JPS63217192A - 熱交換器の組付構造 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば冷凍装置の圧縮機から吐出されるａ温
気相冷媒を液化させる目的などに使用するための水冷式
熱交換２に関する。

「従来の技術］ 上記の目的に用いるための従来の水冷式熱交換器として
は、内外２重構造のチューブをコイル状に成形し、内（
外）側チューブに冷媒を、外（内）側チｌ−ブに冷却水
を流す２重管式や、冷媒の流路となる外観が円筒形をし
たコイル巻きチューブを、冷加水の出入口を備えて冷部
水の流路となるケース（シェル）内に納めたシェル・ア
ンドコイル型が知られている。

［発明が解決しようとする問題点１ 上記の２重管式熱交換器は、容積比熱交換効率が高く、
外形を小型化できる特長を備える反面、冷却水流通用チ
ューブ内に水中の不純物や微生物が付着して次第に滞積
しても、その構造上除去が困難なために経時的に熱交換
能力が低トシて来る。

そのため冷凍サイクルの圧縮気相Ｙｒ１媒の液化工程部
分の能力だけが局部的に低落して、サイクル全体の冷凍
能力をフルに活用できなくなるうえに、冷媒圧が高［す
る恐れも生ずる。更に熱交換器による冷媒の圧力損失を
少なくするために、冷媒流路を並列状に分岐させようと
しても、２重構造管では加［が繁雑化しすぎて実行困難
である。

−・方シ１ル・アンドコイル♂１熱交換器では、冷媒流
路としての巻き縮められているチューブの全長に対して
、冷却水路の流路長さが短かすぎるために、冷媒と冷却
水の流れ速度に大きな食い違いが生じて熱交換性能を十
分に高められない。

対応策としてシェルを大型化したり流水量を増大させれ
ば、装置は大型化せざるを得す、それに伴って１品やコ
ストの面で不利を招くことになる。

しかし、流水路の１１ヤ除のしやすさの点では２重管式
より格段にすぐれている。

本発明は、上述の如き、２重管式とシェル・アンドコイ
ル型の２得類の熱交換器の長所を取り入れると共に、そ
れらの短所を極力抑えることのできる構造を備えた熱交
換器の組付構造を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明による熱交換器の組
付構造は、以下に列挙した如き構成と機能を与えられた
各部材（ａ）〜（ｄ）の組合わせからなる構造を採用し
た。

（ａ）第１の熱交換流体としての水の熱交換用流路をな
しで、その入口と出口を両筒端部に有すると共に、−・
方の開放筒端に蓋体を着脱可能に取付けた気密筒状ケー
ス。

（ｂ）第２の熱交換流体の流路をなして、前記ケース内
に納められる、円盤状ヘリカルチューブ。

（ｃ）該ヘリカルチ１−ブの両筒端部を航記蓋体に挿通
し固定させる固定手段。

（ｄ）前記ヘリカルチューブの螺旋ピッチと同等のピッ
チを有すると共に、前記筒状ケース内に挿嵌しうる外径
を備えた螺旋状バッフルがその外周面に設けられており
、前記ヘリカルデユープの中空部に納められるバッフル
付中筒。

ここで、蓋体の着脱手段は、筒状ケースの開放筒端と、
蓋体との当接個所に形成させた７ランジ継手などである
。また円筒状ヘリカルチューブは、唯１個だけ組込む他
に、２個以上の円筒状ヘリカルチューブを向応的に組合
わせて用いることもできる。

［作用］ 上記の組イ１け構造を備える熱交換器は、筒状ケースの
内周面と、このケース内に向応的に組み込まれたバッフ
ル付中筒の外周面との間に、第１の熱交換流体である水
を流すための円筒状流路が形成される。この流路には螺
旋状バッフルが介在することによって、流入した水はそ
の入口から出口に向けて直行することなく螺旋状の流路
をたどらされる。

第２の熱交換流体の流路をなすヘリカルチコープの螺旋
ピッチと、螺旋状バッフルのピッチ巾とは同等に設定さ
れているので、第１と第２の熱交換流体の流路の延長長
さは等しくなる。

従って本発明による熱交換器の組イＮＪ構ｊ告は、基本
的には従来のシェル・アンドコイル型でありながら、同
時に機能的には従来の２重管式と同等の熱交換能力を生
ずる。

