JP5395783B2 - Heat exchanger with tube bundle - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器、特に管束を有する排気ガス熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to an exhaust gas heat exchanger having a bundle of tubes.
前述の種類の熱交換器は、特に内燃エンジンの排気ガスを冷却するために役立つ。まず第一に、冷却は、酸素含有量が低減されるように、燃焼工程に供給される外気に冷却された排気ガスを付加する目的で行われる。熱交換器の他の目的は、排気ガスに固有の熱エネルギーを利用することである。さらに、熱交換器は、過給機を備えたエンジンの吸気側、燃料電池或いは他の場合にも使用される。管束を有する熱交換器の応用の最も重要な分野である、内燃エンジンを有する車両での使用のために、構造上の容積を最小限にすることが要求されている。 The aforementioned type of heat exchanger is particularly useful for cooling the exhaust gas of internal combustion engines. First of all, cooling is performed for the purpose of adding cooled exhaust gas to the outside air supplied to the combustion process so that the oxygen content is reduced. Another purpose of the heat exchanger is to utilize the thermal energy inherent in the exhaust gas. Furthermore, the heat exchanger is also used on the intake side of an engine with a supercharger, a fuel cell or other cases. There is a need to minimize the structural volume for use in vehicles with an internal combustion engine, which is the most important area of application of heat exchangers with tube bundles.
国際特許出願公開00/00778は、異なって指向された扁平管がU字形に形成され、U形領域内で、円形断面管として形成された扁平管熱交換器を開示する。周囲の媒体への最適な熱伝達を保証するために、U字形の扁平管の間にフィンが必要である。 International Patent Application Publication No. 00/00778 discloses a flat tube heat exchanger in which differently oriented flat tubes are formed in a U-shape and are formed as circular cross-section tubes in the U-shaped region. Fins are required between the U-shaped flat tubes to ensure optimal heat transfer to the surrounding media.
この解決は、フィンが必須であり、その結果、熱交換器が、より技術的な努力とより大きな空間を必要とすることが欠点である。 This solution is disadvantageous in that fins are essential and as a result, the heat exchanger requires more technical effort and more space.
ドイツ連邦共和国特許出願公開第102008001660号明細書は、独立して配置された排気ガスを導く交換器管が独立して配置された閉じたケーシングの中に設置されている軽量流れ熱交換器を記載する。ケーシングは、交換器管の外側の周囲を流れる冷却液によって通過される。交換器管の両端は、ジャケット部を密閉するケーシングカバーを気密かつ液密に貫通される。それによって、交換器管の入口および出口はケーシングの外部に位置決めされる。前記交換器管は、表面を増大しかつ流れをブレークする異なる形態を有する円形断面管として設計されている。
この解決策の欠点は、熱交換器面積が小さく、それによって熱交換器の構造容積に関して熱交換器能力がより小さくなることである。さらに、円形断面管は限られた熱発散特性を有する。 The disadvantage of this solution is that the heat exchanger area is small, thereby reducing the heat exchanger capacity with respect to the structural volume of the heat exchanger. Furthermore, circular cross-section tubes have limited heat dissipation characteristics.
ドイツ連邦共和国特許出願公開第19756961号明細書は、隣同士の1列及び互いに平行に互いの後ろに少なくとも2列を形成して配置された管を有する熱交換器の配列を記載する。前記管は、冷却フィンとして設計された冷却部材と熱伝達的に接続される。それぞれ2本の管は、湾曲されたピースを通って互いに連通して接続された、一部品として作られる管フォークの脚部を形成する。前記管は扁平管として形成されており、かつ互いに平行に配置された2つの扁平長辺側面と、長辺側面と互いに連結する2つの短辺側面とを有する。冷却フィンは、少なくとも隣接する扁平管の間に延在し、前記冷却フィンはフィンの長辺側面に熱伝達的に取り付けられている。 German Offenlegungsschrift 19756961 describes an arrangement of heat exchangers having one row next to each other and tubes arranged in parallel and at least two rows behind each other. The tube is connected in heat transfer with a cooling member designed as a cooling fin. Each two tubes form the legs of a tube fork made as one piece, connected in communication with each other through curved pieces. The tube is formed as a flat tube and has two flat long side surfaces arranged parallel to each other and two short side surfaces connected to the long side surface. The cooling fin extends at least between adjacent flat tubes, and the cooling fin is attached to the long side surface of the fin in a heat transfer manner.
前記配列は、冷却フィンの使用が高価なのでデメリットであり、さらに、この配列は、管の外面の周りを流れる液体の冷却液に適していない、 The arrangement is disadvantageous because of the expensive use of cooling fins, and this arrangement is not suitable for liquid coolant flowing around the outer surface of the tube,
従来の技術におけるその他のデメリットおよび欠陥は、熱交換器に要する大きな所要スペースであり、これは特に限られたスペースのみしか構成要素に利用可能に作ることができない自動車で問題となりうる。この問題の解決のために、従来の技術は、熱交換器面積を増大させるのを助けることができるフィンの使用を提案している。しかしながら、フィンにより覆われた熱交換器管の製造から生じる追加の費用に対する容積減少の割合が比較的小さい。 Another disadvantage and deficiency in the prior art is the large required space required for heat exchangers, which can be a problem especially in automobiles where only limited space can be made available for components. To solve this problem, the prior art suggests the use of fins that can help to increase the heat exchanger area. However, the ratio of volume reduction to the additional cost resulting from the manufacture of heat exchanger tubes covered with fins is relatively small.
