JP2005147601A - 放射状フィンを有する伝熱管 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐食性に優れ、軽量で、放熱特性や吸熱特性が高く内部を流動する流体と外部を流動する流体との熱交換効率にも優れる伝熱管を得る。そして、熱交換性の向上と軽量化により、狭い場所等への設置が可能なレイアウト性の良い製品とする。また、設置場所への接続固定や他の部材との組み合わせの容易な伝熱管を得る。このような伝熱管を、単純な構造と簡易な製造技術で廉価に形成する。
【解決手段】 管軸方向に長尺な連続した外周フィン３を複数本放射方向に一体に突設したアルミ製、アルミ基合金製又は樹脂材製の放吸熱管１を複数本並列に配設する。そして、隣接する放吸熱管１を広幅な連結フィン４で一体に連結して伝熱管１を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車や建設機械の流体冷却管、ガスの加熱・冷却装置等の多管式熱交換器、燃料配管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、その他で使用する伝熱管に係るもので、軽量で廉価な伝熱管を得る事を目的とするものである。

従来、自動車や建設機械の流体冷却管、ガスの加熱・冷却装置等の多管式熱交換器、燃料配管、居住用空間の温湿度を調整する空調機等では、特許文献１に示す如く、金属管の外周に銅や鋼鉄製のフィンを螺旋状に配設した配管を使用する事により、これらの機器の熱交換性能を高めようとしたものが存在する。

また、自動車のエンジンにガソリン等の燃料を供給するフューエルパイプでは、エンジンの熱により燃料が高温化する事で燃料が気化し、環境に悪影響を及ぼす等の不具合を生じる事があった。このような不具合を防止するため、下記特許文献２〜５に示す如く、フューエルパイプにクーラーユニットを連結し、高温化した燃料を水冷又は空冷等により冷却する発明が存在した。また、特許文献６に記載の如く、フューエルパイプ内に、蓄熱材を内蔵したカプセルを収納するとともに、フューエルパイプの外周に螺旋状の放熱フィンを突設し、フューエルパイプ自身の放熱特性を高め、フィンを介して燃料と外気との熱交換を行う発明も存在した。また、特許文献７では、フューエルパイプの外周に、該フューエルパイプの外周面と平行な伝熱面を有する広幅な金属材製のフィンを、螺旋状に配設している。また、特許文献８では、フューエルパイプを設置するカバーに、外気の流動方向に直交して複数のフィンを突設し、フューエルパイプの外周を流動する外気を乱流化させる事で、フューエルパイプ内を流動する燃料の冷却を行っていた。
特開平９−４２５７３号公報 特開２００１−２００７６５号公報 特開２００３−３５２１９号公報 特開２００３−３５２２０号公報 特開平７−１５８５３０号公報 特開２００３−９７３６６号公報 特開２００２−３６４４７６号公報 特開２００３−１２０４４２号公報

しかしながら、特許文献１の如き伝熱管では、金属管やフィンを銅や鋼鉄等で形成しているため、各種装置が重くなる欠点を有していた。また、特許文献２〜５のクーラーユニットを用いた冷却手段では、タンク等が嵩張るため、特にディーゼルエンジン等の場合は、狭い床下への設置が困難であり、別途設置場所を考慮する等の必要があるとともに重量的にも重く、設置可能な車種が限定される等の問題があった。一方、特許文献６、７の発明の如き手段では、このようなタンクを用いずに、外周にフィンを突設してフューエルパイプ自身に放熱特性を持たせる事で、冷却手段をよりコンパクトなものとしている。

しかし、特許文献６は、蓄熱材を内蔵したカプセルを収納する手間があるし、特許文献７では、金属材製のフィンが広幅で重量があるため、設置可能な車種が限られる等の制約が生じる可能性があった。また、特許文献１〜７は何れの場合でも、車体や装置に接続するためのクランプや、他の配管等と組み合わせるためのインシュレター等、接続手段の取付部では、フィンが邪魔となって接続作業が煩わしく、更に接続後の安定性にも問題があった。また、特許文献７の如く、フューエルパイプのカバーに突設したフィンのみでは、高い冷却効果を得られない可能性があった。

