JP5264181B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器であって、多数の管と、開口部を備えた底によって閉鎖される少なくとも１つの箱とを有し、管の少なくとも一方の末端がこの箱に通じているものに関する。

従来の熱交換の断面が図３６に示してある。その際、箱を閉鎖している底が多数の開口部を有し、開口部は箱の方向に延びるバーリング加工部によって形成され、扁平管の末端内に突出している。底が周方向突部を有し、この突部内に箱の末端が突出しており、箱の末端と底との間に密封のためシールリングが配置されている。底は例えば波溝ビーディングによって箱に取付けられている。このような熱交換器には要望が残る。

特許文献１により公知の熱交換器は多数の管を有し、管の末端は管底の開口部の周りで熱交換器網の方を向くバーリング加工部に差し込まれ、バーリング加工部の横断面が内方に湾曲しており、管はそのなかで液密に金属的に結合されており、管の内部と管の周囲とを異なる熱交換媒体が流れる。管末端は管底表面のレベルの下方にまで達している。さらに管末端がバーリング加工部とで周方向接触面を形成し、管とバーリング加工部との間の蝋隙間がこの接触面に両側で続いている。この公知実施形態でも底は周方向突部を有し、この突部内に箱の末端が突出し、箱の末端と突部の最深領域との間にシールリングが配置されている。
欧州特許出願公開第０９９０８６８号明細書

この先行技術から出発して本発明の課題は改良された熱交換器を提供することである。

この課題は、底が突片および／または突部を有することを特徴とする熱交換器によって解決される。有利な諸構成は従属請求項の対象である。

発明の実施の形態

本発明によれば、熱交換器が多数の管と、開口部を備えた底によって閉鎖される少なくとも１つの箱とを有し、管の少なくとも一方の末端がこの箱に通じており、底は複数の個々の突片および／または突部を有する。突片は好ましくは管の間の底領域に、すなわち管を受容する開口部の間の腹部領域に、そして底の長辺側末端に、構成されている。これにより鼻端は、本発明によれば省くことのできる周方向突部の機能を引き受けることができ、周方向突部の代わりとなる突片が開口部もしくは管の間に設けられているので、熱交換器は一層細く構成することができる。その際、底は‐突部が省かれることによって‐殻状であり、従来の熱交換器におけるよりも小さく構成されている。

突片の長さは管を受容する開口部の長さの主に最大５０％、特に最大４５％、最大４０％、特別好ましくは最大２５％である。全体として個々の突片の長さは好ましくは５〜２５ｍｍ、特別好ましくは１０〜１５ｍｍである。

選択的に、突片は腹部の全長にわたって、縁領域でも、そして腹部と平行に、連続的に延ばして構成しておくことができ、この実施形態において突片は以下で突部と称する。これらの突部も、公知の周方向突部に比べて、前記突片と同じ諸利点を提供する。

突片および／または突部は管の長手方向で箱に向かって、すなわち熱交換器網から離れる方に、隆起している。それに加えて、突部が省かれるので底は圧力交番荷重のとき改良された疲労強度特性を有する。突片および／または突部は底縁の方を向くそれらの末端が箱用受け部として役立つ。

突片および／または突部は好ましくは塑性加工によって、特にバーリング加工部の製造および側面の折り曲げと共に１工程で、形成されている。突片の底縁側末端は、組付け時に発生して箱を圧縮する諸力を吸収するように構成されており、こうして箱の破壊を防止し、それとともに箱と底との結合部の気密性を確保することができる。

突片および／または突部は主にその全長にわたって一定した高さを有する。しかし突片および／または突部の縁側末端は、場合によっては平らに成端することもできる内向き末端よりも高く構成しておくこともできる。

好ましくは、管を受容する開口部はバーリング加工部として構成されている。バーリング加工部は主に管を向く方向に、すなわち箱から離れる方に、延びている。

その際、主に、管はバーリング加工部と同一平面で成端し、または場合によってはそれから多少張り出してもいる。しかしバーリング加工部は特許文献１に相応して構成しておくこともできる。

