JP4881867B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

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Description

この発明は、2つの流体間の、例えば潤滑油と液体冷却液の間の熱伝達を達成するためのプレート式熱交換器に関する。
熱交換器プレートの積み重ね(stack of heat exchanger plate)を備えるプレート式熱交換器は良く知られている。そのような熱交換器は、第1の流体、例えば冷却すべき潤滑油と第2の流体、例えば液体冷却液の間の熱伝達を達成させるために通常使用される。
製造するのに経済的であり、かつ流体間の熱伝達が最適化されるこの型式の改良された熱交換器に対するニーズが存在する。
本発明によれば、複数の第1の流体コア・プレート(core plate)および複数の第2の流体コア・プレートを備え、コア・プレートの各々が周辺部、第1の端部、第2の端部、頂面および底面を有する全体的に平らなベース、プレートの第1の端部に近接する第1の流体入口開口部、第1の流体入口開口部からプレートの第2の端部に向かって間隔の開いた第1の流体出口開口部、第2の流体入口開口部、および第2の流体で開口部を備える熱交換器が提供され、
第1の流体入口および出口開口部がプレート軸に沿って互いに間隔が開いており、第2の流体入口および出口開口部がプレート軸の両側に位置し、
第1の流体コア・プレートの各々がベースの頂面に対して相対的に、かつ第1の流体入口および出口開口部に対して相対的に隆起した(raised)上側表面を有する第1の隆起する障壁部分(barrier portion)をさらに備え、第1の隆起する障壁部分が第1の流体入口開口部に近接する第1の端部および第1の流体入口開口部からプレートの第2の端部に向かって間隔の開いている第2の端部を有し、第1の隆起する障壁部分の第2の端部が第1の流体出口開口部に対してプレートの第2の端部に向かって間隔が開いており、第1の流体が第1の流体入口および出口開口部の間を通り流れることができる第1の流体流れ隙間(fluid flow gap)が第1の隆起する障壁部分の第2の端部とプレートの第2の端部の間に設けられ、
第1の流体コア・プレートの各々が、ベースの底面に対して相対的に凹んだ(recessed)下側表面を有する第1の凹んだ障壁部分をさらに備え、第1の流体入口および出口開口部の両方が第1の凹んだ障壁部分に形成され、第1の凹んだ障壁部分がプレートの第1の端部に近接する第1の端部およびプレートの第2の端部に近接する第2の端部を有し、第2の流体が第2の流体入口および出口開口部の間を流体流れ隙間を通り流れることができる第2の流体流れ隙間が設けられ、第2の流体流れ隙間が第2の流体入口および出口開口部のうちの少なくとも1つに対してプレートの第1の端部に向かって間隔が開いており、
第2の流体コア・プレートの各々が、ベースの頂面に対して相対的に隆起する上側表面を有する第2の隆起する障壁部分をさらに備え、第2のプレートの第1の流体入口および出口開口部が第2の隆起する障壁部分に形成され、第2の隆起する障壁部分がプレートの第1の端部に近接する第1の端部およびプレートの第2端部に近接する第2の端部を有し、第2の流体が第2の流体入口および出口開口部の間を流体流れ隙間を通り流れることができる第2の流体流れ隙間が設けられ、第2の流体流れ隙間が第2の流体入口および出口開口部のうちの少なくとも1つに対してプレートの第1の端部に向かって間隔が開いており、
第2の流体コア・プレートの各々が、ベースの底面に対して相対的に、かつ第1の流体入口および出口開口部に対して相対的に凹んだ下側表面を有する第2の凹んだ障壁部分をさらに備え、第2の凹んだ障壁部分が第1の流体入口に近接する第1の端部および第1の流体入口開口部からプレートの第2の端部に向かって間隔の開いた第2の端部を有し、第2の凹んだ障壁部分の第2の端部が第1の流体出口開口部に対してプレートの第2の端部に向かって間隔が開いており、第1の流体が第1の流体入口および出口開口部の間を流体流れ隙間を通り流れることができる第1の流体流れ隙間が第2の凹んだ障壁部分の第2の端部とプレートの第2の端部の間に設けられ、
第1のコア・プレートおよび第2のコア・プレートが交互に積み重ねられた関係にあり、複数の流体流れ通路を形成するように各第1の流体コア・プレートが隣接する第2の流体コア・プレートの周辺部に密閉され、
前記複数の流体流れ通路が第1の流体の流れのための複数の第1の流体流れ通路を備え、第1の流体流れ通路の各々が第1の流体コア・プレートの頂面と上側に隣接する第2の流体コア・プレートの底面の間に形成され、第1の流体コア・プレートの第1の隆起する障壁部分の上側表面が第2の流体コア・プレートの第2の凹んだ障壁部分の下側表面と密閉接触しており、第1の隆起する障壁部分の隙間が、第1の流体が第1の流体入口開口部から、第1の流体流れ通路を通り、かつ隙間を通り第1の流体出口開口部に流れることができるように、第2の凹んだ障壁部分の隙間と連通しており、
前記複数の流体流れ通路が第2の流体の流れのための複数の第2の流体流れ通路をさらに備え、第2の流体流れ通路の各々が第2の流体コア・プレートの頂面と上側に隣接する第1の流体コア・プレートの底面の間に形成され、第2の流体コア・プレートの第2の隆起する障壁部分の上側表面が第1の流体コア・プレートの第1の凹んだ障壁部分の下側表面と密閉接触しており、第2の隆起する障壁部分の隙間が、第2の流体が第2の流体入口開口部から、第2の流体流れ通路を通り、かつ隙間を通り第2の流体出口開口部に流れることができるように、第1の凹んだ障壁部分の隙間と連通しており、
第1の流体流れ通路が第2の流体流れ通路と交互する。
別法として、第1の流体が第1の流体流れ通路を通り逆方向に流れることができ、その場合プレートの第1の流体出口開口部が第1の流体入口開口部として機能し、プレートの第1の流体入口開口部が第1の流体出口開口部として機能するであろうことは理解されよう。
本発明をより明らかに理解できるようにかつより容易に実行に移すことができるように、次に本発明を例示の目的で添付の図面を参照してより十分に説明する。
