JP2009074720A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対向流式の熱交換器の改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement of a counter-flow heat exchanger.
対向流式の熱交換器としては、内側に高温流体の流路を有する内筒と、内筒の外周部との間に低温流体の流路を形成する外筒を備え、内筒の壁部を介して高温流体と低温流体の間で熱交換を行なうものがある(特許文献1)。 The counterflow type heat exchanger includes an inner cylinder having a flow path for high-temperature fluid inside and an outer cylinder that forms a flow path for low-temperature fluid between the outer periphery of the inner cylinder, and a wall portion of the inner cylinder There is an apparatus that performs heat exchange between a high-temperature fluid and a low-temperature fluid via a gas (Patent Document 1).
このような熱交換器は、例えば、液体ロケットの燃焼器に適用されており、内側流路に燃焼ガスを流通させると共に、外側流路に酸化剤又は燃料のいずれかを流通させて、燃焼器の冷却を行なうと共に、酸化剤又は燃料の気化促進を図るようにしている(非特許文献1)。
しかしながら、上記したような従来の熱交換器にあっては、所望の熱交換性能を得るには、内筒及び外筒の直径や長さといった諸寸法や、熱交換を行なう部分の有効長さを調整する以外になく、熱交換性能を高めようとすると装置全体が大型化する傾向にあることから、熱交換性能の向上と小型軽量化の両立が難しいという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。 However, in the conventional heat exchanger as described above, in order to obtain a desired heat exchange performance, various dimensions such as the diameter and length of the inner cylinder and the outer cylinder, and the effective length of the portion that performs heat exchange. However, there is a problem that it is difficult to improve the heat exchange performance and reduce the size and weight. The problem was to solve the problem.
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、熱交換性能の向上と小型軽量化の両方を実現することができる熱交換器を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a heat exchanger capable of realizing both improvement in heat exchange performance and reduction in size and weight.
本発明の熱交換器は、請求項1として、内側に高温流体の流路を有する内筒と、内筒の外周部との間に低温流体の流路を形成する外筒を備えると共に、高温流体及び低温流体の各流路にフィンを設けた構成とし、請求項2として、高温流体の流路のフィンが 内筒の軸線方向に沿う板状を成すと共に、内筒の軸回りに所定間隔で設けてある構成とし、請求項3として、低温流体の流路のフィンが、内筒の外周部に設けてあると共に、そのフィンと外筒を接合した構成とし、請求項4として、低温流体の流路のフィンが、内筒の軸回りに螺旋状に形成してある構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。 A heat exchanger according to the present invention includes, as claim 1, an inner cylinder having a flow path for high-temperature fluid inside and an outer cylinder that forms a flow path for low-temperature fluid between the outer periphery of the inner cylinder, According to a second aspect of the present invention, a fin is provided in each flow path of the fluid and the low-temperature fluid, and the fin of the flow path of the high-temperature fluid forms a plate shape along the axial direction of the inner cylinder, and a predetermined interval around the axis of the inner cylinder According to a third aspect of the present invention, the fin of the flow path for the cryogenic fluid is provided at the outer peripheral portion of the inner cylinder, and the fin and the outer cylinder are joined together. The fin of the flow path is formed in a spiral shape around the axis of the inner cylinder, and the above configuration is a means for solving the conventional problems.
本発明の熱交換器によれば、高温流体及び低温流体の各流路におけるフィンの数や形状を選択することで、装置全体の大きさを変えずに熱交換性能を調整することができ、これに伴って装置全体の小型軽量化をも実現することができる。 According to the heat exchanger of the present invention, by selecting the number and shape of the fins in each flow path of the high temperature fluid and the low temperature fluid, the heat exchange performance can be adjusted without changing the size of the entire apparatus, Accordingly, it is possible to reduce the size and weight of the entire apparatus.
図1〜図4は、本発明の熱交換器の一実施例を説明する図である。 1-4 is a figure explaining one Example of the heat exchanger of this invention.
図1に示す熱交換器1は、液体ロケットの燃焼器やノズルの構成部品として用いられるものであって、両端が開放された内筒2と、同じく両端が開放された外筒3と、内筒2及び外筒3の一端側(図1中で左側)に固定した入口側マニホールド4と、内筒2及び外筒3の他端側に固定した出口側マニホールド5を備えている。
A heat exchanger 1 shown in FIG. 1 is used as a component of a liquid rocket combustor or nozzle, and includes an
内筒2は、その内側に高温流体の流路6を有すると共に、高温流体の流路6に複数の高温用フィン7が設けてある。高温用フィン7は、内筒2の軸線方向に沿う帯状を成すと共に、内筒2の中心に向けて突出し、図4に示す如く内筒2の軸回りに所定間隔で設けてある。高温用フィン7は、切削加工あるいは予め成形したフィン素材を溶接等により内筒2に固着するなどの手段で形成してある。この実施例の内筒2は、銅又は銅合金製である。なお、図4は、図1に対して高温用フィン7の数を省略している。
The
また、内筒2の外周部と外筒3の間には、低温流体の流路8が形成してあり、この低温流体の流路8に、複数の低温用フィン9が設けてある。低温用フィン9は、図2に示すように、切削加工等によって内筒2の外周部に形成してあり、この実施例では、内筒2の軸回りで且つ複数条の螺旋状に形成してある。
