(57)【要約】【課題】航空機への搭載のための軽量化および小型化を図ることが可能な航空機用ベーパサイクル装置を提供する。【解決手段】この航空機用ベーパサイクル装置１００は、機外から取り入れられた換気空気１２と、機内からの循環空気１３とを混合して、供給空気１４として機内に供給するための容器状の混合部２０と、混合部２０の内部に配置され、冷媒１１と混合部２０内の空気との間で熱交換をする内部熱交換部３０とを備える。【選択図】図１
2016060211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機に搭載され、冷媒の循環により熱を汲み出す航空機用ベーパサイクル装置であって、
機外から取り入れられた換気空気と、機内からの循環空気とを混合して、供給空気として機内に供給するための容器状の混合部と、
前記混合部の内部に配置され、前記冷媒と前記混合部内の空気との間で熱交換をする内部熱交換部とを備える、航空機用ベーパサイクル装置。
【請求項２】
前記混合部は、機外に連通された機外圧力領域と前記混合部の内部とを隔てる隔壁部を含み、
前記隔壁部には、前記機外圧力領域に配置される前記ベーパサイクル装置の構成要素が取り付けられている、請求項１に記載の航空機用ベーパサイクル装置。
【請求項３】
前記ベーパサイクル装置の構成要素は、前記冷媒と機外空気との間で熱交換をする外部熱交換部と、前記冷媒を圧縮するコンプレッサとの少なくともいずれかを含む、請求項２に記載の航空機用ベーパサイクル装置。
【請求項４】
前記内部熱交換部は、第１熱交換部と、前記第１熱交換部とは別個に設けられた第２熱交換部とを含み、
前記混合部は、前記第１熱交換部を通過した前記換気空気と前記第２熱交換部を通過した前記循環空気とを混合するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の航空機用ベーパサイクル装置。
【請求項５】
前記混合部は、前記換気空気と前記循環空気とのうち、前記換気空気を前記第１熱交換部に供給する第１流路部と前記循環空気を前記第２熱交換部に供給する第２流路部とを個別に含み、
前記第１熱交換部および前記第２熱交換部は、それぞれ、筒状形状を有するとともに、外周面と内周面とを接続する空気流路を有し、
前記第１流路部および前記第２流路部は、それぞれ、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部の外周面を取り囲むように周状に形成されている、請求項４に記載の航空機用ベーパサイクル装置。
【請求項６】
前記第１熱交換部および前記第１流路部と、前記第２熱交換部および前記第２流路部とは、前記混合部内で重なるように配置されている、請求項５に記載の航空機用ベーパサイクル装置。
【請求項７】
前記第１熱交換部に供給する冷媒量と、前記第２熱交換部に供給する冷媒量との配分を、前記換気空気および前記循環空気のそれぞれの冷却量に応じて調節する配分調節手段と、
前記換気空気および前記循環空気の冷却量に応じて前記冷媒の圧縮量を制御する圧縮制御手段とをさらに備える、請求項４〜６のいずれか１項に記載の航空機用ベーパサイクル装置。
【請求項８】
前記混合部は、前記第１熱交換部を通過した前記換気空気の一部を前記循環空気と混合せずに機内の特定箇所に供給するためのバイパス流路部をさらに含む、請求項４〜７のいずれか１項に記載の航空機用ベーパサイクル装置。
【請求項９】
前記内部熱交換部は、前記内部熱交換部を通過した空気の流れが前記混合部内で旋回流となるように前記混合部の周方向に傾斜した空気流路を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の航空機用ベーパサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用ベーパサイクル装置に関し、特に、航空機に搭載される航空機用ベーパサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機に搭載される航空機用ベーパサイクル装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、冷媒を蒸発させるエバポレータ（熱交換器）と、冷媒を凝縮させるコンデンサ（熱交換器）と、冷媒を圧縮するコンプレッサと、冷媒を減圧する膨張弁とを備えたベーパサイクル装置が開示されている。航空機には、機外から取り入れた換気空気と、フィルタ等を通過した後に機内に戻して機内を循環させる機内空気とを混合する混合室が設けられている。エバポレータは、混合室と空気供給先である与圧室（キャビンなど）との間の空気経路に配置され、与圧室に供給される空気温度を調節する。
【０００４】
航空機の空調システムでは、上空と地上との両方での温度調節機能が必要となる。低温の上空では与圧と換気の機能が中心となる一方、気候によって温度環境が大きく変化する地上では、温度調節機能が重要になる。ベーパサイクル装置は、エアサイクル装置と比較して、温度調節機能の面ではエネルギ効率が高い一方で、重量の面では重くなり易い。そのため、地上での温度調節における高いエネルギ効率と、重量制限の厳しい航空機への搭載のための軽量化や小型化（省スペース化）との両立を図ることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１３３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１では、ベーパサイクル装置を構成するエバポレータ（熱交換器）、コンデンサ（熱交換器）、コンプレッサおよび膨張弁などの構成要素をどのようにして実際の航空機に組み込み、軽量化や小型化を図るかについては考慮されておらず、改善の余地がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、航空機への搭載のための軽量化および小型化を図ることが可能な航空機用ベーパサイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における航空機用ベーパサイクル装置は、航空機に搭載され、冷媒の循環により熱を汲み出す航空機用ベーパサイクル装置であって、機外から取り入れられた換気空気と、機内からの循環空気とを混合して、供給空気として機内に供給するための容器状の混合部と、混合部の内部に配置され、冷媒と混合部内の空気との間で熱交換をする内部熱交換部とを備える。
