JP4125677B2 - コア補強クロージャバーを備えた熱交換器アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、一般にプレートフィン形の熱交換器に関する。より具体的には、本発明は、コア補強クロージャバーを備えた熱交換器アセンブリに関する。

種々の流体流れ方式を伴うプレートフィン形の熱交換器がよく知られている。一般的な構成は、連続したコルゲート状のフィンエレメントが積み重なった層を備えたコアを含む。各層が通常通り取り付けられると、一層の中のフィンで構成されたチャネルが、隣接の層の中のフィンで構成されたチャネルに関連して方向付けられ、上記チャネルを通過する流体流れが様々な方向を向く。交互に並ぶ流体流路同士が分離されたままになるように、分割シートが、隣接し合うフィンの層の間に通常設けられる。上部カバーシートと下部カバーシートとが、構造支持のために、熱交換器コアの端部に通常備え付けられる。

一般的な構成は、上記チャネルを通して所望の方向に流体流れを維持するシールとして作用する、コア側に設けられたクロージャバーを含む。

クロージャバー設計における１つの技術革新が、米国特許第４，３０１，８６３号に示されており、熱交換器コアと、クロージャバーにヘッダが溶接される位置と、の間のスペースを確保するように、クロージャバー上の延長部が設けられる。上記の構成の有用性は立証されているが、当業者は、さらなる改良に向けて絶えず努力している。

熱交換器設計者が直面する１つの問題に、構造上の一貫性と重量との関係が競合することである。軽量設計は、例えば、航空機の用途に特に望ましい。しかしながら、もし上記コアの構造上の一貫性が、熱交換器に生じる厳しい温度に耐え得るものでなければ、より少ない材料やより軽量の材料を使用することは、問題となる。極端な温度に耐え、効率良く作動し、重すぎることのない、熱交換器設計を実現することは、困難である。

本発明は、その他の設計に比べ、付加的な重量を最小限にしつつ熱交換器コアを補強するクロージャバー、を備えた熱交換器アセンブリを実現することにより、改良設計の要求に対処するものである。さらに、本発明の構成は、熱交換器効率を最大限にすることと、構造上の一貫性を要望通り向上させることと、の間にバランスをとる。

一般に、本発明は、コア補強クロージャバーを備えた熱交換器に関する。

本発明により設計された熱交換器アセンブリが、上記アセンブリを通して第１方向に流体を流す、複数の第１流路層を備える。複数の第２流路層が、上記アセンブリを通して第２方向に流体を流す。分割シートが上記流路層の各々を分割する。複数の第１クロージャバーが、上記第１流路層に関連している。上記第１クロージャバーは、上記第１流路を通して上記第１方向に流体を案内するよう作用する固体表面を備える。上記クロージャバーは、上記第１流路内部に向かって部分的に延びた補強部を備える。各クロージャバーの上記補強部は、変形した流路の反対側に第１、第２補強メンバを備える。上記第１、第２補強メンバは、上記分割シートの対応するシートに、それぞれ固定される。

複数の第２クロージャバーが、上記第２流路層に関連している。上記第１クロージャバーのように、上記第２クロージャバーは、上記第２流路を通して上記第２方向に流体を案内するよう作用する固体表面を、望ましくは備える。各第２クロージャバーの補強部は、上記対応する第２流路の内部に向かって少なくとも部分的に延びる。１つの実施例として、上記補強部は、変形した流路の反対側に第１、第２補強メンバを備える。上記第１、第２補強メンバは、上記分割シートの対応するシートに、それぞれ固定される。

１つの実施例として、上記熱交換器アセンブリを通過する２つの異なった方向の流体流れが互いに直交するように、上記クロージャバーと上記流路とは方向付けられる。

１つの実施例として、上記補強部の変形した流路は、概ねＣ字形の断面を有する。望ましくは、上記補強部は、上記熱交換器アセンブリのコア長さに沿って距離が変化する流路に直交する方向に、上記コア中央に向かって延びる。上記補強部は、変形がより起こりやすい熱交換器端部付近において、コア内部にさらに延びる。上記熱交換器の中央部付近では、上記コア中央に向かった上記補強部の延在は、望ましくは、より短い。上記補強部が異なった寸法を有することにより、材料の重量を最小限に抑えつつ上記アセンブリの構造上の一貫性を向上させることが容易となる。

当業者であれば、最良の形態が記載された以下の詳細な説明から本発明の様々な特徴や長所を理解できよう。

図１に概略示すように、熱交換器アセンブリ２０は、このアセンブリを通して第１方向に流体を流す複数の第１流路層２１を含む。第１の層２１は、公知な複数のコルゲート形フィン２２を含む。複数の第２流路２３が、アセンブリを通して第２方向に、図示の例においては上記第１方向と直交するように、流体の流れを向ける。上記第２の層２３は、公知なフィン２４を含む。

