JP6400596B2 - 給気冷却器のためのフラットチューブおよび対応する給気冷却器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、より具体的には自動車の分野で使用される給気熱交換器の分野に関する。

自動車両の分野では、第１の流体が循環する同一のフラットチューブのスタックを備えた熱交換器を使用することは、知られた慣例となっている。各フラットチューブは、一般に、所定のパターンに皿状体を形成するためにプレス加工された２つの板状金属プレートから形成されており、それらの凹面が互いに対向するように配設されている。２つのプレートは、流体密封の態様で共に結合され、第１の流体が流体入口から流体出口へと循環し得るフラットチューブが形成されている。各々がフラットチューブの一端に位置付けられ、より一般には、各々がプレートの反対側の面に位置付けられている。

フラットチューブは、入口ライザーを形成するために共に結合された各フラットチューブの流体入口と、互いの頂部上に積み重ねられている。同様に、各フラットチューブの流体出口は、出口ライザーを形成するために共に結合されている。各フラットチューブの間には、第２の流体の通路のための間隙が残されている。２つの流体間での熱の交換は、第１の流体がフラットチューブを通過するとともに、第２の流体が当該フラットチューブの間を通過するようにして行われる。

そのような熱交換機は、通常、自動車両の内部の空調のための冷媒回路内の蒸発器として使用され、この冷媒は、大気である第１の流体および第２の流体を構成する。または、この熱交換器は、自動車両のキャビンを加熱するための伝熱流体回路内のヒータとして使用され、この伝熱流体は、第１の流体および大気である第２の流体を構成する。

それにもかかわらず、そのような交換器は、熱パラメータがかなり特殊な給気吸気回路（ａ ｃｈａｒｇｅ ａｉｒ ｉｎｔａｋｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）に使用するためには不適切であるとわかり得る。特に、燃焼シリンダーに入る前、圧縮されて加熱された吸気は、自己発火のリスクを低減するために、熱交換器の手段によって十分に冷却されている必要があり、これは、従来の熱交換器では、効果的に達成することができないものである。一般的に、効率を高めるために、給気交換器のこのタイプは、例えば、給気である第２の流体を冷却するために、第１の流体として、水のような液体を使用する。

第１の流体としての液体の使用は、具体的には、腐食を介して損傷する傾向にあるといった、交換器の耐久性の低減という不利益を有している。

このように、本発明の目的の１つは、従来技術の不利益を少なくとも部分的に是正し、改善された給気熱交換器を提案することである。

それ故に、本発明は、交換プレートを形成するようにプレス加工された少なくとも１つの金属板から製造された給気熱交換器のフラットチューブに関し、当該プレス加工は、流体入口と流体出口とが、伝熱流体が循環する回路によって連結されることを可能にし、当該回路は、内部に配置されるとともに、フラットチューブの材料に対して３０ｍＶ以上の電位差を生み出す材料から作製された、少なくとも１つの金属インサートを含んでいる。

本発明の一態様によれば、フラットチューブは、プレス加工された金属板から製造されるとともに、互いに組み立てられた、２つの熱交換プレートの組立体によって形成され、各交換プレートのプレス加工された面は、互いに対向している。

本発明の他の態様によれば、インサートは、０．７〜１．５％の比率で亜鉛を含有する金属合金で作製されている。

本発明の他の態様によれば、少なくとも１つの交換プレートは、３０００系アルミニウム合金で作製されており、インサートは、６８１５アルミニウム合金または６８０７アルミニウム合金で作製されている。

また、本発明は、上述された少なくとも１つのフラットチューブを備えている給気熱交換器に関する。

本発明のさらなる特徴および利点は、例示された非限定的な実施例によって与えられる以下の説明を解釈することからより一層明らかになる。

図１は、交換プレートの概略図である。 図２は、本発明によるフラットチューブの横断面の概略図である。

個々の図では、同一の要素に、同様の符号を付している。

図１に示されているように、熱交換器のフラットチューブ１００用の交換プレート１は、プレス加工された金属板から製造され得る。交換プレートは、流体入口３ａと流体出口３ｂとを備えている。交換プレート１のプレス加工は、流体入口３ａと流体出口３ｂとの間を流れる流体のための流れ回路を画定するリブ７とともに空洞を形成する。

リブ７は、流れ回路に、流体入口３ａと流体出口３ｂとの間での第１の伝熱流体の循環のための流路を与えている。この循環流路は、湾曲部９によって連結された少なくとも２つの直線通路５を含んでいる。この循環流路は、流れ回路の長さを増加させることが可能であり、それ故に、第１の伝熱流体が内部を流れる時間を増加させる。それによって、交換プレート１の反対側の面上を循環する第２の流体に対して熱の伝達をし得る時間の長さが増加する。第１の伝熱流体のこの流れを促進するために、リブ７は、丸みを帯びた端部１１を有し得る。

図１に示された例では、交換プレート１は、４つの相互に平行な通路５と、当該通路５の間を連結する３つの湾曲部９と、を含んでいる。

図１に示すように、少なくとも１つの湾曲部９は突起９１を有し得る。これらの突起９１は、例えば、プレス加工によって製造され、少なくとも１つの熱交換プレート１の一体的な部分として形成され得る。またはそれらは、当業者に知られた手段を使用して、少なくとも１つの湾曲部９の内側に取り付けられて固定された要素であり得る。

フラットチューブ１００は、一般に、２つの交換プレート１を互いに組み立てることにより作製され、回路の通路５および湾曲９と、２つの交換プレート１の各々のリブ７とは、互いに対向し、当該フラットチューブ１００の循環流路を形成している。交換プレート１は、例えば、ろう付けを使用して、流体密封の態様で組み立てられており、フラットチューブ１００に沿って通過する伝熱流体の漏れを防止している。そのようなフラットチューブ１００は、比較的細長く、例えば、循環流路は１ｍｍ〜３ｍｍの高さを有し得る。

