(57)【要約】  従来の熱伝達装置は小さい流体質量流の場合に小さい冷却効率しか有していない。本発明に基づき、熱伝達装置（１）は次のように形成され、つまり、冷却すべき流体用の通路（１４）は、互いに分離された少なくとも２つの部分通路（１５，１６）に分割され、第１の部分通路は、流体部分入口（１７）に設けられた遮断装置（２１；２７；３１）によって閉鎖されるようになっている。有利には、入口横断面の閉鎖にも拘わらず、全冷却面の利用のために、分離壁（１４；２３，２４；２９，３０）及び遮断装置（２８；３２）の適切な配置によって流体質量流を熱伝達装置（１）内で迂回させるようになっている。熱伝達装置は、特に内燃機関の排気ガス冷却装置に用いられて、種々の排気ガス冷却装置において最適な冷却作用を達成するようになっている。
2009529650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝達装置であって、冷却媒体用の通路及び冷却すべき流体用の通路を備えており、前記冷却媒体用の通路と前記冷却すべき流体用の通路とは壁によって互いに仕切られており、前記壁は該壁から前記通路の少なくとも一方の通路内へ延びるひれを有している形式のものにおいて、冷却すべき流体用の通路（１４）は、１つの流体入口（８）並びに１つの流体出口（９）を有しており、この場合に、前記冷却すべき流体用の通路（１４）は、流れ方向へ延びる分離壁（１４；２３，２４；２９，３０）によって、第１の流体部分入口（１７）若しくは第２の流体部分入口（１８）、並びに第１の流体部分出口（１９）若しくは第２の流体部分出口（２０）を有する第１及び第２の部分通路（１５，１６）に分割されており、前記少なくとも第１の流体入口（１７）は、遮断装置（２１；２７；３１）によって閉鎖されるようになっていることを特徴とする、熱伝達装置。
【請求項２】
熱伝達装置（１）は、冷却すべき流体用の通路の流体入口（８）と流体出口（９）とを仕切るための１つの壁（１３）を有しており、該壁は、熱伝達装置（１）の、前記流体入口（８）及び流体出口（９）と相対する側の端部（１０）の前まで延びており、これによって熱伝達装置（１）は、少なくとも第１の遮断装置（２１；２７；３１）の開かれた状態で流体によってＵ字形に貫流されるようになっている請求項１に記載の熱伝達装置。
【請求項３】
熱伝達装置（１）内に２つの遮断装置（２７，２８；３１，３２）を配置してあり、第１の流体部分入口（１７）を第１の遮断装置（２７；３１）によって閉鎖した場合に、第２の遮断装置（２８；３２）は、熱伝達装置（１）内の流体のための冷却路の距離を延長するように切り換えられている請求項１又は２に記載の熱伝達装置。
【請求項４】
熱伝達装置（１）は、２つの分離壁（２３，２４；２９，３０）を有しており、該両方の分離壁は、遮断装置（２７，２８；３１，３２）と次のように協働するようになっており、つまり全通路（４）は前記遮断装置（２７，２８；３１，３２）の両方の切り換え位置で流体によって貫流されるようになっており、この場合に前記通路の距離は該通路の横断面を狭めることによって延長されるようになっている請求項３に記載の熱伝達装置。
【請求項５】
通路の距離は、該通路の横断面を減少させる値と同じ値で延長されている請求項４に記載の熱伝達装置。
【請求項６】
第１の分離壁（２３）は、流体入口（８）から第１及び第２の流体部分入口（１７，１８）間で、熱伝達装置（１）内を主流れ方向に、該熱伝達装置の、前記流体入口（８）と相対する側の端部（１０）の前まで延びており、第２の分離壁（２４）は、流体出口（９）から第１及び第２の流体部分出口（１９，２０）間で、熱伝達装置（１）内を主流れ方向に、該熱伝達装置の、前記流体出口（９）と相対する側の端部（１０）の前まで延びており、第１及び第２の遮断装置（２７，２８）はフラップとして形成されていて、かつ前記熱伝達装置（１）の互いに相対する各端部でそれぞれ前記第１の分離壁（２３）と前記第２の分離壁（２４）との間に配置されており、この場合に前記両方の遮断装置（２７，２８）は両方の切り換え位置で互いに垂直を成すように配置されている請求項２から５のいずれか１項に記載の熱伝達装置。
【請求項７】
第１の分離壁（２９）は流体入口（８）から第１及び第２の流体部分入口（１７，１８）間を主流れ方向で第２の流体部分出口（２０）の前までＵ字形に延びており、第２の分離壁（３０）は流体出口（９）から第１及び第２の流体部分出口（１９，２０）間を主流れ方向で第１の流体部分入口（１７）の前までＵ字形に延びており、この場合に第１及び第２の遮断装置（３１，３２）はフラップとして形成されており、前記第１の遮断装置（３１）によって前記第１の流体部分入口（１７）を閉鎖し、かつ前記第２の遮断装置（３２）によって前記第２の流体部分出口（２０）を閉鎖するようになっており、この場合に前記第１及び第２の遮断装置（３１，３２）は互いに同時に開かれ若しくは互いに同時に閉じられるようになっている請求項２から５のいずれか１項に記載の熱伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝達装置であって、冷却媒体用の通路及び冷却すべき流体用の通路を備えており、前記冷却媒体用の通路と前記冷却すべき流体用の通路とは壁によって互いに仕切られており、前記壁は該壁から前記通路の少なくともいずれか一方の通路内へ延びるひれを有している形式のものに関する。
【０００２】
前記形式の熱伝達装置若しくは熱伝達ユニットは、例えば内燃機関の排気ガス系内での排気ガス冷却のために用いられる。この場合にひれ（冷却ひれ又はフィン）は通常は、冷却すべき流体用の通路、つまり冷却すべき流体によって貫流される通路内へ突出している。ひれを熱伝達装置の相対する両方の側から通路内へ突出させてなる構成も、ひれを熱伝達装置（若しくは冷却装置）の一方の側からのみ通路内へ突出させてなる構成もある。この場合にひれは、種々の形状を有し、かつ主流れの方向に一体的に延びていてよく、若しくは複数の個別のひれ若しくはリブとして形成されていてよく、またピン状のひれ、管状のひれや翼形のひれも知られている。
【０００３】
冷却媒体用の通路、つまり冷却媒体によって貫流される通路（換言すれば、冷却媒体が通路内を貫流する）は、冷却すべき流体用の通路内に配置されていてよく、或いは横断面で見て、冷却すべき流体用の通路を取り囲んでいてよく、換言すれば、冷却すべき流体用の通路を冷却媒体用の通路内に配置してあってもよい。
【０００４】
内燃機関において、熱伝達装置（冷却装置若しくは熱交換装置）は例えば空気冷却、排気ガス冷却、オイル冷却若しくは潤滑油冷却のために用いられる。過給空気クーラーは、内燃機関温度、ひいては発生する酸化窒素を減少させるために用いられ、排気ガスクーラー（排ガス熱交換器）は車内空調用の空気の急速な加熱のために用いられ、若しくは排気ガス系内で触媒へ流れる排気ガスの温度を減少させるために用いられる。排気ガス戻し通路内では、排気ガスクーラーを用いて排気ガス温度、ひいてはエンジン内の燃焼温度を低下させ、これによって有害物質エミッションを減少させるようになっている。内燃機関において冷却媒体としては一般的に冷却水を用いてある。
【０００５】
内燃機関の排気ガス戻し装置（排気ガス戻し機構）内に配置される熱伝達装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０１９５５４Ａ１号明細書により公知であり、内部に排気ガスによってＵ字形に貫流（流過）される通路を有しており、該通路は全横断面にわたって、冷却媒体用の通路によって取り囲まれている。該熱伝達装置は、複数構造のダイカスト製クーラーとして形成されており、このようなダイカスト製クーラーは複数の分割面を有しているものである。
