JP2006505760A - 主ラジエータおよび補助ラジエータを有する熱交換モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、主熱交換器（２５６）および２つの補助熱交換器（２５２）（２５４）を有する熱交換モジュールであって、熱交換器の各々が、入口コレクタボックス（２６１）、出口コレクタボックス（２６３）、束状チューブ（１２）（３８）（３９）、および束状チューブと熱交換するための熱交換表面（１６５）を備えている、熱交換モジュールに関する。同一空気流（２５８）が、３つの熱交換器を通過して流れる一方、同一流体が、主熱交換器（２５６）および２つの補助熱交換器（２５２）（２５４）を通って流れる。本発明はさらに、前記モジュールを備える、自動車内の熱エンジンによって発生した熱エネルギ用の管理システムにも関する。

Description

本発明は、特に自動車用の熱交換器の分野に関し、さらに具体的には、単一アセンブリを形成するように、上下に重ねて配置された複数の熱交換器によって構成された熱交換モジュールに関する。

さらに正確に述べると、本発明は、幾つかの熱交換器を有する熱交換モジュールであって、各熱交換器が、入口ヘッダボックス、出口ヘッダボックス、冷却流体が内部を循環するスタック状チューブ、およびスタック状チューブとの熱交換に寄与する熱交換表面を備え、かつ熱交換器は、それらのスタック状チューブを同一空気流が通過するように配置されている、熱交換モジュールに関する。

自動車用の熱交換器は、一般に、スタック状の流体循環チューブ、およびフィンまたは波形インサートなどの、外部環境との熱交換表面の形をとっている。スタックは、流体を循環チューブに分配する２つのヘッダボックスの間に配置されている。変更例として、入口部分および出口部分に分割された単一ヘッダボックスを有する熱交換器もある。

自動車エンジンの冷却ラジエータなどの主熱交換器上に、１つまたは複数の補助熱交換器を結合し、それにより、車両に設置しやすい、モジュールとも呼ばれるアセンブリを形成して、モジュールの熱交換表面を、異なった熱交換器に共通にすることができることは公知である。補助熱交換器は、エンジン用の給気のための冷却器によって、または空調コンデンサによって、またはオイルラジエータによって構成される場合が多い。

この形式の熱交換モジュールにおいて、各熱交換器は、特定の冷却流体が内部を循環する専用の流体循環回路を有する。そのため、多数のダクトが必要になる。さらに、周囲の大気との間で熱交換を行うために、車両の前面内へ異なった冷却流体を送り込む必要がある。したがって、熱交換器は、それらが冷却する装備品から遠い位置にあることが多く、その結果、ダクトが相当な長さになるとともに、利用しうる空間が限定されることとなる。しかし、車両ボンネットの下側に、これらのダクト用の通路を設けることは困難である。

さらに、各熱交換器の熱交換表面は固定されている。それは、熱交換器のスタックの表面積に対応している。熱交換器の冷却を調節する唯一の可能な手段は、冷却流体用の循環ポンプを始動させるか、または停止させることである。したがって、このようなシステムは、エンジンの負荷状態に関する適応性を、ほとんど有していない。

したがって、本発明の主題は、これらの欠点を排除した、車両エンジンによって発生した熱エネルギのための熱交換モジュールおよび管理システムに関する。

本発明によれば、これらの目的は、熱交換モジュールが主熱交換器および２つの補助熱交換器を有し、かつ、同一の冷却流体が、主熱交換器内および補助熱交換器内を循環するようにすることによって達成される。

したがって、たとえば、共通のヘッダボックス、共通のインサート、共通のチーク、または熱交換器におけるスタック間の他の接続手段によって、一体状の機械的アセンブリを備える３つの熱交換器を有する「多重熱交換器」と呼ぶことができる部品が得られる。

しかし、本発明のモジュールは、３つの熱交換器内を循環するのが同一冷却流体であり、その流体は、後述するように、たとえば２つの個別の流体循環ループから出るため、２つの異なった温度にすることができるという特性を有する。

したがって、各熱交換器には、流体用に、少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を設けることができる。さらに、少なくとも同一流体が内部を循環する熱交換器のチューブに関して言うと、スタックの１つのチューブは、熱交換器相互間で、同一の特徴を示すこととなる。

ある特定の実施形態によれば、少なくとも同一流体が循環する熱交換器に関して言うと、スタックとも呼ばれる、空気との熱交換表面は、熱交換器相互間でほぼ同一である。

好適な実施形態において、主熱交換器の出口ヘッダボックスは、貫通開口を介して、少なくとも１つの補助熱交換器の入口ヘッダボックスに連通している。

熱交換モジュールは、主熱交換器の出口ヘッダボックスを主出口室および補助出口室に分割する仕切り壁を内部に備え、主熱交換器のスタックにおける主出口室に接続されたチューブは、主熱交換器の入口ヘッダボックスにおける、これらの同一チューブに接続された部分と協働して、主ラジエータを構成し、かつ、主熱交換器のスタックにおける補助出口室に接続されたチューブは、主熱交換器の入口ヘッダボックスにおけるこれらの同一チューブに接続された部分、および補助熱交換器の少なくとも１つと協働して、補助ラジエータを構成しているのが好ましい。

これらの特徴により、同一の冷却流体を、熱交換器の全体または一部に循環させることができる。スタックにおける、流体が内部を循環する部分を選択することが可能である。

また本発明によると、車両エンジンのさまざまな負荷状態に合わせて調整しうる、さまざまな構成の熱エネルギ管理システムを実現することもできる。

補助ラジエータの熱交換表面は、主ラジエータのスタックにおける、補助熱交換器と連通する部分によって増大させることができる。熱交換器は、互いに上下に重ねて配置されるので、熱交換モジュールの表面寸法をまったく増加させることなく、より大きい寸法の補助ラジエータを得ることができる。

モジュールは、主熱交換器の出口ヘッダボックス、および少なくとも１つの補助熱交換器の入口ヘッダボックス間の貫通開口を開閉することができる切り換え手段を備えているのが好ましい。

