JPH03501103A - 熱交換器の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 熱交換器の製造法 技術分野 本発明は、第１の態様では熱交換要素を製造する改良された方法に関する。その ような要素はたとえばビルディングの冷暖房システムにおいて用いられる種類の 熱交換器に採用されている。第２の態様としては、本発明は熱交換要素それ自体 および該熱交換要素を用いている熱交換器に関する。第３の態様では、本発明は 熱交換器を構成するためにその熱交換要素を収納するに適した容器に関する。

従来技術 従来のビルディングの冷暖房システム用の熱交換器は、一般的に多数の平行熱交 換バイブが通っている相変化媒体が充満している容器からなりでいる。相変化媒 体は通常は水をベースにしており、冷気を貯蔵、放出するために水と氷との間で 相変化する。典型的には熱交換要素を構成しているチューブは入口マニホールド と出口マニホールドの間においてコイル状に配列されている。

従来の熱交換要素は、コイルの上下相対位置を保持するための垂直に配置された スペーサー要素を有している。

それらのチューブは、相変化媒体全体にわたる温度勾配を最小にすべく相互に近 接されかつ前方へ流れるチューブが後方へ流れるチューブの間に介在させられて いる。

この方法により、氷が相変化媒体全体にわたって一時に形成されるとともに、水 を上方へ押しやるよう意図されている。このようにして容器の壁体に圧力が加え られるのを防いでいる。しかしながら実際面で、容器はしばしばある程度の膨張 を許すように可撓性材料で製造される。

熱交換要素は慣習上、プラスティックチューブをコイル状に巻いて製造されてい る。これは時間がかかるだけでなくやっかいな操作であり、また、コイルを均等 間隔にかつつぶれやねじれを生ずることなく巻くことはほとんど不可能に近い。

不均等な間隔は、相変化媒体に温度勾配を生じさせ、ねじれはコイル内に受け入 れがたい圧力降下を生じさせる。さらに、プラスティックチューブはそれぞれが １ｏＯｒｎぐらいのチューブを保持しているスプールから取出されるが、チュー ブはスプールに巻かれていたときその形状が記憶されてしまうので、チューブが スプールに巻かれていたときの形状に戻ろうとする傾向の原因となる。この傾向 はチューブを熱交換要素に望まれるコイル形状に巻くことをさらにむずかしく、 また望ましいコイル形状に保持することを非常にむずかしくする。

熱交換器の製造において、さらに直面する問題は、その要素はその浮力により動 くことを防止するために容器内にしっかりと固定されることが望まれるというこ とである。その固定手段は、水が綿密に監視されることなく容器にしばしば注入 されるときに、熱交換器の機能を維持するために十分に強固なものでなければな らない。

その他に多くの問題が従来の熱交換器や熱交換要素、そしてそれらの製造に伴な っている。たとえば組立中の部品の耐圧テストは困難であり、したがって高価な 予備テストを要することになる。

発明の開示 本発明の第１の態様によれば、 （ａ　変形可能なプラスティック材のチューブを押し出す工程、 曲　チューブを、硬化する前に実質上平面内に横たえながら連続したうず巻形に 巻く工程、 ｆｃ）　そのうず巻き形状を保持するために、チューブのうず巻を少な（とも１ 本の間隔棒の長手方向に沿って係止する工程、 （ｄ＋　多数のチューブのうず巻を上下方向に１個ずつ配列する工程、 （ｅ）　各うず巻の一端を入口マニホールドへ連結し、他端を出口マニホールド に連結する工程 からなる熱交換要素の製造法が提供される。

チューブはｐｖｃ　、ナイロン、あるいは他の適切な材料から製造できるが、と くにポリエチレンのベレットから押し出すのが好ましい。

チューブは巻かれる前に冷却され、そしてチューブ温度が４０℃から６０℃程度 の間に巻き付は台上で巻かれるのが好ましい。

間隔棒は放射状に延設するのが好ましく、またその長手方向にチューブの外径を 配置するのにふされしいサイズのノツチが設けられるのが好ましい。ひとたびチ ューブ１個の完全なうず巻が間隔棒に沿ったノツチに係止されると、歯止め棒が すべてのノツチを閉止するように取り付けられ、そしてこのようにしてうず巻は 巻き付は台から取り外すことができ、容易に取り扱うことができる。

歯止め棒は、初めチューブの若干の調整が可能なように間隔棒に係止され、しか るのちもはやチューブの動きを許さない非可逆的な係止状態に導かれるのが好ま しい。

間隔棒は負荷拡散のためにその下面が広げられているのが好ましい。

うず巻の横方向の動きを制止するためにその端に棒が上方向に延伸されている剛 体の台の上にうず巻が載置される。可搬式の構造とするために２番目の剛体の台 がそれらの棒の上端と連結されている。