【０００６】
前記形式の熱伝達装置（熱交換器）においては、熱伝達の高い効率並びに過熱防止若しくは沸騰防止を達成することが必要である。さらに熱伝達装置における圧力損失はできるだけ小さく保たれたい。
【０００７】
公知の熱伝達装置は、流過量及び温度差の小さい場合にのみ小さい冷却出力及び冷却効率を生ぜしめるようになっている。しかしながら特に排気ガス戻しの領域では、有害物質エミッションのさらなる減少を求められており、流過量の大きい場合にも小さい場合にも高い冷却出力（高い冷却能力）若しくは高い効率並びに小さい圧力損失を達成する必要がある。
【０００８】
本発明の課題は、熱伝導装置を改善して、広い流過量及び温度領域にわたって高い冷却出力若しくは高い効率を達成すると共に、圧力損失をできるだけ小さく保つことである。
【０００９】
前記課題を解決するために本発明の構成では、冷却すべき流体用の通路は、有利には同一の側に１つの流体入口並びに１つの流体出口を有しており、この場合に、前記冷却すべき流体用の通路（流路）は、流れ方向へ延びる１つの分離壁によって、第１の流体部分入口若しくは第２の流体部分入口、並びに第１の流体部分出口若しくは第２の流体部分出口を有する第１及び第２の部分通路に分割されており（換言すれば、分離壁によって第１の部分通路と第２の部分通路とに分割されており、第１の部分通路は第１の流体部分入口並びに第１の流体部分出口を有し、第２の部分通路は第２の流体部分入口並びに第２の流体部分出口を有しており）、前記少なくとも第１の流体入口は、遮断装置によって閉鎖されるようになっている。
【００１０】
本発明により、二段式若しくは複流式の熱伝達装置を形成してあり、該熱伝達装置は、小さい流過量及び冷却媒体に対する比較的低い温度差の場合にも高い冷却出力若しくは高い冷却率を達成し、それというのは、流れの横断面を減少させていることによりクーラー内の高い流れ速度を達成しているからである。
【００１１】
本発明の有利な実施態様では、熱伝達装置は、冷却すべき流体用の通路の流体入口と流体出口とを仕切るための１つの壁を有しており、該壁は、熱伝達装置の、前記流体入口及び流体出口と相対する側（反対側）の端部の前まで延びており（つまり、流体入口及び流体出口と相対する側の端部に向かって延びていて、該端部に対して所定の距離を置いて終わっており）、これによって熱伝達装置は、少なくとも第１の遮断装置の開かれた状態で流体によってＵ字形に貫流されるようになっている。このような構成は、熱伝達装置の軸線方向の必要な寸法を減少させており、これにより熱伝達装置は小さい寸法で、つまり小型に形成されるようになっている。
【００１２】
有利には、熱伝達装置内に２つの遮断装置を配置してあり、第１の流体部分入口を第１の遮断装置によって閉鎖した場合に、第２の遮断装置は、熱伝達装置内の流体のための冷却路（流体経路）の距離を延長するように切り換えられている。このことは、２つの遮断装置（開閉装置）を、熱伝達装置が、２つの遮断装置のうちの第２の遮断装置によって部分的に逆の方向に貫流されるように配置してあることを意味している。つまり、冷却すべき流体は、２つの遮断装置のうちの第２の遮断装置の閉鎖によって熱伝達装置内を部分的に逆の方向に流されるようになっている。このような手段は、有効な冷却路を延長して、温度が低くかつ流過量が小さい場合の効率を高めるようになっているのに対して、閉鎖装置を開いた状態では、公知技術のクーラーと同等の良好な効率を、小さい圧力損失で達成できるようになっている。
【００１３】
本発明の別の実施態様では、熱伝達装置は、２つの分離壁（仕切壁）を有しており、該両方の分離壁は、複数の遮断装置と次のように協働するようになっており、つまり全通路（冷却路）は前記遮断装置の両方の切り換え位置で流体によって貫流されるようになっており、この場合に前記通路の距離は該通路の横断面を狭めることによって延長されるようになっている。換言すれば、熱伝導装置内の両方の遮断装置は、分離壁間の開口部を開閉するようになっており、これによって分離壁間の各通路（経路）は流体入口と流体出口との間で互いに並列若しくは直列に接続されるようになっている。熱伝達装置内の流体の流れのための全横断面（全流過横断面）は、遮断装置を両方の切り換え位置に切り換えることによって、効率を高めるために用いられるようになっている。
【００１４】
有利には通路（冷却路）は、該通路の横断面を減少させる値とほぼ同じ値で延長され、すなわち該通路内の流体の流れのための横断面（流過横断面）を減少させるのとほぼ同じ尺度で延長されるようになっている。つまりこのことは、通路内の流体の流れのための横断面を半分にすることによって、通路（冷却路）の距離を二倍にすることを意味している。このことは、遮断装置を両方の切り換え位置に切り換えて熱伝達装置全体を利用することにより、つまり流れを複数回転向させる、即ち蛇行させることによって達成されるようになっている。
【００１５】
熱伝達装置内に形成されている熱伝達面全体の、遮断装置の両方の切り換え位置への切り換えに基づく利用は、特に次のような熱伝達装置によって達成され、つまり該熱伝達装置においては、第１の分離壁（仕切壁）は、流体入口から第１の流体部分入口と第２の流体部分入口との間で、熱伝達装置内を主流れ方向（厳密には主流れと平行な方向）に、該熱伝達装置の、前記流体入口と相対する側の端部の前まで延びており、第２の分離壁（仕切壁）は、流体出口から第１の流体部分出口と第２の流体部分出口との間で、熱伝達装置内を主流れ方向（厳密には主流れと平行な方向）に、該熱伝達装置の、前記流体出口と相対する側の端部の前まで延びており、第１及び第２の遮断装置はフラップ（開閉弁）として形成されていて、かつ前記熱伝達装置の互いに相対する各端部でそれぞれ前記第１の分離壁と前記第２の分離壁との間に配置されており、この場合に前記両方の遮断装置（フラップ若しくは開閉弁）は両方の各切り換え位置で互いに垂直を成すように配置されている。熱伝達装置（クーラー若しくは熱交換器）のこのような構成においては、第１の流体部分入口を閉じた状態では、流過横断面は半分に狭められるのに対して、通路（冷却路）の距離は二倍に延長されている。第１の流体部分入口を閉じた状態では、冷却すべき流体（流体質量流若しくは排気ガス）は、狭められた流過横断面を介して熱伝達装置内に流入せしめられ、第２の遮断装置の閉鎖に基づき、第１の分離壁の、流体入口とは逆の側（反対側）の端部を越えて１８０°にわたって転向させられ、次いで中央の壁（仕切壁）の、流体入口の側の端部を越えて１８０°にわたって転向させられ、さらに再び第２の分離壁の、流体入口とは逆の側（反対側）の端部を越えて１８０°にわたって転向させられた後に、流出するようになっている。
【００１６】
本発明の別の実施態様では、第１の分離壁は、流体入口から第１及び第２の流体部分入口間を主流れ方向で第２の流体部分出口の前までＵ字形に延びており（換言すれば、流体入口から第１の流体部分入口と第２の流体部分入口との間を主流れ方向と実質的に平行に熱伝達装置の端部に向かって延びて、次いでそこから再び主流れ方向と実質的に平行に流体出口に向かって延びており）、第２の分離壁は、流体出口から第１及び第２の流体部分出口間を主流れ方向で第１の流体部分入口の前までＵ字形に延びており（換言すれば、流体出口から第１の流体部分出口と第２の流体部分出口との間を主流れ方向と実質的に平行に熱伝達装置の端部に向かって延びて、次いでそこから再び主流れ方向と実質的に平行に流体入口に向かって延びており）、第１及び第２の遮断装置はフラップ（開閉弁）として形成されており、前記第１の遮断装置（フラップ）によって前記第１の流体部分入口を閉鎖し、かつ前記第２の遮断装置（フラップ）によって前記第２の流体部分出口を閉鎖するようになっており、この場合に前記第１及び第２の遮断装置（フラップ）は互いに並行して、つまり実質的に同時に開かれ若しくは閉じられるようになっている。このような構成により、第１の流体部分入口を閉じた場合に、流過横断面は三分の一に狭められるのに対して、通路（冷却路）の距離は三倍に延長されており、その結果、さらに小さい流過量若しくは流体質量流の場合に、長い冷却路（流路若しくは通路）及び狭い流過断面により極めて良好な冷却作用を達成するようになっている。第１の流体部分入口を開いた場合には、熱伝達装置内を流れる流体流の圧力損失は小さく保たれる。
