JP2016539306A - 熱交換器、及び熱交換器を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、流体を案内するための内側案内部（３２）を有すると共に流体の熱を放散するための放熱体（１２、１２′）を有する熱交換器（１０）であって、この放熱体（１２、１２′）は長手方向（３６）に延びる空洞（１４、１４′）を有し、内側案内部（３２）の少なくとも一つの端部分（３４）が空洞（１４、１４′）の内側に延び、端部分（３４）は流体を空洞の底領域に送り込むために空洞（１４、１４′）の底面（４４）に面する開口部（４２）を有し、内側案内部（３２）の外側側面（４８）と放熱体（１２、１２′）の内側側面（２０、２０′）との間に、底（４６）から離れるように流体を案内するための流れ空間が設けられ、流れ空間は長手方向（３６）に延びる、熱交換器（１０）に関する。放熱体（１２、１２′）の内側側面（２０、２０′）は、互いに対して横断方向にずらされている少なくとも二つのリブ（２２）を有する第一部分（２０）と、第一部分（２０）に隣接し、互いに対して横断方向にずらされている少なくとも二つのリブ（２２′）を有する第二部分（２０′）とを備える。第二部分（２０′）の少なくとも一つのリブ（２２′）が第一部分（２０）の各リブ（２２）に対して横断方向にずらされている、又は、第一部分（２０）の少なくとも一つのリブ（２２）が第二部分（２０′）の各リブ（２２′）に対して横断方向にずらされている。本発明は、更に、そのような熱交換器を製造する方法に関する。

Description

本発明は、流体を案内するための内側案内部を有すると共に流体の熱を放散するための放熱体を有する熱交換器であって、この放熱体は長手方向に延びる空洞を有し、内側案内部の少なくとも一つの端部分が空洞の内側に延び、端部分は流体を空洞の底領域に送り込むために空洞の底面に面する開口部を有し、内側案内部の外側側面と放熱体の内側側面との間に、底領域から離れるように流体を案内するための流れ空間が設けられている、熱交換器に関する。

本発明は、更に、熱交換器を製造する方法に関する。

第一の使用例では、例えば、熱を熱輸送流体に送ることによって自動車の原動機が発生する熱の最大部分を放散するために、熱交換器が自動車の排気ガス系内で用いられる。それによって、排気ガス系の潜在的なオーバーヒートを避けることができる。また、排気ガスから取り出された熱は、加熱の目的に、例えば、自動車の乗員室の加熱に使用することができる。第二の使用例によれば、熱交換器は加熱装置の一部であり、又は例えば車両内の加熱装置に接続されている。

本明細書に記載した熱交換器の可能性のある用途は、車両分野に限定されない。むしろ、熱交換器は、熱が流体、即ち液体状媒体又はガス状媒体、から抽出されるべき又はそこへ運ばれるべき各用途に原理的に使用することができる。

本発明の目的は、できる限り単純な構造を有し、したがって製造が容易であり、高効率、即ち、できるだけ高い熱交換量を更に有する熱交換器を提供することである。この目的は、請求項１の特徴によって解決される。

本発明の更なる目的は、そのような熱交換器を製造する方法を提供することであって、複雑さができる限り低い方法を提供することである。この目的は、請求項１２の特徴を用いて解決される。

本発明による熱交換器は、従来技術に基づき、更に、放熱体の内側側面が第一部分及び第二部分を備え、第一部分は互いに対して横断方向にずらされている二つのリブを有し、第二部分は互いに対して横断方向にずらされている二つのリブを有し、第二部分の少なくとも一つのリブが第一部分の各リブに対して横断方向にずらされ、又は第二部分の少なくとも一つのリブが第一部分の各リブに対して横断方向にずらされている。好ましくは、第一部分又は第二部分の少なくとも二つ、三つ、四つ、五つ、又は六つのリブが、第二部分又は第一部分の各リブに対して横断方向にずらされている。最適であるとみなされる一実施形態において、第一部分の各リブは、第二部分の各リブに対して横断方向にずらされている。熱交換器のリブは、熱交換器の流れ領域内に位置する要素であり、この要素は、熱交換器の有効表面を増大させて熱交換器の効率を向上させる。各部分は、例えば、波状又は畝状とすることができる。この場合には、波状の各ピーク、又は畝状の各ピークが、リブを形成する。任意の部分のリブは、互いに平行に延びることができ、等間隔に配置され得る。これは、空洞を通る流体の流れをできる限り均一とすることができる。リブは、細長くすることができる。例えば、各リブの長さは、流れ経路を横断する方向における各リブの最大寸法の３倍より大きく又は１０倍より大きくてもよい。長手方向を横断する方向は、横断方向とも呼ばれる。上述したように、両部分のリブは、互いに対して横断方向にずらされている。したがって、放熱体の内側側面は、二つの部分間の境界で不連続部を有する。これは、部分間の境界で乱流の出現を促進し、したがって、第一部分と第二部分との間の移行部において、表面に近い流体の部分と流体から遠く離れている流体の部分との混合を促進する。これにより、熱交換器の効率が、常に連続的な内側側面を有する熱交換器と比較して、改善される。この種の隣接する部分を二つより多く有することが有利であり得る。第一部分の各リブは、第二部分に面している面表面を有することができる。第二部分の各リブは、第一部分に面している面表面を有することができる。好ましくは、両突出部のどちらも完全に他方の突出部を覆わないという意味で横断面上の第一のリブの面表面の突出部（第一の突出部）と同じ横断面上の第二のリブの面表面の突出部（第二の突出部）とが互いに対してずらされている場合に、第一部分のリブ（第一のリブ）が第二部分の各リブ（第二のリブ）に対して横断方向にずらされているとみなされ、かつこれが成り立つのはその場合に限られる。より簡単な言葉では、これは、前述の両方の面表面のどちらも他方の突出部の上に完全に突出してはいないことを意味し、したがって、第一のリブの面表面は、第二のリブの面表面上に突出しない又は部分的にしか突出せず、第二のリブの面表面は、第二のリブの面表面上に突出しない又は部分的にしか突出しない。横断面とは、長手方向に直交する面であり、即ち、長手方向に平行である法線ベクトルを有する面である。突出部とは、垂直突出部として意味される。例えば、第一の突出部が、第二の突出部の表面の７０パーセント未満しか覆わない、２０パーセント未満しか覆わない、又は１０パーセント未満しか覆わないことさえもがもたらされ得る。代替として又は加えて、第二の突出部が、第一の突出部の表面の７０パーセント未満しか覆わない、２０パーセント未満しか覆わない、又は１０パーセント未満しか覆わないことさえもがもたらされ得る。特に、両突出部は重ならないことがもたらされ得る。両突出部の重なりをできるだけ小さくすることは、乱流の発生の観点で有利とみなされる。

