(57)【要約】【技術課題】  設置条件に合わせて自由に折り曲げたり円曲させて用いることができると共に少量の熱交換に適した二重管式熱交換器を提供する。【解決手段】  外管２及び内管３を波管で構成すると共に前記内管３の外をウイック４で被覆する。このように熱交換器１を波管で構成することにより、曲げに対する自由度が発生し、更にウィック４を設けたことにより、少量の流体はこのウィック４を伝って流動することにより、偏流とならず、効率が高まる。また、ウィック４は、管を曲げた時に、外管２と内管３が直接接触して損傷し、ここに腐食が発生するのを防止したり、螺旋谷の流路を確保したりすることができる。【選択図】        図  １
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管及び内管を波管で構成すると共に、前記内管の外をウイックで被覆して成る二重管式熱交換器。
【請求項２】
波管は、螺旋管又はコルゲート管であることを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。
【請求項３】
ウィックは、樹脂製の網又は不織布又は織物又は編物で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二重管式熱交換器。
【請求項４】
熱交換器を水槽内に浸設すると共に、内管内を通って来た熱媒を前記水槽内にオーバーフローさせることにより、外管内の流体を内外の双方から冷却又は加熱するように構成して成る請求項１又は２又は３に記載の二重管式熱交換器。
【請求項５】
熱交換器の内管内に熱源機で発生した高温熱媒を循環させ、外管内に床暖房システム側の低温熱媒を循環させることにより、高温熱媒で床暖房システム側の低温熱媒の温度を調整するように構成して成る請求項１又は２又は３又は４に記載の二重管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、二重管式熱交換器に関し、更に詳しくは、方向に自在性を付与した比較的少量の流体の冷却又は加熱用に適した二重管式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を内管と外管で構成し、この内管と外管に夫々別の流体を通し、内管の管壁を経由して外管内の流体に熱移動させる方式の所謂二重管式熱交換器としては次のものが公知である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０２１７７号  この公知例は、二重管式熱交換器において、軸方向における熱の移動を減少させ、且つ、フィン効率の向上を図るために、略円筒状のマスキング管の外周面と略円筒状の内管の内周面との間には、第２流路が形成され、内管の外周面と略円筒状のケーシングの内周面との間には、第１流路が形成され、内管の内周面には第２伝熱フィンが設けられ、内管の外周面には第１伝熱フィンが設けられていて、第２流路内を流れる原料ガスと第１流路内を流れる改質ガスとが、内管及び第１及び第２伝熱フィンを介して熱交換を行う構成である。  しかし、この公知例の二重管式熱交換器にあっては、フィンを形成しているため、製作費が嵩むと共に、少量の流体の熱交換用には適さないと共に、設置条件に対応して自由方向に変曲して用いることはできないと云う問題がある。
【０００４】
【特許文献２】特開２００３−１８５３６４号  この公知例は、腐食性を有する流体の熱交換器として好適に使用することができる二重管式熱交換器であって、熱交換のための二重管が９０°を超える湾曲角を有する湾曲管によって接続されている二重管式熱交換器において、前記湾曲管の直下流側に取替え自在の短管部を設けたものである。  しかし、この公知例は、あらかじめ９０°の湾曲角を持っているが、自由に変曲させることはできないと云う問題がある。
【０００５】
【特許文献３】特開２００３−１５６２９４号  この公知例は、二重管熱交換器の性能を向上させるために、外管の内部にそれぞれ外管の軸心周りに螺旋形状に捻られた複数の内管３Ａ〜３Ｄを配置し、所定の間隔で取り付けられたスペーサにより、内管３Ａ〜３Ｄの互いの位置と外管との隙間の二次冷媒通路が一定に保持され、内管を複数本用いて螺旋形状にすることで、熱交換面積を増大させるとともに、外管と内管との二次冷媒通路を流れる水の乱流化を促進し、熱伝達性能を増大させるものである。  しかし、この公知例は、構造が複雑化し、更に、設定条件に対応して自由方向に変曲して用いることはできないと云う問題がある。
