JPH04317898A - 蒸発熱交換器 - Google Patents

蒸発熱交換器

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JPH04317898A
JPH04317898A JP4026796A JP2679692A JPH04317898A JP H04317898 A JPH04317898 A JP H04317898A JP 4026796 A JP4026796 A JP 4026796A JP 2679692 A JP2679692 A JP 2679692A JP H04317898 A JPH04317898 A JP H04317898A
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heat exchanger
ribs
evaporative heat
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annular gap
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リン・ドウオン
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    • 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙船の熱を運び去る
ための少なくとも一つの活動的な熱伝達サイクルを有す
る蒸発熱交換器であって、冷却液が蒸発すべき媒体と熱
接触するようにもたらされ、蒸発熱交換器は特に円筒状
容器からなり、その容器の内部に蒸発すべき媒体が噴射
されかつ環状間隙を形成するためのその壁が外側胴板と
内側胴板とからなり、その際冷却媒体が環状間隙を通っ
て流れかつ環状間隙にはリブの形の熱伝達を改善するた
めの手段が設けられ、前記リブの形の手段は内側胴とも
外側胴とも連結されている蒸発熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の蒸発熱交換器は、印刷物「シヤ
トル宇宙船フラッシュ蒸発器」J.R.Mason 、
ハミルトン・スタンダード、79−ENAS−14、ア
メリカ機械工学士協会(Hrsg.) から知られてい
る。そのような蒸発熱交換器では、比較的多数の活動的
な熱伝達サイクルに所属する冷却液が蒸発すべき媒体と
熱接触するようにもたらされ、この蒸発すべき媒体は射
出ノズルを経て液体の滴からなる噴射の形で熱交換器の
内部室または処理室に噴射され、その際滴がこの室を区
画する壁と接触状態になり、そしてそこで冷却液から熱
を受けて蒸発する。発生する蒸気は、宇宙船の出口開口
を介して周囲の環境に吹き出される。
【0003】このような配置を始動段階や着陸段階の間
溶解しにくい条件の下にまたは異なる加速度のときに使
用する場合に、蒸発すべき媒体と熱伝達サイクルの冷却
すべき液体を充分に高い熱伝達を行うように互いに接触
させるという問題が基本的に存在する。これに加えて、
蒸発すべき媒体は宇宙船では通例付加的な積載重量の費
用に一緒に導かれるので、これはできるだけ完全に蒸気
相にに移さなければならない。一方では冷却液体と他方
では蒸発すべき媒体との間の熱伝達を改善するために、
上位概念による配置において、同軸に配置された二つの
円筒壁により形成される環状間隙の内部に、軸方向にお
よびそれと共に冷却液体の流れ方向に走る長手方向リブ
が設けられ、これらの長手方向リブは円筒状に曲げた波
形輪郭を有する薄板からなりかつ通例ろう付けにより円
筒状壁と結合されている。
【0004】リブを両方の胴板とろう付けまたは溶接に
よりそのように結合することは、特に高い強度のアルミ
ニュウム合金のような現代の材料の場合、なるほど製造
技術的に比較的むつかしくかつ費用をかけて実施しなけ
ればならないが、同時にその結合はそのような熱交換器
ではほかの場合にひんぱんに生ずる問題を解決する。こ
の問題は、重量の理由からできるだけ薄く設計されたそ
のような蒸発熱交換器の両方の胴板の間を熱い媒体が流
れ、この媒体がその上増大した圧力の下にありうること
に原因がある。これにより、環状間隙には両方の容器壁
の内側に作用する圧縮応力が生じ、この圧縮応力のため
少なくともこれらの壁が弾性的に変形しうる。
【0005】さて、両方の容器壁が、公知技術による上
記の配置において、両方の胴板とろう付けされたリブを
介して強固に互いに結合されてない場合には、この圧縮
応力により両方の胴板の一方が膨らむことになり得、こ
