JP6798666B2 - 熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は熱交換器及び熱交換器の製造方法に関し、特に簡便に製造可能な熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。

冷凍機を構成する蒸発器あるいは凝縮器として、シェルアンドチューブ型熱交換器が用いられるものがある。このような熱交換器として、断面形状が上下に長いほぼ長方形で上下に２分割された缶胴の内部下方に分布板を設け、その上方に伝熱管群を管支持板を介して取り付け、缶胴の内部上方にエリミネータが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特公平４−５４８６８号公報

特許文献１に記載された熱交換器は、缶胴の上下を分離して、下方の缶胴に分布板及び管支持板を取り付け、上方の缶胴にエリミネータを取り付けてから、上下の缶胴を組み合わせることになるため、製造に工数がかかる。

本発明は上述の課題に鑑み、簡便に製造可能な熱交換器及び熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る熱交換器は、例えば図１に示すように、第１の流体Ｆ１を内部に流す伝熱管１１と；伝熱管１１の複数本を支持する伝熱管支持部材１２と；伝熱管支持部材１２の複数を連結する形鋼１３と；伝熱管１１、伝熱管支持部材１２、及び形鋼１３を収容すると共に、第２の流体Ｆ２を内部に流す、一体に形成された缶胴１９とを備える。ここで、一体に形成された缶胴は、典型的には、缶胴の軸線に平行な面で分割されないことを意味している。

このように構成すると、形鋼に連結された伝熱管支持部材をユニットとして、一体に形成された缶胴に収容することが可能となり、製造工程を削減することが可能になって、簡便に製造することができる。また、伝熱管支持部材の複数を連結する形鋼を備えるので伝熱管支持部材の揺れを抑制して伝熱管を適切に支持することができると共に、缶胴が一体に形成されているので流体の漏洩を抑制することができて、信頼性を向上させることができる。

また、本発明の第２の態様に係る熱交換器は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る熱交換器１０Ｅにおいて、伝熱管支持部材１２は、直線状に延びる上辺１２ｔと、上辺１２ｔに対向して直線状に延びる下辺１２ｓとを有する板状に形成され；形鋼１３は、上辺１２ｔの両端及び下辺１２ｓの両端にそれぞれ設けられた４つを含んで構成されている。

このように構成すると、板状の伝熱管支持部材を支持する構成の強度の向上と形鋼の必要本数とのバランスを図ることができる。

また、本発明の第３の態様に係る熱交換器は、例えば図１に示すように、上記本発明の第２の態様に係る熱交換器１０Ｅにおいて、上辺１２ｔの両端にそれぞれ設けられた２つの形鋼１３が平鋼１３ｆであり、下辺１２ｓの両端にそれぞれ設けられた２つの形鋼１３が山形鋼１３ａである。

このように構成すると、板状の伝熱管支持部材を支持する構成の強度を向上させることができると共に、平鋼を基準材とすることで伝熱管支持部材の位置決めを簡便に行うことができる。

また、本発明の第４の態様に係る熱交換器は、例えば図１及び図２に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る熱交換器１０Ｅにおいて、缶胴１９の内部に、第２の流体Ｆ２を貯留する貯留部１０ｒが形成され；貯留部１０ｒの第２の流体Ｆ２を、伝熱管１１に接触する前に通過させる多孔板１４を備え；多孔板１４は形鋼１３に支持されて構成されている。

このように構成すると、多孔板を備えるので第２の流体を複数の伝熱管に均等に分配することが可能になると共に、多孔板及び伝熱管支持部材の支持を共通の形鋼で行うことができて構成を簡便にすることができる。

また、本発明の第５の態様に係る熱交換器は、例えば図１及び図２に示すように、上記本発明の第４の態様に係る熱交換器１０Ｅにおいて、貯留部１０ｒに設けられた流れ調整部材１５であって、第２の流体Ｆ２を缶胴１９の軸線が延びる方向に通過させる通過孔１５ｈが形成された流れ調整部材１５を備え；流れ調整部材１５は、缶胴１９の軸線が延びる方向に直交し多孔板１４に平行な幅方向Ｗの中央部に通過孔１５ｈが形成された第１の流れ調整部材１５Ａ（例えば図３参照）、及び幅方向Ｗの両端部に通過孔１５ｈが形成された第２の流れ調整部材１５Ｂ（例えば図３参照）の少なくとも一方を含んで構成されている。

