JP2006145199A - 組合せ型熱交換器のためのサーマルリリーフ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】組合せ型熱交換器における共通ヘッダーを区分することにより、熱交換器コア管における歪みを低減する。
【解決手段】複数流体熱交換器及び該熱交換器を製造する方法が提供される。熱交換器（１０）の細長いヘッダー（１２）における、一組のバッフル（２６、２８）間で該熱交換器の第１及び第２コア（６０、６２）間の位置に切除部分（６４）が設けられる。第１及び第２コアの相対的熱成長に対処するため、細長いヘッダー（１２）の横断面区域の少なくとも過半部が切除部分（６４）で除去される。
【選択図】図１

Description

本発明は熱交換器に関し、更に詳しくは、二以上の流体のための（複数の）熱交換器が共通マニホルドもしくは共通ヘッダーを共有する組合せ型熱交換器に関し、更に特定の用途において、自動車、バス、トラック等の車両システムに使用される上記のような熱交換器に関する。

熱交換器のマニホルドもしくはヘッダーの各々に一又は複数のバッフルを含めて、各ヘッダーの内部を、少なくとも、第１作動流体のための第１区域と第２作動流体のための第２区域に分けることにより、いわゆる「組合せ（コンビネーション）」型もしくは「コンボ」型熱交換器を形成することが知られている。各作動流体は、上記共通マニホルドの上記それぞれの区域に接続されるそれぞれの熱交換管を通るように誘導される。

そのような構成は、それらの所期の目的に適しているかもしれないが、共有マニホルドの各区域の異なる作動流体間の温度差が大きい場合、特に、例えば並流構造等のように各作動流体のためのコアもしくは管が同一面上に組み立てられている構成では、問題が生じ得る。従って、コンボ熱交換器の改良が絶え間なく必要である。

本発明は、組合せ型熱交換器における共通ヘッダーの一方又は両方を区分もしくは部分的に区分することにより、熱交換器コア管における歪み（strain）を低減する。本発明はまた、熱交換器が、従来の方法を用いて組み立てられることを可能にする。本発明は、組立て中もしくは組立て後又は鑞付け後にヘッダーを切除する可能性を準備する。切除は、鋸引きもしくは打抜き（穿孔）等、種々の方法で実現され得る。

ヘッダーを部分的に区分もしくは切除するオプションは、熱交換器が第１及び第２コアがそのまま（接続したまま）システムに取り付けられることを可能にし、また、両ヘッダー区域が車両の熱的イベント時に分離することを許容する。また、ヘッダーの部分的切除は、コアの組立て前に行われ得、最終切除はコアの組立て中又はその後に行われ得る。

本発明の一形態によれば、熱交換器の第１部分で第１流体と共通流体との間に熱を移し、かつ該熱交換器の第２部分で第２流体と共通流体との間に熱を移すための複数流体熱交換器が提供される。該熱交換器は、細長い第１及び第２ヘッダーパイプ（ヘッダー管）と、第１及び第２コア区域と、第１ヘッダーパイプにおける一組（一対）のバッフルとを含む。細長い第１ヘッダーパイプは、第１ヘッダーパイプの長手方向に沿って離隔した複数の管受入れ開口を有する。細長い第２ヘッダーパイプは、第２ヘッダーパイプの長手方向に沿って離隔した複数の管受入れ開口を有する。第１コア区域は、複数の平行離隔管を含み、該各管は、第１端部と第２端部を有し、第１流体を該管内部を通って第１及び第２ヘッダーパイプ間に誘導するため、第１端部は、第１ヘッダーパイプの管受入れ開口の対応する一つに受け入れられ、第２端部は、第２ヘッダーパイプの管受入れ開口の対応する一つに受け入れられる。第２コア区域は、複数の平行離隔管を備え、該各管は、第１端部と第２端部を有し、第２流体を該管内部を通って第１及び第２ヘッダーパイプ間に誘導するため、第１端部は、第１ヘッダーパイプの管受入れ開口の対応する一つに受け入れられ、第２端部は、第２ヘッダーパイプの管受入れ開口の対応する一つに受け入れられる。第２コアは、第１及び第２ヘッダーパイプの長手方向に沿って第１コアから間隔がおかれている。バッフル組は、第１ヘッダーパイプの第１及び第２コア間の位置に設置され、第１ヘッダーパイプの内部を、第１流体のための第１流体マニホルドと、第２流体のための第２流体マニホルドとに分ける。第１ヘッダーパイプは、バッフル組間に設けられた切除部分を含む。切除部分は、第１ヘッダーパイプの（切除部分における横断面区域に）直ぐに隣接する横断面区域に比べて、横断面区域の少なくとも過半部が除去されている。

