JP2005528578A - 積重ねプレート熱交換器 - Google Patents

Abstract

複数の積重ねプレート対（１２）を備え、各プレート対が、中央部分の間で画定された細長い流路（６２）を有する封止可能に接合された縁部部分によって包囲された細長い中央部分（３４）を有する第１および第２のプレートを備える積重ねプレート熱交換器（１０）。各プレート対は、流路と流体連通する間隔を置いて配置された入口（２６）および出口開口部（２８）を有し、プレート対の少なくともいくつかは、接合された縁部部分から外側に周囲に延在する実質的に平坦な空気側フィン・プレートを有し、積重ねプレート対のフィン・プレートは互いに間隔を置いて実質的に平行に配置される。流路は空気流の方向に対してある角度を付けて配置することができる。

Description

本発明は、熱交換器に関し、より詳細には、その間で流路を画定する積重ねプレート対（ｓｔａｃｋｅｄ ｐｌａｔｅ ｐａｉｒｓ）から作成された熱交換器に関する。

たとえばディーゼル乗用車（ｄｉｅｓｅｌ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅ）などで使用される車両の燃料系統では、当技術分野で周知のように、燃料系統から燃料タンクに戻される過剰な燃料を冷却するため、空気冷却器への燃料が必要とされることが多い。燃料冷却器の車両エンジン室内への設置は、限られた空間と高い周囲温度のため、通常は実用的ではない。代わりに、燃料冷却器を車両の本体の下に外部に設置することが可能な場合が多い。たとえば乗用車では、燃料冷却器をフロア・パンの下に設置することができる。

一般に、アンダーボディ取付型冷却器（ｕｎｄｅｒｂｏｄｙ ｍｏｕｎｔｅｄ ｃｏｏｌｅｒ）を搭載するには、非常に限られた空間しかない。たとえば乗用車では、フロア・パンの下に取付ける冷却器に使用可能な全空間は、高さが約３５ｍｍ、長さが約１〜２ｍ、かつ幅が約１２０ｍｍである。したがって、アンダーボディ冷却器（ｕｎｄｅｒｂｏｄｙ ｃｏｏｌｅｒ）はコンパクトであり、高い熱交換効率を有することが重要である。また、アンダーボディ冷却器は、岩屑や他の物体にさらされるため、非常に耐久性がなければならない。

現在のアンダーボディ燃料冷却器は、一般に、２つの範疇に分類される。すなわち、プレート上蛇管型冷却器（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ ｔｕｂｅ ｏｎ ｐｌａｔｅ ｃｏｏｌｅｒ）と押出し加工型冷却器（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｔｙｐｅ ｃｏｏｌｅｒ）である。プレート上蛇管型冷却器は、アルミニウム・プレートに接着（ろう付け）された蛇管で構成される。このプレートは、空気流境界層（ａｉｒ ｆｌｏｗ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｌａｙｅｒ）を遮る働きをするランス付きルーバを有することができる。押出し加工型冷却器は、隣接する流路部分とともに押出し加工されたアルミニウム製フィン付部分を備える。押出し加工後、流路部分の対向する端部を閉鎖し、入口および出口フィッティングを設ける。アンダーボディ取付型燃料冷却器は通常、低い燃料質量流れ速度（ｆｕｅｌ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）および速度依存型空気質量流れ（ｓｐｅｅｄ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ａｉｒ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）を有し、伝熱に関しては、通常「空気側（ａｉｒｓｉｄｅ）が制限されている」。押出し加工型冷却器は、通常、空気流の混合（すなわち、空気側の伝熱境界層の破壊）が制限される問題がある。プレート上蛇管型冷却器は通常、空気流の混合が制限され、空気側の伝熱面積が比較的小さいことが問題である。

押出し加工型およびプレート上蛇管型の冷却器の他の熱交換器の代替形態は、たとえば本発明と同じ譲受人に譲渡される、１９９７年１２月２日に発行の米国特許第５，６９２，５５９号に記載されている、積重ねプレート対熱交換器である。通常、積重ねプレート対熱交換器は製造費用効率が高く、油冷却器などの応用例に広範に使用されている。しかし、既存の積重ねプレート対熱交換器は、一般に、アンダーボディ熱交換器として使用されるように構成されていない。

したがって、アンダーボディ冷却器として使用されるように構成され、改善された空気流混合および伝熱面積を提供する積重ねプレート対熱交換器を提供することが望ましい。

本発明の一態様により、複数の積重ねプレート対を備え、各プレート対が、中央部分の間で画定された細長い流路を有する、封止可能に接合された縁部部分によって包囲された細長い中央部分を有する第１および第２のプレートを備える積重ねプレート熱交換器を提供する。各プレート対は、流路と流体連通し間隔を置いて配置された入口および出口開口部を有し、プレート対の少なくとも一部は、接合された縁部部分から外側に周囲に延在する実質的に平坦なフィン・プレートを有し、積重ねプレート対のフィン・プレートは互いに間隔を置いて実質的に平行に配置されている。

