(57)【要約】      （修正有）【課題】低温気体流路内を流通する気体と高温気体流路内を流通する気体との間で熱交換を行わせるためのコア部を具備する熱交換器において、コア部の低温気体流路入口側表面に氷結水分が付着することにより熱交換効率が低下する不具合の発生を、簡単な構成でより効果的に抑制する。【解決手段】熱交換器に、低温気体流路内を流通する気体と高温気体流路内を流通する気体との間で熱交換を行わせるためのコア部７ａと、前記コア部７ａを通過する気体の流れの向きを逆転させるための流路逆転手段９とを具備させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温気体流路内を流通する気体と高温気体流路内を流通する気体との間で熱交換を行わせるためのコア部と、前記コア部を通過する気体の流れの向きを逆転させるための流路逆転手段とを具備することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記流路逆転手段が、気体流路のコア部より上流の部位から分岐し、コア部より下流の部位で気体流路に合流する第１の逆流用流路と、前記第１の逆流用流路の上流側の分岐箇所とコア部との間から分岐し、前記第１の逆流用流路と気体流路との合流箇所より下流の箇所で気体流路に合流する第２の逆流用流路と、前記気体流路と第１の逆流用流路との分岐箇所に設けてなる上流側三方弁と、前記気体流路と第２の逆流用流路との合流箇所に設けてなる下流側三方弁と、コア部に氷結水分が付着することにより発生する差圧を検知し、この差圧が所定の閾値以上である場合にコア部内の気体の流れを逆方向に切り替える信号を発する逆転命令手段とを具備する請求項１記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温気体流路内を流通する気体と高温気体流路内を流通する気体との間で熱交換を行わせる構成を有する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より用いられている空調システムの構成の一例として、低温気体流路内を流通する気体と高温気体流路内を流通する気体との間で熱交換を行わせる構成を有するものが広く知られている。このような空調システムとして、例えば、航空機用に用いられ、図５に示すように、エンジンｂからの抽気の供給を受けて圧縮手段ｃにより圧縮された抽気を流通させる高温気体流路たる高温空気流路ｄと、膨張手段ｅ内で断熱膨張した低温空気を流通させる低温気体流路たる低温空気流路ｆと、前記高温空気流路ｄ内の抽気と前記低温空気流路ｆ内の低温空気との熱交換を行わせるための熱交換部ｇと、前記低温空気流路ｆ内を流通する低温空気を前記熱交換部ｇを通過させずに流通させるべく前記低温空気流路ｆの前記熱交換部ｇより上流側の部位ｆ１と下流側の部位ｆ２とを連通させて設けたバイパス流路ｈと、バイパス流路ｈに設けられ開度を変更可能な流量調整手段ｉとを具備するものが挙げられる。前記バイパス流路ｈは、空気中の水分が前記膨張手段ｅ内で氷結したもの（以下氷結水分と称する）が熱交換部ｇの低温気体流路入口側表面に付着し、低温空気流路ｆが塞がれることにより十分な量の調温済み空気を供給できなくなる不具合の発生を抑制すべく設けられる。また、前記流量調整手段ｉは、前記低温空気流路ｆが塞がれることにより該低温空気流路ｆ内において発生する前記熱交換部ｇの上流側の部位ｆ１と下流側の部位ｆ２との圧力差に応じて開度を変更し、バイパス流路ｈを通過する低温空気の流量を調整するものである（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２１６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記特許文献１の構成を採用すれば、前記バイパス流路ｈを設けることにより、確かに低温空気流路ｆが塞がれることにより十分な量の調温済み空気を供給できなくなる不具合の発生は抑制できる。しかし、このような構成であっても、熱交換部ｇの低温気体流路入口側表面に付着した氷結水分により低温空気流路ｆが塞がれるという問題は依然として存在する。そして、氷結水分により低温空気流路ｆが塞がれた際には、熱交換部ｇ内での高温空気との間の熱交換に供される低温空気の量が減少し、熱交換性能が低下する不具合が発生する。
