特許 7330583 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-14

(45)【発行日】2023-08-22

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/02 20060101AFI20230815BHJP

   F28D 1/06 20060101ALI20230815BHJP

   F28F 9/22 20060101ALI20230815BHJP

   F28D 7/16 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

F28D7/02

F28D1/06 A

F28F9/22

F28D7/16 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023050017

(22)【出願日】2023-03-27

【審査請求日】2023-05-12

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】595088078

【氏名又は名称】ファインマシーンカタオカ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100083068

【弁理士】

【氏名又は名称】竹中 一宣

(74)【代理人】

【識別番号】100165489

【弁理士】

【氏名又は名称】榊原 靖

(72)【発明者】

【氏名】片岡 啓二

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２１６６９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１２０５６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１９６８５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１－２５２８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第２８４８８７４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０７３１７５８４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１０７２７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ７／０２

Ｆ２８Ｄ １／０６

Ｆ２８Ｆ ９／２２

Ｆ２８Ｄ ７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下方に開放する第１の開口が形成されたカバー、及び、前記第１の開口を閉塞する底板を有し、前記底板に第１の流体を供給する流体供給口が形成された筐体と、
前記底板に取り付けられ、下端部が前記筐体の外部と連通し、上方に開放する第２の開口が形成された前記第１の流体が流れる筒体と、
前記筒体の側面に固定され、螺旋間の隙間が上下方向に等間隔な螺旋状に形成され、前記カバー内に収納され、螺旋間の隙間に前記第１の流体が流れ、前記第１の流体を旋回させる旋回盤と、
前記底板に取り付けられ、両端部が前記筐体の外部と連通し、前記底板から前記旋回盤の螺旋間の隙間を通って上がり、折り返して前記旋回盤の螺旋間の隙間を通って下り前記底板へ戻る構成を有し、前記第１の流体との間で熱交換を行う第２の流体が流れる第１パイプと、
を備える、熱交換器。

【請求項2】

前記第１パイプは、
前記底板から上方へと向かう螺旋状に形成された第１立ち上がり管部と、
前記第１立ち上がり管部と連続し前記筒体から離れる方向へと折り返す第１折返部と、
前記第１折返部と連続し下方へと向かい前記底板に戻る螺旋状に形成された第１立ち下がり管部と、
を有する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記底板は、さらに、流体排出口と、第１流体出入口と、第２流体出入口と、が形成され、
前記筒体は、前記底板の中央に形成された前記流体排出口と連通し、
前記第１立ち上がり管部は、前記第１流体出入口と連通し、
前記第１立ち下がり管部と、前記第２流体出入口と連通する、請求項２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記旋回盤が、前記第１立ち上がり管部及び前記第１立ち下がり管部の螺旋間の隙間に配置され、
前記筒体は、捻るように回転させ、前記第１立ち上がり管部及び前記第１立ち下がり管部の螺旋間の隙間から前記旋回盤を外すことで、取り外し可能である、請求項２に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記流体排出口と前記流体供給口の間で、前記筒体、及び、前記旋回盤の螺旋間の隙間を通って第１の流体が流れ、
前記第１流体出入口と前記第２流体出入口の間で、前記第１パイプの内部を通って第２の流体が流れる、請求項３に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記第１立ち下がり管部の螺旋間の隙間が、前記第１立ち上がり管部の螺旋間の隙間と等間隔である、請求項２に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記底板に取り付けられ、前記旋回盤の螺旋間の隙間を通り、前記第１の流体との間で熱交換を行う第２の流体が流れる第２パイプと、
前記第２パイプを構成する、前記底板から上方へと向かう螺旋状に形成された第２立ち上がり管部と、
前記第２パイプを構成する、前記第２立ち上がり管部と連続し前記筒体から離れる方向へと折り返す第２折返部と、
前記第２パイプを構成する、前記第２折返部と連続し下方へと向かい前記底板に戻る螺旋状に形成された第２立ち下がり管部と、
を備える、請求項３に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記底板は、さらに、第３流体出入口と、第４流体出入口と、が形成され、
前記第２立ち上がり管部は、前記第３流体出入口と連通し、
前記第２立ち下がり管部と、前記第４流体出入口と連通し
前記第１流体出入口と前記第２流体出入口の間、及び、前記第３流体出入口と前記第４流体出入口の間で、それぞれ前記第１パイプ及び前記第２パイプの内部を通って第２の流体が流れる、請求項７に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記第２立ち下がり管部及び前記第２立ち上がり管部の螺旋間の隙間が、前記第１立ち下がり管部及び前記第１立ち上がり管部の螺旋間の隙間と等間隔である、請求項７に記載の熱交換器。

【請求項10】

前記旋回盤が、前記第１立ち上がり管部、前記第１立ち下がり管部、前記第２立ち上がり管部、及び、前記第２立ち下がり管部の螺旋間の隙間に配置され、
前記筒体は、捻るように回転させ、前記第１立ち上がり管部、前記第１立ち下がり管部、前記第２立ち上がり管部、及び、前記第２立ち下がり管部の螺旋間の隙間から前記旋回盤を外すことで、取り外し可能である、請求項７に記載の熱交換器。

