JP6194177B2 - Air-cooled heat exchanger for aircraft - Google Patents
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Description
本発明は、航空機に搭載される空冷式のプレートフィン型熱交換器に関し、特に、冷却用空気の導入のために機外に臨んで設置される航空機用空冷式熱交換器に関する。 The present invention relates to an air-cooled plate fin heat exchanger mounted on an aircraft, and more particularly to an air-cooled heat exchanger for an aircraft that is installed facing the outside of the apparatus for introducing cooling air.
航空機にはエンジンオイル用クーラーや空気調和機用熱交換器を始めとして各種の空冷式熱交換器が搭載されており、搭載位置としては外気導入の容易性の点から、ファンシュラウドなどのエンジン周辺部が多い。また、このような航空機用空冷式熱交換器の構造としては、主に重量、熱交換効率の観点からプレートフィン型のものが多く採用されている。代表的なプレートフィン型熱交換器は直交流形式である(特許文献1,2参照)。 Aircraft is equipped with various air-cooled heat exchangers, including engine oil coolers and air conditioner heat exchangers. There are many departments. Moreover, as the structure of such an air-cooled heat exchanger for an aircraft, a plate fin type structure is often adopted mainly from the viewpoint of weight and heat exchange efficiency. A typical plate fin type heat exchanger is a cross flow type (refer to patent documents 1 and 2).
直交流形式のプレートフィン型熱交換器は、図3に示すように、流体流通方向両側のサイドバー2A,2A間に配置されたコルゲートフィン1Aと、同じく流体流通方向両側のサイドバー2B,2B間に配置されその流体流通方向が前記コルゲートフィン1Aと直交するコルゲートフィン1Bとが、両側のサイドバー2A,2A及び2B,2Bと共に、チューブプレート3を介して交互に積層されると共に、積層方向の両端部がエンドプレート4,4により閉塞されることにより構成される。エンドプレート4,4は、通常はサイドプレートと称されるが、サイドバー2との位置的関係の相違を明確にするため、ここではエンドプレート(端板)と称する。
As shown in FIG. 3, the cross-flow type plate fin heat exchanger includes
この熱交換器が空冷式の場合、直交する2方向のコルゲートフィン1A,1Bのうちの一方が配置されたサイドバー2A,2A間の空間が空気流通路5Aとなり、他方が配置されたサイドバー2B,2B間の空間が被冷却流体流通路5Bとなる。これにより、空気流通路5Aと被冷却流体流通路5Bとが、チューブプレート3を介して交互に直交しつつ積層されることになる。そして、空気流通路5Aにおける流体流通方向両端側の熱交換器端面は、空気流通路5Aの両端開放のために露出端面となっているのに対し、被冷却流体流通路5Bにおける流体流通方向両端側の熱交換器端面は、被冷却流体の分配供給、集合回収のためにヘッダー6,6により閉塞されている。
When this heat exchanger is air-cooled, the space between the
このようなプレートフィン型熱交換器は、素材がアルミニウム系の金属からなり、且つ薄板が多用されているので、熱交換性能に優れる上に軽量であるという特徴があり、この点から航空機用熱交換器に多用されている(特許文献3参照)。しかしながら、航空機用空冷式熱交換器の場合は、空気流通路5Aへの外気導入に関連して、熱交換器の空気流入側の露出端面が機外に臨むため、その露出端面に氷や鳥などの飛来物が衝突する危険性がある。そして、その露出端面に氷や鳥などの飛来物が衝突した場合、露出端面に露出する部材のうち、空気流通路5A内のコルゲートフィン1Aが変形し、問題となる。
Such a plate fin type heat exchanger is made of an aluminum-based metal and uses a lot of thin plates, so that it has excellent heat exchange performance and is lightweight. It is frequently used in exchangers (see Patent Document 3). However, in the case of an air-cooled heat exchanger for an aircraft, the exposed end surface on the air inflow side of the heat exchanger faces the outside of the aircraft in connection with the introduction of outside air into the
すなわち、熱交換器の露出端面においては、図3からも分かるように、空気流通路5A内のコルゲートフィン1Aの先端縁部が露出する。その板厚は一般に0.1mmオーダー
と非常に薄い。このため、熱交換器の露出端面に飛来物が衝突すると、コルゲートフィン1Aの先端部が容易に変形を起こし、その変形は熱交換性能に悪影響を与える原因になる。
That is, on the exposed end surface of the heat exchanger, as can be seen from FIG. 3, the tip edge portion of the corrugated fin 1 </ b> A in the air flow passage 5 </ b> A is exposed. The plate thickness is generally as thin as 0.1 mm. For this reason, when a flying object collides with the exposed end surface of the heat exchanger, the tip of the
