JPH01305295A - 流動層熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、粒子の運動によって偏平なチューブ表面の境
界層破壊や乱流促進により熱交換効率を大幅に向上させ
た流動層熱交換器に関し、とくに、自動車用のラジェー
タやオイルクーラ、自動車用温水式暖房装置のヒータコ
ア、自動車用あるいは−・最建築物用の冷房装置のコン
デンサやエバポレータに用いて好適な流動層熱交換器に
かかわる。

［従来の技術］ 従来より、空気流路を流れる空気と伝熱内を流れる流体
の熱交換効率を向上させるために、流動層熱交換器（例
えば特開昭５８−９５１９２号公報や特開昭６２−３３
２９０号公報）が用いられる。この流動層熱交換器は、
下方から上方に向かって空気が流れる空気流路に、直径
０．３ｍｍ〜２．０ｕ程度、比重ρ＝１．０〜２．０程
度の多数の粒子を浮遊させて、多数の粒子の運動によっ
て伝熱管表面の境界層破壊や乱流促進により、空気と流
体との熱交換効率を向上させている。

この流動層熱交換器１００は、第７図に示すように、伝
熱管１１０の下方に、吹き上げる空気の流速分布の均一
化と空気流路１２０内の粒子１３０の落下を防止する金
網やパンチングメタル等の分散板１４０を配置し、さら
に、伝熱管１１０のＬ方に、空気流路１２０内の粒子１
３０の飛敗防■を図る金網やパンチングメタル等の飛散
防止板１５０を配置している。

また、例えば特開昭５８−１４２１９１号公報や特開昭
５９−２１５５９１号公報に記載された流動層熱交換器
は、飛散防止板の働きを伝熱管に取付けられたフィンに
兼ねさせて、部品点数を低減させている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、上記構成の従来の流動層熱交換器は、伝熱管
１１０のｒ方に配置される分散板１４０の剛性が不十分
であると多数の粒子１３０の自重で撓み、吹き上げる流
速分布に偏りを発生する。

このため、流速の速い部分では、粒子１３０の舞い上が
りが早く、分散板１４０上に滞留する粒子１３０はなく
なるが、流速の遅い部分では、粒子１３０が舞い上がら
ず、分散板１４０−）−に粒子１３０が滞留する。

したがって、上記構成の従来の流動層熱交換器において
は、粒子１３０が流動化を十分行えず、空気と伝熱管の
表面との熱交換効率を低下させる原因となっていた。

本発明は、極めて効率良く粒子を流動化させ°Ｃ１空気
流路を流れる空気と熱媒体との熱交換効率の低下を防止
できる流動層熱交換器の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の流動層熱交換器は、一方から他方に向かって空
気が流れる空気流路を形成し、該空気流路内を流れる空
気を加熱または冷却する熱媒体と、前記空気流路内を前
記空気の流れにより浮遊する高熱伝導性の多数の粒子と
、前記空気流路の入口および出口に配置され、前記粒子
を前記空気流路内に閉じ込めるための網と、前記空気流
路を区画して複数の流動層を形成するとともに、前記空
気と前記流体との熱交換効率を向上させるためのフィン
とを備え、少なくとも隣設する前記流動層間を前記フィ
ンの両端部で前記粒子が、移動可能に設けられた構成を
採用した。

［作用］ 本発明の流動層熱交換器は、上記構成によりつぎの作用
を有する。

粒子が空気流路の入口に配置された網を空気が通過する
と、その網上に滞留している粒子が一方から他方へ舞い
上がり、流動層内で浮遊して、チューブの表面の境界層
破壊や乱流促進により、熱媒体と空気との加熱または冷
却効率を向上させる。

