JPS5810677B2 - 強制的熱交換方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明は、強制的熱交換方法に関するものである。

さらに詳しくいえば、この発明は偏心二重管式熱交換器
を使用して熱交換を能率良く行わせるための熱交換方法
に関するものである。

（技術的背景） 流体（気体または液体）を加熱または冷却するために、
現在一般に使用されている熱交換器は、熱交換の能率を
向上するために多数のフィン（ひれ成板）を備えている
ものが多い。

その一般的構造を概念的に図示すれば、第１図および第
２図のとおりである。

第１図は正面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面
図である。

図示のように枠１に取付けられた多数のフィン２を熱交
換用パイプ３が貫通している。

そして加熱または冷却される流体は、第２図において矢
印で示すようにフィン２と平行の方向に流動するのが普
通である。

加熱または冷却される流体は、フィン２の表面および熱
交換用パイプ３の表面において熱を援受する。

上記のような構造の熱交換器において、熱交換用パイプ
３はその断面が円形、小判形または楕円形などの一重壁
のパイプである。

小判形または楕円形のパイプは、断面積が同一の円形パ
イプよりも表面積が大きく、加熱または冷却される流体
の流動を妨害する割合も小さいから、熱交換用パイプの
表面における熱の援受が多いという利点があって、円形
パイプよりも熱交換能率は改善されている。

近年、熱交換器の据付面積を増大させることなく、また
は占有容積を可及的に小さくして性能のすぐれた熱交換
器、換言すれば、小形で高性能の熱交換器を所望する要
望が高まっている。

また一方では冷蔵・冷凍食品の普及にともない、急速冷
却を行なうための強制ファン方式が多く採用されている
が、この方式では野菜や果実の冷蔵庫の場合には、冷蔵
品が乾燥して保存期間が短かくなるなどの欠点があり、
収納物の乾燥を抑えて急速冷却ができる熱交換器が待望
されている。

（先行技術） 二重パイプ方式の熱交換用パイプとしては、下記のもの
が知られている。

（１）二重管の外管の外側と内管の内側に冷却媒体を流
通させ、両管の間の空間に被冷却液を循環させて、外管
の外表面と内管の内表面において熱交換させるようにし
た二重冷却管（実公昭６−１０７１１号公報） （２）二重管の内管内に水を通し、外管の外側に空気を
流通させ、両管の間の空間に被冷却液を流通させる二重
管式熱交換用パイプ。

（実公昭４２−７００号公報、実公昭４３−１５８８６
号公報） （３）二重管の内管から多数のフィンを突設し、内管の
上側のフィンを下側のフィンよりも長くすることによっ
て内管を外管の中心よりも下方に偏心させて、外管の外
側に空気を流通させ、内管内に水を循環させ、両管の間
の空間に被冷却液を流通させる二重管式熱交換用パイプ
。

（実公昭４７−２７２３０号公報） 上記公知の二重管式熱交換用パイプは、いずれも被冷却
液を外管と内管との間の空間に流通させ冷却用媒体たと
えば空気および／または水を外管の外側と内管の内側さ
に流通させる方式である。

したがってこれら公知の熱交換用パイプにおいては、一
定量の流体を冷却または加熱するために多量の媒体（た
とえば空気および／または水）を流通させなければなら
ないという欠点を有する。

（発明の目的） この発明は、二重管式熱交換器を使用して熱交換する方
法において、流体の流動に対する妨害作用ができるだけ
軽微であって、しかも熱交換用パイプの表面において援
受される熱量を増大させた熱交換用パイプを使用して、
能率良く熱交換をする熱交換方法を提供することを目的
とするものである。

（発明の構成） まず、この発明の方法において使用される熱交換用パイ
プの構成を説明する。

この発明において使用される熱交換用パイプは太いパイ
プの中に、その横断面が太いパイプの横断面と同一また
は類似の形状をした細いパイプを挿入固定して二重壁構
造にし、前記の細いパイプの両端は閉塞されて中空筒状
体を形成し、その中空筒状体の横断面が円形であるとき
はその横断面の中心が太いパイプの横断面の中心と一致
しないように固定し、また中空筒状体の横断面が円形で
ないときはその横断面の中心が太いパイプの横断面の長
軸上であってしかも太いパイプの横断面の中心と一致し
ないように固定した偏心二重壁パイプである。