また、何れの従来発明に於いても、伝熱管は単管であるから、多管式熱交換器等に使用する場合は、複数の伝熱管をクランプ部材や支持板等で互いに固定する等の手間がかかるし、部品点数も多くなってコスト高となっていた。

本発明は上述の如き問題を解決するため、放射状フィンを有し、複数の管が並列に連結された多管式の伝熱管をアルミ、アルミ基合金又は樹脂材で形成する事により、軽量で放吸熱特性に優れる伝熱管を容易な製作手段で廉価に得る事を可能とするものである。また、複数の管が連結された伝熱管を形成する事で、多管式熱交換器等への配設の手間を省くとともに、接続部材の部品点数等も減らして、装置製造時の生産性を向上させるものである。そして、この多管式の熱交換性能に優れる伝熱管の使用により、クーラーユニット等の別個の熱交換器を必要とせず、また、嵩張りを防いで、床下等の狭い場所でも設置が可能な、レイアウト性にも優れる製品を得るものである。

本発明は、上述の如き課題を解決するため、管軸方向に長尺な連続した外周フィンを複数本放射方向に一体に突設したアルミ製、アルミ基合金製又は樹脂材製の放吸熱管を複数本並列に配設するとともに、隣接する放吸熱管を広幅な連結フィンで一体に連結して成るものである。

また、樹脂材製の放吸熱管は、金属管の外周に樹脂材を押出成形して金属管に一体に配設固定しても良い。

また、樹脂材製の放吸熱管は、金属管の外周に接着により一体に配設固定しても良い。

また、放吸熱管は、他部材との接続部では、放吸熱管の外周から外周フィンの一部を除去して使用しても良い。

また、金属管を内部に配置した放吸熱管は、他部材との接続部では、金属管の外周から外周フィンとともに放吸熱管の一部を除去して使用しても良い。

また、放吸熱管は、内周面に管軸方向に長尺な連続した内周フィンを複数本一体に突設しても良い。

また、樹脂材製の放吸熱管は、この放吸熱管を形成する樹脂材よりも熱伝導性の高い粒子及び／又は繊維を含有しても良い。

また、樹脂材製の放吸熱管は、この放吸熱管を形成する樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させても良い。

また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させても良い。

本発明は上述の如く構成したもので、放射状フィンを有する放吸熱管を複数本並列に連結して伝熱管とする事により、多管式で使用する際の、管同士の接続の手間がいらず、クランプ等の接続部材の使用点数も減らして、組み付け性が高まるとともに、コストも低減して、製品の生産性を向上する事ができる。また、放射状フィンを設ける事で、各放吸熱管の伝熱面積を増大させて、伝熱管全体での内外流体の熱交換を効率的に行う事ができる。また、アルミ製、アルミ基合金製又は樹脂材製の放吸熱管を用いて形成する事により、熱交換性能に優れる伝熱管を、容易な製造技術で軽量で廉価に形成する事が可能となるとともに、飛び石等への耐衝撃性や泥はね、風雨等への耐食性にも優れるものとなる。

そして、例えばこの伝熱管を自動車のフューエルパイプとして使用する事により、燃料への優れた冷却効果が得られ、燃料冷却用のクーラーユニット等を別個に設ける必要がなくなる。また、軽量で嵩張らないため設置の制限が少なく、レイアウト性に優れた製品となり、これを使用する自動車の軽量化やコンパクト化等も可能となる。従って、本発明の伝熱管を使用する事により、自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、各種配管による放吸熱、一般産業用、暖房用、給湯用、ガスの加熱・冷却装置、その他の多管式熱交換器の熱交換性能、耐食性、耐久性、組み付け性等を向上させる事ができるとともに、製品の軽量化やコンパクト化等が可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に於て詳細に説明する。図１は実施例１の伝熱管の斜視図で、並列に配置した２本の放吸熱管を、一枚の広幅な連結フィンで一体に連結した二連タイプのものである。また、図２は実施例２の伝熱管の斜視図で、３本の放吸熱管を並列に配設し、隣接する放吸熱管を広幅な連結フィンで一体に連結した三連タイプのものである。また、図３は実施例３の伝熱管の斜視図で、金属管の外周に樹脂材製の放吸熱管を押出成形して形成するとともに、他部材との連結のため先端側に於いて金属管の外周から放吸熱管の一部を除去している。

