JP6746647B2

JP6746647B2 - 熱交換器

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Publication number: JP6746647B2
Application number: JP2018166800A
Authority: JP
Inventors: 楊　泰和; 泰和楊
Original assignee: 楊　泰和; 泰和楊
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: EP2713131A1; TWM476252U; JP2014074581A; TWI619922B; AU2017268511A1; CN110274494A; TW201416638A; CA2828311A1; JP2019007729A; SG2013073028A; AU2013234402A1; US20140083666A1; TW201730495A; CN203501858U; EP2713131B1; CN103697725A; JP6401439B2; CA2828311C; AU2013234402B2; AU2013234402A2

Description

本発明は、熱交換器に関し、詳しくは、多層管及び管路の重ね合わせにより三つの熱エネルギー体の間で熱交換を行う熱交換器に関する。

従来の熱交換器は、管路内を流れる流体と、管路外を流れる流体もしくは管路外と接触する固体または流体との間で熱交換を行い、二種類の熱交換体の間で熱交換を行う。

特開２００３−３０１４３４号公報

本発明は、二重の管構造を有し、直径が比較的小さい管体の内部に形成されている第１流路、および、直径が比較的小さい管体の外壁と直径が比較的大きい管体の内壁との間に形成されている第２流路を有し、固体、液体、又は、気体である熱交換体の中に位置することにより、第１流路内の熱交換体と第２流路内の熱交換体と外部の熱交換体との間で熱エネルギの交換を行う熱交換器を提供することを目的とする。

本発明による熱交換器は、第１導流管体（１０１）、および、第２導流管体（２０１）を備える。第１導流管体（１０１）は、熱伝導体により構成され、平行に配列されるｎ（ｎは２以上の整数）本の内側管状部材、内側管状部材を並列に接続するとともに第３熱エネルギ体と接触する内側管接続部材、および、両端に設けられる第１流体出入口を有し、内部に少なくとも一つの第１流路（１０２）が形成され、流体である第１熱エネルギ体（１０５）の流通に用いられる。第２導流管体（２０１）は、熱伝導体により構成され、内側管状部材の外径より内径が大きく内側管状部材の外側に設けられるｎ本の外側管状部材、外側管状部材を並列に接続するとともに第３熱エネルギ体と接触する外側管接続部材、および、両端に設けられる第２流体出入口を有し、環状断面を有する少なくとも一つの第２流路（２０２）が形成され、流体である第２熱エネルギ体（２０５）の流通に用いられる。

第２導流管体（２０１）の外層は、液相、又は固相の熱エネルギ体により構成される第３熱エネルギ体（３０５）と接触しており、三層の環状の構造を形成することで、第２熱エネルギ体（２０５）と第１熱エネルギ体（１０５）と第３熱エネルギ体（３０５）との三者の間で熱エネルギの交換を行う。第２流路（２０２）の外部と接触する熱エネルギ体は、地層、地表土壌、海、川、湖、池、流動流体、大気、流動気体により構成される自然熱エネルギ体である。第３エネルギ体（３０５）は、液体又は固体である。
本発明による熱交換器はさらに、第１導流管体（１０１）の外壁と第２導流管体（２０１）の内壁との間に配置される螺旋状の導流板（２２２）と、螺旋の中心部に軸体を有し、軸体の外周と第１導流管体（１０１）の内壁との間に導流板（２２２）の位置に対して螺旋のピッチを半分ずらして配置される螺旋状の導流板（１１１）と、を備える。

本発明の第一実施形態による熱交換器を示す模式図である。本発明の第一実施形態による熱交換器の側面を示す模式図である。本発明の第二実施形態による熱交換器を示す模式図を示す。本発明の第二実施形態による熱交換器の側面を示す模式図である。本発明の第三実施形態による熱交換器を示す模式図である。本発明の第三実施形態による熱交換器の側面を示す模式図である。本発明の第四実施形態による熱交換器を示す模式図である。本発明の第四実施形態による熱交換器の側面を示す模式図である。本発明の第五実施形態による熱交換器を示す模式図である。本発明の第五実施形態による熱交換器の側面を示す模式図である。本発明の第六実施形態による熱交換器を示す模式図である。本発明の第六実施形態による熱交換器の側面を示す模式図である。本発明の第七実施形態による熱交換器を示す模式図である。本発明の第七実施形態による熱交換器の側面を示す模式図である。

