JP2014521921A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、カバープレート（２）と、ベースプレート（３）と、該カバープレート及び該ベースプレートの間に積層状態で配設された複数の熱交換プレート（４）とを備えたプレート式熱交換器（１）に関する。上記ベースプレート（３）は、その隣接する熱交換プレート（４）の端部と重なっているとともに、上記熱交換プレートの積層方向に配置されかつ熱交換プレートの積層体の輪郭に少なくとも部分的に沿うエッジ（９）を有する。本発明において、上記エッジ（９）は、少なくとも一部の領域で、上記ベースプレート（３）に一体に形成されかつ折り曲げ線（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）に沿って折り曲げられる突起部（７）により形成される。これにより、ベースプレート（３）は、安価に、そして重量及び材料面で最適化された状態で高い剛性を持って製造され得る。

Description

本発明は、カバープレートと、ベースプレートと、該カバープレート及び該ベースプレートの間に積層状態で配設された複数の熱交換プレートとを備えたプレート式熱交換器に関する。また、本発明は、そのようなプレート式熱交換器用のベースプレートに関する。

特許文献１により、一般的なプレート式熱交換器が知られており、複数の熱交換プレートが互いに積層状態で配設されている。

特許文献２により、別の一般的なプレート式熱交換器が知られており、同様に、複数の熱交換プレートが積層状態で配設され、ベースプレートがこの積層体の一端に配設されている。ここで、ベースプレートは、熱交換器の積層方向に突出配置されかつ積層体の輪郭に少なくとも部分的に沿うエッジを有しており、このエッジにより熱交換プレートの積層体の位置が固定される構成である。この積層体は、上記突出配置されたエッジとベースプレートとにより固定され、これによりプレート式熱交換器は、例えば内燃機関に配置され、本質的に安定状態で構成され得る。

さらなるプレート式熱交換器が、特許文献３及び４により知られている。

欧州特許出願公開第１５６２０１４号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０３００９５号明細書 欧州特許出願公開第０６２３７９８７号明細書 独国特許出願公開第１０２００６００５１０６号明細書

本発明に関する課題は、一般的なプレート式熱交換器に対して、特に高品質であり、また簡単で、安価な方法で製造することが可能であるという特徴を有する、改良された、又は少なくとも代替的な実施形態を示すことである。

上記課題は、独立請求項の主題による発明により解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明は、カバープレートと、ベースプレートと、該カバープレート及び該ベースプレートの間に積層状態で配設された複数の熱交換プレートとを備えた、先行技術により本質的に知られているプレート式熱交換器において、先行技術により従来知られている、厚さ５ｍｍまでの金属プレートによりベースプレートを構成するのではなく、安価な金属薄板の成形部品によりベースプレートを構成するという概括的な概念に基づく。ここで、本発明に係るベースプレートは、その上に隣接する熱交換プレートの端部と重なっているとともに、熱交換プレートの積層方向に突出配置されかつその熱交換プレートの積層体の輪郭に少なくとも部分的に沿って形成されたエッジ（これにより、ベースプレート上に熱交換プレートの位置を固定するエッジ）を有する。本発明によれば、このエッジは、ベースプレートに一体に形成されかつ折り曲げ線に沿って折り曲げられた部分により、少なくとも部分的に形成される。平易に言えば、このことは、ベースプレートがまず平坦な金属薄板部品として打ち抜かれた後、次の折り曲げ工程において、対応する（金属薄板）突起部が所定の折り曲げ線に沿って折り曲げられ、これによりエッジが形成されるということを意味する。折り曲げられた突起部により、特に各々の端部領域に二重層が形成され、これによりベースプレート自体の剛性が増加する。しかしながら、これら二重層は部分的にのみ配置されているので、本発明により製造されたベースプレートは、全体として、先行技術により従来から知られる金属板により製造されたベースプレートに比べて、明らかに軽量である。本発明に係るベースプレートの製造は、その特殊な構造面の特徴により、特に簡単であるとともに、安価である。また、当然のことながら、ベースプレートに追加的に必要な貫通孔は、例えば金属薄板からベースプレートを打ち抜く際に同時に打ち抜くことができる。

