JP2015508881A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

本発明は、複数の開口部6を備える複数のプレート要素構成2、12、22を備えるハウジングを備える熱交換器1に関するものである。隣接する開口部が離間され、動作時に第1の流体7が開口部を通って流れる。開口部が少なくとも一部の区間において離間されるようにプレート要素構成内に延在し、隣接するプレート要素構成が離間され、第2の流体8が2つの隣接するプレート要素構成2、12、22の間の中間空間15を流れることができる。凹部5がプレート要素構成2、12、22のうちの少なくとも1つを分断し、プレート要素構成が少なくとも1つの第1のプレート要素3及び1つの第2のプレート要素4を備え、第2のプレート要素4が第1のプレート要素3に対して、第1の流体7が第1のプレート要素3を通り次いで第2のプレート要素4を通って流れることができるように配置される。凹部5は流れ誘導要素20を備える。

Description

本発明は、冷媒とガス、とりわけ空気、との間で熱交換するための熱交換器に関するものである。
実際には把握できないぐらいの数の従来技術において、多くの用途での熱交換システムの使用が知られている。熱交換器は、一般的な家庭用冷蔵庫などの冷凍システム、建物用の空調プラント、又はすべての種類の乗り物、とりわけ自動車、飛行機及び船の空調プラント、走行状態又は停止状態での内燃機関の水冷却器又はオイル冷却器、冷却回路内の復水器又は蒸発器として使用されている。
この種類の熱交換器は、例えば米国特許第4,876,778号により知られている。熱交換器の構造は、冷却水が複数のシートの間に配置された管内を流れ、空気がシートの周りを流れるようになっている。冷却水及び空気がクロスフローで流される。設けられたシートは平行に配置され、スペーサ要素によって互いに離間される。このようなスペーサ要素は例えば波形シートとして形成できる。
以下、一方の「ラミナ熱交換器(層流熱交換器)」と称するものと、他方の「ミニチャンネル熱交換器」又は「マイクロチャンネル熱交換器」称するものとを区別するものとする。
長きに渡り知られている層流熱交換器は、すべての種類の熱交換器と同様に例えば冷媒から空気へ又はその逆といったような2つの媒体間で熱を伝達させるように機能する。熱交換器の流路を流れる第1の流体は、以下では熱媒体とも称される。流路の周りを流れる第2の流体は以下では伝達流体とも称される。熱媒体及び伝達流体はともに液相又は気相として存在してよい。水、油、空気又は冷媒は、例えば、熱媒体又は伝達流体と呼ぶことができる。これらの媒体のうちの1つが熱伝達により冷却され、別の媒体が加熱される。
一般に、例えば空気である伝達流体は、熱交換器のチャンネル内を循環する例えば冷媒又は加熱媒体である熱媒体よりも大幅に小さい熱伝達係数を有する。これは、2つの媒体に対する大幅に異なる熱伝達表面により均衡がとられる。大きい熱伝達係数を有する媒体がチャンネル内を流れる。例えばリブ又は層板である薄い金属シートがその外側に取り付けられ、それにより、チャンネルの外側表面が、チャンネルの内側表面と比較して熱伝達表面が拡大され、その熱伝達表面で伝達流体との熱伝達が行われる。
これに関して、チャンネルの外側表面の内側表面に対する比率は、チャンネル直径と、チャンネルの構成と、チャンネルの互いの間隔とによって決定された層板の幾何形状、並びに層板の間隔d’によって決定される。層板の間隔d’は異なる用途に応じて多様に選択される。しかし、純粋に熱力学的にいえば、層板の間隔は、伝達流体の側での圧力損失が過度に大きくなることがない範囲で可能な限り小さくすべきである。効率的な最適値は約2mmである。これは復水器及びドライクーラの場合の一般的な値である。
これに関して、効率は、層板表面と伝達流体との間で伝達された熱が層板を通した熱伝導を介してチャンネルに伝達される必要があるという事実により実質的に決定される。層板の伝導率が大きくなるか又は層板の厚さが厚くなり、さらにはチャンネル間の間隔が小さくなると、熱伝達の効率は大きくなる。ここでは層板の効率について言及する。熱伝導率(約220W/mK)の大きい層板材料として、現在、アルミニウムが主として経済的理由から使用される。これに関して、チャンネルの間隔は可能な限り小さくすべきである。熱力学的には、相互に小さい間隔で配置された小直径の複数のチャンネルを使うことが理想的解決策である。しかし、実質的なコスト要因は、チャンネルを拡張しはんだ付けする作業時間である。これは、このような幾何形状とは不均衡に増大する。
したがって、数年前に、ミニチャンネル熱交換器又はマイクロチャンネル熱交換器という新しい種類の熱交換器が既に開発されている。これは完全に異なるプロセスを使用して製造され、層流熱交換器のほぼ理想的なものである。これらは、1mm程度の非常に小さい直径を有するミニチャンネル又はマイクロチャンネルを有する。これらのミニチャンネル又はマイクロチャンネルの製造には、アルミニウム押し出し部材の使用が好ましい。
