JP2008114255A - 熱交換器用チューブ - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換器用チューブにおいて、耐圧性を向上させるとともに、薄肉化を可能にする。
【解決手段】金属板における幅方向の一方の端部11が幅方向と交差する長手方向にわたって連続して金属板の裏面側に折り曲げられた第1部位21と、第1部位21の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第2部位22と、第2部位22の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第3部位23と、第3部位23の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第4部位24とを備え、金属板が両端側より裏面側へ折り曲げられることにより、金属板の他方の端部12の少なくとも一部が、長手方向にわたって一方の端部11の表面側と接するとともに、一方の端部11の第2部位22および第4部位24の表面側の各面が金属板の裏面側のチューブ内面13にそれぞれ接するように形成し、金属板の表面側にろう材をクラッドする。
【選択図】図3

Description

本発明は、自動車のラジエータ等の熱交換器に用いられて熱交換のための流体が内部に流れる熱交換器用チューブに関する。
一般に、内燃機関を搭載した自動車等においては、内燃機関の冷却水を冷却するラジエータ等の熱交換器を備えている。このような熱交換器には、冷却水が流れるチューブが複数設けられ、チューブに当たる空気とチューブ内の冷却水との間で熱交換が行われることにより、冷却水の冷却が行われるようになっている。
上記熱交換器のチューブは、扁平管状に折り曲げられた金属板の幅方向(曲げ方向)両端部を互いにろう接することによって形成される。
このように形成されるチューブとしては、例えば、図7に示すように、表面(チューブ外表面J14となる面)にろう材が被覆された金属板の幅方向両端部J11、J12を同金属板の裏面(チューブ内面J13となる面)に向かって屈曲させ、それら両端部J11、J12を互いにろう接するとともに、上記金属板の裏面に対して同じくろう接することによって形成されるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、図8に示すように、金属板の幅方向中央部に突起J20を屈曲形成し、その突起J20の対向する内面をろう接するとともに、同突起J20の厚さ方向側部に金属板の幅方向両端部J11、J12をろう接することによって形成されるものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
上記特許文献1および2に記載のチューブにおいては、金属板の両端部同士がろう接された部位(以下、内柱部J200という)によって、チューブ内部が2つの流体流路に仕切られている。このように、チューブ内部に内柱部J200を設けることで、チューブの耐圧性を向上させている。
しかしながら、上記特許文献1および2に記載のチューブでは、内柱部がチューブの幅方向中央部に配設されており、更なる薄肉化が難しいという問題があった。
これに対し、図9に示すように、金属板に突起部J20aを屈曲形成し、その突起部J20aの頂部を対向するチューブ内面J13に接触させるとともに、同突起部J20aを金属板の幅方向中央部に設けられた内柱部J200を挟むように1つずつ配置したものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。このとき、突起部J20aもチューブ内部の流体通路を仕切る内柱部J200となっている。
特開平10−193013号公報 特開平10−47875号公報 欧州特許出願公開第302232号明細書
しかしながら、上記特許文献3に記載のチューブにおいて、裏面(チューブ内面J13となる面)にろう材がクラッドされていない金属板を用いた場合、前記突起部J20aとチューブ内面J13とが接触する部位(図9中X部参照)がろう接されないことになる。このため、チューブの耐圧性が低下してしまうという問題がある。
