JP3996258B2 - 自動車用の熱交換器、特に過給空気用クーラー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの流体媒体容器(Stroemungsmittelkaesten) の間に配置されたフィン／パイプブロックを有する自動車用の熱交換器(Waermeuebertrager) 、特に過給空気用クーラーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＰ０６７６６０８Ａ１からは、波形フィン／フラットパイプブロックを有する、車両クーラーの形状の熱交換器が知られている。フィン／パイプブロックの互いに反対となる前側にそれぞれ冷却剤ボックスの形状の流体媒体容器が設けられている。そのためにフラットパイプがパイプ底内に保持されており、そのパイプ底上にそれぞれの流体媒体容器のボックス上部が取り付けられている。ボックス上部は、Ｕ字状に屈曲された中央部分と、その中央部分の前端部に接続されている２つの終端部分とから構成されている。終端部分の一方には、流体媒体容器をそれぞれの冷却剤循環路へ接続するための接続スリーブが設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、流体媒体容器の簡略化され、改良された構造を可能にする、上述の種類の熱交換器を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、各流体媒体容器が、フィン／パイプブロックの長手平面において密接に継ぎ合わせられた少なくとも２つのシェル部材から構成されることによって解決される。
ただ２つのシェル部材から流体媒体容器を形成する場合には、このシェル部材は好ましくはハーフシェルとして形成されている。
特に過給空気のようなガス状の媒体も、冷却剤または水など冷却すべき液状の媒体も、本発明の意味における流体媒体(Stroemungsmittel)と見なされる。
【０００５】
本発明のある態様においては、流体媒体容器がそれぞれ接続スリーブによって流体媒体循環路に接続されていて、各流体媒体容器の流体媒体の流れる領域が、接続スリーブから始まる大きな半径で湾曲された壁によって膨らんで形成されている。それによって流体媒体の流れ速度が良い影響を受ける。特に流体媒体容器内での大きい乱流が防止される。
【０００６】
本発明の他の態様においては、２つのハーフシェルはそれぞれその継合わせ端縁に沿って延びる継合わせフランジを有し、その継合わせフランジはハーフシェルの継ぎ合わせられた状態において互いに結合されている。継合わせフランジによって各流体媒体容器の強度が増大される。というのはハーフシェルの継ぎ合わせられた状態において、継合わせフランジが補強リブの機能を有するからである。
【０００７】
本発明の他の態様においては、ハーフシェルはアルミニウム合金から形成されている。フィン／パイプブロックもアルミニウム合金から形成されているので、熱交換器の個々の部分を良好に再利用できることが保証される。
【０００８】
本発明の他の態様においてはハーフシェルは、流体媒体容器のサイド領域において接続スリーブに対して継合わせ平面の側方で下方へ引き下げられている継合わせフランジを有する。この構成は特に、本発明による熱交換器がフィン／パイプブロックを有し、そのフィン／パイプブロックのパイプ端部が１９９５年１１月２５日のＤＥ１９５４３９８６に示す理念に基づいて、隣接するパイプ端部が密接かつ蜂の巣状に互いに添接するように、拡大されているので、付加的なパイプ底がもはや不要になる場合に、効果的である。従ってハーフシェルは直接パイプ端部上に取り付けることができる。
【０００９】
本発明の他の態様においては、接続スリーブに隣接するハーフシェルの接続スリーブの高さに、流体媒体容器内で流体媒体の流れを接続スリーブの両側へ均一に分配する流れ案内手段が設けられており、その流れ案内手段はハーフシェルの内壁に形成されている。それによって流体媒体の流れのさらに良好な分配が得られ、その場合に流れ案内手段は好ましくはハーフシェルの内壁の一体的な部分である。好ましくはこの流れ案内手段は、ハーフシェルの壁の凹部として形成されている。
