説明

二重管型熱交換器およびその製造方法

【課題】 内管1と外管2とを有する二重管型熱交換器において、その熱交換性能を向上させること。
【解決手段】 内管1と外管2にそれぞれ第1螺旋突条3と第2螺旋突条4を曲折形成し、それら第1螺旋突条3と第2螺旋突条4とを面接触させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内管の外側に外管が被嵌され、それらの間に第1流体が流通するとともに、内管の内側に第2流体が流通して、両流体間に熱交換が行なわれる二重管型熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献1に、燃料電池発電システムにおける水の蒸発器として、三重管型熱交換器が記載されている。
これは燃焼排ガスにより水を加熱して気化させる蒸発器であって、内周面側に燃料排ガスを流通させ、水を流通させる流通路を軸線方向に向かって螺旋状に形成する。そして、円筒体とその円筒体の外周面に同軸をなして取付けられた螺旋条をなす外側螺旋波形管とを備える。それとともに、円筒体の内側に同軸をなして案内筒を配置したものである。そして、その円筒体と外側螺旋波形管との間に水を供給し、案内筒と円筒体との間に燃焼排ガスを流通させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−139404号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献の熱交換器は、その熱交換壁面が円筒体であり、それに外側螺旋波形管が螺旋状に線接触したものである。そのため、両者の接触面が極めて小さく、熱交換効率が悪い欠点がある。
そこで本発明は、熱交換性能のよい二重管型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】
【0005】
請求項1に記載の本発明は、内管(1)の外側に外管(2)が被着された二重管型熱交換器において、
内管(1)に第1螺旋突条(3)が曲折形成され、その第1螺旋突条(3)に整合する第2螺旋突条(4)が外管(2)に曲折形成され、その第2螺旋突条(4)の内面と、前記第1螺旋突条(3)の外周とが面接触すると共に、その接触面が接合されることなく、互いに相対移動自在に構成され、
その内管(1)の外周と外管(2)の内周と間に螺旋状の第1流路(5)が形成され、その内管(1)の内周に第2流路(6)が形成され、第1流路(5)と第2流路(6)の一方に低温の第1流体(7)が流通されると共に、他方に高温の第2流体(8)が流通されることを特徴とする二重管型熱交換器である。
【0006】
請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の二重管型熱交換器において、
高温の前記第2流体(8)が第2流路(6)に流通し、それが非流通状態のときは、外管(2)の螺旋突条(4)が存在せず、第2流体(8)の流通に伴い、内管(1)が膨張して、その第1螺旋突条(3)が外管(2)の内面に押圧されて、外管(2)に第2螺旋突条(4)が形成されるように構成された二重管型熱交換器である。
【0007】
請求項3に記載の本発明は、請求項2に記載の二重管型熱交換器において、
第1螺旋突条(3)と第2螺旋突条(4)との間に螺旋状の閉塞空間(9)が形成される二重管型熱交換器である。
【0008】
請求項4に記載の本発明は、請求項1に記載の二重管型熱交換器を製造する方法において、
外面側に第1螺旋突条(3)を有する内管(1)の外周に、螺旋突条の存在しない断面直径が同一な直管からなる外管(2)を被嵌する工程と、
内管(1)に加圧体を充填することにより、その内管(1)を半径方向外周に塑性変形して、内管(1)の第1螺旋突条(3)を外管(2)に押圧して、外管(2)に第2螺旋突条(4)を塑性変形により形成させる工程と、を有する二重管型熱交換器の製造方法である。
【0009】
請求項5に記載の本発明は、請求項1に記載の二重管型熱交換器を製造する方法において、
内面側に第2螺旋突条(4)を有する外管(2)の内側に、螺旋突条の存在しない断面直径が同一な直管よりなる内管(1)を挿入する工程と、
内管(1)に加圧体を充填し、それを半径方向外周に塑性変形することにより、内管(1)を外管(2)の第2螺旋突条(4)に押圧して、その内管(1)に第1螺旋突条(3)をその内側に塑性変形により形成させる工程と、を有する二重管型熱交換器の製造方法である。
【発明の効果】
【0010】
本発明の二重管型熱交換器は、外管2の第2螺旋突条4の内面と、内管1の第1螺旋突条3の外面とが面接触するとともに、その接触面が接合されることなく、互いに相対移動自在に構成されている。そして、内管1の外周と外管2との間に第1流路5が形成され、内管1の内周に第2流路6が形成されたものである。そのため、第1流路5と第2流路6に流通する第1流体7と第2流体8との熱交換を効率よく行なうことができる。即ち、内管1と外管2とは、その第1螺旋突条3と第2螺旋突条4とにおいて面接触しているため、伝熱性がよく、内管1の第2流体8の熱が容易に外管2に伝導し、第1流体7を内管1と外管2の両側から加熱または冷却することができる。
