JPH1194482A

JPH1194482A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH1194482A
Application number: JP25722697A
Authority: JP
Inventors: Asao Tokiwa; 浅夫常盤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器を構成する内部流体を流す管体の強
度を向上させ、機器破損等の不具合発生の回避、及び熱
交換効率の向上を図る。【解決手段】管体１を流れる内部流体Ｆｉと、前記管
体１外部を流れる外部流体との間で熱交換を行う熱交換
器において、前記管体１は、その断面が偏平形状に形成
されていると共に、該偏平形状の長径方向中央付近にお
いて、管体１の相向かう内壁面同士が接触するように押
し潰されている押圧部１０を有する。また、該押圧部１
０は、その内壁面接触部分を接合される例、さらに、そ
の形成位置が管体１長さ方向に、間欠的かつ斜めになさ
れる例がある。このことにより、管体１は、内部流体Ｆ
ｉから受ける内圧に対する、変形抵抗をもつことが可能
となった。また、内部流体Ｆｉの流れを不規則なものと
し熱交換効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、自動車車両に搭載
される空冷式ラジエーター等の熱交換器に係るものであ
って、特に、前記自動車車両内を循環する内部流体を、
前記熱交換器内で流す際に供される管体の形状に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車車両に搭載される空冷式ラ
ジエーター等の熱交換器の一例として、車両内を循環し
エンジン等から熱を奪う水等の内部流体を、熱交換器内
で流す際に供される複数の管体と、前記内部流体の流れ
方向に直交する方向で、管体の外側から空気などの外部
流体を流す機構とを備えることによって、さきの内部流
体と前記外部流体との間で熱交換を行うものが知られて
いる。

【０００３】また、この管体は、熱交換効率向上を目的
に、その断面が偏平形状に形成されており、その偏平形
状の長径方向の管体外側部分には波状に形成された伝熱
フィンが付設されて、管体内部に流れる内部流体の熱の
放散を促すと同時に、外部流体との接触面積を大きくし
て熱交換効率を良くする工夫がなされているのが一般的
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記内部流
体は通常高温で、かつ高圧であるから、熱交換器を構成
する断面形状が偏平である管体には、内部から比較的大
きな力が常にかかっており、これが原因で管体が変形す
ることがある。特に、トラック等の大型車両では、熱交
換効率を向上させるため、管体断面の偏平形状の長径が
大きいものが採用されることから、内部流体に由来する
圧力で管体が変形する可能性はより大きくなる。

【０００５】管体が変形すると、熱交換器本体にその管
体を拘束するヘッダプレートや前記伝熱フィン、また該
伝熱フィンを介した隣りの管体との相互干渉等により、
熱交換器使用中の機器破損等を招き、その本体に損傷を
もたらす恐れがある。また、これらを考慮して設計する
ということにしても、該設計段階での制約が大きくな
り、各機器間相互の自由なロケーションや、装置のコン
パクト化などを考える際に大きな障害にもなる。

【０００６】また、管体内部にはいかなる障害物もない
ため、内部流体は速やかに熱交換器を通り過ぎることと
なって、熱交換効率が悪いという欠点をももつ。交換効
率については、例えば、前記のように相隣り合う管体の
隙間に伝熱フィンを設けるなどして、その向上を図って
はいるが、これを凌ぐ更なる効率向上が望まれている。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、特に特殊な外部治具等を
使用する事なく管体の強度を向上させ、その変形を防止
することで、熱交換器を構成する機器の破損等の不具合
発生を回避しようとするものである。また、上記事項を
達成すると同時に、管体内の内部流体の流れを若干不規
則なものとし、該内部流体と外部流体との接触時間を長
くすることによって、熱交換効率をも向上しようとする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するにあたって以下の手段をとった。本発明の熱交換
器は、管体を流れる内部流体と、前記管体外部を流れる
外部流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、前記
管体は、その断面が偏平形状に形成されていると共に、
該偏平形状の長径方向中央付近において、管体の相向か
う内壁面同士が接触するように押し潰されている押圧部
を有することを特徴とする。

