(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換される流体が案内される配管が複数の段ごとに積み上げられた複数の熱交換用配管と、
該複数の熱交換用配管の全てが互いに間隔をおいて配置されるように、前記段ごとに対応して別個に設けられ、前記複数の熱交換用配管を前記段ごとに保持するための複数の保持具と、
２つの半割部材が合わせられて、前記複数の熱交換用配管を束ねるための部材であって、前記複数の保持部材が固定された拘束部材とを備えた、多管式熱交換器。
【請求項２】
前記複数の熱交換用配管の全体を束ねるための部材であって、前記複数の熱交換用配管の両端部近傍に設けられ、前記複数の熱交換用配管のそれぞれが挿入された複数の挿入孔を有する第２拘束部材をさらに備えた、請求項１に記載の多管式熱交換器。
【請求項３】
前記保持具は、前記熱交換用配管と点接触する、請求項１または２に記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
前記保持具は、細長の板状部材または線部材が曲げられて形成され、複数の山部と複数の谷部とを有し、
前記複数の熱交換用配管は、前記複数の谷部のそれぞれに設置されることにより、互いに間隔をおいて配置された、請求項１〜３のいずれかに記載の多管式熱交換器。
【請求項５】
前記複数の保持具それぞれは、前記拘束部材に溶接により固定された、請求項１〜４のいずれかに記載の多管式熱交換器。
【請求項６】
前記複数の保持具は、前記半割部材の両側端面のそれぞれに段ごとに交互に固定された、請求項１〜５のいずれかに記載の多管式熱交換器。
【請求項７】
前記２つの半割部は互いに溶接により固定された、請求項１〜６のいずれかに記載の多管式熱交換器。
【請求項８】
熱交換される流体が案内される配管が複数の段ごとに積み上げられた複数の熱交換用配管と、該複数の熱交換用配管の全てが互いに間隔をおいて配置されるように、前記段ごとに対応して別個に設けられ、前記複数の熱交換用配管を前記段ごとに保持するための複数の保持具と、第１半割部材および第２半割部材の２つが合わせられて、前記複数の熱交換用配管を束ねるための部材であって、前記複数の保持部材が固定された第１拘束部材と、前記複数の熱交換用配管の全体を束ねるための部材であって、前記複数の熱交換用配管の両端部近傍に設けられ、前記複数の熱交換用配管のそれぞれが挿入された複数の挿入孔を有する第２拘束部材とを備えた多管式熱交換器の製造方法であって、
前記第２拘束部材の一方の最下段用の前記挿入孔に最下段用の熱交換用配管を挿入するとともに、前記第１半割部材に固定された最下段用の前記保持具に前記最下段用の熱交換用配管を設置する第１工程と、
前記段ごとに対応した前記挿入穴に前記熱交換用配管を挿入するとともに、前記保持具を用いて前記段ごとに前記熱交換用配管を互いに間隔をおいて配置する第２工程と、
前記第２工程で配置された最上段の前記熱交換用配管の上に前記第２半割部材を置いて、前記第１半割部材と前記第２半割部材とを固定する第３工程と、
前記最下段用の保持具以外の保持具を前記第１半割部材および前記第２半割部材に固定する第４工程と、
前記第２拘束手段の他方の挿入孔に対して、互いに間隔をおいて束ねられた前記複数の熱交換用の配管それぞれを挿入する第５工程とを備えた、多管式熱交換器の製造方法。
【請求項９】
前記第４工程において、前記最下段用の保持具以外の保持具のうち、前記第１半割部材に対して固定される保持具が、該保持具を設置した直後に前記第１半割部材に固定され、前記第２半割部材に対して固定される保持具が、前記第２半割部材と前記第１半割部材とが固定された後に前記第２半割部材に固定される、請求項８に記載の多管式熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の熱交換に用いられる多管式熱交換器およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から流体の熱交換のために多管式の熱交換器が用いられている。従来の多管式の熱交換器は、図１１〜図１４に示すように、熱を交換するための流体が流れる複数の熱交換用の配管１１４と、複数の熱交換用の配管１１４の両端に配され、複数の熱交換用の配管１１４が挿入される挿入孔１１１ａを有する２つの管板１１１と、２つの管板１１１の間に等間隔で配置され、挿入孔１１２ａが設けられた、熱交換用の配管１１４を保持するための保持具であるバッフル１１２と、管板１１１およびバッフル１１２を連続して固定するための棒状のタイロッド１１３とから構成されている。
【０００３】