れに伴って、材料応力の増大と並んで、同時に環状間隙
の内部の流れ条件に不利に影響を与えることになる。こ
のことは、特に、リブが上記の配置と異なり、両方の胴
板の一方と、例えば内側胴板と堅く結合されていると共
に、リブが他方の胴板にゆるくしか隣接していないとき
がそうであり得る。リブが胴板の一方に一体に成形され
ているそのような配置は、リブが胴板とろう付けされな
ければならない蒸発熱交換器に対して、製造技術的に著
しい利益をもたらす。
【0006】このことは、前述したように、特に、宇宙
船技術では普通であるように、高い強度のアルミニュウ
ム合金で製造される熱交換器に当てはまり、そのような
内側にあるリブのろう付けまたは溶接は高い製造費用、
特に広範囲の品質制御を必要とした。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明の課題
は、一方では製造が簡単でありかつ他方では容器壁を形
成する両方の胴板により形成された環状間隙の内圧の増
大による両方の胴板の変形が確実に避けられるように冒
頭に述べた種類の蒸発熱交換器を形成することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
り、請求項1の特徴事項に記載された手段により解決さ
れる。さらに有利な形成は、従属請求項の特徴により明
らかにされる。分割されて形成されたリブの両方の半部
が摩擦結合により互いに連結可能であることにより、両
方の胴板により形成された環状間隙の流れ技術的に有効
な横断面形状が内部の圧縮応力が増大したときでも正確
に維持されるだけではなく、同時にひっくるめて非常に
簡単な仕方で全体の配置の機械的な強度も高められる。 その場合、内側胴板と外側胴板の摩擦結合を製造技術的
に非常に簡単に達成するには、内側胴板の外面に配置さ
れたリブに撥形状の凹部を設けかつ他方の胴板の内面に
は対応して形成された突起を設ければよく、これらの凹
部と突起は両方の胴板を互いの中へ押し入れるかおよび
/または相互にねじることにより互いに形状嵌め合い結
合または摩擦結合で係合するようにもたらすことができ
る。
【0009】一括して、本発明には、両方の胴板の壁厚
およびそれと共に装置の全重量をできるだけ減少させる
ことができるという利点がある。同時に、リブを両方の
胴板の一方に一体に成形することにより、冷却液からの
良好な熱伝達およびそれと共に配置の高い効果が確保さ
れる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により詳細
に説明する。
【0011】図1に長手方向に切断して示した円筒状の
蒸発熱交換器は二つの胴板により構成されかつ内側円筒
1ならびにこれに同軸に配置された外側円筒2からなる
。円筒1と2の直径は、両方の間に環状間隙3が存在す
るように選択される。環状間隙3には、それぞれ内側円
筒1の外壁に一体に成形されたリブまたは渦状体4が配
置され、これらの形状については図2および3に関連し
てなお詳細に説明する。熱交換器の円筒状内側室または
処理室5は頭板6または底板7により閉鎖されており、
これらの板はそれぞれ同様に二つの板で構成されかつ差
込により互いに結合され、場合によっては流路が設けら
れている。
【0012】円筒状熱交換器の頭板に隣接する範囲には
、円周にわたって分配されて出口開口8が設けられ、こ
れらの出口開口8は処理室5をリング室9と連結してお
り、このリング室9は、同様に円筒状の、円筒1および
2に対し偏心して配置された排出管10により形成され
ている。
【0013】頭板5には、蒸発すべき媒体の、ここに記
載された発明の実施例の場合には水のための噴射ノズル
11が配置されており、この噴射ノズルは処理室5の中
に突出していてかつ過剰の理由から二つの既存の制御弁
12のうちの一方を介して作用される。パルス駆動で働
く噴射ノズル11の出口角は、出口開口8が噴射範囲に
存在しないようにほぼ80度に選択される。さらに、頭
板6には、活動的な熱伝達サイクルで循環する冷却液の
、この場合には同様に水のための入口開口が配置されて
いる。しかし、この入口開口は図1の断面図には含まれ
てない。処理室5の相対する端部には、底板7に、冷却
液のための対応する出口開口15が設けられており、こ
の出口開口5には、付加的に、図面には示されてないプ
ローベが冷却液体の流出温度を把握するために付設され
ている。
【0014】図2と3が示すように、環状間隙3に配置
されたリブ4は、六角形の輪郭の縦長の基本形を有する
。これらのリブ4は、それらの長手方向側面が図2に文
