JPWO2004074757A1 - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

熱交換チューブ４は、ろう材層が被覆されていないシート部材によって構成されたものとしつつ、前記シート部材を重ね合わせる接合代４ｄはろう材によってろう付けされるようにする。これにより、熱交換チューブのろう付け時のろう拡散、エロージョンによる溶解の可能性を小さくし、材料を薄肉化しても耐食性等の品質に影響を与えるのを防止する。

Description

この発明は、押出し成形で形成されるタンクとロール成形で形成されるチューブとを炉中ろう付けにて接合する熱交換器における熱交換チューブの構造に関する。

タンクと熱交換チューブとが別体である熱交換器における熱交換チューブの製造方法としては、近年において、金型削減による低コスト化等の見地からコイル状の薄いシート部材を折り曲げて形成するロール成形の手法を用いられるようになってきた一方で、このロール成形手法では、シート部材の接合代を気密性良く接合する必要がある。この課題については、シート部材の一方の面にろう材層を予め被膜し、このろう材層を利用してシート部材の接合代をろう付けする手法が既に開示されている（例えば、特開平１１−２１６５９２号公報を参照）。
しかしながら、前記特許出願公開公報に示される熱交換チューブのように、熱交換チューブ自体にろう材層を被膜した場合には、ろう付け時のろう拡散、エロージョンの問題から材料の薄肉化が困難で、熱交換器のコンパクト化、軽量、低コスト化に不都合があった。
そこで、この発明は、熱交換チューブ自体にはろう材層を被覆せず、タンク側からろう材の供給を受けることで、熱交換チューブの接合代のろう付けを可能とすることにより、熱交換チューブの薄肉化及び製造コストの削減を図った熱交換器を提供することを目的とする。

この発明は、シート部材をロール成形することで形成された熱交換チューブと、この熱交換チューブの長手方向両側の端部が挿入し接合される一対のタンクとを備えた熱交換器において、前記熱交換チューブは、ろう材層が被覆されていないシート部材によって構成されており、前記シート部材を重ね合わせる接合代はろう材によってろう付けされていることを特徴とするものである。前記熱交換チューブは、芯材の外側に犠牲腐食層が施されていると共にろう材層が被覆されていないシート部材によって構成されているものとしても良い。そして、前記シート部材を重ね合わせる接合代のろう付けは、前記タンクのチューブ挿入孔形成面に供給されたろう材を前記接合代に毛細管現象を利用して供給してろう付けを行なっている。
これにより、熱交換チューブは、ろう材層が被膜されていないため、ろう付け時のろう拡散、エロージョンの問題から解放され、熱交換チューブの薄肉化が可能となるので、当該熱交換チューブを用いた熱交換器のコンパクト化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
そして、前記熱交換チューブは、アウターフィンと交互に積層されていると共に、前記アウターフィンと前記チューブの接合代の接面縁辺とが非当接となっていることを特徴とするものである。
これにより、熱交換器を炉中ろう付けする際に、タンクの表面から毛細管現象によりチューブの接合代側の接面間に供給されたろう材が、アウターフィンとの当接部位からアウターフィン側に吸い取られて、チューブの接合代におけるろう付け不良が生ずるのを回避することができる。
更に、前記タンクは、押出し成形で形成されたもので、少なくともそのチューブ接合側面にろう材シートを装着することでこのタンクのチューブ挿入孔形成面へのろう材の供給が行なわれ、又は、前記タンクは、押出し成形で形成されたもので、少なくとも前記チューブ挿入孔形成面にろう材を溶射することで前記タンクのチューブ接合側面へのろう材の供給が行なわれていることを特徴とするものである。
これにより、仕切り壁のろう付け不良によりタンクの画室間で熱交換媒体がバイパスする虞れを回避するために、タンクの側部と仕切り部とを一体成形すべくタンクを押し出し成形で形成するようにした場合でも、タンク側からろう材を供給することが可能となる。

