(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車で使用される熱交換器（１）であって、別々に形成され閉じられたケーシングの中に配置され、その外面の周りを冷却液が流れて通過する、別々に形成された熱交換器管（６）を有し、
ケーシングは、少なくともケーシングカバー（４）と、ジャケット部（５）とを備え、ジャケット部（５）はケーシングカバー（４）によって密閉され、かつ熱交換器管（６）の両端（１１）は、熱交換器管（６）の入口（１２）および出口（１３）がケーシングの外側に配置されるように、ケーシングカバー（４）を気密および液密に貫通され、
さらに、ストレート管端（２）の間に円形断面形状を有するＵ形曲がり領域（３）を備える管束（１５）を有し、
管束（１５）が少なくともストレート管端（２）の領域で互いの上下に一列に配置され且つ矩形に形成されている扁平管から少なくとも部分的に形成され、
管束（１５）が、Ｕ形曲がり領域（３）で高いパッケージ密度を達成するように、管束（１５）の熱交換器管（６）の互いの上下に位置決めされたＵ形曲がり領域（３）を交互にオフセットした配置に設け、さらに、熱交換器（１）は管束（１５）に接続される冷却フィンを省略することを特徴とする、特に排気ガス熱交換器である熱交換器（１）。
【請求項２】
扁平管のストレート管端（２）が互いにこれらの幅狭側面で対向することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１）。
【請求項３】
扁平管のストレート管端（２）が互いにこれらの幅広側面で対向することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１）。
【請求項４】
Ｕ形曲がり領域（３）の管断面が長方形または楕円形の断面形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【請求項５】
管束（１５）の熱交換器管（６）が構造を与えられた表面を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【請求項６】
管束（１５）内で複数のＵ形熱交換器管（６）が互いの内に組み合わさっていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【請求項７】
等しい半径のＵ形曲がり領域（３）および等しい長さのストレート管端（２）を有する少なくとも２本のＵ形の熱交換器管（６）が並んで位置決めされ、かつ異なる半径を有する少なくとも２本のＵ形の熱交換器管（６）が互いの中に位置決めされていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【請求項８】
熱交換器（１）が、熱交換器（１）が自動車の排気ガスラインで使用されるように、形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【請求項９】
ケーシングカバー（４）が自動車の排気ガスシステムへ熱交換器（１）を接続するためのインタフェース（７）を形成することを特徴とする請求項８に記載の熱交換器（１）。
【請求項１０】
ケーシング内に配置された多数の熱交換器管（６）が、流体的に切りかえされた管束（１５）を並列に形成することを備えることを特徴とする請求項８または９に記載の熱交換器（１）。
【請求項１１】
熱交換器（１）が冷却液入口（９）および冷却液出口（１０）を形成し、かつ冷却液入口（９）および／または冷却液出口（１０）がケーシングカバー（４）内に配置されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【請求項１２】
熱交換器（１）が、熱交換器（１）が自動車の冷却液冷却式給気冷却器に使用されるように設計されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【請求項１３】
熱交換器（１）が、熱交換器（１）が自動車の冷却液冷却式油冷却器に使用されるように設計されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【請求項１４】
ケーシングのジャケット部（５）が１０００℃以下の融点を有する材料からなることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、特に管束を有する排気ガス熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
前述の種類の熱交換器は、特に内燃エンジンの排気ガスを冷却するために役立つ。まず第一に、冷却は、酸素含有量が低減されるように、燃焼工程に供給される外気に冷却された排気ガスを付加する目的で行われる。熱交換器の他の目的は、排気ガスに固有の熱エネルギーを利用することである。さらに、熱交換器は、過給機を備えたエンジンの吸気側、燃料電池或いは他の場合にも使用される。管束を有する熱交換器の応用の最も重要な分野である、内燃エンジンを有する車両での使用のために、構造上の容積を最小限にすることが要求されている。
【０００３】
国際特許出願公開00/00778は、異なって指向された扁平管がＵ字形に形成され、Ｕ形領域内で、円形断面管として形成された扁平管熱交換器を開示する。周囲の媒体への最適な熱伝達を保証するために、Ｕ字形の扁平管の間にフィンが必要である。
【０００４】
