(57)【要約】【課題】  改良された熱交換器を提供する。【解決手段】  冷却すべき媒体または加熱する媒体および／または冷却する媒体または加熱すべき媒体のための、少なくとも１つの入口（２）と出口を有する熱交換器、特に自動車のための熱交換器において、  入口（２）が、熱交換器（１）内へ流入する際に、流れる媒体にその前のノーマルな運動方向および／または流入に直接連続するメイン運動方向に関して接線状の方向の運動成分が重畳されるように形成されていることを特徴とする熱交換器。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却すべき媒体または加熱する媒体および／または冷却する媒体または加熱すべき媒体のための、少なくとも１つの入口（２）と出口を有する熱交換器、特に自動車のための熱交換器において、
入口（２）が、熱交換器（１）内へ流入する際に、流れる媒体にその前のノーマルな運動方向および／または流入に直接連続するメイン運動方向に関して接線状の方向の運動成分が重畳されるように形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
入口（２）の領域内に、ディフューザ（４）が、設けられ、あるいは形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
入口（２）内に、流れ通路旋回体配置（３）、特に旋回体（５）を有するディフューザ（４）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
流れ通路旋回体配置（３）内の流れが、接線状の成分を有しており、接線状の成分が、中心におけるよりも外周において大きい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。
【請求項５】
旋回体（５）が、周方向に均一に分配して配置された、案内部材（６）として用いられる、繰り返される部分を有しており、前記繰り返される部分が流入領域（７）内では流れ方向に延びるように形成されており、かつ流出領域（８）においては流入領域（７）における流れ方向に対して斜めに延びるように形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱交換器。
【請求項６】
この種の繰り返される部分が２から８か所、特に３から５か所設けられていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
流れ通路旋回体配置（３）または旋回体（５）が、金属または金属合金、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金あるいは特殊鋼から形成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。
【請求項８】
流れ通路旋回体配置（３）または旋回体（５）が、熱交換器（１）とろう接および／または溶接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。
【請求項９】
熱交換器（１）の入口領域の流れ通路（９）内への入口（２）の領域における流入が、流れ通路（９）に関して接線方向に行われることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
入口領域の流れ通路（９）内への入口（２）の領域内の流入が、付加的に流れ通路（９）の長手軸の方向の成分をもって、接線方向に行われることを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
熱交換器（１）が、排ガスクーラーであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
熱交換器（１）が、過給空気クーラーであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の熱交換器、特に自動車の排ガスクーラー（すなわち、冷却すべき媒体または加熱する媒体および／または冷却する媒体または加熱すべき媒体のための、少なくとも１つの入口と出口を有する熱交換器、特に自動車のための熱交換器）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおける粒子と窒素酸化物の放出を減少させるために、排ガスの還流が知られており、その場合に高圧排ガス還流も低圧排ガス還流も可能である。その場合に排ガス流が約１５０℃から２００℃の温度に冷却されて、吸込み空気に混合される。排ガスクーラー内の冷却媒体として、冷却された吸込み空気がこの温度である場合に、通常、エンジン冷却剤の部分流が使用される。