(57)【要約】  熱交換器を製造する方法が、第１の伝導板を第２の伝導板に接合して未成形エンベロープ内に複数の別々のボリュームを画定するステップと、未成形エンベロープ内のそれぞれ別個のボリューム内に開口を作製するステップと、未成形エンベロープを加熱するステップとを含む。この方法は、開口を介してそれぞれ別個のボリューム加圧するステップと、未成形エンベロープを成形エンベロープにホット塑性加工するステップと、複数の成形エンベロープを熱交換器コアに組み立てるステップとをさらに含み、熱交換器コアは、成形エンベロープの外側に流体通路を含み、流体通路は、隣接する成形エンベロープによって画定され、流体通路は、熱交換器コアの寸法全体にわたって延びる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器を製造する方法であって、
ａ．第１の伝導板を第２の伝導板に接合して未成形エンベロープ内に複数の別々のボリュームを画定するステップと、
ｂ．前記未成形エンベロープ内のそれぞれ別個のボリューム内に開口を作製するステップと、
ｃ．前記未成形エンベロープを加熱するステップと、
ｄ．前記開口を介してそれぞれ別個のボリュームを加圧するステップと、
ｅ．前記未成形エンベロープを成形エンベロープにホット塑性加工するステップと、
ｆ．複数の成形エンベロープを熱交換器コアに組み立てるステップと、を含む方法であって、前記熱交換器コアが、前記成形エンベロープの外側に流体通路を含み、前記流体通路が、隣接する成形エンベロープによって画定され、前記流体通路が、前記熱交換器コアの寸法全体にわたって延びる、方法。
【請求項２】
前記接合するステップが、前記第１の伝導板を前記第２の伝導板に摩擦撹拌溶接するステップ、溶融溶接するステップ、またはレーザー溶接するステップのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接合するステップが、各未成形エンベロープ内の第２のボリュームによって実質的に囲まれた各未成形エンベロープ内の第１のボリュームを画定する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記加圧するステップが、各開口を介して各ボリューム中にガスを注入するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記流体通路を介した流れに平行に各成形エンベロープ内に隣接するボリュームを配列させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記流体通路を介した流れに直角に各成形エンベロープ内に隣接するボリュームを配列させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
それぞれ別個のボリュームの対向端を介して流路を作製するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記組み立てるステップが、隣接する成形エンベロープの隣接する流路を連結するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
熱交換器を製造する方法であって、
ａ．第１の伝導板を第２の伝導板に接合して複数の未成形エンベロープを画定するステップであって、各未成形エンベロープが、複数の別々のボリュームを含む、ステップと、
ｂ．前記未成形エンベロープを分離するステップと、
ｃ．各未成形エンベロープ内のそれぞれ別個のボリューム内に開口を作製するステップと
ｄ．前記未成形エンベロープを加熱するステップと、
ｅ．前記開口を介してそれぞれ別個のボリュームを加圧するステップと、
ｆ．各未成形エンベロープを成形エンベロープにホット塑性加工するステップと、
ｇ．複数の前記成形エンベロープを熱交換器コアに組み立てるステップと、を含む方法であって、前記熱交換器コアが、前記成形エンベロープの外側に流体通路を含み、前記流体通路が、隣接する成形エンベロープによって画定され、前記流体通路が、前記熱交換器コアの寸法全体にわたって延びる、方法。
【請求項１０】
前記接合するステップが、前記第１の伝導板を前記第２の伝導板に摩擦撹拌溶接するステップ、溶融溶接するステップ、またはレーザー溶接するステップのうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記接合するステップが、各未成形エンベロープ内の第２のボリュームによって実質的に囲まれた各未成形エンベロープ内の第１のボリュームを画定する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記加圧するステップが、各開口を介してそれぞれ別個のボリューム中にガスを注入するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記流体通路を介した流れに平行に各成形エンベロープ内に隣接するボリュームを配列させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記流体通路を介した流れに直角に各成形エンベロープ内に隣接するボリュームを配列させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
