(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１０）と、前記ハウジング（１０）内に配置された、管（４９）および少なくとも１つの底部（４６、４８）を有する熱交換領域とを備えた熱交換器であって、前記管（４９）が前記少なくとも１つの底部（４６、４８）に結合されている熱交換器において、
前記ハウジング（１０）がプラスチックで製作されており、かつハウジング内面（２０、２２、２４、２６）を有していて、前記ハウジング内面（２０、２２、２４、２６）が、少なくとも部分領域的または部分区域的に、前記ハウジング（１０）を熱負荷から保護するための少なくとも１つの金属要素（３０、３２、３４）で覆われていることを特徴とする熱交換器（４５）。
【請求項２】
１つまたは複数の金属要素（３０、３２、３４）が少なくとも１つのハウジング内面（２０、２２、２４、２６）に備えられており、前記１つまたは複数の金属要素（３０、３２、３４）が前記ハウジング（１０）のプラスチック内に封入固定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（４５）。
【請求項３】
底部（４６、４８）を収容する領域、または底部（４６、４８）に直接隣接するハウジング（１０）領域が、前記ハウジング内面（２０、２２、２４、２６）の１つに少なくとも１つの金属要素（３０、３２、３４）を有することを特徴とする、請求項１および２のいずれか１項に記載の熱交換器（４５）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの金属要素（３０、３２、３４）が環状の断面を有し、前記金属要素（３０、３２、３４）の外面が前記ハウジング内面（２０、２２、２４、２６）に対応して形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器（４５）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの金属要素（３０、３２、３４）が、少なくとも部分的に周回する屈曲した縁部領域を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器（４５）。
【請求項６】
前記少なくとも部分的に周回する屈曲した縁部領域が前記ハウジング（１０）に対するストッパを形成することを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器（４５）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの金属要素（３２、３４）が２部材で構成されており、前記金属要素（３２、３４）の互いに向き合った２つの面において分断によって分割されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器（４５）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの金属要素（３０、３２、３４）がインレイ（３０、３２、３４）であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器（４５）。
【請求項９】
前記インレイ（３０、３２、３４）が単部材または複数部材で構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の熱交換器（４５）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの金属要素（３０、３２、３４）が前記ハウジング内面（２０、２２、２４、２６）の金属コーティングであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器（４５）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの金属要素（３０、３２、３４）が前記ハウジング内面（２０、２２、２４、２６）を完全に覆っていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱交換器（４５）。
【請求項１２】
前記ハウジング（１０）が２成分プラスチック構成部材であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の熱交換器（４５）。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の熱交換器を製造するための方法であって、前記管（４９）の少なくとも１つの管端部が第１の方法ステップにおいて前記底部（４６、４８）の少なくとも１つに差し込まれ、第２の方法ステップにおいて結合技術を用いて分離不可能な、特に堅固な管・底結合が実現される方法。
【請求項１４】
