(57)【要約】      （修正有）【課題】構造用の材料は、アルミニウムが銅にかわったが、アルミニウムは、銅より強度が低く耐久性の懸念をおこす。【解決手段】熱交換器で使用するための管組立体は、第１の波状フィン構造１０を管２の一方の広幅扁平側面と側板１１の間に配設し、第２の波状フィン構造１０を管のもう一方の広幅扁平側面と別の側板１１の間に配設することによって製作されている。それら側板の互いに反対側の面へ圧縮力が加えられて波状フィン構造の山と谷を側板及び広幅扁平側面と接触させ、組立体がろう付けされる。【選択図】図１
2014034060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器管組立体を製作する方法において、
第１及び第２の互いに反対側の広幅扁平側面を有する管を提供する段階と、
第１及び第２の波状フィン構造を提供する段階と、
第１及び第２の略平面状側板を提供する段階と、
前記第１波状フィン構造を前記第１略平面状側板と前記管の前記第１広幅扁平側面の間に配設する段階と、
前記第２波状フィン構造を前記第２略平面状側板と前記管の前記第２広幅扁平側面の間に配設する段階と、
前記第１と前記第２の略平面状側板の互いに反対側の側面へ圧縮力を加えて、前記第１波状フィン構造の山と谷を前記第１略平面状側板及び前記管の前記第１広幅扁平側面と接触させるとともに前記第２波状フィン構造の山と谷を前記第２略平面状側板及び前記管の前記第２広幅扁平側面と接触させる段階と、
前記第１波状フィン構造と前記第１略平面状側板の間、前記第１波状フィン構造と前記管の前記第１広幅扁平側面の間、前記第２波状フィン構造と前記第２略平面状側板の間、及び前記第２波状フィン構造と前記管の前記第２広幅扁平側面の間に、ろう付け接合部を作成する段階と、を備えている方法。
【請求項２】
ろう付け接合部を作成する段階は、前記管と前記第１及び前記第２の波状フィン構造と前記第１及び前記第２の略平面状側板の温度を、真空環境中に、上昇させる段階を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ろう付け接合部を作成する段階は、前記管と前記第１及び前記第２の波状フィン構造と前記第１及び前記第２の略平面状側板の温度を、制御された不活性ガス雰囲気環境中に、上昇させる段階を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
管を提供する段階と波状フィン構造を提供する段階と略平面状側板を提供する段階のうちの少なくとも１つの段階は、ろう付けフィラー金属で被覆された材料を提供する段階を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
圧縮力を加える段階は、前記力を、前記第１略平面状側板に隣接して配設されている第１隔離板及び前記第２略平面状側板に隣接して配設されている第２隔離板であって、前記第１略平面状側板が当該第１隔離板と前記第１波状フィン構造の間に置かれ、前記第２略平面状側板が当該第２隔離板と前記第２波状フィン構造の間に置かれるようにして配設されている、第１及び第２の隔離板を通して、伝播させる段階を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び前記第２の隔離板は、前記管と前記第１及び前記第２の波状フィン構造と前記第１及び前記第２の略平面状側板の熱膨張係数に略一致する熱膨張係数を有している、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１隔離板は、前記第１略平面状側板に隣接して配設されている第１の複数の隔離板のうちの１つの隔離板であり、前記第２隔離板は、前記第２略平面状側板に隣接して配設されている第２の複数の隔離板のうちの１つの隔離板である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び前記第２の隔離板は、当該隔離板と前記略平面状側板の間の冶金学的結合を防止する被覆を有している、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
熱交換器管組立体を製作する方法において、
第１及び第２の互いに反対側の広幅扁平側面を有する複数の管を提供する段階と、
複数の波状フィン構造を提供する段階と、
複数の略平面状側板を提供する段階と、
前記管のそれぞれを各一対の前記波状フィン構造の間に配設する段階と、
前記波状フィン構造のそれぞれを前記管のうちの１つの管と前記略平面状側板のうちの１つの略平面状側板の間に配設する段階と、
前記管と前記波状フィン構造と前記略平面状側板を積層体へ組み立てる段階と、
隔離板を隣り合う各一対の前記略平面状側板の間に配設する段階と、
隔離板を前記積層体の最も外側の端の前記略平面状側板に隣接して配設する段階と、
前記積層体へ積層方向に向けて圧縮荷重を加えて、前記波状フィン構造の山と谷を前記平面状側板の隣接する各々の平面状側板及び前記管の前記広幅扁平側面の隣接する各々の広幅扁平側面と接触させる段階と、
前記波状フィン構造と前記略平面状側板の間の接触点、及び前記波状フィン構造と前記管の間の接触点に、ろう付け接合部を作成する段階と、
ろう付けされた前記熱交換器管組立体を前記隔離板から引き離す段階と、を備えている方法。
【請求項１０】
