JP2001515196A - 中断された回旋を具えた熱交換器用乱流化装置 - Google Patents
中断された回旋を具えた熱交換器用乱流化装置Info
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- F28F2255/12—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes expanded or perforated metal plate
Abstract
Description
に関する。
られた熱交換器において、特に、オイルのような液体がこれらの流路を通る場合
は、伝熱を高めるように、チューブの中又はプレート対の内部のプレート間に配
置された乱流化装置を利用することは、一般的である。これらの乱流化装置は、
通常、エキスパンデッドメタル製の挿入物(インサート)の形状であり、それら
は流れの中に乱流を作り出すべく、内部に、凹凸(undulation)や回旋(convolu- tion)が形成されており、かくして、熱交換器内の伝熱を高める。
らが熱交換器内の流れの抵抗や圧力の降下をも増大させることである。実際に、
乱流化装置によって起こる増大された乱流の一部しか、伝熱を促進するのに有効
ではないため、流れの抵抗が乱流化装置によってもたらされた伝熱以上に増大す
る。残りは、効率を低下させる大小の渦巻きとして浪費されてしまう。
域を形成するように、乱流化装置の中の回旋を周期的に中断する。驚くべきこと
に、これは、実質的に、伝熱を認識される程度に減少させることなく、乱流化装
置によって起こされる圧力の降下を減少させるのである。
る平面状部材からなる熱交換器のための乱流化装置が提供される。回旋は、回旋
間に位置する回旋していない圧力回復区域を形成するように、周期的に中断され
る。 本発明の別の観点によれば、その間に流路を形成する合わされた周囲の縁と隆
起した中央部分を有する、一対の背中合わせのプレートからなる熱交換器が提供
される。中央部分は、間隔をおいた入口及び出口の開口を形成する。上述の乱流
化装置は、入口及び出口の開口の間の流路に配置される。
って全体的に示されている。熱交換器10は、それぞれ上部プレート14、下部
プレート16、それらの間に配置された乱流化装置18を具えた、複数の間隔が
開けられたチューブ部材、すなわち、プレート組12で構成されている。プレー
ト14、16は、背中合わせに配置され、合わされた周辺縁部20を有している
。プレート14、16は、乱流化装置18が配置されたそれらの間に1つの流路
を画定(形成)する、隆起した中心部分22も具えている。隆起した中心部分2
2は、プレート組を通る油等の流体の流れのための、間隔の開いた入口開口及び
出口開口24,26も具えている。熱交換器が組立てられると、全ての入口開口
24は一直線上に並んで入口ヘッダーを構成し、全ての出口開口26は一直線上
に並んで出口ヘッダーを構成する。エキスパンデッドメタルのフィン28は、プ
レート組の間を横切って、空気のような別の流体の流れを許容するように、プレ
ート組の間に配置されている。フィン28と接触するプレート14、16は、フ
ィン28と中心部分22との間に空間を形成するように、隆起した端部のボス2
9によって間隔があけられている。
とができ、本発明の部分を構成するものではない。実際に、プレート14、16
は、隣合うプレート組に組合う外側に配置されたくぼみを設けられることができ
、その場合、フィン28は使用されないであろう。
流化装置30の好適な実施形態が示されている。図5、8、11、14は、乱流
化装置の他の好適な実施形態を示すことが理解されるであろう。これらのどれも
、図1に示される熱交換器10中の乱流化装置19として使用することができる
。図2、5、8、11、14に示される乱流化装置は、乱流化装置の一部分を図
示したものに過ぎない。これらの乱流化装置は、製造方法によって、所望の如何
なる長さ及び幅にも形成することができることが理解されるであろう。乱流化装
置は、通常、0.01インチ(0.25mm)の厚さのアルミニウムから打抜かれ
るか、又はロール形成される。しかし、他の材料や、より重い、又はより薄い材
料も、同様に、乱流化装置のために使用することができる。
部材である。回旋32、34は、平行な列で配置されている。乱流化装置30が
