JP2010518344A

JP2010518344A - マルチ回路型熱交換器

Info

Publication number: JP2010518344A
Application number: JP2009547553A
Authority: JP
Inventors: リヨンデクリスチャン; エンクールジャン・ミシェル; レズュールジャン・マルク
Original assignee: ヴァレオシステムテルミク
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2010-05-27
Also published as: WO2008107031A8; WO2008107031A1; CN101600930A; EP2115374A1; US20110030935A1; FR2912209A1; FR2912209B1

Abstract

２つの流体の冷却機能を、２つの回路の温度差による熱応力をできる限り除去しつつ、１つのマルチ回路型熱交換器で得ることができる、長寿命で、製造コストが安く、組み立てが容易な熱交換器を提供する。
【課題】
熱交換器の２つの回路の温度差に起因する熱応力により発生するチューブ等の亀裂を防止する。
【解決手段】
集合管内に設けられている仕切り板（Ｐ１）と（Ｐ２）に隣接している少なくとも１本のチューブを、全面的または部分的に閉鎖することにより、チューブに流体が流れないか、または小流量の流体を流すことにより、２つの回路の温度差による応力を減少させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチ回路型熱交換器に関する。

より具体的に言うと、外気により冷却される２つ以上の流体が循環する２つ以上の独立回路を備えている熱交換器に関する。

換言すると、例えば、熱エンジンとギアボックスのように、冷却の必要性が異なっている２つの機器を冷却するための、主として自動車産業用のマルチ回路型熱交換器である。

この熱交換器は、また、一方で電動モータを、他方で熱エンジンを冷却する、ハイブリッドエンジン用のマルチ回路型熱交換器として特に適している。

製造コストの低減と、車両への組立ての容易さという理由のために、２つの流体の冷却機能を、２つの別々の熱交換器でよりも、１つのマルチ回路型熱交換器で得る方が望ましい。この場合、この２つの回路をできるだけ分離して、２つの回路の温度差による熱応力をできる限り除去しなければならない。特に、この２つの分離している回路内を循環している流体に必要な冷却エネルギーは、同一ではなく、入口と出口の温度も同一ではない。従って、熱交換器の性能と寿命を最適にするためには、熱応力を最小にすることが重要である。

通常、熱交換器は、多くの場合、平板からなる、薄い軽合金製の一連の筒状チューブを備えており、これらのチューブは、２つの集合管に導入されている。これらのチューブと集合管との間は、弾性シール材を挿入するか、または、ろう付けにして、シールされている。アコーディオン状に折り曲げられた非常に薄い軽合金が、チューブ間を通過する外気と熱交換器との接触面積を増加するために、チューブ間に挿入されている。これは、通常コルゲートフィンと呼ばれている。

通常の場合、マルチ回路型熱交換器は、２つの回路に分離するために、２つの集合管内に、仕切り板が備えられている。この仕切り板近辺の構造体、主として薄いチューブは、２つの回路の温度差、特にサイクルの温度差による機械的応力（特に疲労）に耐えることができない。薄いチューブ構造は、破損して、漏れを生じる場合がある。

この状況は、ろう付けに必要な熱処理により、軽合金が曲がると壊れやすくかつ傷つきやすくなり、特に曲げ応力と引っ張り応力の熱応力により亀裂が発生することがある。このことは、ろう付けされた軽合金チューブの場合に顕著である。

この欠点を解消するために、仕切り板の断面を２倍に厚くすることが提案されたが、熱いチューブ群と比較的冷たいチューブ群とは、膨張率が異なるため、内部に非常に大きな疲労応力が生じ、問題は解決されていない。

更に、２つの回路の境界の熱勾配が大きい場合に、２つの回路の境界における熱応力がかなり大きくなることに注意を要する。

従って、本発明の目的は、熱交換器の２つの回路の温度差に起因する熱応力により発生する亀裂を防止することである。

前述の課題を達成するために、本発明は、前述の構造から出発し、２つ以上の回路を備えている熱交換器を提案するもので、この熱交換器は、次の特徴を有している。

- ２つの回路の一方または他方における流体循環用の一連のチューブを備えている。
- チューブの両端部は、それぞれ２つ以上の集合管に結合されており、前記チューブは、前記集合管内に開口している。
- 流体の第２回路から第１回路を分離するための仕切り板が、各集合管内に設けられている。
- ２つの回路の分離による構造的機械応力を減らすために、入口室と集合室とを結合する機械的接続手段が設けられている。

