JPH07294162A - 熱交換装置 - Google Patents

熱交換装置

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JPH07294162A
JPH07294162A JP3129695A JP3129695A JPH07294162A JP H07294162 A JPH07294162 A JP H07294162A JP 3129695 A JP3129695 A JP 3129695A JP 3129695 A JP3129695 A JP 3129695A JP H07294162 A JPH07294162 A JP H07294162A
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大量の流体を効率良く熱交換することがで
き、また、構成の簡素化を図ることができるようにした
熱交換装置を提供する。 【構成】 伝熱媒体である液化窒素を供給、排出する熱
交換容器の内側に熱交換流路10を配置する。熱交換流
路10は環状管18を複数列に配置し、隣り合う環状管
18同士を複数箇所、周方向にずらした位置で連通管1
9により連通し、供給口側と排出口側にタンク20と2
1を連通する。タンク20に供給管11を連通し、タン
ク21に排出管12を連通する。各環状管18における
流入口と流出口の位置を周方向にずらしているので、流
体を熱交換流路10の壁面に繰り返して衝突させながら
乱流状態で流し、壁面の温度の影響を多く受けるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱交換装置の改良に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、窒素、酸素、アルゴン、その他の
ガスは液化した状態で超低温貯槽に貯蔵しておき、利用
に際し、貯蔵している液化ガスを蒸発器に導き、大気温
度、若しくは温水で蒸発させてガス化させている。
【0003】しかしながら、従来においては、液化ガス
の冷熱を有効利用することなく、無駄にしている。この
冷熱を有効利用して空気、窒素、酸素、アルゴン、水素
等のガス、または液とガスの混合ガス等の流体を冷却す
るには、超低温貯槽と蒸発器との間に熱交換器を介在さ
せることが考えられる。
【0004】そして、従来の熱交換器としては、コイル
式、二重管式、注水式、套管式、フィン付多管式等、種
々の構成が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の熱交換器では、冷却すべき流体が管内を規
則正しく流れ、管の壁面から受ける温度の影響が少ない
ため、冷却効果に劣る。そこで、冷却効果を高めるた
め、下流側で膨張弁のように絞ると、大量の流体を冷却
処理することができない。したがって、従来の熱交換器
では、大量で一定温度の流体を確保することが要求され
る場合には、利用することができないという問題があっ
た。
【0006】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するものであり、流体を絞り込むことなく、大量の流体
を効率良く熱交換することができ、したがって、大量で
一定圧力、一定温度の熱交換流体を得ることができて利
用の便を図ることができ、また、構成の簡素化を図るこ
とができ、したがって、故障をなくすことができるとと
もに、コストの低下を図ることができるようにした熱交
換装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、伝熱媒体が供給、排出される
熱交換容器と、この熱交換容器内に複数並列状態で配置
され、周方向に連通した周方向流路、これらの周方向流
路間の複数箇所を各周方向流路における流入口と流出口
の位置が周方向にずれるように連通した連通流路を有す
る熱交換流路と、上記熱交換容器に挿通され、上記熱交
換流路に連通された流体の供給路および排出路とを備え
たものである。
【0008】そして、上記技術的手段において、熱交換
流路が供給口側と排出口側とにタンクを有し、各タンク
に供給路と排出路を連通するのが好ましい。
【0009】
【作用】上記のように構成された本発明によれば、熱交
換容器を伝熱媒体で満たし、供給路から熱交換するため
の流体を熱交換流路へ供給すると、熱交換流路では、供
給された流体が複数並列状態で配置された周方向流路
と、これらを連通する連通流路とを流れるが、周方向流
路における流入口と流出口の位置が周方向にずらされて
いるので、流体は熱交換流路の壁面に繰り返して衝突し
ながら乱流となって流れ、この間、伝熱媒体の熱を奪う
ことができ、熱交換後の流体は排出路により熱交換容器
外へ排出することができる。このように流体を熱交換流
路の壁面に繰り返して衝突させながら、乱流状態で流す
ことにより、流体が壁面の温度の影響を多く受け、しか
も、各周方向流路で各連通流路から送られてきた流体を
同一条件にして分散するようにしているので、流体を絞
り込むことなく、大量の流体を効率良く熱交換すること
ができる。また、熱交換流路は流路の接続により構成す