また、図４は実施例４で、複数本の放吸熱管を並列に配設し、隣接する放吸熱管を広幅な連結フィンで連結し、各放吸熱管内に、Ｕ字状に湾曲形成したＵベント管を挿入配設した伝熱管の平面図である。図５は実施例５で、各放吸熱管の内周に、管軸方向に長尺な連続した内周フィンを複数本一体に設けて形成した伝熱管の管直角方向の断面図である。図６は実施例６で、本発明の三連の伝熱管を、マニホールドにて連結した平面図である。図７は実施例７で、本発明の伝熱管を自動車のフューエルパイプとして使用した平面図である。

尚、本発明の伝熱管に於いて、放吸熱管を樹脂材で形成する場合は、ＰＡ、ＰＰ、ＰＥ等を使用する事により、伝熱管の耐食性や耐衝撃性が高まるとともに廉価な伝熱管を得る事ができる。また、モノマーキャストナイロン、ポリアミドイミド、ポリペンズイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシアルカン、フルオロエチレン−プロピレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレン等の樹脂材を使用する事により、熱交換性能や耐食性が優れるだけでなく、耐熱性にも優れる伝熱管を得る事ができる。

また、上記樹脂材には、銅、アルミ、ステンレス等の金属材やカーボン材、或いはガラス材等で形成した粒子や繊維を含有させても良く、樹脂材の熱伝導性を高めて、伝熱管の熱交換性能をより向上させる事ができる。また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用したり、この黒色の樹脂材に更に前記粒子や繊維等を含有させても良く、放熱の場合は輻射熱の放射特性に優れ、吸熱の場合は熱吸収に優れたものとなり、伝熱管の熱交換効率の更なる向上が可能となる。

また、上記樹脂材に、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のカーボンナノファイバーを含有させる事により、樹脂材の熱伝導性を高めて、伝熱管の放熱特性や吸熱特性を更に向上させる事ができる。また、このようなカーボンナノファイバーを、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させるのが好ましい。この含有量を５wt%以下とすると、伝熱効果の向上作用に乏しく、３０wt%以上を樹脂材に含有させるのは困難で、生産性が低下するとともに高価で、伝熱効果に大きな差を生じない。

尚、本明細書で言うカーボンナノファイバーとは、ナノテクノロジー分野に於いて、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ単位のカーボン繊維を含んだ総称を示すものである。また、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他を混在させて樹脂材に含有させても良いし、単体で含有させても良い。また、カーボンナノチューブを樹脂材に含有させる場合は、カーボンナノチューブが単層であっても良いし、複層であっても良い。更に、このカーボンナノチューブのアスペクト比は問わないものである。また、カーボンナノチューブの太さ、長さ等も問わないものである。

まず、図１に示す実施例１を詳細に説明すれば、(１)は伝熱管で、アルミ、アルミ基合金又は前記樹脂材を押出成形等する事により、２本の放吸熱管(２)を並列に連結して形成している。各放吸熱管(２)は、外周に管軸方向に長尺な連続した外周フィン(３)を複数本、放射方向に一体に突設している。そして、並列に配設した２本の放吸熱管(２)を、互いの外周フィン(３)の一つを共有するよう広幅に形成した一枚の連結フィン(４)で連結して伝熱管(１)を形成している。また、このような伝熱管(１)であっても、外周フィン(３)及び広幅な連結フィン(４)の何れも軸方向に長尺なものであるから、押出成形等で容易に一体成形する事ができる。そして、このような２本の放吸熱管(２)が連結した伝熱管(１)を製造する事により、車体や各種機器への伝熱管(１)の配設の際に、複数の管を連結する手間を省いて、作業効率を向上させる事ができるとともに、クランプ等の接続部材の節約等も可能となる。

