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課題・解決手段

管(56、61)の外面での熱抵抗を最小限に抑えるように、好ましくは管(56、61)の内側での伝熱抵抗の5倍以下に抑えるように配置された熱可塑性の管(56、61)のプレートを含む熱交換器(51)。管(56、61)は、平坦な、またはわずかに波状であって周期的に波打つような、あるいはオープンスペースが1列おきの管の群(21、32)に面するようにずれたものでもよい群(21、32)の管板に配置される。これは、管(56、61)の外側の乱流が最大になるように、かつ管(56、61)の間隙冷却剤捕捉する可能性のある渦を最小限に抑えるように行われる。

概要

背景

概要

管(56、61)の外面での熱抵抗を最小限に抑えるように、好ましくは管(56、61)の内側での伝熱抵抗の5倍以下に抑えるように配置された熱可塑性の管(56、61)のプレートを含む熱交換器(51)。管(56、61)は、平坦な、またはわずかに波状であって周期的に波打つような、あるいはオープンスペースが1列おきの管の群(21、32)に面するようにずれたものでもよい群(21、32)の管板に配置される。これは、管(56、61)の外側の乱流が最大になるように、かつ管(56、61)の間隙冷却剤捕捉する可能性のある渦を最小限に抑えるように行われる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

外面および内面を有する熱可塑性の管を含み、その管の内側を一次伝熱流体が流れ、その管の外側を二次伝熱流体が流れる熱交換器であって、前記管が、少なくとも4本の管の群であって2つの面を有する群をなすように共に接着され、前記群が、1個の群から50個の群のプレートをなすように配置され、多数の前記プレートが、前記面に沿ってまたは前記面を横断するように二次伝熱流体を流すことができるように、平行な列をなすと共にその列の間に開口部を備えた状態に配置され、前記面が、層流を最小限に抑えるように、前記二次流体が前記プレートを通過するときにその流体乱流を増大させるように、かつ渦の形成を最小限に抑えるように構成され、これらの管が、各プレート内の不連続群に、あるいは連続または不連続な波状の形に配置され、各群の中の管対のそれぞれが、同じ群の中で隣接している管対に対してある角度をなし、この角度が、隣接する管同士の中心を接続するラインによって測定すると5度から30度の間であり、累積角度が少なくとも4本の管に関しては1本の管から次の管まで増加し、次いで逆転することを特徴とする熱交換器。

請求項2

前記プレートが不連続であり、多数の群で構成されることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

請求項3

少なくとも3列を有することを特徴とする請求項2に記載の熱交換器。

請求項4

前記管の群の形状が平面であることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。

請求項5

前記シートが、周期的に波打つような、波状の形を有することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

請求項6

波状の形が略正弦曲線状であることを特徴とする請求項4に記載の熱交換器。

請求項7

プレートが、管を備える各列で連続的であり、管の群が互いに接着していることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

請求項8

プレートが、各列に、それぞれ少なくとも4本の管からなる不連続群になるように設けられることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

請求項9

1列おきの管の群が、1列おきに互い違いに配置されることによって互いに中心からずれており、各列のプレートが、少なくとも当該群の幅のオープンスペースを有するように間隔を空けて配置され、1列おきのオープンスペースが、他の列の管の群に隣接することを特徴とする請求項8に記載の熱交換器。

請求項10

幾何形状が、波状のパネル構造を利用することを特徴とする請求項9に記載の熱交換器。

請求項11

互い違いにされたパネルの配置による効果が、二次伝熱流体の乱流を増大させることであることを特徴とする請求項9に記載の熱交換器。

請求項12

管が接合しているスペース内の二次伝熱流体の渦が、管の幾何形状をアレンジすることによって最小限に抑えられることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

請求項13

各プレートに4本から50本の管を有することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

請求項14

3列から500列有することを特徴とする請求項10に記載の熱交換器。

請求項15

熱可塑性樹脂ポリアミドであることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

請求項16

管の外側から二次伝熱流体への熱抵抗が、一次伝熱流体から管の内側への熱抵抗の5倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