その場合に排ガス還流は、排ガスクーラーにおけるガス流出温度が低くなるほど、それだけ効率が良くなる。同様なことが、熱交換器のためにも一般的な、他のクーラーにも当てはまる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この従来技術に基づいて、本発明の課題は、改良された熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、請求項１の特徴を有する熱交換器（すなわち、入口が次のように、すなわち、熱交換器内へ流入する際に、流れる媒体にその前のノーマルな運動方向および／または流入に直接連続するメイン運動方向に関して接線状の方向の運動成分が重畳されるように、形成されていることを特徴とする熱交換器）によって解決される。好ましい形態が、下位請求項の対象である。
【発明の実施の形態】
【０００５】
本発明によれば、特に自動車のための熱交換器、特に好ましくは排ガスクーラーまたは過給空気クーラーは、冷却あるいは加熱すべき媒体および／または冷却または加熱する媒体のための少なくとも１つの入口と出口を有し、その場合に入口が次のように、すなわち、熱交換器内へ流入する際に、好ましくは冷却または加熱すべき媒体が熱交換器、特に流入ディフューザまたは流入ケースへ流入する前に、流れる媒体に、その前のノーマルな運動方向および／または流入に直接連続するメイン運動方向に関して接線方向の運動成分が重畳されるように、形成されている。流れ速度の接線状の成分によって、熱交換器内へ流入する際の流れ推移が、特に流れ横断面が変化する場合に、流れが壁から余り剥がれず、従って横断面全体に、より均一に分配されることによって、改良される。特にそれによって、通常は生じる、中央におけるピーク流れ速度を減少させることができる。さらに、外側の領域内では流れ速度が幾分増大する。
【０００６】
圧力損失に依存する流量全体にこの種の措置が及ぼす影響は、場合によってはポジティブである。というのは、熱交換器の流れ通路内の改良された等分布によって、本発明に基づく入口の形成による圧力損失が、場合によっては補償されて余りあるからである。流れのよりよい等分布によって、さらに、場合によってはより均一な構成部品パラメータが得られ、それが熱的にもたらされる機械的応力の減少に寄与する。
【０００７】
好ましくは、入口の領域に、入口領域内の流れ推移をさらに改良する、ディフューザが設けられ、あるいは形成されている。
【０００８】
入口内に、好ましくは流れ通路旋回体配置、特に旋回体を有するディフューザが設けられている。流れ通路旋回体配置内の流れは、好ましくは接線状の成分を有しており、その場合に外周における接線状の成分は、好ましくは中心におけるよりも大きい。
【０００９】
好ましくは、旋回体は、周方向に均一に分配して配置された、案内部材として用いられる、繰り返される部分を有しており、その繰り返される部分は流入領域においては、流れ方向に延びるように形成され、流出領域においては、流入領域における流れ方向に対して斜めに延びるように形成されている。その場合に、繰り返される部分が、好ましくは２から８か所、特に３から５か所、特に好ましくは４か所設けられている。
【００１０】
流れ通路旋回体配置、ないし旋回体は、好ましくは金属または金属合金から、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金あるいは特殊鋼からなる。それは、好ましくは、熱交換器に使用されるのと、同じ材料である。その場合に好ましくは、配置は入口ないし入口内の旋回体とろう接または溶接される。これは、熱交換器のろう接と共に１つの作業工程で行うことができるので、製造コストが、特に時間消費と必要なエネルギに関して、減少される。同じ材料を使用することによって、さらに、異なる熱伸張が回避されるので、ろう接結合（例えば半田結合）の負荷を減少させることができ、安全性や寿命が向上する。
【００１１】
実施例によれば、熱交換器の１つまたは複数の構成部品が鋳物から形成されており、旋回体が直接鋳込まれる。代替的に、旋回体は、薄板部品または鋳造部品から打抜きによって形成される。
【００１２】
旋回体を設ける代わりに、入口領域の流れ通路内への入口の領域における流入を、接線方向に行うことができる。その場合に流れ通路は、簡単なパイプでもあり、ディフューザでもある。好ましくは、速度分布をさらに最適化するために、接線成分の他に、流れ通路の長手軸の方向の成分が設けられる。
【実施例】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、２つの実施例を用いて熱交換器を詳細に説明する。
