JP2011247449A - 熱交換器用チューブ、熱交換器及び熱交換器用チューブの製造方法 - Google Patents

熱交換器用チューブ、熱交換器及び熱交換器用チューブの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ロウ付け不良を抑制しつつ、チューブ及びフィンの排水性を向上させた熱交換器用チューブを提供すること。
【解決手段】扁平板状に形成され冷媒が流通する熱交換器用チューブ１１０であって、
冷媒の流通方向の両側端部１１０ａ，１１０ｂにはそれぞれ段部１１７，１１８が設けられ、段部１１７，１１８の位置よりも端部１１０ａ，１１０ｂ側における幅方向の長さは両段部１１７，１１８間における幅方向の長さより小であり、両段部１１７，１１８間の所定位置には冷媒の流通方向に沿って排水部１１９が設けられていること。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に熱交換器におけるチューブの構造及び製造方法に関する。
従来、熱交換器は例えば空気調和装置等に利用されている。空気調和装置は例えば室内用熱交換器及び室外用熱交換器を備えるもので、冷房運転の場合には室内用熱交換器に、暖房運転の場合には室外用熱交換器に結露による凝縮水が生じることが知られている。凝縮水は、熱交換器のチューブとフィンとの間に滞留しやすく、空気の流れを阻害し熱交換の効率を低下させる原因となるだけでなく、暖房運転時の室外用熱交換器における着霜の原因にもなっている。
そこで、例えば特許文献１には、熱交換器に滞留した凝縮水を排水するために、上下方向に配設される熱交換管部（扁平チューブ）の間に、斜状部と湾曲部とからなるコルゲートフィンを配置し、熱交換管部のコルゲートフィン側平面部に、長手方向に延びる排水用の凹条が形成されている熱交換器が記載されている。
このような熱交換器によれば、確かに、扁平伝熱管及びコルゲートフィンの表面に結露により生じた凝縮水は、熱交換管部の平面部に形成された排水用の凹条から下方に導かれるものと考えられる。
特開平７−１９０６６１号公報（請求項１、段落番号００１６、図４）
ここで、熱交換管部の平面部に設けられた凹条は、熱交換管部がヘッダタンクの挿入孔に挿入されロウ付けされる際に、熱交換管部とヘッダタンクとの気密性が阻害されないように、熱交換管部の端部を除く範囲においてのみ形成されている。この場合、凹条が形成されていない熱交換管部の端部が正確にヘッダタンクの挿入孔に挿入されていれば、上記の如く気密性が阻害されないようにロウ付けされるものと考えられる。
しかしながら、ヘッダタンクの挿入孔に対して、熱交換管部の端部が想定されるより深く挿入された場合には、挿入孔と凹条とが重複することになり、気密性が阻害されてしまう等のロウ付け不良となる虞がある。また、挿入孔と凹条とが重複しないように、熱交換管部の端部が想定されるより浅く挿入された場合には、ロウ材が熱交換管部の流路を閉塞してしまう等のロウ付け不良となる虞がある。
本発明は、上述のような問題を解決することを課題の一例とするものであり、ロウ付け不良を抑制しつつ、チューブ及びフィンの排水性を向上させた熱交換器用チューブ及び熱交換器並びにこれらの製造方法を提供することを目的とする。
このような課題を解決するため、本発明による熱交換器用チューブ及び本発明による熱交換器に用いられる熱交換器用チューブは、扁平板状に形成され冷媒が流通する熱交換器用チューブであって、冷媒の流通方向の両側端部にはそれぞれ段部が設けられ、該段部の位置よりも端部側における幅方向の長さは両段部間における幅方向の長さより小であり、両段部間の所定位置には冷媒の流通方向に沿って排水部が設けられていることを特徴とする。
また、段部の位置よりも端部側における幅方向の長さは、端部に向かうにつれて小となるように形成されていることを特徴とする。
また、本発明による熱交換器用チューブの製造方法は、幅方向の少なくとも一方の側端部に冷媒の流通方向に沿って排水部が形成された熱交換器用チューブに対して、排水部のうち冷媒の流通方向の両側端部に形成されている部分を平坦に成形するとともに、該平坦に成形された部分の幅が両側端部間の幅より小となるようにプレス成形することを特徴とする。
