JP2007511733A - 熱伝達体、特に自動車用の過給空気クーラー - Google Patents

Abstract

【課題】 熱伝達体において、一方で、管の流入領域における圧力損失を小さく抑え、他方では、クリティカルな領域における管／底結合の補強を提供する。
【解決手段】 フラット管端部（６ｂ）を有するフラット管（６）とフィン（７）および特に通路（９）として形成された切欠きを有する管底（８）からなり、前記切欠き内にフラット管端部（６ｂ）が収容されて、半田づけされている熱伝達体ブロックと、
特に管底（８）上に取付け可能な集合ケース（１４）と、
フラット管端部（６ｂ）の流入領域内で流れを方向変換させるための手段と、
を有する、特に自動車の過給空気クーラーのための熱伝達体において、
流れを方向変換させる手段（方向変換手段２）とフラット管端部を補強する手段（補強手段４）が、統合された構成部品（１）として形成されていることを特徴とする熱伝達体。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９８５７４３５から知られた−請求項１に上位概念として記載の熱伝達体、特に自動車用の過給空気クーラー（すなわち、フラット管端部を有するフラット管とフィンおよび特に通路として形成された切欠きを有する管底からなり、前記切欠き内にフラット管端部が収容されて、半田づけされている、熱伝達体ブロックと、特に管底上に取付け可能な集合ケースと、フラット管端部の流入領域内で流れを方向変換させるための手段とを有する熱伝達体、特に自動車の過給空気クーラーのための熱伝達体）に関する。

既知の熱伝達体において、熱伝達媒体によって貫流される管が、管底へ開口しており、その管底は通常集合室と接続されている。管／底−結合は、多くは、管底が内側へ向いた通路として形成された切欠きを有し、その中へ管が差し込まれて、切欠きを越えて内側へ突出するように形成されている。管（多くはフラット管）が、切欠きないし底と半田付けされている。管／底結合のこの幾何学配置は、特に、過給空気が比較的高い流れ速度を有する過給空気クーラーにおいて、集合ケースから管端部への熱伝達媒体の流入にとって流れ的に好ましくない。従って管端部の流入領域に、圧力降下が比較的大きい、という問題が生じる。従って従来技術（たとえば、特許文献１を参照）において、管底上に載置されて、切欠きないし管底端部の間の領域を覆う、いわゆる方向変換プレートが提案されている。方向変換プレートは、角を丸くしたプロフィールを有しているので、流れ、すなわち過給空気の流れが方向変換されて、圧力損失が減少される。好ましくはこの方向変換プレートは、プラスチックから形成されており、金属の管底上に載置されて、機械的な手段によって保持される。過給空気温度が比較的高く、流れ速度が高いことに基づいて、この解決は、問題がないとは言えない。

この種の熱伝達体における、特にフラット管を有する過給空気クーラーにおける、他の問題は、角部領域とフラット管の幅狭側が、集合ケース内部の内圧と管底の形成からもたらされる、特に高い応力にさらされることにある。管／底結合の領域におけるこの応力ピークは、管の亀裂をもたらし、すなわち熱伝達体の非密封性をもたらすおそれがある。従って本出願人によって過給空気クーラーのために、フラット管の管端部を差込み可能かつフラット管端部と半田付け可能なクリップ部材によって補強することが提案された。このクリップ部材は、４つの側脚を有しており、それらが２つの隣接するフラット管内へ差し込まれて、それらのフラット管と半田付けされる。従ってこのクリップ部材によって、２つの管のみ、すなわち最も強い応力にさらされる、通常、熱交換器の最も外側の管のみが、補強される。さらに、該当する冷却剤管の通過断面が著しく減少されるので、そこに増大された圧力降下が生じる。
ドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９８５７４３５

本発明の課題は、冒頭で挙げた種類の熱伝達体において、一方で、管の流入領域における圧力損失を小さく抑え、他方では、クリティカルな領域における管／底結合の補強を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴（すなわち、流れを方向変換させる手段（方向変換手段）とフラット管端部を補強する手段（補強手段）が、統合された構成部品として形成されていることを特徴とする熱伝達体）によって解決される。本発明によれば、一体的な統合された構成部品が設けられており、それが管の流入領域における流れの好ましい調節も、管端部の補強ももたらす。従ってこの構成部品は、２つの機能を満たし、簡単であり、すなわち１つの作業プロセスで取り付けることができる。

