JP6546338B2 - 積層プレート熱交換器、特にインタークーラ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の導入部に係る積層プレート熱交換器に関する。本発明は、また、そのような積層プレート熱交換器を備えた内燃エンジンに関する。

特許文献１から、一般的な積層プレート熱交換器、特にインタークーラであって、互いに積層されると共に特にロウ付けされて互いに接続された複数の伸長プレートを備えた積層プレート熱交換器が知られている。当該複数の伸長プレートは、冷却対象の媒体、例えば給気が当該プレートの長手方向に流通するための空隙と、冷媒が流通するための別の空隙とを区画している。ここで、当該プレートは、冷却対象の媒体のための入口接続および出口接続を有する。好ましいコストで積層プレート熱交換器を製造しかつ特に高温に耐え得るよう構成できるように、少なくとも１つの冷却接続が、冷却対象の媒体のための接続の周囲を部分的に延びている。

独国特許出願公開第１０２００５０４４２９１号明細書

概して、一般的な積層プレート熱交換器においては、例えば当該熱交換器が、そのベースプレートの一方側から大きく突出して、内燃エンジンに接続されるという問題が常に存在する。それにより、一方側での接続や大きな突出量のために、大きな振動をベースプレートを介して消散させる必要があり、そのため、ベースプレート自体を比較的重たく構成しなければならず、それはまた高コストである。ここで、積層プレート熱交換器に望まれる性能が高くなるほど、より多くの積層プレートを有する必要があり、また対応するベースプレートがより強固に設計される必要がある。

したがって、本発明は、一般的なタイプの積層プレート熱交換器のための、改善されたあるいは少なくとも従来のものに代わる実施形態を提示するという課題に関する。当該実施形態によると、特に発生する振動に関して改良された接続が可能となる。

本発明によると、この課題は、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明は、従来技術から知られるように片持ちアームの態様で積層プレート熱交換器をもっぱら長手方向端部で取り付け、それにより大きな振動を被らなければならなくなることを止めて、積層プレート熱交換器の中央部、特に中心に設けられた分配プレートまたは２つのベースプレートを介した取付けを実現するという基本思想に基づく。ここで、本発明に係る積層プレート熱交換器は、例えば内燃エンジンのインタークーラとして構成されていてもよく、並んで配置されると共に、特にロウ付けによって、互いに接続された複数の積層プレートと、ベースプレートであって、当該ベースプレートを介して冷媒が流入および／または流出するベースプレートとをそれぞれ有する第１および第２積層プレート束を備える。ここで、２つの積層プレート束は、互いに対して、および冷媒入口および／または冷媒出口に対して、各々のベースプレートを介して直接的に，または２つのベースプレートの間に位置する分配プレートを介して間接的に接続されている。また、積層プレート熱交換器の保持は、分配プレートに対して、または２つの中央部に設けられたベースプレートに対して接続されたホルダを介してなされる。これにより、本発明に係る積層プレート熱交換器の中央取付けが実現され、それにより個々の積層プレート束がもはや大きく突出せずかつ内燃エンジンの動作中にそんなに激しく振動せず、そのために２つのベースプレート自体も基本的により薄く構成され得る。したがって、本発明に係る積層プレート熱交換器では、初めて中央取付けが作り出される。そのことは、積層プレート熱交換器の振動挙動に関して、また各ベースプレートの設計に関して大きな利点をもたらす。

本発明に係る解決策の有利な別の態様では、第１積層プレート束は、高温冷却器として構成され、第２積層プレート束は、低温冷却器として構成される。これにより、例えば、内燃エンジンのための給気フローが、まず高温冷却器として構成された第１積層プレート束を流れた後にそのベースプレート、分配プレート、および第２積層プレート束のベースプレートを通り、そして低温冷却器として構成された第２積層プレート束を流れることにより、効率的に冷却され得る。したがって、本発明に係る積層プレート熱交換器によると、高温冷却器を低温冷却器に対して比較的シンプルに連結することができ、ここで２つの冷却器への冷媒の供給は、当該２つの冷却器の間に設けられた分配プレートを介してなされる。

好適には、分配経路、第１積層プレート束のための冷媒入口および冷媒出口と、第２積層プレート束のための冷媒入口および冷媒出口との両方が、分配プレートに設けられている。それにより、２つの積層プレート束における冷媒の流入および流出は、もっぱら実質的に中央に設けられた分配プレートを介してなされる。ここで、もちろん、第１および第２積層プレート束に望まれる性能に応じて、両プレート束の大きさが同じであってもよいし、あるいは両プレート束の大きさが異なることで異なる性能を有していてもよい。両積層プレート束のための冷媒入口および冷媒出口の両方を分配プレート内でつなげることにより、これまで別個に設けられていた冷却ダクトが不要となり、それにより積層プレート熱交換器が全体としてより低コストに構成され得る。

