JP2014522959A - 熱交換器および対応する扁平チューブおよびプレート - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の循環経路（２３）および第２の循環経路（２５）を規定するようにプレート（７）の対を組み立てることによって形成された流体循環用の少なくとも１つの扁平チューブを備え、前記経路（２３、２５）は、前記流体の実質的にＵ字状の循環を確立するために一端で互いと連通状態になるようにされる、吸気冷却用の熱交換器に関する。本発明によれば、少なくとも１つのプレート（７）は、概して実質的にＬ字状のものである少なくとも１つの第１のリブ（２９）および少なくとも１つの第２のリブ（３１）を備え、前記少なくとも１つの第１のリブ（２９）または第２のリブ（３１）は、前記第１の循環経路（２３）または第２の循環経路（２５）にそれぞれ配設されるようにされる。また、本発明は、プレート対の少なくとも１つのプレート（７）が、概して実質的にＬ字状のものである少なくとも１つの第１のリブ（２９）および少なくとも１つの第２のリブ（３１）を備え、前記少なくとも１つの第１のリブ（２９）または第２のリブ（３１）が、前記第１の循環経路（２３）または第２の循環経路（２５）にそれぞれ配設されるようにされる、プレート対から形成されたこのような交換器の扁平チューブに関する。さらに、本発明は、熱交換器扁平チューブのこのようなプレート（７）に関する。

Description

本発明は、熱交換器、特に、自動車用の熱交換器に関する。

熱交換器、例えば、自動車産業、特に、自動車の内燃機関に使用される熱交換器は、熱を交換するための要素と、流体を流すための要素とを備え、互いに熱を交換する流体がこれらの要素を通って循環する。

液体および／または気体に関わらず、流体のさまざまな組み合わせが想定可能である。特に、給気冷却器のような「空気−水」交換器と呼ばれるものが考えられる。

熱交換要素は、例えば、扁平チューブ、気体の循環を攪拌するフィンおよび／または流体などの流れを攪拌する特徴部とを備えてもよい。

さまざまな構造形態が考えられうる。

１列または複数列の相互に平行な列において相互に平行な対に配設されたプレートのコアを備える交換器が知られている。プレートの対は、第１に、第１の流体用の流路を規定し、第２に、２つの隣接するプレート対の間にギャップを規定し、このギャップを通って第２の流体が流れて、第１の流体と熱交換を行うことができるように配設される。

既知の解決策において、各プレートは、２つまたはいくつかの循環通路を規定してもよい。各通路は、循環カナルによって規定される。

一例として、交換器扁平チューブ用のプレートは、一般に、４つの通路が規定される。

２つの通路が規定されたプレートも知られている。

しかしながら、良好な機械的完全性を確保するためには、プレートの密度をより高いものにする必要がある。これを達成するための１つの既知の方法は、多数のボス、例えば、ろう材のスポットを作ることである。

本発明の目的は、機械的応力および圧力ヘッド損失の低減という点で、既知の熱交換器の性能をさらに高めることである。

この目的を達成するために、本発明の１つの課題は、プレートの対を組み立てることで、第１の循環カナルおよび第２の循環カナルの範囲を定めることによって形成された流体循環用の少なくとも１つの扁平チューブを備え、前記カナルは、前記流体の実質的にＵ字状の循環経路を規定するために一端で互いと連通状態になるようにされる、吸気冷却用の熱交換器であって、少なくとも１つのプレートは、全体的に実質的にＬ字状のものである少なくとも１つの第１のリブおよび少なくとも１つの第２のリブを備え、前記少なくとも１つの第１のリブおよび第２のリブは、前記第１の循環カナルおよび前記第２の循環カナルにそれぞれ配設されることを特徴とする熱交換器である。

