JP2015534030A

JP2015534030A - 熱交換器

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Publication number: JP2015534030A
Application number: JP2015531503A
Authority: JP
Inventors: バルヴィクユルゲン; エンシュミンガーシュテフェン; マウヒャーウルリッヒ; マティアス　シュミット; シュミットマティアス
Original assignee: マーレインターナツィオナールゲーエムベーハー
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2015-11-26
Also published as: WO2014040797A1; CN104641196A; BR112015005719A2; CN104641196B; RU2636358C2; US20150184946A1; KR20150058402A; EP2906893A1; RU2015114241A; DE112013004510A5; US9683786B2; DE102013218444A1; EP2906893B1

Abstract

【課題】材料コストと重量とを最小限に抑えながら、しかも高い耐熱性を有する熱交換器を提供する。【解決手段】複数の細長いプレート対（３２）から成るプレート積層体（２）を含む熱交換器、特に排ガス冷却器または給気冷却器において、それぞれ２つの互いに結合されたプレート（１８、１８’）が自らの間に第２の流体通路（４）を形成し、かつ２つのプレート対の間に第１の流体通路（３０）が形成されていて、第１の流体通路（３０）が２つの第２の流体通路（４）によって抱持されており、各第２の流体通路（４）が少なくとも１つの流体収集通路（１１、１２）に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の熱交換器、特に自動車用の給気冷却器または排ガス冷却器に関する。

特許文献１によって公知の排ガス熱交換器は、ハウジングにより取り囲まれた積層体から成り、前記積層体は扁平管で構成されていて、各扁平管はタービュレータを含み、各扁平管の中を排ガスが流通する。それぞれ２つの扁平管の間に冷却材通路が形成されており、この冷却材通路は流動案内要素を有するように構成されていて、この冷却材通路の中を、排ガスの熱を受け取る冷却材が案内されている。

上昇する排ガス温度をより良好に調整できるように、特許文献２によって排ガス熱交換器が公知であり、この排ガス熱交換器の場合、流動案内要素が波状プレートから成る。このプレートには入口と出口とを備えた通路が形成されており、これらの通路は排ガス熱交換器の長手方向または横方向に延在する。両解決手段の場合、排ガス通路は冷却材を案内するハウジングによって包囲されており、このハウジングはかなりの重量を有し、排ガス熱交換器の製造の際に大きなコストの原因となる。

特許文献３は、それぞれ１つの流体通路を形成するプレート対を備えた熱交換器を開示しており、この熱交換器の場合、前記流体通路の中を排ガスが流通する。前記プレート対の間に、冷却材を案内する個々の通路が形成され、排ガスを案内する前記流体通路が外方向に熱交換器を画定することで、前記高温の流体通路が前記熱交換器の外壁を形成する。冷却材を案内する前記流体通路を側方へ外方向に延通させるために、前記流体通路における排ガスを案内する壁領域にはエンボス加工部が必要であり、これらのエンボス加工部によって、排ガスを案内する前記流体通路の流動断面が削減される。

欧州特許第１３４８９２４号明細書独国特許出願公開第１０２００６００５３６２号明細書欧州特許第１７６２８０７号明細書

本発明の課題は、材料コストと重量とを最小限に抑えながら、しかも高い耐熱性を有する熱交換器を提供することである。

上記課題は請求項１に記載の特徴によって解決される。

本発明の一実施形態は、複数の細長いプレート対から成るプレート積層体を含む熱交換器、特に排ガス冷却器または給気冷却器に関し、それぞれ２つの互いに結合されたプレートが自らの間に第２の流体通路を形成し、かつ２つのプレート対の間に第１の流体通路が形成されていて、第１の流体通路は２つの第２の流体通路によって抱持されており、各第２の流体通路は少なくとも１つの流体収集通路に接続されている。これにより、前記第２の流体通路が前記プレート積層体を外方向に画定し、またこれにより、前記第２の媒体を案内する前記通路がより低い温度を有して前記プレート積層体を外方向に画定することが実現される。

その際、有利であるのは、プレート対における前記互いに結合された２つのプレートがｕ字形の第２の流体通路、またはｚ字形の第２の流体通路を自らの間に形成する場合である。これにより、２つのプレート対を互いに積層することによって、第２の流体通路により包囲された第１の流体通路を実現することができる。

その際、好都合であるのは、前記ｕ字形の第２の流体通路がさらに別の第２の流体通路によって、前記２つの第２の流体通路の間に第１の流体通路が配置されるようにして覆われている場合である。

また、好都合であるのは、前記第１の流体通路の四方が前記第２の流体通路によって包囲されている場合である。

また、有利であるのは、前記第２の流体通路の一方の壁が前記熱伝導体を外側において画定する場合である。

さらにまた、好都合であるのは、プレート対において前記２つの互いに結合されたプレートがその縁部両側において長手方向延在部および／または横方向延在部に沿ってろう接または溶接されている場合である。

また、好都合であるのは、前記下部プレートおよび／または前記上部プレートにおいて垂直方向に形成された縁部が、その上部に位置する前記下部プレートの底部にろう接されている場合である。

また、好都合であるのは、前記形成された縁部の少なくとも１つにおいて、前記第２の流体通路を前記冷却材収集通路に結合するための少なくとも１つの開口部が形成されている場合である。

また、好都合であるのは、前記収集管が前記プレート積層体をほぼ垂直方向に被覆しながら延在し、かつ好ましくは、前記プレート積層体の前記開口部に対して向かい合う側に、例えば冷却材のような第２の流体を交換するための凹部を有する場合である。

