(57)【要約】【課題】チャージクーラー（１）とハウジング（３）とを含む熱交換器装置を提供する。【解決手段】チャージクーラー（１）は、チャージクーラーコアと、ヘッダープレートと、冷却剤入口ダクトと、冷却剤出口ダクトとを含む。具体的には、チャージクーラーコアは、冷却剤が貫流することのできる中空熱伝達要素を含む。ハウジング（３）は、クーラーコアを収容する単一開口（３０）付きのチャンバーの形を取り、空気入口ダクト（３１）と、空気出口ダクト（３２）と、フランジ（３３）とを含む。ハウジング（３）のフランジ（３３）にチャージクーラー（１）のヘッダープレートを固定することにより、クーラーコアはハウジング（３）の内部に固定される。また、チャージクーラー（１）のヘッダープレートは、クーラーコアを収容する単一開口（３０）を閉鎖する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャージクーラー（１）とハウジング（３）とを含む熱交換器装置であって、前記チャージクーラー（１）が、
冷却剤が貫流することのできる中空熱伝達要素（１０１，１０６）を含むチャージクーラーコア（１０）と、
ヘッダープレート（１１）と、
少なくとも一つの冷却剤入口ダクト（１２）および少なくとも一つの冷却剤出口ダクト（１３）とを含み、
前記ハウジング（３）が、前記クーラーコア（１０）を収容する単一開口（３０）付きのチャンバーの形を取り、前記ハウジング（３）が、
少なくとも一つの空気入口ダクト（３１）および少なくとも一つの空気出口ダクト（３２）と、
前記ハウジング（３）の前記開口付近に配置されているフランジ（３３）とを含み、
前記ハウジング（３）の前記フランジ（３３）に前記チャージクーラー（１）の前記ヘッダープレート（１１）を固定することにより、前記ハウジング（３）の内部に前記クーラーコア（１０）が固定されることを特徴とし、前記チャージクーラー（１）の前記ヘッダープレート（１１）が、前記クーラーコア（１０）を収容する前記単一開口（３０）を閉鎖している熱交換器装置。
【請求項２】
給気流の大部分が前記チャージクーラーコア（１０）を通過するように、前記クーラーコア（１０）が横方向において、前記ハウジング（３）の前記チャンバーに本質的に合致する請求項１に記載の熱交換器装置。
【請求項３】
前記チャージクーラーコア（１０）が、長方形の下部側面を有し、前記クーラーコア（１０）を収容する前記単一開口（３０）が、前記チャージクーラーコア（１０）の前記下部側面よりもわずかに大きい寸法である請求項１または２のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項４】
前記ヘッダープレート（１１）が、ボルトもしくはネジ（２１）または半田付けにより、前記ハウジング（３）の前記フランジ（３３）に固定されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項５】
前記チャージクーラー（１）が湾曲壁（１６）を含み、前記クーラーコア（１）が前記ハウジング（３）の前記フランジ（３３）に圧着されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項６】
前記チャージクーラー（１）が上部タンク（１４）を含み、前記上部タンク（１４）が壁部分（１４１）を含んで前記壁部分（１４１）が前記上部タンク（１４）を第一のタンク（１４２）と第二のタンク（１４３）とに分離し、前記冷却剤入口ダクト（１２）が前記第一のタンク（１４２）に固定され、前記冷却剤出口ダクト（１３）が前記第二のタンク（１４３）に固定されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項７】
前記ヘッダープレート（１１）および前記上部タンク（１４）が、互いに重なるように配置されている孔（１５）を有し、前記チャージクーラー（１）が、ボルトまたはネジ（２１）で前記ハウジング（３）の前記フランジ（３３）に固定されている請求項６に記載の熱交換器装置。
【請求項８】
前記ヘッダープレート（１１）および前記上部タンク（１４）が、前記ハウジング（３）の前記フランジ（３３）に半田付けされている請求項６に記載の熱交換器装置。
【請求項９】
前記上部タンク（１４）が湾曲壁（１６）を含み、前記チャージクーラー（１）が、前記ハウジング（３）の前記フランジ（３３）に圧着されている請求項６に記載の熱交換器装置。
【請求項１０】
