JP2007010176A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数種類のろう材を不要として、チューブとヘッダとの隙間へのろう材充填量を確実に確保可能とする熱交換器を提供する。
【解決手段】 外壁面１１１ｄに長手方向に延びる窪み部１１１ｃを有し、複数積層されるチューブ１１１と、複数のチューブ１１１の外壁面１１１ｄに当接するように配設される複数のフィン１１２と、チューブ１１１の長手方向端部が挿入される挿入孔１２２ａを有するヘッダ１２２、１３２とを備え、チューブ１１１およびヘッダ１２２、１３２に設けられたろう接材によって、チューブ１１１とフィン１１２とが互いに当接する領域でろう接され、チューブ１１１とヘッダ１２２、１３２とが挿入孔１２２ａでろう接された熱交換器において、フィン１１２のチューブ１１１に当接する領域で窪み部１１１ｃに対応する部位に、スリット部１１２ｂあるいは凹部を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば自動車用のラジエータ、ヒータコア、コンデンサ、エバポレータ等に用いて好適な熱交換器に関するものである。

従来、アルミニウム製の熱交換器として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この熱交換器には、平板の折り曲げによって例えば断面Ｂ型状に形成されるチューブが使用されており、チューブの外壁面には、折り曲げられた平板端部の接合により、チューブ長手方向に延びる窪み部が形成されている。このチューブの長手方向端部をヘッダの嵌合孔に嵌合させると、上記窪み部と嵌合孔との間に隙間が形成されるため、本熱交換器においては、チューブにクラッドされるろう材中のＳｉの含有量を、ヘッダにクラッドされるろう材中のＳｉの含有量よりも２重量％以上多くなるようにすることで、ろう付け時のろう材が隙間に確実に充填されるようにしている。

つまり、チューブ側ろう材のＳｉ含有量を多くすることで、チューブ側ろう材の流動性をヘッダ側ろう材よりも高めることができる。また、ろう付け時においては、チューブとヘッダとの板厚の差から、チューブ側が先に昇温されるため、チューブ側ろう材はチューブとフィンとの間にフィレットを確実に形成すると共に、ヘッダ側にも流動することになり、チューブの窪み部に伴う隙間へのろう材の充填度が高められるとしている。
特開平１１−８３３７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の熱交換器においては、Ｓｉ含有量の異なる複数のろう材を準備する必要があるので、ろう材のクラッド工程における材料管理が煩雑となり、また、誤ったろう材をクラッドしてしまうおそれも生ずる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、複数種類のろう材を不要として、チューブとヘッダとの隙間へのろう材充填量を確実に確保可能とする熱交換器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、外壁面（１１１ｄ）に長手方向に延びる窪み部（１１１ｃ）を有し、複数積層されるチューブ（１１１）と、複数のチューブ（１１１）の外壁面（１１１ｄ）に当接するように配設される複数のフィン（１１２）と、チューブ（１１１）の長手方向端部が挿入される挿入孔（１２２ａ）を有するヘッダ（１２２、１３２）とを備え、チューブ（１１１）およびヘッダ（１２２、１３２）に設けられたろう接材によって、チューブ（１１１）とフィン（１１２）とが互いに当接する領域でろう接され、チューブ（１１１）とヘッダ（１２２、１３２）とが挿入孔（１２２ａ）でろう接された熱交換器において、フィン（１１２）のチューブ（１１１）に当接する領域で窪み部（１１１ｃ）に対応する部位には、スリット部（１１２ｂ）あるいは凹部が形成されたことを特徴としている。

これにより、窪み部（１１１ｃ）に対してフィン（１１２）を離すことができるので、ヘッダ（１２２、１３２）におけるろう材が毛細管力によって挿入孔（１２２ａ）側からチューブ（１１１）の窪み部（１１１ｃ）を通って、チューブ（１１１）とフィン（１１２）との当接部に流れ込むのを防止でき、チューブ（１１１）とヘッダ（１２２、１３２）との隙間部（１２２ｄ）のろう材充填量を確実に確保することができる。尚、本発明によれば、特許文献１に記載の発明のように複数種類のろう材を準備する必要は無い。

請求項２に記載の発明では、チューブ（１１１）は、平板材の折り曲げ加工によって形成されており、窪み部（１１１ｃ）は、平板材の折り曲げられた部位、あるいは平板材の端部が接合された部位として形成されたことを特徴としている。

これにより、折り曲げ加工タイプのチューブ（１１１）を用いた場合の、チューブ（１１１）とヘッダ（１２２、１３２）とのろう接性を向上できる。

請求項３に記載の発明では、フィン（１１２）は、波状に折曲されて、波状の折曲部（１１２ａ）がチューブ（１１１）に当接するコルゲートフィン（１１２）であることを特徴としている。

