JP5933757B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明の分野は、自動車で用いられる熱交換器の分野である。より詳しくは、本発明は、熱伝導流体を冷却するための、冷媒と熱伝導流体との間の交換器に関連する。

自動車で用いられる熱交換器は、通常、熱交換コアを形成するように長手方向に積み重ねられた複数のチャンバを備えている。より正確には、これらのチャンバのうち、第１流体は、複数の第１チャンバを通って流れることを意図されており、第２流体は、複数の第チャンバを通って流れることを意図されている。したがって、第１チャンバおよび第２チャンバのアセンブリは、熱交換コア、すなわち一方の流体から他方の流体への熱量の伝達を促進させるために流体が互いに近接される熱交換器の領域、を形成している。

これらのチャンバを画成するために、第１流体を収容可能な第１チャンバが、それぞれ一対の第１プレートにより画成され、第２流体を収容可能な第２チャンバが、それぞれ一対の第２プレートにより画成されるようにプレートを積み重ねることが既に知られている。これらのプレートの間には、通常、１つの循環プレートと、２つのカバープレートと、がある。循環プレートの各々は、２つのカバープレートの間に配置されており、少なくとも１つのチャンバ、好ましくは２つのチャンバを収容するために、その中心において主に開口されている。したがって、熱交換器のチャンバの各々は、そこに付随された循環プレートにおいて開口されることにより軸方向に画成されているとともに、当該循環プレートを取り囲む２つのカバープレートにより長手方向に画成されている。

また、第１プレートおよび第２プレートが画成するチャンバの両側に位置決めされた第１プレートおよび第２プレートの端部において、第１プレートおよび第２プレートに開口を形成することが既に知られている。したがって、各プレートは、チャンバの内側で対応する流体を循環させるために、対応するチャンバと連通する２つの「第１」開口と、２つの「第２」開口と、を有している。第１プレートの第２開口は、第２プレートの第２開口と連通することを意図されており、その逆もまた同様である。

交換器を作製する時、第１プレートおよび第２プレートは、長手方向において順に積み重ねられる。この目的のために、はんだ処理でこれらのプレートを互いにはんだ付けすることが知られている。

しかしながら、第１プレートおよび第２プレートの大きな数に起因して、はんだ接合の数は、必然的に高くなり、これにより、リークのおそれが生じる。

本発明により対処される課題は、はんだ接合の数を減少させるとともに、熱伝導流体と冷媒との間の熱交換を十分に促進させるという課題である。

本発明により対処される更なる課題は、製作に関して、熱交換器の重さおよびコストを減少させるという課題である。

この目的のために、本発明によれば、第１流体と第２流体との間の熱交換を起こすための熱交換器であって、熱交換コアを形成するように長手方向に積み重ねられた複数のチャンバを備え、少なくとも１つの第１チャンバは、一対の第１プレートによって画成され、前記第１流体を収容することが可能であり、少なくとも１つの第２チャンバは、一対の第２プレートによって画成され、前記第２流体を収容することが可能であり、前記第２プレートは、前記第２チャンバと連通する開口部を有する、という熱交換器は、前記第１プレートが、それぞれ、少なくとも２つの第１開口部と少なくとも２つの第２開口部とを有し、前記２つの第１開口部は、前記第１チャンバと連通しており、前記２つの第２開口部は、前記第２プレートの前記開口部と連通している、という点に特徴がある。

したがって、本発明によれば、軸方向および長手方向の両方で、画成のために必要とされるプレートの数が減少される。実際、例えば第１チャンバを画成するために、ただ一対の第１プレートを一緒にはんだ付けすれば十分であるが、以前の構成は、これのために少なくとも３つのプレート（１つの循環プレートと２つのカバープレート）を必要とする。同様に、第１チャンバと次に第２チャンバとを画成するために、本発明は、必要とされるプレートの数が４つ（一対の第１プレートと一対の第２プレート）に制限されることを可能にするが、以前の構成は、これのためにすくなくとも５つのプレート（２つの循環プレートと３つの交互に積み重ねられたカバープレート）を必要とする。したがって、プレートの数を減少させることにより、本発明は、また、プレート間のはんだ接合の数が減少されることを可能にし、これにより、熱交換コアにおけるリークのおそれを制限する。

