KR20120067975A

KR20120067975A - 열교환기

Info

Publication number: KR20120067975A
Application number: KR1020117029241A
Authority: KR
Inventors: 카오루 에노무라
Original assignee: 엠. 테크닉 가부시키가이샤
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2012-06-26
Also published as: JPWO2011064839A1; JP4517248B1; EP2505951A1; US20120193072A1; KR101358271B1; CN102472594B; EP2505951B1; EP2505951A4; US20180259266A1; CN102472594A; WO2011064839A1

Abstract

소형이며 효율 좋게 열교환을 행할 수 있고, 소유량 처리, 특히 각종 화학실험에도 대응할 수 있도록 피처리 유체가 통과하는 전열관을 용이하게 교환할 수 있고, 종래품보다 저렴하게 열교환기를 제공하는 것을 과제로 한다. 코일형상으로 제작된 전열관(1)을 예를 들면 일체형으로 제작된 하측 폐쇄부(8) 및 내통(5)에 장착하고 그 후 전열관(1)을 U방향으로 인장하여 코일형상 직경이 소경화됨으로써 내통(5)에 밀접 또는 압접되고, 그 후 전열관(1)의 외경과 약간의 간극을 가진 외통(6) 및 상측 폐쇄부(9)를 장착한 열교환기이며, 전열관(1) 내에 피처리 유체(2)를 유통시켜 내외통(5,6) 사이에 형성되고 상하측 폐쇄부(8,9)에 의해 폐쇄된 공간(7) 내에 코일형상으로 배위된 전열관(1)과 전열과(1)에 끼워지는 코일형상 공간(4)에 열매를 유통시켜 효율 좋게 열교환을 행할 수 있고, 상기 장착 방법과 반대의 순서로 용이하게 분해할 수 있어 전열관(1)을 용이하게 교환할 수 있다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기, 특히 피처리 유체의 유량이 소유량인 처리, 특히 화학실험 등에도 대응할 수 있는 가열?냉각기 등의 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기에 요구되는 성능은 열교환 성능, 내식성, 내압성이나 견뢰성, 세정성, 소형화 등이며, 저비용이 요구된다. 그러나 종래의 열교환기에는 다관식, 2중관식, 코일식, 플레이트식 등이 주로 사용되고 있으며, 구조가 복잡하고, 또는 소형화가 어렵고, 고가이며, 세정성이 나쁘다 등의 결점이 있다. 특히 소유량 처리, 특히 화학실험 등에 사용되는 열교환기는 유리제 코일식 또는 유리제 2중관식이 일반적이다. 이 경우, 유리 자체의 열전도율이 낮기 때문에 그 열교환 성능은 기대할 수 없지만, 코일에 부착된 처리물을 세정할 경우 많은 노동력을 필요로 하고, 완전한 세정을 할 수 없는 경우도 있어 결과적으로 많은 열교환기를 준비하지 않으면 안되고, 비용도 크다. 또한, 파손의 위험성도 많고, 특히 위험을 수반하는 처리물을 유통시킬 경우 안전대책에도 비용을 필요로 한다.

종래부터, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 코일형상의 전열관이 배위되고, 상기 전열관 내가 한쪽 유로로 되고, 상기 공간 내의 상기 전열관끼리에 끼워진 코일형상 공간이 다른쪽 유로로 되며, 한쪽 유체와 다른쪽 유체 사이에 효율적인 열교환이 실현되는 열교환기가 알려져 있다.

그런데, 이 특허문헌 1의 열교환기에 있어서는 상기 전열관은 상기 내통의 외주면과 상기 외통의 내주면의 쌍방에 고정되고 있지 않고, 전열관은 자연상태로 장착되어 있는 것에 그친다. 그 때문에, 유체의 점도가 높은 경우 등에 있어서는 흐름 저항 등에 의해 전열관이 신축되어, 예를 들면 코일형상의 피치가 불균일하게 되어 부분적으로 좁아지거나 막혀 버릴 우려가 있다.

