(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換器アッセンブリに使用するためのマニホールド、及び同マニホールドを形成するための方法を提供する。【解決手段】熱交換器アッセンブリ２０に使用するためのマニホールド及び同マニホールドを形成する方法がここに開示されている。本方法は、少なくとも部分的には内部を画定し、間隔を空けて配置された一組の第１管用スロット３０を有する第１部材２２と、それら第１管用スロットに押し当てて配置され、内部を複数の室３８、４０に分割する壁３６を有する第２部材３２と、を別々に形成する段階から開始される。本方法は、別々に形成する段階の後に、第１部材を第２部材に永久的に固定して、第１マニホールド４２を画定する段階で終了する。【選択図】図１
2011038736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器アッセンブリ（２０）に使用するためのマニホールドを形成する方法において、
少なくとも部分的には内部を画定し、間隔を空けて配置された一組の第１管用スロット（３０）を有する第１部材（２２）と、前記第１管用スロット（３０）に押し当てて配置され、前記内部を複数の室（３８、４０）に分割する壁（３６）を有する第２部材（３２）と、を別々に形成する段階と、
前記別々に形成する段階の後に、前記第１部材（２２）を前記第２部材（３２）に永久的に固定して、第１マニホールド（４２）を画定する段階と、を含んでいる方法。
【請求項２】
前記第１部材（２２）を形成する段階は、平坦な材料のシートを、基底部（２６）とアーム端（２８）まで前方に伸張するアーム（２４）との形態をしたＵ字形状を呈する断面を有するチャネルへとロール加工する段階として、更に画定されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１及び第２管用スロット（４６、４８）の間を伸張する複数の管（４４）を形成する段階を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
各管（４４）を形成する段階は、平坦な材料のシートを、管仕切り部（５０）を画定する管（４４）へとロール加工する段階によって更に定義されている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記管（４４）のそれぞれの中を前記第１及び第２管端（４６、４８）の間に伸張して、各管（４４）を第１通路（５２）と第２通路（５４）に分離する管仕切り部（５０）を形成する段階を更に含んでいる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
各管（４４）の前記第１管端（４６）を前記第１マニホールド（４２）の前記第１管用スロット（３０）の１つに挿入し、各管（４４）の前記管仕切り部（５０）を前記壁（３６）に当接させて、前記管（４４）の前記第１通路（５２）と前記第１マニホールド（４２）の一方の室（３８、４０）との間に流体連通を確立し、前記管（４４）の第２通路（５４）と前記第１マニホールド（４２）の他方の室（３８、４０）との間に流体連通を確立する段階を更に含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１マニホールド（４２）の前記一組の第１管用スロット（３０）と対応するよう互いに間隔を空けて配置されている一組の第２管用スロット（５８）を有する第２マニホールド（５６）を形成する段階を更に含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記それぞれの管（４４）の前記第２管端（４８）を、前記第２マニホールド（５６）の前記対応する第２管用スロット（５８）の中へ挿入して、各管（４４）の前記第１及び第２通路（５２、５４）と前記第２マニホールド（５６）の間に流体連通を確立する段階を更に含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数のエアフィン（６２）を形成する段階を更に含んでいる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記管（４４）からの熱を散逸させるため、エアフィン（６２）を隣接する管（４４）の間に挿入する段階を更に含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１の方法に基づいて製造されたアッセンブリ（２０）。
【請求項１２】
