コイル式熱交換器
【課題】製作容易で、小型かつ安価で、圧力損失の小さなコイル式熱交換器を提供する。
【解決手段】螺旋状に巻かれた管から構成されるコイル２と、このコイルを収容するシェル３とを備える。コイル２を構成する管は、扁平な断面を有し、その扁平面をコイル２の軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれる。シェル３には、シェル３内へ流体を導入する管と、シェル３外へ流体を導出する管とが設けられる。この二種の管の内、第一の管１２は、コイル２の径方向内側の空間に開口され、第二の管１３は、コイル２の径方向外側の空間に開口される。熱交換を図ろうとする二つの流体の内、一方がシェル３に通され、他方がコイル２に通される。
【解決手段】螺旋状に巻かれた管から構成されるコイル２と、このコイルを収容するシェル３とを備える。コイル２を構成する管は、扁平な断面を有し、その扁平面をコイル２の軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれる。シェル３には、シェル３内へ流体を導入する管と、シェル３外へ流体を導出する管とが設けられる。この二種の管の内、第一の管１２は、コイル２の径方向内側の空間に開口され、第二の管１３は、コイル２の径方向外側の空間に開口される。熱交換を図ろうとする二つの流体の内、一方がシェル３に通され、他方がコイル２に通される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル式熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば、空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラとして、シェルアンドチューブ式熱交換器やプレートフィン式熱交換器が一般的に用いられている。
【０００３】
シェルアンドチューブ式熱交換器は、中空容器状のシェル内に複数のチューブが配置されている。これを用いて圧縮空気を冷却する場合、シェルとチューブとの内、一方に圧縮空気を通し、他方に冷却用水を通せばよい。但し、熱交換量が同等なプレートフィン式に比べて、圧縮空気が通過する断面積が小さくなることが多いため、シェルアンドチューブ式は、プレートフィン式に比べて空気の圧力損失が大きくなることが多い。
【０００４】
一方、プレートフィン式熱交換器は、間隔をあけて平行に配置された多数のプレートに、チューブが通されており、前記プレートがフィンとして機能する。これを用いて圧縮空気を冷却する場合、チューブに冷却用水を通しつつ、その外側のプレートフィンに空気を通せばよい。但し、熱交換量が同等なシェルアンドチューブ式に比べて、プレートフィン式は大型になる可能性がある。つまり、圧縮空気が通過するプレートフィン部は直方体にならざるを得ず、そのケーシングも直方体となってしまう上、圧縮空気の圧力（たとえば０．７ＭＰａ）に耐えるために、ケーシングが厚くならざるを得ないので、大きくて重たくなる。
【０００５】
また、下記特許文献１に開示されるように、扁平な管によるコイルを用いた温水発生装置が提案されている。しかしながら、コイル内を通過する水を、バーナによる燃焼で温めるものであり、空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するためのエアクーラなど、他の用途の利用を前提としない。すなわち、コイルを収容した缶体内へ外部から流体を導入し、コイル内を通される流体との熱交換後に、缶体外へ流体を導出するという構成ではない。
【０００６】
また、下記特許文献２に開示されるように、平行に並べた複数の扁平管を、両端部においてヘッダタンクで接続した熱交換器も提案されている。しかしながら、扁平管とヘッダタンクとの溶接箇所が多く、製作に手間と費用を要すると共に、ヘッダタンクが必要であるため、大型化してしまう。また、扁平管を配置した領域にムラなく空気を通すのも困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７５９９５号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、製作容易で小型で安価な熱交換器を提供することにある。また、たとえば圧縮空気を製造する際、エアクーラの圧力損失が小さいほど、同じ動力でより多くの圧縮空気を製造できるので、圧力損失の小さな熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、螺旋状に巻かれた管から構成されるコイルと、このコイルを収容するシェルとを備え、前記コイルを構成する管は、扁平な断面を有し、その扁平面を前記コイルの軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれており、前記シェルには、前記シェル内へ流体を導入する管と、前記シェル外へ流体を導出する管との、二種の管が設けられ、この二種の管の内、第一の管は、前記コイルの径方向内側の空間に開口され、第二の管は、前記コイルの径方向外側の空間に開口され、前記コイルの径方向内側の空間と、前記コイルの径方向外側の空間とは、前記扁平面間の隙間を介してのみ連通され、熱交換を図ろうとする二つの流体の内、一方が前記シェルに通され、他方が前記コイルに通されることを特徴とするコイル式熱交換器である。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、コイルとそれを収容するシェルとから、製作容易で小型で安価なコイル式熱交換器を実現することができる。また、このコイル式熱交換器では、コイルの径方向内側の空間と、コイルの径方向外側の空間とは、コイルの扁平面間の隙間を介してのみ連通される。従って、シェルを通される流体は、コイルの軸方向端部とシェルとの隙間をショートパスすることなく、必ずコイル間の隙間を通るため、コイルを通される流体との熱交換を確実に図ることができる。また、そのコイルの断面を扁平面としているので、断面円形の管の場合よりも熱交換に寄与する伝熱面積を大きくすることができる。しかも、仮に、断面円形の管をコイルにしただけでは、コイルの縦断面で観察した場合、円と円とが順に上下に並ぶことになり、コイルを径方向に通される流体の流路面積は、大きな縮小と拡大とを起こすことになり、圧力損失が大きい。ところが、請求項１に記載の発明によれば、コイルを構成する管は、断面円形ではなく、扁平に形成され、その扁平面をコイルの軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれる。従って、コイルの縦断面で観察した場合、扁平面と扁平面とが隙間をあけて平行に配置されることになるので、コイルを径方向に通される流体の流路面積は安定し、圧力損失を小さくすることができる。その上、扁平面の隙間を通される間、コイル内を通される流体との熱交換が有効に図られる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部が閉塞される一方、軸方向他端部に前記第一の管が開口され、前記コイルの軸方向他端部において、前記コイルと前記第一の管との隙間が閉塞されることを特徴とする請求項１に記載のコイル式熱交換器である。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部において、閉塞される一方、軸方向他端部において、シェル内へ流体を導出入する管が開口され、この管とコイルとの隙間が閉塞される。