(57)【要約】      （修正有）【課題】熱応力を低減することによって、より長い寿命を有する熱交換管を提供する。【解決手段】管４を有する管束３を備えた熱交換器１に関し、管の中を第１の流体が流通可能であり、かつ、管の周囲を第２の流体が流通可能であり、管束が、第２の流体通路を画定できるようにハウジング２内に配置されており、その際、管の端面５が開いた状態に形成されていて第１の流体が流入および流出でき、第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザ８がハウジングまたは管束に結合されている。ディフューザは嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーはハウジング上または管束上に摺動されていて、ディフューザは材料厚さｄを有し、嵌め込み領域の長さＬ２はディフューザまたはハウジングまたは管束の材料厚さよりも３倍超または４倍超大きい。【選択図】図１
2016070655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管束を備えた熱交換器であって、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザが嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーが前記ハウジング上または前記管束上に摺動されている熱交換器において、
前記ディフューザが材料厚さとしての肉厚（ｄ）を有し、前記嵌め込み領域の長さ（Ｌ２）が前記ディフューザまたは前記ハウジングまたは前記管束の材料厚さ（ｄ）よりも３倍超または４倍超大きいことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ディフューザが材料厚さとしての肉厚（ｄ）を有し、前記嵌め込み領域の長さ（Ｌ２）が前記ディフューザまたは前記ハウジングまたは前記管束の材料厚さ（ｄ）よりも５倍超〜２０倍超大きいことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
管束を備えた熱交換器であって、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザが嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーが前記ハウジング上または前記管束上に摺動されている熱交換器において、
前記嵌め込み領域の前記カラーが少なくとも１つのエッジの領域に凹部、特にスロットを有することを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
管束を備えた熱交換器であって、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザが嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーが前記ハウジング上または前記管束上に摺動されている熱交換器において、
前記嵌め込み領域の前記カラーが少なくとも１つのエッジの領域に凸部を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
前記嵌め込み長さ（Ｌ２）がエッジの領域において２つのエッジ間におけるよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
管束を備えた熱交換器であって、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザが嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーが前記ハウジング上または前記管束上に摺動されており、さらに、フランジを有する接続短管が備えられていて、前記フランジが前記ハウジングまたは前記管束に結合されている熱交換器において、
前記接続短管の前記フランジが前記ディフューザの前記嵌め込み領域に当接して結合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
前記当接部までカラーが摺動されていて、このカラーも前記嵌め込み領域および前記カラーに結合されていることを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
