(57)【要約】【課題】シンプルな構造を有し、従来技術の欠点を克服可能な熱交換器を提供する。【解決手段】ハウジング（２）は、第１および第２のハウジングパーツ（５，６）から構成される。各ハウジングパーツ（５，６）は、ハウジング部（７）、フランジリング部（１０）、およびベース（１１）を有する。第１および第２のハウジングパーツ（５，６）は、各々のフランジリング部（１０）を介して互いに接続される。２つのフランジリング部（１０）は、環状スペース（１３）を区画する。第１のハウジングパーツ（５）には、流入接続ピース（７）および流出接続ピース（８）が設けられ、ハウジング（２）と熱交換チューブ（４）との間には、ブレード（１４，１４’）を有するセパレータ（１２）が設けられる。ブレード（１４，１４’）は、環状スペース（１３）に入り込んでいて、そこでの周方向流れを少なくとも低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジング（２）と、
フランジリング（３）と、
２つのベース（１１）と、
上記ハウジング（２）内を延びかつ長手方向の各端部で上記ベース（１１）に保持された熱交換チューブ（４）とを備え、
上記熱交換チューブ（４）内に、第１流通チャネルが形成されており、
上記熱交換チューブ（４）と上記ハウジング（２）との間に、第２流通チャネルが形成されている熱交換器（１）であって、
上記ハウジング（２）は、それぞれポット状の第１および第２のハウジングパーツ（５，６）から構成されており、
各上記ハウジングパーツ（５，６）は、ハウジング部（９）と、外方に広がるフランジリング部（１０）と、上記ベース（１１）とを有し、
上記第１および第２のハウジングパーツ（５，６）は、各々の上記フランジリング部（１０）を介して互いに接続されており、
２つの上記フランジリング部（１０）は、環状スペース（１３）を区画しており、
上記第１のハウジングパーツ（５）には、流入接続ピース（７）および流出接続ピース（８）が設けられており、
上記ハウジング（２）と上記熱交換チューブ（４）との間には、少なくとも１つのブレード（１４，１４’）を有する少なくとも１つのセパレータ（１２）が設けられており、
上記ブレード（１４，１４’）は、少なくとも一部が上記環状スペース（１３）に入り込んでいて、該環状スペース（１３）における周方向流れを少なくとも低減するように構成されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
上記少なくとも１つのブレード（１４，１４’）は、上記セパレータ（１２）から打ち抜かれて形成されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記少なくとも１つのブレード（１４，１４’）の外側輪郭は、上記環状スペース（１３）の内側輪郭に対して相補的に構成されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記セパレータ（１２）は、少なくとも１つのインジェクタ開口（１７）および／または少なくとも１つのＮＡＣＡ開口（１８）を有する
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
少なくとも２つの上記ブレード（１４）は、互いに同じまたは異なる径方向高さを有する
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記セパレータ（１２）は、上記ハウジングパーツ（５，６）に対して固定接続されており、
または、
上記少なくとも１つのブレード（１４）は、上記ハウジング（２）内における上記セパレータ（１２）の位置合わせおよび位置決めのための位置決め輪郭として機能するように構成されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記第１および第２のハウジングパーツ（５，６）は、上記フランジリング部（１０）において、互いにロウ付け、溶接、または接着されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
上記熱交換器（１）は、排ガス熱交換器として構成されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
上記ハウジングパーツ（５，６）の少なくとも一方は、一体形成されたシートメタルのプレス加工品として構成されている