これにより、コイルを径方向に通される流体は、すべてコイルを構成する管の扁平面間の隙間を通過することになり、コイル内外の流体間の熱交換を有効に図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記コイルとして、同心円筒状に配置された複数のコイルを備え、前記シェルに設けられる二種の管の内、第一の管は、最も内側に配置される前記コイルの径方向内側の空間に開口され、第二の管は、最も外側に配置される前記コイルの径方向外側の空間に開口され、最も内側に配置される前記コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部が閉塞される一方、軸方向他端部に前記第一の管が開口され、最も内側に配置される前記コイルの軸方向他端部において、そのコイルと前記第一の管との隙間が閉塞され、前記複数のコイル同士の隙間は、軸方向両端部において閉塞されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル式熱交換器である。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、熱交換量を増加させたい場合、コイルの巻き数を増加させる以外に、コイルの列数を増加させることにより、伝熱面積を増やすことができる。しかも、複数のコイルを同心円筒状に配置することで、コンパクトになる。また、コイル同士の隙間を軸方向両端部において閉塞することで、コイルを径方向に通される流体は、すべてコイルを構成する管の扁平面間の隙間を通過することになる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記シェルは、前記第二の管から被冷却流体が導入され、前記第一の管から被冷却流体が導出されることを特徴とする請求項３に記載のコイル式熱交換器である。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、コイルを径方向に通される流体は、コイルの外周側から中央部へ向けて流れるので、熱交換効率がよい。すなわち、まず前提として、同心円筒状に複数のコイルを配置する場合、コイルの巻き数が同じであれば、内側のコイルほど通過断面積が小さくなる。また、一般に、流体は、温度が下がれば容積が小さくなる。従って、コイルを径方向に通される流体は、温度が下がって容積が小さくなってから、流路面積が比較的小さくなる内側のコイルを通過するのが好ましいことになる。これにより、コイル内外の流体間の熱交換を有効に図ることができる。
【００１７】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記コイルは、軸方向両端部がそれぞれ円筒壁にはめ込まれると共に、その円筒壁との隙間を封止され、前記コイルの軸方向一端部に設けられる前記円筒壁は、その中空穴が閉塞され、前記コイルの軸方向他端部に設けられる前記円筒壁の内、最も内側に配置される前記円筒壁は、その中空穴に前記第一の管が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル式熱交換器である。
【００１８】
コイルは、当然ながら螺旋状に形成されるので、軸方向端部において隙間を封止するのが難しいが、請求項５に記載の発明によれば、コイルの端部を円筒壁にはめ込むことで、軸方向端部の閉塞を容易で確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、製作容易で小型で安価なコイル式熱交換器を実現することができる。また、圧力損失の小さなコイル式熱交換器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のコイル式熱交換器の一実施例を示す斜視図であり、一部を切り欠いて断面にして示している。
【図２】図１のコイル式熱交換器の上部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図１のコイル式熱交換器の下部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図１のコイル式熱交換器の各コイルの扁平面間の隙間を流体が通過する際の状態を示す概略縦断面図である。
【図５】図４において、各コイルの断面を単に円形とした場合を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明のコイル式熱交換器１の一例を示す斜視図であり、一部を切り欠いて断面にして示している。また、図２および図３は、図１のコイル式熱交換器１の端部を拡大して示す縦断面図であり、図２はコイル式熱交換器１の上部を示し、図３はコイル式熱交換器１の下部を示している。
【００２３】
コイル式熱交換器１は、扁平な断面を有する細長い管を螺旋状に巻いて構成されるコイル２（２Ａ，２Ｂ）と、このコイル２を収容する中空容器状のシェル３とを備える。これにより、コイル式熱交換器１において、コイル２に通される流体と、シェル３に通される流体とを、混ぜることなく熱交換することができる。つまり、コイル２を構成する管内を通される流体と、その管外ではあるがシェル３内を通される流体とを、混ぜることなく熱交換することができる。
【００２４】
コイル２は、一つでもよいし、複数でもよい。複数のコイル２を用いる場合、図示例のように、同心円筒状に複数のコイル２を配置するのがよい。熱交換量を増加させたい場合、コイル２の巻き数を増加させることに代えてまたはこれに加えて、コイル２の列数（つまり同心円筒状に配置するコイル２の数）を増加させればよい。これにより、コンパクトに効率よく伝熱面積の増加を図り、熱交換量を増加させることができる。
【００２５】
図示例のコイル式熱交換器１は、内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとの二つのコイル２を備える。内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとは、図示例では、径が異なるだけで同一の巻き数を同一のピッチで巻かれ、また同一断面の管から構成される。そして、図２や図３に示すように、コイル式熱交換器１を縦断面で見た場合、各コイル２を構成する管の断面は、それぞれ上下に等間隔に現れるが、図示例では、内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとで対応した高さに配置される。但し、内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとで巻き数やピッチを変えたり、各コイル２を構成する管の断面を互いに異なったものとしたり、コイル式熱交換器１を縦断面で見た場合における各コイル２を構成する管の断面の出現を上下にずらしたりしてもよい。さらに、図示例では、内側コイル２Ａの外周面と外側コイル２Ｂの内周面との間には、隙間をあけているが、この隙間の有無または量は適宜に設定される。
【００２６】
各コイル２は、細長い管が螺旋状に巻かれて構成される。各コイル２を構成する管は、少なくとも螺旋部において扁平な断面を有し、その扁平面をコイル２の軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれる。
【００２７】
図２または図３では、コイル２を構成する管は、左右両端部が略半円状で、上下両端部が略水平な扁平面の断面を有する。つまり、コイル２を構成する管の断面は、図２および図３において、左右方向寸法が上下方向寸法よりも大きい。そして、その扁平面を上下に向けて、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれる。
【００２８】