前記結合技術がレーザ溶接法であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記請求項１３または１４のいずれか１項に記載の方法を用いて製造された、前記請求項１〜１２のいずれか１項に記載の少なくとも１つの熱交換器（４５）を備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の熱交換器、特に自動車用熱交換器、および熱交換器を備えた自動車に関する。また、本発明は熱交換器を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱伝導体とも呼ばれる熱交換器では、ある物質の流れから別の物質の流れへ熱エネルギーを伝達することができる。自動車では、熱交換器の様々な実施形態、特にＩフロー熱交換器およびＵフロー熱交換器が用いられている。これらの熱交換器は、自動車における総重量を節減するために可能な限り軽量にする必要がある。好ましくは、これらの熱交換器は少なくとも部分的または部分領域的に軽量な材料、特にプラスチックで製作されている。現在のところ、プラスチックハウジングを備えたＵフロー熱交換器のみが市場に出回っており、自動車に用いられている。Ｉフロー熱交換器は、製造上の理由から現在のところ金属材料、特に鋼またはアルミニウム鋳物で製作されている。
【０００３】
特許文献１によって公知である排ガス熱交換器、特に自動車用の排ガス熱交換器は、排ガス流を供給および／または排出するための少なくとも１つのディフューザ、軸方向に延在する熱交換器管を備えた熱交換領域を有し、これらの熱交換器管は端部が底部に結合されている。さらに、この排ガス熱交換器は冷却材が貫流可能なハウジングを有し、このハウジングは非耐高温性の材料、特にプラスチックまたはアルミニウムで形成されており、結合要素が部分的に前記ハウジング内へ埋め込まれていて、これにより、前記結合要素を前記ハウジングに固定することができる。前記結合要素は第１の材料結合領域において材料結合により前記底部に結合されており、この底部は第２の材料結合領域において材料結合により前記ディフューザに結合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０５０８８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、重量が小さい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】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の特徴を備えた熱交換器、および請求項１３に係る方法によって解決される。前記熱交換器の有利な実施態様が従属請求項に説明されている。
【発明の効果】
【０００７】
前記熱交換器は、好ましい一実施例において、ハウジングと、前記ハウジング内に配置された、管および少なくとも１つの底部を有する熱交換領域とを備え、前記管は管端部が前記少なくとも１つの底部に結合されており、前記ハウジングはプラスチックで製造されていて、かつハウジング内面を有しており、前記ハウジング内面は、少なくとも部分領域的または部分区域的に、前記ハウジングを熱負荷から保護するための少なくとも１つの金属要素で覆われている。前記熱負荷は、この場合、接合工程、特にレーザ溶接によって引き起こされている可能性がある。したがって、前記ハウジング内面を少なくとも部分領域的に覆う前記金属要素は、前記ハウジングを前記熱負荷による損傷から保護することが可能である。
【０００８】
好ましく、前記金属要素は、前記ハウジング内面の縁部領域を起点にして前記ハウジング内面に沿って配置されており、前記ハウジング内面を少なくとも部分領域的に被覆する。
【０００９】
好ましくは、前記熱交換器は２つの底部を有し、前記管端部は第１の管端部であり、前記管が有する第２の管端部は第２の底部に結合されている。これによって、前記熱交換領域の前記管は、前記第１の底部および前記第２の底部に結合されていて、管／底パケットを形成し、組み立てられた状態において前記ハウジング内に配置されている。
【００１０】
前記管は好ましくは軸方向に前記熱交換領域に配置されている。前記第１または前記第２の底部には排ガス流を供給するためのディフューザを配置しておくことができる。前記熱交換器の動作中、前記ハウジング内に配置された前記管の中を第１の流体、好ましくは冷却材が流通することができる。
【００１１】
前記管の外側では、第２の流体、好ましくは冷却されるべき排ガス流が前記ハウジングの中を流通することができる。
【００１２】
前記管および前記底部は、耐熱性、特に耐高温性の材料、好ましくは金属で製作されている。前記金属要素を前記ハウジング内面の領域内に配置することによって、少なくとも部分的に前記底部に差し込まれた管が前記ハウジング内に配置された後、少なくとも前記底部の１つと前記管端部の１つとの間の結合を実現することが可能となっている。
【００１３】