管束を備えた熱交換器であって、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザが嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーが前記ハウジング上または前記管束上に摺動されており、さらに、カラーを有する接続短管が備えられていて、前記カラーが前記ハウジングまたは前記管束に結合されている熱交換器において、
前記接続短管の前記カラーが前記ディフューザの前記嵌め込み領域に重なり合って結合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項９】
前記カラーが前記嵌め込み領域を把持して覆うこと、または前記嵌め込み領域が前記カラーを把持して覆うことを特徴とする、請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
管束を備えた熱交換器であって、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザが嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーが前記ハウジング上または前記管束上に摺動されており、さらに、カラーを有する接続短管が備えられていて、前記カラーが前記ハウジングまたは前記管束に結合されている熱交換器において、
前記接続短管の前記カラーと前記ディフューザの前記嵌め込み領域とがそれぞれ、下方に突出する拡開されたフランジを有し、これらのフランジが互いに結合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項１１】
管束が、積層された複数のプレートまたはプレート対で構成されており、これらのプレートまたはプレート対が自らの間に交互に第１の流体通路と第２の流体通路とを形成す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。
【請求項１２】
前記第１または前記第２の流体通路の端面が開いた状態に形成されており、かつ、前記第２または前記第１の流体通路の端面が閉じられていることを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
管束が複数の管で構成されており、これらの管の中を流体が流通し、前記管が第１の流体通路を形成し、かつ前記管の周囲を流体が流通し、前記管が第２の流体通路を形成す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。
【請求項１４】
前記第２の流体通路が、外側に向かって前記管の造形によって、例えば特に前記管の縁部における長手方向のビードによって、またはハウジングによって画定されており、かつ、前記第１または第２の流体通路が閉じられていて、前記閉じられていない通路を通じて前記ディフューザによる流体の流入または流出が行われるように、前記管の端面が段状の拡張部または収縮部によって形成され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。
【請求項１５】
前記第２の流体用の前記流体通路が、前記管の側面における突出部または長手方向のビードによって外側に向かって閉じられていることを特徴とする、請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記第２の流体通路を外側に向かって画定するための、前記流体通路を包囲するハウジングが備えられていないことを特徴とする、請求項１５に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に請求項１の上位概念に記載の熱交換器、特に自動車用の給気冷却器または排ガス冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス冷却器が有する働きは、内燃機関からの高温の排ガスを冷却することであり、これにより、この冷却された排ガスを再び吸気に混合することができる。その際、内燃機関の熱力学的な効率を向上させるために、冷却を非常に低いレベルで実現するように努める必要がある。この原理は一般に冷却排ガス再循環として知られており、排ガスにおける有害物質の低減、例えば特に窒素酸化物の低減を実現するために利用される。
【０００３】
ガス入口におけるガスが高温であることにより、冷却されていない非常に高温のガス入口領域から、冷却材に接続されている冷却器領域へ温度が伝導することによって、多様な温度が生じることで多様な熱膨張が発生して大きな応力が生じることになる。