【００１７】
本発明に基づく前述の熱伝達装置を特に内燃機関の排気ガス冷却に用いた場合には、熱伝達装置を貫流する排気ガス（流体）の流過量若しくは温度に依存することなしに、高い冷却効率若しくは高い冷却作用を達成することができる。高い流過量及び高い温度の場合には、高い冷却能力若しくは冷却作用を、小さい圧力損失で保証している。これによって、熱伝達装置の作業領域は拡大される。
【００１８】
次に本発明を図示の３つの実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は、本発明に基づく熱伝達装置の第１の実施例の縦断面図であり、
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図であり、
図３は、本発明に基づく熱伝達装置の第２の実施例の縦断面図であり、
図４は、本発明に基づく熱伝達装置の第３の実施例の縦断面図である。
【００１９】
図示の各実施例において、機能的に同じ構成部分には同一の符号を付けてある。
【００２０】
図１及び図２には、本発明に基づく熱伝達装置の第１の実施例を示してあり、該熱伝達装置は、有利には自動車用の排気ガス熱交換器として用いられる。熱伝達装置は、外側ケーシング２及び、該外側ケーシング内に配置された内側ケーシング３を備えており、該内側ケーシングは例えばダイカスト成形されていてよいものである。内側ケーシング３と外側ケーシング２との間には、通路４を画成（形成）してあり、該通路は、冷却すべき流体によって貫流（流過）されるようになっている。内側ケーシング３の内部に通路５を画成してあり、該通路は冷却媒体によって貫流（流過）されるようになっており、該通路の流入接続部６及び流出接続部７は図２に示してあり、図示の実施例では熱伝達装置の、流体入口８及び流体出口９とは反対側の端部１０に配置されている。冷却媒体によって流過される通路、つまり冷却媒体用の通路５は、横断面で見て環状の壁１１によって画成されており、該壁は、該壁の外側から冷却すべき流体用の通路４内へ延びるひれ１２を有し、換言すれば、該壁の外側にひれを一体成形されている。冷却すべき流体によって流過される通路４は、該通路の流体入口８が流体出口９と同じヘッド側（端部側）に配置されるように形成されており、これによって、冷却すべき流体は、前記流体入口及び流体出口と相対する側の端部１０の領域で１８０°転向されるようになっており、つまりＵ字状に流過するようになっている。端部１０の領域では、ひれ１２は、転向される流体の流れに沿って配置されている。
【００２１】
上述のＵ字状の流過を達成するために、流体入口８と流体出口９との間に、冷却すべき流体の流れの方向で冷却すべき流体用の通路４内を延びる１つの壁１３を設けてあり、該壁は、熱伝達装置１の、流体入口８と相対する側（反対側）の端部１０に対して所定の距離（間隔）を置いて終わっており、該距離は、流体入口８若しくは流体出口９の幅にほぼ相当しており、その結果、流動損失の発生は避けられ、端部１０の領域では流体の方向転換（転向）のみが行われるようになっている。壁１３の高さは、該壁が外側ケーシング２まで達するように規定されており、これによって、流体の横流れ並びに流体入口８から流体出口９への直接的な溢流は避けられるようになっている。
【００２２】
特に図１に示してあるように、ひれ１２は主流れ方向で見て、それぞれ列を成して互いに前後に並べて配置され、換言すれば主流れ方向にそれぞれ各列を成して互いに離間して配置されており、各一方の列のひれの終端部に続いて隣接の各他方の列のひれの始端部は始まっており（換言すれば、主流れ方向に対して垂直な方向で見て、各１つの列のひれの始端部は隣接の別の列のひれの終端部とほぼ合致しており）、つまり各他方の列のひれは隣接の各一方の列のひれに対してずらして配置され、図示の実施例では各他方の列のひれは隣接の各一方の列のひれ間に配置されている。ひれ１２のこのような配置によって、熱伝達装置内での流体の滞留時間（流過時間若しくは流過距離）は増大され、ひいては熱伝達装置の効率は高められ、それというのは冷却若しくは放熱すべき流体の邪魔されない直線的な流れは避けられている、つまり冷却すべき若しくは放熱すべき流体は蛇行して流されるからである。
【００２３】
本発明に基づき熱伝達装置は付加的に第１の分離壁１４を有しており、該分離壁は流体入口８から端部１０を経て流体出口９へＵ字形に延びている。分離壁１４は、図示の実施例では１つの通路４を２つの部分通路１５，１６に分割し、かつ流体入口８並びに流体出口９を、それぞれ互いにほぼ同じ大きさの２つの流体部分入口１７，１８並びに２つの流体部分出口１９，２０に分割している。第１の流体部分入口１７は、フラップ（開閉弁）によって形成された遮断装置２１によって開閉制御されるようになっており、遮断装置２１の回転軸２２は図示の実施例では外側ケーシング２の延長部に配置されている。遮断装置２１も分離壁１４ももちろん熱伝達装置１の全高さにわたって延びている。
【００２４】
熱伝達装置１を排気ガスクーラーとして用いる場合には、一般的に熱伝達装置１の前に排気ガス戻し弁を設けてあり、これによって種々の量の流体質量流若しくは排気ガス質量流を熱伝達装置１へ供給するようになっている。特に小さい排気ガス質量流及び排気ガスと冷却媒体との間の小さい温度差の場合に、通路の切り換え可能でない従来技術の熱伝達装置、つまり分離壁１４及び遮断装置２１を備えることのない熱伝動装置の冷却出力（冷却作用若しくは冷却効率）は極めて小さい。熱伝動装置１の本発明に基づく図示の実施例では、第１の流体部分入口１７は遮断装置２１によって閉じられ、その結果、全質量流は第２の流体部分入口１８を通って第２の流体部分出口２０へ流れるようになっている。つまり、通路の切り換え可能でない従来技術の熱伝達装置に比べて、半分の横断面だけを用いるようになっている。この場合に、圧力損失はわずかに高くなるものの、遮断装置２１の開かれた状態でかつ全流量の流過する場合に比べて流過量の小さいことに基づく小さくなっている。本発明に基づく熱伝達装置１の冷却出力、ひいては効率は、小さい流過量及び減少された横断面で、遮断されることのない通路から成る公知技術の熱伝達装置に比べて明らかに高くなっている。流体質量流の大きい場合には、遮断装置２１は開かれ、通路４の全横断面を冷却に用いて、過度に高い圧力損失を避けると共に、従来の良好な冷却作用を達成するようになっている。
【００２５】
別（第２）の実施例を図３に示してある。第１の実施例に比べて第２の実施例の熱伝達装置１には、２つの分離壁２３，２４を配置してあり、この場合に第１の分離壁２３は流体入口８から熱伝達装置１の相対する端部１０に向かって延びており、第２の分離壁２４は流体出口９から熱伝達装置１の相対する端部１０に向かって延びている。両方の分離壁２３，２４は、熱伝達装置１の端部１０に対して所定の十分な間隔を置いて終わっており、これによって、一方の流体部分入口１７，１８の閉鎖に際して、分離壁２３，２４の端部と外側ケーシング２との間に流体の流過のための十分な横断面を生ぜしめるようになっている。
