エアヒータ用熱交換器および熱交換器の製造方法
本発明は、縦軸線を有する熱交換器本体(14)を備え、空気を案内するハウジングに統合するエアヒータ(12)用の熱交換器(10)に関する。本発明によれば、熱交換器本体(14)は、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する多数の波形リブ(28)を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、縦軸線を有する熱交換器本体を備える、空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータ用の熱交換器に関する。
【0002】
本発明は更に、縦軸線を有する熱交換器コアを具備する熱交換器本体と熱伝達面とを含む熱交換器であって、空気を案内するハウジング、特に車両空調装置のハウジングに統合するためのエアヒータ用の熱交換器を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
現在、車両、特に商用車のために燃料で運転される補助ヒータは、主として、車両空調装置とも呼ばれる車両固有の暖房−空調ユニットとは別個に装備されている。このような補助ヒータは、例えば独立ヒータ及び/又はパーキングヒータとして使用されるエアヒータとして形成されている。
【0004】
かなり前から、エアヒータを車両固有の暖房−空調ユニットに統合することが試みられている。これはスペースと必要構成要素を省略する。このような構造体の一例が特許文献1に示されている。
【特許文献1】DE 102 11 591 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
エアヒータを暖房−空調ユニットに統合するために選択されるエアヒータの位置と構造は、統合の機能、経済性および安全性を左右する。従って、暖房−空調ユニットへのエアヒータの組込みに関連するいろいろな問題を認識し、この問題の解決策を提供することが試みられている。それによって、最終的に良好なマスタープランが供される。
【0006】
一つの問題は、一般的にダイカスト技術で製造されている熱交換器本体の大きな重量に関連する。大きな重量のために、特に車両ヒータを支持するハウジングをかなり頑丈に形成しなければならない。
【0007】
軸方向に縦長に延在する熱交換器の提案された設計思想では、空気がこの方向に対して垂直に熱交換器の周りを流れる。このような空気の流れは、必然的に空気の大きな渦を生み、それによって流れ損失が大きくなる。熱交換器を取り囲むスペースを大きくすることによってこの問題を解決しようとすると、暖房−空調装置の全体スペースを拡大しなければならなくなる。従って、熱交換器の流れ状態と熱伝達を促進する解決策が必要となる。
【0008】
更に、暖房−空調装置にエアヒータを組み込む設計思想に関連して、エアヒータの既存の構成要素を引き続き使用できるようにするという要望が存在する。そこで、同じ設計思想を異なる種類のエアヒータに関して使用できるようにするために、熱交換器をできるだけ可変に構成する試みがなされている。可変性に関するこの要望は、熱交換器の製造にも関連する。
【0009】
熱交換器によって暖められる空気が熱交換器の周りを流れることと共に、燃焼ガスから熱交換器に熱を伝達することが重要である。この熱伝達も改善されるべきであり、それによって特に熱伝達器の構造において大きな自由度が提供される。
【0010】
エアヒータに対する他の重要な要求は、燃焼ガスがエアヒータの周りを流れる空気に入り込まないように、エアヒータを配置することにある。更に、燃焼のために使用される空気を自動車の外側範囲から取り出すようにするべきである。すなわち、特に車内から取り出さないようにすべきである。エアヒータの種々の接続管の位置決めに関する改善も同様に所望される。
【0011】
本発明の根底をなす課題は、特に流れ状態と熱伝達に関する適切な解決策によって、前述の問題を少なくとも部分的に克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この課題は独立請求項の特徴によって解決される。
【0013】
本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【0014】
本発明は、冒頭に述べた熱交換器において、熱交換器本体が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する多数の波形リブを備えることを特徴とする。リブのこの波形形状は、特に熱伝達に供される表面積の増大に基づいて、熱交換器から、リブの間の空間を通って流れる暖めるべき空気への熱伝達を改善する。更に、リブは波形形状によって安定性が高められる。
【0015】
一方、これに関連して、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の波形リブの少なくとも一部が別個の部品によってあるいは別個の部品として熱交換器コアに取付けることも可能である。この別個の製造方法は、軽量化の手段として、および部品の設計と製造方法に関する高い可変性の手段として有利であるとみなされる。
【0016】
他方、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の波形リブの少なくとも一部が熱交換器コアと一体に形成されていてもよい。
【0017】
多数の波形リブが熱交換器コアに焼きばめ及び/又は締まりばめされていると有利である。このような熱伝達面をねじ連結部または類似の連結部を介して熱伝達器コアに固定しないで、嵌め込まれた個々のまたは複数の伝達面部品またはその全体のセットを溶接、ろう付け、焼きばめまたは締まりばめすることによって固定することが得策である。
【0018】
本発明は、冒頭に述べた手法において、熱交換器本体が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する多数の波形リブを備え、熱伝達器コアと波形リブの少なくとも一部が別個に製造されることを特徴とする。これにより、本発明による熱交換器の利点と特徴が、方法の範囲においても実現される。
【0019】
この方法において、波形リブが熱交換器コアに焼きばめ及び/又は締まりばめされると有利である。熱交換器ヘッドと熱交換器底部が、好ましくは溶接、ろう付け、接着及び/又はねじ止めによって熱交換器コアに気密に連結されるのに対し、例えば円板状に形成される個々の熱伝達面は、熱交換器コアに焼きばめまたは締まりばめすることができる。それによって、製造方法の変形のために他の方法が供される。
【0020】
他方、本発明は、冒頭に述べた手法において、熱交換器本体が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する多数の波形リブを備え、熱伝達器コアと熱伝達面が一体に製造されることを特徴とする。
