JP5952787B2 - 自動車の排気ガス冷却用熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の排気ガス冷却用の熱交換器に関する。本熱交換器は、互いに平行に配置されている熱交換チューブから形成されている送風ダクト（ｆｌｏｗ ｄｕｃｔ）、並びにその送風ダクトの周囲に配置されている送風室（ｆｌｏｗ ｃｈａｍｂｅｒ）を特徴とする。送風室は、ハウジング壁部及びチューブ底部によって区切られている。

当該技術分野の技術水準から、自動車両における排気ガス再循環用システムが知られている。かかるシステムのおかげで、排気ガス内、特に、ディーゼル駆動自動車両の排気ガス内に封入された窒素酸化物を減らすことができ、また、ガソリン式自動車両の燃料消費を低下できる。排気ガス再循環の一般的なシステムでは、冷却されているか、又は冷却されていない排気ガスが、エンジンによって吸い込まれている外気に混ぜられる。
高温で燃焼中、特に、希薄混合気が採用されている場合、これは、部分負荷の動作範囲において、環境に有害な窒素酸化物が自動車両のエンジン内で作られることを意味する。窒素酸化物の排出を減らすためは、燃焼中、高温ピークを低下させ、過剰な空気量を減らすことが必要である。燃料空気混合気のより低い酸素濃度により、燃焼過程の速度、従って、最高燃焼温度が引き下げられる。両方の効果は、排気ガスの部分流の、エンジンによって吸い込まれる外気の流れへの混合によって達成される。
ディーゼル駆動の自動車両では、燃焼中の酸素含有量及び温度ピークの低下のほかに、排気ガス再循環システムはノイズエミッションの低下ももたらす。排気ガス再循環システムを備えたガソリン式自動車両では、その上、スロットル損失（ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ ｌｏｓｓ）が最小限になる。

しかしながら、再循環された排気ガス流の高温での混合は、冷却効果の低下、従って、エンジン効率の低下につながる。前記低下を弱めるために、排気ガスは、混合する前に、いわゆる、排気ガス熱交換器又は排気ガス再循環冷却器内で冷却される。ガソリン式自動車両では、排気ガスの追加の冷却で、エンジンに供給されている空気の圧縮比が増加される。

当該技術分野の技術水準から、排気ガス熱交換器の様々な実施形態が知られている。しかしながら、自動車両に対する排出基準及び燃費要件に関して次第に厳しくなる法規則は、車両の部品に対して減り続けるスペース要件を考えた場合、さらに必要な冷却を前提とする。これらの相反する要求は、既知の排気ガス熱交換器によって稀に実現されているだけである。

特許文献１（独国特許出願公開第１０ ２００７ ０５４ ９５３号明細書）は、空冷式の排気ガス再循環冷却器を有する内燃機関の排気ガス再循環システムを開示している。アルミニウム製の排気ガス再循環冷却器は、単一パスの接続ポートに通じる２パス冷却チューブを特徴とする。排気ガス流を２つの冷却チューブに分散することにより、伝熱面が拡大され、従って、冷却能力が強化される結果となる。さらに冷却フィンを介して互いに連結されている２パス冷却チューブは、Ｕ字形で３回巻かれている。

特許文献２（独国特許出願公開第１０ ２００７ ０５４ ９１３号明細書）は、流体がその中を流れることができる１つ又はいくつかの送風ダクトを有する、熱交換器、特に、自動車両用の熱交換器を記載している。押出プロファイル（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）で提供されている送風ダクトは、さらに、伝熱効率を高めるために、少なくともいくつかの部分において、湾曲プロファイル（ｃｕｒｖｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）を特徴とする。熱交換器の一実施形態によれば、押出プロファイルは、Ｕ字形に曲げられるように設計される。冷却液が押出プロファイルの外壁部の周囲を流れ、他方、排気ガスは内壁部に沿って流れる。

特許文献３（独国特許出願公開第１０ ２００８ ０２４ ５６９号明細書）では、バイパスダクト及び冷却ゾーンのあるハウジングを有する排気ガス冷却器が開示されている。冷却ゾーンには、排気ガス冷却ダクトが配置されているが、それは、真っ直ぐな冷却チューブ及び偏向室（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）によって形成される。ハウジングは、バイパスダクトによるか、又は冷却ゾーンによるかのいずれかで、排気ガス流を制御するための制御部材を含む。排気ガス流は、冷却ゾーンを通過中に複数回偏向されるが、排気ガス冷却ダクトは、吸込み冷却ダクト、隣接した偏向ダクト、及び、同様に偏向ダクトに隣接した吐出し冷却ダクトを特徴とする。排気ガス流は従って、吸込み冷却ダクト又は吐出し冷却ダクトの流れ方向とは逆に、偏向ダクト内を流れる。冷却される排気ガス流は、ハウジングの冷却ゾーンを少なくとも４回通過するように差し向けられる。冷却液は、冷却チューブの周囲を流れ、他方、排気ガス流は、冷却チューブ内を流れる。

