JP3697006B2 - 熱交換器、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載されるヒートコアやオイルクーラや、例えば、自動車のエアコンディショナーのような空調機器のエバポレータやコンデンサに使用される熱交換器に属し、特に、熱媒体が流通するチューブをもつ熱交換器に属する。
【０００２】
また、この発明は、そのチューブを含む仮組立体、即ち、コアをろう付けによって結合することによって熱交換器を製造する方法に属する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、一つのパイプを通して流れる内部流体は、そのパイプの外側の外部流体と熱交換される。内部流体は熱媒体と呼ばれており、二つのエリア間で熱もしくは冷気を運ぶものである。一方、外部流体は空気、液体のような流体であって、加熱や冷却されるべき流体である。空気加熱システムにおいては、熱媒体はスチームや温水など熱を運ぶヒートキャリアであり、内部流体は空気である。冷却システムにおいては、熱媒体は熱交換によって空気を冷却するための冷媒と呼ばれている。加熱や冷却される空気を熱交換空気と呼ぶことにする。
【０００４】
従来の熱交換器は、一対のタンク、これらのタンクのそれぞれに接続されている複数のチューブ、複数のチューブの間に組み合わされている複数のフィンとを有している。複数のフィンは、例えば空気加熱や空気冷却システムに用いる空気である外部流体をその外表面で熱交換するものである。
【０００５】
熱媒体は、二つのタンクのうちの一方のタンクから他方のタンクへチューブを介して流れる。熱媒体によって運ばれる熱又は冷気は、チューブ及びフィンを介して空気に与えられる。
【０００６】
それ故に、チューブ及びフィンのそれぞれは、熱交換チューブ及び熱交換フィンと呼ばれている。熱交換フィンは加熱もしくは冷却される空気との接触面積、即ち、熱交換面積を増大させるものである。
【０００７】
チューブ及びフィンはこれらが交互に積層されて仮組みされている。タンクのそれぞれは、一つのタンク基材と一つのタンク蓋材との結合によって構成されている。タンク基材はチューブの開口端に接続されている。チューブ、フィン、及びタンクの仮組立体は、チューブ、フィン、タンクを互いに固定するためにろう付けされて一体構造の熱交換器を得る。チューブのそれぞれはプレス成形あるいは鋳造によって形成された一対の成形プレートを有し、それぞれは、外周側に形成されているフランジ部と、複数の突部とを有している。突部のそれぞれは、これらの先端面に貫通孔が形成されている。
【０００８】
仮組み立てがなされる際、成形プレートはチューブ状に結合される。ろう付け工程の間、フラックスは貫通孔を通してチューブの内側に侵入して成形プレートフランジ部同士を接着して液密な状態にチューブをシールする。上述した従来の技術は、特開平８−９４２７５号公報に詳細に開示されている。
【０００９】
ろう付け工程において使用される非腐食性フラックスは、カナダ国のＡＬＣＡＮ社で開発された「ＮＯＣＯＬＯＫ（ノコロック）フラックス；商標名」がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、非腐食性フラックスの必要量がろう付け部分に付着されていなければ、ろう付け部分の不良が生じるという問題がある。
【００１１】
それ故に、本発明の課題は、ろう付けによる不良を抑制し、耐久性に優れた熱交換器を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の課題は、ろう付けのためのフラックスが不足する結果として起こる、ろう付け不良の発生を避けることが可能な熱交換器の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、熱媒体を通過させるための複数のチューブと、該チューブの間に介装した複数のフィンと、前記チューブに接続したタンクとが非腐食性フラックスによってろう付け接合されている熱交換器において、前記チューブは互いに組み合わせる一対の成形プレートを有し、該成形プレートは前記チューブを液密に接合するための周縁部と、該周縁部の内側に形成されかつ先端面同士が互いに付き合わされる複数の第１の突部と、周縁部の内側に形成されかつ先端面同士が互いに付き合わされる第２の突部とを有し、該第２の突部の先端面には細長い貫通孔が形成されており、一対の前記成形プレートには前記第２の突部の前記先端面同士を互い突き合わせた状態で前記貫通孔が互いにオフセットされて位置するように形成されており、さらに前記タンク、前記フィン、及び前記チューブの内外表面の面積に対して前記非腐食性フラックスが３ｇ／ｍ2 以上の割合で付着されていることを特徴とする熱交換器が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、熱媒体を通過させるための複数のチューブと、該チューブの間に介装した複数のフィンと、前記チューブに接続したタンクとの仮組立体をろう付けすることによって熱交換器を製造する方法において、複数の前記チューブを液密に結合する周縁部と、該周縁部の内側で先端面が互いに付き合わされる複数の第１の突部と、周縁部の内側で先端面が互いに付き合わされる第２の突部とを有する成形プレートの複数対を形成し、該第２の突部の前記先端面には細長い貫通孔を形成し、一対の前記成形プレートには、前記第２の突部の前記先端面を互い突き合わせた状態で前記貫通孔が互いにオフセットされて位置するように前記第２の突部の前記先端面に前記貫通孔を形成し、前記成形プレートの前記第１の突部の前記先端面同士を互いに接触させると共に第２の突部の前記先端面同士を互いに接触させて前記成形プレート同士を結合してチューブ状として、前記タンク、前記フィン及び前記チューブの内外表面の総面積を基準として３ｇ／ｍ2 以上の割合で非腐食性フラックスを前記仮組立体の表面に塗布し、前記チューブと前記フインとを交互に積層し、前記チューブに前記タンクを結合して前記仮組立体を構成し、ろう付け温度で前記フラックスを付着した前記仮組立体をろう付け温度に加熱して熱交換器を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の熱交換器の一実施の形態例を示している。なお、この熱交換器は自動車に搭載されて空気調和を行うために蒸発器として利用されているものである。
【００１６】
図１及び図２を参照して、熱交換器は、熱媒体を分岐及び集合させるために一対で構成されている第１及び第２のタンク本体１、２と、これらの第１及び第２のタンク本体１、２に結合している複数の熱交換用のチューブエレメント（以下、チューブという）３と、熱交換される空気が外表面に当たようにチューブ３に隣接して配した複数のフィン４とを具備している。
【００１７】
複数のチューブ３及びフィン４は、これらが交互に積層されて一体に組立てられている。複数のフィン４のうち両側に配置されている一対のフィン４の外側には、これらの一対のフィン４の外側に一対一に対向するように一対のサイドプレート５、６が取り付けられている。
【００１８】
第１及び第２のタンク本体１、２、チューブ３及びフィン４はこれらが仮組立された後に、電気炉、ガス炉等の加熱装置内で所定温度によってろう付けにより一体に結合される。
【００１９】
第１及び第２のタンク本体１、２、チューブ３の材料としては、アルミニウム板のような芯部材と、この芯材板の一面上を付着した皮材としてのろう材とを一体として二層構造としたプレートを用いている。例えば、芯材板としては、日本工業規格（ＪＩＳ）Ａ３００３の材料が用いられている。
【００２０】
なお、第１及び第２のタンク本体１、２、チューブ３の材料としては、一つの芯部材と、この芯部材の両面に張り合わされたろう材の皮部材とからなる三層クラッド構造のプレートを採用することができる。
【００２１】
この熱交換器においては、第１及び第のタンク本体１、２が互いに間隔をもって配されている。即ち、第１及び第のタンク本体１、２は、図１において矢印によって示した空気流方向I に対して直交する方向で長手方向にかつ前後に配されている。
