JP2019082317A

JP2019082317A - 熱交換器

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Publication number: JP2019082317A
Application number: JP2018204155A
Authority: JP
Inventors: ファビアンペトル; Fabian Petr; ポビシルジャン; Povysil Jan; マルティンソプヒ; Martin Sopuch
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2019-05-30
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: FR3073042A1; DE102017219433A1; DE102017219433B4; KR102093892B1; KR20190049472A; CN109724432A; FR3073042B1; US20190162489A1; JP6709268B2; CN109724432B

Abstract

【課題】熱交換器を相違する条件に適切にマッチングさせるとともに、熱交換器の性能及び耐久性を維持する。【解決手段】前記熱交換器はハウジング、冷却流体用流入口（１２）及び流出口（１４）を有し、前記ハウジングは内部に空気を通過させるためのライン（２５）を有し、これらラインは前記ハウジングを通じて延長され、前記冷却流体用流入口と流出口は前記ハウジング内に形成され、前記ハウジングは、前記ハウジングを形成する多数のプレート要素（１６、１８、３０）を有し、前記流入口と流出口は相違するプレート要素内に形成され、前記流入口及び／又は流出口が前記プレート要素のバルジング部（ｂｕｌｇｉｎｇ）（２１）内に設けられ、前記バルジング部は前記ハウジングに沿って、前記流入口と流出口を連結する直線に垂直な部品からなる延長部を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関用熱交換器に係り、より詳しくは、熱交換器の設計において、熱交換器を相違する条件に適切にマッチングさせるとともに、熱交換器の性能及び耐久性が維持できる内燃機関用熱交換器に関する。

自動車の技術分野では、内燃機関に供給される空気を冷却させるために、内燃機関に供給されたガス冷却用インタークーラー（ｉｎｔｅｒｃｏｏｌｅｒ）を用いる方法が知られている。このような冷却のためには、熱交換器が用いられ、熱交換器で空気が冷却流体により冷却される。熱交換器は、例えば、ＤＥ１０２００９０５３８８４Ａ１号、ＵＳ２０１２／０２９２００２Ａ１号、ＵＳ２００８／０２８９８３３Ａ１号、ＵＳ２００９／００５６９２２Ａ１号、ＵＳ２０１０／００８９５４８Ａ１号、ＵＳ２００６／００４８７５９Ａ１号、ＷＯ２０１６／００８８５４Ａ１号、ＦＲ２９６８７５３Ｂ１号、ＵＳ２０１３／０１９２８０３Ａ１号、ＵＳ２０１３／０１４６２６７Ａ１号、ＪＰ５８５６０６８Ｂ２号及びＪＰ５８５６０６７Ｂ２号に記載がある。

ＤＥ１０２００９０５３８８４Ａ１号で、熱交換器は、冷却流体を供給するための連結部を有する。この連結部は、ハウジングと繋がっており、このようなハウジングの外側には、バルジング部（ｂｕｌｇｉｎｇ）が設けられている。上記ハウジングは、結合された２つの金属薄板成形部品（ｓｈｅｅｔｍｅｔａｌｆｏｒｍｉｎｇｐａｒｔ）からなり、連結部と関連したバルジング部は同様な金属薄板成形部品で形成されている。
本願発明者が注目したのは、このような熱交換器の設計において、熱交換器を相違する条件に適切にマッチングさせることが難しいという点である。また、ＵＳ２００９／００５６９２２Ａ１号に開示されているように、先行技術では、冷却流体の拡散のために別の部品を必要とするため、熱交換器の性能及び耐久性が低下する一方で、素材の使用量の節減が要求されることが明らかになっている。

