JP6437987B2 - 熱交換管、ならびに対応する熱交換器および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車用の熱交換管と、そのような熱交換管のコア管束を備える熱交換器と、そのような熱交換管を得る方法とに関する。

本発明は、特に自動車用の熱交換器の技術分野に関する。

一般に、熱交換器は、従来から、コア管束と、コア管束の管の端部が貫通する、流体分配ボックスカバーで覆われた２枚のコレクタ管板とを備える。上記コアの管間には、熱交換を高めるためにインサートが配置されていてもよい。

これらの管の製造においては２つの主要な技術が用いられる。それらは、高コスト（管の種類ごとの特有の金型）を生じさせる押出し、または曲げであり、これらは異なる利点を提供する。曲げでは、使用される管は、金属片をそれ自体に覆い被さるように折り曲げることによって製造される。

熱交換管は、外部環境からやって来る物体（石片など）との高速での衝突といった多くの応力を受ける可能性がある。したがって熱交換管は外部応力を受ける。

また熱交換管は、流体の流れによって内部からも応力を加えられる。具体的には、動作に際して管は、熱応力、圧力応力、膨張応力を受ける。

管レベルでの十分な材料強度が保証される必要がある。

１つの公知の解決策は、押出管の場合には管の壁の厚さを局所的に増大させることによって、流体の漏れを回避するために管がそのような衝突に耐え、または内部応力に耐えることを可能にするものである。

しかし、曲がり管の場合に、管は、押出管の場合に可能なように、単に材料の厚さを増大させるだけで補強することはできない。

曲がり管に関する限り、例えば、管の壁を、管の一方の側または先端部の領域で横方向に数回、管自体に覆い被さるように曲げ、管の先端部の材料の厚さを増大させるための公知の解決策がある。管の高さがこのように、管の材料厚さに依存し、折りたたみ回数に対応するものであることは不都合である。

文献ＤＥ１０２００６００６６７０号明細書に記載されている別の解決策によれば、管は多数の縦方向の折りたたみを有する。この解決策の１つの主要な不都合点は、過剰な量の材料を使用させることである。

米国特許第６１９２９７７号明細書には、管の一端部が管壁の重なりからなるさらに別の解決策が記載されている。しかしこの解決策は、高さが低い管の場合、例えば約１ｍｍの管、あるいは１．７５ｍｍの管の場合でさえも、習得するのが難しい。

ＤＥ１０２００６００６６７０号明細書 米国特許第６１９２９７７号明細書

したがって、本発明の目的は、先行技術の前述の不都合点のない、管に外部応力と内部応力とに対する十分な耐性を与える曲がり管のための解決策を提供することである。

このために、本発明の一主題は、金属片を曲げることによって製造される熱交換管であって、上記金属片が、少なくとも１つの第１の厚さと、上記第１の厚さより厚い少なくとも１つの第２の厚さとの間で変動しうる厚さを有することと、上記管が、薄化された第１の区域と、最大の機械的応力の点に位置する補強された第２の区域とを有し、上記第１の区域が第１の厚さの上記金属片の第１の部分で形成されており、上記補強された第２の区域が第２の厚さの上記金属片の第２の部分で形成されていることとを特徴とする熱交換管である。

よって管は、応力が管の外部からのものであれ、流体の循環の結果としての内部からのものであれ、最大応力の点において依然として従来からの厚さを有する。

上記管は、別々に、または組み合わせとして考慮される、以下の特徴のうちの１つまたは複数をさらに有していてよい。

−上記金属片の可変の厚さは上記金属片の局在化された薄化によって得られる。

−上記金属片は第２の厚さの対向する縁を有し、上記管は、上記縁を折り曲げ、上記折り曲げられた縁を接合することによって得られる補強された第２の区域を有する。

−上記管は、流体の循環のための２本の平行な導管を定義するおおむねＢ形の断面を有し、２本の平行な導管は仕切りによって境界を定められる。

−上記仕切りは、上記金属片の上記折り曲げられた縁を接合することによって形成される。

−上記管は、２つの小さい側面によって接続された２つの対向する大きい側面を有し、上記小さい側面は補強された第２の区域である。

−上記管は、上記金属片の少なくとも１つの縁と、上記曲げられた金属片から形成された上記管の内面との間に少なくとも１つの接触区域を有し、上記少なくとも１つの縁と上記内面とは、それぞれ、補強された第２の区域を形成する。