当該技術分野の技術水準から既知の排気ガス再循環システムは、ガス／ガス及びガス／水熱交換器を含み、そこで、ガス／水熱交換器は、特に、管束熱交換器として形成され、それらは、次いで、純粋なＩフロー又はＵフロー排気ガス熱交換器として実施される。ガス吸込み口及びガス吐出し口が一直線に配置されている純粋なＩフロー熱交換器は、排気ガス側での低い圧力損失を示すが、同様に、冷却能力も低い。Ｕフロー排気ガス熱交換器では、ガス吸込み口及びガス吐出し口が、熱交換器の片側に配置されている。しかしながら、良好な冷却能力が実現される場合、排気ガスがチューブから出て偏向室に入り、その後チューブに入るように流れる結果として、排気ガス側で高い圧力損失が生じる。

独国特許出願公開第１０ ２００７ ０５４ ９５３号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００７ ０５４ ９１３号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００８ ０２４ ５６９号明細書

排気ガスの低い圧力損失で、高熱効率及び高冷却能力を同時に可能にする、自動車両における排気ガス冷却用の熱交換器を提供することが本発明の目的である。熱交換器は、コンパクトな構造によって省スペースにしなければならず、また、排気ガスの吸込み側及び吐出し側の柔軟な排気ガス側連結方向のみならず、冷却液接続のための種々の選択肢など、最大限に可能な構造の自由度を可能にしなければならない。

本発明によれば、この目的は、互いに平行に配置された熱交換チューブから形成される送風ダクト、並びにハウジング壁部及びチューブ底部を有するハウジングを含む、排気ガス冷却用の熱交換器、特に、自動車両用の熱交換器によって実現される。冷却される排気ガスは、送風ダクト内を流れることができ、冷却液が送風ダクトの周囲を流れる。ハウジング壁部はチューブ底部と共に、冷却液用の送風室を囲み、かつ区切る。
本発明によれば、管束を形成するように配置されている熱交換チューブは、直線部分及び偏向部領域を特徴とし、それらは、流れの方向に、好ましくは連続的に配置される。熱交換器は、従って、熱交換チューブの少なくとも２つの偏向部領域で形成される。
本発明によれば、熱交換チューブは各々、偏向部領域内で少なくとも９０°の角度で湾曲する。熱交換チューブの端部は、それ故、少なくとも９０°だけ、互いにオフセットされるように、偏向部領域内で位置合わせされる。偏向部領域の上流及び下流の流れの方向に配置されている真っ直ぐなチューブ部分は、それ故、少なくとも９０°で、１８０°を超えない角度で、互いに関して等しく配置される。

熱交換チューブの偏向部領域の数は、一方では、熱交換器の操作性を変えることを可能にするが、他方では、排気ガス吸込み口の排気ガス吐出し口に対する相対的な配置、個々の排気ガス吸込み口から排気ガス吐出し口に向かう排気ガスの流れ方向を変えることを可能にする。
偏向部領域を熱交換チューブによって描かれる１８０°の角度で形成すると、偏向の数に応じて、マルチパス熱交換器を実現することが可能になる。１つの偏向部を備えた熱交換器を形成すると、例えば、排気ガスのＵフローとなり、他方、２つの偏向部は、Ｓフローとなり、また３つの偏向部はＷフローとなる。
本発明の好ましい実施形態によれば、熱交換チューブの直線部分及び偏向部領域は、互いに各熱交換チューブがＳ字形又はＷ字形に形成されるような方法で配置される。

最小可能スペース内で送風ダクトの数が増加すると、好都合に、高パッキング密度及び排気ガスから冷却液への高伝熱の高度にコンパクトな熱交換器となる。排気ガス吸込み口及び排気ガス吐出し口は各々、熱交換器の共通側又は反対側に配置される。
偏向部領域を熱交換チューブによって描かれる１８０°及び９０°の角度で結合すると、排気ガス吸込み口の排気ガス吐出し口に対する相対的な配置を変化させることが可能になる。排気ガス吸込み口及び排気ガス吐出し口の配置は、特に互いに関して、高い柔軟度で実現できる。

