JPH0512400U - 宇宙機の熱制御系排熱用プレートフイン型フラツシユ式蒸発器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 冷却媒体のキャリーオーバや熱交換効率の低
下を防ぐ。 【構成】 冷却媒体を流通させると共に、断面略波形状
のフィン部２が形成された冷却媒体流通用フィンプレー
ト３と、加熱媒体を流通させる加熱媒体流通用フィンプ
レートとを交互に積層したフィンプレート型熱交換部を
形成し、各加熱媒体流通用フィンプレートの出入口に加
熱媒体を供給する出入口ヘッダを接続すると共に、各冷
却媒体流通用フィンプレートの入口側に冷却媒体をフラ
ッシュさせて供給するフラッシュヘッダを接続し、さら
に各冷却媒体流通用フィンプレートの出口側に蒸発した
冷却媒体を排出する排出ヘッダを接続した宇宙機の熱制
御系排熱用プレートフィン型フラッシュ式蒸発器におい
て、フィン部により形成される冷却媒体流路にミスト状
の冷却媒体を捕捉する幅狭のトラップ部１６を形成し
た。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は宇宙機の熱制御系排熱用プレートフィン型フラッシュ式蒸発器に係り 、特に、冷却媒体流通用フィンプレートのフィン部の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、温度変化が過激な宇宙空間を航行するスペースシャトル等の宇宙機に は宇宙飛行士の居住区やコンピュータ等の精密電子機器等が多数設けられており 、これら内部の温度は熱制御系によって高い精度で制御されている。

【０００３】 この熱制御系の一つには、宇宙機内で発生した熱を水蒸気と共に外部に排熱す るためのフラッシュ式蒸発器が設けられているが、従来のフラッシュ式蒸発器で は冷却媒体が完全に気化せずミスト状のまま通過してしまうキャリーオーバが頻 繁に発生して冷却効率が低下したり、このミストが宇宙機の排出ダクト等に凍結 したり、さらに装置が大きいため、宇宙機の占有スペースが増加するといった種 々の欠点があった。そこで、本考案者はこれらの欠点を有効に解決するために宇 宙機の熱制御系排熱用フラッシュ式蒸発器を先に提案している（実願平１３２１ ４７号）。

【０００４】 この宇宙機の熱制御系排熱用フラッシュ式蒸発器は図９に示すように、高温の 水やアンモニア等の冷却媒体Ｒを流通させて蒸気化Ｓする冷却媒体Ｒの流路ａ ₁ が多数設けられた冷却媒体流通用フィンプレートｂと、加熱媒体Ｋを流通させ て冷却する流路ａ₂ が多数形成された加熱媒体流通用フィンプレートｃとが交互 に積層して形成されたフィンプレート型熱交換部ｄと、このフィンプレート熱交 換部ｄを収納するケーシングｅと、このケーシングｅ内であって、各冷却媒体流 通用フィンプレートｂの出入口側にそれぞれ形成されたフラッシュヘッダｆ、排 出ヘッダｇと、加熱媒体流通用フィンプレートｃの出入口側に対角状にそれぞれ 形成された入口ヘッダｈ、出口ヘッダｉとから主に構成されている。そして、液 体状の冷却媒体Ｒをフラッシュヘッダｆに設けられたノズルｊによって減圧して フラッシングし、フラッシュヘッダｆ内で略、蒸気１：ミスト９の混合気体とし た後、この混合気体を各冷却媒体流通用フィンプレートｂの複数の流路ａ₁ にそ れぞれに分流して通過させる際に、冷却媒体流通用フィンプレートｂの上下に位 置する加熱媒体流通用フィンプレートｃを流れる加熱流体Ｋによって混合気体中 のミストを全て蒸発させて、排出ヘッダｇから外部に排出している。すなわち、 図１０に示すように各冷却媒体流通用フィンプレートｂは平行に設けられた二枚 のプレートｋ₁ ，ｋ₂ の間に複数の流路ａ₁ を区画形成するストレートフィンｌ が設けられており、このストレートフィンｌがプレートｋ₁ ，ｋ₂ の表面積を増 加させると共に、混合気体中のミストを捕捉し、捕捉したミストをプレートｋ ₁ ，ｋ₂ からの伝熱によって蒸発させている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、このストレートフィンｌは比較的入手が容易であり、多くのフィン プレート熱交換部のフィンとして用いられているが、図示するように、プレート ｋ₁ ，ｋ₂ 側に交互にコ字形に折り曲げて形成されており、その流路ａ₁ の断面 は略長方形に形成されているため、冷却媒体Ｒの混合気体中のミストの捕捉能力 は充分とはいい難く、上述したキャリーオーバや冷却効率の低下等を招く虞があ る。そのため、ストレートフィンｌの折り曲げ間隔を狭くして表面積を増加させ たり、図１１に示すようにストレートフィンｌを冷却媒体Ｒの混合気体の流れ方 向に複数に分割させて交互に配設させたオフセット型フィンｌ₁ にすることによ って、混合気体中のミストの捕捉能力を向上させることも考えられるが、反対に 圧力損失が増大し、冷却媒体Ｒの流通が妨げられるといった欠点がある。

