(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相反する側の端部を塞いだ平行配置の２本のサブ配管（１３，１４及び１６，１７）と、狭間隔で平行かつ平面的に配列して一端を一方のサブ配管（１３，１６）に、他端を他方のサブ配管（１４，１７）に各々接続連通させた多数本の細管（１５）とで細管列ユニットを構成し、
その細管列ユニットとして、第１細管列ユニット（１１）と、その第１細管列ユニットに対して略対称形状にした第２細管列ユニット（１２）の２者を設け、
この第１細管列ユニット（１１）と第２細管列ユニット（１２）をメイン配管の長手方向に所定の間隔をあけて、かつ細管長手方向に交互に位置をずらして配列し、各細管列ユニットの一方のサブ配管（１３，１６）の開放端を細管列ユニットの一端側に設ける入口側メイン配管（５，６）に、各細管列ユニットの他方のサブ配管（１４，１７）の開放端を細管列ユニットの他端側に設ける出口側メイン配管（７，８）に各々接続連通させ、
前記第１、第２細管列ユニットの一方のサブ配管（１３，１６）と他方のサブ配管（１４，１７）の相反する側の端部を塞いで熱交換器（１０）を構成し、この熱交換器（１０）をファン（４）を備えるダクト内に設置し、前記ファン（４）で各細管（１５）の周囲に細管と平行な空気流を生じさせて前記入口側メイン配管（５，６）から細管経由で前記出口側メイン配管（７，８）に向けて流す液体を冷却するようにした液体冷却装置。
【請求項２】
前記第１細管列ユニット（１１）と第２細管列ユニット（１２）の各サブ配管（１３，１６及び１４，１７）の高さの位置ずれ量（Ｓ）を、前記サブ配管（１３，１４，１６，１７）の直径（Ｄｓ）の２〜１０倍にした請求項１に記載の液体冷却装置。
【請求項３】
前記細管（１５）の直径（ｄ）を３０ｍｍ以下、その細管（１５）の配列ピッチ（Ｐ１）を細管の直径（ｄ）の２倍以下、各サブ配管（１３，１６及び１４，１７）の直径（Ｄｓ）を細管（１５）の直径（ｄ）の２倍以下、第１細管列ユニット（１１）と第２細管列ユニット（１２）の配列ピッチ（Ｐ２）を細管の直径（ｄ）の３倍以下とした請求項１又は２に記載の液体冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、腐食性液体を冷却するのに特に適したスペースの利用効率が良くて安価で運転音も静かな空冷式の液体冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空冷式の液体冷却装置は、放熱フィンを有するパイプを用いて熱交換器を構成したものが一般的である。この種の熱交換器を用いた液体冷却装置は、ファンで放熱フィン付きパイプに対して直交空気流を生じさせ、パイプが吸収した熱を空気流に放出させてパイプ内に流した液体を冷却するようにしてある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の一般的な液体冷却装置は、熱交換器を良熱伝導性の胴やアルミニウムなどから成る放熱フィン付き金属パイプで形成しているので、冷却対象が腐食性液体（硫酸系、塩酸系などの強酸性液やアルカリ性液など）であるとパイプが腐食して使いものにならない。
【０００４】
また、熱交換器の素材として酸やアルカリに強い特殊ステンレス鋼やチタンなどを用いると装置の製造が難しくなり、コストも大幅に上昇する。
【０００５】
このため、腐食性液体の冷却には、熱交換器を合成樹脂で形成した水冷式の冷却装置が用いられている。合成樹脂は伝熱特性が悪いためフィンを付けても放熱特性はさほど高まらず、また、フィン無しの熱交換器を作ると空冷式では装置の大型化が著しくなるなどの理由により水冷式の装置が用いられているが、この水冷式の装置は空冷式のものに比べると設置コストやランニングコストの面で不利である。
【０００６】
そこで、この発明は、腐食性液体の冷却用として特に適し、スペースの利用効率が良くて安価で運転音も静かな空冷式の液体冷却装置を実現して提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、相反する側の端部を塞いだ平行配置の２本のサブ配管と、狭間隔で平行かつ平面的に配列して一端を一方のサブ配管に、他端を他方のサブ配管に各々接続連通させた多数本の細管とで細管列ユニットを構成し、
その細管列ユニットを、第１細管列ユニットと、その第１細管列ユニットに対して略対称形状にした第２細管列ユニットの２者で構成し、
