JPS6021670Y2 - 浸漬コイル型熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案は、有効伝熱面積の大きい浸漬コイル型熱交換器
に関する。

Ｂ 従来技術 第１図に、従来の浸漬コイル型熱交換器の断面を示す。

この構造の熱交換器は、製作が簡単で小容量の熱交換器
として多用される。

ところが、この構造の熱交換器は、熱交換器として最も
重要な、熱交換効率が悪い欠点がある。

というのは従来のものは、第１図および第２図に示すよ
うに、コイル１が縦に揃えて並べられる為、実際には、
コイル１の全周で効率よく熱交換されず、外筒２あるい
は内筒３に対向する面、即ち第２図において左右両側で
しか効率よく熱交換されず、コイル１の上下面での熱交
換が悪い欠点があった。

コイル１の上下面の熱交換が悪いのは、例えば上から下
に向かってコイル外流体が流下する場合、コイル１とコ
イル１との間で渦流を生じ、この部分にコイル外流体が
停滞する為である。

この欠点をできるだけ少なくする為に、従来のものは、
各コイル間隔を可能な限り設計するが、この間隔をいか
に広くしても、コイルの裏面、第２図においてコイルの
下面に生ずるコイル外流体の停滞は充分解決されず、全
体が大きくなる割りには熱交換量が増大でない欠点があ
った。

ところで、コイルが渦巻状に巻かれた熱交換器は公知で
ある。

（米国特許第３２１２５７１号）この熱交換器は、直径
が異なる二重の筒が同軸上に配設されて、両筒間に、筒
状の熱交換室が形成されており、この熱交換室内に、多
少軸方向に延長されたコイルが内蔵された構造を有する
。

この構造の熱交換器は、構造上、コイル外流体がコイル
の表面を流れたときに生ずる渦流による効率の低下を阻
止する作用がない。

これはコイルの間隔が相当に広い為、構造上、渦流によ
る実質熱交換面積の低下が起らない為である。

コイル外流体の渦流による実効熱交換面積の減少効果は
、コイル間隔を狭くして、熱交換量に対する全体の大き
さを小さくしたときに生ずる弊害である。

小型で高能率なという特性は、どこでも安価に便利に使
用できる特長を実現する為、いかなる場所に使用される
熱交換器であっても特に重要な特性である。

又、コイル外流体が流動されないタンク内に、一部は太
く、他の一部は細く巻かれた熱交換用のコイルが内蔵さ
れた熱交換器も公知である。

（米国特許３４１１５７４号）しかしながら、コイル外
流体を流動させない熱交換器は、コイルの近傍でコイル
外流体が渦流を生ずることがなく、このことによる実効
熱交換面積の減少効果は生じない。

ただ、この構造になると、熱交換器全体が相当に大きく
なる欠点を解消できない。

、更に又、螺旋状に巻かれた熱交換管の間を、流体がジ
グザグ状に曲って流動するように、上下に隣接する熱交
換管１ターンの曲率半径が異なる熱交換器は開発されて
いる。

（特開昭５２−９８２４６号公報、実公昭４４−１３６
８３号公報、特開昭４８−２２８０１号公報、実公昭３
５−２０００１号侯報、号公報３９−２７１４４号公報
） 上下に隣接するコイル間にジグザグ状の通路が形成され
た熱交換器は、コイル間をジグザグ状に流体が高速流動
できるならば、上下に位置ずれなく並べられたコイルに
比べて熱交換効率を向上できる。

かじながら、従来のこの種の熱交換器は、ジグザグ状に
形成されたコイル間に流体を高速流動させる為の構造が
充分でなく、実質熱交換面積がそれ捏上しない欠点があ
った。

即ち、渦流による実質熱交換面積の低下を阻止する目的
でコイルをジグザグ状に配列しているが、コイル間に比
べて、コイル間をバイパスして流れるコイル外流路が極
めて広いため、狭いコイルとコイルとの間に強制的にコ
イル外流体を流動さけることができず、コイル間隔を狭
くして、熱交換量に対する全体の大きさを小さくしたと
きに、渦流によ実質熱交換面積が減少する欠点があった
。

この為、コイルがジグザグ状に配列されているが、全体
の形状を小型化すると、渦流によって実質熱交換面積が
低下する欠点があった。

Ｃこの考案の目的 この考案の重要な目的は、コイル間隔を狭くして、熱交
換量に対する装置の容積を小型化できるにもかかわらず
、渦流による実質的な熱交換面積の減少を防止でき、小
型にして有効伝熱面積が大きい熱交換器を提供するにあ
る。

