JPH05312490A - 積層熱交換器 - Google Patents
積層熱交換器Info
- Publication number
- JPH05312490A JPH05312490A JP11716992A JP11716992A JPH05312490A JP H05312490 A JPH05312490 A JP H05312490A JP 11716992 A JP11716992 A JP 11716992A JP 11716992 A JP11716992 A JP 11716992A JP H05312490 A JPH05312490 A JP H05312490A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- plate
- gas
- spacer
- heat exchanger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0012—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】多孔伝熱板２の貫通孔の数を増さずに、スペー
サ３の積層空間にも多孔伝熱板２の伝熱部を配置して積
層熱交換器を構成する。 【効果】多孔伝熱板１枚当りの伝熱面積が従来の多孔伝
熱板に比べ大幅に増加し、伝熱板間の主熱移動方向の板
厚断面積が増すので多孔伝熱板のフィン効率も増加し
て、積層熱交換器の伝熱性能が向上する。
サ３の積層空間にも多孔伝熱板２の伝熱部を配置して積
層熱交換器を構成する。 【効果】多孔伝熱板１枚当りの伝熱面積が従来の多孔伝
熱板に比べ大幅に増加し、伝熱板間の主熱移動方向の板
厚断面積が増すので多孔伝熱板のフィン効率も増加し
て、積層熱交換器の伝熱性能が向上する。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム液化冷凍機に
使用するのに好適なガス−ガス熱交換器に係り、特に、
単位体積当たりの伝熱板の伝熱面積を増加させ、伝熱性
能を向上させた熱交換器に関する。
使用するのに好適なガス−ガス熱交換器に係り、特に、
単位体積当たりの伝熱板の伝熱面積を増加させ、伝熱性
能を向上させた熱交換器に関する。
【従来の技術】核磁気共鳴イメージング装置等に使用す
る超電導マグネットは、高価な液体ヘリウム等の極低温
冷媒で冷却されるが、液体ヘリウムはわずかな熱で蒸発
するため、蒸発したヘリウムガスを再液化、又は、再凝
縮する小形ヘリウム液化冷凍機が必要である。この小形
ヘリウム液化冷凍機は、図１に示す様に、予冷用の寒冷
発生器、通常はヘリウム膨張機１′と、液化温度を発生
するジュール・トムソン（Ｊ・Ｔ）弁２′を極低温部に
有するＪＴラインとから構成される。ＪＴラインには、
高圧ヘリウムガスと、ＪＴ弁で膨張した低圧ヘリウムガ
スとを熱交換する熱交換器３′が複数基備えられてい
る。これらの極低温で用いられる熱交換器には、液化冷
凍機の液化冷凍効率を高めるために、非常に高い伝熱性
能が要求される。このため、従来の熱交換器は、実開昭
62−63590 号公報に記載されたような積層熱交換器が使
用されている。この積層熱交換器は、熱伝導率の良好
な、例えば、銅やアルミニウムの薄い平板に、貫通する
小径の孔を多数パンチングやエッチングで加工した多孔
伝熱板と熱伝導率が多孔伝熱板より小さい材質、例え
ば、ステレスのスペーサを積層し、これらを接合したも
のである。積層熱交換器の伝熱性能は、多孔伝熱板の伝
熱面積，内部を流動するヘリウムガスと多孔伝熱板面間
の熱伝達率や多孔伝熱板の伝熱部分のフィン効率等で決
定される。この積層熱交換器の伝熱性能が向上すれば、
冷却用の小形ヘリウム液化冷凍機の液化冷凍効率が増加
し、液化冷凍機の運転消費電力を低減させることができ
る。
る超電導マグネットは、高価な液体ヘリウム等の極低温
冷媒で冷却されるが、液体ヘリウムはわずかな熱で蒸発
するため、蒸発したヘリウムガスを再液化、又は、再凝
縮する小形ヘリウム液化冷凍機が必要である。この小形
ヘリウム液化冷凍機は、図１に示す様に、予冷用の寒冷
発生器、通常はヘリウム膨張機１′と、液化温度を発生
するジュール・トムソン（Ｊ・Ｔ）弁２′を極低温部に
有するＪＴラインとから構成される。ＪＴラインには、
高圧ヘリウムガスと、ＪＴ弁で膨張した低圧ヘリウムガ
スとを熱交換する熱交換器３′が複数基備えられてい