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に係る、筒状のハウジングと、フランジリングと、２つのベースと、熱交換チューブとを備えた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１より、排ガス熱交換器として構成された一般的な熱交換器が知られている。この熱交換器は、ハウジングと、第１流体が流通可能な第１流通チャネルとを備える。ここで、第１流通チャネルは、熱交換チューブによって形成されている一方、当該熱交換チューブとハウジングとの間には第２流通チャネルが延びている。熱交換器は、その端部領域の少なくとも１つに、外周部の少なくとも一部をなす第１フランジを備えており、当該第１フランジは、排ガス熱交換器に一体形成されている。
【０００３】
特許文献２より、排ガス戻し部を備えた排ガス熱交換器が知られている。当該熱交換器は、冷却液のためのハウジングケースと、排ガスが流通すると共に冷却液が周囲を流れるチューブ束とを備える。ここで、チューブ束、チューブプレート、およびハウジングケースは、自己完結型の力の流れを形成する。スライドシートは、ハウジングケース内またはチューブプレートとハウジングケースとの間のいずれかに設けられ、当該力の流れに組み込まれている。
【０００４】
特許文献３より、別の熱交換器が知られている。当該熱交換器は、少なくとも第１媒体および第２媒体が流通可能なハウジングを備える。ハウジング内には、第２媒体が周囲を流れ得る少なくとも１つの流れ手段が設けられており、当該流れ手段は、熱輸送を向上させることを意図したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１２２１１３１１号明細書
【特許文献２】国際公開第２００３／０９１６５０号パンフレット
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００６０５１０００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術より公知の熱交換器における欠点は、概して、熱交換器内におけるいわゆるショートサーキット流れである。そのような流れは、熱交換器に十分に、また特に均一に流れが生じないことの原因となり、それにより一方では低い冷却効率しか実現することができず、また他方では熱交換器内での沸騰の傾向のリスクが常に存在することになり、それによると期待される耐用年数が著しく短くなる。そのようなショートサーキット流れは、丸いハウジングにおいて矩形の熱交換チューブを使用する場合に発生しやすい。
【０００７】
したがって、本発明は、一般的なタイプの熱交換器に対して、改善されたまたは少なくとも従来のものに代わる実施形態を提示するという課題に関する。当該実施形態は、一方では構造的にシンプルな態様で設計され、他方では従来技術の欠点を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、上記の課題は、独立請求項１の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【０００９】
本発明は、熱交換器を、構造的に比較的シンプルな態様で、それぞれのフランジ部を介して互いに接続される２つのハウジングパーツから形成すると共に、２つのフランジ部の領域または２つのフランジ部によって区画される環状スペースに一種の流れ案内要素を設けるという基本思想に基づく。そのような流れ案内要素によると、環状スペースを通る周方向の望ましくないショートサーキット流れが抑止され、それにより熱交換器における均一な流れが実現される。それにより、熱交換器の効率を向上できるのみでなく、同時に沸騰領域を回避することもできる。ここで、本発明に係る熱交換器は、公知の態様で、筒状のハウジングと、フランジリングと、２つのベースと、熱交換チューブとを備える。当該熱交換チューブは、ハウジング内を延びかつ長手方向の各端部においてベースに保持されている。ここで、熱交換チューブ内には第１流通チャネルまたは第１流通経路が、熱交換チューブとハウジングとの間には第２流通チャネルまたは第２流通経路が、それぞれ形成されている。本発明によると、ハウジングは、それぞれポット状の第１および第２のハウジングパーツから構成されており、各ハウジングパーツは、ハウジング部と、外方に広がるフランジリング部と、ベースとを有する。ここで、２つのハウジングパーツは、各々のフランジリング部を介して互いに接続され、特に互いにロウ付けされている。２つのフランジリング部は、ハウジング部の少なくともわずかに径方向外側に位置する環状スペースを区画している。ここで、第１のハウジングパーツには、冷却液のための流入接続ピースおよび流出接続ピースが設けられており、両ピースによると、本発明に係る熱交換器のエンジン室への設置が大幅に簡略化される。ハウジングと熱交換チューブとの間には、本発明に係る少なくとも１つのブレードを有するセパレータが設けられる。