(57)【要約】  流体入口１６からの流体１８を受け取る複数の熱交換器ユニット１４を備えた熱交換器１２に対する流体流分配装置１０を提供する。この装置は流体流１８の分配すべき部分を入口１６から熱交換ユニット１４に差し向けるための複数の屈曲流路３１を有する。各屈曲流路３１は一対の流れ室板２４、２６、それらの間に挟まれるオリフィス板２８により形成される。各屈曲流路３１は、オリフィス板２８を貫通する一連のオリフィス３６の列、流れ室２４、２６の一方に形成される第１流れ室４０の第１のパターン３８であって、逐次のオリフィス３６の対に整列しているもの、及び流れ室板２４、２６の他方に形成される第２流れ室４４の第２パターン４２であって、第２パターン３８及び前記オリフィス３６の複数の対からずれているものよりなる。
2007531861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口からの流体流を受け取る複数の熱交換ユニットを有する熱交換器に使用される流体流分配装置において、該装置は、
前記流体入口からの流体流を複数の熱交換ユニットに差し向けるための、共通平面に沿って配列された複数の屈曲流路ユニットを含み、
各屈曲流路ユニットは一対の流れ室板と、これらの流れ室板の間に挟まれたオリフィス板と、屈曲流路を含み、
前記各屈曲流路は、
前記オリフィス板を貫通するオリフィスの列と、
一方の流れ室板に形成され且つ前記オリフィスの引き続く対と整列した第１流れ室パターンと、
他方の流れ室板に形成され且つ前記第１流れ室パターン及び前記オリフィスの前記引き続く対からずれている第２流れ室パターンとを有し、
前記第１流れ室の１つ及び前記第２流れ室の対に整列している前記各オリフィス対は、前記流体流を前記第２流れ室の一方から、該オリフィス対の一方のオリフィスを経由して前記第１流れ室の一つへ差し向け、次いで前記第１流れ室の一つから前記オリフィス対の他方のオリフィスを経由して前記第２流れ室の他方へ差し向け、それにより前記流体流が前記オリフィスの列を逐次通過する前記屈曲流路に沿って前記第１流れ室と第２流れ室との間を交互に移動するようにした、流体流分配装置。
【請求項２】
前記各屈曲流路ユニットの前記第１及び第２流れ室は、対応した流れ室板の両側に開放しており、前記各流れ室板の片側で前記オリフィス板により囲まれており、前記流れ室板の反対側で端板により囲まれている請求項１に記載の流体流分配装置。
【請求項３】
前記端板の一つは前記流体入口開口に接続され且つ前記第１及び第２流れ室のうちの最初の１つの入口に整列しており、それにより流体流を前記流体入口から前記屈曲流路に差し向け、
前記端板の他の一つは前記第１及び第２流れ室のうちの最後の１つの入口に整列し且つ前記熱交換器の少なくとも一つに接続され、それにより流体流を前記屈曲流路から前記少なくとも１つの熱交換ユニットに差し向けるようになっている請求項２に記載の流体流分配装置。
【請求項４】
前記入口開口及び出口開口が同一の端板には形成されていない請求項３に記載の流体流分配装置。
【請求項５】
更に、一対の流れマニフォルド板と、これらの流れマニフォルド板に挟まれた複数の屈曲流路ユニットを含み、該マニフォルド板の一方は前記流体入口と前記屈曲流路ユニットの各々の入口開口とに整列した流路チャンネルを含み、それにより流体流を前記流体入口から各前記入口開口に差し向けるようになっており、前記流れマニフォルド板の他方は複数の個別の流れ流路チャンネルを含み、前記各流れ流路チャンネルは前記出口開口の一つ及び関連した少なくとも一つの前記熱交換ユニットと整列しており、それにより流体流を前記出口開口の前記一つから関連した少なくとも一つの前記熱交換ユニットに差し向けるようになっている請求項４に記載の流体流分配装置。
【請求項６】
更に、一方の前記流れマニフォルド板に重畳し且つ前記流体入口及び前記流路チャンネルに整列した入口板と、
他方の前記流れマニフォルド板に重畳し且つ複数の前記開口であって、各々が前記熱交換ユニットの一つを受容し且つ前記個々の流路チャンネルと整列している複数の開口を有する、請求項５に記載の流体流分配装置。
【請求項７】
全ての前記屈曲流路ユニットのオリフィスの列は単一のオリフィス板に配置され、全ての前記屈曲流路ユニットの第一パターンは単一の流れ室板内に位置し、全ての前記屈曲流路ユニットの第二パターンは第一の流れ室板内に位置している請求項１に記載の流体流分配装置。
【請求項８】
前記第１及び第２流れ室は同一の寸法と形状を有する請求項１に記載の流体流分配装置。
【請求項９】