ることができるので、構成の簡素化を図ることができ
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の一実施例における熱
交換装置を示す要部の斜視図、図2は同熱交換装置を液
化窒素の超低温貯槽と蒸発器との間に組み込んだ使用例
を示す概略系統図である。
【0011】図2に示すように、超低温貯槽1は液化窒
素を−196℃で貯蔵することができ、この超低温貯槽
1の底部は本発明の熱交換装置2の熱交換容器3の底部
に管4により連通され、管4の途中にバルブ5が設けら
れている。熱交換容器3の上部は蒸発器6の入口に管8
により連通され、蒸発器6の出口に供給管9が連通され
ている。熱交換装置2の熱交換容器3内には後述するよ
うに熱交換流路10が配置され、この熱交換流路10に
は熱交換容器3に挿通されたドライ空気の供給管11と
排出管12とが連通されている。供給管11と排出管1
2の途中にはバルブ13と14が設けられ、排出管12
はタンク15に連通されている。タンク15には複数本
の供給管16が連通され、各供給管16の途中にはバル
ブ17が設けられている。
【0012】上記熱交換流路10は、図1に示すよう
に、周方向流路である円周方向に連通した環状管18、
連通流路である連通管19、供給口側のタンク20、排
出口側のタンク21等から構成される。環状管18は垂
直軸の回りで上下方向に所望の間隔を有するように並列
状態で複数列(図示例では5列)に配置され、隣り合う
環状管18同士が複数箇所で垂直方向の連通管19によ
り連通されている。上下の各列の連通管19同士は、互
いに周方向に交互にずらされてほぼ等間隔に配置され、
これにより各列の環状管18における流入口と流出口の
位置が周方向に交互にずらされ、これら流入口と流出口
が直線上で対向しないように設定されている。複数列の
環状管18の下部内側と上部内側とに供給口側のタンク
20と排出口側のタンク21とが配置され、供給口側の
タンク20はその中間部が最下位の環状管18と放射状
に配置された連通管22により連通され、排出口側のタ
ンク21はその上端部が最上位の環状管18と放射状に
配置された連通管23により連通されている。そして、
上記供給管11が供給口側のタンク20の底部に連通さ
れ、上記排出管12が排出口側のタンク21の底部に連
通されている。
【0013】上記熱交換流路10を構成する熱交換容器
3、環状管18、連通管19、タンク20,21、連通
管22,23および供給管11、排出管12は、低温に
耐える材料、例えば、ステンレス、銅により形成されて
いる。
【0014】以上の構成において、以下、その動作につ
いて説明する。超低温貯槽1から管4により伝熱媒体で
ある液化窒素を熱交換装置2の熱交換容器3内に供給し
て満たす。容器3は氷結防止の為、断熱材7が施こされ
ている。この状態で供給管11から熱交換により冷却す
るためのドライ空気を液化窒素に浸された熱交換流路1
0の供給口側タンク20へ供給する。タンク20内へ供
給されたドライ空気は、連通管22を通って最下位の環
状管18に流入し、最下位の環状管18から連通管19
を通ってその上位の環状管18に流入する。ドライ空気
は、以下、順次、連通管19を通って上位の環状管18
に流入し、最上位の環状管18から連通管23を通って
排出口側のタンク21に流入する。このようにしてドラ
イ空気が流れる間に、各管18,19,22,23およ
びタンク20,21において、それらの壁面から冷媒で
ある液化窒素の冷熱を奪い、冷却される。このとき、ド
ライ空気が連通管22から最下位の環状管18に流入し
た際、環状管18の壁面に衝突し、また、上記のように
各列の環状管18における流入口の位置が周方向に交互
にずらされ、流入口と流出口が直線上で対向しないよう
に設定されているので、ドライ空気が連通管19から環
状管18へ流入した際、環状管18の壁面に衝突して左
右に分かれ、更に、同様に隣の連通管19から流入して
環状管18の壁面に衝突して分かれたドライ空気と衝突
し、乱流となって順次最上位の環状管18へ流れてい
く。このようにドライ空気が繰り返して壁面に衝突し、
壁面の温度の影響を多く受ける乱流状態で流れ、しか
も、各環状管18で各ラインの連通管19から送られて
きたドライ空気を同一条件にして一定のラインのみドラ
イ空気が流れず、分散するようにしているので、液化窒
素から効率良く冷熱を奪うことができる。供給管11が
排出管の逆作用に、又、排出管12が供給管の逆作用と
なっても同様である。
【0015】上記熱交換により冷却されたドライ空気は
タンク21から排出管12によりタンク15に流出し、
ここで、複数本の供給管16により所望の使用現場へ分
配することができる。各使用現場においては、常温の空
気と混合するなどにより適当な温度に調整して使用する
ことができる。一方、上記熱交換により冷熱を奪われた
液化窒素は管8により蒸発器6へ導かれ、大気温度、若
しくは温水で蒸発し、窒素ガスとなる。このようにして
得られた窒素ガスを供給管9により所望の使用現場へ供
給することができる。
【0016】従来のように液化窒素を直接、蒸発器6へ