本発明の他の態様により、整列したプレート対の積重ねを備え、各プレート対が、間隔を置いて配置された入口および出口開口部を有する細長い流路を画定する細長い中央部分を有する２つのプレートを備え、各プレート対がその流路から周囲に延在する細長いフィン・プレートを備える、積重ねプレート熱交換器を提供する。このフィン・プレートは、細長い平行の間隔を置いて配置された第１および第２の縁部を有し、流路は、間隔を置いて配置された第１と第２の縁部の間に長手方向に配置され、第１および第２の縁部に対してある角度で延在する。

次に一例として本発明の例示の実施形態を添付の図面を参照して説明する。図面では、同様の参照番号は同様の要素および特徴を指すために使用される。

先ず図１および２を参照すると、本発明による熱交換器の例示の一実施形態が全般的に参照番号１０で示されている。熱交換器１０は、第１と第２の端部支持プレート１４と１６の間にはさまれた複数の積重ねプレート対１２から形成される。それぞれ第１および第２の端部支持プレート１４、１６は、前部および後部の水平取付フランジ１８、２０を有し、各取付フランジ１８、２０は、熱交換器１０を所望の位置に取付けるためのフランジを貫通して形成された１つまたは複数の取付穴２２を有する。第１および第２の端部支持プレートは、熱交換器１０に不可欠ではなく、省略、変更、または熱交換器１０の取付けに適した他の構成のものと置き換えることができる。

自動車に用いられる場合、熱交換器１０は通常、アンダーボディ冷却器として使用される。一応用例では、この熱交換器は燃料系統から燃料タンクに戻る過剰な燃料を冷却するために使用することができるが、他の応用例では、他のタイプの流体を冷却するために使用することもできる。図３は、自動車２４のフロア・パンの下に取付けられた熱交換器１０を示す。熱交換器１０を定位置に取付けた場合、入口フィッティング２６および出口フィッティング２８（図１および２を参照）が燃料系統内の燃料戻り管路（図示せず）に連結されて、戻る燃料が熱交換器１０を通過するようになされている。

次に図１、２、および４〜７を参照して、プレート対１２の構成をかなり詳細に説明する。図４および５は、それぞれ各プレート対１２を作成する第１および第２のプレートの例示の実施形態を示す。第１のプレート３０は、平坦な縁部部分３６によって包囲された細長い中央平坦部分３４を備え、縁部部分３６は、周囲に延在する実質的に平坦なフィン・プレート部分３８によって包囲されている。一連のリブ４０が中央平坦部分３４に沿って形成されている。今説明した実施形態では、第１のプレート３０の前端３７に比較的近いリブ４０は平行で、第１の方向に傾斜するように方向付けられ、プレート３０の後端３９に比較的近いリブ４０は平行で、第２の反対の方向に傾斜するように方向付けられ、中央の三角形ボス４２が２組の反対向きに方向付けられたリブ４０の間に形成されている。

第２のプレート３２は、周囲の平坦な縁部部分４６によって包囲された細長い中央平坦部分４４を備え、一連のリブ４８が中央平坦部分４４に沿って形成されている点が第１のプレート３０の構成と同様の構成を持つが、今説明した実施形態では、第２のプレート３２はフィン・プレート部分を有していない。第１のプレート３０と同様に、第２のプレート３２の前端５０に比較的近いリブ４８は平行で、１つの方向に傾斜するように方向付けられ、プレート３２の後端５２に比較的近いリブ４８は平行で、反対の方向に方向付けられ、中央の三角形ボス５０が２組の反対向きに方向付けられたリブ４８の間に形成されている。

図４では、第１のプレート３０の外面を示し、リブ４０および三角形ボス４２が頁から外に出るようになっているところが示してある。図５では、第２のプレート３２の内面を示し、リブ４８およびボス５０が実際には頁から中に入るようになっているところが示してある。（図６および７で最も良く見ることができるように）第１および第２のプレート３０および３２は、ともに配置され、縁部部分３６、４６の周りで封止可能に連結されてプレート対１２を形成し、流路６２がプレート３０、３２の中央平坦部分３４と４４の間で画定される。より具体的には、以下にかなり詳細に記載するように、今説明した実施形態では、重ねられたリブ４０、４８によって、プレート対１２の入口端から出口端まで延在する流路６２が設けられる。

例示の一実施形態では、プレート３０、３２は、ろうで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウム合金から打ち抜き加工されたものであるが、打ち抜き加工、ロール・フォーミングなど様々な方法で成形された他の適した金属および非金属材料を、特定の熱交換器の応用例に要望通りに使用することができる。