円形断面を有する管の管束は、より小さいパッケージ密度をもたらし、もしくは、より大きな隙間が、三角形、四角形または扁平管断面のような他の断面幾何学形状と比較して、円形断面の間にそれぞれに生じる。さらに、円形断面の間の隙間は、隙間断面領域への入口の断面領域が前記隙間断面領域と比較して相応に狭いために、円形断面の周りに流れる媒体とさほどアクセス可能でない。上述の他の断面に関して、入口と隙間断面領域との間の比率はバランスされる。 Tube bundles of tubes with a circular cross-section result in a smaller package density, or a larger gap between the circular cross-sections compared to other cross-sectional geometries such as triangle, square or flat tube cross-sections, respectively. To occur. Furthermore, the gap between the circular cross-sections is not very accessible with the medium flowing around the circular cross-section because the cross-sectional area at the entrance to the gap cross-sectional area is correspondingly narrow compared to the gap cross-sectional area. For the other cross sections mentioned above, the ratio between the inlet and the gap cross sectional area is balanced.
従来の技術によれば、U字形通路は、しばしば、直管および方向転換形状(スクープ)を用いて得られる。したがって、前記方向転換領域において熱伝達が行われないが、追加の圧力損失が、前記方向転換領域における、それぞれ1つの追加の流出および流入過程に起因して発生する。この欠点は、U字形状に曲げられた円形断面管が使用されることによってすでに克服することができる。しかしながら、円形断面領域と円形断面の外周との最大にされた比率と、そこから生じる最小の熱交換器領域による低熱交換器能力のデメリットが存在したままである。 According to the prior art, U-shaped passages are often obtained using straight pipes and turning shapes (scoops). Thus, although no heat transfer takes place in the direction change zone, additional pressure losses occur due to one additional outflow and inflow process respectively in the direction change zone. This disadvantage can already be overcome by using a circular section tube bent into a U-shape. However, there remains the disadvantage of low heat exchanger capacity due to the maximized ratio of the circular cross-sectional area to the outer periphery of the circular cross-section and the minimum heat exchanger area resulting therefrom.
従って、本発明は、熱交換器の構造的な体積を、フィンをなくし且つさらに、圧力損失を低減しながら熱交換器能力におけるいかなる損失なしに最小にできるような管束を有する熱交換器をさらに発展させ課題を解決する目的である。 Accordingly, the present invention further provides a heat exchanger having a tube bundle that allows the structural volume of the heat exchanger to be minimized without any fins and without any loss in heat exchanger capacity while reducing pressure loss. The purpose is to develop and solve problems.
この課題は、独立して形成された熱交換器管を有する熱交換器によって解決される。熱交換器管は、別々に形成され閉じられたケーシングの中に配置され、その熱交換器管の外面の周りを冷却液が流れて通過する。
前記ケーシングは、少なくともケーシングカバーと、ジャケット部とを備え、ジャケット部はケーシングカバーによって密閉され、かつ交換器管の両端は、交換器管の入口および出口がケーシングの外側に配置されるように、ケーシングカバーを通って気密および液密に貫通されている。
This problem is solved by a heat exchanger having independently formed heat exchanger tubes. The heat exchanger tube is placed in a separately formed and closed casing, and the coolant flows around the outer surface of the heat exchanger tube.
The casing includes at least a casing cover and a jacket portion, the jacket portion is sealed by the casing cover, and both ends of the exchanger tube are arranged so that the inlet and the outlet of the exchanger tube are disposed outside the casing. Airtight and liquid-tightly penetrate through the casing cover.
さらに、この解決策の一部は、U字形状の曲がり領域と、ストレート管端とを備えた管束である。前記管束は少なくともストレート管端の領域で扁平管からなる。扁平管は、互いに平行に配置された2つの扁平長辺側面と、長辺側面と互いに連結する2つの短辺側面とを有し、この断面は、一方が他方に各々対向する2つの長辺側部と2つの短辺側部とを有する矩形である。他の扁平管は、部分的円形要素によって連結された2つの長辺側部を有する断面を有する。 Furthermore, part of this solution is a tube bundle with a U-shaped bending area and a straight tube end. The tube bundle is a flat tube at least in the region of the straight tube end. The flat tube has two flat long side surfaces arranged in parallel to each other and two short side surfaces connected to the long side surface, and this cross section has two long sides, one of which is opposite to the other. A rectangle having a side and two short sides. The other flat tube has a cross section with two long sides connected by partial circular elements.
前記解決策の長所は、特に、小さい断面領域と比較して大きな表面領域として得られる、高い熱交換器能力を可能にする管断面が採用された扁平管を有することである。 The advantage of said solution is in particular to have a flat tube with a tube cross-section that allows a high heat exchanger capacity, obtained as a large surface area compared to a small cross-sectional area.
さらに、本発明の課題は、U形曲がり領域がストレート管端の扁平断面と異なる断面形状を有することによって解決される。 Furthermore, the problem of the present invention is solved by the fact that the U-shaped bent region has a cross-sectional shape different from the flat cross section of the straight pipe end.
