特許 6397267 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6397267

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/00 20060101AFI20180913BHJP

【ＦＩ】

   F28F1/00 C

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-169715(P2014-169715)

(22)【出願日】2014年8月22日

(65)【公開番号】特開2016-44889(P2016-44889A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年7月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183369

【氏名又は名称】住友精密工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】植田 達哉

【審査官】 小原 一郎

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５５４２４６７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２６５２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０３００６８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０３−０７９０６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０４−２２５７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｄ ３７／００ − ３７／３４

Ｆ２８Ｆ １／００ − １／４４

Ｆ２８Ｄ １／００ − １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料が流れる第１流路部と、オイルが流れる第２流路部とを含み、前記第１流路部を流れる前記燃料と前記第２流路部を流れる前記オイルとの間で熱交換を行う熱交換部と、
前記第２流路部と連通し、前記熱交換部を通過した前記オイルが流出する流出口を含む出口流路と、
前記流出口近傍に設けられ、流路径を絞ることにより前記熱交換部における前記オイルの圧力を前記燃料の圧力よりも大きくするための縮径部とを備え、
前記縮径部は、流路を遮る壁部と、前記壁部に形成された開口とを含み、
前記熱交換部において変動する燃料圧力の最大値よりも、前記熱交換部において変動するオイル圧力の最小値が大きくなるように、前記開口の内径および流路に沿った長さが設定されている、熱交換器。

【請求項2】

前記壁部は、前記出口流路に一体形成されるとともに、単一の前記開口が前記壁部に形成されている、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記開口は、円形状を有する、請求項２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記縮径部が設けられた接続部材をさらに備え、
前記縮径部は、前記出口流路の流出口に前記接続部材が取り付けられることによって、前記流出口近傍に設けられている、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記縮径部は、前記出口流路において流路径が最小となる位置に配置され、前記出口流路の流路径をさらに絞るように設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、熱交換器に関し、特に、燃料とオイルとの熱交換を行う熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料とオイルとの熱交換を行う熱交換器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、互いに伝熱板を介して隣接する航空燃料の燃料流路と航空用オイルのオイル流路とを含む熱交換部を備えた熱交換器が開示されている。この熱交換器は、寒冷時において燃料を予熱するために、相対的に低温となる燃料と相対的に高温となるオイルとの間で伝熱板を介して熱交換を行う航空燃料予熱器として設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−９７５８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような熱交換器では、熱交換性能を向上させるため、伝熱板の厚みが小さく抑えられている。そのため、伝熱板に穴が開くなどの要因（故障）により熱交換部内の燃料流路とオイル流路との間で漏れが発生し、漏れた燃料がオイル流路に流出すると、オイルにより潤滑を行う摺動部分（ベアリングなど）の摺動性に悪影響を及ぼす可能性が考えられる。航空機に限らず、燃料およびオイルを利用する機器（エンジン）と熱交換器とを含むシステム全体の信頼性を向上させるためには、このような事態をも考慮して、燃料がオイルの流路に流出することを抑制できることが望ましい。しかしながら、上記特許文献１では、オイル流路への燃料の流出については考慮されていないため、改善の余地がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、熱交換部内で漏れが発生した場合でも燃料がオイルの流路に流出することを抑制することが可能な熱交換器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明による熱交換器は、燃料が流れる第１流路部と、オイルが流れる第２流路部とを含み、第１流路部を流れる燃料と第２流路部を流れるオイルとの間で熱交換を行う熱交換部と、第２流路部と連通し、熱交換部を通過したオイルが流出する流出口を含む出口流路と、流出口近傍に設けられ、流路径を絞ることにより熱交換部におけるオイルの圧力を燃料の圧力よりも大きくするための縮径部とを備え、縮径部は、流路を遮る壁部と、壁部に形成された開口とを含み、熱交換部において変動する燃料圧力の最大値よりも、熱交換部において変動するオイル圧力の最小値が大きくなるように、開口の内径および流路に沿った長さが設定されている。

【0008】

この発明による熱交換器では、上記のように、流出口近傍に設けられ、流路径を絞ることにより熱交換部におけるオイルの圧力を燃料の圧力よりも大きくするための縮径部を設ける。これにより、縮径部よりも上流側の熱交換部の第２流路部におけるオイル圧力を、第１流路部における燃料圧力よりも上昇させることができる。この結果、熱交換部内の第１流路部（燃料流路）と第２流路部（オイル流路）との間で漏れが発生した場合でも、相対的に高圧のオイルが低圧の第１流路部に流出することになるため、燃料がオイルの流路に流出することを抑制することができる。なお、この場合に第１流路部にオイルが流出しても、オイルは燃料の供給先（エンジン）で燃料とともに燃焼させることができるので、燃料がオイル側に流出する場合のような摺動性の悪化が発生せずに済む。その結果、燃料およびオイルを利用する機器（エンジン）と熱交換器とを含むシステム全体の信頼性を向上させることができる。また、エンジンの負荷や、燃料およびオイルの物性、燃料およびオイルを供給するポンプの動作などの各種要因に起因する燃料圧力およびオイル圧力の変動を考慮して、燃料圧力が最も上昇した場合でもオイル圧力を燃料圧力よりも大きくすることができる。その結果、より確実に、燃料がオイルの流路に流出することを抑制することができる。このような開口の内径および開口の流路長さは、熱交換器全体の設計仕様や各ポンプの能力などのパラメータに基づくシミュレーションまたは実験によって決定することが可能である。