各コイル２を構成する管は、螺旋部の両端部に、非螺旋部４を有する。この非螺旋部４は、断面は円形のままでよく、むしろその方が、他の管との配管がし易い。図示例では、非螺旋部４は、上下方向へ沿って配置された直管状とされる。但し、非螺旋部４は、たとえばＬ字形状などに適宜屈曲されてもよい。
【００２９】
各コイル２は、螺旋部で構成される中央穴の軸方向一端部（図１において下端部）が閉塞される。この閉塞を確実に行うために、図示例では、内筒５、外筒６および閉塞板７が用いられる。内筒５は、内側コイル２Ａが適合してはめ込まれる大きさの円筒である。また、外筒６は、外側コイル２Ｂが適合してはめ込まれる大きさの円筒である。さらに、閉塞板７は、外筒６の下部開口を閉塞する大きさの円板である。
【００３０】
図１および図３に示すように、内側コイル２Ａの下端部は、二〜三巻き程度を内筒５にはめ込まれて、内筒５と接合（ロウ付けまたは溶接）される。同様に、外側コイル２Ｂの下端部は、二〜三巻き程度を外筒６にはめ込まれて、外筒６と接合される。さらに、外筒６の下部開口を塞ぐように閉塞板７が設けられ、この閉塞板７と外筒６の下端部との間、および閉塞板７と内筒５の下端部との間が、それぞれ接合される。内筒５および外筒６は、各コイル２の下端部よりも少し（たとえば各コイル２の二〜三巻き相当分）だけ下方へ延出される。なお、各コイル２は、内筒５または外筒６にはめ込まれる箇所では、扁平面間に隙間を開けずに密に巻かれていてもよい。
【００３１】
内側コイル２Ａおよび外側コイル２Ｂは、図示例では、それぞれ内筒５または外筒６の外周面にはめ込まれているが、一方または双方のコイル２Ａ，２Ｂは、内筒５または外筒６の内周面にはめ込まれてもよい。すなわち、内側コイル２Ａの下端部は、図示例では、内筒５の外周面にはめ込まれているが、内筒５の大きさを変えて、内筒５の内周面にはめ込まれてもよい。また、外側コイル２Ｂの下端部は、図示例では、外筒６の外周面にはめ込まれているが、外筒６の大きさを変えて、外筒６の内周面にはめ込まれてもよい。
【００３２】
内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとの間の円環状の隙間は、軸方向他端部（図１において上端部）においても閉塞される。具体的には、内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとの隙間の上端部には、円環状の閉塞材８がはめ込まれる。この閉塞材８は、上方へ開口した略コ字形状の縦断面を有する円環状の部材である。そして、内側コイル２Ａの上端部は、二〜三巻き程度を閉塞材８の内周面にはめ込まれて接合される。また、外側コイル２Ｂの上端部は、二〜三巻き程度を閉塞材８の外周面にはめ込まれて接合される。なお、各コイル２は、閉塞材８にはめ込まれる箇所では、扁平面間に隙間を開けずに密に巻かれていてもよい。
【００３３】
さらに、内側コイル２Ａの上端部には、ガイド筒９がはめ込まれる。すなわち、内側コイル２Ａの上端部は、二〜三巻き程度をガイド筒９の外周面にはめ込まれて接合される。この場合も、内側コイル２Ａは、ガイド筒９にはめ込まれる箇所では、扁平面間に隙間を開けずに密に巻かれていてもよい。ガイド筒９は、各コイル２の上端部よりも上方へ延出している。図示例では、各コイル２の上端部から上方へのガイド筒９の延出長さは、各コイル２の下端部から下方への内筒５および外筒６の延出長さよりも長いが、場合により同一または短くしてもよい。
【００３４】
内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとは、後述するように、第一管１２や支持材１５により、シェル３内の中途に同心円筒状に保持される。シェル３は、コイル２を収容する中空容器であり、図示例では中空円筒状とされる。各コイル２とシェル３とは、同心円筒状に配置される。各コイル２の軸方向両端部に設けられた前記各非螺旋部４は、シェル３を気密に貫通してシェル３の外側へ導出される。
【００３５】
各コイル２の上端部の非螺旋部４，４同士、および／または、各コイル２の下端部の非螺旋部４，４同士は、シェル３の内側または外側において、一本にまとめられてもよい。その場合、コイル２を通される流体は、コイル式熱交換器１への入口で分岐して各コイル２内へ導入され、コイル式熱交換器１からの出口で合流して導出される。
【００３６】
シェル３は、円筒状の胴１０と、その軸方向両端部（図１において上下両端部）を閉塞するよう設けられる端壁１１，１１とを備える。各端壁１１には、シェル３に対し流体を導入または導出するための管１２，１３が貫通して設けられる。図１において、上側の端壁１１に設けられる管を第一管１２、下側の端壁１１に設けられる管を第二管１３と呼ぶことにする。第一管１２と第二管１３とは、図示例では同一直径の円管状とされ、シェル３の端壁１１の中央部に設けられる。但し、シェル３に通される流体がコイル２に通される流体で膨張または収縮することを考慮して、それに応じて、第一管１２と第二管１３とを異なる直径とするのもよい。また、第一管１２と第二管１３とは、図示例ではそれぞれ一本であるが、所望により複数本としてもよい。
【００３７】
第一管１２は、前記ガイド筒９よりも小径の円管状であり、上側の端壁１１を貫通して、中途部の外周面が端壁１１に気密に接合される。第一管１２は、下端部にフランジ状に円板１４が設けられ、その円板１４の外周部がガイド筒９の上端部に接合される。このようにして、各コイル２の上端部は、ガイド筒９および第一管１２を介して、シェル３の上側の端壁１１に取り付けられる。なお、第一管１２は、ガイド筒９および円板１４を備えた形で、段付き円筒状に一体形成されてもよい。
【００３８】
一方、シェル３内下部の周方向複数箇所には支持材１５が設けられ、その支持材１５に各コイル２の下端部が載せられて保持される。つまり、図１に示すように、シェル３内には、下側の端壁１１から浮いた位置に、たとえば板状の複数の支持材１５が内方へ延出して水平に設けられている。そして、その各支持材１５の上に、前記閉塞板７が載せられて、各コイル２が保持される。但し、支持材１５は、板状に限らず、アングル材やチャンネル材などを用いてもよい。
【００３９】
コイル式熱交換器１には、熱交換を図ろうとする二つの流体の内、一方（第一流体）がシェル３に通され、他方（第二流体）がコイル２に通される。たとえば、空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するためのエアクーラとして用いる場合、シェル３に圧縮空気が通され、各コイル２に冷却用水が通される。
【００４０】
具体的には、図１では、第一流体（たとえば圧縮空気）は、第一管１２からガイド筒９を介して内側コイル２Ａの中央穴へ導入される。その第一流体は、内側コイル２Ａの扁平面間の隙間、および外側コイル２Ｂの扁平面間の隙間を介して、各コイル２を径方向外側へ進んだ後、外側コイル２Ｂとシェル３との隙間を下方へ進み、第二管１３から導出される。一方、第二流体（たとえば冷却用水）は、下方の各非螺旋部４から各コイル２を構成する管内へ導入され、各コイル２内を進んだ後、上方の各非螺旋部４から導出される。
【００４１】
このような構成であるから、第一流体は、各コイル２の中央穴から放射状に各コイル２を通過する間、および外側コイル２Ｂの外周面を下方へ進む間に、それぞれ第二流体と熱交換される。
【００４２】
図４は、各コイル２の扁平面間の隙間Ｘを第一流体が通過する際の状態を示す概略縦断面図である。この図に示すように、図示例のコイル式熱交換器１では、扁平面と扁平面とが隙間をあけて平行に配置される。従って、各コイルを径方向に通される流体の流路面積は扁平面間では一定となり、圧力損失の増大を防止することができる。仮に、細長い円管を単に螺旋状に巻いてコイル２を形成した場合、図５に示すように、円と円とが上下に並ぶことになる。この場合、各コイル２を径方向に通される流体の流路面積は、大きな縮小と拡大とを起こすことになり、圧力損失が大きくなる。なお、図５における上下の円間の隙間Ｘは、図４における上下の扁平面間の隙間と同一としている。
