JP2015505605A - 車両、特に自動車両用の冷却ラジエータ - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の流体と第２の流体との間での熱交換を可能とする管束を備えた、車両、特に自動車両用の冷却ラジエータに関する。その管束は、第１の流体の通過する少なくとも１列の平行管（２）を含んでおり、それらの管（２）は扁平に設計されると共に、管（２）同士が、管ピッチとして知られるピッチだけ第１の方向へ互いに間隔を離されている。また、それらの管（２）には、第１の流体の流れを乱すように設計された波形部（２２）が設けられている。その管ピッチは５から８ｍｍである。

Description

本発明は、車両、特に自動車両用の冷却ラジエータに関する。その発明は特に、車両のエンジン用の冷却ラジエータに関することができる。

平行管の管束と、２つの集合部（或いは集合ボックス）とを備えた冷却ラジエータが知られている。その集合部内には、各管の対応する端部が固定・流体密式に連結されている。従って、冷却流体が、各管を通じて循環し、それらの管同士の間を通る外気の流れと熱交換をすることができる。このために、ラジエータは車両の前面に設置され、気流はグリルを通過することによってラジエータに到達する。

そのような交換器の熱的性能を向上させるために、既に多くの解決策が提案されてきている。特に、それらの管に、流体の流れを乱すことを可能とする波形部を設けることができる、ということが知られている。確かに、乱流があることによって熱交換が改善されるのである。

しかしながら、そのような解決策は、交換器によって生じる圧力降下を増大させてしまう。従って、それはエンジンの冷却システム内で流体を循環させるのに用いられるべきポンプを過大なものにしてしまう、という結果をもたらす。

これに並んで、比較的小さな管ピッチ、即ち管同士の間の間隔を有した熱交換器についての提案が既になされている。そのような特徴もまた（今度は空気における）圧力降下の発生という欠点を有している、ということに留意されたい。

かくして、ラジエータを介して熱交換を行う流体に生じる圧力降下を制御しつつ改善された熱的性能を有する冷却ラジエータに対しての必要性が存在するのである。

この目的のために本発明は、車両、特に自動車両用の冷却ラジエータであって、第１の流体と第２の流体との間で熱が交換されることを可能とする管束を備え、当該管束は、第１の流体の通過する少なくとも１列の平行管を備え、当該管は扁平に設計されると共に、管同士が、管ピッチとして知られるピッチだけ第１の方向へ互いに間隔を離されており、当該管には、前記第１の流体の流れを乱すように構成された波形部が設けられており、前記管ピッチは５から８ｍｍ、特に５．５から７．５ｍｍ、より特定的には６から７ｍｍである、ラジエータを提案するものである。

用語「扁平管」は、左右の、或いは丸められた両側面によって連結される互いに平行で平坦な２つの大きい方の面を備えた管であって、その管の全高（即ち、その平坦な大きい方の面に垂直な方向の寸法）が、その管の全幅（即ち、その管の全高と、その管の縦軸線とに垂直な方向の寸法）よりも小さい管を意味する。

本発明の特に有利な一実施形態は、冷却ループ内で用いられるポンプの運転特性と、ラジエータの作動を最適化させるのを可能とするであろう当該ラジエータの特性との間の、本件出願人によって成された関連付けに依るものである。

これに関して図１は、ポンプが発生させる流体の流量「Ｄ」の関数としての、そのポンプの全効率「ｅ」を示している。効率が、初めに一定流量まで増大して行ってから減少しているのを分かることができる。換言すれば、ポンプの効率がその最大値となる流量の値（ここでは毎時４０００リットル前後）が存在するのである。

図２は、ポンプが発生させる流量「Ｄ」の関数としての、そのポンプを出て行く流体の圧力「Ｐ」を示している。圧力が流量と共に降下しているのを分かることができる。

車両の全エネルギー効率を最適化する観点では、ポンプをその最大効率の領域内で作動させるのが有利である。この値を図２の曲線に移すことによって、ポンプ出口での対応する圧力を割り出すことができ、それにより冷却システムに対して最適な全圧力降下を決定することが可能となる。

回路の他の構成要素、例えばエンジンや、エンジンと冷却ラジエータとの間の循環流路などから結果として生じる圧力降下は、既知であったり、具体的に挙げられたりするので、ラジエータについての対応する圧力降下を見積もることができる。

