JPH07504264A - 熱交換器アセンブリ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 熱交換器アセンブリ 発明の分野 この発明は改善された熱交換器コアに関し、より詳しくは、熱エネルギが一方の 流体から他方の流体へ伝達される応用において役立ち得る複数の熱交換器要素ま たはモジュールを合体させた熱交換器コアに関する。

背景技術 公知の多くのタイプの熱交換器が存在する。これらは概略２つのメイングループ に分けられ得る。第１のグループは円筒胴管式熱交換器であり、第２のグループ は板式熱交換器である。円筒胴管式熱交換器の一例は、管の列または束と、外部 膜のための取り巻き部とを備えている。板式熱交換器は、米国特許４．２８２． ９２７に記載されているような板フィン構造、または、米国特許４．８２３．８ ６７に記載されているように、板が密閉式に互いに積層されたとき２またはそれ 以上の流体からの流路を生成する矩形の積層板を持っている。

上記２グループの夫々において、熱交換器を製造するために幾つもの部品が作製 され、互いに組み合わされる。円筒胴管式熱交換器において、例えば、幾つもの 管が束に集められ、容管の端部が一対の管板の対応する開口に封止込まれるのに 優先して、邪魔板がその束の長さに沿つて据え付けられる。それから、管の束、 邪魔板および管板は、２つの流路が形成されるように、管板の周りの一対の端部 を封止する圧力容器内に置かれる。第１の流路は管の外側の周りで管板の間に、 第２の流路は管の内側で圧力容器の端部室内に存在する。円筒胴管式構造と板式 熱交換器の両方において、流体流路を形成し封止するために多量の材料が供され ており、流路が集合した組み立て部品で形成されることから、一方の流体が他方 の流体内へ漏れる危険が常に存在する。

加えて、組み立てられた熱交換器は、溶接、継ぎ目またはこの熱交換器の隣接す る要素を連結する部品によって構成される複数の境界によってもたらされる非効 率の被害を被る。上記境界は、この交換器の熱伝達面への熱伝導に対する抵抗の 領域を付与する。押出成形または鋳物のような工程によって形成される熱交換器 の一体部品は「１次構造」として知られており、この１次構造に溶接されまたは さもなければ取り付けられた要素とは区別されなければならない。境界を含むそ のような要素は「２次」構造と呼ばれる。同様に、１次構造の表面は「１次」表 面として知られ、「２次」構造の表面は「２次」表面として知られている。

上記欠点は、板式熱交換器を通して液体から空気への熱交換が要求されるとき、 特に有害である。従来技術の熱交換器の固有の非効率につながる、空気冷却用媒 体の概して低い熱容量は、それぞれの液体と冷却用または熱空気流に比して、非 常に大きい交換器を要求する結果となる。

従来技術の一例をなす米国特許明細書３．２０２゜２１２を参照する。この明細 書は、押出成形されたアルミニウムからなる熱交換要素に言及している。この熱 交換要素は、その本体部分に設けられた複数の第１流体経路と、本体部分の対向 する広い表面から外側へ伸びる多数のとげ状突起を持っている。各とげ状突起は 、細く、断面において比較的小さかった。それは、本体部分から最大の熱伝達効 率を達すべく、とげ状突起の質量に対して高率の露出表面を提供するためである 。しかしながら、各とげ状突起は、本体部分を横方向に横切って配された幾つか の分離した行を形成し、その結果、隣接した行の間に横の溝が形成されるように 、互いに離間していた。また、縦の溝が形成され、その結果、この熱交換器は主 に、第１流体の平行流に対して第２流体の直交流が起こり得るのを促進すべく形 成されていた。この構造は、第２流体の直交流が、所望の率で熱が取り除かれ散 逸する平行流システムのようには有効でなかったため、所定の熱伝達効率を提供 しなかった。このことは、直交流熱交換系が、平行流系のようには外部送水管に は適していないために起こる。また、平行流系は、より小型になり、したがって 積層またはモジュール構造により適するということに関して、より有効な構造を 達成する。

このことは、乗り物または静止した適用物に用いられるエンジンについて特別な 関連があり、また、空気調和機に利用される熱交換器についてもそうである。

また、最初の押出成形物に対する続（工程において、押出成形物上に形成された 先駆体のリブからとげ状突起を切り出しまたはガウジングすることによって形成 されるとげ状突起は、熱交換器の製造コストに材料的に続いて加えられる切り出 しまたはガウジング工程のせいで、非効率であった。

また、オーストラリア国明細書８５７７７／７５および米国明細書４．５６５． ２４４を参照する。これらの明細書は、米国明細書３．２０２．２１２と類似の 構造を持つ熱交換器と、さらに上述の欠点に対する課題を示している。

