１ａ 管端部
２２ 第一テンション材 ２２ａ シャフト
２２ａ１、２２ａ２ 分割シャフト ２２ｂ 連結部
２２ｃ 取付用孔 ２２ｄ ターンバックル
２２ｅ フック
２３ 第二テンション材 ２３ａ シャフト
２３ｂ フック ２３ｄ ターンバックル
２４ 蓋部 ２５ チャック
２６ 固定具
３０ 流体供給管 ３１ 供給側マニホールド
３２ 供給側流路 ３３ 供給側分岐流路
３４ パッキン材 ３５ パッキン用溝部
３６ 貫通孔 ３７ ボルト
３８ 供給側伝熱管差込み口 ３９ 段突き部
４０ 管端部材 ４０ａ 伝熱管用孔
４０ｂ マニホールド用孔
４１ パッキン材 ４２ パッキン用溝部
５０ 流体集合管 ５１ 集合側マニホールド
５２ 集合側流路 ５３ 集合側分岐流路
５４ パッキン用溝部 ５５ 貫通孔
５６ 集合側伝熱管差込み口 ５７ 段突き部
５８ パッキン用溝部
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆ 連結用マニホールド
６１ 基部 ６１ａ フランジ部
６２ 連結用流路 ６３ 連結用フランジ部
６４ パッキン用溝部 ６５ パッキン用溝部
６６ 貫通孔 ６７ 取付用孔
６８ 取付用孔
７０ スエージング加工機 ７１ スエージングローラ
７２ ローラ台座 ７３ 被加工物支持部材
７４ 接合部材

Claims (6)

1. 並行に配列した複数本の直管伝熱管と、その複数本の各直管伝熱管の一端に連通して熱交換流体を供給する流体供給管と、前記複数本の各直管伝熱管の他端に連通して熱交換流体を集める流体集合管と、を備えた多管式熱交換器であって、
   前記流体供給管は、熱交換流体を流す供給側流路を形成する複数の供給側マニホールドを積み重ねて構成し、
   前記各供給側マニホールドは、前記供給側流路と、その供給側流路に対してほぼ直角方向で連通する供給側分岐流路と、その供給側分岐流路へ対応する直管伝熱管の一端を挿入する供給側伝熱管差込み口と、を備え、
   前記流体集合管は、熱交換流体を集める集合側流路を形成する複数の集合側マニホールドを積み重ねて構成し、
   前記各集合側マニホールドは、前記集合側流路と、その集合側流路に対してほぼ直角方向で連通する集合側分岐流路と、その集合側分岐流路へ対応する直管伝熱管の他端を挿入する集合側伝熱管差込み口と、を備えたことを特徴とする多管式熱交換器。
2. 複数の供給側マニホールドを積み重ねた流体供給管と、複数の集合側マニホールドを積み重ねた流体集合管と、前記各供給側マニホールドの供給側伝熱管差込み口と前記各集合側マニホールドの集合側伝熱管差込み口へ差し込んで並列した複数本の直管伝熱管と、を備えた基本ユニットを構成し、
   複数の前記基本ユニットを並列するとともに各基本ユニットにおける流体供給管の少なくとも一端に連通して熱交換流体を供給する流体供給用本管と、前記各基本ユニットにおける流体集合管の少なくとも一端に連通して熱交換流体を集合する流体集合用本管と、を備えた請求項１に記載の多管式熱交換器。
3. 前記流体供給管における各供給側マニホールドの供給側伝熱管差込み口と、前記流体集合管における各集合側マニホールドの集合側伝熱管差込み口へ差し込んだ複数本の直管伝熱管に対して押圧力をかけるべく、前記流体供給管と前記流体集合管の一端側同士と他端側同士へそれぞれ第一テンション材を連結して構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多管式熱交換器。
4. 前記流体供給管の一端側と前記流体集合管の他端側、および前記流体供給管の他端側と前記流体集合管の一端側へそれぞれ対角線上に第二テンション材を連結して構成した請求項１、請求項２または請求項３に記載の多管式熱交換器。
5. 前記流体供給管の両端および前記流体集合管の両端に、熱交換流体を流すための連結用流路とその連結用流路が臨む連結用フランジ部とを有する連結用マニホールドを連結し、
   前記第一テンション材は、前記流体供給管の一端側の連結用マニホールドと前記流体集合管の一端側の連結用マニホールドへ連結し、前記流体供給管の他端側の連結用マニホールドと前記流体集合管の他端側の連結用マニホールドへ連結して構成し、
   前記第二テンション材は、前記流体供給管の一端側の連結用マニホールドと前記流体集合管の他端側の連結用マニホールドを連結し、前記流体供給管の他端側の連結用マニホールドと前記流体集合管の一端側の連結用マニホールドを連結して構成した請求項３または請求項４に記載の多管式熱交換器。
6. 前記流体供給管の一端側に取り付けた連結用マニホールドにて前記流体供給用本管に連通するとともに、前記流体供給管の他端側に取り付けた連結用マニホールドにその連結用流路を閉塞する蓋部を設け、
   一方、前記流体集合管の一端側に取り付けた連結用マニホールドにて前記流体集合用本管に連通するとともに、前記流体集合管の他端側に取り付けた連結用マニホールドにその連結用流路を閉塞する蓋部を設けた請求項５に記載の多管式熱交換器。

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