JP2000514542A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、冷却され、又は加熱されるべき流体が搬送されるチューブレジスタを備えた熱交換器に関するものである。チューブレジスタは流体と同方向に水を吹きつけられるとともに、流体と反対方向の空気流に晒される。チューブレジスタは成層構造を形成するように折り曲げられて並列配置された複数本のキャピラリーチューブ（１）からなっている。キャピラリーチューブ間の空間には発泡物質が充填され、これによって大面積の熱交換表面を形成する。熱交換器は冷却塔に用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 熱交換器 本発明は、請求の範囲第１項前段に記載した通りの熱交換器に関するものであ る。 このような熱交換器は、例えば、冷却塔（又は冷水塔）内に挿入される。冷却 されるべきブラインはチューブレジスタ中を搬送され、このチューブレジスタは 外側から水を吹きつけられるとともに、その反対方向の空気流に晒されるように なっている。このブラインの熱は、水の蒸発冷却により外気に放出される。典型 的な開発例において、チューブレジスタは厚さ１５ｍｍのステンレス鋼管を備え ている。しかしながら、経済効率を高めるためには、大きい熱交換面が要求され るため、冷却塔の建設はコスト高となる。ステンレス鋼管に代えて、亜鉛メッキ 鋼管を用いることもできるが、このような熱交換器においては、極めて高い財政 的努力が必要であり、実質的な空間要求がなお存在する。したがって、一般的な 単なる閉鎖型冷却塔は比較的低い効率を有し、又は汚染の危険を有するものであ るため、ブラインを空気流中に直接吹きつけるようにした開放冷却塔が用いられ る。 方形断面を有する導管列と共存する熱交換素子は、ドイツ国特許公報ＤＥ３２ １６８７７Ｃ１号により知られており、これは直径２ｍｍのいわゆるキャピラリ ーチューブからなる交叉格子状可撓性プラスチックチューブからなる少なくとも １つのマット体を備えている。このマット体はその長さ方向にわたる導管を通じ て配置された壁型であり、その導管はその軸に垂直な線のまわりに折り曲げられ ることにより数列の直列接続された格子状交叉チューブ層からなる熱交換素子と して形成されている。しかしながら、この熱交換素子には水は吹きつけられない 。 したがって、本発明の目的は、それを通じて冷却又は加熱されるべき流体を搬 送するチューブレジスタ型の熱交換器を提供することである。この熱交換器にお いて、チューブレジスタは流体と同方向に水を吹きつけられるとともに、その反 対方向の空気流に晒されるようになっている。前記熱交換器は好ましくは、例え ば低価格でかつ小型にもかかわらず、高効率で作動する冷却塔の要素として挿入 されることができる。 この目的は、本発明に従って請求の範囲第１項の特徴記載部分において示され た構造により達成される。本発明の熱交換器の種々の利点は、添付の請求の範囲 の記載から明らかである。 並列キャピラリーチューブがその長さ方向に対して垂直にのびる１本又は数本 の線のまわりに折り返されることにより、チューブレジスタの順次積み重なる層 を形成し、キャピラリーチューブ間の空間が少なくとも部分的に発泡物質で充填 されたことにより、従来の熱交換器に比して、一方においては、従来用いられた チューブより実質的に小直径のキャピラリーチューブを用いることにより、また 他方においては、発泡物質の利用により熱交換面が多重的に倍増したチューブレ ジスタを提供するものである。 好ましくは、発泡物質はキャピラリーチューブの隣接層間に位置したマットか らなり、キャピラリーチューブ間の空間の全体において気泡を含むものである。 深さ１００ｃｍであって、チューブの外径が例えば１５ｍｍである従来の裸管 熱交換器は、その熱交換面が空気進入面の単位面（ｍ²）に関して６０ｍ²程度で ある。 しかしながら、これらのチューブを本発明に従って外径、例えば３ｍｍのキャ ピラリーチューブと交換すれば、その熱交換面はほとんど５倍、すなわち空気進 入面に対し３００ｍ²／ｍ²まで増大する。 有孔率２０ｐｐｉ（ポーラス／インチ）を有する発泡物質の各１個の成形板を キャピラリーチューブの２面の隣接層間に配置すれば、この発泡物質はこの熱交 換器容積の約５０％までを占め、これによってキャピラリーチューブの長さは約 ５０％より短くなる。