JP2008521667A - 自動車用エアヒータ - Google Patents

Abstract

本発明は、空気を案内するハウジングに統合するための自動車用のエアヒータ（１２）に関する。フランジプレート（４８）が設けられ、このフランジプレートがエアヒータ（１２）の取付け個所とフランジプレート（４８）の間並びにエアヒータ（１２）とフランジプレート（４８）の間に設けられるシール要素を用いて、少なくとも排ガス排出部（５４）を車内に対してシールする。

Description

本発明は、空気を案内するハウジングに統合するための自動車用のエアヒータに関する。

現在、車両、特に商用車のための燃料で運転される補助ヒータは、主として、車両空調装置とも呼ばれる車両固有の暖房−空調ユニットとは別個に装備されている。このような補助ヒータは例えば、独立ヒータおよび／またはパーキングヒータとして使用されるエアヒータとして形成されている。

かなり前から、エアヒータを車両固有の暖房−空調ユニットに統合することが試みられている。これはスペースと必要構成要素を省略する。このような構造体の一例が特許文献１に示されている。
ＤＥ １０２ １１ ５９１ Ａ１

エアヒータを暖房−空調ユニットに統合するために選択されるエアヒータの位置と構造は、統合の機能、経済性および安全性を左右する。従って、暖房−空調ユニットへのエアヒータの組込みに関連するいろいろな問題を認識し、この問題の解決策を提供することが試みられている。それによって最終的に、良好なマスタープランが供される。

一つの問題は、一般的にダイカスト技術で製作されている熱交換器本体の大きな重量に関連している。大きな重量に基づいて特に、車両ヒータを支持するハウジングをかなり頑丈に形成しなければならない。

軸方向に縦長に延在する熱交換器の提案された設計思想では、空気がこの方向に対して垂直に熱交換器の周りを流れる。このような空気の流れは、必然的に空気の大きな渦を生じ、それによって流れ損失が大きくなる。熱交換器を取り囲むスペースを大きくすることによってこの問題を解決しようとすると、暖房−空調装置の全体スペースを拡大しなければならなくなる。従って、熱交換器の流れ状態と熱伝達を促進する解決策が必要になる。

更に、暖房−空調装置にエアヒータを組み込む設計思想と関連して、エアヒータの既存の構成要素を引き続き使用できるようにするという要望が存在する。そこで、同じ設計思想を異なる種類のエアヒータに関して使用できるようにするために、熱交換器をできるだけ可変に構成する試みがなされている。可変性に関するこの要望は、熱交換器の製作にも関連する。

熱交換器によって暖められる空気が熱交換器の周りを流れることと共に、燃焼ガスから熱交換器に熱を伝達することが重要である。この熱伝達も改善されるべきであり、それによって特に、熱伝達器の構造において大きな自由度が提供される。

エアヒータに対する他の重要な要求は、燃焼ガスがエアヒータの周りを流れる空気に入り込まないように、エアヒータを配置することにある。更に、燃焼のために使用される空気を自動車の外側範囲から取り出すようにすべきである。すなわち、特に車内から取り出さないようにすべきである。エアヒータの種々の接続管の位置決めに関する改善も同様に所望される。

本発明の根底をなす課題は、特にエアヒータの接続管の配置に関する適切な解決策によって、前述の問題を少なくとも部分的に克服することである。

この課題は独立請求項の特徴によって解決される。

本発明の有利な実施形は従属請求項に記載される。

本発明は、冒頭に述べたエアヒータにおいて、フランジプレートが設けられ、このフランジプレートがエアヒータの取付け個所とフランジプレートとの間並びにエアヒータとフランジプレートとの間に設けられるシール要素を用いて、少なくとも排ガス排出部を車内に対してシールすることを特徴とする。このようなフンラジプレートにより、排ガスをできる限り短い経路で外気に案内することができ、この場合、排ガスが車内に達する危険がない。

これに関連して、エアヒータに対するフランジプレートのシールが、フランジプレートとエアヒータの接続管の間に配置されると特に有利である。

フランジプレートが燃焼空気供給管を車内に対してシールすると有利である。それにより、燃焼空気を車両の外側空間から取り出すことができる。

更に、フランジプレートが燃料供給管の貫通案内部を有すると有利である。それによって、ガスと液体を搬送するすべての接続部がフランジプレートの範囲内に配置される。これは、エアヒータを全体設計に結びつけるために有利である。