前記チャージクーラーコア（１）が底板（１０４）を含み、冷却剤が貫流することのできる前記中空熱伝達要素（１０１，１０６）が管（１０１）であって、前記管（１０１）が前記ヘッダープレート（１１）から前記クーラーコア（１０）の前記底板（１０４）へ延びている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項１１】
前記チャージクーラーコア（１０）が下部タンク（１０５）を含む請求項１０に記載の熱交換器装置。
【請求項１２】
前記底板（１０４）および前記下部タンク（１０５）がキャップ形になっている請求項１１に記載の熱交換器装置。
【請求項１３】
冷却剤が貫流することのできる前記中空熱伝達要素（１０１，１０６）が、スタックの形で取り付けられている中空板（１０６）であって、前記中空板（１０６）が入口ダクトおよび出口ダクトを有し、前記中空板（１０６）が、前記中空板（１０６）を少なくとも部分的に分離して冷却剤が流入することのできる二つの部分にする壁部分（１０７）を含む請求項１乃至９に記載の熱交換器装置。
【請求項１４】
前記クーラーコア（１０）が二枚の側板（１０３）を含む請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項１５】
給気との接触表面を増やすために、冷却剤循環用の前記中空要素（１０１，１０６）に複数のフィン（１０２）が配置されており、それによって熱交換が増大する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項１６】
前記チャージクーラー（１）の前記ヘッダープレート（１１）と前記ハウジング（３）の前記フランジ（３３）との間にガスケット（２０）が設けられている請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの空気入口ダクト（３１）および前記少なくとも一つの空気出口ダクト（３２）が、前記ハウジング（３）の同一側面に配置されており、前記ハウジング（３）が、前記ハウジング（３）を少なくとも二つの部分に分離する壁部分（３４）を含む請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項１８】
前記クーラーコア（１０）がアルミニウムで作られている請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項１９】
前記クーラーコア（１０）が、前記クーラーコア部品（１１，１４，１０１乃至１０６）を組み立てて組立済みクーラーコアを蝋付けすることにより製造される請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の熱交換器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間冷却器または給気／冷却剤冷却器のような熱交換器に関するものである。より具体的には本発明は、ハウジング内においてチャージクーラーコアの簡易組立てを可能にするチャージクーラーの装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給気冷却器のような熱交換器は、当該技術分野において良く知られている。例えば近代的ディーゼルエンジンでは、質量流量の増した空気をエンジンに提供するために、ターボチャージャーによりエンジンの出力空気が圧縮され、それによって燃料の燃焼が増大し、その結果として性能の向上が可能となる。しかしながら、かかる空気圧縮は空気温度もまた上昇させる。これによって、全体的なエンジン熱負荷が増大するか、または予想されるモーター性能が低下する可能性がある。その結果として、給気を冷却するために熱交換器が使用される。
【０００３】
通常、自動車用のかかる給気冷却器は、燃焼エンジンに供給される給気の流路内に取り付けられている熱交換器コアを含む。この目的のためにチャージクーラーは通常、チャージクーラーコアと熱伝達路を画定するためのハウジング要素とを含め、複数の要素を含んでいる。
【０００４】
エンジン性能の向上およびエンジンの小型化は、より徹底した圧力および温度制御を要求する。また、（ユーロ５規格のような）新たな基準も、排気を低減するために、燃焼用空気の圧力および温度のより厳格な制御を要求する。加えて、前ボデー部分の構成部品数の増大と保護規制とによって、かかる冷却器装置に利用可能な空間は減少する。これら全ての目標は、生産および保守コストを削減するために熱交換器装置をできるだけ小型かつ単純に維持しつつ、到達されるべきである。
【０００５】
当該技術分野において良く知られている通り、近代的な給気冷却器は、チャージクーラーの寸法を小さく維持しつつ給気と冷却剤との間の熱交換を改善するために、冷却剤として水のような液体を使用する。