前記熱交換器は、別々にまたは組み合わせて考慮される以下の特徴の１つ以上をさらに備えてもよい。
−前記少なくとも１つのプレートは、中央リブを備え、前記中央リブは、第１の循環カナルおよび第２の循環カナルの範囲を定めるために、前記少なくとも１つの扁平チューブ内に突出する。
−前記少なくとも１つの第１および第２のリブは、前記中央リブに対して対称的である。
−前記少なくとも１つの第１のリブは、前記第１のカナルの幅の中央で実質的に延び、前記少なくとも１つの第２のリブは、前記第２のカナルの幅の中央で実質的に延びる。
−前記少なくとも１つのプレートは、前記第１の循環カナルに配設された流体入口オリフィスと、前記第２の循環カナルに配設された流体出口オリフィスとを備え、前記少なくとも１つの第１のリブは、前記入口オリフィスの中央に対して実質的に位置合わせされ、前記少なくとも１つの第２のリブは、前記出口オリフィスの中央に対して実質的に位置合わせされる。
−前記実質的にＬ字状のリブは、丸みのある縁部を有する。
−前記少なくとも１つのプレートは、前記流体の流路内に突出する複数のボスを有する。
−前記少なくとも１つのプレートは、１００ｍｍ以下の幅を有する。

また、本発明は、プレートの対を組み立てることで、第１の循環カナルおよび第２の循環カナルの範囲を定めることによって形成され、前記カナルは、前記流体の実質的にＵ字状の循環経路を規定するために一端で互いと連通状態になるようにされる、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱交換器の扁平チューブであって、少なくとも１つのプレートは、全体的に実質的にＬ字状のものである少なくとも１つの第１のリブおよび少なくとも１つの第２のリブを備え、前記少なくとも１つの第１のリブおよび第２のリブは、前記第１の循環カナルおよび前記第２の循環カナルにそれぞれ配設されることを特徴とする扁平チューブに関する。

前記チューブは、別々にまたは組み合わせて考慮される以下の特徴の１つ以上をさらに有してもよい。
−前記プレート対の２つのプレートは、実質的に同一である。
−前記２つのプレートは、中央リブをそれぞれ備え、第１のプレートの中央リブは、第２のプレートの対向する中央リブと接触状態にある。
−第１のプレートの前記第１のリブおよび第２のリブは、第２のプレートの対向する前記第１のリブおよび第２のリブとそれぞれ接触状態にある。

さらに、本発明は、第１の循環カナルおよび第２の循環カナルの範囲を定め、前記カナルは、前記流体の実質的にＵ字状の循環経路を規定するために一端で互いと連通状態にある、熱交換器の扁平チューブのプレートであって、前記プレートは、全体的に実質的にＬ字状のものである少なくとも１つの第１のリブおよび少なくとも１つの第２のリブを備え、前記少なくとも１つの第１のリブおよび第２のリブは、前記第１の循環カナルおよび前記第２の循環カナルにそれぞれ配設されることを特徴とするプレートに関する。

本発明のさらなる特徴および利点は、非制限的な説明的実施例によって与えられた以下の記述を読み、かつ以下の添付の図面を検討することからさらに明確に明らかになるであろう。

プレートタイプの熱交換器の側面図。 図１の熱交換器のプレート。

これらの図において、実質的に同一の要素は、同じ参照番号を有する。

本発明は、熱交換器、特に、自動車エンジンなどの燃焼機関の吸気冷却用熱交換器に関する。

このような交換器は、「空気−水」タイプと呼ばれるものの交換器、すなわち、熱を交換する流体が空気および水である交換器であってもよい。給気冷却器の場合、水は、前記エンジンの「低温」冷却回路と呼ばれるものからの水であることが好ましく、この水は、典型的には、グリコール含有水である。

図１は、熱交換器１の側面図を示す。

熱交換器１は、例えば、実質的に平行六面体の全体形状を有する。

熱交換器１は、扁平チューブ３の積層体を備える。

扁平チューブ３は、介在スペーサ５と交互になるように位置付けられてもよい。

介在スペーサ５は、例えば、薄い波形の熱伝導性シートから形成され、熱伝導性シートの波頂部は、介在スペーサ５の両側で、２つの扁平チューブ３と交互に接触した状態にある。

