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技術 熱交換ユニット及び熱交換システム

出願人 株式会社神戸製鋼所
発明者 東孝祐福谷和久
出願日 2015年7月7日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2015-136144
公開日 2017年1月26日 (3年9ヶ月経過) 公開番号 2017-020668
状態 特許登録済
技術分野 一般的な熱交換又は熱伝達装置の細部(3) ラジエータ、流路群をもつ熱交換装置
主要キーワード 各熱交換装置 システム中心 各熱交換室 低温媒体 上昇割合 各熱交換ユニット 四角筒 中央ユニット
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図面 (8)

課題

低温空気の再吸込を抑制可能な熱交換ユニット及び熱交換システムを提供すること。

解決手段

熱交換ユニットであって、少なくとも1つの熱交換装置(20)と、変向部材(201)と、を備え、熱交換装置(20)は、下向きに流れる気流を形成する送風機(30)と、前記気流と空気よりも低温低温媒体とを熱交換させることによって低温媒体を加熱する熱交換器(40)と、熱交換器(40)を地面から上方に離間した位置に支持する支持部(50)と、を備え、変向部材(201)は、熱交換器(40)と地面との間において、前記気流の少なくとも一部が水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変えること。

概要

背景

従来、液化天然ガスLNG)等の低温液化ガスを空気(大気)で加熱することによって気化させる空温式の気化装置が知られている。例えば、特許文献1には、下降気流を生じさせる外気吸引ファンと、下降気流と低温液化ガスとを熱交換させることにより低温液化ガスを気化させる蒸発管と、蒸発管を地面から上方に離間した位置に支持する架台と、を備える低温液化ガス気化装置熱交換装置)が開示されている。

概要

低温空気の再吸込を抑制可能な熱交換ユニット及び熱交換システムを提供すること。熱交換ユニットであって、少なくとも1つの熱交換装置(20)と、変向部材(201)と、を備え、熱交換装置(20)は、下向きに流れる気流を形成する送風機(30)と、前記気流と空気よりも低温低温媒体とを熱交換させることによって低温媒体を加熱する熱交換器(40)と、熱交換器(40)を地面から上方に離間した位置に支持する支持部(50)と、を備え、変向部材(201)は、熱交換器(40)と地面との間において、前記気流の少なくとも一部が水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変えること。

目的

本発明の目的は、低温空気の再吸込を抑制可能な熱交換ユニット及び熱交換システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

熱交換ユニットであって、少なくとも1つの熱交換装置と、変向部材と、を備え、前記少なくとも1つの熱交換装置は、下向きに流れる気流を形成する送風機と、前記気流と空気よりも低温低温媒体とを熱交換させることによって前記低温媒体を加熱する熱交換器と、前記熱交換器を地面から上方に離間した位置に支持する支持部と、を備え、前記変向部材は、前記熱交換器と地面との間において、前記気流の少なくとも一部が水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える、熱交換ユニット。

請求項2

請求項1に記載の熱交換ユニットにおいて、前記少なくとも1つの熱交換装置は、一方向に沿って並ぶ複数の熱交換装置を含み、前記変向部材は、前記気流の少なくとも一部が、前記一方向に沿いかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える、熱交換ユニット。

請求項3

請求項2に記載の熱交換ユニットにおいて、前記少なくとも1つの熱交換装置は、前記一方向と直交する直交方向に沿って並ぶ複数のユニット構成要素を有し、各ユニット構成要素は、前記一方向に沿って並ぶ複数の熱交換装置からなり、前記複数のユニット構成要素の数は、各ユニット構成要素に含まれる前記熱交換装置の数よりも多く設定されており、前記変向部材は、前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように前記直交方向に沿って延びる形状を有する、熱交換ユニット。

請求項4

請求項1ないし3のいずれかに記載の熱交換ユニットにおいて、前記熱交換器を通過した気流が前記送風機側に向かうのを遮断する遮断部材をさらに備える、熱交換ユニット。

請求項5

請求項4に記載の熱交換ユニットにおいて、前記遮断部材は、前記熱交換器の外側面から外向きに張り出す形状を有する張出部と、前記張出部の外縁から前記熱交換器から離間するにしたがって次第に上方に向かう形状を有する起立部と、を有する、熱交換ユニット。

請求項6

奇数個の熱交換ユニットを有する熱交換システムであって、各熱交換ユニットは、請求項3に記載の熱交換ユニットであり、前記奇数個の熱交換ユニットは、前記一方向に沿って並ぶように配置されており、前記奇数個の熱交換ユニットのうち前記一方向の中央に配置された中央ユニットの変向部材である中央変向部材は、前記中央ユニットに含まれる複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記中央ユニットに含まれる前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について前記中央ユニットの中央を通る仮想的な中央ユニット中心面に沿って延びる形状を有し、かつ、前記気流の少なくとも一部が、前記中央ユニット中心面から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変え、前記複数の熱交換ユニットのうち前記一方向について前記中央ユニットの側方に配置された側方ユニットの変向部材である側方変向部材は、前記側方ユニットに含まれる複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記側方ユニットに含まれる前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように、前記直交方向に沿って延びる形状を有し、かつ、前記気流の少なくとも一部が、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について当該熱交換システムの中央を通る仮想的なシステム中心面から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える、熱交換システム。

