(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペーサー要素（３）により互いに間隔をおいているシリーズの渦巻き状プレートにより構成され、前記渦巻き状のプレートは、扁平にされてコイル状に巻かれた筒状要素から形成されていて、少なくとも１枚のシート（１）からなり、該シートの端縁（１ａ，１ｂ）が前記シート（１）の長さ方向軸（ｙｙ’）と平行の結合手段（４）により密着されていて、前記扁平にされた筒状要素がその外面に複数のリブ（３）を備え、これらリブは、前記シートの横断軸（ｘｘ’）に対し傾斜していると共に、前記扁平にされた筒状要素を形成するシート（１）の端縁（１ａ，１ｂ）が該筒状要素の長さ（Ｌ）の一部の長さ（Ｌ１）にわたって前記筒状要素の対面する壁面に接合されていることを特徴とする渦巻きタイプの熱交換器。
【請求項２】
前記筒状要素は、前記シートの長さ方向軸（ｙｙ’）にそって折り曲げられていて、それの端縁（１ａ，１ｂ）が保持および密着手段（４）により結合されているシート（１）から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記保持および密着手段が前記シートの中央長さ方向軸（ｙｙ’）にそって配置されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記筒状要素が二つの重なり合ったシート（１０）から形成され、これらシートは、保持および密着手段（４）により、それらの端縁（１ａ，１ｂ）で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記保持および密着手段が溶接ビード（４）により構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記筒状要素を構成するシート（１）に、スタンピング加工により前記複数のリブ（３）が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記シート（１）が金属シートであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
少なくとも１枚のシート（１）をコイル状に巻いて構成した請求項１〜７のいずれか一項に記載の渦巻きタイプの熱交換器を製造する方法であって、扁平にされた筒状要素を少なくとも１枚のシート（１）から構成し、該シートの端縁（１ａ，１ｂ）を前記シート（１）の長さ方向軸（ｙｙ’）と平行の結合手段（４）により密着し、前記筒状要素をコイル状に巻いて渦巻き状プレートものに仕上げる工程中にスペーサー要素（３）を前記渦巻き状プレートに形成する工程をもつことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項９】
前記シートの長さ方向軸（ｙｙ’）にそって折り曲げ、該シートの端縁同士（１ａ，１ｂ）を保持および密着手段（４）により接合して前記筒状要素を形成することを特徴とする請求項８に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０】
２枚のシート（１０）を重ね合わせ、該シートの横方向の端縁（１ａ，１ｂ）を保持および密着手段（４）により接合して前記筒状要素を形成することを特徴とする請求項８に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１】
前記スペーサー要素（３）を、スタンピング加工によりシート（１）に、それを折り曲げる前に作ることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、熱交換器、特に、金属プレートをコイル状に巻き上げて作られる渦巻き状の熱交換器のような互いに分離されている二つの流体間の熱交換を確実に行う熱交換器に関するものである。
【０００２】