有利であるのは、前記収集管が管セグメントとして構成されている場合である。これにより容易な製造が実現できる。

その際、好都合であるのは、前記収集管が締め付けクランプとして前記プレート積層体を少なくとも部分的にクランプする場合である。

また、好都合であるのは、前記プレートの前記縁部において、前記第１の流体の入口および出口の近傍にそれぞれ１つの開口部が形成されている場合であり、前記第１の流体の前記入口および前記出口は、前記２つの互いに結合されたプレートの幅狭側面を通じて形成されており、また、重なり合うように配置されている複数の互いに結合されたプレート対における前記開口部は、ほぼ上下に重なり合って位置している。

その際、好都合であるのは、最上部の前記第２の流体通路を閉鎖するために無縁または有縁のカバープレートが備えられている場合である。この場合、さらにまた有利であり得るのは、最下部の前記第２の流体通路を閉鎖するために無縁または有縁の基礎プレートが用いられている場合である。

特に有利であるのは、前記冷却材収集通路が収集管として構成されている場合である。これにより、一実施形態において、冷却材用の付加的な管路が全てまたは少なくとも部分的に不必要となる。

また、有利であるのは、前記収集管が前記プレート積層体をほぼ垂直方向に被覆しながら延在し、かつ好ましくは、前記プレート積層体の前記開口部に対して向かい合う側に、例えば冷却材のような第２の流体を交換するための凹部を有する場合である。

その際、好都合であるのは、前記収集管が管セグメントとして構成されている場合である。

また、有利であるのは、前記収集管が締め付けクランプとして前記プレート積層体を少なくとも部分的にクランプする場合である。これにより、前記収集管が前記プレート積層体を一体に保つための効果が高まる。

また、有利であるのは、前記冷却材収集通路が冷却材タンクとして構成されている場合である。

また、好都合であるのは、各第２の流体通路が前記冷却材タンクに接続されている場合であり、前記冷却材タンクは、冷却材を前記冷却材タンク内へ供給するための結合手段、または冷却材を前記冷却材タンクから排出するための結合手段、特に管のための外部接続部を有する。このことが有する利点は、前記結合手段を一緒にろう接でき、かつそれにより製造コストが低減されることである。さらに、管を結合手段として用いることはコストの点で有利であり、また、管は非常に柔軟に形成することが可能である。

また、好都合であるのは、前記冷却材タンクが一体型のディフューザとして構成されている場合である。このことが有する利点は、付加的な接合工程に伴うひずみがなくなり、あるいは非常に僅かになり、また特に溶接ひずみがなくなるので、精密な成形が可能となることである。

さらにまた好都合であるのは、前記冷却材収集通路がフランジとして構成されている場合であり、この冷却材収集通路は、前記プレート積層体を少なくとも部分的に抱持する金属薄板、または鋳造部材またはプラスチック部材で形成されており、かつ前記結合手段と結合するための密封面を有している。このことが有する利点は、追加的な配管を必要としないで、前記フランジを例えば前記冷却材収集通路の開口部に直接当接できることである。これにより、コストの節減および容易な組み立てが可能となる。

その際、有利であるのは、前記熱交換器が少なくとも部分的にオーステナイト材料および／またはフェライト材料から製造されている場合である。オーステナイト材料が有する利点は耐食性および成形性の点で秀でていることであり、フェライト材料が有する利点は低価格で費用対効果に非常に優れていることである。フェライト材料はより優れた熱伝導性を有し、従って冷却能力が高く、熱膨張がより小さく、従ってまた熱応力もより小さい。

また、好都合であるのは、前記熱交換器の全ての構成部材がただ一回のみの炉の通過でろう接可能である場合である。これにより、ひずみが僅かになることで寸法精度が高くなり、このことは低コストでの製造に繋がる。

その他の有利な実施態様については、以下の図説および従属請求項によって説明されている。

以下において、本発明について少なくとも１つの実施例に基づいて図面を参照しながらさらに詳述する。

本発明に係る熱交換器の第１の実施例を示す図である。本発明に係る熱交換器の第１の実施例を示す詳細図である。本発明に係る熱交換器の第１の実施例を示す詳細図である。本発明に係る熱交換器の第１の実施例を示す詳細図である。本発明に係る熱交換器の第１の実施例を示す詳細図である。本発明に係る熱交換器の第１の実施例を示す詳細図である。プレート対の第１の下部プレートを示す斜視図である。プレート対の第１の下部プレートを示す拡大斜視図である。プレート対の第２の上部プレートを示す斜視図である。プレート対の第２の上部プレートを示す拡大斜視図である。熱交換器の断面を示す図である。熱交換器のプレート積層体の端部領域を示す斜視図である。熱交換器のプレート積層体を示す図である。プレート対の一実施例の断面図である。プレート対のさらに別の実施例の断面図である。プレート対のさらに別の実施例の断面図である。プレート対のさらに別の実施例の断面図である。プレート対のさらに別の実施例の断面図である。プレート対のさらに別の実施例の断面図である。プレート積層体を示す図である。接続フランジを備えたプレート積層体を示す図である。

図１は本発明に係る熱交換器１の第１の実施例を示し、この熱交換器は排ガス冷却器または給気冷却器として構成しておくことができる。また、前記熱交換器１はそれ以外の利用も可能である。有利であるのは、第１の流体として気体状の流体が用いられる場合である。この場合、第１の気体状の流体として排ガスや空気、例えば給気を用いることができる。また有利であるのは、第２の流体として液状の流体が用いられる場合である。その際、冷却材として水または水をベースにした混合物を用いることができ、あるいは他の冷却材または冷媒を用いることも可能である。

このような熱交換器１は、有利には、自動車で排ガス熱交換器として用いることができる。その際、いわゆる排ガス再循環システム（ＥＧＲシステム）において、自動車の内燃機関から排出された排ガスが、少なくとも部分的に前記熱交換器における冷却材回路の液状の冷却材によって冷却され、前記内燃機関の吸気システムに再び供給される。このような熱交換器１は、また有利には、自動車における給気冷却器として用いることも可能である。この場合、給気は冷却材で冷却される。