上記実施例１の伝熱管(１)では、放射状の外周フィン(３)の突設により、各放吸熱管(２)の伝熱面積が増大し、伝熱管(１)全体の熱伝導性が向上するため、伝熱管(１)の内外を流動する流体相互の熱交換を効率的に行う事が可能となる。ここで、放吸熱管(２)に樹脂材を使用し、この樹脂材に必要に応じてカーボンナノファイバーを含有させたり、金属やガラスの粒子、繊維を含有させたり、黒色樹脂材を使用した場合等には、熱伝導性を効率的に向上させて、伝熱管(１)での熱交換性を、より促進させる事ができる。

また、アルミ製、アルミ基合金製又は樹脂材製の伝熱管(１)であるから、軽量であり車体や装置等の重量を増大させる事がないし、屋外の使用であっても風雨や泥はね等に対する耐食性に優れ、飛び石等の障害物に対する耐衝撃性にも優れるものとなる。そして、外周フィン(３)が管軸方向に長尺なものであるから、押出成形等により容易に形成する事ができ、熱交換性能に優れる軽量な伝熱管(１)を、廉価に得る事ができる。

また、実施例１の伝熱管(１)を配設する際に、例えば車体に接続するクランプの取付箇所や、他の配管と組み合わせるためのインシュレターの取付箇所に於いては、本実施例の伝熱管(１)では、図示はしないが、放吸熱管(２)の外周から外周フィン(３)のみを削り取る事により、前記クランプやインシュレターを容易に取り付ける事が可能となり、配設作業を容易に且つ安定して行う事が可能となる。この外周フィン(３)の削り取り作業も、アルミ製、アルミ基合金製、樹脂材製であるから、容易に行う事ができる。尚、伝熱管(１)は、特にアルミ製、アルミ基合金製のものでは、連結フィン(４)に穿孔して、ボルト等で車体に接続固定しても良く、伝熱管(１)の車体等への固定性や組み付け性、耐振動性等を向上させる事が可能となる。

上記実施例１では、２本の放吸熱管(２)を広幅な一枚の連結フィン(４)で連結しているが、他の異なる実施例２では、図２に示す如く、３本の放吸熱管(２)を並列に配設し、隣接する放吸熱管(２)を互いに広幅な連結フィン(４)で連結して伝熱管(１)を形成している。このように、使用目的や設置場所の面積等に応じて、３本の放吸熱管(２)を連結しても良いし、４本以上の放吸熱管(２)を連結した伝熱管(１)としても良い。

また、実施例２では図２に示す如く、３本の放吸熱管(２)を、側面一直線上、即ち同一平面上に並列に配設して互いを連結しているが、他の異なる連結例として、３本の側面３角形状に配設して互いを広幅な連結フィン(４)で連結し、３本の放吸熱管(２)を立体的に配設しても良い。

上記実施例１、２では、アルミ製、アルミ基合金製又は樹脂材製の放吸熱管(２)のみで伝熱管(１)を形成しているが、樹脂材で伝熱管(１)を形成する場合には、図３に示す実施例３の如く、放吸熱管(２)内にアルミ製、銅製或いは鋼鉄製等の金属管(５)を一体に配設して伝熱管(１)を形成する事もできる。本実施例３では、カーボンナノファイバーを混合して熱伝導性を高めた溶融樹脂材を、金属管(５)の外周に押出成形する事により金属管(５)と放吸熱管(２)とを一体に形成している。このように放吸熱管(２)内に金属管(５)を配設する事により、より頑強な伝熱管(１)を得る事ができるとともに、カーボンナノファイバーの含有により、樹脂材製であっても熱伝導性に優れる伝熱管(１)を得る事ができる。