字Kの符号を付けた矢印により示された冷却液体の流れ
方向に対し垂直に走るように、この場合にはフライス削
りにより、内側円筒1から作り出されている。リブ4は
円筒1をいわば中断されたリングの形状で取り囲んでお
り、その際連続するリングに所属する渦巻体は、図2と
3に示すように、互いに一直線に並んでずらされて配置
されている。さらに、図3の横断面図から、内側円筒1
の内壁は毛細管状の構造を有することが認められる。
【0015】両方の円筒1と2が取り外された状態で示
す図3の横断面図から分かるように、リブ4には外側円
筒2に向けられたその外側範囲に撥形状の凹部16が設
けられている。外側円筒2の内面には、軸方向に走る突
起またはウエブ17が一体に成形され、このウエブ17
は同様に撥形状の外側輪郭を有しかつその大きさは凹部
16の大きさに正確に適応されている。
【0016】前述の熱交換器の図4に示した代わりの実
施形態では、凹部26が内側円筒21の相応するリブ2
4に平行四辺形に形成されている。それに応じて、この
場合には、外側円筒22に成形された突起27も平行四
辺形の外側輪郭を有する。
【0017】最後に、図5は別の実施形態を示し、リブ
34が内側円筒31の長手方向軸線に対し平行に走って
おり、内側円筒にはリブが再び一体に成形されている。 この場合には、リブ34には再び撥形状の凹部36が設
けられ、これらの凹部には、ここに組み立てられた状態
で示すように、同様に外側円筒32の撥形状の突起37
が係合している。両方の円筒31と32により形成され
た環状間隙33を通って流れる冷却媒体が、この絵では
陰影をつけることにより示されている。この実施例では
、突起が周方向に走っており、その際これらの突起も中
断されたねじ山の仕方に従って外側円筒32の内面にね
じ状に存在することができる。
【0018】組立のために、図3と4に示した配置の場
合には、内側円筒および外側円筒1と2または21と2
2が軸方向に重なり合って摺動され、図5に示した配置
の場合には、それらはそのとき同時に(突起36のねじ
状配置のとき)または引き続いて相互にねじられる。各
場合に、このようにして、増大した内圧により環状間隙
に引き起こされる引張応力に関して摩擦結合が内側円筒
と外側円筒の間に半径方向に作り出される。
【0019】前述した配置の作用の仕方は、図1に個々
の媒体の流れ、すなわち冷却液と蒸発すべき媒体の流れ
を明らかにする矢印により説明されている。
【0020】活動的な熱伝達サイクルの構成要素である
冷却液は、蒸発熱交換器を通って、図1に示した配置で
は左から右へ流れ、すなわち入口開口を越えて頭板6に
達し、そこから環状間隙3に、そしてそこでは冷却液は
リブのかたわらを通って底板7へ流れ、そしてそこから
出口開口15に至って完了する。この出口開口15から
出るときに、その温度が記録され、そしてこれが所定の
値を越えるや否や、蒸発すべき媒体のための噴射装置が
活動化される。そのとき、蒸発すべき媒体は、図には示
されてない貯蔵容器から、間欠的にすなわちパルス駆動
で作用される制御弁12と13を介して射出ノズル11
へ達し、そこから細かく分配された液体の滴の形で円筒
1の内側表面に打ち当たる。その流れ方向が、図には、
Vの符号を付けた矢印により示されている。
【0021】冷却液によりもたらされる熱がリブ4およ
び内側円筒1を介してその熱伝達する内面で放出される
ことと、非操作時間の間1ミリバールより下にある処理
室5内のわずかな圧力が放出されることのために、毛細
管構造に存在する液体フィルムがすでに比較的低い温度
で即座に蒸気相に移行する。図面に流れ方向が空白の矢
印により示されたこの蒸気は、圧力をほぼ5 〜10ミ
リバールに増大させ、引き続いて噴射方向に逆らって出
口開口8へ流れ、そこから蒸気はリング室9および図に
は示されてない排出管10の制御弁を経て宇宙船の周囲
の環境に運び去られる。
【0022】蒸発すべき媒体を処理室5に到達させる個
々のパルスの間の休止時間は、円筒1の内面ならびに頭
板および底板6と7の内面がその都度さらに完全に乾燥
した後再び利用されるように選択される。そのとき、同
時に、内側円筒1の内側表面の毛細管状にざらざらした
構造は、蒸発すべき液体の一様な半径方向の分配を実現
する。この蒸発過程のときに、リブ4は冷却液の流れに
影響を及ぼすのにも、それと共に集中的な熱放出にも役
立ち、また冷却液から熱を内側円筒1にもそれと共に蒸
発を引き起こす表面にも伝達するのに役立つ。同時に、
リブ4は内側円筒と外側円筒の間の機械的な連結を実現
