JPS6227352B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプレートフイン型の熱交換器に係り、
更に詳細にはその封止バーの新規な構造に係る。

本発明による封止バーは中実材料にて構成され
ており、熱交換器のコアの偶部に或いはその長さ
方向に沿つて、ヘツダが溶接されて良い直線状の
連続的な突出フランジを与え、これによりヘツダ
を直接コアに溶接することを回避するような形状
に形成される。かかる構造は、ヘツダの溶接を自
動化することができ、溶接によりコアに与えられ
る損傷が回避され、熱交換器の熱サイクルにより
及ぼされる損傷が低減されるので有利である。

種々の流体の流れパターンを有するプレートフ
イン型の熱交換器は当技術分野に於いて良く知ら
れており、連続的な波形のフイン要素の積層より
構成されたコアより成つている。それぞれの層
は、一つの層内のフインにより構成されたチヤン
ネルが隣接する層内のフインにより構成されたチ
ヤンネルに対し直角或いは平行に延在しこれによ
りそれらのチヤンネル内を通過する流体が隣接す
る交互の層に於いて直交方向に或いは逆方向に流
れるよう装着されている。仕切シートが隣接する
交互の流体流路を分離すべく隣接するフイン層間
に配置されており、これらを構造的に支持すべく
その最上位置及び最下位置にカバーが設けられて
いる。封止バーがコアの側部上に装着されてシー
ルとして機能するようになつており、各側部上の
封止バーは一つ置きの層上に配置されており且つ
チヤンネルに平行に配置されており、これにより
第一の流体がコアの一つ置きの層内を一方の方向
に通過し且つ第二の流体が残りの層内を前記第一
の流体に対し垂直或いは平行に流れるよう構成さ
れた構造体を構成している。典型的な熱交換器構
造が米国特許第3265129号に開示されている。

流体の流れをチヤンネル内に導く為に、ヘツダ
は通常流体入口側或いは流体出口側の何れか或い
はその両方の側に於いてコアに溶接される。通常
ヘツダは殆んどの構造的荷重がかかるコアの隅部
に溶接される。フイン、仕切シート、封止バーを
含むコアは通常ろう付けにより接合されるので、
従来ヘツダを直接コアに溶接することにより問題
が発生した。というのは、かかる溶接は通常約
2000〓（1109℃）にて行なわれるからである。又
しばしばコアが変形せしめられ、ろう合金が高い
溶接温度の為に流動し、これにより多くの場合コ
アを修繕する必要が生じる。

かかる問題を解く一つの方法は、コアの矩形隅
部にコアバンドを溶接し、ヘツダをそのコアバン
ドに溶接することである。高圧或いは構造的荷重
がコアに伝達されなければならない場合には、必
要とされる溶接領域が大きくなるが、矩形隅部は
充分な溶接領域を与えることはできない。場合に
よつては封止バーは溶接領域を増大し得るよう隅
部の周りに90゜湾曲されるが、かかる構造によれ
ば封止バーの延長湾曲部に近接したコアの一部が
閉塞され、流れ面積が低下してコアの性能が低下
してしまう。前述の米国特許第3265129号は、コ
アが積層された場合当接した湾曲部が整合しこれ
によりそれらが隅部に連続的な中実の領域（これ
に対しコアバンドを使用して或いは使用せずにヘ
ツダが溶接される）を構成するよう、封止バーを
その隅部に於いて90゜以下の角度に湾曲すること
により上述の問題を解かんとするものである。し
かしかかる方法に於いてもヘツダが溶接される際
にコアに損傷が与えられ、又封止バーの湾曲角度
は90゜以下ではあるがコアの流れ面積の一部が失
なわれてしまう。

本発明は従来技術の不具合を克服するものであ
り、ヘツダを直接コアに溶接する必要がなく事実
コアそれ自身に溶接領域の無い熱交換器の封止バ
ー構造を提供するものである。

本発明の一つの目的は、改良された熱交換器構
造を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、溶接によりコアに
損傷が与えられないコアの隅部に近接した位置に
或いはコアの長さ方向に沿つて封止バーにより形
成された連続的な中実のフランジ部材にヘツダが
溶接された熱交換器を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、ヘツダを熱交
換器に溶接することが容易に自動化される熱交換
器を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、ヘツダとコア
との間に両者を接続する延在した中間部を設け、
これによりコアの熱サイクルによりヘツダより与
えられる歪を小さくし又ヘツダとコアとの接合部
の割れの発生が少なくなるよう構成された熱交換
器を提供することである。