一の特徴において、切除部分は、切除部分における第１ヘッダーパイプの横断面区域のいかなる残りの部分（非切除部分）も、熱交換器の稼働中の熱交換器の熱サイクリング（熱循環）下で切断されるように寸法が設定される。

一の特徴として、第１ヘッダーパイプが二つの接続していない部分に分けられるように、第１ヘッダーパイプの横断面区域の全部分が切除部分において除去されている。

一の特徴によれば、第１ヘッダーパイプの管受け開口の一つは、切除部分に配置される。

更なる特徴において、第１ヘッダーパイプの管受け開口の一つは、管端部を受け入れない。

更なる特徴によれば、切除部分は、管受け開口の一つの外部（範囲外）でヘッダーパイプの一部を通って延びる少なくとも一つのソー（鋸）カットによって形成される。

更なる特徴として、切除部分は、管受け開口の一つとはちょうど反対側のヘッダーパイプの側部を通って延びるソーカットによって形成される。

更なる特徴によれば、切除部分は、管受け開口の一つを通って延びるソーカットによって形成される。

一の特徴において、切除部分は、第１ヘッダーパイプの対向両側部を通って延びる一組のソーカットによって形成される。

一の特徴によれば、切除部分は、管受け開口が一つも無いことによって特徴付けられる。

一の特徴において、第１及び第２コア間にサーペンタインフィンが延在し、該サーペンタインフィンは第１及び第２コアの両方に接続する。

一の特徴として、熱交換器は、第２ヘッダーパイプの内部を、第１流体のための第１流体マニホルドと第２流体のための第２流体マニホルドとに分けるため、第２ヘッダーパイプの第１及び第２コア間の位置に設置された別の一組のバッフルを含む。第２ヘッダーパイプは、上記別のバッフル組間に設けられた第２切除部分を含む。第２切除部分は、第２ヘッダーパイプの（第２切除部分における横断面区域に）直ぐに隣接する横断面区域に比べて、横断面区域の少なくとも過半部が除去されている。

本発明の一の特徴によれば、熱交換器の第１部分で第１流体と共通流体との間に熱を移し、かつ該熱交換器の第２部分で第２流体と共通流体との間に熱を移すための複数流体熱交換器を製造する方法が提供される。該方法は、
ａ）熱交換器に、一組の細長いヘッダーパイプ間に延びる第１及び第２並流（平行流）コア区域を設ける工程であって、各ヘッダーパイプが第１コア区域のための第１流体マニホルドと第２コア区域のための第２流体マニホルドとを有する該工程と、
ｂ）細長いヘッダーの一方の第１及び第２マニホルド間の位置に、該ヘッダーの第１及び第２マニホルドを接続する少なくとも一部分を有する切除部分を設ける工程と、
ｃ）前記細長いヘッダーの一方の第１及び第２マニホルドが切除部分でもはや接続しないように、熱交換器を熱サイクリングさせて、該ヘッダーの前記少なくとも一部分を切断する工程とを含む。