【００２２】
第１及第２のタンク本体１，２は、プレートをプレス成形することによってほぼ皿形状に形成した一対の部材を互いに組み合わせることによって一体に作られている。第１のタンク本体１は、皿形状に形成されている第１のタンク基材１ａと、この第１のタンク基材１ａに組み合わされている第１のタンク蓋材１ｂとを有している。
【００２３】
第１のタンク基材１ａには複数のチューブ３の一方の開口部３ｄが結合されている。一方の開口部３ｄは第１のタンク基材１ａの内側に位置している。第２のタンク本体２は、第１のタンク本体１と同様にプレートをプレス成形することによってほぼ皿形状に形成した一対の部材を組み合わせることによって作られている。
【００２４】
第２のタンク本体２は、第２のタンク基材２ａと、この第２のタンク基材２ａに組み合わされている第２のタンク蓋材２ｂとを有している。第２のタンク基材２ａには複数のチューブ３の他方の開口部３ｄが結合されている。他方の開口部３ｄは第２のタンク基材２ａの内側に位置している。
【００２５】
第１及び第２のタンク本体１、２は、熱媒体を流通させる内部空間を有している。第１のタンク本体１には媒体の流れを仕切るための一つの仕切部材７が配置されている。仕切部材７の材料としては、例えば、アルミニウム板と、このアルミニウム板の一面にろう材を設けたクラッド板が採用されている。
【００２６】
仕切部材７は第１のタンク本体１の長手方向でその内部空間を２つの室に分割するように所定間隔をもって配されている。また、仕切部材７は、第１のタンク本体１に、図１に示した紙面の左右方向である長手方向の中央部分に配されている。即ち、仕切部材７は、第１のタンク本体１の内部を長手方向で２つに区画している。なお、仕切部材７は第１のタンク本体１の媒体の流れを完全に仕切るように第のタンク本体１に結合されている。
【００２７】
さらに、具体的に仕切部材７を図２を参照して説明する。図２は仕切部材７が結合される第１のタンク本体１の要部を示している。
【００２８】
この構造例では、第１のタンク蓋材１ｂの内面に溝形状の結合溝部３３が形成されている。即ち、第１のタンク本体１の内面には、仕切部材７を第１のタンク本体１の所定位置に嵌め込むために第１のタンク蓋材１ｂに結合溝部３３が形成されている。仕切部材７は、平板形状に形成されているものである。
【００２９】
第１のタンク本体１には、その内部に熱媒体を導入するための導入管１１と、第１のタンク本体１の内部から熱媒体を外へ導出するための導出管１２とが接続されている。図１に示したように、導入管１１は第１のタンク本体１の長手方向の中央よりやや右寄りで第１のタンク本体１に接続されている。導出管１２は第１のタンク本体１の長手方向の中央よりやや左寄で第１のタンク本体１に接続されている。第１のタンク本体１の内部は導入管１１及び導出管１２間の中央部分で仕切部材７によって仕切られていることから熱媒体の流通が阻止される。
【００３０】
このような熱交換器では、外部に備えられている膨脹弁で減圧された熱媒体が導入管１１を通して第１のタンク本体１、チューブ３、第２のタンク本体２、チューブ３、第１のタンク本体１を通り導入管１１へと流れる。
【００３１】
なお、熱媒体は導出管１２から外部に設置されている圧縮機へ流れ、媒体回路を構成する他の機器、例えば、コンデンサーを介して再び導入管１１へ導入するように循環する。この際、複数のフィン３の外側には熱交換空気が矢印で示した空気流方向I で通っており、空気とチューブ３内の熱媒体との間で熱交換が行われる。
【００３２】
図３には、上述した熱交換器の構成における媒体回路を示している。媒体回路は４回路に分かれている。熱媒体の流れ方向を実線の矢印によって示した。
【００３３】
また、媒体回路を示す実線には前述した第１のタンク本体１、第２のタンク本体２、チューブ３、導入管１１、及び導出管１２を簡易的に図示している。
【００３４】
図３を参照して、まず、導入管１１から導びかれた熱媒体は，第１のタンク本体１の長手方向を略半分に仕切っている仕切部材７が存在することから、タンク本体１の略半分へ導入される。次に、熱媒体はチューブ３内をＵ字状に流れる。引き続き熱媒体は第２のタンク本体２の長手方向の略半分へ導入される。
【００３５】
この熱媒体の流れは図３の紙面の右上側から下方に流れて再び紙面の右側の上方向に流れる２回路で構成される部分である。
【００３６】
その後、媒体は第２のタンク本体２の残りのほぼ半分に導かれてチューブ３の内部をＵ字状に流れる。さらに熱媒体は第１のタンク本体１の残りのほぼ半分から導出管１２を介して外へ排出される。このような熱媒体の流れは図３の紙面の左上側から下方に流れて再び左上側の上方向に流れる２回路で構成される部分である。
【００３７】
チューブ３は、図４及び図５にも示すように、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂを有している。一対の成形プレート１３ａ，１３ｂのそれぞれには、小さい有底筒形を呈する複数の第１の突部１４が形成されている。第１の突部１４は一対の成形プレート１３ａ，１３ｂのそれぞれ同一位置に配置されている。これらの第１の突部１４の先端面の中央には連通孔４５が形成されている。
【００３８】
また、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂには外周に形成されているフランジ部（周縁部）２０と、フランジ部２０の内側の中央に位置しかつ長手方向に細長い第２の突部１８とがそれぞれ形成されている。第２の突部１８の先端面には長手方向に細長い貫通孔としてのスリット（長孔）１８ａが形成されている。さらに、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂには第２の突部１８の先端面同士を互い突き合わせた状態で貫通孔１８ａが互いにオフセットされて位置するように形成されている。なお、第２の突部１８にはこのスリット１８ａに代えて、先端面を切り起こすことによって切り起こしを形成してスリット１８ａとしてもよい。
【００３９】
このように形成されている一対の成形プレート１３ａ，１３ｂは、相互に接合するために組み合わせることによって偏平なチューブ３が形成されている。一対の成形プレート１３ａ，１３ｂを相互に組み合わせる際には、一方の成形プレート１３ａのフランジ部２０、第１の突部１４の先端面、第２の突部１８の先端面のそれぞれに、他方の成形プレート１３ｂのフランジ部２０、第１の突部１４の先端面、第２の突部１８の先端面が一対一に突き合わされる。
【００４０】
熱交換器の組み立てる際には、プレス成形型などで形成された一対の成形プレート１３ａ，１３ｂを組み合わせた複数のチューブ３と、複数のフィン４とを交互に積層することによって構成される。
【００４１】
なお、第１の突部１４はチューブ３の内部を流れる媒体の乱れを生じさせるために有効となる。また、第２の突部１８はチューブ３の内部を通過する媒体がＵ字形状に流れるのを規定している。
【００４２】
前述したように、熱交換器の組み立は、前述したように成形プレート１３ａ，１３ｂはプレス成形型のような成形型によって形成され、成形プレート１３ａ，１３ｂのそれぞれがチューブ３の形状に重ね合わされる。複数のチューブ３及びフィン４は予め積層構造に組み合わされる。そのとき、積層構造体はコア組立体として第１及び第２のタンク本体１，２が仮組立形状で重ね合わされる。仮組み立体では、従来技術で述べたノコロック フラックスのような非腐食性フラックスを使用してろう付け工程におけるフラックス付着量が問題となる。一方の成形プレート１３ａのフランジ部２０、第１の突部１４、及び第２の突部１８は、他方の成形プレート１３ｂに永久的に結合されなければならない。
【００４３】
図６は図１に示した熱交換器の組み立て作業の詳細を示している。まず、前述胃したように仮組立体の仮組み立てを行う。非腐食性フラックスは仮組立体の外表面に塗布され、この非腐食性フラックスをろう付けする部分に侵入、浸透させるものである。
【００４４】
