JP2014515450A - 特に自動車用の熱交換器、および対応する吸気装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に自動車用の、少なくとも２つの流体間の熱交換器に関するものであり、この交換器は、上記流体間の熱交換管束（７）と、上記管束（７）を収容するハウジング（９）とを備える。上記ハウジング（９）は少なくとも１つの立ち上がり縁部（１１）を有し、交換器は、上記少なくとも１つの立ち上がり縁部（１１）を被覆する、上記交換器と上記交換器の容器との間の密閉性を確実にするように構成された、硬質プラスチック材料でできたシール（１５）も備える。また本発明は、そのような熱交換器と吸気マニホールドとを備える吸気装置にも関するものである。

Description

本発明は特に自動車用の熱交換器に関する。また本発明はそのような交換器を備える吸気装置にも関する。

熱交換器は、例えば自動車産業で使用され、相互に熱を交換し合う流体が内部を循環する流体熱交換流動要素を備える。熱交換要素には、例えば、管やプレート、気体の循環を撹乱するフィンおよび／もしくは流体流動撹乱装置、またはこれに類似したものが含まれうる。

自動車分野で使用されるそのような交換器は、特に過給熱機関の分野で知られている。

この場合、熱交換器は、過給空気冷却器（ＲＡＳと略記される）とも呼ばれ、外気やエンジン冷却回路からの水などの液体といった別の流体との熱交換によってエンジンからの過給空気を冷却することを可能にし、よって、空気／空気または液体／空気型の交換器を形成する。

従来、空気は、当業者によってそう呼ばれることの多い吸気マニホールドにおいて受け入れられる。

マニホールドは、燃焼室のシリンダヘッドに、すなわちシリンダ入口に固定されている。エンジン速度に応じて、空気は、全部もしくは一部が冷却されたり、冷却されなかったりする。

公知の解決法によれば、熱交換器ＲＡＳはマニホールドに収容され、マニホールドを通る空気を冷却することを可能にする。

このために、マニホールドは、マニホールドへの交換器ＲＡＳの導入を可能にする開いた面を有する。この開口は後で閉蓋によって閉じられる。

しかし、この実施形態は封止の欠陥を呈する可能性があり、封止の欠陥は結果として不十分な熱交換性能レベルを生じる可能性がある。

実際、交換器の管束と吸気マニホールドとの間のシールの不十分な制御は、管束とマニホールドとの間で漏れを生じさせ、よって、著しい性能の低下につながる可能性がある。

さらに、マニホールド内の交換器の固定が十分に有効ではない可能性もある。

本発明の目的は、熱交換器の性能レベルを最適化すると同時に、交換器が有効に固定されるようにすることを可能にする密閉性の改善を提供する熱交換器を提案することである。

このために、本発明の主題は、特に自動車用の、少なくとも２つの流体間の熱交換器であって、
上記流体間の熱交換管束と、
上記管束を収容するハウジングと
を備え、
上記ハウジングは少なくとも１つの立ち上がり縁部を有することと、上記交換器は、上記少なくとも１つの立ち上がり縁部を被覆する、上記交換器と上記交換器の容器との間の密閉性を確実にするように構成された、硬質プラスチック材料でできたシールも備えることとを特徴とする熱交換器である。

また上記交換器は以下の特徴のうちの１つもしくは複数も、別々に、または組み合わせて備えていてよい。

上記シールがリップシールであること、
上記シールが少なくとも１つの立ち上がり縁部に固定されていること、
上記少なくとも１つの立ち上がり縁部が、上記シールに備わる第２の相補的クリップ留め手段と協働する第１のクリップ留め手段を有すること、
上記シールがポリアミド系の硬質プラスチック材料でできていること、
上記ハウジングが上記ハウジングの同じ１つの側に３つの立ち上がり縁部を有する全体として略「Ｕ字」の形状を有し、上記シールが上記立ち上がり縁部と対をなす全体として略「Ｕ字」の形状を有すること、
上記交換器が自動車内のエンジンの過給空気を冷却するように構成されていること。

