JP2009109183A - 熱交換器用チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の加圧による膨張に対する抵抗力が優れた熱交換器用チューブを提供する。
【解決手段】金属板11を折り曲げて形成される熱交換器用チューブ10であって、金属板11の一方の端部13は、折曲げ後に、曲線的な輪郭を有する隔壁12を形づくるようになっている熱交換器用チューブにおいて、隔壁12の曲線的な輪郭が、第１の環状部12aと、第１の環状部12aの内側で終端する第２の環状部12bからなる環状の部分を含むようにする。本発明のチューブは、フラットチューブを用いる自動車用熱交換器に適用しうる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器用チューブに関する。

本発明は、特に、フラットチューブを備える熱交換器に適用すると有利である。このような熱交換器は、特に、自動車の空調システム内のエバポレータ、コンデンサ、もしくはヒータ、またはエンジン冷却サイクルにおけるラジエータに用いられている。

自動車用のフラットチューブ式熱交換器は、互いに平行に並べたフラットチューブの束を、１列または複数の列にして配置している。これらのチューブは、冷媒（エンジン冷却サイクルにおけるラジエータの場合には、グリコール類を添加した水）を、熱交換器内で循環させるためのものである。

エンジンを冷却した水は、加熱されているため、冷却サイクルを経由する間に、冷却される必要がある。ラジエータの役割は、この機能を果たすことである。このため、グリコール類を添加された水は、ラジエータのチューブ内を循環し、ブロワまたはファンによって送り込まれる外気との間で、熱交換を行うことによって冷却される。冷媒の熱交換は、チューブの束に隣接して配置される熱交換器の部品との間でも行われ、熱交換の効果は増幅される。

ヒータの場合、空気中に放散された熱エネルギーは、自動車の車室を暖房するために、公知の空調機を介して回収される。

熱交換器の鑞接による組立て技術を用いて、チューブは、熱交換器の部品（チューブ間に配置されるスペーサまたはフィン）に鑞接される。このスペーサは、一般に、波打った形状をしており、一方、チューブは、この波形スペーサの頂部に鑞接される。鑞接によって組み立てられたチューブとスペーサのアセンブリにおける各チューブの端部には、冷却サイクルの他の部分の導管に連結された冷媒の回収ボックスが取り付けられる。

フラットチューブは、押出し成形、鑞接、折曲げ加工等の種々の方法によって得ることができる。本発明は、このうち、冷媒（水を想定している）の循環路を区画するために、フラットチューブを、「ストリップ」と呼ばれる細長い金属板の折曲げ加工によって形成する技術に関する。ストリップの基材（別名「コア」）は、概ねアルミニウム合金から形成される。

特許文献１は、ストリップを折り曲げて形成される隔壁が、概ね半円形の曲線を描くよう、予め端部の形状が調整されたストリップから形成される、隔壁を有するフラットチューブを提案している。

しかし、上記のフラットチューブは、組立てが簡便である等の利点を有する一方で、冷媒によって加圧されたときに、膨張に対する抵抗力が弱いという欠点がある。すなわち、隔壁は、円弧状の曲線的な形状であるため、可撓性を有することとなり、冷媒の圧力によって、隔壁が開放したり、チューブが膨張しやすくなる。

隔壁が開放すると、隔壁の両側に位置する２つの冷媒循環路の対称性が失われる。しかし、熱交換器が作動状態にあろうと、そうでなかろうと、両冷媒循環路の断面積は、互いに等しくなければならない。

また、冷媒の圧力によってチューブが膨張すると、特にチューブの湾曲部分、およびチューブの折曲げによって形成されるフラット部同士の軸方向に延びる接合部分の複数の箇所に、歪みがもたらされる。

さらに、チューブの膨張と収縮の繰返しにより、チューブの金属疲労が加速される。

まとめて言うと、フラットチューブが膨張する結果として生ずる現象は、すべて、熱交換器の抵抗力を低下させ、液密性が失われることにつながる。
国際公開第０３／０４６４５６号パンフレット

本発明は、ストリップの幅の制約や、隔壁の両面のうちの一方に、鑞接材料によってコーティングを施さねばならない等の制約から解放されるという長所を保持しつつ、冷媒の加圧によるチューブの膨張と関連する上記の欠点を解消しうるようにした、世界的に求められている熱交換器用チューブを提供することを目的としている。

本発明によれば、上記の目的は、金属板を折り曲げて形成される熱交換器用チューブであって、前記金属板の一方の端部は、折曲げ後に、曲線的な輪郭を有する隔壁を形づくるようになっている熱交換器用チューブにおいて、前記隔壁の曲線的な輪郭は、環状の部分を有し、かつ前記隔壁は、自己に対して、閉じられるようになっていることを特徴とする熱交換器用チューブによって実現される。上記の特徴は、隔壁として働く金属板の端部が、Ｕ字形に折り曲げられた部分の間に、サンドイッチ状に挟まれ、かつＵ字形に折り曲げられた部分は、コーティング層を介することなく、チューブの内面に当接し、しかも、チューブの膨張に対する抵抗力が強くなるよう、鑞材を延展させることを意味する。