熱交換器の空気流入側に位置する露出端面におけるコルゲートフィン1Aの損傷防止策として通常は、その露出端面に板厚の厚いガードフィンなどの保護部材が取付けられるが、その取付けが、かえって空気流入の妨げとなり、熱交換性能を低下させる危険性がある。また、部品点数が増加し、製造コストに悪影響を与えると共に、航空機で最も大きな問題の一つである重量増加を招く原因にもなる。
As a measure for preventing damage to the
ガードフィンなどの保護部材は、熱交換器を機体へ取付けた後の使用中のみならず、熱交換器の組立工程、運搬工程、機体への取付け工程などでのハンドリング中及び保管中のフィン破損の防止にも役立つので、熱交換器の空気流出側に位置する反対側の露出端面にも、ガードフィン又はこれに類する保護部材が取付けられることがある。 Protective members such as guard fins are damaged not only during use after mounting the heat exchanger on the fuselage, but also during handling and storage during the heat exchanger assembly process, transport process, mounting process on the fuselage, etc. Therefore, a guard fin or a similar protective member may be attached to the opposite exposed end surface located on the air outflow side of the heat exchanger.
これからわかるように、直交流形式のプレートフィン型熱交換器からなる航空機用空冷式熱交換器の弱点の一つは、空気流通路露出端面での空気流通路内のコルゲートフィン端部の変形損傷である。 As can be seen, one of the weak points of air-cooled heat exchangers for aircraft consisting of cross-flow type plate fin heat exchangers is deformation damage at the corrugated fin end in the air flow passage at the exposed end surface of the air flow passage. It is.
本発明の目的は、高効率で軽量な直交流形式のプレートフィン型熱交換器から構成されるにもかかわらず、その露出端面での空気流通路内のコルゲートフィンの端部損傷を、熱交換効率の低下を抑制しつつ、しかも部品点数の増加及び製造コストの増加を伴うことなく確実に防止でき、なおかつ使用中はもとよりハンドリング中及び保管中にもコルゲートフィンの端部損傷を確実に防止できる極めて合理性の高い航空機用空冷式熱交換器を提供することにある。 The object of the present invention is to replace the corrugated fin end damage in the air flow passage at the exposed end face, despite the fact that it consists of a plate fin type heat exchanger of high efficiency and lightweight cross flow type. While suppressing the decrease in efficiency, it can be reliably prevented without increasing the number of parts and manufacturing cost, and it is possible to reliably prevent damage to the end of the corrugated fin not only during use but also during handling and storage. The object is to provide an air-cooled heat exchanger for aircraft that is extremely rational.
上記目的を達成するために、本発明者は直交流形式のプレートフィン型熱交換器から構成された航空機用空冷式熱交換器に特徴的な露出端面の構成に着目した。すなわち、この露出端面では、図3に示されているとおり、積層方向両端のエンドプレート4,4間に空気流通路5A内のコルゲートフィン1Aと、被冷却流体流通路5Bを形成するためのサイドバー2Bとが交互に並び、より具体的にはコルゲートフィン1Aの流体流通方向端面とサイドバー2Bの流体流通方向側面とが交互に並ぶ。
In order to achieve the above object, the present inventor has paid attention to the configuration of the exposed end surface characteristic of an air-cooled heat exchanger for an aircraft composed of a cross-flow type plate fin heat exchanger. That is, at this exposed end face, as shown in FIG. 3, a side for forming the
ここで、サイドバー2Bの高さTはコルゲートフィン1Aの高さHと同程度であり、通常数mmである。高さHが数mmのコルゲートフィン1Aは、板厚が0.1mmオーダーと非常に薄いため、その高さHに関係なく脆弱であるが、高さTが数mmであるサイドバー2Bは本来的に高強度である上に、空気流通方向の寸法(奥行き)、すなわち材料幅Wbも高さTと同程度に確保されており、更にはろう付けにより他の部材と一体化されていることもあって、空気流通方向に対して十分な機械的強度を示す。事実、熱交換器の空気流入側の露出端面に飛来物が衝突してもサイドバー2Bの損傷は小さい。また、サイドバー2Bの配列間隔は、コルゲートフィン1Aの高さHに実質一致し、数mm程度である。
