JPH0726239Y2 - 宇宙往還機の熱制御系排熱用フラッシュ式蒸発器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は宇宙往還機の熱制御系排熱用フラッシュ式蒸発
器に関するものである。

［従来の技術］ 近年、スペースシャトル等の宇宙往還機に対する研究開
発が進んでいる。

該宇宙往還機には人間やコンピュータ等の電子機器等が
載せられるため、内部の温度を高い精度で制御する必要
がある。

そこで従来の宇宙往還機の熱制御系の一例を第７図によ
り説明する。

図示しない宇宙往還機内部に設けられた電子機器等の発
熱源１を直接通り、且つ燃料電池等の発熱源２に補助流
体ループ３を介して接続された熱交換器４を通って循環
するように流体主ループ（以下フロン主ループという）
５を構成する。

該フロン主ループ５の途中に、ラジエータ６及びフラッ
シュ式蒸発器7a並にアンモニアボイラ7b、並にポンプ20
を配設する。

前記ラジエータ６は軌道上でのみ拡げることのできるパ
ネル状のものであり、前記フラッシュ式蒸発器7aは、例
えば第８図に示すように、燃料電池等の発熱源２で発生
した水２が補給されるようにした水タンク９からの水
（冷却媒体）を配管11及びバルブ12を介して導きノズル
13から噴射させて蒸発させる、宇宙往還機外部の気圧と
等しい圧力の蒸発室14に、該蒸発室14の外周を取り巻く
よう前記フロン主ループ５の一部を配設した構成を有す
るものである（フラッシュ式蒸発器7aにはこれ以外にも
様々な構造のものがあるが原理的には上記のものと略同
様である）。15はジャケット、16はフロン入口、17はフ
ロン出口、18は邪魔板、19は冷却媒体の排出口を示す。

次に上記熱制御系による宇宙往還機の温度制御について
説明する。

ポンプ20を作動してフロン主ループ５を循環させること
により、発熱源1,2がフロン主ループ５で冷却される。

発熱源1,2を冷却したフロン主ループ５は温度が上昇す
るので、ラジエータ６、フラッシュ式蒸発器7a、アンモ
ニアボイラ7bのいずれかを用いて排熱が行われ、宇宙往
還機が温度制御される。

先ず、宇宙往還機の打ち上げからしばらくの時間の間に
通過する区間（大気圏）はフロン主ループ５自体の熱容
量により発熱源1,2から発生した熱をフロン主ループ５
で吸収させ、その後宇宙往還機が大気圏外に出てから軌
道に乗るまでの区間はフラッシュ式蒸発器7aを使用し、
水タンク９内の水を大気圏外の気圧と等しい極く低い圧
力の蒸発室14内へ供給することにより水を蒸発させ蒸発
の潜熱としてフロン主ループ５の熱を排熱する。軌道上
の区間ではラジエータ６を開くことができるので、ラジ
エータ６からフロン主ループ５の熱を宇宙空間に排熱す
る。宇宙往還機の帰還時には、例えば大気圏外の区間は
前記フラッシュ式蒸発器7aを用いてフロン主ループ５の
熱を排熱し、大気圏内の区間ではアンモニアボイラ7bに
切り換え、アンモニアタンク10のアンモニアをアンモニ
アボイラ7bの蒸発室（図示せず）に供給することによ
り、水よりも沸点が低く水に近い蒸発熱を有するアンモ
ニアを蒸発させ、アンモニアの蒸発潜熱としてフロン主
ループ５の熱を排熱する。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、上記従来の宇宙往還機の熱制御系に備えられる
フラッシュ式蒸発器7aは、水等の冷却媒体をフラッシュ
させ、その蒸発潜熱によってフロン主ループ５のフロン
を冷却する方式であるため、冷却媒体が気化することな
くミスト状のまま排出される水滴のキャリーオーバーが
多く、このために冷却効率が低下し、冷却媒体の使用量
が増加する問題があり、又フラッシュ式蒸発器7aは中央
に広い空間の蒸発室14を必要とするために装置が大型化
して占有スペースが増加する問題があり、更に前記冷却
媒体が水の場合には前記ミストによる水滴が宇宙往還機
外に排出するための排出ダクト等に凍結してしまう恐れ
がある等、種々の問題を有していた。

本考案は上述の実情に鑑みて成したもので、冷却媒体を
確実に気化せしめて排出し得るコンパクトな宇宙往還機
の熱制御系排熱用フラッシュ式蒸発器を提供することに
よって、上記種々の問題を一度に解決することを目的と
している。

