JP4517248B1 - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器 Download PDF

Info

Publication number
JP4517248B1
JP4517248B1 JP2009554809A JP2009554809A JP4517248B1 JP 4517248 B1 JP4517248 B1 JP 4517248B1 JP 2009554809 A JP2009554809 A JP 2009554809A JP 2009554809 A JP2009554809 A JP 2009554809A JP 4517248 B1 JP4517248 B1 JP 4517248B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat transfer
transfer tube
heat
heat exchanger
coiled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009554809A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2011064839A1 (ja
Inventor
薫 榎村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
M Technique Co Ltd
Original Assignee
M Technique Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by M Technique Co Ltd filed Critical M Technique Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of JP4517248B1 publication Critical patent/JP4517248B1/ja
Publication of JPWO2011064839A1 publication Critical patent/JPWO2011064839A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0008Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium
    • F28D7/0016Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium the conduits for one medium or the conduits for both media being bent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/062Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing tubular conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F28F21/083Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/12Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/125Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by bringing elements together and expanding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/12Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/127Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by shrinking
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

【課題】小型で効率良く熱交換が行なえ、小流量処理、特に各種化学実験にも対応できるよう、被処理流体が通過する伝熱管を容易に交換でき、従来品よりも安価に熱交換器を提供する事を課題とする。
【解決手段】コイル状に製作された伝熱管1を例えば一体型で製作された下閉塞部8及び内筒5に組み付けその後伝熱管1をU方向に引張りコイル状直径が小径化することにより内筒5に密接もしくは圧接しその後伝熱管1の外径と僅かな隙間をもった外筒6及び上閉塞部9を組み付けた熱交換器であり、伝熱管1内に被処理流体2を流通させ、内外筒5,6との間に形成され、上下閉塞部8、9により閉鎖された空間7内にコイル状に配位された伝熱管1と伝熱管1とに挟まれるコイル状空間4に熱媒を流通させ効率良く熱交換が行なえ、上記組み付け方法と逆の順で容易に分解でき、伝熱管1を容易に交換できる事を特徴とする熱交換器を提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は、熱交換器、特に、被処理流体の流量が小流量の処理、とりわけ化学実験などにも対応できる加熱・冷却器などの熱交換器に関するものである。
一般的に熱交換器に求められる性能は、熱交換性能、耐食性、耐圧性や堅牢性、洗浄性、小型化などであり、低コストが要求される。しかしながら従来の熱交換器には多管式、二重管式、コイル式、プレ−ト式などが主に使用されており、構造が複雑であり、または小型化が難しい、高価である、洗浄性が悪いなどの欠点がある。特に小流量処理、特に化学実験などに用いられる熱交換器は、ガラス製コイル式もしくは、ガラス製二重管式が一般的である。この場合、ガラス自体の熱伝導率の低さから其の熱交換性能は、期待できないが、コイルに付着した処理物を洗浄する場合多くの労力を要するし、完全な洗浄を出来ない場合もあり、結果的に多くの熱交換器を準備しなければならず、コストも大きい。また、破損の危険性も多く、特に危険を伴う処理物を流通させる場合、安全対策にもコストを要する。
従来より、特許文献1に開示されているように、内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に効率的な熱交換が実現する熱交換器が知られている。
