WO2013150818A1 - 伝熱管とそれを用いた熱交換器 - Google Patents

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WO2013150818A1
WO2013150818A1 PCT/JP2013/053192 JP2013053192W WO2013150818A1 WO 2013150818 A1 WO2013150818 A1 WO 2013150818A1 JP 2013053192 W JP2013053192 W JP 2013053192W WO 2013150818 A1 WO2013150818 A1 WO 2013150818A1
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heat transfer
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diameter
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滝波重明
谷川茂利
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シーアイ化成株式会社
株式会社Cku
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    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer tube and a heat exchanger such as a multi-tube type using the heat transfer tube.
  • a double-tube type that exchanges heat between the fluid that passes through the inner tube and the fluid that flows between the inner tube and the outer tube through the inner tube.
  • a heat exchanger There is a heat exchanger.
  • This heat exchanger is applied to a heat pump type water heater or a heater using a refrigerant, a high-temperature and high-pressure refrigerant circulates in the inner pipe, and heats water flowing between the inner pipe and the outer pipe to supply hot water.
  • Patent Document 1 a plurality of double pipes inserted through the inner pipe are juxtaposed in parallel in the outer pipe, and at the end thereof, the inner header pipe is joined to communicate the outer pipe, The inner pipe that penetrates the inner header pipe is joined and communicated with the outer header pipe, making it possible to use a small-diameter pipe by greatly reducing the pressure loss of the fluid.
  • the configuration is easy to incorporate.
  • the above conventional double pipe heat exchanger uses pipes with small diameters of the inner pipe and the outer pipe in order to realize compactness, but the fluid is surely provided in the gap portion between the outer pipe and the inner pipe. It is necessary to be configured so that heat can be transferred to the pipe, and manufacturing at the joint portion between the outer pipe, the inner pipe, and the header pipe requires accuracy.
  • joining of such tube bodies is performed by brazing, but the solder may overflow and flow due to heating at the time of joining, and the wax flowing out to the outside is visible, but a double tube structure Therefore, when it flows into the pipe, visual inspection is impossible, and if it enters the gap between the inner pipe and the outer pipe, the flow path is disturbed, that is, the cross-sectional area of the flow path is not constant.
  • the double pipe heat exchanger of Patent Document 1 has a space in which the center of the inner pipe forms a straight line and the resistance of the heat medium flow is small, but the amount of the heat medium that flows without touching the inner pipe is large. There was a problem that heat exchange could not be performed efficiently.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to obtain a heat transfer tube in which the outer tube and the inner tube are accurately assembled in a compact heat exchanger and the heat transfer efficiency is not lowered.
  • An object of the present invention is to provide a heat transfer tube capable of increasing the heat exchange efficiency between the inner tube and the heat medium flowing therethrough, and a heat exchanger using the heat transfer tube.
  • the heat transfer tube 11 includes an outer tube 13, An inner tube 15 inserted into the outer tube 13; A gap support member that is disposed in a gap W between the inner peripheral surface of the outer tube 13 and the outer peripheral surface of the inner tube 15 and is made of a wire that spirally contacts the inner peripheral surface and the outer peripheral surface over substantially the entire length of the outer tube 13. 17 and A support member 19 made of a wire that spirally contacts the inner peripheral surface of the inner tube 15 over the entire length of the inner tube 15; It is characterized by comprising.
  • the inner tube 15 serving as the primary flow path has a structure in which the support member 19 is supported from the inside, and the inner tube 15 and the outer tube 13 are supported by the gap support member 17,
  • This gap support member 17 is positioned so that the secondary flow path, which is a pipe-shaped gap having an annular cross section, becomes an equivalent gap in the circumferential direction, so that the outer pipe 13 and the inner pipe 15 can be connected to each other during assembly. Arrangement accuracy is improved and the assembly process can be simplified. In addition, the arrangement positions of the outer pipe 13 and the inner pipe 15 are not biased, the flow passage cross-sectional area is determined, and the heat transfer efficiency is not lowered.
  • the heat transfer tube 11 according to claim 2 is the heat transfer tube 11 according to claim 1,
  • the gap support member 17 is made of a coil material, and has a wire diameter d1 substantially equal to the gap W.
  • the outer tube 13 and the inner tube 15 can be easily assembled while keeping the gap constant by a gap support member 17 made of a coil material, and a flow path is secured with a constant gap. Is possible.
  • the gap support member 17 is also interposed for heat transfer, and the heat transfer area is set large.
  • the heat transfer tube 11 according to claim 3 is the heat transfer tube 11 according to claim 1,
  • the gap support member 45 is made of a coil material in which small-diameter portions 43 and large-diameter portions 41 are alternately formed.
  • the wire diameter d1 is smaller than the gap W, and the coil inner diameter D1 in the small-diameter portion 43 is the inner tube 15.
  • the outer diameter D5 of the outer tube 13 is set to be the outer diameter D4 of the outer tube 13, and the inner tube 15 is supported in the outer tube 13.
  • the small diameter portion 43 of the gap support member 45 supports the inner tube 15, and the large diameter portion 41 supports the inner peripheral surface of the outer tube 13. Since the wire diameter d1 of the gap support member 45 and the gap 47 are interposed in the gap portion W with the inner peripheral surface of the thirteen, the flow path area can be sufficiently secured.
  • the heat transfer tube 11 includes an outer tube 13, An inner tube 15 inserted into the outer tube 13;
  • a gap support is provided in the gap 31 between the outer peripheral surface 32 of the outer tube and the outer peripheral surface 30 of the inner tube, and is formed of a wire material that contacts the outer peripheral surface 32 of the outer tube and the outer peripheral surface 30 of the outer tube in a spiral shape over the entire length of the outer tube 13 Member 17;
  • a support member 19 made of a wire that spirally contacts the inner peripheral surface 38 of the inner tube over the entire length of the inner tube 15;
  • a heat transfer member 20 provided at the center of the support member 19 over the entire length of the support member 19 and having at least a part of the outer periphery in contact with the support member 19; It is characterized by comprising.
  • the heat medium flowing in the inner tube 15 flows while contacting the heat transfer member 20 provided inside the inner tube 15 and contacting the support member 19, thereby
  • resistance is added to the flow, and the flow becomes a meandering flow.
  • the heat medium comes into contact with the heat transfer member 20, the support member 19, and the inner pipe inner peripheral surface 38 by coming into contact with the heat transfer member 20, and the heat transfer member 20, the support member 19, and the inner pipe. Heat is transferred to 15 and heat exchange is performed.
  • the amount of heat exchanged is transferred to the outer peripheral surface 30 of the inner tube by heat conduction, and is exchanged with a heat medium of another system flowing through the gap 31 between the outer tube 13 and the inner tube 15. That is, the amount of heat exchanged with the heat transfer member 20 newly contributes to the improvement of the heat exchange efficiency.
  • the heat transfer tube 11 according to claim 5 of the present invention is the heat transfer tube 11 according to claim 4,
  • the heat transfer member 20 is
  • the support member 19 is a strip 141 long in the longitudinal direction and twisted in a spiral shape.
  • the strip 141 is provided in a spiral shape in contact with the support member 19, and the heat medium flowing in the inner tube 15 advances through the inner tube 15 while rotating spirally.
  • the contact area and contact time when a heat medium contacts the heat-transfer member 20 can be increased.
  • the heat transfer tube 11 according to claim 6 of the present invention is the heat transfer tube 11 according to claim 4,
  • the heat transfer member 20 is
  • the support member 19 is an outer peripheral bulging round bar 153 having an oval part 155 that is deformed by crushing a circular outer periphery at predetermined intervals in the longitudinal direction.
  • the round bar material is crushed so as to be sandwiched from the direction orthogonal to the axis, so that the crushed portion bulges outward in the radial direction and becomes an oval part 155.
  • the bulging tip side of the oval part 155 is brought into contact with the support member 19.
  • the heat transfer tube 11 according to claim 7 of the present invention is the heat transfer tube 11 according to claim 4,
  • the heat transfer member 20 is
  • the support member 19 is a different-diameter round bar 161 in which a circular outer periphery is alternately formed by small-diameter portions 159 and large-diameter portions 157 at predetermined intervals in the longitudinal direction.
  • the different diameter round bar 161 is inserted into the inner tube 15, so that the heat medium flowing along the different diameter round bar 161 flows while colliding with the large diameter portion 157. This collision disturbs the flow of the heat medium and reduces the heat medium that passes without contacting the inner peripheral surface 38 of the inner tube and the heat transfer member 20.
  • the heat transfer tube 11 according to claim 8 of the present invention is the heat transfer tube 11 according to claim 4,
  • the heat transfer member 20 is It is a solid bar 165 having a polygonal cross section.
  • the position of contact with the heat medium can be made at a plurality of positions as compared with the strip 141 whose main surface only contacts the heat medium.
  • the cross-sectional shape is a star or the like, the contact area can be further increased without reducing the flow path.
  • a heat exchanger 49 according to claim 9 of the present invention is a heat exchanger 49 using the heat transfer tube 11 according to any one of claims 1 to 8,
  • a plurality of the heat transfer tubes 11 are arranged in parallel with each other, All the inner pipe inlet ends are connected to the primary branch pipe 21 and all the inner pipe outlet ends are connected to the primary collecting pipe 27 to constitute the primary flow path, All the outer pipe inlet ends are connected to the secondary branch pipe 25 and all the outer pipe outlet ends are connected to the secondary collecting pipe 29 to form a secondary flow path.
  • this heat exchanger 49 a plurality of heat transfer tubes 11 are formed in parallel to each other, arranged in close proximity on the same plane, and the outer tube 13 and the inner tube 15 are arranged. Then, the heat exchanger 49 configured on this plane can be stacked as a single unit and formed in a plurality of stages, and a heat exchanger with a small grounding area can be configured while expanding the heat transfer area. Moreover, in the heat exchanger 49 provided with the heat transfer member 20, the heat medium flowing through the inner tube 15 flows while contacting the heat transfer member 20 provided inside the inner tube 15, and conventionally, the inner peripheral surface of the inner tube. The contact area of the heat medium that has been in contact with only 38 increases.
  • heat exchange with the heat transfer member 20 is performed by heat transfer.
  • the amount of heat exchanged is transferred to the inner tube 15 by heat conduction, and is exchanged with a heat medium of another system flowing through the gap 31 between the outer tube 13 and the inner tube 15. That is, the amount of heat exchanged with the heat transfer member 20 newly contributes to the improvement of the heat exchange efficiency.
  • a plurality of heat transfer tubes 11 including the outer tube 13 and the inner tube 15 are formed in parallel to each other, and are arranged close to each other on the same plane.
  • the heat exchanger 49 configured on this plane can be stacked as a single unit in a plurality of stages, and the ground contact area can be reduced while increasing the heat transfer area.
  • a heat exchanger 65 according to claim 10 is a heat exchanger using the heat transfer tube 11 according to any one of claims 1 to 8,
  • a plurality of heat transfer tubes 11 are bundled, the bundle of heat transfer tubes 11 is accommodated in a cylindrical shell 67, and the inlet ends and the outlet ends of the inner tube 15 are connected to form a primary flow path.
  • the inlet ends and the outlet ends of the outer tube 13 are connected to each other to form a secondary flow path, and the inside of the shell 67 is configured as a tertiary flow path.
  • the bundled heat transfer tubes 11 are heat-exchanged in the cylindrical shell 67 by the outer tube 13 and the inner tube 15, and are also heat-exchanged with the heat medium flowing in the shell 67. Is possible.
  • the heat exchanger 65 according to claim 11 is the heat exchanger 65 according to claim 10,
  • a plurality of rectifying plates 87 having a surface perpendicular to the longitudinal direction of the heat transfer tube 11 are provided in the shell 67 to support each heat transfer tube 11 and meander the tertiary flow path. .
  • the heat medium flowing in the shell 67 meanders by the rectifying plate 87, and the tertiary flow path is formed long, while the heat transfer tubes 11 in the shell 67 are substantially orthogonal to the longitudinal direction. And heat exchange is performed by increasing the heat transfer area with the outer tube 13 of each heat transfer tube 11.
  • the inner tube and the outer tube are supported by the gap support member, and the gap support member has a secondary flow path that is a pipe-shaped gap having an annular cross section. Since the gaps are located in the circumferential direction, the arrangement accuracy of the outer pipe and the inner pipe during assembly is improved, and the assembly process can be simplified. In addition, by having the gap support member and the support member, the positions of the inner tube and the outer tube are not displaced, and the respective positions can be fixed without causing uneven or overflowing of the solder when brazing each other. .
  • the gap support member and the support member have a structure that supports the inner tube wall and the outer tube wall, the thickness of the inner tube and the outer tube can be reduced, thereby further improving the thermal conductivity. Further, it is possible to further reduce the size of the heat exchanger. Further, the arrangement positions of the outer pipe and the inner pipe are not biased, and are located coaxially, so that the cross-sectional area of the flow path is fixed and the heat transfer efficiency is not lowered. Furthermore, since the flow path is formed in a spiral shape, the fluid in the pipe flows smoothly in the pipe axis direction, and heat is uniformly transferred to the entire pipe wall, and the gap support member and the support member become heat transfer bodies. It becomes possible to improve the heat transfer efficiency.
  • the outer tube and the inner tube can be easily assembled while keeping the gap constant by being constituted by the gap support member made of a coil material, that is, When inserting and fitting each other, the gap support member serves as a guide, so that assembly can be performed with ease and accuracy, and a flow path can be secured with a certain gap.
