JPH10506179A - 熱伝達装置及び熱伝達装置を製作する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は，特に蓄熱方式で動作する加熱・冷却器のための熱伝達装置であって，熱伝達に関与する媒体が互いに分離されており，熱伝達面を増大させるフィン２を備えた管１が，熱吸収若しくは熱放出を行う殊に液状の熱伝達媒体のための流動通路として役立つ形式のものに関する。更に本発明は，このような熱伝達装置を製作する方法に関する。すきま容積がわずかで，熱放出媒体のための液力直径が極めて小さい熱伝達装置を創造するために，管１の外周面１ａ上に配置されたフィン２がそのフィンヘッド２ａ上に非透過性で熱絶縁性の覆い体５を備えており，この覆い体５と管１の外周面１ａとの間に，熱交換に関与する殊にプロセスガスによって形成されている第２の媒体のための少なくとも１つの流動通路が構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 熱伝達装置及び熱伝達装置を製作する方法 本発明は，特に蓄熱方式で動作する加熱・冷却器のための熱伝達装置であって ，熱伝達に関与する媒体が互いに分離されており，熱伝達面を増大させるフィン を備えた管が，熱吸収若しくは熱放出を行う殊に液状の熱伝達媒体のための流動 通路として役立つ形式のものに関する。更に本発明は，このような熱伝達装置を 製作する方法に関する。 スターリング（Stirling）又はブイルウミエ（Vuilleumier）の循環プロセス 方式の加熱・冷却機は以前から，例えば英国特許第１３６ １９５号明細書によ って公知である。しかしながらこの加熱・冷却器は，蓄熱方式のガス循環プロセ スの否定し得ない利点にもかかわらず，実地においては受け入れられていない。 それは主として，構造上の困難性のために，このような機械の理論的な利点を実 地に実現することが，これまでできなかったからである。このガス循環プロセス で動作する機械のための熱伝達装置を構成する場合に考慮しなければならないこ とは，この機械が，熱放出を行う作業媒体の側の例えば１２０ｂａｒの圧力と熱 吸収を行う作業媒体の側のほぼ２．５ｂａｒの圧力との大きな圧力差に耐えなけ ればならないことである。 ブイルウミエの循環プロセスで動作する従来公知の機械においては，主として管 束型の熱伝達装置が使用され，この場合長手方向に配置された多数の細い管を通 して作業媒体が流れるようになっている。この公知の熱伝達装置の欠点は，一面 では構造が大きいこと，及び他面では作業媒体側のすきま容積が極めて大きくて ，ブイルウミエの循環プロセスで動作する機械の効率を増大させることができな いことである。 本発明の根底をなす課題は，特に蓄熱方式のガス循環プロセスを行う加熱・冷 却機に適した熱伝達装置の構造を小さくし，熱放出若しくは熱吸収を行う作業媒 体のための液力直径を極めて小さくすること，しかも高圧媒体と通常圧力媒体と の間の大きな圧力差に耐え得るようにし，また別の使用目的にも適しているよう にすることである。 本発明による熱伝達装置の特徴は，管の外周面上に配置されたフィンがそのフ ィンヘッド上に非透過性で熱絶縁性の覆い体を備えており，この覆い体と管の外 周面との間に，熱交換に関与する殊にプロセスガスによって形成されている第２ の媒体のための少なくとも１つの流動通路が構成されていることである。 この本発明による構成の熱伝達装置は，一面では構造を小さく製作することが でき，他面では，極めてわずかな作業媒体側すきま容積を有している。なぜなら フィン通路を，ほぼ０．３５mmの最小幅及びほぼ０．９ mmの最小高さに構成することができるからである。このようにわずかな液力直径 は，特に，作業媒体がプロセスガスである場合に，使用することができる。 有利な１実施例によれば，フィン付きの管は単条巻き又は多条巻きでコイル形 に巻かれている。