この解決は、フィンが必須であり、その結果、熱交換器が、より技術的な努力とより大きな空間を必要とすることが欠点である。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８００１６６０号明細書は、独立して配置された排気ガスを導く交換器管が独立して配置された閉じたケーシングの中に設置されている軽量流れ熱交換器を記載する。ケーシングは、交換器管の外側の周囲を流れる冷却液によって通過される。交換器管の両端は、ジャケット部を密閉するケーシングカバーを気密かつ液密に貫通される。それによって、交換器管の入口および出口はケーシングの外部に位置決めされる。前記交換器管は、表面を増大しかつ流れをブレークする異なる形態を有する円形断面管として設計されている。
【０００６】
この解決策の欠点は、熱交換器面積が小さく、それによって熱交換器の構造容積に関して熱交換器能力がより小さくなることである。さらに、円形断面管は限られた熱発散特性を有する。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７５６９６１号明細書は、隣同士の1列及び互いに平行に互いの後ろに少なくとも２列を形成して配置された管を有する熱交換器の配列を記載する。前記管は、冷却フィンとして設計された冷却部材と熱伝達的に接続される。それぞれ２本の管は、湾曲されたピースを通って互いに連通して接続された、一部品として作られる管フォークの脚部を形成する。前記管は扁平管として形成されており、かつ互いに平行に配置された２つの扁平長辺側面と、長辺側面と互いに連結する２つの短辺側面とを有する。冷却フィンは、少なくとも隣接する扁平管の間に延在し、前記冷却フィンはフィンの長辺側面に熱伝達的に取り付けられている。
【０００８】
前記配列は、冷却フィンの使用が高価なのでデメリットであり、さらに、この配列は、管の外面の周りを流れる液体の冷却液に適していない、
【０００９】
従来の技術におけるその他のデメリットおよび欠陥は、熱交換器に要する大きな所要スペースであり、これは特に限られたスペースのみしか構成要素に利用可能に作ることができない自動車で問題となりうる。この問題の解決のために、従来の技術は、熱交換器面積を増大させるのを助けることができるフィンの使用を提案している。しかしながら、フィンにより覆われた熱交換器管の製造から生じる追加の費用に対する容積減少の割合が比較的小さい。
【００１０】
円形断面を有する管の管束は、より小さいパッケージ密度をもたらし、もしくは、より大きな隙間が、三角形、四角形または扁平管断面のような他の断面幾何学形状と比較して、円形断面の間にそれぞれに生じる。さらに、円形断面の間の隙間は、隙間断面領域への入口の断面領域が前記隙間断面領域と比較して相応に狭いために、円形断面の周りに流れる媒体とさほどアクセス可能でない。上述の他の断面に関して、入口と隙間断面領域との間の比率はバランスされる。
【００１１】
従来の技術によれば、Ｕ字形通路は、しばしば、直管および方向転換形状（スクープ）を用いて得られる。したがって、前記方向転換領域において熱伝達が行われないが、追加の圧力損失が、前記方向転換領域における、それぞれ１つの追加の流出および流入過程に起因して発生する。この欠点は、Ｕ字形状に曲げられた円形断面管が使用されることによってすでに克服することができる。しかしながら、円形断面領域と円形断面の外周との最大にされた比率と、そこから生じる最小の熱交換器領域による低熱交換器能力のデメリットが存在したままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際特許出願公開第００／００７７８号
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８００１６６０号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７５６９６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明は、熱交換器の構造的な体積を、フィンをなくし且つさらに、圧力損失を低減しながら熱交換器能力におけるいかなる損失なしに最小にできるような管束を有する熱交換器をさらに発展させ課題を解決する目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、独立して形成された熱交換器管を有する熱交換器によって解決される。熱交換器管は、別々に形成され閉じられたケーシングの中に配置され、その熱交換器管の外面の周りを冷却液が流れて通過する。
前記ケーシングは、少なくともケーシングカバーと、ジャケット部とを備え、ジャケット部はケーシングカバーによって密閉され、かつ交換器管の両端は、交換器管の入口および出口がケーシングの外側に配置されるように、ケーシングカバーを通って気密および液密に貫通されている。
【００１５】
さらに、この解決策の一部は、Ｕ字形状の曲がり領域と、ストレート管端とを備えた管束である。前記管束は少なくともストレート管端の領域で扁平管からなる。扁平管は、互いに平行に配置された２つの扁平長辺側面と、長辺側面と互いに連結する２つの短辺側面とを有し、この断面は、一方が他方に各々対向する２つの長辺側部と２つの短辺側部とを有する矩形である。他の扁平管は、部分的円形要素によって連結された２つの長辺側部を有する断面を有する。
【００１６】
前記解決策の長所は、特に、小さい断面領域と比較して大きな表面領域として得られる、高い熱交換器能力を可能にする管断面が採用された扁平管を有することである。