うず巻は時計方向と反時計方向に交互に巻かれ、それらが上下方向に組になって 配列されるのが好ましい。１個の管路を形成するために、各組の内端は相互に連 結されており、下側のうず巻の外端は入口マニホールドに連結され、上側のうず 巻の外端は出口マニホールドに連結されている。これは熱交換流体が両うず巻に おいて同一方向に流れ、そしてこのようにしてこの管路は方向転換による圧力降 下を呈することがないという利点を有している。

熱交換器は、前記において概説された方法で構成された要素を容器の中、好まし くは底部に固定して製造しうる。

その容器は断熱材をガラス繊維製の内板および外板ではさみこんだもので構成さ れているのが好ましい。

本発明の第２態様によれば、熱交換要素中を循環する流体と容器中の相変化媒体 との間で熱交換を行なうタイプの熱交換要素が提供され、その要素は、上下方向 に１個ずつ配置された可撓性ある多数のチューブのうず巻と、うず巻形状を保持 するために少なくとも１個の間隔棒の長手方向に沿って係止された各チューブの うず巻とからなり、６該うず巻の一端が入口マニホールドに連結され、他端が出 口マニホールドに連結されて構成されている。

各うず巻の中心に空間があり、それによってうず巻の中心線に沿って要素の中心 部に円柱状の空間が形成されるのが好ましい。

可撓性を有するチューブは、熱的、化学的安定性および機械的強度の面からポリ エチレンからつくられるのが好ましい。しかしながらチューブはＰＶＣ、ナイロ ンまたは他の適切な材料からつくられてもよい。

間隔棒は各うず巻について放射状に延設されており、その長手方向に沿ってチュ ーブの外径と同じサイズのノツチが設けられているのが都合がよい。歯止め棒が 各間隔棒の上部に係止され、チューブが移動するのを防いでいるのが都合がよい 。間隔棒の底部はある程度荷重を分散させるために広げられている。

要素は剛体の台に支持されているのが好ましい。垂直な棒がその台の端の周囲か ら延設され、第２の剛体の台に連結されて可撓性を有するチューブを収納する強 固な枠体を構成している。入口と出口のマニホールドは要素の側面に垂直方向に 立設されているのが好ましい。

うず巻は交互に時計方向と反時計方向に巻かれ、上下に１個ずつ組になっている のが好ましい。その各組の内端は共に連結されており、下側のうず巻の外端は入 口マニホールドに連結され、上側のうず巻の外端は出口マニホールドに連結され ている。この方法により時計方向、反時計方向の両うず巻ともに熱交換流体は同 一方向に流れる。その２個のうず巻の連結もまた鋭角を呈する必要はなく、真直 にさえなしうる。このようにして流れ方向の急激な転換により生じる圧力降下が 防止される。加うるにチューブや相互接続にはわずかな応力しか発生しない。

入口と出口との間の圧力降下を減少させるために大きな直径を有する要素におい ては各層・ごとに２以上のうず巻を同心状に設けるのが都合がよいであろう。こ れを実現するために１組のうず巻を巻いて、その長さの中間点で切断してもよい 。各うず巻の内側部分と外側部分の中の流れは反対方向となるようにそのうず巻 の組の外側部分はあらかじめ連結されており、内側部分の内端は相互に連結され 、そして内側部分の切断端は入口と出口のマニホールドに連結されている。しか しながらその外側部分の組を通る流れは同一方向に維持され、内側部分の組を通 る流れもまた同一方向に維持され、そして各ループを通る同一方向の流れを維持 することについての前述の利点は維持される。さらに各うず巻の内側部分と外側 部分の流れが反対であることは熱交換流体の一方向のみの流れにより生ずるジャ イロスコープ効果を打ち消すのに役立つ。

熱交換器は剛体構造でかつ平行な壁面を有し、前述の要素が取り付けられた容器 で構成されているのが好ましい。

そのような容器はガラス繊維からつくられるのが好ましく、そして要素はその容 器の底部に取り付けられているのが好ましい。

本発明の第３の態様によれば、熱交換器を収納するのに適した強固な容器が提供 され、その容器は垂直方向の平行な壁を有しており、かつガラス繊維製の内側タ ンクと外側タンクから構成されており、外側タンクの中に内側タンクが配置され 、それらは断熱材料によって隔てられており、内側タンクの外側は凸状断面の補 強リングにより拘束されている。

