(57)【要約】【課題】  フィンの位置合わせ機構を備えた熱交換器アセンブリを提供する。【解決手段】  熱交換器が複数の層を備えたコアと、密閉棒と、を含む。層は積層状に配置されるとともに、隣接する層から第１の仕切り板および第２の仕切り板によって隔離された第１の層を含む。フィンが、第１および第２の仕切り板の間に配置されるとともに、１つもしくは複数のタブを形成する。密閉棒が、フィンに接続されるとともに、その１つもしくは複数のスロット内に１つもしくは複数のタブを収容する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層状に配置された複数の層を備え、前記層が、隣接する層から第１の仕切り板および第２の仕切り板によって隔離された第１の層を有するとともに、前記第１の仕切り板と前記第２の仕切り板との間に配置されたフィンを有しており、前記フィンが１つもしくは複数のタブを形成することを特徴とする熱交換器コア。
【請求項２】
前記１つもしくは複数のタブが、前記フィンの第１の縁部から外側に延びるとともに、前記コアの第１の側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器コア。
【請求項３】
前記隣接する層が、前記第１の層と実質的に垂直な前記コアの第２の側に配置された１つもしくは複数のタブを備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器コア。
【請求項４】
前記第１の層の前記１つもしくは複数のタブが、前記フィンの両側から外側に延びることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器コア。
【請求項５】
前記１つもしくは複数のタブが、前記フィンの両側における互いに関して異なる位置に配置される、もしくは、互いに関して異なる寸法を有することを特徴とする請求項４に記載の熱交換器コア。
【請求項６】
前記積層された層における１つおきの各層が、互いに関してオフセットされるとともに前記コアの同一側面に沿った実質的に同じ位置に配置された１つもしくは複数のタブを備えるように、前記積層された層が構成、配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器コア。
【請求項７】
前記積層された層における前記隣接する層が、該積層された層における前記第１の層の前記１つもしくは複数のタブとは異なる寸法を有する、１つもしくは複数のタブを備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器コア。
【請求項８】
積層状に配置された複数の層であって、前記層が、隣接する層から第１の仕切り板および第２の仕切り板によって隔離された第１の層を有するとともに、前記第１の仕切り板と前記第２の仕切り板との間に配置されたフィンを有しており、前記フィンがその第１の縁部から延在する１つもしくは複数のタブを有する、複数の層と、
前記第１の縁部に接続されるとともに、前記１つもしくは複数のタブと結合する１つもしくは複数のスロットを有する密閉棒と、
を備えた熱交換器。
【請求項９】
前記密閉棒が前記コアの第１の側面およびその反対側の側面に接続され、前記１つもしくは複数のタブが、前記コアの前記第１の側面および前記反対側の側面の両方から延在するとともに前記密閉棒の前記１つもしくは複数のスロットに収容され、該スロットと結合することを特徴とすることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記隣接する層が、前記第１の層と実質的に垂直な前記コアの第２の側に配置された１つもしくは複数のタブを備えることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記積層された層における１つおきの各層が、互いに関してオフセットされるとともに前記コアの同一側面に沿った実質的に同じ長さ方向位置に配置された、１つもしくは複数のタブを備えるように、前記積層された層が構成、配置され、
