JP2002090081A - 流体輸送チューブ、およびこのチューブを備える自動車用冷却器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 比較的少ない流量の流体がチューブを通過す
る際に、一定の大きさでありながら、通常の構造体より
も熱交換容量がより大きいか、または圧力低下がより少
ないチューブを提供する。 【解決手段】 表面構造体１６は、基本表面の長手方向
Ｌに連続している、流れの向きを定める要素１５が、第
１基本表面と第２基本表面との間に交互に配置され、互
いに所定の角度γに斜めとなるように、第１基本表面と
第２基本表面とに交互に表面構造体１６が配置されてい
る。各表面構造体１６は、流れの向きを定める、互いに
平行な要素１５の横方向に延びる列１７を有する。従っ
て、入力された流体流は、多数の平行な部分流に分割さ
れ、この部分流は、チューブを通過するそれぞれの螺旋
形の流路に従うこととなり、高い熱交換容量が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、広義では、自動車用冷
却器に関し、より詳細には、かかる冷却器に設けられる
流体輸送チューブの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば欧州特許公開第0590945号に開示
されているようなタイプの自動車用冷却器は、熱交換ア
センブリを備え、このアセンブリは、第１流体、例えば
エンジンブロックを通過するように循環する液体が通過
するように並置された平らな流体輸送チューブと、これ
らのチューブの間に配置され、第２流体、たとえば冷却
空気が通過するようになっている表面拡大手段とから構
成されている。各チューブは、対向する広い面を有し、
この広い面には、基本熱交換表面を形成する広い拡大手
段が当接している。。

【０００３】このタイプの冷却器では、流体間の熱交換
を高めるために、チューブの内側の基本表面に突起を設
けることが、既に知られている。これらの突起は、絶縁
効果のある、境界部の層流を解消する。このような層流
は、突起がない場合に、少なくとも流体の流量が少ない
ときに、基本表面に沿ってチューブ内部に形成される傾
向がある。

【０００４】これらの突起は、例えば米国特許第4,470,
452号から公知のように、細長くしてもよいし、また、
例えば米国特許第5,730,213号から公知のように、円筒
形でもよい。しかし、これらの構造体は、熱交換容量を
充分に大きくすることと、チューブの長手方向に沿った
圧力低下を充分低くすることとを両立させることはでき
ない。

【０００５】「コンパクトな熱交換器用に矩形チューブ
の改善された熱および流体性能」を題名とするチャルマ
ーズ（chalmers）工科大学により１９９７年に発行され
た博士論文に、流体輸送チューブの別の例が開示されて
いる。このチューブを、図１の平面図に示す。

【０００６】このチューブの対向する基本表面は、ジグ
ザグ状の横方向リブ１、すなわち多数の細長いリブ要素
２から成る表面構造体を有し、リブ要素は、先の尖った
中間領域３において互いに接続されている。横方向リブ
１は、チューブの対向する基本表面において、チューブ
の長手方向Ｌに交互に配置されており、上部基本表面に
配置されたリブ１（図１では実線で示されている）は、
下部基本表面に配置されたリブ１（図１では点線で示さ
れている）に対して横方向にずれている。

【０００７】チューブの長手方向Ｌに見ると、対向する
基本表面に連続するリブ要素２が交互に配置されてお
り、これらリブ要素は、所定の相互の角度を有する。こ
うしてリブ要素２は、チューブを通過させるように、第
１流体の流れの方向を定め、図２の端面図に略示するよ
うに、チューブの長手方向軸線を中心とする渦巻き運動
を発生させる。

【０００８】より詳細に説明すれば、入力流は、多数の
平行な部分的な流れ４に分割され、チューブを通過する
際に、これら流れは螺旋運動を行う。各部分流４は、隣
接する部分流４に対し反対方向に回転する。この部分流
により、基本表面に隣接する境界の層流は解消され、チ
ューブの中心部分と壁部分との間で、良好な流体の循環
が行われる。

【０００９】以上のすべての事項の結果として、チュー
ブの熱交換容量は潜在的に高くなる。しかし、今日の製
造技術によって、ジグザグ形状の接続されたリブを設け
ることは困難であり、従って、現実には、リブ要素１の
間の尖った領域３に、ギャップが生じるのは避けられな
い。

【００１０】このタイプの螺旋流チューブを備える自動
車用冷却器は、チューブを通過する流量が比較的少ない
ときでも、熱交換容量が高いことが判っている。このこ
とは、例えば空気を過給するトラック用エンジン用の自
動車用冷却器で望ましいことである。その理由は、この
自動車は、エンジン速度が低い時でも、多量の熱を発生
し得るからである。