空気流は、扁平チューブ３を循環する流体と熱を交換するために、介在スペーサ５を通って循環してもよい。介在スペーサ５は、交換用の表面積を増大させるために、空気流を攪拌する。

記載される実施形態によれば、すべての扁平チューブ３は同一である。

各チューブは、例えば、互いに対面するプレート７の対を組み立てることによって形成される。したがって、熱交換器１は、プレートタイプのものである。

組み立てられたプレート７は、これらのプレート間に、流体、特に、冷却剤を流すための通路９を規定する。このような通路９は、実質的に一定の厚さを有してもよい。

プレート７（図２に最良に図示）は、長さＬおよび幅ｌの矩形状の全体形状を有する。

一例として、プレート７は、１００ｍｍ以下の幅ｌを有する。

さらに、プレート７は、例えば、１２０ｍｍ〜２８０ｍｍの長さＬを有する。

各プレート７は、流体流路９内に流体を導入するための流体入口１１と、流体を取り除くための流体出口１３とを形成するオリフィスを備える。

プレート７は、プレート７の流体入口１１および流体出口１３に、隆起１５（図１を参照）をさらに備える。これらの隆起１５は、流体流路９の外側に向けられる。

１つのプレート７の隆起１５は、プレート７の隣接する対のプレート７の隆起１５と連通する。隆起１５により、扁平チューブ３を積層することで、プレート７の２つの隣接する対間にギャップが生じる。これらのギャップは、上述したように介在スペーサ５で満たされうる。

さらに、図１から分かるように、熱交換器１は、流体の通路用の入口および出口ノズル１７をそれぞれ備える。これらのノズル１７は、流体がプレート７間を循環できるようにするために、プレート７の隆起１５および関連するオリフィス１１、１３とそれぞれ連通する。

さらに、図１および図２に示す実施形態によれば、プレート７は、プレス加工された（ｃｈａｓｅｄ）シートから作られる。

このようなプレス加工プレート７は、実質的に皿型のものである。

各プレート７は、プレート７の輪郭を形成する周縁部１９を備える。

同一の対のプレート７は、流体を流すための通路９を規定するために、プレートのそれぞれの周縁部１９の輪郭全体を流体密封させて接合される。プレート７は、凹領域が互いに対面するように配設される。

代替例として、流体流路９を規定するために、プレス加工プレート７の周囲輪郭１９に載置された平坦なプレートとともに、このようなプレス加工プレート７を組み立てる方法も可能である。

プレート７は、例えば、ろう付けによって流体密封状態に接合される。

加えて、図２に示すようなプレス加工プレート７は、２つの循環通路を規定する。

この目的のために、プレート７は、中央リブ２１を備える。この中央リブ２１は、プレート７の幅ｌの中央に実質的に位置付けられる。

この中央リブ２１は、中央リブ２１が流体流路９内に突出するように、プレートの内面、すなわち、流体流路９と対面するプレートの内面に配設される。

中央リブ２１は、流体のための２つの循環通路を規定するように、対の２つのプレート７を接合する長手リブである。

２つのプレス加工プレート７を組み立てることによって形成される扁平チューブ３の場合、第１のプレート７の中央リブ２１は、第１のプレート７の中央リブ２１と対面する、第２のプレート７の中央リブ２１と接触状態に保たれる。

プレス加工プレート７が平坦なプレートとともに組み立てられた別の形態によれば、平坦なプレートは、プレス加工プレート７の中央リブ２１に対して載置される。

このようにして、流体流路９に仕切りができる。

この仕切りは、第１の循環カナル２３および第２の循環カナル２５の範囲を定めて、流体入口１１と流体出口１３との間にＵ字状の循環の２つの通路を形成する。第１の通路は、第１の循環カナル２３によって規定され、第２の通路は、第２の循環カナル２５によって規定される。