また本発明は、上記で定義したようなコア管束を備えることを特徴とする、特に自動車用の熱交換器にも関するものである。

また本発明は、そのような熱交換管を得る方法であって、
−金属片が、第１の厚さの第１の部分と、上記第１の厚さより厚い第２の厚さの第２の部分とを定義するように局所的に薄化されるステップと、
−上記金属片が、少なくとも１つの第２の部分の領域において曲げられるステップと、 −接合部が、上記金属片の少なくとも２つの第２の部分の領域で、薄化された第１の区域と、最大の機械的応力の点に位置する補強された第２の区域とを有し、上記第１の区域が第１の厚さの上記金属片の第１の部分で形成されており、上記補強された第２の区域が第２の厚さの上記金属片の第２の部分で形成されている管を形成するように作られるステップと
を含むことを特徴とする方法にも関するものである。

一実施形態によれば、上記金属片は、曲げられた後で所望の長さに切断される。

上記金属片は、圧延によって局所的に薄化されてよい。

別の実施形態によれば、方法は、上記金属片を曲げの前に所望の長さに切断する予備ステップを含む。

上記金属片は、プレス加工によって局所的に薄化することができる。

一実施形態によれば、上記金属片は、仕切りによって境界を定められる流体の循環のための２本の平行な導管を定義する、おおむねＢ形の断面の管を形成するように曲げられる。

本発明の別の特徴および利点は、説明のための非限定的な例として示す以下の説明を読み、添付の図面を考察すればより明確になるであろう。

熱交換器の部分概略図である。 インサートありの、図１の交換器の管の断面図である。 インサートなしの、図１の交換器の管の断面図である。 図２ａ、図３ａの管を形成するのに使用される金属片を概略的に示す、管を形成するのに使用される金属片の寸法を表すものではない図である。 薄化された、図３ａの金属片を概略的に示す図である。 図２ａの管を得る方法の各ステップを示す図である。

これらの図では、実質的に同一の要素には同じ参照符号を付す。

本発明は、熱交換器のための管１に関するものである。

例として、加熱ラジエータ、冷却ラジエータ、インタークーラを、あるいは自動車用の空調凝縮器さえも挙げることができる。

図１に一部を示すように、熱交換器３は、従来方式では、管１と交差するように配置された、管１の端部を受けるためのオリフィス（不図示）を有する（部分的、概略的に示す）コレクタ管板５によって、第１の流体が流れる２つの分配ボックスの間に取り付けられた長手方向の管１のコア管束（図１および図２ａ参照）を備える。

例えばおおむね波形形状の妨害インデューサ７（図２ａ）が、管１を通る第１の流体の流れを妨げると同時に交換表面積を増大させるように管１の内側に配置されうる。これらの妨害インデューサ７は、例えば、それらの波形の頂７ａと、例えば妨害インデューサ７の端部７ｂとで管１にろう付けされている。

管１内のこれら妨害インデューサ７の存在によって発生する妨害は、２つの流体間の熱交換を助長する。これらの妨害インデューサ７は当業者には周知であり、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。この例は、凝縮器の動作に適用できる。

管１は、第１の流体と熱を交換するための第２の流体が通る、波形インサートなどのインサート９（図１）によって相互に隔てられていてよい。図示の例のこれらのインサート９は、管１の縦軸と交差するように位置決めされている。

そのような熱交換器３の様々な金属構成部品は、組み立てられてから、すべての構成部品を接合するために、ろう付け炉に通すことによってろう付けされうる。

次に、そのような熱交換器３の管１の断面を示す図２ａ、図２ｂを参照する。

そのような管１は金属片１１（図３ａ）で作られる。金属片１１は、図３ａに概略的に例示されている。

この金属片１１は薄化され（図３ｂ）、次いで曲げられる。その場合これを「曲がり管」という。

そのために、金属片１１は、図２ｂに示す曲がり管１を形成するように接合される２つの対向する縁１１ａ、１１ｂを有する。

金属片１１（図３ａ、図３ｂ）は、好ましくは、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできている。