【請求項11】

前記第２パイプの長さが、前記第１パイプの長さと同じである、請求項７に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、円筒状に形成されたカバーと、螺旋状に形成された部位と折り返して戻る直線状に形成された部位とを有し、冷媒が流れるパイプと、側面に螺旋状に形成され、螺旋間の隙間に流体が流れ、流体を螺旋状に旋回させる旋回盤を有し、旋回盤の螺旋間の隙間にパイプが通される筒体と、を備える水冷式冷媒凝縮器が開示されている。特許文献１の水冷式冷媒凝縮器は、パイプを捻りながら抜き差しすることで、分解及び組み立てをすることができる。そのため、特許文献１の水冷式冷媒凝縮器は、内部の清掃を容易にすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６３－２１７１９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された水冷式冷媒凝縮器においては、パイプの直線状に形成された部位を通すために、カバーと旋回盤の側端との間に隙間を設けている。この隙間から上下方向に流体が流れ、熱交換効率が低下するという問題があった。

【0005】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、熱変換効率の低下を抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の実施の形態に係る熱交換器の基本的構成では、
下方に開放する第１の開口が形成されたカバー、及び、前記第１の開口を閉塞する底板を有し、前記底板に第１の流体を供給する流体供給口が形成された筐体と、
前記底板に取り付けられ、下端部が前記筐体の外部と連通し、上方に開放する第２の開口が形成された前記第１の流体が流れる筒体と、
前記筒体の側面に固定され、螺旋間の隙間が上下方向に等間隔な螺旋状に形成され、前記カバー内に収納され、螺旋間の隙間に前記第１の流体が流れ、前記第１の流体を旋回させる旋回盤と、
前記底板に両端が取り付けられ、前記筐体の外部と連通し、前記底板から前記旋回盤の螺旋間の隙間を通って上がり、折り返して前記旋回盤の螺旋間の隙間を通って下り前記底板へ戻る構成を有し、前記第１の流体との間で熱交換を行う第２の流体が流れる第１パイプと、
を備える。

【0007】

前記第１パイプは、
前記底板から上方へと向かう螺旋状に形成された第１立ち上がり管部と、
前記第１立ち上がり管部と連続し前記筒体から離れる方向へと折り返す第１折返部と、
前記第１折返部と連続し下方へと向かい前記底板に戻る螺旋状に形成された第１立ち下がり管部と、
を有してもよい。

【0008】

前記底板は、さらに、流体排出口と、第１流体出入口と、第２流体出入口と、が形成され、
前記筒体は、前記底板の中央に形成された前記流体排出口と連通し、
前記第１立ち上がり管部は、前記第１流体出入口と連通し、
前記第１立ち下がり管部と、前記第２流体出入口と連通してもよい。

【0009】

前記旋回盤が、前記第１立ち上がり管部及び前記第１立ち下がり管部の螺旋間の隙間に配置され、
前記筒体は、捻るように回転させ、前記第１立ち上がり管部及び前記第１立ち下がり管部の螺旋間の隙間から前記旋回盤を外すことで、取り外し可能であってもよい。

【0010】

前記流体排出口と前記流体供給口の間で、前記筒体、及び、前記旋回盤の螺旋間の隙間を通って第１の流体が流れ、
前記第１流体出入口と前記第２流体出入口の間で、前記第１パイプの内部を通って第２の流体が流れてもよい。

【0011】

前記第１立ち下がり管部の螺旋間の隙間が、前記第１立ち上がり管部の螺旋間の隙間と等間隔であってもよい。

【0012】

前記底板に取り付けられ、前記旋回盤の螺旋間の隙間を通り、前記第１の流体との間で熱交換を行う第２の流体が流れる第２パイプと、
前記第２パイプを構成する、前記底板から上方へと向かう螺旋状に形成された第２立ち上がり管部と、
前記第２パイプを構成する、前記第２立ち上がり管部と連続し前記筒体から離れる方向へと折り返す第２折返部と、
前記第２パイプを構成する、前記第２折返部と連続し下方へと向かい前記底板に戻る螺旋状に形成された第２立ち下がり管部と、
を備えてもよい。

【0013】

前記底板は、さらに、第３流体出入口と、第４流体出入口と、が形成され、
前記第２立ち上がり管部は、前記第３流体出入口と連通し、
前記第２立ち下がり管部と、前記第４流体出入口と連通し
前記第１流体出入口と前記第２流体出入口の間、及び、前記第３流体出入口と前記第４流体出入口の間で、それぞれ前記第１パイプ及び前記第２パイプの内部を通って第２の流体が流れてもよい。

【0014】

前記第２立ち下がり管部及び前記第２立ち上がり管部の螺旋間の隙間が、前記第１立ち下がり管部及び前記第１立ち上がり管部の螺旋間の隙間と等間隔であってもよい。

【0015】

前記旋回盤が、前記第１立ち上がり管部、前記第１立ち下がり管部、前記第２立ち上がり管部、及び、前記第２立ち下がり管部の螺旋間の隙間に配置され、
前記筒体は、捻るように回転させ、前記第１立ち上がり管部、前記第１立ち下がり管部、前記第２立ち上がり管部、及び、前記第２立ち下がり管部の螺旋間の隙間から前記旋回盤を外すことで、取り外し可能であってもよい。

【0016】

前記第２パイプの長さが、前記第１パイプの長さと同じでもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る熱交換器においては、第１パイプが旋回盤の螺旋間の隙間を通り、カバーと旋回盤の側端との間に第１パイプを通さない。このため、カバーと旋回盤の側端との間に、熱変換効率の低下の原因となる第１パイプを通す隙間を設ける必要がない。そのため、本発明においては、熱変換効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施の形態に係る熱交換器の正面図である。

