(57)【要約】【課題】  熱負荷に依存する機械的応力が低減される。【解決手段】  第１の流体、特に排ガスまたは給気と、第２の流体、特に冷却剤との間の熱交換のための熱交換器、特に排ガス熱交換器または給気熱交換器であって、第１の流体と第２の流体とを互いに分離して熱交換するように案内するためのブロックと、第１の流体用の流体接続部とを備える熱交換器であって、ブロックが、第２の流体を貫流可能な室を有するハウジングと、室と流体接続部とを好ましくは液密に分離するためのブロック遮断要素とを備える熱交換器において、ブロックを流体接続部に接続するためのハウジングが設けられている。【選択図】  図３
2010519500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体（１）、特に排ガスまたは給気と、第２の流体（３）、特に冷却剤との間の熱交換のための熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）、特に排ガス熱交換器または給気熱交換器であって、
−前記第１の流体（１）と前記第２の流体（３）とを互いに分離して熱交換するように案内するためのブロック（１１）と、
−前記第１の流体（１）用の流体接続部（１３）とを備える熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）であって、
前記ブロック（１１）が、
前記第２の流体（３）を貫流可能な室（１７）を有するハウジング（１５）と、
前記室（１７）と前記流体接続部（１３）とを好ましくは液密に分離するためのブロック遮断要素（１９）とを備える熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）において、
前記ブロック（１１）を前記流体接続部（１３）に接続するための前記ハウジング（１５）が設けられていることを特徴とする熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項２】
前記ブロック（１１）が、前記第１の流体（１）を貫流可能な複数の流路（２３）を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項３】
前記ハウジング（１５）が前記流路（２３）を収容す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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項４】
好ましくはベースの形状の前記ブロック遮断要素（１９）には、前記第１の流体（１）を貫流可能な流路（２３）用の１つまたは複数の貫通開口部（１９Ａ）が設けら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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項５】
前記第１の流体（１）に対してそれぞれ別個の入口側ブロック遮断要素（１９’）および出口側ブロック遮断要素（１９”）、および／または前記第１の流体（１）用の入口領域および出口領域を備えるブロック遮断要素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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項６】
前記流体接続部（１３）が前記流路と流体接続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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項７】
前記流体接続部（１３）がディフューザの、特に入口ディフューザ（１３’）のおよび／または出口ディフューザ（１３”）の形状に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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項８】
前記流体接続部（１３）が前記ハウジング（１５）の外面（１５Ａ）に固定されており、および／または前記ブロック遮断要素（１９）が前記ハウジング（１５）の内部（１５Ｂ）に固定されてい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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項９】
前記流体接続部（１３）のみが前記ハウジング（１５）の前記外面（１５Ａ）に固定されてい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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項１０】