ろう付け交換器の場合には、金属片は、例えば、アルミニウムまたは銅でてきている。

当然ながら、機械的熱交換器も想定されてよい。

金属片１１は、例えば、おおむね長方形の形状のものであり、外面１３と呼ぶ第１の面と、外面１３と平行な、外面１３と対向する、内面１５と呼ぶ第２の面とを備える。「内」および「外」という用語は、曲がり管１の内側および外側に関して定義されるものである。

金属片１１（図３ｂ参照）は可変の厚さを有する。この可変の厚さは、例えば圧延による、金属片１１の局在化された薄化によって得ることができる。

図３ｂに示す例によれば、金属片１１は、異なる厚さの第１の部分Ｐ１と第２の部分Ｐ２とを有する。これらの部分Ｐ１、Ｐ２は、図３ｂに概略的に示されており、金属片１１および部分Ｐ１、Ｐ２の寸法は縮尺通りではない。

第１の部分Ｐ１は、第２の部分Ｐ２の厚さｅ_２より薄い厚さｅ_１を有する。例えば、厚さｅ_２は約０．２３ｍｍのものであり、厚さｅ_１は約０．１５ｍｍのものである。

これら第１の部分Ｐ１および第２の部分Ｐ２は、曲がり管１に加えられる負荷に従って定義される。したがって、厚さｅ_１および厚さｅ_２は、この負荷に従って決定される。

具体的には（図２ａ〜図３ｂ）、第１の部分Ｐ１は管１の第１の区域Ｚ１を形成することが意図されており、第２の部分Ｐ２は第２の区域Ｚ２を形成することが意図されている。したがって、より厚い厚さの第２の区域Ｚ２は、薄化された区域と呼ぶより薄い厚さｅ_１の第１の区域Ｚ１と比べて補強されている。第２の区域Ｚ２は、最高の応力が加わる管１の区域に対応する。

これらの最高の応力が加わる区域は、特に、金属片の縁１１ａ、縁１１ｂが管１を形成するように接合されているところにある。別の応力区域は、金属片１１が上方へ曲がっている領域に位置する。

図２ａ、図２ｂに示す例によれば、形成された管１はおおむねＢ形の断面を有する。当然ながら、他の断面、例えばおおむね細長い形状のものなども想定することができるはずである。

図示の管１のＢ形の断面は、平行であり、並置されており、スペーサを形成する仕切り１９で隔てられている２本の流体循環導管１７ａおよび１７ｂを有する。

そのために、金属片１１は、２本の並置された平行な導管１７ａおよび１７ｂのエンベロープを形成するように折り重ねられている。より具体的には、金属片１１は、その内面１５が２本の導管１７ａ、１７ｂの境界を定めるように曲がっている。

仕切り１９は、例えば、金属片１１の長手方向の縁など、金属片１１の２つの対向する縁１１ａおよび縁１１ｂを、おおよそ９０°で折り曲げることによって作成される。次いでこれらの折り曲げられた縁１１ａ、縁１１ｂは、合わさって仕切り１９を形成するように背中合わせに配置される。したがって、縁１１ａの外面１３は、対向する縁１１ｂの外面１３に面する。

ここではＢ形の曲がり管を説明している。当然ながら、任意の種類の曲げが、あるいは電気溶接された管でさえもが設けられてもよい。

前述のように、金属片の縁１１ａ、縁１１ｂが管１を形成するように接合されている区域は応力が加わる可能性があり、図示の例はでは、補強された第２の区域Ｚ２である。

そのために、対向する縁１１ａ、縁１１ｂは、金属片１１の第２の厚さｅ_２の第２の部分Ｐ２とすることができる。ひとたびが形成されると、管１はしたがって、補強された第２の区域Ｚ２を有する。この補強された第２の区域Ｚ２は、厚さｅ_２の縁１１ａ、縁１１ｂを折り曲げ、これらの折り曲げられた縁１１ａ、縁１１ｂを接合することによって得られる。