当該ブレードは、少なくとも一部が環状スペースに入り込んでいて、特定の状況下でそこで生じ得る周方向流れ、すなわち望ましくないショートサーキット流れを少なくとも低減する。ここで、少なくとも１つのセパレータにおける少なくとも１つのブレードは、例えばシンプルにセパレータの材料を打ち抜いて外側へ曲げることによって、製造に関して比較的シンプルな、したがって廉価な態様で製造可能である。本発明に係る熱交換器における本発明に係るセパレータによると、均一な流れが生じる熱交換器を技術的にシンプルかつ廉価な態様で作り出すことができる。そのような熱交換器は、高い効率を有するのみでなく、沸騰のリスクが少なくとも最小限に抑えられる。ここで、少なくとも１つのブレードの配置または輪郭の構成は、いわゆるＣＦＤ計算を用いて決定してもよい。ＣＦＤ計算によると、熱交換器における流れ状態を計算でき、また特に望ましくない沸騰領域を特定することができる。
【００１０】
本発明に係る解決策の有利な別の態様では、少なくとも１つのブレードは、セパレータから打ち抜かれて形成されている。これにより、少なくとも１つのブレードの比較的シンプルかつ廉価な製造方法が実現される。なぜなら、これまでにセパレータを製造するために使用されていた成形工具を引き続き使用することができ、それに打抜きバイトまたは成形バイトのみを組み込めば足りるためである。もちろん、セパレータを通常どおりに成形工具、例えば深絞り工具によって製造し、少なくとも１つのブレードを別の加工ステップで打ち抜いて形成することも考えられる。純粋に理論的に、もちろん、それに続けてそのようなブレードを設けることも考えられる。少なくとも１つのブレードの打抜きおよび成形の間にセパレータにできる孔は、流れの変化をもたらすのみでなく、当該孔を通って流れる冷却液を特定の場所に向けて流すためにも利用できる。ここでまた、少なくとも１つのブレードの位置合わせまたは打抜きにより、当該孔の上流側または下流側において、熱交換器における冷却液の流れが影響され得る。
【００１１】
本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、少なくとも１つのブレードの外側輪郭は、環状スペースの内側輪郭に対して相補的に、特に接するように構成されている。この場合、２つのハウジングパーツの２つのフランジ部によって区画される環状スペースがブレードによって閉じられ、それにより当該領域において、周方向流れが、したがって望ましくないショートサーキット流れが好ましくは完全に阻止される。もちろん、ここで、少なくとも１つのブレードが環状スペースよりも径方向に短く構成されていることも考えられ、それにより、例えば周方向において隣り合うブレードに向かう周方向流れが発生可能となる。基本的に、ここで、２つまたはそれ以上のブレードが、同じまたは異なる径方向高さを有することも考えられ、それにより全体として所望の冷却液流れを実現することができる。
【００１２】
好適には、セパレータは、少なくとも１つのインジェクタ開口および／または少なくとも１つのＮＡＣＡ開口を有する。そのようなインジェクタ開口は、例えば各熱交換チューブに対する所望の流れをもたらし得る一方、いわゆるＮＡＣＡ開口は、流れを集めて所望の冷却液ジェットを作り出す流入口をセパレータにおいて構成する。そのようなＮＡＣＡ（National Advisory Committee for Aeronautics）開口は、斜めの縁部を介して、遅い境界層流に取って代わる空気の渦を生成し、それにより小さな流れ抵抗をもたらす。
【００１３】
好適には、一方のハウジングパーツのフランジリング部は、他方のハウジングパーツのフランジリング部の内径と実質的に等しい外径を有していて、それにより他方のハウジングパーツに差し込めるようになっている。したがって、熱交換器のハウジングの組立ては、各フランジリング部の領域における２つのハウジングパーツのシンプルな接続または接合、特にロウ付けまたは溶接によって行うことができる。通常ここで、２つのハウジングパーツのロウ付け、溶接、またはより広く接合において、２つのベースに差し込まれて保持される熱交換チューブのロウ付け、溶接、またはより広く接合が併せて行われ、それにより高品質で迅速で、また同時に廉価な製造を実現することができる。
【００１４】
本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、熱交換器は、排ガス熱交換器として構成されている。
【００１５】
排ガス熱交換器は、例えば、冷却液を加熱することによって内燃エンジンにおける排出量の多い冷間始動段階を低減するために使用されてもよく、ここでさらに、排ガス戻し部において、戻される対象の排ガスが排ガス熱交換器によって冷却され得る。そのような排ガス戻し部は、内燃エンジンの排出量を大幅に低減する。
