(57)【要約】      （修正有）【課題】二重管式熱交換器の接続具を一体に構成することで配管を省スペースで行うことを可能としながら、流体混入の惧れがなく、さらに流体の漏れが発生した場合に目視で確認することが可能な二重管式熱交換器を提供する。【解決手段】内管１００と外管２００に接続するヘッド部は、本体３４０とアダプタ３５０とからなり、内管装着部は、内管１００に挿入されるインサート３６３を有し、ヘッド部本体３４０とアダプタ３５０の間の貫通穴の円周上に弾性体３４１を配置し、ヘッド部本体３４０とアダプタ３５０が固定具３４２により一体化されると、弾性体３４１が圧縮されて内管１００を径方向に圧縮し、この弾性体３４１と内管装着部のインサート３６３とで内管１００を押圧する構造を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と内管とヘッド部からなる二重管式熱交換器であって、前記ヘッド部は、本体とアダプタと外管装着部と内管装着部とからなり、前記ヘッド部の本体は、前記外管装着部の接合部と、外管側流体の流路および内管挿入路となる貫通穴と、外管側流体の流路の分岐とを有し、前記アダプタは前記本体から延長された貫通穴と、前記内管装着部の接合部とを有し、前記内管装着部は、前記内管に挿入されるインサートを有し、前記本体の前記アダプタ側側面に、貫通穴の円周上に弾性体を配置するための切欠が形成され、該切欠に、略リング状に形成された合成樹脂で構成された弾性体を配置し、前記本体と前記アダプタが固定具により一体化されると、前記弾性体が圧縮され、前記切欠内面と前記アダプタ表面に密着して前記内管を径方向に圧縮し、前記弾性体と内管装着部の前記インサートとで前記内管を押圧する構造であることを特徴とする二重管式熱交換器。
【請求項２】
前記外管が、合成樹脂を含む管体で構成され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】
前記外管が、蛇腹形状の金属管で構成され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４】
前記内管が、フッ素樹脂またはシリコーン樹脂で構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか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】
本発明は、熱交換器に関する。中でも、とくに管体が高分子で構成される二重管式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
径が異なる内管と外管とを用いて、外管に内管を挿通して二重に構成し、内管の管壁を通して内管と外管とを流れる流体間で熱交換を行う二重管式熱交換器が知られている。例えば先行技術文献１には、軽量かつ外側管の腐食による漏れの惧れをなくした熱交換器を提供するために、内側管を金属で形成し、外側管を樹脂で形成した二重管式熱交換器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２‐１６２１７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の二重管式熱交換器は、接続具を貫通した内管の先端に継手を装着する構造であり、外管側流体は接続具と内管とでシールされている。内管側流体は内管を既設配管に接続する為の継手で外部に漏洩しないようにシールされており、外管側、内管側でそれぞれ別の場所にシール部があるため、流体が漏洩した場合でも外管側流体と内管側流体とが混入する可能性は低い。しかし、外管の接続および外管側流体の流路となっている接続具の他に、内管を既設配管に接続する為の継手も必要であり、設置のためのスペースが余分に必要となる。上記の設置スペースを改善するために、接続具の貫通部と内管とに対して、接続具を貫通しない長さに内管を調整し、接続具内に内管を既設配管に接続する為の接続機構を備えた一体構造が考えられる。しかし、この場合、外管側流体のシール部および内管側流体のシール部を１ヶ所で機能させる構造となり、シール部で漏洩した場合、外管側流体および内管側流体がコンタミする問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、二重管式熱交換器の接続具を一体に構成することで配管を省スペースで行うことを可能としながら、流体混入の惧れがなく、さらに流体の漏れが発生した場合に目視で確認することが可能な二重管式熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記のような課題を解決する構造を鋭意研究し、管体を接続する接続具を一体化しながら、内管、外管から流体が漏れた場合でも流体が完全に隔離され、さらに目視により早期に確認できる接続構造の二重管式熱交換器を発明するに至った。  