さらに、本発明によって、扁平管のストレート管端が熱交換器内で、互いにその幅狭側面と対向する。本発明の変形実施形態において、扁平管のストレート管端は互いにその幅広側面と対向する。これは、U形曲がり領域を含む管全体が扁平管で作られる場合、ある変形実施形態では管は幅狭側平面に曲げられ、且つ他の変形実施形態では管は幅広側平面に曲げられることを意味する。 Further, according to the present invention, the straight tube ends of the flat tubes face each other with their narrow side surfaces in the heat exchanger. In a modified embodiment of the present invention, the straight tube ends of the flat tubes face each other with their wide side surfaces. This is because if the entire tube, including the U-shaped bend region, is made of a flat tube, in some alternative embodiments the tube is bent into a narrow side plane, and in other alternative embodiments the tube is bent into a wide side plane. Means.
幅狭側平面に曲げることのメリットは、技術上断面係数が幅狭側平面方向により小さくなるので、U形状が容易に得られることである。
もし、曲げることが幅広側平面で実行される場合、断面係数が高い。扁平管の断面の幅広側平面に曲げるほかに、方向転換領域での扁平幾何学形状が代替方法でも作ることができる。しかしながら、この解決は、扁平管の幅広側面が、熱交換器のケーシング内で循環する冷却液の流れ方向に伸びることがメリットである。それによって、好適な熱伝達が可能になる。
The merit of bending to the narrow side plane is that the U-shape can be easily obtained because the section modulus is technically smaller in the narrow side plane direction.
If bending is performed on the wide side plane, the section modulus is high. In addition to bending to the wide side plane of the cross section of the flat tube, a flat geometric shape in the turning region can be made by alternative methods. However, this solution is advantageous in that the wide side surface of the flat tube extends in the flow direction of the coolant circulating in the casing of the heat exchanger. Thereby, suitable heat transfer is possible.
本発明のさらに有利な実施形態において、U形曲がり領域の管断面は円形断面形状を有する。本発明の有利な実施形態では、U形曲がり領域の管断面は、長方形または楕円形の断面形状を有する。 In a further advantageous embodiment of the invention, the tube cross-section of the U-shaped bend region has a circular cross-sectional shape. In an advantageous embodiment of the invention, the tube cross-section of the U-shaped bend region has a rectangular or elliptical cross-sectional shape.
まず、円形断面の使用は、扁平管を曲げることが、輪郭の幅広側平面で実行される場合に特に問題となる可能性がある、その曲げることがもはや必要でないような技術的なメリットである。さらに、U形曲がり領域における円形断面によって最適な流れ状態を認識することが可能になる。これは、もし曲げが扁平管を用いて形成された場合、曲げることが、断面を幅狭に至らせないことを保証できない場合に特に重要である。 First, the use of a circular cross section is a technical advantage that bending a flat tube can be particularly problematic when performed on the wide side plane of the contour, so that bending is no longer necessary . Furthermore, the optimum flow state can be recognized by the circular cross section in the U-shaped bend region. This is especially important if the bend is formed using a flat tube and it cannot be guaranteed that the bend will not lead to a narrow cross section.
特に有利な実施形態において、管束の管は構造を与えられた表面を備える。好ましい実施形態のこの構造は、間隔が正方形の辺の長さのおおむね2倍になるように互いに離間された管外側の正方形凹部からなる。本発明におけるこの目的の変形実施形態では、この構造は、管壁に形成された環状またはらせん状の溝からなる。 In a particularly advantageous embodiment, the tubes of the tube bundle comprise a structured surface. This structure of the preferred embodiment consists of square recesses on the outside of the tube that are spaced apart from one another so that the spacing is approximately twice the length of the square sides. In a variant embodiment for this purpose according to the invention, this structure consists of an annular or helical groove formed in the tube wall.
管壁での構造の形成によって、管内側に、有利な流れの乱れを導き及び層流及び境界層の破壊に至る。それによって、管内を流れる媒体と管壁との間の改善された熱伝達を生じ、その結果、熱交換器の能力が増大する。 The formation of the structure on the tube wall leads to advantageous flow turbulence inside the tube and leads to laminar flow and boundary layer failure. This results in improved heat transfer between the medium flowing in the tube and the tube wall, resulting in increased heat exchanger capacity.
さらに、管束内で複数のU字形管を互いに組み合わせることは有用である。ここで等しい半径のU形曲がり部及び等しい長さのストレート扁平管端を有する少なくとも2本のU字形管が並んで位置決めされ、かつ各々異なる半径を有する少なくとも2本のU字形管が互いの中に位置決めされている場合に長所となる。 Furthermore, it is useful to combine a plurality of U-shaped tubes together in a tube bundle. Here, at least two U-shaped tubes having U-shaped bends of equal radius and straight flat tube ends of equal length are positioned side by side, and at least two U-shaped tubes, each having a different radius, are located within each other. It is an advantage when it is positioned at.
互いに有利に組み合わされたU形管によって、小さいスペース内に熱伝達の活発な大きな領域が生じる。それによって、熱交換器は、小さい構造スペースのみを必要としながら、高容量を達成する。 U-tubes that are advantageously combined with each other create large areas of active heat transfer in small spaces. Thereby, the heat exchanger achieves a high capacity while requiring only a small structural space.
管束の熱交換器管の曲がり領域を互いに交互にオフセットに配置することが特に有用であることが示される。交互のオフセットに巧みに配置することによって、方向転換領域における円形幾何学形状への移行部が設けられるにもかかわらず、高いパッケージ密度を得ることができる。 It has been shown to be particularly useful to arrange the bending regions of the heat exchanger tubes of the tube bundle alternately offset from one another. By skillfully arranging alternating offsets, a high package density can be obtained despite the transition to a circular geometry in the turning region.
