特許 6979547 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6979547

(24)【登録日】2021年11月17日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/32 20060101AFI20211202BHJP

   F28D 7/16 20060101ALI20211202BHJP

   F02M 26/32 20160101ALI20211202BHJP

   F02B 29/04 20060101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   F28F1/32 N

   F28D7/16

   F28F1/32 W

   F02M26/32

   F02B29/04 G

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2021-501282(P2021-501282)

(86)(22)【出願日】2019年6月19日

(65)【公表番号】特表2021-523342(P2021-523342A)

(43)【公表日】2021年9月2日

(86)【国際出願番号】DE2019100570

(87)【国際公開番号】WO2020015777

(87)【国際公開日】20200123

【審査請求日】2021年1月8日

(31)【優先権主張番号】102018117457.8

(32)【優先日】2018年7月19日

(33)【優先権主張国】DE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】521014135

【氏名又は名称】ケルヴィオン・マシーン・クーリング・システムズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100208258

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 友子

(74)【代理人】

【識別番号】100221981

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 大成

(72)【発明者】

【氏名】シュリーパー・アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】コルネッツキィ・フランク

(72)【発明者】

【氏名】オールク・ゼンテュルク

(72)【発明者】

【氏名】クライン−ラセク・マティアス

(72)【発明者】

【氏名】クラウス・ディートマー

(72)【発明者】

【氏名】ローブライヤー・マルティン

【審査官】 河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２３０７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４４４９５８１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１００３８９４５（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４５５０７７６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 仏国特許発明第００４６７８２０（ＦＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ １／３２

Ｆ２８Ｄ ７／１６

Ｆ０２Ｍ ２６／３２

Ｆ０２Ｂ ２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスの冷却のための熱交換器であって、
この熱交換器が、１つのガス流入口（１１）と、１つのガス流出口（１２）と、複数の冷却管（１３）とを有しており、これら冷却管が、前記ガス流入口（１１）と前記ガス流出口（１２）との間に配置されており、その際、相前後して連続する２つの管列（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）の前記冷却管（１３）が、前記ガスの流動方向（Ｐ）に対して横向きに、互い違いに位置ずれされて配置されており、
前記熱交換器が、フィン（１）を有しており、
その際、これらフィン（１）の内の少なくとも１つのフィンが、前記冷却管（１３）の内の複数の冷却管によって貫通されており、
その際、前記フィン（１）がスリット（４）を有しており、これらスリットが、前記冷却管（１３）の収容のための開口部（２）から間隔において配置されている、
様式の上記熱交換器において、
前記スリット（４）が、蜂の巣形状の六角形の稜部経過に追従し、
その際、それぞれに１つの六角形のこれらスリット（４）が、１つの開口部（２）を、この開口部（２）からの間隔（Ｄ）において取り囲み、
その際、隣接する開口部（２）の間に、唯一のスリット（４）が配置されており、この唯一のスリットが、隣接する前記開口部（２）に対して、それぞれに同じ間隔（Ｄ２）を有しており、
その際、それぞれの前記スリット（４）が、少なくとも１つの端部でもって、前記フィン（１）の変形位置（７）において終端していること、および、
前記フィン（１）が、前記ガスの流動方向（Ｐ）に位置する縁部側面（５、６）を備えており、少なくとも１つの縁部側面（５、６）が、前記スリット（４）の経過に相応して、鋸の歯状に輪郭付与されていること、
を特徴とする熱交換器。

【請求項2】

前記スリット（４）は、直線状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記スリット（４）は幅（Ｂ１）を有しており、
このスリット（４）のこの幅（Ｂ１）が、前記変形位置（７）の最小の幅（Ｂ３）よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記ガス流入口（１１）と前記ガス流出口（１２）との間に、冷却管（１３）の複数のグループ（１４〜１７）が配置されており、
前記ガス流入口（１１）に隣接する、冷却管（１３）の少なくとも１つの第１のグループ（１４）が、前記フィン（１）を貫通することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の熱交換器。

【請求項5】

冷却管（１３）の前記グループ（１４〜１７）の内の複数のグループは、前記フィン（１）を有していることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。

【請求項6】

冷却管（１３）の１つのグループ（１４〜１７）は、少なくとも２つの管列（Ｒ１、Ｒ２）を備えており、これら管列が、前記ガスの流動方向（Ｐ）に相前後して連続していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の熱交換器。

【請求項7】

前記縁部側面（５、６）は、少なくとも１つの前記縁部側面（５、６）に隣接するスリット（４）を有する変形位置（７）の形成のための、切欠き部（８）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記フィン（１）は、０．１６ｍｍよりも薄い厚さを有していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の熱交換器。

【請求項9】

前記フィン（１）は平坦であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の熱交換器。

【請求項10】

前記フィン（１）は、前記開口部（２）の間に、型押し部を有しており、前記スリット（４）が、これら型押し部の外側に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の熱交換器。

