JPH05640B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 高伝熱容量を有する金属からなり、第１の熱
輸送媒体の通路となる少なくとも１個の管１１，
２５を内包する少なくとも１個の細長いブロツク
１２，２０，２７を含み前記ブロツクに沿つて第
２熱輸送媒体を流すケーシング１３，３０，３
７，３８，４０の中に内包されているコアを有す
る熱交換器において、前記金属ブロツクは前記管
の周りに鋳込まれ、前記コアは少なくともケーシ
ングに対向する面に面拡大フランジ１５を有し、
それによつて前記管が第１の熱輸送媒体に対し提
供するものより数倍大きい接触面を前記第２の熱
輸送媒体に対して提供し、前記フランジ１５はブ
ロツク１２，２０，２７の縦軸線に平行して延在
し、該ブロツクのフランジ付面は溝３４により横
方向に切断され面を幾つかの区域３５ａ，３５ｂ
に小分割し、１つの区域３５ａのフランジ１５ａ
が隣接する区域３５ｂの溝１５ｂと一線上に並ぶ
よう側方にずらされ、第２の熱輸送媒体に対しブ
ロツクの面に沿つて曲がりくねる流路を提供する
ことを特徴とする熱交換器。

２ 請求の範囲第１項による熱交換器において、
前記管の外側面が起伏を有していることを特徴と
する熱交換器。

３ 請求の範囲第１項による熱交換器において、
数個のフランジ１５は金属の押出し棒４０で形成
され、他の押出し棒と共に鋳型を形成しその中に
管１１を内包するブロツク１２が鋳込まれている
ことを特徴とする熱交換器。

４ 請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
載の熱交換器において、同一のケーシング内に同
心状に配置された数個のブロツク２０ａ，２０ｂ
を有し、ブロツクの１個内のフランジ１５は他の
ブロツク内フランジ間の〓間内に延在しているこ
とを特徴とする熱交換器。

５ 請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
載の熱交換器において、同一のケーシング３７，
３８に同心状に配置された数個のブロツク２０
ａ，２０ｂ；３６ａ，３６ｂを有し、並置のブロ
ツク面のフランジ１５が端と端を接していること
を特徴とする熱交換器。

６ 請求の範囲第１項乃至第３項記載の熱交換器
において、各々が少なくとも１列の第１の媒体輸
送管１１を含む数個のパネル形状のブロツク１２
ｃが熱輸送ガスの通るケーシング４６内に取り付
けられ、このケーシング内で前記管１１が前記第
１の流体用の分配および集合ヘツダ５０，５１に
接続されていることを特徴とする熱交換器。

７ 請求の範囲第１項乃至第６項記載の熱交換器
において、前記第１の熱輸送媒体が電流であり、
電気抵抗２６を包囲する数本の管２５が管状のブ
ロツク２７へ鋳込まれ、このブロツク２７が少な
くとも外部を熱除去流体により接触されているこ
とを特徴とする熱交換器。

【発明の詳細な説明】

２つの熱輸送媒体間の伝熱は多くの因子により
影響されるが、明らかに、種々の構成要素間の接
触を良好にすることが好都合である。輸送路が、
異る種類及び恐らくまた種々の材料の構成要素を
含む場合、本発明者は、高熱伝導度を保証する優
れた方法は一つの構成要素を鋳込みにより他方の
構成要素内に埋込むことであるということを発見
した。

本発明の目的は、コアが、高熱伝導容量を有す
る金属の少なくとも一個のブロツクであつて、こ
の中に第１媒体用の少なくとも１本の管が鋳込み
により埋めこまれ、そして、この管が第１の媒体
に対して提供するものよりも数倍大きい接触面を
第２の媒体に対して提供するための面拡大フラン
ジをブロツクの内方及び／又は外方の面が備えて
いることを特徴とする、高熱伝達特性を有する熱
交換器を提案することである。