この全体設計について以下に説明する。この場合、本発明によるエアヒータの形成に関する特徴は、エアヒータ、熱交換器、および熱交換器の製作方法についての他の多数の特性と組み合わせ可能である。それによって、有利な特徴が生じる。

空気を案内するハウジング、特に車両空調装置のハウジングに統合するための熱交換器は、熱交換機本体と熱交換器底部とを備え、この場合、熱交換器本体と熱交換器ベース（底部）とは別個に製作することが可能である。熱交換器本体をこのように複数の部材によって形成することにより、構造的な変形に関しておよび製作方法に関しての可変性が向上する。特に熱交換器底部を熱交換器コアから分離して製作することにより、熱交換器コアの付加的な製作方法を使用することが可能になる。製作方法を適切に選択すると、熱交換器の重量を低減することができる。

類似の理由から、別個に製作した熱交換器ヘッドを設けることが得策である。このような熱交換器ヘッドが存在する場合、別個の製作が得策である。しかしながら、バーナヘッドまたはバーナユニットの形状に応じて、熱交換器ヘッド全体を省略することもできる。

更に、熱交換器本体は熱交換器コアと熱伝達面を備え、熱交換器コアと熱伝達面を供する部品とは少なくとも一部が別個に製作されることも可能である。この別個の製作方法は、軽量化の手段として及び部品の設計と製作方法に関する高い可変性の手段として、有利であると見なされる。

これに関連して、熱伝達面を供する部品が熱交換器コアに焼きばめおよび／または締まりばめされていると、特に有利である。熱交換器ヘッドと熱交換器底部が、好ましくは溶接、ろう付け、接着および／またはねじ止めによって、熱交換器コアに対して気密に連結されるのに対し、例えば円板状に形成される個々の熱伝達面は、熱交換器コアに対して焼きばめまたは締まりばめされることが可能であり、それによって製作方法の変形のために他の方法が供される。

熱交換器コアをダイカスト部品として製作することができる。このようなダイカスト部品は比較的重いが、製作コストが比較的安価である。

熱交換器コアが内側プロファイルを有すると有利である。このような内側プロファイルにより、熱交換器の熱伝達内面が拡大されるので、全体としてスペースを縮小することができる。

更に、熱交換器コアは押出し成形法で製作可能である。このような押出し成形法に基づいて、ダイカスト法に比べて熱交換器の肉厚を薄くすることができ、特に必要のない離型用テーパ面に基づいて肉厚を薄くすることができ、それによって全体重量を低減することができる。また、ダイカスト法に比べて、一層薄い内側リブを形成することができるので、熱伝達を行う内面が拡大される。押出し成形法の範囲内で、熱交換器ヘッド、バーナ、熱交換器底部等を固定するための形状部、例えばねじ用のコアホールの形をした形状部を、押出し成形品に一体形成することができる。

更に、熱交換器は流れ抵抗の低下を促進する横断面形状を有する。

これは例えば、横断面形状が楕円形であることによって達成される。

他の例では、横断面形状が飛行機翼の横断面形状に似ている。

更に、横断面形状が紡錘形であると有利である。

熱交換器ヘッドは、その外面に、熱伝達面を提供する多数の棒を備えることが可能である。このような多数の棒により、暖めるべき空気に熱を伝達するためのきわめて大きな表面積が提供される。

その際、一方では、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の棒の少なくとも一部が別個の部品によって熱交換器コアに取付けられていると有利である。

他方では、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の棒の少なくとも一部を熱交換器コアと一体に形成することも可能である。別個の部品によって熱交換器コアに取付ける棒の設計方法あるいは熱交換器コアに一体に形成する棒の設計方法に応じて、いろいろな利点、例えば一方では可変性に関する利点および他方では全体製作方法の簡単化に関する利点がある。

更に、熱交換器本体は、その外面に、熱伝達面を提供する多数の波形リブを備えていてもよい。

これに関連して、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の波形リブの少なくとも一部を、別個の部品によってあるいは別個の部品として熱交換器コアに取付けることができる。

同様に、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の波形リブの少なくとも一部が熱交換器コアと一体に形成されていてもよい。このような熱伝達面を、ねじ連結部または類似の連結部を介して熱伝達器コアに固定しないで、嵌め込まれた個々のまたは複数の伝達面部品またはその全体のセットを溶接、ろう付け、焼きばめまたは締まりばめすることによって固定することが、得策である。

