WO2022220192A1

WO2022220192A1 - チューブ

Info

Publication number: WO2022220192A1
Application number: PCT/JP2022/017274
Authority: WO
Inventors: 賢治畑; 治袴田; 晋作芳井; 隆一郎稲垣; 健一加地
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2021-04-16
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2022-10-20
Also published as: JP2022164143A

Abstract

インナーフィン１２は、第１フィン部としてのフィン部１２ａと第２フィン部としてのフィン部１２ｂとを有する。フィン部１２ａとフィン部１２ｂと平板部１１ｐａとによって形成される第２流路１ｂａを局所的に狭める狭窄部として凸部１２１ａｂ，１２１ｂａが設けられている。

Description

チューブ

関連出願の相互参照

　本出願は、2021年4月16日に出願された日本国特許出願2021-069446号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。

　本開示は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器に用いられるチューブに関する。

　熱交換器の性能向上を図るため、下記特許文献１に記載されているようにチューブの内部にインナーフィンを設けることが知られている。インナーフィンは、伝熱促進するためのプレートとして機能しており、チューブ内を流れる流体の熱をチューブに効率的に伝達し、チューブ間に設けられているアウターフィンに積極的に伝えることができる。

特開２０１３－２１７５０７号公報

　特許文献１では、更に熱交換器の放熱量を増やして性能を向上させたい場合、インナーフィンのピッチを小さくし、チューブ内のインナーフィンの密度を高めることが考えられる。しかしながら、インナーフィンのピッチを小さくすると熱交換の効率は高まるものの、チューブ内に流体を流す際の抵抗が増加する。この抵抗の増加に対して流体の流量を維持しようとすると、流体を循環するためのコンプレッサやポンプの能力を上げる必要がある。

　本開示は、チューブ内の流体抵抗増大を抑制しつつ熱交換効率を高めることができるチューブを提供することを目的とする。

　本開示は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器に用いられるチューブであって、第１流体が流れる第１流路と第２流体が流れる第２流路とを隔て、内部に前記第２流路が設けられている隔壁部と、隔壁部の内側に接触するように設けられるインナーフィンと、を備えている。隔壁部は、対向配置される第１隔壁部及び第２隔壁部を有している。インナーフィンは、第１隔壁部に接触してから第２隔壁部に向かう第１フィン部と、第１フィン部に繋がり第２隔壁部に接触してから第１隔壁部に向かう第２フィン部とを有する。第１フィン部と第２フィン部と第１隔壁部とによって形成される第２流路を局所的に狭める狭窄部が設けられている。

　第２流路を局所的に狭める狭窄部が設けられているので、第２流路を流れる第２流体が狭窄部とは離れるように方向付けられる。狭窄部は局所的に設けられているので、流路抵抗を高めることなく熱交換効率を高めることができる。

図１は、本実施形態における熱交換器の全体構成を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ方向から見た局所拡大図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す断面図である。図４は、図３の部分拡大図である。図５は、図４に示される狭窄部の配置態様を説明するための図である。図６は、狭窄部の効果を説明するための図である。図７は、狭窄部の効果を説明するための図である。図８は、狭窄部の効果を説明するための図である。図９は、比較例を説明するための図である。図１０は、比較例を説明するための図である。図１１は、狭窄部の態様を説明するための斜視図である。図１２は、狭窄部の変形例を説明するための図である。図１３は、狭窄部の変形例を説明するための図である。図１４は、狭窄部の変形例を説明するための図である。

　以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

　図１に示されるように、熱交換器１は、コア部２と、ヘッダタンク３，４とを備えている。熱交換器１は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行うものである。コア部２は、チューブ１０と、アウターフィン２０とを備えている。チューブ１０は、その内部を第２流体が流れるように構成されている。チューブ１０は複数本設けられており、チューブ１０とアウターフィン２０とは交互に積層されている。

　第２流体である冷媒は、ヘッダタンク３からチューブ１０に流入し、ヘッダタンク３で折り返してチューブ１０に再流入し、ヘッダタンク３に流れ込む。ヘッダタンク３には、冷媒を受け入れる流入部３１と、冷媒を流出させる流出部３２とが設けられている。

　図２に示されるように、アウターフィン２０は、第１流体である通過空気が流れるように構成されている。アウターフィン２０内には、通過空気が流れる第１流路１ａが設けられている。チューブ１０内には、第２流体である冷媒が流れる第２流路１ｂが設けられている。アウターフィン２０とチューブ１０とは接しており、熱交換可能なように構成されている。従って、アウターフィン２０を流れる通過空気と、チューブ１０を流れる冷媒とが熱交換可能なように構成されている。

