JP2017511460A - 自動車両用の熱交換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１および第２の流体の間で熱交換を行う、とりわけ自動車両の燃焼エンジンへの給気用の熱交換器（１）であって、第１の流体を通過させる少なくとも１つの熱交換コアバンドル（５）と、前記熱交換コアバンドル（５）を内部に格納するとともに第２の流体を通過させることができるケーシング（７）とを備え、前記熱交換器（１）が、前記熱交換コアバンドル（５）と前記ケーシング（７）との間に配置されるとともに前記第２の流体がコアバンドル（５）を迂回できる範囲を制限する少なくとも１つのシール（９）を備えた熱交換器（１）に関する。

Description

本発明は、熱交換器に関するものであり、とりわけ、自動車両のエンジン、より詳細には、過給空気（supercharging air）と称されるものを供給する圧縮機またはターボ圧縮機から給気（給気（charge air））が入って来るようなエンジンに、空気を供給する熱交換器に関する。

以下では、給気または過給空気は、エンジンの給気回路から来る空気のみ、並びに空気とエンジンの排出口で回収された排ガスとの混合物であって一般に頭字語ＥＧＲ（排気再循環）として知られる系に係るものの、両方を含むと理解されるものとする。

ターボチャージャー（turbo charger）付きエンジンに取入れられる給気の密度を増加させるためには、圧縮機を脱する給気の冷却を、給気冷却器または短縮してＣＡＣとしても知られる熱交換器を用いて実行することが知られている。

給気冷却器は、少なくとも１つの熱交換コアバンドル（core bundle）を備える。この熱交換コアバンドルは、冷却されることになる給気用の循環ダクトと交換冷却流体の循環用のダクトとを交互に形成するプレートの積層を含む。

この交換器は概して、燃焼エンジンの給気マニホールド内に組み込まれる。熱交換の有効性は、コアバンドルとマニホールドとの間での漏出のレベルに大いに依存する。この領域での封止が貧弱であると、交換器性能が著しく低下してしまう。加えて、マニホールド内でのコアバンドルの正確で再現性の良い位置決めを保証することが、封止を確保するには基本的に重要である。

この目的のため、本発明は、第１および第２の流体の間での熱交換用の熱交換器に関するものであり、とりわけ、空気を自動車両の燃焼エンジンに供給する熱交換器であって、第１の流体を通過させる少なくとも１つの熱交換コアバンドルと、前記熱交換コアバンドルを内部に格納するとともに第２の流体を通過させることができるケーシングとを備える熱交換器に関するものである。

本発明によれば、前記熱交換器は、前記熱交換コアバンドルと前記ケーシングとの間に配置されて第２の流体がコアバンドルを迂回できる範囲を制限する、少なくとも１つのシールを備える。

換言すると、コアバンドルとケーシングとの間に残る隙間は、シールの圧縮が生じるように構成されており、次にこのシールにより、第２の流体に対する封止が得られる。前記シールにより、第２の流体が熱交換コアバンドルを通らずにケーシングの吸入口から排出口へ直接通過することが防止される。これによりさらに、第２の流体の一部分が冷却されないままで交換器を出ることは不可能になる。

