JPH058165U - 熱交換器用導管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐食性が良好で、管体内にスケールが付着し
にくく、外圧に対する強度も十分であり、而も製造容易
であること。 【構成】 パーフロロアルコキシ樹脂製管体２の外周面
に、ステンレス線３を、均等ピッチでスパイラル状に捲
回する。外圧を受けた場合の管体２の変形が効果的に防
止され、外圧に対する強度が向上する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、耐食性に優れ、而も機械的強度、特に外圧に対する機械的強度を効 果的に補強せられて、熱交換器における高温・高圧下の使用に最適の、熱交換器 用導管に関する。

【０００２】

【従来の技術】

熱交換器用導管としては、周知の如く、一般的に金属管が用いられているが、 該金属管は、耐食性が十分でなく、またスケール付着性を有するという欠点があ る。

【０００３】 之に対して、炭素材料を熱交換器用導管に用うれば、耐食性はかなり良好とな るものの、機械的強度が十分でなく、加うるに耐汚染性が十分でないという欠点 があり、また、ガラスを熱交換器用導管に用うれば、之亦耐食性は良好となるも のの、機械的強度が十分でなく、更に、伝熱効率が悪いため広い伝熱面積を必要 とするという問題点が生ずる。

【０００４】 次に、テフロン系等の弗素樹脂製管体を熱交換器用導管に用うれば、耐食性は 良好となるものの、機械的強度が十分でなく、また、伝熱効率が悪いため広い伝 熱面積を必要とするという問題点があり、特に外圧に対する機械的強度が劣悪で ある点に致命的な欠点が存し、そのため、この種合成樹脂製管体を熱交換器用導 管として用いて、該導管外部から蒸気等で加熱することは、全く行われていない 実状である。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

本考案者は、上述の如く、テフロン系等の弗素樹脂が熱交換器用導管として要 求せられる耐食性に優越しているにも拘らず、機械的強度、特に外圧に対する機 械的強度に劣る点において、熱交換器用導管として要求せられる性能に欠落して いる点に鑑み、弗素樹脂を材質とする導管の外圧に対する機械的強度を効果的に 強化する手段を開発し、以て、耐食性及び機械的強度の何れもにおいて優れた熱 交換器用導管を提供することに、成功したのである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、弗素樹脂製管体(2) 外周面に、弾性を有する補強用金属線(3) をス パイラル状に捲回したことを特徴とする、熱交換器用導管(1) に関するものであ る。

【０００７】

【作用】

前述の如く、熱交換器に合成樹脂製導管を使用した場合には、機械的強度が十 分ではないが、例えばパーフロロアルコキシ樹脂（以下、ＰＦＡ樹脂という。） を使用した場合についての本考案者の実験によれば、内径１０ｍｍ，厚さ１ｍｍ ，長さ１０００ｍｍのＰＦＡ樹脂製管体においては、内側に３ｋｇ／ｃｍ² Ｇ（ １４３℃）の蒸気をかけても支障はなく、破壊強度は約９ｋｇ／ｃｍ² Ｇであっ て、内圧に対してはかなりの強度がある。

【０００８】 それに反して、前記ＰＦＡ樹脂管体に対し外側から蒸気で加熱した場合は、２ ｋｇ／ｃｍ² Ｇの蒸気でも、当該管体が扁平につぶれて、使用不可能となる。

【０００９】 之は、真円の管体は比較的耐圧性があるが、何等かの外的作用で当該管体が僅 かでも変形すると強度が下り、更に変形が進むという悪循環作用が働くからであ る。従って、前記のＰＦＡ樹脂製管体に対する外部加熱蒸気は、１．２ｇ／ｃｍ ² Ｇ（１２２℃）が限界である。

【００１０】 如上の本考案者の実験結果により、合成樹脂製導管の変形を防止できる手段が 開発されれば、外圧に対する耐圧性をかなり上げることができ、依て以て合成樹 脂製導管の欠点たる、外圧に対する機械的強度の劣悪性を克服できることが知ら れる。