好ましくは、底は‐突片、突部、バーリング加工部を除き‐平らに構成されており、底の長辺側末端と短辺側末端は好ましくは平らな領域に隣接して８０〜９０°の角度で箱の方向に折り曲げられており、十分な曲げ半径が設けられている。

主に箱は底の方向に張り出す鼻端を有し、この鼻端は箱の周面から離間して構成されている。このような鼻端を設けることは、周方向突部においても基本的に可能である。鼻端の外周面に好ましくはシールが配置されており、これはシールリングまたは箱に射出成形されたシールとすることができる。その場合シールリングは箱に張架することも、底に挟み込むこともでき、こうして組付けは簡素化することができる。射出成形されたシールの場合、組付け過程は省くことができる。

有利な１構成においてシールは耳状保持要素を有し、これらの保持要素は底の隅に設けられる切欠き部内に吊掛け可能であり、もしくは吊掛けられている。こうしてシールは特別有利に組付け可能、もしくは設けられた切欠き部内に吊掛け可能であり、もしくは設けられた切欠き部内に特別有利に吊掛けることができる。

好ましくは、鼻端の高さは突片および／または突部の高さにほぼ一致しており、鼻端は付加的に箱の縁を破損から保護する。

突片または突部は、鼻端と協動して、特に組付けの枠内で横から底に作用する諸力による最大変形を限定する。その際、鼻端と突片または突部は場合によっては互いに当接してもいる。

好ましい実施形態によれば、箱は底の近傍でその内周面に、内方に延びる肋片または突起を有する。これにより、突片および／または突部はさらに内方に底内に摺動させることができる。その際、箱の底側部分の局所材料補強部は、管が閉鎖されて流れが妨げられることのないように構成されている。特に組付け時に発生する諸力を吸収するために、肋片または突起は好ましくは突片および／または突部に当接している。管用開口部は好ましくは肋片または突起の間のなかにまで延びており、熱交換器は従来の熱交換器と比較して一層細く構成しておくことができる。

流れに否定的影響を加えないために、それに加えて箱の重量を過度に高めないために、好ましくは肋片または突起の高さは箱内の方向で狭まっている。

以下、５つの実施例に基づいて、一部では添付図面を参考に本発明が詳しく説明される。

図１が示す熱交換器１、ここではコンパクトなインタクーラは、底２によって閉鎖された２つの箱３と、箱３の間を延びる多数の管４とからなる。管４は扁平管として構成されており、それらの末端５は管４の外寸を有するバーリング加工部として底２に相応に構成された開口部６内に突出している。その際、バーリング加工部が管４の方向を向き、管４がここではそれぞれ、相応する箱３に向き合う底２の面と概ね同一平面で成端している（図２参照）。

薄板‐打抜き曲げ部品として構成される底２はさらに突片７の態様の多数の隆起部を有し、突片は箱３の方向に延び、すなわち底基準面Ｂから隆起している。ここでは突片７が塑性加工によって製造されている。それぞれ２つの第１突片７ａが２つの開口部６の間の腹部末端領域にそれぞれ配置され、３つの第２突片７ｂが底２の短辺側末端に配置されている（図４参照）。

第１突片７ａの長さも、第２突片７ｂの長さも、開口部６の長さ、つまりバーリング加工部の長さ、従って扁平管の（大きな）幅の約２２％であり、第１突片７ａがここでは１５ｍｍの長さである。

底２の長辺側末端と短辺側末端は図示しない組付け状態のとき箱３を向く方向に直角に折り曲げることができ、底２の隅８にそれぞれ切欠き部が設けられている。末端に設けられた多数の条溝９は公知の波溝ビーディングによって底２と箱３とを結合するのに役立つ。すなわち、底２の個々の材料部分は相応に段差１０を備えた箱３の末端領域を把持する。例えば図９から明らかとなるように、条溝９はここでは開口部６（長辺面）もしくは第２突片７ｂ（短辺面）の高さにそれぞれ配置されている。

箱３の底側末端が周方向鼻端１１を備えており、この鼻端は内周面に構成され、底２の方向に延びており、シールリング１３を受容するために段差１２が構成されている（図２、図３参照）。本実施例によればシールリング１３がこの段差１２に張架されており、この張架は組付けの枠内で箱３を底２に嵌着する前に行われる。シールリング１３はこの場合円形断面のシールリングであるが、しかし別の断面、特に卵形または長方形断面（平形シール）も可能である。

