JP5539742B2 - Heat exchange insert for heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器用の熱交換インサート、およびこのようなインサートを備える熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchange insert for a heat exchanger and a heat exchanger comprising such an insert.
本発明は、詳細には、間隙によって離隔されたチューブのコアと、複数の波形熱交換インサートを備えた、主として自動車用の熱交換器に関する。複数の波形熱交換インサートは、一連の実質的に平坦な部分を形成するように折り曲げられた金属ストリップの形態である。各平坦部は、2つのチューブの間に配設され、チューブ間の間隙に適合した寸法の1つの曲がり接合部によって、2つずつ連結されている。 In particular, the present invention relates to a heat exchanger primarily for automobiles, comprising a tube core separated by a gap and a plurality of corrugated heat exchange inserts. The plurality of corrugated heat exchange inserts is in the form of a metal strip that is folded to form a series of substantially flat portions. Each flat is disposed between two tubes and is connected two by two by one bend joint that is sized to fit the gap between the tubes.
熱交換器の機能は、チューブ内を循環する流体と、熱交換器を通過する外部流体との間の熱交換を可能にすることである。チューブ内を循環する流体と、外部流体との間の熱交換の性能を向上させたい場合には、外部流体とチューブ内を循環する流体との間の熱交換の表面積の増大を可能にする手段を、熱交換器に設けるのが一般的である。 The function of the heat exchanger is to allow heat exchange between the fluid circulating in the tube and the external fluid passing through the heat exchanger. If it is desired to improve the performance of heat exchange between the fluid circulating in the tube and the external fluid, a means that enables an increase in the surface area of heat exchange between the external fluid and the fluid circulating in the tube Is generally provided in the heat exchanger.
したがって、このような熱交換器は、一般に、冷却流体が循環する1列または複数列の整列したチューブを備えている。これらのチューブの集合体は、一般にコアと呼ばれている。このような熱交換器の機能は、チューブ内を循環する冷却流体と、熱交換器の外部を通過する流体との間の熱交換を可能にすることである。 Accordingly, such heat exchangers typically include one or more rows of aligned tubes through which cooling fluid circulates. A collection of these tubes is generally called a core. The function of such a heat exchanger is to allow heat exchange between the cooling fluid circulating in the tube and the fluid passing outside the heat exchanger.
したがって、1つの曲がり接合部によって2つずつ連結された一連の実質的に平坦な部分によって形成された、概観が概ね波形の複数の熱交換インサートを熱交換器に設けることが、周知の方法である。通常は、波形インサートは、曲がり接合部の一部がチューブに接触するように、2つのチューブの間に配設される。 Thus, it is well known in the art to provide a heat exchanger with a plurality of heat exchange inserts that are generally corrugated in appearance, formed by a series of substantially flat portions that are connected two by two by one bend joint. is there. Typically, the corrugated insert is disposed between the two tubes so that a portion of the bent joint contacts the tube.
このような熱交換器は、例えば、自動車の空調装置に組み入れることができる。この場合、熱交換器を通過する外部流体は、通常は自動車の内部に吹き込ませる空気であり、冷却流体は冷媒流体である。この場合、熱交換器は、この吹き込ませる空気を冷却することを目的としている。したがって、この熱交換器は蒸発器である。 Such a heat exchanger can be incorporated into, for example, an automobile air conditioner. In this case, the external fluid that passes through the heat exchanger is usually air that is blown into the automobile, and the cooling fluid is a refrigerant fluid. In this case, the heat exchanger aims to cool the air to be blown. Therefore, this heat exchanger is an evaporator.
空調回路内の流体の循環は、通常は、自動車のエンジンによって直接駆動されるコンプレッサによって行われる。 The circulation of the fluid in the air conditioning circuit is usually done by a compressor driven directly by the automobile engine.
現在、自動車に使用する構成部品の重量を軽減することが求められている。特に、熱交換器は、金属、特にアルミニウムで形成されている。現在の要求に応えるために、このような熱交換器の製造に使用される金属シートの厚さを低減する必要があると考えられている。 Currently, there is a need to reduce the weight of components used in automobiles. In particular, the heat exchanger is made of metal, in particular aluminum. In order to meet current demands, it is considered necessary to reduce the thickness of metal sheets used in the manufacture of such heat exchangers.
使用する金属シートの厚さは、一般に、インサート用が70μm未満であり、チューブ用が270μm未満である。このような厚さの低減により、熱交換器の機械強度が低下して、故障および劣化が促進されるリスクが上昇するという不都合が生じている。 The thickness of the metal sheet used is generally less than 70 μm for inserts and less than 270 μm for tubes. Such a reduction in thickness causes a disadvantage that the mechanical strength of the heat exchanger is lowered and the risk of promoting failure and deterioration is increased.
