JP3079576U - 熱交換器の伝熱管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器の伝熱管の伝熱性能、耐蝕性、強
度、曲げ加工性を向上させる。 【解決手段】 伝熱管の管壁をチタン製とする。螺旋状
の山形部と谷形部とを備えた波形管を伝熱管として用い
得る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、熱交換器の伝熱管、詳しくは、二重管型、多管型（モジュール型） 、セット型、投げ込み型といった様々なタイプの熱交換器に対し、コイル式やス トレート式といった様々な形態で採用することのできる熱交換器の伝熱管に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

従来、熱交換器の伝熱管には、耐錆性や耐腐蝕性などを考慮してステンレス製 や銅製の金属管が用いられ、また、その金属管には、外表面が平坦な管が用いら れていた。一方、多管型熱交換器のようにハウジングの中に収容した伝熱管によ って曲り管路を形成させる必要がある場合には、上記のような管を用いて製作し たストレート管とＵ字形管とを組み合わせたり、上記のような管をあらかじめ螺 旋状に曲げ加工した螺旋管を用いたりしていた。また、活魚用の海水槽に設置さ れる投げ込み型熱交換器の伝熱管としても、上記と同様の伝熱管が用いられてい た。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

従来のような伝熱管、すなわち、外表面が平坦なステンレス製の金属管によっ て形成された伝熱管はその管壁が伝熱壁として作用する。そのため、伝熱管の内 部通路によって形成された管路を流れる流体（以下「内部流体」という）とその 伝熱管の外側を流れる流体（以下「外部流体」という）との間で熱交換を行わせ る機能を持っている。

【０００４】 このような伝熱管において、従来のように管壁の外表面が平坦になっていると 、伝熱管の管壁の外表面に接する部分での外部流体の抵抗が小さくなって熱伝導 率を低下させる傾向があり、そのことが伝熱性能を高める上での障害になるとい う問題があった。

【０００５】 また、従来のように伝熱管にステンレス製の金属管を用いると、普通鋼に比べ て耐蝕性や強度に優れるものの、近時では、より優れた耐蝕性や強度を持つ伝熱 管を用いることが要求される場合も多々あり、そのような要求に十分に応え得る ような伝熱管の出現が待望されている。

【０００６】 さらに、従来のように伝熱管にステンレス製の金属管を用いると、ステンレス 製の金属管が硬くて曲りにくいために形状選択の自由度が低下する。そのため、 形状選択の自由度が高くて容易に様々な形を形作ることができるような伝熱管の 出現が待望されている。

【０００７】 本考案は以上の問題や事情の下でなされたものであり、従来に比べて伝熱性能 が顕著に高まる熱交換器の伝熱管を提供することを目的とする。

【０００８】 また、本考案は、耐蝕性や強度の点でステンレス製の伝熱管に比べて優れた熱 交換器の伝熱管を提供することを目的とする。

【０００９】 さらに、本考案は、様々な形を容易に形作ることができるようになる熱交換器 の伝熱管を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る熱交換器の伝熱管は、伝熱壁としての管壁が金属製であり、かつ 、その管壁の外表面が軸線方向に延びる波形に形成されている、というものであ る。

【００１１】 この伝熱管によると、波形の管壁に備わっている山形部や谷形部によって外部 流体の乱流化が促進されると同時に、外部流体の流れ抵抗が大きくなり、それら が相乗して熱伝導率が高くなり、伝熱性能が向上する。また、管壁に接する部分 での外部流体の乱流化が促進されることにより、伝熱面が外部流体によってセル フクリーニングされるようになり、そのことが、伝熱面への水垢、油膜、汚れ等 の付着を抑えて高い伝熱性能の維持に役立つようになる。

【００１２】 管壁の外表面が軸線方向に延びる波形に形成されているような伝熱管は、金属 管の管壁に波形加工を施すことによって容易に製作することが可能である。その ような加工によって製作された伝熱管は、管壁が軸線方向に延びる波形に形成さ れているので、管壁の外表面だけでなく内表面も波形に形作られ、伝熱管自体に 可撓性ないし柔軟性が具備される。そのため、Ｕ字形や螺旋形といった様々な形 に容易に曲げ加工することができるようになり、形状選択の自由度が大幅に向上 し、ひいては当該伝熱管を採用した熱交換器の小形化・コンパクト化や高性能化 に役立つようになる。また、管壁が波形であると、その管壁の変形によって振動 を吸収する機能を発揮するので、たとえば車載用熱交換器や船舶の熱交換器のよ うに振動の影響を受ける熱交換器の伝熱管として好適に用い得る。特に、管壁に 螺旋状の山形部及び谷形部が備わった波形管を伝熱管として用いると、外部流体 の乱流化が著しく促進されて伝熱性能が顕著に向上する。

