JP2019512060A - 特に自動車の内燃機関用の油水熱交換器 - Google Patents
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Abstract
本発明は、熱交換器の外側及び／又は内部に施工された少なくとも一つの電気加熱コーティング（１３）を備える油水熱交換器、特に自動車の内燃機関に接続するための油水熱交換器に関する。
Description
本発明は、請求項１による油水熱交換器、及び、請求項１１による、油水熱交換器を製造するための方法に関する。
例えば、ＥＰ２４６６２４１Ａ１には、一方を他方の上に積み重ねて、互いに半田付けされた複数のトラフ要素を有する油水熱交換器が記載されている。このような油水熱交換器は一般に、内燃機関の冷却回路に一体化され、例えば、エンジンオイルを冷却するために使用することができる。
米国特許出願公開第２０１５／０１７６９１３（Ａ１）号には、更なる油水熱交換器が提示されている。特定の実施形態では、前記文書は、熱交換器で互いに相互作用する流体の一方を温めるために、熱交換器の内部空間の電気ヒータを提案している。
知られている油水熱交換器の場合、これらの熱交換器では、予熱は全く不可能であるか、又は比較的大きな費用をかけて非効率な（特にゆっくりとした）仕方でのみ可能となることが不都合であると基本的には認識されている。特に、エンジンオイルが運転温度でないときに形成する汚染物質の削減は、改善する必要があると考えられている。
従来技術に関しては、基本的に、ＷＯ２０１３／１８６１０６Ａ１及びＷＯ２０１３／０３００４８Ａ１もまた参照される。前記文書には、電圧をかけたときに（又は、電流が流れたときに）温かくなる電気加熱層を有するヒータが記載されている。
したがって、簡単で信頼性のある仕方で油水熱交換器のオイルを温めて、その結果、汚染物質の形成を削減できるようにすることが本発明の目的である。
前記目的は、請求項１の特徴によって達成される。
具体的には、この目的は、熱交換器の外側及び／又は内部に施工された少なくとも一つの電気加熱コーティングを備える油水熱交換器、特に内燃機関に接続するための油水熱交換器によって達成される。
本発明の核心の概念は、ＷＯ２０１３／１８６１０６Ａ１又はＷＯ２０１３／０３００４８Ａ１からそれ自体知られている電気加熱コーティング（電気加熱コーティングは、これ以降、短くして「加熱コーティング」と称する）を油水熱交換器内で又はそれに付けて使用することにある。ここで、（特に１００Ｖより低い低電圧印加、例えば、１２又は２４又は２８ボルトの場合でさえ）オイルを満足に、特に急速に温めることを実現することができることを見出したことは驚くべきことである。したがって、（例えば、米国特許出願公開第２０１５／０１７６９１３（Ａ１）号で提案されているような）別個のヒータの必要性はなくなる。これは、油水熱交換器の製造コスト及び構造的なスペースを削減する。したがって、低電圧印加（特に１００Ｖより低い電圧）では特に、確実に比較的安価な製造も可能であり、その結果、（例えば、ＷＯ２０１３／１８６１０６Ａ１で記載されているような）高電圧印加の場合のような「精密さ」の必要性がない。更に、本使用状況では、電気加熱コーティングの遮蔽（外側への絶縁）は、場合により、完全に省くことができる。
第１の実施形態では、加熱コーティングは、油水熱交換器に間接的に、具体的には、絶縁層の上に施工される。前記タイプの絶縁層は、例えば、接着促進材層によって形成することができる、又は前記タイプの接着促進材層によって油水熱交換器に取り付けることができる。絶縁層に対しては、ポリマ材又はセラミック材（例えば、Ａｌ２Ｏ３）を使用できることが好ましい。しかしながら、絶縁層は、不動態化、特に酸化、特に（アルミニウム又はアルミニウム合金の）陽極酸化によって設けられることが好ましい。下地の表面は、場合により、油水熱交換器のハウジング、特にカバーとすることができる。概して（低電圧印加では特に）、簡単であるが十分な電気絶縁が得られる。或いは、加熱コーティングは、（例えば、低電圧印加、及び／又は、下地の表面が非導電性又は低導電性の場合）、油水熱交換器、特に油水熱交換器のハウジングに直接施工することさえできる。加熱コーティング及び／又は絶縁層は、（全）表面にわたって油水熱交換器に施工されることが好ましい。加熱コーティング及び／又は絶縁層は更に、（少なくとも実質的に）一定の層厚さを有することができる。加熱コーティング又は絶縁層は、油水熱交換器に直接施工されてもよい。加熱コーティング及び／又は絶縁層は、本質的に、寸法的に不安定な（又は、非自立）設計のものとすることができる。基板は省略することができ、その結果、加熱コーティング（及び、任意の絶縁層）は、場合により、基板なしに形成される。必要となり得る担持構造体及び／又は支持構造体は、油水熱交換器によって提供することができる。概して、加熱層、かさばる絶縁層、及び付加の接着促進材層を備える複雑な構造を避けることができる。加熱コーティングは、基本的に、油水熱交換器の表面に、又は内面に密着して接続することができる。