る。これらの極低温で用いられる熱交換器には、液化冷
凍機の液化冷凍効率を高めるために、非常に高い伝熱性
能が要求される。このため、従来の熱交換器は、実開昭
62−63590 号公報に記載されたような積層熱交換器が使
用されている。この積層熱交換器は、熱伝導率の良好
な、例えば、銅やアルミニウムの薄い平板に、貫通する
小径の孔を多数パンチングやエッチングで加工した多孔
伝熱板と熱伝導率が多孔伝熱板より小さい材質、例え
ば、ステレスのスペーサを積層し、これらを接合したも
のである。積層熱交換器の伝熱性能は、多孔伝熱板の伝
熱面積，内部を流動するヘリウムガスと多孔伝熱板面間
の熱伝達率や多孔伝熱板の伝熱部分のフィン効率等で決
定される。この積層熱交換器の伝熱性能が向上すれば、
冷却用の小形ヘリウム液化冷凍機の液化冷凍効率が増加
し、液化冷凍機の運転消費電力を低減させることができ
る。
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術で
は、伝熱性能を向上するために積層熱交換器単位体積当
りの伝熱面積を増加させる場合、多孔伝熱板の積層枚数
を増すか、または、貫通孔の数を増して孔内面積の増加
を図る手段を用いていた。前者の手段では、スペーサ積
層空間には伝熱板が存在しないため積層熱交換器の単位
体積当りの伝熱面積が増加しない。また、後者の手段で
は、多孔伝熱板の伝熱部分の熱移動方向の板厚断面積が
伝熱部分全面にわたって均一に減少するため、フィン効
率が大幅に低下し、伝熱性能が増加しない。本発明の目
的は、積層熱交換器に使用する多孔伝熱板のフィン効率
の低下を防止しながら伝熱面積を増加させることにより
積層熱交換器の伝熱性能を向上させることにある。
は、伝熱性能を向上するために積層熱交換器単位体積当
りの伝熱面積を増加させる場合、多孔伝熱板の積層枚数
を増すか、または、貫通孔の数を増して孔内面積の増加
を図る手段を用いていた。前者の手段では、スペーサ積
層空間には伝熱板が存在しないため積層熱交換器の単位
体積当りの伝熱面積が増加しない。また、後者の手段で
は、多孔伝熱板の伝熱部分の熱移動方向の板厚断面積が
伝熱部分全面にわたって均一に減少するため、フィン効
率が大幅に低下し、伝熱性能が増加しない。本発明の目
的は、積層熱交換器に使用する多孔伝熱板のフィン効率
の低下を防止しながら伝熱面積を増加させることにより
積層熱交換器の伝熱性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は多孔伝熱板の貫通孔の数を増さずに、スペ
ーサ積層空間にも伝熱板の伝熱部を配置して積層熱交換
器を構成する。
め、本発明は多孔伝熱板の貫通孔の数を増さずに、スペ
ーサ積層空間にも伝熱板の伝熱部を配置して積層熱交換
器を構成する。
【作用】前記の多孔伝熱板では、スペーサ積層空間にも
伝熱板の伝熱部を張り出して配置してこの部分の伝熱板
も伝熱面として寄与するので、多孔伝熱板１枚当りの伝
熱面積を従来の多孔伝熱板に比べて大幅に増加できる。
また、伝熱板間の主熱移動方向の板厚断面積が増加する
ので多孔伝熱板のフィン効率が増加する多孔伝伝熱板を
提供でき、積層熱交換器の伝熱性能を向上させることが
できる。
伝熱板の伝熱部を張り出して配置してこの部分の伝熱板
も伝熱面として寄与するので、多孔伝熱板１枚当りの伝
熱面積を従来の多孔伝熱板に比べて大幅に増加できる。
また、伝熱板間の主熱移動方向の板厚断面積が増加する
ので多孔伝熱板のフィン効率が増加する多孔伝伝熱板を
提供でき、積層熱交換器の伝熱性能を向上させることが
できる。
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。第１の実施例を図２ないし図４で説明する。図２
は本発明の熱交換器の縦断面図であり、図３高温側に配
置した多孔伝熱板の平面図、図４は、高温側に配置した
スペーサの平面図である。熱交換器１は、熱伝導率の大
きな、例えば、銅製の円形の多孔伝熱媒体である多孔伝
熱板２と熱伝導率の小さな、例えば、ステンレス鋼製の
２重円形のスペーサ３を交互に積層して伝熱部を形成
し、その接合面を拡散接合、または、エポキシ樹脂等で
接着気密一体化している。また、その両端に高温側端板
４，低温側端板５を配置して構成する。熱交換器１の中
央部に高圧高温の流体流路６とその外周に低圧低温の流
体流路７を形成する。端板４に高圧高温入口８，低圧低
温流体出口９を設け、端板５には高圧高温出口１０，低