　図３に示されるように、チューブ１０は断面扁平形状を有する管状の部材である。チューブ１０は、隔壁部１１と、インナーフィン１２とを備えている。隔壁部１１の内部には、冷媒と通過空気との熱交換効率を向上させるためのインナーフィン１２が設けられている。隔壁部１１は、表面にろう材がクラッドされた帯状のアルミニウム製板材（例えば、板厚０．１５～０．３ｍｍ）の幅方向略中央部を折り曲げることよって形成されている。隔壁部１１の幅方向の一端は略円弧状に湾曲した湾曲端部１１ａとなっている。湾曲端部１１ａからは、対向して配される一対の平板部１１ｐが延設して設けられ、湾曲端部１１ａとは反対側にはカシメ部１１ｂが設けられている。

　図４に示されるように、平板部１１ｐは、第１流体である通過空気が流れる第１流路１ａと、第２流体である冷媒が流れる第２流路１ｂとを隔て、内部に前記第２流路１ｂが設けられている隔壁部として機能している。平板部１１ｐは、平板部１１ｐａと、平板部１１ｐｂとを備えている。平板部１１ｐａと平板部１１ｐｂとは対向配置されている。

　隔壁部としての平板部１１ｐの内側に接触するようにインナーフィン１２が設けられている。インナーフィン１２は、平板部１１ｐａと平板部１１ｐｂとに交互に接触するように設けられている。インナーフィン１２は、フィン部１２ａと、フィン部１２ｂとを備えている。フィン部１２ａは、平板部１１ｐａに接触してから平板部１１ｐｂに向かう部分である。フィン部１２ｂは、フィン部１２ａに繋がり平板部１１ｐｂに接触してから平板部１１ｐａに向かう部分である。フィン部１２ａとフィン部１２ｂとは、第２流路１ｂを見通す方向において線対称に配置されている。フィン部１２ａとフィン部１２ｂとは、交互に配置されている。従って、フィン部１２ａは、フィン部１２ｂに繋がり、平板部１１ｐａに接触してから平板部１１ｐｂに向かう部分にもなっている。説明の便宜上、図に向かって左側にフィン部１２ａがあり右側にフィン部１２ｂがある第２流路１ｂを第２流路１ｂａとし、図に向かって左側にフィン部１２ｂがあり右側にフィン部１２ａがある第２流路１ｂを第２流路１ｂｂとして説明する。

　フィン部１２ａには、凸部１２１ａｂが設けられている。凸部１２１ａｂは、フィン部１２ｂ側に突出するように設けられている。フィン部１２ａには、凹部１２２ａｂも設けられている。凹部１２２ａｂは、凸部１２１ａｂが突出する側のフィン部１２ｂからは後退するように設けられている。フィン部１２ｂには、凸部１２１ｂａが設けられている。凸部１２１ｂａは、フィン部１２ａ側に突出するように設けられている。フィン部１２ｂには、凹部１２２ｂａも設けられている。凹部１２２ｂａは、凸部１２１ｂａが突出する側のフィン部１２ａからは後退するように設けられている。凸部１２１ａｂ及び凸部１２１ｂａは、第１フィン部１２ａと第２フィン部１２ｂと平板部１１ｐａとによって形成される第２流路１ｂａを局所的に狭める狭窄部として機能している。凹部１２２ａｂ及び凹部１２２ｂａは、第２フィン部１２ｂと第１フィン部１２ａと平板部１１ｐｂとによって形成される第２流路１ｂｂを局所的に狭める狭窄部として機能している。凹部１２２ａｂ及び凹部１２２ｂａは、第２流路１ｂｂにおいては凸部として機能している。従って、凹部１２２ａｂ及び凹部１２２ｂａも狭窄部として機能するものである。

　凸部１２１ａｂ及び凸部１２１ｂａは、平板部１１ｐａよりも平板部１１ｐｂ側に設けられている。平板部１１ｐａと平板部１１ｐｂとの距離をＡ、凸部１２１ａｂの中心と平板部１１ｐａとの距離をＢとすると、Ａ／２≦Ｂとなるように凸部１２１ａｂが設けられている。同様に、凹部１２２ａｂ及び凹部１２２ｂａは、平板部１１ｐｂよりも平板部１１ｐａ側に設けられている。

　図４では、狭窄部として機能する凸部１２１ａｂ及び凸部１２１ｂａ、凹部１２２ａｂ及び凹部１２２ｂａはインナーフィン１２の全部に設けられてもよく、一部に設けられてもよい。