加熱コーティングは、低電圧域で作動するように設計されるのが特に好ましく、１２ボルト、２４ボルト、又は４８ボルト用に設計されるのが好ましい。このとき、油水熱交換器の対応する電気構成部品及び／又は電子構成部品は、このような低電圧域（１２ボルト、２４ボルト、又は４８ボルト）用に同様に設計されるのが好ましい。低電圧域に適用する場合には特に、簡単な手段を使って、効果的な予熱を相乗的に実現することができる。「低電圧域」は、１００Ｖより低い作動電圧、特に６０Ｖより低い作動電圧（直流）を意味することを理解されることが好ましい。
一つの特定の実施形態では、加熱コーティングは、油水熱交換器の熱交換器カバーに配置される。加熱コーティングは、場合により、熱交換器カバーの外側（或いは、内側）に配置（施工）することができる。低電圧印加の場合は特に、カバーの外側での配置の場合（これは、例えば、接触に関して有利な場合がある）であっても、油水熱交換器を（更なる保護要素がなくても）十分安全に使用することが可能である。概して、このようにして、簡単であるが信頼性をもって機能する構造体が提案される。
代替の実施形態では、加熱コーティングは、連続した（具体的には、非構造的及び／又は途切れない）層として形成される。加熱コーティングは、一般に、二つの相互に垂直な方向に、少なくとも１ｃｍの距離にわたって加熱コーティングに途切れがない少なくとも一つのセクションを有することができる。この距離は、少なくとも２ｃｍが好ましく、少なくとも４ｃｍが更により好ましい。例えば、加熱コーティングは、その中に、加熱コーティングの途切れ、又は他の構造体がない、長さ及び幅がそれぞれ少なくとも１ｃｍの少なくとも一つの矩形セクションを備えることができる。この長さ及び幅はそれぞれ、少なくとも２ｃｍが好ましく、少なくとも４ｃｍが更により好ましい。加熱コーティング内の「途切れ」は、電流が流れることができないセクションを意味することを理解されたい。これは、例えば、前記セクションに材料が（全く）ないままである、及び／又は絶縁体によって（少なくとも部分的に）満たされているためである。加熱コーティングは（最終状態で非構造的か構造的かにかかわらず）（溶射して）生成することができる。この状況で、このような簡単な形態の加熱コーティングでさえ、オイルを十分温めることを実現することができることを見出したことは驚くべきことである。
更なる代替の実施形態では、加熱コーティングは構造化された層として形成される。加熱コーティングは、この場合、マスキングプロセスによって構造化されることが好ましい（スタンピング可能なシリコンを用いることが好ましい）。このような知られているマスキングプロセスによって、満足な構造化が可能になり、例えば、特に高電圧域で使用される構造化用のレーザ法ほどやっかいではない。したがって、概して、マスキングプロセスの利点は、本加熱コーティングに関して相乗的に利用される。
上記の絶縁層の厚さは、少なくとも５０μｍとすることができ、それは、少なくとも２００μｍ及び／又はせいぜい１０００μｍが好ましく、せいぜい５００μｍが好ましい。
加熱コーティングの高さ（厚さ）は、少なくとも５μｍが好ましく、少なくとも１０μｍ及び／又はせいぜい１ｍｍが好ましく、せいぜい５００μｍが好ましく、せいぜい３０μｍが更により好ましく、せいぜい２０μｍが更により好ましい。加熱コーティングによって形成された導電体のトラックの幅は、少なくとも１ｍｍとすることができ、少なくとも３ｍｍが好ましく、少なくとも５ｍｍが更により好ましく、少なくとも１０ｍｍが更により好ましく、少なくとも３０ｍｍが更により好ましい。表現「幅」は、長手方向（通常、これはまた、電流の流れの方向を定める）に垂直な導電体のトラックの範囲を意味することを理解されたい。
代替の実施形態では、保護カバー、例えば、シリコン保護層が、加熱コーティングを覆って施工される。しかしながら、これに代えて、（製造が特に容易な実施形態では）加熱コーティングが油水熱交換器の外側を形成することもまた可能である。
特定の実施形態では、油水熱交換器は、複数のモジュール、特にトラフ要素を有し、これらは、ＥＰ２４６６２４１Ａ１に記載されているように設計することができることが更に好ましい。油水熱交換器は、基本的には、（本発明による加熱コーティングは別として）ＥＰ２４６６２４１Ａ１又は米国特許出願公開第２０１５／０１７６９１３（Ａ１）号に記載されているように設計することができる。これらの文章の開示は、本明細書に参照によって明示的に援用する。複数のモジュールが設けられる場合、少なくとも一つの加熱コーティングが、二つのモジュールの間に配置することができる。油水熱交換器が複数のトラフ要素を備える場合、少なくとも一つの加熱コーティングは、場合により、これらのトラフ要素の二つの間に（トラフ要素の一方に）配置（施工）することができる。このようにして、予熱（補助加熱）は、簡単な手段を用いて更に改善することができる。