ＤＥ１０２００９０５３８８４Ａ１号、ＵＳ２０１２／０２９２００２Ａ１号、

本発明は、熱交換器の設計において、熱交換器を相違する条件に適切にマッチングさせるとともに、熱交換器の性能及び耐久性を維持することを目的とする。

本発明は、冷却流体を利用して空気を冷却させるために形成された内燃機関用熱交換器（１０）であって、前記熱交換器はハウジング、冷却流体用流入口（１２）及び流出口（１４）を有し、この際、
−前記ハウジングは内部に空気を通過させるためのライン（２５）を有し、これらラインは前記ハウジングを通じて延長され、
−前記冷却流体用流入口と流出口は前記ハウジング内に形成され、
前記ハウジングは、前記ハウジングを形成する多数のプレート要素（１６、１８、３０）を有し、前記流入口と流出口は相異するプレート要素内に形成され、
前記流入口及び／又は流出口が前記プレート要素のバルジング部（ｂｕｌｇｉｎｇ）（２１）内に設けられ、前記バルジング部は前記ハウジングに沿って、前記流入口と流出口を連結する直線に垂直な部品からなる延長部を有することを特徴とする。

前記ライン（２６）は、前記熱交換器のベースプレート（ｂａｓｅｐｌａｔｅ）（２４）と繋がり、そして前記冷却流体用流入口及び／又は流出口が関連したベースプレートと一体型であるプレート要素内に形成されていることを特徴とする。

内部で前記流入口と又は流出口が繋がる前記プレート要素の部品と前記ベースプレートが互いに垂直であることを特徴とする。

前記ベースプレートのプレート要素が前記ベースプレート（１２４）に隣接する周辺部品（１２０’）を更に含み、そして前記周辺部品が、その内部で前記流入口又は流出口が繋がる部品（１２０）と共に、前記ベースプレートを取り囲むことを特徴とする。

内部に前記流入口及び／又は流出口が設けられたプレート要素（２０）が前記ハウジングの他のプレート要素（１８）と重畳されることで、前記他のプレート要素（１８）が前記バルジング部（２１）により形成される空洞部の境界を部分的に制限することを特徴とする。

前記ハウジングが基本的に平行六面体の形状を有し、そして前記流入口と流出口が前記平行六面体の同じ側面に形成されていることを特徴とする。

２つのバルジング部（３２１’）がＬ字状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器の設計において、熱交換器を相違する条件に適切にマッチングさせるとともに、熱交換器の性能及び耐久性を維持することができる。

本発明の第１実施形態による熱交換器の斜視図である。図１の（ａ）、（ｂ）は、交換器の熱分解図である。先行技術の流入部の斜視図である。実施形態１の流入部の機能原理の説明図である。（ａ）は、本発明の第２実施形態の斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）は、交換器の熱分解図である。（ａ）は、本発明の第３実施形態の斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）は、交換器の熱分解図である。本発明の第４実施形態の図である。本発明の第５実施形態の図である。

本発明においては、冷却流体を用いて空気を冷却させるために形成された内燃機関用熱交換器はハウジングを有する。このハウジングは内部に冷却される空気を通過させるためのラインを有し、これらのラインはハウジングを通じて延長される。上述した冷却流体は一般的に、例えば、水のような冷却液体である。しかし、他の流体も用いられることができる。冷却される空気を通過させるのに用いられるラインは、冷却流体が通過できる領域と物理的に分離されて、その結果、冷却流体と冷却される空気は混合しない。ハウジングは冷却流体用流入口と流出口を有し、上記冷却流体はこれらを通してハウジング内に入り、又このようなハウジングから出ることができる。

ハウジングは、ハウジングを形成する多数のプレート要素を有し、この場合、冷却流体用流入口と流出口は相異なるプレート要素内に形成されている。このようなプレート要素は、ハウジングを形成する熱交換器の部品である。一般的に、このようなプレート要素は、互いに硬質又は軟質ハンダ付けできる金属プレートからなっている。
流入口及び／又は流出口はプレート要素のバルジング部内に設けられ、バルジング部の外側に向かっている。バルジング部はハウジングに沿って、流入口と流出口を連結する直線に垂直の部品からなる延長部を有する。延長部はバルジング部に沿って延長され、バルジング部の最も長い寸法に従う直線である。即ち、バルジング部の延長部はこのようなバルジング部の最も長い方向に従う。