例示の一実施形態では、第２のプレート３２が第１のプレート３０内に形成されたポケット内に入れ子にされ、それによって各プレート対１２の組み立て中に新奇の自己位置決めかつ自己位置合せ機能が提供される。図７および７Ａで最も良く見ることができるように、平坦な縁部部分３６および４６はそれぞれ、衝合する対向平面６６、６８を備える。第１のプレート３０の平坦縁部部分３６は、第２のプレートの縁部部分４６よりもわずかに大きく、平坦縁部部分３６から横方向に延在する周囲位置決め壁６４内で終端する。平坦なフィン３８は、縁部部分３６の平面に平行の平面内で位置決め壁６４から外側に延在して、位置決め壁６４が縁部部分３６と平坦なフィン３８の間の段を提供するようになされている。したがって、位置決め壁６４および縁部部分３６は、図７Ａの参照番号６５で全般的に示したポケットを画定し、その中に第２のプレート３２の縁部部分４６が入れ子になされている。上記のように、好ましくは、第１のプレートの縁部部分３６は第２のプレートの縁部部分４６よりもわずかに大きく、その結果位置決め壁６４は第２のプレートの縁部４６からわずかに間隔を置いて配置されて、ろう付け材料が空間７０に固定接合部を提供することができるようになっている。さらに、空間７０によって、熱交換器プレート対の積重ねの組み立て中に、プレート３２がリーフ・スプリングとして働いて、第２のプレート３２を第１のプレート３０に対して幾分圧縮することができるようになり、プレート対の積重ねのろう付け中に封止の信頼性を向上させることが可能になる。入れ子式プレート対構造の結果、アセンブリ取付具によるプレート対への圧縮力が、プレート積重ね全体にわたって均等に伝達され、ろう付け中にプレートを定位置に保持する自己取付機構が提供される。ポケット６５は、熱交換器の組み立て中に、プレート３０、３２の相対的位置付けを容易にし、熱交換器の組み立ておよびろう付け中に、第１および第２のプレートの相対的位置を維持して、上記のように自己位置決めかつ自己位置合せ機能を提供する。

やはり図４および５を参照すると、第１および第２のプレート３０、３２には、それぞれ入口開口部５８および出口開口部６０を画定する端部ボス５４、５６も形成されている。プレート対１２を積み重ねる場合、入口開口部５８は全て入口フィッティング２６と位置合せされて連通し、出口開口部６０は全て出口フィッティング２８と位置合せされて連通する。こうすると、端部ボス５４全てが入口マニホルドを形成し、端部ボス５６が全て出口マニホルドを形成して、流体がプレート対１２全てを通って平行に流れるようになる。しかし理解されるように、入口開口部５８の一部および出口開口部６０の一部を選択的に閉鎖し、または省略することができ、当業者には理解されるように、流体が各プレート対１２を直列式に通り、または一部直列／並列の多重通路の組合せで流れるようにすることができる。多重通路構成では、入口および出口フィッティングを同じマニホルドに連結することができる。

図５で示したように、第２のプレート３２の対向する端部５０、５２を都合よく異なる形に（端部５０が正方形コーナを持ち、端部５２が丸みを付けたコーナを持つように）することができる。第２のプレートをその中に受ける第１のプレート３０のポケットの端部は対応する形を有し、第２のプレートの縁部が適切に方向付けられた場合に、第２のプレートの縁部をポケット内だけで受けて、プレート対の不正なアセンブリを防止することができるようになされている。

図６は、プレート対１２の一部を示しており、第２のプレート３２は第１のプレート３０の背後に配置されているために、図から隠れている。第２のプレート３２のリブ４８は、破線の想像線で示してある。第２のプレートのリブ４８は、第１のプレートのリブ４０と協働して、想像線の矢印７２で示したように、プレート対１２の長さに沿ったジグザグ・パターンを持つ流路６２を画定する。図１を参照すると、プレート対１２の流路６２は、流路を画定するジグザグ通路７２に沿って全般的に示されている。上記で述べた米国特許第５，６９２，５５９号から明らかであるように、プレート対のプレート上に形成された協働するリブを使用して流路に沿って燃料の混合をもたらすことは周知であり、本発明の図４〜６で示したもの以外に、様々な十字交差リブ構成が可能である。一例として、各リブが対向プレート上で、図で示したように２つだけではなく３つのリブと連通することができる。さらに、一部の実施形態では、リブの方向付けをプレート対の中間点で変更せずに、リブ全てをプレートの全長で平行にすることもできる。したがって、図で示したような熱交換器１０のプレート対で使用される正確な十字交差リブのパターンは必要ではなく、適した代替構成を使用することができる。