【００４３】
また、図示例のコイル式熱交換器１によれば、シェル３を通される第一流体は、各コイル２の扁平面間の隙間を通過する間、各コイル２を通される第二流体との熱交換を有効に図られる。しかも、各コイル２は、軸方向両端部が閉塞板７や閉塞材８で塞がれるので、内側コイル２Ａの中央穴に導入された第一流体は、すべて必ず扁平面間の隙間を介してのみ導出されることになる。これにより、シェル３を通される第一流体とコイル２を通される第二流体との熱交換を有効に図ることができる。
【００４４】
ところで、以上の説明では、第一流体は、第一管１２から導入され第二管１３から導出されたが、これとは逆に、第二管１３から導入され第一管１２から導出されてもよい。シェル３を通される第一流体（特に気体）を、コイル２を通される第二流体で冷却しようとする場合、第一流体は、第二管１３から導入され第一管１２から導出されるのがよい。この場合、第一流体は、各コイル２を径方向内側へ向けて通されることになり、次に述べる理由により熱交換を有効に図ることができるからである。
【００４５】
すなわち、まず前提として、同心円筒状に複数のコイル２を配置する場合、コイル２を構成する管の断面やコイル２の巻き数およびピッチが同じであれば、内側のコイル２Ａほど伝熱面積が小さくなる。一方、一般に、流体、特に気体は、温度が下がれば容積が小さくなる。従って、コイル２を径方向に通される流体は、温度が下がって容積が小さくなってから、伝熱面積が比較的小さくなる内側コイル２Ａを通過させるのが好ましいことになる。これにより、コイル２内外の流体間の熱交換を有効に図ることができる。なお、第一流体を、第一管１２から導入して第二管１３へ導出することに代えて、第二管１３から導入して第一管１２へ導出する場合、第二流体は、図１においてコイル２の下方から導入して上方へ導出することに代えて、コイル２の上方から導入して下方へ導出するのが好ましい。
【００４６】
逆に、シェル３を通される第一流体を、コイル２を通される第二流体で加熱しようとする場合（第二流体を第一流体で冷却しようとする場合ともいえる）、コイル２を径方向に通される流体は、温度が上がって容積が大きくなってから、伝熱面積が比較的大きくなる外側コイル２Ｂを通過させるのが好ましい。従って、この場合、第一流体は、第一管１２から導入され第二管１３から導出されるのが好ましい。
【００４７】
本発明のコイル式熱交換器１は、前記実施例およびその変形例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、図１のコイル式熱交換器１は、内外二重のコイル２を備えたが、一つのコイル２だけを備えてもよいし、三つ以上のコイル２を備えてもよい。一つのコイル２だけを備える場合、図１において、外側コイル２Ｂ、外筒６および閉塞材８を省略した構成となる。一方、三つのコイル２を備える場合、図１において、外側コイル２Ｂの外側に第三のコイルを同心円筒状に配置し、その第三のコイルと外側コイル２Ｂとの隙間の上下を、上述した内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとの隙間の上下と同様の構成で閉塞すればよい。四つ以上のコイル２を備える場合も、同様に構成できる。
【００４８】
また、図１では、コイル式熱交換器１は、非螺旋部４が上下方向外側へ向けられたが、その他の方向へ向けられてもよい。たとえば、各非螺旋部４は、シェル３を構成する胴１０を介して、シェル３の外側へ導出されてもよい。また、図１では、コイル式熱交換器１は、第一管１２と第二管１３とが、それぞれシェル３の上下に接続されたが、シェル３の周側壁（つまり胴１０）に接続されもよい。
【００４９】
また、前記実施例では、コイル式熱交換器１は、シェル３の軸線を上下方向へ沿って配置して、立てた状態で使用されたが、場合により、シェル３の軸線を左右方向へ沿って配置して、寝かせた状態で使用されてもよい。コイル式熱交換器１の使用時におけるシェル３の軸線の配置方向に応じて、支持材１５の構成は適宜に変更される。
【００５０】
さらに、前記実施例では、コイル式熱交換器１は、空気圧縮機からの圧縮空気の冷却に用いたが、本発明のコイル式熱交換器１は、空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラに限らず、空気圧縮機の潤滑油を冷却するオイルクーラとしても利用できる他、圧縮されていない空気（温風や熱風）を冷却用水で冷却しようとする場合や、燃焼機器からの燃焼ガスの潜熱を回収するために、排ガスとその冷却用水との熱交換器などにも、同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１ コイル式熱交換器
２ コイル
２Ａ 内側コイル
２Ｂ 外側コイル
３ シェル
４ 非螺旋部
５ 内筒（円筒壁）
６ 外筒（円筒壁）
７ 閉塞板
８ 閉塞材（円筒壁）
９ ガイド筒（円筒壁）
１０ 胴
１１ 端壁
１２ 第一管（第一の管）
１３ 第二管（第二の管）
１４ 円板
１５ 支持材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル式熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば、空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラとして、シェルアンドチューブ式熱交換器やプレートフィン式熱交換器が一般的に用いられている。
【０００３】
シェルアンドチューブ式熱交換器は、中空容器状のシェル内に複数のチューブが配置されている。これを用いて圧縮空気を冷却する場合、シェルとチューブとの内、一方に圧縮空気を通し、他方に冷却用水を通せばよい。但し、熱交換量が同等なプレートフィン式に比べて、圧縮空気が通過する断面積が小さくなることが多いため、シェルアンドチューブ式は、プレートフィン式に比べて空気の圧力損失が大きくなることが多い。
【０００４】
一方、プレートフィン式熱交換器は、間隔をあけて平行に配置された多数のプレートに、チューブが通されており、前記プレートがフィンとして機能する。これを用いて圧縮空気を冷却する場合、チューブに冷却用水を通しつつ、その外側のプレートフィンに空気を通せばよい。但し、熱交換量が同等なシェルアンドチューブ式に比べて、プレートフィン式は大型になる可能性がある。つまり、圧縮空気が通過するプレートフィン部は直方体にならざるを得ず、そのケーシングも直方体となってしまう上、圧縮空気の圧力（たとえば０．７ＭＰａ）に耐えるために、ケーシングが厚くならざるを得ないので、大きくて重たくなる。
【０００５】
また、下記特許文献１に開示されるように、扁平な管によるコイルを用いた温水発生装置が提案されている。しかしながら、コイル内を通過する水を、バーナによる燃焼で温めるものであり、空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するためのエアクーラなど、他の用途の利用を前提としない。すなわち、コイルを収容した缶体内へ外部から流体を導入し、コイル内を通される流体との熱交換後に、缶体外へ流体を導出するという構成ではない。
【０００６】
