(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と内管とを有する二重管式熱交換器であって、
外管本体と、該外管本体の長手方向の一側及び他側の側部に設けられた第１、第２の流出入口と、前記外管本体の長手方向の一端部及び他端部に設けられた第１、第２の外管ヘルールとを有する前記外管と、前記外管本体に内挿され長手方向の両端部がそれぞれ前記外管本体の長手方向の両端部から突出する内管本体と、該内管本体の長手方向の一側及び他側にそれぞれ外挿される第１、第２のガスケットと、前記内管本体の長手方向の一側外周に溶接固定され前記第１のガスケットを挟んで前記第１の外管ヘルールと対向配置されるエンドへルールと、前記内管本体の長手方向の他側外周に溶接固定された凸条部とを有する前記内管と、前記凸条部の外周に嵌着される円筒部を有し前記第２のガスケットを挟んで前記第２の外管ヘルールと対向配置される外管シールヘルールと、前記凸条部と前記円筒部との間をシールするＯリングと、前記第１の外管ヘルールと前記エンドへルールを連結固定する第１のクランプバンドと、前記第２の外管ヘルールと前記外管シールヘルールを連結固定する第２のクランプバンドとを備えたことを特徴とする二重管式熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の二重管式熱交換器において、前記第１、第２の流出入口の開口端に第１、第２の接続用ヘルールが設けられたことを特徴とする二重管式熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の二重管式熱交換器において、前記内管本体の長手方向の一端部及び他端部に第１、第２の内管ヘルールが設けられたことを特徴とする二重管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体等の各種流動物を搬送しながら所定の温度に加熱又は冷却するために用いられ、特に食品及び医薬品等の製造に好適な二重管式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二重管式熱交換器は、例えば特許文献１に記載されたように、内管と外管が要所で溶接固定された構造であり、内管と外管を分解することができず、メンテナンス性に欠けるという問題があった。また、内管と外管の材質が異なる場合、そのままでは溶接できないため、内管と同じ材質（例えばチタン）と、外管と同じ材質（例えばステンレス）を予め貼り合わせた特殊なクラッド鋼を用いて溶接を行う必要があり、量産性に欠けるという問題があった。さらに、内管と外管の温度差による熱膨張（内管と外管の伸縮量の差）が発生した場合、応力集中による破損が生じ易く、耐久性に欠けるという問題もあった。なお、外管に伸縮継手を設けることにより、熱膨張を吸収して応力を緩和する二重管式熱交換器もあるが、内管と外管の温度差が大きくなって伸縮継手の許容値を超えることや、経年劣化により伸縮継手が破損するという問題があった。
【０００３】
一方、特許文献２には、内管の一端側を外管の一端側から突出させて径大部を形成し、外管の一端側の口端部をラッパ状に拡径させ、径大部を含む内管の一端側の外周を短管状の口金で覆い、外管の一端側と口金の他端側をシールリングを介して連結すると共に、径大部の外周面と口金の内周面との間をスクイーズパッキンで密封することにより、外管の熱膨張と内管の熱膨張との差で口金が軸方向にスライドしても、外管と内管との密封状態を維持できる構造とした二重管式熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０４８７９号公報
【特許文献２】実開平３−３８５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二重管式熱交換器においては、外管と内管を同心円上に配置し、外管の内周面と内管の外周面との間に均等な隙間（流路）を形成することが好ましく、そのために外管と内管の要所を固定する必要がある。しかしながら、特許文献２には、上述のように、二重管（外管及び内管）の一端側の構造しか記載されておらず、外管と内管との隙間をどのようにして全長にわたって均等に保持するのかが不明である。特に、特許文献２の第１図で示されたように、二重管が蛇行している場合、一端側のみを上述の構造で固定するだけでは製造不能である。また、仮に、外管と内管が直線状であるとして、他端側の構造を一端側の構造と同一にした場合、製造することはできても、内管の両端部に径大部が設けられた後では、少なくとも一方の径大部を切除しない限り、内管を外管から引き抜くことができないため、分解洗浄を行うことができず、非衛生的でメンテナンス性に欠けるという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、組立て及び分解が容易で、必要に応じて分解洗浄や部品交換を行うことができ、衛生的でメンテナンス性に優れた二重管式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】
