JP2013530373A - 熱交換器チューブ、該チューブを含む熱交換器、および、該チューブを形成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱交換器チューブ（１００）、特に自動車エアコンシステムの凝縮器に関し、チューブは、ハウジング（１１５）を画定する折り曲げ壁（１０５）と、ハウジング内に挿入される内部セパレータ（１３０）とを備え、内部セパレータが複数の流体通過チャネル（１３６）を画定し、壁（１０５）が円弧部によって接続される広い表面を有する。
本発明によれば、チューブ（１００）は、壁（１０５）と内部セパレータ（１３０）との間の隙間が少なくとも１つの円弧部（１１０）の長さに沿って埋められるように構成される。

Description

本発明は、熱交換器チューブ、該チューブを含む熱交換器、および、該チューブを形成する方法に関する。

排他的ではないが、関連する熱交換器は、車両に装備するようになっており、かつ、好ましい用途では、車両のエアコンループまたは回路に設けられる凝縮器に対応する。それにもかかわらず、本発明の範囲から逸脱することなく、エンジン冷却ループまたは回路内のラジエータとしてのこれらの熱交換器の用途が想定され得る。

要するに、車両の車室のエアコンループは、一般に、主にそれを通過する冷却流体（例えば、フレオン、ＣＯ_２、１２３４ＹＦ流体）の流れ方向で、流体をこのポイントで蒸気の形態に圧縮するコンプレッサと、流体を受けて、流体を送出する外気の流れにより流体を液体形態へと変換する凝縮器と、圧力を減少させる膨張器と、蒸発器とを備え、蒸発器内では、膨張されて凝縮された流体が、車室内へ方向付けられるべき外気の流れと熱を交換する。流体は、蒸発器の出口で、新たなサイクルのためにコンプレッサ内へ供給されるべき気相へと変換され、一方、蒸発器を通過する外気の流れは、車室内に空調された空気を供給するために冷却される。

構造的観点では、熱交換器を形成する凝縮器は、一束の平行なチューブと、２つのマニホールド（あるいは、コレクタボックス）とを含み、マニホールド内にはチューブの対応する端部がそれらを蝋付けすることにより、密封態様で接続固定される。したがって、ループ内の冷却流体は、チューブを通じて流れることができ、流体は、チューブを掃出する外気の流れにより、気相から液相へと変換される。

これらのチューブをマニホールドと組み付ける前に製造するために、２つの技術が主に使用される。一方は押出し成形で、コストが高くなる（チューブのタイプごとに専用の金型）が、自然に密閉されるため容易に蝋付けでき、他方の曲げは、様々な利点を与えるが、蝋付けがより困難である。

本発明は、曲げ技術を使用して形成される熱交換器チューブに関する。

そのようなチューブは、一般に一巻きのシートメタルから形成され、該シートメタルは、ストリップ形態で繰り出された後、専用の曲げ工具等によって必要とされる断面へと徐々に成形され、その後、完成チューブに対応する断面で所要の長さにカットされる。

このような状況では、熱交換器チューブは、外部環境からの物体（例えば、石）との高速衝突などの多数の負荷に晒される場合がある。チューブは、任意の流体漏れを防止するためにそのような任意の衝撃に耐えることができなければならない。屈曲チューブの場合には、押出し成形チューブの場合のように、材料厚の増大によってチューブを補強することができない。しかしながら、屈曲チューブの壁厚を局所的に増大させる必要があり、これは、屈曲チューブの厚さは一般に約０．２ｍｍであり、これでは石による衝突に耐えるという観点からは不十分であるためである。

第１の既知の屈曲チューブにおいて、チューブの壁は、チューブの一方側またはノーズの位置で壁自体が数回水平に曲げられ、それにより、チューブノーズの材料の厚さが増大される。欠点は、このようにすると、チューブの高さが、チューブの材料の厚さによって決まり、曲げの数に対応する、という点である。

他の既知の屈曲チューブにおいて、チューブは、その一方側に沿って予め開放しており、この開放側は、その後、壁の２つの面同士の厚さを重ね合わせることによって閉じられる。この種の解決策の欠点は、このようにして閉じられる側の位置で密閉が不完全になる恐れがある、という点である。

独国特許第１０２００６００６６７０号明細書は、多数の垂直曲げを有する側面を含む解決策について説明している。この解決策の主な欠点は、過度な材料消費をもたらす、という点である。