【0021】
熱伝達面の形成に関する特徴は、熱交換器、熱交換器を設けたエアヒータ、或いは熱交換器の製造方法の他の多数の特性と組み合わせ可能である。それによって、有利な特性が生じる。
【0022】
熱交換器本体と熱交換器底部とは別個に製造することもできる。熱交換器本体をこのように複数の部材によって形成することにより、構造的な変形に関しておよび製造方法に関しての可変性が向上する。特に熱交換器底部を熱交換器コアから分離して製造することにより、熱交換器コアの付加的な製造方法を使用することができる。製造方法を適切に選択すると、熱交換器の重量を低減することができる。
【0023】
類似の理由から、別個に製造した熱交換器ヘッドを設けることが得策である。このような熱交換器ヘッドが存在する場合、別個の製造が得策である。しかしながら、バーナヘッドまたはバーナユニットの形状に応じて、熱交換器ヘッド全体を省略することができる。
【0024】
熱交換器コアをダイカスト部品として製造することができる。このようなダイカスト部品は比較的に重いが、製造コストが比較的安価である。
【0025】
熱交換器コアが内側プロファイルを備えると有利である。このような内側プロファイルにより、熱交換器の熱伝達内面が拡大されるので、全体としてスペースを縮小することができる。
【0026】
熱交換器コアは押出し成形法で製造可能である。このような押出し成形法によれば、ダイカスト法と比べて熱交換器の肉厚を薄くすることができ、特に離型用テーパ面を必要としないので、肉厚を薄くすることができ、それによって全体重量を低減することができる。更に、ダイカスト法と比べて、一層薄い内側リブを形成することができるので、熱伝達を行う内面が拡大される。押出し成形法の範囲内で、熱交換器ヘッド、バーナ、熱交換器底部等を固定するための形状部、例えばねじ用のコアホールの形をした形状部を、押出し成形品に一体形成することができる。
【0027】
熱交換器は流れ抵抗の低減を促進する横断面形状を有することができる。
【0028】
これは例えば、横断面形状が楕円形であることによって達成される。
【0029】
他の例では、横断面形状が飛行機翼の横断面形状に似ている。
【0030】
更に、横断面形状が紡錘形であると有利である。
【0031】
更に、熱交換器ヘッドはその外面に、熱伝達面を提供する多数の棒を備えていてもよい。このような多数の棒により、暖めるべき空気に熱を伝達するためのきわめて大きな表面積が提供される。
【0032】
その際、一方では、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の棒の少なくとも一部が別個の部品によって熱交換器コアに取付けられていると有利である。
【0033】
他方では、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の棒の少なくとも一部を熱交換器コアと一体に形成することも可能である。別個の部品によって熱交換器コアに取付けられる棒の設計方法あるいは熱交換器コアと一体に形成する棒の設計方法に応じて、いろいろな利点、例えば一方では可変性に関する利点および他方では全体製造方法の簡単化に関する利点がある。
【0034】
熱交換器本体は、複数の熱交換器本体モジュールから構成可能である。これによって、可変性が高められる。というのは、個々の熱交換器本体モジュールを異なるように形成することができ、特に異なる大きさの熱交換器を製造することができるからである。
【0035】
熱交換器本体モジュールがダイカスト法で製造されていると、特に有利である。熱交換器の製造が慣用のダイカスト法で行われる場合、モジュール方式の製造には有利な点がある。というのは、必要とされる離型用傾斜面が短く、それにより小さくて済むからである。
【0036】
モジュール方式の製造の観点から、熱交換器本体モジュールの少なくとも一部が同一であると有利である。その場合、特にダイカスト法の場合、異なる道具が不要である。
【0037】
更に、熱交換器本体の少なくとも一部が2個の中子を使用するダイカスト法で製造され、中子が反対の離型方向に取り出されることも可能である。これにより、離型用テーパ面の最大厚さを縮小することができ、これは軽量化につながる。
【0038】
空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータに関連して、他の利点がある。このエアヒータは熱交換器本体を有する熱交換器を備え、エアヒータは更に、流れ案内要素を備え、この流れ案内要素は、少なくとも部分的に、熱交換器の内部に配置された燃焼室内での燃焼時に発生する高温ガスを、熱交換本体の内側へ案内する。燃焼時に発生する高温ガスは熱交換器の内側に効率的に分配可能である。
【0039】
これに関連して、流れ案内要素がねじ山のように、羽根として、蛇行形部品として、バッフルプレートとして及び/又は穴あき管として形成されると有利である。この方法および他の多数の方法は全体として熱伝達を改善する。
【0040】
更に、空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータに関連して、利点がある。このエアヒータは熱交換器を備え、この場合フランジプレートが設けられ、このフランジプレートはエアヒータの取付け個所とフランジプレートの間並びにエアヒータとフランジプレートの間に設けられるシール要素を用いて、少なくとも排ガス排出管を車内に対してシールする。このようなフンラジプレートにより、排ガスをできる限り短い経路で外気に案内することができる。この場合、排ガスが車内に達する危険がない。
【0041】
これに関連して更に、フランジプレートが燃焼空気供給管を車内に対してシールすると有利である。それにより、燃焼空気が車両の外側空間から取り込まれる。
【0042】
更に、フランジプレートが燃料供給管の貫通案内部を備えると有利である。それによって、ガスと液体を搬送するすべての接続部がフランジプレートの範囲内に配置される。これは、エアヒータを全体設計に結びつけるために有利である。
【0043】
本発明は、エアヒータが経済的な方法でおよび機能の観点から適した方法で、自動車、特に商用車の暖房−空調装置に組込み可能であるという認識に基づく。これは特に、流れ状態および熱伝達状態の観点からの熱交換器のプラスの特性に起因する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0044】
添付の図を参照して特に有利な実施の形態に基づき本発明を例示的に説明する。
【0045】
図に関する次の説明において、同じ参照符号は同一の構成要素または類似の構成要素を示す。
【0046】