外側タンクの底部は、その中央部がほどよく凹状にされており、その凹部と内側 タンクとの間に１枚の舶用板材（Ｍａｒｉｎｅ　ｐｌｙ）が設けられている。ま た０リングを配置するのに適した円環状の波紋部が内側タンクの内面の舶用板材 のすぐ上の部分に形成されてもよい。この方法によって内蔵物の流出に対して容 器の底部をシールしつつ容器の舶用板材を貫通して外側から内側へ孔を開けるこ とができる。

凸状リングはＣ形状の断面を有しているのが好ましい。

各タンクの側面と底部の接合部はアールがとられているのが好ましい。

両タンクの側面の上端部はシールリングが配設されており、それらをシールして いるのが都合がよい。

断熱材は膨張させられたポリスチレンであるのが好ましく、そして該ポリスチレ ンは、舶用板材によって占められた部分を除く両タンク壁面と底部のあいだの空 間全域に充填されている。

図面の簡単な説明 以下の添付図面を参照しつつ例示として本発明を説明する。

第１図は本発明の第２１！様である熱交換要素を形成するための本発明の第１態 様である方法の中で使用される装置の平面図、 第２図は第１図の装置の１組を示す正面図、第３図は本発明の熱交換要素の中で 使用される間隔棒の側面図、 第４図は第３図の間隔棒の端面図であり、本発明の熱交換器の中で使用される歯 止め棒をも示す、第５図は本発明の熱交換器の中で使用される台の平面図、 第６図は第５図の台のＶｌ−ＶＴ線断面図、第７図は枠体と組み合わされた本発 明の熱交換要素の斜視図、 第８図は本発明の熱交換要素の管路を通る熱伝達媒体の流れ方向を示す概略図、 第９図は本発明の熱交換要素の管路を通る熱伝達媒体の他の流れ方向を示す概略 図、 第１０図は排出装置を有する本発明の熱交換器のマニホールドを示す概略図、 第１．１図は第１０図のマニホールドに取り付けられる栓（ｓｐｉｇｏｔ）の構 造を示す概略図、第１２図は本発明の熱交換器の一実施例に用いられる容器の断 面図、 第１３図は本発明の熱交換器の平面図である。

発明を実施するための最良の方法 第１図について、回転可能な回転台１が、プラスティック押出器からその回転台 へ連続したチューブ３を供給するためのノズル２に近接して配置されている。そ の回転台の上側には巻かれるコイルの最大直径にほぼ等しく設計された放射状に 伸びる一連のアルミニウム部材４が設けられており、その寸法は典型的には約３ ｍである。

第２図は第１図の回転台の側面図を示し、また水平面に対して傾斜していること を示している。回転台１は第２回転台１ａとともに運搬器５に取り付けられてお り、押出器の連続運転のために全体が垂直軸６のまわりに回転自在となっている 。

チューブをガイドするために、チューブ３を巻く前に間隔棒７がアルミニウム部 材４の上面に取り付けられる。

間隔棒７は第３図および第４図に描かれている。それらにはチューブ３の外径と 同じ寸法のノツチ８がその長手方向に沿って設けられているのがわかる。間隔棒 の底部９は若干荷重を分散させるために広げられており、ノツチとノツチとの間 の直立部の上部は鉤状１０にされている。

ポリスチレンを使用するばあい、ベレットが押出器の中で溶かされ、約６００℃ で冷却槽に押し出され、巻き付は台１に巻かれる前にノズル２へ供給される。プ ラスティック材料が４０℃から６０℃の温度のとき、すなわち硬化してしまう前 にチューブは間隔棒７のノツチへ外側から内側に向って巻かれる。これはプラス ティックチューブが所望のうず巻状に硬化されることを意味する。いったん１個 の完全なうず巻が巻き付は台１に巻かれるとチューブは切断される。っぎのうず 巻が、すばやくもう１個の巻き付は台１ａに置かれ反対方向に巻かれうる。

いったん１個の完全なうず巻が間隔棒７に置かれると、うず巻のループがノツチ からはずれぬように各間隔棒の上面に歯止め棒１．１が取り付けられる。歯止め 棒１１は第４図にその断面が示されており、２組の鉤部１２．１３を存している 。この段階では下側の鉤部１２のみが間隔棒の鉤部ｌＯと係合している。いった んすべての歯止め棒が所定場所におさまると、チューブのうず巻を全体としてそ の形状を損うことなく取り扱うことができる。しかし間隔棒に対するチューブの 若干の動きは可能である。各うず巻に対し６本か８本の放射状に配置された間隔 棒と歯止め棒の組合わせが好ましい。うず巻はその中心またはその軸まで完全に いきわたっているのではなく、その中心部にうず巻の直径の１／１０〜１／４程 度の直径を有する空間を残して終っている。

