JP2666547B2 - 熱交換装置及びその製造方法 - Google Patents
熱交換装置及びその製造方法Info
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
- F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
- F28F13/125—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation by stirring
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加熱あるいは冷却された伝熱体と例えば空
気との間などで熱交換を行う熱交換装置及びその製造方
法に関するものである。
気との間などで熱交換を行う熱交換装置及びその製造方
法に関するものである。
［従来の技術］ 第20図は例えば実公昭58−34338号公報に示された熱
交換装置の伝熱形態を模式的に示した構成図である。図
においては、（１）は伝熱体、（1a）は伝熱面、（２）
はファン、（３）は伝熱面（1a）上の空気である。実線
矢印は熱の伝達方向、破線矢印は空気の流れを表わす。
交換装置の伝熱形態を模式的に示した構成図である。図
においては、（１）は伝熱体、（1a）は伝熱面、（２）
はファン、（３）は伝熱面（1a）上の空気である。実線
矢印は熱の伝達方向、破線矢印は空気の流れを表わす。
ファン（２）により駆動された空気は図中点線矢印で
示すように、伝熱面（1a）表面上を流れ、伝熱面（1a）
と空気（３）間の対流熱伝達により、伝熱面（1a）の熱
が空気（３）へ伝達される。
示すように、伝熱面（1a）表面上を流れ、伝熱面（1a）
と空気（３）間の対流熱伝達により、伝熱面（1a）の熱
が空気（３）へ伝達される。
［発明が解決しようとする課題］ 次式で定義される伝熱体（１）と空気（３）間の対流
熱伝達率ｈは空気流速や伝熱体（１）の形状のみから決
定されるが、従来の熱交換装置は以上のように構成され
ているので、対流熱伝達率が小さく、従って大きな伝熱
面積が必要となるという問題点があった。
熱伝達率ｈは空気流速や伝熱体（１）の形状のみから決
定されるが、従来の熱交換装置は以上のように構成され
ているので、対流熱伝達率が小さく、従って大きな伝熱
面積が必要となるという問題点があった。
ｈ＝Q/（Ｓ×ΔＴ） （１） Q:熱交換量 S:伝熱体の伝熱面の面積 ΔT:伝熱面と空気との温度差の絶対値 またファンと伝熱体が離れて設置されているため、装
置の容積が大きくなるという問題点があった。
置の容積が大きくなるという問題点があった。
本発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、対流熱伝達率を大きくすることにより伝熱面
積が小さくてすみ、空気の駆動力をも有する小形軽量な
熱交換装置を得ることを目的としており、さらに該装置
を簡便に製造できる方法を提供することを目的とする。
たもので、対流熱伝達率を大きくすることにより伝熱面
積が小さくてすみ、空気の駆動力をも有する小形軽量な
熱交換装置を得ることを目的としており、さらに該装置
を簡便に製造できる方法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］ 本発明の熱交換装置は、伝熱体と、この伝熱体と対向
し、これに対して相対運動する撹乱翼とを備えるもの
で、この撹乱翼の上記伝熱体側端と上記伝熱体の伝熱面
間との距離を、この距離の減少に伴う対流熱伝達率上昇
の勾配が立上がる立上がり点より小さくしたものであ
る。
し、これに対して相対運動する撹乱翼とを備えるもの
で、この撹乱翼の上記伝熱体側端と上記伝熱体の伝熱面
間との距離を、この距離の減少に伴う対流熱伝達率上昇
の勾配が立上がる立上がり点より小さくしたものであ
る。
また、撹乱翼が回動するようにしたものである。
また、撹乱翼を中央部が開口された円板に植設してい
る。
る。
また、伝熱体の中央部が開口されている。
また、撹乱翼及び伝熱体を駆動軸方向に多段に配設し
ている。
ている。
また、伝熱体に内部を熱輸送流体が流通するパイプを
同一面上に例えば螺旋状あるいは放射状に配列したもの
を用いる。
同一面上に例えば螺旋状あるいは放射状に配列したもの
を用いる。
さらに、伝熱体に着霜する場合は撹乱翼の伝熱体側端
と上記伝熱体の伝熱面間との距離を3mm以下とするもの
である。
と上記伝熱体の伝熱面間との距離を3mm以下とするもの
である。
そして、上記の如き熱交換装置は、伝熱体側に配置さ
れる撹乱翼端部が上記伝熱体に当接するように装着し、
上記撹乱翼を回動させて上記撹乱翼または伝熱体の当接
部を摩耗させ、上記撹乱翼の伝熱体側端と上記伝熱体の
伝熱面間に隙間を形成するように製造するものである。
れる撹乱翼端部が上記伝熱体に当接するように装着し、
上記撹乱翼を回動させて上記撹乱翼または伝熱体の当接
部を摩耗させ、上記撹乱翼の伝熱体側端と上記伝熱体の
伝熱面間に隙間を形成するように製造するものである。