この切り換え手段を使用することにより、熱交換器のスタックの表面積を、したがって、その冷却能力を変更させることができる。１つの特殊な実際例においては、切り換え手段は、作動部材にロッドで連結されたピストンによって構成される。

作動部材により、ピストンを引くか、押すかして、貫通開口を閉鎖することができる。

ある特殊な実施形態においては、モジュールは、主熱交換器の入口ヘッダボックスに接続された入口パイプソケットを有しており、この単一のパイプソケットは、主ラジエータ内および補助ラジエータ内への冷却流体の共通の受け入れに役立っている。

別の実施形態においては、モジュールは、入口ヘッダボックスにおける主ラジエータの一部を形成する部分と、入口ヘッダボックスにおける補助ラジエータの一部を形成する部分との間に位置する仕切り壁を備え、この壁は、主熱交換器のヘッダボックスを、主入口室および補助入口室に分割し、また、冷却流体を、主ラジエータ内に受け入れるために、１つの入口パイプソケットが主入口室に接続され、冷却流体を補助ラジエータ内に受け入れるために、別の１つの入口パイプソケットが補助入口室に接続されている。

熱交換モジュールは、主ラジエータおよび補助ラジエータにおける、主熱交換器および２つの補助熱交換器の冷却流体と異なるサイクル流体が内部を循環する個別の冷却回路に属する少なくとも１つの第４熱交換器を備えていることもある。

このような構成によると、モジュールは、「多重熱交換器」、すなわち、たとえば共通のヘッダボックス、共通のインサート、共通のチーク、または熱交換器のそれぞれのスタック間の他の接続手段によって、一体状の機械的アセンブリを形成する複数の熱交換器を有するモジュールの構造を得ることができる。

ある特殊な実施形態においては、主熱交換器または補助熱交換器のヘッダボックスは、冷却流体用の一連の通路を画定するように、分割壁によって、複数の室に分割されている。

モジュールの熱交換器に共通の冷却フィンによって、熱交換表面を構成することができる。熱交換表面は、モジュールの熱交換器に共通の波形インサートによっても、等しく構成することができる。

両方の場合において、各熱交換器で異なる温度レベルの流体が内部を循環することから発生する可能性がある問題を回避するために、熱交換表面に、熱交換器間のサーマルブリッジを破壊するための手段を設けることが考えられる。

熱交換表面を、熱交換器のチューブにろう付けによって結合することができる。熱交換表面を、熱交換器のチューブに機械的に結合することも可能である。

１つの特殊な実施形態においては、熱交換器のヘッダボックスは、ろう付けによって互いに結合された集合プレート、および蓋によって構成されている。別の実際例では、熱交換器のヘッダボックスは、集合プレートと、プラスチック製で、集合プレート上に機械的に固定された蓋とによって構成されている。

さらに、本発明は、自動車の内燃エンジンによって発生した熱エネルギ用の管理システムにおいて、内燃エンジン、および大気と熱交換する主冷却ラジエータ間に冷却サイクル流体を循環させるための主ポンプを備える主回路網であって、さらに短絡ダクト、およびユニットヒータを設けた加熱ダクトを備える主回路網と、補助ラジエータおよび補助ポンプを備える補助回路網とを有する管理システムであって、内燃エンジンの負荷の状態に応じて、冷却流体を、主回路網および補助回路網に制御状態で循環させることができるか、またはこの循環を妨害することができる相互連通手段によって、主回路網および補助回路網が連結され、さらに、主ラジエータおよび補助ラジエータは、先に定められたような熱交換モジュールの一部を形成するようにした管理システムにも関する。

本発明はまた、自動車の内燃エンジンによって発生した熱エネルギ用の管理システムにおいて、内燃エンジン、および外部周囲空気と熱交換する高温主熱交換器間で冷却流体を循環させるための主ポンプを備える高温回路であって、ユニットヒータを設けた加熱ダクトを備える高温回路と、補助熱交換器および補助ポンプを備える低温回路とを有する管理システムであって、高温主熱交換器および補助熱交換器は、先に定められたような熱交換モジュールの一部を形成している、管理システムにも関する。

１つの実施形態では、補助熱交換器の１つが、自動車の車室の空調システムの一部を形成するコンデンサに直列に接続されている。

補助熱交換器の１つを、給気冷却器に直列に接続することも考えられる。

ある変更例では、給気冷却器に直列に接続された補助熱交換器および給気冷却器自体は、高温回路の一部を形成している。

別の変更例では、給気冷却器に直列に接続された補助熱交換器、および給気冷却器自体は、低温回路の一部を形成している。

添付の図面を参照しながら、説明のために挙げた例示的な実施形態の以下の説明を読めば、本発明の他の特徴および利点が明らかになるはずである。

図において、熱交換モジュールの全体は、符号２で表わされている。それは、２つの熱交換器、すなわち、４で示す主熱交換器と６で示す補助熱交換器によって構成されている。

主熱交換器４は、入口ヘッダボックス８、出口ヘッダボックス１０、および入口ヘッダボックス８および出口ヘッダボックス１０間に設けられたスタック状の循環チューブ１２によって構成されている。

入口ヘッダボックス８は、仕切り壁１４を内部に備え、これは、入口ヘッダボックス８を、主入口室１６および補助入口室１８に分割している。同様に、出口ヘッダボックス１０は、仕切り壁２０を内部に備え、これは、出口ヘッダボックス１０を、主出口室２２および補助出口室２４に分割している。入口パイプソケット２６は、主入口室１６に接続され、かつ入口パイプソケット２８は、補助入口室１８に接続されている。

パイプソケット２６は、スタック１２における、主入口室に接続されたチューブ内に冷却流体を分配し、入口パイプソケット２８は、スタック１２における補助入口室１８に接続されたチューブ内に冷却流体を分配する。主出口室２２は、出口パイプソケット３０を有し、これにより、入口パイプソケット２６を通って流入した冷却流体は、主出口室２２から出る。