劣化のリスクは、熱交換器の生産段階で、様々な構成要素を共に固定する最終製造段階で、良好な結合を確実にするために、チューブおよびインサートのコアに保持圧力がかかった時に増大する。 The risk of degradation increases during the heat exchanger production stage, during the final manufacturing stage where various components are secured together, when holding pressure is applied to the tube and insert cores to ensure a good bond .
このような保持圧力下では、チューブおよびインサートのコアは、変形および/またはずれが生じて、例えば漏れの発生による故障や、例えば圧力損失の増加による効率の低下が起こりうる。 Under such holding pressure, the tube and the insert core can be deformed and / or dislocated, resulting in failure due to leakage, for example, and reduced efficiency due to increased pressure loss, for example.
本発明の目的は、上記の問題点を解消した、導入部で述べた新しいタイプの熱交換器を提案することにある。 The object of the present invention is to propose a new type of heat exchanger as described in the introduction, which has solved the above problems.
本発明は、金属ストリップまたは金属シートから形成された熱交換器用のインサートを提供するものである。このようなインサートは、第1の厚さを有する少なくとも1つの第1のゾーン、および第2の厚さを有する少なくとも第2のゾーンを備えている。 The present invention provides an insert for a heat exchanger formed from a metal strip or sheet. Such an insert comprises at least a first zone having a first thickness and at least a second zone having a second thickness.
第1の厚さおよび第2の厚さは、第2の厚さが第1の厚さの1.5倍以上、2倍以下となるようにする。 The first thickness and the second thickness are set such that the second thickness is not less than 1.5 times and not more than 2 times the first thickness.
本発明の好適な実施形態では、第2のゾーンは、好ましくはインサートの端部において、第1の長さに亘って金属ストリップを折り曲げることによって得られる局所肉厚部を画定している。 In a preferred embodiment of the invention, the second zone defines a local thickening obtained by folding the metal strip over the first length, preferably at the end of the insert.
局所肉厚部を、圧延によって薄くすると特に有利である。 It is particularly advantageous if the local thick part is thinned by rolling.
別法またはこれに加えて、第1のゾーンは、機械加工、圧延、スタンピング、または成形によって、金属ストリップを局所的に薄くすることによって形成する。 Alternatively or in addition, the first zone is formed by locally thinning the metal strip by machining, rolling, stamping, or forming.
インサートの局所肉厚部は、例えば第2の厚さと第1の厚さとの間の差に等しい所定の高さの少なくとも1つの横断方向の突出部を画定していると有利である。 Advantageously, the local thickness of the insert defines at least one transverse protrusion of a predetermined height, for example equal to the difference between the second thickness and the first thickness.
本発明はまた、上記した少なくとも1つのインサートを備える熱交換器にも関する。 The invention also relates to a heat exchanger comprising at least one insert as described above.
本発明の好適な実施形態では、インサートは、その同一の側面か、または相反する2つの側面に設けられた2つの局所肉厚部を備えている。 In a preferred embodiment of the invention, the insert comprises two local thickenings provided on the same side or on two opposite sides.
好ましくは、熱交換器は、少なくとも2つの局所肉厚部の間に配設された、少なくとも1つの熱交換チューブを備えている。 Preferably, the heat exchanger comprises at least one heat exchange tube disposed between at least two local wall thicknesses.
変更形態では、熱交換チューブは、インサートの局所肉厚部と相互作用できる少なくとも1つの局所変形部を備えている。 In a variant, the heat exchange tube comprises at least one local deformation that can interact with the local thickening of the insert.
本発明の他の特徴および利点は、本発明の理解を補うだけではなく、適宜に本発明の定義に寄与しうる添付の図面、および以下の詳細な説明の考察から明らかになると思う。 Other features and advantages of the present invention will become apparent from consideration of the accompanying drawings and the following detailed description, which not only supplement the understanding of the present invention, but can also contribute to the definition of the present invention as appropriate.