放熱体は、第一部分を備える鋳造又は押し出し成形された第一セグメントと、第二部分を備える鋳造又は押し出し成形された第二セグメントと、を備えることができる。したがって、放熱体は、まず第一セグメントを製造し、別個に第二セグメントを製造し、それから両セグメントを組み合わせることによって容易に製造することができる。したがって、第一部分から第二部分への上述の突然の移行を、複雑でないやり方で実現することができる。個々のセグメントの両方は、例えば、既に設計されている又は既に存在している機械によって製造することができる。

第一セグメント及び第二セグメントは、同一に構成されていてもよい。この場合には、異なるセグメントを製造する必要がないので、特に費用効率の高い製造方法になる。放熱体は、同一に構成されている三つ以上のセグメントを有してもよい。

第一部分及び第二部分は、第一部分の各リブが第二部分の二つの隣接するリブ間に位置する流路へ延びるように配置することができる。したがって、この場合には、第一部分の各リブが第二部分の流路に結合する。リブから流路への移行部で、乱流が流体内に出現し得る。流路に向かって延びているリブが、その流路を完全に又は部分的に覆うことがもたらされ得る。これは、流路に面しているリブの面表面と流路の横断面とが、リブに出会う流路の始点又は終点において、完全に又は部分的に重なっていることを意味する。例えば、リブが延びている流路の断面をリブが２０パーセントより多く覆う、５０パーセントより多く覆う、８０パーセントより多く覆う、又は１００パーセント覆うことさえもがもたらされ得る。

更に、第一部分の二つの隣接するリブ間に、第二部分のリブへ延びる流路が位置し得る。したがって、第一部分の隣接するリブ間に形成されている流路が、両部分間の境界で第二部分のリブに結合する。流路からリブへの突然の移行は、流体の混合を促進する。流路に向かって延びているリブが、その流路を覆うことがもたらされ得る。これは、流路に面しているリブの面表面と流路の横断面とが、リブに出会う流路の始点又は終点において、完全に又は部分的に重なっていることを意味する。例えば、リブが延びている流路の断面をリブが２０パーセントより多く覆う、５０パーセントより多く覆う、８０パーセントより多く覆う、又は１００パーセント覆うことさえもがもたらされ得る。

放熱体又は少なくともその内側側面が、回転対称軸を備えることができる。これは、回転対称軸まわりの仮想された回転が行われた場合に、放熱体又は少なくともその内側側面がそれら自体に移されること、即ち、それらは対応する回転の下で不変であることを意味する。そのような対称性は、高効率をもたらすことができると共に、放熱体の製造を容易にもすることができる。

例えば、第一部分及び第二部分はそれぞれＮ個のリブを備えることができ、第一部分のｉ番目のリブの位置が３６０°／Ｎ^＊ｉのアジマス角を有し、ここでｉ＝０，．．．，Ｎ−１であり、定数αが区間（０；１／２］内に存在し、第二部分の各ｊ番目のリブの位置が３６０°／Ｎ^＊（ｊ＋α）のアジマス角を有し、ここでｊ＝０，．．．，Ｎ−１であるようになっている。好ましくは、定数αは、区間［１／１０；１／２］内、即ち、０．１≦α≦０．５である。α＝１／２の場合、内側側面又は放熱体全体さえもが、回転対称軸を中心にして１８０°／Ｎのそれぞれの回転の下で対称的であり得る。したがって、Ｍ個のセグメントが全体で与えられる場合、ｋ番目の部分（２０′）のｊ番目のリブの位置が３６０°／Ｎ^＊（ｊ＋ｋ／Ｍ）のアジマス角を有することができ、ここでｊ＝０，．．．，Ｎ−１かつｋ＝０，．．．，Ｍ−１であるということが利点であり得る。この場合、回転対称軸を中心とする３６０°／（Ｎ^＊Ｍ）の回転の下の対称性が示され得る。

