JP2013011402A

JP2013011402A - 熱交換用部材及び熱交換器

Info

Publication number: JP2013011402A
Application number: JP2011144352A
Authority: JP
Inventors: Yukio Inoguchi; 幸男井野口
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-17

Abstract

【課題】熱交換器用の熱交換管として合成樹脂製の管を使用し、この熱交換管を固定する支持材も合成樹脂製のものを使用することによって、熱交換器用内に使用する部材の耐久性を改善するとともに、熱交換管の支持材を熱交換管の一部として流体を行き来する管路としても使用することにより、部品点数を少なくし、トータル費用を安価にすることができる熱交換用部材と、この熱交換用部材を用いた熱交換器を提供する。
【解決手段】合成樹脂製の熱交換管３と支持材２とを有する熱交換用部材１。支持材２は、筒状体４と、一端が筒状体４にチーズ５を介して連結された筒状体６と、一端が筒状体６の他端に継手７を介して連結された筒状体８と、一端が筒状体８の他端に対しチーズ９を介して連結された筒状体１０とを備えている。チーズ５，９に熱交換管３が接続されており、継手７に遮断部７ｃが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、合成樹脂製の熱交換管とそれを支持する支持材とを有した熱交換用部材に関するものである。また、本発明は、この熱交換用部材を備えた熱交換器に関するものである。

熱交換器に使用する熱交換管は、金属製のものが多く用いられているが、腐食しやすい環境では、合成樹脂製熱交換管がコスト面、耐薬品性に優れているので使われることも多い（例えば特許文献１，２）。この合成樹脂製の熱交換管は自立性がないので、固定方法が重要である。特許文献１では、熱交換管として、非粘着性を有するプラスチック製の管が使用されている。特許文献１では、複数本の合成樹脂製熱交換管が束ねられ、合成樹脂スリーブに内挿されてコイル状の伝熱管とされている。この伝熱管は、その両端が槽の側壁に固定されることにより槽内に設置される。

特許文献２には、フッ素樹脂製のコイル状のチューブがシェルの天板部分に取り付けられて吊支された構造が示されている。特許文献３には、熱交換管の周辺部材である、支持材などを樹脂製のものとした構造が開示されている。

特開平２−１６９９９２実公平１−１６９５４特公平７−３１０１６

特許文献１には、スケール付着防止や耐腐食性の問題から、熱交換器用部材として熱交換管（伝熱管）を樹脂製の管にすることが開示されているが、樹脂製の管は自立力が強くないので、自立させる為に他に支持材が必要となる。しかし、熱交換管を固定する支持材は、通常金属製のものを使用しているため耐腐食性がない。そのため、耐久性に優れない、熱交換管は長期寿命を可能にできたとしても、支持材の耐久性に問題があり、結果として熱交換器としての寿命が短くなる、等の問題があった。

特許文献２では、合成樹脂製のコイル状チューブがシェル天板部から吊り下げられており、チューブは自立していない。この場合、チューブが適切な位置または形状を維持できないため、熱交換効率が悪くなるという問題があった。

特許文献３には、熱交換管を支持する支持材を樹脂製のものとすることが開示されているが、支持部材が複雑な構造なため、部品点数が多く、製作するためには金型も多く必要となり投資費用が高くなる。また、部材の加工費用が高価であると共に、納期が長くなる等の問題もあった。

本発明は、上記従来の問題点を解消し、熱交換器用の熱交換管として合成樹脂製の管を使用し、この熱交換管を固定する支持材も合成樹脂製のものを使用することによって、熱交換器用内に使用する部材の耐久性を改善するとともに、熱交換管の支持材を熱交換管の一部として流体を行き来する管路としても使用することにより、部品点数を少なくし、トータル費用を安価にすることができる熱交換用部材と、この熱交換用部材を用いた熱交換器を提供することを目的とするものである。

本発明の熱交換用部材は、合成樹脂製の熱交換管と、該熱交換管を熱交換器内に固定するための、少なくとも両端側が筒状部分となっている合成樹脂製の支持材とを有する熱交換用部材であって、該支持材の一端側の前記筒状部分に前記熱交換管の一端が接続され、該支持材の他端側の前記筒状部分に該熱交換管の他端が接続されており、該支持材には、該支持材の一端側と他端側との連通を遮断する遮断部が設けられており、該支持材の一端側及び他端側の前記筒状部分を介して該熱交換管内に流体が流通可能となっていることを特徴とするものである。

