JP2013215736A - チューブ及び該チューブを備えた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】チューブのカシメ部の構造を改良して、ろう付け不良を低減可能なチューブ及び該チューブを使用した熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器に使用されるチューブ１０であって、チューブ本体１１が、湾曲端部と平行部１１ｐと傾斜部１１ｃとカシメ部１１ｂを備える板材で作られた偏平形状の管部材であり、インナーフィン１２にある平板部１５がカシメ部１１ｂにおいて、湾曲端部から長さの短い端部１１ｆと共に湾曲端部１１ａから長さの長い端部１１ｅによって挟み込まれてかしめられてチューブ本体１１と結合されるチューブ１０において、長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸し、傾斜部１１をその途中で屈曲する張り出し部１１ｈを設け、長い方の端部１１ｅに対して傾斜部１１ｃの傾斜角度を増大させたものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、チューブ及び該チューブを備えた熱交換器に関する。

従来、車両用空調装置に用いられる熱交換器としては、複数本のチューブとアウターフィンとを交互に積層配置したコア部と、挿通穴を介して各チューブの端部が挿通されるヘッダタンクとを有し、各構成部材が相互にろう付け接合された熱交換器が知られている（例えば、特許文献１）。上記従来の熱交換器では、チューブとして、板材を折り曲げ、板材の端部同士をかしめることによって、湾曲端部と、対向する一対の平板部と、湾曲端部の反対側において板材の一方の端部を板材の他方の端部を挟みこむように折り曲げ、かしめたカシメ部と、カシメ部と平板部と接続する傾斜部とを有する断面扁平形状のチューブが用いられている。

特開２００７−１２５５９０号公報

ところが、特許文献１に開示された熱交換器のチューブであると、カシメ部において板材の他方の端部を挟み込むように折り曲げられた板材の一方の端部と、板材の他方の端部から連続して形成された傾斜部との間に隙間が形成される。そのため、チューブをヘッダタンクの挿通穴に挿入した際、上記隙間が形成される部位において挿通穴の開口縁との間にチューブ外周面の他の部位に比べて大きな隙間が形成されるため、上記隙間が形成される部位において、ろう材不足によるチューブとヘッダタンクとの間にろう付け不良が生じる可能性があった。

本発明は、上記問題に鑑み、チューブの平行部のかしめ側の端部にあるカシメ部におけるチューブの板材とチューブの傾斜部との間の隙間Ｓを狭めることによってろう付け不良を低減することができるチューブ及び該チューブを使用した熱交換器を提供するものである。

上記課題を解決する第１の本発明は、帯状の板材を湾曲した湾曲端部（１１ａ）と、湾曲端部（１１ａ）と接続され、対向配置される一対の平板部（１１ｐ）と、平板部（１１ｐ）を内方に向けて変形させて傾斜させた傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）と、板材の一方の端部（１１ｅ）を折り曲げて、板材の前記他方の端部(１１ｆ)を挟み込むようにかしめたカシメ部（１１ｂ）とを有し、傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）のうち、他方の端部（１１ｆ）と連続して形成される傾斜部（１１ｃ）は、前記一方の端部に対して傾斜角度が大きくなる張り出し部（１１ｈ）を有するチューブとすることを特徴としている。

上記課題を解決する第２の本発明は、熱交換器に使用され、内部に流路を備える断面が扁平形状のチューブ（１０）であって、帯状の板材を湾曲した湾曲端部（１１ａ）と、湾曲端部（１１ａ）と接続され、対向配置される一対の平板部（１１ｐ）と、平板部（１１ｐ）を内方に向けて変形させて傾斜させた傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）と、板材の一方の端部（１１ｅ）を折り曲げて、板材の他方の端部(１１ｆ)を挟み込むようにかしめたカシメ部（１１ｂ）とを有し、一方の端部（１１ｅ）を、傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）のうち、他方の端部（１１ｆ）と連続して形成される傾斜部（１１ｃ）に向けて延伸し、傾斜部（１１ｃ）に重ね合わせたことを特徴とする。

第１、および第２の本発明によれば、チューブの傾斜部とチューブを形成する板材端部との間の隙間を縮小したので、この隙間が形成される部位においてチューブの外周面と挿通穴の開口縁との間の隙間も小さくすることができ、チューブをヘッダタンクの挿通穴に挿入した際、この隙間への毛細管現象によるろう材の流入量を減少させることができ、チューブの根付部のろう付け不良を抑制できる。この結果、ろう材不足によるチューブの根付部からの漏れの発生の虞のないチューブ及び該チューブを使用した熱交換器を提供できる。