バルジング部が単一線形要素ではなく、線形の多数の要素からなっている場合、個別要素のそれぞれで異なる延長方向を有する。このような場合、要素の中で１つが上述した方向に沿って延長されることで十分である。流入口及び／又は流出口が提供されているバルジング部は冷却流体が分布するのに用いられる。このようにすれば、冷却流体を分布させるための別の装置を提供する必要がない。上述した通り、これは熱交換器の構造が複雑にならないようにして、上述した短所を防止する。特に、設置される部品が少なく、材料の消費が減少するため、材料費が削減できる。また、相応する熱交換器が長さが長く、狭い設置スペースに有利であり、また、熱交換の性能面で、比較的容易であるということが判明している。バルジング部のこのような配列による冷却流体の良好で均一な分布により、冷却の出力が増加する。

また、冷却流体の均一な分布は冷却流体が特定の地点に留まるか、非常にゆっくり移動することを防止する。このような停滞は冷却流体（液体である場合）が上記の位置で沸き始めることのできるリスクを招き、また損傷及び性能の低下につながる恐れがある。
本発明とは対照的に、先行技術で冷却流体は別の冷却流体分配器を通じて、分配されるが、本発明ではこのような分配器が省略できる。
このような点において、上記延長の方向は、冷却される空気を冷却させるためのラインが延長される方向に完全に垂直であることが望ましい。これにより、ラインと関連した冷却流体の効率的な分配がなされ、冷却流体をより良く冷却できる。

流入口及び流出口が相違するプレート要素内に形成されることにより、例えば、プレート要素の中で１つだけを交替させることで、熱交換器は多様な要求事項に適切に容易にマッチングできる。
ラインが熱交換器のベースプレート（ｂａｓｅｐｌａｔｅ）と繋がり、そして冷却流体用流入口及び／又は流出口が関連した上記ベースプレートと一体型であるプレート要素内に形成されていることが望ましい。この場合、ベースプレートは、空気がこのような冷却される空気を通過させるためのライン内に流入することのできる、即ち、開口を有するプレートを意味し、この際、上記開口はベースプレート内にある相応する開口と同一平面に置かれ、このような開口と連結されている。流入口及び／又は流出口が関連したベースプレートを有するプレート要素内に形成されることにより、相応する熱交換器が容易に製造でき、複雑にならない。これにより、製造コストが削減できる。

流入口及び／又は流出口が繋がる上記プレート要素の部品と底プレートが実際に互いに垂直であることが望ましく、相応する熱交換器が低コストで製造できる。
また、ベースプレートのプレート要素は、このようなベースプレートに隣接する周辺部品を有し、この場合、上記周辺部品は流出口又は流入口が繋がる部品と共にベースプレートを取り囲むことが望ましい。このような付加的な周辺部品により、全体的にベースプレートのプレート要素がエプロン形状（ａｐｒｏｎｓｈａｐｅ）をなし、熱交換器の構成を容易にして、これはまた費用の削減につながる。

また、流入口及び／又は流出口が提供されている上記プレート要素は、ハウジングの他のプレート要素と重畳されることが望ましく、その結果、上記他のプレート要素はバルジング部により形成される空洞部の境界を部分的に制限する。このような重畳部を通じて上記空洞部から外部に流れる冷却流体の流れが制御できるが、その理由は、熱交換器の製造時に重畳部の大きさを所望通り選択できるためである。これは、変化する条件に対する熱交換器の改善された適用性につながる。

ハウジングは、平行六面体の形態を有することが望ましく、流入口と流出口は上記平行六面体の同一側に形成されている。このような熱交換器は流入口と流出口が同じ側面上に形成されるため、空間が節約され装着が容易である。
また、１つ以上の、望ましくは１つのバルジング部がＬ字状に形成されていることが望ましい。バルジング部を適切に形成することで、冷却流体が良く分布できる。しかし、他の形態も相応する長所を提供できる。

