JPH0468558B2

JPH0468558B2 -

Info

Publication number: JPH0468558B2
Application number: JP61142290A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takeuchi
Original assignee: AIPII KK
Current assignee: AIPII KK
Priority date: 1986-06-17
Filing date: 1986-06-17
Publication date: 1992-11-02
Also published as: JPS62297696A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、主として液体冷却用の冷却装置に使
用される冷却用の熱交換器に関する。

［従来の技術］冷却用の熱交換器は、冷媒と流体との熱交換に
使用する。即ち、冷媒を膨張蒸発させて吸熱さ
せ、吸熱する冷媒と液体とを熱交換するのに使用
される。

冷媒と液体との熱交換に、現在最も多用されて
いる熱交換器は、太い管内に細い管を通した２重
管構造をしている。この構造の熱交換器は、細い
管内に冷媒を、細い管と太い管との間に水等の流
体を流して熱交換している。この熱交換器は、全
体の構造が簡単である。しかしながら、実質熱交
換面積を広くする為には全長を長くする必要があ
り、全体をコンパクトにすることが難しい。

並列に連結された複数の細管を太管内に内蔵し
て、熱交換面積を増加させたものも使用されてい
る。しかしながら、この構造の熱交換器は、細管
に沿つて水等が流動するので、流体の過流による
実質熱交換面積の増大効果が期待できず、全体の
大きさに比べて熱交換能力が大きくできない。

ところで、太管内に内蔵される細管をスパイラ
ル状に巻いた熱交換器も開発されている（実公昭
46−8768号公報）。この公報に記載される熱交換
器は、コアーの表面に螺旋状に細管を巻いてい
る。細管は、コアーの表面に複数段に巻かれてい
る。内側に巻かれた細管と、外側に巻かれた細管
とは、互いに交差する方向に巻かれている。

［従来技術の課題］この構造の熱交換器は、細管の外側を流れる流
体が乱流となつて、効率よく熱交換できる特徴が
ある。しかしながら、この構造の熱交換器は、製
造に著しく手間がかかるばかりでなく、冷却用の
熱交換器には向かない欠点がある。とくに、水等
の流体を凍結温度に近い０℃付近に冷却する冷却
用の熱交換器には使用できない欠点がある。

それは、コアーの表面に巻かれた細管の近傍
で、水等の流体が凍結することが理由である。す
なわち、細管を複数段に重ねて巻いた熱交換器
は、中心部分の温度が低くなつて、凍結しやすく
なる欠点がある。

この発明はさらにこれ等の欠点を解決すること
を目的に開発されたもので、この発明の重要な目
的は、製造が簡単で、流体細管の外側に冷媒を乱
流状態で流動して全体をコンパクトにして熱交換
能力を向上でき、さらに、水等の流体を凍結温度
に近い温度に冷却できる冷却用の熱交換器を提供
するにある。

［従来の課題を解決する為の手段］この発明の冷却用の熱交換器は、前述の目的を
達成するために、下記の構成を備えている。

(a) 熱交換器は、冷媒容器４と、内筒６と、流体
細管５とを備えている。

(b) 内筒６は冷媒容器４内に配設されて、内筒６
と冷媒容器４との間に冷媒室３が設けられてい
る。

(c) 冷媒容器４の両端部分に流体溜室９が設けら
れている。

(d) 流体細管５は、内筒６の表面に巻かれて、冷
媒室３内に配設されている。

(e) 冷媒室３には、複数本の流体細管５が配設さ
れている。

(f) 流体細管５の両端は流体溜室９に連結されて
いる。

(g) 流体細管５は、スパイラル状に巻かれてお
り、しかも、途中でＵ曲されて、内筒６の両側
で巻き方向が逆になつている。

(h) 冷媒容器４の両端部分に設けられた流体溜室
９は、内筒６を貫通して設けられた凍結防止孔
１３を介して、内筒６の内側に連結されてい
る。

［作用、効果］この発明の冷却用の熱交換器は、冷媒室を流動
する冷媒を、流体細管の折曲部分で撹拌できる特
長がある。それは、流体細管５の途中をＵ曲し
て、巻き方向を逆にしているからである。第１図
に示す熱交換器は、下から上に向かつて、内筒６
の下半分で流体細管５を右巻とし、内筒６の上半
分で流体細管５を左巻としている。この構造の熱
交換器は、熱交換面積を増加する為に、多数の流
体細管をギツシリと密に巻いてこれを冷媒室に配
設すると、流体細管に沿つて水等の流体が流れる
が、Ｕ曲部分で流動方向が急変し、この部分で乱
流が発生して流体の実質的な熱交換面積が増加で
きる。

