JPS62500317A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 熱交換器 この発明は、請求の範囲第１項の前文において述べる種類の熱交換器に関するも のである。

熱交換器においては、単位体積あたりの熱交換量の高いものが望まれているが、 含まれている２つの熱交換媒体の性質、それらの体積流量およびそれらの入口温 度が既知のファフクタであると考えられると、本質的に重要な３つのファクタが ある。熱交換器において熱交換に主として影響するファクタは、まず第１に２つ の媒体を分離している熱伝導隔壁と媒体か接触する表面の有効面積である。第２ に、前記隔壁に向って、および離れて、さらに前記隔壁の中で、熱がそれぞれの 媒体中を伝わる通路の長さであり、そして前記通路長に沿って存在するそれらの 全体の温度差の割合である。

合口市場を完全に支配している従来の菅式熱交換器または平板熱交換器では、熱 交換媒体が乱流になって作動している。したがって、流路において媒体が流れる 水路または導管のようものではその領域の横断面全体にわたって温度か相対的に 一定で均一な乱流の中央流域が認められる。一方、前π己流路の境界壁、この壁 はまた２つの熱交換媒体を互いに分離する隔壁を形成しているのであるが、その 隔壁の近傍では、本質的に層流である薄い境界層が形成されている。流路の隔壁 での材質の熱伝導度は、媒体のそれよりもはるかに大きく、乱流の中央域におけ る温度差は小さいので、全体の温度差の大部分は層流の境界層によって生じてい るものと思われる。結果として、乱流型の熱交換器の熱交換率を高めるだめの方 法の大部分は、薄い層流の境界層を保ち、前記中央域における良好な乱れを保証 することに集中している。この目的のため、流路に種々の“流れの障害物″を配 置している。

上述の乱流の原理に従って作用する従来の管および平板型の熱交換器では、多数 の重大な欠点を有している。流路において中央の乱流域が全体の体積のほとんど の部分を占めるため、単位体積あたりに換算すると、熱交換媒体と接触する熱伝 達の隔壁の面積は相対的に小さいものとなる。

純粋に理論的な面からは、これらの流路が環状の断面またはその他の断面の管か ら形成されているか、相対する平板の間に設けられる穴から形成されているかに 関わらず、流路を小さくすることによって、２つの熱交換媒体とその媒体を分離 する壁との間の接触表面積をより大きくすることが可能である。しかしながら、 実際に効果をもたらすようこのような小型化を行なうと、避けることのできない 圧力低下をもたらし、また製造上での問題および高い製造コストにおいて重大な 欠点をもたらすものである。さらに、既に深刻化している２つの媒体間の効果的 なシールの施工という現存する問題が悪化してしまう。今日の背型および平板型 の熱交換器は、腐食が起こりやすく、熱交換媒体間の比較的薄い壁のため、高い 圧力には絶えることができない。

これに加えてさらに、このような熱交換器ではシールの必要な部分か多数あり、 したがって媒体間での漏れのおそれか生じてくる。通常、このような根本的な欠 点のため、ステンレス鋼および簡単に硬ろう付けまたは軟ろう付けされた非腐食 性の銅合金が用いられている。一方、アルミニウム合金の容積価格が銅合金より も低いにも関わらず、アルミニウム合金は一般に用いられていない。

流路の全横断面にわたって熱交換媒体が層流であるような、たとえば中央の乱流 域のないような、熱交換の実際の設計はほとんど今一の市場では見られておらず 、このような熱交換器はわずかに特許文献において見られる程度である。この発 明に従う熱交換器が属するカテゴリである、層流型または粘性流型の熱交換器に おいては、全横断面において本質的に流路に沿う媒体の流れが層流となるような 断面月決の熱交換媒体の流通水路または流路を設けることが試みられている。こ の場合、流れている媒体と流路の壁との間における熱の移動は、一般にＨ，いに 温度の異なる領域間での混合による助けを得ることなく、流路の各地点からある いは各地点に向かってそれぞれ起こるものである。熱が伝達する方向、すなわち 流路の熱伝達壁に対し直角の方向に、流路の断面積を急激に減少させることによ り、熱が伝達する路が短くなり、媒体と流路の壁との間の接触面積を大きくする ことができる。したがって、これによって良好な熱伝達および良好な熱交換効果 を得ることができる。

しかしながら、非常に小さな断面寸法を宵する流路では、通常重大な問題が生じ 、中でも次のようなものがある。

１）　圧力降下が高く、粘度に対する依存が大きくなる。

また、流路内の付着物の形成の結果として、さらに流路の断面寸法が小さくなっ た場合に、この圧力降下は非常に増大する。このような付着物の形成は、究極的 には流路を完全に閉塞してしまう結果をもたらす。

２）　寸法が小さいため流路が洗浄しにくく、流れる媒体の性質によっては、閉 塞が起こらないように、しばしば流路を洗浄する必要が生じるかもしれない。

３）　流路を必要な正確さで非常に小さな寸法に製造するのは、難しくまた高価 になる。

しかしながら、非常に小さな断面寸法を有し、媒体が層流である流路では、より ｆｆｉ要な性質によるものであり、あまり容易に理解することのできない他の問 題がもたらされる。たとえば、媒体と流路壁との間の接触表面積を大きくしよう とする場合、また同時に２つの媒体間のシール部分の数をできるだけ少なくしよ うとする場合、流路壁内の熱伝達の路およびそれに伴うその中での熱伝達の抵抗 が大幅に増加する傾向にある。これによって全体の温度差の大部分は前記壁に存 在し、したがって前記流路を流れる媒体を横切って存在するのは小さな温度差の みである。これは接し合っている媒体と流路の間を多量の熱が移動する場合に自 然に発生するものである。結果として、このような熱交換器の寸法取りは未だ充 分に、研究あるいは観察されていない最適の条件に依存する。他のもう１つの問 題は、小さな断面；ｊ°法の流路の中を本質的にほとんど層流で流れるような流 動媒体中起こる独特の流れの分布および温度の分布に関係している。もし対策を 講じないとすれば、この問題はまた流動媒体と流路隔壁との間の熱伝達を著しく 阻害する結果をもたらすであろう。以下この問題について議論する。

スウェーデン特許明細書第７３０７１６５−６号は、またこの発明の熱交換器が 属する種類の既に述べた層流型熱交換器について記載した少数の特許明細書の中 の１つである。しかしながら、このスウェーデン特許明細書に記載された熱交換 器は、多数の非常に重大な欠点を有しており、既に述べた問題の解決を与えてく れるものではない。

この発明の目的は、既に述べた粘性流型の改良された熱交換器を提供することに ある。この発明に従った熱交換器は、層流型熱交換器に関連して生じる問題に有 効な解決を与えまた今日普及している乱流型の管および平板熱交換器と比較して 以下のような貴重で重大な長所を与えてくれるものである。

ａ）　１１位体積あたりの高熱交換率 ｂ）　圧力に対する高く不変的な抵抗。および少ない余分のコストにも関わらず 非常に高い圧力に耐え得るよう構成されていること。

ｃ）　１つの熱交換媒体から他のものへの漏れに対する高い安全性。これは、漏 れを生じがちな溶接またはろう付けが不要であり、２つの媒体間においてシール の必要な部分がほんのわずかであることによる。それぞれの媒体は故障のない方 法で別々に容易に封じ込めることができるので、生じたシールの欠陥は容易に見 つけることができ、前記流体が他の媒体中に漏れ出る危険を伴うことなく、漏れ 出た熱伝達媒体のいずれも熱交換器の外部に集めることができる。

ｄ）　熱交換媒体の間には厚い隔壁が設けられているという事実から、その間で の漏れに対する安全性が高い。また、これによって必要とする耐食材の量を低減 させることができる。