補助出口室２４は、出口パイプソケットを有していないが、それを補助熱交換器６の入口ヘッダボックス３４に連通させる貫通開口３２を有する。補助熱交換器６はさらに、出口ヘッダボックス３６、および入口ヘッダボックス３４および出口ヘッダボックス３６間に設けられたスタック状チューブ３８を有する。出口パイプソケット４０は、出口ヘッダボックス３６に接続されている。貫通開口３２は、後述する切り換え手段を使って開閉することができる。

主熱交換器４のスタック状チューブ１２、および補助熱交換器６のスタック状チューブ３８を、矢印４２で示された同一の空気流が通過する。２つの熱交換器は、補助熱交換器６が空気流４２によって最初に冷却されるように配置されている。したがって、スタック状チューブ１２は、補助熱交換器６のスタック状チューブ３８と接触して、すでに再加熱されている空気流によって冷却される。

主熱交換器４のスタック状チューブ１２における、主入口室１６および主出口室２２に接続された部分は、以下に説明するように、主ラジエータ１９６を形成している（図１５〜図１８を参照されたい）。

主熱交換器４のスタック状チューブ１２における補助入口室１８および補助出口室２４に接続された部分であって、補助熱交換器のスタック状チューブ３８に直列に接続されている部分は、以下に説明するように、補助ラジエータ２００を形成している（図１５〜図１８を参照されたい）。

補助ラジエータ２００から出るときの冷却流体の温度が、主ラジエータ１９６を出るときの同一流体の流出温度よりも低い場合、以下の説明において、補助ラジエータは、低温ラジエータ（Ｌ．Ｔ．）とも呼ばれ、主ラジエータは、高温ラジエータ（Ｈ．Ｔ．）とも呼ばれる。したがって、熱交換モジュール２は、２つの温度レベル、たとえば、約１００°Ｃと等しい高温、および約６０°Ｃと等しい低温を発生することができる。

高温ラジエータは、高温回路の一部を形成して、自動車の内燃エンジンと共に、低温まで冷却する必要がない装備品を冷却することを目的としている。反対に、低温ラジエータは、いわゆる低温回路網に接続されて、エンジン冷却回路の温度レベルが流体には高すぎる場合の流体の冷却を目的としている。

図１の熱交換モジュール２内の冷却流体は、次のように循環する。主回路、すなわち高温回路の高温流体は、矢印４４で示されているように、主入口室の入口パイプソケット２６を通って、主ラジエータ１９６に流入し、主入口室１６に接続されたスタック状チューブ１２内を通過して、主出口室２２に流入する。冷やされた冷却流体は、矢印４６で示されているように、パイプソケット３０を通って、主出口室２２から出る。

補助回路、すなわち低温回路の高温冷却流体は、矢印４８で示されているように、入口パイプソケット２８を通って、補助入口室１８に流入する。この流体は、スタック状チューブ１２における補助入口室１８および補助出口室２４に接続された部分内を進む。それは、補助出口室２４に流入して、矢印５０で示されているように、貫通開口３２を通って入口ヘッダボックス３４内へ進む。

次に流体は、スタック状チューブ３８内を、図面において右から左に進み、それによって、出口ヘッダボックス３６に流入する。冷やされた冷却流体は、矢印５２で示されているように、出口パイプソケット４０を通って再流出する。主ラジエータ内および補助放出器内を循環するのは、同一の冷却流体である。

図２は、図１の熱交換モジュール２の１つの実施形態の斜視図である。これは、主熱交換器４の入口ヘッダボックス８が、図１の実施形態のパイプソケット２６および２８の代わりに、単一の入口パイプソケット２６を備えている点で、図１の実施形態とは異なっている。しかも、入口ヘッダボックス８内に仕切り壁１４は設けられていない。したがって、その容積は、主入口室１６および補助入口室１８に分割されていない。

入口パイプソケット２６は、矢印４４で示されているように、主回路網、すなわち高温回路網の冷却流体、および補助回路網、すなわち低温回路網の冷却流体の両方を受け入れる働きをする。入口ヘッダボックス８内で、流体の一部が、スタック１２における主出口室２２に接続されているチューブに流入し、残りの流体は、スタック状チューブ１２における補助出口室２４に接続されている部分に流入する。

他方、出口ヘッダボックス１０は、図１の実施形態の場合と同様に、仕切り壁２０によって、主出口室２２および補助出口室に分割されている。

図２に示された熱交換モジュールの別の実施形態が、図３に示されている。図２の実施形態と同様に、この実施形態は、主熱交換器２の入口ヘッダボックス８に接続された単一の入口パイプソケット２６を有する。

２つの実施形態の違いは、補助熱交換器６の入口ヘッダボックス３４が、それを下側室６０および上側室６２に分割する分割壁５８を、内部に備えていることにある。同様に、補助熱交換器６の出口ヘッダボックス３６は、それを下側室６６および上側室６８に分割する分割壁６４を、内部に備えている。

このように、冷却流体は、補助熱交換器６のスタック状チューブ３８内を循環し、入口ヘッダボックス３４および出口ヘッダボックス３６間で、一連の往復移動を行う。この往復移動は、パスと呼ばれる。図示の例では、３回のパスがある。

矢印７０で示されているように、貫通開口３２を通って下側室６０に流入した流体は、図面において右から左に循環し、それにより、出口ヘッダボックス３６の下側室６６に流入する。流体は、この室内で分かれて、スタック状チューブ３８内を、図面において左から右に循環し、それによって、入口ヘッダボックス３４の上側室６２内に到着し、次に、矢印７４によって示されているように、図面において右から左に再循環し、出口ヘッダボックス３６の上側室６８に流入する。次に低温の冷却流体は、矢印５２で示されているように、出口パイプソケット４０を通って、上側室６８から出る。

図示の例において、主ラジエータ、すなわち高温ラジエータ内の冷却流体の循環は、単一パスで行われる。しかし、流体の循環が複数パスで進行するために、もちろん主ラジエータには、壁５８および６４と同様な分割壁を、等しく内部に設けてもよい。同様に、パスの回数を増加させるために、補助ラジエータ内にも、分割壁を設けることができる。