【０００６】 そこで本考案はこれらの欠点を有効に解決するために案出されたものであり、 その目的は冷却媒体Ｒを流通させる冷却媒体流通用フィンプレートのフィンの形 状を改良することで、圧力損失を減らしてミストの捕捉能力を向上させる宇宙機 の熱制御系排熱用プレートフィン型フラッシュ式蒸発器を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための第一の考案は冷却媒体を流通させると共に、断面略 波形状のフィン部が形成された冷却媒体流通用フィンプレートと、加熱媒体を流 通させる加熱媒体流通用フィンプレートとを交互に積層したフィンプレート型熱 交換部を形成し、該フィンプレート熱交換部の各加熱媒体流通用フィンプレート の出入口に加熱媒体を供給する出入口ヘッダを接続すると共に、各冷却媒体流通 用フィンプレートの入口側に冷却媒体をフラッシュさせて供給するフラッシュヘ ッダを接続し、さらに各冷却媒体流通用フィンプレートの出口側に蒸発した冷却 媒体を排出する排出ヘッダを接続した宇宙機の熱制御系排熱用プレートフィン型 フラッシュ式蒸発器において、上記フィン部により形成される冷却媒体流路にミ スト状の冷却媒体を捕捉する幅狭のトラップ部を形成したものであり、第二の考 案は上記フィン部を冷却媒体の流れ方向に複数に分割した分割フィンで形成する と共に、各分割フィンのトラップ部の位置をずらして交互に配設したものであり 、さらに第三の考案は上記第一の考案および第二の考案で示したフィン部の冷却 媒体流路に冷却媒体を乱流させるスワラを配設したものである。

【０００８】

【作用】

本考案は以上のように構成したため、第一の考案ではフィン部の屈曲部に設け られた幅狭のトラップ部が冷却媒体流通用フィンプレートを流通するミスト状の 冷却媒体を有効に捕捉することになり、ミスト状の冷却媒体の捕捉能力が向上し て、キャリーオーバ等の不都合を防止できると共に冷却効率が向上する。また、 このフィン部は断面略波形状に形成されているため、蒸気化した冷却媒体の流路 が充分確保され、冷却媒体の圧力損失が低減される。また、第二の考案では冷却 媒体の接触面積が増大するため、圧力損失は第一の考案に比較して多少増加する が、ミスト状の冷却媒体の捕捉能力は第一の考案以上に向上する。また、第三の 考案では冷却媒体流通用フィンプレートを流通する際に冷却媒体が乱流を発生し 、フィン部への接触頻度が増大するため、ミスト状の冷却媒体の捕捉能力がさら に向上する。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を説明する。

