JP6849473B2

JP6849473B2 - 熱交換器用コルゲートフィン

Info

Publication number: JP6849473B2
Application number: JP2017028179A
Authority: JP
Inventors: 前川　一夫; 一夫前川; 健斗森田; 純也池田
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: JP2018132283A

Description

本発明は、車両などに搭載される熱交換器のコルゲートフィンに関する。

一般に、エンジン冷却水の冷却用のラジエータ等の熱交換器におけるコア部は、アルミニウム材などで成形された偏平チューブとコルゲートフィンを備えている。コルゲートフィンは偏平チューブにろう付される頂部または谷部を有する接合部と、それらの中間部で構成される。

特許文献１には、コルゲートフィンと偏平チューブを有する熱交換器が開示されている。特許文献１におけるコルゲートフィンは、凹凸状部を有する中間部と、厚み方向に膨出する凹凸を有しない平坦な表面の接合部で形成されている。

このコルゲートフィンは、接合部と偏平チューブの接合強度を高めるために、接合部から離れるに従いコルゲートフィンの表面から次第に突出する徐変部が中間部の凸状部に連続するように設けられている。ろう付の際に、徐変部の周辺にろう材が集まることによりフィレットが形成され、それによって該部分における接合強度が向上するとされている。

特開２０１５−１５２２２５号公報

特許文献１のコルゲートフィンは、徐変部を設けることにより接合強度の向上を図っているが、コルゲートフィン全体の形状誤差および偏平チューブの形状誤差は不可避であるため、接合部における接合面の全面を偏平チューブに当接させることは困難である。その結果、接合が不均一で、不十分となり、接合強度が低下することがある。

本発明はこのような問題を解決し、コルゲートフィンと偏平チューブの接合強度が高く、かつ安定な接合強度を確保できるコルゲートフィンを提供するものである。

本発明の第１の発明は、偏平チューブにろう付けされる頂部または谷部を有する複数の接合部とそれらの中間部で構成される熱交換器用のコルゲートフィンにおいて、
各接合部および中間部には、板厚方向に膨出した凹部または凸部の少なくとも一方がそれぞれ形成され、各接合部に形成される凹部または凸部の膨出高さは、中間部に形成される凹部または凸部の膨出高さより小さく設定され、
前記各接合部に形成される凹部の周縁部または凸部の頂部は、それぞれ偏平チューブの表面に当接し、その接触点が起点となって、ろう付によるフィレットが形成されており、各接合部に形成される凹部または凸部は、接合部の稜線方向に沿って、フィレットに埋設されるようにつながって波形に形成されたことを特徴とする（請求項１）。

本発明の第２の発明は、上記第１の発明において、各接合部に形成される凹部または凸部における膨出高さは、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする（請求項２）。

第１の発明において、接合部に形成された凹部の周縁部または凸部の頂部は、それぞれが偏平チューブ表面に確実に当接するので、多数の接触点が確保される。そして、それらの接触点が起点となって、ろう付によるフィレットが形成され、それらフィレットが接合面全体に渡ってつながって広がることにより、接合強度が高く、かつ安定な接合が確保される。

また、各凹部または凸部の存在により、コルゲートフィンの接合表面積が増加するので、それによっても接合強度が高く、かつ安定した接合が確保される。なお、接合部の凹部または凸部の膨出高さを、中間部の凹部または凸部の膨出高さより小さく設定することにより、接合部における過剰な凹凸は抑制される。
中間部に形成される凹部または凸部の主たる効果は、流体との熱伝達率の向上である。

第２の発明は、各接合部に形成される凹部または凸部における膨出高さが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。このように０．３ｍｍ以下とすることにより、接合の際にろう材が接合面から退けることなく、広範囲にわたって多数の接触点およびそれらを起点とする好適な厚さのフィレットが形成され、それらフィレットが接合部の全面に渡ってつながり広がることによって、より一層接合強度が高くかつ安定な接合が確保される。

本発明のコルゲートフィンの第１の実施形態の中間加工工程の状態であり、中間部に凹凸部を加工した状態を示す部分平面図。図１のコルゲートフィンに対し、その接合部に凸部を加工した状態を示す部分平面図および部分断面図。図１、図２に示すコルゲートフィンの加工状態を示す部分斜視図。図３におけるIV−IV矢視の部分断面図。図３のように加工したコルゲートフィンを偏平チューブに接合した状態を示す部分拡大断面図。図５におけるVI−VI矢視の部分断面図。本発明のコルゲートフィンの第２の実施形態であり、中間部および接合部に凹凸部を形成した状態を示す部分平面図および部分断面図。図７に示すコルゲートフィンの接合部に凹凸部を形成する工程を示す部分断面図。図７に示すコルゲートフィンを偏平チューブに接合した状態を示す部分拡大断面図。本発明のコルゲートフィンの第３の実施形態であり、中間部に凹凸部を形成し、接合部に凹部を形成した状態を示す部分平面図および部分断面図。図１０に示すコルゲートフィンの加工状態を示す部分斜視図。図１０に示すコルゲートフィンを偏平チューブに接合した状態を示す部分拡大断面図。図１２におけるXIII−XIII矢視の部分断面図。

