JP2015158196A

JP2015158196A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2015158196A
Application number: JP2014034647A
Authority: JP
Inventors: 能男成澤; Takao Narisawa
Original assignee: Twinbird Corp
Current assignee: Twinbird Corp
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-09-03

Abstract

【課題】単純な構造で且つあらゆる熱交換対象物に対し容易に取り付けることができる熱交換器を提供すること。
【解決手段】Ｕ字状に屈曲させた主ブロック６と、この主ブロック６に伝熱的に取り付けられて熱媒体流体Ｆが流通する流通パイプ７と、前記主ブロック７の内側面に伝熱的に取り付けられた副ブロック８と、前記主ブロック６のＵ字端の間隔を狭めるための締付手段としてのビス９とナット１０を有し、前記主ブロック６の内側面と前記副ブロック８の当接面２０を、実質的に熱交換対象物としてのスターリング冷凍機２の排熱部３の外形に沿った形状としたことで、熱媒体流体Ｆを流通させる配管型の熱交換器１でありながら、前記排熱部３の側方から容易に取り付けることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換対象物との間で熱交換をするための熱交換器に関するものであり、特に、熱媒体流体を流通させる配管を有する熱交換器に関するものである。

従来、この種の熱交換器としては、熱交換対象物としてのスターリングエンジンに、熱交換器としての冷却器を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。そして、これらの冷却器では、金属チュービングをコイル状に巻いて形成される。

特表２００６−５１８０２１号公報

このようなスターリングエンジンは、冷却器を組み込んだ状態で製造されるため、金属チュービングをコイル状に巻いて冷却器を形成しても、問題はない。しかしながら、汎用性を考慮して、熱交換器を熱交換対象物の外面に後付けできるようにした場合、以下のような問題点が生じる。

熱交換器は、熱交換対象物の外面に対し、伝熱的に接触する必要がある。このため、後付け型の冷却器は、その内形が、熱交換対象物の外形と寸法を含めてほぼ一致する必要がある。しかしながら、熱交換対象物の形状が単純な筒状であればよいが、熱交換対象物に突部（例えばフランジ等）が設けられている場合、従来の構造では熱交換器を取り付けることが出来ないか、或いは、構造が複雑になって、取り付けが困難になってしまうという問題があった。

本発明は以上の問題点を解決し、単純な構造で且つあらゆる熱交換対象物に対し容易に取り付けることができる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の熱交換器は、Ｕ字状に屈曲させた主ブロックと、この主ブロックに伝熱的に取り付けられて熱媒体流体が流通する流通パイプと、前記主ブロックの内側面に伝熱的に取り付けられた副ブロックと、前記主ブロックのＵ字端の間隔を狭めるための締付手段とを有し、前記主ブロックの内側面と前記副ブロックの当接面を、実質的に熱交換対象物に沿った形状としたものである。

また、本発明の請求項２に記載の熱交換器は、請求項１において、前記主ブロックが、押し出し成形により挿通孔を有して形成されると共に、この挿通孔を貫通して前記流通パイプを前記主ブロックに取り付けたものである。

また、本発明の請求項３に記載の熱交換器は、請求項２において、前記主ブロックを平板状に押し出し形成し、この平板状の主ブロックに形成された直線状の前記挿通孔に直管状の前記流通パイプを挿通した後、この流通パイプごと前記主ブロックをＵ字状に屈曲させたものである。

更に、本発明の請求項４に記載の熱交換器は、請求項１において、熱交換対象物の外側に前記主ブロックを配置した後、この主ブロックに前記副ブロックを取り付けたものである。

本発明の請求項１に記載の熱交換器は、以上のように構成することにより、熱媒体流体を流通させる配管型の熱交換器でありながら、熱交換対象物の側方から容易に取り付けることができる。

なお、前記主ブロックを、押し出し成形により挿通孔を有する形状に形成すると共に、この挿通孔を貫通して前記流通パイプを前記主ブロックに取り付けることで、この主ブロック、ひいては前記熱交換器を単純な構造にして安価に且つ容易に製造できるばかりでなく、熱媒体流体の漏れを抑制することができる。

また、前記主ブロックを平板状に押し出し形成し、この平板状の主ブロックに形成された直線状の前記挿通孔に直管状の前記流通パイプを挿通した後、この流通パイプごと前記主ブロックをＵ字状に屈曲させることで、構造を単純化して容易に製造できるばかりでなく、前記挿通孔が僅かに潰れて前記流通パイプに密着し、これによって、前記主ブロックを介して、熱交換対象物と前記流通パイプ内の熱媒体流体との間の熱交換を効率よく行うことができる。