（第一実施形態）
本発明の実施形態による熱交換器は、多重の管構造を有し、外層の管路が内層の管路を覆うことにより、外層の管路内の流体と内層の管路内の流体とが熱交換可能である。また、熱交換器は、固体又は流体である熱エネルギ体の中に位置し、外層の管路内の流体と熱エネルギ体とが熱交換を行い、三種類の熱交換体の間で熱交換を行う。
主な構成を以下のように説明する。
図１は、本発明の第一実施形態による熱交換器の模式図である。
図２は、図１に示す実施形態の側面を示す模式図である。

図１と図２に示すように、熱交換器は、複数の流路を有する第１導流管体（１０１）を備える。第１導流管体（１０１）は熱伝導体により構成される。第１導流管体（１０１）の管穴により第１流路（１０２）を構成する。第１流路（１０２）の両端は別々に第１合流室（１０３）を経てから、更に第１流体出入口（１０４）を経て、流体である第１熱エネルギ体（１０５）が流れ込んだり、流れ出したりする。第１導流管体（１０１）の外部に第１流路（１０２）の外径より大きい複数の流路を有する第２導流管体（２０１）が形成されている。第２導流管体（２０１）が第１導流管体（１０１）の外部に嵌め込まれていることで二層構造を有する管体を構成する。第２導流管体（２０１）は熱伝導体により構成される。また第２導流管体（２０１）の内径と第１流路（１０２）の外径との管径差により環状断面を有する第２流路（２０２）を構成する。第２流路（２０２）の両端は別々に第２合流室（２０３）を経てから、更に第２流体出入口（２０４）を経て、流体である第２熱エネルギ体（２０５）が流れ込んだり、流れ出したりする。その中の第２導流管体（２０１）の外層は、気体、液体、又は固体の熱エネルギ体により構成される第３熱エネルギ体（３０５）と接触している。これにより、更に三層環状であるトライピースの熱エネルギ体熱交換器を構成することにより、第２熱エネルギ体（２０５）と第１熱エネルギ体（１０５）と第３熱エネルギ体（３０５）との三者の間熱エネルギの交換を行う。
第１導流管体（１０１）、第２導流管体（２０１）は、複数の流路により構成されることができる。
第１導流管体（１０１）、第２導流管体（２０１）は、円形、四角形、橢円形又は他の幾何形状の管体により構成されることができる。
第１導流管体（１０１）、第２導流管体（２０１）は、同じ形又は異なる形の管体により構成されることができる。

第１熱エネルギ体（１０５）、第２熱エネルギ体（２０５）は、同じ又は異なる流体により構成され、気体、液体、気体から液体に変換可能な流体、又は、液体から気体に変換可能な流体により構成される。

第１導流管体（１０１）の中で流動する第１熱エネルギ体（１０５）及び第２導流管体（２０１）の中で流動する第２熱エネルギ体（２０５）の流れは、同じ又は逆である。

（第二実施形態）
本実形態では、熱交換器の第３熱エネルギ体（３０５）が気体又は液体の流体により構成されるとき、流体ポンプ（４００）を加設することで、第３熱エネルギ体（３０５）をポンピングすることにより、熱交換効果を向上する。
図３は、第３熱エネルギ体が流体であり、流体ポンピング装置を設置する実施形態を示す模式図である。
図４は、図３の実施形態の側面を示す模式図である。
図３と図４は、流体ポンプ（４００）を加設することで、第３熱エネルギ体（３０５）をポンピングすることにより、熱交換効果を向上することを示す。

（第三実施形態）
図５は、導熱フィン（１０００）を加設する第三実施形態による熱交換器を示す模式図である。
図６は図５に示す実施形態の側面を示す模式図である。

図５と図６は、第２導流管体（２０１）の間に、導熱フィン（１０００）を設置することにより、第２導流管体（２０１）と第３熱エネルギ体（３０５）との間で熱エネルギを伝送することを示す。

