JP2008540998A - マルチ熱交換器のためのマルチタイプのフィン - Google Patents

Abstract

【課題】異なるタイプの熱交換器を有するマルチ熱交換器の熱効率を最適にする。
【解決手段】 異なる熱交換器部分または要素と、熱交換器の異なるチューブ部分に設けられた異なるタイプまたは特性のフィン、またはセパレータとを備えるマルチ熱交換器またはコンボ冷却器を備えた熱交換器組立体に関する。２つの部分の熱交換器を、異なる流体が横断でき、全体の熱交換効率を高めるように、フィンの特性、例えば高さ、およびピッチが異なっている。
【選択図】図８

Description

本発明は、異なる流体が横断できる離間した流体導管、すなわち、チューブと、構造が変化するフィンを有する、自動車用のマルチ熱交換器、例えばコンボ冷却器タイプの熱交換器の技術分野に関する。

従来、エンジンオイル（トランスミッションオイル、パワーステアリングオイルなど）は、オイル冷却器により冷却されている。このオイル冷却器は、ラジエータの水タンク（水冷式タンク内オイル冷却器と称される）の内部、または凝縮器（水冷式オイル冷却器）の前方のいずれかに設置されている。ある場合、すなわち、熱冷却要求量が大きいとき、タンク内水冷式オイル冷却器または空気冷却式オイル冷却器は、増大した冷却要求量を満足できず、２つの別個のオイル冷却器を使用しなければならない。

従来のオイル冷却器のレイアウトには、いくつかの長所がある。すなわち、タンク内オイル冷却器は、オイルがラジエータ内部の水によって暖められている場合には、冬季における冷間始動が良好となる。空冷式オイル冷却器は、設置場所が自在である。別体となっている空冷式冷却器の欠点は、コンボ冷却器内で空冷式オイル冷却器を使用することにより緩和でき、これによって、コストを下げることができるだけでなく、冷却器パッケージの占める容積も、大きく節約できる。

自動車用の空冷式熱交換器において、フィンを使用することは公知である。フィンは、エンジン冷却液、エンジン潤滑オイル、空調冷却剤、および自動車のトランスミッション流体を含む種々の作動流体の温度を下げることができる。

熱交換器は、一般に、入口と出口との間に接続された複数の離間した流体導管またはチューブと、これら隣接するチューブまたは導管の間に挟持された複数の熱交換フィンとを備えている。冷却フィンまたは自動車の移動により、フィンに向かって空気が流れ、フィンを横断する。空気がフィンを横断するように流れる際に、チューブ内を流れる流体内の熱が、チューブの壁を通ってフィンに伝わり、空気流に伝達して、熱交換が生じる。

製造上の簡潔性をより高め、増大する熱交換器の熱要求量を満たすためには、ほとんどの熱交換器においては、フィンまたはセパレータを使用することが好ましい。このフィンまたはセパレータは、同様なタイプのチューブを、接触させたり接続させたりすることができる。すなわち、フィンまたはセパレータは、凝縮器のチューブを凝縮器のチューブに接触したり、または接続するか、もしくは、オイルチューブをオイルチューブに接触したり、または接続するか、または異なるチューブ（例えばコンデンサをオイルチューブ）に接触したり、または接続する。

熱交換器の設計上の基本的な目標の１つは、最大限可能な熱効率を達成することである。熱効率は、所定の組の条件（空気流量、空気と流体との間の温度差など）において、実際に熱交換器によって交換される熱量を、これら条件下で、最大可能な理論的熱交換量で除算することによって測定される。従って、熱交換のレートを増加する結果、熱効率がより大きくなる。

熱交換は、フィンによって生じる空気流の方向の変化に関連する空気圧低下によっても影響される。空気圧の低下量が大きくなると、熱交換量も少なくなる。従来は、フィンおよび空気流パターンを改善して、熱交換の効率を高めるように、種々のタイプのフィン構造が提案されている。

マルチ熱交換器またはコンボ冷却器の利点の１つとして、例えば、自動車の同じ正面の領域または空間を共用できることを挙げることができる。マルチ熱交換器またはコンボ熱交換器は、異なる流体が流れることができる異なる流体導管またはチューブを備える２つ以上の熱交換部分を有する。従って、コンボ冷却器には、製造が困難であるという問題があり、製造上の効率を高めるために、コンボ冷却器の製造を、より均一にするという解決案を見い出す必要があった。

従来は、熱交換器において、同じタイプのフィンまたはセパレータを使用することが好まれていた。マルチ熱交換器全体は、同時に組み立てることができるので、１つのタイプのマニホールド、コア、およびフィンを使用することにより、組み立てコスト（コアの組み立て、鑞付け）を節約できるだけでなく、材料のコスト（１対のマニホールドのみ、１対のブラケットのみでよい）も節約できる。

製造を簡潔にし、かつ容易にするために、凝縮器およびオイル冷却器の双方に対し、同じタイプのフィンを使用することができるが、熱交換器を使用するための製品設計上の観点から、このようなことは、明らかに充分ではないし、また最適でもない。

従来、熱交換器全体の効率を高めることが望まれている。フィンの設計は、熱交換器の効率を高める上で、重要な役割を果たしている。換言すれば、凝縮器のフィンを最適にすると、オイル冷却器用の同じフィンは最適とはならず、または逆に、オイル冷却器用のフィンが最適となると、凝縮器用のフィンは最適とはならない。本発明の目的の１つは、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器における熱交換器の効率を最適にすることである。