チャンバは長手方向に画成されるため、本発明は、熱伝達流体と冷媒とが当該チャンバを通って流れる時に熱伝達流体と冷媒との間の全体的に十分な熱の交換を可能にする、ということに注意されよう。

本発明が必要とされるプレートの数が減少されることを可能にする限りにおいて、本発明は、また、製作に関して、熱交換器の重量およびコストが減少されることを可能にする、ということにも注意されよう。

プレートの組み立てのために必要とされる開口部の数を制限するために、前記第２プレートは、それぞれ、ただ２つの開口部を有し得る。そのような場合、これらの第２プレートは、前記第１チャンバと連通する開口部を有していない。

好ましくは、前記第１プレートは、前記第２プレートから離れており、これにより、これらのプレートにより画成されるチャンバが区別されることを可能にし、いくつかのチャンバは、第１流体を収容することが可能であり、残りのチャンバは、第２流体を収容することが可能である。また、そのように製造された熱交換コアは、モジュール式である。

前記第１プレートに関して、その前記第１開口部および前記第２開口部は、その２つの各長手端部に形成され得て、これにより、チャンバがこれらのプレートの中心に形成されることを可能にする。

前記第２プレートに関して、その前記開口部は、有利には、その１つの長手端部に形成されている。

熱交換コアを組み立てる目的で、第２プレートが第１プレートより少ない開口部を有しているため、前記第１プレートの長さは、前記第２プレートの長さより大きい、ということが規定され得る。

好ましくは、前記第１プレートの一方は、前記第２プレートの一方と結合されている。したがって、直接隣り合うプレートを機械的に接続するはんだ接合を除いて、エアは、プレート間を通過することを防止され、これにより、エア／流体の交換が除去されることを可能にする。

さらに、各プレートは、エッジによってその周縁部において画成された変形部を有し得て、当該変形部の底部は、前記周縁部エッジが延びる平面から離れた平面内で延びており、これにより、少なくとも部分的に前記対応するチャンバを画成する。

この場合、前記変形部は、Ｕの形状で流体を循環させるための回路を形成するために前記対応するチャンバを分割するように配置された溝部を有し得る。

また、すべてのチャンバは、Ｕの形状で前記流体を循環させるための回路を画成するように配置され得て、Ｕの形状の第１回路は、Ｕの形状の第２回路に対して逆転されている。

有利には、かく乱部が、少なくとも１つのチャンバの内側に配置されている。このかく乱部は、前記流体の間の熱の交換を最大化するために前記流体の流れを混乱させために使用される。

同様に、前記流体の間の熱の交換を促進させるために、前記第１流体を収容可能な前記第１チャンバと、前記第２流体を収容可能な前記第２チャンバとは、前述された長手方向に交互に積み重ねられ得る。

前記第１流体を収容可能な前記第１チャンバの各々に前記第１流体を供給するために、前記チャンバは、前記第１チャンバを外部回路と連通させることが可能な結合装置と連通するように配置されている。

前記第２流体を収容可能な前記第２チャンバの各々に前記第２流体を供給するために、前記チャンバは、前記長手方向において前記コアの端部に配置された接続装置と連通するように配置されている。

また、本発明は、前述された実施形態のいずれかによる熱交換器と、前記熱交換器に固く接続された拡張手段と、を備えた熱交換器アセンブリに関連する。

このアセンブリでは、前記拡張手段は、電磁弁を有し得る。

また、本発明は、冷媒回路と、熱伝導流体回路と、を備え、前述された実施形態のいずれかによる熱交換器が、前記回路が合流する点に設置されている、という温度調整システムに関連する。