【０００９】
この発明の一の局面による航空機用ベーパサイクル装置では、上記のように、機外から取り入れられた換気空気と、機内からの循環空気とを混合して、供給空気として機内に供給するための容器状の混合部と、混合部の内部に配置され、冷媒と混合部内の空気との間で熱交換をする内部熱交換部とを設ける。これにより、ベーパサイクル装置の構成要素として蒸発器または凝縮器として機能する内部熱交換部を、混合部内に収納するように設置することができる。この結果、容器状の混合部の外壁が内部熱交換部の外壁を兼ねた構造を実現することができるので、混合部と内部熱交換部とを別個に設ける場合に必要となる構造物を省くことができる。これにより、航空機用ベーパサイクル装置の航空機への搭載のための軽量化および小型化を図ることができる。
【００１０】
上記一の局面による航空機用ベーパサイクル装置において、好ましくは、混合部は、機外に連通された機外圧力領域と混合部の内部とを隔てる隔壁部を含み、隔壁部には、機外圧力領域に配置されるベーパサイクル装置の構成要素が取り付けられている。このように構成すれば、混合部の外壁を機外に連通された機外圧力領域との隔壁部として構成することができる。空調装置としてのベーパサイクル装置は、機内空気と冷媒との熱交換と、機外空気と冷媒との熱交換とを行うため、機内圧力領域と機外圧力領域とに跨がるように構成要素を設ける必要がある。本発明によれば、混合部の隔壁部をベーパサイクル装置の機内側と機外側とを隔てる隔壁としても機能させることができるので、ベーパサイクル装置用の隔壁を別途設けることを不要にして更なる軽量化を図ることができる。また、ベーパサイクル装置の構成要素を隔壁部に取り付けることによって、混合部とベーパサイクル装置の各構成要素とをユニット化することができる。その結果、ベーパサイクル装置を小型化することができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、ベーパサイクル装置の構成要素は、冷媒と機外空気との間で熱交換をする外部熱交換部と、冷媒を圧縮するコンプレッサとの少なくともいずれかを含む。このように構成すれば、少なくとも外部熱交換部およびコンプレッサのいずれかを混合部の外壁をベースとする隔壁部に取り付けて、混合部内の内部熱交換部とともにユニット化することができる。この結果、外部熱交換部およびコンプレッサの両方を混合部から離間させる場合と比べて冷媒配管などの接続部材を短縮することができるので、ベーパサイクル装置の更なる軽量化および小型化を図ることができる。
【００１２】
上記一の局面による航空機用ベーパサイクル装置において、好ましくは、内部熱交換部は、第１熱交換部と、第１熱交換部とは別個に設けられた第２熱交換部とを含み、混合部は、第１熱交換部を通過した換気空気と第２熱交換部を通過した循環空気とを混合するように構成されている。このように構成すれば、機外からの換気空気と冷媒との熱交換と、機内からの循環空気と冷媒との熱交換とを、個別に行うことができる。その結果、換気空気のみが熱交換される対象となる場合と比べて、冷媒と熱交換される空気の量を増大させることができる。この結果、空気と冷媒との間の温度差を維持することが容易になるので、ベーパサイクル装置の高効率な運用が可能となる。また、第１熱交換部の冷却（または暖房）能力と第２熱交換部の冷却（または暖房）能力とを換気空気と循環空気との相違に応じて適切に設定することも容易に実現することができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、混合部は、換気空気と循環空気とのうち、換気空気を第１熱交換部に供給する第１流路部と循環空気を第２熱交換部に供給する第２流路部とを個別に含み、第１熱交換部および第２熱交換部は、それぞれ、筒状形状を有するとともに、外周面と内周面とを接続する空気流路を有し、第１流路部および第２流路部は、それぞれ、第１熱交換部および第２熱交換部の外周面を取り囲むように周状に形成されている。このように構成すれば、筒状形状の第１熱交換部および第２熱交換部の外周面に沿って、それぞれ第１流路部および第２流路部からの空気取り込みのための周状の空気取り込み口を設けることができる。これにより、たとえば直方体形状の熱交換器の一側面のみから空気を取り込む一般的な熱交換器と比べて、大きな開口面積により空気流量を確保しつつ、内部熱交換部全体としてはコンパクトな構造を実現することができる。
【００１４】
上記混合部が第１熱交換部および第２熱交換部の外周面をそれぞれ取り囲む第１流路部と第２流路部とを含む構成において、好ましくは、第１熱交換部および第１流路部と、第２熱交換部および第２流路部とは、混合部内で重なるように配置されている。このように構成すれば、第１熱交換部と第２熱交換部とを平面視で並べて配置する場合と比べて、第１熱交換部および第２熱交換部の設置スペースを小さくすることができるので、内部熱交換部を収容する混合部全体が大型化することを抑制することができる。また、筒状の第１熱交換部および第２熱交換部を重ねることにより、第１熱交換部および第２熱交換部の内側で、換気空気と循環空気とを混合するためのスペースを容易に確保することができる。
【００１５】
上記内部熱交換部が第１熱交換部と第２熱交換部とを個別に含む構成において、好ましくは、第１熱交換部に供給する冷媒量と、第２熱交換部に供給する冷媒量との配分を、換気空気および循環空気のそれぞれの冷却量に応じて調節する配分調節手段と、換気空気および循環空気の冷却量に応じて冷媒の圧縮量を制御する圧縮制御手段とをさらに備える。このように構成すれば、配分調節手段によって、熱交換前の換気空気および循環空気のそれぞれの温度や湿度や空気量の配分に応じて、ベーパサイクル装置全体の熱交換量を適切に配分することができるので、効果的かつ効率的な空気温度調節が可能となる。また、航空機の上昇または下降時などにおける外気の圧力および温度が急激に変動する場合にも、圧縮制御手段によって、外部環境の変化に応じた空調能力（冷却または暖房能力）の変更が可能となる。