いったん歯止め棒が取り付けられると、うず巻は巻き付は台から持ち上げられて 剛体面に置かれる。歯止め棒はそこで第２鉤部１３まで差し込まれる。いったん 歯止め棒がその第２鉤部まで係合されると、うず巻全体は堅固になり歯止め棒の 下でコイルが滑ることを防止する。

うず巻が持ち上げられて第５図に平面図で示されＣいるビスケット（ｂｉｓｋｅ ｔＨ４に設置される。

ビスケット１４は、うず巻が配設される支持台を提供するために鋼鉄製（または 他の適切な材料）の腕１６が取り付けられた剛体の中央円板１５からなる。垂直 棒１７が、うず巻の横への動きを抑制するために腕１６の外端部より延設されて いる。中央円板１５には中心孔】８が設けられ、その中心孔の上部にはナツト１ ９が取り付けられ、そのナツトの上部全体を覆ってドーム２０が設けられている 。ナツト１９の上端とドーム２０との間には、ボルトの先端が出られるように適 当な空間が設けられている。

ビスケット１４に乗せられる他の各うず巻は反対方向に巻かれている。うず巻各 組の内端は集められて連結され、１個の完全な往きおよび戻り流れ管路を構成す る。

チューブは、ナイロンのようなプラスティック材料または金属製のベンド、なだ らかに曲げられたベンド、または直管継手によって適宜連結されてもよい。チュ ーブ連結部材はプラスティックまたは金属製の環状圧縮クリップ２２によってチ ューブとの間がシールされＣいる。しかし完全に円周にわたって締めるかまたは 圧縮するようなプラスティック製うチニットクリップが用いられるのが好ましい 。小さな偏平な断面を持つクリップは避けるべきである。なぜならそのクリップ とチューブとの間のその偏平な断面の端部にあたるところに霜および氷ができ、 それによりチューブに損傷を与える氷の隆起を生じ、リークを生ずるからである 。

各管路を成形しているうず巻の各組の外端は入口とど口のマニホールド２３．２ ４に連結される。

多くの管路が上下方向に１個ずつ積み重ねられて、中心線に沿った空間２５を有 する円筒形の熱交換要素を形成する。その要素の重量は、下部のうず巻のいくつ かをつぶすに充分な、たとえば１２００ｋｇ以上であろう。そのため間隔棒の下 面は狭くてはならず下側のうず巻に負荷を分散することができることが必須であ る。要素の上端は、垂直棒１７の上端に取り付けられた第２ビスケツト２Ｂによ って終了している。高さが３ｍ以上あるようなある程度大きいサイズの要素では 、中間部のビスケットがさらに安定性を提供するために構成物中に採用されてい る。

これらの要素のうちの１個を用いて、いかに完全な熱交換器が構成されているか を述べる前に、チューブの管路に対する数種の好ましい配置について述べる。

第８図に関して、入口マニホールド２３は時計方向に巻かれたチューブのうず巻 ２７に連結され、そのうず巻の内端２８はすぐ上のうず巻に連結されている。す ぐ上のうず巻２９は反時計方向に巻かね、出口マニホールド２４と連結されてい る。チューブに充満している空気がすべて自動的に排出され、使用されるガスが その清浄さを保持されるように管路の出口は入口より高い位置に設置することが 都合がよい。この管路においては、流れは下側のうず巻へ時計方向に入り、うず 巻の内端２８に向って旋回して流れ、それから上側のうず巻２９へ上昇し、時計 方向の流れを維持しながら出口マニホールド２４に向って流れる。

第９図は、大直径の要素において好ましい他の実施例を示す。このばあい、うず 巻はいったん巻き付は台から取り外されると２個に切断される。この切断は、う ず巻を形成するチューブの長さのほぼ半ばでなされる。このばあい各うず巻の外 側部分２７°、２９°は、第８図に示されるごとく連結される。しかし内側部分 ２７“、２９“は流れが反対方向になるように連結される。すなわち入口マニホ ールド２３からの流れは上層のうず巻きの内側部分３０の外端へ入り、そのうず 巻の内端３１へ向って反時計方向に旋回して流れ、そして下側のうず巻の内端３ ２へ下降し、内側部分の外端３１に向って反時計方向に旋回し、そこから直接出 口マニホールド２４に戻る。この配列は各ループの長さを減少させることにより 、不要かつ大きい圧力降下（すなわち６０〜７０ｋＰａ）の発生が防止されるの で都合がよい。

