WO1999008060A1 - Tube pour echangeurs thermiques et procede de fabrication correspondant - Google Patents

Description

明 糸田書 熱交換器用チューブとその製造方法 技術分野

本発明は、 チューブ内の媒体流路を区画するビー ドをロール フォー ミ ングによ り形成する熱交換器用チューブとその製造方 法に関する。 背景技術

—般に、 ノ ラ レルフ ロータイ プの熱交換器は、 フィ ンを介し て複数のチューブを積層する と と もに、 これらのチューブの各 端部をヘッダパイプに連通接続して構成され、 熱交換用の媒体 がヘッダパイプに設けられた出入口継手間で複数回蛇行して通 流され、 この通流過程で大気と熱交換する ものである こ とが知 られている。

そして近時、 この種の熱交換器に用いられるチューブは、 平 板帯状の金属製の素材プレー ト （以下、 単にプレー ト と記す。 ) をロールフォーミ ングによ り 、 媒体流路を区画する ビ一 ドを 備えたチューブ状に成形し、 更に、 その要部をろ う付けしてな るものが用いられている。 ， このロールフォー ミ ングは、 それぞれ所定の形状を備える と と もに適宜配置された複数の回転ロールの間を、 素材プレー ト が通過する こ とによってなされ、 そしてプレー トの要所には、 チューブ長手方向に連続する ビー ドが形成される。 すなわち、 このビー ドは、 プレー トを凹状に屈曲形成するもので、 チュー ブの耐圧性及び熱交換性を向上するべく 、 内側に突出したビー ドの頂部をプレー トの対向部位にろ う付けし、 チューブの内部 に形成される媒体流路を複数に区画する ものである。 尚、 使用されるプレー トは、 通常、 その全面にろ う材をク ラ ッ ドしたブレージングシー トが用いられており 、 チューブにお ける要部のろ う付け並びに、 熱交換器におけるその他の要部の ろ う付けは、 治具等を用いてチューブ、 フィ ン、 ヘッダパイ プ 等を一体に組み付た後、 この組み付け体を加熱するこ と によ り 一括して行われている。

前述したロールフォー ミ ングによ り成形したチューブは、 例 えば、 図 6 に示すよ う に、 チューブ 3 0 の内部に適宜間隔でビ ー ド 3 1， 3 1 を備え、 また、 このチューブ 3 0 の幅方向端部 に接合部 3 2， 3 2 を設け、 更に、 このチューブ 3 0 の反対側 の幅方向端部には折り 曲げ部 3 3 を備え、 前記ビー ド 3 1 とチ ユーブ 3 0 の平坦部内面、 及ぴ接合部 3 2， 3 2 同士をろ う付 けしたものである。

こ う して、 チューブ 3 0 の内部には、 ビ一 ド 3 1， 3 1 で区 画された複数の媒体流路 3 4， 3 4が形成される。

前述したロールフォーミ ングによ り成形した熱交換器用チュ ーブにおいて、 プレー トは、 成形性、 熱交換性及び軽量性を考 慮し、 これらの条件に適した極めて薄いものが用いられる。

従って、 プレー トを成形する際には、 チューブの耐圧性を十 分に確保する必要から、 不要な偏肉 （プレー ト断面の厚さの片 寄り） を抑えるこ とを要する。 すなわち、 偏肉によってプレ^" トの肉厚が不足する部位が生じる と、 チューブの耐圧性が低下 するので、 これを回避しなければならない。

と ころが、 従来のロールフォーミ ングによる熱交換器用チュ —ブの成形においては、 この点の考慮が十分になされていない ので、 ビー ドの形成と と もに偏肉を生じて しま う場合が多く あ り 、 と り わけ、 プレー トの長手方向に亘る ビー ドを複数形成す る場合は、 このよ う な偏肉が顕著に生じていた。

また、 この種の熱交換器用チューブにおいて、 ビー ドの付け 根、 すなわちビー ドの基部は、 構造的によ り 大きな応力が付加 される。 これは、 ビー ドの基部において、 プレー トの断面の屈 曲 した形状によ り 、 応力集中が生じるためである。

従って、 他の部位に比べビ一 ドの基部の強度が劣る こ と と な り 、 その結果、 チューブの耐圧性が制約される という不都合が あった。

本発明は、 以上の点に鑑みてなされたもので、 ビー ドの基部 を強化する こ とによ り その耐圧性を向上した熱交換器用チュ一 ブと、 ビー ドを形成する際のプレー トの偏肉を低減する こ とが できる熱交換器用チューブの製造方法を提供する こ と を目的と している。 発明の開示