前記ブロック遮断要素（１９）のみが前記ハウジング（１５）の前記内部（１５Ｂ）に固定されてい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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項１１】
前記ブロック遮断要素（１９）が前記ハウジング（１５）の第２の位置（２２）に固定されており、前記流体接続部（１３）が前記ハウジングの第１の位置（２１）に固定されており、前記ハウジング（１５）の長手方向延長部（１５Ｃ）に沿って、前記第１の位置（２１）と前記第２の位置（２２）とが互いに離間しており、好ましくは、前記第２の位置（２２）が前記第１の位置（２１）よりも前記ハウジング（１５）の端部（１５Ｄ）に近い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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項１２】
第１の位置（２１）および第２の位置（２２）が、長手方向延長部（１５Ｃ）の前記ブロック遮断要素（１９）の厚さよりも、好ましくは流路の終端部（２３Ａ）よりもさらに互いに離間してい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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項１３】
前記ハウジング（１５）の壁厚（Ｄ）が、前記固定領域（１５Ｅ）に隣接する領域の壁厚（ｄ）よりも厚く形成されており、および／または前記ハウジング（１５）が前記固定領域（１５Ｅ）で強化されており、および／または前記ハウジング（１５）が熱調節手段を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の熱交換器（１０Ａ）。
【請求項１４】
前記ハウジング（１５）の壁が、長手方向延長部（１５Ｃ）において前記固定領域（１５Ｅ）から、前記隣接する領域に向かって湾曲しており、好ましくは、前記ハウジング（１５）が前記固定領域（１５Ｅ）から、前記隣接する領域に向かって先細りしていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項１５】
前記ブロック遮断要素（１９）および／または前記流体接続部（１３）が、材料結合による接合接続によって前記ハウジング（１５）に固定されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項１６】
材料結合による接合接続部が、半田接続部および／または溶接接続部、特にＭＩＧ／ＭＡＧ溶接接続部またはレーザ溶接接続部、および／または接着接続部の形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項１７】
好ましくは前記第１の流体（１）用の流路（２３）が管の形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項１８】
好ましくは前記第１の流体（１）用の流路が、交互に接合された板の形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１９】
流路（２３）が、特に、リブの形状の、好ましくは、通路内部に設けられた内部リブの形状の、および／または通路外部に設けられた外部リブの形状の伝熱要素を備え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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項２０】
流れ案内装置、特に乱流装置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（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項２１】
排ガス熱交換器、特に排ガス冷却器の形状の請求項１〜２０のいずれか１項に記載の熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）。
【請求項２２】
直接給気熱交換器または間接給気熱交換器、特に給気冷却器の形状の請求項１〜２１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２３】
排ガス循環部とコンプレッサとを備える内燃機関用の排ガス循環系において、
排ガス熱交換器、特に排ガス冷却器の形状の請求項１〜２２のいずれか１項に記載の熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）を特徴とする排ガス循環系。