前記第１及び第２流れ室は六角形をなす請求項８に記載の流体流分配装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２流れ室板は同一の構造を有する請求項８に記載の流体流分配装置。
【請求項１１】
前記オリフィスの列は蛇行パターンを有する請求項８に記載の流体流分配装置。
【請求項１２】
流体入口からの流体流を受け取る複数の熱交換ユニットを有する熱交換器に使用される流体流分配装置において、該装置は、
前記流体入口からの流体流を複数の熱交換ユニットに差し向けるための、共通平面に沿って配列された複数の屈曲流路ユニットを含み、
各屈曲流路ユニットは一対の流れ室板と、これらの流れ室板の間に挟まれたオリフィス板と、屈曲流路を含み、
前記各屈曲流路は、
前記オリフィス板を貫通するオリフィスの列と、
一方の流れ室板に形成された第１流れ室パターンと、
他方の流れ室板に形成された第２流れ室パターンと有し、
前記第１及び第２流れ室パターンは互いに整列すると共に前記オリフィスの列と整列しており、前記屈曲流路は、前記流れ室のうちの最初の一つから最後の一つへ向けて、交互に前記第１及び第２流れ室を通過し、そして前記屈曲流路が前記第１及び第２流れ室の一つに入り且つ出るごとに前記オリフィスの一つを通るよう構成されている、流体流分配装置。
【請求項１３】
前記各屈曲流路における第１及び第２流れ室は、対応する前記流れ室板の両側で開放しており、前記各流れ室板の片側で前記オリフィス板によりまた前記流れ室板の反対側でそれぞれの端板により閉じられている請求項１２に記載の流体流分配装置。
【請求項１４】
前記端板の一つは、前記流体入口に結合し且つ前記第１及び第２流れ室の最初の一つに整列していて流体流を前記流体入口から前記屈曲流路へ差し向けるようにされ、
前記端板の一つは前記第１及び第２流れ室の最後の一つと整列すると共に前記熱交換器ユニットの少なくとも一つに結合されていて流体流を前記屈曲流路から前記少なくとも１つの熱交換器ユニットに差し向けるようにされている、請求項１３に記載の流体流分配装置。
【請求項１５】
前記入口開口及び出口開口は同一の端板には設けられていない請求項１４に記載の流体流分配装置。
【請求項１６】
さらに、一対の流れマニフォルド板を含み、前記複数の屈曲流路ユニットは、前記マニフォルド板の間に挟まれており、一方の前記マニフォルド板は前記流体入口並びに各前記屈曲流路ユニットの各入口開口に整列した流路チャンネルと整列していて流体流を前記流体入口から前記入口開口に差し向けるようになっており、他方の前記マニフォルド板は複数の個別流路チャンネルを含んでおり、各前記個別流路チャンネルは前記出口開口並びに前記関連した熱交換ユニットの少なくとも一つに整列していて前記流体流を前記出口開口から前記関連した熱交換ユニットの前記少なくとも一つに差し向けるようになっている請求項１５に記載の流体流分配装置。
【請求項１７】
さらに一方の前記流れマニフォルド板に重畳した入口板であって前記流体入口並びに前記流路チャンネルと整列した入口開口を備えている入口板と、
他方の前記流れマニフォルド板に重畳した出口ヘッダであって、各々が前記熱交換器ユニットの開口をそれぞれ受け入れ且つ前記個別の流路チャンネルの一つに整列している複数の開口を備えている出口ヘッダと、
をさらに含んでいる請求項１６に記載の流体流分配装置。
【請求項１８】
前記全ての屈曲流路ユニットのオリフィスの列は単一のオリフィス板内に配置され、
すべての前記複数の屈曲流路ユニットの前記第１パターンは単一の流れ室板内に配置され、
全ての前記複数の屈曲流路ユニットの前記第２パターンは単一の流れ室板に形成されている請求項１２に記載の流体流分配装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２流れ室は全て同一の形状及び寸法を有する請求項１２に記載の流体流分配装置。
【請求項２０】
前記第１及び第２流れ室は六角形を有する請求項１９に記載の流体流分配装置。
【請求項２１】
前記第１及び第２流れ室板は同一の構造を有する請求項１９に記載の流体流分配装置。
【請求項２２】
前記オリフィスの列は蛇行パターン状に形成されている請求項１９に記載の流体流分配装置。
【請求項２３】
流体流を流体入口から受け取る複数の熱交換器ユニットを備えた熱交換器に使用する流体流分配装置において、前記装置は
一対の端板、
前記端板の間に挟まれた一対の流れ室板、
前記流れ室板により挟まれたオリフィス板、及び
前記オリフィス板と前記端板の間に挟持された前記流れ室板により形成され他複数の屈曲流路より構成され、該屈曲流路は、
前記オリフィス板を貫通する開口の列、