請求項17

前記抵抗が2倍以下であることを特徴とする請求項15に記載の熱交換器。

請求項18

1列から500列有することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。

0001

(発明の背景
以前より熱可塑性熱交換器が作製されている。ナイロン熱交換器に使用される効率的なプレート式ユニットパネル)は、内部の気体の助けを借りツインシート熱成形プロセスによって製造され、複数枚ナイロンシートから形成された結紮糸によって接合されている何本かの管で構成された、本質的に平らプレートが得られる。このプロセスは、US5,195,240に記載されている。

0002

これらから形成されたこのようなプレートや熱交換器は、占有されるスペースおよび容積に対して優れた伝熱効率をもたらすが、比較的低い内部圧力にしか耐えることができず、その適用範囲が制限される。押出しによって形成された管材は、さらに高い内部圧力に耐えることができる。高効率熱交換器では、多数の小管が必要とされ、これらの管を拘束し支持することが必要である。US5,469,915には、この支持を実現させるため、結合している2枚のプラスチックシート間に位置付けられた管材を使用することが記載されている。しかし、それでも管同士の間に結紮が必要であり、それが伝熱効率を低下させている。上述の特許を参照により本明細書に組み込む。

0003

これらの管を一まとめにするために、管同士の間に結紮を用いることなく管の群を一緒に結合しようとする場合、管の内側の一次伝熱流体から管の外側の二次伝熱流体への伝熱効率は、これらの管を一緒に結合させるための技術的プロセスと共に、熱交換器が商用として許容できるか否か、すなわち市場での出来不出来に影響を及ぼす可能性のあるファクタである。管板の管の配置は、管の外側の冷却剤の流れに相当な影響を及ぼす可能性がある。
(発明の概要

0004

本発明は、外面および内面を有する熱可塑性の管を含み、その管の内側を一次伝熱流体が流れ、その管の外側を二次伝熱流体が流れる熱交換器であって、前記管が、少なくとも4本の管の群であって2つの面を有する群をなすように共に接着され、前記群が、1個の群から50個の群のプレートをなすように配置され、多数の前記プレートが、前記面に沿ってまたは前記面を横断するように二次伝熱流体を流すことができるように、平行な列をなすと共にその列の間に開口部を備えた状態に配置され、前記面が、層流を最小限に抑えるように、前記二次流体が前記プレートを通過するときにその流体乱流を増大させるように、かつ渦の形成を最小限に抑えるように構成され、これらの管が、各プレート内の不連続群に、あるいは連続または不連続な波状の形に配置され、各群の中の管対のそれぞれが、同じ群の中で隣接している管対に対してある角度をなし、この角度が、隣接する管同士の中心を接続するラインによって測定すると5度から30度の間であり、累積角度が少なくとも4本の管に関しては1本の管から次の管まで増加し、次いで逆転する熱交換器を提供するものである。

0005

二次冷却剤に対する管の外側からの熱抵抗は、管の内側に対する一次冷却剤からの熱抵抗の5倍未満であり、好ましくは3倍未満である。
(詳細な説明)

0006

気体の圧力の助けを得た成形によって作製された、フィルムまたはシートから形成されたチャネルを備えた管板を交換し、また、複数の管を一まとめにするために管同士の間に結紮を有する管板を交換しようとする試みにおいて、これらの管を直に一まとめにするのにどのように手段を使用するとしても、管の外面から管の外側を循環する二次伝熱流体、特に、空気などの気体状の二次流体への伝熱効率は、管の内側の一次伝熱流体から管の内壁に、さらにそのような壁を通過して管の外側に熱を伝達させる効率よりも、さらに低くなる傾向があることがわかった。このことは、熱可塑性熱交換器そのものの様々な構成にも言えることがわかった。また、このことは、従来の熱伝導解析で熱可塑性の管の熱交換器とアルミニウムの熱交換器を比較する際にも言えることがわかった。金属熱交換器では、同じ金属、特にアルミニウムの導熱フィンを設けるなどしてこの影響を容易に緩和することができる。プラスチック熱交換器では、この手法がうまく行かない。第1に、フィンを設けることが非常に難しく、第2に、プラスチック製のフィンは、役に立つほど十分に熱をうまく伝えることができず、第3に、ナイロン管上にアルミニウム製のフィンを置くなど、異なる材料の接合を容易に行うことができない。