ｅ）　溶接、硬質ろう付けまたは軟質ろう付は可能でかつ腐食に対して抵抗性を 示す材質である必要性が比較的少なくなるため、使用する材質に関し広い選択を することができる。このように比較的材質を自由に選べることから、特定の厄介 の分野および特別の分野での用途向けに熱交換器を容易に設計することが可能に なる。アルミニムはこの発明に従った熱交換器のデザインに用いるのに好適な材 料である。

ｆ）　メンテナンス性が優れている。これは、流動媒体と接した状態となる熱伝 達表面が通常効果的に清浄で、点検可能なためである。

ｇ）　簡単でコンパクトなデザインにすることができ、異なった熱交換器への要 求および比較的低いコストでの応用分野に合うように適合させることができる。

これは、たとえばアルミニウムのような、材質や使用することのできる製造方法 を比較的自由に選択できることにより、動力単位あたりの製造コストを低くする ことができることによる。

ｈ）　簡単に管理できる高度に自動化されたかつ有効な方法によって、均一な品 質の熱交換器を製造できるという幅広い可能性がある。

ｌ）　平均および低い出力定格のどちらにでも高度に適応する。

Ｊ）　熱交換媒体の体積流量に大きな影響を受けない一定の熱交換率を与える。

成る場合には、たとえば消費されてしまう冷却水のような高価な液体の必要量を 低下させることができることを意味する。熱交換率に多大な範囲の影響を与える ことなく、分流バルブの助けにより高い圧力を避けることができる。この結果と して操作コストを低下させることができる。

ｋ）　たとえばヒートポンプシステムのような経済的に価値のある手法で最適な 熱交換器を設計し、それに伴い全体としてシステムの効率および経済性を高める のに特に優れた可能性を有している。一方の熱交換媒体の出口温度を他方の熱交 換媒体の人口温度に比較的ちかづけることができるので、原理的にはこれが達成 できる。

この発明に従った熱交換器は、添付した請求の範囲の中で後はど明らかにする特 徴によって特性付けられる。

ここで添付した図面を参照してさらに詳細にこの発明を説明する。

１ａおよび１ｂ図は、流路における媒体の層流の速度分布および温度分布をそれ ぞれ模式的示したものである。

２図は、１ａおよびｌｂ図に示した種類の層流媒体の流れにおける流路人口から の距離の関数として媒体と流路壁間の熱伝達を示した図である。

３ａおよび３ｂ図は、この発明に従った熱交換器における流路の２つの互いに異 なった好ましい実施例を模式的に示すものである。これにより、流動媒体と流路 壁間には熱の大きな伝達がなされる。

４ａおよび４ｂ図は、それぞれこの発明に従った熱交換器の第１の実施例の半径 方向の概略部分断面図、および軸方向の部分断面図である。

４ａ図は、４ａおよび４ｂ図に示した熱交換器の中における１つの媒体の流れの パターンを模式的に示すものである。

５ａ、５ｂおよび５ａ図は、４ａ〜４０図と同様に、この発明に従った第２の実 施例の熱交換器を模式的に示したものである。

６ａ、６ｂおよび６０図は、４ａ〜４ａ図と同様に、この発明に従った第３の実 施例の熱交換器を模式的に示すものである。

７ａ、７ｂおよび７ａ図は、４ａ−４ａ図と同様に、この発明に従った第４の実 施例の熱交換器を模式的に示すものである。

８図は、この発明に従った平板熱交換器の実施例の一例として模式的に示すもの である。

９ａ、９ｂおよび９０図は、液体状媒体と気体状媒体との間における熱交換のた めのこの発明に従った熱交換器の実施例を模式的に示すものである。

１０図は、この発明に従った熱交換器の熱交換の起こる部分を部分的に透視で示 す模式図である。この図を用いて操作方法および熱交換器の寸法取りを説明する 。

１１〜１５図は、この発明が基礎とする熱交換器の寸法取りの原理を説明するた めの図である。

４ａおよび４ｂ図に示すこの発明に従った熱交換器の実施例は、円筒状のもので あり、２つの端壁１および２ならびに円筒状外壁３を備えており、その端はそれ ぞれ端壁１および２の一方と封じるように接合されている。端壁１および２、な らびにそれに伴った全体としての交換器部分は、熱交換器の中の中央を端壁間に 延びるようにして設けられかつその中に螺入されているボルト４によってともに 保持されている。外壁３とボルト４との間に位置する環状の空間は、高い熱伝導 率を有した円筒状で不浸透性の隔壁５によって、２・つの同中心の環状のチャン バＡおよびＢに分割されており、隔壁５の２つの端部はそれぞれ端壁１および２ に封止するように接合されている。２つのチャンバＡおよびＢは、熱交換の起こ る２つの媒体ＭａおよびＭｂのうちのそれぞれ一方のための流れの空間を形成し ている。したかって、媒体Ｍａのための外側の環状チャンバＡは、端壁２の中に 人口（図示されない）を有し端壁１の中に出口６を何している。一方、媒体Ｍｂ のためのチャンバＢは、同様にして、端壁１の中に入口を有し端壁２の中に破線 で示すように出ロアををしている。チャンバＡの一方端には環状の入口空間８が あり、同様に該チャンバの他方端には環状の出口空間９がある。これに対応して 、チャンバＢには端壁工に隣接して入口空間１０があり、端壁２に隣接して出口 空間１１がある。

媒体Ｍａは、平行に流れるように連結した多数の流路を通り、チャンバＡ内を入 口空間８から出口空間９へ流れる。

図示した実施例において、これらの流路は、多数の互いに平行な、実質的に環状 のフランジまたは流路壁１２を円筒状の隔壁５の外側表面に上に設けることによ り形成されている。この流路壁１２は、実質的に隔壁の円周まで延びる狭い長四 角形の断面の溝状の流路１３を形成しそれらの間を画している。媒体Ｍａは、図 示した実施例では４つ示されているが、多くの分流チャンネル１４（参照４ａ図 ）を通り入口空間８からこれらの流路１３に流れる。この分流チャンネル１４は 、入口空間８からフランジ１２を通り出口空間９の端まで達するように軸方向に 延びている。媒体Ｍａは、出口空間９からフランジ１２を通り入口空間８まで達 するように軸方向に延びている対応した数の収集チャンネル１５（参照４ａ図） を通り、溝状の流路１３から出口空間９まで通過する。したがって、流動媒体Ｍ ａの流れのパターンは、４ａ図に模式的示すようなものとなる。すなわち、人口 空間８から軸方向に延びた分流チャンネル１４に入り、媒体はここから円周状に 延びた溝状の流路１３（簡略化のため４０図には図示しない）を通り、軸方向に 延びた収集チャンネル１５に流れ、該チャンネルを通り出口空間９まで流れる。

媒体Ｍａは狭い？Ｆｉ状の流路１３を通って流れるので、円筒状の隔壁５と一体 的に形成されているため良好な熱伝達関係を何している流路壁１２の材質と媒体 Ｍａとの間で熱が伝達する。

内側の環状チャンバＢを通って流れる媒体Ｍｂのための流路も同様に、溝状の流 路１７にまで延びるよう実質上円周に形成されそれらの間を画している多数の環 状フランジ１Ｂを円筒状隔壁５の内側表面に設けることにより形成されている。

媒体Ｍｂは、入口空間１０からフランジ１６を通って延び出口空間１１に達する 軸上に延びた分流チャンネル１８（参照４ａ図）を通り入口空間１０からこれら の流路１７の中通る。媒体＞ｉ　ｂは、出口空間１１からフランジ１６を通り出 口空間１０に達する軸」−に延びた収集チャンネル１９（参照４ａ図）を通り流 路１７から出口空間１１へ流れる。媒体Ｍｂは溝状の流路１７を通って流れるた め、円筒状の隔壁５と良好な熱伝達関係にあるフランジまたは隔壁１６と媒体と の間を熱が伝達する。したがって、それぞれの流路壁１３と１６および枝体を透 過しない円筒状の隔壁５を通り、２つの媒体ＭａおよびＭｂの間で熱交換が行な われる。