本発明に係る解決手段の更に好ましい態様においては、ベースプレートは、金属薄板、又は軽金属薄板、特にアルミニウム薄板から形成される。通常の金属薄板から製造された本発明に係るベースプレートにおいては、従来技術により知られている厚い金属板から形成されたベースプレートに比べ、明らかに少ない材料量であり、明らかに重量は軽くなるが、軽金属薄板、特にアルミニウム薄板から形成することにより、さらに重量を軽くすることができる。重量の最適化に加え、材料量を抑えることは、原料の価格が上昇し続けている中では、過小評価ではなく、有利である。概して、本発明に係るベースプレートは、従来公知の打ち抜き加工装置により、迅速に、高品質に、かつ安価に製造可能である。折り曲げられた端部領域、すなわち、折り曲げられた金属薄板突起部は、ベースプレートに対し、熱交換プレートの積層体の位置を固定するのみならず、特に、折り曲げ線及びこの領域において二重になっている金属薄板部分により剛性が高くなるため、ベースプレートが強化される。

本発明に係る解決手段の更に好ましい実施形態においては、折り曲げられた金属薄板突起部により構成されかつ突出配置されたエッジは、熱交換プレートの角部を囲っていない。したがって、そのような方法で形成されたエッジは、熱交換プレートの積層体の長手方向に延びる側部、又は、短手方向に延びる側部に対してのみ存在するが、角部には何も無い状態である。ここで、当然のことながら、熱交換プレートの積層体の長手方向に延びる側部、又は、短手方向に延びる側部にあるエッジは、個々の熱交換プレートの長さ又は幅とほぼ同じ長さとすることができ、これにより、実際に囲まれていない角部の領域を比較的小さくすることができる。

本発明の更に重要な特徴及び効果は、従属請求項、図面、及び、図面に基づいた図の関連記載より明らかになる。

上述の特徴、及び、以下で更に説明する特徴は、個々に示された組合せで使用されるのみならず、他の組合せで、又は単独で、本発明の範囲を逸脱することなく使用され得る。

本発明の好ましい例示的な実施形態は、図面に示されているとともに、以下の記載において更に詳細に説明されており、このとき、同一の参照符号は、同一の、同様の、又は、機能的に同一の部材を示す。

従来技術におけるプレート式熱交換器を示す図である。 本発明に係るベースプレートの実施形態を示す図である。 本発明に係るベースプレートの他の実施形態を示す図である。 本発明に係るベースプレートの更に他の実施形態を示す図である。 本発明に係るベースプレートの更に他の実施形態を示す図である。 ダイカスト法により製造されたベースプレートを示す図である。

図１によれば、プレート式熱交換器１は、カバープレート２と、ベースプレート３と、カバープレート２及びベースプレート３の間に積層状態で配設された複数の熱交換プレート４とを備える。ベースプレート３は、その隣接する熱交換プレート４の端部と重なっている。さらに、ベースプレート３は、熱交換プレートの積層方向に突出配置されたエッジ５を有する。このエッジ５は、少なくとも最近接の熱交換プレート４の端部を少なくとも部分的に（ここでは完全に）覆っており、これにより、ベースプレート３に対して熱交換プレート４の位置が固定される。プレート式熱交換器１は、ベースプレート３により、例えば、内燃機関に固定される。ここで、一方では安価に、また一方では構造的に簡単に、さらには、重量が最適化された状態で、ベースプレート３を構成可能とするために、図２〜図５に基づく本発明に係るベースプレート３においては、上記エッジ５が、少なくとも一部の領域において、ベースプレート３と一体に形成されかつ折り曲げ線６ａ〜６ｄに沿って折り曲げられる突起部７、特に金属薄板突起部７により形成される。ベースプレート３は、例えば金属薄板、又は軽金属薄板、特にアルミニウム薄板から構成され得る。