【００１６】
上記内部熱交換部が第１熱交換部と第２熱交換部とを個別に含む構成において、好ましくは、混合部は、第１熱交換部を通過した換気空気の一部を循環空気と混合せずに機内の特定箇所に供給するためのバイパス流路部をさらに含む。このように構成すれば、温度調節された換気空気の一部を分割して、機内の特定箇所に換気空気のみを供給することができる。ここで、航空機では、客室内で火災や有毒物質が発生しても安全に機体を運行し着陸させる必要性から、コックピットへの供給空気は、全量を機外から取り込まれた換気空気で賄うように規定されている。このため、混合部内に内部熱交換部を設ける場合でも、たとえばコックピットなどの特定箇所に対する供給空気の全量を、バイパス流路部を介して供給することができる。
【００１７】
上記一の局面による航空機用ベーパサイクル装置において、好ましくは、内部熱交換部は、内部熱交換部を通過した空気の流れが混合部内で旋回流となるように混合部の周方向に傾斜した空気流路を有する。このように構成すれば、内部熱交換部を通過した旋回流によって、換気空気と循環空気とを混合部内で効果的に混合することができる。この結果、内部ファンなどの空気攪拌手段を別途設けることが不要となり、更なる軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上記のように、航空機への搭載のための軽量化および小型化を図ることが可能な航空機用ベーパサイクル装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による航空機用ベーパサイクル装置が設けられた航空機を示した模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による航空機用ベーパサイクル装置を模式的に示した斜視図である。
【図３】図２に示した航空機用ベーパサイクル装置の混合部の内部構造を模式的に示した斜視断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による航空機用ベーパサイクル装置の冷房作動時の接続状態を示したブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による航空機用ベーパサイクル装置の暖房作動時の接続状態を示したブロック図である。
【図６】第１熱交換部および第２熱交換部の構造を説明するための模式的な分解斜視図である。
【図７】冷媒流路のフィン部の一部を模式的に示した斜視図である。
【図８】空気流路のフィン部を模式的に示した斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態による航空機用ベーパサイクル装置の変形例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜図８を参照して、本発明の一実施形態による航空機用ベーパサイクル装置１００（以下、「ＶＣ装置１００）という）の構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態によるＶＣ装置１００は、航空機１に搭載され、冷媒１１の循環により熱を汲み出すベーパサイクル装置である。ＶＣ装置１００は、航空機１内の空気調和を行うための航空機用空調装置として設けられている。
【００２３】
航空機１の空気調和装置では、地上設備と異なり、機内空気の温度調節の他に、予圧および換気（新鮮空気の供給）を行うことが必要となる。ＶＣ装置１００は、機外から取り込まれ、航空機１に設けられたエアコンプレッサ２によって機内圧力まで予圧された換気空気１２を取り込み、機内空気の換気を行う。また、ＶＣ装置１００は、取り込んだ換気空気１２と機内を循環する循環空気１３とをそれぞれ冷却または加温することにより、機内空気（換気空気１２および循環空気１３）の温度調節を行う。ＶＣ装置１００は、温度調節後の換気空気１２と循環空気１３とを混合してキャビン（客室）３などの居住空間へ供給するとともに、温度調節後の換気空気１２の一部を循環空気１３とは混合することなく機内の特定箇所４に供給する。特定箇所４は、具体的にはコックピット４ａである。このようにして、ＶＣ装置１００は、機内空気の温度調節、予圧および換気を行う。
【００２４】
ＶＣ装置１００は、混合部２０と、混合部２０内に設けられた内部熱交換部３０と、混合部２０外に設けられた外部熱交換部４１とを備える。また、ＶＣ装置１００は、冷媒１１を圧縮するコンプレッサ４２と、電子膨張弁４３とを備える。ＶＣ装置１００は、これらの内部熱交換部３０と、外部熱交換部４１と、コンプレッサ４２と、電子膨張弁４３とを熱サイクルの主要な構成要素４０として含んでいる。ＶＣ装置１００の各部は、航空機１の空調制御部５によって制御される。なお、コンプレッサ４２および電子膨張弁４３は、本発明の「圧縮制御手段」の一例である。
【００２５】
混合部２０は、機外から取り入れられた換気空気１２と、機内からの循環空気１３とを混合して、供給空気１４として機内に供給するために設けられている。換気空気１２は、エアコンプレッサ２により圧縮されて温度上昇し、アフタークーラー６によって機外（外気）と熱交換することにより冷却（中間冷却）された後、混合部２０に流入する。なお、ＶＣ装置１００の冷却能力によっては、アフタークーラー６がなくてもよい。また、循環空気１３は、キャビン３およびコックピット４ａなどから再循環流路を通り、循環空気ファン７によって混合部２０に送られる。キャビン３内の空気の一部は機外に放出される。
【００２６】