本発明によれば、ロウ付け不良を抑制しつつ、チューブ及びフィンの排水性を向上させた熱交換器チューブ及び熱交換器並びにこれらの製造方法を提供することができる。
本発明の一実施の形態に係る熱交換器の正面模式図である。 （ａ）本発明の一実施の形態に係る熱交換器におけるチューブの斜視図である。（ｂ）チューブの長手方向における端面図である。（ｃ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る熱交換器の加工前チューブの斜視図である。 （ａ）チューブの製造方法の工程を示す模式図である。（ｂ）チューブの製造方法の工程を示す模式図である。（ｃ）チューブの製造方法の工程を示す模式図である。（ｄ）チューブの製造方法の工程を示す模式図である。 （ａ）本発明の他の実施の形態に係る熱交換器におけるチューブの斜視図である。（ｂ）（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る熱交換器の加工前チューブの斜視図である。 熱交換器を備えた空気調和装置の一例を示す構成図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
（実施の形態１）
図１に示すように、熱交換器１００は、冷媒が流通する複数のチューブ１１０が並設され、隣接するチューブ１１０間にフィン１２０がロウ付けによって接合されて構成されている。図示例において、複数のチューブ１１０の長手方向（冷媒の流通方向）の両端にはそれぞれ中空のヘッダタンク１３０，１３５が連通されており、上部側に設けられたヘッダタンク１３０は、一端側に冷媒の入口部１３０ａが、他端側に冷媒の出口部１３０ｂが設けられ、中央には内部を隔絶する仕切板１３１が設けられている。これにより、ヘッダタンク１３０の入口部１３０ａから流入した冷媒は、仕切板１３１よりも入口部１３０ａ側に連通されたチューブ１１０（図１において左側の２本）を流通して下部側に設けられたヘッダタンク１３５に流入する。そして、該ヘッダタンク１３５から仕切板よりも出口部１３０ｂ側に連通されたチューブ１１０（図１において右側の２本）を流通して、ヘッダタンク１３０を介して出口部１３０ｂから流出する。なお、図１は熱交換器１００を模式的に表したものであり、説明の簡単のために簡略化されているものである。
フィン１２０は、いわゆるコルゲートフィンであり、熱伝導率の高いアルミニウム等の金属により、平坦な板状である平坦部１２１と、所定の曲率半径をもって折曲する折曲部１２２とが長手方向に交互に形成されて構成されている。折曲部１２２はチューブ１１０の平面１１５に接合する部分であり、対向する一方のチューブ１１０の平面１１５に接合する第１の折曲部１２２ａと、対向する他方のチューブ１１０の平面１１５に接合する第２の折曲部１２２ｂとからなる（図１参照）。図示例では、断面形状が半円弧状に形成された折曲部１２２（１２２ａ、１２２ｂ）に平坦部１２１が滑らかに連続して設けられており、これにより、隣り合った平坦部１２１同士は互いに平行となっている。また、チューブ１１０に接合された場合には、平坦部１２１がチューブ１１０の長手方向に対して垂直となる。
チューブ１１０は、図２（ａ）に示すように、熱伝導率の高いアルミニウム等の金属により中空の扁平板状に形成されている。そして、内側の空間には長手方向に延びる冷媒の流路１１１が幅方向（短手方向）に複数並設されるように複数の仕切部１１３が設けられている。図１に示すように、複数のチューブ１１０は、平面１１５同士が対向するように所定の間隔をあけて均等に並設されており、隣接するチューブ１１０同士の対向する平面１１５にフィン１２０が接合するようになっている。チューブ１１０の長手方向の両端部１１０ａ，１１０ｂはヘッダタンク１３０，１３５に設けられた挿入孔に挿嵌され、ロウ付けされるものである。なお、挿入口はチューブ１１０の両端部１１０ａ，１１０ｂの形状に合わせて設けられるものである。
チューブ１１０の幅方向（短手方向）の両端部において、冷媒の流通方向（長手方向）の一端側（端部１１０ａ側）には段部１１７が、他端側（端部１１０ｂ側）には段部１１８がそれぞれ形成されている。そして、段部１１７の位置よりもさらに一端側（端部１１０ａ側）における幅方向の長さは、段部１１７から段部１１８までの間における幅方向の長さよりも段部１１７のぶんだけ小さくなっている（図２（ａ）、（ｂ）参照）。また同様に、段部１１８の位置よりもさらに他端側（端部１１０ｂ側）における幅方向の長さは、段部１１７から段部１１８までの間における幅方向の長さよりも段部１１８のぶんだけ小さくなっている。