【０００７】
即ち、上記目的達成のため、本発明の二重管式熱交換器では、内管と外管に接続するヘッド部は、本体とアダプタと外管装着部と内管装着部とからなり、ヘッド部の本体は、外管装着部の接合部と、外管側流体の流路および内管挿入路となる貫通穴と、外管側流体の流路の分岐とを有し、ヘッド部のアダプタはヘッド部本体から延長された貫通穴と、内管装着部の接合部とを有し、その内管装着部は、内管に挿入されるインサートを有し、ヘッド部本体のアダプタ側側面に、貫通穴の円周上に弾性体を配置するための切欠が形成され、この切欠に、略リング状に形成された合成樹脂で構成された弾性体を配置し、ヘッド部本体とアダプタが固定具により一体化されると、弾性体が圧縮されて切欠内面とアダプタ表面に密着して内管を径方向に圧縮し、この弾性体と内管装着部のインサートとで内管を押圧する構造であることを特徴とする。  
【０００８】
さらに、二重管式熱交換器の外管が、合成樹脂を含む管体、または蛇腹形状の金属管で構成されることを特徴とする。  また、内管はフッ素樹脂またはシリコーン樹脂で構成されることを特徴とする。このような構成することにより、二重管は可撓性を有するものになり、設置する場所の形状、広さに応じて変形させることが可能になる。  また、内管をフッ素樹脂またはシリコーン樹脂で構成することにより、低溶出でクリーン性が必要な用途にも対応可能であり、耐熱性があるので高温の流体の使用や蒸気滅菌などの処理も可能となり、好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の二重管式熱交換器の一例の外観概略図である。
【図２】本発明の実施形態の二重管式熱交換器のヘッド部の分解図である。
【図３】本発明の実施形態の二重管式熱交換器のヘッド部の組み立てた状態を示す一部切り欠き断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を特定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の全てが本発明の成立に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、本発明の二重管式熱交換器全体の外観概略図、図２はそのヘッド部の分解図、図３は二重管式熱交換器のヘッド部を組み立てた状態を示す一部切り欠き断面図である。
【００１２】
本実施形態の二重管式熱交換器は、可撓性があり、設置したい場所のスペース、形状に合わせて変形することが可能であり、使用する管体および継手には、入手が容易な市販品を使用することが可能である。図１に示すように、本実施形態の二重管式熱交換器1は、合成樹脂製の内管100を、可撓性の管体からなる外管200に挿入し、その両端に、ヘッド部300を装着する。ヘッド部300は、内管100と外管200を接続し、二重管式熱交換器1を配管（図示していない）に接続する機能を有する。ヘッド部300は、外管200を装着する外管装着部330と、ヘッド部本体340、アダプタ350、内管装着部360で構成される。図２はヘッド部の分解図であり、図3はヘッド部の組み立てた状態を示す図である。ヘッド部本体340には、内管を挿通し、外管側流体の流路でもある貫通穴が形成されており、本体340のアダプタ350側側面の貫通穴の周囲には切欠346が形成され、その切欠346には合成樹脂で構成された弾性体341が配置される。弾性体341は、ヘッド部本体340とアダプタ350の間に位置する。ヘッド部本体340とアダプタ350は、固定具342によって固定され一体化される。固定具342の締め付けによって、弾性体341は圧縮され、切欠346の内面、アダプタ350表面に密着し、内管100を径方向に圧縮する。アダプタ350には、内管装着具360との接合部351が設けられている。接合部351により、内管装着部360の袋ナット361が固定される。アダプタ自体に内管装着部360の袋ナットの機能を持たせてもよく、その場合は、内管を装着した内管装着部が直接アダプタに接合される。内管装着部360はタケノコ形状のインサート363と袋ナット361とで内管100を圧縮し、内管100の内部の流体が外部に漏洩しないようシールしている。