作業媒体のための流動通路を形成する覆い体はこの実施例では 単条巻き又は多条巻きのコイル全体を覆っている。管をコイル形に巻くことによ って，大きな効率を有する特にコンパクトな構造が達成される。 本発明の別の構成では，管を巻いたコイルは多重巻きに構成されている。複数 の熱伝達装置を半径方向で見て並列に接続することによって，熱伝達装置の構造 をコンパクトにして，出力を増大させることができる。本発明による熱伝達装置 の効率を増大させる別の手段は，多条巻きの熱伝達装置にして，管によって形成 されている熱吸収媒体若しくは熱放出媒体のための流動通路を，別個の流入部及 び流出部を有する複数の個々の通路に分割することである。熱吸収媒体を使用す る場合，このようにして新しく熱を吸収する媒体を導入し，加熱された媒体を導 出することによって，作業媒体側のすきま容積を増大させることなしに，また， 熱伝達装置全体の大きさを著しく変更することなしに，熱伝達作用が著しく改善 される。 フィンが互いに接触する２つの巻き条の間の接触箇所で互いにはまり合うこと を避けるために，本発明の 有利な１実施例では，少なくとも１つの巻き条のフィンがこの接触箇所において ，その半径方向の高さのほぼ半分のところで直角に折り曲げられている。 熱放出媒体と熱吸収媒体との間の大きな圧力差に耐えるコンパクトな，わずか な壁厚の構造は，本発明の別の実施例によれば，管が円筒形に構成されているこ とによって，達成することができる。 フィン通路をシールするため及び作業媒体側の流動通路を構成するための覆い 体は，本発明の１実施例では，シート，殊にインフレーションシート又は収縮シ ートから成っている。変化実施例では，覆い体は例えばプラスチック又は樹脂の ような硬化性の鋳込み可能材料から成っている。この場合，鋳込まれる材料の粘 性は次のように選ばなければならない。すなわち，一面では粘性が充分にわずか であって，熱伝達装置全体が材料の硬化の前に充分に覆われるようにし，他面で は粘性が充分に大きくて，この材料がフィン通路内に浸入して作業媒体の流動通 路を閉じることがないように，選ばなければならない。 更に，覆い体は次のようにして製作することができる。すなわち，フィン付き 管のフィンの間の中間スペースを，硬化性材料で鋳くるむ前に，ろうで満たし， 鋳くるみ材料が中間スペース内に浸入することを阻止するのである。鋳くるみ工 程に続いて，ろうを溶融させて流動通路から取り出す。 両方の媒体の間の熱伝達抵抗をできるだけわずかにするために，管及びフィン は大きな熱伝導率を有する材料から成っている。 本発明による熱伝達装置を製作する本発明による方法の特徴とするところは， 管の外周面上に配置されているフィンのフィンヘッドに，非透過性で熱絶縁性の 覆い体を設けて，この覆い体と管の外周面との間に，熱交換に関与する殊にプロ セスガスによって形成されている第２の媒体のための少なくとも１つの流動通路 を形成することである。 本発明によるこの製作方法によって，作業媒体側のすきまスペースが極めてわ ずかで，特にコンパクトな熱伝達装置が得られ，本発明による熱伝達装置の効率 が明確に増大せしめられる。 別の構成及び利点は，本発明による熱伝達装置の１実施例を概略的に示した添 付の図面を参照する以下の記載から明らかである。 図１は単条巻きで巻かれた覆い体のない熱伝達装置の縦断面図である。 図２は覆い体を有している図１の熱伝達装置の縦断面図である。 図３は図１のIIIの部分の拡大図である。 図示の実施例の熱伝達装置は，熱伝達に関与する媒体が互いに分離されている 蓄熱方式のガス循環プロセスを行う加熱・冷却機に使用されるものである。この 熱伝達装置は，外周面ａに熱伝達面を増大させるフィン２を備えた管１を有して いる。 図１及び図２に示した実施例においては，管１は熱伝達装置を形成するために 単条巻きで巻かれてコイル３にされている。熱伝達装置の円筒形に構成されてい る管１は，熱吸収若しくは熱放出を行う殊に液状の媒体の流動通路として役立ち ，この媒体は流入及び流出管４から管１内に導入され，若しくは管１から導出さ れる。 