また本発明は、特に自動車用の吸気装置であって、前述の熱交換器、ならびに上記交換器を収容する吸気マニホールドを備えることを特徴とする吸気装置にも関するものである。

また上記装置は以下の特徴のうちの１つもしくは複数も、別々に、または組み合わせて備えていてよい。

上記吸気マニホールドが、上記吸気マニホールドへの前記交換器の挿入のために構成された、機械的組立てにより上記交換器によって閉じられる開口を有すること、
上記シールが上記管束の上記ハウジングと上記吸気マニホールドとの間に差し挟まれること、
上記シールの機能が、一方では、上記交換器と上記吸気マニホールドとの間のシールを提供することであり、他方では、上記交換器の上記吸気マニホールドとの組立て時に上記交換器のための機械的案内機構を提供することであること、
上記装置が、上記シールと上記マニホールドの本体との間に上記シールを受けるための溝を画定する約０．１ｍｍから０．２５ｍｍの締めしろを与えること。

本発明の他の特徴および利点は、例示的、非限定的実施例として示す以下の説明、および添付の図面を読めばより明確になるであろう。

熱交換器と交換器のシールとを表している斜視分解図である。 熱交換器と吸気マニホールドとを遠近法で示す、吸気装置の分解図である。 第１の製造変形形態によるクリップ留め機構を示す交換器の部分断面図である。 図３ａの断面Ａ−Ａの図である。 第２の製造変形形態によるクリップ留め機構を示す交換器の部分断面図である。 図４ａの断面Ａ−Ａの図である。 吸気マニホールドの溝へと受けられるシールを表している吸気装置の断面図である。

これらの図では、実質的に同一の要素は同じ参照符号を有する。

本発明は熱交換器に関するものである。図１に、全体参照符号１で指示されたそのような熱交換器を示す。

そのような交換器１は特に、自動車の熱機関のための過給空気を冷却するのに使用することができる。

この場合、交換器１は、図２で示す、供給ガス分配器とも呼ばれる、吸気マニホールド３に配置することができる。

このために、マニホールド３は、交換器１がマニホールド３へ挿入されることを可能にする側面開口４を有していてよい。組立ては、例えば交換器３の長手方向での、マニホールド３の結合した開口４を介したマニホールド３への交換器１の挿入によって行うことができる。

マニホールド３は一般にシリンダヘッドに取り付けられており、シリンダヘッドへの過給空気の取入れを可能にする。

吸気マニホールド３とマニホールド３に収容される交換器１とは、過給吸気装置５を形成する。

さらに、交換器１は、いわゆる「空気−水」交換器、すなわち、熱を交換し合う流体が空気と水である交換器とすることができる。

過給空気冷却器の場合には、水は、好ましくは、上記熱機関のいわゆる「低温」冷却回路からの水であり、これは通常、不凍剤が添加された水である。

図１に示す実施形態によれば、交換器１は、全体として略平行六面体形状を有する。

この交換器１は、
過給空気といった第１の流体と冷却剤といった第２の流体との間の熱交換管束７と、
立ち上がり縁部１１を有する、交換管束７を収容するハウジング９と、
ハウジング９を閉じるための蓋１３と、
ハウジング９の立ち上がり縁部１１を被覆する硬質プラスチック材料でできたシール１５と
を備える。

交換管束
図示の実施形態によれば、熱交換管束７は、２つの大きい側面７ａ、７ｂと、２つの小さい側面７ｃ、７ｄと、 ２つの端面７ｅ、７ｆとを備える、全体として略平行六面体の形状を有する。

この管束７は、一般的には、第１の流体の循環のための第１の流路と、第２の流体の循環のための第２の流路とを画定するプレートまたは管の積み重なったものを含みうる。

第１の流体は、例えば、管束７の長手方向に第１の流路を通り、第２の流体は、例えば、第２の流路を、例えば第１の端面７ｅから対向する第２の端面７ｆへ横断して通る。

第１の流路には、交換表面積を増大させることによってこれら第１の流路内の空気の流れを撹乱させるように、撹乱フィンを設けることができる。代替として、または加えて、熱交換を向上させるように、第２の流路内を循環する第２の流体のためのタービュレータ（不図示）を設けることも可能である。

