JPH02279304A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents
熱交換器の製造方法Info
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- JPH02279304A JPH02279304A JP1102362A JP10236289A JPH02279304A JP H02279304 A JPH02279304 A JP H02279304A JP 1102362 A JP1102362 A JP 1102362A JP 10236289 A JP10236289 A JP 10236289A JP H02279304 A JPH02279304 A JP H02279304A
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- heat exchanger
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
(産業上の利用分野)
この発明は、一方の流体と他方の流体との間で熱交換を
行うのに用いられる熱交換器を製造するのに利用される
熱交換器の製造方法に関するものである。 (従来の技術) 従来、一方の流体と他方の流体との間で熱交換を行うの
に用いられる熱交換器としては、管形のもの、プレート
形のもの、拡大伝熱面を有するもの、蓄熱式のものなど
、各種の構造を有するものがあり、それらの材質として
は、入手しやすく加工性が良好である鋼や、熱伝導性が
良好であると共に加工性も良好である銅および銅合金や
、銅に続いて熱伝導性が良好であると共に軽量で加工性
が良好であるアルミニウムおよびアルミニウム合金など
が使用されており、特殊な用途では、チタン、モネル、
ニッケル、ガラス、樹脂などが用いられていた。なお、
この種の熱交換器に関しては、「機械工学便覧」 昭和
63年5月15日 新版2刷 社団法人 日本機械学会
発行の第B8−1頁〜第B8−24頁に詳細な記載があ
る。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の熱交換器にあっては、
耐熱性や耐食性が十分でなかったり、強度が不十分であ
ったり、重量の大きいものであったりし、とくに宇宙航
空機器のエンジン部分におけるような温度が1700℃
以上にも及ぶ環境下において使用される熱交換器には適
していないという課題があった。 (発明の目的) この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、耐熱性および耐食性に優れている共に強度お
よび熱伝導性にも十分優れており、しかも軽量なものと
なっていて、とくに宇宙航空機器のエンジン部分におけ
るような高温度の環境下においても使用することが可能
である熱交換器を提供することを目的としている。
行うのに用いられる熱交換器を製造するのに利用される
熱交換器の製造方法に関するものである。 (従来の技術) 従来、一方の流体と他方の流体との間で熱交換を行うの
に用いられる熱交換器としては、管形のもの、プレート
形のもの、拡大伝熱面を有するもの、蓄熱式のものなど
、各種の構造を有するものがあり、それらの材質として
は、入手しやすく加工性が良好である鋼や、熱伝導性が
良好であると共に加工性も良好である銅および銅合金や
、銅に続いて熱伝導性が良好であると共に軽量で加工性
が良好であるアルミニウムおよびアルミニウム合金など
が使用されており、特殊な用途では、チタン、モネル、
ニッケル、ガラス、樹脂などが用いられていた。なお、
この種の熱交換器に関しては、「機械工学便覧」 昭和
63年5月15日 新版2刷 社団法人 日本機械学会
発行の第B8−1頁〜第B8−24頁に詳細な記載があ
る。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の熱交換器にあっては、
耐熱性や耐食性が十分でなかったり、強度が不十分であ
ったり、重量の大きいものであったりし、とくに宇宙航
空機器のエンジン部分におけるような温度が1700℃
以上にも及ぶ環境下において使用される熱交換器には適
していないという課題があった。 (発明の目的) この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、耐熱性および耐食性に優れている共に強度お
よび熱伝導性にも十分優れており、しかも軽量なものと
なっていて、とくに宇宙航空機器のエンジン部分におけ
るような高温度の環境下においても使用することが可能
である熱交換器を提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段)
この発明に係る熱交換器の製造方法は、筒状隔壁とらせ
ん状隔壁とで形成された流体通路を有する熱交換器を製
造するに際し、前記流体通路を形成するためらせん状に
配設した中子の前記筒状隔壁およびらせん状隔壁を形成
する面側に、炭素繊維(布状となっているものを含む、
)に樹脂を含浸させたプリプレグを積層した状態とし、
前記中子を加圧した際の当該中子の変形により、前記筒
状隔壁を形成する積層状プリプレグを前記中子と成形治
具との間で加圧すると共に前記らせん状隔壁を形成する
積層状プリプレグを前記中子と中子との間で加圧しつつ
加熱して前記樹脂を硬化させ、次いで炭化・黒鉛化処理
を行って炭素/炭素繊維複合材(C/C材)よりなる筒
状隔壁およびらせん状隔壁を形成し、前記加熱ないしは
炭化・黒鉛化処理時に前記中子を溶融ないしは焼失させ
て流体通路を形成する構成としたことを特徴としており
、このような熱交換器の製造方法の構成を前述した従来
の課題を解決するための手段としている。 この発明において使用される炭素繊維は、とくに限定さ
れないが1例えば、PAN系のものが用いられ、いわゆ
る繊維状をなすもののほか布状(織布、不織布によるク
ロス状)をなすものなどが用いられる。 また、前記炭素繊維に含浸されてプリプレグを構成する
樹脂においてもとくに限定はされないが1例えば、炭化
