JP2011117719A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
熱交換装置２は、１つのハウジング１とこのハウジング１内に配置され、複数のチャネル１７を有し、アルミニウムの押出し成形形材から成る複数のカセット１６とを有する。 チャネル１７は、第１媒体（２７）によって貫流され且つ第２媒体（６）によって周囲に沿って環流される。カセット１６は、複数の列Ｒを成して設けられている。
【解決手段】
前記第２媒体６用の繰り返しＳ字状に湾曲された１つの流路２０を形成している前記複数のカセット１６はそれぞれ、その一方の第１長手面１５が１つのハウジング壁１２，１３に接触し、且つその他方の第２長手面１９が対向する前記ハウジング壁１３，１２の前方で間隔をあけて互い違いに配置されている。ハウジング１が、その前面に設けられているフランジ板によって気密に接合されている。カセット１６は、当該フランジ板内の開口部に気密に貫通する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、請求項１の上位概念の特徴による熱交換装置に関する。

これらの特徴を有する熱交換装置は、従来の技術に関するドイツ連邦共和国特許出願公開第10 2007 015 146号明細書の範囲内に属する。この熱交換装置は、アルミニウムの押出し成形形材から成る円筒形のハウジングを有する。平行に互いに整列された複数の固定ウェブが、ハウジングの内面の互いに対向している領域から前へ張り出している。これらの固定ウェブは、チャネルを有するカセットを固定するために使用される。各カセットは、１つのチャネル並びに固定ウェブ及び対向する収容溝を１つずつ有する。この構造に基づいて、１列内の複数のカセットがつなぎ合わされ、ハウジング内の固定ウェブに対して固定され得る。これらのカセットも、アルミニウムの押出し成形形材から形成される。ハウジング内部の固定ウェブに対向する端部に沿った１列内に設けられているカセットも、収容溝を１つだけ有し得る。当該カセットには、固定ウェブがない。

この既知の場合では、冷却すべき熱い媒体が、カセット内で流れ、冷却する冷たい媒体が、ハウジング内で流れる。

熱交換装置の使用分野は、車両である。この分野では、熱交換装置は、比較的高温の排気ガス路内で内燃機関の排気ガスを冷却するために使用される。車両の構成要素における別の使用分野は、冷却水の循環路を暖めるために当該構成要素を使用することである。

当該公知の熱交換装置の特性は、高温の排気ガスによって生成された第１媒体を送るため、複数の固定ウェブ及び複数の収容溝を有する多数のカセットを準備する必要がある点である。まず第一に、これらのカセットは、１列内で長手方向に入れ子式に互いに差し込まれ、さらにハウジング内部の固定ウェブに連結される必要がある。さらに、これらのカセットを固定するために必要な幅の狭い固定ウェブをハウジング内部に固定することが必要である。さらに、これらのカセットの個々のチャネルの前面が、排気ガス供給部つまり排気管に連結される必要がある。したがって、製造経費及び組立経費が比較的高い。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第10 2007 025 883号明細書の範囲内では、車両用の熱交換装置において並んで配置された複数のチャネルを有する複数のカセットをこれらのチャネルの端部を介して分岐箱及び収集箱の構成要素を形成する床部内に固定することが公知である。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第10 2007 015 146号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第10 2007 025 883号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第10 2008 062 704号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第10 2006 051 000号明細書 英国特許出願公開第2044430号明細書

本発明の課題は、−従来の技術から出発して−一方の側面では製造及び組立が簡略化され、他方の側面ではカセットの周囲に沿って環流する第２媒体の送りが改良された熱交換の意味で効率よく構成され得るように、公知の熱交換装置を改良することにある。

この課題は、本発明により、請求項１に記載の特徴によって解決される。

本発明のその他の好適な構成は、請求項２〜１５に記載されている。

本発明によれば、ただ１つのカセットだけが、各列内に設けられている。一方の第１長手面がそれぞれ、ハウジング壁に接触し、他方の第２長手面が、対向するハウジング壁の前方で間隔をあけて配置されているように、互いに隣接したカセットがそれぞれ、互いに横方向にずらしてハウジング内に組み込まれている。こうして、ハウジング内のカセットの形成及び配置だけによって、すなわち整形板を配置することなしに、第２媒体６用の繰り返しＳ字状に湾曲された流路が形成される。したがって、カセット内を流れる第１媒体とこれらのカセットに向かって蛇行して環流する第２媒体との間の極めて効率のよい熱交換が簡単に生成される。