また、空気流路内の粒子は、空気の流速がある流速を超
えると、粒子が空気流路の出口に配置された網付近まで
舞い上がる。

ここで、本出願人等は、フィンと空気流路の入口に配置
された網とを密着させたり、フィンと空気流路の出口に
配置された網とを密着させたり、空気流路をフィンによ
って複数の流動層に細かく区画すると、多少の空気の流
速分布が生じ、空気の流速が速い流動層と空気の流速が
遅い流動層ができる。

このため、粒子の流動化の状態は、各流動層によって異
なり、空気の流速の速い空気流路では、粒子の浮遊が激
しく、空気流路の入口に配置された網上に滞留する粒子
はなくなるが、空気の流速の遅い部分では、粒子が浮遊
せず、空気流路の出口に配置された網上に滞留する。よ
って、粒子の流動化を全ての流動層に亘って効率良く行
うことができず、空気と熱媒体との加熱または冷却効率
を低下させる恐れがあった。

しかるに、本発明は、少なくとも隣設する流動層間をフ
ィンの両端部で粒子が、移動可能に設けられているので
、流速の遅い流動層から流速の速い流動層へ移動するこ
とができ、各流動層で粒子が浮遊することとなる。

［発明の効果］ 本発明の流動層熱交換器は、上記構成および作用により
つぎの効果を奏する。

極めて効率良く粒子の流動化を行うことができ、全ての
空気流路に亘って、熱媒体と空気流路内の空気との加熱
または冷却効率を向上することができる。

［実施例］ 本発明の流動層熱交換器を第１図ないし第６図に示す実
施例に基づき説明する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例として採用さ
れた自動車用温水式暖房装置の流動層型ヒータコアを示
す。

Ｈは自動車用温水式暖房装置の流動層型ヒータコアを示
す。ヒータコアＨは、車室内に向かって空気を送る通風
路（図示せず）内に設置されている。

ヒータコアＨは、アルミニウム、真鍮等の金属製、また
は樹脂製の出入口タンク’１’＋　、Ｔ２と、該出入口
タンク’Ｔ”０、Ｔ２に連通する熱媒体である偏平なチ
ューブ１と、隣設するチューブ１により形成され、下方
から上方に向かって空気が流れる複数並設された空気流
路２と、各空気流路２内を空気の流れにより浮遊する高
熱伝導性の多数の粒子Ｐと、下端部３１および上端部３
２で粒子Ｐの移動が可能な複数の流動層３と、隣設する
チューブ２の間に配置されたフィン４とを備える。

デユープ１は、アルミニウムまたは真鍮製で、例えば、
アルミニウム板を偏平なデユープ状に成形するか、ある
いは押出チューブを用いる。

このチューブ１は、下端部１１（空気流路２の入口２１
）に粒７−ｐが空気流路２より下方への落下を防止する
とともに、空気の流速分布を均一にするための落下防止
用金網１２を取付け、上端部１３（空気流路２の出口２
２）に粒子Ｐが空気流路２より上方への飛散を防止する
ための飛散防止用金網１４を取付けている。また、チュ
ーブ１は、一方の端部１５が一方の出入口タンクＴ１に
連通し、他方の端部１６が他方の出入口タンク］゛２に
連通ずるとともに、内部にエンジン冷却水（温水）が流
れる複数本の流体流路１１が形成されている。

落下防止重金１７１１２は、伝熱効果のある材質である
アルミニウム、真鍮または銅製で、隣設するチューブ１
の下端部１１間に張設され、隣設するチューブ１の下端
部１１にろう付けまたは半田付けにより接合されている
。落下防止用金網１２は、フィン４の一部として働くと
同時に、従来の流動層熱交換器１００より接合間隔を狭
くなっているので撓みが防止できる。

飛散防止粗金１１１１４は、伝熱効果のある材質である
アルミニウム、真鍮または銅製で、隣設するチューブ１
の上端部１３間に張設されている。この飛散防止粗金１
１１１４は、ろうけけまたは才田付けにより隣設するチ
ューブ１の上端部１３に接合されている。

