(57)【要約】  本発明に係る熱交換器は、管状構造体及びチャンバー組立体から形成される少なくとも一つの円筒形の管状部材（１００）を有する。複数の流れ変更部材が、管状構造体内に所定の間隔で結合されている。流れ変更部材は、熱交換媒体の流れに対向する流れ変更部材のそれぞれの側に傾斜面を有する。入口開口部及び出口開口部の対が、流れ変更部材と同じ間隔で、管状構造体の壁に形成されている。チャンバー組立体は、管状組立体の外面全体の環又は部分的な環として結合される。それぞれのチャンバー組立体は中空であり、内部で流体が流れるのを可能にし、且つ対応する入口開口部及び出口開口部の対と流体連通して、熱交換媒体は繰り返し、管状構造体を出てチャンバー組立体へ流入し、管状構造体へ戻る。複数の円筒形の管状部材が、マニホールドの間に結合されていてもよい。
2015511001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの円筒形の管状部材（１００）を有する熱交換器（２００）であって、前記円筒形の管状部材（１００）は、
一端に入口（５）を、他端に出口（１０）を備え、複数の入口開口部（３０）及び出口開口部（３５）を有する管状構造体（１５）であって、前記複数の入口開口部及び出口開口部は、前記管状構造体のそれぞれの側に沿って互いに離間して位置し、それぞれの入口開口部（３０）に対して、対になる出口開口部（３５）が前記管状構造体の略反対側に配置されている管状構造体（１５）と、
前記管状構造体（１５）の外面に取り付けられた複数のチャンバー組立体（２０）であって、それぞれのチャンバー組立体（２０）は第一及び第二の略平面壁（９０、９５）を有し、前記第一及び第二の平面壁（９０、９５）は開口部（５５）を有し、前記管状組立体（１５）は、前記開口部（５５）を貫いて配置され、前記管状構造体（１５）の外側にあり且つ前記管状構造体（１５）を取り囲う略円筒形のチャンバー（５０）を少なくとも部分的に画定し、それぞれのチャンバー組立体（２０）は、前記管状構造体（１５）上に位置し、これにより、前記それぞれのチャンバー組立体（２０）のチャンバー（５０）は、対応する入口開口部及び出口開口部の対（３０、３５）と流体連通している複数のチャンバー組立体（２０）と、
前記管状構造体（１５）内に配置された複数の流れ変更部材（２５、１５０）であって、それぞれの流れ変更部材は、対応する入口開口部（３０）に対向する傾斜面を有する第一面（７５、１７０）と、前記対応する入口開口部（３０）と対を成す前記出口開口部（３５）に対向する傾斜面を有する第二面（８０、１８５）と、を有する複数の流れ変更部材（２５、１５０）と、
を含むことを特徴とする熱交換器（２００）。
【請求項２】
それぞれのチャンバー組立体（２０）は、前記第一の平面壁（９０）を前記第二の平面壁（９５）に連結する側壁（８５）をさらに含むことで、前記略円筒形のチャンバー（５０）をさらに画定することを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
少なくとも一つの円筒形の管状部材（１０５）を有する熱交換器（２００）であって、前記円筒形の管状部材（１０５）は、
一端に入口（１１５）を、他端に出口（１２０）を備え、複数の入口開口部（１３０、１３５）及び出口開口部（１４０、１４５）を有する管状構造体（１１０）であって、前記複数の入口開口部及び出口開口部は、前記管状構造体のそれぞれの側に沿って互いに離間して位置し、それぞれの入口開口部（１３０、１３５）に対して、対になる出口開口部（１４０、１４５）が前記管状構造体の略反対側に配置されている管状構造体（１１０）と、
前記管状構造体（１１０）の外面に取り付けられた複数の略半円筒形のチャンバー組立体（１２５、１２６）であって、それぞれのチャンバー組立体（１２５、１２６）は第一及び第二の略平面壁を有し、前記第一及び第二の平面壁は前記管状構造体の一部を取り囲って、前記管状構造体（１１０）の外側にあり且つ前記管状構造体（１１０）を部分的に取り囲う略半円筒形のチャンバー（１８０、１８２）を少なくとも部分的に画定し、第一セットのチャンバー組立体（１２５）は前記管状構造体（１１０）上に位置し、これにより、前記第一セットのチャンバー組立体（１２５）のそれぞれのチャンバー（１８０）のそれぞれは、対応する入口開口部及び出口開口部の対（１３０、１４０）と流体連通しており、第二セットのチャンバー組立体（１２６）は前記管状構造体（１１０）上に位置し、前記第二セットのチャンバー組立体（１２６）のそれぞれのチャンバー（１８２）のそれぞれは、これにより、対応する入口開口部、出口開口部の対（１３５、１４５）と流体連通しており、前記第一セット及び第二セットの前記チャンバー組立体は、前記管状構造体に沿って互いに離間して位置し、前記第一セットのそれぞれのチャンバー組立体に対して、対応する前記第二セットのチャンバー組立体が前記管状構造体の略反対側に配置されている複数の略半円筒形のチャンバー組立体（１２５、１２６）と、
前記管状構造体（１１０）内に配置された複数の流れ変更部材（２５、１５０）であって、それぞれの流れ変更部材は、対応する二つの入口開口部（１３０、１３５）に対向する傾斜面を有する第一面（７５、１７０）と、前記対応する二つの入口開口部（１３０、１３５）とそれぞれ対を成す前記二つの出口開口部（１４０、１４５）に対向する傾斜面を有する第二面（８０、１８５）と、を有する、複数の流れ変更部材（２５、１５０）と、
を含むことを特徴とする熱交換器（２００）。
【請求項４】
それぞれのチャンバー組立体（１２５、１２６）は、前記第一の平面壁を前記第二の平面壁に連結する側壁をさらに含むことで、それぞれの前記略半円筒形のチャンバー（１８０、１８２）をさらに画定することを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
少なくとも一つの円筒形の管状部材（１０５）を有する熱交換器（２００）であって、前記円筒形の管状部材（１０５）は、
一端に入口（１１５）を、他端に出口（１２０）を備え、複数の入口開口部（１３０）及び出口開口部（１４０）を有する管状構造体（１１０）であって、前記複数の入口開口部及び出口開口部は、前記管状構造体（１１０）のそれぞれの側に沿って互いに離間して位置し、それぞれの入口開口部（１３０）に対して、対になる出口開口部（１４０）が前記管状構造体の略反対側に配置されている管状構造体（１１０）と、
前記管状構造体（１１０）の外面に取り付けられた複数の略半円筒形のチャンバー組立体（１２５）であって、それぞれのチャンバー組立体（１２５）は第一及び第二の略平面壁を有し、前記第一及び第二の平面壁は前記管状構造体の一部を取り囲って、前記管状構造体（１１０）の外側にあり且つ前記管状構造体（１１０）を部分的に取り囲う略半円筒形のチャンバー（１８０）を少なくとも部分的に画定し、それぞれのチャンバー組立体（１２５）は前記管状構造体（１１０）上に位置し、これにより、前記チャンバー組立体（１２５）のそれぞれのチャンバー（１８０）は、対応する入口開口部及び出口開口部の対（１３０、１４０）と流体連通している複数の略半円筒形のチャンバー組立体（１２５）と、
前記管状構造体（１１０）内に配置された複数の流れ変更部材（２５、１５０）であって、それぞれの流れ変更部材は、対応する入口開口部（１３０）に対向する傾斜面を有する第一面（７５、１７０）と、前記対応する入口開口部（１３０）とそれぞれ対を成す前記出口開口部（１４０）に対向する傾斜面を有する第二面と、を有する、複数の流れ変更部材（２５、１５０）と、
を含むことを特徴とする熱交換器（２００）。
【請求項６】
それぞれのチャンバー組立体（１２５）は、前記第一の平面壁を前記第二の平面壁と連結する側壁をさらに含むことで、それぞれの前記略半円筒形のチャンバー（１８０）をさらに画定することを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
連続するチャンバー組立体（２０、１２５、１２６）の間において前記管状構造体（１５、１１０）を取り囲う管状部分（７０）をさらに含むことで、前記連続するチャンバー組立体を相互に連結することを特徴とする、請求項１から６の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