【0010】

上記発明による熱交換器において、好ましくは、壁部は、出口流路に一体形成されるとともに、単一の開口が壁部に形成されている。このように構成すれば、開口が形成された壁部を出口流路と別体で設ける場合と比較して、熱交換器の構造を簡素化することができる。この場合、適正なオイル圧力を得るために開口を寸法精度よく形成するには、出口流路に一体形成された壁部に、加工によって開口を形成することが好ましい。この際、複数の開口を形成する場合と異なり、単一の開口を寸法精度よく形成するだけでよいので、容易かつ精度よく、燃料圧力よりも大きい所望のオイル圧力を得ることができる。

【0011】

上記壁部が出口流路に一体形成され、単一の開口が壁部に形成される構成において、好ましくは、開口は、円形状を有する。このように構成すれば、開口を矩形形状などの円形状以外の形状に加工する場合と比較して、より容易に開口の寸法精度を確保することができる。その結果、より精度よく、燃料圧力よりも大きい所望のオイル圧力を得ることができる。

【0012】

上記発明による熱交換器において、好ましくは、縮径部が設けられた接続部材をさらに備え、縮径部は、出口流路の流出口に接続部材が取り付けられることによって、流出口近傍に設けられている。このように構成すれば、縮径部を出口流路とは別体の接続部材に設けることができるので、接続部材単体において容易に縮径部の寸法精度を確保することができる。また、接続部材の一端を流出口部分の寸法に適合させ、接続部材の他端を流出口に接続する配管の寸法に適合させるように形成すれば、縮径部を形成する場合でも流出口部分および配管の寸法を既存の設計から変更する必要をなくすことができる。

【0013】

上記発明による熱交換器において、好ましくは、縮径部は、出口流路において流路径が最小となる位置に配置され、出口流路の流路径をさらに絞るように設けられている。このように構成すれば、縮径部において出口流路を絞る絞り量を極力小さくすることができるので、縮径部を形成することに伴う熱交換器の重量増加を抑制することができる。この重量増加の抑制は、重量制限の厳しい航空機用熱交換器においては特に有効である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、上記のように、熱交換部内で漏れが発生した場合でも燃料がオイルの流路に流出することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態による熱交換器を示した斜視図である。

【図2】図１に示した熱交換器が搭載される航空機の構成を示したブロック図である。

【図3】本発明の第１実施形態による熱交換器の第１流路部を示した水平断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態による熱交換器の第２流路部を示した水平断面図である。

【図5】図４における縮径部の周辺箇所を示した拡大断面図である。

【図6】図４の５００−５００線に沿った断面を模式的に示した図である。

【図7】本発明の第２実施形態による熱交換器を示した斜視図である。

【図8】図７に示した熱交換器の縦断面図である。

【図9】本発明の第１実施形態による熱交換器の変形例を示した拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0017】

（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本実施形態による熱交換器１００の構成について説明する。第１実施形態では、プレートフィン型の熱交換器の例について説明する。また、第１実施形態では、航空機に搭載され航空機用燃料と航空機用オイル（潤滑オイル）との熱交換を行う熱交換器の例について説明する。

【0018】

図１に示すように、熱交換器１００は、コア１と、ヘッダ部２、３および４とを備えている。コア１は、燃料５が流れる複数の第１流路部１ａと、オイル６が流れる複数の第２流路部１ｂとを含む。コア１は、第１流路部１ａを流れる燃料５と第２流路部１ｂを流れるオイル６との間で熱交換を行う熱交換部である。なお、図１では、説明の便宜のため、第１流路部１ａと第２流路部１ｂとにそれぞれ異なるハッチングを付して示している。なお、コア１は、本発明の「熱交換部」の一例である。

【0019】

ヘッダ部２は、燃料５をコア１（第１流路部１ａ）に対して流入および流出させる燃料５の入口および出口流路である。ヘッダ部３は、オイル６をコア１（第２流路部１ｂ）から流出させるオイル６の出口流路である。また、ヘッダ部４は、オイル６をコア１（第２流路部１ｂ）に対して流入させるオイル６の入口流路である。なお、ヘッダ部３は、本発明の「出口流路」の一例である。

【0020】

また、ヘッダ部２は、燃料５をコア１へ導入する入口ポート２１と、コア１から燃料５を導出する出口ポート２２とを含んでいる。ヘッダ部３は、コア１からオイル６を導出する出口ポート３１を含んでいる。ヘッダ部４は、オイル６をコア１へ導入する入口ポート４１（図４参照）を含んでいる。第１実施形態では、ヘッダ部３の出口ポート３１に、流路径を絞る縮径部５０が設けられている。