  • the small diameter portion of the gap support member supports the inner tube, and the large diameter portion supports the inner peripheral surface of the outer tube. Since the wire diameter and the gap of the gap support member are interposed in the gap portion with the inner peripheral surface, a sufficient flow path area can be ensured.
  • the inner tube and the outer tube are supported by the gap support member, and the gap support member becomes a pipe-shaped gap having an annular cross section. Since the passages are positioned as equal gaps in the circumferential direction, the arrangement accuracy of the outer pipe and the inner pipe during assembly is improved, and the assembly process can be simplified. In addition, by having the gap support member and the support member, the positions of the inner tube and the outer tube are not displaced, and the respective positions can be fixed without causing uneven or overflowing of the solder when brazing each other. .
  • the gap support member and the support member have a structure that supports the inner tube wall and the outer tube wall, the thickness of the inner tube and the outer tube can be reduced, thereby further improving the thermal conductivity. Further, it is possible to further reduce the size of the heat exchanger. Further, the heat transfer member supports the support member, and the support member can be brought into close contact with the inner tube. The arrangement positions of the outer tube and the inner tube are not biased, and are positioned coaxially, so that the cross-sectional area of the flow path is fixed and the heat transfer efficiency is not lowered.
  • the flow path is formed in a spiral shape by the gap support member and the support member and flows in a meandering manner by the heat transfer member, the fluid in the tube in the tube axis direction sufficiently contacts and flows, and the entire tube wall
  • the gap support member, the support member, and the heat transfer member become heat transfer bodies, respectively, and the heat transfer efficiency can be improved.
  • the heat medium in the inner tube is spirally swirled by a spirally twisted belt plate with an inexpensive material without relatively increasing flow loss. And the heat exchange rate with the heat medium flowing through the inside can be increased.
  • the bulging tip side of the oval part bulging outward in the radial direction contacts the support member, and this oval part can stir and meander the flow path of the heat medium.
  • the heat exchange rate of the heat medium flowing in the inner pipe can be increased.
  • the large diameter portion and the small diameter portion of the different-diameter round bar can be used to stir the heat medium flowing in the inner tube, making it easy to contact the inner tube and the heat transfer member, Increases heat exchange rate.
  • the heat exchange rate between the heat medium, the heat transfer member, and the support member can be increased by increasing the surface area of the heat transfer member.
  • the heat exchanger according to claim 9 of the present invention a large number of heat transfer tubes of a certain length are arranged on the same plane, and the heat transfer area of the primary heat medium and the secondary heat medium is widened with a limited installation area. And a space-saving heat exchanger with high temperature efficiency can be obtained.
  • this planar heat exchanger can be stacked in multiple stages as a unit, increasing the heat exchange efficiency between the inner pipe and the heat medium flowing through it, and highly efficient with a small installation area
  • the heat exchanger can be configured.
  • the mutual arrangement positions of the inner pipe and the outer pipe can be accurately configured by the gap support member or the support member, and even if each is configured as a bundle, the primary flow path and the secondary flow There is no unevenness in the path, and a plurality of heat transfer tubes are bundled and arranged in a cylindrical shell, enabling reliable heat exchange with three types of heat medium in the inner tube, outer tube, and shell. Become.
  • the heat medium flowing in the shell meanders by the rectifying plate provided in the shell, and the heat transfer area to the heat transfer tube can be increased.
  • FIG. 2A is a schematic enlarged cross-sectional view of a heat transfer tube according to the present invention
  • FIG. FIG. 4A is a plan view of a heat transfer tube array unit including heat transfer tubes according to the present invention
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB in the plan view.
  • FIG. 3 is a cross-sectional side view of the heat transfer tube array unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the cross-sectional view shown in FIG. It is sectional drawing of the heat exchanger tube of other embodiment.
  • (A) is a schematic enlarged sectional view of the heat transfer tube according to the present invention
  • (b) is an AA sectional view of (a).
  • FIG. 7 (A) is a top view of the heat exchanger tube array unit which consists of a heat exchanger tube concerning this invention
  • (b) is sectional drawing of the surface orthogonal to a primary branch pipe and including the axis line of an inner tube. It is a front view of an outer pipe and an inner pipe seen from the inner side of a secondary branch pipe. It is a principal part enlarged view of FIG.7 (b).
  • (A) is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with a heat transfer member formed by twisting a strip 90 ° at a predetermined length
  • (b) is a cross-sectional view along BB of (a)
  • (c) is (a) FIG. It is a perspective view of the heat-transfer member shown in FIG.
  • FIG. 12 It is the perspective view of the outer peripheral part bulging round bar which changed the direction 90 degree
  • A is a cross-sectional view of the heat transfer tube provided with the outer peripheral bulge round bar of FIG. 12,
  • (b) is a DD cross-sectional view of (a),
  • (c) is an EE cross-sectional view of (a),
  • D) is a FF sectional view of (a).
  • FIG. (A) is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with different-diameter round bars in which large-diameter portions and small-diameter portions are alternately formed
  • (b) is a GG cross-sectional view of (a)
  • (c) is (a)
  • FIG. (A) is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with a round bar with a constriction in which a large-diameter portion and a small-diameter portion are formed with gentle surfaces
  • (b) is a cross-sectional view taken along II of (a)
  • (c) is It is JJ sectional drawing of (a).
  • (A) is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with a solid bar having a polygonal cross section
  • (b) is a KK cross-sectional view of (a).
  • FIG. 1A is a schematic enlarged cross-sectional view of a heat transfer tube according to the present invention
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIG. 2 is a view of a heat exchanger comprising a heat transfer tube according to the present invention.
  • FIG. 3A is a plan view of the heat tube array unit
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in the plan view
  • the heat transfer tube 11 includes an outer tube 13, an inner tube 15, a gap support member 17, and a support member 19.
  • the outer tube 13 is a straight thin tube, and the inner tube 15 is inserted into the outer tube 13, and both ends are led out from both ends of the outer tube 13.
  • the inner tube 15 and the outer tube 13 are coaxial.
  • the heat transfer tubes 11 are composed of a plurality of tubes, are arranged in parallel so as to be in the same plane, are arranged close to each other, and are formed into a rectangular tube row to constitute a heat transfer tube row unit serving as a heat exchanger. .
  • the primary branch pipe 21 is connected to the inlet ends of all the inner pipes 15 arranged in parallel, and one end of the primary branch pipe 21 is closed by a plug 23.
  • Secondary branch pipes 25 are connected to the inlet ends of all the outer pipes 13, one end of each secondary branch pipe 25 is closed by a plug 23, and the above inner pipe 15 passes therethrough.
  • a primary collecting pipe 27 is connected to the outlet ends of all the inner pipes 15, and the other end of the primary collecting pipe 27 is closed by a plug 23.
  • a secondary collecting pipe 29 is connected to the outlet ends of all the outer pipes 13, the other end of the secondary collecting pipe 29 is closed by a plug 23, and the inner pipe 15 passes therethrough.
  • the primary branch pipe 21, the primary collecting pipe 27, the secondary branch pipe 25, and the secondary collecting pipe 29 are straight circular pipes.
  • the inner tube 15 is provided with a support member 19 in contact with the inner peripheral surface thereof.
  • the support member 19 is made of a coil material having a wire diameter d2 substantially equal to that of the gap support member 17, and has a coil outer diameter D3 equivalent to the inner diameter D6 of the inner tube 15, and the inner peripheral surface of the inner tube 15 It is provided so as to touch the spiral and support it from the inside.
  • the outer tube 13 is inserted through an outer tube insertion hole 33 formed in one tube wall of the secondary collecting tube 29 and opens inside the secondary collecting tube 29.
  • An inner tube through hole 35 is formed in the other tube wall of the secondary collecting tube 29, and the inner tube 15 inserted through the inner tube through hole 35 is inserted into an inner tube insertion hole 37 formed in the primary branch tube 21. Open inside the primary branch pipe 21.
  • the tubes in each of these penetrations are fixed airtight by brazing.
  • the brazing can employ a so-called brazing technique in which a brazing material, for example, copper brazing or brass brazing, is placed on the contact surface between the tubes and integrally joined by brazing in a furnace.
  • a brazing material for example, copper brazing or brass brazing
  • the gap support member 17 and the support member 19 that support the inner tube 15 and the outer tube 13 are also brazed to the inner peripheral surface of the outer tube 13, the outer peripheral surface of the inner tube 15, and the inner peripheral surface of the inner tube 15 in the furnace.
  • the materials that are in contact with each other are joined together.
  • the gap support member 17 support member 19 is a coil material which is a wire-like member formed in a spiral shape.
  • each coil material (17, 19) is in contact with the inner peripheral surface of the outer tube 13, the outer peripheral surface of the inner tube 15, and the inner peripheral surface of the inner tube 15. It becomes a low and joins each other.
  • the coil material made of stainless steel may be a coil material that has been pre-quenched and has spring elasticity, or an untreated coil material, that is, a straight wire-shaped material that is deformed into a spiral shape.
  • an untreated coil material that can be configured at low cost is preferable.
  • it is preferable to use the coil material in the state before the quenching treatment because the heat treatment is performed in the furnace as described above together with the outer tube 13 and the inner tube 15.
  • the gap support member 17 and the support member 19 are temporarily welded to the end portions of the inner tube 15 and the outer tube 13 before being put into the furnace, and then the tubes are assembled and put into the furnace.
  • the support members 17 and 19 are joined to the inner tube 15 and the outer tube 13, and the outer tube 13, the inner tube 15, the branch tubes 21 and 25, and the collecting tubes 27 and 29, respectively.
  • the outer pipe 13 is opened inside the secondary branch pipe 25, and the inner pipe 15 is arranged inside each outer pipe 13.
  • the inner pipe 15 led out from the outer pipe 13 by the secondary branch pipe 25 passes through the secondary branch pipe 25 and then opens inside the primary collecting pipe 27.
  • the primary collecting pipe 27 forms a heat transfer tube array unit 39 shown in FIG. 2 (a) which has a quadrangular shape on the same plane.
  • the inner tube 15 and the outer tube 13 are used as the heat transfer tube 11, and an extremely fine metal round tube is used.
  • the area S1 of the primary channel in the inner tube 15 and the secondary channel in the outer tube 13 are used.
  • the area S2 and the ratio S1: S2 are set to 1: 2 to 2: 1.
  • the inner diameter of the inner tube 15 is 2 to 6 mm, preferably 3 to 5 mm
  • the inner diameter of the outer tube 13 is 4 to 10 mm, preferably 5 to 8.5 mm
  • the thickness is 0.15 to 0.35 mm. Things are used.
  • the area S1 of the primary flow path is about 9.17 mm 2 and the area S2 of the secondary flow path is about 14.70 mm 2 . Is approximately 1: 1.6.
  • the ratio of the area S1 of the primary flow path to the area S2 of the secondary flow path is appropriately changed by changing the diameters of the inner pipe 15 and the outer pipe 13 and the numerical values of the gap support member 17 and the support member 19, respectively.
  • the cross-sectional area varies depending on the number of turns and the pitch with respect to the tubes 13 and 15.
  • the shape may be changed, and the ratio of flow rates in the inner tube 15 and the outer tube 13 is 1: 1, so that the thermal conductivity can be improved.
  • the example of the gap support member 17 is made of a coil material in which the coil inner diameter D1 and the coil outer diameter D2 are constant.
  • the present invention is not limited to this.
  • the wire diameter d 1 is set smaller than the gap W between the inner tube 15 and the outer tube 13
  • the coil inner diameter D 1 in the small diameter portion 43 is set as the outer diameter D 5 of the inner tube 15, and the coil in the large diameter portion 41.
  • the outer diameter D2 is the inner diameter D4 of the outer tube 13, and the inner tube 15 is supported in the outer tube 13. According to this heat transfer tube 11, the wire diameter d1 and the gap of the gap support member 17 are interposed at the gap portion W between the outer peripheral surface of the inner tube 15 and the inner peripheral surface of the outer tube 13. Can be secured sufficiently.
  • FIG. 6A is a schematic enlarged cross-sectional view of a heat transfer tube according to the present invention
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 7A
  • FIG. 7A is a heat transfer tube array unit comprising the heat transfer tubes according to the present invention
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of a surface perpendicular to the primary branch pipe and including the axis of the inner pipe
  • FIG. 8 is a front view of the outer pipe and the inner pipe viewed from the inside of the secondary branch pipe
  • FIG. It is a principal part enlarged view of FIG.7 (b).
  • the heat transfer tube 11 includes an outer tube 13, an inner tube 15, a gap support member 17, a support member 19, and a heat transfer member 20.
  • the outer tube 13 is a straight thin tube, and the inner tube 15 is inserted into the outer tube 13, and both ends are led out from both ends of the outer tube 13.
  • the inner tube 15 and the outer tube 13 are coaxial.
  • the heat transfer tubes 11 are composed of a plurality of tubes, are arranged in parallel so as to be in the same plane, are arranged close to each other, and form a heat transfer tube array unit 39 that is a rectangular pipe array.
  • the primary branch pipe 21 is connected to the inlet ends of all the inner pipes 15 arranged in parallel, and one end of the primary branch pipe 21 is closed by a plug 23.
  • a secondary branch pipe 25 is connected to the inlet ends of all the outer pipes 13, one end of the secondary branch pipe 25 is closed by a plug 23, and the above-described inner pipe 15 passes therethrough.
