(57)【要約】【課題】  作業者が人力で折り曲げることによって使い勝手のよい形状に形作ることが可能であって、高い熱交換効率を期待することのできる伝熱管及びその伝熱管を用いた熱交換器を提供する。【解決手段】  伝熱管１は、人力で折曲げ可能な波形管壁８を備える可撓管を輪形部６を有する形状に折り曲げてなる。熱交換器は、第１流体通路２１を形成するシェル２０の内部に伝熱管３０を収容してなる。伝熱管３０は、人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管を輪形部３５を有する形状に折り曲げてなる。【選択図】        図２
2005321156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部と他端部とが流体流通口として形成されかつ人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管を輪形部を有する形状に折り曲げてなることを特徴とする伝熱管。
【請求項２】
一端部と他端部とが流体流通口として形成されかつ人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管の中間部を折り曲げることによって互いに沿って延びる２つの管部が形成され、それらの管部のうちの一方側の管部で当該可撓管を輪形部を有する形状に折り曲げてなることを特徴とする伝熱管。
【請求項３】
上記可撓管が、連続する複数の輪形部を形成する形状に折り曲げられている請求項１又は請求項２に記載した伝熱管。
【請求項４】
第１流体通路を形成するシェルの内部に、請求項１、請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載した伝熱管によって形成される第２流体通路が配備されてい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、伝熱管及び熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
管壁が平滑な管（平滑管）を曲げ加工することによって形成された所定形状の曲り部を備える伝熱管が従来より知られていた。
【０００３】
他の従来例として多管式熱交換器（多管式モジュール熱交換器）が知られていた（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載されている多管式熱交換器は、胴体の内部に、管壁に螺旋溝を有する多数のまっすぐな伝熱管の集合束が配備されている。また、胴体の内部の軸方向複数箇所にバッフルプレートの複数の孔部のそれぞれに、上記伝熱管が個別に挿通されてそれらのバッフルプレートによって複数の伝熱管が支えられていると共に、それぞれの伝熱管の端部が仕切壁の組付け孔部に貫設して固着されている。この多管式熱交換器によると、複数箇所のバッフルプレートの作用によって胴体内部の流体通路を流れる流体が乱流を生じて熱交換効率が向上するとされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２２９５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、平滑管を曲げ加工して所定形状の曲り部を形作ってなる伝熱管には次のような問題点があった。すなわち、平滑管はそれ自体が曲がりにくい特性を示すので、たとえば平滑管を曲げ加工して輪形状（コイル状）の曲り部を形作るときには、大掛かりな折曲げ用機械を使用することを前提として、曲げ加工によって形成するコイル状曲り部の半径ないし曲率をあらかじめ定めた後で作業を行うことが不可欠であり、伝熱管の使用現場で作業者が平滑管を使い勝手のよい形状に折り曲げて使用するということが困難であった。また、平滑管自体が曲がりにくい特性を示すので、平滑管を螺旋状に曲げてコイル状曲り部を形作る場合において曲げ加工の曲率が大きすぎると平滑管を曲げ加工することができず、また、曲げ加工後の開き角度を９０度やそれより小さい角度とする折曲げ加工を行うことができないために四角形や三角形などの任意の形状に折り曲げることが困難であった。さらに平滑管を使用した伝熱管においては、その管壁が平滑であるために伝熱管の内側を流れる流体やその外側を流れる流体に乱流運動が発生しにくく、そのためにそれほど高い熱交換効率を期待することができなかった。
【０００６】
