JP6388666B2 - 自動車両用の熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関するものであり、とりわけ、自動車両のエンジン、より詳細には、過給空気（supercharging air）と称されるものを供給する圧縮機またはターボ圧縮機から給気（給気（charge air））が入って来るようなエンジンに、空気を供給する熱交換器に関する。

以下では、給気または過給空気は、エンジンの給気回路から来る空気のみ、並びに空気とエンジンの排出口で回収された排ガスとの混合物であって一般に頭字語ＥＧＲ（排気再循環）として知られる系に係るものの、両方を含むと理解されるものとする。

ターボチャージャー（turbo charger）付きエンジンに取入れられる給気の密度を増加させるためには、圧縮機を脱する給気の冷却を、給気冷却器または短縮してＣＡＣとしても知られる熱交換器を用いて実行することが知られている。

給気冷却器は、少なくとも１つの熱交換コアバンドル（core bundle）を備える。冷却されることになる給気用の循環ダクトと交換冷却流体の循環用のダクトとを交互に形成するプレートの積層を含む熱交換コアバンドルが特に知られている。

この交換器は概して、燃焼エンジンの給気マニホールド内に組み込まれている。熱交換の有効性は、コアバンドルとマニホールドとの間での漏出のレベルに大いに依存する。この領域での構成が貧弱であると、交換器性能が著しく低下してしまう。加えて、マニホールド内でのコアバンドルの正確で再現性の良い位置決めを保証することが、正確な動作を促すには基本的に重要である。

この目的のため、本発明は、第１および第２の流体の間での熱交換用の熱交換器に関するものであり、とりわけ、空気を自動車両の燃焼エンジンに供給する熱交換器であって、第１の流体を通過させる少なくとも１つの熱交換コアバンドルと、前記熱交換コアバンドルを内部に格納するとともに第２の流体を通過させることができるケーシングとを備え、熱交換コアバンドルが、第１の流体の循環用の互いに積層されたプレートを有する熱交換器に関する。

本発明によれば、前記プレートの少なくとも１つは、前記熱交換コアバンドルと前記ケーシングとの間に配置されたリムを有しており、第２の流体がコアバンドルを迂回できる範囲を制限するようになっている。

本明細書での「リム」は、第２の流体の流れを横切るように配置されたプレートの外形（輪郭部）の任意部分、特にプレートの外形の任意部分であって、その機能がプレートをバンドルの残りの部分と一体化させることではない部分を意味する。換言すれば、コアバンドルとケーシングとの間に設けられた隙間は、バンドルそれ自体のプレートによって、そのリムを介して遮断される。その結果、第２の流体が熱交換コアバンドルを通らずにケーシングの吸入口から排出口へ直接通過することは防止される。これによりさらに、第２の流体の一部分が冷却されないままで交換器を脱することは不可能になる。