このように構成すると、第２の流体を多孔板の広範囲に分配することができる。

また、本発明の第６の態様に係る熱交換器は、例えば図６に示すように、上記本発明の第２の態様に係る熱交換器１０Ｃにおいて、下辺１２ｓの両端にそれぞれ設けられた２つの形鋼１３が平鋼１３ｆであり、上辺１２ｔの両端にそれぞれ設けられた２つの形鋼１３が山形鋼１３ａである。

このように構成すると、板状の伝熱管支持部材を支持する構成の強度を向上させることができると共に、平鋼を基準材とすることで伝熱管支持部材の位置決めを簡便に行うことができる。

また、本発明の第７の態様に係る熱交換器は、例えば図６及び図７に示すように、上記本発明の第１の態様、第２の態様又は第６の態様に係る熱交換器１０Ｃにおいて、缶胴１９は、第２の流体Ｆ２を導入する導入口１０ｐが形成され；導入口１０ｐから導入された第２の流体Ｆ２を衝突させるバッフル板１６を備え；バッフル板１６は、導入口１０ｐと伝熱管支持部材１２との間に設けられると共に、形鋼１３に支持されて構成されている。

このように構成すると、導入口から導入された第２の流体が直接伝熱管に接触することを回避することができて伝熱管が損傷することを回避することができると共に、バッフル板の支持を共通の形鋼で行うことができて構成を簡便にすることができる。

また、本発明の第８の態様に係る熱交換器は、例えば図６及び図７に示すように、上記本発明の第７の態様に係る熱交換器１０Ｃにおいて、缶胴１９内の気体を缶胴１９の外に抽出する抽気管１７を備え；抽気管１７は、バッフル板１６に取り付けられて構成されている。

このように構成すると、バッフル板を抽気管の支持部材として用いることができて構成を簡便にすることができる。

上記目的を達成するために、本発明の第９の態様に係る熱交換器の製造方法は、例えば図１及び図４を参照して示すと、伝熱管１１の内部を流れる第１の流体Ｆ１と、缶胴１９の内部で伝熱管１１の外側を流れる第２の流体Ｆ２と、の間で熱交換を行わせる熱交換器１０Ｅを製造する方法であって；伝熱管１１の複数本を支持する伝熱管支持部材１２の複数個を、形鋼１３に固定する伝熱管支持部材固定工程（Ｓ３）と；複数の伝熱管支持部材１２が固定された形鋼１３を、一体に形成された缶胴１９の内部に収容する収容工程（Ｓ６）と；缶胴１９の内部に収容された、伝熱管支持部材１２が固定された形鋼１３を、缶胴１９に固定する形鋼固定工程（Ｓ７）と；形鋼固定工程（Ｓ７）の後、伝熱管支持部材１２に複数形成された伝熱管挿通孔１２ｈに複数本の伝熱管１１を挿通する伝熱管敷設工程（Ｓ８）とを備える。

このように構成すると、伝熱管支持部材が固定された形鋼をまとめて、一体に形成された缶胴に収容するので、簡便に製造することができる。

また、本発明の第１０の態様に係る熱交換器の製造方法は、例えば図１及び図４を参照して示すと、上記本発明の第９の態様に係る熱交換器の製造方法において、伝熱管支持部材固定工程（Ｓ３）の前に、形鋼１３としての平鋼１３ｆに、伝熱管支持部材１２の直線状に延びる辺１２ｔを接触させて位置決めを行う位置決め工程（Ｓ２）を備える。