内管装着部360のインサート363は、その長さを、内管100が弾性体341による圧縮力を受ける位置に届く長さとすることで、内管100を内部から支持している。そのため、弾性体341の内管100の内径方向への圧縮力とインサート363によって、内管100を効果的に押圧し、外管側流体の漏洩を防ぐためのシールを強固なものとすることができる。また、内管100が弾性体341による圧縮力を受ける位置において、インサート363が無い場合、長期的に内管100の変形が起こることが懸念されるが、インサート363によって内管100を内部から支持していることで変形を抑えることができる。図3において、内管100を内挿した外管200は、外管装着部のインサート333に装着され、袋ナット334により固定されている。外管200を装着した外管装着部330は、雄ネジ部332をヘッド部本体340の雌ネジ部（接合部）343に螺合して固定されている。ヘッド部本体340の内部には、外管側流体の流路344と、流路分岐345が形成されており、弾性体341が配置される切欠346が形成されている。内管装着部360の既設配管（図示されていない）との接合は、既設配管の形状に合わせて選択する。アダプタ350を貫通する固定具などを使用し、フェルールやフランジなどを配置してもよい。  
【００１３】
以下、本実施形態の二重管式熱交換器1の各部の詳細を説明する。二重管の内側の管を構成する内管100は、可撓性を有するものを用いる。材質は内管に必要な特性に合わせて適宜選択するとよい。合成樹脂製のチューブが適しており、その材質は、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂など柔軟性に優れるものが好ましい。また、医薬品のプロセスに用いられる場合など、  クリーン性（低溶出性）が要求される場合には、フッ素樹脂またはシリコーン樹脂で構成するチューブが好適である。フッ素樹脂やシリコーン樹脂は、クリーン性だけではなく、耐熱性も有しており、高温の流体に使用可能で、蒸気滅菌などの処理も可能である。とくにフッ素樹脂は、化学的に安定で、低カ゛ス透過性、視認性なども有しており好適である。  
【００１４】
二重管の外側の管を構成する外管200は、可撓性を有するものを用いる。材質は外管に必要な特性に合わせて適宜選択するとよい。合成樹脂を含む管体が好適であり、その材質は、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂など柔軟性を有するものが好ましい。また、クリーン性（低溶出性）が要求される場合には、フッ素樹脂またはシリコーンで構成するチューブが好適である。フッ素樹脂やシリコーンは、クリーン性だけではなく、耐熱性も有しており、熱媒蒸気など、高温の流体も使用可能である。  外管に耐圧が必要な場合には、管壁の中間に樹脂製の耐圧補強編組層を入れた、ホースを用いることも可能であり、外管に蛇腹加工を施して、可撓性を向上させると同時に、外管内の流体の流れの乱雑さを向上させて、伝熱性を向上させるなどの加工を施すこともできる。耐圧、耐熱性に優れる蛇腹形状の金属管を使用することも好適である。  
【００１５】
外管装着部330は、容易に入手できる市販の継手を組合わせて使用することが可能であり、市販の管用継手、ホース用継手、カシメ金具、ホースニップルなどが選択できる。本実施形態ではホース用継手を使用し、ヘッド部本体340との接合にはヘッド部本体340の雌ネジ部343に螺合する雄ネジ部331を有するものを選択したが、ヘッド部本体340との接合の形状は各規格の雄ネジ/雌ネジの他、フェルール、管用継手、管接続などが選択でき、Ｏリング、ねじ込み、溶接などによるシールが可能である。  
【００１６】
ヘッド部本体340は図3に示すように、内部に流体の流路と、内管を挿通するための貫通穴を有している。貫通穴内面と内管100表面との間隙が外管側流体の流路となる。外管200内の流体は、外管装着部330を通って流路344を通り、流路分岐345を通って、外管側流体の既設配管（図示していない）へ排出される。貫通穴は、流路分岐345よりアダプタ350側では内管100が挿入できるぎりぎりの径になっており、外管側流体は、ヘッド部本体340のアダプタ350側側面に形成された切欠346に配置された弾性体341によって、アダプタ350側へ漏洩しないように密閉されている。ヘッド部本体340とアダプタ350は、ボルトなどの固定具352で固定される。固定方法として、他にもヘッド部本体340とアダプタ350に各規格の雄ネジ/雌ネジを形成して固定するなどの方法が選択できる。固定具352でヘッド部本体340とアダプタ350を一体化することで弾性体341が圧縮されて、切欠346内面とアダプタ350表面に密着して内管100を径方向に圧縮することで、外管側流体が完全に密閉される。長期の使用により弾性体341が劣化するなどの原因で、外管側流体の漏れが発生した場合、漏洩した流体は、ヘッド部本体340とアダプタ350の間からヘッド部の外部へ流れるか、アダプタ350と内管接続部360の間からヘッド部の外部へ流れる。  ヘッド部の材質は、ステンレスなどの金属で構成することが好ましい。  
