熱交換装置

专利摘要:
本発明は、熱交換モジュール（２，２１，２２）を備えている熱交換装置（１）に関する。熱交換装置（１）の少なくとも１つの第一の熱交換モジュール（２１）は熱交換器（３）を備えている。熱交換モジュール（２，２１，２２）の外側境界部は流入面（４１）と流出面（４２）とによって形成されており、その結果、搬送流体（５）は、前記搬送流体（５）と作動状態で熱交換器（３）内を流れる加熱媒体（６）との間での熱の交換のために、熱交換モジュール（２，２１，２２）へ流入面（４１）を介して供給され、熱交換器（３）と流動接触する状態とされ、熱交換モジュール（２）から流出面（４２）を介して再び放出される。本発明に従って、フラップ（７１）を備えている洗浄装置（７）も提供されている。ａ
公开号:JP2011506903A
申请号:JP2010538509
申请日:2008-10-16
公开日:2011-03-03
发明作者:スンメラー、フランツ
申请人:アー − ヒート アライド ヒート イクスチェンジ テクノロジー アクチェンゲゼルシャフト；
IPC主号:F28G1-16

专利说明:

[0001] 本発明は、モジュール型の熱交換装置に関し、特許請求の範囲の独立請求項１の前段部分に記載された熱交換モジュールを備えた熱交換装置に関する。]
背景技術

[0002] 熱交換装置の使用は、実際には見ることができない従来技術による多くの用途において知られている。熱交換器は、冷蔵装置、例えば一般家庭用冷蔵庫、ビルのエアコン装置、又は全ての種類の車両特に自動車、航空機、船舶、内燃機関内の水冷装置若しくはオイルクーラーとして、冷媒回路内の凝縮装置若しくは蒸発装置として、及び全てが当業者に良く知られている更に別の数え切れない種々の用途において使用されている。]
[0003] この点で、これらの熱交換器を大きく異なる用途によって合理的に分類できる種々の可能性が存在する。一つの試みは、区別を、種々のタイプの熱交換器の構造によって又は製造方法によって行うことである。]
[0004] 従って、上記分類は、一方では所謂“フィン付きの熱交換器”によって行い、他方では“ミニチャネル”型又は“マイクロチャネル”型の熱交換器に従って行うことができる。]
[0005] 長年に亘ってよく知られているフィン付きの熱交換器は、全てのタイプの熱交換器と同様に、２つの媒体間例えばそれだけではないが冷却媒体から空気への又はその逆の熱伝導のために機能する。冷却媒体から空気への又はその逆の熱伝導は伝統的な家庭用冷蔵庫において知られており、家庭用冷蔵庫においては、熱が熱交換器によって周囲空気内へ放散されて冷蔵庫内部の冷蔵能力が発生される。]
[0006] 熱交換器の外の周囲媒体、即ち例えば水、オイル又は多くの場合には単に周囲空気は、熱を取り出し又は熱を熱交換器へと伝え、このプロセスによって冷却されるか加熱される。第二の媒体は、例えば液体の冷媒若しくは熱媒又は蒸発若しくは凝縮冷媒とすることができる。いずれの場合にも、周囲媒体すなわち例えば空気は、第二の媒体すなわち例えば熱交換装置内を循環する冷媒よりも熱伝導率が低い。これは、２つの媒体のための大きく異なる熱伝導面によってバランスがとられる。熱伝導率が高い媒体はパイプの中を流れる。該パイプは外側側面に極めて広い面を有していて例えば空気への熱伝導は薄い金属シート（リブ、フィン）によって生じるようになされている。]
[0007] 図３は、これ自体公知であるこのようなフィン付きの熱交換器の一つのエレメントの簡単な例を示している。この点に関して、熱交換器は、実際には図３によれば複数個のエレメントによって形成されている。] 図３
[0008] この点に関して、内側面に対する外側面の比率は、フィンの幾何学的構造（すなわち、パイプの直径、パイプの配置及びパイプ同士の間隔）のみならずフィン同士の間隔にも依存する。フィン同士の間隔は、種々の用途に対して種々に選択される。しかしながら、これは、純粋に熱力学的な観点からは出来るだけ小さくされるべきであるが、空気側での圧力損失が大き過ぎるほど小さくされるべきではない。最適な効率は約２ｍｍであり、これは凝縮器と熱交換器とのための典型的な値である。]
[0009] これらの所謂フィン付きの熱交換器の製造は、長年知られている標準化されたプロセスに従って行われる。フィンは、プレス及び特別な工具を使用して打ち抜かれ且つ相互にパケット内に配置される。これに続いて、パイプが機械的に又は油圧によって押し込まれ且つ広げられ、極めて良好な接触及び良好な熱伝導がパイプとフィンとの間に生じるようにされる。次いで、個々のパイプは、曲管及び入口タンク及び出口タンクによって、互いに接続されるか多くの場合には互いにハンダ付けされる。]
[0010] この点に関して、効率は、フィンの面と空気との間で伝導される熱がフィンによる熱伝導によってパイプに伝えられなければならないという事実に基づいて決まる。熱伝導率が高ければ高いほど、フィンの熱伝導率又は厚みも大きくされるが、パイプ同士の間隔も狭くなる。ここでは、フィンの効率についてのみ説明する。従って、今日では、アルミニウムが主としてフィン材料として使用され、アルミニウムは経済的な条件の下で高い熱伝導率（約２２０Ｗ／ｍｋ）を有している。パイプ同士の間隔は出来るだけ狭くされるべきであるが、このことは、沢山のパイプが必要とされるという問題を生じさせる。パイプが沢山使用されるということはコストが高くなることを意味する。なぜならば、（通常は銅によって作られる）パイプはアルミニウム製のフィンよりも遙かに高価であるからである。これらの材料コストは、パイプの直径及び壁厚を減じることによって低減することができる。すなわち、熱交換器が、数個の大きなパイプによって作られる代わりに沢山の小さなパイプによって作られる。この解決方法は熱力学的には理想的であり、直径が小さい極めて沢山のパイプが短い距離で設けられる。しかしながら、実質的なコスト因子は、パイプを広げ且つハンダ付けするための労働時間でもある。この労働時間はこのような幾何学的構造においては著しく増える。]
