(57)【要約】【課題】限られた取付空間において高い交換器性能と安価な製造とを組合せた自動車用熱交換器を提供する。さらに、受入れ可能な圧力損失を達成可能にし、特に閉塞の虞を低減される。【解決手段】自動車用熱交換器が、被冷却流体を案内するための多数の流れ通路（６）を有する第１流れ経路（１）と、第１流れ経路（１）の下流側に配置される方向転換領域（１３）と、方向転換領域（１３）の下流側に配置される第２流れ経路（２）とを有し、第１流れ経路（１）の流れ通路（６）が、方向転換領域（１３）および第２流れ経路（２）内で、相互に分離された連続的流れ通路（６）として継続されている。【選択図】図１．１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却流体を案内するための多数の流れ通路（６）を有する第１流れ経路（１）と、第１流れ経路（１）の下流側に配置される方向転換領域（１３）と、方向転換領域（１３）の下流側に配置される第２流れ経路（２）とを含む自動車用熱交換器において、第１流れ経路（１）の流れ通路（６）が、方向転換領域（１３）および第２流れ経路（２）内で、相互に分離された連続的流れ通路（６）として継続されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
流体が自動車内燃エンジンの排出ガスであることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
流体が自動車内燃エンジンの給気であることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
流体が自動車潤滑油回路からの潤滑油であることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
流れ通路（６）が末端側を底要素（１４）に固定されており、連続的流れ通路（６）の両方の末端がそれぞれ底要素（１４）に通じていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項６】
特に液状冷却材を流通可能なハウジング（３）内に流れ通路（６）が配置されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項７】
ハウジング（３）が冷却材用流入口（４）および流出口（５）を有し、両方のうち一方、流入口または流出口が流れ通路（６）の方向転換領域（１３）の近傍、特に方向転換領域（１３）の頂点近傍に配置されていることを特徴とする、請求項６記載の熱交換器。
【請求項８】
冷却材を案内するための案内要素（２０）がハウジング（３）内に配置されていることを特徴とする、請求項６または７のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項９】
流れ通路（６）を固定するための支持手段（２０）がハウジング内に配置されていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項１０】
ハウジング（３）が実質的にプラスチックから成ることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項１１】
流れ通路（６）が押出し形材（１５）として形成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項１２】
少なくとも２つの流れ通路（６）が押出し形材（１５）の内部に設けられており、押出し形材（１５）が、冷却材を周囲に流す外壁（１５ａ）と流れ通路を相互に分離する内壁（１５ｂ）とを有することを特徴とする、請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１３】
内壁（１５ｂ）が、少なくとも押出し形材の未湾曲状態のとき、長さにわたって変化する厚さを有し、特に薄い領域が小さな曲げ半径に割り当てられていることを特徴とする、請求項１２記載の熱交換器。
【請求項１４】
外壁（１５ａ）が横断面において、曲げ性改善を目的に少なくとも部分的に円形推移を有することを特徴とする、請求項１２または１３記載の熱交換器。
【請求項１５】
複数の押出し形材（１５）が設けられていることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項１６】
押出し形材（１５）がアルミニウム系合金から成ることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項１７】
流れ通路（６）の１つが、外側にある流れ通路であり、流れ通路（６）の別の１つが、内側にある流れ通路であり、内側にある流れ通路が方向転換領域（１３）に、外側にある流れ通路よりも小さな方向転換半径を有することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項１８】
内側にある流れ通路が、外側にある流れ通路よりも大きな壁厚を有することを特徴とする、請求項１７記載の熱交換器。
【請求項１９】
乱流発生手段（６ａ）が複数の流れ通路（６）の少なくとも１つに設けられていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項２０】
乱流発生手段（６ａ）が流れ通路の推移にわたって変化し、特に流れ抵抗が流れ通路の推移にわたって大きくなることを特徴とする、請求項１９記載の熱交換器。
【請求項２１】
流れ通路（６、７）が管の２つの直線的部分を有し、方向転換領域において弧状部材（１３ａ）が両方の直線的部分と結合されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項２２】
流れ通路（６）が防食被覆を有することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項２３】
第１流れ経路（１）の少なくとも１つの流れ通路（２４ａ）が方向転換領域において第２流れ経路（２）の１つの流れ通路（２４ｂ）に隣り合って当接し、方向転換領域（１３）が、両方の流れ通路（２４ａ、２４ｂ）の末端にその結合のために付け加えられた個別の要素（２５）を含むことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項２４】
流れ通路の少なくとも１つにおいて、少なくとも未湾曲状態のとき、方向転換領域（１３）で曲げに関して内側の壁体（１７）が曲げに関して外側の壁体（１８）よりも小さな壁厚を有することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項２５】
連続的第１流れ通路（１８、１９）が第１平面に延設され、連続的第２流れ通路（２０、２１）が特に方向転換領域でこの平面に交差することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項２６】
第１流れ通路（１８、１９）と第２流れ通路（２０、２１）が異なる長さを有することを特徴とする、請求項２５記載の熱交換器。
【請求項２７】
内燃エンジンの排出ガスを供給するための入口（９）と、排出ガスを排出するための出口（１０）と、排出ガスを入口（９）から出口（１０）へと案内するための少なくとも１つの流れ通路（６）とを含み、排出ガスを冷却するために流れ通路（６）が周囲に冷却材を流すことができる自動車用熱交換器において、流れ通路（６）が押出し形材（１５）として形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２８】
さらに、請求項１〜２６のいずれか１項または複数項の特徴を含む、請求項２７記載の熱交換器。
【請求項２９】
第１流体（３１）、特に排出ガスまたは排出ガス空気混合物または給気と第２流体（３３）、特に冷却材、主に液状冷却材または気状冷却材または液気混合冷却材との間で熱交換するための熱交換器（３０、４０）用、特に請求項１〜２８のいずれか１項記載の熱交換器用、特に排気熱交換器または給気熱交換器用の流れ通路（４１、４１’、６１、６１’、７１、７１’、８１、８１’、９１、９１’）であって、通路外被内面（６５）によって取り囲まれた内部空間（６７）を備えた通路外被（６３、６３’、７３、７３’、８３、８３’、９３、９３’）と内部空間（６７）内で通路外被内面（６５）に配置される多数の腹部（６９、７９、７９’、８９、８９’、９９）とを有し、流れ通路軸線（９４）を横切って内部空間内で第１流体（３１）を案内するように設計された流通可能な横断面を有する流れ通路において、流通可能な横断面の面積と第１流体で湿潤可能な円周との比の４倍として定義された１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲内の水力直径（ｄｈ）を特徴とする流れ通路。
【請求項３０】
水力直径（ｄｈ）が２ｍｍ〜５ｍｍ、特に３．０ｍｍ〜３．４ｍｍ、３．１ｍｍ〜３．３ｍｍの範囲内、特に３．２ｍｍであることを特徴とする、請求項２９記載の流れ通路。
【請求項３１】
水力直径（ｄｈ）が、特に高圧熱交換用に２．５ｍｍ〜４ｍｍ、特に２．８ｍｍ〜３．８ｍｍの範囲内であることを特徴とする、請求項２９または３０記載の流れ通路。
【請求項３２】
水力直径（ｄｈ）が、特に低圧熱交換器用に２ｍｍ〜３．５ｍｍ、特に２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする、請求項２９〜３１のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項３３】
水力直径（ｄｈ）と通路外被厚（ｓ）との比が０．８〜８の範囲内、特に１．２〜６の範囲内、特に１．４〜６の範囲内であることを特徴とする、請求項２９〜３２のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項３４】
腹部厚（ｄ）と通路外被厚（ｓ）との比が１．０以下であることを特徴とする、請求項２９〜３３のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項３５】
第１流体で湿潤可能な円周と流れ通路の外側円周との比が０．１〜０．５の範囲内であることを特徴とする、請求項２９〜３４のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項３６】
２つの特に対向するおよび／または相互にずれた部分腹部の間の距離（ｅ）と管横断面の高さ（ｂ）との比が０．８以下の範囲、特に０．３〜０．７の範囲内であることを特徴とする、請求項２９〜３５のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項３７】
完全腹部に対する第１部分腹部の距離（ａ３）と完全腹部に対する第２部分腹部の距離（ａ４）との比が、０．５〜０．９の範囲内、特に０．６〜０．８の範囲内であることを特徴とする、請求項２９〜３６のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項３８】
少なくとも前記通路外被、主に流れ通路全体が、アルミニウム系材料製であることを特徴とする、請求項２９〜３７のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項３９】
少なくとも前記通路外被、主に流れ通路全体が、鋼系材料製、特に特殊鋼系材料製であることを特徴とする、請求項２９〜３８のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４０】
通路外被が管として、特に溶接管および／または蝋付け管または押出し管として形成されていることを特徴とする、請求項２９〜３９のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４１】
少なくとも前記通路外被、主に流れ通路全体が押出し形材として形成されていることを特徴とする、請求項２９〜４０のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４２】
通路外被が板、主に溶接板および／または蝋付け板によって形成されていることを特徴とする、請求項２９〜４１のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４３】