それとともに、それらの間の第1流路5が螺旋状に形成され、そこに流体が流通するため、流路長が長くなり、熱交換を促進する。さらには、第1螺旋突条3と第2螺旋突条4とが面接触するにもかかわらず、その接触面が接合されることなく、互いに相対移動自在に形成されているから、内管1と外管2との熱膨張の差に基づく、熱歪みを自在に取除くことができ、寿命の長い二重管型熱交換器を提供できる。
【0011】
上記構成において、請求項2に記載のように、高温の第2流体8が第2流路6を流通し、それが非流通状態のときは、外管2の第2螺旋突条4が存在せず、第2流体8の流通にともない内管1が膨張して、その第1螺旋突条3が外管2の内面を押圧し、外管2に第2螺旋突条4が形成されるように構成した場合には、内管1と外管2との熱歪みの差に基づく両者の管の相対移動を過渡的により容易に行ないうる。
【0012】
上記構成において、請求項3に記載のように、第1螺旋突条3と第2螺旋突条4との間に螺旋状の閉塞空間9を形成した場合には、内管1と外管2との温度差を十分確保し、それらの間の面接触状態を適当に維持することができる。
【0013】
次に、請求項4に記載の二重管型熱交換器の製造方法は、請求項1に記載の熱交換器を製造する方法であって、第1螺旋突条3を有する内管1外周に直管からなる外管2を被嵌した後に、加圧体を内管1に充填して、内管1および外管2を塑性変形する。そして、第1螺旋突条3と外管2の第2螺旋突条4とを圧接し、両螺旋突条を面接触させるものである。この方法によれば、容易に効率のよい二重管型熱交換器を製造できる。
【0014】
請求項5に記載の製造方法は、内面側に第2螺旋突条4を有する外管2の内側に、直管からなる内管1を挿入し、その内管1に加圧体を充満して、内管1および外管2を塑性変形する。そして、第2螺旋突条4に面接触する第1螺旋突条3を形成したものであるから、熱交換性能のよい二重管型熱交換器を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の二重管型熱交換器の第1実施例の要部縦断面図。
【図2】同熱交換器を製造するための説明図。
【図3】本発明の二重管型熱交換器の第2実施例の要部縦断面図。
【図4】本発明の二重管型熱交換器の第3実施例の要部縦断面図。
【図5】本発明の二重管型熱交換器の第4実施例の要部縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
(第1実施例)
図1は、本発明の第1実施例の要部縦断面図であって、内管1の外側に外管2が被嵌されている。内管1は、第1螺旋突条3が外周面に突出するように、曲折形成されたものである。また、外管2は内管1同様にその外側に第2螺旋突条4が突設されるように曲折変形され、その第2螺旋突条4の内面と内管1の第1螺旋突条3外面とが曲面で馴染み、面接触する。そして、その接触面は接合されることなく、互いに相対移動自在に形成されている。
内管1および外管2は、アルミニウム材やステンレス材等の金属板からなる。そして、内管1と外管2とはそれぞれの螺旋突条部のみで面接触され、それ以外の面では対向してその間に螺旋状の第1流路5が形成される。
【0017】
この例では、その螺旋状の第1流路5内に第1流体7が流通し、内管1の内側の第2流路6には第2流体8が流通する。第1流体7と第2流体8は、この例では対向流としている。第2流体8は一例として高温の排ガスが流通し、第1流体7として水が供給される。そして、第1流体7と第2流体8との間に熱交換が行なわれる。
この時、高温流体である第2流体8の熱が内管1の第1螺旋突条3と、外管2の第2螺旋突条4を介し、外管2に伝熱される。それによって、第1流体7は内管1側と外管2側との両者から加熱される。これは、第1螺旋突条3と第2螺旋突条4とは面接触され、第1流体7が短絡することなく、螺旋状に流通し、両者の伝熱性がよく、第2流体8の熱が外管2に伝熱して、その第1流体7を内管と外管との両側から加熱するものである。
【0018】
(製造方法)
次に、図1に示す二重管型熱交換器を製造する一例を図2において説明する。
この例は、直管からなる外管2を内管1の外側に被嵌する。この内管1は、外面側に第1螺旋突条3が形成されたものである。そして、外管2には螺旋突条が存在しない。そこで、内管1の一端を閉塞体10および締結環11により閉塞し、内管1の他端から高圧の加圧流体12を供給する。そして、その加圧流体12により内管1を拡開して、塑性変形し、その第1螺旋突条3を外管2に押圧し、それにより外管2に第2螺旋突条4を塑性形成させる。その後、閉塞体10および締結環11を取外すことで、図1に示す二重管型熱交換器を製造することができる。上記加圧流体による塑性変形に代えて、内管1内にウレタンやゴム材等を挿入し、それを加圧してウレタンバルジ加工、ゴムバルジ加工をすることもできる。
【0019】