【０００９】これによれば、管体の偏平断面の長径方向
中心付近で、押圧部を有していることから、管体が内部
流体から受ける内圧に対して、断面が単なる偏平形状に
おけるときよりも抵抗力を増すこととなる。

【００１０】また、前記の熱交換器において、前記管体
の押圧部における管体内壁接触部分を、接合手段により
離反不能に接合することによって、管体は、前述した内
部流体から受ける内圧に対して、さらに強固な抵抗力を
持つこととなる。

【００１１】さらに、前記押圧部が管体長さ方向に対し
て、間欠的に形成されるようにすれば、管体の強度を向
上させる作用をもつことと同時に、管体内部の内部流体
の流れを、通常の内部抵抗をもたない管体に比べて、相
応の乱流を含んだ不規則なものとすることが可能とな
る。

【００１２】また、前記間欠的に形成される各押圧部
を、管体の長さ方向に対して斜めに形成するようにすれ
ば、より効果的な乱流を発生させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下では、発明の実施形態の例を
図を参照して説明する。図１は、本発明の熱交換器内に
おける管体の一例を示すものである。図中、符号１は管
体、Ｆｉは内部流体の流れを表わしている。図は、該内
部流体Ｆｉが偏平形状に形成された管内を流れることを
表わしている。

【００１４】前記管体１は、図に示すように、その断面
の偏平形状長径中央付近において、管体の内壁同士が接
触するように管外壁から力を加えられ、押圧部２を形成
している。さらに、該押圧部２における管体内壁接触部
はろう付け（接合手段）により接合されている（以下接
合部３とよぶ）。なお、図１に示す管体１の両端は潰し
加工が施されていないが、これは熱交換器本体と嵌合さ
せるためのヘッダプレートを管体１に取り付ける面を確
保するためである。このことに関しては、後に改めて説
明する。

【００１５】上記管体１は、図２に示すような手順で製
作される。まず、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようなアル
ミニウム製のクラッド合板を用意する。ここで図中、符
号１ａは内層材、１ｂは芯材、１ｃは外層材を示してい
る。そして、このクラッド合板を管状に曲げ加工し、図
２（ａ）に示すように、互いに重なる辺々Ａを、その長
さ方向全線に対して、図中矢印にて示すように電気溶接
等で接合する。ちなみに、このクラッド合板の材料厚さ
は、およそ0.3〜0.4mm程度のものを用いる。

【００１６】ここで、管体にアルミニウムクラッド合板
を使用するのは以下の理由による。熱交換器内の管体材
料に求められる性質としては、高温の内部流体を流す役
割を担うことによる耐熱性、耐腐食性及び熱交換効率を
良くするための伝熱性（熱伝導率大）である。また、機
器軽量化のためなるべく比重の小さい材料が望ましいと
いう要求も考慮すれば、それらをすべて満たす材料とし
てアルミニウム若しくはアルミニウム合金が最も適した
ものの一種として選択される。

【００１７】したがって、アルミニウム材料の中でも高
融点で耐熱性に優れた3000系（JIS種別番号、以下同
様）アルミニウム合金が、前記管体１の材料に最適と考
えられる。また、これと同時に、図２（ａ）の符号Ａの
ように、クラッド合板の内層、外層を互いに接合しなけ
ればならない事情もあるため、これらの部分では低融点
材料であることが望ましい。さらに、管体１外層に対し
ては、後の工程で伝熱フィンがろう付けにより取り付け
られることから、ろう付け性が良好であることも望まれ
る。

【００１８】上記の要求に答える材料が、図２に示すク
ラッド合板であって、高融点の3000系アルミニウム合金
を芯材１ｂとして用い、その両面、すなわち内層材１ａ
及び外層材１ｃを、低融点でろう付け性に比較的優れた
4000系アルミニウム合金とすることにより、熱交換器内
における管体１としての適切な材料を構成することが可
能となる。

【００１９】ただし、管体１の材料としては、アルミニ
ウムクラッド合板を使用せずに、押し出し加工により形
成されたアルミニウム丸管や他の材料などを使用するこ
とも可能であり、本発明はこのことに関して何ら限定す
るものではない。

