JPH0282093A

JPH0282093A - 高圧積層熱交換器

Info

Publication number: JPH0282093A
Application number: JP1200433A
Authority: JP
Inventors: John M Vandyke; ジョン・エム・ヴァンダイク; Richard E Walsh; リチャード・イー・ウァルシュ
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1988-08-25
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1990-03-22
Also published as: GB2222876B; GB2222876A; GB8919339D0; US4934454A

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。

Description

【発明の詳細な説明】ＬＬＩへ札」Ｌ４本発明は、−船釣に、熱交換器に関するものであり、−
層詳細には、高圧積層熱交換器に関するものである。

従】！と遺韮− 流体対流体熱交換器は、例えば、ジェット燃料が油を冷
却するために使用されている飛行機において使用されて
いる。このような応用においては、従来のジェット燃料
は、比較的に高圧であるので困難が生ずる。

流体対流体熱交換器の一つの形式は、交互にオリフィス
板と、スペーサ板とを接合された積層熱交換器から成り
立っている。しがしながら、若しも、流体の一つが、高
圧の下にあるならば、引っ張り応力が、接合部に加えら
れる。典型的には、接合は、張力に弱い、このようにし
て、この熱交換器は、特に、多数の圧力及び温度サイク
ルの後に、接合線に沿って破壊する。

米国特許第３．８６５．１８５号明細書の中に開示され
ているようなある熱交換器は、１組のオリフィス板の上
に圧縮力を与えるために、０リングを有してボルトを利
用している。しかしながら、このような０リングの使用
は、十分な熱伝達を与えるために構造が、より大きいこ
とを必要とし、また、ボルトにより、より重く、−層高
価な熱交換器としている。

寸法及び重量がきわどい飛行機のような応用においては
、このような構造は、受は入れることは出来ない。

が　′しようと　る本発明は、熱交換器と協同されるこれら及び他の問題を
克服することを意図されているものである。

・　　　゛　るｔ・めの本発明によると、流体対流体熱交換器は、高圧流体が、
接合を援助するために、熱交換器積み重ねの上に圧縮力
を加えるように、シェルの中に設けらている。

本発明の典型的な実施例においては、前述のことを、そ
れぞれが貫通する多数の開口を有している多数の熱伝導
オリフィス板を含む積層積み重ねにより達成する。多数
のスペーサ板は、それぞれ、第一組及び第二組の貫通す
る開口を有している。

各スペーサ板は、オリフィス板の隣接するものの間に、
積層された積み重ねの輪郭に置かれ、両側を隣接するオ
リフィス板に接合され、これにより、第一組及び第二組
の開口が、それぞれ、第−流体経路及び第二流体経路を
与えるように、オリフィス板の選択されたものと、あら
かじめ選択されて整列されるようにする。スペーサ板の
最外方のものは、貫通する入口開口を有しているが、こ
の入口開口は、第二組の流体経路と流体連通している。

最外方のオリフィス板の開口は、単に、第一組の開口と
整列しているだけである。低圧流体導管が、第二流体経
路を通る流体の流れを与えるために、入口開口と流体連
通されている。高圧シェルが、積み重ねを収納している
。このシェルは、入口手段及び出口手段を有しており、
第一流体経路を経て、流体のハウジングの中への及びハ
ウジングからの流れを与えている。圧力が、積み重ねの
上に圧縮力を働かせ、スペーサ板と、オリフィス板との
間の接合を補助している。このようにして生ずる構造物
は、スペーサ板と、オリフィス板との間に、績み重ねが
、正味の圧縮力の下にあるという事実のために、他の接
合を必要を省略する。このようにして、この系統は、重
量がより軽く、寸法がより小さく、また、より紙庫であ
る。

本発明の一つの実施例においては、低圧流体が、熱交換
器に、反対端部のスペーサ板の入口開口と連通している
導管を経て入り、熱交換器から出る。

本発明の他の実施例においては、各隣接するオリフィス
板の開口が、相互から片寄せられており、また、流体経
路の中の各接続するオリフィス板の上に噴流衝突を与え
るような寸法のものとなっている。

本発明のなお池の実施例においては、端部スペーサ板は
、他のスペーサ板よりも、より大きな厚さのむのであり
、これにより、第二流体経路を通る流体の通過を容易と
させるようにする。

