JPH1114273A - 噴霧冷却式除熱器及びその製作方法 - Google Patents

噴霧冷却式除熱器及びその製作方法

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JPH1114273A
JPH1114273A JP9180706A JP18070697A JPH1114273A JP H1114273 A JPH1114273 A JP H1114273A JP 9180706 A JP9180706 A JP 9180706A JP 18070697 A JP18070697 A JP 18070697A JP H1114273 A JPH1114273 A JP H1114273A
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Tadashi Takemura
正 竹村
Tatsusaburo Nakamura
達三郎 中村
Hidekazu Iwasaki
英和 岩崎
Keiichi Okuyama
圭一 奥山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 螺旋方式の流路を有する噴霧冷却式除熱器の
軽量化を達成し、また、熱交換部での熱抵抗を低減し、
除熱性能を高く設定でき、しかもコールドスポットが生
じないようにし、その上製作を合理化しコストを低下で
きるようにする。 【解決手段】 内筒と外筒との間に被冷却冷媒流路を設
け、該流路の両端に被冷却冷媒の入口プラグと出口プラ
グを設け、前記内筒の内側の端部中心付近に冷却冷媒を
噴霧するノズルを設けて成る噴霧冷却式除熱器におい
て、前記被冷却冷媒流路を、内筒用厚肉円筒の外周面に
螺旋状に形成した溝と、この溝の開口面を封塞した外筒
形成用蓋板とにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、噴霧冷却式除熱
器、特に宇宙軌道上のような真空に近い低圧力環境下で
用いるのに好適な噴霧冷却式除熱器とその製作方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】噴霧冷却式除熱器は、宇宙船や宇宙往還
機などの発生熱を吸熱して温度上昇した循環冷媒(被冷
却冷媒)の伝熱面に、冷却冷媒を噴霧して、その蒸発潜
熱で所定の温度まで冷却する除熱装置である。冷却冷媒
としては、通常蒸発潜熱の大きな水が使用される。
【0003】噴霧冷却式除熱器の構成を図7に示す。除
熱器本体1は、円形の内筒2と外筒3との間の流路4に
被冷却冷媒を流し、噴霧ノズル5から内筒2の内面に水
を噴霧するものである。被冷却冷媒から熱を奪って蒸発
した水は、排気ダクト6及び排気ノズル7を通って、宇
宙空間に排出される(関連する先行技術として、特開平
3−13770号公報、特開平4−78798号公報、
特開平4−254297号公報、特開平5−13199
9号公報、特開平6−107299号公報等がある)。
【0004】ところで、この噴霧冷却式除熱器の被冷却
冷媒の流路形態として、(a)噴霧冷却式除熱器の周方
向で流路を均等に分割し、かつ分割した各流路を上下方
向で蛇行型に形成する蛇行方式、(b)上下方向に対し
て周方向に沿って螺旋状に流路を形成する螺旋方式があ
る。
【0005】これらのうち、螺旋方式の流路を有する噴
霧冷却式除熱器としては、内筒の外周に被冷却冷媒流路
であるチューブを螺旋状に巻き付け、さらに外側を外筒
で覆い、内筒,螺旋チューブ,外筒の隙間に低融点合金
を充填し接着固定したものが提案されている(先行技術
として、特開平6−107299号公報がある)。
【0006】しかし、かかる構造の噴霧冷却式除熱器
は、低融点合金の充填量が除熱器本体の重量増加とな
る。また、内筒,螺旋チューブ,外筒と低融点合金は、
融点などの違いにより材質が異なるために、線膨張率の
違いによって、製作過程(低融点合金の凝固)中に部材
同士の接触面などに隙間(巣)が発生することが予想さ
れるが、これを完全に除去するのは技術的に困難であ
る。前記隙間(巣)は、例えごく僅か(数μm程度)で
あったとしても、気体の熱伝導率が金属のそれに比べて
著しく低いので、極めて大きな熱抵抗となる。このため
内筒内面と被冷却冷媒流路の間で、熱が伝わりにくい部
分が発生し、所定の伝熱性能が達成されなくなり、設計
時に想定した熱量を排出することができなくなる恐れが
ある。しかも、特に熱負荷が低く、除熱器内圧力が水の
三重点以下となる運転モードでは、隙間(巣)の発生に
よって熱が伝わりにくい部分の伝熱面(内筒内面)がコ
ールドスポットとなって、噴霧した水が伝熱面上で氷結
