JP2010175217A

JP2010175217A - 熱交換用多穴チューブ

Info

Publication number: JP2010175217A
Application number: JP2009021510A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Tawara; 利克田原; Hiroshi Katayama; 浩片山
Original assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Current assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】車両用インタークーラに用いられる熱交換用多穴チューブにおいて、熱膨張しようとする力を低減して、熱歪みによるインタークーラの破損を防止することができ、かつ、従来の押出し成形による製造が可能な構造を提供する。
【解決手段】平板状の上下壁及び断面略半円状の左右側壁を有する扁平管と、この扁平管の上下壁の間において長手方向に延在する多数の仕切板とからなり、この仕切板によって仕切られた多数の気体通路を有する熱交換用多穴チューブにおいて、上記仕切板を左右方向に屈曲した断面くの字状に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に車両等に搭載されるインタークーラに用いられ、過給器により圧縮され高温となった空気を内部に流通させて周囲の冷却流体との間で熱交換を行い、圧縮空気を冷却する熱交換用多穴チューブに関する。

従来の車両等のインタークーラに用いられる熱交換用チューブには、押出し成形されたアルミ製の多穴チューブが多く用いられている。

図６に示すように、このようなインタークーラ用の多穴チューブ１１は、一般的に０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの板厚の上下壁２、２および左右側壁３、３を有する中空の扁平管４の中に、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの仕切板１２を幅方向に等間隔で多数設置している。それぞれの仕切板１２は扁平管の上下壁２、２間に直立して設けられ、管内を多数の気体通路に仕切っている。

図８に示すように、多数の多穴チューブ１１とフィン（図示せず）とを交互に積層し、多穴チューブ１１を入口側および出口側の端部で、多数の孔を有するエンドプレート１３、１３にそれぞれ貫装して束ね、インタークーラのコア部が形成される。
過給器により圧縮されて高温となった空気（圧縮空気）は、入口側で分岐してそれぞれの多穴チューブ１１の仕切られた気体通路を流通し、出口側で再び合流する。一方、空気等の冷却流体はフィンに沿って多穴チューブ１１同士の間を圧縮空気と交差方向に流れ、圧縮空気を冷却する。

近年、エンジンの高性能化を図るために用いられる過給器の過給圧が増大し、この過給器により空気が圧縮されて高温となるため、これを冷却するインタークーラの熱交換性能を向上させる必要がある。このため、インタークーラが大型化または改良され、インタークーラに使用される多穴チューブにも様々な工夫がなされている。
例えば、図７に示すように、多穴チューブ１１の上下壁２、２の内面及び仕切板１２に多数の突条１４を突出させるなど、表面積を増大させて、空気等の冷却流体と高温の圧縮空気との熱交換効率を上げる工夫がなされている。特許文献１には、気体通路の断面の直径や上下壁の突条の本数を最適化したものが記載されている。

このように従来のインタークーラ用の多穴チューブ１１では、高温の圧縮空気が効率良く冷却されてインタークーラ内を流れるように、入口側のヘッダー（図示せず）の内部形状、多穴チューブ１１内の仕切板１２や突条１４の形状および設置方法を工夫し、熱交換性能を向上させていた。
しかし、過給圧の増大による圧縮空気の高温化に伴い、この圧縮空気が流れ込む多穴チューブ１１の出入口の付近で、多穴チューブとエンドプレートとの接合部が熱歪みにより破損する問題が発生していた。

高温の圧縮空気が流入すると、図９中の白矢印のように、熱膨張によって多穴チューブ１１に長手方向、幅方向および厚さ方向の伸びが発生する。
また、長手方向におけるエンドプレート１３の位置は両端のヘッダー（図示せず）によって固定されており、また、エンドプレート１３の孔の大きさおよび間隔が固定されている。このため、多穴チューブ１１が長手方向に膨張する際には、図９中の黒矢印のように、エンドプレート１３から伸長を抑制する応力が加わる。また、多穴チューブ１１が幅方向および厚さ方向に膨張する際にも、エンドプレート１３から膨張を抑制する応力が加わる。