隣接する流れ変更部材（２５）を相互に連結するアタッチメント部材（４５）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から７の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
それぞれの流れ変更部材（１５０）は、第一の側壁（１５５）及び第二の側壁（１６０）を有し、前記第一の側壁（１５５）及び前記第二の側壁（１６０）は、前記流れ変更部材の前記第一面（１７０）と共に、入口開口部と流体連通するように配置された第一のチャンネルを画定することを特徴とする、請求項１から７の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
それぞれの流れ変更部材（１５０）は、第三の側壁（１９０）及び第四の側壁（１９５）を有し、前記第三の側壁（１９０）及び前記第四の側壁（１９５）は、前記流れ変更部材の前記第二面（１８５）と共に、出口開口部と流体連通するように配置された第二のチャンネルを画定することを特徴とする、請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記第一の側壁（１５５）は前記第三の側壁（１９０）に結合され、前記第二の側壁（１６０）は前記第四の側壁（１９５）に結合されて、隣接する流れ変更部材（１５０）の間で間隔を保つことを特徴とする、請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
それぞれの流れ変更部材（１５０）は、第一の底壁（１６５）及び第二の底壁（２０５）を含み、前記第一の底壁（１５０）は前記第一の側壁（１５５）と前記第二の側壁（１６０）との間に配置されて、前記第一のチャンネルをさらに画定し、前記第二の底壁（２０５）は前記第三の側壁（１９０）と前記第四の側壁（１９５）との間に配置されて、前記第二のチャンネルをさらに画定することを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
第一のマニホールド（２１０）と第二のマニホールド（２３０）との間に配置された複数の前記円筒形の管状部材を含み、それぞれの管状構造体の前記入口は、前記第一のマニホールド（２１０）及び前記第二のマニホールド（２３０）の何れか一方と流体連通しており、それぞれの管状構造体の前記出口は、前記第一のマニホールド（２１０）及び前記第二のマニホールド（２３０）の何れか一方と流体連通していることを特徴とする、請求項１から１２の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記第一のマニホールド（２１０）及び前記第二のマニホールド（２３０）は、前記複数の円筒形の管状部材が配置された容器（３５０）によって結合されていることを特徴とする、請求項１３に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して熱交換器チューブ及び熱交換器に関し、より具体的には、それぞれの管状部材内に複数の流れ変更部材（flow altering member）を有する円筒形の管状部材を備えた熱交換器チューブ及び熱交換器に関する。流れ変更部材はそれぞれ、円筒形の管状部材の外面に取り付けられたチャンバー組立体と対になっている。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、熱交換器は、熱が除去されることが望まれるシステムにおいて利用される。通常の且つ基本的な熱交換器は、略直線形のパイプからなり、それらのパイプは内部で熱交換媒体を流す。通常、ヘッダー又はマニホールドがパイプのそれぞれの端に取り付けられる。これらのヘッダー及びマニホールドは、熱交換媒体の受け器として機能する。パイプ熱交換器の効率は、熱の伝達に利用可能な表面積の大きさによって制限されている。チューブ及びチャンバー熱交換器においては、複数のチューブ及びチャンバー組立体が一対のヘッダー又はマニホールドの間の空間に（in spaced relation）延在し、熱交換器の芯部（core）を形成する。熱交換器の熱交換性能は、複数のチューブ及びチャンバー組立体によって与えられる全体の表面積により決定される。
【０００３】
表面積を増加させて熱交換性能を向上させるために、放熱器（condensers）のような通常の熱交換器は、平坦なチューブの設計を取り入れており、通常この平坦なチューブは、コルゲートフィン材によって与えられる拡大された表面を備える押出成形された管状の材料からなる。一般的に、コルゲートフィン材は、一対の押出成形された管状の材料の間に挟まれて配置される。通常、この種の熱交換器は、それを通過する流体とチューブ間に延在する複数のコルゲートフィンとを有する平坦化されたチューブを含む。チューブの表面積を効率的に増加させるようにフィンがチューブに取り付けられ、それによって、チューブの熱伝達能力を向上させる。多数のチューブ及びフィンは、小さな開口を備えるように、互いの上部（top）に積み重ねられてよく、空気は開口を通過することができる。熱伝達効率をさらに改善するため、チューブの壁の厚さはより薄く作られてもよい。結果として、部品はより軽量になり、それによって熱交換器全体が軽量になる。しかしながら、耐圧性が減少し、より薄いチューブはより損傷しがちである。また、部品の壊れやすい性質のため、組み立て工程が複雑化する。加えて、押出成形されたチューブは、特に蝋付け工程が利用される場合、製造工程の間に詰まりがちである。押出成型工程の複雑性は、高コスト化とより高い欠陥率とをもたらす。さらに、平坦なチューブは、一般的に、金属の押出成型工程を利用してその形状に押出成形されるため、通常、容易にその形状に押出成形することのできる材料のみが平坦なチューブにされる。一般的に、平坦なチューブに利用可能な材料は、アルミニウム及びその分野で知られた様々なアルミニウム合金に限られる。
【０００４】
チューブのより小さな開口を通して熱交換媒体を移動させるためには、強力なコンプレッサーが必要であるので、平坦なチューブの熱交換システムの総コストはより高い。逆に、より動力の高いコンプレッサーを利用しない場合は、所望の熱交換性能を得るためには追加のチューブが必要である。より小さなチューブは、熱交換媒体の流れを著しく減じるためである。チューブの追加は、熱交換システムの総コストを増加させる。現在、この種の熱交換器が、自動車の空気調整装置の放熱器といった高い熱交換能力を必要とする用途において使用されている。
【０００５】
別のチューブ及びフィン設計においては、チューブは蛇行設計が可能であり、そのためヘッダー又はマニホールドが不要となる。チューブが「Ｓ」字の形状で前後に曲げられることで、同様の効果をもたらすためである。この種の熱交換器の放熱器以外の典型的な用途は、蒸発装置、オイル冷却器、及びヒーターコアである。このチューブ及びフィン設計は、自動車のラジエーターにも利用される。自動車の分野以外では、チューブ及びフィン設計は、産業用オイル冷却器、コンプレッサーオイル冷却器、及び、より高効率の熱交換機を必要とするその他の同様の用途において用いられている。本質的には、蛇行設計は、熱交換媒体を蛇行設計の熱交換器の入口から出口まで伝送するための単一のチャンバーを備える単一の長いチューブ材であり、それによって熱交換器を通って進む熱交換媒体の耐圧性を向上させる。これは、特に蒸発装置といった実用例においては、熱交換器の性能に対して有害であり、例えば圧力降下はコンプレッサーの性能を著しく低下させる。
【０００６】
チューブベースの熱交換器の変形例は、平坦でリブ付きの板を積層するステップを含む。互いに積層されると、これらのリブ付き板は、熱交換媒体を伝送するためのチャンバーを形成する。本質的には、この種の熱交換器は、チューブ及びフィン型の熱交換器と実質的に同じように機能するが、異なった方法で製造される。一般的に、この種の熱交換器は、当今の蒸発装置に用いられている。
【０００７】