本発明の好ましい実施形態によれば、熱交換器は、熱交換器が自動車の排気ガスストリングで使用されるように設計されている。そのために、ケーシングカバーは自動車の排気ガスシステムへ熱交換器を接続するためのインタフェースを形成する。 According to a preferred embodiment of the invention, the heat exchanger is designed such that the heat exchanger is used in an automobile exhaust gas string. To that end, the casing cover forms an interface for connecting the heat exchanger to the automobile exhaust gas system.
本発明に係る熱交換器の長所は、利用できる取付スペースが制限されている、自動車において特に効果を有する。従って、少ないスペースを要求しながら高容量の熱伝達を提供する、そのようなやり方で最適化された熱交換器は、自動車内での使用に非常に良く適している。 The advantages of the heat exchanger according to the invention are particularly advantageous in motor vehicles where the available installation space is limited. Thus, heat exchangers optimized in such a manner that provide high capacity heat transfer while requiring less space are very well suited for use in automobiles.
熱交換器が流体的に方向転換して切りかえされた管束を並列に形成する、ケーシング内に位置決めされた複数の熱交換器管を備える場合は有用である。 It is useful when the heat exchanger comprises a plurality of heat exchanger tubes positioned within the casing that fluidly redirect to form a switched tube bundle in parallel.
熱交換器管の並列接続により、より高い割合の排気ガスが、熱を排気ガスから抽出する熱交換器を通過できる。 Due to the parallel connection of the heat exchanger tubes, a higher proportion of exhaust gas can pass through the heat exchanger extracting heat from the exhaust gas.
本発明の有利な実施形態において、冷却液入口および冷却液出口が、冷却液入口および/または冷却液出口が、ケーシングカバーに位置決めされるように配置される。 In an advantageous embodiment of the invention, the coolant inlet and the coolant outlet are arranged such that the coolant inlet and / or the coolant outlet are positioned in the casing cover.
冷却液入口と冷却液出口をケーシングカバー中に統合することにより、全てのインタフェースが1つの構造部材及び1つの場所に統合される。従って、特に自動車で使用するために、熱交換器が取り付けられる車両の最終組立が、改善され且つ簡単になる。このようにして、全てのインタフェースを、狭いスペースに統合でき、かつ1つの据付ステップで熱交換器に接続することができる。 By integrating the coolant inlet and the coolant outlet into the casing cover, all interfaces are integrated into one structural member and one location. Thus, the final assembly of the vehicle to which the heat exchanger is mounted, especially for use in a motor vehicle, is improved and simplified. In this way, all interfaces can be integrated into a narrow space and connected to the heat exchanger in one installation step.
熱交換器は、熱交換器が自動車の冷却液冷却式給気冷却器に有利に使用できるように設計されることが示される。ここで、冷却液は、ターボチャージャーから来る高温圧縮された外気を冷却する。 The heat exchanger is shown to be designed so that the heat exchanger can be advantageously used in an automotive coolant cooled charge air cooler. Here, the cooling liquid cools the high temperature compressed outside air coming from the turbocharger.
熱交換器のもう1つの有利な使用分野は、自動車の冷却液冷却式油冷却器である。熱交換機は、特に、冷却液を用いて高温エンジンオイルを冷却するために適している。 Another advantageous field of use of heat exchangers is automotive coolant cooled oil coolers. The heat exchanger is particularly suitable for cooling hot engine oil using a coolant.
本発明の特に肯定的な側面は、ケーシングのジャケット部が1000℃以下の融点を有する材料からなる可能性である。驚くべきことに、ジャケット部に対して使用できる材料は、冷却媒体の使用から生じる要求をただ満たさなければならないことが知られている。これは、まず、圧力、温度ならびに化学的耐性に関係する。化学的耐性は、油が冷却媒体として使用される場合に特に重要である。それによって、たとえ熱交換器が排気ガス冷却器として用いられた場合でさえ、合成樹脂またはアルミニウムのような1000℃よりはるかに低い、低い融点を有する材料を、ジャケット部のために使用することができる。これらの材料は、通常、排気ガス温度に耐えられない。この長所は、熱伝達用のU字形管の使用、並びに、その形状が密閉されたU字形曲がり形状であることから、生じる。 A particularly positive aspect of the present invention is the possibility that the jacket part of the casing is made of a material having a melting point of 1000 ° C. or less. Surprisingly, it is known that materials that can be used for the jacket must only meet the requirements arising from the use of a cooling medium. This is first related to pressure, temperature and chemical resistance. Chemical resistance is particularly important when oil is used as the cooling medium. Thereby, even if the heat exchanger is used as an exhaust gas cooler, a material with a low melting point much lower than 1000 ° C., such as synthetic resin or aluminum, can be used for the jacket part. it can. These materials usually cannot withstand exhaust gas temperatures. This advantage arises from the use of a U-shaped tube for heat transfer and the fact that its shape is a sealed U-shaped bend.
さらに、クーラーケーシングの材料を非常に自由に選択できる好ましい可能性が生じ、その結果、最終製品の重量及び価格の決め手となる、軽量で割安の材料が利用できる。 In addition, there is a favorable possibility that the material of the cooler casing can be chosen very freely, so that light and cheap materials are available which are decisive for the weight and price of the final product.