ブロツクは角柱のものでよく、数本の管を包囲
する。又、この代りに、ブロツクは環状であつて
もよい。

該フランジがブロツクの長手軸に平行に延びる
そのブロツクから又はそのブロツクへの伝熱を改
良するために、該ブロツクのフランジ付の面はこ
のフランジ面を区域（複数）に小さく分割する溝
により横切る方向に切られ、１つの区域のフラン
ジは隣接の区域の構と一線に並ぶように側方にず
らされてブロツクの前記面にそつて第２の媒体に
曲りくねる流路を提供するようにされている。

該管と該金属の接合及びこれらの間の伝熱はこ
の管の外方面を起伏させることにより高められ
る。管は、ブロツクの材料よりも腐食に良く耐え
るに適し又包囲する金属に対し良好な接着特性を
有するステンレス鋼で作るのが好ましい。

数個のフランジは、管を包囲するブロツクを鋳
込む型を、棒（複数）と共に形成するに適した押
出し金属棒で好都合に形成できる。

同一のケーシング内に取付けた数個のブロツク
を有する熱交換器では、１つのブロツクのフラン
ジは他のブロツクのフランジ間の間隙内へ延びる
ようにしてもよい。又はこの代りに、並置したブ
ロツク面のフランジ（複数）の端と端が合うよう
にしてもよい。

各々が少なくとも１列の第１の媒体輸送管を含
む数個のパネル型のブロツクは、熱輸送ガスの通
るケーシング内に取付けられ、このケーシング内
で管が前記第１の流体用の分配及び集合のヘツダ
に取付けられるようにしてもよい。

第１の熱輸送媒体は電流であつてもよいが、そ
の場合には、電気抵抗を包囲する数本の管が管状
のブロツクに鋳込まれ、このブロツクの内外が熱
除去流体により接触される。

本発明は添付図面に関し以下に記載する。図面
で、第１図は本発明による熱交換器要素を略示
し、第２図は第１図による要素を含む熱交換器の
横断面図を示し、 第３図は第２図の横断面図に似ているが、より
大きな要素を有する熱交換器の横断面図を示し、 第４図は変形要素を有する熱交換器を示し、 第５図は更に変形した熱交換器の詳細を示し、 第６図は第５図による熱交換器要素を有する熱
交換器の詳細を示し、 第７図は電気抵抗要素による熱交換器の縦断面
図を示し、第８図は第７図による熱交換器の横断
面図であり、 第９図は例えば第７図による熱交換器と使用す
るに適した、数個の要素からなる熱交換器コアの
横断面図を示し、第１０図は第５図による２個の
熱交換器要素を圧縮する熱交換器の詳細を示し、 第１１図は熱交換器要素における面拡大フラン
ジの詳細を拡大尺度で示し、 第１２図は要素を鋳込む時に面拡大フランジ
が、モールドとして使用可能なプロフアイル棒で
形成される場合の該要素の詳細を示し、 第１３図は排気ボイラに使用される本発明によ
る熱交換器の断面図を示し、そして、 第１４図は第１３図の線−にそう横断
面図を示す。

第１図は第１の伝熱媒体用の管１１を含む基本
型式の熱交換器要素１０を示し、管１１は良好な
熱伝導容量をもつ金属、例えばアルミニウム又は
その何らかの合金のブロツク１２内へ鋳込まれて
いる。該要素はケーシング１３（第２図）内に取
付けられるが、このハウジングは第２の熱輸送媒
体用の通路が形成されるようにクリアランス１４
をもつて該要素を包囲している。又はこの代り
に、この要素を数個相離して取付けてもよい。

該管と該金属間のよりよい接合そして又伝熱の
改良は、管１１の外方面に起伏があり、又は横切
る方向に延びる小溝（複数）がある場合に得られ
る。

該フランジは、該管と第１の媒体との接触面積
のそれの５倍ないし10倍になるように第２の媒体
に関する接触面の面積を増加させる。それによ
り、熱交換器への熱負荷をしばしば制限する伝熱
係数間の相違が補償される。

該フランジは鋳込中に形成されるのが好ましい
が、機械加工により形成してもよい。

第７図に関して更に良く説明されるように、該
フランジは、好ましくは、該ブロツクの面にそつ
て連続して延びるべきではなく、第２の媒体に曲
りくねる流れを与えるように互い違いに配列され
るべきである。