本発明は、上記点に鑑み、熱交換器用チューブにおいて、耐圧性を向上させるとともに、薄肉化を可能にすることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、金属板における幅方向の一方の端部(11)が幅方向と交差する長手方向にわたって連続して金属板の裏面側に折り曲げられた第1部位(21)と、第1部位(21)の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第2部位(22)と、第2部位(22)の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第3部位(23)と、第3部位(23)の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第4部位(24)とを備え、金属板が両端側より裏面側へ折り曲げられることにより、金属板の他方の端部(12)の少なくとも一部が、長手方向にわたって一方の端部(11)の表面側と接するとともに、一方の端部(11)の第2部位(22)および第4部位(24)の表面側の各面が金属板の裏面側のチューブ内面(13)にそれぞれ接するように形成されており、金属板は、表面側にろう材がクラッドされていることを特徴としている。
このように、一方の端部(11)の第2部位(22)および第4部位(24)の表面側の各面が、金属板の裏面側のチューブ内面(13)にそれぞれ接するようにすることで、チューブ内面(13)となる金属板の裏面側にろう材がクラッドされていなくも、第2部位(22)および第4部位(24)の表面側の各面にろう材がクラッドされているため、第2部位(22)および第4部位(24)をチューブ内面(13)にろう接することができる。同様に、他方の端部(12)の少なくとも一部が、長手方向にわたって一方の端部(11)の表面側、すなわち、ろう材がクラッドされている面と接するようにすることで、他方の端部(12)の少なくとも一部を一方の端部(11)の表面側にろう接することができる。
したがって、チューブに内圧がかかった場合でも、内圧による変形を拘束することができるため、耐圧性を向上させることができる。
また、チューブ内部の流体通路は、第1部位(21)および第3部位(23)によって、少なくとも3つに仕切られている。すなわち、第1部位(21)および第3部位(23)は、チューブ内部の流体通路を仕切る内柱部(200)の役割をしている。したがって、チューブ内部に内柱部(200)が少なくとも2つ設けられていることになるため、耐圧性を向上させることができ、薄肉化が可能となる。
このように、耐圧性を向上させるとともに、薄肉化を可能にすることができる。
また、この場合、金属板の裏面側に犠牲腐食材をクラッドすると、耐食性を向上させることができる。
また、上記特徴の熱交換器用チューブにおいて、金属板の他方の端部(12)が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第5部位(25)を備え、金属板が両端側より裏面側へ折り曲げられることにより、他方の端部(12)の第5部位(25)の表面側が、長手方向にわたって一方の端部(11)の第1部位(21)の表面側と接するように形成されていてもよい。
このように、他方の端部(12)の第5部位(25)の表面側(ろう材がクラッドされている面)が、長手方向にわたって一方の端部(11)の第1部位(2)の表面側と接するようにすることで、チューブ内面(13)となる金属板の裏面側にろう材がクラッドされていなくても、他方の端部(12)の第5部位(25)の表面側を一方の端部(11)の第1部位(21)表面側にろう接することができる。これにより、チューブに内圧がかかった場合でも、内圧による変形を拘束することができるため、耐圧性を向上させることができる。
また、この場合、第5部位(25)の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第6部位(26)を備え、金属板が両端側より裏面側へ折り曲げられることにより、他方の端部(12)の第6部位(26)の表面側の面が、金属板の裏面側のチューブ内面(13)に接するように形成することができる。
このようにすれば、他方の端部(12)の第6部位(26)の表面側の面(ろう材がクラッドされている面)を、金属板の裏面側のチューブ内面(13)にろう接することができる。これにより、チューブに内圧がかかった場合に、内圧による変形をより拘束することができるので、耐圧性をより向上させることができる。
また、この場合、第6部位(26)の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第7部位(27)と、第7部位(27)の端部が裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた第8部位(28)とを備え、金属板が両端側より裏面側へ折り曲げられることにより、他方の端部(12)の第8部位(28)の表面側の面が、金属板の裏面側のチューブ内面(13)に接するように形成することができる。