請求項7

請求項6に記載の熱交換システムにおいて、前記中央変向部材は、前記中央ユニット中心面から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有し、前記側方変向部材は、前記システム中心面から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有する、熱交換システム。

請求項8

請求項7に記載の熱交換システムにおいて、前記側方変向部材は、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について前記側方ユニットの中央を通る仮想的な側方ユニット中心面から前記中央ユニットに向かって、前記側方ユニット中心面から当該側方ユニットの各熱交換器のうち前記中央ユニットに近い側の端部までの寸法に対する、前記側方ユニット中心面から当該側方変向部材の上端部までの寸法の割合が、0.9〜1.0となる範囲に配置されている、熱交換システム。

請求項9

偶数個の熱交換ユニットを有する熱交換システムであって、各熱交換ユニットは、請求項3に記載の熱交換ユニットであり、前記偶数個の熱交換ユニットは、前記一方向に沿って並ぶように配置されており、前記偶数個の熱交換ユニットのうち前記一方向と直交する平面であって前記一方向について当該熱交換システムの中央を通る仮想的なシステム中心面の一方側に配置された一方側ユニットの変向部材である一方側変向部材は、前記一方側ユニットに含まれる複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記一方側ユニットに含まれる前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように、前記直交方向に沿って延びる形状を有し、かつ、前記気流の少なくとも一部が、前記システム中心面から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変え、前記偶数個の熱交換ユニットのうち前記一方向について前記システム中心面の他方側に配置された他方側ユニットの変向部材である他方側変向部材は、前記他方側ユニットに含まれる複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記他方側ユニットに含まれる前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように、前記直交方向に沿って延びる形状を有し、かつ、前記気流の少なくとも一部が、前記システム中心面から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える、熱交換システム。

請求項10

請求項9に記載の熱交換システムにおいて、前記一方側変向部材は、前記システム中心面から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有し、前記他方側変向部材は、前記システム中心面から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有する、熱交換システム。

請求項11

請求項10に記載の熱交換システムにおいて、前記一方側変向部材は、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について前記一方側ユニットの中央を通る仮想的な一方側ユニット中心面から前記システム中心面に向かって、前記一方側ユニット中心面から当該一方側ユニットの各熱交換器のうち前記システム中心面に近い側の端部までの寸法に対する、前記一方側ユニット中心面から当該一方側変向部材の上端部までの寸法の割合が、0.9〜1.0となる範囲に配置されており、前記他方側変向部材は、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について前記他方側ユニットの中央を通る仮想的な他方側ユニット中心面から前記システム中心面に向かって、前記他方側ユニット中心面から当該他方側ユニットの各熱交換器のうち前記システム中心面に近い側の端部までの寸法に対する、前記他方側ユニット中心面から当該他方側変向部材の上端部までの寸法の割合が、0.9〜1.0となる範囲に配置されている、熱交換システム。

技術分野

0001

本発明は、熱交換ユニット及び熱交換システムに関するものである。

背景技術

0002

従来、液化天然ガスLNG)等の低温液化ガスを空気(大気)で加熱することによって気化させる空温式の気化装置が知られている。例えば、特許文献1には、下降気流を生じさせる外気吸引ファンと、下降気流と低温液化ガスとを熱交換させることにより低温液化ガスを気化させる蒸発管と、蒸発管を地面から上方に離間した位置に支持する架台と、を備える低温液化ガス気化装置熱交換装置)が開示されている。

先行技術

0003

特開2003−185095号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記特許文献1に記載されるような低温液化ガス気化装置では、蒸発管に接触することにより冷却された低温空気(前記下降気流のうち蒸発管の下流側に位置する空気)が、再度外気吸引ファンにより吸い込まれる場合がある。具体的に、外気吸込ファンにより形成される気流は下向きであるので、前記低温空気は、地面に衝突した後に蒸発管の下部ないしその周辺滞留しやすく、このため、その低温空気が外気吸引ファンにより再び吸い込まれる場合がある。この場合、蒸発管に供給される空気(下降気流)の温度が蒸発管と熱交換した後の気流の温度とほとんど同じになるので、蒸発管において有効な熱交換(低温液化ガスの加熱)が行われなくなる。

0005

本発明の目的は、低温空気の再吸込を抑制可能な熱交換ユニット及び熱交換システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0006