このように構成すると、平鋼に対する伝熱管支持部材の水平・垂直出しを簡便に行うことができる。

本発明によれば、形鋼に連結された伝熱管支持部材をユニットとして、一体に形成された缶胴に収容することが可能となり、簡便に製造することができる。

本発明の実施の形態に係る熱交換器の軸直角断面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換器の平面断面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換器が備える調整板の正面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換器の製造手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る熱交換器の製造途中の一部状況を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る熱交換器の軸直角断面図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る熱交換器の平面断面図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る熱交換器の製造途中の一部状況を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換器を備える冷凍機の模式的系統図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態に係る熱交換器１０Ｅを説明する。図１は、熱交換器１０Ｅの軸直角断面図である。図２は、熱交換器１０Ｅの平面断面図である。熱交換器１０Ｅは、シェルアンドチューブ型熱交換器であり、典型的には、冷凍機の冷水と冷媒との熱交換が行われる蒸発器に適用することができる。熱交換器１０Ｅは、第１の流体Ｆ１（以下「第１流体Ｆ１」という。）を内部に流す伝熱管１１と、伝熱管１１を支持する伝熱管支持部材としての支持板１２と、支持板１２の複数を連結する形鋼１３と、多孔板１４と、流れ調整部材としての調整板１５と、これらを収容すると共に第２の流体Ｆ２（以下「第２流体Ｆ２」という。）を内部に流す缶胴１９とを備えている。

伝熱管１１は、典型的には直管の銅管が用いられるが、内部に流す第１流体Ｆ１及び外部を流れる第２流体Ｆ２の種類に応じて、腐食性、熱伝達性能、強度等を考慮して、銅以外の材料が用いられてもよい。伝熱管１１は、複数本が、それぞれ平行になるように配置されている。なお、伝熱管１１は、図１では、一部を省略して示しており、実際には、支持板１２の面全体にわたって配列されている。また、図２では、伝熱管１１以外の構成部材の配置の理解の容易のために伝熱管１１の図示を省略している。

支持板１２は、板状の部材が加工されて形成されている。支持板１２の輪郭は、上辺１２ｔ及び下辺１２ｓが直線状に延びている。上辺１２ｔと下辺１２ｓとは、平行になっている。上辺１２ｔは、概ね缶胴１９の内径と同じ長さに形成されている。下辺１２ｓは、上辺１２ｔよりも短く形成されている（図１参照）。上辺１２ｔと下辺１２ｓとの間となる一対の支持板１２の輪郭は、缶胴１９の軸直角断面における内側の輪郭に沿った形状となっている。支持板１２は、面内に、伝熱管１１が通る伝熱管挿通孔としての挿通孔１２ｈが形成されている。挿通孔１２ｈは、図１では伝熱管１１と重なっているが、伝熱管１１を外すと現れる。挿通孔１２ｈは、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２との交換熱量を考慮して設定された所定の間隔で、複数が配列されるように形成されている。支持板１２は、典型的には金属で形成されている。支持板１２は、複数枚が設けられている（図２参照）。

形鋼１３は、支持板１２に対して、上辺１２ｔの両側と、下辺１２ｓの両側とに、合計４つ設けられている。上辺１２ｔの両側の形鋼１３には、いわゆるフラットバーと称される平鋼１３ｆが用いられている。下辺１２ｓの両側の形鋼１３には、いわゆるアングルと称される山形鋼１３ａが用いられている。形鋼１３は、鉄鋼材料で形成されている。形鋼１３は、伝熱管１１と平行に延びるように配設されている。各形鋼１３には、複数の支持板１２が、伝熱管１１の支持に適した間隔をあけて固定されている（図２参照）。各形鋼１３には、複数の支持板１２が、対応する位置で固定されている。形鋼１３と支持板１２とは、溶接で接合されている。

多孔板１４は、典型的にはパンチングメタルが用いられている（図２参照）。図２では、多孔板１４の小孔は、便宜上一部省略しているが、実際は全面にある。多孔板１４は、長方形に形成されており、幅方向Ｗが概ね支持板１２の下辺１２ｓと同じ長さで、長手方向Ｌが概ね缶胴１９と同じ長さに形成されている。多孔板１４は、面が伝熱管１１と平行に延びるような向きで、２本の山形鋼１３ａに取り付けられている。多孔板１４と缶胴１９との間には空間が形成されており、この空間は第２流体Ｆ２が貯留される貯留部１０ｒとなっている。貯留部１０ｒに貯留される第２流体Ｆ２は、典型的には、液体、又は一部に気体を含む液体である。貯留部１０ｒには、調整板１５が設けられている。調整板１５は、貯留部１０ｒを仕切る、板状に形成された部材である。調整板１５は、多孔板１４に取り付けられている。支持板１２と形鋼１３とが固定されたものに、多孔板１４及び調整板１５が取り付けられたものを、内部ユニット１８ということとする。調整板１５は、第２流体Ｆ２が通過する通過孔１５ｈが形成された位置が異なる２種類が存在する。

