JPH10160362A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPH10160362A
JPH10160362A JP8331473A JP33147396A JPH10160362A JP H10160362 A JPH10160362 A JP H10160362A JP 8331473 A JP8331473 A JP 8331473A JP 33147396 A JP33147396 A JP 33147396A JP H10160362 A JPH10160362 A JP H10160362A
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tube
tubes
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heat
resin
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清志 西尾
Mutsumi Fujii
睦 藤井
Yutaka Okamoto
裕 岡元
Takuya Ishida
卓也 石田
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】保持盤に形成された複数の独立するチューブ保
持孔に樹脂チューブの端部を配設し、各樹脂チューブ端
面からチューブ長手方向の所定長さ範囲を保持盤（保持
孔の内周面）に融着一体化した非密集構造と成すこと
で、冷却水や温調水などの熱交換流体によりチューブが
多少揺れても融着部に余分な負荷（応力）が付勢され
ず、融着部の強度確保が達成されるうえ、チューブ相互
の非融着構造により各チューブ間に熱放散空間が確保で
き、熱放散性能（あるいは熱交換作用）に優れて、熱交
換器全体の小型化を達成することができる熱交換器の提
供を目的とする。 【解決手段】複数の樹脂チューブ２１内を流通する流体
と樹脂チューブ２１外部を流通する流体との間で熱交換
を行なう熱交換器１１であって、上記複数の樹脂チュー
ブ２１両端部を保持する保持盤２０を設け、該保持盤に
形成された複数の独立するチューブ保持孔に上記樹脂チ
ューブ２１の端部が配設され、各樹脂チューブ２１の端
面からチューブ長手方向の所定長さ範囲が保持盤２０に
融着一体化されたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばクリーン
ルームに内において製造される集積回路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
性の弱い流体等種々の流体を冷媒により冷却する場合
や、熱媒による加熱する場合の如く或は他の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。
【０００２】
【従来の技術】従来、上述例の熱交換器としては例えば
図８に示す如き構造のものがある。すなわち、ポリプロ
ピレン製の左右の固定板８１，８２間に円筒状のシェル
８３を液密状に固定すると共に、上述の固定板８１，８
２には２段円筒形のＰＴＦＥ製もしくはＰＦＡ製のコネ
クタ８４，８５を液密状に取付け、これら左右のコネク
タ８４，８５におけるシェル８３内部に位置する部位に
は円筒状のシースリング８６，８６を溶着する一方、Ｐ
ＦＡ等の多数本のフッ素樹脂チューブ８７…を集束して
伝熱管としてのチューブ束８８を形成し、このチューブ
束８８の長手方向両端部を上述のシースリング８６，８
６に溶着固定したものである。フッ素樹脂チューブ８７
内には被熱交換流体（冷却または加熱されるべき流体）
が流通する。
【０００３】また上述のコネクタ８４，８５は薬液通路
８９，９０を有し、上述のシェル８３には熱交換流体
（冷媒または熱媒）の一例として冷却水を流通する冷却
水入口９１と冷却水出口９２とが形成されている。この
熱交換器はコネクタ８５，８４内の薬液通路８９，９０
を介して各チューブ８７内を流通する薬液と、シェル８
３の冷却水入口９１および冷却水出口９２を介してチュ
ーブ束８８の外部を流通する冷却水との間で熱交換を行
なう。
【０００４】ここで、上述のチューブ束８８の長手方向
両端部は図９、図１０に示すようにハニカム構造に配置
された個々のチューブ８７相互間の隙間がなくなるよう
にチューブ８７，８７相互間およびチューブ８７とシー
スリング８６とを一体融着した密集構造に形成されてい
る。
【０００５】このように複数の各チューブ８７がその両