図２に示すように、混合部２０は、容器状の形状を有し、内部に空気を混合するための容積を有している。本実施形態では、容器状の混合部２０の内部に、内部熱交換部３０が配置されている。混合部２０は、円筒状の側壁部２１と、側壁部２１の一方の開口を覆うカバー部２２と、側壁部２１の他方の開口を覆う隔壁部２３とを含んでいる。なお、以下では、便宜的に、円筒状の側壁部２１の中心軸方向Ｚを上下方向（Ｚ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向）という。
【００２７】
側壁部２１には、圧縮された換気空気１２を内部に取り込むためのダクト２１ａと、循環空気１３を内部に取り込むためのダクト２１ｂとが設けられている。ダクト２１ａとダクト２１ｂとは、それぞれ側壁部２１の周方向（内周面）に沿って空気を導入するように、概ね側壁部２１の接線方向に沿って側壁部２１に接続されている。ダクト２１ａとダクト２１ｂとは、Ｚ方向に互いにずれた位置に配置されている。換気空気１２のダクト２１ａは、隔壁部２３が配置されたＺ２側に配置され、後述する第１流路部２４（図３参照）に連通している。循環空気１３のダクト２１ｂは、カバー部２２が配置されたＺ１側に配置され、後述する第２流路部２５（図３参照）に連通している。カバー部２２には、換気空気１２と循環空気１３とが混合された供給空気１４を送るためのダクト２２ａが設けられている。
【００２８】
内部熱交換部３０は、図３に示すように、混合部２０の内部に配置され、冷媒１１（図４参照）と混合部２０内の空気との間で熱交換をするように構成されている。具体的には、内部熱交換部３０は、全体として筒状形状を有し、Ｚ２側の第１熱交換部３１と、第１熱交換部３１とは別個に設けられたＺ１側の第２熱交換部３２とを含む。第１熱交換部３１および第２熱交換部３２は、それぞれ筒状形状を有し、具体的には円筒形状を有する。また、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２は、それぞれ、全周に渡って空気取込口が設けられた外周面３３と、全周渡って空気吐出口が設けられた内周面３４とを有する。第１熱交換部３１および第２熱交換部３２は、それぞれ、外周面３３と内周面３４とを接続する複数の空気流路３５と、空気流路３５の間に配置された冷媒流路３６とを有している。つまり、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２は、それぞれ、外周面３３の空気取込口（空気流路３５の一端）から空気を取り込み、空気流路３５で熱交換をして、内周面３４の空気吐出口（空気流路３５の他端）から空気を吐出する。
【００２９】
混合部２０は、換気空気１２と循環空気１３とのうち、換気空気１２を第１熱交換部３１に供給する第１流路部２４と、循環空気１３を第２熱交換部３２に供給する第２流路部２５とを個別に含む。側壁部２１の内部には、半径方向内側に延びる仕切板２６が設けられており、第１流路部２４および第２流路部２５は、側壁部２１の内周面と、仕切板２６とによって互いに連通することなく設けられている。すなわち、第１熱交換部３１には、第１流路部２４を通じて換気空気１２のみが供給され、第２熱交換部３２には、第２流路部２５を通じて循環空気１３のみが供給される。第１流路部２４および第２流路部２５は、それぞれ、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２の外周面３３を取り囲むように、側壁部２１の内周面に沿って周状（環状）に形成されている。これにより、第１熱交換部３１は、換気空気１２と冷媒１１との間で熱交換を行うように構成され、第２熱交換部３２は、循環空気１３と冷媒１１との間で熱交換を行うように構成されている。
【００３０】
本実施形態では、第１熱交換部３１および第１流路部２４と、第２熱交換部３２および第２流路部２５とは、混合部２０内で重なるように配置されている。すなわち、隔壁部２３側（Ｚ２側）の第１熱交換部３１および第１流路部２４と、カバー部２２側（Ｚ１側）の第２熱交換部３２および第２流路部２５とが、上下方向（Ｚ方向）に積み重ねられるように設けられている。これにより、内部熱交換部３０が全体として上下方向に延びる円筒形状となっている。
【００３１】
また、本実施形態では、内部熱交換部３０（第１熱交換部３１および第２熱交換部３２）は、内部熱交換部３０を通過した空気の流れが混合部２０内で旋回流となるように混合部２０の周方向に傾斜した空気流路３５を有する。これにより、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２の内周面３４から混合領域２０ａにそれぞれ吐出された換気空気１２および循環空気１３は、混合部２０の中央部で旋回流となって混合が促進される。なお、内部熱交換部３０（第１熱交換部３１および第２熱交換部３２）の構造については、後述する。
【００３２】
このように、混合部２０は、第１熱交換部３１を通過した換気空気１２と第２熱交換部３２を通過した循環空気１３とを混合するように構成されている。混合された換気空気１２および循環空気１３は、図２に示すように、供給空気１４としてカバー部２２のダクト２２ａからキャビン３へ送られる。
【００３３】
隔壁部２３は、図３に示すように、混合部２０のＺ２側の外壁であるとともに、機外に連通された機外圧力領域１５と混合部２０の内部とを隔てている。すなわち、航空機１内には、機外空気の取込口と連通する機外圧力領域１５が設けられており、居住空間である機内圧力領域１６と圧力隔壁８によって隔てられている。混合部２０は、航空機１の圧力隔壁８に形成された開口部８ａに隔壁部２３を嵌め込み、シールした状態で固定的に設置されている。隔壁部２３は、側壁部２１の肉厚よりも大きい肉厚を有し、中央に機外圧力領域１５側に突出する回転楕円面状の突出部２３ａを有している。これにより、隔壁部２３は、内外の圧力差に耐える耐圧性を確保している。一方、混合部２０の側壁部２１およびカバー部２２は、機内圧力領域１６側に配置されるため耐圧性を確保する必要がなく、隔壁部２３よりも薄肉で軽量に形成されている。
【００３４】