【００２６】
両方の分離壁２３，２４の各端部間で壁１３の延長線上に回転軸２５，２６を配置してあり、該回転軸にそれぞれ遮断装置としてのフラップ２７，２８を支承してある。フラップ２７，２８の幅は、両方の分離壁２３，２４間の間隔に相当している。さらに、壁１３の端部と回転軸２５，２６との間の間隔は、それぞれフラップ２７，２８の幅の半分に相当しており、これによって第１のフラップ２７は該フラップの第１の位置で第１の流体部分入口１７並びに第１の流体部分出口１９を遮断（閉鎖）するようになっているのに対して、第２のフラップ２８は該フラップの第１の位置で第１のフラップ２７に対して９０°ずらされ、つまり回動させられていて、幅方向の一方の端部でもって壁３と接触し、かつ幅方向の他方の端部でもって外側ケーシング２と接触している。第１のフラップ２７は該フラップの第２の位置では両方の端部でもって分離壁２３，２４に当接するようになっている。
【００２７】
第１の閉鎖装置２７を、該閉鎖装置が両方の分離壁２３，２４と接触する位置に移した状態では、第１の流体部分入口１７は閉じられている。これによって流体質量流は第２の流体部分入口１８を経て部分通路１６内に流入して、そこから熱伝達装置１の相対する端部１０に達するようになっている。今や、第２の遮断装置２８は該遮断装置の前記第１の位置では、壁１３の延長部（延長線上の部分）を越えて流れる流体質量流を阻止している。結果として、流体質量流は１８０°にわたって転向させられ、分離壁２３の端部を越えて部分通路１５内に達して、該部分通路内を流過して逆の方向に、つまり第１の流体入口の方向に向けて導かれるようになっている。流出は第１の遮断装置２７によって阻止されており、したがって再び流体質量流は、第１の流体部分出口１９と接続する第１の部分通路１５の領域内へ転向させられ、再び熱伝達装置の相対する端部１０に向かって流れ、そこで再び第２の流体部分出口２０に向けて転向させられ、そこから流出させられるようになっている。
【００２８】
遮断装置２７，２８の前述の一方の位置（切り換え位置）では、熱伝達装置内に形成（画定）された流れ横断面を半分にしてある、つまり二分割してあることに基づき、全体の流れ距離（流路距離）を二倍にしている。これによって冷却作用は明らかに高められており、それというのは前記状態では、設けられたすべての熱交換面を活用するようになっているからである。
【００２９】
両方の遮断装置２７，２８の他方（逆）の位置では、第１のフラップ２７の面は壁１３の延長線上にあり、その結果、両方の流体部分入口１７，１８は開かれている。これによって、流体は流体入口８から両方の部分通路１５，１６内に流入する。第２のフラップ２８は部分通路１５から部分通路１６への流れを阻止しており、したがって両方の部分通路１５，１６は、流体によってＵ字形にかつ互いに並行に貫流（流過）されるようになっている。第１の流体部分入口１７からは流れは第１の流体部分出口１９へ行われ、第２の流体部分入口１８からは、流体は第２の流体部分出口２０へ流れる。このような切り換え位置は、質量流の流過量の大きい場合に選ばれる。
【００３０】
図４はさらに別の実施例の熱伝達装置１を示しており、該熱伝達装置には２つの分離壁２９，３０及び２つの遮断装置３１，３２を設けてある。この場合に、第１の分離壁２９は流体入口８から流体出口９に向かってＵ字形に延びていて、流体出口９に対して所定の間隔を置いて終わっており、該間隔は、実施例ではフラップにより形成された遮断装置３２の幅の半分に相当している。第２の分離壁３０は、流体出口９から流体入口８に向かってＵ字形に、前記第１の分離壁に対して並列に延びていて、同様に流体入口８に対して所定の間隔を置いて終わっており、該間隔は、実施例ではフラップにより形成された遮断装置３１の幅の半分に相当している。両方の分離壁２９，３０は、流体入口８及び流体出口９がその横断面（流過断面）若しくは幅をほぼ三等分されるように、配置されている。
【００３１】
遮断装置３１，３２は回転軸３３，３４に配置されており、該回転軸は分離壁２９，３０の端部の延長線上で流体部分入口１７，１８若しくは流体部分出口１９，２０の領域に配置されている。
【００３２】
両方の遮断装置のフラップ３１，３２の閉鎖位置では、つまりフラップ３１を分離壁２９並びに壁１３に接触させ、かつフラップ３２を分離壁３０並びに外側ケーシング２に接触させた場合に、流体質量流は、第２の流体部分入口１８を経て熱伝達装置１内に達し、かつ外側ケーシング２と第１の分離壁２９との間をＵ字形に第２の遮断装置３２まで流れ、そこで第１の分離壁２９の端部の領域で転向されて、再び逆の方向に第１の流体部分入口１７に向かってＵ字形に分離壁２９，３０間を流れるようになっている。流体の流路は、第１の流体部分入口１７の閉鎖に基づき再び分離壁３０の端部の領域で転向されており、これによって流体質量流は壁１３と分離壁３０との間を同じくＵ字形に第１の開いた流体部分出口１９に向かって流過するようになっている。通路の横断面を三分割することによって冷却経路を三倍にしてある。
【００３３】
遮断装置３１，３２の開かれた状態では、つまりフラップの面を分離壁２９，３０の延長線上に位置決めした場合に、換言するとフラップの幅方向を分離壁の延長線の方向に向けた場合には、流体質量流は通路の全横断面で流体入口８から流体出口９へＵ字形に流れるようになっており、これによって流過量の大きい場合の過度な圧力損失を確実に避けるようになっている。
【００３４】
本発明は図示の実施例に限定されるものではない。流体入口と流体出口とをそれぞれ、熱伝達装置の相対する各端部に配置することも可能である。冷却媒体は、内部を貫流させるのではなく、熱伝達装置内を循環若しくは迂回させられ、例えば蛇行して流過させられるようになっていてよい。熱伝達装置内に画定された横断面の一部分を閉鎖することが可能であり、これによって全熱交換面を用いることができるようになっている。遮断装置として、フラップの他に別の部材若しくは構成要素を用いることも可能である。熱伝達装置はダイカスト成形のものに限定されるものではなく、本発明は、別の手段で成形された熱伝達装置にも用いられるものである。図示の実施例の熱伝達装置は、広い流過量及び温度領域にわたって極めて高い冷却能力及び冷却効率で使用される。この場合に圧力損失も小さく保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の熱伝達装置の第１の実施例の縦断面図
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図
【図３】本発明の熱伝達装置の第２の実施例の縦断面図
【図４】本発明の熱伝達装置の第３の実施例の縦断面図
【符号の説明】
【００３６】
２  外側ケーシング、  ３  内側ケーシング、  ４，５  通路、  ６  流入接続部、  ７  流出接続部、  ８  流体入口、  ９  流体出口、  １０  端部、  １１  壁、  １２  ひれ、  １３  壁、  １４  分離壁、  １５，１６  部分通路、  １７，１８  流体部分入口、  １９，２０  流体部分出口、  ２１  遮断装置、  ２２  回転軸、  ２３，２４  分離壁、  ２５，２６  回転軸、  ２７，２８  遮断装置、  ２９，３０  分離壁、  ３１，３２  遮断装置、  ３３，３４  回転軸
【図１】
2009529650.tif 000003
【図２】
2009529650.tif 000004
【図３】
2009529650.tif 000005