図1は、熱交換器2の正面図である。熱交換器2は、波形インサート10が配設された間隙12によって離隔されたチューブ8のコアを備えている。
FIG. 1 is a front view of the
波形インサート10は、一連の平坦部または実質的に平坦な部分22を形成するように折り曲げられた金属シートまたはストリップ20の形態である。各平坦部22は、2つのチューブ8の間に配設され、2つの連続したチューブ8の間に画定された間隙12に適合した寸法の1つの曲がり接合部24によって2つずつ連結されている。
The
熱交換器2は、冷媒液または冷却液などの流体循環チューブ8の一端および他端をそれぞれに受容している第1の収集リング4および第2の収集リング6も備えている。チューブ8は、互いに均等に離隔して一列に配設され、チューブ8のコアを構成している。
The
第1の収集リング4は、冷媒液または冷却液などの流体が循環する空調回路に連結されたインレットマニホールド14に連結され、第2の収集リング6は、同様に空調回路に連結されたアウトレットマニホールド16に連結されている。
The
したがって、空調回路の上流部を出た流体は、インレットマニホールド14に入り、第1の管状収集リング4を経て、チューブ8を循環してから第2の収集リング6に達する。次いで、流体は、第2の収集リング6を通り、空調回路の下流部に連結されたアウトレットマニホールド16から出る。
Accordingly, the fluid exiting the upstream portion of the air conditioning circuit enters the
別の実施形態によると、熱交換器2は、単一収集リングを備えている。単一収集リングは、その内部にインレットマニホールド14およびアウトレットマニホールド16が個々に配置されるように、内部仕切りによって分離するか、または並置された2つの収集室によって形成した2つの内部空間を有する。
According to another embodiment, the
チューブ8およびインサート10のコアは、熱交換器2の全体を保持し、強度を高める2つの端版18を備えている。
The core of the
本発明は、端版18を備えていない熱交換器も対象としている。
The present invention is also directed to a heat exchanger that does not include the
熱交換器2は、その内部を通過する空気などの外部流体と、冷媒または冷却液などのチューブ8の内部を循環する流体との間の熱交換を可能にする。
The
図1の例では、チューブ8の内部を循環する流体は、R744という名称でも知られている二酸化炭素などの超臨界流体、またはR134aという名称の冷媒流体であるフッ素化合物などの亜臨界流体とすることができる。さらに、本発明は、他の代替流体と共に用いることもできる。チューブ8の内部を循環する流体は、自動車の熱機関を冷却するための流体などの冷却流体とすることもできる。
In the example of FIG. 1, the fluid circulating inside the
図2は、図1の熱交換器のコアの一部の斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view of a part of the core of the heat exchanger of FIG.
図2は、チューブ8およびインサート10の形状、ならびにその互いに対する構成を明確に示している。
FIG. 2 clearly shows the shape of the
図1に示すように、2つのチューブ8の間には、波形の熱交換インサート10が配設されている。
As shown in FIG. 1, a corrugated
各インサート10は、例えばアルミニウム合金からなる折り曲げられた金属シート、またはストリップの形態に形成されている。各インサート10は、金属ストリップ20に切込みを入れて形成されたルーバー26を備えている。
Each
波形インサート10は、例えば、「フラットバンド」とも呼ばれる金属ストリップの連続的な折り畳みによって形成されている。インサート10は、2つの近接した平坦部20が接合部24によって互いにつながるように構成された一連の平坦部20を備えている。
The
気流Fが、熱交換器2を横断し、チューブ8およびインサート10のコアを通過する。
An air flow F traverses the
したがって、熱交換器2は、気流Fが熱交換器2に入る面を形成する上流面と、気流Fが熱交換器2から出る面を形成する下流面を有する。
Therefore, the
本発明によると、インサート10は、局所肉厚部30も備えている。この局所肉厚部30は、インサート10の強度を向上させ、従って熱交換器2の強度の向上に寄与することができる。
According to the present invention, the
2つの局所肉厚部30は、気流Fが流れる方向におけるインサート10の両端部に設けるのが好ましい。したがって、第1の局所肉厚部30は、熱交換器2の上流面に位置し、第2の局所肉厚部30は、熱交換器2の下流面に位置している。
The two local
第1の例示的な実施形態では、局所肉厚部30は、特に、インサート10を構成する金属ストリップ20の第1の長さAに亘って折り曲げるなどして、局所的に曲げることによって形成している。したがって、金属ストリップが第1の厚さTh1を有する場合、局所肉厚部30は、第1の厚さTh1の2倍に等しい第2の厚さTh2を有する。
In the first exemplary embodiment, the local
したがって、インサート10は、第1の厚さTh1を有する第1のゾーンと、第2の厚さTh2を有する少なくとも第2のゾーンを備えることになる。
Thus, the
この実施形態は、第2の厚さTh2の2倍以下の第1の厚さTh1を有することを可能にする。 This embodiment makes it possible to have a first thickness Th1 that is less than or equal to twice the second thickness Th2.
