(57)【要約】【課題】  帯状金属板を曲折して、内部に仕切壁１を一体に設け、ロウ付け固定される熱交換器用偏平チューブで且つ、その断面の短径と長径との比が小さく、偏平率の大きなものにおいて、球状ディンプル２の配置を最も効率的にしたものの提供。【解決手段】  仕切壁１付の熱交換器用偏平チューブにおいて、チューブ断面の短径Ｈと長径Ｌとの比を0.02〜0.06とし、各流路内の内面に球状の一部をなす多数の球状ディンプル２を押圧成形し、その流路内の対向平面の一方側平面３と他方側平面４に、交互に球状ディンプル２が配置され、それらが平面視で千鳥状に設けられたもの。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状金属板を曲折成形して偏平なチューブ状に形成すると共に、その幅方向に複数の内部流路を並列形成する1つ以上の仕切壁(1) が一体に曲折され、内面側の各接触部が一体にろう付け固定される熱交換器用偏平チューブにおいて、
そのチューブ断面の短径Ｈと長径Ｌとの比Ｈ／Ｌが0.02〜0.06 であり、
各内部流路の内面に球面の一部をなす多数の球状ディンプル(2) が押圧成形で突出すると共に、各流路内の対向平面の一方側平面(3) と他方側平面(4) とに前記球状ディンプル(2) が交互に形成されて、それらが平面視で千鳥状に配置された熱交換器用偏平チューブ。
【請求項２】
請求項１において、
前記仕切壁(1) が１つまたは３つ以上の奇数である熱交換器用偏平チューブ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記対向平面の一方側平面(3) に偏平チューブの長手方向に定間隔で多数の球状ディンプル(2) が前記仕切壁(1) に平行で且つ、その仕切壁(1) から所定距離離間した一直線上に一列に配置されて、第１ディンプル(2a)群を形成し、
その第１ディンプル(2a)群の球状ディンプル(2) のピッチの中間位置で且つ、その幅方向に離間して他方側平面(4) に、前記仕切壁(1) に平行で且つ、その仕切壁(1) から所定距離離間した一直線上に定間隔で一列に多数の球状ディンプル(2) が配置されて第２ディンプル(2b)群を形成した熱交換器用偏平チューブ。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記対向平面の一方側平面(3) に偏平チューブの長手方向および幅方向に定間隔で多数の球状ディンプル(2) が、前記仕切壁(1) に平行で且つ、その仕切壁(1) から所定距離離間した二つの直線上に二列に配置されて、第１ディンプル(2a)群を形成し、
その第１ディンプル(2a)群の球状ディンプル(2) のピッチの中間位置で且つ、平面視で前記二つの直線上で他方側平面(4) に、二列に多数の球状ディンプル(2) が配置されて第２ディンプル(2b)群を形成した熱交換器用偏平チューブ。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、
仕切壁(1) の中央位置から球状ディンプル(2) の中心までの距離Ａと、チューブの前記長径Ｌとの比Ａ／Ｌが0.04〜0.21である熱交換器用偏平チューブ。
【請求項６】
請求項５において、
チューブの幅方向における球状ディンプル(2) 間の距離Ｂとチューブの前記長径Ｌとの比Ｂ／Ｌが0.02〜0.25である熱交換器用偏平チューブ。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、
球状ディンプル(2) の直径Ｄとチューブの前記長径Ｌとの比Ｄ／Ｌが0.04〜0.14である熱交換器用偏平チューブ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかにおいて、
球状ディンプル(2) の内面突出寸法Ｃとチューブの前記短径Ｈとの比Ｃ／Ｈが0.12〜0.42である熱交換器用偏平チューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状金属板を曲折して偏平なチューブに形成すると共に、その幅方向に複数の内部流路を並列させる１つ以上の仕切壁が一体に曲折されたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
