(57)【要約】      （修正有）【課題】氷結水分がコンデンサの低温気体通路の前面や入口部近傍の表面に付着して低温気体通路を塞ぐ不具合の発生を未然に防止する熱交換器を提供する。【解決手段】低温空気通路４ａ、４ｂ等の長さＬよりも高温空気通路３ａ〜３ｃ等の幅Ｗを広くして該高温空気通路を低温空気入口側へはみ出して形成し、該低温空気通路の入口部６に対応する該高温空気通路のはみ出し部７の平板状プレート２ｂ〜２ｅ等に噴出孔８を穿設し、噴出孔８より該低温空気通路の入口部６に向って該高温空気通路を通過する高温空気の一部を噴出させる。【選択図】図２
0003182131.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
複数の平板状プレートを積層するとともに互いに隣接するプレート間に、フィンを備え高温空気が通過する高温空気通路と、フィンを備え低温空気が通過する低温空気通路を、交互にかつ直交して形成し、前記高温空気通路を通過する高温空気と前記低温空気通路を通過する低温空気との間で熱交換させる熱交換器において、前記低温空気通路の長さよりも前記高温空気通路の幅を広くして前記高温空気通路を前記低温空気入口側へはみ出して形成したはみ出し部を有するとともに、前記低温空気通路の入口部に対応する前記高温空気通路の前記はみ出し部の前記平板状プレートに噴出孔を穿設し、前記噴出孔より前記低温空気通路の入口部に向って前記高温空気通路を通過する高温空気の一部を噴き出すことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記高温空気通路のはみ出し部を隔壁で仕切り前記高温空気通路から隔離した分画通路を形成し、前記分画通路に前記高温空気通路を通過する高温空気以外の空気を通過させることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記高温空気通路または分画通路の前記低温空気入口側の側壁面に前記噴出孔を穿設したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
コンプレッサで圧縮された高温空気を熱交換器により冷却し、コンデンサと水分離器により除湿してタービンに供給し、タービンにて断熱膨張された低温空気を再度コンデンサで熱交換し、調和空気として取り出す空調システムにおいて、前記コンデンサとして請求項１から請求項３記載のいずれかの熱交換器を用いたことを特徴とする空調システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、互いに隣接した高温空気通路と低温空気通路を通過する高温空気と低温空気との間で熱交換させる熱交換器およびこのような熱交換器を使用した空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、互いに隣接した高温空気通路と低温空気通路を通過する高温空気と低温空気との間で熱交換させる熱交換器を使用した航空機用空調システムとして、図５に示す形態のものが知られている。
図５において、エンジンのコンプレッサ（図示せず）からの高温・高圧のエンジン抽気は、一次熱交換器２６でラム空気（外気）との熱交換により冷却され、コンプレッサ２０で圧縮されてさらに高圧になるとともに温度上昇する。この高温空気は高温空気流路２２を通って二次熱交換器２５で再度ラム空気との熱交換により冷却され、リヒータ２７、コンデンサ２４の２つの熱交換器と水分離器２８からなる除湿回路を経て除湿される。
【０００３】
リヒータ２７やコンデンサ２４などの熱交換器は、周知のとおり、複数の平板状プレートを積層するとともに互いに隣接するプレート間に、高温空気が通過する高温空気通路と低温空気が通過する低温空気通路を、交互にかつ直交して形成し、高温空気通路を通過する高温空気と低温空気通路を通過する低温空気との間で熱交換させる構成である。高温空気通路と低温空気通路には、熱交換効率を高めるため多数のフィンを備えている。
【０００４】
上記除湿回路（リヒータ２７、コンデンサ２４、水分離器２８）で除湿された高温空気は、再度、リヒータ２７を経由し除湿しきれなかった水分を水蒸気化してタービン２１に供給され、タービン２１にて断熱膨張されて低温の空気となる。
タービン２１を出た低温の空気は低温空気流路２３を通ってコンデンサ２４の低温空気通路を通過し、コンデンサ２４の高温空気通路を通過する高温空気との間で熱交換され、調和空気となって、機内再循環空気と混合されて機内へ供給される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
上記構成の空調システムにおいて、タービン２１を出た低温空気の温度は、最大冷房の際には−２０℃から−３０℃にもなる。そのため、タービン２１での断熱膨張で発生した氷結水分がコンデンサ２４の低温空気通路の前面や入口部近傍の表面に付着してコンデンサ２４内における低温空気通路が塞がれることがあり、コンデンサ２４を経由して十分な量の調和空気を機内へ供給できなくなる不具合があった。