粒子Ｐは、これらの落下防止重金１１１１２と飛散防止
粗金１！ｉ１４により、空気流路２内に閉じ込められる
。この粒子Ｐは、直径０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度、比
重ρ１．Ｏ・〜３．θ程度のポリスチレン樹脂、ガラス
、セラミック製で、各流動層３内に浮遊させて、チュー
ブ１の表面の境界層破壊や乱流促進により、空気流路２
内を流れる空気とチューブ１の表面との熱交換効率を向
上する。

流動層３は、断面形状が矩形状で、フィン４により空気
流路２を区画して形成され、多数の粒子Ｐが粒子層を形
成するように封入されている。流動層３は、下端部３１
および上端部３２が落下防止重金ｌ１ｉ１１２および飛
散防止用金網１４に囲まれ、側方が隣設するチューブ１
およびフィン４に囲まれている。

フィン４は、伝熱効果のある材質であるアルミニウム、
真鍮または銅製で、アルミニウム製ならばろう付けによ
りチューブ１に接合され、真鍮製ならば半田付けにより
チューブ１に接合され、チューブ１の表面と空気との熱
交換効率を向上させるものである。

このフィン４の高さＨ，は、チューブ１の高さＨ７より
粒子Ｐの直径の１０倍程度ずつ短く形成されている。つ
まり、フィン４は、隣設するチューブ１の下端部１１間
を結ぶ線よりフィン４の下端部４１の位置を上方に位置
させ、さらに隣設するチューブ１の上端部１３間を結ぶ
線よりフィン４の上端部４２の位置を下方に位置させて
いる。例えば、フィン４の下端部４１を寸法ａ　ｐｔ”
約１０ｍｍチューブ１の下端部１１より引っ込め、フィ
ン４の、Ｌ端部４２を寸法ｄ１１２”’約１０ｍｍチュ
ーブ１の北端部１３より引っ込める。

また、フィン４は、隣設するチューブ１のうちの一方の
チューブ１に接合される平板部４３に、他方のチューブ
１に接合される複数列の突条４４をプレス成形等により
形成して、１つの空気流路２を区画して複数の流動層３
を形成している。

本実施例では、少なくとも隣設する流動層３間をフィン
４の下端部４１および上端部４２で粒子Ｐを、移動可能
に設ける手段として、第１の空間４５および第２の空間
４６を説けている。

第１の空間４５は、チューブ１よりフィン４の長さが短
いために生ずる、フィン４の下端部４１と落下防止用金
網１２との間でフィン４により仕切られない空間であり
、１つの空気流路２に形成された複数の流動層３の下端
部３１の間を粒子Ｐが移動可能に連通ずる空間である。

第２の空間４６は、デユープ１よりフィン４の長さが短
いために生ずる、フィン４の上端部４２と飛散防止用金
網１４との間でフィン４により仕切られない空間であり
、１つの空気流路２に形成された複数の流動層３の上端
部３２の間を粒子Ｐが移動可能に連通ずる空間である。

ヒータコアＨの作用を第１図および第２図に基づき説明
する。

隣設するチューブ１の下端部１１間に張設された落下防
止用金ｔＩ４１２を空気が通過すると、落下防止用金網
１２上に滞留している粒子Ｐが上方に舞い上がり、流動
層３内で浮遊して、チューブ１の表面の境界層破壊や乱
流促進により、空気とチューブ１の表面との熱交換効率
を向上させる。

また、流動Ｊｔｌ　３内の粒子Ｐは、空気の流速がある
流速を超えると、隣設するデユープ１の上端部間に張設
された飛散防止用金網１４付近まで舞い上がる。

ここで、本出願人等は、フィン４の下端部４１と落下防
止用金網１２とを密着させたり、フィン４の上端部４２
と飛散防止用金＃１１１４とを密着させたり、空気流路
２をフィン４によって複数の流動層３に細かく区画する
と、空気の流速が各流動層３において、粒子Ｐが各流動
層３へ移動できなくなり、粒７−ｐの流動化が悪化する
ことを確認した。