少なくとも１つの腹部（６９、７９、７９’、８９、８９’）が、特に通路外被（６３、６３’、７３、７３’、８３、８３’）と一緒に押出し加工された腹部であることを特徴とする、請求項２９〜４２のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４４】
少なくとも１つの腹部がさらに付加加工および／または張出し加工および／または塑性加工されていることを特徴とする、請求項2９〜４３のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４５】
少なくとも１つの腹部が流れ通路軸線と平行に延設されていることを特徴とする、請求項２９〜４４のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４６】
少なくとも１つの腹部が流れ通路軸線に沿って連続していることを特徴とする、請求項２９〜４５のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４７】
少なくとも１つの腹部（９９）が、通路外被とは別に製造される腹部と、通路内面（６５）に結合された腹部であることを特徴とする、請求項２９〜４６のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４８】
腹部（９９）が通路外被（９３、９３’、９３’’）内に持ち込まれ、特に押し込まれていることを特徴とする、請求項２９〜４７のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項４９】
腹部（９９）が通路内面（６５）と素材接合式に結合されており、特に腹部が通路内面に蝋付け、溶接および／または接着されていることを特徴とする、請求項２９〜４８のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５０】
腹部（９９）が圧延され、打ち抜かれ、および／またはロール加工されていることを特徴とする、請求項２９〜４９のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５１】
少なくとも１つの腹部および／または通路外被、主に通路外被内面が、主に亜鉛鍍金および／または塗装の態様の防食部を有することを特徴とする、請求項２９〜５０のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５２】
通路外被が管、特に扁平管の態様に形成されていることを特徴とする、請求項２９〜５１のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５３】
管の横断面が長方形、長円形または半長円形に形成されていることを特徴とする、請求項２９〜５２のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５４】
腹部（６９、７９、８９、９９）が一端を完全腹部として管横断面内に、他端を通路外被内面に配置され、特に連続的であることを特徴とする、請求項２９〜５３のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５５】
腹部（７９’、８９’）が一端のみを部分腹部として管横断面内で通路内面（６５）に配置され、他端を内部空間（６７）内に自由に突出させていることを特徴とする、請求項２９〜５４のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５６】
２つの部分腹部（７９’）が正面（７６）を他端側で対向させて配置されていることを特徴とする、請求項２９〜５５のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５７】
２つの部分腹部（８９’）が正面（８６）を他端側で横断面で横方向で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２９〜５６のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５８】
部分腹部（７９’、８９’）と完全腹部（７９、８９）が交互に並べて配置されていることを特徴とする、請求項２９〜５７のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項５９】
腹部（９９）が、波状、特に長方形波状または台形波状横断面を有する形材（９２、９２’）の一部として形成されていることを特徴とする、請求項２９〜５８のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項６０】
多数の横断面で波状の形材（９２、９２’）が流れ通路軸線（９４）に沿って前後に配置されていることを特徴とする、請求項２９〜５９のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項６１】
腹部（９２）が流れ案内要素および／または乱流要素（９８）を有することを特徴とする、請求項２９〜６０のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項６２】
流れ通路軸線に沿った特に鰓体等の打抜き部、膨らみ部としての多数の中断部および／または開口部、主に流れ方向における多数の波、相互にずれて腹部フィンを形成し、特に流れ方向で相互にずれた多数の腹部開口部、以上の群から流れ案内要素および／または乱流要素（９８）が選択されていることを特徴とする、請求項２９〜６１のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項６３】
２つ〜２０、特に５つ〜１５、特に７つ〜１２、特に８つ〜１１、特に９つの数の腹部が管横断面にわたって並べて配置されていることを特徴とする、請求項２９〜６２のいずれか１項記載の流れ通路。
【請求項６４】
第１流体（３１）、特に排出ガスまたは排出ガス空気混合物または給気と第２流体（３３）、特に冷却材、主に液状冷却材または気状冷却材または液気混合冷却材との間で熱交換するための熱交換器（３０、４０）、特に請求項１〜２８のいずれか１項記載の熱交換器、特に排気熱交換器または給気熱交換器であって、第１流体（３１）と第２流体（３３）とを相互に分離しかつ熱交換しつつ案内するためのブロック（３５）と、第１流体（３１）用流体接続口と、第２流体（３３）を流通可能な室を備えたハウジング（３７）と、室と流体接続口とを主に流体密に分離するためのブロック閉鎖要素（４３）とを有するものにおいて、ブロック（３５）が、第１流体（３１）を流通可能な請求項２９〜６３のいずれか１項記載の多数の流れ通路（４１、４１’、６１、６１’、７１、７１’、８１、８１’、９１、９１’）を有し、流体接続口が流れ通路と流れ結合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項６５】
ブロック閉鎖要素（４３）が、主に底の態様で、流れ通路用の単数または多数の貫通開口部を備えていることを特徴とする、請求項６４記載の熱交換器。
【請求項６６】
第１流体に関して入口側および出口側の個別のブロック閉鎖要素（４３）（Ｉフロー）および／またはブロック閉鎖要素（４３’）がそれぞれ第１流体（Ｕフロー）用に入口領域および出口領域を有することを特徴とする、請求項６４または６５のいずれか記載の熱交換器。
【請求項６７】
流体接続口が拡散体、特に入口拡散体および／または出口拡散体の態様に形成されていることを特徴とする、請求項６４〜６６のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項６８】
排気再循環部（８、８’）と圧縮機（５）とを有する内燃機関（１）用排気再循環系（１０、２０）において、排気熱交換器、特に排気冷却器の態様の請求項６４〜６７のいずれか１項記載の熱交換器（９、９’）を特徴とする排気再循環系。
【請求項６９】
給気吸込み部（２Ａ）と空気フィルタと圧縮機（５）とを有する内燃機関用給気供給系において、給気熱交換器、特に給気冷却器の態様の請求項６４〜６８のいずれか１項記載の熱交換器（６）を特徴とする給気供給系。
【請求項７０】
請求項６４〜６７のいずれか１項記載の熱交換器を使用した、内燃機関、特にディーゼルエンジン。
【請求項７１】
請求項６４〜６７のいずれか１項記載の熱交換器を使用した、内燃機関、特にガソリンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１態様において、請求項１の前文に記載された自動車用熱交換器に関する。
【０００２】
本発明は、第２態様において、第１流体と第２流体との間で熱交換するための熱交換器用の流れ通路であって、通路外被内面によって取り囲まれた内部空間を備えた通路外被と内部空間内で通路外被内面に配置される多数の腹部とを有し、流れ通路軸線を横切って内部空間内で第１流体を案内するように設計された流通可能な横断面を有する流れ通路に関する。本発明はさらに、第１流体と第２流体との間で熱交換するための熱交換器であって、第１流体と第２流体とを相互に分離しかつ熱交換しつつ案内するためのブロックと、第１流体用流体接続口と、第２流体を流通可能な室を備えたハウジングと、室と流体接続口とを主に流体密に分離するためのブロック閉鎖要素とを有するものに関する。本発明はさらに排気再循環系、給気供給系、そして熱交換器の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
自動車用熱交換器の製造時、限られた取付空間において交換器性能への要求がますます厳しくなる。それに加えて、特に内燃エンジンへの還流を目的に排出ガスを冷却するとき高い温度差を克服しなければならない。
【０００４】
第１態様による本発明の課題は、限られた取付空間において高い交換器性能と安価な製造とを組合せた自動車用熱交換器を提供することである。
【０００５】
熱交換器において使用するための冒頭に指摘した流れ通路は本出願人のＤＥ３７３１６６９Ａ１により公知である。
【０００６】
冒頭に指摘した種類の熱交換器の役目は、第１流体、特に排出ガスまたは排出ガス空気混合物を内燃機関用、特にエンジンの吸込み空気に混入できるように、高温の第１流体を低温の第２流体で冷却することである。第２流体は冷却材、例えば液状または気状冷却材または液気混合冷却材の態様で形成しておくことができ、いずれにしても冷却材は液状冷却材の場合内燃機関の冷却回路から取り出すことができる。熱力学的効率を高めるために、基本的に、極力低い温度レベルにまで冷却を行うように努めねばならない。冷却排気再循環または冷却給気の構想が排出ガス中の有害物質、特に窒素酸化物の低減に利用できることは知られている。
【０００７】
まさに今日のエンジンへの要求を考慮して、排気浄化に対しますます厳しくなる諸要求を排気再循環冷却器で果たすことが可能である。排出ガスの冷却と冷却された排出ガスの再供給とによってエンジン内の燃焼温度が下り、ＮＯＸ排出量が減少する。厳しくなる有害物質低減要求は、公知の冷却器構想のさらなる拡充と新たな冷却器構想の立案とを帰結した。
【０００８】
公知種類の熱交換器における流れ通路は鋼または特殊鋼材料から製造しておくことができる。その際、鋼または特殊鋼材料の防食性が特に実証された。
【０００９】
流れ通路がアルミニウムから、またはアルミニウム系材料を基にごく安価に製造可能であることも判明した。
【００１０】
流れ通路において熱伝達を十分に改善するために、冒頭で述べた流れ通路は一般に、内部空間内で通路外被内面に配置される多数の腹部を装備している。基本的に、多数の腹部は熱伝達を高めるのに寄与することができる。しかしながら腹部が過剰に多いと、例えば排出ガス中に存在する煤パティキュレートによって閉塞する危険が著しく高まる。流通可能な横断面によって実質規定された流れ通路内の貫流領域が過度に狭いと流れ通路が比較的迅速に汚れ、最悪な場合部分的に塞がる可能性のあることが判明した。このプロセスと他の熱伝達向上措置は、逆の方法で、流れ通路内で生じる圧力損失も高める。そのことは最新の熱交換器構想の枠内で望ましくない。
【００１１】