本実施形態では、隔壁部２３には、機外圧力領域１５に配置されるＶＣ装置１００の構成要素４０が取り付けられている。具体的には、図２に示すように、ＶＣ装置１００の構成要素４０として、外部熱交換部４１と、コンプレッサ４２と、電子膨張弁４３（図１参照）とが、隔壁部２３に取り付けられている。外部熱交換部４１は、機外から取り込まれて機外圧力領域１５を通過する通過空気１７と冷媒１１との間で熱交換をするように構成されている。外部熱交換部４１は、ブラケット４１ａを介して隔壁部２３に取り付けられている。また、コンプレッサ４２は、図３に示すように、ブラケットを兼ねた円筒状のハウジング４２ａを介して隔壁部２３に取り付けられている。なお、電子膨張弁４３も同様に隔壁部２３に取り付けられているが、詳細な図示は省略する。
【００３５】
また、本実施形態では、混合部２０は、第１熱交換部３１を通過した換気空気１２の一部（換気空気１４ａ）を循環空気１３と混合せずに機内の特定箇所４に供給するためのバイパス流路部２７を含んでいる。具体的には、第１熱交換部３１が、分割壁２７ａによって、混合部２０の混合領域２０ａ（中央領域）側と、隔壁部２３側とに分割されている。分割壁２７ａと隔壁部２３との間の空間が、バイパス流路部２７である。分割壁２７ａは、第１熱交換部３１の外径と略等しい直径を有する板状部材である。第１熱交換部３１を通過する換気空気１２は、通過後の空気流が分割壁２７ａによって分割される。分割壁２７ａで隔てられ、バイパス流路部２７に流入する一部の換気空気１２は、循環空気１３とは混合されずに分配ダクト２７ｂに流入する。分配ダクト２７ｂは、航空機１内の特定箇所４としてのコックピット４ａに連通しており、循環空気１３とは混合されない換気空気１４ａがコックピット４ａに供給される。
【００３６】
なお、分割壁２７ａは、Ｚ１側に位置する混合領域２０ａの底面を構成しており、分割壁２７ａの中央部には管路２７ｃが設けられている。混合領域２０ａ内で凝縮水が生成された場合、凝縮水が管路２７ｃを通って隔壁部２３のドレイン管２３ｂから排出されることになる。
【００３７】
図４に示すように、ＶＣ装置１００では、内部熱交換部３０と、外部熱交換部４１と、コンプレッサ４２と、電子膨張弁４３とが冷媒配管４４の循環流路によって接続されることにより、冷媒１１を用いたベーパサイクルが構成されている。本実施形態では、コンプレッサ４２および電子膨張弁４３が、換気空気１２および循環空気１３の冷却量に応じて冷媒１１の圧縮量を制御するように構成されている。
【００３８】
コンプレッサ４２は、圧縮部位４２ａとモータ４２ｂとから構成されている。ＶＣ装置１００の冷媒流量が多い場合は、圧縮部位４２ａとして小型の遠心翼車（ターボ圧縮機）を用い、モータ４２ｂとして、高速回転に対応したＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ：表面磁石型）モータを採用することが好ましい。ＶＣ装置１００の冷媒流量が多くない場合は、圧縮部位４２ａとしてスクロールコンプレッサやベーンコンプレッサ（容積型圧縮機）を用い、モータ４２ｂとして、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ：埋込磁石型）モータを採用することが好ましい。
【００３９】
電子膨張弁４３は、弁体４３ａと、弁体４３ａを駆動する小型モータ４３ｂとから構成されている。弁体４３ａは、一種のニードル弁の構造を有し、小型モータ４２ｂの駆動によって針状弁を出入りさせることにより、膨張圧力に適した流路面積を形成する。
【００４０】
また、本実施形態では、ＶＣ装置１００は、第１熱交換部３１に供給する冷媒量と、第２熱交換部３２に供給する冷媒量との配分を、換気空気１２および循環空気１３のそれぞれの冷却量に応じて調節する流量制御弁４５ａおよび４５ｂを備えている。流量制御弁４５ａおよび４５ｂは、それぞれ、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２の入口側流路４４ａに設けられている。流量制御弁４５ａおよび４５ｂは、共に弁体４５ｃと小型モータ４５ｄとを含んでおり、電子膨張弁４３に準じた構成を有する。ただし、流量制御弁４５ａおよび４５ｂは、電子膨張弁４３ほどの高い精度の制御と応答性は不要なため、各構成部品は電子膨張弁４３よりも簡便なものを用いることが可能である。なお、電子膨張弁４３、流量制御弁４５ａおよび４５ｂは、共に、最も絞られた状態で、全閉ではなく最低設定流量が流れる構造を有している。なお、流量制御弁４５ａおよび４５ｂは、本発明の「配分調節手段」の一例である。
【００４１】
流量制御弁４５ａおよび４５ｂは、図示しない温度および湿度センサにより検出される換気空気１２および循環空気１３の各温度および湿度や、予め設定された供給空気１４の目標値に基づいて、空調制御部５によって制御される。これにより、ＶＣ装置１００では、換気空気１２の温度（第１熱交換部３１の入口温度）や換気量の変動などに応じて第１熱交換部３１および第２熱交換部３２への冷媒供給量の配分（熱交換能力の配分）が調節される。
【００４２】
なお、本実施形態のＶＣ装置１００では、冷媒配管４４の循環流路中に、切替弁４６ａおよび４６ｂを設けて、図５に示す冷房作動と、図６に示す暖房作動との両方が可能なＶＣ装置１００の例を示している。切替弁４６ａおよび４６ｂは、冷媒配管４４の接続を図５に示す接続状態と図６に示す接続状態とに切り替え可能に構成されており、空調制御部５の制御によって連動して切替動作する。
【００４３】
図５に示す冷房作動時（通常動作時）には、内部熱交換部３０（第１熱交換部３１および第２熱交換部３２）が蒸発器（ＥＶ）として機能し、換気空気１２および循環空気１３からそれぞれ熱を取りだす（冷却する）。また、外部熱交換部４１は、凝縮器（ＣＯ）として機能し、機外から取り込まれた通過空気１７と冷媒１１との熱交換によって放熱する。
【００４４】
図６に示す暖房作動時には、内部熱交換部３０（第１熱交換部３１および第２熱交換部３２）が凝縮器（ＣＯ）として機能し、換気空気１２および循環空気１３へそれぞれ放熱する（換気空気１２および循環空気１３を加温する）。また、外部熱交換部４１は、蒸発器（ＥＶ）として機能し、通過空気１７と冷媒１１との熱交換によって熱を取り出す。