そしてまた、伝熱体の撹乱翼側端部及び上記撹乱翼の
上記伝熱体側端部の少なくともいずれか一方を摩耗性材
料で形成する。
上記伝熱体側端部の少なくともいずれか一方を摩耗性材
料で形成する。
なお、対流熱伝達率は伝熱体近傍の流体の流れを乱す
撹乱翼の伝熱体側端と伝熱体の伝熱面間との距離が大き
い範囲では変化が小さくほぼ一定の値となり、距離を小
さくしていくと徐々に上昇し急激に立ち上がるというこ
とがわかった。この急激に立ち上がる点を立ち上がり点
と言う。
撹乱翼の伝熱体側端と伝熱体の伝熱面間との距離が大き
い範囲では変化が小さくほぼ一定の値となり、距離を小
さくしていくと徐々に上昇し急激に立ち上がるというこ
とがわかった。この急激に立ち上がる点を立ち上がり点
と言う。
［作用］ 本発明の熱伝達装置においては、撹乱翼と伝熱体の伝
熱面との距離を対流熱伝達率上昇の勾配が立上がる立上
がり点より小さくして、即ち伝熱体に近接して撹乱翼を
伝熱体と相対運動させているため、撹乱翼が伝熱面上の
温度境界層を横切ることになるので、伝熱面近傍の空気
流の乱れが大きくなり対流熱伝達率が増大すると共に、
空気が駆動される。また、伝熱面上に霜が付く場合でも
撹乱翼により霜がかき取られるので熱伝達率の低下が防
止できる。従って、伝熱面積が小さくてすみ、またファ
ンも不要となるので、小形、軽量化が図れる。なお、温
度境界層は伝熱面から例えば空気へ熱が伝わる際に空気
が温度変化している部分の厚みを言う。
熱面との距離を対流熱伝達率上昇の勾配が立上がる立上
がり点より小さくして、即ち伝熱体に近接して撹乱翼を
伝熱体と相対運動させているため、撹乱翼が伝熱面上の
温度境界層を横切ることになるので、伝熱面近傍の空気
流の乱れが大きくなり対流熱伝達率が増大すると共に、
空気が駆動される。また、伝熱面上に霜が付く場合でも
撹乱翼により霜がかき取られるので熱伝達率の低下が防
止できる。従って、伝熱面積が小さくてすみ、またファ
ンも不要となるので、小形、軽量化が図れる。なお、温
度境界層は伝熱面から例えば空気へ熱が伝わる際に空気
が温度変化している部分の厚みを言う。
また、撹乱翼を回動することにより、空気をその遠心
力により内側より外側へ向けて駆動する効果を持つ。
力により内側より外側へ向けて駆動する効果を持つ。
また、撹乱翼及び伝熱体を駆動軸方向に多段に配設す
ることにより、より小形、軽量化が図れる。
ることにより、より小形、軽量化が図れる。
さらに、伝熱体に着霜する場合、撹乱翼と伝熱面間と
の距離を3mm以下にしているので、霜層の熱抵抗による
対流熱伝達率減少分に比べ、撹乱翼により霜層がかき取
られ霜層表との間に形成される薄い隙間に起因する対流
熱伝達率の増大が著しく大きいので、対流熱伝達率を増
大できる。
の距離を3mm以下にしているので、霜層の熱抵抗による
対流熱伝達率減少分に比べ、撹乱翼により霜層がかき取
られ霜層表との間に形成される薄い隙間に起因する対流
熱伝達率の増大が著しく大きいので、対流熱伝達率を増
大できる。
そして、撹乱翼と伝熱体の隙間を、撹乱翼端部と伝熱
体を当接し、上記撹乱翼を回動させて上記撹乱翼または
伝熱体の当接部を摩耗させて形成するようにしているの
で位置決めが不要となる等、製造が容易である。
体を当接し、上記撹乱翼を回動させて上記撹乱翼または
伝熱体の当接部を摩耗させて形成するようにしているの
で位置決めが不要となる等、製造が容易である。
そしてまた、伝熱体の撹乱翼側端部及び上記撹乱翼の
上記伝熱体側端部の少なくともいずれか一方を摩耗性材
料で形成しているので、隙間が容易に形成できる。
上記伝熱体側端部の少なくともいずれか一方を摩耗性材
料で形成しているので、隙間が容易に形成できる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例の熱交換装置を示す縦断面
構成図である。図において、（21）は中央部が開口され
た円板（22）上に放射状にかつ円板（22）に垂直に複数
植設された板状の撹乱翼、（23）は円板（22）を回転さ
せるためのモータ、（24）は空気流入口で、この場合は
円板（22）の中央部に設けられた開口、（25）は空気流
出口である。（ｓ）は撹乱翼（21）の伝熱体（１）側端
と伝熱体（１）の伝熱面（1a）間の距離で、上記距離の
減少に伴う対流熱伝達率上昇の勾配が立上がる立上がり
点よりも小さく設定される。この場合は0.1mm程度で、
以下に述べる方法により形成される。なお、撹乱翼（2
1）の先端部（26）は摩耗が容易なフッソ樹脂、この場
合はKYNAR（米国ペンウオルト社商品名）（PVDF＝２フ
ッ化ビニリデン樹脂）からなっている。また実線矢印は
熱の伝達方向、破線矢印は空気の流れ、二重線矢印は円
板即ち撹乱翼の回転方向を表わす。
構成図である。図において、（21）は中央部が開口され
た円板（22）上に放射状にかつ円板（22）に垂直に複数
植設された板状の撹乱翼、（23）は円板（22）を回転さ
せるためのモータ、（24）は空気流入口で、この場合は
円板（22）の中央部に設けられた開口、（25）は空気流
出口である。（ｓ）は撹乱翼（21）の伝熱体（１）側端