押出し通路外被を有する流れ通路のＤＥ３７３１６６９Ａ１に開示された構成の他に、例えばＤＥ１０２２５８１２Ｃ１、Ｇ９４０６５５９．４、ＤＥ３６１５３００Ｃ２、ＤＥ２０２０５２００Ｕ１により知られているような他の種類の構成がある。しかしながら、それらで指摘された流れ通路は特別の応用事例に特殊に調整され、設計されている。例えばＵＳ５１８４６７２により公知の凝縮器の態様の熱交換器用流れ通路は、液状冷却材を流通させる扁平管を装備している。ＵＳ３４８６４８９により公知の油冷却器は被冷却油を流通させる扁平管を装備している。ＵＳ２００５／００６１４８８Ａ１により油を冷却するよう設計された熱交換器が公知であり、その流れ通路は被冷却油を案内するよう設計されている。そこに述べられた流れ通路の流通可能な横断面は油を流通させるよう特別に設計されている。ＵＳ２００５／００６１４８８Ａ１において流通可能な横断面は、湿潤可能な円周（ｍｍ）と金属管の流通可能な横断面積範囲（ｍｍ２）との比として定義された３．９〜８．５の性能比を特徴としている。
【００１２】
液状流体を案内するよう設計されたこのような流れ通路は、冒頭に指摘した種類の熱交換器で利用するのに適していない。冒頭に指摘した種類の熱交換器は特に排気熱交換器および／または給気熱交換器として形成されている。その場合、第１流体は気状または蒸気状である。つまり、例えば排出ガスまたは排出ガス空気混合物または給気である。その場合、第２流体は冷却材、特に液状または気状冷却材または液気混合冷却材である。上記諸問題を考慮して、流れ通路用の改良された設計構想を実現するのが望ましい。
【特許文献１】ＤＥ３７３１６６９Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１０２２５８１２Ｃ１
【特許文献３】Ｇ９４０６５５９．４
【特許文献４】ＤＥ３６１５３００Ｃ２
【特許文献５】ＤＥ２０２０５２００Ｕ１
【特許文献６】ＵＳ５１８４６７２
【特許文献７】ＵＳ３４８６４８９
【特許文献８】ＵＳ２００５／００６１４８８Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
第１態様による本発明の課題は、限られた取付空間において高い交換器性能と安価な製造とを組合せた自動車用熱交換器を提供することである。
【００１４】
本発明の第２態様の課題は改良された熱伝達を有する流れ通路を提供することである。さらに、受入れ可能な圧力損失が達成可能となり、特に閉塞の虞を低減する。本発明の課題は、熱交換、排気再循環系および給気供給系に関する有利な構想も明示し、熱交換器の有利な使用を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
課題は、第１態様による冒頭に指摘した熱交換器について本発明によれば請求項１の特徴部分の特徴で解決される。
【発明の実施の形態】
【００１６】
相互に分離された流れ通路の連続的構成によって製造することのできるいわゆるＵフロー熱交換器は、これまで知られている構造様式とは異なり、その方向転換領域においても流れ通路の内部を案内される流体と流れ通路の外部空間との間で良好な熱交換を保証する。それに加えて、このような熱交換器は安価かつ簡単に製造可能である。
【００１７】
好ましい実施形態において流体は自動車内燃エンジンの排出ガスである。特に、一般にきわめて高温の排出ガスを冷却する課題は、本発明に係る熱交換器が所定の取付空間においてきわめて高い熱交換器性能を有するので、本発明に係る熱交換器によって特に良好に解決することができる。それに加えて、個別に連続的に案内される流れ通路は方向転換領域において、先行技術により公知の解決とは異なり、周囲の車両部品に対して特に良好に、例えば冷却材を案内する外側ハウジングによって断熱可能である。しかし、本発明に係る熱交換器の流体は選択的に自動車内燃エンジンの給気とすることもでき、または自動車潤滑油回路の潤滑油または自動車の別の被冷却流体とすることもできる。
【００１８】
単純な構造様式を達成するために、好ましくは流れ通路が末端側を底要素に固定されており、連続的流れ通路の両方の末端がそれぞれ底要素に通じている。
【００１９】
特に効率的な流体冷却は、特に液状冷却材を流通可能なハウジング内に流れ通路が配置されていることによって達成することができる。その際有利には、ハウジングが冷却材用流入口および流出口を有し、両方のうち一方、流入口または流出口が流れ通路の方向転換領域の近傍、特に方向転換領域の頂点近傍に配置されている。これにより、冷却材による全流れ通路の極力包括的かつ均一な周囲流れを簡単に達成することができる。周囲流れをさらに改善するために、好ましくは、冷却材を案内するための案内要素はハウジング内に配置しておくことができる。このような案内要素は流れを特定領域に向けることができ、および／または冷却材内に乱流を発生することができる。
【００２０】
好ましくはさらに、流れ通路の振動振幅を限定するために、またこうして強い振動時にも亀裂形成を防止するために、流れ通路を固定するための支持手段がハウジング内に配置されている。支持手段がハウジング内で液状冷却材のなかにある限り、支持手段は、費用節約のためにプラスチック等の熱応力のない材料で構成することもできる。
【００２１】
製造費を節約するために、ハウジングが実質的にプラスチックから成ることは一般に好ましい。
【００２２】
製造費を下げるために、また支出を要する横断面形状を簡単に実現するために、有利には流れ通路が押出し形材として形成されている。特に有利には、少なくとも２つの流れ通路が押出し形材の内部に設けられており、押出し形材は冷却材を周囲に流す外壁と流れ通路を相互に分離する内壁とを有する。こうして流体と流れ通路の熱伝達材料との間に大きな接触面を安価にかつ確実な動作で提供することができる。特に好ましくは、外壁が横断面において、曲げ性改善を目的に少なくとも部分的に円形推移を有する。この賦形によって、まず直線的に押し出された押出し形材が他の製造ステップにおいて十分に狭く曲げられた方向転換領域が備えられる。この方向転換領域はふつう１８０°弧状部材として成形される。選択的にまたは補足的に、内壁は、少なくとも押出し形材の未湾曲状態のとき、長さにわたって変化する厚さを有し、特に薄い領域が小さな曲げ半径に割り当てられている。これにより、流れ通路束の曲げ性はやはり改善することができる。横断面形状のこのような複雑な諸構成は、まさに押出し形材の使用時の特別な支出を意味しない。理想的には０．２〜１．５ｍｍの厚さが外側に向かって１．２倍〜２倍だけ増加する。
【００２３】
冷却材と流れ通路との間で効率的熱交換を保証するために、一般に好ましくは複数の押出し形材が設けられている。
【００２４】
有利には、押出し形材がアルミニウム系合金から成る。アルミニウムはまったく良好な耐食性を有し、ほぼ任意の横断面形状に安価に押出し加工することができる。十分に冷却される場合、アルミニウムは排気熱交換器の製造時にもまったく使用可能である。
【００２５】
好ましい細部構成において、流れ通路の１つは外側にある流れ通路であり、流れ通路の別の１つは内側にある流れ通路であり、内側にある流れ通路は方向転換領域に、外側にある流れ通路よりも小さな方向転換半径を有する。その際特に好ましくは、内側にある流れ通路は外側にある流れ通路よりも大きな壁厚を有し、こうして熱交換器製造時の機械的要請に関して、また特に流れ通路の曲げに関して、重量と材料量は全体として最適化されている。
【００２６】
所定の構造寸法において交換器性能を改善するために、有利には、流れ通路の少なくとも１つのなかに乱流発生手段が設けられている。特に好ましくは、乱流発生手段が流れ通路の推移にわたって変化し、特に流れ抵抗が流れ通路の推移にわたって大きくなる。そのことから、流体と周囲の冷却材との間の温度差が流れ経路の推移にわたって小さくなることを考慮して交換器性能の精密最適化が可能となり、流れ通路の単位長さ当りの交換器性能の最適適合は流れ抵抗の変化もしくは流体流中に発生される乱流の割合と平行して必然的に現れる。このような適合は、第２流れ経路領域および／または方向転換領域におけるものとは別の乱流発生手段が第１流れ経路の領域に設けられていることに既に存在する。
【００２７】
選択的実施形態において流れ通路は管の２つの直線的部分を有し、方向転換領域において弧状部材が両方の直線的部分と結合されている。これにより、流れ通路の種類および材料に応じて製造を簡素化することができる。
【００２８】
一般に好ましくは、流れ通路が防食被覆を有する。特に熱交換器を排気熱交換器として形成する場合、このような被覆は熱交換器の寿命を延長するために考慮に値する。
【００２９】
さらに、第１流れ経路の少なくとも１つの流れ通路は方向転換領域において第２流れ経路の１つの流れ通路に隣り合って当接し、方向転換領域は、両方の流れ通路の末端にその結合のために付け加えられた個別の要素として形成されている。特に、相応に小さな方向転換領域を有する内側にある流れ通路について、これにより省スペースな解決が、同時に比較的小さな壁厚で提供される。それに加えて、接続領域において隣り合う流れ通路の間の距離はこれにより特に小さく形成することができ、そのことから全体として熱交換器の構造様式が小さくなる。
【００３０】
好ましい実施において、流れ通路の少なくとも１つにおいて、少なくとも未湾曲状態のとき、内側の壁体が方向転換領域で曲げにおいて外側の壁体よりも小さな壁厚を有する。これにより、方向転換領域において特に狭い曲げ半径を達成することができる。主に、外側にある曲げ領域の壁厚は曲げ時に内側にある壁領域の１．２倍〜２倍、しかし最も好ましくは１．５倍である。内側曲げ半径における壁厚は主に０．４２ｍｍの範囲内、理想的には約１ｍｍとすべきであろう。
【００３１】
他の好ましい実施において、連続的第１流れ通路が第１平面に延設され、連続的第２流れ通路が特に方向転換領域でこの平面に交差する。その際、特に第１流れ通路と第２流れ通路は異なる長さを有する。この措置によっても、隣り合う流れ通路の間の空の空洞、従って交換器性能に寄与しない空洞は狭めることができる。こうして、構造寸法は全体として所定の交換器性能において低減される。
【００３２】
本発明の課題は、請求項２７の前文に記載した熱交換器について請求項２７の特徴部分の特徴によって解決される。流れ通路を形成するのに押出し形材を使用するとまったく一般的に安価な製造が可能となり、押出し形材の横断面賦形時の大きな自由度によって被冷却流体と外側冷却材との間で良好な熱伝達を有する流れ通路を簡単に提供することができる。基本的にこれらの利点は直線的構造様式の熱交換器、またはＵフロー構造様式とは別の構造様式の熱交換器にもあてはまる。
【００３３】
流れ通路に関する課題は冒頭に指摘した流れ通路によって解決される。そこでは本発明により、流通可能な横断面の面積と第１流体で湿潤可能な円周との比の４倍として定義された１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲内の水力直径が予定されている。
【００３４】
本発明の構想による流れ通路では水力直径の特定範囲を上まわったり下まわったりすべきではないとの考えから本発明は出発する。本発明が認識したところによれば、水力直径が例えば過大に選択される場合第１流体、特に排出ガス、排出ガス空気混合物または給気の貫流は、閉塞問題や強い汚れの問題を避けるために、場合によっては圧力損失も低く抑えるために、確かに十分大きいであろう。しかしながら、水力直径が過大に選択されると熱伝達は低減するだろう。逆に水力直径が過小に選択された場合、流れ通路が確かにさしあたり十分な熱伝達を提供することが可能である。しかしそのような場合、過小に選択された流通可能な横断面内の貫流は動作時に比較的迅速に汚れ、もしくは最悪な場合塞がり、いずれにしても圧力損失を高めることになろう。その場合、これは熱交換器の熱交換器性能を著しく低下させることになろう。さらに、流れ通路の諸部分が強く汚れまたは塞がり、もしくは閉塞する場合、圧力損失が過比例的に上昇するだろう。
【００３５】
本発明の構想によれば、本発明に係る水力直径範囲はこれまで知られている構想を凌駕していると実証された。本発明の構想に係る流れ通路によって、熱交換器において十分な熱伝達を提供することが可能となり、なおかつ、閉塞の虞を同時に減らして受入れ可能な圧力損失を保証することが可能となる。
【００３６】
特に、本発明の特に好ましい設計構想に係る流れ通路において、押出し加工された通路外被のゆえにこの流れ通路が高まった耐食性を有することが判明した。このようにまたは別の方法で製造された流れ通路では、付加的防食部を設けておくこともできる。本発明の構想に係る流れ通路は、熱交換器性能、圧力損失および汚れを考慮して改良された熱交換器解と、同時に、比較的耐食性の材料、特に押出しアルミニウム材料を利用して費用節約を可能とする。