また、下記特許文献２に開示されるように、平行に並べた複数の扁平管を、両端部においてヘッダタンクで接続した熱交換器も提案されている。しかしながら、扁平管とヘッダタンクとの溶接箇所が多く、製作に手間と費用を要すると共に、ヘッダタンクが必要であるため、大型化してしまう。また、扁平管を配置した領域にムラなく空気を通すのも困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７５９９５号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、製作容易で小型で安価な熱交換器を提供することにある。また、たとえば圧縮空気を製造する際、エアクーラの圧力損失が小さいほど、同じ動力でより多くの圧縮空気を製造できるので、圧力損失の小さな熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、螺旋状に巻かれた管から構成されるコイルと、このコイルを収容するシェルとを備え、前記コイルを構成する管は、扁平な断面を有し、その扁平面を前記コイルの軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれており、前記シェルには、前記シェル内へ流体を導入する管と、前記シェル外へ流体を導出する管との、二種の管が設けられ、この二種の管の内、第一の管は、前記コイルの径方向内側の空間に開口され、第二の管は、前記コイルの径方向外側の空間に開口され、前記コイルの径方向内側の空間と、前記コイルの径方向外側の空間とは、前記扁平面間の隙間を介してのみ連通され、熱交換を図ろうとする二つの流体の内、一方が前記シェルに通され、他方が前記コイルに通されることを特徴とするコイル式熱交換器である。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、コイルとそれを収容するシェルとから、製作容易で小型で安価なコイル式熱交換器を実現することができる。また、このコイル式熱交換器では、コイルの径方向内側の空間と、コイルの径方向外側の空間とは、コイルの扁平面間の隙間を介してのみ連通される。従って、シェルを通される流体は、コイルの軸方向端部とシェルとの隙間をショートパスすることなく、必ずコイル間の隙間を通るため、コイルを通される流体との熱交換を確実に図ることができる。また、そのコイルの断面を扁平面としているので、断面円形の管の場合よりも熱交換に寄与する伝熱面積を大きくすることができる。しかも、仮に、断面円形の管をコイルにしただけでは、コイルの縦断面で観察した場合、円と円とが順に上下に並ぶことになり、コイルを径方向に通される流体の流路面積は、大きな縮小と拡大とを起こすことになり、圧力損失が大きい。ところが、請求項１に記載の発明によれば、コイルを構成する管は、断面円形ではなく、扁平に形成され、その扁平面をコイルの軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれる。従って、コイルの縦断面で観察した場合、扁平面と扁平面とが隙間をあけて平行に配置されることになるので、コイルを径方向に通される流体の流路面積は安定し、圧力損失を小さくすることができる。その上、扁平面の隙間を通される間、コイル内を通される流体との熱交換が有効に図られる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部が閉塞される一方、軸方向他端部に前記第一の管が開口され、前記コイルの軸方向他端部において、前記コイルと前記第一の管との隙間が閉塞されることを特徴とする請求項１に記載のコイル式熱交換器である。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部において、閉塞される一方、軸方向他端部において、シェル内へ流体を導出入する管が開口され、この管とコイルとの隙間が閉塞される。これにより、コイルを径方向に通される流体は、すべてコイルを構成する管の扁平面間の隙間を通過することになり、コイル内外の流体間の熱交換を有効に図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記コイルとして、同心円筒状に配置された複数のコイルを備え、前記シェルに設けられる二種の管の内、第一の管は、最も内側に配置される前記コイルの径方向内側の空間に開口され、第二の管は、最も外側に配置される前記コイルの径方向外側の空間に開口され、最も内側に配置される前記コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部が閉塞される一方、軸方向他端部に前記第一の管が開口され、最も内側に配置される前記コイルの軸方向他端部において、そのコイルと前記第一の管との隙間が閉塞され、前記複数のコイル同士の隙間は、軸方向両端部において閉塞されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル式熱交換器である。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、熱交換量を増加させたい場合、コイルの巻き数を増加させる以外に、コイルの列数を増加させることにより、伝熱面積を増やすことができる。しかも、複数のコイルを同心円筒状に配置することで、コンパクトになる。また、コイル同士の隙間を軸方向両端部において閉塞することで、コイルを径方向に通される流体は、すべてコイルを構成する管の扁平面間の隙間を通過することになる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記シェルは、前記第二の管から被冷却流体が導入され、前記第一の管から被冷却流体が導出されることを特徴とする請求項３に記載のコイル式熱交換器である。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、コイルを径方向に通される流体は、コイルの外周側から中央部へ向けて流れるので、熱交換効率がよい。すなわち、まず前提として、同心円筒状に複数のコイルを配置する場合、コイルの巻き数が同じであれば、内側のコイルほど通過断面積が小さくなる。また、一般に、流体は、温度が下がれば容積が小さくなる。従って、コイルを径方向に通される流体は、温度が下がって容積が小さくなってから、流路面積が比較的小さくなる内側のコイルを通過するのが好ましいことになる。これにより、コイル内外の流体間の熱交換を有効に図ることができる。
【００１７】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記コイルは、軸方向両端部がそれぞれ円筒壁にはめ込まれると共に、その円筒壁との隙間を封止され、前記コイルの軸方向一端部に設けられる前記円筒壁は、その中空穴が閉塞され、前記コイルの軸方向他端部に設けられる前記円筒壁の内、最も内側に配置される前記円筒壁は、その中空穴に前記第一の管が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル式熱交換器である。
【００１８】
コイルは、当然ながら螺旋状に形成されるので、軸方向端部において隙間を封止するのが難しいが、請求項５に記載の発明によれば、コイルの端部を円筒壁にはめ込むことで、軸方向端部の閉塞を容易で確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、製作容易で小型で安価なコイル式熱交換器を実現することができる。また、圧力損失の小さなコイル式熱交換器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のコイル式熱交換器の一実施例を示す斜視図であり、一部を切り欠いて断面にして示している。