米国特許第６１９２９７７号明細書は、一端がチューブの壁の重ね合わせにより構成されるチューブについて説明する。この解決策は、例えば１ｍｍ程度の高さが低いチューブの場合には制御することが難しい。

また、内部セパレータを有するチューブも、特に独国特許第１０２００５０４３０９３号明細書から知られている。チューブと内部セパレートとを一緒にすると、従来の手段（例えば、ナイフでのカット）を用いてチューブと内部セパレータとを所定の長さにカットし続けることができないが、これは、内部セパレータが、この作業中に圧縮される傾向があるからである。この場合には、チューブが最初に成形された後に所定長にカットされ、内部セパレータも成形された後に所定長にカットされ、その後、チューブと内部セパレータとが組み付けられる。この形態では、チューブと内部セパレータとの間に内部セパレータを挿入できるように、機能的な隙間を残す必要がある。この隙間は、構成要素同士の正確な蝋付けには適さない。

既存の解決策では、機械的強度を高めるために必要な内部セパレータとチューブの壁との間の接触が必ずしも保証されるとは限らない。また、既存の解決策では、石の衝突の問題が残る。

本発明の目的は、これらの欠点を改善することであり、本発明は、その構造によって内部セパレータがチューブ、特にチューブの少なくとも片側を補強できるようにする、流体循環チューブに関する。

この目的を達成するため、熱交換器チューブは、ハウジングを画定する屈曲壁と、ハウジング内に挿入される、例えば波形の内部セパレータとを備える。内部セパレータは、複数の流体循環チャネルを画定する。チューブの壁は、円弧部によって接続される広い表面を有する。内部セパレータは、例えばチューブの一方のオリフィスから他方のオリフィスへと縦方向に延びる。広い表面は、特に平面であって、かつ、互いに平行である。

本発明によれば、チューブは、壁と内部セパレータとの間の隙間が少なくとも１つの円弧部の長さに沿って埋められるように構成される。すなわち、チューブの断面、つまり、チューブの縦軸に対して直交する断面を考慮すると、内部セパレータとチューブの壁との間の隙間は、内部セパレータの全長にわたってあるいは長さの一部にわたって円弧部に沿って埋められる。この効果は、内部セパレータとチューブの壁との間の全体の接触面積を増大させるので、少なくともチューブのノーズの位置で、チューブの厚さを増大させることである。

本発明の一態様によれば、内部セパレータは、少なくとも１つの平坦部を１つの頂点に含み、前記平坦部が壁と接触する。これは、チューブの平らな面での機械的強度を含めて、機械的強度を高める、という利点を有する。

本発明の一態様によれば、内部セパレータは、その頂点のそれぞれに平坦部を有し、前記平坦部が壁と接触する。

本発明の一態様によれば、チューブは、壁と内部セパレータとの間の隙間が各円弧部に沿って埋められるように構成される。これは、チューブの両側でチューブノーズを補強するので、補強された側に印を付ける必要がなくなる、という利点を有する。

本発明の一態様によれば、チューブがＢの形状の断面を有し、前記壁が前記Ｂ形状断面の中央部の位置で直面する脚を備える。前記脚のうちの少なくとも一方が、内部セパレータと接触する。これは、チューブの機械的強度を高める、という利点を有する。

なお、本発明によれば、これらの様々な特徴は、１回蝋付けされたチューブおよび未だ蝋付けされないチューブのいずれにおいても得られる。

また、本発明は、先に規定されたチューブを含む熱交換器にも関する。これらの流体循環チューブを有する熱交換器は、自動車エアコンループ等の凝縮器を形成することが好ましい。前述したように、そのような熱交換器は、例えばエアコンの凝縮器を形成するために、自動車の分野において特定の用途を見出す。

熱交換器は、例えば、前述の構造を有する。

また、本発明は、熱交換器チューブ、特に自動車エアコンシステムの凝縮器を形成する方法にも関する。チューブは、ハウジングを画定する屈曲壁と、ハウジング内に隙間をもって挿入される、例えば波形の内部セパレータとを備える。内部セパレータは、複数の流体循環チャネルを画定し、また、チューブの壁は、高さＨの円弧部によって接続される長さＬの広い表面、特に平らな表面を有する。方法は、内部セパレータをハウジング内へ挿入するステップと、チューブをその高さ方向で圧縮するステップとを備える。本発明によれば、圧縮は、それがチューブを高さＨ１から高さＨ２（Ｈ２＜Ｈ１）まで、かつ、長さＬ１から長さＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）まで圧縮し、それにより、壁と内部セパレータとの間の隙間が少なくとも部分的に埋められることを特徴とする。