これにより、チューブ内部の流体通路を、第5部位(25)がろう接された第1部位(21)、第3部位(23)、および第7部位(27)によって4つに仕切ることができる。したがって、チューブ内部の流体通路を仕切る内柱部(200)が3つ設けられていることになるため、耐圧性をより向上させることができ、更なる薄肉化が可能となる。
また、他方の端部(12)の第8部位(28)の表面側の面が、金属板の裏面側のチューブ内面(13)に接するように形成することで、他方の端部(12)の第8部位(28)の表面側の面(ろう材がクラッドされている面)を、金属板の裏面側のチューブ内面(13)にろう接することができる。これにより、チューブに内圧がかかった場合に、内圧による変形をさらに拘束することができるので、耐圧性をさらに向上させることができる。
また、上記特徴の熱交換器用チューブにおいて、金属板における第1部位(21)より幅方向内側には、金属板の板面から裏面側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた段下げ部(291)と、一端側が段下げ部(291)に接続されるとともに他端側が第1部位(21)に接続され、幅方向と略平行に延びる受部(292)とを有する受段部(29)が設けられており、金属板が両端側より裏面側へ折り曲げられることにより、他方の端部(12)の裏面側が、長手方向にわたって受部(292)の表面側と接するように形成されていてもよい。
このように、金属板の他方の端部(12)の裏面側が、長手方向にわたって受部(292)の表面側(ろう材がクラッドされている面)と接するようにすることで、チューブ内面(13)となる金属板の裏面側にろう材がクラッドされていなくても、他方の端部(12)の裏面側を受部(292)の表面側にろう接することができる。これにより、チューブに内圧がかかった場合でも、内圧による変形を拘束することができるため、耐圧性を向上させることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に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)
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図3に基づいて説明する。本第1実施形態は、本発明に係る熱交換器用チューブを車両用エンジンを冷却したエンジン冷却水(熱媒体)と大気(空気)とを熱交換するラジエータ1のチューブ2に適用したものである。図1は本第1実施形態に係るラジエータ1の正面図で、図2は本第1実施形態の要部を示す拡大断面図である。
図1中、チューブ2はエンジン冷却水が流れる管であり、このチューブ2は、空気の流通方向(紙面垂直方向)が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように水平方向に複数本平行に配置されている。
また、チューブ2の両側の扁平面2a(図2参照)には波状に成形されたフィン3が接合されており、このフィン3により空気との伝熱面積を増大させてエンジン冷却水と空気との熱交換を促進している。なお、以下、チューブ2およびフィン3からなる略矩形状の熱交換部をコア部4と呼ぶ。
ヘッダタンク5は、チューブ2の長手方向端部(本実施形態では、上下端)にてチューブ2の長手方向と直交する方向(本実施形態では、水平方向)に延びて複数のチューブ2と連通するもので、このヘッダタンク5は、チューブ2が挿入接合されたコアプレート5aと、コアプレート5aとともにタンク内空間を構成するタンク本体5bとを有して構成されている。なお、本実施形態では、コアプレート5aは金属(例えば、アルミニウム合金)製であり、タンク本体5bは樹脂製である。
また、図2に示すように、コアプレート5aの縁部全周に設けられた凹状の溝部5cにゴム等の弾性材からなるパッキン(図示せず)を配置し、このパッキンにてタンク本体5bとコアプレート5aとの隙間を液密に密閉している。コアプレート5aの周縁部には爪部5dが立設されており、この爪部5dをタンク本体5bの外周縁に形成されたフランジにカシメ固定することによって、タンク本体5bはコアプレート5aに組み付けられている。
コア部4の両端部には、チューブ2の長手方向と略平行に延びてコア部4を補強するインサート6が設けられている。なお、図1中、冷却水流入口7aはエンジンのエンジン冷却水出口側に接続され、冷却水流出口7bはエンジンのエンジン冷却水入口側に接続される。ピン8はラジエータ1を車両ボディ側、つまり、図示しないキャリア(ラジエータサポート又はフロントエンドパネル)に組み付けるための突起部材であり、キャップ9は、加圧式のラジエータキャップであり、プラグ10はラジエータ1からエンジン冷却水を抜くためのドレン口を閉塞する栓である。