【００１０】
本発明の他の態様においては、各流体媒体容器は少なくとも１つの終端縁を有し、その終端縁はフィン／パイプブロックのブロック状に拡幅されて、平面的に互いに添接するパイプ端部に面一で終わるように重なっている。フィン／パイプブロックのブロック状に拡幅されて、平面的に互いに添接するパイプ端部は、１９９５年１１月２５日のＤＥ１９５４３９８６の理念に従って形成されている。パイプ端部に重なる終端縁によって、流体媒体容器を固定するためのパイプ底が不要になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１、２及び５に示す過給空気用クーラー１の形状の熱交換器は、フィン／パイプブロック２を有し、このフィン／パイプブロックは、同時に図１の図面平面を示す長手平面において等間隔で並べて配置された一列のフラットパイプ５と、それらの間に位置決めされている波形フィン４とから構成されている。フラットパイプ５も波形フィン４もそれぞれアルミニウム合金から形成されている。フィン／パイプブロック２の両側はそれぞれサイド部分として用いられるサイドプロフィール部材７によって終わっている。
【００１２】
フィン／パイプブロック２のフラットパイプ５の互いに反対となる前側には、直角に拡大されたパイプ端部６が設けられている。すべてのパイプ端部６は同じように直角に拡大されており、その場合にパイプ端部６の横断面の寸法は、それぞれ隣接するパイプ端部６のそれぞれ長手側の壁が面一に互いに添接し、かつ同時に短い方の側の、互いに反対となる壁がそれぞれ共通の平面内で互いに整合するように、定められている。従ってすべてのパイプ端部６はフィン／パイプブロック２の長手平面にわたって延びる、蜂の巣状のパケットブロックを形成する。
【００１３】
フィン／パイプブロック２のパイプ端部６は、公開されていないＤＥ１９５４３９８６に記載されているように形成されている。パイプ端部６からなるこのパケットブロックの互いに反対となる側に位置している終端側のパイプ端部は、サイドプロフィール部材７の終端部分に面一で接続している。サイドプロフィール部材７に一体的に形成されている各終端部分は、以下で詳細に説明する流体媒体容器３用の側方の隔壁を形成するために、パイプ端部を越えて突出している。
【００１４】
パイプ端部６の上述の構成によって、さらにパイプ底を使用することなしに冷媒容器３を挿入することが可能になる。というのはパイプ端部６がすでに流体媒体容器３の長さにわたって互いに密着して接しているからである。そしてフラットパイプ５並びに波形フィンの残りの部分と同様に半田コーティングされているパイプ端部６が互いに面一にかつ平面的に接していることによって、パイプ端部は半田炉内で半田付けによって互いに密接に継ぎ合わせられる。同様なことがパイプ端部６の短い方の側の壁の終端についても当てはまり、この短い方の側の壁は、以下で詳細に説明するように、冷媒容器３の終端縁と面一で終了しており、かつ半田炉内での適切な硬質半田付けによってこの終端縁と密接に結合されている。
【００１５】
図示の実施例において過給空気を収集する、ないしは分配する空気容器３として形成されている各流体媒体容器は、フラットパイプ５及び波形フィン４と同じアルミニウム合金から形成されている。各空気容器３は、フィン／パイプブロック２の中央長手平面において互いに分離されている２つのハーフシェル１２、１３を有する。この中央長手平面内で２つのハーフシェル１２、１３はそれぞれ継合わせフランジ１１によって互いに結合されており、その場合に各ハーフシェル１２、１３の継合わせフランジ１１は空気容器３の幅全体にわたって貫通して延びている。
【００１６】
それぞれのハーフシェル１２、１３から中央長手平面に沿って外側へ突出している継合わせフランジ１１の領域において、２つのハーフシェル１２、１３はスポット溶接によって、あるいはかしめ、リベット止め又はトルケン(Torken)など機械的な結合によって互いに結合されている。空気容器３の継ぎ合わされた状態において互いに密着している継合わせフランジ１１は、同時に各空気容器３に十分な強度を保証する、各空気容器３用のつながった補強リブを形成する。ハーフシェルも適切に半田コーティングされているので、すでに説明した半田炉内で、継目平面として用いられる中央長手平面内で継合わせフランジ１１とそれに伴ってハーフシェル１２、１３の密接な結合が得られる。