特に、チューブ３を構成する三層構造クラッド材である成形プレート１３ａ，１３ｂはろう材が成形プレート１３ａ，１３ｂの両面に付着している。例えば、チューブ３は日本工業規格ＪＩＳＡ３００３ＮＡ等のＡｌ−Ｍｎ系あるいはそれにＣｕを加えたＡｌ−Ｍｎ−Ｃｕ等を芯材を採用する。ろう材はＡｌ−Ｓｉが用いられる。フィン４の材料には日本工業規格ＪＩＳＡ３００３などのＡｌ−Ｍｎ系あるいはＺｎを加えたＡｌ−Ｍｎ−ｚｎ等が用いられている。また、非腐食性フラックスはフルオロアルミン酸カルシウム系化合物の混合組成物である。非腐食性フラックスは、ＫＡＦ4 ・Ｋ3 ＡｌＦ6 共晶や、Ａｌ合金の表面にフッ化物系フラックスを用いた非腐食性フラックスがある（実開昭６１−６７９８４号を参照）。
【００４５】
図６を参照して、仮組み立て状態のチューブ３を含むコアである仮組立体は、仮組用治具を用いて仮組み立てが行われる。治具は図６の紙面の左右に延在し、前後で一対の互いに平行な連結棒６５を有している。連結棒６５の両端には角柱状の固定金具６２ａ，６２ｂで連結した四角状の支持枠６１が設けられている。
【００４６】
また、一方の固定金具６２ａの中央には雌ネジが刻設されており、この雌ネジにＴ形ボルト６３がそれぞれ捩じ込まれている。このＴ形ボルト６３は、その軸部６３ａが固定金具６２ａに螺合した状態で貫通している。一方、軸部６３ａの先端は平坦になっており、このＴ形ボルト６３を回動するとき紙面の左右方向に移動する。
【００４７】
このような支持枠６１を上下に２個用意するとともに、支持枠６１以外に仮組み用治具として縦長ブラケット状の押え板６０ａ，６０ｂを２個用意する。
【００４８】
一方、コア組立体はチューブ３を紙面の左右に間隔をおいて複数配置し、さらにその左右の両側端にサイドプレート５、６を配置する。隣接するチューブ３間及びチューブ３とサイドプレート５、６との間にはフィン４を介装する。
【００４９】
なお、図６に示した一対の成形プレート１３ａ，１３ｂにはこれらの下端部を直角に折り曲げた段部１３ｄが形成されている。段部１３ｄの上には複数のチューブ３の間に介装されるフィン４の下端部が位置している。また、サイドプレート５、６の下端部には直角に折り曲げた段部５ｄが形成されている。サイドプレート５、６の隣接している外側の成形プレート１３ａ，１３ｂの段部１３ｄにはサイドプレート５、６の下端が位置するとともに、サイドプレート５、６の段部５ｄの上に両側のフィン４の下端部がそれぞれ位置している。段部１３ｄ，５ｄはフィン４を介装する際に、チューブ３の間、及びチューブ３とサイドプレート５、６とからフィン４が脱落するのを防止している。
【００５０】
組み立ての最後の工程として、各チューブ３及びサイドプレート５、６の上端に第１のタンク本体１、２を前後に配置し、チューブ３と第１及び第２のタンク本体１、２とを連通状態で仮固定する。
【００５１】
なお、仕切部材７、導入管１１、導出管１２はあらかじめ前側に位置しているのタンク本体１に仮固定しておく。
【００５２】
このような仮組用治具によって仮組み立てされた仮組立体が用意された状態において、支持枠６１に挿通しているＴ形ボルト６３を回転させ、仮組立体を収納するスペースを大きくとる。次に、二つの支持枠６１をコアの略中央に上下に配置してこの支持枠６１内にコアを収容する。そして、サイドプレート５，６と固定金具６２ａ，６２ｂとの間に押え板６０ａ，６０ｂを挿入する。しかる後、Ｔ形ボルト６３を回転させて仮組立体を二枚の押え板６０間の保持する。これによってコア組立体の仮組み立てが完成する。
【００５３】
仮組み立てが完了した後、図７及び図８に示すろう付け工程に移行する。ろう付け工程では、第１及び第２のタンク本体１，２、サイドプレート５，６、チューブ３及びフィン４を含むコアの外側から非腐食性フラックス４０を塗布する。このフラックス４０の塗布方法として、４％〜１０％のフラックスの水溶液もしくはアルコール溶液をスプレーで塗布する方法、粉体状のフラックスを仮組立体の外表面に静電塗布する方法、もしくは仮組立体を帯電させることなく単に粉体状のフラックスを塗布する方法がある。または、乾燥工程を省く意味合いや、その後のろう付け条件から粉体状のフラックス４０を静電塗布する方法、あるいは帯電させることなく粉体状のフラックスを塗布する方法がある。
【００５４】
即ち、フラックス４０を仮組立体の外表面に塗布して付着すると、成形プレート１３ａ，１３ｂのフランジ２０にはこれらの外側面、及び第１の突部１４の連通孔４５からフラックス４０がチューブ３の内側へ侵入・浸透する。このとき、図５に示した第２の突部１８にはスリット１８ａから、それぞれフラックス４０がチューブ３の内側へ侵入・浸透する。フラックスを塗布する工程が終了したときには、この仮組み立てした仮組立体を炉内に収容して不活性ガス中でろう付けを行う。ただし、仮組立体を炉内にて不活性ガス中でろう付けを行う手段は、他の周知なろう付け手段であってもよい。
【００５５】
なお、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂには、成形時にすでにポンチなどを用いてすでに連通孔４５やスリット１８ａなどが形成されている。したがって、第１の突部１４の連通孔４５、スリット１８ａ及びフランジ部２０の外側面を通してフラックス４０が侵入・浸透して第１の突部１４、第２の突部１８及びフランジ部２０がそれぞれ結合される。
【００５６】
図８に示したように、張り出し部分Ａの周縁面にはフラックスのフィレット４１が多量に形成されるため、チューブ３の内側にフラックス４０を塗布しなくても十分にろう付け強度を確保できる。即ち、ろう付け強度はチューブ３の内側に直接フラックス４０を供給することなしに確保される。
【００５７】
仮組立体をろう付けして得られた熱交換器のろう付け性を評価する方法としては、一か所づつろう付け部分を検証するのも一つの方法である。しかし、一枚の成形プレート１３ａ，１３ｂには，実際には数百にものぼる第１の突部１４が存在し、それらが突き合わされているため多大な労力を必要とする。
【００５８】
したがって、熱交換器のろう付け性を評価する方法は、簡易的に熱交換器の内部に水を充満して破壊させ、その破壊圧力を見ることと、その破壊部部分を観察することによってろう付け性の評価を行うことにした。
【００５９】
図９に示すように、ろう付け性が悪い場合には、チューブ３の第１の突部１４の先端面同士の接触部分Ｂが水圧によって剥がれる。逆に、第１の突部１４の先端面同士の接触部分Ｂが十分にろう付けされている場合は、図１０に示すように第１の突部１４の肉切れによって切断部Ｃを生じ破壊されることが観察された。
【００６０】
上記した観察の結果を図１１に示した。図１１に示すグラフでは、縦軸に臨界破壊圧力（ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）、横軸に熱交換器１台あたりの非腐食性フラックスの塗布量（ｇ）を示している。
【００６１】
熱交換器を自動車に搭載するような蒸発器として用した場合、炎天化では車室内が８０度数以上にも達することから、蒸発器の圧力は３０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ以上にも達する。
【００６２】
それ故に、チューブ３の腐食によって発生する損壊（ブレークダウン）に対するチューブ３の肉厚などを考慮し、通常４０ｋｇ／ｃｍ2 以上でも耐えるように設計されている。
【００６３】
したがって、通常、圧力容器や配管などの組み立てを行う場合には、熱交換器の外表面が腐食するもの想定して、予め腐食による耐圧力の低下を考慮して設計される。
【００６４】
上述したことを考慮すると、図１１から、５．５ｇ／ｍ2 以上の非腐食性フラックスの塗布量が要求されることがわかる。
【００６５】
ろう付け工程おいて、非腐食性フラックスが溶けて、仮組立体の外表面を流れチューブ３の中に流れ込んで各部を接着することを考慮してろう付けされるチューブ３、タンク本体１、２、フィン４及びチューブ３の外表面とチューブ３の内表面の総面積の単位面積（ｍ2 ）あたり使用される非腐食性フラックス塗布量の割合を図１１のデータから計算した。