これに対し、特許文献１によって提案されている多管式熱交換器では、胴体内部の流体通路に乱流を生じさせることに役立つバッフルプレートが配備されていることに加えて、波形の伝熱管の管壁に凹凸が備わっているため、胴体内部の流体通路や伝熱管の内部の流体通路を流れる流体がバッフルプレートや伝熱管の管壁の凹凸に衝突して乱流運動を生起し、そのような乱流生起作用によって高い熱交換効率を期待することができるという長所がある。しかし、その反面で、伝熱管にまっすぐな波形管を用いているために、伝熱管の内部の流体通路の有効長を長くして熱交換効率を高めるためには、多数本の伝熱管の端部同士を連通させてその流体通路を蛇行状に延長させる必要があり、そのために多数本のまっすぐな伝熱管をシェルの内部に配備しなければならず、また、それらの多数本の伝熱管の端部を仕切壁の組付け孔部に挿通して固着することによって稼働中の伝熱管の振動などを抑制しておかなければならない。このため、特許文献１で提案されている多管式熱交換器の製作には、個々の伝熱管をバッフルプレートの孔部に挿通して固着する工程や、バッフルプレートに固定した多数本の伝熱管を胴体の内部に組み付ける工程などの多くの煩わしい熟練を要する工程が含まれて製作が面倒でなって製作コストが高くつくという問題があった。
【０００７】
本発明は以上の状況や問題に鑑みてなされたものであり、使用現場で作業者が人力で折り曲げることによって製作することが可能である上、内側を流れる流体や外側を流れる流体に乱流を生起させて高い熱交換効率を期待することのできる伝熱管を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、そのような伝熱管を用いた熱交換器であって、バッフルプレートや多数本の波形の伝熱管を用いることなく、バッフルプレートを用いかつ多数本の波形の伝熱管を用いた場合と遜色のない熱交換効率を期待することのできる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る伝熱管は、一端部と他端部とが流体流通口として形成されかつ人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管を輪形部を有する形状に折り曲げてなる、というものである。この構成の伝熱管は、人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管によって形成されているので、その可撓管を任意形状に折り曲げる作業を、使用現場で作業者が人力で行うことができる。したがって、その折曲げ箇所を、使用現場での使い勝手のよい輪形部を有する形状に形作ることが容易に可能である。また、輪形部を有する形状に折り曲げられた箇所や波形管壁の凹凸に伝熱管の外側を流れる流体が衝突して乱流が生起され、そのような乱流生起作用によって高い熱交換効率を期待することができる。さらに、伝熱管の内側を流れる流体が、波形管壁の凹凸に衝突したり、輪形部を有する形状に折り曲げられた箇所を流れる流体がその折曲げ箇所に沿う迂回流を生じることによっても高い熱交換効率を期待することができる。
【００１０】
別の本発明に係る伝熱管は、一端部と他端部とが流体流通口として形成されかつ人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管の中間部を折り曲げることによって互いに沿って延びる２つの管部が形成され、それらの管部のうちの一方側の管部で当該可撓管を輪形部を有する形状に折り曲げてなる、というものである。この構成の伝熱管によっても上記と同様の作用が発揮される。
【００１１】
上記したそれぞれの発明にあっては、上記可撓管が、連続する複数の輪形部を形成する形状に折り曲げられているものであってもよく、これによっても上記と同様の作用が発揮される。
【００１２】
本発明に係る熱交換器は、第１流体通路を形成するシェルの内部に、上記構成を有する伝熱管から選ばれる任意の１つによって形成される第２流体通路が配備されている、というものである。ここでいう第２流体通路は、一端部と他端部とが流体流通口として形成されかつ人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管を輪形部を有する形状に折り曲げてなる伝熱管によって形成される流体通路、一端部と他端部とが流体流通口として形成されかつ人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管の中間部を折り曲げることによって互いに沿って延びる２つの管部が形成され、それらの管部のうちの一方側の管部で当該可撓管を輪形部を有する形状に折り曲げてなる伝熱管によって形成される流体通路、又は、可撓管が、連続する複数の輪形部を形成する形状に折り曲げられている伝熱管によって形成される流体通路のいずれかを指している。
【００１３】
この発明によると、第２流体通路を形成する伝熱管の輪形部を作業者が人力で形作ることができるだけでなく、シェルの口径が小さくても伝熱管の輪形部の半径ないし曲率をそのシェルの口径に合わせて定めることができるという利点がある。また、第１流体通路を流れる流体が、伝熱管の輪形部やその伝熱管の波形管壁の凹凸に衝突したりして乱流を生起するので高い熱交換効率を期待することができる。
