JPS5819697A - 伝熱管熱交換器 - 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】 本発明は伝熱管形式の熱交換器に於いて、管内側の伝熱
効果を向上するための管内管路付熱交換器に関するもの
である。

従来伝熱部に管ご使用Ｔる熱交換器では、管の形状とし
て、断面円管、長円管、だ円管、角管などがあり、２流
体の伝熱係数の悪い流体の接する伝熱部にフィンをつけ
ることが一般的でフィン付管の形状としては長手フィン
、円−フィン、スタッドフィンなどがあり、これらは流
体の性質、流れの状態に応じて選定されていたしかし、
このような伝熱部に管を使用する熱交換器において、管
内に長手フィン、円周フィン、スタッドフィンを加工す
ることは、一般に管径が小ざいので非常に困難であり、
可能であったとしても、フィンの大きざに制限を受ける
とか、又材質面で制限を受−ブるとか、高価な加工方法
になったりして、実用上有効なフィンを形成Ｔることは
問題があった。

本発明の目的として伝熱管内側に熱良導物質を充填する
とともに、該熱良導物質充填材中に細管ｔ−１［１ｒ個
、前記伝熱管と熱的接触を保つように、′管内管群を埋
Ｉ＆Ｔるが、又は前記熱良導物質充填材中に、伝熱管長
手方向に、複数個の管路を直接形成し、管内管群を構成
したので管内側のに熱面を容易に増加させることができ
る又本発明によれば管内部の流路断面積が比較的容易に
変えることが出来、従って管内側のコンパクト化が可能
である。

更に本発明の目的として本熱交侠器では耐圧が増大する
ので、高圧電熱交換器としても有用である。

以下実ａｔ例にもとづいて説明丁れば第１図〜ｍ２図６
１従来の、伝熱部が円管形状の伝熱を形式熱交Ｊ！！器
の代表的な実施で、熟１図は単なる円管で（ａＪは一部
新面を有Ｔる正面図、（ｂ）は側面図で円管１の内外で
熱交換するものである。一般に本形式の熱交換器では、
その伝熱効果を増加させるため管内外にフィン又は突起
形状のヒダを付加Ｔることが多い。例えば栴２図の（＆
）は側面図、（ｂ）は一部ムー人断面をした正面図で管
内外に長手方向フィンを形成したもので２は断面円管の
直管で８＆が管内側の長手フィン、８ｂが管外側の長手
フィンである。この場合管内側のフィン又は突起形状の
ヒダの形成の加工は一般には押し出し、０つ付は等によ
るが一般に難かしく又非常に高価なものとなる。

本発明はこの管内外のフィンの構造に関するもので容易
な加工で伝熱係数及び圧力損失の設計値の自由度を増し
伝熱効果を高めるものであるＯＶａ図の（ａ）は側面■
で、（ｂ）は一部Ｂ−Ｂ断面をした側面図で本発明の一
実施例で、４は伝熱管で断面円管の直管である。前記伝
熱管４側には伝熱管４より管径の小ざい複数の細管５が
伝熱管４の長手方向と同じ方向に配置すれ、細管５の両
端で伝熱管会の両端部とそれぞれ間通Ｔるようになって
いる。細管５・は千鳥配置であるが、伝熱条件に応じて
自由に配置！れるし細管５の数及び管径も伝熱管鳴の内
側に収まるという条件のもとて自由に変えることができ
る。

例として０．１ｊ以下のものも市販されているのでその
噛度の細管が多数配置可能である０次に前記伝熱管会と
細管５群の間には熱良導物質７、たとえばロウ材、ハン
ダ、金属、接着剤等が伝熱管４と細管５群が熱的接触を
もって固着されるべく溶填又は充填される。この伝熱管
４と細管５群の間に熱良導物質７を伝熱管４と細管５群
とが熱的接触を保つように充填する方法については上述
のほかにも焼結１１１ｔ−ロウ材、ハンダ、低融点金属
などとともに充填して加熱する方法とか、金属微粒子を
ロウ接、ハンダ、低融点金属などとともに充填して加熱
Ｔる方法とか金Ｊｉｌ！微粒子をロウ接、ハンダ、低融
点金属とともに充填して加熱Ｔる方法又金属微粒子、焼
結材それぞれをそのまま伝熱ｔ４．細管５群とともに拡
散接合する方法等いろいろ公知技術で対処できる。

以上により伝熱管番の内側の熱良導物質７中に伝熱管４
と熱的接触をもつ複数個の管内回路６が細管す内に形成
され・伝熱管４の外側とこの管内管路６の間で伝熱作中
が行われるような熱交換器が構成される。尚管断面が長
円管、だ円管、角管の場合、又伝熱管が曲、り管、Ｕ字
管・バヨネット管の場合につ１いても同じような伝熱管
形状の熱交換器が構成できる。