付随する図面の図は、本発明がどのように実装され得るかを理解することを助けるであろう。図面では、同様の参照数字が類似の技術要素を示している。

図１は、本発明による熱交換器の分解斜視図である。 図２は、２つの第１チャンバに関連する、図１の交換器の第１プレートの１つの斜視図である。 図３は、２つの第２チャンバに関連する、図１の交換器の第２プレートの１つの斜視図である。 図４は、図１の熱交換器を備えた熱交換アセンブリの斜視図である。

図１は、本発明による熱交換器１の一実施の形態を示している。この熱交換器は、第１流体と第２流体との間の熱の伝達を実行することを意図されている。一実施の形態によれば、第１流体は、液体、たとえばグリコール水のような熱伝達流体であり得て、第２流体は、気体、２相または液体であり得る。

図１の実施形態では、熱交換器は、より詳しくは、冷媒ＦＲ、たとえば二酸化炭素、Ｒ１３４ａまたはＨＦＯ１２３４ＹＦと、グリコールが添加された水のような熱伝達流体ＦＣと、の間の熱の交換を生成することを意図されている。

熱交換器１は、熱交換コア２の第１端部２Ａと第２端部２Ｂの間の当該コア２を形成するように長手方向Ａ−Ａ’に積み重ねられた複数のチャンバ３および６を備えており、第２端部２Ｂは、熱交換コア２に対して第１端部２Ａとは逆にある。第１流体ＦＣは、「第１チャンバ」とよばれ得る、チャンバのいくつか３を通って流れることを意図されており、第２流体ＦＲは、「第２チャンバ」と呼ばれ得る、チャンバの残り６を通って流れることを意図されている。

一実施の形態によれば、熱交換器１は、交互に位置する第１チャンバ３と第２チャンバ６とを備えている。

第１チャンバ３および第２チャンバ６のアセンブリは、熱交換コア２、言い換えれば一方から他方への熱量の伝達を促進するようにその内部で流体ＦＣおよびＦＲが互いに近接される熱交換器１の一領域、を形成している。

第１チャンバ３の各々は、一対の第１プレート４および５によって画成されている。同様に、第２チャンバ６の各々は、一対の第２プレート７および８によって画成されている。この目的のために、図２から見ることができるように、一対の第１プレート４および５の一方の第１プレート５は、周縁部エッジ５６によって画成された変形部５５を有しており、変形部５５の底部は、周縁部エッジ５６が延びる平面から離れた平面内で延びている。一対の第１プレート４および５の他方の第１プレート４（不図示）は、変形部５５に類似する変形部を有している。したがって、チャンバ３は、第１プレート４および５に形成された変形部により両側で画成されている。

同じことが第２プレート７および８に適用される。したがって、図３から見ることができるように、一対の第２プレート７および８の一方の第２プレート８は、周縁部エッジ８４によって画成された変形部８３を有しており、変形部８３の底部は、周縁部エッジ８４が延びる平面から離れた平面内で延びている。一対の第２プレート７および８の他方の第２プレート８（不図示）は、変形部８３に類似する変形部を有している。したがって、チャンバ６は、同一の対の第２プレート７および８に形成された変形部によって両側で画成されている。

さらに、図２における第１プレート５のような、各第１プレートの変形部は、第１チャンバ３を分割するように変形部５５の中心に配置された溝部５８を有している。しかしながら、溝部５８は、変形部５５の全体に沿って延びており、これにより、溝部５８によって分離されるとともに第３変形部分３３によって互いに連通する２つの変形部分３１および３２が第１チャンバ３に形成されることを可能にする。したがって、Ｕの形状で流体を循環させるための回路は、第１チャンバ３の複数の部分３１〜３３によって形成されている。

同様に、第２プレート８のような、各第２プレートにおいて、変形部８３には、溝部８５によって分離されるとともに第３変形部分６３によって互いに連通する２つの変形部分６１および６２を画成するように配置された溝部８５が設けられている。したがって、Ｕの形状で流体を循環させるための回路は、第２チャンバ６の複数の部分６１〜６３によって形成されている。