フィン（１１２）としてコルゲートフィン（１１２）を用いる場合は、チューブ（１１１）に当接する波状の折曲部（１１２ａ）にスリット（１１２ｂ）あるいは凹部を設けるようにすれば良い。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に示す。第１実施形態は、本発明の熱交換器を自動車用のラジエータ１００に適用したものである。尚、図１はラジエータ１００の全体を示す外観斜視図、図２はコア部１１０およびプレート部１２２、１３２を示す外観斜視図、図３はチューブ１１１およびコルゲートフィン１１２を示す断面図、図４はチューブ１１１とチューブ孔１２２ａとの間に形成される隙間部１２２ｄを示す平面図、図５はコルゲートフィン１１２を示す外観斜視図である。

ラジエータ１００は、図１に示すように、コア部１１０のチューブ１１１内を流れる冷却水が図中の上から下方向に向かういわゆるバーチカルフロータイプのものであり、基本構成としてアッパタンク１２０、ロウアタンク１３０、コア部１１０を有している。

アッパタンク１２０、ロウアタンク１３０は、それぞれタンク本体部１２１、１３１とプレート部（本発明におけるヘッダに対応）１２２、１３２とから構成されており、タンク本体部１２１、１３１は樹脂材（例えばナイロン材）から形成され、プレート部１２２、１３２はアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成されている。

タンク本体部１２１、１３１は、長手方向に直交する断面形状が略Ｕ字状を成し、プレート部１２２、１３２に対向する側が開口する容器体を成している。アッパ側のタンク本体部１２１にはパイプ部（入口パイプ）１２１ａ、冷却水注入用の注水口１２１ｂ、車両への取付け用の取付け部１２１ｃが一体で形成されており、また、ロウア側のタンク本体部１３１にはパイプ部（出口パイプ）１３１ａ、取付け部１３１ｂが一体で成形されている。

プレート部１２２、１３２は、例えばＡ３００３の表面にろう材（本発明におけるろう接材に対応し、ここでは例えばＡｌ−Ｓｉ系ろう材）がクラッドされた外形細長の板状部材であり、内側領域に複数のチューブ孔（本発明における挿入孔に対応、図２、図４参照）１２２ａが長手方向に並ぶように設けられている。そして、プレート部１２２、１３２の外周には、タンク本体部１２１、１３１の開口側外周部が挿入されるタンク挿入部１２２ｂと、タンクかしめ用の複数のかしめ爪１２２ｃとが設けられている（図２参照）。

そして、各タンク本体部１２１、１３１の開口側外周部と各プレート部１２２、１３２のタンク挿入部１２２ｂとの間に図示しないシールパッキン（シール部材）が介在されて、タンク本体部１２１、１３１とプレート部１２２、１３２とは、複数のかしめ爪１２２ｃによってかしめられて機械的に接合されている。

コア部１３０は、チューブ１１１、コルゲートフィン（以下、フィン）１１２、サイドプレート１１３から構成され、上記両タンク１２０、１３０のプレート部１２２、１３２に接続されている。これらの各部材１１１〜１１３は、耐強度性、耐腐食性に優れるアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成されている。

チューブ１１１とフィン１１２とは、交互に複数積層されており（図１中の左右方向に並べられており）、積層方向の最外方のフィン１１２の更に外方には断面がコの字状に形成された補強部材としてのサイドプレート１１３が設けられている。各チューブ１１１の長手方向端部は、プレート部１２２、１３２のチューブ孔１２２ａに挿入され、また、サイドプレート１１３の長手方向端部はプレート部１２２、１３２に当接され、チューブ１１１、サイドプレート１１３、プレート部１２２、１３２のそれぞれの表面に設けられたろう材（本発明におけるろう接材に対応し、ここでは例えばプレート部１２２、１３２用と同一のＡｌ−Ｓｉ系ろう材）によって、各部材１１１〜１１３、１２２、１３２は一体でろう付け（本発明におけるろう接に対応）されている。

チューブ１１１は、図２〜図４に示すように、例えばＡ３００３の表面にろう材がクラッドされた帯状の平板材の折り曲げ加工によって形成されており、長手方向に直交する断面は扁平状となっている。具体的には、平板材の中間部１１１ａでＵ字状に曲げられ、また平板材の両端部１１１ｂが中間部１１１ａ側に折り曲げられて、中間部１１１ａと両端部１１１ｂとが接合されて形成されている。上記平板材の折り曲げ加工により（平板材の曲げ部、端部１１１ｂの接合部により）、チューブ１１１の扁平状断面の長辺側となる外壁面１１１ｄには、その長手方向に延びる窪み部１１１ｃが形成されている。よって、チューブ１１１がプレート部１２２、１３２の挿入孔１２２ａに挿入された際に、両者１１１、１２２ａの間に隙間部１２２ｄが形成される。

また、フィン１１２は、図５に示すように、例えばＡ３２０３の薄肉の帯板材から波形に成形されており、波形に折り曲げられた折曲部１１２ａが、チューブ１１１の外壁面１１１ｄに当接するようになっている。そして、折曲部１１２ａがチューブ１１１に当接する領域のうち、窪み部１１１ｃに対応する部位には、スリット（本発明におけるスリット部に対応）１１２ｂが設けられている。これは、フィン１１２の帯板材の段階で、帯板材の長手方向に断続的に延びる開口部（スリット１１２ｂ）を設けて、この開口部が波形の折曲部１１２ａの位置になるように、ローラ加工（波形成形加工）することで形成される。

