JP2007518958A - 熱交換器、特に油・冷却材冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器を改良する。
【解決手段】 板形熱交換器、特に積層板形油冷却器（１）であって、２つの隣接する熱交換プレート（２）が空隙を限定し、この空隙を熱交換媒体または第２の被冷却媒体または被加熱媒体が流通し、一方の末端にベースプレート（３）が設けられており、このベースプレートが熱交換器の隣接する最も外側の熱交換プレート（２）に少なくとも実質平面的に当接しているものにおいて、ベースプレート（３）が、熱交換プレート（２）に対応して延びる輪郭を備えた窪み（５）を有することを特徴とする熱交換器。
【選択図】 図１ａ

Description

本発明は、板形熱交換器、特に積層板形油冷却器であって、２つの隣接する熱交換プレートが空隙を限定し、この空隙を熱交換媒体または第２の被冷却媒体または被加熱媒体が流通し、一方の末端にベースプレートが設けられており、このベースプレートが熱交換器の隣接する最も外側の熱交換プレートに少なくとも実質平面的に当接しているものに関する。

特許文献１により公知のプレート形熱交換器は積み重ねられた槽状熱交換プレートを有し、プレートの周縁が相当接しかつ互いに密に蝋付されており、熱交換プレートはすべて同じ形状を有する。その際、最も下の熱交換プレートが成端プレートによって閉鎖されており、成端プレートは熱交換プレートの底に平らに当接し、成端プレートに接続用開口部が設けられている。成端プレートは完全に平らに構成されている。相応に構成された成端プレートを備えた公知の積層板形油冷却器が図９と図１０に示してある。

このような熱交換器には、特にその安定性に関してなお要望が残る。
欧州特許出願公開第０６２３７９８号明細書

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、ベースプレートが、熱交換プレートに対応して延びる輪郭を備えた窪み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、板形熱交換器、特に積層板形油冷却器が設けられており、ベースプレートは隣接した熱交換プレートに対応した窪んだ面を有する。特に、最も外側の熱交換プレートの側面は少なくともその下側領域において、ベースプレートの窪んで延びる輪郭の側面に当接している。形状接合式当接によって最も外側の熱交換プレートとベースプレートとの間に大きな接触面、従って結合面が得られ、蝋等によって相応に結合した場合良好な接合が生じ、従って最適な力伝達が生じ、ベースプレートが熱交換器の安定性を著しく高めることになる。

好ましくは、最も外側の熱交換プレートの縁は、少なくとも隣接熱交換プレートと結合されているその縁領域において、ベースプレートから上に張り出している。

ベースプレートの窪みは熱交換器の最も外側の熱交換プレートの材料厚よりも大きく、好ましくは少なくとも、ベースプレートに当接する最も外側の熱交換プレートと次に最も外側の熱交換プレートとの間の内法高さの半分を加えた熱交換器熱交換プレートの材料厚と同じ深さである。窪みの深さは最適には、少なくとも、ベースプレートに当接する最も外側の熱交換プレートと次に最も外側の熱交換プレートとの間の内法高さを加えた熱交換器熱交換プレートの材料厚と同じ深さである。

ベースプレートの輪郭は主にエンボス加工または切削加工によって製造される。別の製造法が可能であり、ベースプレートは例えば鋳造される。

しかし本発明に係る熱交換器は一方で油冷却器として、蒸発器または凝縮器としても、または例えば給気／冷却材冷却器としても利用することができる。このような機構の冷凍サイクルは（車両）室内の空気調和に利用できるだけでなく、電気負荷、エネルギー溜、電圧源等の熱源の冷却、または過給機の給気の冷却にも利用できる。例えば、冷却材を付加されるコンパクトな熱交換器において空調装置の冷媒の凝縮が行われ、冷却材が熱交換器内で熱を他の媒体としての空気に放出するとき、熱交換器は凝縮器である。本発明により構成される熱交換器内での別の媒体の蒸発もしくは凝縮は例えば燃料電池システムに応用する場合にも起きることがある。

熱交換器、特に本発明に係る熱交換器を製造するための本発明に係る方法では、ベースプレートがそのエンボス加工によって製造され、引き続き熱交換プレートとベースプレートとの相応に整列した積層が行われ、その後に硬蝋付による結合が行われる。特に、プレートがそれらの縁で互いに密封結合され、特に同時に断面の接触個所で隣接プレートの結合が行われるように、硬蝋付によるプレートの結合は行われる。これにより、特別有利な構成において、安定した捩り剛性要素が製造される。

