JP4884162B2

JP4884162B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4884162B2
Application number: JP2006289957A
Authority: JP
Inventors: 賢二坪根; 聖一端; 政仁塚原; 正隆福澤; 浩司成田
Original assignee: T.RAD CO., L T D.; Toyota Motor Corp
Current assignee: T.RAD CO., L T D.; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: JP2008106997A

Description

この発明は、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換させる熱交換器に関するものである。

従来、熱交換器や蓄熱器・蓄冷器において熱搬送媒体間で熱交換が行われる場合、熱搬送媒体の熱授受効率の観点から対向流が用いられることが知られており、その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された発明は、第１流通通路と第２流通通路とがそれぞれ複数設けられ、前記第１流通通路を流通する熱源流体と前記第２流通通路を流通する熱回収流体との流動方向が互いに反対方向になるように形成されている。これにより、前記熱源流体と前記熱回収流体とが直接熱交換される。また、前記第１流通通路及び前記第２流通通路の周囲には蓄熱材が設けられているため、熱源流体の熱が蓄熱材に一旦蓄熱され、その後熱回収媒体に伝達されて熱交換される。

特開２００３−３３６９７４号公報

上述した特許文献１に記載されている発明では、熱源流体と熱回収流体との流動方向が互いに反対方向になるように形成されているため、熱源流体と熱回収流体との温度差が小さくなる。そのため、熱源流体と熱回収流体との熱交換の効率について改良の余地がある。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、熱媒体間の温度差を大きくすることにより熱伝達率の向上を図ることのできる熱交換装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、蓄熱材が封入された第１蓄熱槽と第２蓄熱槽と、それら蓄熱槽内に平行に複数配置されている第１熱媒体用分岐管と、それら蓄熱槽内に前記第１熱媒体用分岐管に沿わせて平行に複数配置されている第２熱媒体用管路とを備えており、前記第１熱媒体用分岐管を流動する第１熱媒体と前記第２熱媒体用管路を流動する第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器において、前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管は、その一方の端部が前記第１熱媒体の流入する第１熱媒体用流入管に連通されるとともに、前記第１熱媒体が同一方向に流れ、前記第１蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路は、その一方の端部が前記第２熱媒体の流入する管路に連通されるとともに、前記第２熱媒体が前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体と同一方向に流れ、前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管を流動する前記第１熱媒体と、前記第１蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路を流動する前記第２熱媒体とが熱交換を行い、かつ前記第２蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管は、その一方の端部が前記第１熱媒体用流入管に連通されるとともに、前記第１熱媒体が前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体と同一方向に流れ、他の管路が、前記第１蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路の他方の端部と連通するとともに、前記第１蓄熱槽と前記第２蓄熱槽とを貫通し、前記第２蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路は、その一方の端部が前記他の管路に連通されるとともに、前記第１蓄熱槽内において前記第１熱媒体と熱交換を行った後に、前記第２蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路に流入した前記第２熱媒体が前記第２蓄熱槽内における前記第１熱媒体と対向方向に流れ、前記第２蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管を流動する前記第１熱媒体と、前記第１蓄熱槽内において前記第１熱媒体と熱交換を行った後に、前記第２蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路に流入した前記第２熱媒体とが熱交換を行い、かつ前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管と前記第２蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管とは、それら他方の端部が前記第１熱媒体を排出する第１排出口に連通され、前記第１蓄熱槽内において熱交換を行った前記第１熱媒体と、前記第２蓄熱槽内において熱交換を行った前記第１熱媒体とが、前記第１排出口から排出され、前記第２蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路は、その他方の端部が前記第２熱媒体を排出する第２排出口に連通されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、第１蓄熱槽内における第１熱媒体用分岐管は、その一方の端部が前記第２熱媒体の流入する管路に連通されるとともに、第１熱媒体が同一方向に流れている。また、第１蓄熱槽内における第２熱媒体用管路は、その一方の端部が第２熱媒体の流入する管路に連通されるとともに、第２熱媒体が第１蓄熱槽内における第１熱媒体と同一方向に流れている。また、第１蓄熱槽内における第１熱媒体用分岐管を流動する第１熱媒体と、第１蓄熱槽における第２熱媒体用管路を流動する第２熱媒体とは、同一方向に流れ、熱交換を行う。したがって、第１熱蓄熱槽における第２熱媒体は、熱交換をする前の第１熱蓄熱槽における第１熱媒体との熱交換が可能となるため、第１熱蓄熱槽における第１熱媒体と第２熱媒体とが温度差の大きい状態で熱交換をすることが可能となり、第１熱媒体と第２熱媒体との熱交換の効率が向上する。
また、この発明によれば、熱交換をする前の第２熱蓄熱槽における第１熱媒体と、第１蓄熱槽内において第１熱媒体と熱交換を行った後に第２蓄熱槽内における第２熱媒体用管路に流入した前記第２熱媒体とは、第２熱蓄熱槽においてそれら熱媒体の流動方向が互いに反対方向になるように構成されている。したがって、各熱媒体はいわゆる対向流として熱交換をするため、熱交換の効率向上が図られる。
さらに、この発明によれば、第１熱媒体用分岐管およびこれに沿って第２熱媒体を流通させる第２熱媒体用管路のそれぞれが複数本の管路によって構成されているため、管路全体として、第１熱媒体と第１熱媒体用分岐管の裏面との接触面積及び第２熱媒体と第２熱媒体用管路の裏面との接触面積が増大する。そのため、第１熱媒体と第２熱媒体との熱交換の効率が向上する。