【００６６】
表面の総面積は熱交換器の設計寸法から１．７ｍ2 が得られた。計算結果を図１２に示した。図１２では縦軸に臨界破壊圧力（ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）、横軸に熱交換器１台あたりの表面の総面積の単位面積（１ｍ2 ）あたりの非腐食性フラックス塗布量（ｇ）を示している。
【００６７】
図１２において明かなように４０ｇ／ｍ2 Ｇの臨界破壊圧力を保証するには、３ｇ／ｍ2 以上の割合でフラックスを使用すればよいことがわかる。
【００６８】
さらに、図１１のデータから、チューブ３の内表面面積とともにフラックス付着量率を計算した。チューブ３の内表面面積は設計寸法から０．６ｍ2 が得られた。この計算値は図１３に示した。図１３では、縦軸に臨界破壊圧力（ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）、横軸にチューブ３の内側の面積の単位面積（ｇｍ2 ）あたりのフラックスフラックスの塗布量（ｇ）の割合を示している。
【００６９】
図１３から、チューブ３の内表面面積を基準とした場合、４０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇを確実に保証するためには、９ｇ／ｍ2 以上のフラックス付着量率が要求されることがわかる。
【００７０】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）によってチューブ３の内表面積を説明する。内表面面積は交叉するハッチングで示した部分の総和であり、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂの互いに接触する部分、即ち、外周のフランジ部２０、第１の突部１４、第２の突部１８と、熱媒体が接触する部位、即ち、上述した部分を除いた図１４（Ｂ）に示したチューブ３の内表面を含む。
【００７１】
非腐食性フラックス４０が仮組立体の外表面に塗布されたときには、非腐食性フラックス４０がチューブ３の両側からむらなく供給される。一対の成形プレート１３ａ，１３ｂの中央に第２の突部１８の結合部分、即ち、成形プレート１３ａ，１３ｂの両側からもっとも離れている部分に非腐食性フラックス４０が広がって到達し、十分に効率よく非腐食性フラックス４０が侵入・浸透する。
【００７２】
したがって、仮組立体に外側から非腐食性フラックス４０を塗布する場合、チューブ３の両側から非腐食性フラックス４０を均一に塗布するが、チューブ３の端面より一番距離のある成形プレート１３ａ，１３ｂの中央の第２の突部１８に位置する中央部同士の接触面積をフランジ部２０よりも大きくすることがより効果をあげることになる。
【００７３】
上述したように、本発明の熱交換器では、フラックス４０が成形プレート１３ａ，１３ｂに直接供給されない。その代わりに、貫通孔４５及びスリット１８ａが一対の成形プレート１３ａ，１３ｂの内側に第１及び第２の突部１４、１８が形成されている。仮組立体を組立てた後、非腐食性フラックス４０がチューブ３の外表面、フィン４、タンク本体１、２及チューブ３の内表面の総面積に３ｇ／ｍ2 以上の付着量で塗布される。非腐食性フラックス４０は貫通孔４５及びスリット１８ａを通してろう付け部分に侵入・浸透させ加熱する。
【００７４】
このように、ろう付けで要求される非腐食性フラックスの適正な付着量を規定することによって、ろう付けの不足による不良を防ぐことができる。
【００７５】
【発明の効果】
上述したように、本発明の熱交換器では、非腐食性フラックスが成形プレートに直接供給されることなく、その代わりに、貫通孔及びスリットが一対の成形プレートの内側に第１及び第２の突部が形成され、仮組立体を組立てた後に非腐食性フラックスがチューブの外表面、フィン、タンク本体及チューブの内表面の総面積に３ｇ／ｍ2 以上の付着量で塗布されるようにしたため、ろう付けで要求される非腐食性フラックスの適正な付着量を規定することによって、ろう材によるろう付け不良を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の一実施の形態例を示す斜視図である。
【図２】図１に示した熱交換器の第１のタンク本体に仕切部材を組み付けた状態を示す部分断面図である。
【図３】図１に示した熱交換器における熱交換媒体の流れを示す媒体回路図である。
【図４】図１に示したチューブのそれぞれを重ね合わせる前の一対の成形プレートを分解した状態で示した斜視図である。
【図５】図４に示した一対の成形プレートを重ね合わせた状態で要部を断面した部分断面図である。
【図６】図１に示した熱交換器の仮組み立て状態における外観を示した斜視図である。
【図７】図６の熱交換器においてろう付け工程の間でチューブに非腐食性フラックスを付着した状態を示す一部断面図である。
【図８】図６の熱交換器においてろう付け工程の間でチューブにろう付けを行った状態を示す一部断面図である。
【図９】図８に示したチューブの成形プレートの第１の突部が剥離した状態を示した一部断面図である。
【図１０】図８に示したチューブの成形プレートの第１の突部が切断した状態を示した一部断面図である。
【図１１】チューブの臨界破壊圧力と、熱交換器１台あたりの非腐食性フラックスの塗布量（ｇ）との関係を示したグラフである。
【図１２】チューブの臨界破壊圧力と、熱交換器１台あたりの表面の総面積の単位面積あたりの非腐食性フラックス塗布量との関係を示したグラフである。
【図１３】チューブの破壊圧力と、チューブの内側の面積の単位面積あたりのフラックスフラックスの塗布量の割合とを示したグラフである。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）はユニット付着量の計算で使用される付着面積を説明するための成形プレートを示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１のタンク本体
２ 第２のタンク本体
３ チューブ
４ フィン
７ 仕切部材
１１ 導入管
１２ 導出管
１３ａ，１３ｂ 成形プレート
１４ 第１の突部
１８ 第２の突部
１８ａ スリット
２０ フランジ部
４０ フラックス
４１ フィレット
４５ 連通孔
６０ａ，６０ｂ 押え板
６１ 支持枠
６２ａ 固定金具
６３ Ｔ形ボルト
６３ａ 軸部
６５ 連結棒
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載されるヒートコアやオイルクーラや、例えば、自動車のエアコンディショナーのような空調機器のエバポレータやコンデンサに使用される熱交換器に属し、特に、熱媒体が流通するチューブをもつ熱交換器に属する。
【０００２】
また、この発明は、そのチューブを含む仮組立体、即ち、コアをろう付けによって結合することによって熱交換器を製造する方法に属する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、一つのパイプを通して流れる内部流体は、そのパイプの外側の外部流体と熱交換される。内部流体は熱媒体と呼ばれており、二つのエリア間で熱もしくは冷気を運ぶものである。一方、外部流体は空気、液体のような流体であって、加熱や冷却されるべき流体である。空気加熱システムにおいては、熱媒体はスチームや温水など熱を運ぶヒートキャリアであり、内部流体は空気である。冷却システムにおいては、熱媒体は熱交換によって空気を冷却するための冷媒と呼ばれている。加熱や冷却される空気を熱交換空気と呼ぶことにする。
【０００４】
従来の熱交換器は、一対のタンク、これらのタンクのそれぞれに接続されている複数のチューブ、複数のチューブの間に組み合わされている複数のフィンとを有している。複数のフィンは、例えば空気加熱や空気冷却システムに用いる空気である外部流体をその外表面で熱交換するものである。
【０００５】
熱媒体は、二つのタンクのうちの一方のタンクから他方のタンクへチューブを介して流れる。熱媒体によって運ばれる熱又は冷気は、チューブ及びフィンを介して空気に与えられる。
