JP3157103U

JP3157103U - 熱交換器

Info

Publication number: JP3157103U
Application number: JP2009008144U
Authority: JP
Inventors: 敬賢蔡; 始偉張
Original assignee: 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2019-11-13

Abstract

【課題】管体内の層流および乱流による熱伝導能力および熱性能係数を向上させる熱交換器を提供する。【解決手段】管体４および導流デバイス５からなり、管体４は、流体の流路となるチャンバ４１を有する。導流デバイス５は、チャンバ４１内に配置され、導流デバイス５は、螺旋状を呈する本体５１を有する。本体５１は、両側に延伸した複数の障害部５２を形成し、複数の障害部５２は、それぞれ独立して配列されており、チャンバ４１の内壁に相対する自由端５２１を有する。障害部５２と本体５１とは、ともに少なくとも一つの螺旋一回転した導流部５３を画定している。導流デバイス５の螺旋状の障害５２部が管体４内の層流および乱流の熱伝導能力および熱性能係数を向上させることにより、良好な熱伝導効果を得る。【選択図】図２

Description

本考案は、熱交換器に関し、特に、導流デバイスの螺旋状の障害部により、管体内の層流および乱流の熱伝導能力および熱性能係数を向上させ、良好な熱伝導効果を得る熱交換器に関する。

従来の熱交換器は、管流の熱伝導強化能力および熱性能係数をさらに向上させ、同時に熱伝導係数のレイノルズ数範囲を効果的に拡大させるため、熱交換器の管体内に螺旋片を設けたり、螺旋波形管内に連続した螺旋片を設けたり、多角形の管内に螺旋片を設けたり、一本の管体内に複数の螺旋片を設けたりする方法を採用していた。

従来の平らな表面を持つ螺旋片は、乱流強度(Turbulent intensity)を向上させて熱伝導能力を強化させることができなかった。また、レイノルズ数範囲も小さかった。

レイノルズ数というのは、慣性力と粘性力との比で定義される無次元数である。このレイノルズ数が小さければ小さいほど、粘性力の流れ場に対する影響は、慣性力より大きくなる。流れ場の速さによる影響は、粘性力のため減少し、流れが穏やかになるが、これが層流(Laminar)と呼ばれる。逆に、このレイノルズ数が大きければ大きいほど，慣性力の流れ場に対する影響は、粘性力より大きくなる。流体流動は、不安定になり、その僅かな変化が乱れを形成し、不規則な乱流(Turbulent flow)の流れ場となる。

以下、従来技術を図面に基づいて説明する。図１を参照する。図１は、従来の熱交換器の断面を示す斜視図である。図１に示すように、従来の平らな表面を持つ螺旋片１は、熱交換器の管体２内に配置され、管体２内で旋回流(Swirling flow)を起こして流れ場に熱伝導係数を与える。

従来の平らな表面を持つ螺旋片１が起こした旋回流３は、管体２内壁面に垂直の流動動量を与えるため、層流域の流れ場に対して好適な熱伝導強化効果を有する。しかし、乱流については流体が振動しているため、管体２内壁面に垂直の流動動量を有する。そのため、従来の平らな表面を持つ螺旋片１は、乱流に対しては、熱伝導強化効果が少なかった。

以上のように、良好な熱伝導強化効果を有する熱交換器が求められていた。

特開２０００−１２１２６９号公報

本考案の目的は、管体内の層流および乱流の熱伝導能力および熱性能係数を向上させる熱交換器を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本考案は、熱交換器を提供する。本考案の熱交換器は、管体および導流デバイスからなる。管体は、流体の流路となるチャンバを有する。導流デバイスは、チャンバ内に配置されている。導流デバイスは、螺旋状を呈する本体を有する。本体は、両側に延伸した複数の障害部を形成している。複数の障害部は、それぞれ分離独立して配列されており、チャンバの内壁に対応する自由端を有する。障害部と本体とは、ともに少なくとも一つの螺旋一回転の導流部を画定している。導流デバイスの螺旋状の障害部が管体内の層流および乱流の熱伝導能力および熱性能係数を向上させることにより、良好な熱伝導効果を得る。

本考案の熱交換器は、層流および乱流の熱伝導能力および熱性能係数を向上させることができる。また、熱伝導を強化する効果があるレイノルズ数範囲を増加させることができる。

従来の熱交換器の断面を示す斜視図である。本考案の第１の実施形態による熱交換器を示す分解斜視図である。図２の導流デバイスの拡大図である。本考案の第２の実施形態による導流デバイスを示す斜視図である。本考案の第３の実施形態による導流デバイスを示す斜視図である。本考案の第１の実施形態による熱交換器を示す断面図である。本考案の第１の実施形態による熱交換器を示す断面図である。

