(57)【要約】【課題】従来の対向流式熱交換器では、熱交換性能の向上と小型軽量化の両立が難しいという問題点があった。【解決手段】内側に高温流体の流路６を有する内筒２と、内筒２の外周部との間に低温流体の流路８を形成する外筒３を備えると共に、高温流体及び低温流体の各流路６，８に高温用及び低温用のフィン７，９を設けた熱交換器１とし、熱交換性能の向上と小型軽量化の両方を実現した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に高温流体の流路を有する内筒と、内筒の外周部との間に低温流体の流路を形成する外筒を備えると共に、高温流体及び低温流体の各流路にフィンを設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
高温流体の流路のフィンが  内筒の軸線方向に沿う板状を成すと共に、内筒の軸回りに所定間隔で設けてあることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
低温流体の流路のフィンが、内筒の外周部に設けてあると共に、そのフィンと外筒を接合したことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
低温流体の流路のフィンが、内筒の軸回りに螺旋状に形成してあることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向流式の熱交換器の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対向流式の熱交換器としては、内側に高温流体の流路を有する内筒と、内筒の外周部との間に低温流体の流路を形成する外筒を備え、内筒の壁部を介して高温流体と低温流体の間で熱交換を行なうものがある（特許文献１）。
【０００３】
このような熱交換器は、例えば、液体ロケットの燃焼器に適用されており、内側流路に燃焼ガスを流通させると共に、外側流路に酸化剤又は燃料のいずれかを流通させて、燃焼器の冷却を行なうと共に、酸化剤又は燃料の気化促進を図るようにしている（非特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−７４５７６号公報
【非特許文献１】『増補版・航空宇宙工学便覧』丸善株式会社、昭和５８年４月２５日、ｐ．６３５−６３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記したような従来の熱交換器にあっては、所望の熱交換性能を得るには、内筒及び外筒の直径や長さといった諸寸法や、熱交換を行なう部分の有効長さを調整する以外になく、熱交換性能を高めようとすると装置全体が大型化する傾向にあることから、熱交換性能の向上と小型軽量化の両立が難しいという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、熱交換性能の向上と小型軽量化の両方を実現することができ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】
【０００６】
本発明の熱交換器は、請求項１として、内側に高温流体の流路を有する内筒と、内筒の外周部との間に低温流体の流路を形成する外筒を備えると共に、高温流体及び低温流体の各流路にフィンを設けた構成とし、請求項２として、高温流体の流路のフィンが  内筒の軸線方向に沿う板状を成すと共に、内筒の軸回りに所定間隔で設けてある構成とし、請求項３として、低温流体の流路のフィンが、内筒の外周部に設けてあると共に、そのフィンと外筒を接合した構成とし、請求項４として、低温流体の流路のフィンが、内筒の軸回りに螺旋状に形成してある構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の熱交換器によれば、高温流体及び低温流体の各流路におけるフィンの数や形状を選択することで、装置全体の大きさを変えずに熱交換性能を調整することができ、これに伴って装置全体の小型軽量化をも実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜図４は、本発明の熱交換器の一実施例を説明する図である。
【０００９】
図１に示す熱交換器１は、液体ロケットの燃焼器やノズルの構成部品として用いられるものであって、両端が開放された内筒２と、同じく両端が開放された外筒３と、内筒２及び外筒３の一端側（図１中で左側）に固定した入口側マニホールド４と、内筒２及び外筒３の他端側に固定した出口側マニホールド５を備えている。
【００１０】
内筒２は、その内側に高温流体の流路６を有すると共に、高温流体の流路６に複数の高温用フィン７が設けてある。高温用フィン７は、内筒２の軸線方向に沿う帯状を成すと共に、内筒２の中心に向けて突出し、図４に示す如く内筒２の軸回りに所定間隔で設けてある。高温用フィン７は、切削加工あるいは予め成形したフィン素材を溶接等により内筒２に固着するなどの手段で形成してある。この実施例の内筒２は、銅又は銅合金製である。なお、図４は、図１に対して高温用フィン７の数を省略している。
【００１１】
