JP3976326B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
従来の熱交換器は図1に示すように、その両端部が上・下部ヘッダー1,3に固定され、互いに所定距離隔てて並設されている複数個のチューブ5と、前記上・下部ヘッダー13とそれぞれ結合して各チューブ5の端部と連通する通路を形成する上・下部タンク7.9と、前記各チューブ5の間に設置して放熱表面積を広げるための放熱フィン11とを具備して構成される。
分割供給手段13は、上部ヘッダー1と結合した各チューブ5の上端部と連通する複数個の連結通路15と、連結通路15の入口側が所定の角度範囲内で形成される円筒状の熱交換媒体分割部19とが形成された本体17と;本体17に形成された熱交換媒体分割部19と連通可能に設置した少なくとも一つ以上の熱交換媒体供給管21と;熱交換媒体分割部19に回転可能に設置し、熱交換媒体分割部19と連通する連結通路15の入口を選択的に遮断する遮断羽根27を回転軸25に設置した回転部材23と;回転軸25を支持しながら熱交換媒体分割部19を遮断するカバー部材29と;から構成される。
連結通路15の入口が両側に形成されている場合は、回転部材23の両側に設置した遮断羽根27が各チューブ5の端部を同時に開くことになり、一部のチューブ5に熱交換媒体を供給することができ、回転部材23の回転によって熱交換媒体の供給量を調節することができるので、熱交換器の熱交換能力を任意に調節できるようになる。
しかし、熱交換器は、熱交換媒体の量を選択的に調節することができるという長所はあるが、回転部材23の遮断羽根27によってガイドされる熱交換媒体が熱交換器の一側のチューブ列に偏流するため、熱交換媒体のミキシング性能が低下してしまうだけでなく、熱交換器の左・右温度差が発生する問題があった。また、前記熱交換器の場合、構造上チューブ列に供給される熱交換媒体の供給順序および位置を任意に変更/選択するのが容易でなかった。
また、本発明の他の目的は、チューブ側に流れる熱交換媒体量及び流速を一定に維持して左・右温度差を改善し、且つ熱交換性能を向上させた熱交換器を提供することにある。
また、熱交換媒体供給管(120)と熱交換媒体回収管(125)を結んでバイパス通路(117)が形成され、バイパスホール(185)が形成される部位で断面積が小さく、特にテーパー状にされた縮小バイパス通路(117a)となることが好ましい。
また、分配流路と案内ガイド及び隔壁の位置を多様に変更することができるので、特定チューブに流動する熱交換媒体の流路の数及び形状を自由に調整することができる。
また、一定の個数ずつ区画されたチューブと連通する熱交換媒体の分配ホールを、該当チューブ数に比例する大きさにすることにより、チューブ側に流れる熱交換媒体量及び流速が一定に維持されて、左・右温度差が改善されるとともに、熱交換性能が向上する。
また、初期にバイパスホールがある程度開放されてもバイパスされる流量が少なくてチューブ側に流れる流量を充分に確保することができ、熱交換性能及び流量制御性能が向上する。
また、図には示していないが、チューブ105の間には熱交換を促進させる放熱フィンをさらに介在しても良い。
熱交換媒体分配手段110は、図7にあるように、複数の供給ホール145が適正位置に形成されて、それぞれチューブ105と連通して一定個数ずつ区画され、熱交換媒体をチューブ105に移動抵抗なしに供給できるようしている。供給ホール145は、隣り合う供給ホール145との間に隔壁160が形成され、それぞれ独立している。また、供給ホール145は、連通する該当チューブ105の個数に比例する大きさにすることが好ましい。
このような熱交換媒体分配手段110は、ゴム(Rubber)材質または合成樹脂材質で形成されると、熱伝導を少なく好ましい。
案内部165にある分配ホール170は、連通するそこと連通する該当チューブ105の個数に比例する大きさにすることが好ましい。
熱交換媒体が循環する過程において制御スイッチを用いて回転補助体225を特定の角度に回転させると、弁体195の回転によって分配ホール170のうち一部の分配ホール170が開放され、この開放された分配ホール170は分配流路190および供給ホール145と連通し、供給ホール145は両側隔壁160によって一定個数に区画された特定チューブ105と連通する。
したがって、熱交換媒体供給管120を通して供給された熱交換媒体は、弁体195の回転によって開放された分配ホール170と連通する特定チューブ105に沿って流動しながら外部空気と活発な熱交換を行った後、下部タンク134に移動する。