前記課題を解決する手段として、本発明は、熱交換ユニットであって、少なくとも1つの熱交換装置と、変向部材と、を備え、前記少なくとも1つの熱交換装置は、下向きに流れる気流を形成する送風機と、前記気流と空気よりも低温低温媒体とを熱交換させることによって前記低温媒体を加熱する熱交換器と、前記熱交換器を地面から上方に離間した位置に支持する支持部と、を備え、前記変向部材は、前記熱交換器と地面との間において、前記気流の少なくとも一部が水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える、熱交換ユニットを提供する。

0007

本発明では、熱交換器を通過した後の気流の少なくとも一部が変向部材により水平に向かう成分を含むように変向されるので、熱交換器で熱交換した後の低温空気を送風機が再度吸い込むことが抑制される。具体的に、前記低温空気の少なくとも一部は、地面に衝突する前に水平に向かう成分を含むように変向されることにより、本熱交換ユニットから水平方向に遠ざかるように流れる。よって、前記低温空気が地面へ衝突することにより当該低温空気が熱交換器の下部ないしその周辺に滞留することが抑制され、これにより送風機による低温空気の再吸込が抑制される。

0008

この場合において、前記少なくとも1つの熱交換装置は、一方向に沿って並ぶ複数の熱交換装置を含み、前記変向部材は、前記気流の少なくとも一部が、前記一方向に沿いかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変えることが好ましい。

0009

このようにすれば、低温媒体の加熱量の増大と、送風機による低温空気の再吸込の抑制と、を両立することができる。具体的に、各熱交換器において低温媒体が加熱されるので、低温媒体の加熱量が増大し、しかも、各熱交換器で熱交換した後の気流の少なくとも一部は、変向部材により前記一方向に沿いかつ水平方向に、すなわち、当該熱交換ユニットから遠ざかるように流れるので、各送風機による低温空気の再吸込が抑制される。

0010

さらにこの場合において、前記少なくとも1つの熱交換装置は、前記一方向と直交する直交方向に沿って並ぶ複数のユニット構成要素を有し、各ユニット構成要素は、前記一方向に沿って並ぶ複数の熱交換装置からなり、前記複数のユニット構成要素の数は、各ユニット構成要素に含まれる前記熱交換装置の数よりも多く設定されており、前記変向部材は、前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように前記直交方向に沿って延びる形状を有することが好ましい。

0011

このようにすれば、直交方向に沿って並ぶ複数のユニット構成要素の各熱交換器から流出した低温空気が当該熱交換ユニットから遠ざかるように流れるので、各送風機による低温空気の再吸込を抑制しながら、低温媒体の加熱量をさらに増やすことができる。

0012

また、本発明において、前記熱交換器を通過した気流が前記送風機側に向かうのを遮断する遮断部材をさらに備えることが好ましい。

0013

このようにすれば、送風機による低温空気の再吸込が一層抑制される。

0014

具体的に、前記遮断部材は、前記熱交換器の外側面から外向きに張り出す形状を有する張出部と、前記張出部の外縁から前記熱交換器から離間するにしたがって次第に上方に向かう形状を有する起立部と、を有することが好ましい。

0015

このようにすれば、送風機による低温空気の再吸込がより確実に抑制される。

0016

また、本発明は、奇数個の熱交換ユニットを有する熱交換システムであって、各熱交換ユニットは、前記熱交換ユニットであり、前記奇数個の熱交換ユニットは、前記一方向に沿って並ぶように配置されており、前記奇数個の熱交換ユニットのうち前記一方向の中央に配置された中央ユニットの変向部材である中央変向部材は、前記中央ユニットに含まれる複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記中央ユニットに含まれる前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について前記中央ユニットの中央を通る仮想的な中央ユニット中心面に沿って延びる形状を有し、かつ、前記気流の少なくとも一部が、前記中央ユニット中心面から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変え、前記複数の熱交換ユニットのうち前記一方向について前記中央ユニットの側方に配置された側方ユニットの変向部材である側方変向部材は、前記側方ユニットに含まれる複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記側方ユニットに含まれる前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように、前記直交方向に沿って延びる形状を有し、かつ、前記気流の少なくとも一部が、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について当該熱交換システムの中央を通る仮想的なシステム中心面から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える、熱交換システムを提供する。

0017

本熱交換システムによれば、各送風機による低温空気の再吸込を抑制しながら、低温媒体の加熱量をさらに増やすことができる。具体的に、側方変向部材は、気流の少なくとも一部がシステム中心面から一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変えるので、側方ユニットの各熱交換器から流出した低温空気は、中央ユニットから離れる方向に向かう。よって、中央ユニットと側方ユニットとの間に、中央ユニットから流出した低温空気と側方ユニットから流出した低温空気とが集まること(低温空気の滞留)が抑制され、これにより各送風機による低温空気の再吸込が抑制される。

0018

この場合において、前記中央変向部材は、前記中央ユニット中心面から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有し、前記側方変向部材は、前記システム中心面から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有することが好ましい。