第１図に示した基本型式で変化する断面形状を
有する数個の要素は共通のケーシング内に共に建
造されてもよいが、また、第３図に示したよう
に、包囲するケーシング１３内に位置づけられる
同一のブロツク１２ａ内に数本の平行な管１１を
埋めこむこともできる。

第２図と第３図で半径方向において該管の方へ
又は該管から離れる方へ向く矢印は該管のまわり
における熱の集中した流れの方向を示す。該２つ
の構成要素間の金属接触が密なため伝熱は非常に
強力となる。

第４図は第１図による数個の要素１２と、特定
形状の４個の要素１２ｂを含む熱交換器を示し、
これらの要素は、種々の構成要素を共に保持する
管１６の中に封入された円筒体を共に形成する。

第２の伝熱媒体の通路１４ａは種々の要素間に
残つている。管１１は並列接続してもよいが、明
らかに例えば群として直列接続することができ
る。これらの場合には、適当な分配集中ヘツダが
要素の端部に設けられる。

第４図に示した熱交換器全体は、管１６の外側
に第２の伝熱媒体の流路を画定するケーシング内
に包囲されてもよい。フランジ１５は種々の仕方
で形成してよく、第４図の下方右図に１７で示し
たように、それらは半円溝としてもよい。

第５図は数個の管１１を埋めこんだ環状のブロ
ツク２０を示す。このブロツクは外にも内にも面
拡大フランジ１５を備えている。

第６図は相異なる直径の同心で環状のブロツク
２０ａ，２０ｂを含む熱交換器の構成要素を示
す。これらのブロツクは共にはめこまれて一つの
要素のフランジ１５が他方の要素のフランジ１５
間の間隙にはまつている。このように、第２の伝
熱媒体のための制限されたジグザグ形通路２１が
ブロツク間に形成される。

上述の実施例では、管１１は液体の形の又は流
れとしての流体を受けるようにされているが、第
１の伝熱媒体は非常に都合のよいことに埋め込ん
だ抵抗要素により熱に変換される電流にすること
ができる。

第７図及び第８図は電気加熱オイル予熱器を示
す。Ｕ字形に曲げられて電気抵抗２６を包囲する
３本の管２５は、第５図に示したのと同一型式
で、ここでは内外の面拡大フランジ１５を備えた
環状のブロツク２７に埋めこまれている。充填物
２８はブロツク２７の中央にはめこまれてこのブ
ロツクの内面に沿う通路２９を画定している。

オイルは３１の点で包囲ケーシング３０に導入
されてブロツク２７の外周を流れ、180゜折返して
通路２９を介して出口３２の方へ流れる。

温度センサ３３は充填物を通つて半径方向に延
び、その内端が出口３２の近くに現れる。温度セ
ンサ３３は公知の方法で抵抗２６への電流の供給
を制御する。

面に沿う円滑な流れは熱伝達を貧弱にする傾向
があるかもしれないので、この伝熱を改善するた
めに、ブロツクのフランジ付きの面は区域（複
数）に分割されて一つの区域のフランジが次の区
域の溝と一線上に並ぶように側方にずらされるの
が好ましい。これにより第２の媒体の曲りくねる
流れが確保される。

第７図で、環状のブロツク２７の内面はもちろ
ん外面もこのブロツクの長手軸を横切る溝３４に
より切られている。このように、このブロツクの
接触面は区域３５ａ，ｂに小分割され、これらの
区域では一つの区域のフランジ１５ａが隣りの区
域の溝１５ｂと一線上に並ぶように側方にずらさ
れている。

抵抗包囲管がオイルと直接接触する従来の電気
オイル・ヒータの制限因子は、負荷が1.5〜2W／
cm²を超え得ないということである。さもなけれ
ば、該管の外方面でオイルがコークスになる明ら
かな危険が存在する。

本実施例では、ブロツク面への負荷はコークス
化に関して安全な値に留まることができるが、該
電気抵抗への負荷はかなり増加させることができ
る。これは、同一の加熱容量の場合、熱交換器の
全体の大きさが従来の電気オイル・ヒータより一
層小さくなるということを意味する。