端部分において密集一体化されているので、冷却水入口
９１、冷却水出口９２を介してシェル８３内に流入、流
出する冷却水によりチューブ束８８が揺れ動くと、チュ
ーブ８４の融着部に余分な負荷（応力）が付勢されるの
で、この融着部の強度確保が不完全となる問題点があっ
た。
【０００６】またチューブ８７，８７相互の一体融着に
よりシースリング８６部乃至その近傍のチューブ束８８
（チューブ集束部）からの熱放散が悪く、熱交換器全体
の小型化が阻害される問題点があった。特に集積回路そ
の他を製造するようなクリーンルームにおいては同ルー
ム内にて使用される全ての機器の小型化が求められる
が、上述した従来構造の熱交換器にあっては、その小型
化が不可能である関係上、小型化の要求を満たすことが
できない問題点があった。
【０００７】
【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、保持盤に形成された複数の独立するチュー
ブ保持孔に樹脂チューブの端部を配設し、各樹脂チュー
ブ端面からチューブ長手方向の所定長さ範囲を保持盤
（保持孔の内周面）に融着一体化した非密集構造と成す
ことで、冷却水や温調水などの熱交換流体によりチュー
ブが多少揺れても融着部に余分な負荷（応力）が付勢さ
れず、融着部の強度確保が達成されるうえ、チューブ相
互の非融着構造により各チューブ間に熱放散空間が確保
でき、熱放散性能に優れて、熱交換器全体の小型化を達
成することができる熱交換器の提供を目的とする。
【０００８】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、上述の樹脂チューブ
と保持盤との融着部を除いて、上記保持盤には樹脂チュ
ーブの外周に位置する熱放散用の凹部を形成すること
で、この凹部にも冷却水、温調水などの冷媒が入り込
み、熱放散性能がさらに向上し、熱交換器全体のより一
層の小型化を図ることができる熱交換器の提供を目的と
する。
【０００９】
【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、複数の樹脂チューブ内を流通する流体と樹脂
チューブ外部を流通する流体との間で熱交換を行なう熱
交換器であって、上記複数の樹脂チューブ両端部を保持
する保持盤を設け、該保持盤に形成された複数の独立す
るチューブ保持孔に上記樹脂チューブの端部が配設さ
れ、各樹脂チューブの端面からチューブ長手方向の所定
長さ範囲が保持盤に融着一体化された熱交換器であるこ
とを特徴とする。
【００１０】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、上記樹脂チューブと
保持盤との融着部を除いて、上記保持盤には樹脂チュー
ブの外周に位置する熱放散用の凹部が形成された熱交換
器であることを特徴とする。
【００１１】
【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、複数の樹脂チューブ内を流通する薬液等の流
体（被熱交換流体）と樹脂チューブ外部を流通する流体
（冷媒や熱媒等の熱交換流体）との間で熱交換が行なわ
れるが、上述の複数の各樹脂チューブの両端部は保持盤
に形成された複数の独立するチューブ保持孔に配設さ
れ、これら各樹脂チューブの端面からチューブ長手方向
の所定長さ範囲を保持盤に融着一体化して非密集構造に
形成したので、冷媒等の熱交換流体によりチューブが多
少揺れても融着部に余分な負荷（応力）が付勢されな
い。このため、融着部の強度確保が達成され、チューブ
の集束状態が堅固となる効果がある。
【００１２】また複数の独立するチューブ保持孔に樹脂
チューブ端部を融着することで、チューブ相互間を非融
着構造に形成して、各チューブ間に熱放散用の空間を確
保したので、熱放散性能に優れ、熱交換器全体の小型化
を達成することができる効果がある。したがって、クリ
ーンルーム内において使用される熱交換器に最適とな
る。
【００１３】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、上述の樹脂チ
ューブと保持盤との融着部を除いて、上記保持盤には樹
脂チューブの外周に位置する熱放散用の凹部が形成され
ているので、この凹部にも冷却水、温調水などの熱交換
流体が入り込む。このため、熱放散性能（あるいは熱交
換作用）がさらに向上し、熱交換器全体のより一層の小
型化を図ることができる効果がある。
【００１４】
【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。図面はクリーンルーム等で使用されるような熱