尚、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

本発明の熱交換器の全体構成を示す斜視図である。 本発明の熱交換器に使用されるチューブの長手方向に垂直な方向の断面図である。 本発明の第１の実施形態を示す図であり、図２のＸ部における部分拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す部分拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す部分拡大断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す部分拡大断面図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態を示す部分拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）のカシメ部におけるろう付け状態を示す部分拡大断面図である。 （ａ）は本発明の第６の実施形態を示す部分拡大断面図でり、（ｂ）は（ａ）のカシメ部におけるろう付け状態を示す部分拡大断面図である。 本発明の第７の実施形態を示す部分拡大断面図である。 本発明の第８の実施形態を示す部分拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明が適用される熱交換器の１つである車両用空調装置に用いられる冷媒凝縮器１は、内部を冷媒が通過する複数本のチューブ１０と、アウターフィン２０とが交互に積層され、冷媒と通過空気とを熱交換させるコア部２と、チューブ１０の端部に接続されるヘッダタンク３、４と、チューブ１０の積層方向においてコア部２の外側に配される補強部材であるサイドプレート２５とを有している。一方のヘッダタンク３には、冷媒を圧縮機（図示せず）からヘッダタンク３内部へと流入させる流入部３１が設けられており、他方のヘッダタンク４には、ヘッダタンク４から冷媒を流出させる流出部３２が設けられている。

内部にインナーフィン１２（後述する）を設けられたチューブ１０は、ヘッダタンク３、４に形成された挿通穴（図示せず）に挿入するように組付けられた後、炉内で一体ろう付けされる。

図２に示すように、チューブ１０は断面扁平形状を有する管状の部材であり、その内部には、冷媒と通過空気との熱交換効率を向上させるためのインナーフィン１２が配されている。チューブ１０は、表面にろう材がクラッドされた帯状のアルミニウム製板材（例えば、板厚０．１５〜０．３ｍｍ）の、幅方向略中央部を折り曲げることよって形成されており、チューブ１０の幅方向の一端は略円弧状に湾曲した湾曲端部１１ａとなっている。湾曲端部１１ａからは、対向して配される一対の平板部１１ｐが延設して設けられ、湾曲端部１１ａとは反対側にはカシメ部１１ｂが設けられている。

図３は、図２のＸ部を部分的に拡大した図である。チューブ本体１１を形成する帯状板材は、湾曲端部１１ａにおいて折り曲げられた時に、湾曲端部１１ａから帯状板材の両端部までの長さが異なるように折り曲げられている。平板部１１ｐは湾曲端部１１ａからほぼ同じ長さの点で内方に向かうように折り曲げられており、傾斜部１１ｃ、１１ｄが形成される。

長い方の板材の端部１１ｅは、傾斜部１１ｄと連続して形成されており、短い方の板材の端部１１ｆは傾斜部１１ｃと連続して形成される。長い方の板材の端部１１ｅは、短い方の板材の端部１１ｆ、およびインナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａを挟み込むように折り曲げられており、カシメ部１１ｂとなっている。

傾斜部１１ｃは、板材の端部１１ｅが対向する部位近傍において外方に張り出すように屈曲した張り出し部１１ｈが形成されており、板材の端部１１ｅ近傍における傾斜角度が、他の部位の傾斜角度よりも増大している。その結果、板材の端部１１ｅを傾斜部１１ｃに対して近接して配することができ、板材の端部１１ｅと傾斜部１１ｃとの間の隙間Ｓを小さくすることができる。そのため、ヘッダタンク３、４の組付け時に、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間に局所的に大きな隙間ができることがなく、チューブ１０とヘッダタンク３，４とのろう付け部位である根付部のろう付け不良の発生を抑制することができる。

また、隙間Ｓを小さくすることによって、ろう付け時に毛細管現象によってカシメ部１１ｂから隙間Ｓに流れ込むろう材量が少なくなるので、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間をろう付けするためのろう材量が不足してしまうことを防止することができ、ろう付け不良の発生を抑制することができる。そのため、チューブ１０を形成する板材のろう材のクラッド量を増加させる必要がない。なお、張り出し部１１ｈとして、傾斜部１１ｃを屈曲させた形状とするのではなく、外側に膨らませた形状とすることも可能である。

また、平板部１１ｐの外壁面同士の距離を二等分する線を中心線ＣＬとしたとき、傾斜部１１ｃのうち張り出し部１１ｈよりも平板部１１ｐ側となる部位の、中心線ＣＬに対する角度は傾斜部１１ｄの中心線ＣＬに対する角度と等しくなるように形成されている。そのため、チューブ１０の長手方向断面形状を中心線ＣＬに対して略線対称の形状とすることができ、チューブ１０の向きに関係なく、ヘッダタンク３、４の挿通穴に組付けることができる。