本発明の好ましい実施形態は、冷却すべき第1の流体と第2の流体の間の熱伝達を達成するためのプレート式熱交換器に関する。第1の流体は、天然または合成エンジン油などの潤滑油、変速機油またはパワー・ステアリング油または燃料などの冷却すべき他の流体を好ましく含むことができる。第2の流体は、熱交換器内の油を冷却するための液体冷却液、例えばグリコール冷却液を好ましく含むことができる。別法として、第1および第2の流体のうちの少なくとも1つは、例えば水、脱イオン水、または冷媒であり、この流体は液体、ガスまたは2相形態であることができる。以下の詳細な説明では、第1および第2の流体はそれぞれ油および冷却液と呼ばれ、液体の形態である。
「上面」(top surface)、「底面」(bottom surface)、「上向きに」、「下向きに」、「隆起した」、「凹んだ」等などの術語は、本発明による熱交換器および熱交換器プレートの特徴を説明するための参考の術語として本明細書で使用される。これらの術語は便宜のためのみに使用され、本発明による熱交換器および熱交換器プレートは使用のとき任意の所望の向きを有することができることを理解されるであろう。
次に油コア・プレート10を図1、2、5および6を参照して以下に詳細に説明する。油コア・プレート10は、頂面14および底面6を有する全体的に平らな、平面のベース12を備える。本発明の好ましい実施形態では、プレート10の周辺部18は直立したフランジ20を備え、このフランジ20は、フランジ20とベース12の隣接する部分の間に鈍角が存在するように、ベース12から離れる方向に外向きに傾斜している。ベース12は、プレート10の第1の端部24に近接して油入口開口部22を、かつ油入口開口部22からプレート10の第2の端部28に向かって間隔の開いた油出口開口部26を有する。この油入口および出口開口部22、26は、図面に示す好ましい実施形態では長手方向にプレート10を2等分するプレート軸Pに沿って互いに間隔が開いている。しかしながら、この軸Pは必ずしもプレート10を2等分するとは限らないことは理解されるであろう。
プレート10は、図面の好ましい実施形態では、油入口および出口開口部22、26の間に位置する別の開口部34と共に冷却液入口開口部30および冷却液出口開口部32をさらに備える。この冷却液入口および出口30、32は、プレート軸Pの両側に位置するのが好ましく、プレート10の第2の端部28に近接して位置することが好ましい。 その目的を後で明らかにする別の開口部34は、油入口および出口開口部22、26の間に位置するのが好ましく、かつプレート軸Pに沿って位置するのが好ましい。
油コア・プレート10のベース12は、熱交換流体の流れをその頂面および底面14、16に沿って導くために、複数の突起および窪みを備える。特にコア・プレート10は、その頂面および底面14、16から反対方向に突き出す機構を備える。プレートの相対的な向きを説明するのに使用される参照術語との一貫性を保つために、ベース12の頂面14から突き出すこの機構は「隆起した」と表現され、一方底面16から突起するものは「窪んだ」(depressed)と表現される。この場合も、これらの術語は便宜のためのみに使用されることは理解されるであろう。油コア・プレート10のこれらの機構は次に以下に詳細に説明する。
図1および5に示すように、ベース12の頂面14は、ベース12の頂面14に対して相対的にかつ油入口および出口開口部22、26に対して相対的に隆起する上側表面38を有する第1の隆起する障壁部分36を備える。この第1の隆起する障壁部分36の機能は、プレート表面領域の使用を最大限にし、それによって冷却液との最適な熱伝達をもたらすように、油の流れを油入口および出口開口部22、26の間をベース12の頂面14に沿って導くことである。これは以下で詳細に説明されるであろう。
この第1の隆起する障壁部分36は、油入口開口部22に近接して第1の端部40を、かつ油入口開口部22からプレート10の第2の端部28に向かって間隔の開いた第2の端部42を有する。以下に詳細に説明するように、油入口および出口開口部22、26の間をそれを通り油が流れることができる油流れ隙間44が、第1の隆起する障壁部分36の第2の端部42とプレート10の第2の端部28との間に設けられることが好ましい。
図2および6に示すように、ベース12の底面16は、底面16に対して相対的に凹んでいる下側表面48を有する第1の凹んだ障壁部分46を備える。この第1の凹んだ障壁部分46の機能は、油との熱伝達を最適化するように、冷却液の流れを冷却液入口および出口開口部30、32の間をベース12の底面16に沿って導くことである。これは以下で詳細に説明する。
この第1の凹んだ障壁部分46は、プレート10の第1の端部24に近接する第1の端部50およびプレート10の第2の端部28に近接する第2の端部52を有する。油入口および出口開口部22、26の両方が第1の凹んだ障壁部分46の下側表面48内に形成され、油入口開口部22は、障壁部分46の第1の端部50に近接して位置するのが好ましく、油出口開口部26は、障壁部分46の第1および第2の端部50、52の中間に位置するのが好ましい。
図面に示すように、第1の凹んだ障壁部分46がプレート軸Pに沿って延び、この冷却液入口および出口開口部30、32は、障壁部分46の両側に位置するのが好ましい。少なくとも1つの冷却液流れ隙間が、第1の凹んだ障壁部分46を通り、または障壁部分46とプレート10の第1の端部24の間のいずれかに設けられ、冷却液が冷却液入口および出口開口部30、32の間を流れるとき、それを通り冷却液は全体的に横切って流れることができる。図面に示す好ましい実施形態では、第1の冷却液流れ隙間54が第1の凹んだ障壁部分46の第1の端部50とプレート10の第1の端部24の間に設けられ、それを通り冷却液が冷却液開口部30、32の間を流れることができる。ベース12の底面16に沿った冷却液流れ通路の長さを最大にし、それによって熱伝達を最適化するために、冷却液流れ隙間54は、冷却液開口部30、32に対してプレート10の第1の端部24に向かって間隔が開いており、好ましくは冷却液流れ隙間54および冷却液開口部30、32はプレート10の両端に位置する。