【００１７】
２つの空気容器３はそれぞれ接続スリーブ８、１４を有し、その接続スリーブの流れ軸は空気容器３の中央長手平面に対して直角に突出している。空気容器３の２つの接続スリーブ８、１４は、フィン／パイプブロック２の中心に対して変位して配置されており、その場合に互いに反対となる空気容器３の接続スリーブ８、１４は同じ量だけ、しかし中心から反対の側へ変位している。一方の空気容器３がフィン／パイプブロック２の上側に、そして他方の空気容器３が下側に配置されているので、２つの空気容器は同一に形成されており、その場合に上方の空気容器３の接続スリーブ８、１４は中心から右へ、そして下方の空気容器３の接続スリーブ８、１４は中心から左へ変位している。各接続スリーブ８、１４は接続片１４と、その接続片１４内へ挿入されているスリーブ部分８とからなる。接続片１４は、空気容器３のハーフシェル１３の一体的な部分である。
【００１８】
特に図５から明らかなように、他方のハーフシェル１２の接続スリーブ８、１４とは反対の壁は、流体媒体流、図示の実施例においては空気流の接続スリーブ８、１４の流れ軸からフィン／パイプブロック２のフラットパイプ５へ、あるいはその逆へのゆるやかな方向転換が得られるように、湾曲して形成されている。各空気容器３の自由な横断面は、フィン／パイプブロック２の中心長手平面においてフィン／パイプブロック２のパイプ端部６から始まって接続スリーブ８、１４まで徐々に拡幅しているので、接続スリーブ８、１４に対する空気流の分配に関しても個々のパイプ端部６とそれぞれの接続スリーブ８、１４との間に均一な流れの推移が得られる。
【００１９】
流体媒体流、図示の実施例においては空気流の分配をさらに改良するために、ハーフシェル１２の接続スリーブ８、１４とは反対の壁は、フラットパイプ５に対して平行な、従って図１の図示によれば垂直に延びるリブ形状の凹部９を有し、その凹部は各空気ボックス３の内側に流れ案内部材を形成する。この流れ案内部材は接続スリーブ８、１４と空気容器３の内部との間で空気の流れの方向変換を改良するので、この手段によっても空気容器３の内部における乱流の発生が減少される。また各空気容器３の、接続スリーブ８、１４へ向かって、説明したように、連続的に拡幅される流れ空間も、流れ乱流の減少に寄与する。
【００２０】
空気容器３の、フィン／パイプブロック２に向けられた端部領域には、直線的かつ平坦に延びる終端縁１５が設けられており、その終端縁はハーフシェル１２にもハーフシェル１３にも形成されている。この終端縁１５がパイプ端部６の短い方の側の壁に重なり、密接に半田付けするためにそれと面一で終了している。そのためにフィン／パイプブロック２のサイドプロフィール部材７の終端部分は、空気容器３のサイド領域１０がその終端部分上へ嵌着できるように（図１と５を参照）、構成されている。従って各空気容器３のサイド領域１０へ向かっても流れ空間の密な閉鎖が得られる。
【００２１】
図１、２及び５に示す実施例における空気容器３のハーフシェル１２、１３の上述の構成が、図７から１６を用いて補足して図示され、その場合に図１３から１６に示すハーフシェルの断面表示が、ハーフシェル１２についてとハーフシェル１３についてとは異なる寸法で図示されているので、わずなか寸法差が生じていることを考慮しなければならない。しかし実際には、特に図５から明らかなように、ハーフシェル１２と１３は然るべく対称の寸法を有する。
【００２２】
図３、４及び６に示す過給空気用クーラーの形状の熱交換器は、大体において図１、２及び５に示す過給空気用クーラーに相当する。過給空気用クーラー１ａはフィン／パイプブロック２ａを有し、そのフィン／パイプブロックは図１、２及び５に示す過給空気用クーラー１のフィン／パイプブロック２と同一に形成されている。また空気容器３ａも、その流れ技術的な形状からほぼ同一に構成されている。しかし図３、４及び６に示す実施例の場合には、各空気容器３ａの接続スリーブ８ａ、１４ａは、フィン／パイプブロック２ａの中心に対して同じ側へ、従って図３に示す実施例においてはそれぞれ右側へ変位している。