【０００７】
前記目的に沿う本発明に係る二重管式熱交換器は、外管と内管とを有する二重管式熱交換器であって、
外管本体と、該外管本体の長手方向の一側及び他側の側部に設けられた第１、第２の流出入口と、前記外管本体の長手方向の一端部及び他端部に設けられた第１、第２の外管ヘルールとを有する前記外管と、前記外管本体に内挿され長手方向の両端部がそれぞれ前記外管本体の長手方向の両端部から突出する内管本体と、該内管本体の長手方向の一側及び他側にそれぞれ外挿される第１、第２のガスケットと、前記内管本体の長手方向の一側外周に溶接固定され前記第１のガスケットを挟んで前記第１の外管ヘルールと対向配置されるエンドへルールと、前記内管本体の長手方向の他側外周に溶接固定された凸条部とを有する前記内管と、前記凸条部の外周に嵌着される円筒部を有し前記第２のガスケットを挟んで前記第２の外管ヘルールと対向配置される外管シールヘルールと、前記凸条部と前記円筒部との間をシールするＯリングと、前記第１の外管ヘルールと前記エンドへルールを連結固定する第１のクランプバンドと、前記第２の外管ヘルールと前記外管シールヘルールを連結固定する第２のクランプバンドとを備える。
【０００８】
本発明に係る二重管式熱交換器において、前記第１、第２の流出入口の開口端に第１、第２の接続用ヘルールが設けられることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る二重管式熱交換器において、前記内管本体の長手方向の一端部及び他端部に第１、第２の内管ヘルールが設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る二重管式熱交換器によれば、外管本体の長手方向の一端部に設けられた第１の外管ヘルールと、内管本体の長手方向の一側外周に溶接固定されたエンドへルールが、第１のガスケットを挟んで対向配置されて第１のクランプバンドで連結固定され、内管本体の長手方向の他側外周に溶接固定された凸条部の外周に外管シールヘルールの円筒部が嵌着され、凸条部と円筒部との間がＯリングでシールされると共に、外管本体の長手方向の他端部に設けられた第２の外管ヘルールと、外管シールヘルールが、第２のガスケットを挟んで対向配置されて第２のクランプバンドで連結固定されるので、工具を用いることなく、外管と内管を簡単に分解することができ、必要に応じて洗浄や部品の交換を行うことが可能であり、衛生的でメンテナンス性に優れる。そして、分解洗浄が可能であるため、従来のように、内管側にプロセス液（加熱又は冷却の対象となる流動物）を流し、外管側に冷媒を流す使用方法に限られず、外管側にプロセス液を流し、内管側に冷媒を流して使用することもでき、多様性に優れる。また、第２の外管ヘルールと連結固定される外管シールヘルールが、内管本体に溶接固定された凸条部に嵌着される円筒部を有し、凸条部と円筒部との間がＯリングでシールされており、凸条部と円筒部が軸方向に相対移動（スライド）可能となっているので、外管の熱膨張と内管の熱膨張に差が生じても、密閉性を確保することができる。
【００１１】
第１の発明に係る二重管式熱交換器によれば、第１、第２の流出入口の開口端に第１、第２の接続用ヘルールが設けられた場合、ヘルール継手を用いて簡単に第１、第２の流出入口の一方に流入管を接続し、他方に流出管を接続することができ、施工性に優れる。
【００１２】
第１の発明に係る二重管式熱交換器によれば、内管本体の長手方向の一端部及び他端部に第１、第２の内管ヘルールが設けられた場合、ヘルール継手を用いて簡単に内管と他の管を接続することができ、第１の発明に係る複数の二重管式熱交換器をＵ字管等を介して容易に連結することが可能であり、配管作業性及び設計自在性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る二重管式熱交換器の断面図である。
【図２】同二重管式熱交換器の外管の断面図である。
