JPH03129295A - 蒸発熱交換器 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、導かれた蒸発すべき媒体のための少な（とも
一つの入口弁を有する室を有する、種々の加速度でなら
びに無重力下の宇宙船で熱を冷却するための少なくとも
一つの活性な流体冷却回路と、互いに離れている冷却流
体通路とを有し、これらの冷却流体通路の間に蒸発すべ
き媒体を導入可能である蒸発熱交換器に関する。

大気圏を通って上昇位相と下降位相にあるか、または地
球の周りを囲む軌道で極端な熱負荷にさらされる宇宙船
の場合、確実なかつ信顛し得る熱の除去を保証すること
が肝要である。

Ｃ従来技術および解決しようとする諜Ｈ）ＤＢ−ＰＳ　
３７１８８７３からすでにそのような蒸発熱交換器が知
られているが、この蒸発熱交換器では、活動的な流体回
路の冷却すべき媒体が熱の除去のために、連行される貯
蔵容器に貯蔵されている蒸発すべき媒体と熱伝達する接
触にもたらされる０発生する蒸気を宇宙船がその周囲に
排出する。

蒸発すべき媒体を完全な蒸発によりできるだけ最適に利
用し尽くすために、およびそのとき充分に高い熱伝達を
蒸発すべき媒体と冷却流体通路の間で達成するために、
生ずる蒸気を媒体の蒸発されない部分から分離しなけれ
ばならない。これにより、その蒸発により冷却に充分に
利用されずに比較的大きな流体しずくの形の蒸発しない
部分が吹き払われることが阻止される。

ＤＢ−ＰＳ　３７１８８７３から知られた配置では、冷
却流体通路を流れ方向に折り重ねて形成することにより
、蒸発されない流体残余を慣性力の助けで冷却流体通路
の壁に沈澱させて、そこでそれをガス相に変えようと努
めた。しかしながら、この周知の蒸発熱交換器の研究に
よれば、蒸発すべき媒体の利用がなお最適でないことが
明らかになった。

それ故、本発明は、蒸発すべき媒体が実質的に完全に蒸
気相に変えられ、従ってできるだけ高い熱伝達に利用し
尽くされるように冒頭に述べた種類の蒸発熱交換器を形
成することを課題の基礎としている。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するために、本発明による蒸発熱交換器
では、冷却流体通路は、蒸発すべき媒体の主流れ方向に
対し垂直に互いに平行に配置された小管の束からなり、
その際それぞれ主流れ方向に関して連続して続いている
二つの小管が、主流れ方向に走る平面に関して交互に側
方にずらされて互いに配置されていることを特徴とする
特に配置をさらに最適化するのに役立つ本発明による熱
交換器のを利な発展は、さらに続く請求項に記載されて
いる。

〔発明の効果〕 主流れ方向に対し横に配置されていて多数の平面からな
る管束であって、個々の平面に所属する小管が交互にず
らされて互いに配置されている管束として本発明により
設けられた流体通路の配置により、本発明による蒸発熱
交換器はしずく分離器のように働く。この手段によれば
、冷却流体通路の自由になる全表面をできるだけ完全に
利用しようとする努力、従って供給された蒸発すべき全
媒体の実質的に完全な蒸発が達成される。

高い効率の利点と並んで、かつわずかな容積の、管束の
できるだけ高い包装密度により、本発明による熱交換器
は、これに関して、製造、保守、および監視するのが容
易であるという利点を有する。

本発明の別の形成で与えられた個々の冷却媒体小管の特
別な形成は、冷却すべき回路のできるだけわずかな圧力
損失（ポンプ効率が最小にされる）、ならびに入口弁か
ら出口開口への道程で蒸発すべき媒体の同時にできるだ
けわずかな圧力損失（蒸発温度がわずかな圧力で非常に
低く存在する）で熱伝達比をさらに最適化するのに役立
つ。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する
。

図面において、それぞれ同じ構成部品には同じ参照数字
を付けである。

第１図に蒸発熱交換器１の概略縦断面を示しである。蒸
発熱交換器ｌはハウジング２を有し、このハウジングに
は、活性な流体冷却回路３、例えば宇宙船のまたは液圧
油の水−冷却回路またはＲ１１４−冷却回路が、蒸発熱
交換器の長さ方向に対し横に配置された、個々の小管４
〜１３からなる管束１４の形で挿入されている。

蒸発熱交換器１のハウジング２には、第１図の左側の一
端に室１５が設けられ、この室１５には、ここには図示
されてない貯蔵容器から入口弁１６と１７を介して蒸発
すべき媒体、例えば水および／またはアンモニアを導入
することができる。はぼ長方形のハウジング１１の他端
が上記出口開口１８により形成される。

