JP2006522910A - 流れ回路を形成する端部キャップを備える熱交換器 - Google Patents

Abstract

複数の離間された流れ通路を画定し第１および第２の側を有するコア部材を備えた、熱交換器。２つの側のうち一方は、流れ通路と連通する第１組の流れ開口を画定し、もう一方は、流れ通路と連通する第２組の流れ開口を画定する。コア部材の第１の端部に連結された第１の一体端部キャップは、少なくともいくつかの流れ通路の第１の流れ通路端部を密封し、コア部材の片側上を部分的に延びて、第１組の流れ開口の少なくともいくつかの間を延びる流れ経路を画定する。コア部材の第２の端部に連結された第２の一体端部キャップは、少なくともいくつかの流れ通路の第２の流れ通路端部を密封し、コア部材の片側上を部分的に延びて、第２組の流れ開口の少なくともいくつかの間を延びる流れ経路を画定する。

Description

本発明は、複数の内部流れ通路を備える押出し加工された熱交換器（ｅｘｔｒｕｄｅｄｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）に関する。

近年、自動車両（ｍｏｔｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅ）、特にディーゼル・エンジンを動力源とする自動車両のエンジンで使用される燃料を冷却することが、必要ではないとしても望ましくなってきた。これを行う最も便利な方法は、自動車のエンジンと燃料タンクの間を延びる燃料ライン内に、熱交換器を直列に挿入することである。さらに、こうした熱交換器の設置をできるだけ簡単かつ安価にするために、熱交換器へと延びる冷媒ラインが不必要となる空冷熱交換器（ａｉｒ ｃｏｏｌｅｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）が選択されることがある。このような冷却器の例が、２００３年３月２５日発行の米国特許６，５３６，５１６号に見られる。

燃料ラインは通常、自動車両の下側または底部に沿って延びているため、燃料冷却器を車両底部に取り付けると好都合であることが見出されてきた。しかしこの場合、熱交換器が外気にさらされて損傷を受けることが問題となる。北方気候下では、氷および雪により熱交換器の効率に問題が生じることもある。別の問題としては、車両の底部と路面の間に十分な間隔をあけるために、熱交換器の高さを低く、すなわち低プロファイルにしなければならないことである。

所望の設計基準を満たし、上述した問題を解決しようとする試みが、１９９９年１月１３日公開の欧州特許出願公開ＥＰ０８９０８１０に示されている。この特許では、押出し加工または連続鋳造され複数の長手方向内部流体チャネルを有する本体を備えた、燃料冷却器が示されている。この本体は、開端部を有する。冷却リブまたはフィンを有する他の部材が、本体に取り付けられている。最後に、端部部片または閉鎖用要素を使用して本体の開端部が閉じられ、燃料の流れが、本体内部の流体チャネル内を直列に通るようになる。

しかし、こうした従来入手可能なものよりも製造が単純でよりコスト効果が高い熱交換器が必要とされている。

本発明の一態様によれば、コア部材を備えた熱交換器が提供される。コア部材は、その第１の端部から第２の端部へと延びる少なくとも２つの流れ通路を画定し、この流れ通路はそれぞれ、コア部材の第１および第２の端部に配置され対向する第１および第２の流れ通路端部を備える。コア部材は、その第１の端部から第２の端部へと延びる第１および第２の側と、第１の側を貫通して設けられ、流れ通路と流体連通する流れ開口とを有する。第１のプレート部材が、コア部材の一端部で流れ通路端部を密封し、コア部材の第１の側に固定された第２のプレート部材が、コア部材の第１の側と共に、複数の流れ開口の間の流れ経路を画定し、上記少なくとも２つの流れ通路のうちの１つを流れる流体を、上記流れ開口および流れ経路を介して上記少なくとも２つの流れ通路のうちの別の１つへと流す流体回路が形成される。

別の態様によれば、複数の流れ通路を画定する押出し形成されたコア部材を備える、熱交換器が提供される。上記流れ通路はそれぞれ、コア部材の第１および第２の端部に配置された対向する第１および第２の流れ通路端部を有する。上記コア部材は、その第１の端部から第２の端部へと延びる第１および第２の側を有する。第１および第２の側の一方は、流れ通路と連通する第１組の流れ開口を画定し、第１および第２の側のもう一方は、流れ通路と連通する第２組の流れ開口を画定する。第１の一体端部キャップが、コア部材の第１の端部に連結される。この第１の端部キャップは、少なくともいくつかの流れ通路の第１の流れ通路端部を密封する第１の部材と、第１の端部キャップの第１の部材から、コア部材の第１組の流れ開口を画定する側の上を部分的に延びる第２の部材とを備える。第１の端部キャップの第２の部材は、コア部材と共に、第１組の流れ開口の少なくともいくつかの間の少なくとも１つの流れ経路を画定する。第２の一体端部キャップが、コア部材の第２の端部に連結される。この第２の端部キャップは、少なくともいくつかの流れ通路の第２の流れ通路端部を密封する第１の部材と、第２の端部キャップの第１の部材から、コア部材の第２組の流れ開口を画定する側の上を部分的に延びる第２の部材を備える。第２の端部キャップの第２の部材は、コア部材と共に、第２組の流れ開口の少なくともいくつかの間の少なくとも１つの流れ経路を画定する。

