JPH05701Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、He液化装置等に好適に使用できる
熱交換器に関するものである。

［従来の技術］ クロードサイクルによるHe液化装置等のよう
に深冷を利用した機器においては、その装置容積
のうち熱交換器の占める割合が大きい。そのた
め、熱交換器を小形化しないと、装置全体をコン
パクトにすることができないという問題があつ
た。しかしながら、熱交換器を単に小さくするだ
けでは、熱交換効率が低下して常温域から低温域
への熱侵入が大きくなるという不都合を招く。そ
のため、この種装置のコンパクト化は容易には実
現し得なかつた。

ところで、近年、第７図に示すように高圧パス
用の透窓ａおよび低圧パス用の透窓ｂを有した枠
体状の断熱スペーサｃと、多数の通気孔ｄを有し
た銅板などによる熱交換エレメントｅとを交互に
流れ方向に積層するタイプのいわゆる積層熱交換
器が実用化に向けて試作されており、これらの問
題が解決されつつある。

［考案が解決しようとする問題点］ ところが、前述した縦積層形の熱交換器は、多
数の通気孔ｄを有した熱交換エレメントｅを非常
に多くの枚数重ね合せなければならないため、加
工および組み立てに手間がかかる。

しかも、各熱交換エレメントｅと各断熱スペー
サｃとの接着面が厚さ方向に分布するため、接着
にエポキシ樹脂プリプレグ等を用いる場合、その
接着圧力と温度を制御することが難かしいという
問題がある。

さらに、図示のものでは、流れ方向に沿つて熱
交換エレメントｅで流路が急激に狭まり、断熱ス
ペーサｃで流路が急激に広がるという変化を繰り
返すので、流路抵抗が著しく増大し、熱交換器内
でのエネルギロスが大きく、その結果、無視でき
ない程度の熱の発生が起きるという不都合もあ
る。

このような不都合を解消するために、本考案者
は、対をなす外板間に、エポキシ樹脂プリプレグ
製の断熱シートを流れに直角な方向に積層し接着
してなる断熱壁を並設してこれら各断熱壁間にそ
れぞれ流体通路を形成するとともに、これら各流
体通路を横断する複数の熱交換プレートを前記断
熱シート間に間欠的に狭着させて配設し、前記熱
交換プレートが、流れ方向寸法の方が厚み寸法よ
りも大きな薄板状のものである本願考案の出願時
において未だ新規な横積層形の熱交換器を案出し
た。

ところが、このような構成のものでは、流体が
熱交換プレートの両面に存在する熱交換面と略平
行に流れることになるため、その流速によつて
は、前記熱交換面の近傍に層流境界層が発達する
ことがある。その結果、順次流通する新しい流体
と前記熱交換プレートとの間の熱交換が十分に行
なわれなくなり、熱交換効率が低下するという不
具合を招く。このような不都合は、前記各熱交換
プレートの流体流通方向の幅寸法を小さくするこ
とによつて解消することができるが、このように
すると、熱交換プレートの枚数を増加させる必要
が生じるため、組み立てが面倒になるという問題
が発生する。

本考案は、以上のような問題点を簡単な構成に
より一挙に解消することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、かかる目的を達成するために、エポ
キシ樹脂プリプレグ製の断熱シートを流れに直角
な方向に積層し接着してなる断熱壁を並設してこ
れら各断熱壁間に複数の独立した流体通路を形成
するとともに、これら各流体通路を横断する複数
の熱交換プレートを前記断熱シート間に間欠的に
狭着させて配設し、前記熱交換プレートが、流れ
方向寸法の方が厚み寸法よりも大きな薄板状のも
のである横積層形の新規な熱交換器を前提にし、
その熱交換プレートの前記各流体通路に露呈する
部位の厚み方向両面に、該熱交換プレートの近傍
に層流境界層が発達するのを防ぐための流れ撹乱
要素を設けたことを特徴とする。

［作用］ このような構成のものであれば、熱交換プレー
トが、流れ方向寸法の方が厚み寸法よりも大きな
薄板状のものであるため、熱交換プレートを比較
的密に配設しさえすれば熱伝達面積を広くとるこ
とができる。

しかも、流路に沿つて連続しているのは断熱壁
であり、熱交換プレートはその断熱壁に交叉する
ようにして間欠的に配置されているため、流路方
向の熱侵入を有効に抑制することができる。

さらに、断熱壁と熱交換プレートとによつて囲
繞される流路には流れ方向に沿つて急激に流路断
面積が拡大し又は縮小する部位が存在しないの
で、流路抵抗を著しく増大させることがなく、そ
れに起因したエネルギロス、熱の発生が防止され
る。

