JPS62194193A - 環状配管式熱交換器 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は一連の熱交換フィンを協えた形式の配管式熱交
換器、すなわノ５内部に第１の熱媒体を導・きかつ外周
に第２の熱媒体を流しかつ伝熱面積を大きくなるための
板状フィンを取り（＝Ｊりた環状配管よりなり、この環
状配管をそれぞれのフィンに開けられた開孔内に貫通し
た熱交換器に＋３１Ｊ　’ｌる。

また、とりわけ熱交換配管が半径方向に膨張して熱交換
フィンと堅く係合することによっ【熱交換フィンが環状
の熱交換配管に堅固に取り付けられる形式の熱交換器に
関する。

（従来の技術） 本発明は配管内に流す媒体は液体かまたは熱交換の過程
でその相が視覚上変化する媒体であり、配管外に流す媒
体は気体であるような前述した配管式の熱交換器に関す
る。

この熱交換器は工業上の利用とりわ（）腐食雰囲気内で
利用するものである。第１にこの熱交換器は、煙導気体
例えば出力状態で石油や石炭を燃焼したときの煙導気体
からの熱を抽出するためのものである。熱交換器はこの
目的を達成ケるため、強力かつ堅固であることが必要で
ある。それゆえ、これら熱交換器は鋼製で作成されてい
る。熱交換器が腐食雰囲気で使用される場合、熱交換器
全体が不＃ｆ４ｔＪＡでない限り、熱交換器の表面を不
耐透性の防食剤、例えばエナメルコーティングする必要
がある。それゆえに、本発明は一連の熱交換フィンを備
え、このフィンは配管の膨張によって堅固に取っ付１ノ
られ、鋼製であってしかも傷の付きにくい物質、好まし
くはエナメルによる不可透性の表面コーディングが施さ
れた配管式熱交換おを提供することを目的としている。

一般的に配管の内側に液体を流し、外側に気体を流す配
管式熱交換器の場合、気体の伝熱係数は液体よりもかな
り小さいことが認められている。

それゆえに、配管の外側の表面積を大きくすることが必
要となっている。このことを達成り°るために最も普通
に用いられでいる２つの手段は次のとおりである。

ａ）熱交換配管の外側にら拷ん状のフランジを設けるも
のである。このフランジはフランジと配管との結合部に
おける伝熱抵抗をなくすために、普通配管に溶接されて
いる。２つの気体を直接熱交換をする回転蓄熱式の熱交
換器、例えばＬユングストローム型の蓄熱式空気加熱器
の他に、より拡大された外側伝熱面が必要とされる場合
において、工業上用いられる最も何通の型はらＵん状に
巻かれた配管に取り付けたもの、すなわち配管に沿って
らせん状のフィンを取り付けたちのて・ある。

そうでなければ、滑らかな配管を有する配管式熱交換器
が用いられる。回転式熱交換器はだやＪく気体の漏洩が
生じるので、これらの回転式熱交換器は次第にらせん状
配管型の熱交換器に変わってきた。

ｂ）熱交換配管の外側表面に表面積を大きくするための
、一連のフィンを取り付けたらのである。

このフィンは複数の熱交換配管用の標準設計で作成され
る。これら一連のフィンは、土として一般の換気（冷暖
房）あるいは同様の目的の装置に使用されている。従っ
て、このような熱交換器の配管やフィンは比較的小径と
なり、しかもこれらは銅やアルミニウムのような柔かい
材料で形成される。従来配管とフィンとの間の良好な伝
熱を達成する手段が提案された。すなわち、それらの間
の接合部の高い接触圧での良好な接触は、配管が半径方
向に膨張してフィンが配管にしつかり係合して取りイ・
」けられることににるというものである。

このことは、心軸、ずなわちそれぞれの配管外周に描か
れた円状体によって、あるいは配管内を通る高圧に増圧
された液体によって水力学的に達成される。それら２つ
の手段はいずれも配管をその材料の弾性限を超えて半径
方向へ膨張さＶることに基づいており、このため永続的
な変形と高い接触圧を得ることができる。

