JPH03501645A - 向流形熱交換器 - 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】 向流形態交換器 本発明は向流形態交換器に関する。

熱交換器、特に向流形態交換器では、熱交換器の表面付近でのみ熱交換が生じる という問題がある。このため、熱交換は比較的小さい領域内、すなわち、一定厚 さの境界層内でのみ生じる。かくして冷却または加熱された媒質は、冷却または 加熱されなかった媒質と混合する。この混合工程は不可逆であるため、全体的に 効率の重大な損失が生じる。通常、熱交換器の表面間の距離が比較的長いため、 熱交換器はかなり大きい寸法となり、熱交換器を高圧で用いると、次には安定性 の問題か生じる。

本発明の目的は高圧、高温でも使用できる高効率を有する向流形態交換器を製造 することである。

本発明は、その中を流動する媒質用の通路が、それを通して大部分の熱交換が生 じる交換面に対して垂直方向に、流動する媒質の境界層厚さの約２倍以下の広さ くｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）を何し、該通路が薄いノートメタル・エレメントにより 規定されることを特徴とする。

したがって、該媒質は比較的狭い通路を通過する。流動する媒質の各部分は、い つも熱交換面に十分に近く、その結果、該媒質の全部分が非常に十分に、かつ、 直ちに冷却まには加熱される。該通路は薄いシートメタル・エレメントにより規 定されるため、用いる壁材の一定の熱伝導率による効率損失か最小限となる。通 路、シートメタル・エレメントともに薄いため、熱交換器は非常にコンパクトで あり、その結果、全体に小さい寸法であるｆ二め、容易に製造でき、高圧にも耐 えることができる。

有利には、交換面間の通路は実質的に層状に設計され、供給方向に狭まる供給通 路および排出方向に拡がる排出通路が、各々線面の片端に設け・し２−１る。そ れにより、特に省スペースモードの構造が得られる。通路は供給方向に挟まり、 排出方向に拡がることかできるため、通路に沿って流動する間、一部は供給通路 を出て熱交換器通路に入り、または排出通路では、熱交換器通路から排出通路に 入る。

シートメタル・エレメントを積層配置し、熱交換面を積層方向に対して斜めに配 置し、供給および排出通路を積層方向で互いに交互に配置すると、狭まるまたは 拡がる供給および排出通路を有する特に省スペースの装置が得られる。

この装置では、すべての個所で同一の流れ抵抗を得るため、供給および排出通路 は、有利には、その片側で、交換面間の通路の流動断面に等しい最大断面を有し 、対向側上の通路はゼロ断面まで決まる。

熱交換器が異なった配向て交互に組み立てられた同一のシートメタル・エレメン トから構成されると、製造は特に合理化される。しｒ二がって、必要なある種の シートメタル・エレメント用のプレスが製造される必要があり、ついで、該シー トメタル・ニレメン）・は各々交互の配向て組み立てられて熱交換器が得られる 。

有利な具体例では、交換面間の通路は供給または排出方向で見られるような■形 状の断面を有する。この場合、片方の供給通路および対応する排出通路は、熱交 換器の対向側で互いに向かい合う。

交換面が波形であると、熱交換器表面は増大する。波形面が接触したままである と、シートメタル・エレメントは互いに支持し合い、それにより、全体寸法を減 少（７、より薄いシートメタル・エレメントを選択できる。

シートメタル・エレメントの積層が直線ではなく円形であると、円形熱交換器か 得られ、媒質の供給および排出はラジカルコンプレッサーにより特に簡単な方法 で実施できる。

シートメタル・エレメントは、互いに溶接、ハンダ付け、ロウ付けできる。

熱交換器は有利には耐圧性および耐熱性の断熱層により被覆される。その内部空 間が流動媒質の圧力を示す気密性および耐圧性のハウジング内に断熱層を配置す ると１、非常に高圧の媒質にも熱交換器を使用できる。それは、高圧下である少 量の媒質か熱交換器かみ圧力容器に通過できる小孔等によって保証され、その結 果、ここで圧力補正が生じる。薄いシートメタル・エレメントは、もはや高い操 作圧力に耐える必要はないが、耐圧性容器のみが耐えねばならない。

