JPH07505703A - 板状熱交換器 - 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】 板状熱交換器 （産業上の利用分野） 本発明は多数の断面長方形又は楕円形の空洞（又はセル）が配置され、熱整流器 または熱の恒常面を持つ板状体として作用する板状熱交換器に関する。一定量の 作動流体か前記空洞の夫々の内部に熱交換媒体として注入される。この液体は熱 交換器の低い側面から高い側面に向けて熱交換を行う。

（本発明の背景） 本発明の原理は空洞内の低い側面の流体が熱交換器の低い面を通して伝達される 熱により気化することを利用する。空洞の上側に上昇した蒸気は熱交換器の上面 で冷却濃縮され、この気化の潜熱が熱交換器の上側表面を通して外側に伝達され る。熱は、従って重力の存在下において、作動流体の気化により空洞の低い側か ら、作動流体の凝縮により空洞の高い側へと移動される。この熱は決して熱交換 器の上側面から下側面に移動されることは無いので、この熱交換器は熱の半導体 の作用をする。

一旦作動流体か凝縮されると、重力の存在下で空洞の壁面に沿って下降する。

何故なら１α相の作動流体の濃度は気相の流体より重いからである。従って、本 発明による板状熱交換器を設置した場合、熱はただ装置の低い側から高い側のみ に流れ、反対側に効果的に流れることは出来ない。

作動流体の気化潜熱を利用した本発明の熱交換機能と類似するものとして、米国 特許第２，３５０，３４８号明細書に記載されたサーモサイフオン技術かある。

しかしながら本発明の熱交換器の構成は前記サーモサイフオンと全く異なり、従 って熱交換の経路か通常のサーモサイフオンとは相違する。通常のサーモサイフ オンは比較的狭い領域に小口径のチューブを用いて熱流体を送るものである。

この種のサーモサイフオンでは、熱は流体を収納しているチューブの低い側の壁 面からデユープに移され、サイフオンの上側に位置する濃縮部分の側壁面から取 り去られる。従って熱交換又は温度を恒常的に一定に保つべき領域か、サーモサ イフオンか熱交換する領域より大きい場合には、通常のサーモサイフオンでは不 都合である。

（発明の要約） 本発明の目的は、下側の表面から熱を吸収し、上側の表面から移動熱を発散する 板状熱交換器を得ることである。この熱交換器は高い熱効率を持ち、広範囲の工 業の分野に適合することか出来る。

提供される熱交換器の適用例の１つとして、極寒冷地の凍った土台上に設置され るパイプライン、道路、空港滑走路等の基礎の安定又は保護のために用いられる 、板状の［熱半導体Ｊが上げられる。従来のサーモサイフオンをこの種用途に用 いると、本発明の板状熱交換器と同様の熱効率を得るためには、沢山の量のサイ フオンか必要になる。更に付言すると、従来のサーモサイフオンでは、その一部 分か大気中に露出する欠点がある。

本発明の板状熱交換器は完全に地中に埋設されるので、極寒冷地の凍った基礎を 維持するために、道路や空港滑走路の大部分をカバーすることが出来る。熱交換 器自体は全く露出しないので、流体の凝縮部分に損傷を受けることがなく、種々 の原因により交換器の熱交換機能を失わせることが完全に除去される。

本発明の板状熱交換器の他の実施例としては、例えば事務所建築、製造工場、倉 庫等の比較的大面積の天井や床、又は温度調節が必要な冷凍車の床に用いること ができる。従来品に比べて、上記のような箇所に用いる場合の本装置の運転費用 は、殆ど無視することが出来る程小さい。

本発明の熱交換装置は、高い生産性が保証される抽出又はローリング行程によっ て製］ユすることが出来る。従来のサーモサイフオンは概ね金属管により作られ るが、本発明の装置は金属に限定する必要がなく、種々のプラスチック材料を用 いることか出来る。

ｒｌｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅａｔ　ａｎｄＭａ ｓｓ　Ｔｒａｎｓｆｅｒｊ第１５巻第１６９５−１７０７頁によると、作動流体 の気化による潜熱を用いるサーモサイフオンのような熱交換機構の熱交換効率を 決定する主たる熱抵抗は、サーモサイフオンの外表面の熱交換係数である。従っ て、本発明の装置が金属材料に比べて熱伝導率の低いポリエチレン、ポリプロピ レン等のプラスチック材料で出来ていても、装置の熱効率の及ぼす影響は極めて 小さい。

プラスチック材料を用いた場合、本発明装置の製造行程は、通常のサーモサイフ オンの製造行程で採用される現在の優れた加工技術による金属管押し出し成形加 工と極めて類似した行程を探ることが出来る。もし本発明が金属材料で形成され る場合、プラスチック材成形加工に用いられる押し出し成形と類似した行程を採 ることが可能である。

