JPH0370992A

JPH0370992A - 流動層熱交換器

Info

Publication number: JPH0370992A
Application number: JP20630389A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kawabata; 克宏川端; Kyoko Seki; 関　恭子
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1989-08-08
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1991-03-26

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】（産業上の利用分野）本発明は、流動粒子を用いた流動層熱交換器に関するも
のである。

（従来の技術）近年、流動粒子を保持した流動層内に伝熱管を配置し、
該流動粒子のもつ伝熱性を利用して熱交換を行わせるよ
うにした流動層熱交換器の開発が進められている。

ところが、流動層そのものはその伝熱性能が非常に優れ
ているため、これを熱交換器として利用することは有効
であるものの、次のような理由から、熱交換器としての
実用化は困難であった。

即ち、流動層による伝熱性能は、空気流にょって流動せ
しめられる流動粒子の流動状態によって左右される。し
かし、従来一般には伝熱面積確保の観点から、伝熱管が
ほぼ埋まる程度まで比較的密度の大きい流動粒子を積層
するようにしていたため、流動粒子の良好な流動状態を
得ようとすれば送風時の圧力損失が大きくなり、送風動
力の増大により運転経費が高くという問題があり、これ
によりその実用化が阻害されていた。

このような事情から、最近では、伝熱性能と送風動力の
双方を考慮して、流動粒子層の高さを極端に低くしたい
わゆる低圧損形流動層の研究が進められ（例えば、日本
機械学会論文集（Ｂ編）、５４巻５０１号（昭６３−３
）　　参照）、またこれを熱交換器に適用したものも提
案されている（例えば、特開昭６３−４６３９０号公報
参照）。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような低圧損形の流動層を用いることに
より高水準の伝熱性能が得られるとしても、これを熱交
換器として適用する場合には、それだけでは十分ではな
く、装置の低コスト化及びコンパクト化等の面から、伝
熱管側の伝熱面積の増大が図られなければならない。

このような観点から、例えば、特開昭６３−４６３９１
号公報には、伝熱管にクロスフィンを設けることが提案
されているが、このように伝熱管にクロスフィンを設け
る場合には、流動粒子の流動状態の阻害を防止するとい
うことから、該クロスフィンのフィンピッチ、形状寸法
等において種々の制約を受るため、これにより大幅にコ
ストダウンを図ることは困難である。

そこで本願発明は、高度の熱交換性能を、流動粒子の流
動状態の悪化を招くことなく実現し、併せて装置の設計
自由度の向上及びコンパクト化を図り得るようにした流
動層熱交換器を提供することを目的としてなされたもの
である。

（課題を解決するための手段）本願発明は、かかる課題を解決するための具体的手段と
して、（１）請求項１記載の発明では、第１図及び第２図に例
示するように、空気流により流動せしめられる流動粒子
Ａを保持した流動層Ｘ中に、その内部を冷媒が流通する
伝熱管１を複数本配置してなる流動層熱交換器において
、上記各伝熱管１．ｌ。

・・・相互間を、空気流を横切る方向に配設された金網
２によって接合するとともに、該金網２の網目を、上記
流動粒子Ａを通過させ得るような大きさに設定したこと
を特徴とし、（２）請求項２記載の発明では、第６図及び第７図に例
示するように、空気流により流動せしめられる流動粒子
Ａを保持した流動層Ｘ中に、その内部を冷媒が流通する
伝熱管１を複数本配置してなる流動層熱交換器において
、上記各伝熱管！、■。

・・・相互間を、空気流を横切る方向に且つ該空気流方
向に多段状に配設された複数の金網２，２゜・・によっ
て接合するとともに、該各金網２，２゜・・の網目を、
上記流動粒子Ａの通過を阻止し得るような大きさに設定
し且つ空気流の流れ方向に前後する各金網２．２間に上
記流動粒子Ａを保持せしめたことを特徴としている。

