JP2008527304A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造を有し、低コストで製造可能な、プレート式熱交換器とも呼ばれる特に自動車用の積層型熱交換器を提供する。
【解決手段】自動車用の積層型熱交換器が、複数の互いに積層されて結合された管機構（３，４）、特に半田付けによって結合された細長い円板状の管機構（３，４）、特に扁平管を備えている。管機構が、媒体を通すための中空部を形成するそれぞれ２つの細長い半円板（４１）で構成されている。半円板がその端部に媒体を給排出するためのそれぞれ１つの第１貫通孔（４８；４９）を有し、該貫通孔（４８；４９）が、半円板（４１）の横方向から見て、２つのさらなる貫通孔（５５，５６；６０，６１）の間に設けられている。前述のさらなる貫通孔（５５，５６；６０，６１）の縁部（５７，５８；６２，６３）が高く設けられており、底部を備えた浅鉢のような形状を有し、該底部にそれぞれの貫通孔が設けられている。
【選択図】図７

Description

本発明は、積層型熱交換器であって、複数の互いに積層されて結合された、特に半田付けによって結合された細長い円板状の管機構、特に扁平管を備え、該管機構が、媒体を通すための中空部を形成するそれぞれ２つの細長い半円板で構成されており、該半円板がその端部に媒体を給排出するためのそれぞれ１つの第１貫通孔を有し、該貫通孔が、半円板の横方向から見て、２つのさらなる貫通孔の間に設けられている特に自動車用の積層型熱交換器に関する。

特許文献１から知られるプレート式熱交換器は、完備された状態で複数の通路を有し、該通路がコレクタを介して直列に接続されており、冷却されるべき流体を通すために用いられる。各通路は１組の丸みを帯びた長方形のプレートからなり、該プレートの縁部は前方に突出し、外側に曲げられ、プレートは互いに向かい合っている。長方形のプレートには穴が設けられており、その穴は短側面に配置されており、コレクタを形成する。プレートのペア間にはスペーサが設けられており、冷媒用の溝付き穿通孔を形成する。また、各１組のプレート間にもそれぞれの短側面部分にディスタンスピースが備えられている。これらのスペーサおよびディスタンスピースは同部分において、上記プレートとスペーサが炉中ろう付け法によって熱交換器の各短側面で互いに結合されて１つの固体物となるように配置されている。炉中ろう付けを行った後、少なくとも１つの通路が上記部分に作られ、該通路は、プレートおよびスペーサ／ディスタンスピースの中を通り、熱交換器／冷却器と組み合わせて利用するために備えられている。プレートおよびスペーサ／ディスタンスピースには２つの貫通孔が設けられており、該貫通孔は、前記穿通孔および溝に対して対称に配置され、その結果、製造工程中に４本の管が直立して設けられる。該貫通孔の外径は、貫通孔内に摺動可能に嵌合できる程度の大きさであり、プレートおよびスペーサ／ディスタンスピースを管まで所望の順序で移動することができる。所定の数のプレートおよびスペーサ／ディスタンスピースが積層されているとき、管の終端は直立しており、積層されたプレートおよびスペーサ／ディスタンスピースを確実に結合された状態に保持することが保証され、その状態で炉中ろう付け工程が実施される。この既知のプレート式熱交換器は、多くの構成要素を含み、構造が複雑である。また、このプレート式熱交換器の製造コストは比較的高い。
欧州特許第０４７０２００号明細書

本発明の課題は、複数の、互いに積層され、結合された、特に半田付けによって結合された細長い円板状の管機構、特に扁平管を備え、該管機構が、媒体を通すための中空部を形成するそれぞれ２つの細長い半円板で構成されており、該半円板がその端部に媒体を給排出するためのそれぞれ１つの第１貫通孔を有し、該貫通孔が、半円板の横方向から見て、２つのさらなる貫通孔の間に設けられており、しかも簡単な構造を有し、低コストで製造可能な、プレート式熱交換器とも呼ばれる特に自動車用の積層型熱交換器を提供することである。