チューブを高さＨ１から高さＨ２（Ｈ２＜Ｈ１）まで、かつ、長さＬ１から長さＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）まで圧縮することにより、圧縮は、特に少なくとも一方のチューブノーズの位置で、挿入体とチューブの壁との間の全体の接触面積を増大させることができる。これは、内部セパレータと該内部セパレータに接触するチューブの壁との間の更に良好な蝋付けを可能にする、という利点を有する。本発明の方法の他の利点は、圧縮（すなわち、変形）により内部セパレータを含むチューブの直線的で均一な再形成が可能になる、という点である。

本発明の一態様によれば、方法は、例えば材料のシートを曲げることによってチューブの壁が形成される予備的なステップを含み、曲げ後に、壁がほぼ閉じられた断面を有し、該断面内に内部セパレータが挿入される。

本発明の一態様によれば、方法の圧縮ステップ中に、チューブの平らな面に対して略直交する方向に圧縮される。

本発明の一態様によれば、圧縮ステップは、チューブおよびその構成要素、壁、および／または、挿入体が前述の特徴を有するように構成される。

添付図面は、本発明をどのようにして実施できるのかを説明する。これらの図において、同一の参照符号は同様の要素を示す。

本発明の一実施形態に係る圧縮前のＢ形状へと曲げられたチューブであって、チューブの壁間に挿入される内部セパレータを含む、チューブを示す図。 圧縮後の図１Ａのチューブを示す図。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、本発明によれば、特に自動車用のエアコン凝縮器の熱交換器チューブ１００は、ハウジング１１５を画定する屈曲壁１０５と、ハウジング内に挿入される内部セパレータ１３０とを備える。特に波形の内部セパレータ１３０は、複数の流体循環チャネル１３６を画定する。壁１０５は、円弧部１１０によって接続される広い、例えば平らな表面を有する。チューブの壁は、特に、Ｂ形状の断面を有する。

言い換えると、図示の例では、チューブが曲げられた後に断面にカットされると、チューブの薄壁は、扁平なＢの全体形状を成す断面を有するが、これはすなわち、該断面は、横方向に延びるベース部分と、２つの接続部分と、同一平面上にある２つの上端部分と、を有し、この２つの上端部分は、隣接端部脚で終端し、この隣接端部脚は、ベース部分と平行で、ベース部分に対して垂直に面し、かつ、ベース部分から離れている。このとき、Ｂのループに対応する２つの縦方向の平行な内部空間またはチャネルが画定され、これらの内部空間またはチャネル内には、それらの全長にわたり、既知の態様で、内部セパレータまたはディスターバの２つの屈曲配列が挿入され、これらの２つの配列は、チューブの屈曲壁のベース部分と端部脚との間に残された空間内に挿入される平らな接続部分によって互いに接続される。

この内側スペーサあるいはこれらの内側スペーサのそれぞれは、特に、凝縮器の熱性能と、チューブの機械的強度とを向上させる機能も有しているが、このチューブは、ループが動作しているときの２０バール程度の動作圧に耐えるだけでなく、フレオン系の冷却流体に関して、仕様により、特に最大１００バールのチューブ破裂定格により課される動作圧にも耐えなければならないものである。明らかに、事前に組み付けられた凝縮器（マニホールド内に入れ子にされた、内部セパレータを有するチューブ）が蝋付け炉内に配置された後、特に、クラッディングにより、それぞれの内部セパレータの縦方向の波形の屈曲の頂点を、それぞれのチューブのＢの形状へと曲げられた壁の内面に対して取り付けることができるが、このクラッディングは、チューブに（内部セパレータにおよび／またはチューブの壁に）設けられ、かつ、その融点がチューブの壁および内部セパレータを構成する材料（例えば、アルミニウム合金）の融点よりも僅かに低いものである。

本発明によれば、チューブ１００は、壁１０５と内部セパレータ１３０との間の隙間が少なくとも１つの円弧部１１０に沿って埋められるように構成される。隙間は、チューブ１００の円弧部１１０の内径と内部セパレータ１３０の端部１３４の湾曲部との間に存在する空間によって画定される。このことは、円弧部の全長にわたって（すなわち、円弧部の湾曲の全体に沿って）壁１０５と内部セパレータ１３０との間の隙間が完全に埋められるように、接触が連続的であることを意味する。チューブは、壁１０５と内部セパレータ１３０との間の隙間が、例えばそれぞれの円弧部１１０に沿って埋められるように構成される。