0007

管をベースにしたナイロン交換器の表面での熱伝達の難しさを例示するため、放熱器の設計が、管の内側の高温冷却液流体と管の外側を流れる空気などの比較的低温の気体とを有するものでは、ナイロン熱交換器とアルミニウム熱交換器を比較すると、内側または高温側の熱抵抗は、ナイロン熱交換器の場合に5.1%であるのに対し、アルミニウム熱交換器の場合は51.5%であり、一方、低温側の熱抵抗は、ナイロン熱交換器が91.9%であるのに対し、アルミニウム交換器が48.4%であることがわかった。これは、ナイロン熱交換器の低温側の抵抗下げるための手段を講じる必要があることを示している。

0008

これらの測定および計算は、Kays&Londonによって「Compact Heat Exchangers」、第3版、McGraw Hill(1984)に記載されている、日常的な工業技法に基づく。

0009

管の外側の周囲を流れる二次冷却流体の乱流を増大させることが望ましい。それと同時に、管の間隙付近での流体の渦または渦巻の形成を、最小限に抑えることも望ましい。川の中で岩の周囲を流れる流体の作用と同様に、渦巻は、あるボリュームが流れから遮られる場所で形成される可能性があり、この渦巻の中の流体は、おそらくは渦巻内部で完全に乱流であると考えられるが、その渦巻の領域内に制限される可能性がある。

0010

本発明は、比較的滑らかな波状プレートにかつ/またはプレート内の不連続な管群に、管をずらして配置することによって、これらの表面的には反対の目的を達成するものであり、その結果、二次流体が曲線内を流れ、乱流が作り出されるようになり、その一方で、管の表面のほとんどが、渦巻の形成が最小限に抑えられた管に近付き易い状態に保たれるようになる。

0011

管、およびこの管に使用されるバリア層には様々な熱可塑性プラスチックを使用することができ、例えば以下のようなものがある。

0012

DuPont(デュポン)製「Zytel」FN727 部分的にグラフト化された軟質ナイロンは、ナイロン6を40重量%、DuPont(デュポン)製「Surlyn」9320アイオノマー46重量%、DuPont(デュポン)製「EBAGMA」EP4934−6相溶化剤10重量%、ステアリン酸亜鉛2重量%、Ciba Specialty Chemicals製「Irgonox」1010ヒンダードフェノール酸化防止剤2重量%のブレンドである。これは、Saltman他の米国特許第5,091,478号に記載されており、参照により本明細書に組み込む。

0013

DuPont(デュポン)製「CFE8005」ポリオレフィン強化剤は、ナイロン6,6を75.8重量%、無水マレイン酸でグラフト化したFusabondMF416DEPゴム17.2重量%と機能的に同等なDuPont(デュポン)製相溶化剤、ナイロン6中で40%濃度のカーボンブラック4.4重量%、Dow Chemical(ダウケミカル)製の分子量が約300である「DER732」ジエポキシエチレンオリゴマー次亜リン酸ナトリウム1500ppmをブレンドとして作製することができる。これはEpsteinの米国特許第4,174,358号に記載されている。