ろう付け接合部を作成する段階は、前記積層体の温度を、真空環境中に、上昇させる段階を含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ろう付け接合部を作成する段階は、前記積層体の温度を、制御された不活性ガス雰囲気環境中に、上昇させる段階を含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
複数の管を提供する段階と複数の波状フィン構造を提供する段階と複数の略平面状側板を提供する段階のうちの少なくとも１つの段階は、ろう付けフィラー金属で被覆された材料を提供する段階を含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記隔離板は、前記管と前記波状フィン構造と前記略平面状側板の熱膨張係数に略一致する熱膨張係数を有している、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記隔離板は、当該隔離板と前記略平面状側板の間の冶金学的結合を防止する被覆を有している、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、概括的には、管類に、熱交換器のためのフィン管組立体に、またそれらの製作方法に、関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]第１流体を運ぶ管と、第２流体が当該第１流体相手に熱をやり取りするための二次的熱移動面区域と、を有する別々の個々に取り換え可能な管組立体を組み入れている大規模熱交換器はよく知られている。一例として、重機のラジエータとしてエンジン冷却液からの廃熱を空気へ移動させるよう機能するこの型式の熱交換器が、Murryへの米国特許第３，３９１，７３２号及びNeudeckへの米国特許第４，２３６，５７７号に記載されている。これらの熱交換器で使用されている管組立体は、熱交換のための中央のフィン付き部分と、シール用グロメットの中へ差し込まれるフィン無しの円筒状端部分と、を有している。
【０００３】
[0003]上記の種類の熱交換器管組立体は、典型的には、銅で作られていて、フィン付き領域の広くなった空気側の面が管へはんだ付けされている。銅は、高い熱伝導率、製造容易性、及び十分な強度と耐久性、という利点を提供する。しかしながら、銅価格の右肩上がりの上昇が、代替となる低価格材料の需要を引き起こした。
【０００４】
[0004]他の熱交換器（例えば自動車用及び商業用ラジエータ）では、好適な構造用の材料としてアルミニウムが銅に取って代わったが、この種の重負荷熱交換器では銅に取って代わることはうまくいかなかった。アルミニウムは、実質的に銅よりも強度が低く、耐久性の懸念を引き起こす。このことは、当分野における、個々の管組立体を取り外したり差し込んだりする必要のある用途では、その様な取り扱い中に損傷の起こる可能性があることから、特に問題となる。また、アルミニウム製構成要素の結合には、銅のはんだ付けよりも実質的に高い温度が求められ、製造を難しくする原因となっている。故に、依然として改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３，３９１，７３２号
【特許文献２】米国特許第４，２３６，５７７号
【発明の概要】
【０００６】
[0005]本発明の或る実施形態によれば、熱交換器のための管組立体は、互いに反対側の細幅管側面によって接合されている離間された広幅管側面を備える扁平部分を有する管を含んでいる。管組立体は、更に、フランクによって接続されている波山と波谷を各々が有する２つのフィン構造と、２つの略平面状側板と、含んでいる。一方のフィン構造の波谷は、それら広幅管側面のうちの一方の広幅管側面へ接合されており、当該フィン構造の波山は、それら側板のうちの一方の側板の面へ接合されている。他方のフィン構造の波谷は、他方の広幅管側面へ接合されており、当該フィン構造の波山は、他方の側板の面へ接合されている。
【０００７】
[0006]一部の実施形態では、管は管の長手方向の端に円筒状部分を含んでおり、扁平部分は当該円筒状部分の間に配設されている。一部の実施形態では、管とフィン構造と側板は、ろう付け接合部によって接合されており、一部の実施形態では、それらは１つ又はそれ以上のアルミニウム合金で形成されている。一部の実施形態によれば、広幅管側面の厚さは側板の厚さの少なくとも２倍である。
【０００８】
[0007]本発明の別の実施形態によれば、熱交換器のための管組立体は、長手方向に管組立体の少なくとも一部分に亘って延びる流体流れ導管を含んでいる。流体流れ導管は、何れの長手方向に垂直の大寸と小寸を有しており、小寸は大寸よりも実質的に小さい。連続管壁が流れ導管を取り囲んでいる。２つの略平面状側板が、連続管壁から小寸方向に等距離に離間されていて、薄いウェブによって管壁へ接続されている。
【０００９】
[0008]一部のその様な実施形態では、連続管壁は、大寸方向の軸に関しての管壁重心慣性モーメント（centroidal moment of inertia）を画定している。一部の実施形態では、管組立体の当該軸に関しての重心慣性モーメントは、管壁重心慣性モーメントの少なくとも５倍であり、一部の実施形態では少なくとも１０倍である。
【００１０】
[0009]一部の実施形態では、第１円筒状管部分が流れ導管の第１端で連続管壁へ接合されており、第２円筒状管部分が流れ導管の第２端で連続管壁へ接合されている。一部のその様な実施形態では、連続管壁によって画定されている外周囲は、円筒状管部分のうちの少なくとも一方の円筒状管部分の外周囲よりも大きい。
【００１１】