【請求項11】

１つの六角形の、互いに向かい合って位置する前記スリット（４）は、同じ長さであり、
向かい合って位置する前記スリット（４）の１つのペアが、向かい合って位置する前記スリット（４）の両方の他の前記ペアとは、異なる長さを有していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の熱交換器。

【請求項12】

流入側の前記縁部側面（５）に対して直交方向に延びる前記スリット（４）は、スリット（４）の他の前記ペアよりも長いことを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。

【請求項13】

全てのスリット（４）は同じ長さであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の熱交換器。

【請求項14】

流入側の縁部側面（５）に隣接している前記スリット（４）は、この縁部側面（５）へと開口していることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の特徴を有する熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスの冷却のための熱交換器は、例えば排気ガス再冷却器またはインタークーラーの様式における、高温ガス冷却器として使用される。高温ガス冷却器は、中位または低位の回転数を有するエンジンのために、極めて低い可能な温度においての、燃焼ガスとの再循環排気ガスの混合を可能にする。
現に有効な排気ガス放出基準を満たすために、高温ガス冷却器は、従って、排気ガス循環システムの重要な要素である。高圧排気ガスシステム内において、７００℃を超える排気ガスは、５０℃に冷却され得る。この様式の高温ガス冷却器の熱的な負荷は、極めて高い。高い熱的な応力は、排気ガス流の構造部材内において発生する。

【0003】

特許文献１から、凹状に型押しされたタービュレータ（Ｔｕｒｂｕｌａｔｏｒｅｎ）を備える冷却フィンを有する熱交換器は公知である。これらタービュレータは、熱交換を改善し、且つ、熱交換器の効力を向上する。冷却フィンによって、ガス側において、ほぼ８から２０倍までだけ、冷却剤側においてより大きな熱交換器面積が提供され得る。
高温ガス冷却器において、ガス流動が、多くの作動状況において、しばしば、極めて高い速度でもって、且つ、点指向的（ｐｕｎｋｔｏｒｉｅｎｔｉｅｒｔ）に、熱交換器内へと流入することは顧慮されるべきである。このことによって、ガスの流動方向に、相前後して連続する、個々の段内において、部分的に、不十分な、＜０．９５の値を有する均一性係数が与えられる。これら極めて高い瞬間的な負荷は、いわば局部的に、極めて高い熱的な応力を誘起する。それらフィン配置において剛性が過度に高い該フィン配置は、特に管床部への移行部内における、冷却管における疲労破壊を誘起する可能性がある。
特許文献２内において、従って、フィンが、応力補償のための伸縮ビードを有すること、および、付加的に、この伸縮ビードの領域内において、材料厚さが低減され、または、応力補償のためのスリットが装入されることが提案されている。材料厚さが低減との組み合わせにおける伸縮ビードの製造、または、伸縮ビードの領域内におけるスリットの付加的な装入は、技術的に、比較的に手間暇がかかる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ドイツ連邦共和国特許第１０ ２００８ ０１１ ５５８ Ｂ４号明細書

【特許文献2】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０ ２０１２ ２１７ ３２３Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この、本発明の根底をなす課題は、熱交換器を提示することであり、この熱交換器が、同様に極めて高い温度勾配の際にも、冷却管内においてより低い応力負荷を有しており、且つ、この熱交換器において、従って、クリープ強度が改善されている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、請求項１の特徴を有する熱交換器によって解決される。

【0007】

従属請求項は、本発明の有利な更なる構成に関する。

【発明の効果】

【0008】

高温ガスの冷却のための、本発明に従う熱交換器は、特に、排気ガス再冷却器であり、または、同様にインタークーラーでもある。
この熱交換器は、１つのガス流入口、および、このガス流入口から間隔をおいて、１つのガス流出口を備えている。ガス流入口とガス流出口との間に、複数の冷却管が配置されている。これら冷却管は、ガスの流動方向に対して横向きに延在している。冷却媒体は、特に水である。

【0009】

冷却管は、フィンによって囲繞されている。これらフィンは、同様にラメラとも称され得る。本発明に従い、そのようなフィンが複数の開口部を有しており、従って、１つのフィンもしくは１つのラメラを通って、同時に複数の冷却管が案内されていることは意図される。従って、ここで扱われているのは、個々の冷却管の個々のフィンではなく、むしろ、１つのパケットである。そのようなパケットは、有利には、ほぼ熱交換器の全流入横断面にわたって延在している。

【0010】

フィンは、本発明において、スリットを備えている。これらスリットは、熱的な応力の補償のため、および、ガス流の均一化のために利用される。ガス流は、これらスリットを貫通流動する。これらスリットは、それら開口部内において冷却管が位置する該開口部から間隔をおいて位置している。
本発明において、これらスリットの特別な配置が使用される：即ち、これらスリットは、蜂の巣状に配置されている。このことは、複数のスリットが、六角形の配置において、それぞれに１つの開口部、もしくは、それぞれに１つの冷却管を取り囲んでいることを意味する。それぞれに１つの六角形が、１つの開口部を取り囲んでいる。これらスリットは、この六角形の稜部経過に追従し、従って、これらスリットが、有利には直線状である。
配置が総じて六角形状に留まり、且つ、例えば円形状でない限りは、本発明は、非直線状の稜部経過を排除しない。六角形の１つの角部における、これらスリットの端部は、従って、角度をもって互いに位置している。この六角形は、規則的な六角形の場合のように、特に等辺状および等角状である。

