JP2009229024A - 熱交換器用チューブ - Google Patents

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Abstract

【課題】チューブ内部に接合面を有する熱交換器用チューブにおいて、未ろう付け部を容易に検出可能とする。
【解決手段】内部を流体が流通するとともに、二つの板状部21、22が互いに対向配置されて構成される熱交換器用チューブにおいて、二つの板状部21、22のうち少なくとも一方の板状部21におけるチューブ内方側の面に、ろう付けにより接合される接合面を設け、少なくとも一方の板状部21における接合面が設けられている部位に、当該少なくとも一方の板状部21の他の部位より板厚の薄い薄肉部を設ける。
【選択図】図2

Description

本発明は、熱交換器に用いられて熱交換のための流体が内部を流れる熱交換器用チューブに関し、冷凍サイクルの凝縮器に用いて好適である。
従来、熱交換器用チューブとして、チューブを構成する板状部同士を部分的にろう付けにより接合して、チューブの内部に複数の流路を形成したものがある(例えば、特許文献1参照)。
上記のような熱交換器用チューブを、チューブ内部を流れる流体が高圧になる熱交換器(例えば、冷凍サイクルの凝縮器)に適用する場合、耐圧性および繰り返し加圧に対する耐久性が要求される。
ここで、チューブの耐圧性を保証するための検査方法として、ろう付け後のチューブの内部を所定圧力で加圧することで未ろう付け部の有無を検査する、いわゆる静圧検査法がある。この静圧検査法は、チューブの内部に未ろう付け部が存在すると、その未ろう付け部でチューブが加圧により膨張変形することから、その膨張変形の有無を調べることで、未ろう付け部の有無を調べる検査方法である。
また、チューブの繰り返し加圧に対する耐久性を保証する検査として、所定の検査用圧力での加圧を繰り返して行う加圧繰り返し法がある。
特開2004−3787号公報
ところで、チューブの内部にある接合面の一部が正常にろう付けされていない場合、未ろう付け部の領域の大きさによっては、静圧破壊に対しては十分な強度があるが、加圧を繰り返すことで疲労破壊してしまうという状況が発生する。
しかしながら、このような状況を、上記した静圧検査法や加圧繰り返し法のようにチューブを分解することなく外部から目視等により検出することは難しく、有効な検査方法が存在しないという問題がある。
本発明は、上記点に鑑み、チューブ内部に接合面を有する熱交換器用チューブにおいて、未ろう付け部を容易に検出可能とすることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、二つの板状部(21、22)のうち少なくとも一方の板状部(21)におけるチューブ内方側の面は、ろう付けにより接合される接合面を有しており、少なくとも一方の板状部(21)における接合面が設けられている部位には、当該少なくとも一方の板状部(21)の他の部位より板厚の薄い薄肉部が設けられていることを特徴としている。
接合面が正常にろう付けされている場合、接合面はチューブ内部を流通する流体(以下、内部流体という)の圧力を直接受けることはないが、接合面がろう付けされていない、すなわちろう付け不良が発生した場合、接合面は内部流体の圧力を直接受けることになる。つまり、接合面は、正常にろう付けされていない場合に初めて内部流体の圧力を受ける受圧面(300)となる。
そして、少なくとも一方の板状部(21)における接合面が設けられている部位には薄肉部が設けられているので、少なくとも一方の板状部(21)における接合面が設けられている部位の機械的強度は他の部位より低くなっている。このため、接合面がろう付けされていない場合、接合面が内部流体の圧力を受けるので、機械的強度の低い部位、すなわち少なくとも一方の板状部(21)における薄肉部が設けられている部位から破断する。これにより、ろう付け不良を検出することができる。このとき、チューブ(11)を分解する必要がないため、未ろう付け部を容易に検出することが可能となる。
また、請求項2に記載の発明のように、二つの板状部(21、22)のうち少なくとも一方の板状部(21)には、他方の板状部(22)に当接してろう付けされる基板部(24)と、基板部(24)から他方の板状部(22)と反対側に突き出す形状の突出部(25)とが形成されており、突出部(25)と他方の板状部(22)との間に、流体が流れる流路部(26)が構成されており、基板部(24)における他方の板状部(22)に当接する面が接合面になっていてもよい。