【0021】

図２に示すように、熱交換器１００は、たとえば航空機９０に設置することができる。燃料５は、航空機９０の燃料タンク９１に貯留され、燃料ポンプ９２によって熱交換器１００に供給される。燃料５は、熱交換器１００においてオイル６と熱交換をした後、エンジン９３の燃焼器９３ａに供給される。オイル６は、航空機９０のオイルタンク９４に貯留され、オイルポンプ９５によってエンジン９３の潤滑部分（摺動部分）に供給された後、熱交換器１００に導入される。オイル６は、燃料５との熱交換の後、オイルタンク９４に戻される。この結果、熱交換器１００では、エンジン９３を潤滑するとともに熱を吸収したオイル６と燃料５との間で熱交換が行われることにより、燃料５が予熱されるとともに、オイル６が吸収した熱が排出される。

【0022】

図１に戻って、コア１は、複数の第１流路部１ａと複数の第２流路部１ｂとを、チューブプレート１０を介して交互に積層することにより構成されている。また、積層方向（Ｚ方向）におけるコア１の両端には、それぞれサイドプレート１１が設けられている。コア１は、全体として矩形箱状（直方体形状）に形成されている。チューブプレート１０は、積層方向において隣接する第１流路部１ａと第２流路部１ｂとを仕切る隔壁である。各第１流路部１ａを流れる燃料５と各第２流路部１ｂを流れるオイル６とは、チューブプレート１０を挟んで隣接する状態で流通し、チューブプレート１０は、熱交換の１次伝熱面として機能する。このため、チューブプレート１０は、高い熱伝導性を有するとともに厚みの小さい板状部材からなる。なお、以下では、第１流路部１ａおよび第２流路部１ｂの積層方向をＺ方向、コア１を中心としてヘッダ部３および４が設けられた方向をＸ方向、Ｘ方向およびＺ方向と直交する方向をＹ方向という。

【0023】

個々の第１流路部１ａは、Ｚ方向のチューブプレート１０と、チューブプレート１０に挟まれた外周のサイドバー１２ａとによって区画されている。サイドバー１２ａは、図３に示すように、第１流路部１ａのＸ方向両側およびＹ２側端部に設けられており、第１流路部１ａはヘッダ部２が配置されたＹ１側端部が開放されている。また、第１流路部１ａのＸ方向中央には、Ｙ１側端部からＹ２方向に延びる仕切り部材１３ａが設けられている。これにより、第１流路部１ａは、Ｙ１側端部（端面）に、仕切り部材１３ａによって区画された入口開口１４ａおよび出口開口１５ａを有する。また、第１流路部１ａは、仕切り部材１３ａによって、往路、Ｕターン部および復路からなるＵ字状の流通経路を有する。入口開口１４ａから流入した燃料５は、往路をＹ２方向に進み、Ｙ２側端部のＵターン部でＸ１方向に曲がる。そして、燃料５は、Ｕターン部で反転して復路をＹ１方向に進んで出口開口１５ａから流出する。なお、図３では、ヘッダ部３および４の図示を省略している。

【0024】

第１流路部１ａ内には、入口開口１４ａから出口開口１５ａに至る流通経路に沿ってコルゲートフィン（波状フィン）１６ａが設けられている。なお、コルゲートフィン１６ａは、入口開口１４ａから出口開口１５ａまで第１流路部１ａの全体に設けられているが、図３では図示の都合上、第１流路部１ａの数カ所に部分的に示している。コルゲートフィン１６ａは、たとえば、フィンがピッチ方向に波打つように曲がるヘリンボーン型のフィンであり、第１流路部１ａにおける２次伝熱面として機能する。コルゲートフィン１６ａのフィン間ピッチは、Ｐ１である。

【0025】

ヘッダ部２は、コア１のＹ１方向側の側面を覆うように設けられている。ヘッダ部２の入口ポート２１は、各第１流路部１ａの入口開口１４ａと連通するように形成されている。また、ヘッダ部２の出口ポート２２は、各第１流路部１ａの出口開口１５ａと連通するように形成されている。入口ポート２１と出口ポート２２とは、隔壁によって互いに分離されている。

【0026】

個々の第２流路部１ｂは、図１に示すように、Ｚ方向のチューブプレート１０と、チューブプレート１０に挟まれた外周のサイドバー１２ｂとによって区画されている。サイドバー１２ｂは、図４に示すように、第２流路部１ｂの外周を取り囲むように設けられているものの、Ｙ方向に延びる一対のサイドバー１２ｂのうち、ヘッダ部３および４が配置されたＹ１側端部のみが第２流路部１ｂの内部を外部に開放している。これにより、第２流路部１ｂは、Ｘ２側端面のＹ１側端部に入口開口１４ｂを有し、Ｘ１側端面のＹ１側端部に出口開口１５ｂを有する。また、第２流路部１ｂのＸ方向中央には、Ｙ１側端部からＹ２方向に延びる仕切り部材１３ｂが設けられている。第２流路部１ｂは、仕切り部材１３ｂによって、往路、Ｕターン部および復路からなるＵ字状の流通経路を有する。入口開口１４ｂから流入したオイル６は、往路をＹ２方向に進み、Ｙ２側端部のＵターン部でＸ１方向に曲がる。そして、オイル６は、Ｕターン部で反転して復路をＹ１方向に進んで出口開口１５ｂから流出する。このように、熱交換器１００は、第１流路部１ａ内の燃料５の流通方向（図３参照）と、第２流路部１ｂ内のオイル６の流通方向とが同じ方向を向く、いわゆる並行流型の熱交換器である。なお、図４では、ヘッダ部２の図示を省略している。

