JP2021038862A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な構成で、高温側熱交換部と低温側熱交換部との間の熱交換を効果的に行う。【解決手段】第1熱交換壁部11と、第2熱交換壁部12と、第1熱交換壁部11と第2熱交換壁部12とにより密閉空間を区画する側壁部13と、密閉空間を第1熱交換壁部11側の第1空間室15と第2熱交換壁部12側の第2空間室16とに区画するピストン20と、一端側をピストン20に固定されると共に、他端側を第1熱交換壁部11の貫通孔11Aに挿入支持されるロッド25と、第2空間室16内に流入又は、第2空間室16内から排出される断熱流体と、第1空間室15内に設けられると共に、少なくともその一部を第1熱交換壁部11に接触させており、第1熱交換壁部11から伝達される熱により膨張することにより、ピストン20を第2熱交換壁部12に当接させる感温膨張部材30とを備えた。【選択図】図2
Description
本開示は、熱交換器に関する。
熱交換器の一例として、例えば、特許文献1には、気体を密封したループ管に低温側熱交換部と高温側熱交換部とを設けると共に、ループ管に気体を圧送可能なブロワーを設けた構造が開示されている。当該文献記載の構造によれば、ブロワーにより気体をループ管内で循環させることにより、低温側熱交換部と高温側熱交換部との間で熱交換を行うように構成されている。
ところで、上記文献記載の構造では、低温側熱交換部と高温側熱交換部との間で熱交換を行わせるには、ループ管内の気体をブロワーで圧送する必要がある。このため、ループ管及び、ブロワーが必須となり、装置全体の大型化やコストの上昇を招く可能性がある。
本開示の技術は、簡素な構成で、高温側熱交換部と低温側熱交換部との間の熱交換を効果的に行うことができる熱交換器を提供することを目的とする。
本開示の熱交換器は、熱伝導性を有する第1熱交換壁部と、熱伝導性を有すると共に、前記第1熱交換壁部と所定間隔をおいて対向する第2熱交換壁部と、前記第1熱交換壁部及び、前記第2熱交換壁部よりも熱伝達率が低い部材で筒状に形成されると共に、前記第1熱交換壁部と前記第2熱交換壁部との間の対向空間に配されており、前記第1熱交換壁部と前記第2熱交換壁部とにより密閉空間を区画する側壁部と、熱伝導性を有すると共に、前記密閉空間内に、前記側壁部の筒軸方向に往復移動自在に収容されており、前記密閉空間を前記第1熱交換壁部側の第1空間室と前記第2熱交換壁部側の第2空間室とに区画するピストンと、熱伝導性を有すると共に、一端側を前記ピストンに固定されており、他端側を前記第1熱交換壁部に形成された貫通孔に進退自在に挿入支持されたロッドと、前記第2空間室内に流入又は、前記第2空間室内から排出される断熱流体と、前記第1空間室内に設けられると共に、少なくともその一部を前記第1熱交換壁部又は、前記ピストン又は、前記ロッドの何れかに接触させており、伝達される熱により膨張することにより前記ピストンを前記第2熱交換壁部に当接させる感温膨張部材と、を備えることを特徴とする。
また、前記ピストン又は前記ロッドを前記第1熱交換壁部に向けて付勢する付勢部材をさらに備えることが好ましい。
また、前記感温膨張部材は、熱膨張型のワックスであってもよい。
また、前記側壁部の外周を所定の空間を隔てて覆う筒状に形成されると共に、その内周と前記側壁部の外周との間に前記第2空間室と連通する第3空間室を区画するカバー部材をさらに備えてもよい。
本開示の技術によれば、簡素な構成で、高温側熱交換部と低温側熱交換部との間の熱交換を効果的に行うことができる。
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る熱交換器を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図1は、本実施形態に係る熱交換器10を示す模式的な断面図である。
図1に示すように、熱交換器10は、高温側熱交換壁部11(第1熱交換壁部の一例)と、低温側熱交換壁部12(第2熱交換壁部の一例)と、断熱壁部13(側壁部の一例)と、ピストン20と、カバー部材21と、スプリング23(付勢部材の一例)と、ロッド25と、感温膨張部材30とを備えて構成されている。
高温側熱交換壁部11及び、低温側熱交換壁部12は、熱伝達率が高い部材(例えば、アルミニウム、銅、カーボンナノチューブ、シリコンゴム等)で、所定の厚みを有する板状に形成されている。これら高温側熱交換壁部11及び、低温側熱交換壁部12は、互いに所定の間隔をおいて対向配置されている。
断熱壁部13は、高温側熱交換壁部11及び、低温側熱交換壁部12よりも熱伝達率が低い部材(例えば、ガラス、ジルコニア、有機系ゴム等)で形成されている。断熱壁部13は、略筒状に形成されており、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との対向空間内に介装されて、これら高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12とを接続する。
すなわち、高温側熱交換壁部11と、低温側熱交換壁部12と、断熱壁部13とにより、シリンダ状の密閉容器14が形成される。断熱壁部13の形状は、高温側熱交換壁部11及び、低温側熱交換壁部12が円板状であれば円筒状、高温側熱交換壁部11及び、低温側熱交換壁部12が矩形板状であれば角筒状に形成すればよい。
なお、以下では、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との対向方向、言い換えれば、側壁部13の筒軸方向を、単に軸方向という。
