JP2602969B2 - 向流形熱交換器 - Google Patents
向流形熱交換器Info
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- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0012—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form
- F28D9/0018—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form without any annular circulation of the heat exchange media
-
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-
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- Y10S165/356—Plural plates forming a stack providing flow passages therein
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- Y10S165/358—Radially arranged plates
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、向流形熱交換器に関する。
熱交換器、特に向流形熱交換器では、熱交換器の表面
付近でのみ熱交換が生じるという問題がある。このた
め、熱交換は比較的小さい領域内、すなわち、一定厚さ
の境界層内でのみ生じる。かくして冷却または加熱され
た媒質は、冷却または加熱されなかった媒質と混合す
る。この混合工程は不可逆であるため、全体的に効率の
重大な損失が生じる。通常、熱交換器の表面間の距離が
比較的長いため、熱交換器はかなり大きい寸法となり、
熱交換器を高圧で用いると、次には安定性の問題が生じ
る。
付近でのみ熱交換が生じるという問題がある。このた
め、熱交換は比較的小さい領域内、すなわち、一定厚さ
の境界層内でのみ生じる。かくして冷却または加熱され
た媒質は、冷却または加熱されなかった媒質と混合す
る。この混合工程は不可逆であるため、全体的に効率の
重大な損失が生じる。通常、熱交換器の表面間の距離が
比較的長いため、熱交換器はかなり大きい寸法となり、
熱交換器を高圧で用いると、次には安定性の問題が生じ
る。
本発明の目的は高圧、高温でも使用できる高効率を有
する向流形熱交換器を製造することである。
する向流形熱交換器を製造することである。
本発明は、その中を流動する媒質用の通路が、それを
通して大部分の熱交換が生じる交換面に対して垂直方向
に、流動する媒質の境界層厚さの約２倍以下の広さ（ex
tension）を有し、該通路が薄いシートメタル・エレメ
ントにより規定されることを特徴とする。
通して大部分の熱交換が生じる交換面に対して垂直方向
に、流動する媒質の境界層厚さの約２倍以下の広さ（ex
tension）を有し、該通路が薄いシートメタル・エレメ
ントにより規定されることを特徴とする。
したがって、該媒質は比較的狭い通路を通過する。流
動する媒質の各部分は、いつも熱交換面に十分に近く、
その結果、該媒質の全部分が非常に十分に、かつ、直ち
に冷却または加熱される。該通路は薄いシートメタル・
エレメントにより規定されるため、用いる壁材の一定の
熱伝導率による効率損失が最小限となる。通路、シート
メタル・エレメントともに薄いため、熱交換器は非常に
コンパクトであり、その結果、全体に小さい寸法である
ため、容易に製造でき、高圧にも耐えることができる。
動する媒質の各部分は、いつも熱交換面に十分に近く、
その結果、該媒質の全部分が非常に十分に、かつ、直ち
に冷却または加熱される。該通路は薄いシートメタル・
エレメントにより規定されるため、用いる壁材の一定の
熱伝導率による効率損失が最小限となる。通路、シート
メタル・エレメントともに薄いため、熱交換器は非常に
コンパクトであり、その結果、全体に小さい寸法である
