JP2005524815A - 熱交換機、特に過給器クーラー - Google Patents

Abstract

【課題】 材料をわずかしか増加させず、圧力損失なしで、あるいは圧力損失を少なくして、パイプ−底−結合の高い機械的強度を実現することのできる熱交換機を提供する。
【解決手段】 熱交換機、特に自動車のための過給器クーラーが、流れる媒体を分配し、かつ／または集めるための少なくとも１つの室を備えた少なくとも１つのケースと少なくとも１つのパイプ束とを有する。前記パイプ束が、前記少なくとも１つの室と連通するように接続されているパイプからなり、少なくとも１つのケースが開口部を備えたパイプ底を有しており、前記開口部内へパイプ束のパイプが差込み可能である。少なくとも１つのパイプが、少なくともパイプ底の開口部内へ差し込まれる領域において、少なくとも二重壁として形成されている。

Description

本発明は、熱交換機、特に自動車用の過給器クーラーに関する。

内燃機関の出力上昇を得るために、燃焼へ供給される空気を、内燃機関の燃焼室へ供給する前に、たとえばターボチャージャーを用いて圧縮することができる。しかし、空気の圧縮は、同時に空気の加熱をもたらし、それが燃焼プロセスの最適な遂行にとって欠点となる。たとえばそれによって、より早期の点火または増大された窒素酸化物の放出がもたらされる可能性がある。燃焼へ供給される、過熱された空気の好ましくない結果を回避するために、ターボチャージャーの後段に過給器クーラーとして形成された熱交換機が接続され、その熱交換機によって圧縮された空気を燃焼前に許容される温度に冷却することができる。

過給器クーラーは、たとえばドイツ公開公報ＤＥ１９７５７０３４Ａ１に記載されている。そこに記載された熱交換機においては、熱い空気が熱交換機の第１の収集通路内へ導入されて、そこで分配されて、収集通路内に開口しているフラットパイプ内へ流入する。フラットパイプは、互いに並べて、かつその断面の長い側を含む側面において互いに対して平行に配置されて、流れルートを形成し、冷却する空気がその流れルートを通して案内される。流れルート内で、フラットパイプの間に冷却フィンが配置されており、それら冷却フィンがフラットパイプと冷却する空気流との間の効果的な熱交換をもたらす。冷却する空気流を横切った後にフラットパイプは、第２の収集通路内に開口しており、その第２の収集通路はその中へ流入する冷却され、圧縮された過給器をエンジン内の燃焼へ供給する。

特にこの種の過給器クーラーのような熱交換機においては、パイプは、通常パイプ底の開口部内へ差し込まれて、流体密に半田付けされている。圧縮された空気をそれぞれ供給された場合に、この半田結合は急激な圧力変化に基づいて高い機械的負荷を受ける。特にフラットパイプの幅狭側は、増大する強度要請を満たさず、それによって特にこの種のパイプ−底−結合の角部に非気密性が生じる可能性がある。

パイプ−底−結合の強度を増大させるための簡単な方法は、より大きい肉厚を有するパイプまたはより大きい材料厚を有するアウターリブおよび／またはインナーリブを使用することである。両方の場合において、増大された安定性は認められるが、そのために必要とされる材料コストおよび材料重量の増大は、極めて大きい。

他の解決提案は、たとえば過給器ケース内にタイロッドを使用することによって、パイプ−底−結合の機械的負荷を減少させることに関する。このタイロッドは、過給器ケースを安定させ、それによってパイプ−底−結合の負荷を軽減するが、過給器クーラーによってもたらされる圧力損失の増大を伴う。
ドイツ公開公報ＤＥ１９７５７０３４Ａ１

本発明の課題は、材料をわずかしか増加させず、圧力損失なしで、あるいは圧力損失を少なくして、パイプ−底−結合の高い機械的強度を実現することのできる熱交換機を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する熱交換機、すなわち少なくとも１つのパイプが、少なくともパイプ底の開口部内へ差し込まれる領域において、少なくとも二重壁として形成されている熱交換機によって、解決される。

発明の実施の形態

請求項１の発明によれば、熱交換機は、流れる媒体を分配および／または収集するための少なくとも１つの室を備えた少なくとも１つのケースと、少なくとも１つのパイプ束を形成するパイプとからなる。

