JP2017003260A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換器、特に自動車用の排ガス熱交換器又は給気冷却器であって、より高い熱交換率をもつ熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器1のハウジング2内に、ガスが貫流可能な複数の管7が配置されており、第1のハウジング面3の領域に配置される第1の管板10と、第2のハウジング面4の第2の管板12であって、第1の管板10は、第1の角度をなして第1の平面から立ち上げられた環状の第1の縁部14を有し、第2の管板12は、第2の角度をなして環状の第2の縁部15を有している。第1の縁部14は、第1のハウジング面3の領域においてハウジング内壁5に結合されているか、又は第1のハウジング面3の領域においてハウジング外壁6に結合されており、かつ/又は第2の縁部15は、第2のハウジング面4の領域においてハウジング内壁5に結合されているか、又は第2のハウジング面4の領域においてハウジング外壁6に結合されている。【選択図】図1

Description

本発明は、請求項1の上位概念部に記載の熱交換器、特に排ガス熱交換器又は給気冷却器に係り、特に自動車用のものに関する。
従来技術
排ガス熱交換器は、自動車において例えばいわゆる排ガス再循環システムで使用される。排ガス再循環システムでは、排ガスが冷却され、特にこのとき、燃料燃焼時に発生する有害物質の削減と、燃料消費量の低減とが生じる。
独国特許発明第19907163号明細書は、両端において管板内に保持される、ガスを案内する管と、管板に接続し、管を包囲する、液状の冷却媒体を案内するハウジングとを備える排ガス熱交換器を開示している。この排ガス熱交換器では、管板、管及びハウジングが、耐熱性のオーステナイト鋼薄板から成形されている。管は、1枚の薄板から打ち抜かれた管板内に溶接され、ハウジングは、管板と溶接されている。
独国特許出願公開第102010025030号明細書は、例えば排ガス再循環用の排ガス流を冷却するために使用される、内燃機関用の熱交換器を開示している。この場合、熱交換器は、互いに結合される2つの深絞り加工ポットから形成されるベース管を有している。ベース管の両端は、それぞれ1つの管板を有しており、個々の管板は、それぞれ、深絞り加工ポットの一体的な構成部分である。ベース管内には、両管板間において管束が延在している。
特に、熱交換器の製造時にしばしば行なわれる、管板として用いられる深絞り加工ポットの、深絞り加工方向での挿入及び/又は圧入の方法は、熱交換器のベース管あるいはハウジングの長さ全体が、熱交換領域として使用され得ないことに至る。熱交換器のベース管あるいはハウジング内に配置される、排ガスを案内する管は、それぞれ、深絞り加工高さの分だけ熱交換器のベース管あるいはハウジングより短い。
発明の概要、課題、解決手段、利点
本発明の課題は、従来技術に対して改良されており、より高い熱交換率をもつ熱交換器を提供することである。
この課題は、請求項1の特徴により達成される。
本発明の一実施例は、熱交換器、特に自動車用の排ガス熱交換器又は給気冷却器であって、ハウジングであって、第1のハウジング面と、第1のハウジング面とは反対側に位置する第2のハウジング面と、ハウジング内壁と、ハウジング外壁とを有し、ハウジング内に、ガスが貫流可能な複数の管が配置されており、管は、それぞれ、第1の管端部と、第1の管端部とは反対側に位置する第2の管端部とを有するハウジングと、第1のハウジング面の領域に配置される第1の管板であって、第1の管端部が貫通する複数の第1の通し開口を有する第1の管板と、第2のハウジング面の領域に配置される第2の管板であって、第2の管端部が貫通する複数の第2の通し開口を有する第2の管板と、を備え、第1の管板は、第1の平面を形成し、第2の管板は、第2の平面を形成し、第1の管板は、第1の角度αをなして第1の平面から立ち上げられた環状の第1の縁部を有し、第2の管板は、第2の角度βをなして第2の平面から立ち上げられた環状の第2の縁部を有し、第1の縁部は、第1のハウジング面の領域においてハウジング内壁に結合されているか、又は第1のハウジング面の領域においてハウジング外壁に結合されており、かつ/又は第2の縁部は、第2のハウジング面の領域においてハウジング内壁に結合されているか、又は第2のハウジング面の領域においてハウジング外壁に結合されている、熱交換器に関する。この構造形態は、好適には、ハウジングの全長にわたって、管内を案内される排ガス流と、ハウジング内で管の周りを流れる冷却媒体との間の効率的な熱交換を可能にする。ここで「貫通」とは、管が一方の側から通し開口内に少なくとも係入し、場合によっては、反対側において再び通し開口から出ることを意味している。