ため、容易に製造でき、高圧にも耐えることができる。
有利には、交換面間の通路は実質的に層状に設計さ
れ、供給方向に狭まる供給通路および排出方向に拡がる
排出通路が、各々該面の片端に設けられる。それによ
り、特に省スペースモードの構造が得られる。通路は供
給方向に狭まり、排出方向に拡がることができるため、
通路に沿って流動する間、一部は供給通路を出て熱交換
器通路に入り、または排出通路では、熱交換器通路から
排出通路に入る。
れ、供給方向に狭まる供給通路および排出方向に拡がる
排出通路が、各々該面の片端に設けられる。それによ
り、特に省スペースモードの構造が得られる。通路は供
給方向に狭まり、排出方向に拡がることができるため、
通路に沿って流動する間、一部は供給通路を出て熱交換
器通路に入り、または排出通路では、熱交換器通路から
排出通路に入る。
シートメタル・エレメントを積層配置し、熱交換面を
積層方向に対して斜めに配置し、供給および排出通路を
積層方向で互いに交互に配置すると、狭まるまたは拡が
る供給および排出通路を有する特に省スペースの装置が
得られる。
積層方向に対して斜めに配置し、供給および排出通路を
積層方向で互いに交互に配置すると、狭まるまたは拡が
る供給および排出通路を有する特に省スペースの装置が
得られる。
この装置では、すべての個所で同一の流れ抵抗を得る
ため、供給および排出通路は、有利には、その片側で、
交換面間の通路の流動断面に等しい最大断面を有し、対
向側上の通路はゼロ断面まで狭まる。
ため、供給および排出通路は、有利には、その片側で、
交換面間の通路の流動断面に等しい最大断面を有し、対
向側上の通路はゼロ断面まで狭まる。
熱交換器が異なった配向で交互に組み立てられた同一
のシートメタル・エレメントから構成されると、製造は
特に合理化される。したがって、必要なある種のシート
メタル・エレメント用のプレスが製造される必要があ
り、ついで、該シートメタル・エレメントは各々交互の
配向で組み立てられた熱交換器が得られる。
のシートメタル・エレメントから構成されると、製造は
特に合理化される。したがって、必要なある種のシート
メタル・エレメント用のプレスが製造される必要があ
り、ついで、該シートメタル・エレメントは各々交互の
配向で組み立てられた熱交換器が得られる。
有利な具体例では、交換面間の通路は供給または排出
方向で見られるようなＶ形状の断面を有する。この場
合、片方の供給通路および対応する排出通路は、熱交換
器の対向側で互いに向かい合う。
方向で見られるようなＶ形状の断面を有する。この場
合、片方の供給通路および対応する排出通路は、熱交換
器の対向側で互いに向かい合う。
交換面が波形であると、熱交換器表面は増大する。波形
面が接触したままであると、シートメタル・エレメント
は互いに支持し合い、それにより、全体寸法を減少し、
より薄いシートメタル・エレメントを選択できる。
面が接触したままであると、シートメタル・エレメント
は互いに支持し合い、それにより、全体寸法を減少し、
より薄いシートメタル・エレメントを選択できる。
シートメタル・エレメントの積層が直線ではなく円形
であると、円形熱交換器が得られ、媒質の供給および排
出はラジカルコンプレッサーにより特に簡単な方法で実
施できる。
であると、円形熱交換器が得られ、媒質の供給および排
出はラジカルコンプレッサーにより特に簡単な方法で実
施できる。
シートメタル・エレメントは、互いに溶接、ハンダ付
け、ロウ付けできる。
け、ロウ付けできる。
熱交換器は有利には耐圧性および耐熱性の断熱層によ
り被覆される。その内部空間が流動媒質の圧力を示す気
密性および耐圧性のハウジング内に断熱層を配置する
と、非常に高圧の媒質にも熱交換器を使用できる。それ
は、高圧下である少量の媒質が熱交換器から圧力容器に
通過できる小孔等によって保証され、その結果、ここで
圧力補正が生じる。薄いシートメタル・エレメントは、
もはや高い操作圧力に耐える必要はないが、耐圧性容器
のみが耐えねばならない。
り被覆される。その内部空間が流動媒質の圧力を示す気
密性および耐圧性のハウジング内に断熱層を配置する
と、非常に高圧の媒質にも熱交換器を使用できる。それ
は、高圧下である少量の媒質が熱交換器から圧力容器に
