JPS603158B2 - Heat exchanger for helium refrigerator - Google Patents

Heat exchanger for helium refrigerator

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JPS603158B2
JPS603158B2 JP976878A JP976878A JPS603158B2 JP S603158 B2 JPS603158 B2 JP S603158B2 JP 976878 A JP976878 A JP 976878A JP 976878 A JP976878 A JP 976878A JP S603158 B2 JPS603158 B2 JP S603158B2
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JP
Japan
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heat exchanger
helium
heat exchangers
flow path
heat
Prior art date
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Expired
Application number
JP976878A
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Japanese (ja)
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JPS54102649A (en
Inventor
俊一 中谷
昇 丹治
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS603158B2 publication Critical patent/JPS603158B2/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はヘリウム冷凍機用熱交換器に関する。[Detailed description of the invention] This invention relates to a heat exchanger for a helium refrigerator.

一般にヘリウム冷凍機用熱交換器としてコリンズ型熱交
換器並びにプレート・フィン型熱交換器が代表的なもの
であるとして従釆から良く知られている。
In general, Collins type heat exchangers and plate-fin type heat exchangers are well known as representative heat exchangers for helium refrigerators.

これら2種類のタイプの熱交換器は次のような理由から
小型軽量化を要望されているヘリウム冷凍液化機例えば
、超電導磁気浮上式鉄道の車戦冷凍機に用いる熱交換器
としては不適当であり、十分満足し得るものであるとは
いい難かった。すなわち、コリンズ型の熱交換器は、外
容器を構成する内筒と外筒との間に形成された環状空間
内に、この環状空間が1本の螺旋状の流路となるように
パイプを螺旋状に配置し、上記パイプ内に高圧ヘリウム
を通流させるとともに上記環状空間に形成された螺旋状
流路に低圧ヘリウムを通流させ、上記パイプの肇を介し
て両ヘリウム間で熱交換させるように構成されている。
These two types of heat exchangers are unsuitable for use in helium refrigeration and liquefaction machines, which require smaller size and lighter weight, for the following reasons: However, it was difficult to say that it was completely satisfactory. In other words, in a Collins-type heat exchanger, a pipe is installed in an annular space formed between an inner cylinder and an outer cylinder that constitute an outer container so that this annular space forms a single spiral flow path. Arranged in a spiral, high-pressure helium is passed through the pipe, and low-pressure helium is passed through the spiral flow path formed in the annular space, and heat is exchanged between the helium through the arm of the pipe. It is configured as follows.

このように構成されるコリンズ型の熱交換器はその外形
形状が円筒形である為複数の径の異なる熱交換器を同心
円状に配置することが可能であり、その結果として温度
レベルの低い熱交換器を中心部に配置させ、その外周の
熱交換器を熱シールド板として機能させることによって
その低温部熱交換器への熱侵入を最4・限に留め得る利
点があるとされている。然しながら、コリンズ型の熱交
換器は上述した環状空間内に1本の螺旋状の流路を形成
するためにパイプの外面と内筒および外筒の内面との間
に全く隙間が生じないように製作する必要があることか
らこのタイプの熱交換器は工作が非常に面倒となり、そ
の為に熱交換器それ自体が高価となってしまう欠点を有
している。これに対して、プレート・フィン型の熱交換
器は、波形状のフィンの設けられた平板状の隔壁板を複
数枚積属して構成されている。
Since the Collins-type heat exchanger configured in this way has a cylindrical external shape, it is possible to arrange multiple heat exchangers with different diameters concentrically, and as a result, heat exchangers with low temperature levels can be delivered. It is said that by arranging the exchanger in the center and having the heat exchanger on the outer periphery function as a heat shield plate, there is an advantage that heat intrusion into the low-temperature heat exchanger can be kept to a maximum of 4.5 times. However, in order to form a single spiral flow path within the annular space mentioned above, the Collins type heat exchanger is designed so that there is no gap between the outer surface of the pipe and the inner surfaces of the inner and outer cylinders. Since this type of heat exchanger needs to be manufactured, it is very complicated to work with, and therefore the heat exchanger itself has the disadvantage of being expensive. On the other hand, a plate-fin type heat exchanger is constructed by stacking a plurality of flat partition plates provided with corrugated fins.

