JP2006506597A - Heat exchange device between fluid media - Google Patents
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Abstract
本発明は、流動媒体間の熱交換装置に関する。該熱交換装置が、該流動媒体を流入させかつ流出させるために、一方の側面が入口チャンバ(1)に取り付けられ、反対の側面が出口チャンバ(3)に取り付けられた熱交換ブロックを有している。該熱交換ブロックが該流動媒体用の流体通路(7)とカバープレート(9)とを有しており、該流体通路(7)は該入口チャンバ(1)から該出口チャンバ(3)へ該熱交換ブロックを貫通して延伸していて、該カバープレート(9)は該流体通路(7)及び該流路(8)をおおっていて、かつ該入口チャンバ(1)から該出口チャンバ(3)へ延伸している。該カバープレート(9)が該流体通路(7)をバイパスしている少なくとも一つの内部流路(13)を有していて、該内部流路(13)は、該入口チャンバ(1)から該出口チャンバ(3)へバイパスチャンネルとして延伸している。該流路は少なくとも一つの圧力調節機構(11)により遮断することができ、そして所定のしきい値を上廻る該入口チャンバ(1)と該出口チャンバ(3)との間に作用する圧力差にもとずいて該圧力調節機構(11)を開くことにより遮断解除できる。The present invention relates to a heat exchange device between fluid media. The heat exchange device has a heat exchange block with one side attached to the inlet chamber (1) and the other side attached to the outlet chamber (3) for inflow and outflow of the fluid medium. ing. The heat exchange block has a fluid passage (7) for the fluid medium and a cover plate (9), the fluid passage (7) from the inlet chamber (1) to the outlet chamber (3). Extending through a heat exchange block, the cover plate (9) covers the fluid passage (7) and the flow path (8) and from the inlet chamber (1) to the outlet chamber (3). ). The cover plate (9) has at least one internal flow path (13) bypassing the fluid passage (7), the internal flow path (13) from the inlet chamber (1) to the It extends as a bypass channel to the outlet chamber (3). The flow path can be blocked by at least one pressure regulating mechanism (11) and a pressure differential acting between the inlet chamber (1) and the outlet chamber (3) above a predetermined threshold. Accordingly, the blocking can be released by opening the pressure adjusting mechanism (11).
Description
少なくとも一方が流体状態の流動媒体間の熱交換装置に関する。 The present invention relates to a heat exchange device between fluid media in which at least one is in a fluid state.
移動する流体の熱に関与する機能を達成する公知の装置(特許文献1)は、技術的に広く特に液体/空気冷却器に使用されている。そのような装置が油圧アセンブリあるいは生産施設と組合わせて使用される場合、冷却用空気が油圧オイル、潤滑剤又は冷却用潤滑剤のような作動流体を冷却するために使用されていて、冷却される流体の粘性の温度依存性のためにもたらされるような装置の停止あるいは損傷を防止するべく注意が払わねばならない。熱交換の効率を最大化するために、装置の内部で冷却される流体が流れる流路の中にブレードあるいはプレートが取り付けられていて、そのブレードあるいはプレートは、乱流を発生し、その周囲で流体が流れプロセス中に旋回されていて、流体流れのすべてのコンポーネントは流路を囲んでいる壁面に接触するようになっている。 Known devices (Patent Document 1) that achieve the function involved in the heat of the moving fluid are widely used in the art, especially in liquid / air coolers. When such a device is used in combination with a hydraulic assembly or production facility, cooling air is used to cool the working fluid such as hydraulic oil, lubricant or cooling lubricant and is cooled. Care must be taken to prevent equipment outages or damage caused by the temperature dependence of the fluid viscosity. In order to maximize the efficiency of heat exchange, a blade or plate is installed in the flow path through which the fluid cooled inside the device flows, and the blade or plate generates turbulent flow around it. The fluid is swirled during the flow process so that all components of the fluid flow are in contact with the wall surrounding the flow path.