【０００５】
本発明は、以上に述べた課題を解決すること、すなわち、氷結水分により低温空気流路が塞がる不具合の発生を、できるだけ簡単な構成により抑制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】
本発明にかかる熱交換器は、以上の課題を解決するために、低温気体流路内を流通する気体と高温気体流路内を流通する気体との間で熱交換を行わせるためのコア部と、前記コア部を通過する気体の流れの向きを逆転させるための流路逆転手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
このようなものであれば、コア部に氷結水分が付着するごとに前記流路逆転手段によりコア部を通過する気体の流れの向きを逆転させることにより、高温気体との熱交換により暖まった低温気体を利用して氷結水分を融解させる。従って、コア部の低温気体流路入口側表面に氷結水分が付着することにより熱交換効率が低下する不具合の発生を、簡単な構成でより効果的に抑制できる。
【０００８】
簡単な構成により以上の課題を解決するための構成として、前記流路逆転手段が、気体流路のコア部より上流の部位から分岐し、コア部より下流の部位で気体流路に合流する第１の逆流用流路と、前記第１の逆流用流路の上流側の分岐箇所とコア部との間から分岐し、前記第１の逆流用流路と気体流路との合流箇所より下流の箇所で気体流路に合流する第２の逆流用流路と、前記気体流路と第１の逆流用流路との分岐箇所に設けてなる上流側三方弁と、前記気体流路と第２の逆流用流路との合流箇所に設けてなる下流側三方弁と、コア部に氷結水分が付着することにより発生する差圧を検知し、この差圧が所定の閾値以上である場合にコア部内の気体の流れを逆方向に切り替える信号を発する逆転命令手段とを具備するものが挙げられる。このようなものであれば、コア部に氷結水分が付着するごとに、差圧を直接検知して上流側三方弁及び下流側三方弁を切り替えてコア部内の気体の流れを逆方向に切り替えることができるからである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換器の構成によれば、コア部に氷結水分が付着するごとに前記流路逆転手段によりコア部を通過する気体の流れの向きを逆転させることにより、高温気体との熱交換により暖まった低温気体を利用して氷結水分を融解させることができる。従って、コア部の低温気体流路入口側表面に氷結水分が付着することにより熱交換効率が低下する不具合の発生を簡単な構成でより効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱交換器を用いた航空機用空調システムの構成説明図。
【図２】同実施形態に係る熱交換器の概略斜視図。
【図３】同実施形態に係る熱交換器の中央縦断面を模式的に示す図。
【図４】同実施形態に係る熱交換器の中央縦断面を模式的に示す図。
【図５】従来の熱交換器を用いた航空機用空調システムの構成説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
本実施形態に係る空調システム１は、図５に概略を示したものとほぼ同様の構成を有する。すなわち、本実施形態に係る空調システム１は、図１に概略を示すように、エンジン２からの抽気の供給を受けて抽気を圧縮する圧縮手段たるコンプレッサ３と、前記コンプレッサ３により圧縮された抽気を内部で断熱膨張させる膨張手段たるタービン４と、前記コンプレッサ３の出口と前記タービン４の入口との間を連通し前記コンプレッサ３で圧縮した高温のエンジン抽気（以下高温空気と称する）を流通させる高温空気流路５と、前記タービン４内で断熱膨張させた後の空気（以下低温空気と称する）を流通させる低温空気流路６と、前記高温空気流路５内を流通する高温空気と前記低温空気流路６内を流通する低温空気との熱交換を行わせるためのコンデンサ７とを具備する空調装置を用いるものである。ここで、前記低温空気流路６が本発明の低温気体流路、前記高温空気流路５が本発明の高温気体流路、前記コンデンサ７が本発明の熱交換器にそれぞれ対応する。