図４には、熱交換モジュール２の別の実施形態が示されている。これは、主熱交換器４の出口ヘッダボックス１０が、その内容積を２室に分割する仕切り壁を内部に備えていない点で、図１〜図３を参照して説明した先行例とは異なっている。したがって、主ラジエータ、すなわち高温ラジエータ１９６は、主熱交換器、すなわち高温熱交換器４と合体している。同様に、補助ラジエータ２００は、補助熱交換器６と合体している。

この熱交換モジュール内の流体の循環は、次のように行われる。主回路の冷却流体は、矢印８２で示されているように、入口パイプソケット８０を通って、主熱交換器４の入口ヘッダボックス８に流入する。それは、スタック状チューブ１２を、図面において左から右に流れて、出口ヘッダボックス１０内に到着し、そこで冷却されて、矢印８６で示されているように、出口パイプソケット８４を通って流出する。

補助回路、すなわち低温回路の流体は、矢印９０で示されているように、パイプソケット８８を通って、補助ラジエータのヘッダボックス３６に流入する。ついで、スタック状チューブ３８を、図面において左から右に流れ、それにより、出口ヘッダボックス３４に流入して、矢印９４で示されているように、パイプソケット９２を通って再流出する。

主ラジエータおよび補助ラジエータ間に、貫通開口を設けないこともある。この場合、主回路網および補助回路網間の流体の循環は、弁などの熱交換モジュールに連通する外部手段によって行われる。

図４の熱交換モジュール２には、主熱交換器の出口ヘッダボックス１０を補助熱交換器の入口ヘッダボックス３４と連結する貫通開口３２を、等しく設けることができる。貫通開口３２は、後述する切り換え手段によって開閉することができる。この構造により、熱交換器の全体または一部に流体を循環させて、熱交換器の熱交換能力を変更することができるようになる。

図５には、熱交換モジュール２の第５実施形態が示されている。この実施形態は、主熱交換器４の出口ヘッダボックスが、それを主出口室および補助出口室に分割する仕切り壁を内部に備えていない点で、図４の実施形態と似ている。したがって、このボックスの内容積は一体化している。そのため、主熱交換器４内の冷却流体の循環は、図４に示された実施形態の場合と同じように行われる。

補助熱交換器６の出口ヘッダボックス３６は、それを、下側室９８および上側室１００に分割する分割壁９６を内部に備えている。低温回路の冷却流体は、矢印１０４で図示されているように、入口パイプソケット１０２を通って、上側室１００に流入する。それは、スタック状チューブの、分割壁９６の上方に位置する上側部分を通って、図面において左から右に進み、それにより、ヘッダボックス３４内に到達し、矢印１０６で示されているように、そこで分かれて、次に、スタック状チューブ３８における分割壁９６の下方に位置する下側部分を通って、図５において右から左に進み、それにより、ヘッダボックス３６の下側室９８の方に戻る。

冷やされた補助流体は、矢印１１２で示されているように、出口パイプソケット１１０を通って、下側室９８から出る。したがって、補助ラジエータは２パスを有する。しかし、もっと多くの、たとえば、３回または４回のパスを有するようにすることもできる。

図５の熱交換モジュールは、さらに、主熱交換器４のスタック状チューブ１２、および補助熱交換器６のチューブ３８との熱交換に関連する熱交換表面１１４を、波形インサートによって構成してあることを特徴としている。

前述したように、主熱交換器４のヘッダボックス１０、および補助熱交換器６のヘッダボックス３４間の貫通開口３２は、切り換え手段によって開閉することができる。図６および図７に、そのような切り換え手段の２つの実施形態が示されている。

補助熱交換器６の入口ヘッダボックス３４の壁に固定された作動部材１２０が、ピストン１２４を支持しているロッド１２２を作動させる。作動部材１２０がロッド１２２を引くと、シーリングガスケットを備えるピストン１２４が、たとえば、管状スペーサスリーブ１２６によって構成された貫通開口３２の入口の方に引き寄せられて、この開口を密封する。反対に、作動部材１２０がロッド１２２を押し戻すと、ピストン１２４は、貫通開口３２の開口部から離れる方向へ移動し、それにより、矢印１２８で示されているように、流体が循環できるようになる。

図７では、ピストン１２４が、主熱交換器４の出口ヘッダボックス１０の内部に位置するのではなく、補助熱交換器６の入口ヘッダボックス３４内に位置する点を除いて、作動手段の実施形態は同一である。したがって、作動部材がピストン１２４を管状スペーサスリーブ１２６の方に押すと、貫通開口３２は閉鎖される。反対に、作動部材１２０がロッド１２２を引くと、ピストン１２４は管状スペーサスリーブ１２６から離れる方向に移動し、それにより、貫通開口３２が開いて、矢印１２８で示されているように、流体が通過することができる。

自動車用の熱交換器を製造する技術には、さまざまなものが存在する。ある技術によれば、熱交換器は、ろう付けによる単一作業で結合される。別の技術によれば、熱交換器は、一部がろう付けにより、また一部が機械的手段によって結合される。その場合、スタック状チューブとの熱交換に関連する波形インサートか、または薄い平面フィンによって構成することができる熱交換表面を、ろう付けによってチューブに結合する一方、ヘッダボックスの蓋を、熱交換器の集合プレートに機械的に結合する。この形式の混合組み付け方法が、図８〜図１０に示されている。

図８は、図１〜図５に示されている熱交換モジュール用の微細フィン１３０を示す。フィン１３０は、２つの大きい側部１３２を有する非常に細長い三角形の形であって、その側部には、主熱交換器４のスタック状チューブ１２、および補助熱交換器６のスタック状チューブ３８を受容することを目的とする、丸形端部で終端する細長いカット部１３４が設けられている。

さらに、フィン１３０は、２列のチューブ間に配置された正方形のパーフォレーション１３６であって、スタック状チューブ１２およびスタック状チューブ３８間のサーマルブリッジを制限することを目的とする正方形のパーフォレーション１３６を有する。