選択的に、底２へのシールリング１２の張架はシールリング１２に構成される保持要素を利用しても可能であり、保持要素は底２の隅８に設けられる切欠き部内で固定される。この特別好ましい実施形態は、後の個所で述べる第５実施例を参考に詳しく説明される。

図示しない１変更態様によれば、シールは箱３の段差１２内に直接射出成形して構成されており、こうしてシールリングの誤組付けは避けることができる。

３つすべての事例では、シールリングの位置決めもしくは構成後に箱３が嵌着され、シールが圧縮される。本実施例によれば引き続き波溝ビーディングによって閉鎖が行われ、底２に一体化された突片７は閉鎖装置によって加えられる諸力に対して箱３を支えるのに役立ち、箱３の落ち窪みおよびそれと結び付いた漏れが防止される。

図１４、図１５に示す第２実施例は‐明確には触れられていない限りで‐前記第１実施例に一致しており、それゆえに同じ要素および同一作用の要素に同じ符号が付けてあり、この実施例によれば箱３の内周面に尖峰状肋片１４が構成されており、これらの肋片は、腹部の長手方向で開口部６の間のなかにさらにずらされた第１突片７ａと協動する。その際、箱３の肋片１４は鼻端１１の底側末端にまで達している。ここでは、肋片１４は第１突片７ａの上方でその高さが低減するように構成されている。

第３実施例による底２が図１６〜図２４に示してある。ここでは‐前記両方の実施例の突片７ａ、７ｂとは異なり‐、実質的に底２の全幅にわたって延びる以下で突部７’と称する突片が実質連続的横断面推移（図１８参照）で構成されており、ここでは突部が塑性加工によって、つまり突片７ａ、７ｂに相応して製造されている。

開口部６の間の腹部はこの場合、導入されるべき扁平管の方向で底２に対して概ね垂直に延びる縁６’（バーリング加工部）を有し、これらの縁は底基準面Ｂの方向で弧状移行部を有し、すなわち腹部長手方向で連続する突部７’なしの底２を有する。引き続き突部７’が構成されており、突部７’はやはり弧状移行部を有する。各腹部の横断面はこの場合、腹部の内部に中心を配置した３つの半径と、腹部の外側に中心を配置した２つの半径とを有する。すなわち、移行部はそれぞれ円弧区域として構成されているが、しかし個々の移行部の湾曲推移を変えることもできる。

底２の短辺側縁領域にも、第１実施例による３つの突片７ｂの代わりにそれぞれ１つの連続的突部７’が配置されている。

底基準面Ｂは、両方の第１実施例におけるように１つの面によって形成されるのでない限り、図１８の詳細図Ｘに示唆したようにバーリング加工部および突部７’の湾曲推移の転換点によって確定される。

腹部の間の開口部内に配置される扁平管４の扁平管末端（図２４参照）は、この実施例によれば、組立てて蝋付した状態のとき底基準面Ｂ‐すなわち突部を形成されない底を有する平面‐から僅かに突出するが、しかし底基準面Ｂと同一平面で成端し、または突部末端にまで突出し、場合によってはそれ以上に突出することも可能である。

箱３の取付は第１実施例で述べた如くに行われる。

図示しない第４実施例によれば、突片は突片の先細末端が実質的に底の縦中心面で直接に隣り合うように構成されている。すなわち、両方の突片は概ね単一の連続的突片として構成されている。

図２５〜図３５に示す第５実施例によれば、やはりインタクーラである熱交換器１は底２によって閉鎖される２つの箱３と、箱３の間を延びる多数の管４とを有する。管４は扁平管として構成され、２つの管の間に波形フィンが配置されている。管４の末端５は管４の外寸を有するバーリング加工部として底２に相応に構成される開口部６内に突出する。その際、バーリング加工部は管４の方向を向き、管４はこの場合それぞれ底２から多少突出する（図３２参照）。