プレート対１２が積重ね内で平行に配置される場合、隣接するプレート対からのリブは、互いに接触してろう付けされ、プレート対１２の積重ねに強度および剛性がもたらされる。隣接するプレート対１２の間で衝合するリブ４０、４８が、図２の上部に、第１の２つのプレート対１２上に示してある。図２では詳細に示していないが、理解されるように、隣接するプレート対の間で衝合するリブは、プレート対の積重ね全体を通じて連続する。エアダクトまたは空気路７４が隣接するプレート対の衝合リブ４０、４８の間に形成されて、空気が隣接するプレート対の間を流れることによって、空気と各プレート対１２内に画定された流路６２内を流れる流体の間の熱交換が容易になる。プレート対の積重ね中に同一のプレート対１２が使用される場合、隣接するプレート対の衝合するリブの間の接触は非連続的になり、図で示した例では、各リブは隣接するプレート対上の２つのリブと接触する。あるいは、本発明の他の例示の実施形態では、隣接するプレート対上のパターンは、各リブがリブの全長に沿って隣接するプレート対のリブと接触するように保有される。例示の一実施形態では、この代替実施形態は、代替プレート対の端部を端部に対して１８０°回転させることによって実施される。

図８〜１０を参照してさらに説明すると、図８は、それぞれプレート３２Ａ、３０Ａ、および３２Ｂ、３０Ｂから形成された２つの隣接するプレート対１２Ａおよび１２Ｂを示す概略上面平面図である。図８では示していないが、接触するリブ４８、４０、および空気路７４がプレート対１２Ａと１２Ｂの間に配置されている。図９は、各プレート対が同一に方向付けられている、本発明の一実施形態におけるリブ４０および４８の方向付けを示す、矢印７６で示した方向から見た各プレートを示す概略側面図である。図１０は図９と同様であるが、隣接する対のプレートが１８０°回転されて、リブの方向が隣接プレート対の間で反対になっている実施形態を示す。図９の実施形態では、プレート３０Ａのリブ４０（こうしたリブ４０は図で示したように頁から外側に延びる）は、プレート３２Ｂのリブ４８（こうしたリブ４８は図で示したように頁から内側に延びる）と衝合する。このリブは非連続的に衝合し、プレート対１２Ａと１２Ｂの間で一連の空気路が画定される。図１０の実施形態では、プレート３０Ａのリブ４０もプレート３２Ｂのリブ４８と衝合する。しかし図９と違って、隣接するプレート対の衝合するリブは、同様に方向付けられて、各リブ４０がその全長に沿って対応するリブ４８と連続して衝合するようになされている。図１０の実施形態では、図９の実施形態よりも大きい、プレート対の間の真直ぐな空気流通路が設けられる。

各プレート対１２の周囲に延在するフィン・プレート部分３８は、こうしたフィン３８を有していない以前のプレート対式熱交換器よりも広い熱交換表面積を提供する。フィン３８は、その間に流路６２が画定されるプレートの対向する中央プレート部分３４、４４から「空気側」に延在する。図１を参照すると、例示の一実施形態では、熱交換器を矢印８０で示した方向に移動させた場合、空気は空気流の矢印７８で示したように、平行のフィン３８内を通過し、リブ付きプレート部分の間の空気路７４内を通って流れ、流路６２を通過する流体から熱を奪う。今説明した実施形態では、熱交換器のプレート対１２は、そのリブ付き部分に移動方向に対する角度が付けられるように構成されている。具体的には、図１から理解されるように、プレート対１２は、流路６２が流路６２の後続側端部（ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｎｄ）よりも低い先行側端部（ｌｅａｄｉｎｇ ｅｎｄ）を有するように構成されている。図４で分かるように、例示の一実施形態では、三角形のフィン・プレート部分３８は角度を付けた構成の利点が得られるサイズであり、フィン・プレート部分３８は、第１のプレート３０のリブ付き中央部分３４の前端から比較的高い高さＨ１だけ、中央部分３４の後端から比較的低い高さＨ２だけ延びる。換言すれば、図４から理解されるように、フィン・プレート部分３８は、端部３７と３９の間で長手方向に延びる長手方向の上部および下部の周縁部１３４、１３６を有する。流路６２を画定するプレート対の一部（具体的には細長い中央部分３４、４４）は、端部３７と３９の間の距離の大部分に延びるが、フィン・プレート縁部に平行ではなく、フィン・プレートの縁部に対してある角度を付けて延びる。

やはり図４を参照すると、延在するフィン部分を強化し、またフィンの間を通る空気の境界層を破壊するために、突起または小凹点８４および８６を第１のプレート３０のフィン・プレート部分３８内に都合よく形成することができる。図で示した例では、第１の対の小凹点８４、８６がプレート３０の下部後端３９の付近に設けられている。図４Ａで分かるように、小凹点８４および８６は反対方向に延びている。第２の対の小凹点８４、８６は、プレート３０の上部前端３７の付近に設けられる。図２で分かるように、前端３７にある小凹点８４、８６は、後端３９にある相手側小凹点の反対方向に延びて、プレート３０が代替プレート対１２内で１８０°回転された場合に、１つのプレート対１２の小凹点８４、８６が、それぞれ隣接するプレート対の小凹点８４、８６と衝合し、ろう付けされるようになされている。

