(57)【要約】【課題】  低温流路に氷結成分が堆積することを防止することができる航空機用熱交換器を提供する。【解決手段】  高温側入口面１１と高温側出口面１２とを連通する複数の高温流路１６と、低温側入口面１３と低温側出口面１４とを連通する複数の低温流路１７とを有するコア１０と、高温側入口連結管２０と、高温側出口連結管２１と、低温側入口連結管３０と、低温側出口連結管３１とを備える航空機用熱交換器７であって、熱伝導性材料で形成された四角筒形状の枠部１５を備え、枠部１５は、高温側出口面１２の周縁部と高温側出口連結管２１とを接続するように設けられ、低温側入口連結管３０は、枠部１５の１個の長方形状の側面が低温側入口連結管３０の内側に配置されるように、低温側入口面１３の周縁部の一部及び枠部１５の１個の長方形状の側面と接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
2011031780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側入口面と、当該高温側入口面と対向する高温側出口面と、低温側入口面と、当該低温側入口面と対向する低温側出口面とを有する直方体形状であり、高温側入口面と高温側出口面とを連通する複数の高温流路と、低温側入口面と低温側出口面とを連通する複数の低温流路とが設けられるとともに、熱伝導性材料で形成されたコアと、
前記高温側入口面の複数の高温流路と連結された１個の高温側入口連結管と、
前記高温側出口面の複数の高温流路と連結された１個の高温側出口連結管と、
前記低温側入口面の複数の低温流路と連結された１個の低温側入口連結管と、
前記低温側出口面の複数の低温流路と連結された１個の低温側出口連結管とを備える航空機用熱交換器であって、
四角筒形状であり、熱伝導性材料で形成された枠部を備え、
前記枠部は、前記高温側出口面の周縁部と高温側出口連結管とを接続するように設けられ、
前記低温側入口連結管は、前記枠部の１個の長方形状の側面が低温側入口連結管の内側に配置されるように、前記低温側入口面の周縁部の一部及び枠部の１個の長方形状の側面と接続されていることを特徴とする航空機用熱交換器。
【請求項２】
前記枠部の１個の長方形状の側面において、前記低温側入口連結管の内側に配置される気体の進行方向での長さは、０．５ｃｍ以上３．０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の航空機用熱交換器。
【請求項３】
前記航空機用熱交換器は、高温の冷却用空気と低温の冷却用空気との間で熱交換を行うコンデンサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の航空機用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用熱交換器に関し、特に高温の冷却用空気と低温の冷却用空気との間で熱交換を行う航空機用熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用空気調和装置として、機内（コックピットやキャビン等）の冷房、暖房、換気等を行うために、エンジンの圧縮機からの高温・高圧になった空気の一部（「冷却用空気」という）を利用するものがある（例えば、特許文献１参照）。図４は、航空機の空調システムの一例を示す図である。
まず、エンジン２から導かれる高温・高圧の冷却用空気が、航空機用熱交換器(第一熱交換器)３の高温流路内に導入される。一方、低温のラムエアＲが、第一熱交換器３の低温流路内に導入される。これにより、第一熱交換器３にて冷却用空気とラムエアＲとの間で熱交換が行われ、冷却用空気の温度を下げる。
【０００３】
第一熱交換器３の高温流路から排出された冷却用空気は、遠心型コンプレッサ（圧縮手段）４により圧縮されることで、高温・高圧になった後、航空機用熱交換器（第二熱交換器）５の高温流路内に導入される。一方、第一熱交換器３の低温流路から排出されたラムエアＲが、第二熱交換器５の低温流路内に導入される。これにより、第二熱交換器５にて冷却用空気とラムエアＲとの間で熱交換が再び行われ、冷却用空気の温度を下げる。
【０００４】
第二熱交換器５の高温流路から排出された冷却用空気は、航空機用熱交換器（再生熱交換器）６の高温流路内に導入される。このとき、再生熱交換器６にて高温流路の冷却用空気の温度は、下げられる。
さらに、再生熱交換器６の高温流路から排出された冷却用空気が、航空機用熱交換器（コンデンサ）７の高温流路７ａ〜７ｂ内に導入される。このとき、コンデンサ７にて高温流路７ａ〜７ｂの冷却用空気の温度は、下げられるが、冷却用空気は、温度が下がったため、水蒸気を含むことができなくなり、その結果、凝結することになる。