  • a primary collecting pipe 27 is connected to the outlet ends of all the inner pipes 15, and the other end of the primary collecting pipe 27 is closed by a plug 23.
  • a secondary collecting pipe 29 is connected to the outlet ends of all the outer pipes 13, the other end of the secondary collecting pipe 29 is closed by a plug 23, and the inner pipe 15 passes therethrough.
  • the primary branch pipe 21, the primary collecting pipe 27, the secondary branch pipe 25, and the secondary collecting pipe 29 are straight circular pipes.
  • the inner tube 15 is provided with a support member 19 in contact with the inner peripheral surface thereof.
  • the support member 19 is made of a coil material having a wire diameter d2 substantially equal to that of the gap support member 17, and has a coil outer diameter D3 equivalent to the inner diameter D6 of the inner tube 15, and the inner peripheral surface of the inner tube 15 It is provided so as to touch the spiral and support it from the inside.
  • a heat transfer member 20 is provided at the center of the support member 19.
  • the heat transfer member 20 is provided over the entire length of the support member 19, and at least a part of the outer periphery is in contact with the support member 19.
  • the heat transfer member 20 is a strip 141 that is long in the longitudinal direction of the support member 19 and twisted in a spiral shape.
  • the width of the strip 141 is substantially equal to the inner diameter D7 of the support member 19.
  • the outer pipe 13 is inserted through an outer pipe insertion hole 33 formed in one of the secondary branch pipe 25 and the secondary collecting pipe 29 and opens inside the secondary branch pipe 25 and the secondary collecting pipe 29.
  • An inner pipe through hole 35 is formed in the other pipe wall of the secondary branch pipe 25 and the secondary collecting pipe 29, and the inner pipe 15 inserted through the inner pipe through hole 35 is the primary branch pipe 21 and the primary collecting pipe 27.
  • the inner branch insertion hole 37 is formed in the primary branch pipe 21 and the primary collecting pipe 27.
  • the tubes in each of these penetrations are fixed airtight by brazing.
  • the brazing can employ a so-called brazing technique in which a brazing material, for example, copper brazing or brass brazing, is placed on the contact surface between the tubes and integrally joined by brazing in a furnace. Further, the gap support member 17, the support member 19, and the heat transfer member 20 that support the inner tube 15 and the outer tube 13 are also in the furnace with respect to the outer peripheral surface 32, the outer peripheral surface 30, and the inner peripheral surface 38 of the inner tube. Then, each of the contacting parts is joined with the brazing material.
  • a brazing material for example, copper brazing or brass brazing
  • the gap support member 17 and the support member 19 are coil members that are spirally formed wire members, such as copper plating, nickel plating, alloy plating thereof, or multilayer plating of copper and nickel.
  • the wire diameter is 0.5 to 2 mm.
  • the coil material made of stainless steel may be a coil material that has been pre-quenched and has spring elasticity, or an untreated coil material, that is, a straight wire-shaped material that is deformed into a spiral shape. However, an untreated coil material that can be configured at low cost is preferable.
  • it is preferable to use the coil material in the state before the quenching treatment because the heat treatment is performed in the furnace as described above together with the outer tube 13 and the inner tube 15.
  • the gap support member 17, the support member 19, and the heat transfer member 20 are temporarily fixed by spot welding only the end portions of the inner tube 15 and the outer tube 13 before entering the furnace, and then the inner tube 15 and the outer heat transfer member 20 are fixed.
  • the tube 13 can be assembled and placed in a furnace. Thereby, the inner tube 15 and the support member 19, the support member 19 and the heat transfer member 20, the inner tube 15 and the gap support member 17 and the outer tube 13, the primary branch tube 21 and the inner tube 15, the primary collecting tube 27 and the inner tube 15 are obtained.
  • the secondary branch pipe 25 and the outer pipe 13, and the secondary collecting pipe 29 and the outer pipe 13 are joined.
  • the outer pipe 13 is opened inside the secondary branch pipe 25, and the inner pipe 15 is arranged inside each outer pipe 13.
  • the inner pipe 15 led out from the outer pipe 13 by the secondary branch pipe 25 passes through the secondary branch pipe 25 and then opens inside the primary collecting pipe 27.
  • the primary collecting pipe 27 forms a heat transfer tube array unit 39 shown in FIG. 7A which is rectangular on the same plane.
  • the inner tube 15 and the outer tube 13 are used as the heat transfer tube 11 and extremely thin metal round tubes are used.
  • the primary channel cross-sectional area S1 of the inner pipe 15 is (the inner diameter cross-sectional area of the inner pipe 15 ⁇ the cross-sectional area of the support member ⁇ the cross-sectional area of the strip).
  • the secondary channel cross-sectional area S2 of the outer tube 13 is (the inner diameter sectional area of the outer tube 13 ⁇ the outer diameter sectional area of the inner tube ⁇ the sectional area of the gap support member).
  • the inner tube 15 has an inner diameter of 2 to 6 mm, preferably 3 to 5 mm, and the outer tube 13 has an inner diameter of 4 to 10 mm, preferably 5 to 8.5 mm, and a thickness of 0.15 to 0.35 mm. Is used.
  • the ratio of the cross-sectional area S1 of the primary flow path to the cross-sectional area S2 of the secondary flow path is determined by the respective diameter dimensions of the inner tube 15 and the outer tube 13 and the gap support member 17, the support member 19, and the strip plate 141. It is preferable to change the numerical value as appropriate so that the ratio is 1: 1, and the gap support member 17 and the support member 19 made of a coil material have a cross-sectional area depending on the number of turns and the pitch with respect to the inner tube 15 and the outer tube 13. Since it changes, it is good also as changing these shapes, and the improvement of thermal conductivity can be aimed at because the ratio of the flow velocity of the inner tube 15 and the outer tube 13 is set to 1: 1.
  • the operation of the heat transfer tube 11 will be described.
  • the heat medium flowing through the inner tube 15 flows while contacting the heat transfer member 20 and the support member 19 provided inside the inner tube 15, and conventionally heat that has been in contact only with the inner peripheral surface 38 of the inner tube.
  • the contact area of the medium increases.
  • the heat medium exchanges heat with the heat transfer member 20 and the support member 19 by heat transfer by contacting the heat transfer member 20 and the support member 19.
  • the amount of heat exchanged is transferred to the inner tube 15 by heat conduction, and is exchanged with a heat medium of another system flowing through the gap 31 between the outer tube 13 and the inner tube 15. That is, the amount of heat exchanged in the inner pipe 15 newly contributes to the improvement of the heat exchange efficiency.
  • the belt plate 141 which is the heat transfer member 20 is provided in a spiral shape in contact with the support member 20, the support member 19 is disposed in a coil shape in the inner tube 15, and the heat medium flowing through the inner tube 15 is It advances through the inner tube 15 while rotating and meandering.
  • the contact area and the contact time with which the heat medium contacts in the inner tube 15 can be increased. Therefore, it is possible to increase the heat exchange rate between the inner pipe 15 and the heat medium flowing through the inner pipe 15 without relatively increasing flow loss with an inexpensive material.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with a heat transfer member formed by twisting a strip 90 degrees at a predetermined length
  • FIG. 10B is a cross-sectional view along line BB in FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view of the heat transfer member shown in FIG.
  • the heat transfer member 20 is formed by twisting a rectangular plate having a predetermined length at both ends, for example, by 180 ° to form a short spiral strip 141, and twisting the predetermined length by 90 °, for example, to connect the end portions to each other.
  • a molded configuration may be used.
  • the posture can be reversed every 90 degrees to be molded.
  • the heat medium is stirred in the inner tube 15, and the contact area can be increased and brought into contact.
  • the twist angle of 180 ° and the twist angle of 90 ° of the band plate 141 are not limited to these, and the twist angle may be other angles such as 90 ° and 120 °. Further, the twist angle may be set to other angles such as 45 degrees and 60 degrees to perform molding.
  • FIG. 12 is a perspective view of an outer peripheral bulging round bar in which the outer diameter of the round bar is changed to an ellipse and the direction is changed by 90 degrees for each predetermined length.
  • FIG. 13A is an outer peripheral bulging round in FIG. (B) is a DD cross-sectional view of (a), (c) is a cross-sectional view of EE of (a), and (d) is a cross-sectional view of FF of (a).
  • the heat transfer member 20 can be formed in an outer peripheral bulging round bar 153 having an elliptical portion 155 that is deformed by crushed the circular outer periphery in the radial direction at predetermined intervals in the longitudinal direction of the support member 19.
  • the crushed portion bulges outward in the radial direction and becomes an oval part 155.
  • the bulging tip side of the oval part 155 is brought into contact with the support member 19.
  • the flow path of the heat medium can be stirred and meandered.
  • the cross section of the heat transfer tube 11 shown in FIG. When the areas of the primary channel cross-sectional area S1 and the secondary channel cross-sectional area S2 are determined from c, d)), the primary channel cross-sectional area S1 is about 9.5 mm 2 and the secondary channel cross-sectional area S2 is about 12. 1 mm 2 , and these ratios are approximately 1: 1.27.
  • the outer peripheral bulging round bar 153 having the oval portion 155 that enables heat conduction with the inner tube 15 can be manufactured relatively inexpensively and easily.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with different-diameter round bars in which large-diameter portions and small-diameter portions are alternately formed
  • FIG. 14B is a GG cross-sectional view of FIG. 14A
  • FIG. It is HH sectional drawing of (a).
  • the heat transfer member 20 can be formed into a different-diameter round bar 161 in which a circular outer periphery is alternately formed by a small diameter portion 159 and a large diameter portion 157 at predetermined intervals in the longitudinal direction of the support member 19.
  • the pitch of the support member 19 is different from the pitch of the large diameter portion 157 and the small diameter portion 159.
  • the outer diameter of the small-diameter portion 159 of the different-diameter round bar 161 is 0.3 mm
  • the outer diameter of the large-diameter portion 157 is 0.9 mm.
  • this heat transfer member 20 when the different-diameter round bar 161 is inserted into the inner tube 15, the heat medium flowing along the different-diameter round bar 161 flows while colliding with the large-diameter portion 157. This collision disturbs the flow of the heat medium, stirs the heat medium flowing in the inner tube 15, and reduces the heat medium that passes without contacting the inner peripheral surface 38, the support member 19, and the heat transfer member 20.
  • the heating medium can be easily brought into contact with the inner tube 15, the support member 19, and the heat transfer member 20.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with a round bar with a constriction in which a large-diameter portion and a small-diameter portion are formed with gentle surfaces
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along II of FIG. ) Is a JJ sectional view of (a).
  • the heat transfer member 20 can be formed in a round bar 163 with a constriction in which a large diameter portion 157 and a small diameter portion 159 are formed with gentle surfaces.
  • these ratios are S1: S2 in the large-diameter portion 157. ⁇ 1: 1.47, and S1: S2 ⁇ 1: 1.11 at the small diameter portion 159.
  • the heat medium flowing in the inner tube 15 is stirred and meandered so that the heat medium can be easily brought into contact with the inner tube 15, the support member 19 and the heat transfer member 20. Further, by forming the round bar material into a shape that is drawn by a predetermined length, the large-diameter portion 157 is substantially equal to the inner diameter of the support member 19 and is supported by contacting a part of the support member 19. Is also possible.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with a solid bar having a polygonal cross section
  • FIG. 16B is a KK cross-sectional view of FIG.
  • the heat transfer member 20 can be formed on a solid bar 165 having a polygonal cross section. In the illustrated example, it is formed in a solid bar 165 having a substantially triangular cross section. Since the solid bar 165 is twisted, the ridgeline is not formed parallel to the axis, but is formed in a substantially spiral shape.
  • the primary channel cross-sectional area S1 is about 9.5 mm 2 and the secondary channel cross-sectional area S2 is about 12.1 mm 2 . Is approximately 1: 1.27.
  • the contact position with the heat medium is set at a plurality of locations by making the cross section triangular in the figure.
  • the flow to the support member 19 is formed because the ridge line is substantially spiral.
  • the cross-sectional shape is a star shape or the like, and by twisting in the same manner as described above, the contact area with the heat medium can be further increased without reducing the flow path (flow path cross-sectional area).
  • the surface area of the heat transfer member 20 can be increased, and the heat exchange rate between the heat medium and the heat transfer member 20 can be increased.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a heat transfer tube provided with a heat transfer member whose ends are formed in a streamline shape in each of the above round bar type shape examples. It is preferable that the heat transfer member 20 of each said shape example of a round bar type forms an edge part in a streamline shape. To reduce the separation and disturbance of the flowing heat medium from the surface of the heat transfer member 20 at the end due to vortices and the like, to smooth the inflow and outflow of the heat medium, and to improve the heat transfer efficiency between the inner pipe 15 of the heat medium. Can do.
  • the heat transfer tube 11 of the present embodiment constitutes the heat transfer tube array unit 39 as described above, and may be configured as a single heat exchanger, and as shown in FIG. 18, a plurality of heat transfer tube array units.
  • the heat exchanger 49 can be constituted by 39.
  • the heat exchanger 49 is configured by stacking a plurality of the above-described heat transfer tube array units 39. In this embodiment, four layers are stacked.
  • the other end of the primary branch pipe 21 is connected to the primary inlet header 51
  • one end of the secondary branch pipe 25 is connected to the secondary inlet header 55
  • the primary collecting pipe 27 is provided in the plurality of heat transfer tube array units 39 arranged in a stacked manner.
  • the number of stacking stages is not limited to the four stages shown in the figure, but may be smaller or larger, preferably 4 to 10 stages, each collecting pipe and branch pipe being connected to each header.