チャンバＢ中の流路１７は、スリーブ２０によって半径方向内側に境界が設けら れており、スリーブ２Ｇとボルト４との間に環状の空間２１を形成するように、 ボルト４の外側表面から空間をあけてスリーブ２０が設けられている。

空間２１は媒体Ｍｂのオーバフロー流路を形成しており、通常このオーバフロー 流路はばねで押し付けられたシールリングまたはバルブリング２２によって閉じ られており、入口空間１０から出口空間１１までの通路に沿った圧力の降下が所 定の鎖よりも高くなったときに開くようにされている。

流路壁１２および１６はそれぞれ、分離した、環状の、互いに平行なフランジを 隔壁５の」二に備えているか、または円筒状の隔壁５の両側に沿って延びる螺旋 状のフランジによって形成されている。

理解されるように、図示した熱交換器は、非常に大きな接触面積およびそれとと もに各媒体Ｍ　ａおよびＭｂと流路壁１２，１６とのそれぞれの間における熱伝 達表面積を有しており、これらは円筒状の隔壁５によって良好な熱伝達関係を有 している。隔壁５が継目の部分のないワンピースの構造の形であり、隔壁のＪＹ みが腐食によって悔い破れることがないようなものであるため、媒体Ｍａ、Ｍｂ 間での漏れのおそれがほとんどないことが理解されるであろう。

シールする部分は２カ所のみであり、すなわち隔壁５の端部である。ｑ利にかつ 比較的低コストで行なうためには、これらのシールとして、その間で流路２３に 存在する（各６体に対して１つの）ダブルシールの形にすることができる。ここ では、収集および漏れが発生したことに表示のために、熱交換器の外部の容易に モニタできる場所へ漏れを収集して導くことができる。このようにして、たとえ 譜隔壁５の端部に施したシールに欠陥が生じても、媒体の１つが他方へ漏れ出る ことを防ぐことができる。

１０図は、たとえば４ａ〜４０図に示した熱交換器のようなこの発明に従った熱 交換器の熱交換の起こる部分を示す原理的な概略断面図である。１０図は隔壁５ を示しており、その一方側には一方の媒体ＭＯの１Ｍ状の流路１３をその間に画 するフランジまたは流路壁１２がその一方側に設けられている。隔壁の他方側に は同様にして、他方の媒体のＭｂの流路１７をその間で画するフランジまたは流 路壁１６が設けられている。１０図において、隔壁５と平行な方向での流路の幅 はＳ、隔壁５に対し直角の、流路壁の高さと一致している流路の高さはｈ２流路 壁の厚みはｔ、隔壁５の厚みは２Ｖで示す。これらは、以下の記載においても相 当のものを示す。流れ方向における流路の長さをＬで示す。この発明に従った熱 交換器では、流路の中の流れが流路の断面領域全体にわたって実質的に層流であ るように、流路が寸法取りされている。まず、熱は伝達路を横切る方向に一方の 媒体から流路壁に向かい、その後熱は流路壁を通り隔壁に伝達され、次にここか ら他方の媒体のための流路の間の流路壁に伝わり、流路壁および流路を横切る方 向に流れている媒体中に流路壁から熱が伝わる。以上のようにして、１０図に矢 印で示したように一方の媒体から他方の媒体に熱が伝達される。

熱交換プロセスにおいて一方の媒体から他方に熱が伝達される場合、その熱エネ ルギまたは伝達される熱に関して次のような原理式を書くことができる。

ここで、Ａは熱が伝達する面積であり、ΔＴは熱伝達路の長さ１に沿う温度差で あり、λは熱伝達路に沿う熱伝導率を示している。この熱交換器では、常に少な くとも２つの媒体と該媒体を分離する隔壁とが存在している。

２つの媒体の熱伝導率は、熱交換器が果たす目的によって定まる値であり、また その間で熱交換がなされる前および多くの場合この交換が起こった後における２ つの媒体の温度差も同様である。したがって、変化するまたは影響する熱交換器 のパラメータは、２つの媒体間および隔壁を横切っての絶対的な温度差の分布、 隔壁を形成する材質、および前記隔壁の厚みとそのｑ効表面積すなわち媒体が接 触する隔壁の表面積のみである。２つの媒体の熱伝達路は、媒体の流れのパター ンの選択およびそれによって生じる効果によって影響されるものである。熱交換 器のコスト、大きさ、■量等を低くするためには、一般に、以下に伝達熱として 述べる、単位体積■あたりの伝達熱エネルギＰが高く、しかも同時に耐圧性およ び圧力降下に関して満足のいく値でなければならない。この発明に従った熱交換 器において、流路の幅Ｓの減少は、媒体の熱伝達路の減少、および媒体の流路壁 との接触面積の増加をもたらす。したがって、流動媒体中に存在する固体によっ て生じる閉塞の危険や流路壁をｍｓする付着物を考慮に入れる一方で、この発明 の熱交換器では、できるだけ流路の幅を小さくしなければならない。実際、流路 の幅Ｓとしては、およそ１．５ｍｍおよびそれ以下が適当である。この発明に従 った熱交換器においては、２つの媒体が接触する壁構造の表面は、通常の乱流熱 交換器の場合と異なり、それぞれの媒体に対して大きさが互いに異なっている。

さらに、この発明の熱交換器では、前記壁構造の熱伝達路は相対的に長く、すな わち流路壁の中であり、そのため壁構造内の熱伝達路に沿う温度差または温度降 下は、通常２つの媒体中の熱伝達路に沿う温度差または温度降下と同じ次数の大 きさである。通常の場合には、隔壁５の厚み２ｖは、必要な壁の機械的強度の観 、「ハおよび腐食などに対する抵抗の観点から選択されるが、この発明の熱交換 器では、壁の厚みが熱交換器全体の体積に対し比較的小さな影響しか与えないの で、隔壁は比較的大きな厚みを有している。

単位体積Ｖあたりの伝達熱Ｐについて最適条件を達成しようとする場合には、選 定された流路幅ｓ５用いる製造方法夛および流動する媒体の性質を基礎にして、 既に述べたように流路中で起こる閉塞の危険を考慮しかつ製造コストを考慮して 流路幅Ｓを選定し、最適の流路の高さｈ、およびそれに伴う最適の流路壁の高さ および最適の流路壁の厚みｔを計算することができる。この計算は、１つの媒体 と隔壁（１０図に示す５）の中央平面との間での熱伝達に関して、一度に１つの 媒体について行なわなければならない。

これに関して、驚くべきことに流路壁の最適の厚みは流路の厚みと無関係である ことが見い出された。流路の最適な厚みは、充分に正確なものとして、次の式で 与えられる。

を−流路壁の厚み（ｍ） ｈ−流路高さおよびそれに伴う流路壁の高さくｍ）λ−流路壁の材質の熱伝達率 （Ｗ　／　ｍ　Ｋ　）λ　−流動する媒体の熱伝達率（Ｗ／ｍＫ）である。

同時に、流路壁の厚みを上の式（２）に従って最適化しようとすれば、流路ａ高 進；およびそれに伴う流路壁の高さを、次の一連の式によっ−ご計算することか できる。

ここで、■−隔壁（１０図に示す５）の厚みの半分（ｍ）であり、ＨおよびＳは ２つのディメンジョンレス量である。

この一連の式の解は、１１図に示す曲線によって図示される。

上記に従う最適の値は、流路の高さｈおよび流路壁の厚みｔの両者に関し比較的 小さな値として与えられる。しかしながら、この最適な値のまわりで、ゆっくり ではあるが体積あたりの熱交換量が減少する比較的広い範囲が存在する。したが って、体積あたりの交換熱器を急激に減少させることなく、より大きな流路の高 さｈおよびより大きな流路壁の厚みｔを用いることができる。