図1はエアヒータ12の斜視図である。エアヒータ12は、バーナユニット60に装着される熱交換器10と、バーナヘッド62とを備える。このバーナヘッド62は、ファンモータ64と制御装置66とを備え、このファンモータ64および制御装置66は燃焼空気ファンユニット68の重要な構成要素を構成する。バーナヘッド62には、更に燃焼空気供給用の管56が設けられている。バーナユニット60には燃料供給管58と排ガス排出用の管54が設けられている。排ガス排出管54にはフランジプレート48が配置され、このフランジプレート48は、燃料供給管58と燃焼空気供給管56を貫通案内するための切欠きを有する。フランジプレート48の機能については図19を参照して詳しく説明する。バーナユニット60に装着される熱交換器10は、その外面にリブ構造体を備え、このリブ構造体により、熱交換器10の周りを流れる空気に熱を伝達するための面積が拡大される。エアヒータ12は、好ましくは、暖めるべき空気の流れに関して、その空気が熱交換器10の軸線に対して垂直に流入および流出して熱交換器10の周りを流れるように、配置される。
【0047】
図2は熱交換器を取り外したエアヒータ12の斜視図である。この図にはバーナヘッド62とバーナユニット60とが示されている。バーナユニット60はバーナ管70を備え、このバーナ管内における火炎の形成によって高温ガスが発生する。この高温ガスは、その熱エネルギーを、図2に示されていない熱交換器10に伝達する。高温ガスが熱交換器に到達することができるようにするために、多数の穴72がバーナ管70の外周壁に穿設される。
【0048】
図3は熱交換器を取り外し、バーナヘッドとバーナユニットを分解したエアヒータ12の斜視図である。この図から明らかなように、バーナヘッド60は、フランジ継手74,76を介してバーナユニット60に連結される。この図から更に明らかなように、フランジプレート48は排ガス排出管54に固定連結される一方で、燃焼空気供給管56のための貫通穴がフランジプレートに設けられている。
【0049】
図4は熱交換器10の斜視図である。熱伝達面22を提供するリブ構造体が示されている。
【0050】
図5は熱交換器10の個々の構成要素の斜視図である。熱交換器10は複数の部品によって形成される。熱交換器は、熱交換器コア20と、熱伝達面22を有する部品24と、熱交換器底部16と、熱交換器ヘッド18とを備える。バーナヘッド62及び/又はバーナユニット60の設計に応じて、熱交換器ヘッド18は省略可能である。バーナ管70内で発生する高温ガスから熱交換器10への熱伝達を改善するために、熱交換器コア20内には内側プロファイル30が設けられる。熱交換器ヘッド18および熱交換器底部16は種々の技術、例えば深絞り、ダイカストまたは切削加工によって製造可能である。個々の部品は、種々の連結技術、例えば溶接、ろう付け、接着および/またはねじ止めによって互いに連結可能である。熱交換器10内で燃焼ガスが発生するので、熱交換器ヘッド18と熱交換器コア20と熱交換器底部16とを気密に連結することが重要である。本開示範囲内において、熱交換器コアは、それに固定され熱伝達面22を有する部品24と共に、熱交換器本体14とも呼ばれる。
【0051】
図6はハウジング固定部材74を備えるエアヒータ12の斜視図である。このハウジング固定部材はエアヒータ上に配置される。ハウジング固定部材74によって、エアヒータ12を周囲のハウジングに固定可能である。ハウジング固定部材74は、熱交換器ヘッド18と熱交換器底部16とを介してエアヒータ12に固定される。
【0052】
図7は楕円形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。熱交換器コア20は内側プロファイル30を有する。この内側プロファイル30が微細に形成されていればいるほど、高温ガスから熱交換器10への熱伝達のために供される表面積は大きくなる。図示のような熱交換器コア20は例えば押出し成形法によって製造可能である。これにより、肉厚を薄くすることができ、それによって一方では軽量となり、他方では熱伝達表面積が大きくなる。熱交換器コア20内には、他の構成要素を固定するための固定手段、例えば穴76が設けられる。熱交換器20の楕円形の横断面形状32は熱交換器20の周りを流れる暖めるべき空気の流れ状態を改善することができる。熱交換器底部16が熱交換器コア20から分離製造された部品であるので、熱交換器コア20の製造が簡単化される。
【0053】
図8は翼形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。図9は紡錘形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。図示した横断面形状、すなわち翼形横断面形状34および紡錘形横断面形状30は、熱交換器20の周りの流れを促進する形状の他の例として理解されるべきである。
【0054】
図10は、熱交換器10および熱伝達のための別個の部品24の斜視図である。図示される各部品24は熱交換器コア20とは別個に製造される。部品24は熱交換器コア20上に既に装着されている。これらの部品は、熱交換器コア上で、嵌め込まれた個々のまたは複数の部品、あるいは部品の全体のセットを焼きばめまたは締まりばめすることによって、固定される。
【0055】
図11は熱交換器の斜視図である。図示される熱交換器10は、その周りを流れる空気に熱を伝達するためにきわめて大きな表面積を有する。これは、熱伝達面22が多数の棒26によって供されることによって達成される。
【0056】
図12は熱交換器の斜視図である。ここでも、きわめて大きな熱伝達表面積が供される。というのは、ここでもこの熱伝達面22を提供するために多数の棒26が設けられているからである。熱交換器の内側には内側プロファイル30が見える。本実施の形態において、この内側プロファイルの一部は外側の棒26または棒列に続いている。図12の実施の形態の棒26も図11の実施の形態の棒26も、別個に製造された部品によって熱交換表面に外側から取付け可能であるか、あるいは変形加工法または切削加工法によって押出し成形品を再加工することによって形成可能である。
【0057】
図13は熱交換器10の斜視図である。熱交換器10の熱伝達面22を供する図示した部品28は、熱伝達を促進する波形リブである。
【0058】
図14は複数の同一の熱交換器本体モジュール38の斜視図である。図示したこの実施の形態は、熱交換器を上述のような押出し成形法で製造しないで、ダイカスト法で製造するときに特に重要である。ダイカスト法は離型用テーパ面に基づいて肉厚が大きくなるという欠点がある。本実施の形態では、複数の熱交換器本体モジュール38が設けられている。この場合、個々の熱交換器本体モジュール38は軸方向長さが短い。従って、短い離型用テーパ面に基づいて肉厚をきりつめることができる。
【0059】