よって、コンデンサ７の高温流路７ａ〜７ｂから排出された冷却用空気は、水分離器８により水分が分離された後、再生熱交換器６の低温流路内に導入される。このとき、再生熱交換器６にて低温流路の冷却用空気の温度は、上げられる。
【０００５】
再生熱交換器６の低温流路から排出された冷却用空気は、膨張タービン（膨張手段）９により膨張されることで、低温・低圧になった後、コンデンサ７の低温流路内に導入される。このとき、コンデンサ７にて低温流路の冷却用空気の温度は、上げられる。
その後、コンデンサ７の低温流路から排出された冷却用空気は、コックピット及びキャビンに導かれるようになっている。
【０００６】
ここで、コンデンサの構成及び動作について説明する。図５は、従来のコンデンサの概略構成の一例を示す斜視図であり、図６は、図５に示すコンデンサの断面図である。また、図７は、図５及び図６に示すコアの斜視図である。なお、図６〜図７では、冷却用空気の一部の流れを示す矢印のみを記載している。
コンデンサ７は、金属製のコア１０と、金属製の高温側入口連結管２０と、金属製の高温側出口連結管２１と、金属製の低温側入口連結管３０と、金属製の低温側出口連結管３１とを備える。
【０００７】
図７に示すように、コア１０は、直方体形状であり、右側面が高温側入口面１１となり、左側面が高温側出口面１２となり、前側面が低温側入口面１３となり、後側面が低温側出口面１４となる。
そして、コア１０は、内部に高温側入口面１１と高温側出口面１２とを左右方向に連通する複数の筒形状の高温流路１６を有するとともに、低温側入口面１３と低温側出口面１４とを前後方向に連通する複数の筒形状の低温流路１７を有する。
複数の高温流路１６と複数の低温流路１７とは、効率よく熱交換が行われるように、上下方向で互いに交互に並んでいる。なお、複数の高温流路１６及び複数の低温流路１７の内部には、波形状の薄い金属製のフィンが形成されている。
このようなコア１０に用いられる金属としては、例えば、ステンレス（耐食鋼）や、アルミニウム等が挙げられる。
【０００８】
高温側入口面１１の周縁部は、高温側入口連結管２０と溶接により液密に接続されているとともに、高温側出口面１２の周縁部は、高温側出口連結管２１と溶接により液密に接続されている。これにより、高温側入口連結管２０を流通する気体が、コア１０の高温側入口面１１の複数の高温流路１６で分岐して、その後、高温側出口面１２の複数の高温流路１６から再び集まった気体が、高温側出口連結管２１を流通するようになっている。
低温側入口面１３の周縁部は、低温側入口連結管３０と溶接により液密に接続されているとともに、低温側出口面１４の周縁部は、低温側出口連結管３１と溶接により液密に接続されている。これにより、低温側入口連結管３０を流通する気体が、コア１０の低温側入口面１３の複数の低温流路１７で分岐して、その後、低温側出口面１４の複数の低温流路１７から再び集まった気体が、低温側出口連結管３１を流通するようになっている。
【０００９】
このようなコンデンサ７を、高温側入口連結管２０と、高温側出口連結管２１とを用いて、高温の冷却用空気が流通する航空機の高温側配管５４の間に連結するとともに、低温側入口連結管３０と、低温側出口連結管３１とを用いて、低温の冷却用空気が流通する航空機の低温側配管５５に連結する。これにより、高温の冷却用空気がコア１０の複数の高温流路１６を左右方向に流通するとともに、低温の冷却用空気がコア１０の複数の低温流路１７を前後方向に流通することで、高温の冷却用空気と低温の冷却用空気との間で熱交換が行われる。
【００１０】
ところで、コンデンサ７の低温流路１７を流通する冷却用空気には、図４に示すように低温流路１７に導入される前に、水分離器８により水分が分離されるが、分離されきれなかった水分が残存することがあり、膨張タービン９により膨張された際に生じる氷結成分が含まれている。
また、コンデンサ７の高温流路１６を流通する高温の冷却用空気は、高温側入口面１１から高温側出口面１２までの間で熱交換が行われるので、高温側入口面１１付近では高温であるが、高温側出口面１２付近では低温になる。よって、金属製のコア１０の高温側入口面１１も、高温になるとともに、高温側出口面１２は低温になる。
【００１１】
このため、コンデンサ７の低温側入口面１３の高温側出口面１２側の表面は、低温であるので、コンデンサ７の低温側入口面１３の高温側出口面１２側の表面に氷結成分が付着し、その後、コンデンサ７の低温側入口面１３の中央部まで氷結成分が堆積することがあった（図８参照）。その結果、低温流路１７の一部分が塞がれ、コックピット及びキャビンに充分な量の冷却用空気を供給できなくなる不具合が発生した。