この熱交換器は真空炉でフィンと隔壁板とを一体化して
ロウ付けする技術が進歩した為容易に製造することがで
き、その価格も安価なものとすることができる利点があ
る。然しながら、従来のプレート・フィン型熱交換器は
その外形が直方体形状であり、その内部が互に平行な隔
壁によって分けられ各空間内に波形のフィンが収納され
る構造であって、隔壁によって分けられた複数の空間即
ち、ヘリウム流通路に交互に高圧ヘリウム及び低圧ヘリ
ウムが流通する構成であった。従って、コリンズ型のよ
うに低温部のヘリウム流通路を熱的に外部から確実に隔
離する構造ではなく、また外形が直方体である為通常円
柱状の外形を有するヘリウム冷凍機の真空槽内にこのプ
レート・フィン型の熱交換器を収納すると不要なスペー
スが生じてしまう欠点があった。上述した以外にも、コ
リンズ型及びプレート・フィン型の熱交換器は種々の利
点並びに欠点を有するがいずれの利点をも備えた熱交換
器は現在のところ出現せず、提案されていなかった。
This heat exchanger has the advantage that it can be easily manufactured because the technology of integrating and brazing the fins and the partition plate in a vacuum furnace has advanced, and the price can be made low. However, the conventional plate-fin type heat exchanger has a rectangular parallelepiped external shape, and has a structure in which the inside is divided by parallel partition walls and corrugated fins are housed in each space. The configuration was such that high-pressure helium and low-pressure helium alternately flowed through a plurality of spaces, that is, helium flow passages. Therefore, unlike the Collins type, it does not have a structure that reliably isolates the helium flow path in the low-temperature part from the outside. Storing a plate-fin type heat exchanger had the disadvantage of creating unnecessary space. In addition to the above-mentioned heat exchangers, the Collins type and plate-fin type heat exchangers have various advantages and disadvantages, but a heat exchanger having both of these advantages has not yet appeared or been proposed.

この発明は上記したような事情に鑑みなされたものであ
って、コリンズ型並びにプレート・フィン型の両熱交換
器の長所を有する小型軽量なヘリウム冷凍機用熱交換器
を提供するにある。
The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and it is an object of the present invention to provide a small and lightweight heat exchanger for a helium refrigerator that has the advantages of both Collins type and plate fin type heat exchangers.

また、この発明は熱交換器の小型軽量化を達成すること
によってヘリウム冷凍機の真空槽をコンパクトにし、冷
凍機全体の容積、重量を小さくすることにある。以下図
面を参照しながらこの発明の熱交換器の実施例を説明す
る。
Another object of the present invention is to make the vacuum chamber of a helium refrigerator more compact by reducing the size and weight of the heat exchanger, thereby reducing the volume and weight of the entire refrigerator. Embodiments of the heat exchanger of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの発明の−実施例に係る熱交換器を組み合せ
て示すものである。
FIG. 1 shows a combination of heat exchangers according to an embodiment of the present invention.

図に示すようにこの発明の熱交換器2,4はその外形形
状が所定の厚みを有する円筒状の筒方向の一部を取り出
した形状に形成されている。即ち、この熱交換器2,4
は1対の同○円孤状のサイド・プレート8,10を互に
対向して配魔し、そのサイド・プレート8,10の間の
空間は、やはり同D円弧状のアルミニウム製の隔壁12
で分け、その空間の関口部を円孤状の上部バー14及び
下部バー16によって塞いで構成されている。図示の例
にあっては、熱交換器2,4内は1つの隔壁12によっ
て2つの空間20,22に分けているが更に多数の隔壁
12によってより多くの空間に分けて良いことは明らか
である。また、図面中説明の便宜の為熱交換器2の周方
向の両端部、つまり図中6,18で示す端面部に接続さ
れて前記2つの空間に異なる圧力のヘリウムを流通させ
るへッダ−が省略されている。前記2つの空間20,2
2内には波形状のアルミニウム・プレート・フイン24
,26が配置され、更に細な空間艮0ちヘリウムの流通
路が形成されている。図示の例にあっては、外方の空間
20が高圧ヘリウムの流通路であり、内方の空間22が
低圧ヘリウムの流通路であって、両ヘリウム冷媒は円孤
状に流通する。図示しない他の実施例として、波形状の
フィンの配贋を変えてへりウム冷媒が円孤状に流通せず
下部バーから上部バーに向って或はその逆に略円筒状の
熱交換器の軸に沿って流れても良い。また、高圧ヘリウ
ムと低圧ヘリウムの流通する方向が互に異なるように構
成しても良い。第2図に示す熱交換器28,30は第1
図に示した熱交換器2を2つに分割したものであって、
両熱交換器28,30を組み合わせることによって略円
筒形状となるものである。
As shown in the figure, the heat exchangers 2 and 4 of the present invention have an outer shape in which a portion of a cylindrical shape having a predetermined thickness is taken out. That is, these heat exchangers 2 and 4
A pair of side plates 8, 10 having the same circular arc shape are arranged to face each other, and the space between the side plates 8, 10 is formed by an aluminum partition wall 12 also having the same circular arc shape.
The opening of the space is closed by an arc-shaped upper bar 14 and a lower bar 16. In the illustrated example, the interior of the heat exchangers 2 and 4 is divided into two spaces 20 and 22 by one partition wall 12, but it is clear that the interior of the heat exchangers 2 and 4 may be divided into more spaces by a larger number of partition walls 12. be. Also, for convenience of explanation in the drawings, headers are connected to both ends of the heat exchanger 2 in the circumferential direction, that is, end faces indicated by 6 and 18 in the drawings, and allow helium at different pressures to flow into the two spaces. is omitted. Said two spaces 20,2
Inside the 2 is a wavy aluminum plate fin 24.
, 26 are arranged to form a narrower space and a helium flow path. In the illustrated example, the outer space 20 is a high-pressure helium flow path, the inner space 22 is a low-pressure helium flow path, and both helium refrigerants flow in an arc shape. In another embodiment (not shown), the arrangement of the wave-shaped fins may be changed so that the helium refrigerant does not flow in a circular arc shape, but instead flows from the lower bar to the upper bar, or vice versa, in a substantially cylindrical heat exchanger. It may flow along the axis. Alternatively, the high-pressure helium and low-pressure helium may be configured to flow in different directions. The heat exchangers 28, 30 shown in FIG.
The heat exchanger 2 shown in the figure is divided into two parts,
By combining both heat exchangers 28 and 30, it becomes a substantially cylindrical shape.