以下、添付図面を参照して育利な具体例により本発明を説明する。

第１図は、通常の熱交換器の操作原理を示す断面図である。

第２図は、本発明の熱交換器の操作原理を示す断面図である。

第３図は、熱交換器表面の特殊なタイプの具体例を示す図である。

第４図は、本発明の熱交換器の具体例を示す第５図のＥ−Ｂ線に沿った断面図で ある。

第５図は、第４図の熱交換器のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

第６図は、第４図および第５図の熱交換器の平面図である。

第７図は、すぐ操作できる熱交換器を示す第８図のＢ−Ｂ線に沿った断面図であ る。

第８図は、第７図の熱交換器のＣ−Ｇ線に沿った断面図である。

第９図は、熱交換器の池の具体例を示す第１Ｏ図のＦ−Ｂ線に沿った断面図であ る。

第１Ｏ図は、第９図の熱交換器のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

第１１図は、熱交換器のさらに他の具体例を示す第１２図のＧ−Ｇ線に沿った半 径方向断面図である。

竿１２図は、第１１図の熱交換器の半径方向断面図である。

第１図は、その壁１間で２つの媒質２．３が矢印４．５の方向の向流で移動する 通常の熱交換器を示す。この媒質２は原温度Ｔ２を有し、媒質３は原温度Ｔ、を 有する。半径方向のＡ！経過を図面中の曲線６で示す。これかみ明りかなように 、通路の幅の大部分で、温度は元の値を維持している。温度変化は幅Ｓの比較的 小さい境界層内で生じている。次に、冷却または加熱された境界領域は、流動の 中央領域の流動と混合されるため、該領域は偶発的にのみ熱交換に寄与し、その 結果、効率が低下する。

第２図の本発明の具体例では、かかる問題はもはや生じない。流路の幅が実質的 に境界層の幅Ｓよりも犬きくないｆコめ、流動する媒質の全部分が直ちに熱交換 に寄与する。

第３図は平面図における流路を示し、平行ではなく波形の壁ｌが用いられ、それ により、熱交換面か増大される。該波形の壁は、例えばライン７で接触する１こ め、薄いシートメタル・エレメントを用いる所でさえも装置は非常に安定である 。それにより、流路８は横方向で規定され、このようにして大きい流路は小さい 流路に分割される。

第４図〜第６図の具体例では、熱交換器は実質的にＶ形状のシートメタル・エレ メントｌの積層（ｓｔａｃｋ）から構成される。この装置では、該Ｖ形状のリム （Ｉ　ｉｍｂｓ）が互いに比較的接近しており、その結果、ここでは流路８の幅 が小さい。該■形状のリムの端部には、供給通路９および排出通路１０を規定す る角ばった（ａｎｇｌｅｄ−ｏＩＴ）シートメタル・エレメント領域がある。こ の装置では、１つの供給通路９と１つの排出通路１０が熱交換器の中央の断面Ｅ −Ｅでいつも互いに交互になっている。しかしながら、これらの通路は側面に向 かってゼロ厚さまで狭まるため、第５図では、供給通路９のみが右方から開いて おり、一方、排出通路１０のみが左方に向がって開いている。

このため、片方の媒質は片方のＶ形状のリムの片端の端部での端面に導入され、 他方のＶ形状のリムの端部の同じ端面で再び除去される。同様のことが他方の媒 質にも適用される。ここで、流路は第６図中で平面図として記載されている。

第７図および第８図は第４図〜第６図の熱交換器を示し、該熱交換器においては 、個々の通路９、ｌＯにはさらに連結エレメント１１が設けられている。熱交換 器１２自体は耐熱性および耐圧性の断熱材１３により包囲されており、該断熱材 は耐圧性ハウジング１４により包囲されている。この装置では、圧力ハウジング １４の内部空間が圧力補正孔により流動媒質に連結されるにめ、両方の媒質が非 常に高いが略等しい圧力を有する場合でも、熱交換器１２の比較的薄いシートメ タル・エレメントｌ上で非常にわずかな圧力しか受けない。