ピストン20は、熱伝達率が高い部材(例えば、アルミニウム、銅、カーボンナノチューブ、シリコンゴム等)で形成されており、密閉容器14の密閉空間内に軸方向に往復移動自在に収容されている。すなわち、ピストン20によって、密閉容器14の密閉空間内が、高温側熱交換壁部11側の膨張室15(第1空間室の一例)と、低温側熱交換壁部12側の主断熱室16(第2空間室の一例)とに区画形成されている。ピストン20と断熱壁部13との間には、隙間があってもよく、或いは、これらの隙間を封止するシール部材Sを設けてもよい。
カバー部材21は、断熱壁部13の外周を所定の空間を隔てて覆う筒状に形成されており、その内周面と断熱壁部13の外周面との間に外側断熱室22(第3空間室)を区画する。すなわち、密閉容器14内を、断熱壁部13と外側断熱室22とにより二重で断熱できるように構成されている。外側断熱室22は、断熱壁部13に貫通形成された連通孔13Aを介して主断熱室16と連通する。
主断熱室16及び、外側断熱室22には、空気やアルゴン等の断熱流体が充填されている。具体的には、断熱流体は、ピストン20が低温側熱交換壁部12側に移動すると、主断熱室16内から連通孔13Aを経由して外側断熱室22内に排出され、ピストン20が高温側熱交換壁部11側に移動すると、外側断熱室22内から連通孔13Aを経由して主断熱室16内に流入する。なお、断熱流体は、気体に限定されず、液体であってもよい。
ロッド25は、熱伝達率が高い部材(例えば、アルミニウム、銅、カーボンナノチューブ、シリコンゴム等)で形成されており、軸方向に延設されている。具体的には、ロッド25は、一端側をピストン20に固定されると共に、他端側を高温側熱交換壁部11に形成された貫通孔11Aに進退自在に挿入支持(好ましくは、摺接支持)されている。すなわち、高温側熱交換壁部11及び、又はロッド25に受容された熱が、ロッド25を軸方向に移動してピストン20に伝達されるように構成されている。
スプリング23は、ピストン20を高温側熱交換壁部11側に引き寄せる引張スプリングであって、膨張室15内に設けられている。後述する感温膨張部材30が温度低下に伴い収縮すると、ピストン20がスプリング23の引張力により低温側熱交換壁部12から離間されることで、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との間の熱交換が停止されるように構成されている。
なお、図示例において、スプリング23は、ロッド25の外周に巻き回されているが、ロッド25の周囲に複数のスプリング23を周方向に配置するように構成してもよい。また、スプリング23は、ピストン20又は、ロッド25を高温側熱交換壁部11側に引き寄せることができる部材であれば、板バネ等、他の付勢部材であってもよい。
感温膨張部材30は、例えば、熱膨張型のワックス又は発泡ゴム等であって、少なくともその一部を高温側熱交換壁部11に接触させた状態で膨張室15内に収容されている。本実施形態において、感温膨張部材30は、高温側熱交換壁部11やピストン20、断熱壁部13等、周囲の他の構成よりも熱膨張係数を大きく設定されている。感温膨張部材30は、略筒状に形成されており、その筒内にスプリング23及びロッド25を挿通させる。高温側熱交換壁部11側から感温膨張部材30に熱が伝達され、これに伴い感温膨張部材30が膨張すると、ピストン20が低温側熱交換壁部12に向けて押されて、低温側熱交換壁部12に当接することにより、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との間の熱交換が実行されるように構成されている。
なお、図示例において、感温膨張部材30はスプリング23を囲う筒状に形成されているが、スプリング23の周囲に複数の感温膨張部材30を配置するように構成してもよい。また、感温膨張部材30は、高温側熱交換壁部11に接触するものとして説明したが、高温側熱交換壁部11から熱が伝達される部位であれば、ロッド25やピストン20に接触してもよい。
以上詳述した本実施形態に係る熱交換器10の動作を図2(A),(B)に基づいて説明する。
図2(A)に示すように、高温側熱交換壁部11の温度が低い時は、感温膨張部材30は収縮した状態となる。この場合、ピストン20は、スプリング23の引張力により高温側熱交換壁部11側に引き寄せられ、低温側熱交換壁部12から離間する。ピストン20が低温側熱交換壁部12から離間すると、外側断熱室22から主断熱室16に断熱流体が流れ込むことで、ピストン20と低温側熱交換壁部12との間の主断熱室16に断熱流体による断熱層が形成される。これにより、ピストン20及び、ロッド25による高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との接続は遮断され、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との間の熱交換が停止されるようになる。
一方、図2(A)に示す状態から、高温側熱交換壁部11の温度が上昇し、感温膨張部材30に熱が伝達されると、感温膨張部材30が熱膨張し、これに伴いピストン20は低温側熱交換壁部12に向けて押圧される。図2(B)に示すように、ピストン20の移動に伴い、断熱流体が主断熱室16から外側断熱室22に排出されると、ピストン20は低温側熱交換壁部12に当接する。これにより、高温側熱交換壁部11の熱がロッド25及び、ピストン20を経由して低温側熱交換壁部12に伝達されるようになり、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との間の熱交換が実行されるようになる。
