JP6791536B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
第1の作動流体が平行に流れることができるように、各々が外殻内で第1のポートと第2のポートとの間に延在する1組のチューブと、
第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、外殻内で第3のポートと第4のポートとの間に延在するとともに1組のチューブを囲むプレナム空間と
を備え、
熱交換器は、中央コア領域と、第1のポートと中央コア領域との間に延在する第1の移行領域と、第2のポートと中央コア領域との間に延在する第2の移行領域とを有し、
1組のチューブのうちの少なくともいくつかについて、該チューブの各々の断面積は、第1のポートと第2のポートとの間で変化する。
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
第1の作動流体が平行に流れることができるように、各々が外殻内で第1のポートと第2のポートとの間に延在する1組のチューブと、
第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、外殻内で第3のポートと第4のポートとの間に延在するとともに1組のチューブを囲むプレナム空間と
を備え、
熱交換器は、中央コア領域と、第1のポートと中央コア領域との間に延在する第1の移行領域と、第2のポートと中央コア領域との間に延在する第2の移行領域とを有し、
第1の作動流体は第1のポートを通って熱交換器に第1の方向へ流入し、1組のチューブのうちの少なくともいくつかは、第1の作動流体が第1の方向に関して外方に流れるように第1の移行領域に形成され、および/または
第1の作動流体は第2のポートを通って熱交換器から第2の方向へ流出し、1組のチューブのうちの少なくともいくつかは、流体が第2の方向に関して内方に流れるように第2の移行領域に形成される。
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
各々が外殻内で第1のポートと第2のポートとの間に延在する1組のチューブであって、第1の作動流体が流れる第1の作動流体流路を各チューブが形成する、1組のチューブと、
第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、外殻内で第3のポートと第4のポートとの間に延在するとともに1組のチューブを囲むプレナム空間と
を備え、
1組のチューブのうちの少なくともいくつかは、管壁のうちの1つから対応する第1の作動流体流路内へ各々が突出する1つ以上のフィンを有する、少なくとも1つの第1の部分と、対応する第1の作動流体流路に面する管壁の表面が実質的に内向きに凹状である1つ以上の第2の部分とを含む。
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
各々が外殻内で第1のポートと第2のポートとの間に延在する1組のチューブであって、第1の作動流体が流れる第1の作動流体流路を各チューブが形成する、1組のチューブと、
第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、外殻内で第3のポートと第4のポートとの間に延在するとともに、1組のチューブのうちの少なくとも1つを各々が少なくとも部分的に囲む複数の流体導管を含み、流体導管の各々が第2の作動流体流路を形成する、プレナム空間と
を備え、
1組のチューブのうちの少なくともいくつかは、管壁のうちの1つから対応する第2の作動流体流路内へ各々が突出する1つ以上のフィンを有する、少なくとも1つの第1の部分と、対応する第2の作動流体流路に面する管壁の表面が実質的に外向きに凸状である1つ以上の第2の部分とを含む。
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
各々が外殻内で第1のポートと第2のポートとの間に延在する1組のチューブであって、第1の作動流体が流れる第1の作動流体流路を各チューブが形成する、1組のチューブと、
第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、外殻内で第3のポートと第4のポートとの間に延在するとともに、1組のチューブのうちの少なくとも1つを各々が少なくとも部分的に囲む複数の流体導管を含み、流体導管の各々が第2の作動流体流路を形成する、プレナム空間と
