JP2015517086A - 二重壁式の熱交換器パイプ - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のための熱交換器（１）、特に排ガス熱交換器であって、その際、熱交換器（１）が外側のカバー（２）を有し、かつ外側のカバー（２）内に熱交換器パイプ（３）が、特に積層として配置されている熱交換器に関する。発明に従い、少なくとも一つの熱交換器パイプ（３）が二重壁式に外側パイプ（４）および内側パイプ（３）から形成されており、その際、第一の媒体（１９）がカバー（２）内に、及び／又は内側パイプ（５）内に流れ、かつ第二の媒体（９）が外側パイプ（４）と内側パイプ（５）の間に流れることが提案される。

Description

本発明は、自動車の為の熱交換器、特に排ガス熱交換器であって、請求項１の上位概念に係る特徴に従うものに関する。

先行技術より、部材を媒体によって冷却し、及び／又は媒体から意図的に熱を取り上げるために、特に自動車内で熱交換器を使用することが公知である。例えば、これによって、自動車の燃焼機関の冷却水を意図的に第二の媒体、特に空気によって冷却することが可能となる。しかしながら、例えば冷却された排ガス自体を再び燃焼プロセスへと供給するために、自動車の排ガスを冷却することも可能である。

特許文献１から、例えば、パイプ積層式の熱交換器が公知である。ここでは、一方の端部において媒体が供給され、管底部に至り、そして管底部において集合し、そしてその後、管底部に存在する熱交換パイプを通して案内される。クロス流原理において、熱交換器のカバーの外側に、第二の媒体が供給される。この媒体は、熱交換器を通って流れ、そして第二の媒体の入口と反対側の出口において熱交換器を再び去る。

ここでは、特に管底部が、そのような管積層式の熱交換器を排ガス熱交換器として使用する場合に、少なくとも局所的に、流れる排ガスの高温にさらされるという点が不利である。

独国特許出願公開第 ４３４ ３４ ０５ Ａ１号明細書

よって本発明の課題は、熱交換器の同じかまたは小さい外側寸法のもと、その熱交換器性能を高めることである。

上述した課題は、発明に従い、請求項１に記載の特徴に従う自動車の為の一つの熱交換器、特に排ガス熱交換器によって解決される。

本発明の有利な実施バリエーションは、従属請求項の主題である。

自動車の為の発明に係る熱交換器、特に排ガス熱交換器であって、その際熱交換器が一つの外側のカバーを有し、かつこの外側のカバー内に熱交換器が複数、積層として配置されている熱交換器は、少なくとも一つの熱交換器パイプが二重壁式に外側のパイプと内側のパイプから形成されている点において際立っている。その際、第一の媒体はカバー内及び／又は内側パイプ内を流れ、そして第二の媒体は外側パイプと内側パイプの間を流れる。

本発明の枠内で、燃焼機関の排ガスを自動車内で冷却するために、熱交換器は特に排ガス熱交換器として使用される。しかしながら、本発明の枠内で、熱交換器を例えば流体の冷却の為にオイルクーラーとして使用し、または冷却水クーラーとして使用することも可能である。

熱交換器は、それ自体、管積層式の熱交換器として形成されている。これは、本発明の枠内では、複数の熱交換器パイプが、一つの管積層へとまとめられており、かつ一つの外側カバー内に配置されていることを意味する。カバーは、先行技術よりカセットとして、またはハウジングとしても公知である。したがって、第一の媒体を貫流させるための第一のチャネルが熱交換器パイプ内に形成され、そして第二のチャネルがカバーと熱交換器パイプの外側の間に形成される。これによって、第一の媒体は、熱交換器パイプを通って、および第二の媒体は熱交換器パイプを外側から循環するので、両媒体の間の熱移行が実施される。

熱交換器は、その際、本発明の枠内で特に直流原理に従う、または逆流原理に従う熱交換器として形成されている。発明に従い、今や、熱交換器パイプが一層式の管または一殻式の管として形成されず、二重層式の熱交換器パイプとして形成されることが意図される。したがって、第三のチャネルがまず提供される。その際、発明に従い第一の媒体がカバー内を流れ、したがってカバーの内側カバー面と外側パイプの外側カバー面の間の空間内を流れることが意図される。二重層式に形成された熱交換器パイプを通って、第二のチャネルが外側パイプと内側パイプの間に形成され、これを通って第二の媒体が発明に従い流れる。これによって、第一の媒体と第二の媒体の間の熱交換が外側パイプの外側カバー面を介して行われる。