（発明の作用）本願各発明では、このような構成であるから次のような
作用が得られる。

（１）請求項１及び２記載の発明では、各伝熱管ｌ、１
．・・に接合された各金網２，２．・・がフィンとして
作用し、該各伝熱管１．Ｉ、・・の伝熱面積の増大が図
られる。

（２）請求項１記載の発明では、金網２が流動粒子Ａの
通過を許容し得るような大きさの網目を有しているとこ
ろから、該流動粒子Ａは該金網２の存在によってその流
動性が阻害されるというようなことがなく、良好な流動
状態が維持されることとなる。

（３）請求項２記載の発明では、流動粒子Ａは空気流方
向に前後する金網２．２の間に保持されてこのスペース
内で流動し、より高い確実性をもって各伝熱管１，１．
・・及び金網２，２．・・と熱交換を行う。

（発明の効果）従って、本願各発明ではそれぞれ次のような効果が得ら
れる。

（１）請求項！及び２記載の発明では、クロスフィンの
ような平板状フィンに比して熱伝達率の良好な金網２に
よってフィンが構成されているため、例えば、熱伝達量
を同じにした場合には、該クロスフィンの場合よりもそ
の伝熱面積を小さくして装置のコンパクト化を図ること
ができるとともに、該金網２が可撓性に富むところから
これを比較的自由に折曲させて配置することが可能であ
りこれにより設計上の自由度が高められるという効果が
得られる。

（２）請求項１記載の発明では、流動粒子Ａは金網２の
存在によってその流動性が阻害されるというようなこと
もなくその良好な流動状態が維持されるところから、よ
り高い伝熱性能を確保することができ、それだけ熱交換
器としての熱交換性能の向上が図られる。

（３）請求項２記載の発明では、流動粒子Ａが通気性及
び整流性を有する金網２によって保持されるところから
、該流動粒子Ａを保持してこれに流動作用を付与せしめ
る専用部材を設ける必要がなく、装置の簡略化によるコ
ストダウンを図ることができ、さらに流動粒子Ａが金網
２．２間で流動して確実性をもって各伝熱管１．１及び
金網２．２と熱交換を行うところから、より高い熱交換
性能を得ることができる。

（実施例）以下、添付図面を参照して本願各発明の好適な実施例を
説明する。

第１実施例第１図には請求項１記載の発明の実施例にかかる流動層
熱交換器Ｚｌが示されている。この流動層熱交換器Ｚ、
は、上下両端が開口したケーシング３内の下部位置に、
通風孔５，５．・・を形成した分散板４を配置し、該分
散板４の上面側に流動粒子Ａ（例えば、砂）を載置する
とともに、さらに、この分散板４の上方側に後述の熱交
換ユニットＹを上下方向に所定の間隔をもって三組み配
置して構成されている。

熱交換ユニットＹは、第２図に示すように、複数本の伝
熱管！、ｌ、・・を所定間隔をもって横方向に並設する
とともに、これら各伝熱管１．ｌ。

・を上下一対の金網２．２によって挟み、これら相互間
を接合固定して構成されている。そして、この各金網２
，２は、請求項１記載の発明を適用して、上記流動粒子
Ａの粒径よりも大きな網目をもつ如くその仕様が選定さ
れている。

このような構成をもつ各熱交換ユニットＹ、Ｙ。

・・は、上記ケーシング３内に、その平面方向を略水平
にした状態で所定間隔をもって多段状に配置固定される
。そして、これら各熱交換ユニットＹ、Ｙ　　・・の各
伝熱管１，１．・・にはそれぞれ冷媒が流通せしめられ
る。