有利には、ケーシングは、エンジンの給気口に接続されるように構成される。前記熱交換器は、とりわけ、エンジン給気の冷却に使用される。

単独で、または組み合わせで考えうる本発明のその他の特徴によれば：
− 前記シールは、コアバンドルの流出面の高さに位置しており、
− 前記ケーシングは、その面の１つに沿って、前面フランジと称するプレートにより閉鎖され、このプレートに、前記熱交換コアバンドルが、流体漏れのないようにして固定されており、
− 前記熱交換コアバンドルは、矩形の平行六面体であり、
− 前記コアバンドルは、前記前面フランジに固定された広い面、これと反対側の広い面、およびこれらの広い面に接続する側面を有し、前記シールは、前記前記側面に沿って、そして前面フランジに固定された前記広い面の反対側の前記広い面に沿って延在しており、
− 前記熱交換コアバンドルは、前記前面フランジと反対側の広い面に沿って、構造プレートと称するプレートにより閉鎖されており、
− 熱交換コアバンドルは、互いに積層された複数の流体循環プレートを備え、前記プレートそれぞれが、幅方向の、特に、それらの面に対して垂直な少なくとも１つのリムを有しており、
− 前記リムは、コアバンドルの側面に対して垂直であり、
− 前記リムは、プレートの頂部から突出しており、
− 前記リムは、プレートの積層の方向に平行な、とりわけ、第２の流体がコアバンドルに入るまたはそこから脱するのに通過する長手方向の吸入口面または排出口面の縁部、特に、第２の流体がコアバンドルから脱するのに通過する長手方向の出口面の縁部に平行な、まったく同一の方向に配列され、
− 前記構造プレートは、プレートの前記リムを含む面を通過する少なくとも１つのリムを備え、
− 前記シールは、コアバンドルのプレートの前記リムに沿って、および／または構造プレートの前記リムに沿って実装され、
− 前記シールは、Ｕ字形の断面、とりわけ、規則的な断面を有しており、これは前記コアバンドルのプレートのリムおよび／または前記構造プレートのリム全体にわたって係合することができ、
− 前記シールは、前記コアバンドルのプレートのリムおよび／または前記構造プレートのリムに沿って、とりわけコアバンドルの側面および構造プレートのそれぞれに沿って、連続的に延在しており、
− 前記シールは、リップ、とりわけ、賦形された外側リップを備え、
− 前記賦形された外側リップは、ケーシングの壁に対して押圧されて、とりわけ圧縮されて、第２の流体に対する、コアバンドルとケーシングとの間の封止を提供するようになっており、
− 前記シールは、熱可塑性材料またはエラストマーから形成された構成要素であり、
− 前記シールは、前記コアバンドルのプレートのリムおよび／または前記構造プレートのリムに固定する、とりわけ留め具により固定することができ、
− 前記シールは、Ｕ字に成形されて、コアバンドルおよび構造プレートの前記側面に沿って延在するようにしてあり、
− 前記シールは、二つのヒンジ領域を、構造プレートに合致するＵ字の主枝の両端部に各１つ備えており、前記ヒンジ領域により、Ｕ字開口をさらに広げたり初期形状に戻したりして、シールをコアバンドル上に容易に取り付けることができるようになっており、
− 前記ケーシングは、前記シール用の格納部を含み、
− 前記格納部は、リブ形状に構成されており、この形状により、シールを備えたコアバンドルを、摺動させることによりケーシング内に装着することが可能となり、
− 前記格納部は、剛性となるように構成されて、とりわけスチフナ（防撓材、補強材）として働くことによって、コアバンドルを格納部内で機械的に強固に保持するようになっており、これによって、コアバンドルとケーシングとの間の接続における隙間と支持されていないオーバーハング量とがなくなり、振動が減衰するので、コアバンドルの振動周波数モードが増加して各モードでの振動の振幅が減弱し、
− シールは、とりわけ、ケーシング内にコアバンドルを保持するように、前記格納部と協働する支持ビードを備える。

本発明はまた、そうした熱交換器を組み立てる方法に関するものであり、この方法は、以下のステップ：
− 熱交換コアバンドルの上、とりわけコアバンドルプレートリムの上、および／または構造プレートリムの上に、前記シールを取り付けること、ならびに
− ケーシングの内部にシールを備えたコアバンドルを取り付けること、を備える。

前記コアバンドルは、前面フランジによりケーシングに固定され、とりわけ、ケーシングにネジ留めされ、第２の流体がケーシングから漏出するのを防止する目的で、別のシールが介在している可能性もある。

本発明はまた、上記の熱交換器を備えた車両エンジン給気モジュールに関する。

本発明のさらなる利点と特徴は、本発明のいくつかの実施形態の記載を参照することにより、そして添付図面を参照することにより、さらに明らかになる。

本発明のひとつの実施形態に係る熱交換器の拡大透視概略図である。 図１に係る熱交換器の、組立工程における熱交換コアバンドルおよびシールの透視概略図である。 シールの拡大透視図であって、特にその断面を示すものである。 図１の交換器の熱交換コアバンドルの立面図である。 図４のＡ−Ａ上の部分断面図である。 シールのヒンジ領域における図４の詳細の拡大図である。 シールを取り付ける方法を示した、熱交換コアバンドルの図である。 シールを取り付ける方法を示した、熱交換コアバンドルの図である。 実施形態の代替形態を示した、図５と同様な部分断面図である。 コアバンドルとケーシングとの間に取り付けられたシールの部分断面図であり、コアバンドルの構造プレートのリムに沿ったものである。

