JP2022528544A - 波形部分を有する流体配管 - Google Patents

Abstract

本発明は、波形部分（１２）を有する流体配管（１０）に関し、波形部分（１２）は、流体配管（１０）の長手軸（１６）に沿って少なくとも最小距離だけ延びており、波形部分（１２）は、波の山要素（１８）を有し、流体配管（１０）の長手軸（１６）を中心に延びる周方向（２０）に沿って長手軸（１６）からの距離が変化し、その距離は周方向（２０）において距離プロファイルを備え、その距離プロファイルが非円形の輪郭を提供する。したがって、本発明は、波形部分（１２）を有する流体配管（１０）であって、波形部分（１２）を横切る圧力降下を低減する流体配管を提供する。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載された波形部分を有する流体配管に関するものである。

例えば、冷却水や電気自動車の熱管理などの自動車産業における用途においては、システムの圧力損失が重要であり、可能な限り低く抑えなければならない。同時に、接続点間の相対的な動きのバランスをとり、かつ、簡単に取り付けられるように、重量を減らし、かつ、配管を柔軟に形成する必要がある。ゴム製のホースは、柔軟性が高く、圧力損失が少ないため、特定の条件においてよく使用される。ゴム製のホースは、そのために、重くて高価なものになる傾向がある。

押出成形されたプラスチックチューブは、非常に軽量で低コストである。押出成形されたプラスチックチューブには、典型的には、平滑管、コルゲート管、または部分的なコルゲート管がある。平滑管は圧力損失が少ないが比較的硬い一方、コルゲート管はゴム管に匹敵する柔軟性を有する。しかし、柔軟性を増加させると、圧力損失が大幅に増加する。波形状を経由して流れる流体は波形状に追従できないため、圧力損失は波形状によって促進される。これにより、管壁における流体の摩擦と乱れが大きくなり、流体の流れが壁から離れることになる。壁から離れることにより、渦が発生し易くなり、流速の低下がもたらされる。

圧力損失を低減するために、湾曲部分のみ、つまり柔軟性が必要な部分のみに波形を持つホースを使用することが知られている。しかし、このようなホースは、コルゲート管に比べて圧力損失が低減されるが、ゴム製のホースの場合よりも圧力損失が非常に大きくなる。

したがって、本発明の目的は、波形部分での圧力低下をさらに低減する、波形部分を有する流体配管を提供することであるとみなすことができる。

本発明の主な特徴は、請求項１の特徴部分に示されている。構成は、請求項２から請求項１３の主題である。

本発明によれば、波形部分を有する流体配管であって、波形部分が流体配管の長手軸に沿って最小距離だけ延びており、波形部分が、流体配管の長手軸の周りに延びる周方向に沿って長手軸に対する距離が変化する波の山要素を有し、その距離が周方向に距離プロファイルを備え、その距離プロファイルが非円形の輪郭を提供する流体配管が提供される。

本発明において、流体配管を湾曲させるための波の山要素を有する波形部分が使用され、長手軸の周りの周方向に沿って長手軸に対する波の山要素の距離を変化させた結果、流体配管の最適化された湾曲形状が提供される。波の山要素の距離が周方向に変化することにより、波形部分の柔軟性が周方向に沿って変化することがもたらされる。流体配管の長手軸に対する距離が大きい波の山要素の周方向の位置は、この位置において高い柔軟性をもたらす。長手軸に対する距離が小さい波の山要素の周方向の位置は、この位置において低い柔軟性をもたらす。このように、波形部分の柔軟性は、長手軸に対する距離によって局所的に選択することができ、流体配管を湾曲させる際に、長手軸の周りの周方向に沿う各角度位置の波形部分において、波形部分の最適化された柔軟性が提供される。これにより、例えば、湾曲の外径を形成するために設けられた波の山要素の周方向の位置においては、内径を形成する波の山要素の周方向の位置におけるよりも高い柔軟性を提供することができる。波形部分の柔軟性が局所的に最適化されているため、流体配管内の湾曲の内径に、最小の波形、すなわち、振幅が非常に小さい波を有する表面、または、流れの中での渦の発生が低減される滑らかな表面を提供する、最適な湾曲形状を提供することができる。これにより、波形部分において発生する流体配管の湾曲位置における圧力低下を低減または回避することができる。