発明の実施の形態

本発明の好ましい形態が、従属請求項から明らかにされる。本発明の第１の形態によれば、統合された構成部品は、金属の材料、特にアルミニウム材料あるいはアルミニウム合金から形成されており、その場合に補強手段がフラット管端部と半田づけされる。従って管／底結合の材料結合による補強ないし強化が得られ、亀裂形成の危険が著しく減少されている。

本発明の他の好ましい形態において、方向変換手段と補強手段を有する統合された構成部品が、薄板プレートから形成され、すなわち好ましくは打抜き、刻印および縁の折返しによって形成される。従って流れ方向変換と管補強の２つの機能が損なわれることなしに、製造コストが小さいという利点が得られる。

本発明の好ましい展開によれば、統合された構成部品は、レーキの形式のフィンガーまたは「歯」を有しており、それがフラット管の幅狭側の領域へ差し込まれる。フィンガーないし歯は、互いに、すなわち管から管へ縦ウェブによって結合されており、その縦ウェブがまた横ウェブによって一体的に結合され、その場合にこれら横ウェブがフラット管の幅狭側の間の領域を覆い、従って流れのための方向変換機構として作用する。従ってそれぞれ２つの隣接する横ウェブが、フラット管のための一種の流入漏斗を形成する。それによって圧力降下が小さくなる。

本発明の他の好ましい形態において、統合された構成部品は管底全体にわたって延びているので、各管について流入損失が均一に減少され、それが熱伝達体全体のための、より少ない圧力降下を意味する。同時に、統合されたフィンガーないし「歯」を導入することによって、管が補強される。しかしまた、構成部品は、フィンガーがクリティカルな管／底結合のためだけに、すなわち最も外側の管のためだけに設けられるように形成することもできる。従って、危険にさらされない管の不必要な補強が回避されて、従って重量が削減される。

本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に説明する。

図１は、図６から図１０に示す過給空気クーラー用に定められて、一方で過給空気の流れを調節するため、他方では過給空気クーラーの管を補強するために用いられる、統合された構成部品１を斜視図で示している。統合された構成部品１は、大体において３つの部材、すなわち横ウェブ２、縦ウェブ３およびフィンガー４からなる。横ウェブ２とフィンガー４の数は任意であり、すなわち各側において少なくとも１つの横ウェブ２と少なくとも２つのフィンガー４が、それぞれ縦ウェブ３によって互いに結合されている。統合された構成部品１全体は、好ましくはアルミニウム薄板からなり、すなわちまずシートバーから打ち抜かれ、刻印されて、縁を折り返される。横ウェブ２は、過給空気の流れを調節するために用いられ、フィンガー４は補強のために管内へ挿入される。

図２は、構成部品１を側方から、４本のフィンガーを見るように示しており、それらフィンガーは縦ウェブ３によって互いに結合されている。すでに説明したように、フィンガーの数は任意であって、それと結びついて長手ウェブ３の長さは可変である。フィンガー４は、尖端４ａを有しており、その尖端はここには図示されていない管へ導入しやすいようにやや斜めにカットされている。

図３は、図２のIII−III線に沿った断面を示しており、すなわち断面は横ウェブ２の１つを通って延びて、側方の縁を折り返した領域２ａを示しており、その領域は１８０度の縁の折返し２ｂを介して縦ウェブ３へ移行している。フィンガー４は、側方の脚４ｂを備えた、斜めにカットされたＵ字プロフィールを有しており、その場合にＵ字プロフィールは、ここには図示されていない管の内側横断面に適合されている。

図４は、横ウェブ２を有する構成部品１を上から示しており、その場合にＵ字プロフィールの、凹凸のある縦ウェブ３から内側へ延びる脚４ｂが見える。縦ウェブ３は、−縦ウェブ３の凹凸のある推移が得られる限りにおいて−横ウェブ２の領域内で、１８０度の縁の折返し２ｂに基づいて、幾分外側へ変位している。