し、この機械的な連結により、環状間隙の内圧が比較的
高いときでも円筒の変形が阻止され、それと共に環状間
隙3内の流れ横断面の変化が阻止される。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の蒸発熱交
換器の構成によれば、一方では製造が簡単でありかつ他
方では容器壁を形成する両方の胴板により形成された環
状間隙の内圧の増大による両方の胴板の変形が確実に避
けられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】蒸発熱交換器の縦断面図である。
【図2】図1に示した配置を展開した表現で示す平面図
である。
【図3】図1の配置のIII−III に沿って切断し
た断面図である。
【図4】図3に代わる配置の対応する断面図である。
【図5】さらに別の配置の断面図である。
【符号の説明】
1,21,31      胴板 2,22,32      第二の胴板3      
            環状間隙4,24,34  
    リブ 5                  処理室16,
26,36      凹部 17,27,37      突起

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  宇宙船の熱を運び去るための少なくと
    も一つの活動的な液体熱伝達サイクル回路を有する蒸発
    熱交換器であって、冷却液が蒸発すべき媒体と熱接触す
    るようにもたらされ、蒸発熱交換器は特に円筒状容器か
    らなり、その容器の内部に蒸発すべき媒体が噴射されか
    つ環状間隙を形成するためのその壁が外側胴板と内側胴
    板とからなり、その際冷却媒体が環状間隙を通って流れ
    かつ環状間隙にはリブの形の熱伝達を改善するための手
    段が設けられ、前記リブの形の手段は両側面と連結され
    ている蒸発熱交換器において、リブ(4,24,34)
     が胴板(1,21,32) の一方に配置されかつ第
    二の胴板(2,22,32) に向けられたその外側範
    囲に凹部(16,26,36)を有し、これらの凹部は
    、引張応力によって半径方向に摩擦結合を形成するため
    に第二の胴板(2,22,32) に配置された突起(
    17,27,37)と対応することを特徴とする蒸発熱
    交換器。
  2. 【請求項2】  凹部(16,36) が撥形状に形成
    されていることを特徴とする請求項1の蒸発熱交換器。
  3. 【請求項3】  凹部が平行四辺形状に形成されている
    ことを特徴とする請求項1の蒸発熱交換器。
  4. 【請求項4】  リブ(4,24,34)が胴板(1,
    21,31) に一体に成形されていることを特徴とす
    る請求項1から3までのうちのいずれか一つの蒸発熱交
    換器。
  5. 【請求項5】  突起(17,27,37)が胴板(2
    ,22,32) に一体に成形されていることを特徴と
    する請求項1から4までのうちのいずれか一つの蒸発熱
    交換器。
  6. 【請求項6】  リブ(4,24) が周方向に走って
    いることを特徴とする請求項1から5までのうちのいず
    れか一つの蒸発熱交換器。
  7. 【請求項7】  リブ(34)が軸方向に走っているこ
    とを特徴とする請求項1から5までのうちのいずれか一
    つの蒸発熱交換器。
  8. 【請求項8】  リブ(4,24,34) が中断され
    て形成されていることを特徴とする請求項1から7まで
    のうちのいずれか一つの蒸発熱交換器。
JP4026796A 1991-02-14 1992-02-13 蒸発熱交換器 Expired - Lifetime JP2563151B2 (ja)

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DE41044320 1991-02-14
DE4104432A DE4104432C1 (ja) 1991-02-14 1991-02-14

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EP (1) EP0498964B1 (ja)
JP (1) JP2563151B2 (ja)
AT (1) ATE109092T1 (ja)
DE (1) DE4104432C1 (ja)

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