また、内筒２の外周部と外筒３の間には、低温流体の流路８が形成してあり、この低温流体の流路８に、複数の低温用フィン９が設けてある。低温用フィン９は、図２に示すように、切削加工等によって内筒２の外周部に形成してあり、この実施例では、内筒２の軸回りで且つ複数条の螺旋状に形成してある。
【００１２】
この実施例の外筒３は、ニッケル製であって、電鋳により形成してある。すなわち、内筒２の外周部が滑らかな円周面となるように低温用フィン９の間を低融点材料から成る中子で埋めた状態にしてから、内筒２の外周面に電鋳によって外筒３となるニッケル層を形成し、その後、中子を熔融除去することで、低温用フィン９に外筒３を接合した状態にしている。したがって、低温流体の流路８は、図１中に拡大図を示すように、実質的に低温用フィン９の間の溝部分となる。
【００１３】
また、外筒３は、図３に示すように、両端部近傍に、外側から低温流体の流路８に通じる入口側及び出口側の流通孔１０が形成してある。この実施例の流通孔１０は、外筒３の両端部近傍の夫々において、円周方向に所定間隔で多数形成してある。
【００１４】
入口側及び出口側のマニホールド４，５は、いずれもステンレス製であって、環状を成すと共に、内筒２及び外筒３の端部にろう付け又は溶接にて固定してあり、この状態で、外筒３の流通孔１０を含む外周部との間に、入口側及び出口側の環状流通路１１，１２を形成している。
【００１５】
また、入口側及び出口側のマニホールド４，５は、当該熱交換器１に他の配管類を連結するためのフランジ部４ａ，５ａを備えると共に、入口側マニホールド４には低温流体の供給管の接続部４ｂが、出口側マニホールド５には低温流体の排出管の接続部５ｂが設けてある。
【００１６】
上記構成を備えた熱交換器１は、先述の如く液体ロケットの燃焼器やノズルの構成部品として用いられるものであるから、内筒２の内側である高温流体の流路６に、図１中で右側から左側へ燃焼ガスを流通させると共に、内筒２と外筒３の間に形成した低温流体の流路８に、燃料として用いるガス（液化天然ガス）や酸化剤（液体酸素）といった低温流体を流通させる。
【００１７】
このとき、低温流体は、入口側マニホールド４から入口側の流通孔１０を経て流路８に供給され、流路８において燃焼ガスと逆向き（図１中で左側から右側）に流れ、出口側の流通孔１０から出口側マニホールド５を経て排出される。
【００１８】
このようにして、熱交換器１は、高温流体と低温流体との間で熱交換を行なって当該熱交換器１を冷却し、且つ低温流体の気化促進を図るものとなっている。この際、熱交換器１は、高温流体及び低温流体の夫々の流路６，８に高温用及び低温用のフィン７，９を設けたことから、各流体に対する流路６，８の接触面積が大きくなって熱交換効率が高められ、しかも、高温用及び低温用のフィン７，９をいずれも共通の内筒２に形成しているので、各流体と内筒２との接触面積が大きく確保されて熱交換効率が非常に高いものとなる。
【００１９】
また、熱交換器１は、高温流体の流路６における高温用フィン７が、内筒２の軸回りに所定間隔で設けてあると共に、低温流体の流路８の低温用フィン９が、内筒２の軸回りに螺旋状に設けてあるので、内筒２の円周方向における各流体との接触面積が均一となり、熱交換効率のさらなる向上を実現し得る。
【００２０】
さらに、熱交換器１は、内筒２の外周部の低温用フィン９と外筒３を接合して内筒２と外筒３を一体化してあるので、熱交換効率が良好であるうえに、製品寿命や信頼性の向上を実現することができる。なお、上記実施例では、内筒２の外周部に電鋳により外筒３を形成した場合を説明したが、拡散接合やろう付けで内筒２と外筒３を互いに接合しても良い。
【００２１】
そして、当該熱交換器１は、上記の如く熱交換性能に優れるうえに、各流路６，８における高温用及び低温用のフィン７，９の数や形状を選択すれば、装置全体の大きさを変えなくても熱交換性能を調整することができ、これに伴って装置全体の小型軽量化をも実現することができる。
【００２２】
なお、本発明の熱交換器は、その構成の細部、材料及び用途などが上記実施例のみに限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、内筒２の内側の高温流体の流路６において、断面十字形の高温用フィン１７を設けても良いし、図６に示すように、断面十字形の高温用フィン１７と先の実施例で示した帯状の高温用フィン７とを組合わせても良く、また、低温流体の流路における低温用フィンにあっても、螺旋状以外の適宜形状にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の熱交換器の一実施例を説明する断面図である。
【図２】図１に示す内筒を説明する側面図である。
【図３】図１に示す外筒を説明する側面図である。
【図４】図１に示す内筒の断面図である。
【図５】内筒の他の形状例を説明する断面図である。
【図６】内筒のさらに他の形状例を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    熱交換器
２    内筒
３    外筒
６    高温流体の流路
７    高温用フィン
８    低温流体の流路
９    低温用フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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