−黒鉛化処理後の炭素残存率の大きいフェノール樹脂が
用いられる。 さらに、このようなプリプレグが表面の全部ないしは一
部に積層される中子においても特に限定はされないが、
例えば、シートワックスを適宜厚さで積層させたものや
発泡ゴムにより成形したものなどを用いることができる
。そして、この中子において、シートワックスを素材と
する場合には加圧・加熱処理時に溶融除去され、発泡ゴ
ムを素材とする場合には炭化◆黒鉛化処理時に焼失除去
される。 そして、前者のシートワックスを用いた場合には、加圧
方向と直交する方向の力を積層状プリプレグに対して与
える作用が発泡ゴムを用いた場合に比べて小さいが、加
熱による溶融除去は著しく良好に行われる。そして、加
圧方向と直交する方向にもより大きな加圧力を加えたい
ような場合には後者の発泡ゴムを用いてこれら発泡ゴム
の弾性変形を利用して例えば一方向から全部の積層状プ
リプレグに対してより大きな加圧力が付与されるように
することも必要に応じて望ましい。 そしてさらに、必要に応じては、前記炭素/炭素#a維
複合材よりなる隔壁の表面には酸化物や高融点金属など
の層を設ける耐酸化処理を施しておくことも必要に応じ
て望ましい。 (発明の作用) この発明に係る熱交換器の製造方法は、前述した構成を
有するも゛のであるから、軽量で高強度であってしかも
耐熱性および耐食性ならびに熱伝導性に優れた炭素/炭
素m維複合材よりなる隔壁によって流体通路が形成され
ている熱交換器が製造されることとなり、耐熱性および
耐食性に優れていると共に強度および熱伝導性にも十分
優れており、しかも軽量なものとなっていて、とくに宇
宙航空機器のエンジン部分におけるような高温度の環境
下での使用においても十 分に酎えうるものになっているという作用がもたらされ
る。 (実施例) 友ム亘」 第1図はこの発明の実施例1において製造された熱交換
器を示し、この熱交換器1は、炭素/炭素繊維複合材(
C/C材)よりなる隔壁2(外側筒状隔壁2a、内側筒
状隔壁2b、らせん状隔壁2c)を有していると共に、
前記隔p2(2a。 2b、2c)によって形成されたらせん状の流体通路3
を有し、内側γ、状隔隔壁bによってもストレート状の
流体通路4が形成されている構造を有するものである。 このような構造を有する熱交換器1は、第2図に示すよ
うなより大型の熱交換器1(la)、中型の熱交換器1
(lb)およびより小型の熱交換器1(lc)に形成し
て同心状に組み合わせて使用され、液体水素貯蔵容器6
から液体水素供給配管7を通ってらせん状の流体通路3
内に液体水素が供給され、内側筒状隔壁2bおよび外側
筒状隔壁2aで形成された流体通路4内を矢印A方向に
流れる燃焼ガス(約1700℃)の熱を受けて前記液体
水素が流体通路3内を通過する間にガス化し、この水素
ガスは水素ガス供給配管8内を矢印B方向に通過して燃
焼室9内に送り込まれ、矢印C方向に入り込む大気中の
酸素と反応して燃焼することにより生じた燃焼ガスはタ
ービンブレードTBの回転によって矢印り方向に流れて
熱交換器1の流体通路4内に入り、熱交換器1の流体通
路4内を矢印A方向に流れて前記したごとく液体水素に
熱を与えてこれを水素ガスとする動作を連続して行うジ
ェットエンジンとして作動する。 次に、このような構造を有する熱交換器1を製造する順
序を第3図(L)〜(f)および第4図にしたがって説
明する。 第3図(a)は成形治具を示しており、この成形治具1
0は、筒状成形治具11と、この筒状成形治具11の上
端部において固定した上部リング状成形治具12と、こ
の筒状成形治具11の下端部において軸方向に摺動可能
に設けた下部リング状成形治具13からなっている。 次に、第3図(b−2)に示すように、発泡シリコンゴ
ムよりなる中子15の外側に、炭素繊維のクロス(第4
図の工程101)に樹脂としてフェノール樹脂(第4図
の工程102)を含浸させたプリプレグ16(第4図の
工程103)を適当な寸法にカット(第4図の工程10
4)l、て巻き付けることにより、このプリプレグ16
を積層(第4図の工程105)したプリプレグ積層棒状
体17を用意する。 そして、第3図(b−i)に示すように(ただし下部リ
ング状成形治具13を取り外した状態にして〕筒状成形
治具11の内周側に、炭素繊維のクロスにフェノール樹
脂を含浸させたプリプレグ18を積層(第4図の工程1
05)したのち前記第3図(b−2)に示したプリプレ
グ積層杯状体17をらせん状に配設し1次いで第3図(
b−1)に示すように下部リング状成形治具13を装着
して図示矢印E方向に圧縮することによってプリプレグ
16.18の積層(第4図の工程105)を行う。 この圧縮によって発泡シリコンゴムよりなる中子15は
中心方向にふくらんだ状態となり(第3図(C)参照)
、この状態で第3図(C)に示すように、らせん状に配
設したプリプレグ積層棒状体17の内周側に、炭素繊維
のクロスにフェノール樹脂を含浸させたプリプレグ19
を積層(第4図の工程105)する。 次いで、第3図(d)に示すように、プリプレグ19に
ブリーダクロス20を被せると共にさらにポリアミド樹
脂フィルムよりなる可撓性の成形治具21を被せ、この
ポリアミド樹脂フィルムよりなる成形治具21の端部に
シーリングコンパウンド22.23を設けてシールする
ことにより、プリプレグ16.18.19に対するバッ
キング(第4図の工程106)を行う。 続いて、第3図(e)に示すように、加圧舎加熱処理(
キュア処理(第4図の工程107))を行う、この加圧
・加熱処理は、ポリアミド樹脂フィルムよりなる可撓性
の成形治具21で囲まれた内部を真空に引きながら行い
、このときに加わる圧力は数十kgf/cm2 (例え
ば、20〜70kgf/cm2)程度として、150〜
160℃で数時間(例えば、2〜5時間)加熱すること
により行う、この加圧・加熱処理時においては、第3図
(e)の矢印方向に中心側から成形治具11側に向けて
圧力が加えられるので、第3図(d)に示したように中
心に向けて突出状となっていた中子15が押し込まれて
弾性変形することにより積層状プリプレグ16,18.