【００１７】
さらに、本発明の課題は、Ｕ形曲がり領域がストレート管端の扁平断面と異なる断面形状を有することによって解決される。
【００１８】
さらに、本発明によって、扁平管のストレート管端が熱交換器内で、互いにその幅狭側面と対向する。本発明の変形実施形態において、扁平管のストレート管端は互いにその幅広側面と対向する。これは、Ｕ形曲がり領域を含む管全体が扁平管で作られる場合、ある変形実施形態では管は幅狭側平面に曲げられ、且つ他の変形実施形態では管は幅広側平面に曲げられることを意味する。
【００１９】
幅狭側平面に曲げることのメリットは、技術上断面係数が幅狭側平面方向により小さくなるので、Ｕ形状が容易に得られることである。
もし、曲げることが幅広側平面で実行される場合、断面係数が高い。扁平管の断面の幅広側平面に曲げるほかに、方向転換領域での扁平幾何学形状が代替方法でも作ることができる。しかしながら、この解決は、扁平管の幅広側面が、熱交換器のケーシング内で循環する冷却液の流れ方向に伸びることがメリットである。それによって、好適な熱伝達が可能になる。
【００２０】
本発明のさらに有利な実施形態において、Ｕ形曲がり領域の管断面は円形断面形状を有する。本発明の有利な実施形態では、Ｕ形曲がり領域の管断面は、長方形または楕円形の断面形状を有する。
【００２１】
まず、円形断面の使用は、扁平管を曲げることが、輪郭の幅広側平面で実行される場合に特に問題となる可能性がある、その曲げることがもはや必要でないような技術的なメリットである。さらに、Ｕ形曲がり領域における円形断面によって最適な流れ状態を認識することが可能になる。これは、もし曲げが扁平管を用いて形成された場合、曲げることが、断面を幅狭に至らせないことを保証できない場合に特に重要である。
【００２２】
特に有利な実施形態において、管束の管は構造を与えられた表面を備える。好ましい実施形態のこの構造は、間隔が正方形の辺の長さのおおむね２倍になるように互いに離間された管外側の正方形凹部からなる。本発明におけるこの目的の変形実施形態では、この構造は、管壁に形成された環状またはらせん状の溝からなる。
【００２３】
管壁での構造の形成によって、管内側に、有利な流れの乱れを導き及び層流及び境界層の破壊に至る。それによって、管内を流れる媒体と管壁との間の改善された熱伝達を生じ、その結果、熱交換器の能力が増大する。
【００２４】
さらに、管束内で複数のＵ字形管を互いに組み合わせることは有用である。ここで等しい半径のＵ形曲がり部及び等しい長さのストレート扁平管端を有する少なくとも２本のＵ字形管が並んで位置決めされ、かつ各々異なる半径を有する少なくとも２本のＵ字形管が互いの中に位置決めされている場合に長所となる。
【００２５】
互いに有利に組み合わされたＵ形管によって、小さいスペース内に熱伝達の活発な大きな領域が生じる。それによって、熱交換器は、小さい構造スペースのみを必要としながら、高容量を達成する。
【００２６】
管束の熱交換器管の曲がり領域を互いに交互にオフセットに配置することが特に有用であることが示される。交互のオフセットに巧みに配置することによって、方向転換領域における円形幾何学形状への移行部が設けられるにもかかわらず、高いパッケージ密度を得ることができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によれば、熱交換器は、熱交換器が自動車の排気ガスストリングで使用されるように設計されている。そのために、ケーシングカバーは自動車の排気ガスシステムへ熱交換器を接続するためのインタフェースを形成する。
【００２８】
本発明に係る熱交換器の長所は、利用できる取付スペースが制限されている、自動車において特に効果を有する。従って、少ないスペースを要求しながら高容量の熱伝達を提供する、そのようなやり方で最適化された熱交換器は、自動車内での使用に非常に良く適している。
【００２９】
熱交換器が流体的に方向転換して切りかえされた管束を並列に形成する、ケーシング内に位置決めされた複数の熱交換器管を備える場合は有用である。
【００３０】
熱交換器管の並列接続により、より高い割合の排気ガスが、熱を排気ガスから抽出する熱交換器を通過できる。
【００３１】
本発明の有利な実施形態において、冷却液入口および冷却液出口が、冷却液入口および／または冷却液出口が、ケーシングカバーに位置決めされるように配置される。
【００３２】
冷却液入口と冷却液出口をケーシングカバー中に統合することにより、全てのインタフェースが１つの構造部材及び１つの場所に統合される。従って、特に自動車で使用するために、熱交換器が取り付けられる車両の最終組立が、改善され且つ簡単になる。このようにして、全てのインタフェースを、狭いスペースに統合でき、かつ１つの据付ステップで熱交換器に接続することができる。
【００３３】
熱交換器は、熱交換器が自動車の冷却液冷却式給気冷却器に有利に使用できるように設計されることが示される。ここで、冷却液は、ターボチャージャーから来る高温圧縮された外気を冷却する。
【００３４】
熱交換器のもう１つの有利な使用分野は、自動車の冷却液冷却式油冷却器である。熱交換機は、特に、冷却液を用いて高温エンジンオイルを冷却するために適している。
【００３５】
