JPH02502837A - 熱交換装置 - 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】 熱交換装置 本発明は加熱されるべき空気によって砕引される導管中に加熱された水を循環又 は導通させるための熱交換装置に関するものである。本発明は特に建物の外側か ら内側に空気を導くダクト内のバイブという形態をした熱電池の改良並びにラジ ェータ（放熱器）の改良に関するものである。

異なる種類の水−空気熱交換器設備、エアコン設備内の蓄熱器、通常の水ラジェ ータ等は低い気温内における凍結のためにバイブが破損するという問題点をかか えている。そのような設備内の凍結によるバイブ破損に対する信頼性に冨んだ保 護策を得る試みはこれ迄の所成功していない。大きな寸法のバイブは氷が配管シ ステム内に形成された時発生する大きな圧縮力には耐えることが出来ない。第１ 図に例示したタイプの蓄熱器におけるパイプ破損は通常バイブベンド部において 発生するものであり、これらの部分の凍結を防止するために、同ベント部は蓄熱 器中を流れる冷気に対して更に絶縁されている。

しかしながら、これらの対抗策は以下において明らかにされる理由により成功し ていない。

バイブが通常破損する場所の温度を検出する試みもなされている。このセンサに おいて温度が０℃に近付いた時には、流量が規制ユニットにより自動的に増大さ せられる。この試みも以下に説明する同一の理由により成功していない。

産業界にあっては、凍結のための破損にともなうこれらの問題は多かれ少なかれ 解決不可能なものとしてしばらくの間見捨てられてきた。

かくして本発明は前述したタイプの熱交換器であって、すなわち蓄熱器及びラジ ェータであって、配管内に氷結が生じてもバイブの破裂に対する保護策が取られ ている熱交換器を達成することを目的としている。前記熱交換器は信頼性に冨み 、メンテナンスフリーであり、電子又は他のセンサ無しで機能すべきである。こ のことは請求の範囲第１項の序章に記載され、その特徴部分に記載された特徴を 備えた熱交換器によって実現される。

本発明の特徴としている解決策はいかにしてバイブの破損が凍結の際発生するか について通常量は入れられている理解事項とは完全に両立しない一つの事実発見 に基づくとともに、満足すべき解決策を与えるべく試みられた全ての従来の試み がそれらに基づいてなされていた。

研究市内のフントロールされた状況下において行なわれたテストによれば、凍結 中におけるバイブの破損は形成された氷塊栓において発生するのではなく、水が まだ氷っていないバイブの部分において発生するということが示された。バイブ の破裂は通常バイブの他の場所にある成長した氷塊栓のため、まだ氷っていない 水の圧力が増大するために発生する。このことは何故温度のコントロールされた 凍結防止ＩＡＭが問題を解決出来なかったかを説明している６＃４環システムの あらゆる場所において温度を測定することは不可能である。バイブの破裂は水が 最もあたたかい所で発生するのであり、これ迄温度センサが配置されてきたのは まさにこの場所においてであった。バイブの保護されていない熱交換部品内の温 度を信頼性高く検出することは、流れる冷気にさらされるバイブフィンの表面と バイブの内部の間で温度が広く変動するため困難である。更には、センサは急速 に凍結するプロセスにおいては長過ぎる反応時間を備えている。

バイブの破裂、破損が水のまだこおつていないバイブの部分で発生するというこ の状況は水の別の殆んど注目されなかった特性、すなわち氷点が圧力の増大とと もに低下するという特性とあいまって発見を遅らせてきた。

成長する氷塊栓はまだ氷っていない部分内の圧力を増大させると同時に、温度は まだこおつていない水中において０℃以下に低下する可能性がある。バイブがそ の後破裂すると、圧力は急激に低下し、氷点は急に再び０℃へと１絆するので水 はただちに氷へと凍結する。殆んどの場合、修理人は破損の場所において突出す る氷塊栓に出会うので、この特定の地点におけるバイブの絶縁が貧弱であったと の結論を出してしまう。というのもあきらかにこの地点において破裂する氷塊栓 が形成されたと考えるからである。いかにしてバイブの破裂が発生するかに関し ての一般的に受入れられている「知識」は当業者をして例えば過剰な絶縁のよう に問題を解決するどころかかえって悪化させてしまうような解決策を取らせる結 果をもたらした。