（第四実施形態）
本実施形態の熱交換器の第１導流管体（１０１）及び第２導流管体（２０１）は、第１導流管体（１０１）同士及び第２導流管体（２０１）同士が直列に接続されている。

図７は、第１導流管体（１０１）の複数の第１導流管体（１０１）が直列に接続されており、第１導流管体（１０１）外部を覆う第２導流管体（２０１）の第２導流管体（２０１）が直列に接続されている模式図を示す。
図８は図７の実施形態の側面を示す模式図である。

図７と図８に示すように、第１導流管体（１０１）は熱伝導体により構成され、複数の第１流路（１０２）が第１合流室（１０３）を経て、直列に接続されている。直列接続されている第１流路（１０２）の両端は別々に第１流体出入口（１０４）に接続されている。第１流体出入口（１０４）には、流体である第１熱エネルギ体（１０５）が流れ込んだり、流れ出したりする。管体内径が第１導流管体（１０１）の外径により大きい第２導流管体（２０１）が第１導流管体（１０１）の外部に嵌め込まれることにより、二層構造管体を構成する。第２導流管体（２０１）は熱伝導体により構成され、第２導流管体（２０１）の比較的大きい内径と第１導流管体（１０１）の外径との管径差により形成されている環状断面の第２流路（２０２）を有する。複数の第２流路（２０２）は、第２合流室（２０３）を介して直列に接続されている。直列に接続された第２流路（２０２）の両端は別々に第２流体出入口（２０４）に接続されている。これにより、流体である第２熱エネルギ体（２０５）が流れ込んだり、流れ出したりする。第２導流管体（２０１）の外層は、気体や液体の流体、又は固体の熱エネルギ体により構成される第３熱エネルギ体（３０５）と接触している。これにより三層環状である三種の熱エネルギ体を有する熱交換器が構成され、第２熱エネルギ体（２０５）と第１熱エネルギ体（１０５）と第３熱エネルギ体（３０５）との三者の間で熱エネルギの交換を行う。図８等に示す通り、第１合流室（１０３）は第１導流管体を構成する２つの内側管状部材を接続するものであり、第２合流室（２０３）は第２導流管体を構成する２つの外側管状部材を接続するものであって、第１合流室（１０３）が「内側管接続部材」に対応し、第２合流室（２０３）が「外側管接続部材」に対応する。

（第五実施形態）
図９は、図５、図６の第１導流管体（１０１）の第１流路（１０２）が直列に接続されており、第１導流管体（１０１）の外部を覆う第２導流管体（２０１）の第２流路（２０２）が直列に接続されている実施形態を示す模式図である。図１０は図９の実施形態の側面を示す模式図である。

図９と図１０にしめすように、第１導流管体（１０１）の複数の第１流路（１０２）同士、及び、第１導流管体（１０１）の外部を覆う第２導流管体（２０１）の複数の第２流路（２０２）同士は直列に接続されている。

（第六実施形態）
本実施形態では、第１導流管体（１０１）外部と第２導流管体（２０１）の内部との間に形成されている螺旋状の導流板（２２２）、及び、第１導流管体（１０１）の内部に形成されている螺旋状の導流板（１１１）をさらに備え、伝熱効果を高める。

図１１に示すように、第１導流管体（１０１）外部と第２導流管体（２０１）内部との間に形成されている螺旋状の導流板（２２２）、及び、第１導流管体（１０１）の内部に形成されている螺旋状の導流板（１１１）は、同じ螺旋の巻き方を有する。
図１２は図１１の実施形態の側面を示す模式図である。

図１１と図１２に示すように、本実施形態の熱交換器は、第１導流管体（１０１）の外部と第２導流管体（２０１）の内部との間に形成されている螺旋状の導流板（２２２）、及び、第１導流管体（１０１）の内部に形成されている螺旋状の導流板（１１１）とは同じ螺旋の巻き方を有する。