【０００４】
さらに、前記入口領域におけるガスの案内は一般に比較的肉厚のディフューザによって行われ、これにより、高い圧力および温度に耐えることが可能となるが、一方、熱交換器の伝熱部分は伝熱上の理由ならびにコストおよび重量の観点から可能な限り肉薄に形成されている。熱交換器におけるまさに最も大きな温度勾配を有するこの領域に、ガス入口ディフューザと熱伝導マトリクスとの間の接合箇所があり、そこには肉厚移行部が存在して、さらにこの肉厚移行部が強いノッチ効果を生じる。このノッチ効果は、熱交換器の所定の領域において重大な熱応力を発生させる。その際、特に熱伝導マトリクスのエッジにはしばしば強い負荷が加わっている。
【０００５】
通例、熱伝導マトリクスは、冷却材を案内する比較的肉厚のハウジングによって包囲されており、このハウジングにガス入口ディフューザが、通常、溶接またはろう接によって結合される。このことが有する利点は、あまり大きな肉厚の変化が生じず、ノッチ効果が小さくなることである。しかし、あまりに大きな応力が発生する場合は、肉厚の底部またはハウジングの付加的な補強部を鋳造環状通路の中に設けることができる。
【０００６】
熱変形が耐性の低い肉薄の熱交換管に生じるのを防ぐために、比較的肉厚の剛性構成部材、例えば冷却材ハウジングまたは底部が用いられる。しかし、これにより、構成部材の重量が大きくなり、コストが増大する。
【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、従来技術に比して改良されており、かつ、熱応力を低減することによって、より長い寿命を有する熱交換管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の諸特徴によって解決される。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施例は管束を備えた熱交換器に関し、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザは嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーは前記ハウジング上または前記管束上に摺動されていて、前記ディフューザは材料厚さとしての肉厚を有し、前記嵌め込み領域の長さは前記ディフューザまたは前記ハウジングまたは前記管束の材料厚さよりも３倍超または４倍超大きい。
【００１０】
その際、有利であるのは、前記ディフューザが材料厚さとしての肉厚を有し、前記嵌め込み領域の長さが前記ディフューザまたは前記ハウジングまたは前記管束の材料厚さ（ｄ）よりも５倍超〜２０倍超大きい場合である。
【００１１】
前記課題はまた請求項３に記載の諸特徴によっても解決される。
【００１２】
本発明の一実施例は管束を備えた熱交換器に関し、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザは嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーは前記ハウジング上または前記管束上に摺動されていて、前記嵌め込み領域の前記カラーは少なくとも１つのエッジの領域に凹部、特にスロットを有する。
【００１３】
前記課題はまた請求項４に記載の諸特徴によっても解決される。
【００１４】
本発明の一実施例は管束を備えた熱交換器に関し、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザは嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーは前記ハウジング上または前記管束上に摺動されていて、前記嵌め込み領域の前記カラーは少なくとも１つのエッジの領域に凸部を有する。
【００１５】
有利であるのは、前記嵌め込み長さがエッジの領域において２つのエッジ間におけるよりも大きい場合である。
【００１６】
前記課題はまた請求項６に記載の諸特徴によっても解決される。
【００１７】
本発明の一実施例は管束を備えた熱交換器に関し、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザは嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーは前記ハウジング上または前記管束上に摺動されており、さらに、フランジを有する接続短管が備えられていて、前記フランジは前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記接続短管の前記フランジは前記ディフューザの前記嵌め込み領域に当接して結合されている。