各段部１１７，１１８の位置よりもさらに端部１１０ａ，１１０ｂ側の外形は、平面１１５，１１５によって形成される直線部１１４と、該直線部１１４の両端に形成される半円弧状部１１６，１１６とによって形成される単純な形状となっている。なお、各段部１１７，１１８の位置よりもさらに端部側における幅方向の長さは、各段部１１７，１１８の位置からそれぞれ端部側に向かうにつれて小となるように、平面視においてテーパ状に形成してもよい。
段部１１７から段部１１８までの間には、所定の位置に冷媒の流通方向に沿って排水部１１９が設けられている。図示例では、冷媒の流通方向における両端部１１０ａ，１１０ｂの所定の位置に段部１１７，１１８が設けられており、該段部１１７，１１８間に溝状の排水部１１９が形成されている。そして、図２（ｃ）に示すように、チューブ１１０の幅方向の両端は半円弧状に形成された半円弧状部１１２となっており、上記排水部１１９は半円弧状部１１２と平面１１５との境目に配置されている。
このようにチューブ１１０に排水部１１９が形成されることによって、チューブ１１０にフィン１２０が接合されても、排水部１１９がフィン１２０によって塞がれることがない。これにより、フィン１２０内やフィン１２０とチューブ１１０との間に滞留した凝縮水は排水部１１９を通って下方に排出されることになる。
そして、各段部１１７，１１８の位置よりもさらに端部側には排水部が形成されておらず、単純な形状となっているため、ヘッダタンク１３０，１３５にチューブ１１０を挿入してロウ付けする際にロウ付け不良が発生し難くなっている。
さらに、ヘッダタンク１３０，１３５に設けられるチューブ１１０の挿入孔の幅が、チューブ１１０の各段部１１７，１１８の位置よりもさらに端部側における幅に合わせて設けられることにより、所定位置（段部１１７，１１８の位置）までチューブ１１０が挿入されると段部が挿入孔に当接して、それ以上挿入できなくなる。これにより、排水部１１９と挿入口とが重複してしまうことなく、ロウ付け不良が発生し難くなっている。
また、チューブ１１０の幅は、各段部１１７，１１８の位置からそれぞれ端部側に向かうにつれて狭くなるように加工した場合には、ヘッダタンク１３０，１３５の挿入口にチューブ１１０の端部が挿入されやすくなる。
ここで、チューブ１１０の製造方法について図３及び図４を参照して説明する。図３に示される加工前チューブ１４０は例えば押出成形によって、外形が平面１４５，１４５によって形成される直線部１４４と、該直線部１４４の両端に形成される半円弧状部１４２，１４２とによって形成されており、さらに、半円弧状部１４２と平面１４５との境目に長手方向全域にわたって排水部１４９が形成されている。なお、一方の半円弧状部１４２から他方の半円弧状部１４２までの距離（幅方向の長さ）は、チューブ１１０の段部１１７から段部１１８までの間における幅方向の長さとなっている。
このような加工前チューブ１４０は、プレス成形機に固定され、長さ方向の両端部１４０ａ，１４０ｂ側の所定の領域が、各段部１１７，１１８の位置よりもさらに端部１１０ａ，１１０ｂ側の外形に対応した凹部を有した一対の金型１５０，１５０に幅方向からプレスされる（図４（ａ）、（ｂ））。これによって、加工前チューブ１４０の両端部１４０ａ，１４０ｂ側の所定の領域において、排水部１４９が押し潰され平坦に形成され、半円弧状部１４２の所定の領域が半円弧状部１１６となる（図４（ｃ））。このように形成された加工前チューブは、金型から外されチューブ１１０となる（図４（ｄ））。
（実施の形態２）
図５に実施の形態２による熱交換器２００のチューブ２１０を示す。なお、図５に示す実施の形態２によるチューブ２１０は、実施の形態１による熱交換器１００におけるチューブ１１０に対して実施の形態１とは異なる構造のチューブ２１０が設けられた構成を有するため、チューブ２１０以外の説明を省略する。
熱伝導率の高いアルミニウム等の金属により中空の扁平板状に形成されている。そして、内側の空間には長手方向に延びる冷媒の流路２１１が短手方向（幅方向）に複数並設されるように複数の仕切部２１３が設けられている。