또한, 이 특허문헌 1의 열교환기의 제조나 분해를 고려한 경우 내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 코일형상의 전열관을 장착하거나 인출을 검토하면 전열관과 내통 및 외통의 클리어런스를 크게 하면 장착 및 분해는 용이하게 되지만, 코일형상의 전열관은 공간 내에서 자유상태로 되어 상기 전열관이 신축에 따른 문제가 발생할 우려가 있다. 한편, 클리어런스를 없애면 전열관의 장착 및 분해가 곤란해진다.

일본 특허 공개 2002-147976호 공보

상기를 감안하여 본 발명의 과제는 내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 코일형상의 전열관이 배위되고, 상기 전열관 내부가 한쪽의 유로로 되고 상기 공간 내의 상기 전열관끼리에 끼워진 코일형상 공간이 다른쪽 유로로 되며, 한쪽 유체와 다른쪽 유체 사이에 열교환이 행해지는 타입의 열교환기를 개량하는 것에 있다. 구체적으로는 전열관을 용이하게 장착 및 분해할 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 하나의 목적으로 하고, 다른 목적은 흐름 저항 등에 의한 전열관의 변형에 따른 유로면적의 변화를 억제하는 것에 있으며, 양 목적 중 어느 하나를 달성할 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다. 또한, 보다 구체적인 목적으로서 소형이며 효율적으로 열교환을 행할 수 있고, 소유량 처리, 특히 각종 화학실험에 대응하기 위해 피처리 유체가 통과하는 종래품보다 염가로 열교환기를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 우선 본원 청구항 1에 의한 발명은 내통(5)과 외통(6) 사이에 형성되는 공간(7)내에 코일형상의 전열관(1)이 배위되며, 상기 전열관(1) 내가 한쪽 유로로 되고, 상기 공간(7)내의 상기 전열관(1)끼리에 끼워진 코일형상 공간(4)이 다른쪽 유로로 되며, 한쪽과 다른쪽의 유체 사이에 열교환이 행해지는 열교환기에 있어서, 상기 전열관(1)의 코일형상의 직경을 자연상태보다 확대 또는 수축시키도록 작용하는 확축력(擴縮力)을 유지하기 위한 긴장기구를 구비하고, 상기 긴장기구에 의해 확축력이 상기 전열관(1)에 가해진 상태에서 한쪽과 다른쪽의 유체 사이에 열교환이 행해지는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

본원의 청구항 2에 의한 발명은 제 1 항에 있어서, 상기 전열관(1)이 상기 내통(5)의 외주면과 상기 외통(6)의 내주면의 쌍방에 고정되어 있지 않고, 상기 긴장기구에 의해 상기 전열관(1)의 코일형상의 직경이 자연상태보다 확대 또는 수축되어 있으며, 이 확대 또는 수축에 의해 상기 전열관(1)이 내통(5) 또는 외통(6)에 밀접 또는 압접되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

본원의 청구항 3에 의한 발명은 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전열관(1)이 코일의 축방향 길이를 그 자연상태에 비해서 10% 변위시켰을 때에 가해지는 코일의 축방향의 하중이 10kg 이하인 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

본원의 청구항 4에 의한 발명은 제 3 항에 있어서, 상기 전열관(1)의 재질이 스테인레스, 하스텔로이, 인코넬, 티타늄, 구리, 니켈 등의 금속; ABS, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PMMA 등의 아크릴 수지; 폴리카보네이트, PTFE, PFA 등의 불소계 수지; 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

본원의 청구항 5에 의한 발명은 제 4 항에 있어서, 상기 전열관(1)의 외경이 28㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

본원의 청구항 6에 의한 발명은 내통(5)과 외통(6) 사이에 형성되는 공간(7) 내에 코일형상의 전열관(1)이 배위되고, 상기 전열관(1) 내가 한쪽 유로로 되고, 상기 공간(7) 내의 상기 전열관(1)끼리에 끼워진 코일형상 공간(4)이 다른쪽 유로로 되며, 한쪽과 다른쪽의 유체 사이에 열교환이 행해지는 열교환기에 있어서, 상기 코일형상의 전열관(1)이 자연상태로부터 탄성 변형되고, 상기 전열관(1)이 내통(5) 또는 외통(6)에 밀접 또는 압접되어 있으며, 상기 전열관(1)이 탄성 변형된 상태에서 한쪽과 다른쪽의 유체 사이에 열교환이 행해지는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