この課題は、複数の、互いに積層され、結合された、特に半田付けによって結合された細長い円板状の管機構、特に扁平管を備え、該管機構が、媒体を通すための中空部を形成するそれぞれ２つの細長い半円板で構成されており、該半円板がその端部に媒体を給排出するためのそれぞれ１つの第１貫通孔を有し、該貫通孔が、半円板の横方向から見て、２つのさらなる貫通孔の間に設けられている特に自動車用の積層型熱交換器において、該さらなる貫通孔の縁部を高く設け、該縁部に底部を備えた浅鉢のような形状を持たせ、該底部にそれぞれの貫通孔を設けることによって解決される。これにより、ディスタンスピースを取り除くことができる。

発明の実施の形態

本積層型熱交換器の好ましい実施例は、第１貫通孔の縁部が高く設けられ、底部を備えた浅鉢のような形状を有し、該底部にそれぞれの貫通孔が設けられていることを特徴とする。第１貫通孔の高い縁部は、既知の積層型熱交換器におけるスペーサの役割を担う。これにより、スペーサを取り除くことができる。

本積層型熱交換器のもう１つの実施例は、前記さらなる貫通孔の高い縁部と第１貫通孔の高い縁部との間にそれぞれひだが形成されていることを特徴とする。このひだにより、円板のペアの半田付け性が改良される。さらに、半円板の強度がこのひだにより大きくなる。ひだは、わずかな間隔を持って構成され、ひだを介して半円板の両側部がそれぞれ隣接する半円板と結合されるようにすることが好ましい。これにより、半田付けされた積層型熱交換器に強力な連接部が形成される。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、ひだが蛇行状の刻み目または溝を介して互いにつながれており、その刻み目または溝が、各半円板の終端方向に向かって、第１貫通孔の外側において前記さらなる両貫通孔の間に設けられていることを特徴とする。蛇行状の刻み目または溝もまた上記ひだと同様のものとみなすことができ、前記の効果を補強する。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、管機構が基礎板と蓋板との間に積層されていることを特徴とする。蓋板と基礎板は積層型熱交換器を画成する。この両板の一方または両方を用いて、積層型熱交換器を例えばエンジンブロックあるいはフィルタハウジングに接して、またはその内部に設置することができる。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、基礎板が４つの貫通孔を有し、該貫通孔が管機構のさらなる貫通孔とそれぞれ同心円状に設けられており、該さらなる貫通孔の直径よりも幾分寸法が小さい固定手段を用いる際に利用できることを特徴とする。その固定手段はねじが好ましく、このねじを用いて基礎板が例えばエンジンブロックに固定される。これらのねじは、外径が基礎板における貫通孔の直径よりも大きいが、管機構の前記さらなる貫通孔の直径よりも小さいねじ頭を有することが好ましい。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、基礎板と蓋板がそれぞれ４つの貫通孔を有し、該貫通孔が管機構におけるさらなる貫通孔と一直線上に並んでおり、該さらなる貫通孔の直径よりも幾分寸法が小さい固定手段を用いる際に利用できることを特徴とする。その固定手段はねじが好ましく、このねじを用いて基礎板および蓋板がその間に挟み込まれた管機構と共に例えばエンジンブロックに設置される。これらのねじは、外径が基礎板および蓋板における貫通孔の直径よりも大きいねじ頭を有することが好ましい。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、管機構がそれぞれ互いに対して１８０°回転された２つの等しい半円板で構成されており、各半円板が多数の条溝を有し、該条溝が好ましくは一方の長手方向側面から半円板の対向する長手方向側面へ直線状に走っている。それぞれ２つの半円板で構成された円板は、扁平管またはプレートとも称される。条溝が直線状に走っていることで、媒体が半円板の一方の長手方向側面から対向する長手方向側面へ妨害されることなく通過することが保証される。中空部では、条溝が冷却されるべき媒体を適度に攪拌する。これは、別個に攪拌装置を用意する必要がなくなるという利点となる。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、条溝が各半円板の一方の面に設けられていることを特徴とする。条溝は直線状の細くて長い溝によって形成され、その溝はひだとも呼ばれ、例えば薄板材の一方の面に設けられている。条溝が一方の面だけに設けられているので、半円板の製造が簡易化される。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、条溝が長手方向側面において外周縁によって画定されることを特徴とする。この外周縁は、２つの半円板を互いに結合するために、特に半田付けするために用いられる。これにより、中空部が両半円板の間において周囲に対して密閉される。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、円板が２つの隣接する半円板によって形成され、半円板の条溝が外方向に設けられていることを特徴とする。条溝は円板の内部で媒体の流路を画成する。円板の一方の終端部に媒体用の入口が、もう一方の終端部に出口が設けられていることが好ましい。