熱交換器全体にわたって、従来技術のように、すべて同じタイプのフィンを使用するのではなく、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器の異なるタイプの部品と、異なるタイプのフィンを使用することにより、マルチ熱交換器の異なる特性に基づき、熱交換器の効率全体を最適にすることができる。

本発明の目的は、熱交換器の異なる部分で、特にマルチ熱交換器、すなわちコンボ冷却器で、異なるタイプのフィンまたはセパレータを使用して、全体としての性能が優れたものとなった熱交換器、特に異なる熱交換器部品、または要素を備える熱交換器の構造を最適にすることにある。

特に本発明の目的は、コストの見地から競争できるように、熱交換器能全体が優れており、フィンまたはセパレータを備える、少なくとも１つのマルチ熱交換器、またはコンボ冷却器を備える熱交換器を提供することにある。

本発明の別の目的は、熱交換特性全体が改善され、他の単一熱交換器、例えばラジエータと共に組み合わせて使用すると、熱交換全体の利益と、コストの利益の双方を提供できるオイル冷却器および凝縮器の要素、またはこれらの要素を備える熱交換器、例えばコンボ冷却器の構造を提供にすることにある。

従って、本発明は、別個の熱交換器の部品だけでなく、マルチ熱交換器の全体の機能を最適にするように特別に選択され、一体化された、フィンまたはセパレータを有し、コンボ冷却器の技術（同じペアのマニホールド／ブラケットだけでなく、同じコア組立体／ろう付けプロセスも共用する熱交換器）のキーとなる利点を有するものである。

本発明は、マニホールドにリンクされ、離間した流体導管、またはチューブのバンクを有し、これらのバンクは、異なる流体が通過できる２つの部分に分割されており、更に熱交換効率を高めるよう、特性、例えば高さ、ピッチ、または構造が異なるフィンを有する自動車用熱交換器、特にマルチ熱交換器、またはコンボ冷却器タイプの熱交換器に関する。

視覚的に全体を検討すると、凝縮器およびオイル冷却器のような熱交換器は同じように見える。しかし、これらは、熱特性が基本的に異なる。特にオイルは、冷却液またはガスよりも粘性が高い。熱抵抗に関し、例えば凝縮器では、冷却液側の熱抵抗は、通常、凝縮器の全体の抵抗の約２５％〜３５％であり、空気側熱抵抗は、通常、全体の抵抗の約６０％〜７５％である。

しかし、代表的なオイル冷却器では、オイル側の熱抵抗は、通常約５５％〜６５％であり、空気側熱抵抗は、通常、約３５％〜４５％である。このように、クーラントまたは熱交換器側の熱抵抗の値と空気側熱抵抗の値との差は、かなり大きいものである。

本発明は、第１端部のタンクまたはマニホールドと、前記第１端部のタンクまたはマニホールドと反対の第２端部のタンク、またはマニホールドとを有する改良された熱交換器を提供するものである。前記第１および第２端部のタンクまたはマニホールドには、１つ以上の第１チューブが流体で連通しており、これら１つ以上の第１チューブには、第１流体流が通過するようになっている。

第１および第２端部のタンクまたはマニホールドには、１つ以上の第２チューブも流体で連通しており、これら１つ以上の第２チューブには、第２流体流が通過するようになっている。第１チューブと第２チューブとは、互いに類似または同一でもよいが、これらのチューブは、異なっていることが望ましい。

マルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器には、複数のチューブ、すなわち、チューブのバンク、および複数の熱交換フィンが設けられていることが望ましい。このバンクは、第１流体、例えばオイル冷却器では、オイルが循環する少なくとも１つの第１部分と、第２流体、例えば凝縮器では、冷却液が循環する少なくとも１つの第２部分とに分割されており、複数の熱交換フィンは隣接するチューブまたは導管の間に一体化または挟持されている。

従って、少なくとも１つの第１タイプのフィンが、バンクの第１部分のチューブに接触し、少なくとも１つの第２タイプのフィンが、バンクの第２部分のチューブに接触し、マルチ熱交換器の全体の熱交換容量を最適にするようになっている。

しかし、今日の多くの熱交換器構造は、フィンを有しており、このフィンは、商業的な理由から、通常、すべて同じサイズまたはタイプとなっている。例えば欧州市場では、ほとんどの自動車は、マニュアル変速機（オイル冷却器は不要）を使用しており、少数の自動車しか、自動変速機（従ってオイル冷却器タイプの技術を必要とする）を使用していない。

マニュアル変速機を使用する、フィンが同一タイプのフィンとなっている状況では、マニュアル変速機の自動車の凝縮器のコストを低減するために、フィンの高さは一定であり、これを高くしなければならない（より少ない本数のチューブを使用する）。しかし、例えば自動変速機の自動車のように、同一タイプのフィンを用いることが適当でない場合の解決案が、長い間求められている。

従って、業界は、フィンおよび熱条件に起因する２つの異なるチューブのスペースの規格が存在すること、すなわち、一方のスペースをマニュアル車に使用し、他方のスペースを、オートマチック車に使用するか、または双方のタイプの自動車に低いフィン高さを使用するかというジレンマに直面している。

第１のケースでは、オートマチック自動車用の容積が小さくなるため、マルチ熱交換器、例えばコンボ冷却器のコストは極めて高くなる。双方のケースに対し、低いフィン高さの規格の解決案を使用した場合、この解決案は（オイル冷却器および凝縮器を使用する）、ほとんどの用途に対して、低コストで効果的である。