下部タンク134に移動した熱交換媒体はリターンパイプ140を通して上部タンク115に移動し、上部タンク115に移動した熱交換媒体は回収誘導ホール180を通過して熱交換媒体回収管125に排出される。
すなわち、弁体195の回転によって分配ホール170が大きく開放されるほど、補助弁体200はバイパスホール185側に移動してバイパスホール185を通してバイパスする流量が少なくなり、反対に、分配ホール170が小さく開放されるほど、補助弁体200は回収誘導ホール180側に移動してバイパスホール185を通してバイパスする流量が多くなる。
したがって、熱交換媒体は、全体が開放された分配ホール170を通して分配流路190及び供給ホール145を経て全チューブ105に沿って流動しながら外部空気と活発な熱交換を行った後、下部タンク134に移動する。
下部タンク134に移動した熱交換媒体はリターンパイプ140を通して上部タンク115に復帰し、上部タンク115に復帰した熱交換媒体は熱交換媒体回収管125に排出される。
このように弁体195が完全に回転して全ての分配ホール170が開放されると、補助弁体200は回収誘導ホール180を完全開放するとともにバイパスホール185を完全遮断することになり、熱交換媒体供給管120を通して供給された熱交換媒体は全てがチューブ105側に流動するようになる。
一方、熱交換器100の中心部に案内部165を形成し、この案内部165を中心に分配流路190と案内ガイド150及び供給ホール145が両方向に延びていることから、弁体195の作動範囲によって、多数の領域に区画された特定チューブ105に熱交換媒体を任意調整して流すことにより、ミキシング性能が向上し、且つ段階別調整が可能なので微細な温度調節が可能である。
図14に示すように、第2実施例は、熱交換媒体調整手段130におけるバイパスホール185がない構造である点を除いては、第1実施例と全体構成が同一である。
第2実施例の熱交換媒体調整手段130は、上部タンク115の案内部165に設置されて分配ホール170の入口を任意に開閉(一部または全体)する弁体195と、弁体195に弾性部材215を介して結合される回転体210と、回転体210の上端を回転可能に支持するとともに上部タンク115の上端を外部と遮断するように密閉させるカバー220と、カバー220の外側に突出した回転体210の上端に結合されるとともにアクチュエータ(図示せず)と連結される回転補助体225とで構成されている。
このような熱交換媒体調整手段130の構造に対応して、上部タンク115の熱交換媒体回収管125を挟んで、一側には回収部175と熱交換媒体回収管125とを連通する回収誘導ホール180が形成され、他側は案内部165と熱交換媒体回収管125との連通を遮断するようになっている。したがって、熱交換媒体が循環する過程において制御スイッチを用いて回転補助体225を特定の角度に回転させると、弁体195の回転によって分配ホール170のうち一部(または全体)の分配ホール170が開放され、この開放された分配ホール170は分配流路190および供給ホール145と連通し、供給ホール145は両側隔壁160によって一定個数に区画された特定チューブ105と連通する。
図15に示すように、第3実施例は第1実施例と全体構成および作用が同一である。ただし、上部タンク115における熱交換媒体供給管120と熱交換媒体回収管125との間のバイパス通路117において、バイパスホール185が形成される部位の断面積を小さくした縮小バイパス通路117aを形成させる。ここで、縮小バイパス通路117aはテーパ−状に形成されることが好ましい。そして、バイパスホール185は縮小バイパス通路117aの最も断面積が小さな位置に形成されることが好ましく、熱交換媒体供給管120を通して供給された熱交換媒体を直接熱交換媒体回収管125にバイパスさせる役割をする。
すなわち、このように、補助弁体200の断続によって縮小バイパス通路117aを経てバイパスされる熱交換媒体が、急激な流量変化なしに熱交換媒体調整手段130の温度制御位置別に変更することができるので、円滑な温度制御が可能であり、チューブ105側に流れる流量および速度が一定に維持されて左・右温度差が改善される。
また、初期にバイパスホール185がある程度開放されてもバイパスされる流量が少ないので、チューブ105側に流れる流量が充分確保されて、熱交換性能が向上する。
第1実施例では熱交換媒体が複数のチューブ105を通って下部タンク134に下降し、一つ以上のリターンパイプ140にまとめられて上昇して回収されるのに対して、第4実施例では、図20に示されるようにチューブの内部に区画壁105cがあり、一側をチューブ入口側105a、他側をチューブ出口側105bとする「U」字型流路が形成された構造を有する。