油水熱交換器はタービュレータを有することができる。そのような場合、タービュレータは、加熱コーティングの近くに、例えば、加熱コーティングから５ｃｍ以内、特に２ｃｍに形成することができる、且つ／又は、加熱コーティングを備えることができる。これもまた、簡単に（詳細には、更なる構成部品を設けることなしに）流体を温めることを改善する更なる可能性がある。ここでは、相乗的な方法で、タービュレータの領域では発生した乱流によって熱伝達が増大し得るという事実を使用する。
上記の目的は、（最初は、加熱コーティングに関する特徴がない）油水熱交換器、特に上記のタイプの油水熱交換器を提供するステップと、電気加熱コーティングを油水熱交換器に施工する（油水熱交換器を電気加熱コーティングで直接又は間接的にコーティングする）ステップとを含む、油水熱交換器を製造するための方法によって更に達成される。例えば、下地の表面、例えば、熱交換器のハウジングの下地の表面の不動態化、（酸化、特に陽極酸化）によって、上記の二つのステップの間で、油水熱交換器への絶縁層の施工を実施することができる（又は、絶縁層で油水熱交換器を直接又は間接的に被覆することができる）。電気加熱コーティングは、場合により、吹き付ける（溶射する）ことができる。油水熱交換器の製造にも少なくとも関係する特徴が（油水熱交換器と共に）上記で更に説明されている場合、これらの方法の特徴もまた、本方法の好ましい実施形態として提案される。
上記の目的は、上記のタイプの油水熱交換器、又は特に自動車の内燃機関用の油水熱交換器として、上記の方法に従って製造された油水熱交換器を使用することによって、更に達成される。詳細には、この油水熱交換器は、オイル、例えば、エンジンオイルを温める（予熱する又は補助的に温める）ために使用することができる。
更なる実施形態は従属請求項から明らかになる。
一般に、絶縁層は、セラミック材又はポリマ材とすることができる、或いは、このような材料から構成することができる。ここで、セラミック材として、例えば、Ａｌ２Ｏ３が使用される。
加熱層は、例えば、プラズマコーティングプロセス、特にプラズマ溶射、又はスクリーン印刷プロセスで、又は抵抗ペーストとして、特に、絶縁層に施工することができる。プラズマコーティングプロセスでは、例えば、まず、導電層を、特に、絶縁層に施工することが可能である。その後、導電層から領域を切り取ることができ、その結果、一つの導電体のトラック又は複数の導電体のトラックがあとに残る。しかしながら、マスキング技法の使用が好ましい。次いで、導電体のトラックは、加熱抵抗体又は複数の加熱抵抗体を形成することができる。マスキング技法の代替として、例えば、レーザによって前記領域を導電層から切り取ることができる。加熱コーティングは、例えば、金属層とすることができ、場合により、ニッケル及び／又はクロムを含み、或いは、前記材料より構成することができる。例えば、７０〜９０％のニッケルと１０〜３０％のクロムとを使用することができる。ここでは、８０％のニッケルと２０％のクロムの比率が、非常に適していると考えられる。
加熱コーティングは、例えば、少なくとも５ｃｍ２の領域を覆うことができ、それは、少なくとも１０ｃｍ２及び／又はせいぜい２００ｃｍ２が好ましく、せいぜい１００ｃｍ２が好ましい。油水熱交換器は、少なくとも２００ｃｍ３の全体積を有することができることが好ましく、それは、少なくとも５００ｃｍ３が更により好ましく、少なくとも８００ｃｍ３及び／又はせいぜい５０００ｃｍ３が更により好ましく、せいぜい２０００ｃｍ３が好ましい。例えば、油水熱交換器は、１５〜２５ｃｍの長さ、及び／又は、８〜１２ｃｍの幅、及び／又は、３〜７ｃｍの高さ（厚さ）とすることができる。
油水熱交換器は、オイルを導くための一つ又は複数の第１の流体流路、及び、水を導くための一つ又は複数の第２の流体流路を有することが好ましい。
電気加熱コーティングの制御、特に、閉ループ制御に対して、バイメタルスイッチ、場合により、二つの冗長スイッチ装置を有するバイメタルスイッチを設けることが可能である。
図に基づいてより詳細に説明する例示的な実施形態に基づいて、本発明を下記で説明する。
以下の説明では、同一の部品及び同一の作用の部品に対して同じ参照符号が使用される。
図１は、複数の（一緒に半田付けされた）トラフ要素１０と、基部１１と、カバー１２とを有する（例えば、ＥＰ２４６６２４１Ａ１に記載されたように詳細に設計することができる）油水熱交換器の模式図を示す。電気加熱コーティング１３はカバー１２に配置される。