【００１７】
アダプタ350は、ヘッド部本体340から延長する貫通穴と、内管接続部と接合する接合部351とが形成されている。アダプタの貫通穴は、ヘッド部本体340の貫通穴のアダプタ350側と同じ径である。ヘッド部本体340の切欠346に配置した弾性体341をアダプタ350側面で押圧している。ヘッド部本体340の切欠346と同様に、アダプタ350の内管接続部360側側面の貫通穴の円周上に切欠を形成して、弾性体を設けることもできる。アダプタにも弾性体を設けることで、外管側流体が漏洩した場合に、流体がヘッド部の外部へ流れる位置をヘッド部本体340とアダプタ350の間に限定することができる。アダプタ350の内管接続部360を接合する接合部351は、内管接続部360を固定する機能を有する。たとえば、接合部351と略同径の凹みを設けて接合部をはめ込むことができる他、各規格の雄ネジ/雌ネジ、Ｏリング、溶接などによる接合が可能である。アダプタ自体に、内管接続部360の袋ナット361の機能を持たせるなど、内管接続部360と一体とすることも可能である。アダプタ350は、ステンレスなどの金属で構成することが好ましい。  
【００１８】
内管装着部360は、本実施形態では、容易に入手できる市販の継手を組合わせて使用している。内管100と既設配管（図示していない）の接続部は、内管100の端末にフレア加工などの追加工は必要なく、タケノコ形状のインサート363と袋ナット361により固定している。内管側流体は、内管内に挿入されたインサート363と袋ナットの締め込みによって、外部へ漏洩しないように密閉されている。また、インサート363の長さを、内管100が弾性体341によって内管100の外表面から内径方向に応力を受ける位置に届く長さにすることで、袋ナット361とインサート363による内管100の締め付けと、弾性体341の圧縮力とインサート363による内管100の押圧の２か所でシールして、密封の効果を高めることができる。二重管式熱交換器の長期の使用により、内管100が劣化するなどの原因で、内管側流体の漏れが発生した場合、漏洩した流体は、アダプタ350と内管接続部360の間からヘッド部の外部へ流れるため、ヘッド部の外部から目視で漏れを確認することが可能である。また、上述のように、アダプタ350の内管接続部360側側面の貫通穴の円周上に切欠を形成して弾性体を配置した場合、外管側流体が漏洩したときに、ヘッド部の外部へ流体が漏れる位置をヘッド部本体340とアダプタ350の間に限定することができる。それにより、外管側流体の漏れと内管側流体の漏れを、ヘッド部の外部へ流体が漏れる箇所で見分けることが可能になる。  
【００１９】
尚、上述した実施形態では、より簡易に構成することができるように市販の継手などの接続具を組合わせて使用したが、勿論、本体ヘッド部に合わせて作成した接続具等でも、同様の効果を得ることができる。また、二重管式熱交換器と管体とを接続する場合に限らず、機器の継手などへ接続する場合であっても良いのは勿論である。また、本発明は、二重管の管体と接続具の溶着や溶接が困難な二重管式熱交換器において、特に有用である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の二重管式熱交換器は、熱交換器の用途全般で使用可能であるが、コンタミが問題となる医薬品製造、半導体関連製造などで使用される熱交換器としてとくに好適である。
【符号の説明】
【００２１】
１  二重管式熱交換器    １００  内管、  ２００  外管、  ３００  ヘッド部、  ３３０  外管装着部、  ３４０  ヘッド部本体、  ３４１  弾性体、  ３４２  固定具、  ３４６  切欠、  ３５０  アダプタ、    ３６０  内管装着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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