また、請求項3に記載の発明のように、基板部(24)の板厚を突起部(25)の板厚より薄くすることによって薄肉部が構成されていていてもよい。
また、請求項4に記載の発明のように、基板部(24)には、切り欠き部(27)が設けられており、基板部(24)の厚さ方向において切り欠き部(27)を含む部位が、薄肉部として構成されていてもよい。
また、請求項5に記載の発明では、筒状部材(4)におけるインナーフィン(5)がろう付けされる部位には、筒状部材(4)の他の部位より板厚の薄い薄肉部が設けられていることを特徴としている。
筒状部材(4)とインナーフィン(3)とが正常にろう付けされている場合、筒状部材(4)におけるインナーフィン(3)との接合面は内部流体の圧力を直接受けることはないが、接合面がろう付けされていない、すなわちろう付け不良が発生した場合、接合面は内部流体の圧力を直接受けることになる。つまり、筒状部材(4)におけるインナーフィン(3)との接合面は、正常にろう付けされていない場合に初めて内部流体の圧力を直接受ける受圧面(600)となる。
このとき、筒状部材(4)の薄肉部の機械的強度は、筒状部材(4)の他の部位より低くなっているので、筒状部材(4)におけるインナーフィン(3)との接合面が内部流体の圧力を直接受けると、筒状部材(4)の薄肉部に応力が集中する。このため、チューブ(11)は薄肉部から破断し、これによりろう付け不良を検出することができる。このとき、チューブ(11)を分解する必要がないため、未ろう付け部を容易に検出することが可能となる。
また、請求項6に記載の発明のように、筒状部材(4)におけるインナーフィン(5)がろう付けされる部位には、切り欠き部(40)が設けられており、筒状部材(4)の厚さ方向において切り欠き部(40)を含む部位が、薄肉部として構成されていてもよい。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1〜図4に基づいて説明する。図1は本第1実施形態による熱交換器用チューブを適用した熱交換器10の全体構造を示す斜視図である。
図1に示すように、熱交換器10は、冷凍サイクルの圧縮機(図示せず)から吐出された高温高圧の冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を凝縮させるものである。具体的には、冷媒が流れる冷媒通路を構成する複数の扁平状チューブ11と、複数のコルゲートフィン(以下フィンと略す)12との組み合わせからなる熱交換部13を有し、この熱交換部13のチューブ長手方向両端部にタンク部14、15を配置する構成になっている。
タンク部14、15は、チューブ11に対する冷媒の分配と集合とを行うものである。両タンク部14、15の長手方向両端部には、両タンク部14、15を結合して熱交換器10の矩形状の外形を保持するサイドプレート16、17がチューブ11と平行にそれぞれ配置されている。これらの複数のチューブ11、複数のフィン12および両タンク部14、15は一体ろう付けにより接合されている。
両タンク部14、15は、ろう材(溶加材)がクラッド(被覆)されたアルミニウム系材料からなる円筒状容器である。両タンク部14、15には、両タンク部14、15の長手方向に並んで形成された複数の挿入穴(図示せず)から複数のチューブ11の両端部が挿入されている。
一方のタンク部14のうち長手方向一端側(図1の下端側)部位には、冷凍サイクルの圧縮機(図示せず)から吐出された高温高圧の冷媒をタンク内部に導入するための入口配管(図示せず)が接続される接続ブロック14aがろう付けにより接合されている。一方のタンク部14の長手方向一端部(図1の下端部)には、熱交換器10を車体に取り付けるための係合突起14bが設けられている。
他方のタンク部15のうち長手方向一端側(図1の上端側)部位には、タンク内部から冷凍サイクルの膨張弁(図示せず)側へ液相冷媒を流出させるための出口配管(図示せず)が接続される接続ブロック15aがろう付けにより接合されている。他方のタンク部15の長手方向他端部(図1の下端部)には、熱交換器10を車体に取り付けるための係合突起15bが設けられている。