交換器を示し、図１、図２において、この熱交換器１１
はポリプロピレン製の左右の固定板１２，１３を設け、
これら左右の固定板１２，１３間にポリプロピレン製で
円筒状のシェル１４を液密状に固定している。上述の固
定板１２，１３およびシェル１４はタイロッド１５およ
びナット１６により強固に固定されて、密閉形に構成さ
れている。
【００１５】また上述の左右の固定板１２，１３には外
形が多段円筒形のＰＦＡ製のコネクタ１７，１８を液密
状に取付け、これら左右のコネクタ１７，１８における
熱交換室１９内部に位置する部位には保持盤としてのＰ
ＦＡ製のコア２０，２０を融着（溶接）する一方、ＰＦ
Ａ等の多数本のフッ素樹脂チューブ２１…を非密集構造
に集束して伝熱官としてのチューブ束２２を形成し、こ
のチューブ束２２の長手方向両端部を上述のコア２０，
２０に融着固定している。
【００１６】ここで、上述の左右の固定板１２，１３の
うちの一方の固定板１２には流体（熱交換流体）の一例
としての温調水のインレットポート２３を形成し、他方
の固定板１３にはアウトレットポート２４を形成して、
上述の温調水をインレットポート２３、熱交換室１９、
アウトレットポート２４の順に流通すべく構成してい
る。
【００１７】また上述の左右のコネクタ１７，１８はそ
の内部に被熱交換流体の一例としての薬液の流通路２
５，２６を有し、上述の薬液をコネクタ１８内の流通路
２６、各チューブ２１、コネクタ１７内の流通路２５の
順に流通すべく構成し、熱交換室１９内においてチュー
ブ２１内を流通する薬液と、チューブ２１外を流通する
温調水（もしくは冷却水）との間で熱交換を行なうよう
に構成している。なお図２において２７はＰＦＡ製のス
リーブ、２８はＰＦＡ製のユニオンナットである。上述
の複数の各チューブ２１におる長手方向両端部のコア２
０に対する取付け構造は次の通りである。
【００１８】すなわち、図３、図４に示す如く、円盤形
状のコア２０にチューブ２１の外径と同径の複数かつ独
立するチューブ保持孔２０ａを形成し、これら複数のチ
ューブ保持孔２０ａにチューブ２１の端部を挿通配設し
て、コア端面２０ｂにチューブ端面をそろえた後に、輻
射熱により各チューブ２１の端面からチューブ長手方向
の所定長さ範囲αをコア２０（チューブ保持孔２０ａの
内周面）に融着一体化して非密集構造に形成したもので
ある。
【００１９】しかも、この実施例では図４に示すように
チューブ２１と保持盤としてのコア２０との融着部（α
参照）を除いて、上述のコア２０にはチューブ２１の外
周に位置し、熱交換室１９側が開放された熱放散用の凹
部２９が複数形成されている。なお、上述の輻射熱によ
るチューブ２１の融着一体化方法は次の通りである。
【００２０】つまり図５に示すように輻射熱を加えるた
めの熱源３０を設け、この熱源３０とコア端面２０ｂと
の間の離間距離Ｌを１〜１０mm、望ましくは１〜５mmに
設定し、熱源３０の温度を４００〜６５０℃、望ましく
は４５０〜５５０℃に設定して、加熱時間１〜９０分、
望ましくは１〜６０分で加熱した後、熱源３０を取り去
って自然冷却させると、コア２０とチューブ２１とを融
着一体化させることができる。
【００２１】このように構成した熱交換器１１は、複数
のチューブ２１内を流通する薬液等の流体とチューブ２
１外部を流通する温調水（熱交換流体）との間で熱交換
が行なわれるが、上述の複数の各チューブ２１の両端部
はコア２０に形成された複数の独立するチューブ保持孔
２０ａに配設され、これら各チューブ２１の端面からチ
ューブ長手方向の所定長さ範囲αをコア２０に融着一体
化して非密集構造に形成したので、温調水等の熱交換流
体によりチューブ２１が多少揺れても融着部（α参照）
に余分な負荷（応力）が付勢されない。このため、融着
部（α参照）の強度確保が達成され、チューブ２１の集
束状態が堅固となる効果がある。
【００２２】また複数の独立するチューブ保持孔２０ａ
にチューブ２１の端部を融着することで、チューブ相互
間を非融着構造に形成して、各チューブ２１，２１間に
熱放散用の空間β（図４参照）を確保したので、熱放散
性能に優れ、熱交換器１１全体の小型化を達成すること
ができる効果がある。したがって、クリーンルーム内に
おいて使用される熱交換器に最適となる。
【００２３】しかも、上述のチューブ２１とコア２０と
の融着部（α参照）を除いて、上記コア２０にはチュー
ブ２１の外周に位置する熱放散用の凹部２９が形成され
ているので、この凹部２９にも温調水などの温調水が入