本発明のさらなる展開が、熱交換チューブが金属材料、好ましくはステンレス鋼で作られる場合において見られる。熱交換チューブは、連続するその能力で、好都合に、曲管を増やして、排気ガスを熱交換器の排気ガス吸込み口から排気ガス吐出し口に差し向ける。排気ガスを連続的な同型の、又は途切れのないチューブに差し向けると、排気ガス流内で最小限の圧力損失となる。さらに、熱交換チューブの偏向部領域は、冷却液が偏向部領域内でも熱交換チューブの周囲を流れるので、冷却液への伝熱のために採用でき、熱交換器が利用可能な伝熱領域及びスペースの最適な利用という結果となる。

変形として湾曲形状の代わりに、変形例として、チューブは異なって形成されたチューブ部分でも形成でき、それらは好ましくは、溶接されるか、又ははんだ付けされる。それにより、真っ直ぐに形成されたチューブ部分が、チューブの長手方向軸線に関して垂直に位置合わせされる軸に関して円弧状の変形を特徴とするチューブ要素によって取り付けられる。曲管要素の頭部及び端部は、互いに関して少なくとも９０°の角度で配置される。
熱交換チューブの、チューブ底部など、熱交換器のさらなるコンポーネントとの機械的連結は、好ましくは、溶接又ははんだ付けの方法で同様に形成される。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、熱交換チューブは、第１に伝熱領域を拡大し、第２に冷却液の流れに影響を及ぼし、従って、伝熱を強化するために、起伏のある外壁部を特徴とする。
これにより、第１の変形例によれば、外壁部は、長手方向軸線の周囲に螺旋状に刻まれている溝のある表面で形成され、一定ピッチ又は漸減ピッチのいずれかを特徴とする。第１の変形例の第２の例では、ピッチは、その結果として、一定ではない。
第２の変形例によれば、熱交換チューブの外壁部は、交差した、二重又は三重の螺旋状の線（ｈｅｌｉｃａｌ ｌｉｎｅ）、個々の螺旋を有する表面で形成される。

波形面をもつ外壁部の形成は、第３の変形例を表す。上述した波形は、熱交換チューブの長手方向軸線に垂直に配置できるか、又は、熱交換チューブの長手方向軸線に関して９０°だけ外れる角度で配置できる。その結果、波形間の距離は、追加として、一定であり得るか、又は変わり得る。
第４の変形例によれば、刻み目、個々の嘴状突起（ｂｅａｋ）が、熱交換チューブの外壁部の表面に形成される。
外壁部の表面を形成する全ての変形例では、熱交換チューブの外径が好ましくは一定である。しかしながら、外径は、排気ガス又は冷却液の流れの方向に大きく又は小さくできる。この場合、外径は一定ではない。

他の実施形態によれば、熱交換チューブは、実質的に長方形の断面を有するフラットチューブとして用いられるか、又は実質的に円形の断面を有する円管として用いられるかのいずれかである。フラットチューブの断面は、側面の境界線に沿って、好ましくは長方形で、丸みを帯びているか、又は面取りをして、形成できる。
円管の断面は、好ましくは、一定の内側半径を示す。変形例として、断面は、例えば、楕円形状でも設計できる。

冷却されていない排気ガスが冷却された送風ダクトの領域を通り過ぎるように差し向ける目的で、熱交換器が、互いに平行に配置されているバイパス管と共に形成されていることが、本発明の特別な利点である。バイパス管は、熱交換チューブに関して平行に、流体的に連結される。例えば、自動車の内燃機関の起動時など、排気ガスの冷却が望ましくないか、又は必要ない場合、排気ガス吸込み口から熱交換器に取り込まれている排気ガスは、熱交換チューブによって差し向けられるのではなく、バイパス管を通り、熱交換チューブを通り過ぎるように差し向けられる。排気ガス吸込み口は、２つの開口部を有する排気ガス吸込み口アダプタを特徴とし、第１の開口部は、排気ガスを、熱交換器、個々の熱交換チューブに取り込むための排気ガス吸込み口を表し、第２の開口部は、排気ガスをバイパス管に取り込むための排気ガス吸込み口を表す。排気ガスの質量流量の分離及びその同じものの熱交換チューブ又はバイパス管への取込みも、熱交換器内で実行できるが、これは、熱交換器に入った後を意味する。
排気ガスの質量流量は、従って、好都合に一部は、バイパス管のみならず、熱交換チューブの両方を通過するように差し向けることができる。排気ガスが、排気ガス吐出し口を通って、好ましくは１つの開口部のみを特徴とする、熱交換器から出る前に、排気ガスの質量部分流量が再度混合され、排気ガスの質量流量が熱交換器から出るように差し向けられる。
バイパス管は、好ましくは、熱的に絶縁されるように構成される。