本発明に係る解決策の代替的な実施形態では、第１積層プレート束のための冷媒入口または冷媒出口と、第２積層プレート束のための冷媒入口または冷媒出口との両方が、分配プレートに設けられる。あるいは、第１積層プレート束のための冷媒入口および第２積層プレート束のための冷媒出口、または第１積層プレート束のための冷媒出口および第２積層プレート束のための冷媒入口が分配プレートに設けられてもよい。この２つの積層プレート束の冷媒入口および出口の様々な構成可能性の非限定的な列挙は、本発明に係る積層プレート熱交換器の製造における非常に優れた柔軟性が実現され得ることを既に提示している。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、第１および第２積層プレート束の各々が、冷却対象の媒体、特に冷却対象の排ガスのための通路を含むカバープレートを有する。この場合、積層プレート熱交換器は、それにより冷却対象の媒体によって積層プレート面に対して垂直に流通され、ここでもちろん、第１積層プレート束および／または第２積層プレート束における、冷却対象である媒体、例えば冷却対象である排ガスの各積層プレートに対して平行な曲がりも実現可能である。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、積層プレート、ベースプレート、および／または分配プレートは、ロウ付け可能なアルミニウムでできている。アルミニウムは、比較的高い熱伝導率を有し、また比較的軽いので、自動車の内燃エンジンにおけるインタークーラの使用に対して特に有利である。

本発明は、また、内燃エンジンにおいて上述した積層プレート熱交換器をインタークーラとして使用し、それにより特に振動に関して最適化された積層プレート熱交換器の接続を実現可能にするという基本思想に基づく。

本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。

上述したあるいは後述する特徴は、それぞれに示す組合せにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せにおいてあるいは単独でも利用可能であることを理解されたい。

図１は、本発明に係る積層プレート熱交換器の斜視図である。 図２は、図１と同様の図であるが、正面図である。 図３は、本発明に係る積層プレート熱交換器の側面図である。 図４は、本発明に係る積層プレート熱交換器の別の実施形態を示す図である。 図５は、ホルダの詳細図である。 図６は、本発明に係る積層プレート熱交換器の別の実施形態を示す図であるが、示されたホルダのみを伴う。

以下、本発明の好ましい例示的な実施形態について、図示すると共に詳細に説明する。ここで、同じ参照番号は、同一のもしくは類似のまたは機能的に同一の構成要素を示す。

図１〜４および図６によると、本発明に係る積層プレート熱交換器１は、特に自動車３における内燃エンジン２のインタークーラとして構成されていてもよく、それぞれが複数の積層プレート６およびベースプレート７を有する第１積層プレート束４および第２積層プレート束５を備える。複数の積層プレート６は、並んで配置されると共に、特に互いにロウ付けされることで互いに接続されている。また、ベースプレート７を介して、冷媒８が流入および／または流出する。本発明によると、２つの積層プレート束４，５は、２つのベースプレート７の間に位置する分配プレート９を介して、互いに対して、および冷媒入口１０および／または冷媒出口１１に対して接続されている（図６および図７を参照）。これに代えて、２つの積層プレート束４，５は、各々のベースプレート７を介して互いに接続されていてもよく、ここで当該２つのベースプレート７は、共に分配プレート９を構成しかつ同様に冷媒入口１０および／または冷媒出口を有する。また、ホルダ１２が設けられる。当該ホルダ１２は、積層プレート熱交換器１をもっぱら中央部で、すなわち特に２つのベースプレート７において、または分配プレート９において保持し、それにより当該ベースプレート７から突出する積層プレート束４，５を中央部で固定する。これにより、積層プレート束の全体がベースプレートの一方側のみに片持ちアームのように吊される従来技術から公知の積層プレート熱交換器と比較して、本発明に係る短い積層プレート束４，５によって、著しく小さな振動ストレスを実現することができ、それにより一方では両ベースプレート７を例えばより低剛性に、したがってより軽量に構成することが可能となり、また一方側での接続の場合に往々にして必要であった外部管路を回避することができる。

ここで、例えば、図６に係る積層プレート熱交換器１を見ると、第１積層プレート束４が高温冷却器（ＨＴ）として構成され、かつ第２積層プレート束５が低温冷却器（ＬＴ）として構成されていることがわかる。

ここで、例えば、分配プレート９または分配プレート９を構成する２つのベースプレート７に、第１積層プレート束４のための冷媒入口１０および冷媒出口１１と、第２積層プレート束５のための冷媒入口１０および冷媒出口１１との両方が設けられていてもよい（図６を参照）。これに代えて、分配プレート９または分配プレート９を構成する２つのベースプレート７に、第１積層プレート束４のための冷媒入口１０または冷媒出口１１と、第２積層プレート束５のための冷媒入口１０または冷媒出口１１との両方が設けられていてもよい。また同様に、分配プレート９または２つのベースプレート７に、第１積層プレート束４のための冷媒入口１０と、第２積層プレート束５のための冷媒出口１１とが、あるいはこれと逆の態様で、設けられていてもよい。分配プレート９または２つのベースプレート２には、ここでは詳細に図示しない、冷却対象の媒体１３、例えば排ガス１４のため、および冷媒８のためのチャネルが設けられている。