この偏心二重壁パイプにおいてパイプの横断面が小判形
または楕円形の場合の長軸の長さ対短軸の長さの比は、
太きければ大きいほど（すなわち横断面の形状が偏平で
あれは偏平であるほど）パイプの容積に比して表面積が
大きくなって熱交換の能率は向上するが、あまり偏平に
すればパイプが折れ曲りやすくなり、しかもパイプの製
作も困難になるから、各種の事情を勘案して適当な範囲
を選定するべきである。

その適当な範囲の目安をごく一般的に示せは、長軸の長
さは短軸の長さの１．５倍ないし３．５倍程度とするこ
とが好適である。

この範囲の中でも、特に適当な範囲は長軸の長さを短軸
の長さの２．０倍ないし２．５倍程度とするのが良好で
ある。

この発明に使用する熱交換用パイプの内側の細いパイプ
（以下「内管」と記載する。

）の横断面の形状は、外側の太いパイプ（以下「外管」
と記載する。

）の横断面の形状と同一（ただし寸法が異なるから相似
形である。

）であってもよいが、正確な相似形にしなくても類似の
形状であればさしつかえない。

内管の長さは、外管の長手方向の長さとほぼ等しくなる
ようにすることが好ましい。

なぜならば、内管の長さが不足すると内管を使用する目
的が十分に達成されないし、内管の長さが過大であれば
、外管相互の接続を困難にし、しかも熱交換パイプ中を
流れる熱媒体の流動抵抗を増大させ、ひいては熱交換能
率を低下させることになるからである。

次に、上記の熱交換用パイプを使用して本発明にしたが
って熱交換をする操作方法を説明する。

本発明の熱交換方法においては、前記の偏心二重壁パイ
プの外管と内管（すなわち中空筒状体）との間に形成さ
れる空隙内に加熱媒体または冷却媒体を流通させる。

そして被加熱流体または被冷却流体は上記偏心二重壁パ
イプの外側を流通させる。

ただし偏心二重壁パイプの外管と内管との間に形成され
る空隙（すなわち加熱媒体または冷却媒体の流路）の広
い側を被加熱流体または被冷却流体の上流方向へ向けて
使用しなければならない。

実公昭６−１０７１１号公報、実公昭４２−７００号公
報、実公昭４３−１５８８６号公報および実公昭４７−
２７２３０号公報に記載されている冷却用二重管におい
ては、被冷却流体は外管と内管との間に形成される空隙
を流通するのであるが、本発明においては被加熱流体ま
たは被冷却流体は外管の外側を流通するのであるから、
本発明においては熱交換用パイプの使用方法が全く新規
なものである。

また本発明において使用される熱交換用パイプにおいて
は、内管は外管の直線部の内側にのみ設置されるのであ
るから、この点においても本発明は全く新規な発明であ
る。

さらに本発明において使用される熱交換用パイプにおい
ては、内管の両端は閉塞されているので、内管の内部を
流体が流動することはない。

この点においても本発明の新規性は、きわめて顕著なも
のである。

（実施例） 本発明の理解をいっそう容易にするために、図面を参照
して本発明の実施態様を以下に説明するが、本発明が下
記の実施例のみに限定されるものでないことは、いうま
でもない。

第３図は偏心二重壁パイプ式熱交換用パイプにおける内
管・外管の相対位置と固定の状態を示すものである。

図面において４は外管、５は内管、６は内管の支持片を
示す。

これらの実施例においては、外管も内管も円形または小
判形に形成されている。

また支持片６は板状に形成されているが、必ずしも板状
にする必要はなく、内管の位置を固定する作用をするも
のであれば棒状でも塊状でもさしつかえない。

しかし支持片６は熱媒体の通路内に設置されるものであ
るから、できるだけ流体の流動抵抗の小さい形状が好ま
しい。

また第３図にはパイプの形状が円形では３枚、小判形で
は５枚の支持片６が表示されているが、内管を所定の位
置に固定する作用があれば、支持片の個数は適宜に変更
することができる。

熱媒体は、第３図において外管と内管とによって形成さ
れる空隙１を通って流動し、冷却または加熱される流体
は第３図の矢印の方向に流動する。

第４図は外管の連結状態および内管端部の閉塞状態の説
明図である。

内管５の両端に蓋９を溶接１０するのであるが、この際
に内管５内の空気は加熱膨張しである程度排気されるの
で、溶接作業を終了して常温に戻った段階では内管の中
空部８は負圧になり、したがって内管５全体の熱容量は
単に中空のパイプよりも小さくなり、熱交換の能率がそ
れだけ向上する。