第一部分のリブ及び第二部分のリブは、それぞれ細長くすることができると共に、長手方向に延びることができる。特に、リブは、長手方向に平行にそれぞれ配置することができる。そのようなリブ構造は、製造時に特に単純であり得る。例えば、各リブは、ほぼ一定の横断面を有することができる。これは、リブの横断面が少なくとも長手方向に沿った部分でほぼ一定であることを意味する。この部分は、「一定の断面を有するリブ部分」と呼ばれる。一定の断面を有するリブ部分の長さは、例えば、リブの長さの５０パーセントよりも多い、８０パーセントよりも多い、又は９０パーセントよりさえも多いものとすることができる。本開示における用語「長さ」とは、特定の文脈から何か他に示され得るものがない場合、長手方向の寸法を常に意味する。横断面とは、長手方向に直交する断面である。一定の断面を有するリブ部分について横断面の全部の変化が例えば断面の幅及び／又は高さと比較して断面の寸法に対して小さいという意味で、リブの横断面は、例えば、実質的に一定とすることができる。言い換えれば、一定の断面を有するリブ部分は長手方向の微小の並進移動の下で不変である幾何学的形状体の有限部分の外観を有するということがもたらされ得る。幾何学的な点のセットは、微小の並進移動が各点を同じセットの別の点に変換する場合に、微小の並進移動の下で不変である。例えば、一定の断面を有するリブ部分が、又はリブ全体さえも、円筒形の外観を有することができる。円筒形の断面は、任意の形状、例えば、ほぼ矩形形状を有することができる。

更に、第一部分のリブ及び第二部分のリブが、長手方向に、対象部分全体にわたってそれぞれ延びることが有利であり得る。そのような放熱体は、比較的製造が容易であり得る。

内側案内部は、燃焼室を備えることができる、又は燃焼室と連通することができる。したがって、燃焼によって発生する熱の一部は、放熱体によって放散することができ、行き先、例えば、自動車の乗員室へ送ることができる。

放熱体の内側側面は、第二部分に隣接する第三部分を備え、この第三部分は互いに対して横断方向にずらされている少なくとも二つのリブを有し、第三部分の少なくとも一つのリブが第二部分の各リブに対して横断方向にずらされている、又は第二部分の少なくとも一つのリブが第三部分の各リブに対して横断方向にずらされている、ことが更にもたらされ得る。横断方向とは、上述したように、「長手方向を横断する方向」を意味する。それによって、乱流の更なるゾーンが、即ち第二部分と第三部分との間の境界で、発生する。更に、放熱体の内側側面は、第一部分及び第二部分を参照して説明した特徴を有する更なる部分を備えることも可能である。

放熱体は、以下のステップを含む方法、即ち、第一部分を備える第一セグメントを製造するステップと、第二部分を備える第二セグメントを製造するステップと、第一セグメントと第二セグメントとを組み合わせるステップと、を含む方法によって特に製造することができる。この方法は、個々のセグメントの両方の内側側面が、組み合わされた内側側面よりも単純な構造を有するので、実行時に特に複雑でないものとなり得る。代替例の方法では、例えば塩中子の方法を用いて、放熱体が一体に製造される。

第一セグメント及び第二セグメントは、例えば、鋳造又は押し出し成形によって別個に製造することができる。代替例として、セグメントは、例えば溶接によって個々の要素から組み立てることもできる。

セグメントの両方が同一に構成されている場合、それらは共通の製造装置を用いて順々に製造することができる。鋳造法が選ばれた場合、セグメントの両方は、同じ鋳型で順々に鋳造することができる。したがって、鋳型が２回使用され得る。

第一セグメントと第二セグメントとは、例えば、溶接によって組み合わせることができる。これは、接着接合又は金属の連続性を与える。それによって、一定の箇所での空洞の封止が同時にもたらされ得る。代替例として、機械的接続要素による両セグメントの接続は、例えば、鋲又はねじが考えられ得る。この場合には、封止手段を用いて両セグメント間の接続点を封止することが要求され得る。

以下において、添付図面及び対応する実施形態を参照して、本発明を更に説明する。

例示的な熱交換器の概略断面図である。 熱交換器の空洞の第一セグメント及び第二セグメントの概略上面図である。 第一セグメントの、短くした概略斜視図である。 第一セグメントの、短くしていない概略斜視図である。 熱交換器の放熱体の概略上面図である。 更なる実施形態による熱交換器の放熱体の概略上面図である。 更なる実施形態によるセグメントの概略上面図である。 更なる実施形態による二つのセグメントの概略上面図である。 図７のセグメントを有する熱交換器の放熱体の概略上面図である。 三つの部分を有する内側側面の概略図である。 熱交換器を製造する方法の流れ図である。 更なる実施形態による二つのセグメントの概略上面図である。