図2は本第1実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を含む斜視図で、図3は図2のA−A断面図である。図2、3に示すように、チューブ11は、チューブ長手方向Xに冷媒が流れるものであり、チューブ長手方向Xと直交する横断面でのチューブ11の形状は細長い略扁平形状である。
チューブ11は、板状部材によって構成されている。具体的には、チューブ11は、例えば1枚の板状部材を中央部で折り曲げることで、第1板状部21および第2板状部22を短径方向Yにおいて並行に対向させ、長径方向Zの一端部にカシメ部23を形成することによって構成されている。なお、1枚の板状部材に限らず、2枚の板状部材によってチューブ11を形成してもよい。
互いに対向する第1、第2板状部21、22には、平坦な基板部24と、基板部24から外方に向けて突出する突出部25とが形成されている。そして、第1、第2板状部21、22の基板部24同士が当接してろう付け接合されており、第1、第2板状部21、22の突出部25同士の間に空間が形成されており、互いに対向する突出部25によって、冷媒が流れる冷媒流路部26が構成されている。第1、第2板状部21、22の基板部24同士の接合部には、図3のF部に示されるようなフィレット(ろう材の固まり)が形成され、第1、第2板状部21、22の基板部24が強固にろう接される。
本実施形態では、基板部24同士が当接してろう付け接合されている部分および冷媒流路部26はチューブ長手方向Xに平行に延びている。基板部24と突出部25は、長径方向Zに交互に複数配置されている。なお、基板部24のチューブ内方側の面、すなわち基板部24における他の基板部24が接合される面が、本発明の接合面に相当している。そして、基板部24が、本発明の「少なくとも一方の板状部21における接合面が設けられている部位」に相当している。
基板部24と突出部25とは、チューブ11を形成する板状部材のうち突出部25となる部分を基板部24となる部分よりも打ち出すことによって形成される。なお、これとは逆に、チューブ11を形成する板状部材のうち基板部24となる部分を打ち出すことで、基板部24と突出部25とを形成してもよい。
また、基板部24の板厚は、突出部25の板厚より薄くなっている。すなわち、基板部24は、第1、第2板状部21、22の他の部位より板厚が薄くなっている。したがって、基板部24が、本発明の薄肉部に相当している。
続いて、本実施形態におけるチューブ11の製品品質(耐圧性および繰り返し加圧に対する耐久性)を保証するための検査の方法について説明する。
チューブの耐圧性を保証するための検査方法としては、上記背景技術の欄で説明した静圧検査法がある。また、チューブの繰り返し加圧に対する耐久性を保証する検査としては、上記背景技術の欄で説明した加圧繰り返し法がある。静圧検査法および加圧繰り返し法のいずれにおいても、チューブ11の内部に所定圧力の検査流体を導入することにより、チューブ11の内部を加圧している。
第1、第2板状部21、22の基板部24同士が正常にろう付けされている場合、図3に示すように、第1、第2板状部21、22の基板部24の接合部にはフィレットが形成されている。このため、チューブ11の内部に所定圧力の検査流体を導入したとき、チューブ11の内壁面、すなわち突出部25のチューブ内方側の面およびフィレットの冷媒流路部26に対向する面が、検査流体の圧力を受ける受圧面30となっている。したがって、第1、第2板状部の基板部24の接合面が検査流体の圧力を直接受けることはない。
図4は、本第1実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を示す拡大断面図で、(a)は部分的にろう付け不良が発生している状態を示しており、(b)は(a)のチューブ11が破断した状態を示している。
第1、第2板状部21、22の基板部24同士が部分的にろう付けされていない場合、図4(a)に示すように、基板部24のチューブ内方側の面における未ろう付け部分にはフィレットが形成されていない。このため、チューブ11の内部に所定圧力の検査流体を導入したとき、基板部24のチューブ内方側の面における未ろう付け部分は、検査流体の圧力を受ける受圧面300となる。
このとき、基板部24の板厚が突出部25の板厚より薄くなっている、すなわち基板部24は突出部25より機械的強度が弱くなっている。したがって、チューブ11内に検査流体を導入した際に、基板部24のチューブ内方側の面における未ろう付け部分は検査流体の圧力を直接受けるが、基板部24は機械的強度が低いので、チューブ11はその部分から破断する(図4(b)参照)。これにより、ろう付け不良を検出することができる。
