(57)【要約】【課題】コア２３と、コア２３に第１流体を導入する導入部２４と、コア２３から第１流体を導出する導出部２５と、を有し、第１流体が概略コ字状に流れるように構成した本体２を備えた熱交換器における偏流抑制と圧力損失の増大抑制とを両立させる。【解決手段】導入部２４に、コア２３の奥行き方向に対して、第１流体が偏流することを抑制する偏流抑制部材を配設する。偏流抑制部材は、導入部２４からコア２３への開口２３３に配設されたメッシュフィルタ４、開口２３３の近傍位置で、奥行き方向に並設された複数のガイドベーン５、及び、導入部２４の入口２１から奥行き方向に延びると共に、導入部２４内をコア２３に近い側と離れた側とに区画するように配設される仕切り板６、の内の、１つ又は２つ以上を組み合わせて構成される。【選択図】図４
2011127842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流れる流路と第２流体が流れる流路とが伝熱面を間に挟んで積層されてなるコアと、
前記コアに接続されかつ、前記コアに第１流体を導入する導入部と、
前記コアを挟んで前記導入部に相対するように、前記導入部とは逆側で前記コアに接続されかつ、前記コアから前記第１流体を導出する導出部と、を有する本体を備え、
前記コアは、前記導入部及び導出部の相対方向に対し直交する奥行き方向に延びており、
前記導入部及び導出部は共に、前記奥行き方向に延びると共に、当該導入部及び導出部の奥行き方向の一端に、前記第１流体の入口及び前記第１流体の出口がそれぞれ開口しており、
前記本体は、前記入口から前記導入部に流入した第１流体が、前記コア及び前記導出部を通って、前記出口から流出することで、前記第１流体が概略コ字状に流れるように構成され、
前記導入部には、前記コアの奥行き方向に対して前記第１流体が偏流することを抑制する偏流抑制部材が配設されており、
前記偏流抑制部材は、
前記導入部から前記コアへと前記第１流体が流れ込む開口に配設されたメッシュフィルタ、
前記開口の近傍位置で、前記奥行き方向に並設された複数のガイドベーン、及び、
前記導入部の入口から奥行き方向に延びると共に、前記導入部内を前記コアに近い側と離れた側とに区画するように配設される仕切り板、
の内の、１つ又は２つ以上を組み合わせて構成されている熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記メッシュフィルタは、前記導入部の入口位置から、前記導入部内における前記奥行き方向の途中位置まで延びている熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器において、
前記各ガイドベーンは、翼型を有している熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱交換器において、
前記各ガイドベーンは、その前縁が前記導入部の入口に対して遠い側、後縁が前記入口に対して近い側となるように配置されている熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換器において、
前記各ガイドベーンは、前記コアの側に向かって反るように配置されている熱交換器。
【請求項６】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記仕切り板は、前記導入部内における前記奥行き方向の途中位置まで延びている熱交換器。
【請求項７】
請求項１又は６に記載の熱交換器において、
前記仕切り板には、前記コアに近い側の空間と遠い側の空間とを互いに連通させる、少なくとも１のスリットが、前記奥行き方向の所定位置に形成されている熱交換器。
【請求項８】
請求項１、６及び７のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記仕切り板は、前記導入部の入口近傍において、曲がりを有している熱交換器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記本体は、航空機用エンジンのインタークーラである熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、熱交換器、特に流体が概略コ字状に流れるように構成された熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高温流体と低温流体とが流れる流路が一次伝熱面を介して交互に積層配置されたコアを有するプレート型熱交換器が知られている。このようなプレート型熱交換器では、例えば特許文献１，２に開示されているように、前記コアに流体を導入する導入部とコアから流体を導出する導出部とがコアを挟んで相対するように配置されると共に、導入部に対して流体を流入させるための入口及び導出部から流体を流出させるための出口がそれぞれ、導入部及び導出部の相対方向に直交する方向の同じ側に形成される場合がある。この構成の熱交換器においては、流体は、入口から、導入部、コア、導出部、及び出口の順番で流れることで、概略コ字状に流れることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３９３４４号公報