【図２】図１のコイル式熱交換器の上部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図１のコイル式熱交換器の下部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図１のコイル式熱交換器の各コイルの扁平面間の隙間を流体が通過する際の状態を示す概略縦断面図である。
【図５】図４において、各コイルの断面を単に円形とした場合を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明のコイル式熱交換器１の一例を示す斜視図であり、一部を切り欠いて断面にして示している。また、図２および図３は、図１のコイル式熱交換器１の端部を拡大して示す縦断面図であり、図２はコイル式熱交換器１の上部を示し、図３はコイル式熱交換器１の下部を示している。
【００２３】
コイル式熱交換器１は、扁平な断面を有する細長い管を螺旋状に巻いて構成されるコイル２（２Ａ，２Ｂ）と、このコイル２を収容する中空容器状のシェル３とを備える。これにより、コイル式熱交換器１において、コイル２に通される流体と、シェル３に通される流体とを、混ぜることなく熱交換することができる。つまり、コイル２を構成する管内を通される流体と、その管外ではあるがシェル３内を通される流体とを、混ぜることなく熱交換することができる。
【００２４】
コイル２は、一つでもよいし、複数でもよい。複数のコイル２を用いる場合、図示例のように、同心円筒状に複数のコイル２を配置するのがよい。熱交換量を増加させたい場合、コイル２の巻き数を増加させることに代えてまたはこれに加えて、コイル２の列数（つまり同心円筒状に配置するコイル２の数）を増加させればよい。これにより、コンパクトに効率よく伝熱面積の増加を図り、熱交換量を増加させることができる。
【００２５】
図示例のコイル式熱交換器１は、内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとの二つのコイル２を備える。内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとは、図示例では、径が異なるだけで同一の巻き数を同一のピッチで巻かれ、また同一断面の管から構成される。そして、図２や図３に示すように、コイル式熱交換器１を縦断面で見た場合、各コイル２を構成する管の断面は、それぞれ上下に等間隔に現れるが、図示例では、内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとで対応した高さに配置される。但し、内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとで巻き数やピッチを変えたり、各コイル２を構成する管の断面を互いに異なったものとしたり、コイル式熱交換器１を縦断面で見た場合における各コイル２を構成する管の断面の出現を上下にずらしたりしてもよい。さらに、図示例では、内側コイル２Ａの外周面と外側コイル２Ｂの内周面との間には、隙間をあけているが、この隙間の有無または量は適宜に設定される。
【００２６】
各コイル２は、細長い管が螺旋状に巻かれて構成される。各コイル２を構成する管は、少なくとも螺旋部において扁平な断面を有し、その扁平面をコイル２の軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれる。
【００２７】
図２または図３では、コイル２を構成する管は、左右両端部が略半円状で、上下両端部が略水平な扁平面の断面を有する。つまり、コイル２を構成する管の断面は、図２および図３において、左右方向寸法が上下方向寸法よりも大きい。そして、その扁平面を上下に向けて、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれる。
【００２８】
各コイル２を構成する管は、螺旋部の両端部に、非螺旋部４を有する。この非螺旋部４は、断面は円形のままでよく、むしろその方が、他の管との配管がし易い。図示例では、非螺旋部４は、上下方向へ沿って配置された直管状とされる。但し、非螺旋部４は、たとえばＬ字形状などに適宜屈曲されてもよい。
【００２９】
各コイル２は、螺旋部で構成される中央穴の軸方向一端部（図１において下端部）が閉塞される。この閉塞を確実に行うために、図示例では、内筒５、外筒６および閉塞板７が用いられる。内筒５は、内側コイル２Ａが適合してはめ込まれる大きさの円筒である。また、外筒６は、外側コイル２Ｂが適合してはめ込まれる大きさの円筒である。さらに、閉塞板７は、外筒６の下部開口を閉塞する大きさの円板である。
【００３０】
図１および図３に示すように、内側コイル２Ａの下端部は、二〜三巻き程度を内筒５にはめ込まれて、内筒５と接合（ロウ付けまたは溶接）される。同様に、外側コイル２Ｂの下端部は、二〜三巻き程度を外筒６にはめ込まれて、外筒６と接合される。さらに、外筒６の下部開口を塞ぐように閉塞板７が設けられ、この閉塞板７と外筒６の下端部との間、および閉塞板７と内筒５の下端部との間が、それぞれ接合される。内筒５および外筒６は、各コイル２の下端部よりも少し（たとえば各コイル２の二〜三巻き相当分）だけ下方へ延出される。なお、各コイル２は、内筒５または外筒６にはめ込まれる箇所では、扁平面間に隙間を開けずに密に巻かれていてもよい。
【００３１】
内側コイル２Ａおよび外側コイル２Ｂは、図示例では、それぞれ内筒５または外筒６の外周面にはめ込まれているが、一方または双方のコイル２Ａ，２Ｂは、内筒５または外筒６の内周面にはめ込まれてもよい。すなわち、内側コイル２Ａの下端部は、図示例では、内筒５の外周面にはめ込まれているが、内筒５の大きさを変えて、内筒５の内周面にはめ込まれてもよい。また、外側コイル２Ｂの下端部は、図示例では、外筒６の外周面にはめ込まれているが、外筒６の大きさを変えて、外筒６の内周面にはめ込まれてもよい。
【００３２】
内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとの間の円環状の隙間は、軸方向他端部（図１において上端部）においても閉塞される。具体的には、内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとの隙間の上端部には、円環状の閉塞材８がはめ込まれる。この閉塞材８は、上方へ開口した略コ字形状の縦断面を有する円環状の部材である。そして、内側コイル２Ａの上端部は、二〜三巻き程度を閉塞材８の内周面にはめ込まれて接合される。また、外側コイル２Ｂの上端部は、二〜三巻き程度を閉塞材８の外周面にはめ込まれて接合される。なお、各コイル２は、閉塞材８にはめ込まれる箇所では、扁平面間に隙間を開けずに密に巻かれていてもよい。
【００３３】
さらに、内側コイル２Ａの上端部には、ガイド筒９がはめ込まれる。すなわち、内側コイル２Ａの上端部は、二〜三巻き程度をガイド筒９の外周面にはめ込まれて接合される。この場合も、内側コイル２Ａは、ガイド筒９にはめ込まれる箇所では、扁平面間に隙間を開けずに密に巻かれていてもよい。ガイド筒９は、各コイル２の上端部よりも上方へ延出している。図示例では、各コイル２の上端部から上方へのガイド筒９の延出長さは、各コイル２の下端部から下方への内筒５および外筒６の延出長さよりも長いが、場合により同一または短くしてもよい。
【００３４】
内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとは、後述するように、第一管１２や支持材１５により、シェル３内の中途に同心円筒状に保持される。シェル３は、コイル２を収容する中空容器であり、図示例では中空円筒状とされる。各コイル２とシェル３とは、同心円筒状に配置される。各コイル２の軸方向両端部に設けられた前記各非螺旋部４は、シェル３を気密に貫通してシェル３の外側へ導出される。