また、実施例３では、伝熱管(１)をゴムホース、他部材等に接続するため、図３に示す如く、先端側に於いて、金属管(５)の外周から、外周フィン(３)ごと放吸熱管(２)の一部を除去している。樹脂材製であるから、金属管(５)の外周からの放吸熱管(２)の除去を容易に行う事ができる。従って、外周フィン(３)が邪魔とはならず、ゴムホース等と伝熱管(１)との接続を容易に行う事が可能となる。勿論、この場合も放吸熱管(２)そのものは除去せずに、放吸熱管(２)から外周フィン(３)のみ削り取っても良い。

また、実施例３では、溶融樹脂材の押出成形により金属管(５)の外周に放吸熱管(２)を配設しているが、他の製造手順として、放吸熱管(２)と金属管(５)とを別個に形成し、金属管(５)の外周に放吸熱管(２)を配設した後、接着剤等で双方を一体に接着固定しても良い。

上記実施例３では、曲がりの無い直管形の金属管(５)と放吸熱管(２)とで伝熱管(１)を形成しているが、図４に示す実施例４では、広幅な連結フィン(４)で互いに連結した３連の樹脂材製放吸熱管(２)の端部に、Ｕ字形に湾曲形成したＵベント管(６)を配設している。この場合も、予め３本の放吸熱管(２)を並列に連結形成し、金属管を曲げ加工したＵベント管(６)を各放吸熱管(２)内に挿入配設する。そして、樹脂材製の放吸熱管(２)とＵベント管(６)とを接着剤等にて接着固定している。このように、Ｕ字形のＵベント管(６)を組み付ける事により、伝熱管(１)の管長を長くして伝熱面積を増大させる事ができ、放吸熱管(２)の外周フィン(３)による熱伝導性の向上と相俟って、伝熱管(１)の熱交換性能を高める事が可能となる。また、アルミ製又はアルミ基合金製の３連の放吸熱管(２)を形成し、その端部にＵベント管(６)を、接着剤、ろう付け又は溶接等で接続固定しても良い。

図５に示す実施例５の伝熱管(１)では、アルミ製、アルミ基合金製又は樹脂材製の伝熱管(１)を構成する複数の放吸熱管(２)の各々に外周フィン(３)を設けるだけでなく、その内周面にも、管軸方向に長尺な連続した内周フィン(10)を複数本、一体に設けている。この内周フィン(10)も、軸方向に長尺なものであるから、放吸熱管(２)の成形時に、容易に設ける事ができる。そして、この内周フィン(10)の突設により、伝熱管(１)の内部を流動する流体と伝熱管(１)の内表面との熱伝導性が向上するとともに、内部流体の乱流化も生じ、伝熱管(１)全体の熱交換性能を更に向上させる事ができる。

また、図６に示す実施例６では、３本の樹脂材製の放吸熱管(２)を広幅な連結フィン(４)で互いに連結し、各放吸熱管(２)内に金属管(５)を配設形成した伝熱管(１)を、マニホールド(９)に連結して使用した平面図である。このように、本発明の熱交換性能に優れる伝熱管(１)を使用する事により、金属管(５)内を流動する流体への効率的な冷却効果を得る事ができるとともに、耐衝撃性を高めて、廉価な実施が可能となる。

また、マニホールド(９)に連結する他の異なる実施例として、複数の吸放熱管(２)をアルミやアルミ基合金で形成して耐熱性に優れる伝熱管(１)を得て、各放吸熱管(２)の先端外周のフィン部材(３)を除去し、この除去部分をマニホールド(９)に連結しても良い。この場合は、高温化したＥＧＲガスが流通するエキゾーストマニホールドに使用する事も可能で、本発明の伝熱管(１)の熱交換性能により、ＥＧＲガスの温度を適宜下げてから、ＥＧＲガス冷却装置等に送る事ができ、このＥＧＲガス冷却装置等でのＥＧＲガスの冷却を、より効率的に行う事が可能となる。