通過できる小孔等によって保証され、その結果、ここで
圧力補正が生じる。薄いシートメタル・エレメントは、
もはや高い操作圧力に耐える必要はないが、耐圧性容器
のみが耐えねばならない。
以下、添付図面を参照して有利な具体例により本発明
を説明する。
を説明する。
第１図は、通常の熱交換器の操作原理を示す断面図で
ある。
ある。
第２図は、本発明の熱交換器の操作原理を示す断面図
である。
である。
第３図は、熱交換器表面の特殊なタイプの具体例を示
す図である。
す図である。
第４図は、本発明の熱交換器の具体例を示す第５図の
Ｅ−Ｅ線に沿った断面図である。
Ｅ−Ｅ線に沿った断面図である。
第５図は、第４図の熱交換器のＡ−Ａ線に沿った断面
図である。
図である。
第６図は、第４図および第５図の熱交換器の平面図で
ある。
ある。
第７図は、すぐ操作できる熱交換器を示す第８図のＢ
−Ｂ線に沿った断面図である。
−Ｂ線に沿った断面図である。
第８図は、第７図の熱交換器のＣ−Ｃ線に沿った断面
図である。
図である。
第９図は、熱交換器の他の具体例を示す第10図のＦ−
Ｆ線に沿った断面図である。
Ｆ線に沿った断面図である。
第10図は、第９図の熱交換器のＤ−Ｄ線に沿った断面
図である。
図である。
第11図は、熱交換器のさらに他の具体例を示す第12図
のＧ−Ｇ線に沿った半径方向断面図である。
のＧ−Ｇ線に沿った半径方向断面図である。
第12図は、第11図の熱交換器の半径方向断面図であ
る。
る。
第１図は、その壁１間で２つの媒質２、３が矢印４、
５の方向の向流で移動する通常の熱交換器を示す。この
媒質２は原温度T2を有し、媒質３は原温度T3を有する。
半径方向の温度経過を図面中の曲線６で示す。これから
明らかなように、通路の幅の大部分で、温度は元の値を
維持している。温度変化は幅ｓの比較的小さい境界層内
で生じている。次に、冷却または加熱された境界領域
は、流動の中央領域の流動と混合されるため、該領域は
偶発的にのみ熱交換に寄与し、その結果、効率が低下す
る。
５の方向の向流で移動する通常の熱交換器を示す。この
媒質２は原温度T2を有し、媒質３は原温度T3を有する。
半径方向の温度経過を図面中の曲線６で示す。これから
明らかなように、通路の幅の大部分で、温度は元の値を
維持している。温度変化は幅ｓの比較的小さい境界層内
で生じている。次に、冷却または加熱された境界領域
は、流動の中央領域の流動と混合されるため、該領域は
偶発的にのみ熱交換に寄与し、その結果、効率が低下す
る。
第２図の本発明の具体例では、かかる問題はもはや生
じない。流路の幅が実質的に境界層の幅ｓよりも大きく
ないため、流動する媒質の全部分が直ちに熱交換に寄与
する。
じない。流路の幅が実質的に境界層の幅ｓよりも大きく
ないため、流動する媒質の全部分が直ちに熱交換に寄与
する。
第３図は平面図における流路を示し、平行ではなく波
形の壁１が用いられ、それにより、熱交換面が増大され
る。該波形の壁は、例えばライン７で接触するため、薄
いシートメタル・エレメントを用いる所でさえも装置は
非常に安定である。それにより、流路８は横方向で規定
され、このようにして大きい流路は小さい流路に分割さ
れる。
形の壁１が用いられ、それにより、熱交換面が増大され
る。該波形の壁は、例えばライン７で接触するため、薄
いシートメタル・エレメントを用いる所でさえも装置は
非常に安定である。それにより、流路８は横方向で規定
され、このようにして大きい流路は小さい流路に分割さ
れる。
第４図〜第６図の具体例では、熱交換器は実質的にＶ
形状のシートメタル・エレメント１の積層（stack）か
ら構成される。この装置では、該Ｖ形状のリム（limb
s）が互いに比較的接近しており、その結果、ここでは
流路８の幅が小さい。該Ｖ形状のリムの端部には、供給
通路９および排出通路10を規定する角ばった（angled−
off）シートメタル・エレメント領域がある。この装置
では、１つの供給通路９と１つの排出通路10が熱交換器
の中央の断面Ｅ−Ｅでいつも互いに交互になっている。
しかしながら、これらの通路は側面に向かってゼロ厚さ
まで狭まるため、第５図では、供給通路９のみが右方か
ら開いており、一方、排出通路10のみが左方に向かって
開いている。
