JP2014098507A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換装置に関する。 The present invention relates to a heat exchange device.
たとえば、原子力発電所や産業用および民生用機器の多くは、通常使用時に発熱する機器を有しているが、これらの冷却、または、機器の省エネ化や小型化・軽量化等のため、外部動力を使用しない熱交換器がさらに望まれている。 For example, many nuclear power plants and industrial and consumer devices have devices that generate heat during normal use. However, these devices are externally used to cool them or to save energy, reduce size, and reduce weight. There is a further desire for a heat exchanger that does not use power.
原子力発電分野では、原子炉設備の信頼性や安全性を一層高めるため、仮に津波により３つの機能を全て喪失したとしても、炉心損傷や使用済み燃料の損傷を防止し、放射性物質の放出を抑制しつつ冷却機能を回復可能な熱輸送と熱交換の機能を備えた装置が求められている。なお、３つの機能とは、全交流電源供給機能、海水冷却機能、使用済み燃料貯蔵プールの冷却機能である。 In the nuclear power generation field, in order to further improve the reliability and safety of nuclear reactor facilities, even if all three functions are lost due to a tsunami, the core damage and spent fuel damage are prevented and the release of radioactive materials is suppressed. However, there is a need for an apparatus having heat transport and heat exchange functions that can recover the cooling function. The three functions are a full AC power supply function, a seawater cooling function, and a spent fuel storage pool cooling function.
使用済み燃料貯蔵プールの冷却については、既設の冷却系の喪失を想定し、外部動力が利用できない状況においても燃料貯蔵プール水を冷却できる装置として、外部動力を用いなくても熱輸送の機能を備えた、ヒートパイプの利用が提案されている。 As for the cooling of the spent fuel storage pool, assuming the loss of the existing cooling system, as a device that can cool the fuel storage pool water even when external power is not available, the function of heat transport can be achieved without using external power. Proposed use of heat pipes.
一方、民生用機器に適用される、外部動力を用いない熱交換器としては、たとえば空調を必要とする空間の下方に発熱体を配置し、発熱体で加熱された空気が自然対流を生じて、空間に温風を供給する方式の暖房がある。 On the other hand, as a heat exchanger that does not use external power applied to consumer equipment, for example, a heating element is arranged below a space that requires air conditioning, and the air heated by the heating element generates natural convection. There is a heating system that supplies hot air to the space.
除熱量が大きいが、発熱機器と大気温度との差が小さい、たとえば使用済み燃料貯蔵プールのような場合には、熱交換器の伝熱面積を大きくする必要がある。 In the case where the amount of heat removal is large but the difference between the heat generating device and the atmospheric temperature is small, such as a spent fuel storage pool, it is necessary to increase the heat transfer area of the heat exchanger.
外部動力を不要とするためにヒートパイプを用いる場合、凝縮部は、空気で冷却する場合に、空気の自然対流によることとなるが、自然対流熱伝達では熱伝達率は低く、さらに伝熱面積を増加させる必要があり、膨大なスペースを要する可能性がある。 When a heat pipe is used to eliminate the need for external power, the condensing part is due to natural convection of air when it is cooled with air, but in natural convection heat transfer, the heat transfer coefficient is low, and the heat transfer area It may be necessary to increase the amount of space.
そこで、本発明の実施形態は、自然対流による熱交換器であって、過剰にスペースを要しない熱交換装置を提供することを目的とする。 Then, embodiment of this invention is a heat exchanger by a natural convection, Comprising: It aims at providing the heat exchange apparatus which does not require an excessive space.