さらに、ベースプレート３は、エッジに平行な折り曲げ線６ａ〜６ｄにそれぞれ隣接する金属薄板突起部７を備えた金属薄板ブランクにより実質的に構成され、これらの突起部は、熱交換プレート４の方向へ折り返されて二重の金属薄板領域８を形成し、そのエッジ（端部）９は、折り曲げ線から離れており、金属薄板ブランクの平面に対して立ち上がるように曲げられて、熱交換プレート４の、該エッジに隣接する隣接する端部に寄りかかっている。上記金属薄板ブランクは、帯状材料のブランクを意味すると解されよう。

本発明に係るベースプレート３を、金属薄板の打ち抜き成形品として製造することにより、安価にかつ比較的簡単に製造することができるだけでなく、二重の金属薄板領域８により剛性が増す。しかし、従来技術により知られているベースプレートに比べ、本発明に係るベースプレート３は、使用される材料の厚さと材料量が明らかに低減され得るため、明らかに軽量である。図２に示すように、ベースプレート３は、中央領域１０を有しており、該中央領域の長手方向に延びる２つの側部（長辺の側部）に突起部７がそれぞれ配設されている。これらの突起部７は、ベースプレート３の中央領域１０の長手方向両端部近傍で該中央領域とそれぞれ一体に接続され、実質的に二重領域８に相当する上記２つの接続部分の間における上記折り曲げ線６ａ，６ｂ上に、該折り曲げ線６ａ，６ｂに沿うように細長いリセス１１が配設されている。

当然のことながら、ベースプレート３の打ち抜き工程において生じた廃材は、再度、製造工程に供給され、再度、使用される、すなわち再利用され得る。

図３に示すベースプレート３の場合、突起部７は、個々の折り曲げ線６ａ〜６ｄの中央部分のみにおいて、ベースプレート３の中央領域１０に一体に接続され、この各接続領域の両側でかつ個々の突起部７とベースプレート３の中央領域１０との間に、個々の折り曲げ線６ａ〜６ｄに対して対称な切欠き１２が設けられている。図３によれば、折り曲げ線６ｂで突起部７が折り曲げられるが、その折り曲げられていない場合の配置、すなわち中央領域に対して面一の状態について、ここでは同時に破線により示されている。残りの突起部７は、個々の折り曲げ線の周りに折り曲げられ、続いてエッジ９を形成することにより、同様に配置される。

図４に示すベースプレート３は、実質的に図３のベースプレート３に対応しているが、ここでは、短手方向に延びる側部（短辺の側部）の突起部７をなくしている。この場合、中央領域１０に一体に接続された突起部７は、ベースプレート３の中央領域１０の２つの長手方向に延びる側部にのみ配置されている。この場合、図５に示された構成によれば、中央領域１０の短手方向に延びる２つの側部に、ベースプレート３と重なるように配置されかつ立ち上がるように曲げられた金属薄板片７′によって二重にされた締結領域が、エッジ９と共にそれぞれ配設されている。これら金属薄板片は、ベースプレート３に対し、例えば半田付けにより結合される。

図３〜図５に示されたベースプレート３は、その上から見て、楕円のような細長の長十二角形の形状を有している。図２〜図５に示す、本発明に係るベースプレート３の全実施形態は、熱交換プレートの積層体の角部をエッジ９で囲んでいないという点で共通している。

図６に示されたベースプレート３は、本発明には属しておらず、ダイカスト法で製造されたものである。ここで、図６のベースプレート３の厚さは、約２〜６ｍｍであり、補強のために追加の補強リブ１３が導入されている。特に、アルミニウムダイカスト、又はアルミニウム押出成形がここでは想定される。