細長い場合、回旋32、34は縦の列36として平行に配置され、横列38とし
ても平行である。
、34の間、すなわち、下流に位置する回旋していない圧力回復区域40が形成
されている。換言すると、各列の旋回32、34は、従来の乱流化装置の場合の
ように、次々につながって並んでいるのではなく、圧力回復区域40によって間
隔があけられている。
を有し、回旋32、34は、中心平面41の上(回旋32)と下(回旋34)に
交互に延びている。回旋32、34は橋の形状をなし、乱流化装置30は、橋の
長さ方向の高圧力降下の方向付け、すなわち、長手(縦)方向と、橋の下を横切
る方向における低圧力降下の方向付け、すなわち、横方向とを有している。図2
に示される実施形態では、回旋32、34は高圧力降下の方向付けにおいて、回
旋の間、すなわち、下流に配置された圧力回復区域40によって中断されている
。図4に最も良く示されるように、圧力回復区域40は、横方向の列として、す
なわち、中立のチャンネル(溝)41それ自体として位置付けられている。
高圧力降下の方向付け、すなわち、長手方向の列36に平行な方向において、流
体は入口開口24から出口開口26へと流れる。流体は、回旋32、34の周り
と、下、すなわち、回旋を通過して流れる。これは、乱流を惹き起こし、熱伝達
係数を増加させるように、境界層の成長を低減させる。しかし、圧力回復区域4
0は、圧力の回復をもたらし、入口開口24から出口開口26への流体の流れに
おいて、流体の抵抗、すなわち、圧力降下を低減させる。
横方向に整列している。圧力回復区域40もまた、低圧力降下方向、すなわち、
横方向に、中立チャンネル41を形成して整列している。圧力回復区域40は、
かくして、低圧力降下の方向に、連続的な中立チャンネル41を形成する。これ
らの中立チャンネル41は、乱流化装置を製造するために使用される型(ダイ)
から乱流化装置を排出するために使用することができる領域をもたらすものでも
ある。
、できるだけ狭い方が好適である。自動車における冷却のためには、好適な最小
幅は約0.02インチ(0.5mm)である。最大幅は、最小値の10倍を越える
べきでない。典型的には、最大幅は、約0.2インチ(5mm)である。圧力回復
区域40の縦の長さの範囲は、回旋32、34間の寸法、すなわち、センターラ
インからセンターライン迄の約5%から、2つの連続した回旋32、34間の間
隔の75%迄である。好適な範囲は、0.02インチ(0.5mm)から0.5イ
ンチ(1.25mm)、すなわち、縦に連続した回旋32、34間の、センターラ
インからセンターライン迄の約40%から50%である。
は、乱流化装置30に使用される材料の厚さに依存する。この高さは、少なくと
も材料の厚さでなければならず、乱流化装置30にアルミニウムが使用される場
合、典型的な範囲は、最小値から材料の厚さの約10倍迄である。最適な範囲は
0.01インチ(0.25mm)から0.5インチ(1.25cm)である。
標準的な範囲は、材料の厚さの約2倍から材料の厚さの約20倍である。最適な
範囲は0.02インチ(0.5mm)から約1.0インチ(2.5cm)である。
実質的に類似した乱流化装置45が示されている。乱流化装置45において、回
旋32、34は低圧力降下方向、すなわち、横方向にずれている(食違い配置)
。換言すると、中心平面より上に延びる回旋32は、隣合う縦列36中の中心平
面の下側に延びる回旋34と横方向に並ぶことはない。1つおきの回旋列中の回
旋32、34は、実際、並んでいるが、しかし、所望であればこれもずらせるこ
とができる。材料の厚さと回旋32、34の寸法及び圧力回復区域40の寸法は
図2の乱流化装置30の場合と類似している。
において回旋がずらされた乱流化装置50のもう1つの実施形態が示されている
。乱流化装置50において、圧力回復区域40はすべて共通の基準平面52(図
9参照。)に含まれ、回旋54はすべてこの基準平面52に対して同じ方向に延
びている。その他のすべての点において、乱流化装置50は乱流化装置40、4
5と類似している。
力回復区域56をさらに形成するように、低圧力降下の方向にも回旋32、34
が中断されていることを除けば、図2の乱流化装置30に最も類似している乱流
化装置が示されている。実際に、圧力回復区域56は、高圧力降下の方向、すな
わち、乱流化装置55の縦方向に縦の中立チャンネル58を形成するように、乱