図１に示されるように、コア２のチャンバ３および６の各々は、Ｕの形状の流体回路を画成するように配置されており、当該チャンバ３および６は、各第１チャンバ３のＵの形状の回路が第２チャンバ６のＵの形状の回路に対して反転されるように、互いに対して配置されている。したがって、図４に示されるように、流体ＦＣおよびＦＲは、同一方向でそれぞれ第１チャンバおよび第２チャンバにおいてＵ形状で循環することが可能であり、これにより、流体の一方の循環は、流体の他方と並流である。しかしながら、図４の実施の形態と比べて、一方の流体ＦＣまたはＦＲの循環の方向を反転させることにより、流体ＦＣおよびＦＲが逆方向に循環することが可能であり、これにより、一方の流体の循環は、他方の流体の循環と逆流であり、したがって、それらの間の熱の交換が促進されることを可能にする。

この実施の形態では、かく乱部９が、各第１チャンバ３および各第２チャンバ６によって画成される容積内に収容されており、かく乱部９の機能は、熱の交換を促進させるために、対応するチャンバの内側で流体の流れの循環を混乱させることである。一実施の形態では、このかく乱部９は、波形の金属シートである。

第１プレート４および５は、各々、２つの第１開口部４１、４２および５１、５２と、２つの第２開口部４３、４４および５３、５４と、を有している。第２プレートには、各々、第１プレートの第２開口部の側から延びることが可能なただ２つの開口部７１、７２および８１、７２が設けられている。

第１プレート５の開口部は、図２に見られるように、第１プレート５の２つの長手端部５Ａ、５Ｂの各々に対で配置されている。したがって、第１開口部５１，５２の対は、当該開口部が第１チャンバ３と連通するように結合装置２０と連通するように意図された側５Ａに配置されている。第２開口部５３、５４の対は、それを介して第２開口部が第２プレートの開口部と連通することが可能な側５Ｂに配置されている。

第２プレート８の開口部８１、８２の対は、図３に見られるように、第２プレートの長手端部８Ｂにおいて、それを介して開口部が第２チャンバ６と第１プレート４および５の第２開口部の両方と連通することが可能な側に配置されている。しかしながら、プレート８の他の長手端部８Ａには、前述されたタイプのいずれの開口部も形成されておらず、第２プレート７および８は、この端部８Ａの側において、第１プレート４および５より短い。したがって、第２プレート７および８は、各々、ただ２つの開口部を有している、ということが理解される。

さらに、第１プレートおよび第２プレートは、長手方向Ａ−Ａ’において順に積み重ねられており、これにより、すべての第１プレートの第１開口部４１，４２および５１，５２は、当該方向Ａ−Ａ’において互いに連通している。

さらに、第１プレートおよび第２プレートは、長手方向Ａ−Ａ’において順に積み重ねられており、これにより、第１プレートおよび第２プレートの第２開口部は、当該方向Ａ−Ａ’において互いに連通しているとともに、第２チャンバ６の各々と連通している。

第１プレートは、第２プレートから離れているため、それらははんだ付けにより隣接するプレートを結合することにより積み重ねられ得る。

したがって、各チャンバ３および６は、２つのプレートにより画成されるだけであり、これにより、リークのリスクを減少させるとともに重量およびコストを減少させるために、熱交換コア２を組み立てるために生成されるべきはんだ接合の数が制限されることを可能にする。また、第２プレート７および８にただ２つの開口部を配置することは、当該プレートの寸法が第１プレート４および５に比べて減少されることを可能にし、さらに、はんだ接合が生成されることが必要な表面領域が制限されることを可能にする。

本発明の一実施の形態では、第１プレート４および５の第１開口部４１、４２および５１、５２は、第２開口部７１、７２および８１、８２を画成するパイプの高さより大きい高さを有する一体パイプによって画成されている。さらに、第１プレート４および５の第２開口部４３、４４および５３、５４を画成するパイプの高さは、第２プレート７および８の開口部７１，７２および８１、８２を画成するパイプの高さと実質的に同一である。好ましくは、第１プレート４および５の第１開口部４１、４２および５１、５２のパイプは、第１プレート４および５の第２開口部４３、４４および５３、５４または第２プレート７および８の開口部７１、７２および８１、７２の高さの２倍と実質的に等しい高さを有する。