次に冷却液コア・プレート60を図3、4、7および8を参照して以下に詳細に説明する。冷却液コア・プレート60は、頂面64および底面66を有する全体的に平らな、平面のベース62を備える。本発明の好ましい実施形態では、プレート60の周辺部68は直立したフランジ70を備え、このフランジ70は、フランジ70とベース62の隣接する部分の間に鈍角が存在するように、ベース62から離れる方向に外向きに傾斜している。ベース62は、プレート60の第1の端部74に近接して油入口開口部72、および油入口開口部72からプレート60の第2の端部78に向かって間隔を開けて、好ましくはプレート軸Pに沿って油出口開口部76を有する。
プレート60は、図面に示す好ましい実施形態では油入口および出口開口部72、76の間に位置する別の開口部84と共に、冷却液入口開口部80および冷却液出口開口部82をさらに備える。開口部84の目的は後で詳細に説明されるであろう。この冷却液入口および出口80、82は、プレート軸Pの両側に位置するのが好ましく、プレート60の第2の端部78に近接して位置することが好ましい。別の開口部84は、好ましくは油入口および出口開口部72、76の間に、好ましくは開口部72、76に極めて近接して、かつ好ましくはプレート軸Pに沿って位置する。
冷却液コア・プレート60のベース62は、熱交換流体の流れをその頂面および底面64、66に沿って導くために複数の突起および窪みを備える。特に、コア・プレート60は、その頂面および底面64、66から反対方向に突起する機構を備える。油・コア・プレートでのように、冷却液コア・プレート60の頂面64から突起するこの機構は「隆起した」と表現され、一方底面66から突起するものは「窪んだ」として表現される。この場合も、これらの術語は便宜のためのみに使用されることは理解されるであろう。次に冷却液コア・プレート60のこれらの機構を以下に詳細に説明する。
図3および7に示すように、ベース62の頂面64は、頂面64に対して相対的に隆起する上側表面88を有する第2の隆起する障壁部分86を備える。この第2の隆起する障壁部分86の機能は、油との熱伝達を最適化するように、冷却液の流れを冷却液入口および出口開口部80、82の間をベース62の頂面64に沿って導くことである。これは以下で詳細に説明する。
第2の隆起する障壁部分86は、プレート60の第1の端部74に近接する第1の端部90およびプレート60の第2の端部78に近接する第2の端部92を有する。油入口および出口開口部72、76の両方がこの第2の隆起する障壁部分86の上側表面88内に形成され、油入口開口部72は障壁部分86の第1の端部80に近接して位置するのが好ましく、油出口開口部76は、障壁部分86の第1および第2の端部90、92の中間に位置するのが好ましい。
図面に示すように、第2の隆起する障壁部分86がプレート軸Pに沿って延び、冷却液入口および出口開口部80、82が障壁部分86の両側に位置するのが好ましい。少なくとも1つの冷却液流れ隙間が第2の隆起する障壁部分86を通りまたは障壁部分86とプレート60の第1の端部74の間のいずれかに設けられ、それを通り冷却液が冷却液入口および出口開口部80、82の間を流れるとき、冷却液は全体的に横切って流れることができる。図面に示す好ましい実施形態では、第1の冷却液流れ隙間94が第2の隆起する障壁部分86の第1の端部90とプレート60の第1の端部74の間に設けられ、それを通り冷却液が冷却液開口部80、82の間を流れることができる。ベース62の頂面64に沿った冷却液流れ通路の長さを最大にし、それによって熱伝達を最適化するために、冷却液流れ隙間94は、冷却液開口部30、32に対してプレート60の第1の端部74に向かって間隔が開いており、好ましくは冷却液流れ隙間94および冷却液開口部80、82はプレート60の両端に位置する。
図4および8に示すように、ベース62の底面66は、ベース62の底面66に対して相対的に、かつ油入口および出口開口部72、76に対して相対的に凹んだ下側表面98を有する第2の凹んだ障壁部分96を備える。この第2の凹んだ障壁部分96の機能は、冷却液との熱伝達を最適化するように、油の流れを油入口および出口開口部72、76の間をベース62の底面66に沿って導くことである。これは以下で詳細に説明されるであろう。
この第2の凹んだ障壁部分96は、油入口開口部72に近接する第1の端部100および油入口開口部72からプレート60の第2の端部78に向かって間隔の開いた第2の端部102を有する。油流れ隙間104は、第2の凹んだ障壁部分96の第2の端部102とプレート60の第2の端部78の間に設けられるのが好ましく、以下で詳細に説明するように、それを通り油が油入口および出口開口部72、76の間を流れることができる。
図面から、油コア・プレート10の第1の隆起する障壁部分36および冷却液コア・プレート60の第2の凹んだ障壁部分96は寸法、形状および位置で対応し、故に組み立てられた熱交換器ではそれらのそれぞれの上側および下側表面38および98は互いに密閉して接触することが理解されるであろう。第1の隆起する障壁部分36の好ましい機構を次に図面を参照して以下に説明する。それとは逆であると指摘したところを除き、以下の議論はプレート60の第2の凹んだ障壁部分96にも適用され、この第2の凹んだ障壁部分96の対応する機構は、図面で対応する主要な参照番号と同一にされている。
最初に、図1および5から、第1の隆起する障壁部分36が第1の部分106および1対の脚108、110を備えることに留意されたい。障壁部分36のこの第1の部分106は、油入口および出口開口部22、26の間に位置し、障壁部分36の第1の端部40を含む。図面に示す好ましい実施形態では、障壁部分36のこの第1の部分106は、油コア・プレート10の別の開口部34を取り囲む隆起するほぼ円形のリブを備え、このリブの外側周辺部は油入口および出口開口部22、26に極めて近接している。
図面に示すように、第1の障壁部分36の脚108、110は、障壁部分36の第1の部分106からプレート10の第2の端部28に向かって延びる。脚108、110の終端部112、114は、障壁部分36の第2の端部42のところに位置し、プレート10の第2の端部28に近接することが好ましく、油流れ隙間44は(軸Pに平行に測定される)脚108、110の終端部112、114とプレート10の第2の端部28の間の距離によって画成される。