更に、好都合なことに、この発明の熱交換器
は、スパイラル状に巻かれた部分に比べると、Ｕ
曲部分は流体細管の密度が低くなつて空隙が多く
なる。この為、流体細管５が密に凝縮されている
流体細管外の狭い隙間を高速に流動してきた流体
は、Ｕ曲部分の広い空隙に流入して流動方向と流
速とが急激に変化し、これによつて充分に撹拌さ
れて温度むらが均一化され、その後再び狭い流体
細管５に高速流入する。

即ち、流体全体が均一に、しかも熱交換し易い
状態で流体細管の表面に接し、実質熱交換面積が
増大して熱交換の能力が向上する。

更に好都合なことに、この乱流状態が流体細管
５を密に詰め込んで実現できる為、全体をコンパ
クトにして、熱交換能力を大きくできるというこ
の種の装置にとつて極めて大切な特長が実現され
る。

更にまた、この発明の熱交換器は、流体細管の
途中を折曲してスパイラル巻きの方向を逆転させ
ているので、第６図に示すように、折曲部分を引
つかけて、流体細管５を内筒の表面にスパイラル
巻きにできる。この為、流体細管は、両端を固定
した後、簡単に巻くことが出来、巻いた後、端を
固定する従来方法に比べて、著しく簡単に製造で
きる特長がある。

さらにまた、この発明の冷却用の熱交換器の特
筆すべき特長は、水等の流体を、凍結温度に近い
０℃付近に冷却できることにある。この特長は、
内筒６に設けられた凍結防止孔１３によつて実現
される。すなわち、内筒６に設けられた凍結防止
孔１３は、内筒６の内面と流体溜室９とを連通
し、内筒６の内部に、流体細管５に流動される流
体を流動させる。例えば、流体細管５に水を流動
させて冷却する場合、内筒６の内側にも水が流動
される。内筒６の内部を流れる水は、内筒６を内
側から加温して、内筒６の表面、すなわち、内側
に巻かれた流体細管５の表面での凍結を防止す
る。内筒に水を流さない熱交換器は、内筒の表面
に複数段に重ねて巻かれた流体細管の内側で水を
凍結させる。それは、外周が流体細管で巻かれた
内側の流体細管は、より低温に冷却されることが
理由である。

ところが、この発明の熱交換器は、内側に巻か
れた流体細管を内筒に流動させる水等の流体で加
温して、凍結を阻止できる。このため、この発明
の冷却用の熱交換器は、水等の流体を凍結温度に
近い温度に冷却して、凍結を防止できる特長があ
る。

［好ましい実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

本発明の冷却用の熱交換器は、冷媒と、水等の
流体との間に熱交換する為に使用される。水等の
流体を冷却する場合、エバポレーターとして使用
される。エバポレーター使用時は、冷媒室内で冷
媒を気化膨張させる。

ただ、本発明の熱交換器は、冷媒を使用しない
ものであつて、液体−液体、あるいは液体−気
体、あるいは又気体−気体の熱交換器にも使用で
きる。但し本発明は、冷媒を使用しない熱交換器
を含むものでない。

第１図と第２図に示す熱交換器は、密閉構造
で、入口１と出口２が開口された冷媒室３を有す
る冷媒容器４と、この冷媒容器４内に配設された
複数本の流体細管５とからなる。

冷媒容器４は円筒状で、この内部には、第２図
に示すように、円筒状の内筒６が同軸に固定され
て、内筒６と冷媒容器４との間に冷媒室が形成さ
れている。

冷媒容器の両端は蓋材７で気密あるいは水密に
閉塞されている。蓋材７よりも内側で、内筒６と
冷媒容器４との間に、環状の隔壁８が気密に固定
されている。

隔壁８と蓋材７との間に位置して、冷媒容器４
の両端部に流体溜室９と１０が設けられ、流体溜
室９と１０に流入口１１と、排出口１２とが開口
されている。

上下の流体溜室９，１０に連通して、内筒６に
凍結防止孔１３が貫通穿設されおり、この凍結防
止孔１３を介して、内筒６の内部が上下の流体溜
室９，１０に連結され、内筒６が流体細管５に並
列に接続されている。

凍結防止孔１３は、大きすぎると、内筒６内に
分流される流体量が多くなつて熱交換量が減少
し、反対に小さすぎると、内筒６内で流体が凍結
しやすい。従つて、この大きさは、流体の種類、
流量、熱交換面積、流体細管の太さと並列接続本
数等を考慮して、内筒６内が凍結せず、しかも、
全体の熱効率が高い状態に決定される。