有利には、ケーシングは、エンジンの給気口に接続されるように構成される。前記熱交換器は、とりわけ、エンジン給気の冷却に使用される。

単独で、または組み合わせで考えられる本発明のその他の特徴によれば：
− リムは、それらの各プレートの延在面に対して垂直であり、
− 前記コアバンドルは、側面、および、前記側面の少なくとも１つと前記ケーシングとの間に延在するリムを有し、
− コアバンドルの、少なくとも前記側面の１つにおいて、またはさらには側面のそれぞれにおいて、リムは、前記プレートの積層の方向に平行な一つの同じ方向に沿って連続的に配列されており、
− 一つの同じ側面に沿って配列された連続する前記リムは、側方リム全体を形成し、
− 前記ケーシングは、その面の１つに沿って、前面フランジと称するプレートにより閉鎖され、このプレートに、前記熱交換コアバンドルが、とりわけ流体漏れのないようにして固定されており、
− 前記熱交換コアバンドルは、前記前面フランジに対向する面上に、構造プレートと称するプレートを有し、
− 前記構造プレートは、プレートの前記リムを含む面を通過する少なくとも１つの縁部を有し、
− 前記縁部および前記リムは、コアバンドルのＵ字形の外形線を形成し、
− 前記リムは、コアバンドルの流出面の高さに位置しており、
− 前記リムは、プレートの頂部から突出しており、
− 前記リムは、第２の流体がコアバンドルに入るまたはそこから脱するのに通過する長手方向の吸入口または流出面の縁部に沿って、特に、第２の流体がコアバンドルから脱するのに通過する長手方向の流出面の縁部に沿って配列され、
− 前記熱交換コアバンドルは、矩形の平行六面体であり、
− 前記コアバンドルは、前記前面フランジに固定された広い面、対向する広い面、前記広い面に接続する側面を有し、前記熱交換コアバンドルは、前記構造プレートによって、前記前面フランジに対向する広い面上で閉鎖されており、
− 前記リムは、コアバンドルの側面に対して垂直であり、
− 前記リムおよび／または前記縁部は、コアバンドルのプレートおよび／または構造プレートを伴うものとして製造され、
− 前記リムおよび／または前記縁部は、コアバンドルのプレートおよび／または構造プレートに取り付けられ、
− 前記リムおよび／または前記縁部は、ケーシングの壁および／またはケーシングの相補的部分に、前記リムの、特に断面部分および／または襞部分、とりわけその規則的な部分により、係合することができ、
− 前記リムおよび／または縁部は、ケーシングの壁および／またはケーシングの前記相補的部分に係合可能なシールを保持しており、
− 前記リムおよび／または縁部は、接触部分、とりわけ、賦形外部接触部分であって、ケーシングの壁、またはケーシングの前記相補的部分に圧着可能、とりわけ圧縮可能な部分を有し、第２の流体に対する、コアバンドルとケーシングとの間の封止を提供するようになっており、
− 前記接触部分は、接触物質の塗膜、例えば接着剤、樹脂、熱可塑性材料、またはエラストマー、例えば前記シールを備え、
− 前記塗膜は、前記リムおよび／または前記縁部に、結合および／または固定する、とりわけ留め具により固定することができ、
− 前記塗膜またはシールは、Ｕ字に成形されて、コアバンドルおよび構造プレートの前記側面に沿って延在するようにしてあり、
− 前記塗膜またはシールは、二つのヒンジ領域を、構造プレートに合致するＵ字の主枝の両端部に各１つ備えており、前記ヒンジ領域により、Ｕ字開口をさらに広げたり初期形状に戻したりして、塗膜またはシールをリム上に容易に実装することができるようになっており、
− 前記ケーシングは、前記リム用の格納部を有し、前記格納部は、リブ形状に構成されており、
− 前記格納部は、リブ形状に構成されており、この形状によりとりわけ、前記リムを備えたコアバンドルを、摺動させることによりケーシング内に実装することが可能となり、
− 前記格納部は、剛性となるように構成されて、とりわけスチフナ（防撓材、補強材）として働くことによって、コアバンドルをケーシング内で機械的に強固に保持するようになっており、これによって、コアバンドルとケーシングとの間の接続における支持されないオーバーハング量とが制限され、含まれる振動は、コアバンドルの振動周波数モードが増加して各モードでの振動の振幅が減弱するようになっており、
− 前記シールは前記格納部内で圧縮され、
− シールは、とりわけ、ケーシング内にコアバンドルを保持するように、前記格納部と協働する支持ビードを備える。

本発明はまた、上記の熱交換器を備えた車両エンジン給気モジュールに関する。

本発明のさらなる利点と特徴は、本発明のいくつかの実施形態の記載を参照することにより、そして添付図面を参照することにより、さらに明らかになる。

本発明の１つの実施形態に係る熱交換器の拡大透視概略図であり、交換器の前記リムはシールに嵌合している。 図１に係る熱交換器の、組立工程における熱交換コアバンドルおよびシールの透視概略図である。 シールの拡大透視図であって、特にその断面を示すものである。 図１の交換器の熱交換コアバンドルの立面図である。 図４のＡ−Ａ上の部分断面図である。 シールのヒンジ領域における図４の詳細の拡大図である。 シールを実装する方法を示した、熱交換コアバンドルの図である。 シールを実装する方法を示した、熱交換コアバンドルの図である。 図４のコアバンドルのプレートのリムの透視図である。 プレートのリムおよびそのシールの図５と同様な部分断面である。 コアバンドルおよびそのシールの構造プレートのリムの部断面図である。 プレートのリムとそのシールの実施形態の代替形態を示した、図５と同様な部分断面図である。