この発見の故に本発明人は同一問題を完全異なる理解のもとに解決することが出 来、かくして単純で、信頼性が高く、完全にメンテナンスフリーであり、既存の ａｔ造物にも容易に適用出来る解決策に到達した。この発見はまたより薄肉の銅 バイブを使用することを、従って絶縁されていないパイプ部分の熱伝導能力（寒 さを吸収する能力）を増大させることを可能ならしめた。

以下付図に例示された幾つかの実施例を参照して本発明をより詳細に説明しよう 。

第１図は建物の外側から内側へと冷気を導くためのダクト内に設けられた慣用の 蓄熱器を横断面により図式的に例示している。

第２図は本発明に従って改良された前述の既知の蓄熱器を図式的に例示している 。

第３図は第２図の上側左コーナの拡大された断面図、第４図は本発明に係る熱交 換器を形成しているラジェータの正面図、 第５図は第４図のラジェータの端面図、第６図は第４図及び第７図の線６−６に 沿って眺めた拡大断面図、 第７図は第４図のラジェータの代替的実施例を示す図、第８図は第７図のラジェ ータの端面図、第９図は第７図の線９−９に沿って眺めた拡大断面図、第１０図 は本発明に係る熱交換器としてのラジェータの更に別の代替的実施例を示す。

第１図に例示された慣用の蓄熱器１０は建物内のスペースＩＯＡ内に配置され、 導管１１を経てパイプシステムの非絶縁部分１２を通りファンにより吹き付けら れる新鮮な戸外の空気を加熱するためのエアコン設備内において用いられる。前 記バイブシステムは遠隔地点の加熱網、加熱ユニット又はその類いからの熱水を 導いており、同熱水は取入口１３から入り、取出口１４を経て出る。

パイプベンド１５は通常低温空気にはさらされず、かくて相対的には絶縁されて いる。万−水の循環が何らかの理由によりゆっくり発生するか又は完全に停止し た場合には、絶縁されておらず、保護もされていないパイプ部品１２内には氷塊 性が形成され、絶縁されたパイプベンド１５内の圧力が急速に増大し、その部分 のパイプ破損が起る可能性がある。前記ベンド部内におけるパイプの破損は例え ば極寒の気候において循環ポンプが停止し、ファンが冷気を設備中に送り続けた 場合には、わずか数分後において発生し得る。循環作用が十分でない場合に前記 ファンが自動的に停止する場合でさえ、空気はいわゆる「吹込み」瑛象のために 流入し続ける。

第２図は本発明に係る蓄熱器１０Ａを例示しており、ここでは各パイプベンド部 １５が集積チャンバ１６並びに圧力チャンバ１６Ａと導通している。前記集積チ ャンバ１６と、このチャンバ及びパイプペンド部１５間の分岐導管１７は熱的に 絶縁されている。前記分岐導管乃至パイプ１７は通常の作動における水の循環を 妨害しないように２〜３ｊＩｌｌの径に規制されている。パイピングシステム内 の水は通常２００　ｋＰａの圧力下にあり、従って圧力チャンバ内の空気も同一 の圧力２００　ｋＰａ下にある。

もしも氷塊が非絶縁パイプ部分１２内に形成されたならば、バイブベンド部１５ 内の圧力は氷塊が成長した時に増大する。この圧力は圧力チャンバ１６Ａ内の圧 縮可能な空気により吸収され、かくしてそうでない場合には発生するであろうパ イプ破損が防止される。蓄熱器内の全ての水が氷結した場合でさえ、圧力は決し て６００　ｋＰａを越えることが無く、この圧力値は通常の銅バイブの定格圧力 よりははるかに低いものである。このことに関連して重要なのは、パイプベンド １５、規制された分岐導管１７、チューブ状集積チャンバ１６及び圧力チャンバ １６Ａはそれらの内部の水が最後に氷結するよう相対的に絶縁されているという ことである。本発明の原理は又ラジェータの如く氷塊性がパイプコイルの幾つか に形成されても循環作用が続行される他の型式の熱交換器にも応用することが出 来る。