【００１４】
特に、流体流通口を形成している可撓管の一端部と他端部とが、その可撓管の中間部を折り曲げることによって形成されている互いに沿って延びる２つの管部に備わっているという構成を採用した場合には、可撓管の一端部及び他端部の流体流通口が当該伝熱管の同一側の端部に位置するので、当該伝熱管をシェルに収容させて第２流体通路をシェルの内部に配備するときに、その伝熱管をシェルの一端側から挿入するという単純な作業で当該熱交換器を組み立てることができる。この発明の作用は後述する実施形態を参照してさらに詳細に説明する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る伝熱管によれば、使用現場で作業者が人力で可撓管を折り曲げることによって使い勝手のよい形状に形作ることが可能である上、内側を流れる流体や外側を流れる流体に乱流を生起させて高い熱交換効率を期待することのできる、という効果が奏される。
【００１６】
本発明に係る熱交換器によれば、バッフルプレートや多数本の波形の伝熱管を用いることなく、バッフルプレートを用いかつ多数本の波形の伝熱管を用いた場合と遜色のない熱交換効率を期待することのできる熱交換器を提供することができる。また、製作が容易な熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１（Ａ）は本発明に係る伝熱管の側面図、同（Ｂ）は同（Ａ）のＩＢ矢視図である。同図の伝熱管１は、一端部と他端部とが流体流通口２，３として形成されている。また、伝熱管１の中間部の１箇所イを折り曲げることによってその伝熱管１に互いに沿って延びる２つの管部４，５を形成してある。そして、一方側の管部４が、連続する複数の輪形部６を形成するようにコイル状に折り曲げられている。ここで、個々の輪形部６は同一又は略同一の曲率を有する平面視円形に形成されている。この構成であると、複数の輪形部６の全部が含まれるコイル状の曲り部７の軸長が一方側の管部４の全軸長（曲り部７の軸長を含む）より短くなるにもかかわらず、曲り部７の有効長（管軸方向での軸長）を一方側の管部４の全軸長の割に長くすることが容易に可能である。
【００１８】
この伝熱管１は、人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管を用いて製作されている。そのため、伝熱管１の中間部の１箇所イを折り曲げる作業や、輪形部６を形作る作業は、たとえば伝熱管１の使用現場で作業者が人力で行うことができ、仮に、折曲げ用機械を用いる場合でもあってもその折曲げ用機械として簡易なものを用いることができるようになる。また、波形管壁を備える可撓管を折り曲げて輪形部６を形作るときに、その輪形部６の半径ないし曲率をその使用現場での使い勝手を考慮して比較的自由に定めることができる。したがって、径小の輪形部６を具備させるのが望ましいときには、輪形部６の径小に形成することができ、また、曲り部７の有効長についても輪形部６の数やピッチを変更して自由に定めることができる。可撓管としてチタン製の波形管を用いた場合、たとえば輪形部６の外径を９０ｍｍ程度に定めたり、それより小さい寸法に定めたりすることも可能である。
【００１９】
図１で説明した伝熱管１は、伝熱管１の内側を流れる流体とその外側を流れる流体との間で熱交換を行わせることに用いられる。その場合、連続する複数の輪形部６によって形成されている曲り部７や波形管壁の凹凸に伝熱管１の外側を流れる流体が衝突するので、伝熱管１の外側を流れる流体がその衝突によって乱流を生起して高い熱交換効率が得られる。また、伝熱管１の内側を流れる流体は、波形管壁の凹凸に衝突したり、曲り部７を流れる流体がその曲り部７に沿う迂回流を生じることからも高い熱交換効率が得られる。
【００２０】
図３は伝熱管１に用いられている上記可撓管の一部破断側面図である。同図のように、この可撓管の波形管壁８は、湾曲した山形部８１と湾曲した谷形部８２とが管軸方向で交互に連続し、かつ、山形部８１及び谷形部８２は螺旋状に形成されている。しかも、谷形部８２は相隣接する山形部８１，８１の相互間に間隔を確保させることに役立っている。この構成の波形管壁８であると、折り曲げるときに湾曲した山形部８１と湾曲した谷形部８２とが容易に伸縮するので人力による折曲げ作業を容易に行うことができるという利点がある。なお、山形部８１及び谷形部８２が螺旋状に形成されている必要は必ずしもなく、それらが独立したリング状に形成されていてもよい。
【００２１】
図２（Ａ）は本発明に係る熱交換器の側面図、同（Ｂ）は同（Ａ）のＩＩＢ矢視図である。同図の熱交換器１０は、第１流体通路２１を形成する円筒状のシェル２０の内部に伝熱管３０を挿入して収容させてあり、その伝熱管３０によって、第１流体通路２１の内部に配備された第２流体通路が形成されている。