そういうことで本件出願人は、上記で定義したようなラジエータによって生じる圧力降下に特に影響するパラメータは、管の輪郭形状、もっと具体的には管の内部高さｈ_Ｔである、ということを発見している。用語「内部高さ」は、管の平坦な面の内壁同士の間の距離、即ち管内を循環する流体の層の高さを意味し、そのような距離は、波形部を何ら有していない壁の部分において測定される。

かくして曲線３および４は、このパラメータと、ポンプを出て行く圧力、および当該ポンプの全効率との間の関係をそれぞれ示している。

従って本発明は、管が０．６から１．５ｍｍ、より特定的には０．８から１．２ｍｍの内部高さを有しているラジエータを提案するものである。実際に図４で、この値の範囲においてポンプが最適に機能するということに気付くことができる。

一緒に、或いは個別に採用され得る本発明の他の特徴によれば、
− 管の材料の厚さは２７０μｍ以下、特に２３０μｍ以下、より特定的には２００μｍ以下であり、
− 波形部は、管の断面積の１０から５０％を占めるように構成されており、
− 波形部は、管の内部容積の１０％未満を占めるように構成されており、
− 管は、１０から４５ｍｍの幅を有しており、
− 管は、
− ２４ｍｍ未満の幅、および１ｍｍ以上の内部高さと、
− ２４ｍｍより大きい幅、および１ｍｍ未満の内部高さと、
のいずれかを有しており、
− 波形部は、管の壁の材料から作り出されており、
− 波形部は自由端部を有しており、
− 当該管は、材料のシートを曲げることによって形成されている。

添付図面は、如何にして本発明を実施することができるかを理解するのを容易にしてくれるであろう。これらの図面において、同一の参照符号は同様の要素を示している。

先に言及した、ポンプが発生させる流体の流量の関数としての、そのポンプの全効率を示す図。 先に言及した、図１のポンプが発生させる流体の流量の関数としての、そのポンプを出て行く流体の圧力を示す図。 先に言及した、図２を取り上げて、それを冷却ラジエータの管の内部高さと組み合わせた図。 先に言及した、図１を取り上げて、それを図３で用いたのと同じ特徴と組み合わせた図。 本発明による冷却ラジエータの全体図。 図５の交換器における管の断面図。

図５に示すように本発明は、第１の流体と第２の流体との間で熱が交換されることを可能とする管束を備えた、車両、特に自動車両用の冷却ラジエータ１に関する。その第１の流体は、例えば水とグリコールとの混合物などの冷却流体によって構成される。第２の流体は、例えば空気によって構成される。

当該ラジエータは、自動車両のグリルを通過する周囲空気の流れが吹き過ぎるようにするために、その車両の前面に設置されるように構成することができる。

前記管束は、第１の流体が流通することのできる、互いに平行な１列の管２を備えている。当該管２は、図にＡで印す縦方向に伸びている。ここでは各管２は、前記第１の流体が当該ラジエータを通じて循環できるように、そのラジエータの集合ボックス３，４に対して固定・流体密式に連結される２つの縦方向端部２Ａを有している。

前記集合ボックス３，４は例えば、各ボックスの内部容積を画成する集合プレートおよびカバーを備えている。管２、特に管２の縦方向端部２Ａは、集合プレートに設けられた開口を通じて、前記内部容積内へと開いている。これらの集合ボックス３，４には、取付ブラケット（図示せず）を付加することができる。当該集合ボックスはまた、入口５と出口６の配管をそれぞれ備えることもできる。

前記集合ボックス３，４の集合プレートは、例えば金属、特にアルミニウムやアルミニウム合金で出来ている。カバーは例えば、プラスチックで出来ていて、集合プレート上にかしめられている。変形例としては、集合プレートとカバーが両者とも、金属、特にアルミニウムやアルミニウム合金で出来ている。

管２内を循環する流体と、当該管２同士の間を循環する空気との間での熱交換の表面積を増大させるように、管２同士の間にスペーサ７を配置することができる。ここでは管２とスペーサ７とが、図の平面内で軸線Ａに垂直な方向Ｂへ交互に積み重ねられている。