(발명의 효과)

본 발명에 의한 열교환기는 사용 상태에 있어서 즉 적어도 열교환 중에 있어서 긴장기구에 의해 확축력이 상기 전열관(1)에 가해진 상태를 유지한다. 그 때문에, 전열관에는 항상 힘이 가해진 상태로 되어 그 만큼 내통(5) 또는 외통(6)에 접촉하고 있지 않은 상태에서도 흐름 저항 등에 의한 전열관의 변형이 생기기 어려워 코일형상의 전열관(1)이 불균일하게 변형되는 것을 완화시킬 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 전열관(1)이 상기 내통(5)의 외주면과 상기 외통(6)의 내주면의 쌍방에 고정되어 있지 않아도 상기 긴장기구의 작용으로 상기 전열관(1)을 내통(5) 또는 외통(6)에 밀접 또는 압접시킴으로써 보다 한층 변형이 생기기 어려운 것으로 된다.

본 발명에 의한 열교환기의 다른 작용 효과로서는 상기 코일형상의 전열관(1)의 착탈이 용이하게 된다. 구체적으로는 자유상태 하에서 내통(5)과 외통(6) 사이에 적당한 클리어런스를 설정한 상태로 전열관(1)을 배위하고, 그 후 긴장상태로 해서 확축력을 발생시켜서 코일형상의 전열관(1)을 내통(5)과 외통(6) 중 어느 하나에 접촉시키고, 긴장기구에 의해 확축력을 유지함으로써 그 접촉상태를 유지한다. 그리고, 분해시 등에는 확축력을 해제함으로써 용이하게 전열관을 분리할 수 있다. 또는 클리어런스가 없는 상태(접촉하는 상태)에서 장착한 후 확축력을 가해서 압접상태로 하고, 이 압접상태를 긴장기구에 의해 유지한다. 그리고, 분해시에는 확축력을 해제함으로써 전열관을 비교적 용이하게 분리할 수 있다.

따라서, 보다 구체적으로는 효율 좋은 열교환은 물론 전열관의 막힘이나 부착 등이 발생한 경우라도 용이하게 전열관을 교환할 수 있어 종래와 같이 열교환기 자체를 폐기하거나 비용을 들여 세정할 필요가 없어진다. 또 열매의 흐름에 의한 전열관의 신축의 발생을 방지할 수 있고, 종래품에 비해서 구조를 간략화할 수 있으므로 제조 공수를 삭감할 수 있고, 따라서 저렴하게 열교환기를 제공할 수 있었던 것이다.

도 1의 (A)는 본원 발명의 실시형태에 의한 열교환기의 구조 설명도이며, (B)는 동 평면도이다.
도 2의 (A)는 본원 발명의 다른 실시형태에 의한 열교환기의 구조 설명도이며, (B)는 동 평면도이다.
도 3의 (A)는 본원 발명의 또 다른 실시형태에 의한 열교환기의 구조 설명도이며, (B)는 동 평면도이다.
도 4의 (A)는 본원 발명의 실시형태에 의한 열교환기의 장착 작업중의 요부 확대 설명도이며, (B)는 동 장착 작업 완료시의 요부 확대 설명도이다.

이어서 도면에 의거해서 본원 발명의 실시의 일형태에 대해서 설명한다. 또한 본 발명에 있어서의 상하 좌우는 상대적인 위치 관계를 나타내는 것에 그치며, 절대적인 위치를 특정하는 것은 아니다.

이 열교환기는 도 1에 나타낸 바와 같이, 그 측면이 실질적으로 단면 원형의 내통(5)과 외통(6)으로 이루어지고, 그 상하단은 상하측 폐쇄부(9,8)에 의해 폐쇄되어 있다. 이 예에서는 내통(5)과 하측 폐쇄부(8)는 일체형이다. 또한, 다른 실시형태로서 하측 폐쇄부(8)가 아닌 상측 폐쇄부(9)가 내통(5)과 일체형인 경우를 들 수 있고, 하측 폐쇄부(8) 및 상측 폐쇄부(9) 모두 내통(5)과 일체형을 취하지 않고 착탈 가능한 것으로 해도 좋다.