従来の多管式熱交換器を製造する工程においては、まず、図１１に示すように、管板１１１のタイロッド１１３用の挿入孔１１１ｂおよびバッフル１１２のタイロッド１１３の挿入孔１１２ａにそれぞれタイロッド１１３が挿入されて熱交換用の配管１１４を通すための通路を予め形成した後に、図１２に示すように、熱交換用の配管１１４が１本ずつ挿入孔１１１ａ，１１２ａに挿入される。
【０００４】
次に、図１３に示すように、１本目の熱交換用の配管１１４が挿入孔１１１ａ，１１２ａに挿入された後さらに２本目の熱交換用の配管１１４が別の挿入孔１１１ａ，１１２ａにそれぞれ挿入される。
【０００５】
その後、図１４に示すように、すべての熱交換用の配管１１４がそれぞれの挿入孔１１１ａ，１１２ａに挿入されて多管式の熱交換器が完成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の多管式熱交換器においては、長尺の熱交換用の配管１１４を挿入孔１１１ａ，１１２ａそれぞれに１本ずつ通していく必要があり、挿入のために多大な時間がかかるという問題があった。また、管板１１１およびバッフル１１２のそれぞれの挿入孔１１１ａ，１１２ａが互いに位置ずれしていると、熱交換用の配管１１４を挿入することができないという不具合があった。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、製造時間を短縮することができるとともに、施工に伴う不都合が解消された多管式熱交換器およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の多管式熱交換器は、熱交換される流体が案内される配管が複数の段ごとに積み上げられた複数の熱交換用配管と、複数の熱交換用配管の全てが互いに間隔をおいて配置されるように、段ごとに対応して別個に設けられ、複数の熱交換用配管を段ごとに保持するための複数の保持具と、２つの半割部材が合わせられて、複数の熱交換用配管を束ねるための部材であって、複数の保持部材が固定された拘束部材とを備えている。
【０００９】
上記の構成によれば、段ごとに半割部の一方上に複数の保持具を用いて熱交換用配管を互いに間隔をおいて配置した後に、半割部の他方を一方の半割部材に接合することより複数の熱交換用配管を束ねる製造方法を用いることができるため、従来の多管式熱交換器に比較して、製造時間を短縮することができるとともに、多管式熱交換器の施工に伴う不都合が解消される。
【００１０】
本発明の多管式熱交換器は、複数の熱交換用配管の全体を束ねるための部材であって、複数の熱交換用配管の両端部近傍に設けられ、複数の熱交換用配管のそれぞれが挿入された複数の挿入孔を有する第２拘束部材をさらに備えている。
【００１１】
上記の構成によれば、熱交換用配管の拘束が確実となるとともに、第２拘束部材の挿入孔を利用して順次熱交換用配管を段ごとに仮拘束しながら保持具を設置することにより、多管式熱交換器の製造が容易となる。
【００１２】
本発明の多管式熱交換器は、保持具が、熱交換用配管と点接触することが望ましい。
【００１３】
このようにすれば、熱交換用配管の延びる方向に沿って熱交換用の熱媒体が流れ易くなるため、熱交換効率が向上する。
【００１４】
本発明の多管式熱交換器は、保持具が、細長の板状部材または線部材が曲げられて形成され、複数の山部と複数の谷部とを有し、複数の熱交換用配管が、複数の谷部のそれぞれに設置されることにより、互いに間隔をおいて配置されていてもよい。
【００１５】
上記の構成によれば、細長の板状部材または線部材を曲げ加工するだけでよいため、保持具の形成が簡単となる。
【００１６】
本発明の多管式熱交換器は、複数の保持具それぞれが、拘束部材に溶接により固定されていてもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、熱交換用配管を強固に束ねることができる。
本発明の多管式熱交換器は、複数の保持具が、半割部材の両側端面のそれぞれに段ごとに交互に固定されていてもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、複数の熱交換用の配管をより強固に保持することができる。
【００１９】
本発明の多管式熱交換器は、２つの半割部が互いに溶接により固定されていてもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、半割部同士の固定が強固なり、熱交換器として使用する場合の信頼性が向上する。
【００２１】