ハウジング内のカセットの整向が、好ましくはハウジングの前面に固定されたフランジ板によって実施される。

特に、ハウジングの端部が、フランジ板のポケット状の凹部内に嵌め込まれ、次いでフランジ板に対して気密に一体的に固定されることによって、これらのフランジ板とこのハウジングとの接合が引き起こされる。当該固定は、レーザービーム溶接によって又は半田付けによって実施され得る。接着も可能である。

さらに、カセットの横断面の輪郭に合わせられた複数の開口部が、フランジ板内に設けられていることが有益である。カセットが、当該フランジ板のこれらの開口部内に嵌入する。このことは、熱交換装置の組立時にまず第一に全てのカセットを一方のフランジ板に連結すること、次いでこの組立ユニットを差し込むこと、引き続きこれらのカセットを他方のフランジ板に連結し、これらのカセットをハウジングに連結することを可能にする。

カセットは、フランジ板に気密に連結されている。このことは、例えば半田付け、レーザービーム溶接又は接着によって実施できる。

ハウジング壁の接触領域内でカセットの第１長手面と当該ハウジング壁とを接触させることだけによって、第２媒体の流れが阻止されることが可能であるものの、これらのカセットの第１長手面をハウジング壁内に設けられている溝によって位置決めすることが有益に可能である。確かに、これらの溝及びこれらのカセットの第１長手面の横断面は任意にできる。しかし、これらの横断面は重なり合うように調整される必要がある。特に、これらの溝は凹面に形成されていて、第１長手面は凸面に形成されている。この場合、これらの溝及び第１長手面の輪郭は、円の切片の形でもよい。これとは異なる例えば楕円の輪郭も考えられうる。これらのカセットは、必要に応じて溝に沿って気密に位置決めされ得る。

車両部門に対して本発明の熱交換装置の好適な適用分野を考慮すると、カセット内を流れる第１媒体が冷却すべき媒体であり、これらのカセットの周囲に沿って繰り返しＳ字状に偏向して環流する媒体が冷却媒体であることが好ましい。このとき、第１媒体は、例えば内燃機関から来る高温の排気ガスである一方で、冷却媒体は、冷却水によって生成される。

さらに、並んで配置された複数のチャネルが、カセットに通じていることが有益である。この場合、可能な限り僅かな抵抗が、高い乱流で実現される。このことは、好ましくは各々の個々のチャネルに対する小さい横断面によって得られる。これによって、第１媒体（排気ガス）の乱れた流れが促進され、これに関連するより高い冷却効率が、これらのカセットの周囲に沿ってＳ字状に環流する第２媒体（冷却水）に基づいて促進される。

これらのカセットのチャネル内の第１媒体の乱れた流れのさらなる向上は、乱流発生器によって達成され得る。このような乱流発生器は、例えばこれらのカセットの壁の一部を打ち出すことによって形成され得る。これらの乱流発生器は、これらのチャネル内へ突出する。

好ましくは、当該乱流発生器は、長手方向及び横方向に沿った台形の打出部分から形成されている。この場合、当該打出部分は、角錐台形の凹部でもよい。

さらに、この関係では、当該乱流発生器の長手延在部が、チャネルの長手延在部と角度を成して延在することが有益である。

さらに、並んで延在する２つのチャネル内に設けられている乱流発生器が、これらのチャネルの長手方向に互いにずらして配置されていることが有益であると実証されている。

しかし、チャネル内に挿入された捩れ挿入物としての乱流発生器も可能である。

この場合、当該乱流発生器は、好ましくは螺旋形に曲げられている細長片でもよい。

以下に、本発明を図中に図解で示された実施の形態に基づいて詳しく説明する。

熱交換装置用のハウジングの正面図である。 熱交換装置用のカセットの正面図である。 一部を断面で示した図２のカセットの投影図である。 図２及び３のカセットの俯瞰図である。 乱流発生器の投影図である。 図８の矢印ＶＩの方向に見た熱交換装置の正面図である。 示された第２媒体用の流路を有するフランジ板が取り外された際の、装填されたカセットを有する熱交換装置のハウジングの正面図である。 ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って矢印ＶＩＩＩａ方向に見た図６の縦断面図である。