このため、粒子Ｐの流動化の状態は、各流動層３によっ
て異なり、空気の流速の遠い流動層３では、粒子Ｐの浮
遊が激しく、落下防止用金網１２上に滞留する粒子Ｐは
なくなるが、空気の流速の遅い部分では、粒子Ｐが浮遊
せず、落下防止用金網１２」−に滞留する。よって、粒
子Ｐの流動化を全ての流動Ｍ３に亘って効率良く行うこ
とができず、空気とチューブ１の表面との熱交換効率を
低下させる恐れがあった。

しかるに、本実施例のヒータコアＨは、落下防止用金網
１２上に滞留していた粒子Ｐが、フィン４の下端部４１
と落下防止用金１４１２との間に形成された第１の空間
４５により、流速の遅い流動Ｍ３から流速の速い流動層
３へ移動することができる。

すなわち、粒そＰは、粒子Ｐの浮遊していない流動層３
から粒子Ｐの浮遊している流動層３へ移動し、粒子Ｐは
、粒そＰの浮遊していなかった流動層３において、粒子
Ｐの堆積していた粒子層が薄くなることによって、空気
が通過し易くなり、粒子Ｐの浮遊を開始する。

その後、粒子Ｐは、落丁防止用金１２７１２．４−より
上方に舞い上げられ、その流動Ｎ３内で浮遊して、チュ
ーブ１の表面の境界層破壊や乱流促進により、空気とチ
ューブ１の表面との熱交換効率を白土することができる
。

また、空気の流速が速く、飛散防止用金９１１３１４付
近まで舞い」−がった粒７！−Ｐは、フィン４の上端部
４２と飛散防止用金網１４との間に形成された第２の空
間４６により、流速の遅い流動層３に移動し、流速の遅
い流動Ｊｆｌ　３と流速の速い流動層３との間を粒７−
ｐが循環する。

したがって、本実施例では、隣設するチューブ１の下端
部１１間に落下防止用金網１２が張設されているので、
多数の粒・子Ｐの自重による落下防止用金ｉ！ｉ１２の
撓みを防止でき、空気の流速分布の偏りを減少すること
ができる。また、本実施例では、極めて効率良く粒子Ｐ
の流動化を行うことができ、全ての流動層３に亘って、
空気とチューブ１の表面との熱交換効率を向上すること
ができる。

第３図は本発明の第２実施例を採用したサーペンタイン
型流動層熱交換器を示す。

（第１実施例と同−機能物は同番号を付す）本実施例の
サーペンタイン型流動層熱交換器５は、両端が円筒状の
出入口タンク５１．５２に接合し、平行的に配置された
複数の偏平筒部５３、隣設する開平筒部５３を連通する
Ｕ字状筒部５４からなるデユープ５０を設置している。

この流動層熱交換器５は、樹脂製のケーシング（図示せ
ず）に収納されている。

第４図は本発明の第３実施例を採用した流動層熱交換器
を示す。

（第１実施例と同−機能物は同番号を付す）本実施例の
ル−ト型流動層熱交換器６は、空気流路２を形成する偏
平筒部６１の両端に出入口タンク６２．６３が形成され
たチューブ６０を設置している。

第５図は本発明の第４実施例を採用した流動層熱交換器
を示す。

（第１実施例と同一・機能物は同番号を付す）本実施例
の流動層熱交換器１では、空気流路２の入口２１に配置
された金１’ｑ７１の複数の流動層３の上流部、および
空気流路２の出口２２に配置された金ｉ１ｉ！１７２の
複数の流動層３の下流部をフィン４より遠ざかる方向に
突条７３．１４に形成して、少なくとも隣設する流動層
３間をフィン４の下端部４１および上端部４２で粒子Ｐ
を、移動可能に設ける手段としての第１の空間７５およ
び第２の空間７６を形成している。