【００４５】
次に、図３および図６〜図８を参照して、内部熱交換部３０の詳細な構造について説明する。なお、内部熱交換部３０を構成する第１熱交換部３１と第２熱交換部３２とは、同様の構造を有しているので、第１熱交換部３１についてのみ説明する。
【００４６】
図６に示すように、第１熱交換部３１は、複数の冷媒流路３６と複数の空気流路３５とが交互に重なったプレートフィンタイプの熱交換器である。冷媒流路３６と空気流路３５とがそれぞれ円環状（円周状）に形成され、上下に積層されることによって、第１熱交換部３１が円筒状に形成されている。
【００４７】
冷媒流路３６および空気流路３５の円周の両端（半径方向に対向する両端）には管状の冷媒ヘッダ部５１ａおよび５１ｂが設けられている。冷媒ヘッダ部５１ａおよび５１ｂは、各冷媒流路３６に対しする開口５１ｃを有しており、積層された各冷媒流路３６との間で冷媒１１を流通させる。なお、開口５１ｃは、空気流路３５側には設けられていない。冷媒ヘッダ部５１ａおよび５１ｂは、一方が冷媒流路３６の入口側、他方が出口側となっており、ここでは冷媒ヘッダ部５１ａを入口側、冷媒ヘッダ部５１ｂを出口側とする。
【００４８】
各冷媒流路３６は、上下（積層方向）に配置される環状平板のチューブプレート５２と、外周部に配置される外周サイドプレート５３と、内周部に配置される内周サイドプレート５４とによって、密閉された構造となっている。たとえば第１熱交換部３１が蒸発器として機能する場合は、冷媒ヘッダ部５１ａから液相の冷媒１１が流入し、各冷媒流路３６内で蒸発した後に、冷媒ヘッダ部５１ｂから気相の冷媒１１が流出する。
【００４９】
各冷媒流路３６には、周方向に延びる複数のフィン部５５が設けられ、冷媒１１との熱交換が促進される。フィン部５５はいわゆるコルゲートフィンであり、冷媒流路３６内を複数のチャンネル（流路）に分割している。図７に示すように、フィン部５５は、一端側で冷媒ヘッダ部５１ａと接続し、他端側で冷媒ヘッダ部５１ｂとを接続するように円弧状に形成される。冷媒流路３６のフィン部５５は、沸騰熱伝達となるため、フィン高さが低くても十分な熱交換量が確保される。したがって、冷媒流路３６の高さＨ１（Ｚ方向の厚み）は、空気流路３５の高さＨ２（Ｚ方向の厚み）よりも小さい（Ｈ１＜Ｈ２）。
【００５０】
一方、空気流路３５にはサイドプレートは設けられておらず、空気流路３５は、チューブプレート５２に挟まれ、内周面３４と外周面３３とにそれぞれ開口した流路となっている。また、各空気流路３５には、複数のフィン部５６が設けられ、空気との熱交換が促進される。図８に示すように、フィン部５６はいわゆるセレートフィン（オフセットフィン）である。すなわち、フィンの立ち上がり部５５ａの位相が一致するコルゲート側のフィン部５５（図７参照）とは異なり、フィン部５６は、フィンの立ち上がり部５６ａが所定ピッチ（半ピッチ）ずれて交互に並ぶように形成されている。これにより、フィン部５６は、フィン部５５と比較して、空気流路３５内で乱流を発生させることにより熱伝達効率をさらに向上させている。
【００５１】
本実施形態では、フィン部５６は、平面的に見て、先端に向けて先細りとなるように、概略で三角形状（扇形状）に形成されている。フィン部５６は、図６に示すように、空気流路３５（チューブプレート５２上）に多数配列された状態で互いに固定されている。より具体的には、各フィン部５６は、先端を内周面３４側に向け、内周面３４の接線方向を向くように配列されている。この結果、内周面３４の接線方向を向くように周方向に傾斜した複数のチャンネル（流通路）が、各フィン部５６によって形成されている。この結果、本実施形態では、空気流路３５は、内部熱交換部３０を通過した空気の流れが混合部２０内で旋回流となるように混合部２０の周方向に傾斜している。
【００５２】
この結果、外周側の第１流路部２４から混合部２０内を周方向に旋回するように流れる換気空気１２は、第１熱交換部３１の外周面３３の開口部から流入し、熱交換を行いながら周方向の流れを維持しつつ空気流路３５を通過する。これにより、図３に示すように、内周面３４から吐出された換気空気１２が混合部２０内の混合領域２０ａにおいて旋回流を形成する。なお、第２熱交換部３２も同様に構成されているので、混合領域２０ａにおいては、循環空気１３と換気空気１２とが共に旋回流を形成することになり、速やかに混合される。
【００５３】
第１熱交換部３１（第２熱交換部３２）のこれらの冷媒ヘッダ部５１ａおよび５１ｂ、外周サイドプレート５３および内周サイドプレート５４、フィン部５５、フィン部５６およびチューブプレート５２は、仮組立の状態でロー材を溶融させて接合するロー付け法により組み立てられている。
【００５４】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５５】
本実施形態では、上記のように、機外から取り入れられた換気空気１２と、機内からの循環空気１３とを混合して、供給空気１４として機内に供給するための容器状の混合部２０と、混合部２０の内部に配置され、冷媒１１と混合部２０内の空気との間で熱交換をする内部熱交換部３０とを設ける。これにより、蒸発器（ＥＶ）または凝縮器（ＣＯ）として機能する内部熱交換部３０を、混合部２０内に収納するように設置することができる。この結果、混合部２０の外壁が内部熱交換部３０の外壁を兼ねた構造を実現することができるので、混合部２０と内部熱交換部３０とを別個に設ける場合に必要となる構造物を省くことができる。これにより、ＶＣ装置１００の航空機１への搭載のための軽量化および小型化を図ることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、上記のように、機外圧力領域１５と混合部２０の内部とを隔てる隔壁部２３を混合部２０に設け、機外圧力領域１５に配置されるＶＣ装置１００の構成要素４０を隔壁部２３に取り付ける。これにより、混合部２０の隔壁部２３を、ＶＣ装置１００の機内側（機内圧力領域１６側）と機外側（機外圧力領域１５）とを隔てる隔壁としても機能させることができる。