フラットチューブ１００の他の具体化の方法は、交換プレート１を、交換プレート１の外縁上およびリブ７上に存在する平坦プレートで、流れ回路を覆うように組み立て得る。

図２に示すように、フラットチューブ１００の内側では、回路は、第１の伝熱流体の循環をかき乱して乱流を生み出すように意図された少なくとも１つのインサート５１を備えている。このことにより、第１の伝熱流体と接触する領域が増加し、当該第１の流体とフラットチューブ１００との間での交換が増加する。

少なくとも１つのインサート５１は、フラットチューブ１００の材料に対して３０ｍＶ以上の電位差を生み出す金属材料から作製されている。この電位差は、当該インサートが、フラットチューブ１００の材料に優先して腐食させられる犠牲陽極となることを可能にし、それによってフラットチューブは、長い時間、腐食に耐える高い能力を獲得する。

インサート５１が効果的な犠牲陽極となるために、当該インサートは、０．７〜１．５％の比率で亜鉛を含有する金属合金で作製されている。

フラットチューブ１００が、３０００系アルミニウム合金、例えば、３００３アルミニウム合金または３９１６アルミニウム合金で作製された交換プレート１から作製されており、最適な比率の亜鉛を含有した６８１５アルミニウム合金または６８０７アルミニウム合金で作製されたインサートを備えていることを着想し得る。

インサート５１は、第１の伝熱流体の流れの方向に垂直な波形の形状を有し得て、各波形の端部は、フラットチューブ１００の壁と接触している。また、インサート５１は、フラットチューブ１００に沿って伝熱流体が循環する方向に平行であって、伝熱流体が循環する方向に垂直な、互いからオフセットされた一連の波形区域を有し得る。それ故に、第１の伝熱流体は、各区域の波形の間を通過し、流体とフラットチューブ１００の壁との間で接触および交換のための領域が増加し、一の波形の区域から他の区域を通過するにつれて、第１の伝熱流体はかき乱され、温度が均一化され得るとともに、フラットチューブ１００との熱交換の高い効率を保証する。

勿論、当該インサート５１は、それとは別に、正方形の波形状、ジグザグ形状または規則的なルーバー形状のような、接触領域の増加を可能にするとともに、流体が均一化されることを可能にする他の外形を有し得る。

また、フラットチューブ１００を含む熱交換器は、それらの流体入口３ａと流体出口３ｂにおいて共に結合されたフラットチューブ１００のスタックを備えており、各フラットチューブ１００は離間し、第２の流体が当該フラットチューブ１００の間を通過することを可能にしている。フラットチューブ１００は、流体入口３ａと流体出口３ｂにおいて共に結合されており、全てのフラットチューブ１００の全ての流体入口を共にグループ化する流体入口ライザーを形成しているとともに、全てのフラットチューブ１００の全ての流体出口を共にグループ化する流体出口ライザーを形成している。フラットチューブ１００を通じて循環する第１の伝熱流体と、当該フラットチューブ１００の間を通過する第２の流体との間での熱の交換を促進するために、２つのフラットチューブ１００の間の間隙において、フラットチューブ１００の各面上に設けられたフィンのような摂動装置１０２が加えられ得る。

フラットチューブ１００の通路５内にインサート５１として取り付けられた部品の使用は、フラットチューブが、例えば、ろう付けによって、２つのフラットチューブ１００の間の間隙に、摂動装置１０２をより一層容易に取り付けるための平らな壁を有することを可能にする。

このようにして、フラットチューブ１００の材料に対して３０ｍＶ以上の電位差を生み出すとともに、犠牲陽極として振る舞う材料から作製された金属インサート５１によって、フラットチューブ１００が、腐食、とりわけ第１の流体による腐食に対して高い抵抗を有し、それ故に長寿命化することが明らかに理解され得る。

Claims (4)

1. 交換プレート（１）を形成するようにプレス加工された少なくとも１つの金属板から製造された給気熱交換器のフラットチューブ（１００）であって、
   当該プレス加工は、流体入口（３ａ）と流体出口（３ｂ）とが、伝熱流体が循環する回路によって連結されることを可能にし、
   前記回路は、湾曲部によって連結された少なくとも２つの直線経路であって、第１方向に延びるとともに、互いに隣り合う２つの前記直線経路の間にリブが配置された少なくとも２つの直線経路を含み、前記回路は、内部に配置されるとともに、前記フラットチューブ（１００）の材料に対して３０ｍＶ以上の電位差を生み出す材料から作製された、少なくとも１つの金属インサート（５１）を備え、
   前記フラットチューブ（１００）は、プレス加工された金属板から製造されるとともに、互いに組み立てられた、２つの交換プレート（１）の組立体によって形成され、各交換プレート（１）のプレス加工された面は、互いに対向し、
   前記湾曲部の内側に配置された丸みを帯びた前記リブの端部の前記第１方向に直交する第２方向の寸法は、前記リブの前記第２方向の寸法よりも大きい、ことを特徴とするフラットチューブ（１００）。
2. 前記インサート（５１）は、０．７〜１．５％の比率で亜鉛を含有する金属合金で作製されていることを特徴とする請求項１に記載のフラットチューブ（１００）。
3. 少なくとも１つの前記交換プレート（１）は、３０００系アルミニウム合金で作製されていることを特徴とする請求項２に記載のフラットチューブ（１００）。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の少なくとも１つのフラットチューブ（１００）を備えたことを特徴とする給気熱交換器。

Images