すなわち、高温側熱交換壁部11から伝達される熱により感温膨張部材30を膨張させるのみで、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12とを接続でき、温度低下に伴い感温膨張部材30を収縮させるのみで、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との接続を遮断できるように構成されている。これにより、簡素な構成で、高温側熱交換壁部11と低温側熱交換壁部12との間の熱交換を効果的に行うことが可能となる。また、従来技術のようなループ管やブロワー等が不要なため、装置全体の小型化を図ることもでき、さらには、コストの上昇も抑えることができる。
[その他]
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、図3に示すように、熱交換器10を小型とし、複数の熱交換器10を並べて配置するように構成してもよい。このように構成すれば、湾曲する面(図中の破線参照)等に沿って複数の熱交換器10を効果的に配置することが可能になる。
また、図4に示すように、感温膨張部材30を直接的に加熱するヒータ40を設けて構成してもよい。このように構成すれば、高温側熱交換壁部11から伝達される熱で感温膨張部材30が膨張するよりも前に、ヒータ40で感温膨張部材30を加熱することにより、低温側熱交換壁部12と高温側熱交換壁部11との間の熱交換を適宜に実行することが可能になる。
また、上記実施形態において、スプリング23は必須ではなく、スプリング23を省略することも可能である。この場合、ピストン20を感温膨張部材30に固定し、感温膨張部材30の温度低下による収縮に伴い、ピストン20を高温側熱交換壁部11側に追従移動できるように構成すればよい。
10 熱交換器
11 高温側熱交換壁部(第1熱交換壁部)
12 低温側熱交換壁部(第2熱交換壁部)
13 断熱壁部(側壁部)
15 膨張室(第1空間室)
16 主断熱室(第2空間室)
20 ピストン
21 カバー部材
22 外側断熱室(第3空間室)
23 スプリング(付勢部材)
25 ロッド
30 感温膨張部材
11 高温側熱交換壁部(第1熱交換壁部)
12 低温側熱交換壁部(第2熱交換壁部)
13 断熱壁部(側壁部)
15 膨張室(第1空間室)
16 主断熱室(第2空間室)
20 ピストン
21 カバー部材
22 外側断熱室(第3空間室)
23 スプリング(付勢部材)
25 ロッド
30 感温膨張部材
Claims (4)
- 熱伝導性を有する第1熱交換壁部と、
熱伝導性を有すると共に、前記第1熱交換壁部と所定間隔をおいて対向する第2熱交換壁部と、
前記第1熱交換壁部及び、前記第2熱交換壁部よりも熱伝達率が低い部材で筒状に形成されると共に、前記第1熱交換壁部と前記第2熱交換壁部との間の対向空間に配されており、前記第1熱交換壁部と前記第2熱交換壁部とにより密閉空間を区画する側壁部と、
熱伝導性を有すると共に、前記密閉空間内に、前記側壁部の筒軸方向に往復移動自在に収容されており、前記密閉空間を前記第1熱交換壁部側の第1空間室と前記第2熱交換壁部側の第2空間室とに区画するピストンと、
熱伝導性を有すると共に、一端側を前記ピストンに固定されており、他端側を前記第1熱交換壁部に形成された貫通孔に進退自在に挿入支持されたロッドと、
前記第2空間室内に流入又は、前記第2空間室内から排出される断熱流体と、
前記第1空間室内に設けられると共に、少なくともその一部を前記第1熱交換壁部又は、前記ピストン又は、前記ロッドの何れかに接触させており、伝達される熱により膨張することにより前記ピストンを前記第2熱交換壁部に当接させる感温膨張部材と、を備える
ことを特徴とする熱交換器。 - 前記ピストン又は前記ロッドを前記第1熱交換壁部に向けて付勢する付勢部材をさらに備える
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記感温膨張部材は、熱膨張型のワックスである
請求項1又は2に記載の熱交換器。 - 前記側壁部の外周を所定の空間を隔てて覆う筒状に形成されると共に、その内周と前記側壁部の外周との間に前記第2空間室と連通する第3空間室を区画するカバー部材をさらに備える
請求項1から3の何れか一項に記載の熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019159073A JP2021038862A (ja) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019159073A JP2021038862A (ja) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | 熱交換器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021038862A true JP2021038862A (ja) | 2021-03-11 |
Family
ID=74846890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019159073A Pending JP2021038862A (ja) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | 熱交換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021038862A (ja) |
-
2019
- 2019-08-30 JP JP2019159073A patent/JP2021038862A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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