を備え、
外殻は、第1のポートに隣接する領域において1組のチューブのうちの少なくともいくつかの管壁の一部分を形成する。
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
各々が外殻内で第1のポートと第2のポートとの間に延在する1組のチューブであって、第1の作動流体が流れる第1の作動流体流路を各チューブが形成する、1組のチューブと、
第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、外殻内で第3のポートと第4のポートとの間に延在するとともに、1組のチューブのうちの少なくとも1つを各々が少なくとも部分的に囲む複数の流体導管を含み、流体導管の各々が第2の作動流体流路を形成する、プレナム空間と
を備え、
流体導管の少なくともいくつかは外殻によって形成される。
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
各々が外殻内で第1のポートと第2のポートとの間に延在する1組のチューブであって、第1の作動流体が流れる第1の作動流体流路を各チューブが形成する、1組のチューブと、
第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、外殻内で第3のポートと第4のポートとの間に延在するとともに、1組のチューブのうちの少なくとも1つを各々が少なくとも部分的に囲む複数の流体導管を含み、流体導管の各々が第2の作動流体流路を形成する、プレナム空間と、
第1のポートに隣接する領域にあり、各々が1組のチューブのうちの1つ以上の管壁を形成する1つ以上のチューブ隔壁と
を備える。
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
第1の作動流体が平行に流れることができるように、各々が外殻内で第1のポートと第2のポートとの間に延在する1組のチューブと、
外殻内で第3のポートと第4のポートとの間に延在する、第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、第3のポートと連通している第1のマニホルドと、第4のポートと連通している第2のマニホルドと、1組のチューブのうちの少なくとも1つを各々が少なくとも部分的に囲む複数の流体導管とを含み、流体導管の各々が、第1のマニホルドと第2のマニホルドとの間に延存するとともに熱交換器の中央コア領域を通って延在する第2の作動流体流路を形成する、プレナム空間と、
中央コア領域にある1つ以上の導管隔壁であって、各々が1つ以上の流体導管の壁を形成する、導管隔壁と、
各々が管壁のうちの1つを少なくとも1つの導管隔壁の端部に接続するバットレス支持部と
を備える。
この特定の実施形態では、熱交換器10を通る作動流体流路を各々が形成する73本のチューブが存在する。これらのチューブは、
最内チューブ30、
最内チューブ30の周りの第1のリング34に配置された24本組の内側チューブ32、
第1のリング34の周りの第2のリング38に配置された24本組の中間チューブ36、および
第2のリング38の周りの第3のリング42に配置された24本組の外側チューブ40
として配置される。
プレナム空間は、第1の冷却剤ポート18と連通している第1の冷却剤マニホルド48と、第2の冷却剤ポート20と連通している第2の冷却剤マニホルド50とを含む。この実施形態では、第1の冷却剤マニホルド48は外殻12内に収容され、交換器10の第1の移行領域L内に形成される。同様に、第2の冷却剤マニホルド50は外殻12内に収容され、第2の移行領域Nに形成される。図5および図6から明らかなように、第1の冷却剤マニホルド48は第1の移行領域L内でチューブ30、32、36および40を囲み、第2の冷却剤マニホルド50は第2の移行領域N内でチューブ30、32、36および40を囲む。図2は、第2の冷却剤ポート20を通って第2の冷却剤マニホルド50に入る図を提供している。
最内チューブ30を囲む最内冷却剤導管52、
チューブ32を囲み、かつ第1のリング34に配置された24本組の内側冷却剤導管54、
チューブ36を囲み、かつ第2のリング38に配置された24本組の中間冷却剤導管56、および
