(57)【要約】  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機を提供する。  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。
2013150818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２７６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。
【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。
【発明の効果】
【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】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。
【図２】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３】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４】図２（ｂ）に示した断面図の一部拡大断面図である。
【図５】他の実施形態の伝熱管の断面図である。
【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断面図である。
【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である。
【図８】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９】図７（ｂ）の要部拡大図である。
【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断面図である。
【図１１】図１０に示した伝熱部材の斜視図である。
【図１２】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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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２０】図１９に示した熱交換器の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【符号の説明】
【００８７】
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
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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