本発明の他の実施形態によれば、熱交換器は、冷却液を差し向けるための冷却液差し向け手段と共に形成される。冷却液差し向け手段は、冷却液の流量範囲をダクト内へ分割し、冷却液を熱交換チューブの外壁部に沿って冷却液注入口から冷却液出口まで差し向ける。冷却液差し向け手段は、従って、チューブ底部にしっかりと連結され、冷却液を、交差流という意味で短絡流を防ぐような方法で、熱交換器の正面側に沿って差し向ける。さらに、好ましくは金属シートとして実施される、冷却液差し向け手段は、好都合に、熱交換チューブを支持し、冷却液を熱交換チューブのある領域に差し向け、必要な場合には、さらに伝熱に影響を及ぼすため、冷却液のフローパターンを変化させる。

高効率の排気ガス冷却器、特に、ガソリン式エンジンの効率を高めるためのみならず、ガソリン式エンジン及びディーゼル駆動エンジンにおける有害な排ガスを削減するための高効率の排気ガス冷却器は、高い冷却能力と同時に、低い圧力損失で動作できる。発明的な解決策は、さらに以下の種々の利点を伴う。
すなわち、ディーゼル駆動車両における代替の窒素酸化物削減手段、個々のガソリン式車両における低燃費のための手段のより小型の寸法化又は省略化さえ可能にし、車両を軽量化し、
コンパクトな設置スペースで最大限の熱効率、最小限のスペース要件でそれぞれ最大限の冷却能力を発揮し、
排気ガスの吸込み口側及び吐出し口側の柔軟な排気ガス側連結装置並びに冷却液接続など、構造上の高い自由度、さらに、燃費の削減、及び排気ガス内の窒素酸化物の改善された削減を可能にする。

本発明のさらなる詳細、特徴及び利点について、添付図面を参照し、以下の例示的な実施形態の説明から導くことができる。

ハウジング壁部のある排気ガス熱交換器の斜視図を示す。 ハウジング壁部のない排気ガス熱交換器の斜視図を示す。 Ｓ字形に曲げられた２０個のフラットチューブのある排気ガス熱交換器の分解図を示す。 図３のａ）は、Ｓ字形に曲げられた２０個のフラットチューブから作られた管束の斜視図を示し、図３のｂ）は、Ｓ字形に曲げられた２０個のフラットチューブから作られた管束の側面図を示す。 図４のａ）は、Ｓ字形に曲げられた２３個の円管から作られた管束の斜視図を示し、図４のｂ）は、Ｓ字形に曲げられた２３個の円管から作られた管束の側面図を示す。 図５のａ）〜ｆ）は、異なる表面プロファイルを備えた熱交換チューブを示す。 図６のａ）〜ｄ）は、管束内の熱交換チューブの連結選択肢を示す。

図１ａ及び図１ｂは、排気ガス吸込み口２及び排気ガス吐出し口３のある排気ガス冷却のための熱交換器１を、それぞれ斜視図で示す。図１ｂは、従って、Ｓ字形に曲げられている熱交換チューブ７を示すことにより、ハウジング壁部４のない熱交換器１の図を示す。
冷却される排気ガスは、熱交換チューブ７の中を流れるが、他方、熱を吸収する冷却液は、熱交換チューブ７を取り囲む間隙内並びに熱交換チューブ７とハウジング壁部４との間の間隙内を流れる。冷却液は、冷却液注入口１７から熱交換器１に供給される。冷却液注入口チューブは示されていない。

管束に配置されている熱交換チューブ７は、排気ガス吸込み口２から排気ガス吐出し口３まで途切れることなく延在する。管束は、その長さの延長に沿って、ハウジング壁部４によって完全に囲まれる。熱交換チューブ７の開口端は、従って、一方では、排気ガス吸込み口アダプタ５に向かって位置合わせされ、他方では、排気ガス吐出し口アダプタ１０に対して位置合わせされる。チューブの端部は、熱交換器１の高さＨ及び幅Ｂに関して反対の方向及び異なる面で、縦方向Ｌに位置合わせされる。