チューブ40を囲み、かつ第3のリング42に配置された24本組の外側冷却剤導管58
として配置される。
チューブ30、32、36および40の各々はフィン(以下、「吸熱フィン66」と呼ぶ)を含む中央部分を有し、各フィンは管壁30、32、36、40のうちの1つからそれぞれの作動流体流路内へ突出している。また、チューブ30、32、36および40の各々が有する2つの端部では、作動流体流路に面する管壁の表面が平滑である。熱交換器10を使用して作動流体から冷却剤へ熱エネルギーを伝達する用途では、吸熱フィン66は作動流体と接触する表面積を増大させ、チューブ30、32、36および40の壁への熱吸収を促進する。
図16に最も明確に示すように、熱交換器10は、各々が管壁32、36および40のうちの1つを導管隔壁60および62の少なくとも一方の端部に接続するバットレス支持部70を含む。付加的な製造技術を使用して熱交換器10が形成される実施形態では、バットレス支持部70は、部分的に形成されたチューブ32、36および40に対して幾何学的に正確な位置での導管隔壁60および62の形成を容易にする。
この特定の実施形態では、熱交換器110を通る作動流体流路を各々が形成する85本のチューブが存在する。これらのチューブは、5組の同心状リングに配置されており、例えば、
熱交換器110内で中央に配置されて第1のリング130aを形成する4本組の第1のチューブ132a、
第1のリング130aの周りの第2のリング130bに配置された12本組の第2のチューブ132b、
第2のリング130bの周りの第3のリング130cに配置された24本組の第3のチューブ132c、
第1のリング130cの周りの第4のリング130dに配置された24本組の第4のチューブ132d、および、
第2のリング130dの周りの第5のリング130eに配置された24本組の第5のチューブ132e
として配置される。
プレナム空間は、第1の冷却剤ポート118と連通している第1の冷却剤マニホルド148と、第2の冷却剤ポート120と連通している第2の冷却剤マニホルド150とを含む。この実施形態では、第1の冷却剤マニホルド148は、外殻112内に収容され、交換器110の第1の移行領域L2内に形成される。同様に、第2の冷却剤マニホルド150は、外殻112内に収容され、第2の移行領域N2に形成される。図23から明らかなように、第1の冷却剤マニホルド148は第1の移行領域L2内でチューブ132を囲み、第2の冷却剤マニホルド150は第2の移行領域N2内でチューブ132を囲む。
中央架橋要素160aと、
第1のリング130aおよび第2のリング130bにおいてチューブ132を形成するチューブ隔壁の間に延在する4つの架橋要素160bと、
第2のリング130bにおいてチューブ132を形成するチューブ隔壁の特定の隣り合う対の間に延在する8つの架橋要素160cと、
第2のリング130bおよび第3のリング130cにおいてチューブ132を形成するチューブ隔壁の間に延在する12の架橋要素160dと、
第3のリング130cにおいてチューブ132を形成するチューブ隔壁の特定の隣り合う対の間に延在する12の架橋要素160eと、
第3のリング130cおよび第4のリング130dにおいてチューブ132を形成するチューブ隔壁の間に延在する24の架橋要素160fと、
第4のリング130dおよび第5のリング130eにおいてチューブ132を形成するチューブ隔壁の間に延在する24の架橋要素160gと、
外殻112と、第5のリング130eにおいてチューブ132eを形成するチューブ隔壁との間に延在する24の架橋要素160hと
を含む。
チューブ132の各々は熱伝達フィン166を含む中央部分を有し、各熱伝達フィンはチューブ隔壁のうちの1つからそれぞれの作動流体流路内へ突出している。さらに、チューブ132の各々は熱伝達フィン168を含む中央部分を有し、各熱伝達フィンはチューブ隔壁のうちの1つからそれぞれの冷却剤導管内へ突出している。この実施形態では、チューブ132のこれらの中心部分は熱交換器110の中央コア領域M2内に配置される。さらに、チューブ132のこれらの中央部分は、第1の移行領域L2および第2の移行領域N2内に延在する。
Claims (31)
- 第1の作動流体と第2の作動流体との間で熱エネルギーを伝達するための熱交換器であって、前記熱交換器が、