一つ特徴として、工程ｂ）は、第１及び第２コア区域が、一組の細長いヘッダーと共に組み立てられて鑞付けされた後に切除部分を設ける。

別の特徴として、工程ｂ）は、第１及び第２コア区域が、一組の細長いヘッダーと共に組み立てられて鑞付けされる前に切除部分を設ける。

図１は、本発明の複数流体熱交換器を使用する組合せ冷却器の一部を示す。該コンボ冷却器１０は、本質的に円筒状の管形態の共通マニホルドもしくは共通ヘッダー１２を含む。該マニホルドもしくはヘッダーは、扁平な熱交換管１６及び１８をそれぞれ受け入れる突き通した管スロット１４を有する。熱交換管１６及び１８は、それぞれの第１及び第２熱交換流体を、コンボ熱交換器１０を通るように誘導し、その結果、熱は、該第１及び第２作動流体から第３流体、一般に空気へと移され得る。該第３流体は、管１６、１８の外部にわたって流れ、管１６及び１８の隣接する組間に配置される複数のサーペンタインフィン２０を通過する。マニホルド１２は、第１流体のための第１区域２２と、第２流体のための第２区域２４とを含む。第１及び第２区域は、一組のバッフル２６及び２８によって分離される。バッフル２６及び２８は、マニホルド１２の切除されたバッフルスロット３０に挿入され、すべての管１６、１８、フィン２０及びヘッダー１２を共に鑞付けする共通鑞付け作業中に所定位置に鑞付けされる。ソー（鋸）カット３２は、突き通した管スロット１４Ａの位置のバッフル２６及び２８間に設けられる。カット３２は、熱交換器１０の残りの部分が組み立てられて、共に鑞付けされた後に形成される。このソーカット３２は、図５Ａ及び５Ｂに更に例示され、また、全熱交換器は、図２〜４に示される。図２から最も良く分かるように、ある用途においては、ヘッダー１２の一方のみにソーカット３２を含めることが望ましいかもしれない。

図６Ａ〜６Ｂ、７Ａ〜７Ｂ、８Ａ〜８Ｂ、９Ａ〜９Ｂ、１０Ａ〜１０Ｂ及び１１Ａ〜１１Ｃは、図１〜５Ｂのソーカットの別の実施形態を示す。

更に詳しくは、図６Ａ及び６Ｂは、部分的ソーカット３４が、管スロット１４Ａとソーカット３４との間に延在する一組の連結（接続）タブ３６を残すように管スロット１４とは反対側のマニホルド１２の側部から延びる別の実施形態を示す。

図７Ａ及び７Ｂは、部分的ソーカット３８が、管スロット１４とは反対側のマニホルド１２の側部に周方向連結タブ４０を残すように管スロット１４Ａと同じ側部に形成される別の実施形態を示す。

図８Ａ及び８Ｂは、マニホルド１２が一組のソーカット４２及び４４を含む随意的な実施形態を示す。ソーカット４２及び４４は、管スロット１４とは反対側のマニホルド１２の側部の周方向連結タブ４６を除く全マニホルド材を除去するように、突き通した管スロット１４Ａに隣接するマニホルドの各側部に形成され、スロット１４Ａまでずっと延びる。

図９Ａ及び９Ｂは、マニホルド１２が、バッフル２６及び２８間の位置に突き通した管スロット１４Ａを含まないが、バッフル２６及び２８に用いたスロット３０と同じ型のバッフルスロット４８を含む随意的な実施形態を示す。バッフルスロット４８は、マニホルド１２の各側部に一組の連結タブ５０を残す。

図１０Ａ及び１０Ｂは、図９Ａ及び９Ｂに類似するが、マニホルド１２が、切除されたバッフルスロット４８の位置に突き通した管スロット１４Ａを含む別の実施形態を示す。

図１１Ａ、１１Ｂ及び１１Ｃは、更に別の実施形態を示す。該実施形態では、マニホルド１２は、突き通した管スロット１４Ａを含み、かつ、図８Ａ及び８Ｂの実施形態と同様の各側部にソーカット５２を有するが、ソーカット５２は管スロット１４Ａまでは延びておらず、これにより、連結タブ４６と一組の側部タブ５４を残す。

一又は複数の連結タブを含む上述した各実施形態では、熱交換器１０は、そのまま、すなわち、第１及び第２区域２２及び２４が上記連結タブによって共に連結された状態で取り付けられ得、その後、該ヘッダー区域２２及び２４は、連結タブの構造的破損をもたらす熱応力によって稼働中に分離され得る。

