(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状で且つ層厚方向に直角な面内で高温流体がＵターンして流通するＵターン形式の高温流体流路と、層状で且つ層厚方向に直角な面内で低温流体がＵターンして流通するＵターン形式の低温流体流路とが層厚方向に交互に積層配置された積層コアを備えており、
前記積層コアにおけるＵターン形式の高温流体流路の往路途中及び復路途中において、流路内側部分を流通する高温流体と流路外側部分を流通する高温流体とを混合するために、
前記積層コアの往路側外面及び復路側外面のそれぞれには、各高温流体流路の往路途中及び復路途中の積層コア外で、各高温流体流路を流体流路の積層方向に連通させるミキシングヘッダが取付けられており、
且つ、各高温流体流路内には、各流路を流通する高温流体を流路途中で前記積層コア外の前記ミキシングヘッダへ経由させて前記積層コア内の各流路に戻す高温流体迂回用の流体導出入流路が配置されており、
前記流体導出入流路は、Ｕターン流路の外側から内側までの横幅方向全域を流通する高温流体を前記ミキシングヘッダに迂回させる構成である積層型熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の積層熱交換器において、前記流体導出入流路は、流路方向の異なる二等辺三角形状のコルゲートフィンである積層型熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の積層型熱交換器において、往路側のミキシングヘッダがバイパスヘッダを兼ねる積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用エンジンのオイルクーラーなどに適した熱交換器に関し、更に詳しくは、高温流体が流通するＵターン形式の層状高温流体流路と、低温流体が流通するＵターン形式の層状低温流体流路とが交互に積層配置された積層型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用エンジンのオイルクーラーとしては、エンジンオイルを冷却する媒体の違いから、フューエル・クールド方式とエア・クールド方式の二種類が代表的である。また、使用する熱交換器の構成上の違いからは、プレートフィン型とシェルアンドチューブ型の二種類が代表的である。これらの組合せのなかで比較的多く使用されているのが、プレートフィン型熱交換器を用いたフューエル・クールド方式のオイルクーラーである。フューエル・クールド方式のオイルクーラーは低温の燃料による高温のエンジンオイルの冷却に伴って燃料の温度が上昇するので、燃料の予熱器を兼ねる場合もある。フューエル・クールド方式のオイルクーラーに使用されるプレートフィン型熱交換器の基本構造を、特許文献１に記載の燃料予熱器に使用されたプレートフィン型熱交換器を例にとって図８により説明する。
【０００３】
プレートフィン型熱交換器は、コルゲートフィンと呼ばれる板状フィンが配置された層状の高温流体流路１１と、同じくコルゲートフィンと呼ばれる板状フィンが配置された層状の低温流体流路１２とが交互に積層された積層コア１０を主構成部材とする積層型熱交換器の一種であり、高温流体流路１１と低温流体流路１２との間にはチューブプレートと呼ばれる隔板１３が配設されている。また、積層コア１０の積層方向両端部にはこのチューブプレートが端板１４として接合されている。
【０００４】
積層コア１０における個々の高温流体流路１１及び低温流体流路１２は、共に、層厚方向に直角な面内で流体がＵターンして流通するＵターン形式であり、その往路と復路とを形成するために流体流通方向に直角な横幅方向の中央部分に仕切り部材１５が設けられている。また、高温流体と低温流体の出入口の干渉を回避するために、低温流体流路１２の入口１２ａ及び出口１２ｂは積層コア１０の一方の端面に開口しており、高温流体流路１１の入口１１ａ及び出口１１ｂは積層コア１０の両側面における低温流体流路１２の出入口側端部に開口している。そして、エンジンオイルが高温流体流路１１を流通すると同時に燃料が低温流体流路１２を流通することにより、低温の燃料と高温のエンジンオイルとの間で熱交換が行われ、高温のエンジンオイルの冷却が行われる。同時に、低温の燃料が予熱されることから、このオイルクーラーは燃料予熱器を兼ねることができる。