旋回作用を発生する構造部材は、流体流れの相当量を絞っているので、絞りによる圧力差が冷却される流体の入口側における入口チャンバと流体の出口チャンバとの間にもたらされる。冷却される流体の粘性が著しく温度に依存する場合、それぞれの流体が低温である運転状態において、例えば作動流体が低温である起動時において、流体の粘性が対応して大きくなっていて、装置の流路における絞りの結果として過度な圧力上昇がもたらされる。機能そう失又は損傷をもたらすそのような圧力上昇の発生を防止するために、通常バイパスフロー機構が装置の入口チャンバと出口チャンバとの間に備えられていて;この機構は通常閉じているけれども、圧力差が所定値に下降し、かつ従って粘性が下がるまで、言いかえると、冷却される流体が作動温度、すなわちバイパスフローが遮断され、かつ流体が熱交換用流路をおおって流れる値に達するまで、流体のバイパスフローを可能にする圧力調節機構を有している。 The structural member that produces the swirling action is constricting a substantial amount of fluid flow, so that the pressure differential due to the restriction is provided between the inlet chamber and the fluid outlet chamber on the fluid inlet side to be cooled. If the viscosity of the fluid to be cooled is remarkably temperature dependent, the viscosity of the fluid is correspondingly increased in operating conditions where each fluid is at a low temperature, for example at start-up when the working fluid is at a low temperature. Excessive pressure rise results as a result of throttling in the flow path. In order to prevent the occurrence of such pressure rises resulting in loss of function or damage, a bypass flow mechanism is usually provided between the inlet and outlet chambers of the device; although this mechanism is normally closed, In other words, until the pressure difference drops to a predetermined value and thus the viscosity drops, the cooled fluid reaches the operating temperature, i.e. the value at which the bypass flow is interrupted and the fluid flows through the heat exchange channel. Until now, it has a pressure adjustment mechanism that enables bypass flow of fluid.
特許文献2は、流動媒体用の冷却器、詳しくはオイルで作動される油圧アセンブリ用及び内燃機関用の水冷却器を開示していて、その水冷却器において、熱交換が行なわれるように冷却される冷却媒体IIは冷却媒体Iと間接接触するようになっていて、本装置は、冷却エレメントの中に流入させ冷却エレメントから冷却媒体IIを流出させるための接続ブランチを備えている従来形のオイル−空気冷却器を有していて、冷却エレメントはお互いに所定距離だけ離間している数個の平行冷却チャンネルを有していて、その間の空間には、ブレードと、媒体Iが乱流流れで移動するチャンネルと、接続ブランチを有している長手側に備えられたカバーとが入っていて、このカバーは接続ブランチの部分に取り付けられており、内部シールと外部シールとを有していて、さらにほぼ立方形状の中空鋳造エレメントを有していて、その中空鋳造エレメントは媒体Iを流入又は流出するための数個のチャンバと継手とを備えており、オイル−空気冷却器が導入され、それは運転時にカバーの外端部がシール作用をするシールによりハウジングの端部と接続するように取り付けられている。 Patent Document 2 discloses a cooler for a fluid medium, more specifically, a water cooler for an oil-operated hydraulic assembly and an internal combustion engine. In the water cooler, cooling is performed so that heat exchange is performed. The cooling medium II is in indirect contact with the cooling medium I, and the apparatus comprises a conventional branch comprising a connection branch for flowing into and out of the cooling element. It has an oil-air cooler, the cooling element has several parallel cooling channels that are separated from each other by a predetermined distance, in the space between them the blades and the medium I flow turbulently And a cover provided on the longitudinal side having a connection branch, which is attached to the part of the connection branch, with an inner seal and an outer seal And a hollow casting element having a substantially cubic shape, the hollow casting element having several chambers and joints for inflow or outflow of the medium I, and an oil-air A cooler is introduced, which is mounted so that during operation the outer end of the cover is connected to the end of the housing by a sealing seal.