また、米国特許３．４６７、１９０と同様に、米国特許３．７４３．２５２；４ ．３５２．００８；３．５６６、９５９：４、５６７、０７４　；３．１３７． ７８５を参照する。これらはすべて、この発明に関連して有用な背景従来技術に 言及している。これらの引例は押出一体成形物の構成が新規でないことを示し、 さらに米国特許３．１３７．７８５は、本体の各側に縦に伸びるフィンが付いた 本体を備えた電気ヒータの一要素としての用途のための一体押出成形物を示して いる。その本体内には複数の押出成形された経路がある。しかしながら、これら の内部経路は、管状加熱要素または温度感受制御要素を受けまたは包含するため のものであり、流路ではない。

米国特許３．５６６、９５９は、半導体サイリスクにおけるヒートシンクとして の用途のためのアルミニウム押出成形品に関係している。

米国特許４．６５７．０７４は、アルミニウム押出一体成形物の管状熱交換器要 素に言及している。それは、管状本体と、この管状本体から一体に径方向に突出 した幾つかの内装および外装フィンを持っている。しかしながら、この引例はこ の発明に関連しているとは考えられない。

また、英国特許２１４２１２９を参照する。これには、矩形の細長い中空本体か ら形成されたラジェータが記載されている。中空本体には、その両側の各々に、 複数の離間した放熱用フィンが設けられている。相互に隣接したフィンの中間に 位置する複数の空気経路を形成するようにである。上記フィンで複数の開放端経 路を形成するためのカバー板が、各組のフィンの外側端部を横切って伸びている 。

その開放端経路を通して、細長い中空本体を通って流れる熱い流体からの熱伝達 によって加熱される空気を流すことができる。

この引例は、平行流状態を示し、ゆえに米国特許３．２０２．２１２に関連して 上で議論した直交流アルミニウム押出成形物の問題を解決し得るが、動作上の問 題がなお発生した。熱交換器のフィンの隣接した先端を通る流れにある空気は実 質的に同じ温度をもち、熱交換器の各空気経路の基部領域を通って流れる空気に 対して異なる温度をもつため、そのような押出成形物は動作上基本的に非効率で あるという事実のせいである。このことについては、熱交換器のフィンの隣接し た先端を通る実質的に冷たい空気よりも、熱交換器の各空気経路の基部領域を通 って流れる空気が実質的に熱いかまたは高温にあるということが認識されるであ ろう。

これは、細長い中空本体に直に隣接して位置している各経路の基部領域よりも、 フィンの先端が細長い中空本体から実質的に遠く離れて位置しているからである 。

ゆえに、均一な熱伝達率を要求するこの熱交換器の効率は、空気流が通る熱交換 器の最も熱い部分が各経路の基部領域に位置し、空気流が通る熱交換器の最も冷 たい部分がフィンの先端に隣接して位置することの結果として生じる熱勾配のせ いで害されるだろう。また、この熱交換効率の欠損の問題は、熱交換器の隣接し たフィンを通る空気の量が空気経路の基部領域を通る空気の量よりも大きいせい で、悪化されるだろう。

米国特許４．３４１．３４６に記載されているようなラジェータと類似の熱交換 器を参照する。それは、熱水の通過のための中央管状ダクトと、この中央管状ダ クトの両側に伸びる一対のウェブをもっている。対向して位置するフィンがこの ウェブの各側に設けられ、そこに垂直に伸びている。英国特許２１４２１２９に 関連して上に表された結論は、この従来技術の引例にも当てはまる。同様な結論 は、米国特許３．１４７．８０２、英国特許１．４１１．１６２および米国特許 ４．２９６．５３９にも当てはまる。

米国特許４．４０１．１５５は複数の積層モジュールから構成された熱交換器に 関する。

各モジュールは、高圧流のための閉じた経路と、この経路から垂直に上および／ または下に伸びるフィンを持っている。フィンは、モジュールが互いに平行にそ れらの長さに沿って積層されたとき、低圧流に適した開いた経路を形成する。各 フィンは均一な厚さのものであり、上記経路に対して垂直に同一の寸法をもって いることが特筆される。各モジュールは、全体に単一のアルミニウム押出成形品 からなっている。米国特許４．４０１．１５５の熱交換器は特に高圧への適用、 特に、一方の熱交換流が高圧であり、他方の熱交換流が低圧にある場合に向けら れている。

これは低温発生工程に特に関係している。

米国特許４．４０１．１５５では、第１実施例（すなわち図１．３および４）に 関して、フィンが設けられているのと同じくらい多くの経路が設けられているこ とが注目される。一方、別の第２実施例（すなわち図２．６．７および８）では 各フィンにつき２つの経路が設けられている。

上記第１実施例では、熱交換器装置は、経路表面積がフィン表面積と実質的に同 じであるため、有効熱伝達に関して効率的ではない。この点に関して以下により 詳細に述べるように、有効な熱伝達が起こるためには、フィンの表面積が上記経 路の表面積よりも実質的に大きくあるべきであることが確認された。このことは 、フィンを通過する一方の流体（例えば空気）の密度が上記経路を通過する流体 （例えば水）の密度に比して甚だしく異なっている状況において重要である。