本発明によれば封止バーが中実片より構成され
ており、且つ熱交換器のコアより離れる方向にそ
の隅部に於いて或いはその長さ方向に沿つて延在
する直線状の連続的なフランジ（このフランジに
ヘツダが溶接される）を構成するような形状に形
成されたプレートフイン型の熱交換器が得られ
る。又本発明の一つの好ましい実施例に於いて
は、コアの一方の面に於ける一つ置きの封止バー
はＬ字形をしており、かかるＬ字形の90゜湾曲し
た延長部はコアより離れる方向に延在し且つ前記
一方の面に隣接するコア面に平行に延在してお
り、一方前記隣接するコア面に於ける一つ置きの
封止バーは直線状であり且つ前記90゜湾曲した延
長部と同一距離だけ前記コアの隅部を越えて延在
し且つ同一平面にて終つている。封止バー間の仕
切りシートはフランジの強度を増大すべくコアに
対し鋭角を成す曲線状の延長タブ部をフランジの
側に含んでいる。

本発明の他の一つの実施例に於いては、コアの
一方の面に於ける一つ置きの封止バーは前記第一
実施例と同様Ｌ字形をしており、他方前記一方の
面に隣接する他方の面に於ける一つ置きの封止バ
ーは二重に湾曲されてＺ形を成している。即ちこ
れらの封止バーはコアの隅部に於いて90゜湾曲さ
れ、次いで或る短い距離だけ延在し、最終部分が
それが装着される面に平行になるよう再度90゜湾
曲されている。これら二つの種類の封止バーの湾
曲部は封止バーの端部が同一平面内にあり且つ隅
部より離れる方向に等距離だけ延在し、これによ
りヘツダが溶接される連続的なフランジを形成す
るよう構成されている。又この実施例に於ける仕
切りシートも強度を増大すべく曲線状を成してお
り且つフランジの両側に於いて外方へ延びてい
る。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。

添付の第１図は典型的なプレート・フイン／マ
ルテパス／クロスフロー型の熱交換器を示してい
る。かかる基本的な熱交換器のコアの構造及び作
動はよく知られており、本発明の一部をなすもの
ではない。コア１０の交互の層を構成し且つその
中を流体が通過するよう構成されたフインは符号
１２，１４にて示されている。隣接する交互のフ
イン層は互に他に対し垂直であり、これにより熱
交換はフイン１２により構成されたチヤンネルを
通過する第一の流体とフイン１４により構成され
たチヤンネルを通過する第二の流体との間に発生
するようになつている。添付の第１図にはコアの
符号１０にて示された層のみが図示されている
が、多数のフイン付層がコアを完成すべく同様に
積層されており、層の数は特定の用途次第であ
る。

フイン１２，１４の交互の層間には、フイン付
層を分離する仕切りシート１６が配置されてい
る。フインは標準的な方法によりこの仕切りシー
トにろう付けされている。仕切りシート１６と同
様であるが強度を増大すべくより厚い材料より成
るカバーシート１７が、当技術分野に於いて良く
知られている如く、コア１０の最上部及び最下部
にろう付けされている。

封止バー１８，２０がそれぞれフイン１２，１
４の側部に近接して装置されており、この封止バ
ーは仕切りシート１６の端部間にろう付けされて
いる。封止バーはチヤンネルに平行に装着されて
おり、チヤンネルの側部を閉塞して流体の漏洩を
阻止し、コア１０の構造的安定性及び強度を増大
し、ヘツダが溶接されて良い構造体を与えてい
る。この封止バーは重量が最も重要な問題である
場合には中空であつて良いが、図示の実施例の如
き用途の場合には中実の封止バーであるのが好ま
しい。またステンレス鋼或は他の合金より形成さ
れた中実の封止バーは同一の材料より成る壁部が
薄い中空チユーブ材よりも低廉である。

第１図に図示された好ましい実施例に於いて
は、封止バー１８はＬ字形をしており、その90゜
湾曲された延長部は符号２２にて示された隅部に
形成されている。封止バー２０は直線状であり且
つ封止バー１１の延長部２２に等しい距離だけコ
ア１０内のフインの端部を越えて延在しており、
従つてこれら交互の封止バーの端部は或る直線に
沿つて終つている。かくして封止バー１８の延長
部２２と封止バー２０のうちコアのフインの端部
を越えて延在している部分（これら両方の延長部
は同一平面内に在り且つ同一直線にて終つてい
る）とによりフランジが構成されている。