Here, the height T of the
このような露出端面構成に着目した本発明者は、サイドバー2Bの側面に対するコルゲートフィン1Aの端面の、空気流通方向(奥行き方向)における位置関係によっては、サイドバー2Bがコルゲートフィン1Aに対する効果的な保護グリッドとして機能できることを知見した。
The inventor who pays attention to such an exposed end surface configuration is that the
本発明の航空機用空冷式熱交換器は、かかる知見に基づいてなされたものであり、両側のサイドバー間に配置された直交する2方向のコルゲートフィンが、両側のサイドバーと共にチューブプレートを介して交互に積層されると共に、積層方向の両端部がエンドプレートにより閉塞され、直交する2方向のコルゲートフィンのうちの一方が配置されたチューブプレート間に空気が流通し、他方が配置されたチューブプレート間を被冷却流体が流通するプレートフィン型の空冷式熱交換器からなり、当該空冷式熱交換器の空気流通方向の少なくとも一方の端面において、空気流路用のコルゲートフィンの先端面が、被冷却流体流路用のサイドバーの側面より空気流路内側へ退避すると共に、空気流路両側のサイドバーの先端面及びエンドプレートの空気流通方向端面が、被冷却流体流路用のサイドバーの側面と同一平面上に位置する突出端面であり、且つ、空気流路用のコルゲートフィンの先端面より空気流通方向外側へ突出する被冷却流体流路用のサイドバーの側面、空気流路両側のサイドバーの先端面及びエンドプレートの空気流通方向端面は、隣接する空気流路に向かって湾曲した空気流通方向外側へ凸の弧状曲面であることを構成上の特徴点としている。 The air-cooled heat exchanger for aircraft according to the present invention has been made based on such knowledge, and two orthogonal corrugated fins arranged between the side bars on both sides are connected to the side bars on both sides via the tube plate. The tubes are alternately stacked, both ends in the stacking direction are closed by end plates, air flows between tube plates in which one of two orthogonal corrugated fins is disposed, and the other is disposed in the tube It consists of a plate fin type air-cooled heat exchanger in which a fluid to be cooled flows between the plates, and at least one end surface in the air flow direction of the air-cooled heat exchanger, the tip surface of the corrugated fin for the air flow path is Retreats from the side of the side bar for the fluid flow path to the inside of the air flow path, and at the front end face and end plate of the side bar on both sides of the air flow path Air flow direction end face, Ri projecting end face der located on the side bar side flush with the cooled fluid passage, and, projecting from the distal end surface of the corrugated fins in the air flow path to the air flow direction outward The side surface of the side bar for the fluid flow path to be cooled, the front end surface of the side bar on both sides of the air flow path, and the end surface of the end plate in the air flow direction protrude outwardly in the air flow direction curved toward the adjacent air flow path. are the feature points on constituting the arc-shaped curved der Rukoto.
直交流形式のプレートフィン型熱交換器からなる従来の航空機用空冷式熱交換器においては、空気流通方向端面は、空気流路用のコルゲートフィンの先端面と被冷却流体流路用のサイドバーの側面とが空気流通方向で同じ位置にあるフラット面であり、その場合に空気流通方向端面に飛来物や障害物が衝突すると、強度的に脆弱なコルゲートフィンの先端部が限定的、集中的に変形損傷するのを避け得ない。 In a conventional air-cooled heat exchanger for an aircraft comprising a cross-flow type plate fin type heat exchanger, the end surface of the air flow direction is the tip surface of the corrugated fin for the air flow path and the side bar for the cooled fluid flow path. If the projectile or obstacle collides with the air flow direction end face in this case, the tip of the corrugated fin, which is fragile, is limited and concentrated. It is inevitable to deform and damage.
