JP2009257739A - 熱交換器用プレート - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器の平らなチューブを形成している２枚のプレートの接合領域を、熱交換器を通る流体に含まれている粒子から保護するようにしたプレートの構造を提供する。
【解決手段】 プレートは、一平面（Ｐ）内に含まれ、かつ接合領域（４２）を形成する周縁（３０）を有する、くぼんだ金属薄板を用いて作られており、この周縁（３０）を含む平面（Ｐ）と直角に突き出ている少なくとも１つのフランジ（４０）を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の流体と第２の流体との間の熱交換を行なうための熱交換器の製造に用いられるプレートに関する。

熱交換器は、第１の流体が循環する一群の同一のポーチまたはチューブを備えている。これらのポーチまたはチューブは、本発明のように、盆状にくぼんだ２枚の金属薄板のプレートによって形成されている。２枚のプレートは、それらのくぼみが互いに向かい合うように配置されている。さらに、２枚のプレートは、ろう付けによって、それらの周囲でシールされ、互いに連結されている。

このような熱交換器は、一般に、自動車内部の空調のための冷却回路内の蒸発器として用いられる。この場合、冷媒が第１の流体をなし、第２の流体は空気である。またこのような熱交換器は、自動車内部を暖房するための伝熱流体回路内のヒータとして用いられる。この場合には、伝熱流体は第１の流体であり、第２の流体は空気である。

熱交換器を通過する空気には、粒子、特に水粒子または混入物粒子が多量に含まれている。

これらの粒子は、熱交換器の入口で、ポーチまたはチューブを形成しているプレートの表面に付着する。具体的には、これらの粒子は、２枚のプレートの間のシールされた密着領域に付着する。

このような事態が発生すると、プレートの腐食が助長される。

この腐食は、密封性を低下させるから、２枚のプレートの間のシールされた密着領域で、特に問題となる。この腐食によって、流体（冷媒または伝熱流体）の漏洩がもたらされる。

本発明は、前述の欠点を克服した、熱交換器のための新しいタイプのプレートを提供することを目的とするものである。

本発明は、一平面内に含まれ、かつ接合領域を形成する周辺端を有し、くぼんだ金属薄板を用いて作られている熱交換器の偏平チューブのためのプレートに関する。本発明によれば、プレートは、その面と直角に突き出ている少なくとも１つのフランジを備えている。

このフランジは、熱交換器のチューブを形成している２枚のプレートの接合領域を、確実に保護することができる。より具体的に言うと、２枚のプレートを互いに組み立てたとき、一方のプレートのフランジは、２枚のプレートの接合領域を覆い、したがって、この接合領域は、外部要素、特に水滴、金属粒子などから隔離される。

同時に、このフランジは、プレートのいかなる湾曲にも抗するリブとして、プレートの剛性を強化することができる。このようなフランジを備えていることによって、より薄い金属薄板を用いて、プレートを形成することができ、それによって、熱交換器の質量、および全体寸法を小とすることができるという非常に明確な長所が得られる。

プレートは、第１および第２の長い側辺、および、第１および第２の短い側辺を有していることが好ましい。一実施形態によれば、フランジは、第１の長い側辺の少なくとも一部分に設けられている。フランジは、第１の長い側辺の全長にわたって突き出ていると有利である。

本発明の補完的な一実施形態においては、フランジは、第１または第２の短い側辺の少なくとも一部分に配置されている。

プレートは、長い側辺と直交する対称面を有していると有利である。

浮き彫り状とした金属薄板の厚さは、０．３５ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明は、さらに、上述の少なくとも１つの第１のプレートを有する、熱交換器のためのチューブに関する。一実施例においては、熱交換器のためのこのチューブは、上述の第１および第２のプレートを有している。