これらの妨害物は、プレートまたは管の壁を介した空気と水との間の熱交換を促進することを可能にする。

また交換器１は、管束７への第２の流体の取入れと、第２の流路内を循環した後の第２の流体の排出とのための、入口ノズル１７と出口ノズル１９も備える。これらのノズル１７、１９は、管束７内での第２の流体の循環を可能にするために管束７のプレートまたは管に設けられた開口（不図示）と連通している。

ハウジング
前述のように、ハウジング９は交換管束７を収容する。

ハウジング９は、図示の例では、管束７の小さい側面７ｄで開いている形状を有する。

図示の実施形態によれば、管束７は平行六面体であり、ハウジング９は略相補的な「Ｕ字」形状を有する。この「Ｕ字」形状は、管束７の２つの大きい側面７ａ、７ｂと１つの小さい側面７ｃとを覆うことを可能にする。

管束７の端面７ｅ、７ｆは、過給空気といった第１の流体の循環を可能にするためにハウジング９によって覆われていない。

さらに、第２の流路への第２の流体の取入れを可能にするために、ハウジング９は、それぞれ、入口ノズル１７および出口ノズル１９と連通し、管束７に設けられた開口と連通する結合したオリフィス（図では見えていない）を有する。

またハウジング９は、図１に示すように、ハウジング９の同じ１つの側に１つもしくは複数の立ち上がり縁部１１も備える。これらの立ち上がり縁部１１はしたがって、ハウジング９の面によって規定される全体面に対して突出している。

硬質プラスチックでできたシール１５が図２で示すようにこれらの立ち上がり縁部１１を被覆する。

シール１５について挙げることのできる硬質プラスチック材料の一例が、ポリカプロラクタムのＰＡ６、またはポリヘキサメチレンアジパミドのＰＡ６−６さえもといったポリアミドである。

そのような剛性シール１５が、補強材として働くことによって交換器１の機械的強度に関与する。シール１５はダンパとしても働く。

立ち上がり縁部１１はしたがって、例えば、管束７の長手方向に滑らせることによって剛性シール１５に挿入される。

図１に示す例では、ハウジング９は、略「Ｕ字」の形状であり、３つの立ち上がり縁部１１を有する。

シール１５はしたがって、これら３つの立ち上がり縁部１１を被覆するために略相補的な「Ｕ字」の形状を有する。

立ち上がり縁部１１と組み立てられた後で、剛性シール１５はこれらの端部１１に固定される。

図３ａ、図３ｂおよび図４ａ、図４ｂに示すように、固定はクリップ留めによってなされうる。

このためにクリップ留め機構を設けることができ、クリップ留め機構は、一方がハウジング９の立ち上がり縁部１１に備わり、他方が剛性シール１５に備わった第１および第２の相補的クリップ留め手段を備える。

相補的な第１および第２のクリップ留め手段は、立ち上がり縁部１１とシール１５のどちらに備わっていてもよい。

図３ａ、図３ｂで概略的に表す第１の変形形態によれば、立ち上がり縁部１１は、クリップ留めタング２１といった第１のクリップ留め手段を有し、シール１５は、クリップ留めタング２１を中へ挿入するためのオリフィス２３といった第２の相補的クリップ留め手段を有する。

この例では、クリップ留めタング２１は、立ち上がり縁部１１の側壁上に、すなわち、立ち上がり縁部１１の側面に備わっている。

相補的に、オリフィス２３は、立ち上がり縁部１１上でのシール１５の組立て時に、タング２１に面して位置するように、シール１５の側壁上に、すなわち、シール１５の側面に備わっている。

図４ａ、図４ｂに概略的に表す第２の製造変形形態によれば、立ち上がり縁部はスナッグ２５といった第１のクリップ留め手段を有し、シール１５はクリップ留めタブ２７といった第２の相補的クリップ留め手段を有する。