本願第 1請求項に記載した発明は、 チューブ内の媒体流路を 区画する ビー ドをロールフォー ミ ングによ り形成する熱交換器 用チューブにおいて、 前記ビ一 ドの基部の厚さを、 チューブの 素材プレー トの厚さ よ り も厚く した構成の熱交換器用チューブ である。

このよ う に、 本発明の熱交換器用チューブは、 ビ一 ドの基部 におけるプレー ト の厚さを、 素材プレー ト の厚さ よ り も厚した ので、 その耐圧性を一層向上するこ とができる。

すなわち、 ビー ドの基部は、 他の部位と比較して、 構造的に よ り 大きな応力を必要するので、 従来では、 ビー ドの基部の強 度が劣り 、 チューブの耐圧性が制約されて低下して しま う とい う不都合があつたが、 本発明では、 ビー ドの基部におけるプレ ー トの厚さを厚く してビー ドの基部を強化しているので、 チュ ーブの耐圧性を向上するこ とができ、 従来の不都合を解消する こ とができる。

本願第 2請求項に記載した発明は、 チューブ内の媒体流路を 区画するビー ドをロールフォーミ ングによ り形成する熱交換器 用チューブの製造方法において、 前記ロールフォーミ ングは、 金属製の平板帯状プレー トを順次、 凹状に屈曲成形して、 前記 ビー ドの中間成形部たる ビー ド予定部を設ける第 1 工程と、 前 記ビー ド予定部を幅絞り成形する第 2工程と、 前記第 2工程後 の前記ビー ド予定部をビー ド高さ方向に圧縮する第 3工程と を 備え、 前記第 1 工程における前記ビー ド予定部の窪みの幅を、 前記成形後のビー ドの窪みの幅よ り も広く し、 また、 前記第 2 工程後の前記ビー ド予定部の高さを、 前記成形後のビー ドの高 さ よ り も高く設けた構成の熱交換器用チューブの製造方法であ る。

このよ う に、 本発明の熱交換器用チューブの製造方法によれ ば、 ビー ドの形成に伴う プレー トの不要な偏肉を低減する こ と ができ、 耐圧性が確保されたチューブを得るこ とができる。

すなわち、 従来では、 ビー ドの形成と と もにプレー トの偏肉 を生じて しま う場合が顕著であつたが、 本発明では、 一旦、 成 形後のビー ドょ り も窪みの幅が広いビー ド予定部を設けてこれ を絞り成形するので、 ビー ドの形成によるプレー トの偏肉を抑 えるこ とができ、 チューブの強度の劣化を防止する こ とができ る。

また、 ビー ド予定部を絞り成形の後に圧縮するので、 ビー卞 の寸法精度を向上するこ とができる。

本願第 3請求項に記載した発明は、 請求項 2 において、 前記 第 3 工程における前記ビー ドの基部の厚さ を、 チューブの素材 プレー トの厚さ よ り も厚く する構成の熱交換器用チューブの製 造方法である。

このよ う に、 ビー ドの基部の厚さを、 素材プレー トの厚さ よ り も厚く するので、 その耐圧性が一層向上されたチューブを得 るこ とができる。 また、 ビー ドの基部における厚さの増加分は、 ビー ド予定部 を圧縮するこ とによってもたらすこ とができる。

本願第 4請求項に記載した発明は、 請求項 2 において、 前記 ビー ドは 3つ又は 4つ形成される ものであって、 前記ビ一 ドの う ち、 始めに中央の 1 つ又は 2つのものに対して前記第 1 工程 を施し、 次いで両端の 2つのものに対して第 1 工程を施し、 少 なく と も第 3工程は全てのビー ドに対して同時に施す構成の熱 交換器用チューブの製造方法である。

このよ う に、 ビー ドを 3つ又は 4つ形成する場合は、 まず始 めに中央の 1 つ又は 2つのものに対して前記第 1 工程を施し、 次いで両端の 2つのものに対して第 1 工程を施すと よい。 これ によ り 、 中央のビー ドを凹状に屈曲成形する過程で材料を中央 部に集める こ とができ、 従ってこのよ う な工程を経ずに行う場 合に生じ得る偏肉、 と り わけ中央のビー ド形成のために中央部 が薄肉 となって しま う事態を、 回避するこ とができる。 そして 、 第 1 工程で材料を中央部に集めれば、 少なく と も第 3 工程を 全てのビー ドに対して同時に施しても、 中央部が薄肉となる事 態つま り偏肉は生じない。 従って、 各ビー ドの形成を、 バラン スよく行う こ とができる。