【００１１】しかし、上記構造体は未成熟であり、その
容量をより良くするよう、更に改善する必要がある。

【００１２】本発明の目的は、改善された流体輸送チュ
ーブ、すなわち、特に比較的少ない流量の流体がチュー
ブを通過する際に、一定の大きさでありながら、通常の
構造体よりも熱交換容量がより大きいか、または圧力低
下がより少ないチューブを提供することにある。

【００１３】本発明の別の目的は、詰まりが生じる恐れ
の少ない流体輸送チューブを提供することにある。

【００１４】本発明の更に別の目的は、製造が簡単であ
る流体輸送チューブを提供することにある。

【００１５】次の説明から明らかとなる上記およびそれ
以外の目的は、請求項１に記載された流体輸送チュー
ブ、および請求項１３に記載された自動車用冷却器によ
って、完全にまたは部分的に達成される。従属請求項に
は、好ましい実施態様が記載されている。

【００１６】本発明の構造体は、流入流体を多数の部分
流に分割するようになっており、各部分流は、チューブ
の長手方向に延びるそれぞれの軸線を中心とする渦巻き
運動を行う。中心にわたって横方向に延びる列状に、表
面構造体内の細長い、流れの向きを定める要素が設けら
れており、それぞれの列内に含まれる流れの向きを定め
る要素が互いに平行となっていることにより、従来の構
造体よりも、流れの向きを定める要素を互いに密に装入
できるようになっている。そのため、チューブの基本表
面の所定の幅で、チューブではより多数の部分流が得ら
れる。従って、特にチューブを通過する流量が少ない時
に、これまでの構造体よりも、熱交換容量が大きくなる
ことが判った。

【００１７】例えば、ブランクをエンボス加工し、チュ
ーブの広い面に、細長いリセスまたはピットを形成する
ことにより、本発明のチューブに、適当な流れの向きを
定める要素を容易に設けることができる。

【００１８】以下、本発明の現在のところ好ましいと思
われる実施例を示す添付の略図を参照して、本発明およ
びその利点について、より詳細に説明する。

【００１９】

【実施例】図３〜図８は、本発明に係わる流体輸送チュ
ーブ１０の好ましい実施例を示す。このチューブ１０
は、金属材料、通常はアルミニウム材料から適当に製造
される。図３から判るように、チューブ１０は平らであ
り、ほぼ平面状の２つの対向する広い面１１、１２を有
する。これら広い面１１と１２は、２つの対向す湾曲し
た短い側面１３、１４を介して接続されている。

【００２０】このチューブ１０を自動車用冷却器に取り
付ける際、これら広い面１１、１２に、表面拡大手段
（図示せず）、例えば折りたたまれた薄板状体を当接さ
せる。従って、チューブ１０を通過して流れる媒体と、
チューブ１０の外側のまわりで、表面拡大手段を通過し
て流れる媒体との主な熱交換は、これら広い面１１、１
２を介して行われる。これら広い面１１と１２とは、チ
ューブ１０の内部に２つの対向する基本熱交換表面１
１’、１２’を形成する。

【００２１】図４〜図８から判るように、基本表面１
１’、１２’には、多数の突出する流れの方向を定める
要素１５が設けられている。これらの要素は、チューブ
１０の広い面１１、１２の一方の側面に設けられた小さ
いピット状をしており、ディンプルと称される。これら
ピットは、反対側の面に対応する突起を形成している。
これらディンプルは、例えばブランクをエンボス加工す
ることによって形成できる。

【００２２】その後、このエンボス加工されたブランク
は、平らなチューブ１０に形成される。ディンプル１５
の高さＦ（図５参照）は、一般に約０.１〜０.３ｍｍで
あり、この値は、チューブの厚さとほぼ対応している。

【００２３】ディンプル１５は細長く、チューブ１０の
長手方向Ｌに対して、斜めになっている。またディンプ
ル１５は、それぞれの基本表面１１’、１２’上に多数
の表面構造体として、すなわちグループ１６として配置
されている。図４は、上部基本表面１１’上のディンプ
ル１５を実線で示し、下部基本表面１２’上のディンプ
ル１５を点線で示している。