と伝熱体（１）の伝熱面（1a）間の距離で、上記距離の
減少に伴う対流熱伝達率上昇の勾配が立上がる立上がり
点よりも小さく設定される。この場合は0.1mm程度で、
以下に述べる方法により形成される。なお、撹乱翼（2
1）の先端部（26）は摩耗が容易なフッソ樹脂、この場
合はKYNAR（米国ペンウオルト社商品名）（PVDF＝２フ
ッ化ビニリデン樹脂）からなっている。また実線矢印は
熱の伝達方向、破線矢印は空気の流れ、二重線矢印は円
板即ち撹乱翼の回転方向を表わす。
第２図（ａ）は第１図の撹乱翼（21）を植設した円板
（22）を伝熱体側から見た平面図、同図（ｂ）は同側面
図である。
（22）を伝熱体側から見た平面図、同図（ｂ）は同側面
図である。
まず、撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱面（１）間の
隙間ｓを形成する製造方法について説明する。
隙間ｓを形成する製造方法について説明する。
第３図の模式説明図に示すように、伝熱面（１）に撹
乱翼（21）を当接させた状態に円板（22）を装着し、こ
の円板（22）を回転させて撹乱翼（21）と伝熱面（１）
との当接部を擦りあわせると、撹乱翼（21）の先端部
（26）が摩耗しやすい材料から成っているため摩耗し、
その結果撹乱翼（21）の伝熱体（１）側端と伝熱面（1
a）間に隙間ｓが形成される。
乱翼（21）を当接させた状態に円板（22）を装着し、こ
の円板（22）を回転させて撹乱翼（21）と伝熱面（１）
との当接部を擦りあわせると、撹乱翼（21）の先端部
（26）が摩耗しやすい材料から成っているため摩耗し、
その結果撹乱翼（21）の伝熱体（１）側端と伝熱面（1
a）間に隙間ｓが形成される。
次に、この実施例の熱交換装置の動作について説明す
る。第１図において、モータ（23）の回転により、円板
（22）上の撹乱翼（21）が回転すると、撹乱翼（21）に
より生じる遠心力により、空気は駆動され、図中点線矢
印に示すように空気流入口（24）から流入し、内側から
外側へ向けて伝熱面（1a）上を流れることになる。
る。第１図において、モータ（23）の回転により、円板
（22）上の撹乱翼（21）が回転すると、撹乱翼（21）に
より生じる遠心力により、空気は駆動され、図中点線矢
印に示すように空気流入口（24）から流入し、内側から
外側へ向けて伝熱面（1a）上を流れることになる。
第４図はこの実施例の撹乱翼（21）と伝熱体（１）間
の流れの様子を示す模式説明図であり、第５図の特性図
はこの実施例における撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱
面（1a）間の距離ｓに対する対流熱伝達率ｈの変化の実
測値を示したものである。撹乱翼（21）の伝熱体側端と
伝熱面（1a）間の距離が伝熱面（1a）上の温度境界層厚
みよりも小さくなると、撹乱翼（21）が温度境界層を横
切ることになり、伝熱面（1a）近傍の空気流の乱れによ
る対流熱伝達率の増大が著しくなる。そのため第５図に
示されるように、撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱面
（1a）間の距離ｓの減少に伴う対流熱伝達率上昇の勾配
が立上がる立上がり点scr（図中では4mm）が存在する。
また、距離ｓが大きくなると殆ど変化せず従来例の対流
熱伝達率値と等価となる。なお、この測定には 径Do＝
0.4m、開口径Di＝0.17mの円板（22）に高さBH＝1mm、厚
み2mmの撹乱翼（21）を24枚植設したものを用いた。図
中、縦軸が対流熱伝達率ｈ（W/m2K）、横軸が撹乱翼の
伝熱体側端と伝熱面間の距離ｓ（mm）であり、特性曲線
□−□は撹乱翼を500rpmで回転した時の対流熱伝達率特
性を、○−○は撹乱翼を900rpmで回転した時の対流熱伝
達率特性を、△−△は撹乱翼を1200rpmで回転した時の
対流熱伝達率特性を表わしている。
の流れの様子を示す模式説明図であり、第５図の特性図
はこの実施例における撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱
面（1a）間の距離ｓに対する対流熱伝達率ｈの変化の実
測値を示したものである。撹乱翼（21）の伝熱体側端と
伝熱面（1a）間の距離が伝熱面（1a）上の温度境界層厚
みよりも小さくなると、撹乱翼（21）が温度境界層を横
切ることになり、伝熱面（1a）近傍の空気流の乱れによ
る対流熱伝達率の増大が著しくなる。そのため第５図に
示されるように、撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱面
（1a）間の距離ｓの減少に伴う対流熱伝達率上昇の勾配
が立上がる立上がり点scr（図中では4mm）が存在する。
また、距離ｓが大きくなると殆ど変化せず従来例の対流
熱伝達率値と等価となる。なお、この測定には 径Do＝
0.4m、開口径Di＝0.17mの円板（22）に高さBH＝1mm、厚
み2mmの撹乱翼（21）を24枚植設したものを用いた。図