【００１８】
その際、有利であるのは、前記当接部までカラーが摺動されていて、このカラーも前記嵌め込み領域および前記カラーに結合されている場合である。
【００１９】
前記課題はまた請求項８に記載の諸特徴によっても解決される。
【００２０】
本発明の一実施例は管束を備えた熱交換器に関し、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザは嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーは前記ハウジング上または前記管束上に摺動されており、さらに、カラーを有する接続短管が備えられていて、前記接続短管の前記カラーは前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記接続短管の前記カラーは前記ディフューザの前記嵌め込み領域に重なり合って結合されている。
【００２１】
その際、好都合であるのは、前記カラーが前記嵌め込み領域を把持して覆う場合、または前記嵌め込み領域が前記カラーを把持して覆う場合である。
【００２２】
前記課題はまた請求項１０に記載の諸特徴によっても解決される。
【００２３】
本発明の一実施例は管束を備えた熱交換器に関し、この管束の管がハウジング内に配置されていて、これらの管の中を第１の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第１の流体通路を画成し、かつ、前記管の周囲を第２の流体が流通可能であり、このようにして前記管が第２の流体通路を画成しているか、あるいはまた、前記管束の管要素が交互に積層されていて、このようにして第１の流体通路および第２の流体通路を備えた管を形成しており、その際、前記第１の流体通路の端面が開いた状態に形成されていて前記第１の流体が流入および流出でき、前記第１の流体通路の少なくとも１つの端面においてディフューザが前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記ディフューザは嵌め込み領域としてのカラーを有し、このカラーは前記ハウジング上または前記管束上に摺動されており、さらに、カラーを有する接続短管が備えられていて、前記接続短管の前記カラーは前記ハウジングまたは前記管束に結合されており、前記接続短管を備えた前記カラーと前記嵌め込み領域とはそれぞれ、下方に突出する拡開されたフランジを有し、これらのフランジは互いに結合されている。
【００２４】
その他の有利な実施態様に関しては、以下の図説および従属請求項によって説明されている。
【００２５】
以下において、本発明について、少なくとも１つの実施例に基づいて図面を参照しながらさらに詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術に係るディフューザを示す模式図であり、ディフューザは熱交換管のハウジング端部領域上に載設されている。
【図２】ディフューザを示す模式図であり、ディフューザは本発明概念の１つに従って熱交換管のハウジング端部領域上に載設されている。
【図３】ディフューザを示す立体図である。
【図４】ハウジングに配置されたディフューザおよび接続短管を示す図である。
【図５】ディフューザを示す立体図である。
【図６】ディフューザを示す立体図である。
【図７】ディフューザと接続短管とを備えたハウジングを示す模式断面図である。
【図８】ディフューザと接続短管とを備えたハウジングを示す模式断面図である。
【図９】ディフューザと接続短管とを備えたハウジングを示す立体図である。
【図１０】ディフューザと接続短管とを備えたハウジングを示す模式断面図である。
【図１１】ディフューザと接続短管とを備えたハウジングを示す模式断面図である。
【図１２】ディフューザと接続短管とを備えたハウジングを示す模式断面図である。
【実施例】
【００２７】
図１は従来技術に係る熱交換器１のハウジング２を示す図であり、このハウジングは管４を備えた管束３を有し、前記管束３の前記管４の中を第１の流体が流通可能であり、かつ前記管４の周囲を第２の流体が流通可能であり、これにより、前記第１の流体から前記第２の流体への伝熱を行うことができる。
【００２８】