熱交換器ブロックは、本質的に、1つ又は複数の層流熱交換器又は1つ又は複数のマイクロチャンネル熱交換器で形成される。いずれの場合も、熱交換器ブロックの入口側が出口要素に圧密的にはんだ付けされ、熱交換器ブロックの出口側が入口要素に圧密的にはんだ付けされる。これに関して、いずれの場合も、1つ又は複数の熱交換器を有する熱交換器ブロックの出口要素及び入口要素のところに接続フランジが設けられ、それにより、熱交換器ブロックが例えば冷凍機械などの外部システムに流体連通できるようになる。これにより、熱媒体が動作状態で出口要素から熱交換器を介して入口要素へ供給されて、予め定められた動作圧力下で伝達流体との熱交換を行うことができる。
マイクロチャンネルはシート要素内に配置される。マイクロチャンネルは互いに実質的に平行に延在し、互いに接続されない。したがって、第1の流体である熱媒体がシート要素のマイクロチャンネルに供給され、このマイクロチャンネル内をシート要素を通って流れ、このマイクロチャンネルから再び外に出る。伝達流体が、クロスチャンネル内をマイクロチャンネルまで流れる。伝達流体が、シート要素の壁を介して、熱媒体へと熱を放出するか又は熱媒体から熱を吸収する。クロスフローであることから、熱交換器を通る経路で熱が吸収又は放出されることにより、伝達流体の流入温度が流出温度とは異なるようになる。これによりマイクロチャンネル内の熱分布が不均一となる。
数平方メートルの熱交換表面を有する大型の熱交換器では、これらの温度差により熱応力が発生してそれによりマイクロチャンネルに機械的応力が発生する可能性があり、それにより熱交換器が損傷する可能性がある。
米国特許第4,876,778号明細書
したがって、本発明の目的は、ガスの流れ方向における冷媒の温度分布を一様にすることである。
本発明の目的は以下の特徴を有する熱交換器によって達成される。熱交換器は、複数のシート要素構成を備えるハウジングを有する。シート要素構成は、動作状態で第1の流体が流れることのできる例えばチューブ形態の開口部を有する。上述の意味でのマイクロチャンネルが設けられてもよい。開口部は、シート要素構成内で少なくともある区間にわたって相互に離間された形で延在する。隣接するシート要素構成は各々が相互に一定の間隔をあけて配置され、第2の流体が2つの隣接するシート要素構成の間の中間空間内を流れることができる。第2の流体の流れ方向は、第1の流体の流れ方向と実質的に交差することが好ましい。これは、第1の流体と第2の流体とがクロスフローで流れることが好ましいことを意味する。
シート要素構成のうちの少なくとも1つがカットアウト(cut−out)部によって分断されて、シート要素構成が少なくとも1つの第1のシート要素及び1つの第2のシート要素を有する。第2のシート要素は第1のシート要素に対して、流れ偏向要素を備えるカットアウト部により第1の流体が第1のシート要素の後で第2のシート要素を流れることができるように配置される。開口部を介してカットアウト部に到達する第1の流体の個別の流れがカットアウト部内で混合される。
一具体例によると、カットアウト部は、第1のシート要素の第2の端部のところで複数の開口部がカットアウト部内へと開いて、第1の流体がカットアウト部から第2のシート要素の第1の端部のところにある複数の開口部まで供給できるように設計される。具体的には、カットアウト部は、その第1の端部のところで複数のチューブ、チャンネル又はマイクロチャンネルがこれらのカットアウト部内へと開いて、第1の流体が、カットアウト部から、第2のシート要素の複数のチューブ、チャンネル又はマイクロチャンネルまで供給されるように設計できる。
一具体例によると、カットアウト部が流れ妨害要素を備え、渦形成及び/又は流れの偏向が行われる。これの別法として又は加えて、カットアウト部が静止混合体(static mixer)を備えることができる。カットアウト部は、第1及び第2のシート要素に液密接続されたジャケット要素によって囲まれることができる。具体的には、ジャケット要素は、溝並びに/或はフィン及び/又は突出部などの流れ誘導要素を備えることができる。カットアウト部は、第1のシート要素の第2の端部と、第2のシート要素の第1の端部と、ジャケット要素とによって形成され、第1のシート要素及び第2のシート要素が共通の中心面を有し、シート要素が第1の流体の流れ方向に沿って直列に配置される。
具体的には、開口部はシート要素内のチャンネルとして形成できる。溝を少なくともある区間だけチャンネルに対して一定の角度を有するように配置できる。溝はチャンネルに対して一定の角度を有することができ、この角度は、10°〜75°の範囲、好ましくは10°〜60°の範囲、より好ましくは10°〜45°の範囲である。
代替的具体例によると、ジャケット要素は、カットアウト部内へと突出して流れ妨害要素を形成する突出部を有することができる。
