JP6170548B2 - 熱交換器のチューブ、熱交換器のチューブバンドル、熱交換器のチューブバンドルを備えた熱交換器および熱交換器のチューブのプレートの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱交換器、例えば自動車の熱交換器、特に自動車内の暖房、換気および／または空調装置、の分野に関する。関連する熱交換器は、好適には、車両の空調の回路またはループに配置された蒸発器に対応する。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの熱交換器の他の適用も考えられる。

チューブのコアバンドル（コア管束）を有する蒸発器が知られている。第１の流体がコアバンドルの入口から出口まで各チューブ内を循環し、第２の流体、例えばコアバンドルの入口面からコアバンドルの出口面までの間でコアバンドルを横断してチューブ上を通過する空気の流れ、と熱交換する。

チューブは、それぞれ底部とリム部とを備えた下プレートと上プレートで構成される。これらは各リム部で接合され、第１の流体を受け入れることを意図された内部容積を形成する。このような熱交換器では、第２の流体は、２つのリム部が接合されることによって形成された端面に衝突することによってチューブに接触する。

コアバンドルを横断する空気の流れは、腐食の加速を促進する不純物を含むことがある。例として、そのような不純物は、熱交換器の強制冷却に用いられるモーターファンユニットのモーターからの銅の粒子であり得る。ところで、空気の流れがチューブに接触するプレートのリム部は、とりわけコアバンドル上を通過する空気の流れの方向に対する傾きによって、特に腐食の、影響を受けやすい領域である。これは、亀裂およびチューブ内を循環する第１の流体が流出し得る漏れ穴を引き起こす、チューブのこの領域の急速な劣化をもたらす。

本発明は、この状況を改善することを目的とする。

そのために、チューブと接触して循環する第１の流体および第２の流体の間の熱交換を許容することを意図された、熱交換器のチューブであって、前記チューブは、上プレートおよび下プレートを有し、前記上プレートおよび前記下プレートは向かい合って位置して第１の流体が循環可能なチューブの内部容積を画定し、前記プレートのそれぞれは、底部および少なくともリム部を有し、前記プレートは、前記リム部で互いに接触し、前記チューブは、前記リム部に固定されたデフレクタを有し、前記デフレクタは、前記底部に対して交差する方向に延び且つ前記第２の流体を前記底部に向けて逸らせるように設計された第１の壁部を有する、ことを特徴とするチューブ、を提案する。

これにより、本発明は、特にデフレクタの利点によって、第２の流体の流れをプレートの底部に向ける、すなわち、リム部に正面から衝突しないような方法で第２の流体の流れを向けることを可能にする。リム部に位置する腐食の影響を受けやすい領域に接触する第２の流体の割合は、かなり減少する。第２の流体は、これにより、プレートの底部に沿って、これらのプレートの延在方向と実質的に平行な方向に、流れる。

第１の壁部は、例えば、前記プレートの底部に垂直に延びている。

本発明の一態様によれば、前記リム部と前記底部とは、異なる平面内に延びている。リム部は、とりわけ、底部に対して高くなっている。

本発明の一特定の実施形態において、各プレートの底部は、チューブの外側に向いた面（外面とも呼ばれる）と、底部に垂直な軸（第１の軸とも呼ばれる）に沿って下プレートおよび上プレートの外面の間に画定されるチューブの高さと、第１の軸（Ａ）に沿って、チューブの高さとチューブの高さより０．４ｍｍ小さい高さの間に含まれる距離にわたって延在する第１の壁部と、を有する。第１の壁部は、これにより、チューブほど高くはなく、第１の軸に沿って下プレートの外面または上プレートの外面のいずれをも超えて突き出してはいない。この、チューブの残部に比較して低いデフレクタの高さは、チューブのコアバンドルがあらかじめ組み立てられたときに、デフレクタと、２つの隣接したチューブの間に位置する中間層と、の機械的干渉が生じることを避けることを可能にする。

有利には、第１の壁部は、第１の軸に沿って下プレートの外面から厳密に０．２ｍｍ未満離れた距離に位置する第１の端部を有する。有利には、第１の壁部は、第１の軸に沿って上プレートの外面から厳密に０．２ｍｍ未満離れた距離に位置する第２の端部を有する。デフレクタは、これにより、第２の流体の速度がチューブのリム部を避けるのに十分に大きな高さにわたって、第２の流体からチューブのリム部を保護する。