【００３５】
各コイル２の上端部の非螺旋部４，４同士、および／または、各コイル２の下端部の非螺旋部４，４同士は、シェル３の内側または外側において、一本にまとめられてもよい。その場合、コイル２を通される流体は、コイル式熱交換器１への入口で分岐して各コイル２内へ導入され、コイル式熱交換器１からの出口で合流して導出される。
【００３６】
シェル３は、円筒状の胴１０と、その軸方向両端部（図１において上下両端部）を閉塞するよう設けられる端壁１１，１１とを備える。各端壁１１には、シェル３に対し流体を導入または導出するための管１２，１３が貫通して設けられる。図１において、上側の端壁１１に設けられる管を第一管１２、下側の端壁１１に設けられる管を第二管１３と呼ぶことにする。第一管１２と第二管１３とは、図示例では同一直径の円管状とされ、シェル３の端壁１１の中央部に設けられる。但し、シェル３に通される流体がコイル２に通される流体で膨張または収縮することを考慮して、それに応じて、第一管１２と第二管１３とを異なる直径とするのもよい。また、第一管１２と第二管１３とは、図示例ではそれぞれ一本であるが、所望により複数本としてもよい。
【００３７】
第一管１２は、前記ガイド筒９よりも小径の円管状であり、上側の端壁１１を貫通して、中途部の外周面が端壁１１に気密に接合される。第一管１２は、下端部にフランジ状に円板１４が設けられ、その円板１４の外周部がガイド筒９の上端部に接合される。このようにして、各コイル２の上端部は、ガイド筒９および第一管１２を介して、シェル３の上側の端壁１１に取り付けられる。なお、第一管１２は、ガイド筒９および円板１４を備えた形で、段付き円筒状に一体形成されてもよい。
【００３８】
一方、シェル３内下部の周方向複数箇所には支持材１５が設けられ、その支持材１５に各コイル２の下端部が載せられて保持される。つまり、図１に示すように、シェル３内には、下側の端壁１１から浮いた位置に、たとえば板状の複数の支持材１５が内方へ延出して水平に設けられている。そして、その各支持材１５の上に、前記閉塞板７が載せられて、各コイル２が保持される。但し、支持材１５は、板状に限らず、アングル材やチャンネル材などを用いてもよい。
【００３９】
コイル式熱交換器１には、熱交換を図ろうとする二つの流体の内、一方（第一流体）がシェル３に通され、他方（第二流体）がコイル２に通される。たとえば、空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するためのエアクーラとして用いる場合、シェル３に圧縮空気が通され、各コイル２に冷却用水が通される。
【００４０】
具体的には、図１では、第一流体（たとえば圧縮空気）は、第一管１２からガイド筒９を介して内側コイル２Ａの中央穴へ導入される。その第一流体は、内側コイル２Ａの扁平面間の隙間、および外側コイル２Ｂの扁平面間の隙間を介して、各コイル２を径方向外側へ進んだ後、外側コイル２Ｂとシェル３との隙間を下方へ進み、第二管１３から導出される。一方、第二流体（たとえば冷却用水）は、下方の各非螺旋部４から各コイル２を構成する管内へ導入され、各コイル２内を進んだ後、上方の各非螺旋部４から導出される。
【００４１】
このような構成であるから、第一流体は、各コイル２の中央穴から放射状に各コイル２を通過する間、および外側コイル２Ｂの外周面を下方へ進む間に、それぞれ第二流体と熱交換される。
【００４２】
図４は、各コイル２の扁平面間の隙間Ｘを第一流体が通過する際の状態を示す概略縦断面図である。この図に示すように、図示例のコイル式熱交換器１では、扁平面と扁平面とが隙間をあけて平行に配置される。従って、各コイルを径方向に通される流体の流路面積は扁平面間では一定となり、圧力損失の増大を防止することができる。仮に、細長い円管を単に螺旋状に巻いてコイル２を形成した場合、図５に示すように、円と円とが上下に並ぶことになる。この場合、各コイル２を径方向に通される流体の流路面積は、大きな縮小と拡大とを起こすことになり、圧力損失が大きくなる。なお、図５における上下の円間の隙間Ｘは、図４における上下の扁平面間の隙間と同一としている。
【００４３】
また、図示例のコイル式熱交換器１によれば、シェル３を通される第一流体は、各コイル２の扁平面間の隙間を通過する間、各コイル２を通される第二流体との熱交換を有効に図られる。しかも、各コイル２は、軸方向両端部が閉塞板７や閉塞材８で塞がれるので、内側コイル２Ａの中央穴に導入された第一流体は、すべて必ず扁平面間の隙間を介してのみ導出されることになる。これにより、シェル３を通される第一流体とコイル２を通される第二流体との熱交換を有効に図ることができる。
【００４４】
ところで、以上の説明では、第一流体は、第一管１２から導入され第二管１３から導出されたが、これとは逆に、第二管１３から導入され第一管１２から導出されてもよい。シェル３を通される第一流体（特に気体）を、コイル２を通される第二流体で冷却しようとする場合、第一流体は、第二管１３から導入され第一管１２から導出されるのがよい。この場合、第一流体は、各コイル２を径方向内側へ向けて通されることになり、次に述べる理由により熱交換を有効に図ることができるからである。
【００４５】
すなわち、まず前提として、同心円筒状に複数のコイル２を配置する場合、コイル２を構成する管の断面やコイル２の巻き数およびピッチが同じであれば、内側のコイル２Ａほど伝熱面積が小さくなる。一方、一般に、流体、特に気体は、温度が下がれば容積が小さくなる。従って、コイル２を径方向に通される流体は、温度が下がって容積が小さくなってから、伝熱面積が比較的小さくなる内側コイル２Ａを通過させるのが好ましいことになる。これにより、コイル２内外の流体間の熱交換を有効に図ることができる。なお、第一流体を、第一管１２から導入して第二管１３へ導出することに代えて、第二管１３から導入して第一管１２へ導出する場合、第二流体は、図１においてコイル２の下方から導入して上方へ導出することに代えて、コイル２の上方から導入して下方へ導出するのが好ましい。
【００４６】
逆に、シェル３を通される第一流体を、コイル２を通される第二流体で加熱しようとする場合（第二流体を第一流体で冷却しようとする場合ともいえる）、コイル２を径方向に通される流体は、温度が上がって容積が大きくなってから、伝熱面積が比較的大きくなる外側コイル２Ｂを通過させるのが好ましい。従って、この場合、第一流体は、第一管１２から導入され第二管１３から導出されるのが好ましい。
【００４７】
本発明のコイル式熱交換器１は、前記実施例およびその変形例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、図１のコイル式熱交換器１は、内外二重のコイル２を備えたが、一つのコイル２だけを備えてもよいし、三つ以上のコイル２を備えてもよい。一つのコイル２だけを備える場合、図１において、外側コイル２Ｂ、外筒６および閉塞材８を省略した構成となる。一方、三つのコイル２を備える場合、図１において、外側コイル２Ｂの外側に第三のコイルを同心円筒状に配置し、その第三のコイルと外側コイル２Ｂとの隙間の上下を、上述した内側コイル２Ａと外側コイル２Ｂとの隙間の上下と同様の構成で閉塞すればよい。四つ以上のコイル２を備える場合も、同様に構成できる。
【００４８】
また、図１では、コイル式熱交換器１は、非螺旋部４が上下方向外側へ向けられたが、その他の方向へ向けられてもよい。たとえば、各非螺旋部４は、シェル３を構成する胴１０を介して、シェル３の外側へ導出されてもよい。また、図１では、コイル式熱交換器１は、第一管１２と第二管１３とが、それぞれシェル３の上下に接続されたが、シェル３の周側壁（つまり胴１０）に接続されもよい。
