(57)【要約】【課題】小型で効率良く熱交換が行なえ、小流量処理、特に各種化学実験にも対応できるよう、被処理流体が通過する伝熱管を容易に交換でき、従来品よりも安価に熱交換器を提供する事を課題とする。【解決手段】コイル状に製作された伝熱管1を例えば一体型で製作された下閉塞部８及び内筒５に組み付けその後伝熱管１をU方向に引張りコイル状直径が小径化することにより内筒５に密接もしくは圧接しその後伝熱管１の外径と僅かな隙間をもった外筒６及び上閉塞部９を組み付けた熱交換器であり、伝熱管１内に被処理流体２を流通させ、内外筒５，６との間に形成され、上下閉塞部８、９により閉鎖された空間７内にコイル状に配位された伝熱管１と伝熱管１とに挟まれるコイル状空間４に熱媒を流通させ効率良く熱交換が行なえ、上記組み付け方法と逆の順で容易に分解でき、伝熱管１を容易に交換できる事を特徴とする熱交換器を提供する。【選択図】図１
2011064839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、
上記伝熱管コイル状の径を自然状態よりも拡大又は収縮させるように作用する拡縮力を維持するための緊張機構を備え、
上記緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管に加えられた状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記伝熱管は、上記内筒の外周面と上記外筒の内周面との双方に固定されておらず、
上記緊張機構によって、上記伝熱管のコイル状の径が自然状態よりも拡大又は収縮しており、この拡大又は収縮によって上記伝熱管が内筒もしくは外筒に密接もしくは圧接させられていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
【請求項３】
上記伝熱管は、コイルの軸方向長さを、その自然状態に比して１０％変位させた時に加わるコイルの軸方向の荷重が１０kg以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
上記伝熱管の材質が、ステンレス、ハステロイ、インコネル、チタン、銅、ニッケルなどの金属；ABS,ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAなどのアクリル樹脂；ポリカーボネート、PTFE,PFAなどのフッソ系樹脂；エポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも一種である請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
上記伝熱管１の外径が２８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、
上記コイル状の伝熱管径が自然状態から弾性変形させられて、上記伝熱管が内筒もしくは外筒に密接もしくは圧接させられており、上記伝熱管が弾性変形した状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、特に、被処理流体の流量が小流量の処理、とりわけ化学実験などにも対応できる加熱・冷却器などの熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に熱交換器に求められる性能は、熱交換性能、耐食性、耐圧性や堅牢性、洗浄性、小型化などであり、低コストが要求される。しかしながら従来の熱交換器には多管式、二重管式、コイル式、プレ−ト式などが主に使用されており、構造が複雑であり、または小型化が難しい、高価である、洗浄性が悪いなどの欠点がある。特に小流量処理、特に化学実験などに用いられる熱交換器は、ガラス製コイル式もしくは、ガラス製二重管式が一般的である。この場合、ガラス自体の熱伝導率の低さから其の熱交換性能は、期待できないが、コイルに付着した処理物を洗浄する場合多くの労力を要するし、完全な洗浄を出来ない場合もあり、結果的に多くの熱交換器を準備しなければならず、コストも大きい。また、破損の危険性も多く、特に危険を伴う処理物を流通させる場合、安全対策にもコストを要する。【０００３】
従来より、特許文献１に開示されているように、内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に効率的な熱交換が実現する熱交換器が知られている。
ところが、この特許文献１の熱交換器にあっては、上記伝熱管は、上記内筒の外周面と上記外筒の内周面との双方に固定されておらず、伝熱管は自然状態で装着されているに止まる。そのため、流体の粘度が高い場合などにあっては、流れ抵抗などによって、伝熱管が伸縮し、例えばコイル状のピッチが不均一となり部分的に狭くなったり詰まってしまうおそれがある。【０００４】