図１及び６〜８中には、図６〜８から詳細に認識可能な熱交換装置２のハウジング１が示されている。この熱交換装置２は、アルミニウムの押出し成形形材から製造されている。

ハウジング１は、この実施の形態では丸くされた縦縁部３を有する長方形の横断面を有する。このハウジング１は、冷却水から成る第２媒体６用の流入支持部５を一方の薄いハウジング壁４に対して有し、第２媒体６用の流出支持部８をその他方の薄いハウジング壁７に対して有する。流出支持部８は、流入支持部５に対して対角線上にずらして配置されている。さらに、単独の空間９が、ハウジング１内に設けられていることが分かる。この空間９は、ハウジング１の内部１０に接合されていない。この空間９は、バイパスを収容するために使用される。

凹面に形成された溝１４が、互いに対向する幅広のハウジング壁１２，１３の内面１１内に形成されている。これらの溝１４の輪郭は円の切片の形である。ハウジング壁１２の内面１１内の溝１４が、ハウジング壁１３の内面１１内の溝１４に対してハウジング壁４，７の方向にずらして配置されていることが特に図１に基づいて分かる。

ハウジング壁１２，１３内の溝１４は、取り付けをアシストするためと、カセット１６の第１長手面１５を溝１４に合わせ且つ複数の列Ｒに並べて（この実施の形態では上下に）配置された当該カセット１６（図１〜４及び６〜８）を位置決めするためとに使用される。これらのカセット１６は、並んで配置された複数のチャネル１７を有する。これらのチャネル１７は、ウェブ１８によって互いに分離されている（図２，３，６及び７）。これらのカセット１６も、アルミニウムの押出し成形形材から製造される。

図７から分かるように、第１長手面１５がそれぞれ、ハウジング壁１２，１３の溝１４内に位置決めされていて、且つ、その他の第２長手面１９が、対向するハウジング１３，１２の前方で間隔をあけて配置されているように、カセット１６がハウジング１内に組み込まれている。こうして、−流入支持部５から出発して−第２媒体６用の繰り返しＳ字状に湾曲された流路２０が形成される。次いで、この第２媒体６は、流出支持部８を経由してハウジング１から排出される。

カセット１６の端部２１が、図８によればハウジング１の前面に設けられているアルミニウム製のフランジ板２２内で整向されている。フランジ板２２の正面図が、図６中で認識可能である。このフランジ板２２は、カセット１６の横断面の輪郭に応じて重なり合っている複数の開口部２３を有する。

さらに、ポケット状の凹部２４が、各フランジ板２２内に設けられている（図８）。当該凹部２４は、ハウジング１の外側の輪郭に適合されていて且つハウジング１を気密に収容するために使用される。ハウジング１をフランジ板２２に気密に接合することは、半田付け、レーザービーム溶接又は接着によって実施できる。

熱交換装置２を位置的に固定するための複数の孔２６が、ハウジング１の周囲面のフランジ板２２のフランジ２５内に設けられている。

熱交換装置２を組み立てる時に、カセット１６の端部２１が、フランジ板２２の開口部２３内に差し込まれ、例えば半田付け、接着又はレーザービーム溶接によって気密に接合される。引き続き、カセット１６とフランジ板２２とから構成された組立ユニットが、ハウジング１に接合される。この場合、カセット１６の第１長手面１５が、ハウジング壁１２，１３の内面１１内の溝１４に沿ってスライドする。ハウジング１が、ポケット状の凹部２４内に存在する場合、ここでも、気密の接合が、半田付け、レーザービーム溶接又は接着によって実施される。その後、第２フランジ板２２が、この第２フランジ板２２の開口部２３を介してカセット１６の他方の端部２１と一緒に組み立てられて気密に接合され且つ当該第２フランジ板２２の凹部２４を介してハウジング１と一緒に組み立てられて気密に接合される、すなわち接着、半田付け又はレーザービーム溶接によって接合される。

カセット１６内を流れる第１媒体２７（冷却すべき媒体、例えば排気ガス）用の流入接続部及び流出接続部が、ハウジング１に面しないフランジ板２２の側面上に設けられ得る。これらの接続部は詳しく図示されていない。第１媒体２７は、図７中では×印によって示されていて、図８中では矢印によって示されている。

さらに、カセット１６内のチャネル１７が、乱流発生器２８を有してもよい。さらに、カセット１６の壁の一部が打ち出されてもよい。これによって形成された乱流発生器２８が、チャネル１７内に突出する（図２参照）。この場合、必要に応じて、全てのチャネル１７又はただ１つのチャネル１７が、乱流発生器２８を有してもよい。