それぞれ別個のボリュームの対向端を介して流路を作製するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記組み立てるステップが、隣接する成形エンベロープの隣接する流路を連結するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
熱交換器を製造するシステムであって、
ａ．第１の伝導板を第２の伝導板に接合して未成形エンベロープ内に複数の別々のボリュームを画定する手段と、
ｂ．前記未成形エンベロープを成形エンベロープにホット塑性加工する手段と、
ｃ．複数の前記成形エンベロープを熱交換器コアに組み立てる手段と、を含むシステムであって、前記熱交換器コアが、前記成形エンベロープの外側に流体通路を含み、前記流体通路が、隣接する成形エンベロープによって画定され、前記流体通路が、前記熱交換器コアの寸法全体にわたって延びる、システム。
【請求項１８】
第１の伝導板を第２の伝導板に接合して未成形エンベロープ内に複数の別々のボリュームを画定する手段が、摩擦撹乱溶接機、溶融溶接機、またはレーザー溶接機のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記未成形エンベロープを成形エンベロープにホット塑性加工する手段が、不活性ガス供給部、プレス、加熱器、または金型のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
複数の前記成形エンベロープを熱交換器コアに組み立てる手段が、切削工具または溶接機のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明には、概して、熱交換器を製造するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]流体系間で熱を伝達する熱交換器には多くの種類が存在する。例えば、ある種の熱交換器は、先進国世界で使用されるほぼあらゆる発電装置、換気システム、および水道システムに備えられており、また、自動車、トラック、船、航空機、または燃焼機関、空気圧システム、油圧システム、もしくは他の発熱構成要素を有する他の機械は、そのほぼすべてが少なくとも１つの熱交換機を備える。ある応用例では、空気およびガスを含めて複数の流体と熱を交換するのに、複数の熱交換器を使用することができる。例えば、自動車のエンジン室は、ラジエータ液を冷却するために１つの熱交換器、トランスミッション液を冷却するために第２の熱交換器、および空調装置に関連した冷媒を冷却するために第３の熱交換器を含むことができる。他の例として、ターボディーゼルエンジン車両は、燃費効率または電力の発生を良くするために、中間冷却器、排出ガス再循環器、および／またはターボ発電器用の別個の熱交換器と共に、排出ガスの冷却および／または加熱用の熱交換器を含むことができる。より大型の車両は、他の圧媒液、圧縮空気、または補助システムを冷却するために追加の熱交換器を含むことができる。それぞれ別個の熱交換器は、エンジン室内に有限の利用可能空間を占める別個の設置面積を必要とし、製造費、組立費、および保守費が増大し、車両の総重量が増加する。さらに、多くの熱交換器は、一般設計要件および／または熱交換器用の気流速度に基づいて、この冷却および／または加熱が行われていると認められる、概ね受け入れられる最良の位置を有する。
【０００３】
[0003]効率的な熱交換器を製造する従来の技術は、複雑な波形パターンでプレートまたはエンベロープを成形するために伝導ブランクのスタンピング、焼きなまし、および溶接を繰り返すことを含む。スタンピングに関連した延伸は、熱伝達を向上させるために理想的な厚さよりも厚い伝導ブランクが必要になる。さらに、焼きなましは、延長期間にわたる上昇温度で伝導ブランクを維持することがしばしば必要であり、それにより伝導ブランクに不要な酸化をもたらすことがある。その結果、従来の技術は、時間がかかり、高価であり、理想よりも重い熱交換器をもたらす。
【０００４】
[0004]つい最近では、熱交換器を製造するのに超可塑性成形技法が用いられている。具体的には、圧力プレート、金型、および／または高圧ガスの組み合わせを使用して、伝導ブランクを加熱し、次に所望の形状に塑性的に変形させることができる。超可塑性成形技法は、従来の熱交換器を製造することに関連した費用および時間を低減したが、複数の流体熱交換器を製造するシステムおよび方法の改良が有用であろう。 
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本発明の態様および利点は、 以下の説明で以下に示す回路であり、また以下の説明から明白であり得るし、あるいは本発明の実施を通じて知ることができる。
【０００６】
