JPS62266392A - 熱交換器およびその製造法 - Google Patents

熱交換器およびその製造法

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JPS62266392A
JPS62266392A JP62102155A JP10215587A JPS62266392A JP S62266392 A JPS62266392 A JP S62266392A JP 62102155 A JP62102155 A JP 62102155A JP 10215587 A JP10215587 A JP 10215587A JP S62266392 A JPS62266392 A JP S62266392A
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tube
shell
heat exchanger
heat
tubes
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ヘルマン・ゲマインハルト
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Akzo NV
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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、熱可塑性プラスチックからなる管の少なくと
も１つの群からなる熱交換器ならびに該熱交換器の製造
法に関する。
従来の技術 今臼公矧の熱交換器は、管板中に埋設されている菅また
は・ｇ群からなる。この管板は別個に製造される（７？
：だしこの場合には管端部と篩板と結合し１ければなら
ない）か、または管板は熱交換器を製造する際に、ｇ端
部の間へＡ止材を入することにより形成される。かかる
熱交換器の製造は、費用がかかる。その理由は、管はｇ
板と結合する前に、Ｊ仮に通して位置定めしなければな
らないか、またはａの間へＡ止材（自己硬化性材料また
はプラスチック溶咄液）を入れることができるようにす
るために、管４’Ｍは特別の装置を用いに、４間隔に保
持しなげればならないからである。
発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、特に簡単に製造することので身る熱交
換器を提供することである。さらに、本発明による熱交
換器は、さもなくば常用の１板の範囲内に極めてコンパ
クトに構成されていなければならない。また、緯熱交換
器を製造する念めの特に簡単に実施すべき方法を提供す
ることも本発明の課題である。
問題点を解決するための手段 かかる課題は、上記４頂の熱交換器においに、１群の：
Ｗ肩端部密接して並存しており、かつ隣接の・ｇの管端
部が、４面Ｉ１１！で互いに溶融されていることてより
解決される。かかる熱交換器は、鷹用の管板をもはや有
しない。
有利には、１群の管４？ｉ、少なくとも部分的に熱可塑
性材料からなるシェルにより取り囲れており、かつシェ
ルに対して隣接する青の管端部は、４１１例でシェルと
廖接されている。
シェルと管端部との結合は、管端部のコンパクトな配置
を、熱交換器の入口で８姿な強度および’ａｄ度が失わ
れることなしに町醪にする。
有利にはＷノ高部は、室温と溶Ｔ：ａ温度との間の範囲
内で１００　Ｘ　１０−’〜４００　ｘ　１０−’　１
／ｘの間の平均線１＃張係奴を有する熱可塑性プラスチ
ックからなる。
たいてい、ｑ４部は少なくとも、管の最も薄い帝１９に
一枚する深さまでたがいにないしはシェルと共に溶融さ
れている。
本ち１明の範囲内で・１、がス用物質交換器ならびにが
スーまたは液体噴流用の消音器も、概念＠熱交漢器“に
入る。
本ろ４明の範囲内で概念′ｑ１には、全てのａ状体、乏
とえば・ｑ５ホースまたは中空糸が包括されている。臂
の断面形は、円形断面に制限されていない；イは、だ円
形または多角形、たとえば三角形、四角形、正方形、五
角形１の断面を有することもできる。管の外側；断面お
よび内１１部所面に基づいて生じる管の壁厚は、ｌの全
円周にわたって同じがま九は異なっていてもよい。
管の外側断面および内側断面は、同じかまたは異なる断
面形を有することができる。たとえば管は、外側断面知
多角形の輪郭を有し、内側断面に円形またはだ円形の輪
郭を有することができる。また、パ琴の内側断面は、貫
通する１っま念は複数の空所を有することができる。管
は、群にまとめられていてもよい。たとえばこれらの・
ｇ群は、念とえば１が惰千行て並存しかつ軸が一直線上