図８のＩＸ線に沿った断面図が、図９に示されている。ヘッダボックス８および３６（図１〜図５を参照されたい）は、分割壁１４２を有する単一部品１４０とされている。スタック状チューブ１２および３８は、ろう付けによって、集合プレート１４４に単一作業で結合される。シーリングガスケット１４６が、集合プレート１４４および部品１４０間に配置されている。

集合プレート１４４を、シーリングガスケット１４２に密封状に付着した状態に保持するために、集合プレート１４４は、部品１４０の端部上に折り重ねられたかしめ縁部１４８を有する。これにより、ヘッダボックス８および３６の集合プレート１４４上への機械的組み付けが達成される。

この図面では、パーフォレーション１３６の高さでのフィン１３０の表面の中断部分も明らかに示されている。パイプソケット２６および４０の存在にも注意されたい。

図８のＸ線に沿った断面図が、図１０に示されている。この図面は、断面がノッチ１３６を通っておらず、そのため、フィン１３０の表面が連続している点を除いて、図９と同一である。他方、この断面は、集合プレート１４４の非中断部分を示している。

さらに別の技術によれば、熱交換器を構成している部品は、かしめなどの機械的手段だけで、結合することもできる。そのような実施形態が、図１１および図１２に示されている。

フィン１５０（図１１）は、主熱交換器４のスタック状チューブ１２、および補助熱交換器６のスタック状チューブ３８を導入するために、平坦にした楕円形のパーフォレーション１５４を備える２つの細長い側部１５２を有する。オリーブを使用して、チューブをフレア型に張り出させることによって、スタック状チューブ１２および３８の外壁とフィン１５０との間を熱接触させることが必要であるため、これらのパーフォレーションは、完全に閉じている。２つの熱交換器間のサーマルブリッジを防止するために、フィン１５０におけるチューブと対向する位置に、正方形のパーフォレーション１５６が設けられている。

図１２において、集合プレート１５８は、ヘッダボックス８および３６を内部に形成している部品１４０と密封接合できるようにするシーリングガスケット１６０を有する。集合プレート１５８と熱接触させるために、スタック状チューブ１２および３８は、フレア型に張り出している。

熱交換モジュール２の第６実施形態の斜視図が、図１３に示されている。図示の熱交換モジュールは、１６４によって示された第３熱交換器を有する。この補足熱交換器を、補助熱交換器６および主熱交換器４と同一の空気流４２が通過する。それは、補助熱交換器６の前に位置し、そのため、それが最初に冷却されるはずである。

主および補助回路網の冷却流体以外の流体、たとえば、冷却システム内に水コンデンサが設けられていない場合の空調システムの発熱流体を、周囲空気で冷却する必要があるとき、熱交換器１６４などの補足熱交換器は、熱交換モジュール２と一体化される。熱交換器１６４は、例えば変速機またはエンジンの潤滑油用の冷却ラジエータである。

補足熱交換器１６４は、いずれの熱交換モジュールの実施形態でも、熱交換モジュールが、主熱交換器および２つの補助熱交換器からなっており、図２３を参照して説明する本発明の実施形態において考えることができる。

図１４には、図８に示されたフィン１３０と同様の、ろう付け型の平面的な微細フィン１６６が示されている。フィン１６６は、２つの大きい側部１６８を有する非常に細長い矩形であり、それらの側部には、端部に丸みを付けた細長いカット部が設けられている。

しかし、これらのカット部には、２種類がある。カット部１７０は、単一列のチューブ、すなわち、主熱交換器４のスタック状チューブ１２を受け取るように構成されている。反対に、カット部１７２は、もっと深い。それらは、２列のチューブ、すなわち、補助熱交換器６のスタック状チューブ３８および補足熱交換器１６４のチューブ１７４を受け取るように構成されている。したがって、フィン１６６は、これら３つの熱交換器に共通である。

さらに、ノッチ１７０および１７２に対向する位置において、前述したように、チューブ列間のサーマルブリッジを防止することを目的とする正方形のパーフォレーション１７６が、フィンに設けられていることにも注意されたい。

図１〜図１３に示されている熱交換モジュールは、２つの熱交換器、すなわち、主熱交換器および１つの補助熱交換器を有するのに対して、本発明によるこのモジュールは、３つの熱交換器、すなわち、主熱交換器、および２つの補助熱交換器を有する。しかし、主熱交換器の構造および動作、並びに本発明によるモジュールの補助熱交換器の構造および動作は、図２３を参照してさらに説明するように、従来の熱交換モジュールにおける主熱交換器および補助熱交換器の構造および動作と同一である。

図１５には、内燃エンジンによって発生する熱エネルギ用の熱交換モジュール２を有する管理システムが示されている。この管理システムは、１点鎖線１８０により矩形で示されている主回路網と、１点鎖線１８２により矩形で示された補助回路網とによって構成されている。

主回路網１８０は、内燃エンジン１８６と、冷却流体を主回路網内で、特にエンジン１８６内で循環させる主ポンプ１８８とを有する。主回路網は、ユニットヒータとも呼ばれる加熱ラジエータ１９０を設けた分岐回路をも有する。任意ではあるが、主回路網の冷却流体と熱交換して、排ガス冷却器１９２、あるいはエンジンオイル冷却器１９４などの車両装備品の冷却を目的とする熱交換器を有する分岐回路を設けることもある。

最後になるが、主回路網は、主ラジエータ１９６を設けた分岐回路と、主ラジエータ１９６を短絡することができる分岐ダクト１９８とを有する。

補助回路網１８２は、冷却流体を補助ラジエータ、すなわち、低温ラジエータ２００内で循環させる循環ポンプ１９９によって構成されている。低温回路網は、給気冷却器２０２および空調コンデンサ２０４などの車両の任意の装備品を冷却する働きをする装備品熱交換器を、任意的に有することができる。ラジエータ１９６および補助ラジエータ２００間の貫通開口３２が、矢印によって示されている。