また、この特許文献１の熱交換器の製造や分解を考えた場合、内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管を装着したり取り出しを検討すると、伝熱管と内筒および外筒とのクリアランスを大きくすると装脱は容易となるが、コイル状の伝熱管は空間内で自由状態となり、上記の伝熱管が伸縮に伴う問題が発生するおそれがある。他方、クリアランスをなくすと、伝熱管の装脱が困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４７９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に鑑み本発明の課題は、内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれるタイプの熱交換器を改良することにある。具体的には、伝熱管を容易に装脱できる熱交換器を提供することを一の目的とし、他の目的は、流れ抵抗などによる伝熱管の変形に伴う流路面積の変化を抑制することにあり、両目的のいずれかを達成することができる熱交換器を提供せんとするものである。さらに、より具体的な目的として、小型で効率良く熱交換が行え、小流量処理、特に各種化学実験に対応すべく被処理流体が通過する、従来品よりも安価に熱交換器を提供する事を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、まず本願請求項１に係る発明は、内筒５と外筒６との間に形成される空間７内にコイル状の伝熱管１が配位され、上記伝熱管１内が一方の流路とされ、前記空間７内の上記伝熱管１同士に挟まれたコイル状空間４が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、上記伝熱管１コイル状の径を自然状態よりも拡大又は収縮させるように作用する拡縮力を維持するための緊張機構を備え、上記緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管１に加えられた状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器を提供する。
本願の請求項２に係る発明は、上記伝熱管１が、上記内筒５の外周面と上記外筒６の内周面との双方に固定されておらず、上記緊張機構によって、上記伝熱管１のコイル状の径が自然状態よりも拡大又は収縮しており、この拡大又は収縮によって上記伝熱管１が内筒５もしくは外筒６に密接もしくは圧接させられていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項３に係る発明は、上記伝熱管１が、コイルの軸方向長さを、その自然状態に比して１０％変位させた時に加わるコイルの軸方向の荷重が１０kg以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項４に係る発明は、上記伝熱管１の材質が、ステンレス、ハステロイ、インコネル、チタン、銅、ニッケルなどの金属；ABS,ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAなどのアクリル樹脂；ポリカーボネート、PTFE,PFAなどのフッソ系樹脂；エポキシ樹脂である請求項３記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項５に係る発明は、上記伝熱管１の外径が２８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項６に係る発明は、内筒５と外筒６との間に形成される空間７内にコイル状の伝熱管１が配位され、上記伝熱管１内が一方の流路とされ、前記空間７内の上記伝熱管１同士に挟まれたコイル状空間４が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、上記コイル状の伝熱管１が自然状態から弾性変形させられて、上記伝熱管１が内筒５もしくは外筒６に密接もしくは圧接させられており、上記伝熱管１が弾性変形した状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る熱交換器は、使用状態において、即ち少なくとも熱交換中において、緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管１に加えられた状態を維持する。そのため、伝熱管には常に力が加わった状態となり、その分、内筒５もしくは外筒６に接触していない状態でも、流れ抵抗などによる伝熱管の変形が生じにくく、コイル状の伝熱管１が不均一に変形することを緩和することができる。より望ましくは、上記伝熱管１が、上記内筒５の外周面と上記外筒６の内周面との双方に固定されておらずとも、上記緊張機構の作用で、上記伝熱管１を内筒５もしくは外筒６に密接もしくは圧接させることにより、より一層、変形が生じにくいものとなる。