一方の前記流れ室板に形成された第１流れ室の第１パターン、及び
他方の前記流れ室板に形成された第２流れ室の第２パターンより構成され、
前記第１及び第２流れ室の前記第１及び第２パターンは相互に且つ前記オリフィス列に対して、次の態様、すなわち、前記屈曲流路が前記流れ室の最初の一つから前記流れ室の最後の一つに向けて前記第１及び第２流れ室を交互に通過し、その間に前記屈曲流路が前記第１及び第２流れ室に入出する度ごとに前記オリフィスの一つを通過するように相互配置されている、流体流分配装置。
【請求項２４】
各屈曲流路の第１及び第２流れ室は前記流れ室板の両側で開放しており、対応する各前記流れ室板の片側の前記オリフィス板と反対側の前記端板とにより囲まれている請求項２３に記載の流体流分配装置。
【請求項２５】
一方の前記端板は前記複数の屈曲流路と同数の複数の入口開口を有し、各前記入口開口は前記流体入口に接続すると共に前記屈曲流路の一つの前記第１及び第２流れ室の最初の一つに整列していて流体流を前記流体入口から前記屈曲流路に差し向けるようになっており、
他方の前記端板は前記複数の屈曲流路と同数の出口開口であって各々が各前記屈曲流路第１及び第２流れ室のうちの最後の一つ並びに前記少なくとも一つの前記熱交換ユニットに整列している出口開口を有していて流体流を前記屈曲流路から前記少なくとも一つの前記熱交換ユニットに差し向けるようになっている、請求項２４に記載の流体流分配装置。
【請求項２６】
前記入口開口及び前記出口開口は同一の端板内に存在しない請求項２５に記載の流体流分配装置。
【請求項２７】
さらに、一対の流れマニフォルド板を含み、前記端板は前記流れマニフォルド板の間に挟まれており、前記流れマニフォルド板の一方は前記流体入口と前記各入口開口に整列した流路チャンネルを有し、それにより流体流を前記流体入口から前記各入口開口へ差し向け、前記流れマニフォルドの他方は、各々が前記出口開口予備対応した少なくとも１つの前記熱交換器ユニットと整列し、それにより流体流を前記出口開口から対応した少なくとも一つの前記熱交換ユニットに差し向けるようにした、請求項２６に記載の流体流分配装置。
【請求項２８】
さらに、前記流れマニフォルド板の前記一方に重畳する入口板であって、前記流体入口並びに前記流路チャンネルと整列した入口を有する入口板と、前記流れマニフォルド板の他方に重畳するヘッダ板であって、前記熱交換器ユニットの一つを受け入れると共に前記個別流れチャンネルの一つに整列している複数の開口を有しているヘッダ板とを含んでいる、請求項２７に記載の流体流分配装置。
【請求項２９】
前記第１及び第２流れ室は全て同一の形状と寸法を有する請求項２３に記載の流体流分配装置。
【請求項３０】
前記第１及び第２流れ室は六角形を有する請求項２９に記載の流体流分配装置。
【請求項３１】
前記第１及び第２流れ室板は同一構成を有する請求項２９に記載の流体流分配装置。
【請求項３２】
前記オリフィスの列は蛇行パターをなしている請求項２９に記載の流体流分配装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は共通の供給源から複数の流路へ流体を分配するための装置に関し、さらに詳しくは熱交換器等の装置において使用され、流体流を複数の平行な熱交換流路又は熱交換ユニットに均等に分配して熱交換ユニットに流れる他の１以上の流体と熱交換を行わせるのに使用される分配装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体流を共通の流体源から複数の流路に所望の分配、一般に均等な分配を行うのに必要な流れ要素は多数存在する。かかる流体流れ要素の１つの例は熱交換器であり、特に蒸発器又は気化器として動作する熱交換器である。蒸発又は気化する流体流により吸収される熱は大抵は潜熱であるので、蒸発熱交換器の流路の長さの大部分は二相流体により占有される。ある種の熱交換器例えば凝縮器とは異なり、蒸発器における流体流の分配は自己補正的ではなく、異なった流れ条件が同一の圧力降下（すなわち、高い質量流れが低い熱量変化を伴い、或いは低い質量流れが過熱を伴う）を引き起こし、そのため異なった流れ条件が並行流路内に共存し得る。その結果、熱束は流路（つまり管路）ごとに有意に変動することになり、蒸発器の性能と安定性を低下する。
【０００３】