【００１１】 次に、合成樹脂製導管の変形を防止する手段としては、ピアノ線等を合成樹脂 製管体の合成樹脂壁中に埋設することも考えられるが、かかる方策は作業工程が 煩雑で、大量生産方式を取らない限り、コスト面で実施不可能である。また、こ のような方法では、合成樹脂製管体の肉厚を厚くする必要があり、そのため伝熱 効率が低下するという、根本的欠陥を露呈する。

【００１２】 本考案者は、合成樹脂製管体外周面に弾性を有する補強用金属線、就中ステン レス線を捲回することのみで以て、当該合成樹脂製管体の変形防止に顕効がある ことを見出し、本考案を完成したのである。

【００１３】 之を要するに、本考案は、熱交換器用弗素樹脂製導管外周面に、弾性具有の補 強用金属線をスパイラル状に捲回すれば、その材質たる弗素樹脂よりして、必然 的に耐食性等に優れ、而も内圧に対するかなりの機械的強度を有し、更に、当該 導管外周面捲回の補強用金属線が、当該管体の変形を効果的に防止し、而してか かる変形防止が外圧に対する機械的強度の飛躍的向上を招来するという作用効果 を、その構成よりして招来するものである。

【００１４】

【実施例】

本考案に係る熱交換器用導管(1) の材質は、弗素樹脂の何れをも使用すること ができるが、特にその高温・高圧下に使用される用途に鑑み、耐熱性・耐食性・ 耐汚染性の各面に優れ、而も内圧に対してはかなりの機械的強度を有するところ の、４弗化樹脂（以下、ＴＥＦ樹脂という。）又はＰＦＡ樹脂が好適である。

【００１５】 本考案においては、弗素樹脂製管体(2) 外周面に捲回される補強用金属線(3) にも、限定はないが、耐熱性・耐食性及びコストの面より勘案して、ステンレス 線が好適である。 以下に具体的実施例を示す。

【００１６】 〔実施例１〕 内径１０ｍｍ，厚み１ｍｍ，長さ１０００ｍｍのＰＦＡ樹脂製管体の外周面に 線径１ｍｍ，内径１０ｍｍ，ピッチ３ｍｍのステンレス線を捲回したところ、該 管体外側に５ｋｇ／ｃｍ² Ｇ（１５８℃）の蒸気をかけても変形しないので、安 全率をみても、外側に４ｋｇ／ｃｍ² Ｇ（１５１℃）の蒸気をかけても使用可能 なことが明かとなった。

【００１７】 〔実施例２〕 実施例１におけるＰＦＡ樹脂製管体に代えるにＴＥＦ樹脂製管体を以てし、そ の他は実施例１と同様にしたところ、蒸気圧に対する効果は、実施例１の場合と 殆ど変らないことが明かとなった。

【００１８】

【考案の効果】

本考案導管においては、外部加熱蒸気による変形を極めて効果的に防止するこ とができ、之により合成樹脂製導管の欠点たる、外圧に対する機械的強度の劣悪 性を完全に克服し得、その産業利用性は多大である。

【００１９】 即ち、熱交換器における加熱蒸気圧を高くすることができることは、加熱温度 を高くできることとなり、単位面積当りの伝熱量の増加を招来することとなる。

【００２０】 例えば、３０℃の液を８０℃に加熱する熱交換器の場合、加熱温度が１２２℃ の場合及び１５１℃の場合を比較すると、対数平均温度差は、それぞれ６３．８ ℃及び９３．８℃で、約５０％の上昇となる。

【００２１】 更に、８０℃の液を１００℃に加熱する熱交換器の場合は、加熱温度が１２２ ℃の場合及び１５１℃の場合を比較すると、対数平均温度差は、それぞれ２３． ９℃及び５４．６℃で、約２．３倍の上昇となる。