A low-temperature
この実施例の外筒3は、ニッケル製であって、電鋳により形成してある。すなわち、内筒2の外周部が滑らかな円周面となるように低温用フィン9の間を低融点材料から成る中子で埋めた状態にしてから、内筒2の外周面に電鋳によって外筒3となるニッケル層を形成し、その後、中子を熔融除去することで、低温用フィン9に外筒3を接合した状態にしている。したがって、低温流体の流路8は、図1中に拡大図を示すように、実質的に低温用フィン9の間の溝部分となる。
The
また、外筒3は、図3に示すように、両端部近傍に、外側から低温流体の流路8に通じる入口側及び出口側の流通孔10が形成してある。この実施例の流通孔10は、外筒3の両端部近傍の夫々において、円周方向に所定間隔で多数形成してある。
Further, as shown in FIG. 3, the
入口側及び出口側のマニホールド4,5は、いずれもステンレス製であって、環状を成すと共に、内筒2及び外筒3の端部にろう付け又は溶接にて固定してあり、この状態で、外筒3の流通孔10を含む外周部との間に、入口側及び出口側の環状流通路11,12を形成している。
The inlet-side and outlet-side manifolds 4 and 5 are both made of stainless steel and have an annular shape, and are fixed to the ends of the
また、入口側及び出口側のマニホールド4,5は、当該熱交換器1に他の配管類を連結するためのフランジ部4a,5aを備えると共に、入口側マニホールド4には低温流体の供給管の接続部4bが、出口側マニホールド5には低温流体の排出管の接続部5bが設けてある。
The inlet-side and outlet-side manifolds 4, 5 include
上記構成を備えた熱交換器1は、先述の如く液体ロケットの燃焼器やノズルの構成部品として用いられるものであるから、内筒2の内側である高温流体の流路6に、図1中で右側から左側へ燃焼ガスを流通させると共に、内筒2と外筒3の間に形成した低温流体の流路8に、燃料として用いるガス(液化天然ガス)や酸化剤(液体酸素)といった低温流体を流通させる。
Since the heat exchanger 1 having the above-described configuration is used as a component of a liquid rocket combustor or a nozzle as described above, the heat exchanger 1 in the high-temperature
このとき、低温流体は、入口側マニホールド4から入口側の流通孔10を経て流路8に供給され、流路8において燃焼ガスと逆向き(図1中で左側から右側)に流れ、出口側の流通孔10から出口側マニホールド5を経て排出される。
At this time, the low-temperature fluid is supplied from the inlet-side manifold 4 through the inlet-
このようにして、熱交換器1は、高温流体と低温流体との間で熱交換を行なって当該熱交換器1を冷却し、且つ低温流体の気化促進を図るものとなっている。この際、熱交換器1は、高温流体及び低温流体の夫々の流路6,8に高温用及び低温用のフィン7,9を設けたことから、各流体に対する流路6,8の接触面積が大きくなって熱交換効率が高められ、しかも、高温用及び低温用のフィン7,9をいずれも共通の内筒2に形成しているので、各流体と内筒2との接触面積が大きく確保されて熱交換効率が非常に高いものとなる。
In this way, the heat exchanger 1 performs heat exchange between the high temperature fluid and the low temperature fluid to cool the heat exchanger 1 and promote vaporization of the low temperature fluid. At this time, since the heat exchanger 1 is provided with the high-temperature and low-
また、熱交換器1は、高温流体の流路6における高温用フィン7が、内筒2の軸回りに所定間隔で設けてあると共に、低温流体の流路8の低温用フィン9が、内筒2の軸回りに螺旋状に設けてあるので、内筒2の円周方向における各流体との接触面積が均一となり、熱交換効率のさらなる向上を実現し得る。
Further, the heat exchanger 1 includes high-
さらに、熱交換器1は、内筒2の外周部の低温用フィン9と外筒3を接合して内筒2と外筒3を一体化してあるので、熱交換効率が良好であるうえに、製品寿命や信頼性の向上を実現することができる。なお、上記実施例では、内筒2の外周部に電鋳により外筒3を形成した場合を説明したが、拡散接合やろう付けで内筒2と外筒3を互いに接合しても良い。
Furthermore, since the heat exchanger 1 has the
そして、当該熱交換器1は、上記の如く熱交換性能に優れるうえに、各流路6,8における高温用及び低温用のフィン7,9の数や形状を選択すれば、装置全体の大きさを変えなくても熱交換性能を調整することができ、これに伴って装置全体の小型軽量化をも実現することができる。
The heat exchanger 1 is excellent in heat exchange performance as described above, and if the number and shape of the high-temperature and low-
なお、本発明の熱交換器は、その構成の細部、材料及び用途などが上記実施例のみに限定されるものではなく、例えば、図5に示すように、内筒2の内側の高温流体の流路6において、断面十字形の高温用フィン17を設けても良いし、図6に示すように、断面十字形の高温用フィン17と先の実施例で示した帯状の高温用フィン7とを組合わせても良く、また、低温流体の流路における低温用フィンにあっても、螺旋状以外の適宜形状にすることができる。
In addition, the heat exchanger of the present invention is not limited to the above-described embodiment in details of the configuration, material, use, and the like. For example, as shown in FIG. The
1 熱交換器
2 内筒
3 外筒
6 高温流体の流路
7 高温用フィン
8 低温流体の流路
9 低温用フィン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007242410A JP2009074720A (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | Heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007242410A JP2009074720A (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | Heat exchanger |
Publications (1)
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JP2009074720A true JP2009074720A (en) | 2009-04-09 |
Family
ID=40609870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2007242410A Pending JP2009074720A (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | Heat exchanger |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2009074720A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI407072B (en) * | 2010-11-12 | 2013-09-01 | Asia Vital Components Co Ltd | A heat exchanger with shunt structure |
-
2007
- 2007-09-19 JP JP2007242410A patent/JP2009074720A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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TWI407072B (en) * | 2010-11-12 | 2013-09-01 | Asia Vital Components Co Ltd | A heat exchanger with shunt structure |
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