本発明の多管式熱交換器の製造方法は、熱交換される流体が案内される配管が複数の段ごとに積み上げられた複数の熱交換用配管と、該複数の熱交換用配管の全てが互いに間隔をおいて配置されるように、段ごとに対応して別個に設けられ、複数の熱交換用配管を段ごとに保持するための複数の保持具と、第１半割部材および第２半割部材の２つが合わせられて、複数の熱交換用配管を束ねるための部材であって、複数の保持部材が固定された第１拘束部材と、複数の熱交換用配管の全体を束ねるための部材であって、複数の熱交換用配管の両端部近傍に設けられ、複数の熱交換用配管のそれぞれが挿入された複数の挿入孔を有する第２拘束部材とを備えた多管式熱交換器の製造方法である。
【００２２】
そして、第２拘束部材の一方の最下段用の挿入孔に最下段用の熱交換用配管を挿入するとともに、第１半割部材に固定された最下段用の保持具に最下段用の熱交換用配管を設置する第１工程と、段ごとに対応した挿入穴に熱交換用配管を挿入するとともに、保持具を用いて段ごとに熱交換用配管を互いに間隔をおいて配置する第２工程と、第２工程で配置された最上段の熱交換用配管の上に第２半割部材を置いて、第１半割部材と第２半割部材とを固定する第３工程と、最下段用の保持具以外の保持具を第１半割部材および第２半割部材に固定する第４工程と、第２拘束手段の他方の挿入孔に対して、互いに間隔をおいて束ねられた複数の熱交換用の配管それぞれを挿入する第５工程とを備えている。
【００２３】
上記のような製法によれば、従来の多管式熱交換器の製造方法に比較して、多管式の熱交換器の製造工程において、製造時間を短縮することができるとともに、多管式熱交換器の施工に伴う不都合が解消される。
【００２４】
本発明の多管式熱交換器の製造方法は、前述の第４工程において、最下段用の保持具以外の保持具のうち、第１半割部材に対して固定される保持具が、その保持具を設置した直後に第１半割部材に固定され、第２半割部材に対して固定される保持具が、第２半割部材と第１半割部材とが固定された後に第２半割部材に固定される。
【００２５】
上記の構成によれば、第１半割部材に第１保持具を順次固定して熱交換用の配管を設置するので、保持具のずれがなく、施工性が向上する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の多管式熱交換器を図１〜図９に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本実施の形態の多管式熱交換器１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態の多管式熱交換器１００は、熱交換用の配管の束１と、熱交換用の配管の束１を取り囲むように構成されたケース１０と、ケース１０の外部からケース１０の内部を通ってさらにケース１０の内部へ導くための熱交換用の流体の経路を構成する流入流体配管２と、ケース１０の内部へ導かれて熱交換された流体をケース１０の外部へ導く流出流体配管３とを有している。また、本実施の形態の多管式熱交換器１００は、ケース１０内に流入スチームを導く流入スチーム配管４と、ケース１０からスチームを流出させる流出スチーム配管５とが設けられている。
【００３０】
そして、Ｒ２の矢印に従って熱交換するための流体が流される過程において、Ｒ１の矢印で示しように、スチームが流入スチーム配管４の流入口から流入されケース１０内で熱交換用の配管の束１の周囲を通過し、流出スチーム配管５の流出口から流出される。これにより、熱交換用の配管において、スチームの温度により熱交換用の配管内を通る流体が熱せられて高温の流出流体が流出流体配管５から流出される。
【００３１】
なお、本実施の形態の多管式熱交換器においては、熱交換される流体として水が熱交換用の配管の内部を通過することとするが、水以外に牛乳、コーヒーまたは薬品などの流体であってもよい。また、水に熱を与える熱交換用の流体としてはスチームを用いたが、スチーム以外の高温の熱流体であってもよい。
【００３２】
また、本実施の形態においては、熱交換用の配管内を流れる低温の流体に対して、ケース１０内であって熱交換用の配管の外部に高温の流体を通すことにより、低温の流体の温度を上げるための熱交換を行なったが、低温の熱流体をケース１０内に通すことにより、熱交換用の配管内を流れてくる高温の流体から熱を奪って低温の流体が得られるような多管式熱交換器であってもよい。
【００３３】
また、多管式の熱交換器１００における熱交換用の配管の材質は、プラスチックまたはステンレス等が考えられるが熱交換に適したものであればいかなるものであってもよい。また、本実施の形態の多管式の熱交換器１００においては、熱交換される前の流体と熱交換後の流体との温度差は１８０℃である。
【００３４】
