(57)【要約】【課題】  安価かつ簡単に製造可能である内燃機関用の熱交換器を提供する。【解決手段】  自動車および／または鉄道車両の内燃機関用の流体、特に自動車の内燃機関、好ましくはガス冷却器用の排ガス、給気、混合物等のような例えば充填流体の形態の特にガスを冷却するための熱交換器であって、少なくとも１つの流路を有する内管部と外管部とを備える熱交換器において、内管部または外管部の少なくとも一方にフレームが配置されており、フレームが内管部または外管部のそれぞれ他方まで延びる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車および／または鉄道車両の内燃機関用の流体、特に自動車の内燃機関、好ましくはガス冷却器用の排ガス、給気、混合物等のような例えば充填流体の形態の特にガスを冷却するための熱交換器であって、
少なくとも１つの流路（３）を有する内管部（１）と外管部（２）とを備える熱交換器において、
前記内管部（１）または外管部（２）の少なくとも一方にフレーム（７）が配置されており、該フレーム（７）が前記内管部（１）または外管部（２）のそれぞれ他方まで延びることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記冷却すべき流体、特に前記ガスが少なくとも部分的に圧縮燃焼空気からな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】
前記冷却すべき流体、特に前記ガスが少なくとも部分的に前記内燃機関の排ガスからな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】
前記内管部が、前記冷却すべき流体、特にガスを案内するための少なくとも１つの流路（３）を備え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。
【請求項５】
液体冷却剤が前記外管部（２）と前記内管部（１）との間に案内されており、特に、液体冷却剤を案内するための間隙が形成されてい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。
【請求項６】
前記２つの管部（１、２）の少なくとも一方、好ましくは前記内管部（１）が押出成形物として形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記２つの管部（１、２）の少なくとも一方、好ましくは前記内管部（１）がアルミニウムから形成されており、および／または前記２つの管部（１、２）の少なくとも一方、好ましくは前記外管部（２）がプラスチックから形成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。
【請求項８】
前記管部（１、２）の少なくとも一方が、比較的優れた衝突強度のために、０．５重量％未満、特に０．２重量％未満、特に０．１重量％未満のＣｕ成分を含むアルミニウム合金からな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。
【請求項９】
前記管部（１、２）の少なくとも一方が、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記管部（１、２）の少なくとも一方が、
−  １．０重量％未満のＳｉ成分、
−  １．２重量％未満のＦｅ成分、
−  ０．５重量％未満のＣｕ成分、
−  ０．５重量％未満のＣｒ成分、
−  ０．０２重量％よりも多く、０．５重量％よりも少ないＭｇ成分、
−  ０．５重量％未満のＺｎ成分、
−  ０．５重量％未満のＴｉ成分、
−  Ａｌ基および不可避の汚れを含むアルミニウム合金からな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。
【請求項１１】
前記Ｓｉ成分が０．６重量％未満、特に０．１５重量％未満であることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記Ｆｅ成分が０．７重量％未満、特に０．３５重量％未満であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記Ｃｒ成分が０．０５重量％よりも多く、０．２５重量％よりも少なく、特に０．１重量％よりも多く、０．２５重量％よりも少ないことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記Ｍｇ成分が０．０５重量％よりも多く、０．３重量％よりも少ないことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記Ｚｎ成分が０．０５重量％よりも多く、０．３重量％よりも少ないことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記Ｔｉ成分が０．０５重量％よりも多く、０．２５重量％よりも少ないことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記アルミニウム合金が、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｇａ、Ｏからなる群から選択される別の成分を含むことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記アルミニウム合金が、０．０５重量％〜０．１５重量％の範囲の別の任意の成分、添加剤等を含むことを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記管部（１、２）の少なくとも一方が、比較的優れた衝突強度のために、押出成形方向で測定された２００μｍ未満、特に１００μｍ未満、特に５０μｍ未満の平均粒子サイズを含むアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２０】
前記内管部（１）が、特に前記冷却すべき流体を案内するための前記流路（３）に突出する複数のリブ状の延長部（５）を備えることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２１】
前記内管部（１）が少なくとも１つの第２の流路（１６）を備え、該第２の流路（１６）が、貫流するガスの冷却低下を行うバイパス流路として形成されていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２２】
前記バイパス流路（１６）が、特に板部分からなるインサート（１８）を備えることを特徴とする請求項２１に記載の熱交換器。
【請求項２３】
前記内管部（１）または外管部（２）の少なくとも一方が、前記内管部または外管部の少なくとも一方の延長部を介して、長手方向を中心とする偏向部を備えることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２４】
前記内管部（１）および前記外管部（２）が、前記内管部および前記外管部の延長部を介して少なくとも１つの屈曲部（１４、１５）を備えることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２５】
前記内管部（１）が、前記外管部（２）を介した長手方向への突出部（８）を備えることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２６】
前記内管部（１）および前記外管部（２）が別個の部分として形成されており、特に、前記外管部（２）への前記内管部（１）の挿入が前記フレーム（７）を介して強制的に行われており、好ましくは、前記フレームがプラスチックから形成されていることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２７】
前記内管部（１）および前記外管部（２）が、特に押出成形によって同一材料で一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２８】
前記外管部（２）が熱交換器ハウジングを形成することを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２９】
前記内管部（１）が、前記冷却すべき流体、特にガスを特に案内するための少なくとも１つの流路（３）を有する複数の部分を備えることを特徴とする請求項１〜２８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３０】
前記部分が間隔フレームによって互いに結合されていることを特徴とする請求項１〜２９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３１】
前記部分が、直列に並んで配置された流路（３）を備え、特に、並んで配置された単列の流路（３）からなることを特徴とする請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３２】