本発明に係る熱交換器の他の作用効果としては、上記のコイル状の伝熱管１の着脱が容易となる。具体的には、自由状態下で、内筒５と外筒６の間に適当なクリアランスを設定した状態で伝熱管１を配位し、その後、緊張状態にして拡縮力を発生させてコイル状の伝熱管１を内筒５と外筒６とのいずれかに接触させ、緊張機構によって拡縮力を維持することで、その接触状態を維持する。そして、分解等の際には、拡縮力を解除することで、容易に伝熱管を取り外すことができる。あるいは、クリアランスがない状態（接触する状態）で、装着した後、拡縮力を加えて圧接状態にし、この圧接状態を緊張機構によって維持する。そして、分解時には、拡縮力を解除することで、伝熱管を比較的容易に取り外すことができる。
よって、より具体的には、効率良い熱交換はもとより、伝熱管の詰まりや付着など発生した場合でも容易に伝熱管を交換でき、従来の様に熱交換器自体を廃棄したりコストをかけて洗浄する必要がなくなる。また熱媒の流れによる伝熱管の伸縮の発生を防止でき、従来品に比べて構造を簡略化できるため、製造工数を削減でき、よって安価に熱交換器を提供することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（A)は本願発明の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図であり、（B）は同平面図である。
【図２】（A)は本願発明の他の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図であり、（B）は同平面図である。
【図３】（A)は本願発明のさらに他の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図であり、（B）は同平面図である。
【図４】（Ａ）は本願発明の実施の形態に係る熱交換器の組付作業中の要部拡大説明図であり、（B）は同組付作業完了時の要部拡大説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に図面に基いて本願発明の実施の一形態について説明する。なお本発明における上下左右は、相対的な位置関係を示すに止まり、絶対的な位置を特定するものではない。【００１１】
この熱交換器は、図１に示すように、その側面が実質的に断面円形の内筒５と外筒６とからなり、その上下端は上下閉塞部９，８により閉鎖されている。この例では、内筒５と下閉塞部８は一体型である。また、他の実施の形態として、下閉塞部８では無く、上閉塞部９が内筒５と一体型の場合が挙げられるし、下閉塞部８及び上閉塞部９ともに内筒５と一体型をとらずに着脱可能なものとしても良い。【００１２】
内外筒５，６間の空間７にはコイル状の伝熱管１が内筒５の外周または外筒６の内周の少なくともどちらか一方に密接もしくは圧接されるように設置させており、上下閉塞部９，８を貫通して熱交換器外部の配管と接続可能とされている。ただし、この伝熱管１は、上記内筒５の外周面と上記外筒６の内周面との双方に固定されていない。このコイル状の伝熱管１の周回間には、この周回違いの上下伝熱管１と内外筒５，６とで囲まれる所定の間隔をもつコイル状空間４が形成される。図示のコイル状の伝熱管１と内外筒５，６は、上下に径の均一な円筒形として実施しているが、円錐台や逆円錐台など、上下に径の異なるものとして実施することもできる。【００１３】
伝熱管１の内部には例えば水や有機溶媒、または溶質を溶解した溶液や微粒子分散液などの被処理流体２が流通する。伝熱管１の材質は伸縮可能で、目的とする被処理流体に対する耐食性、耐圧性や堅牢性などの耐久性が高いものを用いることが好ましい。例えばステンレス、ハステロイ、インコネル、チタン、銅、ニッケルなどの金属；ABS,ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAなどのアクリル樹脂；ポリカーボネート、PTFE,PFAなどのフッソ系樹脂；エポキシ樹脂などが挙げられる。【００１４】