次に、図２〜図９を用いて、本実施の形態の多管式熱交換器１００の製造工程を順次説明する。まず、図２に示すように、管板１１（管板１１は挿入孔１１ａを有している）と、半割リング１２ａと、曲がり棒状の保持具１３とを準備する。管板１１と半割リング１２ａとは、管板１１を両端として、半割リング１２ａをその両端の管板１１の間に等間隔で並べて配置され、その配置作業が終了した段階で、熱交換用の配管を組み立てる作業が開始される。
【００３５】
次に、それぞれの半割リング１２ａには、最下段の曲がり棒状の保持具１３が半割リング１２ａの側端面に溶接で固定される。なお、この溶接工程は予め行なわれていてもよい。
【００３６】
また、図２においては、最下段の曲がり棒状の保持具１３の下側が切削されているが、これは、半割リング１２ａの外周から突出した部分を削除するためである。なお、半割リング１２ａの外周から突出した部分を削除する工程は、熱交換器の組みたての全てが完了した後に行ってもよい。
【００３７】
次に、図３に示すように、管板１１の挿入孔１１ａに熱交換用の配管１４を通すとともに、曲がり棒状の保持具１３の谷部分に熱交換用の配管をそれぞれ置くことにより、順次熱交換用の配管が位置決めされていく。なお、この曲がり棒状の保持具１３の山部および谷部の形状は、熱交換用の配管１４の直径に応じて適宜決定されている。
【００３８】
次に、最下段に位置する熱交換用の配管１４が配置が終了すると、図４に示すように、最下段に位置する熱交換用の配管１４の上に曲がり棒状の保持具１３をさらに置く。これにより、最下段の熱交換用の配管１４と２段目の熱交換用の配管１４とが所定の間隔をおいて配置されることになる。また、２段目の曲がり棒状の保持具１３は、単に置くだけでもよいが、半割リング１２ａの側端面に溶接で固定することにより、曲がり棒状の保持具１３を半割リング１２ａに強固に固定することができる。
【００３９】
また、最下段の曲がり棒状の保持具１３と２段目の曲がり棒状の保持具１３とは、半割リング１２ａの異なる側端面側に配置される。このように、曲がり棒状の保持具１３を段ごとに交互に半割リング１２ａの異なる側端面側に配置することで、複数の熱交換用の配管１４が延びる方向に沿って流れる熱流体が一箇所で急激に狭くなった部分を通過することにより、熱流体の流れが悪くなることを抑制している。
【００４０】
次に、図５に示すように、２段目の熱交換用の配管１４を並べた後に、さらに３段目の曲がり棒状の保持具１３を２段目の配管の上にそれぞれ山部および谷部が２段目の熱交換用の配管１４により形成される山部および谷部に合致するように置かれて半割リング１２ａに溶接固定される。これにより２段目の熱交換用の配管１４が半割リング１２ａに強固に固定される。
【００４１】
次に、図６に示すように、３段目の配管１４および４段目の曲がり棒状の保持具１３が順次置かれる。続いて、図７に示すように、４段目の配管および５段目の曲がり棒状の保持具が置かれる。
【００４２】
次に、図８に示すように、半割リング１２ａ（下側に位置する）の内周側に、熱交換用の配管１４をそれ以上置くことができない状態になると、半割リング１２ａに保持具１３を溶接することができないため、５段目の曲がり棒状の保持具１３を４段目の配管の上に置く。そして、４段目の上の熱交換用の配管１４の上に半割リング１２ｂを上から載せる。そして、半割リング１２ａと半割リング１２ｂとが接合する面を溶接固定して、半割リング１２ａと半割リング１２ｂとの円形のリングを形成した後で、半割リング１２ｂの両側端面のそれぞれに交互に３〜５段目の曲がり棒状の保持具１３それぞれを溶接固定する。これにより、図９に示すような多管式の熱交換器１００が完成する。
【００４３】
なお、最下段の配管１４がそれぞれ曲がり棒状の保持具の谷部に置かれた後に、曲がり棒状の保持具１３が最下段の配管１４の上に置かれた状態においては、図１０に示すように、隙間Ｘが、曲がり棒状の保持具１３と最下段の配管１４との間に形成されていることが分かる。この隙間Ｘにより、図１に示した熱交換器１００内において、熱交換用の配管１４の周りに熱交換用のスチームが流れる方向に通路ができるため、従来技術で示したようなバッフルを用いて熱交換用の配管を束ねる場合に比較して、スチームの圧力損失が低減される、すなわち、スチームの流れがよくなるため、多管式熱交換器１００の熱交換効率を向上させることができる。
【００４４】
また、従来技術で邪魔板状のバッフルを使用する場合には、挿入孔１１２ａ，１１２ｂの心出しが必要であるが、本実施の形態の多管式熱交換器１００の製造方法によれば、曲がり棒状の保持具１３を使用するため、心出しを行なう必要がなくなる。また、従来技術に比較して、熱交換用の配管１４を挿入するための手間がなくなるので、多管式熱交換器の製造時間を短縮することができる。
【００４５】
また、本実施の形態の多管式の熱交換器１００の製造方法によれば、小さな挿入孔に熱交換用の配管１４を挿入する場合に比較して、熱交換用の配管１４の外周面に傷が形成されることを抑制することができる。