少なくとも２個、特に最高１０個、好ましくは５個の部分が重ね合わせて配置されていることを特徴とする請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３３】
部分が、１０個〜２０個、好ましくは１６個の特に矩形断面の流路（３）を備えることを特徴とする請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３４】
前記内管部が、前記冷却剤を案内するための内部空間を備えることを特徴とする請求項１〜３３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３５】
前記間隙内の冷却すべき流体が前記外管部（２）と前記内管部（１）との間に案内されていることを特徴とする請求項１〜３４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３６】
前記内管部（１）の内部空間、特に中央内部空間が、略円形または略楕円形の、特に丸い断面を有することを特徴とする請求項１〜３５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３７】
前記内管部（１）の内部空間が、前記中央内部空間に隣接する少なくとも１つの半径方向周縁部、好ましくは前記外管部（２）によって大きく画定された半径方向周縁部を備える断面を有することを特徴とする請求項１〜３６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３８】
前記外管部（１）と前記内管部（２）との間の間隙が前記少なくとも１つのフレーム（７）によって切片に分割されていることを特徴とする請求項１〜３７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項３９】
前記外管部（１）と前記内管部（２）との間の前記間隙に、自由端を有するフレームが突出することを特徴とする請求項１〜３８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４０】
冷却すべき流体を貫通させるべき断面の液圧直径が４ｍｍ〜１３ｍｍ、好ましくは７ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜３９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４１】
冷却剤を貫通させるべき断面の液圧直径が３．５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４２】
前記内管部または外管部（１、２）の長さが、冷却すべき流体を貫通させるべき断面の液圧直径の２０〜２００倍、特に４０〜１００倍であることを特徴とする請求項１〜４１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４３】
前記冷却すべき流体および／または前記液体冷却剤を単一の接続部および／または別個の接続部に供給および／または排出するための少なくとも１つの接続部を特徴とする請求項１〜４２のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４４】
前記冷却すべき流体を前記流路（３）に、および／または前記液体冷却剤を前記内管部（１）と前記外管部（２）との間に供給および／または排出するための少なくとも１つの接続部を特徴とする請求項１〜４３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４５】
前記冷却すべき流体を前記内管部（１）と前記外管部（２）との間に、および／または前記液体冷却剤を前記内管部（１）の内部空間に供給および／または排出するための少なくとも１つの接続部を特徴とする請求項１〜４４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４６】
供給接続部および／または排出接続部が、前記冷却すべき流体と前記冷却剤とを貫流させるように構成されており、特に、好ましくは軸方向に向けられた前記冷却すべき流体用の第１の流体流路と、好ましくは半径方向に向けられた前記冷却剤用の第２の流体流路とを備えることを特徴とする請求項１〜４５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４７】
供給接続部および／または排出接続部が、前記冷却すべき流体のみまたは前記冷却剤のみを貫流させるように構成されており、特に、前記冷却すべき流体用の別個の冷却剤接続部または別個の接続部として形成されていることを特徴とする請求項１〜４６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４８】
冷却剤接続部、特にパイプが、前記内管部（１）と前記外管部（２）との間の間隙への開口部に、特に前記外管部（２）の開口部に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４９】
冷却剤接続部、特にパイプが、前記内管部（１）の内部空間への開口部に、特に前記内管部（１）の開口部に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５０】
前記開口部が、前記外管部（２）の終端部に、特にフレーム（７）によって分離されている終端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５１】
前記冷却すべき流体用の接続部がフランジとして、特に、前記冷却すべき流体が案内されているフランジとして形成されていることを特徴とする請求項１〜５０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５２】
前記冷却すべき流体用の接続部が、前記内管部（１）によって保持されており、および／または前記内管部（１）と前記外管部（２）との間の前記間隙を覆うことを特徴とする請求項１〜５１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５３】
前記冷却すべき流体用の接続部が、前記外管部（２）によって保持されており、および／または前記内管部（１）の前記流路（３）または前記内部空間を覆うことを特徴とする請求項１〜５２のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５４】
前記外管部（２）が略円筒として形成されていることを特徴とする請求項１〜５３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５５】
前記冷却すべき流体用のまたは前記冷却剤用の少なくとも１つの接続部が、局部的な接合方法、特に、レーザ溶接またはレーザろう付け等の溶接、炎ろう付けあるいは接着によって前記内管部（１）におよび／または前記外管部（２）に固定されていることを特徴とする請求項１〜５４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５６】
燃焼空気を内燃機関の入口に供給するための燃焼空気供給ラインと、排ガスを前記内燃機関の出口から排出するための排ガスラインと、排ガスを前記排ガスラインから前記燃焼空気供給ラインに循環させるための排ガス循環ラインとを有する前記内燃機関用の排ガス循環システムにおいて、
前記燃焼空気供給ラインに、前記排ガスラインにおよび／または前記排ガス循環ラインに、前記燃焼空気および／または前記排ガスを冷却するための請求項１〜５５のいずれか１項に従って形成されている熱交換器が配置されていることを特徴とする排ガス循環システム。
【請求項５７】
前記燃焼空気供給ラインに圧縮機を備え、前記排ガスラインにタービンを備える排気タービン過給機であって、前記排ガス循環ラインが前記排気タービン過給機の高圧側にまたは低圧側に配置されている排気タービン過給機を特徴とする請求項５６に記載の排ガス循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車および／または鉄道車両の内燃機関用の流体、特に自動車の内燃機関、好ましくはガス冷却器用の排ガス、給気、混合物等のような例えば充填流体の形態の特にガスを冷却するための熱交換器であって、少なくとも１つの流路を有する内管部と外管部とを備える熱交換器において、内管部または外管部の少なくとも一方にフレームが配置されており、フレームが内管部または外管部のそれぞれ他方まで延びる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に自動車の内燃機関のために、種々の形態の熱交換器、例えば、特許文献１のようなガス冷却器が提案されている。有害物質を低減する目的で、循環された排ガスを冷却するための排ガス冷却器であって、ステンレス鋼製の別個の扁平管からなる束の端部側が共通の収容部に溶接されており、収容部の縁側が鋼ハウジングにさらに溶接されている排ガス冷却器も知られている。液体によってガスを冷却するための冷却器の同様の構造原理は、圧縮および加熱された給気の冷却にも提案されており、この場合、給気を冷却するために、先に優先権を有する空冷式熱交換器が使用される。