[0010]本発明の別の実施形態によれば、熱交換器管組立体を製作する方法は、管と、第１及び第２のフィン構造と、第１及び第２の略平面状側板と、を提供する段階を含んでいる。第１波状フィン構造は、第１側板と管の第１広幅扁平側面の間に配設され、第２波状フィン構造は、第２側板と管の第２広幅扁平側面の間に配設される。側板の互いに反対の側面へ圧縮力が印加され、フィン構造の山と谷を側板及び広幅扁平側面と接触させ、第１フィン構造と第１側板の間、第１フィン構造と第１広幅扁平側面の間、第２フィン構造と第２側板の間、そして第２フィン構造と第２広幅扁平側面の間に、ろう付け接合部が作成される。
【００１２】
[0011]一部のその様な実施形態では、管とフィン構造と側板は、ろう付け接合部が作成されるように真空環境中に昇温される。他の環境では、それらは、制御された不活性ガス環境中に昇温される。一部の実施形態では、管とフィン構造と側板を提供する段階は、ろう付けフィラー金属で被覆された材料を提供する段階を含んでいる。
【００１３】
[0012]一部の実施形態では、圧縮力は、第１側板に隣接する第１隔離板と第２側板に隣接する第２隔離板を通して伝播される。一部のその様な実施形態では、隔離板は、管と側板とフィン構造の熱膨張係数と略一致した熱膨張係数を有している。一部の実施形態では、第１隔離板は、第１側板に隣接する幾つかの隔離板のうちの１つの隔離板である。
【００１４】
[0013]本発明の別の実施形態によれば、熱交換器管組立体を製作する方法は、幾つかの管と幾つかの波状フィン構造と幾つかの略平面状側板を提供する段階を含んでいる。管のそれぞれは、各一対の波状フィン構造の間に配設され、波状フィン構造のそれぞれは、それら管のうちの１つの管とそれら側板のうちの１つの側板の間に配設される。それら管と波状フィン構造と側板は、積層体へと配設される。隔離板が、隣り合う各一対の側板の間に配設されるとともに、積層体の最も外側の端の側板に隣接して配設される。積層体へ積層方向に向けて圧縮荷重が加えられる。波状フィン構造と管の間及び波状フィン構造と側板の間の接触点にろう付け接合部が作成され、ろう付けされた管組立体が隔離板から引き離される。
【００１５】
[0014]一部のその様な実施形態では、管とフィン構造と側板は、ろう付け接合部が作成されるように真空環境中に昇温される。他の環境では、それらは、制御された不活性ガス環境中に昇温される。一部の実施形態では、管とフィン構造と側板を提供する段階は、ろう付けフィラー金属で被覆された材料を提供する段階を含んでいる。
【００１６】
[0015]本発明の別の実施形態によれば、熱交換器のための管は、管の第１端から延びている第１円筒状部分と、管の第２端から延びている第２円筒状部分と、それら端の間に設けられていて２つの相対的に短い側面によって接合されている２つの広幅扁平で離間された平行な側面と、を含んでいる。円筒状部分のそれぞれと扁平部分の間には移行領域が設けられている。移行領域と管の広幅扁平側面それぞれとの合流部は、曲線状輪郭線を画定している。
【００１７】
[0016]一部のその様な実施形態では、２つの相対的に短い側面は、外形が弓状である。一部の実施形態では、曲線状輪郭線のそれぞれは、管の中心面に位置する頂点を含んでおり、一部のその様な実施形態では、頂点に弓状輪郭線線分が位置している。
【００１８】
[0017]一部の実施形態では、円筒状部分のうちの一方の円筒状部分に隣接する移行領域は、当該部分の直径に少なくとも等しい長さに亘って延びている。一部の実施形態では、管の扁平部分の外周囲は、円筒状部分のうちの少なくとも一方の円筒状部分の外周囲よりも大きく、一部の実施形態では、少なくとも２５％それより大きい。
【００１９】
[0018]一部の実施形態では、扁平管部分は、２つの相対的に短い側面の最も外側の点間に管大寸を画定しており、曲線状輪郭線は、それぞれ、管大寸よりも長い。一部の実施形態では、管は、アルミニウム合金から製作されている。
【００２０】
[0019]本発明の別の実施形態によれば、熱交換器管は、丸管から、当該丸管の第１部分の丸管直径を縮小し、第１部分に隣接する第２部分を扁平化して２つの離間された広幅扁平側面を第２部分に画定することによって、形成される。一部の実施形態では、第１部分は管の端で終端している。一部の実施形態では、第２部分は、第１部分の直径が縮小された後に、扁平化される。
【００２１】
[0020]一部の実施形態では、第１部分の直径は、スエージ加工工程によって縮小される。一部の実施形態では、第２部分は、おし型の中の当該部分に衝撃を加えることによって扁平化される。一部の実施形態では、管はアルミニウム合金から製作されている。
【００２２】
[0021]一部の実施形態では、第２部分の扁平化に先立ち、管の中へマンドレルが挿入され、第２部分の扁平化後に管から抜き取られる。
[0022]一部の実施形態では、丸管の第２部分に隣接する第３部分の直径が縮小される。一部のその様な実施形態では、第３部分は管の第２端で終端している。一部の実施形態では、第２部分は、第３部分の直径が縮小された後に扁平化される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の或る実施形態による熱交換器管組立体の斜視図である。
【図２】図１の熱交換器管組立体の立面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩによって境界付けられている部分の詳細図である。
【図４】図１の熱交換器管組立体の平面図である。
【図５】図１の熱交換器管組立体の分解斜視図である。