脚108、110が油出口開口部26の両側に沿ってそれらの長さの少なくとも一部分まで延び、流路(channel)116を画成できるように間隔の開いていることが好ましい。脚108、110の終端部112、114とプレート10の第2の端部28からの軸方向距離が好ましくは油出口開口部26とプレート10の第2の端部28の間の軸方向距離より小さいことによって、この流路116は隙間44からプレート10の第1の端部に向かって延びる流れ通路をもたらし、油は油出口開口部26に達するためにそれに沿って流れなければならなくなる。これは油入口および出口開口部22、26間の流れ通路を長くする効果を有し、それによってプレート表面領域の使用を最大にし熱伝達を最適化する。
この流路116は、第1の流体出口開口部26および第1の凹んだ障壁部分46と同一平面にある、すなわちそれがベース12に対して相対的に凹んでいることが好ましい。図面に示す好ましい実施形態では、この流路116は、油出口開口部26からプレート10の第2の端部28まで軸Pに沿って連続的に延びることが好ましい。
図面に示すように、1対の溝(groove)118および120がプレート10の頂面14に形成される。各溝118、120は、流路116とは反対側の脚108、110のうちの1つの側面に沿って延びる。この溝118、120は、流路116と同一平面にあり、各々が脚108または110のうちの1つの終端部112または114のところで流路116と連通する端部を有することが好ましい。最後に、油コア・プレート10のベース12はその頂面14上に、冷却液入口および出口開口部30、32が形成されるそれぞれの上側表面126、128を有する1対の直立するボス122、124を備える。図面に示す好ましい実施形態では、ボス122、124の上側表面126、128は、ベース12に対して相対的に、かつ第1の隆起する障壁部分36に対して相対的に隆起しており、冷却液コア・プレート60の対応する冷却液入口および出口開口部80、82はそのベース62と同一平面にある。しかしながら、これは必ずしもそうとは限らないことは理解されるであろう。例えば、隆起するボス122、124の上側表面126、128は、隆起する障壁部分36の上側表面38と同一平面にあることができ、冷却液コア・プレートは、この隆起するボス122、124と密閉接触する対応する凹んだボス(図示せず)を備えることもできる。
図面から、油コア・プレート10の第1の凹んだ障壁部分46および冷却液コア・プレート60の第2の隆起する障壁部分86は、組み立てられた熱交換器ではそれらのそれぞれの下側および上側表面48および88が密閉接触するように、寸法、形状および位置が対応していることがさらに理解されるであろう。第1の凹んだ障壁部分46の好ましい機構を次に以下に図面を参照して説明する。それとは逆であると指摘したところを除き、以下の議論はプレート60の第2の隆起する障壁部分86にも適用され、この第2の隆起する障壁部分86の対応する機構は図面で、対応する主要な参照番号と同一にされている。
この第1の凹んだ障壁部分46は、油入口開口部22が形成される第1のボス130および油出口開口部26が形成される第2のボス132を含む、複数のボスから構成されることに留意されたい。プレート10が別の開口部34を含む好ましい実施形態では、障壁部分46は第1および第2のボス130、132の間に位置しそれらに極めて近接する第3のボス134をさらに備える。この第3のボス134は別の開口部34を取り囲み、上記で論じた第1の隆起する障壁部分36の第1の部分106を備えるほぼ円形のリブの半径方向内側に位置する。
図面に示すように、第1の冷却液流れ隙間54は、第1のボス130とプレート10の第1の端部24の間に位置する。また、第2の冷却液流れ隙間136は、第1のボス130と第3のボス134の間に位置し、第3の冷却液流れ隙間138は、第2のボス132と第3のボス134の間に位置する。第1の隙間54は、冷却液入口開口部30から冷却液出口開口部32に流れるほとんどの冷却液がこの第1のボス130の周りを流れるように強制され、それによって冷却液が移動する距離を最大にし、かつプレート表面領域の使用を最大にし、それによって熱伝達を最適化するように、第2および第3の隙間136、138より広いことが好ましい。
図面に示すように、第2のボス132は細長くかつ油出口開口部26からプレート10の第2の端部28まで軸方向に延び、それによって入口および出口開口部30、32の間のプレートを横切る冷却液の短絡する流れを防止する。この第2のボスが、プレート10の頂面14に形成される、上記で論じた凹んだ流路116と同一の広がりを有することも理解されるであろう。
第1の凹んだ障壁部分46は、冷却液のまっすぐな流れを助けるために1対の脚140、142をさらに備える。これらの脚140、142は、第2のボス132と平行してかつそれと極めて近接して延び、プレート10のもう1つの側の溝118、120と一致している。脚140、142の各々は、第3の冷却液流れ隙間138および第2のボス132の側面と接続する対向する端部に近接して終端する自由端を有する。脚140、142は、プレート10の頂面14に形成される脚108、110の下側を備える、1対の狭い溝144、146によって第2のボス132から間隔が開いている。この溝144、146は、上記で説明した第1の隆起する障壁部分36の第1の部分106の下側を形成する、第3のボス134を取り囲む溝148と同一平面にあることが好ましい。
次に図面の図9および10を参照すると、アルミニウム、ステンレス鋼または銅合金などの1つまたは複数の金属から構成される、複数の油コア・プレート10および複数の冷却液コア・プレート60を備える本発明による熱交換器150が図示されている。別法として、このプレートは、高熱電導率を有することが好ましいプラスチックなどの非金属材料を備えることもできる。プレート10、60は、全てのプレート10、60が同じ方向に面し、かつ隣接するプレート10、60のフランジ20、70が密閉された入れ子になって互いに接触し交互に積み重ねられた関係で配設され、それによって隣接するコア・プレート10、60の周辺部18、68を一緒に密閉する。図面では、熱交換器の頂部および底部のところのプレートを除き、熱交換器150の全てのプレート10、60が上向きに面して示され、各油コア・プレート10は、上側で隣接する冷却液コア・プレート60の底面66に面するその頂面14を有し、各冷却液コア・プレート60は、上側で隣接する油コア・プレート10の底面16に面するその頂面64を有する。熱交換器150を構成するプレートのいくつかのみしか図面に示されていない。