この第１細管列ユニットと第２細管列ユニットをメイン配管の長手方向に所定の間隔をあけて、かつ細管長手方向に交互に位置をずらして配列し、各細管列ユニットの一方のサブ配管の開放端を細管列ユニットの一端側に設ける入口側メイン配管に、各細管列ユニットの他方のサブ配管の開放端を細管列ユニットの他端側に設ける出口側メイン配管に各々接続連通させ、
各細管列ユニットの一方のサブ配管と他方のサブ配管の相反する側の端部を塞いで熱交換器を構成し、この熱交換器をファンを備えるダクト内に設置し、前記ファンで各細管の周囲に細管と平行な空気流を生じさせて入口側メイン配管から細管経由で出口側メイン配管に向けて流す液体を冷却するようにしたのである。
【０００９】
かかる液体冷却装置は、冷却対象が腐食性液体である場合には、熱交換器を合成樹脂で形成する。その合成樹脂としては、ＰＶＣ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＦＲＰ等を利用できるが、中でも、硬質ＰＶＣがコスト面、加工性、耐腐食性の面で優れていて好ましい。
【００１０】
【作用】
細管列ユニットを細管の長手方向に交互に位置をずらして配列すると、隣り合う細管列ユニットのサブ配管間に空気通路を確保して多数の細管を密集配置することができる。この発明では、こうして細管の配置密度を高め、スペースの利用効率を高めながら熱交換面積を広げる。熱交換に用いる管は径が細いほど冷却性に優れるので、細管を密集配置すれば、装置サイズを極力小さくしながら装置の冷却能力を高めることができる。
【００１１】
また、空気流を細管と平行にすることで空気流の圧力損失を小さくする。
【００１２】
さらに、入口側と出口側のサブ配管の相反する端部を塞ぐことで、それ等のサブ配管を通る液体の流れ方向を反対向きにして各細管に対する流量分配の均一化を図り、液体が全ての細管を平均的に流れるようにする。
【００１３】
これにより、金属製の放熱フィン付きパイプを用いなくても空冷による冷却で高い冷却効率を得ることができ、熱交換器を合成樹脂管で形成して腐食性液体を冷却することが可能になる。
【００１４】
また、空気流を細管と平行にすることで配管による風切り音が小さくなって運転音も静になる。
【００１５】
なお、熱交換器を、金属に比べて熱伝導率の低い合成樹脂で形成したものは、金属パイプを用いた装置と同等の冷却効率を得るのは難しいが、装置を安価に作ることができ、その安価な装置で腐食性液体を冷却することが可能になるので、産業上の貢献度は非常に高い。
【００１６】
また、略対称形状にした第１細管列ユニットと第２細管列ユニットを交互に配列して別個のメイン配管に接続したものは、メイン配管に対するサブ配管の接続が容易になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１乃至図７に、この発明の液体冷却装置の実施形態を示す。
【００１８】
図１は、全体の外観を示したものであって、図中の符号１、２は角筒状の下支持枠と上支持枠、３は外装枠、４はファン、５、６は平行配置の入口側メイン配管、７、８は同じく平行配置の出口側メイン配管である。外装枠３の内側には、図２乃至図４に示す内部ダクト９が設けられ、その内部ダクト９の内側に支持枠１、２で上下を支えた熱交換器１０が組込まれている。
【００１９】
熱交換器１０は、第１細管列ユニットと、第２細管列ユニット１２を定ピッチで交互に多数配列して作られている。
【００２０】
第１配管列ユニット１１は、図５に示すように、図中左端を塞いだサブ配管１３と、図中右側を塞いだサブ配管１４を水平姿勢にして平行に配置し、その２本のサブ配管１３、１４間に多数本の細管１５を狭ピッチで平行かつ平面的に配列し、縦向きにした各細管１５の下端をサブ配管１３に、上端をサブ配管１４に各々接続連通させて成る。
【００２１】
また、第２細管列ユニット１２は、第１細管列ユニット１１と同じものを１８０°反転させたものであって、図６に示すように、図中右端を塞いだサブ配管１６と、図中左端を塞いだサブ配管１７を水平姿勢にして上下に平行に配置し、その２本のサブ配管１６、１７間に多数本の細管１５を挟ピッチで平行かつ平面的に配列し、垂直にした各細管１５の下端をサブ配管１６に、上端をサブ配管１７に各々接続連通させて成る。
【００２２】
この略対称形状の第１、第２細管列ユニット１１、１２のサブ配管１３、１６の開放端側をそれぞれ１８０°反転させて入口側メイン配管５、６に、もう一方のサブ配管１４、１７の開放端側をそれぞれ１８０°反転させて出口側メイン配管７、８に別々に接続連通させて熱交換器１０を構成している。