チューブ熱交換器の別の変形例においては、一般的にその分野でシェル及びチューブ熱交換器として知られている熱交換器を形成するように、チューブの束が配置される。シェル及びチューブ熱交換器において、チューブ間に十分な空間を残しながら複数の略直線形のチューブが共に束ねられることで、第一の熱交換媒体が個々のチューブの外面の周りを流れ、且つ第二の熱交換媒体が個々のチューブ内を流れることが可能になる。個々のチューブの外側を流れる熱交換媒体と、個々のチューブ内を流れる熱交換媒体とは、同種の熱交換媒体であっても異なる種類であってもよい。通常、この種の熱交換器は、第一のマニホールドと結合された、束ねられたチューブの第一端と、第二のマニホールドと結合された、束ねられたチューブの第二端と、を有することになる。通常、チューブの束全体が耐水性の容器内に入れられる。一般的に、シェル及びチューブ熱交換器は、極度の高圧が必要となる用途において使用され、通常二つの熱交換媒体を用いる。一つの熱交換媒体は、チューブの束の内部を流れ、第二の熱交換媒体は、耐水性の容器内でチューブの束の周りを流れる。一般的に、シェル及びチューブ熱交換器は、高い熱交換能力を要する業務用及び産業上の利用のための大規模な熱交換装置においても利用される。通常、シェル及びチューブ熱交換器は、チューブの内側にも外側にも表面の増加がない略直線形のチューブを共に束ね、結果として限定された熱交換性能特性をもたらす。この限定された熱交換性能特性のために、所望の熱交換性能を満たすにはシェル及びチューブ熱交換器のサイズが増大することになるので、据え付けるための大きな設置面積が必要となる。
【０００８】
熱交換器の別の変形例は、媒体指向部材（medium directing member）がチャンバー組立体の内部に挿入されたチャンバー及びチューブ設計である。チャンバー及びチューブ設計の熱交換器は、熱交換媒体が一直線に流れることを妨げることによって、且つ、まず媒体指向部材、次いでチャンバー組立体により熱交換器内部で熱交換媒体が常に方向を変えるようにすることで熱交換器内部に乱流を作り出すことによって機能する。熱交換媒体がチャンバー及びチューブ設計の熱交換器に入るとき、熱交換媒体はチューブの直線部分を通って一直線に流れる。チューブの直線部分の終端には、媒体指向部材が位置している。媒体指向部材の機能は、熱交換媒体を熱交換器のチャンバー部分に導く間に、熱交換媒体の流れ方向を略直線形の流れからほぼ直交する流れに変えることである。チャンバー部分は、チューブ部分と接続されており、一般的にチューブ部分よりも径が大きい。熱交換媒体がチャンバー組立体に導入されると、熱交換媒体の流れは二つの半円状の軌道に沿う。半円状の軌道の終端で、熱交換媒体は再び媒体指向部材に行き当たる。熱交換媒体が再び媒体指向部材に行き当たると、流れは略直線形の流れに戻る。熱交換媒体は、熱交換器のさらに別のチューブ部分に導かれるためである。このプロセスが、チャンバー及びチューブ設計の熱交換器の長さの範囲内で繰り返される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、円筒形の管状部材の外面に結合された複数のチャンバー組立体を有する円筒形の管状部材を備えた、増強された（enhanced）管状熱交換器である。円筒形の管状部材は中空で、流体が内部を流れることを可能にし、円筒形の管状部材の縦の長さに沿って、円筒形の管状部材の流体の流路内に、所定の間隔で複数の流れ変更部材が結合されている。円筒形の管状部材の中に位置する流れ変更部材は、円筒形の管状部材の中を流れる熱交換媒体の流路を十分に変更し、熱交換媒体が円筒形の管状部材の入口から円筒形の管状部材の出口に向かって略一直線に連続的に流れることを妨げる。
【００１０】
円筒形の管状部材の中に配置された流れ変更部材はそれぞれ、円筒形の管状部材の壁に形成された入口開口部及び出口開口部と対を成すことができる。流れ変更部材は、円筒形の管状部材内の熱交換媒体の流れに対向する側に傾斜面を有する。入口開口部及び出口開口部は、円筒形の管状部材の壁に形成され、入口開口部及び出口開口部はそれぞれ、円筒形の管状部材を形成する材料の全厚さを貫通し、円筒形の管状部材の内側から円筒形の管状部材の外側へ熱交換媒体の流路を形成する。複数のチャンバー組立体は、円筒形の管状部材の外側に結合されている。一般的に、チャンバー組立体は、円筒形の管状部材の直径よりも大きな直径のものであり、一般的に、円筒形の管状部材の軸方向の長さよりも著しく短い軸方向の長さを有する。チャンバー組立体は中空であり、流体が内部を流れることを可能にする。チャンバー組立体は円形であってよいが、円筒形、長方形、又はその他の幾何学的形状であることも可能である。チャンバー組立体は、円筒形の管状部材の長さに沿って位置しており、それぞれのチャンバー組立体は、円筒形の管状部材の壁に形成された入口開口部及び出口開口部の対と重畳している。円筒形の管状部材の一方の端は、ヘッダー又はマニホールドと接続されることができる。円筒形の管状マニホールドの第二端は、別のヘッダー又はマニホールドと接続されることができる。
【００１１】
熱交換媒体は、ヘッダー又はマニホールドから円筒形の管状部材の中へ流れる。円筒形の管状部材内の熱交換媒体は、円筒形の管状部材と略平行な第一の流路を流れる。熱交換媒体は、円筒形の管状部材の中の第一の流路を流れ、流れ変更部材に向かって進む。流れ変更部材は、熱交換媒体の流れに対向する傾斜面を有しており、熱交換媒体の流れを円筒形の管状部材の壁に形成された第一の入口開口部に向けて方向付ける。上記の入口開口部は、円筒形の管状部材を形成する壁の全厚さを貫通している。一般的に、流れ変更部材は、熱交換媒体の流れの方向を、滑らかに、しかも十分に変化させることを可能にする、熱交換媒体の流れに対向する側の傾斜面を特徴とする。
【００１２】
円筒形の管状部材を流れる熱交換媒体は、まず、第一の流路を流れる。複数の流れ変更部材が、円筒形の管状部材の内面内に結合されている。熱交換媒体は、流れ変更部材に行き当たると、第二の流路を流れるように方向付けられる。一般的に、第二の流路は、第一の流路に対して鋭角をなし、本発明のいくつかの実施形態においては、略垂直な角度に近く、熱交換媒体の流れを入口開口部へ案内する。チャンバー組立体は、中空であり、円筒形の管状部材の外面と結合されている。一般的に、チャンバー組立体は、円筒形の管状部材よりも大きな直径のものであり、一般的に、円筒形の管状部材の軸方向の長さよりも十分に短い軸方向の長さを有する。チャンバー組立体は、円筒形の管状部材の入口開口部と流体連通している。熱交換媒体は、入口開口部を通って円筒形の管状部材を出てチャンバー組立体に入る。チャンバー組立体の中に入ると、熱交換媒体はチャンバー組立体内で分散し、円筒形の管状部材の壁に形成された出口開口部に向かって導かれる。
【００１３】
これに限定されるものではないが、出口開口部は、円筒形の管状部材の壁の、入口開口部が位置する側と略反対側に位置する。他の実施形態においては、入口開口部及び出口開口部の位置はずれていて（be offset）もよい。チャンバー組立体は、円筒形の管状部材の壁に形成された入口開口部及び出口開口部の両方と流体連通している。この配置により、入口開口部を通って円筒形の管状部材を出る熱交換媒体は、チャンバー組立体に入り、出口開口部を通って円筒形の管状部材に再び入ることができる。出口開口部を通って円筒形の管状部材へ戻るように流れる熱交換媒体は、流れ変更部材に行き当たる。流れ変更部材は、円筒形の管状部材の出口に対向する傾斜面を有しており、熱交換媒体の流れ方向を概ね第一の流路の流れ方向に戻す。このプロセスは、円筒形の管状部材の長さ全体に渡って繰り返される。管状部材の端において、熱交換媒体は第二のヘッダー又はマニホールドに出ていくことができる。
【００１４】
熱交換媒体は円筒形の管状部材及び複数のチャンバー組立体を通って流れるので、熱交換媒体に含まれる熱は、円筒形の管状部材及びチャンバー組立体を構成する材料によって吸収される。管状部材及びチャンバー組立体によって吸収された熱は、その後組立体の外部環境へ解放される。
【００１５】
本発明の一実施形態において、熱交換媒体は、第一のマニホールドから円筒形の管状部材内へ流れ込む。第一のマニホールドは、円筒形の管状部材の第一端に取り付けられている。熱交換媒体は、円筒形の管状部材の長軸に概ね沿って、円筒形の管状部材において第一の流路を流れる。熱交換媒体が第一の流れ変更部材に近付くと、熱交換媒体は、第一の流路に略直交する第二の流路を流れるように方向付けられる。一般的に、流れ変更部材は、円筒形の管状部材の内面に結合されている。熱交換媒体が流れ変更部材によって第二の流路に方向付けられると、熱交換媒体は、円筒形の管状部材の壁に形成された入口開口部を通って円筒形の管状部材を出て、チャンバー組立体に入る。チャンバー組立体の中に入ると、熱交換媒体は、チャンバー組立体の内側の輪郭によって規定される第三の流路に方向付けられる。これに限定されることを意味するものではないが、熱交換媒体の第三の流路は、少なくとも一つの半円状の流れパターンであることが可能である。その後、熱交換媒体はチャンバー組立体を出て、出口開口部を通って円筒形の管状部材に再び入る。出口開口部は、円筒形の管状部材の壁に形成されている。熱交換媒体が円筒形の管状部材に再び入ると、熱交換媒体は、概ね第一の流路を流れるように流れ変更部材によって方向付けられる。流れ変更部材は、熱交換媒体の流れに対向する側の傾斜面を特徴としている。そのプロセスが、熱交換媒体が円筒形の管状部材の端に到達するまで、円筒形の管状部材内で繰り返される。その後、熱交換媒体は、円筒形の管状部材を出て第二のヘッダー又はマニホールドに入る。