【図６】本発明の或る実施形態により製作された熱交換器管組立体の積層体の立面図である。
【図７】図６の積層体の一部の特定の構成要素の平面図である。
【図８】本発明の或る実施形態による熱交換器管の斜視図である。
【図９】先行技術による熱交換器管の部分斜視図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ線に沿った部分断面図である。
【図１１】図８のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【図１２】図８の形成途中の管の部分斜視図である。
【図１３Ａ】図８の管を製造するための成形工程の略図である。
【図１３Ｂ】図８の管を製造するための成形工程の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
[0036]本発明の幾らかの実施形態を詳細に説明する前に、理解しておきたいこととして、本発明はその適用が以下の説明の中で述べられ添付図面に示されている構成の詳細事項及び構成要素の配列に限定されるものではない。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々なやり方で実践される余地がある。同様に理解しておきたいこととして、ここで用いられている言葉遣い及び用語表現は、説明が目的であり、制限を課すものと考えられてはならない。「含まれている」、「備えている」、又は「有している」、並びにそれらの派生語は、以下に掲載されている品目及びをそれらの等価物を包含していることを意味すると同時に追加の品目を包含していることも意味する。別途指定又は制限のない限り、「取り付けられている」、「接続されている」、「支持されている」、及び「連結されている」という用語、並びにそれらの派生語は、広義に使用されており、直接と間接両方の取り付け、接続、支持、及び連結を網羅する。また、「接続されている」及び「連結されている」は、物理的若しくは機械的な接続又は連結に限定されない。
【００２５】
[0037]本発明の或る実施形態による熱交換器管組立体１が図１−図５に示されている。その様な管組立体１は、掘削機、採鉱用トラック、発電セット、などの様な大型重機の熱交換器である例えばラジエータの多数の個々の管の１つとして使用することができる。とはいえ、管組立体１は、様々な型式及び大きさの熱交換器で使用することができるものと理解されたい。
【００２６】
[0038]管組立体１は、第１端７から第２端８へ延びる管２を含んでいる。管２は、流体（一例としてエンジン冷却液）が管組立体１を通って輸送されるようにする流体流れ導管を画定している。１つの例として、管組立体１は、エンジン冷却液ラジエータで、エンジン冷却液の流れが管２を通って一方の端７又は８から他方の端８又は７へ流れてゆく際に、エンジン冷却液の流れから廃熱を除去するために、使用することができる。
【００２７】
[0039]管２は、端７と８の間に設けられている扁平部分３を含んでいる。扁平部分３（図１１を参照しながら説明するのが最も分かり易い）は、第１及び第２の平行な広幅扁平側面１２を含んでいる。広幅扁平側面１２は、互いから離間されていて、２つの互いに反対側の離間された細幅管側面１５によって接合されている。細幅管側面１５は、例示としての実施形態では外形が弓状であるものとして示されているが、他の実施形態では、細幅管側面１５は直線とすることができ、或いはそれらは何か他の外形形状であってもよい。２つの広幅扁平側面１２と２つの細幅側面１５は、一体で、流体流れ導管の連続管壁２５を画定しており、連続管壁２５の内側には、管２を通って流体が流れてゆけるようにするために開放空間が画定されている。例示としての実施形態には一切示されていないが、場合によっては、管２を通過する流体と管壁２５の間の熱移動速度を高めるために、流れ導管内に表面強化用又は流れ撹乱用の特徴を提供するのが好適であるかもしれない。
【００２８】
[0040]引き続き図１１を参照して、管２の扁平部分３は、２つの広幅扁平側面１２の外に面している面の面間距離として定義される管小寸ｄ１と、２つの細幅側面１５の最も外側の点の点間距離として定義される管大寸ｄ２を有している。一部の極めて好適な実施形態では、大寸ｄ２は小寸ｄ１より数倍大きい。一例として、例示としての実施形態の大寸は小寸より９倍大きい。
【００２９】
[0041]管組立体１は、更に、扁平部分３に沿って配設されている２つの波状フィン構造１０を含んでいる。フィン構造１０は、フィン構造１０のそれぞれが大凡正弦波の形状になるように互い違いに山１８と谷１７によって接続された複数のフランク１６を含んでいる（図３から最もよく分かる）。フィン構造１０は、図３に示されている様に、簡素な型式であってもよいし、或いは熱移動、構造的強度、耐久性、又は上記の組合せ、を向上させるための追加の特徴を含んでいてもよい。一例として、一部の実施形態では、フィン構造１０は、ルーバ、起伏、スリット、ランス、又は熱移動及び／又はフランク１６の構造的堅さを改善することが知られている他の特徴を含むことができる。他の実施形態では、フィン構造１０の細幅管側面１５に隣接する一方又は両方の端に、エッジヘムが提供されている。その様なエッジヘムは、岩石や他の廃石の衝突によって引き起こされる恐れのある損傷に対する抵抗を提供する上で特に有益であろう。
【００３０】
