JPH0435737Y2 - - 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
る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９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、前述した従来の積層熱交換器は、多
数の通気孔ｄを有した熱交換エレメントｅを非常
に多くの枚数縦方向に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分布しているた
め、上下から加圧し加熱する一般的な方法では、
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、この熱交換器は、前記熱交換エレメント
ｅに設けた細径な通気孔ｄを通過させて流体同士
の熱交換を行なわせなければならないため、流路
に急拡大、急縮小が多数存在し、その圧力損失が
比較的大きなものになるという不具合もある。

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
等の断熱シートを積層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
の短冊状の熱交換エレメン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。

しかして、このような構成によれば厚み方向に
隣り合う熱交換エレメント同士の間隔を小さく設
定して流体通路に熱交換エレメントを密に配する
ことによつて、熱交換効率の高い薄板状の熱交換
器を得ることができるが、横断面が長方形の平板
状をなす熱交換エレメントを用いたものでは、伝
熱量を多くするために熱交換エレメントを比較的
厚目のものにすると断熱壁部分でガス漏れが生じ
易くなる。すなわち、熱交換エレメントを厚手の
ものにすると、断熱シートが熱交換エレメントの
流れ方向両端縁の隅角部を包み込むように変形す
ることが難かしくなり、その両端縁近傍に、断熱
シート同士が密着しないために発生する三角形の
隙間が残留し易い。そのため、断熱壁により隔離
されるべき流体通路同士が、この隙間を通して連
通することになり、高圧側の流体通路から低圧側
の流体通路に流体の漏洩が発生するという問題が
ある。

本考案は、このような問題点を簡単かつ確実に
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、熱交
換器を、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加圧接着してなる断
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エレメントを前記断熱シー
ト間に間欠的に挾着させて配設してなる横積層形
のものにするという新規な構成を前提にし、さら
に、少なくとも前記各熱交換エレメントの断熱シ
ート間に挾着される部位の流れ方向両端縁に、流
れ方向に対し連続的に厚みが変化して先細りとな
る尖端縁部を設けたことを特徴とするものであ
る。

［作用］ このような構成のものであれば、熱交換エレメ
ントを流体通路内に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断熱壁
であり、熱交換エレメン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（流れ方向）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９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加熱しながら厚み方
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、上下から加
熱する一般的な加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加熱するこ
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
交換機を比較的簡単に製造することができる。

さらに、ガス等の流体は、各流路を横断する熱
交換エレメントの間に形成される空間をぬうよう
にして流れることになるので、細径な通気孔を通
過させる場合に比べて圧力損失を少なくすること
ができる。

そして、熱交換エレメントの断熱シート間に挾
着される部位の流れ方向両端縁に、流れ方向に対
し連続的に厚みが変化して先細りとなる尖端縁部
を設けているので、この熱交換エレメントを挟持
する断熱シートに無理な変形を強いることがな
く、断熱シートと熱交換エレメントとが接着され
る領域と、断熱シート同士が接着される領域とが
スムーズに連続することになる。そのため、断熱
シートの追従不良により熱交換エレメントの流れ
方向両端縁の近傍に隙間が生じるようなことがな
い。

したがつて、前述したように断熱シート同士の
接着が良好に行えることと相まつて、流体通路間
のガス漏れを特に有効に防止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図は、熱交換器の外観を示しており、第２
図は、その内部を分解して示している。