カットアウト部は、熱交換器の長さの5%〜40%で延在することが有利である。ここでの熱交換器の長さは、シート要素内を流れる第1の流体の主要な流れ方向で計測される。熱交換器の全幅にわたって温度を補償するために、カットアウト部が熱交換器の実質的に全幅にわたって延在することが有利である。
一具体例によると、2つの隣接するシート要素間の距離を維持するための設置要素を設けることができる。具体的には、設置要素は波形の薄壁スペーサ要素として形成できる。
本発明は、上記の具体例のうちの1つの熱交換器を動作させる方法にも関するものである。この方法は、シート要素構成に入る入口とシート要素構成から出る出口との間のシート要素構成内の流れ経路で第1の流体を混合するステップを含む。有利な改良点によると、第2の流体が、第1の流体とのクロスフローで、隣接するシート要素構成の間を流れる。したがって、第2の流体は第1の流体に対して横方向に流れる。具体的には、第1の流体は冷媒であってよい。具体的には、第2の流体はガスであってよく、空気であることが有利である。シート要素は部材として作られてよく、冷媒が、離間された平行な複数のチャンネル内を移動する。第1の流体の方向で見ると、第1の流体を流すチャンネルは直列に配置される。
あるチャンネルと次のチャンネルとの熱伝達は複数の理由により異なる。1つには、第1の流体の位置ごとの温度が異なることにより、流体の温度差が変化するためであり、他方では、第2の流体が液相及び気相で存在するときに気相に対する液相の比率が変化する可能性があり、それが熱交換器の全体効率に影響するためである。
具体的には、2つ以上のカットアウト部がシート要素構成内に配置できる。複数のカットアウト部が設けられる場合、カットアウト部の各々が流れ偏向要素を備えることができる。具体的には、第2の流体が混合され、第2の流体の温度均衡がとれ、さらには熱交換器の長さ及び幅にわたって温度分布が一様となる。
具体的には、シート要素構成幅及び/又は長さが大きく、並びに/或は第1の流体の流速が小さい場合に、熱交換器の性能が大幅に向上できる。
具体的には、本発明による熱交換器は大規模に長く構築でき、シート構成の数は従来技術に比べて最大で3分の2まで減少できる。
図面を参照しながら以下で本発明を説明する。
本発明の第1の実施例によるシート要素構成を示す図。 シート要素構成の積層体を示す図。 シート要素の構成を示す側面図。 図3のシート要素の構成を示す平面図。 図4の平面図の詳細図。 第2の実施例によるシート要素の構成を示す側面図。 図6のシート要素の構成を示す平面図。 図6の側面図の詳細図。 シート要素の積層体を示す図。 本発明の第2の実施例によるシート要素構成を示す図。
図1は、本発明の第1の実施例による熱交換器1のためのシート要素構成2を示す図である。シート要素構成は、第1のシート要素3と、第2のシート要素4と、第1のシート要素3と第2のシート要素4との間に配置されたカットアウト部5とを有する。第1の流体7が第1のシート要素3に入り、開口部6を通ってカットアウト部5の方向に流れてカットアウト部5に入り、第2のシート要素4の開口部6を通ってカットアウト部5から流出する。
第1の流体7は熱媒体であり、加熱媒体又は冷却媒体のいずれかであってよい第1の流体7の熱伝導率が気体流体の熱伝導率よりも大幅に大きく、第1の流体の使用可能な熱交換領域が第2の流体の使用可能な熱交換領域よりも小さいため、第1の流体7は液体の集合状態で存在することが好ましい。第1のシート要素3及び第2のシート要素4内の開口部6は互いに一定の間隔を有し、開口部6の各々が、別の開口部から離間されてジャケット側が閉じられたチャンネル9を形成する。具体的には、チャンネル9はチューブの形態を有することができ、及び/又は、導入部で説明した寸法を有するマイクロチャンネルとして形成できる。
第1の流体7が、図面に示されない波形設置部を有してよいこれらのマイクロチャンネルを通って流れる。これらの波形設置部は、熱交換のために使用可能な熱交換表面を拡大するように機能する。もちろん、波形設置部の代わりに、格子構造、メッシュ状構造又は多孔構造が設けられてもよい。チャンネル9はチューブとして形成でき、又は、押出プロセスによって押し出された部材から製造された楕円形又は具体的には長方形である四角形のチャンネルとして形成されてもよい。本明細書では、複数のマイクロチャンネルがシート要素構成内に配置できる。具体的には、チャンネル9の材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金が適切であることが分かっている。
第1のシート要素3は、第1の流体7が第1のシート要素3へ導入されるときに通る開口部6の入口開口を有する第1の端部16を有する。開口部6の出口開口が第1のシート要素3の第2の端部17のところに配置される。
第2のシート要素4は、第1の流体7が第2のシート要素4へ導入されるときに通る開口部6の入口開口を有する第1の端部18を有する。開口部6の出口開口が第2のシート要素4の第2の端部19のところに配置される。