以上説明したように、基板部24の板厚を突出部25の板厚より薄くすることで、第1、第2板状部21、22基板部24同士がろう付けされていない場合に、基板部24のチューブ内方側の面における未ろう付け部分が検査流体の圧力を受け、基板部24における未ろう付け部分から破断するので、これによりろう付け不良を検出することができる。このとき、チューブ11を分解する必要がないため、未ろう付け部を容易に検出することが可能となる。
なお、基板部24は突出部25より板厚が薄くなっているが、基板部24はろう付けがされていない場合に初めて受圧面300となるため、正常にろう付けが行われている製品としては強度上問題がない。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図5に基づいて説明する。図5は、本第2実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を示す拡大断面図で、(a)は正常にろう付けが行われている状態を示しており、(b)はろう付け不良が発生している状態を示している。
図5(a)に示すように、本実施形態では、基板部24の板厚と突出部25の板厚とが、略同一になっている。また、第1、第2板状部21、22のうち、一方の板状部(本実施形態では第2板状部22)の基板部24には、チューブ内方側の面からチューブ外方側に向かって切り欠いた切り欠き部27が形成されている。切り欠き部27は、図5(a)中の紙面垂直方向、すなわちチューブ長手方向Xに延びている。切り欠き部27は、例えば、基板部24および突出部25等が形成される前の板状部材を切削する等によって形成される。
基板部24に切り欠き部27を設けることで、基板部24の厚さ方向において切り欠き部27を含む部位が薄肉部として構成されるようにしている。つまり、切り欠き部27の分だけ基板部24の厚さが薄くなり、薄肉部が構成されている。
したがって、図5(b)に示すように、第1、第2板状部21、22の基板部24同士が正常にろう付けされていない場合、基板部24のチューブ内方側の面が検査流体の圧力を受ける受圧面300となり、薄肉部、すなわち基板部24のうち切り欠き部27が形成されている部分に応力が集中する。このため、チューブ11は薄肉部から破断し、これによりろう付け不良を検出することができる。このとき、チューブ11を分解する必要がないため、未ろう付け部を容易に検出することが可能となる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図6および図7に基づいて説明する。図6は、本第3実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を示す断面図である。
図6に示すように、チューブ11は、チューブ11の外殻を構成し、冷媒流れ方向に直交する断面が扁平形状に形成された筒状部材4と、筒状部材4内に設けられ、冷媒との伝熱面積を増大させるインナーフィン5とから構成されている。筒状部材4とインナーフィン5は、一枚の板状部材から形成されている。このため、筒状部材4の板厚とインナーフィン5の板厚が同等になっている。ここで、板状部材として例えばアルミニウム合金を用いることができる。
筒状部材4は、短径方向において並行に対向する第1平板部41および第2平板部42と、長径方向においてそれぞれ外側に突出し円弧状に形成された第1円弧状湾曲部43および第2円弧状湾曲部44から構成されている。
また、インナーフィン5の両端部は、筒状部材4内部において第1、第2円弧状湾曲部43、44の内周面に沿って密接するように形成されている。具体的には、インナーフィン5の両端部は、第1、第2円弧状湾曲部43、44の同心円状に湾曲して形成されている。また、インナーフィン5の両端部を除く部位は、冷媒流れ方向と略平行な平面部51と、隣接する平面部51間を繋ぐ頂部52とを有するように波形状に形成されている。そして、頂部52が第1、第2平板部41、42と接するように形成されている。