この構造形状は、生産においてコスト効果があって、改善された熱交換をもたらす流動媒体用冷却器をもたらす。しかしながら、特にそれぞれの流体が低温で高粘性である起動時において過圧力従って公知の装置における損傷が発生する。
本発明の目的は、前述の従来技術における利点を維持し、簡単で対コスト効果のある方法により設計できる簡単な構造を特徴とし、可能な限り広範囲の温度における運転において冷却される媒体の安全性を高めるように、公知の装置をさらに改善することである。 The object of the present invention is characterized by a simple structure that can be designed in a simple and cost-effective manner while maintaining the advantages of the prior art described above, and the safety of the medium cooled in operation over the widest possible temperature range It is to further improve the known apparatus so as to increase the.
この目的は請求項1に規定される特徴を有する装置により達成されている。 This object is achieved by a device having the features defined in claim 1.
本発明における装置は、熱交換ブロックを有している。熱交換ブロックにおいて、熱交換に関与する流体用の流路がブロックを一方の側で仕切る入口チャンバと、ブロックを反対側で仕切る出口チャンバとの間に延伸していて、流体通路と、冷却空気のような他の媒体が流れる流路とが、ブロックにおいて交互に順次積み重ねられている。カバープレートがブロックを閉止する上部エレメントとして備えられている。請求項1に特定されているように、カバープレートは、流体通路をバイパスし、入口チャンバから出口チャンバへバイパスチャンネルとして延伸している少なくとも一つの内部流路を有していて、この内部流路は、入口チャンバと出口チャンバとの間の圧力差の函数として圧力調節機構により開閉することができる。従って、本発明において、バイパス機構は、過圧力の蓄積が熱交換ブロックのカバープレートに形成されることを防止するために安全機構として提供されている。このことが、装置の構造を著しく簡単なものにしていて、所望するように簡単で安価に製造することを可能にしている。 The apparatus in the present invention has a heat exchange block. In the heat exchange block, a fluid flow path involved in heat exchange extends between an inlet chamber that partitions the block on one side and an outlet chamber that partitions the block on the opposite side, and includes a fluid passage and cooling air. The flow paths through which the other medium flows are alternately stacked in the block. A cover plate is provided as an upper element for closing the block. As specified in claim 1, the cover plate has at least one internal flow path that bypasses the fluid passage and extends as a bypass channel from the inlet chamber to the outlet chamber. Can be opened and closed by a pressure adjustment mechanism as a function of the pressure difference between the inlet chamber and the outlet chamber. Therefore, in the present invention, the bypass mechanism is provided as a safety mechanism in order to prevent accumulation of overpressure from being formed on the cover plate of the heat exchange block. This greatly simplifies the structure of the device and allows it to be manufactured as simply and inexpensively as desired.
熱交換ブロックの製造において、流体通路と流路とを形成する構造部材は、所望するエレメント数を備えたブロックを形成するために順次一体にはんだ付けすることができ、同時に第二流体機構を形成するカバープレートをはんだ付けによりブロックの上段に取り付けることができる。 In the manufacture of heat exchange blocks, the structural members that form the fluid passages and flow paths can be soldered together sequentially to form a block with the desired number of elements, and at the same time form a second fluid mechanism The cover plate to be attached can be attached to the upper stage of the block by soldering.
もし、両端がシールプレートにより閉止されたフラットチューブの形状に、押出し加工により作られた中空鋳造エレメントのカバープレート区画が提供されるなら、装置の製造は特に簡単なものとなることが判明した。中空鋳造エレメント区画は、単一のフラットチューブが形成されるように、すなわち単一の流路がカバープレートに作られるように、押出し加工されてもよい。しかしながら、フラットチューブが二つの内部流路を有するように押出し加工することはフラットチューブを形成する中空鋳造エレメントの区画において利点のあることである。いずれにせよ単一流路あるいは数個の流路が形成されることに関係なく、各流路の端部において入口チャンバと出口チャンバとの流体接続を可能にする流路孔が備えられている。 It has been found that the manufacture of the device is particularly simple if a cover plate section of a hollow cast element made by extrusion is provided in the form of a flat tube closed at both ends by a seal plate. The hollow cast element section may be extruded so that a single flat tube is formed, i.e. a single flow path is created in the cover plate. However, it is advantageous to extrude the flat tube so that it has two internal channels in the section of the hollow casting element that forms the flat tube. In any case, regardless of whether a single flow path or several flow paths are formed, a flow path hole is provided at the end of each flow path to allow fluid connection between the inlet chamber and the outlet chamber.