第２端部２Ｂの側の第１プレート５の最後５Ｃは、第１プレート５と類似しているが、中空でないという際立った特徴を有する。実際、第１流体を循環させることを可能にするその端部の各々の少なくとも１つの開口部４１、４２、４３、４４、５１、５２、５３または５４を有する第１プレート４および５とは反対に、最後の第１プレート５Ｃは、そのような開口部を有していない。

最後の第１プレート５Ｃは、取り付け手段を受ける底部を形成し得て、その機能は、熱交換器１が当該交換機のための外部支持部、たとえば車両の本体または車両に熱交換器１を接続する取り付けブラケット、に対して機械的に支持されることを保証することである、ということに注意される。

第１チャンバ３は、結合装置２０によって熱交換器１の外部回路と連通している、またはそれに接続されている。結合装置２０の機能は、第１流体ＦＣが熱交換器１の第１チャンバ３の少なくとも１つと外部回路との間で循環することを可能にすることである。

図１の一例によれば、結合装置２０は、熱交換器１の第１長手端部２Ａに設置されている。結合装置２０は、２つのパイプ２１および２２を有しており、各々が強化カラーを有している。パイプと第１プレート４との間のはんだ領域を強化することを意図された増加された材料の厚みを形成するベッドは、（コア２の第１端部２Ａの側の）第１プレート４と各パイプ２１または２２との間に位置決めされている。

本発明による熱交換機では、第２チャンバ６は、コア２の第１端部２Ａに配置された接続装置１０により、第２外部回路、たとえば冷媒回路、と連通するようにされている。接続装置１０は、第２流体ＦＲがその内部を循環することを可能にするために、第２チャンバ６と連通することを意図された２つのチューブ状の開口部１１および１２を有している。

本発明による熱交換器アセンブリ３０は、ここに説明される。当該アセンブリは、前述されたような熱交換器１を備え、それに対して、熱交換器、より詳しくは接続装置１０、に固く接続された拡張手段４０が結合される。有利には、接続装置は、冷媒の温度を測定するための手段を有しており、それは、例示として、温度センサである。拡張手段４０は、それと共に熱交換器１が協働する冷媒回路に生じる熱力学サイクルの操作に本質的な構成要素の１つである。拡張手段４０は、冷媒の圧力が第２チャンバに入る前に減少されることを保証する。そのような減少は、第１チャンバ内を循環する第１流体の冷却につながる。

熱交換アセンブリ３０の任意の一変形例によれば、拡張手段４０には、当該拡張手段を電気的に制御可能な電磁弁４５が設けられている。したがって、拡張手段４０によりもたらされる圧力の減少のレベルは、電磁弁４５に作用する外部制御装置に依存する状態にされ得る。

本発明は、有利には、熱調整システムを製造するために実装され得る。当該システムは、第１冷媒ＦＲ回路と、第２熱伝達流体ＦＣ回路と、を備え、前述されたような熱交換器が、当該回路が合流する点に設置され得る。

Claims (16)