第４図は本発明の他の実施例で（＆）は側面図で、（ｂ
）は一部ＱＮｅ＃面をした側面図で８は伝熱管で断面円
管の直管で内側には熱良導物質９が充填され、その熱良
導物質９には伝熱管長手方向に伝熱条件に応じて適当な
管径１個数の管路１０が管路１０の両端部で伝熱ｔ８の
両端とそれぞれ間通Ｔるように穿設される。この時熱良
導物質９と伝熱Ｗ８とは熱的接触を保つように圧着、ロ
ウ接、接着、拡散接合、溶着などで固着されている。尚
この熱良導物質９に伝熱管８の長手方向に管路１０を穿
設する方法は機械加工、パンチプレートを細穴のピッチ
を一致させて拡散接合Ｔ方法とか、熱良導物質からなる
（例えばブロンズ）焼結材中に焼結より溶融点の低い線
材（これは形成される管路１０に等しい径をもつ線材が
普通便われる）を必要な管路の数だ１配置し同時焼結の
製造工程の中で線材を溶融して焼結体中に含浸除去Ｔる
ことによって線材の穴径を焼結体の中に形成Ｔる方法、
更には融点の低い細い線材（これは形成される管路ｌＯ
に等しい径をもつ線材が普通便われる）にこの線材より
融点の高い金１４１ＩＩｔ−まきつけ、この金属ＩＭＴ
ｔまきつけた融点の低い線材ｔ−伝熱管８内で束ねて、
この伝熱管８内でこの線材を溶融して融点の高い金属線
の間に含浸させ融点の低い線材の穴径をもつ管路を線材
の数だけ形成Ｔる方法がある。

以上より伝熱管８の内側の熱良導物質９中に伝熱管８と
熱的機能をもつＩＩ！数個の管内管路１゜が伝熱ｔ８の
長手方向に形成され伝熱管８の外側とこの管内管路１０
の開で伝熱作用が行われるような熱交換器が構成される
。

１１５、ｖ！Ｊは１１８図の伝熱管２の外側に長平方向
フィンを形成したもので、第６図は第１図の伝熱管８の
外側に長手方向ツインを形成したちのである。

以上の構成においてその作用を述べれば＠８図において
伝熱管４の外側を矢印方向に流体１が又流体璽が細管５
内を矢印方向に流れて流体Ｉと１の街で熱交換器Ｔる場
合において流体ｌが高温流体、流体１が低温流体と丁れ
ば、高温流体■が矢印方向に細管５群内を流れると熱は
細管５群に伝わり更に細管５は熱良導物質７と熱的接触
が保たれているので熱良導物質充填材７に伝わる、。次
に熱良導物質７は伝熱管４に伝わり最後に伝熱！４を経
て低温側流体Ｉに伝達される。以上の伝導過程ｉｒ：Ｉ
Ｉｋで高温流体１より低温流体■に熱か伝わり、熱交換
器としての作用を行う。

第４図において伝熱管８の外側を流体Ｉが又流体ｌが伝
熱管８の内側を流れて流体Ｉとｌとの間で熱交換に丁場
会において（流体厘が高温流体、流体Ｉが低温流体とす
る）流装置が矢印方向に管路１０群内を流れると熱は管
路壁から直接良導物質９に伝わり、更に熱良導物質９は
伝熱管８と熱的接触が保たれているので熱は熱良導物１
９から伝熱管８と熱的接触が保たれているので熱は熱良
導物質９から伝熱管８に伝わり最後に伝熱管８を経て低
温側流体Ｉ＆：云達される。前記第８図、第４図の例で
は高温流体１と低温流体１に対して向流型熱交換器めＳ
をのべたが並流型熱交換器についても、高温流体Ｉから
低温流体■への伝熱作用は同様の形態となる。第５図、
第６図においては更に伝熱管番及び８にそれぞれフィン
８ｂが形成きれているので＠８図及びｔａ４図の伝熱管
においてフィンを介して低温側流体１に熱が伝達されて
いくことになる。

次に本発明の熱交換器の効果について述べれば、熱交＊
ｌＴｈ−高）るためには、その単位長さあたりの伝熱面
積を十分に取る必要があり、一般に圧力損失が少くなく
、しがも熱像′Ｉｋを大きくすることは困難であり、第
１図の高温流体１及び低温流体■がそｎぞれ矢印の方向
に流れる同流型の熱交換器の場合、全伝？Ｓ係敞匁は与
？の部分からなっている。（１）一方の流体から伝熱管
への伝熱、（２）伝熱内の熱伝導、（８）伝熱管面がら
他の流体へ熱伝達から成っており伝熱管壁の部分では両
面の温度差＆ＴＶとすれば伝熱管壁内の温度勾配ΔＴｗ
／ｌから単位面積あたり単位時間に移る熱量ｑ　（ｃａ
Ｖｓｅｏ、ａｍ”）は次のようになる０ 、ｑ′−λｍＴｖ／ｌ ここにｔは壁の厚さくａＩ）、Δ′ｒｗは温度差（０ｃ
）、λｍは伝熱管の熱伝導度（ｏ　ａｌ／ｓ　ｅ　ｃ　
、ｃｚ　００　）である。このｑ′は壁から流体に移る
が又は流体から壁に移るから、ａ　、　ａ’ＴＩ一単位
面積あたりの単位時間、単位温度差のときの壁と流体と
の間の伝熱係数（０４１／ｂ１２°Ｏ５ｅａ）とすれは
２つの流体の間の全伝熱係数には ｕｌｌ −一＋＋ ｘ　　ａｈ、　　？訂　庁Ｌ　Ｈ＋＋Ｈ１■と与えられ
る。ここにＡｌｅ　４４ゴ熱交換器単位長ざあたりの伝
熱面積、Ａ３はそのときの伝熱管壁の伝熱面積である。

