JP2013002755A - 仕切壁をもつ二重管型伝熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各エレメントを同一の金型で形成し、量産性の高い仕切壁を持つ二重管型伝熱装置の提供。
【解決手段】 両管を周方向に離間して、２以上に等分し、同一形状の複数の細長いエレメント１を形成する。各エレメント１は、外管の直径に整合する横断面弧状の第１溝部２と、内管の直径に整合する横断面弧状の第２溝部３とを有し、それらの一端縁どうしが断面鈎方に連結される仕切壁４を有する。そして、一方のエレメント１の他端縁が他方のエレメント１の仕切壁４に接続されて、全体が環状に形成され、それらの各接続部が液密に接合され、複数の流路がその仕切壁４により形成される。そして、各流路の端部間が連通手段５、６を介して連通され、第１流体が各流路をＵ字状に流通するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内管と外管とが同芯に被嵌され且つ、両管の内部に流路を分割する仕切壁を有し、その軸方向両端部が閉塞された二重管型伝熱装置に関する。

従来の仕切壁を有する二重管型伝熱装置は、その外管の端部に一対の出入口が設けられ、内管と外管との間に第１流体が流通し、内管の内側と外管の外側に第２流体が流通して、両流体間に熱交換が行なわれるものである。あるいは、少なくとも一方の管の外側に加熱体が配置される。このような伝熱装置は、ラジエータタンク等に挿入されてオイルクーラに用いられ、或いは改質器、その改質器に付随する脱硫器その他に用いることもできる。

下記特許文献１には、オイルクーラとしての二重管型熱交換器が記載され、その内外管の流路を仕切壁によって２分割し、仕切壁の一端部でオイルがＵターンする構造のものが記載されている。それにより、オイル流路を長くし、熱交換を促進させている。
この二重管型熱交換器は、内管が円筒状に形成され、外管は２分割されて、その両縁部が半径方向内側に折り曲げられ、仕切壁を形成している。
上記構造に加えて、両管の仕切壁の数をさらに増やし、オイルを蛇行状に流通させることも考えられる。その場合には、内管と外管とを円筒状に形成し、それらの間に等分に仕切壁を配置することになる。

実開平２−２８９６８号公報

従来の仕切壁をもつ二重管型熱交換器で、内部流路が２分割あるいは、多分割されたものは何れも、部品点数が多くなり、多数の金型を必要とする。そのため、コスト高となる欠点がある。さらに、多数の仕切壁を有する二重管型熱交換器では、その仕切壁のシールの信頼性が問題となる。
そこで、本発明はかかる問題点を解決することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、内管の外周に外管が同芯に被嵌され且つ、両管の内部を分割する仕切壁を有し、その軸方向の両端部間が閉塞されて、両管の内部に第１流体が流通し、少なくとも一方の管の外面側に第２流体が流通または、加熱体が配置された仕切壁をもつ二重管型伝熱装置において、
両管が周方向に離間して２以上に等分に、軸線に平行に分割された同一形状の複数の細長いエレメント(1)からなり、
各エレメント(1)は、外管の直径に整合する横断面弧状の第１溝部(2)と、内管の直径に整合する横断面弧状の第２溝部(3)と、それらの一端縁どうしが連結される仕切壁(4)とを有し、
一方のエレメント(1)の他端縁が他方のエレメント(1)の仕切壁(4)に接続されて、全体が環状に形成され、それらの各接続部が液密に接合され、複数の流路がその仕切壁(4)により形成され、
各流路の端部間が連通手段(5)(6)を介し連結され、第１流体(11)が各流路をＵ字状に流通することを特徴とする仕切壁をもつ二重管型伝熱装置である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の仕切壁をもつ二重管型伝熱装置において、
各エレメント(1)の第１溝部(2)の他端縁が半径方向中心側に折り曲げられた第１縁部(2a)を有し、第２溝部(3)の他端縁が半径方向外側に折り曲げられた第２縁部(3a)を有する仕切壁をもつ二重管型伝熱装置である。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の仕切壁をもつ二重管型伝熱装置において、
各エレメントの接触部が互いにろう付けされてなる仕切壁をもつ二重管型伝熱装置である。

