JP2643062B2 - 気化熱交換機 - Google Patents

気化熱交換機

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JP2643062B2
JP2643062B2 JP4243765A JP24376592A JP2643062B2 JP 2643062 B2 JP2643062 B2 JP 2643062B2 JP 4243765 A JP4243765 A JP 4243765A JP 24376592 A JP24376592 A JP 24376592A JP 2643062 B2 JP2643062 B2 JP 2643062B2
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    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/46Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions
    • B64G1/50Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions for temperature control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、無重力下で且つ異な
る加速度にあって宇宙船内で熱を排出するための少なく
とも1個の活性水冷循環路を有し、相互に間隔をおいて
且つ1個の束にまとめられた小管が配設されたプロセス
室を1つ有し、小管を気化される媒体が貫流し、小管の
間には冷却液を通すことができ、冷却液の流動方向を絞
りによって変更できる気化熱交換機に関する。
【0002】
【従来の技術】地球大気圏を通過して上昇相或いは下降
相にあるか或いは地球公転軌道で極度の熱負荷に曝され
る宇宙船では発生する熱を安全且つ確実に排出すること
が重要である。そのために中でも気化熱交換機が使用さ
れる。
【0003】この種の熱交換機の根本原理は次のような
ものである。即ち能動的液体循環路の冷却される媒体を
排熱のために気化される媒体と伝熱接触させるというも
のである。気化される媒体は一緒に運ばれた貯槽の中に
蓄えられ、続いて蒸気の形にして宇宙船から周囲へ放出
される。
【0004】その場合気化される媒体をできるだけ完全
に気化して最善の状態で利用するために重要なのは、で
きる限り良好な熱接触を確保し、そうして冷却液と気化
される媒体との間のできる限り完全な熱伝達を確保する
ことである。
【0005】たとえばドイツ特許公報37 18 873 に記載
されているようなこの種の熱交換機では冷却液は個々の
管路を経てプロセス室を通り、プロセス室に気化される
媒体が入口弁から水滴となって吹き込まれる。それに反
してこの発明も属する気化熱交換機の第二の種類では冷
却液は外を流れてプロセス室を通り、気化される媒体は
通常は束にしてある個々の管路を通ってこのプロセス室
から入る。その場合冷却液はなおプロセス室中に配設さ
れた絞りによってジグザグに流動させられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、前
記後者の気化熱交換機を、冷却剤と一緒に運ばれて気化
される媒体の最善の利用を保証するものにすることにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の課題は、この発明
によって、小管を少なくとも2個のグループにまとめ、
それらのグループをその端部で収集室によって相互に連
結し、これらのグループを気化される媒体が順に反対方
向に貫流し、これらのグループの1つは入口室と、他の
1つは気化すべき媒体の出口と連絡していることにより
解決される。プロセス室中に配設された小管に気化され
る媒体を同時にではなく且つ一般に冷却液の主流動方向
と反対方向にのみ流すのではなく、気化される媒体がこ
れらの小管を順次且つ少なくとも1回の方向転換をして
貫流することによって気化される媒体のために起こす有
効な流動抵抗が強まり、伝熱係数が大きくなる。同時に
それぞれ180度の方向転換はなおも少し一緒に運ばれ
る液滴を分離するための慣性分離機のように作用し、そ
の結果気化しなかった媒体の分量が目立って減少する。
その他、場合によっては何回も行われる気化される媒体
の方向転換により混合がよく行われて、その結果1つの
グループに属する個々の小管中の温度配分が一様にな
り、従って流動条件が均一になる。
【0008】この発明の熱交換機はそのような場合、冷
却液が水で気化される媒体としてアムモニア(NH3
を使用するのに特に適している。この発明を更に発展さ
せて、冷却液の方向転換絞りをそれぞれ孔空き絞りまた
は環状絞りとして構成すると、ブロセス室中全体に回転
対称でじぐざぐの流動が生じて、この流動が冷却液につ
いても広く均質な温度配分を流動横断面に広げる。これ
は特に、冷却液として水を使用するような場合プロセス
室から出る冷却液の目標となる排出温度が着氷温度の近
くにある場合には特に重要である。
【0009】最後に、個々の小管相互間の間隔を少なく