最適値ｔｏ１ｆからの流路壁の厚みｔの変化が熱交換の効果に与える影響の仕方 については、１２図に示す曲線によって説明される。この線図において、 （Ｐ／Ｖ）−ｆｌｔ位体積あたりの熱交換量（Ｐ／Ｖ）し四−熱交換壁の厚みｔ が最適な厚みである場合の？１１位体積あたりの熱交換量 流路もしくは流路壁の高さｈの逸脱による影響は、１３図に示す曲線によって説 明することができる。

肋表昭６２−５００３１７　（７） すべての熱交換器に関し、熱交換器の寸法取りをこの発明に従って構成するなら ば、熱交換器は口論んだ目的を果たすように設訓され、それとともに事実上およ び経済上の解決を与えてくれるに違いない。

したがって、熱交換器の設計はその使用する分野に大きく依存しており、したが って異なる使用分野向けの従来の熱交換器の中においてさえ著しい違いが認めら れるに違いない。この発明の熱交換器は多くの優れた性質を有しているにもかか わらす、その設計は予定する用途に適合させることができるに違いない。

まず第１に、流路の幅Ｓは、流動する媒体の純度およびたとえば石灰付着物のよ うな流路壁に形成される波膜の危険を考慮して選択しなければならない。実際は 可能な限り最も小さな幅Ｓが流路に与えられる。隔壁および流路壁を構成する材 質は、主に腐食の危険を考慮して選択される。

流路の幅Ｓおよび隔壁と流路壁の材料の性質を知ることにより、流路およびそれ に伴う流路壁の高さｈ、ならびに流路壁の厚みｔを寸法取りすることができる。

概して、熱交換器を設計する際には、単位体積あたり高い熱伝達を達成するよう 努力する一方、同時に製造コストおよび用いることのできる製造方法、ならびに また耐圧性、漏れに対する対抗力、耐食性などの要求を考慮しなければならない 。これらの一連の要求は、流路壁の数を最少にすることを要求し、これは流路お よびそれに伴う流路壁の窩さを高めることにより一般に果たすことができる。こ れに関連して、この発明の熱交換器と従来の乱流型熱交換器の因果関係か異なる ことに注目しなければならない。たとえば、従来の乱流型熱交換器における熱伝 達の量は、媒体と２つの媒体を分離している壁構造の相互の接触表面積に本質的 に直線的に比例して増加する。上記の接触表面積は、流路の数を増加させること により、流路の幅および高さならびに１ｙｔＥ路壁の厚みの同時に起こる変化に は関係なく、ただ増加させることにより、この発明に従って設計された熱交換器 にも応用される。他方、隔壁（１０図の５）の有効表面積を変化させずにそのま まで、流路の幅および高さならびに流路壁の厚みの変化により単に接触表面積が 変化するならば、有効接触表面積と伝達熱二との関係は直線関係でなくなる。こ の非常に重要な事実は今まで知られておらず、以前に提唱された本質的に全体が 層流であるよう作動する熱交換器においても考慮されておらず、したがって、た とえば流路の高さおよび流路壁の厚みなど非常に不利な寸法が提唱されていた。

流路壁の厚みｔを當に最適の厚みにしながら、隔壁（１０図の５）の面積を一定 に保ち流路の高さｈのみを痩化させた場合に生じる結果を、１４および１５図の 線図によって例示する。この点で、１４図の線図は、流路の高さｈが変化した場 合に、最大ｆｉＳ能な伝達熱Ｐ、、−Ｘに関して伝達熱Ｐがどのように変化する かを示している。１５図の線図は、ディメンジョンレス量Ｓが１５．２９の値の 場合に、流路の高さｈの低化によって、単位体積あたりの伝達ＭＰ／Ｖ、伝達熱 Ｐおよび接触表面積Ａがそれぞれどのように変化するか３つの曲線を用いて図示 している。

もちろん、最適の流路の高さり。、むにおいて最も高い伝達熱密度Ｐ／Ｖの得ら れることが自ずかられかる。しかしながら、１５図の線図はまた、２つのディメ ンジョンレス量ＨおよびＳが互いに等しいときに最も高い伝達熱Ｐｓａｙの得ら れることを示している。１５図の線図に示す５−１５゜２９を例にとると、流路 の高さｈが最適の流路高さｈ　の約６．１倍のときにこのことが生じる。この値 のとき、単位体積あたりの伝達熱Ｐ／Ｖ、いわゆる伝達熱密度は、その最大値の 約４５９６まで低下する。しかしながら、流路の高さｈが最適の流路の高さｈｏ Ｐｔの約３，１倍のときに、既に最大の伝達熱量九叫の約９０％になっているこ とがわかる。この場合、伝達熱密度はわずかその最適値の約７０％に低下してい るにすぎない。

１２および１３図に示す線図の曲線より、流路壁の厚みｔおよび高さｈがそれら の最適な値よりかなり増加するにもかかわらず伝達熱密度Ｐ／Ｖはその最適値か ら比較的徐々に低下するのみであることがわかる。同様に、流路壁の厚みｔおよ び高さｈの最適値からの緩やかな減少は、５０％までの伝達熱密度Ｐ／Ｖの比較 的小さな減少をもたらす。

したがって、たとえば製造コストや製造技術を考慮したこの発明に従った実際の 経済的な設計の熱交換器においては、流路壁の厚みｔは最適の厚みの３０％と５ ００％の範囲内、好ましくは１００％と３５０％の範囲内である一方、流路の高 さすなわち流路壁の高さは、好ましくはＨ−３に対応する値よりも上ではないが 、最適な値の約３５０％に達する。流路の高さｈおよび流路壁の厚みｔがそれぞ れの最適の値の約３倍に増加すると、一般に結果としてほとんどの場合伝達熱密 度Ｐ／Ｖか７０％まで低下する。すなわち、もし両方の寸法が同時に行なわれる ならば、前記密度は一般に最適の値の５０％よりも大きくなる。この関係から、 最適の流路の高さｈｏｐｔは一般に非常に小さく、したがってこの最適の流路の 高さを用いる場合に、必要な体積および伝達熱を得るためには、比較的多くの流 路およびそれに伴う多くの流路壁が必要となることがわかる。

次の例はこの発明に従った設計の熱交換器を達成する典型的な寸法を示しており 、これらの例では材質に関して両極端のものを基礎にしている。すなわち、アル ミニム（λ七１９０）のような優れた熱伝達率を有する材質、およびステンレス 鋼（λた２３）のような低い熱伝導率を有する材質を選んでいる。次の出発デー タは例として選ばれたものである。

ｓ−０，４ｍｍ ２ｖ＝１．０ｍｍ λ−１＝１８０（アルミニウ） λ粁−２３（ステンレス鋼） λ、−０．１３（鉱物油） これらの値から、 ５Ａｉ＝１５．２９ Ｓたｆ−５，３２ １１図のカーブに従って次のようになる。

ＨＡｐ６２．４５およびＨ）４４ｑ１．２５一連の（３）の３番目の式に従って 、これは次のようになる。

ｈ・ｐｔ、７１．２３およびり、１．−　ｏ、６２５たとえば、流路が最適の流 路の高さよりも３．２５倍高いならば、流路はその高さがｈＡ７；４．０ｍｍお よびｈ　ＲＩぐ２、Ｏｍｍになる。