【0027】

第２流路部１ｂ内には、入口開口１４ｂから出口開口１５ｂに至る流通経路に沿ってコルゲートフィン１６ｂが設けられている。なお、コルゲートフィン１６ｂは、入口開口１４ｂから出口開口１５ｂまで第１流路部１ｂの全体に設けられているが、図４では図示の都合上、第１流路部１ｂの数カ所に部分的に示している。コルゲートフィン１６ｂは、たとえば、ピッチ方向にオフセットしたコルゲートが交互に配列されるセレート型のフィンであり、第２流路部１ｂにおける２次伝熱面として機能する。コルゲートフィン１６ｂのフィン間ピッチは、Ｐ２である。第２流路部１ｂのコルゲートフィン１６ｂのピッチＰ２は、第１流路部１ａのコルゲートフィン１６ａのピッチＰ１よりも小さい。そのため、第２流路部１ｂは、第１流路部１ａよりも内部の圧力が高くなり易くなるように構成されている。

【0028】

ヘッダ部３は、コア１のＸ１方向側の側面において、各第２流路部１ｂの出口開口１５ｂの形成部分を覆うように設けられている。ヘッダ部３は、各第２流路部１ｂの出口開口１５ｂと連通するように形成されている。

【0029】

より具体的には、ヘッダ部３は、円筒状の出口ポート３１と、Ｚ方向に延びて各第２流路部１ｂの出口開口１５ｂを覆うタンク部３２（図１参照）と、出口ポート３１の先端の流出口３３とを含む。第１実施形態では、この出口ポート３１の内部において、縮径部５０がヘッダ部３に一体形成されている。

【0030】

タンク部３２は、各第２流路部１ｂから流出するオイル６を集合させる集合部として機能する。タンク部３２の第２流路部１ｂ側の開口は、第２流路部１ｂの出口開口１５ｂの開口幅に対応する幅Ｗ（図５参照）と、Ｚ方向両端位置の第２流路部１ｂの出口開口１５ｂを覆う高さＨ（Ｚ方向寸法、図１参照）とを有する。タンク部３２にて合流したオイル６は、出口ポート３１に導かれる。

【0031】

出口ポート３１は、タンク部３２から突出するようにヘッダ部３に１つ設けられており、タンク部３２を介して各第２流路部１ｂと流出口３３とを連通させている。出口ポート３１は、図６に示すように、円筒形状の管路部であり、内径Ｄ１を有する。内径Ｄ１は、流出口３３の内径と略等しい。また、内径Ｄ１は、図５に示すように、タンク部３２の開口の幅Ｗよりも小さく、出口ポート３１は、縮径部５０を除いてヘッダ部３において流路径が最小となる部位である。縮径部５０と流出口３３との間には、オイル６をオイルタンク９４側（図２参照）へ送る配管９６の接続のためのねじ部３１ａが形成されている。これにより、コア１を通過したオイル６が流出口３３から流出して、オイルタンク９４側へ送られる。

【0032】

第１実施形態では、縮径部５０は、流路径を絞ることによりコア１におけるオイル６の圧力を燃料５の圧力よりも大きくするために設けられている。縮径部５０は、コア１（第２流路部１ｂ）よりもオイル６の流れの下流側で、かつ、流出口３３よりも上流側の位置に配置されており、第１実施形態では流出口３３の上流側近傍の位置に配置されている。より具体的には、縮径部５０は、（縮径部５０を除いて）ヘッダ部３において流路径が最小となる出口ポート３１内の位置に配置され、出口ポート３１の流路径をさらに絞るように設けられている。なお、ヘッダ部３は、縮径部５０の出口側端部で内径を流出口３３の内径と略一致するＤ１（出口ポート３１の内径）まで段差状に拡大させて流出口３３に接続するように形成されている。つまり、出口ポート３１の流路径は、縮径部５０の前後では流出口３３の内径Ｄ１になる。

【0033】

第１実施形態では、縮径部５０は、流路を遮る壁部５１と、壁部５１に形成された開口５２とを含むオリフィスである。縮径部５０は、この開口５２によってヘッダ部３の流路径を絞るように構成されている。壁部５１は、流路の延びる方向（Ｘ方向）と直交する円環状の板状形状（図６参照）を有し、出口ポート３１の内周面から半径方向内側に立ち上がるようにヘッダ部３（出口ポート３１）に一体形成されている。開口５２は、流出口３３の内径Ｄ１よりも小さい内径Ｄ２を有する。また、開口５２は、流路に沿った長さＬ１を有する。開口５２の長さＬ１は、壁部５１の厚みｔ１に一致する。