【００１３】
前記コンデンサ７は、図２に示すように、平板状のプレートを多数積層しているとともに、互いに隣接するプレート間に、高温空気を通過させるための高温側通路７ａ１と、低温空気を通過させるための低温側通路７ａ２とを交互に設けていて、前記高温側通路７ａ１内の高温空気と前記低温側通路７ａ２内の低温空気との間で熱交換を行わせるようにしている直方体状をなすコア部７ａと、前記コア部７ａに高温空気を導入させるための高温側第１ダクト部７ｂと、前記コア部７ａを通過した高温空気を高温空気流路５に導入させるための高温側第２ダクト部７ｃと、前記コア部７ａと低温空気流路６のタービン４側すなわち上流側の部位６ａとの間に位置する低温側第１ダクト部７ｄと、前記コア部７ａと低温空気流路６の与圧室側すなわち下流側の部位６ｂとの間に位置する低温側第２ダクト部７ｅとを具備する。なお、前記図２では、前記コンデンサ７の一部を破断して示している。
【００１４】
しかして本実施形態では、図３に概略的に示すように、前記低温空気流路６内の空気の流れの向きを逆転させるための流路逆転手段９をさらに具備する。
【００１５】
この流路逆転手段９は、コンデンサ７のコア部７ａより上流で低温空気流路６から分岐し、コンデンサ７のコア部７ａより下流で低温空気流路６に第１の逆流用流路９ｃと、第１の逆流用流路９ｃが低温空気流路６の上流側の部位６ａから分岐する部位とコア部７ａとの間で低温空気流路６から分岐し、第１の逆流用流路９ｃが低温空気流路６の下流側の部位６ｂに合流する部位より下流側で低温空気流路６に合流する第２の逆流用流路９ｄと、第１の逆流用流路９ｃが低温空気流路６の上流側の部位６ａから分岐する部位に設けてなる上流側三方弁９ａと、第２の逆流用流路９ｄが低温空気流路６の下流側の部位６ｂに合流する部位に設けてなる下流側三方弁９ｂと、コア部７ａに氷結水分が付着することにより低温側第１ダクト部７ｄと低温側第２ダクト部７ｅとの間に発生する差圧を検知し、この差圧が所定の閾値以上である場合に低温側第１ダクト部７ｄと低温側第２ダクト部７ｅとの間の低温気体の流れの逆方向に切り替える信号を発する逆転命令手段９ｅとを具備する。
【００１６】
より具体的には、前記上流側三方弁９ａは、タービン４と低温側第１ダクト部７ｄとを連通し、これらと第１の逆流用流路９ｃとを遮断する第１の状態、及びタービン４と第１の逆流用流路９ｃとを連通し、これらと低温側第１ダクト部７ｄとを遮断する第２の状態を選択的にとる。これら第１及び第２の状態の間の切替は、逆転命令手段９ｅから信号を受け取ることにより行う。
【００１７】
前記下流側三方弁９ｂは、低温側第２ダクト部７ｅと低温空気流路６とを連通し、これらと第２の逆流用流路９ｄとを遮断する第１の状態、及び第２の逆流用流路９ｄと低温空気流路６とを連通し、これらと低温側第２ダクト部７ｅとを遮断する第２の状態を選択的にとる。これら第１及び第２の状態の間の切替は、逆転命令手段９ｅから信号を受け取ることにより行う。
【００１８】
ここで、前記上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂがいずれも第１の状態をとる場合、タービン４からの低温空気の流れは、図３の矢印Ｙ１に示すように、低温空気流路６の上流側の部位６ａから、低温側第１ダクト部７ｄ、コア部７ａ、及び低温側第２ダクト部７ｅを順番に通過して低温空気流路６の下流側の部位６ｂに達する。一方、前記上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂがいずれも第２の状態をとる場合、タービン４からの低温空気の流れは、図４の矢印Ｙ２に示すように、低温空気流路６の上流側の部位６ａから、第１の逆流用流路９ｃ、低温側第２ダクト部７ｅ、コア部７ａ、低温側第１ダクト部７ｄ、及び第２の逆流用流路９ｄを順番に通過して低温空気流路６の下流側の部位６ｂに達する。