【００１３】 本考案に係る熱交換器の伝熱管は、上記管壁がチタン製であることが望ましい 。

【００１４】 チタン（チタニウム）は、ステンレス鋼に比べてはるかに軽量であるため、チ タン製の伝熱管を用いることによって、上記した熱交換器の小形化・コンパクト 化や高性能化をいっそう顕著に促進することができるようになる。

【００１５】 また、チタンは白金並みの耐蝕性を示す。そのため、海水、海塩粒子、凍結防 止材としての塩化カルシウム、亜硫酸ガス、硫化水素、アンモニアガス、湿潤塩 素ガスといった腐蝕性ガス、硝酸、硫酸、クロム酸、王水といった酸、苛性ソー ダ、水酸化アンモニウムといったアルカリ液などに対して優れた耐蝕性を発揮す る。その上、応力腐蝕、孔蝕、隙間腐蝕、接触腐蝕といった問題を生じない。こ のことから、チタン製の伝熱管は、上掲の腐蝕性ガス、酸、アルカリ液を取り扱 う熱交換器の伝熱管として好適に採用される。

【００１６】 さらに、チタンは有害な金属イオンを溶出せず、また、表面滑性にも優れてい るので、活魚や貝類の海水槽に設置される伝熱管として用いると、藻や水垢など の不純物が付着しにくく、魚貝類の病気発生が少なくなり、清掃などのメンテナ ンスの軽減化にも寄与する。

【００１７】

【考案の実施の形態】

図１〜図４に本考案の伝熱管を採用することが可能な熱交換器などを説明的に 例示してある。

【００１８】 図１は二重管型熱交換器を示しており、流体出入口１１，１２を有する外管１ と、その外管１の内部に同心状に配備された内管２とを有し、内管２も流体出入 口２１，２２を有する。この二重管型熱交換器においては、内管２に本考案に係 る伝熱管が好適に採用される。なお、二重管形熱交換器では、外管１と内管２と の両方に波形管を採用すれば、曲げ加工性を具備させることが可能である。

【００１９】 図２は伝熱管エレメントを示しており、このエレメントのコイル部３１や、そ のコイル部３１の末端のストレート部３２，３３などに本考案に係る伝熱管が好 適に採用される。

【００２０】 図３は投げ込み型熱交換器の伝熱管を示しており、この伝熱管は、蛇行部４１ やその蛇行部４１の末端のストレート部４２，４３などに本考案に係る伝熱管が 好適に採用される。

【００２１】 図４は多管型熱交換器を示しており、流体出入口５１，５２を有するハウジン グ５の内部に、多数本の細管５３…を配備し、それらの細管５３…の端部開口を ハンジング５の両端の室５４，５５に連通させたものであり、室５４，５５に流 体出入口５６，５７が設けられている。この多管型熱交換器においては、細管５ ３に本考案に係る伝熱管が好適に採用される。

【００２２】 図５に本考案に係る伝熱管６の要部を一部破断して示してある。この伝熱管６ は、伝熱壁としての管壁６１が金属製であり、かつ、その管壁６１が螺旋状の山 形部ｍと谷形部ｖとを備えた波形管でなる。この伝熱管６において、外表面６２ は軸線方向に延びる波形になっている。管壁に用い得る金属には、ステンレス、 銅、チタンのほか、それらの合金などを選択することが可能である。

【００２３】 図５に示したような伝熱管６は、金属管の管壁に波形加工を施すことによって 容易に製作することが可能である。そのような加工によって製作された伝熱管６ は、同図のように管壁６１が軸線方向に延びる波形になって、管壁の外表面６２ だけでなく、内表面６３も波形になる。

【００２４】 この伝熱管６によると、波形の管壁６１に備わっている螺旋状の山形部ｍや谷 形部ｖによって外部流体の乱流化が促進される。また、管壁６１の外表面によっ て形成される伝熱面の面積（伝熱面積）も、その外表面が平坦面である場合に比 べて格段に大きくなる。したがって、それらが相乗して熱伝導率が高くなり、優 れた伝熱性能を発揮する。さらに、上記のように外部流体の乱流化が促進される と、外表面６１によって形成される伝熱面が外部流体によってセルフクリーニン グされるようになるので、伝熱面への水垢、油膜、汚れ等の付着が抑えられて高 い伝熱性能が長期に亘って維持され、必要なメンテナンス回数が減少する。

