JP2004537028A - 高圧マニホールド - Google Patents

Abstract

複数の平形チューブであって、チューブの内側を流れる第１流体及びチューブの外側を流れる第２流体間で熱交換を行うための複数の平形チューブと、平形チューブの端部に接続された１対のマニホールドであって、第１流体を平形チューブ内へ導入すると共にそれから排出するための入口及び出口を有する１対のマニホールドとを備えており、各マニホールドに少なくとも２つの平行なチャネルが設けられ、チャネルの壁の少なくとも一部が湾曲面を有する熱交換器。すべての隣接した２つのチャネル間の仕切り壁に、チャネルに面する２つの平行な略平坦面を設けており、それにより、マニホールド及びチューブを通る熱交換流体の自由な流れが可能になる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の平形チューブであって、チューブの内側を流れる第１流体及びチューブの外側を流れる第２流体間で熱交換を行うための平形チューブと、平形チューブの端部に接続された１対のマニホールドであって、第１流体を平形チューブ内へ導入すると共にそれから排出するための入口及び出口を有する１対のマニホールドとを備えており、各マニホールドに少なくとも２つの平行なチャネルが設けられ、チャネルの壁の少なくとも一部が湾曲面を有する熱交換器に関する。
【０００２】
そのような熱交換器は、ＷＯ−Ａ−第９８５１９８３号から既知である。
【０００３】
この従来型熱交換器では、マニホールドが、円形断面を有する多数の平行チューブで構成されており、各対の隣接チューブが共通壁部分を有して、各マニホールドのチューブが平坦チューブ配列を構成している。自動車に使用され、ＣＯ２に基づく最近の熱交換器では一般的であるように、チューブ内部が高圧であるため、チューブに円形断面が選択される。その場合、１００バールを十分に超える圧力を使用することが一般的であり、円形断面のチャネルを使用することによって、マニホールドの壁内での応力の増加が回避される。円形断面を使用することによって、内壁を薄くすることができ、それにより、重量が減少し、熱伝達が向上する。
【０００４】
他の点では、チューブ及びマニホールド間を連通させるために、マニホールドの１つの平坦側部の穴に平形チューブを挿通させなければならない。流れの制限を最小限にするために、平形チューブの端部分をマニホールド内のチャネルの直径の半分まで挿入して、これにより、マニホールド内の仕切り壁によって閉塞される平形チューブの端面の部分を最小限に抑えることが好ましい。しかし、この方法では、マニホールド内の各チャネルの半分が閉塞されて、熱交換器のその部分で流れが制限される。妥協案として、平形チューブの端部分をチャネルの直径の半分までではなく、直径の約１／３まで挿入する。これにより、マニホールドのチャネルの閉塞が大幅に減少するのに対して、平形チューブの端面の閉塞はわずかに増加するだけであり、許容範囲内に保たれる。
【０００５】
しかし、熱交換器の内部、特にマニホールドチャネルの内部の流体流の乱れが、平形チューブの挿入端部分によって相当に大きく乱されて、特に高圧系では、これによって大きい圧力降下が生じる可能性がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、この問題が大幅に軽減される熱交換器を提供することである。
【０００７】
この目的は、すべての隣接した２つのチャネル間の仕切り壁に、チャネルに面する２つの平行な略平坦面を設けることによって達成される。
【０００８】
このようにして、細長い断面を有し、挿入された平形チューブによってわずかに閉塞されるだけであるチャネルを形成することが可能である。仕切り壁に平坦面を使用すると、壁の両側が高圧であっても同一圧力を受け、そのために力のつり合いがとれるため、壁に極端な応力が発生しない。
【０００９】
図１を参照すると、図示の熱交換器は、平行に積み重ねられた複数の平形熱伝達チューブ１と、平形チューブ１間に挟まれた波形フィン２とを備えている。チューブ１の端部１ａは、マニホールド３及び４に接続されている。各熱伝達チューブは、平坦形状の押出アルミニウムで形成することができる。変更例として、平形チューブは、一般的にマルチポートチューブと呼ばれる多孔平形チューブにすることができるが、他にも電気シームチューブを使用することができる。マルチポートチューブは、押出成形によって製造できるが、他にも、クラッドシートの圧延、折り曲げ及びろう付けによってそのようなチューブを製造することが可能である。さらに、はめ込みバッフルを有する溶接チューブを使用することも可能である。