交互する油および冷却液コア・プレート10、60のベース12、62は、一連の交互する油流れ通路152および冷却液流れ通路154を画成するように、互いに対して間隔の開いた関係にある。油流れ通路152は、油コア・プレート10の頂面14と上側で隣接する冷却液コア・プレート60の底面66の間に形成される。同様に、冷却液流れ通路154は、冷却液コア・プレート60の頂面64と上側で隣接する油コア・プレート10の底面16の間に形成される。
熱交換器150の図面から、油コア・プレート10の第1の隆起する障壁部分36は、上側で隣接する冷却液コア・プレート60の対応する第2の凹んだ障壁部分96と密閉接触し、障壁部分36、96はそれぞれそれらの上側および下側表面38、98に沿って密閉接触するのが分かるであろう。上記で述べたように、障壁部分36、96は、障壁部分36を作り出す各隆起する要素(すなわち、第1の部分106および脚108、110)が障壁部分96の対応する凹んだ要素(すなわち、第1の部分106’および脚108’、110’)と密閉接触するように、寸法および形状が同一であり、かつ十分な高さのものであることが好ましい。さらに、それぞれのプレート10、60の流路116、116’および溝118、118’、120および120’である、それぞれの油および冷却液コア・プレート10、60の油流れ隙間44および104が揃えられる。
冷却液コア・プレート60の第2の隆起する障壁部分86は、上側で隣接する油コア・プレート10の対応する第1の凹んだ障壁部分46と密閉接触し、この障壁部分86、46はそれぞれ、それらの上側および下側表面88、48に沿って密閉接触していることも分かるであろう。障壁部分46、86は、障壁部分46を作り出す各凹んだ要素(すなわち、第1のボス130、第2のボス132、第3のボス134および脚140、142)が障壁部分86の対応する隆起する要素(すなわち、第1のボス130'、第2のボス132’、第3のボス134’および脚140'、142')と密閉接触するように、寸法、形状および高さが同一であることが好ましい。さらに、それぞれのプレート10、60の第2の冷却液流れ隙間136、136'、第3の冷却液流れ隙間138、138'および狭い溝144、144'、146および146'になる、それぞれの油および冷却液コア・プレート10、60の第1の冷却液流れ隙間54および94が揃えられる。
冷却液入口および出口開口部30、32が形成される、各油コア・プレート10の頂面14に形成されるボス122、124は、上側で隣接する冷却液コア・プレート60の底面66に対してそれらの上側表面126、128に沿って密閉されることも理解されるであろう。さらに、プレート10、60は、各冷却液コア・プレート60の対応する開口部(すなわち、油入口開口部72、油出口開口部76、冷却液入口開口部80、冷却液出口開口部82、別の開口部84)と揃えられている各油コア・プレート10の開口部(すなわち、油入口開口部22、油出口開口部26、冷却液入口開口部30、冷却液出口開口部32、別の開口部34)と共に密閉される。
プレートが金属材料から作られる場合は、上記で説明したように複数の油コア・プレート10および複数の冷却液コア・プレート60の組立ての後、組み立てられたプレート10、60をろう付け炉または他の適切な加熱手段内に配設し、それによってプレート10、60の間に上記で説明した密閉接触をもたらすように、被覆(cladding)、塗装(coating)またはシム・プレート(shim plate)の形態のろう付け金属フィラーを備えることができる。金属プレートは、溶接、接着接合、または密閉ガスケットを使用する機械的な組立てなどの代替の適切な手段によって接合することもできる。非金属プレートは超音波溶接などの他の手段で接合することができる。プレート・積み重ねの端部を密閉し、それを油および冷却液システムに接続する端板(end plate)156および158が、図面に概略的に示されている。
図9は、冷却液入口開口部160および冷却液入口接続具162、および冷却液出口開口部164および冷却液出口接続具166を備える下側端板158を示す。プレート158の冷却液入口開口部160は冷却液流れ通路154と連通しており、積み重ねられたプレート10、60の冷却液入口開口部30、80と揃えられている。同様に、プレート158の冷却液出口開口部164は、冷却液流れ通路154と連通しており、プレート10、60の冷却液出口開口部32、82と揃えられている。この揃えられた入口開口部30、80および揃えられた出口開口部32、82は、熱交換器150の上端部のところで上側端板158によって閉じられる。
図10に示すように、下側端板158はエンジン・ブロック168に好ましく取り付けることができ、上側端板は油フィルタ170に好ましく取り付けることができる。下側端板158は、油がエンジン・ブロック168の内部流れ通路174から熱交換器150に通って入る油入口開口部172を備える。下側端板158の油入口開口部172は油流れ通路152と連通しており、積み重ねられたプレート10、60の油入口開口部22、72と揃えられている。上側端板156は、油フィルタ170の入口開口部178と連通する油出口開口部176を備える。油出口開口部176は油流れ通路152とも連通し、プレート10、60の油出口開口部26、76と揃えられている。
上側端板156は、油流れ通路152から密閉される油戻り通路182を共に形成する、積み重ねられたプレート10、60の揃えられた別の開口部34、84を経由して、ろ過された油がエンジン・ブロック168に戻される油戻り開口部180を備える。この油戻り通路182は、下側端板158の油戻り開口部184と、かつエンジン・ブロック168の油戻り通路186と連通している。