熱交換器の好適な一実施例において、第1の縁部は、第1の接触面と、第1の接触面とは反対側に位置する第2の接触面とを有し、第1の接触面は、第1のハウジング面の領域においてハウジング内壁に結合されているか、又は第2の接触面は、第1のハウジング面の領域においてハウジング外壁に結合されている。
さらに、熱交換器が第2の縁部に、第1の接触域と、第1の接触域とは反対側に位置する第2の接触域とを有し、第1の接触域は、第2のハウジング面の領域においてハウジング内壁に結合されているか、又は第2の接触域は、第2のハウジング面の領域においてハウジング外壁に結合されていると、好適である。こうして好適には、管板は、第1の縁部又は第2の縁部が、熱交換のために用いられる空間を減じてしまうことなく、ハウジングに結合され得る。
熱交換器の別の実施の形態において、管は、実質的に長手方向に平行に相並んで配置されており、管間には、冷却媒体が貫流可能な間隙が形成されている。間隙深さを変更することで、排ガス量と熱交換能との比は、変更される。
熱交換器の別の好適な実施例において、第1の接触面及び/又は第2の接触面及び/又は第1の接触域及び/又は第2の接触域は、ハウジング内壁及び/又はハウジング外壁にろうにより結合されている。このことは、嵌合・ろう接法(Kassettier− und Loetverfahren)での熱交換器の製造を容易にする。
熱交換器の特に好適な実施例において、第1の接触面及び/又は第2の接触面及び/又は第1の接触域及び/又は第2の接触域は、ハウジング内壁及び/又はハウジング外壁に実質的に素材結合(stoffschluessig:分子間力等の化学結合を介した束縛)を介して結合されている。これにより、管板とハウジングとの間の特に強固な結合が可能となり、強固な結合は、熱交換器の運転中に圧力を加えることを容易にする。
熱交換器の別の実施の形態において、第1の管端部は、第1の通し開口の領域において第1の管板にろうにより結合されており、第2の管端部は、第2の通し開口の領域において第2の管板にろうにより結合されている。これによっても、嵌合・ろう接法による熱交換器の製造は、簡単になる。
熱交換器の好適な実施例において、第1の通し開口及び/又は第2の通し開口は、それぞれ、第1の管端部及び/又は第2の管端部が貫く引き通し部(Durchzug)を有する。これにより、製造はかなり簡単になり、第1のハウジング面及び第2のハウジング面の領域における熱交換器のより高い安定性が達成される。
熱交換器の付加的な実施の形態において、ハウジングは、冷却媒体供給用の流入開口及び/又は冷却媒体排出用の流出開口を有する。
熱交換器の別の実施例において、管は、フラットチューブとして形成されている、かつ/又は管間には、乱流インサート(Turbulenzeinlage)及び/又はスペーサ及び/又は波形リブが配置されている、かつ/又は管は、実質的に平滑な表面及び/又は実質的に円形の横断面を有する。
熱交換器の特に好適な実施例において、ハウジングの領域にバイパス通路が配置されている。このことは、熱交換器の熱交換領域を通して案内される排ガス量の制御を可能にする。
熱交換器の別の実施の形態において、第1の管板及び/又は第2の管板は、深絞り加工法で製造されている。このことは、管板のための特にコスト効率の高い製造方法である。
別の好適な構成は、以下の図面の説明と従属請求項とに記載されている。
以下に、本発明について、少なくとも1つの実施例を基に図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係る熱交換器の概略側面図である。 図1に示した熱交換器の斜視図である。 図1に示した熱交換器の一部の概略拡大図である。 図1に示した熱交換器の別の一部の概略拡大図である。 熱交換器の別の実施例の概略側面図である。 図5に示した熱交換器の斜視図である。 図5に示した熱交換器の一部の概略拡大図である。 図5に示した熱交換器の別の一部の概略拡大図である。
本発明の好ましい実施
