JP2989859B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、例えばカーエアコン用のアルミニウム
（その合金を含む）製凝縮器等に用いられる熱交換器、
特にマルチフロー型と称される熱交換器に関する。

従来の技術 上記のマルチフロー型熱交換器は、平行状に配設され
た１対の中空ヘッダー間に複数本のチューブが並列状に
渡されて該ヘッダーに連通接続され、かつ隣接チューブ
間にフィンが配置された構成となされている。

而して、かかる熱交換器の製作は、ヘッダーの長さ方
向に予め列設されたチューブ挿入孔にチューブの両端を
挿入してヘッダーとチューブとを連通状態にするととも
に、隣接チューブ間にフィンを配置して一括ろう付等の
方法でヘッダー、チューブ、フィンを接合固定すること
により行われている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような熱交換器の製作工程にお
いては、チューブをヘッダーのチューブ挿入孔に挿入す
る際に概して挿入しにくく、またチューブ挿入孔に挿入
した状態ではチューブがしっかりとそのヘッダーに固定
されずぐらつくため、接合までの間の取扱い上不便であ
り、組立作業性に劣る欠点があった。しかも、チューブ
とヘッダーとのぐらつきによってヘッダーとチューブと
が位置ずれした状態で接合されることもあり、製品品質
に問題を生じる場合もあった。さらに、ろう付等の接合
段階でチューブとヘッダーとの連結部分へのろう回りが
不十分となり易く、このため両者の連結強度を十分に確
保できず甚しくは液洩れ等の原因となることも往々にし
てあった。

この発明はかかる欠点を解消し、組立作業性に優れか
つチューブとヘッダーとの接合強度にも優れた熱交換器
の提供を目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的は、図面の符号を参照して示すと、平行状に
配設された１対の中空ヘッダー（３）（４）と、両ヘッ
ダー（３）（４）間に架渡して並列状に配置され、両端
が前記ヘッダーの扁平状のチューブ挿入孔（５）に挿入
されることによりヘッダー（３）（４）に連通接続され
た複数の偏平状チューブ（１）と、隣接チューブ間に配
置されたフィン（２）とを備えた熱交換器において、前
記チューブ挿入孔（５）の孔幅方向の開口縁部（６）の
外側縁（6a）に、内方に向かって縮径状となるテーパ部
（７）が形成される一方、前記チューブ挿入孔（５）の
長さ方向の両端部を除く孔幅方向の開口縁部（６）の内
側縁（6b）に内方突状のチューブ支持用ガイド片（９）
が延設されてなることを特徴とする熱交換器によって達
成される。

作 用 熱交換器の製作に際して、ヘッダー（３）（４）のチ
ューブ挿入孔（５）にチューブ（１）の両端を挿入する
が、チューブ挿入孔（５）の幅方向の開口縁部（６）の
外側縁（6a）には内方に向かって縮径状となるテーパ部
（７）が形成されているから、挿入に際してチューブ
（１）の差込み位置が挿入孔（５）に対してずれてもチ
ューブ（１）の先端がチューブ挿入孔（５）へとスムー
ズに案内される。また、チューブ（１）をチューブ挿入
孔（５）に差し込んだ状態では、ヘッダー（３）（４）
のチューブ支持用ガイド片（９）がチューブ（１）に幅
広く当接するためチューブは挿入状態にしっかりと固定
支持される。また、チューブ（１）とヘッダー（３）
（４）をろう付により接合する場合には、該テーパ部
（７）に沿ってチューブ（１）とテーパ部（７）との間
に形成された断面楔状の隙間（８）にろう材が流れ込
み、かつ十分なフィレットを形成して接合面積の増大を
もたらし、チューブ（１）とヘッダー（３）（４）とが
強固に接合される。

実施例 次に、この発明をカークーラー用のアルミニウム（そ
の合金を含む）製凝縮器に適用した実施例について説明
する。

第４図〜第６図において、（１）は水平状態で上下方
向に配置された複数のチューブ、（２）はその隣接する
チューブ（１）（１）間及び最外側のチューブの外側に
配置されたコルゲートフィンである。

前記チューブ（１）はアルミニウム材による偏平状の
押出形材からなるものである。このチューブ（１）はい
わゆるハモニカチューブと称されるような多孔形のもの
を用いても良い。また押出形材によらず電縫管を用いて
も良い。この場合、チューブ内に伝熱効率の向上と補強
を目的としてインナーフィンを装填した構成としても良
い。