流化装置55の全長にわたって縦に延びている。製造の目的のためには、中立チ
ャンネル58の幅は、好適には、回旋36の列の幅と同じであることが望ましい
。乱流化装置55において、回旋32、34は、低圧力降下方向、すなわち、横
方向に整列しているが、それらはずらせることもできる。回旋32、34が低圧
力降下方向、すなわち、横方向に整列しているとき、低圧力降下の方向に横の中
立チャンネル59を与えるように、圧力回復区域40が整列しており、高圧力降
下の方向に縦の中立チャンネル58を与えるように、圧力回復区域56が整列し
ていることが理解できるであろう。回旋32、34がずらされているときには、
縦の中立チャンネル58だけが形成されるであろう。他のすべての点において、
乱流化装置55は乱流化装置30、45、50と類似している。
、すなわち、横方向にのみ、また、回旋36のいくつかの列の間においてのみ中
断されている乱流化装置60が示されている。これらの中断は縦方向の中立チャ
ンネル62の形態で圧力回復区域61を形成する。その他のすべての点において
、乱流化装置60は乱流化装置30、45、50と類似している。図14から1
6において、回旋32、34の真中で切られた乱流化装置60が示されている。
これは、例示の目的でなされたものである。実際には、乱流化装置は、通常、図
1から13に示すように、回旋同士の間で切られる。
更をすることが可能である。例えば、プレート組12を、乱流化装置18を含む
流路を形成するためのチューブ部材として使用しないで、連続的な平たいもの、
或いは、長方形のチューブを使用することもできよう。この場合、乱流化装置1
8は、チューブの一方の端部に縦に挿入される。乱流化装置18において、回旋
32、34は、図示されたように種々の曲率で丸くされる。これらの回旋は、所
望であれば、半円、正弦波、台形、又はV型等の形状にもすることができる。図
1に示される熱交換器10において、乱流化装置18は、流れが高圧力降下方向
、すなわち、縦方向に方向付けられるように示されている。しかしながら、所望
であれば、入口24からの出口26への流れが低圧力降下の方向にあるように、
乱流化装置を90度回転することができる。乱流化装置30、45、50、60
の種々の特徴は、互いに、混ぜたり、組合せたり、或いは、さらにそれらを結合
させたりして、同じ乱流化装置に使用することが可能である。また、如何なる熱
交換器も、上述した1つ又はそれらの組合わせによる乱流化装置を具えているで
あろう。上記の構成についてのその他の変更は、当業者には明らかであろう。
趣旨から離れることなく、多くの変更が可能である。故に、本発明の範囲は、特
許請求の範囲によって定められる要旨に従って解釈されるべきである。
視図。
正面図。
Claims (23)
- 【請求項1】 内部に形成された複数の平行な回旋の列を有する平面状部材
からなる熱交換器用乱流化装置であって、前記回旋はその間に位置する回旋して
いない圧力回復区域を形成するように周期的に中断されている、熱交換器のため
の乱流化装置。 - 【請求項2】 前記回旋が橋の形状をなし、前記乱流化装置が前記橋の方向
に高圧力降下の方向付けをされ、前記橋の下を通る方向に低圧力降下の方向付け
をされている、請求項1の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項3】 前記回旋の間に位置する圧力回復区域を形成するように、高
圧力降下の方向に前記回旋が中断されている、請求項2の熱交換器のための乱流
化装置。 - 【請求項4】 前記回旋の列の間に位置する圧力回復区域を形成するように
、低圧力降下の方向に前記回旋が中断されている、請求項2の熱交換器のための
乱流化装置。 - 【請求項5】 前記回旋が低圧力降下の方向に整列し、前記圧力回復区域も
低圧力降下の方向に、中立のチャンネルを形成するように整列されている、請求
項3の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項6】 前記回旋が低圧力降下の方向に食違い配置である、請求項3
の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項7】 前記回旋が低圧力降下の方向に整列し、前記圧力回復区域も
高圧力降下の方向に、中立のチャンネルを形成するように整列されている、請求