さらに、例えば、第1の厚さTh1が第2の厚さTh2よりも薄くなるように、厚さTh1の第1のゾーンと厚さTh2の第2のゾーンを画定するために、例えば、圧延などによって、金属ストリップ20を局所的に薄くすることも可能である。
Further, for example, in order to define the first zone of thickness Th1 and the second zone of thickness Th2 such that the first thickness Th1 is thinner than the second thickness Th2, for example, rolling For example, the
局所肉厚部30の寸法を小さくして、第2の厚さTh2を得るために、例えば圧延によって局所肉厚部30を薄くする。
In order to reduce the dimension of the local
この実施形態によると、第2の厚さTh2は、第1の厚さTh1の1.5倍〜2倍の範囲であるのが望ましい。 According to this embodiment, the second thickness Th2 is preferably in the range of 1.5 to 2 times the first thickness Th1.
さらに、本発明は、局所肉厚部30が、第2の厚さTh2と第1の厚さTh1との間の差に少なくとも等しい高さh2を有する終端当接部を画定することを可能にする。
Furthermore, the present invention allows the local thickened
また、このような終端当接部は、インサート10をチューブ8間の所定の位置に保持するのに役立つ。具体的には、図2に示すように、インサート10は、横方向、すなわち、中心平面に垂直な気流Fの流動の方向に保持される。
Further, such a terminal contact portion is useful for holding the
別法として、第2の実施形態によると(不図示)、機械加工によって、インサート10の第1の部分を薄くして、局所肉厚部30を設けることが可能である。薄くするインサート10の第1の部分は、チューブ8およびインサート10のコアの中心平面に対して対称に位置させるのが好ましい。この中心平面とは、熱交換器2の上流面および下流面から等距離にある平面であり、熱交換器2に対して平行である。
Alternatively, according to the second embodiment (not shown), the first portion of the
上記の構成については、図2の熱交換器2のコアの部分の線III−IIIに沿った断面図である図3に詳細に例示してある。
The above configuration is illustrated in detail in FIG. 3, which is a cross-sectional view taken along line III-III of the core portion of the
図3に示すように、終端当接部は、チューブ8の端部壁40に接触している。この接触は、インサート10に接触しているチューブ8の2つ大きな側面をつないでいるチューブ8の2つの小さい側面でなされているのが好ましい。
As shown in FIG. 3, the terminal contact portion is in contact with the
このような保持により、インサート10は、所定の位置に配置されて保持され、熱交換器2の組み立てのために圧力がかかると、チューブ8の間で移動できなくなる。
By such holding, the
図3の例によると、2つの局所肉厚部30は、インサート10の同一の側面に設けられている。この実施形態では、熱交換器2の上流面および下流面、ならびに中心平面に対して垂直な平面の同一断面において、同じチューブ8の両側に2つの終端当接部を設けることが可能である。
According to the example of FIG. 3, the two local
この例によると、インサート10は、チューブ8の所定の位置に保持される。
According to this example, the
別の変更された実施形態によると、2つの局所肉厚部30を、インサート10の両側に設けてある。これは、図3の線IV−IVに沿って切り取った断面図である図4に詳細に示してある。
According to another modified embodiment, two
図4に例示するように、下流面に位置するインサート10の端部は、インサート10の第1の側に局所肉厚部30を備えている。上流面に位置するインサート10の端部は、第1の側とは反対のインサート10の第2の側に局所肉厚部30を備えている。
As illustrated in FIG. 4, the end portion of the
このような構成により、交互する終端当接部が可能となる。このように形成すると、インサート10を、2つの近接するチューブ8の間の所定の位置に保持することができる。
With such a configuration, alternating terminal contact portions are possible. When formed in this way, the
図5は、図4のインサートの実施形態の斜視図である。 FIG. 5 is a perspective view of the embodiment of the insert of FIG.
本発明は、特に、蒸発器、凝縮器、ガス冷却器、または熱放射器などの自動車用に設計された加熱設備、換気設備、および/または空調設備の熱交換器に利用することができる。 The invention can be used in particular for heat exchangers for heating, ventilation and / or air conditioning equipment designed for motor vehicles such as evaporators, condensers, gas coolers or heat radiators.
さらに、上記の例は、折り畳み型のチューブを備えた熱交換器に関するものである。しかし、本発明は、プレートを備えるチューブ、または押出チューブによる実施形態も対象としている。 Furthermore, said example is related with the heat exchanger provided with the folding-type tube. However, the present invention is also directed to embodiments with tubes comprising plates or extruded tubes.