図15は熱交換器10の切断斜視図である。この図示に基づいて、離型用テーパ面を短くすることができる他の方法を説明することが可能である。すなわち、ダイカスト部品として製造される熱交換器10に、反対向きの2つの離型方向40,42に取り外される2個の中子が設けられることにより、肉厚を同様に小さくすることができる。
【0060】
図16,17,18は燃焼管70の斜視図である。図17は燃焼管の斜視図である。図18は燃焼管の斜視図である。熱交換器の内側への良好で均一な放熱のために、燃焼時に発生する高温ガスをできるだけ効果的に分配できるようにするため、流れ案内部材を用いて、高温ガスを熱交換器10内で内側リブ30および/またはその内壁の方へ案内することが得策である。図17には、らせん形の流れ案内部材44が示されている。同様に、流れ案内部材は羽根、蛇行、バッフルプレートおよび穴あき管の形に形成可能である。穴72によって形成される穴プロファイルに加えて多数の穴46を有するような穴あき管が、図18に示されている。
【0061】
図19は、フランジプレート48を備えるエアヒータの接続範囲の斜視図である。フランジプレート48は、エアヒータ10を、車体および/またはハウジングあるいは車両に固定されたその他の要素に取付けるのに役立つ。排ガスおよび燃焼空気を外側空間に供給および/または外側空間から取り出すために、フランジプレート48は、エアヒータ12に対しておよび取付け個所、すなわち例えば車体に対して、シーリングされて取り付けられる。シーリングは、例えばシーリング・リングによって行うことができる。
【0062】
上記の、図面および特許請求の範囲に開示した本発明の特徴は、個々においても任意の組み合わせにおいても本発明を実現するために重要でありうる。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】エアヒータの斜視図である。
【図2】熱交換器を取り外したエアヒータの斜視図である。
【図3】熱交換器を取り外し、バーナヘッドとバーナユニットとに分解したエアヒータの斜視図である。
【図4】熱交換器の斜視図である。
【図5】熱交換器の個々の構成要素の斜視図である。
【図6】ハウジング固定部材を配置したエアヒータの斜視図である。
【図7】楕円形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。
【図8】翼形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。
【図9】紡錘形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。
【図10】熱交換器と、別個の熱伝達部材の斜視図である。
【図11】熱交換器の斜視図である。
【図12】熱交換器の斜視図である。
【図13】熱交換器の斜視図である。
【図14】多数の同一熱交換器本体モジュールの斜視図である。
【図15】熱交換器の切断斜視図である。
【図16】燃焼管の斜視図である。
【図17】燃焼管の斜視図である。
【図18】燃焼管の斜視図である。
【図19】フランジプレートを備えるエアヒータの接続範囲の斜視図である。
【符号の説明】
【0064】
10…熱交換器、12…エアヒータ、14…熱交換器本体、16…熱交換器底部、18…熱交換器ヘッド、20…熱交換器コア、22…熱伝達面、24…熱伝達面を有する部品(円板状)、26…熱伝達面を有する部品(棒)、28…熱伝達面を有する部品(波形リブ)、30…内側プロファイル、32…楕円形横断面、34…翼形横断面、36…紡錘形横断面、38…熱交換器本体モジュール、40…離型方向、42…離型方向、44…ねじ山、46…穴あき管の穴、48…フランジプレート、54…排ガス管、56…燃焼空気供給管、58…燃料供給管、60…バーナユニット、62…バーナヘッド
【技術分野】
【0001】
本発明は、縦軸線を有する熱交換器本体を備える、空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータ用の熱交換器に関する。
【0002】
本発明は更に、縦軸線を有する熱交換器コアを具備する熱交換器本体と熱伝達面とを含む熱交換器であって、空気を案内するハウジング、特に車両空調装置のハウジングに統合するためのエアヒータ用の熱交換器を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
現在、車両、特に商用車のために燃料で運転される補助ヒータは、主として、車両空調装置とも呼ばれる車両固有の暖房−空調ユニットとは別個に装備されている。このような補助ヒータは、例えば独立ヒータ及び/又はパーキングヒータとして使用されるエアヒータとして形成されている。
【0004】
かなり前から、エアヒータを車両固有の暖房−空調ユニットに統合することが試みられている。これはスペースと必要構成要素を省略する。このような構造体の一例が特許文献1に示されている。
【特許文献1】DE 102 11 591 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
エアヒータを暖房−空調ユニットに統合するために選択されるエアヒータの位置と構造は、統合の機能、経済性および安全性を左右する。従って、暖房−空調ユニットへのエアヒータの組込みに関連するいろいろな問題を認識し、この問題の解決策を提供することが試みられている。それによって、最終的に良好なマスタープランが供される。
【0006】
一つの問題は、一般的にダイカスト技術で製造されている熱交換器本体の大きな重量に関連する。大きな重量のために、特に車両ヒータを支持するハウジングをかなり頑丈に形成しなければならない。
【0007】
軸方向に縦長に延在する熱交換器の提案された設計思想では、空気がこの方向に対して垂直に熱交換器の周りを流れる。このような空気の流れは、必然的に空気の大きな渦を生み、それによって流れ損失が大きくなる。熱交換器を取り囲むスペースを大きくすることによってこの問題を解決しようとすると、暖房−空調装置の全体スペースを拡大しなければならなくなる。従って、熱交換器の流れ状態と熱伝達を促進する解決策が必要となる。
【0008】
更に、暖房−空調装置にエアヒータを組み込む設計思想に関連して、エアヒータの既存の構成要素を引き続き使用できるようにするという要望が存在する。そこで、同じ設計思想を異なる種類のエアヒータに関して使用できるようにするために、熱交換器をできるだけ可変に構成する試みがなされている。可変性に関するこの要望は、熱交換器の製造にも関連する。
【0009】
熱交換器によって暖められる空気が熱交換器の周りを流れることと共に、燃焼ガスから熱交換器に熱を伝達することが重要である。この熱伝達も改善されるべきであり、それによって特に熱伝達器の構造において大きな自由度が提供される。
【0010】
