JP2020529573A - 攪乱装置を有する熱交換器用チューブ - Google Patents

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Abstract

熱交換器用のチューブ(2)であって、前記チューブ内で流れることが可能な流体の流れを攪乱するための少なくとも1つの攪乱装置(4)を備えるチューブ(2)において、前記攪乱装置(4)は、前記チューブ(42)の内部に向けて前記チューブの壁に設けられた局所凹部からなるとともに、シェブロン(43)の形状を有し、前記シェブロン(43)は、先端部(48)から自由端部(440,460)に向かって広がる少なくとも第1枝部(44)と第2枝部(46)とを備える、チューブ(2)。

Description

本発明は、特に自動車両の空調ループに装備される、又は車両のエンジンを冷却することが意図された熱交換器の分野に関する。
特に車両の空調ループに装備される熱交換器は、2つの異なる流体が混合されることなくこれらの間で熱交換が行われるように、これらの流体が2つの別個の空間において隣接して流れるように構成されている。特に自動車両の分野において使用される一種の熱交換器は、流体が流れる空間を規定するように積み重ねてろう付けしたチューブから構成されるチューブ熱交換器である。
熱交換器及びこれが取り付けられている熱力学回路内において、流体は、熱エネルギーを放散又は吸収しつつ流れる。熱交換器及び熱力学回路の効率は、これらを通過する流体同士の熱交換により主に決まる。したがって、内部を流れる流体間で熱交換が行われる熱交換器の設計を最適にする必要がある。この目的のために、流体間の熱交換を向上させるべく、流体が流れる空間において各流体を撹拌することが考えられ得る。また、熱交換器に流体の流れを攪乱するための装置を設けることが知られている。流体の更なる撹拌のために、攪乱装置の個数を増加させ得るとともに、これらを互いに近接して配置し得ることが理解される。しかしながら、この解決策は、撹拌及び熱交換量の向上には寄与するものの、熱交換を最適化するという前述の問題に応えるものではない。なぜならば、攪乱装置の個数を増加させると圧力損失が顕著になり、流体の流れや、ひいては熱交換器の効率性が制限されるからである。
したがって、本発明の目的は、熱交換器用のチューブであって、熱交換器を通過する流体間の熱交換を向上させるように構成されるチューブを設計することにより、特にこれらの流体が受ける圧力損失を制限しつつ前述の欠点を克服することである。更に、チューブは、単純な機械加工及び単純な形状を有する対応するツールにより製造されるように構成されるため、安価である。
したがって、この文脈において、本発明は、熱交換器用のチューブであって、前記チューブ内で流れることが可能な流体の流れを攪乱するための少なくとも1つの攪乱装置を備えるチューブにおいて、前記攪乱装置は、前記チューブの内部に向けて前記チューブの壁に設けられた局所凹部からなるとともに、シェブロンの形状を有し、前記シェブロンは、先端部から自由端部に向かって広がる少なくとも第1枝部と第2枝部とを備えるチューブ、に関する。
本発明の第1実施形態によれば、前記チューブは、前記チューブ内で主に第1方向において流れることが可能な流体用の流路を規定するとともに、前記流路に沿った前記流体の流れを攪乱するための複数の攪乱装置を備える。前記攪乱装置は、それぞれ、前記チューブの内部に向けて前記チューブの壁に設けられた局所凹部からなるとともに、シェブロンの形状を有する。前記チューブの横断帯であって、攪乱装置の長手方向寸法に等しい長手方向寸法を有するとともに任意の攪乱装置全体を含む横断帯が、当該攪乱装置のみを含むように、これらの攪乱装置は、前記流体流路に沿って配置される。このような配置は、撹拌現象の改善に寄与し、これにより、流体間の熱交換を向上させつつ熱交換と圧力損失との良好なトレードオフが提供され、したがって熱交換器の性能及び効率性が向上する。
本発明の第1実施形態によるチューブは、有利には、以下の特徴を単独で又は組み合わせて有する。
‐検討されるチューブの断面は、チューブの横断面、すなわち、チューブに沿った流体の流れ方向に対して垂直な平面に従って検討される横断面である。
‐攪乱装置を形成するシェブロンは、先端部から広がる少なくとも2つの枝部を備え、枝部は、1.55乃至30ミリメートルの長さにより規定される。この長さは、1つの枝部の第1端部から、同一枝部の第2端部であって他方の枝部に接合して先端部を形成する第2端部までを測定する。
‐シェブロンの第1枝部は、第2枝部と同一長さである。
‐全ての攪乱装置のシェブロンの枝部は、同一長さである。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの枝部は、流体の流れ方向に対して、20乃至160°の広がり角で配置される。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの2つの枝部は、流体の流れ方向に対して同一角度で配置される。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの枝部は、流体の流れ方向に対して全て同一角度で配置される。
‐チューブの攪乱装置の枝部が流体の流れ方向に対して配置される角度は、上流端部と下流端部との間で徐々に縮小する。チューブの上流端部及び下流端部は、チューブの内部の流体の流れ方向に対して特定される。この縮小は、一定であり得る。この場合、2つの連続するシェブロン間における角度の差は、当該連続するシェブロンがいずれのものであっても等しい。或いは、この縮小は、漸進的であり得る。この場合、縮小は、チューブの一方又は他方の端部に向かって顕著になる。
‐攪乱装置は、0.1乃至0.5ミリメートルの高さにより規定される。この高さは、攪乱装置が延び出るチューブの内面と、攪乱装置の頂点との間で、チューブの壁に対して垂直な方向において測定される。有利には、攪乱装置は、0.1乃至0.3ミリメートルの高さを有する。このような高さの範囲は、本発明によるチューブを通過する流体の攪乱の向上に資すると同時に、流体の流れにおける攪乱に連動する圧力損失の増加を制限する。
‐攪乱装置を形成するシェブロンは、全て同一高さである。或いは、攪乱装置の高さは、チューブの上流端部と、チューブの上流端部の反対側のチューブの下流端部との間で徐々に増加する。この増加は、一定であり得る。この場合、2つの連続するシェブロン間における高さの差は、当該連続するシェブロンがいずれのものであっても等しい。或いは、この増加は、漸進的であり得る。この場合、増加は、チューブの一方又は他方の端部に向かって顕著になる。
‐攪乱装置は、0.5乃至5ミリメートルの厚さにより規定される。この厚さは、攪乱装置の頂点において枝部の中央を通る平面と、攪乱装置がチューブの対応する壁に接する接合縁部を通る平行平面との間で測定される。
‐全ての攪乱装置のシェブロンは、同一厚さを有する。
‐攪乱装置は、チューブの少なくとも1つの壁に配置される。
‐攪乱装置は、チューブの2つの対向する壁に配置される。
‐攪乱装置は、上壁と反対側の下壁とに交互に配置され、全てのものは、これら2つの壁の間に規定された流路の内部に配置される。
‐第1壁に配置された攪乱装置を形成するシェブロンは、第2壁の攪乱装置を形成するシェブロンと反対方向に配向される。
‐攪乱装置は、少なくとも2つのラインにおいて、チューブの長手方向に整列し、2つの連続するライン間の間隔は、1.5乃至30ミリメートルである。この間隔は、チューブの同一壁に配置された攪乱装置の2つの隣接するライン間の距離に相当する。2つの隣接するライン間の間隔は、第1ラインの攪乱装置を形成するシェブロンの先端部と、第2ラインの攪乱装置を形成するシェブロンの先端部との間で測定される。有利には、ライン間距離は、3乃至5ミリメートルである。
‐攪乱装置の2つのライン間の間隔は、チューブ全体に沿って同一である。より具体的には、2つの隣接するライン間の間隔は、チューブの上流端部からチューブの下流端部まで一定である。
‐全てのライン間の間隔は、同一である。すなわち、2つの隣接するライン間の間隔は、当該隣接するラインがいずれのものであっても同じである。
‐少なくとも1つの第1ラインの攪乱装置は、少なくとも1つの第2ラインの攪乱装置に対して、長手方向オフセットを有して配置される。
‐同一ラインの2つの連続する攪乱装置は、1.5乃至30ミリメートルのピッチを置いて離間している。このピッチは、第1攪乱装置のシェブロンの先端部と、第1攪乱装置に隣接する第2攪乱装置のシェブロンの先端部との間で測定される。有利には、同一ラインに連続して配置された2つの攪乱装置間のピッチは、5乃至10ミリメートルである。
‐同一ラインのシェブロン間のピッチは、同一ラインの各連続するシェブロンと同一である。
‐シェブロン間のピッチは、チューブの上流端部とチューブの下流端部との間で徐々に増加する。
‐攪乱装置は、これを支持するチューブと一体である。換言すれば、チューブと攪乱装置とは同一の材料ブロックから製造され、チューブを破壊しない限り一方を他方から分離することはできない。
‐攪乱装置は、延伸、スタンピング、又は金属付加/積層造形法により製造される。
‐チューブは、チューブの内部に規定された内側導管を2つのサブチャネルに分割する中間壁を備える。攪乱装置を形成するシェブロンは、各サブチャネルに配置される。シェブロンは、各サブチャネルにおいて、中間壁に対して対称的に配置される。