概して、本発明の長所は、小さい構造スペースでの増大された熱交換器容量、U字形に曲げられた熱交換器管の配置における、増大した自由度であり、その結果、より高いパッケージ密度が可能される。本発明に係る熱交換器は、小さくかつより軽量である。熱交換器のより高い熱伝達効率により、材料が同じ容量を有する従来技術の熱交換器と比較して節約される。 In general, the advantages of the present invention are increased heat exchanger capacity in a small structural space, increased freedom in placement of heat exchanger tubes bent into a U-shape, resulting in higher package density. Possible. The heat exchanger according to the present invention is small and lighter. The higher heat transfer efficiency of the heat exchanger saves material compared to prior art heat exchangers having the same capacity.
本発明のその他の詳細、特徴および長所は、添付図面と組み合わせた例示実施形態の以下の記載から明らかになろう。 Other details, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
図1aは、熱交換器管6を形成する扁平管の幅狭側面が分かる、上面図による扁平管からなる管束15を有する熱交換器1を示す。まっすぐな管端2と曲がり領域3の両方は、曲がり領域3で幅狭側平面で曲げられた扁平管からなる。矢印で表示したのは、流入するガスの流れ方向であり、入口12と出口13が別々に表示されている。入口12および出口13は、ケーシングカバー4を貫通している。
異なる半径の曲がり領域3によって互いに整合して形成された複数の熱交換器管6は管束15をともに形成する。
FIG. 1 a shows the
A plurality of
図1bは、正面図による扁平管からなる管束15を有する熱交換器1を示し、かつケーシングカバー4上の熱交換器管6の端部11の配置を示す。それによって、管束15は、互いに合致する曲がり領域3の異なる半径を有する3つの熱交換器管6が互いの内に配列され、且つ3つのこれらグループが、9つの入口12及び出口13がケーシングカバー4を貫通するように、並べて配列されるように形成される。
FIG. 1 b shows the
図1cは、側面図による扁平管からなる管束15を有する熱交換器1を示し、扁平管として確立された熱交換器管6の幅広側面が示される。まっすぐな管端2は、一端で曲がり領域3へと曲がり、かつ他端で熱交換器管6の端部11を形成する。
FIG. 1c shows the
図2は、分解図による扁平管からなる管束15を有する熱交換器1を示し、図の上の領域で、ケーシング5が閉じられたときに、内部に充填された冷却液の密閉を外環境に対して保証する、シール14を有するジャケット部5が示される。下の領域では、ケーシングカバー4に連結された管束15が示されている。扁平管として形成され、幅狭側平面でU形に曲げられた熱交換器管6が、曲がり領域3で異なる半径に基づいて互いの内に且つ並んで配列され密集したパッケージ内に管束15を形成することがわかる。
FIG. 2 shows a
熱交換器管6の端部11は、ケーシングカバー4を貫通しており、かつケーシングカバー4に固定されている。ケーシングカバー4を通り抜けた後、熱交換器管6すなわち熱交換器管6の端部11は、それぞれに、自動車の排気ガスシステムへの熱交換器1の接続に用いられるインタフェース7を形成する。詳細には、入口12への排気ガスの流入が行われ、かつ熱が伝達された後に冷却された排気ガスが出口13を通って熱交換器1から流出する。
The
高い温度でエンジンの燃焼室から出る排気ガスによって運ばれる熱エネルギーが冷却液に放散される。前記冷却液は熱交換器1、特にケーシングのジャケット部5内に流入する。これによって、前記冷却液はケーシングカバー4内の開口部、冷却液入口9および冷却液出口10を通って流入および流出する。
The heat energy carried by the exhaust gas leaving the engine combustion chamber at high temperatures is dissipated into the coolant. The cooling liquid flows into the
ケーシング内部の短絡流を回避するために、仕切壁がケーシングカバー4に取り付けられ、仕切壁は、最小の半径を有する熱交換器管6のU形曲がり部に突出する。この仕切り壁が、冷却材を、冷却材入口9から冷却材出口10まで、ケーシングカバー4の近くの最短経路の代わりに、熱交換器管6に沿って広範囲に流すことを強いる。
In order to avoid a short circuit flow inside the casing, a partition wall is attached to the
好ましい実施例において、ケーシングのジャケット部5は、低い融点を有する材料、特に合成樹脂から製造されている。しかしまた、ジャケット部5は、その他の低い融点を有する材料、たとえばアルミニウムからなっていてもよい。使用する材料は、冷却する媒体の使用によって設定される要求のみを満たさなければならない。この要求は、第一に圧力、温度ならびに化学的耐性に関係する。前記化学的耐性は、冷却媒体として油が使用される場合に特に重要である。添加物を有する冷却水も化学的耐性に対する特別の要求を設定することができる。それによって、排気ガス冷却器として熱交換器を使用する例示の場合でも、1000℃をはるかに下回り得る合成樹脂またはアルミニウムのような低い融点を有する材料をジャケット部5用として使用することができる。前記材料は、通常、排気ガス温度に耐えられない。それによって、冷却器ケーシング、特にジャケット部5用の材料を非常に自由に選択に選択できる好ましい可能性が生じ、その結果、特に、最終的に完成製品の価格と重量に決定的な影響を及ぼす軽量かつコスト的に割安の材料を使用することができる。
In a preferred embodiment, the
図3aは、上面図による横向きに曲げられた扁平管の管束15を有する熱交換器1を示し、図1aと異なり、図は、扁平管の幅広側面の方向である。全熱交換器管6は完全に扁平管からなる。図示した実施形態において、扁平管は、幅広側平面でU形にされている。
FIG. 3a shows a