通常λ糾ゴ大きいのでｌｌ −一一十　　・・・・・■ Ｋ　　ａＡ、　　？５ ■式よりＫｉ大きくＴるにはＡＩＩＡ、を大きくＴるか
ｆ＋　ａ’に大さくするかということになる“。

ところでａ’　ｅ　Ａｓｋ　ｆＸ熱管内側と■ると先づ
Ａ２について、Ａｓｋ大さくする方法がある。この加工
は特に管が小さくなる程難かしく、加工の面で制約を受
けた熱交換器となる◇ 本発明によれば第２図のフィンの代わりに細管５群ない
しは管路１０群を形成Ｔることにより伝熱管内側の伝熱
面積を増加させるもので単位長さあたりの伝熱面積を大
巾に増加させることができる、今仮うに伝熱管内径を１
０鱈とした場合、第１図において単位長さ０（傷）あた
りの内側伝熱面積は８．１釧−であヂ、又この伝熱管に
第２図のごとき内側フィンをつけた場合でも内側伝熱面
積は加工上の制約でせいぜい２倍程度で、それに対して
今伝熱管内側に第８図、＠４図のごとき細管６群ないし
管群１０を形成する場合において直径１０ｆｆの内側に
内（２）・８鱈の細管又は管路に１５０ケ形成した時、
単位長ざ（ｌ傷）あたりの伝熱面積は約ｌ釘１となりｔ
ａ１図の熱交換器の伝熱面積に対し４．５倍増加させる
ことができる。又この熱交！Ｗでは伝熱条件により細管
５又は管路ｌＯの管径、数。

配！１ＩＴＬ−自由に変化させることができるので熱交
換器の設計の自由度が増し最適設計がより容易になる。

丁なわちα″について框゛の値は流体の種類、流速、熱
交換器の型、バス（流路）の形状によって変化するもの
であり、設計の自由度を憎子ことはａ’により大きくす
ることができることにつながる。

以上より本発明によれは伝熱面積Ａ２に大きくしながら
且つ伝熱体＠ｔｘ’をも大きくする熱交換器が容易に形
成でき、又体熱管及び細管の曲げ加工も容易に出来、熱
交？５！器としての汎用性が増加し更に耐圧も増加Ｔる
ので高圧内熱交換器として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の円筒形状の伝熱管形式熱交換器に関する
もので、（ａ）は部分破断正面□□□、（ｂ田側面図、
８ｐ１２図は公知の円筒形状をし伝熱管内外に長手フィ
ンのある伝熱管形式熱交換器に関するもので、（ａ）は
側面図、（ｂ）は（ａ）の一部Ａ−Ａ断面をした正面図
、＠８図は本発明の熱交換器に関するもので、（＆）は
偽面図、（ｂ）は（ａ）の一部Ｂ−ＢＭ面をした正面図
、＠４図は本発明の熱交換器の他の実施例を示Ｔもので
、（ａ）Ｇゴ側面面、（ｂ）は（ａ）の一部Ｃ−Ｏ断面
をした正面面、第５図は本発明の熱交換器の更に他の変
形実施例を示Ｔ側面図、そして＠６図は本発明の更に他
の変形実施例を示Ｔ熱交換器のＩＩ＠図である。 ４．８・・・伝熱管、５・・・細管、７．９・・・熱良
導物質、１０・・・管路。 特許出願人 アイシン精機株式会社 代表者　中井令夫

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　伝熱管形状の熱交換器において、前記伝熱管
   内側に熱良導物質を充填するとともに、該熱良導物質充
   填材中に前記伝熱管より管径の小ざい細管ＴｔＷＩ’ｌ
   ｋ個前記伝熱管と熱的接触を保つように管内管群として
   埋設したことを特長とする熱交換器。
2. （２）前項の熱交換器において伝熱管内側に熱良導物質
   ケ充填するとともに、前記熱良導物質充填材中に伝熱管
   長手方向に複数個の細孔を直接形成し管内管路群を構成
   したことを特長とＴる管内管路付熱交換器。
3. （３）前項（１）及び（２）における熱交換器の伝熱管
   の側管表面にフィンを形成したことを特長とＴる熱交換
   器。