流体循環用チューブ8は、「単チャンネル」型である。本明細書に記載しているチューブ8は、単なる例である。本発明では、他のタイプのチューブも、流体循環用チューブ8として用いることができる。本発明はまた、チューブ8が複数の内部チャンネルを画定する内部仕切りを備えている実施形態も対象としている。このようなチューブは、一般に「多チャンネルチューブ」と呼ばれている。したがって、チューブ8は、「多チャンネルフラットチューブ」として知られている。
The
図6は、本発明の代替の実施形態を示している。 FIG. 6 shows an alternative embodiment of the present invention.
この変更形態は、チューブ8のコアの厚さを減少させるという利点を有する。このため、チューブ8は、局所変形部32を備えている。この局所変形部32により、インサート10の局所肉厚部30を受容するのに適した空間を画定することが可能となっている。
This modification has the advantage of reducing the thickness of the
局所変形部32を、チューブ8の端部36に設けるのが好ましい。局所変形部32は、インサート10の局所肉厚部30と相互作用するように、この局所肉厚部30の形状に一致させている。
The
図6の例によると、チューブ8は、e1の厚さを有する中心部34と、この中心部34の両側に設けられた2つの端部36を備えている。各端部36は、e2の厚さを有する。厚さe1は、厚さe2にインサート10の終端当接部の高さh2の2倍を加えた値に等しい。
According to the example of FIG. 6, the
図6の実施形態は、波形インサート10の特定の実施形態も示している。この例によると、インサート10は、その各側に2つの局所肉厚部30を備えているため、合計4つの局所肉厚部30を有する。
The embodiment of FIG. 6 also shows a specific embodiment of the
このようなインサート10は、逆方向への二重折り返し、すなわちインサート10の端部の第1の長さ(A)に亘る金属ストリップの2つの相反する方向への折り返しの結果である。この折り返しの後、折り返された二重折り返し部分の厚さを、薄肉化、好ましくは上記した圧延によって、薄くすることができる。
Such an
この実施形態は、熱交換器2の取付けのために圧力がかけられると、チューブ8のコアにインサート10が保持されるという同様の利点を有する。
This embodiment has the same advantage that the
本発明は、蒸発器に限定されるものではない。本発明は、凝縮器、ガス冷却器、熱放射器などのあらゆるタイプの熱交換器に有用である。 The present invention is not limited to an evaporator. The present invention is useful for all types of heat exchangers such as condensers, gas coolers, heat radiators and the like.
本発明は、単なる例として記載した上記の実施形態に限定されるものではなく、当業者が特許請求の文脈の範囲内と見なす他の変更形態、また、上記した様々な実施形態のすべての組み合わせを包含するものである。 The invention is not limited to the above-described embodiments described by way of example only, but also other modifications which those skilled in the art consider within the scope of the claims and all combinations of the various embodiments described above. Is included.
2 熱交換器
4 第1の収集リング
6 第2の収集リング
8 チューブ
10 インサート
12 間隙
14 インレットマニホールド
16 アウトレットマニホールド
18 端版
20 ストリップ
22 平坦部
24 曲がり接合部
26 ルーバー
30 局所肉厚部
32 局所変形部
34 中心部
36 端部
A 第1の長さ
F 気流
Th1 第1の厚さ
Th2 第2の厚さ
e1 中心部の厚さ
e2 端部の厚さ
h2 高さ
2
Claims (15)
第1の厚さ(Th1)を有する少なくとも第1のゾーンおよび第2の厚さ(Th2)を有する少なくとも第2のゾーンを備え、
一方の局所肉厚部(30)は、インサート(10)の第1の側に配置され、他方の局所肉厚部(30)は、インサート(10)の第2の側に配置され、
第2の側は金属ストリップ(20)を介して第1の側とは反対側に位置し、
局所肉厚部(30)は、近接するチューブ(8)に対して、終端当接が可能となるように形成されていることを特徴とする、インサート(10)。 In an insert (10) for a heat exchanger (2) formed from a metal strip (20),
Comprising at least a first zone having a first thickness (Th1) and at least a second zone having a second thickness (Th2) ;
One local thick part (30) is arranged on the first side of the insert (10), the other local thick part (30) is arranged on the second side of the insert (10),
The second side is located on the opposite side of the first side through the metal strip (20),
The insert (10) is characterized in that the local thick part (30) is formed so as to be able to make a terminal contact with the adjacent tube (8 ).
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