JP2005156069A

JP2005156069A - 熱交換器およびその製造方法

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Publication number: JP2005156069A
Application number: JP2003397797A
Authority: JP
Inventors: Joji Sato; 穣治佐藤
Original assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Current assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: JP4329096B2

Abstract

【課題】製造し易く部品点数が少なく、コンパクトで耐圧性の高い熱交換器の提供。
【解決手段】円筒状のヘッダ３に複数のスリット２をその底面１が直径線に達するように形成する。そして、断面の長軸がヘッダ３の外直径に等しく断面の短径がスリット２の高さに整合する偏平チューブ４をスリット２に挿通し、その先端をスリット２の底面１に当接し、両者間を一体にろう付け固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の円筒状のヘッダと両端がヘッダに連通する複数の偏平チューブとからなる熱交換器に関する。

自動車用のオイルクーラや空調用熱交換器として、一対の円筒形のヘッダーパイプと複数の偏平チューブとを用いた熱交換器が下記特許文献に提案されている。このヘッダーパイプはアルミニウムの押出材からなり、図１３の如く、内部に位置決め用の突き当て部13を一体形成しておく。次に、外周に複数のスリットを設け、偏平チューブ４の端部をその突き当て部13に当接して両者間を一体にろう付け固定したものである。
また他の特許文献として、偏平チューブの端部両側にストッパー部を塑性変形により突設し、ヘッダのスリットに偏平チューブを挿通すると共に、偏平チューブのストッパー部をヘッダのスリットの孔縁に当接して、位置決めを行い、両者間を一体にろう付け固定したものである。

実開平２−１３３５８６号公報実開平３−２１６６４号公報

前者の従来型熱交換器は、そのヘッダ用の押出パイプの製作が面倒であり、結果として熱交換器の製造コストが高くなる欠点がある。また、押出パイプは外面にろう材を被覆することが困難であり、炉中ろう付けの信頼性に欠ける欠点がある。また、特殊な方法により押出パイプ表面にろう材を被覆する場合には、その製造コストが高くなる欠点がある。後者の熱交換器は、偏平チューブの製作が面倒で、製造工数が多くなり、結果として製造コストが高くなる欠点がある。また、両者ともヘッダの大きさが偏平チューブに比べて、大きくなり、全体としてコンパクト性に欠ける欠点があった。
そこで、本発明は係る課題を解決することを目的とする。

本発明の熱交換器は、外周にその底面(1) が直径線まで達するように形成された複数のスリット(2) を有し、夫々のスリット(2) が互いに軸線方向に離間して設けられた円筒状の一対のヘッダ(3) と、
先端部が、前記スリット(2) の前記軸方向の高さに等しい断面の短径と、そのヘッダ(3) の直径に等しいか略等しい断面の長径を有し、その両端面がスリット(2) の底面(1) に当接されて、前記ヘッダ(3) にろう付け接合された複数の偏平チューブ(4) と、を具備するものである（請求項１）。
上記熱交換器の構成に加えて、
前記偏平チューブ(4) の先端部の前記長径側両側を塑性変形して、そこに塑性変形部(4a)を形成し、その断面を矩形に形成することができる（請求項２）。

さらには、上記構成に加えて、
夫々の偏平チューブ(4) 内にインナーフィン(5) を介装し、
かんざし状に形成された複数の挟持部材(6) の各かんざしの歯(7) を、夫々隣り合う偏平チューブ(4) 間に挟持させ且つ、互いに偏平チューブ(4) の長手方向に離間して配置すると共に、夫々の挟持部材(6) を偏平チューブ(4) の長手方向に直交または斜めに交差して、互いに平行に配置させ、その挟持部材(6) の各かんざしの歯(7) と偏平チューブ(4) 外面との間を一体にろう付け固定することができる（請求項３）。
また、上記構成に加えて、
隣り合う前記挟持部材(6) を前記偏平チューブ(4) の前記長径方向の両側から交互に千鳥状または、一方側のみに配置することができる（請求項４）。