【０００５】
ちなみに、熱交換前のエンジンオイルの温度は一般に−５０〜２００℃程度、同じく熱交換前の燃料の温度は飛行高度等によるが、一般に−７５〜１５０℃程度である。また、ここにおけるエンジンオイルと燃料の流通方向は同じである。すなわち、特許文献１に記載されたプレートフィン型熱交換器は積層並行流型である。これとは逆に、燃料とエンジンオイルの流通方向が相反する場合もあり、この場合は積層対向流型と呼ばれる。
【０００６】
このような航空機用エンジンのオイルクーラーとして使用されるプレートフィン型熱交換器の問題点の一つとして、高温流体流路１１を流通するエンジンオイルの不自然な温度分布による熱交換性能の低下がある。すなわち、層状の高温流体流路１１を流通するエンジンオイルの温度は入口１１ａから出口１１ｂにかけて徐々に低下し、流体流通方向に直角で且つ層厚方向に直角な流路幅方向の温度分布は均一であるのが理想的であるが、実際はＵターン流路の内側、すなわち往路と復路とを仕切る仕切り部材１５の近くほど温度が低下する傾向が強く、その結果として、温度に粘度が支配されるオイルにあっては、Ｕターン流路の内側ほどオイルの流動性が悪化し、実質的にＵターン流路の外側を流通するオイルのみしか熱交換に寄与しないことから、実質的な伝熱面積が減少し、熱交換性能が低下するのである。この傾向は雰囲気温度が低く、燃料温度が低いほど顕著であることから、オイルクーラーの低温性能低下の要因になっている。
【０００７】
この問題を解決するための対策として、特許文献１に記載されたプレートフィン型熱交換器では、Ｕターン形式の高温流体流路の往路と復路とを仕切る仕切り部材１５の熱伝導性を低下させることが行われている。その根拠は次のとおりである。高温流体流路１１の往路を流通する比較的高温のオイルが、仕切り部材１５を介して、復路を流通する比較的低温のオイルによって冷却されることが、仕切り部材１５の近傍における温度低下の原因であるため、仕切り部材１５の構成材料をセラミックスなどの熱伝導性の低い材料に変更することにより、仕切り部材１５を介した往路から復路への熱伝導を抑制し、流体流通方向に直角な流路幅方向の温度分布の均一化を図るのである。
【０００８】
しかしながら、この対策は効果が限定的であり、高高度を飛行する大型ジェット機等の航空機においては、高温流体流路１１の往路及び復路における流体流通方向に直角な流路幅方向の温度分布が依然として不均一であり、伝熱面積の減少から、熱伝達性能の低下が確認された。
【０００９】
なお、航空機用エンジンのオイルクーラーでは、エンジン始動時にエンジンオイルの温度を急速に高めることなどを目的として、バイパス機構が装備されていることが多い。このバイパス機構は特許文献２などに記載されている。バイパス機構を装備したオイルクーラー用プレートフィン型熱交換器の構造を図９により説明する。バイパス機構は、積層コア１０における高温流体流路１１の往路側の側面に設けられた出入口１１ｃ、出入口１１ｃを積層方向で連通させるパイパスヘッダ２０、パイパスヘッダ２０を高温流体流路１１の出口１１ｂと直結するパイパス管２１、そのバイパス管２１の開閉機構などから構成されている。
【００１０】
通常はバイパス管２１を閉止状態とすることにより、高温流体流路１１の往路を流通するオイルは一旦バイパスヘッダ２０に出た後、再び往路に戻る。寒冷地におけるエンジン始動時等、エンジンオイルを急速に温める必要のあるときは、バイパス管２１を開放状態とする。これにより、高温流体流路１１の往路に導入されたオイルは一旦、往路の途中から積層コア１０外へ導出され、積層コア１０を迂回して熱交換器外へ排出される。その結果、燃料によるエンジンオイルの冷却が回避され、エンジンオイルの急速な温度上昇が可能となる。また、このエンジンオイルの昇温に伴い、当初より熱交換内に存在している低温のエンジンオイルも徐々に加熱され、粘度が下がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−０９７５８２公報