中、縦軸が対流熱伝達率ｈ（W/m2K）、横軸が撹乱翼の
伝熱体側端と伝熱面間の距離ｓ（mm）であり、特性曲線
□−□は撹乱翼を500rpmで回転した時の対流熱伝達率特
性を、○−○は撹乱翼を900rpmで回転した時の対流熱伝
達率特性を、△−△は撹乱翼を1200rpmで回転した時の
対流熱伝達率特性を表わしている。
この実施例では撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱面
（１）間の距離が0.1mmとscrよりも小さくなっているた
め、乱れが大きくなり、空気の対流熱伝達率が従来例の
場合の約２〜10倍大きくなる。その結果、伝熱面の面積
が小さくて良く、小形で軽量な熱交換器が得られる。
（１）間の距離が0.1mmとscrよりも小さくなっているた
め、乱れが大きくなり、空気の対流熱伝達率が従来例の
場合の約２〜10倍大きくなる。その結果、伝熱面の面積
が小さくて良く、小形で軽量な熱交換器が得られる。
第６図の特性図はこの実施例において 伝熱体（１）
が空気よりも冷たく伝熱面（ａ）上に霜が発生する場合
の撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱面（1a）間の距離ｓ
に対する対流熱伝達率の変化の実測値を着霜しない場合
とともに示している。図中、縦軸が対流熱伝達率ｈ（W/
m2K）、横軸が撹乱翼の伝熱体側端と伝熱面間の距離ｓ
（mm）であり、実線の特性曲線が着霜がない場合の対流
熱伝達率特性を、破線の特性曲線が着霜がある場合の対
流熱伝達率特性を表わしている。通常、伝熱面（1a）上
に霜層が形成されると霜層の熱抵抗のために式（１）で
定義される対流熱伝達率は低下する。しかし、この実施
例においては伝熱面（1a）上に発生した霜は撹乱翼（2
1）の伝熱体側端と伝熱面（1a）間の距離ｓ以上に成長
すると、撹乱翼（21）に掻きとられるため、撹乱翼（2
1）の伝熱体側端と伝熱面（1a）間の距離ｓ以上に成長
することはなく、撹乱翼（21）の伝熱体側端と霜層表面
には非常に薄い隙間が形成されるため、霜層表面の対流
熱伝達率が大きく上昇する。霜層の厚みが3mm以下であ
れば、その熱抵抗による減少分に比べ、撹乱翼（21）と
霜層間に形成される薄い隙間による熱伝達率向上効果の
方がはるかに大きく、その結果第６図に示されるよう
に、撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱面（1a）間の距離
ｓが3mm以下では従来例と異なり、着霜がある場合の方
が対流熱伝達率が大きく上昇している。従って、伝熱面
（1a）上に霜が発生する場合、さらに伝熱面の面積が小
さくて良く、より小形で軽量な熱交換器が得られる。
が空気よりも冷たく伝熱面（ａ）上に霜が発生する場合
の撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱面（1a）間の距離ｓ
に対する対流熱伝達率の変化の実測値を着霜しない場合
とともに示している。図中、縦軸が対流熱伝達率ｈ（W/
m2K）、横軸が撹乱翼の伝熱体側端と伝熱面間の距離ｓ
（mm）であり、実線の特性曲線が着霜がない場合の対流
熱伝達率特性を、破線の特性曲線が着霜がある場合の対
流熱伝達率特性を表わしている。通常、伝熱面（1a）上
に霜層が形成されると霜層の熱抵抗のために式（１）で
定義される対流熱伝達率は低下する。しかし、この実施
例においては伝熱面（1a）上に発生した霜は撹乱翼（2
1）の伝熱体側端と伝熱面（1a）間の距離ｓ以上に成長
すると、撹乱翼（21）に掻きとられるため、撹乱翼（2
1）の伝熱体側端と伝熱面（1a）間の距離ｓ以上に成長
することはなく、撹乱翼（21）の伝熱体側端と霜層表面
には非常に薄い隙間が形成されるため、霜層表面の対流
熱伝達率が大きく上昇する。霜層の厚みが3mm以下であ
れば、その熱抵抗による減少分に比べ、撹乱翼（21）と
霜層間に形成される薄い隙間による熱伝達率向上効果の
方がはるかに大きく、その結果第６図に示されるよう
に、撹乱翼（21）の伝熱体側端と伝熱面（1a）間の距離
ｓが3mm以下では従来例と異なり、着霜がある場合の方
が対流熱伝達率が大きく上昇している。従って、伝熱面
（1a）上に霜が発生する場合、さらに伝熱面の面積が小
さくて良く、より小形で軽量な熱交換器が得られる。
なお上記実施例では撹乱翼（21）を円板（22）上に設
けた場合について示したが、第７図の撹乱翼の他の実施
例を示す斜視図のように、円板（22）がなく支持具（3
1）で固定した撹乱翼（21）のみが伝熱面（１）上で回
転するようにした場合、あるいは第８図の他の実施例の
要部断面模式図に示すように、撹乱翼（21）を植設した
円板（22）に孔（32）が設けられている場合も同様な効
果が得られるのは勿論である。この場合は回転部分が軽
量になるため、回転に要する動力が小さくて良いという
効果が得られる。
けた場合について示したが、第７図の撹乱翼の他の実施
例を示す斜視図のように、円板（22）がなく支持具（3
1）で固定した撹乱翼（21）のみが伝熱面（１）上で回