【図４】
2009529650.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月12日(2008.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝達装置であって、冷却媒体用の通路（５）及び冷却すべき流体用の通路（４）を備えており、前記冷却媒体用の通路と前記冷却すべき流体用の通路とは壁（１１）によって互いに仕切られており、前記壁は該壁から前記通路（４，５）の少なくとも一方の通路内へ延びるひれ（１２）を有している形式のものにおいて、冷却すべき流体用の通路（１４）は、１つの流体入口（８）並びに１つの流体出口（９）を有しており、この場合に、前記冷却すべき流体用の通路（１４）は、流れ方向へ延びる分離壁（１４；２３，２４；２９，３０）によって、第１の流体部分入口（１７）若しくは第２の流体部分入口（１８）、並びに第１の流体部分出口（１９）若しくは第２の流体部分出口（２０）を有する第１及び第２の部分通路（１５，１６）に分割されており、前記前記少なくとも第１の流体入口（１７）は、遮断装置（２１；２７；３１）によって閉鎖されるようになっており、熱伝達装置（１）は、冷却すべき流体用の通路の流体入口（８）と流体出口（９）とを仕切るための１つの壁（１３）を有しており、該壁は、熱伝達装置（１）の、前記流体入口（８）及び流体出口（９）と相対する側の端部（１０）の前まで延びており、これによって熱伝達装置（１）は、前記第１の遮断装置（２１；２７；３１）の開かれた状態で流体によってＵ字形に貫流され、かつ前記第１の遮断装置（２１；２７；３１）の閉じられた状態で流体によって少なくとも部分的にＵ字形に貫流されるようになっていることを特徴とする、熱伝達装置。
【請求項２】
熱伝達装置（１）内に２つの遮断装置（２７，２８；３１，３２）を配置してあり、第１の流体部分入口（１７）を第１の遮断装置（２７；３１）によって閉鎖した場合に、第２の遮断装置（２８；３２）は、熱伝達装置（１）内の流体のための冷却路の距離を延長するように切り換えられている請求項１に記載の熱伝達装置。
【請求項３】
熱伝達装置（１）は、２つの分離壁（２３，２４；２９，３０）を有しており、該両方の分離壁は、遮断装置（２７，２８；３１，３２）と次のように協働するようになっており、つまり全通路（４）は前記遮断装置（２７，２８；３１，３２）の両方の切り換え位置で流体によって貫流されるようになっており、この場合に前記通路の距離は該通路の横断面を狭めることによって延長されるようになっている請求項２に記載の熱伝達装置。
【請求項４】
通路の距離は、該通路の横断面を減少させる値と同じ値で延長されている請求項３に記載の熱伝達装置。
【請求項５】
第１の分離壁（２３）は、流体入口（８）から第１及び第２の流体部分入口（１７，１８）間で、熱伝達装置（１）内を主流れ方向に、該熱伝達装置の、前記流体入口（８）と相対する側の端部（１０）の前まで延びており、第２の分離壁（２４）は、流体出口（９）から第１及び第２の流体部分出口（１９，２０）間で、熱伝達装置（１）内を主流れ方向に、該熱伝達装置の、前記流体出口（９）と相対する側の端部（１０）の前まで延びており、第１及び第２の遮断装置（２７，２８）はフラップとして形成されていて、かつ前記熱伝達装置（１）の互いに相対する各端部でそれぞれ前記第１の分離壁（２３）と前記第２の分離壁（２４）との間に配置されており、この場合に前記両方の遮断装置（２７，２８）は両方の切り換え位置で互いに垂直を成すように配置されている請求項２から４のいずれか１項に記載の熱伝達装置。
【請求項６】
第１の分離壁（２９）は流体入口（８）から第１及び第２の流体部分入口（１７，１８）間を主流れ方向で第２の流体部分出口（２０）の前までＵ字形に延びており、第２の分離壁（３０）は流体出口（９）から第１及び第２の流体部分出口（１９，２０）間を主流れ方向で第１の流体部分入口（１７）の前までＵ字形に延びており、この場合に第１及び第２の遮断装置（３１，３２）はフラップとして形成されており、前記第１の遮断装置（３１）によって前記第１の流体部分入口（１７）を閉鎖し、かつ前記第２の遮断装置（３２）によって前記第２の流体部分出口（２０）を閉鎖するようになっており、この場合に前記第１及び第２の遮断装置（３１，３２）は互いに同時に開かれ若しくは互いに同時に閉じられるようになっている請求項２から４のいずれか１項に記載の熱伝達装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝達装置であって、冷却媒体用の通路及び冷却すべき流体用の通路を備えており、前記冷却媒体用の通路と前記冷却すべき流体用の通路とは壁によって互いに仕切られており、前記壁は該壁から前記通路の少なくともいずれか一方の通路内へ延びるひれを有している形式のものに関する。
【０００２】
前記形式の熱伝達装置若しくは熱伝達ユニットは、例えば内燃機関の排ガス系内での排ガス冷却のために用いられる。この場合にひれ（冷却ひれ又はフィン）は通常は、冷却すべき流体用の通路、つまり冷却すべき流体によって貫流される通路内へ突出している。ひれを熱伝達装置の相対する両方の側から通路内へ突出させてなる構成も、ひれを熱伝達装置（若しくは冷却装置）の一方の側からのみ通路内へ突出させてなる構成もある。この場合にひれは、種々の形状を有し、かつ主流れの方向に一体的に延びていてよく、若しくは複数の個別のひれ若しくはリブとして形成されていてよく、またピン状のひれ、管状のひれや翼形のひれも知られている。
【０００３】
冷却媒体用の通路、つまり冷却媒体によって貫流される通路（換言すれば、冷却媒体が通路内を貫流する）は、冷却すべき流体用の通路内に配置されていてよく、或いは横断面で見て、冷却すべき流体用の通路を取り囲んでいてよく、換言すれば、冷却すべき流体用の通路を冷却媒体用の通路内に配置してあってもよい。
【０００４】
内燃機関において、熱伝達装置（冷却装置若しくは熱交換装置）は例えば空気冷却、排ガス冷却、オイル冷却若しくは潤滑油冷却のために用いられる。過給空気クーラーは、内燃機関温度、ひいては発生する酸化窒素を減少させるために用いられ、排ガスクーラー（排ガス熱交換器）は車内空調用の空気の急速な加熱のために用いられ、若しくは排ガス系内で触媒へ流れる排気ガスの温度を減少させるために用いられる。排ガス戻し通路内では、排ガスクーラーを用いて排ガス温度、ひいてはエンジン内の燃焼温度を低下させ、これによって有害物質エミッションを減少させるようになっている。内燃機関において冷却媒体としては一般的に冷却水を用いてある。
【０００５】
内燃機関の排ガス戻し装置（排ガス戻し機構）内に配置される熱伝達装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０１９５５４Ａ１号明細書により公知であり、内部に排ガスによってＵ字形に貫流（流過）される通路を有しており、該通路は全横断面にわたって、冷却媒体用の通路によって取り囲まれている。該熱伝達装置は、複数構造のダイカスト製クーラーとして形成されており、このようなダイカスト製クーラーは複数の分割面を有しているものである。
【０００６】
前記形式の熱伝達装置（熱交換器）においては、熱伝達の高い効率並びに過熱防止若しくは沸騰防止を達成することが必要である。さらに熱伝達装置における圧力損失はできるだけ小さく保たれたい。
【０００７】