上記コア部１１０およびプレート部１２２、１３２を一体的にろう付けする際には、コア部１１０およびプレート部１２２、１３２の組立て体とした後に、表面の脱脂を行い、フラックスを各当接部（接合させたい部位）に塗布して、ろう付け炉内に投入して行う。この時、各部材１１１、１１３、１２２、１３２の表面に予めクラッドされたろう材が溶融して、各当接部に流れ込み、互いに接合されることになる。

ここで、本実施形態では、フィン１１２の折曲部１１２ａにおいて、チューブ１１１の窪み部１１１ｃに対応する部位にスリット１１２ｂを設けるようにしているので、窪み部１１１ｃに対してフィン１１２を離すことができる。よって、プレート部１２２、１３２におけるろう材が毛細管力によってチューブ孔１２２ａ側からチューブ１１１の窪み部１１１ｃを通って、チューブ１１１とフィン１１２との当接部に流れ込むのを防止でき、チューブ１１１とプレート部１２２、１３２との隙間部１２２ｄのろう材充填量を確実に確保することができる。尚、本実施形態によれば、特許文献１に記載の発明のように複数種類のろう材を準備する必要は無い。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、フィン１１２にスリット１１２ｂを設けることで、窪み部１１１ｃとの距離を確保するようにしたが、スリット１１２ｂに代えて、折曲部１１２ａの窪み部１１１ｃに対応する部位がへこまされて形成される凹部としても良い。

また、フィン１１２は、コルゲートフィン１１２に代えて、チューブ１１１が挿通される挿通孔を有する平板状のプレートフィンとしても良く、挿通孔周囲で、チューブ１１１の窪み部１１１ｃに対応する部位に凹部を設ければ良い。

また、チューブ１１１は、上記第１実施形態のものに対して、平板材の折り曲げによって断面形状がＢ型となるもの、８の字型となるもの等としても良い。更に、押出し成形によって形成されるもので、長手方向に窪み部が形成されるもの（成形傷のようにやむなく形成されてしまうもの）に適用しても良い。

また、両タンク１２０、１３０は、タンク本体部１２１、１３１とプレート部１２２、１３２とから成るものとしたが、タンク本体部１２１、１３１の基本材質をコア部１１０と同一として、両者（１２１、１３１と１２２、１３２）が一体で形成されるものをヘッダと捉えて対応するようにしても良い。

また、熱交換器の材質としては、アルミニウムあるいはアルミニウム合金に代えて、他の銅系材やステンレス系材としても良い。

更に、熱交換器として自動車用のラジエータ１００に適用した例として説明したが、その他のヒータコア、コンデンサ、エバポレータ、インタークーラ、オイルクーラ等にも同様に適用できる。また、用途も自動車用に限定されることは無く、家庭用のものでも良い。

ラジエータの全体を示す外観斜視図である。 コア部およびプレート部を示す外観斜視図である。 チューブおよびコルゲートフィンを示す断面図である。 チューブとチューブ孔との間に形成される隙間部を示す平面図である。 コルゲートフィンを示す外観斜視図である。

符号の説明

１００ ラジエータ（熱交換器）
１１１ チューブ
１１１ｃ 窪み部
１１１ｄ 外壁面
１１２ コルゲートフィン（フィン）
１１２ｂ スリット（スリット部）
１２２ プレート部（ヘッダ）
１２２ａ チューブ孔（挿入孔）
１３２ プレート部（ヘッダ）

Claims (3)

1. 外壁面（１１１ｄ）に長手方向に延びる窪み部（１１１ｃ）を有し、複数積層されるチューブ（１１１）と、
   複数の前記チューブ（１１１）の前記外壁面（１１１ｄ）に当接するように配設される複数のフィン（１１２）と、
   前記チューブ（１１１）の長手方向端部が挿入される挿入孔（１２２ａ）を有するヘッダ（１２２、１３２）とを備え、
   前記チューブ（１１１）および前記ヘッダ（１２２、１３２）に設けられたろう接材によって、前記チューブ（１１１）と前記フィン（１１２）とが互いに当接する領域でろう接され、前記チューブ（１１１）と前記ヘッダ（１２２、１３２）とが前記挿入孔（１２２ａ）でろう接された熱交換器において、
   前記フィン（１１２）の前記チューブ（１１１）に当接する領域で前記窪み部（１１１ｃ）に対応する部位には、スリット部（１１２ｂ）あるいは凹部が形成されたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記チューブ（１１１）は、平板材の折り曲げ加工によって形成されており、
   前記窪み部（１１１ｃ）は、前記平板材の折り曲げられた部位、あるいは前記平板材の端部が接合された部位として形成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記フィン（１１２）は、波状に折曲されて、前記波状の折曲部（１１２ａ）が前記チューブ（１１１）に当接するコルゲートフィン（１１２）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。

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