熱交換器の使用中に、筒状ケース内に第１の熱交換流体
中に含まれる水中の異物や微生物などが次第に付着し滞
積して来れば、着脱手段による蓋体の締結状態を解いで
蓋体イ」きのヘリカルチューブを取り出したうえ、バッ
フル付中筒の下端をねじることによって、この中筒はヘ
リカルチューブの螺旋状間隙から６Ｓに央き取ることが
できる。

このため筒状ケース内に滞積した、あるいはへリカルチ
ｌ−ブや螺旋状バッフルの表面に付着した水中の異物ヤ
微１・物は筒中に取り取り除くことができる。

［発明の効果］ イ）従来の２重管式熱交換器と同等の熱交換性能を与え
ることができる。

口）第１の熱交換流体がもたらしてケース内に付着しあ
るいは滞積した異物を、従来のシェル・アンドコイルを
熱交換器同様に筒中迅速に取り除くことができる。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図〜第６図はいずれも本発明の・一実施例としての
、船舶用空気調和装置に用いるための、水冷式冷媒凝縮
器にかかわる図であって、第１図は側断面図、第２図は
第１図の（イ）−（イ）断面図、第３図は分解図、第４
図へ・第６図はバッフル付き中空筒の形状・構造の説明
図である。なお第３図の熱交換器は、筒状ケースの形状
が第１図に示したそれとは幾分相違している。

この熱交換器の概略の構成は、第３図にみられるように
、第１の熱交換流体としての冷却水の通路となり、上部
の開放筒端に蓋体２を取り付けた気密な筒状ケース１内
に、第２の熱交換流体としての冷媒の冷却用流路となる
、円筒状ヘリカルブ１−１３が納められている。このヘ
リカルチ・ニー１３の内空部には、螺旋状バッフル５を
外周面に設けたバッフル付中筒４が、ヘリカルチューブ
３の螺旋間隙にねじ込むようにして組込まれている。

ヘリカルチューブ３の両管端部３Ａと３Ｂは、蓋体２に
挿通したうえこの蓋体に固定されている。

蓋体２は、その着脱手段としてのボルト１２およびプツ
ト１３を用いて、筒状ケース１開放筒端に設けたフラン
ジ１１に締結されている。

第１図に示した筒状ケース１は、塩化ヴイニールなどの
硬質合成樹脂製の円筒体を所定寸法に裁断したうえ、底
端側間口に硬質合成樹脂製の底板１０を嵌め込み、接着
などにより気密シールする方法によって作成されている
。

筒状ケース１の外周壁の下端近くには冷却水の入口とな
るチューブ８が、また上端近くには冷却水の出口となる
チューブ９がそれぞれ取付けられている。更に筒状ケー
ス１の頂端部には、ケース１と同じ材質の円環状７ラン
ジ１１を第１図に示されているように外嵌し、接着や熱
融着などの方法によって固着させている。

筒状ケース１の頂面側の開放筒端ａを気密に封止するた
めの蓋体２は、この筒端部に形成させたフランジ１１と
同一の外径寸法もった円板体であって、筒状ケース１と
同じ合成樹脂または金属で作られている。

蓋体２の外周縁部には、適宜の間隔をへだでて、複数個
所にボルト１２の挿通用ボルト孔２Ａを設け、また７ラ
ンジ１１には、このボルト孔２Ａに対応する位はにボル
ト孔１１Ａを穿つと共に、蓋体２の気密封止用ガスケッ
ト１７の装着用溝を設けている。

円筒状ヘリカルチューブ３は、アルミニウムや銅などで
作られたチューブを第３図に描かれているように螺旋状
に曲げ加工して作成されている。

垂直に上方に立ち上がらせた両管端部のうちの一方は冷
媒人口３Ａをなし、他方は出口３Ｂをなして、それぞれ
蓋体２に設けたチューブ挿通用穴２Ｂまたは２Ｃを貫い
て筒状ケース１の外に突出している。６と７は、このチ
ューブの挿通間隙を気密に封止すると共に、ヘリカルチ
ューブ３の両管端部を蓋体２に固定させるための、ユニ
オン継手に類する構成を備えたチ１−ブ固定用部材であ
る。

また１４と１５は、ヘリカルチ１−１３の両端部を冷凍
装置の冷媒循環用配管系に接続するためのユニオン継手
のコニオンナツトである。

バッフル付中筒４は、第３図に示した如き形状が得られ
るように、ＡＢＳ樹脂やポリプロピレン樹脂などを素材
として、射出成形方法によって螺旋状バックル５と−・
体をなして成形されている。