[0011] 従って、新しい種類の熱交換器すなわち所謂ミニチャネル又はマイクロチャネルと称される熱交換器が何年か前に既に開発されており、この熱交換器は、全く異なるプロセスを使用して製造され、フィン付きの熱交換器の理想すなわち狭い間隔で沢山の小さなパイプという理想にほぼ相応している。]
[0012] しかしながら、小さなパイプの代わりに、押出アルミニウム部分がミニチャネル熱交換器において使用され、該熱交換器は直径が例えば約１ｍｍの極めて小さなチャネルを備えている。同じくそれ自体公知のこのような押出成形部分は例えば図２に概略的に示されている。特にこの点に関して、実際には、熱交換器は、既に必要とされている熱容量に応じて中央熱交換エレメントとしての単一の押出成形部分によって対処することができる。比較的高い熱伝導容量を達成することができるようにするために、当然に、複数の押出成形部分を単一の熱交換器内に同時に設け且つこれらを相互に結合させることもできる。これらは、例えば適当な組み合わせにより、例えば供給口及び排出口を介して相互にハンダ付けされる。] 図２
[0013] このような部分は、例えば、適当な押出プロセスにおいて且つ複数の材料によって単純に且つ種々の形態に作ることができる。しかしながら、他の製造プロセスもまた、ミニチャネル熱交換器の製造例えば適切な形状の部分金属シートの組立又はその他の適当なプロセスのためのものとして知られている。]
[0014] これらの部分は、必ずなされなければならないと言うわけではないが、広げることができず且つ打ち抜かれたフィンパケット内へ押し込むことも出来ない。]
[0015] その代わりに、例えば、シート金属のストリップ特にアルミニウムのストリップが、相互に近接して（共有空間が例えば１ｃｍ未満）配置された２つの部分の間に配置される。この結果、シート金属のストリップと相互に隣接した部分とを交互に配置することによって一つの熱交換器のパケットが形成される。このパケットは、次いでハンダ付け炉内で完全にハンダ付けされる。]
[0016] 極めて高いフィンの効率と極めて小さい充填体積（内側チャネル側）とを備えた熱交換器が、狭い空間及び小さいチャネル直径によってもたらされる。この技術の更に別の利点は、材料の対形成（腐食）防止、軽量（銅製ではない）、高圧力安定性（約１００バール（１パスカル））を有すると共にコンパクトな構造的形状（熱交換器の典型的な深さ、例えば２０ｍｍ）を有することである。]
[0017] ミニチャネル熱交換器は可動形態での使用において１９９０年代の間に確立されるようになった。軽量で小さいブロックの深さと共にここで必要とされている制限された大きさは、ミニチャネル熱交換器のための理想条件である。自動車用のラジエータ並びに自動車用エアコン装置のための凝縮器及び蒸発器は、今日では殆どミニチャネル熱交換器によってもっぱら実現されている。]
[0018] 固定使用領域においては通常比較的小さな熱交換器は必要とされないが、その一方で、重量及びコンパクトな設計の重要性は低く、理想的なコストパーファーマンスの重要性がより高い。ミニチャネル熱交換器は、以前は、この目的のために考慮されるべき寸法が余りにも制限されていた。多くの小さなモジュールは、複雑且つ／又は費用のかかる方法で相互に結合させることが困難であった。更に、アルミニウムの使用は、押出部分において比較的高く、その結果、コスト上の利点もまた実際には材料の使用の観点から期待されなかった。]
[0019] 自動車の分野における大きな体積により、ミニチャネル熱交換器のための製造プロセスは、標準化されるようになり且つ改良され、その結果、この技術は今日では完成されたものと称することができる。ハンダ付け炉の大きさもまたその間に大きくなり、その結果、熱交換器は既に約１×２ｍの大きさで製造することができる。結合装置における初期の困難性は軽減されて来ている。その間に、入口タンク及び出口タンクを内部にハンダ付けする方法に関する複数の特許されたプロセスが存在する。]
[0020] しかしながら、とりわけ銅の価格はアルミニウムと比べて極めて高くなり、この技術もまた安定して使用できるためには極めて興味深いものとなりつつあるという結果となっている。]
[0021] 実質的にただ一つの周囲媒体例えば空気が熱交換器に対して利用できる簡単な装置に加えて、所謂ハイブリッドクーラー又はハイブリッド乾式クーラーが公知である。このようなクーラーは、例えばＷＯ ９０／１５２９９号又はＥＰ ４２８ ６４７ Ｂ１に開示されており、該クーラーにおいては、冷却されるべき主要な冷却回路のガス状媒体又は液体状媒体は、フィン型熱交換器内を流れ、放散されるべき熱を冷却フィンを介して一部が顕熱として且つ一部が潜熱として空気の流れへと放出する。１以上のファンが空気の流れを熱交換器内へと搬送し、このファンは可変のスピードを有しているのが有利である。潜熱の放散は、液体媒体好ましくは水によって生じ、この液体媒体は、それ特有の値、例えば伝導率、硬度、炭酸塩成分に適合せしめられ且ついずれの場合にも空気側の熱伝導面に液滴形成液体フィルムとして付加される。余分の水は、熱交換器の構成エレメントのすぐ下方に設けられている捕集皿内へと滴下する。吹き付け式熱交換器の概念は、フィン型熱交換器上に吹き付けられ且つ完全に蒸発し、このプロセスにおいては、蒸発エネルギはエネルギ最適化のための湿潤におけるように熱伝導の改良のために使用される。ここでは、水無しで作動することも可能であるが、沈積物の形成が防止されなければならず、その目的のために例えばＶＥ水が使用される。]
[0022] 他の冷却流体例えばオイルもまた特別な場合には水の他に考えることもできることはわかる。]
[0023] 熱交換器のフィンの湿潤又は吹き付けにおける作動方法によれば、開口した冷却塔によるような特有の方法と比較してエネルギ及び水の実質的な節約がもたらされる。しかしながら、フィンと組み合わせられた湿潤又は吹き付け熱交換器の材料の選択の制限は、電極と関連して腐食が発生するかも知れず不利である。]
[0024] 従って、ハイブリッド熱伝導は、パイプを備えているフィン型熱交換器の熱伝導を、直接浸潤させるか又は水を吹き付けることによって実質的に改良するものとして理解される。この点に関して、フィンのパケット内の空気の速さを調整して、フィンの表面において水が除去されることがないようにすることが特に必要である。これは、ファンスピードの調整又はその他の適切な手段によって有利に達成される。]