この状況では空気が水よりも非常に小さい密度を持ち、このことは、空気が水よ りも非常に小さい有効熱蓄積容量を持つことを意味する。ゆえに、このことは、 水経路から熱交換器の壁を通ってフィンへ至る有効な熱伝達は、フィンの表面積 が経路の表面積よりも極めて大きいときのみ起こることを意味する。これは、フ ィンの大きい表面積が、上記経路からフィンへ熱交換器の壁を通過されるべき有 効熱吸収を容易にするために起こる。それによって、そのような熱はフィンを通 過する空気へ伝達される。同時に、熱が熱交換器外へ輸送されるように、空気は フィンから熱を満足に吸収できなければならない。この点に関して、フィンを通 過する空気の量は、上記経路を通過する水の量よりもかなり過剰であるべきであ る。

上に言及された第２実施例に関して、そのような実施例は、次のような構造を提 供しない。即ち、それによって、一連の積層モジュールから形成された熱交換器 コアに関する均一な熱伝達が、少なくとも周縁モジュールから伸びている外向き のフィンが関与する関係で得られるような構造を提供しない。これは、米国特許 ３．２０２．２１２に関して上で詳細に議論した押出成形物から形成される他の 熱交換器コアの問題でもある。しかしながら、米国特許４４０１１５５がモジュ ールの積層構造を述べていることは、注目すべく関連している。それによって、 一つのモジュールから外へ向いたフィンが、差し挾まれた構造をなすべ（、隣接 モジュールの隣接したフィンによって形成された経路の中へ伸びている。類似の 隙間配列の積層構造は米国特許３４７６１７９中に示されている。そして、米国 特許４４０１１５５の第１実施例に関連してここで表された同一の結論が、この 引例にも当てはまる。

また、ドイツ国特許３０１１０１１および日本国特許５５−１５２３９７に示さ れた熱交換器は、米国特許４４０１１５５に関連して上に表されたのと実質的に 同じ理由のため、効率的熱伝達を提供しないと考えられる。

また、複数のフィンを持つ押出一体成形物として形成された熱交換器は、説明し た欠点と同じ欠点を持ちやすく、ゆえに、米国特許３．２０２．２１２、オース トラリア国特許８５７７７／７５、米国特許４．５６５．２４４　；３．７４３ ．２５２：４．３５２．００８；３．５６６、９５９；４．５６７K ０７４　；３．１３７．７８５および３．４６７、１８０のような引例もまた、 これらの欠点を持ちやすい。

また、米国特許５．０４２．２４７を参照する。これは、非類似の性質を持つ半 導体材料が電気的に直列かつ熱的に並列に連結された結果、２つの接合が生成さ れている熱電冷却器に関する。上記半導体材料はＮおよびＰ型である。典型的な 熱電冷却器（ＴＥＣ）では、これらＮ型およびＰ型半導体材料の交互の柱が、導 電体によって曲がりくねった風に連結された端部を持つている。これらの導電体 は、典型的には絶縁板またはセラミック板の上に形成された金属被覆である。こ のＴＥＣに直流電流を流すと、熱は、冷鋼セラミック上で吸収され、半導体材料 を通過し、温調セラミック上で散逸される。ＴＥＣから周囲の環境へ熱を散逸さ せるために、温調セラミックにヒートシンクが取り付けられねばならない。ヒー トシンクなしにはＴＥＣはオーバーヒートシ、数秒以内に故障する。

実際に、ヒートシンクは、熱が素早（散逸されるように、ＴＥＣ若しくはコンピ ュータのような実質的な量の熱を生む機械または設備に対して、一般的に付属さ れる装置である。それゆえ、ヒート、シンクは、熱をより大きい率で散逸させる 程、より前動である。それゆえ、米国特許５．０４２．２５７はＴＥＣのための ヒートシンクを記載している。このヒートシンクは一対の対向する板を有し、こ れらの板は対向面の各々の上に複数のフィンを持っている。一方の面上のフィン の一方の列は、他の面のフィンの他方の列の間に乗せられまたは差し挾まれてい る。それによって、フィンの一方の列は、十分な熱交換のための熱表面積接触部 を構成する一対の比較的短いフィンのような適当な保持手段によって所望の位置 に保持され得る。しかしながら、前動な使用のためにヒートシンクが設計された るときに考慮されねばならない関連要素が、熱交換器の設計に重要である関連パ ラメータを設計者が考えるとき、関連していないことが認識されるだろう。この ことは、特に、コアを通して熱交換関係で流れる２つの流体のための経路や通路 をもつ熱交換器モジュールの積層列を備えた熱交換器コアの設計に当てはまる。