前記熱交換器１は細長いプレート対３２の積層体２から成り、それぞれ２つの重なり合ったプレート１８、１８’は、それらの長手方向延在部に沿ってそれらの縁部において長手方向に互いにろう接されている。

前記プレート１８、１８’で形成されている前記プレート対３２が互いに上下に積層されると、前記各プレート対３２の間に第１の流体通路３０が形成される。その際、前記第１の流体通路３０は、下部プレート対３２の上部プレート１８’と上部プレート対３２の下部プレート１８との間に形成される。この場合、プレート対３２の両プレート１８、１８’の間に第２の流体通路４が形成される。前記第１の流体通路３０は前記気体状の第１の流体の流通に用いられ、前記第２の流体通路４は前記第２の液状の流体通路の流通に用いられる。

副狭側面２１には、前記２つのプレート１８、１８’から成る前記プレート結合体が開いた状態に形成されており、これにより、前記第１の流体通路の前記第１の流体用に入口５あるいは出口６が形成される。その際、前記両プレートは前記副狭側面において、前記第２の流体通路が前記両プレート１８、１８’の間でエンボス加工、折り畳みおよび／またはろう接により密閉された状態で結合されている。

前記プレート１８、１８’の前記プレート対は、矩形に類似した外部形状を持つほぼｕ字形の輪郭を有しており、前記プレート１８、１８’は２つの長手縁部および／または２つの長手側面において互いに結合、例えばろう接されていて、前記プレートは、ろう接された状態において中央領域が互いに離間されて構成されている。

前記プレート１８、１８’の各プレート対３２の内部には、前記下部プレート１８の底部に平面的に形成または載置された冷却材案内機構３を組み込んでおくことができる。あるいはまた、組み込まないことも可能である。この場合、前記冷却材案内機構３は、１つまたは複数のエンボス加工部として前記プレート１８の底部６０および／または前記プレート１８’の底部６１に形成しておくことができ、これにより、前記プレート対１８、１８’の内部スペースに形成された流体通路４の中を流通する流体は案内され、必要に応じて誘導される。そのために、例えばリブ状のエンボス加工部が備えられており、これらのエンボス加工部は、前記両プレート１８、１８’の間における前記第２の流体通路４内へ突出している。あるいはまた、前記冷却材案内機構３を、前記エンボス加工部または構造部を有する別個の構成部材として前記プレート１８、１８’の間に配置しておくことも可能である。この場合、前記プレート１８あるいは１８’の底部６０、６１は、プレート１８、１８’に必要に応じて備えられている高く設けられた縁部の間において実質的に平坦または平面的な領域として画成されている。

前記１つのプレート対３２における上部に配置されたプレート１８’ともう１つの隣接するプレート対３２における前記プレートに隣接するプレート１８との間に、前記第１の流体通路３０が配置されている。この流体通路３０の中を第１の流体として例えば排ガスまたは給気が流通する。その際、前記第２の流体通路４はプレート対３２の両プレート１８、１８’の間に配置されている。この流体通路４の中を例えば液状の冷却材が流通する。

前記第１の流体通路３０への前記第１の流体の供給、すなわち例えば排ガスの供給は、前記プレート積層体２の前記入口５を介して行われ、この入口は、前記プレート１８、１８’のプレート対３２における狭い側面部分２１の開口端によって形成される。前記第１の流体は前記第１の流体通路３０の中を流通し、前記プレート１８、１８’を備えた前記プレート対３２の前記プレート積層体２から、前記入口５とは反対側に形成された前記出口６を介して流出する。

代替的な実施例として、前記プレート積層体３２のＵ字形の流通を実現することも可能であり、従ってこの場合、前記出口６および前記入口５は前記プレート積層体２の同じ側に配置されており、かつ、これらの入口５および出口６とは反対側に位置する、前記プレート１８、１８’を備えた前記プレート対３２の端部にバッフルが設けられている。

前記冷却材通路機構３は、前記プレート１８の長手方向に互いに平行に延在する、冷却材案内用の複数のリブ７を有し、これらのリブは各部分通路を形成し、これらの部分通路の開口端は、第１の流体の前記入口５あるいは前記出口６の近傍において、前記入口５あるいは出口６に対して垂直方向に延在するように設けられている。前記リブによって、それらの間に配置された部分通路は前記第２の流体の入口あるいは出口に繋がり、これらの入口あるいは出口は、開口部９、１０として前記プレート１８の側壁あるいは縁部８に設けられている。

各プレート１８は、その長手方向延在部において両側に、折り畳んだ形態で高く曲げ加工された縁部８を有し、この縁部は、その上方に位置する同一に形成された隣接するプレート１８に向かって垂直に延在する。これについては図２ｃを参照のこと。

前記プレート１８’も同様に、両側において高く設けられた各縁部４０を有し、この縁部は折り畳んだ構造で高く曲げ加工されていて、前記縁部は側方外側において再び下方へ曲げ加工されている。これにより、前記プレート縁部４０はほとんど二層に形成されており、前記両層４１、４２の間に間隔が設けられている。前記プレート１８’は前記プレート１８上に位置し、前記縁部４０は前記縁部８の間に位置する。その際、有利には、前記縁部４０あるいは８における外側に位置する壁部は接触し合う、すなわち前記層４１と縁部８とは接触する。

必要な冷却性能に応じて、前記プレート１８、１８’を備えてこのように結合された複数のプレート対３２をプレート積層体２として互いに重ね合わせて積層することが可能である。