少なくとも一つの圧力調節機構がフラットチューブの各流路に備えられている。これらの圧力調節機構はフラットチューブにおける流路孔の一方に取り付けられてもよい。 At least one pressure adjusting mechanism is provided in each flow path of the flat tube. These pressure adjusting mechanisms may be attached to one of the flow path holes in the flat tube.
一つの好適な実施形態において、ばね付勢式シートバルブが圧力調節機構として各流路に取り付けられている。 In one preferred embodiment, a spring-loaded seat valve is attached to each flow path as a pressure adjustment mechanism.
流路又は複数流路の端部においてカバープレートを形成しているフラットチューブが、熱交換ブロックのはんだ付けの際にはんだ付けされるシールプレートにより形成される場合、特に簡単な構造が達成される。もしシールプレートが数個流路の端部をおおって延伸するなら、シールプレートは、好ましくは、流路間の流体接続を可能にする通路をそれらの中に形成する。この通路は、フラットチューブに存在する流路の端部をおおって延伸する細長い溝の形状に作られてもよい。 A particularly simple structure is achieved when the flat tube forming the cover plate at the end of the flow path or the plurality of flow paths is formed by a seal plate that is soldered during soldering of the heat exchange block . If the seal plates extend over the ends of several channels, the seal plates preferably form passages in them that allow fluid connection between the channels. This passage may be made in the form of an elongated groove extending over the end of the flow path present in the flat tube.
添付図に例示の実施形態を用いて本発明を以下に詳述する。 The present invention will be described in detail below using embodiments illustrated in the accompanying drawings.
図1は、本発明における空気/流体冷却器の例示の実施形態の概略図であって、冷却器は、冷却される流体の流入用入口チャンバ1と、流体の流出用出口チャンバ3とのユニット構造体により構成されている。入口チャンバ1と出口チャンバ3との間において、熱交換ブロックが交互に重ねられたプレート状熱交換エレメント、詳しくは流体ガイドエレメント5と格子エレメント8とを有していて、流体ガイドエレメント5は、冷却される液体が入口チャンバ1から出口チャンバ3へ向けて沿って流れる内部流体通路7を有しており、格子エレメント8は、格子エレメント8の冷却ブレードをおおって流れ掃引する冷却空気用の流路を形成している。流体ガイドエレメント5及び格子エレメント8は、ほぼ正方形あるいは長方形のプレート状構造部材である。 FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of an air / fluid cooler in the present invention, where the cooler is a unit of an inlet chamber 1 for the fluid to be cooled and an outlet chamber 3 for the fluid outlet. It is comprised by the structure. Between the inlet chamber 1 and the outlet chamber 3, it has a plate-shaped heat exchange element in which heat exchange blocks are alternately stacked, more specifically, a fluid guide element 5 and a lattice element 8, and the fluid guide element 5 The cooling element has an internal fluid passage 7 through which the liquid to be cooled flows from the inlet chamber 1 toward the outlet chamber 3, and the grid element 8 is a flow for cooling air that flows and sweeps over the cooling blades of the grid element 8 Forming a road. The fluid guide element 5 and the lattice element 8 are substantially square or rectangular plate-like structural members.