【００１０】 図１は本考案の宇宙機の熱制御系排熱用プレートフィン型フラッシュ式蒸発器 の一実施例を示す一部破断斜視図である。図示するように、この宇宙機の熱制御 系排熱用プレートフィン型フラッシュ式蒸発器１（以下、フラッシュ式蒸発器１ とする）は冷却媒体Ｒを流通させると共に、断面略波形状のフィン部２が形成さ れた冷却媒体流通用フィンプレート３と、この冷却媒体Ｒと略クロスフローさせ るように加熱媒体Ｋを流通させる加熱媒体流通用フィンプレート４とを交互に積 層したフィンプレート型熱交換部５と、このフィンプレート型熱交換部５を収納 する箱形状のケーシング６と、このケーシング６内であって上記フィンプレート 熱交換部５の各冷却媒体流通用フィンプレート３の入口側に設けられ、冷却媒体 Ｒをフラッシュさせて供給するフラッシュヘッダ７と、各冷却媒体流通用フィン プレート３の出口側に設けられ、各冷却媒体流通用フィンプレート３を通過した 冷却媒体Ｒを混合して集合させる排出ヘッダ８と、ケーシング６の両側面であっ て対角状に設けられた各加熱媒体流通用フィンプレート４の各出入口に設けられ 、加熱媒体Ｋを供給すると共に熱交換して排出する出入口ヘッダ９，１０とから 主に構成されている。

【００１１】 フラッシュヘッダ７の冷却媒体Ｒ入口にはスプレノズル１１が設けられており 、図示しないポンプなどによって高温高圧の液体状の冷却媒体Ｒをフラッシュヘ ッダ７に供給する際に、このスプレノズル１１によってこれを減圧してフラッシ ングし、約蒸気１０％、ミスト９０％の混合気体状にしている。また、排出ヘッ ダ８の冷却媒体Ｒ出口には排出管１２が接続されており、各冷却媒体流通用フィ ンプレート３を通過することによって気化し、排出ヘッダ８内に集められた冷却 媒体Ｒを宇宙空間に排出している。

【００１２】 各冷却媒体流通用フィンプレート３は図２に示すように、上下に位置する各加 熱媒体流通用フィンプレート４と、この冷却媒体流通用フィンプレート３とを区 画する２枚のプレート１３ａ，１３ｂが平行に所定の間隔を隔てて設けられてお り、さらに、このプレート１３ａ，１３ｂ間には断面略三角形に形成された冷却 媒体Ｒの冷媒流路１４を多数区画形成する断面略波形状のフィン部２が冷却媒体 Ｒの流れ方向に沿って設けられている。また、このフィン部２であって、各プレ ート１３ａ，１３ｂ付近の各屈曲部には、各プレート１３ａ，１３ｂの反対方向 に開いたコ字形状の幅狭のトラップ部１６がそれぞれ形成されており、図３に示 すように、フィン部２で区画形成された多数の冷却媒体流路１４を通過するフラ ッシングされた冷却媒体Ｒ中の約９０％のミストＭをその周囲で表面張力を利用 して捕捉するようになっている。そして、トラップ部１６で捕捉したミストＭを 後述する加熱媒体流通用フィンプレート４を流れる高温の加熱媒体Ｋからの熱に よって蒸発させた後、排出させている。又、このフィン部２の各屈曲部は近傍の 各プレート１３ａ，１３ｂにそれぞれろう付けされており、フィン部材２がずれ たり、動いたりしないようになっている。

【００１３】 一方、図１に示すように、加熱媒体流通用フィンプレート４にも略四角形状に 形成された加熱媒体Ｋの加熱媒体流路１７を多数区画形成する断面四角形状のフ ィン部１８が冷却媒体流通用フィンプレート３のフィン部２と立体交差するよう に設けられており、入口ヘッダ９から流入した加熱媒体Ｋを通過させる際に、冷 却媒体流通用フィンプレート３を流れる冷却媒体Ｒと熱交換させるようになって いる。

【００１４】 この加熱媒体流通用フィンプレート４は図４に示すように、冷却媒体Ｒの流れ 方向と交差するように加熱媒体Ｋを流す交差流路４ａと、冷却媒体Ｒの流れ方向 に沿って加熱媒体を流すディストリビュータ４ｂとから構成されており、図示矢 印に示すように、交差流路４ａを流れる加熱媒体をディストリビュータ４ｂで交 互に180 °反転させながら蛇行させて流している。