以下、図面を参考に変更態様を有する４つの実施例に基づいて本発明が詳しく説明される。

熱交換器として利用される板積層形油冷却器１は例えば特許文献１に開示されており、その開示内容がここに明確に一緒に含められるが、この油冷却器は多数の積み重ねられた打ち抜き深絞り熱交換プレート２を有し、プレートの間を冷却材と油が交互的順番で流れる。冷却材接続部での流れ方向が図２に矢印で明示されている。油は下から給排される。

油接続部を取付けて板積層形油冷却器１を組立てるために最も下の熱交換プレート２の下面にベースプレート３が取付けられている。このベースプレート３は図１ａに示すように窪み５を、ここでは第１実施例により凹部を、その上面６に有し、窪みは少なくともその下側平坦領域と側面領域とに、最も下の熱交換プレート２の下面に一致した輪郭を備えている。窪み５はフライス加工によって矩形ベースプレート３に形成されており、ベースプレート３の下面はその形状に変化がない。

窪み５の深さは、最も下の熱交換プレート２の材料厚に両方の下側熱交換プレート２の間の内法高さを加えたものに近似的にほぼ一致する。

第１実施例の変更態様によれば窪み５は第１実施例の窪み５よりも多少深く、ここでは両方の最も下の熱交換プレート２の間の内法高さを加えた熱交換プレート２の材料厚の約２倍に構成されている。

図４ａに示す第２実施例は実質的に第１実施例に一致しており、これによればベースプレート３は切削［原文：非切削］加工の枠内で過度な材料除去を避けるためにその下面に、ほぼ熱交換プレート２の延長上の１領域に、張出し領域８を有する。その際、張出し領域８は平らな底を有する。張出し領域８によって、ベースプレート３の極力少ない変形と材料除去とにおいて窪み５の深さ増大を可能とすることができる。

図４ｂに示す変更態様によれば窪み５の深さは第１実施例の変更態様による窪み５の深さにほぼ一致している。

図５に第３実施例として断面図で示す積層板形油冷却器１は互いに結合される熱交換プレート２とベースプレート３とで形成されている。熱交換プレート２の間に、外方で閉鎖された空洞が形成されている。空洞はそれぞれ少なくとも１つの供給管路および排出管路を介して第１媒体もしくは第２媒体を交互に供給され、相応する媒体も流通させる。熱交換プレート２の各断面の間に接触個所が現れるように、プレートは異形化されている。これら接触個所の領域で熱交換プレート２は互いに素材接合式に結合され、一般に蝋付されている。熱交換プレート２の間に形成される第１媒体もしくは第２媒体の流れが相応する供給管路から相応する排出管路へと直線的に延びるのではないように熱交換プレート２は構成されている。このような熱交換プレート２の１例が図８に示してある。

熱交換プレート２は反復する波形断面を有することができ、その場合波形断面は貫流方向を横切る少なくとも１方向に延びており、この１方向は媒体流入部から流出部への直線的結合である。この方向の周りを波形断面はジグザグ状に延びている。このような波形断面は、相応する空洞を流通する媒体の流れを誘導するのに適した流れ誘導領域を簡単に形成する。そのことによって流れはその推移において有利なことに数回方向転換され、もしくは熱交換プレート２の相互距離が異なる大きさに造形された領域を流通する。それゆえにこれらの領域では流れ速度が変化する。同時に、有利なことに、媒体が全体として熱交換プレート２の面全体に分配され、こうして熱交換面全体の極力最適な利用を行うことが達成される。流通する媒体の流れ挙動（粘度）に依存して乱流も現れる。通路内で再三起きる流体の方向変化と、開口する波形通路の領域で事情によって生じる旋回流が、生成する境界層を再三破り開く。そのことから熱伝達が向上する。

選択的に、波形断面は流れ領域の間に直線的に延びる脚部を有することができ、波形断面の推移は脚部の脚長と脚部の間に与えられた脚角度と波形断面の断面深さとによって特徴付けられている。波形断面の断面は脚部領域における推移と湾曲領域における推移とによってその横断面を確定され、好ましい諸構成はこれらの領域において横断面形状の変更を予定することができる。