ところが、この特許文献1の熱交換器にあっては、上記伝熱管は、上記内筒の外周面と上記外筒の内周面との双方に固定されておらず、伝熱管は自然状態で装着されているに止まる。そのため、流体の粘度が高い場合などにあっては、流れ抵抗などによって、伝熱管が伸縮し、例えばコイル状のピッチが不均一となり部分的に狭くなったり詰まってしまうおそれがある。
また、この特許文献1の熱交換器の製造や分解を考えた場合、内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管を装着したり取り出しを検討すると、伝熱管と内筒および外筒とのクリアランスを大きくすると装脱は容易となるが、コイル状の伝熱管は空間内で自由状態となり、上記の伝熱管が伸縮に伴う問題が発生するおそれがある。他方、クリアランスをなくすと、伝熱管の装脱が困難になる。
特開2002−147976号公報
上記に鑑み本発明の課題は、内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれるタイプの熱交換器を改良することにある。具体的には、伝熱管を容易に装脱できる熱交換器を提供することを一の目的とし、他の目的は、流れ抵抗などによる伝熱管の変形に伴う流路面積の変化を抑制することにあり、両目的のいずれかを達成することができる熱交換器を提供せんとするものである。さらに、より具体的な目的として、小型で効率良く熱交換が行え、小流量処理、特に各種化学実験に対応すべく被処理流体が通過する、従来品よりも安価に熱交換器を提供する事を課題とする。
上記課題を解決するために、まず本願請求項1に係る発明は、内筒5と外筒6との間に形成される空間7内にコイル状の伝熱管1が配位され、上記伝熱管1内が一方の流路とされ、前記空間7内の上記伝熱管1同士に挟まれたコイル状空間4が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、上記伝熱管1コイル状の径を自然状態よりも拡大又は収縮させるように作用する拡縮力を維持するための緊張機構を備え、熱交換器の組み付け時において上記緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管に加えられたものであり、この状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器を提供する。
本願の請求項2に係る発明は、上記伝熱管1が、上記内筒5の外周面と上記外筒6の内周面との双方に固定されておらず、上記緊張機構によって、上記伝熱管1のコイル状の径が自然状態よりも拡大又は収縮しており、この拡大又は収縮によって上記伝熱管1が内筒5もしくは外筒6に密接もしくは圧接させられていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項3に係る発明は、上記伝熱管1が、コイルの軸方向長さを、その自然状態に比して10%変位させた時に加わるコイルの軸方向の荷重が10kg以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項4に係る発明は、上記伝熱管1の材質が、ステンレス、ハステロイ、インコネル、チタン、銅、ニッケルなどの金属;ABS,ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAなどのアクリル樹脂;ポリカーボネート、PTFE,PFAなどのフッソ系樹脂;エポキシ樹脂である請求項3記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項5に係る発明は、上記伝熱管1の外径が28mm以下であることを特徴とする請求項4記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項6に係る発明は、内筒5と外筒6との間に形成される空間7内にコイル状の伝熱管1が配位され、上記伝熱管1内が一方の流路とされ、前記空間7内の上記伝熱管1同士に挟まれたコイル状空間4が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、熱交換器の組み付け時において、上記コイル状の伝熱管1が自然状態から弾性変形させられて、上記伝熱管1が内筒5もしくは外筒6に密接もしくは圧接させられており、上記伝熱管1が弾性変形した状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器を提供する。
本発明に係る熱交換器は、熱交換器の組み付け時と、使用状態(即ち少なくとも熱交換中)とにおいて、緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管1に加えられた状態を維持する。そのため、伝熱管には常に力が加わった状態となり、その分、内筒5もしくは外筒6に接触していない状態でも、流れ抵抗などによる伝熱管の変形が生じにくく、コイル状の伝熱管1が不均一に変形することを緩和することができる。より望ましくは、上記伝熱管1が、上記内筒5の外周面と上記外筒6の内周面との双方に固定されておらずとも、上記緊張機構の作用で、上記伝熱管1を内筒5もしくは外筒6に密接もしくは圧接させることにより、より一層、変形が生じにくいものとなる。
本発明に係る熱交換器の他の作用効果としては、上記のコイル状の伝熱管1の着脱が容易となる。具体的には、自由状態下で、内筒5と外筒6の間に適当なクリアランスを設定した状態で伝熱管1を配位し、その後、緊張状態にして拡縮力を発生させてコイル状の伝熱管1を内筒5と外筒6とのいずれかに接触させ、緊張機構によって拡縮力を維持することで、その接触状態を維持する。そして、分解等の際には、拡縮力を解除することで、容易に伝熱管を取り外すことができる。あるいは、クリアランスがない状態(接触する状態)で、装着した後、拡縮力を加えて圧接状態にし、この圧接状態を緊張機構によって維持する。そして、分解時には、拡縮力を解除することで、伝熱管を比較的容易に取り外すことができる。
よって、より具体的には、効率良い熱交換はもとより、伝熱管の詰まりや付着など発生した場合でも容易に伝熱管を交換でき、従来の様に熱交換器自体を廃棄したりコストをかけて洗浄する必要がなくなる。また熱媒の流れによる伝熱管の伸縮の発生を防止でき、従来品に比べて構造を簡略化できるため、製造工数を削減でき、よって安価に熱交換器を提供することができたものである。