前記プレート対３２の長手方向に、前記プレート１８、１８’におけるそれぞれ組み合わされた端部の領域において、前記プレート１８の前記縁部８にそれぞれ１つの開口部９あるいは１０が設けられている。これらの開口部９、１０は、前記第２の流体、例えば冷却材の出口あるいは入口として用いられる。前記各プレート対の前記開口部は、前記プレート積層体２において互いに上下に重なり合うように配置されている。前記プレート１８、１８’の複数のプレート対３２における互いに上下に重なり合って位置する前記開口部９あるいは１０は、それぞれ１つの冷却材収集通路１１、１２によって完全に覆われ、流体結合される。その際、前記各冷却材収集通路１１、１２は、図示されていない凹部を有し、これらの凹部は前記開口部９あるいは１０を被覆して密封する。この場合、有利には、前記冷却材収集通路１１、１２は深絞り部材または管セグメントとして実施されており、前記プレート１８の前記開口部９または１０の上を摺動される。

前記幅狭側面２１において、前記プレート積層体２はそれぞれフレーム１３、１４によって掴持されている。さらに、前記プレート積層体２の前記幅狭側面２１において、前記プレート１８は、前記フレーム１３、１４を含まずに、または任意に前記フレームを含んで連続的な周回状の輪郭が生じるように形成されていて、この輪郭全体にわたってそれぞれディフューザ５０、フランジまたはアダプタを嵌め込むことができ、漏れがないようにろう接することが可能である。前記フレーム１３、１４の前記構成に代わって、これらのフレームが、離間された前記流体通路に対応した孔パターンを有するように構成しておくことも可能である。

また、有利であるのは、少なくとも１つのフレームまたは両フレームに、気体案内の接続部、および／または繋いだ後に固定するための締め付け手段が備えられている場合である。

前記熱交換器１は上面が無縁または有縁のカバープレート１９で閉じられる。このカバープレート１９は、前記最上部のプレート１８あるいは両プレート１８、１８’の縁部８上にまたは縁部間に配置しておくことができる。前記カバープレート１９を用いて、特に冷却材通路としての前記最上部の流体通路３０は、追加的な構成要素を要することなく閉鎖される。

底部側では同様に無縁の基礎プレート２０が前記最後の下部プレート１８を安定化するために用いられる。

前記両プレート１８、１８’間の前記第２の流体通路４はほぼｕ字形に形成されている。その際、前記流体通路４は第１の部分領域５３を占め、この部分領域はほとんど平坦に形成されていて、前記プレート１８の前記底部６０の平面に対して実質的に平行に延在する。さらに、前記流体通路３０は側方の２つの部分領域５１、５２を占め、これらの部分領域は前記プレート１８の前記底部６０の平面に対して実質的に垂直に整向されている。その際、前記部分領域５１、５２は、前記流体通路３０が前記プレート１８の前記底部６０における中央部分領域５３よりも縁部において高くなるように構成されている。

このように構成された前記プレート対３２の上にさらに同じプレート対３２が載置されると、そのプレート対が前記下部プレート対３２の前記下部プレート１８の縁部８および／または前記上部プレート１８’の縁部の上に載置されることによって、前記上部プレート対３２の下部プレート１８が、前記下部プレート対と上部プレート対３２との間の前記第１の流体通路３０を閉鎖する。

図２は、図１に示された熱交換器１の部分図である。図２ａには組み立てられた本発明に係る熱交換器１が示されており、この熱交換器の場合、前記プレート積層体２は、前記プレート１８、１８’に対して垂直に延在するクランプ１５によって保持される。前記第１の流体、例えば排ガスまたは給気の前記入口５および前記出口６の上面にそれぞれ１つのディフューザが収集部１６、１７として載設されており、各収集部１６、１７の近傍に前記第２の流体用、例えば冷却材用の前記両収集管１１あるいは１２が前記プレート積層体２の同じ側面上に配置されている。これの代わりに、前記両収集管１１、１２を前記プレート積層体における互いに向かい合った側面に配置しておくことも可能である。この場合、一方の収集管１１、１２が、前記第１の流体の流動方向を見た際において前記プレート積層体２の右側に配置され、もう一方の収集管１２、１１が、前記第１の流体の流動方向を見た際において前記プレート積層体２の左側に配置されていることを意味することになる。

図２ｂおよび図２ｃは、前記熱交換器１の部分図、特に前記第１の流体の前記出口６の領域における部分図である。熱伝導体の構造を明らかにするために、前記流体通路４内にタービュレータ２２が配置されていることが示されている。前記タービュレータ２２はフィンまたは波形フィンとも呼ばれ、これらは前記プレート１８’上に配設されており、その上方に位置する前記プレート１８によって覆われ、この上方のプレートは、その下方に位置する前記プレート１８および／または前記プレート１８’で垂直に形成された前記縁部８上に着座してこのプレートにろう接されている。

前記縁部８の長手方向延在部に沿って前記開口部１０が前記縁部８に配置されており、前記開口部１０は前記縁部８とほぼ同じ高さを取る。その際、前記開口部は、前記プレート１８の底部からウェブの分だけ上方に離れるようにずらされて配置されている。また、前記開口部の上方に前記縁部８の上縁までにもウェブが配置されており、これにより、前記開口部はウェブによって上方および下方に対して画定されていて、かつ前記第１の流体の流動方向を見た際における側方についても前記縁部８の材料によって画定されている。

図２ｃでは、接合された前記プレート１８および１８’が見て取れ、これらのプレートは自らの間に前記第２の流体通路をｕ字形に形成する。

前記開口部１０全体にわたって延在する前記冷却材収集通路１２は、冷却材を案内する機能以外に、ろう接装置の代用物またはろう接時の重量印加部の代用物としての締め付けクランプとしても用いることが可能である。また、前記冷却材収集通路１２には、管路をエンジン周辺に固定する機能や冷却器のための保持点としての機能など、更なる機能を組み入れることも可能である。図２ｄを参照のこと。