本発明の第2実施形態によれば、シェブロン形状の少なくとも1つの幾何学的パラメータが、先端部と枝部の各自由端部との間で変化する値を有するように、チューブは構成される。
このような構成は、撹拌現象の改善に寄与し、これにより、流体間の熱交換を向上させつつ熱交換と圧力損失との良好なトレードオフが提供され、したがって熱交換器の性能及び効率性が向上する。
本発明の第2実施形態のよるチューブは、有利には、以下の特徴を単独で又は組み合わせて有する。
‐変化する幾何学的パラメータは、各枝部の幅である。先端部における各枝部の幅の値は、枝部の各自由端部の幅の値より大きい。
‐変化する幾何学的パラメータは、シェブロンの枝部間に形成された角度である。先端部における角度の値は、枝部の自由端部における角度の値より小さい。
‐変化する幾何学的パラメータは、シェブロンの高さである。先端部(48)における高さの値は、枝部の各自由端部の高さの値より大きい。
‐高さは、攪乱装置が延び出るチューブの内面と、攪乱装置の頂点との間で、チューブの壁に対して垂直な方向において測定される。攪乱装置の頂点とは、攪乱装置が延び出る壁から最も離間した当該セクションの点である。したがって、攪乱装置の先端部の高さは、チューブの壁の内面と攪乱装置のシェブロンの先端部の頂点との間で、チューブの壁に対して垂直な方向において測定される。同様に、攪乱装置の枝部の自由端部の高さは、チューブの壁の内面と攪乱装置のシェブロンの先端部の頂点との間で、チューブの壁に対して垂直な方向において測定される。
‐シェブロンは対称である。より具体的には、シェブロンは、これが起点とする壁に対して垂直な平面であって、先端部を通るとともにチューブの内部の流体の流れ方向に平行な面に対して対称である。
‐攪乱装置の枝部の自由端部は、横手方向に整列している。換言すれば、攪乱装置の枝部の自由端部は、流体の流れ方向に対して垂直なラインに配置される。このような配置において、シェブロンに衝突する流体の流れは、同一攪乱装置の枝部の2つの自由端部に同時に衝突する。
‐先端部の高さの値は、枝部の自由端部の高さの値の2倍に等しい、又は実質的に等しい。
‐或いは、先端部の高さの値は、枝部の自由端部の高さの値の半分に等しい、又は実質的に等しい。各枝部の先端部における幅の値は、枝部の自由端部の幅の値の2倍に等しい、又は実質的に等しい。
‐先端部の高さの値は、枝部の各自由端部の高さの値の合計に等しい、又は実質的に等しい。
‐以上において、また以下において、「実質的に等しい」とは、先端部の高さの値が、枝部の自由縁部の高さの値の2倍ではないが、枝部の自由端部の高さの倍にあたる値の上下範囲の3%内にあり得ることを意味する。このような差は、特に、チューブやその各要素の製造公差を考慮したものである。
‐先端部の高さと枝部の自由端部の異なる高さとの間は、徐々に移行する。すなわち、枝部の先端部から自由端部への移行は、一定の傾斜を形成する。
‐チューブは、複数の攪乱装置を備える。先端部の高さの値は、枝部の各自由端部の高さの値より大きい。
‐攪乱装置は、チューブの第1長手方向端部とチューブの第2長手方向端部との間で連続して配置される。高さの値のうちの少なくとも1つは、連続する装置のうちの1つの装置から次のものに向けて増加する。
‐チューブの内部の流体の流れ方向において、チューブの第1長手方向端部はチューブの上流端部であり、チューブの第2長手方向端部はチューブの下流端部である。
‐攪乱装置は、チューブの第1長手方向端部とチューブの第2長手方向端部との間で連続して配置される。先端部の高さの値及び枝部の各自由端部の高さの値は、連続する装置のうちの1つの装置から次のものに向けて増加する。
‐第1攪乱装置は第1方向において配置され、第2攪乱装置は第1方向と反対の第2方向において配置される。攪乱装置は、チューブの内部を流れる流体を最初に受ける攪乱装置の面である前面により規定される。第1攪乱装置の前面は、第2攪乱装置の前面に等しい。
‐攪乱装置の前面は、チューブの第1長手方向端部とチューブの第2長手方向端部との間で増加する。
‐先端部の高さの値は、0.1乃至0.5ミリメートルである。好適には、先端部の高さの値は、0.3乃至0.5ミリメートルであり、枝部の自由端部の高さの値は、0.15乃至0.25ミリメートルである。
‐枝部は、1.55乃至30ミリメートルの長さにより規定される。この長さは、1つの枝部の第1端部から、同一枝部の第2端部であって他方の枝部に接合して先端部を形成する第2端部までを測定する。
‐シェブロンの第1枝部は、第2枝部と同一長さである。
‐全ての攪乱装置のシェブロンの枝部は、同一長さである。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの枝部は、流体の流れ方向に対して、20乃至160°の広がり角で配置される。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの2つの枝部は、流体の流れ方向に対して同一角度で配置される。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの枝部は、流体の流れ方向に対して全て同一角度で配置される。
‐チューブの攪乱装置の枝部が流体の流れ方向に対して配置される角度は、上流端部と下流端部との間で徐々に縮小する。チューブの上流端部及び下流端部は、チューブの内部の流体の流れ方向に対して特定される。この縮小は、一定であり得る。この場合、2つの連続するシェブロン間における角度の差は、当該連続するシェブロンがいずれのものであっても等しい。或いは、この縮小は、漸進的であり得る。この場合、縮小は、チューブの一方又は他方の端部に向かって顕著になる。
‐攪乱装置は、0.5乃至5ミリメートルの厚さにより規定される。この厚さは、攪乱装置の頂点において枝部の中央を通る平面と、攪乱装置がチューブの対応する壁に接する接合縁部を通る平行平面との間で測定される。
‐全ての攪乱装置のシェブロンは、同一厚さを有する。
‐攪乱装置は、チューブの少なくとも1つの壁に配置される。
‐攪乱装置は、チューブの2つの対向する壁に配置される。
‐攪乱装置は、上壁と反対側の下壁とに交互に配置され、全てのものは、これら2つの壁の間に規定された流路の内部に配置される。
‐第1壁に配置された攪乱装置を形成するシェブロンは、第2壁の攪乱装置を形成するシェブロンと反対方向に配向される。
‐攪乱装置は、少なくとも2つのラインにおいて、チューブの長手方向に整列し、2つの連続するライン間の間隔は、1.5乃至30ミリメートルである。この間隔は、チューブの同一壁に配置された攪乱装置の2つの隣接するライン間の距離に相当する。2つの隣接するライン間の間隔は、第1ラインの攪乱装置を形成するシェブロンの先端部と、第2ラインの攪乱装置を形成するシェブロンの先端部との間で測定される。有利には、ライン間距離は、3乃至5ミリメートルである。
‐攪乱装置の2つのライン間の間隔は、チューブ全体に沿って同一である。より具体的には、2つの隣接するライン間の間隔は、チューブの上流端部からチューブの下流端部まで一定である。
‐全てのライン間の間隔は、同一である。すなわち、2つの隣接するライン間の間隔は、当該隣接するラインがいずれのものであっても同じである。
‐少なくとも1つの第1ラインの攪乱装置は、少なくとも1つの第2ラインの攪乱装置に対して、長手方向オフセットを有して配置される。
‐同一ラインの2つの連続する攪乱装置は、1.5乃至30ミリメートルのピッチを置いて離間している。このピッチは、第1攪乱装置のシェブロンの先端部と、第1攪乱装置に隣接する第2攪乱装置のシェブロンの先端部との間で測定される。有利には、同一ラインに連続して配置された2つの攪乱装置間のピッチは、5乃至10ミリメートルである。
‐同一ラインのシェブロン間のピッチは、同一ラインの各連続するシェブロンと同一である。
‐シェブロン間のピッチは、チューブの上流端部とチューブの下流端部との間で徐々に増加する。
‐攪乱装置は、これを支持するチューブと一体である。換言すれば、チューブと攪乱装置とは同一の材料ブロックから製造され、チューブを破壊しない限り一方が他方から分離することはできない。
‐攪乱装置は、延伸、スタンピング、又は金属付加/積層造形法により製造される。
‐チューブは、チューブの内部に規定された内側導管を2つのサブチャネルに分割する中間壁を備える。攪乱装置を形成するシェブロンは、各サブチャネルに配置される。シェブロンは、各サブチャネルにおいて、中間壁に対して対称的に配置される。
本発明の第3実施形態によれば、チューブの少なくとも1つの攪乱装置は、チューブの内部に向けてチューブの壁に設けられた局所凹部により形成される。前記局所凹部は、シェブロンの形状をなすように互いに対して配置される。
このようなシェブロン形状の構成は、撹拌現象の改善に寄与し、これにより、流体間の熱交換を向上させつつ熱交換と圧力損失との良好なトレードオフが提供され、したがって熱交換器の性能及び効率性が向上する。更に、複数の局所凹部によってこのような形状のシェブロンが得られることで、単純な形状の複数の局所凹部により複雑な形状のシェブロンを作製することができ、必要なツールの設計が単純となるとともに、チューブにこれらのシェブロン形状の攪乱装置を得るコストが削減され得る。
本発明の第3実施形態のよるチューブは、有利には、以下の特徴を単独で又は組み合わせて有する。