本発明の別の態様によれば、表面冷却式熱交換器を形成する方法が提供される。この方法は以下のステップを含む。（ａ）複数の離間された流れ通路を画定する押出し形成されたコア部材を形成するステップ。各流れ通路は、コア部材の第１および第２の端部に配置された、対向する第１および第２の流れ通路端部を有する。コア部材は、その第１の端部から第２の端部に延びる第１および第２の側を有する。この第１および第２の側の一方が、流れ通路と連通する第１組の流れ開口を画定し、第１および第２の側部のもう一方が、流れ通路と連通する第２組の流れ開口を画定する。（ｂ）第１の一体端部キャップを形成し、この第１の端部キャップをコア部材の第１の端部に取り付けるステップ。第１の端部キャップは、少なくともいくつかの流れ通路の第１の流れ通路端部を密封する第１の部材と、第１の端部キャップの第１の部材から、コア部材の第１組の流れ開口を画定する側の上を部分的に延びる第２の部材とを備える。第１の端部キャップの第２の部材およびコア部材は、第１組の流れ開口の少なくともいくつかの間の少なくとも１つの流れ経路を画定する。（ｃ）第２の一体端部キャップを形成し、この第２の端部キャップをコア部材の第２の端部に取り付けるステップ。第２の端部キャップは、少なくともいくつかの流れ通路の第２の流れ通路端部を密封する第１の部材と、第２の端部キャップの第１の部材から、コア部材の側の上を部分的に延びる第２の部材とを備え、第２の端部キャップの第２の部材およびコア部材は、第２組の流れ開口を画定し、第２組の流れ開口の少なくともいくつかの間の少なくとも１つの流れ経路を画定する。

本発明の別の態様によれば、表面冷却式熱交換器のコア・プレートが提供される。このコア・プレートは、コア・プレートの第１の端部から第２の端部へと走る、複数の外側に延びる長手方向フィンを画定する。複数のフィンは複数のフィン区域に分割された外側フィン端部を有し、隣接する区域の外側フィン端部は、互いに異なる方向に曲げられている。

本発明の例示的な実施形態を、添付の図面を参照しながら例として説明する。

複数の図面を通して類似の要素を示すために、同様の参照番号を使用する。

図１から図４を参照すると、本発明による熱交換器の例示的な一実施形態が、参照番号１０によって全体的に示されている。熱交換器１０は、燃料冷却器として特に有用な、空冷熱交換器または液体−空気熱交換器（ｌｉｑｕｉｄ ｔｏ ａｉｒ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）である。ただし、この熱交換器１０は流体を加熱するためにも使用でき、また、これを空気および燃料以外の流体にも使用できることを理解されたい。熱交換器１０はまた、電子構成要素および他の構成要素を取り付け、冷却するためのコールド・プレートとしても使用することができる。

熱交換器１０は、細長いコア部材（ｃｏｒｅ ｍｅｍｂｅｒ）１２を備える。このコア部材１２は、上側または第１の側の表面１６および下側または第２の側の表面１８を有する、平坦なプレート様部分１４を備える。複数の離間されたフィン２０が、第２の側の表面１８から外側に延びている。フィン２０の間隔、サイズ、向きは、熱交換器１０に所定または所望の熱伝達特性が付与されるように選択することができる。

図３および図４から最もよくわかるように、第１の流れ通路２２および最後の流れ通路２４、ならびに複数の中間流れ通路２６を含めた複数の離間された流れ通路が、コア１２内に形成されている。流れ通路（ｆｌｏｗ ｐａｓｓａｇｅ）２２、２４、２６は、プレート１４の第２の側の表面１８に沿ってコア１２の第１の端部２８から第２の端部３０へと延びる、端部が開いた管状壁部３２によって画定されている。図４からわかるように、いくつかのフィン２０は、管状壁部３２から外側に延びていてもよい。中間流れ通路２６の内側管状壁部３２に、熱交換を促進し、かつ／または流れ通路内の流体流れに乱流を起こす細長の内側フィン３４が形成されている。いくつかの実施形態では、内部フィン３４は完全に省略されるか、または別個に形成され流れ通路内に配置される流れ促進タービュライザ（ｆｌｏｗ ａｕｇｍｅｎｔｉｎｇ ｔｕｒｂｕｌｉｚｅｒ）で置き換えられる。熱交換器１０では、入口および出口管継手４２、４４を第１および最後の流れ通路２２、２３内に挿入しやすくするために、これらの流れ通路から内側フィンが省かれている。ただし、いくつかの実施形態では、内側フィンが、第１および最後の流れ通路２２、２４の全長または部分に沿って設けられる。熱交換器１０では、第１および最後の流れ通路は、入口および出口管継手４２、４４を受け入れるために、中間流れ通路よりも直径が大きくなっている。ただし、他の実施形態では流れ通路はすべて同じサイズである。

図３および図４から最もよくわかるように、複数の流れ開口３６が、プレート１４を貫通し、それぞれ流れ通路２２、２４、２６と流体連通して設けられている。より具体的には、各中間流れ通路２６は、それと連通する少なくとも２つの流れ開口３６を有する。そのうち１つはコア１２の第１の端部２８付近に配置され、もう１つはコア１２の第２の端部３０付近に配置される。第１および最後の流れ通路２２、２４はそれぞれ、それと連通する少なくとも１つの流れ開口３６（図示の実施形態では第２の端部３０付近に配置される）を有する。

熱交換器１０は、コア１２の第１および第２の端部２８および３０にそれぞれ固定された第１および第２の端部キャップ３８、４０を備える。端部キャップ３８および４０は、中間流れ通路２６の、そのままでは開いている端部を塞ぎ、さらに図示の実施形態では、第１および最後の流れ通路２２、２４それぞれの一端部を塞ぐ。端部キャップ３８はまた、流れ開口３６と協働して、コア１２の流れ通路２２、２４、２６を通る流れ回路を形成する。入口および出口管継手４２および４４は、それぞれいずれかの端部キャップで塞がれていない第１の流れ通路２２および最後の流れ通路２４の端部に連結される。

