(57)【要約】      （修正有）【課題】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ための複数のコア部と、バイパス流路と、このバイパス流路と高温気体流路とを区画する隔壁とを具備する熱交換器において、高温気体流路内における圧力損失を低減する。【解決手段】低温空気流路６内を流通する低温空気と高温空気流路５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複数のコア部１２と、前記コア部１２間に前記低温空気流路７内を流通する低温空気をコア部１２を通過させずに流通させるべく設けたバイパス流路１３と、このバイパス流路１３と前記高温気体流路５とを区画する隔壁１４とを具備する熱交換器たるコンデンサ７に、この隔壁１４の高温空気流路５に臨む壁面１４ａに設けられ高温空気流路５内を流れる高温空気を各コア部１２に円滑に分流案内する案内部１８をさらに具備させる。【選択図】図２
2009275988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ための複数のコア部と、前記コア部間に前記低温気体流路内を流通する気体をコア部を通過させずに流通させるべく設けたバイパス流路と、このバイパス流路と前記高温気体流路とを区画する隔壁と、この隔壁の高温気体流路に臨む壁面に設けられ高温気体流路内を流通する気体を各コア部に円滑に分流案内する案内部とを具備してなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
航空機用空調装置に用いられ、低温気体流路がタービンで断熱膨張させた低温空気を流通させるものであるとともに、高温気体流路がコンプレッサで圧縮させた高温空気を前記タービンに導入させるものであって、前記隔壁の高温気体流路に臨む壁面に前記案内部を有する別体の案内部材を取り付けてなる請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
航空機用空調装置に用いられ、低温気体流路がタービンで断熱膨張させた低温空気を流通させるものであるとともに、高温気体流路がコンプレッサで圧縮させた高温空気を前記タービンに導入させるものであって、前記隔壁の高温気体流路に臨む壁面を前記案内部としている請求項１記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調装置等に用いられる熱交換器として、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種々考えられている。このような熱交換器の一例として、タービン中で断熱膨張し低温気体流路内を流通する低温気体と、コンプレッサに圧縮され高温気体流路内を流通する高温気体との間で熱交換を行わせるための複数のコア部と、前記コア部間に前記低温気体流路内を流れる気体をコア部を通さずに流通させるべく設けたバイパス流路と、このバイパス流路と前記高温気体流路とを区画する平板状の隔壁とを有するものが挙げられる。この熱交換器のコア部内では、高温気体と低温気体との間で熱交換を行わせることにより、高温気体に含まれる水蒸気を凝縮させるようにしている。凝縮された水蒸気はこの熱交換器の下流側に設けた水分離器により除去するようにしている。また、前記バイパス通路は、水分離器を通過した後の気体中に残存する水分が氷結し、前記コア部内に付着して十分な量の気体を流通させることができなくなることがある不具合を解消すべく設けている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特公昭６０−２７９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１記載の構成では、前記隔壁は平板状に構成している。また、この構成では、高温気体流路内を流れる高温気体の一部は、前記隔壁の直前に達した後コア部に向かうように進路を変え、コア部に達した後に低温空気流路中の空気と熱交換を行う。従って、高温気体流路中を流通する気体が受ける流路抵抗が大きくなり、これを受けて圧力損失が大きくなり、このような熱交換器を用いた空調装置により十分な量の調温済みの気体を供給できなくなる不具合が発生し得る。
【０００４】
本発明は、以上に述べた課題を解決すること、すなわち、圧力損失を低減させる熱交換器の構成の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる熱交換器は、以上の課題を解決するために、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ための複数のコア部と、前記コア部間に前記低温気体流路内を流通する気体をコア部を通過させずに流通させるべく設けたバイパス流路と、このバイパス流路と前記高温気体流路とを区画する隔壁と、この隔壁の高温気体流路に臨む壁面に設けられ高温気体流路内を流通する気体を各コア部に円滑に分流案内する案内部とを具備してなることを特徴とする。
【０００６】
このようなものであれば、案内部の作用により、高温気体流路内を流通する流体が隔壁直前に達することなく各コア部に円滑に分流案内されるので、気体が受ける流路抵抗を低減できる。
【０００７】
以上の課題を解決するに当たって、航空機用空調装置に用いる際に好適なものの一つとして、航空機用空調装置に用いられ、低温気体流路がタービンで断熱膨張させた低温空気を流通させるものであるとともに、高温気体流路がコンプレッサで圧縮させた高温空気を前記タービンに導入させるものであって、前記隔壁の高温気体流路に臨む壁面に前記案内部を有する別体の案内部材を取り付けてなるものが挙げられる。
【０００８】
また、前記課題を解決するに当たって、航空機用空調装置に用いる際に好適なものの他の一つとして、航空機用空調装置に用いられ、低温気体流路がタービンで断熱膨張させた低温空気を流通させるものであるとともに、高温気体流路がコンプレッサで圧縮させた高温空気を前記タービンに導入させるものであって、前記隔壁の高温気体流路に臨む壁面を前記案内部としているものも挙げられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換器の構成によれば、案内部により、高温気体流路内を流通する流体がこの高温気体流路とバイパス部とを区画する隔壁の直前に達することなく、各コア部に円滑に案内されるので、気体が受ける流路抵抗を低減でき、従って圧力損失を低減させることができる。さらに、高温気体流路内を流通する流体を各コア部にむらなく導入できるようになるので、熱交換性能の改善も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