また、ヒートシンクの研究は、最大熱交換効率を達成すべく、関連した導管で送 る要求を含む他の熱交換器研究からかなり離れていることが認識されるだろう。

それゆえ、比較的効率が良く、かつ上述の従来技術の問題を減らし得る熱交換器 装置を提供することが本発明の目的である。

本発明の熱交換器装置は、多数の第１流体区域と複数の第２流体区域からなると ともに、各第１流体区域が、各第２流体区域に隣接してこの第２流体区域と実質 的に平行に配置されたコアから成る１次構造から形成された熱交換器アセンブリ において、上記各第１流体区域は、周壁によって閉ざされる一方、上記各第２流 体区域は、上記第１流体区域に隣接する上記周壁の１つから延び出す第１のフィ ンの列と、上記第１流体区域に隣接する上記周壁のもう１つから延び出す第２の フィンの列とを備えるとともに、個々の上記第１のフィンは、隣接する各第２の フィンの開に隙間配列の関係で延び、上記各第２流体区域の表面積は、上記各第 １流体区域の表面積よりも実質的に大きいことを特徴としている。

第１流体区域には複数のウェブが設けられるのが望ましい。各ウェブは周壁の対 向面から伸び、それによって複数の平行な第１流体経路を提供する。このウェブ は、コアの構造的一体性を維持するための増強および強化の目的のために役立つ 口 第１のフィンの列の先端は、上記第１流体区域に隣接する上記周壁のもう１つの 隣接面に隣接しまたは取り付けられるのが都合が良い。変形として、第１のフィ ンの列の先端は上記もう１つの隣接面から離間しているのが、さらに望ましい。

同様に、第２のフィンの列の先端は、上記第１流体区域に隣接する上記周壁の１ つの隣接面に隣接しまたは取り付けられるが、この１つの隣接面から離間してい るのがより望ましい。

当然ながら、第１のフィンおよび／または第２のフィンの列の先端が、組合わさ れた周壁の対をなす面に隣接しまたは取り付けられているとき、第２流体のため の分離した流路が提供され得ることが認識されるだろう。第１のフィンおよび／ または第２のフィンの列の先端が、組合わされた周壁の隣接面と離間しているど き、各第２流体区域は第２流体のための単一の流路に対応し得る。

アルミニウムまたは他の適当な金属から形成された押出成形品のような、一体に 形成され得る熱交換器コアを提供することは、本発明の範囲内にある。しかしな がら、上記コアが複数の分離したモジュールから形成されるのが好ましい。特別 なモジュールは、第１流体のための流路と、第１のフィンおよび第２のフィンの 両列とに境界をつける周壁を有しているのが都合が良い。上記フィンは、夫々上 記周壁の対向部分の外部または外側表面から離れて伸びている。

各モジュールの周壁と細長いフィンとはそれぞれ押出一体成形または鋳物で同時 に形成される結果、この熱交換器モジュールは１次構造から形成されることが、 本発明の重要な特長である。換言すれば、上で議論した欠点に導き得る２次構造 は全く存在しないのである。また、第１流体経路と第２流体経路は、先に述べた 型式の直交流熱交換器の利点をもつ平行流熱交換器コアを形成するように、実質 的に互いに平行になっている。これらの利点は次のものを含んでいる。

（ｉ）　第２流体が空気のような冷却用媒体からなることで、平行流構造は空気 を導管で熱交換器コアへ送りかつそこから空気を取り出すのを容易にする。この とき、ファンが、熱交換器を通して空気を吸引し、熱交換器から熱い空気を取り 去るのに用いられ得る。このことは、本発明の熱交換器コアが、例えば自動車内 のラジェータとして用いられたとき、雰囲気空気が通過するのに依存する必要が ないことを意味する。それゆえ、本発明の熱交換器コアは、車両の前部に置かれ る必要がない。

（ｉｉ）　ラジェータとして用いられたとき、本発明の熱交換器コアは、従来の ラジェータで必要とされたような大きな平坦面を持つことを必要としない。

それゆえ、この熱交換器コアは非常に小型の形状に設計され得る。このことは、 トラックの場合に車両の形状が風の抵抗を減じるのを許容するように変更され得 ることこと、または大型バスやバスの場合における内部空間の使用を増加させ得 ることを意味する。

（ｉｉｉ）　本発明の熱交換器コアから熱い空気を導管で取り出すことは、熱の 供給または動力源のような他の目的のための熱い空気の使用を容易にする。

（ｉｖ）　流体経路が平行であるから、このことは、本発明の熱交換器要素が押 出一体成形品として製造され得ることを意味する。押出成形品は、直交流構造の 場合は満足できるようには生産され得ない。また、このことは、フィンが、その 部分にしわを寄せ、溶接されまたは半田付けされるよりも、むしろ本発明の熱交 換器コアの一体部分を形成することを意味する。