更に、発明に従い、内側パイプ内に更なる別のチャネルが形成されることが意図される。その際、第一の媒体はオプションとして、または同時に内側パイプを通して案内可能である。したがって別の熱移行が第一の媒体から第二の媒体へと内側パイプのカバー面を介して行われる。この発明に係る措置によって、全熱交換器の基本的に同じ外側寸法のもと、またはそれどころか減少された外側寸法のもと、熱交換器性能が向上する。流れる媒体の熱交換器によって発生した対向圧は、その際、もしそうだとしても、無視すべき程度、作用する。

よって第一の媒体は、外側パイプの端部の領域中に、特に外側パイプの外側カバー面内に一つの開口部を設けられているので、第一の媒体は内側パイプ内に流れることが可能であり、内側パイプを通って流れることができ、そして、内側パイプから再び外へと流れることが可能である。好ましくは、流出側にも同様に、そのような開口部が、特に外側パイプの外側カバー面内に設けられる。

開口部は、特にカラー部として形成されており、その際カラー部は、外側パイプの放射方向で内側に向けられており、よって内側パイプの方へと向けられている。カラー部は、さらに好ましくは、内側パイプ自体と連結可能であるので、カラー部によって既に内側パイプの位置固定的な位置決めが行われ、同時に、第一の媒体の移行も行われ、その際、第一の媒体は内側パイプの内部への移行によって移行可能である。

好ましくは、本発明の枠内で、内側パイプおよび外側パイプは互いに独立して製造された部材である。これら部材は、発明に係る構成によって相互に入り込んで差し込み可能であり、特に開口部を介して、特に好ましくは開口部の領域のカラー部を介して相互に入り込んで差し込み可能に形状結合的に位置固定可能であり、かつオプションとして材料結合的に、特に液密に連結可能である。

カラー部を有する適当な開口部は、内側パイプにも形成可能である。その際、内側パイプのカラー部は、放射方向で外側に向けられている。媒体を内側パイプの内部へと搬送するか、または内側パイプの内部から外へと搬出するために、内側パイプのカラー部および外側パイプのカラー部は、互いに寄り添うよう方向づけられており、かつ一つの通過案内を形成する。

第三のチャネルが内側パイプの内部で閉じられており、かつ正面側に沿って第二の媒体が流れることが可能であるように、更に、内側パイプの（複数）端部が閉じられていることが意図される。これは例えば、端部を押しつぶすことによって行われることが可能である。しかしここで、発明に従い、封鎖栓または封鎖キャップが設けられることが意図される。キャップは、本発明の枠内で特に形状結合的に内側パイプの中へと差し込まれているか、または内側パイプにかぶせられており、かつオプションとして材料結合的に、特に液密に内側パイプと連結されている。

更に好ましくは、外側パイプと内側パイプの間に間隙を形成され、その際間隙が、特に放射方向に周回して均等に形成されているよう、熱交換器パイプの（複数）端部自体が形成される。熱交換器内に導入された第二の媒体は、よって、内側パイプと外側パイプの間の間隙を通って、熱交換器パイプの第二のチャネル内へと流れ込み、そしてそこで貫流する。第二のチャネルは、従って、内側パイプの外側カバー面と、外側パイプの内側カバー面の間に形成される。好ましくは、熱交換器は、第二の媒体が正面側に導入され、及び／又は熱交換器から正面側で導出されるよう形成されている。本発明の枠内で、正面側は、特に熱交換器のカバーの配置に関している。

熱交換器パイプ内への流れに最適化された導入が行われることが可能であるように、第二の媒体の流入側において、内側パイプの端部は特に先細にとがって形成されている。特に好ましくは、端部は、先端が漸次的にますます尖った推移を有するよう形成されている。端部は、よって流れに最適化されており、よって現れる第二の媒体が最適に、外側パイプの内側カバー面と内側パイプの外側カバー面の間の第二のチャネル内に導入される。特に、自動車の熱交換器の対向圧は、これによって上昇しないか、または無視できる程度だけ上昇する。