一般の換気や同様の目的のための熱交換器に使用される
一連のフィンに関しては、前述の手段によって配管を機
械的あるいは水力学的に膨張させてフィンを堅固に取り
付【ノることは比較的容易である。そのような装置の場
合、使用される配管やフィンは小径であり、例えば鋼や
アルミニウムのような柔かい材料で形成される。さらに
、フィンは熱交換配管がすっかり貴通り”る開孔口りに
設けられた弾力性のあるカラーに取り付りられている。

このことは膨張作用に役立つとともに配管とフィンとの
間に所定接触圧力を常時一様に分布さゼることができる
。また、このカラーはしばしばフィン間のスベーナとし
ての役割を果たり。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この種の一連のフィンの前述した工業分
野への応用については、らせん状配管を備えた熱交換器
で得られる利点にもがかわらず、未だに行なわれていな
い。

これらの利点とは次のものである。

表面積を大きく拡大できること。

圧力損失が小さいこと。

より安定した熱交換構造であること。

安価な熱交換器であること。

このように、工業分野へ応用りるために要求されるより
強健な配管式熱交換器は、第１にらせん状の曲げられた
配管、ある場合には滑らかな配管を備えている。これら
の配管式熱交換器は大部分鋼製となっている。前述した
構成の一連のフィンが工業分野で使用されないというの
はいくつかの理由がある。例えば、これら一連のフィン
を鋼で形成した場合であって、とりわけ防護表面コーテ
ィングを施した場合に多数の困難や問題が生じてくる。

これらの問題の主要なものは次のとおりである。

ａ）鋼製の熱交換配管を半径方向に膨張させることは、
かなりむずかしい。ｍａ配管を水力学的に膨張させるた
めには、そのような熱交換器に普通要求される配管厚の
場合、約１０００バールの使用圧力が必要となる。

ｂ）配管が貫通する開孔周囲に設りられた弾力性あるカ
ラーに［Ｊフィンを取りイ・Ｊけることは、不可能では
ないがむずかしい。とりわけカラーにクラックが入るこ
とがある。

Ｃ）熱交換器の表面に防護被覆、例えばエナメル被覆を
施す場合、腐食に対して充分な保護を与えるために必要
とされる被覆部の十分な不ｌＩＪ透性を確保することは
むずかしい。

エナメル表面に十分な不可透性を与えるためには、エナ
メルコーティングが施される熱交換器の表面が完全に滑
らかであってすべてのクラックや他のへこみ等がないも
のでなＧＪればならない。これらの表面には直ぐに取り
除くことがでさる表面材料、例えば溶接スラグや溶接ビ
ードがあってはならない。これらの表面材料はノックオ
フｆることができるものであり、そうでなければ熱交換
器の清局をしたりその他別の理由で同様のことをする場
合、除去されるものである。このような表面材料の除去
はエナメル表面にへこみを形成しやすくなる。

配管が貫通するフィンの開孔周囲に弾力性あるカラーを
取り付ける手段を使用づ゛ることは現実的でない。なぜ
ならば、カラー周囲の割目や切欠がエナメル被覆を傷付
けるからである。とりわｋＪ、そのような割目や切欠は
エナメル層に気泡を形成し、この気孔は結果として破裂
してしまう。これらはまた結果として表面被覆を不完全
にし腐食損失を受けやすくする。また、このような構成
ではフィンを堅固に取り何ＧＪることはできない。弾力
性あるカラーのたわみがエナメルコーティング内にクラ
ックを生じさけることは明らかである。

（発明の構成〕 （問題点を解決づるための手段） これらの問題点は本発明による特許請求の範囲に明示さ
れた一連のフィンｆＩ造によって解決される。特許請求
の範囲第１項による解決手段によれば、それぞれの熱交
換配管に接触する領域で、熱交換フィンは略平板状をな
しそれぞれの配管の軸線に対して６交する平面上に配設
される。またこのフィンは単一の板厚で構成される。す
なわち、カラーのような曲り部とかその他の曲り部は熱
交換配管に接触する表面を覆うフィンにはない。