【0034】

第１実施形態では、コア１において変動する燃料圧力の最大値よりも、コア１において変動するオイル圧力の最小値が大きくなるように、開口５２の内径Ｄ２および流路に沿った長さＬ１が設定されている。すなわち、コア１における燃料圧力やオイル圧力は、エンジン９３の負荷（負荷に応じた燃料ポンプ９２およびオイルポンプ９５の動作）や燃料５およびオイル６の粘性などに応じて変動する。したがって、熱交換器１００では、燃料５およびオイル６の圧力の許容変動範囲が仕様として予め設定される。これらの仕様に基づき、第１流路部１ａにおける燃料圧力の最小値Ｘ１、最大値Ｘ２と、第２流路部１ｂにおけるオイル圧力の最小値Ｙ１、最大値Ｙ２とを設定することができる。開口５２の内径Ｄ２および長さＬ１は、第１流路部１ａにおける燃料圧力の最大値Ｘ２よりも、第２流路部１ｂにおけるオイル圧力の最小値Ｙ１の方が大きくなる条件下（Ｘ２＜Ｙ１）で、所望の値となるように設定される。

【0035】

実際の設計上は、上記の許容変動範囲や、熱交換器１００の設計仕様に基づく各部の圧力損失等をパラメータとしてシミュレーションを行うことにより、適切な開口５２の内径Ｄ２および長さＬ１が算出されるとともに、試作機によって実験を行うことによって燃料圧力およびオイル圧力が所望の範囲に収まることが確認される。

【0036】

この結果、第１実施形態による熱交換器１００のコア１では、（第１流路部１ａにおける燃料圧力の最大値Ｘ２）＜（第２流路部１ｂにおけるオイル圧力の最小値Ｙ１）という関係が成立している。

【0037】

なお、第１実施形態において、開口５２の内径Ｄ２および長さＬ１の寸法に関して、シミュレーションおよび実験によって決定するのは、流体（燃料およびオイル）の圧力値が厳密には理論値と一致しないためである。本願発明者は、実験の結果、第２流路部１ｂにおけるオイル圧力を所望の範囲に収めるために要求される開口５２の許容寸法誤差範囲が、一般に熱交換器の設計に要求される許容誤差範囲よりも狭くなり、高い寸法精度を要求される場合があることを発見した。そのため、開口５２としては、より寸法精度を出しやすい形状および開口数に形成されることが望ましい。

【0038】

そこで、第１実施形態では、壁部５１には単一の開口５２が形成されている。すなわち、縮径部５０は、単一の開口５２のみによって流路を絞るように構成されている。また、単一の開口５２は、円形状を有する。開口５２は、円筒状の出口ポート３１と同心となる（流路断面の中心が一致する）ように設けられている。また、開口５２は、壁部５１を流路方向に沿って直線状に貫通している。また、開口５２は、テーパのない貫通孔により形成されている。つまり、開口５２は、長さＬ１の全長に渡って一定の内径Ｄ２を有する。

【0039】

図４に示すように、ヘッダ部４は、コア１のＸ２方向側の側面において、各第２流路部１ｂの入口開口１４ｂの形成部分を覆うように設けられている。ヘッダ部４は、各第２流路部１ｂの入口開口１４ｂと連通するように形成されている。ヘッダ部４は、入口ポート４１と、タンク部４２と、入口ポート４１の先端の流入口４３を含む。流入口４３は、入口ポート４１およびタンク部４２を介して、第２流路部１ｂの入口開口１４ｂと連通している。ヘッダ部４は、縮径部５０が設けられていない点を除いて、基本的にヘッダ部３と同様の構成を有する。

【0040】

次に、第１実施形態による熱交換器１００の作用について説明する。

【0041】

第１実施形態による熱交換器１００では、図２に模式的に示したように、第１流路部１ａと第２流路部１ｂとの間を仕切るチューブプレート１０が何らかの要因により破損するなどして、コア１内で漏れ（第１流路部１ａと第２流路部１ｂとの間の漏れ）が発生する可能性を想定している。

【0042】

この場合、燃料５がオイル６側（第２流路部１ｂ）に流出するケースと、オイル６が燃料５側（第１流路部１ａ）に流出するケースとを仮定することができる。第１実施形態による熱交換器１００では、縮径部５０によって、コア１内の第２流路部１ｂにおけるオイル圧力ＯＰが、常時、第１流路部１ａにおける燃料圧力ＦＰよりも大きくなるため、コア１内で漏れが発生した場合に、圧力差によって燃料５がオイル６側（第２流路部１ｂ）に流出することが抑制される。すなわち、仮にコア１内で漏れが発生した場合には、オイル６が燃料５側（第１流路部１ａ）に流出するケースのみとなる。

【0043】

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0044】

第１実施形態では、上記のように、流出口３３の近傍に設けられ、流路径を絞ることによりコア１おけるオイル６の圧力を燃料５の圧力よりも大きくするための縮径部５０を設ける。これにより、縮径部５０よりも上流側のコア１の第２流路部１ｂにおけるオイル圧力を、第１流路部１ａにおける燃料圧力よりも上昇させることができる。この結果、コア１内の第１流路部１ａ（燃料流路）と第２流路部１ｂ（オイル流路）との間で漏れが発生した場合でも、相対的に高圧のオイル６が低圧の第１流路部１ａに流出することになるため、燃料５がオイル６の流路（第２流路部１ｂ）に流出することを抑制することができる。なお、この場合に第１流路部１ａにオイル６が流出しても、オイル６は燃料５の供給先（エンジン９３の燃焼器９３ａ）で燃料５とともに燃焼させることができるので、燃料５がオイル６側に流出する場合のような摺動性の悪化が発生せずに済む。その結果、燃料５およびオイル６を利用するエンジン９３と熱交換器１００とを含むシステム全体の信頼性を向上させることができる。