図1及び2は、本発明に係る熱交換器1の一実施例を示している。熱交換器1は、一例として排ガス熱交換器として自動車の排ガス再循環システム内に配置されている。別の可能性として熱交換器1は、給気冷却器として自動車の排ガス再循環システム内に配置されていてもよい。さらに熱交換器1は、その他の形で配置されていてもよい。
熱交換器1は、ハウジング2を有している。ハウジング2は、実質的に、一種の管状のジャケット体として、例えば鋼薄板から形成されており、ハウジング内壁5と、ハウジング外壁6とを有している。
端部側にハウジング2は、第1のハウジング面3と、第1のハウジング面3とは反対側に位置する端部側の第2のハウジング面4とを有している。周面側にハウジング2は、流入開口21と、図示しない流出開口とを有している。流入開口21と流出開口とを介して、実質的にハウジング内壁5により画定されるハウジング内室が、冷却媒体循環回路に流動接続されている。その際、実質的に液状の冷却媒体が、流入開口21を通してハウジング内室内に流入し、流出開口を通してハウジング内室から流出する。
ハウジング内室の領域には、複数の管7が、互いに平行にかつハウジング2の長手方向に対して平行に配置されている。管7は、第1のハウジング面3の領域に配置されている第1の管端部8と、第2のハウジング面4の領域に配置されている第2の管端部9とを有している。管7は、一例としてフラットチューブとして形成されている。別の可能な実施の形態において、管7は、実質的に円形の横断面を有していてもよい。
第1のハウジング面3の領域には、第1の管板10が、ハウジング2の長手方向軸線に対して略垂直に配置されている。第1の管板10は、ハウジング2の長手方向に対して垂直に配置される複数の第1の通し開口11を有しており、第1の通し開口11に第1の管端部8が貫通する。
第2のハウジング面4の領域には、第2の管板12が、ハウジング2の長手方向軸線に対して略垂直に配置されている。第2の管板12は、ハウジング2の長手方向に対して垂直に配置される複数の第2の通し開口13を有しており、第2の通し開口13に第2の管端部9が貫通する。
第1の通し開口11及び第2の通し開口13は、引き通し部を有することができる。第1の管端部8は、第1の通し開口11の領域において第1の管板10にろう接されることができる。第2の管端部9は、第2の通し開口13の領域において第2の管板12にろう接されることができる。
管7を通して、例えば自動車の内燃機関から排出される排ガス流が流動する。排ガス流は、例えば第1の管端部8の領域において管7内に流入し、第2の管端部9の領域において管7から流出し、続いて内燃機関の吸気系に供給される。
管7は、管7の間に間隙20が配置されているように互いに間隔を置いて配置されている。間隙20を冷却媒体が貫流する。管7の周りを冷却媒体が流動する。このとき、排ガスから熱が冷却媒体に伝達され、排ガスは、冷却媒体により少なくとも部分的に冷却される。
熱交換器1が給気冷却器として形成されている実施例では、管7を通して給気が流動し、冷却媒体により冷却される。
管7は、図1及び2に示した実施例では、スペーサ22が配置された表面を有している。別の可能な実施例では、管7の表面にかつ/又は管7の間に間隙20の領域において、乱流インサート及び/又は波形リブが配置されていてもよい。図5及び6には、平滑な表面123を有する管107を有する熱交換器1の一実施例を示してある。
第1の管板10は、図1及び2に示した実施例では、第1のハウジング面3の領域において、ハウジング2の長手方向に対して垂直に配置される第1の平面を形成している。第1の管板10は、第1の角度αをなして第1の平面から立ち上げられた環状の第1の縁部14を有している。
熱交換器1の、図1及び2に示した実施例の第1の縁部14の詳細図は、図3に示してある。第1の縁部14は、第1の接触面16と、第1の接触面16とは反対側に位置する第2の接触面17とを有している。第1の接触面16は、第1のハウジング面3の領域においてハウジング内壁5に結合されている。その際、第1の接触面16とハウジング内壁5とは、特にろうによりかつ/又は素材結合を介して結合されていてもよい。見易くするために第1の接触面16及びハウジング内壁5並びに管7及び第1の管板10は、互いに間隔を置いて図示してある。
第2の管板12は、図1及び2に示した実施例では、第2のハウジング面4の領域において、ハウジング2の長手方向に対して垂直に配置される第2の平面を形成している。第2の管板12は、第1の角度βをなして第2の平面から立ち上げられた環状の第2の縁部15を有している。