【図2】実施の形態に係る熱交換器の右側面図である。

【図3】実施の形態に係る熱交換器の平面図である。

【図4】実施の形態に係る熱交換器の底面図である。

【図5】実施の形態に係る熱交換器の概略図である。

【図6】実施の形態に係るパイプ及び筒体を示す正面から見た図である。

【図7】実施の形態に係るパイプ及び筒体を示す右側面から見た図である。

【図8】実施の形態に係る熱交換器のカバー及び旋回盤を省略した平面図である。

【図9】（ａ）は、実施の形態に係る第１パイプの平面図である。（ｂ）は、実施の形態に係る第１パイプの正面図である。

【図10】（ａ）は、実施の形態に係る第２パイプの平面図である。（ｂ）は、実施の形態に係る第２パイプの正面図である。

【図11】（ａ）は、実施の形態に係る第１パイプ及び第２パイプの平面図である。（ｂ）は、実施の形態に係る第１パイプ、第２パイプ、及び、筒体の正面図である。

【図12】（ａ）は、実施の形態に係る筒体の平面図である。（ｂ）は、実施の形態に係る筒体の正面図である。（ｃ）は、実施の形態に係る筒体の底面図である。

【図13】（ａ）は、実施の形態に係る第１の流路Ｗ１の断面図である。（ｂ）は、実施の形態に係る第１の流路Ｗ１とセットカラーの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

実施の形態．
以下、本発明の実施の形態に係る熱交換器１を図に基づいて説明する。なお、理解を容易にするために、ＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。

【0020】

図１から図４に示す熱交換器１は、２つの流体の間で熱交換を行うための装置である。熱交換器１は、図５に示すタンク１００に貯蔵された第１の流体Ａと、冷熱源装置２００の第２の流体Ｂとの間で熱交換を行うための装置である。冷熱源装置２００は、例えば、ボイラーである。しかしながら、これに限られない。冷熱源装置２００は、第２の流体Ｂを冷却または加熱する装置である。冷熱源装置２００は、例えば、凝縮器、蒸発器、冷却塔、加熱塔を備えた冷蔵・冷凍機、エアコンであってもよい。

【0021】

タンク１００に貯蔵された第１の流体Ａは洗浄液である。しかしながら、これに限られない。第１の流体Ａは、冷却または加熱される伝熱媒体である。第１の流体Ａは、例えば、オイル、冷却水であってもよい。

【0022】

冷熱源装置２００の第２の流体Ｂは冷媒である。しかしながら、これに限られない。第２の流体Ｂは、第１の流体Ａを冷却または加熱する伝熱媒体である。第２の流体Ｂは、例えば、オイルであってもよい。

【0023】

熱交換器１は、図６及び図７に示すように、底板１０と、カバー２０と、第１パイプ４０と、第２パイプ５０と、筒体３０と、セットカラー６０と、支持脚７０と、を備える。熱交換器１は、底板１０と、カバー２０と、筒体３０と、の間を流れる第１の流体Ａと、第１パイプ４０及び第２パイプ５０の内部を流れる第２の流体Ｂとの間で熱交換を行う。

【0024】

底板１０は、図８に示す板材である。底板１０は、ステンレスからなる。しかしながら、これに限られない。底板１０は、耐環境性と耐久性に優れた素材からなればよい。底板１０の下面には、断熱材が貼り付けられている。底板１０の上面には、環状に形成された凸部１０ａが形成されている。底板１０には、流体排出口１１と、流体供給口１２と、第１流体出入口１３と、第２流体出入口１４と、第３流体出入口１５と、第４流体出入口１６と、ドレン１７と、が形成されている。

【0025】

流体排出口１１は、第１の流体Ａが出入りするための開口である。流体排出口１１は、底板１０の中央部に形成されている。

【0026】

流体供給口１２は、第１の流体Ａが出入りするための開口である。流体供給口１２は、流体排出口１１の縁部と、凸部１０ａの内縁部との間に形成されている。流体供給口１２には、エルボ１２ａが設けられている、

【0027】

エルボ１２ａは、流体供給口１２から上方（＋Ｚ軸方向）へと伸び、９０度曲がって側方に開口を向けるように形成されている。エルボ１２ａの開口は、上方から見て、流体排出口１１の中心軸を中心とし、流体供給口１２の中心軸を通る円を仮定して、円の接線方向に開口している。

【0028】

第１流体出入口１３は、第２の流体Ｂが出入りするための開口である。第１流体出入口１３は、流体排出口１１の縁部と、凸部１０ａの内縁部との間に形成されている。

【0029】

第２流体出入口１４は、第２の流体Ｂが出入りするための開口である。第２流体出入口１４は、流体排出口１１の縁部と、凸部１０ａの内縁部との間に形成されている。第２流体出入口１４は、図４に示すように、流体排出口１１の中心から第２流体出入口１４の中心までの距離ｄ１が、流体排出口１１の中心から第１流体出入口１３の中心までの距離Ｄ１よりも長いｄ１＞Ｄ１となる位置に形成されている。しかしながら、これに限られない。第２流体出入口１４は、距離Ｄ１が距離ｄ１以上となる位置に形成されてもよい。

【0030】

第３流体出入口１５は、第２の流体Ｂが出入りするための開口である。第３流体出入口１５は、図８に示すように、流体排出口１１の縁部と、凸部１０ａの内縁部との間に形成されている。第３流体出入口１５は、流体排出口１１の中心から第３流体出入口１５の中心までの距離Ｄ２が、ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ１となる位置に形成されている。しかしながら、これに限られない。第３流体出入口１５は、距離Ｄ２が距離Ｄ１以下、又は距離Ｄ２が距離ｄ１以上となる位置に形成されてもよい。