特開昭６０−５０２２５号公報には、過給気用クーラ（インナークーラー）を記載してあり、この場合にクーラー内の流れは２つのフラップ（開閉弁）によって変えられるようになっている。フラップの開かれた場合には、クーラーは給気によって全横断面で１つの方向に貫流されるのに対して、フラップの閉じられた場合には、クーラーは、隔壁で三分割された横断面により三倍の長さにわたって貫流されるようになっている。このような構造のクーラーは大きな構成スペースを必要としている。
【０００８】
公知の熱伝達装置は、流過量及び温度差の小さい場合にのみ小さい冷却出力及び冷却効率を生ぜしめるようになっている。しかしながら特に排ガス戻しの領域では、有害物質エミッションのさらなる減少を求められており、流過量の大きい場合にも小さい場合にも高い冷却出力（高い冷却能力）若しくは高い効率並びに小さい圧力損失を達成する必要がある。
【０００９】
本発明の課題は、熱伝導装置を改善して、広い流過量及び温度領域にわたって高い冷却出力若しくは高い効率を達成すると共に、圧力損失をできるだけ小さく保つことである。
【００１０】
前記課題を解決するために本発明の構成では、冷却すべき流体用の通路は、１つの流体入口並びに１つの流体出口を有しており、この場合に、前記冷却すべき流体用の通路（経路又は流路）は、流れ方向へ延びる１つの分離壁によって、第１の流体部分入口若しくは第２の流体部分入口、並びに第１の流体部分出口若しくは第２の流体部分出口を有する第１及び第２の部分通路に分割されており（換言すれば、分離壁によって第１の部分通路と第２の部分通路とに分割されており、第１の部分通路は第１の流体部分入口並びに第１の流体部分出口を有し、第２の部分通路は第２の流体部分入口並びに第２の流体部分出口を有しており）、前記少なくとも第１の流体入口は、少なくとも１つの遮断装置によって閉鎖されるようになっており、熱伝達装置は、冷却すべき流体用の通路の流体入口と流体出口とを仕切るための１つの壁を有しており、該壁は、熱伝達装置の、前記流体入口及び流体出口と相対する側（反対側）の端部の前まで延びており（つまり、流体入口及び流体出口と相対する側の端部に向かって延びていて、該端部に対して所定の距離を置いて終わっており）、これによって熱伝達装置は、前記第１の遮断装置の開かれた状態で流体によってＵ字形に貫流（流過）され、かつ前記第１の遮断装置の閉じられた状態で流体によって少なくとも部分的にＵ字形に貫流されるようになっている。
【００１１】
本発明により、二段式若しくは複流式の熱伝達装置を形成してあり、該熱伝達装置は、小さい流過量及び冷却媒体に対する比較的低い温度差の場合にも高い冷却出力若しくは高い冷却率を達成し、それというのは、流れの横断面を減少させていることによりクーラー内の高い流れ速度を達成しているからである。本発明の上記構成は、熱伝達装置の軸線方向の必要な寸法を減少させており、これにより熱伝達装置は小さい寸法で、つまり小型に形成されるようになっている。
【００１２】
有利には、熱伝達装置内に２つの遮断装置を配置してあり、第１の流体部分入口を第１の遮断装置によって閉鎖した場合に、第２の遮断装置は、熱伝達装置内の流体のための冷却路（流体経路）の距離を延長するように切り換えられている。このことは、２つの遮断装置（開閉装置）を、熱伝達装置が、２つの遮断装置のうちの第２の遮断装置によって部分的に逆の方向に貫流されるように配置してあることを意味している。つまり、冷却すべき流体は、２つの遮断装置のうちの第２の遮断装置の閉鎖によって熱伝達装置内を部分的に逆の方向に流されるようになっている。このような手段は、有効な冷却路を延長して、温度が低くかつ流過量が小さい場合の効率を高めるようになっているのに対して、閉鎖装置を開いた状態では、公知技術のクーラーと同等の良好な効率を、小さい圧力損失で達成できるようになっている。
【００１３】
本発明の別の実施態様では、熱伝達装置は、２つの分離壁（仕切壁）を有しており、該両方の分離壁は、複数の遮断装置と次のように協働するようになっており、つまり全通路（冷却路）は前記遮断装置の両方の切り換え位置で流体によって貫流されるようになっており、この場合に前記通路の距離は該通路の横断面を狭めることによって延長されるようになっている。換言すれば、熱伝導装置内の両方の遮断装置は、分離壁間の開口部を開閉するようになっており、これによって分離壁間の各通路（経路）は流体入口と流体出口との間で互いに並列若しくは直列に接続されるようになっている。熱伝達装置内の流体の流れのための全横断面（全流過横断面）は、遮断装置を両方の切り換え位置に切り換えることによって、効率を高めるために用いられるようになっている。
【００１４】
有利には通路（冷却路）は、該通路の横断面を減少させる値とほぼ同じ値で延長され、すなわち該通路内の流体の流れのための横断面（流過横断面）を減少させるのとほぼ同じ尺度で延長されるようになっている。つまりこのことは、通路内の流体の流れのための横断面を半分にすることによって、通路（冷却路）の距離を二倍にすることを意味している。このことは、遮断装置を両方の切り換え位置に切り換えて熱伝達装置全体を利用することにより、つまり流れを複数回転向させる、即ち蛇行させることによって達成されるようになっている。
【００１５】
熱伝達装置内に形成されている熱伝達面全体の、遮断装置の両方の切り換え位置への切り換えに基づく利用は、特に次のような熱伝達装置によって達成され、つまり該熱伝達装置においては、第１の分離壁（仕切壁）は、流体入口から第１の流体部分入口と第２の流体部分入口との間で、熱伝達装置内を主流れ方向（厳密には主流れと平行な方向）に、該熱伝達装置の、前記流体入口と相対する側の端部の前まで延びており、第２の分離壁（仕切壁）は、流体出口から第１の流体部分出口と第２の流体部分出口との間で、熱伝達装置内を主流れ方向（厳密には主流れと平行な方向）に、該熱伝達装置の、前記流体出口と相対する側の端部の前まで延びており、第１及び第２の遮断装置はフラップ（開閉弁）として形成されていて、かつ前記熱伝達装置の互いに相対する各端部でそれぞれ前記第１の分離壁と前記第２の分離壁との間に配置されており、この場合に前記両方の遮断装置（フラップ若しくは開閉弁）は両方の各切り換え位置で互いに垂直を成すように配置されている。熱伝達装置（クーラー若しくは熱交換器）のこのような構成においては、第１の流体部分入口を閉じた状態では、流過横断面は半分に狭められるのに対して、通路（冷却路）の距離は二倍に延長されている。第１の流体部分入口を閉じた状態では、冷却すべき流体（流体質量流若しくは排気ガス）は、狭められた流過横断面を介して熱伝達装置内に流入せしめられ、第２の遮断装置の閉鎖に基づき、第１の分離壁の、流体入口とは逆の側（反対側）の端部を越えて１８０°にわたって転向させられ、次いで中央の壁（仕切壁）の、流体入口の側の端部を越えて１８０°にわたって転向させられ、さらに再び第２の分離壁の、流体入口とは逆の側（反対側）の端部を越えて１８０°にわたって転向させられた後に、流出するようになっている。
【００１６】
本発明の別の実施態様では、第１の分離壁は、流体入口から第１及び第２の流体部分入口間を主流れ方向で第２の流体部分出口の前までＵ字形に延びており（換言すれば、流体入口から第１の流体部分入口と第２の流体部分入口との間を主流れ方向と実質的に平行に熱伝達装置の端部に向かって延びて、次いでそこから再び主流れ方向と実質的に平行に流体出口に向かって延びており）、第２の分離壁は、流体出口から第１及び第２の流体部分出口間を主流れ方向で第１の流体部分入口の前までＵ字形に延びており（換言すれば、流体出口から第１の流体部分出口と第２の流体部分出口との間を主流れ方向と実質的に平行に熱伝達装置の端部に向かって延びて、次いでそこから再び主流れ方向と実質的に平行に流体入口に向かって延びており）、第１及び第２の遮断装置はフラップ（開閉弁）として形成されており、前記第１の遮断装置（フラップ）によって前記第１の流体部分入口を閉鎖し、かつ前記第２の遮断装置（フラップ）によって前記第２の流体部分出口を閉鎖するようになっており、この場合に前記第１及び第２の遮断装置（フラップ）は互いに並行して、つまり実質的に同時に開かれ若しくは閉じられるようになっている。このような構成により、第１の流体部分入口を閉じた場合に、流過横断面は三分の一に狭められるのに対して、通路（冷却路）の距離は三倍に延長されており、その結果、さらに小さい流過量若しくは流体質量流の場合に、長い冷却路（流路若しくは通路）及び狭い流過断面により極めて良好な冷却作用を達成するようになっている。第１の流体部分入口を開いた場合には、熱伝達装置内を流れる流体流の圧力損失は小さく保たれる。