【００１６】
好適には、ハウジングパーツの少なくとも一方は、成形メタルシートのプレス加工品として構成されていて、特に深絞りによって製造される。接合を回避することに加えて、各ハウジングパーツは、もちろん高品質かつ廉価に製造可能であるべきである。このことは、特に当該パーツが成形シートメタルのプレス加工品として製造されることで実現可能である。ここで、各ハウジングパーツのポット状の構成は、特に深絞りによって実現可能である。
【００１７】
本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。
【００１８】
上述したあるいは後述する特徴は、それぞれに示す組合せにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せにおいてまたは単独でも利用可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、第２のハウジングパーツの領域に設けられた、熱交換チューブと２つのブレードを有するセパレータとを備えた本発明に係る熱交換器を示す図である。
【図２】図２は、図１と同様の図であるが、第１のハウジングパーツの領域に設けられた、２つのブレードを有するセパレータを示してある。
【図３】図３は、外側から内側に立ち上がった２つのブレードを有するセパレータを示す図である。
【図４】図４は、図３と同様の図であるが、１つのみのブレードを有している。
【図５】図５は、図３と同様の図であるが、互いに高さの異なる複数のブレードを有している。
【図６】図６は、図３と同様の図であるが、内側から外側に立ち上がったブレードと、インジェクタ開口とを有している。
【図７】図７は、図３と同様の図であるが、外側から内側に立ち上がったブレードと、２つのインジェクタ開口とを有している。
【図８】図８は、図７と同様の図であるが、インジェクタ開口はなく、代わりにＮＡＣＡ開口を有している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。なお、同一の参照番号は、同一のもしくは類似のまたは機能的に同一の構成要素を示す。
【００２１】
図１および図２に示すように、本発明に係る熱交換器１は、例えば排ガス熱交換器として構成されていてもよく、筒状のハウジング２と、フランジリング３と、２つのベース１１と、熱交換チューブ４とを備える。熱交換チューブ４は、ハウジング２内を延びていて、長手方向の各端部でベース１１に保持されている。ここで、熱交換チューブ４内には第１流通チャネルが形成され、熱交換チューブ４とハウジング２との間には第２流通チャネルが形成されている。ここで、ハウジング２に関して、図２では、特に深絞りによって一体成形されるポット状の第１のハウジングパーツ５のみが示され、図１では、特に深絞りによって成形されるポット状の第２のハウジングパーツ６のみが示されている。図２に係る第１のハウジングパーツ５には、流入接続ピース７および流出接続ピース８が形成されており、それらを介して、冷却液がハウジング２内および第２流通チャネル内に到達することができ、またハウジング２から再び流れ出ることができる。
【００２２】
したがって、ハウジング２は、第１のハウジングパーツ５および第２のハウジングパーツ６から形成されており、これらのハウジングパーツ５，６の各々は、ハウジング部９と、外方に広がるフランジリング部１０と、ベース１１とを有する。ここで、２つのハウジングパーツ５，６は、その２つのフランジリング部１０を介して、例えばロウ付け、接着、または溶接によって、互いに接続されている。このため、２つのフランジリング部１０は互いに対して相補的に構成されている。例えば、第１のハウジングパーツ５のフランジリング部１０の外径は、第２のハウジングパーツ６のフランジリング部１０の内径と実質的に等しくなっており、これにより２つのハウジングパーツ５，６は、フランジリング部１０を介して互いに嵌め込めるようになっている。また、２つのフランジリング部１０は、環状スペース１３を区画している。
【００２３】
本発明によると、ハウジング２と熱交換チューブ４との間にセパレータ１２が設けられており（図３〜図８も参照）、当該セパレータ１２は、廉価な成形シートメタルのプレス加工品として形成されていてもよい。少なくとも１つのセパレータ１２に関して、図１および図２によると、各ハウジングパーツ６，５の各々に２つのセパレータ１２が設けられており、その各々に少なくとも１つのブレード１４が設けられている。当該ブレード１４は、少なくとも一部が上述の環状スペース１３に入り込んでいて、そこで冷却液の周方向流れが生じるのを阻止、少なくとも低減、好ましくは不可能にしている。そのような周方向流れは、最も好ましくない場合にはショートサーキット流れを構成して熱交換器１における十分かつ均一な流れを妨げる。ここで、図１〜図８において各ブレード１４を見ると、最もシンプルな場合には、当該ブレード１４がそれぞれに対応するセパレータ１２において打ち抜いて曲げられている。