내외통(5,6) 사이의 공간(7)에는 코일형상의 전열관(1)이 내통(5)의 외주 또는 외통(6)의 내주 중 적어도 어느 한쪽에 밀접 또는 압접되도록 설치되어 있으며, 상하측 폐쇄부(9,8)를 관통해서 열교환기 외부의 배관과 접속 가능하게 되어 있다. 단, 이 전열관(1)은 상기 내통(5)의 외주면과 상기 외통(6)의 내주면의 쌍방에 고정되어 있지 않다. 이 코일형상의 전열관(1)의 주회 사이에는 이 주회 차이의 상하측 전열관(1)과 내외통(5,6)에 의해 둘러싸여지는 소정의 간격을 갖는 코일형상 공간(4)이 형성된다. 도시의 코일형상의 전열관(1)과 내외통(5,6)은 상하로 직경이 균일한 원통형으로 해서 실시되어 있지만, 원추대나 역원추대 등 상하로 직경이 다른 것으로 해서 실시할 수도 있다.

전열관(1)의 내부에는 예를 들면 물이나 유기용매, 또는 용질을 용해한 용액이나 미립자 분산액 등의 피처리 유체(2)가 유통한다. 전열관(1)의 재질은 신축 가능하며, 목적으로 하는 피처리 유체에 대한 내식성, 내압성이나 견뢰성 등의 내구성이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 스테인레스, 하스텔로이, 인코넬, 티타늄, 구리, 니켈 등의 금속; ABS, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PMMA 등의 아크릴 수지; 폴리카보네이트, PTFE, PFA 등의 불소계 수지; 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

전열관(1)의 외부, 코일형상 공간(4) 바꿔 말하면 전열관(1)과 전열관(1) 사이의 코일형상 공간(4)은 열매(3)를 유통시키는 공간이다. 열매(3)의 출입은 상하측 폐쇄부(9,8)에 설치된 노즐(10)로부터 행해진다. 이것에 의해 열매(3)를 공간(7) 및 코일형상 공간(4)에 유통시킬 수 있다. 피처리 유체(2)의 열교환은 우선 피처리 유체(2)를 도 1에 있어서의 상방향(U방향)으로 유통시키고, 열매(3)를 하방향(S방향)으로 유통시킴으로써 완전 대향류를 형성해서 피처리 유체(2) 및 열매(3) 모두 압력손실의 증대를 방지하고, 큰 총괄 전열계수를 확보할 수 있고, 효율적이며 효과적으로 행할 수 있다. 단, 양 유체를 동일 방향으로 유통시키는 것을 방해하는 것은 아니다.

본 발명에 의한 열교환기의 장착 및 분해에 대해서 설명한다. 우선, 일체형으로 제작된 하측 폐쇄부(8) 및 내통(5)에 전열관(1)을 장착한다. 이 장착에 있어서는 내통(5)과 전열관(1) 사이에 적당한 클리어런스(4c)를 설정함으로써 원활한 장착 작업을 행할 수 있다(도 4의 (A) 참조). 장착 후 전열관(1)을 하측 폐쇄부(8)에 고정한다. 이 고정은 긴장기구(11)를 구비한 것으로 행한다. 긴장기구(11)는 전열관(1)의 코일형상의 직경을 자연상태보다 확대 또는 수축시키도록 작용하는 확축력을 유지하기 위한 것이고, 도시예에서는 바이트 조인트(11)를 채용하고 있다. 다른 실시형태로서는 클램프나, 새들 밴드, 스트랩이나 브래킷 등을 사용하는 방법 등을 들 수 있고, 그 외 용접이나 접착 등에 의한 고정이어도 좋다(도시 생략). 또한, 이 긴장기구(11)는 확축력을 유지하는 것만으로 하고, 확축력을 발생시키는 것은 다른 수단이어도 좋지만, 이 바이트 조인트(11)의 경우에는 확축력을 발생시킴과 아울러 확축력을 유지하는 것으로 되어 있다.