管と底部との間の前記結合は接合技術、特にレーザ溶接によって実現される。好ましくは、それぞれ１つの管端部が前記第１の底部内に配置され、好ましくは差し込まれ、これにより管／底パケットが構成されて、前記管／底パケットは前記ハウジング内に挿入され、残りの管端部は前記第２の底部に差し込まれて、前記管端部はそれぞれ当該の底部に溶着される。
【００１４】
流体が貫流可能な管を有する熱交換領域と、前記熱交換領域が配置されたハウジングと、さらに底部とを備えた熱交換器を製造するための本発明に係る方法の場合、前記管の少なくとも１つの管端部が第１の方法ステップにおいて前記底部の少なくとも１つに差し込まれ、第２の方法ステップにおいて結合技術を用いて分離不可能な、特に堅固な管・底結合が実現される。
【００１５】
前記分離不可能な結合は、前記結合工程または接合工程が逆転しても容易には分離し得ない。前記分離不可能な結合は、破壊することでしか分離し得ない堅固な結合であってもよい。好ましくは、前記結合は材料結合による結合である。前記結合技術は好ましくは接合法、好ましくはレーザ溶接法またはろう接法である。前記管／底パケットが前記ハウジング内に配置されている場合、前記管・底結合は前記管／底パケットの一端において、または前記管／底パケットの両側において実現することができる。これによって、プラスチックハウジングを備えた熱交換器、特にＩフロー熱交換器を容易にかつ低コストで製造することができる。特に前記管・底結合は、従来技術のように高コストの中間要素を用いなくても実現することが可能である。好ましくは、前記金属要素はそれぞれ、前記管を前記底部にレーザ溶接する際に散乱光が生じる可能性のある箇所に配置される。好ましくは、前記金属要素は、前記管／底ユニットが挿入される開いたハウジング端部に配置される。これによって、前記管／底結合箇所の直ぐ近傍に配置されている前記ハウジングの領域は、レーザ散乱光から保護されている。
【００１６】
好ましくは、１つまたは複数の金属要素が少なくとも１つのハウジング内面に配置されており、前記１つまたは複数の金属要素は前記ハウジングのプラスチック内に封入固定されている。特に好ましくは、前記熱交換器は、底部を収容する領域、または底部に直接隣接するハウジング領域を有し、少なくとも前記少なくとも１つの金属要素は前記ハウジング内面の１つに配置されている。特に、前記少なくとも１つの金属要素は環状の断面を有し、前記金属要素の外面は前記ハウジング内面に対応して形成しておくことができる。この場合、前記環状の断面に基づいて、特に前記金属要素の閉じられた形態が保証されている。その際、前記環状の断面は円形であってもよい。前記金属要素も直線状の部分と丸みを帯びたエッジとを有することができ、かつ丸みを帯びたエッジを有する矩形の形状を有することができ、この幾何学的形状の実施態様によって、前記ハウジング内面が閉じられて被覆されることを保証することが可能となる。
【００１７】
一実施態様では、前記少なくとも１つの金属要素が、少なくとも部分的に周回する屈曲した縁部領域を有することができる。好ましくは、前記少なくとも部分的に周回する屈曲した縁部領域は前記ハウジングに対するストッパを形成することができる。
【００１８】
好ましくは、前記少なくとも１つの金属要素は２部材で構成されており、前記金属要素における互いに向き合った２つの面において分断によって分割されている。この場合好ましくは、前記インレイは、例えば上方のハウジング内面と１つまたは２つの側方のハウジング内面とを少なくとも部分領域的に覆うインレイ要素と、例えば下方のハウジング内面を少なくとも部分領域的に覆う第２のインレイ要素とを有し、前記第１のインレイ要素と前記第２のインレイ要素との間において前記側方のハウジング内面に分離線が生じる。しかしまた、前記分離線は前記上方および／または下方のハウジング内面に配置しておくこともできる。これによって、非対称的なハウジングの内面を前記金属要素、特に前記インレイによって覆うことがより容易に可能となる。
【００１９】
好ましくは、前記少なくとも１つの金属要素はインレイである。前記インレイは少なくとも部分領域的に金属で製作されている。前記インレイは前記プラスチック製ハウジング内に一緒に射出しておくことができる。これが有利であるのは、前記プラスチック製ハウジングが射出成形部材である場合である。しかしまた、前記インレイは別個の構成部材として製作しておき、後から前記ハウジング内に配置することも可能である。
【００２０】
前記熱交換器の一実施態様において、前記インレイは一体的に構成されている。前記インレイは、好ましくは前記ハウジングの一端または両端において前記ハウジング内に挿入されているか、または前記ハウジングに沿って形成されている。
【００２１】
好ましくは、前記少なくとも１つの金属要素は前記ハウジングの金属コーティング、特に前記ハウジング内面の金属コーティングとして実施しておくことができる。コーティング、特に金属コーティングは好ましくは薄く実施しておくことが可能である。また、コーティングは前記ハウジング内面にそれ自体公知のコーティング法を用いて容易に施すことが可能である。前記金属コーティングは、特に前記ハウジング内面が複雑な形状である場合に適している。