19が中子15と成形治具11,21との間で加圧され
た状態となると同時に前記中子15の弾性変形によって
当該中子15とこれに隣接する別の中子15および成形
治具12,13との間にある積層状プリプレグ16も加
圧された状態となり、この状態で加熱されることにより
フェノール樹脂が硬化するので、隔壁形状の良好な炭素
繊維含有樹脂成形体が得られる。なお、この加圧・加熱
処理時にしみ出したフェノール樹脂はブリーダクロス2
0に含ませるようにする。 この加圧・・加熱処理が終了したあと離型(第4図の工
程10B)して第3図(f)に示す状態とし、これに炭
化(第4図の工程109)・黒鉛化(第4図の工程11
0)処理を行うことによって、炭素/炭素m維複合材よ
りなる隔壁2(2a、2b、2c)を形成すると共に前
記中子15が焼失して除去された流体通路3を得るよう
にする。 この炭化・黒鉛化処理においては、ピッチ含浸(第4図
の工程111)、炭化(第4図の工程112)および黒
鉛化(第4図の工程113)を数回繰り返して行い1目
標の密度となるまで高めていくようにし、最終工程は黒
鉛化(第4図の工程113)で終るようにしている。こ
の場合、炭化(第4図の工程109,112)は、例え
ば600〜800℃位で焼成して樹脂(ピッチ)を炭素
化させる。このとき、例えばN2ガス等の不活性ガス雰
囲気中で3〜4日程度かけて昇温、保持および炉冷を行
う、また、黒鉛化(第4図の工程110 、113)は
、2300〜2600℃位で焼成し、マトリックス層を
黒鉛化させる。このとき、例えばN2ガス等の不活性ガ
ス雰囲気中で6〜7日程度かけて昇温、保持および炉冷
を行う、さらに、ピッチ含浸(第4図の工程111)は
、ピッチが液体になる温度(約300℃)で圧力を数K
gf/cm’程度加えてピッチ含浸を行う。 このようにして、炭化・黒鉛化処理を終了することによ
って、第3図(f)に示したように、炭素/炭素mfa
複合材よりなる隔壁2(外側筒状隔壁2a、内側筒状隔
壁2bおよびらせん状隔壁2c)が形成されていると共
に前記炭化・黒鉛化処理時に中子15が焼失して除去さ
れることにより形成されたらせん状の流体通路3を有す
る熱交換器1を得る。 なお、この実施例1においては、中子15として発泡シ
リコンゴムよりなるものを用いて一体型の熱交換器1を
製造する場合について示したが、中子15としてシート
ワックスよりなるものを用いても一体型の熱交換器1を
製造することができる。そして、シートワックスは加圧
・加熱処理(キュア処理)時に溶出(例えば、溶融温度
150℃)してらせん状の流体通路3が形成され、その
状態で炭化・黒鉛化処理がなされることとなる。 この場合、シートワックスよりなる中子15では、発泡
シリコンゴムはどの大きな弾性変形はしないが、発泡シ
リコンゴムでは炭化拳黒鉛化処理時における焼失の際に
若干の燃焼残渣が生じる可能性があるのに対して、シー
トワックスでは加圧管加熱処理時においてほとんど溶出
するものとなる。 実施例2 $5図はこの発明の実施例2において製造された熱交換
器を示し、第5図(C)に示す熱交換器31は、第5図
(a)に示すように、炭素/炭素繊維複合材よりなる隔
壁32(外側筒状隔壁32a、らせん状隔壁32c)を
有している外側熱交換器構成体35と、第5図(b)に
示すように、炭素/炭素繊維複合材よりなる隔壁32(
内側筒状隔壁32b、らせん状隔壁32d)を有してい
る内側熱交換器構成体36とを相互にねじ込むようにし
て組み合わせることによって、第5図(C)に示すよう
に、前記隔壁32(32a。 32b 、32c 、32d)によって形成されたらせ
ん状の流体通路33を有し、内側筒状隔壁32bによっ
てもストレート状の流体通路34が形成されている構造
を有するものである。 このような構造を有する熱交換器31においても、第2
図に例示したような例えば三種類の大きさの熱交換器と
してこれらを同心状に組み合わせて用いられる。 次に、このような構造を有する熱交換器31を製造する
要領を第6図に従って説明する。 第6図(a−1)は外側熱交換器構成体35の成形治具
を示しており、この成形治具40は、筒状成形治具41
と、この筒状成形治具41の上端部において固定した上
部リング状成形治具42と、この筒状成形治具41の下
端部において軸方向に摺動可能に設けた下部リング状成
形治具43からなっている。 そして、製造に際しては、発泡シリコンゴムよりなる中
子45の三面側に、炭素m!lのクロス(第4図の工程
101)に樹脂としてフェノール樹脂(第4図の工程1
02)を含浸させたプリプレグ46(第4図の工程10
3)を適当な寸法にカット(第4図の工程104)L、
て巻き付けることにより、このプリプレグ46を積層(
第4図の工程105)したプリプレグ積層棒状体47を
用意する。 そして、第6図(a−1)に示すように(ただし下部リ
ング状成形治具43を取り外した状態にして)筒状成形
治具41の内周側に、炭素amのクロスにフェノール樹
脂を含浸させたプリプレグ48を積層(第4図の工程1
05)したのち、前記プリプレグ積層棒状体47をプリ
プレグ46を積層していない面を内側にしてらせん状に
配設し、下部リング状成形治具43を装着して第6図(
a−1)の上方向に圧縮することによってプリプレグ4
6.48の積層(第4図の工程105)を行う。 次いで、第6図(a−1) (a−2)に示すように
、らせん状に配設したプリプレグ積層棒状体47の内周
側にブリーダクロス50を被せると共にさらにポリアミ
ド樹脂フィルムよりなる可撓性の成形治具51を被せ、
ポリアミド樹脂フィルムよりなる成形治具51の端部に
シーリングコンパウンド52.53を設けてシールする
ことにより、プリプレグ46.48に対するバッキング
(第4図の工程106)を行う。 続いて、加圧轡加熱処理(キュア処理)を行い、この際
、加圧嘩加熱処理中はポリアミド樹脂フィルムよりなる
成形治具51で囲まれた内部を真空に引きながら行い、
加圧された際の中子45の弾性変形によって、中子45
と成形治具41゜51との間で積層状プリプレグ46.