【特許文献２】特開２００７−１３９３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述したような、コ字状に流体が流れるよう構成された熱交換器では、入口を通じて導入部内に流れ込んだ流体が、その入口に近い側でコアへと流れるようになり、入口から遠い側では、導入部からコアへの流れが殆ど無くなってしまうようになる。このようなコアの奥行き方向に対し、入口に近い側は流量が相対的に高く、入口から遠く離れるに従って流量が低下するような偏流は、熱交換効率の低下を招くという問題がある。特に、コアの流路抵抗が比較的低く設定される熱交換器では、偏流が顕著になりやすい。
【０００５】
そこで、こうした偏流を抑制するために、例えば特許文献１，２では、導入部内の流路を区画する平板に対してプレス加工により円形状の凹み（ディンプル）を形成し、そのことによって、平板の逆の面側に凸となった凸部を設けるようにしている。導入部内の凸部は、流体の分配状況を向上し得る。また、従来より、導入部内にディストリビュータフィンを設けることによって、コアに対して流体を強制的に分配させることも行われている。
【０００６】
しかしながら本願発明者らは、ディンプルを形成したとしても、熱交換器の構成によっては、偏流抑制効果が充分に得られない場合があることを見出した。一方、ディストリビュータフィンを設置することは、熱交換器の圧力損失を大幅に増大してしまい、そのことが、熱交換器の用途によっては極めて不利になってしまうことに気づいた。
【０００７】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換器における偏流抑制と、圧力損失の増大抑制とを両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者らは、検討を重ねた結果、導入部からコアへの開口にメッシュフィルタを配設すること、開口の近傍位置でガイドベーンを並設すること、及び、導入部内をコアに近い側と離れた側とに区画するように仕切り板を配設すること、を単独で、又は、それらの２つ以上を組み合わせることによって、熱交換器における偏流抑制と、圧力損失の増大抑
制とが両立し得ることを見出したものである。
【０００９】
具体的にここに開示する熱交換器は、第１流体が流れる流路と第２流体が流れる流路とが伝熱面を間に挟んで積層されてなるコアと、前記コアに接続されかつ、前記コアに第１流体を導入する導入部と、前記コアを挟んで前記導入部に相対するように、前記導入部とは逆側で前記コアに接続されかつ、前記コアから前記第１流体を導出する導出部と、を有する本体を備える。
【００１０】
前記コアは、前記導入部及び導出部の相対方向に対し直交する奥行き方向に延びており、前記導入部及び導出部は共に、前記奥行き方向に延びると共に、当該導入部及び導出部の奥行き方向の一端に、前記第１流体の入口及び前記第１流体の出口がそれぞれ開口しており、前記本体は、前記入口から前記導入部に流入した第１流体が、前記コア及び前記導出部を通って、前記出口から流出することで、前記第１流体が概略コ字状に流れるように構成され、前記導入部には、前記コアの奥行き方向に対して前記第１流体が偏流することを抑制する偏流抑制部材が配設されている。
【００１１】
そして、前記偏流抑制部材は、前記導入部から前記コアへと前記第１流体が流れ込む開口に配設されたメッシュフィルタ、前記開口の近傍位置で、前記奥行き方向に並設された複数のガイドベーン、及び、前記導入部の入口から奥行き方向に延びると共に、前記導入部内を前記コアに近い側と遠い側とに区画するように配設される仕切り板、の内の、１つ又は２つ以上を組み合わせて構成されている。
【００１２】
この構成によると、コアを挟んで相対して配置された導入部及び導出部における入口及び出口が、それぞれ奥行き方向の一端に開口している。換言すれば、本体における奥行き方向の同じ側に入口及び出口が開口しているため、この熱交換器において第１流体は、概略コ字状に流れる。従ってこの熱交換器は、奥行き方向に対して、偏流が生じやすい。また、この熱交換器は、そのコア、導入部及び導出部が奥行き方向に延びていることから、偏流の程度も強くなりやすい（奥行き方向に対する、コア内の流量分布の偏りが強くなりやすい）。
【００１３】
これに対し前記の構成では、導入部に偏流抑制部材を配設していることで、第１流体の偏流を抑制し得る。具体的に、偏流抑制部材は、導入部からコアへの開口に配設されたメッシュフィルタ、開口の近傍位置で、奥行き方向に並設された複数のガイドベーン、及び、導入部の入口から奥行き方向に延びると共に、導入部内をコアに近い側と離れた側とに区画するように配設される仕切り板、の内の、１つ又は２つ以上を組み合わせて構成される。
【００１４】
メッシュフィルタは、導入部からコアへの開口に配設されることによって、流体がコアへ流入する際の抵抗となり得る。メッシュフィルタは、入口に近い側で、導入部からコアへ第１流体が流入することを抑制し、その抑制した分だけ、入口から遠い側において、導入部からコアへ流入する第１流体の流量を増大させ、そのことが、奥行き方向に対する第１流体の偏流を抑制する。
【００１５】
ガイドベーンは、コアへ流入し易いように流体を案内するのではなく、開口の近傍位置に並設されることによって、圧力損失をそれほど増大させずに、コアへの流入を抑制するように流体を案内する羽根である。ガイドベーンは、メッシュフィルタと同様に、入口に近い側で、導入部からコアへ第１流体が流入することを抑制し、その抑制した分だけ、入口から遠い側において、導入部からコアへ流入する第１流体の流量を増大させ、そのことが、奥行き方向に対する第１流体の偏流を抑制する。
【００１６】
仕切り板は、導入部内をコアに近い側と離れた側とに区画することで、その離れた側の空間により、導入部内における奥行き方向の奥側まで流れる流体の流量を確保し得る。そのことにより、入口から遠い側において、導入部からコアへと流入する第１流体の流量を増大させて、奥行き方向に対する第１流体の偏流を抑制する。