圧低温流体入口１１を設けている。高圧流体は、入口８
から流体流路６内に流入し、多孔伝熱板２群の孔１２を
通り出口１０から流出する。低圧流体は入口１１から流
体流路７内に流入し、多孔伝熱板２群の孔１３を通り、
出口９から流出する。多孔伝熱板群は、流体流動方向に
対して水平に積層される。流体流動方向は流体の温度差
方向と同一である。両流体間で熱はまず、流体流路６内
を流動する高圧高温流体から多孔伝熱板２に伝わり、主
に同一多孔伝熱板内を伝導により内側の接合面方向に移
動する。流体流路７の多孔伝熱板２に接合面を通って熱
は移動し、流動する低圧低温流体は加温され、高圧高温
流体は冷却される。スペーサ３の板厚は高温側に配置し
たものが厚く、低温側に配置したものが薄い。これは、
ステンレス鋼の熱伝導率が高温ほど大きいため、高温側
から低温側に接合面を通って熱が移動することを有効に
防止するためである。図３中スペーサ３の内周リングと
外周リングはリングと同じ板厚のホルダ１４で接続して
いる。また、多孔伝熱板２は高温側に配置したものが、
図２に示すように流体流路内での板厚がスペーサ３間の
接合部１５の板厚よりも厚く、低温側に配置したものは
同じ板厚である。スペーサ３の板厚が厚くなると、スペ
ーサの占める空間が大きくなり、このままでは積層熱交
換器単位体積当りの伝熱面積が増加しない。これを防止
するため、スペーサ積層空間にも伝熱板の伝熱部を張り
出して配置して、この板厚増加部分の多孔伝熱板も伝熱
面として寄与するので、多孔伝熱板１枚とスペーサ一枚
組合わせの単位体積当りの伝熱面積を従来の多孔伝熱板
に比べ大幅に増加できる。また、この板厚増加部分の伝
熱板の主熱移動方向の板厚断面積が増加するので多孔伝
熱板のフィン効率が増加し、積層熱交換器の伝熱性能を
向上させる。多孔伝熱板の穴加工には、機械加工，ホト
エッチングによる加工，圧延塑性加工等の単独又は組合
わせ加工が適用できる。
する。第１の実施例を図２ないし図４で説明する。図２
は本発明の熱交換器の縦断面図であり、図３高温側に配
置した多孔伝熱板の平面図、図４は、高温側に配置した
スペーサの平面図である。熱交換器１は、熱伝導率の大
きな、例えば、銅製の円形の多孔伝熱媒体である多孔伝
熱板２と熱伝導率の小さな、例えば、ステンレス鋼製の
２重円形のスペーサ３を交互に積層して伝熱部を形成
し、その接合面を拡散接合、または、エポキシ樹脂等で
接着気密一体化している。また、その両端に高温側端板
４，低温側端板５を配置して構成する。熱交換器１の中
央部に高圧高温の流体流路６とその外周に低圧低温の流
体流路７を形成する。端板４に高圧高温入口８，低圧低
温流体出口９を設け、端板５には高圧高温出口１０，低
圧低温流体入口１１を設けている。高圧流体は、入口８
から流体流路６内に流入し、多孔伝熱板２群の孔１２を
通り出口１０から流出する。低圧流体は入口１１から流
体流路７内に流入し、多孔伝熱板２群の孔１３を通り、
出口９から流出する。多孔伝熱板群は、流体流動方向に
対して水平に積層される。流体流動方向は流体の温度差
方向と同一である。両流体間で熱はまず、流体流路６内
を流動する高圧高温流体から多孔伝熱板２に伝わり、主
に同一多孔伝熱板内を伝導により内側の接合面方向に移
動する。流体流路７の多孔伝熱板２に接合面を通って熱
は移動し、流動する低圧低温流体は加温され、高圧高温
流体は冷却される。スペーサ３の板厚は高温側に配置し
たものが厚く、低温側に配置したものが薄い。これは、
ステンレス鋼の熱伝導率が高温ほど大きいため、高温側
から低温側に接合面を通って熱が移動することを有効に
防止するためである。図３中スペーサ３の内周リングと
外周リングはリングと同じ板厚のホルダ１４で接続して
いる。また、多孔伝熱板２は高温側に配置したものが、
図２に示すように流体流路内での板厚がスペーサ３間の
接合部１５の板厚よりも厚く、低温側に配置したものは
同じ板厚である。スペーサ３の板厚が厚くなると、スペ
ーサの占める空間が大きくなり、このままでは積層熱交
換器単位体積当りの伝熱面積が増加しない。これを防止
するため、スペーサ積層空間にも伝熱板の伝熱部を張り
出して配置して、この板厚増加部分の多孔伝熱板も伝熱
面として寄与するので、多孔伝熱板１枚とスペーサ一枚
組合わせの単位体積当りの伝熱面積を従来の多孔伝熱板
に比べ大幅に増加できる。また、この板厚増加部分の伝
熱板の主熱移動方向の板厚断面積が増加するので多孔伝