しかし、空気流路用のコルゲートフィンの先端面が、被冷却流体流路用のサイドバーの側面より空気流路内側へ退避していると、前者に対して後者が相対的に突出するので、空気流通方向端面に飛来物や障害物が衝突した場合に、その衝撃が強度的に強靱な被冷却流体流路用のサイドバーで集中的に受けられ、サイドバーより空気流通方向内側へ退避したコルゲートフィンの先端部には伝わらない。こうして、露出端面における被冷却流体流路用のサイドバーが、空気流路用のコルゲートフィンに対する保護グリッドとして機能することにより、ガイドフィンなどの保護部材を取付けずとも、コルゲートフィンの先端部損傷が効果的に防止される。 However, if the tip surface of the corrugated fin for the air flow path is retracted to the inside of the air flow path from the side of the side bar for the cooled fluid flow path, the latter protrudes relative to the former, When flying objects or obstacles collide with the end surface of the air flow direction, the impact is intensively received by the side bar for the to-be-cooled fluid flow path that is strong and strong, and retreats from the side bar to the inside of the air flow direction. It does not reach the tip of the corrugated fin. Thus, the side bar for the cooled fluid flow path on the exposed end surface functions as a protective grid for the corrugated fin for the air flow path, so that the tip of the corrugated fin can be damaged without attaching a protective member such as a guide fin. Effectively prevented.
空気流路用のコルゲートフィンの先端面を被冷却流体流路用のサイドバーの側面より空気流路内側へ退避させる露出端面は流通方向両端でもよいし、何れか一方でもよい。何れか一方の場合はその側を空気流入側とすることにより、飛来物や障害物の衝突によるコルゲートフィン先端部の変形損傷を防止できる。また、空気流入側の露出端面でハンドリング時や保管時での障害物衝突によるフィン先端部の損傷を防止できる。流通方向両端でこの退避構造を採用するならば、空気流入側の露出端面で同様の効果が得られると共に、空気流出側の露出端面でもハンドリング時や保管時での障害物衝突によるフィン先端部の損傷を防止することが可能となる。 The exposed end face that retracts the tip face of the corrugated fin for the air flow path to the inside of the air flow path from the side surface of the side bar for the fluid flow path may be both ends in the flow direction. In either case, by making that side the air inflow side, deformation damage to the tip of the corrugated fin due to the collision of flying objects or obstacles can be prevented. In addition, damage to the tip of the fin due to an obstacle collision during handling or storage can be prevented at the exposed end surface on the air inflow side. If this evacuation structure is adopted at both ends in the flow direction, the same effect can be obtained at the exposed end surface on the air inflow side, and the exposed end surface on the air outflow side can be used for the fin tip due to obstacle collision during handling and storage. Damage can be prevented.
空気流路用のコルゲートフィンの先端面が被冷却流体流路用のサイドバーの側面より空気流路内側へ退避することに伴って、サイドバーの側面がコルゲートフィンの先端面より空気流通方向外側へ突出する。このサイドバーの突出側面は隣接する空気流路に向かって湾曲した空気流通方向外側へ凸の弧状曲面とされる。そうすることにより、サイドバーの弧状突出側面が流入空気に対して整流機能(ベルマウス機能)を発揮し、乱流発生を抑制することにより、隣接する空気通路への空気流入を円滑にする。その結果、サイドバーの側面が突出することによる段差形成に伴う空気流入効率の低下が抑止されるのみならず、その空気流入効率が積極的に向上することも期待できる。 As the front end surface of the corrugated fin for the air flow path retreats from the side surface of the side bar for the cooled fluid flow path to the inside of the air flow path, the side surface of the side bar is outside the air flow direction from the front end surface of the corrugated fin. Project to The protruding side of the side bars are arcuate curved surface convex to the air flow direction outwardly curved toward the adjacent air passage. By doing so, the arc-shaped projecting side surface of the side bar exhibits a rectifying function (bell mouth function) with respect to the inflowing air, and suppresses the generation of turbulent flow, thereby facilitating the inflow of air into the adjacent air passages. As a result, it can be expected that not only a decrease in the air inflow efficiency due to the formation of the step due to the protruding side surface of the side bar is suppressed, but also that the air inflow efficiency is positively improved.
