JP2010159888A - 蓄冷式冷凍機の熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】内部を通過するガスを整流しながら効率よく熱交換をする機能を向上させつつ、かつ、機械的に低コストで容易に製作を可能として、低コスト・高品質を実現するような、蓄冷式冷凍機の熱交換器を提供する。
【解決手段】蓄冷式冷凍機の熱交換器10において、カバー用金属管体11と、カバー用金属管体11の管内に配置される複数の流路用金属管体12と、複数の流路用金属管体12をその外周部にて接続し、また、カバー用金属管体11の内周部と複数の流路用金属管体12の外周部とを接続する接続部13と、を備える蓄冷式冷凍機の熱交換器とした。
【選択図】図1
【解決手段】蓄冷式冷凍機の熱交換器10において、カバー用金属管体11と、カバー用金属管体11の管内に配置される複数の流路用金属管体12と、複数の流路用金属管体12をその外周部にて接続し、また、カバー用金属管体11の内周部と複数の流路用金属管体12の外周部とを接続する接続部13と、を備える蓄冷式冷凍機の熱交換器とした。
【選択図】図1
Description
本発明は、蓄冷式冷凍機の膨張機内に配置される熱交換器に関する。
まず、従来技術の蓄冷式冷凍機の一種であるパルス管冷凍機について図を参照しつつ説明する。図10は従来技術のパルス管冷凍機の説明図である。
パルス管冷凍機1は、膨張機100、圧縮機200、イナータンスチューブ300、バッファタンク400を備える。さらに、膨張機100は、放熱本体101、熱交換器102、フランジ103、蓄冷器104、低温端105、パルス管106などから構成される。パルス管冷凍機1の内部には高圧のヘリウムガスが封入され、圧縮機200がヘリウムガスに適切な圧力振動を与えることによりパルス管冷凍サイクルが生じ、低温端105が冷却される。
パルス管冷凍機1は、膨張機100、圧縮機200、イナータンスチューブ300、バッファタンク400を備える。さらに、膨張機100は、放熱本体101、熱交換器102、フランジ103、蓄冷器104、低温端105、パルス管106などから構成される。パルス管冷凍機1の内部には高圧のヘリウムガスが封入され、圧縮機200がヘリウムガスに適切な圧力振動を与えることによりパルス管冷凍サイクルが生じ、低温端105が冷却される。
これらの構成の中で、熱交換器102は、放熱本体101内に埋め込まれて配置されており、通流するヘリウムガスの圧縮熱を放熱本体101へ放熱する機能を有する。さらに放熱本体101は圧縮熱を外気中へ放熱する。このような熱交換器102は、一般的に、その熱交換面積を増やすように工夫がなされ、各種の形状が採用されている。これら熱交換器の一例が、特許文献1においても開示されている。
続いて従来技術の熱交換器について図を参照しつつ説明する。図11は従来技術の一例の熱交換器の説明図であり、図11(a)は側面図、図11(b)は平面図である。図12は従来技術の熱交換器の放熱本体への取り付けの説明図であり、図12(a)は側面図、図12(b)はA−A線断面図である。図11(a),(b)に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック本体102aの外周壁に、流路かつ熱交換面となるスリット102bを外周面から切り込んで放射状に形成したものである。そして、図12(a),(b)に示されるように、この熱交換器102の円柱側面を放熱本体101の本体内面に嵌め込み、固定目的および接触熱抵抗の低減目的でロウ付けにより取り付け固定する。
さらに、他の熱交換器について図を参照しつつ説明する。図13〜図18は従来技術の一例の熱交換器の説明図である。
図13に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102cの中心部に設けた貫通孔102dから外周壁に向かって放射状に複数のスリット102eを空けたものである。
図14に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102fに円型の貫通孔102gを多数空けたものである。
図15に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102hに角型の貫通孔102iを多数空けたものである。
図13に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102cの中心部に設けた貫通孔102dから外周壁に向かって放射状に複数のスリット102eを空けたものである。
図14に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102fに円型の貫通孔102gを多数空けたものである。
図15に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102hに角型の貫通孔102iを多数空けたものである。
図16に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102jに、同心円状のスリット102kを空けたものである。