伝熱管１の外部、コイル状空間４言い換えると伝熱管１と伝熱管１との間のコイル状空間４は、熱媒３を流通させる空間である。熱媒３の出入りは上下閉塞部９，８に設けられた、ノズル１０より行われる。これにより熱媒３を空間７及びコイル状空間４に流通させることができる。被処理流体２の熱交換は、まず被処理流体２を図１における上方向（U方向）に流通させ、熱媒３を下方向（S方向）に流通させることによって完全対向流を形成し、被処理流体２及び熱媒３ともに圧力損失の増大を防止し、大きな総括伝熱係数を確保でき、効率的かつ効果的に行うことができる。但し、両流体を同一方向に流通させることを妨げるものではない。【００１５】
本発明に係る熱交換器の組み付け及び分解について説明する。まず、一体型で作製された下閉塞部８及び内筒５に伝熱管１を組み付ける。この装着に際しては、内筒５と伝熱管１との間に適度なクリアランス４ｃを設定することで、スムーズな装着作業を行うことができる（図４（Ａ）参照）。装着後、伝熱管１を下閉塞部８に固定する。この固定は、緊張機構１１を備えたもので行う。緊張機構１１は、伝熱管１のコイル状の径を自然状態よりも拡大又は収縮させるように作用する拡縮力を維持するためのものであり、図示例では、食い込み継ぎ手１１を採用している。他の実施の形態としてはクランプや、サドルバンド、ストラップやブラケットなどを用いる方法などが挙げられ、その他、溶接や接着等による固定であってもよい(図示無し)。なお、この緊張機構１１は、拡縮力を維持するだけとし、拡縮力を発生させるのは、他の手段であってもよいが、この食い込み継ぎ手１１の場合には、拡縮力を発生させると共に拡縮力を維持するものとなっている。【００１６】
次に、伝熱管１をU方向に引っ張ることによって、伝熱管１のコイル状直径を小径化させ、伝熱管１を内筒５に密接もしくは圧接させる（図４（Ｂ））。その後、組みつけられた伝熱管１のコイル状直径の外径と僅かな隙間４ｄを持った外筒６及び上閉塞部９を組み付ける。外筒６と上閉塞部９は一体型であっても良いし、分解可能であっても良い。【００１７】
より具体的には、伝熱管１をU方向に引っ張りながら、僅かな隙間４ｄを維持しつつ、伝熱管１の外側に外筒６を装着し、上閉塞部９を仮に装着する。この仮の装着状態下で、U方向に引っ張り状態を維持しながら、伝熱管１の上端を上閉塞部９に固定し、外筒６と上閉塞部９の装着を完了する。上閉塞部９の緊張機構１１は、下閉塞部８と同様の食い込み継ぎ手１１のように、外筒６の上端位置を調整できるものであってもよく、調整不能な固定手段であってもよい。【００１８】
このとき、容易な組み付け及び分解を可能とするためには、伸縮可能なコイル状の伝熱管１がその自然長に対して伸縮量１０％変位させた時、荷重１０ｋｇ以下である事が好ましい。また、小流量処理、例えば各種化学実験を目的とする場合には伝熱管１の外径が２８ｍｍ以下の小管径が好ましく、コイル状直径の小さな伝熱管１を加工可能にし、小型の熱交換器を提供できる。【００１９】
上記例は、伝熱管１の自然状態の内径が内筒５の外径よりも大きいものに適するが、伝熱管１の自然状態の内径が内筒５の外径よりも大きく、且つ伝熱管１の自然状態の外径が外筒６の内径よりも大きい場合には、次の方法が採用できる。上記の仮の装着状態下で、U方向に引っ張り力を解除する。これによって、伝熱管１のコイルは自然状態の大きさに戻ろうとして、装着した外筒６の内周面に密接もしくは圧接する。そして、この外筒６へ伝熱管が密接もしくは圧接した状態で伝熱管１の上端を上閉塞部９に固定し、外筒６と上閉塞部９の装着を完了する。【００２０】
さらに、伝熱管１の自然状態の内径が内筒５の外径よりも大きく、且つ伝熱管１の自然状態の外径が外筒６の内径よりも小さい場合には、下記の方法を採ることも出来る。即ち、内筒５と伝熱管１との間に適度なクリアランス４ｃを設定した状態で装着し、伝熱管１のコイル状直径の外径と僅かな隙間を持った外筒６及び上閉塞部９を組み付ける。この状態で、食い込み継ぎ手１１を操作する等して、伝熱管１を上下方向に互いに上下端が遠ざかる方向に引っ張り、拡縮力（この場合には縮小する力）を発生させ、伝熱管1のコイル状直径を小径化させ、伝熱管１を内筒５に密接もしくは圧接させ、この拡縮力を維持して密接又は圧接状態を維持する。【００２１】
上記実施の形態においては、伝熱管１を内筒５に密接もしくは圧接させたが、他の実施の形態として、伝熱管１を上方から下方（S方向）に押し込む事によって、（即ち、上下端を接近させる事によって）コイル状直径を大径化させ、伝熱管１を外筒６に密接もしくは圧接させる方法が挙げられる。また、この例では、コイルの軸方向に、伝熱管１の上下端を押し引きしたが、例えば、伝熱管１の上下端をコイルの螺旋の伸びる方向に押し引きしてもよい。このように押し引きの方向は、拡縮力を発生させ得ることを条件に適宜変更できる。また上記の説明では、上下を例示したが、上下逆でもよい。即ち、上と下は、一方側と他方側と読み替えることができる。【００２２】
