WO2013150738A1 - チューブ及び該チューブを備えた熱交換器 - Google Patents

Abstract

熱交換器に使用されるチューブ（１０）であって、チューブ本体（１１）が、湾曲端部（１１ａ）と、一対の平行部（１１ｐ、１１ｐ）と、一対の傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）と、前記一対の傾斜部の一方（１１ｄ）から延びる長端部（１１ｅ）を折り曲げて前記一対の傾斜部の他方（１１ｃ）から延びる短端部（１１ｆ）を挟み込むようにかしめたカシメ部（１１ｂ）とを有する、断面が偏平形状の管部材であるチューブ（１０）において、前記他方の傾斜部（１１ｃ）の少なくとも一部について、前記平板部（１１ｐ）に対する傾斜角度が前記一方の傾斜部（１１ｄ）よりも増大されることにより、ろう付け不良を低減する。

Description

チューブ及び該チューブを備えた熱交換器 関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１２年４月４日に出願された日本特許出願２０１２－０８５７０９を基にしている。

　本開示は、チューブ及び該チューブを備えた熱交換器に関する。

　従来、車両用空調装置に用いられる熱交換器としては、複数本のチューブとアウターフィンとを交互に積層配置したコア部と、挿通穴を介して各チューブの端部が挿通されるヘッダタンクとを有し、各構成部材が相互にろう付け接合された熱交換器が知られている（例えば、特許文献１）。上記従来の熱交換器では、チューブとして、板材を折り曲げ、板材の端部同士をかしめることによって、湾曲端部と、対向する一対の平板部と、湾曲端部の反対側において板材の一方の端部を板材の他方の端部を挟みこむように折り曲げ、かしめたカシメ部と、カシメ部と平板部と接続する傾斜部とを有する断面扁平形状のチューブが用いられている。

特開２００７－１２５５９０号公報

　ところが、本願の発明者の検討によると、特許文献１に開示された熱交換器のチューブであると、カシメ部において板材の他方の端部を挟み込むように折り曲げられた板材の一方の端部と、板材の他方の端部から連続して形成された傾斜部との間に隙間が形成される。そのため、チューブをヘッダタンクの挿通穴に挿入した際、上記隙間が形成される部位において挿通穴の開口縁との間にチューブ外周面の他の部位に比べて大きな隙間が形成されるため、上記隙間が形成される部位において、ろう材不足によるチューブとヘッダタンクとの間にろう付け不良が生じる可能性があった。

　本開示は、チューブの平行部のかしめ側の端部にあるカシメ部におけるチューブの板材とチューブの傾斜部との間の隙間Ｓを狭めることによってろう付け不良を低減することができるチューブ及び該チューブを使用した熱交換器を提供するものである。

　本開示の第１態様では、チューブは熱交換器に使用され、内部に流路を備える断面が扁平形状となっている。チューブは、帯状の板材を湾曲した湾曲端部と、湾曲端部と接続され、お互いに対向して略平行に配置される一対の平板部と、一対の平板部に対して傾斜するように、一対の平板部から内方に向けて延びる一対の傾斜部と、一対の傾斜部の一方から延びる長端部を折り曲げて、一対の傾斜部の他方から延びる短端部を挟み込むようにかしめたカシメ部と、を有している。他方の傾斜部の少なくとも一部は、平板部に対する傾斜角度において、一方の傾斜部よりも大きくなっている。

　本開示の第２態様では、他方の傾斜部は、平板部に対する傾斜角度において一方の傾斜部よりも大きくなる第１斜面部と、平板部に対する傾斜角度において一方の傾斜部とほぼ等しくなる第２斜面部とを有してもよく、第１斜面部は短端部と第２斜面部との間に配置されてもよい。本開示の第３態様では、長端部の、傾斜部との対向する部位に、傾斜部に沿うように傾斜したテーパ面を設けてもよい。本開示の第４態様では、他方の傾斜部は、外方へと膨らませた湾曲形状を有する張り出し部を有してもよい。

　本開示の第５態様では、チューブは、熱交換器に使用され、内部に流路を備える断面が扁平形状となっている。チューブは、帯状の板材を湾曲した湾曲端部と、湾曲端部と接続され、お互いに対向して略平行に配置される一対の平板部と、一対の平板部に対して傾斜するように、一対の平板部から内方に向けて延びる一対の傾斜部と、一対の傾斜部の一方から延びる長端部を折り曲げて、一対の傾斜部の他方から延びる短端部を挟み込むようにかしめたカシメ部と、を有している。折れ曲がった長端部は、他方の傾斜部に向けて延びて、他方の傾斜部と面接触している。

　本開示の第６態様では、長端部の先端面が、平板部の外面と同一となってもよい。本開示の第７態様では、上記いずれかの態様に記載したチューブと、チューブと交互に積層配置されたアウターフィンとを有するコア部と、チューブの端部が挿通される挿通穴が形成されたヘッダタンクとを有してもよい。