[0025] この点に関して、吹き付けられるか又は湿潤させる水は溶解されたイオンと協働して電解液として機能し、これは、通常使用される熱交換器の銅パイプとアルミニウムフィンとの材料対に多くの腐食問題を発生させ得る。]
[0026] この点に関して、例えば、所謂電気泳動コーティングを熱交換器のための適当な表面保護として使用することが知られている。更に、例えば銅パイプと銅フィン、アルミニウムパイプとアルミニウムフィン及びステンレス鋼パイプとステンレス鋼フィンのような２つの材料対が使用されて、接触による腐食の問題が克服されている。熱交換器を完全に亜鉛コーティングすることも知られている。この点に関して、循環水又は吹き付け水の特性、すなわちｐＨ値、水の硬度、塩素成分、伝導率等に対して高い要望がなされて、一方では、蒸発よるフィン上での凝縮によって堆積物が形成されるのが防止され、他方では、過剰な化学反応物質の成分であって堆積物し協働して過剰部分に腐食を生じさせ得る化学反応物質が生じるのが防止される。]
[0027] 例えば自動車工業又は家庭用技術による小さな熱交換器において知られているよりも高い熱伝導容量を達成するために、既に述べたハイブリッド技術を比較的大きな熱伝導装置おいて使用する試みが既になされて来ている。]
[0028] 比較的大きな熱伝導容量を達成するための別の可能性としては、基本的には、複数の独立した熱交換器構成要素を連結すること例えばＡＩ−ＭＣＨＸモジュール同士を結合することによって比較的大きな交換率を達成する試みがある。]
[0029] この点に関する全ての既に知られている熱交換装置における問題点は、熱交換装置の装置構成要素の汚れであり、これは一般的に作動状態では避けることができない問題である。冷却空気が対応するファンを使用して熱交換器を通過するように導かれる熱交換装置は、冷却空気内に含まれる全ての種類の汚染物質によって時間と共に益々汚染され、このことは、例えば熱交換器の表面の熱伝導率を低くして熱伝導容量が小さくされるという結果となる。これは、高い作動コストをもたらし、又は極端な場合には熱交換装置は最早必要とされる熱交換性能を全く提供しないようになり、最悪の場合には重大な損傷が生じるという事態となり得る。例えば、熱交換装置に結合されている冷却されるべき機械例えばデータ処理装置又は内燃機関又は別の機械がオーバーヒートして損傷を受ける。低温倉庫内に貯蔵されている食料品のような製品は、例えば不完全な冷蔵のために腐ることもあり得る。]
[0030] 従って、熱交換装置は規則正しく洗浄されなければならないが、規則正しい洗浄公知の装置では難しく従って複雑で費用がかかる。更に、多くの公知の熱交換装置においては、ハウジングを開けて例えば熱交換器自体を洗浄し又は熱交換器内の他の主要な構成部品を洗浄することが必要である。従って、ハウジングの開放は単に複雑で扱いづらいではない。この場合には、対応する結合された加熱機関もまた作動状態から取り外さなければならない。なぜならば、取り外さなければ、熱交換器のハウジングの開放は、安全性の理由のみによって許容されず且つ作動状態における技術的な理由のために全く不可能であるからである。]
[0031] 更に別の問題は、熱交換装置を洗浄する洗浄液、例えば水、洗浄剤と混ぜ合わせられた水又は別の洗浄液は複雑且つ／又は費用のかかる方法で捕集されて専門家によって廃棄されるようにしなければならない。一般的に、洗浄処理後の汚れた洗浄液は単に下水管に流してはならない。従って、対応する複雑且つ／又は費用のかかる装置、例えば分離装置、分離水路系であって該水路系を通って汚れた洗浄液が排出され且つ捕集場所又はその他の分離装置、及びそれ自体公知の捕集装置へ供給される装置が、公知の熱交換装置内に設けられ、これらの装置は、付加的なスペースをとるばかりではなく構造及び動作に費用がかかるものである。]
発明が解決しようとする課題

[0032] 従って、本発明の目的は、改良された熱交換装置であって、従来技術において知られている問題点を解決し、特に洗浄が簡単であり、好ましくは作動中においても洗浄でき、汚れた洗浄液を捕捉又は捕集し簡単に廃棄できるようになされた熱交換装置を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0033] これらの目的を達成するための本発明の主題は、特許請求の範囲の独立請求項１の特徴部分によって特徴付けられている。]
[0034] 特許請求の範囲の従属請求項は、本発明の特に有利な実施例に関するものである。]
[0035] 従って、本発明は、熱交換モジュールを備えた熱交換装置に関し、前記熱交換モジュールは熱交換器を備えた少なくとも１つの第一の熱交換モジュールからなり、該熱交換モジュールの外側境界部には流入面と流出面とが形成されており、搬送流体と作動中に熱交換器内を流れる熱伝導剤との間での熱交換のために、搬送流体は、前記流入面を介して熱交換モジュールへと供給され且つ熱交換器と流動接触状態とされ且つ熱交換モジュールから流出面を介して再び放出されるようになされている。この点に関して、本発明に従って洗浄装置には洗浄フラップが設けられている。]
[0036] 従って、本発明にとっては、洗浄フラップが備えられた洗浄装置が本発明の熱交換装置内に設けられており、前記洗浄フラップは簡単に開いたり閉じたりすることができて熱交換モジュール内へのアクセスが提供されて洗浄及び点検作業が可能にされ、この洗浄及び点検作業は、基本的には熱交換装置の作動中においてさえ熱交換装置を分解する必要なく行うことができることが重要である。]
[0037] 好ましい実施例においては、本発明の洗浄装置は、洗浄穴及び／又はダスト捕捉グリッド及び／又はスクレーパ及び／又は洗浄器を備えており、これらの機能は概して当業者に公知である。熱交換器は、特に洗浄フラップに設けることができ且つ／又は熱交換器自体が洗浄フラップとして作られ、該洗浄フラップは、特別な場合に且つ用途に応じて点検及び洗浄作業を実質的に補助する。]
