JPH0435736Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、He液化装置等に好適に使用できる
熱交換器に関するものである。

［従来の技術］ クロードサイクルによるHe液化装置等のよう
に深冷を利用した機器においては、その装置容積
のうち熱交換器の占める割合が大きい。そのた
め、熱交換器を小形化しないと、装置全体をコン
パクトにすることができないという問題があつ
た。しかしながら、熱交換器を単に小さくするだ
けでは、常温域から低温域への熱侵入が大きくな
つて熱交換効率が低下するという不都合を招く。
そのため、この種装置のコンパクト化は容易には
実現し得なかつた。

ところで、近年、第７図に示すように高圧パス
用の透窓ａおよび低圧パス用の透窓ｂを有した枠
体状の断熱スペーサｃと、多数の通気孔ｄを有し
た銅板などによる熱交換エレメントｅとを交互に
積層するタイプのいわゆる積層熱交換器が実用化
に向けて試作されており、これらの問題が解決さ
れつつある。

［考案が解決しようとする問題点］ ところが、前述した従来の熱交換器は、多数の
通気孔ｄを有した熱交換エレメントｅを非常に多
くの枚数重ね合せなければならないため、加工お
よび組み立てに手間がかかる。

しかも、各熱交換エレメントｅと各断熱スペー
サｃとの接着面が厚さ方向に多数枚分布するた
め、上下から加圧し加熱する一般的な製作方法で
は、接着にエポキシ樹脂プリプレグ等を用いる場
合、その接着圧力と温度を制御することが難かし
いという問題がある。

また、従来の積層熱交換器は、ガス流路に多数
の急拡大、急縮小ができるため、圧力損失が大き
くなるという性能上の欠点があつた。

このような不都合を解消するために、本考案者
は、対をなす外板間に、エポキシ樹脂プリプレグ
製の断熱シートを積層し接着してなる断熱壁を並
設してこれら各断熱壁間にそれぞれ流体通路を形
成するとともに、これら各流体通路を横断する複
数の熱交換プレートを前記断熱シート間に間欠的
に挾着させて配設してなる横積層形の熱交換器を
案出した。

ところが、このような構成のものでは、外殻と
なる外板が平板状となるため、内圧による変形が
生じ易いという問題がある。すなわち、従来考え
られているものは、前記外板として熱伝導率の低
いステンレススチール等の薄板を使用している
が、このような金属製の薄板は平板状のままでは
厚み方向の変形ひずみが生じ易い。そのため、前
記流体通路内の圧力によつてその外板が外方へ膨
らむ現象が生じ、外板と熱交換プレートとの間に
隙間が形成されて熱交換効率が低下するいとう問
題が発生する。このような不具合は、外板の厚み
を増すことにより抑制することができるが、あま
り肉厚なものにするとステンレススチール等の材
料を用いたものであつても、この外板を通して高
温部から低温部に向けての熱侵入が増大するとい
う不都合を招く。

本考案は、以上のような問題点を簡単な構成に
より一挙に解消することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、かかる目的を達成するために、対を
なす外板面にエポキシ樹脂プリプレグ製の断熱シ
ートを積層し接着してなる断熱壁を並設してこれ
ら各断熱壁間に複数の独立した流体通路を形成す
るとともに、これら各流体通路を横断する複数の
熱交換プレートを前記断熱シート間に間欠的に挾
着させて配設した横積層形の新規な熱交換器を前
提とし、さらに、前記各外板を、複数枚の金属薄
板間にエポキシ樹脂層を介在させてなるサンドイ
ツチ構造のものにしたことを特徴とする。

［作用］ このような構成のものであれば、熱交換プレー
トを比較的密に配設しさえすれば熱伝達面積を広
くとることができる。

しかも、流路に沿つて連続しているのは外板と
断熱壁であり、熱伝導率の高い熱交換プレートは
その断熱壁に交叉するようにして間欠的に配置さ
れているため、流路方向の熱侵入を有効に抑制す
ることができる。

また、流路に沿つた方向に部材を積層しないの
で、積層厚さを小さくすることが可能となる。

すなわち、第４図に示すような構成のものは、
流路を長くするには、熱交換エレメント、断熱ス
ペーサおよびその間に介在させる接着用のエポキ
シ樹脂プリプレグの積層枚数をそれに対応させて
増加させる必要があるが、本考案の場合には、断
熱シートの積層枚数と流路の長さとは関係がなく
なる。つまり、断熱シートの積層枚数は、流路の
開口寸法にのみ関係するものとなり、熱交換性能
を犠牲にすることなしに、その積層厚さを比較的
小さくすることができる。