  • the primary inlet header 51, the secondary inlet header 55, the primary outlet header 53, and the secondary outlet header 57 are closed on one side in the axial direction, and a screw-type pipe joint 59 is fixed on the other side in the axial direction.
  • a screw-type pipe joint 59 is fixed on the other side in the axial direction.
  • the pipe joint of the primary heat medium supply pipe, the secondary heat medium supply pipe, the primary heat medium recirculation pipe, and the secondary heat medium recirculation pipe from the heat exchange device side expands the diameter of the pipe end.
  • the flared portion and a cap nut externally attached to the flared portion, and the female screw of the cap nut is connected to the screw-type fitting 59 in a state in which the tip sheet surface of the screw-type fitting 59 and the flare portion are in close contact with each other.
  • the heat exchanger 49 By being screwed onto the male screw, the heat exchanger 49 is detachably attached to the heat exchange device. As described above, the heat exchanger 49 can be easily attached to the heat exchanging device via the screw-in type pipe joint 59 so that the heat exchanger 49 can be easily replaced during maintenance.
  • the primary inlet header 51, the secondary inlet header 55, the primary outlet header 53, and the secondary outlet header 57 are closed at the end opposite to the fixed end of the threaded fitting 59 and fixedly supported by, for example, the base plate 61. Is done.
  • the primary inlet header 51, the secondary inlet header 55, the primary outlet header 53, and the secondary outlet header 57 can be threadably connected to the threaded pipe joint 59 at the end opposite to the threaded pipe joint 59.
  • the pipe joint may be fixed. With such a double-end joint structure, the heat exchanger 49 can be further laminated in a plurality of stages.
  • the primary flow that has flowed to the primary inlet header 51 by configuring the heat transfer tube array unit as shown in FIGS. 2 and 7 and the heat exchanger 49 as shown in FIG.
  • the heat medium enters the primary branch pipe 21 and flows from the primary branch pipe 21 to each inner pipe 15.
  • the primary heat medium flowing through the inner pipe 15 is exchanged with the secondary heat medium, and then enters the primary collecting pipe 27 and exits from the primary outlet header 53 to the outside.
  • the secondary heat medium that has flowed to the secondary inlet header 55 enters the secondary branch pipe 25 and flows from the secondary branch pipe 25 to the outer pipe 13.
  • the secondary heat medium flowing through the outer pipe 13 is exchanged with the primary heat medium, and then enters the secondary collecting pipe 29 and exits from the secondary outlet header 57 to the outside.
  • the heat exchanger 49 having the above configuration will be described.
  • the heat medium flowing through the inner pipe 15 flows while contacting the heat transfer member 20 and the support member 19 provided inside the inner pipe 15, and conventionally, only the inner peripheral surface 38 of the inner pipe 15.
  • the contact area of the heat medium in the inner tube 15 that has not been in contact increases.
  • heat exchange is performed by heat transfer.
  • the amount of heat exchanged is transferred to the inner tube 15 by heat conduction, and is exchanged with a heat medium of another system flowing through the gap 31 between the outer tube 13 and the inner tube 15. That is, the amount of heat exchanged with the heat transfer member 20 and the support member 19 newly contributes to the improvement of heat exchange efficiency.
  • a plurality of heat transfer tubes 11 including the outer tube 13 and the inner tube 15 are formed in parallel to each other, and are arranged close to each other on the same plane.
  • the heat exchanger 49 configured on this plane can be stacked as a single unit in a plurality of stages, and the ground contact area can be reduced while increasing the heat transfer area.
  • the heat exchanger tube 11 of this Embodiment can comprise the cylindrical heat exchanger 65 as shown to FIG. 19, 20 besides the heat exchanger 49 mentioned above.
  • the heat exchanger 65 is configured by bundling a plurality of heat transfer tubes 11.
  • Each heat transfer tube 11 is supported at both ends so as to maintain a predetermined distance from each other, and is accommodated in a cylindrical shell 67.
  • a disk-shaped primary partition wall 69 and a secondary partition wall 73 having a large number of support holes 71 and 75 that are equally spaced in the vertical and horizontal directions in a matrix are provided. Both end portions are supported by the partition walls 69 and 73 in a penetrating state.
  • the primary partition wall 69 has an inner tube support hole (primary support hole) 71 having a hole diameter equal to the outer diameter of the inner tube 15, and the inner tube 15 passes therethrough.
  • the secondary partition wall 73 has an outer tube support hole (secondary support hole) 75 having a hole diameter equivalent to that of the outer tube 13, and the outer tube 13 passes therethrough.
  • a primary branching portion 79 is formed on the inlet end side of the inner tube 15 between the primary partition wall 69 and the end wall 77 of the shell 67 in a state where each penetrates, and a primary assembly is formed on the outlet end side of the inner tube 15.
  • a portion 81 is formed.
  • a secondary branch portion 83 is formed on the inlet end side of the outer tube 13, and a secondary collecting portion 85 is formed on the outlet end side of the outer tube 13.
  • the connection between the outer tube 13 and the inner tube 15 of the heat transfer tubes 11 and the partition walls 69 and 73 is also performed by the brazing described above, and the gap disposed in the gap between the outer tube 13 and the inner tube 15.
  • the fixing to the support member 17 is the same, and the end portions of the outer tube 13 and the inner tube 15 are opened outside the partition walls 69 and 73.
  • a plurality of rectifying plates 87 are provided between the secondary partition walls 73 and 73 in the shell 67. These rectifying plates 87 form a surface that is orthogonal to the longitudinal direction of the heat transfer tube 11, and each has a shape having a notch-shaped passage portion 89 that does not partially contact the inner peripheral surface of the shell 67 in the shell 67, for example, It has a substantially meniscus shape.
  • the passage portions 89 of the rectifying plates 87 are provided so as to be alternately positioned in the axial direction in the shell 67, thereby forming a zigzag meandering tertiary flow path in the shell 67.