形状のシートメタル・エレメント１の積層（stack）か
ら構成される。この装置では、該Ｖ形状のリム（limb
s）が互いに比較的接近しており、その結果、ここでは
流路８の幅が小さい。該Ｖ形状のリムの端部には、供給
通路９および排出通路10を規定する角ばった（angled−
off）シートメタル・エレメント領域がある。この装置
では、１つの供給通路９と１つの排出通路10が熱交換器
の中央の断面Ｅ−Ｅでいつも互いに交互になっている。
しかしながら、これらの通路は側面に向かってゼロ厚さ
まで狭まるため、第５図では、供給通路９のみが右方か
ら開いており、一方、排出通路10のみが左方に向かって
開いている。
このため、片方の媒質は片方のＶ形状のリムの片端の
端部での端面に導入され、他方のＶ形状のリムの端部の
同じ端面で再び除去される。同様のことが他方の媒質に
も適用される。ここで、流路は第６図中で平面図として
記載されている。
端部での端面に導入され、他方のＶ形状のリムの端部の
同じ端面で再び除去される。同様のことが他方の媒質に
も適用される。ここで、流路は第６図中で平面図として
記載されている。
第７図および第８図は第４図〜第６図の熱交換器を示
し、該熱交換器においては、個々の通路９、10にはさら
に連結エレメント11が設けられている。熱交換器12自体
は耐熱性および耐圧性の断熱材13により包囲されてお
り、該断熱材は耐圧性ハウジング14により包囲されてい
る。この装置では、圧力ハウジング14の内部空間が圧力
補正孔により流動媒質に連結されるため、両方の媒質が
非常に高いが略等しい圧力を有する場合でも、熱交換器
12の比較的薄いシートメタル・エレメント１上で非常に
わずかな圧力しか受けない。
し、該熱交換器においては、個々の通路９、10にはさら
に連結エレメント11が設けられている。熱交換器12自体
は耐熱性および耐圧性の断熱材13により包囲されてお
り、該断熱材は耐圧性ハウジング14により包囲されてい
る。この装置では、圧力ハウジング14の内部空間が圧力
補正孔により流動媒質に連結されるため、両方の媒質が
非常に高いが略等しい圧力を有する場合でも、熱交換器
12の比較的薄いシートメタル・エレメント１上で非常に
わずかな圧力しか受けない。
第９図および第10図の具体例では、実際の熱交換器表
面は角ばっておらず直線である。しかしながら、これは
別として、条件は実質的に第４図〜第８図の具体例と同
じであるため、詳細な説明は削除できる。ここでまた、
供給通路９と排出通路10が断面積Ｆで互いに交互であな
り、端部に向かって狭まるため、媒質は４つの端部の１
つで、各々流入または流出する。
面は角ばっておらず直線である。しかしながら、これは
別として、条件は実質的に第４図〜第８図の具体例と同
じであるため、詳細な説明は削除できる。ここでまた、
供給通路９と排出通路10が断面積Ｆで互いに交互であな
り、端部に向かって狭まるため、媒質は４つの端部の１
つで、各々流入または流出する。
第11図および第12図の熱交換器の場合、実質的に第９
図および第10図の具体例のシートメタル・エレメントが
用いられるが、それらは、もはや互いに直線的に積層さ
れず、円形である。それにより、第12図に示す流動状態
が形成される。片方の媒質は供給通路９の内環で左方か
ら供給され、排出通路10′の外環の同じ側面で再び除去
される。他方の媒質は供給通路９′を通して外側の右方
から導入され、通路10から内側で半径方向に除去され
る。この具体例では、媒質を運ぶために、ラジアルコプ
レサーが非常に有利に使用できる。第11図および第12図
の具体例の場合も、耐圧性断熱材13および耐熱性ハウジ
ング14が設けられる。
図および第10図の具体例のシートメタル・エレメントが
用いられるが、それらは、もはや互いに直線的に積層さ
れず、円形である。それにより、第12図に示す流動状態
が形成される。片方の媒質は供給通路９の内環で左方か
ら供給され、排出通路10′の外環の同じ側面で再び除去
される。他方の媒質は供給通路９′を通して外側の右方
から導入され、通路10から内側で半径方向に除去され
る。この具体例では、媒質を運ぶために、ラジアルコプ
レサーが非常に有利に使用できる。第11図および第12図