第９図は各々が数本の管１１を包囲する数個の
鋳込みブロツク３６ａ，３６ｂ，３６ｃからなる
他の変形実施例を示す。この実施例は棒状の部材
で示したものの変形と見なしてもよい。

中央のブロツク３６ｃは第７図及び第８図によ
る実施例の充填物２８の代りに使用されると好都
合であろう。

多くの場合、第８図に示した包囲される電気抵
抗にとつては、Ｕ字形の管が好ましい。棒の形状
は、第３図のそれに一層よく似ていて、中央の管
の空洞部は該温度センサを収容してもよく、２つ
の外方の管の空洞部はＵ字形に接合されている。

第１０図は第６図の構成要素に似た構成要素の
変形配置の詳細を示す。しかしながら、この図で
はフランジ１５が端と端を接するように環状のブ
ロツク２０ａ，２０ｂが取付けられている。

これらのブロツクは内外のケーシング３７と３
８の間にそれぞれはめこまれている。

上述のように、フランジは相異なる形状になし
得る。より大きいユニツトでは、第２の媒体の通
る接触面を更に拡大するために、個々のフランジ
１５ａにまたリブ又はフイン３９を設けることが
できる−第１１図参照−。

しばしば、第１２図に示すように、ブロツク１
２の場合と同じ材料の別々の押出しプロフアイル
棒４０のところにフランジ１５を位置づけること
が好都合かもしれない。これらのプロフアイル棒
は、これらが該ブロツクを鋳込むための外部型と
して使用できるような形状及び配列となつていて
永久に該ブロツクに付着される。これによりより
大きなユニツトの鋳込みが簡単化され、また、こ
のユニツトはフランジ付きの単位体として鋳込ま
れたユニツトより価格が安くなる。ときどき、包
囲する型からフランジ付のブロツクを外すことが
困難になるが、まず型、次にブロツクの一部を形
成するためにフランジ支承棒を使用することによ
り、この困難は除去される。

上述の実施例では、第２の媒体は流体であつた
が、本発明は、また、第２の媒体が気体状で、例
えば、内燃機関又はプロセス・プラントからの排
気ガスである熱交換器でも使用できる。

第１３図及び第１４図は非常に簡略化して内燃
機関（図示せず）からの排気ガスにより加熱され
る温水ボイラ４５を示す。

第３図のブロツクに似ているが、各々が多数の
管１１を包囲している数個のパネル形状のブロツ
ク１２ｃが、入口４７から出口４８へ熱ガスが放
出されるケーシング４６内に並べて配置されてい
る。これらのパネルは、ガスが又パネル間の通路
４９の通過を強いられるような仕方でケーシング
４６内に取付けられている。

管１１は分配ヘツダ５０と集合ヘツダ５１にそ
れぞれ連結されており、該ボイラは従来の調節及
び管理装置（図示せず）を備えている。

上述の図面に示した実施例は単に例であり、明
らかに第１図に示した基本型式のブロツクは添付
の請求の範囲内で多くの仕方で形づくられ組合わ
されることができる。

第９図の下部に示したように、該フランジ間の
間隙はほぼ平行な壁により画定されることがで
き、かくして、該フランジは平坦な端面を得るこ
とができる。個々のブロツクにおける中央配置の
フランジを隣接のフランジより幾分高くすること
によりブロツク間に一定の距離を確保することが
でき、更に、ブロツク間の流路は平行な通路に小
分割される。

鋳込みブロツクの明白な利点は、このブロツク
が管に取付けた平行ワツシヤ又は円板を有する前
述の実施例より清掃が容易であるということであ
る。

第１３図、第１４図による実施例の場合のブロ
ツク・パネルが、第６図に示すようにフランジが
交差するように、取付けられると、ブロツク・パ
ネルの平行変移によりガスの通路面積を決定する
ことが簡単な仕方で可能となる。この仕方では、
ガス流の速度、及び、かくしてまた、伝熱係数を
変えることができる。