本発明の主旨におけるパイプ束は、互いに並べて配置されたパイプによって形成される。その場合にパイプは、１列に配置しても、多数列に配置してもよい。

少なくとも１つのケースは、開口部を備えたパイプ底を有しており、その場合にパイプは、少なくとも１つの室と連通するように接続することとができるようにするために、開口部内へ差込み可能である。本発明によれば、パイプ底の開口部内へ差込み可能な、少なくとも１つのパイプは、そのパイプの、少なくとも開口部内へ差し込まれる部分において、少なくとも二重壁として形成されている。それによって、パイプとパイプ底との間の堅固な半田結合が可能であって、それが増大された機械的安定性要請を満たす。一重壁のパイプに対する材料とそれに伴ってコストの増大は、パイプの少なくとも二重壁の領域がパイプ底開口部の領域に制限され、あるいはこの領域をわずかしか越えない場合に、特にわずかである。この種の制限は、強度に関して可能である。というのは、パイプ底開口部の領域の外部ではパイプに対する安定性要請は通常小さいので、そこではパイプの一重壁形成で十分だからである。

本発明の主旨におけるパイプ壁は、パイプの内部空間に対しては内面または壁内面によって、そしてパイプの外部空間または周囲に対しては、外面または壁外面によって画成される、三次元の形成物である。従って二重壁として形成されたパイプは、この種の２つの壁、すなわち内側の壁と外側の壁を有しており、その場合に内側の壁の外面と外側の壁の内面は互いに対向している。二重壁の領域において、内側の壁と外側の壁が中断を有することができ、すなわちぐるっと一周して閉鎖されている必要はない。

本発明に基づく熱交換機の好ましい実施形態において、パイプ領域を少なくとも二重壁形成する安定化作用をさらに向上させるために、内側のパイプ壁の外面と外側のパイプ壁の内面が接触している。特に好ましくは、内側のパイプ壁と外側のパイプ壁が互いに半田付けまたは溶接されている。

本発明に基づく熱交換機の好ましい形成によれば、内側のパイプ壁または外側のパイプ壁は、成形された薄板細片によって形成される。このようにして生じたジャケットは、そのジャケットの形状が少なくとも一重壁のパイプの形状に適合されている場合には、少なくとも二重壁の領域を形成するために、たいした手間なしで、既存の少なくとも一重壁のパイプ内へ挿入し、あるいは少なくとも一重壁のパイプ上に差し嵌めることができる。この種のジャケットの形成も組立ても、特に簡単であって、従って安価に提供される。

本発明に基づく熱交換機の他の好ましい形成によれば、内側のパイプ壁または外側のパイプ壁は、押出成形された成形部品によって形成される。この種の成形部品の厚みが周面に沿って可変に選択される場合には、少なくとも二重壁のパイプを強度にとって十分な壁圧で形成することができ、その場合に余り敏感ではない箇所においては材料を節約することができ、それは一定の壁厚を有するパイプの場合とは異なる。押出成形されたジャケットは、少なくとも二重壁の領域を形成するために、薄板細片から成形されたジャケットと同様にたいした手間なしで、既存の少なくとも一重壁のパイプ内へ挿入し、あるいは少なくとも一重壁のパイプ上に差し嵌めることができる。

本発明に基づく熱交換機の好ましい実施形態によれば、少なくとも二重壁のパイプはフラットパイプとして、および／または多稜パイプとして形成されている。特に多稜パイプの場合には、たとえば挿入または差し嵌めジャケットの形状を、薄板細片を適当に折り畳むことにより、極めて簡単かつそれに伴って安価に、パイプの壁形状に適合させることができる。

好ましい実施形態によれば、少なくとも二重壁のパイプが少なくとも１つの結合ウェブを有しており、それが内側の壁の対向し合う領域を互いに結合する。この種の結合ウェブは、パイプをさらにしっかりさせ、それが少なくとも二重壁の領域において安定性をさらに向上させる。それによって、場合によっては内側または外側の壁の厚みを、パイプ−底−結合の十分な強度を犠牲にすることことなく、減少させることができる。

好ましい展開によれば、少なくとも１つの結合ウェブが、特に薄板細片を適切な形状を有するジャケットとして折り畳むことによって、内側の壁と一体的に形成されている。この場合においては、少なくとも１つの結合ウェブは、結合ウェブなしの内側の壁に比べて、付加的な組立て段階を必要としない。

好ましい実施形態によれば、内側の壁はその外側に、ビードのような凹部を有している。この種のビードは、一方では、内側の壁の強化に寄与し、他方では、外側の壁がたとえば溶接継ぎ目に基づいて隆起部を有している場合に、外側の壁内の内側の壁のより大きい嵌め合い精度をもたらす。

本発明の好ましい展開においては、凹部は内側の壁の外面に延びるように形成されており、すなわち凹部の深さおよび／または幅は凹部の長手方向に沿って減少する。このように延びる凹部の形状が、内側の壁を少なくとも一重壁のパイプ内に挿入した後に押し広げによってもたらされる場合には、内側の壁はパイプ内に挟持されて、抜落ちを防止され、それによって製造安全性が向上する。