この特に有利な実施例によれば、第１および第２のプレートは、第１のプレートの第１の長い側面が、第２のプレートの第２の長い側面と協力し合うように配置されている。

最後に、本発明は、上述の平らなチューブを少なくとも１つ有する熱交換器にも関する。

非限定的な実施形態に関する次の説明を読むことにより、本発明の他の特徴および利点が明白になると思う。

本発明による一群のプレートを有する熱交換器の正面図である。 本発明の第１の実施形態におけるプレートの斜視図である。 図２のプレートの上部の詳細図である。 図２のプレートの下部の詳細図である。 図１のＶ−Ｖ線における断面図である。 本発明によるチューブの連結領域の詳細図である。 本発明による熱交換器の上部の詳細図である。 本発明の第２の実施形態によるプレートの斜視図である。 図７のプレートの一変形実施形態によるプレートの斜視図である。

次に、添付図面を参照して説明する。

添付図面は、本発明の説明を補完するのに役立つだけではなく、場合によっては、定義を行うのに寄与しうるものである。

図１は、熱交換器１の正面図である。熱交換器１は、プレートタイプであり、一群の平らなチューブ２を備えている。各チューブは、向かい合って、互いに連結された１対のプレート４によって形成されている。組み立てられた１対のプレート４は、一体になって、流体、具体的には、空調回路の冷媒または加熱回路の伝熱流体のための流体流路６を画定している。各プレート４は、流体流路６に流体を流入させるための流体入口８、および流体流路６から流体を流出させるための流体出口１０をなす２つの開口を有している。

さらにプレート４は、その内壁の表面に、流体流路６内に突出部を形成する中央リブ１４を備えている。平らなチューブ２を形成する第１のプレート４の中央リブ１４は、平らなチューブ２を形成する第２のプレート４の、対向する中央リブ１４に密着保持されている。その結果、流体入口８と流体出口１０との間の流体循環のための流体流路６中に仕切りが作り出され、それによって、Ｕ字状の循環路が形成される。

さらに、プレート４の内壁の表面には、流体流路６中に隆起部を形成する複数の突起１２が設けられている。各突起１２は、流体流路の方向に連なって配置されている。各プレート対のうちの一方のプレート４の突起１２は、他方のプレート４の、対向する突起１２に密着保持されていることが好ましい。

一代替実施形態においては、図７および図８に示すように、プレート４は、突起１２を有しておらず、平滑である。

熱交換器１は、ｚ方向に高さＨ、ｘ方向に幅Ｌ、ｙ方向に深さＰを有している。ｘ、ｙ、ｚ方向は、直交している。

熱交換器１は、ｘ方向の幅Ｌにわたって、インサート１６と交互に配置された一連の平らなチューブ２を備えている。

平らなチューブ２は、高さＨ方向に延在している。この高さ方向の大部分にわたって、平らなチューブ２の流体流路６は、同じ対の２枚のプレート４の間の間隙によって形成される、実質的に一定の厚さ「ｅ」を有する。

プレート４は、流体入口８および流体出口１０に、平らなチューブ２の流体流路６の厚さ「ｅ」よりも大きな厚さを有する膨張部１８を備えている。同一プレート対のうちの一方のプレート４の膨張部１８と、他方のプレート４の膨張部１８とは、流体入口コレクタおよび流体出口コレクタとして働く流体循環のためのスペースを形成している。

１つのプレート対の各流体入口コレクタは、ｘ方向に隣接するプレート対の流体入口コレクタと連結されている。同様に、１つのプレート対の各流体出口コレクタは、ｘ方向に隣接するプレート対の流体出口コレクタと連結されている。このような構成によって、熱交換器１内における循環は適切に行われる。

一連の平らなチューブ２において、ｘ方向に隣接し合う２枚のプレート対の間には、間隙がある。この間隙内には、薄い波状熱伝導薄板で形成されたインサート１６が設けられている。インサート１６の頂点は、間隙を画定している、平らなチューブ２の２枚のプレート４に交互に接している。公知のように、また図５に示すように、平らなチューブ２の流体流路６内を循環している流体による熱交換のために、ｘ方向に隣接している２つのプレートの対の間の間隙内に、インサート１６を介して、空気流５０を循環させることができる。

熱交換器１は、インサート１６と交互に配置された一群の平らなチューブ２によって形成されている。熱交換器１は、ｘ方向に、２枚の端プレート２０で終端している。

平らなチューブ２、インサート１６、および端プレート２０によって構成されている組立部品は、熱交換器１を形成する単一の装置を作製するために、互いにしっかりと連結されている。組立部品の連結は、例えばろう付けによって行われる。

