JPH0432693A - 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、冷凍機における熱交換器に関する。

〔従来の技術〕

従来のＭＲｉ等の超電導マグネットを冷却する冷凍機に
使用する熱交換器では、特開昭６４−８４０９４号公報
に記載のように、熱交換を行なうＡ（高温高圧）、Ｂ（
低温低圧）流体の一方側の流体流路、例えば、Ｂ流体の
円形断面流路内に、Ａ流体流路の単一の伝熱管をコイル
状に巻いて配置し、この伝熱管外とＢ流体流路内の空間
に金属球を充填し、金属球同志の接触箇所および金属球
と伝熱管外面の接触箇所とを、冶金的に一体化していた
。このような構造の熱交換器では、以下の問題点がある
。

すなわち、熱交換器内での流動圧力損失を増加させずに
、冷凍能力増量を図るためにＡ流体及びＢ流体の流量を
増して冷凍機を運転する場合、熱交換器のＡ、Ｂ流体の
流路断面積を拡大させる必要がある。この場合従来技術
では、Ａ流体流路の単一の伝熱管の管内径を大きくし、
かつ、金属球を充てんしたＢ流体流路の円形断面流路の
内径を大きくする。このため、伝熱管のコイル径は大き
くなりコイル径の中心部の金属球は、伝熱管から遠くな
り、この部分のフィン効率が低下し、熱交換器の熱交換
効率が低下してしまうという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、Ｂ流体流路を大きく、また、粒径が小
さい金属球を使用しても、熱交換効率が低下しない熱交
換器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明はＡ流体。

Ｂ流体流路断面形状を矩形状とし、その長辺部でＡ、Ｂ
流体間の熱交換を行い、流路内に多孔伝熱媒体を充てん
したものである。

〔作用〕

高低圧流体の矩形状流路断面は、プレートとフィンで構
成し、流路内の耐圧性は、プレート及びこれに接合した
フィンの強度で確保する。流路断面内に充填した金属粒
は、金属粒の相互および金属粒とプレート、フィン接触
面は拡散接合等で熱的に一体化されているので、流路断
面内を流動する流体間の伝熱面積は大幅に増加し、熱交
換効率は高くなる。また、流体の流量増に対しては、矩
形状流路の多層化、又は、矩形状流路断面の細長化によ
り、流動損失が増加することがない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図により説
明する。

第１図は本発明になる熱交換器の縦断面図、第２図は上
部面図、第３図は、第１図の■−■視横断面図である。

熱交換器内のＡ流体流路１は、例えば、ステンレス製の
プレート２．側壁３．主伝熱面となる例えばリン脱酸＃
！製の伝熱プレート４゜ステンレス製の上壁５．下壁６
で囲まれる空間である。

プレート２と伝熱プレート４間に挿入したステンレス製
の波形フィン７は、両プレートとの接触面を、例えば、
拡散接合等で冶金的に一体化されており、Ａ流体流路内
の耐圧は十分にある。さらにＡ流体流路１内には、微少
金属物例えば銅製の金属粒８及び流体流動方向に所定の
間隔に配置されたステンレス製の金属粒９を充填し、金
属粒相互及び、金属粒とプレート、フィンの接触面は、
拡散接合等で冶金的に一体化されている。流路上下端部
には接合前に金属粒が流出しないために。

金網１０を配置している。また、上壁５には流体流入孔
コ８１、下壁６には、流体流出孔１２を設けている。

一方、Ｂ流体流路１３は、ステンレス製のプレート１４
．側壁１５．伝熱プレート４．ステンレス製の上壁１６
．下壁１７で囲まれた空間で構成する。プレート１４を
伝熱プレート４間に挿入したステンレス製の波形フィン
１８は両プレートとの接触面を拡散接合で冶金的に一体
化されている。

さらに、Ｂ流体流路１３内には、銅製の金属粒１９及び
流体流動方向に所定の間隔に配置されたステンレス製の
金属粒２０を充填し、金属粒相互及び金属粒とプレート
、フィンの接触面は、拡散接合で冶金的に一体化されて
いる。流路と下端部には、接合前に金属粒が流出しない
ために、金網２１を配置している。また、上壁１６には
流体流出孔２２．下壁１７には、流体流入孔２３を設け
ている。図中、両流路中に充填した金属粒の１部は図示
を省略している。