【００２４】
ここで、図１〜図５、図７、および図８に係るブレード１４は、外側から内側に曲げられている一方、図６に係るブレード１４は、内側から外側に曲げられている。例えば、図６に係るセパレータ１２を図２に係る第１のハウジングパーツ５において使用する場合、第１のハウジングパーツ５から第２のハウジングパーツ６の方へ向かうセパレータ１２に沿った冷却液流れ１５が生じると共に、当該冷却液流れ１５がブレード１４の打抜きによって生じた貫通開口１６を通り抜ける。外側から内側に曲げられたブレード１４の場合、当該ブレード１４は冷却液流れ１５の流れ方向において開口１６の手前に位置する。
【００２５】
図１を見ると、少なくとも１つのブレード１４の外側輪郭は、環状スペース１３の内側輪郭に接するように構成されていることがわかる。それにより、環状スペース１３は、周方向において実質的にシールされている。同様に、このことは図２に係るセパレータ１２のブレード１４によっても生じる。図３に係るセパレータ１２を見ると、冷却液流れ１５がセパレータ１２に沿っている。図４に係るセパレータ１２では、１つのみのブレード１４が設けられているため、ブレード１４の反対側では、環状スペース１３を介した周方向への冷却液流れ１５が発生可能である。ここで、図４では、環状スペース１３が破線で示されているのみであり、当該スペース１３を区画するハウジングパーツ５，６は示されていない。
【００２６】
図１〜図３に係るセパレータ１２では、各ブレード１４が同じ寸法、特に同じ径方向高さを有する一方、図５に係るセパレータ１２のブレード１４’は、ブレード１４よりも小さな径方向長さを有しており、それにより環状スペース１３内での周方向における明確に規定された冷却液流れ１５が許容される。
【００２７】
図７に係るセパレータ１２を見ると、それがいわゆるインジェクタ開口１７を有していることがわかる。当該インジェクタ開口１７を通って、冷却液流れ１５は、開口１６を通るのと同じように、セパレータ１２を通り抜けることができる。図８に係るセパレータ１２は、いわゆるＮＡＣＡ開口１８を有しており、当該ＮＡＣＡ開口１８を介して、所定の方向に向けられた冷却液流れ１５’を実現することができる。
【００２８】
ここで、少なくとも１つのセパレータ１２は、例えばロウ付け、接着、または溶接により、それぞれに対応するハウジングパーツ５，６に対して固定接続されていてもよく、または熱交換チューブ４とハウジング２との間に挟持されていてもよい。この場合において、少なくとも１つのブレード１４は、ハウジング２内におけるセパレータ１２の位置合わせおよび位置決めのための位置決め輪郭として同時に機能する。ハウジングパーツ５，６自体は、好ましくは廉価なシートメタルのプレス加工品として構成されていてもよく、特に深絞りによって製造される。
【００２９】
全体として、本発明に係る熱交換器１によると、またそれに組み込まれた本発明に係る少なくとも１つのセパレータ１２によると、冷却液流れ１５の望ましくないショートサーキット流れを排除することができる。それにより、熱交換器１における均一な流れを実現することができ、また同時に、沸騰領域のリスクを少なくとも低減することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１    熱交換器
２    ハウジング
３    フランジリング
４    熱交換チューブ
５    第１のハウジングパーツ
６    第２のハウジングパーツ
７    流入接続ピース
８    流出接続ピース
９    ハウジング部
１０    フランジリング部
１１    ベース
１２    セパレータ
１３    環状スペース
１４，１４’    ブレード
１７    インジェクタ開口
１８    ＮＡＣＡ開口
【図１】
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【図２】
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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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【図８】
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