[0006]本発明の一実施形態は、第１の伝導板を第２の伝導板に接合して未成形エンベロープ内に複数の別々のボリュームを画定するステップと、未成形エンベロープ内のそれぞれ別々のボリューム内に開口を作製するステップと、未成形エンベロープを加熱するステップとを含む、熱交換器を製造する方法である。この方法は、それぞれ別個のボリュームを開口を介して加圧するステップと、未成形エンベロープを成形エンベロープにホット塑性加工するステップと、複数の成形エンベロープを熱交換器コアに組み立てるステップとをさらに含み、熱交換器コアは、成形エンベロープの外側に流体通路を含み、流体通路は、隣接する成形エンベロープによって画定され、流体通路は、熱交換器コアの寸法全体にわたって延びる。
【０００７】
[0007]本発明の他の実施形態は、第１の伝導板を第２の伝導板に接合して複数の未成形エンベロープを画定するステップを含む、熱交換器を製造する方法であって、各未成形エンベロープは複数の別々のボリュームを含む。この方法は、未成形エンベロープを分離するステップと、各未成形エンベロープ内のそれぞれ別個のボリューム中に開口を作製するステップと、未成形エンベロープを加熱するステップとをさらに含む。さらに、この方法は、それぞれ別個のボリュームを開口を介して加圧するステップと、各未成形エンベロープを成形エンベロープにホット塑性加工するステップと、複数の成形エンベロープを熱交換器コアに組み立てるステップとを含み、熱交換器コアは、成形エンベロープの外側に流体通路を含み、流体通路は、隣接する成形エンベロープによって画定され、流体通路は、熱交換器コアの寸法全体にわたって延びる。
【０００８】
[0008]本発明の代替実施形態は、第１の伝導板を第２の伝導板に接合して未成形エンベロープ内の複数の別々のボリュームを画定する手段と、未成形エンベロープを成形エンベロープにホット塑性加工する手段と、複数の成形エンベロープを熱交換器コアに組み立てる手段とを含む熱交換器を製造するシステムであって、熱交換器コアが、成形エンベロープの外側に流体通路を含み、流体通路が、隣接する成形エンベロープによって画定され、流体通路が、熱交換器コアの寸法全体にわたって延びる、システムでもよい。
【０００９】
[0009]当業者は、本明細書を検討すれば、このような実施形態の特徴および態様およびその他をよく理解されよう。 
【００１０】
[0010]当業者に対する本発明の最良の態様を含む、本発明の全開示および実現可能な開示を、添付の図を参照することを含めて、本明細書の残りの部分において、より詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】[0011]本発明の様々な一実施形態に従って製造した例示的な熱交換器の斜視図である。
【図２】[0012]本発明の一実施形態に従って図１に示す熱交換器を製造するシステムの構成図である。
【図３】[0013]本発明の代替実施形態に従って図１に示す熱交換器を製造するシステムの構成図である。
【図４】[0014]本発明の様々な実施形態に従って成形された未成形エンベロープの上面図である。
【図５】[0015]本発明の様々な実施形態に従って成形された代替未成形エンベロープの上面図である。
【図６】[0016]成形エンベロープに付形された図４に示す未成形エンベロープの平面図である。
【図７】[0017]成形エンベロープに付形された図５に示す未成形エンベロープの平面図である。
【図８】[0018]図１に示す熱交換器コアに組み立てられた図６に示す成形エンベロープの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0019]次に、本発明の本実施形態を詳細に参照し、その１つまたは複数の例を添付の図面に示す。この詳細な説明では、数字と文字の識別を使用して図面内の特徴を示している。図面および説明における同じまたは類似の識別を使用して、本発明の同じまたは類似の部品を示す。
【００１３】
[0020]各例は、本発明の説明のために挙げられ、本発明の限度を示すためではない。事実、本発明では、その範囲または精神を逸脱することなく修正や変更を加えることができることが当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示または説明される諸特徴は、別の実施形態に使用してさらに他の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内にあるものとして、このような修正および変更を包含することが意図されている。
【００１４】
[0021]本発明の様々な実施形態は、熱交換器を製造するシステムおよび方法を提供する。本発明の特定の実施形態において、このシステムおよび方法は、従来の溶接をホット塑性加工に組み合わせて、複数の流体熱交換器を組み立てる。本発明の特定の実施形態は、自動車、トラック、または他の車両との関連で説明できるが、本発明がどの特定の適用分野にも限定されず、流体間の熱の伝達を必要とする適用分野であればどれにでも使用されるように適切に適合できることが当業者には容易に理解されるであろう。
【００１５】