図面、特に図１および２を参照すると、本発明は、熱交換器１、とりわけ給気を自動車両の燃焼エンジンに供給するものに関しており、本明細書のとおりである。この交換器は、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換を可能にする。例示の出願においては、第１の流体Ｆ１は、冷却液、とりわけグリコール水であり、第２の流体Ｆ２は、冷却の必要な給気である。このようにこの交換器１は、例えば、燃焼エンジンの給気マニホールド３内に組み込まれた給気冷却器を形成する。

前記交換器１は、第１の流体Ｆ１を通過させる少なくとも１つの熱交換コアバンドル５と、前記熱交換コアバンドル５を内部に格納して前記第２の流体Ｆ２を通過させることができるようにしたケーシング７とを備える。

本発明によれば、前記熱交換器１は、前記熱交換コアバンドル５と前記ケーシング７との間に配置されて第２の流体Ｆ２がコアバンドル５を迂回できる範囲を制限する少なくとも１つのシール９を備える。

本発明により、熱交換コアバンドル５とケーシング７との間での第２の流体Ｆ２の通過が防止される。そのような特徴により、交換器の熱効率を大いに改善することができる。詳細には、コアバンドルが高密度であること、従ってバンドル内で第２の流体Ｆ２にかなりの圧力降下が生じることが理由となって、ケーシングとコアバンドルとの間での漏出が最小量であったとしても、交換器を通過する非冷却ガスの流れが顕著となる。

図１に見られるとおり、ケーシング７は、ここではエンジンの給気口１１に接続するように構成される。ケーシングはとりわけ、突出部、すなわち排出マニホールド１３を、その広い面の１つの上に有し、その形状により、ケーシングは前記給気口１１に接続される。第２の流体用の吸入マニホールドは、その反対側の面上に位置している。

ここでは、前記ケーシング７は、その面の１つの上で、前面フランジ１５と称するプレートにより閉鎖され、この前面フランジに、前記熱交換コアバンドル５が、流体漏れのないようして、とりわけロウ付けにより固定される。この前面フランジ１５は本明細書では、ネジ１７により、ケーシング７に固定される。第２の流体が外部へ漏出するのを防止するために、もうひとつのシールを前記フランジ１５と前記ケーシング７との間に使用してもよい。前記フランジ１５はまた、吸入および排出パイプ１９を備え、これらにより、第１の流体が熱交換コアバンドルに入りそしてそこから出る。この前面フランジ１５は、ケーシングの開口部２１を閉鎖しており、この開口部は、熱交換コアバンドル５がケーシング内部に装着されようとしている場合に、これが通るように意図したものであることに留意されたい。

前記熱交換コアバンドル５は、この例では矩形の平行六面体である。これは、第１のおよび第２の流体用の循環ダクトを交互に形成するプレートの積層２３を含む。これらのプレートは、例えば、対をなして組み立てられ、第１の流体用の循環ダクトを形成する。この例では、前記ダクトはＵ字形に構成されており、第１の流体は、コアバンドル５の全く同一の側３１に沿って位置する開口からプレート対に入り、そしてそこから出る。プレート対の開口は、対どうしで互いに連通して、第１の流体用の吸入マニホールドおよび排出マニホールドを形成し、これらはそれぞれ、前面フランジ１５のパイプ１９と連通している。前記プレートは、例えば、プレス成形され、続いて積層して１つにロウ付けされる。プレート２３と第２の流体との間の熱交換は、部分的には、プレート対の間に位置するタービュレーター２５を介して達成される。

ここでの前記熱交換バンドル５は、前記前面フランジ１５と反対側の広い面に沿って、構造プレート２７と称するプレートにより閉鎖されている。このプレート２７は、例えば、ロウ付けによりコアバンドルに固定される。

プレート２３はそれぞれ、それらの面から、とりわけそれらの面に対して垂直に突出して形成されたリム２９を有していてもよい。本明細書でのリム２９は、コアバンドルの側面３１、すなわち長手方向の吸入口および排出口面３３に隣接する面に対して垂直であり、これらの吸入口および排出口面を介して、空気がコアバンドルに入りそしてそこから出る。このまたはこれらのリム２９は、特に図７〜図９に見ることができ、好ましくは、プレート対の位置で均等に間隔を空けた複数の同一リム２９として配列されている。

前記リム２９は有利には、プレートの積層の方向に平行な全く同一方向に配列されている。それらは、例えば、バンドルの長手面３３の縁部３５に沿って、この例では、第２の流体の排出口用の長手面に沿って位置している。