更に、熱交換対象物の外側に前記主ブロックを配置した後、この主ブロックに前記副ブロックを取り付けることで、熱交換対象物にフランジ等の突部が形成されていても、熱交換対象物の側方から容易に取り付けることができる。

本発明の一実施形態を示す熱交換器の正面図である。同、右側面図である。同、Ａ−Ａ断面図である。同、Ｂ−Ｂ断面図である。同、屈曲させる前の主ブロックの斜視図である。同、副ブロックの斜視図である。同、主ブロックに流通パイプを取り付ける手順を示す説明図である。同、熱交換対象物であるスターリング冷凍機に熱交換器を取り付ける手順を示す説明図である。同、熱交換対象物であるスターリング冷凍機に取り付けられた状態を示す外観図である。本実施形態の熱交換器が取り付けられる熱交換対象物としてのスターリング冷凍機の側面図である。本発明の他の実施形態を示す熱交換器の右側面図である。本発明の更に他の実施形態を示す熱交換器の右側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図９に基づいて説明する。１は本発明の熱交換器である。この熱交換器１は、本実施形態では、図９に示すように、熱交換対象物としてのスターリング冷凍機２の排熱部３に、伝熱的に取り付けられる。なお、熱交換対象物は、前記スターリング冷凍機２に限らず、スターリングエンジン等であってもよい。また、前記排熱部３の外形は、円筒状である。そして、前記スターリング冷凍機２の排熱部３の上方には、この排熱部３よりも径大なフランジ部４が設けられる。更に、前記スターリング冷凍機２の排熱部３の下方には、この排熱部３よりも径大な胴部５が設けられる。

前記熱交換器１は、主ブロック６と、流通パイプ７と、一対の副ブロック８と、締付手段としてのビス９及びナット１０を有して構成される。

前記主ブロック６は、アルミニウム合金によって、Ｕ字状に形成される。なお、前記主ブロック６は、方向Ｄ_１に押し出し成形した後、押し出し方向Ｄ_１に所定の長さで切断することで、平板状に成形されたものを、後加工によってＵ字状に屈曲させることで形成される。このように、前記主ブロック６を押し出し成形によって形成することで、この主ブロック６を単純な構造にして安価に且つ容易に製造できる。そして、前記主ブロック６の内側面１１の屈曲部分１２は、実質的に前記排熱部３の外形の半分に沿った円柱面に形成される。また、前記主ブロック６の外側面１３には、突条部１４が形成される。そして、前記主ブロック６の突条部１４の内部には、この突条部１４の形成方向に、断面円形の挿通孔１５が形成される。更に、前記主ブロック６のＵ字端部付近には、前記突条部１４を挟んで、複数の貫通孔１６が形成される。本実施形態では、これらの貫通孔１６は、片端において、前記突条部１４を挟んで３箇所ずつ６箇所、両端において１２箇所に形成される。なお、これらの貫通孔１６のうち、中央に形成された貫通孔１６Ａは、締付手段を構成する前記ビス９を貫通させるためのものである。また、前記貫通孔１６のうち、両端に形成された貫通孔１６Ｂは、ボルト１７を挿通するためのものである。

前記流通パイプ７は、熱媒体流体Ｆを流通させるためのものであり、銅によって断面円形の管状に形成されると共に、前記主ブロック６に伝熱的に取り付けられる。そして、前記流通パイプ７は、その両端が前記主ブロック６から突出するように、前記挿通孔１５に挿通される。即ち、一本の前記流通パイプ７は、前記挿通孔１５を貫通する。このように、一本の前記流通パイプ７を前記挿通孔１５に貫通させることで、前記熱交換器１内における熱媒体流体Ｆの漏れを抑制することができる。なお、前記流通パイプ７の外径は、屈曲前の前記主ブロック６の内径よりも僅かに小さい。また、前記流通パイプ７の両端には、図示しないコネクタが設けられる。

また、前記副ブロック８は、アルミニウム合金によって方向Ｄ_２に押し出し成形されたものを、押し出し方向Ｄ_２に適宜寸法で切断した後、押し出し方向Ｄ_２と直交する方向に貫通孔１８及び螺子孔１９を形成することで構成される。なお、前記貫通孔１８の内径は、前記ビス９の外径よりも十分に大きく形成される。そして、前記副ブロック８は、前記貫通孔１６Ｂを介して前記螺子孔１９に前記ボルト１７を螺合させることで、前記主ブロック６の内側面１１の端部に伝熱的に取り付けられる。また、前記副ブロック８は、それぞれ当接面２０を有する。これらの当接面２０は、それぞれ実質的に前記排熱部３の外形の１／４弱に沿った円柱面に形成される。