［課題を解決するための手段］ 本考案は加熱媒体を内部に流通させるようにした加熱媒
体流通側プレート、及び冷却媒体を内部に流通させるよ
うにした冷却媒体流通側プレートを交互に積層して成る
プレートフィン形熱交換器部と、該プレートフィン形熱
交換器部を収納するケーシングと、該ケーシング内にお
ける前記冷却媒体流通側プレートの上流側に連通するよ
う形成されたフラッシング室と、該フラッシング室に冷
却媒体を噴射してフラッシングせしめるスプレーノズル
と、該スプレーノズルによりフラッシングされた冷却媒
体を流通させる間に該冷却媒体中のミストの接触頻度を
増加し得るよう前記冷却媒体流通側プレートに施したミ
スト接触促進構造と、前記ケーシング内における前記冷
却媒体流通側プレートの下流側に連通するよう形成され
た気化ガス集合室と、該気化ガス集合室に連通する排出
口と、前記加熱媒体流通側プレートの上流側に連通する
ようにした加熱媒体入口と、前記加熱媒体流通側プレー
トの下流側に連通するようにした加熱媒体出口とを備え
たことを特徴とする宇宙往還機の熱制御系排熱用フラッ
シュ式蒸発器、又は前記フラッシング室が冷却媒体流通
側プレートの上流側における各加熱媒体流通側プレート
上流側端部相互間に形成された宇宙往還機の熱制御系排
熱用フラッシュ式蒸発器、更に前記ミスト接触促進構造
が冷却媒体流通側プレートの流路をジグザグ状に延びる
よう形成された構造からなる宇宙往還機の熱制御系排熱
用フラッシュ式蒸発器、又は前記ミスト接触促進構造が
冷却媒体流通側プレートの流路中に配設され且つ螺旋状
にねじり成形されたリボン状のスワラーからなる宇宙往
還機の熱制御系排熱用フラッシュ式蒸発器にかかるもの
である。

［作用］ 従って本考案では、加熱媒体入口から加熱媒体流通側プ
レートに流入した加熱媒体は、その内部を通る間に熱を
隣接する冷却媒体流通側プレートに伝え、自身は冷却さ
れて加熱媒体出口から流出される。

一方、スプレーノズルによりフラッシング室に噴射され
た冷却媒体は、フラッシング室内でフラッシングされて
一部気化することにより、一定蒸気圧力を持ち、熱交換
器部前後の差圧によって冷却媒体流通側プレートの上流
側に導かれ、その内部を通る間にミスト接触促進構造に
より冷却媒体中のミストの接触頻度が増加されるので、
前記加熱媒体により伝えられた熱を奪って冷却媒体が残
らず蒸発し、下流側の気化ガス集合室に集められて排出
口から排出される。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明する。

第１図は本考案の一実施例であり、冷却媒体流通側プレ
ート21（以下冷却プレートと略称する）と、加熱媒体流
通側プレート22（以下加熱プレートと略称する）とを互
いの主流路が平行向流となるように交互に積層して成る
プレートフィン形熱交換器部23を、図示する如きケーシ
ング24内に収納させて設ける。

上記プレートフィン形熱交換器部23の冷却プレート21の
上流側（図中左側）には、該冷却プレート21の全ての流
路21aに連通し図示しない宇宙往還機外部の減圧された
気圧に略等しい圧力のフラッシング室25を形成し、該フ
ラッシング室25を形成するケーシング24には、図示しな
い配管及びバルブを介して導いた水やアンモニア等の冷
却媒体を前記フラッシング室25内に噴射してフラッシン
グさせるスプレーノズル26を設ける。

又、前記冷却プレート21の下流側（図中右側）には、該
冷却プレート21の全ての流路21aに連通し且つ宇宙往還
機外部に連通する気化ガス集合室27を形成し、該気化ガ
ス集合室27を形成するケーシング24には、前記気化ガス
集合室27内に集められる気化した冷却媒体を宇宙往還機
外部に排出する排出口28を設ける。

更に、前記フラッシング室25近傍のケーシング24側面に
は、前記プレートフィン形熱交換器部23の加熱プレート
22の全ての流路22aに連通する加熱媒体導入室29を形成
し、該加熱媒体導入室29を形成するケーシング24には、
フロン等の加熱媒体を前記加熱媒体導入室29に導く加熱
媒体入口30を設ける。

又、上記加熱媒体導入室29の対角位置となる前記気化ガ
ス集合室27近傍のケーシング24側面には、前記加熱プレ
ート22の全ての流路22aに連通する加熱媒体排出室31を
形成し、該加熱媒体排出室31を形成するケーシング24に
は加熱媒体出口32を設ける。

尚、前記冷却プレート21の各流路21aは、ミスト接触促
進構造として図示する如くジグザグ状に延びるウェービ
ィフィン状に形成してある。

又、前記加熱プレート22の各流路22aは、第２図に示す
如く加熱媒体導入室29より導かれた加熱媒体を前記加熱
プレート22の幅方向に均等に分配する分配フィン33と、
前述した冷却プレート21の各流路21aと平行に延びる直
線フィン34と、該直線フィン34を経た加熱媒体を集めて
加熱媒体排出室31に導く集合フィン35とにより構成され
ている。