エアヒータに対する他の重要な要求は、燃焼ガスがエアヒータの周りを流れる空気に入り込まないように、エアヒータを配置することにある。更に、燃焼のために使用される空気を自動車の外側範囲から取り出すようにするべきである。すなわち、特に車内から取り出さないようにすべきである。エアヒータの種々の接続管の位置決めに関する改善も同様に所望される。
【0011】
本発明の根底をなす課題は、特に流れ状態と熱伝達に関する適切な解決策によって、前述の問題を少なくとも部分的に克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この課題は独立請求項の特徴によって解決される。
【0013】
本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【0014】
本発明は、冒頭に述べた熱交換器において、熱交換器本体が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する多数の波形リブを備えることを特徴とする。リブのこの波形形状は、特に熱伝達に供される表面積の増大に基づいて、熱交換器から、リブの間の空間を通って流れる暖めるべき空気への熱伝達を改善する。更に、リブは波形形状によって安定性が高められる。
【0015】
一方、これに関連して、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の波形リブの少なくとも一部が別個の部品によってあるいは別個の部品として熱交換器コアに取付けることも可能である。この別個の製造方法は、軽量化の手段として、および部品の設計と製造方法に関する高い可変性の手段として有利であるとみなされる。
【0016】
他方、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の波形リブの少なくとも一部が熱交換器コアと一体に形成されていてもよい。
【0017】
多数の波形リブが熱交換器コアに焼きばめ及び/又は締まりばめされていると有利である。このような熱伝達面をねじ連結部または類似の連結部を介して熱伝達器コアに固定しないで、嵌め込まれた個々のまたは複数の伝達面部品またはその全体のセットを溶接、ろう付け、焼きばめまたは締まりばめすることによって固定することが得策である。
【0018】
本発明は、冒頭に述べた手法において、熱交換器本体が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する多数の波形リブを備え、熱伝達器コアと波形リブの少なくとも一部が別個に製造されることを特徴とする。これにより、本発明による熱交換器の利点と特徴が、方法の範囲においても実現される。
【0019】
この方法において、波形リブが熱交換器コアに焼きばめ及び/又は締まりばめされると有利である。熱交換器ヘッドと熱交換器底部が、好ましくは溶接、ろう付け、接着及び/又はねじ止めによって熱交換器コアに気密に連結されるのに対し、例えば円板状に形成される個々の熱伝達面は、熱交換器コアに焼きばめまたは締まりばめすることができる。それによって、製造方法の変形のために他の方法が供される。
【0020】
他方、本発明は、冒頭に述べた手法において、熱交換器本体が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する多数の波形リブを備え、熱伝達器コアと熱伝達面が一体に製造されることを特徴とする。
【0021】
熱伝達面の形成に関する特徴は、熱交換器、熱交換器を設けたエアヒータ、或いは熱交換器の製造方法の他の多数の特性と組み合わせ可能である。それによって、有利な特性が生じる。
【0022】
熱交換器本体と熱交換器底部とは別個に製造することもできる。熱交換器本体をこのように複数の部材によって形成することにより、構造的な変形に関しておよび製造方法に関しての可変性が向上する。特に熱交換器底部を熱交換器コアから分離して製造することにより、熱交換器コアの付加的な製造方法を使用することができる。製造方法を適切に選択すると、熱交換器の重量を低減することができる。
【0023】
類似の理由から、別個に製造した熱交換器ヘッドを設けることが得策である。このような熱交換器ヘッドが存在する場合、別個の製造が得策である。しかしながら、バーナヘッドまたはバーナユニットの形状に応じて、熱交換器ヘッド全体を省略することができる。
【0024】
熱交換器コアをダイカスト部品として製造することができる。このようなダイカスト部品は比較的に重いが、製造コストが比較的安価である。
【0025】
熱交換器コアが内側プロファイルを備えると有利である。このような内側プロファイルにより、熱交換器の熱伝達内面が拡大されるので、全体としてスペースを縮小することができる。
【0026】
熱交換器コアは押出し成形法で製造可能である。このような押出し成形法によれば、ダイカスト法と比べて熱交換器の肉厚を薄くすることができ、特に離型用テーパ面を必要としないので、肉厚を薄くすることができ、それによって全体重量を低減することができる。更に、ダイカスト法と比べて、一層薄い内側リブを形成することができるので、熱伝達を行う内面が拡大される。押出し成形法の範囲内で、熱交換器ヘッド、バーナ、熱交換器底部等を固定するための形状部、例えばねじ用のコアホールの形をした形状部を、押出し成形品に一体形成することができる。
【0027】
熱交換器は流れ抵抗の低減を促進する横断面形状を有することができる。
【0028】
これは例えば、横断面形状が楕円形であることによって達成される。
【0029】
他の例では、横断面形状が飛行機翼の横断面形状に似ている。
【0030】
更に、横断面形状が紡錘形であると有利である。
【0031】
更に、熱交換器ヘッドはその外面に、熱伝達面を提供する多数の棒を備えていてもよい。このような多数の棒により、暖めるべき空気に熱を伝達するためのきわめて大きな表面積が提供される。
【0032】
その際、一方では、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の棒の少なくとも一部が別個の部品によって熱交換器コアに取付けられていると有利である。
【0033】
他方では、熱交換器本体が熱交換器コアを備え、多数の棒の少なくとも一部を熱交換器コアと一体に形成することも可能である。別個の部品によって熱交換器コアに取付けられる棒の設計方法あるいは熱交換器コアと一体に形成する棒の設計方法に応じて、いろいろな利点、例えば一方では可変性に関する利点および他方では全体製造方法の簡単化に関する利点がある。
【0034】
熱交換器本体は、複数の熱交換器本体モジュールから構成可能である。これによって、可変性が高められる。というのは、個々の熱交換器本体モジュールを異なるように形成することができ、特に異なる大きさの熱交換器を製造することができるからである。
【0035】