【0031】

第４流体出入口１６は、第２の流体Ｂが出入りするための開口である。第４流体出入口１６は、図４に示すように、流体排出口１１の縁部と、凸部１０ａの内縁部との間に形成されている。第４流体出入口１６は、図４に示すように、流体排出口１１の中心から第４流体出入口１６の中心までの距離ｄ２が、Ｄ１＋ｄ１＝Ｄ２＋ｄ２となる位置に形成されている。しかしながら、これに限られない。第４流体出入口１６は、Ｄ２＋ｄ２の長さとＤ１＋ｄ１の長さが異なる位置に形成されてもよい。

【0032】

ドレン１７は、メンテナンスを行う時に、熱交換器１内の第１の流体を排出するための開口である。ドレン１７には、エルボ１７ａ及びバルブ１７ｂが設けられている。

【0033】

カバー２０は、図６に示すように、下方（－Ｚ軸方向）に開放する第１の開口２０ａが形成された箱体である。カバー２０の第１の開口２０ａは、底板１０により閉塞される。カバー２０は、第１の開口２０ａを底板１０で閉塞されることにより筐体を構成する。カバー２０は、断熱性、耐環境性、及び、耐久性に優れた素材又は構造からなる。カバー２０は、胴体部２１と、天面２２と、を有する。

【0034】

胴体部２１は、Ｚ軸方向を軸芯方向とした円筒状に形成された筒体である。胴体部２１は、下端が第１の開口２０ａの縁部となるように形成されている。

【0035】

天面２２は、丸みを帯びたドーム形状に形成された部材である。天面２２は、胴体部２１の上端と連続し、胴体部２１の上方を覆うように形成されている。

【0036】

筒体３０は、図１２に示すように、Ｚ軸方向を軸芯方向とした円筒状に形成されている。筒体３０には、上方（＋Ｚ軸方向）に開放する第２の開口３０ａが形成されている。筒体３０は、ステンレスからなる。しかしながら、これに限られない。筒体３０は、耐環境性と耐久性に優れた素材からなればよい。筒体３０は、図６に示すように、底板１０に取り付けられる。筒体３０は、底板１０によりカバー２０の第１の開口２０ａが閉塞されることで、底板１０及びカバー２０からなる筐体の内部に収納される。筒体３０の第１の開口２０ａの外縁部は、底板１０の凸部１０ａと接する。筒体３０の下端は、流体排出口１１と連通している。筒体３０の内部では、第２の開口３０ａから流体排出口１１へと第１の流体Ａが流れる。筒体３０の内部を流れる第１の流体Ａは、流体排出口１１から排出される。筒体３０の側壁には、螺旋状に形成された旋回盤３１が固定されている。

【0037】

旋回盤３１は、筒体３０の側壁に固定された板材である。旋回盤３１は、Ｚ軸方向を軸芯方向とした螺旋状に形成されている。旋回盤３１は、螺旋間の隙間が上下方向に等間隔な螺旋状に形成されている。旋回盤３１は、カバー２０に揺動可能に嵌め込まれる大きさになるように形成されている。旋回盤３１は、下端から上端へと向かう螺旋の回転方向がエルボ１２ａの開口の向きに沿うよう、形成されている。旋回盤３１の螺旋間の隙間には、第２の開口３０ａを通る第１の流体Ａが流れる。旋回盤３１は、底板１０、カバー２０、及び、筒体３０とともに、螺旋状の空間を規定する。そして、この螺旋状の空間により、第１の流体Ａが流れる第１の流路Ｗ１が形成される。旋回盤３１は、側端３１ａを有する。

【0038】

側端３１ａは、図１１から図１３に示すように、旋回盤３１の筒体３０から最も離れた端部である。側端３１ａは、カバー２０と揺動可能に嵌め込まれる。旋回盤３１の側端３１ａと、カバー２０の内壁２０ｂと、の間の隙間ｔの幅は、第１の流路Ｗ１の幅よりも極めて小さく、隙間ｔを流れる第１の流体Ａは少ない。

【0039】

第１パイプ４０は、図９に示すように、Ｚ軸方向を軸芯方向とした螺旋状に形成された蛇管である。第１パイプ４０の内部は、第２の流体Ｂの一部が流れる第２の流路Ｗ２を形成する。第１パイプ４０は、ステンレスからなる。しかしながら、これに限られない。第１パイプ４０は、耐環境性と耐久性に優れた素材からなればよい。第１パイプ４０は、図６に示すように、底板１０の上面に取り付けられる。第１パイプ４０の一端は第１流体出入口１３と連通し、他端は第２流体出入口１４と連通する。そして、第１パイプ４０は、旋回盤３１の螺旋間の隙間を通るように形成されている。第１パイプ４０の外径Ｔの長さは、図１３に示すように、旋回盤３１の側端３１ａと、カバー２０の内壁２０ｂと、の隙間ｔの幅の長さよりも長い。しかしながら、これに限られない。第１パイプ４０の外径Ｔの長さは、隙間ｔの幅の長さ以下であってもよい。第１パイプ４０は、図６に示すように、底板１０によりカバー２０の第１の開口２０ａが閉塞されることで、底板１０及びカバー２０からなる筐体の内部に収納される。第１パイプ４０は、第１立ち上がり管部４１と、第１折返部４２と、第１立ち下がり管部４３と、を有する。