【００１７】
本発明に基づく前述の熱伝達装置を特に内燃機関の排気ガス冷却に用いた場合には、熱伝達装置を貫流する排気ガス（流体）の流過量若しくは温度に依存することなしに、高い冷却効率若しくは高い冷却作用を達成することができる。高い流過量及び高い温度の場合には、高い冷却能力若しくは冷却作用を、小さい圧力損失で保証している。これによって、熱伝達装置の作業領域は拡大される。
【００１８】
次に本発明を図示の３つの実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は、本発明に基づく熱伝達装置の第１の実施例の縦断面図であり、
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図であり、
図３は、本発明に基づく熱伝達装置の第２の実施例の縦断面図であり、
図４は、本発明に基づく熱伝達装置の第３の実施例の縦断面図である。
【００１９】
図示の各実施例において、機能的に同じ構成部分には同一の符号を付けてある。
【００２０】
図１及び図２には、本発明に基づく熱伝達装置の第１の実施例を示してあり、該熱伝達装置は、有利には自動車用の排気ガス熱交換器として用いられる。熱伝達装置は、外側ケーシング２及び、該外側ケーシング内に配置された内側ケーシング３を備えており、該内側ケーシングは例えばダイカスト成形されていてよいものである。内側ケーシング３と外側ケーシング２との間には、通路４を画成（形成）してあり、該通路は、冷却すべき流体によって貫流（流過）されるようになっている。内側ケーシング３の内部に通路５を画成してあり、該通路は冷却媒体によって貫流（流過）されるようになっており、該通路の流入接続部６及び流出接続部７は図２に示してあり、図示の実施例では熱伝達装置の、流体入口８及び流体出口９とは反対側の端部１０に配置されている。冷却媒体によって流過される通路、つまり冷却媒体用の通路５は、横断面で見て環状の壁１１によって画成されており、該壁は、該壁の外側から冷却すべき流体用の通路４内へ延びるひれ１２を有し、換言すれば、該壁の外側にひれを一体成形されている。冷却すべき流体によって流過される通路４は、該通路の流体入口８が流体出口９と同じヘッド側（端部側）に配置されるように形成されており、これによって、冷却すべき流体は、前記流体入口及び流体出口と相対する側の端部１０の領域で１８０°転向されるようになっており、つまりＵ字状に流過するようになっている。端部１０の領域では、ひれ１２は、転向される流体の流れに沿って配置されている。
【００２１】
上述のＵ字状の流過を達成するために、流体入口８と流体出口９との間に、冷却すべき流体の流れの方向で冷却すべき流体用の通路４内を延びる１つの壁１３を設けてあり、該壁は、熱伝達装置１の、流体入口８と相対する側（反対側）の端部１０に対して所定の距離（間隔）を置いて終わっており、該距離は、流体入口８若しくは流体出口９の幅にほぼ相当しており、その結果、流動損失の発生は避けられ、端部１０の領域では流体の方向転換（転向）のみが行われるようになっている。壁１３の高さは、該壁が外側ケーシング２まで達するように規定されており、これによって、流体の横流れ並びに流体入口８から流体出口９への直接的な溢流は避けられるようになっている。
【００２２】
特に図１に示してあるように、ひれ１２は主流れ方向で見て、それぞれ列を成して互いに前後に並べて配置され、換言すれば主流れ方向にそれぞれ各列を成して互いに離間して配置されており、各一方の列のひれの終端部に続いて隣接の各他方の列のひれの始端部は始まっており（換言すれば、主流れ方向に対して垂直な方向で見て、各１つの列のひれの始端部は隣接の別の列のひれの終端部とほぼ合致しており）、つまり各他方の列のひれは隣接の各一方の列のひれに対してずらして配置され、図示の実施例では各他方の列のひれは隣接の各一方の列のひれ間に配置されている。ひれ１２のこのような配置によって、熱伝達装置内での流体の滞留時間（流過時間若しくは流過距離）は増大され、ひいては熱伝達装置の効率は高められ、それというのは冷却若しくは放熱すべき流体の邪魔されない直線的な流れは避けられている、つまり冷却すべき若しくは放熱すべき流体は蛇行して流されるからである。
【００２３】
本発明に基づき熱伝達装置は付加的に第１の分離壁１４を有しており、該分離壁は流体入口８から端部１０を経て流体出口９へＵ字形に延びている。分離壁１４は、図示の実施例では１つの通路４を２つの部分通路１５，１６に分割し、かつ流体入口８並びに流体出口９を、それぞれ互いにほぼ同じ大きさの２つの流体部分入口１７，１８並びに２つの流体部分出口１９，２０に分割している。第１の流体部分入口１７は、フラップ（開閉弁）によって形成された遮断装置２１によって開閉制御されるようになっており、遮断装置２１の回転軸２２は図示の実施例では外側ケーシング２の延長部に配置されている。遮断装置２１も分離壁１４ももちろん熱伝達装置１の全高さにわたって延びている。
【００２４】
熱伝達装置１を排気ガスクーラーとして用いる場合には、一般的に熱伝達装置１の前に排気ガス戻し弁を設けてあり、これによって種々の量の流体質量流若しくは排気ガス質量流を熱伝達装置１へ供給するようになっている。特に小さい排気ガス質量流及び排気ガスと冷却媒体との間の小さい温度差の場合に、通路の切り換え可能でない従来技術の熱伝達装置、つまり分離壁１４及び遮断装置２１を備えることのない熱伝動装置の冷却出力（冷却作用若しくは冷却効率）は極めて小さい。熱伝動装置１の本発明に基づく図示の実施例では、第１の流体部分入口１７は遮断装置２１によって閉じられ、その結果、全質量流は第２の流体部分入口１８を通って第２の流体部分出口２０へ流れるようになっている。つまり、通路の切り換え可能でない従来技術の熱伝達装置に比べて、半分の横断面だけを用いるようになっている。この場合に、圧力損失はわずかに高くなるものの、遮断装置２１の開かれた状態でかつ全流量の流過する場合に比べて流過量の小さいことに基づく小さくなっている。本発明に基づく熱伝達装置１の冷却出力、ひいては効率は、小さい流過量及び減少された横断面で、遮断されることのない通路から成る公知技術の熱伝達装置に比べて明らかに高くなっている。流体質量流の大きい場合には、遮断装置２１は開かれ、通路４の全横断面を冷却に用いて、過度に高い圧力損失を避けると共に、従来の良好な冷却作用を達成するようになっている。
【００２５】
別（第２）の実施例を図３に示してある。第１の実施例に比べて第２の実施例の熱伝達装置１には、２つの分離壁２３，２４を配置してあり、この場合に第１の分離壁２３は流体入口８から熱伝達装置１の相対する端部１０に向かって延びており、第２の分離壁２４は流体出口９から熱伝達装置１の相対する端部１０に向かって延びている。両方の分離壁２３，２４は、熱伝達装置１の端部１０に対して所定の十分な間隔を置いて終わっており、これによって、一方の流体部分入口１７，１８の閉鎖に際して、分離壁２３，２４の端部と外側ケーシング２との間に流体の流過のための十分な横断面を生ぜしめるようになっている。