北米の市場は、同じであるが、逆の問題に、長い間直面してきた。すなわち市場のほとんどの自動車は、オートマチック変速機を採用しており、少数の自動車しか、マニュアル変速機を使用していない。

本発明は、かかる双方の環境のもと、特に全体の熱交換効率をより高くするために、より好適なフィンおよびマルチ熱交換器組立体構造を提供することにより、特にマルチ熱交換器またはコンボ冷却器を使用した場合の統一的な解決案を、最終的に提供するものである。

一例として示す次の記載は、添付図面を参照するものである。

本発明は、異なる流体が、内部を通過して流れることができる２つの部分に分割された、マニホールドにリンクされた離間した流体導管、またはチューブのバンクと、熱交換効率を高めるように、特性、例えば平均高さ、ピッチまたは構造、好ましくは、平均高さおよびピッチが異なっているフィンとを有する自動車用の熱交換器、特にマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器に関する。

本発明は更に、熱交換器組立体、より好ましくは、凝縮器の性能だけでなく、オイル冷却器の性能を最適にする、異なるサイズ、タイプのフィン、またはセパレータを有するコンボ冷却器のようなマルチ熱交換器を備える熱交換器組立体を提供するものである。

オイル冷却器のフィンに対して、より大きいフィンピッチのフィンを有するマルチ熱交換器を備えた熱交換器組立体を提供することにより、追加の熱交換器、例えば、ラジエータのような単一流体の熱交換器の熱性能、空気流からの前後の流れ、自動車の全体の熱交換性能が改善される。

本発明の１つの特徴によれば、第１チューブ（単数または複数）と、第２チューブ（単数または複数）と、第１端部のタンクまたはマニホールドと、前記第１端部のタンクまたはマニホールドと反対側の第２端部のタンクまたはマニホールドとを備え、前記１つ以上の第１チューブは、前記第１および第２端部のタンクまたはマニホールドと流体で連通し、内部に第１流体流を通過させるようになっており、前記１つ以上の第２チューブは、前記第１および第２端部のタンクまたはマニホールドと流体的に連通し、内部に第２流体を通過させるようになっており、前記隣接する第１チューブの間に挟持された、少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンと、前記隣接する第２チューブの間に挟持された、少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンとを更に備え、前記第１セパレータまたはフィンは、前記第２セパレータまたはフィンと異なる特性を有する、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器が提供される。

第１セパレータまたはフィンは、第２セパレータまたはフィンと異なる特性を有し、特に平均的なフィンのサイズまたはフィンのピッチが異なる。

本発明の好ましい実施例では、セパレータまたはフィンごとの、少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンの空気側熱抵抗は、少なくとも１つの第２セパレータ、またはフィンの空気側熱抵抗よりも小さい。

更に好ましい実施例では、セパレータまたはフィンごとの少なくとも１つの第１セパレータ、またはフィンの空気湿潤面積は、少なくとも第２セパレータまたはフィンの空気湿潤面積よりも小さい。特に、第１セパレータまたはフィンに対する上記のような空気側熱抵抗および空気湿潤面積は、第２セパレータまたはフィンに対する上記のような空気側熱抵抗および空気湿潤面積よりも小さいことが好ましい。

組み立てプロセスが若干複雑となるが、２つの異なるタイプのフィンを設けることにより、コンボ冷却器単独の場合、または他の単一またはマルチ熱交換器と組み合わせた場合の熱効率全体が高まり、驚くほどにコストが低減し、長期の利益を得る可能性が高まる。

より好ましい実施例では、少なくとも１つの第３セパレータまたはフィンが設けられる。この少なくとも１つの第３セパレータまたはフィンは、少なくとも１つの第１または第２セパレータまたはフィンと異なっていてもよいし、同一でもよい。

少なくとも１つの第３フィンを設けたマルチ熱交換器では、少なくとも１つの第１チューブと、少なくとも１つの第２チューブとの間で、少なくとも１つの第３セパレータまたはフィンが接触または挟持され、少なくとも１つの第３セパレータまたはフィンの高さは、少なくとも１つの第３セパレータまたはフィンの高さ以上となっている。

本発明の好ましい実施例では、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器の内部には、少なくとも２つの異なる流体が通過して流れる。より好ましい実施例は、高粘性の流体またはオイルを含む第１流体と、低粘性の流体、冷却液またはクーラントを含む第２流体とが流れる。

本発明の好ましい実施例では、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器は、第２チューブの流体圧径よりも大きい第１チューブ（オイル冷却器）の流体圧径を有する。好ましい実施例では、セパレータまたはフィンごとの、少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンは、セパレータまたはフィンごとの、少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの空気接触面積よりも小さい空気接触面積を有する。

低粘性の流体および高粘性の流体を含む好ましい実施例、例えばマルチ熱交換器またはコンボ冷却器では、（例えば凝縮器における）少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの高さは、例えばオイル冷却器における少なくとも第１セパレータまたはフィンの高さよりも高い。

低粘性の流体および高粘性の流体を含む好ましい実施例、例えばマルチ熱交換器またはコンボ冷却器では、（例えば凝縮器における）少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンのピッチは、例えばオイル冷却器における少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンのピッチよりも小さい。

より好ましい実施例では、少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの高さは、少なくとも第１セパレータまたはフィンのピッチよりも高く、少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンのピッチは、少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンのピッチよりも小さい。