この場合、１５図の線図に示すように、伝達熱比重Ｐ／Ｖはその最大値の約７０ ％にまで減少する。式（２）を用いて、流路壁の最適の厚みはここで次のように それぞれ計算できる。

ｔｏｅ（Ａｒ　０　、　２０９およびｔ　＝　０．４．？　０１製造に関してよ り実際的で経済的な流路壁の厚みを選択するならば、０．５ｍｍの厚みが適当で あると思われる。

これはアルミニウムの場合の２，３９倍、およびステンレス鋼の場合の１．６６ 倍の流路壁の厚みの増加に相当する。

これは１２図の曲線に示すそれぞれの場合の可能な最大値に関連して、アルミニ ウムの場合には約８５％、ステンレス鋼の場合には約９４％の伝達熱密度Ｐ／Ｖ の低下に対応している。したがって、流路の高さおよび流路壁の厚みが上記の選 ばれた値である場合、結果としての伝達熱密度は、最適な流路の高さおよび最適 な流路壁の厚みで得られるものに対しアルミニウムの場合約５９．５９６、ステ ンレス鋼の場合約６５．８％にまで低下する。これらの例においてステンレス鋼 の熱交換器の伝達熱密度がアルミニウムの熱交換器の伝達熱密度の約９０％であ ることはこの関係において非常に興味あることである。したがって、この発明の 熱交換器は、比較的低い熱伝導率の材質を用いた場合にでさえ高い単位体積あた りの伝達熱を生ずるよう設計することができる。上述の最適に近（かつ実際的な 寸法の範囲によるこの発明の熱交換器では、壁に用いる材質の熱伝達により過度 に影響を受けるものではない。しかしながら、この結果として、一般により多く の流路およびそれに伴う流路壁が必要となる、より低い熱伝導率の材質を用いた 場合には、流路の高さおよびそれに伴う流路壁の高さを低くしなければならない ことになる。

既に述べたように、この発明の熱交換器の基本的な原理は、４図に示す実施例の 平行に連結された流路１３および１７が、それぞれ流路の中の媒体の流れが中央 の乱流域を有することなく本質的に完全に層流となるように該当する媒体に関し て寸法取りされた流れ断面をＨすることにある。

このような層流の流れは、流動媒体と流路壁との間の熱の伝達に対して非常に雷 要な成る特性をもたらす。

１ａ図は、壁２４によって区切られた流路２３の巾を通る層流の媒体の流れの流 速を模式的に示しており、流路壁２４の間の互いに異なる流路の幅Ｓを宵した２ つの異なる流路に関してその関係を示したものである。体積流量は両方の流路に おいて同じであると仮定されている。図示するように、流路の人口における流速 は流路の幅全体にわたって同じ大きさであり、したがって流速の分布の断面は本 質的に直線である。しかしながら、流路２３を通り媒体は継続して流れるので流 路壁２４の付近において流速は減少し、一方流路の中央では増加して、徐々に流 速分布の断面がより放物線状の形状になると考えられる。これは流路を流れる体 積流量が徐々に流路の中央に集中し、一方流路壁の付近では体積流量が減少する ことを意味することが理解される。媒体が流路中を所定の距離移動した後には、 速度分布の断面は本質的に安定な形状になるものと思われる。この流れの距離は 一般に入口緊張（ｅｘｔｒｙ　５ｔｒｅｔｃｈ）と呼ばれており、１ａ図にＬｗ で示す。図示するようにこの入口緊張Ｌｗは流路幅Ｓが狭くなればなるほど徐々 に短くなる。したがって、１８図に示す例において、入口緊張Ｌｗは広い流路よ り長いが狭い流路より短い。流れる媒体の粘度が流れる道に沿って変化しないと きのみ、既に述べたことが原則的に適用されることが観察されるべきである。た とえばオイルの場合のように媒体の粘度が温度に依存し、媒体が流路を通って流 れるに従い冷却され媒体の粘度か徐々に増加するならば、ｌ−て定義した入口緊 張Ｌｗを越えても、前記媒体の体積ｌｉＥ　ｍは流路の中央に向かいおよびその 場でますます集中するようにして、速度分布の断面が変化し続けるであろう。

ｌｂ図は同様にして、流路２３の中を流れる媒体の温度分布を示したものである 。簡略化するため、図示した環境は流動する媒体が冷却される場合すなわち熱が 前記媒体から流路壁２４に伝達される場合のその主たるものを示したか、流れる 媒体が加熱される場合にも同様であることが理解されよう。入口において流路に 向かう媒体の温度はこの場合にも、本質的に流路の全幅Ｓを）苗切って一定であ り、そのため温度分布の断面は本質的に直線的である。しかしながら、媒体は流 路の中を通るため、熱が媒体から流路壁に移動し、流路壁２４の付近では温度か 徐々に低下する。

そのため温度分布の断面は放射状の配置に徐々に変化し、媒体が所定の人口緊張 り丁に沿って移動した後は木質的に安定した形に最終的になり、その後温度分布 はその形を変化させることなく、単に大きさのみを減少させる。これはまた媒体 の粘度が一定に留まる場合には原理的に真実である。もし媒体の粘度か流れる道 筋に沿って増加するならば、１１１１度分布の断面の形状は、入口緊張ＬＴを越 えても徐々に尖るようにして変化し続ける。温度の入口緊張り丁はまた流路の幅 Ｓが狭くなればなるほど短くなり、１ｂ図の例ではより幅広い流路よりも温度の 入口緊張り丁は長く、しか（７なからより幅の狭い流路よりも狭くなっている。

一般に温度の入口緊張し工は速度の入口緊張Ｌｗよりも長くなっている。

既に述べたように、木質的に全体が層流である媒体の流れと流路を区切る壁との 間の熱伝達は、媒体の流れの中のそれぞれの固有の要素と最も近くに位置する流 路壁との間の熱伝導に影響されるので、上述の１ａおよびｌｂ図に示したひ現象 は、流路の入口から遠ざかるにつれて、徐々に小さくなる媒体の流れと流路との 間の熱伝達をもたらす。

熱伝達におけるこの減少は流路壁付近における温度勾配の緩やかな減少により起 こり、また媒体のほとんどの部分の体積流量が流路壁付近の体積流量を減少させ るように流路の中央部に集中することによるものである。２図は流路入口からの 媒体の流路長の関数として熱伝達を模式的に示す曲線であり、流路入口からの距 離が増すにつれて急速に熱伝達が減少することを示している。この減少は非常に 小さな幅Ｓの流路の層流の媒体の流れにより得られる良好な熱伝達を妨げるもの であることが理解される。ｔＨ１，１の人口緊張ＬＴの端においては、２図のカ ーブのように媒体と流路壁との間は本質的に安定した熱伝達条件に支配されてお り、流路の幅Ｓの約２５％の相当熱伝達路が流動する媒体中で形成される。入口 付近の、すなわち温度人口緊張Ｌ１の中の条件が、可能な最も良い熱伝達を得る ために有利であることは明らかである。理解されるように、この入口緊張内にお いて媒体中の相当な熱伝導路はｓ　／　４以下である。

もし、流路入口近傍における、すなイつち２図の曲線の初めの部分の温度人口緊 張の範囲内の熱伝達条件が、流路のより多くの長さにおいて生じるようすること ができるならば、最も優れた熱伝達を得ることができることが理解されるであろ う。この発明の特に好ましい実施例に従えば、流路の長さに沿って少なくとも１ カ所に溝状の障害物を流路壁に設けることによりこれは達成される。この方法に よれば、流路壁の溝状の障害物の位置で流速分布の断面は回復し、再び溝状の障 害物より下流の流路においては継続して本質的に直線的なものとなる。流路壁の 溝状障害物はさらに流速の入口緊張を導くものであると言うことができる。

