JP3182131U - Heat exchanger and air conditioning system - Google Patents
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Abstract
【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2The present invention provides a heat exchanger that prevents the occurrence of a problem that icing moisture adheres to a front surface of a low-temperature gas passage of a condenser or a surface near an inlet and blocks the low-temperature gas passage.
The low-temperature air passage is formed by extending the high-temperature air passage to the low-temperature air inlet side by making the width W of the high-temperature air passages 3a-3c wider than the length L of the low-temperature air passages 4a, 4b, etc. An ejection hole 8 is formed in the flat plate 2b to 2e of the protruding portion 7 of the high-temperature air passage corresponding to the inlet portion 6, and the high-temperature air is directed from the ejection hole 8 toward the inlet portion 6 of the low-temperature air passage. A part of the hot air passing through the passage is ejected.
[Selection] Figure 2
Description
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。 The present invention relates to a heat exchanger for exchanging heat between high-temperature air and low-temperature air passing through a high-temperature air passage and a low-temperature air passage adjacent to each other, and an air-conditioning system using such a heat exchanger.
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。
For example, an aircraft air-conditioning system using a heat exchanger that exchanges heat between high-temperature air and low-temperature air passing through a high-temperature air passage and a low-temperature air passage that are adjacent to each other is known in the form shown in FIG. Yes.
In FIG. 5, the high-temperature and high-pressure engine bleed air from the engine compressor (not shown) is cooled by heat exchange with the ram air (outside air) in the
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。
As is well known, a heat exchanger such as the
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)。
The high-temperature air dehumidified by the dehumidifying circuit (
The low-temperature air exiting the
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。
In the air conditioning system configured as described above, the temperature of the low-temperature air exiting the
In addition, the amount of low-temperature air used for heat exchange with the high-temperature air in the
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)。
To avoid such a situation leads to a part of the hot air exiting the
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。 In the conventional air conditioning system and heat exchanger, a part of the high-temperature air (about 150 ° C. to about 180 ° C.) exiting the compressor is introduced near the inlet of the low-temperature air passage of the condenser (heat exchanger) by the bypass channel. As a result, icing moisture is not defrosted to some extent, but on the other hand, the introduction of high-temperature air inevitably reduces the cooling efficiency (dehumidification efficiency) of the dehumidification circuit composed of the reheater, condenser, and water separator.
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。 Also, usually, blockage of the low-temperature air passage of the condenser by freezing moisture, the pressure difference upstream and downstream of the flow path of the capacitor is determined by whether or not it reaches a predetermined value, adhesion itself of freezing moisture can be avoided Therefore, it was not possible to prevent the occurrence of problems due to the adhesion of frozen moisture.
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。 This invention is the order to solve the problems of the prior art, the occurrence of a problem of closing the cold air passage freezing moisture adheres to the front or inlet surface in the vicinity of the cold air passage of the capacitor, inhibited by as simple as possible construction It aims at providing the heat exchanger and air-conditioning system which enabled it.
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。
In order to solve the above-mentioned problem, a heat exchanger according to the first aspect of the present invention includes a high-temperature air passage in which a plurality of flat plates are stacked and fins are provided between adjacent plates, and high-temperature air passes through the fins. The heat exchanger is configured to alternately and orthogonally form low-temperature air passages through which the low-temperature air passes to exchange heat between the high-temperature air passing through the high-temperature air passage and the low-temperature air passing through the low-temperature air passage. The high temperature air passage is wider than the low temperature air passage and has a protruding portion formed by protruding the high temperature air passage to the low temperature air inlet side, and the high temperature air passage corresponding to the inlet portion of the low temperature air passage is provided. An ejection hole is drilled in the flat plate plate of the protruding portion, and a part of the high temperature air passing through the high temperature air passage is ejected from the ejection hole toward the inlet portion of the low temperature air passage.
In the above configuration, the number of stages of the high temperature air passage or the low temperature air passage, the ratio of the width of the high temperature air passage to the length of the low temperature air passage, and the number and diameter of the ejection holes should be appropriately selected according to the characteristics of the heat exchanger. Can do.