また、コンデンサ２４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おそれがあった。
【０００６】
このような事態を回避するため、高温空気流路２２からバイパス流路２２ａを分岐させてコンプレッサ２０を出た高温空気の一部をコンデンサ２４の低温空気通路入口に導き、氷結水分によりコンデンサ２４内の低温空気通路が塞がれるのを抑制している。なお、２９は、コンデンサ２４の上流と下流の圧力差にもとづき氷結水分による低温空気通路の閉塞状態（氷結水分の付着状況）を検知してバイパス流路２２ａの流通を開閉する開閉弁である。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−９２９９４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】公益財団法人航空機国際共同開発促進基金[解説概要１７−５]「航空機に搭載される空調システムに関する技術動向」
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の空調システムおよび熱交換器では、コンプレッサを出た高温空気（約１５０℃から約１８０℃）の一部がバイパス流路によりコンデンサ（熱交換器）の低温空気通路の入口付近に導入されるので氷結水分はある程度氷解してなくなるが、一方、高温空気の導入によりリヒータ、コンデンサ、水分離器からなる除湿回路の冷却効率（除湿効率）の低下は避けられなかった。
【００１０】
また、通常、氷結水分によるコンデンサの低温空気通路の閉塞は、コンデンサの上流および下流の流路における圧力差が所定値に達するか否かで判定しているので、氷結水分の付着そのものは回避できず、氷結水分の付着による不具合の発生を未然に防止することはできなかった。
【００１１】
本考案は、上記従来技術の課題を解決するため、氷結水分がコンデンサの低温空気通路の前面や入口部近傍の表面に付着して低温空気通路を塞ぐ不具合の発生を、できるだけ簡単な構成により抑制できるようにした熱交換器および空調システム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】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１記載の本考案の熱交換器は、複数の平板状プレートを積層するとともに互いに隣接するプレート間に、フィンを備え高温空気が通過する高温空気通路と、フィンを備え低温空気が通過する低温空気通路を、交互にかつ直交して形成し、高温空気通路を通過する高温空気と低温空気通路を通過する低温空気との間で熱交換させる熱交換器であって、低温空気通路の長さよりも高温空気通路の幅を広くして高温空気通路を低温空気入口側へはみ出して形成したはみ出し部を有するとともに、低温空気通路の入口部に対応する高温空気通路のはみ出し部の平板状プレートに噴出孔を穿設し、当該噴出孔より低温空気通路の入口部に向って高温空気通路を通過する高温空気の一部を噴出させるようにしたものである。
上記構成において、高温空気通路または低温空気通路の段数、高温空気通路の幅と低温空気通路の長さの比率、さらに噴出孔の数および径は、熱交換器の特性に応じて適宜選定することができる。
【００１３】
また、請求項２記載の本考案の熱交換器は、請求項１記載の熱交換器であって、高温空気通路のはみ出し部を隔壁で仕切り高温空気通路から隔離した分画通路を形成し、分画通路に高温空気通路を通過する高温空気以外の空気を導入するようにしたものである。
この場合、分画通路を通過させる噴出し空気源を選択することができるので、例えば、冷却能力が不足する場合などには、高温空気流路内の空気に限定されるものの可能な限り低温の空気を導入する。
【００１４】
さらに、請求項３記載の本考案の熱交換器は、請求項１または請求項２記載の熱交換器であって、高温空気通路または分画通路の低温空気入口側の側壁面に噴出孔を穿設したものである。
【００１５】
さらにまた、コンプレッサで圧縮された高温空気を熱交換器により冷却し、コンデンサと水分離器により除湿してタービンに供給し、タービンにて断熱膨張された低温空気を再度コンデンサで熱交換し、調和空気として取り出す空調システムであって、コンデンサとして請求項１から請求項３記載のいずれかの熱交換器を用いたものである。
【考案の効果】
【００１６】
本考案の熱交換器によれば、高温空気通路を通過する高温空気の一部を低温空気通路の入口部に向って噴き出す噴出孔を備えているので、タービンの断熱膨張によって発生した氷結水分が低温空気通路の入口部に堆積せず、低温空気通路の前面や通路内表面に付着して低温空気通路を塞ぐ不具合を未然に抑制することができる。すなわち、噴出孔から噴き出す高温空気の噴出エネルギーによって氷結水分を吹き飛ばし、氷結水分の付着そのものを阻止する。
また、このような熱交換器を用いる空調システムでは、高温空気との熱交換に供される低温空気の量が減少して熱交換効率が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本考案の熱交換器の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本考案の熱交換器の低温気体通路方向の断面を示す縦断面図である。