とりわけ図1によると、第1のシート要素3の第2の端部17のところにある複数の開口部6がカットアウト部5内に開いており、第1の流体7がカットアウト部5から第2のシート要素4の第1の端部18のところに配置された複数の開口部内へ供給できるように、カットアウト部5が設計される。
カットアウト部は、第1のシート要素3と第2のシート要素4との間を延在してジャケット要素によって囲まれた中空空間である。カットアウト部5は、第1のシート要素3の第2の端部17と、第2のシート要素19の第1の端部18と、ジャケット要素とによって形成され、第1のシート要素3及び第2のシート要素4が共通の中心面を有し、シート要素3、4が第1の流体7の流れ方向を基準として互いの後方に配置される。
本発明の図では、ジャケット要素は、上側ジャケット部分10及び下側ジャケット部分11により形成される。上側ジャケット部分10は組み立てられていない状態での分解図で示されており、下側ジャケット11の構造を見ることができる。上側ジャケット部分及び下側ジャケット部分の代わりに、ジャケット要素は単一部品で作られてもよい。第1のシート要素及び第2のシート要素は実質的にジャケット要素に接続できる。すなわち、これらは、例えばジャケット要素の第1及び第2のシート要素用の開口部内にプラグ接続できる。シート要素間の液密接続は、密閉部材要素により、又は、ジャケット要素に対してわずかに大きなサイズのシート要素により、或は、ジャケット要素及びシート要素を後で溶接することにより可能となる。
上側ジャケット部分10及び下側ジャケット部分11は流れ誘導要素20を有する。流れ誘導要素20はフィン21として形成される。別法として、もちろん、上側ジャケット部分又は下側ジャケット部分の一方のみがフィン21を有してもよく、上側ジャケット部分及び下側ジャケット部分のそれぞれのもう一方が滑らかな表面又は溝23を有することができる。通常、複数の流れ誘導要素20が設けられ、具体的には熱交換器が大きい幅を有する場合に複数の流れ誘導要素20が設けられる。しかし、単一の流れ誘導要素でも第1の流体7の流れを偏向させる機能を満たす。
具体的には、流れ誘導要素20は少なくとも区間ごとにチャンネル9に対して一定の角度を有するように配置できる。流れ誘導要素はチャンネルに対して10°〜75°の範囲の一定の角度を有することが好ましく、好ましくは10°〜60°の範囲、より好ましくは10°〜45°の範囲である。
混合を改善するために、上側ジャケット部分10の流れ誘導要素20は、下側ジャケット部分11の流れ誘導要素20とは異なる、チャンネル9に対する角度27を有することができる。角度27が図5に示されている。
代替的実施例によると、ジャケット要素、或は、上側ジャケット部分10又は下側ジャケット部分11のうちの少なくとも1つが、カットアウト部5内に突出して流れ妨害要素を形成する突出部25を備える。
カットアウト部5が、熱交換器の長さ26の5%〜40%で延在すると有利である。ここでの熱交換器の長さ26は、シート要素3、4を流れる第1の流体7の主要な流れ方向で計測される。図3では、熱交換器の長さ26はシート要素の長さ及びカットアウト部5の長さの合計として示される。
具体的には、カットアウト部5は熱交換器1の実質的に幅28全体にわたって延在してよい。熱交換器1の幅28はシート要素構成の幅に実質的に一致しており、これが図5に示されている。
図2は、熱交換器1を形成するシート要素構成2、12、22の積層耐を示す。これらのシート要素構成2、12、22は、熱交換器の動作をより良好に示すために図では省略されたハウジング内に位置する。シート要素構成2、12、22の各々は、図1に示された第1のシート要素3及び第2のシート要素4、およびカットアウト部5により形成できる。
伝達流体とも称される第2の流体8が各シート要素の構成2、12、22の上方及び/又は下方を流れることができる。通常は気体である第2の流体8は、熱交換器1に所望される機能に応じて、加熱媒体によって加熱されるか又は冷媒によって冷却されることができる。
第2の流体8を流すための中間空間15が、図2に波形構造として示された設置要素13を備えることができる。設置要素13は隣接するそれぞれのシート要素構成に熱伝導可能に接続され、それにより設置要素13を介して熱が伝達できる。したがって、設置要素13は熱交換表面を増大させるようにも機能する。設置要素はフィンで形成されてもよく、又は、上述したように、格子構造、メッシュ状構造又は多孔構造を有することができる。また、設置要素はV形又はW形の鋸歯部材として形成されてもよい。
図3が第1の実施例によるシート要素構成の側面図を示す。これに関して、上側ジャケット部分10及び下側ジャケット部分11から構成されたジャケット要素の厚さは、第1のシート要素3及び第2のシート要素4の厚さよりも大きくなっている。これにより、隣接するシート要素構成間の間隔が、ジャケット要素が位置するところの位置で小さくなる。