[0042]管組立体１には薄い側板１１も含まれている。これらの側板１１は、管２の互いに反対側の広幅扁平側面１２に平行であり、何れの側でもフィン構造１０によって当該側面１２から等距離に離間されている。こうして、フィン構造１１のフランク１６と山１８と谷１７は、側板１１を連続管壁２５から離間する複数の薄いウェブを提供しているわけである。側板１１は、略平面状であるが、剛性を強化するため及び／又は組み立てを支援するために、例えば曲がり縁の様な特徴を含むこともできる。
【００３１】
[0043]フランク１６間の空間は、或る流体が管２を通過する流体と熱移動関係に置かれて２つの流体の間で熱が交換されるようにするための流れチャネルを提供している。一例として、管２を通過するエンジンジャケット冷却液を冷却するために、周囲空気が流れチャネルを通して導かれていてもよい。とはいえ、様々な他の流体が、管組立体１を使用して熱移動関係に置かれ得るものと理解されたい。フランク１６間の流れチャネルのそれぞれは、更に、谷１７と山１８のうちの一方と、管２の扁平側面１２と略平面状側板１１のうちの一方と、によって画定されている。このやり方で流れチャネルを完全に境界付けることにより、それらチャネルを通過する流体が過早に当該チャネルを出てゆくことが防止され、ひいては熱を移動させる能力が改善される。
【００３２】
[0044]管２とフィン構造１０と側板１１は、熱移動関係に置かれる流体同士の間の十分な熱接触と十分な構造的完全性の両方を提供する上で、一体に結合されてモノリシック構造を形成しているのが好適である。管組立体１を作るのに様々な材料を使用できるであろうが、極めて好適な実施形態では、管２とフィン構造１０と側板１１は、アルミニウム、銅、などの様な、高い熱伝導率を有する金属から形成されている。管組立体１を形成するにあたり、構成要素は、ろう付け、はんだ付け、糊付け、などを含む様々なプロセスによって一体に結合することができる。
【００３３】
[0045]流体同士の間の十分な熱移動を促進するためには、フィン構造１０及び側板１１は扁平部分３の大寸ｄ２全体に亘って延びているのが有利である。場合により、フィン構造１０及び側板１１は、流体流れ導管を岩石や他の廃石の衝突から保護するために、矢形管側面１５の外縁を越えて僅かに張り出しているのが好適であろう。
【００３４】
[0046]非常に薄いながらも側板１１を含めることで管組立体１の剛性が大きく向上することが判明しており、特に管大寸ｄ２の重心軸周りの曲げに関してはそうである。フィン構造１０は、それらが波状であるという性質により、この方向にはほとんど剛性を提供しないため、側板１１が無ければ、連続管壁２５が重心軸周りの曲げに対する唯一の抵抗を提供することになる。扁平管部分３の小寸ｄ１が比較的小さいせいで、当該重心軸周りの曲げに対しての連続管壁２５単独による抵抗はかなり小さく、側板１１を当該重心軸から実質的に小寸ｄ１より大きな距離だけ離して間隔を空けることは実質的な恩恵をもたらす。
【００３５】
[0047]管組立体１の管大寸ｄ２の重心軸周りの曲げ剛性への側板１１の効果は、管組立体１の当該軸周りの重心慣性モーメントを管２単独の場合のそれと比較することによって定量化することができる（フィン構造１０は、側板１１の管２の扁平側面１２からのオフセットを維持することによる以外には、重心慣性モーメントへ何らの寄与ももたらさないものと仮定してもよいであろう）。管壁厚さ０．８ｍｍ、側板厚さ０．２５ｍｍ、フィン構造高さ６．５５ｍｍ、小寸３．７ｍｍ、及び大寸２３．２７ｍｍ、を有する或る例示としての実施形態について、管大寸軸周りの重心慣性モーメントを計算すると、管組立体と管単独では、それぞれ、９２５ｍｍ４と７６ｍｍ４になる。換言すると、管組立体の管大寸軸周りの重心慣性モーメントは、管単独の場合のそれの大凡１２倍である。好適な実施形態では、管組立体の管大寸軸周りの重心慣性モーメントは、管単独の場合のそれの少なくとも５倍であり、極めて好適な実施形態では、少なくとも１０倍である。このことは、管２が比較的低い弾性係数を示す材料である例えばアルミニウムの合金で作られている場合は特に好ましい。
【００３６】
[0048]例示としての実施形態の管２は、第１端７に隣接する第１円筒状部分４と第２端８に隣接する第２円筒状部分５を更に含んでおり、それら第１と第２の円筒状部分の間に扁平部分３が配設されている。これらの円筒状部分４、５は、管組立体１の、熱交換器（図示せず）の互いに反対側のヘッダに配設されている受け入れ用グロメットへの高信頼度で漏れの無い挿入を可能にする。有効熱移動に利用できる管の量を最大化するために、円筒状端部分の長さは最低限に引き留められるのが好ましく、扁平部分３の長さは管２の全長の９０％又はそれ以上であるのが好ましい。例示としての実施形態の円筒状部分５には、管組立体１が熱交換器に垂直方向に配設された場合に下向きに動くのを制限するために、周方向のビード９が提供されている。
【００３７】
[0049]添付の図に示されている実施形態は、管の両端に円筒状端部分を含んでいるが、場合により、管組立体１は、円筒状端部分４、５のうち一方又は両方を欠いていることもあるものと理解されたい。その様な円筒状端部分が含まれていない場合、対応する受け入れ用グロメットには、扁平部分３の連続管壁２５の外形に対応する受け入れ用開口部が提供されていることであろう。
【００３８】
[0050]本発明の一部の特定の好適な実施形態では、熱交換器管組立体１は、アルミニウム管２と第１及び第２のアルミニウム波状フィン構造１０と第１及び第２のアルミニウム側板１１の間にろう付け接合部を作成することによって製作されている。第１波状フィン構造１０は第１側板１１と管２の第１広幅扁平側面１２の間に配設され、第２波状フィン構造１０は第２側板１１と管２の第２広幅扁平側面１２の間に配設される。組立体は、フィン構造１０の山１８と谷１７を隣接する部品と接触させるために圧縮され、その結果、ろう付け接合部が接触点に形成される。