活性な冷却回路３は、入口１９と出口２０を有する。入
口１９と出口２０の間には、蒸発すべき媒体の流れ方向
に対し垂直に、管束１４により形成される冷却流体通路
が走っている。

その場合、管束１４は、特に第２図に示した断面図から
明らかなように、互いに平行に配置された多数の管層か
らなり、ここでは重なり合って配置された小管４．４′
、４１等をもとにして示されている。これらの管層の各
々は、成る数の小管４〜１３からなり、これらの小管は
それぞれ、第１図の平面図から認められるように、半円
状に湾曲した範囲を介して互いに結合され、そしてそれ
ぞれ一つの管螺線体にまとめられている。これらの管螺
線体がうなる管層は、第１図に“Ｓ”で示された矢印に
より特徴づけられる流れ方向に対しても、小管４〜１３
に対しても垂直に走る分配管または収集管２１と２２を
介して冷却媒体のための入口１９または出口２０と連結
している。

分配管２１から活性な冷却回路３の冷却媒体が管束１４
の冷却流体通路に流れて、それがら収集管２２と出口２
０を介してその配置を再び出る。

前述した熱交換器のしずく落下蒸発器としての作用の仕
方にとって重要なのは、それぞれそのような管層に所属
する前後に連続する二つの小管、例えば小管４と５が、
第１図に図面の平面に対応する、管層により形成された
平面に関して、互いに高さをずらされて配置されている
ことである。これを、第２図の描写でも明らかにしてい
る。そのとき、それぞれ前後に連続する二つの小管を連
結する湾曲した範囲がこの平面とほぼ１５度の角度を形
成するので、ひっくるめて各個々の管層の折り重ねられ
た構造は、前後に連続する管部分の互いの折り重ね角は
ぼ３０度でもって得られる。重ねられて配置された管層
はそれぞれ互いに平行に配向されているので、それと共
にすでに述べた、高さのずれによりくい違わせた配置が
得られ、その結果次の各管列が前述の空所に存在する。

個々の小管４〜１３は、第４図に小管４の例に示されて
いるように、偏平にされて形成されている。そのとき、
種々の断面Ａ−Ａ、Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃは小管横断面を
明示している。

管部分４は、実質的に偏平にされた管からなり、その内
径は、ここに示した実施例では、プレス前に２．５１　
ｍｍであった。管部分は、回路の流れに乱流を発生させ
るためにくぼみ２３〜２５を有し、これらのくぼみは良
好な熱伝達挙動に寄与する。くぼみ２３〜２５は、偏平
にされた小管４の上側と下側に同じ間隔で交互に設けら
れている。その間隔は、最も好都合な形成ではほぼ４．
２５　ｍｓ＋になる。小管４のくぼみ２３〜２５により
形成された横断面は、横断面図Ａ−Ａ、Ｃ−Ｃから認め
ることができる。

小管４から１３までの直線範囲のための最も好都合な長
さは９５　ａｍになる。活性な冷却回路３の束状の構成
は、設けられた実施形態では、１０個の小管づつをもっ
た２３個の層で、従って２３０個の小管でできている。

蒸発熱交換器１では、蒸発すべき媒体の容積流れ、例え
ば水が入口弁１６と１７を用いて制ｉｌｌされ、入口弁
は磁石（図示省略）によりパルス作動でそれぞれ短時間
で開放される。

蒸発すべき媒体は、沸騰圧力以上で薫発室に存在する送
出し圧力で入口弁１６と１７を通って室１５に押し込ま
れる。室１５で支配している比較的わずかな圧力により
、冷却媒体の供給湿度的６０℃のときに、蒸発すべき媒
体の比較的小部分が、質量に関して水約５〜８％である
が、断熱的に蒸発し、そしてそれによって蒸発すべき媒
体が冷却する。

室１５でこの最初の蒸発過程により生ずるガスが、残さ
れた流体しずくと混ざり、そしてガス膨張により促進さ
れる二相流れを形成し、その容積に関する成分は、藩発
室の圧力がほぼ５〜１０１ｂａｒになる場合に、２５°
Ｃの熱水を用いたときにほぼ９９．９５χの水蒸気と０
．０５χの水になる。

今や、この二相流れが冷却回路３の管束１４の管の周り
を導かれる。そのとき、冷却回路３は、図示されてない
仕方で多数の別個の冷却流体回路からなる。

前述した冷却回路の冷却流体は、それ自体周知の仕方で
熱発生器から熱を冷却流体通路へ移送し、その際冷却流
体通路の表面に沿って蒸発すべき媒体に伝達してこの媒
体が蒸発される。

