JP3017683B2 - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JP3017683B2
JP3017683B2 JP20537296A JP20537296A JP3017683B2 JP 3017683 B2 JP3017683 B2 JP 3017683B2 JP 20537296 A JP20537296 A JP 20537296A JP 20537296 A JP20537296 A JP 20537296A JP 3017683 B2 JP3017683 B2 JP 3017683B2
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heat exchanger
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宣武 宮原
慶一 松本
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば集積回路
(IC)の製造ラインで用いられる強酸、強アルカリ等
の薬液もしくは腐食性の弱い流体を冷媒により冷却する
ため或は他の2流体(気体、液体の双方を含む)間での
熱交換に用いられるような熱交換器に関する。
【従来の技術】従来、上述例の熱交換器としては例えば
図5、図6に示すようなチューブ式熱交換器(シェルチ
ューブ型熱交換器)がある。すなわち、図6に示すよう
にPFA等の多数本のフッ素樹脂チューブ61…を集束
して伝熱管としてのチューブ束62を形成し、このチュ
ーブ束62の長手方向両端部外周にコア63を配置した
ものを、外側筒体としてのシェル本体64内に配設し、
薬液の流入部および流出部に設けられたフランジ65,
66、コネクタ67,68を介して上述の各チューブ6
1内を流通する薬液と、シェル本体64の冷媒入口69
および冷媒出口70を介してチューブ束62の外部を流
通する冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器である。こ
こで、上述の各チューブ61…は図6に示すように略同
心円形状に整列配置されるので、隣接する各チューブ6
1間の隙間の大きさ、形状がそれぞれ不均一かつ歪とな
り、これら各チューブ61間を熱融着する時の融着条件
が定まらず、融着不良が発生する問題点があった。また
図6に示す多数のチューブ61からなるチューブ束62
の一部分は図7に示すように、断面円筒状の4つのチュ
ーブ61が流体(薬液など)の流通方向から見て略四角
形状に配列されており、チューブ61の半径をrとして
4つの各チューブ61で囲まれた部分(図7においては
説明の便宜上、チューブで囲まれた部分が最小の面積と
なる正方形形状にチューブが配列されているものと仮定
し、ハッチングを施して示す)のチューブ間ギャップの
面積A2を計算すると、次に[数2]で示す如くなる。
【数2】 つまり、上述の[数2]で示したようにチューブ間ギャ
ップの面積A2が少なくとも約0.86r2 と大きく、
かつ、この面積が図6に示すようにそれぞれの部位で不
均一に異なる関係上、チューブ61相互間のギャップを
閉塞して、このギャップにチューブ61を構成する樹脂
(PFA)を充填する時、ギャップが大きい分だけ必要
樹脂量が多くなり、この分、チューブ61相互の融着強
度が弱くなって、融着強度が不充分かつ強度ばらつきが
生ずる問題点があった。
【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項1記
載の発明は、断面円筒状の三つのチューブが流体の流通
方向から見て正三角形状になるように配置して単位束と
なるチューブ組を形成し、この単位束を複数組合わせて
チューブ束を構成することで、チューブ間ギャップの面
積を小さく、かつ均一と成すことができ、各チューブ相
互の融着強度を最大かつ均等にすることができ、加え
て、融着条件も安定するので、融着不良発生を確実に阻
止することができる熱交換器の提供を目的とする。併せ
、上述のチューブ束における少なくともコア本体開口
部と対応する部位に熱溶融性のPFA材料を配設するこ
とで、このPFA材料の加熱溶融によりチューブ束端部
側の融着強度のより一層の向上を図ることができる熱交
換器の提供を目的とする。この発明の請求項2記載の発
明は、上記請求項1記載の発明の目的と併せて、上述の
コア本体の開口部を三の倍数に相当する角形(例えば三
角形、六角形、九角形など)の開口形状に形成すること
で、基準となるチューブ組に対する適合性の確保を図る
ことができる熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1記載
の発明は、開口部を有する互いに対向した2つのコア本
体と、該開口部にその各端部がそれぞれ保持された複数
の断面円筒状チューブからなるチューブ束とを備え、