図17に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102lに、軸線方向に多数のスリット102mを空けたものである。
図18に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102nに、外周壁から中心方向に放射状に、かつ、螺旋状に捻転したスリット102oを空けたものである。
これら図13〜図18に示される熱交換器102は、すなわち、何れも熱伝導率の高い円柱材料に種々の形状の溝を加工し、表面積の増大による熱交換効率の向上を図るものである。
図17に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102lに、軸線方向に多数のスリット102mを空けたものである。
図18に示される熱交換器102は、熱伝導率の高い銅等の円柱ブロック材102nに、外周壁から中心方向に放射状に、かつ、螺旋状に捻転したスリット102oを空けたものである。
これら図13〜図18に示される熱交換器102は、すなわち、何れも熱伝導率の高い円柱材料に種々の形状の溝を加工し、表面積の増大による熱交換効率の向上を図るものである。
熱交換器には以下のような機能が要求される。
1.効率よく熱交換をするために、熱伝導率の高い材質であること。
2.効率よく熱交換をするために、熱交換面積が大きいこと。
3.効率よく熱交換をするために、放熱本体との接触熱抵抗が小さいこと。
4.熱交換器を通過する際に整流されること。
5.流体抵抗に偏りが少ないこと。
6.低コストで製作できること。
1.効率よく熱交換をするために、熱伝導率の高い材質であること。
2.効率よく熱交換をするために、熱交換面積が大きいこと。
3.効率よく熱交換をするために、放熱本体との接触熱抵抗が小さいこと。
4.熱交換器を通過する際に整流されること。
5.流体抵抗に偏りが少ないこと。
6.低コストで製作できること。
しかしながら、前述の従来技術では、何れも問題があった。
図11に示す熱交換器102を図12に示すように放熱本体201に設置し、外周部をロウ付けした場合、外周壁から内周側に放射状に切り込まれたスリット102b内に溶融したロウ材が浸入してスリット102b内で固化することとなって流路を遮断し、冷凍機としての機能を果たさなくなることが容易に想像される。また、ロウ付けしない場合には接触熱抵抗が大きくなる。
図11に示す熱交換器102を図12に示すように放熱本体201に設置し、外周部をロウ付けした場合、外周壁から内周側に放射状に切り込まれたスリット102b内に溶融したロウ材が浸入してスリット102b内で固化することとなって流路を遮断し、冷凍機としての機能を果たさなくなることが容易に想像される。また、ロウ付けしない場合には接触熱抵抗が大きくなる。
また、図13に示される熱交換器102におけるスリット102eの加工にはワイヤーカットが想定されるが、ワイヤーカットは加工に時間を要するものであった。熱交換面積を大きくするべくスリット102eの数を増やすに従って加工時間が増大しコストが増加するという問題があった。また、スリット102eの数を増やすためには中心部の貫通孔102dの径を大きくする必要があるが、その場合、貫通孔102dの流体抵抗がスリット102eの流体抵抗に比べ大幅に小さくなることが予想される。よって、スリット102eにおける流量が低下し、結果的に熱交換量が減少するという問題もあった。さらに、貫通孔102dとスリット102eで流れるヘリウムガスの流量に差があれば整流されないという問題もあった。
また、図14に示される熱交換器102において熱交換面積を増やすためには貫通孔102gの孔径を小さくし、孔数を増やすことが必要である。しかしながら、貫通孔102gの加工にはドリルの使用が想定されるが、銅のようなやわらかい材料である円柱ブロック材102fに径が小さく深さの深い孔を空けるのは困難であり、卓越した技術者であっても孔径の10倍程度の深さを空けるのが限界とされている。また、ドリルが折れた場合には不良品となるおそれもある。要求される熱交換量が小さい場合には、孔数を少なく、径を大きくできるため、実現できるが、熱交換量を大きくする必要がある場合には不向きである。
また、図15に示される熱交換器102において熱交換面積を増やすためには貫通孔102hの孔径を小さくし、孔数を増やすことが必要である。しかしながら、角穴の貫通孔102hの加工には、図14の円型の貫通孔102gと比べて加工が大幅に困難となり、さらに熱交換について特別のメリットがない。
また、図16に示される熱交換器102においてスリット102kの加工にはワイヤーカットが想定されるが、熱交換面積を大きくするためにスリット102kの数を増やすに従って、加工に時間を要するワイヤーカットではコストが大きくなる。
また、図17に示される熱交換器102において図12(a)のように放熱本体に設置し、外周部をロウ付けした場合、スリット102m内に浸入するロウ材がスリット102m内で固化して流路を遮断し、冷凍機としての機能を果たさなくなることが容易に想像される。また、ロウ付けしない場合には熱抵抗が大きくなる。