図面の簡単な説明

【図 1 】

本発明の具体例に係り、 熱交換器を示す正面図である。

【図 2 】

本発明の具体例に係り、 熱交換器用チューブを示すの断面図 である。

【図 3 】

本発明の具体例に係り、 （ a ) はプレー ト、 （ b ) はビー ド 予定部、 （ c ) は絞り成形後のビー ド予定部、 （ d ) はビ一 ド を示す外観図である。

【図 4 】

本発明の具体例に係り、 プレー トの折り 曲げを示す断面図で ある。

【図 5 】

本発明の具体例に係り、 ビー ドを示す断面図である。

【図 6 】

従来例に係り、 熱交換器用チューブを示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下 本発明の具体例を図面に基いて詳細に説明する 図 1 において、 本例の熱交換器 1 は、 フ ィ ン 5， 5 を介装し て積層した複数のチューブ 2， 2 と、 これらのチューブ 2， 2 の両端に配設したヘッダパイプ 3， 4 とを連通接続して構成さ れている。

各ヘッダパイプ 3， 4は、 それぞれ上下の端部開口が盲キヤ ップ 6で閉鎖され、 内部は所定部位に配設した仕切板 7， 7で 仕切られ、 更に、 媒体を内部に取り入れる入口継手 3 a と、 媒 体を外部に排出する出口継手 4 aが設けられた円管状のもので ある。 各ヘッダパイプ 3， 4の長手方向に亘つては、 所定の間 隔でチューブ孔 9 ， 9が形成されている。 また、 チューブ 2 ， 2 は、 各端部を前記チューブ孔 9 , 9 に挿入及びろ う付けして 設けられている。 尚、 チューブ 2 ， 2層の上下には、 サイ ドプ レー ト 8が配置されている。 サイ ドプレー ト 8 は、 その端部が 各ヘッダパイプ 3 ， 4 にそれぞれ固定されており 、 熱交換器の 構造的強度を補強するものである。

この構成による と、 入口継手 3 a から取り入れられた媒体は 、 所定のチューブ群単位で各ヘッダパイプ 3 ， 4 を往復する よ う に複数回蛇行して通流され、 熱交換しながらチューブ 2 を通 過し、 出口継手 4 a から排出される。 また、 媒体の熱交換は、 チューブ 2及ぴサイ ドプレー ト 8 の間に介装したフィ ン 5 によ る熱伝達で促進される。

チューブ 2 は、 図 2 に示すよ う に、 複数のビ一 ド 2 1 ， 2 1 を備えている。 これらのビ一 ド 2 1 ， 2 1 は、 図 3 ( a ) 乃至 ( d ) に示すプレー ト P の折り 曲げ工程を順次経て形成される また、 図 2 において、 2 2 は接合部、 2 3 はプレー ト の折り 曲げ部、 2 4 は媒体流路であって、 ビー ド 2 1 ， 2 1 の形成、 接合部 2 2 ， 2 2 の形成、 及びプレー トの折り 曲げは、 ロール フォーミ ングによって行われる。 すなわち、 プレー トは、 対向 配置した複数の回転ロールの間を通過する こ と によ り所定の^チ ユーブ状に成形される。

図 2及ぴ図 3 において、 前記ビー ド 2 1 は、 ビー ド 2 1 の中 間成形部たる ビー ド予定部 2 1 a を設ける第 1 工程と、 このビ ― ド予定部 2 1 a を幅絞り成形する第 2工程と、 幅絞り成形後 のビー ド予定部 2 1 b をビー ド高さ方向に圧縮する第 3 工程と を経て成形される。

すなわち、 前記第 1 工程では、 プレー ト P (図 3 ( a ) 参照 ) の要所を凹状に屈曲成形して、 ビー ド予定部 2 1 a (図 3 ( b ) 参照） を設けている。

この際、 ビー ド予定部 2 1 a における窪みの幅 w， は、 成形 後のビー ド 2 1 における窪みの幅 wよ り も広く 設定している。

前記第 2工程では、 前記第 1 工程で設けたビー ド予定部 2 1 a を幅絞り成形している。 この幅絞り成形の際には、 プレー ト Pが押し寄せられてビー ド予定部 2 1 a の窪みの幅 w， が狭め られる と と もに、 ビー ド予定部 2 1 a の高さが押し上げられる 。 従って、 プレー ト P全体と しては、 幅方向に収縮している。 また、 幅絞り成形後のビ一 ド予定部 2 1 b (図 3 ( c ) 参照） の高さ h， は、 成形後のビー ド 2 1 の高さ h よ り も高く 設けて レヽる。