次に、上記いずれかに記載の熱交換器を製造する方法は、
方形の金属板(8) に、複数の前記スリット(2) を平行に形成すると共に、その金属板(8) の一方の端に係合部(9) を平面的に突設形成し、他方の端にそれに整合する係止部(10)を欠切する工程と、
その金属板(8) を円筒状に曲折し、前記係合部(9) を前記係止部(10)に嵌着して一対のヘッダ(3) を形成する工程と、
夫々のヘッダ(3) のスリット(2) に偏平チューブ(4) を挿通して、その両端をスリット(2) の底面(1) に突き当てて、偏平チューブ(4) とヘッダ(3) との間を一体にろう付けする工程と、を具備するものである（請求項５）。

さらに上記製造方法において、
前記金属板(8) に前記スリット(2) を形成する際に、そのスリット(2) を一つずつ穿設することができる（請求項６）。
また、上記製造方法において、
前記金属板(8) は、その少なくとも一方の表面にろう材が予め被覆されたものを用い、炉内で偏平チューブ(4) とヘッダ(3) とを一体にろう付けすることができる。（請求項７）。

本発明の熱交換器は、円筒状のヘッダ３に設けられたスリット２の底面１が、円筒状の直径線にまで達するように形成され、先端部がヘッダ３の直径に等しい幅の偏平チューブ４の先端縁がその底面１に当接して、両者間が一体にろう付け固定されたものである。したがって、偏平チューブ４とヘッダ３との位置決めを正確に行い得ると共に、全体としてコンパクトな熱交換器を提供し得る。即ち、ヘッダ３の直径と偏平チューブ４の直径とが等しく、熱交換器全体がコンパクトで体裁のよいものとなる。

上記熱交換器において、
偏平チューブ４の先端部の前記長径側両側を塑性変形して、そこに塑性変形部４ａを形成し、その断面を矩形に形成することができる。この場合には、偏平チューブ４の両側部とヘッダ３のスリット２とのろう付けを確実に行い、ろう付けの信頼性が向上する。それと共に、偏平チューブ４の幅に比べてヘッダの直径をさらに小さくでき、コンパクトな熱交換器を提供できる。

上記構成において、
さらに、夫々の偏平チューブ４内にインナーフィン５を介装し、かんざし状に形成された複数の挟持部材６のかんざしの歯７を隣り合う偏平チューブ４間に挟持させ且つ、複数の挟持部材６を互いに離間し且つ、夫々偏平チューブ４の長手方向に直交または斜めに交差して互いに平行に配置し、それらのかんざしの歯７と偏平チューブ４外面との間を一体にろう付け固定することができる。この場合には、熱交換器全体の強度および熱交換器内面側の耐圧を向上させつつ、各偏平チューブ４の外面側の流体の流通を良好にして、熱交換を促進し得る効果がある。即ち、偏平チューブ４の外周に流通する熱交換媒体を挟持部材６に沿って流通させ、流路長を長くして熱交換を促進し得る。

上記構成において、隣り合う挟持部材６は偏平チューブ４の長径方向両側から交互に千鳥状または、一方側のみに配置することができる。千鳥に配置した場合には、熱交換器全体の強度を更に向上し得る。

次に、本発明の熱交換器の製造方法によれば、製造容易で且つ、コンパクトな熱交換器を安価に製造できる。即ち、金属板８に複数のスリット２を平行に形成して、円筒状に曲折しヘッダ３を構成すると共に、ヘッダ３のスリット２に偏平チューブ４の先端部を突き当てて、両者間を一体にろう付けすることにより、精度よく熱交換器を製造できると共に、構造が簡単で、コンパクトな熱交換器となり得る。即ち、偏平チューブ４の先端がスリット２の底面１に突き当てられ、接触状態でろう付けされるため、そこにろう材を確実に浸透させ、ろう付けの信頼性を向上することができる。それと共に、偏平チューブ４のスリット２への挿入代を一定とし、精度の高い熱交換器を提供できる。

次に、上記製造方法において、偏平チューブ４に形成されるスリット２を一つずつ穿設することができる。この場合には、スリット２の間隔を近接して穿設することができる。即ち、金属板８にスリット２を穿設する際、一つずつ行うことにより、金属板８に加わる歪を最小限とし、スリット２の成形精度を高く保つことができる。そしてスリット２間を近接させて、容量が大きくコンパクトな熱交換器を提供できる。