冷媒容器４と内筒６と隔壁８とで囲まれて、気
密の冷媒室３が設けられている。冷媒室３は上端
と下端とに冷媒の入口１と出口２とが開口されて
いる。

冷媒容器４の外周は冷媒の外部への熱伝導を防
止する目的で断熱材１６で被覆されている。

冷媒室３内には、スパイラル状に巻かれた流体
細管５が配設されている。流体細管５は上端と下
端とが隔壁８を貫通して上下の流体溜室９，１０
に気密に連結されている。更に、流体細管５は熱
交換面積を大きくして、流体の圧力損失を少なく
する為に、ステンレス等の細い金属パイプが多数
並列に連結されている。

流体細管５の直径と本数と１本の長さとは、例
えば１時間当りの熱交換量が5000キロカロリーの
熱交換器の場合、内径が２〜10mm、好ましくは３
〜８mm、本数が50〜300本、長さが１〜５ｍ程度
に決定される。

多数の流体細管５は第１図に示すように、中間
を境に、上半分と下半分とで互いに巻き方向が反
対のスパイラル状に巻かれている。第１図の熱交
換器は下から上に向かつて、下半分は右巻きに、
上半分は左巻きに巻かれ、中央で流体細管５がＵ
曲されている。

第２図に示す熱交換器は、内筒６の表面に流体
細管５が４重に巻き付けられている。この多重巻
き熱交換器は、第３図〜第５図の製造工程図に示
すように、内側と外側とに隣接して巻かれる流体
細管５の巻き方向を互いに反対として、内外隣接
流体細管が交差して点接触状態で支持するのが良
い。点線触支持される流体細管の外側には、複雑
なジグザグ状の冷媒通路が形成され、冷媒乱流に
よる実質熱交換面積を増加出来る。

流体細管は、第６図に示すように、中間を折曲
して全体形状をＶ字状に成形した後、上下両端を
隔壁８に固定し、内筒６を回転してその外周に巻
き付ける。流体細管５は１本ずつ巻き付けること
も、又は、複数本を一緒に巻き付けることも可能
である。内筒６の表面に殆ど隙間なく同一平面に
並べて流体細管５を巻き付けた後、第３図〜第５
図に示すように、その上に重ねて、反対方向に巻
いて、多重に流体細管５を巻き付ける。

表面に流体細管５が巻き付けられた内筒６を冷
媒容器４内に挿入し、隔壁８を溶接等の方法で冷
媒容器の内面に気密に固定し、その後、内筒６と
冷媒容器４の両端を蓋材７で閉塞して流体溜室
９，１０を密閉する。

［使用状態の具体例］第７図に示すように、この発明の熱交換器は、
ヒートポンプ装置のコンデンサー１４とエバポレ
ーター１５として垂直に立てて使用できる。

コンデンサー１４は、冷媒を冷媒室３の上から
下に流下させて凝縮発熱させ、流体細管５内を下
から上に流動する水を加温する。

エバポレーター１５は、冷媒を下から上に流動
させて蒸発吸熱させ、流体細管５内を上から下に
流動する水を冷却する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す
熱交換器の断面図、第３図〜第５図は製造工程の
一例を示す側面図、第６図は内筒に流体細管を巻
き付ける状態を示す側面図、第７図は使用状態の
一例を示す概略断面図である。１……入口、２……出口、３……冷媒室、４…
…冷媒容器、５……流体細管、６……内筒、７…
…蓋材、８……隔壁、９……流体溜室、１０……
流体溜室、１１……流入口、１２……排出口、１
３……凍結防止孔、１４……コンデンサー、１５
……エバポレーター、１６……断熱材。

Claims

【特許請求の範囲】１下記の(a)ないし(h)の構成を有する冷却用の熱
交換器。 (a) 熱交換器は、冷媒容器４と、内筒６と、流体
細管５とを備えている。 (b) 内筒６は冷媒容器４内に配設されて、内筒６
と冷媒容器４との間に冷媒室３を設けている。 (c) 冷媒容器４の両端部分に流体溜室９が設けら
れている。 (d) 流体細管５は、内筒６の表面に巻かれて、冷
媒室３内に配設されている。 (e) 冷媒室３には、複数本の流体細管５が配設さ
れている。 (f) 流体細管５の両端は流体溜室９に連結されて
いる。 (g) 流体細管５は、スパイラル状に巻かれてお
り、しかも、途中でＵ曲されて、内筒６の両側
で巻き方向が逆になつている。 (h) 冷媒容器４の両端部分に設けられた流体溜室
９は、内筒６を貫通して設けられた凍結防止孔
１３を介して、内筒６の内側に連結されてい
る。２冷媒容器４が円筒状である特許請求の範囲第
１項記載の冷却用の熱交換器。３内筒６の表面に、多重に重ねて流体細管５が
巻き付けられており、外側と内側とに隣接する流
体細管５は互いに逆方向に巻かれている特許請求
の範囲第１項記載の冷却用の熱交換器。４流体細管５が金属パイプである特許請求の範
囲第１項記載の冷却用の熱交換器。