【００２０】次に、このアルミニウム製の管体１は、図
２（ｂ）に示すように、その断面形状が偏平（長径/短
径比の大きい楕円）になるよう管外部から塑性加工され
る。そして、さらにその長径の中央部分付近を潰すよう
な加工を施し、管体内壁面同士が接触するような押圧部
２を有するものに形成する。ただし、この場合前述した
ように管体両端を除いて加工を行う。最後に、この押圧
部２の管体内壁接触部分にろう材を挟み込み、熱を加え
ることでろう付け接合し接合部３を形成する。以上を以
て図２（ｃ）に示す管体１の完成をみる。

【００２１】図３は、自動車車両用に用いられている空
冷式熱交換器の概観を示しており、図中、符号４は熱交
換器、１は管体、５は伝熱フィン、６は上部盲蓋、７は
下部盲蓋、８は外部流体受入口である。また、９は管体
１を熱交換器４本体に固定しておくためのヘッダプレー
トである。さらに、Ｆｉは図１と同様内部流体の流れを
表わし、Ｆｏは外部流体の流れを示している。

【００２２】このうち上記の管体１は、図２に示した製
作工程を経て形成されたものであり、熱交換器４内へ
は、図３のように並列に配列された構成として組み込ま
れる。この組み込みは、熱交換器４と管体１との間のヘ
ッダプレート９を介して行われる。図１、図２で説明し
た管体１両端が潰し加工されていないことの理由は、こ
のヘッダプレート９と管体１とを取り付ける面を確保す
ることにある。これは同時に、流れ込む内部流体Ｆｉ
が、熱交換器４外、すなわち隣り合う管体１間の隙間へ
と漏洩する事がないようにするためである。

【００２３】この熱交換器４において、内部流体Ｆｉは
図２上部の方から流れ込み、管体１の内部を流れるとき
は上から下に流れるようになっている。外部流体Ｆｏ
は、図に示すように、その管体１を流れる内部流体Ｆｉ
と直交する方向から流れるようになされている。通常、
自動車車両用の熱交換器４におけるこの外部流体Ｆｏの
流れは、該熱交換器４を車両前部に配置することで、車
両が走ることにより生じる空気の流れをそのまま利用す
るようになされている。

【００２４】このことによって、内部流体Ｆｉは、外部
流体Ｆｏとの熱交換によって冷却されることとなる。な
おこの際、内部流体Ｆｉのもつ熱は、管体１を通して伝
熱フィン５にも伝わることで、該伝熱フィン５及び管体
１双方と、外部流体Ｆｏとの間でも熱交換が行われるこ
とから、伝熱面積大による熱交換効率の向上が図られて
いる。

【００２５】さて、内部流体Ｆｉは前記したように高温
であり、かつ車両内を循環させるために加圧された状態
となっている。このことから、管体１は、内部流体Ｆｉ
から拡径される方向に力を加えられ、変形しようとする
傾向がある。ところが、本発明の管体１によれば、その
内壁同士が接合部３により接合されていることから、こ
の広がろうとする力に対抗できることとなり、これによ
って、伝熱フィン５やヘッダプレート９に無理な力がか
かる事なく、機器本体の損傷を防止することが可能とな
る。また、機器配置上の制約を小さいものとすることが
できるので、設計上の自由度を増すことができる。

【００２６】ところで、管体１の接合部３の形態は図１
に示すもの以外にも考えられ、その例として図４及び図
５に別態様を表わすものを掲載した。

【００２７】図４では、図１に示す直線状のろう付けで
はなく、間欠的なろう付けを採用している。これによ
り、図１と同様に管体１の拡径を抑える効果が期待でき
ると共に、接合部３が内部流体Ｆｉの流れに対する抵抗
の役割を果たし、流れをやや不規則なものとすることが
できる。また、図５に示すように、内部流体Ｆｉの流れ
方向に対して間欠的に斜めにろう付けをする事で、その
流れの不規則さを図１あるいは図４に比しても大きなも
のとすることができる。