0019

このようにすれば、各変向部材を設けることによる各送風機の圧力損失の上昇を抑制することができ、さらに、中央ユニットから流出した低温空気は側方ユニットに向かい、かつ、側方ユニットから流出した低温空気は中央ユニットから離間する方向に向かうので、各送風機による低温空気の再吸込が有効に抑制される。

0020

具体的に、前記側方変向部材は、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について前記側方ユニットの中央を通る仮想的な側方ユニット中心面から前記中央ユニットに向かって、前記側方ユニット中心面から当該側方ユニットの各熱交換器のうち前記中央ユニットに近い側の端部までの寸法に対する、前記側方ユニット中心面から当該側方変向部材の上端部までの寸法の割合が、0.9〜1.0となる範囲に配置されていることが好ましい。

0021

このようにすれば、側方ユニットの各送風機のうち側方ユニット中心面よりも中央ユニットに近い側に位置する送風機による低温空気の再吸込がより有効に抑制される。具体的に、前記割合が0.9〜1.0となる範囲に側方変向部材を配置することにより、側方ユニットの各熱交換器のうち側方ユニット中心面よりも中央ユニットに近い側に位置する熱交換器から流出した低温空気の大部分が中央ユニットから離れる方向に向かう。そして、その気流(側方変向部材により中央ユニットから離間する方向に変向された気流)は、側方ユニット中心面よりも中央ユニットから遠い側に位置する各熱交換器から流出して地面に向かう気流の向きを、中央ユニットから離間する方向に変えるように作用する。よって、中央ユニットと側方ユニットとの間への低温空気の滞留が一層抑制される。このため、各送風機による低温空気の再吸込が有効に抑制される。

0022

さらに、前記割合が0.9〜1.0となる範囲に側方変向部材を配置することにより、改善指数が8%以上となるので、送風機の吸込温度について高い昇温効果が得られる。改善指数とは、各変向部材を設けることによる各送風機の空気の吸込温度の上昇割合を、各変向部材を設けることによる各送風機の圧力損失の上昇割合で除した値である。

0023

また、本発明は、偶数個の熱交換ユニットを有する熱交換システムであって、各熱交換ユニットは、前記熱交換ユニットであり、前記偶数個の熱交換ユニットは、前記一方向に沿って並ぶように配置されており、前記偶数個の熱交換ユニットのうち前記一方向と直交する平面であって前記一方向について当該熱交換システムの中央を通る仮想的なシステム中心面の一方側に配置された一方側ユニットの変向部材である一方側変向部材は、前記一方側ユニットに含まれる複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記一方側ユニットに含まれる前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように、前記直交方向に沿って延びる形状を有し、かつ、前記気流の少なくとも一部が、前記システム中心面から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変え、前記偶数個の熱交換ユニットのうち前記一方向について前記システム中心面の他方側に配置された他方側ユニットの変向部材である他方側変向部材は、前記他方側ユニットに含まれる複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素から前記他方側ユニットに含まれる前記複数のユニット構成要素のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素に至るように、前記直交方向に沿って延びる形状を有し、かつ、前記気流の少なくとも一部が、前記システム中心面から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える、熱交換システムを提供する。

0024

本熱交換システムにおいても、各送風機による低温空気の再吸込を抑制しながら、低温媒体の加熱量をさらに増やすことができる。

0025

この場合において、前記一方側変向部材は、前記システム中心面から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有し、前記他方側変向部材は、前記システム中心面から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有することが好ましい。

0026

このようにすれば、各変向部材を設けることによる各送風機の圧力損失の上昇を抑制することができ、さらに、各送風機による低温空気の再吸込が有効に抑制される。

0027

具体的に、前記一方側変向部材は、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について前記一方側ユニットの中央を通る仮想的な一方側ユニット中心面から前記システム中心面に向かって、前記一方側ユニット中心面から当該一方側ユニットの各熱交換器のうち前記システム中心面に近い側の端部までの寸法に対する、前記一方側ユニット中心面から当該一方側変向部材の上端部までの寸法の割合が、0.9〜1.0となる範囲に配置されており、前記他方側変向部材は、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について前記他方側ユニットの中央を通る仮想的な他方側ユニット中心面から前記システム中心面に向かって、前記他方側ユニット中心面から当該他方側ユニットの各熱交換器のうち前記システム中心面に近い側の端部までの寸法に対する、前記他方側ユニット中心面から当該他方側変向部材の上端部までの寸法の割合が、0.9〜1.0となる範囲に配置されていることが好ましい。

0028

このようにすれば、各ユニットの送風機うちシステム中心面に近い側に位置する送風機による低温空気の再吸込がより有効に抑制され、前記改善指数が8%以上となる。

発明の効果

0029

以上のように、本発明によれば、低温空気の再吸込を抑制可能な熱交換ユニット及び熱交換システムを提供することができる。

図面の簡単な説明

0030

本発明の第1実施形態の熱交換システムの構成の概略を示す平面図である。
図1に示す熱交換システムの各熱交換ユニットの正面図である。
中央ユニットの正面図である。
割合l′/Wと、吸込温度及び改善指数と、の関係を示すグラフである。
本発明の第2実施形態の熱交換システムの構成の概略を示す平面図である。
図5に示す熱交換システムの各熱交換ユニットの正面図である。
割合l/Wと、吸込温度及び改善指数と、の関係を示すグラフである。