転するようにした場合、あるいは第８図の他の実施例の
要部断面模式図に示すように、撹乱翼（21）を植設した
円板（22）に孔（32）が設けられている場合も同様な効
果が得られるのは勿論である。この場合は回転部分が軽
量になるため、回転に要する動力が小さくて良いという
効果が得られる。
また、上記実施例では円板（22）の中央部を開口して
形成した空気流入口（24）を有する場合について示した
が、第９図のさらに他の実施例の縦断面構成図に示すよ
うに円板（22）は開口されていず、伝熱面（１）の中央
部を開口して空気流入口（24）とした場合、あるいは円
板（22）の中央部および伝熱面（１）の中央部の両者を
開口して空気流入口（24）とした場合も同様な効果が得
られることは勿論である。
形成した空気流入口（24）を有する場合について示した
が、第９図のさらに他の実施例の縦断面構成図に示すよ
うに円板（22）は開口されていず、伝熱面（１）の中央
部を開口して空気流入口（24）とした場合、あるいは円
板（22）の中央部および伝熱面（１）の中央部の両者を
開口して空気流入口（24）とした場合も同様な効果が得
られることは勿論である。
また、上記実施例では伝熱面（１）とこれに対向して
撹乱翼（21）列がそれぞれ一個ある場合について示した
が、第10図のさらに他の実施例の縦断面構成図に示すよ
うに、伝熱体（１）と撹乱翼（21）を回転軸方向に複数
個多段に配列しても同様な効果が得られる。この場合一
つの円板（22）の裏と表の両面を利用して撹乱翼（21）
を植設できることから、より小形軽量な熱交換装置が得
られる効果がある。伝熱体（１）と撹乱翼（21）を複数
個多段に配列する形態等は種々考えられる。
撹乱翼（21）列がそれぞれ一個ある場合について示した
が、第10図のさらに他の実施例の縦断面構成図に示すよ
うに、伝熱体（１）と撹乱翼（21）を回転軸方向に複数
個多段に配列しても同様な効果が得られる。この場合一
つの円板（22）の裏と表の両面を利用して撹乱翼（21）
を植設できることから、より小形軽量な熱交換装置が得
られる効果がある。伝熱体（１）と撹乱翼（21）を複数
個多段に配列する形態等は種々考えられる。
また、上記実施例では伝熱体（１）として一枚の金属
板からなるものについて示したが、第11図の伝熱体の他
の実施例を示す斜視図のように内部を熱輸送流体（41）
が流れるパイプを同一面上に螺旋状に配設した螺旋配管
（42）や、第12図の伝熱体のさらに他の実施例を示す斜
視図のように同一面上に放射状に配列した放射状配管
（43）等を伝熱体として使用したものでもよい。あるい
は第13図の要部断面模式図に示すように、金属板伝熱面
（1a）の上にフィン（44）を植立し、凹凸を持ったもの
としても良い。この場合伝熱面表面が波打った形状とあ
るいは凹凸状となるため、空気流の乱れがより大きくな
り対流熱伝達率がより大きくなるという効果が得られ
る。
板からなるものについて示したが、第11図の伝熱体の他
の実施例を示す斜視図のように内部を熱輸送流体（41）
が流れるパイプを同一面上に螺旋状に配設した螺旋配管
（42）や、第12図の伝熱体のさらに他の実施例を示す斜
視図のように同一面上に放射状に配列した放射状配管
（43）等を伝熱体として使用したものでもよい。あるい
は第13図の要部断面模式図に示すように、金属板伝熱面
（1a）の上にフィン（44）を植立し、凹凸を持ったもの
としても良い。この場合伝熱面表面が波打った形状とあ
るいは凹凸状となるため、空気流の乱れがより大きくな
り対流熱伝達率がより大きくなるという効果が得られ
る。
また、上記実施例では撹乱翼（21）としてその断面が
矩形のものについて示したが、第14図（ａ）〜（ｅ）の
撹乱翼の他の形状例を示す模式断面図のように撹乱翼
（21）の伝熱体側端部が円形（21a）、三角形（21b）、
のこぎり刃状（21c）、Ｍ形（21d）、波型（21e）など
いかなる形であっても同様な効果を奏するのは勿論であ
る。特にＭ形（21d）、波型（21e）の場合は空気流の乱
れが促進され対流熱伝達率がより大きくなるという効果
が得られる。
矩形のものについて示したが、第14図（ａ）〜（ｅ）の
撹乱翼の他の形状例を示す模式断面図のように撹乱翼
（21）の伝熱体側端部が円形（21a）、三角形（21b）、
のこぎり刃状（21c）、Ｍ形（21d）、波型（21e）など
いかなる形であっても同様な効果を奏するのは勿論であ
る。特にＭ形（21d）、波型（21e）の場合は空気流の乱
れが促進され対流熱伝達率がより大きくなるという効果
が得られる。
また、上記実施例では撹乱翼（21）が円板（22）に垂
直に植設されたものについて示したが、第15図の模式断
面図に示すように撹乱翼（21）が円板（22）に対して傾
いて角度θをもって植設されていても同様な効果を奏す
る。
直に植設されたものについて示したが、第15図の模式断
面図に示すように撹乱翼（21）が円板（22）に対して傾
いて角度θをもって植設されていても同様な効果を奏す
る。
また、上記実施例では撹乱翼（21）が円板（22）に半