【００４６】
また、従来の多管式熱交換器であれば、バッフルの挿入孔を抜くための加工時に挿入孔の内周面に引張力が生じてバリが発生し、そのバリを取るための作業が必要であったが、本実施の形態の多管式の熱交換器１００の製造方法によれば、バッフルを使用しないため、バッフルの孔加工後に行なうバリ取りが不要になる。
【００４７】
また、本実施の形態の多管式の熱交換器１００の製造方法によれば、熱交換用の配管の束を上から順次置くことにより全体の組立が行なわれるため、作業員が配管の挿入のために移動することが必要ないため、作業の負担が軽減される。
【００４８】
また、本実施の形態の多管式の熱交換器１００の製造方法によれば、長くて軽量な熱交換用の配管１４を、一度に複数本組込むことができるため作業能率が向上する。
【００４９】
また、本実施の形態の多管式の熱交換器１００の製造方法によれば、曲がり棒状の保持具１３を、組立ての途中で任意の位置に追加することが可能であるため施工に柔軟性もたせることができる。また、曲がり棒の保持具１３の曲げ部の曲げ角度とピッチを変更すると、熱交換用の配管１４を保持具１３に対して斜めに配置することも可能である。
【００５０】
また、本実施の形態の多管式の熱交換器１００によれば、保持具１３と熱交換用の配管（伝熱管）１４とは点接触するため隙間Ｘには、埃等の異物が入りにくいので、熱交換器の熱交換効率が低下することが防止される。
【００５１】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の多管式熱交換器、多管式熱交換器の製造方法、および、多管式熱交換器用保持具によれば、段ごとに半割部の一方上に複数の保持具を用いて熱交換用配管を互いに間隔をおいて配置した後に、半割部の他方を一方の半割部材に接合することより複数の熱交換用配管を束ねることができるため、従来の多管式熱交換器に比較して、製造時間を短縮することができるとともに、多管式熱交換器の施工に伴う不都合が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態の多管式熱交換器の全体構成を示す模式図である。
【図２】  実施の形態の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図３】  実施の形態の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図４】  実施の形態の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図５】  実施の形態の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図６】  実施の形態の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図７】  実施の形態の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図８】  実施の形態の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図９】  実施の形態の多管式熱交換器の完成斜視図である。
【図１０】  実施の形態の多管式熱交換器の保持具と半割リングとの間に形成される隙間および保持具と熱交換用の配管との間に形成される隙間を説明するための図である。
【図１１】  従来の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図１２】  従来の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図１３】  従来の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【図１４】  従来の多管式熱交換器の製造過程を説明するための図である。
【符号の説明】
１  熱交換用の配管の束、２  流入流体配管、３  流出流体配管、４  流入スチーム配管、５  流出スチーム配管、６  配管固定部材、１０  ケース、Ｒ１  スチームの流れを示す矢印、Ｒ２  熱交換用の流体の流れを示す矢印、１１  管板、１１ａ,１１ｂ  挿入孔、１２ａ，１２ｂ  半割リング、１３  曲がり棒状の保持具、１４  熱交換用の配管、Ｘ  隙間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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