【０００６】
【特許文献４】特開平５−１６４４８３号  この公知例は、製作工数の削減と、材料費への低減を得るとともに、フィンの伝熱面積を増大して大幅な熱交換効率の向上を図れる二重管式圧縮機であって、外周面にフィンを備えた内管と、この内管を軸方向に沿う内部に収容する外管とからなり、内管内に熱交換水を導通させ、内管と外管との間に被熱交換流体を導通させるものにおいて、上記内管と外管とは一体成形され、上記フィンは、内管と一体に、この周方向に所定間隔を存して断面放射状に、かつ軸方向に沿って突設され、上記内管と外管およびフィンは軸方向に沿って所定角度ねじられた構成である。  しかし、この公知例においても、フィンを構成中に有するため、製作費が嵩み、更に曲げに対する自由度がないと云う問題がある。
【０００７】
【特許文献５】特開２００２−３５００７１号  この公知例は、伝熱面積を増大させずに熱交換能の増大が可能で、スス付着の問題点も解決できる二重管式熱交換器を提供するために、内管と外管とを備え、内管側および外管側に、それぞれ、高温側流体通路および低温側流体通路のどちらか一方ずつを備えた二重管式熱交換器であって、内管の内壁面に、長手方向に所定間隔（所定ピッチ）で板状又は瘤状の突起部を形成する。この突起部により、内管を高速流体が流れるとき縦渦流が発生して伝熱効率が増大するように構成したものである。  しかし、この公知例においては、突起部を構成するために加工に手間を要し、更に曲げに対して自由度がないと云う問題がある。
【０００８】
【特許文献６】特開２００２−３１８０８３号  この公知例は、二次側流体を分岐させるときの渦流の発生を抑制し、耐久性の向上を図ることが可能となる二重管熱交換器であって、一次側流体を通流させる一次回路管と、二次側流体を通流させる二次回路管とが設けられ、一次回路管を内側、二次回路管を外側とした二重管構造にて構成され、一次側流体と二次側流体とを熱交換させる二重管熱交換器において、二次回路管には、その二次回路管を通流する二次側流体を分岐させるための分岐接続部分が形成され、その分岐接続部分が、二次回路管の他の部分における内径よりも大きくなるように構成したものである。  しかし、この公知例においては、分岐部の構成を有し、製作費が嵩み、更に曲げに対して自由度がないと云う問題がある。
【０００９】
【特許文献７】特開２０００−０７９４１７号  この公知例は、内管側に波形の伝熱フィンを備えていても、偏肉空間や閉塞現象を発生させずに安定して曲げ加工ができる二重管式熱交換器の曲げ加工方法であって、内管と外管とを備え、内管側および外管側に、それぞれ、高温側流体通路および低温側流体通路のどちらか一方づつを備え、内管側に波形の伝熱フィンが管壁に接して配され、内管及び外管の双方に水を充満させて流出不可に閉じて、該水を凍らさせて氷とした状態で、曲げ加工を行った後、氷を解かして除去するものである。  しかし、この公知例では、曲げ加工方法は一旦曲げてしまうと、その曲げ角度方向は固定されてしまい、自由度がないと云う問題がある。
【００１０】
【特許文献８】特開平１０−０３８４９１号  この公知例は、構造が簡単で内部流体の攪拌効果が高く且つ、内圧に対する強度の大きな二重管型熱交換器であって、外管と内管とに夫々螺旋状の波形が曲折され、その螺旋の捩れ方向が互いに逆向きに形成され、そして、内管の波形の頂部と外管の波形の谷部とが互いに交差して接触配置した構成である。  しかし、この公知例においては、確かに攪拌効果は認められるが、圧損が大きい。また、内、外の管には螺旋管が用いられるが、少量の流体の熱交換に際しては偏流が生じてしまい、実用には適さないと云う問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、設置条件に合わせて自由に変曲させて用いることができると共に、この変曲した時に内外の管が接触して傷が発生し、ここが腐食したりするのを防止し、更に加えて、例えばボイラーから排出されるドレン・ブロー水等のような少量の流体の熱交換に適した二重管式熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、二重管式熱交換器において、外管及び内管を波管で構成すると共に、前記内管の外をウイックで被覆して成るものである。