【００３９】
[0051]溶融温度が管２とフィン構造１０と側板１１の溶融温度よりも低いろう付けフィラー金属が、ろう付け接合点を作成するのに使用されている。その様なフィラー金属は、典型的には、アルミニウムに溶融温度を下げるべく微量の他元素（例えば、シリコン、銅、マグネシウム、及び亜鉛）を添加したものである。ろう付けフィラー金属は、ろう付けされる構成要素のうちの１つ又はそれ以上への被覆として提供されるのが好都合であろう。一部の実施形態では、波状フィン構造１０を形成するのに使用されている板材料の両面がろう付けフィラー金属で被覆されており、それにより、ろう付け接合部が所望されている接触点全てに、要求されているろう付けフィラー金属が提供されるようにしながらも、ろう付け接合部が不要であるか又は所望されていない場所にろう付けフィラー金属を有することが回避されるようにしている。
【００４０】
[0052]ろう付けフィラー金属を溶かし、ろう付け接合部を形成するために、管２とフィン構造１０と側板１１の温度を上昇させるのに多くの方法が使用できるであろうが、２つのとりわけ好ましい方法は真空ろう付けと雰囲気制御ろう付けである。真空ろう付けでは、組み立てられた部品が密閉された炉へ入れられ、真空を作り出すために実質的に空気は全て抜かれる。このプロセスでは、部品が熱せられてゆくと合金中に存在するマグネシウムが放出され、構成要素の外表面に存在する酸化被膜を壊す働きをして、溶融したろう付け金属が露出したアルミニウムへ結合できるようにする。真空環境中に酸素が存在しないことにより、酸化被膜は再形成することができず冶金学的結合へ干渉することが防止される。
【００４１】
[0053]雰囲気制御ろう付けでは、加熱に先立って、構成要素へフラックスが塗布される。フラックスが反応して部品の合わせ面に存在する酸化被膜に取って代わった後に酸化被膜が再び形成されることを防ぐために、部品の加熱は不活性ガス環境中に行われる。酸化被膜が取って代わられたところで、溶融したろう付けフィラー金属が、ろう付け接合部を作り出すために、露出したアルミニウムへ結合する。
【００４２】
[0054]製品製造環境のスループットを増加させるためには、一度に数個の管組立体１をろう付けするのがとりわけ好ましいであろう。図６は、本発明の或る実施形態による方法において、４個の管組立体１が同時に製作される方法を示している。同じ方法を使用して、一度に４個より多くの又は４個より少ない管組立体を製作することもできるものと理解されたい。
【００４３】
[0055]図６の実施形態では、複数の管２と波状フィン構造１０と略平面状側板１１が提供されている。管２のそれぞれは、各一対の波状フィン構造１０の間に配設され、波状フィン構造１０のそれぞれは、それら管２のうちの１つの管とそれら略平面状側板１１のうちの１つの略水平側板の間に配設される。略平面状側板１１の隣り合う各対の間に隔離板１９が配設される。管２と波状フィン構造１０と略平面状側板１１は、積層体２６へと配設される。積層体２６の最も外側の端の略平面状側板１１に隣接して追加の隔離板１９が配設され、波状フィン構造の山１８と谷１７を隣接する側板１１及び管２の広幅扁平側面１２と接触させるために、積層体２６へ積層方向に向けて圧縮荷重が加えられる。
【００４４】
[0056]積層体２６へ均一な圧縮荷重を提供するためには、積層体２６の最も外側の端に高い剛性を有するバー２１（例えば構造用鋼チャネル）を使用することができる。圧縮荷重は、積層体へ加えられた後も、積層体２６を数か所で取り巻く金属帯２２の使用を通して持続させることができる。積層体２６が圧縮されている間、バー２１の上から帯２２がきつく締められているので、帯２２の張力が圧縮荷重を持続させる。積層体２６は、こうして組み立てられた後、個々の管組立体１を作成するために、ろう付け炉へ入れられる。積層体２６は、炉内で、ろう付けフィラー金属を溶かすのに適した温度まで熱せられ、その後、積層体２６は、溶融したろう付けフィラー金属を再び固まらせそれにより接触点にろう付け接合部が作り出されるようにするために冷却される。冷却後、個々のモノリシック構造へとろう付けされ終えた個々の管組立体１が、隔離板１９から引き離されることになる。隔離板１９と側板１１の間には、ろう付けフィラー金属が存在していなくとも、ろう付け温度で望ましからぬ冶金学的結合が起こらないとも限らないことから、その様な結合を未然に防止するための被覆が隔離板１９に提供されていてもよい。
【００４５】
[0057]積層体２６がろう付け温度へ熱せられてゆくと、積層体２６の金属材料の熱膨張が起こってくる。アルミニウムろう付けでは、構成要素は典型的にろう付け温度の５５０℃乃至６５０℃まで熱せられる。この温度範囲は、銅構成要素をはんだ付けするのに使用される温度範囲よりも実質的に高く、必然的に、結合プロセス中に管組立体１の構成要素に生じる熱膨張は、それら構成要素がアルミニウムであれば、それらが銅であった場合よりも実質的に大きくなる。
【００４６】
