JPS6141886A

JPS6141886A - 熱交換器

Info

Publication number: JPS6141886A
Application number: JP16231084A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Hisamori; 洋一久森; Masahiro Sakai; 正博酒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1986-02-28

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】〔発明の技術分野〕この発明は、スターリングエンジンなどに使用する低温
直接熱交換器に関するものである。

〔従来技術〕

従来、この種の装置として第１図に示すものがあった。

図において、１はシェル、チューブ型熱交換器の冷却流
体である水が流入する冷却水入口フランジ、２は冷却流
体が流出する冷却水出口フランジである。３は熱交換流
体であるＨｅ　（ヘリウム）が流入するＨｅ入口フラン
ジ、４はＨｅが流出する■ｅ出ロフランジである。５は
Ｈｅ入口フランジ３とＨｅ出口フランジ４との間に配置
されるとともに゛、その両端が各フランジにロウ付され
、熱交換流体であるＨｅを流す熱交換パイプ、６は水の
熱交換を促進するためのジャマ板、７はシェル、チュー
ブのシェルの部分にあたる胴である。

次に動作について説明する。熱交換流体である温度の高
いＨｅ　（約８０℃）がＨｅ入口フランジ３から入り、
熱交換パイプ５を流れる。また、冷却流体である水（約
１０℃）が冷却水入口フランジ１から入り、熱交換パイ
プ５の外側を流れ、熱交換パイプ５中のｌｉｅを熱伝達
により冷却する。熱交換パイプ５を通過中に冷却された
Ｈｅ　（約２５℃）はＨｅ出口フランジ４から流出する
。また、冷却流体である水はｌｉｅから熱を奪い、冷却
水出口フランジ２がら流出する。ジャマ板６は、冷却水
の流れを乱し、強制対流によりパイプ表面の温度の上が
った水を冷却し、熱交換効率を向上させる。

ところで、このような熱交換冷却が適用される一例であ
るスターリングエンジンの、低温側熱交換器に要求され
る性質を述べる。

スターリングエンジンでは、ヒータ管部やターラ部（低
温側熱交換器）は全て死容積となるため、高効率化のた
めには、少ないスペースで熱交換されることが望まれる
。また、エンジンの小型化のためにも小さいタープが望
まれ、そのため、なるべ（）ｌｅＯ熱交換部が小さくて
すむ低温側熱交換器がスターリングエンジンの高効率化
を実現するためには必須の要件である。

しかるに、従来のシェル、チューブ型熱交換器は以上の
ように構成されているので、Ｈｅの漏れを防ぐためＨｅ
入口フランジ３と熱交換パイプ５とをロウ付しなければ
ならず、同様にＨｅ出口フランジ４と熱交換パイプ５と
をロウ付する必要があり、工作上非常に複雑であるとい
う欠点があった。また、必要な熱交換量を得るためには
熱交換器が大きくなるなどの欠点があった。

〔発明の概要〕

この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、熱交換器本体の両側に熱交換流
体は通過させるが冷却流体は通過させない透過膜を設け
、該熱交換器本体中で上記熱交換流体と冷却流体とを直
接熱交換することにより、熱交換効率を向上させること
ができるとともに、熱交換流体の熱交換容積も小さくて
すみ、またスターリングエンジンに適用した場合は機関
のデッドスペースを小さくすることのできる熱交換器を
提供することを目的としている。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。ここ
で、本実施例においてはスターリングエンジンの低温側
熱交換器として使用される場合について説明する。そし
て熱交換流体はＨｅ、冷却流体く熱交換器本体）、１１
は熱交換された冷却流体を回収時に冷却する冷却装置、
１２は冷却流体を筒体１７から回収するとともに、上記
冷却装置１１により冷却された冷却流体を上記筒体の中
に噴出させるためのポンプ、１３はポンプ１２の吸込口
に接続された排水用管、１４はポンプ１２の吐出口に接
続された噴出用管、１５はこの噴出用管１４の先端に設
けられ、冷却流体であるＨｅ飽和水を霧化するためのノ
ズル、１６は筒体１７の入口及び出口に設けられ、熱交
換流体（Ｈｅ）は通過させるが、冷却流体を通過させな
い透過膜、１−８は筒体１７内の水蒸気を付着させ冷却
し、Ｈｅ飽和水に戻すためのフィンである。１９は熱交
換流体が流入してくる入口フランジ、２０は熱交換流体
が流出する出口フランジである。