この発明によると、内外の二重管が波管で構成されているため、設置条件に合わせて自由に曲げて用いることができる。また、内管の外にウィックが被覆してあるため、少量の流体はこのウィックの作用により一種の毛細管現象で移動し、管内で偏流化しない。このため、熱交換の効率が上昇する。また、ウィックは管を曲げた時に、内管と外管が直接接触して傷が発生するのを防止することができる。特に、内外の管が波形の場合、接触したときの摩擦が大きいため、摩擦傷が発生しやすい。そして、ドレン・ブロー水の場合、少しの傷でも腐食が発生しやすいことから、このようなドレン・ブロー水の熱交換用として特に有効である。
【００１３】
更に、請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明において、波管は、螺旋管又はコルゲート管であることを特徴とするものである。
【００１４】
更に、請求項３に記載の発明においては、請求項１又は２に記載の発明において、ウィックは、樹脂製の網又は不織布又は織物又は編物で構成されていることを特徴とするものである。
このように、ウィックを樹脂製とすることにより、毛細管現象を司どること以外に、内外の管が直接接触するのを防止する。また、ウィックは、外管内を流れる流体に乱流を発生させるため、熱交換効率のアップを図ることができる。
【００１５】
更に、請求項４に記載の発明においては、請求項１又は２又は３に記載の発明において、熱交換器を水槽内に浸設すると共に、内管内を通って来た熱媒を前記水槽内にオーバーフローさせることにより、外管内の流体を内外の双方から冷却又は加熱するように構成して成るものである。
この発明によると、熱エネルギーを最後まで有効に利用することができる。
【００１６】
更に、請求項５に記載の発明においては、請求項１又は２又は３又は４に記載の発明において、熱交換器の内管内に熱源機で発生した高温熱媒を循環させ、外管内に床暖房システム側の低温熱媒を循環させることにより、高温熱媒で床暖房システム側の低温熱媒の温度を調整するように構成して成るものである。
この発明によると、熱源機で発生した例えば８５℃の高温水で、床暖房用熱媒の温度である約６０℃に調整することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、波管を二重にして用いる熱交換器において、内管の外側をウィックで被覆したことにより、二重管を曲げた時に管同士が直接触れないため、摩擦傷が発生したり、ここに腐食が発生したりする心配がないと共にウィックが外管内を流れる流体に乱流を発生させるため、熱交換効率のアップを図ることができる。また、管を曲げた時に、ウィックは螺旋谷が詰るのを防ぐ作用も奏することから、谷を経由する流路を確保する効果もある。
また、本発明は、二重の波管を用い、内部にウィックが組み込んであることから、ドレン・ブロー水等のように、少量の熱交換用に適用した場合に有効である。
【実施例１】
【００１８】
請求項１〜３に記載した発明の実施例を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。この発明は、熱交換器自体に関するもので、この熱交換器１は、螺旋管を外管２となし、この外管２の中に外管２と同軸に螺旋管で形成された内管３を組み込んだ二重管から成る。更に、前記内管３の外表面は、樹脂製の網状ウィック４で被覆されている。
内管３と外管２は、原則として図１のように同軸に挿入されていなければならないので、外管２側に内管３の保持部２ａを形成しても良いし、場合によっては、スペーサーを内管３と外管２との間に組み込むようにしても良い。
【００１９】
この熱交換器１は、内管３内に例えば、水を通し、外管２内にボイラーからのドレン・ブロー水を通すことにより、このドレン・ブロー水の温度を東京都の排水基準である５０℃以下に低下させて基準値に調整するときに用いることができる。
この熱交換作用において、ドレン・ブロー水は連続的ではあるが、少量である。このため、外管２内において、通常は管の傾きに応じてドレン・ブロー水は偏流化するが、実施例１によると、少量のドレン・ブロー水は、ウィック４を伝って移動し、このウィック４は内管３に接しているため、内管３内を通る冷却水からの伝熱を有効に受けることができる。
【００２０】