【００１７】
こうした偏流抑制部材を設けることによって、第１流体の偏流を充分に抑制しつつも、前述したディストリビュータフィンを設けた場合と比較して、圧力損失の増大は抑制し得る。
【００１８】
前記メッシュフィルタは、前記導入部の入口位置から、前記導入部内における前記奥行き方向の途中位置まで延びている、としてもよい。
【００１９】
メッシュフィルタを導入部の入口位置から導入部内における最奥位置までの全域に亘って配設するよりも、奥行き方向の途中位置までとした方が偏流を抑制しながら圧力損失の増大を防止する点で有利になり得る。
【００２０】
前記各ガイドベーンは、翼型を有している、としてもよい。翼型のガイドベーンは、流れの剥離を抑制し得るため、例えば平板状のガイドベーンと比較して、圧力損失を低減し得る。
【００２１】
前記各ガイドベーンは、その前縁が前記導入部の入口に対して遠い側、後縁が前記入口に対して近い側となるように配置されている、としてもよい。
【００２２】
前記各ガイドベーンは、前記コアの側に向かって反るように配置されている、としてもよい。
【００２３】
ガイドベーンをコアとは逆側に向かって反るように配置した場合と比較して、コアの側に向かって反るように配置した場合は、ガイドベーンの前縁近傍の剥離が抑制される分、圧力損失を低減し得る。
【００２４】
前記仕切り板は、前記導入部内における前記奥行き方向の途中位置まで延びている、としてもよい。仕切り板は、導入部内における奥側まで流れる流体を確保する機能を有するため、導入部内における奥行き方向の最奥位置まで延びるのではなく、その途中位置まで延びていることが圧力損失を低減するために好ましい。こうすることで、導入部内における奥側まで流れた流体が、導入部からコアへと流入し得る。
【００２５】
前記仕切り板には、前記コアに近い側の空間と離れた側の空間とを互いに連通させる、少なくとも１のスリットが、前記奥行き方向の所定位置に形成されている、としてもよい。仕切り板は、導入部内で流体の流れ方向に沿うように配置されているため、その仕切り板上に形成される境界層が、奥行き方向の奥側に進むほど発達する。境界層の発達は、導入部内の奥側へ流体が流れることの抵抗となり圧力損失を低減する上で不利になる。仕切り板に形成したスリットは境界層の発達を防止し、圧力損失を低減する点で有利になり得る。
【００２６】
前記仕切り板は、前記導入部の入口近傍において、曲がりを有している、としてもよい。
【００２７】
前記本体は、航空機用エンジンのインタークーラである、としてもよい。航空機用エンジンのインタークーラは、コアの流路抵抗が比較的低く設定されるため、偏流が生じやすい条件となる。前記の構成は、偏流を抑制しつつ、圧力損失の増大をも抑制し得るため、航空機用エンジンのインタークーラとして特に有効になり得る。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、前記の熱交換器は、メッシュフィルタ、ガイドベーン、及び、仕切り板の内の、１つ又は２つ以上を組み合わせて構成される偏流抑制部材を、導入部に配設することによって、第１流体が概略コ字状に流れるとことで偏流が生じやすい熱交換器においても、圧力損失の増大を抑制しながら、その偏流を抑制し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】航空機用エンジンにおける熱交換器（インタークーラ）の配置例を示す斜視説明図である。
【図２】航空機用エンジンの概略構成を示す断面図である。
【図３】熱交換器の構成例を示す斜視図である。
【図４】（ａ）熱交換器の内部構成を示す断面図（図３のＡ−Ａ断面、図６のＢ−Ｂ断面）、（ｂ）仕切り板の平面図、（ｃ）ガイドベーンの平面図、（ｄ）メッシュフィルタの平面図である。
【図５】熱交換器の入口及び出口付近を拡大して示す断面図である。
【図６】熱交換器の他の構成例を示す斜視図である。
【図７】従来例に係る流量分布を示す図である。
【図８】比較例１の流量分布を示す図である。
【図９】比較例２の流量分布を示す図である。
【図１０】実施例１の流量分布を示す図である。
【図１１】実施例２の流量分布を示す図である。
【図１２】実施例３の流量分布を示す図である。
【図１３】実施例４の流量分布を示す図である。
【図１４】実施例５の流量分布を示す図である。
【図１５】実施例６の流量分布を示す図である。
【図１６】実施例７の流量分布を示す図である。
【図１７】各例の圧力損失（圧損比率）を比較する図である。
【図１８】比較例１に係る熱交換器の内部構成を拡大して示す断面図である。
【図１９】比較例２に係る熱交換器の内部構成を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、例示的熱交換器の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
【００３１】
図１は、航空機用エンジン１の概略図を示しており、このエンジン１において熱交換器は、インタークーラ１１として用いられている。具体的にこのインタークーラ１１は、多数の熱交換器ユニット２（本体）を、エンジン１の中心軸Ｘ周りに、周方向に並べて配置して構成されている。
【００３２】