【０００３】
特許文献２から、使用材料および取付費用が低減された排ガス循環システム用の冷却器が、伝熱効果を向上させることが知られている。このために、冷却すべき排ガス用の貫流路は冷却プロファイルとして形成されており、この冷却プロファイルの断面は、円形に拡大された外面を有するプロファイル形状を備え、この場合、冷却プロファイルは、冷媒、特に冷却水が流れる外管によって覆われている。
【０００４】
特許文献３から、互いに平行に延びる流れ溝を含む少なくとも２つのブロックを有する伝熱体が知られている。上記流れ溝の端部は、周縁部に対してシールされた２つの終端部によって、異なる流路に分割されており、これらの流路により、各終端部には、高温流動流体および低温流動流体用の供給部および排出部への流路接続部が設けられている。この場合、ブロックは、押出成形法で製造されたアルミニウム合金製の一体の伝熱要素からなり、この伝熱要素は、断面で閉じられた流れ溝間に、材料結合によって結合された伝熱壁を有する。
【０００５】
特許文献４から、冷却装置の流路を介してガスを案内できる、ガスを冷却するための装置が知られている。この場合、冷却装置において、ガス用の流路の近傍には、貫流する冷媒用の流路も存在している。冷却装置は、内部中央に、冷却剤用の流路を備え、そして半径方向外側に、冷却すべきガス用の流路と、冷却リブを有する中間部としての押出成形されたアルミニウムプロファイル部とを備える。
【０００６】
特許文献５から、冷却装置の流路を介してガスを案内できる、ガスを冷却するための装置が知られている。この場合、冷却装置において、ガス用の流路の近傍には、貫流する冷媒用の流路も存在している。冷却装置は、内部中央に、冷媒用の流路を備え、そして半径方向外側に、冷却すべきガス用の流路を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】仏国特許第２５０７７５９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３４９８８７Ａ１号明細書
【特許文献３】独国実用新案第２０３０１９２０Ｕ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１９９３６２４１Ａ１号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１９８０９８５９Ａ１号明細書
【特許文献６】独国実用新案第２０３０１９２０Ｕ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、安価かつ簡単に製造可能である内燃機関用の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】
【０００９】
この課題は、内燃機関用の流体、特に自動車の内燃機関、好ましくはガス冷却器用の排ガス、給気、混合物等のような例えば充填流体の形態の特にガスを冷却するための冒頭に述べた熱交換器であって、少なくとも１つの流路を有する内管部と外管部とを備える熱交換器を有する本発明によって解決される。
【発明の実施形態】
【００１０】
本発明によれば、内管部または外管部の少なくとも一方にフレームが配置されており、そのフレームが内管部または外管部のそれぞれ他方まで延びる。
【００１１】
内管部から外管部にまたは外管部から内管部に延びるフレームによって、管部の直接的な保持が互いに行われており、この結果、例えば、ガスおよび冷却剤を供給および排出するための適切な接続キャップによって、ガス冷却器に対する管部の完全体が安価かつ簡単に実現可能である。
【００１２】
さらに、本発明は、自動車用のまたは鉄道車両用のまたは発電所、特にブロック火力発電所用の熱交換器の使用に向けられる。
【００１３】
冷却すべき流体、特にガスは、少なくとも部分的に圧縮燃焼空気から、および／または少なくとも部分的に内燃機関の排ガスからなることが好ましい。圧縮燃焼空気も、冷却すべき、例えば循環される排ガスも、高温を有し、圧力低下および質量流量に関して同様の要求をガス冷却器に課す。さらに、ガスが内燃機関の排ガスを含む場合、排ガスの高い腐食性および排ガスの凝縮物の基本的な問題を考慮する必要がある。
【００１４】
本発明の別の発展形態は従属請求項から明らかになる。
【００１５】
安価な製造のために、内管部または外管部の少なくとも一方が押出成形物として形成されている。これにより、特に、交換器の性能を向上させるための複雑な成形が簡単に可能になるが、この理由は、押出成形物がほぼ任意の断面形状を有することができるからである。
【００１６】
内管部はアルミニウムベースの押出成形物として形成されていることが特に好ましい。安価かつ簡単な製造に加えて、この材料による複雑な成形により、アルミニウムまたは一般のアルミニウム合金ベースの通常の方法で製造された押出成形物が、特に、高温排ガスの化学的攻撃に対して大きな抵抗力を示すという驚くべき効果が得られる。この効果は、押出成形およびそれに引き続く冷却時に得られる材料の特別な微細構造に依存することができる。例えば、ろう付け工程または溶接工程の範囲で、このような耐食性押出成形物を高温に加熱することによって、強い腐食性をさらになくすことができることを示している。したがって、少なくとも排ガス冷却器として装置を使用する場合、押出成形後、例えば、ガス流を供給するための接続キャップの局部的な溶接時に、対応して高い温度が、材料にはもはや導入されないかまたはおそらく局部的にのみ導入されるように配慮しなければならない。
【００１７】
所定の構造空間で熱交換器の性能を向上させるために、有利には、内管部が、ガスを案内する流路に突出する複数のリブ状の延長部を備えることが意図されている。
【００１８】
好ましい実施形態では、内管部は少なくとも１つの第２の流路を備え、この場合、第２の流路は、貫流するガスの冷却低下を行うバイパス流路として形成されている。例えば内燃機関の冷間始動時に、特定の作動条件を考慮するために、特に排ガス冷却器では上記バイパス流路が一般的である。バイパス流路は、特に板部分からなるインサートを備えることが好ましい。これにより、バイパス流路の貫流における排ガスの熱損失がさらに低減されている。
【００１９】
乱流および／またはより長い流路を形成するために、一般に、所定の構造空間で熱交換器の性能を向上させるために、有利には、内管部または外管部の少なくとも一方がその延長部を介して、長手方向を中心とする偏向部を備えることが意図されている。特に、リブ状の延長部が流路に突出している場合、例えばガスを案内する内管部の上記偏向部によって、ガス流に運動量または乱流を加えることができる。これにより、所定の流路長および所定のガス質量流量において、熱交換が改善される。
【００２０】
特に好ましい実施形態では、内管部および外管部がそれらの延長部を介して少なくとも１つの屈曲部を備えることが意図されている。管部に挿入されたこのような屈曲部は、ガス冷却器を最適化して、利用される構造空間に合わせるのに適切である。要するに、自動車の内燃機関では、構造空間が非常に制限され、多くの場合、好ましくない形状になる。内管部および外管部は１つまたは複数のフレームを介して互いに結合されるので、ガス冷却器を構造空間に合わせるために、内管部および外管部を共に簡単に屈曲させることができる。
【００２１】
ガスおよび液体を供給および排出するための接続部を簡単に固定するために、内管部は、外管部を介した長手方向への突出部を備える。
【００２２】
有利な実施形態では、内管部および外管部が別個の部分として形成されており、この場合、特に、フレームを介した外管部への内管部の挿入が強制的に行われている。これにより、管部は種々の材料からなることができ、この場合、例えば、高温ガスと接触する内管部は、特に耐食性のまたは高価な材料であることができ、これに対して、液体のみと接触する外管部は、材料の品質を下げてコストを節減することができる。さらに、互いに押し込まれた管部を共に屈曲させることが特に簡単に可能になるが、この理由は、長手方向に互いに移動可能な管部を介して、屈曲部の領域の圧縮歪みおよび伸びをより適切に補正可能であるからである。
【００２３】
しかし、その代わりに、内管部および外管部が特に押出成形によって同一材料で一体的に形成されることを意図することもできる。これにより、ガス冷却器の特に安価な製造が可能になるが、この理由は、必要な複数の個々の部分が低減されているからである。
【００２４】
本発明の特に好ましい発展形態によれば、２つの管部の少なくとも一方、好ましくは内管部は、特に押出成形物としてアルミニウムベースから形成されている。本発明の別の発展形態によれば、２つの管部の少なくとも一方、好ましくは外管部はプラスチックから形成されている。例えば、外管部の形成には、プラスチック管が特に有利であることが証明された。好ましくは、フレームは内管部または外管部のそれぞれ他方まで、材料結合によって内管部または外管部に形成されている。
【００２５】