図3bは、正面図による横向きに曲げられた扁平管の管束15を有する熱交換器1を示し、図1bの図示の様に、ケーシングカバー4が均一に配置された管通路で示されている。扁平管の断面の向きにより、熱交換器管6の2つのU字形曲がり部のみが互いの内に配置されているが、5つのこれらの組が互いの上下に段違いにされている。それによって、それぞれ10個の入口12および10個の出口13があり、それらを通して排気ガスが熱交換器1へそれぞれに流入もしくは流出する。幅広側平面上で扁平管を曲げることは技術的に難しく、特別の技術的解決を要する。
FIG. 3b shows the
図3cは、扁平管として形成された熱交換器管6の幅狭側の方向の視点により、側面図による横向きに曲げられた扁平管の管束15を有する熱交換器1を示す。ストレート管端2は曲がり領域3に曲がる。
FIG. 3c shows the
図4は、分解図により熱交換器管6として使用される横向きに曲げられた扁平管の管束15を有する熱交換器1を示す。ここで図の上の部分はケーシングのジャケット部5ならびに付随するシール14を示す。
下の部分は、熱交換器管6からなるケーシングカバー4に連結された管束15を示す。熱交換器管6は、U字形の曲がり部が幅広側平面にあるように配置されている。ストレート管端2と曲がり領域3の両方、同様に、完成した熱交換器管6は、扁平管で作られる。
管束15はケーシングカバー4の上面から突出するが、インタフェース7は底部に位置決めされる。
FIG. 4 shows a
The lower part shows a
The
図5aは、上面図による扁平管および円形断面管の管束15を有する熱交換器1を示し、上記図示、特に扁平管の幅狭側への同じ視点をもつ図1aと異なり、熱交換器管6が扁平管で作られることに限定されない。扁平管から構成されるストレート管端2は、曲がり領域3で円形断面の管へ曲がり移行する。全体の曲がり領域3は、円形断面を有する管によって形成される。
FIG. 5a shows a
断面の変化によって曲がり領域3内でもしくはストレート管端2と曲がり弓状領域3の間の移行領域内で流れ状態がそれぞれ変化する。円形断面を有する曲がり領域3への流入の時点で乱流が発生する。また、曲がり領域3内の直管内よりも高い流れ抵抗は断面が拡大されることによって減少する。
The flow state changes in the
図5bは、正面図により扁平管および円形断面管からなる図示しない管束15を有する熱交換器1を示し、ケーシングカバー4を貫通する管ダクトの配列は、図1bの図示と異なっていない。
FIG. 5b shows a
図5cは、ストレート管端2の幅広側を見て、側面図による扁平管および円形断面管からなる熱交換器1の管束15を示す。さらに、側面図で台形状に現れる移行領域16が示される。この移行領域は、扁平管の長方形断面を、曲がり領域3を形成する管部分の円形断面と適合するのに役立つ。
FIG. 5 c shows the
図6aは、斜視図による扁平管および円形断面管の管束15を有する熱交換器1のケーシング5およびシール14を示す。ジャケット部5およびシール14が示される。
FIG. 6 a shows the
図6bは、斜視図による扁平管および円形断面管からなる熱交換器1の管束15およびケーシングカバー4を示す。ケーシングカバー4は、前記ケーシングカバー4の底部でインタフェース7を形成するストレート管端2に適合する。ストレート管端2のほかに、熱交換器管6は弓状領域3によって形成される。前記曲がり領域3は、扁平管で形成されたストレート管端2と異なり円形断面を有する管で作られる。
FIG. 6 b shows the
図6cは、扁平管によって形成された熱交換器管6外側の少なくとも幅広側が示されることにより、側面図による扁平管および円形断面管を有する熱交換器1の管束15およびケーシングカバー4を示す。しかしながら、扁平管はストレート管端2の領域でのみ使用され、一方、曲がり領域3は円形断面を有する管によって形成される。本発明の好ましい実施形態の特徴は、側面図にて曲がり領域3で熱交換器管6の幅が減少されることとして示す。
FIG. 6c shows the
図7aは、正面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管の管束15を有する熱交換器1を示す。熱交換器1の扁平管の連通する管の曲げは、互いに短い側の辺に指向されている。その上端で2つのストレート管端2の連通が、図示した実施形態の例において円形断面管として構成された曲がり領域3を介して行われる。移行領域16は、扁平管と円形断面管の間の断面の適合を保証する。流体密通路17は、管通路の領域で外環境から熱交換器1の内部空間をシールする。
FIG. 7a shows a
図7bは、上面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管の管束15を有する熱交換器1を示し、ケーシングカバー4を通るストレート管端2の通路の配列によって、図示していない、曲がり形状熱交換器管6の5つの入口及び5つの出口がケーシングカバー4上に位置決めされることを示す。
FIG. 7 b shows a
図7cは、ストレート管端2を形成する、扁平管の平らな側を示す、横向きに配置された扁平管および円形断面管の管束15を有する熱交換器1を側面図で示す。移行領域16にわたって、扁平管は図示した実施形態の例示の曲がり領域3を形成する円形断面管へ曲がり移行する。
本発明による解決のさらなる実施形態では、一方が他方の上に位置決めされる熱交換器管6が巧みに交互にずらした配置(オフセット配置)にあることが、特に有利である。それによって、円形幾何学形状への変化にもかかわらず、曲がり領域3、或いは方向転換領域で高いパッケージ密度を達成することが出来る。
FIG. 7 c shows in side view a
In a further embodiment of the solution according to the invention, it is particularly advantageous that the
図8aは、斜視図による横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束15を有する熱交換器1を示し、管束15およびケーシングカバー4を詳細に示す。冷却液入口9および冷却液出口10は、ケーシングカバー4に配置されている。冷却液入口9および冷却液出口10の間の短絡流を防ぐために、仕切壁8は可能性のある短絡流路に位置決めされ、かつケーシングカバー4と曲がり領域3の間に延在する。
FIG. 8a shows the
図8bは、斜視図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束15を有する熱交換器1を示し、ここでシール14を有するジャケット部5が示されている。
FIG. 8b shows the