図３（Ａ）は第１調整板１５Ａの正面図、図３（Ｂ）は第２調整板１５Ｂの正面図である。第１調整板１５Ａは、多孔板１４（図１及び図２参照）に接続される辺である接続辺１５ｊの反対側の、缶胴１９に沿う辺の中央部に通過孔１５ｈが形成されている。第２調整板１５Ｂは、接続辺１５ｊの反対側の辺の両側に通過孔１５ｈが形成されている。これにより、第２調整板１５Ｂは、２つの通過孔１５ｈの間に、缶胴１９の側に突出した突出部１５ｐが形成されることとなる。

再び図１及び図２に戻って熱交換器１０Ｅの構成の説明を続ける。缶胴１９は、典型的には鋼管が用いられている。缶胴１９は、半割等で分割できるようには構成されておらず、一体に形成されている。したがって、缶胴１９の内部に収容される支持板１２や多孔板１４等は、缶胴１９を構成する鋼管の端部開口から入れられる。缶胴１９は、熱交換器１０Ｅが適用される冷凍機の大きさに応じて、人間が中に入ることができる大きさの場合もあり、人間が中に入ることができない大きさの場合もある。缶胴１９は、第２流体Ｆ２が流入する流入口１０ｆが下部（典型的には底部）に形成されており、第２流体Ｆ２が流出する流出口１０ｈが上部（典型的には頂部）に形成されている。なお鋼管は、シームレス鋼管であれば長手方向に継ぎ目は１本もなく、溶接鋼管であっても長手方向に継ぎ目は１本のみである。

次に図４を併せて参照して、熱交換器１０Ｅを製造する手順を説明する。以下の説明で熱交換器１０Ｅの構成に言及しているときは、適宜図１乃至図３を参照することとする。熱交換器１０Ｅの製造を開始するのに際し、まず、２本の平鋼１３ｆを作業床（不図示）に載置する（Ｓ１）。作業床（不図示）は、製造する熱交換器１０Ｅの大きさに応じて、部屋（工場）の床でもよく、作業台（テーブル、定盤）の面でもよい。２本の平鋼１３ｆを作業床（不図示）に載置したら、複数の支持板１２を、位置を合わせて平鋼１３ｆに設置する（位置決め工程：Ｓ２）。このとき、支持板１２の上辺１２ｔを下向きにして、２本の平鋼１３ｆのそれぞれに、上辺１２ｔの両端がそれぞれ接するように、位置を合わせる。この作業は、作業床（不図示）に載置された平鋼１３ｆに対して、立てた支持板１２を合わせるものであるため、正確な位置合わせを安定して行うことができる。支持板１２は、複数が、適宜間隔を空けて設置される。

平鋼１３ｆに対して支持板１２の位置を合わせたら、支持板１２を平鋼１３ｆに固定すると共に、２本の山形鋼１３ａをそれぞれ支持板１２の下辺１２ｓの両端に配置して固定する（伝熱管支持部材固定工程：Ｓ３）。平鋼１３ｆ及び山形鋼１３ａと支持板１２との固定は、典型的には溶接で行われる。このとき、広い空間で溶接を行うことができるので、作業効率の低下を抑制することができ、固定位置合わせの精度を向上させることができる。平鋼１３ｆ及び山形鋼１３ａと支持板１２とを固定したら、これに多孔板１４を取り付ける（Ｓ４）。多孔板１４は、支持板１２に固定された２本の山形鋼１３ａに載置され、多孔板１４と山形鋼１３ａとの接触部分を適宜溶接することで、山形鋼１３ａに固定される。多孔板１４を取り付けたら、多孔板１４の面に調整板１５を取り付ける（Ｓ５）。調整板１５は、多孔板１４の、山形鋼１３ａに固定された面の反対側の面に取り付けられる。調整板１５は、山形鋼１３ａが延びる方向に、適宜間隔を空けて、第１調整板１５Ａと第２調整板１５Ｂとが交互に取り付けられる。このようにして、平鋼１３ｆ及び山形鋼１３ａと支持板１２とが固定されたものに、多孔板１４及び調整板１５が取り付けられて、内部ユニット１８ができる。

