(57)【要約】  【課題】高温気体流路内を流通する高温気体と低温気体流路内を流通する低温気体との熱交換を行わせるための熱交換部と、前記低温気体流路内を流通する気体を前記熱交換部を通過させずに流通させるべく前記低温気体流路の前記熱交換部より上流側と下流側とを連通して設けたバイパス流路とを有する空調システムにおいて、少ない部品点数及び加工工数により、また、この空調システムに必要な部品の合計質量を抑制しつつ、低温気体の流量を確保できる構成を実現する。  【解決手段】バイパス流路中にチェック弁を設け、このチェック弁が、通常は閉止状態に付勢されているとともに、前記低温気体流路の前記熱交換部より上流側及び下流側からこのチェック弁が直接受ける圧力の差が所定値以上である場合に、このチェック弁に前記上流側から直接作用する圧力により付勢力に抗して開成状態へ変化する構成を採用する。  【選択図】図１
2009274593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温気体を流通させる高温気体流路と、低温気体を流通させる低温気体流路と、前記高温気体流路内を流通する高温気体と低温気体流路内を流通する低温気体との熱交換を行わせるための熱交換部と、前記低温気体流路内を流通する気体を前記熱交換部を通過させずに流通させるべく前記低温気体流路の前記熱交換部より上流側と下流側とを連通して設けたバイパス流路と、このバイパス流路中に設けたチェック弁とを具備するものであって、
前記チェック弁が、通常は閉止状態に付勢されているとともに、前記低温気体流路の前記熱交換部より上流側及び下流側からこのチェック弁が直接受ける圧力の差が所定値以上である場合に、このチェック弁に直接作用する圧力により付勢力に抗して開成状態へ変化することを特徴とする空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温気体流路内を流通する高温気体と低温気体流路内を流通する低温気体との熱交換を行う熱交換器を有する空調システムに関する。
【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内で氷結したものが熱交換部ｇ内に付着し、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）。
【０００３】
また、前記バイパス流路ｈを設ける代わりに、低温空気流路ｆ中の前記熱交換部ｇより上流側に図示しない旋回流発生手段や二重管を設け、低温空気中の氷結水分を遠心分離するとともに、電子機器冷却用冷媒を前記二重管の内管と外管との隙間に導き、前記冷媒の冷却をこの氷結水分により行うと同時に氷結水分を融解させて前記熱交換部ｇ内への氷結水分の付着を抑制する構成も考えられている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２１６９７号公報
【特許文献２】特開２００４−９０７７７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の構成は、流量調整手段の開度を前記熱交換部の上流側と下流側との圧力差に応じて変更させるために、前記熱交換部の上流側と下流側との圧力差を検知し、前記流量調整手段の開度に反映させるための特別な機構を流量調整手段の外部に設ける必要があった。一方、前記特許文献２の構成では、旋回流発生手段、二重管や、電子機器冷却用冷媒を二重管の内管と外管との隙間に導くための管路等を特別に用意する必要があった。
【０００５】
すなわち、これらの構成では、構成が複雑なものとなり、部品点数や加工工数が多くなる。さらに、これらの構成では、空調システム全体としての質量が大きくなる。
【０００６】
本発明は、以上に述べた課題を解決すること、すなわち、氷結水分により給気パイプが塞がる不具合を簡単な構成により空調システム全体としての質量を大きく増大させることなく解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる空調システムは、以上の課題を解決するために、高温気体を流通させる高温気体流路と、低温気体を流通させる低温気体流路と、前記高温気体流路内を流通する高温気体と低温気体流路内を流通する低温気体との熱交換を行わせるための熱交換部と、前記低温気体流路内を流通する気体を前記熱交換部を通過させずに流通させるべく前記低温気体流路の前記熱交換部より上流側と下流側とを連通して設けたバイパス流路と、このバイパス流路中に設けたチェック弁とを具備するものであって、前記チェック弁が、通常は閉止状態に付勢されているとともに、前記低温気体流路の前記熱交換部より上流側及び下流側からこのチェック弁が直接受ける圧力の差が所定以上である場合に、このチェック弁に直接作用する圧力により付勢力に抗して開成状態へ変化することを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、熱交換部の上流側と下流側との圧力差を検知するための特別な機構をチェック弁の外部に設けることなく、また、氷結水分を除去するための旋回流発生手段や二重管を用いることなく、チェック弁に直接作用する圧力によりチェック弁を機械的に開成させる簡単な構成により、低温気体のバイパスを行うことができる。