【0040】

第１立ち上がり管部４１は、Ｚ軸方向を軸芯方向とした螺旋状に形成された管体である。第１立ち上がり管部４１の下端部４１ａは、直線状に形成されている。第１立ち上がり管部４１の下端部４１ａは、第１流体出入口１３と連通している。第１立ち上がり管部４１は、底板１０から上方（＋Ｚ軸方向）へと向かう。図９に示す第１立ち上がり管部４１の螺旋の上方（＋Ｚ軸方向）から見た半径Ｒ１は、図４に示す距離Ｄ１の長さと等しい。しかしながら、これに限られない。半径Ｒ１は、距離Ｄ１の長さと異なっていてもよい。

【0041】

第１折返部４２は、図９に示すように、一端が第１立ち上がり管部４１の上端と連続し、筒体３０から離れる方向へと折り返されている。

【0042】

第１立ち下がり管部４３は、Ｚ軸方向を軸芯方向とした螺旋状に形成されている。第１立ち下がり管部４３の上端は、第１折返部４２の他端と連続している。第１立ち下がり管部４３は、第１折返部４２の他端から下方（－Ｚ軸方向）へと向かう。第１立ち下がり管部４３の下端部４３ａは、直線状に形成されている。第１立ち下がり管部４３の下端部４３ａは、第２流体出入口１４と連通している。第１立ち下がり管部４３の螺旋の上方（＋Ｚ軸方向）から見た半径ｒ１は、距離ｄ１の長さと等しい。しかしながら、これに限られない。半径ｒ１は、半径ｒ１は、距離ｄ１の長さと異なっていてもよい。半径ｒ１は、例えば、Ｒ１＜ｒ１の範囲となる長さであってもよい。

【0043】

第２パイプ５０は、図１０に示すように、Ｚ軸方向を軸芯方向とした螺旋状に形成されている。第２パイプ５０の内部は、第２の流体Ｂの一部が流れる第３の流路Ｗ３を形成する。第２パイプ５０は、ステンレスからなる。しかしながら、これに限られない。第２パイプ５０は、耐環境性と耐久性に優れた素材からなればよい。第２パイプ５０は、図６に示すように、底板１０の上面に取り付けられる。第２パイプ５０の一端は第３流体出入口１５と連通し、他端は第４流体出入口１６と連通する。そして、第２パイプ５０は、旋回盤３１の螺旋間の隙間を通るように形成されている。第２パイプ５０は、底板１０によりカバー２０の第１の開口２０ａが閉塞されることで、底板１０及びカバー２０からなる筐体の内部に収納される。第２パイプ５０は、第２立ち上がり管部５１と、第２折返部５２と、第２立ち下がり管部５３と、を有する。

【0044】

第２立ち上がり管部５１は、図１０に示すように、Ｚ軸方向を軸芯方向とした螺旋状に形成されている。第２立ち上がり管部５１の下端部５１ａは、直線状に形成されている。第２立ち上がり管部５１の下端部５１ａは、第３流体出入口１５と連通している。第２立ち上がり管部５１は、底板１０から上方（＋Ｚ軸方向）へと向かう。図１０に示す第２立ち上がり管部５１の螺旋の上方（＋Ｚ軸方向）から見た半径Ｒ２は、図４に示す距離Ｄ２の長さと等しい。しかしながら、これに限られない。半径Ｒ２は、距離Ｄ１の長さと異なっていてもよい。半径Ｒ２は、例えば、Ｒ１＜Ｒ２＜ｒ１の範囲となる長さであってもよい。

【0045】

第２折返部５２は、一端が第２立ち上がり管部５１の上端と連続し、筒体３０から離れる方向へと折り返されている。第２折返部５２は、第１折返部４２と上下方向（Ｚ軸方向）において、ほぼ同じ高さに位置する。

【0046】

第２立ち下がり管部５３は、Ｚ軸方向を軸芯方向とした螺旋状に形成されている。第２立ち下がり管部５３の上端は、第２折返部５２の他端と連続している。第２立ち下がり管部５３は、第２折返部５２の他端から下方（－Ｚ軸方向）へと向かう。第２立ち下がり管部５３の下端部５３ａは、直線状に形成されている。第２立ち下がり管部５３の下端部５３ａは、第４流体出入口１６と連通している。第２立ち下がり管部５３の螺旋の上方（＋Ｚ軸方向）から見た半径ｒ２は、距離ｄ２の長さと等しい。しかしながら、これに限られない。半径ｒ２は、距離ｄ１の長さと異なっていてもよい。

【0047】

第１パイプ４０の半径Ｒ１及び半径ｒ１と、第２パイプ５０の半径Ｒ２及び半径ｒ２は、Ｒ１＋ｒ１＝Ｒ２＋ｒ２となる。そして、第１パイプ４０の長さと第２パイプ５０の長さは、ほぼ等しい。しかしながら、これに限られない。Ｒ１＋ｒ１の長さとＲ２＋ｒ２の長さが異なり、第１パイプ４０の長さと第２パイプ５０の長さが、異なっていてもよい。

【0048】

セットカラー６０は、環状の樹脂部品である。セットカラー６０の中央の開口には、旋回盤３１の螺旋間の隙間に設けられた第１パイプ４０が差し込まれる。セットカラー６０の外径の長さは、旋回盤３１の螺旋間の隙間の幅の長さよりも短い。セットカラー６０は、旋回盤３１と、第１パイプ４０及び第２パイプ５０と、の振動による接触を防ぐ。セットカラー６０は、半周に１つ設けられる。しかしながら、これに限られない。セットカラー６０は、一定間隔で設けられていればよい。セットカラー６０は、例えば、１周に１つ設けられてもよい。