各端部キャップ３８、４０は、複数の流れ通路端部上に延びてそれらを塞ぐプラグ部４６と、プレート１４の第１の側１６の一部分上および複数の開口３６上に延びる流れ巡回部（ｆｌｏｗ ｃｉｒｃｕｉｔｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）４８とを備える。図示の実施形態では、プラグ部４６と流れ巡回部は、互いに実質的に直交しているが、プレート１４の第１の側１６とコア端部２８、３０との間の相対的な角度に一致するその他の角度とすることもできる。図１および図５から最もよくわかるように、プラグ部４６は、コア流れ通路の開端部を覆って延びる実質的に平坦なプレート部材である。図１から図５の実施形態に示すように、プラグ部４６は長方形であるが、プラグ部が流れ通路端部を密封可能に覆う限り、フィン２０の空気側をより多く露出させる構成を含めた他の形状とすることもできる（たとえば、以下でより詳細に説明する図６の実施形態を参照）。

図からわかるように、ここで説明する実施形態では、第２の端部キャップ（ｅｎｄ ｃａｐ）４０のプラグ部４６は、第２のコア端部３０に配置された、流れ通路２２、２４、２６の端部をすべて密封可能に塞ぐが、第１の端部キャップ３８のプラグ部４６は、第１のコア端部２８では、入口および出口管継手４２、４４を受け入れるために、中間流れ通路２６の端部のみを塞いでいる。もちろん、すべての実施形態の熱交換器で入口および出口管継手を同じ端部に配置する必要はなく、実施形態によっては、その熱交換器構成に必要であれば、流れ通路端部を密封するために端部キャップ３８、４０のプラグ部４６に変更を加えて、端部を除くコア内の位置に入口および出口管継手を配置することができる。

流れ巡回部４８は、中央が盛り上がった交差凹部（ｃｅｎｔｒａｌ ｒａｉｓｅｄ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ ｒｅｃｅｓｓ）またはバンプ（ｂｕｍｐ）５０を備え、プレートの第１の側１６に密封可能に接続された実質的に平坦なプレートである。このバンプ５０はプレート１４の第１の側１６と共に、密封された流れ経路（ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）５２を画定し、この流れ経路（ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）５２は、流れ開口３６と協働してプレート１４の第１の側１６上で流れ通路２２、２４、２６の間の流体流れを巡回させる（ｃｉｒｃｕｉｔ）形成する。この流れ開口３６は、好ましくは、流れ巡回部４８とコアの第１の側１６との間の表面領域が、結合するには比較的小さいが、流れ経路５２を収容し、この流れ経路周縁の周りに適切な強度で密封するのには十分な程度に大きくなるように、コア端部の十分近くに配置される。いくつかの実施形態では、複数の流れ開口３６内に流れ通路を画定するために、交差バンプ５０の代わりにあるいはそれに加えて、複数の凹部がプレート１４の第１の側に形成される。

各端部キャップの流れ巡回部（ｆｌｏｗ ｃｉｒｃｕｉｔｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）４８と、プラグ部４６を形成するプレートとは互いにほぼ直交しており、例示的な一実施形態には、流れ巡回部４８とプラグ部４６との直交関係を強固にするのを助けるために、部分４６と４８との接合部分にベンド・リリーフ（ｂｅｎｄ ｒｅｌｉｅｆ）４９（図５）が含まれている。様々な実施形態において、ベンド・リリーフを省略するか、あるいはノッチまたはリリーフ・スロット開口で置き換えることができる。

コア１２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成することができ、最も好都合には押出し加工によって作製する。そうすることで、その押出し加工物を単に細く切断またはのこ引きすることにより所望のいかなる長さにすることもできる。流れ開口３６は、各端部から所定の位置に、コア・プレート１４を貫通して、穿孔するか、ランスで突くか、またはその他の方法によって形成する。一実施形態では、第１および最後の流れ通路２２、２４のそれぞれと連通する両方のコア端部付近に、端部キャップおよび管継手を取り付ける前のコア端部２８、３０が対称になるように流れ開口３６が設けられ、第１のコア端部２８付近の使用されない流れ開口３６は、第１の端部キャップ３８によって密封遮断される（図４参照）。このような構成にすると、コア１８の製作に必要となる工具が減り、また端部キャップと管継手を連通させる前のコア端部の相対的な向きが重要でなくなるので、製造ミスの潜在的可能性が低減される。

端部キャップ３８、４０は、ろう付けによってクラッドされたアルミニウム（ｂｒａｚｉｎｇ ｃｌａｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ）を型打ちして（ｓｔａｍｐ）形成することができるが、いくつかの実施形態では、耐食性を向上するために、クラッドされていないアルミニウムを、ろう付けシート挿入物、ろう付け溶加材インサート（ｂｒａｚｅ ｆｉｌｌｅｒ ｍｅｔａｌ ｉｎｓｅｒｔ）、溶加材ペーストまたは溶加材被覆と組み合わせて使用することができる。管継手４２、４４もまた、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製することができる。構成要素を組み立てて、それらを炉内ろう付けなどによりろう付けまたははんだ付けすることによって熱交換器の実施形態を形成することもできる。様々な実施形態において、構成要素を一体に固定するために、それだけには限定されないが、エポキシ、にかわ、溶接、レーザ溶接、および／または接着など他の接合方法および材料を使用することもできる。