に配置されているときに、Ａ硯が板の形を有することが
できる。
本発明による熱交換器のシェルの範囲における特にコン
パクトな形ぼ、シェルの内側断面と、シェル中に配置さ
ｒＬ友管管群全ての１の外ｉｍ断面とが、六角形の形を
有するときに得られる。
このことは、特にそれぞれの管ま念はそれぞれの管群の
外側断面が円形または六角形である鳩舎にぎえる。・！
管端の円形の外側断面ば対し、六角形は・ｆｆ　ｖ？ｉ
部の最密充填を保証する。かかる六角形は、たいてい少
なくともほぼ同じ長さの辺を有する。しかし、シェルの
そ几ぞれの断面形は、管端部をコンパクトな配置でシェ
ル中へ導入することがで去る限り適当である。
それぞれの・９群は、７〜１１４１個の管からなること
ができる。
管および／またはシェルを構成する熱可塑性１合体材料
は、有利にはポリエチレン、？リプロピレンであるか、
またはフルオロポリマーに属する。熱交換器の管は、普
通多孔性を有しないか、または璧容積の最大２０％の多
孔性を有する。
本発明により設定された課題は、また雪の少なくとも１
つの側の管端をまとめ、該管端部が上方にほぼ垂直に：
配置され、かり管ｖｉ４部が互いに大体において平らな
面を形成するようにシェル中に位置定めし、次に上方か
ら管端部に、管端部が少なくとも部分的に欧化し、′！
ｆ！の外壁が拡張して隣接するｇ端の外壁に接し、これ
らの管端部と共に溶融する程度の熱を供給することを特
徴とする本発明による熱交換器を製造する方法によって
解決される。熱供給は、たいてい熱放射により行われる
。熱放射の場合の熱供給は最も簡単に、加熱板を上方か
ら管痛部上へ移動させ、０．５〜３０龍の範囲内の僅か
な距離に、管端部が互いに溶融されるまでの間、位置定
めすることにより達成することがで傘る。熱処理は、真
空下または保護がス雰囲気下にも実施することができ、
その際この場合の加熱板の距離は他の範囲内であっても
よい。
しかし熱供給は、音波、光線、電磁波、高温のがス、高
温の液体等により行うこともできる。
この場合にＭｅなのは、管端部が本来の熱源と接触しな
いことである。本発明による方法では、＃端部がほとん
どまたは全く粘着しない材料からなるシェルを使用する
場合、シェルは、互いに＃融され丸管端部が冷却し念後
に再び喉９除くことができる。この場合、互いに溶融さ
れ九管端部は、他のシェル、たとえば看板または熱交換
器中へ、慣用法を用いて埋設することができる。
管端部を、シェルと整列してまたはシェルから４Ｈまで
突出して配置されているように位置定めする場合が、有
利であると判明した。
互いに廖接されたｆ４部の面は、少なくとも部分的て熱
可塑性材料からなるシェルを使用し、かつ管端部に、シ
ェルに隣接する管がシェルに接し、該シェルと共に溶融
する程度の熱が供給される場合に、卓越し九強度を有す
る。
熱処理は、有利には次の条件の維持下に実施すべきであ
る： ただし、Ｑ　単位面積（端面間）あたりくへ輔に供給さ
れる熱量（１７ｍ”ｓ　） ｅｇｇ材料の線膨張係ａ（１／Ｋ） ｔ　熱作用時間（秒） ζ　棒材料の密度（′Ｋｇ／ｍ３） Ｃｐ　　棒材料の比熱（Ｊ　／に９Ｋ　）およびλ　棒
材料の熱伝導率（７７ｍ５Ｋ） 本発明による方法は、室温と溶融温度との間の範囲内で
、１００　Ｘ　１６−’〜４００　Ｘ　１０−６１／に
の間の平均線膨張係数を有する熱可塑性材料からなる管
を使用する場合に、有利に実施することができる。
管端を、少なくとも部分的に、管材料の容融温反よりも
高い温度に加熱する場合が有利である。
本発明による方法に従い製造される熱交換器は、管端を
熱処理の前にシェルの開口中に、管端部がシェルから０
．５〜３ｕ突出するように位置定めする場合、４面側で
、すなわち管が終る面に、シェルと整列して閉じる面を
有する。
本発明による方法は、管端をそれに熱を供給する前に、
コンパクトな包装に（管端が円形または六角形の外聞断
面の場合には、六角形の外Ｉｌｔｇ輪郭を有する包装に
）まとめる場合に、最も有利に実施することができる。
くは０．５〜７．５鶴の間であり、かつ壁厚が最も薄い
個所で、相当直掻の５〜２５％、好ましくは７．５〜１
７．５％の間である管が使用される。
ここで用いられる概念１シエル“は、管状体に制限され
ない。シェルは、管束の外側輪郭と相関して貫通する開
口を有する板の形を有することもできる。板には、それ
ぞれ１つの管束に対して複数の開口が設けられていても
よい。しかし、シェルは管束を取り囲む熱交換器−ケー
シングの一部であってもよい。
この場合に本発明による方法においに、熱処理の前に管
端部を、これらが大体くおいて平らな面を形成するよう
に位ｊ定めする場合、この面が凸面または凹面に遺戒さ