排気ガス吸込み口アダプタ５は、排気ガス吸込み口フランジ６でハウジング壁部４に連結され、従って、第１の正面側で熱交換器１の末端部を形成する。ここで、熱交換器１の縦方向Ｌの末端部側が正面側と呼ばれる。第２の正面側は、排気ガス吐出し口アダプタ１０で閉められる。
排気ガス吸込み口アダプタ５は、２つの排気ガス吸込み口５ａ、５ｂを特徴とする。第１の排気ガス吸込み口５ａを通って流れ１４ａの方向に熱交換器１に入る排気ガスの質量流量は、ディフューザによって差し向けられ、その後、熱交換チューブ７によって分散される。排気ガスの質量流量の、第２の排気ガス吸込み口５ｂを通って流れ１４ｂの方向への代替の取込みに続いて、排気ガスが、調節されることなく、すなわち、冷却されることなく、バイパス管８を通って排気ガス吐出し口３に流れる。従って、熱交換チューブ７は影響を受けない。
図示されていないコントローラを用いて、排気ガスの質量流量の第１の部分が熱交換チューブ７を通って流れるように差し向け、それらが冷却されるようにするが、他方、排気ガスの質量流量の第２の部分がバイパス管８により差し向けられ、冷却されないようにするために、排気ガスの質量流量を、熱交換器１に入る前に、排気ガス吸込み口５ａ、５ｂに分散することが可能である。異なる温度の排気ガスの質量部分流量が、排気ガス吐出し口３で再度混合され、排気ガス吐出し口アダプタ１０を通って流れ１４ｃの方向に熱交換器１を出る。バイパス管８は、環境との熱交換、従って、熱交換チューブ７の周囲を流れる冷却液との熱交換を最小限にするか、又は防ぐために、熱的に絶縁されるように構成される。

熱交換チューブ７の周囲を熱交換チューブ７の長手方向の延長部に沿って差し向けられた冷却液は、冷却液差し向け手段１１によって差し向けられる。金属シートとして形成される冷却液差し向け手段１１は、熱交換チューブ７を囲む送風室（室）を３つの異なるダクトに分割し、冷却液が、熱交換チューブ７を囲む偏向部領域１２、１３も流れることができるように、また、熱が排気ガスから、個々の熱交換チューブ７の表面から、冷却液へ伝達されるように、熱交換器１の正面側で冷却液を偏向させる。
冷却液を正面側で差し向けるためのダクトが、チューブ底部９によって区切られる。冷却液差し向け手段１１の１つは、冷却液の短絡流を防ぐため、従って、最適な伝熱を達成するために、それ故、例えば、吐出し口チューブ底部９に対して置かれて、第１の送風ダクト（第１のダクト）から第２の送風ダクト（第２のダクト）への冷却液の移行ゾーンを密封するが、これは、第３の送風ダクト（第３のダクト）に関する第２の偏向部領域１２を意味する。

図２は、排気ガス冷却用の熱交換器１を分解図で示しており、本実施形態は、Ｓ字形に曲げられている２０個のフラットチューブから成る管束を含む。

排気ガスは、排気ガス吸込み口アダプタ５、個々の排気ガス吸込み口５ａ、５ｂから、熱交換器１に取り込まれ、熱交換チューブ７又はバイパス管８を通過し、排気ガス吐出し口アダプタ１０を通って熱交換器１を出る。熱交換チューブ７並びにバイパス管８は、それらの端部で、各々チューブ底部９、１５に保持されるが、これは、熱交換器１の正面側を意味する。従って、熱交換チューブ７及びバイパス管８は、吐出し口チューブ底部９並びに吸込み口チューブ底部１５の両方にはんだ付けされる。

冷却液差し向け手段１１の形状は、管束の構成に適合され、冷却液差し向け手段１１は、冷却液の送風室（室）を３つのダクトに分割する。ダクトは、従って、ハウジング壁部４、冷却液差し向け手段１１、及びチューブ底部９、１５によって区切られる。熱交換チューブ７は、冷却液が、熱交換チューブ７の外側に沿ってダクト内を流れることができ、熱を吸収するようにダクト内に配置される。冷却液差し向け手段１１は、丸められた短辺を有する金属シートとして形成され、これは、縦方向Ｌに対して横に配置されている軸に関して９０°だけ、それぞれ幅Ｂの方向に曲げられていることを意味する。短辺の形状は、冷却液が、流れの方向にいかなる追加の流動損失もなく、偏向部領域１２、１３内で偏向されるように、連続的に形成された熱交換チューブ７のそれぞれの偏向に対応する。接触端部において、好ましくは、ステンレス鋼又はアルミニウムで作られる、冷却液差し向け手段１１は、チューブ底部９、１５にしっかりと連結される。しっかりとした連結は、例えば、機械的に、例えば、はんだ付けもしくは溶接によって、又は追加の密封によって、確実にされる。
可撓性シールは、ゴム製リップ（ｌｉｐ）として用いられるか、又はシリコーンで作られる。