このように、高温の圧縮空気が流れ込み多穴チューブ１１およびエンドプレート１３に熱膨張が発生すると、全ての力が多穴チューブ１１とエンドプレート１３との接合部に集中して、強い熱歪みを発生させていた。
一方、インタークーラに圧縮空気が流れなくなるとこれらの力が発生しないため、多穴チューブ１１とエンドプレート１３とが収縮する。このような伸縮の繰り返しによって、剛性の高い多穴チューブ１１を用いても、エンドプレート１３と多穴チューブ１１の側面との接合部付近に破損が発生することがあった。

長手方向および幅方向の膨張に関しては、エンドプレート１３を変形しやすくするなどして多穴チューブ１１の熱膨張を吸収できる構造も考えられている。しかし、厚さ方向の膨張に関しては、エンドプレート１３の孔の大きさおよび間隔が固定されているためエンドプレート側の対策は難しく、多穴チューブ１１における対策が必要になっている。

これに対応するために、多穴チューブ１１の板厚を増して剛性を上げる対策がとられていたが、多穴チューブ１１の板厚が増すことにより使用する材料が増加し、重量増やコスト増となっていた。また、多穴チューブ１１の板厚を増大させると、気体通路が狭くなってガス抵抗が悪化し、インタークーラの重要な特性である熱交換性能が低下する。また、多穴チューブ１１の板厚を増すことで剛性が上がる反面、高温になった空気が流入する際に長手方向および厚さ方向に膨張する力も大きくなる。

特許文献２には、一枚の板状素材を屈曲させて成形する熱交換用チューブにおいて、左右側壁の熱歪みによる破損を防止するために、屈曲によって一方の側壁を形成する際に、内側に突出するように折り込まれた折込部を設けて剛性を高めたものが記載されている。

特開２００２−３１８０８６号公報特開２００７−１５５３００号公報

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、車両用インタークーラに用いられる熱交換用多穴チューブにおいて、熱膨張しようとする力を低減して、熱歪みによるインタークーラの破損を防止することができ、かつ、従来の押出し成形による製造が可能な構造を提供することを課題とする。

本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第１の発明は、平板状の上下壁及び断面略半円状の左右側壁を有する扁平管と、この扁平管の上下壁の間において長手方向に延在する多数の仕切板とからなり、この仕切板によって仕切られた多数の気体通路を有する熱交換用多穴チューブにおいて、上記仕切板を左右方向に屈曲した断面くの字状に形成したことを特徴とする。
第２の発明は、上記扁平管の左右方向両端と中央には、垂直な補強板を設けたことを特徴とする。

第３の発明は、平板状の上下壁及び断面略半円状の左右側壁を有する扁平管と、この扁平管の上下壁の間において長手方向に延在する多数の仕切板とからなり、この仕切板によって仕切られた多数の気体通路を有する熱交換用多穴チューブにおいて、上記仕切板を、左右方向に交互に複数回折り曲げた断面ジグザグ状に形成したことを特徴とする。

第１の発明によれば、上記仕切板を左右方向に屈曲した断面くの字状に形成したことにより、高温の圧縮空気が流れるときの多穴チューブの厚さ方向への膨張、および圧縮空気の流れを止めた後の多穴チューブの収縮の際の力を、断面くの字状の仕切板が屈伸することで低減することができ、熱歪みの繰り返しによるインタークーラなどの熱交換器の破損を防止することができる。

また、仕切板を断面くの字状に形成したことにより、多穴チューブ内面の熱交換面積が大きくなるため、熱交換性能も向上させることができる。
さらに、仕切板を断面くの字状にするためには特別な製造工程を必要とせず、従来の多穴チューブと同様に押出し成型によって製造することができる。

第２の発明によれば、上記扁平管の左右方向両端と中央には、垂直な補強板を設けたことにより、多穴チューブの左右の幅が長いときなど厚さ方向の強度が必要となる場合にも、補強板によって多穴チューブの厚さ方向の剛性を高めることができる。