【００３７】
本発明の有利な諸構成は従属請求項から読み取ることができ、明細書には、課題の枠内で、他の諸利点に関して上記構想を実現する有利な可能性を明示している。
【００３８】
本発明の構想を実現するうえで特に好ましいと実証されたのは２ｍｍ〜５ｍｍの範囲内の水力直径である。この範囲の大きさは、（図５、図６、図７、図８を基に詳細に述べるように）特に有利なことに、一方で流れ通路において極力良好な熱伝達を実現する傾向と他方で圧力損失を低減する傾向もしくは良好な熱伝達において受入れ可能な圧力損失を実現する傾向との間で妥協を図ることとが可能となる。これに関連して、３ｍｍ〜３．４ｍｍ、特に３．１ｍｍ〜３．３ｍｍの範囲内の水力直径がさらに特に好ましいと実証された。特に最後に指摘した３．１ｍｍ〜３．３ｍｍの水力直径範囲に関して、約３．２ｍｍの水力直径が特に望ましいと判明した。指摘された範囲内でも確かに流れ通路、特に熱交換器管の汚れは基本的に避けることができないが、実験で判明したようにこの範囲内では性能低下が比較的僅かなレベルに保たれるように流れ通路の汚れが安定している。前記範囲以外の水力直径範囲では流れ通路が長く作動されればされるほど流れ通路が圧力損失を増やしながらますます汚れるのに対して、水力直径の前記望ましい範囲では明らかに圧力損失が比較的低いレベルで安定すると前提することができる。熱交換器の万一の次善の熱交換器性能は熱交換器の継続動作時それ以上低下しない。それに対し、前記水力直径範囲外では、流れ通路の継続動作時に圧力損失が過比例的に増加し、最後に最悪な場合流れ通路の閉塞を生じる。
【００３９】
本発明の構想に係る流れ通路は、図１．２に関して詳しく説明される高圧排気再循環の枠内でも、図２．２に関して詳しく説明される低圧排気再循環の枠内でも、有利に利用することができる。さらに、給気冷却への応用も可能である。特に前記応用分野または類似の応用分野のすべてにおいて、本発明の構想に係る熱交換器を改善するために腹部の数が増えることは１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲内で水力直径を選択することによって避けられる。しかしながら、低圧排気再循環、高圧排気再循環または給気冷却を考慮して最適な水力直径範囲の選択は違うものとすることができることが実験で判明した。高圧排気再循環では、判明したように圧力損失が上昇することも、煤パティキュレート等によって流れ通路が閉塞しまたは強く汚れる虞が増えることも、比較的危険である。高圧熱交換器用では、２．５ｍｍ〜４ｍｍ、特に２．８ｍｍ〜３．８ｍｍの水力直径範囲が特に有利であると実証された。
【００４０】
低圧排気再循環構想では、圧力損失が低圧応用の枠内で優先的に特に低く抑えられるべきであるため、圧力損失の増加が特に危険であると実証された。低圧熱交換器用には、２ｍｍ〜３．５ｍｍ、特に２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの水力直径範囲が特に有利であると実証された。
【００４１】
特に耐食性を高めるために腹部厚と通路外被厚との比を１．０値以下で選択すると特に有利であると実証された。換言するなら、耐食性を高めるために腹部よりも厚い壁厚を通路外被に備えるのが有利である。これは特に、少なくとも通路外被がアルミニウム材料を基に製造された流れ通路の実施を考慮して有利である。
【００４２】
さらに、一方では特にアルミニウム材料に基づく流れ通路の場合耐食性が十分に保証され、他方では熱交換器の利用可能な取付空間内に十分な数の流れ通路が提供されるように通路外被厚を最適化することが基本的に重要であると実証された。一般に、エンジン内では熱交換器用取り付け空間が比較的限定されており、熱交換器内に極力多くの流れ通路が提供され、従って通路外被厚を過度に厚く形成しないことは基本的に改良の枠内のことである。本発明の特に好ましい構成によれば、水力直径と通路外被厚との比は０．８〜８の範囲内が特に有利であると実証された。この範囲は、特にアルミニウム材料に基づく流れ通路の場合、特に少なくとも通路外被がアルミニウム材料系の流れ通路の場合、特に望ましいと実証された。通路外被厚（取付空間需要、耐食性）および水力直径（熱伝達、圧力損失）の設計を考慮して１．２〜６．０の範囲、特に１．４〜６の範囲も有利である。
【００４３】
本発明の構想、および／または単数または複数の前記構成は、単独でも組合せでも、第１流体で湿潤可能な円周と流れ通路の外側円周との比を０．１〜０．５の範囲内で実現する流れ通路の寸法にとって特に有利であると実証された。本件についてなされた研究は、前記寸法の枠内において流れ通路の挙動が前記問題を考慮して特に有利であることを示した。
【００４４】
基本的に本発明の構想に係る流れ通路は、特に押出し形材の場合、さまざまな態様で実現することができる。管横断面において腹部が一端で完全腹部として、他端で通路外被内面に配置された流れ通路は製造上の観点および前記問題に関して特に望ましいと実証された。特に、管横断面は専ら完全腹部を有することができる。有利には完全腹部は、連続的に開口部なしに、第１通路外被内面と第２通路外被内面との間に配置されている。これにより、図９Ａ．２と図９Ｂ．２で例示的に説明するように、本発明の構想による水力直径を有する流れ通路を実現することができる。
【００４５】
さらに、管横断面において腹部が部分腹部として一端でのみ通路内面に配置され、他端では内部空間内に自由に突出した流れ通路は有利であると実証された。図１０Ａ．２と図１０Ｂ．２および図１１Ａ．２と図１１Ｂ．２で例示的に説明するように、押出し加工された流れ通路を基に特に有利な方法で本発明の構想による水力直径を実現することができる。
【００４６】
有利には正面を他端側で対向させた２つの部分腹部を配置できることが判明した。選択的に、または部分腹部の前記配置と組合せて、２つの部分腹部は他端側で正面を横方向にずらして配置しておくことができる。主に、部分腹部と完全腹部は交互に並べて配置されている。
【００４７】
部分腹部の寸法と配置は以下のように行うと特に有利であると実証された。特に好ましい構成によれば、２つの部分腹部、特に２つの対向する部分腹部および／または２つの互いにずれた部分腹部の間の距離と管横断面の高さとの比は０．８以下の範囲、主に０．３〜０．７の範囲内である。完全腹部に対する第１部分腹部の距離と完全腹部に対する第２部分腹部の距離との比は主に０．５〜０．９の範囲内、主に０．６〜０．８の範囲内である。
【００４８】
通路外被、主に流れ通路全体は、主に、アルミニウム系材料製である。
【００４９】
選択的に、付加的に、または組合せて、それらは鋼系材料製、主に特殊鋼系材料製とすることができる。
【００５０】
通路外被は主に管として、特に溶接管および／または蝋付け管または押出し管として形成しておくことができる。流れ通路は例えば帯板から製造しておくことができ、この帯板は管へと成形され、次に縦溶接されまたは蝋付けされる。さらに、流れ通路は互いに結合されたディスクまたは板によって形成することもできる。特に、少なくとも通路外被、主に流れ通路全体は、押出し形材として形成されている。
【００５１】
アルミニウム材料に基づく押出し加工された流れ通路の場合、その腐食特性が比較的良好であることが判明した。これは、特に押出し加工時に流れ通路に付与される比較的小さな粒構造と比較的平滑な表面とに帰すことができる。そのことから、最新の熱交換器構想の要請にとって十分な耐食性が排出ガスの酸性凝縮物自体に対抗することになる。
【００５２】
本発明の特に好ましい第１構成によれば、多数の腹部のうち少なくとも１つの腹部、有利にはすべての腹部が、通路外被と一緒に押出し加工された腹部である。
【００５３】
本発明の特に好ましい第２構成によれば、多数の腹部のうち少なくとも１つの腹部、主にすべての腹部は、形材とは個別に製造された腹部と、通路内面に結合された腹部である。好ましくは、腹部はさらに付加加工および／または張出し加工および／または塑性加工されている。これは、押出し加工された腹部の場合にも流れ案内要素または乱流発生要素を取付けるためのさらなる措置を講じるために特に望ましいと実証された。主に、腹部は流れ通路軸線と平行に延設されている。しかし基本的に、流れ通路軸線に沿って波状に延設される腹部を押出し過程の枠内で生成することも可能である。特に押出し過程の実施を考慮して、腹部を流れ通路軸線に沿って連続的に実施するのが望ましいと実証された。
【００５４】
特に本発明の第２構成を考慮して、腹部は（例えばＤＥ３７３１６６９Ａ１に開示されているように）通路外被に持ち込むことができ、特に押し込むことができる。
【００５５】
主に、第２構成に係る腹部は通路内面と素材接合式に結合されている。特に、腹部が通路内面に蝋付け、溶接および／または接着されていると有利であると実証された。通路外被とは個別に製造された第２構成による腹部は圧延し、打ち抜き、および／またはロール加工しておくことができる。
【００５６】
本発明の特に好ましい構成の枠内で（特に、少なくとも通路外被、主に流れ通路全体がアルミニウム材料を基に製造された構成を考慮して）、少なくとも１つの腹部および／または通路外被、主に通路外被内面に腐食防止部を備えることが可能である。腐食防止部は特に有利には主に亜鉛鍍金および／または塗装の態様で提供することができる。
【００５７】
通路外被は基本的に妥当な任意の態様に形成しておくことができる。特に好ましくは、通路外被は管、主に押出し管の態様に形成されている。最新の熱交換器実施において特に扁平管が望ましいと実証された。重ねて接合された２つのディスクによって形成された管の態様の通路外被も適している。管横断面は基本的に種々の可能な態様に選択することができる。長方形、長円形または半長円形に形成された管横断面が特に有利であると実証された。
【００５８】
本発明の第２構成によれば、腹部は波状、特に長方形波状または台形波状横断面を有する形材の一部として形成しておくことができる。このような形材の形成は特に容易に可能であり、さらに、熱伝達の向上を考慮して特に有利であると実証された。
【００５９】
本発明の第２構成によれば、主に多数の横断面で波状の形材は流れ通路軸線に沿って前後に配置しておくことができる。そのことは図１２Ａ．２、図１２Ｂ．２もしくは図１３Ａ．２、図１３Ｂ．２を参考に例示的に説明される。
【００６０】
基本的に腹部は多種多様な種類の流れ案内要素および／または乱流発生要素を有することができ、このような要素の構成と選択は追及する目的および流れ通路の使用に応じて実施することができる。特に有利であると実証された流れ案内要素および／または乱流要素は、流れ通路軸線に沿った特に鰓体等の打抜き部、膨らみ部としての多数の中断部および／または開口部、主に流れ方向における多数の波、相互にずれて腹部フィンを形成し、特に流れ方向で相互にずれた多数の腹部開口部、以上の群から選択されたものである。例示的可能性が図１４Ａ．２、図１４Ｂ．２に関して説明される。
【００６１】
本発明の構想による特に好ましい構成において腹部の数は２〜２０、特に５〜１５、特に７〜１２、特に８〜１１であり、特に９つの腹部が管横断面にわたって分布して並べて配置されている。
【００６２】
熱交換器に関して課題は冒頭指摘した種類の熱交換器を有する第２態様による本発明によって解決され、本発明によれば、ブロックが、第１流体を流通可能な本発明の構想による多数の流れ通路を有し、流体接続口が流れ通路と流れ結合されている。主に、ハウジングが流れ通路を受容する。
【００６３】
本発明の構想による流れ通路は、本発明の第１態様の熱交換器であっても本発明の第２態様の熱交換器であっても有利に利用することができる。
【００６４】
ブロック閉鎖要素は、主に底の態様で、流れ通路用の単数または多数の貫通開口部を備えている。
【００６５】
主に、第１流体に関して入口側および出口側の個別のブロック閉鎖要素をそれぞれ設けておくことができる。これは特に、いわゆるＩフロー実施の熱交換器における事例である。第１流体は第１側で熱交換器に供給され、別の第２側で排出される。
【００６６】
付加的にまたは選択的にブロック閉鎖要素は第１流体用に入口領域および出口領域を有することができる。これは、いわゆるＵフロー実施の熱交換器に特に関係しており、第１流体が第１側で供給され、同じ側で異なる方向に排出される。
【００６７】
流体接続口は、好ましくは拡散体、特に入口拡散体および／または出口拡散体の態様に形成しておくことができる。
【００６８】