この解決手段はフィンカラーと配管との間に間隙を形成
することを回避する。この間隙は油や蒸気が空気が入り
込む隠れたくぼみを提供するものであり、フィン配管装
置を表面処理りる場合、例えば約８００″Ｃ′Ｃ″炉内
でエナメル塗装したり表面被覆を燃焼させる場合、防護
被覆を（口付ける気泡が発生づるｂのである。またこの
解決手段によって、弾力性ある取付部材なしにフィンを
配管に堅固に取りイ」けることができる。さらに、フィ
ンを配管に堅固に取り付【）るために必要とされる配管
の半径方向の膨張範囲は、従来の６のに比較しＣ小さく
てすむ。

特許請求の範囲第２項による解決手段によれば、精巧な
穴あけ手段によって形成されたフィン内の開孔に配管を
係合させることができる。また熱交換配管と接触するフ
ィン表面を、上記開孔の全長と略同−長さにわたってそ
れぞれの配管の軸線と平行にすることができる。この解
決手段は開孔壁の全体表面にわたってフィンと配管との
間に伝熱接触を確実にする。配管と係合りる開孔が従来
の穴あけ手段によってフィン内に開けられると、その開
孔の壁面はわずかに円すい状の形状をなづ′。

このことによって配管壁の側部に間隙が形成され、この
ため十分な伝熱接触が妨げられる。しかしながら、この
ようなあるいは他の問題ある結果は前述の解決手段をと
ることによって回避可能である。

また、この解決手段によって、フィンを配管に堅固に取
り付けるために必要とされる配管の膨張範囲も低減され
る。

特許請求の範囲第３項および第４項は本発明をｌＡ製の
一連のフィンに適用した場合、最も適切な配管とフィン
の形状について説明する。

特許請求の範囲第５項の解決手段によれば、フィンは配
管が水ツノ学的にそ、の外周面が外方に拡大することに
よって、熱交換器に堅固に取り付Ｇノられる。配管の水
力学的な膨張によって可能となる特別な利点の一つは、
配管がフィンの空間内で外方への膨張がわずかだという
ことである。このことはフィンの堅固な取りイζＪけ達
成に貢献し、また同りにフィンとフィンとの間の配管部
を測定することによって膨張程度を検査することｂｒき
る。

上述した特許請求の範囲に示された解決手段は熱交換器
におけるフィンと配管の表面を完全に潤らかにするもの
であり、このような表面は工±メル塗装を含む表面処理
の目的に特に適している。

この熱交換器は大きな特別の伝熱面を右し、そこを流れ
る気体の圧力損失を低下させる。伝熱を損わＵがちなも
のは被覆から直ちに取り除くことができる。なぜならば
、熱交換器のすべての部材に清ｈＭ手段が到達し、異物
による妨害がなくなるからである。また、熱交換器は迅
速かつ多聞に低価格で生産される。

特許請求の範囲第６項および第７項は端板に関する熱交
換器の好ましい実施例を明示し℃いる。

これは熱交換器を装置組立体に堅固に取り付りるために
しばしば必要となるものである。

特許請求の範囲第８項は前述した熱交換器の表面処理に
関して明示している。これ【よ熱交換器を腐蝕性雰囲気
で使用するときにしばしば必要となるものである。

（実施例） 第１図に、端板１２、伝熱フィン１４ａ３よび熱交換配
管１６よりなる熱交＠器１０が丞されている。配管はフ
ィンおよび端板の開孔１８を貫通している。本実施例に
おりる開孔および配管の位置は第２図および第３図に承
りとおりである。本実施例による熱交換器では、２本の
熱交換配管が端板１２の外方にある接続部材２０に配設
される。

一方その他の配管は曲管２２に接続される。この曲管２
２は１８０°曲がっており、２本の配管に接続されて曲
がった通路を形成している。曲管と接続部材は溶接接合
部２３によって熱交換配管に接続されている。

端板１２は端板の長手方向側面に沿っＣ伸びる直角フラ
ンジ２４に設けられている。このフランジ２４によって
、端板１２と熱交換器に与えられる安定性は増加りる。

もし良【」れば、同様のフランジを端板の短い側部に配
設してもよい。このフランジは熱交換器を堅固な組立体
として据え付けるためのものである。

ザなわら、熱交換器を他の導管系に連結したり、多数の
熱交換器部材を一つ一つ順次連結して大きな熱交換部材
を組み立てるためのらのである。

第４図は配管およびフィン装置の詳細切断図であり、配
管が水力学上膨張することによってフィン１４を熱交換
配管１６に堅固に取り付（）る構成を示している。第４
図に示すように配管Ｊ３よびフィンは保護エナメル層２
６によってコーティングされている。また、図によると
、相Ｈに隣接Ｊるフィンの間にある配管壁は符号２８に
示づようにわずかに膨張している。これらの膨らみは水
力学上配管がＩｋｌｉｇｉするときに形成される。