【００２２】 本考案導管は、如上の効果に加えて、前述の如く卓越した耐食性を有し、更に 、被加熱流体を高速で流通させることが容易なため、管内伝熱係数も高くとるこ とが可能である。

【００２３】 之を要するに、本願考案は、前記諸効果よりして、総括伝熱係数が高く、耐食 性が優れ、而も構造簡単な熱交換器を安価に製造することを可能ならしめるもの であって、その産業利用性は多大である。

【提出日】平成４年５月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】 【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高温・高外圧下で使用して管内流通物を加熱するための熱交換器用 導管に関する。

【０００２】

【従来の技術及び解決しようとする課題】

管内流通物を加熱するために熱交換器において用いられる熱交換器用導管にお いて、例えば蒸気を用いて加熱する場合、伝熱量を増大させて効率的に加熱する ためには、蒸気を加圧してその単位体積当たりの熱エネルギを高めることが有効 である。

【０００３】 このような場合に用いる熱交換器用導管としては、加圧蒸気の圧力、すなわち 外圧に対する強度の点から、一般的に金属管が用いられるが、金属管の場合、特 に、腐食性を有する管内流通物に対する耐食性が十分でなく、また、固形成分や 非揮発性または難揮発性溶解成分（以下、「固形成分等」という。）を含有する 液体を流通させて加熱により乾燥固形分を得ようとするような場合に、管内にス ケールが付着し易いという欠点がある。

【０００４】 炭素材料を熱交換器用導管に用いれば、耐食性はかなり良好となるものの、外 圧に対する強度が十分でなく、耐汚染性も十分でないという欠点があり、また、 ガラスを熱交換器用導管に用いれば、これまた耐食性は良好となるものの、外圧 に対する強度が十分でなく、更に、伝熱効率が良くないため広い伝熱面積を必要 とするという問題点が生ずる。また両者共に、スケール付着性についても問題が ある。

【０００５】 パーフロロアルコキシ樹脂等の弗素樹脂よりなる管体を熱交換器用導管に用い た場合、耐食性は良好であり、その低摩擦性のゆえにスケールも付着しにくいも のとなるものの、外圧に対する強度が十分でなく、強度を高めようとすると管体 の肉厚が厚くなるため伝熱効率が悪化するという問題点がある。

【０００６】 管体を厚肉にすることを避けつつその外圧に対する強度を高める手段としては 、例えば管体の内周面に螺旋状にピアノ線等を設けてそれにより外圧を支持させ ることや、管体の周壁中に螺旋状にピアノ線等を埋設すること等が考えられる。 ところが、前者は、ピアノ線等によって管内流通物の円滑な流通が妨げられ、固 形成分含有液体を流通させて加熱により乾燥固形成分を得ようとするような場合 に管内にスケールが付着し易いばかりか、管内流通物によるピアノ線等の腐食の 問題をも有する。また後者の場合、ピアノ線等を管体の周壁中に設ける工程が煩 雑であり、製造コストの点で大きな問題を有する。

【０００７】 ところで、実公昭５５−１０７１６号公報には、ゴム又は同効材料を利用した 可撓性のあるホース体の外周に、ホース体の外周面と船舶の甲板や岸壁との摩擦 による損傷を防ぐと共に内部を流通する流体の内圧を支持するための螺旋状金属 線を設け、ホース体の内周に、ホースが曲がっても金属線がずれないようにしな がら踏み付け等による外部からの押圧力を支持するための螺旋状金属線を設けた ホースが示されている。しかしながらこのホースは、ホース体の材料及び金属線 をホース体の内周に設ける点において、伝熱効率、耐食性及びスケール付着性等 に問題があり、熱交換器には使用し得ない。