項4の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項8】 前記回旋が低圧力降下の方向に食違い配置であり、高圧力降
下の方向の圧力回復区域が高圧力降下の方向に中立のチャンネルを形成するよう
に整列されている、請求項4の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項9】 前記回旋が、低圧力降下の方向に前記回旋の間に位置するさ
らなる圧力回復区域を形成するように、低圧力降下の方向にも中断されている、
請求項3の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項10】 前記回旋が低圧力降下の方向に整列し、前記圧力回復区域
及び前記のさらなる圧力回復区域も低圧力及び高圧力降下の両方向に中立のチャ
ンネルを形成するように整列されている、請求項9の熱交換器のための乱流化装
置。 - 【請求項11】 前記回旋が低圧力降下の方向に食違い配置であり、前記圧
力回復区域が高圧力降下の方向に中立なチャンネルを形成するように整列されて
いる、請求項4の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項12】 前記乱流化装置が前記圧力回復区域を含む中央平面を有し
、前記回旋の各列において、前記回旋が前記中央平面の上下に互い違いに延びて
いる、請求項3の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項13】 前記乱流化装置が前記圧力回復区域を含む基準平面を有し
、前記回旋がすべて前記基準平面に対して同じ方向に延びている、請求項3の熱
交換器のための乱流化装置。 - 【請求項14】 前記乱流化装置が前記圧力回復区域を含む中央平面を有し
、前記回旋の各列における前記回旋が前記中央平面の上下に互い違いに延びてい
る、請求項6の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項15】 前記乱流化装置が前記圧力回復区域を含む基準平面を有し
、前記回旋がすべて前記基準面に対して同じ方向に延びている、請求項6の熱交
換器のための乱流化装置。 - 【請求項16】 前記乱流化装置が前記圧力回復区域を含む中央平面を有し
、前記回旋の各列における前記回旋が前記中央平面の上下に互い違いに延びてい
る、請求項9の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項17】 前記乱流化装置が前記圧力回復区域を含む中央平面を有し
、前記回旋の各列における前記回旋が前記中央平面の上下に互い違いに延びてい
る、請求項7の熱交換器のための乱流化装置。 - 【請求項18】 その中に流路を形成する複数の間隔をおかれたチューブ部
材からなる熱交換器であって、前記チューブ部材には間隔をおかれた入口と出口
の開口が形成され、さらに 前記各入口と出口の開口の間の前記流路の少なくと
も1つに配置された請求項3の乱流化装置を有する、熱交換器。 - 【請求項19】 その中に流路を形成する複数の間隔をおかれたチューブ部
材からなる熱交換器であって、前記チューブ部材には間隔をおかれた入口と出口
の開口が形成され、さらに 前記各入口と出口の開口の間の前記流路の少なくと
も1つに配置された請求項7の乱流化装置を有する、熱交換器。 - 【請求項20】 その中に流路を形成する複数の間隔をおかれたチューブ部
材からなる熱交換器であって、前記チューブ部材には間隔をおかれた入口と出口
の開口が形成され、さらに 前記各入口と出口の開口の間の前記流路の少なくと
も1つに配置された請求項10の乱流化装置とからなる、熱交換器。 - 【請求項21】 前記チューブ部材が、合わされた周囲の縁と、前記流路を
形成する隆起した中央部分とを有する背中合わせのプレートから形成されている
、請求項18の熱交換器。 - 【請求項22】 前記チューブ部材が、合わされた周囲の縁と、前記流路を
形成する隆起した中央部分とを有する背中合わせのプレートから形成されている
、請求項19の熱交換器。 - 【請求項23】 前記チューブ部材が、合わされた周囲の縁と、前記流路を
形成する隆起した中央部分とを有する背中合わせのプレートから形成されている
、請求項20の熱交換器。
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