JPS62297696A

JPS62297696A - 冷却用の熱交換器

Info

Publication number: JPS62297696A
Application number: JP14229086A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takeuchi; 正之竹内
Original assignee: AIPII KK
Current assignee: AIPII KK
Priority date: 1986-06-17
Filing date: 1986-06-17
Publication date: 1987-12-24
Also published as: JPH0468558B2

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】３、発明の詳細な説明［産業上の利用分野］本発明は、主として液体冷却用の冷却装置、あるいは加
熱用のヒートポンプ装置に防用される冷媒用の熱交換器
に関する。

［従来の技術並びにその問題点コ冷媒用の熱交換器は、冷媒と流体との熱交換に使用する
。即ち、冷媒を膨張蒸発させて吸熱させ、あるいは圧縮
凝縮させて発熱させ、吸熱または発熱する冷媒と液体と
を熱交換するのに使用される。

冷媒用に現在最も多用されている熱交換器は、太管内に
細管を通した２重管構造とし、細管内に冷媒を、細管と
大管との間に水等の流体を流す構造としている。この熱
交換器は、全体の構造が簡単であるが、実質熱交換面積
を広くする為には全長を長くする必要があり、全体をコ
ンパクトにすることが難しい。並列に連結された複数の
細管を太管内に内蔵して、熱交換面積を増加させたもの
も使用されている。しかしながら、この構造の熱交換器
は、細管に沿って水等が流動するので、流体の過流によ
る実質熱交換面積の増大効果が期待できず、全体の大き
さに比べて熱交換能力が大きくできない。ところで、太
管内に内蔵される細管をスパイラル状に巻き、細管と交
差して水等が流動する熱交換器も実用化されている。こ
の熱交換器は、細管の外部に広い空隙を設けると、水等
が細管と交差して流動する。ところが、広い空隙をゆっ
くりと水を流動させると熱交換能力が低下する。熱交換
能力を向上する為に、多数の細管を太管内にギッシリと
詰め込み、細管外の流体通路を狭くすると、細管に沿っ
て流体が流れるようになり、水の乱流による熱交換能力
の向上効果を失う。

本発明は、独特の構成によって、前述の矛盾する欠点、
即ち、細管をギッシリと詰め込んで、しかも乱流を発生
できるという、互いに相反する両特性を同時に満足する
ことによって、全体がコンパクトで熱交換能力の高い熱
交換器を提供することを目的とする。

［従来の問題点を解決する為の手段］熱交換器は、冷媒容器の冷媒室内に、複数本の並列連結
の流体細管が配設されている。冷媒室内で冷媒が凝縮又
は蒸発し、冷媒と流体細管内の流体とが熱交換される。

複数本の流体細管は、互いに平行に並べられてスパイラ
ル状に巻かれており、更に、巻き途中でＵ曲されて巻き
方向が逆転している。

［作用、効果］密閉構造の冷媒室内にスパイラル状に巻かれて配設され
た流体細管は、途中でＵ曲されて巻き方向が逆転してい
る。従って、熱交換面積を増加する為に、多数の流体細
管をギッシリと密に巻いてこれを冷媒室に配設すると、
流体細管に沿って水等の流体が流れるが、Ｕ曲部分で流
動方向が急変し、この部分で乱流が発生して流体の実質
的な熱交換面積が増加できる。更に、好都合なことに、
スパイラル状に巻かれた部分に比べると、Ｕ曲部分は流
体細管の密度が低くなり空隙が多くなる。

この為、流体細管が密に凝縮されている流体細管外の狭
い隙間を高速に流動してきた流体は、Ｕ曲部分の広い空
隙に流入して流動方向と流速とが急激に変化し、これに
よって充分に攪拌されて温度むらが均一化され、その後
再び狭い流体細管に高速流入する。即ち、流体全体が均
一に、しかも熱交換し易い状態で流体細管の表面に接し
、実質熱交換面積が増大して熱交換の能力が向上する。

更に好都合なことに、この乱流状態が流体細管を密に詰
め込んで実現できる為、全体をコンパクトにして、熱交
換能力を大きくできるというこの種の装置にとって極め
て大切な特長が実現される。