図面、特に図１および２を参照すると、本発明は、熱交換器１、とりわけ給気を自動車両の燃焼エンジンに供給するものに関しており、本明細書のとおりである。この交換器は、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換を可能にする。例示の出願においては、第１の流体Ｆ１は、冷却液、とりわけグリコール水であり、第２の流体Ｆ２は、冷却の必要な給気である。このようにこの交換器１は、例えば、燃焼エンジンの給気マニホールド３内に組み込まれた給気冷却器を形成する。

前記交換器１は、第１の流体Ｆ１を通過させる少なくとも１つの熱交換コアバンドル５と、前記熱交換コアバンドル５を内部に格納して前記第２の流体Ｆ２を通過させることができるようにしたケーシング７とを備える。

熱交換コアバンドルは、第１の流体Ｆ１の循環用の互いに積層されたプレート２３を有する。

本発明によれば、前記プレート２３は、図９および１０に示すように、前記熱交換コアバンドル５と前記ケーシング７との間に配列されて第２の流体Ｆ２がコアバンドルを迂回できる範囲を制限する１つまたは複数のリム２９を有している。

本発明により、熱交換コアバンドル５とケーシング７との間の第２の流体Ｆ２の通過が、とりわけ通路で圧力降下を発生させることにより、制限されるかあるいは防止されさえする。そのような特徴により、交換器の熱効率を大いに改善することができる。詳細には、コアバンドルが高密度であること、従ってバンドル内で第２の流体Ｆ２にかなりの圧力降下が生じることが理由となって、ケーシングとコアバンドルとの間での漏出が最小量であったとしても、交換器を通過する非冷却ガスの流れが顕著となる。

図１に見られるとおり、ケーシング７は、本明細書ではエンジンの給気口１１に接続するように構成される。ケーシングはとりわけ、突出部、すなわち排出マニホールド１３を、その広い面の１つの上に有し、その形状により、ケーシングは前記給気口１１に接続される。第２の流体用の吸入マニホールドは、その反対側の面上に位置している。

本明細書での前記ケーシング７は、その面の１つの上で、前面フランジ１５と称するプレートにより閉鎖され、この前面フランジに、前記熱交換コアバンドル５が、流体漏れのないようして、とりわけロウ付けにより固定される。この前面フランジ１５は例えば、ネジ１７により、ケーシング７に固定される。第２の流体が外部へ漏出するのを防止するために、図示しないシールを前記フランジ１５と前記ケーシング７との間に使用してもよい。前記フランジ１５はまた、吸入および排出パイプ１９を備え、これらにより、第１の流体Ｆ１が熱交換コアバンドルに入りそしてそこから出る。この前面フランジ１５は、ケーシングの開口部２１を閉鎖しており、この開口部は、熱交換コアバンドル５がケーシング内部に装着されようとしている場合に、これが通るように意図したものであることに留意されたい。

前記熱交換コアバンドル５は、この例では矩形の平行六面体である。これは、第１のおよび第２の流体用の循環ダクトを交互に形成するプレートの積層２３を含む。これらのプレートは、例えば、対をなして組み立てられ、第１の流体用の循環ダクトを形成する。この例では、前記ダクトはＵ字形に構成されており、第１の流体は、コアバンドル５の全く同一の側３１に沿って位置する開口からプレート対に入り、そしてそこから出る。プレート対の開口は、対どうしで互いに連通して、第１の流体用の吸入マニホールドおよび排出マニホールドを形成し、これらはそれぞれ、前面フランジ１５のパイプ１９と連通している。前記プレートは、例えば、プレス成形され、続いて積層して１つにロウ付けされる。