本発明の仕切壁をもつ二重管型伝熱装置によれば、同一形状のエレメント１を複数組合わせることにより、伝熱装置を形成できる。そのため、１つの金型で各エレメント１を形成でき、二重管型伝熱装置の主要部を完成できる。従って、低コストで量産性の高い仕切壁をもつ二重管型伝熱装置を提供できる。さらに、各エレメント１は、その継目が伝熱装置の外面に現れるため、各流路間の漏れ検査が容易で、信頼性の高い伝熱装置を提供できる。そして、各流路の端部間が連結され、第１流体が各流路をＵ字状に流通するため、その流路長が長くなり、熱交換を促進できる。

上記構成において、請求項２に記載のように、エレメント１の第１溝部２の縁部に第１縁部2aを形成し、第２溝部３の縁部に第２縁部3aを形成した場合には、各エレメントの接合面を十分確保し、信頼性の高い伝熱装置となる。
上記構成において、請求項３に記載のように、各エレメントの接触部をろう付けした場合には、さらに量産性の高い伝熱装置となる。

本発明の仕切壁をもつ二重管型伝熱装置の分解斜視図。 同組立て説明図。 同組立て状態を示す横断面図。 同端蓋の一つを取り除いた斜視説明図。 同展開図。

次に図面に基づいて、本発明の実施の形態につき説明する。
この実施例では、４つの同一形状のエレメント１と一対の端蓋７とを具備する。
各エレメント１は、外管の直径に整合する横断面弧状の第１溝部２と、内管の直径に整合する横断面弧状の第２溝部３と、それらの一端どうしが連結される仕切壁４とからなる。そして、第１溝部２と第２溝部３は、それぞれ周方向に外側に延在し、断面鈎型に形成される。１つのエレメント１を除き、他のエレメント１は仕切壁４の長手方向一端部または他端部に連通手段５、６として矩形孔が穿設されている。そして、第１溝部２の端部には、第１縁部2aが半径方向内側に曲折され、第２溝部３の縁部に第２縁部3aが半径方向外側に曲折され、それら全体が帯状金属板のプレス成形体からなる。その材質は、アルミニウム板、ステンレス鋼板、銅板等を使用できる。

上下一対の端蓋７は、環状に形成され、その内周縁および外周縁に立ち上げ縁が形成され、その両縁内に第１溝部２、第２溝部３の軸方向両端が嵌着される。上部側の端蓋７には、一対の入口パイプ８、出口パイプ９が連通されている。

図２は、本発明の伝熱装置の組立て説明図であり、各エレメント１の第２溝部３の第２縁部3aおよび第１溝部２の第１縁部2aは、隣接する各エレメント１の仕切壁４に、図２のごとく接触する。それぞれの第１溝部２の表面には予めろう材が被覆され、あるいはろう材が塗布され、図３および図４のごとく組立てられる。そして、全体を炉内に挿入し、一体的にろう付けして、その接触部は図３のごとく、ろうフィレット10が形成され、全体が液密に構成される。

図４および図５において、一方の入口パイプ８から第１流体11が流入し、４分割された流路内を連通手段５、６を介して、それぞれＵ字状に流通し、全体として蛇行状に流れて、出口パイプ９からそれが流出する。そして、各管の外周および内周に第２流体として冷却水が流通し、内部の第１流体11との間に熱交換が行なわれる。
なお、本発明の仕切壁を有する二重管型伝熱装置は、オイルクーラに限らず、改質器としても用いることができる。その場合、内管の内側には、燃料電池からの排ガスまたはボイラの排ガスを流通し、内管と外管の間には改質触媒を充填し、その内部に水蒸気を含む原料ガスを流通して、水素リッチな改質ガスを取り出すことができる。各仕切壁の存在により、原料ガスを改質触媒にまんべんなく接触させると共に、その流路長を長くし、水蒸気改質を完全に行うことができる。