熱交換器本体は複数の熱交換器本体モジュールから構成可能である。これによって、可変性が高められる。というのは、個々の熱交換器本体モジュールを異なるように形成することができ、特に異なる大きさの熱交換器を製作することができるからである。

熱交換器本体モジュールがダイカスト法で製作されると特に有利である。熱交換器の製作が慣用のダイカスト法で行われると、モジュール方式の製作が有利である。というのは、必要な離型用テーパ面が短くなり、それによって弊害が少なくて済むからである。

モジュール方式の製作の観点から、熱交換器本体モジュールの少なくとも一部が同一であると有利である。その場合、特にダイカスト法の場合、異なる金型が不要である。

更に、熱交換器本体の少なくとも一部が２個の中子を使用するダイカスト法で製作され、中子を反対の離型方向に取り出すことが可能である。これにより、離型用テーパ面の最大厚さを縮小することができ、これは軽量化につながる。

空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータに関連して、他の利点がある。このエアヒータは熱交換器本体を有する熱交換器を備え、エアヒータは更に流れ案内要素を備え、この流れ案内要素は、少なくとも部分的に、熱交換器の内部に配置された燃焼室内での燃焼時に発生する高温ガスを、熱交換器本体内へ案内する。燃焼時に発生する高温ガスは、熱交換器の内側に効率的に分配可能である。

これに関連して、流れ案内要素が、ねじ山のように、羽根として、蛇行形状部品として、バッフルプレートとしておよび／または穴あき管として形成されると有利である。この方法および他の多数の方法は、全体として熱伝達を改善する。

本発明は、経済的な方法でおよび機能の観点から適した方法で、エアヒータを自動車、特に商用車の暖房−空調装置に組込みことが可能であるという、認識に基づく。これは特に、本発明によって提供される熱交換器の高い可変性と、重量、流れ状態および熱伝達状態の観点からの熱交換器のプラスの特性とに起因する。供給接続管や排ガス接続管を空間的に定めて配置すると特に有利であり、この配置は、一方では空気または排ガスが不所望な経路を経て流れることを防止し、他方では上記の望ましい熱交換器の形成を妨害しない。

添付の図を参照して特に有利な実施の形態に基づき本発明を例示的に説明する。

図に関する次の説明において、同じ参照符号は同一の構成要素または類似の構成要素を示す。

図１はエアヒータ１２の斜視図である。エアヒータ１２は、バーナユニット６０に装着される熱交換器１０と、バーナヘッド６２とを備える。このバーナヘッド６２は、ファンモータ６４と制御装置６６とを備え、このファンモータ６４および制御装置６６は燃焼空気ファンユニット６８の重要な構成要素を構成する。バーナヘッド６２には、更に燃焼空気供給用の管５６が設けられている。バーナユニット６０には燃料供給管５８と排ガス排出用の管５４が設けられている。排ガス排出管５４にはフランジプレート４８が配置され、このフランジプレート４８は、燃料供給管５８と燃焼空気供給管５６を貫通案内するための切欠きを有する。フランジプレート４８の機能については図１９を参照して詳しく説明する。バーナユニット６０に装着される熱交換器１０は、その外面にリブ構造体を備え、このリブ構造体により、熱交換器１０の周りを流れる空気に熱を伝達するための面積が拡大される。エアヒータ１２は、好ましくは、暖めるべき空気の流れに関して、その空気が熱交換器１０の軸線に対して垂直に流入および流出して熱交換器１０の周りを流れるように、配置される。

図２は熱交換器を取り外したエアヒータ１２の斜視図である。この図にはバーナヘッド６２とバーナユニット６０とが示されている。バーナユニット６０はバーナ管７０を備え、このバーナ管内における火炎の形成によって高温ガスが発生する。この高温ガスは、その熱エネルギーを、図２に示されていない熱交換器１０に伝達する。高温ガスが熱交換器に到達することができるようにするために、多数の穴７２がバーナ管７０の外周壁に穿設される。

図３は熱交換器を取り外し、バーナヘッドとバーナユニットを分解したエアヒータ１２の斜視図である。この図から明らかなように、バーナヘッド６０は、フランジ継手７４，７６を介してバーナユニット６０に連結される。この図から更に明らかなように、フランジプレート４８は排ガス排出管５４に固定連結される一方で、燃焼空気供給管５６のための貫通穴がフランジプレートに設けられている。