【０００８】 また実願昭５４−８０５０５（実開昭５５−１７９２７９号）の明細書及び図 面には、遠隔操作用として機器に配索して使用される索導管の導管について、可 撓性のある合成樹脂管の外周に金属細長線を螺旋状に巻き付けることにより補強 し、内孔部に内索を摺動自在に挿通させて索導管の導管とする技術が示されてい る。この索導管の導管は、屈曲させながら機器に配索して使用するために可撓性 のある合成樹脂管が用いられている。そのため、遠隔操作を行う場合の内索の引 、押、或はその解除の繰り返しにより、内索が挿通されている可撓性のある導管 が伸縮して遠隔操作が妨げられるおそれがある。それを防止するために、可撓性 のある導管の外周に金属細長線を螺旋状に巻き付けて導管に耐伸縮性を付与する ものである。図面には、熱交換器用に使用し得ないような肉厚の屈曲した導管が 示されている。もしこれを熱交換器用に使用するために薄肉にすると、外圧に対 する十分な強度を得ることは不可能である。

【０００９】 本考案は、従来技術に存した上記のような問題点に鑑み行われたものであって 、その目的とするところは、耐食性が良好で、管体内にスケールが付着しにくく 、外圧に対する強度も十分であり、而も製造容易な熱交換器用導管を提供するこ とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案の熱交換器用導管は、高温・高外圧下で使 用して管内流通物を加熱するための熱交換器用導管であって、弗素樹脂製管体の 外周面に、弾性を有する補強用金属線がスパイラル状に捲回されてなるものであ る。 なお、本考案の熱交換器用導管の主たる用途は高温・高外圧下での使用にある が、高温・高外圧下でなくとも使用し得ることは云うまでもない。

【００１１】

【作用】

弗素樹脂製管体の外周面に、弾性を有する補強用金属線がスパイラル状に捲回 されているので、外圧を受けた場合の管体の変形が効果的に防止され、外圧に対 する強度が向上する。

【００１２】 また、補強用金属線が弗素樹脂製管体の外周面にのみ捲回され、管体の内周面 には捲回されていないこと及び管体が弗素樹脂製であることから、管内流通物が 受ける抵抗が少なく、固形成分等含有液体を流通させて加熱により乾燥固形分を 得ようとするような場合も、管体内にスケールが付着しにくい一方、付着したス ケールの剥離が容易である。 更に、管体の腐食は弗素樹脂製であるため防がれ、補強用金属線についても、 弗素樹脂製管体の外周面に捲回されているので管内流通物による腐食は生じない 。

【００１３】

【実施例】

本考案の実施例を、図面を参照しつつ説明する。 図１は、本考案の１実施例としての熱交換器用導管１の要部正面図である。 ２は、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ（従って肉厚は１ｍｍ）、長さ１０００ｍ ｍの、パーフロロアルコキシ樹脂（以下、ＰＦＡ樹脂という。）製管体である。

【００１４】 このＰＦＡ樹脂製管体２は、３ｋｇｆ／ｃｍ² （１４３℃）の蒸気により内圧 をかけても支障はなく、内圧に対する破壊強度は約９ｋｇｆ／ｃｍ² であった。 一方外圧に対しては、２ｋｇｆ／ｃｍ² の蒸気によって管体が扁平につぶれ、使 用不可能となった。真円の管体は比較的耐外圧性があるが、何等かの外的作用で 管体が僅かでも変形すると外圧に対する強度が下り、更に変形が進むという悪循 環が働くからであると考えられる。このＰＦＡ樹脂製管体に対する外部加熱蒸気 の限界は、１．２ｋｇｆ／ｃｍ² （１２２℃）であった。

【００１５】 ３は、弾性を有する補強用金属線の１例としての線径１ｍｍのステンレス線で あって、ＰＦＡ樹脂製管体２の外周面に３ｍｍピッチでスパイラル状に捲回され ている。補強用金属線としては、耐熱性、耐食性及びコストの面より勘案して、 このステンレス線が好適であるが、他のものを使用することも勿論可能である。

