JPS60502166A - 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】 熱交換器 ２つの熱輸送媒体間の伝熱は多くの因子により影響されるが、明らかに、種々の 構成要素間の接触を良好にすることが好都合である。輸送路が、異る種類及び恐 らく捷た種々の材料の構成要素を含む場合、本発明者は、高熱伝導度を保証する 優れた方法は一つの構成要素を鋳込みにより他方の構成要素内に埋込むことであ るということを発見した。

本発明の目的・は、コアが、高熱伝導容量を有する金属の少なくとも一個のブロ ックであって、この中に第１媒体用の少なくとも１本の管が鋳込みによシ埋めこ まれ、そして、この管が第１の媒体に対して提供するものよりも数倍大きい接触 面を第２の媒体に対して提供するための面拡大フランジをブロックの内方及び／ 又は外方の面が備えていることを特徴とする、高熱伝達特性を有する熱交換器を 提案することである。

ブロックは角柱のものでよく、数本の管を包囲する。

又、この代りに、ブロックは環状であってもよい。

該フランジがブロックの長手軸に平行に延びるそのブロックから又はそのブロッ クへの伝熱を改良するために、該ブロックのフランジ付の面はこのフランジ面を 区域（複数）に小さく分割する溝により横切る方向に切られ、１つの区域のフラ ンジは隣接の区域の構と一線に並ぶように側方にずらされてブロックの前記面に そって第２の媒体に曲りくねる流路を提供するようにされている。

該管と該金属の接合及びこれらの間の伝熱はこの管の外方面を起伏させることに より高められる。管は、ブロックの材料よシも腐食に良く耐えるに適し又包囲す る金属に対し良好な接着特性を有するステンレス鋼で作るのが好ましい。

数個のフランジは、管を包囲するブロックを鋳込む型を、棒（複数）と共に形成 するに適した押出し金属棒で好都合に形成できる。

同一のケーシング内に取付けた数個のブロックを有する熱交換器では、１つのブ ロックのフランジは他のブロックのフランジ間の間隙内へ延びるようにしてもよ い。

又はこの代シに、並置したブロック面のフランジ（複数）の端と端が合うように してもよい。

各々が少なくとも１列の第１の媒体輸送管を含む数個のパネル型のブロックは、 熱輸送ガスの通るケーシング内に取付けられ、このケーシング内で管が前記第１ の流体用の分配及び集合のヘッダに取付けられるようにしてもよい。

第１の熱輸送媒体は電流であってもよいが、その場合には、電気抵抗を包囲する 数本の管が管状のブロックに鋳込捷れ、このブロックの内外が熱除去流体によシ 接触される。

本発明は添付図面に関し以下に記載する。図面で、第１図は本発明による熱交換 器要素を略示し、第２図は第１図による要素を含む熱交換器の横断面図を示し、 第３図は第２図の横断面図に似ているが、より犬き々要素を有する熱交換器の横 断面図を示し、第４図は変形要素を有する熱交換器を示し、第５図は更に変形し た熱交換器の詳細を示し、第６図は第５図による熱交換器要素を有する熱交換器 の詳細を示し、 第７図は電気抵抗要素による交換器熱の縦断面図を示し、第８図は第７図による 熱交換器の横断面図であり、第９図は例えば＠７図による熱交換器と使用するに 適した、数個の要素からなる熱交換器コアの横断面図を示し、第１０図は第５図 による２個の熱交換器要素を圧縮する熱交換器の詳細を示し、 第１１図は熱交換器要素における面拡大フランジの詳細を拡大尺度で示し、 第１２図は要素を鋳込む時に面拡大フランジが、モールドとして使用可能なプロ ファイル棒で形成される場合の該要素の詳細を示し、 第１３図は排気ボイラに使用される本発明による熱交換器の断面図を示し、そし て、 第１４図は第１３図の線Ｗ−Ｗにそう横断面図を示す。

第１図は第１の伝熱媒体用の管１１を含む基本型式の熱交換器要素１０を示し、 管１１は良好な熱伝導容量をもつ金属、例えばアルミニウム又はその何らかの合 金のブロック１２内へ鋳込まれている。該要素はケーシング１３（第２図）内に 取イ」けられるが、このハウジングは第２の熱輸送媒体用の通路が形成されるよ うにクリアランス１４をもって該要素を包囲している。又はこの代りに、この要 素を数個相離して取付けてもよい。