【００１６】
本発明の実施形態において、円筒形の管状部材は、継ぎ目のない管状構造体を備えていてもよく、継ぎ目のある管状構造体を備えていてもよい。継ぎ目のない管状構造体は、押出成形、鋳込成形、又はその他の形成方法によって形成することができる。継ぎ目のある管状構造体は、高周波溶接、その他の溶接方法、又は機械的方法によって形成することができる。
【００１７】
本発明の一実施形態において、熱交換特性は、円筒形の管状部材の表面に、又はチャンバー組立体の一つ若しくはそれ以上の表面に、さらなる板材料を追加することによって向上させることができる。表面にさらなる板材料を追加すると、熱交換器の全体の表面積が増加し、熱交換器から熱を放散する、より大きな表面積を有することにより、熱交換器の性能が向上する。さらなる板材料は、円筒形の管状部材を構成する材料に比べて十分により薄い材料で構成されることができ、それによって、特定の用途のために熱交換器の熱伝達性能をさらに向上させる。
【００１８】
本発明の一実施形態において、例えば放熱器、蒸発装置、ラジエーター等の熱交換器のための円筒形の管状部材及びチャンバー組立体が提供される。熱交換器は、ヒーターコア、中間冷却器、又は自動車用途（例えばステアリング、変速機、エンジン等）のみならず非自動車用途のためのオイル冷却器であってもよい。本発明の利点は、熱交換器が、従来の熱交換器よりも短い距離に渡って、放熱するための表面積をより多く有しており、その表面積は円筒形の管状部材及びチャンバー組立体の両方によって与えられることである。熱交換のための大きな表面積が与えられ、熱交換器の効率は著しく向上する。加えて、単一の継ぎ目のない又は継ぎ目のあるチューブで構成される円筒形の管状部材を有することによって与えられた構造的な強固さは、高い内圧又は外圧の用途の使用に適している。
【００１９】
本発明の他の利点は、熱交換の用途のための増強されたチューブの全体の長さは、従来の熱交換器と比べてより短くされることが可能であることである。すると、必要な原材料及びパッケージングが少なくなるため、全体のコストをより低くできる。加えて、円筒形の管状部材は、より厚みのあるゲージ材（gage material）から作ることができ、それによって熱交換器を高圧の用途に使用することが可能になる。さらに、本発明のより小さな設置面積は、スペースが限られている用途で使用するのに適している。従来の熱交換器に対する本発明のさらなる利点は、本発明が必要とする壊れやすい構成部品及び製造ステップはより少ないため、製造工程がより簡単であり得ることである。本発明は、熱交換器を組み立てるのを容易にし、コストに優れる一方で熱交換性能を向上させる。本発明は、強固な円筒形の管状部材を提供することによって、業務用及び産業上の用途に典型的な高圧の用途においても優れている。強固な円筒形の管状部材は、厚みのあるゲージ管状材料で製造することができる。全体のユニットは共に蝋接されてもよく、又は、まずユニットの任意の部分が蝋接され、その後さらなる構成部品が、ガスケットを利用して若しくは利用せずに、蝋接され、共にはんだ付けされ、若しくは機械的手段で取り付けられることも可能である。
【００２０】
本発明は、単片（single piece）の円筒形の管状部材を有することによって組立を容易にするのにも適している。円筒形の管状部材は、円筒形の管状部材の壁に所定の間隔で形成された複数の入口開口部及び出口開口部を有する単片の管状構造体であることが可能である。開口部は、用いられる方法が円筒形の管状部材の壁の全厚みを貫通する開口部を形成するものであれば、電動ドリルにより穴を開けられることも、プレスにより穴を開けられることも、又はその他の機械的手段によって形成されることも可能である。複数の流れ変更部材は、円筒形の管状部材の中に挿入されて、対を成す入口開口部及び出口開口部と一列になることが可能である。本発明の一実施形態において、複数の流れ変更部材は、単片の材料から形成されてもよく、複数の流れ変更機能を有する単片の材料を形成するように、複数の流れ変更部材が継合されてもよい。本発明の他の実施形態において、複数の流れ変更部材は、円筒形の管状部材の中に挿入されることができ、それぞれの流れ変更部材の長さは予め規定されており、個々の流れ変更部材が円筒形の管状部材に端から端まで（end-to-end）挿入されると、それぞれの流れ変更部材は、入口開口部及び出口開口部の対と一列に並ぶ。円筒形の管状部材の外面上に、複数のチャンバー組立体が結合されており、それぞれのチャンバー組立体は、入口開口部及び出口開口部から成る対を覆うように位置している。
【００２１】
チャンバー組立体は、円筒形の管状部材の外面に機械的に結合されていてもよく、例えば蝋接、はんだ付け、溶接といったその他の手段で取り付けられていてもよい。チャンバー組立体を円筒形の管状部材に結合させる前に、まず、複数のチャンバー組立体が継合されることで、複数のチャンバー組立体の単位ユニット（unitary unit）を形成することができる。円筒形の管状部材に結合させる前に、複数のチャンバー組立体を結合させることにより、組立工程は簡略化される。加えて、複数のチャンバー組立体は、打抜加工、鋳込成形、液圧成形、又はその他の機械的工程によって、単片の材料から形成されることができる。
【００２２】
本発明の他の実施形態において、フィン又は板部材が、円筒形の管状部材の外面、チャンバー組立体の外面、又は円筒形の管状部材及びチャンバー組立体の両方の表面に取り付けられることができる。外面に取り付けられたフィン又は板部材は、熱交換器の表面積をさらに増加させ、それによって、熱交換器の性能特性を向上させる。フィン及び板部材は、熱交換器のサイズを非常に大きくすることなく、又は熱交換器を製造するためにより多くのコストをかけることなく、熱伝達に利用可能な表面積を増加させることによって、熱交換器の熱交換能力を向上させる経済的な手段を提供する。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態において、チャンバー組立体の大きさは、一つのチャンバー組立体からその次まで（to the next）様々である。
【００２４】
本発明の他の実施形態において、複数の円筒形の管状部材は、共に束ねられて、複数の円筒形の管状部材を有する熱交換器を形成することができる。束ねられた円筒形の管状部材の一方の端は、第一のマニホールド又はヘッダーに接続することができ、束ねられた円筒形の管状部材の第二端は、第二のマニホールド又はヘッダーに接続することができる。本発明の一実施形態において、円筒形の管状部材の大きさは一つの円筒形の管状部材からその次まで様々である。
【００２５】
本発明のさらなる実施形態において、それぞれの束ねられたチューブ間に十分な空間を残しながら、複数の円筒形の管状部材が共に束ねられることで、個々の円筒形の管状部材の外面の周りを熱交換媒体が流れることを可能にすることができる。束ねられた円筒形の管状部材の第一端は、第一のマニホールド又はヘッダーに接続することができる。束ねられた円筒形の管状部材の第二端は、第二のマニホールド又はヘッダーに接続することができる。束ねられた円筒形の管状部材から成る全体の面積は、耐水性の容器に封入され、熱交換媒体が束ねられた円筒形の管状部材の外面上を流れることを可能にすることができる。容器は入口を有し、第一の熱交換媒体が容器の中を流れるのを可能にすることができる。容器は出口を有し、第一の熱交換媒体が容器から出られるようにすることもできる。さらに、容器は、容器内の熱交換媒体の流れを方向付けるためのバッフルを特徴とすることができる。本発明の一実施形態において、第二の熱交換媒体が、束ねられた円筒形の管状部材内を流れることができる。束ねられた円筒形の管状部材の外側を流れる第一の熱交換媒体、及び束ねられた円筒形の管状部材内を流れる第二の熱交換媒体は、気体であっても、液体であっても、その両方の組み合わせであってもよい。