【００２２】
前記熱交換器の好ましい一実施態様では、前記少なくとも１つの金属要素が前記ハウジング内面を完全に覆っている。この場合、前記金属要素は内面において第１のハウジング端部から第２のハウジング端部まで延在する。例えば、前記コーティングは連続して実施しておくことが可能である。あるいは、前記金属要素は前記ハウジング内面の寸法全体にわたって長手延在方向に完全に覆うこともできる。しかしまた、この場合、前記金属要素は前記ハウジング内面の周囲をただ部分領域的にのみ覆うことも可能である。
【００２３】
前記熱交換器のハウジングは２成分プラスチック構成部材であってもよい。
【００２４】
前記課題はまた、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の本発明に係る少なくとも１つの熱交換器を備えた自動車によっても解決され、この自動車の場合、底部が前記プラスチック製ハウジング内に配置された後、管を含む前記熱交換領域は両側においてそれぞれ１つの底部に溶着される。この場合、溶接継ぎ目を実現可能にするための中間要素が必要とされない。本発明に係る方法に基づき中間要素を節減することによって重量を軽減でき、さらにまた、軽量のプラスチックから成る２つの底部（前記ハウジングの各側に１つの底部）を備えている、重量が軽減されたＩフロー熱交換器を用いることが可能となる。
【００２５】
本発明において有利であるのは、前記熱交換器が排ガス熱交換器である場合である。
【００２６】
その他の有利な実施態様が以下の図説および従属請求項によって説明されている。
【００２７】
以下において、本発明について少なくとも１つの実施例に基づき図面を参照しながら詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】Ｉフロー熱交換器のハウジングを示す。
【図２】インレイが付設されたハウジングを示す。
【図３】管／底パケットが取り付けられたハウジングを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、熱交換器（図１には図示せず）におけるハウジング１０の第１の実施例を示す斜視図であり、視線方向はハウジング内面１２への方向である。前記ハウジング１０はプラスチック材料で製作されており、好ましくは射出成形法によって製造されている。前記ハウジング１０はＩフローハウジング１０として構成されており、細長いハウジング体１４を有し、このハウジング体は、プラスチックから成るハウジングジャケット１１により形成され、端面側に第１の開口部１６と第２の開口部１８とを有する。
【００３０】
前記ハウジング内面１２は実質上平面的に実施された４つのハウジング内面２０、２２、２４および２６を有する。この場合、前記ハウジング内面２０と２４および前記ハウジング内面２２と２６とが互いに向かい合っている。
【００３１】
前記ハウジング内面２２に切欠き２８が示されており、この切欠きに、流体を供給するための接続部（図１には図示せず）を接続することができる。
【００３２】
前記ハウジング内面２０、２２、２４および２６にインレイ３０が配置されており、このインレイは第１のインレイ要素３２と第２のインレイ要素３４とを有する。前記インレイ３０は２部材で構成されている。この場合、前記インレイ３０は２部材（図１に示されている）または３部材または一般的には複数部材で構成されて、それに対応する個数のインレイ要素を有することが可能である。前記インレイ３０あるいは前記インレイ要素３２、３４は金属要素３０または複数の金属要素３２、３４によって形成されている。インレイ３０あるいはインレイ要素３２、３４という名称は、以下において金属要素３０、３２、３４という名称と等価であるものとする。
【００３３】
好ましくは、前記金属要素３０が形成する前記インレイ要素３０は環状体として構成されている。この場合、前記環状体の外面形状は前記ハウジング内面２０、２２、２４、２６の形状に対応して形成されている。これによって、前記環状体を前記ハウジング内面２０、２２、２４、２６に対して全面接触するように設けることができる。その際、前記環状体は前記開口部１６、１８の１つを通じて挿入すること、または前記ハウジング１０の製造工程において前記ハウジング１０の形成材料を前記環状体の周囲に射出成形することが可能である。このために、前記インレイ３０あるいは前記インレイ要素３２、３４を有利には前記ハウジング１０の成形型の中に入れ、それに続いてその周囲に前記ハウジング１０の形成材料を射出成形することができる。
【００３４】
前記インレイ３０あるいは前記インレイ要素３２、３４は、好ましくは、少なくとも部分的に周回する縁部領域を有し、この縁部領域は前記環状体を形成する領域に対して屈曲している。前記屈曲した縁部領域は、前記ハウジング１０の前記開口部１６、１８において前記ハウジング１０に対するストッパ、特に各フランジ領域３６、３８に対するストッパを形成する。前記屈曲した縁部領域によって、前記インレイ３０あるいは前記インレイ要素３２、３４の挿入深さが限定される。
