JP3185900U

JP3185900U - 航空機用空調システムの構成品に用いるドレン機構

Info

Publication number: JP3185900U
Application number: JP2013003685U
Authority: JP
Inventors: 昌志早川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2023-06-27

Abstract

【課題】航空機用空調システムの流路内に設けられた排水用のドレン穴の径を大きくすることなく、空調の非作動時に水を良好に排出可能とするドレン機構を提供する。
【解決手段】航空機用空調システムを構成品のドレン穴１６の周縁に、斜め下方向へ向かって傾斜させた水滴を排出するためのガイド部１７を備える。そして、ドレン穴１６付近に溜まった水滴とガイド部１７とが接触することによってガイド部上に濡れを発生させ、水滴をガイド部１７とドレン穴周縁部の下面との間で集め、水滴の自重により排出する。
【選択図】図３

Description

本考案は、航空機用空調システムの構成品である，水分離器、熱交換器、ダクトに用いられるドレン機構に関する。

航空機用空調システムは、特許文献１にあるように、エンジン抽気からの圧縮空気を、熱交換器においてラム空気との熱交換により冷却し、その冷却した抽気を膨張タービンにおいて膨張させることで低温空気とし、この低温空気から水分離器により水分を除去して、温度調節した空気をキャビンに供給するとともに、高度が高い場所でも圧力が下がらないよう、圧力供給する役割を担う。航空機用空調システムでは、エンジン抽気からの高温高湿の空気をコンプレッサーによって圧縮して冷却を行うため、水分が発生する。そのため、空調システムの経路内には、水分を排出するためのドレン穴が複数設けられている。

特開２００２−３２１６９７号公報特開２０１１−３１７８０号公報特開昭６２−３５２９１号公報特開平９−１２２５３６号公報

例えば、熱交換器の高温流体の出口付近では、低温流体によって冷やされたエンジンからの抽気が凝縮されて液体となるため、連結管の湾曲部の底面には水が溜まりやすい。水の溜まりやすい部分には、排水用のドレン穴が設けられており、空調作動時には熱交換器の内外において圧力差が生じることを利用し、水を排出できる。ところが、空調非作動時には、熱交換器の内外における圧力差がないため，水が溜まってしまう。そこで、この溜まった水を排出する方法として，ドレン穴の径を大きくすることが考えられる。しかし，ドレン穴の径を大きくすると，空調作動時の空気の漏れ量が増大し，機内供給流量が低下する。その結果，空調システム全体として冷却能力が低下する。

この冷却能力および機内への与圧能力を補うため、主には機体を推進させるための駆動力源として用いられるエンジンの抽気のうち、空調システムで使用する割合を増やさねばならず、燃費を悪化させる要因となっていた。

航空機用空調システムの構成品の１つとして熱交換器がある。この熱交換器は，低温流体が流れる流路と，高温流体が流れる流路とが交互に積層され、高温流体と低温流体とが交差することによって熱交換を行う（例えば、特許文献２参照）。

このような熱交換器では、高温流体の出口側において、冷却されたエンジン抽気が圧縮され、水が発生する。この水を排出するために、高温流体の出口側のパンの底面にドレン穴が設けられていることが多いが，空調非作動時など、熱交換器の内外での圧力差がない場合には、水が溜まりやすくなる。

また、航空機用空調システムの構成品の１つとして水分離器がある。この水分離器は，気体流を入口管から出口管に向けて流し、旋回流発生手段によって旋回流を発生させ、水を外部に排出する（例えば、特許文献３、４を参照）。特許文献３、４に記載の構成では、いずれも、直管部と出口管との間に隙間を設けている。さらに、特許文献３に記載の構成では、隙間の下流側に絞りを設け、軸心近くの水分含有量が少ない気体を優先的に出口管に導くようにしている。また、特許文献４では、直管部と出口管との間の部位に、パンチング孔又はスリットを利用して形成した水切り孔を全周にわたって設ける構成も述べられている。そして、気体に含まれる水分は、遠心力を受けてこの隙間又は水切り孔から直管部及び出口管の外部に導かれ、重力により落下し、直管部の外側に設けたトラップ部から排水路を介して水分離器外に排出される。