換言すれば、前記リム２９は、線ｄに沿ったリム全体を形成し、この例ではこの線は、コアバンドルからくる第２の流体の排出用である前記長手面３３の縁部の線３５である。

前記リム３９は、前記長手方向の面３３に沿って延在し、タービュレーター２５に接触するようになっていてもよい。それらはさらに、前記タービュレーターによって被覆されていないプレートの領域を第２の流体が通過するのを防止する仕切りを形成し、これにより熱交換が促進される。

前記構造プレート２７はまた、少なくとも１つのリム３７、この例では、プレート２３の前記リム２９を含む面を通過する均一なリム３７（図１０）を有する。このリム３７は直線的であり、構造プレート２７の面に対して垂直である。

前記シール９は、コアバンドルのプレートの前記リム２９に沿って、そして構造プレートの前記リム３７に沿って取り付けられ、それらに固定、例えば結合される。

有利には、ここでは、前記シール９は、コアバンドル５の３つの側に沿った、コアバンドルのプレートの前記リム２９上に、そして構造プレートの前記リム３７上に取り付けられる。シールはとりわけ、Ｕ字形状（図７および図８）を有するように構成されており、コアバンドルの前記側面３１および構造プレート２７のそれぞれに沿った、バンドルのプレートの前記リム２９、および構造プレートの前記リム３７に沿って、長手方向にそして連続的に延在するようになっている。

加えて、前記シール９は、均一なＵ字形断面（図３）を有しており、この断面により、シールが、コアバンドルのプレートの前記リム２９および構造プレートの前記リム３７上に係合、またはこれらを受容することが可能となっている。係合は、シールが係合の後に保持されるように、比較的密な嵌合であっていてもよい。リム２９および３７の形状は、ここでは同じであるが、異なる可能性もあり、シール９は、相補的な形状を有している。

好みにより、前記シール９は、コアバンドルのプレートの前記リム２９および構造プレートの前記リム３７に係合した後に、これらに固定する、とりわけ、図５に見られるように、Ｕ字の留め具３８により固定することができる。

前記シール９は、賦形された外側リップ３９（図９および図１０）を有し、この例ではこの部分は、端部４１において先細った丸みのある断面の長手方向の形状を有している。

前記外側リップ３９は、ケーシングの壁４３に対して押圧すること、とりわけ圧縮することができ、これによって、前記第２の流体に対してコアバンドルとケーシングとの間の前記封止が得られるようになっている。

より詳細には、シール９は、ケーシングの賦形された凹部４５内に格納され、この賦形された凹部はシールに対し相補的である。この例における凹部４５は、シール９を収容する矩形の断面を有しており、とりわけ、そのシールが凹部の二つの対向する側面４７の間で圧縮されるようになっている。シール９はとりわけ、リップ３９に対向する端部にビード状部分４９を有し、これによりコアバンドル５を、ケーシング７内に強固に保持することができる。

前記シール９は、熱可塑性材料またはエラストマーから形成された構成要素、とりわけ、前記封止の圧縮に耐えられるように、特定の許容差の範囲内で変形可能なものから形成するのが有利である。圧縮前後のこの許容差は、例えば、０．１ｍｍと０．２５ｍｍの間に含まれる。

ここまでに言及したように、前記シール９はＵ字形であって、コアバンドルの前記側面３１および構造プレート２７に沿って延在するようになっている。構造プレート２７に合致するＵ字の主枝の各端部では、ここでのシール９は、ヒンジ領域５１（図６および７）を備えており、前記二つのヒンジ領域５１は、シールがコアバンドル上に取り付けられようとしているときにはＵ字の開きが増大するように、そして、前記リム２９、３７全体にわたる係合が成った時点ではＵ字がその初期形状に戻るように設計されている。そのような配列により、コアバンドル上にシールをいっそう容易に実装することができる。シールは、その嵌合の最後にリム３７全体にわたって係合されるまで、リム２９（図８）に沿ってさらに摺動（スライド）させてもよい。

前記ケーシング７は、前記シール９用の格納部を有し、この例ではこの格納部は、前記凹部４５である。この格納部４５は、リブ形状に、特に前記矩形断面に成形され、これにより、シール９を備えたコアバンドル５を前記開口部２１から摺動させることによってケーシング７内に装着できるようになっている。

前記格納部４５は、剛性となるように構成され、とりわけスチフナ(防撓材、補強材)として作用することにより、コアバンドル５をケーシング７内に機械的に強固に保持するようになっている。この配列により、コアバンドルとケーシングとの間の接続における隙間と支持されていないオーバーハングとをなくすことができ、振動が減少する。よって、コアバンドルの、そしてそれにより交換器１の振動周波数モードが増加し、各モードでの振動の振幅が減弱する。交換器の信頼性とその静粛な運転性が向上する。