この場合、前記管束３の前記管４はそれらの端面５が開いた状態に形成されており、これにより、前記第１の流体は矢印６に従って前記開いた管端７内へ流入することができる。前記第１の流体を前記管端７に分配するためにディフューザ８が備えられており、このディフューザは前記ハウジング２に結合されている。その際、前記ディフューザ８は前記ハウジング２を長さＬ１にわたって把持して覆う。この場合、明らかになっていることは、前記ディフューザが材料厚さｄを有し、前記ハウジング２あるいは前記管４が前記厚さよりも小さい材料厚さを有していることによって、前記ディフューザが熱膨張することで熱的に誘導された応力が発生する可能性があるということである。このことは、前記ディフューザ８が高温状態にあることが実線で示されており、低温状態にあることが破線で示されていることによって示唆されている。前記ディフューザ８は温度上昇を受けて拡張し、前記ハウジング２の端部領域、および特に前記ディフューザ８が前記ハウジング２において終端する位置に応力を発生させる。
【００２９】
図２は、本発明の実施例に係る熱交換器１１のハウジング１２を示す図であり、このハウジングは管１４を備えた管束１３（熱伝導マトリクスとも呼ばれる）を有しており、前記管束１３の前記管１４の中を第１の流体が流通可能であり、かつ前記管１４の周囲を第２の流体が流通可能であり、これにより、前記第１の流体から前記第２の流体への伝熱を行うことができる。前記管束１３の前記管１４はそれらの端面１５が開いた状態に形成されており、これにより、前記第１の流体は矢印１６に従って前記開いた管端１７内へ流入することができる。前記第１の流体を前記管端１７に分配するためにディフューザ１８が備えられており、このディフューザは前記ハウジング１２に結合されている。その際、前記ディフューザ１８は前記ハウジング１２を長さＬ２にわたって把持して覆う。この場合、明らかになっていることは、前記ディフューザあるいは前記ハウジング２あるいは前記管１４が材料厚さｄを有し、Ｌ２が本発明に従ってさらに大きな長さであることによって、前記ディフューザ１８の熱膨張で熱的に誘導された応力が許容できないほど大きくなることはないということである。
【００３０】
従って、前記ディフューザの造形によって、特に熱伝導マトリクスへの接続領域において熱的に誘導された重大な応力が発生することをなくすことが実現できる。
【００３１】
前記ディフューザ１８と前記ハウジング１２とを接合するために、ある程度の差し込み深さあるいは嵌め込み深さＬ２が必要とされ、これにより、耐荷重性を有する溶接シームまたはろう接シームを確保することができる。この嵌め込み深さＬ２は、溶接結合の場合よりもろう接結合の場合の方が大きく、ろう接の場合、好ましくは、より薄い接合相手、すなわち前記ハウジング１２あるいは前記管１４の材料厚さよりも３倍から４倍大きな値である。これにより一般に、前記ディフューザ１８と前記ハウジング１２あるいは前記管１４との間における前記ろう接シームが、ろう接の方が強度の点で弱いにもかかわらず、前記より薄い接合相手と同じ強度を達成することが保証される。
【００３２】
本発明では、前記ディフューザ１８が長さＬ２で前記管束１３上あるいは前記熱伝導マトリクス上に嵌め込まれ、これにより、確実な結合が得られ、熱的に誘導される応力が低減されている。この場合、前記長さＬ２は、ろう接結合の耐荷重性を得るために必要とされる長さよりも著しく大きい。
【００３３】
前記長さＬ２の嵌め込み領域では、前記ディフューザ１８が前記ハウジング１２または前記管束１３に面状に摩擦結合、例えばろう接によって結合される。このために、前記ディフューザ１８はほぼ円筒状またはほぼ矩形状の領域１９を有し、この領域は前記ハウジング２または前記管束１３の長手方向に整向されており、前記ハウジング１２または前記管束１３を外側から包持する。その際、前記ディフューザ１８は、好ましくは、前記嵌め込み領域１９における温度が前記第２の流体の温度、すなわち冷却材の温度にほぼ達する程度にまで嵌め込まれている。
【００３４】
図３は、このようなディフューザ１８を示す立体図である。前記ディフューザ１８の輪郭形状は、高温領域における入口２０から前記領域１９に達するまで滑らかに変化しながら広がっていき、前記領域１９は円筒あるいは矩形または直方体の形状に形成されており、これにより、前記ハウジング１２または前記管束１３あるいは前記熱伝導マトリクスをそれらの形状に応じて包囲することができる。この場合、より肉厚の前記ディフューザ１８の剛性が強い収縮を防止し、また前記収縮と結び付いた強いノッチ効果を防止する。前記ディフューザ１８の嵌め込み長さＬ２は有利には前記ディフューザ１８の材料厚さｄよりも４倍超大きく、これにより、前記嵌め込み領域１９において前記ディフューザ１８の十分な冷却を実現することができる。特に特殊鋼製の構成部材の熱伝導特性に関して、嵌め込み長さＬ２はディフューザの肉厚ｄの５倍超の厚さであることが有利であり、特に好ましくは、前記嵌め込み長さＬ２は前記ディフューザの肉厚ｄの７倍から２０倍の間である。