本発明の特に肯定的な側面は、ケーシングのジャケット部が１０００℃以下の融点を有する材料からなる可能性である。驚くべきことに、ジャケット部に対して使用できる材料は、冷却媒体の使用から生じる要求をただ満たさなければならないことが知られている。これは、まず、圧力、温度ならびに化学的耐性に関係する。化学的耐性は、油が冷却媒体として使用される場合に特に重要である。それによって、たとえ熱交換器が排気ガス冷却器として用いられた場合でさえ、合成樹脂またはアルミニウムのような１０００℃よりはるかに低い、低い融点を有する材料を、ジャケット部のために使用することができる。これらの材料は、通常、排気ガス温度に耐えられない。この長所は、熱伝達用のＵ字形管の使用、並びに、その形状が密閉されたＵ字形曲がり形状であることから、生じる。
【００３６】
さらに、クーラーケーシングの材料を非常に自由に選択できる好ましい可能性が生じ、その結果、最終製品の重量及び価格の決め手となる、軽量で割安の材料が利用できる。
【００３７】
概して、本発明の長所は、小さい構造スペースでの増大された熱交換器容量、Ｕ字形に曲げられた熱交換器管の配置における、増大した自由度であり、その結果、より高いパッケージ密度が可能される。本発明に係る熱交換器は、小さくかつより軽量である。熱交換器のより高い熱伝達効率により、材料が同じ容量を有する従来技術の熱交換器と比較して節約される。
【００３８】
本発明のその他の詳細、特徴および長所は、添付図面と組み合わせた例示実施形態の以下の記載から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１ａ】上面図による扁平管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図１ｂ】正面図による扁平管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図１ｃ】側面図による扁平管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図２】分解図による扁平管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図３ａ】上面図による横向きに曲げられた扁平管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図３ｂ】正面図による横向きに曲げられた扁平管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図３ｃ】側面図による横向きに曲げられた扁平管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図４】分解図による横向きに曲げられた扁平管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図５ａ】上面図による扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図５ｂ】正面図による扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図５ｃ】側面図による扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図６ａ】斜視図による扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器のケーシングおよびシールを示す。
【図６ｂ】斜視図による扁平管および円形断面管からなる熱交換器の管束およびケーシングカバーを示す。
【図６ｃ】側面図による扁平管および円形断面管を有する熱交換器の管束およびケーシングカバーを示す。
【図７ａ】正面図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図７ｂ】上面図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図７ｃ】側面図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器を示す。
【図８ａ】斜視図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器の管束およびケーシングカバーを示す。
【図８ｂ】斜視図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器のシールを有するジャケット部を示す。
【図８ｃ】側面図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束を有する熱交換器の管束およびケーシングカバーを示す。
【図９ａ】上面図による扁平管および円形断面管のオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図９ｂ】正面図による扁平管および円形断面管のオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図９ｃ】側面図による扁平管および円形断面管のオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図１０ａ】上面図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図１０ｂ】正面図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図１０ｃ】側面図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図１１ａ】斜視図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図１１ｂ】斜視図による熱交換器のケーシングを示す。
