JPH07294163A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPH07294163A
JPH07294163A JP11231194A JP11231194A JPH07294163A JP H07294163 A JPH07294163 A JP H07294163A JP 11231194 A JP11231194 A JP 11231194A JP 11231194 A JP11231194 A JP 11231194A JP H07294163 A JPH07294163 A JP H07294163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pipe
heat
fluid
heat exchanger
porous sintered
Prior art date
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Pending
Application number
JP11231194A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiichi Suzuki
啓一 鈴木
Tsukane Kudou
緯 工藤
Masayuki Hasebe
雅之 長谷部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NHK Spring Co Ltd
Original Assignee
NHK Spring Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NHK Spring Co Ltd filed Critical NHK Spring Co Ltd
Priority to JP11231194A priority Critical patent/JPH07294163A/ja
Publication of JPH07294163A publication Critical patent/JPH07294163A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/044Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
    • F02G1/0445Engine plants with combined cycles, e.g. Vuilleumier
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2250/00Special cycles or special engines
    • F02G2250/18Vuilleumier cycles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換器を少ない部品点数で熱交換効率を高
める。 【構成】 互いに並列な複数の内側パイプ2と、それら
内側パイプ2全体を外囲する外側パイプ3とを設け、各
内側パイプ2内に多孔質焼結体6をそれぞれ充填し、外
側パイプ3の上端部に冷却水入口パイプ5aを設け、か
つ下端部に冷却水出口パイプ5bを設ける。内側パイプ
2の外周面にらせん状に巻回して固着したらせん状フィ
ン7を設ける。各内側パイプ2にガスを通し、冷却水を
外側パイプ3内を冷却水入口パイプ5aから冷却水出口
パイプ5bに向けて通す。 【効果】 ガスと多孔質焼結体との接触面積が広く、か
つ冷却水とフィンとの接触面積が広いため、熱交換効率
が高く、多数の細径パイプ内にガスを通す方式に比し
て、部品点数を減少でき、製造コストを低廉化し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器に関し、特
に、スターリングサイクルやヴィルミエサイクルを用い
る外燃機関に適用される熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、スターリングサイクルやヴィルミ
エサイクルを用いる外燃機関の熱交換器には、シェル・
アンド・チューブ式を用いているものがある。そのシェ
ル・アンド・チューブ式は、多数の細径パイプを太径パ
イプ内に並列に配設し、細径パイプ内に気体を通し、細
径パイプの外側に冷却水を流して両流体間で熱交換を行
うものである。
【0003】上記構造の熱交換器に於いて、細径パイプ
の径を細くして本数を増やすことにより、両流体同士の
管壁を介して接触する比表面積が大きくなるため、熱交
換効率を高めることができる。しかしながら、上記方式
の熱交換器では、構成部品点数が多くて製造工程が複雑
になるばかりでなく、多数のパイプを用いることからろ
う付け箇所が多いため、ろう付け部から気体が漏れた場
合、再処理が困難になる虞があり、製造コストが高くな
るという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、少ない部品点数で
熱交換効率を高め得る熱交換器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、第1の流体を通すための第1の管路と、前
記第1の管路の管壁を介して前記第1の流体との間で熱
交換を行う第2の流体を通すべく前記第1の管路を外囲
するように設けられた第2の管路とを有する熱交換器で
あって、前記第1の管路中に充填された多孔質体と、前
記第2の管路中であって前記第1の管路の管壁の外周面