熱放出若しくは熱吸収を行う殊にプロセスガスによって形成されている媒体の ための流動通路を構成するために，コイル３は，図２に示すように，覆い体５に よって覆われており，この覆い体はフィン通路６をシールしていて，フィン通路 は管１の外周面１ａに沿って延びて，熱放出媒体若しくは熱吸収媒体のための流 動通路を形成している。図２に示した実施例では覆い体５は，コイル３の回りに 鋳込まれてフィンヘッド２ａに接触する硬化性の材料から成っている。この場合 ，この殊にプラスチック又は樹脂から成る鋳込み可能な材料の粘性は次のように 選ばなければならない。すなわち，一面ではコイル３全体が材料の硬化の前に一 様に覆い体５で覆われるようにし，しかし他面では粘性が充分に大きくて，覆い 体５がフィン通路６内に浸入して流動通路を詰まらせることがないように，選ば なければならない。 特に，熱放出若しくは熱吸収を行うプロセス媒体として高圧プロセスガスが使 用される場合，流動は，フィン通路６全体に沿って，ひいてはコイル形に巻かれ た管１の外周面全体に沿って，行われるのではない。環形に構成された流入部７ ａ及び流出部７ｂを介して流入若しくは流出する媒体は−図２に示したような− 最短の経路を通って流入部７ａから流出部７ｂに，つまり図平面で順次に続く管 １に沿って鉛直に流れ，その場合プロセス媒体は各管区分の回りをほぼその半周 に沿って流れる。 図３はコイル３の互いに上下に接している２つのコイル巻き条の範囲の細部拡 大図である。フィン付きの管１を巻いてコイル３にする際に，フィン２が接触箇 所８において互いにはまり合うことを避けるために，一方のコイル巻き条のフィ ン２は接触箇所の範囲においてその半径方向の高さのほぼ半分のところで直角に 折り曲げられており，したがって次のコイル巻き条のフィン２は下側のフィン２ の折り曲げ部上に乗る。図３から分かるように，互いに上下に接しているフィン ２の間の接触箇所８は，フィン通路６を流れる媒体にとってまだ透過性である。 コイル３として構成された熱伝達装置の図示の一重巻きの実施例のほかに，熱 伝達装置は，例えば複数のコイル３を同心的に配置することによって，多重巻き に構成することもできる。 上述のようにして構成された熱伝達装置の優れている点は，一面では熱伝達装 置がコンパクトな大きさを有していること，及び他面では作業媒体側のすきま容 積が極めてわずかであることである。すなわちフィン通路６はほぼ０．３５mmの 最小幅及びほぼ０．９mmの最小高さに製作することができる。更にこのような熱 伝達装置の製作費はわずかである。それは，熱伝達装置の主部分，すなわち多数 の熱交換器の標準部品としてのフィン２を備えた管１が特殊部品ではないからで ある。またコイル３を覆い体５で覆うこと，例えばプラスチック又は樹脂で鋳く るむことも安価に行うことができる。なぜなら付加的な部材として，材料を硬化 するまで固定する内側及び外側の型（図示せず）しか必要としないからである。 したがってこのような熱伝達装置は技術的に充分に制御して製作可能であって， 安価に大量生産することができる。符号リスト １ 管，１ａ 外周面，２ フィン，２ａ フィンヘッド，３ コイル，４ 流 入/流出管，５ 覆い体，６ フィン通路，７ａ 流入部，７ｂ 流出部，８ 接触箇所

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ (72)発明者 ローマン ヘックト ドイツ連邦共和国 52062 アーヘン テ アターシュトラーセ 43 (72)発明者 ベルント トーマス ドイツ連邦共和国 52070 アーヘン パ スシュトラーセ 64