熱交換プレート２のジグザグ状に延びる波形断面は特に脚長と隣接する脚部の間の脚角度と断面深さとによって特徴付けられる。本発明の好ましい諸構成では、脚長が８〜１５ミリメートルの範囲内、主に９〜１２ミリメートルの範囲内である。断面深さ‐これは例えば波頭とプレート中立面との間の距離からなる‐の代表的値は０．３〜１．５ｍｍの範囲内である。多くの用途にとって０．５〜１ｍｍの断面深さが有利なことがあり、約０．７５ｍｍの値が優先されることがある。波形断面の２つの脚部の間の脚角度は主に４５°〜１３５°である。特に９０°前後の値は流体の分布、貫流速度、熱交換器の処理能力に関する良好な妥協である。脚長と脚角度は一方で波形断面の流れ誘導機能を限定し、しかし他方で隣接熱交換プレート２相互の接触個所も限定する。接触個所は熱交換器の安定性にとって必要である。多くの用途において軽量化と熱交換との理由から望まれるように熱交換プレート２の材料厚が小さく選択される場合、媒体による圧力付加に対する熱交換プレート２の固有剛性は相互的支えなくしては保証することができない。好ましい構成において熱交換プレート２の結合は接触個所の領域において硬蝋付によって行われ、このため熱交換プレート２は少なくとも片面が半田等の蝋付用フラックスで被覆されている。脚長および脚角度の選択は主に、流通する媒体およびその粘度に依存して行われる。脚長と脚角度は、発生する流れ速度およびそれと結び付いた熱交換とに大きく影響するので、その都度の使用目的に適合される。前記値は特に、エンジン油と冷却水との間で熱交換が行われる車両において油冷却器としての熱交換器の使用に関係している。それらはさらに、熱交換プレート２の寸法設計と熱交換プレート２の距離から生じる空隙の寸法設計とにも当然依存している。

波形断面の造形は実質的に、この領域における断面の外稜に垂直な横断面形状と、波形断面の伸長方向を横切る推移においてピッチによって確定される断面系列とによって、熱交換プレート２全体にわたって確定される。好ましい諸構成では一定したピッチ、つまり相隣接する２つの任意の波形断面の固定距離が予定される。波形断面の造形が有利であるのは、特に、それが波尾の外面に扁平領域を有するときである。この扁平領域は特に幅が０．１〜０．４ｍｍである。扁平領域は相隣接する熱交換プレート２の良好な平面的当接を可能とし、それとともに隣接する熱交換プレート２相互の支えもしくは‐硬蝋付等による‐結合の容易かつ安定した実現を可能とする。

熱交換プレート２は相互に同一または相一致させて造形しておくことも、類似または異なる態様に造形しておくこともできる。相互に同一の熱交換プレート２は、波形断面の特有の性質と波形断面の造形とに関して同一の性質を有する。相対応する熱交換プレート２は構造が相互に同じであるが、しかし熱交換プレート２が例えば相互に異なる脚角度を有することが可能である。相対応する熱交換プレート２は主に相互に異なる造形の波形断面および／または相互に異なる値の特有な変量を有するが、しかし縁の構成に関しておよび熱交換プレート２の前面および裏面の構成に関して相対応している。例えば、脚角度の違いのみによって特有な変量の点で異なる２つの相対応する熱交換プレート２を交互に使用すると、異形化領域において熱交換プレート２の相互接触個所の位置および相対位置が所要の剛性および所要の流通に関して簡単に最適化可能であるという利点が得られる。

熱交換プレート２およびベースプレート３の材料はここではアルミニウムである。この材料は、密度が低く、同時に例えばエンボス加工によって波形断面の作製を簡単に可能にする利点を有する。接触個所の領域および縁領域において２つの隣接するプレートの結合を製造するために少なくとも片面全体に硬蝋等の蝋付用フラックスを被覆しておくことができる。蝋付用フラックスの選択と蝋付用フラックス塗布の層厚とに応じて、蝋付用フラックスでの両面被覆を設けておくこともできる。蝋付用フラックスでの被覆は、特にブロック内の縁と供給管路および排出管路との領域において、他の補助手段もしくは補助物質を利用することなく接合工具（硬蝋付炉）を使った接合過程で２つのプレート相互の流体密な結合を確実に製造するのに役立つものである。