管１６、及び好ましくは、関連するフィン２０が冷却器１０のコア区域６０を形成し、また、管１８、及び好ましくは、関連するフィン２０がコンボ冷却器１０の別のコア区域６２を形成する点が認識されるであろう。上述した各実施形態のソーカット３２、３４、３８、４２、４４、５２及び切除されたバッフルスロット４８が、バッフル２６及び２８の組間に位置付けられる対応実施形態マニホルドにおける切除部分６４を規定することも認識されるであろう。上記各実施形態では、切除部分６４におけるヘッダー１２の横断面は、ヘッダー１２の（該横断面に）直に隣接する横断面に比べて少なくとも過半部が除去されている点も図面から理解され得る。

上記実施形態は、共通マニホルドが第１及び第２区域のみを有する組合せ冷却器に対して示したが、本発明は、共通マニホルド１２に三以上の区域が存在し、従って、各マニホルド１２に三以上のソーカット３２又は別の実施形態が存在する用途に有益であることが分かるであろう。

本発明を使用する、サーマルリリーフ（thermal relief）機構を含むコンボ熱交換器の図である。 本発明を使用する、サーマルリリーフ機構を含むコンボ熱交換器の図である。 本発明を使用する、サーマルリリーフ機構を含むコンボ熱交換器の図である。 本発明を使用する、サーマルリリーフ機構を含むコンボ熱交換器の図である。 図５Ａ及び５Ｂは、本発明を使用する、サーマルリリーフ機構を含むコンボ熱交換器の図であり、ヘッダー全体を通るソーカットを示す。 図６Ａ及び６Ｂは、本発明の別の実施形態の図であり、スロット（穿孔）とは反対側の側部の部分的ソーカットを示す。 図７Ａ及び７Ｂは、本発明の別の実施形態の図であり、スロット側側部の部分的ソーカットを示す。 図８Ａ及び８Ｂは、本発明の別の実施形態の図であり、スロット両側に沿うソーカットを示す。 図９Ａ及び９Ｂは、本発明の別の実施形態の図であり、突き通したヘッダースロットを伴わない切除したバッフルスロットを示す。 図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の別の実施形態の図であり、突き通したヘッダースロットを伴わない切除したバッフルスロットを示す。 図１１Ａ、１１Ｂ及び１１Ｃは、本発明の別の実施形態の図であり、ヘッダー両側部のソーカットを示す。

符号の説明

１０ コンボ冷却器
１２ 共通マニホルド（ヘッダー）
１４、１４Ａ 管スロット
１６、１８ 熱交換管
２０ サーペンタインフィン
２２ 第１区域
２４ 第２区域
２６、２８ バッフル
３２ ソーカット

Claims (15)