第４図にその部分縦断面を示した。バッフル５には型扱
きを可能にするためのくさび形断面形状を与えている。

バッフル付中筒４の別の作成方法としては、第５図に描
かれているように、塩化ヴイニールなどで何られだバイ
ブ４の外周面に、６葭に応じて螺旋状溝すを設けたうえ
、同じく塩化ヴイニールなどで作られて円周方向の１箇
所に切れ口Ｃ＠設けた円環板５Ａの複数個を、ねじり形
状を５えながら連続的に外嵌させ、一連の螺旋状バッフ
ル５を形成させ、第６図に示した完成品を作ることがで
きる。隣接円環板５Ａの相ｑ間と、円環板５Ａと中筒４
の）ａ触面とは、接着や熱融着法などによって接合させ
る。

バッフル付中筒４の上下両筒端には、この中筒を筒状ケ
ース１内で安定に固定させるための固定手段としてのフ
ランジ４Ａと４Ｂを、中筒４に外嵌させるか、または中
筒４と−・体をなして形成させている。筒状ケース１の
蓋体２と底板１０の中心部には、それぞれこれらのフラ
ンジ４Ａまたは４Ｂを嵌合させるための浅いくぼみ部を
設けるようにしてしよい。

筒状ケース１内にヘリ力ルヂ１−７３とバッフル付中筒
４とを、第１図に示されているように組込んだ状態のも
とでは、第１図の（イ）−（イ）所面図としての第２図
に見られるように、螺旋状バッフル５の外周面と筒状ケ
ース１の内周面との間に、ヘリカルチューブ３の両管端
の垂直立ち上がり部分３Ａと３Ｂが位置することになる
。従ってこの内外両周面の間には、ヘリカルチューブ３
の外径に相当する厚みをもった円筒状空隙が残存される
ことになるが、この空隙部分をそのまま数回したのでは
、螺旋状バッフル５の螺旋ピッチ閤の聞隙部相〃間は上
記の空隙部を介して連通されてしまう。この状態のもと
では螺旋状バッフル５に与えられた役割としての、螺旋
状の冷加水流路を形成させることができなくなる１、そ
こでこの実施例では、上記の空隙部を円筒状スペーサ１
Ｇで埋める方法によって、螺旋状流水路Ｂを形成させて
いる。円筒状スベーリ１Ｇは合成樹脂や独立気泡構造を
備えた発泡合成樹脂などで作られており、６費に応じて
２以上に分割して作成し、接着剤などを用いて筒状ケー
ス１の内壁面に固肴させる。

第３図に描かれている筒状ケース１Ａは、第１図に示し
た筒状ケース１とは異なって、上記の円筒状スペーサ１
６を王政化できる形状が与えられている。即ちこのケー
ス１Ａの内径は螺旋状バラノル５の外径よりわずかに大
きく設定してあり、ヘリカルチューブ３の両管喘立ち上
がり部分３Ａと３Ｂとを筒状ケース１内に位置させるた
めの膨出部１Ｄおよび１Ｅを、筒状ケース１の射出成形
時に−・体内に形成させている。その際にフランジ１１
も同時成形することができる。

第７図は上記実施例に示した構造を備える２雄の熱交換
器Ａ１とＡ２を、それぞれ高温気相冷媒の液化用凝縮器
と、い（プす（魚槽）６０の水温低下用の水冷却器（冷
媒蒸発器）として使用する場合の、冷凍サイクルの模式
的説明図である。なお熱交換器Ａ１とＡ２は共に、２重
構造のヘリカルコイルを用いているので、２組の冷媒人
口３Ａと出口３Ｂを備えている９゜ 冷凍サイクルの全体構成は、気相冷媒の液化用の圧縮１
１３０の冷媒１出「１と吸入口との間を結ぶ、冷媒往路
配管３１と帰路配管３２に、上記の凝縮５Ａ１と上記の
水冷却器へ２を介在させている。

そして凝縮器Ａ１によって冷却液化された冷媒の一部を
、住居内の冷房目的にも使用できるように、水冷却３Ａ
２への冷媒供給路に並列接続した冷媒配管に、冷風発生
用の蒸発器３３を接続させている。

図中の他の符号は、２１と２２が熱交換器Ａ１またはＡ
２に設けた、冷媒配管３１または３２の接続用継手部で
あり、２３と２４は熱交換器Ａ１またはＡ２の据付は基
台とブラケットである。、５１は熱交換器Ａ１に冷却水
を送る送水パイプ、５２と６２は水濾過器、５３と６３
＆よ水板上げポンプ、５４は温水戻しパイプ、６１は被
冷却水の汲上げパイプ、６４は冷却水の戻しパイプ、モ
して４０は圧縮機３０の駆動用エンジンである。