【０００６】
それ故に、チューブ及びフィンのそれぞれは、熱交換チューブ及び熱交換フィンと呼ばれている。熱交換フィンは加熱もしくは冷却される空気との接触面積、即ち、熱交換面積を増大させるものである。
【０００７】
チューブ及びフィンはこれらが交互に積層されて仮組みされている。タンクのそれぞれは、一つのタンク基材と一つのタンク蓋材との結合によって構成されている。タンク基材はチューブの開口端に接続されている。チューブ、フィン、及びタンクの仮組立体は、チューブ、フィン、タンクを互いに固定するためにろう付けされて一体構造の熱交換器を得る。チューブのそれぞれはプレス成形あるいは鋳造によって形成された一対の成形プレートを有し、それぞれは、外周側に形成されているフランジ部と、複数の突部とを有している。突部のそれぞれは、これらの先端面に貫通孔が形成されている。
【０００８】
仮組み立てがなされる際、成形プレートはチューブ状に結合される。ろう付け工程の間、フラックスは貫通孔を通してチューブの内側に侵入して成形プレートフランジ部同士を接着して液密な状態にチューブをシールする。上述した従来の技術は、特開平８−９４２７５号公報に詳細に開示されている。
【０００９】
ろう付け工程において使用される非腐食性フラックスは、カナダ国のＡＬＣＡＮ社で開発された「ＮＯＣＯＬＯＫ（ノコロック）フラックス；商標名」がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、非腐食性フラックスの必要量がろう付け部分に付着されていなければ、ろう付け部分の不良が生じるという問題がある。
【００１１】
それ故に、本発明の課題は、ろう付けによる不良を抑制し、耐久性に優れた熱交換器を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の課題は、ろう付けのためのフラックスが不足する結果として起こる、ろう付け不良の発生を避けることが可能な熱交換器の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、熱媒体を通過させるための複数のチューブと、該チューブの間に介装した複数のフィンと、前記チューブに接続したタンクとが非腐食性フラックスによってろう付け接合されている熱交換器において、前記チューブは互いに組み合わせる一対の成形プレートを有し、該成形プレートは前記チューブを液密に接合するための周縁部と、該周縁部の内側に形成されかつ先端面同士が互いに付き合わされる複数の第１の突部と、周縁部の内側に形成されかつ先端面同士が互いに付き合わされる第２の突部とを有し、該第２の突部の先端面には細長い貫通孔が形成されており、一対の前記成形プレートには前記第２の突部の前記先端面同士を互い突き合わせた状態で前記貫通孔が互いにオフセットされて位置するように形成されており、さらに前記タンク、前記フィン、及び前記チューブの内外表面の面積に対して前記非腐食性フラックスが３ｇ／ｍ2 以上の割合で付着されていることを特徴とする熱交換器が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、熱媒体を通過させるための複数のチューブと、該チューブの間に介装した複数のフィンと、前記チューブに接続したタンクとの仮組立体をろう付けすることによって熱交換器を製造する方法において、複数の前記チューブを液密に結合する周縁部と、該周縁部の内側で先端面が互いに付き合わされる複数の第１の突部と、周縁部の内側で先端面が互いに付き合わされる第２の突部とを有する成形プレートの複数対を形成し、該第２の突部の前記先端面には細長い貫通孔を形成し、一対の前記成形プレートには、前記第２の突部の前記先端面を互い突き合わせた状態で前記貫通孔が互いにオフセットされて位置するように前記第２の突部の前記先端面に前記貫通孔を形成し、前記成形プレートの前記第１の突部の前記先端面同士を互いに接触させると共に第２の突部の前記先端面同士を互いに接触させて前記成形プレート同士を結合してチューブ状として、前記タンク、前記フィン及び前記チューブの内外表面の総面積を基準として３ｇ／ｍ2 以上の割合で非腐食性フラックスを前記仮組立体の表面に塗布し、前記チューブと前記フインとを交互に積層し、前記チューブに前記タンクを結合して前記仮組立体を構成し、ろう付け温度で前記フラックスを付着した前記仮組立体をろう付け温度に加熱して熱交換器を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の熱交換器の一実施の形態例を示している。なお、この熱交換器は自動車に搭載されて空気調和を行うために蒸発器として利用されているものである。
【００１６】
図１及び図２を参照して、熱交換器は、熱媒体を分岐及び集合させるために一対で構成されている第１及び第２のタンク本体１、２と、これらの第１及び第２のタンク本体１、２に結合している複数の熱交換用のチューブエレメント（以下、チューブという）３と、熱交換される空気が外表面に当たようにチューブ３に隣接して配した複数のフィン４とを具備している。
【００１７】
複数のチューブ３及びフィン４は、これらが交互に積層されて一体に組立てられている。複数のフィン４のうち両側に配置されている一対のフィン４の外側には、これらの一対のフィン４の外側に一対一に対向するように一対のサイドプレート５、６が取り付けられている。
【００１８】
第１及び第２のタンク本体１、２、チューブ３及びフィン４はこれらが仮組立された後に、電気炉、ガス炉等の加熱装置内で所定温度によってろう付けにより一体に結合される。
【００１９】
第１及び第２のタンク本体１、２、チューブ３の材料としては、アルミニウム板のような芯部材と、この芯材板の一面上を付着した皮材としてのろう材とを一体として二層構造としたプレートを用いている。例えば、芯材板としては、日本工業規格（ＪＩＳ）Ａ３００３の材料が用いられている。
【００２０】
なお、第１及び第２のタンク本体１、２、チューブ３の材料としては、一つの芯部材と、この芯部材の両面に張り合わされたろう材の皮部材とからなる三層クラッド構造のプレートを採用することができる。
【００２１】
この熱交換器においては、第１及び第のタンク本体１、２が互いに間隔をもって配されている。即ち、第１及び第のタンク本体１、２は、図１において矢印によって示した空気流方向I に対して直交する方向で長手方向にかつ前後に配されている。
【００２２】
第１及第２のタンク本体１，２は、プレートをプレス成形することによってほぼ皿形状に形成した一対の部材を互いに組み合わせることによって一体に作られている。第１のタンク本体１は、皿形状に形成されている第１のタンク基材１ａと、この第１のタンク基材１ａに組み合わされている第１のタンク蓋材１ｂとを有している。
【００２３】
第１のタンク基材１ａには複数のチューブ３の一方の開口部３ｄが結合されている。一方の開口部３ｄは第１のタンク基材１ａの内側に位置している。第２のタンク本体２は、第１のタンク本体１と同様にプレートをプレス成形することによってほぼ皿形状に形成した一対の部材を組み合わせることによって作られている。
【００２４】
第２のタンク本体２は、第２のタンク基材２ａと、この第２のタンク基材２ａに組み合わされている第２のタンク蓋材２ｂとを有している。第２のタンク基材２ａには複数のチューブ３の他方の開口部３ｄが結合されている。他方の開口部３ｄは第２のタンク基材２ａの内側に位置している。
【００２５】
第１及び第２のタンク本体１、２は、熱媒体を流通させる内部空間を有している。第１のタンク本体１には媒体の流れを仕切るための一つの仕切部材７が配置されている。仕切部材７の材料としては、例えば、アルミニウム板と、このアルミニウム板の一面にろう材を設けたクラッド板が採用されている。
【００２６】
仕切部材７は第１のタンク本体１の長手方向でその内部空間を２つの室に分割するように所定間隔をもって配されている。また、仕切部材７は、第１のタンク本体１に、図１に示した紙面の左右方向である長手方向の中央部分に配されている。即ち、仕切部材７は、第１のタンク本体１の内部を長手方向で２つに区画している。なお、仕切部材７は第１のタンク本体１の媒体の流れを完全に仕切るように第のタンク本体１に結合されている。