組立品の半径方向外周端に据えられたマニホールドは数多くの平行な管路に接続 されているため排水や送風によって乾燥することはできない。なぜなら最初の２ 〜３の管路は、それが空になるとすぐに供給されるいかなる圧力に対してもバイ パスを提供することになるからである。したがって排水装置が設けられており、 その排水装置は第１Ｏ図に示すように本質的に底部または逆上弁３５を経由して 人口マニホールドの底部に連結される垂直管３４からなっている。これは外部の 容積型ボンフ（ｐａｓｓｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｐｕｍｐ）により要 素を空にすることを可能にする。

マニホールドはバイブの長手方向に沿って連結される数多くの栓３Ｂを有する複 雑な構造であることがわかる。

そのバイブは鋼管から製造されてもよく栓は典型的には黄銅製である。またマニ ホールドはプラスティック製であってもよい。栓３６は、その一端の外周にわた って配置されたホース止め鉤３７ををする中空管からなり、そのホース止め鉤３ ７によって栓はチューブと接続できる。また栓の他端付近にはフランジまたは肩 部３８が設けられ、それにより栓はマニホールドチューブの管壁に貫通されたド リル穴に挿入され、肩部が管壁に接して支えることにより押し嵌められることが できる。そして栓はマニホールドにろう付、溶接または他の方法で連結される。

栓は内部殻または閉止壁３９を有している。

実際面では、栓はマニホールドに溶接され、そして適正な溶接を保証するために マニホールドは耐圧テストが施される。これは必要なことである。なぜなら要素 の組立品や部分組立品をリークの修復のために分解するには莫大な費用がかかる からである。すべての溶接が完璧であるばあい、栓の閉止壁３９は開孔され、１ 組のチューブのうず巻がこれらの栓に連結される。その連結部は耐リークなどの ために耐圧テストが施される。

熱交換要素を収納するのに適した容器について第１２図を参照しながら説明する 。

熱交換器容器は内側ガラス繊維タンク４１と外側ガラス繊維タンク４２とからな り、それらは平面図におけるよう円環状になっているのが好ましい。タンクは、 その壁が実質的に垂直かつ平行となるように２個に分かれて製造されているのが 好ましく、そしてその２個はガラス繊維のマットによって既知の方法で接続され ている。

外側タンクの中央部の４３で示す部分は内部側へ凹状にされている。膨張したポ リウレタンフォームの円板状のたって設けられている。その凹部の上に舶用板材 のブロック４５が設けられている。そして内側タンク４１が外側タンク４２の中 へ配設されている。ポリウレタンフォーム４Ｂが内側タンクと外側タンクとの壁 間に充填されている。

内側タンクの外壁は、ポリウレタンフォームが壁間に充填されるときにタンクが 変形することを防止するためにＣ形状の断面を有する補強バンドにより拘束され ている。シールリング４８が内側と外側タンクの壁間の上端を閉止している。

この方法によって強固で断熱された容器が構成され、水または他の重い液体が充 満されることができる。

４個の金属製ブラケットが外側タンク４２の床と接する部分の内側４９と外側５ ０に取り付けられているのが好ましい。内側と外側のブラケットはタンク壁を介 してボルト５１とナツト５２により相互にボルト止めされている。タンクがクレ ーンで持ち上げられることができるようにフック５３もそのボルト５１によって タンクの外側に取り付けられうる。または押して移動することができるよう車輪 組立体５４をタンクの外側に取り付けうる。車輪組立体の車輪５５はネジ部材５ ６に取り付けられているのが好ましく、そのネジ部材は、車輪構造５４を容器に 取り付けたあとで車輪がねじ降ろされて接地するようにスリーブ５７を通って延 設されている。１個の完全な熱交換器は、それが空のときに１７００ｋｇ以上の 重量であるため、これらの搬送用装置が必要である。

内側タンクはその中心軸と同心にガラス繊維製の波紋部５８が形成されているの が好ましく、その上にＯリング５９が充分なシリコンまたはシールに適した他の 非硬化剤と共に埋設されてもよい。孔６０がタンクの底部の中心部に設けられて おり、熱交換要素が持ち上げられてタンクの内側へ降ろされ、モして３／４イン チの鋼製のボルト６１が孔６０に挿入され、そして要素の底部のビスケット組立 品に取り付けられたナツト１９に螺入されて締め付けられる。この方法によりボ ルト６１は要素を容器の底部にしっかりと取り付けた状態で保持する。０リング ５９はビスケットの中央円板１５に対してシールし、相変化媒体が孔６０を通し てリークすることを防止している。重い亜鉛メッキされた鋼板６２を補強のため に外側タンクの底部にはめ（ｇｌａｓｓｅｄ　１ｎｔｏ）てもよい・熱交換器を 完成させるために、同様の構造の上側部分が容器の残りの部分に設けられる。