次に上記実施例の作動を説明する。

第７図において、エンジン４０を駆動させることによっ
て、圧縮機３０を働かせ、冷媒帰路配管３２内を流れる
気化冷媒をこの圧縮機に吸入し、高温・高圧状態に圧縮
したうえ、吐出口から冷媒往路配管３１に吐出する。

凝縮器Ａ１に冷媒人口３Ａから流入した高温気相冷媒は
、第１図によって叩解されるように、ヘリカルチューブ
３内をたどって冷媒出口３Ｂに向かう間に、筒状ケース
１内の冷却水入口チューブ８からこのケース内に流入し
て出［１チユーブ９に向かう冷却水と熱交換して冷却液
化される。

筒状ケース１内には既述の如く、へりカルチューブ３の
螺旋形状に沿わせるようにして螺旋状流水路Ｂが形成さ
れているので、ヘリカルチｌ−ブ３内と螺旋状流水路Ｂ
内とをそれぞれとたどる冷媒と冷却水とは、共にほぼ同
一の延長長さを有する流路を、チューブ３の’ＩＩを介
して互いに接触を保ちながら且つ水流の旋回に伴って生
ずる乱流を伴いながら流れることになって、冒頭に述べ
た２重管式熱交換器と同等の熱交換性能を発揮し、極め
て効率的に気相冷媒を液化させる。

液化した冷媒の一部は水冷却器へ２に送られて、その入
口部に設けである膨慝弁（図示略）を通過する間に気液
２層状態に減圧されたうえ、ヘリカルチューブ３に流入
する。筒状ケース１の冷却本人ロチ１−ブ８にはポンプ
６３によっていけす６０から汲上げられた被冷却水が流
入して来るので、冷媒はこの温かい水から気化の潜熱を
奪ってこれを冷却すると共に自身は気相冷媒に戻り、帰
路配管３２を経て圧縮機３０に吸入され再圧縮される。

冷却された水は戻しバイブロ４を経ていけす６０に戻さ
れた後、反復して筒状ケース１内に送り込まれる。

凝縮器Ａ１から排出された液化冷媒の残りの部分は、冷
風発生用熱交換器としての蒸発器３３に供給され、送１
気機（図示略）によってこの蒸発器に吹きつけられる温
風から気化の潜熱を奪って冷風を生じさゼ、自身は気相
に戻って圧縮機３０に再吸入される。

凝縮器Ａ１および水冷ｔＪｌ器Δ２を椙成する筒状ケー
ス１の内部には、時の経過と共に冷却水中に含まれてい
る不純物や微生物などが次第に付着して滞積して来るの
で、その熱交換性能は経時的に低下する。

その場合にこれらの付着物を取り除くための汚れ落とし
作業は、シェル・アイド」イル型熱交換器同様にすこぶ
る簡単迅速に行うことができる、。

即ち、蓋体２を筒状ケース１の上端開放筒端ａに押圧固
定さゼているボルト１２とプツト１３の締結を解くこと
によって、ヘリカルチューブ３は蓋体２に固定された状
態のままで、筒状ケース１内から扱き取られる。次いで
、ヘリカルチューブ３の中空部およびチューブのピッチ
間隙部に挟み込まれた状態にある、バッフル付中筒４の
下端部をもってねじりながら引っばると、このバッフル
付中筒４も容易迅速にヘリカルチューブ３から扱き取る
ことができる。

従ってこれらの分解された各部品に付着している異物を
取り除く作業は、穫く手早くまた確実に行える。掃除し
終った各部品は分解時とは逆の手順によって極く短時間
で再組立できる。

本発明による熱交換器の構造を特徴付ける、熱交換性能
向上用のバッフル付中筒４の効力をｍ認するために、こ
のバッフル付中筒４を有しない点を除いて第１図の熱交
換器と同一の構造と寸法を備えた、従来のシェル・アン
ドコイル型の熱交換器と、第１図の熱交換器の性能を比
較した、一連の実験のデータの一部を第９図と第１０図
にグラフ化して示した。

実験は、これらの熱交換器を第７図の冷凍勺イクルの凝
縮器Ａ１として用い、同一の冷凍サイクル運転条件のも
とに行った。図中の実線グラフは本発明の、また−・点
鎖線グラフは従来の熱交換器が描いたグラフである。