この流動層熱交換器Ｚ、は、上記分散板４の下方側に空
気を供給してこれを該分散板４の各通風路５．５．・・
から各熱交換ユニットＹ、Ｙ、・・側に噴出させ、この
空気流により上記流動粒子Ａを流動させる。この場合、
各金網２，２．・・の網目が流動粒子Ａの粒径よりも大
きいため、該流動粒子Ａはこれら各金網２，２．・・を
通って最上段の熱交換ユニットＹ部分までの上下方向の
広い範囲でスムーズに流動する（この場合、上記分散板
４から最上段の熱交換ユニットＹ部分までの範囲が流動
層Ｘとなる）。そして、この流動粒子Ａが各伝熱管１，
１．・・・及び各金網２，２．・・・と接触することに
よって熱交換作用が行なわれるものである。

この場合、金網２は伝熱管ｉの伝熱用フィンとして作用
するが、該金網２は、例えば、クロスフィンのような板
状フィンに比してその熱伝達率が高いため、同様の熱交
換性能を得ようとすれば、該クロスフィンの場合よりも
その伝熱面積が小さくて良いことになる。このことは、
装置のコンパクト化が図れること、及び金網２の網目を
より大きくして流動粒子Ａの流動性を高めてその伝熱性
能の向上を図れるということであり、熱交換性能の向上
とコンパクト化を同時に達成できるものである。

また、フィンとして可撓性に富む金網２を用いたことか
ら、該金網２を適宜に変形させて使用することにより、
例えば、第３図ないし第５図に示ずように種々の形態を
６つ熱交換ユニットＹを得ることが可能となる。

即ち、第３図のものは、伝熱管１の上下に平板状の金網
２．２をそれぞれ設けるとともに、さらにこれに加えて
、各伝熱管１．１．・・相互間をその上面側から下面側
に交互に位置変更しながら傾斜状態で廷びる金網２を設
け、その伝熱面積のより一層の増加を図ったものである
。

第４図のものは、上記第３図のものが新たに金網２を一
枚加えることによって伝熱面積の増加を図ったのに対し
て、上下一対の金網２，２をそれぞれ波形に成形するこ
とにより伝熱面積の増加を図ったものである。

さらに第５図のものは、金網２を、多段状に配置された
各伝熱管１，１．・・の上段側の伝熱管ｌと下段側の伝
熱管ｌとの間に交互に設けたものである。即ち、このも
のは、隣接する金網２．２相互の間隔を広げることによ
って伝熱面積の実質的増加を図ったものである。

第２実施例第６図には、請求項２記載の発明の実施例にかかる流動
層熱交換器Ｚ、が示されている。この実施例のものも上
記第１実施例のものと同じように、平行に並設された複
数の伝熱管１，１．・・の上下両面にそれぞれ金網２，
２を配置固定してなる熱交換ユニットＹ（第７図参照）
をケーシング３内に多段状１こ設けて構成ざλ１ている
１、そして、この実施例のものが上記第１実施例のもの
と異なる点は、該第１実施例のものがその各金網２，２
をともに流動粒子ＡＯ）粒径よりも大きな網目をもつよ
うなものに選定していたのに対して、この実施例のもの
はごわとは逆に該金網２．２をその網目が流動粒子Ａの
粒径よりも小５・いものに選定していることと、流動粒
子Ａをこの上下一対の金網２．２間に収容した点である
１、このように構成すると、流動粒子Ａが金網２によって保
持され、またこの金網２が通気性及び整流作用を有する
ため、上記第１実施例のように分散板４を設ける必要が
なく、それだけ構造の簡略化及びコストダウンを図るこ
とができる。また、流動粒子Ａもこの上下の金網２，２
間で流動するため、各伝熱管ｌ、１、・・及びその上下
の金網２゜２と確実に接触し、その伝熱性能の向上が図
られることになる。

尚、第８図ないし第１０図には、流動粒子Ａの粒径より
も小さい網目をもつ金網２によって該流動粒子Ａを保持
するという請求項２記載の発明の思想に基づく熱交換ユ
ニットＹのその他の態様例を示している。即ち、第８図
のものは、上記第２実施例の熱交換ユニットＹにおいて
その上側の金網２を取り除き、下側の金網２と各伝熱管
Ｉ、！。