次に、本第1実施形態の特徴点であるチューブ2の形状について説明する。図3は、本第1実施形態に係るチューブ2を示す横断面図である。
図3に示すように、例えばアルミニウム製の金属板の幅方向の一方の端部11が、幅方向と交差する長手方向にわたって連続して、金属板の裏面としてのチューブ内面13側にほぼ直角(垂直)に折り曲げられて、第1部位21が形成される。さらに、第1部位21の端部が、さらにチューブ内面13側に長手方向にわたって連続してほぼ直角に折り曲げられて、第2部位22が形成される。さらに、第2部位22の端部が、さらにチューブ内面13側に長手方向にわたって連続してほぼ直角に折り曲げられて、第3部位23が形成される。さらに、第3部位23の端部が、さらにチューブ内面13側に長手方向にわたって連続してほぼ直角に折り曲げられて、第4部位24が形成される。
また、金属板の幅方向の他方の端部12が、長手方向にわたって連続してチューブ内面13側にほぼ直角に折り曲げられて、第5部位25が形成される。
そして、これら第1〜第5部位21〜25が形成された金属板の左右両端側を、チューブ内面13側へ、すなわち反対側の表面14側を外側にして曲げて、他方の端部12の第5部位25の表面14側の面が、一方の端部11の第1部位21の表面14側の面と長手方向にわたって接するとともに、第2部位22および第4部位24の表面14側の各面がチューブ内面13に接するように形成される。これにより、チューブ2の内部は3つの流体通路に分割されている。
この金属板における表面(チューブ表面14となる面)には、ろう材がクラッドされている。また、金属板における裏面(チューブ内面13となる面)には、この金属板よりイオン化傾向が大きい材料で形成された犠牲腐食材がクラッドされている。
以上説明したように、一方の端部11の第2部位22および第4部位24の表面側の各面が、金属板の裏面側のチューブ内面13にそれぞれ接するようにすることで、チューブ内面13となる金属板の裏面側に犠牲腐食材がクラッドされていても、第2部位22および第4部位24の表面側の各面にろう材がクラッドされているため、第2部位22および第4部位24をチューブ内面13にろう接することができる。
同様に、他方の端部12の第5部位25の表面14側の面が、長手方向にわたって一方の端部11の第1部位21の表面14側、すなわち、ろう材がクラッドされている面と接するようにすることで、他方の端部12の第5部位25の表面14側を一方の端部11の第1部位21の表面14側にろう接することができる。したがって、チューブ2に内圧がかかった場合でも、内圧による変形を拘束することができるため、耐圧性を向上させることができる。
また、チューブ2内部の流体通路は、第1部位21および第3部位23によって3つに仕切られている。すなわち、第1部位21および第3部位23は、チューブ内部の流体通路を仕切る内柱部200の役割をしている。したがって、チューブ2内部にこの内柱部200が2つ設けられていることになるため、チューブ2の耐圧性を向上させることができ、薄肉化が可能となる。
このように、耐圧性を向上させるとともに、薄肉化を可能にすることができる。
また、チューブ内面13となる金属板の裏面側に犠牲腐食材をクラッドすることで、チューブ2の耐食性を向上させることができる。
ところで、図8に示す従来の熱交換器用チューブにおいては、1つの内柱部J200によりチューブ内部の流体通路が2つに分割されていた。このとき、内柱部J200は金属板の板厚の4倍の断面積を有しており、この内柱部J200の断面積の分だけ通路断面積が減少し、通路抵抗を上昇させていた。
これに対し、本実施形態では、2つの内柱部200によりチューブ2内部の流体通路を3つに分割しており、このとき2つの内柱部200の断面積の合計は金属板の板厚の3倍となっている。このため、チューブ2内部の通路断面積の減少を抑制して通路抵抗の上昇を抑制しつつ、耐圧性を向上させることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4に基づいて説明する。上記第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図4は、本第2実施形態に係るチューブ2を示す横断面図である。
図4に示すように、金属板における他方の端部12の第5部位25の端部が、チューブ内面13側に長手方向にわたって連続してほぼ直角に折り曲げられて、第6部位26が形成される。そして、第1〜第6部位21〜26が形成された金属板の左右両端側をチューブ内面13側へ折り曲げて、他方の端部12の第6部位26の表面14側の面がチューブ内面13に接するように形成される。