48を加圧すると同時に中子45とこれに隣接する中子
45および成形治具42,43との間で積層状プリプレ
グ46を加圧し、この加圧によってプリプレグ46.4
8よりしみ出したフェノール樹脂はブリーダクロス50
に含ませるようにする。 この加圧・加熱処理が終了したあと、炭化会黒鉛化処理
を行うことによって、炭素/炭素m維複合材よりなる隔
壁32 (32a 、 32 c)を形成すると共に前
記中子45が焼失して除去されたらせん状四部を有する
外側熱交換器構成体35を得る。 第6図(b−1)は内側熱交換器構成体36の成形治具
を示しており、この成形治具60は、筒状成形治具61
と、この筒状成形治具61の上端部において固定した上
部リング状成形治具62と、この筒状成形治具61の下
端部において軸方向に摺動可能に設けた下部リング状成
形治具63かもなっている。 そして、製造に際しては、発泡シリコンゴムよりなる中
子65の三面側に、炭素M&雄のクロス(第4図の工程
101)に樹脂としてフェノール樹脂(第4図の工程1
02)を含浸させたプリプレグ66を巻き付けることに
より、このプリプレグ66を積層したプリプレグ積層棒
状体67を用意する。 そして、下部リング状成形治具63を取り外した状態に
して、筒状成形治具61の外周側に、炭素繊維のクロス
にフェノール樹脂を含浸させたプリプレグ68を積層し
たのち、プリプレグ積層棒状体67をプリプレグ66を
積層していない面を外側にしてらせん状に配設し、下部
リング状成形治具63を装着して第6図(b−i)の上
方向に圧縮することによってプリプレグ66.68の積
層を行う。 次いで、第6図(b−1)(b−2)に示すように、ら
せん状に配設したプリプレグ積層棒状体67の外周側に
ブリーダクロス70を被せると共にさらにポリアミド樹
脂フィルムよりなる可撓性の成形治具71を被せ、ポリ
アミド樹脂フィルム71の端部にシーリングコンパウン
ド72゜73を設けてシールすることにより、プリプレ
グ66.68に対するバッキング(第4図の工程106
)を行う。 続いて、加圧#熱圧処理(キュア処理)を行い、この際
、加圧番別熱処理中はポリアミド樹脂フィルム(71)
で囲まれた内部を真空に引きながら行い、加圧された際
の中子65の弾性変形によって、中子65と成形治具6
1,71との間で積層状プリプレグ66.68を加圧す
ると同時に中子65とこれに隣接する中子65および成
形治具62.63との間で積層状プリプレグ66を加圧
し、この加圧によってプリプレグ66.68よりしみ出
したフェノール樹脂はブリーダクロス70に含ませるよ
うにする。 この加圧・加熱処理が終了したあと、炭化・黒鉛化処理
を行うことによって、炭素/炭素繊維複合材よりなる隔
壁32 (32b 、 32 d)を形成すると共に前
記中子65が焼失して除去されたらせん状四部を有する
内側熱交換器構成体36を得る。 次に、このようにして得た外側熱交換器構成体35と内
側熱交換器構成体36とをねじ方向にかみ合わせること
によって2第5図(c)に示すように、炭素/炭素繊維
複合材よりなる隔壁32(外側筒状隔壁32a、内側筒
状隔壁32bおよびらせん状隔壁32c、32d)が形
成されていると共に前記炭化e黒鉛化処理時に中子45
゜65が焼失して除去されることにより形成されたらせ
ん状の流体通路33を有する熱交換器31を得る。 なお、この実施例2においては、中子45゜65として
発泡シリコンゴムよりなるものを用いて分割構成型の熱
交換器31を製造する場合について示したが、中子45
.65としてシートワックスよりなるものを用いても分
割構成型の熱交換器31を製造することができる。そし
て、シートワックスは加熱・加圧処理(キュア処理)時
に溶出してらせん状の四部が形成され、その状態で炭化
−黒鉛化処理がなされることとなる。 この場合、シートワックスよりなる中子4565では、
発泡シリコンゴムはどの大きな弾性変形はしないが、前
述したように加圧・加熱処理時における溶出が良好にな
される。
ん状隔壁とで形成された流体通路を有する熱交換器を製
造するに際し、前記流体通路を形成するためらせん状に
配設した中子の前記筒状隔壁およびらせん状隔壁を形成
する面側に、炭素繊維(布状となっているものを含む、
)に樹脂を含浸させたプリプレグを積層した状態とし、
前記中子を加圧した際の当該中子の変形により、前記筒
状隔壁を形成する積層状プリプレグを前記中子と成形治
具との間で加圧すると共に前記らせん状隔壁を形成する
積層状プリプレグを前記中子と中子との間で加圧しつつ
加熱して前記樹脂を硬化させ、次いで炭化・黒鉛化処理
を行って炭素/炭素繊維複合材(C/C材)よりなる筒
状隔壁およびらせん状隔壁を形成し、前記加熱ないしは
炭化・黒鉛化処理時に前記中子を溶融ないしは焼失させ
て流体通路を形成する構成としたことを特徴としており
、このような熱交換器の製造方法の構成を前述した従来
の課題を解決するための手段としている。 この発明において使用される炭素繊維は、とくに限定さ
れないが1例えば、PAN系のものが用いられ、いわゆ
る繊維状をなすもののほか布状(織布、不織布によるク
ロス状)をなすものなどが用いられる。 また、前記炭素繊維に含浸されてプリプレグを構成する
樹脂においてもとくに限定はされないが1例えば、炭化
−黒鉛化処理後の炭素残存率の大きいフェノール樹脂が
用いられる。 さらに、このようなプリプレグが表面の全部ないしは一
部に積層される中子においても特に限定はされないが、
例えば、シートワックスを適宜厚さで積層させたものや
発泡ゴムにより成形したものなどを用いることができる
。そして、この中子において、シートワックスを素材と
する場合には加圧・加熱処理時に溶融除去され、発泡ゴ