また、流路に沿つた方向に部材を積層しないの
で、積層厚さを小さくすることが可能となる。

すなわち、第７図に示すような構成のものは、
流路を長くするには、熱交換エレメント、断熱ス
ペーサおよびその間に介在させる接着用のエポキ
シ樹脂プリプレグの積層枚数をそれに対応させて
増加させる必要があるが、本考案の場合には、断
熱シートの積層枚数と流路の長さとは関係がなく
なる。つまり、断熱シートの積層枚数は、流路の
開口寸法にのみ関係するものとなり、熱交換性能
を犠牲にすることなしに、その積層厚さを比較的
小さくすることができる。

しかして、積層したエポキシ樹脂プリプレグ製
の断熱シートを相互に接着させて断熱壁を形成す
るには、積層状態の断熱シートを加熱しながら厚
み方向に加圧する必要があるが、積層厚さが小さ
いと、加圧時に形崩れ等を招くことなく各部を比
較的均一に圧縮することができ、また、上下から
加熱する一般的な加熱方法を採用しても各エポキ
シ樹脂プリプレグを比較的均等な温度で加熱する
ことが容易になる。そのため、エポキシ樹脂プリ
プレグの接着性能を最大限に発揮させることが可
能であり、流路間でのガス漏れの少ない高性能な
熱交換器を比較的簡単に製造することができる。

さらに、前記各流体通路を横断する熱交換プレ
ートの厚み方向両面には流れ撹乱要素が設けてあ
るため、各熱交換プレートの熱交換面の近傍に層
流境界層が発達するのが防止され、この熱交換プ
レートの熱交換面に沿つて流通する流体と該熱交
換プレートとの接触機会が実質的に増大して熱交
換効率が向上する。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を第１図〜第３図を参
照して説明する。

第１図に示すように、この熱交換器は、ステン
レス薄板製の外板１，２間に５本の断熱壁３₁〜
３₅を平行に並設し、前記断熱壁３₁と３₂との間
および断熱壁３₃と３₄との間にそれぞれ低圧用の
流体通路４₁，４₂を形成するとともに、前記断熱
壁３₂と３₃との間および断熱壁３₄と３₅との間に
それぞれ高圧用の流体通路５₁，５₂を設けてい
る。そして、複数枚の熱交換プレート６を前記各
流体通路４₁，４₂，５₁，５₂に横断させて設けて
いる。

詳述すれば、前記熱交換プレート６は、短冊状
の銅の薄板であり、例えば、0.05〜0.1mm程度の
厚さのものを用いる。一方、前記断熱壁３₁〜３₅
は、例えば、厚さ0.3〜0.5mm程度のエポキシ樹脂
プリプレグ製の断熱シート７を複数枚積層したも
ので、これら断熱シート７間に前記熱交換プレー
ト６の一部を挟着させている。すなわち、各断熱
壁３₁〜３₅を形成すべき部位に断熱シート７を敷
き、その上に複数枚の熱交換プレート６を断熱シ
ート７の長手方向に所定の間隔をあけて間欠的に
配列させる。しかる後、前記各断熱シート７上に
２枚目の断熱シート７を前記熱交換プレート６を
介して重合させ、その上に複数枚の熱交換プレー
ト６を先に配設した熱交換プレート６に対して千
鳥配置となるように間欠的に配列させる。次い
で、前記各断熱シート７上に３枚目の断熱シート
７を前記熱交換プレート６を介して重合させ、そ
の上に複数枚の熱交換プレート６を先に配設した
熱交換プレート６に対して千鳥配置となるように
間欠的に配列させる。以上の操作を複数回繰り返
して必要枚数の断熱シート７および熱交換プレー
ト６を積層する。そして、その積層体を上下から
外板１，２を介してプレス等により加圧するとと
もに熱を加え、その状態を一定時間保持して前記
断熱シート７を接着硬化させることによつて熱交
換器を得る。なお、前記断熱シート７を構成する
プリプレグは、ガラス繊維等の強化繊維にエポキ
シ樹脂を含浸させたもので、積層時には前記エポ
キシ樹脂は完全に硬化していない状態を呈してい
る。

このような熱交換器において、前記熱交換プレ
ート６の前記各流体通路４₁，４₂，５₁，５₂に露
呈する部位の厚み方向両面に、流れ撹乱要素たる
スリツト８を設けている。スリツト８は、前記熱
交換プレート６の熱交換面６ａ，６ｂの近傍に層
流境界層が発達するのを防ぐためのもので、第２
図および第３図に示すように、前記各流体通路４
_１，４₂，５₁，５₂に対応する部位に２本づつ流れ
に直交させて穿設してある。

