JPS61110881A

JPS61110881A - 熱交換器

Info

Publication number: JPS61110881A
Application number: JP14815585A
Authority: JP
Inventors: ロバート・シー・レイマン
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1985-07-05
Publication date: 1986-05-29
Also published as: FR2572799B1; GB2166539B; FR2572799A1; GB2166539A; GB8516706D0

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】技術分野本発明は、熱交換器に係り、更に詳細には熱源より熱シ
ンクへ効果的に熱を伝達する複数個のヒートパイプに係
る。

発明の背景ヒートパイプは所望の作動温度範囲内に於て液相と気相
とを有する作動流体を内部に保有する単純な機械的に静
的な密閉されたチャンバである。

かかるヒートパイプに於ては、空気又は他の凝縮しない
ガスが密閉されたチャンバより脱気される。

その場合チャンバ内はヒートパイプの温度に於ける作動
流体の飽和圧力に対応する圧力に於ては作動流体の液体
及び蒸気のみとなる。チャンバの液体を貯容する一部が
比較的高い温度に曝されると、その一部はエバポレータ
部として機能する。その結果生じる熱流により作動流体
が蒸発され、その結果作動流体の蒸気圧が増大する。か
くして形成された蒸気（比較的＾い圧力状態にある）は
チャンバの比較的低温の領域（コンデンサ部として定義
される）へ向けて流れ、チャンバの内壁の比較的低温の
表面に於て凝縮する。毛細管作用及び／又は重力による
流れにより凝縮液はエバポレータ部へ戻される。蒸発熱
が液体より蒸気へ相変化することによって吸収され、蒸
気の凝縮が生じる場合に放出されるので、熱が与えられ
る領域より熱が除去されるｆｒ４域へ５鰻の熱が非常に
小さい温度勾配にて輸送される。

ヒートパイプは一般に個々のチューブとして形成され、
追加の容量が必要とされる場合には結束される。これら
のヒートパイプは種々の装置や構造体の加熱及び冷却と
の関連で使用される。例えば米国特許第３．８６５．１
８４号及び同第４゜４４０．２１５号には、包囲体内へ
流入する際の吸入空気と包囲体より流出する際の排出空
気との間に於て熱交換を行うべく、リジェネレータ内に
ビートパイプを使用することが示されている。一般にこ
れらのヒートパイプはコンデンサよりエバポレータへ液
体を搬送することを補助するウィック部材と共に水平の
列としてシェル内に配列される。しかしヒートパイプは
コンデンサ部がエバポレータ部より僅かに高い位置に設
けられる場合には、ウィック部材を使用することなく構
成されてよい。従来の熱源及び熱シンクに於ては、流体
はヒートパイプの長手方向軸線を横切って同一の方向へ
流れる。他の従来の装置は一つの共通のマニホールドに
接続されたエバポレータ・ヒートパイプ及び他の一つの
共通の７二ホールドに接続されたコンデンサ・ヒートパ
イプを有しており、これにより二つの７二ホールドは互
いに流体的に連通している。従ってこれらのヒートパイ
プは互いに同一の圧力状態にあり、平行な流れ構造にで
互いに接続されている。かかる平行な流れは上述の如き
従来のヒートバイブ式熱交換器の効率が低いことの主要
な因子である。かくして効率が低いことは二つの流体間
の温度差が不均一であること（平行な流れ構造の結果と
して生じる）に起因する。

