JP2018115820A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ろう付け後にチューブの内部に残るフラックスを許容範囲内に収めることができる構造を備えた熱交換器を提供する。【解決手段】チューブ１００は、ろう付けの際に溶けたフラックスが、第１部品１１０の第１端部１１６及び第２端部１２０の先端曲げ形状にせき止められていると共に、溝部１２１の毛細管現象によって第１板部１１２及び第２板部１１３と第７板部１５６との隙間、第３板部１１４及び第４板部１１５と第９板部１５９との隙間、第１板部１１２及び第４板部１１５と第５板部１５３との隙間を伝って溝部１２１に流れ込む構造を有する。これにより、ろう付け後にチューブ１００の内部に残るフラックスを許容範囲内に収めることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、内部に流体が流れるチューブを備えた熱交換器に関する。

従来より、内部に流体が流れるチューブを備えた熱交換器が、例えば特許文献１で提案されている。チューブは、１枚の平板が折り曲げられて一筆書き形状に構成されている。

チューブの概形は、次のようになっている。まず、平板の中央部が平板の平面に対して垂直に突出するように折り返されている。これにより、平板の折り返し部分が断面Ｔ字状になっている。また、平板の折り返し部分を基準にして平板の一方の端部の先端部分が折り返し部の一方の壁面に接触し、平板の他方の端部の先端部分が折り返し部の他方の壁面に接触するように平板が折り返されている。そして、各先端部分と折り返し部とがろう付けされている。これにより、１枚の平板から２つの中空部分が設けられたチューブが構成されている。

特許第２７９２４０５号公報

通常、平板の両面のうち主にチューブの外壁面を構成する片面には、ろう付け時に酸化皮膜を除去するフラックスが予め塗布されている。また、ろう付けの際にはフラックスが高温で溶融し、酸化皮膜を除去することでろう付けが可能になる。

ここで、ろう付け時の余剰なフラックスは、溶融時に平板の先端部分と折り返し部との隙間を流れてチューブの内部に入り込む。このため、ろう付けに使われなかったフラックスは残滓としてチューブの内部に残る。この残滓は、従来の熱交換器の品質には影響しなかった。

しかし、近年普及し始めた燃料電池車では感電防止のために冷却水中の導電率を低減すること、すなわちチューブの内部に残るフラックスの低減が要求されている。このため、ろう付け後にチューブの内部に存在するフラックスを温水等で長時間かけて洗浄する工程が必要になってしまう。

本発明は上記点に鑑み、ろう付け後にチューブの内部に残るフラックスを許容範囲内に収めることができる構造を備えた熱交換器を提供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、熱交換器は、内部に流体が流れるチューブ（１００）と、チューブの外壁面（１０１）に接合されたフィン（２００）と、を備えている。

チューブは、長方形状の第１板材（１１１）が第１方向に平行な断面がＴ字状となるように折り曲げられたことにより、第１方向の一方の第１端部（１１６）から第１曲げ部（１１７）までの第１板部（１１２）と、第１曲げ部から第１折り返し部（１１８）までの第２板部（１１３）と、第１折り返し部から第２曲げ部（１１９）までの第３板部（１１４）と、第２曲げ部から第１方向の他方の第２端部（１２０）までの第４板部（１１５）と、を有し、さらに、第１端部及び第２端部の各先端部分が第１折り返し部側に折り返された第１部品（１１０）を備えている。

また、チューブは、第２板部、第１折り返し部、及び第３板部によって構成された溝部（１２１）の入口部（１２２）側が位置するように第１板部が配置された一面（１５２）を有する第２板材（１５１）が折り曲げられたことにより、第１板部及び第４板部にろう付け可能なクリアランスを持って対向する第５板部（１５３）と、第１部品を基準として第２板材の第１方向の一方が第１部品側に折り返された第２折り返し部（１５４）と、第２折り返し部から第１板部側に折り曲げられた第３曲げ部（１６０）までの第６板部（１５５）と、第３曲げ部から第３端部（１６１）までの部分であると共に第１板部及び第２板部にろう付け可能なクリアランスを持って対向する第７板部（１５６）と、第１部品を基準として第２板材の第１方向の他方が第１部品側に折り返された第３折り返し部（１５７）と、第３折り返し部から第１板部側に折り曲げられた第４曲げ部（１６２）までの第８板部（１５８）と、第４曲げ部から第４端部（１６３）までの部分であると共に第３板部及び第４板部にろう付け可能なクリアランスを持って対向する第９板部（１５９）と、を有する第２部品（１５０）を備えている。