‐シェブロンは、少なくとも1つの先端部を備え、2つの自由端部が、先端部を形成するように一端部において接合するとともに先端部の反対側に自由端部を有する。チューブにおけるシェブロンの配向に応じて、先端部及び自由端部は、単数又は複数の前縁部及び後縁部を形成し得る。枝部は、前縁部と後縁部とを間の接続をなすセグメントを形成する。
‐第1局所凹部が、前記先端部を形成するように作製され、第2局所凹部が、2つの枝部の自由端部のうちの一方をそれぞれ形成するように作製される。
‐第3局所凹部が、枝部を形成するように、第1局所凹部と第2局所凹部との間に配置される。
‐各局所凹部は、頂点と、これがチューブの壁に接する接合縁部と、を備える。局所凹部は、接合縁部と頂点との間にフレア形状を有する接続部を備える。セグメントは、フレア形状の接続部を重ね合わせることにより作製される。
‐接合縁部は、局所凹部が作製されるチューブの壁の平面内にある。より具体的には、各局所凹部の接合縁部は、チューブの当該壁の内面、すなわち、チューブの内部に設けられた流体流路の反対側を向く面の平面に存在する。
‐シェブロンの輪郭は、より具体的には、壁に連続して配置された局所凹部のフレア形状接続部を連続して配置することにより作製される。
‐1つの局所凹部のフレア形状接続部が、連続する局所凹部のうちの隣接する局所凹部のフレア形状接続部に重なるように、局所凹部は連続して配置される。したがって、シェブロン、及び特にセグメントの輪郭は、流体を前縁部から後縁部に効率的に案内することを可能にする連続性を呈する。
‐1つの第3局所凹部のフレア形状接続部が、隣接する第3局所凹部のフレア形状接続部に重なるように、少なくとも第3局所凹部は、互いに近接して作製される。
‐特に、シェブロンを形成する連続する局所凹部について、フレア形状接続部は、1つの局所凹部から次のものまで同一形状を有する。
‐変形例として、先端部において接続する2つの枝部を有するシェブロンの形状を持つ攪乱装置について、シェブロンの先端部に対応する局所凹部を作製するように使用されるパターン、及び/又はシェブロンの枝部の自由端部に対応する局所凹部を作製するように使用されるパターンは、先端部を自由端部に接続するセグメントを反復態様で形成するように使用されるパターンと異なっていてもよい。
‐攪乱装置は、それぞれが局所パターンをなし得る複数の基本パターンから作製される。攪乱装置の局所凹部を作製するように使用される基本パターンは、全て同一である。変形例として、攪乱装置は、基本パターンの組み合わせにより得ることができる。これは、前端部に対応する局所凹部用の特定の基本パターンと、単数又は複数の後縁部に対応する局所凹部用の特定の基本パターンと、セグメントに対応する局所パターン用の特定の基本パターンを使用することを意味する。
‐攪乱装置を形成するシェブロンは、先端部から広がる少なくとも2つの枝部を備え、枝部は、1.55乃至30ミリメートルの長さにより規定される。この長さは、1つの枝部の第1端部から、同一枝部の第2端部であって他方の枝部に接合して先端部を形成する第2端部までを測定する。
‐シェブロンの第1枝部は、第2枝部と同一長さである。
‐全ての攪乱装置のシェブロンの枝部は、同一長さである。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの枝部は、流体の流れ方向に対して、20乃至160°の広がり角で配置される。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの2つの枝部は、流体の流れ方向に対して同一角度で配置される。
‐攪乱装置を形成するシェブロンの枝部は、流体の流れ方向に対して全て同一角度で配置される。
‐チューブの攪乱装置の枝部が流体の流れ方向に対して配置される角度は、上流端部と下流端部との間で徐々に縮小する。チューブの上流端部及び下流端部は、チューブの内部の流体の流れ方向に対して特定される。この縮小は、一定であり得る。この場合、2つの連続するシェブロン間における角度の差は、当該連続するシェブロンがいずれのものであっても等しい。或いは、この縮小は、漸進的であり得る。この場合、縮小は、チューブの一方又は他方の端部に向かって顕著になる。
‐攪乱装置は、0.1乃至0.5ミリメートルの高さにより規定される。この高さは、攪乱装置が延び出るチューブの内面と、攪乱装置の頂点との間で、チューブの壁に対して垂直な方向において測定される。有利には、攪乱装置は、0.1乃至0.3ミリメートルの高さを有する。このような高さの範囲は、本発明によるチューブを通過する流体の攪乱の向上に資すると同時に、流体の流れにおける攪乱に連動する圧力損失の増加を制限する。
‐攪乱装置を形成するシェブロンは、全て同一高さである。或いは、攪乱装置の高さは、チューブの上流端部と、チューブの上流端部の反対側のチューブの下流端部との間で徐々に増加する。この増加は、一定であり得る。この場合、2つの連続するシェブロン間における高さの差は、当該連続するシェブロンがいずれのものであっても等しい。或いは、この増加は、漸進的であり得る。この場合、増加は、チューブの一方又は他方の端部に向かって顕著になる。
‐攪乱装置は、0.5乃至5ミリメートルの厚さにより規定される。この厚さは、攪乱装置の頂点において枝部の中央を通る平面と、攪乱装置がチューブの対応する壁に接する接合縁部を通る平行平面との間で測定される。
‐全ての攪乱装置のシェブロンは、同一厚さを有する。
‐攪乱装置は、チューブの少なくとも1つの壁に配置される。
‐攪乱装置は、チューブの2つの対向する壁に配置される。
‐攪乱装置は、上壁と反対側の下壁とに交互に配置され、全てのものは、これら2つの壁の間に規定された流路の内部に配置される。
‐第1壁に配置された攪乱装置を形成するシェブロンは、第2壁の攪乱装置を形成するシェブロンと反対方向に配向される。
‐攪乱装置は、少なくとも2つのラインにおいて、チューブの長手方向に整列し、2つの連続するライン間の間隔は、1.5乃至30ミリメートルである。この間隔は、チューブの同一壁に配置された攪乱装置の2つの隣接するライン間の距離に相当する。2つの隣接するライン間の間隔は、第1ラインの攪乱装置を形成するシェブロンの先端部と、第2ラインの攪乱装置を形成するシェブロンの先端部との間で測定される。有利には、ライン間距離は、3乃至5ミリメートルである。
‐攪乱装置の2つのライン間の間隔は、チューブ全体に沿って同一である。より具体的には、2つの隣接するライン間の間隔は、チューブの上流端部からチューブの下流端部まで一定である。
‐全てのライン間の間隔は、同一である。すなわち、2つの隣接するライン間の間隔は、当該隣接するラインがいずれのものであっても同じである。
‐少なくとも1つの第1ラインの攪乱装置は、少なくとも1つの第2ラインの攪乱装置に対して、長手方向オフセットを有して配置される。
‐同一ラインの2つの連続する攪乱装置は、1.5乃至30ミリメートルのピッチを置いて離間している。このピッチは、第1攪乱装置のシェブロンの先端部と、第1攪乱装置に隣接する第2攪乱装置のシェブロンの先端部との間で測定される。有利には、同一ラインに連続して配置された2つの攪乱装置間のピッチは、5乃至10ミリメートルである。
‐同一ラインのシェブロン間のピッチは、同一ラインの各連続するシェブロンと同一である。
‐シェブロン間のピッチは、チューブの上流端部とチューブの下流端部との間で徐々に増加する。
‐攪乱装置は、これを支持するチューブと一体である。換言すれば、チューブと攪乱装置とは同一の材料ブロックから製造され、チューブを破壊しない限り一方を他方から分離することはできない。
‐攪乱装置は、延伸、スタンピング、又は金属付加/積層造形法により製造される。
‐チューブは、チューブの内部に規定された内側導管を2つのサブチャネルに分割する中間壁を備える。攪乱装置を形成するシェブロンは、各サブチャネルに配置される。シェブロンは、各サブチャネルにおいて、中間壁に対して対称的に配置される。
また、本発明は、複数のチューブを備える熱交換器であって、前記チューブのうちの少なくとも1つが上述のチューブであり、前記チューブは、一方で内部に流体用の流れ回路を規定するとともに、他方でそれらの間に空気用の流れ回路を規定し、前記流体は、攪乱装置を形成する前記シェブロンの存在により、通過する際に攪乱され得る熱交換器に関する。最後に、本発明は、この熱交換器のエアクーラーとしての使用に関する。
また、本発明は、上述の熱交換器用チューブを製造するための方法であって、前記チューブの少なくとも1つの壁をプレスする複数のステップを実施する工程を含み、前記プレスステップにより生じる少なくとも1つの第1セットの局所凹部がシェブロンを形成する方法に関する。プレスステップは、連続して、又は同時に実施され得る。特に、局所凹部がシェブロンの形成に連続性をなすように重なるように構成される場合、プレスステップは連続して実施される。
本発明の他の特徴、詳細及び利点は、図面を参照しつつ例として挙げる以下の説明を読むことでより明瞭になるであろう。