【特許文献２】実開平０１−０６７４７９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、Ｕターン形式の層状高温流体流路を流通する高温流体の流路横幅方向における不自然な温度分布を解消して、熱伝達性能の向上、特に低温性能の大幅向上を可能とする積層型熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ところで、本出願人は航空機用エンジンのオイルクーラーとして使用されるプレートフィン型熱交換器として、図９に示すパイパス機構を装備するものを製造しており、より詳しくは、エンジンオイルと燃料の流通方向が逆の対向流型熱交換器を製造している。本発明者らは当初、Ｕターン形式の層状高温流体流路１１を流通する高温流体の横幅方向における不自然な温度分布の原因がこのバイパス機構にあると考え、バイパス機構を取り除いたプレートフィン型熱交換器を試験的に作製し、前記温度分布の不均一に及ぼすバイパス機構の影響度を詳細に調査した。その結果は、本発明者らの予想とは反対に、バイパス機構を取り除くことにより、前記温度分布の不均一がより一層顕著となって熱交換性能が低下するというものであった。
【００１４】
すなわち、バイパス機構は、航空機用エンジンのオイルクーラーの場合、エンジン始動時に使用されるだけで、通常のエンジン作動時にはオフ状態となって、高温側Ｕターン流路の往路を流通するオイルをバイパスヘッダ２０に経由させるだけのヘッダ迂回流路となる。このとき、往路の外側部分（Ｕターン流路の往路と復路を仕切る仕切り部材１５から遠い部分）を流通するオイルばかりでなく、往路の内側部分（前記仕切り部材１５に近い部分）を流通するオイルについても、一旦バイパスヘッダ２０を経由することにより、バイパスヘッダ２０では両者が強制的に混合されると共に、高温側Ｕターン流路の積層方向でもオイルの強制混合が行われる。このようなバイパスヘッダ２０でのオイル混合について、本発明者らは、高温流体流路１１を流通する高温流体の流路幅方向における不自然な温度分布の原因と考えていたが、実際はこの不自然な温度分布を解消するのに有効な対策であることが分かった。
【００１５】
具体的に説明すると、高温側Ｕターン流路の往路側にバイパスヘッダ２０を設けると、復路側ではバイパス機構がない場合とは逆に、内側部分（Ｕターン流路の往路と復路を仕切る仕切り部材１５に近い部分）より外側部分（前記仕切り部材１５から遠い部分）でのオイル温度が低くなり、積層コア１０が完全に機能しないまでも、復路での温度分布の入れ代わりにより、バイパス機構がない場合よりかは熱交換性能が向上するのである。
【００１６】
このような事実を背景として、本発明者らは一つの試みとして、平時のバイパス機構と同等機能のヘッダ迂回流路を高温側Ｕターン流路の往路及び復路の両方に設けた。その結果、航空機用エンジンのオイルクーラーとして使用されるプレートフィン型熱交換器で問題となっていた高温流体流路での不自然な温度分布、これによるオイルの偏流、及び熱交換性能の低下が効果的に解消されることが判明した。
【００１７】
本発明の積層型熱交換器は、かかる知見を基礎として完成されたものであって、層状で且つ層厚方向に直角な面内で高温流体がＵターンして流通するＵターン形式の高温流体流路と、層状で且つ層厚方向に直角な面内で低温流体がＵターンして流通するＵターン形式の低温流体流路とが層厚方向に交互に積層配置された積層コアを備えており、
前記積層コアにおけるＵターン形式の高温流体流路の往路途中及び復路途中において、流路内側部分を流通する高温流体と流路外側部分を流通する高温流体とを混合するために、
前記積層コアの往路側外面及び復路側外面のそれぞれには、各高温流体流路の往路途中及び復路途中の積層コア外で、各高温流体流路を流体流路の積層方向に連通させるミキシングヘッダが取付けられており、
且つ、各高温流体流路内には、各流路を流通する高温流体を流路途中で前記積層コア外の前記ミキシングヘッダへ経由させて前記積層コア内の各流路に戻す高温流体迂回用の流体導出入流路が配置されており、
