JPH05699Y2 - - 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
り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４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
流れ方向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、上下から加熱する一般的な加熱方法では、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。

さらに、図示のものでは、流れ方向に沿つて熱
交換エレメントｅで流路が急激に狭まり、断熱ス
ペーサｃで流路が急激に広がるという変化を繰り
返すので、流路抵抗が著しく増大し、熱交換器内
でのエネルギーロスが大きく、その結果、無視で
きない程度の熱の発生が起きるという不都合もあ
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
製の断熱シートを流れに直角な方向に積層し接着
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、前記熱
交換プレートが、流れ方向寸法の方が厚み寸法よ
りも大きな薄板状のものである、本願考案の出願
時において未だ新規な横積層形の熱交換器を案出
した。

しかしながら、このような熱交換器は、その構
造上、面積の広い板状の形状になるため、前述し
たHe液化装置に使用する場合等に不具合が生じ
る。すなわち、かかる装置に適用する場合には、
この熱交換器を真空断熱容器内に収める必要が生
じるが、面積の広い平板状のものでは、空間的に
無駄が生じ易く、配置設計上の自由度が低下した
り、真空断熱容器の大形化を招くという問題があ
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流れに直角な方向に積層し
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、熱
交換プレートが、流れ方向寸法の方が厚み寸法よ
りも大きな薄板状をなす横積層形のものにすると
いう新規な構成を前提にし、前記外板と断熱壁と
を所要の曲率で湾曲させてなることを特徴とす
る。

［作用］ このような構成のものであれば、熱交換プレー
トが、流れ方向寸法の方が厚み寸法よりも大きな
薄板状のものであるため、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断熱壁
であり、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。

さらに、断熱壁と熱交換プレートとによつて囲
繞される流路には流れ方向に沿つて急激に流路断
面積が拡大し又は縮小する部位が存在しないの
で、流路抵抗を著しく増大させることがなく、そ
れに起因したエルネギーロス、熱の発生が防止さ
れる。

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
熱交換器を比較的簡単に製造することができる。

しかも、外板と断熱壁とを所要の曲率で湾曲さ
せているので、その曲率を予め適正に設定してお
きさえすれば、真空断熱容器をはじめ、種々の容
器内に収容する場合に、その内面に沿つて配置す
ることが可能である。しかして、このように配置
すれば、厚みが薄いため、容器の内部空間が熱交
換器配置前と略同様な形態で残ることになる。そ
のため、容器の内部空間の有効利用を図ることが
できる。

［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、熱交換器本体Ａの外観を示してお
り、第２図は、その内部を一部破断して示してい
る。この第２図では内部構造をわかり易く示すた
めに、全体の形状を平面板状に引き延して画いて
ある。

これらの図面に示されるように、この熱交換器
本体Ａ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３
_４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。そして、この熱交換器本体
Ａは、その両外板１，２および前記各断熱壁３₁
〜３₅を所要の曲率で湾曲させ、全体が曲面形状
になるように構成されている。

詳述すれば、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。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間に前記熱交換プレ
ート６の一部を挟着させている。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プレート６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７上に３枚目の断熱シート
７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７および熱交換プレー
ト６を積層する。そして、その積層体を外板１，
２間に挟持させた状態でをプレス等によりわん曲
させ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
ことによつて熱交換器本体Ａ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。

そして、このようにしてなる曲板状の熱交換器
本体Ａを接続体Ｂを介して複数枚直列に持続し
て、全体が円筒の一部をなす熱交換器Ｃを構成
し、この熱交換器ＣをHe液化装置の真空断熱容
器Ｄ内に収容している。接続体Ｂは熱交換器本体
Ａの端部同士を機械的に連結するとともに、各熱
交換器Ａの対応する流体通路４₁，４₂，５₁，５₂
同士をそれぞれ連通させる流体継手としての構成
をなしている。真空熱容器Ｄは、円筒体状のもの
で、その内周に断熱用のスーパーインシユレーシ
ヨンＥを添設している。そして、その内周に沿わ
せて、この熱交換器Ｃを配設している。

なお、この熱交換器Ｃの両端には、前記流体通
路４₁，４₂を低圧配管に連通させるとともに、前
記流体通路５₁，５₂を高圧配管に連通させるため
の蓋体（図示せず）が設けられる。

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、前記熱交換プレート６を介して熱交換を行な
うことになる。この場合、この熱交換プレート６
および断熱シート７の厚みを前記のような小さな
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と前記各熱交換プレート
６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３₁〜３₅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、熱伝達プレート６はその断熱壁３
_１〜３₅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４₁，４₂，５₁，５₂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Ｃは、流体通路４₁，４₂，
５₁，５₂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７同士および断熱シート
７と熱交換プレート６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。

さらに、断熱壁３₁〜３₅と熱交換プレート６と
によつて囲繞される流体通路４₁，４₂，５₁，５₂
には流れ方向に沿つて急激に流路断面積が拡大し
又は縮小する部位が存在しないので、流路抵抗を
著しく増大させることがなく、それに起因したエ
ネルギーロス、熱の発生が防止される。

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プレート６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、全体が円筒の一部をなす形状に成形さ
れているので、その曲率を予め適正に設定してお
きさえすれば、第３図に示すように円筒体状の真
空断熱容器Ｄ内に収容する場合に、その内面に沿
つて配置することが可能である。しかして、この
ように配置すれば、厚みが薄いため、真空断熱容
器Ｄの内部空間が熱交換器Ｃの配置前と略同様な
形態で残ることになる。そのため、真空断熱容器
Ｄの内部空間の有効利用を図ることができ、この
真空断熱容器Ｄのコンパクト化、延いては、装置
全体の小形化に貢献し得るものである。また。こ
のような配置にすれば、熱交換器自身に断熱シー
ルドとしての役割を担わせることも可能であるた
め、部品点数の削減を図ることもできる。

なお、熱交換部材は、前記のような真直な平板
状のものに限らず、例えば、断熱シートに挟持さ
れていない部分、つまり、流体通路に露呈してい
る部分を波状に成形してもよい。あるいは、熱交
換プレートとしてワイヤ状のものを使用してもよ
い。

また、前記実施例では、熱交換器本体を曲板状
に成形することによつて全体を円筒状のものにし
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定されるものではなく、例
えば、複数枚の平板状の熱交換器本体を一定の角
度を持たせて接続することによつて、全体が多角
形の筒の一部を成すようにしてもよい。

［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、熱交換器内部に
おけるエネルギーロス、熱の発生が少なく、しか
も、製作が容易であるとともに真空断熱容器をは
じめ種々の容器内に空間的な無駄を生じることな
しに収容することが可能な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
部を示す一部切欠した斜視図、第３図は熱交換器
を真空断熱容器内に収容した状態を示す概略的な
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……断熱シート、Ａ……熱交換器本体、
Ｂ……接続体、Ｃ……熱交換器、Ｄ……真空断熱
容器。

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
   の断熱シートを流れに直角な方向に積層し接着し
   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、熱交換プ
   レートが、流れ方向寸法の方が厚み寸法よりも大
   きな薄板状をなす熱交換器であつて、前記外板と
   断熱壁とを所要の曲率で湾曲させてなることを特
   徴とする横積層形熱交換器。