前記積層された層における前記１つおきの層の前記１つもしくは複数のタブと結合する、前記１つもしくは複数のスロットが、前記密閉棒における実質的に同じ位置に配置されることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記第１の層の前記１つもしくは複数のタブが、前記フィンの両側から外側に延びるとともに、該１つもしくは複数のタブが、前記フィンの両側における互いに関して異なる位置に配置される、もしくは、互いに関して異なる寸法を有することを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記積層された層における前記隣接する層が、前記第１の層の前記１つもしくは複数のタブとは異なる寸法を有する、１つもしくは複数のタブを備えたフィンを有することを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１４】
各層が１つもしくは複数のタブを形成するフィンを有する、積層状に配置された複数の層を用意し、
前記１つもしくは複数のタブに対応する１つもしくは複数のスロットを有する、１つもしくは複数の密閉棒を用意し、
前記１つもしくは複数のタブが前記対応する１つもしくは複数のスロットと結合するように、各層の縁部を前記密閉棒に接続する配置に配列させることを備えた、熱交換器コアの位置合わせ方法。
【請求項１５】
前記各フィンが、その両側の２つの縁部から延在するタブを備えることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器コアの位置合わせ方法。
【請求項１６】
前記積層された層における隣接する各層が、互いに前記コアの異なる側面から延在する１つもしくは複数のタブを備えることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器コアの位置合わせ方法。
【請求項１７】
前記積層された層における１つおきの各層が、互いに関してオフセットされるとともに前記コアの同一側面に沿った実質的に同じ長さ方向位置に配置された、１つもしくは複数のタブを備えるように、前記積層された層が構成、配置され、
前記積層された層における前記１つおきの各層の前記１つもしくは複数のタブと結合する、前記１つもしくは複数のスロットが、前記密閉棒における実質的に同じ位置に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器コアの位置合わせ方法。
【請求項１８】
前記各層の少なくとも１つのタブおよびそれに対応する結合スロットは、前記積層された層において隣接する層のタブおよびスロットとは異なる寸法を有することを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器コアの位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アメリカ航空宇宙局（ＮＡＳＡ）に付与の契約番号ＲＨ６−１１８２０３のもと、米国政府の補助によりなされた。米国政府は本発明の一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、概して熱交換器に関し、特に、熱交換器内のコアを構成する層を位置合わせするための構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
熱交換器は様々な用途に用いられる。例えば、航空機、有人宇宙探査機、および将来のオライオン宇宙船等が、環境制御システムおよび生命維持システムの一部として、および電子機器の冷却システムの一部として、熱交換器を利用する。
【０００４】
様々な流体流れパターンを有するプレート‐フィン型熱交換器が当技術分野においてよく知られている。一般に、こうした熱交換器は波型フィンの積層された層を備えたコアを有する。波型フィンは極めて表面積の大きい形状をつくり出す。一般に各層は、一つの層内のフィンによって形成された複数の流路が、隣接する層内のフィンによって形成された複数の流路に対して所望のように指向されるように取り付けられる。その他の隣接する層に対する各層の向き、形状、およびサイズは、特定の用途における所望の熱伝達のレベルによって決定される。冷却液などの流体が導入され、積層された各層の間の流路に沿って流れる。一般に、積層された層における第１の層の間に導入される流体の温度は、熱伝達を容易にするように、その第１の層に隣り合う積層された層の間に導入される流体の温度とは異なる。