前記第１部材（２２）は、長手方向に伸張しており、前記第１管用スロット（３０）は、長手方向に互いに間隔を空けて配置されている、請求項１１に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項１３】
前記第１部材（２２）は、Ｕ字形状を画定し、且つ基底部（２６）に一体的に接続され、アーム端（２８）まで前方に伸張するアーム（２４）の形態を呈する断面を有するチャネルである、請求項１１に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項１４】
前記第２部材（３２）は、前記チャネルの前記アーム端（２８）の間を伸張する板（３４）を含んでおり、前記壁（３６）は、前記板（３４）から前記チャネルの前記管用スロット（３０、５８）まで横方向に伸張している、請求項１３に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項１５】
前記一方の室（３８、４０）に配置された、流体を受け入れ、入力室（３８）を画定する入力部（６４）と、前記他方の室（３８、４０）に配置された、前記流体を排出し、出力室（４０）を画定する出力部（６６）と、を更に備えている請求項１１に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項１６】
第１及び第２管端（４６、４８）の間を伸張している複数の管（４４）を更に備えており、
前記それぞれの管（４４）の前記第１管端（４６）は、前記第１マニホールド（４２）の前記第１管用スロット（３０）の１つのスロットの中に配置されている、請求項１１に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項１７】
前記それぞれの管（４４）は、前記第１及び第２管端（４６、４８）の間を伸張し、前記第１マニホールド（４２）の前記一方の室（３８、４０）と流体連通する第１通路（５２）と、前記他方の室（３８、４０）と流体連通する第２通路（５４）とを画定する管仕切り部（５０）を画定しており、
前記第１管端（４６）の前記管仕切り部（５０）は、前記第２部材（３２）の前記壁（３６）に当接している、請求項１６に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項１８】
前記第１マニホールド（４２）と間隔を空けた平行な関係を保って伸張している第２マニホールド（５６）を更に備えており、当該マニホールドに前記複数の管（４４）の前記第２管端（４８）が端係合して、前記管（４４）の前記第１及び第２通路（５２、５４）と前記第２マニホールド（５６）の間に流体連通が確立されている、請求項１７に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項１９】
前記第２マニホールド（５６）は、前記第１マニホールド（４２）の前記第１管用スロット（３０）と対応するよう互いに間隔を空けて配置された複数の第２管用スロット（５８）を画定しており、
前記それぞれの管（４４）の前記第２端は、前記対応する第２管用スロット（５８）の中まで伸張している、請求項１８に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項２０】
前記管（４４）のそれぞれは、平坦な側面（６０）と丸い端を画定する断面を有している、請求項１９に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項２１】
隣接する管（４４）の前記平坦な側面（６０）は、互いに間隔を空けて配置され、前記隣接する管（４４）の間に空気を流すための複数の空気通路が画定されている、請求項２０に記載のアッセンブリ（２０）。
【請求項２２】
前記管（４４）からの熱を散逸させるため、エアフィン（６２）が、前記管（４４）の前記平行で平坦な側面（６０）の間に、当該側面に鑞付けされて配置され、前記第１及び第２マニホールド（４２、５６）の間を伸張している、請求項２１に記載のアッセンブリ（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の通路を有するマニホールドに関する。より詳しくは、本発明は、多数の通路を有する押出成形されたマニホールド、及びその様なマニホールドを組み込んだ向流式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気冷却式（又は加熱式）向流式熱交換器は、熱交換器の表面積が空間的制限によって制約されている用途にしばしば使用される。向流式熱交換器は、一般に、複数の組み立て式モジュールが積み重ねられた構成を含んでおり、各モジュールは、１対の間隔を空けて配置されたマニホールドが、複数の間隔を空けて平行して配置された管によって相互に接続された構成を含んでいる。それらモジュールは、空気が熱交換器の表面に垂直な方向に流れるように積み重ねられており、隣接する対になった管と管の間には、熱を管から通過する空気に伝達するためのエアフィンが配置されている。