本発明の更に他の実施例においては、オリフィス板及び
スペーサ板は、アルミニウム構造のものであり、それら
の間に接合を与えるように相互にろう付けされている。

本発明の他の利点は、添付図面に基づく以下の説明から
明らかとなるものと信じられる。

実−」Ｌ−彊一以下、本発明を、その実施例を示す添付図面に基づいて
、詳細に説明をする。

本発明による例示的な熱交換器の１実施例１０が、第１
及び２図に示されている。この熱交換器１０は、比較的
高圧の流体と、比較的低圧の流体との間において熱伝達
を与えるように作動可能である流体対流体熱交換器であ
る。

この熱交換器１０は、シェル１２と、交換器積み重ね１
４と、高圧入口ポート１６と、高圧出口ポート１８と、
低圧入口ポート２０と、低圧出口ポート２２とを含んで
いる。

シェル１２は、−船釣に、形状が円筒形状であり、溶接
２４によってのように接合されている２個のシェル半休
１２ａと１２ｂとを有している２片構造のものである。

あるいは、シェル半体１２ａと１２ｂとは、ボルト、又
は、同様のものにより連結されることも出来る。

シェル１２は、高圧流体が、機関に供給されるジェット
飛行機燃料である時に、出合わされことのある高圧に耐
えることが出来なければならない。

積み重ね１４は、交互のオリフィス板と、スペーサ板と
の績み重ねである。対向する最外方の端部板＾は、特に
、第３図に示されている端部オリフィス板から成り立っ
ている。この端部オリフィス板の直接内方には、第５図
に示されている端部スペーサ板Ｂがある。端部スペーサ
板Ｂの間には、１組の交互の内部オリフィス板Ｃと、内
部スペーサ板りとがある。

図示された実施例においては、これらの板の配置は、次
ぎの列のようになっている。すなわち＾ｔｌＣＤＣＤＣ
ＤＣＤＣＤＣＤＣＤＣＤＣＢ＾のようである。明らかで
あるように、使用される板の正確な個数は、希望される
熱伝達に応じて変化されることが出来る。

第３図を参照するが、各端部オリフィス板＾は、円形板
２６から成り立づている。この円形板２６は、例えば、
アルミニウムのような軽量材料であり、約０．６３５〜
０．７６２ｍｍ（約２５７１．０００〜３０／１．００
０インチ）の厚さであることが出来る。しかしながら、
円形板２６は、任意の高伝導性の接合可能な材料である
ことが出来る。比較的大きな円形開口２８が、板２６を
貫いてその放射方向の中心に設けられている。この中心
円形開口２８を包囲して、１０個の円形の、同軸の開口
３１の列３０がある。これらの１０個の列は、個々に、
添付文字ａ−ｊの名称を付けられている。各開口３１は
、例工ば、直径が０．６３５ｎｎ（２５／１．０００イ
ンｆ−’）ノオーダであることが出来る。各列３０は、
このような開口３１を有していない９０°の間隔を置か
れた４個の第−Ｂ絡部分３２ａ−３２ｄを含んでいる。

また、放射方向最外方の列３０ｊを除いて、各列３０ａ
−３０ｉは、このような開口を有していない、９０°間
隔を置かれた４個の第二橋絡部分３３ａ−３３ｄを含ん
でいる。第二橋絡部分３３ａ−３３ｄは、隣接する第一
橋絡部分３２ａ−３２ｄの中間に置かれている。

次ぎに、第４図を参照するが、各内部オリフィス板Ｃは
、寸法が円形板２６と同様である円形板３４から成り立
っている。この円形板３４も、また、例えば、アルミニ
ウム製であることが出来る１円形板３４は、直径が約０
．６３５ｍｍ（２５／１．０００インチ）の多数の開口
３５を含んでいる。これらの開口３５は、円形の、同軸
心の列に配列されている。詳細には、第一組の列３７ａ
−３７ｊは、円形板２６の各列３０ａ−３０ｊに対応し
ている。各列３７ｍ−３７ｊは、第一橋絡部分３２ａ−
３２ｄに対応して、第一橋絡部分３８ｍ−３６ｄ及び第
二橋絡部分３３ａ−３３ｄに対応して、交互の第二橋絡
部分３９ａ−３９ｃｌを含んでいる６開ロ３５の第二組
の列３８ａ−３８ｉが、隣接する第一組の列３７ａ−３
７ｊの隣接する対の間に交互に配列されている。例えば
、列３８ａは、列３７ａの放射方向外方で、列３７ｂの
放射方向内方である。列３８ａ−３８ｉは、第一橋絡部
分３６ａ−３６ｄにおいては開口３５を有していないが
、しかしながら、第二の橋絡部分３９ａ−３９ｄを横切
って開口３５を有している。