上記発明により、内筒５と外筒６との間に形成される空間７内に伝熱管1を内外筒の同心円上に配位させることができ、前記空間７内の伝熱管１と伝熱管１とに挟まれるコイル状空間４を熱媒３の流路とすることができる。本発明に係る熱交換器の分解は上記組み付けの方法と逆の手順で容易に行う事ができる。【００２３】
コイル状の伝熱管１が、空間７内において固定されていない場合には、熱媒３の流れ抵抗などによって、伝熱管１が伸縮し、例えばコイル状のピッチが詰まってしまう場合などが想定される。言い換えると、熱媒３の流れ抵抗によってコイル状の伝熱管１同士が近づき、最終的にコイル状空間４が存在しなくなる方向にコイル状の伝熱管１が移動する場合などが想定される。その場合には、コイル状空間４に熱媒３が流れ難くなることによって全く熱交換が出来ない場合や効果的または効率良く熱交換が出来ない場合、さらに伝熱管１の破損や寿命低下の原因となる事が考えられる。本発明において、伝熱管１は固定されておらずとも、内筒５の外周、または外筒６の内周の少なくともどちらか一方に密接もしくは圧接しているため、熱媒３を流通させることによって発生する流れ抵抗による、コイル状である伝熱管１の変位を防止することができるため、上記のような問題を解決できる。【００２４】
また、伝熱管１は複数本でも実施出来る。同時に組み付ける伝熱管１の本数は特に限定されない。必要な被処理流体の流量や、種類の数などにより決定される。複数本の伝熱管を組み付ける場合の一例を図２(A)(B)及び図３(A)(B)に示す。例えば図２に示すように伝熱管１のコイル状直径を同径として組み付ける方法の場合には、一体型で作製された下閉塞部８（または上閉塞部９）及び内筒５に伝熱管１a及び伝熱管１ｂを組み付け、それぞれ下閉塞部８の異なる位置に固定し、伝熱管１a及び伝熱管１ｂを上記機構によって内筒５に密接もしくは圧接させ、その後、外筒６及び上閉塞部９（または下閉塞部８）を組み付けることによって複数本の伝熱管１を組み付けることができる。他の実施の形態として、図３に示すように、伝熱管１のコイル状直径を同心円として組み付ける方法でも実施できる。その場合は、一体型で作製された下閉塞部８（または上閉塞部９）及び内筒５に伝熱管１aを組み付け、伝熱管１aを上記機構によって内筒５に密接もしくは圧接させ、次いで伝熱管１aのコイル状直径の外径と僅かな隙間を持った外筒６aを組み付ける。次いで、下閉塞部８（または上閉塞部９）に伝熱管１ｂを組み付け、伝熱管１ｂを上記機構によって、外筒６aの外周面に密接もしくは圧接させる。その後、外筒６ｂ及び上閉塞部９（または下閉塞部８）を組み付けることによって複数本の伝熱管１を組み付けることができる。図３に示す実施の形態においては、コイル状空間４a及び４ｂが形成されることになる。また、３本以上の伝熱管を組み付ける場合も上記材質及び組み付け方法と同様の方法で実施する事が可能である。その場合には、同径としての組み付けと同心円としての組み付けとを組み合わせて実施することも可能である。【００２５】
伝熱管１の内部には、前記の通り、小流量処理、特に各種化学実験に用いる水や有機溶媒、または溶質を溶解した溶液や微粒子分散液などの被処理流体２が流通する。そのため、実験内容の変更などによって度々伝熱管１を交換する必要が発生する。その他、被処理流体２に含まれる固体や粉末、または被処理流体２に溶解している溶質が温度変化や濃度変化、乾燥などによって析出した場合には、伝熱管１内に付着したり、詰まりが発生し、そのような場合にも伝熱管１の交換が必要となる。【００２６】
一般的な小流量処理、特に各種化学実験に使用されている投げ込み式の熱交換器や二重管式の熱交換器では、熱交換の効率が期待できない為、本発明における熱交換器の構造が前記投げ込み式の熱交換器や二重管式の熱交換器の問題を解決した。さらに上記のように伝熱管１の交換の必要が生じた場合にも、多管式熱交換器やプレート式熱交換器に比べて本発明の熱交換器の構造が非常に単純であるため、組み立て及び分解が非常に容易に行えることが特徴である。また、伝熱管の交換だけでなく熱交換器を容易に分解洗浄できるため、従来の熱交換器のように熱交換器自体を廃棄したり、コストをかけて洗浄する必要がない。【００２７】
なお、伝熱管の弾性変形による内筒５と外筒６への密接もしくは圧接の形態としては、複数種類が実施可能であり、これを下記に示す。
（第１の形態）内筒５の外径α、外筒６の内径β、コイル状の伝熱管１の内径γ、コイル状の伝熱管１の外径θとする。内筒５の外径αに対して、コイル状の伝熱管１の内径γが大きいか或いは等しい場合（α≦γ）、自然状態のまま伝熱管１に内筒５を挿入し、挿入後伝熱管１をその両端が遠ざかる方向に引っ張ってやると、外力により内筒５の外径αと伝熱管１の内径γが等しくなり、伝熱管１が内筒５に密着又は圧接する。なお、α≦γであっても、挿入を容易にするために、伝熱管１を圧縮して内径γを大きくすることを妨げるものではない。