また、図18に示される熱交換器102において、図12(a)に示すように放熱本体に設置し、外周部をロウ付けした場合、スリット102o内に浸入するロウ材が流路を遮断し、冷凍機としての機能を果たさなくなることが容易に想像される。また、ロウ付けしない場合には熱抵抗が大きくなる。さらにまた、螺旋状のスリット102oを加工することは非常に困難である。
このように従来技術の熱交換器には問題があった。
このように従来技術の熱交換器には問題があった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内部を通過するガスを整流しながら効率よく熱交換をする機能を向上させつつ、かつ、機械的に低コストで容易に製作を可能として、低コスト・高品質を実現するような、蓄冷式冷凍機の熱交換器を提供することにある。
上記した課題を解決するため、請求項1に記載の発明によれば、
蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
カバー用金属管体と、
前記カバー用金属管体の管内に配置される複数の流路用金属管体と、
複数の流路用金属管体をその外周部にて接続し、また、カバー用金属管体の内周部と複数の流路用金属管体の外周部とを接続する接続部と、
を備えることを特徴とする。
蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
カバー用金属管体と、
前記カバー用金属管体の管内に配置される複数の流路用金属管体と、
複数の流路用金属管体をその外周部にて接続し、また、カバー用金属管体の内周部と複数の流路用金属管体の外周部とを接続する接続部と、
を備えることを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明によれば、
請求項1に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記接続部は溶融させた硬ロウを複数の流路用金属管体の間、および、カバー用金属管体の内周部と複数の流路用金属管体の外周部との間に充填した後に固化させて形成したものであることを特徴とする。
請求項1に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記接続部は溶融させた硬ロウを複数の流路用金属管体の間、および、カバー用金属管体の内周部と複数の流路用金属管体の外周部との間に充填した後に固化させて形成したものであることを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明によれば、
請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体および前記流路用金属管体はともに円管体であることを特徴とする。
請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体および前記流路用金属管体はともに円管体であることを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明によれば、
請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記流路用金属管体は多角形管体であることを特徴とする。
請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記流路用金属管体は多角形管体であることを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明によれば、
請求項4に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記流路用金属管体は正三角形管体、正方形管体または正六角形管体の何れかであることを特徴とする。
請求項4に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記流路用金属管体は正三角形管体、正方形管体または正六角形管体の何れかであることを特徴とする。
また、請求項6に記載の発明によれば、
請求項5に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記流路用金属管体は正平面充填により配列されることを特徴とする。
請求項5に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記流路用金属管体は正平面充填により配列されることを特徴とする。
また、請求項7に記載の発明によれば、
請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記複数の流路用金属管体は、
前記カバー用金属管体の管内に配置される複数の第1流路用金属管体と、
前記カバー用金属管体の管内に配置され、前記第1流路用金属管体よりも細い複数の第2流路用金属管体と、
からなることを特徴とする。
請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記複数の流路用金属管体は、
前記カバー用金属管体の管内に配置される複数の第1流路用金属管体と、