この発展形態の特に好ましい組み合わせでは、外管部はプラスチック部として形成されており、内管部は、アルミニウム押出成形部として形成されており、このアルミニウム押出成形部には、外管部に延びるフレームが、材料結合によって直接同時に形成されており、すなわち押出成形工程の範囲で内管部と共に形成されている。内管部の内部空間への、冷却すべき流体、例えば充填流体の案内には、そして外管部と内管部との間の間隙への冷却剤の案内には、上記実施形態が特に有利であることが証明された。
【００２６】
さらに、代替実施形態では、冷却剤が内管部の内部空間に案内され、充填流体が内管部と外管部との間の間隙に案内されることができ、この場合、必要に応じて、内管部はプラスチック部として形成され、外管部はアルミニウム部として形成されるか、または内管部および外管部が単一のアルミニウム押出成形部として共に形成されることができる。
【００２７】
その上、他の実施形態では、必要に応じて、アルミニウム鋳造部、特にダイカスト部または砂型部としての２つの管部が、好ましくは熱交換器のハウジングを形成することもできる。２つの管部を必要に応じて有効にプラスチック部として形成することもできる。
【００２８】
内管部と外管部との間を貫通して延びるフレームに加えて、外管部と内管部との間の追加の支持部として、内管部と外管部との間には少なくとも１つまたは複数の別の別個のスペーサを設けることができる。追加のスペーサはプラスチックから形成されていることが好ましい。追加のスペーサは、クリップ結合部またはプレス結合部によって管部の一方または両方に結合されていることが好ましい。同様に、流れ案内要素または乱流発生要素が配置され、特にクリップ結合部またはプレス結合部によって固定されることができる。
【００２９】
原則として、特に上記のように、流動技術的に分離された少なくとも２つの管部から、内管部および外管部の構造を形成でき、この場合、本発明の概念によれば、内管部または外管部の少なくとも一方にはフレームが配置されており、このフレームは内管部または外管部のそれぞれ他方まで延びる。
【００３０】
好ましくは、貫流断面の液圧直径の範囲において、管構造の液圧作用を規定できる。例えば、外管部と内管部との間の間隙、すなわち、特に環状断面または環状部断面は、貫流断面の円周の４分の１の貫流断面が得られる液圧直径を形成する。内管部の内部空間も、貫流断面の円周の４分の１の貫流断面が得られる液圧直径を形成する。
【００３１】
冷却すべき流体が貫通している管構造の当該断面の液圧直径は、４ｍｍ〜１３ｍｍ、特に７ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあることが好ましい。冷却剤が貫通している管構造の当該断面の液圧直径は、３．５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲にあることが好ましい。特に、冷却剤が内管部と外管部との間の間隙に案内されている場合、好ましくは環状部断面の液圧直径が５ｍｍ〜７ｍｍであることが特に有利であることが証明された。冷却剤が、好ましくは円形断面の内管部の内部空間に案内されている場合、液圧直径が６．５ｍｍ〜１４ｍｍであることが特に有利であることが証明された。全体としては、ガスを案内する断面、特に管の液圧直径が、冷却剤を案内する断面、特に管の液圧直径の数倍、特に０．５〜４倍、特に１〜２倍であることが特に有効であることが証明された。
【００３２】
さらに、熱交換器の、特に内管部または外管部の長さが、ガス側の液圧直径の数倍、特に２０〜２００倍、特に４０〜１００倍であることが特に有利であることが証明された。
【００３３】
特に、外管部と内管部との間の間隙へのまたは内管部の内部空間への、冷却すべき流体のおよび冷却剤の案内に関係なく、管部の一方または両方の形成には、特に耐食性のアルミニウム合金の使用が特に有効であることが証明された。比較的優れた衝突強度を有するアルミニウム合金は、比較的少ないＣｕ成分、特に、０．５重量％未満、特に０．２重量％未満、特に０．１重量％未満のＣｕ成分を含む。原則として、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金が適切である。管部の少なくとも１つを形成するために、
−  １．０重量％未満のＳｉ成分、
−  １．２重量％未満のＦｅ成分、
−  ０．５重量％未満のＣｕ成分、
−  ０．５重量％未満のＣｒ成分、
−  ０．０２重量よりも多く、０．５重量％よりも少ないＭｇ成分、
−  ０．５重量％未満のＺｎ成分、
−  ０．５重量％未満のＴｉ成分、
−  Ａｌ基および不可避の汚れを含むアルミニウム合金が驚くほど有効であることが証明された。
【００３４】
特に、上記成分がより具体的に選択された場合、合金の特性、特に衝突強度が特に有利であることが証明された。
【００３５】
例えば、Ｓｉ成分は０．６重量％未満、特に０．１重量％未満であり得る。Ｆｅ成分は特に０．７重量％未満、特に０．３５重量％未満であり得る。さらに、Ｃｒ成分は０．０５重量％よりも多く、０．２重量％よりも少なく、特に、Ｃｒ成分は０．１重量％よりも多く、０．２重量％よりも少ないことが特に有利であることが証明された。Ｍｇ成分は０．０５重量％よりも多く、０．３重量％よりも少ないことが特に有利である。さらに、Ｚｎ成分は０．０５重量％よりも多く、０．３重量％よりも少ないことが特に有利であることが証明された。Ｔｉ成分は０．０５重量％よりも多く、０．２５重量％よりも少ないことが好ましい。さらに、アルミニウム合金は、他の金属および物質の別の成分、例えばＭｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｏ、ＰＰ、ＧａおよびＯを含むことができる。最終的に、アルミニウム合金は、０．０５重量％〜０．１５重量％の範囲の別の任意の成分、例えば添加剤等も含むことができる。
【００３６】
衝突強度をさらに向上させるために、押出成形方向で測定された２００μｍ未満、特に１００μｍ未満、特に５０μｍ未満の平均粒子サイズを提供することが特に有利であることが証明された。
【００３７】
第１の形態では、内管部は、冷却すべき流体を案内するための内部空間を備える。それに応じて、外管部と内管部との間には、冷却剤を案内するための間隙が形成されている。
【００３８】
特に、上記発展形態に加えて、間隔フレームを介して互いに結合されている流路を有する少なくとも１つの部分を備える内管部が、第１の形態の特に好ましい発展形態であることが証明された。部分は、一列に並んで配置された流路を備えることが好ましい。部分は、並んで配置された単列の流路からなることが好ましい。第１の形態のこの発展形態の、図８Ａ、図８Ｂを参照して詳述した特に好ましい実施形態では、少なくとも２個、特に最高１０個の構造（この実施形態では５個の部分）を重ね合わせることが有利であることが証明された。同様に、部分は、１０個〜２０個の（説明した実施形態では１６個の）流路を備えることが有利であることが証明された。部分および／または流路は矩形断面に形成されていることが好ましい。
【００３９】
逆に、第２の形態では、内管部の内部空間は冷却剤を案内するように構成されている。それに応じて、外管部と内管部との間の間隙は、冷却すべき流体を案内するように構成されている。
【００４０】
第２の形態の特に好ましい発展形態では、内管部の内部空間を略円形または略楕円形の断面に形成することが特に有利であることが証明された。したがって、冷却剤を供給および／または排出するための冷却剤案内部および接続部により、小さな流動抵抗を特に容易に実現できる。断面は丸い断面として形成されていることが好ましい。このような断面は特に内部空間の中央断面として配置されている。さらに、好ましい発展形態では、内管部の内部空間は、円形または楕円形の中央断面に隣接する少なくとも１つの半径方向周縁部を備える断面を有することができる。特に、外管部によって、半径方向周縁部を大きく画定できる。すなわち、この種の発展形態は、略円形または略楕円形の中央断面が設けられた全体が放射状に延びている断面を有する。別形態では、中央断面、または内管部の内部空間の断面を角形に、例えば矩形にすることもできる。
【００４１】
特に第２の形態の好ましい発展形態では、外管部と内管部との間の間隙、すなわち、特に環状断面は、少なくとも１つのフレームを介してセグメント、好ましくは切片に分割されている。好ましくは、冷却すべき流体を間隙に案内した場合、部分の形成部が、冷却すべき流体の冷却を特に効果的に補助することが証明された。さらに、外管部と内管部との間の間隙に、自由端を有する部分フレームが突出することが有利であることが証明された。このことにより、冷却剤と、冷却すべき流体との間の熱伝達または伝熱面が有利に増大される。部分フレームは、外管部にまたは内管部に取り付けられるかまたは形成され、間隙に突出することができる。部分フレームは管部と共に押出成形されることが好ましい。
【００４２】
第３の形態では、上記種類の部分が冷却剤と、冷却すべき流体とを交互に貫流できるように構成されていることが特に有利であることが証明された。したがって、熱伝達では、例えば図１２と図１３に示したような実施形態が特に有効であることが証明された。
【００４３】
本発明の上記発展形態、特に第１、第２および第３の形態による発展形態は、供給接続部および／または排出接続部を介して、冷却すべき流体および／または液体冷却剤の供給および／または排出を特に簡単に、それにもかかわらず有利に行うことができる。