本発明は、排気再循環部と圧縮機と本発明による排気熱交換器、特に排気冷却器の態様の本発明の構想による熱交換器とを有する内燃機関用排気再循環系にも通じている。
【００６９】
基本的に排気再循環では、図１．２に関して例示的に詳しく説明した高圧再循環と図２．２に関して例示的に詳しく説明した低圧再循環との間が区別される。高圧再循環では排気熱交換器が高圧側に、すなわち内燃機関の出口側に配置されている。低圧再循環では排気熱交換器が内燃機関の低圧側に、すなわち特に内燃機関の入口側で前段に配置されている。これらの可能性に関して、特に上で指摘した種々の可能な水力直径設計が引き合いに出される。
【００７０】
本発明は、給気吸込み部と空気フィルタと圧縮機と本発明により給気熱交換器、特に給気冷却器の態様の本発明の構想による熱交換器とを有する内燃機関用給気供給系にも関係している。
【００７１】
本発明は、本発明の構想による熱交換器の、自動車、特に商用車または乗用車の内燃機関、特にディーゼルエンジンへの使用にも関係している。
【００７２】
本発明はさらに、本発明の構想による熱交換器の、自動車、特に乗用車または商用車の内燃機関、特にガソリンエンジンへの使用に関係している。
【００７３】
本発明の構想を２段熱交換器に応用するのが特に好ましいと実証された。基本的に第２流体は液状冷却材または気状冷却材または液気混合冷却材とすることができる。特に好ましい応用において本発明の構想は、第１段で液状冷却材で冷却され、第２段では気状または空気状冷却材で冷却される２段熱交換器において実現可能である。本発明の構想による流れ通路は熱交換器の第１段でのみ、または熱交換器の第２段でのみ、または熱交換器の両方の段において利用することができ、段にとって特徴的な圧力条件および温度条件を考慮して適合することができる。
【００７４】
次に、本発明の実施例は以下で図面を基に説明される。図面は実施例を必ずしも寸法どおり示すものでなく、むしろ、説明に役立つ図面は図式化されおよび／または僅かに歪めて示してある。図面から直接認めることのできる教示を補足する意味で、関連する先行技術を参照するように指示する。その際、本発明の一般的理念から逸脱することなく実施形態の態様および細部に関してさまざまな修正および変更を行うことができることを考慮しなければならない。明細書、図面および特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は単独でも任意の組合せにおいても本発明の構成にとって本質的で有り得る。それに加えて、明細書、図面および／または特許請求の範囲に開示された特徴の少なくとも２つから成るあらゆる組合せも本発明の範囲に含まれる。本発明の一般的理念は、以下に示しかつ説明する好ましい実施形態の厳密な態様または細部に限定されておらず、または特許請求の範囲で請求された対象と比較して限定されているような対象に限定されてはいない。記載された寸法範囲において、指摘された限界内にある値も限界値として開示され、任意に利用可能、請求可能なものである。
【００７５】
その他の利点および特徴は以下に述べる実施例および従属請求項から明らかとなる。
【００７６】
第１、第２態様による本発明に係る熱交換器の複数の好ましい実施例を以下で説明し、添付図面に基づいて詳しく説明する。第１、第２態様の特徴は互いに任意に組合せおよび補足可能である。
【実施例】
【００７７】
第１態様が図１．１〜図１４．１に示されている。
【００７８】
図１．１は、Ｕフロー排気熱交換器の略立体図である。
【００７９】
図２．１は、本発明に係る熱交換器の第１実施例の略平面図である。
【００８０】
図３．１は、図２．１の熱交換器の変更態様の略平面図である。
【００８１】
図４．１は、本発明に係る熱交換器の第２実施例の接続口側平面図である。
【００８２】
図５．１は、熱交換器の第３実施例の接続口側平面図である。
【００８３】
図６．１は、熱交換器の第４実施例の接続口側平面図である。
【００８４】
図７．１は、熱交換器の第５実施例の接続口側平面図である。
【００８５】
図８．１は、図２．１の熱交換器の有利な変更態様の略平面図である。
【００８６】
図９．１は、図１．１による完全に組立てられた熱交換器の略断面図である。
【００８７】
図１０．１は、本発明に係る熱交換器の第６実施例の立体図である。
【００８８】
図１１．１は、外側ハウジングを省いた図１０．１の熱交換器の平面図である。
【００８９】
図１２．１は、図１０．１の熱交換器の変更態様の細部図である。
【００９０】
図１３．１は、本発明に係る熱交換器の第７実施例の接続口側平面図である。
【００９１】
図１４．１は、本発明に係る熱交換器の第８実施例の平面図である。
【００９２】
第２態様と変更態様が、図１．２〜図１４Ｂ．２に示されている。
【００９３】
図１．２は、特に好ましい実施形態による高圧再循環の枠内の内燃機関用排気再循環系を示す。
【００９４】
図２．２は、他の特に好ましい実施形態による低圧再循環の枠内の内燃機関用排気再循環系を示す。
【００９５】
図３．２は、特に好ましい実施形態によるＩフロー実施の態様の熱交換器を示す。
【００９６】
図４．２は、特に好ましい実施形態によるＵフロー実施の熱交換器を示す。
【００９７】
図５．２は、熱交換器において改良された熱伝達を考慮して、水力直径の好ましい選択の測定および計算に基づく図である。
【００９８】
図６．２は、極力低減された圧力損失もしくは受入れ可能な圧力損失を考慮して、水力直径の好ましい選択の測定および計算に基づく図である。
【００９９】
図７．２は、流れ通路の動作時間が増えた場合でも特定レベルにおいて圧力損失の安定化が期待される、好ましい水力直径範囲の測定に基づく検出を示す。
【０１００】
図８．２は、第１流体で湿潤可能な円周と流れ通路の外側円周との比に関して、水力直径の好ましい選択の測定および計算に基づく図である。
【０１０１】
図９Ａ．２と図９Ｂ．２は、押出し加工された通路外被と、通路外被と一緒に押出し加工された腹部とを有する流れ通路横断面の好ましい実施形態の２つの変更態様を示す。
【０１０２】
図１０Ａ．２と図１０Ｂ．２は、部分腹部を有する図９Ａ．２、図９Ｂ．２とは別の実施形態の２つの変更態様を示す。
【０１０３】
図１１Ａ．２と図１１Ｂ．２は、部分腹部を有する図９Ａ．２、図９Ｂ．２とは別の実施形態の２つの変更態様を示す。
【０１０４】
図１２Ａ．２と図１２Ｂ．２は、腹部が通路外被とは個別に製造されかつ通路外被内面に結合されている実施形態の横断面図と平面図である。
【０１０５】
図１３Ａ．２と図１３Ｂ．２は、図１２Ａ．２、図１２Ｂ．２の実施形態の変更態様を示す。
【０１０６】
図１４Ａ．２は、流れ案内要素として鰓体を有する図１２Ａ．２、図１２Ｂ．２の実施形態の変更態様を示す。
【０１０７】
図１４Ｂ．２は、流れ案内要素として鰓体を有する図１３Ａ．２、図１３Ｂ．２の実施形態の変更態様を示す。
【０１０８】
図１．１は自動車ディーゼルエンジンの還流された排出ガスを冷却するためのＵフロー構造様式の熱交換器を概略示す。図１に略示された熱交換器は、先行技術に一致しているとともに本発明に係るものでもある。第１流れ経路１と第２流れ経路２は互いに平行にハウジング３の内部に並べて延設されている。ハウジング３は２つの接続口４、５によって液状冷却材を流通させ、冷却材はディーゼルエンジンの主冷却回路から分岐される。流れ経路１、２はそれぞれ多数の流れ通路６、７を含み、この場合、流れ通路は長方形横断面を有する扁平管として形成されている。横断面は基本的に別の例えば円形状を有することもできる。
【０１０９】
管６、７はそれぞれハウジング３の内部で液状冷却材を周囲に流す。ハウジング３の前側接続側に接続領域８が配置され、溶接によって結合されている。この接続領域が図１．１では見易くする理由からハウジング３とは個別に図示されている。接続領域８は自動車ディーゼルエンジンの排出ガスを供給するための第１接続口と冷却された排出ガスを排出するための第２接続口１０とを有する。揺動可能なフラップとして形成される調整要素１１が接続領域８の内部に設けられており、この調整要素は回転軸１２を介して調整可能である。図１．１による調整要素１１の第１位置のとき排出ガスは第１接続口９から第１流れ経路１へと案内され、そこで最初に第１冷却を受ける。第１流れ経路１を流通後、排出ガスはハウジング３の末端側に配置される方向転換領域１３に流入する。
【０１１０】
先行技術では方向転換領域が中空ハウジング部分として形成されており、このハウジング部分内で排出ガス流は１８０°方向転換され、次に第２流れ経路２に流入する。先行技術では流れ通路６、７が個別の直線的管であり、ともに両方の末端側で各１つの底部材内に受容されている。こうして方向転換領域１３では個々の流れ通路から流体の合流が起き、方向転換領域では排出ガスと冷却材との間で熱交換はほとんど起きない。
【０１１１】
第２流れ経路２では排出ガスが第１流れ経路１とは逆方向に流通し、その際に他の冷却を受ける。第２流れ経路２から進出すると排出ガスは再び接続領域８に流入し、そこで、図１による調整要素１１が第１位置の場合第２接続口１０内に案内される。調整要素１１が図示しない別の位置のとき排出ガスは流れ経路１、２を流通するのを妨げられ、第１接続口９から第２接続口１０内へと直接案内される。その際排出ガスはそれほど冷却を受けず、この動作様式は主に、例えば内燃エンジンの暖機段階等の特定動作条件に割り当てられている（「バイパス動作」）。
【０１１２】
図２．１による本発明に係る第１実施例では流れ通路６が連続的管として形成され、第１流れ経路１の入口領域で始まり、方向転換領域１３ではそれぞれ異なる曲率半径で１８０°折り曲げられ、第２流れ経路を通過後出口領域で成端している。従って流れ通路６はそれぞれ単に２つの末端、入口側末端と出口側末端とを有する。それぞれ両方の末端は単一の底要素１４内に受容され、そこで気密に溶接されている。
【０１１３】
こうして製造が簡単であるので製造費が節約されるだけでなく、溶接部の数が少ないので高まった動作信頼性と小数の接続口も達成される。それに加えて、排出ガスは方向転換領域でも流れ通路６の周囲を流れる冷却材と相互作用しているため、方向転換領域１３は排出ガスの冷却に積極的に寄与する。
【０１１４】
図３．１による変更態様では流れ通路が最初から一体なのではなく、それぞれ第１流れ経路１の直線的第１流れ通路部分６と、方向転換領域１３に割り当てられた１８０°曲げられた弧状部材１３ａと、第２流れ経路２に割り当てられた直線的第２部分７とを含む。各流れ通路のこれら個々の要素は製造の過程で互いに気密に溶接される。これにより、動作信頼性と製造費は改善することができる。というのも、流れ通路とその壁材料および厚さに対する要求が直線的部分の領域では弧状部材１３ａの領域とは異なるからである。
【０１１５】
図４．１による第２実施例では熱交換器がそれぞれ２つのＵ形に曲げられたアルミニウム製押出し形材１５を含み、内側押出し形材は外側押出し形材よりも小さな曲げ半径を有する。押出し形材１５はそれぞれ４つの流れ通路６を含み、流れ通路は内壁１５ａによって相互に分離され、また外壁１５ｂによって冷却材から分離されている。押出し形材１５は底要素１４内にその末端が気密に溶接されて受容されており、この底要素は全体としてフランジとして形成されており、シールを受容するための溝１７と他の接続領域８に螺着するための穴１８とを有する。
【０１１６】
図５．１による第３実施例では、第２実施例とは異なり、流れ通路６が押出し形材として形成されているのでなく、特殊鋼製の管として形成されている。これらの管はその外壁体に内向きに突出する襞６ａを有し、これらの襞はそれ自体公知のディンペルまたはウィングレットとして形成しておくことができる。これらの張出し加工部は、排出ガスとの熱交換を改善する乱流発生手段である。本例において乱流発生手段６ａは第１流れ経路１と第２流れ経路２とでそれぞれ同一に形成されている。好ましくは、流れ通路の推移における流体の冷却増加を考慮するためにこれらの張出し加工部は異なる態様にしておくこともできる。
【０１１７】
図６．１による第４実施例において流れ通路６はやはり、先行技術からそれ自体知られているような特殊鋼扁平管から成る。熱交換器性能を改善するために波形フィン状挿入物１９が流れ通路６に押し込まれて溶接されている。ここでも、流れ通路に沿った排出ガスの温度低下を考慮するために挿入物は入口側と出口側とで異なる成形部、特にフィン密度を有することができる。
【０１１８】