熱交換器1の、図1及び2に示した実施例の第2の縁部15の詳細図は、図4に示してある。第2の縁部15は、第1の接触域18と、第1の接触域18とは反対側に位置する第2の接触域19とを有している。第1の接触域18は、第2のハウジング面4の領域においてハウジング内壁5に結合されている。その際、第1の接触域18とハウジング内壁5とは、特にろうによりかつ/又は素材結合を介して結合されていてもよい。見易くするために第1の接触域18及びハウジング内壁5並びに管7及び第2の管板12は、互いに間隔を置いて図示してある。
図5及び6は、本発明に係る熱交換器101の別の実施例を示している。熱交換器101は、一例として排ガス熱交換器として自動車の排ガス再循環システム内に配置されている。別の可能性として熱交換器101は、給気冷却器として自動車の排ガス再循環システム内に配置されていてもよい。さらに熱交換器101は、その他の形で配置されていてもよい。
熱交換器101は、ハウジング102を有している。ハウジング102は、実質的に、一種の管状のジャケット体として、例えば鋼薄板から形成されており、ハウジング内壁105と、ハウジング外壁106とを有している。
端部側にハウジング102は、第1のハウジング面103と、第1のハウジング面103とは反対側に位置する端部側の第2のハウジング面104とを有している。周面側にハウジング102は、流入開口121と、図示しない流出開口とを有している。流入開口121と流出開口とを介して、実質的にハウジング内壁105により画定されるハウジング内室が、冷却媒体循環回路に流動接続されている。その際、実質的に液状の冷却媒体が、流入開口121を通してハウジング内室内に流入し、流出開口を通してハウジング内室から流出する。
ハウジング内室の領域には、複数の管107が、互いに平行にかつハウジング102の長手方向に対して平行に配置されている。管107は、第1のハウジング面103の領域に配置されている第1の管端部108と、第2のハウジング面104の領域に配置されている第2の管端部109とを有している。管107は、一例としてフラットチューブとして形成されている。別の可能な実施の形態において、管は、実質的に円形の横断面を有していてもよい。
第1のハウジング面103の領域には、第1の管板110が、ハウジング102の長手方向軸線に対して略垂直に配置されている。第1の管板110は、ハウジング102の長手方向に対して垂直に配置される複数の第1の通し開口111を有しており、第1の通し開口111に第1の管端部108が貫通する。第2のハウジング面104の領域には、第2の管板112が、ハウジング102の長手方向軸線に対して略垂直に配置されている。第2の管板112は、ハウジング102の長手方向に対して垂直に配置される複数の第2の通し開口113を有しており、第2の通し開口113に第2の管端部109が貫通する。
第1の通し開口111及び第2の通し開口113は、引き通し部を有していることができる。第1の管端部108は、第1の通し開口111の領域において第1の管板110にろう接されていることができる。第2の管端部109は、第2の通し開口113の領域において第2の管板112にろう接されていることができる。
管107を通して、例えば自動車の内燃機関から排出される排ガス流が流動する。排ガス流は、例えば第1の管端部108の領域において管107内に流入し、第2の管端部109の領域において管107から流出し、続いて内燃機関の吸気系に供給される。
管107は、管107の間に間隙120が配置されているように互いに間隔を置いて配置されている。間隙120を冷却媒体が貫流する。管107の周りを冷却媒体が流動する。このとき、排ガスから熱が冷却媒体に伝達され、排ガスは、冷却媒体により少なくとも部分的に冷却される。
熱交換器101が給気冷却器として形成されている実施例では、管107を通して給気が流動し、冷却媒体により冷却される。
管107は、平滑な表面123を有している。別の可能な実施の形態では、管107の表面にスペーサが配置されていてもよい、かつ/又は管107の表面にかつ/又は管107の間に間隙120の領域において、乱流インサート及び/又は波形リブが配置されていてもよい。