さらに、第１板部及び第２板部と第７板部とがろう付けされ、第３板部及び第４板部と第９板部とがろう付けされ、第１板部及び第４板部と第５板部とがろう付けされて一体化されていると共に、ろう付けの際に溶けたフラックスが、第１端部及び第２端部の先端曲げ形状にせき止められていると共に、溝部の毛細管現象によって第１板部及び第２板部と第７板部との隙間、第３板部及び第４板部と第９板部との隙間、第１板部及び第４板部と第５板部との隙間を伝って溝部に流れ込んでいる。

これによると、各部品（１１０、１５０）によって構成された中空部（１０２、１０３）に溶けたフラックスが流れ込んだとしても、フラックスが各端部（１１６、１１９）の先端曲げ形状にせき止められると共に、第１部品の溝部に毛細管現象によって溝部に吸収される。したがって、ろう付け後にチューブの内部に残るフラックスを許容範囲内に収めることができる。

なお、この欄及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。

本発明の一実施形態に係る熱交換器の正面図である。 チューブの断面図である。 第１部品の斜視図である。 第２部品の斜視図である。 フラックスの流れを示したチューブの断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。一実施形態に係る熱交換器は、例えば燃料電池車の車両用空調装置の暖房用ヒータコア等に適用される。暖房用ヒータコアは、エンジン冷却水回路に設けられた水ポンプにより供給されたエンジン冷却水（温水）と、送風ファンにより供給される空気と、を熱交換させて、車室内に送風する空気を加熱する加熱用熱交換器である。

図１に示されるように、熱交換器１は、複数のチューブ１００、フィン２００、ヘッダタンク３００、サイドプレート（インサート）４００を備えている。

各チューブ１００は、内部に流体としてエンジン冷却水が流れる筒状の部品である。フィン２００は、チューブ１００の外壁面１０１に接合されて空気との伝熱面積を増大させてエンジン冷却水と空気の熱交換を促進する部品である。チューブ１００及びフィン２００によって熱交換コア部が構成されている。

また、ヘッダタンク３００は、チューブ１００の両開口端に配置されていると共に、各チューブ１００の配列方向に延びて各チューブ１００と連通する部品である。サイドプレート４００は熱交換コア部の補強部材をなす部品である。

チューブ１００、フィン２００、ヘッダタンク３００、及びサイドプレート４００は全てアルミニウムあるいはアルミニウム合金等の金属体として構成されていると共に、各部品がろう付けによって接合されることにより一体化されている。

次に、各チューブ１００の具体的な構成について説明する。図２に示されるように、各チューブ１００は、第１部品１１０と第２部品１５０とが組み合わされて構成されている。これにより、各チューブ１００は２つの中空部１０２、１０３を有している。各部品１１０、１５０はプレス曲げ加工によって製造されている。

第１部品１１０は、長方形状の第１板材１１１が折り曲げられたことにより構成されている。図３に示されるように、第１部品１１０は、第１板部１１２、第２板部１１３、第３板部１１４、及び第４板部１１５を有している。

第１板材１１１の板面の一方向、すなわち第１板材１１１において第１板部１１２、第２板部１１３、第３板部１１４、及び第４板部１１５が連続する方向を第１方向とする。第１方向は第１板材１１１の短手方向に対応する。また、第１板材１１１の板面において第１方向に直交する方向を第２方向とする。第２方向は第１板材１１１の長手方向に対応する。

第１板部１１２は、第１方向の一方の第１端部１１６から第１曲げ部１１７までの部分である。第１曲げ部１１７は第１板材１１１の第２方向に沿ってほぼ直角に曲げられている。第２板部１１３は、第１曲げ部１１７からＵ字状の第１折り返し部１１８までの部分である。

第３板部１１４は、第１折り返し部１１８から第２曲げ部１１９までの部分である。第２曲げ部１１９はほぼ直角に曲げられている。第４板部１１５は、第２曲げ部１１９から第１方向の他方の第２端部１２０までの部分である。

さらに、第１端部１１６及び第２端部１２０の各先端部分は、第１折り返し部１１８側に折り返された先端曲げ形状をなしている。したがって、第１部品１１０は、第１板材１１１が一往復折り返されたことにより、第１方向に平行な断面がＴ字状となるように構成されている。

また、第１板部１１２は、第２板部１１３、第１折り返し部１１８、及び第３板部１１４によって構成された溝部１２１を有している。溝部１２１は、入口部１２２を構成する第１曲げ部１１７と第２曲げ部１１９との間隔が、当該溝部１２１を構成する第２板部１１３と第３板部１１４との間隔のうち第１折り返し部１１８側の間隔よりも狭くなるように構成されている。

図１に示されるように、第２部品１５０は、第２板材１５１が折り曲げられたことにより構成されている。第２板材１５１の一面１５２には第１部品１１０の溝部１２１の入口部１２２側が位置するように第１板部１１２が配置される。