熱交換器本体モジュールがダイカスト法で製造されていると、特に有利である。熱交換器の製造が慣用のダイカスト法で行われる場合、モジュール方式の製造には有利な点がある。というのは、必要とされる離型用傾斜面が短く、それにより小さくて済むからである。
【0036】
モジュール方式の製造の観点から、熱交換器本体モジュールの少なくとも一部が同一であると有利である。その場合、特にダイカスト法の場合、異なる道具が不要である。
【0037】
更に、熱交換器本体の少なくとも一部が2個の中子を使用するダイカスト法で製造され、中子が反対の離型方向に取り出されることも可能である。これにより、離型用テーパ面の最大厚さを縮小することができ、これは軽量化につながる。
【0038】
空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータに関連して、他の利点がある。このエアヒータは熱交換器本体を有する熱交換器を備え、エアヒータは更に、流れ案内要素を備え、この流れ案内要素は、少なくとも部分的に、熱交換器の内部に配置された燃焼室内での燃焼時に発生する高温ガスを、熱交換本体の内側へ案内する。燃焼時に発生する高温ガスは熱交換器の内側に効率的に分配可能である。
【0039】
これに関連して、流れ案内要素がねじ山のように、羽根として、蛇行形部品として、バッフルプレートとして及び/又は穴あき管として形成されると有利である。この方法および他の多数の方法は全体として熱伝達を改善する。
【0040】
更に、空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータに関連して、利点がある。このエアヒータは熱交換器を備え、この場合フランジプレートが設けられ、このフランジプレートはエアヒータの取付け個所とフランジプレートの間並びにエアヒータとフランジプレートの間に設けられるシール要素を用いて、少なくとも排ガス排出管を車内に対してシールする。このようなフンラジプレートにより、排ガスをできる限り短い経路で外気に案内することができる。この場合、排ガスが車内に達する危険がない。
【0041】
これに関連して更に、フランジプレートが燃焼空気供給管を車内に対してシールすると有利である。それにより、燃焼空気が車両の外側空間から取り込まれる。
【0042】
更に、フランジプレートが燃料供給管の貫通案内部を備えると有利である。それによって、ガスと液体を搬送するすべての接続部がフランジプレートの範囲内に配置される。これは、エアヒータを全体設計に結びつけるために有利である。
【0043】
本発明は、エアヒータが経済的な方法でおよび機能の観点から適した方法で、自動車、特に商用車の暖房−空調装置に組込み可能であるという認識に基づく。これは特に、流れ状態および熱伝達状態の観点からの熱交換器のプラスの特性に起因する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0044】
添付の図を参照して特に有利な実施の形態に基づき本発明を例示的に説明する。
【0045】
図に関する次の説明において、同じ参照符号は同一の構成要素または類似の構成要素を示す。
【0046】
図1はエアヒータ12の斜視図である。エアヒータ12は、バーナユニット60に装着される熱交換器10と、バーナヘッド62とを備える。このバーナヘッド62は、ファンモータ64と制御装置66とを備え、このファンモータ64および制御装置66は燃焼空気ファンユニット68の重要な構成要素を構成する。バーナヘッド62には、更に燃焼空気供給用の管56が設けられている。バーナユニット60には燃料供給管58と排ガス排出用の管54が設けられている。排ガス排出管54にはフランジプレート48が配置され、このフランジプレート48は、燃料供給管58と燃焼空気供給管56を貫通案内するための切欠きを有する。フランジプレート48の機能については図19を参照して詳しく説明する。バーナユニット60に装着される熱交換器10は、その外面にリブ構造体を備え、このリブ構造体により、熱交換器10の周りを流れる空気に熱を伝達するための面積が拡大される。エアヒータ12は、好ましくは、暖めるべき空気の流れに関して、その空気が熱交換器10の軸線に対して垂直に流入および流出して熱交換器10の周りを流れるように、配置される。
【0047】
図2は熱交換器を取り外したエアヒータ12の斜視図である。この図にはバーナヘッド62とバーナユニット60とが示されている。バーナユニット60はバーナ管70を備え、このバーナ管内における火炎の形成によって高温ガスが発生する。この高温ガスは、その熱エネルギーを、図2に示されていない熱交換器10に伝達する。高温ガスが熱交換器に到達することができるようにするために、多数の穴72がバーナ管70の外周壁に穿設される。
【0048】
図3は熱交換器を取り外し、バーナヘッドとバーナユニットを分解したエアヒータ12の斜視図である。この図から明らかなように、バーナヘッド60は、フランジ継手74,76を介してバーナユニット60に連結される。この図から更に明らかなように、フランジプレート48は排ガス排出管54に固定連結される一方で、燃焼空気供給管56のための貫通穴がフランジプレートに設けられている。
【0049】
図4は熱交換器10の斜視図である。熱伝達面22を提供するリブ構造体が示されている。
【0050】
図5は熱交換器10の個々の構成要素の斜視図である。熱交換器10は複数の部品によって形成される。熱交換器は、熱交換器コア20と、熱伝達面22を有する部品24と、熱交換器底部16と、熱交換器ヘッド18とを備える。バーナヘッド62及び/又はバーナユニット60の設計に応じて、熱交換器ヘッド18は省略可能である。バーナ管70内で発生する高温ガスから熱交換器10への熱伝達を改善するために、熱交換器コア20内には内側プロファイル30が設けられる。熱交換器ヘッド18および熱交換器底部16は種々の技術、例えば深絞り、ダイカストまたは切削加工によって製造可能である。個々の部品は、種々の連結技術、例えば溶接、ろう付け、接着および/またはねじ止めによって互いに連結可能である。熱交換器10内で燃焼ガスが発生するので、熱交換器ヘッド18と熱交換器コア20と熱交換器底部16とを気密に連結することが重要である。本開示範囲内において、熱交換器コアは、それに固定され熱伝達面22を有する部品24と共に、熱交換器本体14とも呼ばれる。
【0051】
図6はハウジング固定部材74を備えるエアヒータ12の斜視図である。このハウジング固定部材はエアヒータ上に配置される。ハウジング固定部材74によって、エアヒータ12を周囲のハウジングに固定可能である。ハウジング固定部材74は、熱交換器ヘッド18と熱交換器底部16とを介してエアヒータ12に固定される。
【0052】