筒状ケース１内を流れる冷部水の流部を増大させる程、
画然交換器の熱伝達率αＷの値のＩ；ｉきは拡大し、冷
部水流量が３０Ｊ／ｆｆ１ｉｎの時には、実施例熱交換
器のαＷは従来熱交換器に較べて約７５％も高められる
ことが第９図のグラフから読み取れる。

また冷却水の流吊が２０〜４０Ｊ／ｌ１ｌｉｎの範囲で
は実施例熱交換器の熱交換能力Ｑｗは、従来型のそれに
較べて１０％近く向上することが第１０図から読みとれ
る。

第８図は本発明による第２実施例熱交換器の部分拡大側
断面図である。第１実施例と異なる点は、チューブの螺
旋ピッチは同一・であるが円筒の直径が相違する２つの
円筒状ヘリカルチ１−７１０３と２０３を向応的に組合
わせて用いた所にある。

冷媒充ＶＡＩの多い大型冷凍装置では、冷媒流路に介在
さゼた熱交換器による冷媒の圧力損失を極力低くとどめ
る必要がある。そこで熱交換器内の冷媒流路を並列状態
に分岐させる方法が有効な対応策となるが、冒頭に）ホ
べたように従来の２手管式熱交換器では、その構造上流
路を並列化させることは極めて困難である。

しかしこの実施例熱交換器では、第８図をみれば叩解さ
れるように、２つあるいはそれ以上の円筒状ヘリカルチ
ューブを同志的に重ね合わせると共に、螺旋状バッフル
５の横１１］を、複合型ヘリカルコイルの横１１１拡大
分に対応させて拡巾させるだけで、２重管式熱交換器に
類する構造を備えるこの熱交換器に、並列状の熱交換用
流路を形成させることが出来る。

上記実施例は、冷凍装買に使われる冷媒を冷却水を用い
て冷やすｈ法を説明しているが、第２の熱交換流体とし
ては冷媒以外の様々な流体を用いることができるし、場
合によっては、第１の熱交換流体として水以外の流体を
選ぶことも自由である。

また筒状ケースやヘリカルチューブの形状・構造、そし
て蓋体の着脱手段や、ヘリカルデユープの管端部固定手
段などは、その−例を示したにとどまるしのであって、
６廿に応じて適宜に設置１変更しても本発明の目的は達
成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図へ・第４図はいずれも本発明による一実施例の熱
交換器を示しており、第１図は側断面図、第２図は第１
図の（イ）−（イ）断面図、第３図は分解図、そして第
４図はバッフル付中筒の部分側断面図である。 第５図と第６図は、バッフル句中筒の別の構造例を丞し
た、それぞれ分解図と組立図である。 第７図は２基の上記熱交換器を、その一台は冷媒凝縮器
として、他の・一台をいけす（魚槽）内の水を冷やすた
めの水冷却器（蒸発器）として、−・つの冷凍サイクル
内に組み込んで用いる使用事例を示したサイクル図であ
る。 第８図は本発明による第２実施例熱交換器の部分拡大側
断面図である。 第９図と第１０図は、本発明による熱交換器の組付構造
の従来のそれとの優劣を比較した一連の実験のデータグ
ラフである。 図中　　１・・・筒状ケース、　　２・・・蓋体、　　
３・・・ヘリカルチ１−ブ、　　３Ａ、　　３Ｂ・・・
第２の熱交換流体の入口と出口　４・・・バッフル付中
筒、　　５・・・螺旋状バラノル、　　６．７・・・固
定手段　８．９・・・第１の熱交換流体の入ｌ」と出１
」、　１２．１３・・・着脱手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）　第１の熱交換流体としての水の熱交換流路をな
   して、その入口と出口を両筒端部に有すると共に、一方
   の開放筒端に蓋体を着脱可能に取付けた気密筒状ケース
   と、 （ｂ）　第２の熱交換流体の流路をなして、前記ケース
   内に納められる、円盤状ヘリカルチューブと、（ｃ）　
   該ヘリカルチューブの両筒端部を前記蓋体に挿通し固定
   させる固定手段と、 （ｄ）　前記ヘリカルチューブの螺旋ピッチと同等のピ
   ッチを有すると共に、前記筒状ケース内に挿嵌しうる外
   径を備えた螺旋状バッフルがその外周面に設けられてお
   り、前記ヘリカルチューブの中空部に納められるバッフ
   ル付中筒とを備える熱交換器の組付構造。