これらの図面に示されるように、この熱交換器
は、ステンレス薄板製の外板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
れ低圧用の流体通路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、複数枚の熱交換エレメント６₁
〜６₅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、前記熱交換エレメント６₁〜６₅
は、銅の帯板を後述するような形状に成形したも
のであり、例えば、0.3〜0.5mm程度（あるいはそ
れ以上、例えば１mm程度）の厚さのものを用い
る。一方、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７を複数枚積層したもので、これら断
熱シート７間に前記熱交換エレメント６₁〜６₅を
挟着させている。すなわち、各断熱壁３₁〜３₅を
形成すべき部位に断熱シート７を敷き、その上に
複数枚の熱交換エレメント６₁を断熱シート７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７上に２枚目の
断熱シート７を前記熱交換エレメント６₁を介し
て重合させ、その上に複数枚の熱交換エレメント
６₂を先に配設した熱交換エレメント６₁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７上に３枚目の断熱シート
７を前記熱交換エレメント６₂を介して重合させ、
その上に複数枚の熱交換エレメント６₃を先に配
設した熱交換エレメント６₂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７および熱
交換エレメント６₁〜６₅を積層する。そして、そ
の積層体を外板１，２間に挟持させた状態でをプ
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７を接着硬
化させることによつて第１図に示すような熱交換
器を得る。なお、前記断熱シート７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。

第２図に示す８は、同時に積層操作する５枚の
断熱シート７を仮に連結しておくための連結体で
ある。この連結体８は積層後に切除される。ま
た、９は同時に積層操作する複数板の熱交換エレ
メント６₁，６₂，６₃，６₄または６₅同士を仮に連
結しておくための連結体である。この連結体９
も、積層後除去される。

そして、この熱交換器は、第３図に拡大して示
すように、その熱交換エレメント６₁〜６₅の流れ
方向両端縁に尖端縁部１１を設けている。尖端縁
部１１は、流れ方向に対し連続的に厚みが変化し
て先細りとなる形状のもので、具体的には、熱交
換エレメント６₂，６₃，６₄の上、下面の流れ方
向両端縁に斜面１２，１３を形成することによつ
て作られる。なお、外板１に最も近い最下の熱交
換エレメント６₁の尖端縁部１１は、その上面の
両端縁にのみに斜面１４を形成することによつて
作られる。また、外板２に最も近い最上の熱交換
エレメント６₅の尖端縁部１１は、その下面の両
端縁にのみ斜面１５を形成することによつて作ら
れる。

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、前記熱交換エレメント６₁〜６₅を介して熱交
換を行なうことになる。この場合、この熱交換エ
レメント６₁〜６₅同士の間隔を小さな値に設定し
ておけば、各流体通路４₁，４₂，５₁，５₂を流れ
るガスＨ，Ｌと前記各熱交換エレメント６₁〜６₅
との熱伝達面はいわゆるフアインピツチのプレー
トフインタイプのものと同様な状態となるので、
このタイプのものと同程度の熱伝達性能が期待で
きる。

しかも、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３₁〜３₄と、
熱伝導率の低いステンレススチール製の外板１，
２のみであり、熱交換エレメント６₁〜６₅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。そのため、流体通路４₁，４₂，５
_１，５₂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に沿つた縦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７同志および断熱シート
７と熱交換エレメント６₁〜６₅とを接着する場合
の加熱が容易となる。すなわち、このようなもの
であれば、各部を均一に加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る。

さらに、前記各高圧ガスＨおよび低圧ガスＬ
は、各流体通路４₁，４₂，５₁，５₂に千鳥状に横
断配置された熱交換エレメント６₁〜６₅間をぬう
ようにして流れることになるので、細径な通気孔
を通過させる場合に比べて圧力損失を少なくする
ことができる。