図７．１による第５実施例では流れ通路６が円形横断面の管として形成されている。熱交換器性能を改善する目的で図示しない乱流挿入物または旋回流発生挿入物をこれらの管のなかに設けておくことができる。
【０１１９】
図８は、他の細部改善を有する図１．１の実施の変更態様を示す。ハウジング３は底要素１４およびその流れ通路６とは分離して図示されている。流れ通路６の外側に、ハウジング３の内部で、冷却材を案内するための案内要素２０が設けられている。この案内要素は流れ通路６を横切って延設され、ハウジング壁体近傍の外側領域２０ａに冷却材用遮断部を有する。これにより、流れ通路６の周囲を冷却材が一層均一かつ良好に分配されて流れることが達成される。冷却材用の両方の接続口４、５はハウジング部分３上に実線円として図示してある。案内手段２０の形状および配置を相応に適合させた選択的実施において接続口は別の位置、例えば破線円に設けることもできる。案内手段２０は同時に、過度に大きな振動振幅から流れ通路を保護するために、流れ通路６を支えるための支持手段として利用することもできる。
【０１２０】
図９．１は、図１による熱交換器の組立完了した断面図である。これから明らかとなるように、ハウジング３と底要素１４および接続領域８との螺着領域でのみ高い温度がハウジング３に作用し得るだけであり、その他ではハウジングは液状冷却材と接触しているだけである。従って、特に適合されたシールおよび間座２１によって相応に設計した場合、排出ガスの高い温度にもかかわらずハウジング３をプラスチックからでも作製できることを達成することができる。
【０１２１】
図１０．１と図１１．１による好ましい第６実施例では熱交換器が合計４８の個別の流れ通路６を含む。流れ通路は、それぞれ６つの相互に分離された流れ通路６を有するＵ形に曲げられた８つの押出し形材１５に分かれる。各２つの押出し形材１５は方向転換領域の同じ曲率半径で互いに隣り合って延設され、異なる曲げ半径に関して異なる合計４つの押出し形材が存在し、押出し形材は互いに接続されている（図１１．１の平面図も参照）。押出し形材１５がそれぞれ外壁体１５ａを有し、この外壁体は横断面において２つの平行な長い側面と２つの半円形状に曲げられた短い側面とを有する。長い側面は、押出し形材１５が延設されている平面に垂直である。この賦形によって、方向転換領域１３で曲げ半径が小さいときにも押出し形材の曲げは可能となる。縮尺に即した図１０が示すように、押出し形材１５の外壁は６つの流れ通路を相互に分離する内壁１５ｂよりも明確に厚い。押出し形材はアルミニウム合金から成る。外壁の厚さは約１．５ｍｍである。押出し形材内部の内壁または分離腹部１５ｂは厚さが約０．５ｍｍである。管が横方向で２列に配置されているとき、押出し形材の横断面はそれぞれ長さが約２０ｍｍ、幅が約７ｍｍである。しかし管は両方向で多少幅広または幅狭に実施することもでき、例えば２２×６．５ｍｍまたは２２×７．５ｍｍである。
【０１２２】
単列管系の場合、主に幅３０〜６０ｍｍ、理想的には４０〜５０ｍｍの範囲内の管を選択することができる。
【０１２３】
好ましくは、ハウジング３の接続口４、５の一方は底要素１４の近傍でハウジング末端に設けられている。他方の冷却材接続口４、５は方向転換領域１３の近傍で、方向転換領域１３の頂点領域において両方の流れ経路１、２の間の対称平面に配置されている。これにより、方向転換領域１３でも流れ通路６の周囲を液状冷却材が十分に流れることは簡単な手段で保証される。この場合、熱交換器の冷却回路は内燃エンジンの主冷却回路と結合されている。
【０１２４】
図１２．１による変更態様は、まだ曲げられていない押出し形材の横断面を示す。認められるように、一方の長い外壁１７は他方の長い外壁１６よりも小さな厚さを有する。厚い外壁１６は方向転換領域での曲げに関して外側にあり、薄い壁体１７は内側に配置されている。曲げの過程で壁厚は外側円周長が長いので互いに一様化する。
【０１２５】
図１．１による実施例は図７．１による実施例と同様に形成されている。図７．１による実施とは異なり、すべての流れ通路が平行に並べて延設されるのでなく、幾つかの通路はその推移において、別の通路が延設されている平面と交差している。そのことは破線で示唆されている。第１流れ経路１の第１流れ通路１８は方向転換領域１３において第２流れ経路２の第１流れ通路１９と結合されている。この通路は図面に関して斜めの平面に延設されている。第１流れ経路１の第２流れ通路２０は第２流れ経路２の第２流れ通路２１と結合されている。この通路２０、２１はその方向転換領域において第１通路の前記平面に交差し、もしくはそこを横切る。連続的通路１８、１９が別の連続的通路２０、２１の脇を通過できるように、通路は異なる長さに形成されている。従って、図１３．１の図示平面に垂直に一方の方向転換領域は他方の方向転換領域の前にある。
【０１２６】
これにより、方向転換領域に与えられた最小の曲げ半径において当該流れ通路の距離は接続領域では狭めることができる。特に、第１流れ経路１を第２流れ経路２から分離する距離は小さく抑えることができる。それに加えて図１３．１による実施例の場合、図７．１とは異なり、個々の流れ通路１８、１９、２０、２１の内部に旋回流発生手段が示唆されている。
【０１２７】
構造寸法、特に両流れ経路１、２の流れ通路所要の最小距離を縮小するための選択的可能性または補足的可能性を、図１４．１による実施例が示している。この場合、外側にある流れ通路２２、２３は方向転換領域で曲げられた連続的管、例えば押出し形材として形成されている。内側にある流れ通路２４にとって所要の曲げ半径は小さすぎるであろう。それゆえに、流れ通路は２つの個別管２４ａ、２４ｂを含み、これらの管はそれぞれ流れ経路１、２の一方に割り当てられ、僅かな距離で相応に隣り合って接続領域に通じている。通路２４ａ、２４ｂはその推移が僅かにＳ字状に曲げられており、それらの外壁が方向転換領域１３において接触し、通路壁は接触領域で互いに気密に溶接されている。方向転換領域を完全にするために、湾曲キャップ２５が通路２４ａ、２４ｂを結合するための要素として通路末端に嵌着され、気密に溶接されている。
【０１２８】
図１．２は、詳しくは図示しない自動車用ディーゼルエンジンの態様でここで形成された内燃機関１用の高圧再循環の枠内で排気再循環系１０を示す。このディーゼルエンジンが吸気管路２と排気管路３とを有し、排気管路３中に排気タービン４が配置され、吸気管路２中には排気タービン４によって駆動される圧縮機５（いわゆる排気ターボチャージャ）が配置されている。圧縮機５と内燃機関１の詳しくは図示しない吸気経路との間に配置される吸気冷却器６は詳しくは図示しない液状冷却材によって、または別の実施形態において選択的にまたは付加的に空気によって冷却することができる。排気タービン４の下流側にパティキュレートフィルタおよび／または酸化触媒として形成される排気浄化部７が設けられている。記号で示した絞り弁を有して排気タービン４の下流側にある領域３Ａと、圧縮機５の上流側にある吸気管路２の領域２Ａは低圧側と称される。領域２Ａを介して新鮮空気が吸い込まれ、領域３Ａを介して排出ガスが新鮮空気に与えられる。圧縮機５の下流側にある部分２Ｂと排気タービン４の上流側にある領域３Ｂは高圧側と称される。
【０１２９】
ここでは領域３Ｂ、２Ｂの管路部分の間の図１．２に示す高圧再循環の枠内で排気再循環管路８と、高圧排気冷却器の態様の排気冷却器９が配置されている。高圧排気冷却器は２つの嵌め管９Ａ、９Ｂを介して内燃機関１の詳しくは図示しない冷却材回路に接続可能である。
【０１３０】
図示した排気再循環系の機能は以下の通りである。
【０１３１】
新鮮空気は領域２Ａの低圧管路を介して吸い込まれ、圧縮機５によって高い圧力（過給圧）にされ、吸気管路２を介して給気冷却器６に供給され、そこで効率向上を目的に冷却され、内燃機関１に供給される。内燃機関から進出した排出ガスは領域３Ｂの高圧管路中の排気タービン４を駆動し、排気タービンはそれ自身が圧縮機５を駆動する。排気タービンの下流側で主にディーゼル排出ガスは排気浄化部７によって浄化され、次に領域３Ａを介して外部に流出する。ここに示す高圧再循環構想では排出ガスの部分流が高圧管路３から領域３Ｂにおいて排気再循環管路８を介して分岐され、排気冷却器９内で冷却され、高圧部分２Ｂを考慮して吸込み管路２に供給され、そこで還流された排出ガスと吸込まれた新鮮空気との混合が行われる。
【０１３２】
図２．２は内燃機関１用の排気再循環系の他の実施形態を示しており、図１に対応する部品には同じ符号が付けてある。図２に示す排気再循環系２０は低圧再循環の枠内の排気再循環系２０である。同様に、領域３Ａ、２Ａの低圧管路部分の間に排気再循環管路８’と、低圧排気冷却器の態様の排気冷却器９’が配置されており、排気冷却器は２つの嵌め管９Ａ’、９Ｂ’を介して内燃機関１の詳しくは図示しない冷却材回路に接続されている。ここでは圧縮機５での出力もしくは圧力差が、排気冷却器９’を介して還流される排出ガス量（質量流量）にとって決定的である。従って、エンジン排気側とエンジン吸込み側との間の圧力差のみが移送流用に提供されている領域３Ａ、３Ｂの高圧側での図１に示した高圧排気再循環系に関して著しく高めることができる。給気冷却器６内でも、排気冷却器９、９’内でも、本発明の構想による流れ通路は、（特に図９Ａ．２〜図１４Ｂ．２を基に詳しく説明するように）基本的に嵌挿しておくことができる。ここでは相応する流れ通路が排気冷却器９、９’内にのみ配置されている。
【０１３３】
このような排気冷却器９、９’の好ましい実施形態は図３．２と図４．２を参考に詳しく説明され、ここでは詳細には説明しないあらゆる他の態様の熱交換器も基本的に利用することができる。特に、詳しくは図示しない２段熱交換器、特に第１段において液状冷却材で冷却され、第２段において空気で冷却される排気冷却器の態様の熱交換器を高圧再循環の枠内で利用することができる。
【０１３４】
図１．２と図２の両方の排気再循環系１０、２０において基本的に発生する問題として、熱交換器９、９’の流れ通路内で腹部の数を著しく増やすことによって出力向上は達成することができるだろうが、これは受入れ可能な圧力損失の負担となり、閉塞虞の高まりに帰結するだろう。
【０１３５】
特に、排気冷却器９’の態様の図２．２に示す熱交換器では低圧排気再循環の枠内で流れ通路内で腹部密度を高めることは、きわめて危険となろう。というのも、図２．２に示した排気再循環系２０において圧力損失は比較的低く抑えられなければならないからである。低圧排気再循環の枠内での排気冷却器９’では（給気冷却でも）、高圧排気再循環と比較して汚れの問題は確かに生じないが、圧力損失の上昇はエンジンの燃料消費量の著しい高まりを意味する。
【０１３６】
排気再循環系１０の高圧排気再循環の枠内の図１．２に示す排気冷却器９では、圧力損失の危険な上昇も、煤パティキュレートによる閉塞または強く汚れる危険増も、腹部の数増加と結び付いている。
【０１３７】
図３．２は、例えば図１．２、図２．２の排気再循環系１０、２０において排気冷却器９、９’として利用することができる。ここではＩフロー実施の熱交換器３０の特に好ましい実施形態を示す。この熱交換器３０は、ここでは、排出ガスの態様の第１流体３１と液状冷却材の態様の第２流体３３との間で熱交換するための排気熱交換器の態様に設計されている。熱交換器３０が有するブロック３５は排出ガスと液状冷却材とを相互に分離しかつ熱交換しながら案内するようになっており、排出ガス用に詳しくは図示しない流体接続口を有する。ブロック３５が有するハウジング３７は、液状冷却材を流通可能なここでは詳しく図示しない室を備えている。液状冷却材３３は冷却材接続口３９を介して供給もしくは排出され、そのことが図３．２に矢印方向で示唆してある。ブロック３５は排出ガス３１を流通可能な多数の流れ通路４１を有し、詳しくは図示しない流体接続口が流れ通路４１と流れ結合されている。流れ通路４１はハウジング３７内に受容され、ブロック閉鎖要素４３内に配置されている。ブロック閉鎖要素はここではフランジ状に実施されて流れ通路４１用の複数の貫通開口部を備えている。ブロック閉鎖要素４３は、詳しくは図示しない室と詳しくは図示しない流体接続口とを流体密に分離するのに役立つ。働きの点で液状冷却材３３は室内で流れ通路４１の周囲を流れ、流れ通路４１内を流れる排出ガスを冷却する。
【０１３８】
いわゆるＵフロー構造様式における熱交換器４０の他の実施形態が図４．２に示してあり、図３．２と同一の部品または同一機能の部品には同じ符号が付けてある。
【０１３９】