本発明による複数のチューブにより構成される熱交換器の概略正面図。 本発明の第1実施形態によるチューブの斜視図。 本発明の第2実施形態によるチューブの斜視図。 チューブの長手方向に対して垂直な面において見た、本発明によるチューブの断面図。 本発明の第2実施形態によるチューブに形成された攪乱装置の上面図。 本発明の第3実施形態によるチューブに形成された攪乱装置の上面図。 図4aの攪乱装置の概略側面図であって、攪乱装置を形成するシェブロンの対向する枝部も示すようにわずかに斜めから見た図。 本発明によるチューブの斜視上面図であって、チューブの下壁と、これに形成された攪乱装置と、下壁と上壁との間に設けられた中間壁とを細線で透視的に示す図。 チューブの内面の上面図であって、チューブの一面に設けられた攪乱装置の配置における変形例を示す図。 本発明の第3実施形態によるチューブの斜視上面図であって、当該チューブの上壁に形成された複数の攪乱装置を示す図。 図8のチューブに形成された攪乱装置の詳細な上面図。 本発明の一態様による攪乱装置の概略上面図であって、攪乱装置のシェブロンを形成するように作製される局所凹部の互いに対する理論的位置を示す図。 同一の円形状を有する複数の局所凹部により作製された本発明による攪乱装置の実施形態。 同一の長方形の形状を有する複数の局所凹部により作製された本発明による攪乱装置の実施形態。 異なる形状を有する複数の局所凹部により作製された本発明による攪乱装置の実施形態。
最初に、図面は本発明を実施すべく本発明を詳細に示しており、必要に応じて、これらの図面は本発明をより良く定義するように当然に使用可能であることに留意されたい。
以下の説明において、「長手方向」、「鉛直方向」又は「横手方向」、「上/上方/上部」、「下、下方/下部」、「前/前方/前部」」、「後/後方/後部」という用語は、本発明による熱交換器の配向を基準としている。長手方向は熱交換器の主軸に対応し、この主軸に沿って熱交換器の最大寸法が延びる。鉛直方向は、熱交換器を構成するチューブが積み重なる方向(積層方向)に対応する。横手方向は、他の2つの方向に対して垂直な方向である。長手方向、横手方向、及び鉛直方向は、図面に示すL、V、Tの三面体としても理解可能である。
「上流」及び「下流」という用語は、本発明のチューブの内部を流れる流体の流れ方向に対して考慮されたい。
図1は、車両、特に自動車両の前端部に設けられるように構成された本発明による熱交換器1を示す。熱交換器1は、特に、例えば流体及び空気流を含む2つの流体間で熱量を交換可能であるように構成される。熱交換器は、本発明による複数のチューブを備え、流体はチューブの内部で流れる。チューブ2は、本例において鉛直方向である積層方向Dにおいて互いに平行に配置され、流体が内部で流れることが可能な複数の導管を画定する。
本発明による2つの連続するチューブ間の空間は、空間10を規定する。空間10において、チューブ2を流れる流体と熱量を交換するように空気流が流れ得る。流体と空気流との熱交換を向上させるように、フィン形状のヒートシンク8が、空気流が流れる空間に配置される。これらのヒートシンク8の役割は、流体と空気流との熱交換を最適化するように、空気流と接触する表面を増加させることである。図1及びチューブの鉛直方向の積み重なり(積層)を理解しやすくするように、ヒートシンク8は部分的にのみ示されているが、ヒートシンク8は、これらが間に配置されるチューブの長手方向寸法全体に沿って延び得ることを理解されたい。
本発明による各チューブ2は、第1ヘッダ12及び第2ヘッダ14に接続され、これらを介して流体が流れ、チューブに供給される。第1ヘッダ12は、熱交換器1に流入する流体を、当該交換器を構成する種々のチューブ2に分配するように構成されている。第2ヘッダ15は、チューブ2を通過した流体を収集して熱交換器1から流出させるように構成されている。第1及び第2ヘッダ12及び14は、チューブ2の積層体に対して互いに対向している。各チューブは長手方向に延びて第1端部において第1ヘッダに、そして第2端部において第2ヘッダに接続されている。
熱交換器1は、これらのヘッダを熱交換器1の外部の流体回路に連通させる手段を更に備えるが、これは図示されていない。したがって、第1ヘッダ12は、第1接続エンドピース16に接続され、第1接続エンドピース16を介して流体は熱交換器1に流入することができる。第2ヘッダ14は、第2接続エンドピース18に接続され、第2接続エンドピース18を介して流体は熱交換器1から流出することができる。
図2aは、本発明の第1実施形態を構成するチューブ2を示す。本質的に長方形の断面を有するこのチューブ2は、上流端部21と下流端部22とを備える。これらの端部は、チューブ2の内部を流れる流体の流れ方向Eに対して定義される。チューブ2の上流端部20は第1ヘッダ12に接続され、下流端部22は第2ヘッダ14に接続される。
図2bは、本発明の第2実施形態を構成するチューブ2を示す。本質的に長方形の断面を有するこのチューブ2は、チューブ2の上流端部である第1長手方向端部20と、チューブ2の下流端部である第2長手方向端部22と、を備える。上流及び下流は、チューブ2の内部を流れる流体の流れ方向Eに対して定義される。チューブ2の上流端部20は第1ヘッダ12に接続され、下流端部22は第2ヘッダ14に接続される。
本発明によるチューブ2は、当該チューブ2の内部における流体の流れを攪乱させるための複数の攪乱装置4を備えているという点で特殊である。各攪乱装置4は、チューブの内部に向けてチューブの壁に設けられた局所凹部により形成される。このような攪乱装置のうちのいくつかを図2a及び2bに示す。攪乱装置の具体的な形状と配置について、以下で詳しく説明する。
本発明によるチューブ2は、少なくとも1つのリブ24を選択的に備え得る。例えばチューブが付加/積層造形法によって作製される場合、リブ24は、チューブをその延長方向に沿って横切るように配置される。単数又は複数のリブにより、チューブ2の機械的強度が向上する。図示例において、チューブ2は、一定の間隔で配置されてチューブ2を等しい長さを有する部分に分離する4つのリブ24を備えている。攪乱装置4は、好適には、2つのリブ24の間においてチューブ2に配置されていることに留意されたい。
図3は、本発明によるチューブ2の内部の構成を示す。チューブ2は、下壁26と上壁28とを含む2つの主壁と、第1鉛直壁30と第2鉛直壁32とを含む2つの接続壁とにより規定される実質的に長方形の断面を持つ形状を有する。接続壁は、両主壁の両端に配置されて、それぞれ一方の主壁を他方の主壁に接続してチューブ2を閉鎖する。2つの主壁は、長手方向と横手方向とにより規定される平面内で延びる。接続壁は、主壁の横方向端縁部を鉛直方向に延長する。流体が一方のヘッダから他方のヘッダに流れることを許容するように、チューブは、その長手方向両端部において開口している。
上壁28は、下壁26が主に延びる平面に対して平行な平面において主に延びる。鉛直方向の接続壁30,32は、互いに対して平行な方向に延びる。図3に示すように、これらの接続壁は、製造方法の結果として半円形状であり得ることを理解されたい。
これら一連の壁は、流体の流れ断面を規定する。したがって、チューブは、1.2乃至2ミリメートルの水力直径を特徴とする。この水力直径は、攪乱装置の形成をもたらす変形を除いて計算される。
中間接続壁34が、上壁28と下壁26とを接続して、チューブ2を2つのサブチャネル、すなわち、第1サブチャネル36と第2サブチャネル38とに分離する。中間接続壁34は、有利には、主壁26,28に対して垂直である。チューブの内部において鉛直方向の接続壁30,32の間に配置される限り中間にあるこの接続壁は、第1鉛直壁30と第2鉛直壁32とから等距離にある。したがって、第1サブチャネル36及び第2サブチャネル38は等しい寸法を有し、各サブチャネルは2つの主壁26,28と、中間壁34と、第1鉛直壁30又は第2鉛直壁32とにより規定される。
本発明を構成するチューブ2は、複数の攪乱装置4を有する。攪乱装置4は、これらを支持する壁、すなわち下壁26及び/又は上壁28から、チューブ2の内部に向けて、すなわち、第1サブチャネル36又は第2サブチャネル38により規定される導管を少なくとも部分的に通過して延びる。
本発明の第1実施形態によれば、攪乱装置は、所定の流体流路内において、長手方向の寸法が攪乱装置の長手方向寸法と等しく、且つ1つの攪乱装置全体を含むチューブの横断帯(バンド)20が、当該攪乱装置のみを含むような態様で配置される。換言すれば、チューブのこのような横断帯20において、すなわち、チューブに沿った流体の流れ方向に対して垂直な第1平面と、流体の流れ方向に対して垂直であって第1平面に対して平行である第2平面との間で延びるゾーンにおいて、単一の攪乱装置が当該ゾーンに含まれる。
図3に示す例において、所定の切断面において、攪乱装置4は、チューブ2の上壁28から第1サブチャネル36内に延び、且つ、攪乱装置は、チューブ2の下壁26から第2サブチャネル38内に延びている。
チューブの横断帯に単一の攪乱装置が存在するという事実は、第1及び第2サブチャネルについて形成された各流路に対するものとして理解されたい。チューブが中間壁を有さない実施形態において、横断帯に単一の攪乱装置が存在するという事実は、一方の鉛直壁から他方の鉛直壁までを意味するものとして理解されたい。
チューブ2の上壁28から突出する攪乱装置について、より具体的に説明する。この目的のために、上壁28は、チューブの内側を向く内面280と、チューブの外側を向く外面282と、を備えていることに留意されたい。
当然ながら、上壁から突出するように形成された攪乱装置についての以下の説明は、下壁から突出するように形成された攪乱装置に適用される。