【００３５】
長い円筒状領域１９を製作することは無制限に可能なのではない。そこでシミュレーションによって明らかになっていることは、長い嵌め込み領域を有するディフューザによる効果の大部分が、前記嵌め込み領域１９のエッジ２１が溝状または楔状の切り込みを有する場合にも達成されるということである。それに従って、図３は、前記嵌め込み領域１９のエッジ領域における溝状あるいは楔状の切り込み２２を示す。
【００３６】
またそれの代替または補足として、前記嵌め込み領域１９のエッジ２１を外側へ拡張しておくことも可能であり、これが図３に示されている。エッジ領域２３が半径方向に外側へ拡張されている。また、前記嵌め込み長さは、前記拡張されたエッジ領域２３において前記中央領域１９よりも低減されている。
【００３７】
前記エッジ領域２３のこの拡張によって、より大きな放射状範囲、従ってまた前記エッジ領域２３のより優れた成形性が得られる。このようにして、前記エッジ領域２３では前記嵌め込み領域１９の端部にポケット２４が形成され、このポケットは前記ハウジング１２または前記管束１３あるいは前記熱伝導マトリクスにはろう接されていないが、前記ディフューザ１８の前記嵌め込み領域１９を周回状に分離して支持する効果をもたらし、これにより前記ディフューザ端部２５の収縮が減殺される。鋳造部材をディフューザ１８として用いる場合、より大きな放射状範囲を有するこれらの拡張された領域２４は手を加えないままにすることもでき、これにより製造コストを低減できる。
【００３８】
前記ディフューザ１８の前記嵌め込み領域１９はまた、鋸歯状に溝を有するように実施しておくこと、または他の構成部材のための凹部を有するように実施しておくことも可能である。
【００３９】
また、前記ハウジング１２または前記管束１３あるいは前記熱伝導マトリクスを完全に包持するためには、前記嵌め込み領域１８を必ずしも周回状に形成しておく必要はなく、機能不良の観点から最も重要な領域だけ、例えば前記熱伝導マトリクスのエッジまたは特殊な造形を持つ領域、例えばプレートまたは管または冷却材入口または冷却材出口などにおける浅鉢状またはドーム状の冷却材案内部に関する領域が包持されていれば十分であり得る。
【００４０】
図４は図３のディフューザ１８を示し、このディフューザはその嵌め込み領域１９によって前記ハウジング１２あるいは前記管束１３を把持して覆う。この場合、さらに、周回状のカラー３１を有する接続短管３０が備えられており、前記周回状のカラー３１は前記ハウジング１２あるいは前記管束１３に当接している。その際、前記カラー３１は一方の側面３２上において部分的に前記拡張された領域２４の下方へ摺動されており、これにより、前記ハウジング１２あるいは前記管束１３に密封して当接することができる。前記接続短管３０は、矢印３３によって示されているように前記第２の流体の供給または排出に用いられ、前記ディフューザ１８は、矢印１６によって示されているように前記第１の流体の供給または排出に用いられる。
【００４１】
図５および図６はそれぞれディフューザ４０あるいは５０を示し、これらのディフューザは図３のディフューザ１８と同様に形成されているが、前記スロット２２の代わりに前記エッジ領域４１、５１に拡張部４２、５２が設けられている。この場合、図５の実施例における前記嵌め込み長さＬ２は前記嵌め込み領域４３の周囲全体にわたって実質上一定である。図６の実施例では、前記嵌め込み長さＬ２は前記嵌め込み領域５３の周囲全体にわたって一定ではない。実際、前記嵌め込み長さＬ２は、前記各エッジ領域５１間における方が、前記エッジ領域５１自体におけるよりも小さい。
【００４２】
それの代替として、前記ディフューザ１８の前記長い嵌め込み領域１９の代わりに２部材構成の態様を実施しておくことも可能であり、この実施態様の場合、前記ハウジングまたは前記熱伝導マトリクス上においてスリーブを摺動させることができ、前記スリーブの肉厚は前記ディフューザの肉厚ｄの少なくとも３０％、有利には５０％以上であるべきであり、前記嵌め込み長さに関しては、前記単部材構成のディフューザ１８の場合と同じ長さにしておくべきである。
【００４３】