（第２の形態）内筒５の外径αに対して、コイル状の伝熱管１の内径γが小さい場合（α＞γ）、伝熱管１を圧縮して内径γを広げた状態で内筒５を挿入する。挿入後、圧縮する力を解除し、さらに必要に応じて引っ張ってやると、伝熱管１は弾性変形により内筒５の外径αと伝熱管１の内径γが等しくなり、伝熱管１が内筒５に密着又は圧接する。
（第３の形態）外筒６の内径βに対して、コイル状の伝熱管１の外径θが小さいか或いは等しい場合（β≧θ）、自然状態のまま伝熱管１を外筒６に挿入し、挿入後伝熱管１を圧縮してやると、外力により外筒６の内径βと伝熱管１の外径θが等しくなり、伝熱管１が外筒６に密着又は圧接する。なお、β≧θであっても、挿入を容易にするために、伝熱管１を引張して外径θを小さくすることを妨げるものではない。
（第４の形態）外筒６の内径βに対して、コイル状の伝熱管１の外径θが大きい場合（β＜θ）、伝熱管１を引張状態としてその径を小さくし、外筒６に挿入する。挿入後、引張力を解除し、必要に応じて圧縮すると、外筒６の内径βと伝熱管１の外径θが等しくなり、伝熱管１が外筒６に密着又は圧接する。【００２８】
【表１】
2011064839.tif 000003
【００２９】
符号の説明
１  伝熱管
３  熱媒
４  コイル状空間
５  内筒
６  外筒
８  下閉塞部
９  上閉塞部
１１  緊張機構
【図１】
2011064839.tif 000004
【図２】
2011064839.tif 000005
【図３】
2011064839.tif 000006
【図４】
2011064839.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月19日(2010.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、
上記伝熱管コイル状の径を自然状態よりも拡大又は収縮させるように作用する拡縮力を維持するための緊張機構を備え、
熱交換器の組み付け時において上記緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管に加えられたものであり、この状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記伝熱管は、上記内筒の外周面と上記外筒の内周面との双方に固定されておらず、
上記緊張機構によって、上記伝熱管のコイル状の径が自然状態よりも拡大又は収縮しており、この拡大又は収縮によって上記伝熱管が内筒もしくは外筒に密接もしくは圧接させられていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
【請求項３】
上記伝熱管は、コイルの軸方向長さを、その自然状態に比して１０％変位させた時に加わるコイルの軸方向の荷重が１０kg以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
上記伝熱管の材質が、ステンレス、ハステロイ、インコネル、チタン、銅、ニッケルなどの金属；ABS,ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAなどのアクリル樹脂；ポリカーボネート、PTFE,PFAなどのフッソ系樹脂；エポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも一種である請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
上記伝熱管１の外径が２８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
内筒と外筒との間に形成される空間内にコイル状の伝熱管が配位され、上記伝熱管内が一方の流路とされ、前記空間内の上記伝熱管同士に挟まれたコイル状空間が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、