高温高圧のＡ流体は、流入孔１１より流入し。

低温低圧のＢ流体は、流入孔２３より流入する。

それぞれの流体は、流路１及び流路１３内を流動しなが
ら、熱交換する。主たる熱移動径路は、Ａ流体−金属粒
８−伝熱プレート−金属粒１９−Ｂ流体となる。

ここで、フィン７、フィン８及びプレート２゜プレート
１４．側壁３．側壁１５．上壁５．上壁１６、下壁６．
下壁１７．金属粒９．金属粒２０は、熱伝導率が小さい
ステンレス製であるため、この径路の熱移動量は非常に
小さい。ステンレス製の金属粒９，２０は、熱交換器上
下端間の温度差で、低温部に熱が流入するのを防ぐ。伝
熱プレート４の熱伝導率は、ステンレス鋼よりも大きく
、銅よりも小さい。これは、両流体間の熱移動の熱抵抗
を極力小さくして、熱交換器の上、下端の熱移動の熱抵
抗を極力大きくするためである。熱交換効率に大きく影
響を与えるのは、金属粒８゜１９の伝熱表面積及び、金
属粒のフィン効率である。フィン効率は、流路幅Ｄｔ　
、Ｄｈが広くなると急激に低下する。本構造では、必要
伝熱面積を確保しながら、適正な流路幅Ｄａ　、Ｄｈを
確保できるので、高効率の熱交換器を提供できる。また
。

流量増に対しても、フィン効率を確保し、流路幅Ｗを増
加させることにより、流動圧力損失を増加させることな
く、高効率の熱交換器を提供できる効果がある。また、
第４図に示すように、Ａ、　Ｂ流体流路１，１３を多層
に積層して構成しても、流量が増加する場合に、フィン
効率を確保し、流動圧力損失を増加させることなく高効
率の熱交換器を提供できる効果がある。

本発明になる他の実施例を第５図に示す。熱伝導率の大
きな、例えば、銅製のフィン２４．２５を、Ａ流体流路
１およびＢ流体流路１３中に配置し、それぞれ伝熱プレ
ート４とプＩノート２、伝熱プレート４とプレート１４
との接触部を拡散接合等で冶金的に一体化する。フィン
２４．２５は所定のピッチでジグザグに分断されている
セパレートタイプのフィンである。また、銅製の金属球
８゜１９をそれぞれの流路内に充てんし、金属球相互お
よびフィンとの接触部は冶金的に一体化している。本実
施例によれば、フィン２４．２５の板厚を厚くすること
により、伝熱プレート４から離れた金属球にも、フィン
を通じて十分に熱が流入。

流出するため、球径の小さな金属球群の場合でもフィン
効率を大きく確保でき、熱効率をさらに高めることがで
きる。

また、流体の温度差が大きい方向、すなわち、熱交換器
の高温側、低温側の上下端方向にフィン２４．２５を分
断しているので、フィン２４゜２５を通じて、熱が低温
端に流入するのを防ぐことができ、熱交換効率を高める
ことができ、さらに、流路内の流動方向がフィンにより
、左右方向にうねって流動するので、流路内の流体温度
が幅方向で均一となり、さらに、熱交換効率を高める効
果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱交換を行う流体の微少金属物の金属
球を充填した流体流路において、熱交換隔壁から金属球
群の距離を一定にできるので、流量増のために流路断面
積を増した場合でも、流動圧力損失を増加させることな
く金属球群のフィンを高く確保し高効率の熱交換器を提
供することができる。

また、流路内に熱伝導率の大きな、例えば、銅製のセパ
レートフィンを、熱交換器上下端間の温度差方向に対し
て直交方向に配置させることにより、充填した金属球群
のフィン効率を高め、高効率の熱交換器を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の熱交換器の縦断面図、第
２図は上部平面図、第３図は第１図の■−■視断面断面
図４図は、他の実施例の断面図、第５図は他の実施例の
斜視図である。 １・・・Ａ流体流路、４・・・伝熱プレート、７，１８
・・フィン、８，１９・・・金属球、１３・・・Ｂ流体
流路、第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧流体が流れる流路と低温流体が流れる流路が、
   伝熱プレート壁をはさんで配置され、前記伝熱プレート
   壁を介して前記両流体を熱交換させるようにした熱交換
   器において、 前記両流体流路に強度部材となる低熱伝導性の材料から
   なるフィンと、高熱伝導性の材料からなる微少金属物と
   低熱伝導性の材料からなる微少金属物の積層層を充填し
   、前記伝熱プレート壁、流路壁、フィン、微少金属物の
   互いの接触面を冶金的に一体化したことを特徴とする熱
   交換器。 ２、請求項１において、前記フィンは、所定のピッチで
   ジグザグに分断されたセパレートフィンで、前記熱交換
   器の高低温端間の温度差方向に対し前記フィンが不連続
   となるように配置した熱交換器。