本積層型熱交換器のもう１つの好ましい実施例は、２つの円板が、条溝によって形成された高い部分で接合され、互いに半田付けされていることを特徴とする。この高くなった部分間で、冷媒が各半円板の一方の長手方向側面から対抗する長手方向側面に達することができる。

条溝は、３５°から５５°の角度で、特に４５°の角度で、それぞれの半円板の長手方向側面へと延びている。これにより、一方で、媒体が円板内部に形成された中空部の中を円板の一方の終端部からもう一方の終端部へ流れるように保証される。またもう一方で、本発明に係る条溝の配置によって、媒体が２つの円板において一方の長手方向側面から対向する長手方向側面へと流れるように保証される。

２つの隣接する半円板の条溝は、互に対して８０°から１００°、特に９０°の角度で設けられることが好ましい。これにより、冷却されるべき媒体のために円板内に、多数の方向転換と渦が生じる流路が作られる。これは、動作中に中空部に生じる境界層が繰り返し破壊されるという利点を持つ。これによって、条溝のない滑らかな通路と比較すると、熱伝導性が非常に改良される。従って、冷却されるべき媒体は、中空部を貫流することで何度も方向を転換する。それに対して、冷媒はほとんど妨げられることなく直線状に２つの隣接する円板間の条溝の中を流れることができる。９０°という角度は、２つの条溝の結合部に円形に近い半田メニスカスを生じる。これにより、流れは、冷却されるべき媒体の主流れ方向に対して縦方向と横方向に同様の影響を受けることになる。

各貫通孔は、例えば、円形、楕円形、長円形、角形、特に三角形、四角形あるいは多角形、長方形または正方形に形成される。これらの貫通孔は状況に応じて異なった形状および／または大きさを有する。

本発明のその他の利点、特徴および細部については、以下の説明において図面を参照しながらさまざまな実施例を挙げて詳述する。なお、請求項および説明の中で言及された特徴はそれぞれ個別にまたは任意の組み合わせにおいて本発明に必須の要素であり得る。

図１に、本発明に係る積層型熱交換器１を正面から見た図が示されている。この積層型熱交換器１は多数のほぼ円板状の扁平管３，４を含み、該扁平管が基礎板８と蓋板９との間に互いに積層されている。扁平管３，４はその終端部にそれぞれ１つの開口を有し、その開口を通して冷却されるべき媒体、特にエンジンオイルが流入あるいは流出できる。扁平管３，４には冷却されるべき媒体が長手方向に貫流する。扁平管３，４の外側には、図１の図面に対して垂直方向に扁平管３，４の周囲を流れる冷媒が作用する。

図２は、図１に示された積層型熱交換器１の平面図である。積層型熱交換器１は４個のねじ１１から１４によって自動車の（図示されていない）エンジンブロックまたはフィルタハウジングまたはフィルタハウジングカバーに固定することができる。図２には、扁平管３，４において、横方向にそれぞれ２つのねじ１１，１４；１２，１３の間に冷却されるべき媒体用の貫通孔１５；１６が設けられていることが示されている。

図３は、図１および図２に示された積層型熱交換器１の側面図である。

図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。図４から、ねじ１１，１４がそれぞれねじ頭１７，１８を有し、そこからそれぞれ植込みボルト１９，２０が出ていることが分かる。植込みボルト１９，２０は、基礎板８に設けられた貫通孔２１，２２の中を通っている。貫通孔２１，２２の直径は、植込みボルト１９，２０の外径よりも幾分大きい。一方、ねじ頭１７，１８の外径は貫通孔２１，２２の直径よりも幾分大きい。

図４の矢印２５，２６によって、扁平管３，４が貫通孔、特に縁付き穴を有し、これらの穴の直径がねじ頭１８，１９の外径よりも幾分大きいことが示されている。貫通孔２５，２６は、積層型熱交換器１を取り付ける際にねじ１１，１４を通すために用いられ、また積層型熱交換器１が取り付けられた状態でねじ頭１７，１８を受け止めるために用いられる。