チューブ２１０の幅方向（短手方向）の両端部において、冷媒の流通方向（長手方向）の一端側（端部２１０ａ側）には段部２１７が、他端側（端部２１０ｂ側）には段部２１８がそれぞれ形成されている。そして、段部２１７の位置よりもさらに一端側（端部２１０ａ側）における幅方向の長さは、段部２１７から段部２１８までの間における幅方向の長さよりも小さく形成されている。また同様に、段部２１８の位置よりもさらに他端側（端部２１０ｂ側）における幅方向の長さは、段部２１７から段部２１８までの間における幅方向の長さよりも小さく形成されている。
各段部２１７，２１８の位置よりもさらに端部２１０ａ，２１０ｂ側の外形は、平面２１５，２１５によって形成される直線部２１４と、該直線部２１４の両端に形成される半円弧状部２１６とによって形成される単純な形状となっている。そして、各段部２１７，２１８の位置よりもさらに端部２１０ａ，２１０ｂ側における幅方向の長さは、各段部２１７，２１８の位置からそれぞれ端部２１０ａ，２１０ｂに向かうにつれて小となっており（図面からは認識できない）、ヘッダタンク１３０，１３５の挿入口にチューブ２１０の端部２１０ａ，２１０ｂが挿入され易くなっている。
段部２１７から段部２１８までの間には、所定の位置に冷媒の流通方向に沿って排水部２１９が設けられている。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、冷媒の流通方向における両端部の所定の位置に段部２１７，２１８が設けられており、該段部２１７，２１８間において冷媒の流通方向に沿って連続した切欠状の排水部２１９が形成されている。なお、排水部２１９よりも幅方向において外側の形状は半円弧状に形成されており（半円弧状部２１２）、これは端部側の半円弧状部２１６の曲率半径より小さな曲率半径となっている。
このようにチューブ２１０に排水部２１９が形成されることによって、チューブ２１０にフィン２２０が接合されても、排水部２１９がフィン１２０によって塞がれることがない。これにより、フィン１２０内やフィン１２０とチューブ２１０との間に滞留した凝縮水は排水部２１９を通って下方に排出されることになる。
そして、各段部２１７，２１８の位置よりもさらに端部２１０ａ，２１０ｂ側には排水部２１９が形成されておらず、単純な形状となっているため、ヘッダタンク１３０，１３５にチューブ２１０を挿入してロウ付けする際にロウ付け不良が発生し難くなっている。
さらに、ヘッダタンク１３０，１３５に設けられるチューブ２１０の挿入孔の幅は、チューブ２１０の各段部２１７，２１８の位置よりもさらに端部側における幅に合わせて設けられるため、所定位置（段部２１７，２１８の位置）までチューブ２１０が挿入されると段部が挿入孔に当接して、それ以上挿入できなくなる。これにより、排水部２１９と挿入口とが重複してしまうことなく、ロウ付け不良が発生し難くなっている。
チューブ２１０の製造方法は、実施の形態１におけるチューブ２１０と同様であり、図６に示される加工前チューブ２４０をプレス成形することによって行われる。なお、加工前チューブ２４０は、外形が平面２４５，２４５によって形成される直線部と、該直線部の両端に形成される半円弧状部２４２，２４２とによって形成されている。そして、半円弧状部２４２の曲率半径は加工前チューブの厚さの半分より小さく形成されており、半円弧状部２４２と平面２４５との境目が長手方向全域にわたって連続した切欠部２４９となっている。なお、一方の半円弧状部２４２から他方の半円弧状部２４２までの距離は、チューブ２１０の段部２１７から段部２１８までの間における幅方向の長さとなっている。
（使用例）
上記実施の形態１及び２に例示した熱交換器（１００，２００）が使用される一例として、例えば電気自動車等に設けられる空気調和装置１の全体の構成図を図７に示す。この空気調和装置１はいわゆるヒートポンプサイクルを利用したものであり、車外用の熱交換器１００Ａ及び車内用の熱交換器１００Ｂに対する圧縮機１１からの冷媒の流れを四方弁１３によって切り替えることで冷房と暖房の切換を行うものである。なお、熱交換器１００Ａ及び熱交換器１００Ｂは、熱交換器１００及び２００のいずれかに対応するものであり、ここでは、実施の形態１における熱交換器１００に対応するものとして説明する。