したがって、図10に示される改良点によると、隣接するシート要素構成のジャケット要素間に、設置要素13よりも低い高さを有する設置要素29が設けられる。
図4が図3によるシート要素の構成の平面図を示す。上側ジャケット10が取り外された場合のこの図は図1の構成に一致する。シート要素構成2の長さは、ここでは、第1のシート要素3及び第2のシート要素4の長さ、さらにはここでは見えないカットアウト部5の長さとして定義される。
図5は図4による平面図の詳細図であり、下側ジャケット要素11の一部分、さらには流れ誘導要素20を形成するフィン21を示す。シート要素構成の幅28も示されている。
図6は本発明の第2の実施例によるシート要素構成の側面図を示す。このシート要素構成は、第1の流体7がチャンネルの代わりに流れることのできる多孔構造を有する点で、第1のシート要素3及び第2のシート要素4の構造が異なる。カットアウト部が、流れの流れ妨害要素24を形成できる流れ誘導要素として複数の突出部25を備える。これらの突出部は局所的に隆起する部分であってよいか、又は、カットアウト部の長さ及び/又は幅の一部分にわたって延在するフィン又は溝であってもよい。
図7は図6によるシート要素の構成の平面図を示しているが、これは図3に類似する構造を有することから図3の説明を参照されたい。
図8は図6による側面図の詳細図を示す。流れ誘導要素20がフィンとして形成される。設置状態では、上側ジャケット部分及び下側ジャケット部分のフィンが相互に接して位置する。したがって、第1の流体はこれらのフィンを通過しなければならないことから、フィンによって偏向され、その偏向及び/又は渦によって混合される。これにより、第1の流体が熱交換器の幅方向において受ける温度低下に対して均衡がとられる。
図9は、図2に類似するシート要素の積層体を示す図である。図2とは異なり、カットアウト部5のジャケット要素の間の設置要素29が示されており、これらはシート要素3、4の間に配置された設置要素13とは高さが異なっている。
図10は、本発明の第2の実施例によるシート要素構成を示す図である。上側ジャケット部分10及び下側ジャケット部分11が透明な要素として示されており、したがって、対のフィンの形態で、ジャケット部分のうちの少なくとも1つの内側表面の一部分に交差するように延在する突出部を見ることができる。

Claims (15)

  1. 複数のシート要素構成(2、12、22)を備えるハウジングを有する熱交換器(1)であって、前記シート要素構成が複数の開口部(6)を有し、隣接する開口部が互いに離間され、動作状態で前記開口部を通って第1の流体(7)が流れ、前記開口部が前記シート要素構成内で少なくともある区間で互いに離間されて延在し、隣接するシート要素構成の各々が互いから一定の間隔をあけて配置されて第2の流体(8)が2つの隣接するシート要素構成(2、12、22)間の中間空間(15)を流れることができるようになっている熱交換器(1)において、
    前記シート要素構成(2、12、22)のうちの少なくとも1つがカットアウト部(5)によって分断されることにより、前記シート要素構成が少なくとも1つの第1のシート要素(3)及び1つの第2のシート要素(4)を有しており、
    前記第2のシート要素(4)は前記第1のシート要素(3)に対して、流れ誘導要素(20)を備える前記カットアウト部(5)により、前記第1の流体(7)が前記第1のシート要素(3)の後で前記第2のシート要素(4)を流れることができるように配置されていることを特徴とする、熱交換器(1)。
  2. 前記第1のシート要素(3)の第2の端部(17)のところで複数の開口部(6)が前記カットアウト部(5)へ開いており、前記第1の流体(7)が前記カットアウト部(5)から前記第2のシート要素(4)の第1の端部(18)のところに配置された複数の開口部(6)に供給できるように、前記カットアウト部(5)が設計されている、請求項1に記載された熱交換器。
  3. 前記カットアウト部が流れ妨害要素及び/又は静止混合体を備える、請求項1又は請求項2に記載された熱交換器。
  4. 前記カットアウト部が、前記第1のシート要素及び第2のシート要素に液密接続されたジャケット要素によって囲まれている、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載された熱交換器。
  5. 前記ジャケット要素が、フィン(21)及び/又は溝(23)及び/又は突出部(25)として設計できる流れ誘導要素(20)を備える、請求項4に記載された熱交換器。
  6. 前記カットアウト部(5)が、前記第1のシート要素(3)の前記第2の端部(17)と、前記第2のシート要素(4)の前記第1の端部(18)と、前記ジャケット要素(10、11)とによって形成され、