次に動作について説明する。熱交換流体である温度の高
いＨｅ　（約８０℃）が入口フランジ１９から入り、透
過膜１６を通過し、筒体１７の中を流れる。冷却装置１
１により冷却されたＢｅ飽和水がポンプ１２により圧縮
され、噴出用管１４を通り、ノズル１５により霧化され
噴出される。霧化された温度の低いＨｅ飽和水が温度の
高いＨｅの顕熱を客い一部が水蒸気となる。この水蒸気
は霧化された温度の低いＨｅ飽和水や、フィン１８に付
着して冷却され、水滴となって筒体１７の底面に溜る。

この時フィン１８は、Ｈｅの流れを乱すジャマ板として
も働き、熱交換率を向上させている。また、霧化された
温度の低いＩ（ｅ飽和水の大部分はＨｅの顕熱を奪い、
水蒸気にはならずに筒体１７の底面に溜る。この筒体１
７の底面に溜った熱交換後のＨｅ飽和水は温度が高（な
っているので、ポンプ１２により排水用管１３から吸い
出しきその途中で冷却装置１１により冷却する。筒体１
７を通過中に霧状ｌｉｅ飽和水と直接熱交換されたＨｅ
　（約２５℃）は、透過膜１６を通過し、出口フランジ
２０から流出する。

このような本実施例によれば、Ｈｅを直接熱交換するよ
うにしたので、工作上複雑であるシェル。

チューブを使用する必要がなく、構成が非常に簡素化さ
れる。また、熱交換効率も高く、さらに熱交換容積も小
さくできるので、スターリングエンジンのデッドスペー
スを従来に比し小さくすることが可能となる。

また、冷却媒体としてＨｅ飽和水を使用しているので、
熱交換中にＨｅが冷却媒体に溶は込むこともない。

なお、上記実施例では筒体の両側に透過膜のみを設けた
場合について説明したが、出口側透過膜の外側に気液分
離器を設け、水蒸気とＨｅの分離を確実にするようにし
てもよい、また、ノズルの数や冷却装置などによる冷却
方法等は上記実施例に限定されるものではなく、熱交換
流体もＨｅに限定されるものではない、さらに、本発明
はスターリングエンジンだけでなく、他の機器にも広く
通用でき、その実用的価値は非常に大である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、熱交換器本体の両側
に熱交換流体は通過させるが冷却流体は通過させない透
過膜を設け、該熱交換器本体中で上記熱交換流体と冷却
流体とを直接熱交換するようにしたので、熱交換効率を
向上させることができるとともに熱交換流体の熱交換容
積を小さくでき、本熱交換器をスターリングエンジン等
に通用した場合は機関のデッドスペースを小さくするこ
とができる効果がある。また工作上複雑であったシェル
、チューブを使用する必要がなく、その構造が非常に簡
単となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のシェル、チューブ型熱交換器の断面構成
図、第２図はこの発明の一実施例による直接熱交換器を
示す断面構成図である。１１・・・冷却装置、工２・・・ポンプ＼１３・・・排
水用管、１４・・・噴出用管、１５・・・ノズル、１６
・・・透過膜、エフ・・・筒体（熱交換器本体）、１８
・・・フィン、１９・・・入口フランジ、２０・・・出
口フランジ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）冷却流体を収容し熱交換流体が流入、流出する熱
交換器本体と、該熱交換器本体に上記冷却流体を導入、
導出するための導入、導出管路と、該導入管路の先端に
設けられ上記冷却流体を上記熱交換器本体内に霧化して
噴出するためのノズルと、熱交換された冷却流体を上記
熱交換器本体から排出されるとともにこれを上記ノズル
に圧送するポンプと、上記導入又は導出管路に設けられ
熱交換された冷却流体を冷却する冷却装置と、上記熱交
換器本体における熱交換流体の入口及び出口に設けられ
該熱交換流体のみを通過させる透過膜とを備えたことを
特徴とする熱交換器。
（２）上記冷却流体は、熱交換流体の飽和水であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。
（３）上記熱交換器本体の出口側透過膜の外側には、気
液分離器が設けられていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項又は第２項記載の熱交換器。