本発明の熱交換器は、この機械的手段が、仕切り板に隣接している１つ以上の、全面的に、または部分的に閉鎖されているチューブより成ることを特徴としている。

前述の機械的応力は、２つの回路の温度差によって引き起こされる熱交換チューブの膨張量が異なることにより発生している。

「分離」とは、各集合管内にあり、２つの回路を仕切っている２つの仕切り板を結ぶ想像線を意味している。従来通り、この分離は、チューブ軸または、仕切り板の延長線、またはその面上でなされている。

本発明のマルチ回路型熱交換器の非限定的な実施例として、以下に述べる付加的な要素を備えることができる。

- 機械的結合要素は、補強材である。
- 補強材または、機械的手段は、仕切り板に最も近く、流体循環チューブの直ぐ隣りにある。
- ２つの集合管を機械的に結合している機械的結合要素は、２つの回路の２つの近接しているチューブの間に配置されている。
- ２つの集合管を機械的に結合している機械的結合要素または補強材は、熱交換器の２つの回路の温度ひいては膨張が中間レベルの領域に配置されている。
- ２つの集合管を機械的に結合している機械的結合要素は、分配室の間にある仕切り板の両側に配置されている２つ以上の中空または中実の棒状物または補強材から成っている。
- 機械的結合要素または補強材は、前記の室を分離している仕切り板を延長したものである。
- 機械的結合要素または補強材は、他の熱交換チューブと同一であるが、内部を流体が循環しないチューブより成っている。
- 機械的結合要素または補強材は、他の熱交換チューブと同一だが、流体の流量を制限するため、入口または出口にオリフィスが設けられている、１本以上の熱交換チューブから成っている。
- 機械的結合要素または補強材は、他の熱交換チューブと同一だが、流体の流量を制限し、結合部分を機械的に強化するために、少なくとも流入オリフィスまたは流出オリフィスに近い部分の肉厚が厚い１本以上の熱交換チューブより成っている。
- 機械的結合要素または補強材は、２つ回路を分離している壁面の両側に配置されており、他の熱交換チューブ同一だが、流体を循環しない数本のチューブより成っている

- 熱交換器は、ろう付けされる事なく、圧接により、完全に機械的に組み立てられている。
- ２つの回路を分離している仕切り壁は、一方の回路から他方の回路へ流体が移動できる小さなオリフィスを備えている。
- マルチ回路型熱交換器は、主としてアルミ合金製で、ろう付けにより組み立てられている。
- マルチ回路型熱交換器は、インジェクション成形により製造されたプラスチック製の箱を備えていても良い。この箱は、圧接により集合管に組み立てられている。

本発明のマルチ回路型熱交換器は、熱交換器の２つの回路の温度差に起因する熱応力により発生する亀裂を防止するができる。

本発明の非限定的な実施例を、添付図面を参照して、以下に説明する。

従来技術における２つの独立している回路を有するマルチ回路型熱交換器の概略断面図である。本発明における２つの独立している回路を有する実施例の概略断面図である。本発明における２つの独立している回路を有する変形実施例の概略断面図である。本発明における２つの独立している回路を有する変形実施例の概略断面図である。本発明における２つの独立している回路を有する変形実施例の概略断面図である。本発明における２つの独立している回路を有する変形実施例の概略断面図である。本発明における２つの独立している回路を有する変形実施例の概略断面図である。本発明における２つの独立している回路を有する変形実施例の概略断面図である。

以後の説明において、「機械的手段」という表現は、本発明の課題を一般的に定義するために使用している。しかし、この「機械的手段」が、２つの集合管を結合している事実に注目して、特に「補強材」と表わすこともある。