引き続き、熱交換器により生ずる蒸気は蒸気出口口部１
８を介して宇宙船を去る。

管束１４を形成する冷却流体通路を通り抜けるときに、
ガス相内を一緒に移動する流体しずくがその慣性により
ガス流方向から逸脱を受けて、近くに置かれた冷却流体
通路外壁に衝突する。そこに、その流体しずくが他の流
体しずくと共に、部分的に蒸発する流体フィルムを形成
する。個々の小管を食い違わせることにより、これらの
小管は流体しずくのために、しずく分離機の仕方に従っ
て作用する加熱された分離装置を具現し、その際管束１
４の小管はそらせ面として役立つ、冷却流体通路の折り
重ね位置で、流体フィルムの蒸発されない残余から新し
いしずくが形成され、これらの新しいしずくは二相流れ
により連行されて、他の位置でさらに冷却流体通路外壁
面に貯蔵される。そのとき、本発明による蒸発熱交換器
では、変化する流れ方向を有する種々の流れ区分で設け
られた流れ分配により、蒸発すべき媒体の特に激しい接
触が行われ、この接触により熱伝達のすぐれた効率でも
って完全に蒸発することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸発熱交換器の縦断面図、第２図は一平面に所
属する、螺締形にまとめられた小管の側面図、第３図は
第１図に示した配置のｍ　−■に沿って切断された断面
図、第４図は対応する横断面の表現と共に流体通路のた
めの偏平にされた小管の区分の表現図である。 ■・・・蒸発熱交換器、３・・・流体冷却回路、４・・
・１３冷却流体通路、１４・・・小管の束、１５・・・
室、１６．１７・・・入口弁 図面の浄書（内容↓こ変更８Ｌ） 手 続 補 正 書 （方 式） ％式％ 事件の表示 平成　２ 年特許願第７６５８５″７号 ３、　補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）導かれた蒸発すべき媒体のための少なくとも一つ
   の入口弁を有する室を有する、種々の加速度のならびに
   無重力下の宇宙船で熱を冷却するための少なくとも一つ
   の活性な流体冷却回路と、互いに離れている冷却流体通
   路とを有し、これらの冷却流体通路の間に蒸発すべき媒
   体を導入可能である蒸発熱交換器において、冷却流体通
   路（４〜１３）は、蒸発すべき媒体の主流れ方向に対し
   垂直に互いに平行に配置された小管の束（１４）からな
   り、その際それぞれ主流れ方向に関して連続して続いて
   いる二つの小管が、主流れ方向に走る平面に関して交互
   に側方に互いにずらされて配置されていることを特徴と
   する蒸発熱交換器。 （２）主流れ方向に連続する小管（４〜１３）のずらし
   方は、その都度の次の列が先行する列の空所に存在する
   ように行われること特徴とする、請求項１に記載の蒸発
   熱交換器。（３）主流れ方向に連続して配置された小管
   （４〜１３）が螺線形構造を形成するように互いに連結
   されていることを特徴とする、請求項１または２に記載
   の蒸発熱交換器。 （４）小管（４〜１３）が平らにされることを特徴とす
   る、請求項１から３までのうちのいずれか一つに記載の
   蒸発熱交換器。 （５）平らにされた各小管（４〜１３）は熱伝達を改良
   するために付加的なくぼみ（２３〜２５）を有すること
   を特徴とする、請求項１から４までのうちのいずれか一
   つに記載の蒸発熱交換器。 （６）各小管（４〜１３）のくぼみ（２３〜２５）は互
   い違いにかつ同じ間隔で小管の上側および／または下側
   に設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の
   蒸発熱交換器。 （７）冷却流体通路（４〜１３）の束状の構造は、噴霧
   された蒸発すべき流体と接触するように設けられ、蒸発
   すべき流体に給湿の修正のために湿潤剤が添加され、か
   つ蒸発すべき流体の噴霧が、供給ラインで過冷され、入
   口弁 （１６、１７）に供給されるが、室（１５）内の圧力に
   対し相対的に過熱される流体の断熱的な膨張蒸発を介し
   て行われることを特徴とする、請求項１から６までのう
   ちのいずれか一つに記載の蒸発熱交換器。 （８）管束の小管（４〜１３）が氷結を避けるためにハ
   ウジング壁と接触することを特徴とする、請求項１から
   ７までのうちのいずれか一つに記載の蒸発熱交換器。 （９）蒸発する冷却媒体として水が使用されることを特
   徴とする、請求項１から８までのうちのいずれか一つに
   記載の蒸発熱交換器。 （１０）蒸発する冷却媒体としてアンモニアが用いられ
   ることを特徴とする、請求項１から８までのうちのいず
   れか一つに記載の蒸発熱交換器。 （１１）蒸発する冷却媒体として相次いで水もアンモニ
   アも用いられることを特徴とする、請求項１から８まで
   のうちのいずれか一つに記載の蒸発熱交換器。