前記提案された熱交換器１内には、特に冷却材通路としての前記第２の流体通路３０が、特に排ガス通路としての前記第１の流体通路４と交互に形成されている。その際、前記第２の流体通路３０は断面がｕ字形に形成されていて、前記第１の流体通路４を三方で包囲しており、これにより、前記第１の流体通路４を前記第２の流体通路の流体によって三方から冷却することができる。さらにまた、その上方に位置する前記プレート対の前記第２の流体通路が前記第１の流体通路を画定し、これにより、前記隣接する第２の流体通路が前記第１の流体通路の第４の側を画定して、前記第２の通路の中を流通する流体が前記第１の流体通路を冷却する。前記プレート１８、１８’の構成は、長手方向のろう接が十分な大きさの側方のろう接シームに沿って行われるか、または前記プレート１８、１８’における内側に形成された前記縁部８において垂直方向に行われる構成になっている。

従来技術とは異なり、前記縁部８は前記プレート対の前記プレート１８、１８’の底部に対して実質的に垂直に突出しており、これにより、特に冷却材用の前記第２の流体通路を外方向に画定していて、その結果、前記熱交換器の外壁は前記第２の流体、特に冷却材に接触している。従って、前記外壁は冷却されるように構成することができ、このことは、前記熱交換器の周辺が前記第１の流体と同じほど高温にはならないので、前記熱交換器周辺にとって大きな利点である。また、前記縁部８の側方の輪郭によって、前記プレート積層体２において滑らかな側面が形成され、これにより、前記収集管を一方において良好に固定および密封することができ、かつ前記プレート積層体を良好に包囲し、従ってまた緊締することができる。これによって、ろう接の際に良好な密封性が実現される。

図３ａおよび図３ｂは前記プレート対の下部プレート１８を示す。そこでは、前記プレートはほぼ矩形の細長い輪郭を有する。前記プレート１８における互いに向かい合った両側面において縁部８が高く曲げ加工されており、この縁部は底部あるいは前記底部６０平面からほぼ直角に高く設けられている。前記プレートの端部において、あるいは前記端部に隣接して、縁部８に開口部１０が流体の流入あるいは流出のために設けられている。その際、前記開口部１０は実質的に矩形に形成されている。

前記底部６０に冷却材案内機構３としてリブ７がエンボス加工で形成されており、これらのリブは部分通路の形成に用いられ、かつ前記開口部１０の間に流動経路を形成する。その際、前記リブ７の幾つか、または前記リブ７は、一方の開口部１０から他方の開口部１０へ矩形に延在するように形成されている。それらのリブは、第１の区画では前記プレート１８の主要方向９０に対して垂直に延在し、中央の区画では前記プレート１８の主要方向９０に対して平行に延在し、さらに別の区画では再び前記プレート１８の主要方向９０に対して垂直に延在する。

このように形成された前記リブ７の間に、また第２のリブ７’を配置しておくことも可能であり、これらの第２のリブは前記主要方向９０に対して平行な向きだけを有している。

図４ａおよび図４ｂは前記プレート対の上部プレート１８’を示す。そこでは、前記プレート１８’はほぼ矩形の細長い輪郭を有する。前記プレート１８’における互いに向かい合った両側面において縁部８’が高く曲げ加工されており、この縁部は底部あるいは前記底部６１平面からほぼ直角に高く設けられている。その際、前記縁部８’は二重壁に形成されている。前記プレート１８’の端部において、あるいは前記端部に隣接して、前記縁部８’の外縁金属薄板に開口部１０’が流体の流入あるいは流出のために設けられている。その際、前記開口部１０’は実質的に矩形に形成されている。

前記底部６１は平坦に形成されているか、あるいは、下方に向かって前記第２の流体通路内に達するリブまたはその他のエンボス加工部を有することもできる。

前記プレート１８’の前端領域および後端領域において、前記底部はまた前記縁部として、前記プレート１８’を前記プレート１８上へ載置した際に密封された端部領域が生じるように形成されている。

前記プレート１８’が前記プレート１８上に載置されると、前記両プレート１８、１８’の間に前記第２の流体通路４が生じる。前記両プレート１８、１８’は前記開口部１０を除いて互いに対して密封されて結合されている。

図５は前記熱交換器１の断面を示し、この断面はプレート対３２を互いに上下に積層することによって生じる。その際、前記プレート対はプレート１８および１８’によって形成されている。下部プレート１８と上部プレート１８’との間に、特に冷却材が流通するための前記流体通路４が形成されている。プレート対３２の上部プレート１８’と、隣接するプレート対の下部プレート１８との間に、前記第１の流体通路３０が配置されている。

前記第１の流体通路３０内に乱流インサート２２を備えておくことも可能である。

図５から見て取れるように、前記第２の流体通路４は前記第１の流体通路３０を抱持する。前記積層体２の側面に第２の流体通路４が配置されており、これらの第２の流体通路は前記積層体を外方向に画定する。

図６ａおよび図６ｂは前記プレート対３２の前記積層体２の端部領域を示す。そこでは、前記第２の流体通路が前記プレート１８’の折り畳みあるいはエンボス加工よってそれらの端部領域において密閉されているので、前記第１の流体通路３０のみが見て取れる。