[0038] 洗浄フラップは特に熱交換器の開放のために回転軸線を中心に回転可能に支持されていて、洗浄フラップが開放状態においては洗浄剤のための捕集パンであるようにされるのが好ましい。これによって、汚れた洗浄液が捕集パン内に自動的に集められ且つ別の構造手段無しで専門的な廃棄装置へと流すことが可能である。]
[0039] もう一つ別の実施例においては、第一の熱交換モジュールの第一の境界面が、予め設定可能な傾斜角度で、該第一の熱交換モジュールの第二の境界面に対して傾斜せしめられている。この点に関して、熱交換器自体が熱交換モジュールの形成に対する支持機能を有することができ、例えば、熱交換モジュールのハウジングの固定一体構造要素を形成している。これは、例えば、熱交換器自体が熱交換モジュールのハウジング壁を形成するか又は熱交換モジュールのハウジングの全ての境界面に境界壁を有していなくて熱交換器自体がハウジングの構成部品としての結合及び安定化一体固定機能を満たすことによって実現されている。]
[0040] 更に別の簡単な実施例においては、熱交換装置のハウジングにおいて熱交換装置の境界面を無しで済ますことができ、その場合、省略されるハウジングの壁は、熱交換装置の設置状態において設置対象物の一つの壁特にハウジングの一つの壁によって形成される壁である。]
[0041] 熱交換性能を高めるために、熱交換装置は特に複数の熱交換モジュールによって形成することができる。]
[0042] とりわけ、限定的ではないが、熱交換装置が複数の熱交換モジュールによって形成される場合には、第一の熱交換モジュールにおける第一の境界面は、該第一の熱交換モジュールの第二の境界面に対して予め設定可能な角度で傾斜させてモジュール型の熱交換装置を特にコンパクトな構造で第二の熱交換モジュールによって拡張させることができるようにされる。この場合、第二の熱交換モジュールは第一の熱交換モジュールと同一であるのが好ましい。従って、例えば、熱交換装置は２つの熱交換モジュールによって提供することができ、これらの２つの熱交換モジュールは、断面が三角形で且つ第一及び第二の境界面は相対的に４５°で傾斜せしめられており、前記熱交換装置は、矩形又は四角形の断面を有していて該断面内に２つの傾斜せしめられた面同士が相対的に配置される。]
[0043] この点に関して、熱交換モジュールの第一の境界面と第二の境界面との間の傾斜角度は、０°〜１８０°、特に２０°〜７０°、好ましくは４０°〜５０°であり、４５°が特に好ましい値である。]
[0044] 従って、例えば熱交換モジュールが４５°の傾斜角度を有する平行六面体の形状に作られている場合には、２つの各々のこのような熱交換モジュールは、特にコンパクトな形態で例えば傾斜面を介して組み立て且つ必要ならば相互に隣接させて一列に並べることによって拡張させることができる。]
[0045] 熱伝導装置の熱伝導容量及び／又は出力密度は、簡単且つ効率的な方法で、本発明のモジュール型の熱伝導装置によって、好ましくは同一の熱交換モジュールの規則的な繰り返し又は同一の熱交換モジュールの取り外しによって、適合させることができる。]
[0046] 従って、特に好ましい実施例においては、第一の熱交換モジュールの第一の境界面は、当該第一の熱交換モジュールの前記第二の境界面に対して予め設定可能な角度で傾斜させてモジュール型の熱交換装置が第二の熱交換モジュールによって特にコンパクトな構造的形状で拡張させることができるようにされ、この場合、第二の熱交換モジュールは前記第一の熱交換モジュールと同一であるのが好ましい。この点に関して、コンパクトな構造的形状とは、２つの熱交換モジュールを出来る限り省スペースで相互に結合して結合された熱交換モジュールの間に残る自由な空間を出来るだけ小さくし好ましくは実際には自由な空間が無いようにすることを意味している。]
[0047] 従って、本発明によるこれらの実施例すなわち熱交換装置が複数の熱交換モジュールによって作られている実施例は、熱交換装置内における熱伝導容量が例えば熱交換モジュールを取り外すことによって特に簡単に減少させることができるので、特に大切な重要性がある。]
[0048] 熱伝導剤と搬送流体との間の熱伝導の出力密度を更に増大させるために且つ／又は熱伝導剤と搬送流体との間の熱伝導容量の増大させるために、熱交換器を冷却させるための冷却装置、特に気体の流れを発生させるためのファンを提供することができ且つ／又はそれ自体公知であり且つ最初に詳細に説明した熱交換装置をハイブリッド装置として作ることができ、冷却流体特に冷却水によって熱交換器に散水するための散水装置を形成することができる。この点に関して、冷却流体の分離のために滴下分離装置を設けることもまた特に有利である。]
[0049] この点に関して、熱交換器自体は、それ自体従来技術から公知であるが、該熱交換器を複数のマイクロチャネルによってマイクロチャネル熱交換器として作ることができ且つ／又は熱交換器を冷却フィンを備えたフィン付きの熱交換器として作ることもできる。特に、熱交換装置は、フィン付きの熱交換器とマイクロチャネル熱交換器との結合熱交換装置として、特にこのような構造的形状が好まれる需要がある場合に作られる。]
[0050] 本発明による熱交換装置の熱伝導容量の調整機能を改良するために、シーリング特にエアシールを設けることができ、該エアシールは搬送流体の流速の調整のために設けられ、流速は、予め設定可能な作動パラグラフに応じて手動によって又は制御ユニットによって制御され且つ／又は調整することができる。]
[0051] 更に、それ自体公知の補償装置もまた極めて有利に熱機械的歪みの補償のために設けることができる。]
[0052] 本発明のモジュール型熱交換装置の構成要素、すなわち熱交換器並びに／又は熱伝導剤の供給ライン及び／又は排出ライン並びに／又は洗浄フラップ並びに／又は熱交換装置のその他のあらゆる構成要素は、共通の接続要素によって、該熱交換装置のその他の構成要素の各々に接続して、例えば、熱交換モジュールが特に容易に追加でき又は取り外すことができるようにすることができる。特に、洗浄フラップ並びに熱伝導剤のための入口タンク及び出口タンク又は熱交換装置のシート金属部品並びにその他のモジュール及び構成要素が、共通の接続要素に接続されることは特に好ましい。この点に関して、これらの共通の接続要素は、熱交換装置又は熱交換モジュールの垂直設置或いは水平設置の両方に対して特に良好に適合せしめられる。]
