JPS5937598Y2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は熱交換器に係り、特に冷媒側での熱伝達率をよ
り一層高めることができて熱交換性能の向上をはかり得
る如くした新規な熱交換器に関する。

従来の空調用空気熱交換器は銅あるいはアルミニラムラ
素材としたクロスフィンコイルが主に利用されているが
、素材の性質によって決まる熱伝達率の限界、熱交換器
と空気との温度差の限界等により、能力が定１つてしま
い、能力を確保するには熱交換器の大型化に依存せざる
を得なく、小型のもので性能を飛躍的に向上させること
は不可能であった。

このように素材面から生じる能力限界を打破し、従来の
ものに比して飛躍的に能力向上を果し得る如き新規な熱
交換器を提供しようとして種々検討の結果、本考案を案
出するに至ったものであり、特に相変化する冷媒と接触
する伝熱管の内壁における冷媒流れの境界層に乱流を効
率的に発生させて伝熱管内面の熱伝達率をより向上し得
る如くした構成を特徴とする。

しかしてかかる特徴は、成る種の強磁性体が磁場内では
等温的に放熱し、逆に磁場を取り去ると等温的に吸熱し
て磁気ヒートポンプ作用をなすことを知見し、しかもこ
の磁気ヒートポンプ作用が流体に乱流効果をもたらすも
のであることを実験的に確立するに至ったところから、
この基本原理を応用した結果、遺憾なく発揮されるもの
である。

以下、本考案の具体的内容に関して添付図面を参照しつ
つ詳述する。

図は熱交換器、特に空調用熱交換器に用いられる伝熱管
の構造例を示していて、伝熱管１は、管内側に冷媒を流
通させて管周囲を流動する被熱交換流体例えば空気を冷
却あるいは加熱させるために用いられる。

上記伝熱管１は図示の如く相変化する冷媒に接触する管
内壁が強磁性体２に形成されると共に、この強磁性体２
を囲繞する管外周部に電磁石コイル３が巻着されていて
、該電磁石コイル３に対し断続的に通電させるよう電源
を接続している。

かかる構造となした伝熱管１において、強磁性体２とこ
れを囲繞する電磁石コイル３とは冷媒側熱伝達率を向上
させるための重要な要素であって、後述する磁気ヒート
ポンプ作用を発揮して冷媒に撹乱を生ぜしめることが可
能である。

ここで磁気ヒートポンプについて説明を加えると、ある
種の強磁性体に、磁場を加えると良好な熱接触のもとで
は等温度的に放熱し、逆に磁場を取り去ると等温度的に
吸熱するものであって、これを磁気ヒートポンプと称す
る。

上記磁気ヒートポンプに関して磁性体には冷却・加熱効
果が最大となる点すなわちキューリ一点を有しているこ
とが理論ならびに実験によって裏付けされており、従っ
てキューリ一点が室温近辺にあり適当な熱力学サイクル
を持つ強磁性体を用いることにより、空調用としての実
用化が可能となるものは当然である。

かかる点からして希土類元素は効果的なものであり、希
土類の強磁性体ではガドリニウムＧｄが最も高いキュー
リ一点（２９３°Ｋ）を有していて、室温近辺での使用
に適している唯一のものであることが判っている。

會た、電子化合物、Ｇｄ、他の希土類金属の合金によっ
てどのような動作温度にも選択できることも判明してい
る。

そこで、伝熱管１の内壁をガドリニウムＧｄの強磁性体
によって形成させることが最も好會しい態様であり、さ
らにこの形成手段としては、伝熱管１自体をＧｄあるい
はＧｄを含む希土類金属合金を素材とした所定径、厚の
管から形成させること、図示の如く通常の鋼管、アルミ
ニウム管にＧｄあるいはＧｄを含む希土類金属合金から
なる管を密嵌挿してなる複合管に形成させることなどが
可能である。

また、熱交換器における伝熱管１全長に亘つ−・上述の
如き手段によって得た管を使用しても良（が、コスト面
での制約から磁気ヒートポンプ作Ｆを行わせると最も有
効な個所を選定して部分的Ｖ上記構造の伝熱管１を使用
し、その他の部分はｉ。