この場合の１９６および２００は、主熱交換器４および補助熱交換器６ではなく、主ラジエータおよび補助ラジエータを示していることに注意されたい。実際に、前述したように、主ラジエータは、主熱交換器と一致することができ、同様に、補助ラジエータは、補助熱交換と一致することができる。しかし、補助ラジエータ２００は、通常、補助熱交換器と、主熱交換器４のスタックにおけるある程度大きい部分とによって構成され、一方、主ラジエータ１９６は、主熱交換器４の一部分だけを占めている。補助熱交換器は、たとえば、図６および図７に示されているような切り換え手段を介して、互いに連通することができる。

相互接続手段により、主回路網１８０および補助回路網１８２を連結することができる。図示の例では、この相互接続手段は、四方弁２０６および三方弁２０８によって構成されている。

図１５の熱エネルギ管理システムで使用されている熱交換モジュール２は、主回路網および補助回路網に共通の単一の入口と、２つの出口とを有する。

主ラジエータ１９６は、主回路網１８０および補助回路網１８２に共通の部分を構成していることにも留意されたい。

ユニットヒータ１９０内、および分岐ダクト１９８およびラジエータ１９６内の冷却流体の循環は、弁２０６によって管理することができる。

図１６には、車両の車室の暖房を行う低温始動配置にある図１５の熱エネルギ管理システムの構成が示されている。この構成では、内燃エンジン１８６の温度をできる限り迅速に上昇させるために、主ラジエータ１９６および補助ラジエータ２００が、空調コンデンサ形式の熱交換器に供給するための冷水を発生し、主回路１８０の冷却流体は、主ラジエータ１９６内で冷却されることを防止するように、分岐ダクト１９８を利用する。

図１７は、内燃エンジンの低負荷構成を示す。主ラジエータ１９６および補助ラジエータ２００は、空調コンデンサ形式２０４および給気冷却器形式２０２の熱交換器に供給するための冷水を発生する。冷却流体は、２つのラジエータ内を順次通過する。弁２０６は、エンジン１８６の温度の調整に資する。

エンジンの温度が、閾値たとえば１００°Ｃより低いとき、流体は、分岐ダクト１９８を利用する。エンジンの温度がこの温度より上昇すると、エンジンを冷却するために、主ラジエータ内を通過する冷却流体の一定部分、たとえば、１０または２０％が、主回路網１８０に導入される。

図１８は、エンジン１８６の高負荷構成を示す。弁２０６は、主ラジエータ１９６がエンジン１８６を冷却するための冷水を発生し、補助ラジエータ２００が装備品熱交換器２０２および２０４を冷却するための冷水を発生するような位置にある。冷却流体流を、分岐ダクト１９８および主ラジエータ１９６間で分割することによるエンジン温度の調整に資するのは、四方弁２０６である。

この構成は、エンジンによって発生する熱出力を消散することが必要である高エンジン負荷に対応している。この構成は、冬季に空調をオフにして走行する車両や、さらには給気を冷却することが望まれないときに、等しく対応することができる。

図１９〜図２２は、内燃エンジンによって発生した熱エネルギ用の他の管理システムを示し、これらは、図１５のものとやや共通している。図１５のものと共通の部品は、同一の符号で示してある。これらの異なったシステムは、互いに連係するループを有するが、このシステムは、連係しないループも有することもある。

図１９のシステムは、特に、ラジエータ１９６および２００が貫通開口３２を介して相互連通しない点で、図１５のものとは異なっている。さらに、弁２０６および２０８、およびポンプ１９９の配置が異なり、オイル冷却器１９４および主ラジエータ１９６間のパイプに、別の弁２１０が挿入されている。

図２０のシステムは、図１５のものに非常に似ている。この場合も、やはり、ラジエータ１９６および２００は、相互に連通していない。ラジエータ２００は、パイプ２１２によってポンプ１９９に連結され、このパイプ２１２内から、弁２０８に通じるパイプ２１４が出ている。

図２１のシステムは、図１５のものと似ているが、ラジエータ１９６および２００に接続されたループは、共通膨張容器２１６だけによって、互いに連結されている。それぞれポンプ１８８および１９９の上流側から出る２つのパイプ２１８および２２０によって、２つのループに連結されている。図１９および図２０の場合のように、ラジエータ１９６および２００は、貫通開口３２を介して相互連通していない。

図２２のシステムは、図２１のものと似ているが、ラジエータ１９６および２００は、矢印で示されているように、貫通開口を介して相互に連通している。さらに、共通膨張容器が省かれている。

図２３には、本発明による熱交換モジュール２５０が示されている。図２３のモジュールは、第２補助熱交換器を有する点で、前述のモジュールとは異なっている。したがって、それは、３つの熱交換器、すなわち、２５６で示された主熱交換器と、２５２および２５４によって示された２つの補助熱交換器とによって形成されている。

各熱交換器は、入口ヘッダボックス２６１と、出口ヘッダボックス２６３と、入口ヘッダボックス２６１および出口ヘッダボックス２６３間に設けられたスタック状の循環チューブとを有する。熱交換器２５２、２５４および２５６は同一であり、かつ／または、図２３に一部分だけが示されている共通インサート１６５を備えていると好都合である。図２３のモジュールのその他の構造的詳細は、前述したモジュールのものと似ている。

図２４には、内燃エンジンによって発生した熱エネルギ用における、本発明に従った熱交換モジュール２５０を有する管理システムの１つの実施形態が示されている。この管理システムは、１点鎖線で矩形として示された高温回路２３０と、１点鎖線で矩形として示された低温回路２４０とによって構成されている。

この実施形態では、熱交換モジュール２５０は、３列のチューブ、すなわち、第１列のチューブ２５２、第２列のチューブ２５４、および第３列のチューブ２５６によって構成されている。チューブ列２５２、２５４、２５６の順序は、それらを通過する、矢印２５８で示された空気流の方向について定められている。

チューブ列２５２は、空気流の経路の上流に位置している。空気流は、それを最初に通過し、最低の空気温度を利用する。第１列のチューブ２５２と接触して暖められている空気流は、チューブ列２５４を通過する。したがって、それは、第１列ほど良好に冷却されない。空気は、最初の２列２５２および２５４をすでに通過しており、したがって、それらと接触して暖められているので、最後の第３列のチューブ２５６の冷却は最も弱い。