その結果、ＶＣ装置１００用の隔壁を別途設けることを不要にして更なる軽量化を図ることができる。また、ＶＣ装置１００の構成要素４０を隔壁部２３に取り付けることによって、混合部２０とＶＣ装置１００の各構成要素４０とをユニット化することができる。その結果、ＶＣ装置１００を小型化することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、上記のように、ＶＣ装置１００の構成要素４０として、外部熱交換部４１と、コンプレッサ４２と、電子膨張弁４３とを隔壁部２３に取り付ける。これにより、外部熱交換部４１、コンプレッサ４２および電子膨張弁４３を混合部２０に取り付けて、混合部２０内の内部熱交換部３０とともにユニット化することができる。この結果、外部熱交換部４１およびコンプレッサ４２の両方を混合部２０から離間させる場合と比べて冷媒配管４４などの接続部材を短縮することができるので、ＶＣ装置１００の更なる軽量化および小型化を図ることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、上記のように、混合部２０を、第１熱交換部３１を通過した換気空気１２と第２熱交換部３２を通過した循環空気１３とを混合するように構成する。これにより、換気空気１２のみが熱交換される対象となる場合と比べて、冷媒１１と熱交換される空気の量を増大させることができる。その結果、空気と冷媒１１との間の温度差を維持することが容易になるので、ＶＣ装置１００の高効率な運用が可能となる。また、第１熱交換部３１の冷却（または暖房）能力と第２熱交換部３２の冷却冷却（または暖房）能力とを換気空気１２と循環空気１３との温度、湿度および流量などの相違に応じて適切に設定することも容易に実現することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、上記のように、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２をそれぞれ筒状形状に形成するとともに、外周面３３と内周面３４とを接続する空気流路３５を設ける。また、混合部２０の第１流路部２４および第２流路部２５を、それぞれ、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２の外周面３３を取り囲むように周状に形成する。これにより、筒状形状の第１熱交換部３１および第２熱交換部３２の外周面３３に沿って、それぞれ第１流路部２４および第２流路部２５からの空気取り込みのための周状の空気取込口（空気流路３５の一端）を設けることができる。これにより、たとえば直方体形状の熱交換器の一側面のみから空気を取り込む熱交換器と比べて、大きな開口面積により空気流量を確保しつつ、内部熱交換部３０全体としてはコンパクトな構造を実現することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、上記のように、第１熱交換部３１および第１流路部２４と、第２熱交換部３２および第２流路部２５とを、混合部２０内で重なるように配置する。これにより、第１熱交換部３１と第２熱交換部３２とを平面視で並べて配置する場合と比べて、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２の設置スペースを小さくすることができるので、内部熱交換部３０を収容する混合部２０全体が大型化することを抑制することができる。また、筒状の第１熱交換部３１および第２熱交換部３２を重ねることにより、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２の内側で、換気空気１２と循環空気１３とを混合するためのスペースを容易に確保することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、上記のように、第１熱交換部３１に供給する冷媒量と、第２熱交換部３２に供給する冷媒量との配分を、換気空気１２および循環空気１３のそれぞれの冷却量に応じて調節する流量制御弁４５ａおよび４５ｂと、換気空気１２および循環空気１３の冷却量に応じて冷媒１１の圧縮量を制御するコンプレッサ４２および電子膨張弁４３とを設ける。これにより、流量制御弁４５ａおよび４５ｂによって、熱交換前の換気空気１２および循環空気１３のそれぞれの温度や湿度や空気量の配分に応じて、ＶＣ装置１００全体の熱交換量を適切に配分することができるので、効果的かつ効率的な空気温度調節が可能となる。また、航空機１の上昇または下降時などに外気の圧力および温度が急激に変動する場合にも、コンプレッサ４２および電子膨張弁４３によって、外部環境の変化に応じた空調能力（冷却または暖房能力）の変更が可能となる。
【００６２】
また、本実施形態では、上記のように、第１熱交換部３１を通過した換気空気１２の一部（換気空気１４ａ）を循環空気１３と混合せずに機内の特定箇所４に供給するためのバイパス流路部２７を混合部２０に設ける。これにより、混合部２０内に内部熱交換部３０を設ける場合でも、コックピット４ａなどの特定箇所４に対する供給空気（換気空気１４ａ）の全量を、バイパス流路部２７を介して供給することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、上記のように、内部熱交換部３０に、内部熱交換部３０を通過した空気の流れが混合部２０内で旋回流となるように混合部２０の周方向に傾斜した空気流路３５を設ける。これにより、内部熱交換部３０を通過した旋回流によって、換気空気１２と循環空気１３とを混合部２０内で効果的に混合することができる。この結果、内部ファンなどの空気攪拌手段を別途設けることが不要となり、更なる軽量化を図ることができる。
【００６４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００６５】