  • each rectifying plate 87 is provided with through holes through which each heat transfer tube 11 penetrates and can support these heat transfer tubes 11, and the above-described through holes and the outer tube 13 of each heat transfer tube 11 also have the above-mentioned. Similar brazing and fixing is preferred.
  • a primary inlet header 91 is disposed at the primary branching portion 79, a secondary outlet header 93 is disposed at the secondary collecting portion 85, and an inlet of the tertiary flow path.
  • a tertiary inlet header 95 is provided.
  • a primary outlet header 97 is disposed in the primary collecting portion 81, a secondary inlet header 99 is disposed in the secondary branch portion 83, and a tertiary outlet header 101 serving as an outlet of the tertiary flow path. Is disposed.
  • the primary heat medium that has flowed to the primary inlet header 91 enters the primary branching portion 79 and flows from the primary branching portion 79 to each inner pipe 15.
  • the primary heating medium that has flowed through the inner pipe 15 is exchanged with the secondary heating medium, and then enters the primary assembly 81 and exits from the primary outlet header 97.
  • the secondary heat medium that has flowed to the secondary inlet header 99 enters the secondary branch portion 83 and flows from the secondary branch portion 83 to the outer tube 13.
  • the secondary heat medium that has flowed through the outer tube 13 exchanges heat with the primary heat medium, and then enters the secondary assembly 85 and exits from the secondary outlet header 93 to the outside.
  • the tertiary heat medium that has flowed to the tertiary inlet header 95 enters the shell 67, meanders at each rectifying plate 87, and flows around the outer tube 13.
  • the tertiary heat medium flowing in the shell 67 is exchanged with the secondary heat medium, and then exits from the tertiary outlet header 101 to the outside.
  • the tertiary heat medium may be the same as the primary heat medium.
  • the heat transfer tube 11 can exchange heat with the tertiary heat medium in the shell 67, the area S1 of the primary flow path in the inner tube 15 and the secondary flow in the outer tube 13 described above.
  • the ratio S1: S2 to the area S2 of the road can be set to 1: 4 to 1: 2, and the gap support member 17 and the inner pipe 15 located in the gap portion between the outer pipe 13 and the inner pipe 15 can be set.
  • the wire diameter of the inner support member 19, the shape of the heat transfer member 20, the cross-sectional area, and the like can be appropriately increased or decreased according to these ratios.
  • the heat exchange efficiency between the inner tube 15 and the heat medium flowing therethrough can be increased.

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Abstract

　コンパクトな熱交換器であって、外管と内管とを精度良く組み立てられ、伝熱効率の低下を起こすことが無く、内管とその中を流れる冷媒との伝熱効率を高めることができる伝熱管を得るとともに、それを用いた熱交換器を提供する。　複数の平行な外管１３と、外管１３に挿入され両端が導出される内管１５と、外管１３の内周面と内管１５の外周面との間隙に配置され、外管１３の略全長にわたってらせん状に内周面と外周面に接する線材よりなる間隙支持部材１７と、内管１５の内周面に、内管１５の全長にわたってらせん状に接する線材よりなる支持部材１９と、を具備する。

Description

伝熱管とそれを用いた熱交換器
　本発明は、伝熱管とそれを用いた多管式などの熱交換器に関する。
　多管式の熱交換器として、外管内に内管を挿通し、内管内を流通する流体と、内管と外管との間を流通する流体との間で熱交換を行う二重管式熱交換器がある。この熱交換器は、冷媒を用いたヒートポンプ式給湯器や暖房機等に適用され、内管内を高温高圧の冷媒が流通し、内管と外管との間を流通する水を加熱して給湯するものである。
　この二重管式熱交換器において、所定の給湯能力を得るためには、伝熱面積を大きくし、長尺な二重管構成とする。このため、機器内に組み込むために、折り曲げ加工やトグロ巻きして所定の外形形状に成形しなければならず、コンパクト化が困難であった。また、全長の長尺化に伴って流体（冷媒、水）の圧力損失も増大するために、大きな管径の管体を用いなければならず、高圧冷媒に対して耐圧性に優れた小径管を用いることができなかった。このような課題に対し、下記特許文献１では、外管内に内管を挿通した二重管を平行に複数本並置し、その端部で、内側ヘッダー管を接合して外管を連通させ、内側ヘッダー管を貫通した内管を、外側ヘッダー管に接合して連通させた構成とし、流体の圧力損失を大幅に減少させて小径管を用いることを可能とし、コンパクトに製作され、機器内に組み込みが容易な構成としている。
特開２００５－１２７６８４号公報
　しかしながら、上記従来の二重管式熱交換器は、コンパクト化を実現するために内管及び外管の径が小さい管を用いているが、外管と内管との間隙部分を流体が確実に通過し、伝熱が行われるように構成されなければならず、これら外管と内管及びヘッダー管との接合部分における製作には精度を必要とするものである。一般に、このような管体の接合にはロウ付けにて行われるが、接合時における加熱によりロウが溢れ出て流れることがあり、外部に流出するロウは目視可能であるが、二重管構造であることで、管内部に流れた場合には目視が不可能であり、内管と外管との間隙部分などに浸入すると流路を妨げ、すなわち流路断面積が一定とならず、十分な伝熱効率が得られないことがある。
　また、特許文献１の二重管式熱交換器は、内管の中心が一直線に空間を形成しており、熱媒流の抵抗は小さいが、内管に触れずに流れる熱媒量が多く、熱交換が効率的に行えない問題があった。
　本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、コンパクトな熱交換器において、外管と内管とを精度良く組み立てられ、伝熱効率の低下を起こすことの無い伝熱管を得るとともに、内管とその中を流れる熱媒との熱交換効率を高めることができる伝熱管と、それを用いた熱交換器を提供することにある。
　次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
　本発明の請求項１記載の伝熱管１１は、外管１３と、
　前記外管１３に挿入される内管１５と、
　前記外管１３の内周面と前記内管１５の外周面との間隙Ｗに配置され、前記外管１３の略全長にわたってらせん状に前記内周面と外周面に接する線材よりなる間隙支持部材１７と、
　前記内管１５の内周面に、該内管１５の全長にわたってらせん状に接する線材よりなる支持部材１９と、
　を具備することを特徴とする。
　この伝熱管１１では、一次流路となる内管１５を内側から支持部材１９が支持される構造となるととももに、内管１５と外管１３とが間隙支持部材１７により支えられることとなり、この間隙支持部材１７が、断面環状のパイプ状間隙となる二次流路を周方向にわたり同等の間隙となって位置することとなって、外管１３と内管１５との組立時の互いの配置精度が向上し、組立工程の簡略化が図れる。また外管１３と内管１５との配置位置に偏りが生じることがなく、流路断面積が定まり、伝熱効率が低下するようなことがない。
　請求項２記載の伝熱管１１は、請求項１記載の伝熱管１１において、
　前記間隙支持部材１７は、コイル材よりなり、線径ｄ１が前記間隙Ｗと略同等とされることを特徴とする。
　この伝熱管１１では、コイル材よりなる間隙支持部材１７によって、外管１３と内管１５とは、容易にその間隙を一定に保って組み立てを行え、かつ一定の間隙で流路を確保することが可能となる。そして、間隙支持部材１７も伝熱のために介在することとなり、伝熱面積が大きく設定されることとなる。
　請求項３記載の伝熱管１１は、請求項１記載の伝熱管１１において、
　前記間隙支持部材４５は、小径部４３と大径部４１とが交互に形成されるコイル材よりなり、線径ｄ１が前記間隙Ｗより小さく、前記小径部４３におけるコイル内径Ｄ１が前記内管１５の外径Ｄ５とされ、前記大径部４１におけるコイル外径Ｄ２が前記外管１３の内径Ｄ４とされて、前記外管１３内に前記内管１５が支持されることを特徴とする。
　この伝熱管１１では、間隙支持部材４５の小径部４３が内管１５を支持し、大径部４１が外管１３の内周面にて支持することとなり、内管１５の外周面と外管１３の内周面との間隙部分Ｗで間隙支持部材４５の線径ｄ１と空隙４７とが介在することとなるので、流路面積を十分に確保することができる。
　請求項４記載の伝熱管１１は、外管１３と、
　前記外管１３に挿入される内管１５と、
　外管内周面３２と内管外周面３０との間隙３１に配置され、前記外管１３の略全長にわたってらせん状に前記外管内周面３２と前記内管外周面３０に接する線材よりなる間隙支持部材１７と、
　前記内管内周面３８に、前記内管１５の全長にわたってらせん状に接する線材よりなる支持部材１９と、
　前記支持部材１９の中心に前記支持部材１９の全長にわたって設けられ少なくとも外周の一部分が前記支持部材１９に接する伝熱部材２０と、
　を具備することを特徴とする。
　この伝熱管１１では、内管１５の中を流れる熱媒が、内管１５の内側に設けられた伝熱部材２０に接触し且つ支持部材１９に接触しながら流れ、これにより、内管１５内での熱媒に流れに抵抗が加わって、蛇行するような流れとなり、従来、内管１５内で真直に流れて、内管内周面３８に近接する熱媒のみが内管１５に対して熱交換が行なわれていた状態から、熱媒は接触面積が増大することとなる。熱媒は、伝熱部材２０と接触することで、この伝熱部材２０と支持部材１９及び内管内周面３８とに接触することとなって、これら伝熱部材２０と支持部材１９、内管１５に対して熱伝達し、熱交換が行われることとなる。熱交換された熱量は、熱伝導によって内管外周面３０に伝わり、外管１３と内管１５との間隙３１を流れる他系統の熱媒と熱交換される。すなわち、伝熱部材２０と交換された熱量が、熱交換効率の向上に新たに寄与することとなる。
　本発明の請求項５記載の伝熱管１１は、請求項４記載の伝熱管１１であって、
　前記伝熱部材２０が、
　前記支持部材１９の長手方向に長く、螺旋状に捻られた帯板１４１であることを特徴とする。
　この伝熱管１１では、帯板１４１が支持部材１９に接しながら螺旋状に設けられ、内管１５内を流れる熱媒が、螺旋回転しながら内管１５の中を進む。これにより、熱媒が軸線と平行に流れる場合に比べ、熱媒が伝熱部材２０と接触する接触面積及び接触時間を増大させることができる。
　本発明の請求項６記載の伝熱管１１は、請求項４記載の伝熱管１１であって、
　前記伝熱部材２０が、
　前記支持部材１９の長手方向所定間隔毎に円形外周を潰して変形させた長円部１５５を有する外周部膨出丸棒１５３であることを特徴とする。
　この伝熱管１１では、丸棒素材が軸線直交方向から挟まれるように潰されることで、潰された部分が半径方向外側へ膨出し、長円部１５５となる。この長円部１５５の膨出先端側が支持部材１９に接触するようにする。この潰し方向を例えば９０度ずつ交互に変えることで、熱媒の流路を撹拌且つ蛇行させることができる。
　本発明の請求項７記載の伝熱管１１は、請求項４記載の伝熱管１１であって、
　前記伝熱部材２０が、
　前記支持部材１９の長手方向所定間隔毎に円形外周を小径部１５９と大径部１５７とで交互に形成した異径丸棒１６１であることを特徴とする。
　この伝熱管１１では、異径丸棒１６１が内管１５に挿入されることで、異径丸棒１６１に沿って流れる熱媒が大径部１５７に衝突しながら流れる。この衝突によって熱媒の流れが乱され、内管内周面３８や伝熱部材２０に接触しないまま通過する熱媒が低減される。
 
　本発明の請求項８記載の伝熱管１１は、請求項４記載の伝熱管１１であって、
　前記伝熱部材２０が、
　断面多角形状の中実棒１６５であることを特徴とする。