筒状部材4は、筒状部材4の長径方向における一端側(紙面左側)の第1円弧状湾曲部43において、第1湾曲部46と第2湾曲部47とを重ねた状態でろう付け接合して形成されている。筒状部材4とインナーフィン5は、一枚の板状部材からなっているので、筒状部材4の第1湾曲部46と接合される第2湾曲部47は、インナーフィン5の一端部を兼ねている。その結果、インナーフィン5の一端部は、第1円弧状湾曲部43における第1湾曲部46と密接することとなる。また、インナーフィン5の長径方向における他端部(紙面右側)は、第2円弧状湾曲部44と密接している。
図7は図6のB部拡大図で、(a)は正常にろう付けが行われている状態を示しており、(b)はろう付け不良が発生している状態を示している。図7(a)に示すように、筒状部材4におけるインナーフィン5がろう付けされている部位には、切り欠き部40が設けられている。本実施形態では、切り欠き部40は、第2平板部42のチューブ内方側の面に設けられている。
筒状部材4に切り欠き部40を設けることで、筒状部材4の厚さ方向において切り欠き部40を含む部位が薄肉部として構成されるようにしている。つまり、切り欠き部40の分だけ筒状部材4の厚さが薄くなり、薄肉部が構成されている。
続いて、本実施形態におけるチューブ11の製品品質(耐圧性および繰り返し加圧に対する耐久性)を保証するための検査の方法について説明する。
筒状部材4とインナーフィン5とが正常にろう付けされている場合、筒状部材4とインナーフィン5との接合部には、図7のF部に示されるようなフィレットが形成されている。このため、チューブ11の内部に所定圧力の検査流体を導入したとき、筒状部材4のチューブ内方側の面、インナーフィン5およびフィレットの冷媒流路部48(図6参照)に対向する面が、検査流体の圧力を受ける受圧面60となっている。したがって、筒状部材4におけるインナーフィン5との接合面が検査流体の圧力を直接受けることはない。
一方、筒状部材4とインナーフィン5とが正常にろう付けされていない場合、図7(b)に示すように、筒状部材40のチューブ内方側の面におけるインナーフィン5とろう付けされるはずだった部位(以下、接合予定部という)にはフィレットが形成されていない。このため、チューブ11の内部に所定圧力の検査流体を導入したとき、筒状部材4の接合予定部は、検査流体の圧力を受ける受圧面600となる。
このとき、筒状部材4の薄肉部、すなわち筒状部材4における切り欠き部40が形成されている部位の機械的強度は、筒状部材4の他の部位より低くなっている。このため、チューブ11内に検査流体を導入した際に、筒状部材4の接合予定部は検査流体の圧力を直接受けるが、機械的強度の低い薄肉部に応力が集中する。このため、チューブ11は薄肉部から破断し、これによりろう付け不良を検出することができる。そして本実施形態では、チューブ11を分解する必要がないため、未ろう付け部を容易に検出することが可能となる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図8に基づいて説明する。図8は、本第4実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を示す拡大断面図で、図7に対応している。
図8に示すように、本実施形態では、切り欠き部40は、第2平板部42のチューブ外方側の面に設けられている。このため、筒状部材4の厚さ方向において切り欠き部40を含む部位が薄肉部として構成されるようになっている。これにより、上記第3実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
(他の実施形態)
なお、上記第1、第2実施形態では、第1、第2板状部21、22ともに基板部24および突出部25を形成した例について説明したが、これに限らず、第1、第2板状部21、22のうちいずれか一方にのみ基板部24および突出部25を形成し、他方を平板状に形成してもよい。
また、上記第2実施形態では、第1、第2板状部21、22のうち一方の板状部にのみ切り欠き部27を形成した例について説明したが、これに限らず、第1、第2板状部21、22の両方に切り欠き部27を形成してもよい。
また、上記第2実施形態では、切り欠き部27を、基板部24のチューブ内方側の面に形成した例について説明したが、これに限らず、基板部24のチューブ外方側の面に形成してもよい。
また、上記第3、第4実施形態では、筒状部材4とインナーフィン5とを一枚の板状部材から形成した例について説明したが、これに限らず、筒状部材4とインナーフィン5とを別の板状部材でそれぞれ形成してもよい。