そこで、コンデンサ７の低温流路１７を介さずに低温側配管５５を接続するバイパス流路５０と、バイパス流路５０にバイパスバルブ５１を設ける必要がある。これにより、コンデンサ７の低温流路１７の一部分が氷結成分で塞がったときには、低温の冷却用空気は、バイパスバルブ５１が開けられることにより、コンデンサ７の低温流路１７を介さずにコックピット及びキャビンに導かれるようになっている。その後、コンデンサ７の高温流路１６を高温の冷却用空気が流通することで、低温流路１７に堆積していた氷結成分が溶けてなくなったときには、低温の冷却用空気は、バイパスバルブ５１が閉じられることにより、コンデンサ７の低温流路１７を介してコックピット及びキャビンに導かれるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−３２１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、コンデンサ７の低温流路１７の一部分が塞がれたときには、低温の冷却用空気は、コンデンサ７の低温流路１７を介さずにコックピット及びキャビンに導かれるようになっているため、コンデンサ７での熱交換が行われていないという問題点がある。
そこで、本発明は、低温流路に氷結成分が堆積することを防止することができる航空機用熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた本発明の航空機用熱交換器は、高温側入口面と、当該高温側入口面と対向する高温側出口面と、低温側入口面と、当該低温側入口面と対向する低温側出口面とを有する直方体形状であり、高温側入口面と高温側出口面とを連通する複数の高温流路と、低温側入口面と低温側出口面とを連通する複数の低温流路とが設けられるとともに、熱伝導性材料で形成されたコアと、前記高温側入口面の複数の高温流路と連結された１個の高温側入口連結管と、前記高温側出口面の複数の高温流路と連結された１個の高温側出口連結管と、前記低温側入口面の複数の低温流路と連結された１個の低温側入口連結管と、前記低温側出口面の複数の低温流路と連結された１個の低温側出口連結管とを備える航空機用熱交換器であって、四角筒形状であり、熱伝導性材料で形成された枠部を備え、前記枠部は、前記高温側出口面の周縁部と高温側出口連結管とを接続するように設けられ、前記低温側入口連結管は、前記枠部の１個の長方形状の側面が低温側入口連結管の内側に配置されるように、前記低温側入口面の周縁部の一部及び枠部の１個の長方形状の側面と接続されているようにしている。
【００１５】
本発明の航空機用熱交換器によれば、熱伝導性材料で形成された四角筒形状の枠部を備える。このような枠部は高温側出口面の周縁部と高温側出口連結管とを接続しているので、枠部の内側には高温の気体が流通することになり、その結果、枠部は高温になる。これにより、低温側入口面の高温側出口面側の表面は、高温になる枠部が接続されているため、低温にならない。
また、低温側入口連結管は、枠部の１個の長方形状の側面が低温側入口連結管の内側に配置されるように、低温側入口面の周縁部の一部及び枠部の１個の長方形状の側面と接続されている。
よって、低温の気体に氷結成分が含まれていても、枠部の１個の長方形状の側面は高温であり、低温側入口面の高温側出口面側の表面は低温にならないので、低温側入口面の高温側出口面側の表面に氷結成分が堆積することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の航空機用熱交換器によれば、低温流路に氷結成分が堆積することを防止することができる。
さらに、高温の気体と低温の気体との間で熱交換を効率よく行うことができる。
【００１７】
（その他の課題を解決するための手段および効果）
また、本発明の航空機用熱交換器においては、前記枠部の１個の長方形状の側面において、前記低温側入口連結管の内側に配置される気体の進行方向での長さは、０．５ｃｍ以上３．０ｃｍ以下であるようにしてもよい。
さらに、本発明の航空機用熱交換器においては、前記航空機用熱交換器は、高温の冷却用空気と低温の冷却用空気との間で熱交換を行うコンデンサであるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態であるコンデンサの概略構成の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示すコアと枠部との斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態であるコンデンサの概略構成の一例を示す断面図である。
【図４】航空機の空調システムの一例を示す図である。
【図５】従来のコンデンサの概略構成の一例を示す斜視図である。
【図６】図５に示すコンデンサの断面図である。
【図７】図５及び図６に示すコアの斜視図である。