　図５に示されるように、チューブ１０の長手方向において所定間隔をあけた配置部１２ｚに狭窄部が設けられている。狭窄部としての凸部１２１ａ及び凸部１２１ｂを、所定間隔をおいて設けることで、過度な流路抵抗となることを回避できる。尚、チューブ１０の長手方向において隣接する配置部１２ｚの間に、凹部１２２ａｂ及び凹部１２２ｂａが設けられている。

　狭窄部として凸部１２１ａ及び凸部１２１ｂを設けることで、狭窄部とは離れるように方向付けられた第２流体が偏りなく平板部１１ｐａ側に流れる。平板部１１ｐａ側に流れる第２流体は、平板部１１ｐａとフィン部１２ａとで形成される三角部と、平板部１１ｐａとフィン部１２ｂとで形成される三角部とに流れ込む。

　図６は、横軸にチューブ１０の平板部１１ｐａにおける座標をとり、縦軸に第２流体の流速をとったグラフである。図６に示されるように、狭窄部を設けていない場合は三角部における流速が低下し、第２流体が十分に供給されない。一方、狭窄部を設けている場合は三角部において流速が十分に確保できるので、第２流体を十分供給することができる。

　図７に示されるように、インナーフィンのフィンピッチを狭めると熱交換性能を高めるのに伴って流路抵抗が増大する。一方、本実施形態のように狭窄部を局所的に設けると、熱交換性を高めても流路抵抗の増大を抑制することができる。

　図８は、本実施形態の概念を示す図である。図８に示されるように、フィン部１２ａとフィン部１２ｂとは、第２流体Ｍが流れる第２流路１ｂを見通す方向において線対称となるように配置されている。従って、平板部１１ｐａ、フィン部１２ａ、及びフィン部１２ｂによって略二等辺三角形が形成されている。このようにフィン部１２ａとフィン部１２ｂとを配置することで、凸部１２１ａ及び凸部１２１ｂによって平板部１１ｐａ側に方向づけられる第２流体が、三角部Ｄに効率よく流れ込むようになる。

　図９は比較例として、フィン部１２ａＡと、フィン部１２ｂＡとを線対称にならないように配置したものを示す図である。フィン部１２ａＡは、平板部１１ｐａＡに対して垂直に配置されている。この場合に、フィン部１２ｂＡに凸部１２１ｂＡを設けたとしても、平板部１１ｐａＡとフィン部１２ａＡとで形成される三角部には第２流体が届くが、平板部１１ｐａＡとフィン部１２ｂＡとで形成される三角部には第２流体が届かなくなる。

　図１０は比較例として、フィン部１２ａＢ及びフィン部１２ｂＢを、平板部１１ｐＢに対して垂直に配置したものを示す図である。この場合に、フィン部１２ａＢに凸部１２１ａＢを設け、フィン部１２ｂＢに凸部１２１ｂＢを設けたとしても、第２流体を平板部１１ｐＢ側に方向づける効果が発揮されない。

　図１１は、凸部をチューブ１０の長手方向に配置する態様を説明するための斜視図である。フィン部１２ａとフィン部１２ｂとにはそれぞれ同様に凸部及び凹部が設けられているが、フィン部１２ａを例にとって説明する。図１１に示されるように、フィン部１２ａには、長手方向に所定間隔をおいて凸部１２１ａｂが設けられている。隣接する凸部１２１ａｂの間には、凹部１２２ａｂが設けられている。凹部１２２ａｂは隣の第２流路１ｂｂにおいて凸部として機能する。