【００２３】
このように、細管列ユニットとメイン配管を２組に分けると、メイン配管に対するサブ配管の接続がし易くて好ましい。入口側、出口側のメイン配管が各１本の場合、ユニット配列を狭間隔にするとサブ配管が輻湊して加工が難しくなるが、図示の形状であればその問題が生じない。入口側メイン配管５、６と出口側メイン配管７、８は、図の装置の場合、外部で合流させるが、装置内で合流させることもできる。
【００２４】
ファン４は、熱交換器１０の上方に設けており、このファンによって下支持枠１の下側から内部ダクト９内に空気が吸入され、各細管１５の周りに細管と平行な空気流が生じる。その空気流は熱交換後、図のように装置の上部から横向きに、或いは真上に排出される。
【００２５】
なお、第１、第２細管列ユニット１１、１２のサブ配管１３と１６及び１４と１７はそれ等の管の間に空気通路を生じさせるためにそれぞれ高さ位置をＳ（図７参照）ずらして配置される。この位置ずれ量Ｓは、スペースの利用効率を高めて空気通路を確保するために、サブ配管の直径Ｄｓの２〜１０倍程度にするのが好ましい。また、細管１５の直径ｄは冷却性の面で３０ｍｍ以下、その細管の配列ピッチＰ1 は、細管直径ｄの２倍以下（隙間ｇ1 ≦ｄ）、各サブ配管の直径ＤｓはＤｓ≦２ｄ、細管列ユニット１１、１２の配列ピッチＰ2 は、Ｐ2 ≦３ｄ（隙間ｇ2 ≦２ｄ）にするのが好ましい。その好ましい寸法関係を満足させると、良好な熱交換性を得ながら細管の密集度を高めることができる。なお、ｇ2 を可及的に小さくすると隣り合うユニットのサブ配管と細管が接触するが、Ｓを適当に設定すればそれでも隣接ユニット間に空気通路を確保することができる。
【００２６】
かかる構造の装置を試作した。その試作装置は、細管１５として直径１３ｍｍ、長さ２ｍの硬質ＰＶＣ管を、サブ配管として直径２０ｍｍの硬質ＰＶＣ管を、メイン配管として直径７５ｍｍの硬質ＰＶＣ管を各々使用し、各細管１５の両端を上下のサブ配管に溶接して取付け、さらに各サブ配管の片端をメイン配管に溶接して取付けた。
【００２７】
また、１ユニット当りの細管本数を３０本、ユニットの配列総数を２６列とした。このほか、熱交換器を除く要素を金属製としたので、内部ダクト９の内外面と支持枠１、２、外装枠３の内面に耐食性塗装をそれぞれ施した。これにより、１００ｋｗの熱交換能力を持つ、耐腐食性に富んだ腐食性液体の冷却装置を得ることができた。なお、冷却対象が非腐食性液体の場合には、熱交換器を熱伝導性の良い金属で作ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明の液体冷却装置は、多数の細管を各細管に対する流量配分が均等化されるようにして狭ピッチで密集配置し、その細管の周囲に平行な空気流を生じさせて細管に通した液体の強制冷却を行うので、単純形状のパイプで形成された熱交換器を用いて空冷方式でスペースの利用効率を上げて高い冷却効率を得ることができ、装置の大サイズ化の抑制、コスト低減が図れる。
【００２９】
また、熱交換器を合成樹脂で形成して安価な装置で腐食性液体を冷却することも可能になる。
【００３０】
さらに、強制冷却用の空気を細管と平行向きに流すので、圧力損失、風切り音が小さく、運転音も静になる。
【００３１】
なお、この発明の装置は、非腐食性液体の冷却に利用した場合にも運転音が静になると言う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の装置の外観斜視図
【図２】同上の装置の内部を示す正面図
【図３】同上の装置の内部を示す側面図
【図４】同上の装置の内部を示す平面図
【図５】第１細管列ユニットの概要を示す正面図
【図６】第２細管列ユニットの概要を示す正面図
【図７】第１、第２細管列ユニットの配列状態を簡略化して示す側面図
【符号の説明】
１  下支持枠
２  上支持枠
３  外装枠
４  ファン
５、６  入口側メイン配管
７、８  出口側メイン配管
９  内部ダクト
１０  熱交換器
１１  第１細管列ユニット
１２  第２細管列ユニット
１３、１４、１６、１７  サブ配管
１５  細管
【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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