図１は、第１実施例による熱交換器（１０）の斜視図であり、図２（ａ）は、図１の熱交換器の分解図であり、図２（ｂ）は、多様な方向から観察した熱交換器の図である。
熱交換器（１０）は、ハウジング（１１）を有し、このようなハウジングを通じて、冷却される空気を通過させるためのライン（２５）が延長される。これらラインは、熱交換器の周辺に対してインターフェースを形成するベースプレート（２４）内で終了する。
ラインの流入口側と流出口側に提供された上記ベースプレート（２４）は側面プレート（１６）、下部プレート（３０）及び上部プレート（１８）と共に、平行六面体の形状を有するハウジング（１１）を形成する。本発明と関連して、側面プレート（１６）、下部プレート（３０）、上部プレート（１８）及びベースプレート（２４）は「プレート要素」とする。ライン（２５）内には、金属材料で作られて、熱伝導を増加させる薄い膜（ｌａｍｅｌｌａ）（２５’）が配置されている。このような薄い膜はライン（２５）の壁の間で延長される。

側面プレート（１６）は単純な長方形の形状を有する一方で、下部プレート（３０）は上記側面プレート（１６）と重畳される突出した側面エッジを有する長方形である。
このような重畳部においては、下部プレート（３０）と側面プレート（１６）が連結されている。上部プレート（１８）は実際にＨ字状を有し、この際、上部プレートの長さ方向の側面は側面プレート（１６）と連結されている。上記Ｈの開口には、ベースプレート（２４）の要素（２０）が配置され、このような要素（２０）は上部プレート（１８）と連結されている。上記要素（２０）は、それぞれ冷却される空気を通過させるためのライン（２５）の延長方向に垂直に延長されるバルジング部（２１）を有する。

このようなバルジング部（２１）にはそれぞれ冷却流体（例えば、水）用の流入口（１２）と流出口（１４）が提供されている。流入口（１２）を通じて流入する冷却流体は、通過した後、冷却される空気の流れ方向に垂直であるバルジング部（２１）内で広がる一方で、上記冷却流体はそれと同時に下部プレート（３０）の方向にパイプラインの間を流れる。このような場合、冷却流体はバルジング部（２１）内に提供された流出口（１４）を通じて再び熱交換器（１０）から流出する。冷却空気供給部との連結のために、冷却される空気の流入口又は排出口には、またアダプター（２６又は２８）が提供されている。

図４に示す通り、バルジング部（２１）により境界が決まった上部プレート（１８）と空洞部（２０’）の間には重畳部（ａ）が存在する。このような重畳部により、冷却流体が流出できる表面積が制御できる。このような場合では、冷却流体が、図４において破線で示すように流れる。重畳部（ａ）は簡単に変更できるため、相応する熱交換器が多様な応用分野に容易に適用できる。このようなことは、上記のような可変マッチングが不可能な図３に示されている従来技術の例とは区別される。この場合、冷却流体は、このような冷却流体の流出が意図的に調整できず、流入口（１２’）を通じて空洞部（２０’）に流入する。

一方、本発明の第２実施形態は図５（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。この場合、第１実施形態との本質的な差は、ベースプレート（１２４）が追加部品（１２０’）を有し、このような追加部品（１２０’）は部品（１２０）と共に、エプロンの形状でベースプレート（１２４）を取り囲むことである。このようなエプロン内には、ハウジング（１１０）の残った部品が挿入でき、この場合、上記エプロンは上記部品を安定させる。この点においては、上記のような平行六面体形状のハウジング（１１０）はより容易に製造できる。バルジング部（１２１）に隣接してベースプレート（１２４）を取り囲む側面では、部品（１２０’）が他の側面より低く形成されている。本発明によれば、このような位置では、作用する力が比較的小さいため、熱交換器（１０）の安定性に悪い影響を与えず、材料を節約できる。上述した差を除いて、ハウジングの他の設計は同様にできる。図５ａ及びｂにおいて、図面符号１２６及び１２８は相応するアダプターを示す。