図２に示すように、この航空機用エンジン１は、中心軸Ｘ方向の前側から後側に向かって、ファン１２、低圧圧縮機１３、高圧圧縮機１４、燃焼器１５、及び、タービン１６が順に並んで、互いに同軸に配置されて構成されている。前記各熱交換器ユニット２は、前記低圧圧縮機１３と高圧圧縮機１４との間、より正確には、高圧圧縮機１４に対して径方向の外方位置に配設されている。各熱交換器ユニット２は、低圧圧縮機１３から排出された第１流体を、大気からの第２流体（空気）によって冷却する熱交換器であり、冷却した第１流体は、高圧圧縮機１４に供給される。各熱交換器ユニット２は、例えば図１，３に示すように、前後方向に対して所定角度となるように、周方向に傾いて配置されている。これによって、図３に仮想的に示すように熱交換器ユニット２と、第２流体が流入する流入部３１と、熱交換器ユニット２を通過後の第２流体が流出する流出部３２とが、周方向に並ぶように配置されることになる。
【００３３】
熱交換器ユニット２には、前方に向かって入口２１及び出口２２が開口しており、これら入口２１及び出口２２は、第１流体が熱交換器ユニット２に流れ込むための入口２１、第１流体が熱交換器ユニット２から流れ出るための出口２２となっている。すなわち、図２に示すように、熱交換器ユニット２の入口２１は、低圧圧縮機１３の排気口に接続されていて、実線の矢印で示すように、この低圧圧縮機１３を通過した圧縮空気（第１流体）が、入口２１を通って熱交換器ユニット２内に流れ込むことになる。また、熱交換器ユニット２の出口２２は、高圧圧縮機１４の給気口に接続されていて、熱交換器ユニット２の出口２２を通って前方に排出された冷却後の圧縮空気（第１流体）は、後方に回り込むようにして、高圧圧縮機１４に供給されることになる（図２の実線の矢印参照）。一方、ファン１２の後方には空気取り入れ口１１１が形成されていて、この空気取り入れ口１１１から延びる流路が、前記第２流体が流入する流入部３１に連通していると共に、この熱交換器ユニット２の後方位置には空気吐き出し口１１２が形成されており、この空気吐き出し口１１２に繋がる流路が、前記第２流体が流出する流出部３２に連通している。これによって、ファン１２を通過した空気（第２流体）が、空気取り入れ口１１１を通って熱交換器ユニット２に供給されると共に、熱交換器ユニット２を通過した空気（第２流体）が、空気吐き出し口１１２を通って、大気に吐き出されるようになる。
【００３４】
この熱交換器ユニット２は、図３，４に示すように、コア２３と、このコア２３に対して径方向の外側（図４（ａ）における上側）に配置されて、コア２３に第１流体を導入するための導入部２４と、このコア２３に対して径方向の内側（図４（ａ）における下側）に配置されて、コア２３から第１流体を導出するための導出部２５と、を備えて構成されている。そうして、詳しくは後述するが、この熱交換器ユニット２においては、第１流体は、図３に実線の矢印で示すように縦向きのコ字状に流れることで、コア２３内を、エンジン１における径方向に流れる一方、第２流体は、図３に一点鎖線の矢印で示すように、前方から後方に向かって流入部３１に流入した後に、コア２３内を、エンジン１における周方向に流れ、その後さらに、前方から後方に向かって流れて流出部３２から流出することで、横向きのＺ字状に流れる。つまり、コア２３内において第１流体と第２流体とは、互いに直交するように流れ、この熱交換器ユニット２は、いわゆるクロスフロー型に構成されている。
【００３５】
図４，５は、熱交換器ユニット２の内部構成を示しており、熱交換器ユニット２は、前述したように、前記コア２３と、このコア２３を挟んで径方向に相対する、前記導入部２４及び導出部２５と、を備えて構成されている。
【００３６】
コア２３は、例えば図３に示すように、熱交換器ユニット２の内部に形成される第１流路２３１と、外部に露出したスリットからなる第２流路２３２とを、エンジン１の中心軸Ｘに対応する前後方向に交互に積層することによって構成されており、これによってコア２３においては、第１流体が流れる第１流路と第２流体が流れる第２流路とが一次伝熱面を間に挟んで積層されることになる。第１流路内には、図示は省略するが、コルゲートフィンが配設されており、これによりこの熱交換器ユニット２は、いわゆるプレート型の熱交換器を構成している。コルゲートフィンは、例えばストレート状に形成されており、これにより、インタークーラ１１としての要求スペックを満たすように、コア２３の流路抵抗は比較的低く設定されている。コア２３はまた、図４（ａ）に端的に示されるように、エンジン１の前後方向（図４における左右方向であって、第１流体が分配される方向、以下、この方向を奥行き方向とも呼ぶ）の長さが、径方向（図４（ａ）における上下方向であって、コア２３内における第１流体の流れ方向、以下、この方向を高さ方向とも呼ぶ）の長さに比べて、大幅に長くなっている。これにより、コア２３部のアスペクト比（奥行き方向長さ／高さ方向長さ）が、比較的大きくなっている（例えば６／１程度）。
【００３７】
導入部２４は、前記コア２３に対応するように、奥行き方向に細長い形状を有しており、その奥行き方向の一端、換言すれば奥行き方向の手前側の端（図４（ａ）の左端）に、第１流体が流入する入口２１が開口している。
【００３８】
導出部２５もまた、導入部２４と同様に奥行き方向に細長い形状を有しているが、導入部２４とは異なり、図４（ａ）に示すように、縦断面視で、概略三角形状を有するように形成されている。つまり、前記コア２３は、奥行き方向の一端（手前側）から他端（奥側）に向かって、高さ方向に、その長さが次第に長くなるように形成されている。導出部２５には、奥行き方向の手前側の端（図４の左端）に、第１流体が流出する出口２２が開口しており、これによって入口２１と出口２２とは、熱交換器ユニット２における奥行き方向の同じ側に開口することになる。こうしてこの熱交換器ユニット２では、入口を通じて導入部２４に流入した第１流体が、コア２３内を径方向（高さ方向）に流れて導出部２５に至り、そこから、前後方向（奥行き方向）に流れて出口２２を通じて流出するようになるため、第１流体が縦向きのコ字状に流れることになる（図３の実線の矢印参照）。