本発明に基づく熱交換機の好ましい形態によれば、パイプの外側の壁は隣接するパイプの少なくとも１つの外側の壁と、少なくとも１つの結合部材を介して結合されている。特に、その幅狭側が特別な安定性を必要とする、フラットパイプにおいては、フラットパイプをその幅狭側の領域においてだけ少なくとも二重壁として形成すれば、十分である。これは好ましくは、外側の壁を少なくとも一重壁のパイプに結合することによってもたらされる。複数のパイプの外側の壁が互いに結合されている場合には、これら外側の壁を１つの作業ステップで少なくとも一重壁のパイプに取り付けることができ、それによって組立ての手間とコストが削減される。

本発明の特に好ましい展開においては、形成をさらに簡略化するために、少なくとも２つのパイプの外側の壁が、少なくとも１つの結合部材によって一体的に形成される。特に簡単かつそれに伴って安価であるのは、少なくとも２つのパイプの外側の壁を、成形された薄板細片としての少なくとも１つの結合部材によって形成することであって、その薄板細片は極めて簡単に部分的に少なくとも一重のパイプの形状に適合され、その後薄板細片の適合された部分が少なくとも二重壁のパイプを形成するために、少なくとも一重壁のパイプに取り付けられて、場合によっては後者に半田付けまたは溶接される。

以下、図面を参照し、実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１には、本発明に基づく熱交換機内の少なくとも二重壁のパイプの好ましい実施例が横断面で示されている。４稜パイプ５は、外壁１０と内壁２０からなり、その場合に外壁１０の内面３０は、内壁２０の外面４０と半田付けされている。

特に過給器クーラーのような熱交換機内の４稜パイプ５のような、多稜フラットパイプにおいては、最大の機械的負荷は幅狭側５０と６０の領域、特に稜７０、８０、９０および１００の領域に発生するので、そこにおいて外壁１０の内面３０と内壁２０の外面４０との間の半田接触が特に効果的である。この理由から内壁２０は、半田コーティングされた薄板細片からケースとして折り畳まれ、そのケースを半田付けプロセス前に外壁１０内へ差し込むことができるので、外壁１０の内面３０と内壁２０の外面４０は、パイプ周面のほぼ全体にわたって接触している。

薄板細片の終端領域１１０と１２０は、それらが互いに対して、かつ内壁２０の内面１３０の対向する領域と半田付け可能であるように変形されており、それによってそれらが一緒になってウェブ１４０を形成し、そのウェブが内壁２０の対向する幅広側１５０と１６０を互いに結合する。従って４稜パイプ５は、二重壁として形成されている領域において、付加的に安定化される。

図２は、押出成形されたジャケットとして形成された内壁２１０を斜視図で示しており、その内壁は、本発明に基づく熱交換機内のパイプ内に二重壁の領域を形成するために、図示されていない一重壁のパイプ内へ挿入可能である。内壁２１０の外面２２０は、その形状において、詳しく図示されていない外壁の内面に適合されており、その場合に内壁２１０の角部領域２３０、２４０、２５０および２６０は補強されている。というのは、それらが熱交換機の駆動中に特に機械的な負荷にさらされるからである。幅広側２７０と２８０のように余り負荷を受けない領域においては、内壁２１０は比較的薄く形成されており、それによって材料節約が得られる。安定性を高めるために、幅広側２７０と２８０はウェブ２９０、３００、３１０によって互いに結合されている。

図３には、本発明に基づく熱交換機内の少なくとも二重壁パイプの内壁４１０の、他の好ましい実施例が斜視図で示されている。内壁４１０は、図１の実施例の内壁２０と同様に、半田コーティングされた薄板細片からジャケットとして折り畳まれており、安定化ウェブ４２０を有している。

このジャケットの幅狭側４４０と４５０内には、ビード４６０と４７０が設けられており、それらビードは、一方では内壁４１０を補強して、それに伴って図示されていない少なくとも二重壁のパイプをさらに安定させ、他方では、外壁内へ挿入する際にジャケットがたとえば溶接継ぎ目のような、外壁の内面の隆起部にひっかかることを阻止する。

この実施形態の特別な利点は、少なくとも二重壁の領域を形成するために内壁４１０を、図示されていない雄型を用いて、少なくとも一重壁のパイプ内へ差し込むことが可能であることによって得られ、その場合に雄型の外面の大部分が、内壁４１０の内面４３０の形状を有している。ビードが雄型の外面に延びている場合、すなわちそのビードが長手方向により細く、および／またはより低くなる場合には、この作業プロセスにおいて内壁４１０のビード４６０と４７０が外側へ押圧され、それによって幅狭側４４０と４５０が拡幅される。その場合には内壁が外側壁内に挟持されて、半田付けプロセスまで外壁からの抜落ちを防止されるので、形成安全性の向上が達成される。