加えて、この中央リブ２１は、丸みのある端部２７を有してもよい。

このようなプレート７は、少なくとも１つの第１の二次リブ２９と、少なくとも１つの第２の二次リブ３１とをさらに備える。

これらの２つの二次リブ２９および３１は、プレート７を機械的に補強するように働く。

第１のリブ２９は、第１の循環カナル２３を２つのサブカナル２３ａおよび２３ｂに分割するように第１の循環カナル２３に配設される。

同様に、第２の二次リブ３１は、第２の流体循環カナル２５を２つのサブカナル２５ａおよび２５ｂに分割するように第２の流体循環カナル２５に配設される。

このように二次リブ２９および３１をＵ字状の循環カナルに配設することで、流体流路９に流体の流れを通すことが可能になる。

さらに、二次リブ２９、３１は、全体的に実質的にＬ字状のものである。このＬ字により、圧力ヘッド損失の低減に機械的強度を組み合わせることができる。これは、実質的にＬ字状の二次リブを使用することによって、本出願人企業は、機械的応力と圧力ヘッド損失との間に良好な妥協点を見出したためである。

さらに、実質的にＬ字状の二次リブ２９、３１は、鋭い角をもたないため、流体の流れをより良好に均等化するように丸みのある縁部を有するものであってもよい。

加えて、これらの２つのリブは、中央リブ２１の両側に１つずつ配設される。

詳細には、第１の二次リブ２９および第２の二次リブ３１は、中央リブ２１に対して対称的である。

さらに、流れをより均一に分配するために、二次リブ２９および３１は、関連する循環カナル２３、２５の幅方向の中央に実質的にそれぞれ配設される。これは、第１のリブ２９が第１のカナル２３の幅の中央で実質的に延び、第２のリブ３１が、第２のカナル２５の幅の中央で実質的に延びるためである。

さらに、例示した実施形態によれば、第１のリブは、入口オリフィス１１の中央に対して実質的に位置合わせされる。

同様に、第２のリブは、出口オリフィス１３の中央に対して実質的に位置合わせされる。

最後に、プレート７は、内面に多数のボス３３を有することもある。このように、これらのボス３３は、流体流路９内に突出する。

ボス３３は、例えば、ろう材のスポットである。

このように、各流体循環カナル２３、２５の実質的に中間に実質的にＬ字状の二次リブ２９、３１を有するこのようなプレート７は、流体の流れを均等化しながら、プレート７の機械的強度を高める。

このような配置は、幅が１００ｍｍ未満のプレート７に特に適している。

これは、このようなプレートの場合、本出願人企業が、２通路プレートを使用することで、１つの通路が１つの循環カナルによって形成される多通路プレートの使用よりも良好な妥協点を与えることを見出したためである。さらに、Ｌ字状の二次リブを使用してプレートの２つのカナルを２つの通路に区分けすることで、機械的完全性および圧力ヘッド損失の面での性能をさらに高めることができる。

さらに、本出願人企業は、２つの通路を規定するが、２つの通路の実質的に中央にＬ字状の二次リブをもたないプレス加工プレートと比較すると、本発明によるこのようなプレート７を使用することによって機械的応力を３５％も低減させることができることを見出した。

したがって、Ｌ字状のリブによって再分割されたこの新規のタイプの２通路プレート７により、熱交換器１の熱交換性能がさらに高められる。

Claims (13)