実施例

0031

本発明の好ましい実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。

0032

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の熱交換システムについて、図1図4を参照しながら説明する。本熱交換システムは、空気(大気)よりも低温の低温媒体(低温液化ガス、中間媒体等)と空気とを熱交換させることにより低温媒体を加熱するシステムである。なお、本熱交換システムは、空気で直接低温液化ガスを加熱するために用いられてもよいし、いわゆる中間媒体式の熱交換システム(プロパン等の中間媒体により低温液化ガスを加熱する装置)において中間媒体を加熱するために用いられてもよい。

0033

図1図3に示されるように、本熱交換システムは、一方向(図1の左右方向)に沿って並ぶ奇数個(本実施形態では3個)の熱交換ユニット101,102を備えている。

0034

以下、奇数個の熱交換ユニット101,102のうち前記一方向の中央に位置する熱交換ユニットを「中央ユニット101」といい、奇数個の熱交換ユニット101,102のうち前記一方向について中央ユニット101の側方に配置された熱交換ユニットを「側方ユニット102」という。また、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について中央ユニット101の中央を通る仮想的な平面を「中央ユニット中心面P1」といい、この中央ユニット中心面P1と平行な平面であって前記一方向について側方ユニット102の中央を通る仮想的な平面を「側方ユニット中心面P2」といい、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について当該熱交換システムの中央を通る仮想的な平面を「システム中心面Ps」という。本実施形態では、中央ユニット中心面P1がシステム中心面Psと一致するように、換言すれば、各熱交換ユニット101,102が一方向に沿って等間隔で並ぶようにこれら熱交換ユニット101,102が配置されている。ただし、各熱交換ユニット101,102は、互いに隣接する熱交換ユニットの寸法がそれぞれ異なるように、つまり、中央ユニット中心面P1がシステム中心面Psから一方向に離間するように配置されてもよい。また、本実施形態では、熱交換システムは、システム中心面Psを対称面として面対称に形成されている。

0035

中央ユニット101は、複数の熱交換装置20と、中央変向部材201と、を有している。

0036

各熱交換装置20は、空気と低温媒体とを熱交換させることにより低温媒体を加熱する装置である。複数の熱交換装置20は、複数の行と複数の列とにより形成される行列状に並ぶように配置されている。各行は、前記一方向と平行であり、各列は、前記一方向と直交する直交方向(図1の上下方向)と平行である。以下、一方向に沿って並ぶ複数の熱交換装置20(各行に含まれる複数の熱交換装置20)をまとめて「ユニット構成要素10」という。本実施形態では、ユニット構成要素10は、2つの熱交換装置20からなり、中央ユニット101は、6つのユニット構成要素10を有している。ただし、各ユニット構成要素10に含まれる熱交換装置20の数及び中央ユニット101に含まれるユニット構成要素10の数は、これに限られない。中央ユニット101に含まれるユニット構成要素10の数は、各ユニット構成要素10を構成する熱交換装置20の数よりも大きく設定されることが好ましい。各熱交換装置20は、中央ユニット中心面P1を対称面として面対称となるように配置されている。各熱交換装置20は、送風機30と、熱交換器40と、支持部50と、を有している。

0037

送風機30は、下向きに流れる気流(下降気流)を形成する。具体的に、送風機30は、円筒状の送風機室32と、送風機室32内に配置されたファン34と、ファン34を駆動するモータ(図示略)と、を有する。ファン34は、モータが駆動したときに鉛直下向きに流れる下降気流を形成する姿勢で送風機室32内に配置されている。

0038

熱交換器40は、送風機30により形成された下降気流(空気)と低温媒体とを熱交換させることによって低温媒体の少なくとも一部を蒸発させる。具体的に、熱交換器40は、熱交換室42と、熱交換室42内に配置された伝熱管44と、を有する。

0039

熱交換室42は、四角筒状に形成されている。熱交換室42の上端は、中空状の連結部36を介して送風機室32の下端に接続されている。このため、送風機30により形成された気流は、熱交換室42内を通って当該熱交換室42の下方に向かう。

0040

伝熱管44内には、低温媒体(低温液化ガスや中間媒体)が流れる。熱交換室42内において伝熱管44に前記気流が接触することにより、つまり、前記気流と低温媒体とが熱交換することにより、伝熱管44内を流れる低温媒体の少なくとも一部が蒸発する。本実施形態では、各ユニット構成要素10の一方側(図3の右側)の伝熱管44と他方側(図3の左側)の伝熱管44とは、互いに連通するように形成されている。また、前記一方側の伝熱管44は、熱交換室42内で折り返されている。