熱交換器１と一体化される流体回路への熱交換器１の連結は、通常アルミニウムからなる２本のパイプ２４の中の１本を、それぞれ、熱交換器１の流体入口コレクタおよび流体出口コレクタに導くことによって行われる。パイプ２４は、ろう付けによって、熱交換器１に固定されている。またパイプ２４は、連結部材２２によって流体回路に連結されている。

次に、本発明によるプレート４を示す図２〜図４を参照する。図３は、図２の上部の拡大図、図４は、図２の下部の拡大図である。

平らなチューブ２は全て同一であり、盆状にくぼんだ薄板で作られた２枚のプレート４からなっている。プレート４を形成している薄板は、厚さ「ｔｈ」を有している。プレート４を形成している薄板の厚さ「ｔｈ」は、０．３５ｍｍ以下であると、特に有利である。各プレート４は、ｚ方向に高さＨにわたって延びている２つの長い側面２６、およびそれらをつなぎ、かつｙ方向に深さＰにわたって延びている２つの短い側面２８で画定されている。

各プレート４は、長い側辺２６の上端でｚ方向に突出し、また短い側辺２８の上端でｙ方向に突出し、かつプレート４の輪郭を形成している周縁３０を有している。周縁３０は、平面Ｐ内に存在している。

平面Ｐは、プレート４の内壁を含む平面と概ね平行であり、かつこの平面から、平らなチューブ２の流体流路６の厚さ「ｅ」の半分と実質的に等しい距離だけ隔たっている。平面Ｐは、プレート４の周縁３０を含んでいる。

第１のプレート４と第２のプレート４とを組み合わせて、平らなチューブ２を形成すると、第１のプレート４の平面Ｐは、第２のプレート４の平面Ｐと一致する。

流体流路６を形成するために、同一プレート対の２枚のプレート４は、それぞれの周縁３０の全輪郭にわたってシールして互いに連結されている。

プレート４は、さらに周縁３０から突き出たフランジ４０を備えている。フランジ４０は、平面Ｐ内に含まれない。フランジ４０は、平面Ｐと直交し、かつプレート４の内壁に対向する側で、ｘ方向に突き出ていることが好ましい。

フランジ４０は、ｘ方向に、高さ「ｆ」だけ突き出ている。この高さ「ｆ」は、プレート４の厚さ「ｔｈ」に等しいか、またはそれよりも大きい。

フランジ４０は、２つの長い側辺２６のうちの１つで、プレート４の高さＨの少なくとも一部分にわたって突き出ている。それを補完して、フランジ４０は、２つの短い側辺２８で、プレート４の深さＰの一部分にわたって突き出ていると特に有利である。

フランジ４０は、プレート４の高さＨの全体にわたって突き出ていることが好ましい。同様に、フランジ４０は、プレート４の深さＰの半分にわたって突き出ていると、特に有利である。

図２〜図４に示す実施形態によれば、フランジ４０は、プレート４の周縁３０に沿って連続的である。しかし、図示していない一代替例においては、容易に考えられるように、フランジ４０は、２つの長い側辺２６のうちの１つ、および２つの短い側辺２８上に、それぞれ１つずつ配置された３つの部分に分離されている。

最後に、別の例においては、フランジ４０は、プレート４の長い側辺２６のうちの１つだけから突き出ている。

図２〜４に示す実施形態においては、平らなチューブ２を形成している２枚のプレート４の各々が、フランジ４０を備えている。しかし、容易に理解しうるように、２枚のプレート４のうちの一方だけの周縁３０の全体にわたって、または輪郭の一部分にわたって、突出するフランジ４０を備えていてもよい。

図５は、図１のＶ−Ｖ線における、熱交換器１の断面図であり、図５ａは、熱交換器１のチューブの連結領域の詳細図である。

平らなチューブ２は、２枚のプレート４を互いに組み合わせることによって形成されている。２枚のプレート４を、それらの全輪郭にわたって、その周縁３０を連結することによって、接合領域４２が形成されている。この接合領域４２は、平らなチューブ２の輪郭全体にわたって延在している。