【図３】本考案の熱交換器の実施形態の他の一例を示す低温気体通路方向の断面を示す縦断面図である。
【図４】図３の本考案の熱交換器を使用した航空機用空調システムの一例を示す流路構成図である。
【図５】一般的な熱交換器を使用した航空機用空調システムの形態を示す流路構成図である。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本考案の熱交換器の実施形態について説明する。
図１において、熱交換器１の基本的構成は周知のとおりである。すなわち、多数の平板状プレート２ａ〜２ｌを積層するとともに互いに隣接するプレート間に、高温空気流路（高温空気入口側）からの高温空気が通過する高温空気通路３ａ〜３ｆと、低温空気流路（低温空気入口側）からの低温空気が通過する低温空気通路４ａ〜４ｅが、交互にかつ直交して形成されており、互いに隣接する高温空気通路３ａ〜３ｆと低温空気通路４ａ〜４ｅを各々高温空気と低温空気が通過する間に両者の間で熱交換が行われる構成である。
【００１９】
低温空気通路４ｃは口径の大きなバイパス通路であり、氷結水分の付着により低温空気通路４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅが塞がれて熱交換に供される低温空気の量が著しく減少するのを回避するために設けられている。すなわち、低温空気通路４ｃは、口径が大きいため氷結水分が堆積または付着して通路が塞がれることがなく、必要最小限の低温空気（量）の通過を確保することができる。また、高温空気通路３ａ〜３ｆと低温空気通路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｅには、熱交換効率を高めるため多数のフィン５を備えている。
【００２０】
本考案の熱交換器１では、上記熱交換器の基本的構成に加え、低温空気通路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長さＬよりも高温空気通路３ａ〜３ｆの幅Ｗを広く形成している。
図２は、図１の上部３段を抜き出して示しているが全段同様の構成である。図２において、高温空気通路３ａ〜３ｃは内部に多数のフィン５を備え、図面に垂直な方向に高温空気が通過するよう形成されている。高温空気通路３ａ〜３ｃの幅Ｗは低温空気通路４ａ、４ｂの長さＬより広く形成され、高温空気通路３ａ〜３ｃの幅方向の一部が低温空気入口側へはみ出した形態となっている。
上記高温空気通路３ａ〜３ｃのはみ出し部７において、低温空気通路４ａ、４ｂに入口部６が形成され、最上層の平板状プレート２ａおよびバイパス通路４ｃを形成する平板状プレート２ｆを除いて、入口部６に対応するはみ出し部７の平板状プレート２ｂ〜２ｅには、多数の噴出孔８が穿設され、当該噴出孔８より低温空気通路４ａ、４ｂの入口部６に向って高温空気通路３ａ〜３ｃを通過する高温空気の一部を噴出させる。
【００２１】
上記構成において、高温空気通路３ａ〜３ｆまたは低温空気通路４ａ〜４ｅの段数、バイパス流路４ｃの有無、高温空気通路３ａ〜３ｆの幅Ｗまたは低温空気通路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｅの長さＬ、また噴出孔８の数および径は、熱交換器１の特性に応じて適宜選定することができる。
【００２２】
つぎに、図３により本考案の熱交換器の実施形態の他の一例について説明する。
図１および図２の実施形態に対し、図３に示す実施形態では、低温空気通路４ａ、４ｂの入口部６（図２参照）に対応する高温空気通路３ａ〜３ｃのはみ出し部７を隔壁９で仕切り高温空気通路３ａ〜３ｃから隔離した分画通路１０ａ〜１０ｃを形成している。低温空気通路４ｄ、４ｅの入口部６に対応する高温空気通路３ｄ〜３ｆ（図１参照）についても同様に分画通路が形成される。
上記構成では、分画通路１０ａ〜１０ｃの噴出孔８から噴き出させる高温空気として、高温空気通路３ａ〜３ｃを通過する高温空気以外の空気源を冷却能力に応じて適宜選択することができる。
【００２３】
例えば、冷却能力が不足する場合などには、噴出孔８から噴き出す高温空気として、空調システムにおける高温空気流路内の空気で可能な限り低温の空気を使用するのが望ましいので、再度リヒータを経由してタービンに供給される前の高温空気をバイパスさせて分画通路１０ａ〜１０ｃに導入することができる（図４参照）。
【００２４】
また、図３に示す実施形態では、分画通路１０ａ〜１０ｃの低温空気入口側の側壁にも噴出孔８ａを穿設している。図示しないが、図２に示す実施形態の高温空気通路３ａ〜３ｃの側壁面にも噴出孔８ａを穿設することができる。
上記構成によれば、断熱膨張された低温空気と接触する分画通路１０ａ〜１０ｃおよび高温空気通路３ａ〜３ｃの側壁面に氷結水分が付着し、堆積するのを防止することができる。
【００２５】
以下、図４を参照して上記構成の本考案の熱交換器１を用いた空調システムの実施形態の一例を説明する。