次ぎに、第５図を参照するが、各端部スペーサ板６が、
−船釣に円形構造の板４０がら成り立っているものとし
て示されている。板４０は、厚さが１．２７〜１．５２
４ｍｍ（５０／１，０００〜６０／１．０００インチ）
のオーダのアルミニウム構造であることが出来る。板４
０は、第一組の同軸の円形の不連続のスロット４２ａ−
４２ｊを含んでいる。−層詳細には、各スロット４２ａ
〜４２ｊは、板２６の開口の列３０ａ−３０ｊ（第３図
参照）の間の放射方向の間隔に対応して放射方向に間隔
を置かれており、また、板３４の開口の列３７ａ−３７
０第４図参照）の間の放射方向の間隔に対応して放射方
向に間隔を置かれている。スロット４２ａ−４２ｊの不
連続性は、上記の板２６及び３４におけるように、第一
の橋絡部分４６ａ４６ｄ及び第二の橋絡部分４８ａ−４
８ｄから生ずるものである。第二組の同軸心の、円形の
不連続なスロット４４ａ−４４ｊも、また、備えられて
いる。これらのスロワ）　４４ａ−４４ｉのそれぞれは
、第一組のスロワ１４２ａ４２ｊの隣接する対の間に配
列されている。例えば、スロット４４ａは、スロット４
２ａと４２ｂとの間に放射方向に配列されている。第二
組のスロワ１４４ａ−４４ｉの間の放射方向の間隔は、
板３４の第二組の開口の列３８ａ−３８ｉのそれと（第
４図参照）同様である。スロット４４は、第一橋絡部分
４６ａ−４６ｄにおいて不連続であるが、しかしながら
、第二組の橋絡部分４８ａ−４８ｄを横切って連続して
いる。−層詳細には、第二橋絡部分４Ｔｏ−４８ｄのそ
れぞれは、スロット４４ａ−４４ｉを相互に連結してい
る放射方向に延びている連結スロワ）　４９ａ−４９ｄ
を含んでいる。連結スロット４９ａ−４９ｃｌは、円形
の中心開口５０において相互に連結している。

中心開口５０は、第一橋絡部分４６ａ−４６ｄの交点か
ら成り立っているＸ状部材により、部分的に制限され、
ている。

次いで、第６図を参照する。内部スペーサ板りは、それ
ぞれ、円形板５２から成り立っている０円形板５２は、
例えば、アルミニウム構造のものであり、厚さが０．６
３５〜Ｏ，７６２ｍｍ　（２５／　１　、０００−３０
／　１　、０００インンチ）のオーダのものであって良
い、この円形板５２は、それを貫通して、第一組及び第
二組の同軸心の、円形の不連続のスロット５４ａ−５４
ｊ及び５６ａ−５６ｉを含んでいる。スロット５４ａ−
５４ｊ及び５６ａ−５６ｊは、それぞれ、板４０のスロ
ット４２ａ−４２ｊ及び４４ａ−４４ｉと同様であり、
それ故、ここには、詳細に説明をしない、また、板５２
は、板４０の各橋絡部分４６ａ−４６ｄ及び４８ａ−４
８ｄと同様な第一及び第二の橋絡部分５８ａ−５８ｄ及
び５９ａ−５９ｄを含んでいる５放射方向に延びている
連結スロット６０ａ−６０ｄが、第二の橋絡部分５９ａ
−５９ｄを横切って延びており、スロット５６ａ−５６
ｉを連結している。しかしながら、板５２の中には、中
心開口は、備えられていない。オリフィス板２６及び３
４並びにスペーサ板４０及び５２は、上述のように、積
み重ね１４を形成するように、積層配置に配列されてい
る（第２図参照）。

−層詳細には、板は、積み重ねの中の各板の第一橋絡部
分が、第二橋絡部分がそうであるように、−最的に整列
するように、角度的に置かれている。例えば、端部オリ
フィス板２６の第一橋絡部分３２ａ、内部オリフィス板
３４の第一橋絡部分３６ａ、端部スペーサ板４０の第一
橋絡部分４６ａ及び内部スペーサ板５２の第一橋絡部分
５８ａは、−船釣に、角度的に整列されている。