【００１０】
図示の実施形態では、各波形フィン２の幅が、平形チューブ１の幅とほぼ同じであるが、他の幅も同様に使用することができる。フィン２及び平形チューブ１は互いにろう付けされている。マニホールド３、４は、チューブ端部１ａを受け取るために熱伝達チューブ１の断面と同一形状の穴５を有するアルミニウム管で構成されている。平形チューブを接続しやすくするように、穴５を注文作製してもよく、たとえば、円錐形にすることもできる。
【００１１】
挿入されたチューブ端部１ａは、穴５内にろう付けされる。図１に示されているように、マニホールド３及び４は、それぞれ入口マニホールド６及び出口マニホールド７に接続されている。入口マニホールド６は、熱交換流体をマニホールド３に流入させることができ、出口マニホールド７は、熱交換流体を流出させることができる。マニホールド３及び４は、それぞれキャップまたはプラグ８及び９で閉鎖されている。参照番号１３及び１４は、最外側波形フィン２に取り付けられた側板を表す。
【００１２】
マニホールド３は、その内部空間がバッフル１０によって２部分に分割されており、マニホールド４は、その内部空間がバッフル１１によって２部分に分割されている。このため、マニホールド３から出発して第１組のチューブ１を通り、マニホールド４の一部を通過してから、第２組のチューブ１を通ってマニホールド３に戻り、第３組のチューブ１を通ってマニホールド４に達した後、出口７を通って熱交換器から出る媒体経路が得られる。バッフルを有しないこれらのマニホールドも可能であり、その他、各マニホールドに複数のバッフルを設けたマニホールドも同様に利用することができることは明らかである。
【００１３】
熱交換流体は、熱交換器内をジグザグ状に流れる。
【００１４】
マニホールド３及び４は基本的に同一であり、図２〜図４にマニホールド３の一例をさらに詳細に示す。マニホールド３は、実際に多孔押出チューブからなり、図示の例では、３つのチャネル１６、１７及び１８が存在する。しかし、任意数のチャネルを設けることができることは明らかである。図２に明瞭に示されているように、中央チャネル１７は楕円形断面を有する、すなわち、２つの平行側壁２０、２１と、２つの半円形端部壁２２、２３とを有する。マニホールドが４つ以上のチャネルを有する場合、各中間チャネルがこのような形状を有するであろう。その他、２つの外側チャネル１６及び１８は、同一の断面を有し、それぞれ略半円形の側壁２４及び２５と、チャネル１７のそれぞれの平坦側壁にそれぞれ面する平坦な側壁２６及び２７とを有する。
【００１５】
マニホールドの外面は、側壁２６、２０、２１及び２７に垂直であって平坦に形成された１つの側壁３０を除いて、外壁に面するチャネル１６、１７及び１８の内壁にほぼ平行な壁によって形成されている。マニホールドをこのような形状にすることによって、マニホールド３の壁に過大な応力を発生させることなく、高い内圧に耐えることができる。実際に、平坦な側壁２０及び２１に加わるチャネル１７内の圧力は、平坦な側壁２６及び２７に作用する圧力によって補償される。さらに、その他の側壁がすべて湾曲しており、それにより、過大な応力の増加を回避して、マニホールドを高圧用途に適合させることができる。
【００１６】
さらに、平坦な側壁２６、２０、２１及び２７の長さを調節し、それに応じてチャネルの体積を調節するだけで、マニホールドの幅を増加させることなく、マニホールド３の断面を異なった用途に容易に適合させることができる。
【００１７】
図３に示されているように、平坦な外壁３０には、マニホールドの長手方向に垂直に延在する多数の長手穴３５が設けられている。図３に明瞭に示されているように、各穴は以下のように形成される。線３６及び３７まで、矩形断面の溝が形成されており、穴に挿入すべき平形チューブの幅、すなわち、平形チューブ１の最小寸法に等しい幅を有する。この溝は、のこ引きなどによって形成することができる。次に、直角形状のダイを使用したパンチングによって穴をさらに成形し、それによって溝をチャネル１６、１７及び１８に接続する。パンチダイは、穴３５の長手側部の両方に、穴への平形チューブの挿入のストッパとして機能する縁部３８が設けられるような形状を有する。さらに、それぞれチャネル１６、１７及び１７、１８間の壁部分２６−２０及び２１−２７は、図３に示されているように、縁部３８から下方へある程度押し下げられている。それによって、２つの略半円形上壁４１及び４２が形成されている。そのため、平形チューブを縁部３８まで挿入した後、チャネル１６、１７及び１８間に開放接続状態が存在し、マニホールド内での媒体のクロスフローが可能になる、このようにして、平形チューブの簡単な取り付けを可能にするマニホールドが得られる。チャネルの形状のため、平形チューブの端部分がチャネルの流れ区域にわずかに貫入するだけであり、したがって、チャネル１６、１７及び１８内を通る媒体の流れにわずかに影響するだけである。平形チューブの位置でチャネル１６、１７及び１８間の分離壁が低位置にあるため、壁４１及び４２と、線３８に達するまで挿入される平形チューブの端面との間に十分な空間があるので、マニホールドからチューブへ、またはその逆の媒体の流れが分離壁によって妨害されることがない。