とも小管束とプロセス室の壁との間の間隔と同じにする
と、プロセス室の個々の領域の着氷の危険の軽減に実質
的に寄与する。というのはこの仕方によると冷却液のご
く僅かな部分しか不可避の束縁部を流れないからで、本
来の熱交換が行われる個々の小管の間の空間を通すとい
う所望とは反対である。この、望ましくない、小管束の
迂回の結果は通常冷却液の個々の筋の中に非均一な温度
分布を引き起こして、着氷温度より高い中位の温度では
この着氷温度を個々の領域で下回る危険があり、局部的
に着氷したり、個々の流動路が詰まったりする。
【0010】
【実施例】図1に示した気化熱交換機は円筒形のケーシ
ング1から成る。このケーシングの中にはプロセス室2
の中に同種の小管3の束がある。小管はケーシング1の
長手軸線に平行しており、特に図4に横断面で示すよう
に、プロセス室2の全横断面に一様に分散してある。個
々の小管3相互の間隔は少なくともケーシング1の内壁
からの小管束の仮想縁の間隔と同じ大きさにしてある。
ケーシング1にはその端部にそれぞれ1個の接続フラン
ジ4と5がある。この接続フランジを介してケーシング
1は2個の閉鎖体6と7に結合している。閉鎖体の構造
を以下に詳細に説明する。
【0011】図1中左側に示した接続体6に気化される
媒体、ここに示した実施例の場合にはアムモニア(NH
3 )を入れる中央入口室8がある。この中央入口室は入
口弁9の方に向かって円錐状に細まっている。プロセス
室2の方へ向かって開いた入口室8の半径は、小管3の
内側グループを包含する大きさにしてある。その数はお
およそ全小管3の総数の約50%になる。これらの小管
は、プロセス室2の本来の閉鎖部を形成する孔空き板1
0から入口室8の内部へ入っている。小管束の外側リン
グを形成する小管の残りの50%も同様に孔空き板10
から環状室11の中へ入っている。環状室は入口室8を
包囲し、相互に10度づつずらして配設された4個の、
気化される媒体のための排出口12〜15を備える。
【0012】図1では被ってあるこれらの排出口12〜
15のうちの2個は図3に示してある。図1の場合とは
異なって90度回転したこの図では更に別の出口16と
入口17がある。これらの出口と入口は冷却液、ここで
は水を通すもので、直接プロセス室2と連絡している。
出口16はケーシング1の直径の広い部分にあり、一方
出口17は図中右の閉鎖体7の円筒形の部分にある。
【0013】図1から分かるように閉鎖体7を通って気
化される媒体を収容する小管3が収集室18まで通じて
いる。収集室18は閉鎖体7の内部を仕切っており、こ
の収集室を介して、入口室8と連絡している内側の小管
3のグループが外側の小管3のグループと連絡してい
る。結局それぞれ交互にプロセス室2の内部に2種類の
転換絞りがある。これらの転換絞りのうち一方は図5に
示すように有孔絞り19であって、プロセス室2の中心
に開口部20がある。もう一方のは、プロセス室2の環
状間隙の形の開口部を有する環状絞り21である。結局
装置全体が1個の支持体22に取りつけられている。
【0014】前記構造の作動態様を、図7に極めて簡単
な原理スケッチで示した第二実施例に基づいて説明す
る。この原理スケッチでは、見やすいように気化される
媒体を案内する個々の小管33の間にあるプロセス室は
示してない。図8に示したこの熱交換機の横断面図から
わかるように、ケーシング31の内部ではプロセス室3
2内に設けた小管33は全部で3個のグループにまとめ
てある。即ち束の中心に配設した約20〜30本の小管
から成る中央グループ34、ほぼ同数の中間グループ3
5、役30〜40本の縁グループである。
【0015】プロセス室32の両端でこれらのグループ
は収集室を介して相互に連結してあり、グループ34と
35は中央収集室37を介して、気化すべき媒体の入口
側のグループ35と36は気化される媒体の入口39を
包囲する環状収集室38を介して相互に連結してある。
最後に、気化した媒体は出口室40に集められ、そこか
ら外部へ排出される。
【0016】この気化熱交換機の場合にも転向絞り49
と51を交互に設けてある。プロセス室を通ってて流れ
る冷却液の出・入口はここには図示してない。この例で
も水である冷却液と気化される媒体の運動方向を矢印で
示してある。
【0017】冷却液は図中プロセス室の右の方の部分に
入口温度で入る。この温度はここに記載した実施例では
24°〜67度Cである。冷却液は次に、気化される媒
体のある小管の間を通る。その場合冷却液は約5〜6度
Cの温度でプロセス室から出る前にもっている熱の大部
分をこの媒体に伝達する。その場合プロセス室中に交互
に配置された転換絞りのために冷却液は図6からわかる
ようにジグザグ状に流動する。ということは小間の間を
貫流する冷却液の筋が常に混合し且つ温度の配分が極め
て均一に行われるということである。
【0018】他面気化される媒体は約−10度の入口温
度で小管の中央グループの中へ供給される。小管中を貫
流するとき媒体は気化温度まで上昇するか或いは場合に
よょては既に気化し始めることがある。小管の端部で媒
体は中央グループの全媒体貫流小管に共通の収集室内に
入る。この収集室は排出端部にあり、そこから媒体は転
向して中間グループの小管中に導入される。この場合に