上記の構造により、第一流体経路が、一つの端部板２６
の開口の列３０ａ−３（１，一つの端部のスペーサ板４
０のスロット４２ａ−４２ｊを介して、あるいは、内部
オリフィス板３４の列３）ａ−３フｊ及び内部スペーサ
板５２のスロット５４ａ−５４ｊ、他方の端部スペーサ
板４０のスロット４２ａ−４２ｊ、他のオリフィス板の
開口の列３０ａ３０ｊを介して設けられる。実際、この
第一の流体経路は、高圧流体に対する流体経路を形成す
る。第二流体経路が、端部スペーサ板４ｏの中心開口５
ｏの連結スロット４９ａ−４９ｄを介するスロット４４
ａ−４４ｉへの連結により、あるいは、内部オリフィス
板３４の開口の列３８ａ’−３８ｉ及び内部スペーサ板
５２のスロット５６ａ５８ｉを介して設けられる。第二
流体経路は、低圧流体に対する流体経路を形成する。

板２６．３４．４０及び５２の熱伝導性により、熱は、
第一流体経路を経て流れる流体と、第二流体経路を経て
流れる流体との間において伝達される。

熱伝達を増強させるために、引き続く隣接するオリフィ
ス板２６及び３４は、それぞれ続く板の上への流体の噴
流衝突を与えるために、ゎずかに、角度的に片寄せるこ
とが出来る。このことは、続く板２６及び３４を、各板
２６及び３４の上に設けられた位置表示６２の角度的な
片寄せによって示されるように（第２図参照）、回転さ
せることにより達成されることが出来る。あるいは、各
板２６．３４は、公知のように、月並みな整列ビンを使
用して各板を整列させ、希望の角度的関係を与えるため
に、整列タブを設けられることも出来る。

シェル半体１２ａ及び１２ｂの、それぞれは、それぞれ
の円形の肩６２ａ及び６２ｂを含んでいる。これらの肩
６２ａ及び６２ｂは、績み重ね１４の高さと同一な距離
を軸方向に間隔を置かれている。従って、積み重ね１４
は、シェル１２の内部において、肩８２ａと８２ｂとの
間に保持される。

積み重ね１４の中の板は、−緒に接合されている。

−層詳細には、各板４０、又は、５２は、それに隣接す
るオリフィス板２６、又は、３４の対に接合される。こ
の接合は、例えば、隣接する板をろう付けすることによ
り、設けられる。あるいは、若しも、板が銅板であるな
らば、拡散接合が、公知のように使用されることが出来
る。

低圧入口ポート２０は、第一シェル半体１２ａを貫通す
る中心開口６４から成り立っている。円筒形状の導溝６
６が、開口６４と、一つの端部オリフィス板＾の開口２
８との間を延びている。この導溝６６は、端板＾に２月
並みな様式で接合されており、また、０リング６８が、
開口６４と、導溝６６との間のシールを与えている。低
圧出口ポート２２は、シェルの第二半体１２ｂを貫通ず
る同様な中心間ロア０から成り立っている。

第二の円筒形状の導溝７２が、開ロア０と、隣接する端
部オリフィス板＾との間を延びている。導溝７２は、上
記のように、オリフィス板＾に接合されている。

同様なＯリング７４が、導溝７２と、開ロア０との間に
シールを与えている。

高圧入口１６は、第一のシェル半休１２ａを貫通する第
二開口アロから成り立っている。同様に、高圧出口ポー
ト１８は、シェルの第二半体１２ｂがら延びている首８
０を貫通する開ロア８から成り立っている。

特には示していないが、各シェル開口６４．７０．７６
及び７８は、ホースなどの外部流体導管に連結するため
に、任意の月並みな手段を設けられている。

応用においては、適当な継ぎ手が、ポート１６及び１８
における高圧流体源に、また、ポート２０及び２２にお
ける低圧流体源に設けられ、低圧流体が入口ボー１〜導
溝６６を通過し、中心開口２８を経て、第一の端部オリ
フィス板への中に流れる。この流れは、それから、第一
の端部スペーサ板Ｂの中心開口５０を経て、積み重ねの
第二の流体経路を通って分配される。

低圧流体は、引き続いて、第二端部スペーサ板Ｂの中心
開口５０及び第二端部スペーサ板への中心開口２８にお
いて収集され、導溝７２を経て熱交換器１０を出口ポー
ト２２へ出る。

高圧流体は、高圧入口ポート１６に入り、第一端部オリ
フィス板への中の開口３１の中に分配される。流体は、
引き続いて、積み重ねの第一流体経路を経て分配される
。高圧流体は、積み重ね１４を、対向する端部オリフィ
ス板＾を通って出、シェル１２を首８０及び高圧出口ポ
ート１８を経て出る。