[0058]発明人らは、フィン構造１０が、確実に、ろう付け温度への加熱と周囲温度への冷却戻しによって変形することのないように、配慮が払われなくてはならないことを見い出した。何列もの管及びフィン構造を一体にモノリシックなろう付けコアへと接合することを伴う伝統的ろう付けアルミニウムラジエータ製造の場合とは違い、フィン構造１０のフランク１６は、管組立体１の構成要素と隔離板１９の間の熱膨張差によって持ち込まれる剪断力による変形を起こし易い。本発明の一部の実施形態では、この問題は、隔離板１９の熱膨張係数を管２とフィン構造１０と側板１１の熱膨張係数に一致させるという略一致化によって是正されている。これは、隔離板１９を、類似のアルミニウム合金から又は同様の熱膨張速度を示す別の材料から形成することによって達成することができる。
【００４７】
[0059]代替的又は追加的に、図７に示されている様に、それぞれの隣り合う管組立体１の間に複数の個別の隔離板１９を使用することもできる。それら個別の隔離板１９の隣り合うもの同士の間にはギャップ２０が提供されている。隔離板１９が、管２とフィン構造１０と側板１１が作られている材料とは実質的に異なった熱膨張係数を有する材料で作られている場合には、積層体２６の加熱及び冷却中、ギャップ２０は大きくなったり小さくなったりし、それにより、フィン構造１０の、熱膨張係数の不一致に起因して引き起こされかねない変形を実質的に軽減することができる。ギャップ２０が、熱膨張によって引き起こされる歪みの蓄積を回避するための割れ目の役目を果たし、その結果、何らかのその様な歪みは個別の隔離板１９のそれぞれの下方の別々の接触区域に限定される。図７に描かれている組み立て方法は、ステンレス鋼の様な耐温度性のより高い材料が隔離板１９として使用されていて、管組立体１の構成要素がアルミニウムから製作されている場合に、とりわけ有益であろう。
【００４８】
[0060]管２について、特に図８−図１３を参照しながら、これより詳細に論じてゆく。図８に示されている管２の実施形態は、前述の様に、第１円筒状管部分４と第２円筒状管部分５の間に設けられている扁平管部分３を含んでいる。第１円筒状管部分４は管２の第１端７から延びており、第２円筒状管部分５は管２の第２端８から延びている。扁平部分３とそれぞれの円筒状部分４及び５の間には移行領域６が設けられている。移行領域６は、流体に管２を通過させるための、そして同時に管材料に機械的応力集中場所ができるのを回避するための、滑らかで連続した流れ経路を提供している。
【００４９】
[0061]図１０の部分断面図に詳細に示されている様に、移行領域６は、管２の端７に対して近位の場所２７から端７に対して遠位の場所１４に及ぶ長さＬに亘って延びている。長さＬは、円筒状端部分４の直径に少なくとも等しいのが好適であるが、一部の代わりの実施形態では、対応する端部分の直径よりも大きさが小さくてもよいとされている。図８に見られる様に、広幅扁平側面１２は、広幅扁平側面１２の少なくとも一部分が、移行領域６の始まりと終わりを画定している場所２７と１４の間で管２に沿って配置されるように、どちらの端も場所１４を越えて延びている。
【００５０】
[0062]好適な実施形態では、移行領域６と扁平管領域３の広幅扁平側面１２との合流部は、曲線状輪郭線１３を画定している。これらの曲線状輪郭線１３は、管大寸軸周りの曲げモーメントに関して管２の扁平部分３の有益な剛性を提供している。比較を目的に、先行技術による管１０２を図９に示しており、当該管１０２は、円筒状部分１０４へ移行部分１０６を介して接合されている扁平部分１０３を含んでいる。移行領域１０６と扁平部分１０３の合流部は、扁平部分１０３の広幅扁平側面１１２上に直線状輪郭線１１３を画定している。直線状輪郭線１１３は、管大寸を延びており、大寸軸周りに曲げることはかなり簡単である。これは、管１０２を含む管組立体１の熱交換器への取り付け時及び熱交換器からの取り外し時には特に不利であり、というのも、その様な取り付けや取り外しは往々にしてこの種の曲げモーメントを管へ加えるからである。この問題は、管が、焼鈍されたアルミニウムの様なかなり低い強度の材料で作られている場合は特に深刻化する。
【００５１】
[0063]発明人らは、曲線状輪郭線１３が、上述の種類の曲げモーメントに抵抗するための実質的な補強効果を提供し、管２又は管２を含む管組立体１の取り付け、取り外し、及び他の取り扱い中に管２に座屈や他の損傷が起こらないようにすることを見い出した。如何様な非直線状輪郭線からも益は得られようが、輪郭線１３は、一連なりに接続された弓状輪郭線線分によって画定されることがとりわけ有益であろう。
【００５２】
[0064]例示としての実施形態では、曲線状輪郭線１３は、それぞれ、管の大凡中心面に位置する頂点を含んでおり、頂点は、輪郭線１３に沿って端７から最も遠く離れている点１４（扁平部分３と第１円筒状端４の間の移行領域の場合）又は端８から最も遠く離れている点１４（扁平部分３と第２円筒状端５の間の移行領域の場合）に位置している。輪郭線１３は、頂点では応力集中が回避されるように頂点に弓状輪郭線線分を含んでいるのが好ましい。
【００５３】
[0065]一部の好適な実施形態では、２つの円筒状部分４と５のうちの少なくとも一方の円筒状部分の外周囲（即ち円周）は、扁平部分３の連続管壁２５の外周囲より小さい。これは、好都合にも、端７と８の一方又は両方の直径が相応に大きくなってしまうことを余儀なくされずに扁平部分３の単位長さ当たりの熱移動表面積を比較的広く取れるようにすることを考慮したものである。端の直径がより小さければ、例えば、隣接する管組立体とのスペーシングを詰めることができるようになり、また端のシール面が小さくて済むことから、好適であろう。一部の好適な実施形態では、扁平部分３の外周囲は、２つの円筒状端部分のうちの少なくとも一方の円筒状端部分の外周囲を少なくとも２５％上回っている。
【００５４】