複数の分割シート２６が、望ましくは、上記の流路層を区分する。望ましくは、カバーシート２８が、上記アセンブリ２０の端部に設けられる。図１に、１つのカバーシート２８だけを示す。上記のフィン２２，２４と分割シート２６とカバーシート２８とは、公知な蝋付け方法を用いて組み付けられる。

複数の第１クロージャバー３０が、フィン２２を含んだ上記第１流路層２１に関連している。上記第１クロージャバー３０は、個々のクロージャバー３０が関連する個々の層の位置に応じて、分割シート２６もしくはカバーシート２８に取り付けられるように適合した表面３２を含む。上記クロージャバー３０上の第２表面３４が、上記第１流路２１内を通過する流体を上記の選択された方向に案内するように作用するシールを構成する。望ましくは、上記表面３４は、上記フィン２２に沿った所望の方向の流体流れに平行に延びる。

上記クロージャバー３０は、溶接面３８を備えたヘッダ支持部３６を含み、この溶接面３８には、ヘッダ３９が一般的な溶接技術を用いて取り付けられる。望ましくは、上記ヘッダ支持部３６が、上記熱交換器アセンブリコアの本体から外側に向かって延びる。上記フィン２２から上記溶接面３８を遠ざけると、上記アセンブリ２０に上記ヘッダ３９を取り付ける時に有利となる。

上記クロージャバー３０は、コア補強部４０を含む。第１補強メンバ４２は、第２補強メンバ４４から間隔をあけて設けられる。望ましくは、上記補強メンバ４２，４４は、上記熱交換器アセンブリ２０のコア本体の内部に向かって延びる。望ましくは、上記補強メンバ４２，４４は、上記第１方向に向かって流体を流す変形した流体流路４６が構成されるように、互いに間隔をあけて設けられる。図示の実施例では、上記の変形した流路４６は、実質的にＣ字形の断面を有する。上記補強メンバ４２，４４は、上記クロージャバー３０上の上記表面３４に対してテーパ状となっており、これにより、上記補強メンバ４２，４４は、上記フィン２２の流路に流体が流入する位置である上記アセンブリ２０のコア端部付近で、最大の長さを有することとなる。

複数の第２クロージャバー５０が、上記フィン２４を備えた上記流路２３に関連している、上記クロージャバー５０は、一般的な方法で上記分割シート２６に取り付けられるように適合した表面５２を含む。表面５４は、上記フィン２４に沿って所望の方向に流れを案内するように作用するシールを構成する。図示の実施例では、上記クロージャバー５０上の上記表面５４は、上記クロージャバー３０上の上記表面３４に対して直交するように方向付けられる。

上記クロージャバー５０は、溶接面５８を備えた溶接支持部５６を含み、この溶接面５８には、上記ヘッダ３９が一般的な方法で溶接される。上記のクロージャバー５０，３０
が上記アセンブリ２０内に設けられると、望ましくは、上記の溶接面３８，５８が、互いに整列し、隣り合い、これにより、上記アセンブリ２０の全長（すなわち、図１と図２において、上部から下部まで）に沿った溶接面が構成される。

上記クロージャバー５０は、補強メンバ６２，６４を備えたコア補強部６０を含む。上記補強メンバ６２，６４の間に、変形した流路６６が望ましくは構成される。図示の実施例では、上記の変形した流路６６は、概ねＣ字形の断面を有する。また、望ましくは、上記変形した流路６６内に流入した流体は、上記流体がフィン２４を備えた上記第２流路を通して上記第２方向に進んでいくと、上記フィン２４の中の対応した１つのフィンにぶつかる。

望ましくは、上記補強メンバ６２，６４は、上記コアの角部で補強材が構成されるように、上記コア部の中央に向かって延びる。望ましくは、上記補強メンバ６２，６４は、例えば、図４から認識できるように、上記クロージャバー５０の上記表面５４に対してテーパ状となっている。

上記クロージャバーに上記補強部４０，６０を含むことにより、熱交換器コアにおける安定性や構造上の一貫性が増す。上記の好適な構成は、図２に最も明らかなように、つまり、図２の実施例が上記コアに沿って異なった長さを有した補強部を備える、という特徴を有する。望ましくは、上記コア端部付近の補強部は、上記コア中央により近づいた層に関連した補強部よりも、長い。例えば、上記クロージャバー３０は、符号８０の想像線で示したほぼ曲線形状となるように、上記コアに沿って長さが異なる補強部４０を備える。対応する曲線形状８２が、上記クロージャバー５０の上記補強部６０によって、望ましくは形成される。