(第2実施例)
次に、図3は本発明の第2実施例の要部縦断面図であって、この例が図1のそれと異なる点は、内管1および外管2の第1螺旋突条3、第2螺旋突条4がそれぞれ管の内側に突設形成されたものである。そして、他は内管1と同様である。
この熱交換器は、図2に準じて製造することができるが、この場合、内管1を直管とし、外管2に第2螺旋突条4をその内面側に突設して形成する。そして、図2同様に内管1内に加圧流体12を充填し、直管である内管1を外管2の第2螺旋突条4に押し当てて、図3の熱交換器を製造することができる。
【0020】
(第3実施例)
次に、図4に示す内管1と外管2はそれらを塑性変形させることなく、そのまま使用することができる。その際、内管1の第1螺旋突条3と内面とが接触していることが好ましい。そして、内管1内に高温の第2流体8を供給することにより、内管1を膨張させ、外管2に押し当てて、図1の状態が形成される。
即ち、高温流体により内管1が外側に拡開されて、その押圧により外管2に第2螺旋突条4が形成され、第1螺旋突条3と第2螺旋突条4とが面接触されるものである。そして、内管1と外管2との間に図1同様に第1流体7が供給され、第1流体7と第2流体8との間に熱交換が行なわれるものである。
次いで、第2流体8を取除くと、熱交換器は図4に示すように、外管2は直管に戻る。
【0021】
(第4実施例)
次に、図5は本発明の第4実施例であり、この例が図1の例と異なる点は、第1螺旋突条3と第2螺旋突条4との間に閉塞空間9を形成したものである。この閉塞空間9の存在により、内管1と外管2との伝熱状態を適当な値に制御し、第1螺旋突条3と第2螺旋突条4との接触状態を強固にするものである。
【符号の説明】
【0022】
1 内管
2 外管
3 第1螺旋突条
4 第2螺旋突条
5 第1流路
6 第2流路
【0023】
7 第1流体
8 第2流体
9 閉塞空間
10 閉塞体
11 締結環
12 加圧流体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内管(1)の外側に外管(2)が被着された二重管型熱交換器において、
内管(1)に第1螺旋突条(3)が曲折形成され、その第1螺旋突条(3)に整合する第2螺旋突条(4)が外管(2)に曲折形成され、その第2螺旋突条(4)の内面と、前記第1螺旋突条(3)の外周とが面接触すると共に、その接触面が接合されることなく、互いに相対移動自在に構成され、
その内管(1)の外周と外管(2)の内周と間に螺旋状の第1流路(5)が形成され、その内管(1)の内周に第2流路(6)が形成され、第1流路(5)と第2流路(6)の一方に低温の第1流体(7)が流通されると共に、他方に高温の第2流体(8)が流通されることを特徴とする二重管型熱交換器。
【請求項2】
請求項1に記載の二重管型熱交換器において、
高温の前記第2流体(8)が第2流路(6)に流通し、それが非流通状態のときは、外管(2)の螺旋突条(4)が存在せず、第2流体(8)の流通に伴い、内管(1)が膨張して、その第1螺旋突条(3)が外管(2)の内面に押圧されて、外管(2)に第2螺旋突条(4)が形成されるように構成された二重管型熱交換器。
【請求項3】
請求項2に記載の二重管型熱交換器において、
第1螺旋突条(3)と第2螺旋突条(4)との間に螺旋状の閉塞空間(9)が形成される二重管型熱交換器。
【請求項4】
請求項1に記載の二重管型熱交換器を製造する方法において、
外面側に第1螺旋突条(3)を有する内管(1)の外周に、螺旋突条の存在しない断面直径が同一な直管からなる外管(2)を被嵌する工程と、
内管(1)に加圧体を充填することにより、その内管(1)を半径方向外周に塑性変形して、内管(1)の第1螺旋突条(3)を外管(2)に押圧して、外管(2)に第2螺旋突条(4)を塑性変形により形成させる工程と、を有する二重管型熱交換器の製造方法。
【請求項5】
請求項1に記載の二重管型熱交換器を製造する方法において、
内面側に第2螺旋突条(4)を有する外管(2)の内側に、螺旋突条の存在しない断面直径が同一な直管よりなる内管(1)を挿入する工程と、
内管(1)に加圧体を充填し、それを半径方向外周に塑性変形することにより、内管(1)を外管(2)の第2螺旋突条(4)に押圧して、その内管(1)に第1螺旋突条(3)をその内側に塑性変形により形成させる工程と、を有する二重管型熱交換器の製造方法。

【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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【公開番号】特開2012−193869(P2012−193869A)
【公開日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−56146(P2011−56146)
【出願日】平成23年3月15日(2011.3.15)
【出願人】(000222484)株式会社ティラド (289)
【Fターム(参考)】