【０００９】
なお、前記熱交換部を収納する筐体の外部に前記バイパス流路を設けてもよく、また、複数の熱交換部と、熱交換部間に形成してなり隔壁を介して高温気体流路と区画されたバイパス流路と、このバイパス流路中に設けてなるチェック弁とを同一の筐体内に設けてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の空調装置の構成によれば、熱交換部を挟んで上流側と下流側との圧力差を検知するための特別な機構をチェック弁の外部に設けることなく、また低温気体流路の前記熱交換部より上流側及び下流側からこのチェック弁が直接受ける圧力の差が所定以上である場合にこのチェック弁に直接作用する圧力により付勢力に抗して該チェック弁が開成状態へ変化するので、簡単な構成により低温気体のバイパスを行い低温気体の流量を確保することができる。従って、少ない部品点数及び加工工数により、また、この構成に必要な部品の合計質量を抑制しつつ、熱交換部に氷結水分が付着することにより十分な量の調温済み気体を供給できなくなる不具合の発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【００１２】
この実施例の空調システム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、前記低温空気流路６内を流通する低温空気を前記コンデンサ７を通過させずに流通させるべく前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より上流側の部位６ａと下流側の部位６ｂとを連通して設けたバイパス流路８と、このバイパス流路８中に設けたチェック弁９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が本発明の熱交換部にそれぞれ対応する。
【００１３】
前記エンジン２とコンプレッサ３との間には、ラムエアとエンジン抽気との間で熱交換を行うことによりエンジン抽気を予冷する一次熱交換器１０を設けている。
【００１４】
前記コンプレッサ３及び前記タービン４は、共通の駆動軸１１により結合したエアサイクルマシンを構成している。
【００１５】
前記高温空気流路５には、その中間に、前記コンプレッサ３により圧縮された高温空気をラムエアにより冷却する二次熱交換器１３と、前記二次熱交換器１３と前記コンデンサ７との間に設けられる再生熱交換器１４と、前記コンデンサ７より下流側に設けられ前記コンデンサ７により冷却された空気中から水分を除去するための水分離器１５とを設けている。そして、前記高温空気流路５の水分離器１５より下流側は、前記再生熱交換器１４を経てタービン４の入口側に連通している。前記再生熱交換器１４は、前記コンデンサ７内で低温空気と熱交換を行う前の高温空気と前記コンデンサ７内で低温空気と熱交換を行った後の高温空気との間で熱交換を行わせる。前記水分離器１５は、前記コンデンサ７内で低温空気流路６内を流通する低温空気との熱交換により冷却された際に凝縮した空気中の水分を、遠心力を利用して分離除去する。
【００１６】
前記低温空気流路６は、前記タービン４の出口と航空機の客室内等の図示しない与圧室とを連通する。また、この低温空気流路６の中間に、前記コンデンサ７を配している。
【００１７】
前記コンデンサ７内には、図示はしないが、例えば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と、低温空気を通過させるための低温側通路とを交互に設けていて、前記高温側通路内の高温空気と前記低温側通路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。
【００１８】
そして、前記バイパス流路８は、前記コンデンサ７の筐体の外部に設けられ、前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より上流側の部位６ａと前記コンデンサ７より下流側の部位６ｂとを連通する。そして、前述したように、このバイパス通路８中には、チェック弁９を設けている。
【００１９】