Ｄ 従来の問題点を解決する為の手段 内筒３と外筒２との間に円筒状の熱交換室６が形成され
ている。

熱交換室６には、螺旋状のコイル１が配設されている。

コイル１は、コイル外流体がジグザグ状に流れるように
、上下に隣接する１ターンの曲率半径が相違する。

即ち、上下に隣接するコイル１の１ターンは、半周以上
が交互に、内筒３の外表面と外筒２の内表面のいずれか
一方に接近する。

上下に接するコイル１の間隔は、コイル１の外径よりも
狭く、かつ、この間隔は、内筒３の外表面に接近するコ
イル１と内筒３外表面との間隔、並びに、外筒２の内面
に接近するコイル１と外筒３内面との間隔にほぼ等しく
形成される。

Ｅ 作用、効果 上下に隣接するコイル１が、交互に、外筒２と内筒３に
接近し、かつ、上下のコイル間隔が、コイル１が接近す
る外筒２との間隔、並びにコイル１が接近する内筒３と
の間隔にほぼ等しく形成されたこの考案の浸漬コイル型
熱交換器は、第１０図に示すように、熱交換器に下から
流入される流体が、■コイルＩＡと内筒３との間、■上
下のコイルＩＡとコイルＩＢとの間、■コイルＩＢと外
筒２との間の３路に分流されてコイルＩＢを通過する。

コイル１Ａの両側を通過したコイル外流体は、■、■に
分流されてコイルＩＢ、ＩＣを通過する。

このとき、コイルＩＡ、ＩＢ間の間隔と、コイルＩＡと
内筒３との間隔、並びにコイルＩＢと外筒２の間隔がほ
ぼ等しいので、コイル外流体は、■、■、■にほぼ等し
い流量で分流される。

コイル１Ａの両側を上昇した■、■のコイル外流体の和
は、好都合なことにコイルＩＢと外筒２との間を上昇し
た■のコイル外流体の２倍となり、これが■、■に２分
流されてコイル１Ｃを通過する為、■、■、■の流量は
ほぼ等しくなる。

同様に、■、■、■もほぼ等しくなり、結局■、■・・
・・・・■、■全ての流量がほぼ等しくできる。

コイル１の間に、外筒２や内筒３面に対して傾斜した強
制的に流動されるコイル外流体■、■。

■は、コイル１の裏面（第１０図に於てコイルの上側）
に発生する渦流を防止し、コイル１表面に広い面積に渡
ってコイル外流体を高速流動させ、渦流による実質熱交
換面積の低下を防止する。

この為、全体をコンパクトにする目的で、コイル間隔と
コイル１と内外筒３，２との間隔を狭くすると、コイル
間を流れるコイル外流体の流速、並びにコイル１と内内
筒３，２との間を流れる流速を速くでき、実質熱交換面
積を減少するのでなく、むしろ反対に増大できる。

即ち、小型化して有効伝熱面積を増大できるという、熱
交換器にとって理想的な特性を実現する。

Ｆ 好ましい実施例 以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図に示す浸漬コイル型熱交換器は、円筒状で、上下
にコイル外流体の流入口４と流出口５とが設けられた密
閉構造の外筒２と、この外筒２内に配設された密閉構造
の内筒３と、この内筒３と外筒２との間に形成される熱
交換室６内に配設れ、両端が外筒外に貫通された一本の
コイル１とを備えている。

フィル１は第４図ないし第６図に示す如く、上下に隣接
するｌターンが外側と内側とに位置ずれして、ある部分
は外筒に接近し、他のある部分が内筒に接近するように
相対向する個所の曲率半径が相違する状態で湾曲されて
いる。

第５図および第６図に示すコイル１は、Ａ点からＢ点ま
でに同一の曲率半径で湾曲され、Ｂ点から０点までは、
次第に曲率半径が小さくなる状態に湾曲され、０点から
Ｄ点までは、円弧超よりは小さい同一の曲率半径で湾曲
され、更にＤ点からＡ点までは、次第に曲率半径が大き
くなる状態で湾曲されている。

この状態の湾曲を繰り返し、即ち、この形状のコイルが
縦に直列に連結された形状に湾曲すれば、第６図におい
て円弧油とＣＢとの交点を除く他の全ての個所は、上下
のコイルが内外に位置ずれされてコイル間にジグザグ状
のコイル外流体通路が形成される。

第７図および第８図に示すコイル１は、コイルを平面的
に見たときの交点が、第６図に示す如く同一個所に重な
らないように、交点を１８０度ずらせたもので、この構
造によると、交点での熱交換量を、第６図に示すものに
比べて多少向上できる。