図7は楕円形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。熱交換器コア20は内側プロファイル30を有する。この内側プロファイル30が微細に形成されていればいるほど、高温ガスから熱交換器10への熱伝達のために供される表面積は大きくなる。図示のような熱交換器コア20は例えば押出し成形法によって製造可能である。これにより、肉厚を薄くすることができ、それによって一方では軽量となり、他方では熱伝達表面積が大きくなる。熱交換器コア20内には、他の構成要素を固定するための固定手段、例えば穴76が設けられる。熱交換器20の楕円形の横断面形状32は熱交換器20の周りを流れる暖めるべき空気の流れ状態を改善することができる。熱交換器底部16が熱交換器コア20から分離製造された部品であるので、熱交換器コア20の製造が簡単化される。
【0053】
図8は翼形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。図9は紡錘形の横断面を有する熱交換器コアの断面図である。図示した横断面形状、すなわち翼形横断面形状34および紡錘形横断面形状30は、熱交換器20の周りの流れを促進する形状の他の例として理解されるべきである。
【0054】
図10は、熱交換器10および熱伝達のための別個の部品24の斜視図である。図示される各部品24は熱交換器コア20とは別個に製造される。部品24は熱交換器コア20上に既に装着されている。これらの部品は、熱交換器コア上で、嵌め込まれた個々のまたは複数の部品、あるいは部品の全体のセットを焼きばめまたは締まりばめすることによって、固定される。
【0055】
図11は熱交換器の斜視図である。図示される熱交換器10は、その周りを流れる空気に熱を伝達するためにきわめて大きな表面積を有する。これは、熱伝達面22が多数の棒26によって供されることによって達成される。
【0056】
図12は熱交換器の斜視図である。ここでも、きわめて大きな熱伝達表面積が供される。というのは、ここでもこの熱伝達面22を提供するために多数の棒26が設けられているからである。熱交換器の内側には内側プロファイル30が見える。本実施の形態において、この内側プロファイルの一部は外側の棒26または棒列に続いている。図12の実施の形態の棒26も図11の実施の形態の棒26も、別個に製造された部品によって熱交換表面に外側から取付け可能であるか、あるいは変形加工法または切削加工法によって押出し成形品を再加工することによって形成可能である。
【0057】
図13は熱交換器10の斜視図である。熱交換器10の熱伝達面22を供する図示した部品28は、熱伝達を促進する波形リブである。
【0058】
図14は複数の同一の熱交換器本体モジュール38の斜視図である。図示したこの実施の形態は、熱交換器を上述のような押出し成形法で製造しないで、ダイカスト法で製造するときに特に重要である。ダイカスト法は離型用テーパ面に基づいて肉厚が大きくなるという欠点がある。本実施の形態では、複数の熱交換器本体モジュール38が設けられている。この場合、個々の熱交換器本体モジュール38は軸方向長さが短い。従って、短い離型用テーパ面に基づいて肉厚をきりつめることができる。
【0059】
図15は熱交換器10の切断斜視図である。この図示に基づいて、離型用テーパ面を短くすることができる他の方法を説明することが可能である。すなわち、ダイカスト部品として製造される熱交換器10に、反対向きの2つの離型方向40,42に取り外される2個の中子が設けられることにより、肉厚を同様に小さくすることができる。
【0060】
図16,17,18は燃焼管70の斜視図である。図17は燃焼管の斜視図である。図18は燃焼管の斜視図である。熱交換器の内側への良好で均一な放熱のために、燃焼時に発生する高温ガスをできるだけ効果的に分配できるようにするため、流れ案内部材を用いて、高温ガスを熱交換器10内で内側リブ30および/またはその内壁の方へ案内することが得策である。図17には、らせん形の流れ案内部材44が示されている。同様に、流れ案内部材は羽根、蛇行、バッフルプレートおよび穴あき管の形に形成可能である。穴72によって形成される穴プロファイルに加えて多数の穴46を有するような穴あき管が、図18に示されている。
【0061】
図19は、フランジプレート48を備えるエアヒータの接続範囲の斜視図である。フランジプレート48は、エアヒータ10を、車体および/またはハウジングあるいは車両に固定されたその他の要素に取付けるのに役立つ。排ガスおよび燃焼空気を外側空間に供給および/または外側空間から取り出すために、フランジプレート48は、エアヒータ12に対しておよび取付け個所、すなわち例えば車体に対して、シーリングされて取り付けられる。シーリングは、例えばシーリング・リングによって行うことができる。
【0062】
上記の、図面および特許請求の範囲に開示した本発明の特徴は、個々においても任意の組み合わせにおいても本発明を実現するために重要でありうる。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】エアヒータの斜視図である。
【図2】熱交換器を取り外したエアヒータの斜視図である。
【図3】熱交換器を取り外し、バーナヘッドとバーナユニットとに分解したエアヒータの斜視図である。
【図4】熱交換器の斜視図である。
【図5】熱交換器の個々の構成要素の斜視図である。
【図6】ハウジング固定部材を配置したエアヒータの斜視図である。
【図7】楕円形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。
【図8】翼形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。
【図9】紡錘形横断面を有する熱交換器コアの断面図である。
【図10】熱交換器と、別個の熱伝達部材の斜視図である。
【図11】熱交換器の斜視図である。
【図12】熱交換器の斜視図である。
【図13】熱交換器の斜視図である。
【図14】多数の同一熱交換器本体モジュールの斜視図である。
【図15】熱交換器の切断斜視図である。
【図16】燃焼管の斜視図である。
【図17】燃焼管の斜視図である。
【図18】燃焼管の斜視図である。
【図19】フランジプレートを備えるエアヒータの接続範囲の斜視図である。
【符号の説明】
【0064】
10…熱交換器、12…エアヒータ、14…熱交換器本体、16…熱交換器底部、18…熱交換器ヘッド、20…熱交換器コア、22…熱伝達面、24…熱伝達面を有する部品(円板状)、26…熱伝達面を有する部品(棒)、28…熱伝達面を有する部品(波形リブ)、30…内側プロファイル、32…楕円形横断面、34…翼形横断面、36…紡錘形横断面、38…熱交換器本体モジュール、40…離型方向、42…離型方向、44…ねじ山、46…穴あき管の穴、48…フランジプレート、54…排ガス管、56…燃焼空気供給管、58…燃料供給管、60…バーナユニット、62…バーナヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項1】