図５は、Ｖ−Ｖ線に沿った断面を示しており、その場合に横ウェブ３の縁を折り返された面２ａが現れている。横ウェブ２は、やや下方へ、すなわちフィンガー４の方向へ縁を折り返された長手側２ｃを有している。それによってやや外側へ湾曲したプロフィール、すなわち横ウェブ２の凸状のプロフィールが生じる。

図６は、過給空気クーラー６の一部を、間に波形フィン７を有するフラット管６を備えた集合ケースなしで示している。フラット管６は、管底８内へ開口しており、その管底は管６を収容するために内側を向いた通路９を有している。管底８は通路９の間において、上述した統合された構成部品１の横ウェブ２によって部分的に覆われており、その構成部品の、ここでは見えないフィンガー４が管６内へ差し込まれている。管６の内部に、半田付け可能な乱流挿入片１０が配置されている。管６は、圧縮された、すなわち熱い過給空気によって貫流され、波形フィン７を介して周囲空気が流れ、それが過給空気の冷却に用いられる。

図７は、過給空気クーラー５を前から、すなわちフラット管６の幅狭側と波形フィン７とによって形成される端面を見るように、示している。管底８は、長手スリット１２を備えた端縁バー１１を有しており、その長手スリットがここには示されていない空気ケースまたは集合ケースを固定するために用いられる。統合された構成部品１は、この端縁バー１１を越えて少し上方へ突出している。

図８は、図７のVIII−VIII線に沿った断面、すなわち、底８の通路９と半田付けされたフラット管端部８ｂを有するフラット管６を通る断面を示している。通路９の幅狭側は、外側へ向かって一周する溝１３へ移行しており、その溝に上方へ向かって立ち上げられた端縁バー１１が接続されている。溝１３は、破線で示すシールを収容するために用いられ、そのシール上に破線で示す過給空気ケース１４が取り付けられて、その後端縁バー１１によってフランジ止めされる。この底−通路幾何学配置によって、管／底結合の幅狭側６ａの領域に冒頭ですでに説明した応力ピークが生じる。従って管端部６ｂの幅狭側の領域に、統合された構成部品１のフィンガー４が挿入されている。フィンガーは、−図面から明らかなように−管端部６ｂの内壁に、すなわち通路９の領域においても、密着している。統合された構成部品１のフィンガー４は、管端部６ｂの内壁と半田付けされ、従って管端部６ｂのこの角部領域に材料結合による補強、すなわちフラット管６の肉厚の部分的な増大が、生じる。

図９は、上からの図を、従って管底８の方向を見るように、示している。フラット管端部６ｂの長手側の間の間隙は、統合された構成部品１の横ウェブ２によって覆われている。横ウェブ２が上述したように凸状のプロフィールであることにより、管端部６ｂの方向の過給空気流れ方向の調節が生じ、それが特に次の図から明らかである。

図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿った断面を示している。ここでは、縁を折り返した長手側２ｃを有する横ウェブ２の凸状のプロフィールが見られる。従って長手側２ｃは、各管端部６ｂのために一種の流入漏斗または流入ノズルを形成し、それによって過給空気が管端部６ｂへ流入する際の流れ損失が著しく減少される。これは特に、内側へ向いた通路９を有する管底８を横ウェブ２なしで考えると、はっきりとする。２つの隣接する通路９の間に、それぞれ底の横方向に延びるビード１５が配置されており、そのビードは通路９の長手側に基づいてほぼＵ字状に形成されている。これら横ビード１５は、管端部６ｂ内へ流入する際に過給空気の著しい旋回をもたらすことになる。しかし、これは、横ビード１５が横ウェブ２によって覆われていることによって阻止される。従って流れ的に好ましい覆いが得られ、その場合に横ウェブの縁を折り返された長手側２ｃが通路の上端縁に載置されて、突出する管端部６ｂに対して側方に支持される。フィンガー４が管端部６ｂ内に半田づけされることによって、堅固な結合、すなわち底８上の統合された構成部品１の確実な位置決めも、得られるので、高い過給空気速度に基づく、可能な騒音と結びついた、振動が排除されている。