本発明の別の有利な実施バリエーションにおいては、少なくとも外側パイプ及び／又は内側パイプが、波状とされた推移を有しており、特に内側パイプ及び／又は外側パイプのカバー面が長手方向において波状となっている。これは、波形が、熱交換器パイプの中心長手方向軸に関して、極小の軸方向の長手方向部分において、放射方向に周回する一定の半径を有することを意味する。したがって外側パイプ及び／又は内側パイプの各パイプの長手方向において、各外側カバー面及び／又は内側カバー面上に波形状が生じる。

一方では、波形状によって、熱移行の為に使用される管表面の拡大が行われる。他方では、波形状自体が、流中に乱流を引き起こし、これが同様に、流れる媒体と波状管の間の熱移行を改善する。その上、波形状は、各管の長手方向における改善された熱膨張を可能とする。

熱交換器パイプが、特にコスト面で安価であり、及び／又は流れに最適化されて製造可能であるように、更に、外側パイプの波の谷の内直径が、内側パイプの波の山の外直径よりも大であることが意図される。これによって、両方の管、つまり外側パイプ及び／又は内側パイプを互いに独立して製造し、引き続いて長手方向において内側パイプを外側パイプ内に導入すすることが可能である。内側パイプは、ここでもまた、外側パイプ内で位置固定的に、中心に配置されることが可能である。これは特にカラー部による連結によって行われる。

本発明の枠内において、熱交換器パイプはその際、特に金属の合金から、特に好ましくは金属の材料から、特に極めて好ましくは、腐食性の排ガスに強い金属材料から、特に特殊鋼材料から形成されることが可能である。しかし本発明の枠内において、熱交換器パイプが軽金属、例えばアルミニウムや、または真鍮材料等から形成されることも可能である。管は、しかしまた、銅、真鍮、またはブロンズから形成されることも可能である。更に好ましくは、管、つまり内側パイプ及び／又は外側パイプはハイドロフォーミングによって製造されている。

本発明の枠内で第一のチャネルおよび第三のチャネルが互いに簡単に、しかし効率的な方法で互いに連結されることが可能であるように、更に、熱交換器のカバー内の流入側及び／又は流出側に二つの互いに間隔をあけた正面薄板が設けられることが意図される。その際外側パイプは、各正面薄板を差込みつつ液密に正面薄板と連結されている。連結は、開口部が外側パイプの外側カバー面内で正面薄板の間、つまり正面薄板の間隔ないに位置するよう行われる。その際、カバーの方に向けられた正面薄板は追加的な切欠き部を外側パイプの間、つまり熱交換器パイプの間に有する。よって第一の媒体はまず、両方の正面プレートの間の間隔をあけた中間室内へ導かれ、そして、この室内で外側パイプの外側カバー面の外に分配される。更に、開口部を介して第一の媒体は、内側パイプの内部室へと至り、そして切欠き部を介してカバーに向かって向けられた正面薄板で、熱交換器室内、つまりカバーと外側パイプの外側カバー面の間の空間へと至る。好ましくは、外側に位置する正面薄板のみが液密に熱交換器パイプと連結されている。

内側の正面薄板は、その後、熱交換器パイプの通過の為に切欠き部においてこれに当接するが、しかし必然的には液密に連結されない。

第二の媒体は、正面側、従って外側の正面プレートに沿って導入され、そして外側パイプと内側パイプの間の間隙を介して第二のチャネル内へと流れる。第二のチャネルは外側パイプと内側パイプの間に形成されている。更に、一方では外側パイプのカバー面を介して、そして一方では内側パイプのカバー面を介して二つの媒体の間で二方向での熱交換が行われる。

本発明の別の利点、特徴、特性および観点は、以下の説明の主題である。好ましい実施バリエーションは、図に簡略的に表されている。これらは発明の簡単な理解の為に使用される。

発明に係る熱交換器の原理的構造の断面図。 発明に係る熱交換パイプの斜視図。 発明に係る熱交換器パイプの正面図 発明に係る熱交換器パイプの正面図 発明に係る熱交換器の斜視図。 発明に係る熱交換器の斜視図。 発明に係る熱交換器の斜視図。