熱板のフィン効率が増加し、積層熱交換器の伝熱性能を
向上させる。多孔伝熱板の穴加工には、機械加工，ホト
エッチングによる加工，圧延塑性加工等の単独又は組合
わせ加工が適用できる。
【発明の効果】本発明によれば、伝熱板の表裏面に、溝
とフィンを一体で連続に加工して伝熱面積を増加させ表
裏面の溝交差部に伝熱板を貫通する流体流路孔を設け、
かつ、主熱移動方向のフィン断面積を大きくとって熱移
動抵抗を小さくしてフィン効率の低下を防止できるの
で、本伝熱板とスペーサとを積層して構成する積層熱交
換器の伝熱性能が向上する。
とフィンを一体で連続に加工して伝熱面積を増加させ表
裏面の溝交差部に伝熱板を貫通する流体流路孔を設け、
かつ、主熱移動方向のフィン断面積を大きくとって熱移
動抵抗を小さくしてフィン効率の低下を防止できるの
で、本伝熱板とスペーサとを積層して構成する積層熱交
換器の伝熱性能が向上する。
【図１】小型ヘリウム液化冷凍機の断面図。
【図２】本発明に係る熱交換器の断面図。
【図３】本発明に係る多孔伝熱板の平面図。
【図４】本発明に係るスペーサの平面図。
２…多孔伝熱板，３…スペーサ、１５…接合部。
フロントページの続き (72)発明者 横井 和明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】同一伝熱板内に熱交換する複数の流体に接
触し、通気性を有する伝熱板と前記複数の流体を隔離す
るスペーサとを積層，接合した積層群を、熱交換する前
記流体の流路に配置したガスーガスの熱交換器におい
て、前記流体に接触する多孔伝熱板部の板厚を前記スペ
ーサとの接合部の前記伝熱板の板厚よりも厚くしたこと
を特徴とする熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11716992A JPH05312490A (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | 積層熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11716992A JPH05312490A (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | 積層熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05312490A true JPH05312490A (ja) | 1993-11-22 |
Family
ID=14705155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11716992A Pending JPH05312490A (ja) | 1992-05-11 | 1992-05-11 | 積層熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05312490A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100339674C (zh) * | 2003-10-10 | 2007-09-26 | Geawtt有限责任公司 | 用于干燥气态介质的板式热交换器 |
| JP2008101908A (ja) * | 1994-07-29 | 2008-05-01 | Battelle Memorial Inst | 微小部品シート構造体 |
-
1992
- 1992-05-11 JP JP11716992A patent/JPH05312490A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008101908A (ja) * | 1994-07-29 | 2008-05-01 | Battelle Memorial Inst | 微小部品シート構造体 |
| JP4580422B2 (ja) * | 1994-07-29 | 2010-11-10 | バッテル・メモリアル・インスティチュート | 微小部品シート構造体 |
| CN100339674C (zh) * | 2003-10-10 | 2007-09-26 | Geawtt有限责任公司 | 用于干燥气态介质的板式热交换器 |
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