1. 吸気冷却用の熱交換器であって、
   プレート（７）の対を組み立てることで、第１の循環カナル（２３）および第２の循環カナル（２５）の範囲を定めることによって形成された流体循環用の少なくとも１つの扁平チューブ（３）を備え、
   前記カナル（２３、２５）は、前記流体の実質的にＵ字状の循環経路を規定するために一端で互いと連通状態になるようにされ、
   少なくとも１つのプレート（７）は、全体的に実質的にＬ字状のものである少なくとも１つの第１のリブ（２９）および少なくとも１つの第２のリブ（３１）を含み、
   前記少なくとも１つの第１のリブ（２９）および第２のリブ（３１）は、前記第１の循環カナル（２３）および前記第２の循環カナル（２５）にそれぞれ配設されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記少なくとも１つのプレート（７）は、中央リブ（２１）を含み、
   前記中央リブ（２１）は、前記第１の循環カナル（２３）および第２の循環カナル（２５）の範囲を定めるために、前記少なくとも１つの扁平チューブ（３）内に突出することを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記少なくとも１つの第１のリブ（２９）および第２のリブ（３１）は、前記中央リブ（２１）に対して対称的であることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記少なくとも１つの第１のリブ（２９）は、前記第１のカナル（２３）の幅の中央で実質的に延び、
   前記少なくとも１つの第２のリブ（３１）は、前記第２のカナル（２５）の幅の中央で実質的に延びることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記少なくとも１つのプレート（７）は、
   前記第１の循環カナル（２３）に配設された流体入口オリフィス（１１）と、前記第２の循環カナル（２５）に配設された流体出口オリフィス（１３）とを含み、
   前記少なくとも１つの第１のリブ（２９）は、前記入口オリフィス（１１）の中央に対して実質的に位置合わせされ、前記少なくとも１つの第２のリブ（３１）は、前記出口オリフィス（１３）の中央に対して実質的に位置合わせされることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記実質的にＬ字状のリブ（２９、３１）は、丸みのある縁部を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記少なくとも１つのプレート（７）は、前記流体の流路内に突出する複数のボス（３３）を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記少なくとも１つのプレート（７）は、１００ｍｍ以下の幅（ｌ）を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器の扁平チューブであって、
   前記扁平チューブ（３）は、プレート（７）の対を組み立てることで、第１の循環カナル（２３）および第２の循環カナル（２５）の範囲を定めることによって形成され、
   前記カナル（２３、２５）は、前記流体の実質的にＵ字状の循環経路を規定するために一端で互いと連通状態になるようにされ、
   少なくとも１つのプレート（７）は、全体的に実質的にＬ字状のものである少なくとも１つの第１のリブ（２９）および少なくとも１つの第２のリブ（３１）を含み、
   前記少なくとも１つの第１のリブ（２９）および第２のリブ（３１）は、前記第１の循環カナル（２３）および前記第２の循環カナル（２５）にそれぞれ配設されることを特徴とする扁平チューブ。
10. 前記プレート対の２つのプレート（７）は、実質的に同一であることを特徴とする、請求項９に記載の扁平チューブ。
11. 前記２つのプレート（７）は、中央リブ（２１）をそれぞれ含み、
    第１のプレート（７）の前記中央リブ（２１）は、第２のプレート（７）の対向する前記中央リブ（２１）と接触状態にあることを特徴とする、請求項１０に記載の扁平チューブ。
12. 前記第１のプレート（７）の前記第１のリブ（２９）および第２のリブ（３１）は、前記第２のプレート（７）の対向する前記第１のリブ（２９）および第２のリブ（３１）とそれぞれ接触状態にあることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の扁平チューブ。
13. 請求項９から１２のいずれか一項に記載の熱交換器の扁平チューブのプレートであって、
    第１の循環カナル（２３）および第２の循環カナル（２５）の範囲を定め、
    前記カナル（２３、２５）は、前記流体の実質的にＵ字状の循環経路を規定するために一端で互いと連通状態にあり、
    前記プレート（７）は、全体的に実質的にＬ字状のものである少なくとも１つの第１のリブ（２９）および少なくとも１つの第２のリブ（３１）を含み、
    前記少なくとも１つの第１のリブ（２９）および第２のリブ（３１）は、前記第１の循環カナル（２３）および前記第２の循環カナル（２５）にそれぞれ配設されることを特徴とするプレート。

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