JP4878287B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に上位概念として記載されている、熱交換器、特に自動車の内燃機関の排ガス熱交換器（すなわち、両側が開放したハウジングジャケットを有する、熱交換器、特に自動車の内燃機関の排ガス熱交換器に関する。

この種の熱交換器は、従来技術（たとえば、特許文献１を参照）から知られている。
欧州特許出願公報ＥＰ０９３０４２９Ａ２

本発明の課題は、この分野の熱交換器をコスト的に好ましく、かつ機能的により確実であるように形成できるようにすることである。

この課題の原則的な解決は、請求項１に記載の特徴を有する熱交換器によってなされる。

本発明の目的に合った、好ましい形態が、従属請求項の対象である。

発明の実施の形態

本発明は、第１の熱い媒体を供給される熱交換器の、絶対的に必要なところのみを、熱い温度に対して耐熱性の高価な材料から形成し、その他においては、高価な接触材料を必要とする熱い温度から分離された、できるだけ大きい領域を形成し、それによってこの分離された領域を安価な材料から形成することができるようにする、という一般的な考えに基づいている。この分野の熱交換器において、これは、熱交換器の軸方向内側に位置する、第１の熱い媒体によって貫流される領域が、外側のジャケットハウジングと熱分離されて結合され、そのジャケットハウジング内へ軸方向内側の部分を挿入することができることによって、達成される。この場合には、外側ジャケットを、特に金属に比較して安価なプラスチックから形成することができる。プラスチックからハウジングジャケットを形成する場合に、このハウジングジャケットに簡単な方法でホルダおよびその他の取付け部分を形成することができる。

熱交換器の内部で、ハウジングジャケットとハウジングジャケットの軸方向内部に位置する内側領域との間にプラスチックシケインが挿入によって形状結合または面結合で固定される。

熱交換器の前側に必要な、パイプ底の１つとハウジングジャケットとの間の軸方向に固定で、その他において密な結合は、ハウジングジャケットに設けられたリングウェブの回りにパイプ底をフランジ止めすることによって、達成することができる。そのために、この種の目的のためにそれ自体知られたフランジ止め技術を使用することができる。

以下でさらに詳しく説明する、本発明の好ましい実施例が、図面に示されている。

内燃機関の熱い排ガスのための貫流領域として、熱交換器は個々のパイプ１からなるパイプ束を有しており、それらのパイプは内側を熱い排ガスによって、図面に記載された流れ矢印の方向に軸方向に貫流される。パイプ束の個々のパイプ１は、その前側の端部を、パイプ底２と３内に気密かつ堅固に把持されている。熱交換器の流入側では排ガス供給短管４が、流出側では排ガス排出短管５が、パイプ底２および３と堅固に結合されている。

パイプ底のうちの第２のパイプ底３が、軸方向に中空のハウジングジャケット６内に軸方向に摺動可能に密に軸承されている。密な軸承を保証するのは、半径方向においてこの第２のパイプ底２とハウジングジャケット６の間に設けられている、第１のシールリング７である。

熱交換器の流出側において、そこにある第１のパイプ底３がハウジングジャケット６と軸方向に固定的に結合されている。この軸方向に固定かつ密な結合は、フランジ結合からなり、そのフランジ結合において第１のパイプ底３がハウジングジャケットのリングウェブ８の回りに、この目的のために知られた方法で、フランジ止めされている。密な結合をもたらすのは、ハウジングジャケット６のリングウェブ８と第１のパイプ底３の間の、第２のリングシール９である。

ハウジングジャケット６は、その前側の周面領域に、冷却剤流入短管１０と流出短管１１を有しており、その場合にこれら２つの短管は互いに反対となる端部に取り付けられており、図に記入された流れ矢印に従って、冷却剤によって貫流される。

ハウジングジャケット６の内部において、ハウジングジャケット６と個々のパイプ１によって共通に形成される外周面との間の外側の環状領域内に、シケイン１２が挿入されており、そのシケインによって個々のパイプ１間の間隙の軸方向における均一な貫流が保証されている。端面側においてそれぞれリングウェブとその間に位置する周面側が閉鎖されたパイプ部分とからなる、シケイン１２は、ハウジング６の環状段１３と第１のパイプ底３の間に単に挟持されている。第１のパイプ底３に対して軸方向に支持するために、シケイン１２の流出短管１１の領域において周面にわたって分配された、多数の軸方向の支持ステイ１４が設けられている。

個々のパイプ１とパイプ底２および３は、排ガス温度に熱的に耐える金属からなり、ハウジングジャケット６とシケイン１２は、高温に耐えにくいプラスチックから形成されている。

排ガス熱交換器において、排ガスは、たとえば約７００℃の温度で個々のパイプ１内へ流入する可能性がある。冷却剤によって貫流される、ハウジングジャケット６とシケイン１２に隣接する領域内では、約１００℃の温度が支配する。この種の温度状況において、熱交換器の流入側に位置する第２のパイプ底２の、ハウジングジャケット６に接触する領域では、約２００℃までの温度降下を達成することができる。この種の温度においてすでに、経済的に極めて効果的に形成することのできるプラスチックを、ハウジングジャケット６のために使用することができる。