【0011】

それぞれのスリットは、フィンの変形位置において終端している。この変形位置は、六角形の角部において位置している。この変形位置は、それら構造形状において通路がフィン内において存在する該構造形状に比較して、特徴的である。
この変形領域は、フィンの強度が低下され且つ高い（熱的な）負荷の際に可塑的な変形を許容することの有利な効果を有している。フィンの内側での１つの変形位置の形成は、可撓的な位置が、緊急の場合において、即ち高い瞬間的な負荷の際に可塑的に変形され得ることを可能にする。このことは、確かに、全フィンの内側での一貫した変形を誘起せず、且つ、同様に、熱交換器のその他の部材の機能の阻害も誘起しない。この剛性の低下は、冷却管の、より少ない、熱的に誘起される応力を生じさせる。
諸検査は、冷却管から その管床部内において冷却管が固定されている該管床部への移行における可塑化が、８０％に至るまでだけ低下され得ることを示した。このことによって、熱交換器全体のより高いクリープ強度が与えられ、このより高いクリープ強度は、フィンもしくはラメラの低下された剛性の直接的な結果である。

【0012】

本発明の有利な更なる構成において、スリットの幅は、変形位置の最小の幅よりも大きい。これら変形位置は、従って、比較的に幅狭であるべきである。スリットの幅は、スリットの上側および下側での、ガス流の所望された混ぜ合わせに依存する。スリットが、フィンのビードの領域内において配置されていることは、意図されていない。
フィン自体は、このフィンにおける冷却管の当接のためのカラー部もしくは貫通部を除いて、第１の有利な実施形態において、基本的に平坦である。スリットは、既に、流動の調整、および、開口部もしくは管に対する熱的な膨張により引き起こされる応力の最小限化を誘起する。この関連において、「平坦」は、フィンが波形または溝形にされていないことを意味する。

【0013】

本発明の更なる構成において、フィンが、個々の型押し部を有していることは可能である。スリットは、有利には、これら型押し部の外側に位置している。
個々の型押し部は、流動の案内を改善可能である。これら型押し部の外側のスリットは、より容易に製造可能である。これらスリットは、このスリットの製造のために打抜かれた部材がこのスリットの一方の側またはこのスリットの少なくとも１つの端部において固定されている場合に生じるような、フィンの押出し部によって覆われない。

【0014】

フィンが極めて高い破断伸び率を有することは、達成しようとされる。この破断伸び率は、特に２５％を超えている。

【0015】

ただ唯一のスリットだけが、隣接する２つの開口部の間で配置されている場合、有利である。このスリットは、隣接するこれら開口部に対して、それぞれに同じ間隔を有している。
本発明は、同様に、唯一のこのスリットが、隣接する２つの開口部の間で、収縮部、狭隘位置、または、中断部を有することも包括し、従って、より短い、その長手方向に相前後して連続する複数のスリットが、共に機能的により長い唯一のスリットを形成し、このスリットが、隣接する２つの開口部の間で延在している。複数のスリットが決定的ではなく、むしろ、六角形の稜部経過に沿った、蜂の巣形状の配置が決定的である。

【0016】

相前後して連続する２つの管列の冷却管は、ガスの流動方向に対して横向きに、互い違いに位置ずれされて配置されている。全てのスリットが同じ長さである場合、同じであり且つフィンの内側で反復する、六角形状または蜂の巣形状のパターンが与えられる。
冷却管のための開口部は、そのような六角形もしくはそのような蜂の巣の中央である。変形位置は、３つのスリットの星形状の配置の中心である。この意味で、同様に変形位置も星形状である。

【0017】

切欠き作用によって誘起される応力の低減のために、スリットは、端部において、有利には丸く、特に、完全に丸くされている。この円形部の直径は、有利には、スリットの幅に相応する。蜂の巣形状において有利にはそれぞれに１２０°だけ互いに位置ずれされて配置されている３つのスリットは、星形状の１つの変形位置を区画する。これら３つのスリットは、これらスリットの端部でもって、共通の円に隣接している。この円は、同時に、星形状の変形位置の内円である。
この内円の直径は、有利には、スリットの端部側の円形部の直径と、ほぼ同じくらいの大きさである。有利な星形状において、１２０°だけ互いに位置ずれされたスリットに基づいて、確かに、隣接するスリットの間の最小の間隔は、上述の直径よりも幾分小さい。従って、この構成において、スリットの幅は、変形位置の幅よりも大きい。

【0018】

本発明の範囲内において、変形位置を更により小さく選択すること、または、スリットをより長くすることは可能である。これらスリットは、変形位置が消失する程は長くない。
同じ長さのスリットの場合、それぞれのスリットは、有利な蜂の巣形状において、隣接する開口部に関連して、ほぼ６０°よりも小さな角度にわたって延在する。
有利な蜂の巣形状において、如何なる六角形状の個々のフィンも存在せず、むしろ、それらフィンを通って、常に、複数の冷却管が同時に案内されている該フィンが存在する。