し、除熱器を正常に運転させることができなくなる恐れ
がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
螺旋方式の流路を有する噴霧冷却式除熱器の軽量化を達
成でき、また、熱交換部での熱抵抗を低減し、除熱性能
を高く設定でき、しかもコールドスポットが生じないよ
うにし、その上製作を合理化しコストを低下できる噴霧
冷却式除熱器とその製作方法を提供しようとするもので
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の噴霧冷却式除熱器は、内筒と外筒との間に被
冷却冷媒流路を設け、該流路の両端に被冷却冷媒の入口
プラグと出口プラグを設け、前記内筒の内側の端部中心
付近に冷却冷媒を噴霧するノズルを設けて成る噴霧冷却
式除熱器において、前記被冷却冷媒流路が、内筒用厚肉
円筒の外周面に螺旋状に形成された溝と、この溝の開口
面を封塞した外筒形成用蓋板とにより構成されているこ
とを特徴とするものである。
【0009】本発明の噴霧冷却式除熱器の製作方法は、
内筒の内側の端部中心付近に冷却冷媒を噴霧するノズル
を設けて成る噴霧冷却式除熱器を製作するにおいて、厚
肉円筒を内筒の素材として用い、この厚肉円筒の外周面
上下方向に螺旋状の溝を削設し、次にこの螺旋状の溝の
開口面に帯状の蓋板を螺旋状に巻きながら接合封塞し
て、外筒を形成すると共に内筒と外筒との間に螺旋状の
被冷却冷媒流路を形成し、次いで前記内筒及び外筒の上
下端にフランジを溶接し、然る後前記被冷却冷媒流路の
両端に被冷却冷媒の入口プラグと出口プラグを取り付け
ることを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の噴霧冷却式除熱器及びそ
の製作方法の実施形態について説明する。先ず噴霧冷却
式除熱器の構造を図1によって説明すると、1は除熱器
本体で、円形の内筒2と外筒3との間に被冷却冷媒流路
4を設け、該流路4の両端に被冷却冷媒の入口プラグ
8,出口プラグ9を設け、上下端に上部フランジ10,
下部フランジ11を設けて成るもので、前記内筒2の内
側の端部中心付近には、冷却冷媒を噴霧するノズル5が
設けられている。前記被冷却冷媒流路4は、図2に示す
ように厚肉の内筒2の外周面に螺旋状に形成された断面
矩形の溝12と、この溝12の開口面を封塞した外筒形
成用螺旋状蓋板13とにより構成されている。尚、内筒
2の内周面には縦向きに鋸歯状の凹凸14を設けてノズ
ル5から噴霧される冷却冷媒の接触面積を拡大してあ
る。
【0011】次に上記構造の噴霧冷却式除熱器を製作す
る本発明の製作方法を図によって説明すると、先ず図3
の(a)に示す厚肉円筒15を内筒2の素材として用
い、この厚肉円筒15の内周面に図3の(b)に示すよ
うに縦向き鋸歯状の凹凸14を削設した後、外周面上下
方向に図3の(c)に示すように螺旋状の溝12を削設
し、且つ溝12の底に内筒2を形成すると共に、溝12
の開口縁、換言すれば隣り合う溝12を区画している螺
旋状の仕切壁15の外周面の上下に、段部16,16を
切欠形成した。次に内筒2の外周側の螺旋状の溝12の
開口面に、図3の(d)に示すように帯状の蓋板13を
螺旋状に巻きながら、この帯状の蓋板13を仕切壁15
の外周面の上下の切欠段部16,16に嵌め込んで接合
封塞していって、図3の(e)に示すように外筒3を形
成することによって、内筒2と外筒3との間に被冷却冷
媒流路4を形成した。次いで、外筒3の上下端を内筒2
の上下端と面一にした上で、その上下端に図3の(f)
に示すように上部フランジ10、下部フランジ11を接
合して除熱器本体1を構成した。然る後、図3の(g)
に示すように前記被冷却冷媒流路4の両端に被冷却冷媒
の入口プラグ8、出口プラグ9を取り付けた。
【0012】上記の製作方法により製作された噴霧冷却
式除熱器は、内筒2の外周面の螺旋状の溝12と、この
溝12の開口面を封塞した螺旋状の蓋板13により形成
された外筒3とより、螺旋状の被冷却冷媒流路4が構成
されているので、内筒2の内周面の伝熱面から被冷却冷
媒流路4を流れる被冷却冷媒までの間で大きな熱抵抗と
なる部分が無くなり、内筒2の内周面でコールドスポッ
トが生ぜず、熱の通過率および除熱効率を高く設定でき
る。また、内筒2と外筒3との間で従来のように螺旋チ
ューブを固定するための低融点合金を充填する必要が無
いので、除熱器本体1に余分な重量を増やすことが無
く、噴霧冷却式除熱器の軽量化が図ることができる。さ
らに、除熱器本体の構造が極めて単純であるので、製作
を著しく合理化できて、コストの低下を図ることができ
る。