この２次構造の回避は、他の流体によって冷却されるべき流体からの熱伝導を最 大にする。

（ｖ）　上記（ｉｖ）の結果として、上記押出一体成形品は所望の長さに切断さ れ、かつ、本発明のコアを生産すべく、他の熱交換器要素またはモジュールに対 して取り外し可能に取り付けられ得る。

（νｉ）　本発明の熱交換器コアは、従来品に比して遥かに高効率で、しかも軽 い。

それは、動作目的のために主動力源（例えばエンジンまたはモータ）からの動力 をあまり要求することもない。

この熱交換器装置のコアは、画策１および第２流体の流れのための、所与の定義 の関数に一致したどんな形状をもとり得る。例えば、コアは、不定の長さの連続 的断面を、上記不定の長さの方向に配された流路をもつ状態で備えても良い。

そのような構造は、連続的鋳物または押出成形に特に従うことが判明している。

各モジュールの周壁は、一対の対向する垂直の部分によって合体される用途にお いて、一対の実質的に水平の部分をもつ実質的な矩形であることが好ましい。

周壁によって形成された第１流体区域の上述のウェブは、上記垂直の部分に実質 的に平行であることが好ましい。

しかしながら、周壁は、また断面において円状、三角形、多角形のようなどんな 他の適当な形状をももち得ることが認識されるだろう。第１流体区域の第１流体 経路はどんな適当な形状または構造もとることができ、それは断面において丸。

矩形または多角形であっても良い。

上記流体経路または複数の流体経路の構造は、熱交換器の適用に依存することが 認識され、また熱交換器コアの製造材料に大きく依存することが認識されるだろ う。

また、細長いフィンはどんな適当な形状をもとることができる。しかしながら、 これは絶対的に重要というのではないが、各フィンは一定の高さおよび幅を持つ ことが好ましい。そして、これは絶対的に重要というのではないが、各細長いフ ィンは例えば一定の高さおよび幅を持つことが好ましい。そして、例えば、各細 長いフィンは、本発明の熱交換器要素が鋳物として生産される場合、もし望まれ れば一端から他端へ幅において先細になり得る。細長いフィンは、それらの表面 積を増加するために、もし望まれれば外側表面に突出物または突起を持っていて も良い。

また、もしそれが適当であると考えられれば、本体部分の流路内に位置する内部 フィンを持つことも本発明の範囲内にある。

本発明の熱交換器コアには、第１および第２流体をそれぞれそれらの流体区域へ 供給するように適合されたマニホールド手段が設けられ得る。そのようなマニホ ールド手段は、どんな適当な形状をもとることができる。そして、第１流体が第 １流体区域へ通じるのを可能にし、第２流体が第２流体区域へ通じるのを可能に する入口マニホールドおよび出口マニホールドが設けられ得る。変形として、分 離された第１流体マニホールドおよび第２流体マニホールドが、入口および出口 に設けられ得る。

しかし、上記コアに対する第１流体と第２流体の入口および出口が、互いに直交 していることがより好ましく、この目的を達成するために適切なマニホールド手 段を選ぶことが望ましい。

従って、この点に関して、夫々のマニホールドを通る第１流体と第２流体の流れ は、互いに法線方向をなすであろうが、これは本質的なことではなく、各マニホ ールドは、第１流体および／または第２流体が、夫々のコア流入方向およびコア 流出方向に対して鋭角をなして流れるように構成することもできる。

上記第１流体は、「操作される流体」であるのが適しており、操作される流体と は、熱交換器によつて処理されるとともに、本発明の熱交換器が適用される適切 な流路系を通って循環せしめられるものをいう。このような流体は、例えば車輌 のラジェータの場合、水であるのが適している。

上記第２流体は、「能動的流体」であるのが適しており、この能動的流体は、操 作される流体に対して冷媒として作用するとともに、熱交換器コアを通過する操 作される流体から熱を吸収する。このような流体は、例えば車輌のラジェータの 場合、圧縮空気であるのが適している。

しかし、上述のことは、本質的なものではなく、本発明による「能動的流体」は 、必要ならば「操作される流体」になりつる。

本発明で用いられる熱交換モジュールは、必要があれば、垂直または水平方向の 積み重ねに適合せしめつる。特に、この目的のために各モジュールに連結手段を 設けることができる。本発明の好ましい実施例では、上記連結手段は、隣接する モジュール同志の連結が第２流体のための適切な流路を限定するようなものにす ることができる。

好ましくは、各モジュールは、本発明の隣接するモジュールが互いに組み立てら れるのを可能にすべく、一体に押出成形された連結手段を有する。上記連結手段 は、適切な型ならばどのようなものでもよく、例えば、雌部材つまりソケットに スナップばめまたは締まりはめすることができる雄部材つまり突起とすることが できる。各モジュールは、隣接するモジュールの対応する頂部または底部の連結 部材に嵌合しうる頂部および底部の連結部材を適切に備える。