【００２７】
さらに、具体的に仕切部材７を図２を参照して説明する。図２は仕切部材７が結合される第１のタンク本体１の要部を示している。
【００２８】
この構造例では、第１のタンク蓋材１ｂの内面に溝形状の結合溝部３３が形成されている。即ち、第１のタンク本体１の内面には、仕切部材７を第１のタンク本体１の所定位置に嵌め込むために第１のタンク蓋材１ｂに結合溝部３３が形成されている。仕切部材７は、平板形状に形成されているものである。
【００２９】
第１のタンク本体１には、その内部に熱媒体を導入するための導入管１１と、第１のタンク本体１の内部から熱媒体を外へ導出するための導出管１２とが接続されている。図１に示したように、導入管１１は第１のタンク本体１の長手方向の中央よりやや右寄りで第１のタンク本体１に接続されている。導出管１２は第１のタンク本体１の長手方向の中央よりやや左寄で第１のタンク本体１に接続されている。第１のタンク本体１の内部は導入管１１及び導出管１２間の中央部分で仕切部材７によって仕切られていることから熱媒体の流通が阻止される。
【００３０】
このような熱交換器では、外部に備えられている膨脹弁で減圧された熱媒体が導入管１１を通して第１のタンク本体１、チューブ３、第２のタンク本体２、チューブ３、第１のタンク本体１を通り導入管１１へと流れる。
【００３１】
なお、熱媒体は導出管１２から外部に設置されている圧縮機へ流れ、媒体回路を構成する他の機器、例えば、コンデンサーを介して再び導入管１１へ導入するように循環する。この際、複数のフィン３の外側には熱交換空気が矢印で示した空気流方向I で通っており、空気とチューブ３内の熱媒体との間で熱交換が行われる。
【００３２】
図３には、上述した熱交換器の構成における媒体回路を示している。媒体回路は４回路に分かれている。熱媒体の流れ方向を実線の矢印によって示した。
【００３３】
また、媒体回路を示す実線には前述した第１のタンク本体１、第２のタンク本体２、チューブ３、導入管１１、及び導出管１２を簡易的に図示している。
【００３４】
図３を参照して、まず、導入管１１から導びかれた熱媒体は，第１のタンク本体１の長手方向を略半分に仕切っている仕切部材７が存在することから、タンク本体１の略半分へ導入される。次に、熱媒体はチューブ３内をＵ字状に流れる。引き続き熱媒体は第２のタンク本体２の長手方向の略半分へ導入される。
【００３５】
この熱媒体の流れは図３の紙面の右上側から下方に流れて再び紙面の右側の上方向に流れる２回路で構成される部分である。
【００３６】
その後、媒体は第２のタンク本体２の残りのほぼ半分に導かれてチューブ３の内部をＵ字状に流れる。さらに熱媒体は第１のタンク本体１の残りのほぼ半分から導出管１２を介して外へ排出される。このような熱媒体の流れは図３の紙面の左上側から下方に流れて再び左上側の上方向に流れる２回路で構成される部分である。
【００３７】
チューブ３は、図４及び図５にも示すように、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂを有している。一対の成形プレート１３ａ，１３ｂのそれぞれには、小さい有底筒形を呈する複数の第１の突部１４が形成されている。第１の突部１４は一対の成形プレート１３ａ，１３ｂのそれぞれ同一位置に配置されている。これらの第１の突部１４の先端面の中央には連通孔４５が形成されている。
【００３８】
また、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂには外周に形成されているフランジ部（周縁部）２０と、フランジ部２０の内側の中央に位置しかつ長手方向に細長い第２の突部１８とがそれぞれ形成されている。第２の突部１８の先端面には長手方向に細長い貫通孔としてのスリット（長孔）１８ａが形成されている。さらに、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂには第２の突部１８の先端面同士を互い突き合わせた状態で貫通孔１８ａが互いにオフセットされて位置するように形成されている。なお、第２の突部１８にはこのスリット１８ａに代えて、先端面を切り起こすことによって切り起こしを形成してスリット１８ａとしてもよい。
【００３９】
このように形成されている一対の成形プレート１３ａ，１３ｂは、相互に接合するために組み合わせることによって偏平なチューブ３が形成されている。一対の成形プレート１３ａ，１３ｂを相互に組み合わせる際には、一方の成形プレート１３ａのフランジ部２０、第１の突部１４の先端面、第２の突部１８の先端面のそれぞれに、他方の成形プレート１３ｂのフランジ部２０、第１の突部１４の先端面、第２の突部１８の先端面が一対一に突き合わされる。
【００４０】
熱交換器の組み立てる際には、プレス成形型などで形成された一対の成形プレート１３ａ，１３ｂを組み合わせた複数のチューブ３と、複数のフィン４とを交互に積層することによって構成される。
【００４１】
なお、第１の突部１４はチューブ３の内部を流れる媒体の乱れを生じさせるために有効となる。また、第２の突部１８はチューブ３の内部を通過する媒体がＵ字形状に流れるのを規定している。
【００４２】
前述したように、熱交換器の組み立は、前述したように成形プレート１３ａ，１３ｂはプレス成形型のような成形型によって形成され、成形プレート１３ａ，１３ｂのそれぞれがチューブ３の形状に重ね合わされる。複数のチューブ３及びフィン４は予め積層構造に組み合わされる。そのとき、積層構造体はコア組立体として第１及び第２のタンク本体１，２が仮組立形状で重ね合わされる。仮組み立体では、従来技術で述べたノコロック フラックスのような非腐食性フラックスを使用してろう付け工程におけるフラックス付着量が問題となる。一方の成形プレート１３ａのフランジ部２０、第１の突部１４、及び第２の突部１８は、他方の成形プレート１３ｂに永久的に結合されなければならない。
【００４３】
図６は図１に示した熱交換器の組み立て作業の詳細を示している。まず、前述胃したように仮組立体の仮組み立てを行う。非腐食性フラックスは仮組立体の外表面に塗布され、この非腐食性フラックスをろう付けする部分に侵入、浸透させるものである。
【００４４】
特に、チューブ３を構成する三層構造クラッド材である成形プレート１３ａ，１３ｂはろう材が成形プレート１３ａ，１３ｂの両面に付着している。例えば、チューブ３は日本工業規格ＪＩＳＡ３００３ＮＡ等のＡｌ−Ｍｎ系あるいはそれにＣｕを加えたＡｌ−Ｍｎ−Ｃｕ等を芯材を採用する。ろう材はＡｌ−Ｓｉが用いられる。フィン４の材料には日本工業規格ＪＩＳＡ３００３などのＡｌ−Ｍｎ系あるいはＺｎを加えたＡｌ−Ｍｎ−ｚｎ等が用いられている。また、非腐食性フラックスはフルオロアルミン酸カルシウム系化合物の混合組成物である。非腐食性フラックスは、ＫＡＦ4 ・Ｋ3 ＡｌＦ6 共晶や、Ａｌ合金の表面にフッ化物系フラックスを用いた非腐食性フラックスがある（実開昭６１−６７９８４号を参照）。
【００４５】
図６を参照して、仮組み立て状態のチューブ３を含むコアである仮組立体は、仮組用治具を用いて仮組み立てが行われる。治具は図６の紙面の左右に延在し、前後で一対の互いに平行な連結棒６５を有している。連結棒６５の両端には角柱状の固定金具６２ａ，６２ｂで連結した四角状の支持枠６１が設けられている。
【００４６】
また、一方の固定金具６２ａの中央には雌ネジが刻設されており、この雌ネジにＴ形ボルト６３がそれぞれ捩じ込まれている。このＴ形ボルト６３は、その軸部６３ａが固定金具６２ａに螺合した状態で貫通している。一方、軸部６３ａの先端は平坦になっており、このＴ形ボルト６３を回動するとき紙面の左右方向に移動する。
【００４７】
このような支持枠６１を上下に２個用意するとともに、支持枠６１以外に仮組み用治具として縦長ブラケット状の押え板６０ａ，６０ｂを２個用意する。
【００４８】
一方、コア組立体はチューブ３を紙面の左右に間隔をおいて複数配置し、さらにその左右の両側端にサイドプレート５、６を配置する。隣接するチューブ３間及びチューブ３とサイドプレート５、６との間にはフィン４を介装する。