締付手段としての前記ビス９及びナット１０は、互いに螺合させることで、前記主ブロック６のＵ字端の間隔を狭めることが出来るように構成される。なお、前記ビス９は、前記貫通孔１６Ａ及び貫通孔１８とは螺合しない。

次に、本実施形態の熱交換器１の製造工程について説明する。まず、前記主ブロック６と流通パイプ７との結合体の製造工程について説明する。前述した通り、前記主ブロック６は、アルミニウム合金を素材として、方向Ｄ_１に押し出し成形することで、図５及び図７（ａ）に示すような、方向Ｄ_１に長い平板状に形成される。この際、前記突条部１４及びこの突条部１４内の挿通孔１５は、方向Ｄ_１に沿って直線状に形成される。次に、図７（ｂ）に示すように、前記挿通孔１５に、直管状の前記流通パイプ７を、その両端が前記主ブロック６から突出するように挿入する。即ち、前記流通パイプ７は前記挿通孔１５を貫通する。この際、前述した通り、前記流通パイプ７の外径が前記挿通孔１５の内径よりも僅かに小さいので、前記流通パイプ７を前記挿通孔１５にスムーズに挿入することができる。そして、図７（ｃ）に示すように、前記突条部１４が外側となるように、前記主ブロック６と流通パイプ７を、Ｕ字状に屈曲させる。この際、前記挿通孔１５は、潰れるように塑性変形することで、前記流通パイプ７に密着する。これによって、前記主ブロック６と流通パイプ７は伝熱的に密着することになる。また、前記主ブロック６に形成された直線状の前記挿通孔１５に、直管状の前記流通パイプ７を挿通した後、この流通パイプ７ごとＵ字状に屈曲させることで、前記主ブロック６と流通パイプ７との結合体、即ち前記熱交換器１の構造を単純化して、容易に製造することができる。そして、前記主ブロック６の内側面１１の屈曲部分１２は、前記排熱部３の外形の半分に沿った円柱面に形成される。なお、前記貫通孔１６は、前記主ブロック６をＵ字状に屈曲させる前に形成しても良く、また、Ｕ字状に屈曲させた後に形成しても良い。

次に、前記副ブロック８の製造工程について説明する。前述した通り、前記副ブロック８は、アルミニウム合金によって方向Ｄ_２に押し出し成形されたものを、押し出し方向Ｄ_２に適宜寸法で切断した後、押し出し方向Ｄ_２と直交する方向に貫通孔１８及び螺子孔１９を形成することで構成される。

次に、このように構成された熱交換器１を、熱交換対象物としての前記スターリング冷凍機２の排熱部３に装着する手順について、図８に基づいて説明する。なお、前記排熱部３は円筒状に形成されているが、前述した通り、この排熱部３の軸方向上側に、前記排熱部３よりも径大な前記フランジ４が形成されており、前記排熱部３の軸方向下側に、前記排熱部３よりも径大な胴部５が形成されているので、前記熱交換器１を前記排熱部３の軸方向から装着することはできない。

まず、図８（ａ）に示すように、前記主ブロック６と流通パイプ７の結合体を、矢印で示す前記排熱部３の軸直方向から、この排熱部３の外面に被せる。これによって、前記主ブロック６の内側面１１の屈曲部分１２は、前記排熱部３の外面に当接する。なお、この時点では、前記屈曲部分１２は、まだ前記排熱部３の外面に伝熱的に密着していない。次に、図８（ｂ）に示すように、一対の前記副ブロック８の当接面２０を前記排熱部３の外面に当接させた後、図８（ｃ）に示すように、前記貫通孔１６Ｂを介して前記ボルト１７を前記螺子孔１９に螺合させる。これによって、前記副ブロック８は、前記主ブロック６の内側面１１の端部に伝熱的に取り付けられる。なお、この時点では、前記当接面２０は、まだ前記排熱部３の外面に伝熱的に密着していない。次に、図８（ｄ）に示すように、前記貫通孔１６Ａ及び貫通孔１８を介して、締付手段を構成する前記ビス９とナット１０を螺合させ、締め付けることで、前記主ブロック６のＵ字端の間隔が狭められる。これによって、前記主ブロック６の内側面１１の屈曲部分１２及び前記副ブロック８の当接面２０は、前記排熱部３の外面に密着する。即ち、前記屈曲部分１２及び当接面２０は、前記排熱部３の外面に対し、伝熱的に当接する。なお、前述した通り、前記貫通孔１８の内径が、前記ビス９の外径よりも十分に大きく形成されるので、前記ビス９とナット１０を螺合させて締め付けることで、一方の副ブロック８に形成された貫通孔１８と、他方の副ブロック８に形成された貫通孔１８の軸方向が僅かにずれたとしても、前記ビス９が前記貫通孔１８に圧接しないようにすることができる。更に、前記流通パイプ７の両端に設けられた図示しないコネクタに、図示しない熱媒体流体Ｆのパイプを接続する。