【０００５】
一般にプレート‐フィン型熱交換器の積層された層は密閉棒によって縁取られ、この密閉棒は、構造部材として機能するとともに、流路を通して流体流れを所望の方向に維持するように密閉する。流体は、密閉棒と一体化されたランナもしくは流体マニホルドと連通する、正確な寸法が取られかつ正確な位置に配置された穴により、コアの積層された層へと導入され、それらの層から回収される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
都合の悪いことに、プレート‐フィン型熱交換器の一般的な組み立て方法は、運転時にアセンブリの効果を低減させてしまうおそれのある欠点を有する。特に、所望の熱伝達水準を達成するために、コア層は、互いに関して特定のパターンで正確に積層されなければならない。しかしながら、組立工程は誤差の影響を受けやすく、例えば、スタックにおいて同じ形状を有する２つの層が互いにすぐ隣に配置され、それによりスタックの水平面の間で不適正な熱伝達が生じうる。さらに、コアの複数の層はろう付け前に積層されるため、移送時にずれが生じうる。コア層のずれは、互いに向かい合う積層された層の形態を変化させてしまうだけでなく、ずれた層が、流体マニホルドもしくはランナと連通する穴を通流する流体流れを遮断もしくは制限してしまうおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
熱交換器が複数の層を備えたコアと、密閉棒と、を含む。層は積層状に配置されるとともに、隣接する層から第１の仕切り板および第２の仕切り板によって隔離された第１の層を含む。フィンが、第１および第２の仕切り板の間に配置されるとともに、１つもしくは複数のタブを形成する。密閉棒が、フィンに接続されるとともに、その１つもしくは複数のスロット内に１つもしくは複数のタブを収容する。
【０００８】
もう一つの態様は、積層状に配置された複数の層を有する熱交換器のコアの位置合わせ方法に関する。各層は、フィンによって形成された１つもしくは複数のタブを有する。また密閉棒が各層に対応して設けられるとともに、各密閉棒は、この密閉棒が各層に組みつけられるときに、１つもしくは複数のタブを収容しかつそれらと結合する、１つもしくは複数のスロットを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】複数の層の幾つかの側面が密閉棒によって取り囲まれた、複数の積層された層を有するコアを備えた熱交換器の第１の実施例の斜視図。
【図２】フィンによって形成されたタブを有する幾つかの積層された層と、スロットを有する密閉棒の、上部、底部、および側面部を示す図１の熱交換器の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、コア１６の外側部分を形成する密閉棒１４Ａ，１４Ｂを示すようにランナ１２が部分的に取り除かれた熱交換器１０の一部を示す。またコア１６は、間に挿入された層１８Ａ，１８Ｂを含む。層１８Ａは流路２２Ａを形成するフィン２０Ａを含み、隣接する層１８Ｂと仕切り板２４Ａ，２４Ｂを共有する。層１８Ｂは流路２２Ｂを形成するフィン２０Ｂを含み、隣接する層１８Ａと仕切り板２４Ａ，２４Ｂを共有する。
【００１１】
熱交換器１０は周知の直交流形プレート‐フィン型熱交換器の代表的な構造および動作を有する。例えば、ランナ１２が、コア１６の一部を取り囲み、コア１６へと低温流体および高温流体を連通させる流体マニホルドとして機能する。密閉棒１４Ａ，１４Ｂが、ランナ１２の内部に配置されるとともに、それぞれ、層１８Ａ，１８Ｂの異なる側面と接する。特に、密閉棒１４Ａは、層１８Ａの第１の側面の間に配置されるとともに、ランナ１２から層１８Ｂへと導入される低温の流体から層１８Ａを密閉するように機能する。同様に、密閉棒１４Ｂは、層１８Ｂの側面の間に配置されるとともに、ランナ１２から層１８Ａへと導入される高温の流体から層１８Ｂを密閉するように機能する。また、追加の密閉棒（図示せず）が、コア１６から出る低温流体から層１８Ａの反対側の側面を密閉するとともに、追加の密閉棒（図示せず）が、コア１６から出る高温流体から層１８Ｂの反対側の側面を密閉する。