이어서, 전열관(1)을 U방향으로 인장함으로써 전열관(1)의 코일형상 직경을 소경화시켜 전열관(1)을 내통(5)에 밀접 또는 압접시킨다(도4의 (B)). 그 후, 장착된 전열관(1)의 코일형상 직경의 외경과 약간의 간극(4d)을 가진 외통(6) 및 상측 폐쇄부(9)를 장착한다. 외통(6)과 상측 폐쇄부(9)는 일체형이어도 좋고, 분해 가능해도 좋다.

보다 구체적으로는 전열관(1)을 U방향으로 인장하면서 약간의 간극(4d)을 유지하면서 전열관(1)의 외측에 외통(6)을 장착하고, 상측 폐쇄부(9)를 임시로 장착한다. 이 임시 장착상태 하에서 U방향으로 인장상태를 유지하면서 전열관(1)의 상단을 상측 폐쇄부(9)에 고정하고, 외통(6)과 상측 폐쇄부(9)의 장착을 완료한다. 상측 폐쇄부(9)의 긴장기구(11)는 하측 폐쇄부(8)와 동일한 바이트 조인트(11)와 같이, 외통(6)의 상단위치를 조정할 수 있는 것이어도 좋고, 조정 불능한 고정수단이어도 좋다.

이 때, 용이한 장착 및 분해를 가능하게 하기 위해서는 신축 가능한 코일형상의 전열관(1)이 그 자연 길이에 대하여 신축량 10% 변위 시켰을 때 하중 10kg 이하인 것이 바람직하다. 또한, 소유량 처리, 예를 들면 각종 화학실험을 목적으로 하는 경우에는 전열관(1)의 외경이 28㎜ 이하인 소관경이 바람직하고, 코일형상 직경이 작은 전열관(1)을 가공 가능하게 해서 소형의 열교환기를 제공할 수 있다.

상기 예는 전열관(1)의 자연상태의 내경이 내통(5)의 외경보다 큰 것에 적합하지만, 전열관(1)의 자연상태의 내경이 내통(5)의 외경보다 크고, 또한 전열관(1)의 자연상태의 외경이 외통(6)의 내경보다 큰 경우에는 다음 방법을 채용할 수 있다. 상기 임시의 장착상태 하에서 U방향으로 인장력을 해제한다. 이것에 의해, 전열관(1)의 코일은 자연상태의 크기로 돌아가려고 해서 장착한 외통(6)의 내주면에 밀접 또는 압접한다. 그리고, 이 외통(6)에 전열관이 밀접 또는 압접된 상태에서 전열관(1)의 상단을 상측 폐쇄부(9)에 고정하여 외통(6)과 상측 폐쇄부(9)의 장착을 완료한다.

또한, 전열관(1)의 자연상태의 내경이 내통(5)의 외경보다 크고, 또한 전열관(1)의 자연상태의 외경이 외통(6)의 내경보다 작은 경우에는 하기의 방법을 채용할 수도 있다. 즉, 내통(5)과 전열관(1) 사이에 적당한 클리어런스(4c)를 설정한 상태로 장착하여 전열관(1)의 코일형상 직경의 외경과 약간의 간극을 가진 외통(6) 및 상측 폐쇄부(9)를 장착한다. 이 상태에서 바이트 조인트(11)를 조작하거나 해서 전열관(1)을 상하방향으로 서로 상하단이 멀어지는 방향으로 인장하여 확축력(이 경우에는 축소시키는 힘)을 발생시켜 전열관(1)의 코일형상 직경을 소경화시키고, 전열관(1)을 내통(5)에 밀접 또는 압접시키고, 이 확축력을 유지해서 밀접 또는 압접상태를 유지한다.