0014

より大まかに言うと、本発明に有用なポリマーには等方性熱可塑性ポリマーITP)と液晶ポリマー(LCP)の両方が含まれ、これらには以下のものが含まれる。

0015

本発明を、ある特定のポリアミドにより例示するが、本発明はそのような材料の使用に限定されず、代わりのその他の熱可塑性樹脂、好ましくはITPを使用することができ、かつ以下のような多層フィルムを含んだ様々な構造のLCPと組み合わせて使用できることが明らかであろう。本明細書で述べる等方性とは、米国特許第4,118,372号に記載されているTOT試験によって試験をするときに、ポリマーが等方性であることを意味し、これを参照により本明細書に組み込む。ある要件を満たす限り、どのようなITPも使用することができる。当然ながらITPは、その形状を適度に維持し、かつ必要に応じて熱交換器に流体を封じ込めるため、熱交換器が曝される温度に耐えなければならず、その温度範囲全体にわたって熱交換器に十分な強度をもたらすべきである(LCPと共に)。熱交換器内の1種または複数の流体(またはそれに接触する他の偶発的な物質)に曝される場合、その保全性を維持するために、好ましくはその流体に対して適度に化学的に安定であるべきである。

0016

ITPのみで作製された様々なタイプの熱交換器について述べてきたが、何種類かのITPは、それが熱交換器での唯一の材料である場合、熱交換器が利用される用途如何によっては欠点を有する可能性がある。ときどき、ITPは、熱交換器内の1種または複数の流体に対して化学的に安定にならないことがあり、例えば、多くのポリエステルは、水、水−アルコールの混合物、または水−グリコールの混合物の存在下、特に周囲温度よりも高い温度で加水分解し、または別の方法で劣化する。多くのITPは、多種類の液体および/または気体に対して比較的浸透性があり、したがってこれらの材料を、熱交換器内でまたは熱交換器から、損失させかつ/または移行させることができる。ITPの中には、熱交換器内の1種または複数の流体によって膨潤する可能性があるものもあり、それによって、ITPの寸法および/または物理的性質が変化する。上述の全ては、当然ながらプラスチック熱交換器における問題である。

0017

熱交換器に使用される熱可塑性液晶ポリマー(LCP)層は、しばしば上述の問題の1つまたは複数を多少なりとも解決しまたは解消することがわかった。LCPとは、米国特許第4,118,372号に記載されているTOT試験で試験するときに異方性であるポリマーを意味する。LCP層は通常、熱交換器内で流体と任意の特定のITPとの間に配置される場合、流体によってITPが化学的に劣化するのを防止し、かつ/または流体によってしばしばITPが膨潤することも防止する。さらに、たとえITPが膨潤したとしても、LCPは、その剛性が比較的大きくかつ多種類の流体によって膨潤しないことから、熱交換器全体がその形状および寸法を維持するのを助ける。また、LCPは、多種類の流体に対する優れたバリア層としての役目もする。例えば、エンジンの冷却を助ける自動車の熱交換器では、一般に使用されている内部冷却剤はグリコールと水の混合物であり、外部冷却剤は空気である。多種類のITPでは、水および/またはグリコールの拡散が非常に速いので、水/グリコール混合物を頻繁に補充する必要がある。LCP層が含まれる場合、その拡散は大きく低減する。

0018

熱交換器によって迅速な熱伝達を行うため、伝熱流体間の材料の厚みはできる限り薄くするべきである。このことは、熱交換器に使用されるどの材料にも言えると考えられるが、プラスチックの場合、その伝熱係数は金属に比べて通常比較的小さいので、特に重要である。LCPは、通常、熱交換器中に存在するポリマーの中ではより高価なものであるので、その用途を限定することが経済的に好ましい。したがって、ほとんどの構成では、熱交換器の構造上の負荷の多くに耐えるように、LCPが比較的薄い層で存在し、かつITP層が比較的厚いことが好ましい(すなわち、流体の圧力、構造上の形状および寸法の維持など)。