【００１９】
そして、前記逆転命令手段９ｅは、低温側第１ダクト部７ｄ近傍に設けた第１の圧力センサ９ｅ１と、低温側第２ダクト部７ｅ近傍に設けた第２の圧力センサ９ｅ２と、これら第１及び第２の圧力センサ９ｅ１、９ｅ２から圧力を示す信号を受け取り、これらの信号が示す差圧が所定の閾値以上である場合に、前記上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂをそれぞれ第１の状態から第２の状態に、或いはその逆に切り替えるべく上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂに信号を発する制御装置９ｅ３とを具備する。
【００２０】
この制御装置９ｅ３は、図示は省略するが、ＣＰＵ、記憶装置、入出力インタフェース等を備えた一般的なマイクロコンピュータシステムを利用して形成していて、入出力インタフェースに前記第１及び第２の圧力センサ９ｅ１、９ｅ２を接続してなる。また、この制御装置９ｅ３の記憶装置には三方弁制御プログラムを記憶していて、この三方弁制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、この制御装置９ｅ３が全体として上述した制御を行う。
【００２１】
以下、この空調システム１内の空気の流れを述べる。
【００２２】
この空調システム１は、上述したようにエンジン２から抽気の供給を受ける。この抽気は、まず、前記一次熱交換器１０内でラムエアと熱交換を行いある程度冷却される。次いで、前記コンプレッサ３内で断熱圧縮され、前記高温空気流路５に導かれる。高温空気流路５に導かれた高温空気は、前記二次熱交換器１３内でラムエアと熱交換を行いある程度冷却される。前記二次熱交換器１３で冷却された高温空気流路５内の空気は、次いで、再生熱交換器１４に導かれ、前記コンデンサ７内で低温空気と熱交換を行い冷却された後の空気と熱交換する。再生熱交換器１４を通過した高温空気流路５内の高温空気は、次いで前記コンデンサ７の高温側第１ダクト部７ｂを経て前記コア部７ａに達する。この高温空気は、図３における矢印Ｘに示すように前記コア部７ａ内を流れる。すなわち、このコア部７ａ内で、低温空気流路６内を流通する低温空気と熱交換を行うことにより高温空気が冷却され、高温空気中の水分は凝結する。その後、高温空気は、高温側第２ダクト部７ｃを経て前記水分離器１５に導かれる。前記高温空気中の凝結した水分の大部分は、前記水分離器１５により分離除去される。水分を分離除去された高温空気は、前記再生熱交換器１４に導かれて熱交換を行った後、タービン４内で断熱膨張する。そして、タービン４内で断熱膨張した後の低温空気は、前記低温空気流路６に導入され、少なくとも一部は前記コンデンサ７に導かれる。
【００２３】
低温空気流路６に導入された低温空気は、作動開始直後は、上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂはいずれも第１の状態にあるので、図３における矢印Ｙ１に示すように流れる。すなわち、前記低温側第１ダクト部７ｄからコア部７ａ内に導入され、コア部７ａ内において前記高温空気との熱交換に供された後、低温側第２ダクト部７ｅを経て与圧室に供給される。
【００２４】
その後、コア部７ａの低温側第１ダクト部７ｄ側に氷結水分９９が付着して圧力損失が発生し、低温側第１ダクト部７ｄと低温側第２ダクト部７ｅとの間の差圧が所定の閾値以上となった際には、逆転命令手段９ｅから上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂに信号が出力され、これら上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂはいずれも第１の状態から第２の状態に切りかわる。すなわち、図４における矢印Ｙ２に示すように、低温空気流路６に導入された低温空気は、前記第１の逆流用流路９ｃから低温側第２ダクト部７ｅを経てコア部７ａ内に導入され、コア部７ａ内において前記高温空気との熱交換に供された後、前記低温側第１ダクト部７ｄから前記第２の逆流用流路９ｄを経て与圧室に供給される。