第５図ないし第８図に示すコイル１は、半円周で、次第
に曲率半径が大きく、あるいは小さくなるように形成さ
れたものを示すが、曲率半径を次第に大きく、あるいは
小さくする部分は、１８０度以下でもよいのは言うまで
もない。

第５図ないし第８図に示すコイルは、直線状のパイプを
、予め表面に溝が刻設された折曲型に巻き付けるのがよ
い。

この折曲型の溝は、この溝に沿ってコイルを巻き付ける
だけで、第５図なし第８図に示すようにコイルが湾曲さ
れる形状に形成され、かつ巻かれたコイルが簡単に外せ
るように、例えば第９図に示す如く、外枠７と内筒８と
からなり、外枠７の内側に内枠８が挿入されており、外
枠７は第９図において最下部の部材７ａが下方に引き抜
かれるように組み合わされており、外枠７に内枠８を挿
入して、その表面にコイルを巻いた後、内枠８を引き抜
いて、外枠７の最大部の部材７ａを下方に外し、その他
の全ての外枠７をコイルから抜き出せばよい。

上下に隣接するコイル間隔は、熱交換器の全体形状を小
さくして実効熱交換面積を広くするように、第１０図に
示す如く、コイルの直径より狭く形成される。

上下に隣接するコイル間隔が狭く、コイル１と内外筒３
，２との間隔が広いと、コイル外流体は、コイル間を高
速流動せずに、コイル１と、内外筒３，２との間を流動
して熱交換効率は向上しない。

従って、コイル１とこれが接近する内筒３又は外筒２と
の間隔も、第１０図に示すように、コイル１の外径より
も狭＜、シかもコイル１の間隔にほぼ等しく形成される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の浸漬コイル型熱交換器の断面図、第２図
および第３図はその要部拡大断面図、第４図はこの考案
の一実施例を示す浸漬コイル型熱交換器の断面図、第５
図および第６図はコイルの一実施例を示す側面図および
平面図、第７図および第８図は他の実施例を示すコイル
の側面図および平面図、第９図は内外筒の水平断面図、
第１０図は熱交換室の拡大断面図である。 １・・・・・・コイル、２・・・・・・外筒、３・・・
・・・内筒、４・・・・・・流入口、５・・・・・・流
出口、６・・・・・・熱交換室、７・・・・・・外枠、
８・・・・・・内枠。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）外筒２内部に内筒が配設されて、内筒３と外筒２
   との間に円筒状の熱交換室６が形成され、この熱交換室
   ６の内に、螺旋状に巻かれた熱交換用のコイル１が配設
   されており、熱交換室６にコイル外流体が流され、コイ
   ル１内にコイル内流体が流されることによって、コイル
   １を介して両流体に、熱交換されるように構成された浸
   漬コイル型熱交換器において、該コイル１は１本で、熱
   交換室６内にコイル外流体がジグザグ状に流れる通路を
   形成するように、上下に隣接する１ターンの曲率半径が
   相違し、上下に隣接スるコイル１の１ターンは、交互に
   内筒３の表面と外筒２の内面に接近されており、更に、
   ｌターンの半周以上は内筒３の外表面と外筒２の内面の
   いずれか片方に、コイル外型よりも狭い間隔に接近され
   ており、更に、ジグザグ状のコイル外流体通路を形成す
   る上下に接近するコイル間隔は、コイルの外径よりも狭
   く形成され、更に、上下に接近するコイル１間隔と、内
   筒３の外表面に接近するフィル１と内筒３外表面との間
   隔と、外筒２の内表面に接近するコイル１と外筒２内表
   面との間隔がほぼ等しく形成されたことを特徴とする浸
   漬コイル型熱交換器。
2. （２）コイルの全体形状がほぼ円筒状に巻かれると共に
   、内筒３の外表面に接近するコイル１の１ターンよりも
   短かい円弧は内筒３の外表に沿って同一の曲率半径で湾
   曲され、これに連結される円弧は曲率半径が次第に大き
   くなる形状に湾曲されて外筒２の内面に接近しており、
   更にこれに連結される円弧はｌターンよりも短かい長さ
   に渡って同一の曲率半径で湾曲されて外筒２の内面に接
   近しており、更にこの部分に連結される円弧は、曲率半
   径が次第に小さくなる状態に湾曲されて内筒３の外表に
   接近するように構成された実用新案登録請求の範囲第（
   １）項記載の浸漬コイル型熱交換器。