以下、本考案の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２〜７を参照する。図２は、本考案の第１の実施形態による熱交換器を示す分解斜視図である。図３は、図２の導流デバイスの拡大図である。図４は、本考案の第２の実施形態による導流デバイスを示す斜視図である。図５は、本考案の第３の実施形態による導流デバイスを示す斜視図である。図６は、本考案の第１の実施形態による熱交換器を示す断面図である。図７は、本考案の第１の実施形態による熱交換器を示す断面図である。図２〜７に示すように、本考案の熱交換器は、管体４および導流デバイス５からなる。

管体４は、チャンバ４１を有する。

導流デバイス５は、チャンバ４１内に配置されている。導流デバイス５は、螺旋状を呈する本体５１を有する。本体５１は、両側に延伸した複数の障害部５２を形成している。複数の障害部５２は、それぞれ独立して配列されており、チャンバ４１の内壁に相対する自由端５２１を有する。障害部５２と本体５１とは、ともに少なくとも一つの螺旋を一回転した導流部５３を画定している。

管体４は、流入口４２および流出口４３を有し、流体６を流入口４２から管体４内に流入させる。

導流デバイス５は、管体４のチャンバ４１内に配置され、本体５１が管体４のチャンバ４１内壁に接触することにより、本体５１とチャンバ４１とがともに螺旋流道４４を画定している。流体６は、管体４の螺旋流道４４内で旋回流を発生し、管体４内に対流の流れ場の導熱係数を与える。

導流デバイス５の本体５１および障害部５２のねじれ率が増加することにより、熱伝導能力が向上し、効果的にレイノルズ数範囲を増加させる。

障害部５２は、形状が板状、針状（図示せず）、柱状または線状（図示せず）のいずれでもよく、本実施形態では、板状（図３参照）であるが、これに限定されるものではない。

複数の障害部５２は、その間に少なくとも一つの隙間５２２を有する。障害部５２の長さは、同一の長さ（図３参照）でも、互いに異なる長さ（図４参照）でもよい。また、配列された障害部５２が互いに等間隔（図３参照）でも、異なる間隔（図５参照）でもよい。

図７に示すように、導流デバイス５が管体４のチャンバ４１内に配置され、管体４の流入口４２および流出口４３により、流体６が管体４内に流入して熱交換を行う。流体６が流入口４２から管体４のチャンバ４１内に流入すると、導流デバイス５の本体５１が螺旋状に配置されているため、本体５１の後方において、せん断応力層および主要流れ場の旋回流の相互作用が起こり、流体６の混合および乱流の強度が向上される。これにより、熱伝導能力が向上し、圧損係数が増加する。導流デバイス５の本体５１は、従来の平らな表面を持つ螺旋片を用いた管体と比較して平均ヌセルト数が1.28-2.4倍である。また、層流域における平均ヌセルト数の熱伝導係数は、従来の平らな表面を持つ螺旋片を用いた管体と比較して6.3-9.5倍である。

導流デバイス５の熱伝導を強化する効果的なレイノルズ数範囲は、従来の平らな表面を持つ螺旋片と比較して大きい。導流デバイス５ねじれ率の増加により、熱伝導能力が向上し、効果的にレイノルズ数範囲を増加させる。

Fanningの式による圧損係数がレイノルズ数とともに変化することから、導流デバイス５は、流れ場において、層流から乱流に転換するのを抑圧することがわかる。

導流デバイス５の本体５１は、従来の平らな表面を持つ螺旋片と比較して、さらに高い熱伝導強化値を有し、熱性能係数も改善する。

本実施形態において、導流デバイス５は、管体の熱伝導能力および熱性能係数を向上させることができるが、複数の導流デバイス５を用いれば、熱伝導能力および熱性能係数をさらに向上させることができる。また、導流デバイス５のねじれ率が適切に選択されると層流および乱流の熱伝導能力および熱性能係数を同時に向上させることができる。

本考案では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本考案を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本考案の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の保護の範囲は、実用新案請求の範囲で指定した内容を基準とする。

４管体
５導流デバイス
６流体
４１チャンバ
４２流入口
４３流出口
４４螺旋流道
５１本体
５２障害部
５３導流部
５２１自由端
５２２隙間

Claims

流体の流路となるチャンバを有する管体と、
前記チャンバ内に配置され、螺旋状を呈する本体を有し、前記本体は両側に延伸した複数の障害部を形成し、前記複数の障害部はそれぞれ分離独立して配列されており、その先端は前記チャンバの内壁に相対する自由端をなし、前記障害部と前記本体とはともに少なくとも一つの螺旋一回転の導流部を画定している導流デバイスとからなる、ことを特徴とする熱交換器。
前記障害部は、形状が板状、針状、柱状又は線状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記導流デバイスは、前記チャンバとともに螺旋流道を画定していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記複数の障害部は、それらの間に少なくとも一つの隙間を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記複数の障害部は、長さが同じであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記複数の障害部は、長さが異なることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記複数の障害部は、等間隔で配列されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記複数の障害部は、異なる間隔で配列されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。