隔壁160は、供給ホール145を通して供給された熱交換媒体が隔壁160によって区画された一定個数の該当チューブ105に供給されるようにする。
一方、熱交換媒体分配手段110の隔壁160の位置および個数を変更すると、区画されたチューブ105を流動する熱交換媒体の流路数および各流路の大きさを多様に変更することができ、同時に熱交換媒体分配手段110の案内ガイド150とタンク115の分配流路190との位置および形状を変更すると、隔壁160によって区画された各流路に供給される熱交換媒体の供給順序を任意に変更することができる。
また、タンク115の内部には、チューブ入口側105aに流入する熱交換媒体とチューブ出口側105bから排出される熱交換媒体とを区画分離するための分割壁116が一体形成される。
そして、タンク115の熱交換媒体供給管120は分割壁を基準としてチューブ入口側105aと連通するように配設され、熱交換媒体回収管125はチューブ出口側105bと連通するように配設される。
このような分配流路190は案内ガイド150と結合すれば密閉した流路を形成することになり、これにより、案内部165の分配ホール170を通して供給された熱交換媒体が熱交換媒体分配手段110の各供給ホール145に安定的に移動できるようになる。
そして、熱交換媒体調整手段130は、タンク115の案内部165に設置されて分配ホール170の入口を任意に開閉(一部または全体)する弁体195と、弁体195に弾性部材215を介して結合される回転体210と、回転体210の上端を支持するとともにタンク115の開口された上側を外部と遮断するように密閉させるカバー220と、カバー220の外側に突出した回転体210の一側に結合されるととともにアクチュエータ(図示せず)と連結される回転補助体225とで構成される。
れる。
また、弾性部材215は弁体195が案内部165の底面側に密着できるようにバネなどで構成される。さらに、回転体210とカバー220との間にはシーリング部材230が設置されてカバー220とタンク115との間にシール性を保持する。
一方、弁体195を合成樹脂材質で形成した場合には、その外側面にゴム材質でコーティング処理することもでき、弁体195を合成樹脂とゴム材質で段階別処理した場合には、分配ホール170と弁体195との間のシール性が向上する。
そして、チューブ105は内部に「U」字型流路105dを形成するような区画壁105cを有する一体型チューブ105である。
熱交換媒体が循環する過程において制御スィッチを用いて回転補助体225を特定の角度に回転させると、弁体195の回転によって分配ホール170のうち一部の分配ホール170が開放され、この開放された分配ホール170は分配流路190及び供給ホール145と連通し、供給ホール145は隔壁160によって多数の領域に区画された特定チューブ105の入口105aと連通する。したがって、熱交換媒体供給管120を通して供給された熱交換媒体は、弁体195の回転によって開放された分配ホール170と連通する特定チューブ105のチューブ入口側105aに流入し、特定チューブ105のチューブ入口側105aに流入した熱交換媒体は、チューブ105の「U」字型流路105dに沿って流動しながら外部空気と活発な熱交換を行った後、チューブ出口側105bから排出される。
続いて、チューブ出口側105bから排出された熱交換媒体は、分割壁116に区画されたタンク115の内部を経て熱交換媒体回収管125に最終排出される。そして、「U」字型流路105dを有するチューブ105を用いることで、熱交換媒体が「U」字型流路105dを流動する時、上・下温度の偏差を最小にすることができ、温度が均一に維持されて熱交換性能が向上する。
101、103; ヘッダー
104; 放熱フィン
105; チューブ
105a; チューブ入口側
105b; チューブ出口側
105c; 区画壁
105d; 「U」字型流路
106; リターン手段
106a; 閉鎖壁
106b; リターンプレート
108; 熱遮断手段
108a 遮断孔
110; 熱交換媒体分配手段
115 上部タンク
115a; 供給タンク
115b; 回収タンク
116; 分割壁
117; 内部通路
117a; バイパス通路
120; 熱交換媒体供給管
125; 熱交換媒体回収管
130; 熱交換媒体調整手段
134; 下部タンク
135; リターンタンク
135a; 連通路
136; バッフル
140; リターンパイプ
145; 供給ホール
150; 案内ガイド
155; 回収ホール
160; 隔壁
165; 案内部
170; 分配ホール
175; 回収部
180; 回収誘導ホール
185; バイパスホール
190; 分配流路
195; 弁体
200; 補助弁体
205; リンク
210; 回転体