そのような熱交換器１の組み立て方法を次に記載する。方法は、以下のステップ：
− 前記シール９を熱交換コアバンドル５上に、とりわけコアバンドル・プレートの前記リム２９上、および構造プレートのリム３７上に取り付けること、ならびに
− ケーシング７内にシール９を備えたコアバンドル５を、特に、前記凹部４５に沿って前記ケーシング７の前記開口部２１からその中に摺動させることによって装着すること、を含む。

前記コアバンドル５は続いて、ケーシング７に、その前面フランジ１５により固定され、この例では全面フランジは、ケーシングの開口部２１の縁部上にネジ留めされる。

本発明はまた、熱交換器を備えた車両エンジンの給気モジュール５３に関するものであり、上記のとおり、そして図１において一部見られるとおりである。

本発明はこのように、熱交換器、とりわけ、車両エンジン用の給気冷却器であって、良好に、静粛に、そして信頼性良く動作するものに関する。

Claims (15)

1. 第１および第２の流体の間で熱交換を行う、とりわけ自動車両の燃焼エンジンへの給気用の熱交換器（１）であって、第１の流体を通過させる少なくとも１つの熱交換コアバンドル（５）と、前記熱交換コアバンドル（５）を内部に格納するとともに第２の流体を通過させることができるケーシング（７）と、を備え、前記熱交換器（１）が、前記熱交換コアバンドル（５）と前記ケーシング（７）との間に配置されるとともに前記第２の流体がコアバンドル（５）を迂回できる範囲を制限する少なくとも１つのシール（９）を備えている、熱交換器（１）。
2. 前記シール（９）が、前記コアバンドル（５）の流出面の高さに位置する、請求項１に記載の熱交換器（１）。
3. 前記ケーシング（７）が、その面の１つに沿って、前面フランジ（１５）と称されるプレートによって閉鎖されており、このプレートに前記熱交換コアバンドル（５）が、流体漏れのないようにして固定されている、請求項１または２に記載の熱交換器（１）。
4. 前記コアバンドル（５）が、前記前面フランジ（１５）に固定された広い面、これと反対側の広い面、及びこれらの広い面に接続する側面（３１）を有し、前記シール（９）が、前記前面フランジ（１５）に固定された前記広い面の反対側の前記広い面に沿って、かつ前記側面（３１）に沿って延在している、請求項３に記載の熱交換器（１）。
5. 前記熱交換コアバンドル（５）が、前記前面フランジ（１５）と反対側の前記広い面上で、構造プレート（２７）と称するプレートにより閉鎖されている、請求項４に記載の熱交換器（１）。
6. 前記熱交換コアバンドル（５）が、互いに積層された複数の流体循環プレート（２３）を含み、前記プレート（２３）がそれぞれ、それらの面に対して垂直な少なくとも１つのリム（２９）を有し、前記リム（２９）が、前記プレートの積層の方向に平行な同一方向に配列されている、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
7. 前記リム（２９）が、前記プレート（２３）の頂部から突出している、請求項６に記載の熱交換器（１）。
8. 前記シール（９）が、前記コアバンドルのプレートのリム（２９）上に取り付けられている、請求項６から７のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
9. 前記コアバンドル（５）が、前記プレート（２３）の前記リム（２９）を含む面を通過する少なくとも１つのさらに低位のリム（３７）を含み、前記シールが、前記構造プレートのリム（３７）上にも取り付けられている、請求項８に記載の熱交換器（１）。
10. 前記シール（９）が、前記コアバンドルのプレートのリム（２９）および／または前記構造プレートリム（３７）全体にわたって係合可能なＵ字形断面を有する、請求項８から９のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
11. 前記シール（９）が、前記コアバンドルプレートリム（２９）および／または前記構造プレートリム（３７）に沿って連続的に延在するように構成された、請求項８から１０のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
12. 前記シール（９）が、賦形された外側リップ（３９）を備え、前記リップ（３９）を前記ケーシング（７）の壁（４３）に対して押圧することが可能な、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
13. 前記ケーシング（７）が、前記シール（９）用の格納部（４５）を含み、前記格納部（４５）が、リブ形状に構成されている、請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
14. 前記シールが、熱可塑性材料またはエラストマーの構成要素である、請求項１から１３のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
15. 請求項１から１４のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）を備えた、自動車両給気モジュール（５３）。

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