次に、図面に基づき本発明のコルゲートフィンの実施形態を説明する。図１〜図６は、本発明の第１の実施形態である。
図１は、長尺な金属プレート２に複数の凹凸部を加工した状態を示す部分平面図であり、図２は、図１のコルゲートフィンに対し、その接合部に凸部を加工した状態を示す部分平面図および部分断面図（図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視の部分断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）におけるＣ−Ｃ矢視の部分断面図）である。
なお、図１における上下方向がコルゲートフィン１の幅方向であり、左右方向が長さ方向である。

図１において、コルゲートフィン１を形成する金属プレート２の全面に渡って斜め方向に互いに平行し、かつ所定間隔で折り返す多数の溝状の凹凸部７が形成されている。
その金属プレート２は、図３のように、加工パンチ１０により、長さ方向の所定間隔ごとに折返し部分が形成されると共に、図２に示すように、各折り返し部分には接合部５が形成される。図２（Ｂ）に示すように、この接合部５には板厚方向に膨出し、その膨出方向の断面が矩形である凸部６がコルゲートフィン１の幅方向に連続的にかつ所定間隔で形成されている。
接合部５を含む各折り返し部分の間には中間部４が形成される。中間部には、図２（Ｃ）に示すように、隣接する接合部に向かって斜めに伸びる溝状の凹凸部７が複数互いに平行にかつ連続的に形成されている。また、この例では、接合部５の凸部６は、隣接する中間部４に形成された溝状の凹凸部７と連続するように形成されている。
図２（Ｂ）と図２（Ｃ）に示すように、凸部６の膨出高さＨ１は、凹凸部７の膨出高さＨ２より小さく設定されている。

図３は、コルゲートフィン１を形成する金属プレート２に対し、図２に示すような中間部４の凹凸部７および接合部５の凸部６を加工している状態を示す部分斜視図である。方形で細長い金属プレート２が互いに逆回転する１対のロール８の間を矢印方向に通過する際に多数の溝状の凹凸部７が形成される。
一対のロール８の表面には互いに平行し、かつ回転方向に対して傾斜した断面円弧状の加工溝９が形成され、その加工溝９はロール８の半周ごとにその方向が反転している。そのため凹凸部７は所定間隔でその斜めの方向を反転しながら連続して加工される。

ロール８を通過した金属プレート２は、次に加工パンチ１０で凹凸部７の折り返し部分に凸部６を加工する。加工パンチ１０はパンチ部１１と架台部１２が上下に対向配置され、パンチ部１１を架台部１２に押圧（プレス）することにより複数の凸部６が金属プレート２の幅方向に所定間隔で線状に加工される。なお、加工パンチ１１で形成した凸部６の位置がコルゲートフィン１の接合部５の位置に相当し、それに隣接する凹凸部７の存在する位置はコルゲートフィン１の中間部４の位置に相当する。そして、凸部６を加工した後、金属プレート２は凸部６の位置を起点に次々と折り畳まれてコルゲートフィン１の立体形状が形成される。

図４は、図３におけるIV−IV視の部分断面図であり、断面円弧状の凹凸部７が反転した位置における凸部領域に、加工パンチ１０で断面矩形の凸部６が形成された状態が示されている。図４からわかるように、加工パンチ１０で形成された凸部６の膨出高さＨ１は、凹凸部７の膨出高さＨ２より小さく設定される。凸部６の膨出高さＨ１は、０．３ｍｍ以下に設定することが好ましい。

図５（Ａ）は、図３のように加工したコルゲートフィンを偏平チューブ１３に接合した状態を示す部分拡大断面であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ部分の拡大図である。図６は、図５（Ａ）のVI−VI矢視の部分拡大断面図である。
コルゲートフィン１の頂部と谷部からなる接合部５をそれぞれ対向する偏平チューブ１３の外面に接した状態でろう付加工される。図５（Ｂ）、図６に示すように、ろう材層１４は凸部６を有する接合部５の領域に展開した状態で硬化され、接合部５の全体に渡り好適な厚みのフィレットが形成される。

図７は、本発明のコルゲートフィンの第２の実施形態である。
図７（Ａ）は、中間部４および接合部５に凹凸部を形成した状態を示す部分平面図であり、図７（Ｂ）、（Ｃ）は部分断面図である。
図７の実施形態が図２と異なる部分は、図２で接合部５に形成される断面矩形の凹凸部６の代わりに、図７では断面円弧状の凹凸部６ａが形成されていることであり、その他は図２と同様に構成される。

図８は、凹凸部６ａを加工パンチ１０で形成した状態を図４に準じて示す図である。
図８に示されているように、凹凸部６ａの板厚方向の膨出高さＨ１（０．３ｍｍ以下に設定することが好ましい。）は凹凸部７の膨出高さＨ２より小さく設定されている。なお、凹凸部６ａのピッチ間隔は図４の実施形態より小さく設定することができる。それによって、ろう材をより均一に安定して接合部に分布することができる。
図９は、図７に示すコルゲートフィン１を偏平チューブ１３に接合した状態を図６に準じて示す部分拡大断面図である。