Ｕフロー構造様式に形成された排気冷却器の態様の熱交換器４０は、ハウジング３７に取付けられて第１流れ経路４５の下流側に配置された方向転換領域４７と、方向転換領域４７の下流側に配置された第２流れ経路４９とを有する。第１流れ経路４５および第２流れ経路４９の流れ通路４１’は方向転換領域４７で、相互に分離された連続的流れ通路４１’として継続されている。そのことから、ここで図４に示すＵフロー構造様式の排気熱交換器４０は通常の熱交換器と相違している。つまり通常の熱交換器では方向転換領域４７においてすべての流れ通路４１’からの排出ガス３１が分離されることなく合流される。
【０１４０】
３つの腹部５１、５１’を有する扁平管の態様でアルミニウム材料系の押出し形材として形成される流れ通路４１、４１’は、他の図を参考に詳しく説明され、ここでは概略を示してある。
【０１４１】
図５．２は、図３．２と図４．２に例示的に示したような排気冷却器として形成された熱交換器３０、４０を例に、測定データに対応した計算を基に熱交換器の熱伝達もしくは交換度の特性、従って熱交換性能の模範的特性を示す。データは代表的入口条件について明示されており、簡略のため１バールの範囲内の排気圧力が選択された。しかし結果は別の排気圧力についても模範となる。曲線Ａは汚れていない状態の熱交換器の特性を示し、曲線Ｂは汚れた状態の熱交換器の特性を示す。図５．２は交換度と水力直径との関係を示す。図６．２は圧力損失特性と水力直径との関係を示す。
【０１４２】
図５．２の曲線Ａを基に認めることができるように、熱交換器性能にとって決定的な交換度／熱伝達は、熱交換器が汚れていない場合、水力直径の減少に伴ってさらに増加する。水力直径が６ｍｍ以下のとき、交換度は受入れ可能な範囲内にある。図５．２の曲線Ｂを基に認めることができるように、熱交換器が汚れている場合、交換度は特定水力直径以下では受入れることのできない方法で再び低下する。水力直径のこのような下限は１．５ｍｍである。こうして本発明の構想では、流通可能な横断面の面積と排出ガスで湿潤可能な円周との比の４倍として形成される１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲内の水力直径を流れ通路が特徴としている。図６．２に詳しく示す圧力損失によって同様のことが設定され、この圧力損失は６ｍｍの水力直径以下で受入れ可能な範囲内に達するが、１．５ｍｍの水力直径以下ではもはや受入れ可能でない。さらに、図５．２と図６．２の異なるハッチング範囲から明らかとなるように、水力直径は好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍの範囲内とすべきであろう。濃いハッチング範囲が示すように、汚れた熱交換器では交換度の比較的平坦に延びる上側レベルは２．５〜３．５ｍｍもしくは２．８ｍｍ〜３．８ｍｍの好ましい水力直径範囲内にある。後者の範囲は特に高圧熱交換器にとって重要である。つまり、低温熱交換器では、図２に示す排気浄化器７が排気冷却器９’の態様の熱交換器の前段に設けられているので、ふつう低温熱交換器よりも高いパティキュレートおよび汚れ負荷に曝されている排気冷却器９の態様の図１に詳しく示した高圧熱交換器の場合よりも汚れ度が重要ではない。それにもかかわらず、低温熱交換器には、高圧温度熱交換器と同様に、図６．２に示す圧力損失が重要である。
【０１４３】
図７．２の上側曲線から明らかとなるように、圧力損失（ここでは１．５ｍｍの水力直径を限界値として流れ通路の圧力損失に基づいて図示）は、（動作時間（ｈ）として明示した）汚れの増加に伴ってさらに上昇する。それに対して、３．２ｍｍの水力直径を選択すると（水力直径を３．０ｍｍ〜３．４ｍｍ、好ましくは３．１ｍｍ〜３．３ｍｍの範囲内で選択した場合も同様である）、動作時間が増す場合でも明らかに汚れ度が安定し、圧力損失が受入れ可能なレベルで安定することが判明した。
【０１４４】
図８．２は排出ガスで湿潤可能な円周と流れ通路の外側円周との比と水力直径との関係を示す。２ｍｍ〜５ｍｍ、特に２．８ｍｍ〜３．８ｍｍの好ましい水力直径の前記ハッチング範囲から好ましい比が生じる。図８から明らかとなるように、図５と図６を基に詳しく説明した改良された交換度および圧力損失度を達成するために前記比は０．１〜０．５の範囲内とすべきであろう。図８は流れ通路の図１０Ｂで詳しく示した形材について模範的にここで例示的に明示されている。匹敵する傾向は、流れ通路の流通可能な横断面の以下で詳しく述べる設計実施の場合にも確認することができる。図８．２は、特に図１０Ｂ．２のさまざまな腹部距離ａ（ここではａ＝２ｍｍ、ａ＝５ｍｍの２つの例）と、２つの対向する部分腹部の間の距離と管横断面の高さとのここで符号ｋとした比のさまざまな値とについて前記比を示す。比ｋは、図８に矢印で示したように、０．８ｍｍ以下の範囲、主に０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内とすべきであろう。ここでは、２つの対向する部分腹部の間の距離ａと管横断面の高さｂとの比ｋは矢印方向で０．２５から０．７５へと増加する。この分析は、排気再循環系１０において高圧設計の枠内で図１．２に例示的に示した排気冷却器９にも、排気再循環系２０において低圧設計の枠内で図２．２に例示的に示した排気冷却器９’にも妥当する。
【０１４５】
図９Ａ．２〜図１４Ｂ．２では、好ましい異なる流れ通路の横断面の例示的設計実施が以下で説明される。それにもかかわらず、図で具体的に説明された条件の特徴の変更態様および任意の組合せが可能であり、なおかつ１．５ｍｍ〜６ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは２．８ｍｍ〜３．８ｍｍの範囲内の水力直径を達成できることが明確でなければならないであろう。特に、後続の図に示した実施形態ではそれぞれ、通路外被厚と腹部厚ｄが同一もしくは類似した変更態様、腹部厚ｄと通路外被厚ｓとの比が１．０ｍｍ以下である他の変更態様が示してある。同様に部分腹部の壁厚または類似の寸法も、達成すべき目的に応じて変更し適合させることができる。
【０１４６】
特に、縮尺に即した後続の図が示す実施形態の流れ通路は、図１．２と図２．２に例示的に示した排気再循環系または図３と図４に例示的に示した熱交換器において、例えば熱交換器３０において流れ通路４１の代わりに、または排気熱交換器４０において流れ通路４１’の代わりに利用することができる。特に、以下で説明する流れ通路はすべて、図５〜図８に関して説明した本発明の構想に係る水力直径の前提条件を満たす。
【０１４７】
図９Ａ．２と図９Ｂ．２は流れ通路６１、６１’の２つの変更態様を示しており、図９Ｂに示す流れ通路６１’では外被厚ｓが腹部厚ｄよりも厚いのに対して、図９Ａに示す流れ通路６１ではそれらが実質同じである点で両方の変更態様は相違している。さらに、同じ特徴には同じ符号が付けてある。
【０１４８】
流れ通路６１、６１’は全体に押出し成形された形材として形成され、つまり押出し成形される腹部と一緒に押出し成形された通路外被として形成されている。それに応じて流れ通路６１、６１’が有する通路外被６３は通路外被内面６５によって取り囲まれた内部空間６７を有し、この内部空間はここでは排出ガスの態様の第１流体を熱交換式に案内するよう形成されている。さらに流れ通路６１、６１’はここでは内部空間６７内で通路外被内面６５に配置される５つの腹部６９を有し、これらの腹部は、通路外被６３、６３’と一緒に、一体な押出し形材として形成されている。１つの腹部６９は図示平面に垂直な流れ通路軸線と完全に平行に、図３．２、図４．２の熱交換器３０、４０のハウジング３７内に形成される流れ経路に沿って連続的に延設されている。流れ通路軸線を横切る図示した流通可能な横断面は内部空間６７内で排出ガスを案内するよう設計されている。この設計は水力直径ｄｈに基づいて行われ、この水力直径はこの流れ通路６１、６１’について距離ａ、ｂを参考に図９Ｂの右下に明示されている。水力直径は、流通可能な横断面の面積と排出ガスで湿潤可能な円周との比の４倍として生じる。流通可能な横断面の面積はここではａとｂとの積の倍数である。湿潤可能な円周はここではａとｂとの和の２倍のやはり倍数である。ａは流れ通路内で腹部６９によって細分された流れ経路７４の自由横断面の幅であり、ｂはここでは流れ経路７４の自由高さである。
【０１４９】
この流れ通路６３、６３’では、以下で詳しく述べる流れ通路でも、壁厚ｓは０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内、主に０．８ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内である。流れ経路７４の高さｂもしくは内部空間６７の高さはここでは２．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内、主に４．５ｍｍ〜７．５ｍｍの範囲内である。流れ経路７４の幅ａは３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内、主に４ｍｍ〜６ｍｍの範囲内である。
【０１５０】
図１０Ａ．２と図１０Ｂ．２は流れ通路７１、７１’の特に好ましい実施形態の２つの他の変更態様を示しており、両方の変更態様は（先に触れたように）腹部７９の壁厚に対して相対的な通路外被７３、７３’の壁厚の点で相違しているにすぎない。流れ通路７１、７１’はさらに完全腹部の態様の腹部７９を有し、それと並んで、完全腹部７９と交互に配置される部分腹部７９’を有する。流れ通路７１、７１’はやはり完全に押出し形材として形成されており、流れ経路７４はやはり２つの完全腹部７９の距離によって形成されている。図１０Ａと図１０Ｂに示す流れ通路７１、７１’において流通可能な横断面の水力直径は図１０Ｂの下に明示されている。ここでは正面７６を対向させた２つの部分腹部７９’がそれぞれ配置されている。
【０１５１】
図１１Ａ．２と図１１Ｂ．２には流れ通路８１、８１’の特に好ましい実施形態の他の２つの変更態様８１、８１’が示してあり、ここでは正面８６を横方向で相互にずらした２つの部分腹部８９’が配置されている。図示形材の水力直径ｄｈはやはり図１０Ｂの下に示した式から生じ、ａ１はａ４に取り替えることができる。
【０１５２】
完全腹部８９に対する第１部分腹部８９’の距離ａ３と完全腹部８９に対する第２部分腹部８９’の距離ａ４との比は０．５ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲内、主に０．６ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内である。管横断面の高さｂに対して２つの対向する部分腹部７９’の間および／または相互にずらした２つの部分腹部８９’の間の距離ｅは基本的に０．８ｍｍ以下の範囲内、特に０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内である。
【０１５３】
前記流れ通路は押出し成形された通路外被とこれと一緒に一体に押出し成形された腹部とで形成されているのに対して、図１２Ａ．２〜図１４Ｂ．２に示す流れ通路は多数の腹部９９を有する押出し成形された通路外被９３、９３’として得られ、これらの腹部は通路外被９３、９３’とは個別に製造され、通路内面と結合されている。このため、図１２Ｂ．２〜図１４Ｂ．２を基に示した形材９２、９２’は波状横断面で形成され、通路外被９３、９３’内に持ち込まれ（ここでは押し込まれる。次に形材９２、９２’が通路内面６５と素材接合式に結合される。素材接合式結合はここでは形材９２、９２’を通路内面６５に蝋付けすることによって行われる。
【０１５４】
このため図１２Ａ．２が横断面図で、また図１２Ｂ．２が部分平面図で示す流れ通路９１は長方形波状形材９２または台形波状形材９２’を有し、この形材はそれぞれ図１２Ａ．２に示す通路外被９３に押し込まれ、もしくは図１３Ａ．２に示す通路外被９３’に押し込まれている。
【０１５５】
図１２Ｂ．２もしくは図１３Ｂ．２の平面図にそれぞれ認めることができるように、横断面で波状の多数のこのような形材９２、９２’が流れ通路軸線９４に沿ってそれぞれ長さｔで前後に配置されている。波状形材９２、９２’が小さな距離だけ相互にずれており、流れ通路内で流れ通路軸線９４に沿って流れる排出ガスは前後に配置される波状形材９２、９２’の前稜にそれぞれ交互に衝突する。前後に配置される形材９２、９２’相互のずらし幅ｆは０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内、主に０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内である。