熱交換器１の組立て中、チューブ底部９、１５及びバイパス管８にしっかりと連結される、熱交換チューブ７は、曲げられた熱交換チューブ７の間隙内の冷却液差し向け手段１１を予め吸込み口チューブ底部１５に留めた後、ハウジング壁部４に引き入れられる。吐出し口チューブ底部９が縁部と共に形成されるが、それは、周囲全体を覆うハウジング壁部４を囲む。組立ての後、縁部は、ハウジング壁部４上の外面に対して置かれる。縁部において、吐出し口チューブ底部９及びハウジング壁部４は、例えば、機械的連結による、例えば、はんだ付け又は溶接による、流体密封方法で互いに連結され、ハウジングが閉じられる。
排気ガス吸込み口フランジ６が、ハウジング壁部４にしっかりと連結されるように、排気ガス吸込み口２の正面側で配置される。排気ガス吸込み口フランジ６は、従って、ハウジング壁部４にはんだ付けされるか、又は溶接される。管束をチューブ底部９、１５に取り付けた後、吸込み口チューブ底部１５が、排気ガス吸込み口フランジ６に対して置かれる。排気ガス吸込み口アダプタ５が、例えば、ねじ式連結を使用して、排気ガス吸込み口フランジ６にしっかりと連結される。図示されていない密封が、排気ガス吸込み口アダプタ５と排気ガス吸込み口フランジ６との間に準備される。
排気ガス吐出し口アダプタ１０が、排気ガス吸込み口２の正面側とは反対に縦方向Ｌに配置されている、排気ガス吐出し口３の正面側で留められる。その結果、ディフューザと共に形成されている排気ガス吐出し口アダプタ１０が、熱交換チューブ７及びバイパス管８の開口部を完全に覆う。

冷却液は、排気ガス吸込み口２の正面側の冷却液注入口１７から熱交換器１に導入され、排気ガスのように、流れ１４aの同じ方向に排気ガス交換機１の中を流れる。熱交換器１は、従って、正流（ｄｉｒｅｃｔ ｆｌｏｗ）式熱交換器として形成される。
熱交換器１は、冷却液接続部１６、１７の接続のタイプに応じて、向流式熱交換器としても動作できる。冷却液は、熱交換チューブ７及びハウジング壁部４の間隙並びに冷却液差し向け手段１１の間隙内を冷却液出口１６まで流れる。冷却液出口１６は、ハウジング壁部４で側面に沿って配置される。

図３のａ）、図３のｂ）、図４のａ）、及び図４のｂ）は、それぞれ、Ｓ字形に曲げられた２０個のフラットチューブから作られている管束、Ｓ字形に曲げられた２３個の円管から作られた管束を個々の図に示す。図３のａ）及び図３のｂ）は、Ｓ字形に曲げられた２０個のフラットチューブから作られた管束を、それぞれ斜視図及び側面図に示す。

熱交換チューブ７は、各々、それら全体の長さにわたって互いに平行に配置される。端部において、これは、熱交換器１の正面側で取り付けられた状態で、熱交換チューブ７が各々互いに同一平面上に位置合わせされることを意味する。熱交換チューブ７の端部は、従って、端部が、実施的に平坦かつ真っ直ぐに形成されたチューブ底部９、１５に連結できるように、それぞれ隣接して配置された偏向１２、１３を越えて突き出て、熱交換チューブ７の偏向１２、１３の頂点とチューブ底部９、１５との間に間隙が残るようになり、その間隙は冷却液の送風室の一部を形成する。
図３のａ）に示すように、フラットチューブが、幅Ｂ並びに高さＨの両方の方向に、互いに等距離に隣接し、かつ、互いの上に配置される。その結果、幅Ｂ内に５つの熱交換チューブ７を有し、高さＨ内に４つの熱交換チューブ７を有する５×４のマトリクスが取得される。
フラットチューブで作られた管束とは対照的に、図４のａ）に従った管束における熱交換チューブ７は、垂直方向に配置されているが、これは、高さＨの方向に、互いにオフセットされるようにすることを意味する。この結果、熱交換チューブ７は、幅Ｂ及び長さＬにわたる、３つの水平面に配置される。垂直方向に外側に位置付けられている平面は、各々８つの熱交換チューブ７を特徴とするが、他方、外側平面の間に位置付けられる、中間面では、７つの円管が配置される。熱交換チューブ７は、平滑管として実施されるが、変形例として、表面輪郭を備えることもできる。