前記コルゲートフィン（２）は心材の片面または両面
にろう材が被覆されたアルミニウムブレージングシート
からなるもので、チューブ（１）とほぼ同じ幅を有し、
ろう付によりチューブに接合されている。コルゲートフ
ィン（２）は、その壁面にルーバーを切起こし形成した
ものが用いられている。

（３）（４）は左右のヘッダーである。これらのヘッ
ダー（３）（４）は心材の外面または内外両面にろう材
が被覆されたアルミニウムブレージングシートからなる
断面円形の電縫管をもって形成されている。なお、電縫
管によらずアルミニウム押出形材をもって構成しても良
い。

また、ブレージングシートのパイプ成形体をその衝き
合わせ部を電縫溶接することなく用い、チューブ（１）
とヘッダー（３）（４）とのろう付と同時に衝き合わせ
部をろう付しても良い。各ヘッダー（３）（４）には長
さ方向に沿って間隔的にチューブ外周形状に等しい孔形
状のチューブ挿入孔（５）が穿設されている。かつ、第
１図〜第３図に示すように、このチューブ挿入孔（５）
の幅方向つまり径小方向の上下開口縁部（６）のいずれ
にも、その外側縁（6a）に内方に向かって縮径状となる
テーパ部（７）が形成されている。このテーパ部（７）
はチューブ（１）を挿入孔（５）に挿入する際の該挿入
孔（５）への導入の役割と、熱交換器組立後のろう付接
合時において、溶融したろう材をチューブ（１）とヘッ
ダー（３）（４）との連接部へと導いて両者の確実な接
合を保証する役割を果たす。

ここに、ろう材をテーパ部（７）とチューブ（１）と
の隙間（８）に導いて十分なフィレットを形成するに
は、ヘッダーの長さ方向に対するテーパ部（７）のなす
鋭角（θ）（第１図に示す）を15〜45゜の範囲に設定す
るのが良い。15゜未満では隙間（８）が狭すぎて却って
ろう流れが悪くなりひいてはろう切れを生じる虞れがあ
る。逆に45゜を超えるとテーパ部（７）を設けない状態
に近くなり、テーパ部を設ける意義が没却される虞れが
ある。特に好ましい角度（θ）は25〜35゜であり、殊に
30゜程度が最も好ましい。かかるテーパ部（７）はチュ
ーブ挿入孔（５）の外側縁を円弧状ないし傾斜状にプレ
ス加工することにより形成されたものである。

一方、チューブ挿入孔（５）の長さ方向の両端部を除
く幅方向の上下開口縁部（６）における内側縁（6b）に
は、開口縁部（６）から平坦状に連続する態様で内方突
状の支持用ガイド片（９）が延設されている。この支持
ガイド片（９）はチューブ挿入孔（５）に挿入されたチ
ューブ（１）の上下周面を上下のガイド片（９）で支持
することによりチューブのぐらつきを抑制する役割を果
たす。かかるガイド片（９）もプレス加工により形成さ
れたものである。即ち、チューブ挿入孔（５）をヘッダ
ー（３）（４）に穿設する際に、ガイド片（９）をヘッ
ダーの長さ方向に立設状態に残した状態で孔穿けを行っ
たのち、このガイド片（９）をプレスによりヘッダーの
内部方向に押圧して倒し、さらにチューブ挿入孔（５）
の開口縁部（６）と同一面位置となるまでガイド片
（９）を押圧することにより形成されたものである。従
って、本実施例の場合、ヘッダー（３）（４）として外
面または内外両面にろう材が被覆されたブレージングシ
ートを用いているから、第７図のようにチューブ挿入孔
（５）の上下開口縁部（６）及びガイド片（９）の表面
にろう材（3a）が存在することになり、チューブ（１）
とヘッダー（３）（４）との接合面積を広く確保しえて
益々接合強度の増大を図り得る効果もある。