このチェック弁９は、通常は図示しないばね等の付勢手段からの付勢力により閉止状態に付勢されているとともに、前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より上流側及び下流側からこのチェック弁９がそれぞれ直接受ける圧力の差が所定以上である場合に、前記付勢力に抗して開成状態へ変化する。すなわち、前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より上流側の部位６ａからこのチェック弁９が直接受ける圧力が前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より下流側の部位６ｂからこのチェック弁９が直接受ける圧力と付勢力との和を上回る場合に、このチェック弁９が直接受ける圧力の作用により前記付勢力に抗して開成状態へ変化する。
【００２０】
以下、この空調装置内の空気の流れを述べる。
【００２１】
この空調装置は、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に達する。このコンデンサ７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。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。コンデンサ７に導かれた低温空気は、前記高温空気流路５内を流通する高温空気との熱交換に供される。そして、前記高温空気との熱交換に供された後、与圧室に供給される。
【００２２】
ここで、前記低温空気流路６のコンデンサ７よりも上流側の部位６ａと下流側の部位６ｂとの差圧が所定値を下回る場合は、前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より上流側の部位６ａからこのチェック弁９が直接受ける圧力が前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より下流側の部位６ｂからこのチェック弁９が直接受ける圧力と付勢力との和を下回る。従って、バイパス流路８に設けた前記チェック弁９は閉止状態のままであり、低温空気は全量がコンデンサ７に導かれ、前記高温空気流路５内を流通する高温空気との熱交換に供される。一方、前記低温空気流路６のコンデンサ７よりも上流側の部位６ａと下流側の部位６ｂとの差圧が所定値を上回る場合は、前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より上流側の部位６ａからこのチェック弁９が直接受ける圧力が前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より下流側の部位６ｂからこのチェック弁９が直接受ける圧力と付勢力との和を上回る。従って、前記チェック弁９が前記低温空気流路６の前記コンデンサ７より上流側の部位６ａからの圧力による作用を直接受け、付勢力に抗して開成状態に変化する。そして、低温空気の一部がこのバイパス流路８内を流通し、熱交換を行うことなく下流側に導かれ、航空機の客室内等の図示しない与圧室に達する。
【００２３】
すなわち本実施例に係る構成によれば、前記チェック弁９がコンデンサ７より上流側の部位６ａから直接受ける圧力と前記チェック弁９がコンデンサ７より下流側の部位６ｂから直接受ける圧力との差がこのチェック弁９を閉止状態に付勢する付勢力を上回る場合に、チェック弁９が付勢力に抗してこのチェック弁９が前記圧力の作用により開成状態に変化するので以下のような効果が得られる。すなわち、前記低温空気流路６のコンデンサ７よりも上流側の部位６ａと下流側の部位６ｂとの圧力差を検知するための特別な機構をチェック弁９の外部に設けることなく、また、氷結水分を除去するための旋回流発生手段や二重管を用いることなく、簡単な構成により低温空気のバイパスを行い低温空気の流量を確保することができる。従って、少ない部品点数により、また、この構成に必要な部品の合計質量を抑制しつつ、コンデンサ７に氷結水分が付着することにより十分な量の調温済み空気を与圧室に供給できなくなる不具合の発生を抑制できる。
【００２４】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００２５】
例えば、上述した実施例においてバイパス流路を省略した図２に回路図を示すような空調システムにおいて、上述した実施例のコンデンサ７に代えて、図３及び図４に示すように、高温空気と低温空気との熱交換を行う熱交換部２７ａと、前記低温空気を熱交換を行わせることなく与圧室に供給するためのバイパス流路２８とを同一筐体内に有するものであって、このバイパス流路２８の入口に、以下に述べるようなチェック弁２９を具備するコンデンサ２７を用いるようにしてもよい。この実施例では、前記熱交換部２７ａが、本発明の熱交換部に、また、前記バイパス流路２８が本発明のバイパス流路にそれぞれ対応する。
【００２６】
