JPH0741270U - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱交換器の管状流路を流れる熱媒体の流れを乱
流化して、管状流路内壁との接触率の向上を図ることに
より、熱交換効率を高めた熱交換器を開示する。 【構成】流体流路４中を流れる第一熱媒体と前記流体流
路を囲む第二熱媒体との間で熱交換するように構成した
熱交換器において、前記流体流路中に、スパイラルリボ
ンに多数の切り起こし片７ｅと切り起こし開口７ｊを設
けて成るリボンスクリュー羽根６が収納されていること
を特徴とし、スパイラルリボンの両側に生成する一対の
旋回流が、切り起こし片７ｅに衝突し開口７ｊを通って
交じり合い乱流化することにより熱交換が促進される熱
交換器。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、流体間における熱交換や流体と固体との間の熱交換に用いる熱交換 器に関するものである。

【０００２】

【従来技術】

各種の冷却器や加熱器においては、空気や水などの流体を第一熱媒体として管 状流路中を流し、この管状流路を囲む第二熱媒体として、該管状流路を囲む空間 に同様な流体を流して、両流体間において熱交換する構成が一般に行われている 。例えば、圧縮空気除湿装置に組み込まれたアフタークーラーなどがこれに相当 する。又、第一熱媒体の流路を囲む第二熱媒体が、固体で構成される例としては 、図８に示すように、熱電変換素子６０の両側に、アルミニウム、銅、、それら の合金或いは、グラファイトなどの熱良導性素材から成る熱交換用伝熱ブロック 体６１と放熱用ブロック体６１とを、密接させて配置し、これらのブロック体６ １、６２を第二熱媒体として、その中に蛇行状の管状流路６３、６４を穿設し、 夫々の流路に、第一熱媒体として、温度調節すべき液体や放熱用熱媒液として水 などを通すようにした液体温度調節器が知られている。

【０００３】 これらの熱交換器においては、熱交換効率を向上させる手段として、第一熱媒 体が流れる管状流路内に、図９に示すような、アルミニウム板などの金属薄板製 のリボンの両端を互いに逆方向に捻ることにより形成されるスパイラルリボン７ ０を収納して、管状流路内に螺旋状流路をつくり、流路内を流れる流体が旋回し ながら流れるようにして、管状流路の内壁と流体との接触機会を増やして、熱交 換率の向上を図ったものが知られている。しかしながら、このスパイラルリボン による旋回流も、層流状態を完全に崩すことはできず、流路中心付近は、周辺部 に比べて熱伝導が悪くなる欠点があった。

【０００４】

【考案の目的】 本考案は、熱交換器の管状流路を流れる熱媒体の流れを乱流化して、管状流路 内壁との接触率の向上を図ることにより、熱交換効率を高めた熱交換器を開示す ることを目的としている。

【０００５】

【考案の構成】

本考案の第一の要旨は、熱交換器内に形成された流体流路中を流れる第一熱媒 体と前記流体流路を囲む第二熱媒体との間で熱交換するように構成した熱交換器 において、前記流体流路中に、スパイラルリボンに予め切れ目を入れて、該リボ ンの一部分を螺旋の伸長方向と交差する方向に折り曲げることにより形成される ごとき、多数の切り起こし片と、該切り起こし片の形成によってリボンに開口す る切り起こし開口のような、前記切り起こし片に臨んで開口する切り起こし開口 とを有しているリボンスクリュー羽根が収納されていることを特徴とする熱交換 器にある。尚、本願明細書においては、上記切り起こし片と切り起こし開口との 一組を切り起こし部と総称する。

【０００６】 本考案の第二の要旨は、熱電変換素子を挟んで、その両側に、熱良導性素材か ら成る伝熱ブロック体を、前記熱電変換素子と熱授受可能に配設し、伝熱ブロッ ク体中に設けられた第一熱媒体の流路に、スパイラルリボンに多数の切り起こし 部を設けて成るリボンスクリュー羽根を収納したことを特徴とする熱交換器にあ る。