有利には、デフレクタは、前記チューブの高さに沿ってチューブに対して中心合わせされている。第２の流体は、したがって、上プレートの底部と下プレートの底部とに同様に向けられる。

本発明の一実施の形態において、デフレクタは、第１の壁部に接続され且つ第１の壁部に対して交差する方向に延びる、第２の壁部と、一側において第２の壁部に接続され且つ第２の壁部に対して交差する方向に延び、他側においてリム部に接続され且つリム部に対して交差する方向に延びる、第３の壁部と、を有する。

本発明の一実施の形態によれば、デフレクタは、下プレート上に配置される。

本発明の一態様によれば、デフレクタは、チューブの長手方向の側部に沿って配置され、第２の流体を受けるように意図されている。ここで、デフレクタは、チューブの当該側部に配置され、第２の流体と最初に接触することができる、すなわち、チューブの当該側部上で第２の流体を最初に受けるように意図されていることが、理解されるだろう。

有利には、デフレクタは、下プレートまたは上プレートと一体に形成される。デフレクタは、下プレートおよび上プレートと一体に形成されてもよい。

あるいは、デフレクタは、前記チューブに取り付けられる。

本発明は、少なくとも１つの上述のようなチューブを有する熱交換器のコアバンドルにも関する。コアバンドルは、特に上述のチューブを複数有する。本発明は、上述のコアバンドルを有する熱交換器にも関する。

本発明の一態様によれば、コアバンドルは、第２の流体がコアバンドル内に入ることを許容する入口面と、コアバンドルの前記入口面側、特に入口面が位置する面内、に位置する、チューブのデフレクタと、を有する。例えば、コアバンドルの複数のチューブのうちの、すべてまたはいくつかのチューブが、デフレクタを有する。これらのデフレクタは、とりわけコアバンドルの前記入口面側に位置している。

本発明は、さらに、熱交換器のチューブの下プレートの製造方法に関する。この方法は：
−底部を囲むリム部およびリム部に隣接した遠位端を有する下プレートを形成するために、平らな金属片がプレスされ、
−底部に対して交差する方向に延びるデフレクタを形成するために、遠位端が曲げられる。

添付された図面により、本発明がどのように具体化されるかについての理解が容易になるだろう。これらの図面では、同一の参照記号は、同様の要素であることを示している。

図１は、本発明による、チューブのコアバンドルを有する熱交換機の一実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線上において、チューブのコアバンドルを示す断面図である。 図３は、図２と同様の図であり、コアバンドルの、本発明によるチューブをより詳細に示す図である。 図４は、本発明による、チューブのプレートをプレスする方法を示す図である。 図５は、本発明による、チューブの他の形状のプレートをプレスする方法を示す図である。

本発明は、例えば、図１に示されているような熱交換器の用途に用いられる。この熱交換器は、自動車の暖房、換気および／または空調装置内に配置されるように、特に意図されている。このような熱交換器１は、例えば、自動車の車室内の空調回路の蒸発器である。

熱交換器１は、平行なチューブ２からなるコアバンドル１０を備えてもよい。このような熱交換器１はマニホルドを有し、これらのマニホルドは、チューブ２を通って循環する第１の流体、特に冷媒、の循環方向Ｆにおいてそれぞれ入口マニホルド３および出口マニホルド４をなす。第１の流体は、したがって、熱交換器１のチューブ２を通って循環し、入口マニホルド３から出口マニホルド４までの循環ループを作る。第２の流体は、コアバンドル１０の入口面１１からコアバンドル１０の出口面（図示せず）にかけて、コアバンドル１０全体を通過する。この第２の流体は、特に、空調のために後に車両室内に送り込まれることを意図された外気である。第２の流体は、コアバンドル全体を通過し、チューブ２の間を、第１の流体が循環する方向に対して実質的に垂直な方向に、通過する。

チューブ２は、これにより、チューブ２に接触して循環する第１の流体と第２の流体との間での熱交換を許容するように意図されている。

チューブ２のコアバンドル１０の一部が図２に示されており、本発明によるコアバンドル１０のチューブ２の１つがより詳細に図３に示されている。以下の記述は、これらの２つの図に関連する。