【００１５】 次に、本考案の作用を説明する。

【００１６】 宇宙機内の宇宙機器（図示せず）などを冷却して加熱されたフロンガス等の加 熱媒体Ｋは図１に示すように、本考案のフラッシュ式蒸発器１の入口ヘッダ９か ら各加熱媒体流通用フィンプレート４に分流され蛇行しながら、各加熱媒体流路 １７を通過する際に各冷却媒体流通用フィンプレート３を流れる冷却媒体Ｒと熱 交換して冷却され、出口ヘッダ１０からフラッシュ式蒸発器１外へ排出されて再 び宇宙機器などを冷却することになる。

【００１７】 一方、宇宙機内に設けられた燃料電池（図示せず）等で発生した水等の高温の 冷却媒体Ｒは加圧ポンプ（図示せず）によって加圧されて図１に示すように、フ ラッシュヘッダ７側に送られる際に、その冷却媒体Ｒ入口に設けられたスプレノ ズル１１によって減圧され、フラッシュヘッダ７内で蒸気１０％、ミスト９０％ の混合気体にフラッシングされる。フラッシュヘッダ７内でフラッシングされた 混合気体状の冷却媒体Ｒは各冷却媒体流通用フィンプレート３に分流され、さら に各冷却媒体流通用フィンプレート３の多数の冷却媒体流路１４を流れる際に、 第３図に示すように、含んでいるミストＭはその表面張力によってフィン部２の 各トラップ部１６に捕捉され、残りの蒸気は冷却媒体流路１４を通過して図１に 示すように、排出ヘッダ８に集められ、排出管１２から宇宙空間へ放出される。 他方、フィン部２の各トラップ部１６に捕捉されたミストＭはプレート１３ａ， １３ｂの外側を流れる高温の加熱媒体Ｋの熱を奪って蒸発して蒸気となり、各冷 却媒体流路１４を通過して最初の蒸気と共に、排出ヘッダ８に集められ、排出管 １２から宇宙空間へ放出される。この冷却媒体流路１４は上述したように略三角 形状に形成されているため、冷却媒体Ｒの流路が充分確保され、冷却媒体流路１ ４の蒸気化した冷却媒体Ｒの流通は良好に行われることになる。また、このフラ ッシュ蒸発器１が使用される宇宙空間は無重力であるため、ミストＭは均一に図 ３に示すように、トラップ部２に捕捉されることになり、流れ出して排出するこ とがない。

【００１８】 このように本考案ではフィン部２を断面略波形状に形成すると共に、このフィ ン部２にフラッシングされた冷却媒体Ｒ中のミストＭを有効に捕捉するトラップ 部１６を形成したため、冷却媒体Ｒの圧力損失を増加させずにミストＭの捕捉能 力を向上させることが可能となり、上述したような、熱交換効率の低下やキャリ ーオーバといった欠点を解消することが達成される。

【００１９】 また、第二の実施例として図５に示すように、上記フィン部２を冷却媒体Ｒの 流れ方向に所定の長さずつ複数に分割した分割フィン１９で形成すると共に、こ れら各分割フィン１９を、そのトラップ部１６の位置が前後と異なるようにずら して冷却媒体Ｒの流れ方向に交互に配設することで上記の実施例に比較して圧力 損失は多少増加するが、ミストＭの捕捉能力は上記の実施例以上の効果を得るこ とが可能となる。また、第三の実施例として図６に示すように、上記フィン部２ の冷却媒体Ｒの冷却媒体流路１４内にそれぞれスワラ２０を配置し、冷却媒体流 路１４を流れる冷却媒体Ｒを旋回させて乱流を発生させることによっミストＭを 壁面に向けて飛散させるため、第二の実施例と同様に圧力損失は多少増加するが 、ミストＭの捕捉能力は第二の実施例以上の効果を得ることが可能となる。また 、第四の実施例として図７に示すように、フィン部２１の断面形状を上記フィン 部とは反対に断面ワイングラス形状に形成しても上述した実施例と同様に幅狭の トラップ部１６と断面略三角形状の冷却媒体流路１４を形成することが可能とな り、上記実施例と同様の作用効果を発揮することができる。このフィン部２１で は図示するように、断面ワイングラス形状の根元部及び隣り合う周縁部が上述し たトラップ部１６となる。また、この形状ではフィン部２１の底面と各プレート １３ａ，１３ｂとの接触面積が大きくなり、ろう付けが確実となって加熱側から フィン部２１への熱伝達性を向上させることになる。また、さらに、第五の実施 例として図８に示すように第二の実施例で示した分割フィン１９の間隙にミスト を壁面に向けて飛散するスワラ２０を設けてもよい。