1. 第１流体（ＦＣ）と第２流体（ＦＲ）との間の熱交換を起こすための熱交換器（１）であって、
   熱交換コア（２）を形成するように長手方向（Ａ−Ａ’）に積み重ねられた複数のチャンバ（３，６）を備え、
   少なくとも１つの第１チャンバ（３）は、一対の第１プレート（４，５）によって画成され、前記第１流体（ＦＣ）を収容することが可能であり、
   少なくとも１つの第２チャンバ（６）は、一対の第２プレート（７，８）によって画成され、前記第２流体（ＦＲ）を収容することが可能であり、
   前記第２プレート（７，８）は、前記第２チャンバ（６）と連通する開口部（７１，７２，８１，８２）を有し、
   前記第１プレート（４，５）は、それぞれ、少なくとも２つの第１開口部（４１，４２，５１，５２）と少なくとも２つの第２開口部（４３，４４，５３，５４）とを有し、
   前記２つの第１開口部（４１，４２，５１，５２）は、前記第１チャンバ（３）と連通しており、
   前記２つの第２開口部（４３，４４，５３，５４）は、前記第２プレート（７，８）の前記開口部（７１，７２，８１，８２）と連通し、
   前記第１プレートおよび前記第２プレートは、前記長手方向（Ａ−Ａ’）において順に積み重ねられ、
   前記第１プレート（４，５）の長さは、前記第２プレート（７，８）の長さより大きく、
   すべての前記第１プレートの前記第１開口部（４１，４２，５１，５２）は、前記方向（Ａ−Ａ’）において互いに連通し、
   前記第１プレートおよび前記第２プレートの前記第２開口部は、前記方向（Ａ−Ａ’）において互いに連通しているとともに、前記第２チャンバ（６）の各々と連通している
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記第２プレート（７，８）は、それぞれ、ただ２つの開口部（７１，７２，８１，８２）を有し、
   前記第２プレート（７，８）は、前記第１チャンバ（３）と連通する開口部を有していない
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１プレート（４，５）は、前記第２プレート（７，８）から離れている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記第１プレート（４，５）の前記第１開口部（４１，４２，５１，５２）および前記第２開口部（４３，４４，５３，５４）は、その２つの各長手端部（５Ａ，５Ｂ）に形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記第２プレート（７，８）の前記開口部（７１，７２，８１，８２）は、その１つの長手端部（８Ａ，８Ｂ）に形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記第１プレートの一方（５）は、前記第２プレートの一方（７）と結合されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 各プレート（４，５，７，８）は、エッジ（５６，８４）によってその周縁部において画成された変形部（５５，８３）を有し、
   前記変形部（５５，８４）の底部は、少なくとも部分的に前記対応するチャンバ（３，６）を画成するように、前記周縁部エッジ（５６）が延びる平面から離れた平面内で延びている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の熱交換器。
8. 前記変形部（５５）は、Ｕ（３１，３２，３３）の形状で前記流体（ＦＣ，ＦＲ）を循環させるための回路を形成するために前記対応するチャンバ（３）を分割するように配置された溝部（５８）を有している
   ことを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
9. すべてのチャンバ（３，６）は、Ｕの形状で前記流体（ＦＣ，ＦＲ）を循環させるための回路を画成するように配置されており、
   Ｕ（３１，３２，３３）の形状の第１回路は、Ｕ（６１，６２，６３）の形状の第２回路に対して逆転されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. かく乱部（９）が、少なくとも１つのチャンバ（３，６）の内側に配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の熱交換器。
11. 前記第１流体（ＦＣ）を収容可能な前記第１チャンバ（３）と、前記第２流体（ＦＲ）を収容可能な前記第２チャンバ（６）とは、前記長手方向（Ａ）に交互に積み重ねられている
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の熱交換器。
12. 前記第１流体（ＦＣ）を収容可能な前記第１チャンバ（３）は、前記第１チャンバ（３）を外部回路と連通させることが可能な結合装置（２０）と連通するように配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の熱交換器。
13. 前記第２流体（ＦＲ）を収容可能な前記第２チャンバ（６）は、前記長手方向（Ａ−Ａ’）において前記コア（２）の端部（２Ａ）に配置された接続装置（１０）と連通するように配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の熱交換器。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の熱交換器（１）と、
    前記熱交換器（１）に固く接続された拡張手段（４０）と、
    を備えたことを特徴とする熱交換器アセンブリ（３０）。
15. 前記拡張手段（４０）は、電磁弁（４５）を有する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器アセンブリ。
16. 冷媒（ＦＲ）回路と、熱伝導流体（ＦＣ）回路と、を備え、
    請求項１乃至１３のいずれかに記載の熱交換器が、前記回路が合流する点に設置されている
    ことを特徴とする温度調整システム。

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