攪乱装置4の高さ42は、攪乱装置4が延び出るチューブ2の壁の内面280と、内面280から突出して延びる頂点40との間において測定される。高さ42は、壁の外面282に対して垂直な方向において測定される。攪乱装置4の頂点40は、攪乱装置4を支持している壁から最も離間した攪乱装置4の点である。頂点4は、チューブ及び対応するサブチャネル36,38の内部に向けて最も離間している攪乱装置4の点でもあることを理解されたい。本発明による攪乱装置4は、0.1ミリメートル乃至0.5ミリメートルの高さ42を有する。有利には、本発明による攪乱装置4は、0.1乃至0.3ミリメートルの高さ42を有する。図示例において、攪乱装置4は、0.25ミリメートルの高さ42を有している。
図3において、同一サブチャネルの上壁に、次いで下壁に配置されている2つの攪乱装置の場合でも、同一の主壁に配置されて第1サブチャネルに、次いで第2サブチャネルに出現する2つの攪乱装置の場合でも、攪乱装置4は、長手方向において交互配置されていることに留意されたい。同一の流路において長手方向に交互配置されていることにより、長手方向の寸法が攪乱装置の長手方向寸法と等しく、且つ1つの攪乱装置全体を含むチューブの横断帯20が、当該攪乱装置のみを含むこととなる。したがって、任意の流路において、攪乱装置は重ならずに、この流路に沿って一定の流体の流れに攪乱を生じさせることに寄与する。また、攪乱装置が重ならないことにより、シェブロン(chevron、山形)が同一の流路において異なる方向に配置され得る。なぜならば、最初のシェブロンによって攪乱された流体は、2番目のシェブロンに衝突する前に安定した流れに戻るからである。これにより、流体の攪乱を制御することができる。
図4a及び4bは、本発明による攪乱装置4の形状をより詳細に示す。攪乱装置4は、シェブロン43の形状を有する。すなわち、攪乱装置は、上方から見た場合にV字形状である。したがって、シェブロン43は、2つの枝部、すなわち、「V」字の2つの枝部に相当する第1枝部44と第2枝部46とを備える。シェブロン43の2つの枝部は、先端部48において接続している。各枝部は、第1自由端部と、この第1自由端部の反対側の第2端部と、を備える。枝部の第2端部同士は、シェブロン43の先端部48を形成するように互いに接触している。
特に図3及び4に示すように、攪乱装置4は、その基部においてフレア形状を有する。これにより、攪乱装置は、頂点40から、本例においてチューブ2の上壁28により形成されるその基部に向かって幅が広くなっている。このフレア形状の寸法は、特に製造プロセスの制約に依存する。シェブロンの「V」字を形成する第1枝部及び第2枝部の寸法は、攪乱装置の頂点40において規定され、攪乱装置4の高さ42は、これらの枝部の横手寸法全体に沿って一定である。
本発明の第3実施形態によれば、図8及び9に示すように、シェブロンは複数の連続した局所凹部100により形成される。各シェブロンは頂点140を備え、これにより、各局所凹部の連続する頂点140によってこれらシェブロンの頂点40が連続的に作製される。図4bは、特に図3及び4bに示すように、互いに分離した局所凹部の連続する頂点により規定されるシェブロンの理論上の頂点の全体形状を点線で示す。攪乱装置4は、その基部においてフレア形状を有するため、攪乱装置は、頂点40から、本例においてチューブ2の上壁28により形成されるその基部に向かって幅が広くなっている。このフレア形状の寸法は、特に製造プロセスの制約に依存する。シェブロンの「V」字を形成する第1枝部及び第2枝部の寸法は、攪乱装置の頂点40において規定され、攪乱装置4の高さ42は、これらの枝部の横手寸法全体に沿って一定である。
攪乱装置の頂点40において、枝部の長さが、枝部の第1端部と枝部の第2端部との間において測定される。したがって、第1枝部44の第1長さ444は、第1枝部44の第1自由端部440と、第1枝部44の第2端部442との間で測定される。第2枝部46の第2長さ464は、第2枝部46の第1自由端部460と、先端部48にある第2枝部46の第2端部462との間で測定される。
攪乱装置が複数の連続した局所凹部により形成される本発明による第3実施形態によれば、枝部の自由端部440,460は、連続した凹部の端部に配置された局所凹部の頂点により形成されることを理解されたい。
本発明による攪乱装置の枝部は、1.55ミリメートル乃至30ミリメートルの長さを有する。開示例において、第1枝部44の第1長さ444は、第2枝部46の第2長さ464に等しいが、これらの長さは互いに異なり得ることを理解されたい。
更に、攪乱装置全体の長手方向寸法は、流れ方向Eにおいて互いに最も離間している2つの接合縁部52を隔てる距離400として定義され得る。例えば、長手方向寸法は、1乃至20ミリメートルであり得る。
更にまた、攪乱装置4の厚さ50は、チューブの対応する壁、本例において上壁28に対して垂直な平面であって、攪乱装置の頂点において枝部の中央を通る平面と、攪乱装置4がチューブの対応する壁に接する接合縁部52を通る平行平面との間において測定される。本発明による攪乱装置の枝部は、特に、0.5乃至5ミリメートルの厚さ50を有し得る。図示例において、第1枝部44の厚さ50は、第2枝部46の厚さ50に等しいが、これらは互いに異なり得ることを理解されたい。
本発明の第3実施形態について前述したように、シェブロンは、複数の連続する局所凹部100により形成される。各局所凹部は、頂点140と接合縁部152とを備える。接合縁部152において、凹部はチューブの対応する壁と接する。これにより、シェブロンの接合縁部52は、局所凹部それぞれの接合縁部152を一体に結合することにより作製される。このため、図4bに示すように、接合縁部は不規則なプロファイルを有することが理解される。また、図4bは、互いに離間した局所凹部の連続した接合縁部152により規定される、シェブロンの理論上の接合縁部の全体形状を点線で示す。
図4a及び4bは、本発明による攪乱装置の開口角も示す。角度54,56は、シェブロンの枝部と、流れ方向Eにより規定される直線との間に規定される。以下に説明するように、流体の流れ方向に対するシェブロンの所望の配向に応じて、この角度は、20°乃至160°であり得る。図示例において、第1枝部44及び第2枝部46は、流体の流れ方向Eに対して同一の角度で、本例において60°で配置されるが、これらの角度は、攪乱装置の非対称性をなすように異なる値であり得ることを理解されたい。
本発明の第2実施形態によれば、チューブは、少なくとも1つの攪乱装置4を備える。攪乱装置4は、チューブ42の内部に向けてチューブの壁に設けられた局所凹部からなるとともに、シェブロン43の形状を有する。シェブロン形状は、先端部48と枝部44,46の各自由端部440,460との間で変化する値を有する幾何学的パラメータを有する。シェブロン形状に沿って変化するこの幾何学的パラメータは、特に以下のものであり得る。
‐各枝部の幅。先端部48における各枝部の幅の値は、枝部44,46の各自由端部440,460の幅の値より大きい。及び/又は、
‐シェブロンの枝部間に形成される角度。先端部48における角度の値は、枝部44,46の自由端部440,460における角度の値より小さい。及び/又は、
‐シェブロンの高さ。先端部48における高さの値は、枝部44,46の各自由端部440,460の高さ424の値より大きい。
図5は、攪乱装置4の高さに関する特徴をより詳細に示す。
攪乱装置4の高さは、チューブ2の壁の内面280であって、攪乱装置4が延び出る内面280と、内面280から突出して延びる頂点との間で測定される。高さ42は、壁の内面280に対して垂直な方向において測定される。
本発明のこの第2実施形態によれば、外乱装置4の高さは、外乱装置4のいずれの点においても等しくない。より具体的には、外乱装置の先端部48における高さが、少なくとも1つの枝部44,46の自由縁部440,460における攪乱装置4の高さの値と異なる値を有するという点において、攪乱装置4の高さは可変である。
図5に示すように、先端部48の高さ420は、チューブ2の壁の内面280と、先端部48の頂点422との間で、壁の内面280に対して垂直な方向において測定される。同様に、枝部44,46の自由端部440,460の高さ424は、チューブ2の壁の内面280と、端部44,46の自由端部440,460の頂点426との間で、壁の内面280に対して垂直な方向において測定される。
先端部48の高さ420の値は、0.1ミリメートル乃至0.5ミリメートルである。有利には、先端部48の高さ420の値は、0.3乃至0.5ミリメートルである。枝部44,46の自由端部440,460の高さ424は、先端部48の高さ420の半分に等しい、又は本質的に等しい。このため、枝部44,46の自由端部440,460の高さ424は、0.05乃至0.25ミリメートルである。したがって、攪乱装置の先端部における高さは、枝部44,46の各自由端部440,460における攪乱装置4の高さの値より大きい値を有する。より具体的には、攪乱装置の可変高さは、有利には、その先端部における攪乱装置の高さが、枝部44,46の各自由端部440,460における攪乱装置4の高さの値の合計に等しいものとすることができる。
先端部48の頂点422と枝部44,46の自由端部440,460の頂点426との間の移行は、一定の傾斜部428により達成される。「一定」とは、傾斜部428が先端部48の頂点422と枝部44,46の自由端部440,460の頂点426との間で直線をなすことを意味すると理解されたい。
前述のように、攪乱装置4は、流体を攪乱させることを目的としてチューブ内の流体流路に配置される。したがって、当該攪乱装置について、前面及び後面を定義することができる。前面は、チューブ2の内部を流れる流体を最初に受ける攪乱装置4の面であり、後面は、流体の流れ方向において反対側の面である。