プレート状のシートを折り曲げ、折り曲げたものをコイル状に巻いて作った形態の熱交換器は、知られている。そしてコイル状に巻く際、熱交換器の異なる渦巻き状の複数のプレートの間にスペーサー要素を配置して、前記プレートの間にスペースを設け、これら種々の渦巻き状のプレートの間に流体が流れるようにしてある。したがって前記熱交換器の端部ならびに前記渦巻き状のプレートを形成するシートの端縁を塞がなければならず、これは、通常溶接ビードで行うようになっている。かくして、このような熱交換器は、二つの独立回路で構成され、これら回路に流体、特に液体が前記種々の渦巻き状のプレートの間のスペースを流れる一方、他方では、各渦巻き状のプレートの折り曲げられた二つの壁の間に含まれるスペースを流れる構成になっている。
【０００３】
このような熱交換器は、機能的には全く問題がないが、製造上、特に前記複数の渦巻き状プレートを形成する２枚のシートの端縁を接合するようにする二つの溶接ビードを作る面で問題がある。実際上、これら溶接ビードの形状は、前記複数のプレートの渦巻き形状にそう必要があるため、極めて複雑になる。したがって、この溶接作業は、困難な操作となり、かくして、人手で行わなくてはならない。
【０００４】
この発明は、新規のタイプの渦巻き状金属熱交換器を提供することにより、この問題点を解決することを目的とし、前記熱交換器は、コイル巻にしたプレートにより得られ自動化で作れるようにして必要な作業を簡単に行えるようにしたものである。
【０００５】
かくして、この発明は、スペーサー要素により互いに間隔をおいているシリーズの渦巻き状プレートにより構成され、前記渦巻き状のプレートは、扁平にされてコイル状に巻かれた筒状要素から形成されていて、少なくとも１枚のシートからなり、該シートの端縁が前記シートの長さ方向軸と平行の結合手段により密着されていて、前記扁平にされた筒状要素がその外面に複数のリブを備え、これらリブは、前記シートの横断軸に対し傾斜していることを特徴とする渦巻きタイプの熱交換器を目的とする。
【０００６】
この発明は、従来の技術によれば、渦巻き形状になっていた溶接ビード２本を一つまたはそれ以上の完全に直線の溶接ビードに替え、特に結果的に自動化手段により製造可能に製造操作を簡略化できる点で関心をよぶものとなる。
【０００７】
前記筒状要素は、シートの長さ方向軸にそって折り曲げられていて、それの端縁が保持および密着手段により結合されている金属シートから形成されているものである。前記保持および密着手段は前記シートの中央長さ方向軸にそって配置されていることが好ましい。
【０００８】
この発明の別の実施例においては、筒状要素が二つの重なり合ったシートから形成され、これらシートは、保持および密着手段により、それらの端縁で接合されている。
【０００９】
これら手段が多くの場合溶接ビードにより構成されている。
【０００１０】
扁平にされた前記筒状要素は、その外面に横断軸に対し傾斜している複数のリブを備えている。これらのリブは、前記筒状要素を構成するシートに変形加工、特に、スタンピング加工により形成されている。
【００１１】
この発明の一つの実施例においては、流体回路が及ぶ距離を倍加でき、扁平の筒状要素を形成するシートの端縁を前記筒状要素の一部の長さにわたって前記筒状要素の対面する壁に接合するようになっている。
【００１２】
注目すべき点は、この発明によれば、前記リブを前記筒状要素の横断軸に対し傾斜させることで、コイル巻の際、種々の渦巻き状のプレートが可能な限度で互いに接触しなくなる点である。実際に、そのような傾斜によって、二つの渦巻きプレートが対向する傾斜で接触し合い、実際に空隙が確実に得られる。このようにして、流体に対する通路部分の精度がかなりよくなり、製造時当然のことながらリブの高さを調節することで通路断面を正確にコントロールできる。
【００１３】
前記リブの傾斜は、また、コイル状に巻いた熱交換器の強度を高めることができる。
【００１４】
最後に、熱交換器の機能の見地からみると、前記リブの傾斜は、また、流体の流れにおける乱流作用を高め、これによって前記壁面に対する流体の接触度合いが大きくなる。かくして熱交換作用が顕著に増進される。
【００１５】
さらに、ある面における用途においては、熱交換器のそれぞれの流体を運ぶ二つの回路における通路の有効部分をコントロールすることができる点で有利であることが知られている。この発明は、通路断面が同時に完全にコントロールでき、異なるようにできる二つの回路を作ることができる点で特に関心をよぶものである。
【００１６】