상기 실시형태에 있어서는 전열관(1)을 내통(5)에 밀접 또는 압접시켰지만, 다른 실시형태로서 전열관(1)을 상방으로부터 하방(S방향)으로 밀어 넣음으로써(즉, 상하단을 접근시킴으로써) 코일형상 직경을 대경화시켜 전열관(1)을 외통(6)에 밀접 또는 압접시키는 방법을 들 수 있다. 또한, 이 예에서는 코일의 축방향으로 전열관(1)의 상하단을 밀고 당겼지만 예를 들면, 전열관(1)의 상하단을 코일의 나선이 늘어나는 방향으로 밀고 당겨도 좋다. 이렇게 밀고 당기는 방향은 확축력을 발생시킬 수 있는 것을 조건으로 적당히 변경할 수 있다. 또한 상기 설명에서는 상하를 예시했지만, 상하 반대이어도 좋다. 즉, 상과 하는 일방측과 타방측이라고 바꿔읽을 수 있다.

상기 발명에 의해 내통(5)과 외통(6) 사이에 형성되는 공간(7) 내에 전열관(1)을 내외통의 동심원 상에 배위시킬 수 있어 상기 공간(7) 내의 전열관(1)과 전열관(1)에 끼워지는 코일형상 공간(4)을 열매(3)의 유로로 할 수 있다. 본 발명에 의한 열교환기의 분해는 상기 장착의 방법과 반대의 순서로 용이하게 행할 수 있다.

코일형상의 전열관(1)이 공간(7) 내에 있어서 고정되어 있지 않은 경우에는 열매(3)의 흐름 저항 등에 의해 전열관(1)이 신축되어, 예를 들면 코일형상의 피치가 막혀 버리는 경우 등이 상정된다. 바꿔 말하면, 열매(3)의 흐름 저항에 의해 코일형상의 전열관(1)끼리가 근접해서 최종적으로 코일형상 공간(4)이 존재하지 않게 되는 방향으로 코일형상의 전열관(1)이 이동하는 경우 등이 상정된다. 그 경우에는 코일형상 공간(4)에 열매(3)가 흐르기 어려워짐으로써 전혀 열교환을 할 수 없는 경우나 효과적 또는 효율 좋게 열교환을 할 수 없는 경우, 또한 전열관(1)의 파손이나 수명 저하의 원인이 되는 것이라고 여겨진다. 본 발명에 있어서, 전열관(1)은 고정되어 있지 않아도 내통(5)의 외주, 또는 외통(6)의 내주 중 적어도 어느 한쪽에 밀접 또는 압접되어 있기 때문에 열매(3)를 유통시킴으로써 발생되는 흐름 저항에 의한 코일형상인 전열관(1)의 변위를 방지할 수 있으므로 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다.

또한, 전열관(1)은 복수개로도 실시할 수 있다. 동시에 장착하는 전열관(1)의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 필요한 피처리 유체의 유량이나, 종류의 수 등에 의해 결정된다. 복수개의 전열관을 장착하는 경우의 일례를 도 2의 (A), (B) 및 도 3의 (A), (B)에 나타낸다. 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이 전열관(1)의 코일형상 직경을 동일 직경으로 해서 장착하는 방법의 경우에는 일체형으로 제작된 하측 폐쇄부(8)(또는 상측 폐쇄부(9)) 및 내통(5)에 전열관(1a) 및 전열관(1b)을 장착하고, 각각 하측 폐쇄부(8)의 다른 위치에 고정하고, 전열관(1a) 및 전열관(1b)을 상기 기구에 의해 내통(5)에 밀접 또는 압접시키고, 그 후, 외통(6) 및 상측 폐쇄부(9)(또는 하측 폐쇄부(8))를 장착함으로써 복수개의 전열관(1)을 장착할 수 있다. 다른 실시형태로서 도 3에 나타낸 바와 같이, 전열관(1)의 코일형상 직경을 동심원으로 해서 장착하는 방법으로도 실시할 수 있다. 그 경우는 일체형으로 제작된 하측 폐쇄부(8)(또는 상측 폐쇄부(9)) 및 내통(5)에 전열관(1a)을 장착해서 전열관(1a)을 상기 기구에 의해 내통(5)에 밀접 또는 압접시키고, 이어서 전열관(1a)의 코일형상 직경의 외경과 약간의 간극을 가진 외통(6a)을 장착한다. 이어서, 하측 폐쇄부(8)(또는 상측 폐쇄부(9))에 전열관(1b)을 장착하여 전열관(1b)을 상기 기구에 의해 외통(6a)의 외주면에 밀접 또는 압접시킨다. 그 후, 외통(6b) 및 상측 폐쇄부(9)(또는 하측 폐쇄부(8))를 장착함으로써 복수개의 전열관(1)을 장착할 수 있다. 도 3에 나타내는 실시형태에 있어서는 코일형상 공간(4a 및 4b)이 형성되게 된다. 또한, 3개 이상의 전열관을 장착하는 경우도 상기 재질 및 장착 방법과 같은 방법으로 실시하는 것이 가능하다. 그 경우에는 동일 직경으로서의 장착과 동심원으로서의 장착을 조합해서 실시하는 것도 가능하다.