肢管と該金属間のよりよい接合そして又伝熱の改良は、管１１の外方面に起伏が あり、又は横切る方向に延びる小溝（複数）がある場合に得られる。

該フランジは、肢管と第１の媒体との接触面積のそれの５倍ないし１０倍になる ように第２の媒体に関する接触面の面積を増加させる。それにより、熱交換器へ の熱負荷をしばしば制限する伝熱係数間の相違が補償される。

第２の媒体に対する伝熱を改善するためにブロックはフランジ１５を備えている 。第２の媒体の流れの方向に依存してフランジ１５を管１１の長手軸に平行に又 は直角に配列してもよい。ブロックが環状の場合、フランジは恐らく熱交換器要 素の外包凹面の周りをらせん路で延びることができよう。該フランジは鋳込中に 形成さねるのが好ましいが、機械加工により形成してもよい。

第７図に関して更に良く説明されるように、該フランジは、好ましくは、該ブロ ックの面にそって連続して延びるべきではなく、第２の媒体に曲如くねる流れを 与えるように互い違いに配列されるべきである。

第１図に示した基本型式で変化する断面形状を有する数個の要素は共通のケーシ ング内に共に建造されてもよいが、捷た、第３図に示したように、包囲するケー シング１３内に位置づけられる同一のブロック１２ａ内に数本の平行な管１１を 埋めこむこともできる。

第２図と第３図で半径方向において肢管の方へ又は肢管から離れる方へ向く矢印 は肢管の１わりにおける熱の集中した流れの方向を示す。該２つの構成要素間の 金属接触が密なため伝熱は非常に強力となる。

第４図は第１図による数個の要素１２と、特定形状の４個の要素１２ｂを含む熱 交換器を示し、これらの要素は、種々の構成要素を共に保持する管１６の中に封 入された円筒体を共に形成する。

第２の伝熱媒体の通路１４ａは種々の要素間に残っている。管１１は並列接続し てもよいが、明らかに例えば群として直列接続することができる。これらの場合 には、適当な分配集中ヘッダが要素の端部に設けられる。

第４図に示した熱交換器全体は、管１６の外側に第２の伝熱媒体の流路を画定す るケーシング内に包囲されてもよい。フランジ１５は種々の仕方で形成してよく 、第４図の下方右図に１７で示したように、それらは半円溝としてもよい。

第５図は数個の管１１を埋めこんだ環状のブロック２０を示す。このブロックは 外にも内にも面拡大フランジ１５を備えている。

第６図は相異なる直径の同心で環状のブロック２０ａ、２０ｂを含む熱交換器の 構成要素を示す。これらのブロックは共にほめと１れて一つの要素のフランジ１ ５が他方の要素のフランジ１５間の間隙には才っている。このように、第２の伝 熱媒体のための制限されたジグザグ形通路２１がブロック間に形成される。

上述の実施例では、管１１は液体の形の又は流れとしての流体を受けるようにさ れているが、第１の伝熱媒体は非常に都合のよいことに埋め込んだ抵抗要素によ り熱に変換される電流にすることができる。

第７図及び第８図は電気加熱オイル予熱器を示す。Ｕ字形に曲げられて電気抵抗 ２６を包囲する３本の管３５は、第５図に示したのと同一型式で、ここでは内外 の面拡大フランジ１５を備えた環状のブロック２７に埋めこまれている。充填物 ２８はブロック２７の中央にほめこ−まれてこのブロックの内面（ｆて沿う通路 ２９を画定している。

オイルは３１の点で包囲ケーシング３０に導入されてブロック２７の外周を流れ 、１８０°折返して通路２９を介して出口３２の方へ流れる。

温度センサ３３は充填物を通って半径方向に延び、その内端が出Ｌ」３２の近く に現れる。温度センサ３３は公知の方法で抵抗２６への電流の供給を１御する。

曲に沿う円滑な流れは熱伝達を貧弱にする傾向があるかもしれないので、この伝 熱を改善するために、ブロックのフランジ付きの面は区域（複数）に分割されて 一つの区域のフランジが欠の区域の溝と一線上に並ぶように側方にずらされるの が奸才しい。これにより第２の媒体の曲りくねる流れが確保される。