この例におけるリム２９は、元はプレートであって、曲げ加工によって形成されており、図９および図１０に示すように１枚の厚さ、または、実施形態の代替形態に依れば、図１２に示すように２枚が重なった厚さである。それらは連続してリム全体３０を形成し、それはとりわけ直線状である。代替方法として、これらのリムは、例えばロウ付けを用いて、追加の構成要素としてプレートに固定される可能性もある。

図９でさらに詳細に見られるとおり、前記プレート２３は、例えば、バンドルの側面に位置する側方縁部５０を有する。前記側方縁部５０は、前記プレート２３の平面から、とりわけ曲げ加工により飛び出している。この例では、プレート２３の前記側方縁部５０は、プレート対同士で部分的に重なっている。

前記リム２９は、有利には曲げ加工によって、前記側方縁部５０から、特に内側に向かって位置する側方縁部５０から得られる。換言すると、プレート２３のうちの１つのリム２９は、前記リム２９それ自体が由来するもとの側方縁部５０に重なる側方縁部５０に重なっている。

プレート２３と第２の流体との間の熱交換は、部分的には、プレート対の間に位置するタービュレーター２５を介して達成されてもよい。

ここでの前記熱交換バンドル５は、前記前面フランジ１５と反対側の広い面に沿って、構造プレート２７と称するプレートにより閉鎖されている。このプレート２７は、例えば、ロウ付けによりコアバンドルに固定される。代替方法として、それは、バンドルのプレートの１つであってもよい。

プレート２３はそれぞれ、それらの面から、とりわけそれらの面に対して垂直に突出して形成されたリム２９を有していてもよい。本明細書でのリム２９は、コアバンドルの側面３１、すなわち長手方向の吸入面および流出面３３に隣接する面に対して垂直であり、これらの吸入面および流出面を介して、空気がコアバンドルに入りそしてそこから出る。このまたはこれらのリム２９は、特に図７〜図１０に見ることができ、好ましくは、プレート対の位置で均等に間隔を空けた複数の同一リム２９として配列されている。

前記リム２９は有利には、プレートの積層の方向に平行な全く同一方向に配列されている。それらは、例えば、バンドルの長手面３３の縁部３５に沿って、この例では、第２の流体の排出口用である長手面に沿って位置している。

換言すれば、前記リム２９は、言及したとおり、線ｄに沿ったリム全体を形成し、この例ではこの線は、コアバンドルからくる第２の流体の排出用の前記長手面３３の縁部の線３５である。

前記リム２９は、前記長手面３３に沿って延在し、タービュレーター２５に接触するようになっていてもよい。それらはさらに、前記タービュレーターによって被覆されていないプレートの領域を第２の流体が通過するのを防止する仕切りを形成し、これにより熱交換が促進される。

前記構造プレート２７はまた、少なくとも１つの縁部３７、この例では、プレート２３の前記リム２９を含む面を通過する均一な縁部３７（図１１）を有する。この縁部３７は直線的であり、構造プレート２７の面に対して垂直である。

前記リム２９および／または前記縁部３７はそれ自体で、第２の流体がケーシングとコアバンドルとの間を通過するのを制限することが可能であるものの、シールまたは封止性コーティング９は有利には、コアバンドルのプレートの前記リム２９に沿って、および／または、コアバンドルに固定された、例えば、留め具により固定された、もしくは結合された構造プレートの前記縁部３７に沿って実装される。

有利には、ここでは、前記シール９は、コアバンドル５の３つの側に沿った、コアバンドルのプレートの前記リム２９上に、そして構造プレートの前記縁部３７上に取り付けられる。シールはとりわけ、Ｕ字形状（図７および図８）を有するように構成されており、コアバンドルの前記側面３１および構造プレート２７のそれぞれに沿った、バンドルのプレートの前記リム２９、および構造プレートの前記リム３７に沿って、前記フランジ１５に接触するまで、長手方向にそして連続的に延在するようになっている。

加えて、前記シール９は、均一なＵ字形断面（図３）を有しており、この断面により、シールがコアバンドルのプレートの前記リム２９および構造プレートの前記縁部３７上に係合、またはこれらを受容することが可能となっている。係合は、シールが係合の後に保持されるように、比較的密な嵌合であっていてもよい。リム２９および３７の形状は、ここでは同じであるが、異なる可能性もあり、シール９は、相補的な形状を有している。