つぎにこの発明をより具体的に説明する。図１に示す例は、第１熱媒体用流入管１と第２熱媒体用管路２とが蓄熱材３の内部を貫通した状態で配置されている熱交換器の例である。前記第１熱媒体用流入管１には第１熱媒体４が流入しており、該第１熱媒体４が前記第１熱媒体用流入管１に流入する側には、第１熱媒体用流入管１の吸入口に該当する第１吸入口５が設けられている。前記蓄熱材３は、第１吸入口５を設けている側が第１蓄熱槽６と第１吸入口５を設けていない側が第２蓄熱槽７に封入されており、前記第１蓄熱槽６と前記第２蓄熱槽７内を温度分布の差に応じて自然対流できるようになっている。前記第１蓄熱槽６には、前記第１熱媒体用流入管１から複数に分岐されている第１熱媒体用分岐管８が設けられて第１熱媒体４が流通している。

一方、第２熱媒体用管路２には第２熱媒体９が流入しており、該第２熱媒体９が前記第２熱媒体用管路２に流入する側には、第２熱媒体用管路２の吸入口に該当する第２吸入口１０が設けられている。前記第１蓄熱槽６及び前記第２蓄熱槽７には、前記第２熱媒体用管路２が複数の管路によって構成され、第２熱媒体１０が流通している。

第１熱媒体４と第２熱媒体９との熱交換は、第１熱媒体４が流通している第１熱媒体用分岐管８と第２熱媒体９が流通している第２熱媒体用管路２との間で行われる。より具体的には、第２熱媒体用管路２は、第１熱媒体４の流通している第１熱媒体用分岐管８と第２熱媒体９の流通している第２熱媒体用管路２とが互いに接触しているか、もしくは第１熱媒体用分岐管８と第２熱媒体９の流通している第２熱媒体用管路２とが蓄熱材３を挟んで熱交換を可能とするほど互いに近接している。第１熱媒体用分岐管８及び第２熱媒体用管路２の形状は管状からなり、管及び管路の壁面同士、又は壁面と該壁面と接触する蓄熱材３との接触面との間で熱交換が行われる。

前記第２熱媒体９は、前記いずれかの第１熱媒体用分岐管８に沿わせて流通させることにより前記第１熱媒体４と第２熱媒体９との間で熱交換を生じさせた後、その熱交換を行った第２熱媒体９を他の前記第１熱媒体用分岐管８に沿って流通させる第２熱媒体用管路２とを備えている。より具体的には、前記第２熱媒体９は、前記第２熱媒体用管路２の内部を前記いずれかの第１熱媒体用分岐管８に沿わせて流通されるため、前記第１熱媒体４と第２熱媒体９との間で熱交換が生じる。そして、その後、複数の第２熱媒体用管路２が第１蓄熱槽６内で接続されて、第２蓄熱槽７へと伸びている。言い換えれば、前記第２熱媒体用管路２は、第１蓄熱槽６及び第２蓄熱槽７を貫通した状態で設けられている。