第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、第4のポートとを含む複数の開口部を有する外殻と、
各々が前記外殻内で前記第1のポートと前記第2のポートとの間に延在する1組のチューブであって、前記第1の作動流体が流れる第1の作動流体流路を各チューブが形成している、1組のチューブと、
前記第2の作動流体が流れるプレナム空間であって、前記外殻内で前記第3のポートと前記第4のポートとの間に延在しており、前記プレナム空間が、前記1組のチューブのうちの少なくとも1つを各々が少なくとも部分的に囲む複数の流体導管を含み、前記流体導管の各々が第2の作動流体流路を形成している、プレナム空間と
を備え、
前記外殻が、前記第1のポートに隣接する領域および/または前記第2のポートに隣接する領域において前記1組のチューブのうちの少なくともいくつかの管壁の一部分を形成している、熱交換器。 - 前記1組のチューブのうちの少なくともいくつかは、前記管壁のうちの1つから突出する1つ以上のフィンを有する、少なくとも1つの第1の部分を含む、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記プレナム空間は、前記1組のチューブを囲んでおり、前記1つ以上のフィンは、前記管壁のうちの1つから対応する前記作動流体流路内へ各々が突出しており、前記1組のチューブのうちの少なくともいくつかは、対応する前記第1の作動流体流路に面する前記管壁の表面が実質的に内向きに凹状を成す、1つ以上の第2の部分を含む、請求項2に記載の熱交換器。
- 前記1つ以上のフィンは、前記管壁のうちの1つから前記第2の作動流体流路内へ各々が突出しており、前記1組のチューブのうちの少なくともいくつかは、対応する前記第2の作動流体流路に面する前記管壁の表面が実質的に外向きに凸状を成す、1つ以上の第2の部分を含む、請求項2に記載の熱交換器。
- 中央コア領域と、前記第1のポートと前記中央コア領域との間に延在する第1の移行領域と、前記第2のポートと前記中央コア領域との間に延在する第2の移行領域とをさらに含み、前記少なくとも1つの第1の部分が前記中央コア領域に少なくとも部分的に延在しており、前記第2の部分の各々が前記第1の移行領域および前記第2の移行領域のうちの対応する一方に延在している、請求項3または4に記載の熱交換器。
- 前記フィンが略蛇行形状を有し、対応する前記作動流体流路に関して略細長である、請求項2に記載の熱交換器。
- 前記フィンが複数組のフィンで構成されており、各組におけるフィン同士が、対応する前記作動流体流路の方向において離間している、請求項2に記載の熱交換器。
- 前記フィンの少なくともいくつかが、前記フィンの長手方向に沿ってギザギザの構造を有する、請求項2に記載の熱交換器。
- 前記ギザギザの構造が、対応する前記フィンの長手方向に沿って間隔を置いて配置された1つ以上の胸壁構造によってもたらされている、請求項8に記載の熱交換器。
- 前記流体導管の少なくともいくつかが前記外殻によって形成されている、請求項1に記載の熱交換器。
- 中央コア領域と、
前記第1のポートと前記中央コア領域との間に延在する第1の移行領域と、
前記第2のポートと前記中央コア領域との間に延在する第2の移行領域と
をさらに備え、前記少なくとも1つの第1の部分が前記中央コア領域に設けられており、前記第2の部分の各々が前記第1の移行領域および前記第2の移行領域のうちの対応する一方に設けられており、
前記外殻が、前記中央コア領域において対応する前記流体導管を形成している、請求項3または4に記載の熱交換器。 - 前記第1のポートに隣接する領域において、各々が前記1組のチューブのうちの1つ以上の前記管壁を形成する1つ以上のチューブ隔壁をさらに備える、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記第2のポートに隣接する領域において、各々が前記1組のチューブのうちの1つ以上の前記管壁を形成する1つ以上のチューブ隔壁をさらに備える、請求項12に記載の熱交換器。
- 前記チューブ隔壁が1つ以上の環状チューブ隔壁を含む、請求項12または13に記載の熱交換器。
- 前記環状チューブ隔壁の各々が円形断面を有する、請求項14に記載の熱交換器。
- 前記チューブ隔壁が1つ以上の径方向チューブ隔壁を含む、請求項12に記載の熱交換器。