後述するように、本発明に係るチューブの環状部分を含む隔壁をついて、チューブの内面に対する第１の鑞接と、隔壁自体に対する第２の鑞接を行うことができる。本発明によれば、隔壁が開放するおそれはないため、チューブの膨張に対する隔壁の抵抗力は、大幅に増加する。

上記のような本発明の効果は、金属板の両面に鑞接層を形成しなくても得られる。すなわち、金属板の一方の面に鑞接層を形成すれば、本発明の効果を奏することができる。なお、金属板のもう一方の面には、チューブ内面の腐食を抑制する材料を塗布することができる。

本発明の一実施形態によれば、隔壁の環状の部分は、第１の環状部と、この第１の環状部の内側で終端する第２の環状部とからなっている。

本発明の他の実施形態によれば、前記隔壁の第１の環状部と第２の環状部は、概ね円弧状の輪郭を有し、これら２つの環状部においては、金属板の厚さは一定である。

冷媒循環路の断面積を一定にするには、チューブの厚さを調整して、隔壁の大きさを定める。

隔壁の第２の環状部の厚さは、チューブの厚さ（第１の環状部の厚さ）よりも小さくするのが好ましい。この外、隔壁の第２の環状部の厚さを、チューブの厚さよりも小さくし、かつ隔壁の先端部の厚さを、第２の環状部の厚さよりも小さくすることもできる。

本発明によれば、ストリップの幅の制約や、隔壁の両面のうちの一方に、鑞接材料によってコーティングを施さねばならない等の制約から解放されるという長所を保持しつつ、冷媒の加圧によるチューブの膨張に対する抵抗力が強い熱交換器用チューブが提供される。

本発明に係るチューブの構成および製造方法、ならびに必要な場合には、本発明の技術的範囲も、以下の添付図面を参照して行なう実施形態の説明から理解しうると思う。

図１は、自動車の空調システム内のエバポレータ、コンデンサ、ヒータ、およびエンジン冷却サイクルにおけるラジエータ等に用いられる熱交換器用のチューブ（フラットチューブ）10の一部の断面を示す。

チューブ10は、融点が６３０〜６６０℃である1000番台、3000番台、6000番台、および7000番台のアルミニウム合金の基材（コア）からなるストリップ11を折曲げ加工することによって得られる。

ストリップ11を折曲げ加工する前に、折曲げ後にチューブ10の外面となる第１の面111に、コーティング層（「クラッド」とも呼ばれる）21が形成される。コーティング層21は、融点が５７７℃よりも高く、かつコアの融点よりも低い4000番台のアルミニウム合金からなっている。

コーティング層21とは、溶融炉の中で塗布した材料が溶融することにより、部品（特にフラットチューブとスペーサ）がすでに組み立てられている熱交換器の抵抗力を確保する、厳密な意味での鑞接層を意味する。コーティング層21は、図では、太線で示してある。

ストリップ11の第２の面（折曲げ後にチューブ10の内面となってチューブの容量を規定する）112には、コアの厚さ方向における腐食の伝播速度を遅らせることができる材料からなる保護層22が形成されている。保護層22の材料（特に、アルミニウム合金またはケイ素合金からなるもの）の融点は、コーティング層（またはクラッド）のそれよりも高い。保護層22は、図１では破線で示されている。

図１に示すように、ストリップ11の端部13の形状は、折曲げ加工後に、２つの冷媒循環路31,32を区画する隔壁12を形成するように調整されている。

隔壁12は、概ね半円形の第１の環状部12aと、同様に半円形で、かつ第１の環状部12aの内側で終端するようになっている第２の環状部12bとからなる湾曲部を介して、自己に対して閉じられている。第１および第２の環状部12a,12bにおける円弧のなす角度は、概ね１８０°である。

隔壁12は、２つの領域、すなわち、点Ａを中心とする第１の領域と、点Ｂを中心とする第２の領域で鑞接することもできる。第１の領域においては、隔壁12が、チューブ10の内面112に鑞接され、他方、第２の領域においては、隔壁12の第２の環状部12bの端部が、第１の環状部12aの内面に鑞接される。

隔壁12は、チューブ10の外面から始まって、順に、チューブの内面に向かって時計回りに４５°折り曲げられた第１の折曲げ部40、第１のフラット部42、反時計回りに４５°折り曲げられた第２の折曲げ部43、およびストリップのもう一方の端部が当接することとなる第２のフラット部44を有している。第２のフラット部44は、１８０°湾曲している隔壁の第１の環状部12aに連なっている。第１の環状部12aに続いて、第３のフラット部45が形成されている。第３のフラット部45の外面は、チューブ10の内面に当接している。第３のフラット部45は、隔壁の第１の環状部12aおよび第２の環状部12bと連なっている。

隔壁12の曲線形状は、時計回りに１８０°曲がっている第２の環状部12bを経て、第２のフラット部44と第３のフラット部45の間にサンドイッチ状に挟まれたストリップの（第４のフラット部）端部46で終っている。