本発明の第３実施形態は図６（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。これは図５（ａ）及び（ｂ）に示す第２実施形態の変形例である。第２実施形態では、追加部品（１２０’）がベースプレート（１２４）に対して可変的高さで延長されており、第３実施形態では、相応する部品（２２２’）がベースプレート（２２４）に対して一定の高さを有する。プレート要素（２２０）のこのような設計は高さの変化が発生しないため、熱交換器（２１０）の安定性を増加させる。この実施形態では、また流入口と流出口が平行六面体の向き合う表面に提供されて、これは流動抵抗を減少させて流速の増加につながる。このような点において、冷却効率が向上する。

本発明の第４実施形態は図７を参照して説明する。この場合は、膨張部の中の１つのバルジング部（３２１’）がＬ字状に設計されている。バルジング部のこのような設計は、冷却流体の分布をより改善して、より少ない流動抵抗を発生させる。これは上記バルジング部が冷却流体の流入口に提供される時、特に有利である。
本発明の第５実施形態は図８に示している。この場合は、流入口と流出口がバルジング部がそれぞれＬ字状である。このような設計は流動抵抗を一層減少させる。

１０内燃機関用熱交換器
１１、１１０ハウジング
１２、１２’ 流入口
１４流出口
１６、１８、２０、３０、２２０要素、プレート要素
２０’ 空洞部
２１、１２１，３２１’ バルジング部
２４、１２４、２２４ベースプレート
２５、２６ライン
２５’ 薄い膜
２６、２８、１２６、１２８アダプター
１２０、１２０’ 部品、周辺部品、追加部品
（ａ）重畳部

Claims

冷却流体を利用して空気を冷却させるために形成された内燃機関用熱交換器（１０）であって、前記熱交換器はハウジング、冷却流体用流入口（１２）及び流出口（１４）を有し、この際、
−前記ハウジングは内部に空気を通過させるためのライン（２５）を有し、これらラインは前記ハウジングを通じて延長され、
−前記冷却流体用流入口と流出口は前記ハウジング内に形成され、
前記ハウジングは、前記ハウジングを形成する多数のプレート要素（１６、１８、３０）を有し、前記流入口と流出口は相違するプレート要素内に形成され、
前記流入口及び／又は流出口が前記プレート要素のバルジング部（ｂｕｌｇｉｎｇ）（２１）内に設けられ、前記バルジング部は前記ハウジングに沿って、前記流入口と流出口を連結する直線に垂直な部品からなる延長部を有することを特徴とする熱交換器。
前記ライン（２５）は、前記熱交換器のベースプレート（ｂａｓｅｐｌａｔｅ）（２４）と繋がり、そして前記冷却流体用流入口及び／又は流出口が関連したベースプレートと一体型であるプレート要素内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
内部で前記流入口と又は流出口が繋がる前記プレート要素の部品と前記ベースプレートが互いに垂直であることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
前記ベースプレートのプレート要素が前記ベースプレート（１２４）に隣接する周辺部品（１２０’）を更に含み、そして前記周辺部品が、その内部で前記流入口又は流出口が繋がる部品（１２０）と共に、前記ベースプレートを取り囲むことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
内部に前記流入口及び／又は流出口が設けられたプレート要素（２０）が前記ハウジングの他のプレート要素（１８）と重畳されることで、前記他のプレート要素（１８）が前記バルジング部（２１）により形成される空洞部の境界を部分的に制限することを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載される熱交換器。
前記ハウジングが基本的に平行六面体の形状を有し、そして前記流入口と流出口が前記平行六面体の同じ側面に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載される熱交換器。
２つのバルジング部（３２１’）がＬ字状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載される熱交換器。