ラジエータはまた、管２とスペーサ７との積重ねの両側に、管束を保護する側材８を備えることもできる。

図６に示すように、前記管２は扁平となるように設計されている。既に述べたように、これは、各管２が、左右の、或いは丸められた両側面１２によって連結される互いに平行で平坦な２つの大きい方の面１０ａ，１０ｂを備えていることを意味する。これは、各管２の高さ、即ち、その平坦面１０ａ，１０ｂに垂直な方向（これは管２とスペーサ７との積重ねの方向Ｂに対応する）における寸法が、当該管２の幅Ｌ_Ｔ、即ち、それらの管２の縦軸線Ａと方向Ｂとに垂直な方向の寸法よりも小さいことを意味する（当該縦軸線は、図の平面に対して直交している）。

管２は例えば、金属ストリップ１４を備え、そのストリップ１４が、数個の流体循環流路１６ａ，１６ｂを画成するようにそれ自体の上に折り返された型式のものである。

前記管２は、特に前記金属ストリップ１４が脚部１８ａ，１８ｂを有した構成を有することができる。それらの脚部１８ａ，１８ｂは、前記流路１６ａ，１６ｂを画成するように、管の第１の平坦面１０ａを第２の平坦面１０ｂと繋いでいる。これは、当該脚部１８ａ，１８ｂの自由端部が前記第２の平坦面１０ｂと接していることを意味する。

図６でもっと容易に分かることができるように、前記脚部１８ａ，１８ｂは例えば、金属ストリップ１４の肘状屈曲部２０で形成された基部を有している。その肘状屈曲部２０は、それらの脚部１８ａ，１８ｂを第１の平坦面１０ａに連結している。それらの脚部はここでは、特に自らの剪断端部を介して第２の平坦面１０ｂに当たって終わるように、互いに押し付けられ合って伸びている。ここでは、それらの脚部は、互いに断面が略等しい２つの流路１６ａ，１６ｂを画成している。換言すれば、当該脚部１８ａ，１８ｂは、管２の正中面（中央平面）に沿って定置されている。かくして当該管は、実質的に略Ｂ字形の輪郭形状を有している。

そのような管２は、例えば蝋付けによって、流体密に作られる。当該交換器における各管２の蝋付けは特に、その交換器の全ての金属部分の蝋付けと同時に行われる。この点に関して、前記材料のシート１４は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金で出来ているのである。

この場合、本発明によれば、前記管２には、前記第１の流体の流れを乱すように構成された波形部２２が設けられている。波形部２２の用語は、前記管２によって画成される（１つないし複数の）流路１６ａ，１６ｂ内へと突き出ている輪郭を有した形状を意味する。図６においては、当該波形部２２のうちの一部が横断面内にあるが、他のものは、その横断面の背後に位置している。

各波形部２２は、管の壁の材料、即ち、ここでは金属ストリップ１４から作り出すことができる。それらの波形部は、例えば当該金属ストリップ１４を深絞り加工することによって形成される。それらの波形部は、特に管の平坦面１０ａ，１０ｂ上に設置される。当該波形部２２は、例えば自由端部（２６）を有している。これは、それらの波形部が、反対側の平坦面１０ａ，１０ｂとも、当該波形部２２のうち別のものとも接していないことを意味する。

各管について、前記波形部２２は、例えば管の断面積の１０から５０％を占めるように構成される。換言すれば、
− Ｓ_ｆｄが、波形部の前面断面積、即ち管の（１つないし複数の）循環流路１６ａ，１６ｂの断面のうち波形部２２によって遮られる部分の表面積であり、
− Ｓ_ｔｌが、平滑な管（Ｓ_ｔｌ）の内部断面積、即ち管が波形部２２を伴わないならば有するであろう断面積である、
としたとき、比率Ｓ_ｆｄ／Ｓ_ｔｌは、１０から５０％、好ましくは１０から４０％、より好ましくは２０から４０％の範囲内にある。そのような関係は、例えば管の全長に沿って、或いは少なくとも、管における１つないし複数の波形部を通る全ての断面について当て嵌まる。

各管について、当該波形部２２は、管の内部容積の１０％未満を占めるように構成することもできる。換言すれば、
− Ｖ_ｔｄが、管の内部における波形部２２の総容積であり、
− Ｖ_ｔｌが、管の総内部容積である、
としたとき、比率Ｖ_ｔｄ／Ｖ_ｔｌは、０．１未満、好ましくは０．０５未満である。