径方向に直線的に植設されたものについて示したが、必
ずしも直線的である必要はなく、例えば第16図の斜視図
に示すように半径方向に湾曲した撹乱翼（21）を用いて
も同様な効果を奏する。
径方向に直線的に植設されたものについて示したが、必
ずしも直線的である必要はなく、例えば第16図の斜視図
に示すように半径方向に湾曲した撹乱翼（21）を用いて
も同様な効果を奏する。
また、上記実施例では撹乱翼（21）が円板（22）に半
径方向に直線的に空気流入口（24）から空気流出口（2
5）まで全体に植設された場合について示したが、撹乱
翼（21）が円板（22）の半径方向の一部にのみ植立され
ていても良く、また第17図の縦断面構成図に示すように
撹乱翼（21）の一部に孔（51）を有していても良いこと
は勿論である。この場合は回転部分が軽量になるため、
回転に要する動力が小さくて良いという効果が得られ
る。さらに、この場合、第18図の撹乱翼部分を示す斜視
図に示すように撹乱翼（21）有する回転円板（22）の周
囲を空気流入口（52）、空気流出口（53）を有するケー
ス（54）で覆うことにより、空気の流入、流出を円板
（22）と同一平面内で行なえるため、回転軸方向に空間
が限定されており空気の流入口を設けられない場合にお
いても、本装置が実現できるという効果が得られる。
径方向に直線的に空気流入口（24）から空気流出口（2
5）まで全体に植設された場合について示したが、撹乱
翼（21）が円板（22）の半径方向の一部にのみ植立され
ていても良く、また第17図の縦断面構成図に示すように
撹乱翼（21）の一部に孔（51）を有していても良いこと
は勿論である。この場合は回転部分が軽量になるため、
回転に要する動力が小さくて良いという効果が得られ
る。さらに、この場合、第18図の撹乱翼部分を示す斜視
図に示すように撹乱翼（21）有する回転円板（22）の周
囲を空気流入口（52）、空気流出口（53）を有するケー
ス（54）で覆うことにより、空気の流入、流出を円板
（22）と同一平面内で行なえるため、回転軸方向に空間
が限定されており空気の流入口を設けられない場合にお
いても、本装置が実現できるという効果が得られる。
また、上記実施例では撹乱翼（21）が伝熱面（１）上
に生じる霜層を掻きとるのに有効であることを示した
が、第19図の断面模式図に示すように、撹乱翼（21）に
ゴム板等からなる霜層掻きとりブレード（61）を装着し
ても同様な効果が得られることは勿論である。
に生じる霜層を掻きとるのに有効であることを示した
が、第19図の断面模式図に示すように、撹乱翼（21）に
ゴム板等からなる霜層掻きとりブレード（61）を装着し
ても同様な効果が得られることは勿論である。
さらに、上記実施例では対流熱伝達に利用される流体
として空気の場合について示したが、他の流体であって
も同様の効果を奏する。また、撹乱翼が回転する場合に
ついて示したが、回転に限らず、例えば所定角度往復回
動させるようにしてもよく、また伝熱体を駆動するよう
にしてもよい。
として空気の場合について示したが、他の流体であって
も同様の効果を奏する。また、撹乱翼が回転する場合に
ついて示したが、回転に限らず、例えば所定角度往復回
動させるようにしてもよく、また伝熱体を駆動するよう
にしてもよい。
［発明の効果］ 本発明の熱交換装置は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を有する。
いるので、以下に記載されるような効果を有する。
伝熱体と対向して、これに対して相対運動する撹乱翼
を設け、この撹乱翼の上記伝熱体側端と上記伝熱体の伝
熱面間との距離を、この距離の減少に伴う対流熱伝達率
上昇の勾配が立上がる立上がり点より小さくしたので、
撹乱翼により空気が駆動され、伝熱面近傍の空気流の乱
れが大きくなり対流熱伝達率が増大する。また、伝熱面
上に霜が付く場合でも撹乱翼により霜がかき取られるの
で熱伝達率の低下が防止できる。従って、伝熱面積が小
さくてすみ、またファンも不要となるので、小形、軽量
化が図れる。
を設け、この撹乱翼の上記伝熱体側端と上記伝熱体の伝
熱面間との距離を、この距離の減少に伴う対流熱伝達率
上昇の勾配が立上がる立上がり点より小さくしたので、
撹乱翼により空気が駆動され、伝熱面近傍の空気流の乱
れが大きくなり対流熱伝達率が増大する。また、伝熱面
上に霜が付く場合でも撹乱翼により霜がかき取られるの
で熱伝達率の低下が防止できる。従って、伝熱面積が小
さくてすみ、またファンも不要となるので、小形、軽量
化が図れる。
また、撹乱翼を回動することにより、空気をその遠心
力により内側から外側へ向けて駆動できる。
力により内側から外側へ向けて駆動できる。
また、撹乱翼及び伝熱体を駆動軸方向に多段に配設す
ることにより、より小形、軽量化が図れる さらに、伝熱体に着霜する場合、撹乱翼と伝熱面間と
の距離を3mm以下にすることにより、霜層の熱抵抗によ
る対流熱伝達率減少分より、撹乱翼により霜層がかき取
られ霜層表面との間に形成される薄い隙間に起因する対
流熱伝達率増大が著しく大きいので、対流熱伝達率を増