ムを素材とする場合には炭化◆黒鉛化処理時に焼失除去
される。 そして、前者のシートワックスを用いた場合には、加圧
方向と直交する方向の力を積層状プリプレグに対して与
える作用が発泡ゴムを用いた場合に比べて小さいが、加
熱による溶融除去は著しく良好に行われる。そして、加
圧方向と直交する方向にもより大きな加圧力を加えたい
ような場合には後者の発泡ゴムを用いてこれら発泡ゴム
の弾性変形を利用して例えば一方向から全部の積層状プ
リプレグに対してより大きな加圧力が付与されるように
することも必要に応じて望ましい。 そしてさらに、必要に応じては、前記炭素/炭素#a維
複合材よりなる隔壁の表面には酸化物や高融点金属など
の層を設ける耐酸化処理を施しておくことも必要に応じ
て望ましい。 (発明の作用) この発明に係る熱交換器の製造方法は、前述した構成を
有するも゛のであるから、軽量で高強度であってしかも
耐熱性および耐食性ならびに熱伝導性に優れた炭素/炭
素m維複合材よりなる隔壁によって流体通路が形成され
ている熱交換器が製造されることとなり、耐熱性および
耐食性に優れていると共に強度および熱伝導性にも十分
優れており、しかも軽量なものとなっていて、とくに宇
宙航空機器のエンジン部分におけるような高温度の環境
下での使用においても十 分に酎えうるものになっているという作用がもたらされ
る。 (実施例) 友ム亘」 第1図はこの発明の実施例1において製造された熱交換
器を示し、この熱交換器1は、炭素/炭素繊維複合材(
C/C材)よりなる隔壁2(外側筒状隔壁2a、内側筒
状隔壁2b、らせん状隔壁2c)を有していると共に、
前記隔p2(2a。 2b、2c)によって形成されたらせん状の流体通路3
を有し、内側γ、状隔隔壁bによってもストレート状の
流体通路4が形成されている構造を有するものである。 このような構造を有する熱交換器1は、第2図に示すよ
うなより大型の熱交換器1(la)、中型の熱交換器1
(lb)およびより小型の熱交換器1(lc)に形成し
て同心状に組み合わせて使用され、液体水素貯蔵容器6
から液体水素供給配管7を通ってらせん状の流体通路3
内に液体水素が供給され、内側筒状隔壁2bおよび外側
筒状隔壁2aで形成された流体通路4内を矢印A方向に
流れる燃焼ガス(約1700℃)の熱を受けて前記液体
水素が流体通路3内を通過する間にガス化し、この水素
ガスは水素ガス供給配管8内を矢印B方向に通過して燃
焼室9内に送り込まれ、矢印C方向に入り込む大気中の
酸素と反応して燃焼することにより生じた燃焼ガスはタ
ービンブレードTBの回転によって矢印り方向に流れて
熱交換器1の流体通路4内に入り、熱交換器1の流体通
路4内を矢印A方向に流れて前記したごとく液体水素に
熱を与えてこれを水素ガスとする動作を連続して行うジ
ェットエンジンとして作動する。 次に、このような構造を有する熱交換器1を製造する順
序を第3図(L)〜(f)および第4図にしたがって説
明する。 第3図(a)は成形治具を示しており、この成形治具1
0は、筒状成形治具11と、この筒状成形治具11の上
端部において固定した上部リング状成形治具12と、こ
の筒状成形治具11の下端部において軸方向に摺動可能
に設けた下部リング状成形治具13からなっている。 次に、第3図(b−2)に示すように、発泡シリコンゴ
ムよりなる中子15の外側に、炭素繊維のクロス(第4
図の工程101)に樹脂としてフェノール樹脂(第4図
の工程102)を含浸させたプリプレグ16(第4図の
工程103)を適当な寸法にカット(第4図の工程10
4)l、て巻き付けることにより、このプリプレグ16
を積層(第4図の工程105)したプリプレグ積層棒状
体17を用意する。 そして、第3図(b−i)に示すように(ただし下部リ
ング状成形治具13を取り外した状態にして〕筒状成形
治具11の内周側に、炭素繊維のクロスにフェノール樹
脂を含浸させたプリプレグ18を積層(第4図の工程1
05)したのち前記第3図(b−2)に示したプリプレ
グ積層杯状体17をらせん状に配設し1次いで第3図(
b−1)に示すように下部リング状成形治具13を装着
して図示矢印E方向に圧縮することによってプリプレグ
16.18の積層(第4図の工程105)を行う。 この圧縮によって発泡シリコンゴムよりなる中子15は
中心方向にふくらんだ状態となり(第3図(C)参照)
、この状態で第3図(C)に示すように、らせん状に配
設したプリプレグ積層棒状体17の内周側に、炭素繊維
のクロスにフェノール樹脂を含浸させたプリプレグ19
を積層(第4図の工程105)する。 次いで、第3図(d)に示すように、プリプレグ19に
ブリーダクロス20を被せると共にさらにポリアミド樹
脂フィルムよりなる可撓性の成形治具21を被せ、この
ポリアミド樹脂フィルムよりなる成形治具21の端部に
シーリングコンパウンド22.23を設けてシールする
ことにより、プリプレグ16.18.19に対するバッ
キング(第4図の工程106)を行う。 続いて、第3図(e)に示すように、加圧舎加熱処理(
キュア処理(第4図の工程107))を行う、この加圧
・加熱処理は、ポリアミド樹脂フィルムよりなる可撓性
の成形治具21で囲まれた内部を真空に引きながら行い
、このときに加わる圧力は数十kgf/cm2 (例え
ば、20〜70kgf/cm2)程度として、150〜
160℃で数時間(例えば、2〜5時間)加熱すること
により行う、この加圧・加熱処理時においては、第3図
(e)の矢印方向に中心側から成形治具11側に向けて
圧力が加えられるので、第3図(d)に示したように中
心に向けて突出状となっていた中子15が押し込まれて
弾性変形することにより積層状プリプレグ16,18.