帯状金属板を曲折して偏平な横断面略Ｂ字状に形成した熱交換器用偏平チューブが各種提案されている。このようなＢ字状偏平チューブは、その仕切り壁の頂部とチューブ内面とが一体にロウ付け固定されており、耐圧性が高い特徴がある。そのため、その横断面の短径に対する長径の比を大きく取ることが可能となり、同一熱容量の要求に対して熱交換器のチューブの本数を少なくすることができる。特に大型車両のエンジンは発熱量が大きく、コンパクトで放熱能力の大きい熱交換器が求められている。
【０００３】
また、偏平チューブにおいて、内面側に断面台形状のディンプル或いは断面弧状のディンプルを形成する提案が各種なされており、そのディンプルで流体を撹乱させ放熱性能を向上させることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開2005−043026
【特許文献２】特開2004−333023号公報
【特許文献３】特開2003−052086号公報
【０００５】
【特許文献４】特開2001−091178号公報
【特許文献５】特開2001−050676号公報
【特許文献６】特開昭63−17393号公報
【特許文献７】特開昭64−84097号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
偏平チューブにおいて、その内面にディンプルを突出させた各種提案が上記特許文献６乃至特許文献７に記載されているが、それらは、偏平チューブの短径と長径との比があまり大きなものではなく、その偏平率が低いものである。そのため、多数のディンプルをどのように配置するかの厳密な検討は必要としない。
【０００７】
しかしながら、特に大型車両のエンジンに用いる熱交換器の場合、コンパクト化と放熱性能の向上のため、短径と長径との比を大きくとる必要がある。すると偏平チューブ内の対向する平面が極めて近接することになる。その様な偏平チューブにおいて、本発明者の実験によれば、多数のディンプルの配置や、ディンプルの形状により放熱性及び流体の圧力損失に大きく影響を及ぼすことが判明した。それと共に、ディンプルの形状と内部流体の流速との条件により、偏平チューブ内にエロージョン、コロージョンを発生するおそれがあることがわかった。即ち、ディンプルの形状を円錐台形状や突条等にすると、流速の条件によってはエロージョン、コロージョンを発生するおそれがあることがわかった。
【０００８】
そこで本発明者は、このようなエロージョン、コロージョン等の発生を防ぎ且つ、内部流体の流通に伴う圧力損失を可及的に小さくすると共に、攪拌効果の高いディンプル配列を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、帯状金属板を曲折成形して偏平なチューブ状に形成すると共に、その幅方向に複数の内部流路を並列形成する1つ以上の仕切壁(1) が一体に曲折され、内面側の各接触部が一体にろう付け固定される熱交換器用偏平チューブにおいて、
そのチューブ断面の短径Ｈと長径Ｌとの比Ｈ／Ｌが0.02〜0.06 であり、
各内部流路の内面に球面の一部をなす多数の球状ディンプル(2) が押圧成形で突出すると共に、各流路内の対向平面の一方側平面(3) と他方側平面(4) とに前記球状ディンプル(2) が交互に形成されて、それらが平面視で千鳥状に配置された熱交換器用偏平チューブである。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記仕切壁(1) が１つまたは３つ以上の奇数である熱交換器用偏平チューブである。
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記対向平面の一方側平面(3) に偏平チューブの長手方向に定間隔で多数の球状ディンプル(2) が前記仕切壁(1) に平行で且つ、その仕切壁(1) から所定距離離間した一直線上に一列に配置されて、第１ディンプル(2a)群を形成し、
その第１ディンプル(2a)群の球状ディンプル(2) のピッチの中間位置で且つ、その幅方向に離間して他方側平面(4) に、前記仕切壁(1) に平行で且つ、その仕切壁(1) から所定距離離間した一直線上に定間隔で一列に多数の球状ディンプル(2) が配置されて第２ディンプル(2b)群を形成した熱交換器用偏平チューブである。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記対向平面の一方側平面(3) に偏平チューブの長手方向および幅方向に定間隔で多数の球状ディンプル(2) が、前記仕切壁(1) に平行で且つ、その仕切壁(1) から所定距離離間した二つの直線上に二列に配置されて、第１ディンプル(2a)群を形成し、