接合領域４２は、平らなチューブ２の、より詳細には流体流路６の、外部に対する強固かつ確実なシールを行う。具体的には、接合領域４２は、平らなチューブ２内を循環する流体に対して、空気流５０を通さない界面を形成している。

図５および図５ａに示すように、フランジ４０は、接合領域４２を覆っている。したがって、フランジ４０は、接合領域４２を空気流５０から保護している。

空気流５０には、粒子、特に水粒子、または銅などの金属粒子が多量に含まれている。フランジ４０は、接合領域４２と空気流５０との間のいかなる直接的な接触も防止する。そのため、空気流５０からの粒子に関連する危険性、特に腐食は低下し、腐食の危険性、したがって平らなチューブの漏洩の危険性は小となる。

さらに、フランジ４０は、プレート４の剛性をも改善する。したがって、フランジ４０は、プレート４の剛性強化リブとなっている。これにより、プレート４の厚さを薄くすることができ、特に有利である。したがって、プレート４を、別のプレート４とともに組み立てることによって、非常に剛性の高い平らなチューブ２を形成することができる。この特性は、熱交換器１の機械的性能に有益な影響を与え、その機械的耐性に寄与する。

図６は、熱交換器１の上部の詳細図である。図６に示すように、プレートの対の各接合領域４２は、フランジ４０によって覆われている。したがって、空気流５０は、フランジ４０に触れ、接合領域４２は、空気流から保護される。

本発明によれば、平らなチューブ２のアセンブリの密封性が確実となる。

本発明の第２の実施形態によれば、図７および図８に示すように、プレート４は、長い側辺２６と直交する対称面を有する。より具体的に言うと、プレート４は、プレート４の上部に配置された流体入口８および流体出口１０を形成する開口の補助として、プレート４の下部に、両隣のプレートの対と連絡するための２つの開口を有している。

第２の実施形態のプレート４は、第１の実施形態のプレート４と同様の構造を有している。しかし、第２の実施形態のプレート４は、プレート４の両端に１組ずつ、２個の開口１１０、１２０、および１６０、１８０が存在するという点で、第１の実施形態のプレート４とは異なっている。

したがって、図７のプレート４は、プレート４の第１の端部の第１の開口１１０と、プレート４の第２の端部の第１の開口１６０との流体連絡、およびプレート４の第１の端部の第２の開口１２０と、プレート４の第２の端部の第２の開口１８０との流体連絡を可能にする２つのチャネル２４０および２２０を有する。チャネル２２０とチャネル２４０とは、中央リブ１４０によって隔てられている。

この第２の実施形態によれば、プレート４は、２枚の同一のプレート４を向かい合わせに配置することによって、平らなチューブ２が形成されるようになっている。より具体的に言うと、平らなチューブ２を形成する第１のプレート４のチャネル２２０、２４０は、それぞれ平らなチューブ２を形成する第２のプレート４のチャネル２４０、２２０に対向するように配置されている。このようにしてチューブ内につくり出された２つの流体流路間の密封性は、平らなチューブ２を形成している２枚のプレート４の中央リブ１４０同士の密着によって達成される。

この第２の実施形態は、単一のモデルのプレート４を用いて、平らなチューブ２および熱交換器１を製造することができるというさらなる長所を有する。したがって、この第２の実施形態は、標準化および生産率の観点において、重要な利点を有する。

したがって、同一のプレート４を大量生産することによって、生産コストを低下させることができる。

最後に、図８は、図７を参照して上述したプレートの一代替実施形態としてのプレートの斜視図である。この代替実施形態は、プレート４のフランジ４０にノッチ２１０が形成されているという点で相違している。図８においては、フランジ４０は、２つのノッチ２１０を備えている。しかし、この数は限定的なものではない。

各ノッチ２１０の逆側に、ラグ２００が、中央リブ１４０の中心を通り、かつプレート４の全体的平面に直交する平面に関して対称に、ノッチ２１０に向かい合って位置している。