蒸発器の１つの非常に特殊な例にはプロトン交換膜（PEM）燃料電池のための燃料処理装置に使用されるものがあり、このような装置では水蒸気と炭化水素の気体混合物が高温度で化学的に改質されて改質体（reformate）と称される水素富化流が生成される。このような高温水蒸気及び炭化水素流を生成するための典型的な方法は、液体水から水蒸気を生成してメタン等の気体状炭化水素燃料を湿らせるか、または水と液体炭化水素の混合物を気化する方法である。多くの場合、蒸発熱源は燃料電池系にすでに存在している改質体や燃焼したアノードテイルガスであり、これらは液体水及び／又は液体炭化水素の必要な蒸発に使用できる大きい熱を有する。蒸発熱交換器をできるだけ小型にするためには、気化すべき流体を多数の平行な流路又は通路に流すことにより、流体が一定の体積内で接触する表面の面積を最大にすればよいことが知られている。多数の平行な流路は熱交換器に流入する液体がこれらの平行な流路に均等に分配されることを要する。このような装置に使用するのに適した蒸発器は存在するが、改良の余地がある。例えば、ある種の蒸発器はアルミニウムのような各種の素材から容易には製造できない。この解決手段は２００２年５月１４日出願の米国特許出願１０／１４５５３１号（公開US2003-0215679A1）においてReinke他により提案されており、そこではろう付けしたステンレス鋼製の積層板型熱交換器が記載されている。この提案によると、入口部が、各々が非常の細いスロットを有する一対のスロット付きシートを重畳させることにより形成され、熱交換器の残りの部分の平行流路の各々に対して比較的大きい圧力降下を生じるようになっており、それにより、流体流を多数の平行流路に良好に分配するとされている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３−０２１５６７９Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、多量のろう付け合金がシート内の狭い流路すなわちスロットを閉塞する傾向があり、この構造はステンレス鋼に比してアルミニウムのような大量のろう付け剤を要するある種の材料には使用できない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は流体入口からの流体流を受け取る複数の平行流路又は複数個の熱交換ユニットを有する熱交換器に使用できる流体流分配装置を提供する。この装置は流体入口からの流体流を複数の熱交換ユニットに差し向ける（分配する）ための複数の屈曲流路ユニットを含む。これらのユニットは共通平面に沿って配置されている。各屈曲流路ユニットは一対の流れ室板と、これらの流れ室板の間に挟まれたオリフィス板と、屈曲流路を含む。各屈曲流路はオリフィス板を貫通する複数個のオリフィス（開口）と、一方の流れ室板に形成された第１流れ室パターンと、他方の流れ室板に形成され前記第１流れ室パターンとはずれている（整列していない）第２流れ室パターンと有する。
【０００６】
本発明の１つの形態では、第１流れ室パターンは順次に配列した複数のオリフィス対と整列し、第２流れ室パターンは第１流れ室パターン及びこれらのオリフィス対からずれている。各オリフィス対は一つの第１流れ室並びに二つの第２流れ室と整列していて、流体流を二つの第２流れ室の一つからオリフィス対のうちの一つのオリフィスを経由して第１流れ室の一つへ差し向け、そしてこの第１流れ室の一つから上記オリフィス対中の他方のオリフィスを経由して第２流れ室対のうちの他方の室へ差し向ける。その結果、流体流は第１流れ室と第２流れ室の間を交互に流動しながらオリフィスの列を順次流動して行く。
【０００７】
本発明の一つの形態では、第１及び第２の流れ室パターンは互いに並びにオリフィスの列に対して、次の態様で整列されている。すなわち、屈曲流路は最初の一つの流れ室から流れ室の最後の一つまで延びており、該屈曲流路が第１及び第２の流れ室の一つに入出するたびに、該屈曲流路は一つのオリフィスを通り、そして第１及び第２の流れ室を交互に通過する。
【０００８】
一つの形態では、各屈曲流路ユニットの第１及び第２流れ室は、対応した流れ室板の両側で開放しており、各流れ室板の片側にあるオリフィス板と、反対側にあるそれぞれの端板とにより取り囲まれている。さらに他の形態では、一つの端板は流体入口に接続され且つ第１及び第２流れ室の最初の一つに整列した入口開口を有し、流体流を流体入口から屈曲流路へ差し向ける。一つの端板は第１及び第２流れ室の最後の一つに接続されている出口開口を有し且つ熱交換器ユニットの少なくとも１つに接続されていて、流体流を屈曲流路から少なくとも一つの熱交換器ユニットに差し向ける。さらに他の形態では、入口及び出口開口は同じ端板には設けられない。