    前記第1のシート要素(3)及び前記第2のシート要素(4)が共通の中心面を有し、前記第1および第2のシート要素が前記第1の流体(7)の流れ方向に直列に配置される、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載された熱交換器。
  7. 前記開口部(6)が、前記シート要素(3、4)内のチャンネル(9)として形成される、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載された熱交換器。
  8. 前記流れ誘導要素(20)が、少なくともある区間、前記チャンネル(9)に対して一定の角度(27)を有するように配置される、請求項7に記載された熱交換器。
  9. 前記流れ誘導要素(20)が、10°〜75°の範囲、好ましくは10°〜60°の範囲、より好しくは10°〜45°の範囲の、前記チャンネル(9)に対する一定の角度(27)を有する、請求項7又は請求項8に記載された熱交換器。
  10. 前記ジャケット要素が、前記カットアウト部内へと突出して流れ妨害要素を形成する突出部を備える、請求項4に記載された熱交換器。
  11. 前記熱交換器の長さ(26)が、前記シート要素内を流れる前記第1の流体(7)の主要な流れ方向で計測されると、前記カットアウト部が前記熱交換器の長さ(26)の5%〜40%で延在している、請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載された熱交換器。
  12. 前記カットアウト部(5)が前記熱交換器の実質的に全幅(28)にわたって延在する、請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載された熱交換器。
  13. 設置要素(13)が、2つの隣接するシート要素構成(2、12、22)の間の間隔を維持するために設けられる、請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載された熱交換器。
  14. 請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載された熱交換器を動作させる方法において、該方法が、前記シート要素構成に流入する入口と前記シート要素構成から流出する出口との間のシート要素構成(2、12、22)内の流れ経路で第1の流体(7)を混合するステップを含む、熱交換器を動作させる方法。
  15. 隣接するシート要素構成の間を流れる第2の流体(8)を、前記第1の流体(7)とのクロスフローで流す、請求項14に記載された熱交換器を動作させる方法。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07180984A (ja) * 1993-12-21 1995-07-18 Sanden Corp 熱交換器及びその製造方法
JPH11201683A (ja) * 1998-01-13 1999-07-30 Daikin Ind Ltd 熱交換エレメント
JP2004003787A (ja) * 2001-08-08 2004-01-08 Denso Corp 熱交換器
JP2007278558A (ja) * 2006-04-04 2007-10-25 Denso Corp 冷媒放熱器
JP2007292403A (ja) * 2006-04-26 2007-11-08 Denso Corp チューブ及びチューブの製造方法
JP2010159866A (ja) * 2009-01-07 2010-07-22 Akira Furusawa 箱状に浅絞りし隅に板厚と同じ幅で箱の深さと同じ切欠きを持つ矩形形体を利用して出来る箱状チューブと該チューブを利用した熱交換器
US20110240275A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Denso International America, Inc. Low thermal strain multi-cooler
JP2012002495A (ja) * 2010-05-18 2012-01-05 Yjs:Kk 熱交換器

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2869835A (en) * 1957-03-11 1959-01-20 Trane Co Heat exchanger
US3291206A (en) * 1965-09-13 1966-12-13 Nicholson Terence Peter Heat exchanger plate
US4006776A (en) * 1975-03-31 1977-02-08 United Aircraft Products, Inc. Plate type heat exchanger
US4296805A (en) * 1979-12-17 1981-10-27 Ex-Cell-O Corporation Accessory clearance hole