(A)は本願発明の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図であり、(B)は同平面図である。 (A)は本願発明の他の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図であり、(B)は同平面図である。 (A)は本願発明のさらに他の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図であり、(B)は同平面図である。 (A)は本願発明の実施の形態に係る熱交換器の組付作業中の要部拡大説明図であり、(B)は同組付作業完了時の要部拡大説明図である。
次に図面に基いて本願発明の実施の一形態について説明する。なお本発明における上下左右は、相対的な位置関係を示すに止まり、絶対的な位置を特定するものではない。
この熱交換器は、図1に示すように、その側面が実質的に断面円形の内筒5と外筒6とからなり、その上下端は上下閉塞部9,8により閉鎖されている。この例では、内筒5と下閉塞部8は一体型である。また、他の実施の形態として、下閉塞部8では無く、上閉塞部9が内筒5と一体型の場合が挙げられるし、下閉塞部8及び上閉塞部9ともに内筒5と一体型をとらずに着脱可能なものとしても良い。
内外筒5,6間の空間7にはコイル状の伝熱管1が内筒5の外周または外筒6の内周の少なくともどちらか一方に密接もしくは圧接されるように設置させており、上下閉塞部9,8を貫通して熱交換器外部の配管と接続可能とされている。ただし、この伝熱管1は、上記内筒5の外周面と上記外筒6の内周面との双方に固定されていない。このコイル状の伝熱管1の周回間には、この周回違いの上下伝熱管1と内外筒5,6とで囲まれる所定の間隔をもつコイル状空間4が形成される。図示のコイル状の伝熱管1と内外筒5,6は、上下に径の均一な円筒形として実施しているが、円錐台や逆円錐台など、上下に径の異なるものとして実施することもできる。
伝熱管1の内部には例えば水や有機溶媒、または溶質を溶解した溶液や微粒子分散液などの被処理流体2が流通する。伝熱管1の材質は伸縮可能で、目的とする被処理流体に対する耐食性、耐圧性や堅牢性などの耐久性が高いものを用いることが好ましい。例えばステンレス、ハステロイ、インコネル、チタン、銅、ニッケルなどの金属;ABS,ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAなどのアクリル樹脂;ポリカーボネート、PTFE,PFAなどのフッソ系樹脂;エポキシ樹脂などが挙げられる。
伝熱管1の外部、コイル状空間4言い換えると伝熱管1と伝熱管1との間のコイル状空間4は、熱媒3を流通させる空間である。熱媒3の出入りは上下閉塞部9,8に設けられた、ノズル10より行われる。これにより熱媒3を空間7及びコイル状空間4に流通させることができる。被処理流体2の熱交換は、まず被処理流体2を図1における上方向(U方向)に流通させ、熱媒3を下方向(S方向)に流通させることによって完全対向流を形成し、被処理流体2及び熱媒3ともに圧力損失の増大を防止し、大きな総括伝熱係数を確保でき、効率的かつ効果的に行うことができる。但し、両流体を同一方向に流通させることを妨げるものではない。
本発明に係る熱交換器の組み付け及び分解について説明する。まず、一体型で作製された下閉塞部8及び内筒5に伝熱管1を組み付ける。この装着に際しては、内筒5と伝熱管1との間に適度なクリアランス4cを設定することで、スムーズな装着作業を行うことができる(図4(A)参照)。装着後、伝熱管1を下閉塞部8に固定する。この固定は、緊張機構11を備えたもので行う。緊張機構11は、伝熱管1のコイル状の径を自然状態よりも拡大又は収縮させるように作用する拡縮力を維持するためのものであり、図示例では、食い込み継ぎ手11を採用している。他の実施の形態としてはクランプや、サドルバンド、ストラップやブラケットなどを用いる方法などが挙げられ、その他、溶接や接着等による固定であってもよい(図示無し)。なお、この緊張機構11は、拡縮力を維持するだけとし、拡縮力を発生させるのは、他の手段であってもよいが、この食い込み継ぎ手11の場合には、拡縮力を発生させると共に拡縮力を維持するものとなっている。
次に、伝熱管1をU方向に引っ張ることによって、伝熱管1のコイル状直径を小径化させ、伝熱管1を内筒5に密接もしくは圧接させる(図4(B))。その後、組みつけられた伝熱管1のコイル状直径の外径と僅かな隙間4dを持った外筒6及び上閉塞部9を組み付ける。外筒6と上閉塞部9は一体型であっても良いし、分解可能であっても良い。