【００２５】 さらに、図５の伝熱管６のように、金属製の管壁６１が波形になっていると、 伝熱管６自体に可撓性ないし柔軟性が具備されるので、Ｕ字形や螺旋形といった 様々な形に少ない力で容易に曲げ加工することができる。したがって、熱交換器 のハウジングの内部での設置スペースが狭くて済むような形の伝熱管６を形作る ことが容易になり、そのことが、熱交換器の小形化・コンパクト化や高性能化を 促進することに顕著に寄与する。また、管壁６１が波形であると、その管壁６１ の変形によって振動が吸収されるので、車載用熱交換器や船舶の熱交換器といっ た振動の影響を受ける熱交換器の伝熱管としても好適に採用することができる。

【００２６】 以上のように、上記したような伝熱管６は伝熱性能や曲げ加工性などにおいて きわめて好ましいものである。それに加えて、管壁６１をチタン製とすることに より、いっそう好ましい性質を持つようになる。

【００２７】 すなわち、チタンの軽量性によって伝熱管６、ひいては熱交換器自体の軽量化 が促進される。また、チタンに備わっている白金並みの耐蝕性により、上水、海 水、酸やアルカリ液、腐蝕性ガスなどを取り扱う熱交換器の伝熱管としても好適 に採用することができる。そのほか、チタンは有害な金属イオンを溶出せず、ま た、表面滑性にも優れている。そのため、たとえば、海水槽の周囲に、直径１０ 〜２０ｍの曲率半径で曲げてコイル状にしたチタン製の伝熱管６をはりめぐらせ ておいても、藻や水垢などの不純物が付着しにくく、魚貝類の病気発生が少なく なり、清掃などのメンテナンスの軽減化にも寄与する。

【００２８】 伝熱管６の管壁６１を波形に形成する場合、その波形は、図６のように、膨出 リング状の多数の山形部ｍ…をリング状の谷形部ｖを挟んで軸線方向に連続させ ることによって形成されているものであってもよい。

【００２９】

【考案の効果】

本考案に係る熱交換器の伝熱管は、外部流体の乱流化促進作用やセルフクリー ニング作用、伝熱面積の増大化などによって優れた伝熱性能が長期に亘って保た れるようになる。特に、螺旋状の山形部と谷形部とを有する波形管によって形成 された伝熱管は、外部流体の乱流化作用が顕著に発揮されて高い伝熱性能を発揮 する。また、管壁を波形にして可撓性を具備させたものでは、Ｕ字形や螺旋形と いった様々な形を簡単な曲げ加工によって容易に得ることができるようになるの で、多管型熱交換器などにおいては、その小形化・コンパクト化、高性能化を促 進しやすいだけでなく、伝熱管が振動吸収機能を持つに至る。さらに、管壁をチ タン製としたものでは、チタンの軽量性、チタンの持つ耐蝕性、機械的強度とい った優れた特性によって、軽量で耐久性に優れた伝熱管が得られる。

【００３０】 したがって、本考案に係る伝熱管を用いた熱交換器は、工業用熱交換器として だけでなく、活魚の海水槽に対しても好適に適用することが可能になる。また、 本考案に係る伝熱管は、冒頭に掲げた二重管型、多管型、セット型、投げ込み型 といった様々なタイプの熱交換器に対し、コイル式やストレート式といった様々 な形態で採用することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】二重管型熱交換器の説明図である。

【図２】伝熱管エレメントの説明図である。

【図３】投げ込み型熱交換器の伝熱管の説明図である。

【図４】多管型熱交換器の説明図である。

【図５】本考案に係る伝熱管の要部を一部破断した側面
図である。

【図６】他の伝熱管の外観を示した側面図である。

【符号の説明】

６ 伝熱管 ６１ 管壁 ６２ 外表面 ｍ 山形部 ｖ 谷形部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝熱壁としての管壁が金属製であり、か
   つ、その管壁の外表面が軸線方向に延びる波形に形成さ
   れていることを特徴とする熱交換器の伝熱管。
2. 【請求項２】 管壁に螺旋状の山形部及び谷形部が備わ
   った波形管でなる請求項１に記載した熱交換器の伝熱
   管。
3. 【請求項３】 上記管壁がチタン製である請求項１又は
   請求項２に記載した熱交換器の伝熱管。