このコンデンサ２７は、低温空気流路内を流通する低温空気と高温空気流路内を流通する高温空気との間で熱交換を行わせるための前記熱交換部２７ａと、前記低温空気を前記熱交換部２７ａを通過させることなく、すなわち熱交換させることなく流通させるための前記バイパス流路２８と、このバイパス流路２８と前記高温空気流路５とを区画する隔壁２７ｂとを具備する。高温空気は、このコンデンサ２７内を矢印Ｘ方向に流れる。一方、低温空気は、このコンデンサ２７内を矢印Ｙ方向に流れる。
【００２７】
前記熱交換部２７ａは、平板状のプレート２７ａ１を多数積層しているとともに、互いに隣接するプレート２７ａ１間に、高温空気を通過させるための高温側通路２７ａ２と、低温空気を通過させるための低温側通路２７ａ３とを交互に設けている。また、この熱交換部２７ａは、上下１対に設けている。
【００２８】
前記バイパス流路２８は、前記熱交換部２７ａ間の空間を利用して形成している。また、このバイパス流路２８は、上述したように前記高温空気流路５と隔壁２７ｂにより区画されている。
【００２９】
そして、このバイパス流路２８の入口に、以下に述べるようなチェック弁２９を設けている。このチェック弁２９は、通常は図示しないねじりコイルばね等の付勢手段により図３に示すような閉止状態Ｓに付勢されているとともに、前記低温気体流路６の前記熱交換部より上流側の部位６ａ及び下流側の部位６ｂからこのチェック弁２９が直接受ける圧力の差、より具体的にはこのコンデンサ２７の入口と出口との差圧が所定以上である場合に、このチェック弁２９が付勢力に抗して前記圧力の作用により図４に示すような開成状態Ｏへ変化するように構成している。
【００３０】
このような構成であっても、前記チェック弁２９が上流側から直接受ける圧力と前記チェック弁２９が下流側から直接受ける圧力との差がこのチェック弁２９を閉止状態に付勢する付勢力を上回る場合に、チェック弁２９が付勢力に抗して前記圧力の作用により開成状態Ｏに変化するので、上述した実施例に係る構成の効果を同様に得ることができる。すなわち、コンデンサ２７よりも上流側と下流側との圧力差を検知するための特別な機構をチェック弁の外部に設けることなく、また、氷結水分を除去するための旋回流発生手段や二重管を用いることなく、簡単な構成により低温気体のバイパスを行い低温気体の流量を確保することができる。従って、少ない部品点数により、また、この構成に必要な部品の合計質量を抑制しつつ、コンデンサ２７に氷結水分が付着することにより十分な量の調温済み気体を供給できなくなる不具合の発生を抑制できる。
【００３１】
さらに、バイパス流路及びチェック弁は複数設けるようにしてもよい。また、前段で述べたようなコンデンサにおいて、熱交換部を３個以上設けてもよく、熱交換部間のバイパス流路、及びこのバイパス流路ごとに設けてなるチェック弁をそれぞれ複数設けてもよい。この場合、複数のチェック弁を開成状態に変化させるためにそれぞれ必要な圧力差の所定値を、チェック弁ごとに異ならせるようにするとよい。
【００３２】
そして、航空機用空調装置に限らず、また、空気を流通させるものに限らず、高温気体流体内を流通する気体と低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熱交換部と、低温気体流路の熱交換部より上流側と下流側とを連通して設けたバイパス流路とを具備する空調システムであれば本発明を適用してよい。すなわち、航空機用以外に用いられる空調システムであっても、また、空気以外の気体の温度調整に用いるものであっても、前記バイパス流路中に設けたチェック弁をさらに具備するものであって、このチェック弁が、通常は閉止状態に付勢されているとともに、前記低温気体流路の前記熱交換部より上流側及び下流側からこのチェック弁が直接受ける圧力の差が所定値以上である場合に、このチェック弁に前記上流側から直接作用する圧力により付勢力に抗して開成状態へ変化するものであれば、本発明の主な効果を同様に得ることができる。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一実施例に係る空調装置の構成説明図。
【図２】本発明の第二実施例に係る空調装置の構成説明図。
【図３】同実施例に係る熱交換部及びチェック弁を概略的に示す斜視図。
【図４】図３に対応させて示すチェック弁の動作説明図。
【図５】従来の空調システムの構成説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１…空調システム
５…高温空気流路
６…低温空気流路
７…コンデンサ（熱交換部）
２７ａ…熱交換部
８、２８…バイパス流路
９、２９…チェック弁
【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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