第１図（ａ）は、この発明に係る熱交換器タンクを用いた熱交換器の全体構成を示す通風方向背面図、第１図（ｂ）は、同上の熱交換器の全体構成を示す熱交換媒体出入口部から見た側面図であり、第２図（ａ）は、同上の熱交換器のチューブ上端側に配置されたタンクを示す説明図、第２図（ｂ）は、同上の熱交換器のチューブ下端側に配置されたタンクを示す説明図であり、第３図（ａ）は、同上の熱交換器の熱交換チューブとフィンとを示す説明図、第３図（ｂ）は、同上の熱交換器のタンクの断面図であり、第４図（ａ）は、熱交換チューブの構成を示す説明図、第４図（ｂ）は、熱交換チューブに内包されるインナーフィンの構成を示す説明図、第４図（ｃ）は、熱交換チューブの層を示す拡大図であり、第５図は、タンクにろう材シートを貼り付ける工程を示した説明図であり、第６図は、タンクにろう材を溶射する工程を示した説明図であり、第７図は、扁平管の接合代にタンク側からろう材が毛細管現象を利用して供給される様子を示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。
第１図、第２図及び第３図に示される熱交換器１は、例えば車両用空調装置の冷凍サイクルを構成するエバポレータとして用いられている。この熱交換器１は、炉中ろう付け方法により組付けられるもので、対をなすタンク２、３と、このタンク２、３を連通する複数の熱交換チューブ４と、この熱交換チューブ４と交互に積層されたコルゲート状のアウターフィン５と、積層方向の両端に位置するアウターフィン５に対し更に外側に配されるサイドプレート６、６と、タンク２の長手方向の一方端に配されたコネクタ９とを有して構成されている。コネクタ９は、熱交換媒体の出入口部７、８を備え、図示しない膨張弁と接続される。
そして、この熱交換器１は、図示しない膨張弁から送られる熱交換媒体を、入口部７を介してタンク２の画室２３に流入させ、熱交換チューブ４によってタンク２、３間を移動させ、その過程においてアウターフィン５間を通過する空気と熱交換させ、最終的にタンク２の画室２４から出口部８を介して送出されるようにしている。
このうち、熱交換チューブ４は、第３図（ａ）及び第４図（ａ）に示される様に、タンク２、３に挿入される長手方向両端が開口され、熱交換媒体の流路１４が内部に形成された扁平管状のもので、内部にインナーフィン１５を収納して構成されている。この熱交換チューブ４は、アルミニウム等の伝導性の良い金属によって構成された１枚の薄いシート部材をロール成形によって成形されているもので、この実施形態では、シート部材をその長手方向を軸として２つ折りにすることで、対向する平坦部４ａ、４ｂを形成すると共に、その巾方向の一端に折り曲げ部４ｃを形成し、他端側に接合代４ｄを形成するようにしている。
そして、熱交換チューブ４に収納されたインナーフィン１５は、この実施形態では、熱交換チューブ４の一方の側縁に沿って形成された連結部１５ａと、この連結部１５ａを介して連結され、熱交換チューブ４の平坦部４ａ、４ｂの内面に当接する平板状の平板部１５ｂ、１５ｃと、平板部１５ｂ、１５ｃの端部から対向する平板部１５ｃ、１５ｂの略中央部分に向けて突設し、その頂部を対向する平板部１５ｂ、１５ｃの内面に当接する突当部１５ｄとを有して構成されている。これにより、インナーフィン１５単体の巾方向の剛性、インナーフィン１５と熱交換チューブ４との当接部分での巾方向の力に対する接触抵抗、さらには熱交換チューブ４による厚み方向拘束力に対する剛性を大きくすることが可能となり、熱交換チューブ４にインナーフィン１５を内包した状態で切断する場合でも、インナーフィン１５をずれ難くすることができる。
また、ここで用いられるインナーフィン１５は、両面にろう材がクラッドされたものが用いられ、その板厚は熱交換チューブ４の肉厚よりも薄く設定されている。また、熱交換チューブ４は、第４図（ｃ）に示されるように、その外側において、ろう材層が被膜されていない一方で、芯材１６のチューブ側となる外側には、犠牲腐食層１７が施されている。この犠牲腐食層１７は、ロール成形前において、芯材１６に亜鉛等を含有した素材を重ねた後、圧着する方法や、芯材１６に亜鉛等を溶射する方法等で形成されている。これにより、この熱交換チューブ４は、押出し成形で形成される熱交換チューブとは異なり表側面に犠牲腐食層１７を施すことが可能であるので、耐食性に優れたものとなる。
タンク２、３は、前述のごとく、所定の間隔で対向するように配設されているもので、押出し成形により形成されている。そのため、表面にろう材層が被膜されておらず、例えばＡ３０００系のアルミニウム合金が用いられている。