【0049】

支持脚７０は、図６に示すように、底板１０の下面を支持する部材である。支持脚７０は、Ｚ軸方向を軸芯方向とした柱状に形成されている。そして、支持脚７０は、底板１０の下に、配管を配置するための空間を確保する。さらに、支持脚７０は、底板１０をタンク１００よりも高い位置で支持する。

【0050】

次に、熱交換器１の組立方法について説明する。

【0051】

最初に、図６に示す底板１０に、底板１０の上面側から第１パイプ４０及び第２パイプ５０を取り付ける。具体的には、図９に示す第１立ち上がり管部４１の下端部４１ａは、図８に示す底板１０の第１流体出入口１３に連通され、図９に示す第１立ち下がり管部４３の下端部は、図８に示す第２流体出入口１４に連通される。そして、図１０に示す第２立ち上がり管部５１の下端部４１ａは、図８に示す第３流体出入口１５に連通され、図１０に示す第２立ち下がり管部５３の下端部５３ａは、図８に示す第４流体出入口１６に連通される。図６に示す第１パイプ４０及び第２パイプ５０は、留め具、例えば、ボルトにより、底板１０に取り付けられる。

【0052】

さらに、底板１０に、底板１０の上面側から筒体３０を取付金具により取り付ける。具体的には、筒体３０は、図６に示すように、第１パイプ４０及び第２パイプ５０を旋回盤３１の螺旋間の隙間にねじ込むようにして回転させながら組込まれる。そして、筒体３０は、第２の開口３０ａが上方に開放されるように、下端部を図８に示す底板１０の流体排出口１１に連通される。図６に示す筒体３０は、取付金具により、底板１０に取り付けられる。

【0053】

次に、カバー２０を筒体３０、第１パイプ４０、及び、第２パイプ５０を覆うように被せる。そして、カバー２０の胴体部２１の下端部が底板１０の凸部１０ａと接するように位置合わせし、留め具によりカバー２０を底板１０に固定する。その結果、カバー２０の第１の開口２０ａが、底板１０により閉塞される。そして、第１パイプ４０及び第２パイプ５０は、底板１０及びカバー２０により規定される空間Ｓの内部に収納される。

【0054】

最後に、流体排出口１１及び流体供給口１２と、図５に示すタンク１００と、の間に配管を設けて連通し、ポンプを用いてタンク１００内に貯蔵された第１の流体Ａを循環可能な状態にする。そして、第１流体出入口１３、第２流体出入口１４、第３流体出入口１５、及び、第４流体出入口１６と、冷熱源装置２００と、の間に配管を設けて連通し、冷熱源装置２００の第２の流体Ｂを循環可能な状態にする。第１流体出入口１３及び第３流体出入口１５と、冷熱源装置２００と、を連通させる配管は、二又分岐管である。しかしながら、これに限られない。第１流体出入口１３及び第３流体出入口１５と、冷熱源装置２００と、を連通させる配管は別個に設けられてもよい。第２流体出入口１４及び第４流体出入口１６と、冷熱源装置２００と、を連通させる配管は、二又分岐管である。しかしながら、これに限られない。第２流体出入口１４及び第４流体出入口１６と、冷熱源装置２００と、を連通させる配管は別個に設けられてもよい。

【0055】

次に、熱交換器１の使用方法について説明する。

【0056】

図５から図８に示す熱交換器１では、最初に、流体供給口１２から、底板１０及びカバー２０からなる筐体の空間Ｓの内部へと、タンク１００内に貯蔵された第１の流体Ａをポンプにより送り込む。流体供給口１２に送り込まれた第１の流体Ａは、底板１０と、カバー２０と、筒体３０と、旋回盤３１と、により形成された第１の流路Ｗ１を流れる。具体的には、第１の流体Ａは、流体供給口１２のエルボ１２ａから、旋回盤３１の下端から上端へと向かう螺旋の回転方向へと吐出される。吐出された第１の流体Ａは、旋回盤３１の上面に沿って、螺旋状に旋回しながら上昇し、筒体３０の第２の開口３０ａから筒体３０の内部に流れ込む。筒体３０の内部に流れ込んだ第１の流体Ａは、筒体３０の内部を下降し、流体排出口１１から空間Ｓの外部へと排出される。第１の流体Ａは、旋回盤３１の側端３１ａと、カバー２０と、が揺動可能に嵌め込まれ、旋回盤３１の側端３１ａと内壁２０ｂの間の隙間が小さいため、第１の流路Ｗ１から外れ、直接上方（＋Ｚ軸方向）に流れにくい。

【0057】

第１の流路Ｗ１を流れた第１の流体Ａは、図８に示す流体排出口１１から熱交換器１の外部に排出され、図５に示す熱交換器１とタンク１００とを連通させる配管により、タンク１００の内部に戻される。

【0058】

次に、図８に示す第１流体出入口１３から、第１パイプ４０の内部に、図５に示す冷熱源装置２００の第２の流体Ｂの一部を送り込むとともに、図８に示す第３流体出入口１５から、第２パイプ５０の内部に、図５に示す冷熱源装置２００の第２の流体Ｂの一部を送り込む。

【0059】

第１流体出入口１３から第１パイプ４０の内部に送り込まれた第２の流体Ｂは、図６に示すように、第１パイプ４０により形成された第２の流路Ｗ２を流れる。具体的には、第２の流体Ｂは、第１流体出入口１３から第１立ち上がり管部４１の内部を通って螺旋状に上昇し、第１折返部４２の内部を通って筒体３０から離れる方向へと折り返し、第１立ち下がり管部４３の内部を通って螺旋状に下降する。