熱交換器が大きければそれだけ製造および使用のコストが高くなることは、経験 が示している。したがって、たとえば３ｍの直径で、３ｍの高さまでの熱交換器 を製造するのが望ましい。そのような熱交換器は１２００にν時を超える蓄熱容 量を有するであろう。

いったん熱交換器が所望の位置に据付けられると、それは使用に供せられる。こ れは相変化媒体を注意深く容器に充填すること、および同時に行なう熱交換流体 を要素に充填することを含むのが好ましい。しかし８なから、しばしば妥当な使 用方法がとられず−、たとえば監視が不十分か、またはまったくない状態で消火 ホースによって注水されたりすることがわかっている。要素のチューブが容器と 同時に充填されないばあいは、要素が浮き上るようになり、数千キログラムの上 方向のスラスト荷重が発生する。したがって、３／４インチのボルト６１が必要 なのである。いったん熱交換器が充分に稼働すると、相変化媒体の密度がチュー ブと熱交換流体との合成された密度とほぼ等しくなり、したがって要素は上方向 または下方向のわずかなスラスト荷重しか受けなくなる。その熱交換器要素の注 目すべき特徴は、うず巻の垂直方向の動きに対しては上部ビスケットとマニホー ルドとが連結されていること以外は抑止するものがないことである。

それぞれに管路を形成するうず巻の組の相互接続がいくらか抑止となるが、一般 的にはうず巻は自由に浮くことができ、相変化媒体中で各々の位置を見出す。

相変化媒体は水の１〜２倍の密度を有する塩の水溶液（ａｑｕｅｏｕｓ−ｂａｓ ｅｄ　５ａｌｔ　５ｏｌｕｔｉｏｎ）を用いるのが好ましい。

熱交換流体はグリコール水溶液であるのが好ましい。冷気を保存するために冷熱 交換媒体（ｃｏｌｄ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅＩｌｅｄｌｕｍ）が入口マニ ホールドへ注入され出口マニホールドを通って排出される。工程の最初に、要素 の周囲に存在する相変化媒体からすべての顕熱が取り去られ、その凝固温度まで 冷却される。さらに冷却されるとうず巻の周囲に氷の粒子か形成されるが、その 氷は最初にチューブの入口マニホールドに一番近い部分に形成される。しかしな がら、チューブはそれ自体でいくぶん断熱されており、また一定の間隔で水平配 置されていることにより氷は実質的に要素全体にわたって同時に形成される。氷 は要素のチューブの外表面に形成されるので、氷がそのチューブを断熱し、その 上にさらに氷が形成されるのをスローダウンする。このようにして要素全体にわ たる均一な氷の形成が保証される。氷の形成は要素の周囲から水を排除し、さら にうず巻をその上下の近接したうず巻から押し離す。このようにして凍結過程は 自動的に要素のうず巻の垂直方向の配列を調整し、それらの間の均一な分離を保 持する。氷の増大は水平方向ではなく、実質上垂直方向に発生するように制御さ れている。したがって、いかなる余分な圧力もタンク壁には加わらず、結果的に そのタンクは強固な材料で構成されうることになる。

いったん要素の周囲の相変化媒体が全体に凍結されてもなお２箇所の水の部分が 存在する。それは要素の中央部の円筒状の柱部、および要素の外周と容器の壁と の間の円筒状の水である。もし要素の周囲のすべての相変化媒体の凍結点以下に タンクが冷却されると、残余の顕熱は中央の柱状の液状相変化媒体から奪い取ら れ、さらに冷却されるとこの柱状部分も凍結する。これは底から上部へ凍結して ゆき、そしてオーバーチャージされたタンりの中にはチューブの存在しない中央 部分が凸状になった氷の上表面（ｉｃｅ　１ｅｖｅｌ）が存在するのがわかる。

中央の柱部の凍結は氷の真の形成条件を的確に決定するために理想の条件を提供 し、このようにして真の限界条件を容易に選定することができる。

前述の蓄熱容量は要素のチューブを所望により、より多くまたはより少なく使用 することにより変化させることができる。これは管路の垂直方向の数量を単に減 少または増加させることにより、あるいは違った間隔を持つ間隔棒を使用して水 平方向の間隔を変化させることにより実施できる。それは簡単に実施できる。な ぜなら間隔棒はノツチのない状態に作られ、後日ノツチが刻まれるからである。