【００４４】
特に好ましい発展形態では、接続部を単一の接続部として設けることができる。例えば、冷却すべき流体を流路におよび／または液体冷却剤を内管部と外管部との間に供給および／または排出するための少なくとも１つの接続部を設けることができ、冷却剤および冷却すべき流体のために共通して設けられたこのような接続部は、特に、第１の形態による発展形態の接続部として適切に構成可能である。
【００４５】
さらに、冷却すべき流体を内管部と外管部との間におよび／または液体冷却剤を内管部の内部空間に供給および／または排出するための、すなわち第２の形態の発展形態による共通の単一の接続部を構成できる。
【００４６】
冷却剤も、冷却すべき流体も貫流できる接続部が、供給接続部としておよび／または排出接続部として設けられていることが好ましい。このような接続部は、好ましくは、冷却すべき流体用の第１の流体流路と冷却剤用の第２の流体流路とを備え、管部を延長するために、第１の流体流路が軸方向におよび／または第２の流体流路が半径方向に向けられていることが特に有利であることが証明された。このことにより、冷却剤および／または冷却すべき流体用の周縁部の構造的に特に有効であり、それと同時に流動抵抗が小さくされた結合が可能になる。
【００４７】
さらにまたはその代わりに、複数の別個の接続部から、供給接続部および／または排出接続部を形成することもできる。特に、冷却すべき流体のみを貫流するための第１の接続部を構成し、冷却剤のみを貫流するための第２の接続部を構成することができる。この点において、供給接続部および／または排出接続部は、それぞれ１つの別個の冷却剤接続部と、冷却すべき流体用のそれぞれ１つの別個の接続部とを備えることができる。
【００４８】
上記発展形態の範囲では、好ましくはパイプ状の冷却剤接続部が、内管部と外管部との間の間隙への開口部に取り付けられていることが特に有利であることが証明された。このような開口部は外管部に特に有利に形成されることができ、このことは、本発明の発展形態の上記第１の形態に関する接続部の構成に対応する。
【００４９】
本発明の発展形態の上記第２の形態によれば、好ましくはパイプ状の冷却剤接続部を、内管部の内部空間への開口部に取り付けることができ、特に内管部の開口部に固定できる。
【００５０】
発展形態の第１の形態の原理によれば、開口部を外管部の終端部に取り付けることが有利であることが証明された。好ましくは、フレームによって終端部を分離できる。これにより、冷却剤用の流入空間が外管部の終端部の領域の間隙に特に有利に形成される。発展形態の第２の形態の原理によれば、開口部を外管部および内管部の終端部に設けることができ、このことにより、冷却剤を内管部の内部空間に直接導入することが可能になる。
【００５１】
上記接続部とは別個の、冷却すべき流体用の別の接続部は、フランジとして、特に、冷却すべき流体が案内されているフランジとして形成されていることが好ましい。したがって、発展形態の上記第１の形態の原理によれば、冷却すべき流体用の接続部は、内管部によって保持され、および／または内管部と外管部との間の間隙を覆うことができる。次に、発展形態の第２の形態の原理によれば、冷却すべき流体用の接続部は、同様に、外管部によって保持され、および／または内管部の流路または内部空間を覆うことができる。
【００５２】
両方の例において、内管部の中央内部空間の（第１の形態による）、または内管部と外管部との間の周縁間隙の（第２の形態による）特に有利な結合が実現される。
【００５３】
好ましい実施形態によれば、燃焼空気を内燃機関の入口に供給するための燃焼空気供給ラインと、排ガスを内燃機関の出口から排出するための排ガスラインと、排ガスを排ガスラインから燃焼空気供給ラインに循環させるための排ガス循環ラインとを有する内燃機関用の排ガス循環システムにおいて、本発明によるガス冷却器が使用される。
【００５４】
排ガス循環システムは燃焼空気供給ラインに圧縮機を備え、排ガスラインにタービンを備え、この場合、排ガス循環ラインは排気タービン過給機の高圧側にまたは低圧側に配置されていることが特に好ましい。
【００５５】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態について以下に説明する。これらの図面は実施形態を必ずしも縮尺に従って示しておらず、逆に、説明に有用な図面は、概略形態および／またはわずかに変形された形態で示されている。図面で直接見ることができる教示の補助については、関連する従来技術を参照されたい。この場合、本発明の一般的な考えから逸脱することなく、実施形態の形状および詳細の種々の修正および変更をなし得ることを考慮すべきである。説明に、図面にまた請求項に開示される本発明の特徴は、個別でも、本発明の発展形態の任意の組み合わせでも重要である。さらに、本発明の範囲には、説明に、図面におよび／または請求項に開示される少なくとも２つの特徴からなる全ての組み合わせが含まれる。本発明の一般的な考えは、以下に図示および説明する好ましい実施形態の正確な形状または詳細を限定せず、あるいは請求項に用いられる対象と比較して限定的である対象を限定しない。さらに、記載されている定格範囲において、記載されている限界内にある値を限界値として明らかにでき、任意で用いることができ、そして要求できるようにする必要がある。
【００５６】
さらなる利点および特徴が、以下に説明する実施形態からまた従属請求項から明らかになる。
【００５７】
以下には、ガス冷却器の形態の本発明による熱交換器の２つの好ましい実施例が記載され、添付図面を参照して、それらの実施例について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の第１の実施形態の概略縦断面図である。
【図２】図１のガス冷却器の部分空間図である。
【図３】線Ａ−Ａに沿った図１のガス冷却器の断面図である。
【図４】図１のガス冷却器の別の部分空間図である。
【図５】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の第２の実施形態の断面図である。
【図６Ａ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の実施形態用の冷却剤およびガスを共に案内するための接続部の好ましい実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の実施形態用の冷却剤およびガスを共に案内するための接続部の好ましい実施形態を示す図である。
【図７Ａ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の実施形態用の冷却剤およびガスを別個に案内するための接続部の他の好ましい実施形態を示す図である。
【図７Ｂ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の実施形態用の冷却剤およびガスを別個に案内するための接続部の他の好ましい実施形態を示す図である。
【図７Ｃ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の実施形態用の冷却剤およびガスを別個に案内するための接続部の他の好ましい実施形態を示す図である。
【図７Ｄ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の実施形態用の冷却剤およびガスを別個に案内するための接続部の他の好ましい実施形態を示す図である。
【図７Ｅ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の実施形態用の冷却剤およびガスを別個に案内するための接続部の他の好ましい実施形態を示す図である。
【図８Ａ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の第２の実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】発展形態の第１の形態によるガス冷却器の第２の実施形態を示す図である。
【図９Ａ】発展形態の第２の形態によるガス冷却器の第１の実施形態を示す図である。
【図９Ｂ】発展形態の第２の形態によるガス冷却器の第１の実施形態を示す図である。
【図９Ｃ】発展形態の第２の形態によるガス冷却器の第１の実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】発展形態の第２の形態による実施形態用の、例えば図９Ａ、図９Ｂの実施形態用の内管部および外管部を有する押出成形された管構造の種々の実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】発展形態の第２の形態による実施形態用の、例えば図９Ａ、図９Ｂの実施形態用の内管部および外管部を有する押出成形された管構造の種々の実施形態を示す図である。
【図１０Ｃ】発展形態の第２の形態による実施形態用の、例えば図９Ａ、図９Ｂの実施形態用の内管部および外管部を有する押出成形された管構造の種々の実施形態を示す図である。