そして、 前記第 3工程では、 幅絞り成形後のビー ド予定部 2 l b をビー ド高さ方向に圧縮するこ とによ り 、 所定の幅 w且つ 所定の高さ hのビー ド 2 1 (図 3 ( d ) 参照） を設けている。 また、 ビー ド予定部 2 1 b を圧縮する際に生じる肉移動を、 ビ — ド 2 1 の基部に寄せるこ と によって、 図 4 に示すよ う に、 ビ ー ド 2 1 の基部における厚さ Bを、 プレー ト Pの厚さ Aよ り厚 く 形成している。

すなわち、 ビー ド予定部 2 1 a の幅 w ' は、 第 2工程及び第 3 工程を経て所定の幅 wと され、 第 2工程後のビ一 ド予定部 2 1 13 の高さ }1 ， は、 第 3工程を経て所定の高さ hに形成される このよ う に、 本例では、 その窪みの幅 w ' が成形後のビー ド 2 1 の窪みの幅 wよ り広いビー ド予定部 2 1 a を設け、 このビ — ド予定部 2 l a を幅絞り成形するこ とによ り 、 その高さ h ' が成形後のビー ド 2 1 の高さ h よ り 高いビー ド予定部 2 1 b を 設け、 更にこのビー ド予定部 2 1 b をビー ドの高さ方向に圧縮 している。 従って、 ビ一 ドの成形に伴う プレー トの不要な偏肉 を低減する こ とができ、 耐圧性が確保されたチューブを得る こ とができる。

また、 ビー ド予定部 2 l b を圧縮する際の肉移動を利用 して 、 ビ一 ド 2 1 の基部における厚さ Bを、 ビー ド 2 1 以外の部位 、 この例ではプレー ト Pの厚さ Aよ り も厚く形成している。 従 つて、 ビー ドの基部において、 プレー トの断面の屈曲成形によ り応力集中が生じ、 他の部位に比べビー ドの基部の強度が劣る という従来欠点を、 本例の厚さ Bを備えたビー ド 2 1 は除去す る こ とができ、 これによ り 、 チューブの耐圧性を向上させる こ とができる。

そして、 ビー ド 2 1 , 2 1 を形成したプレー ト Pは、 図 5 に 示すよ う に、 幅方向の両端にそれぞれ設けた接合部 2 2 ， 2 2 同士を突き合せるよ う に幅方向の中央の折り 曲げ部 2 3 にて折 り 曲げられ、 ろ う付けされる。 この折り 曲げ部 2 3 は、 チュー ブ 2 の厚さに対応する所定の曲率で折り 曲げられる。

このよ う にして、 各ビー ド 2 1 ， 2 1 の頂部とプレー ト Pの 平坦部内面及び、 接合部 2 2 ， 2 2 同士がろ う付けされ、 チュ ーブの内側には、 複数のビー ド 2 1 ， 2 1 で区画された媒体流 路 2 4 ， 2 4が形成される。

尚、 このろ う付けは、 チューブ 2， 2 、 ヘッダパイプ 3 ， 4 、 フ ィ ン 5 ， 5 、 及びその他の各部材を一体に組み付け、 この 組み付け体を炉内に搬送して加熱処理するこ とによ り 、 熱交換 器におけるその他の各部と と もに一括して行われている。

更に、 本例では、 4つのビー ド 2 1 ， 2 1 を形成するにあた り 、 これらのビー ドの う ち、 始めに中央の 2つのものに対して 前記第 1 工程を施し、 次いで両端の 2つのものに対して第 1 ェ 程を施し、 少なく と も第 3工程は全てのビー ドに対して同時に 施すよ う にしている。

すなわち、 ビー ドを 3つ或いは本例のよ う に 4つ形成する場 合は、 まず始めに中央の 1 つ又は 2つのものに対して前記第 1 工程を施し、 次いで両端の 2つのものに対して第 1 工程を施す と よい。 これによ り 、 中央のビー ドを凹状に屈曲成形する過程 で材料を中央部に集めるこ とができ、 従ってこのよ う な工程を 経ずに行う場合に生じ得る偏肉、 と り わけ中央のビ一 ド形成の ために中央部が薄肉となって しま う事態を、 回避する こ とがで きる。 そ して、 第 1 工程で材料を中央部に集めれば、 少なく と も第 3 工程を全てのビ一 ドに対して同時に施しても、 中央部が 薄肉 となる事態つま り偏肉は生じない。 従って、 各ビ一 ドの形 成を、 バランスよ く行う こ とができ る。