好ましい実施例では、互いに隣接する複数のチューブが設けられ、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器は、第１マニホールドおよび第２マニホールドと、第１流体が循環する少なくとも１つの第１部分を有するマニホールドの間に設けられた複数の隣接チューブまたはチューブのバンクと、第２流体が循環するマニホールドの間に設けられた前記複数の隣接チューブ、またはチューブのバンクの少なくとも１つの第２部分と、隣接するチューブまたは導管の間に挟持された複数の少なくとも２つのタイプの熱交換器フィンとを備えている。

より好ましい実施例では、前記少なくとも１つの第１タイプのフィンは、前記バンクの第１部分の少なくとも２つのチューブの間に挟持されており、少なくとも１つの第２タイプのフィンは、前記バンクの第２部分の少なくとも２つのチューブの間に挟持されており、熱交換器内において、前記第１流体は、前記第２流体に直接接触しないようになっている。

より好ましい実施例では、フィンごとの、前記バンクの前記第１部分に挟持された前記フィンの空気側熱抵抗は、前記バンクの第２部分に挟持された前記フィンの空気側熱抵抗よりも小さい。

更に好ましい実施例では、前記バンクの第１部分における前記フィンの空気側抵抗は、前記バンクの第２部分の空気側抵抗よりも小さく、前記バンクの前記第１部分内の前記フィンの空気湿潤面積は、前記バンクの第２部分内の前記フィンの空気湿潤面積よりも小さい。

本発明の好ましい実施例では、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器のバンクの第１部分または第１チューブは、第２バンクの第２部分または第２チューブよりも狭い空気湿潤面積を有し、これによって、例えば同じパッケージ内に、第１チューブをより多数設置することが可能となっている（全体としての同じ性能を発揮するには、全体の空間条件は少なくてすむ）。

本発明の目的のために、湿潤面積とは、フィンの深さ（例えば１６ｍｍのコア熱交換器に対しては約１６ｍｍ）にフィンの長さを乗算した値として定義できる。かかるケースでは、バンクの第１部分または第１チューブの側の熱抵抗は高く、追加チューブにより、その面での熱交換性能全体を効果的に高めることができる。

一般的には、本発明の１つの特徴によれば、チューブの第１バンクによって定められる熱交換面積が、チューブの第２バンクによって定められる熱交換面積よりも小さいときには、フィンごとの、チューブの第１バンクの空気湿潤面積（熱交換面積）を、チューブの第２バンクの湿潤面積よりも小さくすることができる。

本発明では、コアとは、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器の熱交換の領域を含み、この熱交換領域の端部には、マニホールドまたは端部タンクが設けられる。このコアは、第１および第２チューブの部分、または領域を有するものとして定義され、使用時の熱交換器の正常な配向に基づく前方から後方に測定したときのコアの深さは、約４ｍｍ〜４０ｍｍであり、第１セパレータまたはフィンは、第２セパレータまたはフィンとは異なる特性、例えばフィン高さおよびピッチを有する。

本発明の好ましい特徴では、第２セパレータまたはフィンの高さは、第１セパレータまたはフィンの高さよりも高く、第１セパレータまたはフィンは、約３ｍｍ〜約１２ｍｍの高さを有することがより好ましい。

第２セパレータまたはフィンは、約４ｍｍ〜１３ｍｍの高さを有することも好ましい。この高さは、所定面積当たりのフィンの平均高さである。本発明のより好ましい特徴によれば、第２セパレータまたはフィンの高さと、第１セパレータまたはフィンの高さの平均の絶対値は、０.５ｍｍ以上である。

本発明の好ましい特徴でも、コア内の第１セパレータまたはフィンのフィンピッチ、特に平均フィンピッチは、第２セパレータまたはフィンのフィンピッチ、特に平均フィンピッチとは異なっている。第１セパレータまたはフィンのピッチは、第２セパレータまたはフィンのピッチよりも大きいことがより好ましい。

本発明のより好ましい特徴によれば、第１セパレータまたはフィンの平均フィンピッチは、約１.０〜３.０ｍｍであり、本発明の他のより好ましい特徴によれば、第２セパレータまたはフィンの平均フィンピッチは、約０.５ｍｍ〜２.０ｍｍである。

第１セパレータまたはフィンのピッチと、第１セパレータまたはフィンのピッチの差の平均の絶対値は、０.１ｍｍ以上であることも、より好ましい。

最も好ましい実施例では、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器のバンクと、マニホールドと、フィンとは、ろう付けにより、１つの組立体に形成されている。

従来の考えに従えば、熱交換器の組立体、および、かかる組立体のオイル冷却器および凝縮器部分、例えばオイル冷却器のチューブは、凝縮器のチューブよりも物理的に高い位置に位置し、かかる構造によって、凝縮器のチューブよりもオイル冷却器のチューブの両端での空気側の圧力低下がより大きくなる。その理由は、チューブがより多くの空気の通過をブロックするからである。

エンジンの冷却系に対し、このことが一般に意味することは、コンボ冷却器のバンクの後方に通常位置するラジエータの性能が、このような空気側のより大きい圧力低下によって低下することである。

上記のように、本発明のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器は、上記マルチ熱交換器またはコンボ冷却器と別の熱交換器とを含む熱交換器組立体を形成できる。この熱交換器組立体は、上記マルチ熱交換器またはコンボ冷却器と、単一流体の熱交換器とを含むことがより好ましい。