しかしながら、従来の水分離器では、特に非作動時などの水分離器の内外での圧力差がない場合には、排水路の底面に水分が溜まりやすくなっていた。

この問題を解決するために、本考案では、航空機用空調システムの構成品のドレン穴外側の周縁に、斜め下方向へ向かって傾斜させた水滴を排出するためのガイド部を備え、ドレン穴に溜まった水滴とガイド部とが接触することによってガイド部に濡れを発生させ、ドレン穴の下側に水滴を導くことにより、水滴を排出する。

前記ガイド部を、平板としてもよい。

また、本考案の別の形態として、低温流体が流れる流路と、高温流体が流れる流路とが、交互に積層され、高温流体と低温流体とが交差することによって熱交換を行う航空機用空調システムを構成する熱交換器において、高温側出口に連なるパンの底面に前記ドレン機構を設けてもよい。

さらに、本考案の別の形態として、航空機用空調システムに用いられる水分離器であって、水分を含む気体を導入させる入口管と、前記入口管内に旋回流を発生させるための旋回流発生要素と、旋回流発生要素下流に設けた直管部と、前記直管部と出口管との間に水切り領域を有するトラップと、前記トラップに溜まった水を排水するための排水路とを備え、前記排水路の底面に、前記ドレン機構を設けてもよい。

本考案によれば、航空機用の空調システムにおいて、ドレン穴を大きくすることなく、簡便に空調非作動時においても排水性を改善することができ、さらには、空調システムに供給するエンジンの抽気の割合を抑え、航空機の燃費を向上することができる。

ガイド部を、平板とすることにより、簡便な構成で排水効果を得ることができ、コスト面で有利となる。

また、熱交換器のパンの底面に、ドレン機構を設けることにより、熱交換器の非作動時であっても、ドレン穴の径を大きくすることなく排水することが可能となり、空調システムにおける抽気の流量低下を低減できる。特に、高温側出口には、冷却によって発生した水が溜まりやすいため、高温側出口面に連なるパンの底面にドレン機構を設ければ、熱交換器の非作動時の排水に効果的となる。

水分離器の排水路の底面に、ドレン機構を設けることにより、水分離器が作動していない場合でも、ドレン穴の径を大きくすることなく排水することが可能となり、流量低下を低減できる。

本考案の実施形態に係る熱交換器及び水分離器を用いた航空機用空調システムの構造を示した説明図である。本考案の実施形態に係るガイド付きドレン穴の構造を模式的に示した説明図である。（ａ）は横断面図であり、（ｂ）は縦断面図である。本考案の実施形態に係るガイド付きドレン穴による排水メカニズムを模式的に示した説明図である。熱交換器の概略構成の一例を示す斜視図である。図４に示す熱交換器の断面図であり、本考案の実施例１に係る熱交換器の構造を模式的に示した説明図である。図４及び図５に示すコアの斜視図である。本考案の実施例２に係る水分離器の構成を模式的に示した断面図である。本発明のガイド部を、ドレン穴の円周に沿った局面形状とした場合の斜視図である。

図１に高圧除湿方式の航空機用空調システム１の一例を示す。特許文献１に記載されているように、高圧除湿方式の航空機用空調システムは、空気冷却サイクルにより低温空気を得るもので、コンプレッサー４により圧縮したエンジン２の抽気を、熱交換器３におけるラム空気との熱交換により冷却し、その冷却した抽気をリヒータ５における熱交換によりさらに冷却した後に、コンデンサ６における低温空気との熱交換により冷却することで、その抽気中の水分を露点以下に冷却し、その水分を水分離器８において遠心力を利用して分離している。その水分を分離された抽気を、再生熱交換器５における水分分離前の抽気の冷却に用いた後に、膨張タービン９において膨張させることで低温空気とする。この低温空気をコンデンサ６における抽気の冷却に用いた後に航空機の室内に送り出している。