0041

支持部50は、熱交換器40を地面から上方に離間した位置に支持する。具体的に、支持部50は、熱交換室42の中心軸が鉛直方向と平行となる姿勢で当該熱交換室42を支持している。なお、送風機室32の中心軸も、鉛直方向と平行な姿勢となる。

0042

本実施形態では、熱交換室42の外側面に、踏み板62と、遮断部材64と、が接続されている。

0043

踏み板62は、網状に形成されており、熱交換室42の外側面の上端に接続されている。この踏み板62は、当該踏み板62上を人が歩くことができる程度の強度に設定される。

0044

遮断部材64は、熱交換器40を通過した気流が熱交換室42の外側面及び連結部36の外側面に沿って送風機30側(上方)に向かうのを遮断する。遮断部材64は、張出部65と、起立部66と、を有する。張出部65は、熱交換室42の外側面のうち踏み板62よりも下方の部位に接続されている。張出部65は、熱交換室42の外側面から水平方向でかつ当該外側面から離間する向きに張り出す形状を有する。張出部65は、互いに隣接する熱交換室42の外側面間を塞ぐ形状を有する。起立部66は、張出部65の外縁に接続されている。具体的に、起立部66は、張出部65の外縁から熱交換室42から離間するにしたがって次第に上方に向かうように傾斜する形状を有する。張出部65及び起立部66は、平板状に形成されている。

0045

中央変向部材201は、熱交換器40と地面との間において、前記気流(熱交換器40で熱交換した後の低温空気)の少なくとも一部が水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える。より具体的には、中央変向部材201は、前記気流の少なくとも一部が地面に衝突(到達)する前に、前記一方向に沿いかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える。中央変向部材201は、中央ユニット101の熱交換室42の下端部同士を連結する連結部52(図3を参照)の下面に接続されている。中央変向部材201の形状は、中央ユニット中心面P1(本実施形態ではシステム中心面Ps)を対称面として面対称に形成されている。中央変向部材201は、前記気流の少なくとも一部が、中央ユニット中心面P1から前記一方向の外側(側方ユニット102側)でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える。中央変向部材201は、中央ユニット101に含まれる複数のユニット構成要素10のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素10から中央ユニット101に含まれる複数のユニット構成要素10のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素10に至るように、中央ユニット中心面P1に沿って延びる形状を有する。

0046

本実施形態では、中央変向部材201は、中央ユニット中心面P1から前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有する。中央変向部材201の曲率は、熱交換室42の一方向の寸法D(図3を参照)の例えば2分の1に設定される。中央変向部材201の一方向の寸法w(図3を参照)は、熱交換室42の外側面のうち中央ユニット中心面P1から最も遠くに位置する面と中央ユニット中心面P1との間の第1寸法W(図2及び図3を参照)の例えば4分の1に設定される。中央変向部材201の上下方向の寸法h(図3を参照)は、熱交換室42の下面と地面との間の寸法H(図3を参照)の例えば4分の1に設定される。

0047

本実施形態では、中央ユニット101の一方側に配置された側方ユニット102と中央ユニット101の他方側に配置された側方ユニット102とは、システム中心面Psを対称面として面対称に構成されているので、以下、一方側の側方ユニット102についてのみ説明する。側方ユニット102は、複数の熱交換装置20と、側方変向部材202と、を有している。

0048

各熱交換装置20の配置は、中央ユニット101のそれと同様である。すなわち、側方ユニット102は、直交方向に沿って並ぶ6つのユニット構成要素10を有しており、各ユニット構成要素10は、一方向に沿って並ぶ2つの複数の熱交換装置20からなる。また、各熱交換装置20は、側方ユニット中心面P2を対称面として面対称となるように配置されている。各熱交換装置20の構造は、中央ユニット101のそれと同じであるので、その説明を省略する。また、側方ユニット102は、中央ユニット101と同様に、踏み板62及び遮断部材64を有している。

0049

側方変向部材202は、側方ユニット102の各熱交換室42のうち側方ユニット中心面P2よりも中央ユニット101に近い側に位置する熱交換室42の下部に接続されている。具体的に、側方変向部材202は、側方ユニット中心面P2から中央ユニット101に向かって、第1寸法W(側方ユニット102の各熱交換室42の外側面のうち最も中央ユニット101の近くに位置する面と側方ユニット中心面P2との間の寸法)に対する第2寸法lの割合l/Wが、0.9〜1.0となる範囲に配置される。第2寸法lは、側方ユニット中心面P2から側方変向部材202の上端部までの寸法である。側方変向部材202は、前記気流の少なくとも一部が、システム中心面Ps(中央ユニット101)から前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える。側方変向部材202は、側方ユニット102に含まれる複数のユニット構成要素10のうち前記直交方向の一端側に位置するユニット構成要素10から側方ユニット102に含まれる複数のユニット構成要素10のうち前記直交方向の他端側に位置するユニット構成要素10に至るように、前記直交方向に沿って延びる形状を有する。側方変向部材202は、中央ユニット101から離間する(側方ユニット中心面P2に向かう)にしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有する。側方変向部材202の曲率、一方向の寸法w、及び、上下方向の寸法hは、それぞれ中央変向部材201のそれと同じに設定されている。

