JP2014088995A - 熱交換器用チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】 エロージョンによるチューブのＵターン流路部での破損を防止することができる熱交換器用チューブを提供する。
【解決手段】 熱交換器用チューブは、入口部2および出口部3間をそれぞれ結び、媒体が流通する上流側直線流路部4Aおよび下流側直線流路部4Bと、これらの流路部間で媒体をＵターンさせるＵターン流路部4Cと、備える。Ｕターン流路部4Cに、弧状形状を有してチューブの内方へ突出し、上流側直線流路部4Aから流出された媒体の流れの方向を変えて下流側直線流路部4Bへ流入させる弧状突出部6を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器用チューブに関する。

従来の熱交換器用チューブとしては、特許文献１および特許文献２に記載のものが知られている。
この従来の熱交換器用チューブは、両外側が出入口を除いてビードで形成され、その中央部に仕切りビードが設けられて媒体がＵ字状に流れる流路が形成されたチューブ部材を有している。この流路には、流通する媒体を撹拌して放熱性能を向上させるために、内側へ向けて突出される多数の突出部が設けられている。このように形成された２個のチューブ・プレートは、互いに組み付けられてチューブを構成する。

特開平２−１６９１２７号公報 ＷＯ１９８３−０４０９０Ａ１号公報

上記従来技術にあっては、Ｕターン部において局所的に媒体の流速が高まる部位があり、エロージョンが発生すると、材料が薄肉となってチューブに亀裂が発生するなど損傷する場合があるといった問題もある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、エロージョンによるチューブのＵターン流路部における破損を防止することができるようにした熱交換器用チューブを提供することにある。

この目的のため本発明による熱交換器用チューブは、
媒体の入口部と、
媒体の出口部と、
入口部および出口部間をそれぞれ結び、媒体が流通する上流側直線流路部および下流側直線流路部と、上流側直線流路部および下流側直線流路部間で媒体をＵターンさせるＵターン流路部と、
を備えた熱交換器用チューブにおいて、
Ｕターン流路部に、弧状形状を有してチューブの内方へ突出し、上流側直線流路部から流出された媒体の流れの方向を変えて下流側直線流路部へ流入させる弧状突出部を設けた、
ことを特徴とする。

また、好ましくは、チューブの厚さ方向に、一対の弧状突出部を向い合せに配置する。

また、好ましくは、一対の弧状突出部が、互いに同じ位置となるように配置し、弧状突出部同士が連続して対面するようにする。

また、好ましくは、一対の弧状突出部は、交互に並列配置する。

また、好ましくは、弧状突出部は、この上流側端部近傍と下流側端部近傍とに、上流側直線流路部と下流側直線流路部とに沿ってこれらを分離する仕切り部に対して広がり角度をもたせた形状とする。

また、好ましくは、弧状突出部は、上流側直線流路部と下流側直線流路部との中間部位に直線部分を持たせた形状とする。

また、好ましくは、上流側直線流路部と下流側直線流路部とのうちの少なくとも一方は、インナ・フィンまたはチューブの内方に突出する突出部を有する。

また、好ましくは、突出部は、上流側直線流路部と下流側直線流路部とに、これらを分離する仕切り部に対して斜め方向へ向けてそれぞれ配置した複数の斜め方向突出部、あるいはチューブの長手方向に延在する波状突出部で構成する。

また、好ましくは、弧状突出部は、上流側直進流路部および下流側直進流路部を分ける仕切り部の下流側端部を、内方に跨ぐように配置する。

また、好ましくは、チューブ内を流通する媒体が冷却水であり、熱交換器用チューブは、冷却水とチューブの外側を流通する圧縮空気とが熱交換して圧縮空気を冷却する水冷式チャージ・エア・クーラのチューブとする。

本発明の熱交換器用チューブにあっては、エロージョンによるチューブのＵターン流路部の破損を防止することができる。

また、チューブの厚さ方向に、一対の弧状突出部を向い合せに配置したので、弧状突出部を有する半分割のチューブ・プレート同士を組み付けることで容易かつ安価にチューブを製造することができる。

また、一対の弧状突出部を、互いに同じ位置となるように配置し、弧状突出部同士が連続して対面するようにしたので、弧状突出部を有する半分割のチューブ・プレート同士を組み付けることで容易かつ安価にチューブを製造することができる。また、媒体をスムーズに流すことでその流通抵抗も抑制して放熱効果を向上させ、さらにエロージョンによるＵターン流路部の破損をも抑制することができる。