チューブ2における攪乱装置の配向に応じて、攪乱装置4の前面は、第1連続面420又は第2不連続面432である。第1連続面420は、チューブ2の内部における流体の流れ方向に対して攪乱装置4の先端部48が攪乱装置4から上流に配置されている場合、先端部の周囲のフレア形状面により規定される。第2不連続面432は、チューブ2の内部を流れる流体の流れ方向に対して枝部の自由端部が攪乱装置4から上流に配置されている場合、自由端部の周囲のフレア形状面と自由端部の周囲のフレア形状面とを合わせたものにより規定される。
任意の攪乱装置4について、チューブにおける攪乱装置の配向に応じて前面又は後面を形成する第1連続面430は、攪乱装置4の枝部の自由端部440,460の周囲に規定されたそれぞれの面の面積を足すことにより得られる第2不連続面432の面積に等しい値の面積を有する。換言すれば、攪乱装置4の前面のサイズは、この攪乱装置の後面のサイズと同一である。したがって、前面は、チューブ2内での流体の流れ方向に対する攪乱装置の配向に関係なく、常に同一である。
したがって、第1方向において、例えば、枝部の自由端部が上流に位置して最初に流れを受けるとともに先端部が下流に位置するような流体の流れ方向において、第1攪乱装置をチューブに配置し、第1方向と反対の第2方向において第2攪乱装置を配置しするような態様で、且つ、第1攪乱装置の前面が第2攪乱装置の前面に等しくなるような態様で、チューブの内部に形成された流体流路に複数の攪乱装置が設けられ得る。
これにより、流れの攪乱が均一になり、均一で効率的な熱交換が保証される。
図6は、本発明によるチューブ2の内部の構成を示し、上面図においてチューブの上壁28及びこれに配置された攪乱装置4を示す。攪乱装置の配置を理解しやすくするため、図6では、上壁28により見えない下壁26、及びこれに配置された攪乱装置4、並びに中間壁34の存在を見えるように示している。したがって、図6において、下壁26に配置された攪乱装置は細い線で描かれ、上壁28に配置された攪乱装置は太い線で描かれている。
攪乱装置4が配置される壁がいずれであっても、外乱装置4は、チューブ2の内側に向かって、サブチャネル36,38の一方又は他方における流体の流れを横切って延びる。
長手方向において、すなわち、チューブの内部、より具体的にはサブチャネルの内部における流体の流れ方向Eに沿って、図6に示すように、攪乱装置を上壁28と下壁26において交互に配置することができる。したがって、流体は、上壁から突出する攪乱装置によって撹拌されることで下壁に向けて案内され、次いで、下壁においてこの下壁から突出する次の攪乱装置に接する。
本発明による攪乱装置4は、特に図2a、2b、4a、4b及び6の矢印により示される流れ方向Eに依存し得る配向において、チューブの壁から突出して配置される。対応するサブチャネル内での流体の撹拌を向上させるように、下壁26から突出する攪乱装置は第1方向に配置され、上壁28から突出する攪乱装置は第1方向と反対の第2方向に配置される。換言すれば、下壁26から突出する攪乱装置を形成するシェブロンは、チューブ2の下流端部22の方を向くため、攪乱装置が突出するサブチャネルを通過する流体は、その先端部48に最後に到達する。一方、上壁28から突出する攪乱装置を形成するシェブロンは、チューブ2の上流端部20,21の方を向くため、攪乱装置が突出するサブチャネルを通過する流体は、その先端部48に最初に到達する。
これにより、同一のサブチャネルに沿って攪乱装置を形成するシェブロンの配置が二重に交互配置されることとなる。流体の流れ方向において、第1シェブロンが、第1の主壁から第1方向において突出する。続いて、第2シェブロンが、第2の主壁から第2方向において突出する。続いて、第3シェブロンが、再度第1の主壁から第1方向において突出する、等々。
このような二重交互配置は、圧力損失を生じさせることなく、サブチャネル内で流体を撹拌するのに寄与することを理解されたい。必要に応じて、全てのシェブロンが、すなわち下壁から突出するシェブロン、及び上壁から突出するシェブロンの両方が、流体の同一流れ方向において配向され得る。
更に、例えば攪乱装置は図6に示す構成ではサブチャネル毎に2つのラインに配置されていたが、非限定的な例としての変形例において、攪乱装置はチューブ2の長手方向において3つのラインに整列させ得る。例えば、2つの隣接するラインが3乃至5ミリメートルの値だけ互いに間隔を置いてもよいし、間隔は攪乱装置の各隣接するライン間で同一としてもよい。
また、攪乱装置4を、各ラインに連続して配置し、同一ラインの各攪乱装置間のピッチを1.5乃至30ミリメートルとしてもよい。有利には、このピッチは、5乃至10ミリメートルの値を有する。ピッチは、同一ラインの2つの連続したシェブロンの先端部48の間で測定され得る。
図7は、本発明によるチューブ2に設けられた攪乱装置4の配置の変形例を示す。
例えば、図6に示す配置では、攪乱装置4は各サブチャネル毎に2つのラインに配置されていたが、攪乱装置4は、3つのライン80において、チューブ2の長手方向Lに整列している。2つの隣接するライン80が、第1ライン84と第2ライン86との間で第1ライン84に対して垂直な方向において測定されるライン間82によって隔てられている。ライン間距離82の値に対応する、2つの隣接するライン間の間隔は、1.5乃至30ミリメートルである。有利には、ライン間距離82は、3乃至5ミリメートルの値を有する。本説明例において、攪乱装置の隣接する各ライン間の間隔は同一である。
攪乱装置4は、各ライン80に連続して配置され、同一ラインの各攪乱装置間のピッチ90は、本例において1.5乃至30ミリメートルである。有利には、ピッチ90は、5乃至10ミリメートルの値を有する。ピッチは、同一ラインの2つの連続するシェブロンの先端部48同士の間で測定される。本説明例において、ピッチ90は、ライン80全体に沿って同一である。分配装置の同一ラインにおける連続するシェブロン間のピッチが同一であることは、特に、前述のシェブロンの配置にも適用される。
第1ライン84の攪乱装置4は、隣接する第2ライン86の攪乱装置4に対して長手方向にオフセットしている。この構成において、前述のように、任意の寸法のチューブ2の横断帯20が、単一の攪乱装置4を含む。横断帯20は、チューブに沿った流体の流れ方向に対して垂直な第1平面と、流体の流れ方向に対して垂直な第2平面であって第1平面に平行な第2平面との間に延びるゾーンであって、シェブロンの長手方向寸法に等しい長手方向寸法を有するゾーンである。このゾーンをシェブロンにセンタリングした場合、ゾーンは単一の攪乱装置を有し、隣接する攪乱装置はこのゾーンの外部に配置される状態となる。
換言すれば、2つの隣接するラインの攪乱装置4は整列していない。第1ライン84の攪乱装置4は、第2ライン86の別の攪乱装置4に対して長手方向オフセット96を有して配置される。この長手方向オフセット96は、攪乱装置4の第1ライン84のn番目の位置に配置されたシェブロンの先端部48を通る第1横手方向平面と、隣接する攪乱装置4の第2ライン84のn番目の位置に配置されたシェブロンの先端部48を通る第2横断面との間で測定される。長手方向オフセット96は、前述のようなシェブロンの長手方向寸法400より大きい。これは、1つの攪乱装置のシェブロンの枝部の自由端部が、隣接する攪乱装置を含む横断帯内に延び入っていないということを意味する。図6に示すように、このような長手方向オフセット96により、中立空間97、すなわち1つの攪乱装置の頂点と隣接する攪乱装置の枝部の自由縁部との間にあって流れが攪乱されない空間が生成され得る。したがって、横断帯20は、単一の攪乱装置を含むこととなる。
シェブロンの寸法及び配向、及びシェブロン相互の間隔及び配置の両者に与えた値により、空気との熱交換を促進すべく十分に流体の流れを攪乱することが可能となり、これに応じて圧力損失が最小になる。適切な場合、これらの値は、チューブにおけるこれらのシェブロンの存在により流体の流れをチューブ内で必要に応じて形成できる限り、示した値と異なっていてもよい。
本発明によるチューブ2は、熱交換器1がその役割を果たすのに十分な熱交換を可能にするように構成された材料シートから製造される。特に、この材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であり得る。
攪乱装置4は、本発明によるチューブ2を作製するようにシートを折り畳む前に、シートにより規定されるマトリックスを延伸又はスタンピングにより連続的に作製された複数の局所凹部によってそれぞれ得られる。次いで、最終形状を固定するように、チューブ2を単独で、又は別の同様のチューブ2とろう付けする。この動作中に、ヒートシンク8をチューブ2にろう付けしてもよいし、後続のステップにおいて取り付けてもよい。次いで、チューブ2を、第1ヘッダ12、第2ヘッダ14、第1スリーブ16、第2スリーブ18、及び流体回路に接続することにより、熱交換器1が装備され得る。
前述のように、別の製造方法を利用してもよい。例えば、本発明によるチューブ2は、付加/積層造形法により製造され得る。
流体は、熱伝達液、又は単数又は複数の熱伝達液と他の単数又は複数の流体との混合物である。単数又は複数の熱伝達液は、当該使用に許容され且つ適切である熱伝達液から選択される。単数又は複数の熱伝達液は、特に、水、脱イオン水、又はグリコールと水との混合物であり得る。