より具体的には、伝熱管1をU方向に引っ張りながら、僅かな隙間4dを維持しつつ、伝熱管1の外側に外筒6を装着し、上閉塞部9を仮に装着する。この仮の装着状態下で、U方向に引っ張り状態を維持しながら、伝熱管1の上端を上閉塞部9に固定し、外筒6と上閉塞部9の装着を完了する。上閉塞部9の緊張機構11は、下閉塞部8と同様の食い込み継ぎ手11のように、外筒6の上端位置を調整できるものであってもよく、調整不能な固定手段であってもよい。
このとき、容易な組み付け及び分解を可能とするためには、伸縮可能なコイル状の伝熱管1がその自然長に対して伸縮量10%変位させた時、荷重10kg以下である事が好ましい。また、小流量処理、例えば各種化学実験を目的とする場合には伝熱管1の外径が28mm以下の小管径が好ましく、コイル状直径の小さな伝熱管1を加工可能にし、小型の熱交換器を提供できる。
上記例は、伝熱管1の自然状態の内径が内筒5の外径よりも大きいものに適するが、伝熱管1の自然状態の内径が内筒5の外径よりも大きく、且つ伝熱管1の自然状態の外径が外筒6の内径よりも大きい場合には、次の方法が採用できる。上記の仮の装着状態下で、U方向に引っ張り力を解除する。これによって、伝熱管1のコイルは自然状態の大きさに戻ろうとして、装着した外筒6の内周面に密接もしくは圧接する。そして、この外筒6へ伝熱管が密接もしくは圧接した状態で伝熱管1の上端を上閉塞部9に固定し、外筒6と上閉塞部9の装着を完了する。
さらに、伝熱管1の自然状態の内径が内筒5の外径よりも大きく、且つ伝熱管1の自然状態の外径が外筒6の内径よりも小さい場合には、下記の方法を採ることも出来る。即ち、内筒5と伝熱管1との間に適度なクリアランス4cを設定した状態で装着し、伝熱管1のコイル状直径の外径と僅かな隙間を持った外筒6及び上閉塞部9を組み付ける。この状態で、食い込み継ぎ手11を操作する等して、伝熱管1を上下方向に互いに上下端が遠ざかる方向に引っ張り、拡縮力(この場合には縮小する力)を発生させ、伝熱管1のコイル状直径を小径化させ、伝熱管1を内筒5に密接もしくは圧接させ、この拡縮力を維持して密接又は圧接状態を維持する。
上記実施の形態においては、伝熱管1を内筒5に密接もしくは圧接させたが、他の実施の形態として、伝熱管1を上方から下方(S方向)に押し込む事によって、(即ち、上下端を接近させる事によって)コイル状直径を大径化させ、伝熱管1を外筒6に密接もしくは圧接させる方法が挙げられる。また、この例では、コイルの軸方向に、伝熱管1の上下端を押し引きしたが、例えば、伝熱管1の上下端をコイルの螺旋の伸びる方向に押し引きしてもよい。このように押し引きの方向は、拡縮力を発生させ得ることを条件に適宜変更できる。また上記の説明では、上下を例示したが、上下逆でもよい。即ち、上と下は、一方側と他方側と読み替えることができる。
上記発明により、内筒5と外筒6との間に形成される空間7内に伝熱管1を内外筒の同心円上に配位させることができ、前記空間7内の伝熱管1と伝熱管1とに挟まれるコイル状空間4を熱媒3の流路とすることができる。本発明に係る熱交換器の分解は上記組み付けの方法と逆の手順で容易に行う事ができる。
コイル状の伝熱管1が、空間7内において固定されていない場合には、熱媒3の流れ抵抗などによって、伝熱管1が伸縮し、例えばコイル状のピッチが詰まってしまう場合などが想定される。言い換えると、熱媒3の流れ抵抗によってコイル状の伝熱管1同士が近づき、最終的にコイル状空間4が存在しなくなる方向にコイル状の伝熱管1が移動する場合などが想定される。その場合には、コイル状空間4に熱媒3が流れ難くなることによって全く熱交換が出来ない場合や効果的または効率良く熱交換が出来ない場合、さらに伝熱管1の破損や寿命低下の原因となる事が考えられる。本発明において、伝熱管1は固定されておらずとも、内筒5の外周、または外筒6の内周の少なくともどちらか一方に密接もしくは圧接しているため、熱媒3を流通させることによって発生する流れ抵抗による、コイル状である伝熱管1の変位を防止することができるため、上記のような問題を解決できる。