19が中子15と成形治具11,21との間で加圧され
た状態となると同時に前記中子15の弾性変形によって
当該中子15とこれに隣接する別の中子15および成形
治具12,13との間にある積層状プリプレグ16も加
圧された状態となり、この状態で加熱されることにより
フェノール樹脂が硬化するので、隔壁形状の良好な炭素
繊維含有樹脂成形体が得られる。なお、この加圧・加熱
処理時にしみ出したフェノール樹脂はブリーダクロス2
0に含ませるようにする。 この加圧・・加熱処理が終了したあと離型(第4図の工
程10B)して第3図(f)に示す状態とし、これに炭
化(第4図の工程109)・黒鉛化(第4図の工程11
0)処理を行うことによって、炭素/炭素m維複合材よ
りなる隔壁2(2a、2b、2c)を形成すると共に前
記中子15が焼失して除去された流体通路3を得るよう
にする。 この炭化・黒鉛化処理においては、ピッチ含浸(第4図
の工程111)、炭化(第4図の工程112)および黒
鉛化(第4図の工程113)を数回繰り返して行い1目
標の密度となるまで高めていくようにし、最終工程は黒
鉛化(第4図の工程113)で終るようにしている。こ
の場合、炭化(第4図の工程109,112)は、例え
ば600〜800℃位で焼成して樹脂(ピッチ)を炭素
化させる。このとき、例えばN2ガス等の不活性ガス雰
囲気中で3〜4日程度かけて昇温、保持および炉冷を行
う、また、黒鉛化(第4図の工程110 、113)は
、2300〜2600℃位で焼成し、マトリックス層を
黒鉛化させる。このとき、例えばN2ガス等の不活性ガ
ス雰囲気中で6〜7日程度かけて昇温、保持および炉冷
を行う、さらに、ピッチ含浸(第4図の工程111)は
、ピッチが液体になる温度(約300℃)で圧力を数K
gf/cm’程度加えてピッチ含浸を行う。 このようにして、炭化・黒鉛化処理を終了することによ
って、第3図(f)に示したように、炭素/炭素mfa
複合材よりなる隔壁2(外側筒状隔壁2a、内側筒状隔
壁2bおよびらせん状隔壁2c)が形成されていると共
に前記炭化・黒鉛化処理時に中子15が焼失して除去さ
れることにより形成されたらせん状の流体通路3を有す
る熱交換器1を得る。 なお、この実施例1においては、中子15として発泡シ
リコンゴムよりなるものを用いて一体型の熱交換器1を
製造する場合について示したが、中子15としてシート
ワックスよりなるものを用いても一体型の熱交換器1を
製造することができる。そして、シートワックスは加圧
・加熱処理(キュア処理)時に溶出(例えば、溶融温度
150℃)してらせん状の流体通路3が形成され、その
状態で炭化・黒鉛化処理がなされることとなる。 この場合、シートワックスよりなる中子15では、発泡
シリコンゴムはどの大きな弾性変形はしないが、発泡シ
リコンゴムでは炭化拳黒鉛化処理時における焼失の際に
若干の燃焼残渣が生じる可能性があるのに対して、シー
トワックスでは加圧管加熱処理時においてほとんど溶出
するものとなる。 実施例2 $5図はこの発明の実施例2において製造された熱交換
器を示し、第5図(C)に示す熱交換器31は、第5図
(a)に示すように、炭素/炭素繊維複合材よりなる隔
壁32(外側筒状隔壁32a、らせん状隔壁32c)を
有している外側熱交換器構成体35と、第5図(b)に
示すように、炭素/炭素繊維複合材よりなる隔壁32(
内側筒状隔壁32b、らせん状隔壁32d)を有してい
る内側熱交換器構成体36とを相互にねじ込むようにし
て組み合わせることによって、第5図(C)に示すよう
に、前記隔壁32(32a。 32b 、32c 、32d)によって形成されたらせ
ん状の流体通路33を有し、内側筒状隔壁32bによっ
てもストレート状の流体通路34が形成されている構造
を有するものである。 このような構造を有する熱交換器31においても、第2
図に例示したような例えば三種類の大きさの熱交換器と
してこれらを同心状に組み合わせて用いられる。 次に、このような構造を有する熱交換器31を製造する
要領を第6図に従って説明する。 第6図(a−1)は外側熱交換器構成体35の成形治具
を示しており、この成形治具40は、筒状成形治具41
と、この筒状成形治具41の上端部において固定した上
部リング状成形治具42と、この筒状成形治具41の下
端部において軸方向に摺動可能に設けた下部リング状成
形治具43からなっている。 そして、製造に際しては、発泡シリコンゴムよりなる中
子45の三面側に、炭素m!lのクロス(第4図の工程
101)に樹脂としてフェノール樹脂(第4図の工程1
02)を含浸させたプリプレグ46(第4図の工程10
3)を適当な寸法にカット(第4図の工程104)L、
て巻き付けることにより、このプリプレグ46を積層(
第4図の工程105)したプリプレグ積層棒状体47を
用意する。 そして、第6図(a−1)に示すように(ただし下部リ
ング状成形治具43を取り外した状態にして)筒状成形
治具41の内周側に、炭素amのクロスにフェノール樹
脂を含浸させたプリプレグ48を積層(第4図の工程1
05)したのち、前記プリプレグ積層棒状体47をプリ
プレグ46を積層していない面を内側にしてらせん状に
配設し、下部リング状成形治具43を装着して第6図(
a−1)の上方向に圧縮することによってプリプレグ4
6.48の積層(第4図の工程105)を行う。 次いで、第6図(a−1) (a−2)に示すように
、らせん状に配設したプリプレグ積層棒状体47の内周
側にブリーダクロス50を被せると共にさらにポリアミ
ド樹脂フィルムよりなる可撓性の成形治具51を被せ、
ポリアミド樹脂フィルムよりなる成形治具51の端部に
シーリングコンパウンド52.53を設けてシールする
ことにより、プリプレグ46.48に対するバッキング
(第4図の工程106)を行う。 続いて、加圧轡加熱処理(キュア処理)を行い、この際
、加圧嘩加熱処理中はポリアミド樹脂フィルムよりなる
成形治具51で囲まれた内部を真空に引きながら行い、
加圧された際の中子45の弾性変形によって、中子45
と成形治具41゜51との間で積層状プリプレグ46.