図１１を参照して、プレート対の角度を付けた方向付けをかなり詳細に論じる。図１１は、自動車２４の本体の下に設置された熱交換器１０を示す図である。高さＨは、地面８２から自動車２４の下側までの距離を表し、高さａはアンダーボディと熱交換器１０の間の指定された間隙を表す。高さＨ−ｂは、地面と自動車の任意の部分の間で必要とされる間隙を表し、ｂ−ａは熱交換器１０に使用可能な高さである。図１１で示したように、空気速度プロフィールは、アンダーボディから地面までｙ方向にほぼ線形である。最適空気側伝熱に関しては、冷却器を最速で流れる空気内に配置することが望ましい。傾斜角αは、水平に対する流路６２の全般的方向の角度を指す。冷却器を通る最大空気流に関してはａ＝９０度であるが、この角度は長さＬ＞ｂ−ａのどの熱交換器にも不可能である。傾斜角αは０より大きくても、あるいは０未満でもよい。（図１１で示したように）正の角度は、熱交換器の流路の前縁部が後縁部よりも高い場合に生じ、負の角度は熱交換器の流路の後縁部が前縁部よりも高い場合に生じる。負のαでは、熱交換器と車両のアンダーボディの間に、その間の通路が狭くなるため、図１１の矢印７８で示したように、空気が熱交換器の後続側半部を通るように強制して、高圧空気ゾーンを生成することができる。一部の応用例では、熱交換器の前縁部を正のαで上向きに方向付けることができる。角度αは、熱交換器の用途によって熱交換器に課せられた寸法制約に依存する熱交換器を通る空気流を最大にするように選択されることが好ましい。フィン・プレートの間を通る流路に対して角度を付けたフィン・プレートを有するプレート対を使用することによって、熱交換器のパッケージで使用可能な空間に対してフィン・プレートのサイズを比較的大きくすることができる。

図１２は、熱交換器１０の代替実施形態で使用される他のプレート対９２を示す。プレート対９２は、第１のプレート３０内のリブ４０が、プレートの中間点で方向を変更せず、プレート３０の全長に沿って全て平行である点を除いて、プレート対１２と実質的に同一である。同様に、第２のプレート３２の（想像線で示した）リブ４８も全て平行である。リブ４０の水平に対する角度Ａは比較的小さく、リブ４０が流入空気流の方向７８に対して平行に近くなるようになされている。こうした構成で、一部の応用例に伝熱の向上をもたらすことができる。プレート対９２は、その上に複数の小凹点８８が形成された後続側フィン・プレート部分９０を備えることもできる。図１２の図では、いくつかの小凹点８８は頁の内側に延び、いくつかは頁から突き出ている。小凹点８８は、熱交換器を通過する空気の空気流境界層をさらに破壊する働きをする。

図１３〜１６は、熱交換器１０の他の実施形態で使用される他のプレート対９４を示す。プレート対９４は、相違点を除いてプレート対１２と同様であり、その相違点は以下の説明から明らかになるであろう。プレート対９４は、互いの鏡像でもよい２つの同様の対向プレート９６Ａおよび９６Ｂから都合よく形成される。各プレート９６Ａおよび９６Ｂは、周縁部分１００を有し、２つのプレートの縁部部分１００は互いに接合されてプレート対９４を形成する。各プレート９６Ａおよび９６Ｂは、中央平坦部分１０２も有し、各プレート対９４の接合されたプレートの中央部分は間隔をあけており、プレート間に流路１０４が画定される。中央平坦部分１０２はプレート対１２のようにリブ付きではなく、細長いタービュライザ（ｔｕｒｂｕｌｉｚｅｒ）１０６が流路１０４内に配置されて、流路を通る流体流を増大させる（一部の応用例では、流路１０４にタービュライザが配置されていない）。周縁部分１００は、中央平坦部分１０２から比較的長い距離だけ延在し、それによってプレート対９４用の一体式に（ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ）形成された空気側のフィンの表面部分が提供される。プレート対１２のプレートと同様に、プレート９６には、それぞれ入口および出口開口部５８、６０を画定する端部ボス５４、５６が形成される。図１４は、熱交換器のプレート対の積重ねの一部として並んで配置された２つのプレート対９４を示し、空気路１０８がプレート対９４の間に画定されている。

プレート対９４の組み立てを容易にするため、位置決め突起部または半小凹点１１０、１１２をプレート９６Ａ，９６Ｂの周縁部に沿って設けて、プレート対内でプレートの位置を調整する助けにすることができる。図１３で示したように、空気流７８の下流端で、半小凹点１１２は頁から外側に突き出て、半小凹点１１０は頁の内側に突き出ており、反対に空気流の上流端１１６で、半小凹点１１２は頁の内側に、半小凹点１１０は頁の外側に突き出ている。図１５で示したように、プレート９６Ａ、９６Ｂは、図１６で示したように位置決め小凹点が位置合せされ入れ子になった状態で対合する。