これらの図は、コアバンドルの一側、すなわちこの例ではコアバンドル１０の入口面１１側のみを示している。矢印２０は、第２の流体の流れの方向を示している。

コアバンドル１０は、これにより、平行に取り付けられ、積み重ねられたチューブ２を有する。各チューブ２は、下プレート２１および上プレート２２を有し、下プレート２１および上プレート２２は、第１の流体が循環する内部容積を画定するように、互いに向かい合って位置している。チューブ２は、平たい断面を有し、チューブ２の間には、第１の流体と第２の流体との間の熱交換のための表面積を増大させる中間層７が位置している。中間層７には、例えば、第１の流体との熱交換を増大する観点から第２の流体の流れを逸らすための、薄板７’が配置されている。チューブ２の内側は、熱交換のための表面積およびチューブ２の機械的完全性を増大する、中間層７のような、摂動装置８をも含んでよい。チューブ２は、例えば、第１の流体が通って循環できる、複数の平行な内部導管を画定する。

熱交換器１に含まれる上述の種々の要素は、特に共にろう付けされる。

プレート２１，２２は、それぞれ、実質的に平坦且つリム部２４に囲まれた底部２３を有する。リム部２４において、プレート２１，２２は互いに接合されている。とりわけ、ろう付けにより接合されている。リム部２４は、例えば底部２３に対して時計回り方向に４５°傾き且つ底部２３に接続された、第１の部分２６と、第１の部分２６に対して反時計回り方向に４５°傾いた、第２の部分２７と、を有している。すなわち、第２の部分は底部２３と実質的に平行に延びている。第２の部分２７において、プレートは互いに組み付けられている。とりわけ、ろう付けにより組み付けられている。リム部２４は、端部２４’で終わっている。

本発明によれば、チューブは、リム部２４に固定されたデフレクタ３０を有し、デフレクタ３０は、底部２３に対して交差する方向に延び且つ第２の流体を底部２３に向けて逸らせるように設計された第１の壁部３１を有する。

デフレクタ３０は、チューブ２に取り付けられてもよいし、図２および図３に示されているように、チューブ２と一体に形成されてもよい。とりわけ、リム部２４の延長部に形成されてもよい。

この例において、デフレクタ３０の第１の壁部３１は、底部２３に対して垂直に延びている。第１の壁部３１は、下プレート２１と同じ側に位置する第１の端部３１’と、上プレート２２と同じ側に位置する第２の端部３１”と、を有する。

デフレクタ３０は、第２の端部３１”で第１の壁部３１と接続される第２の壁部３２を有する。第２の壁部３２は、第１の壁部３１に対して交差する方向に、とりわけ第１の壁部３１に対して直角に、すなわちこの例では底部２３と平行に、延びている。デフレクタ３０は、第２の壁部３２に接続された第３の壁部３３を有する。第３の壁部３３は、第２の壁部３２に対して交差する方向に、とりわけ第２の壁部３２に対して直角に、延びている。第３の壁部３３は、一方で第２の壁部３２に接続され、他方でリム部２４に（とりわけリム部２４の端部２４’に）接続されている。

図示された例では、デフレクタ３０は、下プレート２１から得られる。とりわけ、第３の壁部３３は、下プレートのリム部２４から得られる。ここで、第１の壁部３１は、上プレート２２のリム部２４から分離されている。デフレクタ３０は、上プレート２２上のみ、または、上および下プレート２１，２２上に位置することもできる。

各プレート２１，２２の底部２３は、第２の流体と接触する、チューブ２の外側に向いた面２８（外面２８とも呼ばれる）を有する。チューブ２の高さｈは、底部２３に垂直な軸（第１の軸Ａとも呼ばれる）に沿って下プレート２１および上プレート２２の外面２８の間の距離で画定される。第１の壁部３１は、第１の軸Ａに沿って、チューブの高さｈとチューブの高さより０．４ｍｍ小さい高さの間に含まれる距離にわたって延在する。ここで、第１の壁部３１は、第１の軸Ａに沿って、下プレート２１および上プレート２２の底部２３の外面２８を超えて延在していないことが理解されるだろう。

ここで、第１の壁部３１は、チューブ２に対して中心合わせされている。言い換えると、第１の壁部３１は、チューブ２の中央面に対して中心合わせされている。中央面は、各プレートのリム部２４の間のろう付けされた接続部を通り、下プレート２１が中央面の第１の側に延在し、上プレート２２は中央面の第２の側に延在する。