に設けられたフィン状体とを有することを特徴とする熱
交換器を提供することにより達成される。特に、前記フ
ィン状体が、半径方向外向きの外向フランジ状のフィン
からなり、または、前記第2の流体を前記第1の管路の
管壁の回りをらせん状に流すように前記第1の管路の管
壁の外周面にらせん状に形成されていると良い。あるい
は、第1の流体を通すための第1の管路と、前記第1の
管路の管壁を介して前記第1の流体との間で熱交換を行
う第2の流体を通すべく前記第1の管路を外囲するよう
に設けられた第2の管路とを有する熱交換器であって、
前記第1の管路中に充填された多孔質体と、前記第2の
管路中であって前記第1の管路の管壁の外周面に設けら
れた円筒状の多孔質体とを有することを特徴とする熱交
換器であると良い。
【0006】
【作用】このようにすれば、第1の管路内を第1の流体
が通過する際に多孔質体内を通過することから、接触面
積の広い多孔質体との接触により、気体と多孔質体との
間の熱交換が容易に行われる。その多孔質体に伝わった
熱は、第1の管路の管壁に伝導し、その外周面に設けら
れたフィン状体や多孔質体を介することにより、第2の
流体との大きな接触面積を確保しつつ第2の管路内に放
熱される。
【0007】
【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。
【0008】図1は、本発明が適用されたスターリング
サイクルやヴィルミエサイクルを用いる外燃機関の熱交
換器1の縦断面図であり、図2は図1の矢印II線から見
た要部破断断面図である。図1及び図2に示されるよう
に、本熱交換器1は、第1の管路を形成する内側パイプ
2を互いに並列に複数本(図では5本)設け、それら内
側パイプ2の管壁の外側に第2の管路を形成するべくそ
れら内側パイプ2をまとめて外囲する外側パイプ3とを
有している。なお、各パイプ2・3の軸線方向長さは同
一にされている。
【0009】外側パイプ3の軸線方向両開口端面には、
各内側パイプ2を除いて閉塞するように形成された板状
の蓋体4がそれぞれ固着されている。また、外側パイプ
3の管壁の図1に於ける上端部に冷却水入口パイプ5a
が固着され、外側パイプ3の管壁の図1に於ける下端部
に冷却水出口パイプ5bが固着されている。
【0010】内側パイプ2内には多孔質体としての円柱
状の多孔質焼結体6が挿入されて充填状態にて固定され
ている。この多孔質焼結体6は、例えば銅などの金属の
切り粉や粉体などのコア材を拡散接合またはろう付けな
どにより一体的に接合して固形化して形成したものであ
って良く、また、SUSや銅などの線材を編み込んだも
のをプレス成形などにより押し固めたものであって良
い。また材質は、金属に限ることなく例えばセラミック
スであっても良い。そして、内側パイプ2の管壁の外周
面には、らせん状に巻回されて固着されたフィン状体と
してのらせん状フィン7が設けられている。なお、冷却
水の流れを促進する方向にらせんを巻くように形成する
と、冷却水が滞留せずに円滑に流れ得る。
【0011】このようにして構成された熱交換器1にあ
っては、図示されない高温室側から流れてくる第1の流
体としてのガスが、各内側パイプ2内を図1に於ける上
方から下方に向けて通り抜けるようにされている。その
ガスと熱交換を行う第2の流体としての冷却水が、冷却
水入口パイプ5aから内側パイプ2と外側パイプ3との
間に流入し、冷却水出口パイプ5bから流出するように
なっている。
【0012】ガスは、多孔質焼結体6を通過する際に、
極めて広い面積にて多孔質焼結体6と接触することか
ら、多孔質焼結体6により熱を容易に奪われる。多孔質
焼結体6に伝わった熱は、各内側パイプ2の管壁を介し
て、各内側パイプ2の外部であって外側パイプ3の内側
に放熱されるが、本実施例では各らせん状フィン7を介
しても放熱されることになる。実施例のように内側パイ
プ2を複数本設け、かつそれぞれにらせん状フィン7を
設けることにより、各内側パイプ2と外側パイプ3との
間を通る冷却水との接触面積が広く、放熱が容易に行わ
れる。
【0013】このように、ガスを多孔質焼結体6に通す
ことから、従来例で示したシェル・アンド・チューブ式
に於ける細径パイプに対応する内側パイプ2の径を大き
くすることができ、パイプ数も減少することができると
共に、ガスの流入口と流出口との温度差が大きくなり、
熱交換率を向上できた。また、軸線方向について複数枚
のフィンを形成するらせん状フィン7を設けていること
により、冷却水との接触面積が広く、より一層熱交換効
率を向上し得る。なお、本実施例では、らせん状フィン
7を各内側パイプ2の外周面にらせん状に巻き付けるよ
うにして設けたが、内側パイプ2の外周面に設けるフィ
ンは、図示のらせん状のものに限るものではなく、外向
フランジ状フィンを軸線方向について互いに間隔をおい
て複数並設したものであっても良い。さらに、内側パイ
プ2の本数も、図示の5本に限るものではなく、1本で
あっても良く、また2本以上の任意の数であって良い。
【0014】図3は、第2の実施例を示す図1に対応す
る図であり、図4は図3の矢印IV線から見た要部破断断
面図であり、前記実施例と同様の部分については同一の
符号を付してその詳しい説明を省略する。この第2の実
施例では、前記実施例のらせん状フィン7の替わりに、
円筒状の多孔質焼結体8が各内側パイプ2の外周面に固
着されている。この多孔質焼結体8も前記実施例の多孔
質焼結体6と同様の材質からなるものであって良い。
【0015】第2の実施例では、ガス及び冷却水の流れ