この実施例は、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で圧縮した高温空気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低温空気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うコンデンサ７とを具備する航空機用空調装置１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が本発明の熱交換器にそれぞれ対応する。
【００１２】
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８により結合され前記タービン４からの動力によりコンプレッサ３を駆動するエアサイクルマシンを構成している。
【００１３】
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対ラムエア熱交換器９と、前記対ラムエア熱交換器９と前記コンデンサ７との間に設けられる再生熱交換器１０と、前記コンデンサ７と前記再生熱交換器１０との間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１１とを設けている。前記再生熱交換器１０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１１は、前記コンデンサ７で低温空気流路６内の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。なお、エンジン２とコンプレッサ３との間に、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対ラムエア熱交換器をさらに設けてもよい。
【００１４】
そして、コンデンサ７は、図２及び図３に示すように、低温空気流路６内を流通する低温空気と高温空気流路５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コア部１２、前記低温空気を前記コア部１２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バイパス流路１３、及びこのバイパス流路１３と前記高温空気流路５とを区画する隔壁１４を具備する本体１５と、この本体１５と前記高温空気流路５又は前記低温空気流路６とを接続するパン１６と、前記隔壁１４の高温空気流路５に臨む壁面１４ａ側に設けられ、高温空気流路５側の表面を、前記高温空気流路５内を流通する高温空気を円滑に前記コア部１２に分流案内させる案内部１８としている案内部材１７とを具備してなる。高温空気は、このコンデンサ７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７内を矢印Ｙ方向に流れる。
【００１５】
前記コア部１２は、平板状のプレート１２ａを多数積層しているとともに、互いに隣接するプレート１２ａ間に、高温空気を通過させるための高温側通路１２ｂと、低温空気を通過させるための低温側通路１２ｃとを交互に設けている。これら高温側通路１２ｂ及び低温側通路１２ｃ内には、それぞれフィン１２ｄを設けている。また、このコア部１２は、上下１対に設けている。
【００１６】
前記バイパス流路１３は、前記コア部１２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１３は、上述したように前記高温空気流路５と隔壁１４により区画されている。
【００１７】
前記隔壁１４には、上述したように、高温気体流路に臨む壁面１４ａ側に前記案内部材１７を取り付けている。この案内部材１７は、クサビ状をなすように例えば１枚の平板を屈曲させて形成したものであり、前記高温空気流路５に向けて突出している。さらに詳述すると、この案内部材１７の突出端１７ａは、前記隔壁１４の高さ方向中央部からこの隔壁１４の法線にほぼ沿いかつ前記高温空気流路５に向かう方向に離間した位置に設定している。一方、この案内部材１７の基端１７ｂは、前記隔壁１４と前記コア部１２との境界近傍に接続している。そして、上流側に設けた前記案内部材１７の前記高温空気流路５に向かう側の壁面を、前記高温空気流路５内の空気を滑らかに各コア部１２に分流案内するための案内部１８としている。また、下流側に設けた前記案内部材１７の前記高温空気流路５に向かう側の壁面を、前記コア部１２からの高温空気を滑らかに前記高温空気流路５内に合流案内するための案内部１８としている。すなわち、この案内部１８により、前記高温空気流路５内の高温空気の流れは、方向を大きく変えることなく、また、前記隔壁１４の直前に達することなく円滑に各コア部１２に導かれる。
【００１８】
なお、本実施例では、前記エンジン２と前記コンプレッサ３との間から、バルブ１９ａを介してエンジン２からの抽気を低温空気流路６中の空気と混合させコンデンサ７に導入するための抽気導入路１９を分岐させて設けている。前記バルブ１９ａは、通常は閉止させるようにしている。そして、前記コンデンサ７内に低温空気中の氷結水分が付着して低温空気流路６の流量が低下したことが検知されるごとに、又は予め設定した所定時間が経過するごとに前記バルブ１９ａを一定時間だけ開成するようにしている。このバルブ１９ａの制御については、通常のものであるため説明は省略する。
【００１９】
以下、この空調装置１内の空気の流れを述べる。
【００２０】