第９図および第１０図の具体例では、実際の熱交換器表面は角ぼっておらず直線 である。しかしながら、これは別として、条件は実質的に第４図〜第８図の具体 例と同じであるため、詳細な説明は削除できる。ここでまた、供給通路つと排出 通路ｌＯが断面積Ｆで互いに交互であなり、端部に向かって挾まるｆこめ、媒質 は４つの端部の１つで、各々流入または流出する。

第１１図および第１２図の鵡交換器の場合、実質的に第９図および第１０図の具 体例のシートメタル・エレメントが用いろれるが、それらは、もはや互いに直線 的に積層されず、円形である。それにより、第１２図に示す流動状態が形成され る。片方の媒質は供給通路９の内環で左方かみ供給され、排出通路１０′の外環 の同じ側面で再び除去される。他方の媒質は供給通路９′を通して外側の右方か ら導入され、通路１０から内側で半径方向に除去される。この具体例では、媒質 を運ぶ１こめに、ラジアルコンブレサーが非常に有利に使用できる。第１１図お よび第１２図の具体例の場合も、耐圧性断熱材１３および耐熱性ハウジング１４ が設けられる。

媒質が出入りする端面ては、１つの通路がゼロ幅にまで挟まり、対応するシート メタル・エレメントが互いに重なり合うため、熱交換器のシートメタル・エレメ ントｌは互いに有利に溶接またはハンダ付けされる。このようにして、非常に安 定な基本構造が得られるが、残りの端面ば互いにハンダ付けされるか他の方法で 接着され、波形の場合でも同様に容易に実施できる。

、、７　’１＼７　＼７ ぐ　ζ？ 閑際呻査報告 国際調査報告 ＥＰ　Ｂ８０１０９Ｓ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．その中を流動する媒質（２、３）用の通路（８）が、それを通して大部分の 熱交換が生じる熱交換面に対して垂直方向に、流動する媒質（２、３）の境界層 厚さ（ｓ）の約２倍以下の広さ（ａ）を有し、該通路が薄いシートメタル・エレ メント（１）により規定されることを特徴とする向流熱交換器。
2. ２．交換面間の通路が実質的に層状に設計され、供給方向に狭まる供給通路（９ ，９′）および排出方向に拡がる排出通路（１０、１０′）を、各々該面の片端 に設ける請求項１記載の熱交換器。
3. ３．シートメタル・エレメント（１）を積層配置し、交換面を積層方向に対して 斜めに配置し、供給および排出通路（９、９′、１０、１０′）を積層方向で互 いに交互に配置する請求項２記載の熱交換器。
4. ４．その片側で供給および排出通路（９、９′、１０、１０′）が交換面間の通 路（８）の流れ断面と等しい最大断面を有し、対向側でゼロ断面まで狭まる請求 項２または３記載の熱交換器。
5. ５．同一であるが、異なった配向で交互に組み立てられたシートメタル・エレメ ント（１）からなる請求項４記載の熱交換器。
6. ６．交換面間の通路が、供給および排出方向で見られるようなＶ形状の断面を有 する請求項１〜５いずれか１項記載の熱交換器。
7. ７．交換面が波形である請求項１〜６いずれか１項記載の熱交換器。
8. ８．積層が円形である請求項３〜５いずれか１項記載の熱交換器。
9. ９．シートメタル・エレメント（１）を互いに溶接する請求項１〜８いずれか１ 項記載の熱交換器。
10. １０．シートメタル・エレメント（１）を互いにハンダ付けする請求項１〜８い ずれか１項記載の熱交換器。
11. １１．耐圧性および耐熱性の断熱層により被覆する請求項１〜１０いずれか１項 記載の熱交換器。
12. １２．その内部空間が流動媒質の圧力を示す気密性および耐圧性のハウジング（ １４）内に配置される請求項１〜１１いずれか１項記載の熱交換器。