第７図で、環状のブロック２８の内面はもちろん外面もこのブロックの長手軸を 横切る溝３４により切られている。このように、このブロックの接触面は区域３ ５ａ、ｂに小分割され、これらの区域では一つの区域のフランジ１５ａが隣りの 区域の溝１５ｂと一線上に並ぶように側方にずらされている。

抵抗包囲管がオイルと直接接触する従来の電気オイル・ヒータの制限因子は、負 荷が１５〜２　Ｗ／ｃｒｌ　を超え得ないということである。さもなければ、肢 管の外方面でオイルがコークスになる明らかな危険が存在する。

本実施例では、ブロック面への負荷はコークス化に関して安全な値に留才ること かできるが、該電気抵抗への負荷はかなり増加させることができる。これは、同 一の加熱容量の場合、熱交換器の全体の大きさが従来の電気オイル・ヒータより 一層小さくなるということを意味する。

第９図は各々が数本の管１１を辺間する数個の鋳込みブロック３６ａ、３６ｂ、 ３６ｃからなる他の変形実施例を示す。この実施例は棒状の部材で示したものの 変形と見なしてもよい。

中央のブロック３６ｃは第７図及び第８図による実施例の充填物３３の代りに使 用されると好都合であろう。

多くの場合、第８図に示した包囲される電気抵抗にとつては、Ｕ字形の管が好ま しい。棒の形状は、第３図のそれに一層よく似ていて、中央の管の空洞部は該温 度センサを収容してもよく、２つの外方の管の空−洞部はＵ字形に接合されてい る。

第１０図は第６図の構成要素に似た構成要素の変形配置の詳細を示す。しかしな がら、この図ではフランジ１５が端と端を接するように環状のブロック２０ａ、 ２０ｂが取付けられている。

これらのブロックは内外のケーシング３７と３８の間にそれぞれはめこまれてい る。

上述のように、フランジは相異なる形状になし得る。

よシ大きいユニットでは、第２の媒体の通る接触面を更に拡大するために、個々 のフランジ１５ａにまたリブ又はフィン３９を設けることができる一層１１図参 照−０しばしば、第１２図に示すように、ブロック１２の場合と同じ材料の別々 の押出しプロファイル棒４０のところにフランジ１５を位置づけることが好都合 かもしれない。これらのプロファイル棒は、これらが該ブロックを鋳込むための 外部型として使用できるような形状及び配列となっていて永久に該ブロックに付 着される。これによシよシ大きなユニツ゛トの鋳込みが簡単化され、また、この ユニットはフランジ付きの単位体として鋳込まれたユニットより価格が安くなる 。ときどき、包囲する型からフランジ付のブロックを外すことが困難になるが、 まず型、次にブロックの一部を形成するためにフランジ支承棒を使用することに よシ、この困難は除去される。

上述の実施例では、第２の媒体は流体であったが、本発明は、また、第２の媒体 が気体状で、例えば、内燃機関又はプロセス・プラントからの排気ガスである熱 交換器でも使用できる。

第１３図及び第１４図は非常に簡略化して内燃機関（図示せず）からの排気ガス によシ加熱される温水ボイラ４５を示す。

第３図のブロックに似ているが、各々が多数の管１１を包囲している数個のパネ ル形状のブロック１２ｃが、入口４７から出口４８へ熱ガスが放出されるケーシ ング４６内に並べて配置されている。これらのパネルは、ガスが又パネル間の通 路４９の通過を強いられるような仕方でケーシング４６内に取付けられている。

管１１は分配ヘッダ５０と集合ヘッダ５１にそれぞれ連結されておシ、該ボイラ は従来の調節及び管理装置（図示せず）を備えている。

上述の図面に示した実施例は単に例であシ、明らかに第１図に示した基本型式の ブロックは添付の請求の範囲内で多くの仕方で形づくられ組合わされることがで きる。

第９図の下部に示したように、該フランジ間の間隙はほぼ平行な壁により画定さ れることができ、かくして、該フランジは平坦な端面を得ることができる。個々 のブロックにおける中央配置のフランジを隣接のフランジより幾分高くすること によジブロック間に一定の距離を確保することができ、更に、ブロック間の流路 は平行な通路に小分割される。