上述した熱交換器は、以下のように形成することができる：プラスチックから成形された、円錐状に形成されたハウジングジャケット６内へ、供給短管および排出短管４ないし５を含めてパイプ底２、３と結合された、個別パイプ１からなるパイプ束が単純に、特に図示の実施例においては右から左へ、挿入される。供給ないし排出短管４、５は、もちろん、後になって初めてパイプ底２、３に溶接することもできる。個々のパイプ１からなるパイプ束をハウジングジャケット６内へ挿入する場合に、シケイン１２も一緒に挿入することができる。ハウジングジャケット６内へ挿入されたパイプ束は、最終的にその第１のパイプ底３をすでに上述した方法で、ハウジングジャケット６の端面側のリングウェブ８と堅固かつ、第２のシール９を挿入しながら、密に結合される。

ハウジングジャケット６の内部で第２のパイプ底２を介してパイプ束を「ルーズ軸承」することによって、パイプ束とハウジングジャケット６の間の異なる熱膨張と振動が、熱交換器の必要な高い耐久限界を危険にさらすことがない。これが、本発明に基づく熱交換器が合理的に形成できることに加えて、本発明によって達成される、重要な利点である。

自動車の内燃機関の排ガス熱交換器を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 個々のパイプ
２ 第２のパイプ底
３ 第１のパイプ底
４ 供給短管
５ 排出短管
６ ハウジングジャケット
７ 第１のシールリング
８ リングウェブ
９ 第２のリングシール
１０ 流入通路
１１ 流出通路
１２ シケイン
１３ 環状段
１４ 支持ステイ

Claims (7)

1. 両側が開放したハウジングジャケット（６）を有する、熱交換器であって、
   −ハウジングジャケット（６）内に、複数の互いに隔たった個別のパイプ（１）のパイプ束が挿入されており、
   −このパイプ束の個々のパイプ（１）が、その両端に設けられたパイプ底（２、３）に固定的かつ密に保持されており、
   −パイプ底（２、３）が、ハウジングジャケット（６）の両端で蓋を形成し、
   −２つのパイプ底（２、３）のうちの第１のパイプ底（３）が、ハウジングジャケット（６）と堅固かつ密に結合されており、
   −２つのパイプ底（２、３）のうちの第２のパイプ底（２）が、ハウジングジャケット（６）内に軸方向に摺動可能に密に支承されており、
   −パイプ（１）の内側が、第１の熱い媒体によって貫流されるように構成されており、
   −パイプ（１）の外側が、ハウジングジャケット（６）によって形成される空間内に配置され、第１の媒体よりも温度の低い第２の媒体によってハウジングジャケット（６）が軸方向に貫流されるように構成されており、
   −個々のパイプ（１）と、少なくとも、熱交換器の熱い流入側に位置する第２のパイプ底（２）とが、耐熱性の金属で形成されており、
   −ハウジングジャケット（６）が、プラスチックで形成されており、
   −第１の熱い媒体のための流入側に位置する第２のパイプ底（２）は、ハウジングジャケット（６）に添接する前に、第２の媒体に直接さらされる領域を有することを特徴とする熱交換器。
2. 両側が開放したハウジングジャケット（６）を有する、熱交換器であって、
   −ハウジングジャケット（６）内に、複数の互いに隔たった個別のパイプ（１）のパイプ束が挿入されており、
   −このパイプ束の個々のパイプ（１）が、その両端に設けられたパイプ底（２、３）に固定的かつ密に保持されており、
   −パイプ底（２、３）が、ハウジングジャケット（６）の両端で蓋を形成し、
   −パイプ（１）の内側が、第１の熱い媒体によって貫流されるように構成されており、
   −パイプ（１）の外側が、ハウジングジャケット（６）によって形成される空間内に配置され、第１の媒体よりも温度の低い第２の媒体によってハウジングジャケット（６）が軸方向に貫流されるように構成されており、
   −個々のパイプ（１）と、少なくとも、熱交換器の熱い流入側に位置する第２のパイプ底（２）とが、耐熱性の金属で形成されており、
   −ハウジングジャケット（６）が、プラスチックで形成されており、
   −第１の熱い媒体のための流入側に位置する第２のパイプ底（２）は、ハウジングジャケット（６）に添接する前に、第２の媒体に直接さらされる領域を有し、
   ２つのパイプ底（２、３）のうちの一方のパイプ底（２又は３）とハウジングジャケット（６）との間の堅固な結合が、フランジ結合であり、そのフランジ結合において、ハウジングジャケット（６）が環状のウェブ（８）を有し、前述の２つのパイプ底のうちの一方のパイプ底（２又は３）がハウジングジャケット（６）の環状のウェブ（８）の周囲にフランジの形になって止められていることを特徴とする熱交換器。
3. ハウジングジャケット（６）の材料の熱耐性が、熱交換器へ流入する第１の媒体の流入温度よりも低い少なくとも１００℃にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 放射方向においてパイプ束とハウジングジャケット（６）との間に位置する空間の内部に、プラスチックで形成された少なくとも１つの流れシケイン（１２）が挿入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. シケイン（１２）が、軸方向において一方で１つのパイプ底（２、３）と、他方で他のパイプ底（２又は３）またはハウジングジャケット（６）との間で、面結合ないし形状結合だけで固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 熱交換器が自動車の内燃機関の排ガス熱交換器であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. ハウジングジャケット（６）の材料の熱耐性が、熱交換器へ流入する第１の媒体の流入温度よりも下の少なくとも３００℃にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。

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