しかし逆流構造によれば熱シンクの流体流と熱源の流体
流との間のｍｒ！１差が非常に均一であることが有利に
活かされ、これにより熱伝達面が最も効果的に利用され
る。

かくして熱伝達効率が最大ではないことに関連する従来
のヒートパイプ式熱交換器の種々の問題を克服する熱交
換器を開発することが必要とされている。

発明の概要本発明は、逆流構造によって熱交換器の効率を向上させ
るよう改良されたヒートバイブ式熱交換器に関するもの
である。

本発明の一つの好ましい実施例に於ては、冷却媒体が流
れる入口及び出口を有する第一のコンデンサシェルと、
加熱媒体が流れる入口及び出口を有するエバポレータシ
ェルと、エバポレータ部よりも高い位置にコンデンサ部
を有するヒートパイプ列とが設けられる。高温の蒸発す
る流体がまずヒートパイプ列のエバポレータ部内に於て
最も近いチューブを横切って流れ、次いで残りのヒート
パイプを横切って最も遠いヒートパイプまで流れ、しか
る後出口より放出される。コンデンサ部に於ては、冷却
媒体が入口より流入し、最も近いヒートパイプのチュー
ブ（出口に最も近いエバポレータのヒートパイプチュー
ブと連通している）を横切って流れ、次いで残りのヒー
トパイプを横切って流れ、しかる後コンデンサの出口を
経て放出される。従って逆流構造が形成される。何故な
らば、各ヒートパイプは互いに異なる圧力状態にあり、
エバポレータの入口を経て流れるａ瀉の流体に最も近い
ヒートパイプはコンデンサ部の出口を経て流れる高温の
流体に最も近いヒートパイプと連通しており、出口を経
て流れる低温の媒体に最も近いエバポレータ・ヒートパ
イプ部はコンデンサ部の入口を経て流れる低温の流体に
最も近いヒートパイプ部と連通しているからである。か
かる逆流構造によりエバポレータ媒体温度とコンデンリ
媒体温度との間の平均温度差が均一化され、これにより
全ての熱伝達面が効率的に使用されるようになる。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

好ましい実施例の説明第１図にロアシェル（熱源容器）１２とアッパシェル（
熱シンク容器）１４との間に於て熱交換を行う実質的に
Ｃ字形のヒートパイプ列が図示されている。ロアシェル
１２はＣ字形のヒートパイプの下脚部１８を支持するチ
ューブシート１６及び１７と、各ヒートパイプの下脚部
１８を密閉式にシールするエンドキャップ１９とを含ん
でいる。

アッパシェル１４は各ヒートパイプの上脚部２８を支持
するチューブシート２６及び２７と、各ヒートパイプの
上脚部２８を密閉式にシールするエンドキャップ２９と
を含んでいる。各ヒートパイプの下脚部１８と上脚部２
８との間には、これらの脚部を互いに接続して両端に於
て密閉式にシールされたチューブを構成するよう、接続
部２２が設けられている。実質的にＣ字形をなすヒート
パイプは上述の如き各部を互いに接続することにより形
成されてもよく、また単一の成る長さの直線的なチュー
ブを湾曲することにより形成されてもよい。

ロアシェル１２は入口３２と出口３４とを有しており、
加熱媒体がヒートパイプの下脚部１８と熱交換関係にて
流れるようになっている。従って入口３２より流入する
流体の濃度は出口３４より流出する流体の温度よりも高
い。同様にアッパシェル１４は入口４２と出口４４とを
有しており、これらを経て冷却媒体が流れるようになっ
ている。

かくして入口４２より流入する流体の温度は出口４４よ
り流出する流体の温度よりも低い。

基本的には、実質的にＣ字形をなす各ヒートパイプは四
つの領域、即ち（ａ）作動流体２０がロアシェル１２内
を流れる流体よりの入熱によって蒸発されるエバポレー
タと、（ｂ）蒸気がエバポレータよりコンデンサとして
の上脚部２８へ流れる蒸気輸送部、即ち接続部２２と、
（Ｃ）蒸気が熱を放出し、図に於て液滴として示されて
いる如く、液体３０に凝縮されるコンデンサ、即ち上脚
部２８と、（ｄ）凝縮液が下脚部１８、即ちエバポレー
タへ戻る液体輸送部、即ち接続部２２の四つの領域に於
て蒸発可能な、液体にてチャージされた密閉されたチュ
ーブを含んでいる。

多くの吸収冷凍／ヒートポンプシステムに於ては、シス
テムを運転するためにはコンポーネント・ツー・コンポ
ーネントの高効率の熱交換器が必要である。また流体間
に於ける接近温度の差が成る最小値に維持されることが
必要であり、そのため逆流型の熱交換が必要であるとい
うことも重要である。典型的な熱交換器構造により異な
るコンポーネント内のチューブ束を熱的に連結すること
は、従来の二次流体循環手段がポンプを必要とし不適切
な接近温度を生じ動力を多量に消費するため困難である
。