第1の管板110は、図5及び6に示した実施例では、第1のハウジング面103の領域において、ハウジング102の長手方向に対して垂直に配置される第1の平面を形成している。第1の管板110は、第1の角度αをなして第1の平面から立ち上げられた環状の第1の縁部114を有している。
熱交換器101の、図5及び6に示した実施例の第1の縁部114の詳細図は、図7に示してある。第1の縁部114は、第1の接触面116と、第1の接触面116とは反対側に位置する第2の接触面117とを有している。第2の接触面117は、第1のハウジング面103の領域においてハウジング外壁106に結合されている。その際、第2の接触面117とハウジング外壁106とは、特にろうによりかつ/又は素材結合を介して結合されていてもよい。見易くするために第2の接触面117及びハウジング外壁106並びに管107及び第2の管板112は、互いに間隔を置いて図示してある。
第2の管板112は、図5及び6に示した実施例では、第2のハウジング面104の領域において、ハウジング102の長手方向に対して垂直に配置される第2の平面を形成している。第2の管板112は、第1の角度βをなして第2の平面から立ち上げられた環状の第2の縁部115を有している。
熱交換器101の、図5及び6に示した実施例の第2の縁部115の詳細図は、図8に示してある。第2の縁部115は、第1の接触域118と、第1の接触域118とは反対側に位置する第2の接触域119とを有している。第2の接触域119は、第2のハウジング面104の領域においてハウジング外壁106に結合されている。その際、第2の接触域119とハウジング外壁106とは、特にろうによりかつ/又は素材結合を介して結合されていてもよい。見易くするために第2の接触域119及びハウジング外壁106並びに管107及び第2の管板112は、互いに間隔を置いて図示してある。
さらに、図1、2、5及び6に示した実施例は、環状のフランジ24又は環状のフランジ124を有している。
図1、2、5及び6に示した管板10,12,110及び112は、特に深絞り加工ポットとして製造されていてもよい。

Claims (12)

  1. 熱交換器(1,101)、特に自動車用の排ガス熱交換器又は給気冷却器であって、
    ハウジング(2,102)であって、第1のハウジング面(3,103)と、前記第1のハウジング面(3,103)とは反対側に位置する第2のハウジング面(4,104)と、ハウジング内壁(5,105)と、ハウジング外壁(6,106)とを有し、前記ハウジング(2,102)内に、ガスが貫流可能な複数の管(7,107)が配置されており、前記管(7,107)は、それぞれ、第1の管端部(8,108)と、前記第1の管端部(8,108)とは反対側に位置する第2の管端部(9,109)とを有するハウジング(2,102)と、
    前記第1のハウジング面(3,103)の領域に配置される第1の管板(10,110)であって、前記第1の管端部(8,108)が貫通する複数の第1の通し開口(11,111)を有する第1の管板(10,110)と、
    前記第2のハウジング面(4,104)の領域に配置される第2の管板(12,112)であって、前記第2の管端部(9,109)が貫通する複数の第2の通し開口(13,113)を有する第2の管板(12,112)と、
    を備え、前記第1の管板(10,110)は、第1の平面を形成し、前記第2の管板(12,112)は、第2の平面を形成し、前記第1の管板(10,110)は、第1の角度(α)をなして前記第1の平面から立ち上げられた環状の第1の縁部(14,114)を有し、前記第2の管板(12,112)は、第2の角度(β)をなして前記第2の平面から立ち上げられた環状の第2の縁部(15,115)を有する、
    熱交換器(1,101)において、
    前記第1の縁部(14,114)は、前記第1のハウジング面(3,103)の領域において前記ハウジング内壁(5,105)に結合されているか、又は前記第1のハウジング面(3,103)の領域において前記ハウジング外壁(6,106)に結合されており、かつ/又は前記第2の縁部(15,115)は、前記第2のハウジング面(4,104)の領域において前記ハウジング内壁(5,105)に結合されているか、又は前記第2のハウジング面(4,104)の領域において前記ハウジング外壁(6,106)に結合されていることを特徴とする、熱交換器(1,101)。