図５のａ）〜ｆ）は、伝熱表面の拡大のための、熱交換チューブ７の異なる表面輪郭を示す。さらに、これらの構造は、選択的に、表面を越えて流れる冷却液の流れに影響を及ぼすことができる。
図５のａ）及び図５のｂ）は、長手方向軸線に関して螺旋状に刻まれた、溝、個々の刻み目を有する表面を示す。図５のａ）に従った熱交換チューブ７では、外径が常に変化し、かつ溝のピッチが一定のままであり、図５のｂ）に従った構造では、溝のピッチが変化し、外径が一定のままである。

図５のｃ）及び図５のｄ）に従った熱交換チューブ７の表面は、螺旋状の線、個々の螺旋を特徴とする。螺旋状の線は、従って、交差した、二重又は三重螺旋のいずれかとして形成される。
変形例として、熱交換チューブ７は、図５のｅ）に従った波形面、又はビード、個々の刻み目を備えた表面を特徴とし得る。

図１ｂ〜図４のｂ）に示す、縦方向Ｌに互いに反対に配置されている、排気ガス吸込み口２及び排気ガス吐出し口３を備えた熱交換器１内でＳ字形に曲げられている熱交換チューブ７及びチューブ端部に加え、図６のａ）〜図６のｄ）には、熱交換器１内の熱交換チューブ７又は管束のさらなる連結の変形例が示されている。Ｓ字形に曲げられている、図１ｂ〜図４のｂ）の熱交換チューブ７は、隣接する第１の偏向部領域１２のある第１の直線部分を特徴とし、そこで、排気ガスが、熱交換チューブ７の中を流れる際に１８０°だけ偏向される。さらなる直線部分が第１の偏向部領域１２に隣接し、それには、同様に、第２の偏向部領域１３が隣接する。両方の偏向部領域１２、１３の各々は、排気ガスの流れを１８０°だけ偏向させるため、排気ガスが同じ方向で熱交換器１に流れ込んで出るが、これは、縦方向Ｌを意味する。第２の偏向部領域１３の下流に向かって、排気ガスは、直線的に形成された熱交換チューブ７の中を通って、排気ガス吐出し口３まで流れる。

図６のａ）によれば、第２の偏向部領域１３は、排気ガスの質量流量が９０°だけ偏向されるように形成される。その結果、１８０°の第１の偏向及び９０°の第２の偏向に続いて、排気ガスは、熱交換器１に流れ込む排気ガスの流れの方向に関して９０°の角度を示す一方向の流れで熱交換器１から出る。実質的に排気ガスとは向流に冷却液注入口１７から導入されている冷却液も同様に、熱交換器１の中を通って流れ、冷却液出口１６から出る。

図６のｂ）に従った連結の変形例では、熱交換チューブ７の第３の偏向部領域１８が第３の直線的に形成された部分に隣接する。第３の偏向部領域１８では、排気ガスの質量流量が９０°の偏向を経験する。排気ガスは、それぞれ１８０°の第１及び第２の偏向並びに９０°の第３の偏向に続いて、一方向の流れで流れ出るが、それは同様に、熱交換器１に流れ込む排気ガスの流れの方向に関して９０°の角度を示す。

図６のｃ）に示すように、排気ガスの質量流量を１８０°だけ偏向させるための第３の偏向部領域１８の実施形態を用いると、排気ガスが、熱交換器１の同じ側上で、排気ガス吸込み口２から入り、同様に排気ガス吐出し口３から出る。しかしながら、排気ガスは、１８０°の単一の偏向を経験するだけでなく、Ｗ字形に曲げられている熱交換チューブ７によって多重に偏向される。
熱交換チューブ７及び従って管束の実施形態は、非常に多様である。例えば、図６のｄ）は、各々が直線部分で互いに連結されている、それぞれ１８０°の５つの偏向部領域１２、１３、１８を有する熱交換チューブ７を示す。
偏向部領域１２、１３、１８の数、及びそれぞれ描かれる偏向部領域１２、１３、１８の角度に応じて、互いに関してどの角度で排気ガスが熱交換器１に流れ込み、もしくは流れ出るか、又は、互いに関してどの角度で排気ガス吸込み口２及び排気ガス吐出し口が決定されるかが判断される。