図１７はプレート対９４のための他の可能なプレート対構成を示す。図１７の実施形態では、上部フィン・プレート部分１００はプレート対の１つのプレート９６Ａだけから延び、下部フィン・プレート部分１００はプレート対９４の他方のプレート９６Ｂだけから延びている。図１７の実施形態では、対向プレート９６Ａ、９６Ｂの縁部部分１２８および１３０が接合されてプレート対１２８を形成する。各プレート９６Ａ、９６Ｂ内で、フィン・プレート部分１００は縁部部分１３０から周囲に延び、具体的には、縁部部分１３０およびフィン・プレート部分１００に対して垂直の位置決め壁１３２によって縁部部分１３０に接合されている。プレート９６Ａ、９６Ｂの位置決め壁１３２および縁部部分１３０は、プレート対１２８の他方のプレートの縁部部分１２８を受けるための切欠きを形成しており、逆もまた同様である。

一部の実施形態では、流路１０４内に単に部分的に周囲に延びるリブ（図示せず）を中央部分１０２上に設けて、流路１０４を通る流体の流れを増大することができる。

図１８、１９、および２０は、熱交換器１０内で使用するための、全般的に参照番号１３０で示した、他の可能なプレート対構成を示す。このプレート対１３０は、実質的にプレート対１２と同様であるが、１つの顕著な相違点は、（リブではなく）小凹点１３２、１３４が、プレート３０、３２の間隔を置いた中央平坦部分３４、４４内に形成されて、流路６２を通る流れを増大させていることである。図で示した実施形態では、小凹点１３２の中央の列は、流路６２内に内側に延び、対向する小凹点１３２の内側端部は互いに接合されている。外向きに（空気側に）延びる小凹点１３４の２つの平行の列は、流路６２に沿って設けられている。好ましくは、１つのプレート対１３０から延びる小凹点１３４が隣接するプレート対から延びる小凹点１３４と接触し、それによってコア積重ねに剛性が提供される他に、プレート対の間を流れる空気の境界層を破壊するための、流れを増大させる手段が提供される。プレート対１２と同様に、プレート対１３０も、中央平坦部分３４と４４の間で画定された流路が、プレート対の三角形のフィン部分３８に対して角度が付けられるように構成される。

図２１〜２３は、熱交換器１０内で使用するための、全般的に参照番号１５０で示した、他の可能なプレート対構成を示す。プレート対１５０は、相違点を除いてプレート対１２および１３０と同様の構成であるが、その相違点は以下の図およびこの説明から明らかになるであろう。プレート対１５０では、デルタ形ウィングレット（ｗｉｎｇｌｅｔ）１５２が、プレート３０の空気側のフィン・プレート部分３８の先行側上部および後続側下部部分に沿って形成され、渦流および境界層の分離を引き起こすことによって、空気側の伝熱およびフィン・プレート部分の長さに沿ったリクリエーションを向上させる。一部の実施形態では、所望の熱交換器の性能に応じて、ウィングレット１５２が熱交換器の先行側端部付近にだけ選択的に配置され、また一部の実施形態ではウィングレット１５２が熱交換器の後続側端部付近にだけ選択的に配置される。ウィングレット１５２の存在によって、空気の渦流がそこから下流の空気流に生じ、フィン・プレート部分に衝撃を与える洗流空気流になり、局所の空気側の伝熱を向上させることができる。図２２で示した、ウィングレット構成の一例では、（図２２の矢印１５４で示した空気流の方向に対して）フィン・プレート部分３８の上部に配置された先行側ウィングレット１５２の後に、２つの間隔を置いた対の後続側ウィングレット１５２が続いている。各ウィングレット対では、後続側ウィングレットは先行側ウィングレットに近接して先行側ウィングレットに対してある角度を付けて配置されて、２つのウィングレットが相補的に働いて空気側の渦流を引き起こすようになされている。デルタ形（三角形）ウィングレット１５２は、例示の実施形態では、フィン・プレート部分３８から２つの側縁部に沿ってランスが付けられ、プレートから折りたたまれている。例示の一実施形態では、図２３で最も良く見ることができるように、各ウィングレット１５２は、アスペクト比ｌ／ｈ＝２、（図２１〜２３で示したＸ−Ｙ平面で）到来する空気流に対する迎え角α＝４５°であり、フィン・プレート部分３８から（Ｘ−Ｚ平面で）Ｘ°＝９０°で折りたたまれて、最大表面積を到来する空気流内に突き出す。各ウィングレット対内でのウィングレットの間隔は、ｈに等しい。他のウィングレット構成および形状も様々な実施形態で使用される。