ヘツダが取付けられる熱交換器の各隅部はこれ
と同様に形成されている。封止バー２０がコアの
両端に於いてＬ字形であり且つ封止バー１８が四
つの全ての隅部に於いてフインの端部を越えて直
線状に延在するものであるかどうか、或は全ての
封止バーがその一端に於いてＬ字形をしており且
つその他端がフインの端部を越えて直線状に延在
しているかどうかは本発明に関しては問題ではな
く、何れの構造も同等に適用可能である。

第１図に図示されている如く、ヘツダ２４，２
６は封止バーの延長部により構成されたフランジ
に溶接される。図示の実施例に於いてはヘツダ２
４は重ね溶接ではなく突合せ溶接によりフランジ
に取付けられている。かかるフランジにより溶接
を自動化することが可能であり、また溶接は直接
コアに対しては行われないので、コアが溶接の熱
により損傷を受けることがない。更に熱交換器は
流体の温度が変化すると熱サイクルを受けるが、
ヘツダをフランジに溶接すればコアが可撓性を具
備することとなり、これによりヘツダにより及ぼ
される機械的応力が低減される。また上述の如き
構造の他の一つの利点は、コアに対し直接溶接す
るのではないのでその修繕が必要な場合にもコア
により容易に近接することが出来るということで
ある。

強度を増大し且つその組立体の外側或は他の回
路に流体が漏洩するのを阻止するためには、仕切
りシート１６がフランジと同一平面にて終るよう
延在している、即ち仕切りシート１６がフランジ
の一部を構成しているのが好ましい。このこと
は、仕切りシートの隅部に一つの長方形タブ（フ
ランジを構成する封止バーの延長部間に配置され
る）を形成することにより達成されてよい。しか
し仕切りシートのタブ状延長部を符号２８にて示
されている如くコア１０の側部に滑らかに接続さ
れた曲線を描く形状に形成するのが好ましいこと
が分つている。かかる構造は組立体に強度及び剛
性を追加し、また直線状のタブ状延長部よりも優
れた態様にて熱サイクルによる割れに抗すること
が分つている。第１図に於いては、カバーシート
１７は、タブ部２８がその構造をより良好に示す
べく破線により示されている如く持上げられた状
態にて図示されている。このカバーシート１７は
フランジに完全にオーバラツプするよう構成され
ても良い。

第１図には本発明の一つの修正例も図示されて
いる。この修正例に於いてはフランジ５２がコア
の長さに沿つて形成されている。かかる構造はマ
ルチパス型コアに於いて有用である。封止バー１
８は符号４０にて図示されている如く、延長部２
２とは反対側の端部に第二の90゜湾曲された延長
部を有している。また第二の封止バー４２は符号
４４にて示されている如く90゜湾曲された延長部
を有している。これらの延長部４０，４４は互に
当接してフランジ５２の一部を構成している。直
線状の封止バー４６が互いに当接する延長部４
０，４４と交互に且つこれらと同一平面内に配置
されており、この封止バー４６はコアを完全に貫
通して延在しており且つ延長部４０，４４と同一
距離だけコアの側部を越えて延在している。仕切
りシート１６は符号４８，５０にて図示されてい
る如く、フランジ５２の両側に於いて曲線状に形
成されており、フランジ５２の一部を構成してい
る。ヘツダがかかるフランジに突合せ溶接されて
良い。この修正例は多くの部材を共同使用する二
つの別個の熱交換器を構成する一つの方法であ
り、例えば温度の異なるエンジンブリード空気が
ラム空気により冷却される場合に有用である。二
つのブリード空気流は別個のヘツダを経てコアの
異つた部分に導かれて良い。又この修正例は、二
つの空気流の圧力が異つており別々の異つたヘツ
ダ構造を必要とする場合にも有用である。この構
造は、二つの別個のコアをそれらの当接隅部に於
いてフランジにより当接させ且つ二つの別個の直
線状封止バーの必要性を排することに等しい。何
故ならば、コアを貫通して延在する封止バー４６
はそれのみによつて二つの封止バーの機能を果す
からである。