隔壁12は、冷媒の圧力およびチューブの膨張に耐えうるものであり、公知のチューブに見られるような隔壁の開放は、阻止されることが分かると思う。したがって、冷媒循環路31,32は確保され、チューブの他の要素に歪みが生ずることもない。

冷媒循環路31,32の断面積を一定にしたいときには、隔壁12の第１の環状部12aと第２の環状部12bにおける厚さを調整すればよい。

図２ａに示す第１の実施形態においては、隔壁12の第２の環状部12b（またはストリップの端部）は、一定の厚さｅ₂を有する。この厚さｅ₂は、チューブ10の厚さ（すなわち、第１の環状部12aの厚さ）ｅ₁よりも小さい。よって、ストリップ11の端部13には、厚さｅ₁とｅ₂の間で段差が形成されている。

図２ｂに示す第２の実施形態においては、隔壁12の端部の厚さｅ₃は、第２の環状部12bの厚さｅ₂よりも小さい。一方、チューブ10の厚さ（すなわち、第１の環状部12aの厚さ）ｅ₁は、第２の環状部12bの厚さｅ₂よりも大きい。したがって、ストリップ11の端部13には、厚さｅ₁およびｅ₂の間、ならびに厚さｅ₂およびｅ₃の間で段差が形成されている。

厚さｅ₁、ｅ₂、およびｅ₃の大きさは、次の通りである。
０．１mm≦ｅ₁≦０．４mm
０．０５mm≦ｅ₂≦０．４mm
０．０５mm≦ｅ₃≦０．４mm

ｅ₁＝ｅ₂＝ｅ₃のときには、冷媒循環路31,32の断面積は、一定にはならない。

第１の実施形態（ｅ₃＝ｅ₂＜ｅ₁）、または第２の実施形態（ｅ₃＜ｅ₂＜ｅ₁）のように、ストリップの厚さを調整すれば、冷媒循環路31,32の断面積は一定になる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器用チューブの一部の断面図である。 本発明に係る熱交換器用チューブの材料となるストリップの厚さの一例を示す断面図である。 同じく、ストリップの厚さの他の例を示す断面図である。

符号の説明

10 チューブ（フラットチューブ）
11 ストリップ
12 隔壁
21 コーティング層
22 保護層
12a 第１の環状部
12b 第２の環状部
31,32 冷媒循環路
40 第１の折曲げ部
42 第１のフラット部
43 第２の折曲げ部
44 第２のフラット部
45 第３のフラット部
46 第４のフラット部（ストリップの端部）
111 チューブの外面
112 チューブの内面

Claims (10)

1. 金属板(11)を折り曲げて形成される熱交換器用チューブ(10)であって、前記金属板(11)の一方の端部(13)は、折曲げ後に、曲線的な輪郭を有する隔壁(12)を形づくるようになっている熱交換器用チューブにおいて、前記隔壁(12)の曲線的な輪郭は、環状の部分を有し、かつ前記隔壁(12)は、自己に対して、閉じられるようになっていることを特徴とする熱交換器用チューブ。
2. 前記隔壁(12)の環状の部分は、第１の環状部(12a)と、この第１の環状部(12a)の内側で終端する第２の環状部(12b)とからな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. 前記隔壁(12)の第１の環状部(12a)と第２の環状部(12b)は、概ね円弧状の輪郭を有することを特徴とする請求項２に記載の熱交換器用チューブ。
4. 前記隔壁(12)の第２の環状部(12b)は、チューブの内面に鑞接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. 前記隔壁(12)の第２の環状部(12b)は、前記第１の環状部(12a)の始点を区画する第２のフラット部(44)に鑞接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. 前記隔壁(12)の第１の環状部(12a)は、１８０°湾曲しているとともに、第２のフラット部(44)および第３のフラット部(45)によって区画されており、この第３のフラット部(45)は、１８０°湾曲している第２の環状部(12b)を経て、第４のフラット部(46)に連なっており、この第４のフラット部(46)は、前記第２のフラット部(44)および第３のフラット部(45)の間に、サンドイッチ状に挟まれていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。
7. 前記隔壁(12)の第２の環状部(12b)の厚さ(ｅ₂)は、チューブ(10)の厚さ(ｅ₁)よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。
8. 前記隔壁(12)の第２の環状部(12b)の厚さ(ｅ₂)は、第１の環状部(12a)の厚さ(ｅ₁)よりも小さく、かつ隔壁(12)の先端部の厚さ(ｅ₃)は、第２の環状部(12b)の厚さ(ｅ₂)よりも小さいことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。
9. チューブ(10)の外面(111)は、鑞接層(21)によって覆われ、かつチューブ(10)の容積を規定する内面(112)は、腐食防止用の保護層(22)によって覆われていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器用チューブ。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の熱交換器用チューブ内を循環する冷媒と、外気との間で、熱交換を行うようになっている熱交換器。

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