また、一対の弧状突出部を、交互に並列配置するようにしたので、Ｕターン流通路において媒体の流れをよりスムーズに徐々に方向転換させてＵターンさせることができ、流通抵抗を抑制して放熱効果を向上させ、さらにエロージョンによるＵターン流路部の破損をも抑制することができるようになる。

また、弧状突出部を、この上流側端部近傍と下流側端部近傍とに、上流側直線流路部と下流側直線流路部とに沿ってこれらを分離する仕切り部に対して広がり角度をもたせた形状としたので、Ｕターン流通路における媒体の流れをよりスムーズに徐々に方向転換させることができ、その場合媒体が高速になるのを抑制してエロージョンの発生を抑えることができる。

また、弧状突出部を、上流側直線流路部と下流側直線流路部との中間部位に直線部分を持たせた形状としたので、媒体の流れをスムーズに流しながら徐々に方向転換できるようになり、またこのとき、Ｕターン流路部のチューブ長手方向の長さを短くコンパクトに抑えることができる。

また、上流側直線流路部と下流側直線流路部とのうちの少なくとも一方に、インナ・フィンまたはチューブの内方に突出する突出部を設けたので、媒体が流れる場合の流通抵抗を抑制し、かつ媒体が突出部に沿って流れることで放熱性能を向上させることできる。

また、突出部を、斜め方向突出部または波状突出部で構成したので、媒体が波状突出部に沿ってチューブの長手方向に対して斜め方向または波状に流れるので、従来技術のように多数のディンプルを設けた場合に比べて、媒体の流通抵抗を小さくしながら放熱性能を向上させることができる。

また、弧状突出部が、上流側直進流路部および下流側直進流路部を分ける仕切り部の下流側端部を、内方に跨ぐように配置したので、直進流路部間の流れがスムーズに行われ、流通抵抗を抑制することができる。

また、チューブ内を流通する媒体を冷却水としてこの冷却水とチューブの外側を流通する圧縮空気とが熱交換して圧縮空気を冷却するようにしたので、水冷式チャージ・エア・クーラのチューブに最適である。

本発明の実施例１に係るに係る熱交換器用チューブの断面図である。 本発明の実施例２に係るに係る熱交換器用チューブの断面図である。 本発明の実施例２に係るに係る熱交換器用チューブの上流側および下流側の直線流路部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

まず、実施例１の熱交換器用チューブの全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１の熱交換器用チューブ1は、本実施例では、内燃機関エンジンに付属され、吸入空気を圧縮するチャージャ（ターボ・チャージャやスーパー・チャージャ）の圧縮空気をエンジンの冷却水で冷却する水冷式チャージ・エア・クーラに用いられる。
なお、冷却水は、本発明の媒体に相当する。

熱交換器用チューブ1は、半割のチューブ・プレートを互いに組み付けることで構成される。
チューブ1は、入口部2と出口部3とを除き、その外周に沿って、その厚さ方向(高さ方向)内方に向けて突出した外周リブ部1aが設けられている。
また、チューブ1の一端側に配置した入口部2と出口部3の間からチューブの長手方向（図１の左右方向）に向けて、チューブ１の幅方向（図１の上下方向）
の中央位置で、チューブ1の他端側で、後で説明するＵターン流路部4C付近まで仕切りリブ部（仕切り部に相当）1bが延在されて、チューブ1を幅方向に２つの領域、すなわち上流側直線流路部４Aと、下流側直線流路部4Bとに区分する。

上流側直線流路部4Aの下流側端と下流側直線流路部4Bの上流側端とは、チューブ1の他端側でＵターン流路部4Cにて連通される。
一方、入口部2と出口部3とは、チューブ1の幅方向に並べて設けられ、これらの貫通孔を介して媒体であるエンジンの冷却水が出入りすることができるようにしてある。入口部2は上流側直進通路4Aの上流側端に、また出口部3は下流側直進流路部4Bの下流側端にそれぞれ連続するように接続される。