また、上記製造方法において、ヘッダ３を構成する金属板８の少なくとも一方の表面に予めろう材を被覆しておき、ヘッダ３と偏平チューブ４とを炉内でろう付けすることができ、この場合にはヘッダ３のろう材により偏平チューブ４の先端部外周とスリット２の孔縁部との間をさらに確実にろう付けすることができる。

次に、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器の要部断面図であって、図３のＩ−Ｉ矢視断面図、図２は、その熱交換器の要部分解斜視図、図３は、その熱交換器の一部破断正面図、図４は、同平面図、図５は、図４のＶ−Ｖ矢視断面図、図６は、本発明のヘッダ３の正面図、平面図、側面図である。また図７は、そのヘッダの第１製造工程を、図８は、同第２製造工程を示す説明図である。
この熱交換器は、オイルクーラとして最適な耐圧性の高いものであるが、コンデンサやエバポレータ等の用途としても使用できる。その場合には、各偏平チューブ間にアウターフィンを介装する。

ヘッダ３は、金属板８を円筒状に形成したものからなる。即ち、図７の如く、金属板８の中央部に複数のスリット２を並列する。各スリット２は一例として順送りプレスにより一つづつ穿設する。それにより、各スリット間に成形ダレを起こすことなく、正確にスリットを形成できる。次いで、プレス切断により外周の型抜きを行い、金属板８の一方の端に先端が膨出した係合部９を平面的に突設形成すると共に、他方の端に係合部９に整合する係止部10を欠切する。これらの加工は公知のプレス加工により容易に行うことができる。次いで、図８に示す如く、金属板８を湾曲させ、更に図２の如く円筒形に形成する。このとき係合部９が係止部10に嵌着し、両者間が抜け止めされる。このようにしてなるヘッダ３は、その外周に複数のスリット２が並列され、そのスリット２の底面１はヘッダ３の直径上に位置する。

この例では、隣り合うスリット２の間の高さはスリット２自体の高さよりも小に形成され、スリット２が密に並列されている。このようにしてなるスリット２に両端が嵌着される偏平チューブ４は、その断面の長軸がヘッダ３の外直径に等しい。或いは、外直径よりも僅かに小または大に形成される。但し、偏平チューブ４の幅方向の両縁がスリット２の底面に密着する必要がある。これは偏平チューブ４の先端を底面１に突き当てて位置決めし、両者間を液密にろう付けする必要性からである。なお、発明の構成における、偏平チューブ４の断面の長軸がヘッダ３の直径に略等しいとは、その長軸がヘッダ直径より僅かに大であっても、小であっても、両者間が液密に接合できる程度の大小の変化であれば差し支えないことを意味する。これは、スリット２の底面１に偏平チューブ４の幅方向両縁が完全に接触し、ろう付け後にその部分に漏れが生じない程度であればよいことである。

この偏平チューブ４には、予めインナーフィン５が挿入される。このインナーフィン５はいわゆるオフセット型フィン（マルチエントリー型フィン）であり、その幅方向および長手方向のいずれにも多数の矩形波または台形波が切り起こし形成されている。その波の高さは、偏平チューブ４の横断面の内面の短径に等しい。なお、偏平チューブ４の横断面の外面の短径高さはスリット２の高さに整合する。このような複数の偏平チューブ４の両端を夫々のヘッダ３のスリット２に挿入し、その両端面をスリット２の底面１に突き当てる。

更に、図３〜図５に示す如く、ヘッダ３は、その一方の端部に端蓋11が取付けられ、他方の端部にボス部12が取付けられる。また、並列された偏平チューブ４の外周には複数の挟持部材６が嵌着される。この挟持部材６は、かんざし状に形成され、各かんざしの歯７が図５の如く、隣り合う偏平チューブ４の隙間に挟持される。なお、各かんざしの歯７は、その長手方向の一端で連結部14により一体に連結されている。また、並列方向両端のかんざしの歯７の高さは、幅が中間のものより高く形成されている。このような挟持部材６は、偏平チューブ４の長手方向に対して斜めに交差して配置され、その偏平チューブ４の断面の長軸方向両側に千鳥状に且つ、互いに平行に配置される。なお、互いに接続される各部品の少なくても一方側にはろう材が被覆されたものが用いられる。