図７ａから図７ｆはプレート対３２の変形態様を示す断面図である。

図７ａは、前述の諸図に係るプレート対３２の断面を示す。前記プレート対３２の下部プレートとしての前記プレート１８は、平坦な底部６０とそれに対してほぼ直角に突出した縁部８とを有して実質的にｕ字形に形成されている。前記プレート１８’も同様に、平坦な底部６１と高く配設された縁部８’とを有してほぼｕ字形に形成されている。その際、前記縁部８’は、内側の壁領域７０と外側の壁領域７１と上側の結合壁部７２とを有して二重壁に形成されている。そこでは前記外側の壁領域７１は前記プレート１８の前記縁部８に内側で当接しており、前記縁部８’は前記縁部８の間に配置されている。前記両プレート１８、１８’の間に前記第２の流体通路４が形成されている。前記底部６１の上方および前記向かい合った縁部８’の間には、２つのプレート対が互いに上下に位置している場合に前記第１の流体通路が形成されている。

図７ｂは代替的なプレート対の断面を示す。前記プレート対３２の下部プレートとしての前記プレート１８は、平坦な底部６０とそれに対してほぼ直角に突出した縁部８とを有して実質的にｕ字形に形成されている。前記プレート１８’も同様に、平坦な底部６１と高く配設された縁部８’とを有してほぼｕ字形に形成されている。その際、前記縁部８’は、内側の壁領域７０と外側の壁領域７１と上側の結合壁部７２とを有して二重壁に形成されている。そこでは前記外側の壁領域７１は前記プレート１８の前記縁部８に外側で当接している。その際、前記縁部８’は前記縁部８を部分的に把持して覆う。前記両プレート１８、１８’の間に前記第２の流体通路４が形成されている。前記底部６１の上方および前記向かい合った縁部８’の間には、２つのプレート対が互いに上下に位置している場合に前記第１の流体通路が形成されている。

図７ｃはさらに別の代替的なプレート対３２の断面を示す。前記プレート対３２の下部プレートとしての前記プレート１８は、平坦な底部６０を有して実質的に平坦に形成されている。この場合、前記プレート１８’は、平坦な底部６１と高く配設された縁部８’とを有してほぼｕ字形に形成されている。その際、前記縁部８’は、内側の壁領域７０と外側の壁領域７１と上側の結合壁部７２とを有して二重壁に形成されている。そこでは前記外側の壁部は下側に、内側を向いたさらに別の壁領域７３を有し、この壁領域は前記プレート１８の前記平坦な底部６０の上に位置している。前記両プレート１８、１８’の間に前記第２の流体通路４が形成されている。前記底部６１の上方および前記向かい合った縁部８’の間には、２つのプレート対が互いに上下に位置している場合に前記第１の流体通路が形成されている。

図７ｄはさらに別のプレート対３２の断面を示す。前記プレート対３２の下部プレートとしての前記プレート１８は、平坦な底部６０を有して実質的に平坦に形成されている。この場合、前記プレート１８’は、平坦な底部６１と高く配設された縁部８’とを有してほぼｕ字形に形成されている。その際、前記縁部８’は、内側の壁領域７０と外側の壁領域７１と上側の結合壁部７２とを有して二重壁に形成されている。そこでは前記外側の壁部は下側に、内側を向いたさらに別の壁領域７３を有し、この壁領域は下側で前記プレート１８の前記平坦な底部６０を把持し、この底部に下側から当接している。前記両プレート１８、１８’の間に前記第２の流体通路４が形成されている。前記底部６１の上方および前記向かい合った縁部８’の間には、２つのプレート対が互いに上下に位置している場合に前記第１の流体通路が形成されている。

図７ｅはさらに別のプレート対３２の断面を示す。前記プレート対３２の下部プレートとしての前記プレート１８は、平坦な底部６０とそれに対してほぼ直角に突出した縁部８とを有して実質的にｕ字形に形成されている。前記プレート１８’も同様に、平坦な底部６１と高く配設された縁部８’とを有してほぼｕ字形に形成されている。その際、前記縁部８’は、内側の壁領域７０と外側の壁領域７１と上側の結合壁部７２とを有して二重壁に形成されている。前記外側の壁領域７１はその下方領域に湾曲部７４を有し、この湾曲部は前記プレート１８の前記縁部８に内側で当接している。前記両プレート１８、１８’の間に前記第２の流体通路４が形成されている。前記底部６１の上方および前記向かい合った縁部８’の間には、２つのプレート対が互いに上下に位置している場合に前記第１の流体通路が形成されている。

図７ｆはさらに別のプレート対３２の断面を示す。前記プレート対３２の下部プレートとしての前記プレート１８は、平坦な底部６０とそれに対してほぼ直角に突出した縁部８とを有して実質的にｕ字形に形成されている。前記プレート１８’も同様に、平坦な底部６１と高く配設された縁部８’とを有してほぼｕ字形に形成されている。その際、前記縁部８’は、内側の壁領域７０と外側の壁領域７１と上側の結合壁部７２とを有して二重壁に形成されている。前記縁部８はその上方領域に湾曲部７５を有し、この湾曲部は前記プレート１８’の前記壁領域７１に内側で当接している。前記両プレート１８、１８’の間に前記第２の流体通路４が形成されている。前記底部６１の上方および前記向かい合った縁部８’の間には、２つのプレート対が互いに上下に位置している場合に前記第１の流体通路が形成されている。

さらに続いて、本発明に係る前記熱交換器１の特殊態様について説明する。これらの特殊態様は詳細には図示されていない。まず、２つの冷却材回路に関するＩフロー、すなわち直線状の流通について述べる。この場合、前記プレートは追加的に、冷却材通路の前部と後部との間において、前記冷却材通路の分離前あるいは分離後に２つの側方の入口あるいは出口を有する。このような態様は、高温冷却材回路と低温冷却材回路とを備えた用途に特に適している。その際、前記冷却材通路の分離は、高温冷却材部分と低温冷却材部分との間において完全な密封がなされるように、または僅かな漏れ量のみを許容するように実施することができる。必要であれば、同様にして３つ以上の冷却材回路を備えることも可能である。