上記頂部または底部の連結部材は、好ましくは、隣接するモジュールのベアにな る頂部または底部の連結部材の対応するラチェットリブまたはフランジと嵌合し つる板状のリブまたはフランジからなる。

水平または垂直方向の積み重ね配置に用いられるモジュールまたは熱交換要素の 数は、所望の適用に個々に依存している。

本発明による熱交換器コアは、ガス／ガス、液体／ガス、液体／液体のいずれの 適用にも用いることができ、特に、熱伝達流体として圧縮した周囲空気を使用す るガス／空気および液体／空気の適用に適している。これと択一的に、熱交換器 コアは、自然または通風機による空気対流に適した格納装置内に設置することが できる。勿論、水、エチレングリコール、アンモニ乙過フッ化炭化水素化合物、 ケイ素化合物、鉱油などの空気以外の熱伝達流体を採用することもできる。

上記流路が直列のマニホールドであれば、第１流体の流れを熱伝達流体に対して 対向流として、両流体間に最大の対数平均温度差を得て、最も効率的な熱伝達を 得るのが好ましい。これと択一的に、第１流体または熱伝達流体が、急激な温度 変化に敏感、あるいは上限または下限温度をもつ場合は、並流を用いることがで きる。

本発明の熱交換器コアの材料は、適切なものであればなんでもよく、材料の適合 性は、通常材料が置かれる適用の条件に関連して決定される。例えば、極端な高 温の適用に用いる場合は、高温特性の理由からセラミックス材料が指定される一 方、低温の適用に対しては、アルミニウムまたはその合金等が適切であることが 判っている。なぜなら、これらの材料は、比較的高い熱伝導率によって、単位効 率当たりの壁厚が大きくてもよく、従って機械的強度を増加できるからである。

図面の簡単な説明 さて、添付の図面に示された本発明の好ましい実施例について、説明する。ここ で、 図１は、本発明に従って４つのモジュールを積み重ねて組み立てられた熱交換器 のコアの端面図である。

図２は、外周フィンを取り外した図１に示されたコアの同様の図である。

図３は、本発明に従って作られた熱交換器モジュールの斜視図である。

図４は、本発明に従って組み立てられ、適切なマニホールドを有し、かつ図２の コアを用いた熱交換装置を示す図である。

図５は、車輌のエンジンに用いられた本発明の熱交換器アセンブリを示す図であ る。

図６は、フィンおよびフィンの間の空間の使用時における温度分布を示す図３の モジュールの詳細図である。

本発明を実施するための最良の方法 図１には、モジュール１１の垂直方向の積み重ねを含む本発明による熱交換器の コアが示されている。各モジュール１１は、浅い矩形の輪郭をもつ周壁１２を有 し、上記輪郭は、対向する水平部分１３と対向する垂直部分１４を有する。連続 性の上記層Ｗ１２は、第１流体区域１５を区切っている。分離した第１流路１７ を区切るべ（、ウェブ１６が設けられる。

また、周壁１２の１つの水平部分１３から延び出すフィン１８の第１の列と、対 向する水平部分１３から延び出すフィン１９の第２の列とが設けられている。

従って、第２流体の流路のための区域２０は、相隣るフィン１９の間から延び出 して周壁１２の水平部分１３の近傍近くで終わるフィン１８によって区切られて 、空間２１を限定するとともに、相隣るフィン１８の間から延び出して周壁１２ の水平部分１３の近傍近くで終わるフィン１９によって区切られて、空間２１を 限定する。相隣るフィン１８または１９の間にも、空間２２が示されている。

隣接する各モジュール１１は、各周壁１２の端の垂直部分１４の垂直延長部２５ ａの先端２４と嵌合するモジュールのリブ２３によりて取り付けられる。

熱交換器コア１０の効果的な流路が、第１流体区域１５および第２流体区域１７ であることを実現するのが重要である。それ故、破線ＡＡとＢＢの間の区域にお いて、ダクトまたはマニホールドが、流体区域１５および１７に接続している。

このことは、勿論、本発明の熱交換装置１０に関して外周フィン１８ａと１９８ が、何ら機能をもたず、省略または切除できることを意味する。同じことが、外 周の延長部２５ａについても言える。このことは、本発明の熱交換装置の有効な コアが、図２で示されるということを意味する。リブ２３ａも、省略することが できる。従って、図２は、本発明にしたがって組み立てられたコア１０ａを定義 する。

勿論、これは、コア１０が使用できないということを意味するものではない。コ ア１０ａを使用する方が、適切な入口、出口マニホールドをも一体化する熱交換 器系内で空間や貯蔵容量を節減できるので、より便宜なのである。

図３は、図１１図２に示されたコア１０．１０ａのための個々のモジュールの斜 視図を示している。各フィン１８と１９は、薄い横断面の外周りブ１８ｂと１９ ｂを備えることもできる。