熱交換プレート２の間の結合、そして最も下の熱交換プレート２とベースプレート３との間の結合は、特に硬蝋付によって製造されている。熱交換プレート２の縁領域において熱交換器の良好な密封作用と同時に安定した構造とを達成するために、熱交換プレート２が曲折縁を有し、縁の高さは、少なくとも２つの相隣接する熱交換プレート２がこの縁領域で相当接して部分的に重なるように選択しておくことができる。縁領域で部分的に重なる熱交換プレート２の数は５までとすることができる。部分的に重なる熱交換プレート２の数が大きければ大きいほど、これにより形成されかつ外側で熱交換器を閉鎖する壁体は一層剛性になる。これは同時に、熱交換プレート２を外側で持続的に安定し抵抗力のある流体密な成端の製造を促進する。好ましいさらなる諸構成では、波形断面が縁内にまで、特にその幅全体にわたって延びている。波形断面の造形時、熱交換プレート２がなおかつ積重ね可能に留まることに留意しなければならず、これは、縁領域における波形断面の推移が２つの隣接する熱交換プレート２の組立位置まで相互に調整されることによってなされる。

図６と図７が示す変更態様は第３実施例に一致しており、そのベースプレート３は熱交換プレート２のほぼ延長上に張出し領域８をその下面に有する。この実施例によっても張出し領域８は平らな底を有する。

第１実施例による積層板形油冷却器を図３のＡ‐Ａ線に沿って示す断面図である。 第１実施例の変更態様による積層板形油冷却器を図３のＡ‐Ａ線に沿って示す断面図である。 図１ａの積層板形油冷却器の斜視図である。 図１ａの積層板形油冷却器の平面図である。 第２実施例による積層板形油冷却器の断面図である。 第２実施例の変更態様による積層板形油冷却器の断面図である。 第３実施例による積層板形油冷却器の断面図である。 第４実施例による積層板形油冷却器の断面図である。 図６の細部図である。 第３、第４実施例による熱交換プレートを示す。 技術の現状による積層板形油冷却器の断面図である。 図９の細部Ｂの詳細図である。

符号の説明

１ 板積層形油冷却器
２ 熱交換プレート
３ ベースプレート
５ 窪み
６ 上面
８ 張出し領域

Claims (9)

1. 板形熱交換器、特に積層板形油冷却器（１）であって、２つの隣接する熱交換プレート（２）が空隙を限定し、この空隙を熱交換媒体または第２の被冷却媒体または被加熱媒体が流通し、一方の末端にベースプレート（３）が設けられており、このベースプレートが熱交換器の隣接する最も外側の熱交換プレート（２）に少なくとも実質平面的に当接しているものにおいて、ベースプレート（３）が、熱交換プレート（２）に対応して延びる輪郭を備えた窪み（５）を有することを特徴とする熱交換器。
2. 最も外側の熱交換プレートの側面が、少なくともその下側領域において、ベースプレート（３）の窪んで延びる輪郭の側面に当接することを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
3. 最も外側の熱交換プレート（２）の縁がベースプレート（３）から上に張り出すことを特徴とする、請求項１または２記載の熱交換器。
4. ベースプレート（３）の窪み（５）が熱交換器熱交換プレート（２）の材料厚よりも大きいことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
5. ベースプレート（３）の窪み（５）が、少なくとも、ベースプレート（３）に当接する最も外側の熱交換プレート（２）と次に最も外側の熱交換プレート（２）との間の内法高さの半分を加えた熱交換器熱交換プレート（２）の材料厚と同じ深さであることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
6. ベースプレート（３）の窪み（５）が、少なくとも、ベースプレート（３）に当接する最も外側の熱交換プレート（２）と次に最も外側の熱交換プレート（２）との間の内法高さを加えた熱交換器熱交換プレート（２）の材料厚と同じ深さであることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
7. ベースプレートの輪郭がエンボス加工、鋳造または切削加工によって製造されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
8. ベースプレート（３）が媒体の１つ用に少なくとも１つの供給穴を有することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の熱交換器の、給気／冷却材冷却器、排気冷却器、蒸発器または油冷却器（１）としての使用。
   
   

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