それにもかかわらず、熱交換器の熱交換面は空気進入面に 対し約８００ｍ²／ｍ²まで増大する。これは発泡物質自体が約１２０ｍ²／ｍ³の 内表面を有するからである。 キャピラリーチューブの表面では物質が移動し、好ましくはキャピラリーチュ ーブ内を流通するブラインからなる流体と、キャピラリーチューブ上に吹きつけ られた水と逆方向に流れる空気との間で熱交換が生じ、その間、水と空気との間 の発泡物質中においては、単に物質及び熱移動が生じる。 その場合、これら２種類の熱交換はほぼ均等である。その理由は、約１５０Ｗ ／ｍ²Ｋの水／空気側の熱及び物質伝達係数の数倍に等しい１０００Ｗ／ｍ²Ｋ以 上のブライン／水熱伝達係数が生ずるためである。キャピラリーチューブのより 小さい熱交換面は水を充分に加熱するが、それは発泡物質中の各蒸発通路中にお いて再び冷却できるような範囲である。 本発明による熱交換器によれば、この態様において多段の物質及び熱移動が達 せられる。これは第１のチューブ層における連続的な水の加熱と、第１の発泡物 質層内での蒸発による水の冷却と、第２のチューブ層における連続的な水の加熱 と、第２の発泡物質層内での蒸発による水の冷却という具合に、順次水の加熱と 冷却を生ずるものである。 次に、図面を参照して本発明の実施例についてより詳細に説明する。 図１は本発明の第１の実施例による熱交換器をキャピラリーチューブに対する 垂直断面において示す線図である。 図２は本発明の第２の実施例による熱交換器をキャピラリーチューブに対する 垂直断面において示す線図である。 図３は図２の熱交換器において冷却塔に挿入された１本のキャピラリーチュー ブの配設面を示す断面図である。 図１に示した熱交換器は直径が約５ｍｍ以下の複数のプラスチックキャピラリ ーチューブ１が互いに並列に配置されたものである。図３から明らかな通り、１ 本のキャピラリーチューブ１はそれらが複数の層の各々の上に展開して曲がりく ねった配置形状となっている。冷却されるべきブラインは図におけるキャピラリ ーチューブ１の上端に供給され、各キャピラリーチューブ１の下端を冷却状態に おくものである。 キャピラリーチューブ１からなるチューブレジスタは、上方から均一に水を吹 きつけられるとともに、下方から空気流を与えられる。ブラインの方向は上方か ら下方に向かい、したがって、水と同方向であって、空気と逆方向に流通する。 水を蒸発させるために必要な熱はブラインから引き出され、したがって、プライ ンは冷却される。 図１において、発泡物質２の一層のマットはキャピラリーチューブ１の隣接二 層間に配置される。この一層のマットは好ましくは、すべての隣接キャピラリー チューブ層間に位置している。発泡物質の大きい内部表面積のため、水を蒸発さ せるに必要な表面積は何倍かに倍増し、これによって冷却効率が実質的に改善さ れる。 図２は、キャピラリーチューブ１からなるチューブレジスタがブロックの内部 において気泡を含み、これによってキャピラリーチューブ１間の全空間が発泡物 質で満たされるようにした熱交換器を示している。この熱交換器に前述した条件 を与えると、熱交換面を約１２００ｍ²／ｍ²まで増大させることができる。 図３は、閉鎖型冷却塔内の熱交換器の実施例を線図的に示したものである。こ の実施例において、空気は蒸発により断熱的に予備冷却され、同時に熱交換器へ の導入に先立って直列接続されたタワーパッキング（詰物)３においてよく知ら れた方法で清浄化される。 発泡物質のマットはキャピラリーチューブ１の長さ方向にわたって起伏的に形 成されることができる。このため、チューブはその位置に固定され、互いに固定 的な間隔を維持する。さらに、数本のキャピラリーチューブが水の側圧低下を防 止するため、並列的に配設されることができる。 本発明による熱交換器は、キャピラリーチューブを通ずる流体を冷却するため に用いられるだけでなく、逆の熱および物質移動のために用いることもできる。 流体温度が供給された空気温度より低い場合、この空気は冷却および除湿される 。 熱交換器の可能な別の適用例として塩類溶液を熱交換器に吹きつけることによ り、その濃度を上昇し、必要な気化熱を流体に供給することができる。