図４には、本発明による熱交換装置が示されており、この熱交換装置は、入口２ ８をもつガスまたは空気の入口ダクトまたは入口マニホールド２７と、図１゜図 ２の如く組み立てられた５つのモジュール１１からなるコア１０ａと、出口２９ をもつガスまたは空気の出口ダクトまたは出口マニホールド２８と、フィン１８ と１９を含むガスまたは空気区域２０と、液体区域１５と、空気またはガスの区 域２０への出入りを阻止する栓や蓋の機能を果たす液体区域１５の溶接域３２と 、入口管３４．３５．３６．３７をもつ液体流入マニホールド３３と、付属の出 口管３９．４０．４１．４２をもつ液体流出マニホールド３８とを備えている。

上記入口マニホールド３３は、夫々入口溝穴３４ｂ（即ち、この溝穴は２つある ）、３５ｂ、　３６ｂ、　３７ｂに揃う夫々の隔室３４ａ、　３５ａ、　３６ａ 、　３７ａを有する。同様に、出口マニホールド３８は、夫々出口溝穴３９ｂ（ 即ち、この溝穴は２つある）、４０ｂ、４１ｂ、４２ｂに揃う夫々の隔室３９ａ 、　４０ａ、　４１ａ、　４２ａを有する。

図４に示された熱交換装置の変形例では、コア１０ａの両端に一対の空気マニホ ールド２７を用いる必要がないことが判る。つまり、コア１０ａの入口端近傍１ ；１つのマニホールド２７を用いて、空気を（例えば空気ブロワまたは空気圧縮 機により）強制的にコア１０ａに貫流させたり、これと択一的にコア１０ａの出 口端近傍に唯一のマニホールド２７を用いて、排気ファンにより空気をコア１０ ａに貫流させたりすることができる。

上記熱交換装置２６は、ガスおよび液体の熱伝達のために用いられる。このよう な装置では、ガスの入口マニホールドと出口マニホールドが、コアの対向する両 端に配置され、液体の入口マニホールドと出口マニホールドが、同じ側面に。

適切な場合は異なる側面に、あるいはコアの頂面および／または底面に配置され ることが好ましい。従って、ガスは、コアを貫く１つの経路をなし、液体も、コ アを貫く１つの経路をなすであろう。同じ流体が処理される場合は、液体の各マ ニホールドは、単一の入口と単一の出口を有し、異なった液体がコア１０ａによ って処理される場合は、図４に示すように異なった入口と出口を有する。かくて 、コア１０ａが例えば車輌に用いられると、入口管３４はエンジンの冷却水に、 入口管３５はエンジンオイルに、入口管３６はギアオイルに、入口管３７は空気 調和の凝縮液に夫々使用される。導管３９，４０．４１．４２は、出口管として の同様の機能を有する。

図５には、トラックまたは車輌６３の参考が示されており、この図では、エンジ ン６４からの燃料が、管路６５を経て、本発明によって構成された熱交換器アセ ンブリ６６を貫流する。燃料タンク６７を用いることができ、この燃料タンクは 、管路６８を経て燃料をエンジン６４に還流させる。

図１〜図４に示された好ましい実施例に関する上述の論考から、本発明により有 利に構成された熱交換器コアは、従来例に既述の欠点を克服する。なぜなら、フ ィン１８．１９の図示された配置、つまり在来の熱交換器コアで通常量も冷たい 部分であるフィン１８．１９の先端が、在来の熱交換器コアで最も高温の部分で ある周壁１２の極近傍に配置されることによって、コア全体に亘って均一な熱分 布が得られるからである。従って、フィン１．８．１９の先端におけるコアの温 度は、当然ながら周壁１２の温度と実質的に同じかそれよりも少し低いというこ とになる。このことは、均一な熱分布または均一な温度分布が、各液体区域で得 られ、これが相当改善された熱交換器効率をもたらすということを意味する。熱 交換器効率は、コア１０または１０ａを、単一片のアルミニウム押出成形品ある いはこれと択一的なアルミニウム押出成形品のモジュールの積み重ね１０または １０ａとして作ることによっても改善される。

上述の効果は、図６に示されており、この図は、個々のフィン１８．１９とその 近傍の空間２２ａに亘る温度分布を、在来の熱交換器に関連して示している。

図１１図２の如き隙間配列構造を採用することによって、熱い区域が冷たい区域 によって相殺されるので、上述のような均一な熱分布または均一な温度分布が得 られるということが判るであろう。

上述のことから、本発明の熱交換装置は、車輌のラジェータとしての機能に関し て最も有用であるが、このことが既述のガス対ガスまたは液体対液体の処理に関 する熱交換器としての使用を排除するものでないことも判るであろう。周壁１２ および垂直延長部２５の厚さは、好ましくは夫々同じで、かつ例えば略３鵬園以 下、より都合よ（は２ｍ１１以下あるいはｌ、　５＋ｕまたは１．ｈａ以下のよ うに比較的薄い。