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。
The heat exchanger of the present invention according to claim 2 is the heat exchanger according to claim 1, wherein the protruding portion of the high-temperature air passage is partitioned by a partition wall to form a fraction passage that is isolated from the high-temperature air passage, Air other than hot air that passes through the hot air passage is introduced into the fraction passage.
In this case, since the blown air source that passes through the fractionation passage can be selected, for example, when the cooling capacity is insufficient, it is limited to the air in the high-temperature air flow path, but the temperature is as low as possible. Introduce air.
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。 Furthermore, the heat exchanger of the present invention according to claim 3 is the heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the injection hole is formed in the side wall surface of the high temperature air passage or the fractionation passage on the low temperature air inlet side. It has been drilled.
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。 Furthermore, the high-temperature air compressed by the compressor is cooled by a heat exchanger, dehumidified by a condenser and a water separator, supplied to the turbine, and the low-temperature air adiabaticly expanded by the turbine is again heat-exchanged by the condenser and harmonized. An air conditioning system for taking out as air, wherein the heat exchanger according to any one of claims 1 to 3 is used as a condenser.
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。
According to the heat exchanger of the present invention, it is provided with the ejection holes for ejecting a part of the high-temperature air passing through the high-temperature air passage toward the inlet of the low-temperature air passage. It is possible to suppress a problem that the low-temperature air passage is not deposited at the inlet portion of the low-temperature air passage and adheres to the front surface of the low-temperature air passage or the inner surface of the passage to block the low-temperature air passage. That is, the frozen moisture is blown away by the ejection energy of the high-temperature air ejected from the ejection hole, and the adhesion of the frozen moisture is prevented.
Further, in an air conditioning system using such a heat exchanger, the amount of low-temperature air provided for heat exchange with high-temperature air does not decrease, and heat exchange efficiency does not decrease.
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。
Hereinafter, embodiments of the heat exchanger of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, the basic structure of the heat exchanger 1 is as is well known. That is, high-
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。
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。
In the heat exchanger 1 of the present invention, in addition to the basic structure of the heat exchanger, the width W of the high
FIG. 2 shows the upper three stages of FIG. 1 with the same configuration as that of all stages. In FIG. 2, the high
In the
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。
In the above structure, the length of the
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。
Next, another example of the embodiment of the heat exchanger of the present invention will be described with reference to FIG.
1 and 2, in the embodiment shown in FIG. 3, the protruding
In the above configuration, an air source other than the high-temperature air that passes through the high-
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)。
For example, when the cooling capacity is insufficient, it is desirable to use the air in the high-temperature air flow path in the air conditioning system as low-temperature air as possible as the high-temperature air that is ejected from the
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。
In the embodiment shown in FIG. 3, the ejection holes 8a are also formed in the side walls of the
According to the above configuration, it is possible to prevent freezing moisture from adhering to and depositing on the side wall surfaces of the
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。
Hereinafter, an example of an embodiment of an air conditioning system using the heat exchanger 1 of the present invention having the above-described configuration will be described with reference to FIG.
In the embodiment shown in FIG. 4, the heat exchanger of the embodiment of FIG. 3, that is, the heat exchanger 1 provided with the
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。
The high-temperature and high-pressure engine bleed air from the engine (not shown) is cooled by heat exchange with ram air introduced from outside the machine body by the
The water in the high-temperature air is condensed by cooling with the
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。
The low-temperature air that exits the
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。
In the condenser 1, heat exchange is performed between the high-temperature air flowing through the high-temperature
In the middle of the
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。
According to the above configuration, part of the high-temperature air (the coldest air in the high-temperature air flow path 22) supplied from the
As a result, icing moisture generated by adiabatic expansion in the
Therefore, a sufficient amount of conditioned air can be supplied into the machine via the condenser 1 without blocking the low-
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。
In the air conditioning system, the heat exchanger shown in FIG. 3 is used as the condenser 1, but the heat exchanger shown in FIG. 2 can also be used, and the same effect can be expected.
The air conditioning system of the present invention is not limited to the aircraft air conditioning system, but includes a heat exchanger that exchanges heat between high-temperature air passing through the high-temperature air passage and low-temperature air passing through the low-temperature air passage. The present invention can be widely applied to air conditioning systems to be used, such as automobiles and general household air conditioning systems.
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
1,24 condenser (heat exchanger)
2a to 2l
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