【００１２】
コア１６は、複数の層１８Ｂの間にそれぞれ挿入された複数の層１８Ａを有し、積層配置を形成する。層１８Ａ，１８Ｂはろう付けなどの公知の方法により互いに接続される。各層１８Ａまたは１８Ｂはその全長に沿って交互の配列で延在するフィン２０Ａ，２０Ｂを有する。フィン２０Ａ，２０Ｂは層１８Ａもしくは１８Ｂの各層の全長に沿って延びる開放型の流路２２Ａ，２２Ｂを形成する。流路２２Ａは層１８Ａの間をコア１６の第１の側からその反対側の側面（図示せず）へと高温流体を通流させる。流路２２Ｂは層１８Ｂの間をコア１６の第３の側からその反対の第４の側（図示せず）へと低温流体を通流させる。層１８Ａおよび１８Ｂは、高温流体と低温流体とを隔離する役割を果たす交互の仕切り板２４Ａ，２４Ｂによって隔離される。仕切り板２４Ａは、その第１の面側のフィン２０Ａおよび密閉棒１４Ａと、その第１の面の反対側の第２の面側のフィン２０Ｂおよび密閉棒１４Ｂと、の両方の間に挟持、接続される。仕切り板２４Ｂは、その両面にフィン２０Ａおよび密閉棒１４Ａと、フィン２０Ｂおよび密閉棒１４Ｂと、が接続されるように同様にして配置される。
【００１３】
熱交換器１０の動作は周知である。図１に示す熱交換器１０などの直交流形熱交換器では、冷却水などの複数の流体がコア１６の複数の側面に導入されるが、それらは混合されない。流体は、コア１６におけるその流体が導入された位置からその反対側へと流路２２Ａ，２２Ｂに沿って流れる。隣接する各層１８Ａ，１８Ｂの間に導入される流体の温度は、高温流体から低温流体へと層１８Ａ，１８Ｂを横切る所望の量の熱伝達を容易にするように変化する。
【００１４】
熱交換器１０を、流体流れ方向が交番する直交流形プレート‐フィン型熱交換器として示したが、別の実施例では、熱交換器１０は、二重化された流れ型、マルチパス型、あるいは向流型の熱交換器などの、その他の公知の様式に構成されてもよい。波型フィンを図１に示すが、その他のフィンの形態も所望のように検討されうる。
【００１５】
図２は、熱交換器１０のコア１６の上部、底部、および側面部の概略図である。図２はコア１６全体を示すのではなく、タブ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを含む幾つかの繰り返し隣接する層１８Ａ，１８Ｂを示す。図２はまたスロット２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを有する密閉棒１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを示す。
【００１６】
図２では、タブ２６Ａ，２６Ｃはフィン２０Ａの一部であり、タブ２６Ｂはフィン２０Ｂの一部である。図２におけるコア１６の３つの側面にタブ２６Ａ，２６Ｂおよび２６Ｃを示すが、その他の実施例では、タブがコアの単一の側面のみから交互に延在してもよい。図２では、仕切り板２４Ａがタブ２６Ａを示すように部分的に破断している。各層１８Ａのタブ２６Ａは、フィン２０Ａにおける第１の縁部３０の外側に延びる。各層１８Ｂが、層１８Ａの第１の縁部３０と実質的に９０°の角度で第１の縁部３０からオフセットされた、フィン２０Ｂにおける第２の縁部３２の外側に延びる少なくとも一つのタブ２６Ｂを有する。フィン２０Ａはコア１６における第１の縁部３０の反対側に沿って延びる第３の端部３４を有する。図２に示す実施例では、層１８Ａは、フィン２０Ａの第３の端部３４から外側に延びるタブ２６Ｃを有する。同様に、層１８Ｂはコア１６における第２の縁部３２の反対側に沿って配置された対応する密閉棒１４Ｄ（図示せず）を有する。フィン２０Ｂは第４の縁部から外側に延びる一つ以上のタブを有する。
【００１７】
コア１６に組み付ける際、図に示される交互のパターンの層１８Ａの仕切り板２４Ａ，２４Ｂの間に密閉棒１４Ａが接続、挿入される。その接続は、例えばろう付けなどの一般的な手段によって達成される。密閉棒１４Ａは、コア１６の第１の縁部を密閉して、高温流体が、流路２２Ｂを通流する低温流体と混合されてしまうことなく、流路２２Ａを通流することを可能にする。タブ２６Ａを収容しかつこれと結合するように形成され寸法が取られたスロット２８Ａが、密閉棒１４Ａの内側接触面に配置される。コア１６の反対側の密閉棒１４Ｃがタブ２６Ｃと結合するスロット２８Ｃを有する。