本開示において、文脈から示されるものが他にない場合、上面図は、長手方向が図の表面に対して垂直である表示である。図面の以下の説明において、同一の参照番号は、同一又は類似の構成要素を指す。

図１は、流体を案内するための内側案内部３２と、流体の熱を放散するための放熱体１２、１２′と、を有する熱交換器１０の一例を概略的に示す。内側案内部３２は、中空案内部、例えば、管であり得る。内側案内部３２は、任意の断面、例えば、円形断面又は方形断面を基本的に有することができる。図示例では、内部空間３８は、内側案内部３２についての燃焼室である。したがって、内側案内部３２は、炎管と呼ばれ得る。動作時に、可燃性材料（不図示）が燃焼領域４０で燃焼する。それによって、高温排気ガスが発生する。内側案内部３２は開口部４２を備え、高温排気ガスは開口部４２を通って内側案内部３２から出る。

放熱体１２、１２′は、長手方向３６に延びる空洞１４、１４′を備える。放熱体１２、１２′及び／又は内側案内部３２は、回転対称軸１６を有することができる。この場合には、長手方向３６は、回転対称軸１６に対して平行である。空洞１４、１４′内には、端部分３４と呼ばれる、内側案内部３２の少なくとも一つの端の部分が延びる。端部分３４は、開口部４２を備える。開口部４２は、空洞１４、１４′の底面４４に面している。動作時、流体（本例では高温排気ガス）が、内側案内部３２から開口部４２を通って空洞１４、１４′の底領域４６の中に流れる（図中で、この流れが矢印で示されている）。

内側案内部３２の外側側面４８と放熱体１２、１２′の内側側面２０、２０′との間に、底領域４６から離れるように流体を案内するための流れ空間が設計されている。流れ空間は、長手方向３６に延びる。放熱体１２、１２′の内側側面２０、２０′は、第一部分２０と、第一部分２０に隣接する第二部分２０′と、を備える。図示された本実施形態の代替例（不図示）によれば、放熱体１２、１２′は、流体を外に出すための側方出口を備える。

第一部分２０は、互いに対して横断方向にずらされている少なくとも二つのリブ２２を備える（図２乃至９を参照）。横断方向とは、長手方向３６に対して直交する方向を意味する。第二部分２０′は、互いに対して横断方向にずらされている少なくとも二つのリブ２２′を備える。更に、第二部分２０′の各リブ２２′は、第一部分の各リブ２２に対して横断方向にずらされている。

本例では（図１参照）、放熱体１２、１２′は、第一セグメント１２と、それに続く第二セグメント１２′と、を備える。第一セグメント１２は、カップ形状とすることができる。第二セグメント１２′は、リング形状とすることができる。本例では、カップ形状の第一セグメントが底部を有し、該底部の内面が空洞の底面４４を形成する。放熱体の内側側面２０、２０′の第一部分２０及び空洞１４、１４′の第一部分１４が、第一セグメント１２に割り当てられる。放熱体の内側側面２０、２０′の第二部分２０′及び空洞１４、１４′の第一部分１４が、第二セグメント１２′に割り当てられる。

図２は、放熱体の第一セグメント１２及び第二セグメント１２′を概略的に示す。図示例では、セグメント１２及び１２′の両方が、同一に構成されている。繰り返しを避けるために、ここでは第一セグメント１２だけを説明する。セグメント１２は、空洞１４が通過している環形状又は管形状のセグメント体２４を本質的に備える。セグメント体２４は、図示例では方形の輪郭を有するが、様々な形状が可能である。好ましい実施形態（不図示）によれば、セグメント体２４の輪郭は円形である。少なくとも二つのリブ２２、図示例ではちょうど四つのリブ２２が、セグメント体２４から空洞１４の中に突出している。セグメント体２４とリブ２２とを、一体の部品として設計することができる。好ましくは、セグメント体２４及びリブ２２は、高い熱伝導性を有する材料、例えば金属又は合金、から製造される。セグメント１２は空洞１４を画成する内側側面２０を備え、この内側側面２０は熱交換器内に前述の第一部分を形成する。四つのリブ２２はそれぞれ、回転対称軸１６に関して９０°だけ互いに対してずらされている。したがって、本明細書に示されるセグメント１２の例は、回転対称軸１６を中心とする９０°の回転の下で対称的である。熱交換器の動作時、流体（例えば、高温排気ガス）が、図示例において回転対称軸１６に平行である主流方向に空洞１４を通って流れる。図示例では、各リブ２２は、セグメント体２４の入口領域から出口領域へ内側側面の全体にわたって長手方向に沿って、即ち対称軸１６に平行に、延びる。別の例（不図示）では、一つ又は複数のリブがそれぞれの部分よりも短く、即ち、一つ又は複数のリブが部分の全体にわたって延びていない。これらの例の代替例によれば、横断方向に（ここでは半径方向に）延びるリブ２２′がリブ２２よりも短い。

図３は、セグメント１２の概略斜視図であり、明確性を目的としてセグメント１２が短く示されている。好ましい実施形態によれば、リブは長手方向に沿って細長い（図４における短くされていない提示を参照）。これにより、比較的少ない個数のセグメントを用いて比較的長い熱交換経路を生じさせることが可能となる。