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に蓄熱方式で動作する加熱・冷却器のための熱伝達装置であって，熱伝 達に関与する媒体が互いに分離されており，熱伝達面を増大させるフィンを備え た管が，熱吸収若しくは熱放出を行う殊に液状の熱伝達媒体のための流動通路と して役立つ形式のものにおいて，管（１）の外周面（１ａ）上に配置されたフィ ン（２）がそのフィンヘッド（２ａ）上に非透過性で熱絶縁性の覆い体（５）を 備えており，この覆い体（５）と管（１）の外周面（１ａ）との間に，熱交換に 関与する殊にプロセスガスによって形成されている第２の媒体のための少なくと も１つの流動通路が構成されていることを特徴とする，熱伝達装置。 ２．フィン付きの管（１）が単条巻き又は多条巻きでコイル形に巻かれており ，覆い体（５）が単条巻き又は多条巻きのコイル（３）全体を覆っていることを 特徴とする，請求項１記載の熱伝達装置。 ３．巻かれた管（１）から成るコイル（３）が多重に構成されていることを特 徴とする，請求項２記載の熱伝達装置。 ４．熱吸収媒体のための流動通路を形成している管（１）が軸方向で隔てられ た複数の流入及び流出管（４）を備えていることを特徴とする，請求項２又は３ 記載の熱伝達装置。 ５．少なくとも１つのコイル巻き条のフィン（２）が，互いに接触し合う２つ のコイル巻き条の接触箇所（８）においてその半径方向の高さのほぼ半分のとこ ろで，直角に折り曲げられていることを特徴とする，請求項２から４までのいず れか１項に記載の熱伝達装置。 ６．管（１）が円筒形に構成されていることを特徴とする，請求項１から５ま でのいずれか１項に記載の熱伝達装置。 ７．覆い体（５）がシート，殊にインフレーションシート又は収縮シートから 成っていることを特徴とする，請求項１から６までのいずれか１項に記載の熱伝 達シート。 ８．覆い体（５）が硬化可能な鋳込み可能材料，殊にプラスチック又は樹脂か ら成っていることを特徴とする，請求項１から６までのいずれか１項に記載の熱 伝達装置。 ９．管（１）及びフィン（２）が，大きな熱伝導率を有する材料から成ってい ることを特徴とする，請求項１から８までのいずれか１項に記載の熱伝達装置。 １０．特に蓄熱方式で動作する加熱・冷却器のための熱伝達装置，それも熱伝 達に関与する媒体が互いに分離されており，熱伝達面を増大させるフィンを備え た管が，熱吸収若しくは熱放出を行う殊に液状の熱伝達媒体のための流動通路と して役立つ形式の熱伝達装 置を製作する方法において，管（１）の外周面（１ａ）上に配置されているフィ ン（２）のフィンヘッド（２ａ）に，非透過性で熱絶縁性の覆い体（５）を設け て，この覆い体（５）と管（１）の外周面（１ａ）との間に，熱交換に関与する 殊にプロセスガスによって形成されている第２の媒体のための少なくとも１つの 流動通路を形成することを特徴とする，熱伝達装置を製作する方法。 １１．フィン付きの管（１）を単条巻き又は多条巻きでコイル形に巻き，覆い 体（５）を単条巻き又は多条巻きのコイル（３）全体の回りに配置することを特 徴とする，請求項１０記載の方法。 １２．フィン付きの管（１）によって形成されているコイル（３）を多重巻き に構成することを特徴とする，請求項１１記載の方法。 １３．少なくとも１つのコイル巻き条のフィン（２）を，互いに接触し合う２ つのコイル巻き条の接触箇所（８）においてその半径方向の高さのほぼ半分のと ころで，直角に折り曲げることを特徴をする，請求項１１又は１２記載の方法。 １４．覆い体（５）を構成するために，シート，殊にインフレーションシート 又は収縮シートを使用することを特徴とする，請求項１０から１３までのいずれ か１項に記載の方法。 １５．覆い体（５）を構成するために，フィン付き の管（１）を，硬化可能な材料，殊にプラスチック又は樹脂で鋳くるむことを特 徴とする，請求項１０から１３までのいずれか１項に記載の方法。 １６．管（１）のフィン（２）の間の中間スペースを，硬化性の材料による鋳 くるみの前に，ろうで満たして，中間スペース内への鋳くるみ材料の浸入を阻止 し，このろうを次いで溶融によって除去することを特徴とする，請求項１５記載 の方法。