[0053] 一般的に、必須ではないが、制御ユニット特に制御のためのデータ処理装置を備えた制御ユニットであって、冷却装置及び／又は洗浄装置及び／又はエアシール及び／又は熱伝導剤の作動又は状態パラメータ及び／又は熱交換装置の別の作動パラメータを制御するための制御ユニットが熱交換装置の制御及び／又は調整のために設けられ、このような制御ユニットは、当業者にとってそれ自体現存の熱交換装置を備えた従来技術から公知のものである。]
[0054] 熱交換装置又は熱交換モジュール及び／又は熱交換器及び／又は熱交換モジュールの境界面、特に熱交換装置全体は、金属及び／又は合金特に単一の合金によって作られるのが有利であり、特に、ステンレス鋼によって作られ、特にアルミニウム又はアルミニウム合金によって作ることができ、犠牲金属が腐食保護として設けられるのが好ましく、熱交換装置には少なくとも部分的に保護層特に腐食保護層が設けられる。特に、入口タンク及び出口タンクは、高圧に耐えるように作られるのが好ましく、例えばＣＯ２と共に作動できるように極めて強い材料例えばステンレス鋼によって作られるのが好ましい。]
[0055] 本発明による熱交換装置は、特に、ラジエータ特に車両用特に陸上車、航空機、水上車両用のラジエータ、クーラー、移動又は固定型暖房設備、冷凍装置若しくはエアコン設備用の凝縮器又は蒸発器、特に機械、データ処理装置又はビル若しくは熱交換装置と共に作動することができる別の装置のための冷却装置である。]
図面の簡単な説明

[0056] 本発明を以下において図面を参考にして更に詳細に説明する。
図１ａは、本発明による熱交換装置の第一の実施例を作動状態で示している概略図である。
図１ｂは、図１ａの熱交換装置を洗浄プロセスにおいて示している概略図である。
図２は、マイクロチャネルを備えている熱交換器の概略図である。
図３は、フィン付きの熱交換器のエレメントの概略図である。
本発明による熱交換装置の第二の実施例であって横洗浄フラップを備えている熱交換装置の概略図である。
図５は、図４に従ってなされた熱交換装置の更に別の実施例の概略図であり、エアシールを備えている装置の概略図である。
図６ａは、図１ａに従ってなされた熱交換装置の別の実施例の概略図であり、共通の接続要素を備えている装置の概略図である。
図６ｂは、図６ａの共通の接続要素の詳細を示す図である。
図７は、本発明による熱交換装置であって２つの熱交換モジュールを備えている熱交換装置の概略図である。] 図１ａ 図１ｂ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ａ 図６ｂ 図７
実施例

[0057] 図１ａ及び１ｂは、本発明による熱交換装置の第一の簡単な実施例を概略的に図示しており、該熱交換装置は、以下においてはその全体に参照符号１が付けられている。この点に関して、熱交換装置は、図１においては作動状態で示されており、一方、図１ｂは洗浄プロセス中にある同じ熱交換装置を示している。] 図１ａ 図１ｂ
[0058] 図１ａ又は図１ｂに示されている本発明による熱交換装置１は、主要要素としての熱交換モジュール２，２１を備えており、熱交換モジュール２，２１は熱交換器３を備えており、熱交換器３は加熱剤６例えば冷却液６又は蒸発剤６と搬送流体５例えば空気５との間の熱交換のためのものである。この場合における熱交換器３は、それ自体公知のマイクロチャネル熱交換器３であり複数のマイクロチャネル３１を備えている。熱交換器３のマイクロチャネル３１は、熱伝導剤６との熱交換のために接続装置を介して冷却機に接続されている。前記接続装置は図１ａ及び１ｂには図示されていないが当業者に知られているものであり、冷却機も同様に図示されていない。] 図１ａ 図１ｂ
[0059] 冷却機は、それ自体公知の方法で接続装置に流体接続されており、接続装置は、熱交換器３の入口部分を備えている入口チャネルと、熱交換器３の出口部分を備えている出口チャネルとを有していて、空気５との熱交換のための熱伝導剤６が、前記入口チャネルから入口部分を介して熱交換器３の複数のマイクロチャネル３１を通って最後に出口部分を介して前記出口チャネルへと供給することができるようになされている。]
[0060] この点に関して、熱交換モジュール２，２１の外側境界部は、流入面４１と流出面４２とによって形成されており、搬送流体５（その流れ方向が矢印５によって記号で示されている）と熱交換器３内を流れている熱伝導剤６との間の熱交換のための作動状態において、搬送流体５は、流入面４１を介して熱交換モジュール２，２１へ供給することができ、熱交換器３と流体接触状態となることができ、熱交換モジュール２，２１から流出面４２を介して再び流出することができるようになされている。]
[0061] 熱が空気５と熱交換剤６との間で比較的良好に交換されることができるように、冷却装置１０が付加的に設けられており、この場合には冷却装置はファン１０であり、このファン１０によって単位時間毎に多量の空気５が熱交換モジュール２，２１の中を搬送されるように制御されている。]
[0062] この点に関して、第一の境界面９，９１であってこの場合には熱交換器３自体によって形成されている第一の境界面９，９１は、第一の熱交換モジュール２，２１の第二の境界面９，９２に対して傾斜角度αで傾斜せしめられており、この傾斜角度αは、本特別な実施例においては約４５°の値である。別の実施例においては、傾斜角度αは異なる値とすることもでき、例えば４５°より大きいか小さい値とすることができ、例えば限定的ではないが２５°又は４６°とすることができる。この点に関して、図１による簡単な実施例においては、第二の境界面９２は設置対象物の壁９によって形成されており、前記設置対象物はこの場合には冷凍庫であるが更に詳細には示されていない。]