いくつかの実施形態では、コア１２を、これらに限定されないが押出しまたはその他により形成されたプラスチックを含めた、適切な非アルミニウムベースの材料から形成することができ、１つまたは複数の端部キャップ２８、３０および管継手４２、４４もまた、プラスチックなどの他の材料から形成することができる。

ここで説明する実施形態では、図３に流れの矢印で示すように、冷却される流体（たとえばディーゼル燃料）は、入口管継手４２からコア１２の第１の流れ通路２２に入る。流体は、第２のコア端部３０付近の流れ開口３６を通って第１の流れ通路２２を離れ、流れ経路５２を通ってプレート１４の第１の側１６の表面上を移動し、第１の流れ通路２２のすぐ隣の中間流れ通路２６に入る。図３からわかるように、端部キャップ３８および４０は、流体が複数の平行な各中間流れ通路２６内を次々に蛇行して流れ、最後の流れ通路２４を通り、出口管継手４４を通ってコア１２から出るように構成されている。

熱交換器１２に固定される端部キャップに変更を加えることによって、特定の用途向けの所望の流れ回路が提供されるように、熱交換器を通る流れ回路を容易に変更することができる。例として、図６に本発明のさらなる実施形態による熱交換器６０が示してある。熱交換器６０は熱交換器１０と同様であるが、変更された第１の端部キャップ３８’および第２の端部キャップ４０’を備えている。第１の端部キャップ３８’は、交差バンプ５０を１つだけ備え、このバンプ５０は、第１のコア端部２８で流れ開口３６（図６には図示せず）を通ってすべての中間流れ通路２６と連通する流れ通路を形成している。また、第２の端部キャップ３０は、４つではなく２つの交差バンプ５０を備えるように変更されており、一方のバンプは、コア端部３０の流れ開口３６によって第１の流れ通路２２と中間流れ通路２６のうちの最初の３つとに連通する流れ通路を形成し、もう片方のバンプは、流れ開口３６によって最後の流れ通路２４と中間流れ通路２６のうちの最後の３つとに連通する流れ通路を形成している。図６の流体ラインからわかるように、このような端部キャップ構成にすると、流体が第１のコア端部２８から第２の端部３０へと第１の流れ通路２８を通って流れ、次いで第２の端部３０から第１の端部２８へ、最初の３つの中間流れ通路２６を並列に通り、次の３つの中間流れ通路２６を並列に通って第１のコア端部２８から第２のコア端部３０へと流れ、次いで最後の流れ通路２４を通って出口管継手４４に戻る、熱交換器の流れパターンがもたらされる。このような構成では、第１および最後の流れ通路２２および２４は、入口および出口マニホルドとして働き、（たとえば図４からわかるように）中間流れ通路２６よりも断面積が大きいことによる恩恵を受ける。図６からわかるように、端部キャップ３８のプラグ部４６は、流れ通路端部を密封するための複数のフィンガ部分６２を備えており、この複数のフィンガ６２の間には、熱交換器コアの端部でフィン２０の空気側をより多く露出させるように、隙間が設けてある。

コア１２中に画定される流れ通路の数、ならびに端部キャップによってもたらされる回路パターンは、図示したものと異なっていてもよく、所定または所望の熱交換器の性能がもたらされるように選択することができる。押出し形成された長さが異なる複数のコア１２に応じた変更を加えずに端部キャップが使用できるので、本発明の構成によってかなりの融通性が生み出される。さらに、異なる端部キャップを使用すると、同一のコア構成で様々な異なる流れパターンの選択肢が得られる。本発明のこの構成は、内部流体輸送機能および流れ通路密封機能を端部キャップに組み込み、それによって、コア１２に対して行う押し出し加工後のコストのかかる機械加工および切削の工程の必要をなくし、または低減させている。

上述したように、端部キャップは、流れ巡回部４８とプラグ部４６とが一体に形成されて端部キャップとなる一体構成である。ただし、いくつかの実施形態では、別々に形成された流れ巡回部およびプラグ部を、コア１２の一端または両端で使用することができる。

図７から図９を参照すると、本発明のさらなる実施形態による熱交換器７０が示されている。熱交換器７０は、その細長い複数のフィン２０が複数の横方向切断線７２によって複数の区域７４、７６、７８、８０および８２に分割されており、連続する区域のフィンの延長端部を、そこを通過する空気（または他の流体）の境界層を分断するために互い違いの方向に曲げてあること以外は、熱交換器１０と同様である。図８および図９から最もよくわかるように、区域７４内のフィン２０の外側端部７３は、コア１２の一方の縦方向側縁部に向かって横方向に、ある角度に曲げられており、区域７６内のフィン２０の外側端部７３は、コアのもう一方の縦方向側縁部に向かって横方向に、ある角度に曲げられている。区域７４、７８および８２のフィン端部７３はそれぞれ、一方のコア側縁部に向かって同じ方向に曲げられており、これと交互の区域７６および８０のフィン端部はそれぞれ、もう一方のコア側縁部に向かって同じ方向に曲げられている。