【0013】尚、前記実施形態の噴霧冷却式除熱器にお
ける被冷却冷媒流路4を構成している螺旋状の溝12
は、断面矩形であるが、これに限るものではなく、図4
の(a),(b)に示すように断面U字形の溝12′、
断面半円形の溝12″等でもよいものである。また、溝
12の開口面を封塞した外筒形成用螺旋状蓋板13は、
前記実施形態の製作方法において、隣り合う溝12の仕
切壁15の外周面の上下の切欠段部16,16に嵌め込
んで接合封塞しているが、図5に示すように切欠段部1
6,16を設けることなく、仕切壁15の外周面に直か
に巻き付けながら上下方向で接続して接合封塞してもよ
い。さらに、内筒2の内周面に、縦向き鋸歯状の凹凸1
4を設けて、ノズル5から噴霧される冷却冷媒の接触面
積を拡大しているが、図6に示すように螺旋状の凹凸1
4′を設けても同様に冷却冷媒の接触面積を拡大できる
ものである。また、被冷却冷媒流路4にリブを設けた
り、捩りテープを挿入するなどして、被冷却冷媒側の伝
熱特性を向上させるようにしてもよい。
【0014】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の噴霧冷
却式除熱器は、内筒内面の伝熱面から被冷却冷媒流路の
被冷却冷媒までの間で大きな熱抵抗となる部分が無いの
で、内筒内周面でコールドスポットが生ぜず、熱の通過
率および除熱効率を高く設定できる。また、除熱器本体
の構造が極めて単純であるので、合理的に低コストで製
作することが可能である。
【0015】また、本発明の噴霧冷却式除熱器の製作方
法によれば、内筒と外筒との間で従来のように螺旋チュ
ーブを固定するための低融点合金を充填する必要が無い
ので、除熱器本体に余分な重量を増やすことが無く、噴
霧冷却式除熱器を軽量化できる。また、製作中に、被冷
却冷媒流路を容易に乱流促進構造(リブの取付け、捩り
テープの挿入)とすることができ、被冷却冷媒側の伝熱
特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の噴霧冷却式除熱器の一実施形態を示す
一部破断斜視図である。
【図2】図1の一部拡大縦断面図である。
【図3】(a)〜(g)は図1の噴霧冷却式除熱器を製
作する本発明の製作方法の一実施形態を示す工程図であ
る。
【図4】(a),(b)は夫々被冷却冷媒流路を構成す
る螺旋状の溝の断面形状の他の例を示す図である。
【図5】外筒を形成する螺旋状蓋板の他の取付方法を示
す要部縦断面図である。
【図6】内筒の内周面に螺旋状の凹凸を設けた他の例を
示す一部斜視図である。
【図7】従来の噴霧冷却式除熱器の構成を示す概略縦断
面図である。
【符号の説明】
1 除熱器本体 2 内筒 3 外筒 4 被冷却冷媒流路 5 噴霧ノズル 8 入口プラグ 9 出口プラグ 10 上部フランジ 11 下部フランジ 12,12′,12″ 螺旋状の溝 13 外筒形成用螺旋状蓋板 14 鋸歯状の凹凸 14′ 螺旋状の凹凸 15 仕切壁 16 切欠段部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 英和 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 奥山 圭一 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内筒と外筒との間に被冷却冷媒流路を設
    け、該流路の両端に被冷却冷媒の入口プラグと出口プラ
    グを設け、前記内筒の内側の端部中心付近に冷却冷媒を
    噴霧するノズルを設けて成る噴霧冷却式除熱器におい
    て、前記被冷却冷媒流路が、内筒用厚肉円筒の外周面に
    螺旋状に形成された溝と、この溝の開口面を封塞した外
    筒形成用蓋板とにより構成されていることを特徴とする
    噴霧冷却式除熱器。
  2. 【請求項2】 内筒の内側の端部中心付近に冷却冷媒を
    噴霧するノズルを設けて成る噴霧冷却式除熱器を製作す
    るにおいて、厚肉円筒を内筒の素材として用い、この厚
    肉円筒の外周面上下方向に螺旋状に溝を削設し、次にこ
    の螺旋状の溝の開口面に帯状の蓋板を螺旋状に巻きなが
    ら接合封塞して、外筒を形成すると共に内筒と外筒との
    間に螺旋状の被冷却冷媒流路を形成し、次いで前記内筒
    及び外筒の上下端にフランジを溶接し、然る後前記被冷
    却冷媒流路の両端に被冷却冷媒の入口プラグと出口プラ
    グを取り付けることを特徴とする噴霧冷却式除熱器の製
    作方法。
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