第６図は本発明の第５実施例を採用した流動層熱交ｔａ
器を示す。

（第１実施例と同−機能物は同番号を付す）本実施例の
流動層熱交換器８では、デユープ８０の両端部８１．８
２に長方形の六８３．８４を形成して、各空気流路２を
連通させ、流動層熱交１１！！器８に設けられる全ての
流動層３を連通している。

［池の実施例］ 本実施例では、本発明の流動層熱交換器を自動車用温水
式暖房装置の流動層型ヒータコアに採用したが、本発明
の流動層熱交換器をその他の重両用または一般建築物用
温水式暖房装置の流動層型ヒータコアに採用しても良く
、あるいは自動車用の流動層型ラジェータや流動層型オ
イルクーラ、自動重用あるいは一般建築物用の冷房装置
の流動層型コンデンサや流動層型エバポレータに採用し
ても良い。また、本発明を逸脱しない範囲内で種々の形
状の熱交換器を本発明の流動層熱交換器に採用すること
ができる。

本実施例では、熱媒体としてチューブを採用したが、空
気流路を形成することができれば熱媒体としてＰＴＣヒ
ータ等チスチューブ以外媒体を採用しても良い。

本実施例では、フィンに複数列の突条を形成したフィン
を採用したが、フィンにコルゲートフィン、プレートフ
ィン等のように種々の形状のフィンを採用しても良い。

本実施例では、空気流路の入口および出口に配置され、
粒子を空気流路内に閉じ込めるための網に金網を採用し
たが、網に伝熱効果を持なぜる必要がなければ樹脂、セ
ラミック等金属以外の網を採用しても良い。

ここで、粒子が浮遊する空気流路の形状は、本発明を逸
脱しない範囲内で種々変更可能であるが、粒子の流動化
を低下させないために、空気が流れる方向の直交方向の
空気流路の１法を、粒子の直径の１０倍以上にする必要
がある。

さらに、少なくとも隣設する流動層３間をフィン４の下
端部４１および上端部４２で粒子Ｐを、移動可能に設け
る手段として、フィンの上下端部に開口を設けることが
考えられる。

空気流路を下方から上方へ垂直に設けた例を示したが、
傾斜させても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に採用された流動層型ヒー
タコアを示す斜視図、第２図は本発明の第１実施例に採
用された流動層型ヒータコアを示す断面図、第３図は本
発明の第２実施例に採用されたサーペンタイン型流動層
熱交換器を示す斜視図、第４図は本発明の第３実施例に
採用された流動層熱交換器を示す斜視図、第５図は本発
明の第４実施例に採用された流動層熱交換器を示す断面
図、第６図は本発明の第５実施例に採用された流動層熱
交換器を示す斜視図、第７図は従来の流動層熱交換器を
示す断面図である。 図中 Ｈ・・・ヒータコア〈流動層熱交換器）　Ｐ・・・粒子
１・・・グ〜ユーブ（熱媒体）　　２・・・空気流路　
３・・・流動層　４・・・フィン　１２・・・落丁防止
用金ＷＪ１４・・・飛散防止用金網　２１・・・空気流
路の入口　２２・・・空気流路の出口　３１・・・流動
層の下端部　３２・・・流動層の上端部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）一方から他方に向かって空気が流れる空気流
   路を形成し、該空気流路内を流れる空気を加熱または冷
   却する熱媒体と、 （ｂ）前記空気流路内を前記空気の流れにより浮遊する
   高熱伝導性の多数の粒子と、 （ｃ）前記空気流路の入口および出口に配置され、前記
   粒子を前記空気流路内に閉じ込めるための網と、 （ｄ）前記空気流路を区画して複数の流動層を形成する
   とともに、前記空気と前記流体との熱交換効率を向上さ
   せるためのフィンとを備え、 少なくとも隣設する前記流動層間を前記フィンの両端部
   で前記粒子が、移動可能に設けられた流動層熱交換器。