この曲げ角度、フィン区域の数およびサイズは、特定の熱交換器構成および応用例について所望または所定の熱交換器の性能が得られるように選択することができる。いくつかの応用例では、端部の狭くなった部分のみが曲げられることもある。図８、図９および図１０からわかるように、図示した実施形態では、横方向切断部７２は、第１および最後の流れ通路２２、２４を画定する管状壁部３２が始まるところで終端しており、切断線レベルとコア・プレート１４の間に位置するフィン部分８６は直線状である。各区域の各フィン２０の外側角部８４は、尖った縁部を削って、切断部７２付近を丸くしてある。切断部７２は、コア１２を押出し形成した後で形成することができ、フィン端部の曲げは、このような切断の後またはそれと同時に設けることができる。図１１は、熱交換器７０で使用することができる代替の曲げフィン構成を示す。図１１に示すように、曲げフィン部７３の外側先端部は、直線フィン部８６に対してさらに曲げてある。図７から図１１のフィンのこの切断構成および曲げ構成は、様々な熱交換器構成で使用することができる。たとえば、２００３年３月２５日発行の米国特許第６，５３６，５１６号で示された熱交換器の押出し形成されたプレートを、本発明の諸態様に従って切断し、曲げることができる。切断部７２は、横方向である必要はなく、いくつかの実施形態では、コア１２の細長側縁部に対して９０度以外の角度をなし、いくつかの実施形態では、切断部は互い違いの方向に延びる。いくつかの実施形態では、フィン区域の長さが熱交換器の全長のうちで変化し、またいくつかの実施形態では、圧力回復をもたらし、かつ／または１つのフィン区域から次のフィン区画への移行部分における境界層の分断を改善するように、切断部７２の幅が熱交換器の長さに沿って変化している。例として図１２に、フィン区域７４の長さが後続のフィン区域７８、８０および８２よりも長く、フィン区域間の切断部のサイズが熱交換器に沿って変化する、フィン構成を示す。

図１３は、本発明の別の例示的な実施形態によるさらなる熱交換器１００を示す。この熱交換器１００は、熱交換器コア内に２つの別々の流体の回路を形成するように構成された多流体熱交換器（ｍｕｌｔｉ−ｆｌｕｉｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｇｅｒ）であることを除き、熱交換器１０とほぼ同じである。このような回路を形成するために、端部キャップ３８”および４０”の流れ巡回部４８は２列の交差バンプ５０を備える。それぞれの流れ巡回部４８上で、一方の流体用の流れ経路に使用される複数の交差バンプ５０は、もう一方の流体用の流れ経路に使用される交差バンプ５０とは異なる距離で熱交換器端部からずれている。それぞれの交差バンプ５０と連通する複数の流れ開口３６もまた、それに対応してずれている。図１３に示した例示的な実施形態１００では、１つの流体が、入口管継手４２（１）を通って熱交換器コアに入り、第１の流れ通路２２（１）を通り、次いで中間流れ通路２６（１）を通り、流れ通路２４（１）内を流れ、出口管継手４４（１）を通って熱交換器から出る。別の流体は、互い違いの平行流れ通路内を流れる。この流体は、入口管継手４２（２）を通って流れ通路に入り、流れ通路２２（２）、２６（２）、２４（２）内を流れ、出口管継手４４（２）を通って熱交換器から出る。多くの異なる回路パターンを使用できることを理解されたい。たとえば、別の例示的な実施形態では、図１３で示したようにコアを通る互い違いの流れ通路に２つの流体を流すのではなく、２つの並んだ熱交換器をコアが効果的に形成するように、隣接する流れ通路の第１の組を互いに接続して、ディーゼル燃料などの第１の流体を冷却するための蛇行流れ通路を形成し、隣接する流れ通路の第２の組を互いに接続して、パワー・ステアリング用の流体など第２の流体を冷却するための蛇行流れ通路を形成する。熱交換器１００を、３種以上の内部流体を流す回路を形成するように構成することもできる。

本発明の様々な実施形態では、空気がプレートを通過できるように、複数の空気流れ開口１０２が、コアのプレート１４を貫通してフィン２０同士の間に形成される。図１３に見られる様々な実施形態のこうした開口１０２は、円形、楕円形、長方形スロット、または他の形状である。

図１８は、多流体熱交換器１２０のさらなる例示的な実施形態の断面図である。熱交換器１２０は、熱交換器１００と同様であるが、プレート１４に沿って位置する環状壁部３２によって画定される流れ通路を備えるかわりに、実質的に中空のコア１２２の内部の平坦な上側プレート１２４と下側プレート１２６の間に、熱交換器１２０の流れ通路１２８（１）および１２８（２）が内部に形成されている。フィン２０は、下側プレート１２６から外側に延びる。上側プレート１２４と下側プレート１２６の間を延びる複数の離間された壁部１２７によって、プレート１２４と１２６の間の領域が、台形断面を有する内部流れ通路１２８（１）および１２８（２）に分割される。熱交換器１００と同様、端部キャップ３８”、４０”（図１８には図示せず）は、流れ通路１２８（１）および１２８（２）の端部を塞ぎ、かつ上側プレートを貫通する流れ開口を通る複数の流れ通路の間で回路を形成するために設けられる。一実施形態では、第１の流体は流れ通路１２８（１）を通って流れ、第２の流体はそれと１つおきの流れ通路１２８（２）を通って流れる。流れ通路の断面が台形であるため、流れ通路１２８（１）は、上側プレート１２４よりも下側プレート１２６との熱交換面積が大きくなり、流れ通路１２８（２）はこの反対となる。したがって、流れ通路１２８（１）内の第１の流体は、熱を空気側のフィン２０に排出することができ、流れ通路１２８（２）内の第２の流体は、たとえば初期予熱期間中に第１の流体を暖めるために、熱を第１の流体に排出することができる。

本発明のさらなる例示的な実施形態では、端部キャップ３８のプラグ部４６は、入口および出口管継手のための支持部および／あるいはろう付け表面を形成するように構成される。例として、図１４および図１５に、プラグ部４６が流れ通路２４への開口の周囲を囲んで延びる、熱交換器６０用の代替端部キャップ構成を示す。このプラグ部４６は、管継手４４の一部がその中を通って延びる、盛り上がった環状ボス部１０６を備える。環状リングまたは突起部１０８がこの管継手４４上に設けられ、環状ボス部１０６の裏側で受けられその内面に結合される。別の実施形態では、盛り上がったボス部１０６が省略され、プラグ部が平らで、リング１０８がプラグ部１０４の外面に接触する。