【００３９】
ここで、流体がコ字状に流れるように構成された熱交換器ユニット２では、入口２１から導入部２４に流入した第１流体が、その入口２１に近い位置、つまり奥行き方向の手前側の位置において、コア２３に対し大量に流れ込むようになり、奥行き方向の奥側の位置まで第１流体が流れ難くなる。すなわち、コア２３を流れる流体の流量が、奥行き方向の手前側が相対的に高く、奥側が相対的に低くなって、奥行き方向に対し流量分布に偏りが生じる偏流が生じやすい。特にこの熱交換器ユニット２は、航空機用エンジン１のインタークーラ１１であって、前述したように、コア２３の流路抵抗が比較的小さく設定されていると共に、そのアスペクト比が比較的大きいことから、前記の偏りの程度が強くなりやすいという特徴を有している。
【００４０】
そこで、この熱交換器ユニット２は、その導入部２４に、偏流を抑制するための偏流抑制部材を配設している。この偏流抑制部材は、メッシュフィルタ４と、ガイドベーン５と、仕切り板６と、３つの要素の組み合わせで構成されている。以下、各要素について説明する。
【００４１】
メッシュフィルタ４は、図４（ｄ）及び図５に断面として示すように、例えば針金等の、線条の部材を縦横に編んで形成されている。メッシュフィルタ４は、導入部２４とコア２３との境界における、コア２３への開口２３３に配設されており、これによりメッシュフィルタ４は、第１流体がコア２３に流入する際の抵抗となる。メッシュフィルタ４を構成する線条部材の直径や、その縦横のピッチを適宜調整することによって、その開口面積を適宜設定することが好ましい。開口面積を調整することは、偏流の抑制と圧力損失の低減との両立に寄与し得る。メッシュフィルタ４はまた、導入部２４における入口２１の位置から、奥行き方向に延びて配設されており、その先端（奥行き方向の奥側の端）は、導入部２４の奥行き方向の途中位置に設定されている。例えば、メッシュフィルタ４の配設範囲を、入口２１の位置を０とし、奥行き方向の最奥の位置を１としたときに、（０−０．２）〜（０−０．５）程度の範囲に設定してもよい。この場合、導入部２４の奥側においてはメッシュフィルタ４が配設されないため、この位置においては、第１流体がコア２３に流入することが妨げられない。つまり、圧力損失の増大を防止する上で有利な構成である。尚、メッシュフィルタ４を導入部２４における最奥まで延ばして、奥行き方向の手前から最奥までの全域に亘って、コア２３の開口にメッシュフィルタ４を配設してもよい。
【００４２】
前述したようにメッシュフィルタ４は、第１流体がコア２３に流れ込む際の抵抗となるため、第１流体が、奥行き方向手前側でコア２３に大量に流れ込むことを抑制し得る。このことに伴い第１流体は、奥行き方向の奥側においてもコア２３内を流れるようになり、結果として偏流が抑制し得る。
【００４３】
ガイドベーン５は、図４（ａ）、（ｃ）及び図５に示すように、コア２３の開口２３３の近傍位置において、奥行き方向に一列で並設されている。各ガイドベーン５は、前記のメッシュフィルタ４と同様に、特に奥行き方向の手前側において、第１流体がコア２３へ流入することの邪魔をして、コア２３への流入量を抑制するように、第１流体を案内する羽根である。図５に拡大して示すように、各ガイドベーン５は翼型を有していて、その前縁が入口２１に対して遠い側に、その後縁が入口２１に対して近い側になるように配設されている。また、各翼型ガイドベーン５は、その高さ方向に対してはコア２３の側に向かって反るように、つまり、負圧面がコア２３の側を向き、圧力面が導入部２４の側を向くように配設されている。
【００４４】
ガイドベーン５は、奥行き方向に所定の間隔を空けて、複数個（図４の例では１６個）配置されている。導入部２４における最奥位置の近傍には、ガイドベーン５が配設されていない。これにより、この最奥位置の付近においては、第１流体がコア２３に流入することが妨げられない。ガイドベーン５の個数については特に制限はなく、適宜の数に設定すればよく、また、ガイドベーン５を配設する範囲（奥行き方向の範囲）についても、適宜設定することが可能である。
【００４５】
ガイドベーン５は、例えば高さ方向に２列以上に配置してもよい。複数列に配置する場合の配置の一例として、ガイドベーン５を千鳥配置にしてもよい。
【００４６】
また、各ガイドベーン５は、翼型に限定されず、例えば平板状にしてもよい。また、各ガイドベーン５として採用し得る翼型に特に制限はない。本願発明者らの検討によると、ガイドベーン５の形状やその配置に関連して、以下の知見が得られた。つまり、ガイドベーン５は、平板よりも翼型である方が圧力損失を低減し得る点で有利になり得る。また、翼型としては、前縁半径が大きい方が前縁半径が小さい場合よりも圧力損失を低減し得る点で好ましく、前縁半径が互いに同じ条件下では、翼厚が薄い方が、翼厚が厚い場合よりも圧力損失を低減し得る。また、各ガイドベーン５は、コア２３の側に向かって反るように配置した方が、それとは逆向きに配置した場合に比べて、圧力損失を低減し得る。これらは、翼の前縁付近の剥離に関係し、平板よりも翼型である方が剥離を抑制し得ると共に、前縁半径が小さいよりも前縁半径が大きい方が、また、翼厚が厚いよりも翼厚が薄い方がそれぞれ剥離を抑制し得るのである。また、各ガイドベーン５の配置に関し、迎え角は小さい方が圧力損失を低減し得る。尚、複数のガイドベーン５は、その迎え角を互いに同じに設定してもよいし、その並びの途中から迎え角を変更してもよい。