横方向入口チャンバ1と、横方向出口チャンバ3と、それらの間に設置された流体ガイドエレメント5及び格子エレメント8との積層体とを備えた熱交換ブロックは、それらの構造部材すべてが一体にはんだ付けされていて、最上部においてカバープレート9により閉じられていて、そのカバープレート9もはんだ付けされている。このカバープレート9が入口チャンバ1と出口チャンバ3との間の流体接続用のバイパス機構を形成していて、そのバイパス機構は流体ガイドエレメント5における流体通路7をバイパスするようになっている。図1及び2における両方向矢印を参照して、これらの矢印は、入口チャンバ1からカバープレート9への流体流入と、ばね付勢式玉型リターンバルブ11を介してのカバープレート9から出口チャンバ3への流体流れとを図示している。
A heat exchange block comprising a lateral inlet chamber 1, a lateral outlet chamber 3, and a stack of fluid guide elements 5 and lattice elements 8 placed between them, all of their structural members are united. It is soldered and closed at the top by a
リターンバルブ11は、通常ばね付勢により閉止されていて、入口チャンバ1と出口チャンバ3との間の圧力差がバルブのばね力を設定することにより選択されたしきい値を超過する場合流体が流れを可能とする圧力調節機構となっている。一個のリターンバルブ11だけが図1に図示されている。しかしながら、例示の実施形態において、必要とされるバルブ流路断面積を確保する目的のために、数個のリターンバルブ11が連続的に使用されてもよい。図1と異なって、図2は、バイパス機構により形成された、リターンバルブを通過するすなわち出口チャンバ3へ流入する流体流れを図示している。 The return valve 11 is normally closed by a spring bias, and if the pressure difference between the inlet chamber 1 and the outlet chamber 3 exceeds a threshold value selected by setting the spring force of the valve, the fluid will flow. It is a pressure adjustment mechanism that enables flow. Only one return valve 11 is shown in FIG. However, in the exemplary embodiment, several return valves 11 may be used continuously for the purpose of ensuring the required valve channel cross-sectional area. Unlike FIG. 1, FIG. 2 illustrates the fluid flow formed by the bypass mechanism through the return valve, ie into the outlet chamber 3.
図3に図示するように、カバープレート9は、本例においては二流路のチューブである、すなわち二つの内部流路13を有するフラットチューブ形状の、押出し加工された中空鋳造エレメントの区画により形成されていて、カバープレート9を形成しているフラットチューブの二つの端部各々は、シールプレート15により閉止されていて、図4に詳細を図示する。カバープレート9を形成しているフラットチューブの壁面における貫通孔は、入口チャンバ1と内部流路13との間の流体接続、及び内部流路13と出口チャンバ3との流体接続を形成している。入口チャンバ1と接続している貫通孔は、図1に一つだけが図示されているが、符号17で付番されている。例示の実施形態に提供された二つの流路13を維持する場合、二つの貫通孔17が入口チャンバ1に備えられ、二つの貫通孔19が出口チャンバ3に備えられている。
As shown in FIG. 3, the
前述したように、著しく大口径のバルブを使用することなく、充分に大きなバルブ流路断面を確保するために、図2に図示するように、リターンバルブ11が各貫通孔19に取り付けられている。カバープレート9を形成するフラットチューブの両端部において、二つの流路13の間の流体接続を可能とするために、シールプレート15は凹部のある長円形溝21を備えている。カバープレート9と流路13の端部とにはんだ付けされたシールプレート15の場合、溝21は、図3及び4に比較して図示するように二つの流路13の両端部をおおって延伸していて、その結果流路は流路の二つの端部において流路13の間を流体接続する流路を形成している。
As described above, the return valve 11 is attached to each through-
装置が完成された場合、圧力調節機構の機能を達成するリターンバルブ11にアクセスすることを可能にするために、アクセス用穴23がカバープレート9の壁面を形成しているフラットチューブの壁面に作られていて、その穴23はそれぞれのリターンバルブ11と対向して形成されている(図1及び3参照)。図1に図示するように、アクセス用穴23はシールコンポーネント25により閉止されていて、そのシールコンポーネント25はカバーコンポーネントにねじ込まれる形状等であってもよい。
When the device is completed, the