薄板‐打抜き曲げ部品として構成される底２はさらに突片７の態様の多数の隆起部を有し、突片は箱３の方向に延び、すなわち底基準面Ｂから隆起している。ここでは突片７は台形または三角形横断面のパンチを使った塑性加工によって製造されている。それぞれ２つの第１突片７ａが２つの開口部６の間の腹部末端領域にそれぞれ配置されている。さらに、それぞれ１列に配置され互いに相応に構成される４つの第２突片７ｂが底２の短片側末端に設けられている（図２８参照）。第１突片７ａの長さと第２突片７ｂの長さは一致しているが、しかしそれらの形状、すなわちそれらの溝形状は異なる。第１突片７ａは実質一定した高さのほぼＶ形状を有し、第２突片７ｂが有する複数のＵ形状は底中心に向かって丸くされ、外方に向かって急峻に構成され、実質一定した高さを有する。

底２の長辺側末端と短辺側末端は組付け状態のとき箱３を向く方向に直角に折り曲げることができ、底２の隅８にそれぞれ切欠き部が設けられている。切欠き部は底２で鋏持されたシールリング１３を受容するのに役立ち、シールリングはその４隅に耳状保持要素１３’を有し、保持要素は腹部を介してシールリング１３と一体に結合されている。従来の底に配置されるシールリングは応力下に外周溝に挿入され、箱によって鋏持されているが、このシールリングとは異なり、シールリング１３は底基準面Ｂの平らな面にあり、切欠き部内で保持される保持要素１３’によって限定的三角形に固定されており、こうして箱と底との間で良好な密封は保証することができる。シールリング１３がここでは円形横断面を有するが、しかし別の横断面、例えば長方形横断面を設けておくこともできる。

底２の末端に設けられている多数の条溝９は公知の波溝ビーディングによって底２と箱３とを結合するのに役立つ。

第１突片７ａの長さも、第２突片７ｂの長さも、開口部６の長さ、つまりバーリング加工部の長さ、従って扁平管の（大きな）幅の約２０％であり、ここでは第１突片７ａが１０ｍｍの長さを有する。

以上述べた実施例の組合せも当然可能であり、例えば第１実施例による突片７と第３実施例による突片７’が隣接する腹部に交互に設けられている。同様に、中央腹部に連続的突片７’のみを設け、外側腹部に突片７を設けておくことができる。同様に、連続的突片７’から外側に、実質変形していない腹部領域によって分離された横方向突片７への移行も可能である。すなわち、中央で第３実施例による構成、引き続き第４実施例による構成、そして外方に第１実施例による構成が行われ、突片の長手広がりは外方に向かって低減する。しかし、分離構成された突片７は縁領域では連続的突片７’と相違しておらず、さまざまに構成された腹部領域に箱を特別に適合する必要はない。

箱を一部示唆した第１実施例による熱交換器の部分側面図である。 図１のＡ‐Ａ線に沿った断面図である。 図１のＣ‐Ｃ線に沿った断面図である。 示唆された箱の方向から図１の底を見た平面図である。 図４のＤ‐Ｄ線に沿った断面図である。 図４のＥ‐Ｅ線に沿った断面図である。 箱を一部示唆した図１の熱交換器の側面図である。 箱を一部示唆した図１の熱交換器の斜視図である。 底の斜視図である。 底の別の斜視図である。 底の隅領域の斜視詳細図である。 箱の基部領域を図示した図１の熱交換器の斜視図である。 箱の基部領域を図示した図１の熱交換器の別の斜視図である。 箱を断面で示した第２実施例による熱交換器の部分図である。 図１４のＡ‐Ａ線に沿った断面図である。 第３実施例による底の斜視図である。 図１６の底の平面図である。 図１７のＡ‐Ａ線に沿った部分断面図である。 図１７のＢ‐Ｂ線に沿った部分断面図である。 図１７のＣ‐Ｃ線に沿った部分断面図である。 図１７のＤ‐Ｄ線に沿った部分断面図であり、左側には扁平管の断面推移、右側には突部の断面推移がそれぞれ箱壁領域において、密封要素を図示することなく示してある。 図１６の底の側面図である。 図１６の底の別の側面図である。 底と箱を組み立て、但しまだ強固に結合していない状態における図１７のＦ‐Ｆ線に沿った部分断面図である。 第５実施例による底を有する熱交換器の略部分側面図である。 底と嵌着された箱の一部との図２５のＡ‐Ａ線に沿った断面図である。 底と嵌着された箱の一部との図２５のＢ‐Ｂ線に沿った断面図である。 図２５の底を箱の方向から見た斜視図である。 図２５の底を扁平管の方向から見た斜視図である。 底を嵌着し、シールリングを挟持した図２５の熱交換器の部分斜視図である。 シールリングを挟持した図２５の熱交換器の底の平面図である。 箱、シールリング、扁平管を備えた底を図３１のＣ‐Ｃ線に沿って示す断面図である。 箱、シールリング、扁平管を備えた底を図３１のＤ‐Ｄ線に沿って示す断面図である。 箱、シールリング、扁平管を備えた底を図３１のＥ‐Ｅ線に沿って示す断面図である。 図２５の熱交換器の側面図である。 従来の熱交換器の断面図である。