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、冷却対象機器から発生した熱を外気に放出するヒートパイプを備える熱交換装置であって、前記ヒートパイプは、前記冷却対象機器近傍に設けられて液体状で流入した作動流体が蒸発する蒸発部と、前記外気と熱交換して気体状で流入した前記作動流体が凝縮する凝縮部と、前記蒸発部から前記凝縮部に気体状の前記作動流体を移送する第１の断熱配管と、前記凝縮部から前記蒸発部に液体状の前記作動流体を移送する第２の断熱配管と、を有し、前記凝縮部は、千鳥状に配置されて上下方向に複数の列を形成し互いに平行に水平方向に延びた複数の伝熱管と、前記伝熱管の外側に配されて軸に垂直な方向に広がった板状の複数のフィンと、を具備することを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, an embodiment of the present invention is a heat exchange device including a heat pipe that releases heat generated from a cooling target device to the outside air, and the heat pipe is provided in the vicinity of the cooling target device. The evaporation part where the working fluid flowing in in a liquid state evaporates, the condensing part where the working fluid flowing in the gas state after heat exchange with the outside air is condensed, and the gaseous state from the evaporation part to the condensing part A first heat insulating pipe for transferring the working fluid; and a second heat insulating pipe for transferring the liquid working fluid from the condensing part to the evaporation part. The condensing parts are arranged in a staggered manner. A plurality of heat transfer tubes that form a plurality of rows in the vertical direction and extend horizontally in parallel to each other, and a plurality of plate-like fins that are arranged outside the heat transfer tubes and extend in a direction perpendicular to the axis. It is characterized by comprising.
本発明の実施形態によれば、自然対流による熱交換器であって、過剰にスペースを要しない熱交換装置を提供することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a heat exchanger that uses natural convection and does not require excessive space.
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る熱交換装置について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, a heat exchange device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置の構成を示す立断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an elevational sectional view showing a configuration of a heat exchange device according to a first embodiment of the present invention.
熱交換装置３は、ヒートパイプ１０および冷却塔５を有する。ヒートパイプ１０は、蒸発部１１、凝縮部１２、蒸発部１１から凝縮部１２へ作動流体を移送する第１の断熱配管１７および凝縮部１２から蒸発部１１へ作動流体を移送する第２の断熱配管１８を有する。
The
蒸発部１１は、内包する作動流体が蒸発することにより、冷却対象である機器１から発生した熱を吸収する。凝縮部１２は、気体状で流入した作動流体が凝縮することにより、外気に熱を放出する。
The evaporating unit 11 absorbs heat generated from the
凝縮部１２は、フィン付伝熱管２０、上流側ヘッダ１５および下流側ヘッダ１６を有する。上流側ヘッダ１５は、第１の断熱配管１７に接続されている。また、下流側ヘッダ１６は、第２の断熱配管１８に接続されている。フィン付伝熱管２０は、上流側ヘッダ１５と下流側ヘッダ１６間を接続するように配されている。
The condensing unit 12 includes a finned
冷却塔５は、内部に空気の流路を形成する構築物であり、凝縮部１２を内包している。冷却塔５の下部側面には空気取入口５ａが、また、上部側面には空気排出口５ｂが形成されている。
The
図２は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置のヒートパイプの凝縮部まわりの構成を示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing a configuration around the condensing part of the heat pipe of the heat exchange device according to the first embodiment of the present invention.
第１の断熱配管１７は、冷却塔５の上部において外側から内側に貫通している。第１の断熱配管１７に接続する上流側ヘッダ１５は、上下に配列された６列の上流側ヘッダ横配管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅおよび１５ｆと、これらの一方の端でこれらを上下に接続する上流側ヘッダ縦配管１５ｇとを有する。
The first
上流側ヘッダ横配管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅおよび１５ｆは、上から互いに間隔をあけて、第１の断熱配管１７に近い側が高くなるよう下り勾配をつけて配されている。
The upstream header horizontal pipes 15a, 15b, 15c, 15d, 15e and 15f are arranged with a downward slope so that the side close to the first
第２の断熱配管１８は、冷却塔５の下部において外側から内側に貫通している。第２の断熱配管１８に接続する下流側ヘッダ１６は、上下に配列された６列の下流側ヘッダ横配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅおよび１６ｆと、これらの一方の端でこれらを上下に接続する下流側ヘッダ縦配管１６ｇとを有する。
The second
下流側ヘッダ横配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅおよび１６ｆは、上から互いに間隔をあけて、第２の断熱配管１８に近い側が低くなるよう下り勾配をつけて配されている。
The downstream header horizontal pipes 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f are arranged with a downward slope so that the side close to the second heat-insulating
なお、上流側ヘッダ横配管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆおよび下流側ヘッダ横配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆは、図面では簡略的に水平に図示している。 The upstream header horizontal pipes 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, and 15f and the downstream header horizontal pipes 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f are shown in a simplified horizontal manner in the drawings.