本発明の好ましい実施例では、マルチ熱交換器と単一流体の熱交換器とが、このマルチ熱交換器と単一流体の熱交換器との間で、熱交換効果を生じるように位置するマルチ熱交換器と、単一流体のの熱交換器とを含んでいる。例えば単一流体の熱交換器がラジエータであるとき、このラジエータは、マルチ熱交換器の下流側、すなわち、後方に位置するように設けられる。

より好ましい実施例では、単一流体の熱交換器は、マルチ熱交換器の下流側、すなわち、後方に位置させられ、単一流体の熱交換器を通過する流体は、マルチ熱交換器の流体の一方または双方と平行に流れ、許容可能なレベルの範囲内の関連する空気側の圧力を低下しながら、マルチ熱交換器の流れと同じ流れ方向（順方向）に流れるか、または反対方向に流れる（向流）。

図１を参照する。この図には、従来技術の熱交換器が示されている。凝縮器とオイル冷却器とを有するマルチ熱交換器、例えばコンボ冷却器は、オイル冷却部分と凝縮器部分とを有し、これらは、フィンにより互いに接続された同じペアのマニホールドおよびチューブに接続されている。

図１に示す組み合わされた熱交換器は、コアを備え、このコアは、互いに平行に延びる多数のチューブ１２を有し、これらのチューブの間には、冷却フィンを形成する波形スペーサ１４が配置されている。チューブ１２の一方の端部は、共通するマニホールド１６ａに開口しており、他方の端部は、別の共通するマニホールド１６ｂに開口している。

コアは、２つの部分に分割されている。すなわち、チューブ１２ａから成り、オイル冷却器を形成する部分Ａと、チューブ１２ｂから成り、凝縮器を形成する部分Ｂとに分割されている。仕切板１５ａは、マニホールド１６ａを、オイル用の仕切板１７ａ（ここでは、上方部分に設置されている）と、冷却流体用の仕切板１９ａ（ここでは、下方部分に設置されている）とに分割している。

従って、仕切板１５ｂは、マニホールド１６ｂを、オイル用の仕切板１７ｂ（ここでは、上方部分に設置されている）と、冷却流体用仕切板１９ｂ（ここでは下方部分に設置されている）とに分割している。

次に図２を参照する。この図には、２つのタイプのチューブ、すなわち凝縮器用チューブ２６または他のチューブ２４を有するマルチ熱交換器２０が示されている。凝縮器用チューブ２６と、オイル冷却流体用チューブ２４とは、基本的には平行な配置であり、フィン２３、２５によって分離されている。

これらのチューブは、熱交換器の端部において、１対のマニホールド２２に接続されている。オイル冷却用フィン２３の方が、凝縮器用フィン２５よりも低いところに位置している。更に、オイル冷却器用フィン２３のピッチＰｏは、凝縮器用フィンのピッチＰｃよりも大きくなっている。

図３には、２つのタイプのチューブ、すなわち、凝縮器用チューブ３６および冷却器用チューブ３８を有する熱交換器３０が示されている。凝縮器用チューブ３６と、オイル冷却器用チューブ３８とは、基本的には、平行に配置されており、フィン３５、３９によって分離されている。

これらチューブは、熱交換器の両端において、１対のマニホールド３８に接続されている。オイル冷却器用フィン３９の高さ（ｈｏ）の方が、凝縮器用フィン３５の高さ（ｈｃ）よりも低くなっている。

図３は、本発明の別の特徴を示している。この実施例では、オイル冷却器用のフィンは、凝縮器用フィンとは異なる（例えば高さまたはピッチが異なる）ので、全熱交換効率が最適になっている。

セパレータまたはフィンに対して、自動車用熱交換用途で使用するための従来の技術により鑞付けできる任意の金属を使用できるが、金属、例えば銅または銅合金およびアルミまたはアルミ合金を好ましく使用することができ、より好ましくは、アルミまたはアルミ合金を使用できる。

本発明の好ましい実施例では、セパレータまたはフィンは、鑞付けできる少なくとも１つの金属または合金から製造され、好ましくは、フィンは、鑞付けできる同一の金属または合金から製造され、より好ましくは、マルチ熱交換器の凝縮器、または粘性のより低い流体流が通過するチューブフィンは、少なくとも１つのアルミまたはアルミ合金を含み、オイル冷却器または粘性のより高い流体流が通過するチューブのフィンは、少なくとも１つのアルミまたはアルミ合金を含んでいる。

好ましい実施例では、特にオイル冷却器部分または領域は、フィンピッチが凝縮器のフィンの一致よりも大きいフィンを有し、オイル冷却部分または領域でも、空気側の圧力低下を小さくしている。デッドチューブ３７も設けられている。

本発明は、図２および図３に示すように、凝縮器用フィンに対し、より広い空気側表面を設けることを示すものである。その理由は、オイル冷却器に対する空気側熱抵抗の方が低いことに起因し、オイル冷却用フィンに対する空気側面積が小さくなり、凝縮器に対する空気側熱抵抗が高いからである。

図４に示す熱交換器は、マニホールド４２と、ウィープホール４８と、フィン４３、４５と、チューブ４４、４６と、入口および出口４１とを有する。凝縮器用チューブ４６とオイル冷却用チューブ４４との間には、フィン４９が設けられている。このフィンは、凝縮器用フィンでもよいし、またはオイル冷却用フィンでもよいが、凝縮器用フィンであることが好ましい。

凝縮器用フィンの方が、オイル冷却器用フィンよりも比較的高さが高くなっていることに起因し、凝縮器用フィンを用いることにより、バッフル、特にダブルバッフル４７のような部品のためのより広いスペースを設けることができる。