【0019】

本願明細書の文脈内における、六角形または蜂の巣形の概念は、六角形の全ての辺が、互いに、同じ長さで、または、同じ角度の状態であるべきであるように理解するべきではない。
本発明の範囲内において、互いに向かい合って位置するスリットが、同じ長さであり、その際、向かい合って位置するスリットの１つのペアが、向かい合って位置するスリットの両方の他のペアとは、異なる長さを有していることは可能である。いわば長く延ばされている、六角形のそのような配置は、管列の間隔が１つの列の内の管の間隔と同じでない場合に与えられる可能性がある。この場合、管列から管列へと指向するスリットは、スリットの他のペアよりも長い。管列が、１つの列の内の管の間隔よりも小さな互いの間隔の場合、管列から管列へと指向するスリットは、他の両方の、スリットのペアよりも幾分短い。

【0020】

本発明の更なる構成において、冷却管の複数のグループは、ガス流入口とガス流出口との間に配置されている。ガス流入口に隣接する、冷却管の少なくとも１つの第１のグループは、フィンによって貫通される。有利には、同様に上述の冷却管の第２および第３のグループも貫通される。
これらグループの形成は、局部的に支配的な熱的な条件に対する、個々のグループの構造的な適合を可能にする。これらグループは、小さな間隔をおいて互いに配置されている。従って、例えば相前後して連続する３つのグループもしくは段において、同様に相前後しておよび互いに間隔をおいて配置された３つのフィンも、相前後して連続する。
特に、冷却管の全てのグループは、上述のフィンを備えている。

【0021】

冷却管の個々のグループは、本発明に従い、少なくとも２つの管列を備えており、これら管列が、ガスの流動方向に相前後して連続している。これら管列は、互いに、互い違いに位置ずれされて配置されており、従って、管の可能な限り大きな流入面が存在する。

【0022】

本発明の更なる構成において、フィンは、ガスの流動方向に位置する縁部側面を備えており、その際、少なくとも１つの縁部側面が、鋸の歯状（有利な蜂の巣形状において流入面に対して約±３０°）に輪郭付与されている。この輪郭付与された経過が、スリットの経過に相応することは可能である。
上述のフィンは、より大きな板金プレートから製造され得る。これらフィンは、これらフィンの縁部側面において分離される。分離工程は、変形位置の領域内において行われ、従って、分離のために、極めて少しの材料が加工されるべきである。より小さなユニットへのフィンの分離のための手間暇は、極めて少ない。

【0023】

付加的に、縁部側面において、変形位置の形成のための切欠き部が設けられていることは可能である。この変形位置は、それぞれのスリットと協働すべきであり、このスリットが、少なくとも１つの縁部側面に隣接している。これらスリットは、流動方向に指向するスリットである。この切欠き部は、変形位置の面積的な膨張を低減する。熱交換器の流入領域内において、極めて高い瞬間的な負荷が生じる。
ここで、特に小さな曲げ剛性は有利である。従って、切欠き部は、確かに健全のままであるべきであり、且つ、同時に、同様に組み付けも簡略化するべきである。それにも関わらず、これら切欠き部は、フィンまたは冷却管のその他の領域に不利な影響を及ぼすこと無しに、緊急の場合において可塑的に変形されることの機能を有している。

【0024】

本発明の更に別の実施形態において、鋸の歯状に延びる縁部側面を、いわば、丸くするもしくは滑らかにすることは可能であり、従って、如何なる特に鋭いまたは先細りに突出する角部も、これら縁部側面において存在しない。
本発明の更に別の実施形態において、特に、流入側の縁部側面上で、スリットがこの縁部側面に至るまで延在することは可能であり、従って、縁部側で、総じて如何なる変形位置も存在しない。この場合、縁部側面へと通じているスリットは、開口している。
これらスリットは、これらスリットの開口部において、しかもその上、更に幾分拡幅されていることは可能である。この拡幅は、当初存在する変形位置が除去される、例えば打抜かれることによって製造され得る。打抜かれた領域は、その際、変形位置の幅よりも幾分大きく選択され得、従って、縁部側面からスリットの幅への移行部内における如何なる狭隘部も存在しない。これら打抜きは、従って、幅もしくは直径において、有利にはスリットの幅よりも大きい。

【0025】

冷却管およびフィンの本発明に従う配置において、可塑的な変形が変形位置において生じるべき場合、そのようなフィンは、それにも関わらず、冷却管の長手方向に移動可能ではない。フィンは、有利には、積み重ねられた配置において保持されており、且つ、冷却管を完全に囲繞している。この目的のために、フィンに配置されたカラー部が、間隔保持体として利用される。カラー部の高さは、隣接するフィンとの間の間隔を規定する。このカラー部は、開口部を取り囲んでいる。