【００２８】上記のような管体１を採用すれば、内部流
体Ｆｉの流れを定常的なものから、乱流を含む不規則な
ものとすることができる。このことは、言い換えれば、
内部流体Ｆｉが管体１を通過する時間を長くする、ある
いは、管体１に留まる時間を長くすることとなって、内
部流体Ｆｉと外部流体Ｆｏとの接触時間を増す効果を生
む。したがって、それだけ熱交換効率の向上が見込める
ことになる。つまり、図４、図５に示す管体１は、図
１、図２で説明した管体１の強度向上ということと併せ
て、熱交換効率の向上をも見込める構成となっている。

【００２９】なお、本実施の形態では、自動車車両用の
熱交換器を例に挙げて説明したが、本発明は、一般に広
く用いられている熱交換器（例えば、室内エアコン、オ
イルクーラー等の同等部）にも適用できるものであり、
本実施例に限定されるものではない。

【００３０】また、管体１の接合部３を形成する接合手
段は、本実施の形態で記したろう付けに限るものではな
く、抵抗溶接、圧着など様々な接合手段を適用できるも
のである。またもちろん、接合せずに押圧部２（図１参
照）のみを有する構成のものであってもよい。いずれに
しても、本発明は特別にろう付けにこだわるものではな
い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の熱
交換器によれば、該熱交換器を構成する断面が偏平形状
である管体において、該偏平形状の長径方向中央付近に
おいて、前記管体の相向かう内壁面同士が接触するよう
に押し潰された押圧部を有する事によって、この管体を
拡径しようとする内部流体に由来する力に対して抵抗力
をもたせ、強度を向上させることとなる。これにより管
体の変形及び熱交換器を構成する機器の破損等の懸念が
なくなり、安定した装置運用が望める。

【００３２】また、請求項２記載の熱交換器によれば、
前記管体の押圧部における管体内壁接触部分が、接合手
段により離反不能に接合されていることから、管体の抵
抗力を更に増すことが可能となる。

【００３３】さらに、請求項３記載の熱交換器によれ
ば、前記押圧部が管体長さ方向に対して、間欠的に形成
されていることにより、前述した管体の抵抗力をもつと
同時に、内部流体の流れを定常なものから乱流を含む不
規則なものとすることができ、その結果内部流体と外部
流体との接触時間を増すことが可能となり、熱交換効率
を向上させることができる。

【００３４】そして、請求項４記載の熱交換器によれ
ば、上記の間欠的押圧部を、管体長さ方向に対して斜め
に形成することにより、内部流体の流れをさらに不規則
なものとすることができ、熱交換効率の更なる向上が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である熱交換器を構成す
る管体を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は
一部を断面視した正面図である。

【図２】図１に示す管体の製作過程を（ａ）から
（ｃ）の順に表わす斜視図である。

【図３】自動車車両用の熱交換器の一例を示す斜視図
である。

【図４】本発明の実施の形態である熱交換器を構成す
る管体を示す図であって、図１とは別態様を表わすもの
である。

【図５】本発明の実施の形態である熱交換器を構成す
る管体を示す図であって、図１、図４とは別態様を表わ
すものである。

【符号の説明】

１管体２押圧部３接合部４熱交換器Ｆｉ内部流体Ｆｏ外部流体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管体を流れる内部流体と、前記管体外部
を流れる外部流体との間で熱交換を行う熱交換器であっ
て、前記管体は、その断面が偏平形状に形成されていると共
に、該偏平形状の長径方向中央付近において、管体の相向か
う内壁面同士が接触するように押し潰されている押圧部
を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】請求項１記載の熱交換器において、前記
管体の押圧部における管体内壁接触部分が、接合手段に
より離反不能に接合されていることを特徴とする熱交換
器。
【請求項３】請求項１または２記載の熱交換器におい
て、前記押圧部が、管体長さ方向に対して、間欠的に形
成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】請求項３記載の熱交換器において、前記
各押圧部が、管体長さ方向に対して、斜めに形成されて
いることを特徴とする熱交換器。