図8cは、横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束15を有する熱交換器1を、再び管束15、仕切壁8およびケーシングカバー4の表示によるが、この場合は側面図で示す。ここで、この図では幅狭いように見えるまっすぐな管端2の扁平管が、図の右手側に位置決めされた曲がり領域3のより幅広の円形断面管にどのように曲がり移行するかが見える。
FIG. 8 c shows the
本発明による解決の変形例によると、一方が他方の上に位置決めされる熱交換器管6が巧みに交互にずらした配列であることが特に有用であることが示される。それによって、円形幾何学形状への変化にもかかわらず、曲がり領域、或いは方向転換領域で高いパッケージ密度をそれぞれに達成することができる。
According to a variant of the solution according to the invention, it is shown to be particularly useful that the
図9aは、上面図により扁平管および円形断面管のオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示す。ここで、ストレート管端2が、移行領域16にわたって曲がり領域3へ曲がることが示されている。曲がり領域3は、例示の実施形態において、円形断面管で作られ、曲がり領域3内で拡大される断面によって図に示される。
扁平管として構成された熱交換器管6は、本発明の好ましい実施形態では、扁平管の幅広側が互いに対向するように配置されている。3つのグループのそれぞれ異なる高さを有する曲がり形状の熱交換器管6は、互いの上下にもしくは互いの中に位置決めされている。
矢印が、好ましい実施形態において、内燃エンジンの排気ガスである、管内の流体の流れの方向を示す。
FIG. 9a shows the
In a preferred embodiment of the present invention, the
The arrows indicate the direction of fluid flow in the pipe, which in the preferred embodiment is the exhaust gas of an internal combustion engine.
図9bは、正面図により熱交換器1のケーシングカバー4を示す。ケーシングカバー4を貫通しながら流体密にシールされて構成されたストレート管端2の通路は、オフセットして配置されている。
FIG. 9b shows the
図に示していない、それぞれ異なる高さの3つのグループの曲がり形状熱交換器管6は、流れの方向と横にわずかにオフセットされて位置決めされ、特に好ましい例示の実施形態では、オフセットは、扁平管の断面の長辺側の半分の長さである。
Three groups of bent
同様にここに図示していない管束15を一緒になって形成する曲がり形状の熱交換器管6のグループは扁平管および円形断面管からなり、扁平管はストレート管端2の領域に用いられ、かつ円形断面管は曲がり領域3に使用される。
Similarly, a group of bent
図9cは、側面図により熱交換器1のオフセット配置された管束15を示し、この管束15は扁平管および円形断面管からなる。ここで、扁平管の幅広側が、ストレート管端2の領域を形成することがわかる。移行領域16の後で、熱交換器管6は円形断面管として形成された曲がり領域3へ曲がり移行する。
FIG. 9c shows a
図10aは、上面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示す。図示した本発明の好ましい実施形態において、熱交換器管6は扁平管として形成されており、扁平管の幅狭側が互いに対向するように配置されている。それぞれ異なる高さを有する3つのグループの曲がり形状の熱交換器管6は、互いの上下にもしくは互いの内にそれぞれ配置されている。
FIG. 10a shows the
一方が他方の上に位置決めされる熱交換器管6が巧みに交互にオフセットした配列にあることが特に有用である。それによって、円形幾何学形状へ曲がり変化するのにもかかわらず、曲がり領域、或いは方向転換領域で高いパッケージ密度をそれぞれに達成することができる。
It is particularly useful that the
図10bは、正面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示す。ストレート管端2の通路がケーシングカバー4上に示される。3つのグループのストレート管端2の各々は、入口12および出口13を含み、かつ、ここに図示しない、異なる曲がり部高さを有する熱交換器管6の一部であり、各通路の入口12および出口13がケーシングカバー4上に印される。それによって、図は、ここに図示した好ましい実施形態が、各グループでそれぞれ5つの単一の熱交換器管6を含むことを示す。
FIG. 10b shows the
図10cは、側面図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1の管束15を示す。この図は、ストレート管端2を形成する扁平管の幅狭側面を示す。図の右側に移行領域16と、さらに曲がり領域3を形成する円形断面管の断面が図示されている。
FIG. 10c shows the
図11aは、斜視図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示し、管束15は、密集したパッケージ内に、ここに示される特に好ましい実施形態においては11本の熱交換器管である、複数の熱交換器管6を備える。扁平管はこれらの幅狭側面で互いに対向する。
熱交換器管6は、ケーシングカバー4内に固定されて、ケーシングカバー4の背面上にインタフェース7を形成する。
FIG. 11a shows a
The
図11bは、分解図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示し、ジャケット部5およびシール14が表示されているが、横向きに配置された扁平管および円形断面管からなる管束15は示されていない。
FIG. 11 b shows the
図12aは、斜視図により扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示し、管束15は、密集したパッケージ内に、ここに示される特に好ましい実施形態においては11本の熱交換器管である、複数の熱交換器管6を備える。扁平管は、これらの幅広側面で互いに対向する。
熱交換器管6は、ケーシングカバー4内に固定されて、ケーシングカバー4の背面上にインタフェース7を形成する。ケーシングカバー4から垂直に突出する仕切り壁8は、熱交換器1の内部で自由に循環する冷却液の短絡流を防ぐ。
FIG. 12a shows a
The