【0045】

また、第１実施形態では、上記のように、縮径部５０に、流路を遮る壁部５１と、壁部５１に形成された開口５２とを設ける。そして、コア１において変動する燃料圧力の最大値Ｘ２よりも、コア１において変動するオイル圧力の最小値Ｙ１が大きくなるように、開口５２の内径Ｄ２および流路に沿った長さＬ１を設定する。これにより、エンジン９３の負荷や、燃料５およびオイル６の物性、燃料ポンプ９２およびオイルポンプ９５の動作などの各種要因に起因する燃料圧力およびオイル圧力の変動を考慮して、燃料圧力が最も上昇した場合でもオイル圧力を燃料圧力よりも大きくすることができる。この結果、より確実に、燃料５がオイル６の第２流路部１ｂに流出することを抑制することができる。

【0046】

また、第１実施形態では、上記のように、壁部５１をヘッダ部３に一体形成するとともに、単一の開口５２を壁部５１に形成する。これにより、開口５２が形成された壁部５１をヘッダ部３と別体で設ける場合と比較して、熱交換器１００の構造を簡素化することができる。また、上記の通り開口５２を寸法精度よく形成するには、ヘッダ部３に一体形成された壁部５１に、加工によって開口５２を形成することが好ましい。この際、複数の開口を形成する場合と異なり、単一の開口５２を寸法精度よく形成するだけでよいので、容易かつ精度よく、燃料圧力よりも大きい所望のオイル圧力を得ることができる。

【0047】

また、第１実施形態では、上記のように、開口５２を円形状に形成する。これにより、開口５２を矩形形状などの円形状以外の形状に加工する場合と比較して、より容易に開口５２の寸法精度を確保することができる。その結果、より精度よく、燃料圧力よりも大きい所望のオイル圧力を得ることができる。

【0048】

また、第１実施形態では、上記のように、縮径部５０は、ヘッダ部３において流路径が最小となる出口ポート３１に配置され、出口ポート３１の流路径をさらに絞るように設けられている。これにより、縮径部５０においてヘッダ部３を絞る絞り量を極力小さくすることができるので、縮径部５０を形成することに伴う熱交換器１００の重量増加を抑制することができる。この重量増加の抑制は、重量制限の厳しい航空機用熱交換器においては特に有効である。

【0049】

（第２実施形態）
次に、図７および図８を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、プレートフィン型の熱交換器１００の例を示した上記第１実施形態と異なり、シェルアンドチューブ型の熱交換器２００の例について説明する。

【0050】

図７に示すように、第２実施形態の熱交換器２００は、熱交換部１０１と、オイル６を熱交換部１０１に対して流入させる入口流路１０２と、オイル６を熱交換部１０１から流出させるオイル６の出口流路１０３とを備えている。

【0051】

熱交換部１０１は、燃料５が流れる第１流路部１０４と、オイル６が流れる第２流路部１０５（図８参照）とを含む。また、熱交換部１０１は、円筒状のシェル１１０と、シェル１１０の両端開口をそれぞれ閉塞する一対のエンドプレート１１１と、一対のエンドプレート１１１を貫通するようにシェル１１０内に設けられた複数（多数）のチューブ（管路）１１２とを含む。なお、以下では、シェル１１０の中心軸方向をＸ方向、Ｘ方向と直交し入口流路１０２の延びる方向をＺ方向という。

【0052】

第２実施形態では、図８に示すように、燃料５が流れる第１流路部１０４は、チューブ１１２により構成されている。また、オイル６が流れる第２流路部１０５は、シェル１１０と、一対のエンドプレート１１１と、各チューブ１１２とによって区画されたシェル１１０の内部領域により構成されている。

【0053】

各チューブ１１２は、シェル１１０の中心軸と平行にＸ方向に延びるように設けられ、シェル１１０内を通って両端がそれぞれエンドプレート１１１をＸ方向に貫通している。各チューブ１１２は、半径方向に所定の間隔を隔てて配列されている。チューブ１１２（第１流路部１０４）には、Ｘ１側の入口開口１１２ａから燃料５が流入し、Ｘ２側の出口開口１１２ｂから燃料５が流出する。なお、図８では、一部のチューブ１１２のみを図示している。

【0054】

シェル１１０のＸ１側のエンドプレート１１１近傍における側面には、オイル６の入口開口１１３が形成されている。シェル１１０のＸ２側のエンドプレート１１１近傍における側面には、オイル６の出口開口１１４が形成されている。