また、伝熱管1は複数本でも実施出来る。同時に組み付ける伝熱管1の本数は特に限定されない。必要な被処理流体の流量や、種類の数などにより決定される。複数本の伝熱管を組み付ける場合の一例を図2(A)(B)及び図3(A)(B)に示す。例えば図2に示すように伝熱管1のコイル状直径を同径として組み付ける方法の場合には、一体型で作製された下閉塞部8(または上閉塞部9)及び内筒5に伝熱管1a及び伝熱管1bを組み付け、それぞれ下閉塞部8の異なる位置に固定し、伝熱管1a及び伝熱管1bを上記機構によって内筒5に密接もしくは圧接させ、その後、外筒6及び上閉塞部9(または下閉塞部8)を組み付けることによって複数本の伝熱管1を組み付けることができる。他の実施の形態として、図3に示すように、伝熱管1のコイル状直径を同心円として組み付ける方法でも実施できる。その場合は、一体型で作製された下閉塞部8(または上閉塞部9)及び内筒5に伝熱管1aを組み付け、伝熱管1aを上記機構によって内筒5に密接もしくは圧接させ、次いで伝熱管1aのコイル状直径の外径と僅かな隙間を持った外筒6aを組み付ける。次いで、下閉塞部8(または上閉塞部9)に伝熱管1bを組み付け、伝熱管1bを上記機構によって、外筒6aの外周面に密接もしくは圧接させる。その後、外筒6b及び上閉塞部9(または下閉塞部8)を組み付けることによって複数本の伝熱管1を組み付けることができる。図3に示す実施の形態においては、コイル状空間4a及び4bが形成されることになる。また、3本以上の伝熱管を組み付ける場合も上記材質及び組み付け方法と同様の方法で実施する事が可能である。その場合には、同径としての組み付けと同心円としての組み付けとを組み合わせて実施することも可能である。
伝熱管1の内部には、前記の通り、小流量処理、特に各種化学実験に用いる水や有機溶媒、または溶質を溶解した溶液や微粒子分散液などの被処理流体2が流通する。そのため、実験内容の変更などによって度々伝熱管1を交換する必要が発生する。その他、被処理流体2に含まれる固体や粉末、または被処理流体2に溶解している溶質が温度変化や濃度変化、乾燥などによって析出した場合には、伝熱管1内に付着したり、詰まりが発生し、そのような場合にも伝熱管1の交換が必要となる。
一般的な小流量処理、特に各種化学実験に使用されている投げ込み式の熱交換器や二重管式の熱交換器では、熱交換の効率が期待できない為、本発明における熱交換器の構造が前記投げ込み式の熱交換器や二重管式の熱交換器の問題を解決した。さらに上記のように伝熱管1の交換の必要が生じた場合にも、多管式熱交換器やプレート式熱交換器に比べて本発明の熱交換器の構造が非常に単純であるため、組み立て及び分解が非常に容易に行えることが特徴である。また、伝熱管の交換だけでなく熱交換器を容易に分解洗浄できるため、従来の熱交換器のように熱交換器自体を廃棄したり、コストをかけて洗浄する必要がない。
なお、伝熱管の弾性変形による内筒5と外筒6への密接もしくは圧接の形態としては、複数種類が実施可能であり、これを下記に示す。
(第1の形態)内筒5の外径α、外筒6の内径β、コイル状の伝熱管1の内径γ、コイル状の伝熱管1の外径θとする。内筒5の外径αに対して、コイル状の伝熱管1の内径γが大きいか或いは等しい場合(α≦γ)、自然状態のまま伝熱管1に内筒5を挿入し、挿入後伝熱管1をその両端が遠ざかる方向に引っ張ってやると、外力により内筒5の外径αと伝熱管1の内径γが等しくなり、伝熱管1が内筒5に密着又は圧接する。なお、α≦γであっても、挿入を容易にするために、伝熱管1を圧縮して内径γを大きくすることを妨げるものではない。
(第2の形態)内筒5の外径αに対して、コイル状の伝熱管1の内径γが小さい場合(α>γ)、伝熱管1を圧縮して内径γを広げた状態で内筒5を挿入する。挿入後、圧縮する力を解除し、さらに必要に応じて引っ張ってやると、伝熱管1は弾性変形により内筒5の外径αと伝熱管1の内径γが等しくなり、伝熱管1が内筒5に密着又は圧接する。
(第3の形態)外筒6の内径βに対して、コイル状の伝熱管1の外径θが小さいか或いは等しい場合(β≧θ)、自然状態のまま伝熱管1を外筒6に挿入し、挿入後伝熱管1を圧縮してやると、外力により外筒6の内径βと伝熱管1の外径θが等しくなり、伝熱管1が外筒6に密着又は圧接する。なお、β≧θであっても、挿入を容易にするために、伝熱管1を引張して外径θを小さくすることを妨げるものではない。
(第4の形態)外筒6の内径βに対して、コイル状の伝熱管1の外径θが大きい場合(β<θ)、伝熱管1を引張状態としてその径を小さくし、外筒6に挿入する。挿入後、引張力を解除し、必要に応じて圧縮すると、外筒6の内径βと伝熱管1の外径θが等しくなり、伝熱管1が外筒6に密着又は圧接する。
Figure 0004517248
符号の説明
1 伝熱管
3 熱媒
4 コイル状空間
5 内筒
6 外筒
8 下閉塞部
9 上閉塞部
11 緊張機構