図12bは、分解図により扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示し、ジャケット部5およびシール14は表示されているが、扁平管および円形断面管からなる管束15は示されていない。
FIG. 12b shows the
好ましい例示の実施形態で用いられる熱交換器管6の外表面は、螺旋状にエンボス加工された溝を備える。この実施形態の変形例としては、エンボス加工をしていない平滑な熱交換器管6を使用してもよい。
The outer surface of the
図13aは、斜視図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示す。熱交換器管6の平滑または螺旋状に溝を付けられた管壁を有する図12aに示した好ましい実施形態と異なり、ここに示される変形実施形態の管壁は、より程度の激しい構造を与えられている。この構造は、ストレート管端2の領域及び曲がり領域3の領域の両方に適用される。図示した実施形態において、四角形凹部の構造が用いられる。四角形凹部は、扁平管の幅広側面に適用され、モザイク模様のようなオフセットで配置され、かつ扁平管の流れ断面中に突出する。それによって、四角形凹部は、層流が発達されることを防ぎ、排気ガスを熱交換器管6の中で旋回させ、本発明の好ましい実施形態において排気ガスが熱交換器管6の中を流れる。旋回渦流により、発達する境界層が破壊され、その結果、熱伝達が改善される。特に、この四角形凹部構造は、熱交換表面を増大させ、熱交換器能力をさらに高める。
例示の実施形態で好ましいモザイク模様のような構造体とは別に、また、環状或いはらせん状構造と熱交換器管6の壁の平滑面が本発明によって設けられる。
FIG. 13a shows the
Apart from the mosaic-like structure preferred in the illustrated embodiment, and also the annular or helical structure and the smooth surface of the wall of the
図13bは、分解図により横向きに配置された扁平管および円形断面管からなるオフセット配置された管束15を有する熱交換器1を示し、ジャケット部5およびシール14が表示されているが、扁平管および円形断面管からなる管束15は表示されていない。
FIG. 13b shows the
1 熱交換器
2 ストレート管端
3 曲がり領域
4 ケーシングカバー
5 ジャケット部、ケーシング
6 熱交換器管
7 インタフェース
8 仕切壁
9 冷却液入口
10 冷却液出口
11 熱交換器管の端部
12 熱交換器管入口
13 熱交換器管出口
14 シール
15 管束
16 移行領域
17 通路
DESCRIPTION OF
Claims (14)
ケーシングは、少なくともケーシングカバー(4)と、ジャケット部(5)とを備え、ジャケット部(5)はケーシングカバー(4)によって密閉され、かつ熱交換器管(6)の両端(11)は、熱交換器管(6)の入口(12)および出口(13)がケーシングの外側に配置されるように、ケーシングカバー(4)を気密および液密に貫通され、
さらに、ストレート管端(2)の間に円形断面形状を有するU形曲がり領域(3)を備える管束(15)を有し、
管束(15)が少なくともストレート管端(2)の領域で互いの上下に一列に配置され且つ矩形に形成されている扁平管から少なくとも部分的に形成され、
管束(15)が、U形曲がり領域(3)で高いパッケージ密度を達成するように、管束(15)の熱交換器管(6)の互いの上下に位置決めされたU形曲がり領域(3)を交互にオフセットした配置に設け、さらに、熱交換器(1)は管束(15)に接続される冷却フィンを省略することを特徴とする、特に排気ガス熱交換器である熱交換器(1)。 A heat exchanger (1) for use in a motor vehicle, which is arranged in a separately formed and closed casing and in which a coolant flows around its outer surface and flows separately Having a tube (6),
The casing comprises at least a casing cover (4) and a jacket part (5), the jacket part (5) is sealed by the casing cover (4), and both ends (11) of the heat exchanger pipe (6) are Through the casing cover (4) in an airtight and liquid tight manner so that the inlet (12) and outlet (13) of the heat exchanger tube (6) are arranged outside the casing;
Furthermore, it has a tube bundle (15) with a U-shaped bent region (3) having a circular cross-sectional shape between the straight tube ends (2),
The tube bundle (15) is at least partly formed from flat tubes arranged in a row above and below each other and formed in a rectangle at least in the region of the straight tube end (2);
U-shaped bending regions (3) positioned above and below each other of the heat exchanger tubes (6) of the tube bundle (15) so that the tube bundle (15) achieves a high package density in the U-shaped bending region (3). The heat exchanger (1) is an exhaust gas heat exchanger, particularly a heat exchanger (1), characterized in that the cooling fins connected to the tube bundle (15) are omitted. ).
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