【００２５】
そして、コア部７ａの低温側第２ダクト部７ｅ側に氷結水分９９が付着して圧力損失が発生し、低温側第１ダクト部７ｄと低温側第２ダクト部７ｅとの間の差圧が所定の閾値以上となった際には、逆転命令手段９ｅから上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂに信号が出力され、これら上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂはいずれも第２の状態から第１の状態に切りかわる。
【００２６】
すなわち本実施形態に係る構成によれば、コア部７ａへの氷結水分９９の付着に伴い差圧が発生するごとに前記流路逆転手段９によりコア部７を通過する空気の流れの向きを逆転させるようにしているので、高温空気との熱交換により暖まった低温空気を利用して氷結水分９９を融解し、低温空気流れによりコア部７ａへの付着を除去させることができる。従って、コア部７ａの低温空気流路６の上流側の部位６ａに臨む側の表面に氷結水分９９が付着することにより熱交換効率が低下する不具合の発生をより効果的に抑制できる。
【００２７】
特に本実施形態では、前記流路逆転手段９は、コンデンサ７のコア部７ａより上流で低温空気流路６から分岐し、コンデンサ７のコア部７ａより下流で低温空気流路６に合流する第１の逆流用流路９ｃと、第１の逆流用流路９ｃが低温空気流路６の上流側の部位６ａから分岐する部位とコア部７ａとの間で低温空気流路６から分岐し、第１の逆流用流路９ｃが低温空気流路６の下流側の部位６ｂに合流する部位より下流側で低温空気流路６に合流する第２の逆流用流路９ｄと、第１の逆流用流路９ｃが低温空気流路６の上流側の部位６ａから分岐する部位に設けてなる上流側三方弁９ａと、第２の逆流用流路９ｄが低温空気流路６の下流側の部位６ｂに合流する部位に設けてなる下流側三方弁９ｂと、コア部７ａに氷結水分が付着することにより低温側第１ダクト部７ｄと低温側第２ダクト部７ｅとの間に発生する差圧を検知し、この差圧が所定の閾値以上である場合に低温側第１ダクト部７ｄと低温側第２ダクト部７ｅとの間の低温気体の流れの逆方向に切り替える信号を発する逆転命令手段９ｅとを具備するので、コア部７ａに氷結水分９９が付着するごとに、差圧を直接検知して上流側三方弁９ａ及び下流側三方弁９ｂを切り替えてコア部７ａ内の低温気体の流れを逆方向に切り替えることができる。すなわち、簡単な構成で前段に述べたような効果を実現できる。
【００２８】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００２９】
例えば、前記コア部を通過する低温気体の流れの向きを逆転させる代わりに、高温気体の流れの向きを逆転させるように構成してもよく、また、低温気体及び高温気体双方の流れの向きを逆転させるようにしてもよい。
【００３０】
また、三方弁を用いる代わりに、開放状態及び閉止状態を選択的にとる通常の弁を組み合わせて構成してもよい。
【００３１】
加えて、上述した実施形態においては、コア部より上流側とコア部より下流側との差圧を検知し、この差圧が所定の閾値以上である場合にコア部を通過する気体の流れの向きを逆転させるようにしているが、例えば、所定時間が経過するごとにコア部を通過する気体の流れの向きを逆転させるようにする等、他の方法でコア部に付着した氷結水分を融解させるべくコア部を通過する気体の流れの向きを逆転させるようにしてもよい。
【００３２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
５…高温空気流路（高温気体流路）
６…低温空気流路（低温気体流路）
７…コンデンサ（熱交換器）
７ａ…コア部
９…流路逆転手段
【図１】
2011111016.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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