【００３５】
前記インレイ３０、３２、３４は、この実施例では前記開口部１６および１８の領域において前記ハウジング内面２０、２２、２４、２６を被覆する。しかしまた、前記インレイ３０、３２、３４の寸法は、前記ハウジング体１１の長手延在方向において前記ハウジング体の寸法に等しく、前記開口部１６から前記開口部１８まで延在していてもよい。前記インレイ３０、３２、３４は別個の金属要素であってもよく、または前記ハウジング内面２０、２２、２４および２６のコーティングとして実施しておくことも可能である。この場合、前記ハウジング内面２０、２２、２４および２６は少なくとも前記開口部１６および１８の領域において金属材料によって覆われる。好ましくは、前記金属要素３０、３２、３４は前記各開口部１６および１８から前記ハウジング内面１２へ数センチメートル延在している。
【００３６】
前記ハウジング１０は両側にそれぞれ接続フランジ、すなわち接続フランジ３６および３８を有する。前記接続フランジ３６および３８は切欠き４０を有する。さらに前記ハウジング１０はその端面４２にシール溝４４を有する。
【００３７】
図２は前記ハウジング１０を示す分解図である。前記金属要素３０、３２および３４は、ここでは例えば２つのインレイ要素３２、３４である一体的なインレイ３０として実施されており、それぞれ前記ハウジング体１４の外部に配置されていて、前記ハウジング内面１２へ前記ハウジング内面２０、２２、２４および２６に沿って摺動することができる。
【００３８】
前記金属要素３０を２つ以上の要素３２、３４に分離することは、有利には分断によって実現されており、この分断線自体は前記金属要素３０、３２、３４の実質上向かい合う面に延びている。その際、前記分断線は互いに対して平行に延びていても、または図２に示されているように互いに反対方向に傾斜していてもよい。前記分断線のこの反対方向の配置によって、前記各要素３２、３４が互いに対して位置ずれすることを回避することができる。
【００３９】
図３は、組み立てられた状態における前記ハウジング１０を備えた熱交換器４５を示す。前記ハウジング１０には、第１の底部４６と第２の底部４８とが前記各接続フランジ３６および３８に取り付けられている。前記第１の底部４６および前記第２の底部４８には管４９が配置され、特に差し込まれており、この底部に材料結合により結合、例えば特に溶着またはろう接されており、好ましくはレーザ溶接法によって結合され、特に分離不可能に結合されている。前記開口部２８には接続部５０が取り付けられており、この接続部を通じて流体、特にガス状の流体が前記ハウジング内面１２へ達することができ、また、この流体は冷却流体が貫流可能な前記管４９の間を流通することができる。
【００４０】
したがって、前記熱交換器を製造するための方法は以下のステップを有する。すなわち、
−プラスチック材料からハウジング体１１を好ましくは射出成形法を用いて製造するステップ、
−少なくとも前記両端面開口部４２の領域において前記ハウジング内面２０、２２、２４および２６に金属要素３０、３２、３４を製造するステップ、
−前記管４９の少なくともそれぞれ１つの管端部がそれぞれ前記少なくとも１つの底部４６または４８の開口部５２に差し込まれている前記管・底パケットを配置するステップ、
−オプション：前記管／底パケットが前記ハウジング体１４内に配置されている場合に前記第２の底部４６または４８を配置するステップ、
−前記管４９の各端部と前記各底部４６、４８とを特にレーザ溶接によって溶着するステップ。
【００４１】
前記ハウジング１０と前記管／底パケットとから成る前記熱交換器４５のコア部が取り付けられた後、前記熱交換器４５を自動車（図示せず）内に組み入れることができ、前記接続部５０にガス状流体用の結合要素を接続することができ、かつ前記管４９を前記冷却流体回路に接続することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ハウジング
１１  ハウジングジャケット、ハウジング体
１２  ハウジング内面
１４  ハウジング体
１６  第１の開口部
１８  第２の開口部
２０  ハウジング内面
２２  ハウジング内面
２４  ハウジング内面
２６  ハウジング内面
２８  切欠き、開口部
３０  インレイ、金属要素
３２  インレイ要素、金属要素
３４  インレイ要素、金属要素
３６  フランジ領域
３８  フランジ領域
４０  切欠き
４２  端面、開口部
４４  シール溝
４５  熱交換器
４６  底部
４８  底部
４９  管
５０  接続部
５２  開口部
【図１】
0006490702.tif 000002
【図２】
0006490702.tif 000003
【図３】
0006490702.tif 000004