【請求項２４】
給気吸込部と空気フィルタと１つまたは複数のコンプレッサとを備える内燃機関用の給気供給系において、
給気熱交換器、特に給気冷却器の形状の請求項１〜２２のいずれか１項に記載の熱交換器を特徴とする給気供給系。
【請求項２５】
自動車の内燃機関用の請求項１〜２２のいずれか１項に記載の熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）の使用において、
前記内燃機関がディーゼルエンジンの形状に形成されており、特に、前記自動車が、重量のある商用車の形状に形成されていることを特徴とする熱交換器（１０Ａ、１０Ｂ）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の流体と第２の流体との間の熱交換のための熱交換器であって、第１流体と第２の流体とを互いに分離して熱交換するように案内するためのブロックと、第１の流体用の流体接続部とを備える熱交換器であって、前記ブロックが、第２の流体を貫流可能な室を有するハウジング、および室と流体接続部またはその内部空間とを分離するためのベースとも呼ばれるブロック遮断要素を備える熱交換器に関する。さらに、本発明は、自動車の内燃機関用の排ガス循環系、給気供給系、および熱交換器の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた種類の熱交換器は、より低温の第２の流体で高温の第１の流体を冷却する役割を果たし、これによって、第１の流体、特に排ガスまたは給気を、内燃機関用の、例えばエンジンの吸気に混合することができる。第２の流体は、通常、内燃機関の冷却回路から取り出すことができる冷却剤の形態に形成されている。原則として、熱力学的効率を向上させるために、できるだけ低い温度レベルに至るまで冷却が行われるようにする努力がなされている。排ガスの有害物質、特に窒素酸化物を低減するために、冷却された排ガス循環部または冷却された給気の概念を用いることができることが知られている。熱交換器に対する増加した基本的な要求に応じて、さらに、現在の内燃機関の運転方法に応じて、熱交換器が、熱負荷によるますます増加した機械的応力にさらされていることが認識された。このことは、特に、流体接続部のおよびブロック遮断要素の領域に関連し、このことは、特に第１の流体の入口領域に関連する。この領域において、比較的狭い空間にある比較的高温の第１の流体およびより低温の第２の流体が、ブロック遮断要素により近接して分離されている。異なる温度によってそこで生じる熱交換器の応力は、通常、熱交換器の寿命に直接影響する。
【０００３】
この問題は、特に現在のディーゼルエンジンでますます重大になっていることが明らかになった。またさらに、他の現在のエンジンの概念でも、例えばオットーエンジンでも、エンジン運転時のますます増加した出力密度のおよび増加した動力の範囲で、熱応力の問題が重大になっていることが明らかになった。入口圧力および温度の増加、それと同時の冷却速度の増加、または熱交換器の温度差を実現しようとする努力がなされていることが認識されており、この場合、同時に、できるだけ制限された圧力低下を実現すべきである。さらに、このことは、比較的安価な材料によって、原則として材料を節約して、そしてより狭い構造空間を考慮して実現すべきである。
【０００４】
この状況は、とりわけ、異なる厚さの隣接する部材における特に接合シームに対する温度依存応力の問題を大きくし、例えば、このことは、冒頭に述べた流体接続部およびブロック遮断要素ならびにハウジングに当てはまり得る。原則として、ブロック遮断要素は、比較的高温の第１の流体とより低温の第２の流体とを分離するために使用される。
【０００５】
従来技術の形態は、流体接続部がブロック遮断要素に固定されていることを意図する。この種類の形態では、ブロック遮断要素からのまたはそこへの領域において、第１の流体用の比較的細い案内通路と、ハウジングおよび流体接続部等の比較的厚い部材とが近接して並んで固定されている。すなわち、このようにして、この種類の形態では、ブロック遮断要素の領域の温度依存応力を低減するために、多様な措置が提案されている。これに対して、ブロック遮断要素を実現するための、または必要に応じて、ブロック遮断要素とハウジングと流体接続部とからなるユニットを実現するための構造的な措置、さらには、ブロック遮断要素の、およびそれに固定された部材の多様な接合方法および固定方法が必要である。使用される材料に応じて、この領域で溶接接続および／または半田接続および／または接着接続を用いることができる。
【０００６】