この空調装置１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、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、まず、前記対ラムエア熱交換器９でラムエアと熱交換を行いある程度冷却される。前記対ラムエア熱交換器９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１０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１０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のコア部１２に達する。このコア部１２内で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。また、前記コア部１２を通過した高温空気は、下流側の前記案内部１８により案内されつつこの案内部１８の先端で合流する。下流側の前記案内部１８の先端で合流した高温空気中の凝結した水分の大部分は、前記水分離器１１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１０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内で断熱膨張した低温空気は、前記低温空気流路６に導入され、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、通常時はその大部分が前記コア部１２に導かれ、前記高温空気流路５を流通する高温空気との熱交換に供される。一方、コンデンサ７に導かれた低温空気の一部は、前記バイパス流路１３に導かれ、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。
【００２１】
ここで、前記コンデンサ７のコア部１２は、本実施例では上下に離間させて一対設けていて、前述したようにコア部１２間にはバイパス流路１３を有する。このバイパス流路１３と前記高温空気流路５を区画する隔壁１４には、前述したように前記高温空気流路５内の空気を滑らかにコア部１２に案内するための案内部１８を有する案内部材１７を取り付けているので、高温空気流路５内の空気はクサビ状をなす前記案内部材１７の突出端で上下に分かれ、案内部１８により各コア部１２に向かう方向に円滑に分流案内され、各コア部１２に達する。
【００２２】
すなわち本実施例のコンデンサ７の構成によれば、案内部１８により、高温空気流路５内を流れる空気がこの高温空気流路５とバイパス流路１３とを区画する隔壁１４の壁面１４ａ近傍に達することなく各コア部１２に円滑に案内されるので、空気が受ける流路抵抗を低減でき、従って圧力損失を低減させることができる。さらに、高温空気流路５内を流れる空気を各コア部１２にむらなく導入できるようになるので、熱交換性能の改善も図ることができる。
【００２３】
さらに、前記隔壁１４の高温気体流路に臨む壁面に前記案内部１８を有する別体の案内部材１７を取り付けるようにしているので、前記案内部材１７は高温空気流路５内を流れる空気を各コア部１２に円滑に分流案内させる機能のみを有し、従って前記案内部材１７の形状及び材質の設計の自由度の増大を図ることもできる。
【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、熱交換器の隔壁の高温気体流路に臨む壁面に前記案内部を有する別体の案内部材を取り付ける代わりに、図４に示すように、隔壁２１４の高温気体流路に２５臨む壁面自体を案内部２１８として形成する熱交換器たるコンデンサ２７の構成を採用してもよい。具体的には、例えば、このコンデンサ２７を、複数のコア部２１２と、前記コア部２１２間に形成しているバイパス流路２１３と、コア部２１３の高温空気流路２５の上流側及び下流側に設けられ高温空気流路２５及び図示しない低温空気流路とコア部２１２とを接続するための対をなすパン２１６とを具備するコンデンサ２７において、前記パン２１６の壁面の一部を利用して高温空気流路２５とバイパス流路２１３とを区画する隔壁２１４を形成し、この隔壁２１４の高温空気流路２５に臨む側の壁面を案内部２１８とする態様が考えられる。そして、この案内部２１８により、高温空気流路２５内を流れる高温空気が各コア部２１２に円滑に案内されるようにしている。
【００２６】
このような態様であっても、前記案内部２１８は上述した実施例におけるものと同様に高温空気流路２５内を流れる空気が各コア部２１２に円滑に案内されるので、上述した実施例のコンデンサ７の構成に係る主な効果、すなわち、圧力損失を低減させることができる効果、及び、熱交換性能の改善も図ることができる効果は同様に得ることができる。また、高温空気流路２５とバイパス流路２１３とを区画する隔壁２１４自体の高温空気流路２５に臨む側の壁面を案内部２１８としているので、少ない部品点数で前記効果を得ることができる。
【００２７】
また、上述した実施例において、バイパス流路１３と高温空気流路５とを区画する隔壁１４に案内部材１７を取り付ける代わりに、予め隔壁１４に案内部材１７を溶接等の方法により固着するようにしてもよい。
【００２８】
さらに、案内部の形状は、平面状の壁面でなく、例えば流線形等、高温気体流路内を流通する気体を円滑に各コア部に分流案内可能な形状であれば、曲面状に形成してもよい。
【００２９】
加えて、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器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装置であっても、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、上述した実施形態の熱交換器たるコンデンサと同様に、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ための複数のコア部と、前記コア部間に前記低温気体流路内を流通する気体をコア部を通過させずに流通させるべく設けたバイパス流路と、このバイパス流路と前記高温気体流路とを区画する隔壁と、この隔壁の高温気体流路に臨む壁面に設けられ高温気体流路内を流通する気体を各コア部に円滑に分流案内する案内部とを具備してなる構成を有するものであれば、本発明の主な効果を得ることはできる。
【００３０】
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】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る航空機用空調装置の構成説明図。
【図２】同実施形態に係るコンデンサの概略斜視図。
【図３】同実施形態に係るコンデンサの中央正断面を模式的に示す図。
【図４】本発明の他の実施形態に係るコンデンサの中央正断面を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００３２】
５、２５…高温空気流路（高温気体流路）
６…低温空気流路（低温気体流路）
７、２７…コンデンサ（熱交換器）
１２、２１２…コア部
１３、２１３…バイパス流路
１４、２１４…隔壁
１８、２１８…案内部
【図１】
2009275988.tif 000003
【図２】
2009275988.tif 000004
【図３】
2009275988.tif 000005
【図４】
2009275988.tif 000006