- 各チューブ隔壁が2つ以上の第1の作動流体流路の間に延在している、請求項12に記載の熱交換器。
- 中央コア領域と、
前記第1のポートと前記中央コア領域との間に延在する第1の移行領域と、
前記第2のポートと前記中央コア領域との間に延在する第2の移行領域と
をさらに備え、前記少なくとも1つの第1の部分が前記中央コア領域に設けられており、前記第2の部分の各々が前記第1の移行領域および前記第2の移行領域のうちの対応する一方に設けられており、
前記熱交換器は、前記第1のポートに隣接する領域において、各々が前記1組のチューブのうちの1つ以上の管壁を形成する1つ以上のチューブ隔壁をさらに備え、
各チューブ隔壁が前記第1の移行領域または前記第2の移行領域のそれぞれで開裂しており、その結果、各第1の作動流体流路の前記管壁が前記中央コア領域で前記第1の作動流体流路に専用のものとなっている、
請求項3または4に記載の熱交換器。 - 各々が前記中央コア領域において1つ以上の前記流体導管の壁を形成する1つ以上の導管隔壁をさらに備える、請求項18に記載の熱交換器。
- 対応する複数の前記流体導管内で複数の前記管壁を各々が離間させる複数の架橋部材をさらに備える、請求項12に記載の熱交換器。
- 前記プレナム空間が、前記第3のポートと前記流体導管の第1の端部との間に存在する第1のマニホルドを含み、前記第1のマニホルドが前記1組のチューブの一部分を囲んでいる、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記プレナム空間が、前記第4のポートと前記流体導管の第2の端部との間に存在する第2のマニホルドをさらに含み、前記第2のマニホルドが前記1組のチューブの別の部分を囲んでいる、請求項21に記載の熱交換器。
- 前記1組のチューブのうちの少なくともいくつかの断面積が、前記第1のポートと前記第2のポートとの間で変化している、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記熱交換器は、中央コア領域と、前記第1のポートと前記中央コア領域との間に延在する第1の移行領域と、前記第2のポートと前記中央コア領域との間に延在する第2の移行領域とを有し、前記1組のチューブのうちの少なくともいくつかについて、該チューブの各々の断面積が、前記第1のポートおよび前記第2のポートのそれぞれに隣接する部分よりも、前記中央コア領域の部分で大きくなっている、請求項23に記載の熱交換器。
- 前記熱交換器が、中央コア領域と、前記第1のポートと前記中央コア領域との間に延在する第1の移行領域と、前記第2のポートと前記中央コア領域との間に延在する第2の移行領域とを有し、
前記第1の作動流体が前記第1のポートを通って前記熱交換器に第1の方向へ流入し、前記1組のチューブのうちの少なくともいくつかが、前記第1の作動流体が前記第1の方向に関して外方に流れるように前記第1の移行領域に形成されており、および/または
前記第1の作動流体が前記第2のポートを通って前記熱交換器から第2の方向へ流出し、前記1組のチューブのうちの少なくともいくつかが、前記流体が前記第2の方向に関して内方に流れるように前記第2の移行領域に形成されている、請求項1に記載の熱交換器。 - 前記第1の方向と前記第2の方向が平行である、請求項25に記載の熱交換器。
- 前記第1の作動流体が前記熱交換器に同軸上で流入および流出するように、前記第1のポートおよび前記第2のポートが構成されている、請求項25または26に記載の熱交換器。
- 中央コア領域をさらに有し、前記外殻が前記中央コア領域において略円筒形状を有する、請求項1に記載の熱交換器。
- 中央コア領域をさらに有し、前記外殻が、前記中央コア領域から前記第1のポートおよび前記第2のポートの各々に向かって狭くなっている、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記外殻が、ジョイントおよび/または継ぎ目のない構造体からなる単一の構成要素である、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記熱交換器が、ジョイントおよび/または継ぎ目のない構造体からなる単一の構成要素である、請求項1に記載の熱交換器。
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