内部ユニット１８ができたら、内部ユニット１８を缶胴１９の内部に収容する（収容工程：Ｓ６）。内部ユニット１８は、図５の概略斜視図に示すように、缶胴１９を構成する鋼管の両端に形成された開口の一方から入れる。なお、図５では、概略構成を示す便宜上、内部ユニット１８における多孔板１４及び調整板１５の図示を省略している。内部ユニット１８を缶胴１９の内部に収容したら、平鋼１３ｆ及び／又は山形鋼１３ａを缶胴１９の内面に溶接することで、内部ユニット１８を缶胴１９に固定する（形鋼固定工程：Ｓ７）。次いで、支持板１２に形成された各挿通孔１２ｈに、伝熱管１１を挿通する（伝熱管敷設工程：Ｓ８）。このようにして熱交換器１０Ｅが製造される。なお、支持板１２に挿通された各伝熱管１１の末端は、管板（不図示）に形成された孔に通された後に管板の外側で拡径され、缶胴１９の両端の開口は、後に管板によって塞がれる。

上述のように構成された熱交換器１０Ｅは、冷凍機の蒸発器に適用された場合、以下のように作用する。各伝熱管１１の内部には、第１流体Ｆ１（典型的には冷水）が流れている。他方、缶胴１９内の下部には、缶胴１９を構成する鋼管の一端付近に形成された流入口１０ｆから液体の第２流体Ｆ２（典型的には、冷媒の、気体を一部に含む気体含有液体）が流入し、他端に向かって貯留部１０ｒを流れる。このとき、貯留部１０ｒを流れる第２流体Ｆ２は、第１調整板１５Ａの通過孔１５ｈと第２調整板１５Ｂの通過孔１５ｈとを交互に通過するので、貯留部１０ｒの幅方向Ｗ（第２流体Ｆ２が流れる方向に対して平面上で直交する方向）に広がり、多孔板１４の下方の広範囲に広がることとなる。貯留部１０ｒに広がった第２流体Ｆ２は、多孔板１４を通過して缶胴１９内を上昇する。このとき、第２流体Ｆ２は、多孔板１４を通過して拡散した後に複数の伝熱管１１の間を流れるので、第２流体Ｆ２と伝熱管１１外表面との接触面積を増やすことができる。複数の伝熱管１１の間を流れる第２流体Ｆ２は、上昇する過程において液体分が随時蒸発し、第２流体Ｆ２が蒸発する際に必要な潜熱を、伝熱管１１内を流れる第１流体Ｆ１から奪うことによって、伝熱管１１内を流れる第１流体Ｆ１は冷やされる。第１流体Ｆ１との熱交換によって蒸発した第２流体Ｆ２は、気体の第２流体Ｆ２（典型的には冷媒の蒸気）となり、缶胴１９の上部に収集された後、缶胴１９の上部（典型的には頂部）に形成された流出口１０ｈから缶胴１９の外に流出する。

次に図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態の変形例に係る熱交換器１０Ｃを説明する。図６は、熱交換器１０Ｃの軸直角断面図である。図７は、熱交換器１０Ｃの平面断面図である。熱交換器１０Ｃは、シェルアンドチューブ型熱交換器であり、典型的には、冷凍機の冷却水と冷媒との熱交換が行われる凝縮器に適用することができる。図６においても伝熱管１１の一部を省略して示しており（実際には支持板１２の面全体にわたって配列されている）、図７では伝熱管１１の図示を省略している。熱交換器１０Ｃは、熱交換器１０Ｅ（図１及び図２参照）と比較して、主に以下の点が異なっている。熱交換器１０Ｃは、熱交換器１０Ｅ（図１及び図２参照）が備えていた多孔板１４（図１及び図２参照）及び調整板１５（図１及び図２参照）を備えていない。また、熱交換器１０Ｃは、支持板１２の上辺１２ｔの両端に山形鋼１３ａが設けられ、下辺１２ｓの両端に平鋼１３ｆが設けられている点で、熱交換器１０Ｅと異なっている。熱交換器１０Ｃは、缶胴１９の上部（典型的には頂部）に、第２流体Ｆ２を導入する導入口１０ｐが形成されており、缶胴１９の下部（典型的には底部）に、第２流体Ｆ２を導出する導出口１０ｑが形成されている。また、熱交換器１０Ｃは、２本の山形鋼１３ａにまたがって載置されたバッフル板１６が設けられている。バッフル板１６は、缶胴１９の長手方向の長さ全体にわたって設けられているのではなく、導入口１０ｐの下方周辺に設けられている。導入口１０ｐの下方周辺とは、導入口１０ｐから流入した第２流体Ｆ２が直接伝熱管１１に衝突することを防ぐことができる範囲である。なお、図７に想像線（二点鎖線）で示す導入口１０ｐは、上方（紙面に対して垂直上方）にあるものを投影したものである。また、熱交換器１０Ｃは、缶胴１９内の気体を缶胴１９の外に導く抽気管１７が設けられている。抽気管１７は、支持板１２とバッフル板１６との間で伝熱管１１と平行に延びるように配設されている。熱交換器１０Ｃでは、支持板１２と形鋼１３とが固定されたものに、バッフル板１６及び抽気管１７が取り付けられたものを、内部ユニット１８Ａということとする。内部ユニット１８Ａは、熱交換器１０Ｅの内部ユニット１８（図１及び図２参照）に対応する。熱交換器１０Ｃの上記以外の構成は、熱交換器１０Ｅ（図１参照）と同様である。