Claims (6)

  1. 内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、
    上記伝熱管コイル状の径を自然状態よりも拡大又は収縮させるように作用する拡縮力を維持するための緊張機構を備え、
    熱交換器の組み付け時において上記緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管に加えられたものであり、この状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器。
  2. 上記伝熱管は、上記内筒の外周面と上記外筒の内周面との双方に固定されておらず、
    上記緊張機構によって、上記伝熱管のコイル状の径が自然状態よりも拡大又は収縮しており、この拡大又は収縮によって上記伝熱管が内筒もしくは外筒に密接もしくは圧接させられていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
  3. 上記伝熱管は、コイルの軸方向長さを、その自然状態に比して10%変位させた時に加わるコイルの軸方向の荷重が10kg以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の熱交換器。
  4. 上記伝熱管の材質が、ステンレス、ハステロイ、インコネル、チタン、銅、ニッケルなどの金属;ABS,ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAなどのアクリル樹脂;ポリカーボネート、PTFE,PFAなどのフッソ系樹脂;エポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも一種である請求項3記載の熱交換器。
  5. 上記伝熱管1の外径が28mm以下であることを特徴とする請求項4記載の熱交換器。
  6. 内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、
    熱交換器の組み付け時において、上記コイル状の伝熱管径が自然状態から弾性変形させられて、上記伝熱管が内筒もしくは外筒に密接もしくは圧接させられており、上記伝熱管が弾性変形した状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器。
JP2009554809A 2009-11-24 2009-11-24 熱交換器 Active JP4517248B1 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/069815 WO2011064839A1 (ja) 2009-11-24 2009-11-24 熱交換器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP4517248B1 true JP4517248B1 (ja) 2010-08-04
JPWO2011064839A1 JPWO2011064839A1 (ja) 2013-04-11