【図１０Ｄ】発展形態の第２の形態による実施形態用の、例えば図９Ａ、図９Ｂの実施形態用の内管部および外管部を有する押出成形された管構造の種々の実施形態を示す図である。
【図１０Ｅ】発展形態の第２の形態による実施形態用の、例えば図９Ａ、図９Ｂの実施形態用の内管部および外管部を有する押出成形された管構造の種々の実施形態を示す図である。
【図１０Ｆ】発展形態の第２の形態による実施形態用の、例えば図９Ａ、図９Ｂの実施形態用の内管部および外管部を有する押出成形された管構造の種々の実施形態を示す図である。
【図１１】追加の横フレーム、例えば図１０Ａ〜図１０Ｆの実施形態にも取り付け可能であるような横フレームを有する押出成形された管構造の有利な模範的な別形態を示す図である。
【図１２】発展形態の第３の形態によるガス冷却器の第１の実施形態を示す図である。
【図１３】発展形態の第３の形態によるガス冷却器の第２の実施形態を示す図である。
【実施例】
【００５９】
図１に示したガス冷却器は、外管部２に挿入されている内管部１を含む。２つの管部１、２はアルミニウムベースの押出成形物として形成されている。
【００６０】
内管部１には、内燃機関の排ガスを案内するための流路３が形成されている。この場合、内管部は、略円筒状の外壁４と、その半径方向内側に突出する合計１０個の複数のリブ状の延長部５とによって形成される。延長部５は内管部１の全長にわたって延びるので、内管部１は柱体として形成されている。
【００６１】
外管部２は、３つのフレーム７が内管部１の壁４まで内側に突出する円筒状の外壁６を含む。３つのフレーム７はそれぞれ１２０°の角度で互いに対称にずらして配置されている。内管部１の延長部５と同様に、フレーム７は全長にわたって延びるので、外管部２も柱体である。しかし、原則として、フレームは、材料を節約するために、または内管部の挿入時に摩擦を低減するために遮断部を備えることができる。ガス流に乱流を発生させる長手方向の適切な遮断部を使用できる延長部５に同様のことが適用される。
【００６２】
内管部１は、外管部２の端部を介して突出する突出部８を備える。これにより、接続部材９を管部１、２に簡単に結合可能である（図１参照）。接続部材９は、液体冷却剤を流入または流出させるための接続部１０を有するほぼ回転対称の金属キャップを含む。キャップ状の接続部材９は、外管部２を介して押し込まれており、それを囲むようにシール溶接されており、この場合、内管部１は、接続部材９の前壁１２の略円形の開口部１１から突出し、開口部の縁部にシール溶接されている。排ガス案内管は、前壁１２から突出する内管部１の部分に簡単に溶接されるか、またはシール手段を介して固定されることができる。
【００６３】
図１には、ガス冷却器の端部側の２つの接続領域の一方が示されている。原則として、ガス冷却器の端部側の接続部を対称に形成することができる。
【００６４】
本発明は以下のように機能する。
【００６５】
流路３を貫流する高温ガスは、内管部１の壁４の表面と延長部５との比較的大きな接触面を有する。これにより、ガスの熱エネルギーが管部１の金属に伝達される。冷却液は、内管部の壁４と外管部の円筒状の壁と必要に応じてフレーム７との間に存在する間隙１３を貫流する。これにより、熱が内管部１の材料から、貫流する冷却液に伝達され、最終的には、排ガスの熱が冷却液によって排出される。延長部５と同様に外管部２の全長にわたってリブ状に延びる３つのフレーム７は、同一材料で一体的に形成することもできる内管部１との接触位置を介して、管部１、２の間の小さくて無視できる１つのみの熱ブリッジを形成する。熱ブリッジをさらに小さくするために、フレームはその当接領域にテーパ部を備えることができる。
【００６６】
優れた完全性における優れた耐食性および高い熱伝導性のために、壁４およびフレーム５は０．３ｍｍ〜２ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの間で選択可能である。
【００６７】
図４は、ガス冷却器の管部１、２の全長を示している。この場合、管部１、２の縦軸線に対する２つの屈曲部１４、１５が管部に設けられている。これらの屈曲部１４、１５を介して、ガス流および／または液体流について、本質的な欠点を生じさせることなく、ガス冷却器を、利用される構造空間に合わせることができる。製造工程において、２つの管部１、２は、最初に互いに押し込まれ、必要に応じて、それらの長手方向の位置に固定される。その次に、屈曲部１４、１５が設けられ、これにより、管部１、２は同時に確動結合して互いに固定され、この結果、場合によっては、管部の溶接等の別のステップが不要になる。優れた完全性における優れた耐食性および高い熱伝導性のために、壁４およびフレーム５は０．３ｍｍ〜２ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの間で選択可能である。
【００６８】
図５は、ガス冷却器の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態において、同一機能の部品には、第１の実施形態と同一の参照番号が付されている。
【００６９】
第１の実施形態とは異なり、内管部１および外管部２は、円筒状の外周ではなく、楕円形に延びた断面を有する。内管部１は、ガス流路３に隣接して配置されている追加のバイパス流路１６を有する。流路３、１６は共通の外壁４によって囲まれ、この場合、ガス流路３とバイパス流路１６との間には隔壁１７が配置されている。
【００７０】
延長部５を有する流路３とは異なり、バイパス流路１６は延長部を有しないので、バイパス流路１６は、同一の流動抵抗において、非常に小さい表面を備え、したがって、貫流するガスに対する熱交換面を備える。さらに、バイパス流路１６は板１８で覆われており、その板は、特に、壁部１７と板１８との間の空隙を介して追加の断熱をもたらす。しかし、排ガス冷却器の構造からそれ自体公知の図示していないフラップまたは弁手段を介して、例えばエンジンの冷間始動時に最初にバイパス流路１６を介して排ガス流を案内でき、バイパス流路１６において、排ガス流が著しい冷却を受ける。最初に暖機状態のエンジンにおいて、循環排ガスの冷却が所望されかつ必要であり、このため、次に、ガス流が流路３を介して案内される。
【００７１】
第２の実施形態において、外管部２の外壁６から内管部１の外面まで延びる４つのフレーム７は、それぞれ１つの楕円形の端部７ａを有する。楕円形または先細りの端部７ａはフレーム７と壁部４との比較的小さい接触面を形成し、この結果、内管部１と外管部２との間の熱伝達が非常に小さくなり、内管部１のほぼ全面に冷却剤が還流される。
【００７２】
優れた完全性における優れた耐食性および高い熱伝導性のために、壁４およびフレーム５は０．３ｍｍ〜２ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの間で選択可能である。
【００７３】
図６Ａと図６Ｂには、熱交換器への、例えば図１〜図５の冷却器への冷却剤側および／またはガス側の接続部用の別の有利な実施形態が示されている。この場合、両方の流体の流入を行う１つのみの終端要素１９を介して、ガス側および冷却剤側の接続部が形成される。この場合、冷却すべき流体の流れおよび接続部１９．１は、さらに図示していない冷却器の長手方向に形成され、一方、冷却剤側の接続部１９．２はガス流方向に対して半径方向に配置されている。特に、終端要素１９の図示した実施形態は、接続部９、１０を有する接続部の既に図１に示した実施形態の拡張形態である。この場合、ガス側の接続部１９．１は、いわゆるＶクランプとして有利に形成されている。改善された熱伝達について、フレーム２０はフレーム５にほぼ一致する。
【００７４】
さらに、図７Ｄ、図７Ｅには、図７Ａ〜図７Ｃの管構造２１への冷却剤側の接続部２９．２およびガス側の接続部２９．１用の別の有利な実施形態が示されている。管構造２１の端部領域２２では、内管２３と外管２５との間の中間フレームが取り除かれるので、冷却剤用の分配流路が得られる。外管２５の中間フレームのない領域２２には、冷却剤接続部２９．２用の追加の孔２７が設けられ、これらの孔には、冷却剤接続部２９．２が溶接、ろう付け、接着または押圧によって固定される。ガス側の接続部２９．１は簡単なフランジによって実現される。このガス側の接続部を内管２３の端部に円錐台状に取り付けることができ、この結果、外管２５の流体領域が覆われている。あるいは、外管２５の一部を取り除き、その次に、露出された内管２３を介してフランジを押し込んで、内管２３に位置決めすることができる。さらに、フランジの固定は、溶接、ろう付け、接着または押圧によって行われる。
【００７５】
その代わりに、ガス側の接続部も冷却剤側の接続部も含むフランジ接続部も可能である。さらに、別の実施形態では、冷却すべき流体、特に排ガス等のガスも冷却剤も共通のフランジ接続部を介して熱交換器に流入するように、フランジ接続部が形成されることが意図されている。
【００７６】