【００４７】
仕切り板６は、前記入口２１及び導入部２４内を、高さ方向に、コア２３に近い側とコア２３から離れた側とに区画するように配設されて、その入口２１から、奥行き方向の奥側に向かって延びて配設されている。これにより仕切り板６は、コア２３から離れた側の空間によって、導入部２４の奥側まで流れる第１流体の流量を確保し得る。従って、導入部２４の奥側においても第１流体がコア２３に流れ込むようになり、偏流が抑制され得る。仕切り板６は、図４（ａ）、（ｂ）に端的に示されるように、導入部２４内において奥行き方向の途中位置まで延びており、その導入部２４における最奥位置の付近には、仕切り板６は存在していない。これにより、この最奥位置の付近においては、第１流体がコア２３に流入することが妨げられない。つまり、圧力損失の低減が図られ得る。この仕切り板６において、奥行き方向の手前側には、コア２３から離れる方向に凸となった曲がり６１が形成されている。この曲がり６１は、後方へ流れる流量を確保して偏流を抑制する効果と、入口付近に設けたガイドベーン周りの圧力損失を低減する利点とが得られる。つまり、曲がりを有する仕切り板の上方への凸部の頂点を入口側に延長した形状とすると後方へ流れる流量を確保できず、偏流抑制効果が低減する。また逆に、曲がりを有する仕切り板の下側位置を入口に延長した場合は仕切り板と流量の大きい入口付近のガイドベーンとの間のスペースが十分確保できないため、流れが加速されて速度の二乗に比例する圧力損失が増大する。従って、曲がりを有する仕切り板とすることにより、前記の利点が得られる。尚、曲がり６１を省略して、仕切り板６を平板状に構成してもよい。仕切り板６にはまた、その奥行き方向の所定の複数箇所（図４（ａ）、（ｂ）の例では１０箇所）に、コア２３に近い側の空間と、コア２３から離れた側の空間とを互いに連通させるスリット６２が形成されている。このスリット６２は、第１流体の流れ方向に沿って延びる仕切り板６の上に形成される境界層の発達を抑制して、その境界層の発達に伴う抵抗の増大を抑制する。このことにより、奥行き方向の奥側まで十分な量の第１流体を流すことが可能になり得る。つまり、圧力損失が低減し得る。ここで各スリット６２は、図４（ｂ）の例では、幅方向に３個のスリットを並べることで構成しているが、スリット６２の形状はこれに限定されるものではなく、図示は省略するが、幅方向に延びる１つのスリットで構成してもよいし、幅方向に２つ並べて構成してもよい。また、多数個の小孔を幅方向に並べることによって構成してもよい。尚、スリット６２を省略することも可能である。
【００４８】
こうした、メッシュフィルタ４、ガイドベーン５及び仕切り板６の組み合わせからなる
偏流抑制部材は、熱交換器ユニット２における第１流体の偏流を抑制し得る。このことにより、熱交換効率が向上し得る。一方で、メッシュフィルタ４、ガイドベーン５及び仕切り板６の組み合わせからなる偏流抑制部材は、ディストリビュータフィンと比較して圧力損失の増大を抑止し得るという利点がある。従って、この熱交換器ユニット２は、偏流抑制と、圧力損失の増大抑制とが両立し得る。
【００４９】
尚、ここでは、メッシュフィルタ４、ガイドベーン５及び仕切り板６の３つの要素を組み合わせているが、例えばメッシュフィルタ４を単独で、コア２３の開口２３３に設けてもよいし、ガイドベーン５を単独で、コア２３の開口２３３の近傍に設けてもよいし、仕切り板６を単独で、導入部２４内に設けてもよい。また、メッシュフィルタ４、ガイドベーン５及び仕切り板６の内の任意の２つを選択して、それらを組み合わせてもよい。これらの場合でも、偏流抑制と圧力損失の増大抑制とが両立し得る。
【００５０】
また、熱交換器ユニット２の構成としては、前記のクロスフロー型に限定されるものではなく、例えば図６に概略を示すような、カウンターフロー型に構成してもよい。つまり、このカウンターフロー型の熱交換器ユニット２０もまた、前記と同様に第１流体の導入部２４、コア２３及び導出部２５を含んで構成されているが、コア２３は、第１流路と第２流路とを、エンジン１の周方向に積層することによって構成されている。但しこの構成でも、図６に実線の矢印で示すように、入口２１を通じて導入部２４に流入した第１流体が、コア２３内を、エンジン１の径方向（高さ方向）に流れて導出部２５に至り、そこから、前後方向（奥行き方向）に流れて出口２２を通じて流出するため、縦向きのコ字状に流れるように構成されている。
【００５１】
この熱交換器ユニット２０に対し、図６に仮想的に示すように、第２流体が流入する流入部３１０と、熱交換器ユニット２０の通過後の第２流体が流出する流出部３２０とが、エンジン１の径方向に相対して配置され、これにより、第２流体は、図６に一点鎖線の矢印で示すように、前方から後方に向かって流入部３１０に流入した後に、コア２３内を径方向に流れ、その後さらに、前方から後方に向かって流れて流出部３２０から流出することで、縦向きのＺ字状に流れる。つまり、コア２３内において第１流体と第２流体とは、互いに対向するように流れる。
【実施例】
【００５２】
次に、前記の熱交換器ユニットに関して、実際に行った解析結果について説明する。ここでは、数値流体解析によって熱交換器ユニット内の流れ場の解析を行い、その解析結果に基づいて、前記の偏流抑制部材による偏流抑制効果等を検討した。
【００５３】