　上記説明したように、本実施形態のチューブ１０は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器に用いられるチューブである。チューブ１０は、第１流体が流れる第１流路１ａと第２流体が流れる第２流路１ｂとを隔て、内部に第２流路１ｂが設けられている隔壁部としての平板部１１ｐと、隔壁部の内側に接触するように設けられるインナーフィン１２と、を備えている。平板部１１ｐは、対向配置される平板部１１ｐａ及び平板部１１ｐｂを有している。インナーフィン１２は、平板部１１ｐａと平板部ｐｂとに交互に接触するように設けられており、平板部１１ｐａに接触してから平板部１１ｐｂに向かうフィン部１２ａと、フィン部１２ａに繋がり平板部１１ｐｂに接触してから平板部１１ｐａに向かうフィン部１２ｂとが第２流路１ｂａを見通す方向において線対称に配置されている。この場合、フィン部１２ａが第１フィン部として機能し、フィン部１２ｂが第２フィン部として機能している。また、平板部１１ｐａは第１隔壁部として機能し、平板部１１ｐｂは第２隔壁部として機能する。第２流路１ｂａに隣接する第２流路１ｂｂに着目すると次のようになる。フィン部１２ｂが平板部１１ｐｂに接触してから平板部１１ｐａに向かい、フィン部１２ａはフィン部１２ｂに繋がり、平板部１１ｐａに接触してから平板部１１ｐｂに向かっている。この場合、フィン部１２ｂが第１フィン部として機能し、フィン部１２ａが第２フィン部として機能している。また、平板部１１ｐｂが第１隔壁部として機能し、平板部１１ｐａが第２隔壁部として機能している。第２流路１ｂａでは、第１フィン部であるフィン部１２ａと第２フィン部であるフィン部１２ｂと第１隔壁部である平板部１１ｐａとによって形成される第２流路１ｂａを局所的に狭める狭窄部が設けられている。また第２流路１ｂｂでは、第１フィン部であるフィン部１２ｂと第２フィン部であるフィン部１２ａと第１隔壁部である平板部１１ｐｂとによって形成される第２流路１ｂｂを局所的に狭める狭窄部が設けられている。

　第２流路１ｂａや第２流路１ｂｂを局所的に狭める狭窄部が設けられているので、第２流路１ｂａや第２流路１ｂｂを流れる第２流体が狭窄部とは離れるように方向付けられる。第２流路１ｂａや第２流路１ｂｂを構成するフィン部１２ａとフィン部１２ｂとが線対称に配置されているので、狭窄部とは離れるように方向付けられた第２流体が偏りなく第１隔壁としての平板部１１ｐａ側や平板部１１ｐｂに流れる。狭窄部は局所的に設けられているので、流路抵抗を高めることなく熱交換効率を高めることができる。

　本実施形態において狭窄部は、フィン部１２ａに凸部１２１ａｂを設けると共にフィン部１２ｂに凸部１２１ｂａを設けることで構成されている。

　フィン部１２ａ及びフィン部１２ｂに凸部１２１ａｂ，１２１ｂａを設けることで狭窄部を形成しているので、別途部品を追加することなく狭窄部を構成することができる。

　本実施形態において凸部１２１ａｂ，１２１ｂａは第２流路１ｂａ内を第２流体が流れる方向に沿って複数設けられ、長手方向において隣接する凸部１２１ａｂの間に凹部１２２ａｂが設けられ、長手方向において隣接する凸部１２１ｂａの間に凹部１２２ｂａが設けられている。

　凹部１２２ａｂ，１２２ｂａは、第２流路１ｂａでは凹部として機能しているが、第２流路に隣接する第２流路１ｂａでは凸部として機能している。長手方向において隣接する凸部１２１ａｂの間に凹部１２２ａｂが設けられ、長手方向において隣接する凸部１２１ｂａの間に凹部１２２ｂａが設けられているので、第２流路１ｂａの隣の第２流路１ｂｂにおいても、第２流路１ｂａと同様に長手方向において所定間隔を空けて凸部を形成することができる。凸部１２１ａｂ，１２１ｂａと凹部１２２ａｂ，１２２ｂａとが交互に設けられるので、長手方向において隣接する凸部１２１ａｂ，１２１ｂａの間隔を離すことができ、下流側の凸部が遮蔽物になることを回避できる。

　本実施形態において、第１流路１ｂａでは、凸部１２１ａｂ，１２１ｂａは第１隔壁部としての平板部１１ｐａよりも第２隔壁部としての平板部１１ｐｂ側に設けられ、凹部１２２ａｂ，１２２ｂａは第２隔壁部としての平板部１１ｐｂよりも第１隔壁部としての平板部１１ｐａ側に設けられている。

　凸部１２１ａｂ，１２１ｂａを第２隔壁部としての平板部１１ｐｂ側に設けることで、凸部１２１ａｂ，１２１ｂａと第１隔壁部としての平板部１１ｐａとの間に第２流体が流れる空間を十分に確保することができ、平板部１１ｐａ近傍の第２流路１ｐａを狭めすぎることがない。一方、凹部１２２ａｂ，１２２ｂａを第１隔壁部としての平板部１１ｐａ側に設けることで、凸部として機能する第２流路１ｂｂにおいては、第２流路１ｂｂにおける第２隔壁部として機能する平板部１１ｐａ側に凸部を形成することになる。従って、第２流路１ｂａに隣接する第２流路１ｂｂにおいても、平板部１１ｐｂ近傍の第２流路１ｂｂを狭めすぎることがない。