また、このように、上流側ヘッダ１５からフィン付伝熱管２０を経て下流側ヘッダ１６に作動流体が移行するために必要な下り勾配をもって配管が延びているが、このような状態を含めて「水平方向に延びている」と称することとする。
Further, in this way, the pipe extends with a downward gradient necessary for the working fluid to move from the
上流側ヘッダ１５の６列のそれぞれと、下流側ヘッダ１６の６列のそれぞれとは、フィン付伝熱管２０で接続されている。すなわち、それぞれの最上列から、上流側ヘッダ横配管１５ａと下流側ヘッダ横配管１６ａ間、上流側ヘッダ横配管１５ｂと下流側ヘッダ横配管１６ｂ間、上流側ヘッダ横配管１５ｃと下流側ヘッダ横配管１６ｃ間、上流側ヘッダ横配管１５ｄと下流側ヘッダ横配管１６ｄ間、上流側ヘッダ横配管１５ｅと下流側ヘッダ横配管１６ｅ間および上流側ヘッダ横配管１５ｆと下流側ヘッダ横配管１６ｆ間にフィン付伝熱管２０が配されている。
Each of the six rows of the
各列において、フィン付伝熱管２０は、複数が互いに平行に間隔をおいて配されている。互いに水平に配された複数のフィン付伝熱管２０により形成される列は、上下に６列ある。図２では、最上列と最下列のフィン付伝熱管２０のみを図示しており、これ以外のフィン付伝熱管２０の図示は省略している。
In each row, a plurality of finned
なお、図２では、フィン付伝熱管２０の本数が列ごとに４本、上下の列の数が６列の例を示しているが、これに限らない。フィン付伝熱管２０の本数および上下の列の数は、必要とする伝熱面積、配置上の条件などから設定する。
2 shows an example in which the number of finned
また、フィン付伝熱管２０は、直線的に延びているが、必ずしもこれに限定されない。たとえば、複数のフィン付伝熱管２０が並行してらせん状に配されている場合や、折り返しのための多数の曲り部を有して蛇行している場合であってもよい。
Moreover, although the finned
図３は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置のヒートパイプの凝縮部のフィン付伝熱管の横断面図である。また、図４は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置のヒートパイプの凝縮部のフィン付伝熱管の部分縦断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the finned heat transfer tube of the condensing part of the heat pipe of the heat exchange device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view of the finned heat transfer tube of the condensing part of the heat pipe of the heat exchange device according to the first embodiment of the present invention.
フィン付伝熱管２０は、伝熱管１３およびフィン１４を有する。伝熱管１３は、円柱形状で軸方向に延びている。伝熱管１３の外側には、軸方向に互いに間隔をもって、軸方向に垂直に広がった円板状のフィン１４が配されている。
The finned
なお、フィン１４の外側形状は、円形に限定されない。たとえば、四角形や六角形などの多角形でもよい。
The outer shape of the
また、伝熱管１３とフィン１４とは、同一材料から削り出したもの、あるいは鋳造などによる一体成型によるものでもよい。あるいは、多数のフィン１４を伝熱管１３に溶接やロー付により取り付けてもよい。また、１枚の細長い板を伝熱管１３の周囲にらせん状に取り付けたものでもよい。
Further, the
さらには、必要な熱伝導性が確保できれば、フィン１４の中央付近を伝熱管１３が貫通するように形成されたものでもよい。
Furthermore, the
図５は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置のヒートパイプの凝縮部のフィン付伝熱管の配置を示す立断面図である。 FIG. 5 is an elevational sectional view showing the arrangement of the finned heat transfer tubes in the condensing part of the heat pipe of the heat exchange device according to the first embodiment of the present invention.
伝熱管１３は、互いに間隔をもって列を形成しており、このような列が、上下に互いに間隔をあけて複数列配置されている。図５の場合は、上下に４つの列がある場合を示している。
The
また、各列に配された伝熱管１３の、他の列との関係は、全体として千鳥状の配置となっている。
Moreover, the relationship between the
図６は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置のヒートパイプの凝縮部のフィン付伝熱管の配置の詳細を示す立断面図である。 FIG. 6 is an elevational sectional view showing details of the arrangement of the finned heat transfer tubes in the condensing part of the heat pipe of the heat exchange device according to the first embodiment of the present invention.