[0066]全長に亘って扁平化された外形を有する流体搬送管を含んでいる熱交換器は当技術ではよく知られており、ラジエータなどとして、何十年もの間使用されてきた。この型式の扁平管は、大抵は、２通りのやり方のうちの１つで作られている。それらは、材料のビレットから扁平形状に押し出し及び／又はプレス絞りされ、別々の長さへ切られるか、又は、それらはチューブミルの中で、コイル状に巻かれたシートから、シート形状を丸い形状へ成形し、シーム溶接し、扁平管形状へロール扁平化し、個々の管長さへ切ることによって作成されるか、のどちらかである。
【００５５】
[0067]扁平化された部分１０３と円筒状端部分１０４を有する先行技術の管１０２（図９）の様な管の場合には、扁平管の端は、円筒状端部分１０４と移行部分１０６が形成されるように円筒形状へ成形される。この工程は、管が銅の様な可鍛性の高い材料から作られている場合には高速且つ容易に遂行することができ、管２の末端を成形する必要しかない。しかしながら、この方法では、先に説明されている移行部分６を実現することはできない。
【００５６】
[0068]移行領域６は、初めに管２を扁平部分３の連続管壁２５の所望の外周囲に等しい外径を有する丸い形状に成形することによって形成される。次に、特に図１２を参照するが、丸管２の端の直径を縮小して、円筒状の端４及び５を形成するとともに、端４、５と元の丸い形状のままの中央部分３’の間のテーパ状移行領域６’を形成する。この縮径は、例えば、管端をスエージ加工することによって達成することができる。一部の好適な実施形態では、端は、扁平部分３と円筒状端部分４、５の間の所望外径比を実現するために少なくとも２０％縮径される。
【００５７】
[0069]図１３Ａ及び図1３Ｂに描かれている様に、管２の扁平部分３の外形は、管２の当該部分３’を第１成形金型半部２２と第２成形金型半部２３の間で成形することによって画定することができる。管２は、金型を開位置にしておいて、即ち図１３にある様に２つの金型半部２２、２３を互いから離しておいて、金型半部２２と２３の間に挿入される。管２がその様に置かれた状態で、金型を閉じて図１３Ｂの閉位置に入れ、それにより、管２の扁平部分３を小寸ｄ１と大寸ｄ２へ成形する。成形工程中の広幅扁平管壁１２の座屈又は他の望ましからぬ変形を防止するために、随意的に、成形工程に先立って、管２内にマンドレル２４を設置してもよい。マンドレル２４を使用する場合には、マンドレルは成形工程が完了した後に管２から抜き取られればよい。移行領域６の幾何学形状は、金型半部２２と２３の接触面に相補的に逆の幾何学形状表現を持たせることによって生み出すことができ、その結果、成形工程中に移行領域６の所望幾何学形状が管２へ形成される。
【００５８】
[0070]本発明の一部の特定の特徴及び要素の様々な代替型が、本発明の具体的な実施形態に関連付けて説明されている。上述のそれぞれの実施形態と相互排他的であるか又は相容れない特徴、要素、及び工程方式を除き、１つの特定の実施形態に関連付けて説明されている代替的な特徴、要素、及び工程方式は、他の実施形態へ適用可能であることに留意されたい。
【００５９】
[0071]以上に説明され図に示されている実施形態は、一例として提示されているにすぎず、本発明の概念及び原理へ制限を課すものとする意図はない。よって、当業者には理解される様に、要素及びそれらの構成や配設での様々な変更が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく実施され得る。
【符号の説明】
【００６０】
１  熱交換器管組立体
２  管
３、３’  扁平（管）部分
４  第１円筒状（管）部分、円筒状端部分
５  第２円筒状（管）部分、円筒状端部分
６、６’  移行領域、移行部分
７  管の第１端
８  管の第２端
９  ビード
１０  フィン構造
１１  側板
１２  管の広幅扁平側面
１３  曲線状輪郭線
１４  移行領域長さＬの端７に対して遠位の場所
１５  管の細幅側面
１６  フランク
１７  谷
１８  山
１９  隔離板
２０  ギャップ
２１  バー
２２  金属帯（図６）
２２  第１成形金型半部（図１３Ａ、図１３Ｂ）
２３  第２成形金型半部
２４  マンドレル
２５  連続管壁
２６  積層体
２７  移行領域長さＬの端７に対して近位の場所
ｄ１  管小寸
ｄ２  管大寸
【００６１】
Ｌ  移行領域の長さ
１０２  管（先行技術）
１０３  扁平部分（先行技術）
１０４  円筒状部分（先行技術）
１０６  移行部分、移行領域（先行技術）
１１２  広幅扁平側面（先行技術）
１１３  直線状輪郭線（先行技術）
【図１】
2014034060.tif 000003
【図２】
2014034060.tif 000004
【図３】
2014034060.tif 000005
【図４】
2014034060.tif 000006
【図５】
2014034060.tif 000007
【図６】
2014034060.tif 000008
【図７】
2014034060.tif 000009
【図８】
2014034060.tif 000010
【図９】
2014034060.tif 000011
【図１０】
2014034060.tif 000012
【図１１】
2014034060.tif 000013
【図１２】
2014034060.tif 000014
【図１３Ａ】
2014034060.tif 000015
【図１３Ｂ】
2014034060.tif 000016
【外国語明細書】
2014034060000001.pdf