更にまた、流体細管は、途中が折曲されてスパイラル巻
きの方向が逆転しているので、折曲部分を引っかけて、
第６図に示すように流体細管をスパイラル巻きできる。

この為、流体細管は、両端を固定した後、巻くことが出
来、巻いた後、端を固定する従来方法に比べて、簡単に
製造出来る特長も実現できる。

［好ましい実施例コ以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明の冷媒用の熱交換器は、冷媒と、水等の流体との
間に熱交換する為に使用される。水等の流体を冷却する
場合、エバポレーターとして使用され、加温に使用する
場合、コンデンサーとじて使用される。エバポレーター
使用時は、従来のものと同様に、冷媒室内で冷媒を気化
膨張させ、コンデンサー使用時には、冷媒を液化凝縮す
る。

ただ、本発明の熱交換器は、冷媒を使用しないものであ
って、液体−液体、あるいは液体−気体、あるいは又気
体−気体の熱交換器にも使用できる。

但し本発明は、冷媒を使用しない熱交換器を含むもので
ない。

第１図と第２図に示す熱交換器は、密閉構造で、入口１
と出口２が開口された冷媒室３を有する冷媒容器４と、
この冷媒容器４内に配設された複数本の流体細管５とか
らなる。

冷媒容器４は円筒状で、この内部には、第２図に示すよ
うに、円筒状の内筒６が同軸に固定されて、内筒６と冷
媒容器４との間に冷媒室が形成されている。

冷媒容器の両端は蓋材７で気密あるいは水密に閉塞され
ている。蓋材７よりも内側で、内筒６と冷媒容器４との
間に、環状の隔壁８が気密に固定されている。

隔壁８と蓋材７との間に位置して、冷媒容器４の両端部
に流体溜室９とｌＯが設けられ、流体溜室９と１０に流
入口１１と、排出口１２とが開口されている。

上下の流体溜室９．１０に連通して、内筒６に凍結防止
孔１３が貫通穿設されおり、この凍結防止孔１３を介し
て、内筒６の内部が上下の流体溜室９．１０に連結され
、内筒６が流体細管５に並列に接続されている。

この構造の熱交換器は、エバポレーターとして使用され
るときに、流体溜室９．１０に流入される水等の流体の
一部を内筒６内に分流して、内筒６内流体の凍結を防止
できる。凍結防止孔１３は、大きすぎると内筒６内に分
流される流体量が多くなって熱交換量が減少し、反対に
小さすぎると、内筒６内で流体が凍結しやすい。従って
、この大きさは、流体の種類、流量、熱交換面積、流体
細管の太さと並列接続本数等を考慮して、内筒６内が凍
結せず、しかも、全体の熱効率が高い状態に決定される
。

冷媒容器４と内筒６と隔壁８とで囲まれて、気密の冷媒
室３が設けられている。冷媒室３は上端と下端とに冷媒
の入口１と出口２とが開口されている。

冷媒容器４の外周は冷媒の外部への熱伝導を防止する目
的で断熱材１６で被覆されている。

冷媒室３内には、スパイラル状に巻かれた流体細管５が
配設されている。流体細管δは上端と下端とが隔壁８を
貫通して上下の流体溜室９．１゜に気密に連結されてい
る。更に、流体細管５は熱交換面積を大きくして、流体
の圧力損失を少なくする為に、ステンレス等の細い金属
パイプが多数並列に連結されている。

流体細管５の直径と本数と１本の長さとは、例えば１時
間当りの熱交換量が５０００キロカロリーの熱交換器の
場合、内径が２〜１０ｍｍ、好ましくは３〜８ｍｍ、本
数が５０〜３００本、長さが１〜５ｍ程度に決定される
。

多数の流体細管５は第１図に示すように、中間を境に、
上半分と下半分とで互いに巻き方向が反対のスパイラル
状に巻かれている。第１図の熱交換器は下から上に向か
って、下半分は右巻きに、上半分は左巻きに巻かれ、中
央で流体細管５がＵ曲されている。