以上のよ う に、 本例の熱交換器用チューブの製造方法におい ては、 その窪みの幅がビー ドの窪みの幅よ り 広いビ一 ド予定部 を設け、 このビー ド予定部を幅絞り成形し更にビー ド高さ方向 に圧縮するので、 ビー ドの成形に伴う プレー トの不要な偏肉を 低減する こ とができ、 耐圧性が確保されたチューブを得るこ と ができる。

すなわち、 従来では、 ビー ドの成形と と もにプレー トの偏肉 を生じて しま う場合が顕著であつたが、 本発明では、 一旦、 ビ 一ドょ り窪みの幅が広いビー ド予定部を設けてこれを幅絞り 成 形するので、 ビー ドの形成によるプレー トの偏肉を抑える こ と ができ、 チューブの強度の劣化を防止するこ とができ る。

また、 ビー ド予定部を幅絞り成形の後に圧縮するので、 ビ一 ドの寸法精度を向上するこ とができる。

また、 ビー ドの基部における厚さを、 プレー トの厚さ よ り 厚 く するので、 その耐圧性が一層向上されたチューブを得る こ と ができる。

すなわち、 ビー ドの基部は、 他の部位と比較して、 構造的に よ り 大きな応力が付加されるので、 従来では、 ビー ドの基部の 強度が劣り 、 チューブの耐圧性が制約されて低下して しま う と いう 不都合があつたが、 本発明では、 ビ一 ドの基部における厚 さを厚く してビ一 ドの基部を強化しているので、 チューブの耐 圧性を向上するこ とができ、 前記従来の不都合を解消するこ と ができる。

また、 ビ一 ドの基部における厚さの増加分は、 ビ一ド予定部 を圧縮する こ とによってもたらすこ とができる ものである。 産業上の利用可能性

本発明は、 ビー ドの基部を強化する こ と によ り その耐圧性を 向上した熱交換器用チューブと、 ビ一 ドを形成する際のプレー トの偏肉を低減する こ とができ る熱交換器用チューブの製造方 法であり 、 耐圧性が比較的厳しい自動車用冷凍サイ クルに好適 である。

Claims

請求の範囲

1 . チューブ内の媒体流路を区画する ビー ドをロールフォ 一 ミ ングによ り形成する熱交換器用チューブにおいて、

前記ビ一 ドの基部の厚さを、 チューブの素材プレー トの厚さ よ り も厚く したこ と を特徴とする熱交換器用チューブ。

2 . チューブ内の媒体流路を区画する ビー ドをロールフォ 一 ミ ングによ り形成する熱交換器用チユ ーブの製造方法におい て、

前記ロールフォーミ ングは、 金属製の平板帯状プレー ト を順 次、 凹状に屈曲成形して、 前記ビー ドの中間成形部たる ビー ド 予定部を設ける第 1 工程と、 前記ビ一 ド予定部を幅絞り成形す る第 2工程と、 前記第 2工程後の前記ビー ド予定部をビ一 ド高 さ方向に圧縮する第 3 工程と を備え、 前記第 1 工程における前 記ビー ド予定部の窪みの幅を、 前記成形後のビー ドの窪みの幅 よ り も広く し、 また、 前記第 2工程後の前記ビー ド予定部の高 さを、 前記成形後のビー ドの高さ よ り も高く設けたこ と を特徴 をする熱交換器用チューブの製造方法。

3 . 前記第 3 工程において、 前記ビー ドの基部の厚さを、 チューブの素材プレー トの厚さ よ り も厚く するこ と を特徴とす る請求項 2記載の熱交換器用チューブの製造方法。

4 . 前記ビー ドは 3つ又は 4つ形成されるものであって、 前記ビー ドのう ち、 始めに中央の 1 つ又は 2つのものに対して 前記第 1 工程を施し、 次いで両端の 2つのものに対して第 1 ェ 程を施し、 少なく と も第 3 工程は全てのビ一 ドに対して同時に 施すこ と を特徴とする請求項 2記載の熱交換器用チューブの製 造方法。