れていてもよいという条件を一緒に包含すべきである。
本発明を、実施例により詳説する。
次の実施例で使用されるプラスチックの特性は、表中に
まとめられている。
実施例 ２ｕ罵の外径および０−１５ｍｍの篭厚を有するＰｌ／
ＤＦタイプ■からなる９１個の管の東を、３０絹の長さ
を有するＰＶＤＦタイプ■からなるシェルの六角形の開
口へ導入することができるようにまとめる。六角形の開
口の辺はそれぞＡ１２龍の長さであり、その１祭六角形
の全ての角点け、１つの円周上に存在する。板の開口は
、外１則（４面ｌｌ１ｌ　）に向って面をりを有し、そ
の際相対する面吹ジは、４５°の鋭角を包囲し、かつ面
取りは表面から１．５１の深さまでに延びる。管橋部は
、シェルの開口中【、シェルの端縁から０．５ｕだけ突
出するように位置定めする。
０．９の放射Ｓ１数を有しかつ４３０℃の温度に加熱さ
れた１００謂の直径を有する円形加熱板を、大体におい
て上方に向いた管４の上方１０龍の距離に２分間保持し
、これにより管橋部は拡張する。管端部およびシェルを
冷却した後に、管橋部は１．２５謂の深さにわ九〇念が
いに、ないしはシェルと強固に溶接されていることを確
認することができる。
同じ方法だより、相対する管端部もたがいに結合する。
こうして製造された管群は、単独かまたは複数の群を並
列に熱交換器ケーシング中へ装入することができる。
本発明を図面によっても詳説する。
第１図においに、図示された５個の管１は、シェル２（
ここでは仮として構成されている）中に、管端部が平ら
な面を形成し、かつシェル２より長さＳだけ突出するよ
うに位複定めされている。そこで熱処理のために、加熱
板Ｐ（ここでは破線で示されている）を、上方から管端
部に対して距ｉｄに保持する。これにより、管端部１は
拡張し、たがいに溶融する。
熱処理の後に、・２１の管端部は互いに、ないしはシェ
ル２と結合されている。Ｗｌの管橋部がシェル２と共に
溶融されている個所は３で示され、２つの管橋部が互い
に溶融されている個所は４で示されている。
断面図中のｌ！ｉ！−個所３ないしは４に＝９、互いに
溶融された２つの管橋部の材料は、管外壁がもはや認め
られないように互いに混合されていることを矧ることが
できる。
第３図には、第１図におけると同様に、熱処理前の、六
角形の折重を有するシェル６中での１９個の管の配置が
平面図で示されている。この場合に、円形；新面を有す
る管の最ぞな充填が得られる。
熱処理の後に（α５の管端部が互いに耐融している場合
）、平面図で、第４図に示されているような配置が生じ
る。α５が、隣接する６１１のＩ５′と共に溶融されて
いる限り、管５に対し、平面図（４面側で）分ける：ｔ
！５には、クリ罵部の六角形倫郭が生じる。シェル６と
共に溶１４されているｔ　、ａ　ｇＣに対しても、第４
図に同様に示されている輪郭が生じる。
【図面の簡単な説明】
添付図面は、本発明による熱交換器ならびてその製造法
の１実抱例を示す４示であり、第１図は熱処理前の、シ
ェル中に既に位置定めされた−ａ端部の配置を示す断面
図であり、第２図は熱処理後の第１図による管端部の配
置を示す断面図であり、第３図は熱処理前の、シェル中
て既に位置定めされた管端部の配置を示す第１図に相応
する平面図であり、第４図は熱処理後の第３図によるｆ
４部のく配置を示す平面図である。 １・・・・ｇ、２・・・シェル、３・・・ｆ　ｉ　部カ
シニル２と共に溶融されている個所、４・・・２つの管
端部が互いに溶融されている個所、５・・・管、５′・
・・管、６・・・シェル、Ｐ・・・加熱板、ｄ・・・距
離、Ｓ−長さ、第１図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性プラスチックからなる管の少なくとも１つ
    の群からなる熱交換器において、１つの群の管端部が密
    接に並存しており、かつ隣接の管の管端部が端面側で互
    いに溶融されていることを特徴とする熱交換器。 ２、１群の管端部が、少なくとも部分的に熱可塑性材料
    からなる１つのシェルにより取り囲れており、シェルに
    対して隣接の管の管端部が、端面側でシェルと溶接され
    ている特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。 ３、管端部が、室温と溶融温度との間の範囲内で、１０
    ０×１０＾−＾６〜４００×１０＾−＾６１／Ｋの間の
    平均線膨張係数を有する熱可塑性プラスチックからなる
    特許請求の範囲第１項または第２項記載の熱交換器。 ４、管端部が少なくとも、管の最も薄い壁厚に一致する
    深さまで互いに、ないしはシェルと共に溶融されている