【０１５６】
こうして発生される穏やかな乱流は、受入れ難いほどに圧力損失を高めることなく流れ通路９１、９１’の熱伝達を高める。水力直径ｄｈの値は図１２Ａ．２、図１２Ｂ．２と図１３Ａ．２、図１３Ｂ．２の両方の流れ通路９１、９１’について図１２Ａ．２の下に明示されている。
【０１５７】
図１４Ａ．２と図１４Ｂ．２は長方形波状形材９２を有する流れ通路９１もしくは台形波状形材９２’を有する流れ通路９１’の変形態様をそれぞれ示しており、この変更態様において形材９２、９２’は付加的に蝋付け鰓フィン９８を備えている。これにより、内部空間６７内にやはり穏やかな乱流が引き起こされ、そのことから図１４Ａ．２と第１４Ｂ．２の変更態様による流れ通路９１、９１’において有利なことに熱伝達が高まる。
【０１５８】
要約するなら本発明は、第１流体３１と第２流体３３との間で熱交換するための熱交換器３０、４０用の流れ通路４１、４１’、６１、６１’、７１、７１’、８１、８１’、９１、９１’であって、通路外被内面６５によって取り囲まれた内部空間６７を備えた押出し形成された通路外被６３、６３’、７３、７３’、８３、８３’、９３、９３’と、内部空間６７内で通路外被内面６５に配置される多数の腹部６９、７９、７９’、８９、８９’、９９とを有し、流れ通路軸線９４を横切って内部空間内で第１流体３１を案内するよう設計された流通可能な横断面を有する流れ通路に関する。同時になお受入れ可能な圧力損失と低減された閉塞の虞とにおいて改良された熱伝達を保証するために、流通可能な横断面の面積と流体で湿潤可能な円周との比の４倍として定義される１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲内の水力直径が設けられている。本発明は、第１流体を流通可能かつ流体接続口と流れ結合されたこの種の多数の流れ通路を備えたブロックを有する熱交換器に導く。本発明は、給気系、排気再循環系、そして熱交換器の使用に導く。
【０１５９】
本発明は、第１態様によれば、被冷却流体を案内するための多数の流れ通路（６）を有する第１流れ経路（１）と、第１流れ経路（１）の下流側に配置される方向転換領域（１３）と、方向転換領域（１３）の下流側に配置される第２流れ経路（２）とを含む自動車用熱交換器であって、第１流れ経路（１）の流れ通路（６）が、方向転換領域（１３）および第２流れ経路（２）内で、相互に分離された連続的流れ通路（６）として継続されている熱交換器に関する。
【０１６０】
本発明は、第２態様によれば、第１流体（３１）と第２流体（３３）との間で熱交換するための熱交換器（３０、４０）用の流れ通路（４１、４１’、６１、６１’、７１、７１’、８１、８１’、９１、９１’）であって、通路外被内面（６５）によって取り囲まれた内部空間（６７）を備えた通路外被（６３、６３’、７３、７３’、８３、８３’、９３、９３’）と内部空間（６７）内で通路外被内面（６５）に配置される多数の腹部（６９、７９、７９’、８９、８９’、９９）とを有し、流れ通路軸線（９４）を横切って内部空間（６７）内で第１流体（３１）を案内するように設計された流通可能な横断面を有する流れ通路１に関する。同時になお受入れ可能な圧力損失と低減された閉塞の虞とにおいて改良された熱伝達を保証するために、流通可能な横断面の面積と流体で湿潤可能な円周との比の４倍として定義される１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲内の水力直径が設けられている。本発明は、第１流体（３１）を流通可能かつ流体接続口と流れ結合されたこの種の多数の流れ通路（４１、４１’、６１、６１’、７１、７１’、８１、８１’、９１、９１’）を備えたブロックを有する熱交換器（３０、４０）に導く。本発明は、給気系、排気再循環系、そして熱交換器の使用に導く。
【０１６１】
詳細に説明したさまざまな実施例の個々の細部特徴は、特に本発明の第１、第２態様の個々の細部特徴も、相互に有意義な方法で自由に組合せることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１．１】Ｕフロー排気熱交換器の略立体図である。
【図２．１】本発明に係る熱交換器の第１実施例の略平面図である。
【図３．１】図２．１の熱交換器の変更態様の略平面図である。
【図４．１】本発明に係る熱交換器の第２実施例の接続口側平面図である。
【図５．１】熱交換器の第３実施例の接続口側平面図である。
【図６．１】熱交換器の第４実施例の接続口側平面図である。
【図７．１】熱交換器の第５実施例の接続口側平面図である。
【図８．１】図２．１の熱交換器の有利な変更態様の略平面図である。
【図９．１】図１．１による完全に組立てられた熱交換器の略断面図である。
【図１０．１】本発明に係る熱交換器の第６実施例の立体図である。
【図１１．１】外側ハウジングを省いた図１０．１の熱交換器の平面図である。
【図１２．１】図１０．１の熱交換器の変更態様の細部図である。
【図１３．１】本発明に係る熱交換器の第７実施例の接続口側平面図である。
【図１４．１】本発明に係る熱交換器の第８実施例の平面図である。
【図１．２】特に好ましい実施形態による高圧再循環の枠内の内燃機関用排気再循環系を示す。
【図２．２】他の特に好ましい実施形態による低圧再循環の枠内の内燃機関用排気再循環系を示す。
【図３．２】特に好ましい実施形態によるＩフロー実施の態様の熱交換器を示す。
【図４．２】特に好ましい実施形態によるＵフロー実施の熱交換器を示す。
【図５．２】熱交換器において改良された熱伝達を考慮して、水力直径の好ましい選択の測定および計算に基づく図である。
【図６．２】極力低減された圧力損失もしくは受入れ可能な圧力損失を考慮して、水力直径の好ましい選択の測定および計算に基づく図である。
【図７．２】流れ通路の動作時間が増えた場合でも特定レベルにおいて圧力損失の安定化が期待される、好ましい水力直径範囲の測定に基づく検出を示す。
【図８．２】第１流体で湿潤可能な円周と流れ通路の外側円周との比に関して、水力直径の好ましい選択の測定および計算に基づく図である。
【図９Ａ．２】押出し加工された通路外被と、通路外被と一緒に押出し加工された腹部とを有する流れ通路横断面の好ましい実施形態の１つの変更態様を示す。
【図９Ｂ．２】押出し加工された通路外被と、通路外被と一緒に押出し加工された腹部とを有する流れ通路横断面の好ましい実施形態の別の変更態様を示す。
【図１０Ａ．２】部分腹部を有する図９Ａ．２とは別の実施形態の変更態様を示す。
【図１０Ｂ．２】部分腹部を有する図９Ｂ．２とは別の実施形態の変更態様を示す。
【図１１Ａ．２】部分腹部を有する図９Ａ．２とは別の実施形態の変更態様を示す。
【図１１Ｂ．２】部分腹部を有する図９Ｂ．２とは別の実施形態の変更態様を示す。
【図１２Ａ．２】腹部が通路外被とは個別に製造されかつ通路外被内面に結合されている実施形態の横断面図である。
【図１２Ｂ．２】腹部が通路外被とは個別に製造されかつ通路外被内面に結合されている実施形態の平面図である。
【図１３Ａ．２】図１２Ａ．２の実施形態の変更態様を示す。
【図１３Ｂ．２】図１２Ｂ．２の実施形態の変更態様を示す。
【図１４Ａ．２】流れ案内要素として鰓体を有する図１２Ａ．２、図１２Ｂ．２の実施形態の変更態様を示す。
【図１４Ｂ．２】流れ案内要素として鰓体を有する図１３Ａ．２、図１３Ｂ．２の実施形態の変更態様を示す。
【図１．１】
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【図２．１】
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【図３．１】
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【図４．１】
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【図５．１】
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【図６．１】
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【図７．１】
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【図８．１】
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【図９．１】
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【図１０．１】
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【図１１．１】
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【図１２．１】
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【図１３．１】
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【図１４．１】
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【図１．２】
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【図２．２】
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【図３．２】
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【図４．２】
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【図５．２】
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【図６．２】
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【図７．２】
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【図８．２】
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【図９Ａ．２】
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【図９Ｂ．２】
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【図１０Ａ．２】
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【図１０Ｂ．２】
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【図１１Ａ．２】
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【図１１Ｂ．２】
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【図１２Ａ．２】
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【図１２Ｂ．２】
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【図１３Ａ．２】
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【図１３Ｂ．２】
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【図１４Ａ．２】
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【図１４Ｂ．２】
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【国際調査報告】
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