好みにより、前記シール９は、コアバンドルのプレートの前記リム２９および構造プレートの前記縁枠３７に係合した後に、これらに固定する、とりわけ、図５に見られるように、Ｕ字の留め具３８により固定することができる。

前記シール９は、賦形された外側リップ３９（図１１および図１２）を有し、この例ではこの部分は、端部４１において先細った丸みのある断面の長手方向の形状を有している。

前記外側リップ３９は、ケーシングの壁４３に対して押圧すること、とりわけ圧縮することができ、これによって、前記第２の流体に対してコアバンドルとケーシングとの間の封止が得られるようになっている。

より詳細には、シール９は、ケーシングの賦形された凹部４５内に格納され、この賦形された凹部はシールに対し相補的である。この例における凹部４５は、シール９を収容する矩形の断面を有しており、とりわけ、そのシールが凹部の二つの対向する側面４７の間で圧縮されるようになっている。シール９はとりわけ、リップ３９に対向する端部にビード状部分４９を有し、これによりコアバンドル５を、ケーシング７内に強固に保持することができる。

前記シール９は、熱可塑性材料またはエラストマーから形成された構成要素、とりわけ、前記封止の圧縮に耐えられるように、特定の許容差の範囲内で変形可能なものから形成するのが有利である。圧縮前後のこの許容差は、例えば、０．１ｍｍと０．２５ｍｍの間に含まれる。

ここまでに言及したように、前記シール９はＵ字形であって、コアバンドルの前記側面３１および構造プレート２７に沿って延在するようになっている。構造プレート２７に合致するＵ字の主枝の各端部では、ここでのシール９は、ヒンジ領域５１（図６および７）を備えており、前記二つのヒンジ領域５１は、シールがコアバンドル上に取り付けられようとしているときにはＵ字の開きが増大するように、そして、前記リム２９、３７全体にわたる係合が成った時点ではＵ字がその初期形状に戻るように設計されている。そのような配列により、コアバンドル上にシールをいっそう容易に実装することができる。シールは、その嵌合の最後にリム３７全体にわたって係合されるまで、リム２９（図８）に沿ってさらに摺動（スライド）させてもよい。

前記ケーシング７は有利には、前記シール９用の格納部を有し、この例ではこの格納部は、前記凹部４５である。この格納部４５は、リブ形状に、特に前記矩形断面に成形され、これにより、シール９を備えたコアバンドル５を前記開口部２１から摺動させることによってケーシング７内に実装できるようになっている。

前記格納部４５は、剛性となるように構成され、とりわけスチフナ(防撓材、補強材)として作用することにより、コアバンドル５をケーシング７内に機械的に強固に保持するようにしてもよい。この配列により、コアバンドルとケーシングとの間の接続における隙間と支持されていないオーバーハングとをなくすことができ、振動が減少する。よって、コアバンドルの、そしてそれにより交換器１の振動周波数モードが増加し、各モードでの振動の振幅が減弱する。交換器の信頼性とその静粛な運転性が向上する。

そのような熱交換器１の組み立て方法を次に記載する。方法は、以下のステップ：
− 前記シール９を熱交換コアバンドル５上に、とりわけコアバンドルのプレートの前記リム２９上、および構造プレートの縁部３７上に取り付けること、ならびに
− ケーシング７内にシール９を備えたコアバンドル５を、特に、前記凹部４５に沿って前記ケーシング７の前記開口部２１からその中に摺動させることによって装着すること、を含む。

前記コアバンドル５は続いて、ケーシング７に、その前面フランジ１５により固定され、この例では全面フランジは、ケーシングの開口部２１の縁部上にネジ留めされる。

例示してこなかった代替形態では、プレートのリム上、および／またはケーシングに接触するコアバンドルの構造プレートの前記縁部上に設けられる塗膜は、糊、樹脂、および／または熱可塑性材料の種類の材料であってもよい。前記リムおよび／または縁部はまた、塗膜の介在なしに前記ケーシングに接触し得る。