空気流路用のコルゲートフィンを取り巻く被冷却流体流路用のサイドバー以外の部材、例えば空気流路両側のサイドバー、積層方向両端のエンドプレートなどについては、それらの端面を被冷却流体流路用のサイドバーの側面と同一平面上に位置する突出端面として、これら部材も保護グリッドの一部として機能させるのがよい。この観点から、本発明の航空機用空冷式熱交換器においては、空気流路両側のサイドバーの先端面及びエンドプレートの空気流通方向端面が、被冷却流体流路用のサイドバーの側面と同一平面上に位置する突出端面とされる。また、これらの突出端面は、被冷却流体流路用のサイドバーの側面と同様に、隣接する空気流路に向かって湾曲した空気流通方向外側へ凸の弧状曲面とされる。そうすることにより、空気流路への空気流入効率をより高めることができる。
For members other than the side bars for the cooled fluid flow path surrounding the corrugated fins for the air flow path, such as side bars on both sides of the air flow path, end plates at both ends in the stacking direction, etc. These members should also function as part of the protective grid as projecting end surfaces located on the same plane as the side surfaces of the side bars for use. From this point of view, in the air-cooled heat exchanger for aircraft according to the present invention, the end surface of the side bar on both sides of the air flow path and the end surface in the air flow direction of the end plate are the same as the side surface of the side bar for the cooled fluid flow path. The projecting end face is located on a plane. These protruding end face, as well as the side bar of the side surface of the cooling fluid passage are arcuate curved surface convex to the air flow direction outwardly curved toward the adjacent air passage. By doing so, the air inflow efficiency to an air flow path can be raised more.
熱交換器の空気流通方向端面におけるコルゲートフィン先端面のサイドバー側面に対する退避量は下限については1mm以上が好ましく、上限については、サイドバーの空気流通方向寸法(奥行き)未満、すなわち材料幅Wb未満が好ましく、材料幅Wbの1/2以下がより好ましい。この退避量は、熱交換器の空気流通方向端面におけるサイドバー側面のコルゲートフィン先端面に対する突出量でもある。これが小さいと熱交換器の空気流通方向端面に飛来物や障害物が衝突したときのコルゲートフィン先端部の変形損傷を抑制する効果が小さい。反対にこれが大きすぎると熱交換器製造時のろう付け性が低下し、熱交換器の機械的強度の低下が問題になる。 The retracted amount of the end face of the corrugated fin at the end face in the air flow direction of the heat exchanger with respect to the side bar side is preferably 1 mm or more for the lower limit, and the upper limit is less than the dimension (depth) of the side bar in the air flow direction, Is preferable, and more preferably ½ or less of the material width Wb. The retracted amount is also a protruding amount of the side bar side surface with respect to the corrugated fin tip surface at the air flow direction end surface of the heat exchanger. If this is small, the effect of suppressing deformation damage at the tip of the corrugated fin when a flying object or an obstacle collides with the end surface of the heat exchanger in the air flow direction is small. On the other hand, if this is too large, the brazing property at the time of manufacturing the heat exchanger is lowered, and the reduction of the mechanical strength of the heat exchanger becomes a problem.
すなわち、熱交換器はろう付けにより製造される。そのろう付け工程では構成部材が積層方向に加圧された状態で加熱されるが、熱交換器の空気流通方向端面におけるコルゲートフィン先端面のサイドバー側面に対する退避量が大きいと、その端面近傍においてコルゲートフィンとサイドバーとの重なり代が小さくなり、ろう付け時の加圧力が積層方向で十分に伝達され難くなり、ろう付け性が低下する結果、熱交換器の機械的強度が低下する。特に、この退避量がサイドバーの空気流通方向寸法(奥行き)以上、すなわち材料幅Wb以上となると、コルゲートフィンとサイドバーとの重なり代が消失し、ろう付け性が極端に悪化するので、退避量をサイドバーの空気流通方向寸法(奥行き)未満、すなわち材料幅Wb未満とすることは特に重要である。 That is, the heat exchanger is manufactured by brazing. In the brazing process, the component members are heated in a state of being pressurized in the laminating direction. However, if the retracted amount of the corrugated fin tip end surface relative to the side bar side surface at the end surface in the air flow direction of the heat exchanger is large, The overlap margin between the corrugated fin and the side bar is reduced, the pressure applied during brazing is not sufficiently transmitted in the stacking direction, and the brazing property is lowered, resulting in a decrease in the mechanical strength of the heat exchanger. In particular, if the retracted amount is greater than the dimension (depth) of the sidebar in the air flow direction, that is, the material width Wb or more, the overlap margin between the corrugated fins and the sidebar disappears, and the brazeability is extremely deteriorated. It is particularly important that the amount be less than the dimension (depth) of the sidebar in the air flow direction, that is, less than the material width Wb.