図２１〜２３で示した実施形態では、熱交換器プレート対１５０のプレートの中央平坦部分は、その中に形成された小凹点１５６、１５８を有する。小凹点１５６は、プレートから外側に突き出て、隣接するプレート対の背合わせのプレートからの小凹点１５６が、隣接するプレート対の間の空気側通路上で互いに接触するようになされている。小凹点１５８はプレート対内に画定された内部流路６２内に内側に延び、そこで流体の流れを乱流化し（ｔｕｒｂｕｌｉｚｅ）、構造的強度を提供する。流路６２は、プレート対１５０内で、入口および出口開口部５８、６０付近で比較的広くなり、開口部の間の領域では比較的狭くなっており、流路６２を通る流体の相対速度を増加させるようになされている。

図２４は、他の例示の実施形態による他の熱交換器１６０を示し、図２５は、熱交換器１６０のプレート対を示す。熱交換器１６０は、相違点を除いて熱交換器１０の構成と実質的に同様であるが、その相違点は図およびこの説明から明らかになるであろう。外部フィン・プレート１６６は、図で示した実施形態では波形フィン・プレートであり、熱交換器１６０内で、隣接するプレート対１６２の背合わせのプレート３０と３２の間の空気路１６８内に配置される。プレート対１６２内の、それぞれプレート３０、３２の中央平坦部分３４、４４は、流路６２内に内側に延びる間隔を置いて配置された小凹点１５８とともに形成される。フィン・プレート１６６は、隣接するプレート対１６２のプレート３０と３２の中央平坦部分３４と４４との間で固定される。図２５の破線１６６は、流路６２に対するフィン・プレート１６６の位置を示す。例示の一実施形態では、フィン・プレート１６６のサイズは、中央平坦部分３４、４４（およびしたがって、流路６２）のサイズと実質的に一致する高さおよび長さである。フィン・プレート１６６は、熱交換器１６０に空気側の熱交換器表面積および構造的剛性を提供することができる。延長されたフィン・プレート部分３８は、フィン・プレート１６６に破片からの保護を提供する。フィン・プレート１６６は、たとえば拡張金属タービュライザ・プレートなどを含む他の乱流化構造と置き換えることができる。

流れを巡回させる挿入部１６４を熱交換器１６０内に設けて、熱交換器１６０の先行側端部でマニホルドを２つの半部に分けて、入口および出口フィッティング２６、２８を両方、熱交換器の先行側端部に配置する。ブラケット１６および１８は、熱交換器１６０の外側で、プレート３０および３２の後続側端部で開口部６０を封止する。

当業者には明らかであるように、上記の開示に照らして、本発明の実施には、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更および修正が可能である。したがって、本発明の範囲は頭記の特許請求の範囲に記載された要旨に従って解釈されるものとする。

本発明の一実施形態による積重ねプレート式熱交換器を示す側面図である。 図１の熱交換器を示す上面平面図である。 図１の熱交換器を取付けた乗用車を示す図である。 本発明の一実施形態による各プレート対の第１のプレートを示す側面図である。 図４の線ＩＶａ―ＩＶａに沿って切り取った部分断面図である。 各プレート対の第２のプレートを示す側面図である。 図２の線ＶＩ−ＶＩに沿って切り取った、対合するプレート上のリブの交差を示すプレート対の一部を示す拡大側断面図である。 図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って切り取ったプレート対を示す断面図である。 図７の円で囲った部分を示す拡大図である。 ２つの隣接するプレート対を示す概略上面平面図である。 本発明の２つの代替実施形態の１つを示す、図８の各プレートを示す概略側面図である。 本発明の２つの代替実施形態の他の１つを示す、図８の各プレートを示す概略側面図である。 車両の本体の下に設置された熱交換器を示す他の図である。 本発明の他の実施形態によるプレート対を示す概略側面図である。 本発明の他の実施形態による他のプレート対構成を示す側面図である。 互いに接合された図１３の２つのプレート対を示す図である。 図１３の線ＸＶ−ＸＶに沿って切り取った断面図である。 図１３の線ＸＶＩ―ＸＶＩに沿って切り取った断面図である。 他の可能なプレート対構成を示す断面図である。 本発明の実施形態による他のプレート対構成を示す側面図である。 図１８の線ＸＩＸ―ＸＩＸに沿って切り取った断面図である。 図２０の線ＸＸ−ＸＸに沿って切り取った断面図である。 本発明の実施形態による他のプレート対構成を示す斜視図である。 図２１のプレート対を示す部分側面図である。 図２１のプレート対を示す拡大部分斜視図である。 本発明の他の実施形態による熱交換器を示す上面平面図である。 図２４の熱交換器のプレート対を示す側面図である。

Claims (18)