また、左ヘッダー（３）の上端部には冷媒入口管（1
0）が連結される一方、右ヘッダー（４）の下端部には
同出口管（11）が連結されている。また、左ヘッダー
（３）には該ヘッダーを上下２室に分割する仕切板（1
2）が設けられる一方、右ヘッダー（４）にも該ヘッダ
ーを上下２室に分割する仕切板（13）が設けられ、もっ
て冷媒入口管（10）から左ヘッダー（３）に流入した冷
媒は、チューブ群によって形成される全冷媒通路を巡っ
て蛇行状に流通して冷媒出口管（11）から流出するもの
となされている。そして、冷媒が各チューブ（１）を流
通する間に、チューブ（１）（１）間に形成されたコル
ゲートフィン（２）を含む空気流通間隙を流通する空気
と熱交換を行い、凝縮するものとなされている。なお、
（14）（14）は最外側のコルゲートフィンの外側に配置
された上下のサイドプレートであり、（15）及び（16）
はヘッダー（３）の下端、ヘッダー（４）の上端をそれ
ぞれ閉塞する上下の蓋片である。

図示実施例の熱交換器を製作するに際しては、まずヘ
ッダー（３）（４）のチューブ挿入孔（５）にチューブ
（１）の両端を挿入するが、チューブ（１）の挿入位置
が挿入孔（５）に対して僅かにずれても、挿入孔（５）
の上下テーパ部（７）によりチューブ（１）が挿入孔
（５）へと導かれてスムーズに挿入される。そして、チ
ューブ（１）の両端を両ヘッダー（３）（４）のチュー
ブ挿入孔（５）に挿入した後は、チューブの端部上下面
は支持ガイド片（９）（９）により当接ないし挟圧状態
に支持され、これによりチューブ（１）はヘッダー
（３）（４）に対して直角状をなして固定されそのぐら
つきが解消されるとともに、適性配置関係が確保され
る。

次いで、隣接チューブ間にコルゲートフィン（２）を
介在状態に配置するとともに、最外側のチューブの外側
にもコルゲートフィンを配置し、さらにサイドプレート
（14）及び蓋片（15）（16）を所定配置にセットして熱
交換器組立物に製作したのち、一括ろう付により各構成
部材を接合する。加熱ろう付時に溶融したヘッダー外表
面のろう材の一部は、第７図に示すように、ヘッダー
（３）（４）のテーパ部（７）に沿って該テーパ部
（７）とチューブ（１）との間に形成された隙間（８）
へと流れ込んで溜まり、そこに十分なフィレット（17）
を形成する。これによりチューブ（１）とヘッダー
（３）（４）との十分な接合が確保される。かかる隙間
（８）へのろう材の流入とフィレットの形成作用は、テ
ーパ部（７）とヘッダー（３）（４）の長さ方向とのな
す鋭角（θ）を15〜45゜に設定した場合に最も効果的に
発揮されるのは前述のとおりであるが、これを確認する
ために以下のような試験を行った。

即ち、第８図（イ）〜（ハ）に示すように、ヘッダー
のテーパ部（７）相当部位を形成するための試験片（2
1）とチューブ（１）に相当する試験片（20）を用意し
た。なお、ヘッダー相当試験片（21）はA3003Al合金か
らなる心材の両面にAl−Si系ろう材が被覆されたアルミ
ニウムブレージングシートを用い、チューブ相当試験片
（20）はA1100Al板を用いた。

次いで、ヘッダー相当試験片（21）とチューブ相当試
験片（20）とを一定角度θをなして傾斜状に配置せしめ
るとともに、θを各種に変えてろう付を行った。ろう付
は第８図（イ）（ロ）（ハ）に示すように、３種類の姿
勢により行った。そして、各試験片につき第９図に示す
ように、長さ方向の中央部で切断するとともに、フィレ
ット（22）の長さ（ｌ）を測定した。そいて各溶接姿勢
においてθ＝90゜のフィレット長さをそれぞれ100とし
てθを変化させたときのフィレット長さの相対比較値を
第10図のグラフに示す。

第10図の結果から、各溶接姿勢について総合的に判断
すると、ヘッダー相当試験片（21）とチューブ相当試験
片（20）との角度θが小さくなる方がろう付性が良く、
特に45゜以下が好ましいことがわかる。また、実際の熱
交換器においてのろう付性を調べるために、θを10゜、
20゜、30゜、50゜に設定した両面ブレージングヘッダー
をそれぞれ５本ずつ成形し、各ヘッダーのチューブ挿入
孔に偏平チューブを挿入してろう付した。その結果、θ
を10゜に設定したものは５本のうち３本にろう切れが発
生した。これに対し、θを20゜、30゜、50゜に設定した
ものはろう切れが全く発生しなかった。このように、実
際の熱交換器の場合、ヘッダー、チューブの形状が前記
試験片とは異なるため、θが15゜未満ではろう切れが発
生するおそれがある。