【００４９】
また、前記実施例では、コイル式熱交換器１は、シェル３の軸線を上下方向へ沿って配置して、立てた状態で使用されたが、場合により、シェル３の軸線を左右方向へ沿って配置して、寝かせた状態で使用されてもよい。コイル式熱交換器１の使用時におけるシェル３の軸線の配置方向に応じて、支持材１５の構成は適宜に変更される。
【００５０】
さらに、前記実施例では、コイル式熱交換器１は、空気圧縮機からの圧縮空気の冷却に用いたが、本発明のコイル式熱交換器１は、空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラに限らず、空気圧縮機の潤滑油を冷却するオイルクーラとしても利用できる他、圧縮されていない空気（温風や熱風）を冷却用水で冷却しようとする場合や、燃焼機器からの燃焼ガスの潜熱を回収するために、排ガスとその冷却用水との熱交換器などにも、同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１ コイル式熱交換器
２ コイル
２Ａ 内側コイル
２Ｂ 外側コイル
３ シェル
４ 非螺旋部
５ 内筒（円筒壁）
６ 外筒（円筒壁）
７ 閉塞板
８ 閉塞材（円筒壁）
９ ガイド筒（円筒壁）
１０ 胴
１１ 端壁
１２ 第一管（第一の管）
１３ 第二管（第二の管）
１４ 円板
１５ 支持材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状に巻かれた管から構成されるコイルと、このコイルを収容するシェルとを備え、
前記コイルを構成する管は、扁平な断面を有し、その扁平面を前記コイルの軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれており、
前記シェルには、前記シェル内へ流体を導入する管と、前記シェル外へ流体を導出する管との、二種の管が設けられ、
この二種の管の内、第一の管は、前記コイルの径方向内側の空間に開口され、第二の管は、前記コイルの径方向外側の空間に開口され、
前記コイルの径方向内側の空間と、前記コイルの径方向外側の空間とは、前記扁平面間の隙間を介してのみ連通され、
熱交換を図ろうとする二つの流体の内、一方が前記シェルに通され、他方が前記コイルに通される
ことを特徴とするコイル式熱交換器。
【請求項２】
前記コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部が閉塞される一方、軸方向他端部に前記第一の管が開口され、
前記コイルの軸方向他端部において、前記コイルと前記第一の管との隙間が閉塞される
ことを特徴とする請求項１に記載のコイル式熱交換器。
【請求項３】
前記コイルとして、同心円筒状に配置された複数のコイルを備え、
前記シェルに設けられる二種の管の内、第一の管は、最も内側に配置される前記コイルの径方向内側の空間に開口され、第二の管は、最も外側に配置される前記コイルの径方向外側の空間に開口され、
最も内側に配置される前記コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部が閉塞される一方、軸方向他端部に前記第一の管が開口され、
最も内側に配置される前記コイルの軸方向他端部において、そのコイルと前記第一の管との隙間が閉塞され、
前記複数のコイル同士の隙間は、軸方向両端部において閉塞される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル式熱交換器。
【請求項４】
前記シェルは、前記第二の管から被冷却流体が導入され、前記第一の管から被冷却流体が導出される
ことを特徴とする請求項３に記載のコイル式熱交換器。
【請求項５】
前記コイルは、軸方向両端部がそれぞれ円筒壁にはめ込まれると共に、その円筒壁との隙間を封止され、
前記コイルの軸方向一端部に設けられる前記円筒壁は、その中空穴が閉塞され、
前記コイルの軸方向他端部に設けられる前記円筒壁の内、最も内側に配置される前記円筒壁は、その中空穴に前記第一の管が接続される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル式熱交換器。
【請求項１】
螺旋状に巻かれた管から構成されるコイルと、このコイルを収容するシェルとを備え、
前記コイルを構成する管は、扁平な断面を有し、その扁平面を前記コイルの軸方向両側へ向けると共に、扁平面間に隙間をあけて螺旋状に巻かれており、
前記シェルには、前記シェル内へ流体を導入する管と、前記シェル外へ流体を導出する管との、二種の管が設けられ、
この二種の管の内、第一の管は、前記コイルの径方向内側の空間に開口され、第二の管は、前記コイルの径方向外側の空間に開口され、
前記コイルの径方向内側の空間と、前記コイルの径方向外側の空間とは、前記扁平面間の隙間を介してのみ連通され、
熱交換を図ろうとする二つの流体の内、一方が前記シェルに通され、他方が前記コイルに通される
ことを特徴とするコイル式熱交換器。
【請求項２】
前記コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部が閉塞される一方、軸方向他端部に前記第一の管が開口され、
前記コイルの軸方向他端部において、前記コイルと前記第一の管との隙間が閉塞される
ことを特徴とする請求項１に記載のコイル式熱交換器。
【請求項３】
前記コイルとして、同心円筒状に配置された複数のコイルを備え、
前記シェルに設けられる二種の管の内、第一の管は、最も内側に配置される前記コイルの径方向内側の空間に開口され、第二の管は、最も外側に配置される前記コイルの径方向外側の空間に開口され、
最も内側に配置される前記コイルの径方向内側の空間は、軸方向一端部が閉塞される一方、軸方向他端部に前記第一の管が開口され、
最も内側に配置される前記コイルの軸方向他端部において、そのコイルと前記第一の管との隙間が閉塞され、
前記複数のコイル同士の隙間は、軸方向両端部において閉塞される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル式熱交換器。
【請求項４】
前記シェルは、前記第二の管から被冷却流体が導入され、前記第一の管から被冷却流体が導出される
ことを特徴とする請求項３に記載のコイル式熱交換器。
【請求項５】
前記コイルは、軸方向両端部がそれぞれ円筒壁にはめ込まれると共に、その円筒壁との隙間を封止され、
前記コイルの軸方向一端部に設けられる前記円筒壁は、その中空穴が閉塞され、
前記コイルの軸方向他端部に設けられる前記円筒壁の内、最も内側に配置される前記円筒壁は、その中空穴に前記第一の管が接続される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル式熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−４０７０６（Ｐ２０１３−４０７０６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７０６３（Ｐ２０１１−１７７０６３）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（０００１２６６３２）株式会社アタゴ製作所 (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（０００１２６６３２）株式会社アタゴ製作所 (31)
【Ｆターム（参考）】
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