[0063] 本発明に従って、洗浄用フラップ７１を備えている洗浄装置７が主要要素として更に設けられており、図１ａは熱交換装置１を作動状態で示しており、該作動状態においては、内部特に熱交換器３の表面は次第に乾燥状態となる。これと対照的に、図１ｂは洗浄プロセス中の熱交換装置１を示している。] 図１ａ 図１ｂ
[0064] 洗浄用フラップ７１はアクセス用フラップ７１として設計されており、アクセス用フラップ７１は矢印Ｐに従って回転軸線７１１を中心に回転可能に作られていて、洗浄用フラップ７１を回転軸線７１１を中心に枢動させることによってアクセスが提供される。回転軸線７１１は共通の接続要素１２として作ることができ、例えば、内部の点検及び修理並びに洗浄作業を、熱交換装置１を分解する必要ない状態で又は特別な実施例に応じて熱交換装置のスイッチをオフに切り換える必要ない状態で、アクセスを可能にしている。このことは、本発明によれば、洗浄用フラップは作動状態において単に開けることもでき、熱交換装置１の洗浄も作動状態において可能であることを意味している。]
[0065] 図１ｂは、熱交換器３が洗浄流体７１４例えば水７１４によってちょうど洗浄されつつある状態を示している。洗浄用フラップ７１は、図１ａの状態から回転軸線７１１を中心に２７０°だけ枢動せしめられており、図１ｂによれば、洗浄用フラップ７１は捕集パン７１２として機能するようになされており、捕集パン７１２は、洗浄プロセス中に汚れた洗浄流体７１４を信頼性高く捕集し、汚れた洗浄流体が排出され且つ安全に且つ任意に自動的に廃棄されて例えば環境に対する被害を避けることができる。] 図１ａ 図１ｂ
[0066] 図１による熱交換器３，３００はマイクロチャネル３１を備えており、マイクロチャネル３１は図２において断面で概略的に図示されている。既に説明したように、図３による伝統的なフィン付きの熱交換器３においては、小さなパイプの代わりに、押出成形されたアルミニウム部分が例えばマイクロチャネル熱交換器３００において使用されており、マイクロチャネル熱交換器３００は極めて多くの小さなチャネル３１を備えており、チャネル３１は例えば約１ｍｍの直径を有している。図２の熱交換器３は、例えば、適当な押出プロセスにおいて複数の材料によって種々の形状で単に製造することができる。この点に関して、図２による熱交換器３もまた、図２に明確には示されていない別の実施例変形態様で、例えば適切な形状とされたシート金属部分の組立によって又は他の適当なプロセスによって製造することもできる。] 図２ 図３
[0067] 図２と対照的に、図３は、それ自体公知のフィン付きの熱交換器３，３０１の一つの要素を示している。この要素は冷却フィン３２を備えており、この冷却ファンは同様に本発明の一つの実施例におけるマイクロチャネル熱交換器３００の代わりに使用することができるものである。熱伝導剤６はフィン付きの熱交換器３，３０１の管状要素の中を流れる。フィン付きの熱交換器３，３０１は、作動状態においては主として、冷却フィン３２によって、通過して流れる空気５と熱交換する。実際には、熱交換器３は、一般的には図３による複数の要素によって作られている。本発明の極めて特別な実施例（スペース上の理由から、図面によって明確に示されてはいない）においては、結合熱交換器３，３００，３０１は熱交換器３として使用されている。このことは、本発明による熱交換装置１は、複数のマイクロチャネル３１を備えた熱交換器３００に加えて、極めて特殊な用途のために冷却フィン３２を備えたフィン付きの熱交換器３０１を同時に備えることができる。] 図２ 図３
[0068] 更に大きなあらゆる熱伝導容量に対処するために、熱交換装置１は、所謂ハイブリッド装置１として作ることもできる。該ハイブリッド装置１の機能的原理は、同様にそれ自体当業者に公知であり、従って、別の図面によって明確に示される必要はない。この場合に、散水装置が、外部冷却流体特に冷却水又は冷却オイルによる熱交換器３，３００，３０１の散水のために設けられるのが好ましい。特に、滴下分離器を、付加的に例えば作動中に外部冷却流体の分離及び捕集のためのパンの形態で設けて、外部冷却流体が外部冷却装置内で再循環させることができるようにすることができる。前記の外部冷却装置は、外部冷却流体の冷却に適しており且つ散水装置を介して熱交換器３，３００，３０１へと供給して熱交換器の冷却を繰り返すことができる。]
[0069] 図４には、本発明による熱交換装置１の第二の実施例が概略的に示されており、該実施例は横洗浄用フラップ７１を備えている。この点に関して、図４の実施例は、図１ａの実施例とは、洗浄用フラップ７１が本発明に従って熱交換モジュール２，２１において横に設けられ、すなわち、洗浄用フラップ７１は、熱交換器３の面に対して直角の表現である点において異なっている。熱交換モジュール２，２１全体の構造的形状を出来る限りコンパクトに維持するために、洗浄用フラップ７１は熱交換モジュールの断面を単に覆っており、これによって、洗浄用フラップ７１の図示されている三角形状がもたらされている。洗浄又は点検の場合には、洗浄用フラップ７１は、回転軸線７１１を中心に矢印Ｐの方向に枢動させて熱交換装置１を開くことができ、それによって、熱交換装置１の内部へのアクセスが提供される。] 図１ａ 図４
[0070] 捕集パン７３が付加的に図４の実施例に設けられているが、該捕集パンは、必要でない場合には当然のことながら省くこともできる。捕集パンは、熱交換装置１の洗浄の際に生じる洗浄液７１３の捕集及び信頼性の高い排出のためのものである。] 図４
[0071] 図４による更に別の実施例が図５に概略的に図示されており、該実施例はエアシール１１を備えている。エアシール１１は、好ましくは個々の日よけ部品１１１又はベネシャンブラインド部品１１１を備えている日よけ又はベネシャンブラインドの形態に作られていて、熱交換器３の覆い度合いが好ましくは電子的に制御され且つ／又は調整される形態で変更可能に変えることができるようにし、エアシールが公知の方法で例えば全体的に又は部分的に熱交換器３の表面から個々の日よけ部品１１１又はベネシャンブラインド部品１１１と一緒に集めることによって取り外すことができるようにし、又は個々のベネシャンブラインド部品１１１と熱交換器３の表面との間の角度が空気５のための有効な通過領域を変えることができるように変えることができるようにすることができる。この結果、熱交換器３の熱交換性能の調整は、冷却装置内の流体力学を変えない簡単な方法でできる。] 図４ 図５