【００２０】

【考案の効果】

以上、要するに本考案によれば、冷却媒体流路を通過する冷却媒体の圧力損失 の増加を抑えると共に、冷却媒体中のミストの捕捉能力が向上するため、キャリ ーオーバや熱交換効率の低下を防止することが可能となって装置の信頼性が向上 するといった優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す一部破断全体斜視図で
ある。

【図２】本考案の第一の実施例のフィン部を示す一部拡
大断面斜視図である。

【図３】本考案の第一の実施例のフィン部の作用を示す
一部拡大断面図である。

【図４】本考案の熱交換器の加熱媒体流通用フィンプレ
ート構造を示す一部破断平面図である。

【図５】本考案の第二の実施例を示すフィン部の一部拡
大断面図である。

【図６】本考案の第三の実施例を示すフィン部の一部拡
大断面図である。

【図７】本考案の第四の実施例を示すフィン部の一部拡
大断面図である。

【図８】本考案の第５の実施例を示すフィン部の一部拡
大断面図である。

【図９】従来のプレートフィン型フラッシュ蒸発器を示
す一部破断全体斜視図である。

【図１０】従来のプレートフィン型フラッシュ蒸発器の
フィン部を示す一部拡大断面図である。

【図１１】従来のプレートフィン型フラッシュ蒸発器の
他のフィン部を示す一部拡大断面図である。

【符号の説明】

２，２１ フィン部 ３ 冷却媒体流通用フィンプレート ４ 加熱媒体流通用フィンプレート ５ フィンプレート型熱交換器 ７ フラッシュヘッダ ８ 排出ヘッダ ９，１０ 出入口ヘッダ １４ 冷却媒体流路 １６ トラップ部 １９ 分割フィン ２０ スワラ Ｒ 冷却媒体 Ｋ 加熱媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 泉 省吾 東京都千代田区丸の内一丁目６番２号 石 川島播磨重工業株式会社本社別館内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却媒体を流通させると共に、断面略波
   形状のフィン部が形成された冷却媒体流通用フィンプレ
   ートと、加熱媒体を流通させる加熱媒体流通用フィンプ
   レートとを交互に積層したフィンプレート型熱交換部を
   形成し、該フィンプレート熱交換部の各加熱媒体流通用
   フィンプレートの出入口に加熱媒体を供給する出入口ヘ
   ッダを接続すると共に、各冷却媒体流通用フィンプレー
   トの入口側に冷却媒体をフラッシュさせて供給するフラ
   ッシュヘッダを接続し、さらに各冷却媒体流通用フィン
   プレートの出口側に蒸発した冷却媒体を排出する排出ヘ
   ッダを接続した宇宙機の熱制御系排熱用プレートフィン
   型フラッシュ式蒸発器において、上記フィン部により形
   成される冷却媒体流路にミスト状の冷却媒体を捕捉する
   幅狭のトラップ部を形成したことを特徴とする宇宙機の
   熱制御系排熱用プレートフィン型フラッシュ式蒸発器。
2. 【請求項２】 上記フィン部を冷却媒体の流れ方向に複
   数に分割した分割フィンで形成すると共に、各分割フィ
   ンのトラップ部の位置をずらして交互に配設したことを
   特徴とする請求項１記載の宇宙機の熱制御系排熱用プレ
   ートフィン型フラッシュ式蒸発器。
3. 【請求項３】 上記フィン部の冷却媒体流路に冷却媒体
   を乱流させるスワラを配設したことを特徴とする請求項
   １又は請求項２記載の宇宙機の熱制御系排熱用プレート
   フィン型フラッシュ式蒸発器。