図示の実施形態において、内部セパレータ１３０は、頂点１３２に、特にそれぞれの頂点１３２に、少なくとも１つの平坦部を含み、前記平坦部は壁と接触する。

既に述べたように、チューブ１００は例えばＢ形状の断面を有し、また、壁は、前記Ｂ形状断面の中央部分の位置で接合される脚１２０を有し、脚１２０のうちの少なくとも一方が内部セパレータ１３０と接触する。

更に、本発明は、特に自動車エアコンシステムの凝縮器のための熱交換器チューブの製造方法に関する。本発明によれば、チューブ１００は、ハウジング１１５を画定する壁１０５と、ハウジング１１５内に挿入される内部セパレータ１３０とを備える。内部セパレータ１３０は、複数の流体循環チャネル１３６を画定する。壁は、高さＨの円弧部によって接続される長さＬの広い面、特に平らな面、を有する。図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、長さＬは、チューブ１００のその縦断面の方向の寸法に対応する。図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、高さＨは、チューブ１００の全体の厚さ、すなわち、チューブの断面の方向の厚さに対応する。無論、図示されていないが、チューブは、図１Ａおよび図１Ｂの平面に対して直交する縦軸に沿って延びる。

本発明の方法は、第１のステップを含み、この第１のステップでは、内部セパレータ１３０がチューブ１００のハウジング１１５内へ隙間を伴って挿入される。

本発明の方法は、第２のステップを含み、この第２のステップでは、チューブ１００が高さＨの方向で圧縮される。この圧縮は、チューブを高さＨ１から高さＨ２（Ｈ２＜Ｈ１）まで、かつ、長さＬ１から長さＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）まで圧縮できることを特徴としており、チューブ１００は、圧縮後に、壁１０５と内部セパレータ１３０との間の隙間が少なくとも部分的に埋められるように構成される。

圧縮ステップは、本発明の保護範囲を限定することなく変形ステップへと一般化されてもよい。

圧縮ステップまたは変形ステップは、壁１０５および内部セパレータ１３０を較正可能にする。このステップは、チューブ１００の再形成を可能にし、チューブの寸法を変更する。再形成前は、高さＨの方向、および、長さＬの方向にも、内部セパレータ１３０の挿入を可能にする隙間が存在する。壁１０５および内部セパレータ１３０の寸法は、これらの２つの部分の製造公差にかかわらず、この隙間が存在するように予め規定することができる。その場合、再形成寸法は、チューブ１００および内部セパレータ１３０を較正して、この挿入のために設けられる少なくとも１つの隙間または更には全ての隙間を埋めるように、規定される。

圧縮ステップにより、高さＨを減少させて、長さＬを増大させることができる。この効果は、壁１０５と内部セパレータ１３０との間の円弧部に沿う隙間を埋めることであり、かつ、構成要素の蝋付けを可能にすることである。それらの設計により、壁１０５の寸法Ｌの増大は、内部セパレータ１３０の寸法の増大よりも小さくなる。

言い換えると、圧縮ステップは、内部セパレータ１３０の長さ寸法Ｌを壁１０５の長さ寸法よりも多く増大させることができるようにする。これにより、内部セパレータ１３０とチューブノーズ１１０の内径との間の組み付け隙間を埋めることができる。更に、これにより、２つの構成要素（すなわち、壁１０５と内部セパレータ１３０）の蝋付けを行なうことができるので、特にチューブノーズ１１０の位置で、機械的な強度を高めることができる。

方法は、例えば材料のシートを曲げることによってチューブの壁が形成される予備的なステップを含むことができ、曲げ後に、チューブの壁は略閉じられた断面を有し、該断面内に内部セパレータが挿入される。

一実施形態では、方法の圧縮ステップ中に、チューブの平らな面に対して略直交する方向に圧縮される。

圧縮ステップは、チューブおよびその構成要素、壁、および／または、内部セパレータが、例えば上述の特徴を有するように構成される。

具体的には、圧縮ステップを、圧縮後に、内部セパレータ１３０が少なくともその頂点１３２のうちの１つに平坦部を含むように構成することができ、前記平坦部は壁と接触する。