さらには、本発明の仕切壁を有する二重管型伝熱装置は、改質装置の脱硫器として用いることができる。その場合、二重管型の脱硫器の内側に改質器を配置し、改質器外周の温度を利用して、脱硫器を内管側から加熱し、脱硫剤を有する脱硫器の内部に原料ガスを流通して、それを脱硫することができる。なお脱硫器の熱源としては、ヒータ等の他の熱源を配置し、または排ガスを用いることもできる。

（他の実施例）
なお、この実施例では、内管と外管とを４分割したが、それを２分割、３分割、あるいは５分割以上とすることもできる。また、この例では一対の端蓋７を用いたが、それに替えて、第１溝部２または第２溝部３に部分的な蓋上部を突設し、それにより端蓋７を構成しても良い。さらには、端蓋を各流路分に分割したものとし、その分割蓋を各仕切壁間に嵌着して、ろう付けすることもできる。その場合、接合部を外部から目視でき、仕切壁とのろう付けの良否を外部から容易に判定できる。
また、この例では連通手段５、６を各エレメント１の仕切壁４に設けたが、これに替えて、一対の端蓋７にそれぞれ連結用パイプを取り付け、各流路間を連通してもよい。また、連通手段５、６を孔としたが、それに替えて、仕切壁４の端部に欠切部を形成しても良い。

実施例では第１縁部2a、第２縁部3aを半径方向に突設したが、それに代えて、それらの縁部を周方向に延在させ、それを隣接するエレメントの第１溝部２または第２溝部３に重ね合わせることもできる。さらには、その重ね合わせ部に段部ができないように、その板厚分だけ第１溝部２、第２溝部３の縁に段付き凹部を形成してもよい。
実施例では、これらの内管および外管を円筒状としたが、それに替えて、多角形状としても良い。

１ エレメント
２ 第１溝部
2a 第１縁部
３ 第２溝部
3a 第２縁部
４ 仕切壁

５ 連通手段
６ 連通手段
７ 端蓋
８ 入口パイプ
９ 出口パイプ
10 ろうフィレット
11 第１流体

Claims (3)

1. 内管の外周に外管が同芯に被嵌され且つ、両管の内部を分割する仕切壁を有し、その軸方向の両端部間が閉塞されて、両管の内部に第１流体が流通し、少なくとも一方の管の外面側に第２流体が流通または、加熱体が配置された仕切壁をもつ二重管型伝熱装置において、
   両管が周方向に離間して２以上に等分に、軸線に平行に分割された同一形状の複数の細長いエレメント(1)からなり、
   各エレメント(1)は、実質的に同一形状で、外管の直径に整合する横断面弧状の第１溝部(2)と、内管の直径に整合する横断面弧状の第２溝部(3)と、それらの一端縁どうしが連結される仕切壁(4)とを有し、
   一方のエレメント(1)の他端縁が他方のエレメント(1)の仕切壁(4)に接続されて、全体が環状に形成され、それらの各接続部が液密に接合され、複数の流路がその仕切壁(4)により形成され、
   各流路の端部間が連通手段(5)(6)を介し連結され、第１流体(11)が各流路をＵ字状に流通することを特徴とする仕切壁をもつ二重管型伝熱装置。
2. 請求項１に記載の仕切壁をもつ二重管型伝熱装置において、
   各エレメント(1)の第１溝部(2)の他端縁が半径方向中心側に折り曲げられた第１縁部(2a)を有し、第２溝部(3)の他端縁が半径方向外側に折り曲げられた第２縁部(3a)を有する仕切壁をもつ二重管型伝熱装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の仕切壁をもつ二重管型伝熱装置において、
   各エレメントの接触部が互いにろう付けされてなる仕切壁をもつ二重管型伝熱装置。

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