一つの形態では、流体分配装置はさらに一対の流れマニフォルド板を備え、屈曲流路ユニットはそれらの間に挟持され、一方のマニフォルド板は流体入口及び各屈曲流路ユニット内の各入口開口に整列した流路チャンネルを備え、それにより流体流を流体入口から各入口開口へ差し向け、他方のマニフォルド板は複数の個別流路チャンネルを備え、各チャンネルは上記出口開口の一つと整列すると共に、少なくとも一つの関連した熱交換器ユニットに整列しており、それにより流体流を上記出口開口の一つから少なくとも一つの関連した熱交換器ユニットに差し向ける。さらに他の形態では流体流分配装置はさらに一つの流れマニフォルド板に重畳する入口板を有し、その中に流体入口及び流路チャンネルと整列する入口を有する。分配装置はさらに１つの流れマニフォルド板に重畳するヘッダ板を有し、このヘッダ板は各々が熱交換器ユニットの一つを受け入れる複数の開口であって個別の流れチャンネルの一つと整列した開口を有している。
【０００９】
本発明の一形態では、すべての屈曲流路ユニットのオリフィスの列は単一オリフィス板内に設けられ、すべての屈曲流路ユニットの第１パターンは単一流れ室板内に位置し、すべての屈曲流路ユニットの第２パターンは他の単一流れ室板内に設けられている。
【００１０】
本発明の一つの形態によると、流体流分配装置は流体流を流体入口から受け取る複数の熱交換ユニットを備えた熱交換器内において使用されるように構成されている。この装置は一対の端板と、これら端板の間に挟まれた一対の流れ室板と、これらの流れ室板に挟まれたオリフィス板と、これらのオリフィス板及び端板間に挟まれた流れ室板により画成された複数の屈曲流路とを有する。各屈曲流路はオリフィス板を貫通するオリフィスの列と、流れ室板の一方に形成された第１流れ室の第１パターンと、流れ室板の他方に形成された第２流れ室の第２パターンとを有する。第１流れ室及び第２流れ室の第１及び第２パターンは、それらの互いの整列並びにオリフィスの列に対する整列が、前記屈曲流路が、流体流を前記流れ室の一つから、流れ室の最後の一つへと、交互に第１及び第２流れ室を交互に通過し、屈曲流路が第１及び第２流れ室の一つに入出する度に、前記オリフィスの一つを通るように定められている。
【００１１】
一つの形態では、各屈曲流路ユニットの第１及び２流れ室はそれらの流れ室板の両側に開放しており、各流れ室板の片側のオリフィス板と流れ室板の反対側の端板とにより囲まれている。他の形態では一つの端板は屈曲流路の数に等しい複数の入口開口を有し、各入口開口は流体入口に接続されると共に一つの屈曲流路の第１及び第２流れ室の最初の一つに整列していて流体入口からの流体流を屈曲流路に差し向け、一つの端板は複数の屈曲流路の数に対応した複数の出口開口を有し、各出口開口は一つの屈曲流路の第１及び第２流れ室の最後の一つに整列するとともに、少なくとも一つの熱交換器ユニットに接続されていて流体流を屈曲流路から少なくとも一つの熱交換器ユニットに差し向ける。さらに他の形態では、流体流分配装置はさらに一対のマニフォルド板を有し、端板はこれらの流れマニフォルド板に挟まれており、一方のマニフォルド板は流体入口並びに入口開口と整列した流路チャンネルを備え、それにより流体流を流体入口から各入口開口に差し向け、また他方のマニフォルド板は複数の個別流路チャンネルを含み、各個別流路チャンネルは出口開口の一つ及び対応した少なくとも１つの熱交換ユニットに整列しており、流体流を出口開口から対応した少なくとも一つの熱交換器ユニットに差し向ける。さらに他の形態では、流体流分配装置は流れマニフォルド板の一つに重畳した入口板を有し、その中に流体入口と流路チャンネルとに整列した入口を有し、さらに他方の流れマニフォルド板に重畳し且つ複数の開口を有するヘッダ板を有し、複数の開口の各々は熱交換器ユニットの一つを受けるとともに、個別流路チャンネルの一つに整列している。
【００１２】
本発明の非筒の形態では、第１及び第２流れ室は全て同一の形状と寸法を有する。さらに他の形態では第１及び第２流れ室は六角形を有する。  
ある形態では第１及び第２流れ室は同一構造を有する。
本発明の一つの形態によると、一連のオリフィスは蛇行パターンで配列されている。
本発明の他の目的、効果及び特徴は請求の範囲、明細書、及び図面の全体から理解すべきである。
【実施例】
【００１３】