増加した熱応力にさらされている熱交換器の構造強度および寿命に対する増加した要求は、従来技術による形態では必ずしも十分に満たすことができるとは限らないことが認識された。特に、流体接続部、ブロック遮断要素およびハウジングの上記接続領域に問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、特に熱負荷に依存する機械的応力が低減されている冒頭に述べた種類の熱交換器ならびに冒頭に述べた種類の装置および使用を提供することである。さらに特に、このことは、現在のエンジン、特にディーゼルエンジンの増加した負荷状態および運転状態のために可能であるべきであり、このようにして、熱交換器の寿命が長くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
熱交換器について、この課題は、本発明によれば、ブロックを流体接続部に接続するためのハウジングが本発明で設けられている冒頭に述べた種類の熱交換器によって解決される。
【０００９】
本発明は、ブロック遮断要素への流体接続部の原則として有効な固定が、特に材料結合による接合シームにおける熱応力で生じる問題について、各観点で有利ではないという考えに基づいている。本発明において、一方では、第１の流体用の流体接続部、および室と流体接続部またはその内部空間とを分離するためのブロック遮断要素が、熱交換器の運転時に、異なる温度レベルにさらされているだけでなく、他方では、流体接続部、ブロック遮断要素およびハウジングが、機能に応じた異なる材料強度および材料特性を有することが認識されている。本発明の概念は、冒頭に述べた問題を解決するための有利な組み合わせにおいて、２つの基本的な方法に注目する。一方では、流体接続部の接続または固定が、ブロック遮断要素の接続または固定により空間的に分割して行われるべきであり、他方では、上記部分の接続または固定が、比較的材料を強化した部分で行われるべきである。これによって、この効果は、一方では、生じる温度差が空間的に大部分互いに分割され、他方では、比較的増大した大きさの異なる熱入力が材料で遮断されることを実現する。この両方の方法の有利な相互作用において、ブロック遮断要素のおよび流体接続部の接続領域または固定領域の熱応力が、従来技術から公知の熱交換器の形態と比較して、本発明では原則として低減されている。言い換えれば、本発明の概念は、ブロックを流体接続部に接続するために、ブロック遮断要素のみが使用されるのではなく、ブロックを流体接続部に接続するために、主にハウジングが、特にそれのみが使用されることを前提としている。ハウジングも流体接続部も比較的材料を強化した部材であるので、前記部材間に存在する対応する接合接続部を強化して形成することができるだけでなく、必要に応じて大きな力を有する高い温度負荷および熱入力を受け取るために、増大した材料ストックを有することもできる。本発明の概念は、ブロック遮断要素のおよび流体接続部の熱膨張が、直接重なるかまたは重畳するのではなく、流体接続部をハウジングに接続することにより空間的に大部分互いに分割して行われることを実現する。
【００１０】
本発明の有利な発展形態は、個々の有利な方法で従属請求項を用いて示すためのものであり、課題設定の範囲においておよび別の利点について上記概念を実現するためのものである。
【００１１】
原則として、本発明の概念は、多様な構造および能力の熱交換器で有利であることが証明された。さらに、その概念が、ブロック遮断要素によって室と流体接続部との液密分離を保証する熱交換器で特に効率的であることが証明された。このような同様の構造のまたは他の熱交換器は、好ましくは、ブロックが、第１の流体を貫流可能な複数の流路を備えることを意図する。好ましくは、流路を収容するためのハウジングが使用される。
【００１２】
特に好ましい形態は、ブロック遮断要素（ベースとも呼ばれる）に、第１の流体を貫流可能な流路用の１つまたは複数の貫通開口部が設けられていることを意図する。好ましくは、流体接続部は流路と流体接続されている。流体接続部は原則としてディフューザの形状に形成することができる。本発明の概念は、好ましくは入口ディフューザで実現されているが、その理由は、まさに第１の流体の入口領域で、冒頭に述べた問題が特に重大であることが明らかになったからである。またさらに、出口ディフューザで本発明の概念を実現することも可能である。
【００１３】
その概念は、第１の流体に対してそれぞれ別個の入口側ブロック遮断要素および出口側ブロック遮断要素が設けられている熱交換器にも適していることが証明された。それに加えてまたはその代わりに、個々のブロック遮断要素は第１の流体用の入口領域も出口領域も備えることができる。
【００１４】
流体接続部へのブロックの接続は、好ましくは材料結合による接続の範囲で、好ましくは溶接接続および／または半田接続および／または接着接続によって行われる。まさに、現在のおよび高負荷の熱交換器の形態では、ディフューザ、特に入口ディフューザが比較的高温である。このために、ディフューザを金属、特にステンレス鋼から形成することが有利であり得る。これに関連して、ディフューザは好ましくはハウジングに固定溶接されている。好ましくは、溶接接続部は溶融溶接接続部として形成されており、特に、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接法の範囲で形成されている。原則として、レーザ溶接接続または他の種類の溶接接続も可能である。