  2. 前記第1の縁部(14,114)は、第1の接触面(16,116)と、前記第1の接触面(16,116)とは反対側に位置する第2の接触面(17,117)とを有し、前記第1の接触面(16,116)は、前記第1のハウジング面(3,103)の領域において前記ハウジング内壁(5,105)に結合されているか、又は前記第2の接触面(17,117)は、前記第1のハウジング面(3,103)の領域において前記ハウジング外壁(6,106)に結合されている、請求項1に記載の熱交換器(1,101)。
  3. 前記第2の縁部(15,115)は、第1の接触域(18,118)と、前記第1の接触域(18,118)とは反対側に位置する第2の接触域(19,119)とを有し、前記第1の接触域(18,118)は、前記第2のハウジング面(4,104)の領域において前記ハウジング内壁(5,105)に結合されているか、又は前記第2の接触域(19,119)は、前記第2のハウジング面(4,104)の領域において前記ハウジング外壁(6,106)に結合されている、請求項1又は2に記載の熱交換器(1,101)。
  4. 前記管(7,107)は、実質的に長手方向に平行に相並んで配置されており、前記管(7,107)間には、冷却媒体が貫流可能な間隙(20,120)が形成されている、請求項1から3までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
  5. 前記第1の接触面(16,116)及び/又は前記第2の接触面(17,117)及び/又は前記第1の接触域(18,118)及び/又は前記第2の接触域(19,119)は、前記ハウジング内壁(5,105)及び/又は前記ハウジング外壁(6,106)にろう接により又は溶接により結合されている、請求項1から4までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
  6. 前記第1の接触面(16,116)及び/又は前記第2の接触面(17,117)及び/又は前記第1の接触域(18,118)及び/又は前記第2の接触域(19,119)は、前記ハウジング内壁(5,105)及び/又は前記ハウジング外壁(6,106)に実質的に素材結合を介して結合されている、請求項1から5までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
  7. 前記第1の管端部(8,108)は、前記第1の通し開口(11,111)の領域において前記第1の管板(10,110)にろう接又は溶接により結合されており、前記第2の管端部(9,109)は、前記第2の通し開口(13,113)の領域において前記第2の管板(12,112)にろう接又は溶接により結合されている、請求項1から6までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
  8. 前記第1の通し開口(11,111)及び/又は前記第2の通し開口(13,113)は、それぞれ、前記第1の管端部(8,108)及び/又は前記第2の管端部(9,109)が貫く引き通し部を有する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
  9. 前記ハウジング(2,102)は、冷却媒体供給用の流入開口(21,121)及び/又は冷却媒体排出用の流出開口を有する、請求項1から8までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
  10. 前記管(7,107)は、フラットチューブとして形成されている、かつ/又は前記管(7,107)間には、乱流インサート及び/又はスペーサ(22)及び/又は波形リブが配置されている、かつ/又は前記管(7,107)は、実質的に平滑な表面(123)及び/又は実質的に円形の横断面を有する、請求項1から9までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
  11. 前記第1の管板(10,110)及び/又は前記第2の管板(12,112)は、深絞り加工法で製造されている、請求項1から10までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
  12. 前記ハウジング(2,102)の領域にバイパス通路が配置されている、請求項1から11までのいずれか1項に記載の熱交換器(1,101)。
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