図５には、マニホールド５２と、入口および出口５１と、高い粘性の流体流が通過するチューブ５４と、低い粘性の流体流が通過するチューブ５６と、第１フィン５３と、第２フィン５５と、マニホールドウィーポール５９とを備えたマルチ熱交換器５０が示されている。ダブルバッフルのバッフル５７、５８が設けられている。

図６および図７には、本発明で使用できるタイプのフィンまたはセパレータ６０、６１、７０、７２が示されている。ここに示されているフィンは、基本的な特徴として、高さＨ１およびピッチＰ２、特に平均的な高さおよびピッチを有し、これらの値は、マルチ熱交換器または凝縮器の第１バンク、または第２バンクに設けられているか、または第１チューブと第２チューブとの間に挟持されているかどうかに基づき異なる。

第１チューブの間には高さｈを有し、ピッチＰを有するフィン６０および７０を挟持できる。第２チューブの間には、高さｈ２およびピッチＰ２を有するフィン６１および７１が挟持される。フィンの平均高さｈ２は、コア内のフィンの平均高さｈ２よりも低くなっている。

図８には、マルチ冷却器８０と、単一流体熱交換器（ラジエータ）８９を備えたマルチ熱交換器組立体９１が示されている。マルチ熱交換器８０は、チューブ８４、８２と、フィン８３、８１と、マニホールド８６、８７と、入口および出口９０と、バッフル８８を有する。マルチ熱交換器８０の後方、すなわち下流側には、単一流体熱交換器８９が位置し、この熱交換器は、熱交換効果が組み合わされるように、入口および出口９０と共に、マルチ熱交換器の近くに設けられている。

フィンのサイズおよびその構造は、チューブの流体圧径に基づき異なる。第１部分のチューブを通過して流れる流体が、高粘性流体、オイルまたは同様な粘性流体であり、第２部分を通過して流れるが、流体が低粘性流体、冷却液または同様な粘性の流体を含むチューブを有するマルチ熱交換器では、熱交換器の高粘性流体またはオイル冷却部分は、低粘性流体のチューブまたは凝縮器部分の流体圧直径よりも大きい流体圧直径のチューブを有することが好ましい。

更に、本発明の熱交換器のチューブは、内部に、多数の通路、ポート、またはチャンネルを有することが好ましい。オイル冷却器部分および凝縮器部分を有するコンボ冷却器では、オイル冷却器部分のチューブの通路またはチャンネルの数は、凝縮器部分のチューブのチャンネルの数よりも少なくすることが、特に好ましい。換言すれば、オイル冷却器部分のチューブは、冷却器部分のチューブよりも少ない仕切板を有する。

本発明の好ましい様相によれば、例えば、マニホールドにおけるオイル流体と冷却流体との間のリーク、または以前に検出されていない流体の混合を検出するための手段が設けられている。前記リークまたは望ましくない混合を検出するための好ましい手段は、異なる流体を別々に維持するためのバッフル、または好ましくはマニホールド内のダブルバッフルに沿う検出孔、すなわち、ウィープホールを使用することである。

本発明の別の特徴によれば、バンクのチューブは、２つのマニホールドにリンクされており、各マニホールドは、マルチ熱交換器、すなわち、コンボ冷却器の第１部分内を循環する第１流体を、マルチ熱交換器、すなわち、コンボ冷却器の第２部分内を循環する第２流体からアイソレートするための分離仕切板またはバッフルを含んでいる。第１流体はオイルであり、第２流体は冷却液である。

より好ましい実施例では、バッフルは、オイル冷却器部分内を循環するオイルと、凝縮器部分内を循環する冷却流体とを分離する。少なくとも２つのバッフル、またはダブルバッフルを備えるマニホールドが、より好ましい。

ダブルバッフルを有する、より好ましい実施例では、バッフルにより、マニホールド内で互いに分離されている２つの流体の望ましくない混合を識別するための検出手段として、バッフル近くのポイントで、マニホールドの外側に、ウィープホールまたはその他の同様なものを接触させることも、好ましいことである。

本発明のより好ましい実施例では、内部を流れる流体を制限し、いわゆる非活動チューブ、またはデッドチューブを形成しないように、バンクの少なくとも１つのチューブを構成することが好ましい。

本発明の更に好ましい実施例では、バンクと、フィンと、マニホールドとは、鑞付けによって組み立てられる。

従って、本発明のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器用熱交換器は、例えば鑞付けされた熱交換器を製造するために使用される周知の鑞付け技術に従って製造することができる。最も好ましい実施例では、バンクのチューブは、押し出し技術によって製造される。

本発明は、種々の用途に使用できる。好ましい実施例における本発明は、オイル冷却器と凝縮器の組み合わせを含むでだけでなく、例えば凝縮器が、あるタイプの冷却器または熱交換器であり、ラジエータが別のタイプの冷却器または熱交換器となっている。

最大の効果を得るために、異なる流体を含む全てのマルチ熱交換器にも適用可能である。各冷却器または熱交換器の、パーセントで表示される空気側熱抵抗は、特に各熱交換器がフィンを有する２つ以上の空気冷却式熱交換要素を備えたコンボ冷却器、すなわちマルチ熱交換器で異なる。

特に記載しない限り、本明細書に記載の種々の構造体の寸法および幾何学的形状は、本発明を制限するものではなく、他の寸法または幾何学的形状とすることも可能である。単一の一体的構造により、複数の構造体部品も提供できる。これとは異なり、単一の一体的構造を、別個の複数のコンポーネントに分割することも可能である。