0019

熱交換器は、1層または複数のLCP層と、1層または複数のITP層で構成されている。複数のLCP層またはITP層が存在する場合、複数のタイプのLCPまたはITPをそれぞれ使用することができる。さらに、その他の層を存在させることもできる。例えば、接着層とも呼ばれるいわゆる結合層を使用して、種々のLCP層とITP層との接着性、あるいはITP層同士またはLCP層同士の接着性を高めることができる。熱交換器内での種々の層の数および配置は、選択された特定のポリマー、熱交換器内でまたは熱交換器によって使用される流体、温度要件、環境上の必要性などに応じて変化することになる。

0020

最も一般的には、結合層およびLCP層は、ITP層に比べて比較的薄くなる。典型的な構成を以下に示すが、流体1および2は、熱伝達に関与する流体を表す。

0021

(a)流体1/LCP/ITP/流体2

0022

(b)流体1/ITP−1/LCP/ITP−2/流体2

0023

(c)流体1/LCP−1/ITP/LCP−2/流体2

0024

(d)流体1/ITP−1/LCP−1/ITP−2/LCP−2/流体2

0025

(e)流体1/ITP−1/ITP−2/LCP/流体2

0026

(f)流体1/LCP−1/ITP−1/ITP−2/LCP−2/流体2
上述の全ての構成では、種々の全てのポリマー層の間、または一部のポリマー層の間に結合層を存在させることができ、あるいは全く存在させなくてもよい。

0027

上述の構成のいくつかは、ある状況において特に有用な場合がある。流体2ではなく流体1がITPを化学的に侵食する場合、構成(a)が特に有用と考えられるが、(c)および(f)も利用することができる。流体1と流体2の両方がITPを侵食する場合、この構成(c)または(f)が特に有用と考えられる。一方の流体から他方の流体への拡散を最小限に抑えようとする場合、(c)、(d)、(f)などの2つのLCP層を有する構成を選択することができる。流体1側の摩耗による損傷を低減するために特別な表面が必要であるが、ITPの剛性が大きいことも求められている場合には、ITP−1およびITP−2が必要不可欠な性質を有する(e)などの構成を選択することができる。様々な適用例に適う性質のこれらおよびその他の層の組合せが、当業者に明らかであろう。

0028

有用なLCPには、米国特許第3,991,013号、第3,991,014号、第4,011,199号、第4,048,148号、第4,075,262号、第4,083,829号、第4,118,372号、第4,122,070号、第4,130,545号、第4,153,779号、第4,159,365号、第4,161,470号、第4,169,933号、第4,184,996号、第4,189,549号、第4,219,461号、第4,232,143号、第4,232,144号、第4,245,082号、第4,256,624号、第4,269,965号、第4,272,625号、第4,370,466号、第4,383,105号、第4,447,592号、第4,522,974号、第4,617,369号、第4,664,972号、第4,684,712号、第4,727,129号、第4,727,131号、第4,728,714号、第4,749,769号、第4,762,907号、第4,778,927号、第4,816,555号、第4,849,499号、第4,851,496号、第4,851,497号、第4,857,626号、第4,864,013号、第4,868,278号、第4,882,410号、第4,923,947号、第4,999,416号、第5,015,721号、第5,015,722号、第5,025,082号、第5,086,158号、第5,102,935号、第5,110,896号、および第5,143,956号と、欧州特許出願第356,226号に記載されているものが含まれる。有用な熱可塑性LCPには、ポリエステル、ポリエステルアミド)、ポリ(エステルイミド)、およびポリアゾメチンが含まれる。特に有用なLCPは、ポリエステルまたはポリ(エステルアミド)である。また、これらのポリエステルまたはポリ(エステルアミド)では、エステルまたはアミド基に対する結合、すなわち−C(O)O−および−C(O)NR1−であってR1が水素またはヒドロカルビルであるものの自由結合の、少なくとも約50パーセント、より好ましくは少なくとも約75パーセントが、芳香環の一部である炭素原子に対するものであることが好ましい。LCPの本明細書での定義の範囲内には、2種またはそれ以上のLCPのブレンド、あるいはLCPと1種または複数のITPとのブレンドであって、LCPが連続相であるものが含まれる。