空調システムのうち、水分が発生する熱交換器３、リヒータ５、水分離器８の排水部には、水を排出するためのドレン穴が設けられる。

図２は、本考案の実施形態に係るガイド付きドレン穴の構造を模式的に示した説明図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。例えば、ダクトの場合、ドレン穴１６の外側周縁に、ガイド部１７を設けることにより、ドレン穴の径を大きくすることなく、ダクト底面に溜まった水を排出しやすくする。図２に示すとおり、ガイド部１７は、四角い平板形状となっており、ダクトに対して傾斜を有している。ガイド部１７は、図８のように、ドレン穴１６の円周に沿った曲面形状としても良い。

次に、本考案の排水のメカニズムを図３に沿って説明する。（１）ドレン穴１６に入った水滴２０は、表面張力によって排出されにくくなるが、（２）ドレン穴１６に溜まった水滴２０がガイド部１７と接触することにより、ガイド部１７の表面に濡れが発生し、水滴２０をドレン穴１６の下側に導くことができる。（３）ガイド部１７上に溜まる水滴２０が大きくなると、水滴２０の自重により排出される。その後、再び（１）の状態となり、（２）、（３）のステップを繰り返すことにより、水滴２０を排出することができる。例えば、溜まった水の深さｈを５ｍｍとした場合、ガイド部１７を設けなければ、ドレン穴の径ｄを２．１６ｍｍ以上の大きさにしなければ、排水することができないが、ガイド部１７を設けると、ドレン穴の径が小さくても、排水することが可能となる。この場合、ガイドの形状は、ガイド部１７の長さＬ≧５ｍｍ、ガイド部１７の幅Ｘ≧５ｍｍ、ガイド部１７の底面とのなす角度θ＝４５°とすれば、ドレン穴の径ｄ＝１．１４ｍｍであっても、排水が可能となる。なお、ガイド部と底面のとのなす角θは、３０°から６０°の間であれば良好に排水を行うことができる。上記排水機構は、熱交換器３や、リヒータ５、あるいは水分離器８などの航空機用空調システムの構成品の各排水部にドレン穴１６及びガイド部１７を設ける場合においても同様である。

本考案によれば、ドレン穴の大きさを大きくすることなく、簡便に構成品の排水部の底面に溜まった水を排出することが可能となる。その結果、空調システムに供給するエンジンからの抽気量を低減することが可能であり、航空機の燃費の向上に寄与する。
＜実施例１＞

熱交換器３の構成及び動作について説明する。図４は、本考案の熱交換器の概略構成の一例を示す斜視図であり、図５は、図４に示す熱交換器の断面図である。また、図６は、図４及び図５に示すコアの斜視図である。図４のように、熱交換器３は、金属製のコア１０と、金属製のパン１５と、金属製の高温側入口連結管１１ａと、金属製の高温側出口連結管１２ａと、金属製の低温側入口連結管１３ａと、金属製の低温側出口連結管１４ａとを備える。

コア１０は、図６に示すように、直方体形状であり、右側面が高温側入口面１１、左側面が高温側出口面１２、前側面が低温側入口面１３、後側面が低温側出口面１４となり、各入口面および各出口面と、各入口連結管及び各出口連結管とを液密に接続するようにパン１５が取り付けられている。そして、コア１０は、内部に高温側入口面１１と高温側出口面１２とを左右方向に連通する複数の筒形状の高温流路１８ｂを有するとともに、低温側入口面１３と低温側出口面１４とを前後方向に連通する複数の筒形状の低温流路１８ａを有する。複数の高温流路１８ｂと複数の低温流路１８ａとは、効率よく熱交換が行われるように、上下方向で互いに交互に並んでいる（例えば、特許文献２参照）。