48を加圧すると同時に中子45とこれに隣接する中子
45および成形治具42,43との間で積層状プリプレ
グ46を加圧し、この加圧によってプリプレグ46.4
8よりしみ出したフェノール樹脂はブリーダクロス50
に含ませるようにする。 この加圧・加熱処理が終了したあと、炭化会黒鉛化処理
を行うことによって、炭素/炭素m維複合材よりなる隔
壁32 (32a 、 32 c)を形成すると共に前
記中子45が焼失して除去されたらせん状四部を有する
外側熱交換器構成体35を得る。 第6図(b−1)は内側熱交換器構成体36の成形治具
を示しており、この成形治具60は、筒状成形治具61
と、この筒状成形治具61の上端部において固定した上
部リング状成形治具62と、この筒状成形治具61の下
端部において軸方向に摺動可能に設けた下部リング状成
形治具63かもなっている。 そして、製造に際しては、発泡シリコンゴムよりなる中
子65の三面側に、炭素M&雄のクロス(第4図の工程
101)に樹脂としてフェノール樹脂(第4図の工程1
02)を含浸させたプリプレグ66を巻き付けることに
より、このプリプレグ66を積層したプリプレグ積層棒
状体67を用意する。 そして、下部リング状成形治具63を取り外した状態に
して、筒状成形治具61の外周側に、炭素繊維のクロス
にフェノール樹脂を含浸させたプリプレグ68を積層し
たのち、プリプレグ積層棒状体67をプリプレグ66を
積層していない面を外側にしてらせん状に配設し、下部
リング状成形治具63を装着して第6図(b−i)の上
方向に圧縮することによってプリプレグ66.68の積
層を行う。 次いで、第6図(b−1)(b−2)に示すように、ら
せん状に配設したプリプレグ積層棒状体67の外周側に
ブリーダクロス70を被せると共にさらにポリアミド樹
脂フィルムよりなる可撓性の成形治具71を被せ、ポリ
アミド樹脂フィルム71の端部にシーリングコンパウン
ド72゜73を設けてシールすることにより、プリプレ
グ66.68に対するバッキング(第4図の工程106
)を行う。 続いて、加圧#熱圧処理(キュア処理)を行い、この際
、加圧番別熱処理中はポリアミド樹脂フィルム(71)
で囲まれた内部を真空に引きながら行い、加圧された際
の中子65の弾性変形によって、中子65と成形治具6
1,71との間で積層状プリプレグ66.68を加圧す
ると同時に中子65とこれに隣接する中子65および成
形治具62.63との間で積層状プリプレグ66を加圧
し、この加圧によってプリプレグ66.68よりしみ出
したフェノール樹脂はブリーダクロス70に含ませるよ
うにする。 この加圧・加熱処理が終了したあと、炭化・黒鉛化処理
を行うことによって、炭素/炭素繊維複合材よりなる隔
壁32 (32b 、 32 d)を形成すると共に前
記中子65が焼失して除去されたらせん状四部を有する
内側熱交換器構成体36を得る。 次に、このようにして得た外側熱交換器構成体35と内
側熱交換器構成体36とをねじ方向にかみ合わせること
によって2第5図(c)に示すように、炭素/炭素繊維
複合材よりなる隔壁32(外側筒状隔壁32a、内側筒
状隔壁32bおよびらせん状隔壁32c、32d)が形
成されていると共に前記炭化e黒鉛化処理時に中子45
゜65が焼失して除去されることにより形成されたらせ
ん状の流体通路33を有する熱交換器31を得る。 なお、この実施例2においては、中子45゜65として
発泡シリコンゴムよりなるものを用いて分割構成型の熱
交換器31を製造する場合について示したが、中子45
.65としてシートワックスよりなるものを用いても分
割構成型の熱交換器31を製造することができる。そし
て、シートワックスは加熱・加圧処理(キュア処理)時
に溶出してらせん状の四部が形成され、その状態で炭化
−黒鉛化処理がなされることとなる。 この場合、シートワックスよりなる中子4565では、
発泡シリコンゴムはどの大きな弾性変形はしないが、前
述したように加圧・加熱処理時における溶出が良好にな
される。
この発明に係る熱交換器の製造方法は、筒状隔壁とらせ
ん状隔壁とで形成された流体通路を有する熱交換器を製
造するに際し、前記流体通路を形成するためらせん状に
配設した中子の前記筒状隔壁およびらせん状隔壁を形成
する面側に、炭素繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを
積層した状態とし、前記中子を加圧した際の当該中子の
変形により、前記筒状隔壁を形成するM層状プリプレグ
を前記中子と成形治具との間で加圧すると共に前記らせ
ん状隔壁を形成する積層状プリプレグを前記中子と中子
との間で加圧しつつ加熱して前記樹脂を硬化させ1次い
で炭化・黒鉛化処理を行って炭素/炭素mIa複合材よ
りなる筒状隔壁およびらせん状隔壁を形成し、前記加熱
ないしは炭化・黒鉛化処理時に前記中子を溶融ないしは
焼失させて流体通路を形成する構成としたものであるか
ら、軽量で高強度であってしかも耐熱性および耐食性な
らびに熱伝導性に優れた炭素/炭素g1維複合材よりな
る隔壁によって流体通路が形成されている熱交換器が製
造されることとなり、したがって、耐熱性および耐食性
に優れていると共に強度および熱伝導性にも十分優れて
おり、しかも軽量なものとなっていることから、とくに
宇宙航空機器のエンジン部分におけるような高温度の環
境下での使用においても十分に耐えうる熱交換器を製造
することができるという著しく優れた効果がもたらされ
る。
ん状隔壁とで形成された流体通路を有する熱交換器を製
造するに際し、前記流体通路を形成するためらせん状に
配設した中子の前記筒状隔壁およびらせん状隔壁を形成
する面側に、炭素繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを
積層した状態とし、前記中子を加圧した際の当該中子の
変形により、前記筒状隔壁を形成するM層状プリプレグ
を前記中子と成形治具との間で加圧すると共に前記らせ
ん状隔壁を形成する積層状プリプレグを前記中子と中子
との間で加圧しつつ加熱して前記樹脂を硬化させ1次い
で炭化・黒鉛化処理を行って炭素/炭素mIa複合材よ
りなる筒状隔壁およびらせん状隔壁を形成し、前記加熱
ないしは炭化・黒鉛化処理時に前記中子を溶融ないしは
焼失させて流体通路を形成する構成としたものであるか
ら、軽量で高強度であってしかも耐熱性および耐食性な
らびに熱伝導性に優れた炭素/炭素g1維複合材よりな
る隔壁によって流体通路が形成されている熱交換器が製
造されることとなり、したがって、耐熱性および耐食性
に優れていると共に強度および熱伝導性にも十分優れて
おり、しかも軽量なものとなっていることから、とくに
宇宙航空機器のエンジン部分におけるような高温度の環
境下での使用においても十分に耐えうる熱交換器を製造
することができるという著しく優れた効果がもたらされ
る。
第1図はこの発明の実施例1により製造された熱交換器
の斜面説明図、第2図は第1図の熱交換器をジェットエ
ンジンに適用した場合を示す説明図、第3図(a)〜(
f)および第4図は第1図の熱交換器を製造する工程を
順次示す断面説明図および工程流れ図、第5図(a)(