すでに説明したように、統合された部品の長さ、すなわち横ウェブとフィンガーの数は可変であり、−それは補強すべき管端部の数に合わせられる。最も負荷を受ける管端部は、通常、管底の外側ないし最も外側の領域にあるので、統合された構成部品は、たとえば３から５の横ウェブがあれば十分である。しかし同様に、−管底の負荷に基づいてそれが必要な場合には−管底全体を統合された構成部品で覆うことも可能であるので、それぞれ２つの隣接する管端部の間に流れ的に好ましい横ウェブが配置される。管底全体を覆う場合には、統合された構成部品の中央の領域においてフィンガーを除去することができ、すなわち形成する際にカットすることができるので、余り負荷を受けない、中央の管は補強されない。その限りにおいて、本発明に基づく統合された構成部品は可変に形成して、過給空気クーラーないし熱伝達体のそれぞれの応力に適合させることができる。

流れを方向変換し、かつ管を補強するための統合された構成部品を示す斜視図である。 図１に示す構成部品を示す側面図である。 構成部品を、図２のIII−III線に沿って示す断面図である。 図１に示す構成部品を上から示している。 構成部品を、図４のＶ−Ｖ線に沿って示す断面図である。 図１に示す統合された構成部品を取り付けられた過給空気クーラーを示している。 図６に示す過給空気クーラーを側面で示している。 図７のVIII−VIII線に沿って示す断面図である。 統合された構成部品を有する過給空気クーラーを上から示している。 図９のＸ−Ｘ線に沿って示す断面図である。

符号の説明

１ 統合された構成部品
２ 横ウェブ
２ａ 縁を折り返した面
２ｂ １８０度の縁の折返し
２ｃ 縁を折り返した長手側
３ 縦ウェブ
４ フィンガー
４ａ フィンガー尖端
４ｂ 側脚
５ 過給空気クーラー
６ フラット管
６ａ 幅狭側
６ｂ 管端部
７ 波形フィン
８ 管底
９ 通路
１０ 乱流挿入片
１１ 端縁バー
１２ 長手スリット
１３ 溝
１４ 過給空気ケース
１５ 横ビード

Claims (11)

1. フラット管端部（６ｂ）を有するフラット管（６）とフィン（７）および特に通路（９）として形成された切欠きを有する管底（８）からなり、前記切欠き内にフラット管端部（６ｂ）が収容されて、半田づけされている熱伝達体ブロックと、
   特に管底（８）上に取付け可能な集合ケース（１４）と、
   フラット管端部（６ｂ）の流入領域内で流れを方向変換させるための手段と、
   を有する、特に自動車の過給空気クーラーのための熱伝達体において、
   流れを方向変換させる手段（方向変換手段２）とフラット管端部を補強する手段（補強手段４）が、統合された構成部品（１）として形成されていることを特徴とする熱伝達体。
2. 方向変換手段（２）と補強手段（４）が、金属の材料、特にアルミニウム材料から形成され、かつ
   補強手段（４）が、フラット管端部（６ｂ）と半田づけされていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝達体。
3. 方向変換手段と補強手段（２、４）が、薄板プレートから形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱伝達体。
4. 方向変換手段と補強手段（２、４）が、薄板から打抜き、刻印および縁の折返しによって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱伝達体。
5. 補強手段（４）が、フラット管端部（６ｂ）内へ差し込ま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項に記載の熱伝達体。
6. 補強手段（４）が、フラット管端部（６ｂ）の内側輪郭に、特にその幅狭側（６ａ）の領域において、適合されていることを特徴とする請求項５に記載の熱伝達体。
7. 補強手段が、Ｕ字プロフィール（４ｂ）を有するフィンガー（４）として形成されていることを特徴とする請求項６に記載の熱伝達体。
8. 補強手段（４）が、縦ウェブ（３）によって互いに結合されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱伝達体。
9. 方向変換手段が横ウェブ（２）として形成され、フラット管端部（６ｂ）の間に配置されて、縦ウェブ（３）と結合されていることを特徴とする請求項８に記載の熱伝達体。
10. 横ウェブ（２）が、外側へ湾曲したプロフィールを有し、かつフラット管端部（６ｂ）のための流入漏斗（２ｃ）を形成することを特徴とする請求項９に記載の熱伝達体。
11. 統合された構成部品（１、２、３、４）が、少なくとも２つのフラット管端部（６ｂ）内へ差込み可能であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱伝達体。
    

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