図１〜４および図６に係る実施形態を見ると、第１および第２積層プレート束４，５の各々が、冷却対象の媒体１３のための、特に冷却対象の排ガス１４のための通路１６を含むカバープレート１５を有することがさらにわかる。ここで、積層プレート６自体もしくはベースプレート７、および／または分配プレート９は、軽量でありかつ優れた熱伝導特性を有する材料、例えばロウ付け可能なアルミニウムでできていてもよい。

本発明に係る積層プレート熱交換器１を備えた自動車３の内燃エンジン２は、振動に関して最適化された取付けを実現可能にするという大きな利点を提供する。なぜなら、元々は１つの部分であった積層プレート束が、２つの積層プレート４，５に分割されることにより、当該積層プレート束４，５の各突出部分が、従来技術から公知の一方側に接続された積層プレート束の約半分の大きさしか有しないためである。これにより、特にベースプレート７または分配プレート９をより軽量に、よってより低コストに設計することができる。ここで、２つの積層プレート束４，５は、大きさが実質的に等しくてもよく、あるいは特に、例えば高温冷却器が下流側の低温冷却器よりも高いまたは低い性能を有し得るように大きさが異なっていてもよい。２つのベースプレート７間、または当該ベースプレート７と分配プレート９との間の接続は、例えばねじ１７によってなされる（図６を参照）。

内燃エンジン２に対して積層プレート熱交換器１を可能な限りしっかりと接続できるように、このために使用されるホルダ１２は、補強リブ１８を有していてもよい（図１〜５を参照）。ここで、ホルダ１２は、積層プレート熱交換器１に対してねじ止めされていてもよい。純粋に理論的に、ホルダ１２内で冷媒ダクトを案内することも考えられる。

Claims (8)

1. 積層プレート熱交換器（１）であって、
   並んで設けられて互いに接続された複数の積層プレート（６）と、ベースプレート（７）であって、該ベースプレート（７）を介して冷媒（８）が流入および／または流出するベースプレート（７）とをそれぞれ有する第１および第２積層プレート束（４，５）を備え、
   上記２つの積層プレート束（４，５）は、互いに対して、および冷媒入口（１０）および／または冷媒出口（１１）に対して、互いに対向する上記２つのベースプレート（７）を介して直接的に接続されており、
   もっぱら上記２つのベースプレート（７）において上記積層プレート熱交換器（１）を保持するホルダ（１２）を備える
   ことを特徴とする積層プレート熱交換器。
2. 請求項１において、
   上記第１積層プレート束（４）は、高温冷却器（ＨＴ）として構成され、
   上記第２積層プレート束（５）は、低温冷却器（ＬＴ）として構成されている
   ことを特徴とする積層プレート熱交換器。
3. 請求項１または２において、
   上記２つのベースプレート（７）に、上記第１積層プレート束（４）のための冷媒入口（１０）および冷媒出口（１１）と、上記第２積層プレート束（５）のための冷媒入口（１０）および冷媒出口（１１）との両方が設けられている
   ことを特徴とする積層プレート熱交換器。
4. 請求項１または２において、
   上記２つのベースプレート（７）に、上記第１積層プレート束（４）のための冷媒入口（１０）または冷媒出口（１１）と、上記第２積層プレート束（５）のための冷媒入口（１０）または冷媒出口（１１）との両方が設けられ、
   または、
   上記２つのベースプレート（７）に、上記第１積層プレート束（４）のための冷媒入口（１０）と、上記第２積層プレート束（５）のための冷媒出口（１１）とが設けられ、
   または、
   上記２つのベースプレート（７）に、上記第１積層プレート束（４）のための冷媒出口（１１）と、上記第２積層プレート束（５）のための冷媒入口（１０）とが設けられている
   ことを特徴とする積層プレート熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記２つのベースプレート（７）に、冷却対象の媒体（１３）のため、および冷媒（８）のためのチャネルが設けられている
   ことを特徴とする積層プレート熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   上記第１および第２積層プレート束（４，５）の各々は、冷却対象の媒体（１３）のための通路（１６）を含むカバープレート（１５）を有する
   ことを特徴とする積層プレート熱交換器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   上記積層プレート（６）、上記ベースプレート（７）は、ロウ付け可能なアルミニウムでできている
   ことを特徴とする積層プレート熱交換器。
8. 内燃エンジン（２）であって、
   上記内燃エンジン（２）にホルダ（１２）を介して保持されると共にインタークーラとして構成された請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層プレート熱交換器（１）を備える
   ことを特徴とする内燃エンジン。