【００２３】
図１、２及び５に示す空気容器３に対する空気容器３ａの本質的な差は、２つのハーフシェル１２ａ、１３ａの継合わせフランジ１１ａが、各空気容器３ａのサイド領域１０ａ内へ下方に延びているので、それが詳しく図示されていないハーフシェル１２ａと１３ａの終端縁で終了していることである。従ってハーフシェル１２ａと１３ａは、サイド領域１０ａを含めてその外側輪郭全体にわたって、継合わせフランジ１１ａによって互いに密に接続されている。サイド領域１０ａ内の継合わせフランジ１１ａは、サイド部分として用いられるサイドプロフィール部材７ａの、それに応じて短く形成された終端部分に重なり、その場合にその終端部分がパイプ端部６ａの前端縁で終了している。
【００２４】
図６から明らかなように、サイドプロフィール部材７ａのハーフシェル１２ａ、１３ａのサイド領域１０ａの高さに２つの支持脚１６ａが形成されており、その支持脚は継合わせられた継合わせフランジ１１ａをその両者間に収容して支持している。それによって空気容器３ａとそれに伴ってハーフシェル１２ａ、１３ａのパイプ端部６ａに対する支持が得られ、それによって空気容器３ａをパイプ端部６ａに対して定義して位置決めすることができる。
【００２５】
２つの空気容器３ａの接続スリーブ８ａ、１４ａは、図１、２及び５に示す実施例の接続スリーブ８、１４に対してわずかに修正されている。というのは、特にスリーブ部分８ａがスリーブ部分８に対して異なるように形成されているからである。スリーブ部分８ａの自由な端面領域は接続スリーブ１４ａの直径に比べて小さい直径を有し、スリーブ部分は接続部分１４ａに合せた段部によってその分拡大されている。接続部分１４ａは接続部分１４に比べて少ない深さを有する。
【００２６】
本発明の他の実施例においては、流体媒体容器が２つだけのハーフシェルによってではなく、多数のシェル部材によって構成されており、そのシェル部材はフィン／パイプブロックの中央長手平面内で、あるいは中央長手平面に対して平行な長手平面内で互いに結合されている。さらにこのシェル部材は、流体媒体容器をその幅において分割することができる。図１から１６を用いて示したような、流体媒体容器の流れ的に好ましい構成は、本発明の他の実施形態によれば一体的に形成することも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
シェル部材がフィン／パイプブロックの長手平面内で継ぎ合わせられていることによって、各シェル部材は単に流体媒体容器全体の深さの約半分を有するので、シェル部材は、複雑に構成された流れ的に好ましい形状の場合でも深絞り方法で形成することができる。シェル部材は好ましくは、かしめ、リベット止めまたはトルケン（Torken) により機械的に、あるいはまたスポット溶接によって互いに結合されている。
その場合に適切に半田コーティングすることによって、シェル部材の継合わせ箇所が硬質半田によって互いに結合される。
従って各流体媒体容器を少なくとも２つのシェル部材から、特にフィン／パイプブロックの長手平面において互いに分離されている２つのハーフシェルから構成することにより、各シェル部材の深絞り深さが比較的小さいことによってそれぞれの流体媒体通過に流れ技術的に適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 過給空気用クーラーの形状の本発明による熱交換器の上部と下部を示す正面図である。
【図２】 図１に示す過給空気用クーラーの上面図である。
【図３】 他の過給空気用クーラーを示す図１と同様の図である。
【図４】 図３に示す過給空気用クーラーの上面図である。
【図５】 図１と２に示す過給空気用クーラーの側面図である。
【図６】 図３と４に示す過給空気用クーラーの側面図である。
【図７】 図１と２に示す過給空気用クーラーの、流体媒体容器として用いられる空気容器のハーフシェルを示す正面図である。
【図８】 図７に示すハーフシェルの上面図である。
【図９】 図７と８に示すハーフシェルに対する補足的な相手片を形成する、図１と２に示す空気容器の他のハーフシェルの正面図である。
【図１０】 図９に示すハーフシェルの上面図である。