このように、前記排熱部３に装着された熱交換器１の流通パイプ７に熱媒体流体Ｆを流通させることで、前記スターリング冷凍機２を作動させることで発生した熱が、前記排熱部３から前記主ブロック６を経由して、或いは前記排熱部３から前記副ブロック８及び主ブロック６を経由して、前記流通パイプ７を流通する熱媒体流体Ｆに移動する。このようにして、前記スターリング冷凍機２の排熱部３が冷却される。

以上のように、本発明は、Ｕ字状に屈曲させた主ブロック６と、この主ブロック６に伝熱的に取り付けられて熱媒体流体Ｆが流通する流通パイプ７と、前記主ブロック７の内側面に伝熱的に取り付けられた副ブロック８と、前記主ブロック６のＵ字端の間隔を狭めるための締付手段としてのビス９とナット１０を有し、前記主ブロック６の内側面と前記副ブロック８の当接面２０を、実質的に熱交換対象物としてのスターリング冷凍機２の排熱部３の外形に沿った形状としたことで、熱媒体流体Ｆを流通させる配管型の熱交換器１でありながら、前記排熱部３の側方から容易に取り付けることができるものである。

また、本発明は、前記主ブロック６を、押し出し成形により挿通孔１５を有する形状に形成すると共に、この挿通孔１５を貫通して前記流通パイプ７を前記主ブロック６に取り付けることで、この主ブロック６、ひいては前記熱交換器１を単純な構造にして安価に且つ容易に製造できるばかりでなく、熱媒体流体Ｆの漏れを抑制することができるものである。

また、本発明は、前記主ブロック６を平板状に押し出し形成し、この平板状の主ブロック６に形成された直線状の前記挿通孔１５に直管状の前記流通パイプ７を挿通した後、この流通パイプ７ごと前記主ブロック６をＵ字状に屈曲させることで、構造を単純化して容易に製造できるばかりでなく、前記挿通孔１５が僅かに潰れて前記流通パイプ７に密着し、これによって、前記主ブロック６を介して、前記排熱部３と前記流通パイプ７内の熱媒体流体Ｆとの間の熱交換を効率よく行うことができるものである。

更に、本発明は、前記排熱部３の外側に前記主ブロック６を配置した後、この主ブロック６に前記副ブロック８を取り付けることで、前記スターリング冷凍機２の排熱部３近傍にフランジ４等の突部が形成されていても、前記排熱部３の側方から容易に取り付けることができるものである。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施形態では、主ブロックに挿通孔を一つ設け、これに対応して一本の流通パイプを設けたが、図１１に示すように、主ブロック２１に複数の挿通孔２２を設け、これらの挿通孔２２に対応して、複数の流通パイプ２３を前記主ブロック２１に取り付けても良い。また、図１２に示すように、主ブロック３１に偶数の挿通孔３２を設け、これらの挿通孔３２に対応して、Ｕ字状に屈曲させた流通パイプ３３を前記主ブロック３１に取り付けても良い。

１熱交換器
２スターリング冷凍機（熱交換対象物）
６，２１，３１主ブロック
７，２３，３３流通パイプ
８副ブロック
９ビス（締付手段）
１０ナット（締付手段）
１１内側面
１５，２２，３２挿通孔
２０当接面
Ｆ熱媒体流体

Claims

Ｕ字状に屈曲させた主ブロックと、
この主ブロックに伝熱的に取り付けられて熱媒体流体が流通する流通パイプと、
前記主ブロックの内側面に伝熱的に取り付けられた副ブロックと、
前記主ブロックのＵ字端の間隔を狭めるための締付手段とを有し、
前記主ブロックの内側面と前記副ブロックの当接面を、実質的に熱交換対象物に沿った形状としたことを特徴とする熱交換器。
前記主ブロックが、押し出し成形により挿通孔を有して形成されると共に、この挿通孔を貫通して前記流通パイプを前記主ブロックに取り付けたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
前記主ブロックを平板状に押し出し形成し、この平板状の主ブロックに形成された直線状の前記挿通孔に直管状の前記流通パイプを挿通した後、この流通パイプごと前記主ブロックをＵ字状に屈曲させたことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
熱交換対象物の外側に前記主ブロックを配置した後、この主ブロックに前記副ブロックを取り付けたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。