しかも、熱交換エレメント６₁〜６₅の断熱シー
ト７間に挟着される部位の流れ方向両端縁に、流
れ方向に対し連続的に厚みが変化して先細りとり
る尖端線部１１を設けているので、この熱交換エ
レメント６₁〜６₅を挟持する断熱シート７に無理
な変形を強いることがなく、断熱シート７と熱交
換エレメント６₁〜６₅とが接着される領域と、断
熱シート７同士が接着される領域とがスムーズに
連続することになる。そのため、断熱シート７の
追従不良により熱交換エレメント６₁〜６₅の流れ
方向両端縁の近傍に隙間が生じるようなことがな
い。すなわち、断面長方形の熱交換エレメント１
０６の場合、厚手のものを使用すると、第４図に
示すように、断熱シート１０７が熱交換エレメン
ト１０６の流れ方向両端縁の隅角部１０６ａを包
み込むように変形することが難かしくなり、その
流れ方向両端縁の近傍に、断熱シート１０７同士
が密着しないために発生する三角形の隙間１１０
が残留し易い。そのため、断熱壁１０３により隔
離されるべき流体通路同士が、この隙間１１０を
通して連通することになり、高圧側の流体通路か
ら低圧側の流体通路に流体の漏洩が発生するとい
う問題がある。本考案の熱交換器はこのような不
具合を確実に解消することができるわけであり、
高圧側の流体通路５₁，５₂を流れる高圧ガスＨが
断熱壁３₂，３₃の隙間を通して低圧側の流体通路
４₁，４₂に漏洩するという不都合を確実に防止す
ることができる。よつて、本考案の熱交換器で
は、高い伝熱量を確保することができる厚手の熱
交換エレメント６₁〜６₅をガス漏れを招くことな
しに使用することが可能であり、積層段数を最小
限にとどめて組立作業の簡略化を図ることができ
る。

なお、熱交換エレメントの形状や構造は、以上
の実施例のものに限定されないのは勿論であり、
例えば、第５図〜第８図に示すようなものであつ
てもよい。すなわち、第５図に示す熱交換エレメ
ント２０６は、その尖端縁部２１１だけでなく、
その全体の流れ方向に対して厚みが連続的に変化
するような形状にしたものである。そして、この
実施例における熱交換エレメント２０６の厚み変
化は、直線的でなく曲線的なものになつている。
厚み変化が曲線的なものとしては、その他に流線
形のもの等が考えられる。一方、第６図に示すも
のは、上面両端縁を傾斜させることによつて形成
した尖端縁部３１１₁を具備してなる熱交換エレ
メント３０６₁と、下面両端縁を傾斜させること
によつて形成した尖端縁部３１１₂を備えてなる
熱交換エレメント３０６₂とを交互に配列させる
ようにしたものである。また、第７図に示す熱交
換エレメント４０６は、断面長方形のエレメント
本体４０６ａの流れ方向両端に断面二等辺三角形
の補助部材４０６ｂを接合させることによつて、
尖端縁部４１１を形成したものである。さらに、
第８図に示す熱交換エレメント５０６は、断面長
方形のエレメント本体５０６ａの流れ方向両端に
断面直角三角形の補助部材５０６ｂを接合させる
ことによつて、尖端縁部５１１を形成したもので
ある。

また、熱交換エレメントと断熱シートの積層枚
数や、流体通路の本数等も前記実施例のものに限
定されるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しな
い範囲で種々変形が可能である。

［考案の効果］ 本考案は、以上のような構成であるから、熱交
換効率が高く、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る上に、圧力損失が少な
く、しかも、製作が容易であるとともに断熱壁に
形成される隙間を通して流体通路間で流体の漏洩
が生じるという不都合を有効に防止することがで
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図は外観を示す斜視図、第２図は熱交換器の内
部を示す分解した斜視図、第３図は熱交換エレメ
ントの断熱シートに挟着されている部分を拡大し
て示す断面図である。第４図は比較例を示す第３
図相当の断面図である。第５図〜第８図はそれぞ
れ本考案の他の実施例を示す説明図である。第９
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、６₁〜６₅……熱交換
エレメント、７……断熱シート、２０６……熱交
換エレメント、２１１……尖端縁部、３０６₁，
３０６₂……熱交換エレメント、３１１₁，３１１
_２……尖端縁部、４０６……熱交換エレメント、
４１１……尖端縁部、５０６……熱交換エレメン
ト、５１１……尖端縁部。

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加圧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
   する複数の熱交換エレメン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、少なくとも前記各熱交換エレメントの断熱
   シート間に挾着される部位の流れ方向両端縁に、
   流れ方向に対し連続的に厚みが変化して先細りと
   なる尖端縁部を設けたことを特徴とする横積層形
   熱交換器。