【００１５】
特に、熱交換器の上記形態において、さらに、本明細書に示していない熱交換器の他の形態においても、本発明の発展形態によれば、流体接続部、特にディフューザがハウジングの外面に固定されており、および／またはブロック遮断要素がハウジングの内部に固定されていることが特に有利である。これにより、固定位置、すなわち、溶接シームの位置および／または半田シームの位置は、少なくともハウジング壁によって互いに離間しており、その結果、機械的な温度依存応力を発生させるための最大温度差が、ブロック遮断要素に直接生じるのではなく、有利には、より強い材料のハウジングによって維持され、空間的に分割されている。流体接続部のみをハウジングの外面に固定すること、および／またはブロック遮断要素のみをハウジングの内部に固定することが特に好ましい。固定方法は、説明したように、特に好ましくは溶接接続および／または半田接続および／または接着接続に関連するが、他の材料結合による固定方法にも、必要に応じて、材料結合ではない固定方法にも有利に関連することができる。
【００１６】
本発明の別の特に好ましい発展形態によれば、ブロック遮断要素がハウジングの第２の位置に固定されており、流体接続部がハウジングの第１の位置に固定されており、この場合、ハウジングの長手方向延長部に沿って、すなわち、通常、第１の流体の流れ方向において、第１の位置と第２の位置とが互いに離間していることが意図されている。このことは、ブロック遮断要素のおよび流体接続部の固定位置、すなわち、例えば、２つの溶接シームがハウジング壁によって互いに分離されているだけでなく、さらに長く形成可能な長手方向距離によっても分離することができるという利点を有する。好ましくは、第２の位置は第１の位置よりもハウジングの端部に近い。言い換えれば、流体接続部が好ましくはハウジングに被せられている。
【００１７】
別の好ましい発展形態の範囲では、熱交換器の被せられた領域を有利に改善することができる。さらに、このようにして、第１の位置および第２の位置を、長手方向延長部のブロック遮断要素の厚さよりもさらに互いに離間して配置することが特に有利であることが証明された。好ましくは、第１および第２の位置の距離は流路の終端部よりも長くてもよい。好ましくは、このことは、一方では、特にフィリグリー構造によって、ハウジングへの流体接続部の接合位置の実際に完全な分離をもたらし、他方では、ハウジングへのブロック遮断要素の、大きな熱応力によって付着した接続領域をもたらす。言い換えれば、このおよび他の発展形態の範囲では、ブロック遮断要素と流体接続部とが固定されている固定領域は、ハウジングの端部からハウジングの長手方向延長部に沿って第１の流体の流れ方向に延びる。固定領域は有利には少なくとも第２の位置を越えて延びる。
【００１８】
本発明の別の特に好ましい発展形態によれば、固定領域のハウジングの壁厚は、固定領域に隣接する領域の壁厚よりも厚く形成されている。さらにまたはその代わりに、ハウジングを固定領域で強化することができる。さらにまたはその代わりに、ハウジングは、例えば通路、リブ等の熱調節手段、または熱応力における有効な伝熱および負荷軽減のためのその他の手段を固定領域に備えることができる。溝、スロット、さねはぎ、あるいは伸びおよび／または応力を補償するためのその他の領域も適切である。
【００１９】
好ましくは、ハウジングの壁は、長手方向延長部において固定領域から、それに隣接する領域に向かって湾曲している。特に、ハウジングは固定領域から、それに隣接する領域に向かって先細りすることができる。固定領域のこの構造形態が、温度依存の位置変化へのハウジングの特に有効な適合を可能にすることが認識された。
【００２０】
原則として、好ましくは第１の流体用の流路は、異なる方法で形成することができる。特に好ましくは、本発明の概念は、管の形状に形成されている第１の流体用の流路を有する熱交換器に適切である。さらに、本発明の概念は、好ましくは第１の流体用の流路が、互いに接合された板の形状に形成されている熱交換器に用いることもできる。有利には、このおよび他の流路は、特にリブの形状の、好ましくは、通路内部に設けられた内部リブの形状の、および／または通路外部に設けられた外部リブの形状の伝熱要素を備えることができる。熱交換器は、第１の流体と第２の流体との間の熱伝達を向上させるために、流れ案内装置、特に、通常、流体の対流の改善を支援する乱流装置も備えることができる。
【００２１】
特に、本発明の概念は、排ガス熱交換器の、特に排ガス冷却器の形状の熱交換器に有効である。さらに同様に、本発明の概念は、直接給気熱交換器または間接給気熱交換器、特に給気冷却器の形状の熱交換器にも用いることができる。