【図１２ａ】斜視図による扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図１２ｂ】斜視図による熱交換器のケーシングを示す。
【図１３ａ】斜視図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束を有する熱交換器を示す。
【図１３ｂ】斜視図による熱交換器のケーシングを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１ａは、熱交換器管６を形成する扁平管の幅狭側面が分かる、上面図による扁平管からなる管束１５を有する熱交換器１を示す。まっすぐな管端２と曲がり領域３の両方は、曲がり領域３で幅狭側平面で曲げられた扁平管からなる。矢印で表示したのは、流入するガスの流れ方向であり、入口１２と出口１３が別々に表示されている。入口１２および出口１３は、ケーシングカバー４を貫通している。
異なる半径の曲がり領域３によって互いに整合して形成された複数の熱交換器管６は管束１５をともに形成する。
【００４１】
図１ｂは、正面図による扁平管からなる管束１５を有する熱交換器１を示し、かつケーシングカバー４上の熱交換器管６の端部１１の配置を示す。それによって、管束１５は、互いに合致する曲がり領域３の異なる半径を有する３つの熱交換器管６が互いの内に配列され、且つ３つのこれらグループが、９つの入口１２及び出口１３がケーシングカバー４を貫通するように、並べて配列されるように形成される。
【００４２】
図１ｃは、側面図による扁平管からなる管束１５を有する熱交換器１を示し、扁平管として確立された熱交換器管６の幅広側面が示される。まっすぐな管端２は、一端で曲がり領域３へと曲がり、かつ他端で熱交換器管６の端部１１を形成する。
【００４３】
図２は、分解図による扁平管からなる管束１５を有する熱交換器１を示し、図の上の領域で、ケーシング５が閉じられたときに、内部に充填された冷却液の密閉を外環境に対して保証する、シール１４を有するジャケット部５が示される。下の領域では、ケーシングカバー４に連結された管束１５が示されている。扁平管として形成され、幅狭側平面でＵ形に曲げられた熱交換器管６が、曲がり領域３で異なる半径に基づいて互いの内に且つ並んで配列され密集したパッケージ内に管束１５を形成することがわかる。
【００４４】
熱交換器管６の端部１１は、ケーシングカバー４を貫通しており、かつケーシングカバー４に固定されている。ケーシングカバー４を通り抜けた後、熱交換器管６すなわち熱交換器管６の端部１１は、それぞれに、自動車の排気ガスシステムへの熱交換器１の接続に用いられるインタフェース７を形成する。詳細には、入口１２への排気ガスの流入が行われ、かつ熱が伝達された後に冷却された排気ガスが出口１３を通って熱交換器１から流出する。
【００４５】
高い温度でエンジンの燃焼室から出る排気ガスによって運ばれる熱エネルギーが冷却液に放散される。前記冷却液は熱交換器１、特にケーシングのジャケット部５内に流入する。これによって、前記冷却液はケーシングカバー４内の開口部、冷却液入口９および冷却液出口１０を通って流入および流出する。
【００４６】
ケーシング内部の短絡流を回避するために、仕切壁がケーシングカバー４に取り付けられ、仕切壁は、最小の半径を有する熱交換器管６のＵ形曲がり部に突出する。この仕切り壁が、冷却材を、冷却材入口９から冷却材出口１０まで、ケーシングカバー４の近くの最短経路の代わりに、熱交換器管６に沿って広範囲に流すことを強いる。
【００４７】
好ましい実施例において、ケーシングのジャケット部５は、低い融点を有する材料、特に合成樹脂から製造されている。しかしまた、ジャケット部５は、その他の低い融点を有する材料、たとえばアルミニウムからなっていてもよい。使用する材料は、冷却する媒体の使用によって設定される要求のみを満たさなければならない。この要求は、第一に圧力、温度ならびに化学的耐性に関係する。前記化学的耐性は、冷却媒体として油が使用される場合に特に重要である。添加物を有する冷却水も化学的耐性に対する特別の要求を設定することができる。それによって、排気ガス冷却器として熱交換器を使用する例示の場合でも、１０００℃をはるかに下回り得る合成樹脂またはアルミニウムのような低い融点を有する材料をジャケット部５用として使用することができる。前記材料は、通常、排気ガス温度に耐えられない。それによって、冷却器ケーシング、特にジャケット部５用の材料を非常に自由に選択に選択できる好ましい可能性が生じ、その結果、特に、最終的に完成製品の価格と重量に決定的な影響を及ぼす軽量かつコスト的に割安の材料を使用することができる。
【００４８】
図３ａは、上面図による横向きに曲げられた扁平管の管束１５を有する熱交換器１を示し、図１ａと異なり、図は、扁平管の幅広側面の方向である。全熱交換器管６は完全に扁平管からなる。図示した実施形態において、扁平管は、幅広側平面でＵ形にされている。
【００４９】
図３ｂは、正面図による横向きに曲げられた扁平管の管束１５を有する熱交換器１を示し、図１ｂの図示の様に、ケーシングカバー４が均一に配置された管通路で示されている。扁平管の断面の向きにより、熱交換器管６の２つのＵ字形曲がり部のみが互いの内に配置されているが、５つのこれらの組が互いの上下に段違いにされている。それによって、それぞれ１０個の入口１２および１０個の出口１３があり、それらを通して排気ガスが熱交換器１へそれぞれに流入もしくは流出する。幅広側平面上で扁平管を曲げることは技術的に難しく、特別の技術的解決を要する。