タンク２、３について、第３図（ｂ）及び第５図を用いて説明すると、タンク２、３は、熱交換チューブ４を挿入させるチューブ挿入孔１９が形成されたチューブ挿入孔形成面２０Ａを有するもので、その長手方向両端に開口部が形成されているが、この開口部は、第１図、第２図に示される様に、コネクタ９側を除きキャップ２１により閉塞されている。そして、タンク２、３は、熱交換チューブ４の積層方向に沿って延びる仕切り壁２２が、第５図に示される様に、側部２０と一体に形成されており、これにより、タンク２、３内は、通風方向に沿って並列した画室２３と画室２４とが画成されている。
しかるに、これらのタンク２、３は、仕切り壁を構成する部材と側部を構成する部材とのろう付け不良によって画室２３、２４間で熱交換媒体がバイパスするのを防止するために、構造的に複雑にする必要がなく、熱交換器１のコンパクト化、低コスト化に適しているものである。
その一方で、タンク２の画室２３、画室２４は、第２図（ａ）に示される様に、タンク３とは異なった構成も有する。すなわち、タンク２は、スリット２６から挿入された仕切りプレート２５により各々通風方向に沿って仕切られて、分室２３ａ、２３ｂ又は２４ａ、２４ｂに分かれている。そして、分室２３ｂと分室２４ｂとは、熱交換媒体のフローを４パスとするために、連通路２７により連通している。尚、仕切り壁２２は、押出し成形で側部２０と一体に形成した後に、図示しないパンチ・ダイス装置で連通路２７を穿つにあたり、その強度を保持しつつ穿孔作業が容易なように、その肉厚が０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下（通常、１ｍｍ）となっている。
そして、タンク２、３は、第５図に示される様に、チューブ挿入孔形成面２０Ａにチューブ挿入孔１９に対応した孔２９Ａを有するろう材シート２９が貼り付けられることにより、或いは図６に示される様に、チューブ挿入孔形成面２０Ａに対し、ろう材をノズル３１より溶射することにより、チューブ挿入孔形成面２０Ａ表面に図７に示されるようなろう材２８が供給されている。尚、チューブ挿入孔形成面２０Ａに対してろう材シート２９を貼り付けるにあたっては、この実施形態では、以下のような構成をなしている。
すなわち、チューブ挿入孔形成面２０Ａについて通風方向中央が最も高くなるよう形成されていると共に、チューブ挿入孔形成面２０Ａの長手方向に沿った両縁辺近傍部位には、当該長手方向に沿って延びる段差部３０が形成されるように、押出し成形時に形成しておく。この段差部３０は、ろう材シート２９の端部が突当する一方で乗り越えることがないように、チューブ挿入孔形成面２０Ａから所定の突出幅を有して形成され、その内側面がチューブ挿入孔形成面２０Ａに対し略垂直面となっている。ろう材シート２９は、アルミシリコンの合金（例えばＡ４０００系）を圧延してコイル状にしておいたものを切断して用いるもので、短手方向において円弧状に撓ませて弾性を与えた状態に予めおかれたものとする。これにより、ろうう材シート２９をチューブ挿入孔形成面２０Ａに当接さてその撓みを開放するのみで、ろう材シート２９は、スプリングバックが生じて短手方向に沿って拡がり、段差部３０にその短手方向端部が突当して、タンク２、３のチューブ挿入孔形成面２０Ａに取り付けられる。更に、この例では、キャップ２１に鉤爪３２を設け、キャップ２１をタンク２、３の開口部に装着する時にこの鉤爪３２でろう材シート２９の短手方向に沿った縁辺を押さえることで、ろう材シート２９のチューブ挿入孔形成面２０Ａへの取り付けをより強固にしている。
しかるに、熱交換器１を仮組付けし、炉中ろう付けするにあたって、このタンク２、３のチューブ挿入孔形成面２０Ａに供給されたろう材２８により、タンク２、３と熱交換チューブ４とのろう付けが行われると共に、図７の破線で示されるように、当該ろう材２８は、毛細管現象を利用して熱交換チューブ４の接合代４ｄに供給され、当該熱交換チューブ４の長手方向に沿って接合代４ｄの合わせ目間を浸透するので、接合代４ｄのろう付けも行われる。よって、熱交換チューブ４は、ロール成形で形成する場合でも、シート部材の表面にろう材層を被膜する必要がなくなるので、熱交換チューブ４の肉厚を薄くすることができ、ろう材を無駄に使用することもなくなる。
そして、熱交換チューブ４内にインナーフィン１５を内包し、また、熱交換チューブ４とアウターフィン５とを交互に積層するにあたって、接合代４ｄの接面縁辺とアウターフィン５、インナーフィン１５とは、第４図（ａ）、第７図に示される様に、接しない構成となっている。これにより、接合代４ｄの接面間に毛細管現象を利用して供給されたろう材２８がアウターフィン５、インナーフィン１５側に吸い取られるのを防止できる。