215; 弾性部材
220; カバー
225; 回転補助体
230; シーリング部材
Claims (11)
- 上部ヘッダー(101)と下部ヘッダー(103)にその両端部を固定された複数のチューブ(105)および一つ以上のリターンパイプ(140)を有し、前記上部ヘッダー(101)の上に熱交換媒体分配手段(110)、さらにその上に上部タンク(115)が連結され、前記下部ヘッダー(103)の下には下部タンク(134)が連結されて構成される熱交換器であって、
前記熱交換媒体分配手段(110)は、前記チューブ(105)のそれぞれに連通する複数の供給ホール(145)と、前記上部タンク(115)の下面に形成された分配流路(190)とで熱交換媒体の流路を作って、前記供給ホール(145)のそれぞれに熱交換媒体を案内する案内ガイド(150)と、前記リターンパイプ(140)と連通する回収ホール(155)と、前記供給ホール(145)相互の間および前記供給ホール(145)と前記回収ホール(155)の間を仕切る隔壁(160)とが形成された構造であり、前記上部タンク(115)は、熱交換媒体供給管(120)からの熱交換媒体を受け、前記熱交換媒体分配手段(110)に送る案内部(165)と、前記回収ホール(155)からの回収熱交換媒体を受け、回収誘導ホール(180)を介して熱交換媒体回収管(125)に送る回収部(175)とに区分され、弁体(195)により前記案内部(165)に形成された分配ホール(170)を開閉して前記熱交換媒体分配手段(110)への熱交換媒体の供給を制御する熱交換媒体調整手段(130)を有する構造であることを特徴とする熱交換器。 - 前記上部タンク(115)において、前記熱交換媒体回収管(125)を挟んで一側には前記回収部(175)と熱交換媒体回収管(125)とを連通する回収誘導ホール(180)が形成され、他側には前記案内部(165)と熱交換媒体回収管(125)とを連通するバイパスホール(185)が形成されることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- 前記弁体(195)が、その回転と同時に前後方向に動くリンク(205)と結合した補助弁体(200)を有し、前記補助弁体(200)により前記回収誘導ホール(180)または前記バイパスホール(185)を選択的に開閉することを特徴とする請求項2記載の熱交換器。
- 前記熱交換媒体供給管(120)と前記熱交換媒体回収管(125)を結んでバイパス通路(117)が形成され、前記バイパスホール(185)が形成される部位で断面積が小さくされた縮小バイパス通路(117a)となることを特徴とする請求項2記載の熱交換器。
- 前記縮小バイパス通路(117a)が、テーパー状に形成することを特徴とする請求項4記載の熱交換器。
- 前記供給ホール(145)が、連通する該当チューブ(105)の個数に比例する大きさにすることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- 前記分配ホール(170)が、連通する該当チューブ(105)の個数に比例する大きさにすることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- 前記熱交換媒体分配手段(110)が、ゴム材質または合成樹脂材質で形成されることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
-
前記弁体(195)が、ポリテトラフルオロエチレン材質またはウレタン材質で形成されることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。 - 前記弁体(195)が、合成樹脂材質で形成され、外表面をゴム材質でコーティングしてなることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- 前記チューブ(105)と前記リターンパイプ(140)は、内部に区画壁(105c)が設置されて「U」字型流路(105d)となる一体化された形体であり、前記熱交換媒体供給管(120)からの熱交換媒体が前記上部タンク(115)の分配ホール(170)から前記区画壁(105c)のチューブ入口側(105a)に供給され、チューブ出口側(105b)から前記上部タンク(115)の分割壁(116)により仕切られた回収部(175)を経て前記熱交換媒体回収管(125)に戻されることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
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