【００５０】
図３ｃは、扁平管として形成された熱交換器管６の幅狭側の方向の視点により、側面図による横向きに曲げられた扁平管の管束１５を有する熱交換器１を示す。ストレート管端２は曲がり領域３に曲がる。
【００５１】
図４は、分解図により熱交換器管６として使用される横向きに曲げられた扁平管の管束１５を有する熱交換器１を示す。ここで図の上の部分はケーシングのジャケット部５ならびに付随するシール１４を示す。
下の部分は、熱交換器管６からなるケーシングカバー４に連結された管束１５を示す。熱交換器管６は、Ｕ字形の曲がり部が幅広側平面にあるように配置されている。ストレート管端２と曲がり領域３の両方、同様に、完成した熱交換器管６は、扁平管で作られる。
管束１５はケーシングカバー４の上面から突出するが、インタフェース７は底部に位置決めされる。
【００５２】
図５ａは、上面図による扁平管および円形断面管の管束１５を有する熱交換器１を示し、上記図示、特に扁平管の幅狭側への同じ視点をもつ図１ａと異なり、熱交換器管６が扁平管で作られることに限定されない。扁平管から構成されるストレート管端２は、曲がり領域３で円形断面の管へ曲がり移行する。全体の曲がり領域３は、円形断面を有する管によって形成される。
【００５３】
断面の変化によって曲がり領域３内でもしくはストレート管端２と曲がり弓状領域３の間の移行領域内で流れ状態がそれぞれ変化する。円形断面を有する曲がり領域３への流入の時点で乱流が発生する。また、曲がり領域３内の直管内よりも高い流れ抵抗は断面が拡大されることによって減少する。
【００５４】
図５ｂは、正面図により扁平管および円形断面管からなる図示しない管束１５を有する熱交換器１を示し、ケーシングカバー４を貫通する管ダクトの配列は、図１ｂの図示と異なっていない。
【００５５】
図５ｃは、ストレート管端２の幅広側を見て、側面図による扁平管および円形断面管からなる熱交換器１の管束１５を示す。さらに、側面図で台形状に現れる移行領域１６が示される。この移行領域は、扁平管の長方形断面を、曲がり領域３を形成する管部分の円形断面と適合するのに役立つ。
【００５６】
図６ａは、斜視図による扁平管および円形断面管の管束１５を有する熱交換器１のケーシング５およびシール１４を示す。ジャケット部５およびシール１４が示される。
【００５７】
図６ｂは、斜視図による扁平管および円形断面管からなる熱交換器１の管束１５およびケーシングカバー４を示す。ケーシングカバー４は、前記ケーシングカバー４の底部でインタフェース７を形成するストレート管端２に適合する。ストレート管端２のほかに、熱交換器管６は弓状領域３によって形成される。前記曲がり領域３は、扁平管で形成されたストレート管端２と異なり円形断面を有する管で作られる。
【００５８】
図６ｃは、扁平管によって形成された熱交換器管６外側の少なくとも幅広側が示されることにより、側面図による扁平管および円形断面管を有する熱交換器１の管束１５およびケーシングカバー４を示す。しかしながら、扁平管はストレート管端２の領域でのみ使用され、一方、曲がり領域３は円形断面を有する管によって形成される。本発明の好ましい実施形態の特徴は、側面図にて曲がり領域３で熱交換器管６の幅が減少されることとして示す。
【００５９】
図７ａは、正面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管の管束１５を有する熱交換器１を示す。熱交換器１の扁平管の連通する管の曲げは、互いに短い側の辺に指向されている。その上端で２つのストレート管端２の連通が、図示した実施形態の例において円形断面管として構成された曲がり領域３を介して行われる。移行領域１６は、扁平管と円形断面管の間の断面の適合を保証する。流体密通路１７は、管通路の領域で外環境から熱交換器１の内部空間をシールする。
【００６０】
図７ｂは、上面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管の管束１５を有する熱交換器１を示し、ケーシングカバー４を通るストレート管端２の通路の配列によって、図示していない、曲がり形状熱交換器管６の５つの入口及び５つの出口がケーシングカバー４上に位置決めされることを示す。
【００６１】
図７ｃは、ストレート管端２を形成する、扁平管の平らな側を示す、横向きに配置された扁平管および円形断面管の管束１５を有する熱交換器１を側面図で示す。移行領域１６にわたって、扁平管は図示した実施形態の例示の曲がり領域３を形成する円形断面管へ曲がり移行する。
本発明による解決のさらなる実施形態では、一方が他方の上に位置決めされる熱交換器管６が巧みに交互にずらした配置（オフセット配置）にあることが、特に有利である。それによって、円形幾何学形状への変化にもかかわらず、曲がり領域３、或いは方向転換領域で高いパッケージ密度を達成することが出来る。
【００６２】
図８ａは、斜視図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束１５を有する熱交換器１を示し、管束１５およびケーシングカバー４を詳細に示す。冷却液入口９および冷却液出口１０は、ケーシングカバー４に配置されている。冷却液入口９および冷却液出口１０の間の短絡流を防ぐために、仕切壁８は可能性のある短絡流路に位置決めされ、かつケーシングカバー４と曲がり領域３の間に延在する。