第２蓄熱槽７内において、１本の第２熱媒体用管路２から複数の第２熱媒体用管路２が分岐する。分岐した第２熱媒体用管路２は、第１熱媒体４の流通している第１熱媒体用分岐管８と第２熱媒体９の流通している第２熱媒体用管路２とが互いに接触しているか、もしくは第１熱媒体用分岐管８と第２熱媒体９の流通している第２熱媒体用管路２とが蓄熱材３を挟んで熱交換を可能とするほど互いに近接するよう第２蓄熱槽７内に設けられる。そして、その後、分岐した第２熱媒体用管路２が第２蓄熱槽７内で接続されて、外部へと伸びている。言い換えれば、前記第２熱媒体用管路２は、第２蓄熱槽７を貫通して外部に飛び出すように配置されている。

第２熱媒体用管路２は、前記いずれかの第１熱媒体用分岐管８に沿って第２熱媒体９を流通させる箇所では、各熱媒体の流動方向は同じでも、互いに反対方向でも良い。また、第２蓄熱槽７において、１本の第２熱媒体用管路２から複数の第２熱媒体用管路２が分岐し、該第２熱媒体用管路２が他の第１熱媒体用分岐管８に沿って設けられ、前記第２熱媒体用管路２に第２熱媒体９を流通させている箇所でも各熱媒体の流動方向は同じでも、互いに反対方向でも良い。各熱媒体の流動方向は蓄熱材３内部に設けられている第１熱媒体用流入管１、第２熱媒体用管路２、第１熱媒体用分岐管８、第１吸入口５、第２吸入口１０、第１排出口１１、第２排出口１２の位置関係により定められる。

この発明の一例を模式的に示す熱交換器の図である。

符号の説明

１…第１熱媒体用流入管、２…第２熱媒体用管路、３…蓄熱材、４…第１熱媒体、５…第１吸入口、６…第１蓄熱槽、７…第２蓄熱槽、８…第１熱媒体用分岐管、９…第２熱媒体、１０…第２吸入口、１１…第１排出口、１２…第２排出口。

Claims

蓄熱材が封入された第１蓄熱槽と第２蓄熱槽と、それら蓄熱槽内に平行に複数配置されている第１熱媒体用分岐管と、それら蓄熱槽内に前記第１熱媒体用分岐管に沿わせて平行に複数配置されている第２熱媒体用管路とを備えており、前記第１熱媒体用分岐管を流動する第１熱媒体と前記第２熱媒体用管路を流動する第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器において、
前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管は、その一方の端部が前記第１熱媒体の流入する第１熱媒体用流入管に連通されるとともに、前記第１熱媒体が同一方向に流れ、
前記第１蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路は、その一方の端部が前記第２熱媒体の流入する管路に連通されるとともに、前記第２熱媒体が前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体と同一方向に流れ、
前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管を流動する前記第１熱媒体と、前記第１蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路を流動する前記第２熱媒体とが熱交換を行い、かつ
前記第２蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管は、その一方の端部が前記第１熱媒体用流入管に連通されるとともに、前記第１熱媒体が前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体と同一方向に流れ、
他の管路が、前記第１蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路の他方の端部と連通するとともに、前記第１蓄熱槽と前記第２蓄熱槽とを貫通し、
前記第２蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路は、その一方の端部が前記他の管路に連通されるとともに、前記第１蓄熱槽内において前記第１熱媒体と熱交換を行った後に、前記第２蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路に流入した前記第２熱媒体が前記第２蓄熱槽内における前記第１熱媒体と対向方向に流れ、
前記第２蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管を流動する前記第１熱媒体と、前記第１蓄熱槽内において前記第１熱媒体と熱交換を行った後に、前記第２蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路に流入した前記第２熱媒体とが熱交換を行い、かつ
前記第１蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管と前記第２蓄熱槽内における前記第１熱媒体用分岐管とは、それら他方の端部が前記第１熱媒体を排出する第１排出口に連通され、
前記第１蓄熱槽内において熱交換を行った前記第１熱媒体と、前記第２蓄熱槽内において熱交換を行った前記第１熱媒体とが、前記第１排出口から排出され、
前記第２蓄熱槽内における前記第２熱媒体用管路は、その他方の端部が前記第２熱媒体を排出する第２排出口に連通されている
ことを特徴とする熱交換機。