JP2018105528A - 熱交換器用チューブ及び該熱交換器用チューブの用いられる熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器用チューブにおいて製造コストを抑制しつつ要求性能に対して容易に対応する。【解決手段】熱交換器１０を構成するチューブ１６は、断面扁平状で筒状に形成されたアウター部材２４と、該アウター部材２４の内部に収納され複数の流路２８を有したインナー部材２６とを備え、前記アウター部材２４が、心材の表面にクラッド材の圧着されたブレージングシートから形成され、一方、インナー部材２６が、押出成形で形成された押し出し材から形成される。そして、インナー部材２６がアウター部材２４の内部に収納された状態で、クラッド材を溶融させ固化させることで前記インナー部材２６の外周面と前記アウター部材２４の内周面とがろう付けされ接合される。【選択図】図２

Description

本発明は、空気と媒体との間で熱交換を行う熱交換器に用いられ、前記媒体の循環する複数の流路を有した熱交換器用チューブ及び該熱交換器用チューブの用いられる熱交換器に関する。

従来から、熱交換器を構成する熱交換部には、複数の熱交換器用チューブとフィンとが交互となるように隣接して設けられ、前記チューブの内部に形成された流路に媒体が循環するように設けられる。このような熱交換器に用いられる熱交換器用チューブとしては、例えば、特許文献１に開示されるように、アルミニウム合金からなる心材の表面をろう材層で覆った板材を押出成形や折曲げ加工することで形成され、その幅広面に波状のフィンを当接させた状態で加熱することでろう材が溶融して互いに接合される。

また、特許文献２に開示された熱交換器用チューブは、アルミニウムの押し出し材からなるアウターチューブと、該アウターチューブの内部に圧入されたインナーチューブとから構成され、前記インナーチューブの内部が媒体の流れる内流路となり、該インナーチューブとアウターチューブとの間が前記媒体の外流路となる。これにより、熱交換器用チューブにおける内流路と外流路とに、異なる第１流体と第２流体とを循環させ空気との間で熱交換を行っている。

特表２０１０−５０１８２５号公報 特開平５−１０６９４号公報

上述したような特許文献１及び２のような熱交換器用チューブの用いられた熱交換器では、例えば、搭載される車両に応じて要求される放熱性能や強度等が異なるため、それぞれ条件に応じて媒体の流通する熱交換器用チューブを製造して対応している。しかしながら、熱交換器用チューブをそれぞれ個別に製造することで製造コストが増加してしまうという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、製造コストを抑制しつつ、要求性能に対して容易に対応することが可能な熱交換器用チューブ及び該熱交換器用チューブの用いられる熱交換器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、媒体と空気との熱交換を行う熱交換器に用いられ、互いに間隔をおいて配置された一組のタンクに接続され、その内部を媒体が循環可能な熱交換器用チューブにおいて、
心材の表面にクラッド材が圧着された圧延材から筒状に形成されたアウター部材と、
押出成形され媒体の流通する流路を有しアウター部材の内部に収納されるインナー部材と、
を備え、
アウター部材の内部にインナー部材がろう材で互いに固定されることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器を構成する熱交換器用チューブは、心材の表面にクラッド材が圧着された圧延材から筒状に形成されたアウター部材と、押出成形され、媒体の流通する流路を有しアウター部材の内部に収納されるインナー部材とからなり、インナー部材がアウター部材の内部でろう材で互いに固定される。

従って、インナー部材の材質や形状を変更してアウター部材と組み合わせることで、インナー部材のみで熱交換器に要求される様々な性能や耐食性や強度等に容易に対応させることが可能となると共に、インナー部材を押出成形で形成することで、複数の流路を含めたインナー部材を製造コストを抑制しつつ製造できる。

また、インナー部材を、厚さ方向に２分割することで、その成形性を向上させ流路の設計自由度を上げることができる。

さらに、流路を、インナー部材の内部に形成すると共に、インナー部材の外部に形成することで、インナー部材の内部の流路と外部の流路とにそれぞれ別の流体を流通させることが可能となる。

さらにまた、互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、長手方向に沿った両端部がそれぞれタンクに接続され媒体が内部を流通する複数の熱交換器用チューブと、隣接する熱交換器用チューブの間に設けられる複数のフィンとを有した熱交換器において、
熱交換器用チューブは、心材の表面にクラッド材が圧着された圧延材から筒状に形成されたアウター部材と、
押出成形され媒体の流通する流路を有しアウター部材の内部に収納されるインナー部材と、
を備え、
フィンがろう材のクラッドされていないベア材から形成され、アウター部材に対して固定されることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器に用いられる熱交換器用チューブが、心材の表面にクラッド材が圧着された圧延材から筒状に形成されたアウター部材と、押出成形され、媒体の流通する流路を有しアウター部材の内部に収納されるインナー部材とからなり、熱交換器用チューブに隣接するフィンがろう材のクラッドされていないベア材から形成され、アウター部材に対して固定される。