これにより、第１の壁部３１の第１の端部３１’は、第１の軸Ａに沿って下プレートの外面２８から厳密に０．２ｍｍ未満離れた距離に位置する。好ましくは、第１の軸Ａに沿った、第１の端部３１’と下プレートの外面２８との間の距離は、０．１ｍｍである。同様に、第１の壁部の第２の端部３１”は、第１の軸Ａに沿って上プレート２２の外面２８から厳密に０．２ｍｍ未満離れた距離に位置する。好ましくは、第１の軸Ａに沿った、第２の端部３１”と上プレートの外面２８との間の距離は、０．１ｍｍである。

したがって、第１の端部３１’と第１の軸に沿った下プレートの外面２８との間には間隔ｅが存在し、および／または、第２の端部３１”と上プレート２２の外面２８との間には間隔ｅ’が存在する。この間隔、または、これらの間隔ｅ，ｅ’は、とりわけ、熱交換器を組み立てるときに、中間層とデフレクタ３０との間の機械的干渉を避けることを可能にする。

チューブのデフレクタ３０は、コアバンドル１０の入口面１１側に位置している。デフレクタ３０は、チューブの長手方向の側部１２上に配置され、コアバンドル１０に入る第２の流体を受けるように意図されている。デフレクタ３０は、これにより、後に、コアバンドル１０に入る第２の流体の流れをそらすことができる。上述のように、図２では、コアバンドルの一側のみが示されている。コアバンドルの出口面に対応する他側は、デフレクタ３０を有しないことを除いて、図示された側（一側）と対称である。

図４および図５は、本発明によるチューブの下プレートの製造方法を示している。このプレートは、本発明による熱交換器の熱交換器コアバンドルに取り付けられることを意図されている。

この方法によれば、
−出発点は、平らな金属片４０である。
−この平らな金属片４０は、底部２３を囲むリム部２４およびリム部２４に隣接する遠位端３５を有する下プレート２１を形成するために、矢印５０の方向にプレスされる。遠位端は、下プレート２１の一側だけに存在し得る。底部２３および遠位端３５は、したがって、実質的に同一平面上に延びているのに対して、リム部２４は、底部２３および遠位端３５に対して高くなっている。
−底部２３に対して交差する方向に延びるデフレクタを形成するために、遠位端３５が、矢印４５の方向に沿って上に曲げられる。

このようにして、同様の底部２３およびリム部２４を有する上プレート２２と共に組み立てられることを意図された下プレート２１が製造される。そして、上プレート２２と下プレート２１との間に、上述のデフレクタ３０が配置されたチューブ２が形成される。

図５は、本発明の一態様による方法を示している。遠位端３５を有する下プレート２１と、遠位端３５を有しない上プレート２２、すなわちデフレクタ３０を有しない上プレート２２とが、同時にプレスされる。これらの下および上プレート２１，２２は、このとき、並んで位置し、同一の金属片４０の一部を形成する。最後に、下プレート２１および上プレート２２が、１つの同じ金属片４０から同時に形成される。

下プレート２１の遠位端３５は、次に、デフレクタ３０を形成するために、上述のように上に曲げられる。金属片４０は、次に、デフレクタ３０を有する下プレート２１を、デフレクタ３０を有しない上プレート２２から分離するために切断される。代わりとして、上プレート２２のリム部２４を下プレート２１のリム部２４上に移動させるために、上プレートを１８０°曲げられる。

本発明の他の態様によれば、方法は、上述のように、チューブ２を形成するように互いに向かい合って位置させるために、プレート２１，２２の一方を他方に組み付ける工程を含んでもよい。

Claims (12)