前記カバー用金属管体の管内に配置され、前記第1流路用金属管体よりも細い複数の第2流路用金属管体と、
からなることを特徴とする。
また、請求項8に記載の発明によれば、
請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は大径の円管体であり、
前記第1流路用金属管体は中径の円管体であり、
前記第2流路用金属管体は小径の円管体であることを特徴とする。
請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は大径の円管体であり、
前記第1流路用金属管体は中径の円管体であり、
前記第2流路用金属管体は小径の円管体であることを特徴とする。
また、請求項9に記載の発明によれば、
請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記第1流路用金属管体は正六角形管体であり、
前記第2流路用金属管体は前記第1流路用金属管体よりも細い正三角形管体であり、
複数の第1流路用金属管体の隙間に第2流路用金属管体が敷き詰められて平面充填されることを特徴とする。
請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記第1流路用金属管体は正六角形管体であり、
前記第2流路用金属管体は前記第1流路用金属管体よりも細い正三角形管体であり、
複数の第1流路用金属管体の隙間に第2流路用金属管体が敷き詰められて平面充填されることを特徴とする。
また、請求項10に記載の発明によれば、
請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記第1流路用金属管体は正三角形管体であり、
前記第2流路用金属管体は前記第1流路用金属管体よりも細い正三角管体であり、
複数の第1流路用金属管体の隙間に第2流路用金属管体が敷き詰められて平面充填されることを特徴とする。
請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記第1流路用金属管体は正三角形管体であり、
前記第2流路用金属管体は前記第1流路用金属管体よりも細い正三角管体であり、
複数の第1流路用金属管体の隙間に第2流路用金属管体が敷き詰められて平面充填されることを特徴とする。
本発明によれば、内部を通過するガスを整流しながら効率よく熱交換をする機能を向上させつつ、かつ、機械的に低コストで容易に製作を可能として、低コスト・高品質を実現するような、蓄冷式冷凍機の熱交換器を提供することができる。
続いて、本発明を実施するための形態の熱交換器について図を参照しつつ以下に説明する。図1は本形態の熱交換器の構成図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は側面図である。
熱交換器10は、詳しくは、カバー用金属管体11、複数の流路用金属管体12、接続部13を備える。
熱交換器10は、詳しくは、カバー用金属管体11、複数の流路用金属管体12、接続部13を備える。
カバー用金属管体11は、金属製の太径の円管体であって孔の断面積が大きく、図1からも明らかなように、複数の流路用金属管体12を管内に配置できるようにしている。このカバー用金属管体11の材料は、熱伝導率の高い銅等の材料が好ましい。
流路用金属管体12は、金属製の細径の円管体であって内径が小さく開口断面積も小さい。また、外径も小さいため断面積も小さい。このような流路用金属管体12は、カバー用金属管体11の管内に複数配置される。この流路用金属管体12の材料は、熱伝導率の高い銅等の材料が好ましい。
接続部13は、溶融させた硬ロウ(ロウ付に用いる合金)を複数の流路用金属管体12の間、および、カバー用金属管体11の内周部と複数の流路用金属管体12の外周部との間に充填した後に固化させて形成したものであり、複数の流路用金属管体12同士をその外周で機械的かつ熱的に接続し、また、複数の流路用金属管体12の外周とカバー用金属管体11の内周と機械的かつ熱的に接続する。
代表的な硬ロウとして、銀ロウ、銅ロウ・黄銅ロウ、りん銅ロウ、アルミロウ、金ロウ等があるが、一般的な銀ロウの採用が好ましい。ロウ付けでは接合するカバー用金属管体11、複数の流路用金属管体12よりも融点の低い合金(ロウ)を溶かして一種の接着剤として用いる事により、カバー用金属管体11、複数の流路用金属管体12自体を溶融させずに接合させるものである。このような接続部としたため、従来技術のように流路をワイヤーカットやドリルにより穿設するというものではなく、製造を容易にし、製造コストを大幅に低減している。
これら複数の流路用金属管体12は、カバー用金属管体11の中において、平行かつ千鳥状に敷き詰められており、無秩序に配置する場合と比較しても、カバー用金属管体11内に配置される流路用金属管体12の本数を多くし、さらに、流路用金属管体12の間に形成される隙間を少なくするようにしている。
このような熱交換器10では、複数の流路用円管体12の孔による複数の流路14が形成される。また、カバー用金属管体11と複数の流路用金属管体12との間の空間により隙間15が形成される。これら流路14および隙間15内をヘリウムガスが通流して整流とともに熱交換がなされる。なお、流路用円管体12の外径が小さくなれば流路14の断面積はもちろん、隙間15の断面積も小さくなり、流路14および隙間15内を通流するヘリウムガスの整流効果を高めることとなる。