　この伝熱管１１では、主に表裏面のみが熱媒と接触する帯板１４１に比べ、例えば断面三角形状の伝熱部材２０によれば、熱媒との接触位置を複数箇所にできる。特に断面形状を星形等とすれば流路を減少させることなく、接触面積をさらに大きくすることができる。
　本発明の請求項９記載の熱交換器４９は、請求項１～８のいずれか１つに記載の伝熱管１１を用いた熱交換器４９であって、
　前記伝熱管１１が互いに平行となって複数配置され、
　全ての内管入口端を一次分岐管２１に接続し且つ全ての内管出口端を一次集合管２７に接続して一次流路を構成するとともに、
　全ての外管入口端を二次分岐管２５に接続し且つ全ての外管出口端を二次集合管２９に接続して二次流路を構成してなることを特徴とする。
　この熱交換器４９では、伝熱管１１が互いに平行に複数で構成されて、同一平面上に近接して並べられ、外管１３及び内管１５が配置される。そして、この平面上に構成された熱交換器４９を１つのユニットとして、複数段で積層構成することが可能となり、伝熱面積を広げながら接地面積の小さな熱交換器を構成できる。
　また、伝熱部材２０を備える熱交換器４９では、内管１５の中を流れる熱媒が、内管１５の内側に設けられた伝熱部材２０に接触しながら流れ、従来、内管内周面３８のみにしか接触していなかった熱媒の接触面積が増大する。熱媒は、伝熱部材２０と接触することにより熱伝達によって伝熱部材２０と熱交換が行われる。熱交換された熱量は、熱伝導によって内管１５に伝わり、外管１３と内管１５との間隙３１を流れる他系統の熱媒と熱交換される。すなわち、伝熱部材２０と交換された熱量が、熱交換効率の向上に新たに寄与することとなる。また、この熱交換器４９は、外管１３及び内管１５からなる伝熱管１１が、互いに平行に複数で構成され、同一平面上に近接して並べられる。この平面上に構成された熱交換器４９は、１つのユニットとして、複数段で積層構成することが可能となり、伝熱面積を広げながら接地面積を小さく構成できる。
　請求項１０記載の熱交換器６５は、請求項１～８のいずれか１つに記載の伝熱管１１を用いた熱交換器であって、
　前記伝熱管１１を複数本で束ね、該伝熱管１１の束を円筒形状のシェル６７に収容し、前記内管１５の入口端同士及び出口端同士をそれぞれ接続して一次流路を構成するとともに、前記外管１３の入口端同士及び出口端同士をそれぞれ接続して二次流路を構成し、且つ前記シェル６７内を三次流路として構成することを特徴とする。
　この熱交換器６５では、束ねられた複数の伝熱管１１が、それぞれの外管１３と内管１５とで円筒形シェル６７内で熱交換されるとともに、シェル６７内を流れる熱媒とも熱交換が可能となる。
　請求項１１記載の熱交換器６５は、請求項１０記載の熱交換器６５であって、
　前記シェル６７内には、前記伝熱管１１の長手方向に直交する面を有する整流板８７が複数設けられ、前記各伝熱管１１を支持するとともに、前記三次流路を蛇行させることを特徴とする。
　この熱交換器６５では、シェル６７内を流れる熱媒が、整流板８７により蛇行し、三次流路を長く形成させながら、シェル６７内の各伝熱管１１に対して長手方向に略直交する方向で流れ、各伝熱管１１の外管１３とで伝熱面積を大きくして熱交換が行われる。
　本発明に係る請求項１記載の伝熱管によれば、内管と外管とが間隙支持部材により支えられることとなり、この間隙支持部材が、断面環状のパイプ状間隙となる二次流路を周方向にわたり同等の間隙となって位置することとなって、外管と内管との組立時の互いの配置精度が向上し、組立工程の簡略化が図れる。また、間隙支持部材及び支持部材を有することで、内管と外管との位置がズレることがなく、互いのロウ付けなどの際にロウが偏ったり溢れることなくそれぞれを位置固定することができる。また、間隙支持部材及び支持部材が、内管壁及び外管壁を支える構造となることで、これら内管及び外管の肉厚を薄型化でき、これにより熱伝導率がさらに向上することとなり、さらなる熱交換器のコンパクト化を図ることも可能となる。また外管と内管との配置位置に偏りが生じることがなく同軸心に位置し、流路断面積が定まり伝熱効率が低下するようなことがない。さらに、流路がらせん状に形成されることから管軸方向に管内の流体がスムーズに流れ、管壁全体に一様に伝熱されて、また間隙支持部材と支持部材とが伝熱体となり、伝熱効率を向上させることが可能となる。
　請求項２記載の伝熱管によれば、コイル材よりなる間隙支持部材で構成することで、外管と内管とは、容易にその間隙を一定に保って組み立てを行うことができ、すなわち、互いを挿入・嵌合する際に間隙支持部材がガイドとなり、組み立ての容易さと精度の良い組み付けが行え、かつ一定の間隙で流路を確保することが可能となる。
　請求項３記載の伝熱管によれば、間隙支持部材の小径部が内管を支持し、大径部が外管の内周面にて支持することとなり、内管の外周面と外管の内周面との間隙部分で間隙支持部材の線径と空隙とが介在することとなるので、流路面積を十分に確保することができる。
　また、本発明に係る請求項４記載の伝熱管によれば、内管と外管とが間隙支持部材により支えられることとなり、この間隙支持部材が、断面環状のパイプ状間隙となる二次流路を周方向にわたり同等の間隙となって位置することとなって、外管と内管との組立時の互いの配置精度が向上し、組立工程の簡略化が図れる。また、間隙支持部材及び支持部材を有することで、内管と外管との位置がズレることがなく、互いのロウ付けなどの際にロウが偏ったり溢れることなくそれぞれを位置固定することができる。また、間隙支持部材及び支持部材が、内管壁及び外管壁を支える構造となることで、これら内管及び外管の肉厚を薄型化でき、これにより熱伝導率がさらに向上することとなり、さらなる熱交換器のコンパクト化を図ることも可能となる。また、支持部材を伝熱部材が支えることとなり、支持部材を内管に密着させることが可能となる。そして、外管と内管との配置位置に偏りが生じることがなく同軸心に位置し、流路断面積が定まり伝熱効率が低下するようなことがない。さらに、間隙支持部材と支持部材とで流路がらせん状に形成され、伝熱部材によって蛇行するように流れることから、管軸方向への管内の流体が十分に接触して流れ、管壁全体に一様に伝熱されることとなり、間隙支持部材、支持部材、伝熱部材がそれぞれ伝熱体となり、伝熱効率を向上させることが可能となる。
　請求項５記載の伝熱管によれば、安価な材料で、比較的流れ損失を大きくせずに、螺旋状に捻られた帯板によって内管内の熱媒を螺旋旋回させ、これにより、内管とその中を流れる熱媒との熱交換率を高めることができる。
　請求項６記載の伝熱管によれば、半径方向外側へ膨出する長円部の膨出先端側が支持部材に接触し、この長円部が熱媒の流路を撹拌且つ蛇行させることができ、これにより、内管内を流れる熱媒の熱交換率を高めることができる。
　請求項７記載の伝熱管によれば、異径丸棒の大径部と小径部とにより、内管の中を流れる熱媒を撹拌させて、内管及び伝熱部材に接触し易くでき、熱交換率が高まる。
　請求項８記載の伝熱管によれば、伝熱部材の表面積を増大させて、熱媒と伝熱部材及び支持部材との熱交換率を高めることができる。
　本発明に係る請求項９記載の熱交換器によれば、一定長の多数の伝熱管を同一平面上に並べ、限られた設置面積で一次熱媒と二次熱媒の伝熱面積を広くでき、温度効率の高い省スペースな熱交換器を得ることができる。また、この平面状の熱交換器をユニットとして複数段に積層構成させることができ、内管とその中を流れる熱媒との熱交換効率を高め、小さな設置面積でコンパクトに構成される高効率の熱交換器を構成できる。
　請求項１０記載の熱交換器によれば、内管及び外管の互いの配置位置が間隙支持部材や支持部材により精度よく構成でき、それぞれが束に構成されても一次流路と二次流路に不均一なことがなく、複数の伝熱管が束となって円筒形シェル内に配置構成され、内管、外管、シェルにて３種の熱媒にて確実な熱交換が可能となる。
　請求項１１記載の熱交換器によれば、シェル内に設けられた整流板により、シェル内を流れる熱媒が蛇行し、伝熱管に対しての伝熱面積を大きくすることが可能となる。
本発明に係る伝熱管の概略拡大断面図を（ａ）に、Ａ－Ａ断面図を（ｂ）に示した図である。 本発明に係る伝熱管よりなる伝熱管列ユニットの平面図を（ａ）に、該平面図におけるＢ－Ｂ線断面図を（ｂ）に示した図である。 図２に示した伝熱管列ユニットのＣ－Ｃ側断面図である。 図２（ｂ）に示した断面図の一部拡大断面図である。 他の実施形態の伝熱管の断面図である。 （ａ）は本発明に係る伝熱管の概略拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 （ａ）は本発明に係る伝熱管よりなる伝熱管列ユニットの平面図、（ｂ）は一次分岐管に直交し内管の軸線を含む面の断面図である。 二次分岐管の内方より見た外管及び内管の正面図である。 図７（ｂ）の要部拡大図である。 （ａ）は帯板を所定長さ毎に９０度ひねって成形した伝熱部材を備える伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。 図１０に示した伝熱部材の斜視図である。 丸棒の外径を楕円形に変形させて所定長さごとに９０度向きを変えた外周部膨出丸棒の斜視図である。 （ａ）は図１２の外周部膨出丸棒を備えた伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ－Ｄ断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ－Ｅ断面図、（ｄ）は（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。 （ａ）は大径部と小径部とが交互に形成される異径丸棒を備えた伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＧ－Ｇ断面図、（ｃ）は（ａ）のＨ－Ｈ断面図である。 （ａ）は大径部と小径部とがなだらかな面で形成される括れ付き丸棒を備えた伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ－Ｉ断面図、（ｃ）は（ａ）のＪ－Ｊ断面図である。 （ａ）は断面多角形状の中実棒を備えた伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＫ－Ｋ断面図である。 丸棒タイプの上記各形状例において端部を流線型に形成した伝熱部材を備えた伝熱管の断面図である。 本発明に係る伝熱管を用いて構成された熱交換器の斜視図である。 本発明に係る伝熱管を用いて構成された他の実施形態の熱交換器の概略分解斜視図である。 図１９に示した熱交換器の側断面図である。
　まず、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
　図１は本発明に係る伝熱管の概略拡大断面図を（ａ）に、Ａ－Ａ断面図を（ｂ）に示した図、図２は本発明に係る伝熱管よりなる熱交換器の伝熱管列ユニットの平面図を（ａ）に、該平面図におけるＢ－Ｂ線断面図を（ｂ）に示した図、図３は図２に示した伝熱管列ユニットのＣ－Ｃ側断面図、図４は図２（ｂ）に示した断面図の一部拡大断面図である。
 
　本実施の形態に係る伝熱管１１は、外管１３と、内管１５と、間隙支持部材１７と、支持部材１９とで構成される。
　外管１３は、真直な細管よりなり、内管１５は、外管１３に挿入され、この外管１３の両端から両端が導出される。そして、内管１５と外管１３とは同軸心状態とされる。
　この伝熱管１１は、複数本で構成され同一平面状となるように平行に配列されて互いに近接して並べられ、矩形状の配管列とされて熱交換器となる伝熱管列ユニットを構成する。
　並列配置される全ての内管１５の入口端には一次分岐管２１が接続され、一次分岐管２１は一端が栓２３によって閉鎖される。全ての外管１３の入口端には二次分岐管２５が接続され、二次分岐管２５は一端が栓２３によって閉鎖し、かつ上記の内管１５が貫通する。全ての内管１５の出口端には一次集合管２７が接続され、一次集合管２７は他端が栓２３によって閉鎖される。全ての外管１３の出口端には二次集合管２９が接続され、二次集合管２９は他端が栓２３によって閉鎖し、かつ内管１５が貫通する。本実施の形態において一次分岐管２１、一次集合管２７、二次分岐管２５、及び二次集合管２９は、真直な丸パイプよりなる。
　内管１５外周面と外管１３内周面との間は流路となる間隙３１を有し、この間隙部分には、間隙支持部材１７が介設される。間隙支持部材１７は、外管１３の内周面と内管１５の外周面との間隙長さ（間隙幅長）Ｗと略同等の線径ｄ１よりなるコイル材とされる。すなわち、コイル材よりなる間隙支持部材１７は、コイル内径Ｄ１が内管１５の外径Ｄ５とされ（Ｄ１＝Ｄ５）、コイル外径Ｄ２が外管１３の内径Ｄ４とされており（Ｄ２＝Ｄ４）、らせん状に外管１３の内周面と内管１５の外周面とに接し、線径ｄ１と同等長さの間隙Ｗを隔てて（ｄ１＝Ｗ＝Ｄ４－Ｄ５）外管１３と内管１５とを配置し、内管１５と外管１３とを外管１３の略全長にわたって支えるようになる。
　また、内管１５には、その内周面に接する支持部材１９が設けられる。支持部材１９は、間隙支持部材１７と略同等の線径ｄ２とされるコイル材よりなるとともに、内管１５の内径Ｄ６と同等のコイル外径Ｄ３とされており、内管１５の内周面にらせん状に接し内方より支えるように設けられる。
　図４に示すように、外管１３は二次集合管２９の一方の管壁に穿設された外管挿入孔３３にて挿入され二次集合管２９の内側で開口する。二次集合管２９の他方の管壁には内管貫通孔３５が穿設され、内管貫通孔３５に挿通された内管１５は一次分岐管２１に穿設された内管挿入孔３７にて一次分岐管２１の内側で開口する。
　これらの各貫通部における管同士はロウ付けにより気密に固定される。ロウ付けは、管同士の接触面にロウ材、例えば銅ロウや黄銅ロウを置き、炉中ロウ付けすることにより一体的に接合する所謂置きロウの手法を採用できる。また、内管１５と外管１３とを支える間隙支持部材１７と支持部材１９も、炉中において、外管１３内周面と内管１５外周面及び内管１５内周面に対して、ロウ材にて、接しているそれぞれを互いに接合することとされる。これら間隙支持部材１７支持部材１９は、らせん状に成形された針金状の部材であるコイル材であり、例えば、銅メッキ、ニッケルメッキ、これらの合金メッキ、あるいは銅とニッケルの複層メッキ等が施されたステンレス製のコイル材よりなり、線径は、０．５～２ｍｍのものが使用される。そして、上記したように、炉中において、外管１３内周面と内管１５外周面及び内管１５内周面に対し、各コイル材（１７，１９）が接しているそれぞれをメッキ素材がロウとなって互いに接合することとなる。なお、ステンレス製のコイル材は、予め焼き入れ処理の施されたスプリング弾性を有するコイル材としてもよく、あるいは未処理のコイル材、すなわち真直な針金状の素材をらせん状に変形させ成形したものでも良く、好ましくは安価に構成可能な未処理のコイル材が良い。また、外管１３と内管１５とともに上述したように炉内に入れ加熱処理を行うことからも、焼き入れ処理以前の状態のコイル材を用いることが好ましい。
　なお、間隙支持部材１７と支持部材１９とは、炉に入れる以前に、内管１５及び外管１３の端部のみをスポット溶接して仮固定し、その後に各管を組み立てて炉に入れることで、各支持部材１７，１９と内管１５及び外管１３、そして、外管１３、内管１５、分岐管２１，２５、集合管２７，２９のそれぞれが接合される。