【０００６】
これに関連して特許文献１には、燃焼エンジンの吸気マニホールド内に取り付けるための給気冷却器が開示されている。当該給気冷却器は、比較的軽量の複数の熱伝達要素によって形成されている熱交換器コアを含み、当該熱伝達要素が、エンジンによる給気取込み前の給気用の第一の流路と、給気と熱伝達関係にある冷却剤用の第二の流路とを画定する。当該熱交換器コアは、吸気マニホールドのボルト受け孔を通過した取付けボルトを収容するための、横方向に延びている少なくとも一つの剛性取付けスリーブを支持して、吸気マニホールド内に給気冷却器を固定する。
【０００７】
特許文献２には、空気入口／出口用に別個の空気ダクトを取り付けずに済むチャージクーラーの装置が開示されている。具体的には第一の要素が、壁部分により分離されている入口ダクトおよび出口ダクトを提供する。冷却水が内部循環するチャージクーラーが、入口／出口ダクトの上部に取り付けられている。空気路を閉鎖するために、さらなる要素がチャージクーラーの反対側面に取り付けられている。
【特許文献１】米国特許第４，４３６，１４５号明細書
【特許文献２】特開平１０-１５９５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、本発明の目的は、それらのニーズに対して十分に満足できる対応することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従って、この目的は、特許請求の範囲に記載された特徴を有する熱交換器装置により達成される。
特許請求の範囲は、本明細書において提供される本発明の開示内容の不可分の一部である。
【００１０】
本発明に従って、装置は、チャージクーラーのような熱交換器と、チャンバーの形を取る凹形ハウジングとを含み、当該ハウジングは、ハウジング内部に熱交換器を取り付けるための開口を有する。かかるハウジングは、例えばプラスチック射出または金型鋳造により生産できることを、当業者は正しく理解するはずである。下記では主にチャージクーラーについて述べるが、いずれの空気／冷却剤熱交換器に対しても本発明を適用してもよい。
【００１１】
具体的にはチャージクーラーは、比較的軽量の複数の熱伝達要素を有するチャージクーラーコアを含み、当該熱伝達要素が、給気の通過用の第一の流路と、給気と閉鎖熱交換関係にある冷却剤の通過用の第二の流路とを画定する。
【００１２】
より具体的には、チャージクーラーはその一側面に、冷却剤用の入口および出口ダクトを含み、ハウジングは、給気用の入口および出口ダクトを含む。
好ましくは、ハウジングのチャンバーの幅は、チャージクーラーコアと同じ幅であり、それによって、チャージクーラーがハウジング内に取り付けられている時にチャージクーラーコアを給気が通過することが保証される。チャージクーラーコアがチャンバー内に完全に勘合する必要がないために、製造ばらつきが大きな問題にならないことを、当業者は正しく理解するはずである。逆に言えば、装置は、給気の大部分がクーラーコアを貫流することだけを保証しさえすれば良く、その結果としてチャージクーラーコアは、いずれの三次元形状であってもよいが、立方体様の形状が好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい装置は、蝋付けアルミニウムコアを含む自動車用給気／冷却剤冷却器に関するものである。具体的には、一つの実施形態においてコアは、冷却剤が内部循環する複数の管から成る。また、チャージクーラーは、入口および出口ダクト付きの上部タンクと、冷却剤循環路を閉鎖する下部タンクとを含むこともできる。
【００１４】
あるいは、クーラーコアは、入口および出口ダクトを各々が有する複数の中空板を含むこともできる。好ましくは、これらの中空板はスタックの形で取り付けられる。
さらに改善された実施形態では、給気との接触表面を増やすために、管または中空板には複数のフィンが装置されており、それによって熱交換が増大する。
【００１５】
好ましくはハウジングは、チャージクーラーをハウジングに組み付けるためのフランジを含む。例えば、チャージクーラーは、ボルトまたはネジでハウジングに固定することもできる。あるいは、チャージクーラーは、ハウジングに半田付けすることもできる。さらなる実施形態において、チャージクーラーは湾曲壁を含み、ハウジングに圧着される。
【００１６】
多種多様なその他のチャージクーラーコア、およびチャージクーラーをハウジングに固定するための取付け方法を、本発明の範囲から逸脱することなく用いることができることを、当業者は正しく理解するはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明を一例としてのみ説明する。