[0072] 図５の実施例には、図４による横洗浄用フラップ７１の更に別の可能な変形例が付加的に示されている。三角形状を有している図４の横洗浄用フラップ７１とは対照的に、図５の洗浄用フラップ７１は、三角形状に作られていて熱交換モジュール２，２１の断面積の約２倍の面積を覆うようにされており且つ回転軸線７１１を中心に２７０°回転できるように支持されていて図１ｂの実施例と同様に同時に洗浄プロセス中に洗浄剤７１３のための捕集パン７１２として使用できるようになされている。] 図１ｂ 図４ 図５
[0073] 本発明による熱交換装置１のもう一つ別の実施例が図６ａに概略的に示されており、該実施例においては、洗浄用フラップ７１は図６ｂによる共通の接続要素１２に取り付けられている。共通の接続要素１２は、とりわけ、入口タンクと出口タンクとの簡単且つ信頼性の高い接続に適している。入口タンクと出口タンクとは、それ自体公知であり且つ図６ａ及び６ｂにおいて明確に示されてはいないが、各々、熱伝導剤６の熱交換器３への供給又は熱交換器３からの排出のための機能を果たす。] 図６ａ 図６ｂ
[0074] 共通の接続要素１２は、熱交換装置１の対応する部品に対して特に簡単に例えばねじ結合又はハンダ付けによって結合できるように設計されているのが好ましい。]
[0075] この接続要素は、熱伝導剤６を導く接続ラインとして機能するか又はそれ自体が熱伝導剤６の搬送のためのラインとしてさえ機能することができる。接続要素は更に、洗浄用フラップ７１のようなシート金属部品又はその他の部品の結合にも適している。所与のモジュール型の熱交換装置１においては、共通の接続要素１２は、一つの同じ実施例で出来るだけ多くの異なる接続を同時に提供でき且つ一つの同じモジュール型の熱交換装置１において使用しなければならない異なる形態の共通の接続要素が出来るだけ少ないように、細部にわたって作られるのが好ましい。]
[0076] 理想的な場合には、共通の接続要素１２は、モジュール型の熱交換装置の全ての部品間の全ての接続機能を同時に果たすことができ且つ一つの同じ熱交換装置１において使用しなければならない共通の接続要素がただ一つのタイプの共通の接続要素であるように作られる。これにより、本発明によるモジュール型の熱交換装置１の構造、拡張又は縮小が著しく簡素化され、従って、装置の極めて高い自由度が保証される。]
[0077] 最後に、図７は、本発明によるモジュール型の熱交換装置１であって２つの同一の熱交換モジュール２，２１，２２を備えているモジュール型の熱交換装置を示している。これら２つのモジュールは同一の構造的形状であり、必ずではないが好ましくは４５°の値の傾斜角度を有している。当業者は、基本的に如何なる所望の個数の同一の熱交換モジュール２，２１，２２をも双頭矢印ＤＰに直角な方向すなわち図面の面に直角な方向に追加することができることがすぐにわかるであろう。このことは、モジュール型の熱交換装置１の熱交換性能を変更するためには、ただ一つのタイプの熱交換モジュール２，２１，２２が提供されなければならず、実際には、予め設定可能な如何なる所望の熱交換性能を備えた装置１をも提供することができ、該性能を拡張させることができ、又は熱交換モジュール２，２１，２２の数を減らすことによって現存の装置の熱交換性能を低くすることができることを意味している。個々の熱交換モジュール２，２１，２２は、特に、図６ａ及び６ｂに関して既に説明したように、共通の接続要素１２を使用して熱交換装置１内に一体化することが好ましい。図１ａ又は１ｂと同様に、２つの洗浄用フラップ７１は、各々、点検及び洗浄のために回転軸線を中心に２７０°だけ枢動可能であって、既に何回も説明したように、洗浄用フラップ７１が同時に洗浄剤７１３のための捕集用パン７１２として機能することができるようにするのが好ましい。] 図１ａ 図６ａ 図７
[0078] 本願の構成の範囲内で説明した各実施例は例示としてのみ理解されるべきものであることがわかる。このことは、本発明がここで説明された特定の実施例だけに限定されるものではないことを意味している。特に、ここに提供された実施例の全ての適切な組み合わせも同様に本発明によって保護されている。]
[0079] １熱交換装置、
２，２１熱交換モジュール、
３熱交換器、
５搬送流体、
６熱伝導剤、
７洗浄装置、
９設置対象物の壁、
１０冷却装置、ファン
１１エアシール、
１２ 共通の接続要素、
３１マイクロチャネル、
３２冷却フィン、
４１流入面、
４２流出面、
９１ 第一の境界面、
９２ 第二の境界面、
７１洗浄用フラップ、アクセス用フラップ、横洗浄用フラップ、
７３捕集パン、
１１１日よけ部品、ベネシャンブラインド部品、
３００マイクロチャネル熱交換器、
３０１ 熱交換器、
７１１回転軸線、
７１２ 捕集パン、
７１３洗浄液、
７１４ 洗浄流体]

权利要求:

請求項1
熱交換モジュール（２，２１，２２）を備えた熱交換装置であって、前記熱交換モジュールが熱交換器（３）を備えた少なくとも１つの第一の熱交換モジュール（２１）を含んでいる熱交換装置であり、熱交換モジュール（２，２１，２２）の外側境界部が流入面（４１）と流出面（４２）とによって形成されていて、搬送流体（５）と作動状態において熱交換器（３）内を流れる熱伝導剤（６）との間での熱の交換のために、搬送流体（５）は、熱交換モジュール（２，２１，２２）へと流入面（４１）を介して供給され、熱交換器（３）と流動接触状態とされ、熱交換モジュール（２）から流出面（４２）を介して再び排出され、洗浄用フラップ（７１）を備えた洗浄装置（７）が設けられている、ことを特徴とする熱交換装置。
請求項2