【００２６】
本発明のさらなる実施形態において、それぞれのチャンバー組立体は、熱交換媒体をチャンバー全体に渡って分散させることができ、熱交換媒体の分散によって本発明の熱交換能力が向上する。また、円筒形の管状部材は、熱交換媒体を混合することもできる。
【００２７】
本発明の他の実施形態において、円筒形の管状部材の内面は、表面積を増大させるためのギザギザ（indentation）を特徴とすることができる。また、本発明のさらなる実施形態において、チャンバー組立体の内面も、表面積を増大させるためのギザギザを特徴とすることができる。本発明のさらなる実施形態において、流れ変更部材もギザギザを特徴とすることができる。本発明の一実施形態において、チャンバー組立体は、これに限定されるものではないが、ギザギザ、ルーバー、窪みといった他の表面機構（surface features）を有することも、チャンバー組立体内の流体の流れ特性を変えるその他の拡張された表面の特徴を有することもできる。
【００２８】
円筒形の管状部材及びチャンバー組立体は、アルミニウム製であることが可能で、クラッドがあってもクラッドがなくてもよい。流れ変更部材は、アルミニウム製であることが可能で、クラッドがあってもクラッドがなくてもよい。円筒形の管状部材、チャンバー組立体、及び流れ変更部材は、ステンレス鋼製、銅製、又はその他の鉄を含む材料若しくは非鉄材料であることも可能である。円筒形の管状部材、チャンバー組立体、及び流れ変更部材は、プラスチック材料又はその他のコンポジット材料であることも可能である。
【００２９】
円筒形の管状部材、チャンバー組立体、及び流れ変更部材は、打抜加工、冷間鋳造、鋳込成形、液圧成形、又は機械加工によって製造することができる。
【００３０】
添付の図面と併せて以下の説明を読んだ後には、本発明のその他の特徴及び利点がより理解されるようになるので、本発明のその他の特徴及び利点は容易く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明の実施形態による複数のチャンバー組立体アタッチメントを有する円筒形の管状部材を備えた熱交換器の透視図である。
【図１Ｂ】パイプ熱交換器に一般的に用いられる先行技術の管状構造体の側面図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による管状構造体の透視図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態による、管状構造体の外面に結合された複数のチャンバー組立体と、円筒形の管状部材内の所定の場所に位置する複数の流れ変更部材と、を有する円筒形の管状部材の断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による熱交換器の他の断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による管状構造体の側面図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による流れ変更部材の側面図である。
【図２Ｄ】本発明の実施形態によるチャンバー組立体の側面図である。
【図２Ｅ】本発明の実施形態によるチャンバー組立体の透視図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による円筒形の管状部材内の熱交換媒体の流れパターンを図示したものである。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による熱交換器の断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による管状構造体の断面図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による複数の流れ変更部材の断面図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態による他のチャンバー組立体の断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による熱交換器の透視図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による熱交換器の側面図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による熱交換器の上面図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による他の熱交換器の透視図である。
【図４Ｅ】本発明の他の実施形態による熱交換器の側面図である。
【図４Ｆ】本発明の他の実施形態による熱交換器の上面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による流れ変更部材の透視図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による流れ変更部材の上面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による流れ変更部材の正面図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態による流れ変更部材の側面図である。
【図５Ｅ】本発明の実施形態による流れ変更部材の他の実施形態の透視図である。
【図５Ｆ】本発明の実施形態による複数の流れ変更部材の側面図である。
【図６Ａ】本発明の他の実施形態による熱交換器の側面図である。
【図６Ｂ】本発明の他の実施形態による熱交換器の透視図である。
【図６Ｃ】本発明の他の実施形態による熱交換器の上面図である。
【図６Ｄ】本発明の他の実施形態による円筒形の管状部材の側面図である。
【図６Ｅ】本発明の他の実施形態による円筒形の管状部材の透視図である。
【図６Ｆ】本発明の他の実施形態による円筒形の管状部材の上面図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態による流れ変更部材の透視図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態による流れ変更部材の正面図である。
【図７Ｃ】本発明の他の実施形態による流れ変更部材の背面図である。
【図７Ｄ】本発明の他の実施形態による流れ変更部材の透視図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による熱交換器の正面図であり、円筒形の管状部材及びチャンバー組立体の中の熱交換媒体の流れパターンを図示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図面、特に図１Ａを参照すると、円筒形の管状部材１００の実施形態が示されている。円筒形の管状部材１００は、熱交換媒体を円筒形の管状部材１００へ導入するための入口５と、熱交換媒体が円筒形の管状部材１００から流出するのを可能にするための出口１０と、を有する。円筒形の管状部材１００は、管状構造体１５を有する。図１Ｄも参照すると、管状構造体１５の外面は、管状構造体１５の外面に取り付けられた複数のチャンバー組立体２０を有している。図１Ｃを参照すると、管状構造体１５は、複数の入口開口部３０及び出口開口部３５を特徴とし、熱交換媒体が管状構造体１５から流出してチャンバー組立体２０に入るのを可能にし、その後、熱交換媒体が出口開口部３５を通ってチャンバー組立体２０から管状構造体１５に再び入るのを可能にする。図１Ｃ及び図１Ｄを参照すると、入口開口部３０及び出口開口部３５は、管状構造体１５の壁に形成されており、開口部３０及び３５は、管状構造体１５を形成する材料の全厚さを貫通している。それぞれの入口開口部３０は、出口開口部３５と対を成しており、出口開口部３５は、管状構造体１５の、対を成す入口開口部３０が配置された側と逆側に位置している。図１Ｄを参照すると、入口開口部３０及び出口開口部３５のそれぞれの対は、流れ変更部材２５と対を成している。流れ変更部材２５は、管状構造体１５の内壁に結合されている。流れ変更レジーム（flow altering regime）は、それぞれが入口開口部材３０、チャンバー組立体２０、出口開口部３５、及び流れ変更部材２５を備えており、管状構造体１５の長さ全体に渡って繰り返される。複数の流れ変更レジームは、円筒形の管状部材１００に渡って配置される。これに対し、次に図１Ｂを参照すると、一般的な先行技術のチューブ型熱交換器は管状構造体１５ａを有し、管状構造体１５ａは中空で、且つ軸方向に略一直線に延在し、管状構造体内で熱交換媒体が流れるのを可能にする。一般的に、管状構造体の内側及び外側は滑らかであり、貫通孔を有していない。管状構造体は、熱交換媒体を管状構造体１５ａへ導入するための入口５ａと、熱交換媒体が管状構造体１５ａから出るのを可能にする出口１０ａと、を有する。先行技術の管状構造体１５ａは、熱伝達性能を向上させるために、管状構造体の内側にも外側にも、フィン等の表面増大機構（surface enhancement features）を有していてもよい。