説明および図面全般を通じて、同一または機能的に類似した要素について参照番号が維持される。
【００１８】
図１Ａおよび図１Ｂは、蝋付けアルミニウムクーラーコア１０とヘッダープレート１１とから成る熱交換器装置のチャージクーラー１を示す図である。
具体的には、クーラーコア１０は、複数の管１０１およびフィン１０２を含む。
【００１９】
好ましくは、クーラーコア１０はまた、二枚の側板１０３と、底板１０４と、下部タンク１０５とを含む。
好ましい実施形態においてクーラーコア１０は、様々な部品を組み立てた後で当該クーラーコア組立品を蝋付けすることにより製造される。
【００２０】
チャージクーラー１のヘッダープレート１１に上部タンク１４を取り付けることにより、冷却剤用の気密封止型循環システムが作られる。具体的には、上部タンクは、外部の管を接続するための入口ダクト１２および出口ダクト１３を含む。
【００２１】
好ましくは上部タンク１４は、蝋付けの前にコア１０に組み付けられる。
この例示的実施形態において、上部タンク１４およびヘッダープレート１１は、下記に説明する通りの、コア１をボルトまたはネジで冷却器ハウジングに固定するための孔１５を含む。具体的には、上部タンク１４およびヘッダープレート１１の孔１５は、互いに重なるように装置される。
【００２２】
図２Ａおよび図２Ｂは、熱交換器装置を示す図であり、チャージクーラー１は、ネジまたはボルト２１でハウジング３に固定される。
具体的には、ハウジング３はチャンバーの形を取り、その一側面に、クーラーコア１０を収容するための単一開口３０を含む。
【００２３】
好ましくは、ハウジング３は、熱交換器組立品を給気流内に入れるための入口ダクト３１および出口ダクト３２と、チャージクーラー１を留め付けることのできるフランジ３３とを含む。
【００２４】
上記で説明した通り、上部タンク１４およびヘッダープレート１１の孔は、互いに重なるように装置されており、その結果としてボルトまたはネジ２１は、上部タンク１４とヘッダープレート１１の両方をフランジ３３に固定する。
【００２５】
好ましい実施形態において、蝋付けクーラーコア１０は、ハウジング３のチャンバー内に嵌め込まれ、上部タンク１４を蝋付けされたヘッダープレート１１は、ハウジング３のフランジ３３の上に位置づけられ、それによってハウジング３の開口３０が閉鎖される。
【００２６】
好ましくは、装置を気密封止するために、チャージクーラー１のヘッダープレート１１とハウジング３のフランジ３３との間にガスケット２０を設けることもできる。熱交換器装置またはチャージクーラーを気密封止するために、さらなる隔離を施すこともできることを、当業者は正しく理解するはずである。
【００２７】
好ましくは、給気流の大部分がチャージクーラーコア１０を通過するように、チャージクーラーコア１０は横方向において、ハウジング３のチャンバーに合致する形状を取る。
好ましくは、チャージクーラーコア１０は、ほぼ長方形の六側面または「立方体様の」形状を有し、ハウジング３の開口３０が、クーラーコア１０の上部または下部側面（いず
れでも大きい方）よりもわずかに大きい。
【００２８】
図３は、熱交換器装置の詳細図であり、チャージクーラー１は、ハウジング３の内部に取り付けられている。
具体的には、上部タンク１４は壁部分１４１を有することもでき、当該壁部分が、上部タンク１４を二つの小タンク１４２，１４３に分離する。より具体的には、第一のタンク１４２には冷却剤入口ダクト１２が固定されるべきであり、第二のタンク１４３には出口ダクト１３が固定されるべきである。それにより、冷却剤は、入口ダクト１２から、第一の上部タンク１４２および管１０１の第一の部分を経て、下部タンク１０５内に流れ込み、当該下部タンクから冷却剤は、管１０１の第二の部分および第二の上部タンク１４３を経て、出口ダクト１３へ流れ続ける。
【００２９】
同様に、給気は、ハウジング３の入口ダクト３１から、クーラーコア１０を経て、出口ダクト３２へ流れる。
好ましい実施形態において、底板１０４および下部タンク１０５は共に、キャップ形になっている。このようにして、完成したクーラーコア組立品を蝋付けする前に下部タンク１０５を底板１０４内に嵌め込むことにより、下部タンク１０５をクーラーコア１０に固定することもできる。
【００３０】
図４Ａおよび図４Ｂは、別のチャージクーラー１を示す図であり、上部タンク１４は湾曲壁１６を含む。
図５Ａおよび図５Ｂは、ハウジング３のフランジ３３にチャージクーラー１をどのように圧着するかを具体的に示す図である。
【００３１】