熱媒体Ｍは矢印の方向に流れる。

第５図はこの発明の熱交換方法において使用するのに適
当な熱交換器の概念図であって、３は熱交換用パイプ、
３′は熱交換用パイプの断面である。

第６図は、この発明の熱交換方法を自動車のラジェータ
に採用した場合の概念図であって、ラジェータの取付位
置によってファンモータ１１の回転方向を変えれば吹出
風（第６図ａ）または吸出風（第６図ｂ）となるので、
外管と内管の偏心位置がａとｂでは逆になって、冷却用
空気は矢印の方向に流れて熱水Ｗを冷却する。

（発明の作用と効果） 本発明においては、１重パイプ方式のパイプよりも太い
外管内に両端を閉塞した細い内管を中心をずらして挿入
しであるだけでなく、熱交換用パイプの使用方法も特殊
な場合だけに限定しであるので、下記の作用効果がある
。

（イ）偏心２重パイプ式熱交換用パイプ中の熱媒体の量
を１重パイプ方式の場合とほぼ同量にした場合、熱交換
器全体の大きさを増大しなくても有効熱交換表面積が大
きくなり、熱交換能率が高くなって消費電力が低減する
。

（ロ）内管の中心を外管の中心からずらしであるので、
熱交換用パイプ中の熱媒体量の多い側に被熱交換流体を
あてることによって熱交換能率が高くなり、消費電力が
低減する。

（ハ）一般冷蔵庫（冷蔵温度３℃〜８℃）に採用すれば
、熱交換能率が高いのでフィンの数は少なくてすむ。

したがってフィンに付着した水滴は互に連結して凍結を
始める前に落下するものが多くなり、付着が少なくなっ
て熱交換が更に促進される。

一重バイブ方式と比較すると同一温度までの冷却時間は
１／２〜２／３となる。

一般冷凍器（冷凍温度−１５℃〜−２５℃）の場合には
、電熱ヒータで除霜するのが普通であるから、その消費
電力は圧縮器の消費電力の３〜４倍であるが、この発明
の二重パイプ方式でホットガス方式による除霜を行なえ
ば、電熱ヒータは不要である。

に）両端を閉塞した内管は内部が負圧になっているので
、内管の熱容量は小さくなり、熱交換効率の向上が顕著
になる。

またホットガス方式による除霜に採用すれば、ホットガ
スの熱量がペイプに無駄に吸収されることがなく、熱効
率が良いので除霜時間が短縮される。

（ホ）熱交換能力が向上するのでフィンの間隔を一重バ
イブ方式の場合よりも拡げることができ、したがってフ
ィンにチリが付着しにくくなり、熱交換能力の低下を防
ぐことができ、消費電力の低減に寄与する。

（ハ）この発明の熱交換方法は、熱交換器の凝縮器と蒸
発器のいずれにも使用できる。

蒸発器では冷暖いずれにも使用でき、暖房の場合には温
水または蒸気を、冷房の場合は高圧フレオンガスを通せ
ばよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換器の概略正面図、第２図は第１図
のＡ−Ａ線断面図、第３〜６図はこの発明の実施例を示
し、第３図は偏心二重壁熱交換用パイプの断面図、第４
図は同じく外管の連結および内管端部の閉塞状態を示す
説明図、第５図は、偏心二重壁熱交換用パイプを取付け
た熱交換器の概略図、第６図ａ、ｂは自動車のラジェー
タ用として偏心二重壁熱交換用パイプを使用した場合の
構造と吹出風、および吸出風の説明図である。 図面中の符号は、それぞれ下記のものを表わす。 １・・・枠、２・・・フィン、３・・・熱交換用パイプ
、３′・・・同断面図、４・・・外管、５・・・内管、
６・・・支持片、７・・・空隙、８・・・内管の中空部
、９・・・内管の蓋、１０・・・溶接部、１１・・・フ
ァンモータ、Ｍ・・・熱媒体、Ｗ・・・熱水。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両端を閉塞した細いパイプを太いパイプの中に固定
   して封入し、パイプが円形の場合は細いパイプの中心は
   太いパイプの中心からずらしてあり、パイプが小判形ま
   たは楕円形の場合は細いパイプの中心は太いパイプの長
   軸上にあって太いパイプの中心からずらしである偏心二
   重管を使用した熱交換器の内管と外管との間隙に熱媒体
   を循環させ、内管と外管との間隔が広い側の外管の外表
   面に、被熱交換流体を強制的に流動接触させることを特
   徴とする強制的熱交換方法。