図５は、熱交換器１０の放熱体の二つのセグメント１２及び１２′を概略的に示す（図２と比較されたい）。放熱体は、図１中のセグメント１２に対応する底セグメント（不図示）を更に有している。放熱体１２、１２′は、流体から放熱体１２、１２′へ、又は放熱体１２、１２′から流体へ、熱を伝達する働きをする。放熱体１２、１２′は空洞１４、１４′を備え、これは、複数の空洞１４及び１４′から組み立てられ、その内部を通って流体が長手方向に沿って流れることができる。図４において、流路は図面の紙面に直交している。第一セグメント１２の内側側面２０は、放熱体１２、１２′の内面２０、２０′の第一のセクションを形成する。第二セグメント１２′の内面２０′は、第一部分２０に隣接する放熱体１２、１２′の内側側面の第二部分を形成する。したがって、第一部分２０は、少なくとも二つのリブ２２、図示例では、ちょうど四つのリブ２２を備える。また、第二部分２０′は、少なくとも二つのリブ２２′、図示例では、ちょうど四つのリブ２２′を備える。

図５から分かるように、第一セグメント１２及び第二セグメント１２′のそれぞれのリブ２２及び２２′は、互いに対して横断方向、即ち、主流方向を横断する方向にずらされている。図示例では、これは、第二セグメント１２′が第一セグメント１２に対して共通の回転対称軸１６、１６′を中心にして４５°だけ回転させられている構成によって実現される。より正確には、第二部分２０′の各リブ２２′が、第一部分の各リブ２２に対して横断方向にずらされている。二つの隣接するリブ２２の間に位置する空洞１４の一部は、本開示では流路２６とも呼ばれる（図２参照）。同じことは、第二セグメント１２′に関して同様にあてはまる。したがって、セグメント１２及び１２′のそれぞれは、二つの流路２６及び２６′をそれぞれ備える。図示例では、セグメントあたりちょうど四つの流路２６及び２６′がある。図５を参照して説明されるように、リブ２２′に対してのリブ２２のずれにより、二つのセグメント１２及び１２′間の境界で各流路２６はリブ２２′に出会い、一方、各リブ２２は流路２６′に出会うことになる。この構成は、放熱体１２、１２′を通って流れる流体内の混合を促進する。

図５に示された幾何学的形状では、セグメント１２と１２′との間の追加の封止が、閉鎖されていない区域２８及び２８′内で必要とされ得る。有利には、これらのセグメント１２及び１２′は、中間で潜在的な漏れが生じないように設計されている（図６と比較されたい）。

図７は、ちょうど八つのリブ２２及び八角形のプロファイルを有するセグメント１２の一例を概略的に示す。更なる例（不図示）では、セグメント１２は八つよりも多いリブを有する。

図８及び図９は、放熱体が、同一に構成され第一部分及び第二部分をそれぞれ有する第一セグメント及び第二セグメントを備え、第一セグメントと第二セグメントとが長手方向に対して直交している軸を中心にして１８０°回転している、一実施形態の一例を示している。例えば、両セグメントは、実質的に矩形のフレームとして設計することができ、いくつかの平行な等距離のリブが、各フレームの二つの対向している内面に形成されている。図示例では、セグメント１２及び１２′のそれぞれのセグメント体２４及び２４′は、実質的に矩形の断面を備える。図８に示される第二セグメント１２′の構成は、第一セグメント１２の構成から、主流方向に対して直交している軸３０を中心にしてセグメント１２を１８０°回転させることによって得られる。

図１０は、放熱体の内側側面が少なくとも三つの連続する部分、例えば、リブ２２を有する第一部分と、それに続くリブ２２′を有する第二部分と、リブ２２′を有する第二部分に続く第三部分と、を備えている一実施形態の一例を概略的に示す。第一部分と第二部分との組み合わせに関連して本開示に説明されている設計オプション及び利点は、第二部分と第三部分との組み合わせに対応して移すことができる。第三部分は例えば第一部分の繰り返しとしてもよく、即ち、第三部分は第一部分と幾何学的に同様とすることができる。幾何学的に見ると、第三部分は、長手方向の並進移動によって第一部分に移すことが可能であり得る。図示例では、第一部分の各リブ２２及び第三部分の各リブ２２″は、第二部分の各リブ２２′に対して横断方向にずらされている。一方、第一部分の各リブ２２は、第三部分の各リブ２２″と一直線にされている。

内側側面は、交互になった一連のＮ個の部分を備えることができる。例えば、個数Ｎの部分は、３個、４個、５個、６個以上とすることができる。これらの部分は、１からＮまで番号を付けることができる。この一連のものは、幾何学的な、即ち抽象的又は仮想された長手方向に平行な並進移動を用いることで、番号Ｉ＋２（Ｉ＝１からＮ−２）を有する各部分を番号Ｉを有する部分に移すことが可能である、という点で交互にすることができる。そのような一実施形態により、高い熱交換量が得られる。各部分は、効率的な製造が可能であるモジュール又はセグメントによって実現することができる。