Ｕフローの場合、すなわち流通の転向を伴う場合、ディフューザの代わりに転向端部に閉鎖されたタンクが配置され、その際、前記第１の流体、すなわち排ガスの入口側において、前記第１の流体用の前記入口と前記出口との間に金属薄板または鋳造壁部の形態で分離平面を設けることによって、前記第２の流体用の流体通路の前縁領域で流れが封止される。その際、必要に応じて、前記第１の流体の僅かな漏れ量を許容することも可能であろう。あるいは、各排ガス通路における流れを連続的なフィン、例えばリブが切断されていない平滑フィン、波形フィンあるいはディンプルフィンによって、または各平面においてリブフィンの中に差し込まれた分離金属薄板によって分離することができる。前記２つの流れの間における前記封止は直接前記フィンにおいて実施され、前記分離平面は前記フィン、あるいは前記プレート積層体のプレート輪郭を収容しなければならない。その際、前記フィンの中に差し込まれた分離金属薄板が前記プレート輪郭を一緒に収容でき、これにより、前記排ガスの入口と出口との間において前記分離平面を幾何形状的にさらに容易に構成しておくことが可能となる。

２つの冷却材回路を伴うＵフローが実現されるのは、前記装着された冷却材収集タンクが分離壁を含む場合であり、この分離壁は前記冷却材収集タンクを各端部においてそれぞれ２つのセグメントに分割する。１つのセグメントにおいて、それぞれ一方または他方の回路からの前記冷却材の供給あるいは排出が行われる。あるいは、前記２つの冷却材収集タンクを重ね合わせて載設することも可能である。さらにまた、前記排ガス熱交換器の一方の側における前記高温回路用の前記冷却材通路にスロットを設け、かつ前記排ガス熱交換器のそれぞれもう一方の側における前記低温回路用の前記冷却材通路にスロットを設けることができる。この場合、前記両媒体の入口および出口のために合計４つの冷却材収集タンクが必要とされる。最後に、前記可能な諸方法を組み合わせることもできる。これができるのは、前記排ガス熱交換器の一端に、分離壁を備えた、組み合わされたタンクが配置されており、もう一端において前記排ガス熱交換器の両側に、分離された冷却材収集タンクが配置されているからである。この場合も同様にして必要に応じて３つ以上の冷却材回路を備えることも可能である。

２つの平行に延在する冷却材回路を構成する場合、前記冷却材通路は長手方向に、密封状態または僅かな漏れ量を許容する状態で、条溝によって２つ以上の流れに分離され、これらの条溝によって媒体をＵ字形に、または複数回湾曲した蛇行形状に案内することが可能となる。その際、前記排ガス冷却器の一方あるいは他方の側からの流れを別個に供給することが可能であるので、前記第２の流れに２つの異なった媒体を用いることも可能である。

上述の解決手段によって、重量を低減し、構造を軽減した排ガス熱交換器または給気冷却器の構成が可能となり、しかも、この熱交換器または冷却器は高い耐熱性を有している。

図８ａは熱交換器１の断面を示す。図８ａには本発明に係る熱交換器１が示されており、この熱交換器の場合、前記プレート１８、１８’を有する前記プレート積層体２が構成されている。

図８ａは、前記熱交換器１の部分図、特に前記第１の流体の前記出口６の領域を示す部分図である。熱伝導体の構造を明らかにするために、前記流体通路４内にタービュレータ２２が配置されていることが示されている。前記タービュレータ２２はフィンまたは波形フィンとも呼ばれ、これらは前記プレート１８’上に配設されており、その上方に位置する前記プレート１８によって覆われ、この上方のプレートは、その下方に位置する前記プレート１８および／または前記プレート１８’で垂直に形成された前記縁部８上に着座してこのプレートにろう接されている。

前記縁部８の長手方向延在部に沿って前記開口部１０が前記縁部８に配置されており、前記開口部１０は前記縁部８とほぼ同じ高さを取る。その際、前記開口部は、前記プレート１８の底部からウェブの分だけ上方に離れるようにずらされて配置されている。また、前記開口部の上方に前記縁部８の上縁までウェブが配置されており、これにより、前記開口部はウェブによって上方および下方に対して画定されていて、かつ前記第１の流体の流動方向を見た際における側方についても前記縁部８の材料によって画定されている。

図８ｂは前記プレート積層体２を示し、このプレート積層体の場合、接続フランジ１００として曲げ加工された金属薄板が備えられている。前記曲げ加工された金属薄板１００は、上方および下方の終端部分１０２、１０３を有したＵ字形の金属薄板として構成されており、これらの両終端部分１０２、１０３の間に中央部分１０４が設けられていて、この中央部分は窓１０１を有する。この窓１０１は、前記開口部１０に連通するように配置されている。矢印１１０は前記流体通路４内への気体の流入を示し、矢印１１１は前記窓１０１を通っての冷却材の流入あるいは流出を示す。

前記窓１０１はフレーム１２０によって取り囲まれており、このフレームは好ましくは平坦に形成されており、車両側の冷却材接続部のための設置面として構成されていて、密封面として機能する。

前記接続フランジは、曲げ加工された金属薄板部材として、あるいはまた鋳造部材等として構成しておくことができる。

有利であるのは、気体流入側においてディフューザと冷却材タンクとの間に材料結合による接合が施されている場合である。これによって熱負荷が取り除かれる。

また、有利であるのは、冷却材タンク側を除く全ての側においてディフューザと冷却器マトリクスとの間、すなわち前記流体通路４との間に材料結合による接合が施されている場合である。