前記流体導出入流路は、Ｕターン流路の外側から内側までの横幅方向全域を流通する高温流体を前記ミキシングヘッダに迂回させる構成とされたものである。
【００１８】
前記流体導出入流路は、往路側のミキシングヘッダがバイパスヘッダを兼ねる構成が合理的で望ましい。また、高温流体流路における高温流体の流通方向と低温流体流路における低温流体の流通方向との関係については、逆方向の対向流型が熱交換性能向上の点から好ましい。
【００１９】
本発明の積層型熱交換器においては、Ｕターン形式で層状の高温流体流路と、同じくＵターン形式で層状の低温流体流路とが交互に積層されているので、高温流体流路を流通する高温流体と、低温流体流路を流通する低温流体とが熱交換され、高温流体の温度が下がり低温流体の温度が上る。このとき、高温側のＵターン流路を流通する高温流体は、Ｕターン流路の往路の途中で全量が一旦ミキシングヘッダに流出し、ここでＵターン流路の内側部分を流れる流体と外側部分を流れる流体が混合する。また、Ｕターン流路の積層方向においても高温流体の混合が行われる。これらにより流路幅方向における流体温度分布の均一化が図られる。これとは別に、Ｕターン流路の復路の途中でも高温流体の全量が一旦ミキシングヘッダに流出し、ここでＵターン流路の内側部分を流れる流体と外側部分を流れる流体が混合する。また、Ｕターン流路の積層方向においても高温流体の混合が行われる。
【００２０】
これらの結果、高温側のＵターン流路においては内側部分と外側部分の流体温度差が緩和され、その結果として偏流が緩和されることにより、熱交換性能、とりわけ低温流体温度が低いときの低温性能が向上する。
【００２１】
すなわち、高温側Ｕターン流路の往路及び復路の両方で内側部分を流通する高温流体を強制的に積層コア外に排出して、外側部分を流通する高温流体と積極的に攪拌混合させることが、本発明の積層型熱交換器における最大の特徴点である。
【００２２】
本発明の積層型熱交換器における熱交換性能は、Ｕターン流路の外側から内側までの横幅方向全域を流通する高温流体をミキシングヘッダに迂回させて全量の攪拌混合を行うので特に高い。また、高温流体の流通方向と低温流体の流体方向が同方向の並行流型より、両流体の流通方向が逆方向の対向流型熱交換器の方が、熱交換性能が高い。
【００２３】
バイパス機構が必要な場合、往路側のミキシングヘッダをパイパスヘッダとして利用することにより構造の簡略化が図られる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の積層型熱交換器は、Ｕターン形式で層状の高温流体流路と、同じくＵターン形式で層状の低温流体流路とが交互に積層された積層コア内の高温側Ｕターン流路の往路及び復路の両方において、往路側の外面及び復路側の外面に、各高温流体流路を流体流路の積層方向に連通させるミキシングヘッダを取付け、往路及び復路の両方でそれぞれを流通する高温流体の全量を一旦、積層コア外へ排出し攪拌混合して積層コア内に戻すと共に、Ｕターン流路の積層方向においても高温流体の混合を行うことにより、高温側Ｕターン流路を流通する高温流体の流路幅方向における不自然な温度分布を緩和して、熱交換性能の大幅向上を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態を示す積層型熱交換器の斜視図である。
【図２】同積層型熱交換器における積層コアの斜視図である。
【図３】同積層コア内の高温流体流路の平面図である。
【図４】同積層コア内の低温流体流路の平面図である。
【図５】同高温流体流路における高温流体の温度分布図を示す平面図である。
【図６】高温流体流路における高温流体の温度分布を、従来の積層対向流型熱交換器について示す平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す積層型熱交換器の斜視図である。
【図８】従来の積層型熱交換器の斜視図である。
【図９】従来の別の積層型熱交換器の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