図１は、従来より製造されており、２つの独立している回路を備えている熱交換器の従来技術を示している。この熱交換器は、第１流体が内部を循環している第１回路Ａと、第２流体が内部を循環している第２回路Ｂを備えている。この熱交換器は、流体を集める２つの集合管Ｃ１とＣ２を備えている。この２つの集合管Ｃ１とＣ２は、隔壁Ｐ１とＰ２により、それぞれ２つの部分に分離されている。一連のチューブ（この場合７個）ｔ１からｔ７が２つの集合管を結合している。アコーディオン形状に折り曲げられている薄いアルミ合金が、チューブと周囲の空気との接触面積を増加するために、チューブ間に挿入されている。各回路は、入口と出口を備えている。回路Ａの流体は、入口Ｅaを経由して回路に流入し、チューブt1、t2、t3、t4内を循環した後、出口Saを経由して流出する。回路Ｂの流体は、入口Ｅbを経由して回路に流入し、チューブt5、t6、t7内を循環した後、出口Sｂを経由して流出している。回路A内の第１流体の平均温度は、回路B内の第２流体の平均温度よりも高いのでチューブt1からt4の温度は、チューブt5からt7の温度よりも高い。そのため、チューブt1からt4内に圧縮応力と曲げ応力が発生し、チューブt5からt7内に引張応力と曲げ応力が発生する。チューブと集合管の機械的取り付け面の静的張力が非常に高いため、交互に発生する引張応力と曲げ応力による疲労効果により、チューブｔ5と、このチューブｔ5の終端近辺において、割れ目を発生する危険が最も高い。

図２から図８に示されている非限定的な実施例における熱交換器は、主として次のものを備えている。尚、以下に述べる図２から図８において、図１に示されている部材と同じ部材には、図１で用いられている記号と同じ記号を用いて説明する。
- ２つの独立している回路Ａと回路Ｂ、および隔壁Ｐ１により、２つの独立している部分に分割されている集合管Ｃ１。
- 隔壁Ｐ２により、２つの独立している部分に分割されている第２の集合管Ｃ２。
- 集合管Ｃ１を集合管Ｃ２へ、密閉された状態で結合し、回路Ａの第１流体を入口Ｅaから出口Ｓaへ循環させる３本のチューブｔ1、ｔ2、ｔ3。
- 集合管Ｃ１を集合管Ｃ２へ、密閉された状態で結合し、回路Ｂの第２流体を入口Ｅbから出口Ｓbへ循環させる３本のチューブｔ5、ｔ6、ｔ7。
- チューブと周囲の空気との接触面積を増加するために、チューブ間に挿入されている、アコーディオン形状に折り曲げられている薄いアルミ合金。
- ２つの集合管を機械的に結合している機械的結合手段Ｓ。

図２に示す本発明の非限定的な第１実施例においては、機械的結合手段Ｓは、軽合金製のチューブｔ4より成っている。部品の種類を減らし、製造コストを減少させる目的のために、このチューブとして、流体循環用に用いられているチューブと同じ形式のものが使われている。このチューブ内における流体循環を防止するために、１つまたは２つのストッパー３が、チューブｔ4の一方または両方の端部を閉鎖している。ここで、チューブｔ4には流体が流れないので、中間温度であり、２つの回路の温度差による応力を減少させている。

図３に示す本発明の第２実施例においては、機械的結合手段Ｓまたは補強材は、軽合金製の２本のチューブｔ3とｔ4より成っている。これらの２本のチューブの一方または他方の端部は閉鎖されているので、前述の実施例と同じく、流体は流れない。ここで再度繰り返して言うと、チューブｔ3とｔ4には流体が流れないので、中間温度であり，２つの回路の温度差による応力を減少させている。

図４に示す本発明の第３実施例においては、機械的結合手段Ｓは、軽合金製の２本のチューブｔ4とｔ5より成っている。これらの２本のチューブの一方または他方の端部は閉鎖されているので、前述の実施例と同じく、流体が流れない。ここで再度繰り返して言うと、チューブｔ3とｔ4には流体が流れないので、中間温度であり、２つの回路の温度差による応力を減少させている。

図５に示す本発明の第４実施例においては、機械的結合手段Ｓは、軽合金製の４本のチューブｔ3、ｔ4、ｔ5、そしてｔ6より成っている。これらの４本のチューブの一方または他方の端部は閉鎖されているので、前述の実施例と同じく、流体が流れない。ここで再度繰り返して言うと、チューブｔ3、ｔ4、ｔ5、そしてｔ6には流体が流れないので、中間温度であり、２つの回路の温度差による応力を減少させている。

図６に示す本発明の第５実施例においては、機械的結合手段Ｓは、軽合金製のチューブｔ4より成っている。このチューブは、部分的に閉鎖されており、小流量の流体が流れている。構造応力上のこのチューブの効果は,完全に閉鎖されているチューブより小さいが、それでもやはり、２つの回路の温度差による応力を減少させている。

図７に示す本発明の第６実施例においては、機械的結合手段Ｓは、軽合金製の２本のチューブｔ3とｔ4より成っている。これらのチューブは、部分的に閉鎖されており、小流量の流体が流れている。このチューブの構造応力上の効果は,完全に閉鎖されているチューブより小さいが、それでもやはり、２つの回路の温度差による応力を減少させることができる。