続いてこのような熱交換器10の製造方法について図を参照しつつ説明する。図2,図3は本形態の熱交換器の製造を説明する説明図である。
まず、カバー用金属管体11や複数の流路用金属管体12の接合面に油汚れや酸化があるとロウのなじみが悪くなるため接合面を洗浄する。そして、この接合面にフラックスを塗布する。このフラックスは、加熱による表面の酸化を防ぐとともにロウの流れを促進させる 。
まず、カバー用金属管体11や複数の流路用金属管体12の接合面に油汚れや酸化があるとロウのなじみが悪くなるため接合面を洗浄する。そして、この接合面にフラックスを塗布する。このフラックスは、加熱による表面の酸化を防ぐとともにロウの流れを促進させる 。
続いて、図2に示すように、カバー用金属管体11の中に、複数の流路用金属管体12を平行かつ千鳥状に敷き詰めて配置し、つづいて複数の流路用金属管体12の間や、カバー用金属管体11と複数の流路用金属管体12との間に、ワイヤー上の銀ロウ材16を配置する。必要に応じてカバー用金属管体11、複数の流路用金属管体12、複数の銀ロウ材16を接着剤で仮留めしても良い。このような状態で真空炉に配置し、加熱して銀ロウ材16を溶融させる。すると、複数の流路用金属管体12の間や、カバー用金属管体11と複数の流路用金属管体12との間に、溶融した銀ロウ材16が充填される。その後に冷却することにより、ロウ付けが完了し、複数の流路用金属管体12の間や、カバー用金属管体11と複数の流路用金属管体12との間に、接続部13が形成される。
続いて、図3のように熱交換器母材20から最適長さにて切断し、熱交換器10を完成させる。すなわち、冷凍機に組み込む長さよりも大幅に長い熱交換器母材20を一次加工として製作し、ロウ付け完了後、二次加工としてワイヤーカットなどで所望の長さに切断して熱交換器10とする。この二次加工は一次加工と比較しても容易な加工であり、熱交換器10を単体で形成していくよりは製造コストを大幅に低減する。この製造方法は、換言すれば、金太郎飴の製作方法と同様の方法といえるものである。熱交換器10はこのようにして製造される。
このような本発明の熱交換器10によれば以下のような利点を有する。
(1)熱伝導率の高い材質(銅)を採用して、効率よい熱交換が可能である。
(2)流路径に対し流路長を大きくすることが可能となり、設計の自由度が高まるとともに、熱交換面積を大きくして熱交換量を増加できる。
(3)流路径に対し流路長を大きくすることが可能となり、放熱本体との接触面積を増大させており、接触熱抵抗を小さくしている。
(4)細径の流路となるような流路用金属管体を採用すると整流効果を高くすることができる。また、このような流路用金属管体は外径も小さいため隙間も小さくなって、さらに整流効果を高くすることができる。
(5)基本的に流路は複数の流路用金属管体の孔によるため、流体抵抗の偏りを少なくすることができる。
(6)流路用金属管体を平行かつ千鳥状に配置することで、大きなカバー用金属管体の内部を小さな流路用金属管体で最も密に、最多数埋めることができる。それぞれの流路用金属管体はロウ付けにより機械的接合だけでなく熱的にも接合されており、効率のよい熱伝導が可能である。
(1)熱伝導率の高い材質(銅)を採用して、効率よい熱交換が可能である。
(2)流路径に対し流路長を大きくすることが可能となり、設計の自由度が高まるとともに、熱交換面積を大きくして熱交換量を増加できる。
(3)流路径に対し流路長を大きくすることが可能となり、放熱本体との接触面積を増大させており、接触熱抵抗を小さくしている。
(4)細径の流路となるような流路用金属管体を採用すると整流効果を高くすることができる。また、このような流路用金属管体は外径も小さいため隙間も小さくなって、さらに整流効果を高くすることができる。
(5)基本的に流路は複数の流路用金属管体の孔によるため、流体抵抗の偏りを少なくすることができる。
(6)流路用金属管体を平行かつ千鳥状に配置することで、大きなカバー用金属管体の内部を小さな流路用金属管体で最も密に、最多数埋めることができる。それぞれの流路用金属管体はロウ付けにより機械的接合だけでなく熱的にも接合されており、効率のよい熱伝導が可能である。
また、製造の観点からすると以下のような効果がある。
(7)径が小さく、かつ深さの深い貫通孔を多数空けるという困難かつリスクの大きな工程を削除できる。
(8)金太郎飴の製作方法で得られる効果と同様の効果を得られる。すなわち、一次加工における管や銀ロウ材の設置が手間であるが、二次加工においては、適当な長さに切断するだけという簡単な加工で多数の熱交換器を製作可能であるため、結果的に低コストで多数製作でき、量産性を高めている。
(9)流路用金属管体は安価で市販品も多数あるため、このような部材を採用することで、製造コストを低減できる。銀ロウ付け・真空接合等も容易で製造コストが低く、全体的に簡単な製造方法にするとともに製造コストを低くすることができる。また、放熱本体へカバー用金属管体11を銀ロウ接続する場合でも、複数の流路用金属管体の孔内へ溶融した銀ロウが侵入するという事態も発生しない。