【００４９】
なお、図６に示した一対の成形プレート１３ａ，１３ｂにはこれらの下端部を直角に折り曲げた段部１３ｄが形成されている。段部１３ｄの上には複数のチューブ３の間に介装されるフィン４の下端部が位置している。また、サイドプレート５、６の下端部には直角に折り曲げた段部５ｄが形成されている。サイドプレート５、６の隣接している外側の成形プレート１３ａ，１３ｂの段部１３ｄにはサイドプレート５、６の下端が位置するとともに、サイドプレート５、６の段部５ｄの上に両側のフィン４の下端部がそれぞれ位置している。段部１３ｄ，５ｄはフィン４を介装する際に、チューブ３の間、及びチューブ３とサイドプレート５、６とからフィン４が脱落するのを防止している。
【００５０】
組み立ての最後の工程として、各チューブ３及びサイドプレート５、６の上端に第１のタンク本体１、２を前後に配置し、チューブ３と第１及び第２のタンク本体１、２とを連通状態で仮固定する。
【００５１】
なお、仕切部材７、導入管１１、導出管１２はあらかじめ前側に位置しているのタンク本体１に仮固定しておく。
【００５２】
このような仮組用治具によって仮組み立てされた仮組立体が用意された状態において、支持枠６１に挿通しているＴ形ボルト６３を回転させ、仮組立体を収納するスペースを大きくとる。次に、二つの支持枠６１をコアの略中央に上下に配置してこの支持枠６１内にコアを収容する。そして、サイドプレート５，６と固定金具６２ａ，６２ｂとの間に押え板６０ａ，６０ｂを挿入する。しかる後、Ｔ形ボルト６３を回転させて仮組立体を二枚の押え板６０間の保持する。これによってコア組立体の仮組み立てが完成する。
【００５３】
仮組み立てが完了した後、図７及び図８に示すろう付け工程に移行する。ろう付け工程では、第１及び第２のタンク本体１，２、サイドプレート５，６、チューブ３及びフィン４を含むコアの外側から非腐食性フラックス４０を塗布する。このフラックス４０の塗布方法として、４％〜１０％のフラックスの水溶液もしくはアルコール溶液をスプレーで塗布する方法、粉体状のフラックスを仮組立体の外表面に静電塗布する方法、もしくは仮組立体を帯電させることなく単に粉体状のフラックスを塗布する方法がある。または、乾燥工程を省く意味合いや、その後のろう付け条件から粉体状のフラックス４０を静電塗布する方法、あるいは帯電させることなく粉体状のフラックスを塗布する方法がある。
【００５４】
即ち、フラックス４０を仮組立体の外表面に塗布して付着すると、成形プレート１３ａ，１３ｂのフランジ２０にはこれらの外側面、及び第１の突部１４の連通孔４５からフラックス４０がチューブ３の内側へ侵入・浸透する。このとき、図５に示した第２の突部１８にはスリット１８ａから、それぞれフラックス４０がチューブ３の内側へ侵入・浸透する。フラックスを塗布する工程が終了したときには、この仮組み立てした仮組立体を炉内に収容して不活性ガス中でろう付けを行う。ただし、仮組立体を炉内にて不活性ガス中でろう付けを行う手段は、他の周知なろう付け手段であってもよい。
【００５５】
なお、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂには、成形時にすでにポンチなどを用いてすでに連通孔４５やスリット１８ａなどが形成されている。したがって、第１の突部１４の連通孔４５、スリット１８ａ及びフランジ部２０の外側面を通してフラックス４０が侵入・浸透して第１の突部１４、第２の突部１８及びフランジ部２０がそれぞれ結合される。
【００５６】
図８に示したように、張り出し部分Ａの周縁面にはフラックスのフィレット４１が多量に形成されるため、チューブ３の内側にフラックス４０を塗布しなくても十分にろう付け強度を確保できる。即ち、ろう付け強度はチューブ３の内側に直接フラックス４０を供給することなしに確保される。
【００５７】
仮組立体をろう付けして得られた熱交換器のろう付け性を評価する方法としては、一か所づつろう付け部分を検証するのも一つの方法である。しかし、一枚の成形プレート１３ａ，１３ｂには，実際には数百にものぼる第１の突部１４が存在し、それらが突き合わされているため多大な労力を必要とする。
【００５８】
したがって、熱交換器のろう付け性を評価する方法は、簡易的に熱交換器の内部に水を充満して破壊させ、その破壊圧力を見ることと、その破壊部部分を観察することによってろう付け性の評価を行うことにした。
【００５９】
図９に示すように、ろう付け性が悪い場合には、チューブ３の第１の突部１４の先端面同士の接触部分Ｂが水圧によって剥がれる。逆に、第１の突部１４の先端面同士の接触部分Ｂが十分にろう付けされている場合は、図１０に示すように第１の突部１４の肉切れによって切断部Ｃを生じ破壊されることが観察された。
【００６０】
上記した観察の結果を図１１に示した。図１１に示すグラフでは、縦軸に臨界破壊圧力（ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）、横軸に熱交換器１台あたりの非腐食性フラックスの塗布量（ｇ）を示している。
【００６１】
熱交換器を自動車に搭載するような蒸発器として用した場合、炎天化では車室内が８０度数以上にも達することから、蒸発器の圧力は３０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ以上にも達する。
【００６２】
それ故に、チューブ３の腐食によって発生する損壊（ブレークダウン）に対するチューブ３の肉厚などを考慮し、通常４０ｋｇ／ｃｍ2 以上でも耐えるように設計されている。
【００６３】
したがって、通常、圧力容器や配管などの組み立てを行う場合には、熱交換器の外表面が腐食するもの想定して、予め腐食による耐圧力の低下を考慮して設計される。
【００６４】
上述したことを考慮すると、図１１から、５．５ｇ／ｍ2 以上の非腐食性フラックスの塗布量が要求されることがわかる。
【００６５】
ろう付け工程おいて、非腐食性フラックスが溶けて、仮組立体の外表面を流れチューブ３の中に流れ込んで各部を接着することを考慮してろう付けされるチューブ３、タンク本体１、２、フィン４及びチューブ３の外表面とチューブ３の内表面の総面積の単位面積（ｍ2 ）あたり使用される非腐食性フラックス塗布量の割合を図１１のデータから計算した。
【００６６】
表面の総面積は熱交換器の設計寸法から１．７ｍ2 が得られた。計算結果を図１２に示した。図１２では縦軸に臨界破壊圧力（ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）、横軸に熱交換器１台あたりの表面の総面積の単位面積（１ｍ2 ）あたりの非腐食性フラックス塗布量（ｇ）を示している。
【００６７】
図１２において明かなように４０ｇ／ｍ2 Ｇの臨界破壊圧力を保証するには、３ｇ／ｍ2 以上の割合でフラックスを使用すればよいことがわかる。
【００６８】
さらに、図１１のデータから、チューブ３の内表面面積とともにフラックス付着量率を計算した。チューブ３の内表面面積は設計寸法から０．６ｍ2 が得られた。この計算値は図１３に示した。図１３では、縦軸に臨界破壊圧力（ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）、横軸にチューブ３の内側の面積の単位面積（ｇｍ2 ）あたりのフラックスフラックスの塗布量（ｇ）の割合を示している。
【００６９】
図１３から、チューブ３の内表面面積を基準とした場合、４０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇを確実に保証するためには、９ｇ／ｍ2 以上のフラックス付着量率が要求されることがわかる。
【００７０】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）によってチューブ３の内表面積を説明する。内表面面積は交叉するハッチングで示した部分の総和であり、一対の成形プレート１３ａ，１３ｂの互いに接触する部分、即ち、外周のフランジ部２０、第１の突部１４、第２の突部１８と、熱媒体が接触する部位、即ち、上述した部分を除いた図１４（Ｂ）に示したチューブ３の内表面を含む。