この例では、タブ２７はオリフィス２９および迫台３１を有し、オリフィス２９はスナッグ２５に面して配置されており、迫台３１はシール１５の立ち上がり縁部１１との組立て時にスナッグ２５の縁部を支持する。

この第２の変形形態によれば、第１のクリップ留め手段は、立ち上がり縁部１１の端壁上に、この場合は図４ａ、図４ｂに示す立ち上がり縁部１１の最上部に形成されている。第２のクリップ留め手段は、第１のクリップ留め手段に面して位置するように構成されている。

よって、交換器１が、例えば、管束７の長手方向にマニホールド３の結合した開口４を通して滑らせることによってマニホールド３に挿入されるときに、ハウジング９の立ち上がり縁部１１に固定された剛性シール１５は、その封止機能に加えて、組立てのための機械的案内機能も確実にする。

相補的案内手段をマニホールド３上に設けることができる。

交換器１がマニホールド３内で組み立てられると、シール１５は、図５に示すように、マニホールド３の本体と接触する。

より具体的には、シール１５はマニホールド３の溝３３に収容される。シール１５はしたがって、マニホールド３の本体と管束７のハウジング９の立ち上がり縁部１１との間に差し挟まれる。

加えてシール１５は、例えばリップシール３５である。

接合部１５のリップ３５の自由な状態、すなわち、非圧縮状態では、シール１５と、マニホールド３の溝３３を画定する本体との間の締めしろｉについての値の範囲が提供される。この値の範囲は、シールのリップ３５の圧縮の前に決定され、最小締めしろおよび最大締めしろを定義し、シール１５が圧縮されるときのシール１５とマニホールドの本体との間の接触を保証することを可能にするものである。

「締めしろ」という用語は、シール１５の寸法がシール１５を受ける溝３３の寸法を上回る値を意味するものと理解すべきである。実際には、シール１５とマニホールド３の本体との間の接触を保証するために、シール１５は、非圧縮状態では、受け溝３３の寸法よりも大きい寸法を呈する。

一例として、ＰＡ６でできたリップシール１５では、最小締めしろは約０．１ｍｍのものとすることができ、最大締めしろは約０．２５ｍｍのものとすることができる。

リップ３５は、図示の例では、したがって、溝３３の寸法を、０．１ｍｍから０．２５ｍｍまでの値だけ上回る。

圧縮状態では、スリップシール１５はしたがって常にマニホールド３の本体と接触している。

閉蓋
前述のように、交換器１はハウジング９のための側面閉蓋１３も備える（図１および図２参照）。

蓋１３はしたがって、ハウジング９の開口を閉じることによって管束７の側面７ｄに面して組み立てられる。

蓋１３は、管束７の小さい側面７ｄと、ハウジング９の端部とを覆う。このようにして、ハウジング９は管束７と蓋１３との間に挿入される。

蓋１３はしたがって、ハウジング９の形状と対をなす形状を有する。略「Ｕ字」の形状のハウジング９で図示された実施形態によれば、蓋１３は、全体として略相補的な「Ｕ字」の形状を有する。

さらに、マニホールド３に収容される交換器１を有する吸気装置の場合には、蓋１３は、マニホールド３への交換器１の挿入のために設けられたマニホールド３の開口４を閉じることも可能にする。

蓋１３はしたがって、プレートもしくは管の管束７および任意の撹乱要素もしくはタービュレータの機械的強度に関与し、よって、交換器１が吸気マニホールド３内に、または交換器１の任意の他の容器内に固定されることを確実にする。

さらに、入口ノズル１７および出口ノズル１９は蓋１３に固定されている。第２の流体の分配を可能にするために、蓋１３はしたがって、ノズル１７、１９と並んで、オリフィス３７、３９を有し、オリフィス３７、３９はそれぞれ、ノズル１７、１９と、ノズル１７、１９の形状と対をなす形状と結合している。

これらのオリフィス３７、３９は、第２の流路内の第２の流体の循環を可能にするために、ハウジング９上に設けられた結合したオリフィス、および管束７の対応する開口（図では見えていない）と連通している。