　図３に示すように、二次分岐管２５の内部には外管１３が開口され、それぞれの外管１３の内部には内管１５が配置される。二次分岐管２５で外管１３から導出された内管１５は、二次分岐管２５を貫通した後、一次集合管２７の内部でそれぞれが開口する。内管１５を挿通した複数本の外管１３と、外管１３の両端に接続される二次分岐管２５及び二次集合管２９と、内管１５の両端に接続される一次分岐管２１及び一次集合管２７とは、同一平面上で四角形状となる図２（ａ）に示す伝熱管列ユニット３９を形成している。
　本実施形態では、伝熱管１１は、内管１５と外管１３は極細の金属製丸チューブが使用され、内管１５内の一次流路の面積Ｓ１と外管１３内の二次流路の面積Ｓ２と比Ｓ１：Ｓ２が、１：２～２：１とされる。内管１５の内径は２～６ｍｍ、好ましくは３～５ｍｍとのされ、外管１３の内径は４～１０ｍｍ、好ましくは５～８．５ｍｍとされて、厚みが０．１５～０．３５ｍｍのものが使用される。
　ここで、例えば、内管１５に、外径Ｄ５＝４ｍｍ，内径Ｄ６＝３．６ｍｍのＳＵＳ管が使用され、外管１３に、外径６．６ｍｍ，内径Ｄ４＝６ｍｍのＳＵＳ管が使用され、また、間隙支持部材１７及び支持部材１９を、線径ｄ１＝ｄ２＝１ｍｍの銅メッキが施されたステンレス製のコイル材として、これら数値に基づき図１に示す伝熱管１１の断面（図１（ｂ））より一次流路及び二次流路の面積を求めると、一次流路の面積Ｓ１は約９．１７ｍｍ2 、二次流路の面積Ｓ２は約１４．７０ｍｍ2 となり、これらの比はおよそ１：１．６となる。
　なお、一次流路の面積Ｓ１と二次流路の面積Ｓ２との比は、上記した内管１５及び外管１３の各径寸法及び間隙支持部材１７，支持部材１９のそれぞれの数値を適宜変更して、１：１の比とすることが好ましいとともに、コイル材よりなる間隙支持部材１７及び支持部材１９においては、各管１３，１５に対する巻数やピッチによっても断面積が変わることから、これらの形状を変更することとしてもよく、また、内管１５内及び外管１３内の流速の比が１：１とされることで熱伝導率の向上が図れる。
　なお、上述した実施の形態では、間隙支持部材１７の形状として、コイル内径Ｄ１及びコイル外径Ｄ２が一定とされたコイル材よりなる例を示したが、これに限定されることはなく、例えば図５に示すように、大径部４１と小径部４３とが交互に形成されるコイル材としても良い。この間隙支持部材４５では、線径ｄ１を内管１５と外管１３の間隙Ｗより小さく設定し、小径部４３におけるコイル内径Ｄ１が内管１５の外径Ｄ５とされ、大径部４１におけるコイル外径Ｄ２が外管１３の内径Ｄ４とされて、外管１３内にて内管１５が支持される構成とされる。この伝熱管１１によれば、内管１５の外周面と外管１３の内周面との間隙部分Ｗで間隙支持部材１７の線径ｄ１と空隙とが介在することとなるので、流路面積を十分に確保することが可能となる。
　次に、本発明に係る第２の実施の形態を図面を参照して説明する。
　図６（ａ）は本発明に係る伝熱管の概略拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図、図７（ａ）は本発明に係る伝熱管よりなる伝熱管列ユニットの平面図、（ｂ）は一次分岐管に直交し内管の軸線を含む面の断面図、図８は二次分岐管の内方より見た外管及び内管の正面図、図９は図７（ｂ）の要部拡大図である。
　本実施の形態に係る伝熱管１１は、外管１３と、内管１５と、間隙支持部材１７と、支持部材１９と、伝熱部材２０とで構成される。
　外管１３は、真直な細管よりなり、内管１５は、外管１３に挿入され、この外管１３の両端から両端が導出される。そして、内管１５と外管１３とは同軸心状態とされる。
　この伝熱管１１は、複数本で構成され同一平面状となるように平行に配列されて互いに近接して並べられ、矩形状の配管列とされる伝熱管列ユニット３９を構成する。
　並列配置される全ての内管１５の入口端には一次分岐管２１が接続され、一次分岐管２１は一端が栓２３によって閉鎖される。全ての外管１３の入口端には二次分岐管２５が接続され、二次分岐管２５は一端が栓２３によって閉鎖し、且つ上記の内管１５が貫通する。全ての内管１５の出口端には一次集合管２７が接続され、一次集合管２７は他端が栓２３によって閉鎖される。全ての外管１３の出口端には二次集合管２９が接続され、二次集合管２９は他端が栓２３によって閉鎖し、且つ内管１５が貫通する。本実施の形態において一次分岐管２１、一次集合管２７、二次分岐管２５、及び二次集合管２９は、真直な丸パイプよりなる。
　図６（ａ）に示すように、内管外周面３０と外管内周面３２との間は流路となる間隙３１を有し、この間隙部分には、間隙支持部材１７が介設される。間隙支持部材１７は、外管１３の内周面と内管１５の外周面との間隙長さ（間隙幅長）Ｗと略同等の線径ｄ１よりなるコイル材とされる。すなわち、コイル材よりなる間隙支持部材１７は、コイル内径Ｄ１が内管１５の外径Ｄ５とされ（Ｄ１＝Ｄ５）、コイル外径Ｄ２が外管１３の内径Ｄ４とされており（Ｄ２＝Ｄ４）、らせん状に外管１３の内周面と内管１５の外周面とに接し、線径ｄ１と同等長さの間隙Ｗを隔てて（ｄ１＝Ｗ＝（Ｄ４－Ｄ５）／２）外管１３と内管１５とを配置し、内管１５と外管１３とを外管１３の略全長にわたって支えるようになる。
　また、内管１５には、その内周面に接する支持部材１９が設けられる。支持部材１９は、間隙支持部材１７と略同等の線径ｄ２とされるコイル材よりなるとともに、内管１５の内径Ｄ６と同等のコイル外径Ｄ３とされており、内管１５の内周面にらせん状に接し内方より支えるように設けられる。
　支持部材１９の中心には伝熱部材２０が設けられている。伝熱部材２０は、支持部材１９の全長にわたって設けられ、少なくとも外周の一部分が支持部材１９に接する。本実施形態において、この伝熱部材２０は、支持部材１９の長手方向に長く、螺旋状に捻られた帯板１４１である。帯板１４１の幅長は、支持部材１９の内径Ｄ７と略同等となる。
　外管１３は二次分岐管２５、二次集合管２９の一方の管壁に穿設された外管挿入孔３３にて挿入され二次分岐管２５、二次集合管２９の内側で開口する。二次分岐管２５、二次集合管２９の他方の管壁には内管貫通孔３５が穿設され、内管貫通孔３５に挿通された内管１５は一次分岐管２１、一次集合管２７に穿設された内管挿入孔３７にて一次分岐管２１、一次集合管２７の内側で開口する。
　これらの各貫通部における管同士はロウ付けにより気密に固定される。ロウ付けは、管同士の接触面にロウ材、例えば銅ロウや黄銅ロウを置き、炉中ロウ付けすることにより一体的に接合する所謂置きロウの手法を採用できる。また、内管１５と外管１３とを支える間隙支持部材１７と支持部材１９及び伝熱部材２０も、炉中において、外管内周面３２と内管外周面３０及び内管内周面３８に対して、ロウ材にて、接しているそれぞれを互いに接合することとされる。これら間隙支持部材１７や支持部材１９は、らせん状に成形された針金状の部材であるコイル材であり、例えば、銅メッキ、ニッケルメッキ、これらの合金メッキ、あるいは銅とニッケルの複層メッキ等が施されたステンレス製のコイル材よりなり、線径は、０．５～２ｍｍのものが使用される。そして、上記したように、炉中において、外管内周面３２と内管外周面３０及び内管内周面３８（図６（ａ）参照）、伝熱部材２０に対し、間隙支持部材１７と支持部材１９が接しているそれぞれをメッキ素材がロウとなって互いに接合することとなる。なお、ステンレス製のコイル材は、予め焼き入れ処理の施されたスプリング弾性を有するコイル材としてもよく、あるいは未処理のコイル材、すなわち真直な針金状の素材をらせん状に変形させ成形したものでも良く、好ましくは安価に構成可能な未処理のコイル材がよい。また、外管１３と内管１５とともに上述したように炉内に入れ加熱処理を行うことからも、焼き入れ処理以前の状態のコイル材を用いることが好ましい。
　なお、間隙支持部材１７、支持部材１９、伝熱部材２０は、炉に入れる以前に、内管１５及び外管１３の端部のみをスポット溶接して仮固定し、その後に内管１５及び外管１３を組み立てて炉に入れることができる。これにより、内管１５と支持部材１９、支持部材１９と伝熱部材２０、内管１５と間隙支持部材１７と外管１３、一次分岐管２１と内管１５、一次集合管２７と内管１５、二次分岐管２５と外管１３、二次集合管２９と外管１３のそれぞれが接合される。
　図８に示すように、二次分岐管２５の内部には外管１３が開口され、それぞれの外管１３の内部には内管１５が配置される。二次分岐管２５で外管１３から導出された内管１５は、二次分岐管２５を貫通した後、一次集合管２７の内部でそれぞれが開口する。内管１５を挿通した複数本の外管１３と、外管１３の両端に接続される二次分岐管２５及び二次集合管２９と、内管１５の両端に接続される一次分岐管２１及び一次集合管２７とは、同一平面上で四角形状となる図７（ａ）に示す伝熱管列ユニット３９を形成している。
　本実施形態では、伝熱管１１は、内管１５と外管１３は極細の金属製丸チューブが使用される。内管１５の一次流路断面積Ｓ１は、（内管１５の内径断面積－支持部材の断面積－帯板の断面積）となる。また、外管１３の二次流路断面積Ｓ２は、（外管１３の内径断面積－内管の外径断面積－間隙支持部材の断面積）となる。一次流路断面積Ｓ１と二次流路断面積Ｓ２との比は、Ｓ１：Ｓ２＝１：２～２：１とされる。内管１５の内径は２～６ｍｍ、好ましくは３～５ｍｍとされ、外管１３の内径は４～１０ｍｍ、好ましくは５～８．５ｍｍとされて、厚みが０．１５～０．３５ｍｍのものが使用される。
　ここで、例えば、内管１５に、外径Ｄ５＝４ｍｍ，内径Ｄ６＝３．６ｍｍのＳＵＳ管が使用され、外管１３に、外径６．６ｍｍ，内径Ｄ４＝６ｍｍのＳＵＳ管が使用され、また、間隙支持部材１７及び支持部材１９を、線径ｄ１＝ｄ２＝１ｍｍの銅メッキが施されたステンレス製のコイル材とし、帯板１４１を幅長１．６ｍｍ，厚さ０．２１ｍｍとして、これら数値に基づき図６に示す伝熱管１１の断面（図６（ｂ））より一次流路断面積Ｓ１と二次流路断面積Ｓ２の面積を求めると、一次流路断面積Ｓ１は約８．５ｍｍ2 、二次流路断面積Ｓ２は約１４．０ｍｍ2 となり、これらの比はおよそ１：１．６５となる。
　なお、一次流路断面積Ｓ１と二次流路断面積Ｓ２との比は、上記した内管１５及び外管１３の各径寸法及び間隙支持部材１７、支持部材１９、帯板１４１のそれぞれの数値を適宜変更して、１：１の比とすることが好ましいとともに、コイル材よりなる間隙支持部材１７及び支持部材１９においては、内管１５及び外管１３に対する巻数やピッチによっても断面積が変わることから、これらの形状を変更することとしてもよく、また、内管１５及び外管１３の流速の比が１：１とされることで熱伝導率の向上が図れる。
　上記の伝熱管１１の作用を説明する。
　内管１５の中を流れる熱媒が、内管１５の内側に設けられた伝熱部材２０及び支持部材１９に接触しながら流れ、従来、内管内周面３８のみにしか接触していなかった熱媒の接触面積が増大する。熱媒は、伝熱部材２０及び支持部材１９と接触することにより熱伝達によって伝熱部材２０，支持部材１９と熱交換が行われる。熱交換された熱量は、熱伝導によって内管１５に伝わり、外管１３と内管１５との間隙３１を流れる他系統の熱媒と熱交換される。すなわち、内管１５内で交換された熱量が、熱交換効率の向上に新たに寄与することとなる。
　また、伝熱部材２０である帯板１４１が支持部材２０に接しながら螺旋状に設けられ、支持部材１９が内管１５内にコイル状に配設されて、内管１５を流れる熱媒が、螺旋回転や蛇行しながら内管１５の中を進む。これにより、熱媒が軸線と平行に真直となって流れる場合に比べ、熱媒が内管１５内で接触する接触面積及び接触時間を増大させることができる。従って、安価な材料で、比較的流れ損失を大きくせずに、内管１５とその中を流れる熱媒との熱交換率を高めることができる。
　図１０（ａ）は帯板を所定長さ毎に９０度ひねって成形した伝熱部材を備える伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ－Ｃ断面図、図１１は図１０に示した伝熱部材の斜視図である。
　伝熱部材２０は、所定長さの長方形板を両端で例えば１８０°捩じって短尺な螺旋形の帯板１４１成形し、且つ所定長さ毎に例えば９０度ひねって端部同士を連結し成形した構成としてもよい。この場合、帯板１４１の幅方向中央を通る軸線を挟んで、幅方向の両側から切り込み１５１を入れておくことで、９０度ごとに姿勢を反転させて成形させることができる。この構成によれば、帯板１４１の外周に位置する支持部材１９とともに、熱媒を内管１５内で撹拌するようになり接触面積を増やして接触させることができる。なお、上記した帯板１４１の捩じり角度の１８０°及びひねり角度の９０度は、これらに限定されることはなく、捩じり角度を９０°や１２０°など他の角度としてもよく、またひねり角度を４５度や６０度などその他の角度に設定し成形しても良い。
　図１２は丸棒の外径を楕円形に変形させて所定長さごとに９０度向きを変えた外周部膨出丸棒の斜視図、図１３（ａ）は図１２の外周部膨出丸棒を備えた伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ－Ｄ断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ－Ｅ断面図、（ｄ）は（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。
　伝熱部材２０は、支持部材１９の長手方向所定間隔毎に円形外周を径方向に潰して変形させた長円部１５５を有する外周部膨出丸棒１５３に形成できる。丸棒素材が軸線直交方向から挟まれるように潰されることで、潰された部分が半径方向外側へ膨出し、長円部１５５となる。この長円部１５５の膨出先端側が支持部材１９に接触するようにする。この潰し方向を例えば９０度ずつ交互に変えることで、熱媒の流路を撹拌且つ蛇行させることができる。例えば、内管１５を、外径Ｄ５＝４．４ｍｍ，内径Ｄ６＝４．０ｍｍ、外管１３を、外径６．６ｍｍ，内径Ｄ４＝６ｍｍ、間隙支持部材１７を、線径ｄ１＝０．８ｍｍ、支持部材１９を、線径ｄ２＝１ｍｍとし、外周部膨出丸棒１５３の断面積を１．７７ｍｍ2 として、これら数値に基づき図１３に示す伝熱管１１の断面（図１３（ｂ，ｃ，ｄ））より一次流路断面積Ｓ１と二次流路断面積Ｓ２の面積を求めると、一次流路断面積Ｓ１は約９．５ｍｍ2 、二次流路断面積Ｓ２は約１２．１ｍｍ2 となり、これらの比はおよそ１：１．２７となる。
　この伝熱部材２０によれば、内管１５と熱伝導を可能とする長円部１５５を有した外周部膨出丸棒１５３を、比較的安価に且つ容易に製造できる。
　図１４（ａ）は大径部と小径部とが交互に形成される異径丸棒を備えた伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＧ－Ｇ断面図、（ｃ）は（ａ）のＨ－Ｈ断面図である。
　伝熱部材２０は、支持部材１９の長手方向所定間隔毎に円形外周を小径部１５９と大径部１５７とで交互に形成した異径丸棒１６１に形成できる。支持部材１９のピッチと大径部１５７及び小径部１５９のピッチは異なる。例えば、内管１５を、外径Ｄ５＝４．０ｍｍ，内径Ｄ６＝３．６ｍｍ、外管１３を、外径６．６ｍｍ，内径Ｄ４＝６ｍｍ、間隙支持部材１７と支持部材１９を、線径ｄ１＝ｄ２＝１ｍｍとし、異径丸棒１６１の小径部１５９の外径を０．３ｍｍ，大径部１５７の外径を０．９ｍｍとして、これら数値に基づき図１４に示す伝熱管１１の断面（図１４（ｂ，ｃ））より一次流路断面積Ｓ１と二次流路断面積Ｓ２の面積を求めると、これらの比は、大径部１５７においてＳ１：Ｓ２≒１：１．７、小径部１５９においてＳ１：Ｓ２≒１：１．６となる。