【００２２】
さらに、本発明は、装置に関して、排ガス循環部と、コンプレッサと、排ガス熱交換器、特に排ガス冷却器の形状の本発明の概念による上記種類の熱交換器とを備える内燃機関用の排ガス循環系に向けられている。
【００２３】
その上、本発明は、給気吸込部と、空気フィルタと、コンプレッサと、給気熱交換器、特に給気冷却器の形状の本発明の概念による上記種類の熱交換器とを備える内燃機関用の給気供給系に向けられている。
【００２４】
使用に関して、本発明の概念は、特に重量のある商用車の形状の自動車のディーゼルエンジンの形状の内燃機関用の熱交換器の使用に有利であることが証明された。
【００２５】
全体としては、本発明の概念は、ハウジングを介した流体接続部とブロック遮断要素との構造的距離により熱交換器の寿命を延ばし、一般に、従来技術による熱交換器の実施形態と比較してより高い負荷範囲をもたらす。これによって、熱交換器のための別の使用分野を開拓するか、またはより高いユーザの要求を保証することができる。
【００２６】
次に、図面を参照して、部分的に同様に示されている従来技術と比較して、本発明の実施形態を以下に説明する。この図面は、実施形態を必ずしも寸法通りに示しているわけではなく、説明に有用な図面は、概略化されおよび／または僅かに変形された形態に作成されている。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を逸脱することなく、実施形態の形状および詳細に関して種々の修正および変更を行うことができることを考慮すべきである。詳細な説明に、図面におよび請求項に開示されている本発明の特徴は、個別でも、本発明の発展形態に関する任意の組み合わせでも不可欠であり得る。さらに、本発明の範囲には、詳細な説明、図面および／または請求項に開示されている特徴の少なくとも２つ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態または詳細に限定されないか、あるいは請求項で請求される対象と比較して限定的であった対象に限定されない。主張される規定範囲において、記載される限界内の値を限界値として開示することができ、任意に用いることができかつ要求することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術による熱交換器の断面斜視図である。
【図２】図１による熱交換器の温度分布を有する部分断面側面図である。
【図３】本発明の概念による熱交換器の特に好ましい実施形態におけるハウジング、ブロック遮断要素および流体接続部の固定領域の細部の断面図である。
【図４】図３の細部に対応する、本発明の概念による熱交換器の第１の特に好ましい実施形態の部分斜視図である。
【図５】本発明の概念による熱交換器の第２の特に好ましい実施形態の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１と図２は、排ガスの形態の第１の流体１と冷却剤の形態の第２の流体３との間の熱交換のための排ガス熱交換器の形状の従来技術による熱交換器１００の概略図を示している。このために、熱交換器１００は、第１の流体１と第２の流体３とを互いに分離して熱交換するように案内するためのブロック１１１と、第１の流体１用の流体接続部１１３とを備える。本発明において、流体接続部１１３は、一方では入口ディフューザ１１３’として、または他方では出口ディフューザ１１３”として形成されており、入口ディフューザ１１３’および出口ディフューザ１１３”のそれぞれは、フランジ１１４’、１１４”を介して、詳細に図示していない排ガス循環系の周辺部に接続可能である。ブロック１１１は、第２の流体３を貫流可能な室１１７を有するハウジング１１５、および室１１７と流体接続部１１３の内部空間とを液密に分離するためのブロック遮断要素１１９を備える。このために、ハウジング１１５は、第１の流体１を貫流可能でありかつ流体接続部１１３を介して供給を行う流路１２３を室１１７に収容する。すなわち、流体接続部１１３および流路１２３内の第１の流体１と室１１７内の第２の流体３とを液密に分離するために、ベースの形状のブロック遮断要素１１９が使用される。第２の流体は、対応する管、すなわち、入口管１２１’および出口管１２１”を介して室１１７に供給されるかまたは室１１７から排出される。
【００２９】