【０００３】
別の型式の向流式熱交換器アッセンブリが、１９９８年８月２４日にJames D. Gowamに発行された米国特許第５，９４１，３０３号に示されており、以下、同特許をGowam３０３特許と呼ぶことにする。Gowam３０３特許には、１対の間隔を空けて配置された連続押出成形によるマニホールドを備えた向流式熱交換器が開示されている。マニホールドそれぞれは内部を含んでおり、マニホールドそれぞれは、内部を複数の流れ経路に分割する少なくとも１つの隔壁を含んでいる。対になったマニホールドの間には複数の管が伸び、マニホールド間に流体連通を確立している。管それぞれは、管を複数の通路に分離する少なくとも１つの管仕切り部を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，９４１，３０３号
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、要約すると、熱交換器アッセンブリに使用するためのマニホールド、及び同マニホールドを形成するための方法を提供している。本方法は、少なくとも部分的には内部を画定し、間隔を空けて配置された一組の第１管用スロットを有する第１部材と、それら第１管用スロットに押し当てて配置され、内部を複数の室に分割する壁を有する第２部材、を別々に形成する段階から開始される。本方法は、別々に形成する段階の後に、第１部材を第２部材に永久的に固定して、第１マニホールドを画定する段階で終了する。
【０００６】
本発明の利点は、以下の詳細な説明を参照し、添付図面と関連付けながら考察することによって更に理解が深まってゆけば、容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の例示的な実施形態の斜視分解図である。
【図２】第１及び第２マニホールドと管の、図１の２−２線に沿う断面図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態の第１部材の前面図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態の第２部材の前面図である。
【図５】１本の管の、図２の５−５線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１には、熱交換器２０が全体的に示されており、同熱交換器は、少なくとも部分的には内部を画定している第１部材２２を含んでいる。図３に示す様に、この例示的な実施形態では、第１部材２２は、Ｕ字形状を画定し、且つ基底部２６に一体的に接続され、アーム端２８まで前方に伸張するアーム２４の形態を呈する断面を有するチャネルである。再度図１を見ると、第１部材２２の基底部２６には、互いに長手方向に間隔を空けて配置されている複数の第１管用スロット３０が設けられている。第１管用スロット３０は、型押、研削、又はフライス削りを含む従来の機械加工法で形成することができる。
【０００９】
図２に示す様に、アッセンブリ２０は、板３４と、板３４に対し横方向に伸張する壁３６と、を備えた第２部材３２を含んでいる。板３４は、第１部材２２のアーム端２８の間を伸張し、それらに係合しており、壁３６は、第１部材２２の基底部２６に係合し、内部を複数の室３８、４０に分割している。再度図１を参照すると、第２部材３２は、第１部材２２の第１管用スロット３０に対応するよう間隔を空けて配置されている複数のノッチを含んでいる。第２部材３２は、第１部材２２に永久的に固定されて第１マニホールド４２を画定しており、それが全体的に示されている。この例示的な実施形態では、第２部材３２は第１部材２２に鑞付けされているが、第１部材２２と第２部材３２を永久的に固定するのに、どの様な他の方法を使用してもよい。
【００１０】
第１及び第２部材２２、３２については、他の幾何学形状を使用してもよく、それらも本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、第１部材は、複数の第１管用スロットを設けた平坦なシールドであって、第２部材が、第１部材との間隔の空いた平行な関係を保って伸張していて、複数の室に分割された内部が画定されるように両部材の間を横方向に伸張する複数のアームを有する平板を含んでいてもよい。第１部材は、更に、円筒形状を成し、複数の第１管用スロットを画定する一つに作られた内部の形態を呈していてもよい。そこで、第２部材が第１部材に挿入されると、１つに作られた内部が複数の室に画定されることになる。