【0060】

第２の流路Ｗ２を流れる第２の流体Ｂは、第２の流路Ｗ２を形成する第１パイプ４０が第１の流路Ｗ１の内部に位置するため、第１の流路Ｗ１を流れる第１の流体Ａとの間で熱交換が行われる。

【0061】

第１立ち上がり管部４１の内部を上昇する第２の流体Ｂの流れは、旋回盤３１の上面に沿って上昇する第１の流体Ａの流れに対して並行流となる。

【0062】

第１立ち下がり管部４３の内部を下降する第２の流体Ｂの流れは、旋回盤３１の上面に沿って上昇する第１の流体Ａの流れに対して対向流となる。そして、第１立ち下がり管部４３の内部の内部を流れる第２の流体Ｂは、高い位置ほど温度が高く、第１の流路Ｗ１を流れる第１の流体Ａは、高い位置ほど温度が低い。その結果、熱が筐体内の全体に伝わり、熱交換効率が向上する。一般に、熱交換器について、対向流の熱交換効率が、並行流の熱交換効率よりも高いことが知られている。

【0063】

第２の流体Ｂと、第１の流体Ａは、第１立ち上がり管部４１と、第１立ち下がり管部４３の両方において熱交換を行うため、熱交換器１全体としての熱交換効率は向上する。

【0064】

第２の流路Ｗ２を流れた第２の流体Ｂは、第２流体出入口１４から熱交換器１の外部に排出され、冷熱源装置２００と第２流体出入口１４とを連通させる配管により、冷熱源装置２００に戻される。

【0065】

第３流体出入口１５から第２パイプ５０の内部に送り込まれた第２の流体Ｂは、第２パイプ５０により形成された第３の流路Ｗ３を流れる。具体的には、第２の流体Ｂは、第３流体出入口１５から第２立ち上がり管部５１の内部を通って螺旋状に上昇し、第２折返部５２の内部を通って筒体３０から離れる方向へと折り返し、第２立ち下がり管部５３の内部を通って螺旋状に下降する。

【0066】

第３の流路Ｗ３を流れる第２の流体Ｂは、第３の流路Ｗ３を形成する第２パイプ５０が第１の流路Ｗ１の内部に位置するため、第１の流路Ｗ１を流れる第１の流体Ａとの間で熱交換が行われる。

【0067】

第２立ち上がり管部５１の内部を上昇する第２の流体Ｂの流れは、旋回盤３１の上面に沿って上昇する第１の流体Ａの流れに対して並行流となる。

【0068】

第２立ち下がり管部５３の内部を上昇する第２の流体Ｂの流れは、旋回盤３１の上面に沿って上昇する第１の流体Ａの流れに対して対向流となる。そして、第２の流体Ｂと、第１の流体Ａは、第２立ち上がり管部５１と、第２立ち下がり管部５３の両方において熱交換を行うため、熱交換器１全体としての熱交換効率は向上する。

【0069】

第３の流路Ｗ３を流れた第２の流体Ｂは、図８に示す第４流体出入口１６から熱交換器１の外部に排出され、図５に示す熱交換器１と冷熱源装置２００とを連通させる配管により、冷熱源装置２００に戻される。

【0070】

一般に、パイプを流れる流体の圧力損失は、パイプのサイズと、パイプを流れる流体の流速により決まるため、パイプのサイズ、及び、パイプを流れる流体の流量には制限がある。しかしながら、図６に示すように、第１パイプ４０と第２パイプ５０の２つのパイプを設けることで、圧力損失を抑制しつつ、第２の流体Ｂの流量を増やし、熱交換効率を向上させることができる。

【0071】

熱交換器１をメンテナンスする場合、熱交換器１と、図５に示すタンク１００と、を連通させる配管に設けられたポンプを停止させる。そして、ドレン１７のバルブ１７ｂを開く。熱交換器１の底板１０は、タンク１００内に貯蔵された第１の流体Ａよりも高い位置で支持されているため、熱交換器１の空間Ｓ内部の第１の流体Ａは、ドレン１７から排出されタンク１００へと流れる。

【0072】

その後、カバー２０を取り外し、第１パイプ４０と、第２パイプ５０と、筒体３０と、が露出した状態にする。そして、筒体３０を捻るように回転させ、第１立ち上がり管部４１、第１立ち下がり管部４３、第２立ち上がり管部５１、及び、第２立ち下がり管部５３の螺旋間の隙間から旋回盤３１を外すことで、取り外す。その結果、第１パイプ４０、第２パイプ５０、筒体３０を清掃可能な状態に分解することができる。

【0073】

以上、説明したように、本実施の形態に係る熱交換器１においては、メンテナンスするために、第１パイプ４０及び第２パイプ５０を外さずに分解することができる。さらに、第１折返部４２で折り返された第１パイプ４０の第１立ち下がり管部４３が、第１の流路Ｗ１の内部を通るように設けられている。加えて、第２折返部５２で折り返された第２パイプ５０の第２立ち下がり管部５３が、第１の流路Ｗ１の内部を通るように設けられている。上端で折り返された第１パイプ４０、及び、上端で折り返された第２パイプ５０を通す隙間を第１の流路Ｗ１とは別に設ける必要がない。その結果、本実施の形態に係る熱交換器１は、第１の流体Ａのほとんどが第１の流路Ｗ１を流れ、熱変換効率の低下を抑制することができる