本発明の装置に適用される作動流体は、水、フレオン１１、炭酸ガス、アンモニ ウム、エタノール等のような単一流体が、装置の条件に応じて適宜採用される。

ある場合には、２つの成分の混合物か単一成分の流体より優れたエンジニアリン グ特性を示す。例えば、本発明において熱交換流体として、水とメタノールとよ り成る、又は水とエチレングリコールとより成る作動流体は、寒冷地においてよ り好ましい。

通常のサーモサイフオンにおいては、大気圧近傍で且つ氷点温度以上で作動する 作動流体として水を用いることが慣例になっている。氷点以下の温度では、フレ オン１１、炭酸ガス、アンモニウム等水より高価な材料が用いられる。本発明の 熱交換装置では、水とエタノールとの混合物、又は水とエチレングリコールとの 混合物が、寒冷地における作動流体として、たとえ材料費は高価になっても、前 述したように装置のその他の費用節約の為に使用される。

（図面の簡単な説明） 本発明の理解を助けるために以下のような添付図面を用いる。即ち：図１は本発 明による熱交換器の展開見取り図である。

図２Ａは図１の熱交換器の各部を組み立て、その内部構造が分かるように一部分 を切り欠いたものを示す。

図２Ｂは図２Δの部分へを拡大して示した図である。

図３は本発明装置のセルを構成する空室内に作動流体を注入する行程を示す。

図４は本発明の他の設計思想により形成された熱交換セルの断面図である。

図５は本発明の熱交換器の−組み立て実施例の断面図である。

（発明の詳細な説明） 図１及び図２を参照し、各要素及び部分に付した番号により本発明の詳細な説明 すると、板状熱交換器１は多数の熱交換セル（空洞）３を持つ主要板２と、該主 要板Ｚと平行して延びる熱交換セル３と、主要板２の左及び右手端部を覆うこと により熱交換セル３を封止している２個の端部板４ａ及び４ｂとよりなる。

夫々の熱交換セル３は、主要板２の上側壁２ａと下側壁２ｂとの間に伸びる鉛直 方向の仕切５により仕切られる。

一定量の作動流体６が主要板２の上側壁２ａに設けられた供給孔７を通して、熱 交換セル３内の空気を吸引しながら、セル３内に送り込まれる。

この作動流体６は、図３に示すように、１本の吸引管９と作動流体供給路１０と を持つ作動流体供給器８により熱交換セル３内に供給される。セル３内のガス又 は空気は、供給孔７と連結している供給器８の吸引管９を通して排出される。

その後吸引管９は閉じられ、作動流体供給路ｌＯが開かれると、作動流体はセル ３内に吸い込まれる。夫々のセル３内に熱交換器セル３に入れるべき作動流体の 量をセル数の分数量だけ注入される。それに従い、作動流体の液相３ａと気相３ ｂとがセル３内に共存することになる。

作動流体６の注入行程が終了すると、供給器８は供給孔７から取り外され、孔は 封止される。

セル内に注入された作動流体６は、水、フレオン１１、炭酸ガス、アンモニウム 、エタノール等の単一成分でもよく、又は水とエタノール、水とエチレングリコ ール等の２流体の混合体を、適用条件に従って適宜選択することも出来る。

主要板２はプラスチック材料の押し出し成形、及び金属材料のロール圧延により 作ることが出来る。主要板２の幅及び長さは、熱交換器の適用箇所に応じて決定 される。

本発明の板状熱交換器ｌは主要板２の下側壁２ｂから上側壁２ａに向けて熱を移 動させる。低い側の作動流体は主要板２の下側壁２ｂからの熱で気化される。

気化された流体はセル３内を上昇してセル３の上側壁２ａ部分で冷却され、作動 流体の気化潜熱がセル３の上側壁２ａを通して外側に発散される。凝縮された流 体はセル３の低い側に戻り、このようにして作動流体の流動行程が連続的に繰り 返され、従って熱は板状熱交換器１の下側から上側に、別の又は外部の熱交換手 段の助は無しに行われる。

板状熱交換器ｌは構造的にモジュール単位体として形成されるので、この板状体 を高速道路又は空港滑走路等の広い領域で使用する場合には、これらモジュール を多数直列又は並列に並べるだけで、必要領域をガバーすること力咄来る。

図４は本発明の他の設計思想により形成された熱交換セル３の断面図である。

芯材１１がセル３内の上側壁２ａから下側壁２ｂに向４すで鉛直方向に配置され る。このセル３内に芯材１１を用いることは、通常のヒートパイプの使用原理に 基づいており、この芯材ＩＩ付きのセル３を用いれば、無重力状態でも使用する ことか可能となる。