い≦らかの応用において、氷を確実に急速形成または急速消散させるために追加 のコイルが必要となることがある。このコイルはうず巻として、または垂直チュ ーブの組として要素の中心の空間部内へ、これを完全に充満させない限り設けて もよい。典型的には４または５本の１インチ直径のチューブの組を要素の中心付 近に設けることによりほとんど目的が達成されるであろう。

いくらかの非水相変化媒体が開発されており、これらのうちのいくらかはきわめ て高温下で液体と固体との間で相変化するものである。このことはもし破壊が起 ると相変化媒体は固体のままであり、このばあい相変化媒体の固体部が外れるよ うに要素の外周または容器の側面に他の加熱要素（ｈｅａｔｉｎｇ　ｅｌｅ加ｅ ｎｔｓ）を設けておく必要があることを意味する。

本発明は斜上の実施例に基づいて述べた方法以外にも他の数多くの方法を示すこ とができることは評価されるべきである。とくに要素と熱交換器が前述の材料以 外の数多くのものから製造できるはずであることがわかるであろうし、要素と熱 交換器の形状もまた本発明の範囲内で幅広く選択しうろことも評価されるべきで ある。

とくにコイルが内側から巻かれることができないという理由はまったく無いし、 すでに述べた配列以外にも間隔棒と歯止め棒の数多くの種類の配列を組み入れる ことができ、とくに間隔棒は放射状に配列される必要もなく、格子状にまたは直 径方向（ｄｌａａｅｔｒｌｃａｌｌｙ）に配列されうる。たんに１個の入口およ び出口のマニホールドが述べられたが、もちろんいくつかのマニホールドを要素 の周囲または他の都合のよい場所に組み込みうる。要素全体は前述の枠体以外に 他の多くの設計による枠体に収納されてもよい。要素は熱交換器タンクの内側に 前述の好ましい方法以外にも数多くの方法により取りつけられてもよい。容器は 前述の方法以外にも数多くの方法によって組み立てることができる。熱交換器に は剛体のタンクを使用する必要はなく、またタンクの壁も平行である必要がなく 、そのばあいタンクは一体の材料によって形成されることができる。熱交換要素 は中央部に空間を有する円筒状である必要はなく、円錐台形（ｆｒｕｓｔｏ−ｃ ｏｎｉｃａｌ）または他の都合のよい形状であってもよい。うず巻は円形である 必要はなく、もちろん長円形または他の形に曲げられたり、あるいはチューブの ねじれを防ぐためにかど部についてアールがとられた垂直状であってもよい。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成１年１１月２４日