【００３３】
図２Ａを参照すると、本発明の他の実施形態が示されている。円筒形の管状部材１００は、熱交換媒体を円筒形の管状部材１００へ導入するための入口５と、熱交換媒体が円筒形の管状部材１００から流出するのを可能にする出口１０と、を有する。円筒形の管状部材１００は、管状構造体１５を有する。次に図２Ｂを参照すると、管状構造体１５は、管状構造体１５上に形成された複数の入口開口部３０及び出口開口部３５を有し、開口部は管状構造体１５を形成する材料の全厚さを貫通している。それぞれの入口開口部３０は、出口開口部３５と対を成している。図２Ａ及び図２Ｃを参照すると、管状構造体１５の中に挿入されているのは、アタッチメント部材４５によって共に取り付けられている複数の流れ変更部材２５であり、複数の流れ変更部材２５を有する単一のユニットのインサート４０を形成している。インサート４０は、管状構造体１５内に配置され、それぞれの流れ変更部材は、入口開口部３０及び出口開口部３５の対と一列になっている。インサート４０のアタッチメント部材４５は、アタッチメント部材４５を形成する材料が、管状構造体１５上に形成された入口開口部３０又は出口開口部３５を塞がないように位置付けられている。
【００３４】
図２Ａを参照すると、管状構造体１５の外面上に複数のチャンバー組立体２０が結合されており、それぞれのチャンバー組立体は、管状組立体１５の外面と水が浸入しないようなフィットを形成している。図２Ｄ及び図２Ｅを参照すると、チャンバー組立体２０は第一の平面壁９０及び第二の平面壁９５を備え、第二の平面壁９５は、第一の平面壁９０から離間するように位置付けられ、第一の平面壁９０及び第二の平面壁９５の間に空間を残している。第一の平面壁９０及び第二の平面壁９５を相互に接続するのは、側壁８５である。第一の平面壁９０、第二の平面壁９５、及び側壁８５は、チャンバー組立体２０内のチャンバー５０を残しながら、耐水性の結合を形成している。第一の平面壁９０及び第二の平面壁９５を通って、開口部５５が形成されている。開口部５５は、管状構造体１５のサイズ、例えば外側の寸法の直径、よりも僅かに大きなサイズ、例えば直径、を有しており、これにより、管状構造体１５が開口部５５の中に挿入されたとき、チャンバー組立体２０と管状構造体とが締まり嵌めを形成することを可能にする。複数の上記のチャンバー組立体２０は、図２Ａに図示されているように、管状構造体１５の外面に結合されている。それぞれのチャンバー組立体２０は、それぞれのチャンバー組立体２０が管状構造体１５に形成された入口開口部３０及び出口開口部３５の対と一列になるように位置付けられている。流れ変更レジームは、それぞれが入口開口部材３０、チャンバー組立体２０、出口開口部材３５、及び流れ変更部材２５を備えており、管状構造体１５の長さ全体に渡って繰り返される。このように、複数の流れ変更レジームが円筒形の管状部材１００によって提供される。
【００３５】
次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、本発明の他の実施形態が示されている。この実施形態において、管状構造体１５は、複数の入口開口部３０及び出口開口部３５を有して製造される。チャンバー組立体６０は単位ユニットであり、互いに所定の間隔を置いて位置付けられた複数のチャンバーユニット２０を有する。チャンバーユニット２０は、管状部分７０によって互いに接続されている（図３Ｂ及び図３Ｅを参照）。入口開口部３０及び出口開口部３５を有する管状組立体１５が、それのみで図３Ｃに示されている。入口開口部３０及び出口開口部３５は、管状構造体１５上に位置しており、それぞれの入口開口部３０は出口開口部３５と対を成している。管状構造体１５上の入口開口部３０及び出口開口部３５は、出口開口部３５が入口開口部３０と概ね反対側にあるように位置付けられているが、本発明のいくつかの実施形態においては、出口開口部３５の配置がずれていてもよい。入口開口部３０及び出口開口部３５のそれぞれの対に対して、流れ変更部材が位置付けられており、管状構造体１５の入口５に入った熱交換媒体の流れは、流れ変更部材２５に行き当たる。傾斜面を有する流れ変更部材２５の第一面７５により、熱交換媒体の流れは入口開口部３０へ導かれる。管状構造体１５内に位置するそれぞれの流れ変更部材２５について、流れ変更部材２５の第一面７５は入口開口部３０に対向しており、流れ変更部材２５の第二面８０は出口開口部３５に対向している（図３Ｃと関連して図３Ｄを参照）。
【００３６】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、熱交換器２００の実施形態が示されている。熱交換器２００は、マニホールド２１０及び２３０の対を含む。複数の円筒形の管状部材１００が、マニホールド２１０及び２３０の間で、互いに離間して延在している。円筒形の管状部材１００の一方の自由端は、第一のマニホールド２１０と結合されている。円筒形の管状部材１００の他方の自由端は、第二のマニホールド２３０と結合されている。第一のマニホールド２１０は、熱交換媒体を熱交換器２００へ導入するための入口２２０を有している。第二のマニホールド２３０は、熱交換媒体が熱交換器２００から出ることを可能にする出口２４０を有している。第一のマニホールド２１０へ導入された熱交換媒体は、複数の円筒形の管状部材１００に分散させられることができる。第二のマニホールド２３０は、複数の円筒形の管状部材１００から熱交換媒体を受け取ることができる。マニホールド２１０及び２３０は、バッフルを特徴とすることが可能であり、流れパターンは、第一のマニホールドから第二のマニホールドへの単純な単一方向の流れであってもよく、第一のマニホールド及び第二のマニホールドの間に複数の流れパターンが存在する、より複雑な複数の流れパターンであってもよい。
【００３７】
本発明の他の実施形態において、図４Ｃ、図４Ｄ、及び図４Ｅを参照すると、熱交換器３００はマニホールド２１０及び２３０の対を含む。複数の円筒形の管状部材１００は、マニホールド２１０及び２３０の対の間に延在している。円筒形の管状部材１００の一方の自由端は、第一のマニホールド２１０と結合されている。円筒形の管状部材１００の他方の自由端は、第二のマニホールド２３０と結合されている。マニホールド２１０及び２３０の対の間の空間は、容器３５０で完全に取り囲われている。容器は耐水性の密閉を提供し、容器入口３１０及び容器出口３２０を有し、これにより、熱交換媒体の流れが円筒形の管状部材１００を取り囲う容器３５０に出入りするのを可能にする。第一のマニホールド２１０は、第一の熱交換媒体を複数の円筒形の管状部材１００の中へ導入するための入口２２０を有する。第二のマニホールド２３０は、第一の熱交換媒体が複数の円筒形の管状部材１００から出ることを可能にする出口２４０を有している。マニホールド２１０及び２３０は、内部のバッフルを特徴とすることができ、流れパターンは、第一のマニホールドから第二のマニホールドへの単純な単一方向の流れであってもよく、第一のマニホールド及び第二のマニホールドの間に複数の流れパターンが存在する、より複雑な複数の流れパターンであってもよい。第二の熱交換媒体は、容器入口３１０を通って容器３５０に入る。第二の熱交換媒体は、容器３５０内に位置する複数の円筒形の管状部材１００の周りを流れる。第二の熱交換媒体は、容器出口３２０を通って容器３５０から流出する。
【００３８】