　上記説明した実施形態では、狭窄部を凸部１２１ａ，１２１ｂによって形成したが、狭窄部の形成態様はこれに限られない。図１２に示されるように、狭窄部１２１Ｅをフィン部１２ａ及びフィン部１２ｂを互いに近づけることで構成してもよい。フィン部１２ａ及びフィン部１２ｂを互いに近づけることで狭窄部１２１Ｅを構成しているので、確実に第２流路を狭めることができる。狭窄部１２１Ｅを形成するにあたっては、フィン部１２ａとフィン部１２ｂとを接触させてもよい。

　図１３に示されるように、狭窄部１２１Ｆを、フィン部１２ａとフィン部１２ｂとの間に別部材を配置することで構成してもよい。狭窄部１２１Ｆは、図１４に示されるような形態である。別部材を配置することで狭窄部１２１Ｆを構成しているので、狭窄部の形状をより緻密に設計することができる。狭窄部１２１Ｆは、フィン部１２ａ及びフィン部１２ｂの一部に接触してもよい。

　狭窄部は上記いずれの態様であっても第１隔壁部よりも第２隔壁部側に設けることができる。図４を参照しながら説明した第２流路１ｂａのように、平板部１１ｐａが第１隔壁部として機能し、平板部１１ｐｂが第２隔壁部として機能する場合は、狭窄部は平板部１１ｐｂ側に設けられる。第２流路１ｂａに隣接する第２流路１ｂｂのように、平板部１１ｐｂが第１隔壁部として機能し、平板部１１ｐａが第２隔壁部として機能する場合は、狭窄部は平板部１１ｐａ側に設けられる。

　狭窄部が第２隔壁部側に設けられているので、狭窄部と第１隔壁部の間に第２流体が流れる空間を十分に確保することができ、第１隔壁部近傍の第２流路１ｂａ，１ｂｂを狭めすぎることが無い。従って、狭窄部による第２流体を第１隔壁部側に集中させる効果を確保しつつ、流路抵抗の増大をより効果的に抑制することができる。

　以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims

　第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器に用いられるチューブ（１０）であって、
　第１流体が流れる第１流路（１ａ）と第２流体が流れる第２流路（１ｂ，１ｂａ，１ｂｂ）とを隔て、内部に前記第２流路が設けられている隔壁部（１１）と、
　前記隔壁部の内側に接触するように設けられるインナーフィン（１２）と、を備え、
　前記隔壁部は、対向配置される第１隔壁部（１１ｐａ，１１ｐｂ）及び第２隔壁部（１１ｐｂ，１１ｐａ）を有し、
　前記インナーフィンは、前記第１隔壁部に接触してから前記第２隔壁部に向かう第１フィン部（１２ａ，１２ｂ）と、前記第１フィン部に繋がり前記第２隔壁部に接触してから前記第１隔壁部に向かう第２フィン部（１２ｂ，１２ａ）とを有し、
　前記第１フィン部と前記第２フィン部と前記第１隔壁部とによって形成される前記第２流路を局所的に狭める狭窄部（１２１ａｂ，１２１ｂａ，１２１Ｅ，１２１Ｆ）が設けられている。
　請求項１に記載のチューブであって、
　前記第１フィン部と前記第２フィン部とが前記第２流路を見通す方向において線対称に配置されている。
　請求項１又は２に記載のチューブであって、
　前記狭窄部は、前記第１フィン部及び前記第２フィン部に凸部（１２１ａｂ，１２１ｂａ）を設けることで構成されている。
　請求項３に記載のチューブであって、
　前記凸部は前記第２流路内を第２流体が流れる長手方向に沿って複数設けられ、長手方向において隣接する凸部の間に凹部（１２２ａｂ，１２２ｂａ）が設けられている。
　請求項４に記載のチューブであって、
　前記凸部は前記第１隔壁部よりも前記第２隔壁部側に設けられ、
　前記凹部は前記第２隔壁部よりも前記第１隔壁部側に設けられている。
　請求項１又は２に記載のチューブであって、
　前記狭窄部（１２１Ｅ）は、前記第１フィン部及び前記第２フィン部を互いに近づけることで構成されている。
　請求項１又は２に記載のチューブであって、
　前記狭窄部（１２１Ｆ）は、前記第１フィン部と前記第２フィン部との間に別部材を配置することで構成されている。
　請求項１から６のいずれか１項に記載のチューブであって、
　前記狭窄部は前記第１隔壁部よりも前記第２隔壁部側に設けられている。