第２図及び第３図に本発明による第二の実施例
が図示されている。互いに直交する方向に配向さ
れたフイン１２，１４を含み仕切りシート１６が
コアの各層間及びこれらと最上及び最下カバーシ
ートとの間に配置されたこのコア構造は第１図に
図示されたコア構造と同一である。これらの実施
例間の相異は、封止バー３０がＺ形或いは二重に
直角に曲げられている、即ちコア１０の隅部に於
いて封止バーがコアより90゜の角度に延在してお
り、次いで元の方向に即ちコア１０にろう付けさ
れた封止バーの主要部分に平行な平面内に或る短
い距離だけ延在するよう再度90゜湾曲されている
ということである。封止バー３２は第１図の封止
バー１８と同様の要領にてＬ字形に形成されてお
り、その延長部はコア１０より90゜の角度に湾曲
されている。封止バー３０，３２の最も外側の延
長部は或る直線にて終つており、且つヘツダ３
４，３６が溶接される隅部フランジを構成すべく
同一平面内に存在している。図示のヘツダ３６は
このフランジに重ね溶接されているが突合せ溶接
されても良く、かかる溶接の型式はそのヘツダが
受ける圧力次第である。仕切シート１６は符号５
４，５６にて図示されている如くコアの両側部に
沿つてその隅部に於いて曲線状に形成されてお
り、強度を増大すべく封止バーの延長部間に於い
てコアより突出している。第２図に於いては明瞭
の為にカバーシート１７及び封止バー３２は破断
されている。

或る典型的な用途に於いては、熱交換器は、ガ
スタービンエンジンからの温暖なブリード空気が
一組のフイン内を通されるが、航空機の外部から
周囲空気或いはラム空気が他に組のフイン内を通
され、前記ブリード空気はラム空気と熱交換する
ことにより冷却され且つラム空気は航空機のキヤ
ビン内の空気を制御する為に使用されるように構
成された航空気の為の環境制御系に於いて使用さ
れて良い。第１図に図示された形式の構造はＦ−
16航空機に於いて熱交換器に使用されている。

以上に於いては本発明をその特定の実施例及び
最良モードの構造について詳細に説明したが、本
発明の範囲内にて種々の修正が行なわれて良いこ
とは明らかであろう。例えば用途によつては封止
バーを90゜以外の角度に湾曲し、これによりフラ
ンジがコアの一つの面に対し直角以外の角度にて
延長するよう構成することが有利である場合があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はヘツダが溶接される隅部フランジがＬ
字形の封止バー及びそれと交互に配置された直線
状の封止バーとにより構成された熱交換器の解図
的斜視図である。第２図は隅部フランジが交互に
配置されたＬ字形の封止バーと二重に湾曲された
Ｚ形の封止バーとにより構成された熱交換器の第
二の実施例を示す解図的斜視図である。第３図は
第２図に図示された実施例の一部破断された解図
的拡大部分平面図である。 １０〜コア、１２，１４〜フイン、１６〜仕切
りシート、１７〜カバーシート、１８，２０〜封
止バー、２２〜延長部、２４，２６〜ヘツダ、２
８〜曲線部、４０〜延長部、４２〜第二の封止バ
ー、４４〜延長部、４６〜封止バー、４８，５０
〜曲線部、５２〜フランジ、５４，５６〜曲線
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の積層された層を有するコアであつ
   て、それぞれの層は流体が通過するよう構成され
   た複数個の平行な両端が開いたチヤンネルを構成
   する連続的な波形のフイン要素を含んでおり、前
   記コアの交互の層は各層内のチヤンネルを流れる
   流体が隣接する層内のチヤンネルとは異なつた方
   向に流れるよう積層されたコアと、前記層のそれ
   ぞれに取付けられ且つそれらを分離する平担な仕
   切りシートと、前記層を取囲むべく最上層及び最
   下層に取付けられたカバー部材と、前記コアの外
   部に於いて交互のフイン付層の長さ方向に延在し
   且つ隣接する仕切りシート間に延在し且つその一
   端に於いて湾曲されてその湾曲部が前記コアの前
   記一端より離れる方向に或る短い距離だけ延在す
   るよう構成された第一の封止バーと、前記第一の
   封止バーに対し実質的に垂直に残りの交互のフイ
   ン付層の長さ方向に延在し且つ隣接する仕切りシ
   ート間に延在し且つ第一の封止バーの前記湾曲部
   の長さに等しい距離だけ前記コアの前記一端を越
   えて突出している第二の封止バーとを含み、前記
   第二の封止バーの前記突出部及び前記第一の封止
   バーの前記湾曲部は同一平面内に整合されており
   且つ前記コアより離れる方向に延在するフランジ
   を構成しており、前記チヤンネルの入口及び出口
   に連通する流路を形成するヘツダが前記フランジ
   に接続されていることを特徴とする熱交換器。