本発明はかかる問題を解決するものであり、例えばロア
シェル１２が熱源、即ち吸収システムのアブソーバであ
り、アッパシェル１４が熱シンク、即ち吸収システムの
ジェネレータである場合には、ヒートパイプ構造内の各
チューブを並べて連結し逆流型の熱交換装置とすること
により、表面が効率的に使用され、また接近温度が低下
される。アブソーバ内に於ては、ヒートパイプ内の作動
流体２ｏはそのヒートパイプのエバポレータ、即ら下脚
部１８内に於て蒸発可能であり、その結果中じる蒸気は
図に於て矢印にて示されている如く接続部２２を経て吸
収システムのジェネレータ内に配＠された上脚部２８ま
で上方へ流れ、上脚部２８内に於て蒸気はその内壁上に
て凝縮され、次いで接続部２２を経て下脚部１８まで下
方へ流れ、これによりサイクルが繰返される。

任意の好適な種類の作動流体がヒートパイプとの関連で
使用されてよく、例えばフレオン、メタノール、水の何
れかが使用されよい。

第１図に示された熱交換器の種々のヒートパイプは全体
として水平平面内に配置されてもよく、また上下に垂直
方向に整合して配置されてもよいが、対応する上脚部及
び下脚部はシステムを適正に作動させる上で互いに上下
に位置している必要はない。第２図乃至第４図は種々の
ヒートパイプ列の配列構造の例を示している。しかし熱
シンク容器１４内の対応する水平脚部の位置に対する熱
源容器１２内の水平脚部の位置は対応する容器内へ流入
しまたそれらの容器より流出する加熱流体及び冷却流体
と逆の関係にあることに留意されたい。かくして熱源の
高温の流入流体の入口３２に最も近接したヒートパイプ
の下脚部は熱シンクの高温の流入流体の出口４４に最も
近接したヒートパイプの上脚部に接続されており、熱源
の比較的低温の流出流体の出口３４に最も近接したヒー
トパイプの下脚部は熱シンクの比較的低温の流入流体の
入口４２に最も近接したヒートパイプの上一部に接続さ
れている。従って各容器内を流れる加熱流体及び冷却流
体との関連でヒートパイプ列の各脚部を上述の如く配列
することにより逆流型の熱交換が確保される。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成されたヒートパイプ列の解
図的縦断面図である。第２図は本発明の一つの実施例の解図的正面図である。第３図は本発明の他の一つの実施例の解図的正面図であ
る。第４図は本発明の更に他の一つの実施例の解図的正面図
である。１２・・・ロアシェル（熱源容器）、１４・・・アッパ
シェル（熱シンク容器）、１６．１７・・・チューブシ
ート、１８・・・下脚部、１９・・・エンドキャップ。２０・・・作動流体、２２・・・接続部、２６．２７・
・・チューブシート、２８・・・上脚部、２９・・・エ
ンドキャップ、３０・・・液体、３２・・・入口、３４
・・・出口、４２・・・入０．４４・・・出口

Claims

【特許請求の範囲】互いに異なる温度を有する第一及び第二の流体の間に熱
を伝達する熱交換器にして、入口及び出口を有し第一の流体を導く流路を郭定する第
一のシェルと、入口及び出口を有し第二の流体を導く流路を郭定する第
二のシェルと、それぞれ前記第一のシェル内に配置された実質的に水平
の第一の部材と、前記第二のシェル内に配置された実質
的に水平の第二の部材と、前記第一の部材と前記第二の
部材との間に配置された接続部材とを有し、前記第一の
部材はそれぞれそれに接続された前記第二の部材よりも
低い位置にあり、これにより前記入口に最も近い前記第
一の部材は前記出口に最も近い前記第二の部材と接続さ
れており、前記出口に最も近い前記第一の部材は前記入
口に最も近い前記第二の部材と接続された複数個のヒー
トパイプと、各ヒートパイプ内に貯容された媒体であって、前記第一
の流体と前記第二の流体との間に於て熱を輸送し伝達す
る媒体と、を含む熱交換器。