図４に示されるように、第２部品１５０は、第５板部１５３、第２折り返し部１５４、第６板部１５５、第７板部１５６、第３折り返し部１５７、第８板部１５８、及び第９板部１５９を有している。

第５板部１５３は、第１部品１１０の第１板部１１２及び第４板部１１５にろう付け可能なクリアランスを持って対向する部分である。第２折り返し部１５４は、第１部品１１０を基準として第２板材１５１の第１方向の一方が第１部品１１０側に折り返された部分である。第２折り返し部１５４は、断面がＵ字状になるように曲げられている。

第６板部１５５は、第２折り返し部１５４から第１板部１１２側に折り曲げられた第３曲げ部１６０までの部分である。第３曲げ部１６０はほぼ直角に曲げられている。第７板部１５６は、第３曲げ部１６０から第３端部１６１までの部分であると共に、第１板部１１２及び第２板部１１３にろう付け可能なクリアランスを持って対向する部分である。

第３折り返し部１５７は、第１部品１１０を基準として第２板材１５１の第１方向の他方が第１部品１１０側に折り返された部分である。第３折り返し部１５７は、断面がＵ字状になるように曲げられている。

第８板部１５８は、第３折り返し部１５７から第１板部１１２側に折り曲げられた第４曲げ部１６２までの部分である。第４曲げ部１６２はほぼ直角に曲げられている。第９板部１５９は、第４曲げ部１６２から第４端部１６３までの部分であると共に、第３板部１１４及び第４板部１１５にろう付け可能なクリアランスを持って対向する部分である。

そして、第１板部１１２及び第２板部１１３と第７板部１５６とがろう付けされ、第３板部１１４及び第４板部１１５と第９板部１５９とがろう付けされ、第１板部１１２及び第４板部１１５と第５板部１５３とがろう付けされて一体化されている。ろう材及びフラックスは、第１部品１１０のうち第１板部１１２及び第４板部１１５が第２板材１５１に接触する片面全体に設けられていると共に、第２部品１５０のうち一面１５２とは反対側の他面全体に設けられている。

なお、ろう付けの際には、各チューブ１００のろう付けと同時に各チューブ１００の外壁面１０１へのフィン２００のろう付けも行われる。

ろう付けの際にはろう材よりも先に溶けたフラックスが各部品１１０、１５０の表面に濡れる。そして、図５に示されるように、溶けたフラックスは、チューブ１００の外壁面１０１から第２板部１１３と第７板部１５６との隙間や第３板部１１４と第９板部１５９との隙間を介してチューブ１００の内部に流れ込む。しかしながら、フラックスは第１端部１１６及び第２端部１２０の先端曲げ形状に一旦せき止められる。

また、溝部１２１の毛細管現象によってフラックスが溝部１２１に吸い込まれる。これにより、第１端部１１６及び第２端部１２０の先端曲げ形状に一旦せき止められたフラックスや、第１板部１１２及び第２板部１１３と第７板部１５６との隙間、第３板部１１４及び第４板部１１５と第９板部１５９との隙間、第１板部１１２及び第４板部１１５と第５板部１５３との隙間のフラックスが溝部１２１に吸収される。

このように、溶けたフラックスは、第１板部１１２及び第２板部１１３と第７板部１５６との隙間、第３板部１１４及び第４板部１１５と第９板部１５９との隙間、第１板部１１２及び第４板部１１５と第５板部１５３との隙間を伝って溝部１２１に流れ込む。すなわち、溶けたフラックスはチューブ１００の内部に流れ込むが、上記各隙間や各端部１１６、１１９の先端部分を伝わり、溝部１２１に到達する。

なお、図２及び図５では、ろう付け箇所に隙間があるように描かれているが、これは第１部品１１０及び第２部品１５０を分けて描いているためである。ろう付けが完了すると隙間は無くなっており、接合部になっている。

以上説明したように、溶けたフラックスは各端部１１６、１１９の先端曲げ形状にせき止められると共に、第１部品１１０の溝部１２１に毛細管現象によって溝部１２１に吸収される。このため、チューブ１００の内部に流れ込んだフラックスはチューブ１００の中空部１０２、１０３に濡れ広がらない。したがって、ろう付け後にチューブ１００の内部に残るフラックスを許容範囲内に収めることができる。また、ろう付け後にチューブ１００の内部に存在するフラックスを温水等で長時間かけて洗浄する工程を不要にすることができる。