図示例では、圧縮機１１の吐出口１１ａに四方弁１３が接続されている。これにより、圧縮機１１と車内用の熱交換器１００Ｂ及び車外用の熱交換器１００Ａとは、四方弁１３が破線に示される接続状態の場合（暖房運転）には圧縮機１１から吐出された冷媒が車内用の熱交換器１００Ｂに流入し、この車内用の熱交換器１００Ｂを通った冷媒が膨張弁１５を介して車外用の熱交換器１００Ａに流入し、さらに四方弁１３を介して圧縮機１１の吸入口１１ｂに戻るように接続されている。また、四方弁１３が実線に示される状態の場合（冷房運転）には圧縮機１１から吐出された冷媒が車外用の熱交換器１００Ａに流入し、この車外用の熱交換器１００Ａを通った冷媒が膨張弁１５を介して車内用の熱交換器１００Ｂに流入し、さらに四方弁１３を介して圧縮機１１の吸入口１１ｂに戻るように接続されている。なお、車外用の熱交換器１００Ａには冷却ファン１７が付設されている。
空気調和装置１の車内側ユニットには、熱交換器１００Ｂが設けられた通風ダクト２０の上流側に吸入空気切替用のダンパ２１及びブロワ２３が設けられる。また、通風ダクト２０の下流側には、暖房補助用のヒータユニット２５が設けられ、該ヒータユニット２５を通過する空気量が排出空気切替用のダンパ２７によって調節される。通風ダクト２０の吹き出し口２９ａ，２９ｂ，２９ｃは、それぞれＤＥＦ、ＦＡＣＥ、ＦＯＯＴ用となっており、それぞれに設けられたダンパ３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって吹き出し口２９ａ，２９ｂ，２９ｃからの空気量を調節可能となっている。
このような空気調和装置１において、冷房運転の場合に車内用の熱交換器１００Ｂに結露による凝縮水が付着しても、凝縮水は熱交換器１００Ｂのチューブ１１０に設けられた排水部１１９を通って排水されることになる。また、暖房運転の場合に車外用の熱交換器１００Ａに凝縮水が付着しても、凝縮水は熱交換器１００Ａのチューブ１１０に設けられた排水部１１９を通って排水されることになる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。さらに、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用することができる。例えば、チューブの幅方向の両端が半円弧状である例を示したが、これに限定されず、矩形等の湾曲していない形状であっても構わない。
また、チューブの幅方向の両端部にそれぞれ排水部を設けた例を示したが、これに限られず、チューブの幅方向の一端側のみに排水部が形成されても構わない。この場合、チューブの風上に相当する端部に、より多くの凝縮水が付着することが知られているため、排水部が設けられた側からファンによる送風が行われるように熱交換器を構成することが好ましい。
１００ 熱交換器
１１０ チューブ（熱交換器用チューブ）
１１０ａ 端部
１１０ｂ 端部
１１７ 段部
１１８ 段部
１１９ 排水部
１２０ フィン

Claims (4)

  1. 扁平板状に形成され冷媒が流通する熱交換器用チューブであって、
    冷媒の流通方向の両側端部にはそれぞれ段部が設けられ、該段部の位置よりも端部側における幅方向の長さは両段部間における幅方向の長さより小であり、
    両段部間の所定位置には冷媒の流通方向に沿って排水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. 段部の位置よりも端部側における幅方向の長さは、端部に向かうにつれて小となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用チューブ。
  3. 請求項１又は２記載の熱交換器用チューブを備えていることを特徴とする熱交換器。
  4. 幅方向の少なくとも一方の側端部に冷媒の流通方向に沿って排水部が形成された熱交換器用チューブに対して、排水部のうち冷媒の流通方向の両側端部に形成されている部分を平坦に成形するとともに、該平坦に成形された部分の幅が両側端部間の幅より小となるようにプレス成形することを特徴とする熱交換器用チューブの製造方法。
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