【図３】同二重管式熱交換器の内管の断面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同二重管式熱交換器の一側及び他側の固定構造を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示す本発明の一実施の形態に係る二重管式熱交換器１０は、外管１１と内管１２とを有しており、内管１２の内側又は外側（外管１１と内管１２との間）を流れるプロセス液（液体等の各種流動物）と、内管１２の外側（外管１１と内管１２との間）又は内側を流れる冷媒との温度差により、プロセス液を搬送しながら所定の温度に加熱又は冷却するために用いられる。
【００１５】
以下、二重管式熱交換器１０の構造の詳細について説明する。
図１、図２に示すように、外管１１は、直管状の外管本体１３と、外管本体１３の長手方向の一側及び他側の側部に設けられた第１、第２の流出入口１４ａ、１４ｂを有している。そして、第１、第２の流出入口１４ａ、１４ｂの開口端には第１、第２の接続用ヘルール１５ａ、１５ｂが設けられている。また、外管本体１３の長手方向の一端部及び他端部には第１、第２の外管ヘルール１６ａ、１６ｂが設けられている。
第１、第２の流出入口１４ａ、１４ｂのうち、一方を流入口とし、他方を流出口として、外管１１と内管１２との間にプロセス液又は冷媒を流すことができ、向流式及び並流式のいずれにも対応することができる。
【００１６】
本実施の形態では、外管本体１３の軸心と、第１、第２の流出入口１４ａ、１４ｂの軸心との交差角度を直角としたが、この交差角度は、適宜、選択することができ、外管本体に対して第１、第２の流出入口を傾斜配置してもよく、それぞれの交差角度（傾斜方向）は、同一でも異なっていてもよい。なお、第１、第２の接続用ヘルール１５ａ、１５ｂ及び第１、第２の外管ヘルール１６ａ、１６ｂは、第１、第２の流出入口１４ａ、１４ｂ及び外管本体１３の両端部にそれぞれ溶接される。また、第１、第２の流出入口１４ａ、１４ｂに第１、第２の接続用ヘルール１５ａ、１５ｂが設けられていることにより、ヘルール継手を用いて簡単に流入管又は流出管等の他の管と接続することができるが、第１、第２の接続用ヘルールの代わりにフランジ又は雄螺子若しくは雌螺子を形成し、フランジ継手又はねじ込み継手を用いて他の管と接続することもできる。
【００１７】
内管１２は、図１に示すように、外管本体１３に内挿され長手方向の両端部がそれぞれ外管本体１３の長手方向の両端部から突出する直管状の内管本体１８を有している。そして、図１、図３に示すように、内管本体１８の長手方向の一端部及び他端部には第１、第２の内管ヘルール１９ａ、１９ｂが設けられている。また、図１、図４（Ａ）に示すように、内管本体１８の長手方向の一側外周には、エンドへルール２０が溶接固定されている。そして、内管１２が外管１１に挿通された状態で、第１の外管ヘルール１６ａとエンドへルール２０が対向配置されており、その間には、シールのための第１のガスケット２１が挟まれている。なお、内管本体１８に第１の内管ヘルール１９ａを溶接する前に、内管本体１８に第１のガスケット２１を挿通し、さらにエンドへルール２０を挿通して溶接固定することにより、組立てを容易に行うことができる。
【００１８】
図１、図３、図４（Ｂ）に示すように、内管本体１８の長手方向の他側外周には凸条部２３が溶接固定されている。内管本体１８に第２の内管ヘルール１９ｂを溶接する前に、内管本体１８に凸条部２３を挿通して溶接固定することにより、組立てを容易に行うことができる。そして、外管本体１３の内径は、第２の内管ヘルール１９ｂ及び凸条部２３の外径（最大径）よりも大きいので、外管１１の一側から内管１２の他側を内挿し、図１に示すように、外管１１の他側から内管１２の他側（第２の内管ヘルール１９ｂ及び凸条部２３）を突出させることができる。
また、内管１２が外管１１に挿通された状態で、外管１１の他側には、図１、図４（Ｂ）に示すように、第２の外管ヘルール１６ｂと対向するように外管シールヘルール２４が取り付けられる。この外管シールヘルール２４は、凸条部２３の外周に嵌着される円筒部２５を有しており、第２の外管ヘルール１６ｂと外管シールヘルール２４の間には、シールのための第２のガスケット２６が挟まれている。このとき、外管シールヘルール２４の内径は第２の内管ヘルール１９ｂの外径（最大径）よりも大きく、第２のガスケット２６の内径も第２の内管ヘルール１９ｂ及び凸条部２３の外径（最大径）よりも大きいので、内管１２が外管１１に挿通された状態で、内管１２の他側から第２のガスケット２６を挿通し、さらに外管シールヘルール２４を挿通して凸条部２３に嵌着することができる。なお、凸条部２３の外周には、図３、図４（Ｂ）に示すように、溝２８が形成されてＯリング２９が取り付けられており、このＯリング２９によって凸条部２３と円筒部２５との間がシールされる。