[0022]図１は、本発明の様々な一実施形態に従って製造した例示的な熱交換器１０の斜視図を提供する。図示するように、熱交換器１０は、全体として、熱交換器コア１４を形成するために次々に積み重ねられた、または層状に配列された複数のエンベロープ１２を含む。各エンベロープ１２は、複数のボリュームまたは空洞を画定し、各ボリュームまたは空洞は入口および出口を含む。例えば、図１に示す特定の実施形態において、各エンベロープ１２は、５つの別々のボリューム１６、１８．２０、２２、２４を画定する。各ボリュームは、図１に矢印で示す関連する入口および出口を有して、熱交換器コア１４中におよびそれを介して流入させるために５つの別々のシステム流体用の５つの別々の通路を提供する。
【００１６】
[0023]図１に示すように、エンベロープ１２の層は、隣接するエンベロープ１２の外側および間に流体通路または流路２６を画定する。複数の流体通路または流路２６は、熱交換器１０の寸法全体にわたって延びる。このようにして、空気または水など、周囲流体２８の流れは、流体通路または流路２６を介しておよびエンベロープ１２の層の周囲を流れて、エンベロープ１２を介して流れるシステム流体と熱を交換することができる。熱交換器１０の様々な実施形態に関連した構造および動作に関する追加の詳細は、本願と同じ日に出願され、本願と同じ発明人を記載し、本願と同じ譲受人に譲渡された、「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ  Ｈｅａｔ」という名称の米国特許出願に記載されており、その全体をすべての目的で本明細書に組み込む。
【００１７】
[0024]図２は、本発明の一実施形態により、図１に示す熱交換器１０を製造するシステム３０の構成図を提供する。システム３０は、全体として、未成形エンベロープを成形し、未成形エンベロープを付形し、および付形されたエンベロープを熱交換器コア１４に組み立てるために熱伝導材を処理する複数のステーションを含む。例えば、図２に示すように、システム３０は、接合ステーション４０と、成形ステーション４２と、組立ステーション４４とを含むことができる。図２に順次の、連結されたステーションとして図示しているが、各ステーションは別々で、連結せずに、他のステーションから独立し分離したバッチ操作を実施できるようにし得ることが当業者には容易に理解されるであろう。例えば、図３は、図１に示す熱交換器１０を製造するシステム３０の構成図を提供し、接合ステーション４０、成形ステーション４２、および組立ステーション４４は、他のステーションとは独立したバッチ操作を実施するように別々に動作する。さらに、各ステーションの例示的構造および機能について本明細書に説明するが、特定の実施形態では、様々な構造および／または機能が共有され、組み合わされ、および／または他の方法で異なるステーションに配列できることが当業者には容易に理解されるであろうし、本発明は、特許請求の範囲に具体的に明記されていない限り、任意の特定のグルーピング、構成、または順序に限定されない。
【００１８】
[0025]接合ステーション４０は、全体として、熱伝導材供給部５０と、第１の伝導板５２を第２の伝導板５４に接合する手段とを含む。熱伝導材供給部５０は、例えば、１巻きのアルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、または熱交換器１０における使用に適した他の伝導金属、合金、および超合金を含むことができる。第１および第２の伝導板５２、５４を接合する手段は、１つの伝導材を別の伝導材に固定的に連結するために、当業者に周知であるどんな適切なデバイスでも含むことができる。例えば、第１および第２の伝導板５２、５４を接合する手段は、摩擦撹拌溶接機、溶融溶接機、またはレーザー溶接機５６を含むことができる。他の特定の実施形態において、第１および第２の伝導板５２、５４を接合する手段は、拡散接合機、はんだ付け装置、ろう付け装置、または第１および第２の伝導板５２、５４を接合するガスケットおよび締め具の任意の組み合わせを含むことができる。図２および図３に示すように、第１および第２の伝導板５２、５４は、第１および第２の伝導板５２、５４を接合する手段に別々に供給することができ、出力は順次続く一連の未成形エンベロープ５８であり、各未成形エンベロープ５８内に複数の別々に画定されたボリューム６０がある。
【００１９】
[0026]図４および５は、本発明の様々な実施形態に従って成形された、未成形エンベロープ５８の上面図を提供する。図４に示すように、例えば、接合ステーション４０は、未成形エンベロープ５８内に５つの別々に画定されたボリューム６０を作製でき、溶接ビード、ろう付けジョイント、ガスケット、または他の不透過性の遮断壁が各ボリューム６０の周りにシール７０を形成する。それぞれ別個に画定されたボリューム６０は、流体通路２６を介した予測どおりの流れに対して平行に、または直角に配列することができる。あるいは、図５に示すように、接合ステーション４０は、２つの別々に画定されたボリュームを作製し、第１のボリューム６２を第２のボリューム６４によって完全に囲むことができる。
【００２０】
[0027]図４および５に示すように、接合ステーション４０または成形ステーション４２は、さらに、未成形エンベロープ５８内のそれぞれ別個のボリューム６０内に開口６６を作製できる。開口６６は、概して、流路６８の周辺内に配置することができ、後で切断し、またはそれぞれ別個のボリューム６０の対向端を介して他の方法で成形することができる。このようにして、開口６６は、それぞれ別個のボリューム６０中に流体連絡路を設けることができる。