供給するのに対し、本発明実施例の熱交換装置2により
熱交換に利用した後、蒸発器6へ供給するようにすれ
ば、液化窒素の温度が上昇しているので、蒸発器6によ
る蒸発効率を向上させることができる。
【0017】このように上記実施例によれば、ドライ空
気を絞り込むことなく、大量のドライ空気を効率良く熱
交換することができるので、一定温度に冷却された大量
のドライ空気を得ることができる。また、ドライ空気を
供給管11から供給口側のタンク20へ一旦溜めるの
で、ドライ空気を各ラインの連通管19へ一定圧力、一
定流量で供給することができる。また、各ラインの連通
管19から一定の温度に冷却された後のドライ空気を排
出口側のタンク21へ一旦溜めるので、冷却後のドライ
空気を一定圧力、一定流量で使用現場へ供給することが
できる。そして、環状管18、連通管19等の径、面
積、長さ、タンク20,21の体積を大きくすることに
より冷却するドライ空気を簡単に増量することができ
る。
【0018】なお、上記実施例では、周方向流路、連通
流路、供給路、排出路等に断面円形の管18,19,1
1,12を用いているが、断面角形のものを用いてもよ
い。また、周方向流路は環状に限らず、角形でもよく、
連通管19も等間隔に配置しなくてもよい。また、伝熱
媒体としては液化窒素のほかに、液化酸素、液化アルゴ
ン等の冷媒を用いることができることは勿論のこと、温
度を上げる目的の場合は熱媒を用いることもでき、熱交
換すべき流体もドライ空気のほかに、窒素、酸素、水
素、アルゴン、天然ガス等のガスは勿論のこと、液とガ
スの混合ガス等を用いることができる。更に、周方向流
路である環状管18が水平軸の回りで横方向に並列状態
で複数列に配置するようにしてもよい。このほか、本発
明は、その基本的技術思想を逸脱しない範囲で種々設計
変更することができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
交換容器を伝熱媒体で満たし、供給路から熱交換するた
めの流体を熱交換流路へ供給すると、熱交換流路では、
供給された流体が複数並列状態で配置された周方向流路
と、これらを連通する連通流路とを流れるが、周方向流
路における流入口と流出口の位置が周方向にずらされて
いるので、流体は熱交換流路の壁面に繰り返して衝突し
ながら乱流となって流れ、この間、伝熱媒体の熱を奪う
ことができ、熱交換後の流体は排出路により熱交換容器
外へ排出することができる。このように流体を熱交換流
路の壁面に繰り返して衝突させながら、乱流状態で流す
ことにより、流体が壁面の温度の影響を多く受け、しか
も、各周方向流路で各連通流路から送られてきた流体を
同一条件にし流体が特定の連通流路を流れることなくて
分散するようにしているので、流体を絞り込むことな
く、大量の流体を効率良く熱交換することができる。し
たがって、大量で一定温度の熱交換流体を得ることがで
きて利用の便を図ることができる。また、熱交換流路は
流路の接続により構成することができるので、構成の簡
素化を図ることができる。したがって、故障をなくすこ
とができるとともに、コストの低下を図ることができ
る。
【0020】また、熱交換流路が供給口側と排出口側と
にタンクを有し、各タンクに供給路と排出路を連通する
ことにより、流体を供給路から供給口側のタンクへ一旦
溜めて流体を各ラインの連通流路へ一定圧力、一定流量
で供給することができ、また、各ラインの連通流路から
一定温度に熱交換された後の流体を排気口側のタンクに
一旦溜めて一定圧力、一定流量で使用現場へ供給するこ
とができるので、更に一層安定的に利用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における熱交換装置を示す要
部の斜視図である。
【図2】同熱交換装置を液化窒素の超低温貯槽と蒸発器
との間に組み込んだ使用例を示す概略系統図である。
【符号の説明】
2 熱交換装置 3 熱交換容器 10 熱交換流路 11 供給管 12 排出管 18 環状管(周方向流路) 19 連通管 20 供給口側のタンク 21 排出口側のタンク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 伝熱媒体が供給、排出される熱交換容器
    と、この熱交換容器内に複数並列状態で配置され、周方
    向に連通した周方向流路、これらの周方向流路間の複数
    箇所を各周方向流路における流入口と流出口の位置が周
    方向にずれるように連通した連通流路を有する熱交換流
    路と、上記熱交換容器に挿通され、上記熱交換流路に連
    通された流体の供給路および排出路とを備えた熱交換装
    置。
  2. 【請求項2】 熱交換流路が供給口側と排出口側とにタ
    ンクを有し、各タンクに供給路と排出路が連通された請
    求項1記載の熱交換装置。
JP03129695A 1995-01-11 1995-01-11 熱交換流路及び熱交換装置 Expired - Lifetime JP3218451B2 (ja)

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