図では、同じ部材または同様の部材に対して同一の参照符号が使用される。繰り返しの説明は簡略化の観点から省略される。

図１は、発明に係る熱交換器１の断面を示す。その際、熱交換器１は外側のカバー２を有している。その際、カバー２内には熱交換器パイプ３が配置されている。本発明は、カバー２内に、一つの熱交換器パイプ３のみが配置されることに限定されない。複数の熱交換パイプ３が、カバー２内に配置されることが可能である。熱交換器パイプ３自体は、その際、外側パイプ４および内側パイプ５に分配されている。その際、内側パイプ５は、端部側に各一つの封鎖栓６，７を有する。流入側８の封鎖栓７は、その際、先細にとがって形成されているので、図示された流入する第二の媒体９が先端にあたり、引き続いて第二のチャネル１０内に流れる。その際、第二のチャネル１０は、外側パイプ４の内側カバー面１１と内側パイプ５の外側カバー面１２の間に形成されている。

カバー２の内側カバー面１３と外側パイプ４の外側カバー面１４の間には、更に、一つの第一のチャネル１５が形成されており、内側パイプ５の内部には一つの第三のチャネル１６が形成されている。第一のチャネル１５および第三のチャネル１６は、流体技術的に内側の正面薄板１７を介して互いに連結されている。これは特に、内側の正面薄板１７の切欠き部１８を介して行われている。流入する第一の媒体１９は、これによって開口部２０を介して流入室２１から内側の正面薄板１７と外側の正面薄板２２の間を第三のチャネル１６内へと至る。内側の第三の正面薄板１７内の切欠き部１８を介して、第一の媒体１９は、その後第一のチャネル１５内へと至り、そして流入側８から流出側２３へと流れる。ここには、直流原理の熱交換器１が表されている。しかしながら本発明の枠内では、逆流原理の熱交換器１を形成することも意図され得る。

本発明の枠内では、複数の開口部２０が形成されることも可能である。その結果、第三のチャネル１６は、いずれの側も一つの開口部を介して第三のチャネル１６中へと流入させるのみならず、いずれの側も複数の開口部を介して適当な媒体を流入させることが可能である。

図２は、発明に係る熱交換器パイプ３を斜視図にて示す。その際、ここでは外側パイプ４が内側に差し込まれた内側パイプ４とともに表されている。流体は、外側パイプ４の開口部２０を介して内側パイプ５の内部室内へと流れる。内側パイプ５は、再び、封鎖栓７を介して、正面側の流入に対して閉じられている。内側パイプ５と外側パイプ４の間には、一様な間隙２４が流入側に形成されているので、第二の媒体９が内側パイプ５と外側パイプ４の間に流入することができる。

図３ａおよび３ｂは、再度これら思想を記載する。その際、周回する一様な間隙２４はここでは図３ｂに良好に表されている。しかし、これによってまず二つの管が、従って外側パイプ４および内側パイプ５が、互いに分離して製造されることが可能であるように、内側パイプ５の波の山２５の外直径Ｄ２５が、外側パイプ４の波の谷２６の内直径Ｄ２６よりも小さい。図３ａおよび３ｂの正面図には、外側パイプ４の波の谷２６に続く波の山２５は表されていない。しかしこれらは、図１には示されている。これによってまず、内側パイプ５を外側パイプ４と分離して製造し、そして引き続いて長手方向に外側パイプ４内にずらし込むことが可能である。

内側パイプ５は、更に、放射方向で外側に向かって起立するカラー部２７を有する。このカラー部は、図３ｂに従い、外側パイプ４の放射方向で内側に向かって起立するカラー部２８と形状結合的に連結されている。特にこれは、材料結合的に連結することが可能であり、特に好ましくは液密に連結可能である。両方のカラー部２７，２８は、そのとき、第三のチャネル１６内に第一の媒体１９を流入させるための開口部２０を生じる。内側パイプ５の外側カバー１２と、外側パイプ４の内側カバー面１１の間には、第二のチャネル１０が形成される。

今や第一の媒体１９が第一のチャネル１５内にも、第三のチャネル１６内にも流入可能であるように、図４ａおよび４ｂに係る本発明は、熱交換器１のカバー２内に一つの流入開口部２９、または逆方向では、第一の媒体１９のための流出開口部が設けられることを意図する。これによって第一の媒体１９は、内側の正面薄板１７と外側の正面薄板２２の間の流入室２１内に至る。ここでこれは、外側パイプ４の外側カバー面１４に当たり、そして開口部２０を介して内側パイプ５内へと至る。更に、内側の正面薄板１７内には、同様に切欠き部１８が設けられている。これら切欠き部を介して、流入室２１内に存在する第一の媒体１９が、カバー２と外側パイプ４の外側カバー面１４の間に存在する第一のチャネル１５内に流れる。第二の媒体１９は、外側の正面薄板２２に沿って流れ、そして外側パイプ４と内側パイプ５の間の間隙２４を介して内側パイプ５お外側パイプ４の間の第二のチャネル１０内に流れる。