一例としてヘッダ３の外表面にろう材が被覆されたものを用いると共に、インナーフィン５、挟持部材６の両面側にろう材が被覆されたもの用い、全体を図３の如く組立てた状態で、高温の炉内に挿入し、各部品間を一体的にろう付け固定することにより、熱交換器を完成する。そして、この例では、一対のヘッダ３の夫々のボス部12にオイル配管を接続し、一方のボス部12の開口から、高温高圧のオイルをヘッダ３に流入させ、各偏平チューブ４内を流通して他方のヘッダ３を介し、ボス部12よりそれを外部に導く。

通常、このようなオイルクーラは、図示しないエンジン冷却水冷却用ラジエータの出口側タンクに内蔵される。ラジエータの出口側タンクは、細長い箱状に形成され、その内部に両者の長手方向を一致させて本熱交換器が内蔵される。そして、タンク内の冷却水は本熱交換器の偏平チューブ４の長手方向に流通する。その冷却水は、挟持部材６の存在により蛇行状に偏平チューブ４の外面を流通する。それにより流路を長くして熱交換を促進する。また、挟持部材６は熱交換器内部の耐圧性を向上させるものとなる。

次に、図９（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示し、この例は偏平チューブ４の両端部（一方を省略）において、その幅方向両側（断面の長軸側の両側）をその中心側に塑性変形して、そこに塑性変形部４ａを形成する。そして、その横断面を矩形に形成する。このとき、偏平チューブの厚み方向（断面の短軸方向）は必ずしも塑性変形する必要はないが、僅かに小さく、あるいは大きく塑性変形してもよい。なお、断面矩形に形成するとの意味は、断面の隅部が僅かにＲに形成されているものも含む。このときの先端部の幅Ｅはヘッダ３の直径に等しいか、略それに等しい。ここに略とは、既に先の実施の形態で述べたことと同一である。

そして、図９（Ａ）（Ｂ）の如く、偏平チューブ４の先端部をスリット２に挿入し、その先端面をスリット２の底面１に当接して、熱交換器全体を組立て、炉内で一体的にろう付けし、熱交換器を完成することができる。このとき偏平チューブ４の先端部とヘッダ３のスリット２の孔縁部との間にろう材15が、図９（Ｂ）の如く形成される。即ち、偏平チューブ４の先端部の矩形部の長辺は全長に渡りスリット２の図において上下端面に半円弧状にろう付けされ、矩形部の短辺はその端面がスリット２の底面１にろう付けされる。それにより両者は隙間なく液密にろう付けされる。なお、図９（Ｂ）において、鎖線は偏平チューブ先端部を塑性変形する前の状態を示す。

図９（Ａ）（Ｂ）に示すこのろう付け方法は、通常の偏平チューブ４をそのまま図９（Ｃ）（Ｄ）の如く接続する場合よりも、ろう付けの信頼性が高い。何故ならば、通常の偏平チューブ４をそのまま図９（Ｃ）（Ｄ）の如く接続する場合、偏平チューブ両側の断面のＲが大きいと、そのＲの始まり部近傍にろう無し部16が形成されるおそれがある。即ち、そのＲの始まり部近傍は図９（Ｄ）に示す如く、スリット２の上下両端面から離れ且つ、スリットの底面１からも離れているため、その離れた部分にはろう材の存在しない部分が形成されるおそれがあるからである。

次に、図１０は本発明の熱交換器のさらに他の実施の形態を示す平面図であり、これが図４のそれと異なる点は、挟持部材６ａの配置のみである。即ち、この例では、各偏平チューブ４間にそのかんざしの歯が挟持されるかんざし状の挟持部材６ａは、偏平チューブ４の幅方向一方側のみから挿入され且つ、偏平チューブ４の長手方向に直交して配置されている。