・・のみで熱交換ユニットＹを構成したものである。こ
のようにした場合には、上記第２実施例のものよりも流
動層Ｘの範囲が広がるため、流動粒子Ａの流動状態がよ
り良好となり、伝熱性能の向上が図れる。

第９図のものは、第２実施例の熱交換ユニットＹにおい
てその上側の金網２を取り除いたものと、下側の金網２
を取り除いたものとを上下方向に交互に配置し、伝熱管
Ｉの下側に金網２を有する下段側の熱交換ユニットＹの
金網２と、伝熱管Ｉの上側に金網２を有する上段例の熱
交換ユニットＹの金網２との間に流動層Ｘを形成するよ
うにしたものである。このようにした場合には、第８図
の熱交換ユニットＹの場合よりも多量の流動粒子Ａがし
かもより広い流動層Ｘ内で良好に流動するため、より高
い伝熱性能が得られる。

第１０図のものは、第８図に示した構成を有する熱交換
ユニットＹを上下に配置するとともに、これらの間に上
記第１実施例の構成を有する熱交換ユニットＹ（即ち、
流動粒子Ａの粒径よりも大きい網目をもつ金網２を各伝
熱管１、１．・・の上下両側に固定したもの）を取り付
けたものである。

このように構成した場合には、流動粒子Ａは中間位置の
熱交換ユニットＹの金網２．２を自由に通過して最上段
の熱交換ユニットＹの金網２と最下段の熱交換ユニット
Ｙの金網２との間に形成される流動層Ｘ内で流動し、高
水準の伝熱性能が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項Ｉ記載の発明の実施例にかかる流動層熱
交換器の縦断面図、第２図は第１図に示した熱交換ユニ
ットの斜視図、第３図ない（７第５図は該熱交換ユニッ
トの変形例を示す要部縦断面図、第６図は請求項２紀載
の発明の実施例にかかる流動層熱交換器の縦断面図、第
７図は第６図に示した熱交換ユニットの斜視図、第８図
ない；−第１Ｏ図は第６図に示した流動層熱交換器のた
の実施例を示す要部端面である。ｌ・・・・伝熱管２・・・・金網３・・・・ケーシング４・・・・分散板Ａ・・・・流動粒子Ｙ・・・・熱交換ユニットＸ・・・・流動層２、．２．　・・流動層熱交換器第１図第２図第４図ｊＩＩＩ第５図！ｊＮＬ動解熱交換詮／第９図１ム外骨ｌ網熱交換ユニ、トＹ第１０図

Claims

【特許請求の範囲】１、空気流により流動せしめられる流動粒子（Ａ）を保
持した流動層（Ｘ）中に、その内部を冷媒が流通する伝
熱管（１）を複数本配置してなる流動層熱交換器であっ
て、上記各伝熱管（１）、（１）、・・・相互間を、空
気流を横切る方向に配設された金網（２）によって接合
するとともに、該金網（２）の網目を、上記流動粒子（
Ａ）を通過させ得るような大きさに設定したことを特徴
とする流動層熱交換器。２、空気流により流動せしめられる流動粒子（Ａ）を保
持した流動層（Ｘ）中に、その内部を冷媒が流通する伝
熱管（１）を複数本配置してなる流動層熱交換器であっ
て、上記各伝熱管（１）、（１）、・・・相互間を、空
気流を横切る方向に且つ該空気流方向に多段状に配設さ
れた複数の金網（２）、（２）、・・によって接合する
とともに、該各金網（２）、（２）、・・の網目を、上
記流動粒子（Ａ）の通過を阻止し得るような大きさに設
定し且つ空気流の流れ方向に前後する各金網（２）、（
２）間に上記流動粒子（Ａ）を保持せしめたことを特徴
とする流動層熱交換器。