その第１ディンプル(2a)群の球状ディンプル(2) のピッチの中間位置で且つ、平面視で前記二つの直線上で他方側平面(4) に、二列に多数の球状ディンプル(2) が配置されて第２ディンプル(2b)群を形成した熱交換器用偏平チューブである。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
仕切壁(1) の中央位置から球状ディンプル(2) の中心までの距離Ａと、チューブの前記長径Ｌとの比Ａ／Ｌが0.04〜0.21である熱交換器用偏平チューブである。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、請求項５において、
チューブの幅方向における球状ディンプル(2) 間の離間距離Ｂとチューブの前記長径Ｌとの比Ｂ／Ｌが0.02〜0.25である熱交換器用偏平チューブである。
【００１５】
請求項７に記載の本発明は、請求項５または請求項６において、
球状ディンプル(2) の直径Ｄとチューブの前記長径Ｌとの比Ｄ／Ｌが0.04〜0.14である熱交換器用偏平チューブである。
【００１６】
請求項８に記載の本発明は、請求項１〜請求項７のいずれかにおいて、
球状ディンプル(2) の内面突出寸法Ｃとチューブの前記短径Ｈとの比Ｃ／Ｈが0.12〜0.42である熱交換器用偏平チューブである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の熱交換器用偏平チューブは、その短径Ｈと長径Ｌとの比が0.02〜0.06という極めて偏平率の高いものにおいて、内部流路に多数の球状ディンプル２が一方側平面３と他方側平面４とに設けられ、それらが平面視で千鳥状に配置されたものであるから、その球状ディンプル２によって内部流体を効率よく攪拌し、熱交換を促進しうる効果がある。特に、対向する平面の一方側と他方側とで交互に千鳥に球状ディンプル２を設けることにより、内部流体の流れを立体的に攪拌しうる効果がある。また、ディンプル２が球形であるから、攪拌効果が高いにも拘らず、チューブの圧力損失が少なくなる。
【００１８】
上記構成において、仕切壁１を１つ又は３つ以上の奇数とした場合には、中央の仕切壁１を中心として、帯状金属板を左右対称に折り曲げることができ、製造しやすく信頼性の高い熱交換器用偏平チューブとなりうる。
【００１９】
上記いずれかの構成において、第１ディンプル群2ａと第２ディンプル群2ｂとを平面視で二列に配置し、対向平面の一方側に第１ディンプル群2ａを設け、第２ディンプル群2ｂを他方側平面に形成した場合には、その球状ディンプル２を押圧成形する際、仕切壁１に対する歪の影響を均一且つ必要最小限に抑制することができ、偏平チューブのロウ付けの際、その精度を向上できる。
【００２０】
上記構成において、対向する一方の平面及び他方の平面にそれぞれ二列に球状ディンプル２を形成した場合には、内部流体をより立体的に攪拌して熱交換を促進しうる。
【００２１】
上記構成において、仕切壁１の中心位置から球状ディンプル２の中心までの距離Ａと、チューブの長径Ｌとの比を0.04〜0.21とした場合には、更に熱交換性能の良い偏平チューブとなる。
また、チューブの幅方向における球状ディンプル２間の距離Ｂとチューブの長径Ｌとの比を0.02〜0.25とした場合にはより熱交換性能の高いものとなる。
さらに、球状ディンプル２の直径Ｄとチューブの長径Ｌとの比を0.04〜0.14とした場合にはより放熱性能がよくなる。
【００２２】
上記構成において球状ディンプル２の内面突出寸法Ｃとチューブ短径Ｈとの比を0.12〜0.42とした場合には放熱性能がより高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、図面に基づいて本発明の各実施の形態について説明する。図１は、本発明の偏平チューブの横断面図であり、図２はその平面図であり、図４は図１のIII部拡大図である。また、図５の（Ａ）〜（Ｄ）は、同偏平チューブの製造工程の一例 を示す説明図である。