これによって、ハウジングを有する熱交換器の場合、またはハウジングのない熱交換器の場合も、ディフューザが前記ハウジングまたは直接前記熱伝導マトリクスに結合され、熱的に誘導される応力を低く抑えておくことができる。これにより、熱的強度を著しく向上させることができる。ハウジングのない構成の場合、ディフューザの肉厚は、通常、前記熱伝導マトリクスのプレートあるいは管の肉厚の数倍である。前記ディフューザ１８における本発明に従った大きさの嵌め込み領域は熱交換器の寿命を何倍にも延ばすことが明らかになっている。
【００４４】
図７〜図１２は様々な変更態様を示し、例えば、ハウジングを有する熱交換器、またはハウジングはないが、管束を備えた熱交換器が、ディフューザと周回状のカラーを備えた接続短管とを有するように構成することができ、これにより、前記カラーを前記ハウジングまたは前記管束に密封するように締結することができる。この場合、好ましくは、前記ディフューザは、流体ボックスを形成する接続短管に互いにろう接される。これにより、大きな肉厚を有し、従ってまた熱伝導性に優れ、剛性の大きい結合体が得られ、これにより、温度の急激な変化が非常に軽減される。それに応じて、滑らかな形状変化が生じ、前記構成部材における応力を低減することができ、従って、熱的強度を数倍向上させることができる。
【００４５】
本発明では、流体ボックスを形成する接続短管を備えた前記ディフューザが前記カラーの領域に接合面を有し、この接合面はろう接または溶接によって摩擦結合される。
【００４６】
最も簡単な場合、前記両構成部材、すなわちディフューザと前記接続短管のカラーとを互いに突き合わせて当接するように設置しておくことも可能であり、これにより、前記薄い方の構成部材の材料厚さ、例えばディフューザまたは接続短管の材料厚さと同じ幅の接合面が生じる。このことが図７に示されている。前記ディフューザ７０はその嵌め込み領域７１によって、ハウジング７２が備えられているかどうかに応じて前記ハウジング７２あるいは前記管束あるいは前記熱伝導マトリクス７３を包持する。この場合、前記接続短管７４はそのカラー７５によって前記ハウジング７２あるいは前記管束７３に配置されて締結されている。その際、前記カラー７５は、前記ディフューザ７０の前記嵌め込み領域７１に突き合わせて当接する。この結合は前記ろう接シーム７６を介して行われる。このようにすることだけで、熱的強度の著しい改善が実現できる。
【００４７】
しかし、特殊鋼製の冷却器において接合シーム、特にニッケル基ろう接によるろう接シームはしばしば母材よりも強度が著しく低いので、前記突き合わせ接合の場合、前記ろう接シーム７６は接合シーム７６として相変わらず改善すべき結合部のままである。これに関して、突き合わせろう接では、冷却器の組み立て時に個々の部材の寸法のばらつき、あるいは位置偏差に関する公差調整を行うことができない。
【００４８】
接合シームを大きくすることは、例えば、前記接合ペアの一方を他方に嵌め込むことによって実現でき、その際、好ましくは、前記接合シームは前記ディフューザの押圧方向に対してほぼ平行に位置している。このようにして、前記接合シームの幅を、特に前記薄い方の接合相手の材料厚さよりも大きい幅にまで拡大することができる。従ってまた、公差調整も可能となる。
【００４９】
図８および図９は、前記接続短管の前記カラーが前記ディフューザの下方へ摺動されている実施例を示す。前記ディフューザ８０はその嵌め込み領域８１によって、ハウジング８２が備えられているかどうかに応じて前記ハウジング８２あるいは前記管束あるいは前記熱伝導マトリクス８３を包持する。この場合、前記接続短管８４はそのカラー８５によって前記ハウジング８２あるいは前記管束８３に配置されて締結されている。
【００５０】
この場合、前記カラー８５は前記ディフューザ８０における前記嵌め込み領域８１の湾曲部８６の下方へ摺動されている。この結合は前記ろう接シーム８７を介して行われ、このろう接シームは、前記ディフューザ８０の装着方向に対して実質上平行に配置されて拡大されている。このようにすることだけで、熱的強度の著しい改善が実現できる。
【００５１】
図１０は、前記接続短管の前記カラーが前記ディフューザの上方へ摺動されている実施例を示す。前記ディフューザ９０はその嵌め込み領域９１によって、ハウジング９２が備えられているかどうかに応じて前記ハウジング９２あるいは前記管束あるいは前記熱伝導マトリクス９３を包持する。この場合、前記接続短管９４はそのカラー９５によって前記ハウジング９２あるいは前記管束９３に配置されて締結されている。
【００５２】