図６では、上下に３列の例を示している。これらの伝熱管１３を鉛直方向に投影した場合に、互いにそれぞれのフィン１４が重ならないように配されている。
FIG. 6 shows an example of three rows vertically. When these
すなわち、各列においては、伝熱管１３どうしは、互いにそれぞれのフィン１４の先端同士が、それぞれのフィン１４の横幅以上の間隔Ｈを有するように水平方向に配されている。さらに、第２列目の伝熱管１３は、水平方向に、この間隔Ｈの幅内に配されている。
That is, in each row, the
図６では、上から第１列目と第３列目において、それぞれの伝熱管１３がこのような間隔Ｈをもって配されており、第２列目の伝熱管１３が水平方向にこの間隔Ｈの幅内に配されている状態を示している。
In FIG. 6, in the first row and the third row from the top, the respective
また、１列を挟んだ上下の２列における前記伝熱管の中心高さの差Ｖは、フィン１４の外径の４倍以上であり７倍以下となるように、各伝熱管１３は配されている。
Further, each
次に、以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described.
図７は、フィン付伝熱管の後流の温度分布を示す概念図である。フィン付伝熱管２０の周囲に、加熱された空気の上方への自然対流の流れが生じる。この際、自然対流の場の温度は、図７に示すように、伝熱管１３の中心の上方で高く、伝熱管１３の中心上方から水平方向に遠ざかるにつれて温度は低くなると考えられる。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the temperature distribution of the wake of the finned heat transfer tube. Around the finned
フィン付伝熱管２０では、フィン外径ｄｆと伝熱管径ｄｏが代表長さとなる。フィン付伝熱管２０の上方の空気流は、鉛直方向に対してフィン外径ｄｆが及ぶ範囲で影響されると考えられる。これより、鉛直方向距離Ｖをフィン外径ｄｆ基準でとると、伝熱量の最大値がおおよそ一定の鉛直方向距離Ｖで表されると考えられる。
In the finned
図８は、水平方向の間隔の小さい場合の各位置での空気の温度分布を示す概念図である。この図では、上下の列で、フィン外径が重なる場合を示している。 FIG. 8 is a conceptual diagram showing the air temperature distribution at each position when the horizontal interval is small. This figure shows a case where the fin outer diameters overlap in the upper and lower rows.
また、図９は水平方向の間隔を広げた場合の各位置での空気の温度分布示す概念図である。この場合は、上下の列で、フィン外径が重ならない場合を示している。 FIG. 9 is a conceptual diagram showing the temperature distribution of air at each position when the horizontal interval is widened. In this case, the case where the fin outer diameters do not overlap is shown in the upper and lower rows.
図８では、下から１列目のフィン付伝熱管２０の上方の空気の温度分布は、フィン付伝熱管２０の直上では温度分布Ｓ１のように中央が高温の分布である。この高温の流れの幅はフィン１４の外径と同程度と考えらえる。上方に移動すると、中央の温度が低下した温度分布Ｓ２となり、さらに上方に移動すると中央の温度がさらに低下した温度分布Ｓ３となる。
In FIG. 8, the temperature distribution of the air above the finned
この高温の上昇流の幅は、図８中のＡ部で示すように、１列上の列のフィン付伝熱管２０のフィン１４の外径の範囲と重なる部分がある。このために上昇流は一部がこの１列上の列のフィン付伝熱管２０に衝突する。このため、この１列上の列のフィン付伝熱管２０は、高い温度の空気流との熱交換をすることになり伝熱量が低下する。
The width of this high-temperature upward flow has a portion that overlaps the range of the outer diameter of the
一方、図９に示すように、水平方向の距離が確保されている場合は、上昇流が上の列のフィン付伝熱管２０に衝突することがないため、上の列のフィン付伝熱管２０は高い温度の空気との熱交換という状態にはならない。
On the other hand, as shown in FIG. 9, when the horizontal distance is secured, the upward flow does not collide with the finned
図１０は、上下のフィン付伝熱管の列間の鉛直方向の距離が小さい場合の空気の温度分布を示す概念図である。また、図１１は、上下のフィン付伝熱管の列間の鉛直方向の距離を広げた場合の空気の温度分布を示す概念図である。 FIG. 10 is a conceptual diagram showing the temperature distribution of air when the vertical distance between rows of upper and lower finned heat transfer tubes is small. FIG. 11 is a conceptual diagram showing the temperature distribution of air when the vertical distance between rows of upper and lower finned heat transfer tubes is increased.