当然これは熱伝達における改良をもたらすものである。

しかしながら、さらに処置を講じないとするならば、流路壁のこのような溝状の 障害物の存在によって、評価できる範囲内で温度分布の断面に効果をＩＪ、える ことはできない。

しかしながら、この発明の特に好ましい実施例に従えば、このようなさらに講ず べき処置が供給手段によって可能なものとなる。これによれば、温度分布の断面 は、流路壁の溝状の障害物の位置でまた改良することができる。この改良は３ａ および３ｂ図に示す２つの方法により効果を発揮し得るものである。

３ａ図は流路壁２４によって分離される慢数の互いに平行な流路２３を模式的に 示しており、流路壁のすべてには流路の長さ方向を横切るように延びる溝２５が 設けられている。溝２５の下流に位置する流路の延長部２３′は、この場合、溝 の上流に位置する流路２３に対して溝２５の延びる方向の横側に位置している。

これは満２５の上流の流路２３を離れた媒体の流れが溝２５の下流に相対して位 置する流路に直接流れるのではなく、その代わりに原理的には溝２５の下流の２ つの隣り合わせの流路２３′に分けられる。３ａ図に示すように、この方法では 流路壁２４の付近に位置しておりそれによって低い温度となっていた、溝２５の 上流の各層は、溝２５の下流に位置する流路の延長部２３′の中の流路の中央の 付近に流れ込む。これに対応して、溝２５の上流の流路２３の中央を流れ、した がって高い温度を有している流れの層は、溝２５の下流の流路の延長部分２３′ 中の流路壁の付近に流れ込む。このようにして、流速分布の断面は、本質的に直 線になるように溝２５の下流で効果的に回復し、温度分布の断面も同様に流路壁 ２４の付近で高い温度勾配を与えるようになる。このようにして、溝２５の下流 の流路延長部２３′の入口を取り巻く熱伝達条件は、ｌ＆２５の」１流の流路２ ３の人口（：Ｉ近を取り巻くものとほとんど同し程度に良好なものとなるであろ う。

同様の結果を達成するさらにそしておそらくより好ましい方法を、３ｂ図に示す 。この実施例の互いに平行な流路２３も、流路の長さに沿う位置に横切る溝２５ を設けている。しかしながら、この実施例では／Ｉ？）２５の下流の流路延長部 ２３−は溝２５の上流の流路部分２３に揃えるようにして位置している。このこ とは製造上の而から好ましいことである。他方、流路を横切る溝２５は、該溝の 一方端を任意の適当なくびれ２６を経て中間人口２７に通じており、該溝の他方 端は任意のくびれ２８を経て中間出口２９に通じるよう配置されている。このよ うにして、流路２３を通る層流の媒体の流れに対し直角な満２５を通る媒体の流 れをｉすることができる。この結果として、１ｔ２５の−１−流の流路２３を出 た層流の流れは、溝２５の下流の流路の延長部２３′に入る前に横方向に置き換 えられる。これは３ｂ図に模式的に示す原理的に達成される結果を可能にする。

すなわち、溝２５の上流の流路２３中の流路壁２４の近傍を流れる流れの層は、 溝２５の下流の流路の延長部２３゛の中央部付近に流れるようになる。したがっ て、この実施例において流速分布の断面は、また１１？＋　２５の下流で回復さ れ本質的に直線的な形状を与える。また、温度分布の断面も流路壁２４の近傍で の温度勾配を増加させるように署しく改良される。

この溝切る溝２５によりさらに得られる重要な利点は、流路の軸方向の流路壁２ ４を通る熱伝達が妨げられることである。流路に沿う流路壁中のこのような熱伝 達はまた、全体の熱伝達の本質的な低下を引き起こすので、このような熱伝達の 障害はｉｎすな改良となる。

理解されるように、１より多い、たとえば２つの横切る溝は、流路２３の長さに 沿って所定の距離隔てて配置させることかできる。しかしなから、各流路に２以 りの溝を配置１ｔすることは、通常無視てきる程度の改良しか得られないてあろ う。

４ａないし４０図に示したこの発明に従った熱交換器の実施例において、媒体Ｍ ａおよびＭｂのための各流路１３および１７は、２つの横切る溝２５によって分 割される。

溝２５の両端は、それぞれ２つの媒体ＭａおよびＭｂのための入口空間８．１０ および出口空間９，１１に通じている。

溝状の狭い長方形の断面を何しだ流路についての温度の入口緊張し　は、次の式 を使っておおよそ計算することがＱ−流路を通る体積流ｍ、　（ｍ３／　ｓ　） ρ−媒体の比重（ｋｇ／ｍ３） Ｃｒ　−媒体の比熱（Ｗｓ／ｋｇＫ） 流路あたりの横切る溝の数は少なくとも１つでなければならない。とはいえ、そ の数は互いの距離がそれらの間で温度入口緊張しＴの長さもしくはその長さより も短い長さにほぼ対応するように自利に選択しなければならない。

上述した月決取りおよび最適化ルールにおいて、流路の中を流れる媒体の相当熱 伝達路は、流路幅Ｓの約１／４てあり、これは前に述べたように温度人口緊張の 下流に位置する流路の部分に応用されるものであると考えることができる。

一１二連したようにして流路壁に横切る溝を配置する場合、流れる媒体の相当熱 伝達路はより短くなり、これは流路の高さおよび流路壁の厚みを寸法取りすると きに考慮すべきことである。

この発明の熱交換器を刈法取りする場合、流路中における圧力の降下もまたかな り興味のあるものである。所望の熱交換が可能な流路を最少の体積流量で、かつ 流路壁の被膜か最大の可能な厚みを確立し始めている場合おいて、流路中の受入 れられる圧力降下は次の式から計算ることがてＱ＝流路を通る可能な最低の体積 流Ｑ　（ｍ３／ｓ）μ＝媒体粘度（Ｎｓ／ｍ２） Ｌ−流れ方向の流路の長さくｍ） ｈ＝流路の高さくｍ） Ｓ＝流路の幅（ｍ） Ｂ＝彼波膜厚み（ｍ） この発明の熱交換器は、従来の熱交換２；の流路の通常の長さに比べてその流路 の長さＬが小さいことより、低い圧力降下を達成することができる。流路の長さ Ｌが小さな場合には、流路の数が増加しなければならず、その結果熱交換器を通 る媒体の全体の体積流量がより多くの数の流路により分割され、流路あたりの体 積流量が低下する。したがって、流路の長さしとそれぞれの流路を通る体積流量 Ｑはこのようにして低下するので、流路中の圧力降下Δｐもまた低くなる。鉱物 油のような極端に粘度の高い媒体の場合には、流路の長さを短くしその数を増加 させることにより、重大な不利はなく、充分な圧力降下がまた達成され得る。

２つの液体間の熱交換のためにこの発明の熱交換器を設計する場合、個々の流路 は既に述べた環境および条件を基礎にして計算された次の典型的な寸法により与 えられることができる。

流れ方向の長さしは、約１０〜６０　ｍ　ｒｎ　％高さｈは一般に８ｍｍより低 く、多くの場合２と５ｍｍの間、 幅Ｓは通常０．２〜１．５ｍｍで、多くの場合１ｍｍより低い。

ここで、流路の幅Ｓの大きさは、短い相当熱伝達路であるという点、および流路 壁の表面を洗浄する・必要が生ずる以前の特定の場合において、０．１〜０．２ ｍｍまでの被膜が３Ｌ「容されているという点から選択されている。選ばれた流 路の高さは、また前記流路を通り流れる媒体に依存して変化し、そのため最も低 い熱伝導率および最も高い粘度をｑする媒体は、熱交換器の体積のより大きな部 分およびそれに伴うより大きな流路の高さを′ｊ・えられる。