加えて、２本の導管１７ａ、１７ｂが相互に独立していることを保証するために、縁１１ａ、縁１１ｂの端面は、金属片１１の内面１５とある程度接触している。

よって、ひとたび金属片１１が曲げられると、金属片１１の外面１３はそのように形成された管１の外面２１を形成し、金属片１１の内面１５はそのように形成された管１の内面２３を形成する。

金属片１１の縁１１ａ、縁１１ｂと曲がり管１の内面２３との間には接触区域が生じる。

さらに、ひとたび管１が形成されると、金属片１１の少なくとも１つの縁１１ａ、縁１１ｂと管１の内面２３との間には少なくとも１つの接触区域が生じうる。金属片の第２の部分Ｐ２で作成される縁１１ａ、縁１１ｂに加えて、またはその代替として、この接触区域の領域の内面２３は、補強された第２の区域Ｚ２を形成するように金属片１１の第２の部分Ｐ２に対応する。

加えて、曲がり管１の外面２１は、２つの小さい側面２１ｃおよび２１ｄ、例えばほぼ湾曲した側面などによって接続された２つの対向する大きい外面２１ａ、２１ｂも有する。

この実施形態によれば、そのような管１を形成するために、小さい側方の接続面２１ｃ、２１ｄは管１の第２の区域Ｚ２を形成する。そのために、金属片１１は２つの第２の部分Ｐ２の領域で折り曲げられる。

このように金属片１１は、したがって、管１を形成するように曲げられる前に薄化され、管１は、図示の例では、金属片１１の縁１１ａ、縁１１ｂとは別の、また、金属片１１が折り曲げられた後でこれら縁１１ａ、縁１１ｂの端部と接触するよう意図された内面２３とも別の、Ｂ形の大きい側面２１ａ、２１ｂを形成する第１の厚さｅ_１の脚を有する。
これらの脚は薄化された第１の区域Ｚ１を形成する。さらに、縁１１ａ、縁１１ｂおよび内面２３の接触区域は、補強された第２の区域Ｚ２を形成する第２の厚さｅ_２を有する。

ここではおおむねＢ形に曲がった管１について説明している。当然ながら、管１の他の形の実施形態も想定されうる。

例えば、１本の流体循環導管を定義するように曲がった管を有することも可能である。
そのような場合、金属片１１は、この導管のエンベロープを形成するように折り曲げられ、この金属片１１は、曲がり管１の補強された第２の区域Ｚ２を形成するように金属片１１の第２の部分Ｐ２の領域で折り曲げられる。

前述のように、金属片の縁１１ａ、縁１１ｂは、折り曲げられ、相互に背中合わせに配置されてよい。また縁１１ａと縁１１ｂとの間の接合部はやはり管の補強された第２の区域Ｚ２を形成してよく、縁１１ａ、縁１１ｂは例えば、金属片１１の第２の部分Ｐ２の領域で形成される。

代替として、折り曲げられてから相互に背中合わせに配置されるのではなく、金属片１１の縁１１ａ、縁１１ｂは、重ね合わされてもよい。

次に、そのような曲がり管１を得る方法を、図２ｂ、図３ｂおよび図４を参照して説明する。

第１のステップＥ１で、金属片１１が局所的に薄化される。

そのために、ある一定の数の第１の厚さｅ_１を有する第１の部分Ｐ１およびより厚い第２の厚さｅ_２を有する第２の部分Ｐ２があらかじめ定義されてよい。これらの部分は、行われるべき曲げ操作に従い、管が形成された後で最高の応力が加わることになる管１の区域に従って決定される。

説明する例によれば、Ｂ形に曲がった管１を得るために、４つの第１の部分Ｐ１が、第２の部分Ｐ２を形成する金属片１１の残りの部分の厚さｅ_２より薄い厚さｅ_１まで薄化され、図示の例では、５つの部分Ｐ２、すなわち、中央部分、２つの中間部分、および金属片１１の縁１１ａ、縁１１ｂを形成する２つの端部分が生じる。

この薄化は、例えば、圧延によって行われてもよい。第１の部分Ｐ１は、例えば、その厚さを所望の厚さｅ_１、例えば、０．２３ｍｍの初期厚さに対して０．１５ｍｍまで薄くするために２つのローラの間を通される。