常）鋼管、アルミニウム管を用いるようにずれを：よい
。

この場合には、冷媒の過冷却域、過熱域を除〜た残りの
領域の相変化をなす冷媒と接触する部多の全部または一
部において伝熱管内壁を強磁性や２に形成して、これを
囲繞する如く伝熱管１外Ｈ部に電磁石コイル３を巻着さ
せるようにすると２が好ｌしい態様である。

このようにして空調用熱交換器の冷媒側に強磁性体２を
接触させて、電磁石コイル３への通電唱断続し、磁場を
加えあるいは取り去ることによ土冷媒は吸熱と放熱を繰
り返し、その結果、冷媒σ乾き度が微妙な変化を繰り返
して、特に管内面い接する境界層の冷媒を乱す作用が成
され、当然電媒側熱伝達率が向上することになるのであ
る。

一方、電磁石コイル３に関しては、例えば電う的には不
良導体であり、熱的には良導体である璃縁被覆で処理し
た電線を伝熱管の所要外壁部に層着させて巻装すること
が好１しく、かくして電磁石コイル３が伝熱フィンとし
て兼用され、ローフインが管表面に巻着されてなる所謂
ワインドフ１ン付伝熱管を形成することができて、空気
側で（熱伝達率を向上せしめ、もって綜合的に熱交換性
能の飛躍的向上をはかることが可能である。

本考案は叙上の如く、熱交換器において相変ｆ１する冷
媒に接触する伝熱管１内壁を強磁性体に作成するととも
に、この強磁性体を囲繞する伝熱１１外周部に電磁石コ
イル３を巻着して、該電磁ｌコイル３への通電を断続せ
しめて、強磁性体で作成された伝熱管１内壁に接する冷
媒を相変化せしめることにより、冷媒流れの境界層に乱
流を起件し得る如く威したから、冷媒側、即ち伝熱管内
項の熱伝達率が飛躍的に増大し、その結果、熱交捗性能
を高めて熱交換器の小型化をはかることが可能となる。

さらに電磁石コイル３を伝熱管１の外壁に密潅して伝熱
フィンに兼用し得る構造となしたことにヨッテよリ一層
熱交換器をコンパクトにする上に多大の効果を奏する。

また、気液混合状態の冷媒と接触する一部の伝熱管１を
磁気ヒートポンプ作用が威される伝熱管に形成すること
により、装置コスト面での不利を最少限に抑えて、しか
も熱交換性能の向上をはかることが可能となり、実用装
置として好適なものを提供し得る。

本考案はまた、伝熱管側すなわち機械側に若干の改変を
加えればよくて、冷媒としては既存のものをその１″！
使用し得るので既設の冷凍装置にも問題なく適用可能で
汎用性にもすぐれている。

以上のように本考案は種々のすぐれた効果を奏し、頗る
有用な熱交換器である。

【図面の簡単な説明】

図は本考案熱交換器の１例に係る伝熱管の一部切欠示部
分斜視図である。 １・・・・・・伝熱管、２・・・・・・強磁性体、３・
・・・・・電磁石コイル。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 伝熱管１内を相変化する冷媒の冷媒通路となした熱
   交換器であり、冷媒に接触する伝熱管１内壁を強磁性体
   に形成するとともに、この強磁性体を囲繞する伝熱管１
   外周部に電磁石コイル３を巻着し、該電磁石コイル３へ
   の通電を断続せしめて強磁性体で形成された伝熱管１内
   壁に接する冷媒を相変化せしめることにより冷媒境界層
   に強制的に乱流を起生し得る如くなしたことを特徴とす
   る熱交換器。 ２ 伝熱管１が、強磁性体を素材とした管である実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の熱交換器。 ３ 伝熱管１が、強磁性体からなる管を良熱伝導性体か
   らなる管内に密嵌挿して有する複合管である実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の熱交換器。 ４ 電磁石コイル３が伝熱管１の外壁に密着して伝熱フ
   ィンを兼用している実用新案登録請求の範囲第１項、第
   ２項筐たは第３項記載の熱交換器。 ５ 伝熱管１が、過熱領域、過冷却領域を除いた領域の
   冷媒と接する部分において内壁を強磁性体に形成してい
   る実用新案登録請求の範囲第１項、第２項、第３項普た
   は第４項記載の熱交換器。