【００１１】
アッセンブリ２０は、更に、第１管端４６と第２管端４８の間を伸張している複数の管４４を含んでいる。各管４４の第１管端４６は、第１マニホールド４２の第１管用スロット３０の１つのスロット内に配置されている。図５に示す様に、各管４４は、管４４の中に配置されていて、第１管端４６と第２管端４８の間を伸張し、一方の室３８、４０と流体連通する第１通路５２と、他方の室３８、４０と流体連通する第２通路５４とを画定する、少なくとも１つの管仕切り部５０を画定している。管仕切り部５０は、第１管端４６側が、第２部材３２の壁３６に当接し、永久的に固定されている。
【００１２】
アッセンブリ２０は、第１マニホールド４２との間隔の空いた平行な関係を保って伸張している第２マニホールド５６を更に含んでいる。第２マニホールド５６には、第１マニホールド４２の第１管用スロット３０の間隔に一致するよう互いに間隔を空けて配置されている複数の第２管用スロット５８が設けられている。各管４４の第２管端４８は、対応する第２管用スロット５８の中へ伸びて同スロットに係合し、管４４と第２マニホールド５６の間に流体連通を確立している。第２マニホールド５６は、管４４の通路５２、５４の内の一方の通路からのクーラントの流れを他方の通路に向かわせ、二路向流式熱交換器アッセンブリ２０を画定している。
【００１３】
この例示的実施形態では、管４４と第１及び第２管用スロット３０、５８それぞれは、平坦な側面６０と丸い端の形態を呈する断面を有している。しかしながら、管４４は、第１マニホールド４２と第２マニホールド５６の間で流体を運ぶことができるのであれば、どの様な形状をしていてもよい。隣接する管４４の平坦な側面６０は互いに間隔を空けて配置され、それらの間に空気の流れを通す複数の空気通路が画定されている。隣接する管４４の平行且つ平坦な側面６０の間には、波形のエアフィン６２が、それらに鑞付けされて配置され、第１マニホールド４２と第２マニホールド５６の間を伸張している。
【００１４】
第１マニホールド４２の一方の室３８、４０は、流体を受け入れるための入力室３８を画定する入力部６４を含んでおり、他方の室３８、４０は、熱交換器アッセンブリ２０を通過した後のクーラントを排出するための出力室４０を画定する出力部６６を含んでいる。この好適な実施形態では、入力部６４は、空気の流れる方向の下流側にある室に配置され、出力部６６は、入力室３８の上流側の室に配置されている。入力部６４と出力部６６は、流体を、第１マニホールド４２の入力室３８と出力室４０に送達することができるのであれば、どの様な形状であってもよい。
【００１５】
図に示されている実施形態は、二路向流式熱交換器アッセンブリの実施形態である。しかしながら、マニホールドと管は、第１及び第２マニホールドの何れか又は両方に壁を挿入し、各管に複数の管仕切り部を設けることによって、二路より多い構成になるように設計してもよい。例えば、三路熱交換器アッセンブリでは、第２部材は、第１マニホールドを２つの室に分ける１つの壁を有し、第２マニホールドは、１つの壁を有し、各管は２つの管仕切り部を有している。
【００１６】
本発明は、更に、熱交換器アッセンブリ２０に使用するための第１マニホールド４２を形成する方法を含んでいる。本方法は、少なくとも部分的には内部を画定している第１部材２２と第２部材３２を別々に形成する段階から開始される。第１部材２２は、間隔を空けて配置された一組の第１管用スロット３０を有しており、第２部材３２は、それら第１管用スロット３０に押し当てて配置され、内部を複数の室３８、４０に分割する壁３６を有している。本方法は、別々に形成する段階の後に、第１部材２２を第２部材３２に永久的に固定して、第１マニホールド４２を画定する段階に続く。第２部材３２は、押出成形され、その後、寸法に合わせて切り出されるのが望ましいが、鋳造や機械加工を含め他の方法でも形成することができる。１つの実施形態では、第１部材２２を形成する段階は、更に、平坦な材料のシートを、Ｕ字形状を呈し、且つ基底部２６とアーム端２８まで前方に伸張するアーム２４とを有する断面を有するチャネルへとロール加工する段階と定義される。平坦なシートから第１部材２２をロール加工する段階は、平坦なシートを、その片面に鑞付け材料を配した素材金属シートとすることができることから、好都合である。鑞付け材料は、その後、第１材料２２を第２材料３２に永久的に固定する段階で使用されることになる。
【００１７】