ステップＥ２で、金属片１１が、金属片１１の少なくとも１つの第２の部分Ｐ２の領域で折り曲げられ、または湾曲させられる。

この曲げは、金属片１１をマルチローラ圧延機に連続して通すことによって行うことができる。

説明する例によれば、Ｂ形に曲がった管１を得るために、金属片１１は２つの中間部分Ｐ２の領域で曲げられる。

代替例によれば、薄化ステップは、金属片１１の曲げの間に行われてもよい。そのために、カレンダロール機能も有する曲げローラが設けられてよい。

最後に、第３のステップＥ３で、少なくとも２つの第２の部分Ｐ２が、曲がり管１を形成するように接合される。

説明する例によれば、Ｂ形に曲がった管１を得るために、金属片１１の縁１１ａおよび縁１１ｂを形成する２つの端部分Ｐ２が、例えばほぼ９０°で曲げられ、次いで、これらの折り曲げられた縁１１ａ、縁１１ｂが、合わさって、２本の導管１７ａ、１７ｂの境界を定める仕切り１９を形成するように、相互に背中合わせに配置される。

これら縁１１ａ、縁１１ｂの端面は、したがって、中央の第２の部分Ｐ２と接触する。

曲げが形成された後で、金属片１１を所望の長さに切断することができる。

代替例では、金属片はあらかじめ所望の長さに切断される。

切断された金属片１１は、プレス加工（スタンピング）によって局所的に薄化することができる。

次いで各切断金属片１１を、例えばマルチローラ圧延機スタンドに通すことによって、曲げることができる。

前述のように、この曲げは、ほぼＢ形に曲がった管を得るように行うこともでき、任意の他の形状に曲がった管を得るように行うことさえもできる。

そうすると管１は、薄化された第１の区域Ｚ１および補強された第２の区域Ｚ２を有し、第１の区域Ｚ１は金属片１１の第１の部分Ｐ１で形成され、補強された第２の区域Ｚ２は、第１の部分Ｐ１より厚い厚さの上記金属片１１の第２の部分Ｐ２で形成される。

次いで、熱交換器３がろう付けされるときに、管１をすべて接合することができる。

したがって、そのような可変の厚さの曲がり管１を用いれば、曲がり管１の、したがって、複数のそうした管１を備える交換器３の重さを低減させると同時に、管１が管１に加わる応力に耐えうるのに十分な材料が戦略的点に生じるよう保証することができることが理解されるであろう。

Claims (11)