【００２４】
この偏平チューブは１例としてアルミニウム製帯状金属板を成形ローラ又はプレス機械により曲折して偏平なチューブに形成すると共に、その幅方向に複数の内部流路を並列形成する仕切壁１が１つ以上（この例では３つ）一体に曲折形成されたものである。その帯状金属板の両縁部は、図５の如く折り返されてそこに折返し縁５が形成され、その中間に複数の仕切壁１が折り返し形成されている。
【００２５】
そして、この例では図５（Ｄ）の如く、対向する仕切壁１の先端どうしが接触すると共に、折返し縁５と中央の仕切壁１の先端とが接触する。それらの各接触部には少なくともロウ材が付着又は、切目をつけそこからロウ材が浸入するように形成されている。各仕切壁１間には、多数の球状ディンプル２が仕切壁１に対して平行な一直線上に互いに離間して配置され第１ディンプル群2ａ及び第２ディンプル群2ｂを構成する。球状ディンプル２はその内面側において、球状の一部を形成するように押圧により塑性変形される。
【００２６】
このような偏平チューブは図５（Ａ）〜（Ｄ）の手順により形成することができる。まず、帯状金属板の両縁部に折返し縁５を形成すると共に、その中間に折り返した突条の仕切壁１を両縁に平行に連続形成する。なお、このとき仕切壁１の頂部に断続的にロウ材浸入用の切れ目を形成することがある。あるいはその状態で頂部にロウ材を付着させることもできる。
【００２７】
次いで、図５（Ｂ）の如く仕切壁１から幅方向に一定距離離間し、且つ仕切壁１に平行な一直線上に互いに離間して多数の球状ディンプル２をその内面側に一列ずつ突設する。
次いで、図５（Ｃ）、（Ｄ）の如く、帯状金属板を順次曲折し、折返し縁５を中央位置の仕切壁１の先端に接触すると共に、それぞれの仕切壁１の先端どうしを接触させる。
【００２８】
本発明者の実験によれば、このとき球状ディンプル２と仕切壁１との離間距離をあまりにも近くすると、その歪の影響が仕切壁１に現われ、図５（Ｄ）の如く正確に仕切壁１の先端どうし及び折返し縁５と仕切壁１先端とを接触させることが困難となる。即ち、それらの間に隙間が生じ易い。また、その離間距離があまりに大きいと熱交換性能が低下する。その仕切壁１と球状ディンプル２との離間距離は、帯状金属板の材料や板厚、仕切壁１の形状によって異なり、実験的に最良位置が求められる。図５（Ｄ）の如く形成された偏平チューブは、その平面に図２の如くそれぞれの球状ディンプル２が配置されている。
【００２９】
同図において実線で記載された球状ディンプル２の第１ディンプル群2ａは、偏平チューブの上面側金属板上に形成され、点線で記載された球状ディンプル２の第２ディンプル群2ｂは下面側の金属板上に形成されたものである。そして、対向する両面の球状ディンプル２によって各流路内における球状ディンプル２は平面視において千鳥状に配置されている。
【００３０】
なお、本発明の球状ディンプル２の千鳥配置は、図２のものに限定されるものではなく、図３の如く配置してもよい。即ち、偏平チューブの上面側において実線の如く２列に球状ディンプル２を配置すると共に、その各列の球状ディンプル２の中間位置で底面側に球状ディンプル２を配置してもよい。その結果、平面視で各球状ディンプル２は千鳥配置に形成される。
【００３１】
また、この例では図４の如く対向する上下の内面にそれぞれ仕切壁１を曲折形成したが、これに変えて図６の如く一方側内面のみに仕切壁１を曲折形成してもよい。
更には、図１では偏平チューブの幅方向に複数の仕切壁１を形成したが、これに変えて図７の如く、１つのみの仕切壁１を立ち上げ形成することもできる。
【００３２】
図８は図１の偏平チューブ内にエンジン冷却水を流通させ、偏平チューブ外面側に冷却風を起風させた場合のレイノルズ数（対数目盛り）に対する熱伝達率を表したものである。実線は本発明の図１及び図２に示すディンプル配置の場合の熱伝達率を示し、点線はディンプルをまったく付けない場合の偏平チューブを示す。
【００３３】
次に図９は、冷却水流速と放熱量との関係を示す曲線であり、実線が本発明の偏平チューブであり、点線はディンプルの存在しない偏平チューブの曲線である。
次に図10〜図14は、本発明のディンプル（球状ディンプル）を有する偏平チューブとディンプル無し偏平チューブとの比較をしたコンピュータシュミレーションによる結果である。
【００３４】