図１０に示すように、鉛直方向の距離が小さい場合は、１列を挟んだ上方の列のフィン付伝熱管２０に高温の温度分布Ｓ１のまま衝突する。このため、この上方のフィン付伝熱管２０は、高い温度の空気流との熱交換をすることになり伝熱量が低下する。
As shown in FIG. 10, when the distance in the vertical direction is small, it collides with the finned
一方、図１１に示すように、鉛直方向の距離が確保されている場合には、上昇流の温度分布はフィン付伝熱管２０の真上で直近の位置の高温の温度分布Ｓ１から、上方に行くに従って温度分布Ｓ２、温度分布Ｓ３と次第に低い温度分布となり、低い温度分布Ｓ３の状態の上昇流が１列を挟んだ上方の列のフィン付伝熱管２０に衝突する。
On the other hand, as shown in FIG. 11, when the distance in the vertical direction is secured, the temperature distribution of the upward flow is upward from the high-temperature temperature distribution S1 at the nearest position directly above the finned
温度分布Ｓ１の状態に比べて低い温度分布Ｓ３の状態の空気との熱交換となるため、図１０の場合に比べて伝熱量は大きくなる。 Since heat exchange is performed with air having a temperature distribution S3 that is lower than that in the temperature distribution S1, the amount of heat transfer is larger than that in the case of FIG.
ここで、これらの推定を確認するためにフィン付伝熱管２０の配列について試験を行った結果について説明する。
Here, the result of testing the arrangement of the finned
図１２は、試験時のフィン付伝熱管の配置を示す立断面図である。試験で用いたフィン付伝熱管２０は、フィン１４の外径が５８．４ｍｍ、伝熱管１３の外径が２５．４ｍｍであり、フィン１４間の水平間隔ｇは２ｍｍの場合と４ｍｍの場合の２つの条件について行った。
FIG. 12 is an elevational sectional view showing the arrangement of the finned heat transfer tubes during the test. The finned
図１２に示すように、フィン付伝熱管２０を上下に６列重ねた構成とした。フィン付伝熱管２０は、上下に隣接する列のフィン付伝熱管２０どうしの水平方向の中心間距離Ｌがフィン１４の外径ｄｆの１倍ないし１．５倍となるように配されている。
As shown in FIG. 12, it was set as the structure which laminated | stacked the
また、フィン付伝熱管２０は、１列をまたいだ上下の２つの列どうしで、下側の列のフィン付伝熱管２０と、２列上方のフィン付伝熱管２０とのそれぞれの中心間の鉛直方向距離Ｖが、フィン１４の外径ｄｆの３倍ないし６倍となるように配されている。
Further, the finned
ヒートパイプの凝縮部１２を模擬するために、フィン付伝熱管２０にはヒータを設け、試験中はすべての伝熱管１３の表面温度が一定となるようにヒータ出力を調整した。
In order to simulate the condensing part 12 of the heat pipe, the finned
図１３は、試験結果によるフィン付伝熱管列の鉛直方向距離を変えた場合の伝熱量比を示すグラフである。図１３中の実線ａは、フィン１４間の間隔が４ｍｍで、伝熱管１３どうしの水平方向の中心間距離Ｌが１．５ｄｆの場合を示す。また、破線ｂは、フィン１４間の間隔が４ｍｍで、伝熱管１３どうしの水平方向の中心間距離Ｌが１．０ｄｆの場合を示す。
FIG. 13 is a graph showing the heat transfer rate ratio when the vertical distance of the finned heat transfer tube array is changed according to the test results. A solid line a in FIG. 13 indicates a case where the distance between the
横軸は、１列をまたいだ上下の２列内のフィン付伝熱管２０のそれぞれの管中心高さ間の距離Ｖを、フィン１４の外径ｄｆで除した値Ｖ／ｄｆで表示している。縦軸は、伝熱管１３の１本あたりの伝熱量であり、伝熱管１３が単独で置かれた場合の伝熱量で規格化した値である。
The horizontal axis indicates the distance V between the tube center heights of the finned
図１３に示すように、ｄｆを一定とするときＶが増加すると、Ｖ／ｄｆの値が４付近から飽和傾向を示し、４ないし５程度で最大となることが分かる。また、それ以上のＶ／ｄｆの増加に対しては、変化はあまりない。 As shown in FIG. 13, when V increases when df is constant, the value of V / df tends to saturate from around 4 and becomes maximum at about 4 to 5. Moreover, there is not much change for further increase in V / df.