本発明の様々な実施形態において様々な代替フィン構成を使用できることが理解されよう。例として、図１６に、参照番号１１０で示す、フィン２０が環状壁部３２から同一方向外側に延びる「くし型」構成、および参照番号１１２で示す、フィン２０が環状流れ通路３２から径方向外側に延びる「星型」構成など、さらなる可能な複数のフィン構成を示してある。いくつかの実施形態では、コア１２の第１の側から外側に延びる複数のフィン１１４が、端部キャップ３８と４０の間に形成される。複数の実施形態では、フィン２０は、そこを通る空気流に乱流を起こすかそれを分断するために、熱交換器の一方の端部から他方へと延びるフィンの全長に沿って形成される互い違いのカーブまたは曲げを有することができる。

別の例示的な実施形態では、フィンの空気側の露出を向上させ、かつ／または熱交換器の取付けを容易にするために、図１７Ａに示すように、熱交換器１０のコア１２を湾曲させる。図１７Ｂは、コア１２の大部分は平らで、両側の２つの側部１１８が、コアの中央領域に対して上に曲がっている、別の実施形態を示す。

図１９は、熱交換器１０と同様であるが流れ通路２６がコア１３４のフィン１３２内部に形成されている、本発明の例示的な別の熱交換器１３０の部分断面図である。このような構成では、特に、より低い熱伝導特性を有するプラスチックでコア１３４を形成する応用例で熱伝導性が高まる。交差バンプ５０および流れ開口３６は、フィン１３２を通る直列の流体回路を形成するか、複数のフィンの組を通る並列の流体回路を形成し、かつ／または複数の流体回路を形成するように、構成することができる。

本発明のさらなる実施形態では、熱交換器１０のコアの平坦な第１の側１６を、低温状態で燃料を予熱するために使用される電熱器（図示せず）を収容するために使用する。電熱器を停止した後、熱交換器は冷却機能を果たす。上述のように、熱交換器は、本発明の様々な実施形態において、自動車両に使用する流体を加熱および冷却する以外に、パワー・トランジスタなどの電子デバイス用のコールド・プレートなど、さまざまな応用例で使用される。コアの第１の側の平坦な表面は、内部流れ通路を流れる流体によってもたらされる一次冷却、および空気側のフィンによってもたらされる任意の二次冷却によって、冷却すべき電子デバイスとの良好な熱接触を提供する。

本明細書において、上側、下側、頂部、底部、左、右など方向を示す語は説明のために使用したにすぎず、本発明の熱交換器は、所望のいかなる向きであってもよい。本発明の実施における多くの変更形態および修正形態が、本発明の精神または範囲から逸脱することなく可能であることが、当分野の技術者に明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される内容に従って解釈されるものとする。

本発明による熱交換器の一実施形態を左上部から見た斜視図である。 図１の熱交換器を左下部から見た斜視図である。 図１の熱交換器の上面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図４の線Ｖ−Ｖに沿った部分断面図である。 本発明による熱交換器の別の実施形態の斜視図である。 本発明の別の実施形態による熱交換器の底面図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。 図７の線ＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。 図７の熱交換器のコアを示す側面図である。 図７の熱交換器の代替フィン構成を示す部分断面図である。 代替フィン構成を示す、図１０と同様の側面図である。 本発明の実施形態による熱交換器のさらなる実施形態の上面図である。 代替端部キャップ構成を有する図６の熱交換器の部分斜視図である。 図１４の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った部分断面図である。 本発明による熱交換器の代替フィン構成を示す部分断面図である。 図１の熱交換器コアの一代替実施形態を示す断面図である。 図１の熱交換器コアの一代替実施形態を示す断面図である。 本発明の実施形態による熱交換器のさらなる代替コア構成の部分断面図である。 本発明の実施形態による熱交換器のさらなる代替コア構成の部分断面図である。

Claims (32)