乱流発生器２８の長手断面及び横断面が、台形（角錐台状）の打出部分から形成され得る（図３及び４）。当該乱流発生器２８の長手延在部２９が、チャネル１７に対して角度αで延在する（図４参照）。

さらに、並んで延在する２つのチャネル１７内に設けられている２つの乱流発生器２８が、これらのチャネル１７の長手方向に互いにずらして配置され得る（図４）。

さらに、乱流発生器３０が、チャネル１７内に長手方向に挿入された螺旋形に曲げられている細長片としての捩れ挿入物によって形成され得る（図５）。

１ ハウジング
２ 熱交換装置
３ １の縦縁部
４ １の薄いハウジング壁
５ ６の流入支持部
６ 第２媒体
７ １の薄いハウジング壁
８ ６の流出支持部
９ １内の空間
１０ １の内部
１１ １２，１３の内面
１２ １の幅広のハウジング壁
１３ １の幅広のハウジング壁
１４ １１内の溝
１５ １６の第１長手面
１６ カセット
１７ １６内のチャネル
１８ １６内のウェブ
１９ １６の第２長手面
２０ ６の流路
２１ １６の端部
２２ フランジ板
２３ ２２内の開口部
２４ ２２内の凹部
２５ ２２のフランジ
２６ フランジ内の孔
２７ 第１媒体
２８ 乱流発生器
２９ ２８の長手延在部
３０ 乱流発生器
Ｒ 列

Claims (15)

1. １つのハウジング（１）とこのハウジング（１）内に配置され、複数のチャネル（１７）を有し、アルミニウムの押出し成形形材から成る複数のカセット（１６）とを有する熱交換装置（２）であって、第１媒体（２７）によって貫流され且つ第２媒体（６）によって周囲に沿って環流されるこれらのカセット（１６）が、複数の列（Ｒ）を成して設けられている熱交換装置において、
   前記第２媒体（６）用の繰り返しＳ字状に湾曲された１つの流路（２０）を形成している前記複数のカセット（１６）はそれぞれ、その一方の第１長手面（１５）が１つのハウジング壁（１２，１３）に接触し、且つその他方の第２長手面（１９）が対向する前記ハウジング壁（１３，１２）の前方で間隔をあけて互い違いに配置されていることを特徴とする熱交換装置。
2. 前記カセット（１６）は、前記ハウジング（１）の前面に設けられているフランジ板（２２）によって整向さ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。
3. 前記ハウジング（１）は、前記フランジ板（２２）のポケット状の凹部（２４）内に気密に固定されてい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。
4. 前記カセット（１６）の横断面の輪郭に合わせられた複数の開口部（２３）が、前記フランジ板（２２）内に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換装置。
5. 前記カセット（１６）は、前記フランジ板（２２）に気密に連結されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換装置。
6. 前記カセット（１６）の前記第１長手面（１５）は、ハウジング壁（１２，１３）内に設けられている複数の溝（１４）によって位置決めされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換装置。
7. 前記カセット（１６）内を流れる前記第１媒体（２７）は、冷却すべき媒体であり、これらのカセット（１６）の周囲に沿ってＳ字状に環流する前記第２媒体（６）は、冷却媒体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換装置。
8. 並んで配置された複数のチャネル（１７）が、前記カセット（１６）に通じていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換装置。
9. 乱流発生器（２８，３０）が、前記カセット（１６）の前記チャネル（１７）内に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換装置。
10. 前記乱流発生器（２８）は、前記カセット（１６）の壁の一部の打出部分によって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の熱交換装置。
11. 前記乱流発生器（２８）は、長手方向及び横方向に沿った台形の打出部分から形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換装置。
12. 前記乱流発生器（２８）の長手延在部（２９）が、前記チャネル（１７）に対して角度（α）で延在することを特徴とする請求項１１に記載の熱交換装置。
13. 並んで延在する２つのチャネルの前記乱流発生器（２８）は、これらのチャネル（１７）の長手方向に互いにずらして配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の熱交換装置。
14. 前記乱流発生器（３０）は、前記チャネル（１７）内に長手方向に挿入された捩れ挿入物によって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の熱交換装置。
15. 前記乱流発生器（３０）は、螺旋形に曲げられている細長片によって形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換装置。

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