従って、インナー部材の材質や形状を変更してアウター部材と組み合わせることで、インナー部材のみで熱交換器に要求される様々な性能や耐食性や強度等に容易に対応させることが可能となると共に、インナー部材を押出成形で形成することで複数の流路を含めたインナー部材の製造コストを抑制しつつ製造できる。また、表面にクラッド材の圧着されたアウター部材に対して、ベア材からなるフィンにろう材を塗布することなくろう付けして接合することができるため、フィンに対してペースト状のろう材を塗布する場合と比較し、熱交換器を製造する際の製造工数及び製造コストの削減を図ることができると共に、耐食性を向上させることができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、熱交換器を構成する熱交換器用チューブを、心材の表面にクラッド材が圧着された圧延材から筒状に形成されたアウター部材と、押出成形され、媒体の流通する流路を有しアウター部材の内部に収納されるインナー部材とから構成し、インナー部材をアウター部材の内部にろう材で互いに固定することで、インナー部材の材質や形状を変更してアウター部材と組み合わせることで、例えば、熱交換器に要求される様々な性能や耐食性や強度に対してインナー部材のみで容易に対応することが可能となり、しかも、インナー部材を押出成形で形成することで、複数の流路を含めたインナー部材の製造コストを抑制しつつ製造可能となる。

本発明の実施の形態に係る熱交換器用チューブの用いられた熱交換器の全体斜視図である。 図２Ａは、図１に示す熱交換器用チューブの断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す熱交換用チューブの一部省略分解斜視図である。 第１変形例に係る熱交換器用チューブの断面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す熱交換用チューブの一部省略分解斜視図である。 第２変形例に係る熱交換器用チューブの断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す熱交換用チューブの一部省略分解斜視図である。

本発明に係る熱交換器用チューブ及び該熱交換器用チューブの用いられる熱交換器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る熱交換器用チューブの用いられる熱交換器を示す。

この熱交換器１０は、図１に示されるように、一組の第１及び第２ヘッダ１２、１４と、前記第１ヘッダ１２と第２ヘッダ１４との間を接続する複数の熱交換器用チューブ（以下、単にチューブ１６という）１６と、前記チューブ１６の間に設けられ波状に折曲された複数のフィン１８とを含み、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向と直交する熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に空気が通過することで前記チューブ１６内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。

第１ヘッダ１２は、例えば、両端部の閉塞された管状に形成され、その一端部には、外部から媒体の導入される導入管２０と、熱交換器１０の内部を循環した前記媒体の導出される導出管２２がそれぞれ接続されている。

次に、チューブ１６について説明する。

このチューブ１６は、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、例えば、アルミニウム材から中空状に形成されたアウター部材２４と、押し出し材から形成され該アウター部材２４の内部に収納されるインナー部材２６とから構成され、長手方向（矢印Ｂ方向）に沿って長尺に形成される。

アウター部材２４は、例えば、心材となるアルミニウム板の外面及び内面に融点の低いアルミニウム板（クラッド材）の圧着されたブレージングシート（圧延材）から形成され、断面扁平状に折曲することで形成される。

インナー部材２６は、アウター部材２４の断面形状に対応した断面扁平状に形成され、長手方向（矢印Ｂ方向）に沿って押し出される押出成形によって形成され、その内部には、長手方向に沿って貫通する複数の流路２８が形成される。

この流路２８は、例えば、断面矩形状で、インナー部材２６の幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って互いに等間隔離間するように設けられる。そして、インナー部材２６は、アウター部材２４の内部に収納された際、その外周面が前記アウター部材２４の内周面に当接する。

また、インナー部材２６の形状や材質は、例えば、チューブ１６に要求される放熱性能や耐食性や強度等に応じて適宜設定されると共に、流路２８の数量、断面積、断面形状等も適宜設定される。

このチューブ１６は、図１に示されるように、その長手方向（矢印Ｂ方向）に沿った一端部が第１ヘッダ１２の内部と接続され、他端部が第２ヘッダ１４の内部と接続されることで、前記チューブ１６を通じて前記第１ヘッダ１２と前記第２ヘッダ１４とが連通する。

本発明の実施の形態に係るチューブ１６を含む熱交換器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に前記チューブ１６を含む熱交換器１０を製造する場合について説明する。

先ず、心材となるアルミニウム板の表面に融点の低いアルミニウム板（クラッド材）の圧着されたブレージングシートから断面扁平状且つ筒状のアウター部材２４が成形され、該アウター部材２４の断面形状に対応した断面扁平状の押し出し材からなるインナー部材２６が収納される。