(7)径が小さく、かつ深さの深い貫通孔を多数空けるという困難かつリスクの大きな工程を削除できる。
(8)金太郎飴の製作方法で得られる効果と同様の効果を得られる。すなわち、一次加工における管や銀ロウ材の設置が手間であるが、二次加工においては、適当な長さに切断するだけという簡単な加工で多数の熱交換器を製作可能であるため、結果的に低コストで多数製作でき、量産性を高めている。
(9)流路用金属管体は安価で市販品も多数あるため、このような部材を採用することで、製造コストを低減できる。銀ロウ付け・真空接合等も容易で製造コストが低く、全体的に簡単な製造方法にするとともに製造コストを低くすることができる。また、放熱本体へカバー用金属管体11を銀ロウ接続する場合でも、複数の流路用金属管体の孔内へ溶融した銀ロウが侵入するという事態も発生しない。
続いて他の形態について図を参照しつつ説明する。図4,図5,図6は他の形態の熱交換器の説明図である。熱交換器30,40,50は、何れも、複数の流路用金属管体の外周部を接続部により接続して流路を形成するというものであり、特にカバー用金属管体として円管体を、また、流路用金属管体として多角形管体を採用したというものである。さらに多角形管体として、断面が正三角形管体、正方形管体または正六角形管体の何れかを採用し、これらが正平面充填により配列されるようにしたものである。
熱交換器30は、図4で示すように、円状のカバー用金属管体31、断面が正三角の正三角形管体である流路用金属管体32、接続部33、流路34、隙間35を備える。
熱交換器40は、図5で示すように、円状のカバー用金属管体41、断面が正方形の正方形管体である流路用金属管体42、接続部43、流路44、隙間45を備える。
熱交換器50は、図6で示すように、円状のカバー用金属管体51、断面が正六角の正六角形管体である流路用金属管体52、接続部53、流路54、隙間55を備える。
熱交換器40は、図5で示すように、円状のカバー用金属管体41、断面が正方形の正方形管体である流路用金属管体42、接続部43、流路44、隙間45を備える。
熱交換器50は、図6で示すように、円状のカバー用金属管体51、断面が正六角の正六角形管体である流路用金属管体52、接続部53、流路54、隙間55を備える。
なお、本形態では流路用金属管体として断面が多角形管体を採用した以外は先に図1〜図3を用いて説明した放熱器10と構成・機能が同一であるため、名称が同じであるものは同じ構成であるものとして重複する説明を省略し、相違点のみ重点的に説明する。
さて正多角形のうち正三角形、正方形、正六角形は、一種類で平面を隙間なく敷き詰めて充填できることが数学的に明らかにされている。このような敷き詰めは、正平面充填と呼ばれる操作である。このような正平面充填により流路用金属管体32,42,52を配置した場合、接続部33,43,53の形成を最小限にしている。なお、図4,図5,図6中では接続部33,43,53が明確ではないが、これは接続部33,43,53が存在しない訳ではなく、接続部が十分に薄い膜状となっているためである。
製造方法としては流路用金属管体32,42,52の外周面に薄い膜状の銀ロウを形成しておき、流路用金属管体32,42,52を正平面充填により配列し、銀ロウを加熱により溶融させた後に冷却固定して流路用金属管体32,42,52のみのブロックを形成し、その後にカバー用金属管体31,41,51内にこのブロックを配置して加熱により銀ロウを溶融させた後に冷却固定して接続するようにしても良い。また、カバー用金属管体31,41,51内に流路用金属管体32,42,52を正平面充填により配列して銀ロウを加熱により溶融させた後に冷却固定して一度に形成しても良い。
このような本発明の熱交換器によれば上記した(1)〜(5),(7)〜(9)の利点に加え、さらに次のような利点を有する。
(10)流路用金属管体を正平面充填で配置することで、大きなカバー用金属管体の内部を小さな流路用金属管体で最も密に、最多数埋めることができる。それぞれの流路用金属管体はロウ付けにより機械的接合だけでなく熱的にも接合されており、効率のよい熱伝導が可能である。
(10)流路用金属管体を正平面充填で配置することで、大きなカバー用金属管体の内部を小さな流路用金属管体で最も密に、最多数埋めることができる。それぞれの流路用金属管体はロウ付けにより機械的接合だけでなく熱的にも接合されており、効率のよい熱伝導が可能である。
続いて他の形態について図を参照しつつ説明する。図7,図8,図9は他の形態の熱交換器の説明図である。熱交換器60,70,80は、複数の金属管体の外周部を接続部により接続して流路を形成するというものであり、特にカバー用金属管体61,71,81として円管体を、また、流路用金属管体として、カバー用金属管体61,71,81内に収容される複数の第1流路用金属管体62,72,82と、カバー用金属管体61,71,81内に収容され、第1流路用金属管体62,72,82よりも細い複数の第2流路用金属管体63,73,83と、を採用したというものである。第1流路用金属管体や第2流路用金属管体の形状としては各種採用することができる。なお、第1流路用金属管体や第2流路用金属管体以外は上記した構成・機能は同一であるため、名称が同じであるものは同じ構成であるものとして重複する説明を省略し、相違点のみ充填的に説明する。