また、カシメ部１１ｂの長さを長くすることができ、かしめた後のチューブ１０の変形を抑えることができる。

インナーフィン１２は、チューブ本体１１と同様に薄肉（例えば厚さ０．０５〜０．２５ｍｍ）のアルミニウム製帯状板をローラ加工することによって波状に形成され、両端部に平板部１５、１６が設けられている（図２参照）。インナーフィン１２の平板部１５の端部１５ａはカシメ部１１ｂにおいてかしめられ、インナーフィン１２の波状部の折り返し部１４はチューブ本体１１の内壁面１３に当接するように組付けられる。この際、インナーフィン１２の平板部１５と連続形成される１つ目の折り返し部１４が、カシメ部１１ｂにおいて、折り曲げられた板材の端部１１ｅで挟み込まれる板材の端部１１ｆと連続形成される平板部１１ｐと当接するようにインナーフィン１２はチューブ本体１１に組み付けられる。

インナーフィン１２の平板部１５の端部１５ａは、板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周形状に沿うように折り曲げられており、板材の端部１１ｆと板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周面との間の隙間を小さくすることができる。そのため、ろう付け時に、カシメ部１１ｂにおいて毛細管現象によって板材の端部１１ｅの折り曲げ部側へと流れる量を減らすことができ、隙間Ｓ側へと充分な量のろう材量を供給することができる。その結果、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、インナーフィン１２の平板部１５の端部１５ａを折り曲げた形状としたが、図４に示すように、インナーフィン１２の平板部１５の端部１５ａを平板形状とし、板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周面に当接する形状としても良い。このような形状とすることで、充填する必要のある隙間を小さくすることができる。

そのため、板材にクラッドされたろう材が、カシメ部１１ｂにおいて毛細管現象によって板材の端部１１ｅの折り曲げ部側へと流れる量を減らすことができ、隙間Ｓ側へと充分な量のろう材量を供給することができる。その結果、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図５に示すように、帯状板材の長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸すると共に、端部１１ｅの、傾斜部１１ｃとの対向する部位に、傾斜部１１ｃに沿うように傾斜したテーパ面１１ｔを設けた構造としても良い。テーパ面１１ｔを設けることによって、端部１１ｅをより傾斜部１１ｃに近接させることができる。その結果、第１の実施の形態に比べて、端部１１ｅと傾斜部１１ｃとの間に形成される隙間Ｓを更に小さくすることができ、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。

（第４の実施形態）
図６に示す第４の実施形態では、第２の実施形態において述べたインナーフィン１２の平板部１５の端部１５ａの形状と、第３の実施形態において述べたテーパ面１１ｔを設けた端部１１ｅの構造とを組み合わせた形状としても同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の熱交換器に使用されるチューブ１０の第５の実施形態を示すものであり、帯状板材の長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸すると共に、端部１１ｅの傾斜部１１ｃとの対向部にテーパ面１１ｔを設けている。

第５の実施形態では、帯状板材の長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸すると共に、端部１１ｅの傾斜部１１ｃとの対向部にテーパ面１１ｔを設けている。端部１１ｅの傾斜部１１ｃとの対向部にテーパ面１１ｔを設けることにより、端部１１ｅの延伸長さを増大することができる。この結果、端部１１ｅと傾斜部１１ｃとの間の隙間Ｓを縮小することができ、カシメ部１１ｂにおいて、隙間Ｓに流れ込むろう材の量を低減することができる。その結果、ろう材のクラッド量が少ない板材を用いてチューブ１０を形成したとしても、十分なフィレット５２、５３、５４を形成することができる。

また、第１の実施形態と同様に、インナーフィン１２の平板部１５の端部１５ａは、板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周形状に沿うように折り曲げられており、カシメ部１１ｂにおいて毛細管現象によって板材の端部１１ｅの折り曲げ部側へと流れる量を減らすことができ、隙間Ｓ側へと充分な量のろう材量を供給することができる。その結果、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。

（第６の実施形態）
図８（ａ）は、本発明の熱交換器に使用されるチューブ１０の第６の実施形態を示すものであり、第５の実施形態に、第２の実施形態と同様に、平板部１５の端部１５ａを平板形状とし、板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周面に当接する形状を適用しても良い。そのため、板材にクラッドされたろう材が、カシメ部１１ｂにおいて毛細管現象によって板材の端部１１ｅの折り曲げ部側へと流れる量を減らすことができ、隙間Ｓ側へと充分な量のろう材量を供給することができる。その結果、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、帯状板材の長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸して、傾斜部１１ｃの斜面に重ね合わせて二重斜面構造とし、端部１１ｅの先端部は折り曲げ、平行部１１ｐの延長線からはみ出ないようにしている。この結果、端部１１ｅと傾斜部１１ｃとの間の隙間Ｓを縮小することができ、隙間Ｓに充填するろう材の量を低減することができる。そして、少量のろう材で隙間Ｓをろう付けすることにより、チューブ１０の根付部のろう付け品質を向上させることができる。