Family

ID=42709014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009554809A Active JP4517248B1 (ja) 2009-11-24 2009-11-24 熱交換器

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20120193072A1 (ja)
EP (1) EP2505951B1 (ja)
JP (1) JP4517248B1 (ja)
KR (1) KR101358271B1 (ja)
CN (1) CN102472594B (ja)
WO (1) WO2011064839A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014220403A1 (de) * 2014-10-08 2016-04-14 Mahle International Gmbh Verfahren zur Montage einer Wärmetauschereinrichtung und Wärmetauschereinrichtung
CN106440871B (zh) * 2016-12-06 2018-10-16 上海初远环保科技有限公司 换热器
CN108463677A (zh) * 2016-12-19 2018-08-28 株式会社藤仓 热交换器以及磁热泵装置
EP3415853A4 (en) * 2017-02-28 2019-11-20 Tomoe Shokai Co., Ltd HEAT EXCHANGER
EP3679414A4 (en) * 2017-09-08 2021-05-05 Commscope Technologies LLC HEAT DRAINING HOUSING
JP7314462B2 (ja) * 2019-04-02 2023-07-26 Smc株式会社 温調装置
WO2022015712A1 (en) * 2020-07-13 2022-01-20 Ivys Inc. Hydrogen fueling systems and methods
KR102557046B1 (ko) * 2022-09-13 2023-07-21 (주)승리에스텍 흡수식 냉동기의 흡수기용 전열관의 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5782688A (en) * 1980-11-12 1982-05-24 Hitachi Ltd Heat exchanger
JPH0674857U (ja) * 1993-03-03 1994-10-21 石川島播磨重工業株式会社 熱交換器
JP2000227289A (ja) * 1999-02-01 2000-08-15 Behr Gmbh & Co 一体型ヘッダ・熱交換器組立体
JP2002147976A (ja) * 2000-11-13 2002-05-22 M Technique Co Ltd 熱交換器
JP2008232548A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Daikin Ind Ltd 熱交換器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH058269U (ja) * 1991-07-11 1993-02-05 石川島播磨重工業株式会社 熱交換器
JP2799968B2 (ja) * 1995-03-17 1998-09-21 株式会社電業社機械製作所 流水管式冷却器およびその接続方法
US6293335B1 (en) * 1999-06-24 2001-09-25 Aquacal, Inc. Method and apparatus for optimizing heat transfer in a tube and shell heat exchanger
JP2002235989A (ja) * 2001-02-09 2002-08-23 Toshiba Plant Kensetsu Co Ltd 熱交換器
NZ523962A (en) * 2003-01-31 2004-10-29 Energy Saving Concepts Ltd Heat exchanger with multiple turbulent flow paths
ES2306214T3 (es) * 2004-07-22 2008-11-01 P.S.A. Intercambiador de calor de serpentin (es) y nervadura(s) helicoidal (es) de separacion.
US8418484B2 (en) * 2008-01-30 2013-04-16 The Trustees Of Dartmouth College Compact helical heat exchanger with stretch to maintain airflow

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5782688A (en) * 1980-11-12 1982-05-24 Hitachi Ltd Heat exchanger
JPH0674857U (ja) * 1993-03-03 1994-10-21 石川島播磨重工業株式会社 熱交換器
JP2000227289A (ja) * 1999-02-01 2000-08-15 Behr Gmbh & Co 一体型ヘッダ・熱交換器組立体
JP2002147976A (ja) * 2000-11-13 2002-05-22 M Technique Co Ltd 熱交換器
JP2008232548A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Daikin Ind Ltd 熱交換器

Also Published As

Publication number Publication date
CN102472594A (zh) 2012-05-23
EP2505951B1 (en) 2020-12-23
US20120193072A1 (en) 2012-08-02
WO2011064839A1 (ja) 2011-06-03
KR101358271B1 (ko) 2014-02-05
KR20120067975A (ko) 2012-06-26
JPWO2011064839A1 (ja) 2013-04-11
EP2505951A4 (en) 2016-06-15
EP2505951A1 (en) 2012-10-03
US20180259266A1 (en) 2018-09-13
CN102472594B (zh) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4517248B1 (ja) 熱交換器
JP7418030B2 (ja) フローリアクター
CN105823356A (zh) 一种管壳式换热器
JPH0961071A (ja) 熱交換器
JP5781264B2 (ja) 流体製品の熱交換器構造
JP2008116196A (ja) 管式熱交換器
JP2008032296A (ja) 熱交換器
WO2009060487A1 (en) Pliable tubular heat exchanger
JP2011058786A (ja) 熱交換器
JP4703383B2 (ja) フィンチューブ
JP3767473B2 (ja) 熱交換器
CN113106468B (zh) 一种换热器循环流镀装置及流镀方法
JP2014145553A (ja) 二重管式熱交換器
JP3937990B2 (ja) 熱交換器
JP2004340455A (ja) 熱交換器
JP2008057908A (ja) 熱交換器
JP2005241145A (ja) 熱交換装置及び熱交換装置の固相剥離方法
JP4435445B2 (ja) 水素吸蔵合金容器
CN116793135B (zh) 一种用于高通量管换热器换热管的支撑装置
CN201540048U (zh) 一种用于流体换热的换热装置
JP2004218945A (ja) 熱交換器およびその製造方法
JP2002350090A (ja) 熱交換器および熱交換器の管板への合成樹脂製チューブの固定方法
JPH11337295A (ja) 熱交換器
JP2011099614A (ja) 熱交換器
CN201387261Y (zh) 双向防腐型聚四氟乙烯列管式换热器

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100406

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100430

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130528

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4517248

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130528

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250