【０００７】

【作用】

このような構成によって、流体流路中を流れる第一熱媒体は、リボンスクリュ ー羽根のスパイラル壁によって付勢されて、リボンスクリュー羽根の両側におい て一対の旋回流になると共に、その旋回流は、その旋回流路に突出する切り起こ し片に衝突することにより、その流れの一部分が、切り起こし片に臨んで開口す る切り起こし開口に流れ込み、スパイラル壁の反対側に通り抜けることにより、 他側の旋回流に衝突することになる。このような現象が、各切り起こし部におい て生じることにより、著しい乱流が発生し、熱交換効率が向上する。

【０００８】

【実施例】

以下に実施例について詳述する。図１は、本願熱交換器を組み込んだ液体温度 調節器１を示すもので、図２は、その要部を示すものである。液体温度調節器１ は、工作機械、半導体製造装置、各種化学反応装置等へ供給する水、超純水、オ イル、各種化学薬品が溶存する溶液等を、所望の温度に調節するための装置であ る。液体温度調節器１は、その一例で、熱電変換素子（ペルチェ素子）６０、６ ０、６０を挟んで、その上下に、熱良導性素材、例えば、黒鉛製厚板に、一連の 液体流路４、５を蛇行状に穿設して成る、温度調節側の伝熱ブロック体２と、熱 電変換素子の放熱用の伝熱ブロック体３が配設されている。

【０００９】 この液体流路４は、伝熱ブロック体２の一方の側面２ａに、左右一対となって 開口して、温度制御すべき液体の入り口４ａ、出口４ｂをなし、この入り口及び 出口に送液パイプ５０、５０が、連結している。伝熱ブロック体３は、熱電変換 素子の、温度調節側と対極にある側の放熱（若しくは吸熱）を促進して素子の加 熱（若しくは冷却）能力を高める放熱部として作用するが、その構造は、温度調 節側の伝熱ブロック体２と同じで、蛇行状液体流路５が穿設されており、伝熱ブ ロック体３の側面３ａには、該液体流路５の入り口５ａ、出口５ｂが開口し、こ れらに冷却水等を通すための送液パイプ５１、５１が、嵌入して接続している。

【００１０】 これらの伝熱ブロック体２、３の円筒状液体流路４、５中には、入り口４ａ、 ５ａから、出口４ｂ、５ｂに至る流路のすべてにわたって、リボンスクリュー羽 根６が収納されている。このリボンスクリュー羽根６は、図３および４に示すよ うに、細長い薄板７に、打ち抜かれて薄板７から分離してしまうことのないよう に、一部分７ｃを残して馬蹄形に切れ目７ｄを入れて、薄板７の一側に起こして 成る切り起こし片７ｅ、７ｅ、…を作り、次いで、薄板７の両端７ａ、ｂを互い に逆の方向に捻って、スパイラルリボン状にすることにより形成されている。

【００１１】 リボンスクリュー羽根６は、螺旋状をなす縁辺６ａ、６ａが、液体流路４の内 周面にちょうど当接するように、前記薄板７の幅が定められているので、液体流 路４内は、リボンスクリュー羽根６を境に、その両側に、液体旋回流路８ａ、８ ｂが区画形成されている。これらの両旋回流路８ａ，ｂは、切り起こし片７ｅ、 …に臨んで開口する切り起こし開口７ｊ、…を通して、互いに連通している。放 熱側の伝熱ブロック体３の円筒状液体流路５の構成も、上記と同じである。

【００１２】

【作用】

熱電変換素子を挟んで上下に、流体と固体との間で熱交換する、一対の本願発 明にかかる熱交換器を設けて成る液体温度調節器１は、送液パイプ５０から入っ た液体が、リボンスクリュー羽根６の両側の一対の旋回流路に２分されて入り、 そのスパイラル壁面によって案内されて、両流路を旋回して流れる。この旋回流 は、旋回流路に突出している切り起こし片７ｅに衝突し、その方向を変えられ、 一部分は、切り起こし開口７ｊを通過して、他側の旋回流路に流れ込む。この流 れ込み量に応じて、他の切り起こし開口７ｊを通して、それを補償する流れが生 じる。かくして、リボンスクリュー羽根６の両側の旋回流は、切り起こし片７ｅ と開口７ｊとによって撹乱されて、乱流化し熱交換効率が向上する。