波の山要素の距離は、周方向に沿って連続的に変化させることができる。
このようにして、距離が周方向に沿って連続的に変化する柔軟性の連続的な変化を、例えば、波形部分の湾曲の外径および内径を形成すべき２つの周方向位置間に提供することができる。このようにして、波形部分の柔軟性は、圧力低下がさらに低減されるように、流体配管の形成される湾曲に、均等に、より都合よく適合させることができる。

この場合には、周方向の距離は、正弦関数または正弦関数の２乗に従って変化してもよい。
さらに、波の山要素は、波形部分の部分的な周囲の周りにのみ、周方向に延びていてもよい。

波の山要素が周方向に部分的に延びることにより、材料の延伸のために高い柔軟性が必要とされる位置のみに、波形による柔軟性の向上を図ることができる。例えば、流体配管の湾曲の与えられた内径においては、通常、柔軟性を高める必要はないので、これらの位置においては波形状を省略することができ、その結果、圧力低下がさらに低減される。

このようにして、流体配管は、長手方向に沿って滑らかな表面を有する波なし壁部分を有することができ、周方向における波形部分は、第１の端部領域および第２の端部領域を備え、波なし壁部分は、第１の端部領域と第２の端部領域との間に延びている。

このように波なし壁部分を設けることにより、流体配管の湾曲の与えられた内径において、流体配管の内部空間に滑らかな壁面が存在することを保証することができる。これにより、湾曲の内径における流体の流れの摩擦が増加することを抑制できる。波の山要素における波形部分の柔軟性の向上と相俟って、波なし壁部分は、たとえあったとしても、長手軸に沿ってわずかに長さが変化するだけである。さらに、波なし壁部分は圧縮されないので、波なし壁部分の滑らかな表面は、材料の圧縮によって通常もたらされる可能性のある、こぶを有しない。これは、流体の流れにおける圧力の低下をさらに減少させるのに役立つ。

また、波なし壁部分は、長手軸に対して最小の距離に配置することができる。
これにより、波なし壁部分は、波形部分に隣接する流体配管の他の部分と長手軸に対する距離が同じである。

さらなる例では、波の山要素は、長手軸に対する最大距離を有することができ、周方向における最大距離の位置は、長手軸に対する最小距離を有する波形部分の位置とは正反対に配置されていてもよい。

このように、柔軟性が最大となる周方向の位置と、柔軟性が最小となる周方向の位置とが、周方向において互いに正反対に配置されている。流体配管の湾曲を生成する際には、局所的に高い柔軟性の結果として、長手軸に対する距離が最大となる周方向位置が主に変形し、長手軸に対する距離が最小となる周方向位置は小さく変形、または全く変形しない。また、波なし壁部分の長手軸に対する距離は、周方向に一定とすることができる。これにより、湾曲の内径上に最適に形成された壁面がもたらされ、渦をさらに低減し、それによって、圧力の低下をさらに低減する。

さらに、波なし壁部分は、流体配管の中立軸を有していてもよい。
これにより、湾曲させる際に、流体配管の中立軸の位置において波なし壁部分に長さの変化がもたらされない。これにより、波の山要素が湾曲させる際に有する範囲に比べて、波なし壁部分全体の長さの変化が小さくなる。

また、波なし壁部分は、周方向において、０°と１８０°との間、好ましくは０°と１２０°との間、さらに好ましくは０°と８０°との間の角度範囲にわたっていてもよい。
さらに、流体配管は、長手軸に沿って波形部分から離れて延びる少なくとも１つの波なし配管部分を有していてもよい。

これにより、波形部分は、与えられた湾曲上に、波なし配管部分の間に狙いを定めて配置することができる。
波形部分は、さらに、複数の波の山要素を有することができ、各２つの波の山要素の間には、長手軸に対する距離が最小となるように１つの波の谷要素が配置されている。

波形部分の波の山要素の数は、与えられる湾曲の範囲の長さまたは曲げ角度に適合させてもよい。与えられた湾曲の曲げ角度が大きいほど、より多くの波の山要素が使用されてもよい。

流体配管は、波形部分が配置された湾曲を有していてもよい。
波の山要素は、さらに、湾曲の外径上に配置されていてもよい。
波形部分は、長手軸に沿ったその全範囲にわたって、湾曲の内径上に最小の距離を有していてもよい。