【００２４】次に、まずチューブ１０の中心線Ｃ−Ｃの
左側のディンプル１５のグループ１６について説明す
る。上部基本表面１１’および下部基本表面１２’上の
ディンプル１５のグループ１６は、長手方向Ｌに相対的
にずれているので、チューブ１０の断面では、ディンプ
ル１５が対抗しないことが、図４の平面図から明らかで
ある（図６〜図８を参照）。これにより、チューブ１０
が詰まるのを回避できる。こうして、長手方向Ｌに見
て、上部基本表面１１’と下部基本表面１２’に、交互
にディンプル１５のグループ１６が配置されている。

【００２５】各グループ１６は、傾斜したディンプル１
５の第１の横方向列１７と、第２の横方向列１８とから
成っている。各列１７、１８内で、すべてのディンプル
１５は互いに平行となっている。第１列１７内のディン
プル１５は、チューブ１０の短い側面１３に対して長手
方向Ｌに角度αに斜めになっているが、第２列１８内の
ディンプル１５は、チューブ１０の第２の対向する短い
側面１４に対して長手方向Ｌに角度βに斜めになってい
る。従って、第１列１７内のディンプル１５と第２列１
８内のディンプル１５との相互角度は、γ＝１８０°−
α−βとなっている。

【００２６】更に、第２列１８内のディンプル１５は、
適当に第１列１７内のディンプル１５に対して側方にず
れているので、長手方向Ｌに見た第１列１７内のディン
プル１５の端部１９は、第２列１８内のディンプル１５
の端部１９と一致している。

【００２７】長手方向Ｌ、すなわちチューブ１０を通過
する流体の主な流れ方向に見ると、少なくともディンプ
ル１５の中心を通過する線（図４のＶＩ−ＶＩ線と比
較）に沿って、上部基本表面１１’と下部基本表面１
２’とに交互に、連続するディンプル１５が配置されて
いる。この連続するディンプル１５は、角度γにて互い
に傾斜している。

【００２８】図３〜図８に示す流体輸送チューブでは、
流入した流体は、多数の部分流に分割される。この部分
流は、斜めになっているディンプル１５によって向きを
定められながら、チューブ１０の長手方向Ｌに延びるそ
れぞれの軸線を中心とする渦巻き運動を行う。こうし
て、チューブ１０の長手方向Ｌと平行なディンプル１５
の各組は、仮想チャンネルを形成し、このチャンネル内
で、流体は渦巻き運動を行う。

【００２９】各列１７、１８内のディンプル１５は、互
いに平行であるため、これらのディンプルは、基本表面
１１’、１２’にコンパクトなパターンに設置でき、入
力流体に対する良好に構成された仮想チャンネルをも形
成する。

【００３０】図３〜図８に示す実施例では、チューブ１
０は、中心線Ｃ−Ｃの両側に、ディンプル１５のグルー
プ１６を有するが、製造上の理由から、実際の中心線Ｃ
−Ｃのまわりの領域には、ディンプル１５はない。その
理由は、今日の製造技術では、ブランクをエンボス加工
する間、ブランクの中心部に当接部材を置く必要がある
からである。

【００３１】また図示の例では、中心線Ｃ−Ｃの各側の
グループ１６内のディンプル１５は、互いに鏡状に反転
されている。しかし、このグループ１６は、中心線Ｃ−
Ｃの両側で、同じ外観となっていることに留意すべきで
ある。製造技術的に可能であれば、実際には、短い側面
１３と１４との間で、基本表面１１’、１２’の横方向
に連続してディンプル１５を延長することが望ましい。
しかし、ディンプル１５の列１７、１８は、チューブ１
０の長手方向Ｌに直角に延長させる必要はなく、表面１
１’、１２’上で斜めに延長させることもできる。

【００３２】チューブ１０の基本表面１１’、１２’上
のディンプル１５の大きさ、および位置決めは、熱交換
容量、および圧力低下に関係するチューブ１０の性能に
影響する。従来調査されたパラメータは、ディンプル１
５の傾斜角αおよびβ（図４参照）と、長手方向Ｌに沿
う連続するディンプル１５の間の距離Ｄ（図４参照）
と、長手方向Ｌに沿う基本表面１１’、１２’上の連続
するディンプル１５間の距離Ｃ（図４参照）と、基本表
面１１’、１２’からのディンプル１５の高さＦ（図５
参照）と、ディンプル１５の長さＡ（図５参照）とであ
る。

【００３３】角度αとβとは、等しいことが好ましい。
また、角度αおよびβは、約４０〜８０°の範囲、好ま
しくは約４５〜７５°の範囲とするべきである。現在の
所、αおよびβの最も好ましい値は約４５°である。こ
の値は、連続するディンプルが実質的に互いに直角であ
ることを意味する。