0029

有用なITPは、上述の必要不可欠な性質を有するものであり、ポリエチレンポリプロピレンなどのポリオレフィン;ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)、ポリ(エチレン2,6−ナフタレート)などのポリエステルと、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニルプロパンイソフタル酸およびテフタル酸の組合せから得られるポリエステル;ポリスチレンや、スチレンアクリル酸エステルメタクリル酸エステル)とのコポリマーなどのスチレン樹脂アクリロニトリルブタジエン−スチレン熱可塑性樹脂;アクリルポリマーメタクリルポリマー)であって、その親である酸、および/またはそのエステルおよび/またはアミドホモポリマーおよびコポリマーを含むもの;ポリメチレンオキシドなどのポリアセタールポリテトラフルオロエチレンポリクロロトリフルオロエチレン、ポリ(テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン)コポリマー、ポリ[テトラフルオロエチレン/ペルフルオロプロピルビニルエーテル)]コポリマー、ポリ(フッ化ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリ(フッ化ビニル/エチレン)コポリマーなどの、完全または部分フルオロポリマー;エチレン−アクリル酸コポリマーのアイオノマーなどのアイオノマー;ポリカーボネート;ポリ(アミドイミド);ポリ(エステルカーボネート);ポリ(イミドエーテル);ポリメチレンペンテン;ポリプロピレンなどの線状ポリオレフィン;ポリ(エーテルケトンケトン);ポリイミド;ポリ(フェニレンスルフィド);環状オレフィンのポリマー;ポリ(塩化ビニリデン);ポリスホン;ポリ(エーテルスルホン);ナイロン−6,6、ナイロン−6、ナイロン−6,12、ナイロン−6,12、ナイロン4,6などのポリアミドと、テレフタル酸および/またはイソフタル酸および1,6−ヘキサンジアミンおよび/または2−メチル−1,5−ペンタジアミンから得られるポリアミドが含まれる。ポリアミドは好ましいITPであり、好ましいアミドは、ナイロン−6,6、ナイロン−6、テレフタル酸と1,6−ヘキサンジアミンおよび2−メチル−1,5−ペンタンジアミンのコポリマーであって1,6−ヘキサンジアミンがポリマーの調製に使用されるジアミン全体の約30モルパーセントから約70モルパーセントのものである。特に好ましいポリアミドは、ナイロン−6,6、ナイロン−6、テレフタル酸と1,6−ヘキサンジアミンおよび2−メチル−1,5−ペンタンジアミンのコポリマーであって1,6−ヘキサンジアミンがポリマーの調製に使用されるジアミン全体の約50モルパーセントのものである。本明細書でのITPの定義の範囲内には、2種または複数のITPのブレンド、あるいは1種または複数のITPとLCPのブレンドであって、ITPを連続相とするものが含まれる。

0030

1種または複数の(存在する場合には)ITPは強化することができる。強化は当技術分野で知られており、ゴム機能化ゴムエポキシ樹脂などITPと反応する樹脂、またはその他の材料の1種または複数を添加することによって実現できる。強化ポリアミドが好ましい。

0031

ポリマーは、充填剤や、補強剤酸化防止剤オゾン劣化防止剤染料顔料など、従来からポリマーに見られるその他の材料を含有することができる。特に有用な材料は、熱伝導率が高い充填剤であり、熱交換効率を高めることができる。

0032

結合層の組成は、その両面にどの2種のポリマーが存在するかによって異なる。例えば結合層は、ITP層とLCP層との間に接着性をもたらすために機能化しまたはグラフト化したITPでよく、あるいは1種または複数のITPと1種または複数のLCPとのブレンドでよい。