図7に示す熱交換器60は、断面が円状で大径のカバー用金属管体61、断面が円状で中径の第1流路用金属管体62、断面が円状で小径の第2流路用金属管体63、接続部64、流路65、隙間66を備える。このように構成すると流体抵抗の低減と、整流機能の増大と、を調整することができる。
熱交換器70は、断面が円状で大径のカバー用金属管体71、断面が正六角形状の第1流路用金属管体62、断面が正三角形状の第2流路用金属管体73、接続部74、流路75、隙間76を備える。図8に示す熱交換器では、複数の第1流路用金属管体72の隙間に複数の第2流路用金属管体73が充填されるようにした。このように構成することで、特にカバー用金属管体71と第1流路用金属管体72との隙間を減らし、かつ、第1流路用金属管体72と第2流路用金属管体73との間の隙間76をなくしている。このように構成すると流体抵抗の低減と、整流機能の増大と、を調整することができる。
熱交換器80は、断面が円状で大径のカバー用金属管体81、断面が正三角形状の第1流路用金属管体82、断面が正三角形状の第2流路用金属管体83、接続部84、流路85、隙間86を備える。図9に示す熱交換器では、複数の第1流路用金属管体82の隙間に複数の第2流路用金属管体83が充填されるようにした。このように構成することで、特にカバー用金属管体81と第1流路用金属管体82との隙間86を減らし、第1流路用金属管体82と第2流路用金属管体83との間の隙間をなくしている。このように構成すると流体抵抗の低減と、整流機能の増大と、を調整することができる。
このような本発明の熱交換器によれば上記した(1)〜(5),(7)〜(9)の利点に加え、さらに次のような利点を有する。
(11)流体抵抗の低減と、整流機能の増大と、を調整することができる。
(11)流体抵抗の低減と、整流機能の増大と、を調整することができる。
以上、本発明の各形態について説明した。いずれも、製造を容易にしており、大幅なコスト低減を実現した。また、熱交換器としての機能も整流効果の向上や熱抵抗の低減などを可能とした。総じて、内部を通過するガスを整流しながら外気と効率よく熱交換をする機能を向上させつつ、かつ、機械的に低コストで容易に製作を可能として、低コスト・高品質を実現する熱交換器を提供することができる。
本発明の熱交換器は特に蓄冷式冷凍機に適用することができる。
10:熱交換器
11:カバー用金属管体
12:流路用金属管体
13:接続部
14:流路
15:隙間
16:銀ロウ材
20:熱交換器母材
30:熱交換器
31:カバー用金属管体
32:流路用金属管体
33:接続部
34:流路
35:隙間
40:熱交換器
41:カバー用金属管体
42:流路用金属管体
43:接続部
44:流路
45:隙間
50:熱交換器
51:カバー用金属管体
52:流路用金属管体
53:接続部
54:流路
55:隙間
60:熱交換器
61:カバー用金属管体
62:第1流路用金属管体
63:第2流路用金属管体
64:接続部
65:流路
66:隙間
70:熱交換器
71:カバー用金属管体
72:第1流路用金属管体
73:第2流路用金属管体
74:接続部
75:流路
76:隙間
80:熱交換器
81:カバー用金属管体
82:第1流路用金属管体
83:第2流路用金属管体
84:接続部
85:流路
86:隙間
11:カバー用金属管体
12:流路用金属管体
13:接続部
14:流路
15:隙間
16:銀ロウ材
20:熱交換器母材
30:熱交換器
31:カバー用金属管体
32:流路用金属管体
33:接続部
34:流路
35:隙間
40:熱交換器
41:カバー用金属管体
42:流路用金属管体
43:接続部
44:流路
45:隙間
50:熱交換器
51:カバー用金属管体
52:流路用金属管体
53:接続部
54:流路
55:隙間
60:熱交換器
61:カバー用金属管体
62:第1流路用金属管体
63:第2流路用金属管体
64:接続部
65:流路
66:隙間
70:熱交換器
71:カバー用金属管体
72:第1流路用金属管体
73:第2流路用金属管体
74:接続部
75:流路
76:隙間
80:熱交換器
81:カバー用金属管体
82:第1流路用金属管体
83:第2流路用金属管体
84:接続部
85:流路
86:隙間
Claims (10)
- 蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
カバー用金属管体と、
前記カバー用金属管体の管内に配置される複数の流路用金属管体と、
複数の流路用金属管体をその外周部にて接続し、また、カバー用金属管体の内周部と複数の流路用金属管体の外周部とを接続する接続部と、