また、ウィック４は、熱交換器１を例えば円曲させたり、折り曲げたりして使用するときには、この曲げ部において外管２の内面に内管３の外面が直接接触し、この時の摩擦で損傷し、ここに腐食が発生したりするのを防止する。
また、ウィック４は、網状であることから、この網目と内管３の螺旋の方向をクロスさせることにより、螺旋管の場合、螺旋谷への接触防止を図り、螺旋谷を経由して流れる流路を確保することができる。
【００２１】
本実施例１において、外管２と内管３の材質は、通常の熱交換チューブに用いられるアルミニュウム或いは銅であるが、勿論、その他の材質として、例えばステンレス、チタン、モリブデン等も考えられる。
また、本実施例１では、ボイラーからのドレン・ブロー水の温度調節用熱交換器としての用途について説明したが、その他の流体の熱交換用に用いることができ、大型化を図れば、少量ではなく、大量の流体の熱交換にも用いることができることは云うまでもない。
【００２２】
更に、本実施例１の外管２及び内管３は、螺旋管であるが、内外の一方を螺旋管となし、他方をコルゲート管の組み合わせとしたり、双方ともコルゲート管としても良い。
この螺旋管及びコルゲート管は、熱交換器を自由方向に円曲させたり、折り曲げたりする自由度付与のために必須である。
ウィック４は、網状が最も好ましいが、不織布、織物、編物等であっても良く、熱交換器としての使用条件に応じてこのウィックの組成及びその材質は選択される。
【実施例２】
【００２３】
請求項４に記載した本発明の実施例を図３に基づいて詳細に説明する。
本実施例２は、ボイラー８のドレン・ブロー水の温度調節のために、実施例１で説明した熱交換器１を水槽５内に浸設し、熱交換器１の内管３内を上水供給口９に接続し、この内管３を通って来た上水を水槽５内にオーバーフローさせてこの水槽５内に貯める。一方、ボイラー８のドレン・ブロー水は、外管２内に通し、熱交換器１内において上水により内側から冷却され、水槽５内においてはこの水槽５内にオーバーフローした水６で外側から冷却されて排水溝７に排水される。
本実施例２によると、ボイラー８から排出されたドレン・ブロー水は、外管２内において、内管内３からの冷却に合わせて、水槽５内のオーバーフロー水６で外側からも冷却されるため、熱交換器１だけで熱交換を行う場合に比較して、同一性能を発揮させる場合、熱交換器１の長さを短縮することができ、施工性が良くなる。
本実施例２の場合も、ドレン・ブロー水以外の熱交換に実施化できることは勿論である。
【実施例３】
【００２４】
本実施例３は、請求項５に記載した発明に対応するもので、図４に基づいて詳細に説明する。本実施例３は、熱交換器１を床暖房システム１０用の熱交換に用いる例である。床暖房システム１０においては、このシステム１０内の温水マット１１を循環する熱媒の温度は約６０℃に設定されている。そこで、熱源機１２で発生した約８５℃の熱媒を内管３内に循環させ、床暖房システム１０内の熱媒を外管２内に循環させることにより、約８５℃の熱媒で床暖房システム１０側の熱媒の温度を約６０℃に温度調節する例である。図中１３は循環ポンプ、１４は温水分配器、１５は制御バルブである。
以上、実施例１〜３を説明したが、これらの実施例は本願発明の実施例としてはほんの一例であって、請求項１〜５に記載した本願発明の技術的範囲は、上記した実施例１〜３に限定される訳ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本願発明に係る熱交換器の断面図。
【図２】Ａ−Ａ線拡大断面図。
【図３】ボイラーのドレン・ブロー水の温度調節装置に本願発明の熱交換器を用いた実施例２の説明図。
【図４】本願発明の熱交換器を床暖房システムに用いた実施例３の説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１  熱交換器
２  外管
３  内管
４  ウィック
５  水槽
６  オーバーフロー水
７  排水溝
８  ボイラー
９  上水供給口
１０  床暖房システム
１１  温水マット
１２  熱源機
１３  循環ポンプ
１４  温水分配器
１５  制御バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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