図７Ａ〜図７Ｅに示したガス側および冷却剤側の接続部の形態は、ガス側の接続部２９．１および冷却剤側の接続部２９．２が、複雑に形成された管接続部で共に設けられず、上記のように、実用的なおよび簡単かつ安価に製造すべき方法で、冷却剤接続部が外管２５に直接取り付けられており、ガス接続部が内管２３の前部領域にのみ取り付けられているという点で、特に特許文献６で請求されている冷却器の実施形態よりも優れている。
【００７７】
図８Ａと図８Ｂには、冷却器３０の別の可能な実施形態が示されている。この実施形態では、冷却器３０はセグメント状の少なくとも１つのガス流路３１を有し、さらに、このガス流路は、少なくとも１つのフレーム３３によってまたは追加の半分のフレームによって、少なくとも２つの平行なガス室３５に分割されている。ガス流路３１は間隔フレーム３７によって互いに結合されているので、内側ブロック全体を少なくとも一体的に製造することができる。本発明では、ブロック４１全体が押出成形される。一体の実施形態用の好ましい製造方法はアルミニウム合金による押出成形である。その代わりに、複数片の、例えば２片の実施形態も可能である。２片の実施形態では、間隔フレーム３７を含む全てのガス流路３１を含む内側部分、すなわち内側ブロック３９は、一体的に形成され、その次に、ブロック４１を形成するための別個のハウジング４０に接合される。２片の実施形態では、押出成形によって、２つの部分３９、４０を製造できるか、あるいは好ましくは押出成形によって、内側部分、すなわち内側ブロック３９を製造でき、そして鋳造法または射出成形法によって、ハウジング４０を製造できる。鋳造部／射出成形部としてのハウジング４０の実施形態は、存在し得るホルダおよび流体供給パイプ／流体排出パイプを直接共に鋳造／射出成形できるという利点を有する。したがって、ハウジング４０を非常に経済的に製造できる。材料結合によって、あるいはクリップ結合部、またはハウジングに挿入されたガイドストリップ４３によって、内側ブロック３９とハウジング４０との間の結合部を形成できる。
【００７８】
優れた完全性における優れた耐食性および高い熱伝導性のために、壁４およびフレーム５は０．３ｍｍ〜２ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの間で選択可能である。
【００７９】
さらに、本発明の内側部分の複数片の実施形態では、少なくとも１つの間隔フレーム３７を有する少なくとも１つのガス流路３１が形成され、その次に内側ブロック３９全体に一体成形される。内側部分の強度をできるだけ高くするために、材料結合によって、ガス流路３５を間隔フレーム３７にさらに結合できるか、あるいはその代わりに、間隔フレーム端部３７が挿入されるかまたはガイド結合部を介して互いに結合されているように、間隔フレーム端部３７を形成できる。
【００８０】
本発明全体としては、内側ブロック３９を内管部として設けることができ、ハウジング４０を外管部として設けることができる。
【００８１】
ブロック４１によって、図示していないガス供給部および冷却剤供給部を冷却器に接続するために、冷却器端部の領域において、ハウジング４０とガス流路３５との間の間隔フレーム３８が取り除かれ、必要に応じて、ガス流路３５の間の間隔フレーム３７がなおさらに取り除かれ、この結果、冷却器端部の領域において、ガス流路３５の周囲を流れる冷却水は、断面４５全体、すなわち外管部（ハウジング４０）と内管部（内側ブロック３９）との間の間隙にわたって分配されることができる。したがって、冷却水接続部がハウジング４０に直接一体化されなかった場合、冷却水は、冷却水パイプが使用されるハウジングの追加の孔を介して供給される。さらに、本発明では、ガス領域と冷却剤領域とを分離するために、詳細に図示していないフランジが冷却器端部に取り付けられる。フランジには、冷却器のガス流路が存在しないので、フランジにより、冷却剤領域とガス領域とが分離される。
【００８２】
一方、図１〜図７Ｅを参照して説明してきたように、フランジを冷却器端部に円錐台状に固定できるか、あるいはその代わりに、追加の再加工によって、冷却器端部の領域の冷却器ハウジングおよび間隔フレームを後方に配置でき、この結果、フランジが延長されて、ガス流路に溶接またはろう付けされる。
【００８３】
その代わりに、ガス側の接続部も冷却剤側の接続部も含むフランジ接続部も可能である。
【００８４】
原則として特に、図８Ａ、図８Ｂの本発明の実施形態において、冷却器の内部で全てのガス流路および／または冷却剤流路が同一の方向への貫流を行うことができる。しかし、ガス入口の反対側の冷却器の端部で追加の偏向を行うことによって、入口側の方向への偏向および循環を行うこともできる。この場合、貫流および還流のガス流路の形態を種々に形成できる。
【００８５】
より優れた熱伝達のためにできるだけ多数のフレームがガス流路のみに設けられている図８Ａ、図８Ｂによる冷却器の図示した実施形態に加えて、図５に示したように、ガスが冷却される多数のフレームを有する少なくとも１つのガス流路と、できるだけ少量の流体が冷却されるバイパス流路とを有する冷却器の実施形態も可能である。この場合、バイパス流路として形成されたガス流路は、個々のガス室で非常に少なく分割されるかまたは全く分割されない。高いフレーム密度を有する１つまたは複数のガス流路とバイパス流路との間の流れ案内は、冷却器に前接続または後接続されたバイパスフラップを介して行われる。さらに、バイパス流路をより良く断熱するために、図５を参照して説明したように、バイパス流路において、管壁に対して規定された間隔で追加の板を使用でき、この結果、バイパス流路で、板と管壁との間に生じた空隙を介して、追加の断熱、したがって熱伝達の低減が行われる。
【００８６】
ガス流路３１のフレーム３３の間隔は１．５ｍｍ〜６ｍｍ、特に３〜４．５ｍｍの間で選択可能であることが好ましい。ガス流路３１の幅は２０〜１５０ｍｍ、特に２５〜９０ｍｍの間で選択可能であることが好ましい。さらに、ガス流路に、例えばリブ状の追加の乱流発生器が挿入された場合、フレームを完全にまたは部分的に省略できる。ガス流路３１の内法高さは２．５〜１５ｍｍ、特に４〜８ｍｍの値であることが好ましい。
【００８７】
優れた完全性における優れた耐食性および高い熱伝導性のために、ガス流路壁３６は０．３ｍｍ〜２ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの間で選択可能である。
【００８８】
発展形態の第１の形態による上記実施形態と比較して、発展形態の第２の形態は、上記のように、ガスを案内する媒体を管内部に配置せず、冷却剤を内管に案内し、そして冷却すべき流体、例えば空気または排ガスまたは空気排ガス混合物を外管領域、すなわち外管と内管との間の間隙に案内するという点で有利であり得る。図９Ａ、図９Ｂには、冷却器５０のこのような実施形態が示されている。
【００８９】
この実施形態の利点の１つは、冷却剤を案内する内管５１が好ましくは円形断面または円形状の断面を含むので、冷却器５０の接続部を冷却剤供給部およびガス供給部に非常に簡単に形成できることである。非常に簡単に形成すべき閉鎖ストッパ５４は、冷却剤を案内する内管５３に押圧されるか、ろう付けされるかまたは溶接される。ガス側の接続部５９．２の部分としてのこの閉鎖ストッパ５４は、簡単な深絞り部として形成されることが好ましい。さらに、冷却剤入口パイプおよび冷却剤出口パイプが冷却剤側の接続部５９．１の部分として設けられる。このために、適切な孔が、穿孔またはフライス加工により冷却器の縦軸線に対して（好ましくは）半径方向に機械的に設けられる。その次に、冷却剤パイプがろう付け、特に炎ろう付けによって取り付けられる。ガス接続部５９．２のために、冷却器の外部形状には追加のフランジがろう付けおよび／または溶接される。ガス流路を遮断しないようにするために、外管５５と内管５３との間のフレーム５８の中央に冷却剤パイプを取り付ける必要がある。さらに、第１の流体接続部と第２の流体接続部とが一体化されている管接続部の一体の実施形態の押圧が可能である。
【００９０】
その代わりに、ガス側の接続部も冷却剤側の接続部も含むフランジ接続部も可能である。さらに、別の実施形態では、冷却すべき流体、特に排ガス等のガスも冷却剤も共通のフランジ接続部を介して熱交換器に流入するように、フランジ接続部が形成されることが意図されている。
【００９１】
図９Ａ、図９Ｂのような冷却剤流路を内部に有する実施形態のさらなる利点は、管構造５１のガス側の圧力損失を著しく低減できることである。冷却剤流路とガス流路とを画定する管壁は、管の中心により近い方向に存在し、したがって、より小さい円周、すなわちより小さい断面を有し、この結果、同一の冷却器の外径では、ガス流路のためにより大きい断面を利用できる。
【００９２】
内管５３が円筒として存在するかまたは円筒状に製造されている場合、同一の冷却剤側の圧力低下において、冷却剤に必要な断面を、従来の実施形態よりもなおさらに低減できるが、この理由は、円筒が、同一の断面である場合、さらに、より小さい液圧直径を有し、したがって、間隙として形成された冷却剤流路よりも小さい圧力低下をもたらすからである。
【００９３】
図１０Ａ〜図１０Ｆには、内部にある冷却剤流路の用途に有利な管構造５１の実施形態が、管構造５１Ａ〜５１Ｆとして示されている。
【００９４】