【００１８】
コア１６に組み付ける際、密閉棒１４Ｂは、密閉棒１４Ａ，１４Ｃから実質的に９０°の位置にオフセットされる。図に示される交互のパターンの仕切り板２４Ａ，２４Ｂの間に密閉棒１４Ｂが接触、挿入される。密閉棒１４Ｂは、コア１６の第２の縁部を密閉して、低温流体が、流路２２Ａを通流する高温流体と混合されてしまうことなく、流路２２Ｂを通流することを可能にする。タブ２６Ｂを収容しかつこれと結合するように形成され寸法が取られたスロット２８Ｂが、密閉棒１４Ｂの内側接触面に配置される。
【００１９】
図２に示すように、積層された複数の層１８Ａは、それらの層１８Ａのタブ２６Ａが互いにオフセットされるが、各層１８Ａにおいてはタブが実質的に第１の縁部３０の長さに沿った同じ位置となるように、配列、配置される。各層１８Ａのタブ２６Ａと結合するスロット２８Ａは、密閉棒１４Ａの長さに沿った実質的に同じ位置に配置され、密閉棒１４Ａが図２に示す実施例と実質的に同一となる。
【００２０】
タブ２６Ｂは、タブ２６Ａとは異なるサイズを有し、第２の縁部３２からオフセットされるとともに第２の縁部の長さに沿って配置されており、これは第１の縁部３０に沿ったタブ２６Ａの位置とは異なる。したがって、密閉棒１４Ａのスロット２８Ａと層１８Ｂのタブ２６Ｂとを誤って組み合わせようとした場合には、２つの部品を結合させることはできない。
【００２１】
タブ２６Ｃがフィン２０Ａの第３の縁部３４から延びるとともに、フィン２０Ａの長さ方向に沿った、コア１６の反対側のタブ２６Ａとは異なる位置に配置される。図２に示す実施例では、タブ２６Ｃに結合するスロット２８Ｃは、密閉棒１４Ｃの長さに沿った、密閉棒１４Ａにおけるスロット２８Ａとは異なる位置に配置される。別の実施例では、タブ２６Ｃおよびタブ２６Ａは、層１８Ａの両側にまたがって実質的に一直線に並べられてもよく、密閉棒１４Ａ，１４Ｃは同一でもよい。
【００２２】
熱交換器１０は、タブ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃおよびスロット２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃの配置により、コア１６における層１８Ａと層１８Ｂとを互いに関して正確に位置合わせすることができるという利益が得られる。例えば、各層の位置合わせは、各層の一つもしくは複数のタブを対応する一つもしくは複数のスロットに結合させるように、各層１８Ａ，１８Ｂを対応する密閉棒に接続する配置に配列することによって達成される。特定の位置に配置され、かつ／または特定の寸法が取られたタブは、それに対応する位置に配置され、かつ／または対応する寸法が取られたスロットだけにしか適合しないため、このタブとスロットとの配置により、層１８Ａおよび１８Ｂを組み立てる際の位置合わせにおけるミスが低減される。さらに、ろう付け前の製造時にタブをスロットと結合させて複数の層が互いに関してずれるのを防ぎ、それにより、適切なコアの形状を保ち、ランナ１２および流路２２Ａ，２２Ｂによって形成される流体マニホルドとの適切な連絡を保つ役割を果たす。
【００２３】
実施例を参照しながら本発明を説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更がなされ、本発明の要素と同等のものに置き換えられうることが当業者にとって理解されるであろう。さらに、本発明の真の範囲を逸脱することなく特定の状況もしくは材料に適合するように、種々の変更が本発明の教示に対してなされうる。したがって、本発明は開示の特定の実施例に限定されるものではなく、付記の特許請求の範囲に含まれる全ての実施例を包含することを意図するものである。
【符号の説明】
【００２４】
１０…熱交換器
１４Ａ〜１４Ｃ…密閉棒
１６…コア
１８Ａ，１８Ｂ…層
２０Ａ，２０Ｂ…フィン
２４Ａ，２４Ｂ…仕切り板
２６Ａ〜２６Ｃ…タブ
２８Ａ〜２８Ｃ…スロット
３０…第１の縁部
３２…第２の縁部
３４…第３の縁部
【図１】
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【図２】
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