第２流体区域２０の表面積は、好ましくは第１流体区域１５の表面積の少なくと も２倍、より都合よくは少なくとも７倍である。

空間２１は、実質的に均一で、このことは相隣るフィン１８．１９の間の空間２ ２についても言える。当然、各第１流路１７は、実質的に同じ体積である。

＜ａ：１′ −Ｎ ＲＧ、　３ １Ｇ、　５ Ｊ圓氏目盛による温度 ７７．５°−７６，５°圃靭勇閲■※翠溺腸７］、５°−７０，５’７６．５° −７５，５°５亜王口腸邑園■７ｏ、５°−６９５゜７５．５°−７４−５°ロ ＝＝コ翠区翠澹６９．５°−６８，５゜７４．５’　−７３，５°■蕎□ヨロ■ 震国６８．５°−６７，５゜７３．５０−７２．５°滋滋滋ジ囮酉＝口６７．５ °−６６，５’補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成６年８月２ ９０匍

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．多数の第１流体区域と複数の第２流体区域からなるとともに、各第１流体区 域が、各第２流体区域に隣接してこの第２流体区域と実質的に平行に配置された コアから成る１次構造から形成された熱交換器アセンブリにおいて、上記各第１ 流体区域は、周壁によって閉ざされる一方、上記各第２流体区域は、上記第１流 体区域に隣接する上記周壁の１つから延び出す第１のフィンの列と、上記第１流 体区域に隣接する上記周壁のもう１つから延び出す第２のフィンの列とを備える とともに、個々の上記第１のフィンは、隣接する各第２のフィンの間に隙間配列 の関係で延び、上記各第２流体区域の表面積は、上記各第１流体区域の表面積よ りも実質的に大きいことを特徴とする熱交換器アセンブリ。
2. ２．請求項１に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記各第１流体区域は、上 記周壁の対向する面から延びる１つ以上のウェブを備えることを特徴とする熱交 換器アセンブリ。
3. ３．請求項１に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記第１のフィンの列は、 上記第１流体区域に隣接する上記周壁のもう１つの隣接面から間をおいて配置さ れた自由端または先端を夫々有することを特徴とする熱交換器アセンブリ。
4. ４．請求項１に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記第２のフィンの列は、 上記第１流体区域に隣接する上記周壁の１つの隣接面から間をおいて配置された 自由端または先端を夫々有することを特徴とする熱交換器アセンブリ。
5. ５．請求項１に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記コアは、複数のモジュ ールからなり、この各モジュールは、上記周壁と上記第１のフィンの列と上記第 ２のフィンの列を備えることを特徴とする熱交換器アセンブリ。
6. ６．請求項５に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記各モジュールの周壁は 、実質的に矩形であることを特徴とする熱交換器アセンブリ。
7. ７．請求項１に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記第１流体区域および第 ２流体区域に夫々第１流体および第２流体を供給すべく適合せしめられたマニホ ールド手段を備えるとともに、上記コアに対する第１流体の入口および出口と第 ２流体の入口および出口とが、互いに直交していることを特徴とする熱交換器ア センブリ。
8. ８．請求項７に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記マニホールド手段は、 第１流体を上記第１流体区域に連通させ、第２流体を上記第２流体区域に連通さ せるのを可能にする入口マニホールドおよび出口マニホールドを備えることを特 徴とする熱交換器アセンブリ。
9. ９．請求項７に記載の熱交換器アセンブリにおいて、分離された第１流体のマニ ホールドと第２流体のマニホールドが、入口および出口に用いられていることを 特徴とする熱交換器アセンブリ。
10. １０．請求項１に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記コアの両端において 上記第２流体区域は、塞がれまたは閉ざされている一方、上記第１流体区域は、 第１流体のコアに対する出入りを容易にすべく第１流体出入溝穴が設けられて、 開かれていることを特徴とする熱交換器アセンブリ。
11. １１．請求項１０に記載の熱交換器アセンブリにおいて、第２流体出入溝穴は、 第２流体のコアに対する出入りを容易にすべく、上記コアの側部，頂部または底 部に設けられていることを特徴とする熱交換器アセンブリ。
12. １２．請求項１１に記載の熱交換器アセンブリにおいて、第２流体出入溝穴は、 上記コアの両端近傍の側部に設けられていることを特徴とする熱交換器アセンブ リ。
13. １３．請求項５に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記各モジュールは、隣 接するモジュールと相互の連結を可能にするための連結手段を有することを特徴 とする熱交換器アセンブリ。
14. １４．請求項１に記載の熱交換器アセンブリにおいて、上記第２流体区域の表面 積は、上記各第１流体区域の表面積の少なくとも７倍であることを特徴とする熱 交換器アセンブリ。