図示されていないが、本発明における一つの実施形態において、それぞれの圧力調節機構11は、温度依存性のある弾性エレメントのような、圧力及び/又は温度により作動される閉止コンポーネントであってもよい。もし冷却される媒体が低温の場合、対応して高圧が装置内に蓄積され、圧力調節機構11は冷却器のないバイパス機能となっている。もし冷却される媒体の温度が上昇した場合、媒体である流体は直接冷却器に流され、バイパス機能をバイパスし、高温において閉止コンポーネントがバイパスを閉止する。このように閉止エレメントは、例えば弾性エレメントで適切に作られている。 Although not shown, in one embodiment of the present invention, each pressure regulating mechanism 11 may be a pressure and / or temperature activated closure component, such as a temperature dependent elastic element. . If the medium to be cooled is a low temperature, a high pressure is correspondingly accumulated in the apparatus, and the pressure adjusting mechanism 11 has a bypass function without a cooler. If the temperature of the medium to be cooled rises, the medium fluid will flow directly to the cooler, bypassing the bypass function, and at high temperatures the closing component will close the bypass. Thus, the closing element is suitably made of an elastic element, for example.
本発明におけるバイパス装置は、現存の冷却と接続することができる。というのはバイパス装置を流体チャンネル7とブレードチャンネル8との構造体の高さに一致する高さに選択することができるからである。従って、もし流体チャンネルと一体になった上段のブレードそれぞれが冷却機構から除去されるなら、標準高さのバイパス装置を取り付けかつ溶接するための構造的スペースが生み出されるので、交換される冷却装置の冷却効率の著しい低減をもたらすことなくバイパス装置との合わせが直接可能となる。 The bypass device in the present invention can be connected to existing cooling. This is because the bypass device can be selected at a height that matches the height of the fluid channel 7 and blade channel 8 structure. Thus, if each of the upper blades integrated with the fluid channel is removed from the cooling mechanism, a structural space for installing and welding a standard height bypass device is created, so that the replacement cooling device Matching with the bypass device is possible directly without significantly reducing the cooling efficiency.
Claims (12)
該カバープレート(9)が該流体通路(7)をバイパスしている少なくとも一つの内部流路(13)を有していて、該内部流路(13)は、該入口チャンバ(1)から該出口チャンバ(3)へバイパスチャンネルとして延伸し、少なくとも一つの圧力調節機構(11)により遮断することができ、そして所定のしきい値を上廻る該入口チャンバ(1)と該出口チャンバ(3)との間に作用する圧力差にもとずいて該圧力調節機構(11)を開くことにより遮断解除できることを特徴とする;
熱交換装置。 A heat exchange device between fluid media in which at least one of the fluid media is in a fluid state, wherein one side is attached to the inlet chamber (1) for allowing the fluid exchange device to flow in and out of the fluid media The opposite side has a heat exchange block attached to the outlet chamber (3), the heat exchange block having a fluid passage (7) for the fluid medium and a cover plate (9) The fluid passage (7) extends through the heat exchange block from the inlet chamber (1) to the outlet chamber (3), and the fluid passage (7) is between them The cover plate (9) covers the fluid passage (7) and the flow path (8), and is separated from each other by a flow path through which other media can flow. From the inlet chamber (1) to the outlet chamber ( ) Are extended to, in the heat exchange device;
The cover plate (9) has at least one internal flow path (13) bypassing the fluid passage (7), the internal flow path (13) from the inlet chamber (1) to the The inlet chamber (1) and the outlet chamber (3) extend as a bypass channel to the outlet chamber (3) and can be blocked by at least one pressure regulating mechanism (11) and exceed a predetermined threshold. And can be released by opening the pressure adjustment mechanism (11) based on the pressure difference acting between the two;
Heat exchange device.
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