JP2920696B2 - 改良された波形通路をもつプレート型熱交換器 - Google Patents

改良された波形通路をもつプレート型熱交換器

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は熱交換器に関し、特に、間に流路を画定する
積み重ねたプレート対で構成されたオイル冷却装置に関
する。
熱交換器を要する現在の工業、たとえば自動車工業で
は、熱交換器を小さく、またはコンパクトにすると同時
に、熱交換器中の流体の通過に関連して、熱交換効率を
高め、内部および外部の流動抵抗を下げ、圧力降下を減
らすことが非常に重要になった。これらの所望の結果す
べてを達成するのに最も有望な構造の一つは、積み重ね
たプレート対で構成された熱交換器である。このような
熱交換器の一例が、発明者Desmond M.Donaldsonによる
米国特許第4,002,201号明細書に開示されている。Donal
dsonの特許は、プレート対の間のフィンの使用を示す
が、これらのフィンは除くこともできる。
プレート対の間のフィンを除く一つの方法は、プレー
ト対を形成するプレートの平面に波形またはディンプル
形を付ける方法である。これらの波形またはディンプル
形は二つの主要な機能、すなわち、プレートの熱伝導特
性を改善する機能と、熱交換器が、それが付されるおそ
れのある内圧に耐えることができるよう、プレートどう
しの結合を支援し、助長する機能とを発揮する。
発明の概要 本発明は、プレート対を形成する波形プレートを有す
る積み重ねプレート対型熱交換器、特に、斜めに配向し
たうねまたは谷が中に形成されているプレートに関す
る。通常は、2枚の対称なプレートを合わせて、一方の
プレートの谷またはうねが他方のプレートの谷またはう
ねと十字形に交差するプレート対を形成する。しかし、
過去に製造された交差うねプレート対型熱交換器に伴う
難点は、特にプレートがアルミニウムで形成されている
場合に製造し難いということである。問題は、交差すす
うねどうしが理想的なかたちで合わされず、その結果、
プレートおよびプレート対どうしを結合する過程でプレ
ート対の揺動または移動が起こることである。この結
果、不均一な結合が生じ、同時に、熱交換器の強度の低
下や、漏れのような欠陥さえ生じる。極端な場合には、
製造許容差を満足な水準に維持することができない。
本発明は、従来技術の製造上の困難の多くを解消する
と同時に、熱交換器の性能における驚くべき改善の成果
をもたらす、改良されたうね設計を用いる。
本発明によると、複数の積み重ねたプレート対を含む
積み重ねプレート型熱交換器が提供される。各プレート
対は、互いに接合された周縁部と、互いに離間して間に
流路を画定する中央の平面部とを有する第一および第二
のプレートを含む。各プレート対は、離間した入口開口
および出口開口を有し、流路に流体を流すために開口ど
うしが接続される。中央の平面部は、その中に形成され
た、斜めに配向した並行なうねを有し、前記うねが、隣
接するプレート対の背中合わせのプレートにおいて前記
背中合わせのプレートの一方のプレートの各うねが、隣
接するプレートの2個以下のうねとしか接触しないよ
う、プレート対の各プレートに非対称に配設されてい
る。
図面の簡単な説明 ここで、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい
実施態様を一例として説明する。
図1は、本発明の積み重ねプレート型熱交換器の好ま
しい実施態様の斜視図である。
図2は、各プレート対の一方のプレートの平面図であ
る。
図3は、各プレート対の第二のプレートの平面図であ
る。
図4は、積み重ねプレート対型熱交換器のプレート対
を構成するのに使用される典型的な従来技術のプレート
の平面図である。
図5は、図2の5−5線から見た断面図である。
図6は、合わさったプレートのうねの交差を示す、プ
レート対の一部の拡大平面図である。
図7は、図1の7−7線から見た断面図である。
図8は、図4に示す従来技術のプレートのうね交差パ
ターンを示す、図6に類似した平面図である。
図9は、図4の従来技術のプレートで構成された積み
重ねプレート対を示す、図7に類似した縦断面図であ
る。
好ましい実施態様の説明 まず図1〜3を参照すると、本発明の熱交換器の好ま
しい実施態様が図1に符号10によって示されている。熱
交換器10は、複数の積み重ねたプレート対12と、上支持
チャネル14と、下支持チャネル16とから構成されてい
る。上支持チャネル14は、熱交換器10を所望の位置に取