図10は、その横断面の短径Ｈと長径Ｌとの比と放熱量との関係を表し、Ｈ／Ｌを横軸とし、放熱量比を縦軸としたものの結果である。このとき、従来型偏平チューブを基準１００とし、そのチューブはディンプルをまったく有しないものである。同図はその基準値に対する放熱量比を求めたものである。図10の結果から、最も放熱性能のよい短径及び長径の比は、0.02〜0.06であることがわかる。なお、ディンプル配置位置及びディンプル寸法は後述する最適値範囲の中間値とした。
【００３５】
次に図11は、仕切壁１の中央位置から球状ディンプル２の中心までの距離Ａとチューブの長径Ｌとの比を横軸とし、縦軸にディンプル無し偏平チューブとの放熱量の比を取ったものである。このとき、Ｈ／Ｌの値は上記最適範囲の中間値（0.04）とする。図11の結果から、Ａ／Ｌが0.04〜0.21の範囲で放熱量が高いことがわかる。
【００３６】
次に、図12はチューブの幅方向における球状ディンプル２間の離間距離Ｂとチューブの長径Ｌとの比Ｂ／Ｌを横軸とし、ディンプル無し偏平チューブに対する放熱量比を縦軸とした曲線である。このとき、ディンプル及びチューブの設定値は上記最適範囲の中間値（A/L：0.1，H/L:0.04）とする。図12の結果からＢ／Ｌが0.02〜0.25で特によいことがわかる。
【００３７】
次に図13は、球状ディンプル２の直径Ｄ（図１および図２）とチューブ断面の長径Ｌとの比を横軸とし、ディンプル無しチューブの放熱量と本発明の偏平チューブの放熱量との比を縦軸としたものである。この曲線結果から、Ｄ／Ｌが0.04〜0.14の範囲で放熱量が高いことがわかる。このとき、ディンプル及びチューブの設定値は上記最適範囲の中間値（B/L:0.1, A/L：0.1，H/L:0.04）とした。
【００３８】
次に、図14は球状ディンプル２のチューブ内面側突出寸法Ｃとチューブ横断面の短径Ｈとの比を横軸とし、ディンプル無しチューブの放熱量と本発明の偏平チューブとの放熱量との比を縦軸としたものである。この曲線から、Ｃ／Ｈが0.12〜0.42の範囲で最もよいことがわかる。このとき、ディンプル及びチューブの設定値は上記最適範囲の中間値（D/L: 0.1，B/L:0.1, A/L：0.1，H/L:0.04）とした。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の偏平チューブの一例を示す横断面図。
【図２】同平面図。
【図３】本発明の他の偏平チューブの平面図。
【図４】図１のIII部拡大図。
【００４０】
【図５】図１の偏平チューブの製造工程の一例を示す説明図。
【図６】本発明の偏平チューブの横断面における仕切壁１の他の例を示す説明図。
【図７】本発明の偏平チューブの更に他の例を示す横断面図。
【００４１】
【図８】本発明の偏平チューブ及びディンプル無し従来型偏平チューブにおける、レイノルズ数と熱伝達率との関係を示す説明図。
【図９】本発明の偏平チューブとディンプル無し従来型偏平チューブとにおける、冷却水流速と放熱量との関係を示す説明図。
【図１０】チューブ断面の短径Ｈと長径Ｌとの比に対する放熱量比を求めた曲線。
【００４２】
【図１１】仕切壁１から球状ディンプル２の中心までの距離Ａとチューブの断面の長径Ｌとの比に対する放熱量比を求めた曲線。
【図１２】チューブの幅方向における球状ディンプル２間距離Ｂとチューブ横断面長径Ｌとの比に対する放熱量比を求めた曲線。
【００４３】
【図１３】球状ディンプル２の直径Ｄとチューブ横断面の長径Ｌとの比に対する放熱量比を求めた曲線。
【図１４】球状ディンプル２の内面突出寸法Ｃとチューブ断面の短径Ｈとの比に対する放熱量比を求めた曲線。
【符号の説明】
【００４４】
１  仕切壁  
２  球状ディンプル  
2a  第１ディンプル群  
2b  第２ディンプル群  
３  一方側平面  
４  他方側平面  
５  折返し縁
【００４５】
Ｌ  チューブ長径
Ｈ  チューブ短径
Ａ  仕切壁１の中央位置から球状ディンプル２の中心までの距離
Ｂ  チューブ幅方向における球状ディンプル間の離間距離
Ｃ  球状ディンプル２のチューブ内面側突出寸法
Ｄ  球状ディンプル２の直径
【図１】
2006266528.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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