　この伝熱部材２０によれば、異径丸棒１６１が内管１５に挿入されることで、異径丸棒１６１に沿って流れる熱媒が大径部１５７に衝突しながら流れることとなる。この衝突によって熱媒の流れが乱され、内管１５の中を流れる熱媒を撹拌させ、内管内周面３８や支持部材１９、伝熱部材２０に接触しないまま通過する熱媒が低減されて、内管１５、支持部材１９及び伝熱部材２０に熱媒を接触し易くできる。
　図１５（ａ）は大径部と小径部とがなだらかな面で形成される括れ付き丸棒を備えた伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ－Ｉ断面図、（ｃ）は（ａ）のＪ－Ｊ断面図である。
 
　伝熱部材２０は、大径部１５７と小径部１５９とがなだらかな面で形成される括れ付き丸棒１６３に形成できる。例えば、内管１５を、外径Ｄ５＝４．４ｍｍ，内径Ｄ６＝４．０ｍｍ、外管１３を、外径６．６ｍｍ，内径Ｄ４＝６ｍｍ、間隙支持部材１７を、線径ｄ１＝０．８ｍｍ、支持部材１９を、線径ｄ２＝１ｍｍとし、括れ付き丸棒１６３の小径部１５９の外径を０．７６ｍｍ，大径部１５７の外径を２．０ｍｍとして、これら数値に基づき図１５に示す伝熱管１１の断面（図１５（ｂ，ｃ））より一次流路断面積Ｓ１と二次流路断面積Ｓ２の面積を求めると、これらの比は、大径部１５７においてＳ１：Ｓ２≒１：１．４７、小径部１５９においてＳ１：Ｓ２≒１：１．１１となる。
　この伝熱部材２０によれば、内管１５の中を流れる熱媒を撹拌させ蛇行させて、内管１５、支持部材１９及び伝熱部材２０に熱媒を接触し易くできる。また、丸棒素材を所定長さおきに絞り成形したような形状とすることで、大径部１５７を支持部材１９の内径と略同等とし、支持部材１９の一部に接触させて、支えることも可能となる。
　図１６（ａ）は断面多角形状の中実棒を備えた伝熱管の断面図、（ｂ）は（ａ）のＫ－Ｋ断面図である。
　伝熱部材２０は、断面多角形状の中実棒１６５に形成できる。図例では、断面略三角形状の中実棒１６５に形成される。中実棒１６５は、ひねっていることで、稜線が軸線に平行ではなく略螺旋状に形成される。
　例えば、内管１５を、外径Ｄ５＝４．４ｍｍ，内径Ｄ６＝４．０ｍｍ、外管１３を、外径６．６ｍｍ，内径Ｄ４＝６ｍｍ、間隙支持部材１７を、線径ｄ１＝０．８ｍｍ、支持部材１９を、線径ｄ２＝１ｍｍとし、中実棒１６５の断面積を１．８ｍｍ2 として、これら数値に基づき図１６に示す伝熱管１１の断面（図１６（ｂ））より一次流路断面積Ｓ１と二次流路断面積Ｓ２の面積を求めると、一次流路断面積Ｓ１は約９．５ｍｍ2 、二次流路断面積Ｓ２は約１２．１ｍｍ2 となり、これらの比はおよそ１：１．２７となる。
　この伝熱部材２０によれば、主に表裏面のみが熱媒と接触する上記した帯板１４１に比べ、例えば図例の断面三角形状とすることで、熱媒との接触位置を複数箇所にでき、また、稜線が略螺旋状であることで、支持部材１９への流れが形成される。特に断面形状を星形等とし、上記同様に螺旋状に捻って形成することで流路（流路断面積）を減少させることなく、熱媒との接触面積をさらに大きくすることができる。これにより、伝熱部材２０の表面積を増大させて、熱媒と伝熱部材２０との熱交換率を高めることができる。
　図１７は丸棒タイプの上記各形状例において端部を流線型に形成した伝熱部材を備えた伝熱管の断面図である。
　丸棒タイプの上記各形状例の伝熱部材２０は、端部を流線形状に形成することが好ましい。端部における流れる熱媒の伝熱部材２０表面からの渦等による剥離や乱れを少なくして、熱媒の流入及び流出をスムースとし、熱媒の内管１５内との熱伝達効率を高めることができる。
　本実施の形態の伝熱管１１は、上記したように伝熱管列ユニット３９を構成し、これを単体熱交換器として構成しても良いとともに、図１８に示すように、複数の伝熱管列ユニット３９によって熱交換器４９を構成することができる。
　この熱交換器４９は、上記した伝熱管列ユニット３９を複数段積層して構成される。この実施形態では、４段に積層される。積層配置された複数の伝熱管列ユニット３９は、一次分岐管２１の他端が一次入口ヘッダ５１に接続され、二次分岐管２５の一端が二次入口ヘッダ５５に接続され、一次集合管２７の一端が一次出口ヘッダ５３に接続され、二次集合管２９の一端が二次出口ヘッダ５７に接続される。積層段数は図例の４段に限定されるものではなく、これより少なくても多くてもよく、好ましくは４～１０段で構成され、それぞれの集合管及び分岐管が、各ヘッダに接続される。
　一次入口ヘッダ５１、二次入口ヘッダ５５、一次出口ヘッダ５３、及び二次出口ヘッダ５７は、軸線方向一方が閉鎖され、軸線方向他方にはねじ込み式管継手５９が固着されている。図示は省略するが熱交換装置側からの一次熱媒供給配管、二次熱媒供給配管、一次熱媒環流配管、及び二次熱媒環流配管の管継手が、例えば配管端部を拡径したフレア部と、このフレア部の外側に外挿される袋ナットと、からなり、ねじ込み式管継手５９の先端シート面とフレア部を密着した状態で、袋ナットの雌ネジがねじ込み式管継手５９の雄ネジに螺合されることで、熱交換器４９が着脱自在となって熱交換装置に取り付けされる。このように、ねじ込み式管継手５９を介して熱交換装置に対して熱交換器４９を着脱自在に取り付けることで、メンテナンス時における熱交換器４９の交換を容易にすることができる。
　一次入口ヘッダ５１、二次入口ヘッダ５５、一次出口ヘッダ５３、及び二次出口ヘッダ５７は、ねじ込み式管継手５９の固着端と反対側の端部が閉鎖され、例えばベース板６１にて固定支持される。なお、一次入口ヘッダ５１、二次入口ヘッダ５５、一次出口ヘッダ５３、及び二次出口ヘッダ５７のねじ込み式管継手５９と反対側の端部には、ねじ込み式管継手５９と螺合接続可能な管継手を固着しておいてもよい。このような両端継手構造とすることで、熱交換器４９をさらに複数段で積層することが可能となる。
　このように構成された伝熱管１１によれば、図２，７に示すような伝熱管列ユニット及び図１８に示すような熱交換器４９を構成することで、一次入口ヘッダ５１に流れた一次熱媒は一次分岐管２１に入り、一次分岐管２１から各内管１５に流れる。内管１５を流れた一次熱媒は二次熱媒と熱交換された後、一次集合管２７に入り、一次出口ヘッダ５３から外部へ出る。二次入口ヘッダ５５に流れた二次熱媒は二次分岐管２５に入り、二次分岐管２５から外管１３に流れる。外管１３を流れた二次熱媒は一次熱媒と熱交換された後、二次集合管２９に入り、二次出口ヘッダ５７から外部へ出る。
　上記構成の熱交換器４９の作用を説明する。
　熱交換器４９では、内管１５の中を流れる熱媒が、内管１５の内側に設けられた伝熱部材２０及び支持部材１９に接触しながら流れ、従来、内管内周面３８のみにしか接触していなかった内管１５内における熱媒の接触面積が増大する。熱媒は、支持部材１９，伝熱部材２０と接触することにより熱伝達によって熱交換が行われる。熱交換された熱量は、熱伝導によって内管１５に伝わり、外管１３と内管１５との間隙３１を流れる他系統の熱媒と熱交換される。すなわち、伝熱部材２０，支持部材１９と交換された熱量が、熱交換効率の向上に新たに寄与することとなる。また、この熱交換器４９は、外管１３及び内管１５からなる伝熱管１１が、互いに平行に複数で構成され、同一平面上に近接して並べられる。この平面上に構成された熱交換器４９は、１つのユニットとして、複数段で積層構成することが可能となり、伝熱面積を広げながら接地面積を小さく構成できる。
　また、本実施の形態の伝熱管１１は、上記した熱交換器４９の他に、図１９，２０に示すような円筒状の熱交換器６５を構成できる。
　この熱交換器６５は、この伝熱管１１を複数本で束にして構成される。各伝熱管１１は、互いに所定間隔を保つように両端が支持され、円筒状のシェル６７内に収容されている。本実施の形態では、図１９に示すように、マトリクス状に縦横方向で等間隔となる多数の支持孔７１，７５を有した円板形状の一次隔壁６９と二次隔壁７３とを備え、これら隔壁６９，７３にて両端部分が貫通状態で支持される。一次隔壁６９は、内管１５の外径と同等の孔径とされる内管支持孔（一次支持孔）７１を有し、内管１５が貫通する。二次隔壁７３は、外管１３と同等の孔径とされる外管支持孔（二次支持孔）７５を有し、外管１３が貫通する。それぞれが貫通した状態で、一次隔壁６９とシェル６７の端部壁７７との間では内管１５の入口端側には一次分岐部７９が形成され、内管１５の出口端側には一次集合部８１が形成される。また、一次隔壁６９と二次隔壁７３との間では外管１３の入口端側には二次分岐部８３が形成され、外管１３の出口端側には二次集合部８５が形成される。なお、これら伝熱管１１の外管１３及び内管１５と各隔壁６９，７３との接続においても、上述したロウ付けにて行われ、外管１３と内管１５との間隙に配置される間隙支持部材１７との固定も同様であり、各隔壁６９，７３の外側に外管１３，内管１５の端部が開口することとなる。
　シェル６７内における両二次隔壁７３，７３の間には整流板８７が複数設けられる。これら整流板８７は伝熱管１１の長手方向に直交する面を形成するとともに、それぞれがシェル６７内においてシェル６７の内周面に対し一部が接しない切欠状の通過部８９を有する形状、例えば略半月板形状とされる。これら整流板８７の通過部８９は、シェル６７内の軸線方向で交互に位置するように設けられ、これによりシェル６７内でジグザグな蛇行する三次流路を形成する。なお、各整流板８７には、各伝熱管１１が貫通し、これら伝熱管１１を支持可能とする貫通孔を備えており、これら貫通孔と各伝熱管１１の外管１３とにおいても、上記同様のロウ付け固定が好ましい。
　そして、図２０に示すように、シェル６７の一端側には、一次分岐部７９に一次入口ヘッダ９１、二次集合部８５に二次出口ヘッダ９３が配設されるとともに、三次流路の入口となる三次入口ヘッダ９５が配設される。また、シェル６７の他端側には、一次集合部８１に一次出口ヘッダ９７、二次分岐部８３に二次入口ヘッダ９９が配設されるとともに、三次流路の出口となる三次出口ヘッダ１０１が配設される。
　このように構成された熱交換器６５によれば、一次入口ヘッダ９１に流れた一次熱媒は一次分岐部７９に入り、一次分岐部７９から各内管１５に流れる。内管１５を流れた一次熱媒は二次熱媒と熱交換された後、一次集合部８１に入り、一次出口ヘッダ９７から外部へ出る。二次入口ヘッダ９９に流れた二次熱媒は二次分岐部８３に入り、二次分岐部８３から外管１３に流れる。外管１３を流れた二次熱媒は一次熱媒と熱交換された後、二次集合部８５に入り、二次出口ヘッダ９３から外部へ出る。三次入口ヘッダ９５に流れた三次熱媒はシェル６７に入り、各整流板８７にて蛇行し外管１３の周囲を流れる。シェル６７内を流れた三次熱媒は二次熱媒と熱交換された後、三次出口ヘッダ１０１から外部へ出る。なお、三次熱媒は、一次熱媒と同じものであってもよい。
　この熱交換器６５においては、伝熱管１１がシェル６７内の三次熱媒との熱交換が行えることから、上述した内管１５内の一次流路の面積Ｓ１と外管１３内の二次流路の面積Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２を、１：４～１：２と設定することが可能であり、外管１３と内管１５との間隙部分に位置する間隙支持部材１７や内管１５内の支持部材１９の線径、伝熱部材２０の形状，断面積などについても、これら比に応じて適宜増減可能となる。
　従って、本実施形態に係る伝熱管１１及び熱交換器４９によれば、内管１５とその中を流れる熱媒との熱交換効率を高めることができる。
　１１…伝熱管
　１３…外管
　１５…内管
　１７，４５…間隙支持部材
　１９…支持部材
　２０…伝熱部材
　２１…一次分岐管
　２５…二次分岐管
　２７…一次集合管
　２９…二次集合管
　３０…内管外周面
　３１…間隙
　３２…外管内周面
　３８…内管内周面
　４１…大径部
　４３…小径部
　４９，６５…熱交換器
　６７…シェル
　８７…整流板
　１４１…帯板
　１５３…外周部膨出丸棒
　１５５…長円部
　１５７…大径部
　１５９…小径部
　１６１…異径丸棒
　１６５…中実棒
　ｄ１…間隙支持部材の線径
　Ｄ１…コイル内径
　Ｄ２…コイル外径
　Ｄ４…外管の内径
　Ｄ５…内管の外径
　Ｗ…間隙

 

Claims (11)

  1. 　外管と、
    　前記外管に挿入される内管と、
    　前記外管の内周面と前記内管の外周面との間隙に配置され、前記外管の略全長にわたってらせん状に前記内周面と外周面に接する線材よりなる間隙支持部材と、
    　前記内管の内周面に、該内管の全長にわたってらせん状に接する線材よりなる支持部材と、
    　を具備することを特徴とする伝熱管。
  2. 　前記間隙支持部材は、コイル材よりなり、線径が前記間隙と略同等とされることを特徴とする請求項１記載の伝熱管。
  3. 　前記間隙支持部材は、小径部と大径部とが交互に形成されるコイル材よりなり、線径が前記間隙より小さく、前記小径部におけるコイル内径が前記内管の外径とされ、前記大径部におけるコイル外径が前記外管の内径とされて、前記外管内に前記内管が支持されることを特徴とする請求項１記載の伝熱管。
  4. 　外管と、
    　前記外管に挿入される内管と、
    　外管内周面と内管外周面との間隙に配置され、前記外管の略全長にわたってらせん状に前記外管内周面と前記内管外周面に接する線材よりなる間隙支持部材と、
    　前記内管内周面に、前記内管の全長にわたってらせん状に接する線材よりなる支持部材と、
    　前記支持部材の中心に前記支持部材の全長にわたって設けられ少なくとも外周の一部分が前記支持部材に接する伝熱部材と、
    を具備することを特徴とする伝熱管。
  5. 　請求項４記載の伝熱管であって、
    　前記伝熱部材が、
    　前記支持部材の長手方向に長く、螺旋状に捻られた帯板であることを特徴とする伝熱管。
  6. 　請求項４記載の伝熱管であって、
    　前記伝熱部材が、
    　前記支持部材の長手方向所定間隔毎に円形外周を潰して変形させた長円部を有する外周部膨出丸棒であることを特徴とする伝熱管。
  7. 　請求項４記載の伝熱管であって、
    　前記伝熱部材が、
    　前記支持部材の長手方向所定間隔毎に円形外周を小径部と大径部とで交互に形成した異径丸棒であることを特徴とする伝熱管。
  8. 　請求項４記載の伝熱管であって、
    　前記伝熱部材が、
    　断面多角形状の中実棒であることを特徴とする伝熱管。
  9. 　請求項１～８のいずれか１つに記載の伝熱管を用いた熱交換器であって、
    　前記伝熱管が互いに平行となって複数配置され、
    　全ての内管入口端を一次分岐管に接続し且つ全ての内管出口端を一次集合管に接続して一次流路を構成するとともに、
    　全ての外管入口端を二次分岐管に接続し且つ全ての外管出口端を二次集合管に接続して二次流路を構成してなることを特徴とする熱交換器。
  10. 　請求項１～８のいずれか１つに記載の伝熱管を用いた熱交換器であって、
    　前記伝熱管を複数本で束ね、該伝熱管の束を円筒形状のシェルに収容し、前記内管の入口端同士及び出口端同士をそれぞれ接続して一次流路を構成するとともに、前記外管の入口端同士及び出口端同士をそれぞれ接続して二次流路を構成し、且つ前記シェル内を三次流路として構成することを特徴とする熱交換器。
  11. 　前記シェル内には、前記伝熱管の長手方向に直交する面を有する整流板が複数設けられ、前記各伝熱管を支持するとともに、前記三次流路を蛇行させることを特徴とする請求項１０記載の熱交換器。

     
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