【0026】

フィンの平面に対して横向きに延びる、冷却管を囲繞するカラー部を除いて、このフィンは基本的に平坦である。多数のスリットと開口部、および、小さな変形位置は、この様式のフィンが、比較的に軽量であること、少なくともしかしながら、それらフィンのタービュレータにおいて同じ方向にまたは交互に立ち上げられている該フィンよりも軽量であることを誘起する。
この重量節約は、結果において、熱交換器の全重量に対して有利な影響を及ぼす。上述のフィンは、僅か１０分の１ミリメートル厚さを備えている。これらフィンは、有利には、０．１６ｍｍよりも薄い厚さを備えている。有利には、厚さは、０．１０ｍｍから０．１５ｍｍまでの値である。比較的に薄い厚さに基づいて、この様式のフィンにおいて、同様にラメラとも称される。
開口部、およびこれに伴って、冷却管の直径は、有利には、６ｍｍから１０ｍｍまでの範囲内にある。これら開口部は、有利には、７から８ｍｍの直径を備えている。隣接する管の間隔は、ほぼ、冷却管の直径、もしくは、開口部の直径の２倍の値である。スリットの幅は、開口部の直径の、ほぼ、約１５％から２５％までである。
多数の開口部と貫通開口部は、しかしながら、熱伝達の効力に対して不利な影響を与えない。特に、フィンの上述の構成によって、高いクリープ強度を有する熱交換器が提供される。

【0027】

本発明を、以下で、図内において概略的に図示された１つの実施例に基づいて、説明する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】熱交換器のフィンの平面図である。

【図2】図１のフィンの透視図である。

【図3】３つのスリット４の間の、目標破断領域の拡大図である。

【図4】高温ガスの冷却のための熱交換器の透視図である。

【図5】図４の熱交換器の部分断面図である。

【図6】部分的な断面図における、高温ガス流入口への注視の方向でもっての、図４の熱交換器の更に別の透視図である。

【図7】熱交換器のフィンの更に別の実施例の平面図である。

【図8】熱交換器のフィンの更に別の実施例の平面図である。

【図9】熱交換器のフィンの更に別の実施例の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、ガスの冷却のための、詳細には図示されていない熱交換器のフィン１を示している。図２は、上述のフィン１を透視図において示している。
詳細には図示されていない方法で、複数の冷却管は、上述のフィン１を貫通している。これらフィン１は、積み重ねられた配置において組み付けられる（図６）。フィン１内における円形状の開口部２は、冷却管１３を収容する（図５）。これら開口部２は、それぞれに１つの、図２の図面の平面内において、下方へと指向するカラー部３を備えている。このカラー部３は、同時に、相前後して連続する、積み重ねられた２つのフィン１の間の間隔を規定する。
この様式の、相互に重なり合って配置された、複数のフィン１、もしくは、ラメラは、それらの中に配置された冷却管１３と共に、グループ１４〜１７を形成する（図４）。個々のグループ１４〜１７は、同様に、熱交換器パケットとも称され得る。そのような１つのパケットは、熱交換器１０の内での組込み状況において、流動経路内におけるそれぞれの位置に応じて、第１の段、第２の段、等と称される。個々のパケット、もしくは、グループ１４〜１７が、互いに間隔をおいて配置されていることは可能である。
本発明に従い、冷却管１３の、これらグループ１４〜１７の内の少なくとも１つのグループが、上述のフィン１との組み合わせにおいて、本発明に従う熱交換器１０の内に配置されていることは、意図されている。特に、ここで扱われているのは、ガス流入口１１の最も近くに位置するグループ１４である（図４）。

【0030】

図２の透視図は、上述のフィン１が、カラー部３を除いて、平坦であることを示している。ここで扱われているのは、板金プレートから製造されているフィン１である。腐食性の周囲環境の状態での熱交換器１０内における使用に基づいて、フィン１は、ステンレス鋼から成っている。
この鋼は、有利には、高い弾性を、単一の厚さにおいて備えている。この厚さは、有利には、０．１２ｍｍの値である。適当な材料は、材料ナンバーＮｒ．−１．４５１２を有する、Ｘ２ＣｒＴｉ１２である。この材料は、３８０から５６０Ｎ／ｍｍ^２に至るまでの引張強度Ｒｍを備えている。耐力Ｒｐ０２は、ほぼ、約２８０から２９０Ｎ／ｍｍに至るまでである。伸び率Ａ ８０％は、実際上、２５％を超える値に到達する。特に伸び率は、３０％の値であり、且つ、特に３４％を超えている。
更に別の通常の材料は、材料１．４４０４（オーステナイト特殊鋼）、または、１．４５２１（フェライト特殊鋼）である。