前記洗浄装置（７）がダスト捕捉グリッド及び／又はスクレーパ及び／又は洗浄装置特に洗浄開口部（７２）を備えており、且つ／又は熱交換器（３）が穿刺用フラップ（７１）に設けられており、且つ／又は熱交換器（３）が洗浄用フラップ（７１）として作られている、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
請求項3
洗浄用フラップ（７１）が回転軸線（７１１）を中心として回転できるように支持されて熱交換モジュール（２，２１，２２）を開放できるようになされていて、洗浄用フラップ（７１）が開放状態で洗浄剤（７１３）のための捕集パン（７１２）である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換装置。
請求項4
第一の熱交換モジュール（２，２１）の第一の境界面（９，９１）が、予め設定可能な傾斜角度（α）で第一の熱交換モジュール（２，２１）の第二の境界面（９，９２）に対して傾斜が付けられている、ことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項5
熱交換器（３）が熱交換モジュール（２，２１，２２）の形成の際に支持機能を有している、ことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項6
当該熱交換装置が複数の熱交換モジュール（２，２１，２２）によって形成されている、ことを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項7
第一の熱交換モジュール（２，２１）の第一の境界面（９，９１）が、予め設定可能な傾斜角度（α）で第一の熱交換モジュール（２，２１）の第二の境界面（９，９２）に対して傾斜が付けられていて、モジュール型の熱交換装置が第二の熱交換モジュール（２，２２）によって、特にコンパクトな構造的形状で拡張させることができ、第二の熱交換モジュール（２，２２）は第一の熱交換モジュール（２，２１）と同一であるのが好ましい、ことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項8
熱交換モジュール（２，２１，２２）の第一の境界面（９，９１）と第二の境界面（９，９２）との間の傾斜角度（α）が、０°と１８０°との間の角度、特に２０°〜７０°、好ましくは４０°〜５０°、特に好ましくは４５°の角度である、ことを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項9
当該熱交換装置の境界面（９）が、設置対象物の壁（９）特にビルの壁（９）によって形成されている、ことを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項10
熱交換器（３）を冷却するために、冷却装置（１０）特に気体の流れを発生させるためのファン（１０）が設けられていて熱伝導剤（６）と搬送流体（５）との間の熱伝導容量を増大させるようになされており、且つ／又は当該熱交換装置がハイブリッド装置として作られており、散水装置が設けられて熱交換器（３）を冷却流体特に冷却水を振りかけるようになされており、且つ／又は滴下装置が設けられて前記冷却流体を分離することができるようになされている、ことを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項11
シール（１１）特にエアシール（１１）が設けられて、搬送流体（５）の流速の調整ができるようになされている、ことを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項12
熱交換器（３）が複数のマイクロチャネル（３１）によってマイクロチャネル型熱交換器（３，３００）として形成されており、且つ／又は前記熱交換器が冷却フィン（３２）を備えているフィン付きの熱交換器（３，３０１）として作られており、且つ／又は該熱交換装置がフィン付きの熱交換器（３，３０１）とマイクロチャネル型の熱交換器（３，３００）とからなる結合熱交換装置として作られている、ことを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項13
熱機械的歪みを補償するために補償装置が設けられており、且つ／又は該熱交換装置の構成要素の接続のための共通の接続要素（１２）が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜１２のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項14
制御ユニット特に冷却装置（１９）の及び／又は洗浄装置（７）の及び／又はエアシール（１１）の及び／又は熱伝導剤（６）の作動又は状態パラメータの及び／又は該熱交換装置の別のパラメータの制御のためのデータ処理装置を備えた制御ユニットが、該熱交換装置の作動状態における制御及び／又は調整のために設けられている、ことを特徴とする請求項１〜１３のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項15
熱交換モジュール（２，２１，２２）及び／又は熱交換器（３）及び／又は熱交換モジュール（２，２１，２２）の境界面（９，９１，９２）特に熱交換装置全体が、金属及び／又は合金、特に単一の金属又は単一の合金特にステンレス鋼、特にアルミニウム又は好ましくはアルミニウム合金によって作られており、好ましくは犠牲金属が腐食保護として設けられており、該熱交換装置に少なくとも部分的に保護層特に腐食保護層が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜１４のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。
請求項16
該熱交換装置が、ラジエータ特に車両特に陸上車両、航空機若しくは水上車両のためのラジエータであり、又はクーラー、移動若しくは固定暖房装置、冷却装置若しくはエアコン装置特に機械、データ処理装置若しくはビルのための冷却装置のための凝縮器若しくは蒸発器である、ことを特徴とする請求項１〜１５のうちのいずれか一の項に記載の熱交換装置。