各熱交換器28,30の構造は既に述べた熱交換器24
と同様であって同一箇所は同一符号が付されている。上
託したように、この発明に係る熱交換器は、製作の容易
なプレート・フィン型で、しかも熱交換器本体の外形形
状が所定の厚みを有する円筒体の周方向の一部を取出し
た形状に形成されている為多数の熱交換器を同じ円状に
配列することができ、ヘリウム冷凍機の円筒状真空槽内
に配置した際に不用なスペースが生ぜず、また内方に配
列した熱交換器を低温用とする際には外方に配列した熱
交換器が熱シールドとして機能し、低温部の熱交換器へ
の熱侵入を防止することができる。以上のように、この
発明によれば熱交換効率の優れた小型軽量のヘリウム冷
凍機用熱交換器が提供される。
The structure of each heat exchanger 28, 30 is the same as that of the heat exchanger 24 already described.
The same parts are given the same reference numerals. As previously mentioned, the heat exchanger according to the present invention is a plate-fin type that is easy to manufacture, and the external shape of the heat exchanger body is a part of the circumferential direction of a cylindrical body having a predetermined thickness. Because of the shape, many heat exchangers can be arranged in the same circular shape, and when placed in the cylindrical vacuum chamber of a helium refrigerator, unnecessary space is not created, and it is possible to arrange them inward. When the heat exchanger is used for low-temperature use, the heat exchangers arranged outward function as a heat shield and can prevent heat from entering the heat exchanger in the low-temperature section. As described above, according to the present invention, a small and lightweight heat exchanger for a helium refrigerator with excellent heat exchange efficiency is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明の熱交換器の一実施例を概略的に示
す斜視図である。 第2図はこの発明の他の実施例を概略的に示す斜視図で
ある。2,4・・・・・・熱交換器、6…・・・側部、
8,10・・・…サイド・プレート、12……隔壁、1
4,16,18……バー、20,22……空間、24,
26・・・・・・プレート・フィン、28,30・・・
・・・熱交換器。 券1図 髪Z鼠
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of the heat exchanger of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing another embodiment of the invention. 2, 4... Heat exchanger, 6... Side part,
8, 10... Side plate, 12... Bulkhead, 1
4,16,18...bar, 20,22...space, 24,
26...Plate fin, 28,30...
···Heat exchanger. Ticket 1 picture hair Z mouse

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 熱交換器本体の外形形状が所定の厚みを有する円筒
体の周方向の一部を取り出した形状に形成されるともに
上記熱交換器本体内に上記外面形状に近似した第1のヘ
リウム流路と第2のヘリウム流路とが熱伝導の良い隔壁
を介して形成され、かつ上記第1および第2のヘリウム
流路内に波形状のフインがそれぞれ配置されてなること
を特徴とするヘリウム冷凍機用熱交換器。
1 The external shape of the heat exchanger main body is formed in a shape obtained by taking out a part of the circumferential direction of a cylindrical body having a predetermined thickness, and a first helium flow path is provided in the heat exchanger main body that approximates the external shape. and a second helium flow path are formed through a partition wall with good thermal conductivity, and wave-shaped fins are respectively arranged in the first and second helium flow paths. Machine heat exchanger.
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