なお本発明によれば、前記管２同士は更に、５から８ｍｍの、管ピッチとして知られる（図５に見える）ピッチＴ_ｐだけ方向Ｂへ互いに間隔を離されている。前記管ピッチは、特に５．５から７．５ｍｍ、より特定的には６から７ｍｍとすることができる。

そのような波形部２２が設けられて、そのような管ピッチを有した管２を用いることによって、ラジエータの性能は既に最適化される。

この結果を更に改善するには、０．６から１．５ｍｍ、より特定的には０．８から１．２ｍｍの内部高さｈ_Ｔを有した管２を選択することもできる。

用語「内部高さ」は、既に述べたように、管２の平坦面１０ａ，１０ｂの内壁２４ａ，２４ｂ同士の間の距離、或いは、その代わりに当該管２内を循環する第１の流体の層の高さを意味し、そのような距離は、波形部２２を何ら有していない壁の部分において測定される。

前記管２は、２７０μｍ未満、特に２３０μｍ未満、より特定的には２００μｍ未満の材料の厚さｅ_Ｔを有することができる。

様々な管束幅を用いることができる。かくして管２は、例えば１０から４０ｍｍ、特に１４から３４ｍｍの幅Ｌ_Ｔを有する。より特定的には、各管２は、
− ２４ｍｍ未満の幅Ｌ_Ｔ、および１ｍｍより大きい内部高さｅ_Ｔと、
− ２４ｍｍより大きい幅Ｌ_Ｔ、および１ｍｍ未満の内部高さｅ_Ｔと、
のいずれかを有することができる。

前記波形部２２は、管２の表面上においてあり得る全ての分布や形状を有することができる、ということに留意されたい。かくして、それらの波形部を例えば、幾つも列を成して、或いは、同じ平坦面１０ａ，１０ｂ上で、および／または一方の平坦面１０ａ，１０ｂから次の平坦面へと千鳥状（互い違い）に配置することができる。それらの波形部はまた、円形にすることもでき、或いは管の縦軸線Ａに対して互いに同じ角度や異なる角度を成して長く伸びた断面を有することもできる。

Claims (10)

1. 車両、特に自動車両用の冷却ラジエータであって、第１の流体と第２の流体との間で熱が交換されることを可能とする管束を備え、前記管束は、前記第１の流体の通過する少なくとも１列の平行管（２）を備え、前記管（２）は扁平に設計されると共に、前記管（２）同士が、管ピッチとして知られるピッチＴ_ｐだけ第１の方向へ互いに間隔を離されており、前記管（２）には、前記第１の流体の流れを乱すように構成された波形部（２２）が設けられており、前記管ピッチは５から８ｍｍである、ラジエータ。
2. 前記管（２）は、０．６から１．５ｍｍの内部高さを有している、請求項１記載のラジエータ。
3. 前記管（２）は、１０から４５ｍｍの幅Ｌ_Ｔを有している、先行請求項のいずれかに記載の加熱ラジエータ。
4. 前記管は、
   − ２４ｍｍ未満の幅Ｌ_Ｔ、および１ｍｍ以上の内部高さｈ_Ｔと、
   − ２４ｍｍより大きい幅Ｌ_Ｔ、および１ｍｍ未満の内部高さｈ_Ｔと、
   のいずれかを有している、前記請求項のいずれかに記載の加熱ラジエータ。
5. 前記波形部（２２）は、前記管（２）の壁の材料から作り出されている、先行請求項のいずれかに記載のラジエータ。
6. 前記波形部（２２）は自由端部（２６）を有している、先行請求項のいずれかに記載のラジエータ。
7. 前記管（２）は、材料のシート（１４）を曲げることによって形成されている、先行請求項のいずれかに記載の加熱ラジエータ。
8. 前記管（２）の材料の厚さｅ_Ｔは２７０μｍ以下である、先行請求項のいずれかに記載の加熱ラジエータ。
9. 前記波形部（２２）は、前記管（２）の断面積の１０から５０％を占めるように構成されている、先行請求項のいずれかに記載の加熱ラジエータ。
10. 前記波形部（２２）は、前記管（２）の内部容積の１０％未満を占めるように構成されている、先行請求項のいずれかに記載の加熱ラジエータ。

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