たとえば、上記実施形態では、機外圧力領域１５と内部とを隔てる隔壁部２３を混合部２０に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、隔壁部を設けなくともよい。この場合、混合部を機内圧力領域に設ければよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、ＶＣ装置１００の構成要素４０としての外部熱交換部４１と、コンプレッサ４２と、電子膨張弁４３とを隔壁部２３に取り付けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記した以外の構成要素を隔壁部に取り付けてもよいし、ＶＣ装置の構成要素を隔壁部に取り付けなくともよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、内部熱交換部３０に、換気空気１２用の第１熱交換部３１と、循環空気１３用の第２熱交換部３２とを個別に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、単一の熱交換部を内部熱交換部に設けてもよい。この場合、内部熱交換部は、換気空気と循環空気との一方と冷媒との熱交換をしてもよいし、換気空気と循環空気との混合空気と冷媒との熱交換をしてもよい。この他、内部熱交換部に、混合空気用の熱交換部と、特定箇所（コックピットなど）への供給のための換気空気用の熱交換部とを別個に設けてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、混合部２０に第１流路部２４と第２流路部２５とを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、混合空気と冷媒との間で熱交換を行うように内部熱交換部を構成した場合などには、第１流路部と第２流路部とを設ける必要はない。
【００６９】
また、上記実施形態では、通過した空気の流れが混合部２０内で旋回流となるように混合部２０の周方向に傾斜した空気流路３５を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば空気流路を半径方向に沿って直線状に設けてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、混合部２０にバイパス流路部２７を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、混合部にバイパス流路部を設けなくともよい。その場合、特定箇所への換気空気供給用の熱交換部を混合部の外部に別途設けてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、混合部２０内の第１流路部２４から第１熱交換部３１に流入する換気空気１２を分割してバイパス流路部２７に流入させた構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図９に示す変形例のように、換気空気を混合部に供給する前に予め第１流路部とバイパス流路部とに分岐させた流通経路を介して、換気空気を各流路に供給してもよい。
【００７２】
具体的には、図９に示す変形例では、内部熱交換部１３０が、混合される換気空気１２用の第１熱交換部１３１と、循環空気１３用の第２熱交換部３２と、混合されずに特定箇所４へ供給される換気空気１４ａ用の第３熱交換部１３３との３分割構造となっている。変形例では、分割壁１２７ａが、側壁部２１の内面間に渡って設けられ、混合部２０内を上下に完全に分割している。そして、換気空気用のダクト１２８が、第１熱交換部１３１（第１流路部２４）へ連通する分岐路１２８ａと、第３熱交換部１３３（バイパス流路部１２７）へ連通する分岐路１２８ｂとに分岐している。これにより、分岐路１２８ａを通過する換気空気１２は、第１熱交換部１３１で熱交換された後、混合領域２０ａで循環空気１３と混合される。分岐路１２８ｂを通過する換気空気１４ａは、第３熱交換部１３３で熱交換された後、バイパス流路部１２７から分配ダクト２７ｂを介して特定箇所４に送られる。バイパス流路部１２７と第１流路部２４との間での空気の相互流通を防ぐため、分岐路１２８ａと分岐路１２８ｂとには、それぞれ逆止弁１２９が設けられている。なお、この場合、冷媒の流量制御弁は、第１熱交換部１３１と、第２熱交換部３２と、第３熱交換部１３３とにそれぞれ設ければよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、混合部２０内に１つの内部熱交換部３０を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。航空機には、一般に故障発生時のバックアップのために複数のＶＣ装置が設けられる。そのため、複数のＶＣ装置の各々の内部熱交換部を、１つの混合部内に設けてもよい。また、上記実施形態で説明した混合部２０と内部熱交換部３０および各構成要素４０とのユニット（ＶＣ装置１００）を複数設け、各ユニットの混合部２０同士をダクトにより接続してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  航空機
４  特定箇所
１１  冷媒
１２  換気空気
１３  循環空気
１４  供給空気
１４ａ  換気空気の一部
１５  機外圧力領域
２０  混合部
２３  隔壁部
２４  第１流路部
２５  第２流路部
２７、１２７  バイパス流路部
３０  内部熱交換部
３１、１３１  第１熱交換部
３２  第２熱交換部
３３  外周面
３４  内周面
３５  空気流路
４０  構成要素
４１  外部熱交換部
４２  コンプレッサ（圧縮制御手段）
４３  電子膨張弁（圧縮制御手段）
４５ａ、４５ｂ  流量制御弁（配分調節手段）
１００  航空機用ベーパサイクル装置（ＶＣ装置）
【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】
2016060211.tif 000009
【図８】
2016060211.tif 000010
【図９】
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