【００１６】 熱交換器用導管１は、５ｋｇｆ／ｃｍ² （１５８℃）の蒸気により外圧をかけ てもほとんど変形せず、安全率を見込んでも、４ｋｇｆ／ｃｍ² （１５１℃）の 外部加熱蒸気に対し使用し得ることが明かとなった。

【００１７】 この熱交換器用導管１は、例えば、図２に示されるような真空濃縮乾燥装置に おいて用いられる。この真空濃縮乾燥装置は、固形成分等を含有する液体（原液 ）を濃縮するか、又は乾燥して乾燥固形分を得るためのものである。

【００１８】 原液タンク１０中の原液１１を、熱交換器１３における熱交換器用導管１内に 、ポンプ１４を用いて連続的に送給し、熱交換器１３において、例えば１５０℃ 、４気圧程度の高温・高圧の蒸気により熱交換器用導管１をその外側から加熱し つつその導管１内に原液１１を流通させ、熱交換器用導管１の先端部が開口する 真空室１５内に管内流通物を噴出させることによって、濃縮物又は乾燥物を得る ことができる。

【００１９】 ステンレス線３が管体１の外周面に捲回されているので、管内流通物によるス テンレス線３の腐食が防がれ、また管内流通物が受ける抵抗は少ない。管体１内 にはスケールが付着しにくく、付着したスケールの剥離は容易である。

【００２０】 なお、弗素樹脂製管体の材料として、ＰＦＡ樹脂以外の弗素樹脂を選択するこ とも勿論可能である。たとえば、ＰＦＡ樹脂製管体２に代えて同サイズのポリテ トラフルオロエチレン樹脂（ＴＥＦ樹脂）製管体を用いた場合も、上記とほぼ同 様の結果が得られた。

【００２１】

【考案の効果】

本考案の熱交換器用導管では、外圧を受けた場合の非可撓性弗素樹脂製管体の 変形が効果的に防止され、外圧に対する強度が向上するので、管体の肉厚を比較 的薄くしながら蒸気による加熱の場合の蒸気圧を高く設定することができる。そ れゆえ、総括伝熱係数を高く保ちながら有効温度差を高くとることが可能となり 、結果として熱交換器用導管における単位面積当りの伝熱量を増大させ、管内流 通物を効率よく加熱することができる。

【００２２】 更に、管内流通物が受ける抵抗が少ないこと、及び、固形成分等含有液体を流 通させて加熱により乾燥固形分を得ようとするような場合でも管体内にスケール が付着しにくく付着したスケールは剥離し易いことから、管体内に被加熱物を円 滑に流通させることができ、高速で流通させることも比較的容易である。従って 、高速流通により管内伝熱係数を高くとることが可能である。その上、管体の腐 食及び管内流通物による補強用金属線の腐食も防がれる。 而も、補強用金属線を弗素樹脂製管体の外周面に捲回するものであるため容易 に製造し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例を示す説明図である。

【符合の説明】

１ 熱交換器用導管 ２ 弗素樹脂性管体 ３ 補強用金属線

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【手続補正書】

【提出日】平成４年５月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【考案の名称】 熱交換器用導管

【実用新案登録請求の範囲】

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器用導管の要部正面図である。

【図２】真空濃縮乾燥装置の説明図である。

【符合の説明】 １ 熱交換器用導管 ２ ＰＦＡ樹脂製管体 ３ ステンレス線

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】追加

【補正内容】

【図２】

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】弗素樹脂製管体外周面に、弾性を有する補
   強用金属線をスパイラル状に捲回したことを特徴とす
   る、熱交換器用導管。
2. 【請求項２】弗素樹脂製管体が４弗化樹脂又はパーフロ
   ロアルコキシ樹脂より成る、実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の熱交換器用導管。
3. 【請求項３】補強用金属線がステンレスより成る、実用
   新案登録請求の範囲第１項記載の熱交換器用導管。