このような構成のものであれば、低圧用の流体
通路４₁，４₂を流れる低圧ガスＬと、高圧用の流
体通路５₁，５₂を逆向きに流れる高圧ガスＨと
が、前記熱交換プレート６を介して熱交換を行な
うことになる。この場合、前記各熱交換プレート
６の各流体通路４₁，４₂，５₁，５₂に露呈する部
位に、スリツト８を設けているので、これらスリ
ツト８部分でガスＨ，Ｌの流れに渦等の乱れが生
じ、層流境界層の発達が防止される。すなわち、
かかるスリツト８を有さない熱交換プレートｍを
用いたものでは、第６図に示すように、その熱交
換プレートｍの熱交換面ｎの近傍に、層流境界層
ｐが生成し発達することがある。そのため、この
ような流速条件下で使用を続行する場合には、ガ
スＨ，Ｌがその層流境界層ｐの外側を主として流
通することになり、熱交換効率が非常に悪化す
る。それに対して、本考案のものは、前記スリツ
ト８によつて、そのような層流境界層ｐの発達を
防止することができるので、同一の条件で使用す
る場合でも、その熱交換効率を大幅に向上させる
ことが可能となる。しかして、このようなもので
あれば、流れ方向の幅寸法の比較的大きな熱交換
プレート６を用いても、高い熱交換効率を維持す
ることができる。したがつて、性能を低下させる
ことなしに、熱交換プレート６の使用枚数を減ら
すことが可能となり、製作の簡略化を図ることが
できることにもなる。

また、このものは流体通路４₁，４₂，５₁，５₂
に沿つて連続しているのは断熱壁３₁〜３₅と、熱
伝導率の低いステンレススチール製の外板１，２
のみであり、熱交換プレート６はその断熱壁３₁
〜３₅に交叉するようにして間欠的に配置されて
いる。そのため、流体通路４₁，４₂，５₁，５₂に
沿つた方向の熱侵入を有効に抑制することができ
る。

さらに、断熱壁３₁〜３₅と熱交換プレート６と
によつて囲繞される流体通路４₁，４₂，５₁，５₂
には流れ方向に沿つて急激に流路断面積が拡大し
又は縮小する部位が存在しないので、流路抵抗を
著しく増大させることがなく、それに起因したエ
ネルギロス、熱の発生が防止される。

また、この熱交換器は、流体通路４₁，４₂，５
_１，５₂に沿つた方向に部材を積層しないので、積
層厚さを小さくすることが可能である。そのた
め、積層した断熱シート７同士および断熱シート
７と熱交換プレート６とを接着する場合の加熱が
容易となる。すなわち、このようなものであれ
ば、各部を均一に加熱し加圧することが容易とな
るため、プリプレグの接着性能を最大限発揮させ
ることが可能であり、ガス漏れのない高性能な熱
交換器を比較的簡単に製造することができる。

なお、熱交換プレートに設ける流れ撹乱要素
は、前記実施例のものに限定されないのは勿論で
あり、例えば、第４図あるいは第５図に示すよう
なものであつてもよい。すなわち、第４図に示す
流れ撹乱要素１８は、凹溝状のものであり、前記
スリツトと同様な位置に設けられている。また、
第５図に示す流れ撹乱要素２８は、流れに直交す
る突条をなしている。この流れ撹乱要素に関して
は、数や位置を変えたり他の形状を選定するな
ど、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が
可能である。

［考案の効果］ 本考案は、以上のような構成であるから、熱交
換プレートの近傍に発生する層流境界層の発達を
防止して高い熱交換効率を維持することができる
上に、流路に沿う方向の熱侵入を有効に抑制する
ことが可能であり、しかも、構造が簡単で容易に
製作することができ、その上、熱交換器内部にお
けるエネルギロス、熱の発生が低減化された横積
層形熱交換器を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本考案の一実施例を示し、第
１図は一部切欠した斜視図、第２図は熱交換プレ
ートを示す斜視図、第３図は第２図における−
線に沿う拡大断面図である。第４図および第５
図は本考案の他の実施例を示す第３図相当の断面
図、第６図は比較例を示す第３図相当の断面図で
ある。第７図は従来例を示す斜視図である。 １，２……外板、３₁〜３₅……断熱壁、４₁，
４₂，５₁，５₂……流体通路、６……熱交換プレ
ート、７……断熱シート、８……流れ撹乱要素
（スリツト）、１８，２８……流れ撹乱要素。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. エポキシ樹脂プリプレグ製の断熱シートを流れ
   に直角な方向に積層し接着してなる断熱壁を並設
   してこれら各断熱壁間に複数の独立した流体通路
   を形成するとともに、これら各流体通路を横断す
   る複数の熱交換プレートを前記断熱シート間に間
   欠的に挾着させて配設し、前記熱交換プレート
   が、流れ方向寸法の方が厚み寸法よりも大きな薄
   板状のものである熱交換器であつて、前記熱交換
   プレートの前記各流体通路に露呈する部位の厚み
   方向両面に、該熱交換プレートの近傍に層流境界
   層が発達するのを防ぐための流れ撹乱要素を設け
   たことを特徴とする横積層形熱交換器。