【0031】

熱交換器１０の本発明に従う構造における特別なことは、フィン１の幾何学的形状である。フィン１は、冷却管１３のための開口部２の他に、規則的に配置されたスリット４を備えている。これらスリット４は、完全に丸くされた端部を備える長手孔の形状を有している。
全てのスリット４は、直線状で、同じ長さで、および、単一幅である。これらスリットは、多角形状に配置されており、しかも、この場合に、六角形状または蜂の巣形状である。記載された多角形は、均等な六角形である。隣接する２つの冷却管１３もしくは開口部２の間に、それぞれに１つのスリット４が位置している。
これら冷却管１３もしくは開口部２は、列Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、等々内において、相前後して配置されている。これら列Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、等々は、それぞれに、先行する列に対して横向きに、互い違いに位置ずれされて配置されている。このことによって、直線状の６つのスリット４によって区画されたそれぞれの蜂の巣内において、それぞれに１つの開口部２もしくは冷却管１３が位置する。
これらスリット４は、長さＬ１を備えている。この長さＬ１は、円形の開口部２の直径Ｄ１よりもほんの少しだけ小さい。この実施例において、長さＬ１は、８ｍｍの直径Ｄ１との比較において、７．５ｍｍの値である。スリット４の幅Ｂ１は、１．５ｍｍの値である。スリット４の幅Ｂ１に対する長さＬ１の比は、従って、５：１である。全ての隣接するスリットは、１２０°の角度Ｗにおいて互いに位置している。

【0032】

１つの開口部２の中心点Ｍからの、１つのスリット４の中心長手方向軸線ＭＬＡの間隔は、図１内において、間隔Ｄ２でもって参照符号を付けられている。この間隔Ｄ２は、開口部２の直径Ｄ１に相応する。１つのスリット４は、常に精確に、２つの開口部２の間の中央に位置する。全ての開口部２は、中心的に、スリット４によって形成された個々の蜂の巣内において位置している。
図１は、更に、ガスの流動方向（矢印Ｐ）において位置する縁部側面５、６が、鋸の歯状に輪郭付与されていることを示している。フィン１の製造のために、より大きな板金プレートが、しかも変形位置７の領域内において分割される。これら変形位置７は、常に、流動方向Ｐに指向する１つのスリット４によって区画される。
縁部側面５、６を出発点として、これら変形位置７は、それぞれに、１２０°だけ互いに位置ずれされた３つのスリット４が、これらスリットの端部でもって隣接されているところで位置している。これら変形位置７は、多角形の角の頂点において位置している。縁部側面５、６に関して、ただ流動方向Ｐに対して平行に延びるスリット４だけである。
これら縁部側面の変形位置７が、特に高い熱的な負荷の影響下にあるので、ここで、星形状に配置されたスリット４の間に配置されている変形位置より抵抗力のある、如何なる変形位置も提供されないことは意図される。

【0033】

縁部側面５、６に向かって指向するスリット４の端部において、従って、直径Ｄ３を有する円弧形状の切欠き部８が位置する。変形位置７の本来の中心部分領域を除去する打抜き工具が使用されるというやり方で、この切欠き部８は、極めて容易に製造され得る。

【0034】

図３は、変形位置７を、拡大図において示している。変形位置７の境界は、破線でもって識別表示されている。これら線は、その領域内において、最高の材料応力が生じる領域を境界している。
構造的な観点において、３つのスリット４が、それらスリット自身の間で、変形位置７の星形状の領域によって取り囲まれた内円９を境界している。この内円９が、軽度に図３の図面の平面内において上方へと移動された打抜き工具によって除去された場合、この打抜き工具は、両方の上側のスリット４に係合する。有利には、この打抜き工具は、変形位置７の除去のため、および、これに伴って板金の分離のために、幾分より大きな直径を備えている。
この実施例において、スリット４の幅Ｂ１は、このスリット４の丸くされた端部の直径Ｄ４と同じである。同様に中心領域９もこの直径Ｄ４を備えている。この直径は、例えば、１．５ｍｍの値である。例えば２ｍｍの直径を有する幾分より大きな打抜き工具において、その場合には同様に２ｍｍの直径Ｄ３を有する切欠き部８が与えられる。
フィン１が、切欠き部８の領域内において、総じて未だに１つの変形位置７を有するために、この切欠き部８は、幅Ｂ２（図１）が残るように位置決めされている。Ｂ２は、この実施例において、スリット４の幅の約３分の１の値、即ち約０．５ｍｍの値である。

【0035】

基本的に、変形位置７は、この変形位置の最も幅狭の位置Ｂ３（図３）において、スリット４の幅Ｂ１よりも幅狭である。

【0036】

本発明の範囲内におけるバリエーションは、個々のスリット４が、これらスリットの長さＬ１において適合されるというやり方で可能である。より長いスリット４は、より小さな変形位置７を生じさせ、且つ、フィン１の弾性を増大する。より短いスリット４は、フィン１の剛性を向上する。

【0037】

図４は、高温ガスの冷却のための熱交換器１０を示している。
図示された熱交換器は、１つのガス流入口１１と、このガス流入口１１と間隔をおいた１つのガス流出口１２とを備えている。このガス流入口１１とガス流出口１２との間に、平行に延びる複数の冷却管１３が配置されている。これら冷却管１３は、これらが前記において説明されているように、フィン１によって囲繞されている。