【0055】

また、シェル１１０の内部（第２流路部１０５）には、軸方向と直交する半径方向に拡がるバッフル１１５および１１６が、軸方向Ｘに沿って複数配列されている。バッフル１１５は、中央部に貫通孔が形成され、外周部がシェル１１０の内周面に嵌め合わされた円環状のリングバッフルであり、中央部がオイル６の流通路となっている。バッフル１１６は、シェル１１０の中心から半径方向外側に拡がるように設けられた円盤状のディスクバッフルである。円盤状のバッフル１１６は、外周端部がシェル１１０の内周面から所定の間隔で離間するように設けられており、外周端部とシェル１１０の内周面との間の隙間がオイル６の流通路となるように構成されている。バッフル１１５および１１６は、Ｘ方向に沿って交互に並ぶように配列されており、各チューブ１１２がＸ方向にバッフル１１５および１１６を貫通している。

【0056】

入口流路１０２は、Ｚ方向に延びる円筒状の管路であり、一端に流入口１２１が設けられ、他端が第２流路部１０５の入口開口１１３と連通している。また、出口流路１０３は、Ｚ方向に延びる円筒状の管路であり、一端に流出口１３１が設けられ、他端が第２流路部１０５の出口開口１１４と連通している。

【0057】

このような構成により、入口流路１０２から第２流路部１０５に流入するオイル６は、バッフル１１５の中央の貫通孔と、バッフル１１６の外周部の隙間とを交互に通過しながら、全体としてＸ２方向に流れる。この間に第１流路部１０４（チューブ１１２）を流れる燃料５とオイル６との間で熱交換が行われる。そして、オイル６は、Ｘ２側の端部の出口開口１１４から出口流路１０３へ流出する。

【0058】

第２実施形態では、出口流路１０３の流出口１３１の近傍に、流路径を絞る縮径部１５０が設けられている。縮径部１５０は、第２流路部１０５の出口開口１１４よりも下流側で、かつ、流出口１３１よりも上流側の位置に配置されている。出口流路１０３は、縮径部１５０の出口側端部で内径を流出口１３１の内径と略一致するＤ３（出口流路１０３の内径）まで段差状に拡大させて流出口１３１に接続するように形成されている。

【0059】

縮径部１５０の構成は上記第１実施形態と同様であり、縮径部１５０は、流路を遮る壁部１５１と、壁部１５１に形成された単一の円形状の開口１５２とを含む。開口１５２の内径Ｄ４および流路に沿った長さＬ２（壁部１５１の厚みｔ２）は、熱交換部１０１において変動する燃料圧力の最大値よりも、熱交換部１０１において変動するオイル圧力の最小値が大きくなるように設定されている。

【0060】

実際には、第２実施形態のシェルアンドチューブ型の熱交換器２００では、上記第１実施形態のプレートフィン型の熱交換器１００とは構造が全く異なることから、開口１５２の内径Ｄ４および長さＬ２も、上記第１実施形態とは異なる値が採用されることになる。

【0061】

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

【0062】

第２実施形態では、上記のように、流出口１３１の近傍に設けられ、流路径を絞ることにより熱交換部１０１におけるオイル６の圧力を燃料５の圧力よりも大きくするための縮径部１５０を設ける。これにより、プレートフィン型の熱交換器１００の例を示した上記第１実施形態と同様に、シェルアンドチューブ型の熱交換器２００においても、縮径部１５０よりも上流側の熱交換部１０１の第２流路部１０５におけるオイル圧力を、第１流路部１０４（チューブ１１２）における燃料圧力よりも上昇させることができる。この結果、万が一、熱交換部１０１内の第１流路部１０４（燃料流路）と第２流路部１０５（オイル流路）との間で漏れが発生した場合でも、燃料５がオイル６の流路（第２流路部１０５）に流出することを抑制することができる。すなわち、たとえシェル１１０内でチューブ１１２に破損が生じて漏れが発生した場合にも、高圧の第２流路部１０５側のオイル６が低圧の第１流路部１０４（チューブ１１２）側に流入することになるので、燃料５がオイル６の流路（第２流路部１０５）に流出することを抑制することができる。

【0063】

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0064】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0065】

たとえば、上記第１実施形態ではプレートフィン型の熱交換器の例を示し、上記第２実施形態ではシェルアンドチューブ型の熱交換器の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、燃料とオイルとの熱交換を行う熱交換器であれば、どのようなタイプの熱交換器であってもよい。

【0066】

また、上記第１実施形態では、航空機に搭載され航空機用燃料と航空機用オイル（潤滑オイル）との熱交換を行う熱交換器１００の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、燃料とオイルとの熱交換を行う熱交換器であれば、どのような用途の熱交換器であってもよい。たとえば、自動車に搭載され、燃料とエンジンオイルとの熱交換を行う熱交換器であってもよい。

【0067】

また、上記第１実施形態では、第１流路部１ａおよび第２流路部１ｂがそれぞれＵターン部を含む流路形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。第１流路部および第２流路部の流路形状は任意であり、Ｕターン部がなくてもよい。第１流路部および第２流路部は、直線状の流路形状を有していてもよいし、たとえばＳ字状などの屈曲した流路形状を有していてもよい。