チューブ内を流通する流体とチューブ束の外部を流通す
る冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器であって、前記
コア本体およびチューブがそれぞれPTFEおよびPF
Aから形成され、前記チューブ束が、主として、任意に
抽出した1本のチューブと該チューブ側面に隣接する異
なる2本のチューブとが、流体の流通方向から見て正三
角形状となるように配置された単位束から構成され、前
記コア本体の開口部内周とチューブ束回収との間にPF
A材料を配設したことを特徴とする熱交換器であること
を特徴とする。この発明の請求項2記載の発明は、上記
請求項1記載の発明の構成と併せて、記コア本体の開
口部は三の倍数に相当する角形の開口形状に形成された
熱交換器であることを特徴とする。
【発明の作用及び効果】この発明の請求項1記載の発明
によれば、コア本体およびチューブがそれぞれPTFE
およびPFAから形成され、チューブ束が、主として、
任意に抽出した 1本のチューブと該チューブ側面に隣接
する異なる2本のチューブとが、流体の流通方向から見
て正三角形状となるように配置された単位束で構成する
ので、隣接する各チューブ間の隙間(チューブ間ギャッ
プ)の面積を小さく、かつ全ての面積を均一と成すこと
ができる。この結果、各チューブ相互を融着した時の融
着強度を最大かつ均等にすることができる効果があり、
加えて融着時における融着条件も一定になり安定するの
で、融着不良の発生を確実に防止することができる効果
がある。併せて、上述のチューブ束における少なくとも
コア本体開口部と対応する部位に熱溶融性のPFA材料
を配設したので、このPFA材料の加熱溶融によりチュ
ーブ束端部側の融着強度をより一層向上させることがで
きる効果がある。この発明の請求項2記載の発明によれ
ば、上記請求項1記載の発明の効果と併せて、上述のコ
ア本体の開口部を3の倍数に相当する角形の開口形状に
形成したので、上述の基準となる3本のチューブによる
単位束(三角形状に整列されたチューブ組)に対する良
好な適合性の確保を図ることができる効果がある。
【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は熱交換器を示し、図1、図2において、
この熱交換器はPFA等の多数本のフッ素樹脂チューブ
1…を集束して伝熱管としてのチューブ束2を形成し、
このチューブ束2の長手方向両端部にPTFE製のコア
本体3,3を配置したものを、外側筒体としてのシェル
本体4内に配設している。上述のコア本体3は鍔部3a
を有し、この鍔部3aの外側端面にバイトン製のガスケ
ット5を内側端面にSUS製のストッパ6を配設した状
態で、ボルト7、ナット8を用いてこれら三者5,3,
6をエンドコネクタ本体9と押えフランジ10との間に
締付け固定している。上述のエンドコネクタ本体9は薬
液等の被熱交換媒体(流体)の流入出口を形成する管体
11の両端部にフランジ12,13を一体的に備えるも
のである。一方、上述のシェル本体4には冷却水その他
の冷媒の入口4aおよび出口4bが設けられ、例えば図
1に示すように左側のエンドコネクタ本体9、各チュー
ブ1内、右側のエンドコネクタ本体9をこの順に流通す
る薬液と、入口4a、シェル本体14、チューブ束2の
外部、出口4bをこの順に流通する冷媒との間で熱交換
を行なうように構成している。なお、被熱交換媒体とし
て腐食性の弱い流体(薬液)を流通させる場合には、各
要素11,12,13はSUS(ステンレス)で形成
し、被熱交換媒体として強酸もしくは強アルカリの薬液
を流通させる場合には各要素11,12,13はPTF
E等の耐薬品性に優れる樹脂で形成すればよい。ところ
で、多数本のフッ素樹脂(望ましくはPFA)のチュー
ブ1…を集束して上述のチューブ束2を形成する場合、
図4に示す如く断面円筒状の3つのチューブ1…が流体
(薬液)の流通方向から見て正三角形状に整列された基
準となるチューブ組(単位束)14を形成し、このチュ
ーブ組14を複数組合わせて図3に示すように全体形状
が正六角形となるチューブ束2を構成している。また上
述のコア本体3の開口部3bは三の倍数(この実施例で
は3×2=6)に相当する正六角形の開口形状に形成さ
れている。ここで、図4に示すチューブ組14において
各チューブ1の半径をrとして3つの各チューブ1で囲
まれた部分(図4においては説明の便宜上、ハッチング
を施して示す)のチューブ間ギャップの面積A1を計算
すると、次に[数1]で示す如くなる。
【数1】 つまり、この場合の面積A1(約0.162r2 )は従
来の面積A2(約0.86r2 )に対して極めて小さ
く、かつ図3に示すように全てのチューブ間ギャップの
面積を均一と成すことができる。しかも、上述のように
正六角形状に構成されたチューブ束2をPTFE製のコ
ア本体3に融着する時、図2に矢印αで示す範囲(チュ