動作では、エンジン・ブロック168からの油は下側端板158の油入口開口部172を通り熱交換器150に入り、次いで揃えられた油入口開口部22、72のうちの1つの端部内に流れ込む。揃えられた開口部22、72のもう1つの端部は上側端板156によって遮蔽されているので、油は図5で一点鎖線(chain−dotted line)で示された油流れ通路152を強制的に通らされる。油入口開口部22から油出口開口部26に流れるために、油は第1の隆起する障壁部分36に平行してプレート10の第2の端部28に向かって流れ、油流れ隙間44を通り、かつ流路116に沿って油出口開口部26に流れなければならない。したがって、油は、油入口開口部22から油出口開口部26に流れるとき、各プレート10のベース12のかなりの部分の上を流れなければならない。
揃えられた油出口開口部26、76を通り熱交換器から流れ出る油は、上側端板156の油出口開口部176を通り油フィルタ170内に流れ込み、そこで油はフィルタ媒体188を通過し、油戻り通路182および油戻り開口部180、184を通りエンジン・ブロック168に戻るための穴の開いた中央チューブ190に入る。エンジン・ブロック168、熱交換器150および油フィルタ170を通る油の流れは図10に矢印によって示されている。この実施形態では、油はろ過される前に冷却されることが理解されるであろう。
代替では、熱交換器150によって冷却される前にろ過されるように、油の流れを逆にすることができる。この実施形態では、油はエンジン・ブロック168の通路186から熱交換器150の通路182内に流れ込む。この油は、通路182を通りろ過されるために油フィルタ170に入る。ろ過された油は次いで上側端板156の開口部176を通り熱交換器150に入り、下側端板158の開口部172を通り熱交換器を出て、通路174を通りエンジン・ブロック168に戻る。
図10に示す好ましい熱交換器150では、揃えられた入口開口部22、72は、全ての動作条件の下で油フィルタ170との直接的な流れ連通から密閉される、すなわち油は油フィルタ170に入る前に油流れ通路152を通過しなければならない。始動状態の下で油が熱交換器をバイパスし直接油フィルタに入ることができるように、プレート10、60の入口開口部22、72と揃えられ、かつバイパス弁(図示せず)、例えば能動的圧力弁または熱リリーフ弁を備える別の開口部(図示せず)を上側端板156に設けることが好ましい可能性がある。そのようなバイパス弁はこの分野で知られており、本発明の一部を形成しない。別法として、様々な条件の下で油フィルタへの流体の制御される流れを可能にするように、上側端板156に目盛付きの開口部(calibrated opening)の形態の、受動的バイパス・オリフィスを設けることが好ましい可能性がある。
図9に示すように、冷却液は下側端板158の冷却液入口開口部160を通り熱交換器150に入り、次いで揃えられた冷却液入口開口部30、80のうちの1つの端部内に流れ込む。揃えられた開口部30、80のもう1つの端部は上側端板158によって遮蔽されているので、冷却液は図7で一点鎖線で示された通路にしたがって、冷却液流れ通路154を強制的に流れさせられる。冷却液入口開口部30から冷却液出口開口部32に流れるために、冷却液は第2の隆起する障壁部分86の側面に沿ってプレート10の第1の端部24に向かって流れ、第1の冷却液流れ隙間54を通り、次いで障壁部分86のもう1つの側面と平行してプレート10の第2の端部28に向かい、冷却液出口開口部32に流れなければならない。したがって、冷却液が冷却液入口開口部30から冷却液出口開口部32に流れるとき、冷却液は各冷却液コア・プレート60のベース62のかなりの部分の上を流れなければならない。冷却液の比較的少量が第2および第3の冷却液流れ隙間136、138を通り流れるであろうが、これは熱交換器150の性能に最小限の影響しか有しないことは理解されるであろう。
したがって、本発明による熱交換器150は、油と冷却液の間で高い割合の熱伝達を達成する。勿論、開口部32、82が冷却液入口開口部であり、開口部30、80が冷却液出口開口部であり得ることも理解されるであろう。さらに、開口部26、76が油入口開口部と機能し、開口部22、72が油出口開口部として機能することもできる。
各油流れ通路152の高さおよび各冷却液流れ通路154の高さが、交互するプレート10の入れ子の程度に部分的に依存し、したがって、フランジ20、70の傾き角度に部分的に依存することも理解されるであろう。流れ通路152、154の高さも、障壁部分36、46、86、96の高さおよびボス122、124の高さに部分的に依存することも理解されるであろう。
Wuらによる2001年6月12日に発行された米国特許第6,244,334号明細書のタービュライザ60などの従来型の形態であり得るタービュライザを、1つまたは複数の油流れ通路152に配設することが好ましく、かつ1つまたは複数の冷却液流れ通路154にも配設することができ、これらのタービュライザは、それらが設置される油または冷却液流れ通路152、154の各々で油または冷却液の流れを乱し、プレート10、60の表面のところで油または冷却液流れの境界層を妨げ、それによって熱交換器150内での油から冷却液への熱伝達の効率を改善する。分かりやすくするために、これらのタービュライザは図5および7にのみ、かつ破線178、180によって示される輪郭のみで示されている。このタービュライザ178、180は、油流れの最大の乱れが起きるが油流れに高い圧力降下を伴う高圧力降下(HPD)流れ方向を有し、かつ油流れの低減した乱れが存在するが油流れに低い圧力降下を伴う横方向低圧力降下(LPD)流れ方向を有する。所望どおりに、このタービュライザ178、180はそれぞれ、HPDまたはLPD流れ方向のどちらででも配設することができる。
タービュライザ178、180を使用する代わりに、冷却液コア・プレート60の1つまたは複数のベース62を、2004年3月4日に公開され、その全体を参考として本明細書に援用する米国特許公開公報第2004/0040697号(St. Pierreら)の図1および2に示されたものと同様な、リブおよび/または窪みなどの間隔の開いた突起を有して形成することができる。
本発明をいくつかの好ましい実施形態と関連して説明してきたが、本発明はそれに限定されない。そうではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある可能性のある全ての実施形態を含む。