そして、チューブ１６の一端部及び他端部をそれぞれ第１及び第２ヘッダ１２、１４へと接続し、隣接するチューブ１６の間にフィン１８を配置した仮組み付け状態とする。

次に、上述した仮組み付け状態の熱交換器１０を炉内へ投入し加熱することで、チューブ１６におけるアウター部材２４のクラッド材が溶融し、外面に当接したフィン１８との間、第１及び第２ヘッダ１２、１４との間へとそれぞれ流動すると共に、内面側においてインナー部材２６の外周面との間へと流動する。

そして、この炉内において所定時間経過した後に冷却されるとクラッド材（ろう材）が固まり始め、互いに当接しているアウター部材２４の内周面とインナー部材２６の外周面とが接合すると同時に、前記アウター部材２４の外面に対してフィン１８が接合され、チューブ１６の一端部及び他端部が第１及び第２ヘッダ１２、１４に対してそれぞれ接合される。なお、冷却され固化したクラッド材は、アルミニウムからなる母材（板材）と同一の強度を有しているため、チューブ１６を構成するアウター部材２４とインナー部材２６とが強固に接合される。

最後に、複数のチューブ１６を介してフィン１８、第１及び第２ヘッダ１２、１４の互いに接合された組付体を炉から取り出すことで熱交換器１０の製造が完了する。

次に、上述したように製造された熱交換器１０の動作について説明する。なお、ここでは、熱交換器１０が、通過する空気を冷却するエバポレータとして用いられる場合について説明する。

先ず、図示しない配管から導入管２０へと冷媒が供給され第１ヘッダ１２の内部へと導入される。そして、第１ヘッダ１２へ供給された冷媒は、複数のチューブ１６に対してそれぞれ略均等となるように流通し、前記チューブ１６における複数の流路２８を通じて第２ヘッダ１４側へと流通する。この際、熱交換器１０の厚さ方向に沿ってフィン１８の間を流通する空気との間で熱交換が行われ、該空気が冷却されて下流側へと流通する。

そして、第２ヘッダ１４から再び冷媒が複数のチューブ１６の流路２８に沿って第１ヘッダ１２側へと流通し、該第１ヘッダ１２から導出管２２を通じて外部へと導出される。

以上のように、本実施の形態では、熱交換器１０に用いられるチューブ１６を、圧延材から断面扁平状で筒状に形成されるアウター部材２４と、押し出し材から形成され前記アウター部材２４に収納されろう付けされるインナー部材２６とから構成することで、前記インナー部材２６の材質や形状を変更してアウター部材２４と組み合わせることで、該インナー部材２６のみで熱交換器１０に要求される様々な放熱性能（熱交換性能）や耐食性や強度等に対応させることが可能となる。

また、インナー部材２６を押し出し材から形成することで、複数の流路２８を含めたインナー部材２６を長手方向（矢印Ｂ方向）に沿って容易に製造することが可能となる。

さらに、アウター部材２４をブレージングシートから形成し、インナー部材２６の外周側を包んだ状態で前記アウター部材２４の内周面に対してろう付けして接合することでチューブ１６としての強度を高めることが可能となる。

さらにまた、アウター部材２４の外面にもクラッド材が圧着されているため、チューブ１６と隣接するフィン１８にろう材を塗布することなくろう付けして接合することが可能となる。そのため、フィン１８に対してペースト状のろう材を塗布する場合と比較し、熱交換器１０を製造する際の製造工数及び製造コストの削減を図ることができると共に、耐食性を向上させることができる。

換言すれば、表面にクラッド材を有したチューブ１６を用いることで、ろう材層を有していないフィン１８であっても容易且つ確実に接合可能となる。

また、チューブ１６を構成するインナー部材２６は、上述したように複数の流路２８を内部に有し一体で形成される場合に限定されるものではなく、例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示される第１変形例のチューブ５０のように、インナー部材５２の厚さ方向〈矢印Ｄ方向〉に２分割された分割体から構成するようにしてもよい。

このインナー部材５２は、チューブ１６の幅方向（矢印Ｃ方向）と直交する厚さ方向（矢印Ｄ方向）に分割された第１及び第２分割体５４、５６からなり、それぞれ対向する面５４ａ、５６ａが平面状に形成されると共に、この面５４ａ、５６ａには断面Ｕ字状の溝部５８ａ、５８ｂが幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って複数形成される。この第１及び第２分割体５４、５６は、長手方向（矢印Ｂ方向）に沿って同一断面形状を有した押し出し材から形成される。