平らなチューブ２を形成するために、２枚のプレート４を組み立てるとき、第１のプレート４のノッチ２１０およびラグ２００は、それぞれ第２のプレート４のラグ２００およびノッチ２１０と組み合わされる。それによって、プレート４同士の組み立ておよび結合が容易になる。

ラグ２００は、かしめ突起として働き、平らなチューブ２の周辺輪郭を閉じることができる。

第１の好適な実施形態は、「Ｕ字」形状の流体循環路を有する平らなチューブを形成するプレートに関するものであり、第２の好適な実施形態は、「Ｉ字」形状の流体循環路を有する平らなチューブを形成するプレートに関するものである。

上述の実施形態の可能な代替実施形態として、平らなチューブを形成する２枚のプレートの間にインサートを配置することがある。これらのインサートは、流体流路内に配置される。これは、図７および図８に示す第２の実施形態におけるプレートで作られる平らなチューブに特に適している。

例えば自動車用の暖房システム、通気システム、または空調システムのための熱交換器を製造するときに、本発明は特に好適に適用することができる。具体的には、本発明は、自動車の暖房システム、通気システム、または空調システム内に組み入れられる、加熱または冷却タイプの熱交換器、蒸発器、凝縮器、またはガス冷却器に特に好適なものである。

当然のことながら、本発明は、上述の、単なる例示として与えた実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、請求項に照らして、また特に上述の種々の実施形態の任意の組み合わせに照らして予見することができるいかなる代替実施形態をも包含するものである。

１ 熱交換器
２ 平らなチューブ
４ プレート
６ 流体流路
８ 流体入口
１０ 流体出口
１２ 突起
１４、１４０ 中央リブ
１６ インサート
１８ 膨張部
２０ 端プレート
２２ 連結部材
２４ パイプ
２６ 長い側辺
２８ 短い側辺
３０ 周縁
４０ フランジ
４２ 接合領域
５０ 空気流
１１０、１２０、１６０、１８０ 開口
２００ ラグ
２１０ ノッチ
２２０、２４０ チャネル
ｅ、ｔｈ 厚さ
ｆ、Ｈ 高さ
Ｌ 幅
Ｐ 平面

Claims (11)

1. 一平面（Ｐ）内に含まれ、かつ接合領域（４２）を形成する周縁（３０）を有するくぼんだ金属薄板を用いて作られている、熱交換器（１）の平らなチューブ（２）のためのプレート（４）であって、
   前記周縁（３０）を含む平面（Ｐ）から直角に突き出ている少なくとも１つのフランジ（４０）を備えていることを特徴とするプレート。
2. 第１および第２の長い側辺（２６）、および第１および第２の短い側辺（２８）を有し、かつ前記フランジ（４０）を、前記第１の長い側辺（２６）の少なくとも一部分に設けてあることを特徴とする、請求項１に記載のプレート。
3. 前記フランジ（４０）は、前記第１の長い側辺（２６）の全長にわたって設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のプレート。
4. 前記フランジ（４０）は、前記第１または第２の短い側辺（２８）の少なくとも一部分に配置されていることを特徴とする、請求項２または３に記載のプレート。
5. 前記第１および第２の長い側辺（２６）と直交する対称面を有することを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１つに記載のプレート。
6. 前記くぼんだ金属薄板は、０．３５ｍｍ以下の厚さ（ｔｈ）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプレート。
7. 前記くぼんだ金属薄板は、前記周縁（３０）に形成された少なくとも１つのラグ（２００）および少なくとも１つのノッチ（２１０）を備えていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載のプレート。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の、少なくとも１つの第１のプレート（４）を有することを特徴とする、熱交換器（１）のための平らなチューブ（２）。
9. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の、第１および第２のプレート（４）を有することを特徴とする、熱交換器（１）のための平らなチューブ（２）。
10. 前記第１および第２のプレート（４）は、前記第１のプレート（４）の第１の長い側辺（２６）が、前記第２のプレート（４）の第２の長い側辺（２６）と組み合うように配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の熱交換器（１）のための平らなチューブ（２）。
11. 請求項８〜１０のいずれか１つに記載の、少なくとも１つの平らなチューブを備える熱交換器（１）。

Images