本実施形態の積層型熱交換器は、航空機用エンジンのオイルクーラーとして使用されるものであって、図１及び図２に示すように、対向流方式のプレートフィン型熱交換器からなる直方体状の積層コア１０を有している。積層コア１０は、コルゲートフィンからなる層状の高温流体流路１１と、同じくコルゲートフィンからなる層状の低温流体流路１２とを交互に積層することにより構成されている。高温流体流路１１と低温流体流路１２との間にはチューブプレートと呼ばれる隔板１３が設けられており、積層コア１０における積層方向両端面は、同じくチューブプレートと呼ばれる端板１４により密閉されている。
【００２８】
高温流体流路１１及び低温流体流路１２は、図３及び図４に示すように、いずれもＵターン形式であり、その往路と復路とを仕切る仕切り部材１５が各流体流路の横幅方向中央部分に、流路反転側（反出入口側）の端部を除いて設けられている。低温流体流路１２の入口１２ａ及び出口１２ｂは、積層コア１０の出入口側の端面に横幅方向に並んで開口している。高温流体流路１１の入口１１ａは、積層コア１０の一方の側面における出入口側の端部に開口しており、高温流体流路１１の出口１１ｂは、積層コア１０の他方の側面における出入口側の端部に開口している。積層コア１０の一方の側面には更に、高温流体流路１１ａの第２の出入口１１ｃが往路の中間部に位置して設けられている。同様に、積層コア１０の他方の側面には、高温流体流路１１ａの第３の出入口１１ｄが復路の中間部に位置して設けられている。
【００２９】
高温流体流路１１及び低温流体流路１２の流体出入口を除く外縁部はサイドバー１８及び１９によりそれぞれ密閉されている。
【００３０】
積層コア１０の出入口側の端面には、低温流体流路１２の入口１２ａを流路積層方向で連通させる縦向きの入口ヘッダ３０ａと、低温流体流路１２の出口１２ｂを流路積層方向で連通させる縦向きの出口ヘッダ３０ｂとが横幅方向に並んで取付けられている。積層コア１０の一方の側面には、高温流体流路１１の入口１１ａを流路積層方向で連通させる縦向きの入口ヘッダ４０ａが全高にわたって取付けられていると共に、高温流体流路１１の第２の出入口１１ｃを流路積層方向で連通させる縦向きの第１のミキシングヘッダ５０ａが全高にわたって取付けられている。積層コア１０の他方の側面には、高温流体流路１１の出口１１ｂを流路積層方向で連通させる縦向きの出口ヘッダ４０ｂが積層方向全高にわたって取付けられていると共に、高温流体流路１１の第３の出入口１１ｄを流路積層方向で連通させる縦向きの第２のミキシングヘッダ５０ｂが積層方向全高にわたって取付けられている。
【００３１】
低温流体の入口ヘッダ３０ａ及び出口ヘッダ３０ｂ、高温流体の入口ヘッダ４０ａ及び出口ヘッダ４０ｂ、並びに第１のミキシングヘッダ５０ａ及び第２のミキシングヘッダ５０ｂは、いずれも長手方向（縦方向）の全長にわたって断面が半円形状のカバーであり、各ヘッダの長手方向両端部は閉塞されている。そして、入口ヘッダ３０ａの長手方向中央部には低温流体の流入口３１ａが、出口ヘッダ３０ｂの長手方向中央部には低温流体の流出口３１ｂが、入口ヘッダ４０ａの長手方向中央部には高温流体の流入口４１ａが、出口ヘッダ４０ｂの長手方向中央部には高温流体の流出口４１ｂが、それぞれ設けられている。
【００３２】
高温流体流路１１に配置されるコルゲートフィン１６の流体流通方向については、次の例外を除いて、高温側Ｕターン流路における往路及び復路の方向に沿ったものになっている。高温側Ｕターン流路の入口側端部には、入口ヘッダ４０ａから流入した高温流体を高温流体流路１１に導くために、流路方向の異なる直角三角形状のコルゲートフィン１６ａが配置されている。高温側Ｕターン流路の出口側端部には、高温流体流路１１から排出される高温流体を出口ヘッダ４０ｂへ導くために、流路方向の異なる直角三角形状のコルゲートフィン１６ｂが配置されている。高温側Ｕターン流路の流路反転側（反出入口側）の端部には、流路反転のために流路方向の異なる二等辺三角形状のコルゲートフィン１６ｃが配置されている。
【００３３】