また、もう一つのパラメータである水平方向の中心間距離が、ｄｆの１倍の場合（破線で示す曲線）とｄｆの１．５倍の場合（実線で示す曲線）とでは、上記の傾向においては、あまり相違はない。このことから、中心間距離Ｌがフィン外径ｄｆ以上では、伝熱量比はほとんど変わらないと考えられる。 In addition, when the distance between the centers in the horizontal direction, which is another parameter, is 1 times df (curve indicated by a broken line) and 1.5 times df (curve indicated by a solid line), the above tendency is observed. Is not much different. From this, it is considered that the heat transfer rate ratio hardly changes when the center-to-center distance L is equal to or larger than the fin outer diameter df.
なお、フィン付伝熱管２０の列の水平方向の位置は、１列下と１列上のフィン付伝熱管２０間の空間の中央に配することによって、空気流の抵抗を最小とすることができる。
The horizontal position of the row of finned
また、水平間の距離Ｈを、フィン１４の幅ｄｆまで低減させることにより、フィン付伝熱管２０を密に配置することができ、コンパクト化を図ることができる。
Further, by reducing the horizontal distance H to the width df of the
以上のように、本実施形態によって、外部動力を使わない自然対流による熱交換器であって、過剰にスペースを要しない熱交換装置を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a heat exchanger using natural convection that does not use external power and that does not require excessive space.
［第２の実施形態］
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置のヒートパイプの凝縮部のフィン付伝熱管の配置の詳細を示す立断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 14 is an elevational sectional view showing details of the arrangement of the finned heat transfer tubes in the condensing part of the heat pipe of the heat exchange device according to the second embodiment of the present invention.
フィン１４の外径をｄｆ、伝熱管１３の外径をｄｏとした場合、同一の列における互いに隣接するフィン付伝熱管２０の伝熱管１３どうしの中心間間隔Ｌが、２ｄｆ＋ｄｏ以上となっている。なお、この場合、フィン１４間の間隔Ｈは、ｄｆ＋ｄｏ以上となる。
When the outer diameter of the
また、互いに隣接する列のフィン付伝熱管２０どうしは、鉛直方向に投影した場合に重ならない相互関係の位置に配されている。
Further, the finned
さらに、１列置いた上下の列のフィン付伝熱管２０どうしは、鉛直方向に投影した場合に、互いに伝熱管１３が重ならない相互関係の位置に配されている。
Further, the finned
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置のヒートパイプの凝縮部のフィン付伝熱管の配置による空気の温度分布の影響を説明する概念図である。 FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating the influence of the air temperature distribution due to the arrangement of the finned heat transfer tubes in the condensing part of the heat pipe of the heat exchange device according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態では、互いに隣接する列のフィン付伝熱管２０どうしは、鉛直方向に投影した場合に重ならない相互関係の位置に配されているので、フィン付伝熱管２０の伝熱管１３とその２列上のフィン付伝熱管２０の伝熱管１３とが鉛直方向に重ならないように配置すると、２列上のフィン付伝熱管２０の伝熱管１３に対して高温な自然対流による上昇流が衝突せずに、より大きな伝熱量が見込まれる。
In the present embodiment, the finned
このため、水平方向には配置上の余裕があるが、垂直方向に配置上の余裕がない場合は、垂直方向の高さを低減することができるというメリットがある。 For this reason, there is a merit that there is a margin in arrangement in the horizontal direction but there is no room in arrangement in the vertical direction, so that the height in the vertical direction can be reduced.
以上のように、本実施形態によって、外部動力を使わない自然対流による熱交換器であって、過剰にスペースを要しない熱交換装置を提供することができる。
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a heat exchanger using natural convection that does not use external power and that does not require excessive space.
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. Moreover, you may combine the characteristic of each embodiment.
さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Furthermore, these embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…機器、３…熱交換装置、５…冷却塔、５ａ…空気取入口、５ｂ…空気排出口、１０…ヒートパイプ、１１…蒸発部、１２…凝縮部、１３…伝熱管、１４…フィン、１５…上流側ヘッダ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ…上流側ヘッダ横配管、１５ｇ…上流側ヘッダ縦配管、１６…下流側ヘッダ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ…下流側ヘッダ横配管、１６ｇ…下流側ヘッダ縦配管、１７…第１の断熱配管、１８…第２の断熱配管、２０…フィン付伝熱管
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ヒートパイプは、
前記冷却対象機器近傍に設けられて液体状で流入した作動流体が蒸発する蒸発部と、
前記外気と熱交換して気体状で流入した前記作動流体が凝縮する凝縮部と、
前記蒸発部から前記凝縮部に気体状の前記作動流体を移送する第１の断熱配管と、
前記凝縮部から前記蒸発部に液体状の前記作動流体を移送する第２の断熱配管と、
を有し、
前記凝縮部は、
千鳥状に配置されて上下方向に複数の列を形成し互いに平行に水平方向に延びた複数の伝熱管と、
前記伝熱管の外側に配されて軸に垂直な方向に広がった板状の複数のフィンと、
を具備することを特徴とする熱交換装置。 A heat exchange device including a heat pipe that releases heat generated from a device to be cooled to the outside air,
The heat pipe is
An evaporating part provided near the device to be cooled and evaporating the working fluid flowing in in a liquid state;
A condensing part for condensing the working fluid that has flowed in a gaseous state by exchanging heat with the outside air;
A first heat insulating pipe for transferring the gaseous working fluid from the evaporation section to the condensing section;
A second heat insulating pipe for transferring the liquid working fluid from the condensing unit to the evaporation unit;
Have
The condensing part is
A plurality of heat transfer tubes that are arranged in a staggered manner to form a plurality of rows in the vertical direction and extend in parallel to each other in the horizontal direction;
A plurality of plate-like fins arranged outside the heat transfer tube and extending in a direction perpendicular to the axis;
A heat exchange device comprising:
１列を挟んで互いに上下に配された２列の前記伝熱管は、互いに鉛直方向に投影した場合に重ならないように配されている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換装置。 The interval between the fins arranged on the outer sides of the heat transfer tubes adjacent to each other in the same row is not less than the sum of the horizontal width of the fins and the outer diameter of the heat transfer tubes,
The two rows of the heat transfer tubes arranged one above the other across one row are arranged so as not to overlap when projected in the vertical direction.
The heat exchange device according to claim 1 or 2, wherein
前記第１の断熱配管に接続し前記第１の断熱配管の高さ以下の高さに配置された複数列の上流側ヘッダ横配管と、これら上流側ヘッダ横配管の一方の端でこれら上流側ヘッダ横配管を上下に互いに接続する上流側ヘッダ縦配管とを有する上流側ヘッダと、
前記第２の断熱配管に接続し前記第２の断熱配管の高さ以下の高さに配置された複数列の下流側ヘッダ横配管と、これら下流側ヘッダ横配管の一方の端でこれら下流側ヘッダ横配管を上下に互いに接続する下流側ヘッダ縦配管とを有する下流側ヘッダと、
をさらに有し、
前記伝熱管は、前記各上流側ヘッダ横配管と前記各下流側ヘッダ横配管間に設けられて、
前記各上流側ヘッダ横配管、前記伝熱管および前記各下流側ヘッダ横配管は、前記上流側ヘッダから前記伝熱管を経て前記下流側ヘッダに作動流体が下降しながら移行するための下り勾配が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の熱交換装置。 The condensing part is
A plurality of upstream header horizontal pipes connected to the first heat insulating pipes and arranged at a height equal to or lower than the height of the first heat insulating pipes, and one upstream side of these upstream header horizontal pipes An upstream header having an upstream header vertical pipe connecting the header horizontal pipes to each other up and down;
A plurality of rows of downstream header horizontal pipes connected to the second heat insulating pipes and arranged at a height equal to or lower than the height of the second heat insulating pipes, and at one end of these downstream header horizontal pipes, these downstream sides A downstream header having a downstream header vertical pipe for connecting the header horizontal pipes up and down;
Further comprising
The heat transfer pipe is provided between each upstream header horizontal pipe and each downstream header horizontal pipe,
Each of the upstream header horizontal pipes, the heat transfer pipes, and the downstream header horizontal pipes form a downward gradient for the working fluid to move from the upstream header to the downstream header via the heat transfer pipes. The heat exchange device according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat exchange device is provided.
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