以上の試験結果から、ヘッダーのテーパ部（７）とヘ
ッダーの長さ方向のなす鋭角θが、30゜を中心として15
〜45゜程度の範囲で良好なフィレットが形成されてチュ
ーブ（１）とヘッダー（３）（４）との良好な接合が得
られることを確認しえた。

発明の効果 この発明は上述の次第で、まずヘッダーのチューブ挿
入孔の孔幅方向の開口縁部の外側縁に、内方に向かって
縮径状となるテーパ部が形成されているから、熱交換器
の組立時に挿入されるチューブの端部を挿入孔へとスム
ーズに導くことができ、チューブ挿入作業の簡素化を図
りうる。

さらに、ヘッダーのチューブ挿入孔の幅方向の開口縁
部の内側縁には内方突状のチューブ支持用ガイド片が延
設されてなるから、仮組段階でチューブ挿入孔に挿入し
たチューブを前記ガイド片によって広範囲に支持するこ
とができる。従って、挿入したチューブのヘッダーに対
するぐらつきをなくしえて適性配置に固定することがで
きるとともにその後の取扱いも便利となしえ、上記チュ
ーブ挿入時の簡素化とも相侯って組立作業の一段の簡素
化、効率化を図りうる。しかもヘッダーとチューブとの
適性配置関係が確保されることにより、両部材の配置ず
れのない外観品質に優れた熱交換器となしうる。

しかもまた、前記ガイド片は、チューブ挿入孔の長さ
方向の両端部を除いて形成されているから、チューブ挿
入孔の全周にガイド片を形成した場合のように、ガイド
片の変形自由性が失われることはなく、例えばガイド片
の先端部の間隔をチューブの高さよりも小さく設定して
おくことにより、チューブ挿入時に、ガイド片が挿入さ
れてきたチューブに追従して拡がり方向に変形して密着
支持するから、挿入後の爾後的な密着工程は不要であ
る。

さらにまた、チューブをヘッダーの挿入孔に挿入した
状態でチューブとテーパ部との間には断面楔状の隙間が
形成されるから、チューブとヘッダーとをろう付により
接合する場合には、テーパ部を介して該隙間にろう材が
流れ込み易くなり、かつ流れ込んだろう材が十分なフッ
レットを形成してチューブとヘッダーとの接合面積を拡
大できるから、両者の接合強度を十分に確保することが
できる。従って、液洩れのない耐久性にも優れた熱交換
器となしうる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る熱交換器のヘッダー
の要部縦断面図、第２図は同じくヘッダーの要部正面
図、第３図は第１図のIII−III線断面図、第４図は熱交
換器の全体正面図、第５図は第４図に示す熱交換器の平
面図、第６図はヘッダーとチューブとフィンとを分離状
態で示す斜視図、第７図はヘッダーとチューブとの連結
状態を示す要部断面図、第８図は試験片のろう付姿勢
図、第９図はろう付試験片の断面図、第10図は第８図及
び第９図のろう付試験片を用いたろう付試験結果を示す
グラフである。 （１）……チューブ、（２）……フィン、（３）（４）
……ヘッダー、（５）……チューブ挿入孔、（６）……
開口縁部、（6a）……外側縁、（6b）……内側縁、
（７）……テーパ部、（９）……ガイド片。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行状に配設された１対の中空ヘッダー
   （３）（４）と、両ヘッダー（３）（４）間に架渡して
   並列状に配置され、両端が前記ヘッダーの扁平状のチュ
   ーブ挿入孔（５）に挿入されることによりヘッダー
   （３）（４）に連通接続された複数の偏平状チューブ
   （１）と、隣接チューブ間に配置されたフィン（２）と
   を備えた熱交換器において、前記チューブ挿入孔（５）
   の孔幅方向の開口縁部（６）の外側縁（6a）に、内方に
   向かって縮径状となるテーパ部（７）が形成される一
   方、前記チューブ挿入孔（５）の長さ方向の両端部を除
   く孔幅方向の開口縁部（６）の内側縁（6b）に内方突状
   のチューブ支持用ガイド片（９）が延設されてなること
   を特徴とする熱交換器。