熱交換器の組み付け時において、上記コイル状の伝熱管径が自然状態から弾性変形させられて、上記伝熱管が内筒もしくは外筒に密接もしくは圧接させられており、上記伝熱管が弾性変形した状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するために、まず本願請求項１に係る発明は、内筒５と外筒６との間に形成される空間７内にコイル状の伝熱管１が配位され、上記伝熱管１内が一方の流路とされ、前記空間７内の上記伝熱管１同士に挟まれたコイル状空間４が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、上記伝熱管１コイル状の径を自然状態よりも拡大又は収縮させるように作用する拡縮力を維持するための緊張機構を備え、熱交換器の組み付け時において上記緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管に加えられたものであり、この状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器を提供する。
本願の請求項２に係る発明は、上記伝熱管１が、上記内筒５の外周面と上記外筒６の内周面との双方に固定されておらず、上記緊張機構によって、上記伝熱管１のコイル状の径が自然状態よりも拡大又は収縮しており、この拡大又は収縮によって上記伝熱管１が内筒５もしくは外筒６に密接もしくは圧接させられていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項３に係る発明は、上記伝熱管１が、コイルの軸方向長さを、その自然状態に比して１０％変位させた時に加わるコイルの軸方向の荷重が１０kg以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項４に係る発明は、上記伝熱管１の材質が、ステンレス、ハステロイ、インコネル、チタン、銅、ニッケルなどの金属；ABS,ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAなどのアクリル樹脂；ポリカーボネート、PTFE,PFAなどのフッソ系樹脂；エポキシ樹脂である請求項３記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項５に係る発明は、上記伝熱管１の外径が２８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の熱交換器を提供する。
本願の請求項６に係る発明は、内筒５と外筒６との間に形成される空間７内にコイル状の伝熱管１が配位され、上記伝熱管１内が一方の流路とされ、前記空間７内の上記伝熱管１同士に挟まれたコイル状空間４が他方の流路とされ、一方と他方の流体間に熱交換が行なわれる熱交換器において、熱交換器の組み付け時において、上記コイル状の伝熱管１が自然状態から弾性変形させられて、上記伝熱管１が内筒５もしくは外筒６に密接もしくは圧接させられており、上記伝熱管１が弾性変形した状態で一方と他方の流体間に熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る熱交換器は、熱交換器の組み付け時と、使用状態（即ち少なくとも熱交換中）とにおいて、緊張機構によって拡縮力が上記伝熱管１に加えられた状態を維持する。そのため、伝熱管には常に力が加わった状態となり、その分、内筒５もしくは外筒６に接触していない状態でも、流れ抵抗などによる伝熱管の変形が生じにくく、コイル状の伝熱管１が不均一に変形することを緩和することができる。より望ましくは、上記伝熱管１が、上記内筒５の外周面と上記外筒６の内周面との双方に固定されておらずとも、上記緊張機構の作用で、上記伝熱管１を内筒５もしくは外筒６に密接もしくは圧接させることにより、より一層、変形が生じにくいものとなる。
本発明に係る熱交換器の他の作用効果としては、上記のコイル状の伝熱管１の着脱が容易となる。具体的には、自由状態下で、内筒５と外筒６の間に適当なクリアランスを設定した状態で伝熱管１を配位し、その後、緊張状態にして拡縮力を発生させてコイル状の伝熱管１を内筒５と外筒６とのいずれかに接触させ、緊張機構によって拡縮力を維持することで、その接触状態を維持する。そして、分解等の際には、拡縮力を解除することで、容易に伝熱管を取り外すことができる。あるいは、クリアランスがない状態（接触する状態）で、装着した後、拡縮力を加えて圧接状態にし、この圧接状態を緊張機構によって維持する。そして、分解時には、拡縮力を解除することで、伝熱管を比較的容易に取り外すことができる。
よって、より具体的には、効率良い熱交換はもとより、伝熱管の詰まりや付着など発生した場合でも容易に伝熱管を交換でき、従来の様に熱交換器自体を廃棄したりコストをかけて洗浄する必要がなくなる。また熱媒の流れによる伝熱管の伸縮の発生を防止でき、従来品に比べて構造を簡略化できるため、製造工数を削減でき、よって安価に熱交換器を提供することができたものである。
【国際調査報告】
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