本発明の好ましい実施形態による熱交換器の油コア・プレートの上面斜視図である。 図1に示す油コア・プレートの底部斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による熱交換器の冷却液コア・プレートの上面斜視図である。 図3に示す冷却液コア・プレートの底面斜視図である。 図1および2に示す油コア・プレートの上面図である。 図1および2に示す油コア・プレートの底面図である。 図3および4に示す冷却液コア・プレートの上面図である。 図3および4に示す冷却液コア・プレートの底面図である。 図1、2、5および6に示す油コア・プレートの積み重ねおよび図3、4、7および8に示す複数の冷却液コア・プレートを備える本発明の好ましい実施形態による熱交換器の、油コア・プレートが図5の線9−9に沿って切断され、冷却液コア・プレートが図7の線9'−9'に沿って切断された横断面図である。 油コア・プレートが図5の線10−10に沿って切断され、冷却液コア・プレートが図7の線10'−10'に沿って切断された、図9に示す熱交換器の別の横断面図である。

Claims (27)

  1. 複数の第1の流体コア・プレートおよび複数の第2の流体コア・プレートを備え、前記コア・プレートの各々が周辺部、第1の端部、第2の端部、頂面および底面を有する全体的に平らなベース、前記プレートの前記第1の端部に近接する第1の流体入口開口部、前記第1の流体入口開口部から前記流体コア・プレートの前記第2の端部に向かって間隔の開いた第1の流体出口開口部、第2の流体入口開口部、および第2の流体出口開口部を備える熱交換器であって、
    前記第1の流体入口および流体出口開口部がプレート軸に沿って互いに間隔が開いており、前記第2の流体入口開口部および出口開口部が前記プレート軸の両側に位置し、
    前記第1の流体コア・プレートの各々がベースの頂面に対して相対的に、かつ前記第1の流体入口開口部および流体出口開口部に対して相対的に隆起する上側表面を有する第1の隆起する障壁部分をさらに備え、前記第1の隆起する障壁部分が前記第1の流体入口開口部に近接する第1の端部および前記第1の流体入口開口部から前記流体コア・プレートの前記第2の端部に向かって間隔の開いている第2の端部を有し、前記第1の隆起する障壁部分の前記第2の端部が前記第1の流体出口開口部に対して前記第1の流体コア・プレートの前記第2の端部に向かって間隔が開いており、前記第1の流体が前記第1の流体入口および出口開口部を通り流れることができる第1の流体流れ隙間が前記第1の隆起する障壁部分の前記第の端部と前記第1の流体コア・プレートの前記第2の端部の間に設けられ、
    前記第1の流体コア・プレートの各々が、前記ベースの底面に対して相対的に凹んだ下側表面を有する第1の凹んだ障壁部分をさらに備え、前記第1の流体入口開口部および出口開口部の両方が前記第1の凹んだ障壁部分に形成され、前記第1の凹んだ障壁部分が前記第1の流体コア・プレートの前記第1の端部に近接する第1の端部および前記第1の流体コア・プレートの第2の端部に近接する第2の端部を有し、前記第2の流体が前記第2の流体入口開口部および出口開口部の間を流体流れ隙間を通り流れることができる第2の流体流れ隙間が設けられ、前記第2の流体流れ隙間が前記第2の流体入口開口部および出口開口部のうちの少なくとも1つに対して前記プレートの前記第1の端部に向かって間隔が開いており、
    前記第2の流体コア・プレートの各々が、前記ベースの頂面に対して相対的に隆起する上側表面を有する第2の隆起する障壁部分をさらに備え、前記第2の流体コア・プレートの前記第1の流体入口開口部および出口開口部が前記第2の隆起する障壁部分に形成され、前記第2の隆起する障壁部分が前記第2の流体コア・プレートの前記第1の端部に近接する第1の端部および前記第2の流体コア・プレートの前記第2端部に近接する第2の端部を有し、前記第2の流体が前記第2の流体入口開口部および出口開口部の間を流体流れ隙間を通り流れることができる第2の流体流れ隙間が設けられ、前記第2の流体流れ隙間が前記第2の流体入口および出口開口部のうちの少なくとも1つに対して前記流体コア・プレートの前記第1の端部に向かって間隔が開いており、
    前記第2の流体コア・プレートの各々が、前記ベースの底面に対して相対的に、かつ前記第1の流体入口開口部および出口開口部に対して相対的に凹んだ下側表面を有する第2の凹んだ障壁部分をさらに備え、前記第2の凹んだ障壁部分が前記第1の流体入口開口部に近接する第1の端部および前記第1の流体入口開口部から前記流体コア・プレートの前記第2の端部に向かって間隔の開いた第2の端部を有し、前記第2の凹んだ障壁部分の前記第2の端部が前記第1の流体出口開口部に対して前記流体コア・プレートの前記第2の端部に向かって間隔が開いており、前記第1の流体が前記第1の流体入口開口部および出口開口部の間を通り流れることができる第1の流体流れ隙間が前記第2の凹んだ障壁部分の前記第2の端部と前記流体コア・プレートの前記第2の端部の間に設けられ、
    前記第1の流体コア・プレートおよび前記第2の流体コア・プレートが交互に積み重ねされた関係にあり、複数の流体流れ通路を形成するように各第1の流体コア・プレートが隣接する第2の流体コア・プレートの周辺部に密閉され、
    前記複数の流体流れ通路が前記第1の流体の流れのための複数の第1の流体流れ通路を備え、前記第1の流体流れ通路の各々が第1の流体コア・プレートの頂面と上側に隣接する第2の流体コア・プレートの底面の間に形成され、前記第1の流体コア・プレートの前記第1の隆起する障壁部分の上側表面が前記第2の流体コア・プレートの前記第2の凹んだ障壁部分の下側表面と密閉接触しており、前記第1の隆起する障壁部分の前記隙間が、前記第1の流体が前記第1の流体入口開口部から、前記第1の流体流れ通路を通り、かつ前記隙間を通り前記第1の流体出口開口部に流れることができるように、前記第2の凹んだ障壁部分の隙間と連通しており、
    前記複数の流体流れ通路が前記第2の流体の流れのための複数の第2の流体流れ通路をさらに備え、前記第2の流体流れ通路の各々が第2の流体コア・プレートの頂面と上側に隣接する第1の流体コア・プレートの底面の間に形成され、前記第2の流体コア・プレートの前記第2の隆起する障壁部分の上側表面が前記第1の流体コア・プレートの前記第1の凹んだ障壁部分の下側表面と密閉接触しており、前記第2の隆起する障壁部分の前記隙間が、前記第2の流体が前記第2の流体入口開口部から、前記第2の流体流れ通路を通り、かつ前記隙間を通り前記第2の流体出口開口部に流れることができるように、前記第1の凹んだ障壁部分の隙間と連通しており、