図１１に、製造方法の一例が流れ図によって示されている。第一のステップＳ１において、個々のセグメントが製造される。好ましくは、少なくとも二つのセグメントは、製造工程の費用を最小にするために同一である。それに続くステップＳ２において、セグメントが組み合わされ、セグメントの個々の空洞が結合されて単一の連続的な空洞とされる。好ましくは、セグメントは、互いに直接溶接される、即ち、中間要素を使用することなく、特に封止を使用することなく、溶接される。それにより、直接的に連続するセグメントが、前のセグメントのリブに対して次のセグメントのリブが横断方向にずらされているように構成される。

図１２の上面図は、第一部分２０の各リブ２２が第二部分の流路２６′を完全に又は部分的に覆う一実施形態の一例を概略的に示す。これにより、第二部分２０′に面するリブ２２の面表面が、第一部分２０に面する流路２６′の始点又は終点において流路２６′の横断面を完全に覆う。言い換えれば、第一部分２０に面する流路２６′の始点又は終点において、流路２６′の断面が、第二部分２０′に面するリブ２２の面表面に完全に投影される。

本例では、第二部分２０′に面する第一部分２０のリブ２２の面表面は、第一部分２０に面する流路２６′の始点又は終点においてこのリブ２２により覆われる流路２６′の断面よりも大きい。第二部分２０′に面するリブ２２の面表面は、第一部分２０に面する流路２６′の始点又は終点において、流路２６′の断面に完全に重なり、一方、流路２６′の断面は、第一部分２０′に面する流路２６′の始点又は終点において、第二部分２０′に面するリブ２２の面表面に部分的にしか重ならない。

本例の代替例（不図示）では、第二部分２０′の流路２６′と第一部分２０のリブ２２とが、横断方向において互いに完全に重なる。したがって、第二部分２０′に面するリブ２２の面表面は、第一部分２０に面する流路２６′の始点又は終点において、流路２６′の断面に完全に重なり、流路２６′の断面も、第一部分２０に面する流路２６′の始点又は終点において、第二部分２０′に面するリブ２２の面表面に完全に重なる。これにより、リブのための材料の使用量を最少にしつつ良好な熱交換が実現可能である。

更に、図１２による例において、第一部分２０のリブ２２の少なくとも一つは、続く第二部分２０′の各リブ２２よりも高い。リブの高さとは、内側案内部３２から、即ち、リブの基部から始まる横断方向の寸法である。言い換えれば、この例では、第一部分２０のリブ２２の少なくとも一つは、続く第二部分２０′のリブ２２′よりも空洞１４の中へ横断方向に更に延びている（図１と比較されたい）。放熱体が同心状に設計される場合、例えば、図７による本実施形態にあるように、リブの高さは、半径方向の寸法として定義することができる。より高いリブが設けられる場合、より多い熱の流れが実現され得る。第一部分２０にあるリブの高さがより大きいことは、例えば図１におけるように第二部分に対して第一部分が上流にある場合、この場合にはガスが第二部分上よりも第一部分上で温度がより高いことが予期されるので、特別の利点であり得る。例えば、第一部分２０は、第二部分２０′のリブ２２′よりも少なくとも１０％高い、少なくとも２０％高い、少なくとも５０％高い、又は少なくとも１００％も高い、少なくとも一つのリブ２２を備えることができる。

図１２による例において、各部分のリブ２２及び２２′は、それぞれ密に詰まっている。例えば、ある部分の隣接するリブ同士の距離は、長手方向を横断する方向に測定されたリブの寸法、即ち厚さに比較して小さい。代替として又は加えて、第一部分及び／又は第二部分の少なくとも一方で又は各点で、この点における全てのリブの組み合わされた断面は、リブ間に形成された流路の組み合わされた断面よりも大きい。リブ及び流路のそれぞれ組み合わされた断面とは、それぞれの点における、即ち、それぞれの横断面における、個々のリブ及び流路のそれぞれの断面の合計である。

図１２を参照して説明された特徴は、図１から図１０による本実施形態の各々に同様に引き継がれてもよい。例えば、図７の同心状の設計の場合には、第一部分２０のリブ２２が、第二部分２０′のリブ２２′よりも大きい高さ、即ち、より大きい半径方向寸法を有することは、乱流の発生に関して有利であり得る。この場合には、回転対称軸１６から第一部分のリブ２２までの距離が、回転対称軸１６′からリブ２２′までの距離よりも小さい。

本明細書に記載の実施形態の各々において、リブは、空洞１４、１４′内で横断方向に延びるが、必ずしも対向する空洞の内面へは至らない。言い換えれば、リブ２２及び２２′の少なくとも一つ又はそれぞれが、空洞１４、１４′の中に横断方向に突出し、別の固体構造要素に出会わないということがもたらされ得る。したがって、各リブは、いくつかではなく唯一の連続する表面を有し、その周囲に流体が循環される。したがって、リブは、フィンと呼ばれ得る。特に、空洞１４、１４′の全体が連続する空間領域であるということがもたらされ得る。それによって、比較的大きい空間を覆う乱流パターン及び流れている流体内の良好な熱輸送の形成が可能とされる。