【００１８】
図４に示されているように、２つの開口３５間に追加の開口４０が存在し、この開口は、上述したようにバッフル１０または１１を挿入するために使用することができる。平形チューブ用の穴との違いは、縁部３８がなく、図３に示されている壁部分４１及び４２がチャネル１６及び１７の高さの半分まで取り除かれていることだけである。
【００１９】
マニホールド３の平坦壁３０に２つの長手溝４６及び４７が設けられている。これらの溝は、ろう付けシートをマニホールド３の上部に固定するために使用することができる。ろう付けシートを表面３０に載せて、そのシートの縁部を溝４６及び４７に折り込んだ後、溝を変形させて、ろう付けシートの長手縁部をマニホールドに固定することができる。平形チューブをマニホールドに挿入し、バッフル１１を挿入した後、マニホールド全体を例えばろう付けオーブンで加熱することができ、この処理中に、ろう付けシートによって平形チューブ及びマニホールド間を確実に接続することができる。
【００２０】
本発明が以上の実施形態に制限されないで、本発明の範囲から逸脱することなく変更を加えることができることは、明らかである。さらに詳しくは、チューブをマニホールドに接続するために他のシステムを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に従った熱交換器の概略図である。
【図２】図１に示されたマニホールドのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示されたマニホールドのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図１の熱交換器に使用されているマニホールドの正面図である。
【図５】図３のマニホールドの一部の斜視図である。

Claims (7)

1. 複数の平形チューブであって、該チューブの内側を流れる第１流体及び該チューブの外側を流れる第２流体間で熱交換を行うための複数の平形チューブと、
   該平形チューブの端部に接続された１対のマニホールドであって、前記第１流体を前記平形チューブ内へ導入すると共に該平形チューブから排出するための入口及び出口を有する１対のマニホールドと
   を備えており、
   該マニホールドの各々に少なくとも２つの平行なチャネルが設けられ、該チャネルの壁の少なくとも一部が湾曲面を有する熱交換器であって、
   すべての隣接した２つのチャネル間の仕切り壁に、チャネルに面する２つの平行な略平坦面を設けることを特徴とする熱交換器。
2. 前記チャネルの、前記平坦壁に平行な方向の寸法が、該平坦壁に垂直な方向の寸法より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 各マニホールドは、前記平形チューブを前記マニホールドに接続するための穴を設けた平坦な外面を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 隣接した２つのチャネル間の前記仕切り壁は、穴の延長として部分的に取り除かれていることを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記穴は、前記平形チューブの周囲に対応した周囲を有しており、
   各穴は、前記平形チューブの端部用のストッパとして少なくとも１つの肩部を前記平坦な外面に平行に有することを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記穴と向き合った各仕切り壁の端面は、湾曲していることを特徴とする、請求項４または５に記載の熱交換器。
7. 少なくとも一方のマニホールドの前記平坦な外面は、前記マニホールド内を流れる流体を分離するバッフルを収容するための１つの追加の穴を有することを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。