この発明は、また、少なくとも１枚のシートをコイル状に巻いて構成した渦巻きタイプの熱交換器を製造する方法であって、この方法において扁平にされた筒状要素を少なくとも１枚のシートから構成し、このシートの端縁を前記シートの長さ方向軸と平行の結合手段により密着し、この筒状要素をコイル状に巻いて渦巻き状のプレートものに仕上げる工程中にスペーサー要素を前記渦巻きプレートに形成する工程をもつことを特徴とする方法を目的とする。
【００１７】
この発明の種々の実施例を限定されない態様で添付の図面を参照しながら以下に記載する。
【００１８】
この発明によるスパイラルの金属製熱交換器は、特にステンレススチールの金属シート１から構成されており、ユーザーへはロール２の形態で提供されるようになっている。シート１には、複数のリブ３が設けられており、これらは、スタンピング（型押し）により形成されるものである。これらのリブ３は、シート１の横断軸ｘｘ’に対しある角度ｉ、実施例では４５°の角度をもっている。これらリブ３は、横断方向の三つの帯域、即ち、長さがシート１の幅長さｅの１／４に実質的に等しい第１の横方向の帯域３ａ、長さがシートの幅長さの１／２に実質的に等しい中央帯域３ｂ及び最後に長さがシートの幅長さの１／４に実質的に等しい第３の帯域３ｃに配置されている。これらリブ３の高さｈは、コイル状に巻き取る操作が完了した段階でスパイラルになって重なるプレートの間に生じる間隙の半分になっている。実際面では、シート１の横断軸ｘｘ’に対しリブが傾斜していることで、コイル状に巻き上げる際渦巻き状になる一つのプレートの内面のリブ３が先に渦巻き状になってしまっているプレートの外面に当接するようになるもので、これは、コイル状に巻くとき前記それぞれのリブが交差するからである。この実施の態様の例は、曲げられたとき、折り曲げ基部１’及び折り曲げられた部分１”それぞれに作られているリブ３を重ねることができ、これによってプレートのシート１の長さ方向軸ｙｙ’にそう特定の空間を計算し、設定する必要がない点で関心を呼ぶものである。
【００１９】
図１と図２に略示するように、シート１は、２本の各長さ方向軸ａａ’，ｂｂ’にそって折り曲げられるもので、これら各軸は、シート１の横方向端縁１ａ，１ｂから距離ｅ4 をおいて位置している。折り曲げ後は、図３，図４に示すように前記それぞれの横方向端縁１ａ，１ｂは、互いに向き合い、シート１の長さ方向及び中央軸ｙｙ’にそうようになる。このように折り曲げられた後、シート１は、図４に示すように、三つの折り曲げ部分、即ち、折り曲げ基部１’と二つの上側の折り曲げ部１”になる。上側の折り曲げ部１”は、折り曲げ基部１’に対し間隙をもっていて、これら折り曲げ部の内面の間に熱交換器の流体の一つが流動する通路が形成されるようになっている。ついで前記二つの上側の折り曲げ部の端縁１ａ，１ｂは、直線状の溶接ビード４で接合されるもので、この操作は単純な手段であっても自動化されて行われる。
【００２０】
折り曲げられたプレートは、ついでコイル内に溶接ビード４が位置する方向にそってコイル状に巻かれる。コイル状に巻き上げられると、この要素は、種々の適合操作の後熱交換器を構成することになる。
【００２１】
これらの操作は、この種の製品には知られているように、二つの独立回路それぞれに入口と出口とを作ることからなる。これには、各渦巻きにされたプレートを形成する折り曲げ部１’，１”の間にある間隙で構成される第１の回路に図５に示すように、第１の入口／出口を設けるもので、これは、熱交換器の中心に接続するチューブ７で構成し、さらに、第２の入口／出口を熱交換器の周側に接続するチューブ７’により構成する。第２の回路に関しては、異なる渦巻きのプレートの間に含まれる間隙により構成する。
【００２２】
この発明の変形の実施例においては、第１の回路、即ち、折り曲げ部１’，１”の間に含まれる一つにおける流体が行き渡る距離は、倍加される。例えば、図６から図８を参照すると、これらの図は、折り曲げ加工後、コイル状に巻き上げる操作前における熱交換器を構成するプレート状のシートを略図的に示しているものである。この変形の実施例によれば、下位の折り曲げ部１’の上にある折り曲げ部１”の二つの端縁１ａ，１ｂが曲げられたプレートの長さＬの大部分Ｌ１にわたって三者ともに接合され、平行になっている二つのチャンネルを構成している。残りの長さＬ２にわたっては、前記端縁１ａ，２ｂのみが接合され、前記二つのチャンネルの間が連通し合うようになっている。このような状態においては、この第２の回路に関して言えば、流体は、この二つの一方の入口／出口面１１ａを経て流入し、この二つの他方の入口／出口１１Ｂを経て流出する。このような構成によって、この回路における流体が行き渡る距離が倍加され、熱交換効率が向上される。さらに、熱交換器の中心、即ち、この実施例の形態においては、入口／出口７と同軸のチューブ７’を経て流体が流入、流出することができる。