【0074】

本実施の形態に係る熱交換器１においては、熱交換器１の底板１０は、タンク１００内に貯蔵された第１の流体Ａよりも高い位置で支持されているため、熱交換器１の空間Ｓ内部の第１の流体Ａは、タンク１００へと流れる。

【0075】

本実施の形態に係る熱交換器１においては、第１パイプ４０の第１立ち上がり管部４１の半径Ｒ１、第１立ち下がり管部４３の半径ｒ１と、第２パイプ５０の第２立ち上がり管部５１の半径Ｒ２、第２立ち上がり管部５１の半径ｒ２は、Ｒ１＜Ｒ２＜ｒ２＜ｒ１である。そして、第２折返部５２は、第１折返部４２と上下方向（Ｚ軸方向）において、ほぼ同じ高さに位置する。さらに、第１パイプ４０又は第２パイプ５０が接続される底板１０の第１流体出入口１３から第４流体出入口１６の中心までの距離Ｄ１、Ｄ２、ｄ１、ｄ２は、Ｄ１＜Ｄ２＜ｄ２＜ｄ１である。したがって、本実施の形態に係る熱交換器１では、第１パイプ４０と第２パイプ５０は、接触しない。

【0076】

本実施の形態に係る熱交換器１においては、第１パイプ４０の長さと第２パイプ５０の長さは、ほぼ等しい。そのため、第２の流路Ｗ２と第３の流路Ｗ３において、第２の流体Ｂと、第１の流体Ａと、の間の熱交換がほぼ均等に行われる。その結果、本実施の形態に係る熱交換器１は、第２の流体Ｂと、第１の流体Ａと、の間で安定した熱交換を行うことができる。

【0077】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態によって限定されるものではない。

【0078】

上記実施の形態では、第１パイプ４０の下端部４１ａ、下端部４３ａ、第２パイプ５０の下端部５１ａ、下端部５３ａが直線状に形成され、流体排出口１１の中心から第１流体出入口１３から第４流体出入口１６の各中心までの距離Ｄ１、Ｄ２、ｄ１、ｄ２は、Ｄ１＜Ｄ２＜ｄ２＜ｄ１である。これに限らず、第１流体出入口１３から第４流体出入口１６に接続される第１パイプ４０と第２パイプ５０とが接触しなければよい。第１パイプ４０及び第２パイプ５０は、例えば、互いに接触しないように屈曲した下端部４１ａ、下端部４３ａ、下端部５１ａ、下端部５３ａを有してもよい。

【0079】

上記実施の形態では、第２の流路Ｗ２において、第２の流体Ｂが第１流体出入口１３から第２流体出入口１４へと流れ、第３の流路Ｗ３において、第２の流体Ｂが第３流体出入口１５から第４流体出入口１６へと流れる。しかしながら、これに限られない。第２の流路Ｗ２において、第２の流体Ｂが第２流体出入口１４から第１流体出入口１３へと流れ、第３の流路Ｗ３において、第２の流体Ｂが第４流体出入口１６から第３流体出入口１５へと流れてもよい。

【0080】

上記実施の形態では、熱交換器１は、第１パイプ４０と第２パイプ５０の２つのパイプを有する。しかしながら、これに限られない。熱交換器１は、例えば、１つのパイプ、又は３つ以上のパイプを有してもよい。

【0081】

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

【符号の説明】

【0082】

１ 熱交換器、１０ 底板、１０ａ 凸部、１１ 流体排出口、１２ 流体供給口１２ａ エルボ、１３ 第１流体出入口、１４ 第２流体出入口、１５ 第３流体出入口、１６ 第４流体出入口、１７ ドレン、１７ａ エルボ、１７ｂ バルブ、２０ カバー、２０ａ 第１の開口、２０ｂ 内壁、２０ｃ 外壁、２１ 胴体部、２２ 天面、３０ 筒体、３０ａ 第２の開口、３１ 旋回盤、４０ 第１パイプ、４１ 第１立ち上がり管部、４１ａ 下端部、４２ 第１折返部、４３ 第１立ち下がり管部、４３ａ 下端部、５０ 第２パイプ、５１ 第２立ち上がり管部、５１ａ 下端部、５２ 第２折返部、５３ 第２立ち下がり管部、５３ａ 下端部、６０ セットカラー、７０ 支持脚、１００ タンク、２００ 冷熱源装置、Ａ 第１の流体、Ｂ 第２の流体、Ｄ１ 距離、Ｄ２ 距離、ｄ１ 距離、ｄ２ 距離、Ｒ１ 半径、Ｒ２ 半径、ｒ１ 半径、ｒ２ 半径、Ｓ 空間

【要約】

【課題】熱変換効率の低下を抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】熱交換器１は、下方に開放する第１の開口２０ａが形成されたカバー２０、及び、第１の開口２０ａを閉塞する底板１０を有し、底板１０に第１の流体を供給する流体供給口１２が形成された筐体と、底板１０に取り付けられ、下端部が筐体の外部と連通し、上方に開放する第２の開口３０ａが形成された第１の流体が流れる筒体３０と、筒体３０の側面に固定され、螺旋間の隙間が上下方向に等間隔な螺旋状に形成され、カバー２０内に収納され、螺旋間の隙間に第１の流体が流れ、第１の流体を旋回させる旋回盤３１と、底板１０に取り付けられ、両端部が筐体の外部と連通し、底板１０から旋回盤３１の螺旋間の隙間を通って上がり、折り返して旋回盤３１の螺旋間の隙間を通って下り底板１０へ戻る構成を有し、第１の流体との間で熱交換を行う第２の流体が流れる第１パイプ４０と、を備える。
【選択図】図６

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】