冷却液の流れの方向に応じて、熱交換器７が向流に、又は正流に作動するかが決定される。

１ 熱交換器
２ 排気ガス吸込み口
３ 排気ガス吐出し口
４ ハウジング壁部
５ 排気ガス吸込み口アダプタ
５ａ 排気ガス吸込み口熱交換器
５ｂ 排気ガス吸込み口バイパス
６ 排気ガス吸込み口フランジ
７ 熱交換チューブ
８ バイパス管
９ チューブ底部、吐出し口チューブ底部
１０ 排気ガス吐出し口アダプタ
１１ 冷却液フロー差し向け手段
１２ 第１の偏向部領域、偏向部
１３ 第２の偏向部領域、偏向部
１４ａ 排気ガス吸込み口５ａにおける排気ガスの流れ方向
１４ｂ 排気ガス吸込み口５ｂにおける排気ガスの流れ方向
１４ｃ 排気ガス吐出し口アダプタ１０における排気ガスの流れ方向
１５ チューブ底部、吸込み口チューブ底部
１６ 冷却液接続部、冷却液出口
１７ 冷却液接続部、冷却液注入口
１８ 第３の偏向部領域
Ｌ 縦方向、長さ
Ｂ 幅
Ｈ 高さ

Claims (7)

1. 車両用の排気ガス冷却用熱交換器（１）であって、
   互いに平行に配置され、且つ冷却すべき排気ガスが流れることができる熱交換チューブ（７）が内部に配置され、前記熱交換チューブ（７）の周囲を冷却液が流れることができるダクトと、
   ハウジング壁部（４）と、出口チューブ底部（９）と、入口チューブ底部（１５）と、を備えたハウジングであって、前記ハウジング壁部（４）及び前記チューブ底部（９、１５）は、前記ダクトを有する室を形成している、前記ハウジングと、
   互いに平行に配置され、且つ冷却されていない排気ガスを通し且つ前記ダクトの領域をバイパスするように形成されたバイパス管（８）であって、前記バイパス管（８）は、前記熱交換チューブ（７）に対して平行に流体連結されている、前記バイパス管（８）と、
   入口チューブ底部（１５）の正面側に配置され且つ前記ハウジング壁部（４）に取付けられている排気ガス入口フランジ（６）と、を有し、
   前記熱交換チューブ（７）は、管束の直線部分及び偏向部領域（１２、１３）を形成するように配置され、前記熱交換チューブ（７）は、少なくとも２つの偏向部領域（１２、１３）で少なくとも９０°の角度で湾曲し、
   前記熱交換チューブ及び前記バイパス管のどちらも前記出口チューブ底部（９）及び前記入口チューブ底部（１５）に取付けられ、前記入口チューブ底部における前記熱交換チューブと、前記バイパス管との間の距離は前記出口チューブ底部における同様の距離よりも大きいことを特徴とする熱交換器。
2. 前記直線部分及び前記偏向部領域（１２、１３）は、互いに各熱交換チューブ（７）がＳ字形に形成されるように配置されている請求項１記載の熱交換器（１）。
3. 前記直線部分及び前記偏向部領域（１２、１３）は、互いに各熱交換チューブ（７）がＷ字形に形成されるように配置されている請求項１記載の熱交換器（１）。
4. 前記熱交換チューブ（７）は、金属材料であるステンレス鋼で作られている請求項１乃至３の何れか１項に記載の熱交換器（１）。
5. 前記熱交換チューブ（７）は、起伏のある外壁部を形成し、この外壁部は、
   長手方向軸線の回りに螺旋状に形成され且つピッチが一定又は不等な溝で形成されている表面、
   交差しているか、二重若しくは三重の螺旋状に形成されている表面、
   波形形状に形成されている表面、又は
   刻み目で形成されている表面のいずれかの表面を備え、
   それぞれの場合における熱交換チューブ（７）の外径は、一定であるか、又は一定ではない請求項１乃至４の何れか１項に記載の熱交換器（１）。
6. 前記熱交換チューブ（７）は、実質的に長方形の断面を備えたフラットチューブとして用いられるか、又は実質的に円形の断面を備えた円管として用いられる請求項１乃至５の何れか１項に記載の熱交換器（１）。
7. 前記バイパス管（８）は、熱的に絶縁されるように構成されている請求項１記載の熱交換器（１）。

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