전열관(1)의 내부에는 상기한 바와 같이, 소유량 처리, 특히 각종 화학실험에 사용하는 물이나 유기용매, 또는 용질을 용해한 용액이나 미립자 분산액 등의 피처리 유체(2)가 유통한다. 그 때문에, 실험 내용의 변경 등에 의해 자주 전열관(1)을 교환할 필요가 발생한다. 그 밖에, 피처리 유체(2)에 포함되는 고체나 분말, 또는 피처리 유체(2)에 용해되어 있는 용질이 온도 변화나 농도 변화, 건조 등에 의해 석출된 경우에는 전열관(1) 내에 부착되거나, 막힘이 발생하고 그러한 경우에도 전열관(1)의 교환이 필요하게 된다.

일반적인 소유량 처리, 특히 각종 화학실험에 사용되고 있는 투입식 열교환기나 2중관식의 열교환기에서는 열교환의 효율을 기대할 수 없기 때문에 본 발명에 있어서의 열교환기의 구조가 상기 투입식 열교환기나 2중관식의 열교환기의 문제를 해결했다. 또한 상기한 바와 같이 전열관(1)의 교환의 필요가 발생한 경우에도 다관식 열교환기나 플레이트식 열교환기에 비해서 본 발명의 열교환기의 구조가 매우 단순하기 때문에 조립 및 분해를 매우 용이하게 행할 수 있는 것이 특징이다. 또한, 전열관의 교환뿐만 아니라 열교환기를 용이하게 분해 세정할 수 있기 때문에 종래의 열교환기와 같이 열교환기 자체를 폐기하거나, 비용을 들여 세정할 필요가 없다.

또한, 전열관의 탄성 변형에 의한 내통(5)과 외통(6)에의 밀접 또는 압접의 형태로서는 복수 종류가 실시 가능하며, 이것을 하기에 나타낸다.

(제 1 형태) 내통(5)의 외경(α), 외통(6)의 내경(β), 코일형상의 전열관(1)의 내경(γ), 코일형상의 전열관(1)의 외경(θ)으로 한다. 내통(5)의 외경(α)에 대해서 코일형상의 전열관(1)의 내경(γ)이 크거나 또는 같은 경우(α≤γ), 자연상태인 채로 전열관(1)에 내통(5)을 삽입하고, 삽입 후 전열관(1)을 그 양단이 멀어지는 방향으로 인장하면 외력에 의해 내통(5)의 외경(α)과 전열관(1)의 내경(γ)이 같아져서 전열관(1)이 내통(5)에 밀착 또는 압접한다. 또한, α≤γ여도 삽입을 쉽게 하기 위해서 전열관(1)을 압축해서 내경(γ)을 크게 하는 것을 방해하는 것은 아니다.

(제 2 형태) 내통(5)의 외경(α)에 대하여 코일형상의 전열관(1)의 내경(γ)이 작은 경우(α>γ), 전열관(1)을 압축해서 내경(γ)을 넓힌 상태로 내통(5)을 삽입한다. 삽입 후 압축하는 힘을 해제하여 또한 필요에 따라 인장하면 전열관(1)은 탄성 변형에 의해 내통(5)의 외경(α)과 전열관(1)의 내경(γ)이 같아져서 전열관(1)이 내통(5)에 밀착 또는 압접한다.