【００３４】更に、距離Ｃは距離Ｂの２倍が適当であ
る。すなわち、チューブ１０の長手方向Ｌに連続するす
べてのディンプル１５は、相互の中心間の距離が一定で
あるのが適当である。

【００３５】チューブ１０内を、液体状の流体、例えば
水が通過する場合、次のような寸法が好ましいことが判
っている。約０.８〜２.２ｍ／ｓの平均流量で、チュー
ブを液体が流れる場合、ディンプル１５の距離Ｄと高さ
Ｆとの関係は、約１対１０〜４０の範囲、好ましくは約
１対１５〜３０の範囲とするべきである。最小限界値で
は、チューブに沿った圧力低下は、望ましくないほど高
くなり、最大限界値では、基本表面による熱交換容量は
満足できないほど低くなる。

【００３６】基本表面１１’と１２’との間の距離Ｇが
０.８〜２.８ｍｍのチューブ１０では、ディンプル１５
の長さＡとディンプル１５の高さＦとの関係は、約１対
４〜１４の範囲とするべきである。最小限界値では、チ
ューブ１０に沿った圧力低下は望ましくないほど高くな
り、最大限界値では基本表面１１’、１２’を介した熱
交換容量は満足できないほど低くなる。

【００３７】基本表面１１’と１２’との相対距離Ｇと
ディンプル１５の高さＦとの関係は、少なくとも約２.
５とするべきである。約０.８〜２.２ｍ／ｓの平均レー
トで、液体がチューブを通過して流れる際の詰まりを防
止するために、基本表面１１’と１２’との間の相互距
離が０.８〜２.８ｍｍのチューブが好ましい。

【００３８】チューブ内をガス、例えば空気状をした流
体が通過する場合、ディンプル１５の距離Ｂと高さＦと
の関係は、約１対２５〜６５の範囲内、好ましくは、約
１対３５〜５５の範囲内とするべきであることが判って
いる。最小限界値では、チューブに沿った圧力低下は、
望ましくないほど大きくなり、最大限界値では、基本表
面を介する熱交換容量は、満足できないほど小さくな
る。

【００３９】図９〜図１０は、流体輸送チューブの別の
実施例を示す。図３〜図４の対応する部品を有する部品
には、同じ符号を付け、これらの部品については、詳細
に説明しない。

【００４０】チューブ１００は、仕切り壁１０３によっ
て分離された２つの別個の流体ダクト、すなわちチャン
ネル１０１と１０２とを有する。このチューブ１００
は、ディンプルが設けられたブランクを曲げることによ
って形成される。チューブ１００の広い面１１、１２上
のディンプル１５のパターンは、図４におけるチューブ
１０上のパターンとほぼ同一であるので、それと同様の
利点が得られる。

【００４１】本発明は、流体、例えば液体またはガスを
冷却するよう、並列に配置されたチューブを有するすべ
てのタイプの自動車用冷却器、例えば液体冷却器、過給
用空気冷却器、凝縮機およびオイル冷却器に適用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術に従って製造された流体輸送チューブ
の平面図である。

【図２】従来技術に従って製造された流体輸送チューブ
の端面図である。

【図３】本発明に係わる流体輸送チューブの端面図であ
る。

【図４】本発明に係わる流体輸送チューブの一部の平面
図である。

【図５】図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った長手方向断
面図である。

【図７】図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横方向
断面図である。

【図８】図４におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った横
方向断面図である。

【図９】デュアルチャンネルタイプの、本発明の流体輸
送チューブの端面図である。

【図１０】デュアルチャンネルタイプの、本発明の流体
輸送チューブの平面図である。

【符号の説明】

１０ 流体輸送チューブ １１、１２ 広い面 １３、１４ 短い側面 １１’、１２’ 基本熱交換表面 １５ 流れ向きを定める要素（ディンプ
ル） １６ 表面構造体またはグループ １７、１８ 横方向列