図５には、別の実施例における、図４と同様の断面が示されている。積層型熱交換器３０は、４個のねじ（図５にはねじ３１と３４だけが示されている）を用いて自動車のエンジンブロック（図示されていない）に固定することができる。ねじ３１はねじ頭３２を有し、そこから植込みボルト３３が延びている。ねじ３４はねじ頭３５を有し、そこから植込みボルト３６が延びている。

図５の扁平管３，４は図４の場合と同じ扁平管である。これらの扁平管はまた、円板、特に積層円板、あるいはプレートとも呼ばれる。基礎板８は図４に示された実施例の場合と同じ基礎板である。蓋板９には、図４に示された実施例とは異なり、植込みボルト３６，３３用の２つの貫通孔３８，３９が設けられている。基礎板８と蓋板９の貫通孔２１，２２；３８，３９の直径は、植込みボルト３３，３６の外径よりも幾分大きい。それに対し、ねじ頭３２，３５の外径は、貫通孔２１，２２；３８，３９の直径よりも幾分大きい。

積層型熱交換器３０が取り付けられた状態で、ねじ頭３２，３５は蓋板９の外面に接する。植込みボルト３３，３６は、蓋板９、扁平管３，４、基礎板８を通り、固定用の穴（図示されていない）にまで達する。

図６および図７は半円板４１の平面図である。半円板４１はアルミニウム板からなる細長いプレートの形状を有し、２つの直線状の長手方向側面４２および４３を持ち、その長手方向側面は互いに平行に設けられている。半円板４１の終端部４４および４５は丸みを帯びている。半円板４１の終端部４４および４５には、貫通孔４８および４９が設けられている。貫通孔４８，４９はそれぞれ縁部５０，５１が高くなっている。貫通孔４８，４９のこの高い縁部５０，５１は、特に図７に示されているように、底部を備えた浅鉢の形状を有し、底部には貫通孔４８，４９が設けられている。

半円板４１の長手方向から見て、貫通孔４８，４９の間に多数の条溝５２が設けられている。条溝５２は、半円板４１の一方の長手方向側面４２から対向する長手方向側面４３へと直線状に延びているのが好ましい。条溝５２は、窪みと類似した形状を有し、貫通孔４８，５０の縁部５０，５１が高くなっている半円板４１の面と同じ側に高くなっている。条溝５２の終端は長手方向側面４２，４３の方へ向かって丸みが付けられている。条溝５２は、半円板４１の長手軸に対して４５°の角度で設けられている。断面を見ると、半円板４１は波形の輪郭を有する。断面のこの波形の輪郭は、半円板４１の一方の面に設けられた条溝によって形成されている。

円板または扁平管（図１から図３の３，４）を形成するために、２つのほぼ等しい半円板４１を互いに１８０°回転させて配置されており、外周縁５３が互いに半田付けされている。縁部５０，５１と条溝５２は外側を向いており、内側に冷却されるべき媒体用の中空部が形成される。また、両半円板４１は外周縁５３だけでなく、条溝５２および高い縁部５７，５８，６２，６３の接触箇所も半田付けされている。半円板４１を積み重ねる際に、波形は点状に接触する。このことから、２つの半円板４１で形成された円板の内側では、貫流する冷却されるべき媒体の方向転換が繰り返し生じる。両半円板４１が互いに半田付けされる接触箇所の数が多いので、良好な圧力安定性が保証される。

貫通孔４８，４９は、半円板４１の横方向から見て、それぞれ２つの貫通孔５５，５６；６０，６１の間に設けられている。貫通孔５５，５６；６０，６１は、貫通孔４８，４９と同様にそれぞれ高い縁部５７，５８；６２，６３を有する。貫通孔５５，５６；６０，６１の高い縁部５７，５８；６２，６３は、特に図７から分かるように、浅鉢状に構成されている。貫通孔５５，５６；６０，６１のそれぞれの高い縁部５７，５８；６２，６３は、同じ方向に設けられている。貫通孔４８，４９の高い縁部５０，５１および条溝も同じ方向に設けられている。

各貫通孔５５；５６と貫通孔５８との間に、それぞれ円弧状のひだ６５；６６が設けられている。このひだ６５，６６は、これもひだとも呼ばれるほぼ蛇行状の造形６８によって互いに結ばれている。蛇行状のひだ６８は、円弧状のひだ６５および６６の終端間を貫通孔４８の周りに走っている。