図６は、熱交換器装置のさらに別の実施形態を示す図であり、チャージクーラー１のヘッダープレート１１は、ハウジング３のフランジ３３に半田付け（２２）されている。
図７Ａおよび図７Ｂは、別のチャージクーラー１を示す図である。具体的には、クーラーコア１０は中空板１０６のスタックを含む。具体的には、中空板１０６は各々、入口ダクトと出口ダクトとを有し、また、中空板を少なくとも部分的に分離して冷却剤が内部循環することのできる二つの小部分にする壁部分１０７を有することもできる。
【００３２】
好ましくは、中空板はスタックの形で取り付けられ、様々な中空板１０６の全ての入口ダクトおよび出口ダクトは、互いに連続して接続される。
当該別のチャージクーラー１に対してもまた、上記で開示した取付け方法が適用できることを、当業者は正しく理解するはずである。特に、ヘッダープレート１１には、チャージクーラーをハウジング３のフランジ３３に圧着するための湾曲壁１６を設けることもできる。あるいは、半田付けまたはネジもしくはボルトを用いて、ヘッダープレート１１をフランジ３３に固定することもできる。
【００３３】
ハウジング３の給気入口ダクト３１および出口ダクト３２の幾何学的装置は、気流循環を変化させるために、様々なやり方で装置することもできる。考えられる装置をいくつか、図８Ａ乃至図８Ｅに示す。
【００３４】
図８Ａ乃至図８Ｃは、ハウジング３の考えられる実施形態を具体的に示す図であり、入口ダクト３１および出口ダクト３２は、ハウジング３の相対する二つの側面に装置されている。
【００３５】
図８Ｄは、ハウジング３の実施形態を示す図であり、入口ダクト３１および出口ダクト３２は、ハウジング３の同一側面に装置されている。この場合、ハウジング３を二つの部分に分離する追加の壁部分３４を、ハウジング３内に設けることもできる。それによって
、入口３１から到来する高温給気は、チャージクーラー１が内部に取り付けられているハウジング３の第一の部分を通過する。その後、給気は、ハウジング３の第二の部分を経て、出口ダクト３２へ進む。
【００３６】
図８Ｅは、ハウジング３のさらなる実施形態を示す図であり、本発明に従って複数の入口ダクト３１および出口ダクト３２も使用できることを示している。特に、ハウジング３は、一つの入口ダクト３１と二つの出口ダクト３２とを備えることができる。
【００３７】
実施例は、本発明の制限と見なされるべきではない。逆に言えば、ハウジング３のいずれの実施形態を用いてもよい。特に、任意の数の入口ダクト３１または出口ダクト３２を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】本発明に従ったチャージクーラーの第一の実施形態の斜視図であり、コアは複数の管を含み、上部タンクが設けられており、チャージクーラーをハウジングに固定するための孔を含む。
【図１Ｂ】本発明に従ったチャージクーラーの第一の実施形態の斜視図であり、コアは複数の管を含み、上部タンクが設けられており、チャージクーラーをハウジングに固定するための孔を含む。
【図２Ａ】熱交換器装置の斜視図であり、チャージクーラーは、ネジまたはボルトでハウジングに固定される。
【図２Ｂ】熱交換器装置の斜視図であり、チャージクーラーは、ネジまたはボルトでハウジングに固定される。
【図３】ハウジング内に取り付けられているクーラーコアの側面図である。
【図４Ａ】本発明に従ったチャージクーラーの別の実施形態を示す分解斜視図であり、コアは、チャージクーラーをハウジングに固定するための湾曲壁付きの上部タンクを含む。
【図４Ｂ】図４Ａの側面図。
【図５Ａ】別の熱交換器装置の分解斜視図であり、コアは、圧着によりハウジングに固定される。
【図５Ｂ】図％Ａ熱交換器装置を一体的に組み付けた状態を示す斜視図。
【図６】別の熱交換器装置の斜視図であり、チャージクーラーは、ハウジングに半田付けされている。
【図７Ａ】本発明に従ったチャージクーラーの別の実施形態の斜視図であり、コアは、スタックの形で取り付けられている複数の中空板を含む。
【図７Ｂ】図７Ａの分解斜視図。
【図８Ａ】ハウジングの他の実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】ハウジングの他の実施形態を示す図である。
【図８Ｃ】ハウジングの他の実施形態を示す図である。
【図８Ｄ】ハウジングの他の実施形態を示す図である。
【図８Ｅ】ハウジングの他の実施形態を示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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