上述のように構成された熱交換器１０Ｃを製造する手順は、以下に指摘する点を除き、図４に示す熱交換器１０Ｅ（図１及び図２参照）を製造する手順と概ね同じである。熱交換器１０Ｃの製造においては、２本の平鋼１３ｆを作業床（不図示）に載置し（Ｓ１）、その後の位置決め工程（Ｓ２）において、支持板１２の下辺１２ｓを下向きにして、２本の平鋼１３ｆのそれぞれに、下辺１２ｓの両端がそれぞれ接するように、位置を合わせる。伝熱管支持部材固定工程（Ｓ３）においては、支持板１２を平鋼１３ｆに固定すると共に、２本の山形鋼１３ａをそれぞれ支持板１２の上辺１２ｔの両端に配置して固定する。そして、熱交換器１０Ｃの製造においては、図４に示す多孔板１４の取り付け（Ｓ４）に代えてバッフル板１６を取り付け、調整板１５の取り付け（Ｓ５）に代えて抽気管１７を取り付ける。その後の収容工程（Ｓ６）、形鋼固定工程（Ｓ７）、伝熱管敷設工程（Ｓ８）は、熱交換器１０Ｅ（図１参照）の製造と同様である。なお、収容工程（Ｓ６）の様子を、図８の概略斜視図に示している。

上述のように構成された熱交換器１０Ｃは、冷凍機の凝縮器に適用された場合、以下のように作用する。各伝熱管１１の内部には、第１流体Ｆ１（典型的には冷却水）が流れている。他方、缶胴１９の内部には、導入口１０ｐから気体の第２流体Ｆ２（典型的には冷媒の蒸気）が流入する。缶胴１９内に流入した第２流体Ｆ２は、バッフル板１６に衝突して拡散する。拡散した第２流体Ｆ２は、複数の伝熱管１１の間を通過し、このとき、伝熱管１１内を流れる第１流体Ｆ１によって冷やされて凝縮する。第２流体Ｆ２が凝縮する際に放出する凝縮熱を、伝熱管１１内を流れる第１流体Ｆ１が奪うことで、第１流体Ｆ１の温度は上昇する。第１流体Ｆ１との熱交換によって凝縮した第２流体Ｆ２は、液体の第２流体Ｆ２（典型的には冷媒の液）となり、缶胴１９の下部に収集された後、缶胴１９の下部（典型的には底部）に形成された導出口１０ｑから缶胴１９の外に流出する。