【００２１】
[0028]図２および３に示す成形ステーション４２は、概して、未成形エンベロープ５８を成形エンベロープ７２にホット塑性加工する手段を含む。ホット塑性加工する手段は、例えば、加熱器７４、ガス供給部７６、プレス７８、および／または金型８０を含むことができる。加熱器７４は、例えば、セラミックプレート、誘導コイル、抵抗コイル、または未成形エンベロープ５８を伝導的に、誘導的に、または輻射的に加熱する当業界で周知である他の適切なデバイスを含むことができる。ガス供給部７６は、それぞれ別個のボリューム６０を加圧するためにそれぞれ別個のボリューム６０に関連した開口６６を介して不活性ガスまたは他のガスを注入するのに使用できる。加圧され加熱された未成形エンベロープ５８は、次に、金型８０の形状に適合するように塑性的に変形させることができる。あるいは、または、さらに、プレス７８を使用して、加圧され、および／または加熱された未成形エンベロープ５８を所望の形状に塑性的に変形させることができる。
【００２２】
[0029]図６および７は、成形ステーション４２によって成形エンベロープ７２にそれぞれ付形される、図４および５に示す未成形エンベロープ５８の平面図を提供する。図示するように、各成形エンベロープ７２は、成形エンベロープ７２の内側のおよび／または流体通路２６を介した層流を妨げる波形面８２および／または撹拌器を含む。波形および撹拌器の具体的な寸法および形状は、具体的な応用例によって変わる。例えば、波形または撹拌器（存在する場合）は、高さが約２．５〜１０ミリメートルであってよい。あるいは、波形または撹拌器の高さは、個々の成形エンベロープ７２の合計の厚さの約１／２でもよい。他の実施形態において、波形または撹拌器の高さは、隣接する成形エンベロープ７２の間のより大きい流体通路または流路２６を得るために、個々の成形エンベロープ７２の合計の厚さの１／２未満でもよい。
【００２３】
[0030]図６および７に示すように、成形ステーション４２または組立ステーション４４は、それぞれ別個のボリューム６０の対向端を介して流路６８をさらに切り込みまたは他の方法で作製することができる。隣接する成形エンベロープ７２の流路６８は、それぞれ別個のボリューム６０ごとに供給または排出ヘッダー８４、８６ならびに組立ステーション４４において成形エンベロープ７２を隣接する成形エンベロープ７２に取り付ける位置を集合的に形成する。さらに、成形ステーション４２または組立ステーション４４は、後で熱交換器コア１４に組み立てるために、１つの成形エンベロープ７２を別の成形エンベロープから分離することができる。
【００２４】
[0031]組立ステーション４４は、概して、複数の成形エンベロープ７２を図１に示す熱交換器コア１４に組み立てる手段を含む。成形エンベロープ７２を組み立てる手段は、流路６８を成形するために、および／または１つの成形エンベロープ７２を別のエンベロープから分離するために、例えば、ドリル、のこぎり、パンチまたは他の切削工具８８を含むことができる。あるいは、または、さらに、成形エンベロープ７２を組み立てる手段７２は、ろう付け機、はんだ付け機、溶接機９０、または隣接する流路６８の周りに不透過性の遮断壁９２を形成する他のデバイスを含むことができる。
【００２５】
[0032]図８は、図１に示す熱交換器コア１４に組み立てられた、図６に示す成形エンベロープ７２の断面図を提供する。図８に示すように、隣接する成形エンベロープ７２の隣接する流路６８は、ろう付け、はんだ付け、溶接、または隣接する流路６８の周りに不透過性の遮断壁９２を形成する他の従来の方法などによって、相互に連結される。各熱交換器コア１４は、１００〜５００層の成形エンベロープ７２または必要であればそれより多いかまたは少ない層の成形エンベロープ７２を含むことができる。
【００２６】
[0033]この書面による説明は、最良の態様を含めて、本発明を開示するのに諸例を使用し、任意の装置またはシステムを製作し使用すること、また任意の組み込まれた方法を実施することを含めて、本発明を実施することが当業者に可能でもある。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲よって定義され、当業者に思いつく他の例を含むことができる。このような他の諸例は、特許請求の範囲の文字どおりの言語と差異がない構造的要素を含む場合、または特許請求の範囲の文字どおりの言語と差異が非実質的である同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【図１】
2014531566.tif 000003
【図２】
2014531566.tif 000004
【図３】
2014531566.tif 000005
【図４】
2014531566.tif 000006
【図５】
2014531566.tif 000007
【図６】
2014531566.tif 000008
【図７】
2014531566.tif 000009
【図８】
2014531566.tif 000010
【国際調査報告】
2014531566.tif 000011