は媒体は180度の方向転換によって混合する。
【0019】こうして中央グループ全体に同じ流動条件
が整う。ここでアンモニアは冷却すべき水と同方向にア
ンモニア排出側からアンモニア侵入側に流れてそこで殆
ど完全に気化する。その場合アンモニアは、中央グルー
プの端部が熱交換機の水排出側にあるので、その最大限
に出口温度(6度C)まで加熱される。アンモニアは第
二収集室内へ流入し、そこに、再度の180度方向転換
に際してやはり殆ど均質な、アンモニアの次の流動区域
の流動上昇条件が整う。
【0020】最後にアンモニアは僅かな残りの水滴を帯
びて再び水流に逆らって縁グループを通って熱交換機の
水とアンモニアの出口側へ流れる。この場合アンモニア
はほぼ5〜10度Cの残温差を除いて水入口温度まで加
熱される。この温度は負荷ファルトに応じて24度〜6
7度であり、最後に完全に気化して出て行く。 前記の
機能原理は図1〜6に示した装置にも当てはまる。その
場合唯一の差は、気化した媒体が一度しか転向せず、プ
ロセス室の同じ端部領域で蒸気となって出て行く。この
領域には冷却液の出口もある。
【0021】
【発明の効果】この発明の構成により、冷却剤と共に運
ばれて気化される媒体を最大限に使用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一気化熱交換機の縦断面図。
【図2】図1の熱交換機の側面図。
【図3】図1の熱交換機の平面図。
【図4】図1の熱交換機の横断面図。
【図5】図1の熱交換機の横断面図。
【図6】図1の熱交換機の横断面図。
【図7】別の気化熱交換機の原理を示す図。
【図8】図7の熱交換機の断面図。
【符号の説明】
1 ケーシング 2 プロセス室 3 小管 4 接続フランジ 5 接続フランジ 6 閉鎖体 7 閉鎖体 8 入口室 9 入口弁 10 有孔板 11 環状室 12 排出口 13 排出口 14 排出口 15 排出口 16 出口 17 入口 18 収集室 19 有孔絞り 20 開口部 21 環状絞り 22 支持体 31 ケーシング 32 プロセス室 33 小管 34 中央グループ 35 中間グループ 36 縁部グループ 37 収集室 38 収集室 39 入口開口部 40 排出室 49 転向絞り 51 転向絞り
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−189290(JP,A) 特開 昭53−98551(JP,A) 実開 昭56−52183(JP,U)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無重力下で且つ異なる加速度にあって宇
    宙船内で熱を排出するための少なくとも1個の活性水冷
    循環路を有し、相互に間隔をおいて且つ1個の束にまと
    められた小管が配設されたプロセス室を1つ有し、小管
    を気化される媒体が貫流し、小管の間には冷却液を通す
    ことができ、冷却液の流動方向を絞りによって変更でき
    る気化熱交換機において、小管(3、33)を少なくと
    も2個のグループ(34〜36)にまとめ、それらのグ
    ループをその端部で収集室(18、37,38)によっ
    て相互に連結し、これらのグループを気化される媒体が
    順に反対方向に貫流し、これらのグループの1つ(3
    4)は入口室(8、39)と、他の1つのグループ(3
    6)は気化される媒体の出口(12〜15、40)と連
    絡していることを特徴とする気化熱交換機。
  2. 【請求項2】 気化媒体が順に貫流する個々のグループ
    を形成する小管(34〜36)を相互に同心に配設して
    あることを特徴とする請求項1の気化熱交換機。
  3. 【請求項3】 プロセス室(2、32)の内部にピンホ
    ールストップ(19、49)と環状ストップ(21、5
    1)を交互に冷却液の主流動方向に沿って小管(3、3
    3)に対して垂直に立てて配設してあることを特徴とす
    る請求項1または2の気化熱交換機。
  4. 【請求項4】 小管(3、33)相互の間隔が少なくと
    も小管(3、33)によって形成される束とプロセス室
    (2)の内壁との間の間隔と同じであることを特徴とす
    る請求項1〜3の何れか一に記載の気化熱交換機。
JP4243765A 1991-09-14 1992-09-11 気化熱交換機 Expired - Fee Related JP2643062B2 (ja)

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JPH05193595A JPH05193595A (ja) 1993-08-03
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DE4130692C2 (de) 1993-10-07
JPH05193595A (ja) 1993-08-03
EP0532852B1 (de) 1994-12-21
DE4130692A1 (de) 1993-03-18
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