本発明の航空機用空冷式熱交換器は、直交流形式のプレートフィン型熱交換器からなる空冷式熱交換器の空気流通方向の少なくとも一方の露出端面において、空気流路用のコルゲートフィンの先端面が、被冷却流体流路用のサイドバーの側面、空気流路両側のサイドバーの先端面及びエンドプレートの空気流通方向端面より空気流路内側へ退避した構成を採用することにより、サイドバー及びエンドプレート自体を保護グリッドとして機能させるので、ガードフィンなどの保護部材を付加することなく、使用中の飛来物の衝突による露出端面での空気流通路内のコルゲートフィンの端部損傷、更にはハンドリング中及び保管中の障害物の衝突による露出端面での空気流通路内のコルゲートフィンの端部損傷を防止できる。このため、端面保護に伴う熱交換効率の低下を効果的に抑制できる。また、部品点数の増加及び製造コストの増加を効果的に回避できる。 The air-cooled heat exchanger for aircraft according to the present invention has a corrugated fin tip for an air flow path on at least one exposed end face in the air flow direction of an air-cooled heat exchanger composed of a cross-flow type plate fin heat exchanger. By adopting a configuration in which the surface is retracted to the inside of the air flow path from the side surface of the side bar for the cooled fluid flow path, the front end surface of the side bar on both sides of the air flow path, and the end surface in the air flow direction of the end plate, Since the end plate itself functions as a protective grid, damage to the end of the corrugated fin in the air flow path at the exposed end surface due to collision of flying objects during use without adding a protective member such as a guard fin, It is possible to prevent damage to the end of the corrugated fin in the air flow path at the exposed end face due to the collision of an obstacle during handling and storage. For this reason, the fall of the heat exchange efficiency accompanying end surface protection can be suppressed effectively. Further, an increase in the number of parts and an increase in manufacturing cost can be effectively avoided.
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1実施形態の航空機用空冷式熱交換器は、例えば機内の空気調和に使用されるものであり、ガスタービンエンジンのファンシュラウドに外気の取り入れが可能に取付けられている。この航空機用空冷式熱交換器は、図3に示した従来の航空機用空冷式熱交換器と同様に、直交流形式のプレートフィン型熱交換器により構成されている。 The air-cooled heat exchanger for aircraft according to the first embodiment is used, for example, for air conditioning in an aircraft, and is attached to a fan shroud of a gas turbine engine so that outside air can be taken in. This air-cooled heat exchanger for aircraft is configured by a cross-flow type plate fin heat exchanger, similarly to the conventional air-cooled heat exchanger for aircraft shown in FIG.
その基本構造を図1により説明すると、流体流通方向両側のサイドバー2A,2A間に配置された第1のコルゲートフィン1Aと、同じく流体流通方向両側のサイドバー2B,2B間に配置されその流体流通方向がコルゲートフィン1Aと直交する第2のコルゲートフィン1Bとが、両側のサイドバー2A,2A及び2B,2Bと共にチューブプレート3を介して交互に積層されており、積層方向両端部はエンドプレート4,4により閉塞されている。
The basic structure will be described with reference to FIG. 1. The first
隣接するチューブプレート3,3間の空間のうち、第1のコルゲートフィン1Aが配置されたサイドバー2A,2A間の空間が空気流通路5Aであり、第2のコルゲートフィン1Bが配置されたサイドバー2B,2B間の空間が被冷却流体通路5Bである。これにより、直交する空気流通路5Aと被冷却流体通路5Bとが交互に積層されることになり、積層方向両端は共に空気流通路5Aである。
Of the space between the
空気流通路5Aの流通方向両端は開放されている。このために、空気流通路5Aの流通方向両端側の熱交換器端面は露出端面となっている。空気流通路5Aと直角な被冷却流体流通路5Bの流通方向両端は、被冷却流体の分配供給、集合回収のために、熱交換器のもう一方の端面に取付けられたヘッダー6,6内と連通している。
Both ends in the flow direction of the