しかして、積層したエポキシ樹脂プリプレグ製
の断熱シートを相互に接着させて断熱壁を形成す
るには、積層状態の断熱シートを過熱しながら厚
み方向に加圧する必要があるが、積層厚さが小さ
いと、加圧時に形崩れ等を招くことなく各部を比
較的均一に圧縮することができ、また、上下から
過熱する一般的な過熱方法を採用しても各エポキ
シ樹脂プリプレグを比較的均等な温度で過熱する
ことが容易になる。そのため、エポキシ樹脂プリ
プレグの接着性能を最大限に発揮させることが可
能であり、流路間でのガス漏れの少ない高性能な
熱交換器を比較的簡単に製造することができる。

さらに、外板は、金属薄板とエポキシ樹脂層と
のサンドイツチ構造であるから、平板状のもので
あつても厚み方向の変形が生じ難い。そのため、
流体通路内に比較的高い圧力の流体を流しても、
外板が外方へひずんでこの外板と熱交換プレート
との隙間が大きくなるようなことがない。そし
て、このようなものであれば、金属薄板の厚み寸
法を非常に小さく設定することができるので、外
板全体の流体流通方向の熱伝導を少なくすること
が可能となる。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を第１図〜第３図を参
照して説明する。

第１図に示すように、この熱交換器は、対をな
す外板１，２間に５本の断熱壁３₁〜３₅を平行に
並設し、前記断熱壁３₁と３₂との間および断熱壁
３₃と３₄との間にそれぞれ低圧用の流体流路４₁，
４₂を形成するとともに、前記断熱壁３₂と３₃と
の間および断熱壁３₄と３₅との間にそれぞれ高圧
用の流体通路５₁，５₂を設けている。そして、複
数枚の熱交換プレート６を前記各流体通路４₁，
４₂，５₁，５₂に横断させて設けている。

詳述すれば、各外板１，２は、第２図および第
３図に示すように、２板のステンレス製金属薄板
７，８間にエポキシ樹脂層９を介在させてなるサ
ンドイツチ構造のものである。しかして、これら
各外板１，２は、それぞれ前記金属薄板７，８間
にエポキシ樹脂プリプレグを介在させ、それらを
厚み方向に加圧した状態で加熱して前記エポキシ
樹脂プリプレグを接着硬化させることにより作ら
れる。

一方、前記熱交換プレート６は、短冊状の銅の
薄板であり、例えば、0.05〜0.1mm程度の厚さの
ものを用いる。

また、前記断熱壁３₁〜３₅は、例えば、厚さ
0.15〜0.3mm程度のエポキシ樹脂プリプレグ製の
断熱シート１１を複数枚積層したもので、これら
断熱シート１１間に前記熱交換プレート６の一部
を挾着させている。すなわち、各断熱壁３₁〜３₅
を形成すべき部位に断熱シート１１を敷き、その
上に複数枚の熱交換プレート６を断熱シート１１
の長手方向に所定の間隔をあけて間欠的に配列さ
せる。しかる後、前記各断熱シート１１上に２枚
目の断熱シート１１を前記熱交換プレート６を介
して重合させ、その上に複数枚の熱交換プレート
６を先に配設した熱交換プレート６に対して千鳥
配置となるように間欠的に配列させる。次いで、
前記各断熱シート１１上に３枚目の断熱シート１
１を前記熱交換プレート６を介して重合させ、そ
の上に複数枚の熱交換プレート６を先に配設した
熱交換プレート６に対して千鳥配置となるように
間欠的に配列させる。以上の操作を複数回繰り返
して必要枚数の断熱シート１１および熱交換プレ
ート６を積層する。そして、その積層体を上下か
ら外板１，２を介してプレス等により加圧すると
ともに熱を加え、その状態を一定時間保持して前
記断熱シート１１を接着硬化させることによつて
熱交換器を得る。

なお、断熱シート１１を上、下から加圧し熱を
加えて断熱壁３₁〜３₅を作る操作と、金属薄板
７，８間にエポキシ樹脂プリプレグを介在させて
上、下から加圧し熱を加えて外板１，２を作る操
作とを同時に行なうことも可能である。ここで、
前記断熱シート１１およびエポキシ樹脂層９を構
成するエポキシ樹脂プリプレグは、ガラス繊維等
の強化繊維にエポキシ樹脂を含浸させたもので、
積層時には前記エポキシ樹脂は完全に硬化してい
ない状態を呈している。