図２は、特に、入口ディフューザ１１３’の形状に形成された流体接続部１１３における、熱交換器１００の運転時に大きな温度差によって生じる機械的応力の問題を示している。図２の温度データで直接見ることができるように、熱交換器１００の運転時、比較的短い入口領域Ｅで最大温度勾配が構成され、この最大温度勾配は、さらに必要に応じて、典型的な方式の熱交換器１００のこの図に示した現在の使用範囲で、約６２０℃〜約１２０℃の温度範囲もカバーする。このことは、一方では、典型的に６２０℃からの範囲の温度にあると共に高温排ガスが適用される入口ディフューザ１１３’の直ぐ近くから生じ、他方では、第２の流体２用の入口管１２１’から生じ、このことにより、約１２０℃になるように入口側領域Ｅの室１１７の内部の温度調節が行われる。図２の入口側領域Ｅから右側に示した熱交換器１００の長手方向延長部の領域には、この図に示した実施形態で１２０℃〜１００℃の温度をカバーする比較的小さな温度勾配が与えられており、その結果、特に出口ディフューザ１１３”において、冒頭に述べた問題は入口ディフューザ１１３’ほど重大ではない。
【００３０】
本発明において、図２から理解できるように、入口ディフューザ１１３’は、従来技術によればベースの形状のブロック遮断要素１１９に固定されており、さらに、前記ベースは、流路１２３を保持し、ハウジング１１５の内部に固定されている。すなわち、図２に示した従来技術による熱交換器１００の実施形態によれば、ブロック１１１を入口ディフューザ１１３’の形状の流体接続部１１３に接続するために、ベースの形状のブロック遮断要素１１９が使用される。したがって、ブロック遮断要素１１９は、入口領域Ｅを支配する温度勾配により、比較的大きな機械的応力にさらされている。この状況は、図１と図２による熱交換器１００の寿命を直接制限する。
【００３１】
図３は、排ガス冷却器の形状の特に好ましい実施形態による図４に詳細に示した熱交換器１０Ａ用の固定領域２０を示している。上記熱交換器１０Ａは、排ガスの形態に形成された第１の流体１と、水ベースの冷却剤の形態に形成された第２の流体３との間の熱交換のために設けられている。熱交換器１０Ａは、第１の流体１と第２の流体３とを互いに分離して熱交換するように案内するための図４にさらに示したブロック１１と、本発明においてディフューザの形状に形成されている第１の流体１用の流体接続部１３とを備える。ブロック１１は、図４にさらに示したハウジング１５、第２の流体３を貫流可能な室１７、および室１７と流体接続部１３とを液密に分離するために使用される本発明においてベースの形状のブロック遮断要素１９を備える。この実施形態では、本発明においてディフューザの形状に形成された流体接続部１３のみがハウジング１５の外面１５Ａに固定されている。
【００３２】
本発明においてベースの形状のブロック遮断要素１９のみがハウジング１５の内部１５Ｂに固定されている。本発明において、ディフューザは、溶接シーム、この場合、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接シームによってハウジング１５の外面１５Ａの第１の位置２１に固定されており、ベースは、溶接シーム、この場合、レーザ溶接シームによってハウジング１５の内部１５Ｂの第２の位置２２に固定されている。この好ましい実施形態では、第１の位置２１および第２の位置２２は、本質的に第１の流体１の流れ方向に向かって固定されているハウジング１５の長手方向延長部１５Ｃに沿って互いに離間している。本発明において、第２の位置２２は実際にハウジング１５の端部１５Ｄに形成されており、一方、第１の位置２１はハウジング１５の端部１５Ｄから離間して形成されている。さらに、この実施形態では、固定領域１５Ｅの向こう側にありかつ図４に示されている隣接する他の領域のハウジング１５の他の壁厚ｄと比較してより厚い壁厚Ｄを有するハウジング１５の固定領域１５Ｅが形成されている。さらに、ハウジング１５の壁には、固定領域１５Ｅから、それに隣接する領域に向かって湾曲部１５Ｆが設けられており、その結果、図４全体から理解できるように、ハウジング１５は、固定領域１５Ｅから、それに隣接する領域１５Ｇに向かってハウジング１５の長手方向延長部１５Ｃの方向に先細りしている。
【００３３】
本発明において、第１の流体１用の流路２３は熱交換器管の形状に形成されている。熱交換器管は、図４に詳細に示したベースの貫通開口部１９Ａに挿入されている終端部２３Ａを備える。このために、ベースの形状のブロック遮断要素１９は、高さＨの対応する形状を備える。したがって、さらに、本発明の実施形態では、両方の位置２１、２２の距離が、ブロック遮断要素１９の高さＨ、熱交換器管の終端部２３Ａ、および前記高さＨと前記終端部２３Ａの合計を超えるように、第１の位置２１と第２の位置２２とが互いに大きく分離されることが実現されている。これによって、一方ではハウジング１５の内部１５Ｂのベースの領域に、他方ではハウジング１５の外面１５Ａに用いられる熱入力の特に好ましい遮断が実現される。第１の位置２１に形成されたＭＩＧ／ＭＡＧ溶接接続部の形状の材料結合による接合接続部は、第２の位置２２のレーザ溶接接続部から比較的大きく離間しており、さらに、本発明の実施形態では、ディフューザの形状の流体接続部１３用の溶接接続部をさらに有するベース自体に、負荷が加えられない。
【００３４】