縦軸線を有する熱交換器本体を備え、空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータ(12)用の熱交換器(10)において、熱交換器本体(14)が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する複数の波形リブ(28)を備えることを特徴とする熱交換器(10)。
【請求項2】
熱交換器本体(14)は熱交換器コア(20)を備え、
複数の波形リブ(28)の少なくとも一部は、熱交換器コア(20)と一体に形成されることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器(10)。
【請求項3】
熱交換器本体(14)は熱交換器コア(20)を備え、
複数の波形リブ(28)の少なくとも一部は、別個の部品を用いてあるいは別個の部品として熱交換器コア(20)に取付けられることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器(10)。
【請求項4】
複数の波形リブ(28)は、熱交換器コアに対して、焼きばめ及び/又は締まりばめされることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器(10)。
【請求項5】
縦軸線を有し熱交換器コア(20)と熱伝達面とを具備する熱交換器本体(14)を備える熱交換器(10)であって、空気を案内するハウジング、特に車両空調装置のハウジングに統合するためのエアヒータ(12)用の熱交換器(10)を製造する方法において、熱交換器本体(14)がその外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する複数の波形リブ(28)を備え、熱伝達器コア(20)と波形リブの少なくとも一部が別個に製造されることを特徴とする方法。
【請求項6】
波形リブは、熱交換器コアに対して、焼きばめ及び/又は締まりばめされることを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項7】
縦軸線を有し熱交換器コア(20)と熱伝達面とを具備する熱交換器本体(14)を備える熱交換器(10)であって、空気を案内するハウジング、特に車両空調装置のハウジングに統合するためのエアヒータ(12)用の熱交換器(10)を製造する方法において、熱交換器本体(14)が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する複数の波形リブ(28)を備え、熱伝達器コア(20)と熱伝達面とが一体に作られることを特徴とする方法。
【請求項1】
縦軸線を有する熱交換器本体を備え、空気を案内するハウジングに統合するためのエアヒータ(12)用の熱交換器(10)において、熱交換器本体(14)が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する複数の波形リブ(28)を備えることを特徴とする熱交換器(10)。
【請求項2】
熱交換器本体(14)は熱交換器コア(20)を備え、
複数の波形リブ(28)の少なくとも一部は、熱交換器コア(20)と一体に形成されることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器(10)。
【請求項3】
熱交換器本体(14)は熱交換器コア(20)を備え、
複数の波形リブ(28)の少なくとも一部は、別個の部品を用いてあるいは別個の部品として熱交換器コア(20)に取付けられることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器(10)。
【請求項4】
複数の波形リブ(28)は、熱交換器コアに対して、焼きばめ及び/又は締まりばめされることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器(10)。
【請求項5】
縦軸線を有し熱交換器コア(20)と熱伝達面とを具備する熱交換器本体(14)を備える熱交換器(10)であって、空気を案内するハウジング、特に車両空調装置のハウジングに統合するためのエアヒータ(12)用の熱交換器(10)を製造する方法において、熱交換器本体(14)がその外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する複数の波形リブ(28)を備え、熱伝達器コア(20)と波形リブの少なくとも一部が別個に製造されることを特徴とする方法。
【請求項6】
波形リブは、熱交換器コアに対して、焼きばめ及び/又は締まりばめされることを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項7】
縦軸線を有し熱交換器コア(20)と熱伝達面とを具備する熱交換器本体(14)を備える熱交換器(10)であって、空気を案内するハウジング、特に車両空調装置のハウジングに統合するためのエアヒータ(12)用の熱交換器(10)を製造する方法において、熱交換器本体(14)が、その外面に、ほぼ外周に沿って延在し熱伝達面を提供する複数の波形リブ(28)を備え、熱伝達器コア(20)と熱伝達面とが一体に作られることを特徴とする方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【公表番号】特表2008−521666(P2008−521666A)
【公表日】平成20年6月26日(2008.6.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−541683(P2007−541683)
【出願日】平成17年11月23日(2005.11.23)
【国際出願番号】PCT/DE2005/002124
【国際公開番号】WO2006/056189
【国際公開日】平成18年6月1日(2006.6.1)
【出願人】(591018763)ベバスト・アクチィエンゲゼルシャフト (102)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年6月26日(2008.6.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年11月23日(2005.11.23)
【国際出願番号】PCT/DE2005/002124
【国際公開番号】WO2006/056189
【国際公開日】平成18年6月1日(2006.6.1)
【出願人】(591018763)ベバスト・アクチィエンゲゼルシャフト (102)
【Fターム(参考)】
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