高強度圧力シェル１２及び上述のシールの構造により、
シェル１２の内側の高圧流体により与えられる高圧は、
積層された積み重ね１４を、存在する接合を、積み重ね
１４を一緒に保持することを補助するように、圧縮状態
に置く。特に、高圧流体は、圧縮力を、端部オリフィス
板へのそれぞれの上に加える。

反対にｆヤ用をする、又は、逆の力が、噴流衝突力によ
り、積み重ね１４に対して内方であることは明らかなと
ころである。しかしながら、この逆の力は、圧縮力によ
り打ち消される。また、圧縮力は、端部板＾の全面を横
切るが、逆の力の大きさは、高圧流体によって与えられ
る逆の力と、低圧流体によって与えられる逆の力との間
を変動する。それ故、低圧流体経路によって形成される
円形領域に沿って与えられるより低い逆の力のために、
わずかな正味圧縮力である。

ここに開示された熱交換器１０は、円筒形状のものであ
るが、本発明は、他の構造が、利用される応用において
使用されることが出来る。また、板の個数、オリフィス
、又は、スロットの寸法及び個数を含む熱交換器の積み
重ねの変動も、必要により、又は、希望により変動され
ることが出来る。実際、オリフィス板は、公知のように
、円形状の開口以外のオリフィス、又は、スロットを設
けられることが出来る。

１朋１１υＬこのように、本発明は、小さな、比較−・的に軽量で、
高価では無い、高圧のシールされた流体対流体熱交換器
を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による熱交換器の１実施例の正面図、
第２図は、第１図の線２−２に沿う断面図、第３図は、
熱交換器の端部オリフィス板を示す図、第４図は、熱交
換器の内部オリフィス板を示す図、第５図は、熱交換器
の端部スペーサ板を示す図、第６図は、熱交換器の内部
スペーサ板を示す図である。１０・・・熱交換器、１２・・・シェル、１４・・・績
み重ね、１６・・・高圧入口ポート、１８・・・高圧出
口ポート、２０・・・低圧入口ポート、２２・・・低圧
出口ポート、２６．３４．４０．５２・・・円形板、２
８・・・中央開口、３０．３７．３８・・同軸心の円形
の開口の列、３１．３５・・・開口、３２、：１１３．
３６，３９．４６．４８，５８．５９・・・第一及び第
二橋絡部分、４２．４４；５４，５６・・・円形のスロ
ット、＾・・・端部オリフィス板、Ｂ・・・端部スペー
サ板、Ｃ・・・内部オリフィス板、Ｄ・・・内部スペー
サ板。

Claims

【特許請求の範囲】１、高圧積層熱交換器においてそれぞれが貫通している多数の開口を有している多数の
オリフィス板とそれぞれが貫通している第一組及び第二組の開口を有し
ていると共にそれぞれが前記オリフィス板の隣接するも
のの間に置かれている多数のスペーサ板と前記スペーサ板のそれぞれを隣接する前記オリフィス板
に接合し、前記第一組及び第二組の開口を、前記オリフ
ィス板の開口の選択されたものと一般的に整列させ、そ
れぞれ、第一及び第二流体経路を与えるようにすると共
に熱交換器積み重ねを形成するように接合するための手
段とを含んでいる積層積み重ねと前記第二流体経路を貫いて流体の流れを与えるために前
記積層積み重ねと流体連通している導管手段と前記第一流体経路を通る加圧流体の流れを与えるため及
び前記接合手段を補助するために、前記流体に前記積層
積み重ねの上に圧縮力を働かせるための、前記積層積み
重ねを収納すると共に入口手段及び出口手段を有してい
るシェルを含んでいる手段とから成り立っており、前記積層積層積み重ねの前記スペーサ板の最外方のもの
も、また、前記第二組の開口と流体連通して貫通してい
る入口開口を有しており、前記オリフィス板の最外方の開口は、前記スペーサ板の
第一組の開口とだけ整列していることを特徴とする高圧
積層熱交換器。２、前記スペーサ板の最外方のものが、前記スペーサ板
の他のものよりも、より大きな厚さのものである請求項
１記載の高圧積層熱交換器。３、前記シェルが、高圧入口ポート及び出口ポートを境
界している第一開口及び第二開口並びに第三開口及び第
四開口を含んでおり、この場合、前記流体導管手段が、
前記第三開口及び第四開口と、前記積層積み重ねとの間
に配列された第一流体導管及び第二流体導管から成り立
っている請求項１記載の高圧積層熱交換器。４、前記オリフィス板及びスペーサ板が、アルミニウム
構造のものであり、また、前記接合手段が、それらの間
のろう付け接合から成り立っている請求項１記載の高圧
積層熱交換器。