このように、本発明の実施形態において、熱交換器（例えば３００）は二つの熱交換媒体を特徴とし、一方の熱交換媒体は複数の円筒形の管状部材１００内を流れ、第二の熱交換媒体は複数の円筒形の管状部材１００の外側を流れる。複数の円筒形の管状部材１００内を流れる第一の熱交換媒体は、熱を含むことができ、複数の円筒形の管状部材１００の外側を流れる第二の熱交換媒体に熱を伝達する。本発明の他の実施形態において、複数の円筒形の管状部材１００内を流れる熱交換媒体は、複数の円筒形の管状部材１００の外側を流れる第二の熱交換媒体から熱を吸収することができる。
【００３９】
本発明の他の実施形態において、入口及び出口の両方が第一のマニホールド上に位置付けられ、第二のマニホールドは熱交換媒体が第一のマニホールドへ戻るのを容易にするものとすることができる。図４Ｆを参照すると、熱交換器３５５は、マニホールド２１５及び２３５の対を含む。複数の円筒形の管状部材１００（図４Ｃを参照）は、マニホールド２１５及び２３５の対の間の空間に延在している。円筒形の管状部材１００の一方の自由端は、第一のマニホールド２１５と結合されている。円筒形の管状部材１００の他方の自由端は、第二のマニホールド２３５と結合されている。第一のマニホールド２１５は、熱交換媒体を熱交換器３５５へ導入するための入口２２０と、熱交換媒体が熱交換器３５５から出ることを可能にする出口２４５を有している。第一のマニホールド２１５は、複数の円筒形の管状部材１００の部分を少なくとも二つのグループに分離する区画を内部に有する。複数の円筒形の管状部材１００の一部分は、熱交換媒体が第一のマニホールド２１５から第二のマニホールド２３５へ流れることを可能にするように機能し、複数の円筒形の管状部材１００の残りの部分は、熱交換媒体が第二のマニホールド２３５から第一のマニホールド２１５へ流れることを可能にするように機能する。第二のマニホールド２３５は、第一のマニホールド２１５の第一区画における複数の円筒形の管状部材１００を通して、第一のマニホールド２１５から熱交換媒体を受け取る。第二のマニホールドが熱交換媒体を受け取ると、熱交換媒体は、第一のマニホールド２１５の第二区画の複数の円筒形の管状部材を通して、第一のマニホールド２１５へ戻される。入口２２０は第一のマニホールド２１５の第一区画に連通しており、出口２４５は第一のマニホールド２１５の第二区画に連通している。
【００４０】
図３Ａを参照すると、円筒形の管状部材１００内の熱交換媒体の流れパターンが示されている。円筒形の管状部材１００の一方の自由端は入口５である。円筒形の管状部材１００の他方の自由端は出口１０である。熱交換媒体は、入口５を通って円筒形の管状部材１００に入り、管状構造体１５と略平行な流れで、第一の流路を流れる。第一の流路を流れる熱交換媒体は、流れ変更部材２５に行き当たる。複数の流れ変更部材２５は、好適には管状構造体１５内に所定の間隔を置いて位置付けられている。図３Ａ、図３Ｄ、図５Ａ、及び図５Ｄを参照すると、流れ変更部材２５は、円筒形の管状部材１００の入口に対向する面の傾斜面７５を特徴とし、第一の流路を流れる熱交換媒体が管状構造体１５内の第二の流路に方向付けられるのを可能にする。図５Ａ及び図５Ｃを参照すると、流れ変更部材２５の外周面は、概ね管状構造体１５の内周面と一致するように輪郭付けられている。流れ変更部材２５によって第二の流路に方向付けられた熱交換媒体は、管状構造体１５上の入口開口部３０へ流れる。熱交換媒体が入口開口部３０に到達すると、熱交換媒体は管状構造体１５を出てチャンバー組立体２０に入る。チャンバー組立体２０内では、熱交換媒体は、チャンバー組立体の内側の輪郭に沿ってチャンバー組立体内を流れる。チャンバー組立体は中空であり、これにより、内部で熱交換媒体が流れるのを容易にしている。これに限定されることを意味するものではないが、チャンバー組立体２０は円筒形状を有し、チャンバー組立体の直径は管状構造体１５の直径よりも大きい。チャンバー組立体２０の軸方向の長さは、管状構造体１５の軸方向の長さよりも十分に短く、複数のチャンバー組立体２０が管状構造体１５に結合されるのを可能にする。チャンバー組立体２０内を流れる熱交換媒体は、少なくとも一つの半円状の流れパターンを流れる。チャンバー組立体内を流れる熱交換媒体は、管状構造体１５を形成する壁に形成された出口開口部３５を通って、管状構造体１５に再び入る。熱交換媒体が管状構造体１５に再び入ると、熱交換媒体は流れ変更部材２５に行き当たる。図５Ｄを参照すると、流れ変更部材は、出口１０に対向する流れ変更部材の一側に傾斜面８０を有し、管状構造体１５内の熱交換媒体の第一流れ方向を概ね回復させる。そのプロセスは、入口５から円筒形の管状部材１００へ導入された熱交換媒体が、上記の円筒形の管状部材１００の出口１０を通って出るまで繰り返される。
【００４１】
次に、図５Ｅ及び図５Ｆを参照すると、流れ変更部材の他の実施形態が示されている。図５Ｅ及び図５Ｆに示されている流れ変更部材の実施形態において、図５Ｅにおいて流れ変更部材４０として示されているように、複数の流れ変更機構を単片の材料から形成することも、複数の流れ変更機構を有する単一のユニットを形成するように、複数の流れ変更部材を継合させることもできる。流れ変更部材４０の横の長さに沿って、複数の流れ変更面７５が設けられる。チューブ組立体１５の入口１５に対向する流れ変更面７５は、傾斜面を特徴としており、チューブ組立体１５内で第一の流路を流れる熱交換媒体が進路を変えて第二の流路を流れるように方向付けて、入口開口部３０を通ってチャンバー組立体２０へ熱交換媒体を向かわせる。流れ変更部材４０は、複数の流れ変更面８０も特徴としており、流れ変更面８０はチューブ組立体１５の出口１０に対向する。流れ変更面８０の表面は、チューブ組立体１５の出口１０に対して角度をなすように配置されている。流れ変更面８０は、チャンバー組立体２０を出て出口開口部３５を通りチューブ組立体１５へ入ってきた熱交換媒体の流れを方向付けて、第一の流路を流れるようにする。流れ変更部材４０は、流れ変更部材４０の側壁を形成する連結部材４５を特徴とする。連結部材４５のおおよその外側の輪郭は、チューブ組立体１５の内側の輪郭と一致し、流れ変更部材４０の外面を管状部材１５の内面と結合させる。
【００４２】
次に、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｅを参照すると、本発明の他の実施形態が示されており、そうした実施形態では、管状構造体１１０とチャンバー組立体１２５、１２６の対とを含む円筒形の管状部材１０５が使用される。特に図６Ｅを参照すると、管状構１１０は熱交換器の構造の基礎部を形成しており、管状構造体１１０上に形成された複数の入口開口部及び出口開口部を有する。図７Ａを参照すると、管状構造体１１０内で所定の間隔を置いて、複数の流れ変更部材１５０が位置付けられている。管状構造体の外側において、複数のチャンバー組立体１２５及び１２６が、管状構造体１１０の外面に結合されている。図６Ｃ及び図７Ａを参照すると、流れ変更部材１５０は、管状構造体１１０の入口１１５に対向する流れ変更部材面の平面上のチャンネルを有し、管状構造体１１０の入口１１５に対向する傾斜平面１７０を有する。流れ変更部材１５０のチャンネルは、チャンネルの第一壁を画定する第一の側壁１５５と、チャンネルの第二壁を画定する第二の側壁１６０と、チャンネルの底部を画定する底壁１６５と、を備える。それぞれの流れ変更部材１５０は、複数の入口開口部１３０及び１３５と対を成している。図６Ｂ、図６Ｃ、図８Ａを参照すると、それぞれの入口開口部１３０は、チャンバー組立体１２５と対を成している。チャンバー組立体１２５は、管状構造体１１０の外面と結合されており、チャンバー組立体は中空で、内部で流体が流れるのを可能にする。
【００４３】