また、有利であるのは、壁部が重なり合う際に材料および金属薄板の肉厚を低減することが可能である場合である。その場合、金属薄板の肉厚は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜０．３ｍｍであり得る。

流体通路としての前記冷却材通路の高さは、好ましくは２ｍｍ以下である。

特に前記流体通路における前記条溝７の間隔は、好ましくは３ｍｍ〜１５ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ〜８ｍｍである。

また、有利であるのは、前記第１および／または第２の流体通路が乱流インサートを有する場合である。乱流インサートは、性能の向上、および／またはろう接工程における強度および支持力の向上に有用である。

１熱交換器
２プレート積層体
３冷却材案内機構、冷却材通路機構
４第２の流体通路
５入口
６出口
７リブ、条溝
７’ リブ
８縁部
８’ 縁部
９開口部
１０開口部
１０’ 開口部
１１冷却材収集通路、収集管
１２冷却材収集通路、収集管
１３フレーム
１４フレーム
１５クランプ
１６収集部
１７収集部
１８プレート
１８’ プレート
１９カバープレート
２０基礎プレート
２１副狭側面、狭い側面部分
２２タービュレータ
３０第１の流体通路
３２プレート対
４０縁部
４１層
４２層
５１側方の部分領域
５２側方の部分領域
５３中央の部分領域
６０底部
６１底部
７０内側の壁領域
７１外側の壁領域
７２上側の結合壁部
７３壁領域
７４湾曲部
７５湾曲部
９０プレートの主要方向
１００接続フランジ、金属薄板
１０１窓
１０２上方終端部分
１０３下方終端部分
１０４中央部分
１１０矢印
１１１矢印
１２０フレーム

Claims

複数の細長いプレート対（３２）から成るプレート積層体（２）を含む熱交換器、特に排ガス冷却器または給気冷却器であって、それぞれ２つの互いに結合されたプレート（１８、１８’）が自らの間に第２の流体通路（４）を形成し、かつ２つのプレート対の間に第１の流体通路（３０）が形成されていて、第１の流体通路（３０）が２つの第２の流体通路（４）によって抱持されており、各第２の流体通路（４）が少なくとも１つの流体収集通路（１１、１２）に接続されている熱交換器。
プレート対（３２）における前記互いに結合された２つのプレート（１８、１８’）がｕ字形の第２の流体通路（４）、またはｚ字形の第２の流体通路を自らの間に形成することを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
前記ｕ字形の第２の流体通路（４）がさらに別の第２の流体通路（４）によって、前記２つの第２の流体通路（４）の間に第１の流体通路（３０）が配置されるようにして覆われていることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器。
前記第１の流体通路（３０）の四方が前記第２の流体通路によって包囲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。
前記第２の流体通路（３０）の一方の壁が前記熱伝導体を外側において画定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
プレート対（３２）において前記２つの互いに結合されたプレート（１８、１８’）がその縁部（８）両側において長手方向延在部および／または横方向延在部に沿ってろう接または溶接されていることを特徴とする、請求項１、２、３、４または５に記載の熱交換器。
前記下部プレート（１８）および／または前記上部プレート（１８’）において垂直方向に形成された縁部（８）が、その上部に位置する前記下部プレート（１８）の底部にろう接されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記形成された縁部（８）の少なくとも１つにおいて、前記第２の流体通路（４）を前記冷却材収集通路（１１、１２）に結合するための少なくとも１つの開口部（９、１０）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜７の少なくともいずれか１項に記載の熱交換器。
前記プレート（１８）の前記縁部（８）において、前記第１の流体の入口（５）および出口（６）の近傍にそれぞれ１つの開口部（９、１０）が形成されていて、前記第１の流体の前記入口（５）および前記出口（６）が、前記２つの互いに結合されたプレート（１８、１８’）の幅狭側面（２１）を通じて形成されており、かつ、重なり合うように配置されている複数の互いに結合されたプレート対（３２）における前記開口部（９、１０）が、ほぼ上下に重なり合って位置していることを特徴とする、請求項１〜８の少なくともいずれか１項に記載の熱交換器。
最上部の前記第２の流体通路（４）を閉鎖するために無縁または有縁のカバープレート（１９）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜９の少なくともいずれか１項に記載の熱交換器。
前記冷却材収集通路が収集管として構成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記収集管が前記プレート積層体をほぼ垂直方向に被覆しながら延在し、かつ好ましくは、前記プレート積層体の前記開口部に対して向かい合う側に、例えば冷却材のような第２の流体を交換するための凹部を有することを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
前記収集管が管セグメントとして構成されていることを特徴とする、請求項１１または１２の少なくともどちらか１項に記載の熱交換器。
前記収集管が締め付けクランプとして前記プレート積層体を少なくとも部分的にクランプすることを特徴とする、請求項１１〜１３の少なくともいずれか１項に記載の熱交換器。
前記冷却材収集通路が冷却材タンクとして構成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
各第２の流体通路が前記冷却材タンクに接続されており、前記冷却材タンクが、冷却材を前記冷却材タンク内へ供給するための結合手段、または冷却材を前記冷却材タンクから排出するための結合手段、特に管のための外部接続部を有することを特徴とする、請求項１５に記載の熱交換器。
前記冷却材タンクが一体型のディフューザとして構成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の熱交換器。
前記冷却材収集通路がフランジとして構成されており、この冷却材収集通路が、前記プレート積層体を少なくとも部分的に抱持する金属薄板、または鋳造部材またはプラスチック部材で形成されており、かつ前記結合手段と結合するための密封面を有していることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱交換器が少なくとも部分的にオーステナイト材料および／またはフェライト材料から製造されていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱交換器の全ての構成部材がただ一回のみの炉の通過でろう接可能であることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の熱交換器。