この熱交換管は、コイル状に形成されていてもよい。

本発明では、この支持材は、好ましくは、第１の筒状体と、一端が該第１の筒状体に第１のチーズを介して連結された第２の筒状体と、一端が該第２の筒状体の他端に継手を介して連結された第３の筒状体と、一端が該第３の筒状体の他端に対し第２のチーズを介して連結された第４の筒状体とを備え、該第１のチーズに前記熱交換管の一端が接続され、第２のチーズに該熱交換管の他端が接続されており、前記継手に前記遮断部が設けられている。

各チーズと各筒状体及び熱交換管とは融着接合により接続されていることが好ましい。

本発明の熱交換器は、かかる本発明の熱交換用部材を有するものである。

本発明の熱交換用部材及び熱交換器にあっては、熱交換器用部材が合成樹脂製の熱交換管と合成樹脂製の支持材とで構成されており、熱交換管と支持材の両方の耐久性を改善することができる。また、支持材を、熱交換管への流体の給排用管路として使用することにより、部品点数を少なくし、費用を安価にすることが可能となると共に、熱交換器の小型化も可能となる。

実施の形態に係る熱交換用部材の側面図である。図１の熱交換用部材のチーズ付近の断面図である。図１の熱交換用部材の継手付近の断面図である。

以下、図１〜３を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る熱交換用部材１の側面図であり、図示の通り、この熱交換用部材１は合成樹脂製の支持材２と、該支持材２に両端部が接続された合成樹脂製の熱交換管３とからなる。熱交換管３は、この実施の形態ではコイル状である。

支持材２は、第１の筒状体（パイプ）４と、第１のチーズ５と、第２の筒状体６と、継手７と、第３の筒状体８と、第２のチーズ９と、第４の筒状体１０とからなる。チーズ５は、図２の通り、直管部の両端に接続部５ａ，５ｂを有すると共に、直管部の長手方向の途中に設けられた接続部５ｃとを有したＴ字形継手部材であり、各接続部５ａ〜５ｃは互いに連通している。また、各接続部５ａ〜５ｃの内周面には融着部５ｄが設けられている。

この実施の形態では、チーズ５は電気融着継手よりなり、接続部５ａに筒状体４の後端が接続され、接続部５ｂに筒状体６の先端が接続され、接続部５ｃに熱交換管３の一端が接続されている。この接続は、各筒状体又は管の端部を接続部に差し込み、電気融着継手に通電して融着部５ｄを溶融させることにより行われる。電気融着継手としては各種の市販のものを用いれば足り、特に限定されない。

チーズ９はチーズ５と同一のものであり、筒状体８，１０及び熱交換管３の端部が上記と同様にして接続される。

継手７は、長手方向の両端に接続部７ａ，７ｂを有した電気融着継手であり、各接続部７ａ，７ｂに筒状体６，８の端部が差し込まれ、通電して融着部７ｄを融着させることにより筒状体６，８と継手７とが接続される。この継手７には遮断部７ｃが設けられており、接続部７ａ，７ｂは連通していない。

なお、上記説明では、チーズ５，９及び継手７は電気融着継手にて構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、手動で継手と管とをそれぞれ熱板に押し当て、融着部を溶融させて接続する融着継手を用いることもできる。また、ゴム等によりシールする構造や、接着接合による接合継手を用いることもできる。なお、電気融着式の融着継手であれば、より施工が容易となる。

このように形成された熱交換用部材１には、例えば図１の矢印のように、筒状体１０、チーズ９、熱交換管３、チーズ５、筒状体４の順に液体や気体、スラリーなどの流体が流通される。なお、これとは逆に、筒状体４、チーズ５、熱交換管３、チーズ９、筒状体１０の順に流体を流通させることもできる。継手７に遮断部７ｃが設けられているので、筒状体６，８間を流体が短絡することはない。

この熱交換用部材１は、例えば熱交換器のケーシング内に配置され、筒状体４，１０が該ケーシングに取り付けられる。そして、熱交換管３内を流れる流体と熱交換管３外の流体との間で熱交換が行われる。

このように構成された熱交換用部材１及びそれを有する熱交換器にあっては、熱交換器用部材１が合成樹脂製の熱交換管３と合成樹脂製の支持材２とで構成されており、熱交換管３と支持材２の両方の耐久性を改善することができる。また、支持材２の筒状体４，１０を、熱交換管３への流体の給排用管路として使用するので、部品点数を少なくし、費用を安価にすることができる。また、熱交換器の小型化も可能となる。

上記熱交換管３は合成樹脂管であればよいが、好ましくはポリオレフィン系樹脂であり、より好ましくは架橋ポリエチレン樹脂である。架橋ポリエチレン樹脂を使用する場合、架橋前のポリエチレン樹脂管をコイル状に成形するための円筒管内に挿入し、その状態でポリエチレン樹脂を架橋させることにより、より形状の安定性に優れるコイル状の熱交換管を成形することが出来る。