【００１４】
第１の実施例によれば、ターボチャージャの還流される排ガスを冷却するために使用されるような、排ガスクーラーによって形成された、熱交換器１が設けられている。排ガス冷却のために使用されるエンジン冷却剤のできるだけ均一な分布を可能にするために、断面で示す冷却剤通路の前において水玉の円形の領域で図１に図式的に示される、排ガスクーラーの入口２に、図３から図５において詳細に示すように、流れ通路旋回体配置３が設けられている。
【００１５】
流れ通路旋回体配置３は、排ガスクーラーと同様に、特殊鋼からなり、冷却材のための流入開口部の領域で排ガスクーラーとろう接されており、それが、排ガスクーラーを形成する個別部品のろう接ないし溶接と同じ作業ステップで行われる。
【００１６】
流れ通路旋回体配置３は、旋回体５を有するディフューザ４として形成されており、その場合にディフューザ４の横断面は、流れ方向にやや拡幅している。ディフューザ４の内部に、４つの案内部材６からなる旋回体５が設けられており、その案内部材はここでは外側においてディフューザ４と結合され、中央においてはディフューザ４の長手軸に沿って互いに結合されている。４つの案内部材６は、それぞれ等しく形成されて、ディフューザ４の周面にわたって均一に分配されている。各案内部材６は、流入領域７を有しており、その流入領域は、ディフューザ４の長手軸に対して平行に延びる、ノーマルな流れ方向に対して平行に延びている。流入側において角丸に形成されており、かつその中で各案内部材６がディフューザ４の中心から径方向にディフューザ４まで延びる、比較的短い流入領域７の後方において、案内部材６は曲げて形成されている。ここでは、案内部材６の曲りが始まる領域において、ディフューザ４の直径も拡幅しているので、流れの接線状の速度成分の他に、あるいはそれに続いて径方向の速度成分も重畳され、それによって冷却剤が後続の横断面へより良好に分配される。流入領域７から流出領域８まで、各案内部材６はディフューザ４の中心から径方向にディフューザ４まで延びている（図４を参照）。
【００１７】
流れ通路旋回体配置３を設けることによって、−実質的に壁面に添接して−外側へ向かって広がって、従ってより大きい横断面へ比較的均一に分配される、流れが生じる。特に、横断面全体にわたる、より均一な速度分布によって、中央において通常発生するピーク流れ速度が著しく減少され、その場合に全体として冷却剤の流量はほぼ同じである。
【００１８】
冷却剤の著しく改良された分布は、図２ａと図２ｂに示すグラフを比較した場合に明らかである。その場合に、流れ通路旋回体配置３を用いて、中間の領域において流れ速度が著しく減少し、それに応じて外側の領域内で流れ速度が増大するので、全体としてずっと均一な速度分布が生じ、それによって排ガスクーラーの効率が著しく向上する。
【００１９】
図６と図７には、入口領域を然るべく形成することによって、ほぼそれに応じた速度分布の均一化をもたらすことができる、流れ通路旋回体配置３を設けるための変形例が図式的に示されている。その場合に熱交換器１への入口２は、流入する媒体が自動的に接線成分を供給されて、後続の流れ推移がねじ状またはねじ状に拡幅して形成されるように、流れ通路９（ここでは供給導管よりも大きい横断面を有するパイプとして示されているが、ディフューザであってもよい）の端部の側方に配置されているので、流れ通路から流出する際に存在する流れは、−実質的に壁面に添接して−外側へも拡幅し、従ってより大きい横断面へ比較的均一に分配される。
【００２０】
代替的に、接線状成分の他に、入口をそれに応じて配置することによって、同時に後続の流れ通路の方向への成分も設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】排ガスクーラーを図式的に示している。
【図２ａ】従来の排ガスクーラーにおける個々の通路内の冷却剤流の速度分布を説明するグラフである。等分布からの質量流分布の偏差が％で示されている。
【図２ｂ】入口に旋回体を有する排ガスクーラーにおける個々の通路内の冷却剤流の速度分布を説明するグラフである。等分布からの質量流分布の偏差が％で示されている。
【図３】流れ通路旋回体配置を示す斜視図である。
【図４】図３の旋回体を斜視図で示している。
【図５】図３の流れ通路旋回体配置を示す上面図である。
【図６】変形例のディフューザへの接線状の流入を図式的に示している。
【図７】図６に示された変形例の側面図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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