DE3508382A1 (de) * 1985-03-08 1986-09-11 Akzo Gmbh, 5600 Wuppertal Vorrichtung zur waerme- und/oder stoffuebertragung mit hilfe von hohlfaeden
JPS63154981U (ja) 1987-03-30 1988-10-12
US5479985A (en) * 1992-03-24 1996-01-02 Nippondenso Co., Ltd. Heat exchanger
JPH11223421A (ja) * 1998-02-10 1999-08-17 Denso Corp 冷媒蒸発器
DE19858974B4 (de) * 1998-12-19 2006-02-23 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur katalytischen Umsetzung eines Ausgangsstoffes, insbesondere eines Gasgemisches
US6516486B1 (en) * 2002-01-25 2003-02-11 Delphi Technologies, Inc. Multi-tank evaporator for improved performance and reduced airside temperature spreads
DE10249724B4 (de) * 2002-10-25 2005-03-17 Bayer Industry Services Gmbh & Co. Ohg Hochleistungs-Temperierkanäle
DE10312788A1 (de) * 2003-03-21 2004-09-30 Behr Gmbh & Co. Kg Abgaswärmetauscher und Dichteinrichtung für Abgaswärmetauscher
KR100913141B1 (ko) * 2004-09-15 2009-08-19 삼성전자주식회사 마이크로채널튜브를 이용한 증발기
US7975479B2 (en) * 2007-04-30 2011-07-12 Caterpillar Inc. Bi-material corrosive resistant heat exchanger
DE102008007608A1 (de) * 2008-02-04 2009-08-06 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertrager mit Rohren
DE102008020038B4 (de) * 2008-04-21 2016-01-07 Rwg Ruhr-Wasserwirtschafts-Gesellschaft Mbh Wärmetauscher
FR2933177B1 (fr) * 2008-06-26 2018-05-25 Valeo Systemes Thermiques Branche Thermique Moteur Echangeur de chaleur et carter pour l'echangeur

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07180984A (ja) * 1993-12-21 1995-07-18 Sanden Corp 熱交換器及びその製造方法
JPH11201683A (ja) * 1998-01-13 1999-07-30 Daikin Ind Ltd 熱交換エレメント
JP2004003787A (ja) * 2001-08-08 2004-01-08 Denso Corp 熱交換器
JP2007278558A (ja) * 2006-04-04 2007-10-25 Denso Corp 冷媒放熱器
JP2007292403A (ja) * 2006-04-26 2007-11-08 Denso Corp チューブ及びチューブの製造方法
JP2010159866A (ja) * 2009-01-07 2010-07-22 Akira Furusawa 箱状に浅絞りし隅に板厚と同じ幅で箱の深さと同じ切欠きを持つ矩形形体を利用して出来る箱状チューブと該チューブを利用した熱交換器
US20110240275A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Denso International America, Inc. Low thermal strain multi-cooler
JP2012002495A (ja) * 2010-05-18 2012-01-05 Yjs:Kk 熱交換器

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