上流側直進通路4Aには、図１の上側の外周リブ部1aと仕切りリブ部1bとの間には、厚さ方向内側（図１に対して手前側）に突出する多数の斜め方向突出部5aが設けられる。斜め方向突出部5aは、チューブ1の長手方向に沿って、幅方向（図１の上下方向）に２列に並べられ、仕切りリブ部1bに対して斜め方向（下流側部分が仕切りリブ部1b側へ向く方向）に配置される。
同様に、下流側直進通路4Bには、図１の下側の外周リブ部1aと仕切りリブ部1bとの間に形成され、これらのリブ部1a、1b間に厚さ方向に突出する多数の斜め方向突出部5bが設けられる。斜め方向突出部5bは、上流側直進通路4Aの斜め方向突出部5aと同様に、チューブ1の長手方向に沿って、幅方向に２列に並べられ、仕切りリブ部1bに対して斜め方向（下流側部分が仕切りリブ部1b側へ向く方向）に配置される。
なお、斜め方向突出部5a、5bは、本発明の突出部に相当する。

一方、Ｕターン流路部4Cは、外側弧状突出部6aと、この内側の内側弧状突出部6bと、一対の外側部分突出部6cと、一対の内側部分突出部6dと、が設けられる。
外側弧状突出部6aは、チューブ1の他端側の外周リブ部1aのすぐ内側に設けられて厚さ方向内側へ突出され、厚さ方向上方からみて、直線部分6a1と、この両端部から仕切りリブ部1bに対して仕切りリブ部1b側の部分が広がるようにそれぞれ広がり角度を有する弧状部分6a2と、を備える。広がった両端部は、上流側直線流路部4Aの最下流側の斜め方向突出部5aの外側下流端部と、下流側直線流路部4Bの最上流側の斜め方向突出部5bの外側上流端部と、を跨ぐように配置される。

内側弧状突出部6bは、仕切りリブ部1bの下流側端に対面するように、外側弧状突出部6aの上流側に配置されて厚さ方向内側へ突出され、厚さ方向上方からみて、直線部分6b1と、この両端部から仕切りリブ部1bに対して仕切りリブ部1b側の部分が広がるようにそれぞれ広がり角度を有する弧状部分6b2と、を備える。広がった両端部は、仕切りリブ部1bの下流側端部を跨ぎ、上流側直線流路部4Aの最下流側の斜め方向突出部5aの内側下流端部と、下流側直線流路部4Bの最上流側の斜め方向突出部5bの内側上流端部と、に沿うようにしてある。

外側部分突出部6cは、外側弧状突出部6aの弧状部分6a2の外側位置でハ字状に斜め方向へそれぞれ直線状に伸びるように配置されている。
内側突出部6dは、外側弧状突出部6aの弧状部分6a2と内側弧状突出部6bの弧状部分6b2との間でハ字状に斜め方向へそれぞれ直線状に伸びるように配置されている。
なお、外側部分突出部6cおよび内側部分突出部6dは、直線状に代えて弧状に形成してもよい。

外側弧状突出部6aと、この内側の内側弧状突出部6bと、一対の外側部分突出部6cと、一対の内側部分突出部6dとは、全体で弧状突出部6を構成し、冷却水の流入方向と流出方向を180度方向転換させるようにそれらの曲率が設定されている。

図示しないが、鏡面反射させた像の形状および位置となる波状突出部や弧状突出部6を有する別のチューブ・プレートがさらに成形、用意される。
そうして、図１の形状のチューブ・プレートと上記別のチューブ・プレートとが、組み付けられる。この組み付け状態では、両チューブ・プレートの斜め方向突出部同士および弧状突出部同士は、同じ位置で互いに対面した状態となる。
この状態で、両チューブ・プレートは、これらの斜め方向突出部同士、弧状突出部同士外周リブ部同士、仕切りリブ部同士がロウ付け等で固着されることで、チューブ1が得られる。

上記のように構成された熱交換器用チューブでは、入口部2から流入された冷却水は、上流側直線流路部4A内を斜め方向突出部5aでコントロールされながら、これらに沿ったり分かれたり合流したりして流れ、Ｕターン流路部4Cへ流入する。

Ｕターン流路部6Cでは、上流側直線流路部4Aから流出した冷却水が、外側弧状突出部6aと、内側弧状突出部6bと、外側部分突出部6cと、内側部分突出部6dとからなる弧状突出部で徐々に流れ方向が変えられて180度方向転換した後、下流側直進通路4Bに流入する。このように、弧状突出部6では、冷却水の流方向が徐々に変化して行くので、エロージョンによるＵターン流出路部4Cが損傷するのが避けられる。