(제 3 형태) 외통(6)의 내경(β)에 대하여 코일형상의 전열관(1)의 외경(θ)이 작거나 또는 같은 경우(β≥θ), 자연상태인 채로 전열관(1)을 외통(6)에 삽입하고, 삽입 후 전열관(1)을 압축하면 외력에 의해 외통(6)의 내경(β)과 전열관(1)의 외경(θ)이 같아져서 전열관(1)이 외통(6)에 밀착 또는 압접한다. 또한, β≥θ여도 삽입을 쉽게 하기 위해서 전열관(1)을 인장해서 외경(θ)을 작게 하는 것을 방해하는 것은 아니다.

(제 4 형태) 외통(6)의 내경(β)에 대하여 코일형상의 전열관(1)의 외경(θ)이 큰 경우(β <θ), 전열관(1)을 인장상태로 해서 그 직경을 작게 하여 외통(6)에 삽입한다. 삽입 후 인장력을 해제하고 필요에 따라 압축하면 외통(6)의 내경(β)과 전열관(1)의 외경(θ)이 같아져서 전열관(1)이 외통(6)에 밀착 또는 압접한다.

밀착 개소	삽입전의 직경의 관계	삽입시의 전열관(1)의 상태	삽입후의 외력
내통(5)	α≤γ	자연상태 또는 압축상태	인장
내통(5)	α＞γ	압축상태	불필요 또는 인장
외통(6)	β≥θ	자연상태 또는 인장상태	압축
외통(6)	β＜θ	인장상태	불필요 또는 압축

1:전열관 3:열매
4:코일형상 공간 5:내통
6:외통 8:하측 폐쇄부
9:상측 폐쇄부 11:긴장기구

Claims

내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 코일형상의 전열관이 배위되고, 상기 전열관 내가 한쪽 유로로 되고, 상기 공간 내의 상기 전열관끼리에 끼워진 코일형상 공간이 다른쪽 유로로 되며, 한쪽 유체와 다른쪽 유체 사이에 열교환이 행해지는 열교환기에 있어서:
상기 전열관의 코일형상 직경을 자연상태보다 확대 또는 수축시키도록 작용하는 확축력을 유지하기 위한 긴장기구를 구비하고,
상기 긴장기구에 의해 확축력이 상기 전열관에 가해진 상태에서 한쪽 유체와 다른쪽 유체 사이에 열교환이 행해지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 전열관은 상기 내통의 외주면과 상기 외통의 내주면의 쌍방에 고정되어 있지 않고,
상기 긴장기구에 의해 상기 전열관의 코일형상 직경이 자연상태보다 확대 또는 수축되어 있으며, 이 확대 또는 수축에 의해 상기 전열관이 내통 또는 외통에 밀접 또는 압접되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전열관은 코일의 축방향 길이를 그 자연상태에 비해서 10% 변위시켰을 때에 가해지는 코일의 축방향의 하중이 10kg 이하인 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 3 항에 있어서,
상기 전열관의 재질은 스테인레스, 하스텔로이, 인코넬, 티타늄, 구리, 니켈 등의 금속; ABS, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PMMA 등의 아크릴 수지; 폴리카보네이트, PTFE, PFA 등의 불소계 수지; 에폭시 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 4 항에 있어서,
상기 전열관(1)의 외경은 28㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 열교환기.
내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 코일형상의 전열관이 배위되고, 상기 전열관 내가 한쪽 유로로 되고, 상기 공간 내의 상기 전열관끼리에 끼워진 코일형상 공간이 다른쪽 유로로 되며, 한쪽 유체와 다른쪽 유체 사이에 열교환이 행해지는 열교환기에 있어서:
상기 코일형상의 전열관 직경이 자연상태로부터 탄성 변형되어 상기 전열관이 내통 또는 외통에 밀접 또는 압접되어 있으며, 상기 전열관이 탄성 변형된 상태에서 한쪽 유체와 다른쪽 유체 사이에 열교환이 행해지는 것을 특징으로 하는 열교환기.