図１０は、本発明のコルゲートフィンの第３の実施形態である。
図１０（Ａ）は、中間部に凹凸部７を形成し、接合部５に凹部を形成した状態を示す部分平面図であり、図１０（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、それぞれ図１０（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの部分断面図である。
図１０の実施形態が図２の実施形態と異なる部分は、図２で接合部５に形成される断面矩形状の凸部６の代わりに、図１０では平断面が円形で膨出方向の断面が円弧状の凸部６ｂまたは凹部６ｃが形成されていることであり、この例では、接合部５の凸部６ｂまたは凹部６ｃは、隣接する中間部４に形成された溝状の凹凸部７と連続していない。その他は図２と同様に構成される。

図１０（Ｂ）（Ｃ）と図１０（Ｄ）の比較から、凹部６ｂと凸部６ｃの膨出高さＨ１は互いに同一で、かつ凹凸部７の膨出高さＨ２より小さく設定されている。さらに、凹部６ｂと凸部６ｃは隣接する接合部５で交互に形成されており、それによって、コルゲートフィン１の全長に渡りろう材がより均一に分散されるようになっている。
第１実施形態、第２実施形態と同様、凹部６ｂと凸部６ｃの膨出高さＨ１は、０．３ｍｍ以下に設定することが好ましい。

図１１は、コルゲートフィン１を形成する金属プレート２に対し、図１０に示すような中間部４の凹凸部７および接合部５の凹部６ｂと凸部６ｃを同一ロール８で加工している状態を示す部分斜視図である。図１１の実施形態が図３と異なる部分は、ロール８の構造と加工パンチ１０の有無のみで、そのほかは同様に構成される。

すなわち図１１の実施形態では、互いに逆回転する１対のロール８において、一方のロール８の外周面の１８０度ごとに、その軸線方向に沿って多数のディンプル１５が形成され、それに整合して、他方のロール８の外周面の１８０度ごとに、その軸線方向に沿って多数の凹陥部（図示せず）が一方のロール８とは逆の位置に形成されている。
各ディンプル１５にはロール８の外周側から見た平面が円形で、半径方向の断面が円弧状の突起部が多数配列されている。

図１１において、金属プレート２は互いに逆回転する１対のロール８の間を矢印方向に通過する際に多数の斜めに伸びる溝状の凹凸部７が形成されると共に、接合部となる位置においてディンプル１５の押圧により凹部６ｂと凸部６ｃが交互に形成される。そして、凹部６ｂと凸部６ｃを加工した後、金属プレート２は凹部６ｂまたは凸部６ｃの位置を起点に次々と折り畳まれてコルゲートフィン１の立体形状が形成される。

図１２（Ａ）は、図１１のように加工したコルゲートフィを偏平チューブ１３に接合した状態を示す部分拡大断面であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ部分の拡大図、図１３は図１２（Ａ）のXIII−XIII矢視の部分拡大断面図である。
コルゲートフィン１の頂部と谷部からなる接合部５をそれぞれ対向する偏平チューブ１３の外面に接した状態でろう付加工される。図１２（Ｂ）に示すように、ろう材層１４は接合部５領域に展開した状態で硬化される。

本発明のコルゲートフィンは、車両などに搭載される熱交換器用のコルゲートフィンとして利用できる。
なお、第１実施形態から第３実施形態の図面では、中間部４には、隣接する接合部に向かって直線的に斜めに伸びる模様が長さ方向に連続して形成された凹凸部７として図示されているが、これに限らず、Ｖ字模様が長さ方向に連続して形成された凹凸部７としてもよい。

１コルゲートフィン
２金属プレート
４中間部
５接合部
６凸部
６ａ凹凸部
６ｂ凸部
６ｃ凹部

７凹凸部
８ロール
９加工溝
１０加工パンチ
１１パンチ部
１２架台部
１３偏平チューブ
１４ろう材層
１５ディンプル

Claims

偏平チューブにろう付けされる頂部または谷部を有する複数の接合部（５）とそれらの中間部（４）で構成される熱交換器用のコルゲートフィンにおいて、
各接合部（５）および中間部（４）には、板厚方向に膨出した凹部または凸部の少なくとも一方がそれぞれ形成され、各接合部（５）に形成される凹部または凸部の膨出高さＨ１は、中間部に形成される凹部または凸部の膨出高さＨ２より小さく設定され、
前記各接合部（５）に形成される凹部の周縁部または凸部の頂部は、それぞれ偏平チューブの表面に当接し、その接触点が起点となって、ろう付によるフィレットが形成されており、各接合部（５）に形成される凹部または凸部は、接合部（５）の稜線方向に沿って、前記フィレットに埋設されるようにつながって波形に形成されたことを特徴とする熱交換器用コルゲートフィン。
各接合部（５）に形成される凹部または凸部の膨出高さＨ１は、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用コルゲートフィン。