これにより、他方の端部12の第6部位26の表面側14の面、すなわち、ろう材がクラッドされている面を、チューブ内面13にろう接することができる。このため、チューブ2に内圧がかかった場合に、内圧による変形をより拘束することができるので、耐圧性をより向上させることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図5に基づいて説明する。上記第2実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図5は、本第3実施形態に係るチューブ2を示す横断面図である。
図5に示すように、金属板における他方の端部12の第6部位26の端部が、チューブ内面13側に長手方向にわたって連続してほぼ直角に折り曲げられて、第7部位27が形成される。さらに、第7部位27の端部が、さらにチューブ内面13側に長手方向にわたって連続してほぼ直角に折り曲げられて、第8部位28が形成される。そして、第1〜第8部位21〜28が形成された金属板の左右両端側をチューブ内面13側へ折り曲げて、他方の端部12の第8部位28の表面14側の面が、チューブ内面13に接するように形成される。
これにより、チューブ2内部の流体通路を、第5部位25がろう接された第1部位21、第3部位23、および第7部位27によって4つに仕切ることができる。したがって、チューブ2内部の流体通路を仕切る内柱部200が3つ設けられていることになるため、耐圧性をより向上させることができ、更なる薄肉化が可能となる。
また、他方の端部12の第8部位28の表面14側の面が、チューブ内面13に接するように形成することで、他方の端部12の第8部位28の表面14側の面、すなわち、ろう材がクラッドされている面を、チューブ内面13にろう接することができる。これにより、チューブ2に内圧がかかった場合に、内圧による変形をさらに拘束することができるので、耐圧性をさらに向上させることができる。
ところで、図8に示す従来の熱交換器用チューブにおいては、1つの内柱部J200によりチューブ内部の流体通路が2つに分割されていた。このとき、内柱部J200は金属板の板厚の4倍の断面積を有しており、この内柱部J200の断面積の分だけ通路断面積が減少し、通路抵抗を上昇させていた。
これに対し、本実施形態では、3つの内柱部200によりチューブ2内部の流体通路を4つに分割しており、このとき3つの内柱部200の断面積の合計は金属板の板厚の4倍(すなわち、図8の内柱部J200と同一の断面積)となっている。つまり、チューブ2内部の通路断面積の減少量は従来のチューブと変わらないが、内柱部200の数を従来のチューブより2つも多くすることができる。したがって、チューブ2内部の通路断面積の減少を防止して通路抵抗の上昇を防止しつつ、耐圧性を大幅に向上させることができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図6に基づいて説明する。上記第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図6は、本第4実施形態に係るチューブ2を示す横断面図である。
図6に示すように、金属板における第1部位21より幅方向内側には、金属板の板面からチューブ内面13側に長手方向にわたって連続して折り曲げられた段下げ部291と、一端側が段下げ部291に接続されるとともに他端側が第1部位21に接続され、幅方向と略平行に延びる受部292とを有する受段部29が形成される。そして、第1〜第4部位21〜24および受段部29が形成された金属板の左右両端側をチューブ内面13側へ折り曲げて、他方の端部12のチューブ内面13側が、長手方向にわたって受部292の表面14側と接するように形成される。本実施形態では、段下げ部291の高さは金属板の板厚とほぼ同一となっており、チューブ2の扁平面2aがほぼ同一高さとなるようになっている。
以上説明したように、金属板の他方の端部12のチューブ内面13側が、長手方向にわたって受部292の表面14側の面、すなわち、ろう材がクラッドされている面と接するようにすることで、他方の端部12のチューブ内面13側を受部292の表面13側にろう接することができる。これにより、チューブに内圧がかかった場合でも、内圧による変形を拘束することができるため、耐圧性を向上させることができる。
また、本実施形態では、2つの内柱部200によりチューブ2内部の流体通路を3つに分割しており、これら2つの内柱部200の断面積の合計は金属板の板厚の2倍となっている。したがって、チューブ2内部の通路断面積の減少を最小限とし通路抵抗の上昇を最小限としつつ、耐圧性を向上させることができる。