上記コアの上記端部付近の層に関連した補強部に比べ、上記コア中央付近にある層に、より短い補強部を用いることにより、より大きな熱応力が起こりやすい位置に材料を集めることができる。熱応力によって生ずる上記コアの変形は、上記コア中央の位置よりも、上記コア端部付近（すなわち、上記カバーシート２８により近づいた位置）で起こりやすい。これにより、本発明は、熱応力により変形が生じやすいコア部分に、より補強材料を集めることができる。具体的な熱交換器の構造と寸法とに応じて、様々な形状が用いられよう。１つの実施例においては、各補強部の補強メンバの長さは、その隣の層と比べて、約４分の１インチの違いがある。１つの実施例においては、最も長い補強部が約１インチであるのに対し、最も短い補強部が約８分の１インチである。当業者であれば、本明細書を参照して、具体的な構成の要求に応じて、適切な寸法と構造とを選択できよう。

上記クロージャバー３０，５０は、例えば、一般的な、モールド、鋳造、もしくは、押し出し成形等のプロセスを用いて構成され得る。１つの実施例は、上記クロージャバーの構成に好適な材料として、Ｉｎｃｏｎａｌ６２５高ニッケル含有スチールを用いることを含む。この材料は、上記アセンブリ重量を所望の限度内に保持しつつ必要な大きさの強度を与える、構造上の物性を有すると考えられている。

本発明は、従来の構成に比べて、より大幅な重さを要さず、より構造的に安定したコアの構成を実現すること等の複数の長所を有する。本発明の構成に関連したもう１つの長所は、分割シートの厚さが変更可能である点である。上記分割シートの厚さは、４５／１０００インチと５／１０００インチとの間で変化し得る。上記クロージャバーの補強部は、より薄い分割シート厚さが使用され、重量的な利点が与えられるように考慮された、付加的な構造上の安定性を有する。

上述の記載は、本質的に例示的なものであって限定的なものでない。当業者であれば、本発明の趣旨から逸脱することなく、開示された実施例から変更や改良を想到し得るだろう。本発明に与えられる法的な保護の範囲は、添付の請求項に基づいて定められる。

本発明により設計された熱交換器を示す図。 図１の態様の選択された特徴を、多少具体的に示す図。 本発明により設計されたクロージャバーの概略を示す図。 本発明により設計されたクロージャバーのもう１つの実施例を示す図。

Claims (11)

1. 熱交換器アセンブリであって、
   上記アセンブリを通して第１方向に流体を流す複数の第１流路層と、
   上記アセンブリを通して第２方向に流体を流す複数の第２流路層と、
   上記流路層の各々を分割する分割シートと、
   上記第１流路層に関連した複数の第１クロージャバーと、
   を備え、
   上記第１クロージャバーは、上記第１流路層を通して上記第１方向に流体を案内するよう作用する固体表面を備え、かつ、上記第１流路内部に向かって少なくとも部分的に延びた補強部を備え、
   上記補強部は、上記第１方向に流体を流す変形した流路を備えており、
   上記アセンブリはヘッダを含み、かつ、上記クロージャバーは上記流路層から離れて延びたヘッダ支持部を備え、
   上記補強部は、上記ヘッダ支持部から遠方の端部で開放していることを特徴とするアセンブリ。
2. 上記第２流路層に関連した複数の第２クロージャバーを備え、
   上記第２クロージャバーは、上記第２流路層を通して上記第２方向に流体を案内するよう作用する固体表面を備え、かつ、上記第２流路内部に向かって少なくとも部分的に延びた補強部を備え、
   上記補強部は、上記第２方向に流体を流す変形した流路を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器アセンブリ。
3. 上記第１クロージャバーは、上記第２クロージャバーに対して直交するように方向付けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器アセンブリ。
4. 上記補強部の変形した流路の各々が、概ねＣ字形の断面を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器アセンブリ。
5. ある層の補強部が、隣の層の補強部とは異なった距離だけ延びることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器アセンブリ。
6. 上記アセンブリ内部に向かって延びる距離が、上記アセンブリの端部付近で最大となり、かつ、上記層が上記アセンブリの中央の層に近づく程、上記距離が徐々に小さくなることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器アセンブリ。
7. 上記補強部は、上記アセンブリの端部付近で最大となる長さを有し、かつ、
   上記補強部は、上記アセンブリ内部に向かって所定の方向でより短い長さを有するようにテーパ状となっていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器アセンブリ。
8. 上記流路内にフィンを備え、
   上記補強部の変形した流路内を通過した流体が、上記フィンの対応する部分を通過するように、該フィンが上記クロージャバーに対して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器アセンブリ。
9. 上記補強部の各々は、上記変形した流路の反対側に補強メンバを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器アセンブリ。
10. 流体流れをほぼ平行に案内するように適合した上記第１表面を備えた本体と、
    上記第１表面から離れて延びた第１、第２補強メンバを備えたコア補強部と、
    を備え、かつ、
    上記第１、第２補強メンバは、該補強メンバの間に流路が存在するように、互いに間隔をあけて配置されており、
    上記流路は、上記第１表面から遠方の上記補強部の端部で開放されていることを特徴とする熱交換器用のクロージャバー。
11. 上記流路は、概ねＣ字形の断面を有することを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器用のクロージャバー。

Images