【００２２】
伝熱管３０の基本的な構成は、図１で説明した伝熱管１の構成を踏襲したものである。すなわち、この伝熱管３０では、一端部と他端部とが流体流通口３１，３２として形成されている。また、伝熱管３０の中間部の１箇所（図に現れていない）を折り曲げることによってその伝熱管１に互いに沿って延びる２つの管部３３，３４を形成してある。そして、一方側の管部３３が、連続する複数の輪形部３５を形成するようにコイル状に折り曲げられている。個々の輪形部３５は同一又は略同一の曲率を有する平面視円形に形成されている。したがって、複数の輪形部３５の全部が含まれるコイル状の曲り部の軸長が一方側の管部４の全軸長（曲り部の軸長を含む）より短くなるにもかかわらず、曲り部の有効長（管軸方向での軸長）を一方側の管部３３の全軸長の割に長くすることが容易に可能である。さらに、上記伝熱管３０は、人力で折曲げ可能な波形管壁を備える可撓管を用いて製作されている。そのため、伝熱管１の中間部の１箇所を折り曲げる作業や、輪形部３５を形作る作業は作業者が人力で行うことができ、仮に、折曲げ用機械を用いる場合でもあってもその折曲げ用機械として簡易なものを用いることができるようになる。また、波形管壁を備える可撓管を折り曲げて輪形部３５を形作るときに、その輪形部３５の半径ないし曲率をシェル２０の口径や長さを考慮して比較的自由に定めることができる。したがって、シェル２０の口径が小さくても、その口径に合わせて径小の輪形部３５を容易に形成することができ、また、曲り部の有効長についても輪形部３５の数やピッチを変更して自由に定めることができる。
【００２３】
図２の熱交換器において、伝熱管３０の２つの管部３３，３４は、シェル２０の一端を塞ぐフランジ２２の２箇所の開口２３，２４に挿通されてシェル２０の外側に突出されていると共に、それらの管部３３，３４が、フランジ２２にロックナットなどの止具２５を用いて液密状態に固定されている。なお、シェル２０の他端はフランジ２６によって塞がれている。この構成を採用してフランジ２２に管部３３，３４を固定すると、初期状態での管部３３，３４の間隔寸法とフランジ２２の開口２３，２４との間隔寸法とが一致していなくても、伝熱管３０の可撓性を利用して管部３３，３４の間隔寸法を変更して開口２３，２４の間隔寸法に合わせることができるためにその固定のための作業を容易に行うことができる。また、伝熱管３０をシェル２０に組み付ける作業は、伝熱管３０をシェル２０に挿入した後、上記のように止具２５を用いて管部３３，３４をフランジ２２に固定するだけで済む。したがって、溶接作業などの面倒な作業を行う必要はない。また、伝熱管３０は１本の可撓管を折り曲げることによって形成されているので、伝熱管３０を構成するために多数の波形管を用いる必要がない。
【００２４】
図２で説明した熱交換器１０は、シェル２０の第１流体通路２１を流れる流体と伝熱管３０の第２流体通路を流れる流体との間で熱交換を行わせることに用いられる。その場合、伝熱管３０に具備されて連続する複数の輪形部６によって形成されている曲り部や波形管壁の凹凸に第１流体通路２１を流れる流体が衝突するので、第１流体通路２１を流れる流体がその衝突によって乱流を生起して高い熱交換効率が得られる。また、第２流体通路を流れる流体については、波形管壁の凹凸に衝突したり、曲り部を流れる流体がその曲り部に沿う迂回流を生じることから高い熱交換効率が得られる。
【００２５】
図１で説明した伝熱管１や図２で説明した伝熱管３０は、平面視円形の輪形部６，３５を備えているけれども、これらの伝熱管１，３０は、人力で折曲げ可能な波形管壁を有する可撓管によって形成されるものであるために、それらの輪形部６，３５は、平面視矩形や三角形などの多角形に形成したり、渦巻き形に形成したりすることが容易に可能である。また、輪形部６，３５を四方面状骨格構造に類似する形状に形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）は本発明に係る伝熱管の側面図、（Ｂ）は同（Ａ）のＩＢ矢視図である。
【図２】（Ａ）は本発明に係る熱交換器の側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＩＢ矢視図である。
【図３】伝熱管に用いられている可撓管の一部破断側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，３０  伝熱管
２，３，３１，３２  流体流通口
４，５，３３，３４  管部
６，３５  輪形部
８  波形管壁
２０  シェル
【図１】
2005321156.tif 000003
【図２】
2005321156.tif 000004
【図３】
2005321156.tif 000005