管状構造体１１０を流れる熱交換媒体は、まず第一の流路を流れる。熱交換媒体が管状構造体１１０内を進むと、熱交換媒体は流れ変更部材１５０に行き当たる。熱交換媒体が流れ変更部材１５０と接触すると、熱交換媒体の流れは第二の流路に方向付けられ、その方向の変化は、流れ変更部材１５０の傾斜平面１７０と、流れ変更部材１５０の第一の側壁１５５、第二の側壁１６０、及び底壁１６５により形成されたチャンネルと、によって規定される。第二の流路に方向付けられた熱交換媒体は、その後、管状構造体１１０を出てチャンバー組立体１２５へ導かれる。図８Ａを参照すると、熱交換媒体の一部は、入口開口部１３０へ方向付けられ、第一のチャンバー組立体１２５へ、より具体的には半円筒形（semi-cylindrical）のチャンバー１８０へ流入する。熱交換媒体の他の一部は、入口開口部１３５へ方向付けられ、第二のチャンバー組立体１２６へ、より具体的には半円筒形のチャンバー１８２へ流入する。それぞれのチャンバー組立体１２５／１２６内の熱交換媒体の流れは、チャンバー組立体の内側の輪郭によって規定され、概ねそれぞれの半円筒形のチャンバー１８０、１８２によって規定される半円状の流れパターンに従う。第一のチャンバー組立体１２５を流れる熱交換媒体は、出口開口部１４０へ方向付けられる。出口開口部１４０に到達すると、第一のチャンバー組立体１２５内を進む熱交換媒体は、チャンバー組立体１２５を出て管状構造体１１０に再び入る。第二のチャンバー組立体１２６を流れる熱交換媒体は、出口開口部１４５へ方向付けられる。出口開口部１４５に到達すると、第二のチャンバー組立体１２６内を進む熱交換媒体は、チャンバー組立体１２６を出て管状構造体１１０に再び入る。第一のチャンバー組立体１２５及び第二のチャンバー組立体１２６内を進んできた熱交換媒体は、管状構造体１１０内で合流する。図７Ｃを参照すると、管状構造体１１０に再び入った熱交換媒体は、流れ変更部材１５０に行き当たり、流れ変更部材１５０は熱交換媒体の流れ方向に影響を及ぼす。流れ変更部材１５０は、管状構造体１１０の出口１２０に対向する傾斜平面１８５を有する。管状構造体の出口１２０に対向する面の平面は、図７Ｃに示されているように、第一の側壁１９０と、第二の側壁１９５と、底壁２０５と、によって画定されるチャンネルを有する。熱交換媒体が、出口開口部１４０及び１４５を通って第一のチャンバー組立体１２５及び第二のチャンバー組立体１２６を出ると、熱交換媒体は、流れ変更部材１５０の傾斜平面１８５に行き当たる。熱交換媒体が流れ変更部材１５０の傾斜平面１８５に行き当たると、流れ方向は概ね第一の流路の方向に戻る。このプロセスは、熱交換媒体が出口１２０を通って管状構造体１１０を出るまで、管状構造体１１０内で繰り返される。
【００４４】
図７Ａを参照すると、複数の流れ変更部材１５０は、管状構造体１１０内に、好適には所定の間隔で配置される。次に、図７Ｄを参照すると、本発明の他の実施形態において、複数の流れ変更部材１５０は、継合されて単位ユニットを形成することができる。この実施形態において、第二の流れ変更部材１５０の第一の側壁１５５及び第二の側壁１６０は、第一の流れ変更部材の第一の側壁１９０及び第二の側壁１９５に結合されている。この実施形態において、個々の流れ変更部材１５０が継合されていてもよく、或いは、複数の流れ変更機構を有する単位ユニットが、単片の材料、又は、それぞれが任意の材料の組み合わせ（any combination in between）から形成されていてもよい。
【００４５】
円筒形の管状部材１０５を通る熱交換媒体の伝送の間中、熱交換媒体に含まれる熱は、円筒形の管状部材１０５を構成する材料に移動する。円筒形の管状部材１０５によって吸収された熱は、その後、円筒形の管状部材１０５の外部環境へ移動する。これに限定されることを意味するものではないが、その分野で知られている一般的な熱交換媒体には、様々な冷却材（即ち、Ｒ−１３４Ａ、Ｒ−４１０Ａ）、アンモニウム、気体、水、油、及び様々な化学物質の混合物が含まれる。
【００４６】
既に説明したように、第一の熱交換媒体は、円筒形の管状部材１０５内を流れることができ、第二の熱交換媒体は、円筒形の管状部材１０５の外側を流れることができる。第一の熱交換媒体は、様々な冷却材（即ち、Ｒ−１３４Ａ、Ｒ−４１０Ａ）、アンモニウム、気体、水、油、及び様々な化学物質の混合物といった、その分野で知られている熱交換媒体であってよい。第二の熱交換媒体も、様々な冷却材（即ち、Ｒ−１３４Ａ、Ｒ−４１０Ａ）、アンモニウム、気体、水、油、及び様々な化学物質の混合物であってよい。二つ以上の熱交換媒体が使用される場合、第一の熱交換媒体からの熱は、第二の熱交換媒体によって吸収されることができ、逆もまた同様である。
【００４７】
図１Ｃ及び図６Ｅを参照すると、図示された実施形態における管状構造体１５、１１０は中空且つ円形である。他の実施形態において、管状構造体は、中空であるが非円形、例えば楕円形、長方形、又はその他の幾何学的形状であってもよい。
【００４８】
図２Ｅを参照すると、図示された実施形態において、チャンバー組立体２０は中空且つ円筒形である。他の実施形態において、チャンバー組立体２０は、中空であるが非円筒形、例えば楕円筒形又は箱型形状であってもよい。
【００４９】
管状構造体１５、１１０及びチャンバー組立体２０、１２５、１２６は、アルミニウム製であることが可能で、クラッドがあってもクラッドがなくてもよい。管状構造体及びチャンバー組立体は、ステンレス鋼製、銅製、又はその他の鉄を含む材料若しくは非鉄材料であることも可能である。管状構造体及びチャンバー組立体は、プラスチック材料又はその他のコンポジット材料であることも可能である。同様に、流れ変更部材もアルミニウム製であることが可能で、クラッドがあってもクラッドがなくてもよい。流れ変更部材は、ステンレス鋼製、銅製、又はその他の鉄を含む材料若しくは非鉄材料であることも可能である。流れ変更部材は、プラスチック材料又はその他のコンポジット材料であることも可能である。また、本発明の一実施形態では、管状構造体とチャンバー組立体とは、互いに異なる材料から作られることができる。加えて、ガスケット材を、管状構造体とチャンバー組立体との間をシールするために使用することができる。
【００５０】
管状構造体は、押出成形を利用して、継ぎ目のないチューブで作ることができる。管状構造体は、超音波溶接、圧延成形、又はその他の機械的手段、又は鋳込成形法を利用して、継ぎ目のあるチューブで作ることもできる。
【００５１】
上述の教示を考慮して、本発明の多数の修正変更及び変形が可能である。例えば、これまでに説明され、図面に図示された組み合わせ以外に、流れ変更部材の様々な実施形態が、管状構造体と併せて使用できる。従って、本発明は、具体的に説明された実施形態以外にも、添付の特許請求の範囲内で実施することができる。
【符号の説明】
【００５２】
５、５ａ、１１５  入口
１０、１０ａ、１２０  出口
１５、１５ａ、１１０  管状構造体
２０、６０、１２５、１２６  チャンバー組立体
２５、１５０  流れ変更部材
３０、１３０、１３５  入口開口部
３５、１４０、１４５  出口開口部
４０  インサート
４５  アタッチメント部材
５０  チャンバー
５５  開口部
７０  管状部分
７５  第一面
８０  第二面
８５  側壁
９０  第一の平面壁
９５  第二の平面壁
１００、１０５  円筒形の管状部材
１５５、１９０  第一の側壁
１６０、１９５  第二の側壁
１６５、２０５  底壁
１７０、１８５  傾斜平面
１８０、１８２  半円筒形のチャンバー
２００、３００、３５５  熱交換器
２１０、２１５  第一のマニホールド
２２０  入口
２３０、２３５  第二のマニホールド
２４０、２４５  出口
３１０  容器入口
３２０  容器出口
３５０  容器
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2015511001.tif 000005
【図１Ｄ】
2015511001.tif 000006
【図２Ａ】
2015511001.tif 000007
【図２Ｂ】
2015511001.tif 000008
【図２Ｃ】
2015511001.tif 000009
【図２Ｄ】
2015511001.tif 000010
【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2015511001.tif 000013
【図３Ｃ】
2015511001.tif 000014
【図３Ｄ】
2015511001.tif 000015
【図３Ｅ】
2015511001.tif 000016
【図４Ａ】
2015511001.tif 000017
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2015511001.tif 000019
【図４Ｄ】
2015511001.tif 000020
【図４Ｅ】
2015511001.tif 000021
【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【国際調査報告】
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