【００６３】
図８ｂは、斜視図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束１５を有する熱交換器１を示し、ここでシール１４を有するジャケット部５が示されている。
【００６４】
図８ｃは、横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束１５を有する熱交換器１を、再び管束１５、仕切壁８およびケーシングカバー４の表示によるが、この場合は側面図で示す。ここで、この図では幅狭いように見えるまっすぐな管端２の扁平管が、図の右手側に位置決めされた曲がり領域３のより幅広の円形断面管にどのように曲がり移行するかが見える。
【００６５】
本発明による解決の変形例によると、一方が他方の上に位置決めされる熱交換器管６が巧みに交互にずらした配列であることが特に有用であることが示される。それによって、円形幾何学形状への変化にもかかわらず、曲がり領域、或いは方向転換領域で高いパッケージ密度をそれぞれに達成することができる。
【００６６】
図９ａは、上面図により扁平管および円形断面管のオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示す。ここで、ストレート管端２が、移行領域１６にわたって曲がり領域３へ曲がることが示されている。曲がり領域３は、例示の実施形態において、円形断面管で作られ、曲がり領域３内で拡大される断面によって図に示される。
扁平管として構成された熱交換器管６は、本発明の好ましい実施形態では、扁平管の幅広側が互いに対向するように配置されている。３つのグループのそれぞれ異なる高さを有する曲がり形状の熱交換器管６は、互いの上下にもしくは互いの中に位置決めされている。
矢印が、好ましい実施形態において、内燃エンジンの排気ガスである、管内の流体の流れの方向を示す。
【００６７】
図９ｂは、正面図により熱交換器１のケーシングカバー４を示す。ケーシングカバー４を貫通しながら流体密にシールされて構成されたストレート管端２の通路は、オフセットして配置されている。
【００６８】
図に示していない、それぞれ異なる高さの３つのグループの曲がり形状熱交換器管６は、流れの方向と横にわずかにオフセットされて位置決めされ、特に好ましい例示の実施形態では、オフセットは、扁平管の断面の長辺側の半分の長さである。
【００６９】
同様にここに図示していない管束１５を一緒になって形成する曲がり形状の熱交換器管６のグループは扁平管および円形断面管からなり、扁平管はストレート管端２の領域に用いられ、かつ円形断面管は曲がり領域３に使用される。
【００７０】
図９ｃは、側面図により熱交換器１のオフセット配置された管束１５を示し、この管束１５は扁平管および円形断面管からなる。ここで、扁平管の幅広側が、ストレート管端２の領域を形成することがわかる。移行領域１６の後で、熱交換器管６は円形断面管として形成された曲がり領域３へ曲がり移行する。
【００７１】
図１０ａは、上面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示す。図示した本発明の好ましい実施形態において、熱交換器管６は扁平管として形成されており、扁平管の幅狭側が互いに対向するように配置されている。それぞれ異なる高さを有する３つのグループの曲がり形状の熱交換器管６は、互いの上下にもしくは互いの内にそれぞれ配置されている。
【００７２】
一方が他方の上に位置決めされる熱交換器管６が巧みに交互にオフセットした配列にあることが特に有用である。それによって、円形幾何学形状へ曲がり変化するのにもかかわらず、曲がり領域、或いは方向転換領域で高いパッケージ密度をそれぞれに達成することができる。
【００７３】
図１０ｂは、正面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示す。ストレート管端２の通路がケーシングカバー４上に示される。３つのグループのストレート管端２の各々は、入口１２および出口１３を含み、かつ、ここに図示しない、異なる曲がり部高さを有する熱交換器管６の一部であり、各通路の入口１２および出口１３がケーシングカバー４上に印される。それによって、図は、ここに図示した好ましい実施形態が、各グループでそれぞれ５つの単一の熱交換器管６を含むことを示す。
【００７４】
図１０ｃは、側面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１の管束１５を示す。この図は、ストレート管端２を形成する扁平管の幅狭側面を示す。図の右側に移行領域１６と、さらに曲がり領域３を形成する円形断面管の断面が図示されている。
【００７５】
図１１ａは、斜視図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示し、管束１５は、密集したパッケージ内に、ここに示される特に好ましい実施形態においては１１本の熱交換器管である、複数の熱交換器管６を備える。扁平管はこれらの幅狭側面で互いに対向する。
熱交換器管６は、ケーシングカバー４内に固定されて、ケーシングカバー４の背面上にインタフェース７を形成する。
【００７６】
図１１ｂは、分解図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示し、ジャケット部５およびシール１４が表示されているが、横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束１５は示されていない。