を備えることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項1に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記接続部は溶融させた硬ロウを複数の流路用金属管体の間、および、カバー用金属管体の内周部と複数の流路用金属管体の外周部との間に充填した後に固化させて形成したものであることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体および前記流路用金属管体はともに円管体であることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記流路用金属管体は多角形管体であることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項4に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記流路用金属管体は正三角形管体、正方形管体または正六角形管体の何れかであることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項5に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記流路用金属管体は正平面充填により配列されることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項1または請求項2に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記複数の流路用金属管体は、
前記カバー用金属管体の管内に配置される複数の第1流路用金属管体と、
前記カバー用金属管体の管内に配置され、前記第1流路用金属管体よりも細い複数の第2流路用金属管体と、
からなることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は大径の円管体であり、
前記第1流路用金属管体は中径の円管体であり、
前記第2流路用金属管体は小径の円管体であることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記第1流路用金属管体は正六角形管体であり、
前記第2流路用金属管体は前記第1流路用金属管体よりも細い正三角形管体であり、
複数の第1流路用金属管体の隙間に第2流路用金属管体が敷き詰められて平面充填されることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。 - 請求項7に記載の蓄冷式冷凍機の熱交換器において、
前記カバー用金属管体は円管体であり、
前記第1流路用金属管体は正三角形管体であり、
前記第2流路用金属管体は前記第1流路用金属管体よりも細い正三角管体であり、
複数の第1流路用金属管体の隙間に第2流路用金属管体が敷き詰められて平面充填されることを特徴とする蓄冷式冷凍機の熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009000602A JP2010159888A (ja) | 2009-01-06 | 2009-01-06 | 蓄冷式冷凍機の熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009000602A JP2010159888A (ja) | 2009-01-06 | 2009-01-06 | 蓄冷式冷凍機の熱交換器 |
Publications (1)
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JP2010159888A true JP2010159888A (ja) | 2010-07-22 |
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JP2009000602A Withdrawn JP2010159888A (ja) | 2009-01-06 | 2009-01-06 | 蓄冷式冷凍機の熱交換器 |
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JP (1) | JP2010159888A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012167867A (ja) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷器式冷凍機 |
-
2009
- 2009-01-06 JP JP2009000602A patent/JP2010159888A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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JP2012167867A (ja) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷器式冷凍機 |
US9086231B2 (en) | 2011-02-15 | 2015-07-21 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Regenerative refrigerator |
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