さらに、溝部１２１の入口部１２２の幅が溝部１２１の内部の幅よりも狭いので、毛細管現象を引き起こしやすくすると共に、フラックスを引き込みやすくすることができる。

なお、必要なフラックス量が絶対量として減るため、塗布量を節減してもろう付けできることが可能となる。また、近年、フラックスを使わないフラックスレスのろう付け技術が検討されているが、現在使用されている設備はフラックスレスでのろう付けが不可とされている。しかし、チューブ１００の内部に残るフラックスを許容範囲内に収めることができるので、現在の設備をそのまま使用することができる。

（他の実施形態）
上記の実施形態で示された熱交換器１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、燃料電池車以外に熱交換器１を適用しても良い。

また、第１部品１１０は第１板材１１１が一往復折り返されたことにより構成されているが、例えば複数折り返されて断面が波状となるように構成されていても良い。これにより、溝部１２１が複数構成されるので、各溝部１２１へのフラックスの吸収量を増やすことができる。

１００ チューブ、１０１ 外壁面、１１０ 第１部品、１１１ 第１板材、１１２ 第１板部、１１３ 第２板部、１１４ 第３板部、１１５ 第４板部、１１６ 第１端部、１１７ 第１曲げ部、１１８ 第１折り返し部、１１９ 第２曲げ部、１２０ 第２端部、１２１ 溝部、１２２ 入口部、１５０ 第２部品、１５１ 第２板材、１５２ 一面、１５３ 第５板部、１５４ 第２折り返し部、１５５ 第６板部、１５６ 第７板部、１５７ 第３折り返し部、１５８ 第８板部、１５９ 第９板部、１６０ 第３曲げ部、１６１ 第３端部、１６２ 第４曲げ部、１６３ 第４端部

Claims (2)

1. 内部に流体が流れるチューブ（１００）と、前記チューブの外壁面（１０１）に接合されたフィン（２００）と、を備えた熱交換器であって、
   前記チューブは、
   長方形状の第１板材（１１１）が第１方向に平行な断面がＴ字状となるように折り曲げられたことにより、前記第１方向の一方の第１端部（１１６）から第１曲げ部（１１７）までの第１板部（１１２）と、前記第１曲げ部から第１折り返し部（１１８）までの第２板部（１１３）と、前記第１折り返し部から第２曲げ部（１１９）までの第３板部（１１４）と、前記第２曲げ部から前記第１方向の他方の第２端部（１２０）までの第４板部（１１５）と、を有し、さらに、前記第１端部及び前記第２端部の各先端部分が前記第１折り返し部側に折り返された第１部品（１１０）と、
   前記第２板部、前記第１折り返し部、及び前記第３板部によって構成された溝部（１２１）の入口部（１２２）側が位置するように前記第１板部が配置された一面（１５２）を有する第２板材（１５１）が折り曲げられたことにより、前記第１板部及び前記第４板部にろう付け可能なクリアランスを持って対向する第５板部（１５３）と、前記第１部品を基準として前記第２板材の前記第１方向の一方が前記第１部品側に折り返された第２折り返し部（１５４）と、前記第２折り返し部から前記第１板部側に折り曲げられた第３曲げ部（１６０）までの第６板部（１５５）と、前記第３曲げ部から第３端部（１６１）までの部分であると共に前記第１板部及び前記第２板部にろう付け可能なクリアランスを持って対向する第７板部（１５６）と、前記第１部品を基準として前記第２板材の前記第１方向の他方が前記第１部品側に折り返された第３折り返し部（１５７）と、前記第３折り返し部から前記第１板部側に折り曲げられた第４曲げ部（１６２）までの第８板部（１５８）と、前記第４曲げ部から第４端部（１６３）までの部分であると共に前記第３板部及び前記第４板部にろう付け可能なクリアランスを持って対向する第９板部（１５９）と、を有する第２部品（１５０）と、
   を備え、
   さらに、前記第１板部及び前記第２板部と前記第７板部とがろう付けされ、前記第３板部及び前記第４板部と前記第９板部とがろう付けされ、前記第１板部及び前記第４板部と前記第５板部とがろう付けされて一体化されていると共に、前記ろう付けの際に溶けたフラックスが、前記第１端部及び前記第２端部の先端曲げ形状にせき止められていると共に、前記溝部の毛細管現象によって前記第１板部及び前記第２板部と前記第７板部との隙間、前記第３板部及び前記第４板部と前記第９板部との隙間、前記第１板部及び前記第４板部と前記第５板部との隙間を伝って前記溝部に流れ込んでいる熱交換器。
2. 前記溝部は、前記入口部を構成する前記第１曲げ部と前記第２曲げ部との間隔が、当該溝部を構成する前記第２板部と前記第３板部との間隔のうち前記第１折り返し部側の間隔よりも狭くなるように構成されている請求項１に記載の熱交換器。

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