b)(c)はこの発明の実施例2により製造された熱交
換器構成体および熱交換器の斜面説明図、第6図(a−
i、)、(a−2)は第5図(a)に示した外側熱交換
器構成体の製造要領を示す断面説明図、第6図(b−1
)(b−2)は第5図(b)に示した内側熱交換器構成
体の製造要領を示す断面説明図である。 1・・・熱交換器、 2(2a、2b、2c)・・・炭素/炭素繊維複合材よ
りなる隔壁、 3・・・流体通路、 15・・・中子、 16・・・プリプレグ。 31・・・熱交換器、 32 (32a、32b、32c、32d・・・炭素/
炭素繊維複合材よりなる隔壁、 33・・・流体通路。 45.65・・・中子、 46.66・・・プリプレグ。
の斜面説明図、第2図は第1図の熱交換器をジェットエ
ンジンに適用した場合を示す説明図、第3図(a)〜(
f)および第4図は第1図の熱交換器を製造する工程を
順次示す断面説明図および工程流れ図、第5図(a)(
b)(c)はこの発明の実施例2により製造された熱交
換器構成体および熱交換器の斜面説明図、第6図(a−
i、)、(a−2)は第5図(a)に示した外側熱交換
器構成体の製造要領を示す断面説明図、第6図(b−1
)(b−2)は第5図(b)に示した内側熱交換器構成
体の製造要領を示す断面説明図である。 1・・・熱交換器、 2(2a、2b、2c)・・・炭素/炭素繊維複合材よ
りなる隔壁、 3・・・流体通路、 15・・・中子、 16・・・プリプレグ。 31・・・熱交換器、 32 (32a、32b、32c、32d・・・炭素/
炭素繊維複合材よりなる隔壁、 33・・・流体通路。 45.65・・・中子、 46.66・・・プリプレグ。
Claims (1)
- (1)筒状隔壁とらせん状隔壁とで形成された流体通路
を有する熱交換器を製造するに際し、前記流体通路を形
成するためらせん状に配設した中子の前記筒状隔壁およ
びらせん状隔壁を形成する面側に、炭素繊維に樹脂を含
浸させたプリプレグを積層した状態とし、前記中子を加
圧した際の当該中子の変形により、前記筒状隔壁を形成
する積層状プリプレグを前記中子と成形治具との間で加
圧すると共に前記らせん状隔壁を形成する積層状プリプ
レグを前記中子と中子との間で加圧しつつ加熱して前記
樹脂を硬化させ、次いで炭化・黒鉛化処理を行って炭素
/炭素繊維複合材よりなる筒状隔壁およびらせん状隔壁
を形成し、前記加熱ないしは炭化・黒鉛化処理時に前記
中子を溶融ないしは焼失させて流体通路を形成すること
を特徴とする熱交換器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102362A JPH0825814B2 (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 熱交換器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102362A JPH0825814B2 (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 熱交換器の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02279304A true JPH02279304A (ja) | 1990-11-15 |
| JPH0825814B2 JPH0825814B2 (ja) | 1996-03-13 |
Family
ID=14325349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1102362A Expired - Fee Related JPH0825814B2 (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 熱交換器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0825814B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2018079824A1 (ja) * | 2016-10-31 | 2018-10-25 | 三菱ケミカル株式会社 | 繊維強化プラスチック成形体の製造方法 |
| CN111164061A (zh) * | 2017-10-02 | 2020-05-15 | 赛峰集团陶瓷 | 用于制造由陶瓷基复合材料制成的中空部件的方法 |
| CN112414169A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-26 | 北京艾科美特新材料开发有限公司 | 用于无机有机复合材料制备的冷却设备 |
| JP2023540695A (ja) * | 2020-09-07 | 2023-09-26 | レール・リキード-ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 熱交換器及びその使用 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108789771A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-11-13 | 郑州远东耐火材料有限公司 | 一种精密铸造电熔砖砂模的制备方法 |
-
1989
- 1989-04-21 JP JP1102362A patent/JPH0825814B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2018079824A1 (ja) * | 2016-10-31 | 2018-10-25 | 三菱ケミカル株式会社 | 繊維強化プラスチック成形体の製造方法 |
| CN111164061A (zh) * | 2017-10-02 | 2020-05-15 | 赛峰集团陶瓷 | 用于制造由陶瓷基复合材料制成的中空部件的方法 |
| US11608299B2 (en) | 2017-10-02 | 2023-03-21 | Safran Ceramics | Method for producing a hollow part made of a ceramic matrix composite material |
| JP2023540695A (ja) * | 2020-09-07 | 2023-09-26 | レール・リキード-ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 熱交換器及びその使用 |
| CN112414169A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-26 | 北京艾科美特新材料开发有限公司 | 用于无机有机复合材料制备的冷却设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0825814B2 (ja) | 1996-03-13 |
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