【0068】

また、上記第１実施形態では、燃料５とオイル６とが同じ方向に流れる並行流型の熱交換器の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、燃料とオイルとが互いに反対向きに流れる向流型や、燃料とオイルとが互いに直交する向きに流れる直交流型の熱交換器であってもよい。

【0069】

また、上記第１実施形態では、縮径部５０をヘッダ部３の出口ポート３１に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。縮径部は第２流路部よりも下流の流出口近傍に設けられていればよく、たとえば、縮径部をヘッダ部のタンク部に設けてもよい。ただし、この場合、タンク部３２の内部を仕切るように壁部を設ける必要があるため、壁部が大型化するとともに重量が増大する。そのため、縮径部は、上記第１実施形態のように、流出口近傍で他の部位よりも流路径の小さくなる位置に設けるのが好ましい。

【0070】

また、上記第１実施形態では、縮径部５０をヘッダ部３の出口ポート３１に一体形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、開口が形成された壁部をヘッダ部とは別体で形成し、壁部をヘッダ部の内部に取り付けることにより、ヘッダ部に縮径部を設けてもよい。この場合、縮径部をヘッダ部に一体形成する場合よりも部品点数が増大する一方、壁部および開口を単品で形成することが可能であるため、開口の寸法精度が得やすいというメリットがある。

【0071】

また、上記第１および第２実施形態では、縮径部５０（１５０）に単一の開口５２（１５２）を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、開口が複数設けられてもよい。ただし、開口を複数設けた場合、それぞれの開口について寸法精度が要求されるため、開口の寸法精度の観点では単一の開口が好ましい。

【0072】

また、上記第１および第２実施形態では、円形状の開口５２（１５２）を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、開口は円形状以外の他の形状であってもよい。たとえば、開口は矩形などの多角形形状であってもよいし、扇形や曲線状など、どのような形状であってもよい。ただし、後加工で開口を形成する場合、開口の寸法精度の観点では、円形状の開口が好ましい。

【0073】

また、上記第１および第２実施形態では、縮径部５０（１５０）を壁部５１（１５１）と、壁部に形成された開口５２（１５２）とによって構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、縮径部は、流路径を絞ることが可能であればどのような構造であってもよい。たとえば、流路内に柱状の縮径部を設けることによって流路径を絞ってもよい。

【0074】

また、上記第１実施形態では、縮径部５０をヘッダ部３に一体形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、縮径部をヘッダ部とは異なる他の部材に形成してもよい。たとえば、図９に示す変形例のように、縮径部５０を接続部材３１０に形成してもよい。この変形例のヘッダ部３０３には、縮径部は設けられていない。接続部材３１０は、筒形状を有し、一端側の第１筒部３１１と、他端側の第２筒部３１２とを含む。第１筒部３１１は、出口ポート３１の内径Ｄ１と略等しい外径を有し、出口ポート３１の内部に流出口３３側から挿入されている。そして、第１筒部３１１の先端部に、壁部５１および開口５２を含む縮径部５０が形成されている。したがって、この変形例では、縮径部５０は、出口ポート３１の流出口３３に接続部材３１０が取り付けられることによって、流出口３３近傍に設けられている。このように構成すれば、縮径部５０を出口ポート３１とは別体の接続部材３１０に設けることができるので、接続部材３１０単体において容易に縮径部５０の寸法精度を確保することができる。

【0075】

また、この変形例では、第２筒部３１２は、第１筒部３１１よりも大きい内径を有し、内径が配管９６の外径に略一致するように形成されている。このように、接続部材３１０の一端（第１筒部３１１）を流出口３３の寸法に適合させ、接続部材３１０の他端（第２筒部３１２）を流出口３３に接続する配管９６の寸法に適合させるように形成すれば、縮径部５０を形成する場合でも流出口３３および配管９６の寸法を既存の設計から変更する必要をなくすことができる。

【0076】

なお、図９の変形例では、第１筒部３１１の外周面にねじ部３１３が形成され、ねじ部３１３が出口ポート３１のねじ部３１ａにねじ込まれることによって接続部材３１０が出口ポート３１に取り付けられる例を示している。接続部材３１０は、ねじによる結合の他、ボルトなどの締結部材によって出口ポート３１に取り付けられてもよい。また、図９では、接続部材３１０と配管９６との接続部分の詳細な図示を省略しているが、接続部材３１０と配管９６との接続も、嵌合面にねじ部を設けることによるねじ込みによる接続、または、ボルトなどの締結部材を用いた締結による接続などの接続方法を採用することができる。接続部材３１０および配管９６は、内嵌めおよび外嵌めのいずれで接続してもよい。

【符号の説明】

【0077】

１ コア（熱交換部）
１ａ、１０４ 第１流路部
１ｂ、１０５ 第２流路部
３ ヘッダ部（出口流路）
５ 燃料
６ オイル
３３、１３１ 流出口
５０、１５０ 縮径部
５１、１５１ 壁部
５２、１５２ 開口
１００、２００ 熱交換器
１０１ 熱交換部
１０３ 出口流路
３１０ 接続部材
Ｄ１、Ｄ３ 流出口の内径
Ｄ２、Ｄ４ 開口の内径
Ｌ１、Ｌ２ 開口の流路に沿った長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】