次に図９を参照して、上述した熱交換器１０Ｅ、１０Ｃを備える冷凍機１００を説明する。図９は、冷凍機１００の模式的系統図である。冷凍機１００は、ターボ冷凍機として構成されていて、熱交換器１０Ｅを蒸発器として用いており、熱交換器１０Ｃを凝縮器として用いている。以降、冷凍機１００の説明において、両者の区別を容易にするため、熱交換器１０Ｅを「蒸発器１０Ｅ」といい、熱交換器１０Ｃを「凝縮器１０Ｃ」ということとする。また、冷凍機１００では、蒸発器１０Ｅに出入りする第１流体Ｆ１が冷水で、凝縮器１０Ｃに出入りする第１流体Ｆ１が冷却水であって、目的が異なる流体となるので、両者の区別を容易にするため、蒸発器１０Ｅに出入りする第１流体Ｆ１を「冷水Ｃ」といい、凝縮器１０Ｃに出入りする第１流体Ｆ１を「冷却水Ｄ」ということとする。なお、第２流体Ｆ２は、蒸発器１０Ｅ及び凝縮器１０Ｃを循環するため両者で同じ流体となるが、説明の便宜上「冷媒Ｒ」ということとする。

冷凍機１００は、蒸発器１０Ｅ及び凝縮器１０Ｃのほか、冷媒Ｒを圧縮するターボ圧縮機２０と、冷媒Ｒを減圧する膨張機構３０とを備えている。膨張機構３０には、膨張弁やオリフィス等が用いられる。ターボ圧縮機２０の吐出側と凝縮器１０Ｃの導入口１０ｐとは、冷媒配管５１で接続されている。凝縮器１０Ｃの導出口１０ｑと蒸発器１０Ｅの流入口１０ｆとは、冷媒配管５２で接続されている。冷媒配管５２には、膨張機構３０が配設されている。蒸発器１０Ｅの流出口１０ｈとターボ圧縮機２０の吸い込み側とは、冷媒配管５３で接続されている。このように構成された冷凍機１００では、ターボ圧縮機２０で冷媒Ｒの蒸気が圧縮され、圧縮された冷媒Ｒの蒸気は、冷媒配管５１を介して凝縮器１０Ｃに導入される。凝縮器１０Ｃに導入された冷媒Ｒの蒸気は、前述のように、冷却水Ｄによって冷やされて凝縮し、冷媒Ｒの液体となる。凝縮器１０Ｃで液体となった冷媒Ｒは、冷媒配管５２を流れ、途中、膨張機構３０を通過して減圧し、一部が蒸発した気体含有液体となって蒸発器１０Ｅに流入する。蒸発器１０Ｅに流入した冷媒Ｒの気体含有液体は、前述のように、冷水Ｃが保有する熱で蒸発し、逆に冷媒Ｒの蒸発潜熱を奪われた冷水Ｃは温度が低下する。このように、冷水Ｃは冷凍機１００において冷却される。蒸発器１０Ｅで冷水Ｃの熱を奪って蒸発した冷媒Ｒの蒸気は、冷媒配管５３を流れてターボ圧縮機２０に戻り、再び圧縮され、以下、上述の作用を繰り返す。

以上の説明では、伝熱管支持部材が平板状に形成された支持板１２であるとしたが、ブロック状に形成された部材等、平板状以外の部材であってもよい。また、以上の説明では、流れ調整部材が平板状に形成された調整板１５であるとしたが、ブロック状に形成された部材等、平板状以外の部材であってもよい。

以上の説明では、支持板１２の上辺１２ｔ及び下辺１２ｓがそれぞれ直線状に延びるように形成されているとしたが、上辺１２ｔ及び／又は下辺１２ｓが曲線状や凹凸がある等、直線状以外の形状に形成されていてもよい。しかしながら、直線状に形成されていると、支持板１２の製造が簡便になると共に、形鋼１３との接続が良好になるため好ましい。

以上の説明では、形鋼１３が４つ設けられているとしたが、強度を勘案して、３つ、２つ、あるいは１つ設けられていてもよく、５つ以上設けられていてもよい。しかしながら、形鋼１３を４つ設ける（形鋼１３の設置個数が４である）こととすると、内部ユニット１８、１８Ａを缶胴１９に収納する際及び缶胴１９内における支持板１２の固定の強度を確保できると共に、熱交換器１０Ｅ、１０Ｃの重量を軽減することのバランスを取ることができるため、好ましい。

以上の説明では、缶胴１９として鋼管が用いられているとしたが、軸直角断面が四角形や六角形等の多角形に形成された筒状の一体に形成された部材であってもよい。

１０Ｃ、１０Ｅ 熱交換器
１０ｐ 導入口
１０ｒ 貯留部
１１ 伝熱管
１２ 支持板
１２ｔ 上辺
１２ｓ 下辺
１３ 形鋼
１３ｆ 平鋼
１３ａ 山形鋼
１４ 多孔板
１５ 調整板
１５ｈ 通過孔
１６ バッフル板
１７ 抽気管
１９ 缶胴
Ｆ１ 第１流体
Ｆ２ 第２流体