熱交換管の口径（内径）は、設計する熱交換器の能力、用途により適宜設定されるが、通常の場合、内径５ｍｍ〜５０ｍｍが好ましく、特に７ｍｍ〜３０ｍｍが好ましく、とりわけ９ｍｍ〜２５ｍｍが好ましい。

また、支持材２に使用する筒状体４，６，８，１０は、熱交換管３に使用する管の内径、長さによって適宜設計されるが、通常、熱交換管に使用する管よりも１サイズ以上大きい内径のものを使用することが好ましい。１サイズ以上大きい内径の管路を支持材に使用することにより、熱交換管３が自立するための補強機能を付与でき、熱交換管３を確実に自立させることができる。

支持材２をさらに補強する場合は、支持材２を数本使用し、三角柱状や四角柱状のやぐらを作るなど、支柱の形状を追加してもよい。

熱交換管３と支持材２の合成樹脂は同材料であれば、原材料の入手にかかる費用も安価になり、同じ管材料の品揃えで部材が全て用意できるなどのメリットがある。なお、ポリオレフィン樹脂であれば、融着接合も可能となるので、接続部が一体化し漏水の可能性がより少ない管路を形成できる。

上記実施の形態は、本発明の一例であって、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば、本発明の構成を満たしていれば、継手を用いなくてもよい。

支持材２の内部は、上記実施の形態のように、流体が短絡的に通過できないことが好ましいが、熱交換器の能力を妨げない範囲であれば、支持材の中を流体が短絡的に通過できる構造でも良い。

内径１３ｍｍの合成樹脂管を使用し、コイル状の熱交換管を作成した。コイル状への成形を行うに際しては、直径３００ｍｍ、長さ１０００ｍｍの円筒管を用意し、この円筒管の内壁に合成樹脂管を密着させて沿わすように挿入し、この円筒管の内壁を該合成樹脂管がコイル状に覆うようにした。

この状態で、合成樹脂管の形状が維持できる範囲の温度で加熱した後、冷却し、形状を保持させた。

支持材の筒状体４，６，８，１０として、内径２０ｍｍの合成樹脂管を使用し、前記熱交換管３と共にチーズ５，９に接続し、また継手７を用いて筒状体６，８を接続した。

なお、使用したチーズ継手は、筒状体接続側（チーズ５であれば接続部５ａ，５ｂ）が内径２０ｍｍの管が接続できるものであり、分岐接続側（チーズ５であれば接続部５ｃ）が内径１３ｍｍの管が接続できるものである。

次に、支持材の継手６，８を、流体が通過できない形状を持つ継手７（支持材内径２０ｍｍの管が接続できるソケット形状の継手）により接続した。これにより、支持材２の筒状体６，８同士の間を流体が行き来しないように遮断した。

このように製造した熱交換用部材を熱交換器に設置した後、支持材の両端開口部と熱交換器本体に冷媒を流すための管路と接続して熱交換器を製作した。この熱交換器は、耐腐食性に優れ、耐久性が良好であった。また、熱交換特性も良好であった。

１熱交換用部材
２支持材
３熱交換管
４，６，８，１０筒状体
５，９チーズ
７継手

Claims

合成樹脂製の熱交換管と、該熱交換管を熱交換器内に固定するための、少なくとも両端側が筒状部分となっている合成樹脂製の支持材とを有する熱交換用部材であって、
該支持材の一端側の前記筒状部分に前記熱交換管の一端が接続され、該支持材の他端側の前記筒状部分に該熱交換管の他端が接続されており、
該支持材には、該支持材の一端側と他端側との連通を遮断する遮断部が設けられており、
該支持材の一端側及び他端側の前記筒状部分を介して該熱交換管内に流体が流通可能となっていることを特徴とする熱交換用部材。
請求項１において、前記熱交換管は、コイル状に形成されていることを特徴とする熱交換器用部材。
請求項１又は２において、前記支持材は、第１の筒状体と、一端が該第１の筒状体に第１のチーズを介して連結された第２の筒状体と、一端が該第２の筒状体の他端に継手を介して連結された第３の筒状体と、一端が該第３の筒状体の他端に対し第２のチーズを介して連結された第４の筒状体とを備え、
該第１のチーズに前記熱交換管の一端が接続され、第２のチーズに該熱交換管の他端が接続されており、
前記継手に前記遮断部が設けられていることを特徴とする熱交換用部材。
請求項３において、各チーズと各筒状体及び熱交換管とは融着接合により接続されていることを特徴とする熱交換用部材。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の熱交換用部材を有する熱交換器。