このように構成された熱交換器1は、以下の例のように機能し得る。これは、非限定的な例であり、他の機能モードも想定可能である。
流体は、熱交換器1を形成するチューブ2内を流れる。より具体的には、流体は、熱交換器1の外部の流体回路に接続された第1スリーブ16を経由して第1ヘッダ12に流入する。流体は、第1ヘッダ12から分配されて、本発明の異なるチューブ2の内部、及び、チューブ内部に中間壁が設けられた図示例において、これらのチューブそれぞれに形成された異なるサブチャネルの内部を流れる。チューブ2の上流端部20,21と下流端部22との間を流れる流体は、チューブ2の内部に配置された攪乱装置4によって撹拌される。流体は、チューブ2に沿って流れた後、第2ヘッダ14に集められ、そして第2スリーブ18を経由して外部回路に送られる。
また、空気流が、熱交換器1のチューブ2同士の間の空間10内を流れる。流体は、チューブ2の壁、及びチューブ2間の空間10に配置されたヒートシンク8を介して、空気流と熱量を交換する。
したがって、熱交換器1を流れる流体を冷却するように構成された熱交換器1の機能の一例において、チューブ2を流れる流体は、熱量をチューブ2の壁に、そして、チューブ2の壁に接触して配置されたヒートシンク8に伝達する。これにより、ヒートシンク8と接触する空気流は、ヒートシンク8により拡散された熱を吸収して温度が上昇し得る。
次に、図8に足13を参照して、特に本発明の第3実施形態によるチューブに設けられた攪乱装置の形状をより詳細に説明する。
図8は、複数対の攪乱装置が作製された上壁28を示す。前述のように、攪乱装置を配置することにより、チューブ内部における流体の流れやこの流体の撹拌に影響が及ぼされるが、特に攪乱装置の作製に関する以下の説明が、チューブに沿った攪乱装置の他の配置に適用されることを理解されたい。
攪乱装置4は、シェブロンの形状において、すなわち、本質的に2つの枝部44,46であって、それらの一端部同士が接することで先端部48を形成する枝部44,46を有する形状において連続的に配置された複数の局所凹部100により、チューブの上壁に形成される。前述のように、攪乱装置の枝部は、先端部の反対側に見える自由端部440,460を有する。
本発明の第3実施形態によれば、前記先端部48を形成するように第1局所凹部101が作製され、これら自由端部440,460をそれぞれ形成するように第2局所凹部102が作製される。第3局所凹部103が、それぞれ枝部44,46を形成するように、第1局所凹部101と第2局所凹部102との間に配置される。図8及び9に示す例において、単一の第3局所凹部103が、シェブロンの先端部を形成する第1局所凹部と、枝部の自由端部を形成する第2局所凹部との間に配置される。この単一の第3局所凹部103は、対応する枝部44,46の本体を形成する。図10は、変形例を概略的に示す。本変形例によれば、複数の第3局所凹部103、本例では2つの局所凹部103が、並んで配置されてシェブロンの枝部のうちの一方を形成している。
前述のように、各局所凹部100は、壁を変形させることで生成され、チューブ内に延びる頂点140と、チューブの対応する壁と接する接合縁部152と、頂点を当該接合縁部に接続するフレア形状接続部103と、を備えている。フレア形状接続部110の形状は、チューブの壁を変形させるように使用されるパターンを有するツールの形状によって規定され、具体的には、図示のように、円錐台形である。
図8及び9に示す構成において、シェブロンの先端部が前縁部、すなわち、チューブを流れる流体が最初に衝突するシェブロンの部分を形成するように、且つ、枝部の自由端部が後縁部、すなわちチューブを流れる流体が最後に衝突するシェブロンの部分を形成するように、シェブロンは流れ方向Eに対して配向されている。
第1局所凹部101は、シェブロンの先端部、したがって前縁部を形成することが意図され、第2局所凹部102は、シェブロンの自由端部、したがってシェブロンの後縁部を形成することが意図されている。本発明の1つの特徴によれば、少なくとも第2局所凹部が同一パターンにより作製されるように、後縁部は同様の形状であることが望ましい。図8及び9に示す例において、全ての局所凹部が同一パターン、すなわち円形パンチにより作製され、これにより、フレア形状接続部110は全て同一の形状である。
局所凹部同士の間隔、より具体的には、1つの局所凹部と連続して隣接する局所凹部との間の間隔は、これら種々の局所凹部により構成されるシェブロンの所望の形状に応じて規定される。シェブロン形状パターンの単一の局所凹部により得られるであろうプロファイルに実質的に類似したプロファイルを有するように構成されたシェブロンを得たい場合、局所凹部は非常に近接するであろう。チューブの壁において実施される局所変形操作数を制限するように最小個数の局所凹部から構成されるシェブロンを得たい場合、局所凹部は互いに間隔を置き得るとともに、攪乱装置の各枝部は、例えば、図8及び9に示すように単一の第3局所凹部を有し得る。
有利には、特に図11及び12に示すように、少なくとも第3局所凹部103は、1つの第3局所凹部のフレア形状接続部120が隣接する第3局所凹部のフレア形状接続部と重なって重複領域122が形成されるように、互いに近接して作製される。これにより、前縁部と後縁部とを接続するセグメントに連続性が生じ、2つの局所凹部の間の枝部に残される穴を経由して流体がシェブロンを通過しないことが保証される。
図11乃至12は、シェブロンを形成し得る局所凹部を作製するために実現され得るいくつかの基本パターンを示す。
図11は、上記の円形パターンの利用を示す。本例において、各枝部に2つの第3局所凹部が設けられている。これにより、各局所凹部100のフレア形状接続部110が、各隣接する局所凹部のフレア形状接続部と重なっていることが明瞭に理解される。
図12は、長方形のパターンにより作製される局所凹部を示す。長方形のパターンによって、形成されるシェブロンは段形状を有する。繰り返しになるが、局所凹部の個数、及びこれらが互いに近接していることにより、連続したシェブロン、すなわち前縁部と後縁部との間に中断のないシェブロンを得ることができる。本例において、長方形のパターンは互いに平行に配置されているが、このように構成されたシェブロンに衝突する流体の流れを促進するように、局所凹部を互いに対して任意に傾斜させてもよい。
図13は、局所凹部を作製するように利用されるパターンが、これらが作製に寄与するシェブロンの領域に応じて異なる変形例を示す。前述のように、チューブにおけるシェブロンの配向に応じて、前縁部又は後縁部を形成する自由端部は、同一形状のパターン、本例においては円形のパターンで作製される。逆に、第3局所凹部は、シェブロンの頂点を対応する自由端部に接続する直線に沿って整列したまっすぐな長方形のパターンで作製される。第1局所凹部は、尖ったパターンで作製される。したがって、基本的なパターン形状は、有利には、この基本パターンが作製に寄与するシェブロンの領域の機能に関連付けられることを理解されたい。すなわち、シェブロンの頭部の尖った形状は、流体をシェブロンの両側に迂回させる。枝部のまっすぐな形状は、流体を枝部に沿って後縁部に向けてガイドする。そして、後縁部の丸みを帯びた形状は、流体の途切れのない連続的な流れを可能とする。
上記から理解されるように、前述の本発明の第3実施形態による熱交換器用のチューブの製造方法は、チューブの少なくとも1つの壁をプレスする複数のステップを備え、これら複数のプレス工程のうち、プレス工程により生成される少なくとも第1セットの局所凹部が、シェブロンの形状の攪乱装置を形成することが意図されている、という点で特殊である。換言すれば、任意の攪乱装置について、複数のプレス工程が、チューブを形成する壁の所定領域において実施される。第1攪乱装置を形成するためのステップと同時に又はその後で、他の攪乱装置を形成する複数の他のプレス工程が提供される。更に、任意の攪乱装置について、複数のプレス工程は、連続的に又は同時に実行され得る。局所凹部、特にシェブロンの枝部に対応する第3局所凹部が重なってシェブロンの形成に連続性をなすように構成される前述の例において、有利には、局所凹部、特にそのフレア形状接続部の形成が、先行する局所凹部、特にそのフレア形状接続部に重なるように、プレス工程は連続的に実施される。
上記は、前述の目的の目的を達成するように、特に、流体に顕著な攪乱を生じさせることを保証するように、壁に形成配置され、且つチューブ内の流体の流れ方向に配向された少なくとも1つの攪乱装置を備えた熱交換器用のチューブを提供するように、いかに本発明が利用され得るかを明瞭に説明するものである。チューブは、それぞれシェブロンの形状にある攪乱装置を有することにより、熱交換量を増加させつつ大きな圧力損失を生じることがなく、製造が簡単である。
当然ながら、例えば複数の局所凹部によりシェブロンの形状を有する攪乱装置が作製される限り、非限定的な例として説明した一連の流導管又は熱交換器に対して、等業者は様々な修正を施すことができる。
いずれの例においても、本発明は、本明細書に具体的に記載される実施形態に限定されず、特に全ての同等の手段及びこれら手段の技術的に有効な組み合わせに拡大適用される。

Claims (29)

  1. 熱交換器用のチューブ(2)であって、前記チューブ内で流れることが可能な流体の流れを攪乱するための少なくとも1つの攪乱装置(4)を備えるチューブ(2)において、