0033

ITP層の典型的な厚さは、約0.025mmから約0.25mmに及ぶ。LCP層の典型的な厚さは、約0.01mmから約0.1mmになる。結合層は、通常、ポリマー層同士の接着が損なわれない程度にできる限り薄くなる。これは通常、約0.01mmから約0.1mmである。この構造の厚さ全体は約0.7mm未満であることが好ましく、約0.12mmから約0.5mmがより好ましく、約0.15mmから約0.4mmが特に好ましい。

0034

管は、熱を伝達する必要性に支障をきたすことのない任意の直径および肉厚のものでよい。典型的な肉厚は、0.005〜0.015インチ(0.13〜0.38mm)である。一般に、最小内径は、使用中に詰まらないように0.030〜0.060インチ(0.76〜1.5mm)であることが必要である。外径は、管に必要とされる内部圧力によって決定され、一般に、最大0.150〜0.250インチ(3.8〜6.4mm)である。
(実施例)

0035

図1に示すように、管板の外側を巡る二次伝熱流体の乱流を増大させるため、一平面内に存在するプレート間同士の間にオープンスペースを備える不連続プレートと、1列おきにこのプレートに面しているオープンスペースとによって、改善された結果を得ることができる。各プレートは、管束群10〜15で構成される。図示するように、群10および13は第1のプレートの一部であり、群16は第2のプレートの一部であり、群11および14は第3のプレートの一部である。群10および13は間隔を空けて配置されており、群16は第1のプレート内にこのように作り出されたオープンスペースに隣接している。このため、冷却剤の流れ16〜19は行ったり戻ったりして乱流を生み出す。図示するようにプレートが平らであると、渦または渦巻の形成が最小限に抑えられる。

0036

同様に、図2の管板の管の幾何形状でも、改善された結果を得ることができる。この場合、各パネル21〜24、25〜28、および29〜32の管群はずれており、冷却剤の流れ33〜35は曲がって乱流になる。管群同士がなす角度は、30度以下であり、15度以下が好ましい。

0037

図3では、管板36〜39は、いくつかの群に分離しているのではなく連続しており、しかもこれらのパネルはカーブして、やはり冷却剤の流れを曲げる。パネルのカーブは、渦巻の形成を最小限に抑えるために滑らかである。管の中心を接続する一連の直線を引く場合、それらがなす角度は少なくとも5度でありかつ30度以下であり、好ましくは15度以下である。周期的に、少なくとも4本の管を過ぎると角度の向きが逆になり、それによって波状のパネルが形成される。これがパネルのカーブの滑らかさを定め、その結果、渦巻の形成が最小限に抑えられるようになる。

0038

図4、5、および6では、本発明の熱交換器は、本発明の管板スタック51、入口および出口管寄せ52および53、二次冷却剤の流動方向54〜55を有する。当技術分野で知られるように、一次冷却剤は、管寄せ52および53の一方を通って内部に供給され、他方を通って外部に出ることができる。図示する熱交換器は、より高温の気体が管の内部にあり、より低温の気体が管の外側にある、給気冷却器であることが適切である。

0039

図7は、1本の管の中心からその隣りの管の中心に引かれた線と、当該隣りの管の中心からその次の隣りの管の中心に引かれた次の線といったように、これらの線がなす角度がどのように測定されるかを示す。管62の波状のプレートは、管56から管61で構成され、その角度は管対56〜57から管対57〜58まで増大し、累積角度は管対58〜59まで増大し続け、次いで管対59〜60まで逆転し、管対60〜61まで逆転し続ける。この角度は5度から30度の範囲内でよいので、プレートのうねりの程度が定められる。管対の数が4よりも大きい場合には、このカーブをさらに継続させることができる。カーブが逆向きになる前の管対の最大数は角度に依存し、したがって管板は、それ自体の上に戻るようにカーブするのではなく、概ね波状のプレート内で連続する。

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