このように、圧縮ステップは、内部セパレータ１３０の頂点１３２の少なくとも一部または全部に平面領域を形成することができる。言い換えると、高さの減少の結果は、内部セパレータ１３０の押し潰しであり、この内部セパレータ１３０の押し潰しは、内部セパレータの頂点に内部セパレータ１３０の曲げ角を変える較正の大きさに応じた平坦部をもたらす。その効果は、壁１０５の内壁と内部セパレータ挿入体１３０との間の蝋付けを保証することだけでなく、この組み合わせの機械的強度を増大させることである。

圧縮ステップは、壁１０５と内部セパレータ１３０との間の隙間が各円弧部１１０に沿って埋められるように構成することもできる。

圧縮ステップは、圧縮後に、前記脚１２０のうちの少なくとも１つが内部セパレータ１３０と接触するように更に構成することもできる。

Claims (10)

1. 熱交換器チューブ、特に自動車エアコンシステムの凝縮器であって、前記熱交換器チューブ（１００）は、
   ハウジング（１１５）を画定する屈曲壁（１０５）と、
   前記ハウジング内に挿入される内部セパレータ（１３０）と、を備え、
   前記内部セパレータ（１３０）は、複数の流体循環チャネル（１３６）を画定し、前記壁（１０５）は、円弧部（１１０）によって接続される広い表面を有し、
   前記熱交換器チューブ（１００）は、前記壁（１０５）と前記内部セパレータ（１３０）との間の隙間が少なくとも１つの前記円弧部（１１０）の長さに沿って埋められるように構成されることを特徴とする、熱交換器チューブ。
2. 前記内部セパレータ（１３０）は、波形状であり、かつ、少なくとも１つの平坦部を１つの頂点（１３２）に含み、前記平坦部は前記壁（１０５）と接触する、請求項１に記載のチューブ。
3. 前記内部セパレータ（１３０）は、波形状であり、かつ、その頂点（１３２）のそれぞれに平坦部を有し、前記平坦部は前記壁（１０５）と接触する、請求項１または２に記載のチューブ。
4. 前記熱交換器チューブ（１００）は、前記壁（１０５）と前記内部セパレータ（１３０）との間の隙間が前記円弧部（１１０）のそれぞれに沿って埋められるように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のチューブ。
5. 前記熱交換器チューブ（１００）は、Ｂの形状の断面を有し、前記壁（１０５）は、前記Ｂ形状断面の中央部で直面する脚（１２０）を含み、前記脚（１２０）のうちの少なくとも１つは、前記内部セパレータ（１３０）と接触する、請求項１から４のいずれか一項に記載のチューブ。
6. 熱交換器、特に自動車エアコンシステムの凝縮器であって、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器チューブ（１００）を少なくとも１つ含むことを特徴とする熱交換器。
7. 熱交換器チューブ（１００）、特に自動車エアコンシステムの凝縮器を形成する方法であって、
   前記熱交換器チューブ（１００）は、ハウジング（１１５）を画定する屈曲壁（１０５）と、前記ハウジング（１１５）内に挿入される内部セパレータ（１３０）とを備え、前記内部セパレータ（１３０）は複数の流体循環チャネル（１３６）を画定し、前記壁が高さＨの円弧部によって接続される長さＬの広い表面を有し、
   − 前記内部セパレータ（１３０）を、前記熱交換器チューブ（１００）の前記ハウジング（１１５）内へ隙間を伴って挿入するステップと、
   − 前記熱交換器チューブ（１００）をその高さ方向で圧縮するステップであって、前記圧縮は、前記熱交換器チューブ（１００）を高さＨ１から高さＨ２（Ｈ２＜Ｈ１）まで、および、長さＬ１から長さＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）まで圧縮し、前記熱交換器チューブ１００は、圧縮後に、前記壁（１０５）と前記内部セパレータ（１３０）との間の隙間が少なくとも部分的に埋められるように構成される、ステップと、
   を備える方法。
8. 材料のシートを曲げることによって前記熱交換器チューブ（１００）の前記壁（１０５）が形成される予備的なステップを含み、曲げた後に、前記壁（１０５）は、略閉じられた断面を有し、該断面内に前記内部セパレータ（１３０）が挿入される、請求項７に記載の方法。
9. 前記熱交換器チューブ（１００）の平らな面に対して略直交する方向で圧縮が行われる、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記圧縮ステップは、前記熱交換器チューブ（１００）およびその構成要素、前記壁（１０５）、または、前記内部セパレータ（１３０）が、請求項１から５のいずれか一項に記載の特徴を有するように構成される、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。

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