この発明に従ったいくつかの購造の異なる熱交換器の実施例を、ここで例として 示す。

５　ａ　−ｃ図に示した熱交換器の実施例は、媒体Ｍａのための流路１３と媒体 ｌｖｉ　ｂのための流路１７との間の流路壁が、円筒状の隔壁５の両側に一体的 にそれぞれ形成されいるフランジ１２および１６と、円筒状外壁３の内側表面に 一体的に形成されているフランジ３０および内側のスリーブ２０の外側表面に一 体的に形成されているフランジ３１とにより交互に区切られており、このことか ら４ａ−ｃ図に示す熱交換器と異なっている。フランジ３０および３１の端は、 隔壁５と機械的に接しており、隔壁５のＶ字形またはＵ字形の凹部によって正し い位置に案内されている。

この場合、流路壁となるすべてのフランジ１２．　１６．　３０１３ノか螺旋状 に延びているため、種々の熱交換器の構成部分をともに螺旋状にすることができ る。形状を円錐形にするように隔壁５の厚みは適当にわずかに鹿化している。

これにより熱交換器をｔ■立てた際、構成部分間に良好な機械的接触が得られる 。

６ａ−ｃ図に示す熱交換器は、まず第１に媒体Ｍａのための流路３２および媒体 Ｍｂのための流路３３が軸方向に延びており、一方分流チヤンネル３４および収 集チャンネル３５（媒体Ｍ　ａについては６０図に示す）が実質的に周囲に延び ているという点て、今まで記載した熱交換器と異なっている。流路３２，３３は 、円筒状の隔壁５の両側に一体的に形成される軸方向に延びたフランジ３６およ び３７と、外壁３の内側表面に一体的に形成された軸方向に延びるフランジ３３ と、内側のスリーブ２０の外側表面に一体的に形成された軸方向に延びるフラン ジ３９から形作られている。６ａ図に示すように、フランジ３８および３９のそ れぞれの端は、隔壁にそれぞれ設けられるフランジ３７と３６との間の部分て隔 壁５と良好に機械的に接触している。５　ａ　−ｃ図の熱交換器のように、この 実施例の異なる熱交換器の部分も、それらの間で良好に機械的に接触するように 円錐形状を有している。

７ａ〜７０図に示すこの発明の熱交換器の実施例において、媒体Ｍａのための流 路４０および媒体Ｍｂのための流路４１を形作る流路壁は環状のプレート４２お よび４３を形状として有しており、これらはたとえばろう付け、溶接、シンター リングまたは圧入などにより円筒状の隔壁５に強固に接合されており、円筒状外 壁３の内側表面と円筒状スリーブ２０の外側表面とにそれぞれ迫られることによ って、わずかに円錐形の形状に弾力的に変形している。

この発明の熱交換器は、平面の隔壁を有するようにも設計することができ、この 場合従来の平板熱交換器と同様の外観および多くの特性を何している。この発明 に従った平板型熱交換器により得られる伝達熱密度は、環状の隔壁を宵したこの 発明の熱交換器とほぼ同等のものが得られる。

しかしながら、熱交ＦｉＡ器の漏れに対する安全性や耐圧性はわずかに低くなる 。しかしながら、適当な製造技術を用いることにより、これらの性質は従来の熱 交換器の対応する性′ａと同等あるいはより優れたものにすることができるであ ろう。８図に例として模式的に示した熱交換器の実施例は、この発明に従ったこ のような平板型熱交換器の１つの設計を原理的に示したものである。８図には１ つの熱交換媒体Ｍａのための熱交換器の半分が示されている。この熱交換器の半 分のうち影をつけた表面は、たとえば真空中でのオーブンブレージング（ｏｖｅ ｎ−ｂｒａｚｉｎｇ）などのような適当な方法で、平面の隔壁の一方に接合され ており、他の媒体Ｍｂのための熱交換器のもう一方は隔壁の他方側に接合されて いる。理解されるように、この発明に従ったこのような平板熱交換器は、ドロー ホルト（ｄｒａｗ−ｂｏ、］ｔ）および硬く分厚い圧力板によってともに接合す ることができ、必要なシールは柔軟なガスケットにより行なうことができる。

９ａ−ｃ図は液体と気体の間の熱交換用に設計されたこの発明の熱交換器の例を 示しており、この熱交換器はセントラルヒーティングのラジェータ用として適当 なものである。９８図はこの熱交換器の概略を示す斜硯図であり、９ｂ図はこの 熱交換器の垂直断面図であり、９０図はその断面図の一部を拡大して示すもので ある。

この実施例において、熱交換器は平行でエビベディック（ｅｐｉｐｅｄｉｃ）な 外部形状を有しており、頂部と底がともに開いており暖められた気体のチャンバ として働く外部囲い４６が載置されており、気体は自然の通風力の結果としてそ の囲いの底からその中を通り上方へ流れる。この熱交換器は２つの同一の部月５ ３ａおよび５３ｂを備えており９．それぞれは平面状で媒体を通さない隔壁４７ ａおよび４７ｂを備え、その−刃側には水平方向に互いに平行に延びるフランジ ４８ａおよび４ｇｂが設けられており、他方側には同様に水平方向に平行に延び るフランジ４９ａおよび４９ｂが設けられている。２つの熱交換部分は、溝状の 液体流路５０をそれらの間で形成するように互いの間に差し込むようにしてフラ ンジ４８ａおよび４８ｂが接合されている。溝状の気体流路５１ａおよび５１ｂ は、フランジ４９ａおよび４９ｂのそれぞれの間で形成されている。

図示されいるように、液体流路５０および気体流路５１ａ。

５１ｂは、互いに異なる２つの媒体の性質を考慮して寸法取りされている。液体 は熱交換器アセンブリの上端に位置する入口チャンバ５２から流路５０内に導か れ、フランジ４８ａ、４８ｂを通って延びるｉｌ：直分流チャンネルを通り、流 路５０から、フランジ４８ａ、４８ｂを通って垂直に延びる収集チャンネルを通 り熱交換器アセンブリの低い部分に位置する出ロチャンベ５４から外へ出る。気 体は対応するように熱交換器アセンブリの低い方の端からフランツ４９ａ、４９ ｂを通り北方に延びる垂直分流チャンネルを通ってそれぞれ流路５１ａおよび５ １ｂに導かれ、フラ〉ジ４９ａ、４９ｂを通って上方に延びる垂直収集チャンネ ルを通り流路５１ａ、５１ｂから熱交換器上方端部に出る。

理解されるように、この発明に従った原則を応用することにより、既に説明し記 載した以外の多くの他の設計の熱交換器を装造することかできる。たとえば、こ の発明に従って構成された熱交換器は２つの熱交換媒体をそれぞれ有した１（数 のチャンバを備えてもよい。これらのチャンバは。

中間の平板隔壁を介して互いに交互に隣り合わせて配置されるかあるいは中間の 管状の隔壁を介して互いに外側に同心固状に配置される。このような設＝１゛は 、低い流路の高さおよびそれに伴う本質的により多くの数の流路および流路壁の 結果として、必要な体積を確保するため、実際は最もよく用いられそうな設計で ある。記載した実施例のすべてにおいて、分流および収集チャンネルは事実上の 熱交換器アセンブリの中に位置しており、それは可能であり適当であるであるも のであるが、多くの場合はこれらのチャンネルはｉ（実上の熱交換器アセンブリ の外部に位置する。図示し説明した実施例の中では、２つの熱交換媒体はともに 本質的にすべて層流であると考えられる。これは、特定の応用分野において、従 来のように、１つの媒体が層流で他方特衣昭６２−５００３１７　（１２） の媒体が乱流であることを妨げるものではない。