コルゲートフィン１６については更に、高温側Ｕターン流路の往路を流通する高温流体の全量を第１のミキシングヘッダ５０ａに経由させるために、流路方向の異なる二等辺三角形状のコルゲートフィン１６ｄが迂回用の流体導出入流路として、ミキシングヘッダ５０ａの裏側に位置して配置されている。更に又、高温側Ｕターン流路の復路を流通する高温流体の全量を第２のミキシングヘッダ５０ｂに経由させるために、流路方向の異なる二等辺三角形状のコルゲートフィン１６ｅが迂回用の流体導出入流路として、ミキシングヘッダ５０ｂの裏側に位置して配置されている。
【００３４】
低温流体流路１２に配置されるコルゲートフィン１７の流体流通方向については、低温側Ｕターン流路の流路反転側（反出入口側）の端部に、流路反転のための流路方向の異なる二等辺三角形状のコルゲートフィン１７ａが配置されている点を除き、低温側Ｕターン流路における往路及び復路の方向に沿ったものになっている。
【００３５】
本実施形態の積層型熱交換器の機能は以下のとおりである。
【００３６】
前述したとおり、本実施形態の積層型熱交換器は、航空機用エンジンのオイルクーラーとして使用される対向流方式のプレートフィン型熱交換器である。このため、高温流体流路１１を流通する高温流体は冷却すべき高温のエンジンオイル、低温流体流路１２を流通する低温流体は低温の燃料である。
【００３７】
高温流体であるエンジンオイルは、積層コア１０の出入口側の一側面に設けられた入口ヘッダ４０ａを介して入口１１ａから高温流体流路１１の往路内に流入する。往路を進むエンジンオイルは、往路の途中で流体導出入流路１６ｄにより、積層コア１０の側面に取付けられた第１のミキシングヘッダ５０ａを経由し、往路に戻る。往路に戻ったエンジンオイルは、流路他端部側で方向転換して、往路に並列した復路に入る。復路を進むエンジンオイルは、復路の途中で流体導出入流路１６ｅにより、積層コア１０の側面に取付けられた第２のミキシングヘッダ５０ｂを経由し、復路に戻る。そして、積層コア１０の出入口側の他側面に設けられた出口１１ｂから出口ヘッダ４０ｂを介して積層コア１０外へ排出される。
【００３８】
一方、低温流体としての燃料は、積層コア１０の出入口側の端面に設けられた入口ヘッダ３０ａを介して低温流体流路１２の入口１２ａから当該流路の往路内に流入し、往路を直進し、流路他端部側で方向転換して、往路に並列した復路を直進し、出口１２ｂから出口ヘッダ３０ｂを介して外部へ排出される。
【００３９】
高温流体であるエンジンオイルを積層コア１０の出入口側の側面から出し入れするのに対し、低温流体である燃料を積層コア１０の出入口側の端面から出し入れするは、高温側のヘッダ４０ａ，４０ｂと低温側のヘッダ３０ａ，３０ｂとの干渉を回避するためである。
【００４０】
このような積層型対向流型熱交換器においては、Ｕターン形式の高温流体流路１１と、同じくＵターン形式の低温流体流路１２とが交互に積層されているため、高温流体流路１１を流通する高温のエンジンオイルと、低温流体流路１２を逆方向に流通する燃料とが熱交換され、エンジンオイルの冷却が行われる。
【００４１】
ここで、高温流体流路１１を流通するエンジンオイルは、高温側Ｕターン流路の往路で全量が一旦、積層コア１０外のミキシングヘッダ５０ａを経由する。ミキシングヘッダ５０ａでは、高温流体流路１１の往路外側部分を流通するエンジンオイルと往路内側部分を流通するエンジンオイルが混合する。同時に、積層する高温流体流路１１間でもエンジンオイルの混合が行われる。これにより、高温流体流路１１の流路横幅方向における温度の不均一分布、及び積層方向における高温流体流路１１間で生じる温度分布の不均一が解消される。
【００４２】
このままだと、高温流体流路１１の復路の外側部分でエンジンオイルの温度が低くなり、内側部分でエンジンオイルの温度が高くなり、外側部分での流れが悪くなって専ら内側部分でのみエンジンオイルの流通が行われる。このため設計性能がでない。しかるに、本実施形態の積層型熱交換器では、高温流体流路１１の復路でも、エンジンオイルの全量が積層コア１０外のミキシングヘッダ５０ｂを経由する。そして、ミキシングヘッダ５０ｂでも、高温流体流路１１の復路外側部分を流通するエンジンオイルと復路内側部分を流通するエンジンオイルが混合する。同時に、積層する高温流体流路１１間でもエンジンオイルの混合が行われる。これにより、高温流体流路１１の流路幅方向における温度の不均一分布、及び積層方向における高温流体流路１１間で生じる温度分布の不均一が解消される。