このように形成された膨みはフィンを堅固に取りイ］け
るのに役立つ。一方向時にフィンの間の配管径を測定す
ることによって生じた膨張を検査する可能性が得られる
。第５図に、一般の換気設備（冷Ｉ！！房設僑）と関連
して使用される公知の一連のフィンの同様な詳細図が示
されている。この従来の構造において、フィン３０は熱
交換配管３４が貫通Ｊる開孔回りの弾力性あるカン−３
２に取り付けられている。この構造におけるフィンは薄
く、しかも例えばアルミニウムのような柔かな材料で作
られているので、カラーをフィンその自体の材料から単
純な形状で形成することが可能となっている。この場合
、カラーはまたそれぞれのフィンの間のスベー号として
の機能ももつ。しかしながら、カラーの主要な目的は熱
交換配管とフィンとの間に十分な接触圧力を供給するた
めに十分な接触面を確保することであり、このことによ
って十分な伝熱状態を得ることができる。フィンは熱交
換配管を膨張させることによって適切な位置に堅固に取
り付けられる。十分な接触圧を与えるのに必要な膨張は
、熱交換配管が小さな壁厚を有しかつ銅のような柔かい
材料によって形成され（いること、およびカラーがフィ
ンと熱交換配管との連結においである程度の弾）〕性を
もつことによって促進される。

第４図に示される本発明によるｍ造と、第５図に示され
る従来の構造とを比較り゛ると、従来の構造は保護コー
ティング表面、例えばエナメル」−ティングを備えた熱
交換器に適合することはＣきない。第５図に示すカラー
３２の周囲の割れ目やクラックやへこみの構造は十分な
エナメル表面を得るためには障害となってしまう。同様
にフィンとそれぞれの配管との間の接合部の弾性もエナ
メル層にクラックを形成してしまう。

第４図に示すように、本発明による熱交換器構造におけ
るフィンカラーと熱交換配管との間にはクラックがみら
れない。第４図に示寸熱交換器のフィンと配管の表面は
略完全に滑らかになっており、例えば表面をエナメルで
コーティングすると、このコーテイング面はかなりの永
続性をらら完全に不可透性の入園層となりつる。さらに
、フィンは堅固に取り例けられるので、エナメル層を傷
付ける弾性はフィンがそれぞれの配管と結合づる箇所に
はみることができない。また、このように堅固に取り付
けられていることによる利点は、フィンを堅固に取り付
けるのに必要な熱交換配管の半径方向の水力学上および
その他の方法で膨張範囲が従来の熱交換器の配管が必要
とり゛る膨張範囲よりも小さいことぐあり、そのため一
連のフィンをそれぞれの配管に堅固に取り句けることが
でさる。

第６図および第７図は本発明による熱交換器なかんずく
上）ホした点で改良されたものを示す。このことは、熱
交換配管をフィンに伝熱接触させるフィン内の開孔１８
を精巧に形成することによって、フィンの開孔内の熱交
換配管に対Ｊ’る接触面を配管の長手方向軸線と平行に
実際には開孔の全長にわたって平行にすることで達成さ
れる。第６図に示１ように従来の穴あ【ノ技術によれば
、フィン内に開けられた開孔はわずかに円すい状の壁面
３６を有するようになるであろう。このような円すい状
の表面は、熱交換配管１６との間で例えばエナメルコー
ティングされた表面を傷付けてしまうような間隙３８を
直１５に理解できるように形成してしまう。もっと精巧
な穴あ【′Ｉ技術あるいは他の精巧な技術によって第７
図のような穴壁４０を有する開孔を提供ることは可能で
ある。この穴壁は配管の長手方向の軸線と平行となり、
また配管の元の円筒状表面と実際には開孔の全長に沿っ
て平行となる。しかしながら、パンチャがフィンを通過
する箇所に隣接してわずかな傾斜４２を受ける。第７図
に示すように開孔をより精巧に形成すると、間隙は配管
壁とフィンの開孔との間に形成された被覆面、例えばエ
ナメルによる被覆面に傷を付けにくくなる。また、高い
永続性と強いエノメル表面が得られる。フィンと配管と
の間の重要な伝熱は、これらの間の接触面が均一化され
た高い接触圧をもち、かつその後配管の水力学上の膨張
で大きくなることによっ（゛確保される。ざらに、熱交
換配管がフィンを堅固に保持するために必要となる配管
の膨張範囲は、従来技術のらのに比較してより小さくな
る。