図５は本発明の熱交換器を適用した他の実施例の断面図を示す。放熱ひれ１２が 板状熱交換器ｌの上側壁の外側に付設され、放熱ひれ１２が大気中に曝される時 に、熱交換器１の熱効率は増大される。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）明　細　書 返され、従って熱は板状熱交換器ｌの下側から上側に、別の又は外部の熱交換手 段の助は無しに行われる。

板状熱交換ｍｌは構造的にモジュール単位体として形成されるので、この板状体 を高速道路又は空港滑走路等の広い領域で使用する場合には、これもモジュール を多数直列又は並列に並べるだけで、必要領域をガバーすることか出来る。

図４は本発明の他の設計思想により形成された熱交換セル３の断面図である。

芯材１１がセル３内の上側壁２ａから下側壁２ｂに向けて鉛直方向に配置される 。このセル３内に芯材１１を用いることは、通常のヒートパイプの使用原理に基 づいており、この芯材１１付きのセル３を用いれば、無重力状態でも使用するこ とが可能となる。

図５は本発明の熱交換器を適用した他の実施例の断面図を示す。放熱ひれ１２が 板状熱交換器１の上側壁の外側に付設され、放熱ひれ１２が大気中に曝される時 に、熱交換器１の熱効率は増大される。

本発明は種々の実施例の一例として図１から図５までに示したものの他、特許請 求の範囲の記載内で種々の変更が可能である。

請求の範囲 ■、主要板（２）と、該主要板（２）の上側壁（２ａ）と下側壁（２ｂ）との間 に伸びる鉛直方向の仕切（５）により仕切られ、前記主要板（２）と平行して伸 びる多数の断面長方形又は楕円形の長い空洞からなる熱交換セル（３）とからな り、一定量の作動流体（６）が注入され、且つ前記主要板（２）の左及び右手端 部を覆うことにより熱交換セル（３）を封止する２個の端部板（４ａ及び４ｂ） を有する、板状熱交換器。

２８　多数の熱交換セル（３）を持つ主要板（２）はプラスチック材料を用いた 押し出し成形により製造される、請求項１に記載の板状熱交換器。

３、多数の熱交換セル（３）を持つ主要板（２）は金属材料を用いたロール圧延 加工により製造される、請求項１に記載の板状熱交換器。

４、作動流体（６）は水、フレオン１１炭酸ガス、アンモニウム、エタノール等 の単一成分よりなる、請求項１に記載の板状熱交換器。

５、作動流体（６）は水とエタノール又は水とエチレングリコールからなる２成 分の混合体により構成される、請求項１に記載の板状熱交換器。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．主要板（２）と、該主要板（２）と平行して延び且つ主要板（２）の上側壁 （２ａ）と下側壁（２ｂ）との間に伸びる鉛直方向の仕切（５）により仕切られ る多数の熱交換セル（３）とからなり、一定量の作動流体（６）が注入され、且 つ主要板（２）の左及び右手端部を覆うことにより熱交換セル（３）を封止する ２個の端部板（４ａ及び４ｂ）を有する、板状熱交換器。
2. ２．前記セル（３）は熱交換セル（３）の内部に芯材（１１）を有する、請求項 １に記載の板状熱交換器。
3. ３．各熱交換セル（３）の上側壁（２ａ）の上側外表面に沿って放熱ひれ（１２ ）を設置した、請求項１に記載の板状熱交換器。
4. ４．多数の熱交換セル（３）を持つ主要板（２）はプラスチック材料を用いた押 し出し成形により製造される、請求項１に記載の板状熱交換器。
5. ５．多数の熱交換セル（３）を持つ主要板（２）は金属材料を用いたロール圧延 加工により製造される、請求項１に記載の板状熱交換器。
6. ６．作動流体（６）は水、フレオン１１、炭酸ガス、アンモニウム、エタノール 等の単一成分よりなる、請求項１に記載の板状熱交換器。
7. ７．作動流体（６）は水とエタノール又は水とエチレングリコールからなる２成 分の混合体により構成される、請求項１に記載の板状熱交換器。
8. ８．上側壁（２ａ）上に作動流体供給孔（７）を設けた、請求項１に記載の板状 熱交換器。
9. ９．作動流体（６）は、吸引管（９）と作動流体供給路（１０）とを持つ作動流 体供給器（８）により熱交換セル（３）内に供給され、セル（３）内のガス又は 空気は供給孔（７）と連結している供給器（８）の吸引管（９）を通して排出さ れ、その後吸引管（９）は閉じられ、作動流体供給路（１０）が開かれると、作 動流体（６）はセル（３）の吸引作用によりセル（３）内に吸い込まれるように した、板状熱交換器への作動流体（６）の供給方法。