図１を参照するに、流体流分配装置１０は、図示のように、押出成形された平坦な多口管（全長の一部のみを点線で表示）の形の多数の平行な熱交換流路又はユニット１４を備えた熱交換器１２と関連している。熱交換器１２はさらに流体流１８を受け取る流体入口１６（点線で表示）を有する。流体入口は理想的な条件では複数の熱交換器ユニット１４に対して均等に配置されている。分配された流体流１８は管すなわち熱交換器ユニット１４の内部開口を流れ、熱を管１４の外面（典型的には図示しないフィンその他の適当な形態、例えば隣接した管の間に延びる蛇行フィン、又は全ての管１４を取り囲む板フィン）と熱交換関係にある他の流体流に伝達する。流体流１８の収集マニフォルド（図示せず）は通常熱交換器ユニット１４の反対側の端部に設けられて分配された流体流１８を熱交換器ユニット１４から捕集する。
【００１４】
流体流分配装置１０はここでは押出成形された多口管の形状を有する熱交換流路又はユニット１４と関連して使用されるものとして記載したが、本発明の流体流分配装置は、例えば溶接された管、延伸カップ、又は重畳板型構造のような公知の他の適当な構造の熱交換器又は熱交換流路又はユニットと共に使用することができることに注意すべきである。さらに、図１に例示した構造は５個の熱交換ユニット１４に関連したものとして示されているが、本発明の流体流分配装置１０は流体流が分配される必要のある２個以上の熱交換流路又はユニットを有する熱交換器に使用することができる。従って、特に断らない限り熱交換器ユニットの形式や数には特に制限がない。
【００１５】
図１の流体流分配装置１０は図１に重畳され、ろう付けされた板状構造を有する形態で示されているが、図２はその分解斜視図である。分配装置１０は一対の端板２０、２２、これらの端板２０、２２に挟まれた一対の流れ室板２４、２６、及び流れ室板２４、２６に挟まれたオリフィス板２８より構成されている。これらの板２０、２２、２４、２６、２８は合体してサンドイッチ板構造を有する多重屈曲流路要素３０を形成し、図２に点線矢印３１示したように複数の屈曲流路を形成しており、各流路３１は管１４の各一つに対応し、端板２０の入口開口３２から端板２２の出口開口３３に延びている。各屈曲流路３１はオリフィス板２８を貫通する複数のオリフィス３６よりなる一つの列３４と、流れ室板２４に形成される複数の流れ室４０よりなる第１パターン３８と、流れ室板２６に形成される複数の流れ室４４よりなる第２パターン４２とから構成される。以下で詳細に説明するように、各屈曲流路３１に対して、第１及び第２流れ室４０、４４と第１及び第２パターン３８、４２の相対配置、及びそれらとオリフィス３６の列３４との相互配置は、屈曲流路３１が第１及び第２流れ室４０、４４に入り又は出るたびにオリフィス３６の一つを通るようにして、屈曲流路３１が第１及び第２流れ室４０、４４を交互に且つ複数オリフィス３６を直列に通るように定められる。
【００１６】
図２に例示の流体流分配装置１０はさらに屈曲流路要素３０を挟持する一対の流れマニフォルド板４６、４８と、マニフォルド板４６に重畳していて流体入口１６の入口開口６０が貫通している入口板５０と、他方のマニフォルド板４８に重畳していてスロット形状の複数の開口６４を有するヘッダ板６２を有する。各開口６４は熱交換器ユニット１４の一つを受ける。流れマニフォルド板４６はそれを貫通する櫛形のスロットの形状をなす流路チャンネル６６を有する。チャンネル６６はマニフォルド部７０と、そこから延びて入口６０と整列し流体流を入口６０からマニフォルド部７０に差し向ける脚部６８と、複数の追加の脚部７２を有する。各脚部７２はマニフォルド部７０から延びて端板２０の一つの入口開口３２と整列しており、それにより流体流１８の分配される部分を入口開口３２に導く。一方、マニフォルド板４８は脚部７６の付いた複数の個別の流路チャンネル７４を有する。各脚部７６は対応した一つの出口開口３３に整列しており、これらの脚部７６はヘッダ板６２の開口６４に整列した細長部分７８から延びていて、端板２２の出口開口３３からの流体流１８の分配される部分を開口６４へ導く。
【００１７】
図３を参照すると、一つの屈曲流路３２（図３に点線矢印で示した）を構成する要素が、他の要素から切り離された状態の拡大部分図で示されている。図３に示した板２０、２２、２４、２６、２８は個別の屈曲流路ユニット８０を構成する。図３に示された各部分は図２に示された共通の板材の一部でもよいし、或いは別形態として、図３に示したような別個の複数の部材として構成されていて、同様な個別の部材から構成されている屈曲流路部材８０と共通平面にそって配置されてもよい。図３に示されているように、各流れ路室４０、４４は室間を延びている一様な細いウエッブ８２、８４により画成された同一の六角形状を有し、それにより第１及び第２パターン３８、４２を構成している。この点に関して、例示の実施例ではパターンは同一であるが、軸線８６の周りに相対的に１８０度回転することにより、組立状態でパターン３８、４２が互いにずらされていることが分かる。オリフィス３６の列３４は蛇行形状に又は蛇行パターン状に配置され、それにより図４に示されているように、それぞれのパターン３８、４２を構成する流れ室４０、４４の所望の整列関係を提供している。より具体的に述べると、オリフィス３６の順序対（図４で各対の中のオリフィス３６Ａと３６Ｂ）が各第１流れ室４０と整列し、一対の第２流れ室４４と整列している。