【００２３】
この発明の変形の実施例においては、基部の折り曲げ部１’の上の二つの横方向端縁１ａ，１ｂの溶接を伸縮するエラスティック接合に替え、この接合部を上記した長さＬ１全長にわたって二つの横方向端縁の間に配置してもよい。
【００２４】
この発明においては、熱交換器の渦巻き状にされた各プレートの間に所定の寸法の間隙関係をもたしているリブ３が、長さ方向において、互いに変形される下側と上側プレートの折り曲げ部がコイル状に巻かれる際に現れる前記二つの各折り曲げ部の曲率の増加により変形される点が関心を呼ぶ。
【００２５】
図９に示される、この発明の他の実施例においては、プレート状のシートを曲げて作らずに２枚の別のシート１０を使用し、リブ３を形成した後に特に溶接ビード４の手段を横断端縁（１ａ，１ｂ）それぞれにそって長さ方向に配置して組み上げたものである。
【００２６】
このエレメントは、当然ではあるが、変形可能な筒状要素から得られるものである。
【００２７】
前記のように、この発明は、互いに通路断面を異にする流体循環のための二つの回路を作ることが可能であり、これによって熱交換器の適用における効率を高める利点をもつ。
【００２８】
図１０は、発明Ａ（単純なハッチング部分）と発明Ｂ（クロスハッチング部分）の実施例を略図的に示すもので、それぞれに熱交換器の二つの回路を示している。
【００２９】
線ｕｕ’は、二つの連続した渦巻き状のプレートの頂点の接触面を示し、ｖｖ’は、渦巻き状のプレートを形成する二つの溶接されたエレメントの接触面を示す。図１０は、コイル巻にする前のエレメントの組立を示す。
【００３０】
この実施例によれば、二つの連なっているリブの高さｈB1と高さｈB2は、相違している。その結果、図１０に示すように、回路Ｂの通路断面は、回路Ａのそれよりも大きい。リブ３の高さｈB1と高さｈB2が相違させることで、通路断面の相違をコントロールし、前記二つの回路によるそれぞれの流体に対する圧力損失をコントロールできる。
【００３１】
以上記載した発明の実施例の異なる形態として金属シートを用いるが、適用用途次第では、他のマテリアルズ、特に、合成素材から作られたシート類を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による熱交換器を構成するように意図されている金属シートの一部の平面図であって、コイル状に巻くのに先立つ折り曲げ加工前のものを表現している。
【図２】コイル巻に先立ち折り曲げを行って金属帯に仕上げる態様を示す略図的斜視図である。
【図３】折り曲げ加工後における図１に示した金属シートの一部の平面図である。
【図４】図３に示された折り曲げシートの一部の斜視図である。
【図５】この発明による熱交換器の折り曲げられ、コイル状に巻かれた金属シートと二つの入口／出口流入流出部とにより構成されているアッセンブリーの斜視図である。
【図６】この発明による熱交換器を構成することを意図する金属シートの折り曲げ及び溶接後の変形実施例の斜視図である。
【図７】図６に示された折り曲げられた金属シートのＶＩＩ−ＶＩＩ線にそう断面図である。
【図８】図６に示された折り曲げられた金属シートのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにそう断面図である。
【図９】コイル巻き加工に先立ち構成された２枚の金属シートを示すこの発明の変形実施例の断面図である。
【図１０】この発明による熱交換器の変形実施例の略図である。
【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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