本発明のさらなる特徴、詳細、および利点は、請求項の文言、および図面に基づいた例示的な実施形態の以下の説明から生じる。
波形部分を有する流体配管の概略的な表現の側面図である。 図１の流体配管の正面図である。 曲げられた波形部分を有する流体配管の概略図を示す側面図である。 円周方向に沿って変化する距離の例示的なプロファイルを示す図である。

流体配管は、図１ａに模式的に表されており、その全体が参照符号１０によって参照されている。
図１ａは、流体配管１０を側面図で模式的に示している。流体配管１０は、長手軸１６に沿って水平方向に延びており、押出成形されたプラスチック材料から形成することができる。流体配管１０は、さらに、流体配管１０の長手軸１６に沿って長手軸１６に対する最小距離１４において延びる波形部分１２を備える。波形部分１２は、波形状を有しない２つの配管部分２８の間に配置されている。それとは逆に、配管部分２８は滑らかな壁を有している。この場合、波形部分１２は、流体配管１０に湾曲が生成されるべき位置に配置されている。

波形部分１２は、長手軸１６に対する最大距離２４と長手軸１６に対する最小距離１４との間に延びる少なくとも１つの波の山要素１８を有する波形壁部分を少なくとも部分的に有している。波形部分１２は、図１ａによれば、波の谷要素３４によって互いに分離されている複数の波の山要素１８を備えている。波の谷要素３４は、長手軸１６に対して最小距離１４に配置されている。波形部分１２の波の山要素１８の数は、与えられる湾曲の範囲の長さまたは曲げ角度に適合させてもよい。与えられる湾曲の曲げ角度が大きいほど、より多くの波の山要素１８を使用してもよい。

少なくとも１つの波の山要素１８は、図１ｂによれば、流体配管１０の長手軸１６の周りに延びる周方向２０に延びている。図１ｂは、長手軸１６に沿う方向からみた流体配管１０を示している。表示されている流体配管１０は、この場合、図１ａの線Ａ－Ａに沿った断面に対応しており、長手軸１６は、断面に対して直交して配置されている。

周方向２０に沿って、波の山要素１８は、長手軸１６に対する距離２２が変化している。すなわち、波の山要素１８を周方向２０に沿って追いかけると、長手軸１６に対する波の山要素１８の距離２２が変化している。ここでは、周方向位置とも呼ばれる、周方向２０に沿う波の山要素１８の種々の角度位置においては、長手軸１６に対する距離２２が異なる。

これにより、波の山要素１８は、種々の周方向位置において変化する柔軟性を有するように形成されている。したがって、波の山要素１８の局所的な柔軟性は、流体配管１０を湾曲させるために必要な局所的な柔軟性に対応するように調整することができる。湾曲の外径を形成することになっている領域は、大きな柔軟性を有しており、これらの領域においては、距離２２が最大距離２４まで増大している。湾曲の内径を形成すべき残りの領域は、それらの周方向位置に、増大した距離２２がより小さいか、全くない。

この場合、波の山要素１８は、波の山要素１８が長手軸１６に対して最大距離２４を有する第１の周方向位置を備える。第１の周方向位置は、波の山要素１８が長手軸１６に対して最小距離１４を有する他の周方向位置とは正反対である。

波の山要素１８は、さらに、波形部分１２の周方向の一部の周りにのみ、周方向２０に延びている。この場合、波の山要素１８は、第１の端部領域３０と第２の端部領域３２とを備える。波の山要素１８の両方の端部領域３０，３２において、変化する距離２２は、最大距離２４から周方向２０に進んで、波の山要素１８の外側の周方向位置において最小距離１４に対応するまで減少する。変化する距離２２は、２つの端部領域３０，３２の間において最大距離２４まで連続的に増加する。最大の柔軟性を有する周方向位置と最小の柔軟性を有する周方向位置とは、周方向２０に相互に正反対に位置している。したがって、流体配管１０に湾曲３６が形成されると、長手軸１６に対する最大距離２４を有し高い柔軟性を有する周方向位置が主に変形され、長手軸１６に対する最小距離１４を有する周方向位置は、ほとんど変形しないか、全く変形しない。

２つの端部領域３０，３２は、波形部分１２の波の山要素１８の周方向２０の外側において、平滑領域とも呼ばれる波なし壁部分２６によって互いに接続されている。波なし壁部分２６は、この場合には、長手軸１６に沿う方向および周方向２０に波のない平滑な壁を有し、むしろ平滑となるように形成されている。さらに、波なし壁部分２６は、長手軸１６からの最小距離１４の位置に配置されている。さらに、波なし壁部分２６の長手軸１６に対する距離は、その表面全体にわたって一定であってもよい。