【００１８】
屈曲流路３１は図４からよく理解できる。図において屈曲流路３１は実線矢印と点線矢印により示されており、実線矢印は第２パターン４２の流れ室４４を通過する流れを表し、点線矢印は第１パターン３８（図４では例示目的で実線で示す）の流れ室４０を通過する流れを表す。図４の実施例では、屈曲流路３１は流れ室４４の最初のもの４４Ａから延びて流れ室４０の最後のもの４０Ａに至り、その間に流体流は第１及び第２流れ室４０、４４を交互に流れる一方、オリフィス３６を順に流れる。より詳しくは、屈曲流路３１は入口開口３２（点線で示した）を経て最初の一つの流れ室４４Ａに入り、次いで流れ室４４Ａを流れて最初のオリフィス３６Ａに流入してそこを通過し、一つの流れ室４０に流入し、他のオリフィス３６Ｂに流れ（この一つの流れ室４０に関連している一対のオリフィスのうちの他のもの）、このオリフィス３６Ｂを通過して他の一つの流れ室４４に流れ、以下同様に流れ、屈曲流路３１が流れ室４０、４４に入出するたびにオリフィス３６の一つを通過し、最後に最後の流れ室４０Ａに入り、そして出口開口３３を通って屈曲流路ユニット８０を出て行く。言い換えると、流れ室４０、４４は、屈曲流路３１の複数のオリフィス３６を逐次通過するように列３４の各オリフィス３６の間の流路を提供している。
【００１９】
各屈曲流路３１の液体圧力降下は、従来提案されているある種の設計における小断面積の長い流れチャンネル（例えば背景技術の個所で説明したＲｅｉｎｋｅの特許出願参照）を流動する際の摩擦損失とは違って、各オリフィス３６における速度水頭損失及び収縮・膨張水頭損失により達成される。各屈曲流路３１の液体圧力降下は列３４内のオリフィス３６の寸法と数を変えることにより調整できる。
【００２０】
任意の材料及び接合方法が使用できるが、好ましくは各板２０、２２、２４、２６、２８、４６、４８、５０、６２はアルミニウムで作り、ろう付け接合される。好ましくはオリフィス板２８は被覆しない板から構成され、各流れ室板２４、２６は両側にろう合金で被覆されている。各端板２０、２２は好ましくは流れ室板２４、２６に面する側が被覆されないが、反対側の面は対応するマニフォルド板４６、４８とろう付けするために場合によりろう合金で被覆される。別法として各端板２０、２２は両面とも被覆されず、各マニフォルド板４６、４８の両面がろう合金で被覆されて対応する端板２０、２２及び対応する入口板５８又はヘッダ板６２にろう付けされてもよい。流れ室４０、４４の第１およびだ２パターン３８、４２は、オリフィス板２８に面する一様に細いウエッブ８２、８４のために大きい開口面積率を有しているので、ろうによる屈曲流路３１の閉塞のおそれは最小限度に抑制される。これは特に、この設計が、オリフィス板２８の各オリフィス３６に近接したろう合金の量を減じるためである。言い換えると、各流れ室板２４、２６の表面積が流れ室４０、４４の第１及び第２パターン３８、４２により大幅に減じられ、流れ室板２４、２６をオリフィス板２８に結合するために使用されるろう合金が流れ室板２４、２６の面にのみ存在するので、屈曲流路３１、特にオリフィス孔３６を閉塞するようなろう合金の量は大幅に減じる。この点に関し、制御されたろう付け雰囲気による試験を図４に示したパターンについて実施して０．０３１インチ（０．７９ｍｍ）から０．０５２インチ（１．３２ｍｍ）の範囲のオリフィス孔３６に対する６個の試験片を製造した。全ての場合においてろう付けは成功し、オリフィス孔３６は開放状態であった。
【００２１】
図５は上記の試験片の各々に対して実行して得た液体水を使用する圧力降下−質量流量測定の結果を示す。実験結果（点線）は計算から予想される性能（実線）と比較された。予測される圧力降下（ｐｓｉ）と質量流量（ｇ／秒）の関係は、各オリフィス３６に対する２つの速度水頭損失（第１のものは板２４、２６、２８の面における流れに対する全速度水頭損失であり、第２のものは各オリフィス３６を貫流する流れに対する全水頭損失である）よりなるものとして計算した。第１の全水頭損失に対する流れ面積は、オリフィス３６の直径に等しい直径を有し且つ流れ室板２４、２６の一つの厚さに等しい高さを有する円筒に近似させた。第１の水頭損失を次にｍ2／（２ρＡ１2）により計算した。