更に図４ｃは、図４ｂに表された内界とともに図４ａの斜視部分図を示す。

１ − 熱交換器
２ − カバー
３ − 熱交換器パイプ
４ − 外側パイプ
５ − 内側パイプ
６ − 封鎖栓
７ − 封鎖栓 流入側
８ − 流入側
９ − 第二の媒体
１０ − 第二のチャネル
１１ − ４に対する内側カバー面
１２ − ５に対する外側カバー面
１３ − ２に対する内側カバー面
１４ − ４に対する内側カバー面
１５ − 第一のチャネル
１６ − 第三のチャネル
１７ − 内側の正面薄板
１８ − 切欠き部
１９ − 第一の媒体］
２０ − 開口部
２１ − 流入室
２２ − 外側の正面薄板
２３ − 流出側
２４ − 間隙
２５ − ５に対する波の山
２６ − ４に対する波の山
２７ − ５に対する波の山
２８ − ４に対する波の山
２９ − 流入開口部

Claims (12)

1. 自動車のための熱交換器（１）、特に排ガス熱交換器であって、その際、熱交換器（１）が外側のカバー（２）を有し、かつ外側のカバー（２）内に熱交換器パイプ（３）が、特に積層として配置されている熱交換器において、少なくとも一つの熱交換器パイプ（３）が二重壁式に外側パイプ（４）および内側パイプ（３）から形成されており、その際、第一の媒体（１９）がカバー（２）内に、及び／又は内側パイプ（５）内に流れ、かつ第二の媒体（９）が外側パイプ（４）と内側パイプ（５）の間に流れることを特徴とする熱交換器。
2. 外側パイプ（４）の端部の領域中、特に外側カバー面（１２）中に、一つの開口部（２０）が設けられるので、第一の媒体（１９）が内側パイプ（５）内に流れることができるか、または内側パイプ（５）から流れ出すことができることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 開口部（２０）内にカラー部（２７）として形成されていること、その際、カラー部（２７）が内側パイプ（５）と連結可能であり、特に液密に連結可能であるので、内側パイプ（５）が連結によって外側パイプ（４）内に位置固定的に位置取られていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 外側パイプ（４）と内側パイプ（５）が、互いに独立して製造された部材であり、および相互に入り込むよう差し込まれていること、その際、外側パイプ（４）および内側パイプ（５）がカラー部（２７）を介して開口部（２０）に形状結合的及び／又は材料結合的に連結されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 内側パイプ（５）に対して端部側に各一つの封鎖キャップ及び／又は栓が設けられており、特に材料結合的及び／又は形状結合的に連結されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 内側パイプ（５）および外側パイプ（４）の端部の間に一つの間隙（２４）が形成され、特に放射方向で周回する均一な間隙（２４）が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 内側パイプ（５）の端部が、先細にとがって形成されており、特に漸次的に強くとがった推移を有して形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 少なくとも外側パイプ（４）及び／又は内側パイプ（５）が、波形状の推移を有し、特に内側パイプ（５）及び／又は外側パイプ（４）のカバー面が長手方向において波形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 外側パイプ（４）及び／又は内側パイプ（５）の波形状の推移が、波の山（２５）および波の谷（２６）を有し、その際、波の山（２５）および波の谷（２６）が其々放射方向に周回して一定に形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. 内側パイプ（５）の波の山（２５）の外直径が、外側パイプ（４）の波の谷（２６）の内直径よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
11. カバー（２）内の流入側（８）及び／又は流出側に二つの互いに間隔をあけた正面薄板（１７，２２）が配置されており、その際、外側パイプ（４）が、正面薄板（１７，２２）を差し込みこれらと液密に連結されているので、外側パイプ（４）の外側カバー面（１２）内の開口部（２０）が、正面薄板（１７，２２）の間に配置され、その際、カバー（２）の方を向いた正面薄板（１７）が、追加的な切欠き部（１８）を熱交換器パイプ（３）の間に複数有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
12. 内側パイプ（５）及び／又は外側パイプ（４）がハイドロフォーミングによって形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の熱交換器。

Images