    前記第1の流体流れ通路が前記第2の流体流れ通路と交互する、熱交換器。
  2. 前記第1の流体コア・プレートの前記第1の隆起する障壁部分、および前記第2の流体コア・プレートの前記第2の凹んだ障壁部分の各々が、
    前記第1の流体入口および出口開口部の間に配置され、前記障壁部分の前記第1の端部を含む第1の部分と、
    前記第1の部分から前記プレートの前記第2の端部に向かって延びる1対の脚とを備える、請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記脚が前記障壁部分の前記第2の端部のところに位置する終端部を有し、前記脚の前記終端部が前記プレートの前記第2の端部に近接する、請求項2に記載の熱交換器。
  4. 前記脚の前記終端部から前記プレートの前記第2の端部までの軸方向距離が、前記第1の流体出口開口部から前記プレートの前記第2の端部までの軸方向距離より短く、前記脚の前記終端部から前記プレートの前記第2の端部までの軸方向距離が前記障壁部分と前記プレートの前記第2の端部の間の隙間を画成する、請求項3に記載の熱交換器。
  5. 前記脚が互いに間隔が開いており、前記第1の流体出口開口部の両側に沿って、それら長さの少なくとも一部分を延びる、請求項4に記載の熱交換器。
  6. 前記脚の間に流路が画成され、前記流路が前記プレート軸に沿って前記第1の流体出口開口部と前記脚の前記終端部間を延びる、請求項5に記載の熱交換器。
  7. 前記第1および第2の流体コア・プレートの各々が1対の溝をさらに備え、それらの各々が前記流路に対向する前記脚のうちの1つの側面に沿って延び、前記溝の一端部が前記脚の前記終端部のところに位置しかつ前記流路と連通する、請求項6に記載の熱交換器。
  8. 前記溝が前記流路と同一平面にある、請求項7に記載の熱交換器。
  9. 前記第1の隆起する障壁部分と第2の凹んだ障壁部分の密閉接触が、前記第1の流体入口開口部から流れ出る前記第1の流体が、前記脚の前記終端部まで流れ、前記隙間を通り前記流路内に入り、前記プレートの前記第1の端部に向かって前記流路を通ることによって前記第1の流体出口開口部にのみ入ることができるように、前記それぞれの障壁部分の前記脚間の密閉接触によって、かつ前記それぞれの障壁部分の前記第1の部分間の密閉接触によってもたらされる、請求項6に記載の熱交換器。
  10. 前記流路が前記第1の流体出口開口部および前記第1の凹んだ障壁部分と同一平面内にある、請求項5に記載の熱交換器。
  11. 前記流路が前記第1の流体出口開口部から前記プレートの前記第2の端部まで延びる、請求項10に記載の熱交換器。
  12. 前記障壁部分の前記第1の部分が前記ベースの別の開口部を取り囲むリブを備える、請求項2に記載の熱交換器。
  13. 前記第1の流体コア・プレートの各々が前記ベースの前記頂面に対して相対的に、かつ前記第1の隆起する障壁部分に対して相対的に隆起する上側表面を有する1対のボスをさらに備え、前記第2の流体入口および出口開口部が前記ボスの上側表面内に形成される、請求項1に記載の熱交換器。
  14. 前記第1の流体コア・プレートの前記第1の凹んだ障壁部分および前記第2の流体コア・プレートの前記第2の隆起する障壁部分の各々が、
    前記第1の流体の入口開口部がそこに形成される第1のボスと、
    前記第の流体の出口開口部がそこに形成される第2のボスとを備える、請求項1に記載の熱交換器。
  15. 前記障壁部分を通る前記隙間が前記第1のボスと前記プレートの前記第1の端部の間に位置する、請求項14に記載の熱交換器。
  16. 前記第2のボスが細長く、前記第1の流体出口開口部から前記プレートの前記第2の端部まで軸方向に延びる、請求項14に記載の熱交換器。
  17. 前記第1および第2のボスの間に位置する、かつそれらに極めて近接する第3のボスをさらに備え、前記第3のボスが前記ベースの別の開口部を取り囲む、請求項14に記載の熱交換器。
  18. 前記第1のボスと前記第3のボスの間に、かつ前記第2のボスと前記第3のボスの間に追加の隙間が形成される、請求項17に記載の熱交換器。
  19. 前記障壁部分が前記第2のボスに平行して延び、それに極めて近接する1対の脚をさらに備え、前記脚の各々がその端部の1つのところで前記第2のボスの側面と一緒になり、狭い溝が前記第2のボスと前記脚の各々の間に形成される、請求項14に記載の熱交換器。
  20. 各第1の流体コア・プレートの前記周辺部および各第2の流体コア・プレートの前記周辺部が外向きに傾く直立するフランジを有し、各プレートの前記直立するフランジが前記プレートの前記周辺部の密閉をもたらすように隣接するプレートの前記直立するフランジと入れ子式で密閉接触する、請求項1から19のいずれか一項に記載の熱交換器。
  21. 前記密閉接触がろう付け接触を備える、請求項1から20のいずれか一項に記載の熱交換器。
  22. タービュライザが前記第1の流れ通路のうちの少なくとも1つに設けられている、請求項1から21のいずれか一項に記載の熱交換器。
  23. タービュライザが前記第2の流れ通路のうちの少なくとも1つに設けられている、請求項1から22のいずれか一項に記載の熱交換器。
  24. 前記第1の流体コア・プレートのうちの少なくとも1つの前記ベースが、間隔の開いた突起する窪みを有する、請求項1から21および23のいずれか一項に記載の熱交換器。
  25. 前記第2の流体コア・プレートのうちの少なくとも1つの前記ベースが、複数の間隔の開いた突起を備える、請求項1から22および24のいずれか一項に記載の熱交換器。
  26. 前記第1の流体コア・プレートのうちの少なくとも1つの前記ベースが、間隔の開いた突起するリブを備える、請求項1から21、23および25のいずれか一項に記載の熱交換器。
  27. 前記第2の流体コア・プレートのうちの少なくとも1つの前記ベースが、間隔の開いた突起するリブを備える、請求項1から22、24および26のいずれか一項に記載の熱交換器。
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