第２図に示す熱交換器は、内筒６の表面に流体細管５が
４重に巻き付けられている。この多重巻き熱交換器は、
第３図〜第５図の製造工程図に示すように、内側と外側
とに隣接して巻かれる流体細管５０巻き方向を互いに反
対として、内外隣接流体細管が交差して点接触状態で支
持するのが良い。点接触支持される流体細管の外側には
、複雑なジグザグ状の冷媒通路が形成され、冷媒乱流に
よる実質熱交換面積を増加出来る。

流体細管は、第６図に示すように、中間を折曲して全体
形状をＶ字状に成形した後、上下両端を隔壁８に固定し
、内筒６を回転してその外周に巻き付ける。流体細管５
は１本ずつ巻き付けることも、又は、複数本を一緒に巻
き付けることも可能である。内筒６の表面に殆ど隙間な
く同一平面に並べて流体細管５を巻き付けた後、第３図
〜第５図に示すように、その上に重ねて、反対方向に巻
いて、多重に流体細管５を巻き付ける。

表面に流体細管５が巻き付けられた内筒６を冷媒容器４
内に挿入し、隔壁８を溶接等の方法で冷媒容器の内面に
気密に固定し、その後、内筒６と冷媒容器４の両端を蓋
材７で閉塞して流体溜室９．１０を密閉する。

［使用状態の具体例］第７図に示すように、この発明の熱交換器は、ヒートポ
ンプ装置のコンデンサー１４とエバポレーター１５とし
て垂直に立てて使用できる。

コンデンサー１４は、冷媒を冷媒室３の上から下に流下
させて凝縮発熱させ、流体細管５内を下から上に流動す
る水を加温する。

エバポレーター１５は、冷媒を下から上に流動させて蒸
発吸熱させ、流体細管５内を上から下に流動する水を冷
却する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す熱交換器
の断面図、第３図〜第５図は製造工程の一例を示す側面
図、第６図は内筒に流体細管を巻き付ける状態を示す側
面図、第７図は使用状態の一例を示す概略断面図である
。１・・入口、　　　　　　２・・出口、３・・冷媒室、
　　　　４・・冷媒容器、５・・流体細管、　　　６・
・内筒、７・・蓋材、　　　　　８・・隔壁、９・・流体溜室、　　　１０・・流体溜室、１１φ畳流
入口、　　　　１２・争排出口、１３・・凍結防止孔、
　　１４・・コンデンサー、１５・・エバポレーター、１６・・断熱材。一！ｌ−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）冷媒容器の冷媒室内に、複数本の並列連結の流体
細管が配設され、冷媒室内で凝縮又は蒸発する冷媒と流
体細管内の流体とが熱交換されるように構成された冷媒
用の熱交換器に於て、冷媒室内に配設された複数本の流
体細管は、互いに平行に並べられてスパイラル状に巻か
れており、更に、巻き途中でＵ曲されて巻き方向が逆転
していることを特徴とする冷媒用の熱交換器。
（２）冷媒容器が円筒状である特許請求の範囲第１項記
載の冷媒用の熱交換器。
（３）冷媒容器が円筒状で、冷媒容器内の両端に流体溜
室が設けられ、この流体溜室に流体細管の端が連通され
ている特許請求の範囲第１項記載の冷媒用の熱交換器。
（４）冷媒容器が、同軸に配設された内筒を有し、内筒
の間に気密に密閉された冷媒室が設けられ、内筒の内側
が流体溜室に連通されている特許請求の範囲第３項記載
の冷媒用の熱交換器。
（５）流体細管が内筒表面に巻き付けられて外筒内に配
設されている特許請求の範囲第４項記載の冷媒用の熱交
換器。
（６）内筒の表面に多重に重ねて流体細管が巻き付けら
れており、外側と内側とに隣接する流体細管は互いに逆
方向に巻かれている特許請求の範囲第５項記載の冷媒用
の熱交換器。
（７）流体細管が金属パイプである特許請求の範囲第１
項記載の冷媒用の熱交換器。