0050

次に、図4を参照しながら、各変向部材を設けることによる効果について説明する。図4は、中央ユニット101について、第1寸法Wに対する寸法l′の割合l′/Wと、吸込温度(送風機30が吸い込む空気の温度)及び改善指数と、の関係を示している。前記寸法l′は、中央ユニット中心面P1から中央変向部材201の上端までの寸法である。改善指数は、中央変向部材201を設けることによる各送風機30の吸込温度の上昇割合を、中央変向部材201を設けることによる各送風機30の圧力損失の上昇割合で除した値である。ここで、図4は、ユニット構成要素10が2つの熱交換装置20からなる場合において、中央変向部材201の曲率がD/2であり、前記寸法hが前記寸法Hの4分の1であり、前記寸法wが前記第1寸法Wの4分の1である場合の関係を示している。

0051

図4に示されるように、前記割合l′/Wの値(中央変向部材201の中央ユニット101に対する取付位置)にかかわらず、吸込温度及び改善指数がともに正の値となっている。すなわち、中央変向部材201を設けることにより送風機30の吸込温度が上昇する。このことは、側方ユニット102に側方変向部材202を設けた場合についても同様と推察される。

0052

以上に説明した熱交換システムの動作について説明する。

0053

各熱交換ユニット101,102の送風機30が駆動されると、それぞれの熱交換装置20において下向きの気流が形成され、この気流が伝熱管44と接触することにより低温媒体が加熱される。そして、熱交換器40において熱交換した後の気流(伝熱管44に接触することより冷却された低温空気)は、地面に向かうものの、その気流の少なくとも一部は、地面に衝突する前に各変向部材201,202により変向される。具体的に、中央変向部材201は、前記気流の少なくとも一部が中央ユニット中心面P1から離間する方向(側方ユニット102が位置する方向)に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える。このため、前記気流(低温空気)の少なくとも一部は、地面に衝突する前に、中央ユニット101から水平方向に遠ざかるように流れる。よって、前記低温空気が地面へ衝突することにより当該低温空気が熱交換器40の下部ないしその周辺に滞留することが抑制され、これにより中央ユニット101の各送風機30による低温空気の再吸込が抑制される。

0054

また、側方変向部材202は、側方ユニット102の各熱交換器40を通過した気流の少なくとも一部が中央ユニット101から離間する方向に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える。このため、中央ユニット101と側方ユニット102との間に、中央ユニット101から流出した低温空気と側方ユニット102から流出した低温空気とが集まること(低温空気の滞留)が抑制され、これにより側方ユニット102の各送風機30による低温空気の再吸込が抑制される。

0055

さらに、側方変向部材202は、側方ユニット中心面P2よりも中央ユニット101に近い位置に配置されているので、中央ユニット101と側方ユニット102との間への低温空気の滞留がより確実に抑制される。具体的に、側方変向部材202により中央ユニット101から離間する方向に変向された気流は、側方ユニット中心面P2よりも中央ユニット101から遠い側に位置する各熱交換器40から流出して地面に向かう気流の向きを、中央ユニット101から離間する方向に変えるように作用する。よって、中央ユニット101と側方ユニット102との間への低温空気の滞留がより確実に抑制される。

0056

また、各変向部材201,202は、システム中心面Psから前記一方向の外側に向かうにしたがって次第に下方に向かうとともに下向きに凸となるように湾曲する形状を有している。このため、変向部材を設けることによる各送風機30の圧力損失の上昇を抑制することができる。

0057

また、熱交換器40を通過した気流が送風機30側に向かうのを遮断する遮断部材64を有するので、送風機30による低温空気の再吸込が一層抑制される。

0058

(第2実施形態)
次に、図5図7を参照しながら、本発明の第2実施形態の熱交換システムについて説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第1実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

0059

本実施形態の熱交換システムは、一方向に沿って並ぶ偶数個(本実施形態では4個)の熱交換ユニット111,121を備えている。本実施形態では、各熱交換ユニット111,121は、一方向に沿って等間隔で並ぶように配置されている。

0060

以下、複数の熱交換ユニット111,121のうち一方向についてシステム中心面Psの一方側(図5の右側)に配置された各熱交換ユニットを「一方側ユニット111」といい、複数の熱交換ユニット111,121のうち一方向についてシステム中心面Psの他方側(図5の左側)に配置された各熱交換ユニットを「他方側ユニット121」という。また、前記一方向と直交する平面であって前記一方向について一方側ユニット111の中央を通る仮想的な平面を「一方側ユニット中心面P11」といい、この一方側ユニット中心面P11と平行な平面であって前記一方向について他方側ユニット121の中央を通る仮想的な平面を「他方側ユニット中心面P21」という。本熱交換システムは、システム中心面Psを対称面として面対称に形成されている。このため、以下では、一方側ユニット111についてのみ説明する。なお、図6では、本熱交換システムのうちシステム中心面Psの一方側に位置する一方側ユニット111のみが示されている。