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態では、チューブ内面13となる金属板の裏面側に犠牲腐食材をクラッドしたが、犠牲腐食材をクラッドしなくてもよい。
第1実施形態に係るラジエータ1の正面図である。 第1実施形態の要部を示す拡大断面図である。 第1実施形態に係るチューブ2を示す横断面図である。 第2実施形態に係るチューブ2を示す横断面図である。 第3実施形態に係るチューブ2を示す横断面図である。 第4実施形態に係るチューブ2を示す横断面図である。 従来のチューブを示す横断面図である。 他の従来のチューブを示す横断面図である。 更に他の従来のチューブを示す横断面図である。
符号の説明
11…一方の端部、12…他方の端部、13…チューブ内面、21…第1部位、22…第2部位、23…第3部位、24…第4部位、25…第5部位、26…第6部位、27…第7部位、28…第8部位、29…受段部、291…段下げ部、292…受部。

Claims (6)

  1. 金属板における幅方向の一方の端部(11)が前記幅方向と交差する長手方向にわたって連続して前記金属板の裏面側に折り曲げられた第1部位(21)と、
    前記第1部位(21)の端部が前記裏面側に前記長手方向にわたって連続して折り曲げられた第2部位(22)と、
    前記第2部位(22)の端部が前記裏面側に前記長手方向にわたって連続して折り曲げられた第3部位(23)と、
    前記第3部位(23)の端部が前記裏面側に前記長手方向にわたって連続して折り曲げられた第4部位(24)とを備え、
    前記金属板が両端側より前記裏面側へ折り曲げられることにより、前記金属板の他方の端部(12)の少なくとも一部が、前記長手方向にわたって前記一方の端部(11)の表面側と接するとともに、前記一方の端部(11)の前記第2部位(22)および前記第4部位(24)の前記表面側の各面が前記金属板の裏面側のチューブ内面(13)にそれぞれ接するように形成されており、
    前記金属板は、前記表面側にろう材がクラッドされていることを特徴とする熱交換器用チューブ。
  2. 前記金属板は、前記裏面側に犠牲腐食材がクラッドされていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器用チューブ。
  3. 前記金属板の前記他方の端部(12)が前記裏面側に前記長手方向にわたって連続して折り曲げられた第5部位(25)を備え、
    前記金属板が両端側より前記裏面側へ折り曲げられることにより、前記他方の端部(12)の前記第5部位(25)の前記表面側が、前記長手方向にわたって前記一方の端部(11)の前記第1部位(21)の前記表面側と接するように形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器用チューブ。
  4. 前記第5部位(25)の端部が前記裏面側に前記長手方向にわたって連続して折り曲げられた第6部位(26)を備え、
    前記金属板が両端側より前記裏面側へ折り曲げられることにより、前記他方の端部(12)の前記第6部位(26)の前記表面側の面が、前記金属板の裏面側の前記チューブ内面(13)に接するように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器用チューブ。
  5. 前記第6部位(26)の端部が前記裏面側に前記長手方向にわたって連続して折り曲げられた第7部位(27)と、
    前記第7部位(27)の端部が前記裏面側に前記長手方向にわたって連続して折り曲げられた第8部位(28)とを備え、
    前記金属板が両端側より前記裏面側へ折り曲げられることにより、前記他方の端部(12)の前記第8部位(28)の前記表面側の面が、前記金属板の裏面側の前記チューブ内面(13)に接するように形成されていることを特徴とする請求項4に記載の熱交換器用チューブ。
  6. 前記金属板における前記第1部位(21)より前記幅方向内側には、前記金属板の板面から前記裏面側に前記長手方向にわたって連続して折り曲げられた段下げ部(291)と、一端側が前記段下げ部(291)に接続されるとともに他端側が前記第1部位(21)に接続され、前記幅方向と略平行に延びる受部(292)とを有する受段部(29)が設けられており、
    前記金属板が両端側より前記裏面側へ折り曲げられることにより、前記他方の端部(12)の前記裏面側が、前記長手方向にわたって前記受部(292)の前記表面側と接するように形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器用チューブ。
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