以下、作動を説明する。

加熱媒体入口30から流入される加熱媒体は、加熱媒体導
入室29を介して各加熱プレート22の全ての流路22aに導
かれ、該各流路22aを通過する間に、その上下位置に隣
接する冷却プレート21に熱を伝える。冷却プレート21に
熱を伝えて冷却された加熱媒体は、加熱媒体排出室31に
集められ、加熱媒体出口32から流出される。

一方、スプレーノズル26からフラッシング室25に噴射さ
れる冷却媒体は、該フラッシング室25内でフラッシング
されて一部気化することにより一定の蒸気圧力を持ち、
下流側との差圧によって各冷却プレート21の全ての流路
21aに導かれ、該各流路21aを通過する間に、ウェービィ
フィン形状により高頻度で流路壁に蒸気中のミストが多
く接触されて前記加熱媒体により加熱された冷却プレー
ト21の熱を受けて蒸発し、蒸発潜熱により冷却プレート
21を冷却する。

更に蒸発した気化ガスは、気化ガス集合室27を介して排
出口28から宇宙往還機外部へ排出される。

第３図は本考案のミスト接触促進構造をなす冷却プレー
ト21のフィン形状の変形例を示すもので、波状のヘリボ
ーンフィン形状を示している。

又、第４図は本考案のミスト接触促進構造の他の例を示
すもので、冷却プレート21の流路21aを平行に延びる直
線フィン34′にて形成し、該各直線フィン34′間に螺旋
状にねじり成形されたリボン状のスワラー36を配設する
ことによりミスト接触促進構造をなしている。

尚、上記した如きミスト接触促進構造は、加熱プレート
22に加熱媒体を乱流化させる手段として施しても良い。

従って上記によれば、コンパクトな構造にて効率の良い
冷却を行うことができると共に、加熱プレート22の熱に
よって確実に蒸発された気化ガスのみが排出されるの
で、冷却媒体がミスト状のまま排出されるようなことは
完全に防止され、よって冷却媒体が効率良く使用される
ために使用量が減少すると共に、ミストによる排出ダク
トの凍結等の問題発生も防止される。

尚、冷却媒体の加熱度が不十分でフラッシング室25にお
いて十分な蒸気圧力を発生し得ない場合、前記フラッシ
ング室25外周部にジャケット部を形成し、該ジャケット
部に加熱媒体を流入させて内壁に当たるミストを気化
し、所定の蒸気圧を起こさせる構造としても良い。

第５図及び第６図は本考案の別の実施例を示すもので、
第１図〜第４図と同一の符号を付した部分は同一物を表
わしており、第５図は冷却プレート21′の断面を、又、
第６図は加熱プレート22′の断面を夫々示している。

先ず第５図に示すように、図中七角形で示す冷却プレー
ト21′の上流側（図中左側）端部に偏平なフラッシング
室25′を形成し、該フラッシング室25′の更に上流側に
少なくとも１つはスプレーノズル26′を設け、該スプレ
ーノズル26′により前記フラッシング室25′内に冷却媒
体を噴射してフラッシングさせ得るようにする。

ここで、フラッシング室25′及びスプレーノズル26′は
第６図に示す加熱プレート22′と交互に積層された各冷
却プレート21′毎に夫々設けられており、前記各スプレ
ーノズル26′の上流側には該各スプレーノズル26′全て
に連通し且つ冷却媒体入口37から供給される冷却媒体で
満たされた冷却媒体貯留室38が形成されている。

又、加熱プレート22′は、第６図に示すように前記冷却
プレート21′と同大同形状に設けられており、加熱媒体
の供給、排出方向が変化しているだけで前述した実施例
と同様の構成を有している。

上記構成によれば、フラッシング室25′自体が熱交換し
得る構造となっているので、冷却媒体をスプレーノズル
26′から噴射すると同時に加熱することができ、又、各
冷却プレート21′毎にスプレーノズル26′を備えたこと
により各冷却プレート21′に対し均等に冷却媒体を噴射
することができるので、全体として均一な熱交換がで
き、よって前述した第１図〜第４図の実施例より更に良
好な熱交換が可能となる。

尚、上記実施例においても冷却プレート21′にミスト接
触促進構造を施すことは勿論であり、又、加熱効率促進
を目的として加熱プレート22′側に同様の構造を用いて
も良い。

又、本考案の宇宙往還機の熱制御系排熱用フラッシュ式
蒸発器は、上述の各実施例にのみ限定されるものではな
く、冷却プレート内の冷却媒体の流れと加熱プレート内
の加熱媒体の流れの向きは対向流式、直交向流式等、種
々の方式を採用し得ること、その他本考案の要旨を逸脱
しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論で
ある。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案の宇宙往還機の熱制御系排熱
用フラッシュ式蒸発器によれば、下記の如き種々の優れ
た効果を奏し得る。