1. 金属片（１１）を曲げることによって製造される熱交換管であって、
   前記金属片（１１）が、少なくとも１つの第１の厚さ（ｅ_１）と、前記第１の厚さ（ｅ_１）より厚い少なくとも１つの第２の厚さ（ｅ_２）と、の間で変動しうる厚さを有し、
   前記管が、
   複数の薄化された第１の区域（Ｚ１）と、
   最大の機械的応力の点に位置する複数の補強された第２の区域（Ｚ２）と、を有し、
   前記第１の区域（Ｚ１）が、第１の厚さ（ｅ_１）の前記金属片の第１の部分（Ｐ１）で形成されており、
   前記補強された第２の区域（Ｚ２）が、第２の厚さ（ｅ_２）の前記金属片（１１）の第２の部分（Ｐ２）で形成され、
   前記金属片（１１）の少なくとも１つの縁（１１ａ、１１ｂ）と、前記曲げられた金属片（１１）から形成された管（１）の内面（２３）と、の間に少なくとも１つの接触区域を有し、
   前記少なくとも１つの縁（１１ａ、１１ｂ）および前記内面（２３）が、それぞれ補強された第２の区域（Ｚ２）を形成し、
   前記金属片（１１）の少なくとも１つの縁（１１ａ、１１ｂ）と前記第２の区域（Ｚ２）の前記第２の部分（Ｐ２）とが接触し、
   前記管が、２つの小さい側面（２１ｃ、２１ｄ）によって接続された、２つの対向する大きい側面（２１ａ、２１ｂ）を有し、
   前記小さい側面（２１ｃ、２１ｄ）がさらに他の補強された第２の区域（Ｚ２）であり、
   前記金属片（１１）は、第２の厚さ（ｅ _２ ）の対向する縁（１１ａ、１１ｂ）を有し、 管が、前記縁（１１ａ、１１ｂ）を折り曲げ、そして、この折り曲げられた縁（１１ａ、１１ｂ）を接合することによって得られる補強された第２の区域（Ｚ２）を有することを特徴とする熱交換管。
2. 前記金属片（１１）の可変の厚さが、前記金属片（１１）の局在化された薄化によって得られることを特徴とする、請求項１に記載の管。
3. 流体の循環のための２本の平行な導管（１７ａ、１７ｂ）を定義する、おおむねＢ形の断面を有し、
   前記２本の平行な導管（１７ａ、１７ｂ）は、仕切り（１９）によって境界を定められることを特徴とする、請求項１または２に記載の管。
4. 前記仕切り（１９）が、前記金属片（１１）の前記折り曲げられた縁（１１ａ、１１ｂ）の接合によって形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の管。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の管（１）のコア管束を備えることを特徴とする、特に自動車用の熱交換器。
6. 熱交換管（１）を得るための方法であって、
   第１の厚さ（ｅ_１）の第１の部分（Ｐ１）と、前記第１の厚さ（ｅ_１）より厚い第２の厚さ（ｅ_２）の第２の部分（Ｐ２）と、を定義するよう、金属片（１１）が局所的に薄化されるステップと、
   少なくとも１つの第２の部分の領域（Ｐ２）で前記金属片（１１）が曲げられるステップと、
   複数の薄化された第１の区域（Ｚ１）と、最大の機械的応力の点に位置する複数の補強された第２の区域（Ｚ２）と、を有する管（１）を形成するよう、前記金属片（１１）の少なくとも２つの第２の部分（Ｐ２）の領域で接合部（１９）が作られるステップと、を含み、
   前記第１の区域（Ｚ１）は、第１の厚さ（ｅ_１）の前記金属片の第１の部分（Ｐ１）で形成され、
   前記補強された第２の区域（Ｚ２）は、第２の厚さ（ｅ_２）の前記金属片（１１）の第２の部分（Ｐ２）で形成され、
   前記金属片（１１）の少なくとも１つの縁（１１ａ、１１ｂ）と、前記曲げられた金属片（１１）から形成された管（１）の内面（２３）と、の間に少なくとも１つの接触区域を有し、
   前記少なくとも１つの縁（１１ａ、１１ｂ）および前記内面（２３）が、それぞれ補強された第２の区域（Ｚ２）を形成し、
   前記金属片（１１）の少なくとも１つの縁（１１ａ、１１ｂ）と前記第２の区域（Ｚ２）の前記第２の部分（Ｐ２）とが接触し、
   前記管が、２つの小さい側面（２１ｃ、２１ｄ）によって接続された、２つの対向する大きい側面（２１ａ、２１ｂ）を有し、
   前記小さい側面（２１ｃ、２１ｄ）がさらに他の補強された第２の区域（Ｚ２）であり、
   前記金属片（１１）は、第２の厚さ（ｅ _２ ）の対向する縁（１１ａ、１１ｂ）を有し、 管が、前記縁（１１ａ、１１ｂ）を折り曲げ、そして、この折り曲げられた縁（１１ａ、１１ｂ）を接合することによって得られる補強された第２の区域（Ｚ２）を有することを特徴とする方法。
7. 前記金属片（１１）が、曲げられた後で所望の長さに切断されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記金属片（１１）が、圧延によって局所的に薄化されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記金属片（１１）を、曲げる前に、所望の長さに切断する予備ステップを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
10. 前記金属片（１１）がプレス加工によって局所的に薄化されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 流体の循環のための２本の平行な導管（１７ａ、１７ｂ）を定義する、おおむねＢ形の断面の管（１）を形成するよう、前記金属片（１１）が曲げられ、
    前記２本の平行な導管（１７ａ、１７ｂ）は、仕切り（１９）によって境界を定められることを特徴とする、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。

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