0061

一方側ユニット111の構造は、第1実施形態の側方ユニット102のそれと基本的に同様である。すなわち、一方側ユニット111は、複数の熱交換装置20と、一方側変向部材211と、を有している。各熱交換装置20についての説明は、省略する。

0062

一方側変向部材211は、前記気流の少なくとも一部が、システム中心面Psから前記一方向の外側でかつ水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変える。一方側変向部材211の形状は、第1実施形態の側方変向部材202のそれと同じである。また、一方側変向部材211の熱交換装置20への取付位置は、第1実施形態の側方変向部材202のそれと同じである。すなわち、一方側変向部材211は、一方側ユニット中心面P11からシステム中心面Psに向かって、第1寸法Wに対する第2寸法lの割合l/Wが、0.9〜1.0となる範囲に配置される。なお、第1寸法Wは、一方側ユニット111の各熱交換室42の外側面のうち最もシステム中心面Psの近くに位置する面と一方側ユニット中心面P11との間の寸法である。第2寸法lは、一方側ユニット中心面P11から一方側変向部材211の上端部までの寸法である。

0063

次に、図7を参照しながら、前記割合l/Wと、吸込温度及び改善指数と、の関係について説明する。図7は、一方側ユニット111のユニット構成要素10が2つの熱交換装置20により構成される場合において、一方側変向部材211の曲率がD/2であり、前記寸法hが前記寸法Hの4分の1であり、前記寸法wが前記第1寸法Wの4分の1である場合の関係を示している。なお、図7では、吸込温度について、システム中心面Psに近い側に位置する送風機30の吸込温度が「内側」、システム中心面Psから遠い側に位置する送風機30の吸込温度が「外側」、そして、内側と外側の平均値が「平均」として示されている。

0064

図7に示されるように、前記割合l/Wの値にかかわらず、吸込温度及び改善指数がともに正の値となっており、しかも、前記割合l/Wが0.9〜1.0の範囲内であれば、改善指数が8.0%以上となっている(高い昇温効果が得られている)。このことは、熱交換ユニットが奇数個並んでいる場合においても、すなわち、第1実施形態の側方ユニット102に対する側方変向部材202の取付位置についても同様に成立すると考えられる。

0065

以上に説明した本実施形態においても、各送風機30による低温空気の再吸込が有効に抑制される。

0066

また、前記割合l/Wが0.9〜1.0となる範囲に一方側変向部材211及び他方側変向部材が配置されるので、送風機30の吸込温度について高い昇温効果が得られる。

0067

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

0068

例えば、上記実施形態では、熱交換システムが複数の熱交換ユニットを有している例が示されたが、熱交換システムは、単一の熱交換ユニットにより構成されてもよい。また、熱交換ユニットは、単一のユニット構成要素10のみを有していてもよく、あるいは、単一の熱交換装置20のみを有していてもよい。

0069

また、各変向部材201,202,211,221の形状は、上記実施形態で示された例に限られない。各変向部材の形状は、熱交換器40を通過した気流の少なくとも一部が水平に向かう成分を含むように当該気流の向きを変えることができる範囲で適宜変更し得る。例えば、変向部材は、平板状に形成されてもよい。

0070

また、中央変向部材201は、連結部52の下面に接続される例に限られない。中央変向部材201は、連結部52の下面と地面との間の任意の高さ位置に配置されることが可能である。ただし、中央変向部材201の配置が連結部52の下面に近づくほど、熱交換器40を通過した気流が水平に向かう成分を含むように(中央ユニット101から離間する方向に)変向されやすいため、中央変向部材201は、連結部52の下面に接続されることが好ましい。同様に、側方変向部材202、一方側変向部材211及び他方側変向部材221は、それぞれ熱交換室42の下面に接続されることが好ましい。

0071

また、踏み板62が省略され、遮断部材64の張出部65が熱交換室42の外側面の上端に接続されてもよい。

0072

10ユニット構成要素
20熱交換装置
30送風機
40熱交換器
50 支持部
64遮断部材
65張出部
66起立部
101中央ユニット(熱交換ユニット)
102側方ユニット(熱交換ユニット)
201 中央変向部材(変向部材)
202側方変向部材(変向部材)
111 一方側ユニット(熱交換ユニット)
121 他方側ユニット(熱交換ユニット)
211 一方側変向部材(変向部材)
221 他方側変向部材(変向部材)
Psシステム中心面
P1 中央ユニット中心面
P2 側方ユニット中心面
P11 一方側ユニット中心面
P22 他方側ユニット中心面

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