【００１３】 上記実施例では、切り起こし片の立上げ方向は、薄板７の一側の平面上に統一 されていたが、切り起こし片７ｅの、薄板平面に対する折り曲げ方向は、図５に 示すように、薄板７の両側に、交互に、或いはランダムに、突出するようにして もよく、薄板平面と切り起こし片７ｅとが為す角度も、第一熱媒体の流れ方向Ａ に対して鋭角をなす場合に限られず、直角或いは鈍角でもよい。切れ目は、図６ に示すように、第一熱媒体の流れ方向Ｂに対して切り起こし片７ｇ、７ｈが、順 方向（７ｇ）だけでなく、逆方向（７ｈ）から切り起こされてもよい。切れ目７ ｆの形状は、コ字形その他、ループ形の一部をスパイラルリボンと一体の折曲部 として残し、他の部分を切断したような形状であれば、いかなるものでもよい。

【００１４】 なお、本願実施例においては、「切り起こし部」を、説明の便宜上、金属薄板 に切れ目を入れてから、側方に折り曲げ形成する態様で説明しているが、この語 は、前記したように、スパイラルリボンに適宜に設けられた複数の穴（切り起こ し開口）と、該穴に臨んで設けられた邪魔板（切り起こし片）とを含む構成を意 味する用語として理解されるべきものであって、したがって、スパイラルリボン と別体の切り起こし片を切り起こし開口に臨んで後から固着するものでもよく、 構成素材もプラスチックなど弾性素材でもよく、金属など塑性を有する素材に限 られるものでないことは、言を俟たない。

【００１５】

【効果】

本願熱交換器は、第一熱媒体が流れる流体流路内に、切り起こし部を有するリ ボンスクリュー羽根が収納されていることにより、スパイラルリボンによって発 生する旋回流が、旋回流路に突出する切り起こし部によって邪魔され、更に、切 り起こし開口を通過して衝突しあうことにより乱流化し、流体流路内周面に形成 されて熱伝達を阻害する境膜を薄くし、熱交換効率を向上させる効果がある。 特に、液温調節速度の向上、装置の小型化、コストダウン等の要請が大きい熱 電変換方式による液体温度調節装置に、本願熱交換器を用いた場合に、その効果 が著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願熱交換器を液体温度調節器に組み込んだ状
態で示す説明図である。

【図２】図１の液体流路の構成を示す説明図である。

【図３】本願考案に係るリボンスクリュー羽根の製造過
程を示す平面説明図である。

【図４】図３の製造過程を側面からみた説明図である。

【図５】リボンスクリュー羽根の他の実施例の製造過程
を示す説明図である。

【図６】リボンスクリュー羽根の更に他の実施例の製造
過程を示す平面説明図である。

【図７】図６の製造過程を側面からみた説明図である。

【図８】従来の温度調節器の要部を示す斜視図である。

【図９】図８の温度調節器に収納されているスパイラル
リボンを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 液体温度調節器 ２、３ 伝熱ブロック体 ４ 液体流路 ６ リボンスクリュー羽根 ７ｅ 切り起こし片 ７ｊ 切り起こし開口 ５０、５１ 送液パイプ ６０ 熱電変換素子

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】流体流路中を流れる第一熱媒体と前記流体
   流路を囲む第二熱媒体との間で熱交換するように構成し
   た熱交換器において、前記流体流路中に、スパイラルリ
   ボンに多数の切り起こし部を設けて成るリボンスクリュ
   ー羽根が収納されていることを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】第一熱媒体の流路を囲む第二熱媒体が、熱
   電変換素子と熱授受可能に配設された熱良導性素材から
   成る伝熱ブロック体である請求項１の熱交換器。