ここにｍは質量流量であり、ρは水の密度であり、Ａ１は計算された流れ面積である。第２の水頭損失をｍ2／（２ρＡ２2）により計算した。ここにＡ２は計算されたオリフィス３６の直径に等しい直径の円の面積である。予測される全圧力降下はこれら２種の水頭損失の和に列３４内のオリフィス３６の数を掛けて算出した。各試験片は、出口開口３３が大気圧下にある状態で水を種々の圧力下で試験片に流通させることにより試験した。試験片を貫流する水を一定期間だけ集め、それを計量してその圧力での質量流量を決定した。図５に示したように、２種の損失係数を予想値に適用するときに、試験結果と予想値とが良い相関を示していることが分かる。図５から、本設計は低い速度を含む広い流れ速度範囲で良好に動作することが分かる。
【００２２】
図２を参照すると、高度に好ましい構造では、流れ室板２４、２６は互いに同一の構造を有し、オリフィス板２８にろう付け前に他方の流れ室板に対して長軸線の周りに１８０度回転しただけである。このため、同一の流れ室板２４、２６がオリフィス板２８の対応する面にろう付けされる結果となる。同様に、端板２０、２２は構造が同一であるがそれらの長軸線の周りに１８０度回転されており、各端板２０、２２の同じ面が対応する流れ室板２４、２６の面にろう付けされる。組み立て工程でこの配向を行うために、各板２０、２２、２４、２６の一つの上隅を面取りし、次いでオリフィス板２８の対向した隅の同様な面取り部と整列させる。同様な面取り部を板４６、４８、５０、６２に設けて組立工程で流体分配装置１０の各半分に対して面取り部９０、９２を整列させることにより、装置１０の適正な組立てを行う。
【００２３】
六角形の流れ室４０、４４を上に例示したが、例えば円形、長方形、正方形、楕円形、三角形、台形、八角形等の任意の他の形状の流れ室パターン３８、４２を構成できる。同様にパターン３８、４２は同じ用途に対して同じ形状であることが好ましいが、ある用途ではパターン３８、４２を異なった形状にしながら同じ形状の流れ室４０、４４を利用するか、又は異なった形状の流れ室４０、４４を利用することができる。また、図３〜４に示した入口開口３１及び出口開口３３は一方又は他方の端板２０、２２に位置しているが、ある用途では入口開口３１及び出口開口３３を同一の端板２０、２２にも受けることが可能であり、それにより屈曲流路３１の最初及び最後の流れ室が同じ端板２０又は２２に存在するようにしてもよい。この例は上記の屈曲流路３１の最初の流れ室４０又は４４がパターン３８、４２の一つに存在し、最後の流れ室４０又は４４が他の流れパターン３８、４２の他方に存在する上述の例とは異なる。
【００２４】
比較的高い圧力降下を複数の平行な熱交換路又はユニットの各々の入口領域で起こさせることにより、流体流の良好か分配がこれら複数の平行な熱交換流路又はユニット間で達成できる。本発明による流体流分配装置のこの利益は、従来提案されている他の構造に比して閉塞の可能性を減じる構造において得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の流体流分配装置の斜視図である。
【図２】図１の分配装置の分解斜視図である。
【図３】図２から選択した数個の部材の部分を示す分解斜視図である。
【図４】図３の線４−４の方向に見た若干模式的な図である。
【図５】図１の装置の圧力降下と質量流量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１０  流体流分配装置
１２  熱交換器
１４  交換器ユニット
１６  流体入口
１８  流体流
２０、２２  端板
２４、２６  流れ室板
２８  オリフィス板
３０  多重屈曲流路要素
３１  屈曲流路
３２  入口開口
３３  出口開口
２８  オリフィス板
３４  列（オリフィスの）
３６  オリフィス
３６Ａ、３６Ｂ  オリフィス
３８  第１パターン（流れ室４０の）
４０  流れ室
４４  流れ室
４４Ａ、４０Ａ  流れ室
４２  第２パターン（流れ室４２の）
４６、４８  流れマニフォルド板
６０  流体入口１６の入口開口
６２  ヘッダ板
６４  ヘッダ板の開口
６６  流路チャンネル
６８  脚部
７０  マニフォルド部
７２  脚部
７４  流路チャンネル
７６  脚部
７８  細長部分
８０  屈曲流路ユニット
８２、８４  ウエッブ
８６  軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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