そして、図５のように、熱交換器３の高温側出口面１２を囲むパン１５の下面に、ドレン穴１６を設け、ドレン穴１６の周縁に、ガイド部１７を、溶接や接着剤，機械加工によって設けることにより、パン１５の底面に溜まった水分を、ガイド部上に濡れを発生させることによって、ドレン穴の下側に導き、ガイド部１７とドレン穴１６の周縁部の下面との間に集め、大きくなった水滴の自重によって排出する。

このような熱交換器によれば、高温空気が高温側出口管１２ａに導かれる際に、低温空気との熱交換によって発生した水分が、高温側出口管１２ａに到達することなく、パン１５の底面に溜まる場合であっても水分を排出することが可能となり、特に、熱交換器の内外で圧力差がなくなった際に有効である。
＜実施例２＞

次に、水分離器の構成及び動作について説明する。図７に、本考案の水分離器を示す。本考案の構成では、入口管２２から導入される気体流を、旋回流発生手段２１によって旋回流として出口管２３に導く。ここで、直管部２２ａと出口管２３との間に隙間を設けるとともに、出口管２３の径を直管部２２ａの径よりも小さくし、出口管２３の入口を直管部２２ａへと延伸させることによって、出口管２３の入口である延伸部２３ａは絞りの役割をし、気体流に含まれる水分は、遠心力を受けてこの隙間から直管部２２ａ及び出口管２３の外部に導かれ、重力により落下し、直管部２２ａの外側に設けたトラップ部２４から排水路２５を介して水分離器外に排出される。

図７では、水切り部として、出口管２３の入口を直管部２２ａへと延伸させることによって、出口管２３の延伸部２３ａが絞りとして機能する構成としたが、特許文献４のように、直管部２２ａに水切り孔を設ける構成としてもよい。

そして、排水路２５の底面に、ドレン穴１６を設けるとともに、ドレン穴１６の周縁に、ガイド部１７を設けることにより、ガイド部上に濡れを発生させることによって、ガイド部に溜まった水滴をドレン穴の下側に導いて、ガイド部１７とドレン穴１６の周縁部の下面との間に水滴を集め、大きくなった水滴の自重によって排出する。

このような構成を採用したことにより、非作動時等、水分離器の内外の圧力差が小さい場合でも、溜まった水分を排出することが可能となり、圧力損失を低減することが可能である。

１航空機用空調システム２エンジン
３熱交換器４コンプレッサー
５リヒータ６コンデンサ（熱交換部）
７バルブ８水分離器
９タービン１０コア
１１高温側入口面１１ａ高温側入口連結管
１２高温側出口面１２ａ高温側出口連結管
１３低温側入口面１３ａ低温側入口連結管
１４低温側出口面１４ａ低温側出口連結管
１５パン１６ドレン穴
１７ガイド部１８ａ低温流路
１８ｂ高温流路１９ダクト壁面
２０水滴２１旋回流発生手段
２２入口管２２ａ直管部
２３出口管２３ａ延伸部
２４トラップ部２５排水路

Claims

航空機用空調システムの構成品のドレン穴の外側周縁に、斜め下方向へ向かって傾斜させた水滴を排出するためのガイド部を備えることを特徴とする航空機用空調システムの構成品のドレン機構。
前記ガイド部は、平板であることを特徴とする請求項１に記載のドレン機構。
低温流体が流れる流路と、高温流体が流れる流路とが、交互に積層され、高温流体と低温流とが交差することによって熱交換を行う航空機用空調システムを構成する熱交換器において、下側に位置するパンの平坦部に請求項１または請求項２に記載のドレン機構を備えること特徴とする熱交換器。
航空機用空調システムに用いられる水分離器であって、水分を含む気体を導入させる入口管と、前記入口管内に旋回流を発生させるための旋回流発生要素と、旋回流発生要素下流に設けた直管部と、前記直管部と出口管との間に水切り領域を有するトラップと、前記トラップに溜まった水を排水するための排水路とを備え、前記排水路の底面に、請求項１または請求項２に記載のドレン機構を備えることを特徴とする水分離器。