本発明に係るベースプレート３によれば、これを材料、重量、及び費用面で最適化した状態で製造することが可能となり、流体交換に必要な開口部１４も、単一の打ち抜き工程において形成することができる。ベースプレート３の、例えば内燃機関への固定は、二重領域８、特に強化された領域８に係合される、例えば、ねじなどの好適な締結手段によって行われる。ベースプレート３の製造は、例えば自動化された打ち抜き成形工程により行われ、これにより、比較的高剛性のベースプレート３を、迅速に、高品質に、そして安価に製造することができる。

Claims (9)

1. カバープレート（２）と、ベースプレート（３）と、該カバープレート及び該ベースプレートの間に積層状態で配設された複数の熱交換プレート（４）とを備えたプレート式熱交換器（１）であって、
   上記ベースプレート（３）は、その隣接する熱交換プレート（４）の端部と重なっているとともに、上記熱交換プレートの積層方向に配置されかつ熱交換プレートの積層体の輪郭に少なくとも部分的に沿うエッジ（９）を有し、
   上記エッジ（９）は、少なくとも一部の領域で、上記ベースプレート（３）に一体に形成されかつ折り曲げ線（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）に沿って折り曲げられる突起部（７）により形成されることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 請求項１記載のプレート式熱交換器において、
   上記ベースプレート（３）は、金属薄板で構成されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
3. 請求項１又は２記載のプレート式熱交換器において、
   上記ベースプレート（３）は、上記エッジに平行な上記折り曲げ線（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）に隣接しかつ上記熱交換プレート（４）の方向に折り返されて二重領域（８）を形成する突起部（７）を有する金属薄板ブランクにより、実質的に構成され、
   上記折り返された突起部の、上記折り曲げ線から離れた上記エッジ（９）が、上記金属薄板ブランクの面に対して立ち上がるように曲げられて、上記熱交換プレート（４）の端部に寄りかかっていることを特徴とするプレート式熱交換器。
4. 請求項３記載のプレート式熱交換器において、
   上記突起部（７）は、上記各折り曲げ線（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）の中央部のみで、上記ベースプレート（３）の中央領域（１０）に一体に接続され、
   上記接続部分の両側でかつ上記突起部（７）と上記ベースプレート（３）の中央領域（１０）との間に、上記各折り曲げ線（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）に対して対称な切欠き（１２）が設けられていることを特徴とするプレート式熱交換器。
5. 請求項３又は４記載のプレート式熱交換器において、
   上記突起部（７）は、上記ベースプレート（３）の中央領域（１０）の２つの長手方向に延びる側部のみに一体に接続され、
   上記中央領域（１０）の短手方向に延びる側部に、上記ベースプレートと重なるように配置されかつ立ち上がるように曲げられた金属薄板片（７′）によって二重にされた締結領域（８）が、上記エッジ（９）と共に配設されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
6. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のプレート式熱交換器において、
   上記ベースプレート（３）の中央領域（１０）の長手方向に延びる側部に配設された上記突起部（７）が、該中央領域の長手方向両端部近傍で該中央領域とそれぞれ一体に接続され、
   上記２つの接続部分の間における上記折り曲げ線（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）上に、該折り曲げ線（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）に沿うように細長いリセス（１１）が配設されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のプレート式熱交換器において、
   上記ベースプレート（３）は、その上から見て、楕円のような細長の長十二角形の形状を有していることを特徴とするプレート式熱交換器。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のプレート式熱交換器において、
   上記エッジ（９）は、上記熱交換プレート（４）の角部領域を囲っていないことを特徴とするプレート式熱交換器。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載のプレート式熱交換器（１）に用いられるベースプレート（３）であって、
   上記ベースプレート（３）は、上記熱交換プレート（４）の積層方向に立ち上がるように折れ曲がったエッジ（９）を備え、
   上記エッジ（９）は、上記ベースプレート（３）に一体に形成されかつ折り曲げ線（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）に沿って折り曲げられる突起部（７）により形成されることを特徴とするベースプレート。

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