大できる。
ることにより、より小形、軽量化が図れる さらに、伝熱体に着霜する場合、撹乱翼と伝熱面間と
の距離を3mm以下にすることにより、霜層の熱抵抗によ
る対流熱伝達率減少分より、撹乱翼により霜層がかき取
られ霜層表面との間に形成される薄い隙間に起因する対
流熱伝達率増大が著しく大きいので、対流熱伝達率を増
大できる。
そして、本発明の熱交換装置の製造方法では、撹乱翼
端部と伝熱体を当接し、上記撹乱翼を回動させて上記撹
乱翼または伝熱体の当接部を摩耗させて撹乱翼と伝熱体
の隙間を形成するようにしているので位置決めが不要と
なる等、製造が容易である。
端部と伝熱体を当接し、上記撹乱翼を回動させて上記撹
乱翼または伝熱体の当接部を摩耗させて撹乱翼と伝熱体
の隙間を形成するようにしているので位置決めが不要と
なる等、製造が容易である。
そしてまた、伝熱体の撹乱翼側端部及び上記撹乱翼の
上記伝熱体側端部の少なくともいずれか一方を摩耗性材
料で形成しているので、隙間が容易に形成できる。
上記伝熱体側端部の少なくともいずれか一方を摩耗性材
料で形成しているので、隙間が容易に形成できる。
第１図は本発明の一実施例の熱交換装置の構成を示す縦
断面構成図、第２図（ａ）（ｂ）は各々第１図の撹乱翼
を植設した円板を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）
は側面図、第３図は本発明の熱交換装置の製造方法の一
実施例を示す模式説明図、第４図は本発明の一実施例の
熱交換装置の動作を示す模式説明図、第５図は同、撹乱
翼の伝熱体側端と伝熱体の伝熱面間との距離ｓに対する
対流熱伝達率の変化を示す特性図、第６図は同、伝熱面
上に着霜がある場合の撹乱翼の伝熱体側端と伝熱体の伝
熱面間との距離ｓに対する対流熱伝達率の変化を着霜が
ない場合とともに示す特性図、第７図は本発明に係わる
撹乱翼の他の実施例の構成を示す斜視図、第８図は本発
明に係わる円板の他の形状例を示す断面模式図、第９図
は本発明の他の実施例を示す縦断面構成図、第10図は本
発明のさらに他の実施例を示す縦断面構成図、第11図及
び第12図は各々本発明に係わる伝熱体の他の実施例を示
す斜視図、第13図は本発明に係わる伝熱体のさらに他の
構成を示す断面模式図、第14図（ａ）〜（ｅ）は各々本
発明に係わる撹乱翼の形状例を示す模式断面図、第15図
は本発明に係わる撹乱翼の円板への植設状態の例を示す
断面模式図、第16図は本発明の撹乱翼のさらに他の実施
例を示す斜視図、第17図は本発明のさらに他の実施例の
縦断面構成図で撹乱翼の変形例を示す、第18図は本発明
に係わる撹乱翼部分の構成例を示す斜視図、19図は本発
明に係わる撹乱翼のさらに他の実施例を示す断面模式
図、第20図は従来の熱交換装置の構成図である。 （１）は伝熱体、（1a）は伝熱面、（21）は撹乱翼、
（22）は円板、（23）はモータ、（24）は空気流入口、
（25）は空気流出口、（26）は撹乱翼の先端、（31）は
支持具、（41）は熱輸送流体、（42）は螺旋配管からな
る伝熱体、（43）は放射状配管からなる伝熱体、（44）
はフィン、（51）は孔、（61）はブレードである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
断面構成図、第２図（ａ）（ｂ）は各々第１図の撹乱翼
を植設した円板を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）
は側面図、第３図は本発明の熱交換装置の製造方法の一
実施例を示す模式説明図、第４図は本発明の一実施例の
熱交換装置の動作を示す模式説明図、第５図は同、撹乱
翼の伝熱体側端と伝熱体の伝熱面間との距離ｓに対する
対流熱伝達率の変化を示す特性図、第６図は同、伝熱面
上に着霜がある場合の撹乱翼の伝熱体側端と伝熱体の伝
熱面間との距離ｓに対する対流熱伝達率の変化を着霜が
ない場合とともに示す特性図、第７図は本発明に係わる
撹乱翼の他の実施例の構成を示す斜視図、第８図は本発
明に係わる円板の他の形状例を示す断面模式図、第９図
は本発明の他の実施例を示す縦断面構成図、第10図は本
発明のさらに他の実施例を示す縦断面構成図、第11図及
び第12図は各々本発明に係わる伝熱体の他の実施例を示
す斜視図、第13図は本発明に係わる伝熱体のさらに他の
構成を示す断面模式図、第14図（ａ）〜（ｅ）は各々本
発明に係わる撹乱翼の形状例を示す模式断面図、第15図
は本発明に係わる撹乱翼の円板への植設状態の例を示す
断面模式図、第16図は本発明の撹乱翼のさらに他の実施
例を示す斜視図、第17図は本発明のさらに他の実施例の
縦断面構成図で撹乱翼の変形例を示す、第18図は本発明
に係わる撹乱翼部分の構成例を示す斜視図、19図は本発
明に係わる撹乱翼のさらに他の実施例を示す断面模式
図、第20図は従来の熱交換装置の構成図である。 （１）は伝熱体、（1a）は伝熱面、（21）は撹乱翼、
（22）は円板、（23）はモータ、（24）は空気流入口、
（25）は空気流出口、（26）は撹乱翼の先端、（31）は