図４は熱交換器１０の斜視図である。熱伝達面２２を提供するリブ構造体が示されている。

図５は熱交換器１０の個々の構成要素の斜視図である。熱交換器１０は複数の部品によって形成される。熱交換器は、熱交換器コア２０と、熱伝達面２２を有する部品２４と、熱交換器底部１６と、熱交換器ヘッド１８とを備える。バーナヘッド６２及び／又はバーナユニット６０の設計に応じて、熱交換器ヘッド１８は省略可能である。バーナ管７０内で発生する高温ガスから熱交換器１０への熱伝達を改善するために、熱交換器コア２０内には内側プロファイル３０が設けられる。熱交換器ヘッド１８および熱交換器底部１６は種々の技術、例えば深絞り、ダイカストまたは切削加工によって製造可能である。個々の部品は、種々の連結技術、例えば溶接、ろう付け、接着および／またはねじ止めによって互いに連結可能である。熱交換器１０内で燃焼ガスが発生するので、熱交換器ヘッド１８と熱交換器コア２０と熱交換器底部１６とを気密に連結することが重要である。本開示範囲内において、熱交換器コアは、それに固定され熱伝達面２２を有する部品２４と共に、熱交換器本体１４とも呼ばれる。

図６はハウジング固定部材７４を備えるエアヒータ１２の斜視図である。このハウジング固定部材はエアヒータ上に配置される。ハウジング固定部材７４によって、エアヒータ１２を周囲のハウジングに固定可能である。ハウジング固定部材７４は、熱交換器ヘッド１８と熱交換器底部１６とを介してエアヒータ１２に固定される。

図７は楕円形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。熱交換器コア２０は内側プロファイル３０を有する。この内側プロファイル３０が微細に形成されていればいるほど、高温ガスから熱交換器１０への熱伝達のために供される表面積は大きくなる。図示のような熱交換器コア２０は例えば押出し成形法によって製造可能である。これにより、肉厚を薄くすることができ、それによって一方では軽量となり、他方では熱伝達表面積が大きくなる。熱交換器コア２０内には、他の構成要素を固定するための固定手段、例えば穴７６が設けられる。熱交換器２０の楕円形の横断面形状３２は熱交換器２０の周りを流れる暖めるべき空気の流れ状態を改善することができる。熱交換器底部１６が熱交換器コア２０から分離製造された部品であるので、熱交換器コア２０の製造が簡単化される。

図８は翼形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。図９は紡錘形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。図示した横断面形状、すなわち翼形横断面形状３４および紡錘形横断面形状３０は、熱交換器２０の周りの流れを促進する形状の他の例として理解されるべきである。

図１０は、熱交換器１０および熱伝達のための別個の部品２４の斜視図である。図示される各部品２４は熱交換器コア２０とは別個に製造される。部品２４は熱交換器コア２０上に既に装着されている。これらの部品は、熱交換器コア上で、嵌め込まれた個々のまたは複数の部品、あるいは部品の全体のセットを焼きばめまたは締まりばめすることによって、固定される。

図１１は熱交換器の斜視図である。図示される熱交換器１０は、その周りを流れる空気に熱を伝達するためにきわめて大きな表面積を有する。これは、熱伝達面２２が多数の棒２６によって供されることによって達成される。

図１２は熱交換器の斜視図である。ここでも、きわめて大きな熱伝達表面積が供される。というのは、ここでもこの熱伝達面２２を提供するために多数の棒２６が設けられているからである。熱交換器の内側には内側プロファイル３０が見える。本実施の形態において、この内側プロファイルの一部は外側の棒２６または棒列に続いている。図１２の実施の形態の棒２６も図１１の実施の形態の棒２６も、別個に製造された部品によって熱交換表面に外側から取付け可能であるか、あるいは変形加工法または切削加工法によって押出し成形品を再加工することによって形成可能である。

図１３は熱交換器１０の斜視図である。熱交換器１０の熱伝達面２２を供する図示した部品２８は、熱伝達を促進する波形リブである。

図１４は複数の同一の熱交換器本体モジュール３８の斜視図である。図示したこの実施の形態は、熱交換器を上述のような押出し成形法で製造しないで、ダイカスト法で製造するときに特に重要である。ダイカスト法は離型用テーパ面に基づいて肉厚が大きくなるという欠点がある。本実施の形態では、複数の熱交換器本体モジュール３８が設けられている。この場合、個々の熱交換器本体モジュール３８は軸方向長さが短い。従って、短い離型用テーパ面に基づいて肉厚をきりつめることができる。