国ＶＡＵ！４査報告 ｌｎｍＭｌｌｏｎＭｌ＾１ｌｐＨｅｌｌ１６ｆｉ　Ｎａ、ＰＣＴ／Ｓｔ：８（１ １００２４５１，１１工。１□−一、電１６１１ｘｅ、ＰＣＴ／ＳＥＢ４１００ ２７４５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．媒体を通さず熱的な伝導性を有した隔壁によって分離された少なくとも２つ のチャンバ（Ａ，Ｂ）を備え、前記チャンバはそれらの間で熱伝達が行なわれる ２つの媒体（Ｍａ，Ｍｂ）の一方がそれぞれ通り抜け、かつそれぞれの前記チャ ンバは少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を設けており、少なく とも１つのチャンバの内部はそこを通る媒体の流れに関して平行に連結された多 数の流路（１３，１７）により分割されており、流路の入口端および出口端は分 流チャンネル（１４，１８）および収集チャンネル（１５，１９）をそれぞれ通 り前記チャンバの入口および出口にそれぞれ通じており、前記流路を区切り分離 する壁（１２，１６）は高い熱伝達率の材質を備えて前記隔壁（５）と良好な熱 伝達関係を有し、かつこの熱交換器において前記流路中の前記媒体の流れが中央 乱流域のない実質的に全体が層流であるように、そこを通り流れる媒体に適合さ せた流域を有している熱交換器において、流路（１３，１７）およびそれに伴う 流路壁（１２，１６）の隔壁（５）に対して垂直方向から見たときの高さ（ｈ） が、Ｓ＝Ｈに対応する値よりも大きくないが、次の一連の式を解くことにより得 られる値の３５０％までの値であり、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ここで、 ｖ＝隔壁の壁の厚みの半分の値（ｍ） ｓ＝隔壁に平行な流路の幅（ｍ） ｈ＝隔壁に対して垂直な、流路およびそれに伴う流路壁の高さ（ｍ） λ＝流路壁の材質の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）λＭ＝流路を通って流れる媒体の熱伝 導率（Ｗ／ｍＫ）かつ、隔壁（５）に平行な流路壁（１２，１６）の厚み（ｔ） が次の式から得られる値の３０％と５００％の間、好ましくは１００％と３５０ ％の間の値を有することを特徴とする熱交換器。 ｔｏｐｔ＝２ｈ√（λＭ／λ） ここで、 ｔ＝流路壁の厚み（ｍ） ２．隔壁（５）に平行な方向の流路（１３，１７）の幅（ｓ）が、１．５ｍｍ、 好ましくは１．０ｍｍより小さいことを特徴とする、請求の範囲第１項記載の熱 交換器。 ３．流路（１３，１７）を区切る流路壁（１２，１６）が前記流路の長さに沿っ て少なくとも１カ所に溝状の障害物（２５）を備えており、それによってこの箇 所で前記流路の中を流れる媒体の速度分布の断面が、流路壁に対し直角に流路を 横切るように、本質的に直線形状に回復し、かつ流路の縦方向の流路壁内の熱伝 達路がそれによって阻止されることを特徴とする、請求の範囲第１項または第２ 項記載の熱交換器。 ４．前記熱交換器が多数の平行な流路（２３）を備え、かつその流路を区切り分 離する流路壁（２４）に前記満状の障害物が互いに整合して位置し、そのことに よってそれらが前記流路を横切って延びる溝（２５）を形成していることを特徴 とする、請求の範囲第３項記載の熱交換器。 （３ａ，３ｂ図） ５．前記横方向の溝（２５）の一方側の流路（２３）が、２つの隣り合う流路間 のピッチの半分に対応した距離で溝の他方側の流路（２３）に関して溝の延びる 方向へ横に置換えられていることを特徴とする、請求の範囲第４項記載の熱交換 器。（３ａ図） ６．前記横方向の溝（２５）は、その溝中の媒体が流路（２３）中の流れ方向に 対し横に流れるように、その一方端を媒体入口に、その他方端を媒体出口に通じ ており、それによって、溝（２５）の一方側の所定の流路（２３）からの媒体の 流れのすべてが、溝の他方側の相対する位置にある流路（２３）に流れ込むので はなく、前記媒体の流れの一部が隣接する流路の中へ入ることを特徴とする、請 求の範囲第４項記載の熱交換器。（３ｂ図）７．流路（１３，１７）の壁（１２ ，１６）が、前記流路の長さに沿って一定間隔をおいた場所に配置されている、 ２つもしくはそれ以上の溝状の障害物（２５）を有することを特徴とする、請求 の範囲第３〜６項のいずれか１項に記載の熱交換器。 ８．流路壁（１２，１６）が隔壁（５）と一体的に形成されていることを特徴と する、請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の熱交換器。 ９．流路壁（４２，４３）が隔壁（５）から分離した部材により形成されており 、かつ前記部材の隔壁に面する端が前記隔壁と良好な機械的および熱伝導的な接 触を有するよう配置されていることを特徴とする、請求の範囲１〜６項のいずれ か１項に記載の熱交換器。（７図）１０．互いに平行な流路壁（１２，３０，１ ６，３１）が、交互におよびそれぞれ、隔壁（５）と一体的に、および前記隔壁 から分離した部材（３０，３１）によって形成されており、隔壁と面する前記部 材の端が良好な機械的および熱伝導的な接触をそれに対し有していることを特徴 とする、請求の範囲１〜６項のいずれか１項に記載の熱交換器。（５図） １１．各媒体の流れのために２つのチャンバ（Ａ，Ｂ）が、環状の形状を有し、 かつ本質的に円筒状の隔壁（５）の両側に同心円状に配置され、媒体の入口およ び出口がチャンバの軸方向の両端に配置されていることを特徴とする、請求の範 囲１〜１０項のいずれか１項に記載の熱交換器。 （４図） １２．流路（１３，１７）がそれぞれの環状のチャンバ（Ａ，Ｂ）を通り本質的 に周囲に延び、分流および収集チャンネル（１４，１５，１８，１９）が本質的 に軸方向に延びていることを特徴とする、請求の範囲第１１項記載の熱交換器。 （４図） １３．流路（３２，３３）がそれぞれの環状のチャンバ（Ａ，Ｂ）を通り実質的 に軸上に延びており、分流および集中チャンネル（３４，３５）が本質的に周囲 に延びていることを特徴とする、請求の範囲第１１項記載の熱交換器。 （６図） １４．円筒状の隔壁（５）は環状の同中心状のチャンバ（Ａ，Ｂ）の軸方向の両 端で相対する端壁（１，２）にその両端をシールして据え付けられており、外側 のチャンバ（Ａ）は２つの両端を２つの端壁（１，２）にシールして連結されて いる円筒状外壁（３）によって半径方向外側に区切られており、内側のチャンバ （Ｂ）は内側の円筒状のスリーブ（２０）により半径方向内側に区切られている ことを特徴とする、請求の範囲第１１〜１３項のいずれか１項に記載の熱交換器 。（４図） １５．隔壁（５）から分離した流路壁（３０，３１）が、それぞれ外壁（３）お よび内側スリーブ（２０）と一体的に形成されていることを特徴とする、請求の 範囲第９、１０または１４項に記載の熱交換器。（５図）１６．熱交換器の構成 部材が、熱交換器の内部の前記スリーブ（２０）の中を通り２つの端壁（１，２ ）に強固に取付けられたボルト（４）によりともに保持されていることを特徴と する、請求の範囲第１４項または第１５項記載の熱交換器。 １７．各媒体が流れる２つのチャンバが、本質的に平行な平板状で、本質的に平 板状の隔壁の反対側に互いに配置されていることを特徴とする、請求の範囲第１ 〜１０項のいずれか１項に記載の熱交換器。