これにより、波形部分１２の曲げ操作後に流体配管１０を湾曲させるために、波なし壁部分２６が、湾曲の内径における流体配管１０に配置された流体の流れのために、波形状のエッジのない表面を提供する。したがって、流体の流れは、湾曲の内径上において、程度の低い摩擦および乱流しか生じない。これにより、波なし壁部分２６からの流体の流れの中断が回避され、流体配管１０における渦、ひいては圧力の低下が低減または回避される。

図２は、波形部分１２が曲げられて流体配管１０に湾曲３６を設ける場合の流体配管１０を示している。この場合の湾曲３６は、外径３８と内径４０とを有する。間に波の谷要素３４を有する波の山要素１８は、外径３８に配置された湾曲３６の領域にわたって周方向２０に延びている。波の谷要素３４と相互に作用する複数の波の山要素１８は、外径３８に沿って配置され、長手軸１６に沿って波形部分１２の波形状を形成している。湾曲３６の内径４０周辺の領域には、波の山要素１８が存在しない。

波の山要素１８による流体配管１０の材料のより大きな柔軟性は、湾曲３６の内径４０よりも湾曲３６の外径３８において提供される。これにより、湾曲３６の外径３８上の材料は、大きな労力なしに長手軸１６に沿って引き伸ばされ得る。周方向２０に距離２２を変化させることにより、波の山要素１８によって提供される材料の柔軟性は、波の山要素１８の端部領域３０，３２までに減少する。

この結果、波形部分１２の局所的な伸びは、これらの位置において同様に低減される。すなわち、周方向２０に沿って、流体配管１０の材料は、波の山要素１８の距離２２に応じて、程度の変化する伸びを受ける。湾曲３６の内径４０においては、材料の伸びはそれ以上行われない。流体配管１０の中立軸４２はこの位置に配置される。

波なし壁部分２６は、中立軸４２において圧縮も延伸もされない。波の山要素１８の方向には、波なし壁部分２６に僅かな伸びがあり、その伸びは、波形部分１２の柔軟性の増大によって、端部領域３０，３２の始点において促進される。

この結果、流体配管１０および湾曲３６を通って流れる流体の流れにおける渦が回避される。流体の流れにおける渦の回避の結果、流体の流れにおける圧力低下がさらに低減され、あるいは回避される。

図３は、最小距離１４に対する波の山要素１８の周方向位置の局所的な距離の差を、周方向２０の周方向角度に対してプロットしたグラフ４４である。差は、最大差、すなわち最大距離２４と最小距離１４との差に対して標準化されている。ここでは、周方向角度が０°から１８０°まで表されており、周方向角度が１８０°の場合には、波の山要素１８の周方向位置が最大距離２４を有する位置に配置されているものとする。周方向２０の距離プロファイルは、非円形の輪郭を提供している。グラフ４４は、０°の位置から出発して、周方向２０および周方向２０とは反対方向における距離プロファイルを示している。すなわち、グラフ４４は、周方向２０または周方向２０とは反対方向に長手軸の周りの半周分のみを示している。

周方向２０における波の山要素１８の第１の距離プロファイル４６は、この場合には、正弦関数であり、最小距離は、０°から４０°の間の角度範囲に存在し、正弦関数プロファイルは、角度位置４０°から始まっている。すなわち、波なし壁部分２６または平滑領域は、周方向２０に、０°と１８０°との間の角度、好ましくは０°と１２０°との間の角度、さらに好ましくは０°と８０°との間の角度にわたっている。第１の距離プロファイル４６の最大値は、１８０°の角度位置に配置されている。

第２の距離プロファイル４８は、正弦関数の２乗に対応する形態を有する。第２の距離プロファイル４８は、最初は第１の距離プロファイル４６よりも小さく上昇する。しかし、より大きな周方向角度の場合には、第２の距離プロファイル４８の勾配は、第１の距離プロファイル４６の勾配よりも大きく、１８０°の位置における第２の距離プロファイル４８も最大距離２４を有する。

２つの距離プロファイル４６，４８は、単に、波の山要素１８の周方向２０に沿って距離２２の変化例を示しているに過ぎない。したがって、他の距離プロファイルが除外されるものではなく、同様に適用することができる。特に、周方向２０において、波なし壁部分２６または波の山要素１８の角度範囲は、この例示的な実施形態において説明されたものよりも大きくまたは小さく形成されてもよい。