そして、インナー部材５２は、第１分割体５４と第２分割体５６とが互いに面５４ａ、５６ａが当接するように配置されることで断面扁平状となり、互いの溝部５８ａ、５８ｂが合わさることで断面矩形状の複数の流路６０を構成し、アウター部材２４の内部に収納された状態でろう付けされ固定される。

以上のように、この第１変形例に係るチューブ５０では、インナー部材５２を厚さ方向（矢印Ｄ方向）に２分割した第１及び第２分割体５４、５６から構成することで、例えば、同一断面形状で一体形状としたインナー部材２６と比較し、押出成形を行う際の成形性を向上させることができるため、例えば、インナー部材５２に対してより多くの流路６０を成形することが可能となり、内部伝熱面積が増加し伝熱性能を向上させることが可能となる。

さらに、図４Ａ及び図４Ｂに示される第２変形例のチューブ７０のように、インナー部材７２の外周側に複数の溝部７４を設けるようにしてもよい。

このインナー部材７２では、その内部に断面矩形状で幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って複数の流路７６が形成されると共に、外周面には幅方向に沿って断面Ｕ字状の複数の溝部７４が形成される。この溝部７４は、図４Ａに示されるように、例えば、隣接する２つの流路７６の間の壁部７８に臨むように形成される。また、インナー部材７２は、長手方向（矢印Ｂ方向）に沿って同一断面形状を有した押し出し材から形成される（図４Ｂ参照）。

そして、上述したインナー部材７２をアウター部材２４の内部に挿入しろう付けすることで固定することで、溝部７４が前記アウター部材２４の内周面によってそれぞれ覆われて閉塞された第２の流路８０となる。

以上のように、この第２変形例に係るチューブ７０では、インナー部材７２の外周側に複数の溝部７４を設けることで、アウター部材２４の内周面との間で第２の流路８０を構成できるため、単一のチューブ７０においてインナー部材７２の内部に設けられた流路７６と、外周側に設けられた第２の流路８０とで異なる２種類の媒体を循環させることが可能となる。また、溝部７４は、インナー部材７２を押出成形で形成する際に同時に形成できるため、製造工数及び製造コストの増加を招くことがなく好適である。

すなわち、上述したようにチューブ１６、５０、７０を構成し媒体が内部を流通するインナー部材２６、５２、７２を、前記チューブ１６、５０、７０に要求される放熱性能、耐食性、強度等に応じて形状や材質を適宜変更することで容易に対応することが可能となる。

なお、本発明に係る熱交換器用チューブ及び該熱交換器用チューブを用いた熱交換器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…熱交換器 １６、５０、７０…熱交換器用チューブ
１８…フィン ２４…アウター部材
２６、５２、７２…インナー部材 ２８、６０、７６…流路
５４…第１分割体 ５６…第２分割体
５８ａ、５８ｂ、７４…溝部 ８０…第２の流路

Claims (6)

1. 媒体と空気との熱交換を行う熱交換器に用いられ、互いに間隔をおいて配置された一組のタンクに接続され、その内部を前記媒体が循環可能な熱交換器用チューブにおいて、
   心材の表面にクラッド材が圧着された圧延材から筒状に形成されたアウター部材と、
   押出成形され前記媒体の流通する流路を有し前記アウター部材の内部に収納されるインナー部材と、
   を備え、
   前記アウター部材の内部に前記インナー部材がろう材で互いに固定されることを特徴とする熱交換器用チューブ。
2. 請求項１記載の熱交換器用チューブにおいて、
   前記インナー部材は、厚さ方向に２分割されることを特徴とする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において、
   前記流路は、前記インナー部材の内部に形成されると共に、前記インナー部材の外部に形成されることを特徴とする熱交換器用チューブ。
4. 互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、長手方向に沿った両端部がそれぞれ前記タンクに接続され媒体が内部を流通する複数の熱交換器用チューブと、隣接する前記熱交換器用チューブの間に設けられる複数のフィンとを有した熱交換器において、
   前記熱交換器用チューブは、心材の表面にクラッド材が圧着された圧延材から筒状に形成されたアウター部材と、
   押出成形され前記媒体の流通する流路を有し前記アウター部材の内部に収納されるインナー部材と、
   を備え、
   前記フィンが、ろう材のクラッドされていないベア材から形成され、前記アウター部材に対して固定されることを特徴とする熱交換器用チューブの用いられる熱交換器。
5. 請求項４記載の熱交換器において、
   前記インナー部材は、厚さ方向に２分割されることを特徴とする熱交換器用チューブの用いられる熱交換器。
6. 請求項４又は５記載の熱交換器において、
   前記流路は、前記インナー部材の内部に形成されると共に、前記インナー部材の外部に形成されることを特徴とする熱交換器用チューブの用いられる熱交換器。

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