本発明の範囲内において、封入されたガスクッションを備えた圧力チャンバとは 別の圧力解放装置、例えば異なる種類の安全弁を用いること、かつ又本発明を完 全に異なる接続部位であって氷結のためにパイプ破損が発生する部位、例えば建 物内のパイプや埋設水管のようにパイプが熱を周囲の土又は空気に伝達するよう な部位に利用することも可能である。本発明のそのような用途においては、埋設 パイプが氷結した場合、氷塊性は両方向に成長し、氷塊性によって押された水が 集積導管に進入する領域に達する。前記集積導管は圧力チャンバに接続されてお り、この圧力チャンバには圧力が所定の値迄上昇するのは許容するも、パイプ破 損が生ずるような圧力値よりも十分低い値迄しか圧力が上昇しないようにする装 置が設けられている。

本発明の理解を容易ならしめるために第３図を参照する。

前記パイプ又は導管１２にはフランジ１２Ａが設けられている。

両パイプには氷塊性１８がパイプベンド１５に向けて成長している。既知のバイ ブシステムにおいては、この成長によりパイプベンド内の水の圧力値は破損につ ながる値へと急激に増大する。

本発明によれば、パイプベンド１５、分岐パイプ１７、集積チャンバ１６及び圧 力チャンバ１６Ａは参照番号１９によって示された熱的絶縁物質によって全て熱 絶縁されている。この絶縁物質はこれらの部材内の水が凍結するのを防止する。

これらの要素の相対的絶縁化は又他のパイプ表面が露出されている冷気から同要 素を単にシールドするだけでも達成可能である。かくして、水は成長してくる氷 塊柱１８からの押圧作用のもとてゆっくり流れることが許容される。

圧力チャンバ内においては、水は通常のレベル２０からレベル２１へと上昇する 。その結果スペース２２内の空気が圧縮される。

前記圧力チャンバ１６Ａには弁２３を介して供給された比較的高い圧力のガスを 予負荷させておくことが出来る。

所定の圧力で開口する安全弁２４を設けても良い。

別法として、圧力チャンバ１６Ａに水を充満することも可能である。この場合に は安全弁２４は所定の圧力になると排出される水を導入することを許容する。

第４図には慣用のラジェータ２５が示されており、同ラジェータには下側の集積 チャンバ２７を上側集積チャンバ２８と接続している垂直水チャンネル２６が備 えられている。

上側圧力チャンバ２９及び下側圧力チャンバ３０は分離壁３１によって２つの隔 室へと分割されている。

前記隔室の各々はそれぞれ絶縁された分岐バイブ３２を介して隣接する圧力チャ ンバ２９及び３０へと接続されている。バイブ３２内には氷塊柱１８が成長し、 水をチャンバ２つ内へと押出し、従ってシステムの導管の破壊を防止する。

第７図は第６図のラジェータに対して修整されたラジェータ２５Ａを示している 。下側圧力チャンバ３０は省略されており、その代りに最外側の垂直水チャンネ ル３３．３４が第９図に示すように熱絶縁物質１９によって熱的に絶縁されてい る。

第１０図は別の慣用ラジェータ３５を示しており、これは平行バイブ３６、絶縁 されたバイブベンド３７、絶縁された分岐バイブ３８、絶縁された集積チャンバ ３９゜４ｏ及び第２図に示した実施例のように実質的に配設された絶縁された圧 力チャンバ４１．４２を備えている。