【0038】

図４は、熱交換器１０が、相前後しての接続された、グループ１４〜１７を有していることを示している。これらグループ１４〜１７は、順々に、冷却されるべき高温ガスによって貫通流動される。
冷却管１３を貫通流動する冷却水は、相前後して連続する２つのグループ１４〜１７の間で方向転換される。この目的のために、冷却管１３とフィン１とを取り囲むケーシング１８の外側に、案内板金１９〜２２が位置している。図示された熱交換器１０は、詳細には図示されていない、更に別のケーシング内に装入される。
冷却水は、例えば、図面の平面内において、第１のグループ１４の上方から供給される。この冷却水は、次いで、冷却管１３を通って、上方から下方へと流動し、且つ、第１のグループの下方で流出する。両方の案内板金１９と２０との間で、冷却水は、第１のグループ１４と、その次の第２のグループ１５とを、外側で周囲を流れ、且つ、この第２のグループ１５の上方で、上方から再びそこの冷却管１３内へと流入する。この工程は、最後のグループ１７に至るまで繰り返される。
全ての案内板金１９〜２２は、同じに構成されている。取り囲む更に別のケーシングに対する密閉を生じさせるため、および、冷却水のバイパス流動を回避するために、これら案内板金は、エラストマーの密閉材によって囲繞されている。

【0039】

図５は、部分的に断面図における、熱交換器１０の透視図を示している。第１のグループ１４は、図４内において示されて上側の管床部２３無しに図示されており、従って、個々の冷却管１３とフィン１に対する眺望は自由である。
上述の第１のグループ１４に対する、図６の注視の方向から、フィン１が、密に、相互に重なり合って積み重ねられた配設において配置されていることは、認識されるべきである。流動方向に拡大する流入ホッパー２４を介して、供給されたガス流は、可能な限り均等に、フィン１によって形成された流入面に導かれる。このガス流は、隣接するフィン１の間を貫通流動し、且つ、その際、冷却管１３の周囲を流れる。この工程は、第１のグループ１４から最後のグループ１７に至るまで繰り返される。
図５の図示から、その次のグループ１５のフィン１が、第１のグループ１４のフィン１に対して、ある程度の間隔をおいて配置されていることは、認識されるべきである。互いに位置ずれされた列において配置されている、個々の冷却管１３は、それぞれの相互に重なり合って積み重ねられたフィン１と共に、熱交換器１０のそれぞれのグループ１４〜１７を形成する。これらグループ１４〜１７の間の、ある程度の間隔は必要である。何故ならば、冷却水の迂回のために、方向転換板金１９〜２２のためのスペースが必要とされるからである。
個々のグループ１４〜１７の上側で方向転換板金１９〜２２の領域内において、いわば、冷却管１３の１つの列が欠如し、従って、これらグループ１４〜１７が、互いに間隔をおいて配置されている。

【0040】

図７から９までは、上述の熱交換器のためのフィンの、更に別の３つの実施例を示している。これら実施例に関して、基本的に、同じ構造の構成要素のために、図１から３までの実施例に関してと同じ参照符号が使用される。

【0041】

図７の実施例は、図１の実施例と、幅および長さにおいて相違している。
図１の実施例において、総じて６つの管列が相前後して配置されているのに対して、図７の実施例において、ただ４つだけの、および、同様にただ最大４つだけの冷却管１３がこの幅内において配置されている。スリット４、並びに、変形位置７、および、開口部２の配置および形状は、但し同じである。

【0042】

図１の実施例が、流入側の縁部側面５、および、向かい合って位置する縁部側面６において、変形位置における付加的な切欠き部を、縁部領域内において示しているのに対して、これら付加的な切欠き部は、図７の実施例において存在しない。縁部側面５および６は、いわば、丸くされている。
図１の実施例において先の尖った突出部を誘起する切欠き部が滑らかにされ、従って、これら縁部側面５、６の経過は、如何なる鋭い急激な変化部または屈曲部も、この経過内において、もはや有していない。

【0043】

これに対して１つの選択肢を、図８の実施例が図示している。そこで図示されたフィン１は、このフィンの流入側の縁部側面５の領域内において、付加的な切欠き部２５を備えている。これら切欠き部は、矢印Ｐに従う流動方向に延び、且つ、これに伴って、流入方向に対して平行に、もしくは、縁部側面５に対して直交方向に起立する、スリット４が終端するところで配置されている。
縁部側面５の鋸の歯状の経過は、スリット４の領域内における付加的な切欠き部２５によって、中断される。これらスリット４は、これら切欠き部２５を介して、鋸の歯状に経過する縁部側面５へと開口している。
これら切欠き部２５は、縁部側面５に向かって指向するスリット４の端部領域の打抜きによって製造される。このことによって、図１内において符号７で参照符号を付けられた変形位置は消失し、且つ、円形の切欠き部２５によって置換される。切欠き部２５の直径は、スリット４の幅Ｂ１よりも大きい。この直径は、幅Ｂ１のほぼ２倍の大きさである。このことによって、流入側の縁部側面５からスリット４への移行部において、スリット４の入口領域の凹状の拡幅部が与えられる。
この拡幅された切欠き部２５は、フィン１の流入領域内における熱的に誘起される応力が、更に明確に低減されていることを生じさせる。何故ならば、特に、ここで最高の温度が支配的であり、且つ、従って、向かい合って位置する、流動と反対側の縁部側面６においてよりも早期に材料の疲労が生じる可能性があるからである。