図１５は熱交換器１０の切断斜視図である。この図示に基づいて、離型用テーパ面を短くすることができる他の方法を説明することが可能である。すなわち、ダイカスト部品として製造される熱交換器１０に、反対向きの２つの離型方向４０，４２に取り外される２個の中子が設けられることにより、肉厚を同様に小さくすることができる。

図１６，１７，１８は燃焼管７０の斜視図である。図１７は燃焼管の斜視図である。図１８は燃焼管の斜視図である。熱交換器の内側への良好で均一な放熱のために、燃焼時に発生する高温ガスをできるだけ効果的に分配できるようにするため、流れ案内部材を用いて、高温ガスを熱交換器１０内で内側リブ３０および／またはその内壁の方へ案内することが得策である。図１７には、らせん形の流れ案内部材４４が示されている。同様に、流れ案内部材は羽根、蛇行、バッフルプレートおよび穴あき管の形に形成可能である。穴７２によって形成される穴プロファイルに加えて多数の穴４６を有するような穴あき管が、図１８に示されている。

図１９は、フランジプレート４８を備えるエアヒータの接続範囲の斜視図である。フランジプレート４８は、エアヒータ１０を、車体および／またはハウジングあるいは車両に固定されたその他の要素に取付けるのに役立つ。排ガスおよび燃焼空気を外側空間に供給および／または外側空間から取り出すために、フランジプレート４８は、エアヒータ１２に対しておよび取付け個所、すなわち例えば車体に対して、シーリングされて取り付けられる。シーリングは、例えばシーリング・リングによって行うことができる。

上記の、図面および特許請求の範囲に開示した本発明の特徴は、個々においても任意の組み合わせにおいても本発明を実現するために重要でありうる。

エアヒータの斜視図である。 熱交換器を取り外したエアヒータの斜視図である。 熱交換器を取り外し、バーナヘッドとバーナユニットとに分解したエアヒータの斜視図である。 熱交換器の斜視図である。 熱交換器の個々の構成要素の斜視図である。 ハウジング固定部材を配置したエアヒータの斜視図である。 楕円形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。 翼形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。 紡錘形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。 熱交換器と、別個の熱伝達部材の斜視図である。 熱交換器の斜視図である。 熱交換器の斜視図である。 熱交換器の斜視図である。 多数の同一熱交換器本体モジュールの斜視図である。 熱交換器の切断斜視図である。 燃焼管の斜視図である。 燃焼管の斜視図である。 燃焼管の斜視図である。 フランジプレートを備えるエアヒータの接続範囲の斜視図である。

符号の説明

１０…熱交換器、１２…エアヒータ、１４…熱交換器本体、１６…熱交換器底部、１８…熱交換器ヘッド、２０…熱交換器コア、２２…熱伝達面、２４…熱伝達面を有する部品（円板状）、２６…熱伝達面を有する部品（棒）、２８…熱伝達面を有する部品（波形リブ）、３０…内側プロファイル、３２…楕円形横断面、３４…翼形横断面、３６…紡錘形横断面、３８…熱交換器本体モジュール、４０…離型方向、４２…離型方向、４４…ボルトのねじ山、４６…穴あき管の穴、４８…フランジプレート、５４…排ガス案内部、５６…燃焼空気供給管、５８…燃料供給管、６０…バーナユニット、６２…バーナヘッド

Claims (4)

1. 空気を案内するハウジングに統合するための自動車用のエアヒータ（１２）において、フランジプレート（４８）が設けられ、このフランジプレートは、エアヒータ（１２）の取付け個所とフランジプレート（４８）との間およびエアヒータ（１２）とフランジプレート（４８）との間に設けられるシール要素を用いて、少なくとも排ガス排出部（５４）を車内に対してシールすることを特徴とするエアヒータ。
2. エアヒータ（１２）に対するフランジプレート（４８）のシールがフランジプレートとエアヒータの接続管との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のエアヒータ。
3. フランジプレートは、燃焼空気供給管（５６）を車内に対してシールすることを特徴とする請求項１または２に記載のエアヒータ。
4. フランジプレートは、燃料供給管（５８）のための貫通案内部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のエアヒータ。

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