【００２６】
両方の分離壁２３，２４の各端部間で壁１３の延長線上に回転軸２５，２６を配置してあり、該回転軸にそれぞれ遮断装置としてのフラップ２７，２８を支承してある。フラップ２７，２８の幅は、両方の分離壁２３，２４間の間隔に相当している。さらに、壁１３の端部と回転軸２５，２６との間の間隔は、それぞれフラップ２７，２８の幅の半分に相当しており、これによって第１のフラップ２７は該フラップの第１の位置で第１の流体部分入口１７並びに第１の流体部分出口１９を遮断（閉鎖）するようになっているのに対して、第２のフラップ２８は該フラップの第１の位置で第１のフラップ２７に対して９０°ずらされ、つまり回動させられていて、幅方向の一方の端部でもって壁３と接触し、かつ幅方向の他方の端部でもって外側ケーシング２と接触している。第１のフラップ２７は該フラップの第２の位置では両方の端部でもって分離壁２３，２４に当接するようになっている。
【００２７】
第１の閉鎖装置２７を、該閉鎖装置が両方の分離壁２３，２４と接触する位置に移した状態では、第１の流体部分入口１７は閉じられている。これによって流体質量流は第２の流体部分入口１８を経て部分通路１６内に流入して、そこから熱伝達装置１の相対する端部１０に達するようになっている。今や、第２の遮断装置２８は該遮断装置の前記第１の位置では、壁１３の延長部（延長線上の部分）を越えて流れる流体質量流を阻止している。結果として、流体質量流は１８０°にわたって転向させられ、分離壁２３の端部を越えて部分通路１５内に達して、該部分通路内を流過して逆の方向に、つまり第１の流体入口の方向に向けて導かれるようになっている。流出は第１の遮断装置２７によって阻止されており、したがって再び流体質量流は、第１の流体部分出口１９と接続する第１の部分通路１５の領域内へ転向させられ、再び熱伝達装置の相対する端部１０に向かって流れ、そこで再び第２の流体部分出口２０に向けて転向させられ、そこから流出させられるようになっている。
【００２８】
遮断装置２７，２８の前述の一方の位置（切り換え位置）では、熱伝達装置内に形成（画定）された流れ横断面を半分にしてある、つまり二分割してあることに基づき、全体の流れ距離（流路距離）を二倍にしている。これによって冷却作用は明らかに高められており、それというのは前記状態では、設けられたすべての熱交換面を活用するようになっているからである。
【００２９】
両方の遮断装置２７，２８の他方（逆）の位置では、第１のフラップ２７の面は壁１３の延長線上にあり、その結果、両方の流体部分入口１７，１８は開かれている。これによって、流体は流体入口８から両方の部分通路１５，１６内に流入する。第２のフラップ２８は部分通路１５から部分通路１６への流れを阻止しており、したがって両方の部分通路１５，１６は、流体によってＵ字形にかつ互いに並行に貫流（流過）されるようになっている。第１の流体部分入口１７からは流れは第１の流体部分出口１９へ行われ、第２の流体部分入口１８からは、流体は第２の流体部分出口２０へ流れる。このような切り換え位置は、質量流の流過量の大きい場合に選ばれる。
【００３０】
図４はさらに別の実施例の熱伝達装置１を示しており、該熱伝達装置には２つの分離壁２９，３０及び２つの遮断装置３１，３２を設けてある。この場合に、第１の分離壁２９は流体入口８から流体出口９に向かってＵ字形に延びていて、流体出口９に対して所定の間隔を置いて終わっており、該間隔は、実施例ではフラップにより形成された遮断装置３２の幅の半分に相当している。第２の分離壁３０は、流体出口９から流体入口８に向かってＵ字形に、前記第１の分離壁に対して並列に延びていて、同様に流体入口８に対して所定の間隔を置いて終わっており、該間隔は、実施例ではフラップにより形成された遮断装置３１の幅の半分に相当している。両方の分離壁２９，３０は、流体入口８及び流体出口９がその横断面（流過断面）若しくは幅をほぼ三等分されるように、配置されている。
【００３１】
遮断装置３１，３２は回転軸３３，３４に配置されており、該回転軸は分離壁２９，３０の端部の延長線上で流体部分入口１７，１８若しくは流体部分出口１９，２０の領域に配置されている。
【００３２】
両方の遮断装置のフラップ３１，３２の閉鎖位置では、つまりフラップ３１を分離壁２９並びに壁１３に接触させ、かつフラップ３２を分離壁３０並びに外側ケーシング２に接触させた場合に、流体質量流は、第２の流体部分入口１８を経て熱伝達装置１内に達し、かつ外側ケーシング２と第１の分離壁２９との間をＵ字形に第２の遮断装置３２まで流れ、そこで第１の分離壁２９の端部の領域で転向されて、再び逆の方向に第１の流体部分入口１７に向かってＵ字形に分離壁２９，３０間を流れるようになっている。流体の流路は、第１の流体部分入口１７の閉鎖に基づき再び分離壁３０の端部の領域で転向されており、これによって流体質量流は壁１３と分離壁３０との間を同じくＵ字形に第１の開いた流体部分出口１９に向かって流過するようになっている。通路の横断面を三分割することによって冷却経路を三倍にしてある。
【００３３】
遮断装置３１，３２の開かれた状態では、つまりフラップの面を分離壁２９，３０の延長線上に位置決めした場合に、換言するとフラップの幅方向を分離壁の延長線の方向に向けた場合には、流体質量流は通路の全横断面で流体入口８から流体出口９へＵ字形に流れるようになっており、これによって流過量の大きい場合の過度な圧力損失を確実に避けるようになっている。
【００３４】
本発明は図示の実施例に限定されるものではない。流体入口と流体出口とをそれぞれ、熱伝達装置の相対する各端部に配置することも可能である。冷却媒体は、内部を貫流させるのではなく、熱伝達装置内を循環若しくは迂回させられ、例えば蛇行して流過させられるようになっていてよい。熱伝達装置内に画定された横断面の一部分を閉鎖することが可能であり、これによって全熱交換面を用いることができるようになっている。遮断装置として、フラップの他に別の部材若しくは構成要素を用いることも可能である。熱伝達装置はダイカスト成形のものに限定されるものではなく、本発明は、別の手段で成形された熱伝達装置にも用いられるものである。図示の実施例の熱伝達装置は、広い流過量及び温度領域にわたって極めて高い冷却能力及び冷却効率で使用される。この場合に圧力損失も小さく保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の熱伝達装置の第１の実施例の縦断面図
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図
【図３】本発明の熱伝達装置の第２の実施例の縦断面図
【図４】本発明の熱伝達装置の第３の実施例の縦断面図
【符号の説明】
【００３６】
２  外側ケーシング、  ３  内側ケーシング、  ４，５  通路、  ６  流入接続部、  ７  流出接続部、  ８  流体入口、  ９  流体出口、  １０  端部、  １１  壁、  １２  ひれ、  １３  壁、  １４  分離壁、  １５，１６  部分通路、  １７，１８  流体部分入口、  １９，２０  流体部分出口、  ２１  遮断装置、  ２２  回転軸、  ２３，２４  分離壁、  ２５，２６  回転軸、  ２７，２８  遮断装置、  ２９，３０  分離壁、  ３１，３２  遮断装置、  ３３，３４  回転軸
【国際調査報告】
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