【００１９】
図１、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１の外管ヘルール１６ａとエンドへルール２０は第１のクランプバンド３０ａで連結固定され、第２の外管ヘルール１６ｂと外管シールヘルール２４は第２のクランプバンド３０ｂで連結固定される。第１、第２のクランプバンド３０ａ、３０ｂは、手締めで簡単に固定することができ、工具を用いることなく、二重管式熱交換器１０（外管１１と内管１２）の分解及び組立てを簡単に行うことができるので、必要に応じて各部の洗浄や部品の交換等を行うことが可能である。また、分解洗浄が可能であるため、従来のように、内管１２側にプロセス液（加熱又は冷却の対象となる流動物）を流し、外管１１側に冷媒を流す使用方法に限られず、外管１１側にプロセス液を流し、内管１２側に冷媒を流して使用することもでき、用途の拡大を図ることができる。
【００２０】
二重管式熱交換器１０では、凸条部２３と円筒部２５との間がＯリング２９でシールされることにより、凸条部２３と円筒部２５が軸方向に相対移動（スライド）可能となるので、外管１１の熱膨張と内管１２の熱膨張に差が生じても、密閉性を確保することができる。なお、本実施の形態では、凸条部２３の外周に溝２８を形成してＯリング２９を取り付けたが、円筒部の内周に溝を形成してＯリングを取り付けることもできる。
また、内管本体１８の長手方向の両端部に第１、第２の内管ヘルール１９ａ、１９ｂが設けられていることにより、ヘルール継手を用いて簡単に内管１２と他の管を接続することができるが、第１、第２の内管ヘルールの代わりに雄螺子若しくは雌螺子を形成し、ねじ込み継手を用いて他の管と接続することもできる。
外管１１及び内管１２の材質としては、チタン及びステンレスが好適に用いられるが、プロセス液及び冷媒の種類に応じて、適宜の金属又は合金を組み合わせて用いることができ、両者の材質は同一でも異なっていてもよい。また、外管１１及び内管１２の直径（口径）は、用途（プロセス液の種類等）に応じて、適宜、選択し、組み合わせることができる。
【００２１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものであり、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
【符号の説明】
【００２２】
１０：二重管式熱交換器、１１：外管、１２：内管、１３：外管本体、１４ａ：第１の流出入口、１４ｂ：第２の流出入口、１５ａ：第１の接続用ヘルール、１５ｂ：第２の接続用ヘルール、１６ａ：第１の外管ヘルール、１６ｂ：第２の外管ヘルール、１８：内管本体、１９ａ：第１の内管ヘルール、１９ｂ：第２の内管ヘルール、２０：エンドへルール、２１：第１のガスケット、２３：凸条部、２４：外管シールヘルール、２５：円筒部、２６：第２のガスケット、２８：溝、２９：Ｏリング、３０ａ：第１のクランプバンド、３０ｂ：第２のクランプバンド
【要約】
【課題】組立て及び分解が容易で、必要に応じて分解洗浄や部品交換を行うことができ、衛生的でメンテナンス性に優れた二重管式熱交換器を提供する。
【解決手段】外管１１と内管１２とを有する二重管式熱交換器１０であって、外管本体１３の長手方向の一端部に設けられた第１の外管ヘルール１６ａと、内管本体１８の長手方向の一側外周に溶接固定されたエンドへルール２０が、第１のガスケット２１を挟んで対向配置されて第１のクランプバンド３０ａで連結固定され、内管本体１８の長手方向の他側外周に溶接固定された凸条部２３の外周に外管シールヘルール２４の円筒部２５が嵌着され、凸条部２３と円筒部２５との間がＯリング２９でシールされると共に、外管本体１３の長手方向の他端部に設けられた第２の外管ヘルール１６ｂと、外管シールヘルール２４が、第２のガスケット２６を挟んで対向配置されて第２のクランプバンド３０ｂで連結固定される。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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