り付けるための取り付け孔20をもつ垂直フランジ18を有
している。上下の支持チャネル14、16は、熱交換器10に
とって必須ではなく、望むならば除いてもよい。同様
に、垂直フランジ18の代わりに、熱交換器10を取り付け
るための他の適当な構造を使用してもよい。
自動車に応用する際、熱交換器10は通常、エンジンま
たはトランスミッションオイルを冷却するのに使用さ
れ、普通は、エンジン冷却系の一部である通常のラジエ
ータの前面に取り付けられる。入口および出口の管台2
2、24が上支持チャネル14に取り付けられ、冷却される
オイルを熱交換器10に通すための油供給管路および油戻
し管路(図示せず)に接続されている。空気が熱交換器
10の中をプレート対の間で横方向に通過して、熱交換器
10の通過するオイルを冷却する。
図2および3は、各プレート対12を構成するプレート
の好ましい実施態様を示す。図2は、上プレートであっ
てもよい第一のプレート26を示し、図3は、下プレート
であってもよい第二のプレート28を示す。プレート26、
28は、プレート対12を形成するために接合される周縁部
30、32をそれぞれ有している。プレート26、28はまた、
プレートとプレートとの間に流路を画定するために互い
に離間している中央の平坦部34、36を有している(図5
を参照)。実際には、中央の平坦部34、36には、複数の
斜めに配向した並行なうね38、40が形成されている。図
2では、第一のプレート26の外面が、うね38が紙面から
突出するように示されている。図3では、第二のプレー
ト28の内面が、うね40が紙面に入り込むように示されて
いる。図3では、うね40は実際には第二のプレート28中
の谷または溝として見えるであろう。第一のプレート26
が第二のプレート28の上に配置されて、プレート対12の
1個を形成する。
プレート26、28にはまた、それぞれの入口開口46およ
び出口開口48を画定する端部ボス42、44が形成されてい
る。プレート対12を積み重ねると、入口開口46の位置が
すべて整合し、入口管台22と連絡し、また、出口開口48
の位置がすべて整合し、出口管台24と連絡する。このよ
うにして、端部ボス42のすべてが入口マニホールドを形
成し、また、端部ボス44のすべてが出口マニホールドを
形成して、それにより、流体はプレート対12のすべての
中を並行に流れるようになる。しかし、当業者によって
察知されるように、入口開口46のいくつか、および出口
開口48のいくつかを選択的に閉鎖または省略して、流体
を各プレート対12の中に直列に流したり、直列/並列の
組み合わせで流したりすることができることが理解され
よう。
各プレート26、28中のうね38、40は非対称に配設され
ている。すなわち、プレート26中のうね38は、出口開口
48よりも入口開口46に近い位置にある。同様に、プレー
ト28中のうね40は、入口開口46よりも出口開口48に近い
位置にある。この目的を以下さらに説明する。しかし、
プレート26、28は、どちらかのプレートをひっくり返
し、180゜回転させると同じに見える点では同一であ
る。
次に図6を参照すると、1個のプレート対12の下側ま
たは第二のプレート28が、第二のプレート対12の上側ま
たは第一のプレート26の上に重ねられた状態で示されて
いる。この図から、隣接するプレート対の背中合わせプ
レートが、これらの背中合わせプレートの一方のプレー
トの各うねが、隣接するプレートの2個以下のうねとし
か接触しないように配設されていることが理解されよ
う。言い換えるならば、各うねは上流端52および下流端
54を有し、背中合わせのプレートの一方のプレートのう
ねの上流端52が、隣接するプレートのうねの下流端54と
接触している。これを、隣接するプレートのうねどうし
の2点接触と呼ぶ。対照的に、図4および8に示す従来
技術のプレートでは、一方のプレートの各うねが隣接す
るプレートの3個のうねと接触して、その結果、隣接す
るプレートのうねとうねとの間に3点接触が起こる。も
う一つの違いは、図4に示す従来技術のプレートでは、
うねは対称に配設されている。
従来技術の3点接触は、プレートが3個の点すべてに
おいて接触を成すことが困難であるため、製造に問題を
きたす。また、プレートを製造するのに使用されるパン
チとダイのセットが摩耗するにつれ、うねが短くなった
り、端部がより丸くなったりする傾向が生じ、その結
果、最後にはうねが中央の点でしか接触を起こさなくな
る。図6に示す2点接触はこれらの難点を解消する。