第２図に示した蓄熱器１０Ａ及び第４図のラジェータ２５は一２０℃迄の温度で 長期間繰返しテストされたが、バイブシステム内には何らの破損も生じなかった 。本発明は従って実際に極めて有用であり、効率的であるということが実証され た。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．熱交換又は熱循環装置であつて、導管システムを有し、これは水又は他の実 質的に非圧縮性の液体をシステム中に循環させるための取入口及び取出口に接続 されており、熱が前記導管の壁中を伝達され、前記装置内の循環作動が周期的に 遮断されると、前記導管壁中の熱移動が続行された場合前記液体は導管内で氷へ と凍結される熱交換又は熱循環装置において、前記システムの２つの最初の部分 は同最初の２つの部分間に位置する、前記システムの非絶縁第二の部分内におけ る液体の氷への凍結とくらべて水の凍結が遅れて発生するようにするため、流れ る冷気から相対的に熱的に絶縁されているかシールドされており、かくして前記 第２の部分内においてその端部に向けて成長する氷は前日２つの最初の部分と導 通しており、その結果システムの前記絶縁されていない部分内のまだ凍結してい ない液体に加わる圧力が増大し、この増大した水圧力は、前記２つの最初の部分 の各々をして絶縁された分岐導管を介して閉じられ、絶縁された圧力解放又は圧 力吸収装置と接続せしめ、以つてシステムのいかなる部分における導管の破損を 防止することによつて解放されることを特徴とする熱交換又は熱循環装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の熱交換又は熱循環装置において、それぞれの圧力 チヤンバはその一方の端部において一つの膨張チヤンバを形成しており、同チヤ ンバ内においてはガス体積部分がガスクツションを形成しており、それは前記第 ２の部分内の氷によつて押出された水が前記ガスクツションからの増大したカウ ンタ圧力のもとで前記膨張チヤンバに進入することを許容せしめていることを特 徴とする熱交換又は熱循環装置。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の装置において、前記圧力チヤンバには導管の破損 を防止するため所定の水圧力で開口する安全弁が設けられていることを特徴とす る熱交換又は熱循環装置。
4. ４．請求の範囲第２項に記載の装置において、前記膨張チヤンバにはシステムが 遮断され、凍結する前に同システム内を支配する通常の水圧力よりも高い所定の 高圧力にあるガスで予負荷されていることを特徴とする熱交換又は熱循環装置。
5. ５．請求の範囲第１項から第４項のいずれか一つの項に記載の装置において、前 記導管システムは空気を建物の外側から内側に搬送するためのダクト内に設けら れており、前記導管は熱交換フランジを設け、同フランジ内でダクトを横切り、 フランジの無い相対的に絶縁されたかシールドされた接続バイブ部分を介して互 いに接続されるとともに、建物内の空気スペース内にある相対した側におけるダ クトの外側に位置しており、ダクトのそれぞれの側にある各接続部分は前記絶縁 された分岐導管を介して前記絶縁された圧力チヤンバに接続されていることを特 徴とする熱交換又は熱循環装置。
6. ６．請求の範囲第１項から第４項のいずれか一つの項に記載の装置において、前 記導管がラジエータ内に設けられていることを特徴とする熱交換又は熱循環装置 。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の装置において、前記ラジエータは下側集積ダクト と上側集積ダクトの間において垂直水チャンネルを備えており、上側ダクトは絶 縁された分岐導管を介して圧力チヤンバと接続されていることを特徴とする熱交 換又は熱循環装置。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の装置において、下側集積ダクトは絶縁された分岐 導管を介して下側圧力チヤンバに接続されていることを特徴とする熱交換又は熱 循環装置。
9. ９．請求の範囲第７項又は第８項に記載の装置において、２つの集積ダクトを接 続している最外側のチャンネルはその内部での凍結を遅らせるために熱的に絶縁 されていることを特徴とする熱交換又は熱絶縁装置。
10. １０．請求の範囲第１項から第４項のいずれか一つの項に記載の装置において、 前記導管はラジエータ内の熱交換バイブを形成する平行隔置関係を以つて前後に 走行しているパイプであり、同平行バイブは絶縁された部分によつて対になるよ う連結されており、前記絶縁部分は絶縁された圧力チヤンバと接続されているこ とを特徴とする熱交換又は熱絶縁装置。