【図８】氷結成分が堆積したコアの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態であるコンデンサ（航空機用熱交換器）の概略構成の一例を示す断面図である。また、図２は、図１に示すコアと枠部との斜視図である。なお、図１及び図２では、冷却用空気の一部の流れを示す矢印のみを記載している。また、従来の  コンデンサ７と同様のものについては、同じ符号を付している。
コンデンサ７は、金属製のコア１０と、金属製の枠部１５と、金属製の高温側入口連結管２０と、金属製の高温側出口連結管２１と、金属製の低温側入口連結管３０と、金属製の低温側出口連結管３１とを備える。
【００２１】
枠部１５は、四角筒形状であり、高温側出口面１２の周縁部と高温側出口連結管２１と液密に接続するように形成されている。つまり、高温流路１６を流通する気体の進行方向に伸びるように形成されている。
これにより、高温側入口連結管２０を流通する気体が、コア１０の高温側入口面１１の複数の高温流路１６で分岐して、その後、高温側出口面１２の複数の高温流路１６から再び集まった気体が、枠部１５を介して高温側出口連結管２１を流通するようになっている。
このような枠部１５に用いられる金属としては、コア１０と同一材料が挙げられ、例えば、ステンレス（耐食鋼）や、アルミニウム等が挙げられる。
【００２２】
低温側入口面１３の周縁部の一部と枠部１５の１個の長方形状（Ｌ１×Ｌ２）の側面とは、低温側入口連結管３０と溶接により液密に接続されている。このとき、枠部１５の１個の長方形状（Ｌ１×Ｌ２）の側面が低温側入口連結管３０の内側に配置されることになる。これにより、低温側入口連結管３０を流通する気体が、コア１０の低温側入口面１３の複数の低温流路１７で分岐するとともに、枠部１５の１個の長方形状（Ｌ１×Ｌ２）の側面に接触するようになっている。Ｌ１は、０．５ｃｍ以上３．０ｃｍ以下であることが好ましい。
なお、低温側出口面１４の周縁部は、低温側出口連結管３１と溶接により液密に接続されている。
【００２３】
このようなコンデンサ７を、高温側入口連結管２０と、高温側出口連結管２１とを用いて、高温の冷却用空気が流通する航空機の高温側配管５４に連結するとともに、低温側入口連結管３０と、低温側出口連結管３１とを用いて、低温の冷却用空気が流通する航空機の低温側配管５５に連結する。これにより、高温の冷却用空気がコア１０の複数の高温流路１６を左右方向に流通するとともに、低温の冷却用空気がコア１０の複数の低温流路１７を前後方向に流通することで、金属製のコア１０に熱が伝導するので、高温の冷却用空気と低温の冷却用空気との間で熱交換が行われる。
このとき、高温側入口連結管２０を流通する気体が、コア１０の高温側入口面１１の複数の高温流路１６で分岐して、その後、高温側出口面１２の複数の高温流路１６から再び集まった気体が、枠部１５を介して高温側出口連結管２１を流通するようになっているので、枠部１５は高温になる。これにより、低温側入口面１３の高温側出口面１２側の表面は、高温になる枠部１５が接続されているため、低温にならない。
また、低温側入口連結管３０を流通する気体が、コア１０の低温側入口面１３の複数の低温流路１７で分岐するが、枠部１５の１個の長方形状（Ｌ１×Ｌ２）の側面は高温であり、低温側入口面１３の高温側出口面１２側の表面は低温にならないので、低温側入口面１３の高温側出口面１２側の表面に氷結成分が堆積することを防止することができる。
【００２４】
（他の実施形態）
上述したコンデンサ７では、低温側出口面１４の周縁部は、低温側出口連結管３１と溶接により液密に接続されている構成としたが、低温側出口面の周縁部の一部と枠部の１個の長方形状（Ｌ１×Ｌ２）の側面とが、低温側出口連結管と溶接により液密に接続されている構成としてもよい（図３参照）。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、例えば、高温の冷却用空気と低温の冷却用空気との間で熱交換を行う航空機用熱交換器に利用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
７：  コンデンサ（航空機用熱交換器）
１０：  コア
１１：  高温側入口面
１２：  高温側出口面
１３：  低温側入口面
１４：  低温側出口面
１５：  枠部
１６：  高温流路
１７：  低温流路
２０：  高温側入口連結管
２１：  高温側出口連結管
３０：  低温側入口連結管
３１：  低温側出口連結管
【図１】
2011031780.tif 000003
【図２】
2011031780.tif 000004
【図３】
2011031780.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011031780.tif 000009
【図８】
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