JPH0825814B2 - 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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- JPH0825814B2 JPH0825814B2 JP1102362A JP10236289A JPH0825814B2 JP H0825814 B2 JPH0825814 B2 JP H0825814B2 JP 1102362 A JP1102362 A JP 1102362A JP 10236289 A JP10236289 A JP 10236289A JP H0825814 B2 JPH0825814 B2 JP H0825814B2
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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。
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。
（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、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せ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、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／炭素繊維
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
素繊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耐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） 実施例１ 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、前記隔壁
２（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、内側筒状隔壁2b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（1a），中型の熱交換器１
（1b）およびより小型の熱交換器１（1c）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Ｄ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（ａ）〜（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
10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10
3）を適当な寸法にカット（第４図の工程104）して巻き
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−１）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105）
したのち前記第３図（ｂ−２）に示したプリプレグ積層
棒状体17をらせん状に配設し、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・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、20〜70k
gf/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20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108）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110）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、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Kgf/cm2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／炭素繊維
複合材よりなる隔壁２（外側筒状隔壁2a,内側筒状隔壁2
b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15
0℃）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
シリコンゴムほ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・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・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 第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（32
a,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、炭素繊維のクロス（第４図の工程10
1）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46（第４図の工程103）を適当な
寸法にカット（第４図の工程104）して巻き付けること
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48を積層（第４図の工程105）
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46,48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・加熱処理（キュア処理）を行い、この
際、加圧・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46,48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・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（32a,32c）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凹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
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65の三面側に、炭素繊維のクロス（第４図の工程10
1）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−１）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72,7
3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・加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61,71
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,32d）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凹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、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32
b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・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
らせん状の凹部が形成され、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45,65では、
発泡シリコンゴムほ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。
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、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せ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、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／炭素繊維
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
素繊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耐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） 実施例１ 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、前記隔壁
２（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、内側筒状隔壁2b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（1a），中型の熱交換器１
（1b）およびより小型の熱交換器１（1c）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Ｄ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（ａ）〜（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
10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10
3）を適当な寸法にカット（第４図の工程104）して巻き
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−１）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105）
したのち前記第３図（ｂ−２）に示したプリプレグ積層
棒状体17をらせん状に配設し、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・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、20〜70k
gf/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20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108）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110）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、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Kgf/cm2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／炭素繊維
複合材よりなる隔壁２（外側筒状隔壁2a,内側筒状隔壁2
b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15
0℃）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
シリコンゴムほ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・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・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 第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（32
a,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、炭素繊維のクロス（第４図の工程10
1）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46（第４図の工程103）を適当な
寸法にカット（第４図の工程104）して巻き付けること
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48を積層（第４図の工程105）
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46,48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・加熱処理（キュア処理）を行い、この
際、加圧・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46,48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・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（32a,32c）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凹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
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65の三面側に、炭素繊維のクロス（第４図の工程10
1）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−１）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72,7
3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・加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61,71
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,32d）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凹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、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32
b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・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
らせん状の凹部が形成され、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45,65では、
発泡シリコンゴムほ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／炭素繊維複合材よりなる
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。
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／炭素繊維複合材よりなる
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
−１），（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
−１），（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)
- 【請求項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 JPH02279304A (ja) | 1990-11-15 |
| JPH0825814B2 true 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 (1)
| 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 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018079824A1 (ja) * | 2016-10-31 | 2018-05-03 | 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 |
| FR3071830B1 (fr) * | 2017-10-02 | 2021-03-12 | Safran Ceram | Procede pour la realisation d'une piece creuse en materiau composite a matrice ceramique |
| EP3964784A1 (en) * | 2020-09-07 | 2022-03-09 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Heat exchanger and use thereof |
| 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 |
-
1989
- 1989-04-21 JP JP1102362A patent/JPH0825814B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02279304A (ja) | 1990-11-15 |
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