さらに、蓋１３は、折り返し周縁部４１を有していてもよい。この縁部４１は、例えば、略９０°に折れている。

この縁部４１は、例えば、ハウジング９と管束７とに対する突出部を形成している。

マニホールド３に収容されるそのような交換器１を備える吸気装置５の場合には、交換器１とマニホールド３との間の封止はこの周縁部４１上でなされうる。

このために、封止手段（不図示）を周縁部４１上に設けることができる。

さらに、側面閉蓋７は、マニホールド３に備わった相補的固定手段（不図示）と協働する、例えば吸気マニホールド３上の固定手段４３（不図示）も有していてよい。

この固定は、例えば、ろう付け、接着および／またはねじ留めによって、あるいはクリップ留めによってさえも行うことができる。

固定手段４３は、図示の例では、交換器１をマニホールド３に挿入するための開口４を画定するマニホールド３の側面に面した蓋１３の周縁部４１に設けられている。

蓋１３はよって、交換器１がマニホールド３内でしっかりと固定されることと、交換器１がマニホールド３に固定されることの両方を確実にする。

したがって、交換器１および対応する吸気装置５は、ハウジング９の立ち上がり縁部を被覆する剛性シール１５を備え、密閉性を向上させると同時に、交換器１の吸気マニホールド３への挿入時の交換器１の機械的案内を確実にすることを可能にすることが理解されるであろう。

そのような剛性シール１５はしたがって、正確で、反復可能な位置決めを保証すると同時に、密閉性を確実にすることを可能にするものである。

Claims (10)

1. 特に自動車用の、少なくとも２つの流体間の熱交換器であって、
   前記流体間の熱交換管束（７）と、
   前記管束（７）を収容するハウジング（９）と、を備え、
   前記ハウジング（９）は少なくとも１つの立ち上がり縁部（１１）を有し、
   前記交換器は、前記交換器と前記交換器の容器との間の密閉性を確実にするように構成され、前記少なくとも１つの立ち上がり縁部（１１）を被覆する、硬質プラスチック材料でできたシール（１５）も備えることとを特徴とする交換器。
2. 前記シール（１５）はリップシール（３５）であることを特徴とする請求項１に記載の交換器。
3. 前記シール（１５）は前記少なくとも１つの立ち上がり縁部（１１）に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の交換器。
4. 前記少なくとも１つの立ち上がり縁部（１１）は、前記シール（１５）に備わる第２の相補的クリップ留め手段（２３、２７）と協働する第１のクリップ留め手段（２１、２５）を有することを特徴とする請求項３に記載の交換器。
5. 前記シール（１５）はポリアミド系の硬質プラスチック材料ででき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交換器。
6. 前記ハウジング（９）は、前記ハウジングの同じ１つの側に３つの立ち上がり縁部（１１）を有する、全体として略「Ｕ字」の形状を有し、
   前記シール（１５）は、前記立ち上がり縁部（１１）と対をなす全体として略「Ｕ字」の形状を有すること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交換器。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器（１）を備え、
   前記交換器（１）を収容する吸気マニホールド（３）も備え、
   前記吸気マニホールド（３）は、前記吸気マニホールド（３）への前記交換器の挿入のために構成された、機械的アセンブリにより前記交換器（１）によって閉じられる開口（４）を有することを特徴とする、特に自動車用の装置。
8. 前記シール（１５）は、前記管束（７）の前記ハウジング（９）と前記吸気マニホールド（３）との間に差し挟まれることを特徴とする請求項７の一項に記載の装置。
9. 前記シール（１５）の機能は、
   一方では、前記交換器（１）と前記吸気マニホールド（３）との間のシールを提供することであり、
   他方では、前記交換器（１）の前記吸気マニホールド（３）との組立て時に前記交換器（１）のための機械的案内機構を提供することである
   ことを特徴とする請求項７または８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記シール（１５）と前記マニホールド（３）の本体との間に、前記シール（１５）を受けるための溝（３３）を画定する、約０．１ｍｍから０．２５ｍｍの締めしろ（ｉ）を与えるものであることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の装置。

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