第３の発明によれば、上記仕切板を、左右方向に交互に複数回折り曲げた断面ジグザグ状に形成したことにより、高温の圧縮空気が流れるときの多穴チューブの厚さ方向への膨張、および圧縮空気の流れを止めた後の多穴チューブの収縮の際の力を、断面ジグザグ状の仕切板が伸縮することで低減することができ、熱歪みの繰り返しによるインタークーラなどの熱交換器の破損を防止することができる。

また、仕切板を断面ジグザグ状に形成したことにより、多穴チューブ内面の熱交換面積が大きくなるため、熱交換性能も向上させることができる。
さらに、仕切板を断面ジグザグ状にするためには特別な製造工程を必要とせず、従来の多穴チューブと同様に押出し成型によって製造することができる。

本発明の第１実施形態に係る多穴チューブの正面図である。本発明の第２実施形態に係る多穴チューブの正面図である。本発明の第３実施形態に係る多穴チューブの正面図である。本発明の第４実施形態に係る多穴チューブ（仕切板の波が多いタイプ）の正面図である。本発明の第４実施形態に係る多穴チューブ（仕切板の波が少ないタイプ）の正面図である。従来の多穴チューブの正面図である。従来の多穴チューブ（突起あり）の正面図である。従来のインタークーラを示す斜視図である。従来のインタークーラの部分拡大断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る熱交換用多穴チューブについて説明する。
図１は第１実施形態に係る多穴チューブの正面図である。

＜第１実施形態＞
図１に示すようなアルミ製の多穴チューブ１は、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの板厚を有する平板状の上下壁２、２と、０．３〜０．６ｍｍの板厚を有する断面略半円状の左右側壁３、３とからなる扁平管４の内部に、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの板厚を有して上下壁の間に介在する多数の仕切板５を備え、全体を押出し成型することによって形成している。これにより多穴チューブ１は、互いに仕切られて並行する複数の圧縮空気用の気体通路を有している。
厚さ方向の剛性を確保するため、左右の側壁３は上下壁２よりも厚手に形成される。

この多穴チューブ１とフィン（図示せず）とを交互に多数積層して、多数の孔を設けたエンドプレート１３に貫装して束ねることで、インタークーラのコア部が構成される（図８参照）。

上記仕切板５は、それぞれ垂直な板を右または左に屈曲した断面くの字状に形成されて長手方向に延在している。隣り合う仕切板５同士は互いに逆向きに屈曲しており、多穴チューブ内では右に凸に屈曲した仕切板５と左に凸に屈曲した仕切板５とが交互に並んでいる。

これにより、高温になった多穴チューブ１の仕切板５で厚さ方向に膨張が発生しても、仕切板５が深く屈曲することで吸収することができ、多穴チューブ１が厚さ方向に膨張する力を低減することができる。また、圧縮空気を流すのを止め多穴チューブ１が比較的低温な状態になった場合には、仕切板５が収縮して元の浅い位置、角度に戻る。このように仕切板５が屈伸することで熱歪みを発生させる力を低減し、インタークーラの破損を防止することができる。

また、仕切板５を断面くの字状に形成したことにより、図６のような垂直な仕切板を設けた場合に比べ、多穴チューブ１内面の熱交換面積が大きくなるため、熱交換性能も向上させることができる。
さらに、仕切板５を断面くの字状にするためには特別な製造工程を必要とせず、従来の多穴チューブと同様に押出し成型によって製造することができる。

このような仕切板５の傾斜の角度は、大きく設定しすぎると剛性が増して変形しづらくなり膨張する力を吸収しづらくなるため、多穴チューブ１の形状ごとに発生する熱歪みの大きさに応じて角度を調節して設定する。
また、各仕切板５にはくの字状の屈曲箇所を１箇所設けているが、２箇所以上で屈曲させて形成してもよい。