しかしな がら、このプロセスは流通する空気を冷却するために逆方向において生ずること も可能である。次に、流体手段により食塩水を空気の露点以下に冷却することに より、空気から水蒸気を塩類溶液に変換することができる。このようにして放出 された凝縮熱は流体を通じて発散する。 最後に、キャピラリーチューブを熱交換器に適用する可能性の１つとして、そ のチューブの製造中において発泡物質を被覆したものを用いることができる。こ の熱交換器はキャピラリーチューブを折り曲げることによって形成される。これ らのチューブは第１ステージにおいてキャピラリーチューブそれ自体を作成し、 第２ステージにおいて発泡物質の被覆を形成する物質を押し出すことからなる二 段押し出し機において製造することができる。好ましくは、ポリプロピレンなど のようなキャピラリーチューブ材料を発泡物質被覆の基材として用い、さらに、 発泡剤と混合すると良い。この結果、異物が存在しないが故に、何らの問題もな くチューブを接合できるという利点が発生する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．冷却され、又は加熱されるべき流体が搬送されるチューブレジスタを備え、 このチューブレジスタが流体と同方向において水を吹きつけられるとともに、 その逆方向の空気流に晒されるようにした熱交換器において、 前記チューブレジスタがそれぞれその長さ方向に対して垂直にのびる１本又 は数本の線のまわりで折り返されたことにより、順次積み重なったチューブレ ジスタ層を形成するように互いに並列配置された複数本のキャピラリーチュー ブ（１）からなり、これらのキャピラリーチューブ（１）間の空間に少なくと も部分的に発泡物質（２）を充填したことを特徴とする熱交換器。 ２．キャピラリーチューブ（１）の隣接層がそれぞれ発泡物質のマットにより互 いに分離していることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。 ３．前記発泡物質のマットが前記並列配置されたキャピラリーチュープ（１）間 の限られた間隔を設定するように起伏的に形成されたものであることを特徴と する請求項２記載の熱交換器。 ４．前記キャピラリーチューブ（１）間の空間が完全に発泡物質で満たされてい ることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。 ５．前記キャピラリーチューブ（１）が発泡物質の層で被覆されたことを特徴と する請求項１記載の熱交換器。 ６．前記キャピラリーチューブ（１）および前記発泡物質の層が同一の物質から なることを特徴とする請求項５記載の熱交換器。 ７．前記キャピラリーチューブ（１）がプラスチックからなることを特徴とする 請求項１〜６のいずれか１項記載の熱交換器。 ８．前記キャピラリーチューブ（１）の直径が約２〜５ｍｍであることを特徴と する請求項１〜７のいずれか１項記載の熱交換器。 ９．前記キャピラリーチューブ（１）の各層の相互間隔が約５〜１０ｍｍである ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の熱交換器。 １０．前記発泡物質（２）の有孔率が約１０〜３０ｐｐｉ（ポーラス／インチ） であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の熱交換器。 １１．前記流体がブラインであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１ 項記載の熱交換器。 １２．冷却塔に適用されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載 の熱交換器。 １３．発泡物質の層を被覆された前記キャピラリーチューブ（１）が押し出し成 形によって製造されたものであり、その押し出し工程の第１段階が前記キャピ ラリーチューブ（１）を製造するものであり、第２段階が前記発泡物質の層を 形成する材料を調製するものであることを特徴とする請求項５又は６記載の熱 交換器。 １４．前記第２段階において前記第１段階と同一の物質を用い、それに発泡剤を 混合することを特徴とする請求項１３記載の熱交換器を製造する方法。