前述の説明、図面、及び特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、本発明を理解するために不可欠であり得、その上、単一の外観でも任意の組み合わせでもあり得る。「いくつかの」とは、「少なくとも二つの」を意味する。個々のリブ２２又は２２′に関して説明された特徴ごとに、リブ２２、２２′のより多く又はほとんど又は全部が、それぞれ、関心の特徴を備えることができるということが利点であり得ると考えられる。更に、個々の流路２６又は２６′を参照して説明された各特徴に関して、流路２６及び２６′のより多く又はほとんど又は全部が、関心の特徴をそれぞれ備えるということが利点であり得る。

１２ 第一セグメント
１２′ 第二セグメント
１４ 空洞
１４′ 空洞
１６ 回転対称軸
１６′ 回転対称軸
２２ リブ
２２′ リブ
２０ 第一部分
２０′ 第二部分
２４ セグメント体
２４′ セグメント体
２６ 流路
２６′ 流路
３０ 軸
３２ 内側案内部
３４ 端部分
３６ 長手方向
３８ 内部空間
４０ 燃焼領域
４２ 開口部
４４ 底面
４６ 底領域
４８ 側面

本発明による熱交換器は、従来技術に基づき、更に、放熱体の内側側面が第一部分及び第二部分を備え、第一部分は互いに対して横断方向にずらされている二つのリブを有し、第二部分は互いに対して横断方向にずらされている二つのリブを有し、第二部分の少なくとも一つのリブが第一部分の各リブに対して横断方向にずらされ、又は第一部分の少なくとも一つのリブが第二部分の各リブに対して横断方向にずらされている。好ましくは、第一部分又は第二部分の少なくとも二つ、三つ、四つ、五つ、又は六つのリブが、第二部分又は第一部分の各リブに対して横断方向にずらされている。最適であるとみなされる一実施形態において、第一部分の各リブは、第二部分の各リブに対して横断方向にずらされている。熱交換器のリブは、熱交換器の流れ領域内に位置する要素であり、この要素は、熱交換器の有効表面を増大させて熱交換器の効率を向上させる。各部分は、例えば、波状又は畝状とすることができる。この場合には、波状の各ピーク、又は畝状の各ピークが、リブを形成する。任意の部分のリブは、互いに平行に延びることができ、等間隔に配置され得る。これは、空洞を通る流体の流れをできる限り均一とすることができる。リブは、細長くすることができる。例えば、各リブの長さは、流れ経路を横断する方向における各リブの最大寸法の３倍より大きく又は１０倍より大きくてもよい。長手方向を横断する方向は、横断方向とも呼ばれる。上述したように、両部分のリブは、互いに対して横断方向にずらされている。したがって、放熱体の内側側面は、二つの部分間の境界で不連続部を有する。これは、部分間の境界で乱流の出現を促進し、したがって、第一部分と第二部分との間の移行部において、表面に近い流体の部分と表面から遠く離れている流体の部分との混合を促進する。これにより、熱交換器の効率が、常に連続的な内側側面を有する熱交換器と比較して、改善される。この種の隣接する部分を二つより多く有することが有利であり得る。第一部分の各リブは、第二部分に面している面表面を有することができる。第二部分の各リブは、第一部分に面している面表面を有することができる。好ましくは、両突出部のどちらも完全に他方の突出部を覆わないという意味で横断面上の第一のリブの面表面の突出部（第一の突出部）と同じ横断面上の第二のリブの面表面の突出部（第二の突出部）とが互いに対してずらされている場合に、第一部分のリブ（第一のリブ）が第二部分の各リブ（第二のリブ）に対して横断方向にずらされているとみなされ、かつこれが成り立つのはその場合に限られる。より簡単な言葉では、これは、前述の両方の面表面のどちらも他方の突出部の上に完全に突出してはいないことを意味し、したがって、第一のリブの面表面は、第二のリブの面表面上に突出しない又は部分的にしか突出せず、第二のリブの面表面は、第一のリブの面表面上に突出しない又は部分的にしか突出しない。横断面とは、長手方向に直交する面であり、即ち、長手方向に平行である法線ベクトルを有する面である。突出部とは、垂直突出部として意味される。例えば、第一の突出部が、第二の突出部の表面の７０パーセント未満しか覆わない、２０パーセント未満しか覆わない、又は１０パーセント未満しか覆わないことさえもがもたらされ得る。代替として又は加えて、第二の突出部が、第一の突出部の表面の７０パーセント未満しか覆わない、２０パーセント未満しか覆わない、又は１０パーセント未満しか覆わないことさえもがもたらされ得る。特に、両突出部は重ならないことがもたらされ得る。両突出部の重なりをできるだけ小さくすることは、乱流の発生の観点で有利とみなされる。

本例では（図１参照）、放熱体１２、１２′は、第一セグメント１２と、それに続く第二セグメント１２′と、を備える。第一セグメント１２は、カップ形状とすることができる。第二セグメント１２′は、リング形状とすることができる。本例では、カップ形状の第一セグメントが底部を有し、該底部の内面が空洞の底面４４を形成する。放熱体の内側側面２０、２０′の第一部分２０及び空洞１４、１４′の第一部分１４が、第一セグメント１２に割り当てられる。放熱体の内側側面２０、２０′の第二部分２０′及び空洞１４、１４′の第二部分１４′が、第二セグメント１２′に割り当てられる。