図４に示す実施形態は、航空機用空調システムに図３の実施形態の熱交換器、すなわち分画通路１０を備えた熱交換器１をコンデンサに使用したものである。
【００２６】
エンジン（図示せず）からの高温・高圧のエンジン抽気は、一次熱交換器２６で機体外から導入されるラム空気との熱交換により冷却し、コンプレッサ２０で圧縮されてさらに高圧になるとともに温度上昇する。次いで、高温空気は高温空気流路２２を通って二次熱交換器２５で再度ラム空気との熱交換により冷却し、さらにリヒータ２７における熱交換により冷却した後、コンデンサ（熱交換器）１においてさらに冷却する。
リヒータ２７およびコンデンサ１での冷却により高温空気中の水分は凝縮させられ、凝縮した水分を水分離器２８において遠心力を利用して分離して取り去る。これらリヒータ２７、コンデンサ１の２つの熱交換器と水分離器２８は除湿回路を形成する。水分を分離された高温空気は、再度リヒータ２７における水分分離前の高温空気の冷却に用いた後にタービン２１に供給され、タービン２１にて断熱膨張されて低温の空気となる。
【００２７】
タービン２１を出た低温空気は、低温空気流路２３を通ってコンデンサ１における高温空気の冷却に用いた後に調和空気として航空機のキャビン等の室内に供給される。なお、コンプレッサ２０は、始動時はモータ（図示せず）により起動され、起動後はタービン２１から取り出される動力により駆動される。
【００２８】
コンデンサ１においては、コンプレッサ２０とタービン２１との間の高温空気流路２２を流れる高温空気と、タービン２１の出口に接続される低温空気流路２３を流れる低温空気との間で熱交換を行わせることで高温空気を冷却して調和空気となる。
高温空気流路２２のリヒータ２７とタービン２１の流路の途中には、リヒータ２７における熱交換により冷却された高温空気の一部を、図３により説明したコンデンサ１に形成された分画通路１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）へ供給するバイパス流路１１が分岐されている。１２はバイパス流路１１の流通を開閉する開閉弁である。
【００２９】
上記構成によれば、リヒータ２７からタービン２１に供給される高温空気（高温空気流路２２内でもっとも低温の空気）の一部は、バイパス流路１１を経由してコンデンサ１の分画通路１０へ供給され、分画通路１０に穿設されている噴出孔８、８ａから低温空気通路４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅの入口部６および各分画通路１０の側壁面に向って噴き出す。
これにより、タービン２１での断熱膨張で発生した氷結水分がコンデンサ１の低温空気通路４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅの前面や入口部６近傍および分画通路１０の側壁面の表面に付着し、堆積することが抑制される。当該作用は高温空気の温度による氷解によるものではなく、高温空気の噴出孔８、８ａから噴き出す噴出エネルギーにより付着や堆積する前に吹き飛ばされる結果であり、氷結水分の付着や堆積そのものを阻止することができる。
したがって、コンデンサ１内における低温空気通路４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅが塞がれることなく、コンデンサ１を経由して十分な量の調和空気を機内へ供給でき、また、コンデンサ１内でのエンジン抽気（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こともなくなる。
【００３０】
上記空調システムでは、コンデンサ１として図３に示す熱交換器を使用したが、図２に示した熱交換器を使用することもでき、同様の効果を期待することができる。
また、本考案の空調システムは、上記航空機用空調システムに限定されるものではなく、高温空気通路を通過する高温空気と低温空気通路を通過する低温空気との間で熱交換させる熱交換器を使用する空調システム、例えば自動車や一般家庭用空調システムなどにも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１、２４  コンデンサ（熱交換器）
２ａ〜２ｌ  平板状プレート
３ａ〜３ｆ  高温空気通路
４ａ〜４ｅ  低温空気通路
４ｃ  バイパス通路
５  フィン
６  入口部
７  はみ出し部
８、８ａ  噴出孔
９  隔壁
１０  分画通路
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  分画通路
１１、２２ａ  バイパス流路
１２、２９  開閉弁
２０  コンプレッサ
２１  タービン
２２  高温空気流路
２３  低温空気流路
２５  二次熱交換器
２６  一次熱交換器
２７  リヒータ
２８  水分離器
【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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