以上述べたように、この発明によれば、熱交換チューブにはろう材層を被膜しないため、ろう付け時のろう拡散、エロージョンの問題から解放され、熱交換チューブの薄肉化が可能となるので、当該熱交換チューブを用いた熱交換器のコンパクト化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
特に、請求の範囲４の発明によれば、熱交換器を炉中ろう付けする際に、タンクの表面から毛細管現象を利用して熱交換チューブの接合代側の接面間に供給されたろう材が、アウターフィンとの当接部位からアウターフィン側に吸い取られて、熱交換チューブの接合代におけるろう付け不良が生ずるのを回避することができる。
特に、請求の範囲５又は６の発明によれば、仕切り壁のろう付け不良によりタンクの画室間で熱交換媒体がバイパスする虞れを回避するために、タンクの側部と仕切り部とを一体成形すべくタンクを押し出し成形で形成するようにした場合でも、タンク側からろう材を熱交換チューブの接合代に供給することができる。

Claims (6)

1. シート部材をロール成形することで形成された熱交換チューブと、この熱交換チューブの長手方向両側の端部が挿入し接合される一対のタンクとを備えた熱交換器において、前記熱交換チューブは、ろう材層が被覆されていないシート部材によって構成されており、前記シート部材を重ね合わせる接合代はろう材によってろう付けされていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱交換チューブは、芯材の外側に犠牲腐食層が施されていると共にろう材層が被覆されていないシート部材によって構成されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の熱交換器。
3. 前記シート部材を重ね合わせる接合代のろう付けは、前記タンクのチューブ挿入孔形成面に供給されたろう材を前記接合代に毛細管現象を利用して供給してろう付けを行なうことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記熱交換チューブは、アウターフィンと交互に積層されていると共に、前記アウターフィンと前記チューブの接合代の接面縁辺とが非当接となっていることを特徴とする請求の範囲１、２又は３に記載の熱交換器。
5. 前記タンクは、押出し成形で形成されたもので、少なくともそのチューブ接合側面にろう材シートを装着することでこのタンクのチューブ挿入孔形成面へのろう材の供給が行なわれていることを特徴とする請求の範囲１、２、３又は４に記載の熱交換器。
6. 前記タンクは、押出し成形で形成されたもので、少なくとも前記チューブ挿入孔形成面にろう材を溶射することで前記タンクのチューブ接合側面へのろう材の供給が行なわれていることを特徴とする請求の範囲１、２、３又は４に記載の熱交換器。

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