支持具、（41）は熱輸送流体、（42）は螺旋配管からな
る伝熱体、（43）は放射状配管からなる伝熱体、（44）
はフィン、（51）は孔、（61）はブレードである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (9)
- 【請求項１】伝熱体、及びこの伝熱体と対向して設けら
れ、これに対して相対運動する撹乱翼を備え、この撹乱
翼の上記伝熱体側端と上記伝熱体の伝熱面間との距離
を、この距離の減少に伴う対流熱伝達率上昇の勾配が立
上がる立上がり点より小さくしたことを特徴とする熱交
換装置。 - 【請求項２】撹乱翼が回動することを特徴とする請求項
１記載の熱交換装置。 - 【請求項３】撹乱翼は中央部が開口された円板に植設さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱
交換装置。 - 【請求項４】伝熱体は中央部が開口されていることを特
徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換装
置。 - 【請求項５】撹乱翼及び伝熱体が駆動軸方向に多段に配
設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れかに記載の熱交換装置。 - 【請求項６】伝熱体は内部を熱輸送流体が流通するパイ
プを同一面上に配設したものであることを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の熱交換装置。 - 【請求項７】伝熱体に着霜する場合は撹乱翼の伝熱体側
端と上記伝熱体の伝熱面間との距離を3mm以下とするこ
とを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の熱
交換装置。 - 【請求項８】伝熱体側に配置される撹乱翼端部が上記伝
熱体に当接するように装着し、上記撹乱翼を回動させて
上記撹乱翼または伝熱体の当接部を摩耗させ、上記撹乱
翼の伝熱体側端と上記伝熱体の伝熱面間に隙間を形成す
るようにしたことを特徴とする請求項２ないし７のいず
れかに記載の熱交換装置の製造方法。 - 【請求項９】伝熱体の撹乱翼側端部及び上記撹乱翼の上
記伝熱体側端部の少なくともいずれか一方を摩耗性材料
で形成したことを特徴とする請求項８記載の熱交換装置
の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252576A JP2666547B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 熱交換装置及びその製造方法 |
| DE4128781A DE4128781A1 (de) | 1990-09-20 | 1991-08-29 | Waermeaustauscher und verfahren zu seiner herstellung |
| US08/000,579 US5297623A (en) | 1990-09-20 | 1993-01-04 | Heat exchange apparatus and method for preparing the apparatus |
| US08/148,333 US5431216A (en) | 1990-09-20 | 1993-11-08 | Heat exchange apparatus and method for preparing the apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252576A JP2666547B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 熱交換装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04131697A JPH04131697A (ja) | 1992-05-06 |
| JP2666547B2 true JP2666547B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17239298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2252576A Expired - Fee Related JP2666547B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 熱交換装置及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5297623A (ja) |
| JP (1) | JP2666547B2 (ja) |
| DE (1) | DE4128781A1 (ja) |
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-
1990
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