弧状突出部6を流出した冷却水は、下流側直進通路4Bに流入するが、下流側直進通路4Bでは、冷却水が斜め方向突出部5bに沿ったり分かれたり合流したりして流れ、出口部3から排出される。

一方、このチューブの外側を、ターボ・チャージャあるいはスーパー・チャージャで圧縮されて高温になって圧縮空気が流れるようにしてある。この高温の圧縮空気は、チューブを通るとき、チューブ内を流通する冷却水と熱交換を行って冷却される。
この冷却された空気には、その下流側で燃料が吹き込まれて、この混合気がエンジンの燃焼室で燃焼される。

以上で説明したように、実施例１の熱交換器用チューブにあっては、Ｕターン流路部4Cに設けた外側弧状突出部6aと、内側弧状突出部6bと、外側部分突出部6cと、内側部分突出部6dとからなる弧状突出部6で、冷却水の流れ方向が徐々に変えられて180度方向転換するようにしたので、従来技術のように冷却水が急激に方向変換してエロージョンの発生を招き、Ｕターン流路部4Cの壁等を損傷させるのを防止することができる。

また、それぞれのチューブ・プレートの弧状突出部6は厚さ方向に対向させられて配置されるので、これらをろう付けで固着すれば、弧状突出部6の強度が高まる。また、弧状突出部6を有する半分割のチューブ・プレート同士を組み付けることが容易かつ安価にチューブを製造することができる。この場合、対向する弧状突出部6が互いに同位置にあって連続して対面させられるようにすれば、強度を高めることが可能となる

また、弧状突出部6の外側弧状突出部6aと内側弧状突出部6bとは、それぞれ両端部分である弧状部分6a2、6b2が、仕切りリブ部6bに対して広がり角度を持つ形状とされているので、上流側直線流路部4Aから流出した冷却水をスムーズにＵターン流路部4Cに導き入れることができ、またＵターン流路部4Cから流出する冷却水を下流側直進通路4Bにスムーズに導くことができるので、流通抵抗を減らすことが可能となる。

また、弧状突出部6の外側弧状突出部6aと内側弧状突出部6bとは、これらの中間部位に直線状部分6a1、6b1をそれぞれ有する形状とされているので、冷却水の流れをスムーズに流しながら徐々に方向転換できるようになり、またこのとき、Ｕターン流路部4Cのチューブ長手方向の長さを短くコンパクトに抑えることができる。

次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

実施例２の熱交換器用チューブは、Ｕターン流路部4Cの弧状突出部6の構造が実施例１のものと異なる。
すなわち、実施例２では、ハ字状をした実施例１の内側突出部6dに代えて、図２に示すように、外側弧状突出部6aおよび内側弧状突出部6bの間に、これらと同様の、直線状部分6d1と、この両端部からこの両端部から仕切りリブ部1bに対して仕切りリブ部1b側の部分が広がるようにそれぞれ広がり角度を有する弧状部分6d2と、を備える。この
広がった両端部は、上流側直線流路部4Aの最下流側の斜め方向突出部5aの外側下流端部と、下流側直線流路部4Bの最上流側の斜め方向突出部5bの外側上流端部と、とに沿うように配置される。
その他の構成は、実施例１と同様である。

実施例２の熱交換器用チューブ1にあっても、実施例１と同様の作用、同様の効果を有する。
ただし、内側突出部6dを弧状に形成した分、チューブ長手方向の寸法は若干長くなるものの、Ｕターン流路部4Cでの冷却水の流方向のコントロールがより効くようになり、流通抵抗をさらに減らしエロージョンによるＵターン流路部4Cの損傷をさらに確実に防止することが可能となる。

実施例３の熱交換器用チューブは、実施例１および実施例２の上流側直線流路部4Aおよび下流側直線流路部4Bにそれぞれも設けた斜め方向突出部5a、5bに代えて、２本ずつの波状突出部5c、5d、5e、5fを設けて、外周リブ部1a、仕切りリブ部1bとの間にそれぞれ３本の流路4A1、4A2、4A3、4B1、4B2、4B3を形成している。

図３では同図中も右側部分の図示を省略したが、この部分は実施例１または実施例１と同様の弧状突出部6を設けたＵターン流路部4Cを接続する。
その他の構成は、実施例１と同様である。
このような構成の半割したチューブ・プレートは、これと鏡面反射させた形状の別の半割チューブ・プレートと組み付け、ろう材で固着してチューブ・プレート１を得る。