図４には、本発明に基づく熱交換機の好ましい実施例が、切り開かれた部分として斜視図で示されている。熱交換機６１０は、パイプ底６３０とハウジングカバー６４０から形成される、ケース６２０を有しており、その場合にケース６２０の内部には、冷却すべき第１の媒体、たとえば空気を分配するための室６５０が設けられている。パイプ底６３０の開口部６６０を通してパイプ６７０が差し込まれており、そのパイプの端部６８０は二重壁として形成されている。パイプ６７０の、パイプ端部６８０とは反対側の端部６９０は、パイプ底７００によって示唆される、冷却すべき媒体を集めるためのケース内へ開口している。冷却する媒体、たとえば同様に空気は、パイプ間隙を通って流れ、そこには熱伝導を増大させるために波形フィン７１０が配置されている。

図５は、本発明に基づく熱交換機の他の実施形態を、縦断面で示している。図４に示す例の場合と同様に、熱交換機８１０においては、パイプ８２０がパイプ底８５０と８６０の開口部８３０と８４０内へ差し込まれており、その場合にパイプ８２０の間には、ここでも熱伝導を向上させるために波形フィン８７０が取り付けられている。パイプ底開口部８３０と８４０の領域において、ジャケット８８０と８９０が内壁としてパイプ底９００と９１０内へ差し込まれており、それによってパイプ８２０はパイプ底８５０および８６０と半田付けされる領域において二重壁として形成されている。それによって密封性および／または強度に関して敏感なこれらのパイプ領域が、わずかな材料増において補強される。というのは、パイプ８２０の大きい部分９２０は、一重壁のままだからである。

本発明は、自動車のための過給器クーラーの例で説明されている。しかし、本発明に基づく熱交換機は、他の目的にも適していることを示唆しておく。

本発明に基づく熱交換機のパイプの横断面を示している。 パイプの内壁を示す斜視図である。 熱交換機のパイプの内壁を示す斜視図である。 切り開かれた熱交換機を部分的に示す斜視図である。 熱交換機を部分的に示す縦断面図である。

符号の説明

５ ４稜パイプ
１０ 外壁
２０、２１０、４１０ 内壁
５０、６０、４４０、４５０ 幅狭側
１１０、１２０ 終端領域
１４０、２９０、３００、３１０ ウェブ
１５０、１６０、２７０、２８０ 幅広側
４２０ 安定化ウェブ
４６０、４７０ ビード
６１０、８１０ 熱交換機
６３０ パイプ底
６２０ ケース
６４０ ハウジングカバー
６６０、８３０、８４０ パイプ底開口部
６７０、８２０ パイプ
７００、８５０、８６０、９００、９１０ パイプ底
７１０、８７０ 波形フィン
８８０、８９０ ジャケット

Claims (13)

1. 流れる媒体を分配し、かつ／または集めるための少なくとも１つの室を備えた少なくとも１つのケースと少なくとも１つのパイプ束とを有し、前記パイプ束が、前記少なくとも１つの室と連通するように接続されているパイプからなり、少なくとも１つのケースが開口部を備えたパイプ底を有しており、前記開口部内へパイプ束のパイプが差込み可能である、熱交換機、特に自動車のための過給器クーラーにおいて、
   少なくとも１つのパイプが、少なくともパイプ底の開口部内へ差し込まれる領域において、少なくとも二重壁として形成されていることを特徴とする熱交換機。
2. 少なくとも１つのパイプの内壁が、少なくとも１つのパイプの外壁に、少なくとも部分的に平面的に添接していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機。
3. 内側の壁が外側の壁と、少なくとも局所的に半田付けされ、または溶接されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換機。
4. 少なくとも１つのパイプの内壁または外壁が、成形された薄板細片として形成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１項に記載の熱交換機。
5. 少なくとも１つのパイプの内壁または外壁が、押出成形された型部品として形成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１項に記載の熱交換機。
6. 少なくとも１つのパイプが、フラットパイプおよび／または多稜パイプとして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１項に記載の熱交換機。
7. 少なくとも１つのパイプが、内壁の対向する領域を互いに結合する、少なくとも１つの結合ウェブを有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換機。
8. 少なくとも１つの結合ウェブが、内壁と一体的に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の熱交換機。
9. 内壁が、その外側に凹部を有していることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換機。
10. 凹部が細長く形成されており、凹部の深さおよび／または幅が、凹部の長手方向に沿って減少していることを特徴とする請求項９に記載の熱交換機。
11. パイプの外壁が、隣接するパイプの少なくとも１つの外壁と、少なくとも１つの結合部材を介して結合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１項に記載の熱交換機。
12. 少なくとも２つのパイプの外壁が、少なくとも１つの結合部材によって一体的に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換機。
13. 少なくとも２つのパイプの外壁が、少なくとも１つの結合部材によって成形された薄板細片として形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の熱交換機。
    

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