【図１１】 図７と８に示すハーフシェル又は図９と１０に示すハーフシェルの、図７と９のXI−XI線に沿った断面図である。
【図１２】 図７と８に示すハーフシェル又は図９と１０に示すハーフシェルの、図７と９のXII −XII 線に沿った他の断面図である。
【図１３】 図９と１０に示すハーフシェルの図９のXIII−XIII線に沿った断面図である。
【図１４】 図７と８に示すハーフシェルの図７のXIV −XIV 線に沿った断面図である。
【図１５】 図７と８に示すハーフシェルの図７のXV−XV線に沿った水平断面図である。
【図１６】 図９と１０に示すハーフシェルの図９のXVI −XVI 線に沿った他の水平断面図である。
【符号の説明】
３、３ａ…空気容器
８、１４…接続スリーブ
１１、１１ａ…フランジ
１２、１３、１２ａ、１３ａ…ハーフシェル
８、１４…接続スリーブ

Claims (9)

1. ２つの流体媒体容器の間に配置されたフィン／パイプブロックを有する、自動車用の熱交換器、特に過給空気用クーラーにおいて、
   各流体媒体容器（３、３ａ）が、フィン／パイプブロック（２、２ａ）の長手平面内で密接に継ぎ合わせられた少なくとも２つのシェル部材（１２、１３）からなり、
   各流体媒体容器（３、３ａ）が少なくとも１つの終端縁（１５）を有し、その終端縁がフィン／パイプブロック（２）のブロック形状に拡大され、かつ互いに面一にかつ平面的に接しているパイプ端部（６）に面一で終了するように重なっていることを特徴とする熱交換器。
2. 流体媒体容器がそれぞれ接続スリーブによって流体媒体循環路に接続されている、請求項１に記載の熱交換器であって、各流体媒体容器（３、３ａ）が流体媒体の流れ領域において接続スリーブ（８、１４；８ａ、１４ａ）から始まる大きな半径で湾曲された壁によって膨らんで形成されていることを特徴とする熱交換器。
3. 各流体媒体容器（３、３ａ）が、シェル部材として用いられる２つのハーフシェル（１２、１３；１２ａ、１３ａ）から組み立てられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 両方のハーフシェル（１２、１３；１２ａ、１３ａ）がそれぞれその継合わせ端縁に沿って延びる継合わせフランジ（１１、１１ａ）を有し、その継合わせフランジはハーフシェル（１２、１３；１２ａ、１３ａ）の継ぎ合わせられた状態において互いに結合されていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 各接続スリーブ（１４、１４ａ）が、長手平面に相当する継合わせ平面に対して直角に、２つのハーフシェルの一方（１３、１３ａ）に一体的に形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。
6. ハーフシェル（１２、１３；１２ａ、１３ａ）がアルミニウム合金から形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. ハーフシェル（１２ａ、１３ａ）が継合わせフランジ（１１ａ）を有し、その継合わせフランジが流体媒体容器（３ａ）のサイド領域（１０ａ）において、接続スリーブ（８ａ、１４ａ）に対して継合わせ平面内の側方で下方へ引き下げられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. ハーフシェル（１２、１３）のサイド領域（１０）に、熱交換器のサイド部分を接続するために、側方へ向かって開放したプロフィール部分が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 接続スリーブ（８、１４）に隣接するハーフシェル（１２）の接続スリーブ（８、１４）の高さに、流体媒体容器（３）内で流体媒体の流れを接続スリーブ（８、１４）の両側へ均一に分配する流れ案内手段（９）が設けられており、その流れ案内部材がハーフシェル（１２）の内壁に形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器。

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