（Ｉ）フラッシング室の下流側にプレートフィン形熱交
換器部を備えているので、占有スペースの小さいコンパ
クトな構造にて効率の良い冷却を行うことができると共
に、確実に冷却媒体を気化せしめて排出することができ
る。

（II）上記（Ｉ）により、冷却媒体がミスト状のまま排
出されるようなことを確実に防止することができ、冷却
媒体を効率良く使用できるので、その使用量を減少でき
ると共に、ミストによる排出ダクトの凍結を確実に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の一部を切欠いて示す斜視
図、第２図は第１図の加熱媒体流通側プレートの詳細を
示す平面図、第３図は本考案のミスト接触促進構造を成
す冷却媒体流通側プレートのフィン形状の変形例を示す
斜視図、第４図は本考案のミスト接触促進構造の他の例
を示す平面図、第５図、第６図は本考案の別の実施例を
示す断面図、第７図は宇宙往還機の熱制御系の流体回路
図、第８図は従来の蒸発器の一例を示す縦断側面図であ
る。 図中、21,21′は冷却媒体流通側プレート（冷却プレー
ト）、22,22′は加熱媒体流通側プレート（加熱プレー
ト）、24はケーシング、25,25′はフラッシング室、26,
26′はスプレーノズル、27は気化ガス集合室、28は排出
口、30は加熱媒体入口、32は加熱媒体出口を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 今井 良二 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)考案者 矢野 歳和 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)考案者 小熊 正人 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 実開 昭61−161574（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱媒体を内部に流通させるようにした加
   熱媒体流通側プレート、及び冷却媒体を内部に流通させ
   るようにした冷却媒体流通側プレートを交互に積層して
   成るプレートフィン形熱交換器部と、該プレートフィン
   形熱交換器部を収納するケーシングと、該ケーシング内
   における前記冷却媒体流通側プレートの上流側に連通す
   るよう形成されたフラッシング室と、該フラッシング室
   に冷却媒体を噴射してフラッシングせしめるスプレーノ
   ズルと、該スプレーノズルによりフラッシングされた冷
   却媒体を流通させる間に該冷却媒体中のミストの接触頻
   度を増加し得るよう前記冷却媒体流通側プレートに施し
   たミスト接触促進構造と、前記ケーシング内における前
   記冷却媒体流通側プレートの下流側に連通するよう形成
   された気化ガス集合室と、該気化ガス集合室に連通する
   排出口と、前記加熱媒体流通側プレートの上流側に連通
   するようにした加熱媒体入口と、前記加熱媒体流通側プ
   レートの下流側に連通するようにした加熱媒体出口とを
   備えたことを特徴とする宇宙往還機の熱制御系排熱用フ
   ラッシュ式蒸発器。
2. 【請求項２】加熱媒体を内部に流通させるようにした加
   熱媒体流通側プレート、及び冷却媒体を内部に流通させ
   るようにした冷却媒体流通側プレートを交互に積層して
   成るプレートフィン形熱交換器部と、該プレートフィン
   形熱交換器部を収納するケーシングと、前記冷却媒体流
   通側プレートの上流側における各加熱媒体流通側プレー
   ト上流側端部相互間に形成されたフラッシング室と、該
   各フラッシング室に冷却媒体を噴射してフラッシングせ
   しめるスプレーノズルと、該スプレーノズルによりフラ
   ッシングされた冷却媒体を流通させる間に該冷却媒体中
   のミストの接触頻度を増加し得るよう前記冷却媒体流通
   側プレートに施したミスト接触促進構造と、前記ケーシ
   ング内における前記冷却媒体流通側プレートの下流側に
   連通するよう形成された気化ガス集合室と、該気化ガス
   集合室に連通する排出口と、前記加熱媒体流通側プレー
   トの上流側に連通するようにした加熱媒体入口と、前記
   加熱媒体流通側プレートの下流側に連通するようにした
   加熱媒体出口とを備えたことを特徴とする宇宙往還機の
   熱制御系排熱用フラッシュ式蒸発器。
3. 【請求項３】ミスト接触促進構造が冷却媒体流通側プレ
   ートの流路をジグザグ状に延びるよう形成された構成か
   らなる請求項１又は２記載の宇宙往還機の熱制御系排熱
   用フラッシュ式蒸発器。
4. 【請求項４】ミスト接触促進構造が冷却媒体流通側プレ
   ートの流路中に配設され且つ螺旋状にねじり成形された
   リボン状のスワラーからなる請求項１又は２記載の宇宙
   往還機の熱制御系排熱用フラッシュ式蒸発器。