本発明はまた、熱交換器を備えた車両エンジン給気モジュール（５３）に関するものであり、上記のとおり、そして図１において一部見られるとおりである。

本発明はこのように、熱交換器、とりわけ、車両エンジン用の給気冷却器であって、良好に、静粛に、そして信頼性良く動作するものに関する。

Claims (14)

1. 第１および第２の流体の間で熱交換を行う、自動車両の燃焼エンジンへの給気用の熱交換器（１）であって、第１の流体（Ｆ１）を通過させる少なくとも１つの熱交換コアバンドル（５）と、前記熱交換コアバンドル（５）を内部に格納するとともに第２の流体（Ｆ２）を通過させることができるケーシング（７）とを備え、前記熱交換コアバンドル（５）が、前記第１の流体（Ｆ１）の循環用の互いに積層された複数のプレート（２３）を含み、前記プレート（２３）の少なくとも１つが、前記熱交換コアバンドル（５）と前記ケーシング（７）との間に配置されるとともに前記第２の流体（Ｆ２）が前記熱交換コアバンドルを迂回できる範囲を制限する少なくとも１つのリム（２９）を備え、前記ケーシング（７）が、前記リム（２９）を収容する格納部（４５）を有し、前記格納部（４５）が、リブ形状に構成されている、熱交換器（１）。
2. 前記リム（２９）が、当該リムが設けられた前記プレートの延在面に対して垂直である、請求項１に記載の熱交換器（１）。
3. 前記熱交換コアバンドルが、複数の側面を有し、前記リム（２９）は前記各側面と前記ケーシング（７）との間に延在する、請求項１または２に記載の熱交換器（１）。
4. 前記側面の少なくとも１つにおいて、複数の前記リム（２９）が、前記プレート（２３）の積層の方向に平行な同一の方向に沿って連続して配列されている、請求項３に記載の熱交換器（１）。
5. 同一の前記側面に沿って位置する連続する複数の前記リム（２９）が、側方リム全体（３０）を形成する、請求項４に記載の熱交換器（１）。
6. 前記ケーシング（７）が、その面の１つに沿って、前面フランジ（１５）と称するプレートにより閉鎖され、そのプレートに前記熱交換コアバンドル（５）が固定されており、前記熱交換コアバンドル（５）が、前記前面フランジ（１５）と反対側の面上に、構造プレート（２７）と称するプレートを備えている、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
7. 前記構造プレートが、前記プレートの前記リム（２９）を含む面を通過する少なくとも１つの縁部（３７）を含む、請求項６に記載の熱交換器（１）。
8. 前記縁部（３７）および前記リム（２９）が、前記熱交換コアバンドルのＵ字形の外形線を形成する、請求項７に記載の熱交換器（１）。
9. 前記リム（２９）および前記縁部（３７）がシール（９）を保持し、前記格納部（４５）は、前記縁部（３７）も収容できるように設けられ、前記シールが、前記格納部（４５）に嵌め込まれている、請求項７または８に記載の熱交換器（１）。
10. 前記リム（２９）が、前記熱交換コアバンドル（５）の流出面（３３）の高さに位置する、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
11. 前記プレート（２３）は、鉛直方向に延びており、前記各リム（２９）が、前記プレート（２３）の上端部から横方向に突出している、請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
12. 複数の前記リム（２９）が、前記第２の流体（Ｆ２）が前記熱交換コアバンドルに入るときまたは前記熱交換コアバンドルから出るときに通過する、前記熱交換コアバンドルの長手方向の吸入面または流出面（３３）の縁部（３５）に沿って設けられている、請求項１１に記載の熱交換器（１）。
13. 複数の前記リム（２９）が、前記第２の流体（Ｆ２）が前記熱交換コアバンドル（５）から出るときに通過する前記長手方向の流出面（３３）の縁部（３５）に沿って配列されている、請求項１２に記載の熱交換器（１）。
14. 請求項１から１３のうちのいずれか一項に記載の熱交換器（１）を備えた自動車両給気モジュール（５３）。

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