このような構成のものであれば、低圧用の流体
通路４₁，４₂を流れる低圧ガスＬと、高圧用の流
体通路５₁，５₂を逆向きに流れる高圧ガスＨと
が、前記熱交換プレート６を介して熱交換を行な
うことになる。

そして、このものは流体通路４₁，４₂，５₁，
５₂に沿つて連続しているのは断熱壁３₁〜３₅と、
外板１，２のみであり、熱交換プレート６はその
断熱壁３₁〜３₅に交叉するようにして間欠的に配
置されている。しかして、前記断熱壁３₁〜３₅
は、エポキシ樹脂プリプレグを硬化させてなるも
のであるため、熱伝導率はきわめて低い。また、
外板１，２も、ステンレススチール製の２枚の金
属薄板７，８間にエポキシ樹脂層９を設けたもの
であるため、熱伝導率を低く抑えることは容易で
ある。そのため、流体通路４₁，４₂，５₁，５₂に
沿つた方向の熱侵入を有効に抑制することができ
る。

また、この熱交換器は、流体通路４₁，４₂，５
_１，５₂に沿つた方向に部材を積層しないので、積
層厚さを小さくすることが可能である。そのた
め、積層した断熱シート１１同志および断熱シー
ト１１と熱交換プレート６とを接着する場合の過
熱が容易となる。すなわち、このようなものであ
れば、各部を均一に過熱し加圧することが容易と
なるため、エポキシ樹脂プリプレグの接着性能を
最大限発揮させることが可能であり、ガス漏れの
ない高性能な熱交換器を比較的簡単に製造するこ
とができる。

しかも、この熱交換器の外殻をなす外板１，２
は、前述したように金属薄板７，８とエポキシ樹
脂層９とのサンドイツチ構造をなしているため、
熱伝導率を上げることなしに厚み方向の曲げ剛性
を高めることができる。そのため、流体通路５₁，
５₂を流れる高圧ガスＨの圧力によつて外板１，
２が外方へ変形するという不都合を解消すること
が可能となる。したがつて、外方へひずんだ外板
と熱交換プレートとの隙間が大きくなつて流体通
路を流れる流体と熱交換プレートとの熱交換効率
が低下するという不具合の発生を有効に防止する
ことができ、高い熱交換性能を維持することがで
きる。

なお、以上の実施例では、２枚の金属薄板を用
いて外板を形成した場合について説明したが、本
考案はかならずしもこのようなものに限られない
のは勿論であり、例えば、３枚以上の金属薄板間
にそれぞれエポキシ樹脂層を形成してなる複数段
のサンドイツチ構造を採用してもよい。

また、外板は予め製作したものを使用してもよ
いが、前記実施例のように積層した断熱シートを
加熱・加圧して断熱壁を製作する際に同時に作る
ようにすれば、組立て工数を削減することができ
る。

［考案の効果］ 本考案は、以上のような構成であるから、外板
の圧力による変形を防止して高い熱交換効率を維
持することができる上に、流路に沿う方向の熱侵
入を有効に抑制することが可能であり、しかも、
構造が簡単で容易に製作することができる横積層
形熱交換器を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本考案の一実施例を示し、第
１図は一部切欠した斜視図、第２図は要部を拡大
して示す斜視図、第３図は流体通路部分を拡大し
て示す模式的な横断面図である。第４図は従来例
を示す斜視図である。 １，２……外板、３₁〜３₅……断熱壁、４₁，
４₂，５₁，５₂……流体通路、６……熱交換プレ
ート、７，８……金属薄板、９……エポキシ樹脂
層、１１……断熱シート。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 対をなす外板間に、エポキシ樹脂プリプレグ製
   の断熱シートを積層し接着させてなる断熱壁を並
   設して、これら各断熱壁間にそれぞれ流体通路を
   形成するとともに、これら各流体通路を横断する
   複数の熱交換プレートを前記断熱シート間に間欠
   的に挾着させて配設してなる熱交換器であつて、
   前記各外板を、複数枚の金属薄板間にエポキシ樹
   脂層を介在させてなるサンドイツチ構造のものに
   したことを特徴とする横積層形熱交換器。