1. 少なくとも２つの流れ通路（２２、２４、２６）を画定するコア部材（１２）であって、前記流れ通路が、前記コア部材の第１の端部（２８）から第２の端部（３０）に延び、前記各流れ通路が、前記コア部材（１２）の前記第１および第２の端部（２８、３０）に配置された対向する第１および第２の流れ通路端部をそれぞれ備え、前記コア部材（１２）が、その第１の端部（２８）から第２の端部（３０）に延びる第１および第２の側（１６、１８）を備えており、複数の流れ開口（３６）が前記第１の側（１６）を貫通し前記流れ通路と流体連通して形成されることを特徴とする、コア部材（１２）と、
   前記流れ通路端部（３８、４０）を前記コア部材（１２）の一方の端部で密封する第１のプレート部材（４６）と、
   前記コア部材（１）の前記第１の側（１６）に固定され、前記第１の側と共に前記複数の流れ開口の間に流れ経路を画定する第２のプレート部材（４８）とを備え、前記少なくとも２つの流れ通路（２２、２４、２６）のうちの１つを流れる流体を、前記流れ開口（３６）および前記流れ経路（５２）を介して、前記少なくとも２つの流れ通路のうちの別の流れ通路に流す回路が形成される、熱交換器（１０、６０、１００、１２０、１３０）。
2. 前記第１のプレート部材（４６）と前記第２のプレート部材（４８）が互いに一体に連結され、前記第２のプレート（４８）が、前記コア部材の前記一方の端部から、前記第１の側（１６）の上を部分的に、所定の距離だけ延びることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記流れ開口（３６）が前記コア部材（１２）の前記一方の端部付近に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第２のプレート部材（４８）が、前記第１の側（１６）に固定された実質的に平坦な部分を有し、前記平坦な部分内に形成され前記流れ経路を画定する外側に突出した領域（５０）によって、交差凹部が画定されることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
5. 前記第１のプレート部材（４６）と前記第２のプレート部材（４８）が互いにほぼ直交することを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
6. 複数の離間されたフィン（２０）が前記第２の側（１８）から外側に延び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. 前記複数のフィン（２０）が、前記コア部材（１２）の前記第１の端部（２８）から前記第２の端部（３０）へと長手方向に延び、それぞれ外側端部を有し、前記複数のフィンは、その長手方向の全長にわたり、連続した複数のフィン区域（７６、７８、８０、８２）に分割され、前記連続した複数のフィン区域内の前記複数のフィンの前記外側端部同士が互い違いの方向に曲げられていることを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記コア部材（１２）が、前記コア部材（１２）の前記第１および第２の端部（２８、３０）に配置された対向する第１および第２の流れ通路端部をそれぞれ有する前記流れ通路（２２、２４、２６）のうち少なくとも３つと、前記コア部材（１２）の前記第１の側（１６）を貫通して形成され、それぞれの前記流れ通路と流体連通する少なくとも２つの離間された流れ開口（３６）とを備え、熱交換器がさらに、前記流れ通路端部の少なくともいくつかを前記コア部材のもう一方の端部で密封するさらなる第１のプレート部材（４６）と、前記コア部材の前記第１の側に固定され、前記第１の側のさらなる前記流れ開口（３６）の間にさらなる流れ経路を画定するさらなる第２のプレート部材（４８）とを備え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. 前記コア部材が押出し形成されており、前記第２の側（１８）に沿って配置され前記少なくとも２つの流れ通路を画定する一体の管状壁部（３２）を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. 複数の流れ通路（２２、２４、２６）を画定する押出し形成されたコア部材（１２）であって、前記流れ通路がそれぞれ、前記コア部材（１２）の第１の端部（２８）および第２の端部（３０）に配置された対向する第１および第２の流れ通路端部を有し、前記コア部材が、その第１の端部から第２の端部に延びる第１の側（１６）および第２の側（１８）を有し、前記第１および第２の側の一方が、前記流れ通路（２２、２４、２６）と連通する第１組の流れ開口（３６）を画定し、前記第１および第２の側のもう一方が、前記流れ通路（２２、２４、２６）と連通する第２組の流れ開口（３６）を画定する、コア部材と、
    前記コア部材の第１の端部に連結された第１の一体端部キャップ（３８）であって、前記第１の端部キャップが、前記流れ通路のうち少なくともいくつかの流れ通路の前記第１の流れ通路端部を密封する第１の部材と、前記第１の端部キャップの前記第１の部材から、前記コア部材の前記第１組の流れ開口を画定する側の上を部分的に延びる第２の部材とを備え、前記第１の端部キャップの前記第２の部材が、前記コア部材と共に、前記第１組の流れ開口のうち少なくともいくつかの間に少なくとも１つの流れ経路を画定する、第１の一体端部キャップと、
    前記コア部材の前記第２の端部に接続された前記第２の一体端部キャップであって、前記第２の端部キャップが、前記流れ通路のうち少なくともいくつかの流れ通路の前記第２の流れ通路端部を密封する第１の部材と、前記第２の端部キャップの前記第１の部材から、前記コア部材の前記第２組の流れ開口を画定する側の上を部分的に延びる第２の部材とを備え、前記第２の端部キャップの前記第２の部材が、前記コア部材と共に、前記第２組の流れ開口のうち少なくともいくつかの間の少なくとも１つの流れ経路を画定する、第２の一体端部キャップとを備える熱交換器。
11. 複数の離間されたフィンが前記第２の側から外側に延びることを特徴とする、請求項１２に記載の熱交換器。
12. 前記第１組の流れ開口および前記第２組の流れ開口がそれぞれ、前記コア部材の前記第１の側に配置されることを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
13. 前記離間された複数のフィンが、前記コア・プレートの長手方向軸とほぼ平行に延び、前記コア・プレートの少なくとも一部分が、前記長手方向軸の周りで湾曲することを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
14. 前記離間された複数のフィンが前記コア・プレートの長手方向軸とほぼ平行に延び、前記コア・プレートがその中央部分の両側にある第１および第２の長手方向縁部を有し、前記長手方向縁部が前記中央部分に対してある角度で曲げられていることを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