（第８の実施形態）
図１０は、本発明の熱交換器に使用されるチューブ１０の第８の実施形態であり、第７の実施形態に第２の実施形態で述べた平板部１５の端部１５ａの形状を適用したものであり、このような構造としてもろう付け性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明では、チューブ１０のカシメ部１１ｂにおけるチューブ１０の板材とチューブ１０の傾斜部１１ｃとの間の隙間Ｓを狭めることによって、チューブ１０の外周面と、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁とのろう付けを良好に行うことができる。チューブ１０を形成する板材の、ろう材のクラッド量をいたずらに増加させることなく、充分なろう付けを行うことができる。

なお、上述した実施の形態では、内部にインナーフィンが配されるチューブについて述べたが、板材を折り曲げ、端部同士をかしめ固定する、断面扁平形状のチューブであれば良く、インナーフィンが内部に設けられないチューブにも本発明を適用することが可能である。

上述した実施形態では、ヘッダタンクが一体に形成された熱交換器について述べたが、ヘッダタンクをチューブの挿通穴が形成されたヘッダプレートと、ヘッダプレートを覆うタンク部とに分割されたヘッダタンクを有する熱交換器に適用することもできる。

また、上述した実施の形態では、車両用空調装置の凝縮器に適用した形態について述べたが、冷媒蒸発器やラジエータなどにも本発明を適用することができ、本発明を適用する熱交換器は、その用途を限定されるものではない。

１ 冷媒凝縮器（熱交換器）
２ コア部
１０ チューブ
１１ａ 湾曲端部
１１ｂ カシメ部
１１ｃ、１１ｄ 傾斜部
１１ｅ、１１ｆ、１５ａ 端部
１１ｈ 張り出し部
１１ｐ 平板部
１２ インナーフィン
１３ 内壁面
１４ 折り返し部
１５，１６ 平板部
２０ アウターフィン

Claims (7)

1. 熱交換器に使用され、内部に流路を備える断面が扁平形状のチューブ（１０）であって、
   帯状の板材を湾曲した湾曲端部（１１ａ）と、前記湾曲端部（１１ａ）と接続され、対向配置される一対の平板部（１１ｐ）と、前記平板部（１１ｐ）を内方に向けて変形させて傾斜させた傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）と、前記板材の一方の端部（１１ｅ）を折り曲げて、前記板材の前記他方の端部(１１ｆ)を挟み込むようにかしめたカシメ部（１１ｂ）とを有し、
   前記傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）のうち、前記他方の端部（１１ｆ）と連続して形成される前記傾斜部（１１ｃ）は、前記一方の端部に対して傾斜角度が大きくなる張り出し部（１１ｈ）を有することを特徴とするチューブ。
2. 前記平板部（１１ｐ）同士の距離を二等分する中心線に対して両側に位置する前記傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）の、前記平板部（１１ｐ）に対する傾斜角度をほぼ等しくしたことを特徴とする請求項１に記載のチューブ。
3. 前記傾斜部（１１ｃ）と対向する、前記板材の一方の端部（１１ｅ）の、前記傾斜部（１１ｃ）との対向する部位に、前記傾斜部（１１ｃ）に沿うように傾斜したテーパ面（１１ｔ）を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のチューブ。
4. 前記張り出し部（１１ｈ）を、外方へと膨らませた湾曲形状とすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のチューブ。
5. 熱交換器に使用され、内部に流路を備える断面が扁平形状のチューブ（１０）であって、
   帯状の板材を湾曲した湾曲端部（１１ａ）と、前記湾曲端部（１１ａ）と接続され、対向配置される一対の平板部（１１ｐ）と、前記平板部（１１ｐ）を内方に向けて変形させて傾斜させた傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）と、前記板材の一方の端部（１１ｅ）を折り曲げて、前記板材の前記他方の端部(１１ｆ)を挟み込むようにかしめたカシメ部（１１ｂ）とを有し、
   前記一方の端部（１１ｅ）を、前記傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）のうち、前記他方の端部（１１ｆ）と連続して形成される前記傾斜部（１１ｃ）に向けて延伸し、前記傾斜部（１１ｃ）に重ね合わせたことを特徴とするチューブ。
6. 前記一方の端部（１１ｅ）を、前記平板部（１１ｐ）と同一面上となる位置まで延伸したことを特徴とする請求項５に記載のチューブ。
7. 前記請求項１から６の何れか１項に記載の複数本チューブ（１０）と、
   前記チューブ（１０）と交互に積層配置されたアウターフィン（２０）とを有するコア部（２）と、
   前記チューブ（１０）の端部が挿通される挿通穴が形成されたヘッダタンク（３、４）とを有することを特徴とする熱交換器。

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