図８に示す本発明の第７実施例においては、機械的結合手段Ｓは、軽合金製の３本のチューブｔ3とｔ4、そしてｔ5より成っている。これらのチューブは、部分的に閉鎖されており、小流量の流体が流れている。このチューブの構造応力上の効果は,完全に閉鎖されているチューブより小さいが、それでもやはり、２つの回路の温度差による応力を減少させることができる。

図示していないが、本発明の第８実施例においては、機械的結合手段Ｓは、熱交換器１を完全に二分している１枚の軽合金製の金属板Ｐより成っている。２つの回路を密閉するために、この板Ｐは、各集合管の内周にろう付けされており、その結果、２つの集合管を強固に結合している。この板Ｐは、中間温度であり，２つの回路の温度差による応力を減少させている。この板を、中空の板に置きかえることも有益である。

当業者は、添付のクレームで定義されている本発明内容から逸脱することなく、この概念を、多くの他の同様なシステムに適用することができると思われる。

１熱交換器
３ストッパー
Ａ流体回路
Ｂ流体回路
Ｃ１集合管
Ｃ２集合管
Ｐ１隔壁
Ｐ２隔壁
ｔ1〜ｔ7 チューブ
Ｅａ入口
Ｅｂ入口
Ｓａ出口
Ｓｂ出口
Ｓ機械的結合手段

Claims

熱交換器（１）が、少なくとも２つの回路（Ａ）と（Ｂ）を備えており、この熱交換器は、
- ２つの回路（Ａ）または（Ｂ）の流体循環用の一連のチューブと、
- 前記チューブの各反対側の端部に結合されて、前記チューブがその内部にそれぞれ開口している少なくとも２本の集合管と、
- 第２の流体回路（Ｂ）から第１の流体回路（Ａ）を分離するために、前記各集合管内に設けられている仕切り板（Ｐ１）と（Ｐ２）と、
- ２つの回路の分離箇所に存在している構造的機械応力を減少させるように、前記集合管の吸入室と集合室を結合している機械的結合手段（Ｓ）
とを備えており、
前記機械的結合手段（Ｓ）は、前記仕切り板（Ｐ１）と（Ｐ２）に隣接し、全面的または部分的に閉鎖されている少なくとも１本のチューブより成っていることを特徴とする熱交換器（１）。
前記機械的結合手段（Ｓ）は、補強材から成っていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１）。
補強材または機械的手段（Ｓ）は、仕切り板に最も近い流体循環チューブの隣にあることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器（１）。
２本の集合管を機械的に結合している機械的結合手段（Ｓは、２つの回路の２本の近接しているチューブの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１）。
２本の集合管を機械的に結合している機械的結合手段（Ｓ）または補強材が、熱交換器の２つの回路の温度、ひいては膨張が中間レベルである領域に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気制御装置（１）。
２本の集合管を機械的に結合している機械的結合手段（Ｓ）は、分配室内の仕切り板の両側に配置されている、２本以上の中実または中空の棒状物あるいは補強材より成っていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１）。
機械的手段（Ｓ）または補強材は、前記室を分離している仕切り板を延長したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器（１）。
機械的手段（Ｓ）または補強材は、他の熱交換チューブと同一だが、流体を循環しないチューブより成っていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器（１）。
機械的手段（Ｓ）および／または補強材は、他の熱交換チューブと同一だが、流体の流量を制限するための流入オリフィスまたは流出オリフィスを備えている１本以上の熱交換チューブより成っていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器（１）。
機械的手段（Ｓ）または補強材は、他の熱交換チューブと同一だが、流体の流量を制限し、結合部分を少なくとも局所的に機械的に強化するために、少なくとも流入オリフィスおよび／または流出オリフィスに近い部分の肉厚が厚くされている少なくとも１本以上の熱交換チューブより成っていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の熱交換器（１）。
機械的手段（Ｓ）または補強材は、２つ回路を分離している壁面の両側に配置されており、他の熱交換チューブと同一だが、流体を循環しない数本のチューブより成っていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の熱交換器（１）。
熱交換器は、ろう付けされる事なく、圧接により、完全に機械的に組み立てられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の熱交換器（１）。
２つの回路を分離している仕切り板は、一方の回路から他方の回路へ流体が移動できる小さいオリフィスを備えていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の熱交換器（１）。