実施例３の熱交換器用チューブも、実施例１、実施例２と同様の作用・効果を得ることができるが、上流側直線流路部4Aおよび下流側直線流路部4Bには波状突出部5c、5d、5e、5fを設けたので、冷却水の流通抵抗を減少させて放熱特性を向上させることができる。

以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

たとえば、上記実施例１では、斜め方向突出部5a、5bや波状突出部5c、5d、5e、5fを上流側直線流路部4Aおよび下流側直線流路部4Bの両方に設けたが、いずれか一方にのみ設けるようにしてもよい。
また、波状突出部5a、5b、5c、5dに代えて、インナ・フィンを用いて媒体を導くようにしてもよい。

また、実施例３において波状突出部5a、5b、5c、5dは、半割チューブ・プレートの両方に同じものを用いてこれらを組み付けるようにしてもよい。この場合、波状突出部5a、5b、5c、5dは一部だけが対面し他の部位は対面しなくなり、実施例３の場合より流通抵抗が増加するものの、同じ半割チューブ・プレートを用いるので製造費を安くすることができる。

また、本発明の熱交換器のチューブは、水冷式チャージ・エア・クーラに用いたが、これに限られず、他の熱交換器に用いるようにしてもよい。この場合、媒体は冷却水以外の媒体でもよい。

1 チューブ
1a 外周リブ部
1b 仕切りリブ部
2 入口部
3 出口部
4A 上流側直線流路部
4B 下流側直線流路部
4C Ｕターン流路部
5a、5b 斜め方向突出部
5c、5d、5e、5f 波状突出部
６ 弧状突出部
6a 外側弧状突出部（弧状突出部）
6b 内側弧状突出部（弧状突出部）
6c 外側部分突出部（弧状突出部）
6d 内側部分突出部（弧状突出部）
6a1、6b1、6d1 直線状部分
6a2、6b2、6d2 弧状部分

Claims (10)

1. 媒体の入口部と、
   前記媒体の出口部と、
   前記入口部および前記出口部間をそれぞれ結び、前記媒体が流通する上流側直線流路部および下流側直線流路部と、前記上流側直線流路部および前記下流側直線流路部間で前記媒体をＵターンさせるＵターン流路部と、
   を備えた熱交換器用チューブにおいて、
   前記Ｕターン流路部に、弧状形状を有して前記チューブの内方へ突出し、前記上流側直線流路部から流出された前記媒体の流れの方向を変えて前記下流側直線流路部へ流入させる弧状突出部を設けた、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
2. 請求項１に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記弧状突出部は、前記チューブの厚さ方向に、向い合せに配置した一対の弧状突出部である、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
3. 請求項２に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記一対の弧状突出部は、互いに同じ位置となるように配置し、前記弧状突出部同士が連続して対面するようにした、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
4. 請求項２に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記一対の弧状突出部は、交互に並列配置するようにした、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記弧状突出部は、該上流側端部近傍と下流側端部近傍とに、前記上流側直線流路部と前記下流側直線流路部とに沿ってこれらの直線流路部を分離する仕切り部に対して広がり角度をもたせた形状を有する、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記弧状突出部は、前記上流側直線流路部と前記下流側直線流路部との中間部位に直線部分を持たせた形状とした、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記上流側直線流路部と前記下流側直線流路部とのうちの少なくとも一方は、インナ・フィンまたはチューブの内方に突出する突出部を有する、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
8. 請求項７に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記突出部は、前記上流側直線流路部と前記下流側直線流路部とに、これらの直線流路部を分離する仕切り部に対して斜め方向へ向けてそれぞれ配置した複数の斜め方向突出部、あるいはチューブの長手方向に延在する波状突出部である、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記弧状突出部は、前記上流側直進流路部および前記下流側直進流路部を分ける仕切り部の下流側端部を、内方に跨ぐように配置した、
   ことを特徴とする熱交換器用チューブ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱交換器用チューブにおいて、
    前記チューブ内を流通する媒体が冷却水であり、
    前記熱交換器用チューブは、冷却水と前記チューブの外側を流通する圧縮空気とが熱交換して該圧縮空気を冷却する水冷式チャージ・エア・クーラのチューブである、
    ことを特徴とする熱交換器用チューブ。

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