それに応じて、この実施形態は、内管５３Ａ〜５３Ｆと、フレーム５８Ａ〜５８Ｆを有する外管５５Ａ〜５５Ｆとを備える。管構造５１Ａ〜５１Ｃは、さもなければ同一の構成の場合、外管５５Ａ〜５５Ｃと内管５３Ａ〜５３Ｃとの間の間隙で形成された、冷却すべき流体、本発明ではガスを案内するための複数の室５４によって区別される。管構造５１Ａは１３個の室５４を備え、管構造５１Ｂは９個の室５４を備える。管構造５１Ｃは６個の室５４を備える。このような室５４には、従属請求項に関連して説明された好ましい選択の液圧断面を使用すべきである。
【００９５】
強度上の理由から、外管の最大部品温度を３００℃未満にすべきである。特に、内燃機関用の冷却器の用途で予想されるような最高６００℃のガス温度では、フレーム５８Ａ〜５８Ｆにおいて、すなわち特に冷却水管において、内管部５３Ａ〜５３Ｆから外管部５５Ａ〜５５Ｆへのできるだけ高い熱伝導が望まれている。このことは、一方では、フレーム５８Ａ〜５８Ｆ、特にフレーム５８Ａ〜５８Ｄにおいて、０．６〜３ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍの十分に厚いフレーム厚によって達成され、他方では、可能な／実現されるべき冷却器の一体の実施形態によっても達成される。
【００９６】
与えられた周囲条件のために、比較的高いまたは高すぎる管外側温度が生じる用途では、さもなければ同一機能の部分に同一の参照番号が付されている図９Ｃによる別の有利な冷却器の実施形態５０’を選択可能であることが好ましい。この場合、前部管領域には、管構造５１を介して別の管５２が押し込まれている。追加の管５２と冷却器の外壁との間の間隙は別の冷却剤流路５６を形成する。ここで、冷却剤は、対応するラインが同様に配置されることにより、ガス流に対して最初に追加の管５２と冷却器の外壁との間に流れ、その次に、ガス入口領域で固有の冷却剤管に搬送される。これにより、冷却器の前部境界領域における管壁温度が著しく低減される。空間的な理由から、追加の管５２の長さができるだけ短くされ、好ましくは、冷却器の全長が１／３未満に、特に、冷却器の全長が１／５未満になるように選択する必要がある。有利には、冷却剤パイプを含む追加の管５２、ガスフランジ、および内部にある冷却剤管用の閉鎖キャップは一体的に、特に鋳造部として形成することができる。
【００９７】
腐食の理由からまた強度上の理由から、管構造５１の、特に外管５５の、および／または内管５３の、すなわち冷却器管の壁厚およびフレーム厚を、０．６〜３ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍに形成することを実現する必要がある。
【００９８】
熱伝達を改善するために、できるだけ大きい冷却器表面を特にガス側に設けることを実現する必要がある。このことは、図１０Ｄと図１０Ｆに示したように、外管と内管との間の結合フレームに加えて、本発明では、追加の部分フレーム５８’が好ましくは冷却剤管の外面にさらに取り付けられていることによって達成される。図１０Ｅと図１０Ｆには、フレーム５８”が中空に、したがって内部から冷却可能に形成されている実施形態５１Ｅと５１Ｆが示されている。したがって、内管５３Ｅ、５３Ｆの中央内部空間６１のさもなければ丸い断面は、半径方向の横断延長部６１’を有するフレーム５８”に拡大する。
【００９９】
図４を参照して上述した方法と同様に、図１０Ａ〜図１０Ｆの管構造５１Ａ〜５１Ｆも、少なくとも１つの縦軸線または横軸線を中心に屈曲または偏向させることができる。屈曲領域におけるガスの偏向によって、熱伝達が有利に改善される。この場合、フレーム５８または部分フレーム５８’に対応する、図１１の管構造５１Ｇの内管５３Ｇと外管５５Ｇとの間の追加の横フレーム５８’’’は、熱を伝達する表面の拡大に加えて、特に管屈曲領域で流れ渦流をなおさらに増大させることができ、ここで、この流れ渦流が、管の屈曲により直接的に（より直接的に）流され、これにより熱伝達が改善される。
【０１００】
伝熱体の性能を向上させ、冷却器の管壁外側温度を制限する別の方法は、冷却器５０用の図１２と図１３の管構造５１Ｈと５１Ｋに示したように、冷媒と、冷却すべき媒体とを交互に管室に貫流する方法である。図示した形態において、冷却すべき流体が軸方向に流入している間、冷却剤が分配流路を介して管に対して半径方向に供給される。このために、管入口および端部領域において、各第２の室５４．２が分配流路に向かって開放され、この結果、所望のように流体を分配できる。このことには、図１２（Ｄ）に示したような管構造５１Ｈの管断面が特に適している。２つの流体間の分離は分配流路の領域で追加のカバーによって行われる。選択的に、全ての取付部を溶接するか、ろう付けするか、接着するかまたは機械的に接合することができる。
【０１０１】
２つの流体による冷却器の交互の貫流では、図１２（Ｄ）の管構造５１Ｈの実施形態に加えて、図１２のような追加の半分のフレームを有する一実施形態または同様の実施形態も好ましい。これによって、冷却すべき流体の圧力損失が低減される。隣接する２つの室のそれぞれに、冷却すべき流体が貫流しており、ここで、前記室に隣接する２つの室に、冷却流体が貫流している実施形態も可能である。特に、最適な冷却において、できるだけ小さいガス側の圧力損失を実現するために、ガスを案内する室の断面が、冷却剤を案内する室の断面よりも大きく形成されていることが特に有利である。特に、ガスを案内する室の断面が、冷却剤を案内する室の断面よりも１．５〜５倍大きい。
【０１０２】
室を交互に充填するための管構造５１Ｈの同様の実施形態が図１３の管構造５１Ｋとして示されている。この実施形態では、必要に応じて追加する冷却フレームによって特に円形に形成されている複数の別個の室６１”内に、冷却すべき流体または冷却流体を案内できる。全ての室がフレームによって内管５３Ｋの部分として結合されているので、この実施形態も一体的に製造することができる。管５３Ｋ、５５Ｋの間のフレーム接続部５８Ｋにより、この実施形態は、管５３Ｋ、５５Ｋを互いに支持するので、従来の管束熱交換器で必要とされていたような非常に高い強度は、全ての先の実施形態と同様に、この冷却器の実施形態でも不要である。
【０１０３】
要約すると、本発明は、内燃機関用の流体、特に自動車の内燃機関、好ましくはガス冷却器用の排ガス、給気、混合物等のような例えば充填流体の形態の特にガスを冷却するための熱交換器であって、少なくとも１つの流路を有する内管部と外管部とを備える熱交換器に関する。本発明によれば、内管部または外管部の少なくとも一方にはフレームが配置されており、そのフレームは内管部または外管部のそれぞれ他方まで延びる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  内管部
２  外管部
３  ガス流路
４  略円筒状の外壁
５  リブ状の延長部（フレーム）
６  円筒状の外壁
７  フレーム
７ａ  楕円形の端部
８  突出部
９  接続部
１０  接続部
１１  略円形の開口部
１２  前壁
１３  間隙
１４  屈曲部
１５  屈曲部
１６  追加のバイパス流路
１７  隔壁
１８  板
１９  終端要素
１９．１  ガス側の接続部
１９．２  冷却剤側の接続部
２０  フレーム
２１  管構造
２２  端部領域
２３  内管
２５  外管
２７  追加の孔
２９．１  ガス側の接続部
２９．２  冷却剤側の接続部
３０  冷却器
３１  ガス流路
３３  フレーム
３５  平行なガス室
３６  ガス流路壁
３７  間隔フレーム
３８  間隔フレーム
３９  内側ブロック
４０  ハウジング
４１  ブロック
４３  クリップ結合部、またはハウジングに挿入されたガイドストリップ
４５  断面
５０  冷却器
５０’  冷却器の実施形態
５１  管構造
５１Ａ  管構造
５１Ｂ  管構造
５１Ｃ  管構造
５１Ｄ  管構造
５１Ｅ  管構造
５１Ｆ  管構造
５１Ｇ  管構造
５１Ｈ  管構造
５１Ｋ  管構造
５２  追加の管
５３  内管
５３Ａ  内管
５３Ｂ  内管
５３Ｃ  内管
５３Ｄ  内管
５３Ｅ  内管
５３Ｆ  内管
５３Ｇ  内管
５３Ｋ  内管
５４  閉鎖ストッパ（室）
５４．２  第２の室
５５  外管
５５Ａ  外管
５５Ｂ  外管
５５Ｃ  外管
５５Ｄ  外管
５５Ｅ  外管
５５Ｆ  外管
５５Ｇ  外管
５５Ｋ  外管
５６  別の冷却剤流路
５８  フレーム
５８Ａ  フレーム
５８Ｂ  フレーム
５８Ｃ  フレーム
５８Ｄ  フレーム
５８Ｅ  フレーム
５８Ｆ  フレーム
５８Ｋ  フレーム接続部
５８’  追加の部分フレーム
５８”  フレーム
５８’’’  追加の横フレーム
５９．１  冷却剤側の接続部
５９．２  ガス側の接続部
６１  中央内部空間
６１’  半径方向の横断延長部
６１”  室
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2010503817.tif 000029
2010503817.tif 000030
2010503817.tif 000031
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