の具体例の場合も、耐圧性断熱材13および耐熱性ハウジ
ング14が設けられる。
媒質が出入りする端面では、１つの通路がゼロ幅にま
で狭まり、対応するシートメタル・エレメントが互いに
重なり合うため、熱交換器のシートメタル・エレメント
１は互いに有利に溶接またはハンダ付けされる。このよ
うにして、非常に安定な基本構造が得られるが、残りの
端面は互いにハンダ付けされるか他の方法で接着され、
波形の場合でも同様に容易に実施できる。
で狭まり、対応するシートメタル・エレメントが互いに
重なり合うため、熱交換器のシートメタル・エレメント
１は互いに有利に溶接またはハンダ付けされる。このよ
うにして、非常に安定な基本構造が得られるが、残りの
端面は互いにハンダ付けされるか他の方法で接着され、
波形の場合でも同様に容易に実施できる。
Claims (10)
- 【請求項１】シートメタル・エレメント（１）からなる
熱交換面であって、供給方向に狭まる供給通路（９、
９′）と排出方向に拡がる排出通路（10、10′）との間
に配置される熱交換面を有する向流熱交換器であって、
シートメタル・エレメント（１）を積層配置し、交換面
を積層方向に対して斜めに配置し、交互に、片側で排出
通路（10、10′）および供給通路（９、９′）を形成
し、対向側で各々対応する供給通路（９、９′）および
排出通路（10、10′）を形成する各々２つの隣接するシ
ートメタル・エレメント（１）が、積層の片側で、通路
を封じ込めることを特徴とする向流熱交換器。 - 【請求項２】供給および排出通路（９、９′、10、1
0′）が、片側で、交換面間の通路（８）の流れ断面と
等しい最大断面を有し、対向側でゼロ断面まで狭まる請
求項１記載の熱交換器。 - 【請求項３】同一であるが、異なった配向で交互に組み
立てられたシートメタル・エレメント（１）からなる請
求項２記載の熱交換器。 - 【請求項４】交換面間の通路が、供給および排出方向で
見られるようなＶ形状の断面を有する請求項１〜３いず
れか１項記載の熱交換器。 - 【請求項５】交換面が波形である請求項１〜４いずれか
１項記載の熱交換器。 - 【請求項６】積層が円形である請求項１〜５いずれか１
項記載の熱交換器。 - 【請求項７】シートメタル・エレメント（１）を互いに
溶接する請求項１〜６いずれか１項記載の熱交換器。 - 【請求項８】シートメタル・エレメント（１）を互いに
ハンダ付けする請求項１〜６いずれか１項記載の熱交換
器。 - 【請求項９】耐圧性および耐熱性の断熱層（13）により
囲まれる請求項１〜８いずれか１項記載の熱交換器。 - 【請求項１０】内部空間が流動媒質の圧力を示す気密性
および耐圧性のハウジング（14）内に配置される請求項
１〜９いずれか１項記載の熱交換器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873741869 DE3741869A1 (de) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | Gegenstrom-waermetauscher |
| DE3741869.6 | 1987-12-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03501645A JPH03501645A (ja) | 1991-04-11 |
| JP2602969B2 true JP2602969B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=6342292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1500719A Expired - Lifetime JP2602969B2 (ja) | 1987-12-10 | 1988-12-01 | 向流形熱交換器 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5121792A (ja) |
| EP (1) | EP0386131B1 (ja) |
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