ーブ束2における少なくともコア本体3の開口部3bと
対応する部位)においてチューブ束2の外周に熱融着性
材料の一例としてPFAテープ(図示せず)を巻回し
て、チューブ束2の長手方向両端部の樹脂量が多くなる
ようにして融着する。また上述のPFAテープの配設部
位に続くようにコア本体3の外周部とチューブ束2の外
周部とにわたってPFA等の熱収縮チューブ15を配設
し、各チューブ1…相互を例えば340℃前後に加熱し
て融着する時、該熱収縮チューブ15の熱収縮により正
六角形の形状保持強度を向上させるとともに、各チュー
ブ1本1本が自由に動くのを防止し、各チューブの融着
カ所に不要な応力が作用することのないようにすべく構
成している。さらに上述の熱収縮チューブ15の外周部
とチューブ束2の外周部とにわたって例えば約6mmφの
綿製のロープ16を旋回し、多数本のチューブ1…から
成るチューブ束2がばらけるのを防止すべく構成してい
る。このように、複数のチューブ1…(断面円筒状のチ
ューブ)を集束してチューブ束2(伝熱管)を形成する
場合、図4に示す如く3つのチューブ1…が流体(薬液
等)の流通方向から見て正三角形状に整列された基準と
なるチューブ組14を形成し、このチューブ組14を複
数組合わせて上述のチューブ束2を構成するので、隣接
する各チューブ1…間の隙間(チューブ間ギャップ)の
面積A1を小さく、かつ図3示すように全ての面積を均
一と成すことができる。この結果、各チューブ1,1相
互を融着した時、面積A1に相当する小スペースをチュ
ーブ1を構成する樹脂PFAで閉塞するのに要する量が
図7の面積A2のものと比較して少量でよく、この分、
融着強度が向上するので融着強度を最大かつ均等にする
ことができる効果があり、加えて融着時における融着条
件も一定になり安定するので、融着不良の発生を確実に
防止することができる効果がある。 また、上述のチュ
ーブ束2における少なくともコア本体3の開口部3bと
対応する部位に熱溶融性材料(PFAテープ参照)を配
設したので、この熱溶融性材料(PFAテープ参照)の
加熱溶融によりチューブ束2端部側の樹脂量増大により
融着強度をより一層向上させることができる効果があ
る。さらに、上述のコア本体3の開口部3bを3の倍数
に相当する角形(この実施例では正六角形)の開口形状
に形成したので、上述の基準となるチューブ組14(三
角形状に整列されたチューブ組)に対する良好な適合性
の確保を図ることができる効果がある。なお、上述の熱
融着によりチューブ束2の端部においてはチューブ間ギ
ャップがなくなり、各々のチューブ1…は略六角筒形状
となる。この発明の構成と、上述の実施例との対応にお
いて、この発明のPFA材料は、実施例のPFAテープ
に対応し、以下同様に、 ア本体の開口部の形状は、正
六角形に対応し、チューブ内を流通する流体は、薬液に
対応するも、この発明は上述の実施例の構成のみに限定
されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の熱交換器を示す概略側面図。
【図2】 図1に要部拡大断面図。
【図3】 各チューブによるハニカム構造を示す説明
図。
【図4】 基準となるチューブ組の説明図。
【図5】 従来の熱交換器を示す概略側面図。
【図6】 従来の各チューブによるハニカム構造を示す
説明図。
【図7】 従来のチューブ間ギャップの大きさを示す説
明図。
【符号の説明】
1…チューブ 2…チューブ束 3…コア本体 3b…開口部 14…チューブ組
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F28D 7/16 F28F 9/00 311

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】開口部を有する互いに対向した2つのコア
    本体と、該開口部にその各端部がそれぞれ保持された複
    数の断面円筒状チューブからなるチューブ束とを備え、
    各チューブ内を流通する流体とチューブ束の外部を流通
    する冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器であって、前記コア本体およびチューブがそれぞれPTFEおよび
    PFAから形成され、 前記チューブ束が、主として、任意に抽出した1本のチ
    ューブと該チューブ側面に隣接する異なる2本のチュー
    ブとが、流体の流通方向から見て正三角形状となるよう
    に配置された単位束から構成され、 前記コア本体の開口部内周とチューブ束回収との間にP
    FA材料を配設したことを特徴とする 熱交換器。
  2. 【請求項2】上記コア本体の開口部は三の倍数に相当す
    る角形の開口形状に形成された請求項1記載の熱交換
    器。
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