図４は、図３を参照して既に部分的に説明したように、本発明による熱交換器１０Ａの第１の実施形態の入口側領域Ｅを示している。本発明において、ブロック遮断要素は入口側ベース１９’として形成されている。入口ディフューザ１３’の形状の流体接続部はハウジング１５に被せられており、すなわち、上記固定領域１５Ｅにおいて、ハウジング１５と入口ディフューザ１３’とが部分的に重なり合う。隣接する湾曲部１５Ｆは、ハウジングから、それに隣接する領域１５Ｇに向かって先細りしている。図４に示した熱交換器１０Ａの実施形態では、ハウジング１５が、それに隣接する領域１５Ｇに、湾曲部１５Ｆの領域に、および図３に詳細に示した厚くされた壁厚Ｄを有する固定領域１５Ｅに形成されている。図４において、このことは、別のハウジング１５と区別した中程度の陰影によって明らかになる。入口ディフューザ１３’はフランジ１４’によって、詳細に示していない排ガス循環系の周辺部に接続されている。
【００３５】
図５には、熱交換器１０Ｂの別の同様に有利な実施形態が示されている。その他には図４と図３に示されているような上記別の実施形態は、隣接する領域１５Ｇにおいて、湾曲部１５Ｆの領域においておよび固定領域１５Ｅにおいて、ハウジング１５の壁厚の追加の肥厚部が省略されている。図３と図４と同様に入口ディフューザ１３’を被せるために、および溶接シームで第１の位置２１に固定するために、図５の熱交換器１０Ｂの実施形態は、入口側ベース１９’と比較して予め著しく厚く形成されたハウジング１５の厚さを利用する。
【００３６】
図４と図５のハウジング１５は、入口ディフューザ１３’に対するハウジング１５の熱的位置変化および／または寸法変化を補償することができる追加の熱調節手段としての折曲部２５および突出部２７をそれぞれ備え、このようにして、第１の位置２１の溶接接続部と、図３に示した第２の位置２２の別の溶接接続部とに対する温度依存応力を軽減する。さらに、ハウジング１５は、強化のために使用される溝２９を備える。
【００３７】
その上、本発明において入口側領域Ｅについて示した措置は、詳細に示していない実施形態においても、単独でまたは上記特徴と組み合わせて、詳細に示していない出口側ベース１９”の領域で実現することができる。
【００３８】
要約すると、本発明は、第１の流体１、特に排ガスまたは給気と、第２の流体３、特に冷却剤との間の熱交換のための熱交換器１０、特に排ガス熱交換器または給気熱交換器であって、第１の流体１と第２の流体３とを互いに分離して熱交換するように案内するためのブロック１１と、第１の流体１用の流体接続部１３とを備える熱交換器１０であって、ブロック１１が、第２の流体３を貫流可能な室１７を有するハウジング１５、および室１７と流体接続部１３とを好ましくは液密に分離するためのブロック遮断要素１９を備える熱交換器１０に関する。本発明の概念によれば、ブロック１１を流体接続部１３に接続するためのハウジング１５が設けられている。この概念は、特に、ブロック１１を流体接続部１３に接続するためのブロック遮断要素１９だけでなく、好ましくはハウジング１５も設けられていることを意図する。これによって、ブロック接続領域の熱応力が有利に防止される。好ましくは、ブロック接続領域のハウジング１５を相応に厚くすることができる。さらに好ましくは、ハウジング１５へのブロック遮断要素１９の固定位置と、ハウジング１５への流体接続部１３の固定位置とが互いに離間している。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１の流体
３  第２の流体
１０Ａ  熱交換器
１０Ｂ  熱交換器
１１  ブロック
１３  流体接続部
１３’  入口ディフューザ
１４’  フランジ
１５  ハウジング
１５Ａ  外面
１５Ｂ  内部
１５Ｃ  長手方向延長部
１５Ｄ  端部
１５Ｅ  固定領域
１５Ｆ  湾曲部
１５Ｇ  隣接する領域
１７  室
１９  ブロック遮断要素
１９’  入口側ベース
１９“  出口側ベース
１９Ａ  貫通開口部
２０  固定領域
２１  第１の位置
２２  第２の位置
２３  流路
２３Ａ  終端部
２５  折曲部
２７  突出部
１００  熱交換器
１１１  ブロック
１１３  流体接続部
１１３’  入口ディフューザ
１１３”  出口ディフューザ
１１４’  フランジ
１１４”  フランジ
１１５  ハウジング
１１７  室
１１９  ブロック遮断要素
１２１’  入口管
１２１”  出口管
１２３  流路
ｄ  他の壁厚
Ｄ  より厚い壁厚
Ｅ  入口領域
Ｅ  入口側領域
Ｈ  高さ
【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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【国際調査報告】
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