（第七実施形態）
図１３は、第１導流管体（１０１）の外部と第２導流管体（２０１）の内部との間に形成されている螺旋状の導流板（２２２）、及び、第１導流管体（１０１）の内部に形成されている螺旋状の導流板（１１１）が、異なる螺旋の巻き方を有する実施形態を示す模式図である。
図１４は図１３の実施形態の断面を示す模式図である。

図１３と図１４に示すように、本実施形態では、第１導流管体（１０１）の外部と第２導流管体（２０１）の内部との間に形成されている螺旋状の導流板（２２２）、及び、第１導流管体（１０１）の内部に形成されている螺旋状の導流板（１１１）は、異なる螺旋の巻き方を有する。

１０１：第１導流管体、
１０２：第１流路、
１０３：第１合流室、
１０４：第１流体出入口、
１０５：第１熱エネルギ体、
１１１、２２２：螺旋状の導流板、
２０１：第２導流管体、
２０２：第２流路、
２０３：第２合流室、
２０４：第２流体出入口、
２０５：第２熱エネルギ体、
３０５：第３熱エネルギ体、
４００：流体ポンプ、
１０００：導熱フィン。

Claims

第１導流管体（１０１）、および、第２導流管体（２０１）を備え、
前記第１導流管体（１０１）は、熱伝導体により構成され、平行に配列されるｎ（ｎは２以上の整数）本の内側管状部材、前記内側管状部材を並列に接続するとともに第３熱エネルギ体（３０５）と接触する内側管接続部材、および、両端に設けられる第１流体出入口を有し、内部に少なくとも一つの第１流路（１０２）が形成され、流体である第１熱エネルギ体（１０５）の流通に用いられ、
前記第２導流管体（２０１）は、熱伝導体により構成され、前記内側管状部材の外径より内径が大きく前記内側管状部材の外側に設けられるｎ本の外側管状部材、前記外側管状部材を並列に接続するとともに前記第３熱エネルギ体（３０５）と接触する外側管接続部材、および、両端に設けられる第２流体出入口を有し、環状断面を有する少なくとも一つの第２流路（２０２）が形成され、流体である第２熱エネルギ体（２０５）の流通に用いられ、
前記第２導流管体（２０１）の外層は、液相、又は固相の熱エネルギ体により構成される前記第３熱エネルギ体（３０５）と接触しており、三層の環状の構造を形成することで、前記第２熱エネルギ体（２０５）と前記第１熱エネルギ体（１０５）と前記第３熱エネルギ体（３０５）との三者の間で熱エネルギの交換を行い、
前記第３エネルギ体（３０５）は、液体又は固体であり、
前記第１導流管体（１０１）の外壁と前記第２導流管体（２０１）の内壁との間に配置される螺旋状の導流板（２２２）と、
螺旋の中心部に軸体を有し、前記軸体の外周と前記第１導流管体（１０１）の内壁との間に前記導流板（２２２）の位置に対して螺旋のピッチを半分ずらして配置される螺旋状の導流板（１１１）と、を備えることを特徴とする熱交換器。
前記第１導流管体（１０１）および第２導流管体（２０１）は、円形、四角形、または、橢円形の管体により構成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。
前記第１導流管体（１０１）および第２導流管体（２０１）は、同じ形状又は異なる形状の管体により構成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。
前記第１熱エネルギ体（１０５）と第２熱エネルギ体（２０５）とは、同じ又は異なる流体により構成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。
前記流体は、気体、液体、もしくは、気体から液体に変換可能又は液体から気体に変換可能である流体により構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第３熱エネルギ体（３０５）が液体により構成される場合、
流体ポンプ（４００）をさらに備え、第３熱エネルギ体（３０５）をポンピングすることにより、熱交換効果を向上することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第１導流管体（１０１）の中で流動する前記第１熱エネルギ体（１０５）の流れ、及び、前記第２導流管体（２０１）の中で流動する前記第２熱エネルギ体（２０５）の流れは、同じ又は逆であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第２導流管体（２０１）に形成されている導熱フィン（１０００）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記導流板（２２２）と前記導流板（１１１）とは同じ螺旋の巻き方を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記導流板（２２２）と前記導流板（１１１）とは異なる螺旋の巻き方を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。