Claims (7)

1. 第１の流体を内部に流す伝熱管と；
   前記伝熱管の複数本を支持する伝熱管支持部材と；
   前記伝熱管支持部材の複数を連結する形鋼と；
   前記伝熱管、前記伝熱管支持部材、及び前記形鋼を収容すると共に、第２の流体を内部に流す、一体に形成された缶胴とを備え；
   前記伝熱管支持部材は、直線状に延びる上辺と、前記上辺に対向して直線状に延びる下辺とを有する板状に形成され；
   前記形鋼は、前記上辺の両端及び前記下辺の両端にそれぞれ設けられた４つを含んで構成され；
   前記上辺の両端にそれぞれ設けられた２つの形鋼が平鋼であり、前記下辺の両端にそれぞれ設けられた２つの形鋼が山形鋼である；
   熱交換器。
2. 前記缶胴の内部に、前記第２の流体を貯留する貯留部が形成され；
   前記貯留部の前記第２の流体を、前記伝熱管に接触する前に通過させる多孔板を備え；
   前記多孔板は前記形鋼に支持されて構成された；
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記貯留部に設けられた流れ調整部材であって、前記第２の流体を前記缶胴の軸線が延びる方向に通過させる通過孔が形成された流れ調整部材を備え；
   前記流れ調整部材は、前記缶胴の軸線が延びる方向に直交し前記多孔板に平行な方向を幅方向としたときに、前記幅方向の中央部に前記通過孔が形成された第１の流れ調整部材及び前記幅方向の両端部に前記通過孔が形成された第２の流れ調整部材の少なくとも一方を含んで構成された；
   請求項２に記載の熱交換器。
4. 第１の流体を内部に流す伝熱管と；
   前記伝熱管の複数本を支持する伝熱管支持部材と；
   前記伝熱管支持部材の複数を連結する形鋼と；
   前記伝熱管、前記伝熱管支持部材、及び前記形鋼を収容すると共に、第２の流体を内部に流す、一体に形成された缶胴とを備え；
   前記伝熱管支持部材は、直線状に延びる上辺と、前記上辺に対向して直線状に延びる下辺とを有する板状に形成され；
   前記形鋼は、前記上辺の両端及び前記下辺の両端にそれぞれ設けられた４つを含んで構成され；
   前記下辺の両端にそれぞれ設けられた２つの形鋼が平鋼であり、前記上辺の両端にそれぞれ設けられた２つの形鋼が山形鋼である；
   熱交換器。
5. 前記缶胴は、前記第２の流体を導入する導入口が形成され；
   前記導入口から導入された前記第２の流体を衝突させるバッフル板を備え；
   前記バッフル板は、前記導入口と前記伝熱管支持部材との間に設けられると共に、前記形鋼に支持されて構成された；
   請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記缶胴内の気体を前記缶胴の外に抽出する抽気管を備え；
   前記抽気管は、前記バッフル板に取り付けられて構成された；
   請求項５に記載の熱交換器。
7. 伝熱管の内部を流れる第１の流体と、缶胴の内部で前記伝熱管の外側を流れる第２の流体と、の間で熱交換を行わせる熱交換器を製造する方法であって；
   前記伝熱管の複数本を支持する伝熱管支持部材の複数個を、形鋼に固定する伝熱管支持部材固定工程と；
   複数の前記伝熱管支持部材が固定された前記形鋼を、一体に形成された前記缶胴の内部に収容する収容工程と；
   前記缶胴の内部に収容された、前記伝熱管支持部材が固定された前記形鋼を、前記缶胴に固定する形鋼固定工程と；
   前記形鋼固定工程の後、前記伝熱管支持部材に複数形成された伝熱管挿通孔に複数本の前記伝熱管を挿通する伝熱管敷設工程と；
   前記伝熱管支持部材固定工程の前に、前記形鋼としての平鋼に、前記伝熱管支持部材の直線状に延びる辺を接触させて位置決めを行う位置決め工程とを備える；
   熱交換器の製造方法。
   

Images