り込む。このため、熱放散性能がさらに向上し、熱交換
器１１全体のより一層の小型化を図ることができる効果
がある。
【００２４】本実施例の熱交換器１１と比較例としての
従来品（図８〜図１０参照）の熱交換器との性能を比較
する目的で、それぞれの熱交換器の外形サイズおよびチ
ューブサイズを同一に設定し、チューブ表面の単位面
積、単位時間、単位温度当りの熱移動量を総括伝熱係数
として同一条件下にて実測した結果を図６に示す。但
し、チューブ本数は本実施例のものが８５本、従来品の
ものが３３１本となる。この図６は横軸に薬液流量をと
り、縦軸に総括伝熱係数をとって、本実施例の特性ａと
従来品の特性ｂとを対比したものである。図６の実測結
果から明らかなよう、本実施例の熱交換器１１は従来品
のものと比較して２〜３倍の優れた総括伝熱係数が得ら
れ、この分、熱交換効率が向上するので、熱交換器１１
全体の小型化に寄与することができる。
【００２５】図７は熱交換器の他の実施例を示す要部の
みの部分拡大図で、図４に示す先の実施例にあってはチ
ューブ２１とコア２０との融着部（α参照）を除して、
上述のコア２０にチューブ２１外周に位置する熱放散用
の凹部２９を形成したが、この図７に示す実施例ではコ
ア２０を貫通するチューブ保持孔２０ａを形成し、この
保持孔２０ａに配設されたチューブ２１に対して同様の
輻射熱利用による加熱方法にて所定長さ範囲αの融着部
を形成したものである。
【００２６】このように構成すると、コア２０に対する
穴あけ加工が簡単になると共に、チューブ２１の集束状
態がさらに堅固となる効果がある。なお、その他の点に
ついては先の実施例とほぼ同様の作用、効果を奏するの
で、図７において図４と同一の部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明を省略する。
【００２７】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明のチューブ内を流通する流体（被熱
交換流体）は、実施例の薬液に対応し、以下同様に、チ
ューブ外を流通する流体（熱交換流体）は、温調水に対
応し、保持盤は、コア２０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。
【００２８】例えば上記実施例においてはコア２０およ
びチューブ２１の材質としてＰＦＡを例示したが、コア
２０の材質はＰＴＦＥもしくは変性ＰＴＦＥとしてもよ
く、コア２０およびチューブ２１を共にＦＥＰで形成し
てもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の熱交換器を示す外観図。
【図２】 図１の断面図。
【図３】 コアおよびチューブの端面図。
【図４】 図３のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図５】 コアに対するチューブの融着一体化手段を示
す説明図。
【図６】 総括伝熱係数を示す特性図。
【図７】 この発明の熱交換器の他の実施例を示す部分
拡大断面図。
【図８】 従来の熱交換器を示す断面図。
【図９】 図８の要部拡大図。
【図１０】 図９のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【符号の説明】
２０…コア ２１ａ…チューブ保持孔 ２１…チューブ ２９…凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 27:12 Ｂ２９Ｌ 31:18 (72)発明者 石田 卓也 兵庫県三田市下内神字打場541番地の１ 日本ピラー工業株式会社三田工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の樹脂チューブ内を流通する流体と樹
    脂チューブ外部を流通する流体との間で熱交換を行なう
    熱交換器であって、上記複数の樹脂チューブ両端部を保
    持する保持盤を設け、該保持盤に形成された複数の独立
    するチューブ保持孔に上記樹脂チューブの端部が配設さ
    れ、各樹脂チューブの端面からチューブ長手方向の所定
    長さ範囲が保持盤に融着一体化された熱交換器。
  2. 【請求項２】上記樹脂チューブと保持盤との融着部を除
    いて、上記保持盤には樹脂チューブの外周に位置する熱
    放散用の凹部が形成された請求項１記載の熱交換器。
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