方向は前記実施例と同様であるが、冷却水の一部が多孔
質焼結体8内を通過することになる。従って、内側パイ
プ2の管壁から放熱される熱が多孔質焼結体8を介して
放熱されるため、冷却水との接触面積が広くなり、前記
実施例と同様の熱交換効果に加えて、放熱部を小さくし
得る効果がある。なお、この第2の実施例に於ける内側
パイプ2の本数も前記実施例と同様であって良い。
【0016】図5は、第3の実施例を示す図1に対応す
る図であり、図6は図5の矢印VI線から見た要部破断断
面図であり、前記実施例と同様の部分については同一の
符号を付してその詳しい説明を省略する。この第3の実
施例では、外側パイプ3の内部に内側パイプ9が1本の
み設けられている。この内側パイプ9の管壁の外周面に
らせん状フィン10が設けられている。このらせん状フ
ィン10は、内側パイプ2の外周面から外側パイプ3の
内周面に至るまで半径方向外向きに延出しており、内側
パイプ9の外周を回りながら冷却水入口パイプ5a近傍
から冷却水出口パイプ5b近傍に至るらせん状の流路を
形成している。なお、そのらせんの巻き方向は、冷却水
を冷却水入口パイプ5aから冷却水出口パイプ5bに向
けて流す向きである。
【0017】この第3の実施例でもガス及び冷却水の流
れ方向は前記実施例と同様であるが、らせん状フィン1
0により内側パイプ9の外周をらせん状に冷却水が流れ
るようになり、内側パイプ9の管壁及びらせん状フィン
10との接触時間が長くなるように、冷却水を効率良く
流すことができる。従って、前記第1の実施例と同様の
熱交換効果に加えて、冷却水の熱交換に寄与しない部分
を減少し得る。
【0018】
【発明の効果】このように本発明によれば、第1の流体
を接触面積の広い多孔質体内を通過させて気体と多孔質
体との熱交換を行わせると共に、第1の管路の管壁の外
周面にフィン状体や多孔質体を設けて第2の流体との熱
交換を行うことから、第2の流体に対して大きな接触面
積を確保でき、熱交換効率を向上し得る。また、従来の
シェル・アンド・チューブ式に比して、多数の細径パイ
プを必要とせずに熱交換効率を向上し得ることから、構
成部品点数を減少できるばかりでなく、ろう付け箇所の
リーク検査が簡便になり、製造工程を簡略化して製造コ
ストを低廉化し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された外燃機関の熱交換器の縦断
面図。
【図2】図1の矢印II線から見た要部破断断面図。
【図3】第2の実施例を示す図1と同様の図。
【図4】図3の矢印IV線から見た要部破断断面図。
【図5】第3の実施例を示す図1と同様の図。
【図6】図5の矢印VI線から見た要部破断断面図。
【符号の説明】
1 熱交換器 2 内側パイプ 3 外側パイプ 4 蓋体 5a 冷却水入口パイプ 5b 冷却水出口パイプ 6 多孔質焼結体 7 環状フィン 8 多孔質焼結体 9 内側パイプ 10 らせん状フィン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の流体を通すための第1の管路と、
    前記第1の管路の管壁を介して前記第1の流体との間で
    熱交換を行う第2の流体を通すべく前記第1の管路を外
    囲するように設けられた第2の管路とを有する熱交換器
    であって、 前記第1の管路中に充填された多孔質体と、前記第2の
    管路中であって前記第1の管路の管壁の外周面に設けら
    れたフィン状体とを有することを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記フィン状体が、半径方向外向きの外
    向フランジ状のフィンからなることを特徴とする請求項
    1に記載の熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記フィン状体が、前記第2の流体を前
    記第1の管路の管壁の回りをらせん状に流すように前記
    第1の管路の管壁の外周面にらせん状に形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  4. 【請求項4】 第1の流体を通すための第1の管路と、
    前記第1の管路の管壁を介して前記第1の流体との間で
    熱交換を行う第2の流体を通すべく前記第1の管路を外
    囲するように設けられた第2の管路とを有する熱交換器
    であって、 前記第1の管路中に充填された多孔質体と、前記第2の
    管路中であって前記第1の管路の管壁の外周面に設けら
    れた円筒状の多孔質体とを有することを特徴とする熱交
    換器。
JP11231194A 1994-04-26 1994-04-26 熱交換器 Pending JPH07294163A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006111773A3 (en) * 2005-04-21 2007-01-18 Thermal Energy Systems Ltd Heat pump
JP2010230211A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Earth Technica:Kk 加熱・冷却装置
CN114136133A (zh) * 2021-12-29 2022-03-04 思安新能源股份有限公司 一种多通道储热装置及其使用方法

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