鋳込みブロックの明白な利点は、このブロックが管に取付けた平行ワッシャ又は 円板を有する前述の実施例よシ清掃が容易であるということである。

第１３図、第１４図による実施例の場合のブロック・パネルが、第６図に示すよ うにフランジが交差するように、取付けられると、ブロック・パネルの平行変移 によシガスの通路面積を決定することが簡単な仕方で可能となる。この仕方では 、ガス流の速度、及び、かくしてまた、伝熱係数を変えることができる。

浄書（内容に変更なし） ４８ 手続補正盲動式） ％式％ １、事件の表示　ＰＣＴ／５Ｅ８４１００２８２２、発明の名称　熱　交　換　 器 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏　名　ニストポ−、カルル 電話（２１３）１５６１　（代表） ５、補正命令の日付 昭和６０年９月１９日（発送日：昭和６０年９月２４日）６、補正の対象　「図 面の翻訳文」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　第１の熱輸送媒体の通路を有し及び第２の熱輸送媒体の流れを決定するケー シング（１３，３０，３７，３８　．４０）内に封入されたコア（１２，２Ｏ， ２７，３６）を有する熱交換器において、前記コアが、高熱伝導容量を有する金 属の少なくとも一つのブロック（１２，２０，２７．３０）を有し、このブロッ クの中に前記第１の熱輸送媒体のための少なくとも１本の管（１１）が鋳込みに より埋め込まれ、前記ブロックの内方及び／又は外方の面は、前記管が前記第１ の熱輸送媒体に対して提供するものより数倍大きい接触面を前記第２の熱輸送媒 体に対して提供するだめの面拡大フランジ（１５）を有していることを特徴とす る熱交換器。 ２　請求の範囲第１項による熱交換器において、前記ブロック（１２ａ，１２ｃ ）が角柱状であって数本の管を包囲することを特徴とする熱交換器。 ３　請求の範囲第１項による熱交換器において、前記ブロック（２０、２７）が 環状であることを特徴とする熱交換器。 ４．前記フランジ（１５）が前記ブロック（１２，２０，２７，３０）の長手軸 に平行に延びる請求の範囲第２項又は第３項による熱交換器において、前記ブロ ック（１２，２０，２７．３０）の前記面にそって前記第２の熱輸送媒体に曲り くねる流路を提供するために、前記ブロック（１２，２０，２７，３０）のフラ ンジ付きの面が、この面を区域（３５ａ，３５ｂ）に小分割する溝（３４）によ り横切る方向に切られ、一つの区域（３５ａ）のフランジ（１５ａ）が隣接の区 域（３５ｂ）の溝（１５ｂ）と一線上に並ぶよう側方にずらされていることを特 徴とする熱交換器。 ５．前記請求の範囲のいずれかによる熱交換器において、前記管（１１）の外方 面が起伏のあるものであることを特徴とする熱交換器。 ６　請求の範囲第１項による熱交換器において、数個のフランジ（１５）が、前 記管（１１）を包囲するブロック（１２）を鋳込む型を、別の棒（複数）と共に 形成するに適した金属押出し棒（４０）で形成されていることを特徴とする熱交 換器。 ７　同一のケーシング内に取付けた数個のブロック（２０ａ，２０ｂ）を含む前 記請求の範囲のいずれかによる熱交換器において、前記ブロックの一つのフラン ジ（１５）が他のブロックのフランジ間の間隙内へ延びていることを特徴とする 熱交換器。 ８．　同一のケーシング（３７，３８）内に取付けた数個のブロック（２０ａ， ２０ｂ：３６ａ，３６ｂ）を含む謂求の範囲第１項ないし第７項のいずれかによ る熱交換器において、並置のブロック面のフランジ（１５）が端と端を接してい ることを特徴とする熱交換器。 ９．　前記請求の範囲のいずれかによる熱交換器において、各々が少なくとも一 列の第１の媒体移送管（１１）を含む数個のパネル形状のブロック（１２ｃ）が 、熱輸送ガスの通るケーシング（４６）内に取付けられて、このケーシング内で 前記管（１１）が前記第１の流体用の分配及び集合のへラダ（５０，５１）に接 続されていることを特徴とする熱交換器。 １０　請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかによる熱交換器において、前記 第１の熱輸送媒体が電流であり、電気抵抗（２６）を包囲する数本の管（２５） が、管状のブロック（２７）内へ鋳込まれ、このブロック（２７）が少なくとも 外部を熱除去流体により接触されることを特徴とする熱交換器。