以上、図示した実施例の１つだけに関連して、本発明の特徴について説明したが、かかる特徴を、用途に応じて、他の実施例の別の１つ以上の特徴と組み合わせることができる。また、本明細書のユニークな構造体の製造およびその作動は、本発明にかかわる方法にも関連するものである。

以上、本発明の好ましい実施例について開示した。しかし、当業者であれば、変形例を、本発明の要旨の範囲内で考えつくことができると思う。従って、本発明の要旨は、特許請求の範囲のみによって定められる。

従来のコンボ冷却器の略側面図である。 本発明の１つの例であるマルチ熱交換器の略側面図である。 本発明の別の例であるマルチ熱交換器の略側面図である。 本発明の別の例であるマルチ熱交換器の略側面図である。 本発明の別の例であるマルチ熱交換器の略側面図である。 本発明の別の例であるマルチ熱交換器の略側面図である。 本発明の例であるマルチ熱交換器で使用されるフィンの略図である。 本発明の１つの例であるマルチ熱交換器組立体の斜視図である。

符号の説明

２０ マルチ熱交換器
２２ マニホールド
２３ オイル冷却器用フィン
２４ オイル冷却器用チューブ
２５ 凝縮器用フィン
２６ 凝縮器用チューブ
３０ 熱交換器
３５ 凝縮器用フィン
３６ 凝縮器用チューブ
３８ オイル冷却器用チューブ
３９ オイル冷却器用フィン
４２ マニホールド
４３、４５ フィン
４４ オイル冷却器用チューブ
４６ 凝縮器用チューブ
４７ ダブルバッフル
４８ ウィープホール
４９ フィン
５０ 熱交換器
５１ 入口、出口
５２ マニホールド
５３ 第１フィン
５４ チューブ
５５ 第２フィン
５６ チューブ
５７、５８ バッフル
５９ ウィープホール
６０、６１、７０、７１ フィンまたはセパレータ
８０ マルチ冷却器
８１、８３ フィン
８２、８４ チューブ
８６、８７ マニホールド
８８ バッフル
９０ 出口
９１ マルチ熱交換器組立体

Claims (41)