15. 前記コア部材が、前記コア部材の前記第１の側を画定する第１の表面を有する実質的に平坦なコア・プレートを備え、前記プレートが、反対側に面する第２の表面を備え、複数の環状壁部区域が、前記第２の表面に沿って前記第１の端部から前記第２の端部へと延び、前記管状壁部区域が、前記流れ通路のうち１つをそれぞれ画定することを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
16. 前記コア部材が、前記第１のプレートと第２のプレートの間の領域を前記複数の流れ通路に分割する離間された壁部によって一体に連結された、第１および第２の離間されたプレートを備えることを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
17. 前記複数の流れ通路がそれぞれ台形断面を有し、前記第１および第２の端部キャップが、前記コア部材と共に、１つおきの流れ通路を接続する流れ経路を画定して、第１および第２の流体を隣接する別々の流れ通路に流す流体回路を形成することを特徴とする、請求項１６に記載の熱交換器。
18. 前記複数の流れ通路が、少なくとも部分的に前記複数のフィン内に画定されることを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
19. 複数の空気流れ開口が、前記平坦なコア・プレートを貫通して形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
20. 前記熱交換器が複数流体用熱交換器であり、前記第１および第２の端部キャップが、前記コア部材と共に、１つおきの流れ通路を接続する流れ経路を画定して、第１および第２の流体を隣接する別々の流れ通路に流す流体回路を形成することを特徴とする、請求項１０に記載の熱交換器。
21. 前記流れ通路が、第１および最後の流れ通路と、その間に配置された複数の中間流れ通路とを含み、前記熱交換器が、前記コア部材に取り付けられた、流体を前記第１の流れ通路に供給するための入口管継手と、前記コア部材に取り付けられた、前記最後の流れ通路から前記流体を受け取るための出口管継手とを備え、前記第１および第２の端部キャップが、流体を前記第１の流れ通路から前記中間流れ通路を介して前記最後の流れ通路に流す流体回路を形成するように構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の熱交換器。
22. 前記第１および第２の端部キャップおよび前記コア部材が、前記流体を前記中間流れ通路を介して直列に流す流体回路を形成するために前記流れ経路を画定することを特徴とする、請求項２１に記載の熱交換器。
23. 前記第１および第２の端部キャップおよび前記コア部材が、前記流体を少なくともいくつかの前記中間流れ通路を介して並列に流す流体回路を形成するために前記流れ経路を画定することを特徴とする、請求項２１に記載の熱交換器。
24. 前記第１および最後の流れ通路がそれぞれ、前記中間通路よりも大きい流れ領域断面を有し、前記入口管継手が前記第１の流れ通路の一端に固定され、前記出口管継手が前記最後の流れ通路の一端に固定されることを特徴とする、請求項２１に記載の熱交換器。
25. 内側に延びる複数のフィンが、前記コアによって前記中間流れ通路それぞれの内部に画定されるが、前記第１および最後の流れ通路内には画定されないことを特徴とする、請求項２４に記載の熱交換器。
26. 前記第１の端部キャップの前記第１の部材および前記第２の端部キャップの前記第１の部材の少なくとも一方が、前記第１の流れ通路および前記最後の流れ通路の少なくとも一方の前記端部上に延びる管継手取付け部を有し、前記管継手取付け部が、前記第１の流れ通路および前記最後の流れ通路の少なくとも一方と位置合せされた開口を画定し、前記管継手の一方が前記第１の流れ通路および前記最後の流れ通路の少なくとも一方と流体協働して前記管継手取付け部にろう付けされることを特徴とする、請求項２１に記載の熱交換器。
27. 前記第１組の流れ開口が、前記コア部材の前記第１の端部付近に配置され、前記第２組の流れ開口が、前記コア部材の前記第２の端部付近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。
28. 前記第２の部材が実質的に平坦であり、その内部に形成された盛り上がった領域によって前記流れ経路が画定されることを特徴とする、請求項１０に記載の熱交換器。
29. 複数の離間された流れ通路を画定する押出し形成されたコア部材を形成するステップであって、前記流れ通路がそれぞれ、前記コア部材の第１および第２の端部に配置された対向する第１および第２の流れ通路端部を有し、前記コア部材が、その前記第１の端部から前記第２の端部へ延びる第１および第２の側を有し、前記第１および第２の側の一方が、前記流れ通路と連通する第１組の流れ開口を画定し、前記第１および第２の側部のもう一方が、前記流れ通路と連通する第２組の流れ開口を画定する、ステップと、
    第１の一体端部キャップを形成し、前記第１の端部キャップを前記コア部材の前記第１の端部に取り付けるステップであって、前記第１の端部キャップが、少なくともいくつかの前記流れ通路の前記第１の流れ通路端部を密封する第１の部材と、前記第１の端部キャップの前記第１の部材から、前記コア部材の前記第１組の流れ開口を画定する側部の上を部分的に延びる第２の部材とを備え、前記第１の端部キャップの前記第２の部材、および前記コア部材が、前記第１組の流れ開口のうち少なくともいくつかの間で少なくとも１つの流れ経路を形成する、ステップと、
    第２の一体端部キャップを形成し、前記第２の端部キャップを前記コア部材の前記第２の端部に取り付けるステップであって、前記第２の端部キャップが、少なくともいくつかの前記流れ通路の前記第２の流れ通路端部を密封する第１の部材と、前記第２の端部キャップの前記第１の部材から前記コア部材の前記側の上を部分的に延びる第２の部材とを備え、前記第２の端部キャップの前記第２の部材および前記コア部材が、前記第２組の流れ開口を画定し、前記第２組の流れ開口のうち少なくともいくつかの間の少なくとも１つの流れ経路を画定する、ステップとを含む、熱交換器を形成する方法。
30. 前記コア部材が、前記コア部材の前記第１の端部から前記第２の端部へと延びる複数の細長いフィンを備えており、複数の離間された切断部を、前記外側端部を横切って形成することによって前記複数のフィンの外側端部を連続した複数のフィン区域に分割するステップと、前記連続した複数のフィン区域の前記外側端部同士を互い違いの方向に曲げるステップとを含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
31. 前記外側端部の角縁部を、前記離間された切断部のところで丸くするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
32. 熱交換器のコア・プレートであって、前記コア・プレートの第１の端部から第２の端部へと走り、外側に延びる複数の長手方向フィンを画定し、前記複数のフィンが、別々の区域に分断される外側フィン端部を有し、隣り合う区域の前記外側フィン端部同士がそれぞれ異なる方向に曲げられている、コア・プレート。

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