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）変形可能なプラスティック材料のチューブを押し出す工程、 （ｂ）実質上一平面内にチューブを置きチューブが硬化する前に連続したうず巻 に巻く工程、 （ｃ）チューブのうず巻をそのうず巻形状を保持するために、少なくとも１本の 間隔棒の長手方向に沿って係止する工程、 （ｄ）多数のチューブのうず巻を上下方向に１個ずつ配列する工程、および （ｅ）各うず巻の一端を入口マニホールドへ連結し、他端を出口マニホールドに 連結する工程 からなる熱交換要素の製造法。
2. ２．チューブがポリエチレンのペレットから押し出されてなる請求項７記載の熱 交換要素の製造法。
3. ３．温度が４０〜６０℃の間でチューブが巻きテーブルに巻き付けられてなる請 求項２記載の熱交換要素の製造法。
4. ４．１個のチューブの完全なうず巻が間隔棒に沿って係止されたのち、歯止め棒 を間隔棒の上側に最初はチューブの調整が可能であるような方法で係止してなる 請求項１記載の熱交換要素の製造法。
5. ５．ついで歯止め棒をチューブのさらなる動きを許さない非可逆的な係止状態へ 導いてなる請求項４記載の熱交換要素の製造法。
6. ６．ついでうず巻を剛体の第１平面台に乗せ、その平面台の端の周囲に棒を上方 向に延設し、剛体の第２平面台をその棒の上端部に連結してなる請求項１記載の 熱交換要素の製造法。
7. ７．うず巻を交互に時計方向と反時計方向に巻き、それらを上下方向に組にして 配列してなる請求項１記載の熱交換要素の製造法。
8. ８．各組のうず巻の内端を相互に連結し、下側のうず巻の外端を入口マニホール ドに連結し、上側のうず巻の外端を出口マニホールドに連結してなる請求項７記 載の熱交換要素の製造法。
9. ９．１組の各うず巻のチューブをその長さに沿った点で内側部分と外側部分とに 分けるように切断し、その組の内側部分と外側部分とをそれぞれが分離された管 路となるように連結してなる請求項７記載の熱交換要素の製造法。
10. １０．（ａ）前記請求項のいずれかにしたがって熱交換要素を製造する工程、該 要素を容器内へ配設する工程、およびそれを容器へ取り付ける工程 からなる熱交換要素の製造法。
11. １１．前記要素を前記容器の底部に取り付けてなる請求項１０記載の熱交換要素 の製造法。
12. １２．熱交換要素中を循環する流体と、容器中の相変化媒体との間の熱交換を行 なうタイプの熱交換要素であって、 上下方向に１個ずつ配設される多数の可撓性あるチューブのうず巻と、 うず巻形状を保持するために少なくとも１個の間隔棒の長手方向に沿って係止さ れてなる各チューブのうず巻と、 各うず巻の一端が入口マニホールドに連結され、他端が出口マニホールドに連結 されてなる熱交換要素。
13. １３．前記うず巻の中心線に沿って要素の中央部に円柱状の空間が生じるように 、空間がうず巻の中心に設けられてなる請求項１２記載の熱交換要素。
14. １４．前記可撓性あるチューブがポリエチレンから製造されてなる請求項１２記 載の熱交換要素。
15. １５．間隔棒が各うず巻に対して放射状に延設されてなる請求項１２記載の熱交 換器。
16. １６．間隔棒がその長手方向に沿って、チューブの外形と同じサイズのノッチを 有してなる請求項１２記載の熱交換要素。
17. １７．歯止め棒がチューブの移動を防止するために各間隔棒の上部に係止されて なる請求項１２記載の熱交換要素。
18. １８．間隔棒の底部が拡大されてなる請求項１２記載の熱交換要素。
19. １９．熱交換要素が剛体の第１平面台に支持され、垂直な棒がその平面台の端の 周囲から延設されて可撓性あるチューブを収容する剛体の枠体を構成するよう該 要素の上側に配置された剛体の第２平面台に連結されてなる請求項１２記載の熱 交換要素。
20. ２０．入口と出口のマニホールドが前記要素の側面に垂直方向に立設されてなる 請求項１２記載の熱交換要素。
21. ２１．うず巻が交互に時計方向と反時計方向とに巻かれ、上下に１個ずつ組を構 成するように配設されてなる請求項１２記載の熱交換要素。
22. ２２．各組の内端が相互に連結され、下側のうず巻の外端が入口マユホールドに 連結され、上側のうず巻の外端が出口マニホールドに連結されてなる請求項２１ 記載の熱交換要素。
23. ２３．一組の各うず巻のチューブが各うず巻の内側部分と外側部分とを構成する ようその長手方向に沿った点で切断されてなる請求項２１記載の熱交換要素。
24. ２４．一組のうず巻の外側部分の内端が相互に連結され、下側のうず巻の外側部 分の外端が入口マニホールドに連結され、上側のうず巻の外側部分の外端が出口 マニホールドに連結され、一組のうず巻の内側部分の内端が相互に連結され、上 側のうず巻の内側部分の外端が入口マニホールドに連結され、下側のうず巻の内 側部分の外端が出口マニホールドに連結されてなる請求項２３記載の熱交換要素 。
25. ２５．外周に、さらに加熱要素を有する請求項１２から２４のいずれかに記載の 熱交換要素。
26. ２６．請求項１２から２５記載のいずれかの熱交換要素を内部に保持している容 器からなる熱交換器。
27. ２７．容器が剛構造である請求項２６記載の熱交換器。
28. ２８．容器が平行な壁を有してなる請求項２６記載の熱交換器。
29. ２９．容器がガラス繊維から製造されてなる請求項２６記載の熱交換器。
30. ３０．要素が容器の底部に取り付けられてなる請求項２６記載の熱交換器。
31. ３１．一方が他方の内側に配置される内側タンクと外側タンクとからなり、それ らが断熱材によって分離され、内側タンクの外側は凸状断面の補強リングにより 拘束されてなる平行かつ垂直な壁を有する熱交換要素を収納するのに適する剛体 の容器。
32. ３２．外側タンクの底部が、その中央部を凹状にされており、その凹状部分と内 側タンクとの間に舶用板材が設けられてなる請求項３１記載の剛体の容器。
33. ３３．Ｏリングを配設するのに適した環状の波紋部が内部タンクの底部の内面で あって、舶用板材のすぐ上に該当する部分に設けられてなる請求項３２記載の剛 体の容器。
34. ３４．補強リングがＣ状断面を有してなる請求項３１記載の剛体の容器。
35. ３５．組になった金属製ブラケットが外側タンクの壁をはさむとともに外側タン クを貫通して延びるボルトによって取り付けられてなる請求項３１記載の剛体の 容器。