【００７７】
図１２ａは、斜視図により扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示し、管束１５は、密集したパッケージ内に、ここに示される特に好ましい実施形態においては１１本の熱交換器管である、複数の熱交換器管６を備える。扁平管は、これらの幅広側面で互いに対向する。
熱交換器管６は、ケーシングカバー４内に固定されて、ケーシングカバー４の背面上にインタフェース７を形成する。ケーシングカバー４から垂直に突出する仕切り壁８は、熱交換器１の内部で自由に循環する冷却液の短絡流を防ぐ。
【００７８】
図１２ｂは、分解図により扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示し、ジャケット部５およびシール１４は表示されているが、扁平管および円形断面管からなる管束１５は示されていない。
【００７９】
好ましい例示の実施形態で用いられる熱交換器管６の外表面は、螺旋状にエンボス加工された溝を備える。この実施形態の変形例としては、エンボス加工をしていない平滑な熱交換器管６を使用してもよい。
【００８０】
図１３ａは、斜視図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示す。熱交換器管６の平滑または螺旋状に溝を付けられた管壁を有する図１２ａに示した好ましい実施形態と異なり、ここに示される変形実施形態の管壁は、より程度の激しい構造を与えられている。この構造は、ストレート管端２の領域及び曲がり領域３の領域の両方に適用される。図示した実施形態において、四角形凹部の構造が用いられる。四角形凹部は、扁平管の幅広側面に適用され、モザイク模様のようなオフセットで配置され、かつ扁平管の流れ断面中に突出する。それによって、四角形凹部は、層流が発達されることを防ぎ、排気ガスを熱交換器管６の中で旋回させ、本発明の好ましい実施形態において排気ガスが熱交換器管６の中を流れる。旋回渦流により、発達する境界層が破壊され、その結果、熱伝達が改善される。特に、この四角形凹部構造は、熱交換表面を増大させ、熱交換器能力をさらに高める。
例示の実施形態で好ましいモザイク模様のような構造体とは別に、また、環状或いはらせん状構造と熱交換器管６の壁の平滑面が本発明によって設けられる。
【００８１】
図１３ｂは、分解図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束１５を有する熱交換器１を示し、ジャケット部５およびシール１４が表示されているが、扁平管および円形断面管からなる管束１５は表示されていない。
【符号の説明】
【００８２】
１  熱交換器
２  ストレート管端
３  曲がり領域
４  ケーシングカバー
５  ジャケット部、ケーシング
６  熱交換器管
７  インタフェース
８  仕切壁
９  冷却液入口
１０  冷却液出口
１１  熱交換器管の端部
１２  熱交換器管入口
１３  熱交換器管出口
１４  シール
１５  管束
１６  移行領域
１７  通路
【図１ａ】
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【図１ｂ】
0005395783.tif 000003
【図１ｃ】
0005395783.tif 000004
【図２】
0005395783.tif 000005
【図３ａ】
0005395783.tif 000006
【図３ｂ】
0005395783.tif 000007
【図３ｃ】
0005395783.tif 000008
【図４】
0005395783.tif 000009
【図５ａ】
0005395783.tif 000010
【図５ｂ】
0005395783.tif 000011
【図５ｃ】
0005395783.tif 000012
【図６ａ】
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【図６ｂ】
0005395783.tif 000014
【図６ｃ】
0005395783.tif 000015
【図７ａ】
0005395783.tif 000016
【図７ｂ】
0005395783.tif 000017
【図７ｃ】
0005395783.tif 000018
【図８ａ】
0005395783.tif 000019
【図８ｂ】
0005395783.tif 000020
【図８ｃ】
0005395783.tif 000021
【図９ａ】
0005395783.tif 000022
【図９ｂ】
0005395783.tif 000023
【図９ｃ】
0005395783.tif 000024
【図１０ａ】
0005395783.tif 000025
【図１０ｂ】
0005395783.tif 000026
【図１０ｃ】
0005395783.tif 000027
【図１１ａ】
0005395783.tif 000028
【図１１ｂ】
0005395783.tif 000029
【図１２ａ】
0005395783.tif 000030
【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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