次に、図１１，図１２はその挟持部材６ａのさらに他の実施の形態を示し、この例の挟持部材６ａは、図４のかんざしの歯を二つつなぎ合わせて、図１２に示す如く、外周を枠状に囲んだ平面を有するヘッダプレート状に形成されたものである。このような挟持部材６ａに各偏平チューブ４を挿通し、夫々の接触部間を一体にろう付けすることにより、さらに耐圧性の高い熱交換器となる。

本発明の熱交換器の要部縦断面図であって、図３のＩ−Ｉ矢視断面図。本熱交換器の要部分解斜視図。本熱交換器の一部破断正面図。同平面図。

図４のＶ−Ｖ矢視断面図。同熱交換器に用いられるヘッダ３の要部を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図。同熱交換器のヘッダの第１製造工程を示す説明図。同第２製造工程を示す説明図。

本発明の他の熱交換器の説明図であって、（Ａ）はその要部分解説明図、（Ｂ）はその偏平チューブとヘッダのスリットとのろう付け状態を示す説明図、（Ｃ）（Ｄ）は通常の偏平チューブを用いた場合の要部分解説明図、およびその偏平チューブとヘッダのスリットとのろう付け状態を示す説明図。本発明のさらに他の熱交換器の平面図。本発明のさらに他の熱交換器の平面図。図１１の XII− XII矢視図。従来型熱交換器の要部断面図。

符号の説明

１底面
２スリット
３ヘッダ
４偏平チューブ
４ａ塑性変形部
５インナーフィン
６挟持部材
６ａ挟持部材
７かんざしの歯

８金属板
９係合部
10 係止部
11 端蓋
12 ボス部
13 突き当て部
14 連結部
15 ろう材
16 ろう無し部

Claims

外周にその底面(1) が直径線まで達するように形成された複数のスリット(2) を有し、夫々のスリット(2) が互いに軸線方向に離間して設けられた円筒状の一対のヘッダ(3) と、
先端部が、前記スリット(2) の前記軸方向の高さに等しい断面の短径と、そのヘッダ(3) の直径に等しいか略等しい断面の長径を有し、その両端面がスリット(2) の底面(1) に当接されて、前記ヘッダ(3) にろう付け接合された複数の偏平チューブ(4) と、を具備する熱交換器。
請求項１において、
前記偏平チューブ(4) の先端部の前記長径側両側が塑性変形されて、そこに塑性変形部(4a)を有し、その断面が矩形に形成された熱交換器。
請求項１または請求項２において、
夫々の偏平チューブ(4) 内にインナーフィン(5) が介装され、
かんざし状に形成された複数の挟持部材(6) の各かんざしの歯(7) が、夫々隣り合う偏平チューブ(4) 間に挟持され且つ、互いに偏平チューブ(4) の長手方向に離間して配置されると共に、夫々の挟持部材(6) が偏平チューブ(4) の長手方向に直交または斜めに交差して、互いに平行に配置され、その挟持部材(6) の各かんざしの歯(7) と偏平チューブ(4) 外面との間が一体にろう付け固定された熱交換器。
請求項３において、隣り合う前記挟持部材(6) は前記偏平チューブ(4) の前記長径方向の両側から交互に千鳥状または、一方側のみに配置された熱交換器。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器を製造する方法において、
方形の金属板(8) に、複数の前記スリット(2) を平行に形成すると共に、その金属板(8) の一方の端に係合部(9) を平面的に突設形成し、他方の端にそれに整合する係止部(10)を欠切する工程と、
その金属板(8) を円筒状に曲折し、前記係合部(9) を前記係止部(10)に嵌着して一対のヘッダ(3) を形成する工程と、
夫々のヘッダ(3) のスリット(2) に偏平チューブ(4) を挿通して、その両端をスリット(2) の底面(1) に突き当てて、偏平チューブ(4) とヘッダ(3) との間を一体にろう付けする工程と、を具備する熱交換器の製造方法。
請求項５において、
前記金属板(8) に前記スリット(2) を形成する際に、そのスリット(2) を一つずつ穿設することとした熱交換器の製造方法。
請求項５または請求項６において、
前記金属板(8) は、その少なくとも一方の表面にろう材が予め被覆されたものを用い、炉内で偏平チューブ(4) とヘッダ(3) とを一体にろう付けすることとした熱交換器の製造方法。