方法は、第１管端４６と第２管端４８の間を伸張する複数の管４４を形成する段階に進む。方法は、この後に、それぞれの管４４の中を第１管端４６と第２管端４８の間に伸張し、各管４４を第１通路５２と第２通路５４に分離する管仕切り部５０を形成する段階に続く。図５に示す様に、１つの実施形態では、各管４４を形成する段階は、平坦な材料のシートを、管仕切り部５０を画定する管４４へとロール加工する段階によって更に定義される。平坦なシートからロール加工によって各管４４を成形する段階は、平坦なシートを、その片面に鑞付け材料を配した素材金属シートとすることができることから、好都合である。鑞付け材料は、その後、管端４６、４８を、マニホールド４２、５６の第１及び第２管用スロット３０、５８に固定してシールする後段の工程で使用されることになる。しかしながら、管仕切り部５０を形成するのに、どの様な他の方法を使用してもよい。
【００１８】
方法は、各管４４の第１管端４６を第１マニホールド４２の第１管用スロット３０の１つに挿入し、各管４４の仕切り部５０を第２部材３２の壁３６に当接させて、管４４の第１通路５２と第１マニホールド４２の一方の室３８、４０との間に流体連通を確立し、管４４の第２通路５４と第１マニホールド４２の他方の室３８、４０との間に流体連通を確立する段階に続く。各管４４の第１管端４６は、そこで、第１マニホールド４２の関係付けられている第１管用スロット３０に永久的に固定される。
【００１９】
方法は、更に、第１マニホールド４２の一組の第１管用スロット３０と対応するよう互いに間隔を空けて配置されている一組の第２管用スロット５８を有する第２マニホールド５６を形成する段階に続く。方法は、それぞれの管４４の第２管端４８を、第２マニホールド５６の対応する第２管用スロット５８の中へ挿入して、各管４４の第１及び第２通路５２、５４と第２マニホールド５６の間に流体連通を確立する段階に進む。
【００２０】
方法は、複数のエアフィン６２を形成する段階と、管４４からの熱を散逸させるため、それらエアフィン６２の１つを隣接する管４４の間に挿入する段階とで終了する。この例示的な実施形態では、管４４とマニホールドとエアフィン６２は、全て一体に鑞付けされて、一体型熱交換器アッセンブリ２０が画定される。
【００２１】
本発明は、先行技術によるものに比べ、より安価に且つより速く製造できるマニホールド及び向流式熱交換器アッセンブリ２０を考慮している。Gowan３０３特許の第１マニホールドに管用スロットを形成するための従来の方法の多くは、第１マニホールドの隔壁との干渉を避けるためには、断念せねばならない。Gowam３０３特許の第１管用スロットは、フライス削りされるか又は研削されることになっているが、どちらの方法も非常に時間と費用が掛かる加工法である。本発明の第１管用スロット３０は、第１部材２２と第２部材３２を一体に永久固定する段階の前の型押工程を含む様々な製造方法を使用して第１部材２２に形成することができる。これにより、結果的に、製造効率が飛躍的に高まるので、第１マニホールド４２を組み立てる費用と時間を削減でき、熱交換器アッセンブリ２０の費用の低減と時間の短縮を図ることができる。
【００２２】
以上、本発明を、或る例示的な実施形態に関連付けて説明してきたが、当業者には理解頂けるように、本発明の範囲を逸脱すること無く、本発明には様々な変更を加えることができ、本発明の要素は等価物で置き換えることができる。また、特定の状況又は材料に対しては、本発明の教義に適合させるため、本発明の本質的な範囲から逸脱すること無く、多くの修正を加えてもよい。従って、本発明は、本発明を実施する場合に考えられる最良の形態として開示されている特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲に記載されている範囲に当てはまる全ての実施形態を含むものとする。
【符号の説明】
【００２３】
２０  熱交換器アッセンブリ
２２  第１部材
２４  アーム
２６  基底部
２８  アーム端
３０  第１管用スロット
３２  第２部材
３４  板
３６  壁
３８  入力室
４０  出力室
４２  第１マニホールド
４４  管
４６  第１管端
４８  第２管端
５０  管仕切り部
５２  第１通路
５４  第２通路
５６  第２マニホールド
５８  第２管用スロット
６０  平坦な側面
６２  エアフィン
６４  入力部
６６  出力部
【図１】
2011038736.tif 000003
【図２】
2011038736.tif 000004
【図３】
2011038736.tif 000005
【図４】
2011038736.tif 000006
【図５】
2011038736.tif 000007
【外国語明細書】
2011038736000001.pdf