1. 熱交換器の第１部分で第１流体と共通流体との間に熱を移すと共に、該熱交換器の第２部分で第２流体と前記共通流体との間に熱を移すための複数流体熱交換器であって、
   細長い第１ヘッダーパイプであって、該第１ヘッダーパイプの長手に沿って間隔をあけた複数の管受入れ開口を有する第１ヘッダーパイプと、
   細長い第２ヘッダーパイプであって、該第２ヘッダーパイプの長手に沿って間隔をあけた複数の管受入れ開口を有する第２ヘッダーパイプと、
   複数の平行で離隔した管を備えた第１コア区域であって、各管が第１端部及び第２端部を有し、第１流体を管の内部を通って第１及び第２ヘッダーパイプ間に誘導するため、第１端部が第１ヘッダーパイプの管受入れ開口の一対応開口に受け入れられ、かつ第２端部が第２ヘッダーパイプの管受入れ開口の一対応開口に受け入れられる第１コア区域と、
   複数の平行で離隔した間を備えた第２コア区域であって、各管が第１端部及び第２端部を有し、第２流体を管の内部を通って第１及び第２ヘッダーパイプ間に誘導するため、第１端部が第１ヘッダーパイプの一対応開口に受け入れられ、かつ第２端部が第２ヘッダーパイプの管受入れ開口の一対応開口に受け入れられ、かつ、第１及び第２ヘッダーパイプの長手に沿って第１コアから間隔があけられた第２コア区域と、
   第１ヘッダーパイプの内部を、第１流体のための第１流体マニホルドと第２流体のための第２流体マニホルドとに分けるため、第１ヘッダーパイプの第１及び第２コア間の位置に配置された一組のバッフルとを備え、
   第１ヘッダーパイプは、前記一組のバッフル間に位置付けられた切除部分を含み、該切除部分は、第１ヘッダーパイプの直ぐに隣接する横断面区域に比べて、横断面区域の少なくとも過半部が除去されている熱交換器。
2. 前記切除部分は、該切除部分における第１ヘッダーパイプの横断面区域のいかなる残りの部分も、熱交換器の稼働中、熱交換器の熱サイクリング下で切断されるように寸法が設定される請求項１の熱交換器。
3. 前記第１ヘッダーパイプの横断面区域の全部が切除部分で除去されており、そのため、第１ヘッダーパイプは二つの接続していない部分に分離される請求項１の熱交換器。
4. 前記第１ヘッダーパイプの管受入れ開口の一つは、切除部分に配置される請求項１の熱交換器。
5. 前記第１ヘッダーパイプの管受入れ開口の一つは、管端部を受け入れない請求項４の熱交換器。
6. 前記切除部分は、前記管受入れ開口の一つ外部のヘッダーパイプ部分を通って延びる少なくとも一つのソーカットによって形成される請求項４の熱交換器。
7. 前記切除部分は、前記管受入れ開口の一つからちょうど反対側のヘッダーパイプ側部を通って延びるソーカットによって形成される請求項４の熱交換器。
8. 前記切除部分は、前記管受入れ開口の一つを通って延びるソーカットによって形成される請求項４の熱交換器。
9. 前記切除部分は、第１ヘッダーパイプの対向両側部を通って延びる一組のソーカットによって形成される請求項１の熱交換器。
10. 前記切除部分は、前記管受入れ開口が一つも無いことによって特徴付けられる請求項１の熱交換器。
11. 前記第１及び第２コア間にサーペンタインフィンが延在し、該サーペンタインフィンは第１及び第２コアの両方に連結される請求項１の熱交換器。
12. 前記第２ヘッダーパイプの内部を、第１流体のための第１流体マニホルドと第２流体のための第２流体マニホルドとに分けるため、第２ヘッダーパイプの第１及び第２コア間の位置に配置された別の一組のバッフルを更に備え、第２ヘッダーパイプは、前記別の一組のバッフル間に位置付けられた第２切除部分を含み、該第２切除部分は、第２ヘッダーパイプの直ぐに隣接する横断面区域に比べて、横断面区域の少なくとも過半部が除去されている請求項１の熱交換器。
13. 熱交換器の第１部分で第１流体と共通流体との間に熱を移すと共に、該熱交換器の第２部分で第２流体と共通流体との間に熱を移すための複数流体熱交換器を製造する方法であって、
    ａ）熱交換器に、一組の細長いヘッダーパイプ間に延びる第１及び第２並流コア区域を設ける工程であって、各ヘッダーパイプが第１コア区域のための第１流体マニホルドと第２コア区域のための第２流体マニホルドとを有する該工程と、
    ｂ）細長いヘッダーの一方の第１及び第２マニホルド間の位置に、該ヘッダーの第１及び第２マニホルドを接続する少なくとも一部分を有する切除部分を設ける工程と、
    ｃ）前記細長いヘッダーの一方の第１及び第２マニホルドが切除部分でもはや接続しないように、熱交換器を熱サイクリングさせて、該ヘッダーの前記少なくとも一部分を切断する工程とを含む方法。
14. 前記工程ｂ）は、第１及び第２コア区域が前記一組の細長いヘッダーと共に組み立てられて鑞付けされた後、切除部分を設ける請求項１３の方法。
15. 前記工程ｂ）は、第１及び第２コア区域が前記一組の細長いヘッダーと共に組み立てられて鑞付けされる前に、切除部分を設ける請求項１３の方法。
    

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