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する第１長手方向基本熱交換
   表面（１１’）と、第２長手方向基本熱交換表面（１
   ２’）と、前記基本表面（１１’、１２’）に配置され
   た、流れの向きを定める表面構造体（１６）とを、内側
   に備え、該表面構造体の各々が、基本表面（１１’、１
   ２’）から突出する複数の細長い流れの向きを定める要
   素（１５）を含み、基本表面（１１’、１２’）の長手
   方向（Ｌ）に連続する流れの向きを定める要素（１４）
   が、第１基本表面（１１’）と第２基本表面（１２’）
   とに交互に配置され、互いに所定の角度（γ）をなすよ
   う、前記表面構造体（１６）が、第１基本表面（１
   １’）と第２基本表面（１２’）とに交互に配置されて
   いる、自動車用冷却器のための流体輸送チューブであっ
   て、 各表面構造体（１６）が、流れの向きを定めるための、
   互いに平行な要素（１５）が横方向に延びている第１の
   列（１７）を有することを特徴とする流体輸送チュー
   ブ。
2. 【請求項２】 前記表面構造体（１６）内の各流れの向
   きを定める要素（１５）の少なくとも１つの端部（１
   ９）が、基本表面（１１’、１２’）の長手方向（Ｌ）
   に見て、前記表面構造体（１６）の別の流れの向きを定
   める要素（１５）の１つの端部（１９）とほぼ一致して
   いる、請求項１記載の流体輸送チューブ。
3. 【請求項３】 各表面構造体（１６）が、流れの向きを
   定める、互いに平行な要素（１５）の横方向に延びる第
   ２の列（１８）を含み、この第２の列（１８）の流れの
   向きを定める要素（１５）が、第１の列（１７）の流れ
   の向きを定める要素（１５）に対して、前記角度（γ）
   をもって配置されている、請求項１または２記載の流体
   輸送チューブ。
4. 【請求項４】 第１列（１７）の各流れの向きを定める
   要素（１５）の少なくとも１つの端部（１９）が、基本
   表面（１１’、１２’）の長手方向（Ｌ）に見て、第２
   列（１８）の関連する流れの向きを定める要素（１５）
   の１つの端部（１９）とほぼ一致している、請求項３記
   載の流体輸送チューブ。
5. 【請求項５】 流れの向きを定める要素（１５）が、第
   １列（１７）および第２列（１８）において、横方向に
   相対的にずれている、請求項３または４記載の流体輸送
   チューブ。
6. 【請求項６】 前記角度（γ）が、約２００〜１００
   °、好ましくは約３０〜９０°、最も好ましくは約９０
   度である、請求項１〜５のいずれかに記載の流体輸送チ
   ューブ。
7. 【請求項７】 前記列（１７、１８）が、基本表面（１
   １’、１２’）の長手方向（Ｌ）に対して直角に延びて
   いる、請求項１〜６のいずれかに記載の流体輸送チュー
   ブ。
8. 【請求項８】 液体が通過するようになっており、前記
   長手方向（Ｌ）に連続する、流れの向きを定める要素
   （１５）の間の中心間距離（Ｂ）が、基本表面（１
   １’、１２’）に直角な、流れの向きを定める要素（１
   ５）の高さ（Ｆ）の約１０〜４０倍、好ましくは約１５
   〜３５倍である、請求項１〜７のいずれかに記載の流体
   輸送チューブ。
9. 【請求項９】 ガスが通過するようになっており、前記
   長手方向（Ｌ）に連続する、流れの向きを定める要素
   （１５）の間の中心間距離（Ｂ）が、基本表面（１
   １’、１２’）に直角な、流れの向きを定める要素（１
   ５）の高さ（Ｆ）の約２５〜６５倍、好ましくは約３０
   〜５５倍である、請求項１〜７のいずれかに記載の流体
   輸送チューブ。
10. 【請求項１０】 細長い流れの向きを定める各要素（１
    ５）が、前記基本表面（１１’、１２’）に対して直角
    な高さ（Ｆ）の約４〜１４倍である、請求項１〜９のい
    ずれかに記載の流体輸送チューブ。
11. 【請求項１１】 前記基本表面（１１’）と（１２’）
    との間の距離（Ｇ）が、前記基本表面（１１’、１
    ２’）に対して直角な流れの向きを定める要素（１５）
    の高さ（Ｆ）の少なくとも約２.５倍である、請求項１
    〜１０のいずれかに記載の流体輸送チューブ。
12. 【請求項１２】 前記表面構造体（１６）が、チューブ
    を貫通する多数の並列な流路を形成するようになってお
    り、流体が、この流路の各々において、前記長手方向
    （Ｌ）に延びるそれぞれの軸を中心とする渦巻き運動を
    チューブを通って流れるようになっている、請求項１〜
    １１のいずれかに記載の流体輸送チューブ。
13. 【請求項１３】 熱交換アセンブリと、該熱交換アセン
    ブリに接続された少なくとも１つのタンクとを含む自動
    車用冷却器であって、 前記熱交換アセンブリが、請求項１〜１２のいずれかに
    記載の流体輸送チューブと、該チューブの間に配置され
    た表面拡大手段とを含むことを特徴とする、自動車用冷
    却器。