ここで、サイドバー2Aの高さはコルゲートフィン1Aの高さHと同じであり、サイドバー2Bの高さTはコルゲートフィン1Bの高さと同じである。またエンドプレート4の高さ、コルゲートフィン1A,1Bの板厚、チューブプレート3の厚さ、及びサイドバー2A,2Bの材料幅Wa,Wbは、想定される航空機の性能によって適宜決定される。具体例を示すならば、高さHは5 mm、高さTは3mmであり、エンドプレート4の高さは3mm、コルゲートフィン1A,1Bの板厚は0.1mmである。また、サイドバー2A,2Bの材料幅Wa,Wbはそれぞれの高さと同じ5mm,3mmであり、チューブプレート3の厚さは1mmである。更にまた、空気流通路5A及び被冷却体流通路5Bの段数を含む全体のサイズについては、想定される航空機の性能によって適宜決定される。
Here, the height of the
ここまでは、図3に示した従来の航空機用空冷式熱交換器と同じである。図3に示した従来の航空機用空冷式熱交換器と相違するのは、熱交換器の空気流通方向端面である露出端面の構造である。具体的には、図1に示されるように、熱交換器の空気流通方向両端側の露出端面において、空気流通路5A内に配置されたコルゲートフィン1Aの先端面が、被冷却流体通路5Bを形成するためのサイドバー2Bの側面、及び積層方向両端のエンドプレート4,4の各端面に対して流路内側へ退避している。また、コルゲートフィン1Aの両側に配置されたサイドバー2A,2Aの各先端面、及びチューブプレート3の流体流通方向端面は、サイドバー2Bの側面、及びエンドプレート4,4の各端面と同じ位置にある。
Up to this point, the conventional air-cooled heat exchanger for aircraft shown in FIG. 3 is the same. The difference from the conventional air-cooled heat exchanger for aircraft shown in FIG. 3 is the structure of the exposed end surface that is the end surface in the air flow direction of the heat exchanger. Specifically, as shown in FIG. 1, at the exposed end faces on both ends in the air flow direction of the heat exchanger, the front end surfaces of the
つまり、熱交換器の空気流通方向両端側の露出端面においては、空気流通路5A内に配置されたコルゲートフィン1Aの先端面を除く部材表面が同一平面上にあり、その平面に対してコルゲートフィン1Aの先端面のみが流路内側へ退避しているのである。その退避量はSで表されており、ここでは1mm以上、サイドバー2Bの材料幅Wb(3mm)の1/2以下、すなわち1.5mm以下とされている。
That is, on the exposed end faces on both ends in the air flow direction of the heat exchanger, the member surfaces except for the tip faces of the
このように構成された第1実施形態の航空機用空冷式熱交換器においては、空気流通方向両端側の露出端面において空気流通路5A内に配置されたコルゲートフィン1Aの先端面のみが他の部材表面、すなわち、上下のサイドバー2Bの側面、両側のサイドバー2A,2Aの各先端面、エンドプレート4,4の各端面及びチューブプレート3の流体流通方向端面に対して流路内側へ退避することにより、これらの他の部材表面がコルゲートフィン1Aの先端面に対して空気流路外側へ突出することになる。その結果、使用中に空気流入側の露出端面に鳥や氷などの飛来物が衝突しても、その衝撃は突出した他の部材表面にのみ及び、他の部材が保護グリッドの如く機能することから、空気流通路5A内に配置されたコルゲートフィン1Aの先端部は、ガードフィンなどの別部材を使用せずとも効果的に保護される。
In the air-cooled heat exchanger for an aircraft of the first embodiment configured as described above, only the front end surface of the
同様に、熱交換器の組立工程、運搬工程、機体への取付け工程などでのハンドリング中及び保管中に障害物がいずれの露出端面に衝突しても、その衝撃はコルゲートフィン1Aを除く他の部材表面で受けられることになり、コルゲートフィン1Aの先端部損傷が回避される。他の部材は機械的強度が大きいために衝突による衝撃でも問題となる損傷を生じることはない。チューブプレート3は薄板のため単体では機械的強度が小さいが、サイドバー2A,2A及び2B,2Bをろう付けにより固定するためにこれらと密着し接合されているので、衝突による損傷の危険はない。
Similarly, even if an obstacle collides with any exposed end surface during handling and storage in the heat exchanger assembly process, transport process, mounting process to the airframe, etc., the impact is other than the
図2に示された第2実施形態の航空機用空冷式熱交換器は、図1に示された第1実施形態の航空機用空冷式熱交換器と主要構造は同じである。すなわち、空気流通方向両端側の露出端面において空気流通路5A内に配置されたコルゲートフィン1Aの先端面のみが他の部材表面に対して流路内側へ退避していることは、図1に示された第1実施形態の航空機用空冷式熱交換器と同じである。
The air-cooled heat exchanger for aircraft of the second embodiment shown in FIG. 2 has the same main structure as the air-cooled heat exchanger for aircraft of the first embodiment shown in FIG. That is, FIG. 1 shows that only the front end surfaces of the
図1に示された第1実施形態の航空機用空冷式熱交換器と相違するのは、空気流通路5A内に配置されたコルゲートフィン1A以外の部材の表面、具体的には、空気流通路5A内のコルゲートフィン1Aの上下に配置されたサイドバー2Bの側面、両側に配置されたサイドバー2A,2Aの各先端面、及びエンドプレート4,4の端面が、コルゲートフィン1Aの先端面に対して空気流路外側へ突出することにより、コルゲートフィン1Aの先端面のみが他部材の表面に対して流路内側へ退避していることであり、今一つは空気流通方向両端側の露出端面において突出したこれらの他部材の表面、すなわちサイドバー2Bの突出側面、サイドバー2A,2Aの各突出端面、及びエンドプレート4,4の各突出端面が、隣接する空気流通路5Aに向かって湾曲した流路外側へ凸の弧状曲面に形成されている点である。