＜第２実施形態＞
また、図２に示すように、上記仕切板５の向きおよび並びを、扁平管４の左右方向中央を境として、左右方向外方に凸に屈曲したくの字状に形成してもよい。
この多穴チューブ６では、扁平管４の左右方向中央部よりも左側に配置される仕切板５は左に凸に屈曲させて形成され、右側に配置される仕切板５は右に凸に屈曲させて形成されている。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
多穴チューブの左右の幅が長いときなど厚さ方向の強度が必要な場合には、扁平管の左右方向両端と中央に垂直な補強板を設けてもよい。
この実施形態では、図３に示すように、第２実施形態と同様の多穴チューブ７において、左右の端の仕切板５の更に外側にそれぞれ補強板８、８を設けている。また、扁平管の中央部にも補強板８を設けている。この補強板８は、上下壁２の間に垂直に立設され、多穴チューブ７の厚さ方向の剛性を向上させる役割を果たす。
補強板８を設置する箇所と本数は、多穴チューブ７において強度が必要な箇所に応じて変更、増減させてよい。

＜第４実施形態＞
また、別形態として、仕切板の断面形状をくの字状ではなくジグザグ状に形成してもよい。
この多穴チューブ９では第１実施形態と同様に、図４、図５に示すように、アルミ製で０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの板厚の上下壁２および左右側壁３を有する扁平管４に、上記上下壁２、２の間において断面ジグザグ形状で長手方向に延在する多数の仕切板１０を備え、全体を押出し成型することによって形成している。これにより多穴チューブ９は、互いに仕切られて並行する複数の圧縮空気用の気体通路を有している。
また、厚さ方向の剛性を確保するため、左右の側壁３は上下壁２よりも厚手に形成される。

この仕切板は、板厚が０．２ｍｍ〜０．６ｍｍで、左右方向に交互に複数回折り曲げた断面ジグザグ状に形成されている。
ジグザグ状部分の波高は仕切板５の中央から左右に板厚程度となるように設定する。波高を小さく設定すると剛性が増し、変形しづらく熱膨張の力を低減しにくくなるため、扁平管４の形状ごとに発生する熱歪みの大きさに応じて波高を設定する。
また、各仕切板１０に設ける波の数も、扁平管４の形状ごとに発生する熱歪みの大きさに応じて、増やしたり（図４）減らしたり（図５）する。

これにより、圧縮空気により高温になった多穴チューブ９の仕切板１０で厚さ方向に膨張が発生しても、仕切板１０が深く屈曲することで吸収することができ、多穴チューブ９が厚さ方向に膨張する力を低減することができる。また、圧縮空気を流すのを止め比較的低温な状態になった場合には、仕切板１０が元の浅い位置、角度に戻る。このように仕切板１０がバネのように伸縮することで熱歪みを発生させる力を低減し、インタークーラの破損を防止することができる。

また、仕切板１０を断面ジグザグ状に形成したことにより、図６のような垂直な仕切板を設けた場合に比べ、多穴チューブ９内面の熱交換面積が大きくなるため、熱交換性能も向上させることができる。
さらに、仕切板１０を断面ジグザグ状にするためには特別な製造工程を必要とせず、従来の多穴チューブ９と同様に押出し成型によって製造することができる。

１多穴チューブ
２上下壁
３側壁
４扁平管
５仕切板
６多穴チューブ
７多穴チューブ
８補強板
９多穴チューブ
１０仕切板
１１多穴チューブ
１２仕切板
１３エンドプレート
１４突条

Claims

平板状の上下壁及び断面略半円状の左右側壁を有する扁平管と、
この扁平管の上下壁の間において長手方向に延在する多数の仕切板とからなり、この仕切板によって仕切られた多数の気体通路を有する熱交換用多穴チューブにおいて、
上記仕切板を左右方向に屈曲した断面くの字状に形成したことを特徴とする熱交換用多穴チューブ。
上記扁平管の左右方向両端と中央には、垂直な補強板を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱交換用多穴チューブ。
平板状の上下壁及び断面略半円状の左右側壁を有する扁平管と、
この扁平管の上下壁の間において長手方向に延在する多数の仕切板とからなり、この仕切板によって仕切られた多数の気体通路を有する熱交換用多穴チューブにおいて、
上記仕切板を、左右方向に交互に複数回折り曲げた断面ジグザグ状に形成したことを特徴とする熱交換用多穴チューブ。