    前記攪乱装置(4)は、前記チューブ(42)の内部に向けて前記チューブの壁に設けられた局所凹部からなるとともに、シェブロン(43)の形状を有し、
    前記シェブロン(43)は、先端部(48)から自由端部(440,460)に向かって広がる少なくとも第1枝部(44)と第2枝部(46)とを備える、
    チューブ(2)。
  2. 前記チューブ(2)は、前記チューブ内で主に第1方向において流れることが可能な流体用の流路を規定するとともに、前記流路に沿った前記流体の流れを攪乱するための複数の攪乱装置(4)を備え、
    前記攪乱装置(4)は、シェブロン(43)の形状を有し、
    前記チューブの横断帯(20)であって、攪乱装置の長手方向寸法に等しい長手方向寸法を有するとともに攪乱装置全体を含む横断帯(20)が、当該攪乱装置(4)のみを含むように、前記攪乱装置が前記流体流路に沿って配置される、
    請求項1に記載のチューブ(2)。
  3. 前記攪乱装置(4)を形成する前記シェブロン(43)は、先端部(48)から広がる少なくとも2つの枝部(44,46)を備え、
    枝部(44,46)は、1.55乃至30ミリメートルの長さ(444,464)により規定される、
    請求項2に記載のチューブ(2)。
  4. 少なくとも1つの枝部(44,46)は、前記流体の流れ方向(3)に対して20乃至160°の広がり角(54,56)で配置される、
    請求項3に記載のチューブ(2)。
  5. 前記攪乱装置(4)は、0.1乃至0.5ミリメートルの高さ(42)により規定され、
    前記高さ(42)は、前記チューブ(2)の前記壁の内面と前記攪乱装置(4)の頂点(40)との間で、前記チューブ(2)の前記壁に対して垂直な方向において測定される、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  6. 前記攪乱装置(4)は、0.5乃至5ミリメートルの厚さ(50)により規定され、
    前記厚さ(50)は、前記攪乱装置の前記頂点において前記枝部の中央を通る平面と、前記攪乱装置(4)が前記チューブの前記対応する壁に接する接合縁部(52)を通る平行平面との間で測定される、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  7. 前記攪乱装置(4)は、少なくとも2つのライン(80)において、前記チューブ(2)の長手方向に整列し、
    2つの連続するライン間の間隔(82)は、1.5乃至30ミリメートルである、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  8. 少なくとも1つの第1ライン(84)の前記攪乱装置(4)は、少なくとも1つの第2ライン(86)の前記攪乱装置(4)に対して、長手方向オフセット(96)を有して配置される、
    請求項7に記載のチューブ(2)。
  9. 同一ライン(80)の2つの連続する攪乱装置は、1.5乃至30ミリメートルのピッチ(90)を置いて離間している、
    請求項7又は8に記載のチューブ(2)。
  10. 前記攪乱装置(4)は、上壁(28)と反対側の下壁(26)とに交互に配置され、
    全てのものは、これら2つの壁の間に規定された流路の内部に配置される、
    請求項1〜9のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  11. 前記シェブロン形状の少なくとも1つの幾何学的パラメータが、前記先端部(48)と前記枝部(44,46)の前記各自由端部(440,460)との間で変化する値を有する、
    請求項1に記載のチューブ(2)。
  12. 変化する前記少なくとも1つの幾何学的パラメータは、前記各枝部の幅であり、
    前記先端部(48)における前記各枝部の前記幅の値は、前記枝部(44,46)の前記各自由端部(440,460)の前記幅の値より大きい、
    請求項11に記載のチューブ(2)。
  13. 変化する前記少なくとも1つの幾何学的パラメータは、前記シェブロンの前記枝部間に形成された角度であり、
    前記先端部(48)における前記角度の値は、前記枝部(44,46)の前記自由端部(440,460)における前記角度の値より小さい、
    請求項11又は12に記載のチューブ(2)。
  14. 変化する前記少なくとも1つの幾何学的パラメータは、前記シェブロンの高さであり、
    前記先端部(48)における前記高さの値は、前記枝部(44,46)の前記各自由端部(440,460)の前記高さ(424)の値より大きい、
    請求項11〜13のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  15. 前記先端部(48)の前記高さ(420)の値は、枝部(44,46)の自由端部(440,460)の前記高さ(424)の値の2倍に等しい、又は実質的に等しい、
    請求項14に記載のチューブ(2)。
  16. 前記先端部(48)の前記高さ(420)の値は、枝部(44,46)の前記各自由端部(440,460)の前記高さ(424)の値の合計に等しい、又は実質的に等しい、
    請求項14に記載のチューブ(2)。
  17. 前記攪乱装置(4)は、前記チューブ(2)の第1長手方向端部(20)と前記チューブ(2)の第2長手方向端部(22)との間に連続して配置され、
    前記高さ値(420,424)の少なくとも一方は、前記連続するうちの1つの攪乱装置(4)から隣のものに向けて増加する、
    請求項16に記載のチューブ(2)。
  18. 前記先端部(48)の前記高さ(420)は、0.1乃至0.5ミリメートルである、
    請求項11〜17のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  19. 前記攪乱装置(4)は、少なくとも2つのライン(80)において、前記チューブ(2)の長手方向に整列し、
    少なくとも1つの第1ライン(84)の前記攪乱装置は、少なくとも1つの第2ライン(86)の前記攪乱装置(4)に対して、長手方向オフセット(96)を有して配置される、
    請求項11〜18のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  20. 前記攪乱装置(4)は、前記チューブ(2)の内部に向けて前記チューブ(2)の壁に設けられた複数の局所凹部(100)により形成され、
    前記局所凹部は、シェブロン(43)の形状をなすように互いに対して配置される、
    請求項1に記載のチューブ(2)。
  21. 前記シェブロン(43)は、少なくとも1つの先端部(48)を備え、
    2つの枝部(44,46)が、前記先端部(48)を形成するように一端部において接合するとともに、前記先端部の反対側に自由端部(440,460)を有する、
    請求項20に記載のチューブ(2)。
  22. 第1局所凹部(101)が、前記先端部(48)を形成するように作製され、
    第2局所凹部(102)が、前記2つの枝部(44,46)の前記自由端部(440,460)のうちの一方をそれぞれ形成するように作製される、
    請求項21に記載のチューブ(2)。
  23. 第3局所凹部(103)が、枝部(44,46)を形成するように前記第1局所凹部と第2局所凹部との間に配置される、
    請求項22に記載のチューブ(2)。
  24. 各局所凹部(100)は、頂点(140)と、前記チューブの前記壁に接する接合縁部(152)と、を備え、
    前記局所凹部は、前記接合縁部と前記頂点との間にフレア形状を有する接続部(110)を備える、
    請求項20〜23のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  25. 1つの第3局所凹部の前記フレア形状接続部(110)が、隣接する第3局所凹部の前記フレア形状接続部に重なるように、前記少なくとも第3局所凹部(103)は、互いに近接して作製される、
    請求項23及び24に記載のチューブ(2)。
  26. 前記各局所凹部(100)の前記フレア形状接続部(110)は、同一形状を有する、
    請求項24又は25に記載のチューブ(2)。
  27. 前記攪乱装置(4)は、上壁(28)と反対側の下壁(26)とに交互に配置され、
    全てのものは、これら2つの壁の間に規定される流路の内部に配置される、
    請求項20〜26のいずれか一項に記載のチューブ(2)。
  28. 複数のチューブ(2)を備える熱交換器であって、
    前記チューブ(2)のうちの少なくとも1つが請求項1〜27のいずれか一項に記載のチューブであり、
    前記チューブは、一方で内部に流体用の流れ回路を規定するとともに、他方でそれらの間に空気用の流れ回路を規定し、
    前記流体は、攪乱装置を形成する前記シェブロンの存在により、通過する際に攪乱され得る、
    熱交換器。
  29. 請求項20〜27のいずれか一項に記載の熱交換器用チューブを製造するための方法であって、前記チューブの少なくとも1つの壁をプレスする複数のステップを実施する工程を含み、
    前記プレスステップにより生じる少なくとも1つの第1セットの局所凹部がシェブロンを形成する、
    方法。
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