【００４３】
かくして、本実施形態の積層型熱交換器においては、高温側Ｕターン流路の往路及び復路の両方でエンジンオイルの流路幅方向における温度分布が著しく均一化され、高温流体流路１１の実質全面が熱交換に寄与することにより、低温時でも熱交換性能が上り、熱交換器が設計性能どおりに機能することになる。
【００４４】
本実施形態の積層型熱交換器において、積層コア１０内の高温流体流路１１における流体温度分布を解析したのが図５である。エンジンオイルの流入時の温度は１００℃である。往路及び復路での流路幅方向における温度分布が均一化されているのが分かる。特に復路におけるミキシングヘッダ５０ｂより下流側で温度分布の均一化が顕著である。
【００４５】
比較のために、バイパスヘッダ２０のみを備えた従来の積層型熱交換器（図９）における同温度分布を図６に示すが、復路側で横幅方向の温度分布の不均一が顕著であり、流路外側部分での温度が低く、内側部分しか実質的に機能していないことが分かる。
【００４６】
これらの機能の違いを熱交換器の能力で比較した。積層コア１０の長さは約４００ｍｍ、横幅は約２００ｍｍ、積層方向の高さは約５０ｍｍ、高温流体流路１１の段数は７、低温流体流路１２の段数は６、各段の層厚は約３ｍｍである。低温流体として約−５０℃の航空機用燃料を約３トン／ｈの流量で低温流体流路１２に流通させた。高温流体としては約１００℃のエンジンオイルを約２トン／ｈの流量で高温流体流路１１に流通させた。
【００４７】
熱交換性能は、高温側Ｕターン流路の往路及び復路にミキシングヘッダを設けた本実施形態の積層型熱交換器では、高温側Ｕターン流路の往路側にバイパスヘッダを設けた従来の積層型熱交換器に対して１０％向上した。また、高温側Ｕターン流路の往路側からバイパスヘッダを取り外した積層型熱交換器では、高温側Ｕターン流路の往路側にバイパスヘッダを設けた従来の積層型熱交換器に対して２０％低下した。
【００４８】
上述した本実施形態の積層型熱交換器は、高温側Ｕターン流路の往路側及び復路側にミキシングヘッダ５０ａ及び５０ｂをそれぞれ装備しているが、図７に示すように、往路側のミキシングヘッダ５０ａをバイパスヘッダとして利用することができる。その場合は、ミキシングヘッダ５０ａの背の中央部分等に流出口５１ａを設け、バイパス機能使用時には流出口５１ａを開き、これを出口ヘッダ４０ｂの流出口４１ｂと繋ぐ。そうすれば、入口ヘッダ４０ａから高温流体流路１１内に流入した高温流体の全量がミキシングヘッダ５０ａから出口ヘッダ４０ｂにバイパスされ、高温流体であるエンジンオイルの急速な昇温が可能となると共に、その昇温したエンジンオイルが熱交換器内の一部を通過することにより、高温流体の供給が保持されつつ熱交換器内に滞留する低温のエンジンオイルの昇温が可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  積層コア
１１  高温流体流路
１１ａ  入口
１１ｂ  出口
１１ｃ，１１ｄ  出入口
１２  低温流体流路
１２ａ  入口
１２ｂ  出口
１３  隔板
１４  端板
１５  仕切り部材
１６  高温流体流路１１に配置されるコルゲートフィン
１６ｄ，１６ｅ  迂回用の流体導出入流路
１７  低温流体流路１２に配置されるコルゲートフィン
１８，１９  サイドバー
２０  バイパスヘッダ
２１  バイパス管
３０ａ  低温流体の入口ヘッダ
３０ｂ  低温流体の出口ヘッダ
３１ａ  流入口
３１ｂ  流出口
４０ａ  高温流体の入口ヘッダ
４０ｂ  高温流体の出口ヘッダ
４１ａ  流入口
４１ｂ  流出口
５０ａ，５０ｂ  ミキシングヘッダ
５１ａ  流出口
Ｈ  高温流体
Ｌ  低温流体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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