図２による代替の実施形態では、二つの電気加熱コーティング１３が設けられている。詳細には、一方は基部１１に、他方は二つのトラフ要素１０の間に設けられている。他の実施形態も考えられる。例えば、加熱コーティングがカバーと基部とに、又は熱交換器の内部のみに、場合により、二つのトラフ１０の間に配置される。
図３は、下地の表面上、詳細には（例えば）、カバー１２上にある電気加熱コーティングの模式図である。図３による構造体を製造するために、カバー１２は、最初に、（酸化又は陽極酸化によって）不動態層を付けて製造される。次いで、電気加熱コーティング１３は、例えば、吹き付ける（溶射する）ことによって絶縁層１４に施工される。
上記の部品のすべては、個々に、及び任意に組み合わされ、特に、図に詳細に示されて、本発明の本質として特許請求することができることをこの際指摘しておく。当業者には、これに関する修正はよく知られている。
１０ トラフ要素
１１ 基部
１２ カバー
１３ 電気加熱コーティング
１４ 絶縁層
１１ 基部
１２ カバー
１３ 電気加熱コーティング
１４ 絶縁層
Claims (12)
- 熱交換器の外側及び／又は内部に施工された少なくとも一つの電気加熱コーティング（１３）を備える、特に自動車の内燃機関に接続するための油水熱交換器。
- 前記加熱コーティング（１３）が、前記油水熱交換器に直接施工される、又は、前記油水熱交換器に間接的に絶縁層（１４）の上に施工され、前記絶縁層（１４）が、好ましくは、下地の表面の不動態化、特に酸化又は陽極酸化によって設けられることを特徴とする、請求項１に記載の油水熱交換器。
- 前記加熱コーティング（１３）が、低電圧域で作動するように設計され、好ましくは、１２ボルト、２４ボルト、又は４８ボルト用に設計されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の油水熱交換器。
- 前記加熱コーティング（１３）が、前記油水熱交換器の熱交換器カバー（１２）に配置されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の油水熱交換器。
- 前記加熱コーティング（１３）が、連続層、好ましくは、溶射層として形成されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の油水熱交換器。
- 前記加熱コーティング（１３）が、構造化された層として形成され、前記加熱コーティング（１３）が、好ましくは、マスキングプロセスの手段によって構造化されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の油水熱交換器。
- 前記加熱コーティング（１３）の高さが、好ましくは、少なくとも５μｍ、好ましくは、少なくとも１０μｍ及び／又はせいぜい３０μｍ、好ましくは、せいぜい２０μｍであり、且つ／或いは、前記加熱コーティング（１３）によって形成される導電体のトラックの幅が、少なくとも３ｍｍ、好ましくは、少なくとも１０ｍｍ、より好ましくは、少なくとも３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の油水熱交換器。
- 保護コーティングが前記加熱コーティング（１３）を覆って施工される、又は、前記加熱コーティング（１３）が、前記油水熱交換器の外側を形成することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の油水熱交換器。
- 前記油水熱交換器が、複数のモジュール、特に複数のトラフ要素を有し、少なくとも一つの加熱コーティング（１３）が、二つのモジュール、特にトラフ要素の間に配置されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の油水熱交換器。
- 電気加熱コーティング（１３）を有するタービュレータが設けられることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の油水熱交換器。
- −油水熱交換器を提供するステップと、
−前記油水熱交換器に電気加熱コーティング（１３）を施工するステップと
を含む、油水熱交換器、特に請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の油水熱交換器を製造するための方法。 - 自動車の油水熱交換器、特に自動車の内燃機関用の油水熱交換器として、特に請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の油水熱交換器、又は請求項１１に従って製造される油水熱交換器の使用。
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