ここで、数値流体解析に係る解析モデルとしては、航空機用エンジンのインタークーラ１１を対象に、図４（ａ）に示すような熱交換器ユニットを設定している。図４（ａ）は、図３のＡ−Ａ断面、又は、図６のＢ−Ｂ断面に相当する。熱交換器ユニットは、具体的には、奥行き方向の長さを６００ｍｍに、導入部２４の入口２１の高さを３０ｍｍに、導入部２４の奥行き方向最奥での高さを４０ｍｍに、コア２３の奥行き方向手前側での高さを３０ｍｍに、コア２３の奥行き方向最奥での高さを５０ｍｍに、導出部２５の出口高さを３０ｍｍに、それぞれ設定している。また、解析モデルにおいては、導入部２４の入口２１に対して、この入口２１を通じて導入部２４に流体を流入させるための流入部を設けると共に、導出部２５の出口２２に対して、この出口２２を通じて導出部２５から流体を流出させるための流出部を設けている。ここで、流入部では、その圧力を８０５０００Ｐａ（基準圧力）に、温度を５７９．４Ｋにそれぞれ設定し、流出部では、その質量流量を０．０９５ｋｇ／ｓに設定している。
【００５４】
そうして、前述した偏流抑制部材の無い熱交換器ユニットを従来例とした。この従来例に対し、比較例１は、前記特許文献１，２に開示されているようなディンプルを導入部２４に設けた例である。具体的には、図１８に示すように、コア２３の開口の近傍位置において、奥行き方向に、複数個のディンプル１００を並設している。各ディンプル１００は、円形状を有していると共に、入口２１から、導入部２４における奥行き方向の途中位置に至る範囲に、合計３５個配設している。また、比較例２は、図１９に示すように、従来公知のディストリビュータフィン１０１を、導入部２４に設けた例である。尚、図１９では、理解容易のために、ディストリビュータフィン１０１の数を減らして、示している。
【００５５】
これらの従来例及び比較例１，２に対し、実施例１，２はそれぞれ、図４に示すようなメッシュフィルタ４のみをコア２３の開口に設け、ガイドベーン５及び仕切り板６は設けていない例である。この実施例１，２では、メッシュフィルタ４は、導入部２４における入口２１から最奥までの全域に亘って配設している。また、実施例１と実施例２とでは、メッシュフィルタ４を構成する線条部材の径（ｄ）を同じにする一方で、そのピッチ（Ｌ）を異ならせることにより、開口面積比（β＝（１−ｄ／Ｌ）２）を変更しており、これによって、流体がコア２３に流入する際の抵抗係数Ｒを、実施例１では１０．２に、実施例２では６１．２にそれぞれ設定している（但し、Ｒ＝ΔＰ／（１／２ρＵ２）、Ｒ＝０．８５×（１−β）／β２、ΔＰはフィルタ前後の圧力差（圧力損失）、Ｕは速度、ρは流体密度）。
【００５６】
また、実施例３は、図４に示すようなガイドベーン５のみを、コア２３の開口２３３近傍に配置した例であり、この例では、１６個のガイドベーン５を一列に並べて配置することにより、導入部２４における比較的奥の位置までガイドベーン５を配設している。各ガイドベーン５の形状は、ＮＡＣＡ６４−００６であって、前縁半径は１．８ｍｍである。また、各ガイドベーン５は、迎え角５．３°となるように配置している。
【００５７】
実施例４は仕切り板のみを設けた例である。この例では、図４に示すような仕切り板を、導入部２４の入口２１から奥行き方向の中間位置まで配設すると共に、その仕切り板を、入口２１側ではコア２３に対して相対的に離れていて、奥に進むにつれてコア２３に近づくように、奥行き方向に対し傾斜して配設している。
【００５８】
実施例５は、図４に示すようなメッシュフィルタ４をコア２３の開口２３３に設けると共に、ガイドベーン５をコア２３の開口２３３の近傍に配置した例であり、この例では、メッシュフィルタ４を導入部２４の入口２１から最奥までの全域に亘って配設すると共に、８個のガイドベーン５を並べて配置することにより、導入部２４における、奥行き方向の中央位置付近までガイドベーン５を配設している。各ガイドベーン５の形状は、実施例３と同様に、ＮＡＣＡ６４−００６であって、前縁半径は１．８ｍｍである。また、各ガイドベーン５は、迎え角５．３°となるように配置している。
【００５９】
実施例６，７は、メッシュフィルタ４をコア２３の開口２３３に設け、ガイドベーン５をコア２３の開口２３３の近傍に配置し、さらに、仕切り板６を配置した例である。実施例６では、メッシュフィルタ４は、導入部２４の入口２１から最奥までの全域に亘って配設している。また、ＮＡＣＡ６４（３）−０１８の翼型ガイドベーン５を、迎え角０°で、１５個並べて配置している。尚、実施例６では、実施例３のように１６個のガイドベーン５を並べた例と比較して、導入部２４の最も入口２１に近い位置に配置され得る１個のガイドベーン５を省略している。仕切り板６は、導入部２４における入口２１から、奥行き方向の２／３となる位置まで配設している。仕切り板６は、平板状であって曲がりは有していない。また、この仕切り板６にはスリット６２も形成されていない。
【００６０】
一方、図４（ａ）に示すように実施例７では、メッシュフィルタ４は、導入部２４の入口２１から、奥行き方向の全域に対して２０％となる範囲に亘って配設している。また、ＮＡＣＡ６４−０１２（ＬＥＲ＝０．６６２）の翼型ガイドベーン５を、入口２１の近傍においては迎え角６．５°で、それ以外では迎え角０°で、１６個並べて配置している。仕切り板６は、導入部２４における入口２１から、奥行き方向の２／３となる位置まで配設しており、奥行き方向の手前側において、曲がり６１を有している。この仕切り板６にはまた、合計１０個のスリット６２を形成しており、各スリット６２の位置は、入口２１からの距離として、１１６．４ｍｍ，１４９．９ｍｍ，１８３．７ｍｍ，２１７．３ｍｍ，２３５．６ｍｍ，２６５．０ｍｍ，２９８．６ｍｍ，３３２．２ｍｍ，３５１．７ｍｍ，３８５．３ｍｍとなっている。
【００６１】