再び図2および3を参照すると、うね38、40は、18〜
32゜の間の角度αで斜めに配向している。好ましい範囲
は20〜24゜である。プレート26、28の横方向の幅は好ま
しくは16〜25mmである。20mmの幅の場合、好ましい角度
αは約24゜であり、約25mmの幅の場合、好ましい角度は
約18゜である。プレート26、28は、厚さ0.4〜0.8mmのろ
う付け被覆アルミニウムで形成されていることが好まし
い。図5に示すうねの高さは好ましくは7mm未満であ
る。
次に、図7を、図9に示す従来技術の配置と比較しな
がら参照すると、プレート対12の内部流動断面積は、う
ねの高さが図9に示す従来技術の配置と同じ場合で、約
17%大きい。また、流動開口のサイズの変化が、図9の
従来技術の実施態様におけるよりも小さい。その結果、
プレート対12の中では、従来技術の配置におけるよりも
オイルの滑り流動抵抗および圧力降下が小さい。
熱交換器10を組み立てるには、プレート26、28を積み
重ねたプレート対に配設して、図6に示すような2点う
ね接触を作り出す。この際、プレート26、28を正しく配
向させなければならない。さもなければ、入口開口46お
よび出口開口48がまっすぐに並ばない。まっすぐに並ば
ないとしても、プレート26、28の一方をひっくり返すだ
けで修正することができる。これは、上述したようにプ
レート26、28が非対称であるからである。組み立て中に
プレート26、28の正しい配向を支援するために、プレー
トの角60の1個以上を面取りして、プレートを積み重ね
るとき、面取りされた角がまっすぐ並ぶようにしてもよ
い。また、プレート対12を積み重ねるとき、上下の支持
チャネル14および16を配置する。そこで、プレートを一
体にろう付けして、熱交換器10を完成させる。
前記開示を考慮すると、本発明の実施において、本発
明の真髄または範囲を逸することなく、多くの変更およ
び変形が可能であることが当業者には明白であろう。し
たがって、本発明の範囲は、以下の請求の範囲に定義す
る要旨にしたがって解釈すべきである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F28F 3/04 F28F 3/08 F28D 1/03

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の積み重ねたプレート対を含み、各プ
    レート対が、互いに接合された周縁部と、互いに離間し
    て間に流路を画定する中央の平面部とを有する第一およ
    び第二のプレートを含み、各プレート対が、離間した入
    口開口および出口開口を有し、前記流路に流体を流すた
    めに前記開口どうしが接続され、前記中央の平面部が、
    その中に形成された、斜めに配向した並行なうねを有
    し、前記うねが、隣接するプレート対の背中合わせのプ
    レートにおいて前記背中合わせのプレートの一方のプレ
    ートの各うねが、隣接するプレートの2個以下のうねと
    しか接触しないよう、プレート対の各プレートに非対称
    に配設されている、積み重ねプレート型熱交換器。
  2. 【請求項2】うねが上流端および下流端を有し、前記背
    中合わせのプレートの一方のプレートのうねの上流端
    が、隣接するプレートのうねの下流端と接触する請求項
    1記載の熱交換器。
  3. 【請求項3】うねが18〜32゜の角度で斜めに配向してい
    る請求項1記載の熱交換器。
  4. 【請求項4】プレートの横方向の幅が16〜25mmである請
    求項1記載の熱交換器。
  5. 【請求項5】うねが20〜24゜の角度で斜めに配向し、プ
    レートの横方向の幅が約20mmである請求項1記載の熱交
    換器。
  6. 【請求項6】斜めの配向の角度が約18゜であり、プレー
    トの横方向の幅が約25mmである請求項5記載の熱交換
    器。
  7. 【請求項7】プレートがアルミニウムで形成されている
    請求項5記載の熱交換器。
  8. 【請求項8】プレートが厚さ0.4〜0.8mmのアルミニウム
    で形成され、うねの高さが7mm未満である請求項7記載
    の熱交換器。
JP8536049A 1995-05-29 1996-05-17 改良された波形通路をもつプレート型熱交換器 Expired - Fee Related JP2920696B2 (ja)

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