したがって、第１列のチューブ２５２内を循環する冷却流体は、第２列のチューブ２５４内を循環する流体より良好に冷却され、第２列のチューブ２５４については、第３列のチューブ２５６内を通過する冷却流体より、良好に冷却される。

本実施形態では、入口ヘッダボックス２６１および出口ヘッダボックス２６３は、分割されていない。したがって、チューブ列２５２、２５４および２５６の各々が、熱交換器を構成している。したがって、これらの３つの符号は、熱交換器およびチューブ列の両方を表している。熱交換モジュール２５０は、上下に重ねて配置されて同一の空気流が通過する３つの熱交換器によって構成されている。

熱交換器は、共通のフィンまたはインサート１６５を有することがあり、それにより、物理的に結合されたモジュールになる。同一の冷却流体、すなわち、エンジン冷却剤が、３つの熱交換器２５２、２５４および２５６内を循環する。

熱交換モジュール２５０の一部、すなわち熱交換器２５４および２５６は、高温回路２３０の一部を形成する一方、熱交換器２５２は、低温回路２４０の一部を形成している。

高温回路２３０は、さらに、前述したように、内燃エンジン１８６と、冷却流体を高温回路内で循環させる主ポンプ１８８とを有する。それは、ユニットヒータ１９０を設けた分岐回路をも有する。それはさらに、四方弁２６０を有する。

入口チャネルは、エンジン１８６の出口に連結され、出口チャネルは、ユニットヒータ１９０に連結され、第２出口チャネルは、熱交換器２５４に連結され、第３出口チャネルを構成する第４チャネルは、熱交換器２５６に連結されている。給気冷却器２０２は、第２列熱交換器２５４に直列に接続されている。

低温回路２４０は、エンジンの冷却流体を熱交換器２５２内で循環させる電気循環ポンプ１９９を有し、したがって、熱交換器２５２は、低温ラジエータを構成している。低温ラジエータ２５２は、自動車の車室の空調システムの一部を形成するコンデンサ２０４に、直列に接続されている。

この実施形態では、熱交換器２５４および２５６は、高温回路の一部を恒久的に形成する一方、熱交換器２５２は、低温回路の一部を恒久的に形成している。

図２５には、図２４に示された熱エネルギ管理システムの１つの実施形態が示されている。このシステムは、図２４のものと同様に、２７０で示された高温回路と、２８０で示された低温回路とによって構成されている。熱交換モジュール２９０は、モジュール２５０と同様に、上下に重ねて配置されて、同一の空気流２５８が通過する３つの熱交換器を構成している、２５２、２５４および２５６で示された３列のチューブによって構成されている。

しかし、この実施形態では、第１および第２列の熱交換器、すなわち、熱交換器２５２および２５４が、低温回路２８０の一部を形成する一方、第３列の熱交換器、言い換えると熱交換器２５６だけが、高温冷却回路２７０の一部を形成している。高温回路２７０は、エンジン１８６、循環ポンプおよびユニットヒータ１９０以外に、三方弁２６２を有する。入口は、エンジン１８６の冷却剤の出口は、連結されている。弁２６２の一方の出口がユニットヒータ１９０につながり、他方の出口は、流体を熱交換器２５６の入口に送る。

第１列の熱交換器２５２は、コンデンサ２０４に直列に接続されて、自動車の車室の空調システムの一部を形成しており、第２列の熱交換器２５４は、給気冷却器２０２に直列に接続されている。熱交換器２５２および２５４と、それらに直列に接続された装備品とは、低温冷却回路の一部を形成している。この管理システムでは、図２４に示されたもののように、リンクが固定されている。言い換えると、熱交換器２５４は、常に低温回路２８０の一部を形成し、高温回路２７０に割り当てられることはできない。

言うまでもなく、本発明の範囲内で、他の管理システムを考えることができる。

単一の補助熱交換器を有する熱交換モジュールの第１実施形態の斜視図である。 単一の補助熱交換器を有する熱交換モジュールの第２実施形態の斜視図である。 単一の補助熱交換器を有する熱交換モジュールの第３実施形態の斜視図である。 単一の補助熱交換器を有する熱交換モジュールの第４実施形態の斜視図である。 単一の補助熱交換器を有する熱交換モジュールの第５実施形態の斜視図である。 図１〜図５の１つに従った熱交換モジュール用の切り換え手段の第１実施形態を示す図である。 図１〜図５の１つに従った熱交換モジュール用の切り換え手段の第２実施形態を示す図である。 図１〜図５に示された熱交換モジュール用のろう付けフィンの平面図である。 図８のＩＸ線に沿った断面図である。 図８のＸ線に沿った断面図である。 単一の補助熱交換器を有する熱交換モジュールの完全に機械的な組み付けを示す図である。 単一の補助熱交換器を有する熱交換モジュールの完全に機械的な組み付けを示す図である。 主熱交換器、単一の補助熱交換器および第３熱交換器を有する熱交換モジュールを示す図である。 図１３の熱交換モジュール用のフィンの平面図である。 単一の補助熱交換器を有する、内燃エンジンによって発生した熱エネルギ用の管理システムの概略図である。 低温始動の場合の図１５のシステムの構成を示す図である。 低負荷構成における図１５の熱エネルギ管理システムを示す図である。 高負荷構成における図１５の熱エネルギ管理システムを示す図である。 単一の補助熱交換器を有する他の熱エネルギ管理システムの概略図である。 単一の補助熱交換器を有する他の熱エネルギ管理システムの概略図である。 単一の補助熱交換器を有する他の熱エネルギ管理システムの概略図である。 単一の補助熱交換器を有する他の熱エネルギ管理システムの概略図である。 本発明による、主熱交換器および２つの補助熱交換器を有する熱交換モジュールの斜視図である。 本発明による、主熱交換器、および２つの補助熱交換器を有する、エンジンによって発生した熱エネルギ用の管理システムの１つの実施形態の概略図である。 本発明による、主熱交換器および２つの補助熱交換器を有する、エンジンによって発生した熱エネルギ用の管理システムの１つの実施形態の概略図である。