【0044】

図９の実施例は、図１、７および８の実施例と、異なる長さのスリット４によって相違している。
流動方向に指向し且つこれに伴って流動方向（矢印Ｐ）に対して平行に延びる、スリットは、ペアの状態で向かい合って位置する、他のスリット４よりも長い。ここで扱われているのは、依然として、これらスリット４の六角形状の配置である。上述の六角形は、確かに、もはや均等ではなく、むしろ、流動方向Ｐに伸展されている。
列Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（図１を参照）の間隔が変化していないことは、指摘される。ただスリット４のプロポーションだけが変化される。流動方向に延びるスリット４が図１、７および８の実施例においてより、幾分より長いのに対して、この流動方向Ｐに対して対角線状の延びるスリット４が幾分より短い。個々のスリット４の互いの角度位置は、変化していない。これらスリットは、依然として、星形状に１２０°の角度を有して、互いに配置されている。

【0045】

更に別の相違は、変形位置７が、もはや対称的でないことにある。互いに出会う３つのスリット４の内のより長いスリット４は、いわば、幾分より深く、変形位置７内へと突っ込んでいる。変形位置７の中心点は、このことによって、隣接する開口部２に向かって幾分中心位置から移動される。この場合、流動方向Ｐに相前後して配置されているのは、これら開口部２である。
それらスリットの長さに関する、ペアの状態で配置された、互いに向かい合って位置するスリット４のバリエーションによって、変形位置７の中心点は、要求に応じて位置決め可能である。同様にスリット４の幅がそれぞれの変形位置７の最小の幅より大きいことも、認識可能である。

【0046】

流入側の縁部側面５は、部分的に丸くされている。流動方向Ｐに対して平行に延びるスリット４が配置されているところで、そこで通常存在する変形位置７は、流入方向に対して横向きに切断されている。そこで、流入方向Ｐに対して直交して起立する縁部側面５の領域が存在する。
縁部側面５に隣接するスリット４は、図８の実施例のように、縁部側面５へと開口するのではなく、むしろ閉鎖されている。選択的に、それら付加的な切欠き部が図８内において示されているように、付加的な切欠き部を設けることは可能である。

【0047】

流動方向Ｐと反対側の、向かい合って位置する縁部側面６に、同様に図７内においても示されているように、開口部２の領域内における丸くされた領域が位置している。この縁部側面６と隣接するスリット４は、変形位置７内において終端しており、この変形位置が、同時に、この縁部側面６の構成要素である。
流入側の縁部側面５においてとは異なって、この変形位置７は、しかしながら、流動方向Ｐに対して横向きに切断されているのではなく、むしろ、凹状の窪み部２６を有している。この変形位置７は、この領域内において、このことによって、流入側の縁部側面５においてより幾分より強度に形成されており、このことは、凹状の窪み部２６の隅側の角状の突起部において認識可能である。ここに、流入側の縁部側面５においてよりも多くの材料が存在している。流入側の縁部側面５は、その流入側の縁部側面での変形位置７の領域内において、従って、向かい合って位置する、流出側の縁部側面６での変形位置７よりも小さい耐曲げ性のような挙動をとる。
流入側の縁部側面５と流出側の縁部側面６との間の比較において、フィン１の異なる曲げ剛性のコンセプトは、同様に、図８の実施例においても追及される。フィン１の内側の流動方向に経過する温度勾配を顧慮するために、基本的に、フィン１は、流出側でよりも、流入側で、より可撓的であるような挙動をとるべきである。

【符号の説明】

【0048】

１ フィン、ラメラ
２ 開口部
３ カラー部
４ フィン１内におけるスリット
５ 縁部側面
６ 縁部側面
７ 変形位置
８ 切欠き部
９ 変形位置７の内円
１０ 熱交換器
１１ ガス流入口
１２ ガス流出口
１３ 冷却管
１４ 熱交換器１０のグループ
１５ 熱交換器１０のグループ
１６ 熱交換器１０のグループ
１７ 熱交換器１０のグループ
１８ 熱交換器１０のケーシング
１９ 熱交換器１０の方向転換板金
２０ 熱交換器１０の方向転換板金
２１ 熱交換器１０の方向転換板金
２２ 熱交換器１０の方向転換板金
２３ 管床部
２４ 流入ホッパー
２５ 切欠き部
２６ 窪み部
Ｂ１ スリット４の幅
Ｂ２ 切欠き部８における変形位置７の幅
Ｂ３ 変形位置７の最小の幅
Ｄ１ 開口部２の直径
Ｄ２ 間隔
Ｄ３ 切欠き部８の直径
Ｄ４ スリット４における直径
Ｌ１ スリット４の長さ
Ｍ スリット４の中心点
ＭＬＡ スリット４の中心長手方向軸線
Ｐ 流動方向
Ｒ１ 管列
Ｒ２ 管列
Ｒ３ 管列
Ｗ 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】