この場合、前記カラー９５は前記ディフューザ９０の前記嵌め込み領域９１の上方に対して把持する。この結合は前記ろう接シーム９６を介して行われ、このろう接シームは、前記ディフューザ９０の装着方向に対して実質上平行に配置されて拡大されている。このようにすることで、同様に熱的強度の著しい改善が実現できる。
【００５３】
図１１はさらに別の実施例を示し、この実施例では、前記接続短管の前記カラーが前記ディフューザの前記嵌め込み領域に当接して配置されており、この当接部の上方にカラーが摺動されている。前記ディフューザ１００はその嵌め込み領域１０１によって、ハウジング１０２が備えられているかどうかに応じて前記ハウジング１０２あるいは前記管束あるいは前記熱伝導マトリクス１０３を包持する。この場合、前記接続短管１０４はそのカラー１０５によって前記ハウジング１０２あるいは前記管束１０３に配置されて締結されている。その際、前記カラー１０５は前記ディフューザ１００の前記嵌め込み領域１０１の横に当接して配置されている。さらに、前記当接部１０６の上方にカラー１０７が摺動されており、このカラーによって前記接合シームが拡大されることでこの結合が改善される。この結合は前記ろう接シーム１０８を介して行われ、このろう接シームは、前記当接部１０６におけるろう接シームに加えて、前記ディフューザ１００の装着方向に対して実質上平行に配置されている。このようにすることで、同様に熱的強度の著しい改善が実現できる。
【００５４】
図１２はさらに別の実施例を示し、この実施例では、前記接続短管の前記カラーおよび前記ディフューザ１１０の前記嵌め込み領域１１１が拡開されており、それぞれ半径方向に整向されたフランジを形成し、これらのフランジは互いに当接している。前記ディフューザ１１０はその嵌め込み領域１１１によって、ハウジング１１２が備えられているかどうかに応じて前記ハウジング１１２あるいは前記管束あるいは前記熱伝導マトリクス１１３を包持する。この場合、前記接続短管１１４はそのカラー１１５によって前記ハウジング１１２あるいは前記管束１１３に配置されて締結されている。
【００５５】
前記カラー１１５および前記嵌め込み領域は拡開されたフランジ１１６、１１７を形成し、これらのフランジは半径方向に、あるいは前記ハウジング１１２あるいは前記熱伝導マトリクス１１３の長手方向に対して垂直に張り出している。前記両フランジ１１６、１１７は互いにろう接されており、これにより前記ろう接シーム１１８は拡大される。このようにすることで、同様に熱的強度の著しい改善が実現できる。
【符号の説明】
【００５６】
１  熱交換器
２  ハウジング
３  管束
４  管
５  端面
６  矢印
７  管端
８  ディフューザ
１１  熱交換器
１２  ハウジング
１３  管束
１４  管
１５  端面
１６  矢印
１７  管端
１８  ディフューザ
１９  領域、嵌め込み領域、中央領域
２０  入口
２１  エッジ
２２  切り込み、スロット
２３  エッジ領域
２４  ポケット、拡張された領域
２５  ディフューザ端部
３０  接続短管
３１  カラー
３２  側面
３３  矢印
４０  ディフューザ
４１  エッジ領域
４２  拡張部
４３  嵌め込み領域
５０  ディフューザ
５１  エッジ領域
５２  拡張部
５３  嵌め込み領域
７０  ディフューザ
７１  嵌め込み領域
７２  ハウジング
７３  熱伝導マトリクス、管束
７４  接続短管
７５  カラー
７６  ろう接シーム、接合シーム
８０  ディフューザ
８１  嵌め込み領域
８２  ハウジング
８３  熱伝導マトリクス、管束
８４  接続短管
８５  カラー
８６  湾曲部
８７  ろう接シーム
９０  ディフューザ
９１  嵌め込み領域
９２  ハウジング
９３  熱伝導マトリクス、管束
９４  接続短管
９５  カラー
９６  ろう接シーム
１００  ディフューザ
１０１  嵌め込み領域
１０２  ハウジング
１０３  熱伝導マトリクス、管束
１０４  接続短管
１０５  カラー
１０６  当接部
１０７  カラー
１０８  ろう接シーム
１１０  ディフューザ
１１１  嵌め込み領域
１１２  ハウジング
１１３  熱伝導マトリクス、管束
１１４  接続短管
１１５  カラー
１１６  フランジ
１１７  フランジ
１１８  ろう接シーム
ｄ  材料厚さ、肉厚
Ｌ１  長さ
Ｌ２  長さ、差し込み深さ、嵌め込み深さ、嵌め込み長さ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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