符号の説明

２ 熱交換モジュール
４ 主熱交換器
６ 補助熱交換器
８ 入口ヘッダボックス
１０ 出口ヘッダボックス
１２ スタック状チューブ
１４ 仕切り壁
１６ 主入口室
１８ 補助入口室
２０ 仕切り壁
２２ 主出口室
２４ 補助出口室
２６、２８ 入口パイプソケット
３０ 出口パイプソケット
３２ 貫通開口
３４ 入口ヘッダボックス
３６ 出口ヘッダボックス
３８、３９ スタック状チューブ
４０ 出口パイプソケット
４２ 空気流
４４ 高温冷却流体流
４６ 冷やされた冷却流体流
４８ 冷却流体流
５０ 高温冷却流体流
５２ 冷やされた冷却流体流
５８ 分割壁
６０ 下側室
６２ 上側室
６４ 分割壁
６６ 下側室
６８ 上側室
７０、７４ 冷却流体流
８０ 入口パイプソケット
８２ 冷却流体流
８４ 出口パイプソケット
８６ 冷やされた冷却流体流
８８ パイプソケット
９０ 冷却流体流
９２ パイプソケット
９４ 冷却流体流
９６ 分割壁
９８ 下側室
１００ 上側室
１０２ 入口パイプソケット
１０４、１０６ 冷却流体流
１１０ 出口パイプソケット
１１２ 冷却流体流
１１４ 熱交換表面
１２０ 作動部材
１２２ ロッド
１２４ ピストン
１２６ 管状スペーサスリーブ
１２８ 冷却流体流
１３０ フィン
１３２ 側部
１３４ カット部
１３６ 正方形パーフォレーション
１４０ 単一部品
１４２ 分割壁
１４４ 集合プレート
１４６ シーリングガスケット
１４８ かしめ縁部
１５０ フィン
１５２ 側部
１５４ 楕円形パーフォレーション
１５６ 正方形パーフォレーション
１５８ 集合プレート
１６０ シーリングガスケット
１６４ 補足熱交換器
１６５ 共通インサート
１６６ フィン
１６８ 側部
１７０、１７２ カット部、ノッチ
１７４ チューブ
１７６ 正方形パーフォレーション
１８０ 主回路網
１８２ 補助回路網
１８６ 内燃エンジン
１８８ 主ポンプ
１９０ 加熱ラジエータ
１９２ 排ガス冷却器
１９４ エンジンオイル冷却器
１９６ 主ラジエータ
１９８ 分岐ダクト
１９９ 循環ポンプ
２００ 補助ラジエータ
２０２ 給気冷却器
２０４ 空調コンデンサ
２０６ 四方弁
２０８ 三方弁
２１０ 弁
２１２、２１４ パイプ
２１６ 膨張容器
２１８、２２０ パイプ
２３０ 高温回路
２４０ 低温回路
２５０ 熱交換モジュール
２５２ 補助熱交換器、第１チューブ列
２５４ 補助熱交換器、第２チューブ列
２５６ 主熱交換器、第３チューブ列
２５８ 空気流
２６０ 四方弁
２６１ 入口ヘッダボックス
２６２ 三方弁
２６３ 出口ヘッダボックス
２７０ 高温回路
２８０ 低温回路
２９０ 熱交換モジュール

Claims (7)

1. 主熱交換器（２５６）および少なくとも１つの補助熱交換器（２５２）（２５４）を有する熱交換モジュール（２５０；２９０）において、前記熱交換器の各々が、入口ヘッダボックス（２６１）、出口ヘッダボックス（２６３）、冷却流体が内部を循環するスタック状チューブ（１２）（３８）（３９）、および該スタック状チューブとの熱交換に関連する熱交換表面（１６５）を備え、前記主熱交換器および前記補助熱交換器は、それらのスタック状チューブを同一空気流（２５８）が通過するように配置されている、熱交換モジュールであって、２つの補助熱交換器（２５２）（２５４）を有しており、また、同一流体が、前記主熱交換器（２５６）および前記２つの補助熱交換器（２５２）（２５４）内を循環することを特徴とする熱交換モジュール。
2. 前記主熱交換器（２５６）および前記２つの補助熱交換器（２５２）（２５４）の冷却サイクル流体と異なるサイクル流体が内部を循環する個別の冷却回路に属する第４熱交換器（１６４）を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱交換モジュール。
3. 自動車の内燃エンジンによって発生した熱エネルギ用の管理システムにおいて、前記内燃エンジン（１８６）、および外部周囲空気と熱交換する高温主熱交換器（２５６）間に冷却流体を循環させるための主ポンプ（１８８）を備える高温回路（２３０）（２７０）であって、ユニットヒータ（１９０）を設けた加熱ダクトをさらに備える高温回路（２３０）（２７０）と、補助熱交換器（２５２）および補助ポンプ（１９９）を備える低温回路（２４０）（２８０）とを有する熱エネルギ管理システムであって、前記高温主熱交換器（２５６）および前記補助熱交換器（２５２）は、請求項１および２のいずれか一方に記載の熱交換モジュール（２５０）（２９０）の一部を形成することを特徴とする熱エネルギ管理システム。
4. 前記補助熱交換器の１つ（２５２）は、自動車の車室の空調システムの一部を形成するコンデンサ（２０４）に直列に接続されることを特徴とする、請求項３に記載の熱エネルギ管理システム。
5. 前記補助熱交換器の１つ（２５４）は、給気冷却器（２０２）に直列に接続されることを特徴とする、請求項３に記載の熱エネルギ管理システム。
6. 前記給気冷却器（２０２）に直列に接続された前記補助熱交換器（２５４）および前記給気冷却器自体は、前記高温回路（２３０）の一部を形成することを特徴とする、請求項５に記載の熱エネルギ管理システム。
7. 前記給気冷却器（２０２）に直列に接続された前記補助熱交換器（２５４）および前記給気冷却器（２０２）自体は、前記低温回路（２８０）の一部を形成することを特徴とする、請求項５に記載の熱エネルギ管理システム。

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