1. 複数の積重ねプレート対を備え、各プレート対が、中央部分の間で画定された細長い流路を有する封止可能に接合された縁部部分によって包囲された細長い中央部分を有する第１および第２のプレートを備え、前記流路と流体連通し間隔を置いて配置された入口および出口開口部を有する積重ねプレート式熱交換器であって、前記プレート対の少なくともいくつかは、前記接合された縁部部分から外側に周囲に延在する実質的に平坦なフィン・プレートを有し、前記積重ねプレート対の前記フィン・プレートが互いに間隔を置いて実質的に平行に配置されることを特徴とする、積重ねプレート熱交換器。
2. 前記少なくともいくつかのプレート対ごとに、前記平坦なフィン・プレートが、第１のフィン端部と第２のフィン端部、およびその間に延在する第１と第２の間隔を置いて配置された細長い縁部を有し、前記流路が、前記間隔を置いて配置された縁部の間に配置され、前記第２のフィン端部よりも前記第１のフィン端部により近接して配置された第１の流路端および前記第１のフィン端部よりも前記第２のフィン端部により近接して配置された第２の流路端を有し、前記フィン・プレートの前記第１の細長い縁部に対してある角度で方向付けられ、前記第１および第２の流路端のうちの１つが前記第１と第２の流路端のもう一方よりも前記第１の細長い縁部に近接して配置され、前記プレート対の前記流路が全て共通の方向に方向付けられることを特徴とする、請求項１に記載の積重ねプレート熱交換器。
3. 前記熱交換器が車両の本体の下に取付けられるように適合され、前記フィン・プレートの第１のフィン縁部が前記フィン・プレートの上縁部であることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
4. 外部通路が隣接するプレート対のプレートの背合わせの中央部分の間で画定され、前記フィン・プレートが、それぞれ前記中央部分の間の外部通路と連通する前記フィン・プレートの間の外部通路を画定す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. 流体乱流化構造が前記中央部分の間の外部通路内に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
6. フィン・プレートを有する少なくともいくつかのプレート対について、各プレート対のフィン・プレートが、前記プレート対の第１および第２のプレートのうちの１つだけと一体式に形成され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。
7. 前記フィン・プレートを有する少なくともいくつかのプレート対ごとに、前記フィン・プレートが、前記第１のプレートと一体式に形成された第１のフィン・プレート部分、および前記第２のプレートと一体式に形成された第２のフィン・プレート部分から形成され、前記第１および第２のフィン・プレートがともに積重ねになされてい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。
8. 協働する位置決め突起部が前記第１および第２のプレートに設けられて、組み立て中に前記プレートが位置合せされることを特徴とする、請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記フィン・プレートを有する少なくともいくつかのプレート対について、前記第１のプレートが前記第１のプレートの縁部部分の外縁部の周りに横方向に延びるフランジを備え、前記第２のプレートの縁部部分が前記横方向に延びるフランジ内に入れ子になされ、前記フィン・プレートが前記横方向に延びるフランジの縁部から外側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。
10. 間隔を置いて配置された外部突起部が前記フィン・プレート上に形成されて、フィン・プレートを横切る外部流体の流れを増大させ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。
11. 前記突起部が前記フィン・プレートの下流側の半分だけに、または前記フィン・プレートの上流側の半分だけに配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記突起部が、洗流空気流を前記フィン・プレート上に引き起こすための前記フィン・プレートの長さ上に形成されたウィングレットであることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の熱交換器。
13. 前記ウィングレットが実質的に三角形の突起部を有することを特徴とする、請求項１２に記載の熱交換器。
14. 前記ウィングレットの少なくともいくつかが相補対に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の熱交換器。
15. 前記中央部分が実質的に平坦であり、前記中央部分上に形成された第１の複数の斜めに方向付けられた平行のリブを有し、各プレート対内の前記第１および第２のプレートのリブが協働して前記流路の少なくとも一部を形成す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。
16. 前記フィン・プレートを有するプレート対ごとに、前記プレート対が細長い平行の間隔を置いて配置された第１および第２の縁部を有し、前記流路が前記間隔を置いて配置された第１と第２の縁部の間に配置され、前記第１および第２の縁部に対してある角度で延び、前記第１および第２のプレートのうちの少なくとも１つ上のリブが前記熱交換器を通る空気流の方向に対して平行に近くなるように方向付けられることを特徴とする、請求項１５に記載の熱交換器。
17. 各プレート対が、前記流路から周囲に延びるフィン・プレートを有し、各フィン・プレートが細長い平行の間隔を置いて配置された第１および第２の縁部を有し、前記プレート対の前記流路が前記間隔を置いて配置された第１と第２の縁部の間に長手方向に配置され、前記第１および第２の縁部に対してある角度で延びることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
18. プレート対ごとに、前記第１のプレートの前記縁部部分が、前記第２のプレートの前記縁部部分の外周を包囲する横方向に延びる周囲位置決め壁を備えることを特徴とする、請求項１７に記載の熱交換器。

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