また、上記各実施形態では、本発明に係る熱交換器を冷凍サイクルの凝縮器に適用した例について説明したが、これに限らず、ラジエータ、ヒータコアユニット、エバポレータ等の各種の熱交換器に適用してもよい。この場合、流体としては、冷媒以外のものを用いてもよい。
また、上記各実施形態は、上記した範囲以外にも、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
第1実施形態による熱交換器10の全体構成を示す斜視図である。 第1実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を含む斜視図である。 図2のA−A断面図である。 第1実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を示す拡大断面図で、(a)は正常にろう付けが行われている状態を示しており、(b)は部分的にろう付け不良が発生している状態を示している。 第2実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を示す拡大断面図である。 第3実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を示す断面図である。 図6のB部拡大図で、(a)は正常にろう付けが行われている状態を示しており、(b)はろう付け不良が発生している状態を示している。 第4実施形態におけるチューブ11の冷媒流通方向と直交する断面を示す拡大断面図である。
符号の説明
4 筒状部材
5 インナーフィン
21 第1板状部
22 第2板状部
24 基板部
25 突出部
26 流路部(冷媒流路部)
27 切り欠き部
40 切り欠き部

Claims (6)

  1. 内部を流体が流通するとともに、二つの板状部(21、22)が互いに対向配置されて構成される熱交換器用チューブであって、
    前記二つの板状部(21、22)のうち少なくとも一方の板状部(21)におけるチューブ内方側の面は、ろう付けにより接合される接合面を有しており、
    前記少なくとも一方の板状部(21)における前記接合面が設けられている部位には、当該少なくとも一方の板状部(21)の他の部位より板厚の薄い薄肉部が設けられていることを特徴とする熱交換器用チューブ。
  2. 前記二つの板状部(21、22)のうち少なくとも一方の板状部(21)には、他方の板状部(22)に当接してろう付けされる基板部(24)と、前記基板部(24)から前記他方の板状部(22)と反対側に突き出す形状の突出部(25)とが形成されており、
    前記突出部(25)と前記他方の板状部(22)との間に、前記流体が流れる流路部(26)が構成されており、
    前記基板部(24)における前記他方の板状部(22)に当接する面が前記接合面になっ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. 前記基板部(24)の板厚を前記突起部(25)の板厚より薄くすることによって前記薄肉部が構成されてい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. 前記基板部(24)には、切り欠き部(27)が設けられており、
    前記基板部(24)の厚さ方向において前記切り欠き部(27)を含む部位が、前記薄肉部として構成されてい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。
  5. 流体が流通する筒状部材(4)と、前記筒状部材(4)の内部に設けられ、前記流体との伝熱面積を増大させるインナーフィン(5)とがろう付けにより接合された熱交換器用チューブであって、
    前記筒状部材(4)における前記インナーフィン(5)がろう付けされる部位には、前記筒状部材(4)の他の部位より板厚の薄い薄肉部が設けられていることを特徴とする熱交換器用チューブ。
  6. 前記筒状部材(4)における前記インナーフィン(5)がろう付けされる部位には、切り欠き部(40)が設けられており、
    前記筒状部材(4)の厚さ方向において前記切り欠き部(40)を含む部位が、前記薄肉部として構成されていることを特徴とする請求項5に記載の熱交換器用チューブ。
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