The difference from the air-cooled heat exchanger for aircraft of the first embodiment shown in FIG. 1 is that the surface of a member other than the
空気流通方向両端側の露出端面において空気流通路5A内に配置されたコルゲートフィン1Aの先端面を他部材の表面に対して単純に退避させるだけでなく、コルゲートフィン1Aの先端面に対して他部材の表面を突出させることによって、コルゲートフィン1Aの先端面を他部材の表面に対して退避させることが可能なことは言うまでもない。
In addition to simply retracting the front end surface of the
また、他部材の突出表面を上記したような弧状曲面とすることにより、空気流入側の露出端面では空気流通路5Aへの入口がベルマウス形状となり、エッジ部に伴う乱流が抑制されることにより、空気の流入がスムーズとなる。更に、空気流出側の露出端面でも空気流通路5Aからの出口がベルマウス形状となり、エッジ部に伴う乱流が抑制されることにより、空気の流出がスムーズとなる。これらの結果、図3に示された従来の航空機用空冷式熱交換器より熱交換効率が向上することさえ期待できる。
In addition, by making the protruding surface of the other member an arcuate curved surface as described above, the inlet to the
図3に示された従来の航空機用空冷式熱交換器では、格別の対策を講じない限り、他の部材のエッジ部による乱流の発生が、空気流通路5Aへの空気の流入、及び空気流通路5Aからの空気の流出を阻害する懸念がある。
In the conventional air-cooled heat exchanger for aircraft shown in FIG. 3, unless special measures are taken, the occurrence of turbulent flow due to the edge of other members is caused by the inflow of air into the
1A,1B コルゲートフィン
2A,2B サイドバー
3 チューブプレート
4 エンドプレート
5A 空気流通路
5B 被冷却流体流通路
6 ヘッダー
1A, 1B corrugated
Claims (3)
当該空冷式熱交換器の空気流通方向の少なくとも一方の端面において、空気流路用のコルゲートフィンの先端面が、被冷却流体流路用のサイドバーの側面より空気流路内側へ退避すると共に、
空気流路両側のサイドバーの先端面及びエンドプレートの空気流通方向端面が、被冷却流体流路用のサイドバーの側面と同一平面上に位置する突出端面であり、
且つ、空気流路用のコルゲートフィンの先端面より空気流通方向外側へ突出する被冷却流体流路用のサイドバーの側面、空気流路両側のサイドバーの先端面及びエンドプレートの空気流通方向端面は、隣接する空気流路に向かって湾曲した空気流通方向外側へ凸の弧状曲面である航空機用空冷式熱交換器。 Two orthogonal corrugated fins arranged between the side bars on both sides are alternately stacked together with the side bars on both sides via the tube plate, and both ends in the stacking direction are closed by the end plates, and the two orthogonal It consists of a plate fin type air-cooled heat exchanger in which air flows between the tube plates where one of the corrugated fins in the direction is arranged, and the fluid to be cooled flows between the tube plates where the other is arranged,
At least one end surface of the air-cooled heat exchanger in the air flow direction, the front end surface of the corrugated fin for the air flow path is retracted from the side surface of the side bar for the fluid flow path to the inside of the air flow path,
Air flow end face of the air passage either side of the sidebar of the front end surface and the end plates, Ri projecting end face der located on the side bar side flush with the cooled fluid passage,
In addition, the side surface of the side bar for the cooled fluid flow path that protrudes outward from the front end face of the corrugated fin for the air flow path, the front end face of the side bar on both sides of the air flow path, and the end face of the end plate in the air flow direction It is adjacent air passages aircraft air-cooled heat exchanger Ru arcuate curved der convex to curved air flow outwardly toward the.
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