本発明は、上述したいずれかの実施形態に限定されるものではなく、むしろ、種々の方法で変更することができる。
請求項、説明および図面から得られる構成上の詳細、空間的な配置、および方法のステップを含む、全ての特徴および利点は、それ自体でも、幅広い組み合わせでも、本発明に不可欠なものとなり得る。

１０ 流体配管
１２ 波形部分
１４ 最小距離
１６ 長手軸
１８ 波の山要素
２０ 周方向
２２ 変化する距離
２４ 最大距離
２６ 波なし壁部分
２８ 配管部分
３０ 第１の端部領域
３２ 第２の端部領域
３４ 波の谷要素
３６ 湾曲
３８ 外径
４０ 内径
４２ 中立軸
４４ グラフ
４６ 第１の距離プロファイル
４８ 第２の距離プロファイル

Claims (14)

1. 波形部分（１２）を有する流体配管（１０）であって、前記波形部分（１２）が、前記流体配管（１０）の長手軸（１６）に沿って少なくとも最小距離（１４）において延び、前記波形部分（１２）が、前記流体配管（１０）の前記長手軸（１６）の周りに延びる周方向（２０）に沿って前記長手軸（１６）に対する距離（２２）が変化する波の山要素（１８）を有し、前記距離（２２）が前記周方向（２０）に距離プロファイルを備え、該距離プロファイルが非円形の輪郭を提供する流体配管。
2. 前記周方向（２０）の前記距離（２２）が、正弦関数に従って、または正弦関数の２乗に従って変化する請求項１に記載の流体配管。
3. 前記波の山要素（１８）が、前記波形部分（１２）の一部の外周の周りにのみ前記周方向（２０）に延びている請求項１または２に記載の流体配管。
4. 前記波の山要素（１８）が前記長手軸（１６）に対する最大距離（２４）を有し、前記周方向（２０）における前記最大距離（２４）の位置が、前記長手軸（１６）に対する最小距離（１４）を有する前記波形部分（１２）の位置とは径方向の正反対の位置に配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体配管。
5. 前記流体配管（１０）は、前記長手軸（１６）に沿って滑らかな表面を有する波なし壁部分（２６）を有し、前記周方向（２０）における前記波形部分（１２）が第１の端部領域（３０）および第２の端部領域（３２）を備え、前記波なし壁部分（２６）が前記第１の端部領域（３０）と前記第２の端部領域（３２）との間に延びている請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体配管。
6. 前記波なし壁部分（２６）が、前記長手軸（１６）に対して最小距離（１４）に配置されている請求項５に記載の流体配管。
7. 前記長手軸（１６）に対する波なし壁部分（２６）の前記距離（２２）が前記周方向（２０）に一定である請求項５または請求項６に記載の流体配管。
8. 前記波なし壁部分（２６）が、前記流体配管の中立軸（４２）を有する請求項５から請求項７のいずれかに記載の流体配管。
9. 前記波なし壁部分（２６）が、前記周方向（２０）に、０°と１８０°との間、好ましくは０°と１２０°との間、さらに好ましくは０°と８０°との間の角度範囲にわたっている請求項６から請求項８のいずれかに記載の流体配管。
10. 前記流体配管（１０）は、前記波形部分（１２）から離れて前記長手軸（１６）に沿って延びる少なくとも１つの波なし配管部分（２８）を有する請求項１から請求項９のいずれかに記載の流体配管。
11. 前記波形部分（１２）が複数の前記波の山要素（１８）を有し、各２つの前記波の山要素（１８）の間に波の谷要素（３４）が配置され、該波の谷要素（３４）が前記長手軸（１６）に対して最小距離（１４）に配置されている請求項１から請求項１０のいずれかに記載の流体配管。
12. 前記流体配管（１０）が、前記波形部分（１２）が配置される湾曲（３６）を有する請求項１から請求項１１のいずれかに記載の流体配管。
13. 前記波の山要素（１８）が、前記湾曲（３６）の外径（３８）側に配置されている請求項１２に記載の流体配管。
14. 前記波形部分（１２）が、長手軸（１６）に沿う全範囲にわたって前記湾曲（３６）の内径（４０）側に最小距離（１４）を有する請求項１２または請求項１３に記載の流体配管。

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