1. 第１チューブ（単数または複数）と、
   第２チューブ（単数または複数）と、
   第１端部のタンクまたはマニホールドと、
   前記第１端部のタンクまたはマニホールドとは反対側の第２端部のタンクまたはマニホールドとを備え、
   前記１つ以上の第１チューブは、前記第１および第２端部のタンクまたはマニホールドと流体的に連通し、内部に第１流体流を通過させるようになっており、
   前記１つ以上の第２チューブは、前記第１および第２端部のタンクまたはマニホールドと流体的に連通し、内部に第２流体を通過させるようになっており、
   前記隣接する第１チューブの間に挟持された少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンと、
   前記隣接する第２チューブの間に挟持された少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンとを更に備え、
   前記第１セパレータまたはフィンは、前記第２セパレータまたはフィンと異なる特性を有することを特徴とする、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
2. セパレータまたはフィンごとの、前記少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンの空気側熱抵抗は、前記少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの空気側熱抵抗より小さい、請求項１記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
3. セパレータまたはフィンごとの、前記少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンの空気湿潤面積は、前記少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの空気湿潤面積より小さい、請求項１記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
4. セパレータまたはフィンごとの、前記少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンの空気側熱抵抗は、前記少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの空気側熱抵抗より小さい、請求項３記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
5. 前記第１流体は、高粘性の流体またはオイルを備え、前記第２流体は低粘性の流体、冷却液またはクーラントを備える、請求項２記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
6. 前記第１流体は、高粘性の流体またはオイルを備え、前記第２流体は低粘性の流体、冷却液またはクーラントを備える、請求項３記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
7. 前記第１流体は、高粘性の流体またはオイルを備え、前記第２流体は低粘性の流体、冷却液またはクーラントを備える、請求項４記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
8. 前記第１チューブの流体圧径は、前記第２チューブの流体圧径よりも大きく、セパレータまたはフィンごとの、前記少なくとも１つのセパレータまたはフィンは、セパレータまたはフィンごとの前記少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンよりも空気接触面積が小である、請求項１記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
9. 前記少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの高さは、少なくとも第１セパレータまたはフィンの高さよりも高い、請求項１記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
10. 少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンのピッチは、少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンのピッチよりも小さい、請求項１記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
11. 前記少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの高さは、少なくとも第１セパレータまたはフィンの高さよりも高い、請求項６記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
12. 少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンのピッチは、少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンのピッチよりも小さい、請求項６記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
13. 前記少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンの高さは、少なくとも第１セパレータまたはフィンの高さよりも高く、かつ少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンのピッチは、前記少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンのピッチよりも小さい、請求項８記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
14. 前記少なくとも１つの第１チューブと、前記少なくとも１つの第２チューブとの間に、少なくとも１つの第３フィンが挟持されており、前記少なくとも１つの第３フィンの高さは、少なくとも１つの第１セパレータ、またはフィンの高さ以上である、請求項８記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
15. 第１マニホールドおよび第２マニホールドと、
    第１流体が循環する、少なくとも１つの第１部分を有する、マニホールドの間に設けられた複数の隣接チューブまたはチューブのバンクと、
    第２流体が循環するマニホールドの間に設けられた、前記複数の隣接チューブまたはチューブのバンクの少なくとも１つの第２部分と、
    隣接するチューブまたは導管の間に挟持された、複数の少なくとも２つのタイプの熱交換器フィンとを備え、
    前記少なくとも１つの第１タイプのフィンは、前記バンクの第１部分の少なくとも２つのチューブの間に挟持されており、少なくとも１つの第２タイプのフィンは、前記バンクの第２部分の少なくとも２つのチューブの間に挟持されており、熱交換器内において、前記第１流体は、前記第２流体に直接接触しないようになっている、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
16. フィンごとの、前記バンクの前記第１部分に挟持された前記フィンの空気側熱抵抗は、前記バンクの第２部分に挟持された前記フィンの空気側熱抵抗よりも小さい、請求項１５記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
17. フィンごとの、前記バンクの前記第１部分に挟持された前記フィンの空気湿潤面積は、前記バンクの第２部分に挟持された前記フィンの空気湿潤面積よりも小さい、請求項１５記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
18. フィンごとの、前記バンクの前記第１部分に挟持された前記フィンの空気湿潤面積は、前記バンクの第２部分に挟持された前記フィンの空気湿潤面積よりも小さい、請求項１６記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
19. フィンごとの、前記バンクの前記第１部分に挟持された前記フィンの空気側熱抵抗は、前記バンクの第２部分に挟持された前記フィンの空気側熱抵抗よりも小さい、請求項１５記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
20. フィンごとの、前記バンクの前記第１部分に挟持された前記フィンの空気湿潤面積は、前記バンクの第２部分に挟持された前記フィンの空気湿潤面積よりも小さい、請求項１５記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
21. フィンごとの、前記バンクの前記第１部分に挟持された前記フィンの空気湿潤面積は、前記バンクの第２部分に挟持された前記フィンの空気湿潤面積よりも小さい、請求項１９記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
22. 前記第１流体は、高粘性の流体またはオイルであり、前記第２流体は、低粘性の流体、冷却液またはクーラントである、請求項１５記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
23. ろう付けにより、バンクとマニホールドとフィンとが１つの組立体に形成されている、請求項１８記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
24. 第１チューブ（単数または複数）と、
    第２チューブ（単数または複数）と、
    第１端部のタンクまたはマニホールドと、前記第１端部のタンクまたはマニホールドとは反対側の第２端部のタンクまたはマニホールドとを備え、
    前記１つ以上の第１チューブは、前記第１および第２端部のタンクまたはマニホールドと流体的に連通し、内部に第１流体流を通過させるようになっており、
    前記１つ以上の第２チューブは、前記第１および第２端部のタンクまたはマニホールドと流体的に連通し、内部に第２流体を通過させるようになっており、
    前記隣接する第１チューブの間に挟持された少なくとも１つの第１セパレータまたはフィンと、
    前記隣接する第２チューブの間に挟持された少なくとも１つの第２セパレータまたはフィンと、
    前記第１および第２チューブ、ならびに第１および第２の端部のタンクを有するコアとを更に備え、
    前方から後方に測定したときの前記コアの深さは、約４ｍｍ〜４０ｍｍであり、前記第１セパレータまたはフィンは、前記第２セパレータまたはフィンとは異なる特性を有する、マルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
25. 前記第１セパレータまたはフィンは、約３ｍｍ〜１０ｍｍの高さを有する、請求項４記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
26. 前記第２セパレータまたはフィンは、約４ｍｍ〜１３ｍｍの高さを有する、請求項２４記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
27. 前記第２セパレータまたはフィンの高さは、前記第１セパレータまたはフィンの高さよりも高い、請求項２５記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器。
28. 前記第１セパレータまたはフィンは、約３ｍｍ〜１０ｍｍの高さを有する、請求項２７記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
29. 前記第２セパレータまたはフィンと、前記第１セパレータまたはフィンの高さの平均値の差の絶対値は、０.５ｍｍ以上である、請求項２７記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
30. 前記コア内の前記第１セパレータまたはフィンの前記平均フィンピッチは、前記第２セパレータの前記平均フィンピッチとは異なる、請求項２４記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
31. 前記第１セパレータまたはフィンの平均フィンのピッチは、約１.０ｍｍ〜３.０ｍｍである、請求項３０記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
32. 前記第２セパレータまたはフィンの平均フィンのピッチは、約０.５ｍｍ〜２.０ｍｍである、請求項３０記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
33. 前記第１セパレータまたはフィンのピッチは、前記第２セパレータまたはフィンのピッチよりも大きい、請求項３０記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
34. 前記第２セパレータまたはフィンのピッチは、約０.５ｍｍ〜約２.０ｍｍである、請求項３３記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
35. 前記第２セパレータまたはフィンと、前記第１セパレータまたはフィンの高さの平均値の差の絶対値は０.５ｍｍ以上である、請求項３４記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器タイプの熱交換器。
36. 請求項１記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器と、他の熱交換器とを備える、熱交換器組立体。
37. 請求項１５記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器と、他の熱交換器とを備える、熱交換器組立体。
38. 請求項２４記載のマルチ熱交換器またはコンボ冷却器と、他の熱交換器とを備える、熱交換器組立体。
39. 他の熱交換器は、単一流体の熱交換器である、請求項３６記載の熱交換器組立体。
40. 他の熱交換器は、単一流体の熱交換器である、請求項３７記載の熱交換器組立体。
41. 他の熱交換器は、単一流体の熱交換器である、請求項３８記載の熱交換器組立体。

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