Claims (15)

1. 流体を案内するための内側案内部（３２）を有すると共に前記流体の熱を放散するための放熱体（１２、１２′）を有する熱交換器（１０）であって、前記放熱体（１２、１２′）は長手方向（３６）に延びる空洞（１４、１４′）を有し、前記内側案内部（３２）の少なくとも一つの端部分（３４）が前記空洞（１４、１４′）の内側に延び、前記端部分（３４）は前記流体を前記空洞（１４、１４′）の底領域に送り込むために前記空洞（１４、１４′）の底面（４４）に面する開口部（４２）を有し、前記内側案内部（３２）の外側側面（４８）と前記放熱体（１２、１２′）の内側側面（２０、２０′）との間に、前記底（４６）から離れるように前記流体を案内するための流れ空間が設けられ、前記流れ空間は前記長手方向（３６）に延びる、熱交換器（１０）において、前記放熱体（１２、１２′）の前記内側側面（２０、２０′）は、
   − 互いに対して横断方向にずらされている少なくとも二つのリブ（２２）を有する第一部分（２０）と、
   − 前記第一部分（２０）に隣接し、互いに対して横断方向にずらされている少なくとも二つのリブ（２２′）を有する第二部分（２０′）と、を備え、
   前記第二部分（２０′）の少なくとも一つのリブ（２２′）が前記第一部分（２０）の各リブ（２２）に対して横断方向にずらされている、又は、前記第一部分（２０）の少なくとも一つのリブ（２２）が前記第二部分（２０′）の各リブ（２２′）に対して横断方向にずらされている、
   ことを特徴とする、熱交換器（１０）。
2. 前記放熱体（１２、１２′）は、
   − 前記第一部分（２０）を備える鋳造又は押し出し成形された第一セグメント（１２）と、
   − 前記第二部分（２０′）を備える鋳造又は押し出し成形された第二セグメント（１２′）と
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第一セグメント及び前記第二セグメントは、同一に構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第一部分（２０）の各リブ（２２）が、前記第二部分（２０′）の二つの隣接するリブ（２２′）間に位置する流路（２６′）へ延びる、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記第一部分の任意の二つの隣接するリブ（２２）間に位置する流路が、前記第二部分（２０′）の一つのリブ（２２′）に延びる、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記放熱体（１２、１２′）又は前記放熱体の少なくとも前記内側側面（２０、２０′）が回転対称軸（１６）を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記第一部分及び前記第二部分（２０、２０′）はそれぞれＮ個のリブを備え、前記第一部分（２０）のｉ番目のリブの位置が３６０°／Ｎ^＊ｉのアジマス角を有し、ここでｉ＝０，．．．，Ｎ−１であり、定数αが区間（０；１／２］内に存在し、前記第二部分（２０′）の各ｊ番目のリブの位置が３６０°／Ｎ^＊（ｊ＋α）のアジマス角を有し、ここでｊ＝０，．．．，Ｎ−１である、請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記第一部分（２０）の前記リブ（２２）及び前記第二部分（２０′）の前記リブ（２２′）は、細長く、前記長手方向に延びる、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 前記第一部分（２０）の前記リブ（２２）及び前記第二部分（２０′）の前記リブ（２２′）はそれぞれ、前記それぞれの部分の全体にわたって前記長手方向に延びる、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. 前記管は、燃焼室を備え、又は燃焼室と連通する、請求項１から９のいずれか一項に記載の熱交換器。
11. 前記放熱体（１２、１２′）の前記内側側面（２０、２０′）は、
    − 前記第二部分（２０）に隣接する第三部分（２０″）を更に備え、前記第三部分（２０″）は互いに対して横断方向にずらされている少なくとも二つのリブ（２２″）を有し、前記第三部分（２０″）の少なくとも一つのリブ（２２″）が前記第二部分（２０′）の各リブ（２２′）に対して横断方向にずらされている、又は、前記第二部分（２０′）の少なくとも一つのリブ（２２′）が前記第三部分（２０′）の各リブ（２２″）に対して横断方向にずらされている、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
12. − 前記第一部分（２０）を備える第一セグメント（１２）を製造するステップと、
    − 前記第二部分（２０′）を備える第二セグメント（１２′）を製造するステップと、
    − 前記第一セグメント（１２）と前記第二セグメント（１２′）とを組み合わせるステップと、
    を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の熱交換器（１０）を製造する方法。
13. 前記第一セグメント及び前記第二セグメント（１２、１２′）を製造するステップが、
    − 前記第一セグメント及び前記第二セグメント（１２、１２′）を鋳造するステップ、
    を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第一セグメント及び前記第二セグメント（１２、１２′）を鋳造するステップが、
    − 前記第一セグメント又は前記第二セグメント（１２、１２′）を鋳型で鋳造するステップと、次いで、
    − 前記第二セグメント又は前記第一セグメント（１２′、１２）を同一の前記鋳型で鋳造するステップと、
    を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第一セグメント（１２）と前記第二セグメント（１２′）とを組み合わせるステップが、
    − 前記第一セグメント（１２）と前記第二セグメント（１２′）とを互いに溶接するステップ、
    を含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。

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