本発明の伝熱管を自動車のフューエルパイプとして床下パネル(11)に配設使用した実施例７を図７に示す。実施例７では、連結形成された３本の樹脂材製の放吸熱管(２)内に、Ｕ字形に湾曲形成したＵベント管(６)を配設して伝熱管(１)を形成している。そして、図７に示す如く、Ｕベント管(６)をクランプ等の接続部材(７)で床下パネル(11)に固定するとともに、放吸熱管(２)を配設した直管部でも、金属管(５)の外周から外周フィン(３)ごと放吸熱管(２)の一部を除去し、露出した金属管(５)を接続部材(７)にて床下パネル(11)に固定している。このように、外周フィン(３)ごと放吸熱管(２)の一部を除去する事により、床下パネル(11)への接続が外周フィン(３)に邪魔されず、安定的に固定できる。また、互いに連結した放吸熱管(２)内にＵ字形に湾曲させたＵベント管(６)を配設しているので、伝熱管(１)の固定安定性を更に高める事ができ、耐振動性等が向上する。また、この場合も、連結フィン(４)に穿孔して、ボルト等で床下パネル(11)に固定しても良い。

このように、燃料タンク(13)からエンジン(14)まで、フューエルパイプを蛇行させて長尺に配設する事により、燃料の流通路を長くする事ができるとともに、外周フィン(３)の突設により、伝熱管(１)の熱交換性能を高めているから、伝熱管(１)内を流動する燃料の熱を、伝熱管(１)を介して外気に効率的に放熱する事が可能となる。従って、燃料への高い冷却効果を得る事ができるから、クーラーユニット等の冷却手段を別個に設ける必要がなく、部品点数を減らして自動車の製造コストを減らす事ができ、装置のコンパクト化が可能となって車体へのレイアウト性も向上するとともに、自動車の軽量化等も可能となる。また、金属管(５)を樹脂材製の放吸熱管(２)で被覆しているから、泥水や風雨、又は内部を流動する燃料への耐食性にも優れるとともに、外周フィン(３)の突設により、飛び石等への耐衝撃性にも優れ、伝熱管(１)の耐久性を向上させる事ができる。

本発明の実施例１の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例２の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例３の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例４の伝熱管の斜視図。 本発明の実施例５の伝熱管の管直角方向の断面図。 本発明の伝熱管を使用した実施例６のマニホールドの平面図。 本発明の実施例７のフューエルパイプの配管図。

符号の説明

２ 放吸熱管
３ 外周フィン
４ 連結フィン
５ 金属管
１０ 内周フィン

Claims (9)

1. 管軸方向に長尺な連続した外周フィンを複数本放射方向に一体に突設したアルミ製、アルミ基合金製又は樹脂材製の放吸熱管を複数本並列に配設するとともに、隣接する放吸熱管を広幅な連結フィンで一体に連結した事を特徴とする放射状フィンを有する伝熱管。
2. 樹脂材製の放吸熱管は、金属管の外周に樹脂材を押出成形して金属管に一体に配設固定した事を特徴とする請求項１の放射状フィンを有する伝熱管。
3. 樹脂材製の放吸熱管は、金属管の外周に接着により一体に配設固定した事を特徴とする請求項２の放射状フィンを有する伝熱管。
4. 放吸熱管は、他部材との接続部では、放吸熱管の外周から外周フィンの一部を除去して使用する事を特徴とする請求項１、２又は３の放射状フィンを有する伝熱管。
5. 金属管を内部に配置した樹脂材製の放吸熱管は、他部材との接続部では、金属管の外周から外周フィンとともに放吸熱管の一部を除去して使用する事を特徴とする請求項２又は３の放射状フィンを有する伝熱管。
6. 放吸熱管は、内周面に管軸方向に長尺な連続した内周フィンを複数本一体に突設した事を特徴とする請求項１又は４の放射状フィンを有する伝熱管。
7. 樹脂材製の放吸熱管は、この放吸熱管を形成する樹脂材よりも熱伝導性の高い粒子及び／又は繊維を含有した事を特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６の放射状フィンを有する伝熱管。
8. 樹脂材製の放吸熱管は、この放吸熱管を形成する樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させた事を特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７の放射状フィンを有する伝熱管。
9. カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させた事を特徴とする請求項８の放射状フィンを有する伝熱管。

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