本発明は上述した熱交換器の実施例に制限されるもので
はなく、特許請求の範囲内において改変可能である。

【図面の簡単な説明】

本発明による熱交換器の一実施例は以下の添（＝Ｊ図面
によって説明される。 第１図は熱交換器の平面図−Ｃあり、図示ケるうえでそ
の長さを短縮したものである。第２図は熱交換器の側面
図である。第３図は熱交換器に備えられた単一のフィン
板を示した図である。第４図は本発明ににるフィンを１
４えた熱交換配管の部分切断面を示す図であって、熱交
換配管は水力学的に膨張しフィンを堅固に取り付けた状
態を示す図である。第５図は従来技術による一連のフィ
ン中にある熱交換配管の部分切断面を示す図である。 第６図は本発明によるフィン板に接触する熱交換配管の
一部を示す図であって、フィン板の開孔は従来の穴明レ
ノ技術によって形成されたものを示す図である。第７図
は本発明によるフィン板に接触する熱交換配管の一部を
示１図ぐあって、フィン板の開孔は精巧な穴あけ技術に
よって形成されたものを示り′図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の熱媒体を導く環状配管（１６）と、それぞれ
   の環状配管の外面に取り付けられかつ第２の熱媒体と接
   触する表面積拡大のためのフィン（１４）とからなり、
   前記配管はそれぞれのフィンに形成された開孔（１８）
   内に配設され、前記フィン（１４）は配管を膨張させて
   その外周をフィンに係合させることによってそれぞれの
   配管の外周に堅固に取付けられた環状配管式熱交換器に
   おいて、前記それぞれの環状配管に接触するフィン（１
   ４）の領域は、略平板をなしかつ環状配管（１６）の長
   手方向軸線と直交する平面上に配設されかつ単一の平板
   厚によって構成され、すなわち環状配管（１６）に対す
   る接触面近傍のフィン板にはカラー状の曲り部や他の形
   状の曲り部がないことを特徴とする環状配管式熱交換器
   。 ２、フィンに形成されかつ環状配管（１６）と係合して
   固定する開孔（１８）は、環状配管（１６）に対する開
   孔の接触表面が配管の長手方向軸線と、少なくとも開孔
   の軸方向の略全長に沿って平行となるような精巧な穴あ
   け手段あるいはその他同様の手段で形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の環状配管式
   熱交換器。 ３、環状配管（１６）は鋼製でありかつその壁厚は０．
   ５〜３ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
   載の環状配管式熱交換器。 ４、フィン（１４）は鋼製でありかつその壁厚は０．４
   〜４ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の環状配管式熱交換器。 ５、配管（１６）の外周面を拡げるように水力学的に配
   管を膨張させることによって、フィン（１４）が環状配
   管（４６）に堅固に取り付けることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の環状配管
   式熱交換器。 ６、最も外側のフィン（１４）の外方にある環状配管（
   １６）に堅固に取り付けられた端板（１２）を支持する
   とともに、同時にフィン（１４）も前記フィンが取付け
   られるのと同様の手段で配管に取り付けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれ
   かに記載の環状配管式熱交換器。 ７、端板（１２）には外方へ向うフランジ （２４）が備えられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第６項に記載の環状配管式熱交換器。 ８、環状配管（１６）、フィン（１４）および端板（１
   ２）のいずれも、可視性の防護表面層（２６）例えばエ
   ナメルによって被覆されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の環状配管
   式熱交換器。