Claims (16)

1. 多数の管（４）と、
   底（２）によって閉鎖される少なくとも１つの箱（３）とを有し、
   その底（２）は、２つの長辺側末端及び短辺側末端を有し、かつ、多数の開口部（６）を備えており、
   それらの開口部（６）が、管（４）を受容し、かつ管（４）を向く方向に延びるバーリング加工部として構成されており、
   底（２）が多数の短い第１突片（７ａ）および／または突部を有し、
   第１突片（７ａ）は、実質的に一定の高さを有し、底（２）の両方の長辺側末端領域のみに形成されていて、しかも、多数の開口部（６）の間にそれら開口部（６）の長辺側に沿って短く延びて、底（２）の中央領域には延びていないことを特徴とする熱交換器。
2. 短い第１突片（７ａ）とは異なる短い複数の第２突片(７ｂ)が、底（２）の短辺側末端に配置されていて、Ｕ形状を有し、そのＵ形状は底の中心に向かって丸くされ、外方に向かって急峻に構成され、実質的に一定の高さを有することを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
3. 第１及び／又は第２突片（７ａ；７ｂ）が管（４）の長手方向で箱（３）に向かって隆起していることを特徴とする、請求項２記載の熱交換器。
4. 第１及び／又は第２突片（７ａ；７ｂ）が塑性加工によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の熱交換器。
5. 管（４）がバーリング加工部と同一平面で成端するか、それから多少張り出すことを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
6. 底（２）が第１及び／又は第２突片（７ａ；７ｂ）およびバーリング加工部を除き平らに構成されており、底（２）の長辺側末端と短辺側末端が８０〜９０°の角度で箱（３）の方向に折り曲げられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の熱交換器。
7. 箱（３）が、底（２）の方向に張り出す鼻端を有し、この鼻端が箱（３）の周面から離間して構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の熱交換器。
8. 鼻端の周面にシールが配置されていることを特徴とする、請求項７記載の熱交換器。
9. シールが張架または射出成形されていることを特徴とする、請求項７または８記載の熱交換器。
10. シールが複数の耳状の保持要素（１３’）を有し、これらの保持要素（１３’）が、底（２）の隅（８）に設けられる切欠き部内に吊掛け可能であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項記載の熱交換器。
11. 鼻端の高さが第１突片（７ａ）の高さにほぼ一致することを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項記載の熱交換器。
12. 鼻端が第１突片（７ａ）に当接することを特徴とする、請求項７乃至１１のいずれか１項記載の熱交換器。
13. 箱（３）が底（２）の近傍でその内周面に、内方に延びる肋片（１４）または突起を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項記載の熱交換器。
14. 肋片（１４）または突起が第１突片（７ａ）に当接することを特徴とする、請求項１３記載の熱交換器。
15. 肋片（１４）または突起の高さが箱（３）の方向で減少していることを特徴とする、請求項１３または１４記載の熱交換器。
16. 管（４）用の開口部（６）が、互いに隣接している肋片（１４）または突起の間に延びることを特徴とする、請求項１３または１４記載の熱交換器。

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