以上の各例について、数値流体解析により流れ場の解析を行った。ここで偏流に関しては、コア２３における高さ方向の中央位置（中央線、図１８の仮想線参照）上の流れの分布を評価することとした（図７〜図１６参照。尚、各図の縦軸のスケールは必ずしも一致していない。また、図１３のみ縦軸を質量流量（ｋｇ／ｓ）とし、その他の図は縦軸を速度（ｍ／ｓ）とする。）。一方、圧力損失に関しては、入口２１の全圧と出口２２の全圧との差を、基準圧力で除した圧損比率（（（入口の全圧）−（出口の全圧））／基準圧力）によって評価することとした（図１７）。
【００６２】
先ず、図７は、従来例、つまり、偏流抑制部材を設けていない例での流速分布を示している。この従来例では、奥行き方向の手前側でしか、コア２３に流体が流れ込んでおらず、入口２１から離れた奥側ではコア２３に流体が流れ込んでいない。つまり、極めて強い偏流が生じていることがわかる。
【００６３】
これに対し、比較例１、つまり、ディンプル１００を設けた例では、図８に示すように、入口２１から奥行き方向の中央位置付近までの範囲において、コア２３に流体が流れ込んでおり、従来例と比較して偏流が改善している。しかしながら、偏流の抑制は十分ではない。一方、ディストリビュータフィンを設けた比較例２は、図９に示すように、奥行き方向の最奥付近においても、コア２３に流体が流れて込んでおり、従来例と比較して、また比較例１と比較しても、偏流が改善している。しかしながら、比較例２は、図１７に示すように、圧損比率が、従来例や比較例１に比べて大幅に高くなっている（１８．４４％）。また、比較例１も圧損比率が従来例よりも高くなっている（比較例１は４．１６％、従来例は３．４０％）。尚、以下においては、圧損比率が高いことを、単に圧力損失が高いという場合がある。従って、比較例１，２は共に、偏流の抑制と、圧力損失の低減とが両立し得ない。
【００６４】
メッシュフィルタ４のみを設けた実施例１は、図１０に示すように、奥行き方向の中央位置付近においても、コア２３に流体が流れ込んでおり、従来例と比較して偏流が改善している。また、図１７に示すように、メッシュフィルタ４を取り付けることによって圧力損失が大幅に高くなることはなく、圧力損失は、比較例１よりも低くて、従来例と同程度に抑えられている。また、メッシュフィルタ４のみを設けた実施例２は、図１１に示すように、奥行き方向の中央位置よりも奥側においても、コア２３に流体が流れ込んでおり、実施例１と比較しても偏流が改善している。一方で、圧力損失もある程度抑制されており、比較例２のように圧力損失が大幅に高くなることはない。
【００６５】
ガイドベーン５のみを設けた実施例３は、図１２に示すように、奥行き方向の中央位置よりも奥側においても、コア２３に流体が流れ込んでおり、実施例２と同程度に偏流が改善している。一方で、図１７に示すように、圧力損失もある程度抑制されており、比較例２のように圧力損失が大幅に高くなることはない。但し、同程度の偏流抑制効果を有する実施例２と比較した場合、実施例３の方が圧力損失が若干高くなる。
【００６６】
仕切り板のみを設けた実施例４は、図１３に示すように、仕切り板が存在している領域と、仕切り板が存在していない領域とのそれぞれで、流量の分布を有しているが、奥行き方向の中央位置よりも奥側においても、コア２３に流体が流れ込んでおり偏流が改善している。一方で、図１７に示すように、圧力損失も抑制されており、比較例２のように圧力損失が大幅に高くなることはない。
【００６７】
メッシュフィルタ４とガイドベーン５とを設けた実施例５は、図１４に示すように、奥行き方向の中央位置よりも奥側の位置でも、コア２３に流体が流れ込んでおり、実施例２，３と同程度に偏流が改善している。また、図１７に示すように、圧力損失も比較例２ほどには高くなっておらず、圧力損失は、実施例３と同程度である。
【００６８】
メッシュフィルタ４、ガイドベーン５及び仕切り板６を設けた実施例６は、図１５に示すように、奥行き方向の最奥位置においてもコア２３に流体が流れ込んでおり、ディストリビュータフィンを設けた比較例２と同等程度に偏流が大幅に改善している。一方で、図１７に示すように、圧力損失は、比較例２と比較してその半分程度に抑制されている（９．３０％）。また、実施例６に対して、仕切り板６にスリット６２を設けた実施例７は、図１６に示すように、実施例６と比較して、偏流がさらに改善している。また、図１７に示すように、圧力損失も、実施例６と同程度であって（９．３９％）、比較例２と比較してその半分程度に抑制されている。従って、実施例７は、圧力損失の増大抑制と偏流の改善とを、高い次元で両立し得る点で、特に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、ここに開示した熱交換器は、流体がコ字状に流れることによって偏流を生じやすい構造の熱交換器において、圧力損失を増大させることなく、偏流を抑止得し得る点で有用であり、各種の用途の熱交換器に適用し得る。
【符号の説明】
【００７０】
１  航空機用エンジン
２，２０  熱交換器ユニット（本体）
２１  入口
２２  出口
２３  コア
２３１  第１流路
２３２  第２流路
２３３  開口
２４  導入部
２５  導出部
４    メッシュフィルタ（偏流抑制部材）
５    ガイドベーン（偏流抑制部材）
６    仕切り板（偏流抑制部材）
６１  曲がり
６２  スリット
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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