【００７１】
非腐食性フラックス４０が仮組立体の外表面に塗布されたときには、非腐食性フラックス４０がチューブ３の両側からむらなく供給される。一対の成形プレート１３ａ，１３ｂの中央に第２の突部１８の結合部分、即ち、成形プレート１３ａ，１３ｂの両側からもっとも離れている部分に非腐食性フラックス４０が広がって到達し、十分に効率よく非腐食性フラックス４０が侵入・浸透する。
【００７２】
したがって、仮組立体に外側から非腐食性フラックス４０を塗布する場合、チューブ３の両側から非腐食性フラックス４０を均一に塗布するが、チューブ３の端面より一番距離のある成形プレート１３ａ，１３ｂの中央の第２の突部１８に位置する中央部同士の接触面積をフランジ部２０よりも大きくすることがより効果をあげることになる。
【００７３】
上述したように、本発明の熱交換器では、フラックス４０が成形プレート１３ａ，１３ｂに直接供給されない。その代わりに、貫通孔４５及びスリット１８ａが一対の成形プレート１３ａ，１３ｂの内側に第１及び第２の突部１４、１８が形成されている。仮組立体を組立てた後、非腐食性フラックス４０がチューブ３の外表面、フィン４、タンク本体１、２及チューブ３の内表面の総面積に３ｇ／ｍ2 以上の付着量で塗布される。非腐食性フラックス４０は貫通孔４５及びスリット１８ａを通してろう付け部分に侵入・浸透させ加熱する。
【００７４】
このように、ろう付けで要求される非腐食性フラックスの適正な付着量を規定することによって、ろう付けの不足による不良を防ぐことができる。
【００７５】
【発明の効果】
上述したように、本発明の熱交換器では、非腐食性フラックスが成形プレートに直接供給されることなく、その代わりに、貫通孔及びスリットが一対の成形プレートの内側に第１及び第２の突部が形成され、仮組立体を組立てた後に非腐食性フラックスがチューブの外表面、フィン、タンク本体及チューブの内表面の総面積に３ｇ／ｍ2 以上の付着量で塗布されるようにしたため、ろう付けで要求される非腐食性フラックスの適正な付着量を規定することによって、ろう材によるろう付け不良を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の一実施の形態例を示す斜視図である。
【図２】図１に示した熱交換器の第１のタンク本体に仕切部材を組み付けた状態を示す部分断面図である。
【図３】図１に示した熱交換器における熱交換媒体の流れを示す媒体回路図である。
【図４】図１に示したチューブのそれぞれを重ね合わせる前の一対の成形プレートを分解した状態で示した斜視図である。
【図５】図４に示した一対の成形プレートを重ね合わせた状態で要部を断面した部分断面図である。
【図６】図１に示した熱交換器の仮組み立て状態における外観を示した斜視図である。
【図７】図６の熱交換器においてろう付け工程の間でチューブに非腐食性フラックスを付着した状態を示す一部断面図である。
【図８】図６の熱交換器においてろう付け工程の間でチューブにろう付けを行った状態を示す一部断面図である。
【図９】図８に示したチューブの成形プレートの第１の突部が剥離した状態を示した一部断面図である。
【図１０】図８に示したチューブの成形プレートの第１の突部が切断した状態を示した一部断面図である。
【図１１】チューブの臨界破壊圧力と、熱交換器１台あたりの非腐食性フラックスの塗布量（ｇ）との関係を示したグラフである。
【図１２】チューブの臨界破壊圧力と、熱交換器１台あたりの表面の総面積の単位面積あたりの非腐食性フラックス塗布量との関係を示したグラフである。
【図１３】チューブの破壊圧力と、チューブの内側の面積の単位面積あたりのフラックスフラックスの塗布量の割合とを示したグラフである。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）はユニット付着量の計算で使用される付着面積を説明するための成形プレートを示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１のタンク本体
２ 第２のタンク本体
３ チューブ
４ フィン
７ 仕切部材
１１ 導入管
１２ 導出管
１３ａ，１３ｂ 成形プレート
１４ 第１の突部
１８ 第２の突部
１８ａ スリット
２０ フランジ部
４０ フラックス
４１ フィレット
４５ 連通孔
６０ａ，６０ｂ 押え板
６１ 支持枠
６２ａ 固定金具
６３ Ｔ形ボルト
６３ａ 軸部
６５ 連結棒
Claims (7)
- 熱媒体を通過させるための複数のチューブと、該チューブの間に介装した複数のフィンと、前記チューブに接続したタンクとが非腐食性フラックスによってろう付け接合されている熱交換器において、
前記チューブは互いに組み合わせる一対の成形プレートを有し、該成形プレートは前記チューブを液密に接合するための周縁部と、該周縁部の内側に形成されかつ先端面同士が互いに付き合わされる複数の第１の突部と、周縁部の内側に形成されかつ先端面同士が互いに付き合わされる第２の突部とを有し、該第２の突部の先端面には細長い貫通孔が形成されており、一対の前記成形プレートには前記第２の突部の前記先端面同士を互い突き合わせた状態で前記貫通孔が互いにオフセットされて位置するように形成されており、さらに前記タンク、前記フィン、及び前記チューブの内外表面の面積に対して前記非腐食性フラックスが３ｇ／ｍ2 以上の割合で付着されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項１記載の熱交換器において、前記第１の突部の前記先端面には連通孔が形成されており、前記第２の突部は細長い形状であることを特徴とする熱交換器。
- 請求項２記載の熱交換器において、前記第２の突部は、前記成形プレートの長手方向へのびており、前記貫通孔が第２の突部の前記先端面で長手方向にのびていることを特徴とする熱交換器。
- 請求項２記載の熱交換器において、前記第２の突部が前記成形プレートの前記長手方向に平行に形成されており、前記第２の突部の先端面には前記長手方向に切り起こしが形成されていることを特徴とする熱交換器。
- 熱媒体を通過させるための複数のチューブと、該チューブの間に介装した複数のフィンと、前記チューブに接続したタンクとの仮組立体をろう付けすることによって熱交換器を製造する方法において、
複数の前記チューブを液密に結合する周縁部と、該周縁部の内側で先端面が互いに付き合わされる複数の第１の突部と、周縁部の内側で先端面が互いに付き合わされる第２の突部とを有する成形プレートの複数対を形成し、該第２の突部の前記先端面には細長い貫通孔を形成し、一対の前記成形プレートには、前記第２の突部の前記先端面を互い突き合わせた状態で前記貫通孔が互いにオフセットされて位置するように前記第２の突部の前記先端面に前記貫通孔を形成し、前記成形プレートの前記第１の突部の前記先端面同士を互いに接触させると共に第２の突部の前記先端面同士を互いに接触させて前記成形プレート同士を結合してチューブ状として、前記タンク、前記フィン及び前記チューブの内外表面の総面積を基準として３ｇ／ｍ2 以上の割合で非腐食性フラックスを前記仮組立体の表面に塗布し、前記チューブと前記フインとを交互に積層し、前記チューブに前記タンクを結合して前記仮組立体を構成し、ろう付け温度で前記フラックスを付着した前記仮組立体をろう付け温度に加熱して熱交換器を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。 - 請求項５記載の熱交換器の製造方法において、前記非腐食性フラックスを前記仮組立体の表面に塗布する工程は粉体塗布法によって行うことを特徴とする熱交換器の製造方法。
- 請求項５記載の熱交換器の製造方法において、前記非腐食性フラックスを前記仮組立体の表面に塗布する工程を静電粉体塗布法により行うことを特徴とする熱交換器の製造方法。
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