本発明について自動車用積層型熱交換器を例に取って説明した。しかし、本発明に係る熱交換器は他の用途にも適していることを指摘しておく。さらに、本発明を逸脱することなく設計変更を行うことが可能である。特に、独国特許出願公開第１０２００４０１２３２４．２号明細書に則った熱交換器がある。該明細書は、本書と共に明示的に開示内容に属するものとする。

本発明に係る積層型熱交換器の平面図である。 図１に示した積層型熱交換器の底面図である。 図１に示した積層型熱交換器の側面図である。 図２に示した線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 もう１つの実施例に即した図４と同様の断面図である。 半円板の平面図である。 図６に示した線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。

Claims (12)

1. 積層型熱交換器であって、複数の互いに積層されて結合された管機構（３，４）、特に半田付けによって結合された細長い円板状の管機構（３，４）、特に扁平管を備え、管機構が、媒体を通すための中空部を形成するそれぞれ２つの細長い半円板（４１）で構成されており、半円板がその端部に媒体を給排出するためのそれぞれ１つの第１貫通孔（４８；４９）を有し、該貫通孔（４８；４９）が、半円板（４１）の横方向から見て、２つのさらなる貫通孔（５５，５６；６０，６１）の間に設けられている特に自動車用の積層型熱交換器において、
   前述のさらなる貫通孔（５５，５６；６０，６１）の縁部（５７，５８；６２，６３）が高く設けられており、底部を備えた浅鉢のような形状を有し、該底部にそれぞれの貫通孔が設けられていることを特徴とする積層型熱交換器。
2. 第１貫通孔（４８，４９）の縁部（５０，５１）が高く設けられており、底部を備えたほぼ浅鉢の形状を有し、該底部にそれぞれの貫通孔が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の積層型熱交換器。
3. 前記さらなる貫通孔（５５，５６）の高い縁部（５７，５８）と第１貫通孔（４８）の高い縁部（５０）と、半円板をそれに対応する半円板と組み合わせるための仲介部となる特に外周縁（５３）とが、ほぼ同じ水平面に位置することを特徴とする、請求項２に記載の積層型熱交換器。
4. 第１貫通孔（４８）の高い縁部（５０）がそれぞれの半円板（４１）の終端に向かって蛇行状に画成されていることを特徴とする、請求項３に記載の積層型熱交換器。
5. 管機構（３，４）が基礎板（８）と蓋板（９）との間に積層されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の積層型熱交換器。
6. 基礎板（８）が４つの貫通孔（２１，２２）を有し、該貫通孔が管機構（３，４）における前記さらなる貫通孔（５５，５６；６０，６１）と一直線状に並んでおり、該さらなる貫通孔の直径よりも寸法が幾分小さい固定手段（１１−１４）を通すために用いられることを特徴とする、請求項５に記載の積層型熱交換器。
7. 基礎板（８）と蓋板（９）とがそれぞれ４つの貫通孔（２１，２２；３８，３９）を有し、該貫通孔が管機構（３，４）における前記さらなる貫通孔（２５，２６）と一直線状に並んでおり、該さらなる貫通孔の直径よりも寸法が幾分小さい固定手段（３１，３４）を通すために用いられることを特徴とする、請求項５に記載の積層型熱交換器。
8. 管機構（３，４）がそれぞれ２つの特に同じ、互いに対して１８０°回転された半円板（４１）で構成されており、該半円板の各々が多数の条溝（５２）を有し、該条溝が半円板（４１）の一方の長手方向側面（４２）から対向する長手方向側面（４３）へと特に直線状に走っていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の積層型熱交換器。
9. 前記条溝（５２）が各半円板の一方の面に設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の積層型熱交換器。
10. 前記条溝（５２）が両長手方向側面において外周縁（５３）によって画定されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の積層型熱交換器。
11. 円板（３，４）が２つの互いに隣接する半円板（４１）によって形成されており、該半円板の条溝（５２）が外方向に設けられていることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか１つに記載の積層型熱交換器。
12. ２つの円板（３，４）がそれらの条溝（５２）および／または高い縁部（５０，５７，５８）で互いに隣接し合い、互いに半田付けされていることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか１つに記載の積層型熱交換器。

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