    特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記
    載の熱交換器。 ５、シェルの内側断面およびシェル中に配置された管群
    の全ての管端の外側断面が、六角形の形を有する特許請
    求の範囲第１項から第４項１でのいずれか１項記載の熱
    交換器。 ６、それぞれの管群が、７〜１１４１個の菅からなる特
    許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載
    の熱交換器。 ７、管材料および／またはシェル材料が、フルオロポリ
    マーに属する熱可塑性ポリマーからなる特許請求の範囲
    第１項から第６項までのいずれか１項記載の熱交換器。 ８、管材料および／またはシェル材料が、ポリエチレン
    からなる特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれ
    か１項記載の熱交換器。 ９、管材料および／またはシェル材料が、ポリプロピレ
    ンからなる特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
    れか１項記載の熱交換器。 １０、管が、壁容積の最大２０％の多孔性を有する特許
    請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項記載の
    熱交換器。 １１、熱可塑性プラスチックからなる管の少なくとも１
    つの群からなる熱交換器を製造する方法において、管の
    少なくとも１つの側の管端部をまとめ、管端部が上方に
    ほぼ垂直に配置されかつ管端部が互いに大体において平
    らな面を形成するようにシェル中に位置定めし、次に上
    方から管端部に、管端部が少なくとも部分的に軟化し、
    かつ管端部の外壁が拡張して、隣接の管端部の外壁に接
    し、これらの管端部と共に溶融する程度の熱を供給する
    ことを特徴とする熱交換器の製造法。 １２、管端部を、それがシェルと整列するかまたはシェ
    ルから４ｍｍまで突出して装置されているように位置定
    めする特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １３、少なくとも部分的に熱可塑性材料からなるシェル
    を使用し、管端部に、シェルに隣接する管がシェルに接
    し、該シェルと共に溶融する程度の熱を供給する特許請
    求の範囲第１１項または第１２項記載の方法。 １４、熱処理を、次の条件の維持下に実施する：０．０
    １７５＜Ｑｅ（ｔ／ζＣ＿ｐλ）＾１＾／＾２＜０．５
    ただし、Ｑ＝単位面積（端面側）あたり単位時間につき
    供給される熱量（Ｊ／ｍ＾２ｓ）、 ｅ＝棒材料の線膨張係数（１／Ｋ）、 ｔ＝熱作用時間（秒） ζ＝棒材料の密度（ｋｇ／ｍ＾３）、 Ｃ＿ｐ＝棒材料の比熱（Ｊ／ｋｇＫ）およびλ＝棒材料
    の熱伝導率（Ｊ／ｍｓＫ） である特許請求の範囲第１１項から第１３項までのいず
    れか１項記載の方法。 １５、室温と溶融温度との間の範囲内で、１００×１０
    ＾−＾６〜４００×１０＾−＾６１／Ｋの間の平均線膨
    張係数を有する熱可塑性材料からなる管を使用する特許
    請求の範囲第１１項から第 １４項までのいずれか１項記載の方法。 １６、管端部を、少なくとも部分的に、管材料の溶融温
    度よりも高い温度に加熱する特許請求の範囲１１項から
    第１５項までのいずれか １項記載の方法。 １７、管端部を熱処理の前に、管端部がシェルから０．
    ５〜３ｍｍ突出するようにシェルの開口中に位置定めす
    る特許請求の範囲第１１項から第１６項までのいずれか
    １項記載の方法。 １８、管端部に熱を供給する前に、該管端部をコンパク
    トなパッケージにまとめる特許請求の範囲第１１項から
    第１７項までのいずれか１項記載の方法。 １９、それぞれの空所の相当直径が、０．３〜１５ｍｍ
    の間であり、かつ壁厚が最も薄い個所で、相当直径の５
    〜２５％の間である管を使用する特許請求の範囲第１１
    項から第１８項までのいずれか１項記載の方法。 ２０、空所の相当直径が、０．５〜７．５ｍｍである特
    許請求の範囲第１９項記載の方法。 ２１、壁厚が、最も薄い個所で相当直径の７．５〜１７
    ．５％の間である特許請求の範囲第１９項または第２０
    項記載の方法。
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