1. チューブ（２）と接触して循環する第１の流体および第２の流体の間の熱交換を許容することを意図された、熱交換器（１）のチューブ（２）であって、
   前記チューブ（２）は、上プレート（２２）および下プレート（２１）を有し、前記上プレート（２２）および前記下プレート（２１）は向かい合って位置して第１の流体が循環可能なチューブ（２）の内部容積（２５）を画定し、
   前記プレート（２１，２２）のそれぞれは、底部（２３）および少なくともリム部（２４）を有し、
   前記プレート（２１，２２）は、前記リム部（２４）で互いに接触し、
   前記チューブ（２）は、前記リム部（２４）に固定されたデフレクタ（３０）を有し、
   前記デフレクタ（３０）は、前記底部（２３）に対して交差する方向に延び且つ前記第２の流体を前記底部（２３）に向けて逸らせるように設計された第１の壁部（３１）を有し、
   前記デフレクタ（３０）は、
   前記第１の壁部（３１）に接続され且つ前記第１の壁部（３１）に対して交差する方向に延びる、第２の壁部（３２）と、
   一側において前記第２の壁部（３２）に接続され且つ前記第２の壁部（３２）に対して交差する方向に延び、他側において前記リム部（２４）に接続され且つ前記リム部（２４）に対して交差する方向に延びる、第３の壁部（３３）と、
   を有し、
   前記下プレート（２１）は、前記下プレート（２１）の前記リム部（２４）及び前記上プレート（２２）の前記リム部（２４）の間の接続部を通る中央面の第１の側に延在し、前記上プレート（２２）は、前記中央面の第２の側に延在し、
   前記第１の壁部（３１）は、前記中央面の前記第１の側及び前記第２の側にわたって延在する、チューブ（２）。
2. 前記リム部（２４）と前記底部（２３）とは、異なる平面内に延びている、請求項１に記載のチューブ（２）。
3. 各プレート（２１，２２）の底部（２３）は、チューブ（２）の外側に向いた面（２８）（外面（２８）とも呼ばれる）と、
   底部（２３）に垂直な軸（第１の軸（Ａ）とも呼ばれる）に沿って下プレート（２１）および上プレート（２２）の外面（２８）の間に画定されるチューブ（２）の高さ（ｈ）と、
   第１の軸（Ａ）に沿って、チューブ（２）の高さ（ｈ）とチューブ（２）の高さ（ｈ）より０．４ｍｍ小さい高さの間に含まれる距離にわたって延在する第１の壁部（３１）と、
   を有する、請求項１または２に記載のチューブ（２）。
4. 第１の壁部（３１）は、第１の軸（Ａ）に沿って下プレート（２１）の外面（２８）から厳密に０．２ｍｍ未満離れた距離に位置する第１の端部（３１’）を有する、請求項３に記載のチューブ（２）。
5. 第１の壁部（３１）は、第１の軸（Ａ）に沿って上プレート（２２）の外面（２８）から厳密に０．２ｍｍ未満離れた距離に位置する第２の端部（３１”）を有する、請求項３または４に記載のチューブ（２）。
6. 第１の壁部（３１）は、前記チューブ（２）の高さ（ｈ）に沿ってチューブ（２）に対して中心合わせされている、請求項３〜５のいずれかに記載のチューブ（２）。
7. デフレクタ（３０）は、チューブ（２）の長手方向の側部（１２）に沿って配置され、第２の流体と最初に接触することができる、請求項１〜６のいずれかに記載のチューブ（２）。
8. デフレクタ（３０）は、下プレート（２１）または上プレート（２２）と一体に形成される、請求項１〜７のいずれかに記載のチューブ（２）。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のチューブ（２）を少なくとも１つ有する、熱交換器（１）のコアバンドル（１０）。
10. 請求項９に記載のコアバンドル（１０）を有する、熱交換器（１）。
11. コアバンドル（１０）は、
    第２の流体がコアバンドル（１０）内に入ることを許容する入口面（１１）と、
    コアバンドル（１０）の前記入口面（１１）側に位置する、チューブ（２）のデフレクタ（３０）と、
    を有する、請求項１０に記載の熱交換器（１）。
12. 熱交換器（１）のチューブ（２）の下プレート（２１）の製造方法であって、
    底部（２３）を囲むリム部（２４）およびリム部（２４）に隣接した遠位端（３５）を有する下プレート（２１）を形成するために、平らな金属片（４０）がプレスされる工程、および、
    底部（２３）に対して交差する方向に前記リム部（２４）の高さを超えて延びる第１の壁部（３１）を有するデフレクタ（３０）を形成するために、遠位端（３５）が曲げられる工程、
    を有し、
    前記デフレクタ（３０）は、
    前記第１の壁部（３１）に接続され且つ前記第１の壁部（３１）に対して交差する方向に延びる、第２の壁部（３２）と、
    一側において前記第２の壁部（３２）に接続され且つ前記第２の壁部（３２）に対して交差する方向に延び、他側において前記リム部（２４）に接続され且つ前記リム部（２４）に対して交差する方向に延びる、第３の壁部（３３）と、
    を有する、製造方法。

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