　本開示によれば、チューブの傾斜部とチューブを形成する板材端部との間の隙間を縮小したので、この隙間が形成される部位においてチューブの外周面と挿通穴の開口縁との間の隙間も小さくすることができ、チューブをヘッダタンクの挿通穴に挿入した際、この隙間への毛細管現象によるろう材の流入量を減少させることができ、チューブの根付部のろう付け不良を抑制できる。この結果、ろう材不足によるチューブの根付部からの漏れの発生の虞のないチューブ及び該チューブを使用した熱交換器を提供できる。

本開示の第１実施形態の熱交換器を示す斜視図である。 第１実施形態の熱交換器に使用されるチューブの長手方向に垂直な方向の断面図である。 図２のＸ部を示す断面図である。 本開示の第２実施形態のチューブの一部を示す断面図である。 本開示の第３実施形態のチューブの一部を示す断面図である。 本開示の第４実施形態のチューブの一部を示す断面図である。 （ａ）本開示の第５実施形態のチューブの一部を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のカシメ部におけるろう付け状態を示す断面図である。 （ａ）は本開示の第６実施形態のチューブの一部を示す断面図でり、（ｂ）は（ａ）のカシメ部におけるろう付け状態を示す断面図である。 本開示の第７実施形態のチューブの一部を示す断面図である。 本開示の第８実施形態のチューブの一部を示す断面図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
（第１実施形態）
　図１に示すように、本開示が適用される熱交換器の１例である、車両用空調装置に用いられる冷媒凝縮器１は、内部を冷媒が通過する複数本のチューブ１０と、アウターフィン２０とが交互に積層され、冷媒と通過空気とを熱交換させるコア部２と、チューブ１０の端部に接続されるヘッダタンク３、４と、チューブ１０の積層方向においてコア部２の外側に配される補強部材であるサイドプレート２５とを有している。一方のヘッダタンク３には、冷媒を圧縮機（図示せず）からヘッダタンク３内部へと流入させる流入部３１が設けられており、他方のヘッダタンク４には、ヘッダタンク４から冷媒を流出させる流出部３２が設けられている。

　内部にインナーフィン１２（後述する）を設けられたチューブ１０は、ヘッダタンク３、４に形成された挿通穴（図示せず）に挿入するように組付けられた後、炉内で一体ろう付けされる。

　図２に示すように、チューブ１０は断面扁平形状を有する管状の部材であり、その内部には、冷媒と通過空気との熱交換効率を向上させるためのインナーフィン１２が配されている。チューブ１０は、表面にろう材がクラッドされた帯状のアルミニウム製板材（例えば、板厚０．１５～０．３ｍｍ）の、幅方向略中央部を折り曲げることよって形成されており、チューブ１０の幅方向の一端は略円弧状に湾曲した湾曲端部１１ａとなっている。湾曲端部１１ａからは、対向して配される一対の平板部１１ｐが延設して設けられ、湾曲端部１１ａとは反対側にはカシメ部１１ｂが設けられている。

　図３は、図２のＸ部を部分的に拡大した図である。チューブ本体１１を形成する帯状板材は、湾曲端部１１ａにおいて折り曲げられた時に、湾曲端部１１ａから帯状板材の両端部までの長さが異なるように折り曲げられている。平板部１１ｐは湾曲端部１１ａからほぼ同じ長さの点で内方に向かうように折り曲げられており、傾斜部１１ｃ、１１ｄが形成される。

　長い方の板材の端部１１ｅ（長端部）は、傾斜部１１ｄと連続して形成されており、短い方の板材の端部１１ｆ（短端部）は傾斜部１１ｃと連続して形成される。長い方の板材の端部１１ｅは、短い方の板材の端部１１ｆ、およびインナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａを挟み込むように折り曲げられており、カシメ部１１ｂとなっている。

　傾斜部１１ｃは、板材の端部１１ｅが対向する部位近傍においてチューブ本体１１の外方に張り出すように屈曲した張り出し部１１ｈが形成されており、板材の端部１１ｅ近傍における傾斜角度が、他の部位の傾斜角度よりも増大している。具体的には、傾斜部１１ｃは、平板部１１ｐに対する傾斜角度において傾斜部１１ｄよりも大きい第１斜面部１１ｃ１および、平板部１１ｐに対する傾斜角度において傾斜部１１ｄとほぼ等しい第２斜面部１１ｃ２を有する。その結果、板材の端部１１ｅの先端を傾斜部１１ｃの第１斜面部１１ｃ１に対して近接して配することができ、板材の端部１１ｅと傾斜部１１ｃとの間の隙間Ｓを小さくすることができる。そのため、ヘッダタンク３、４の組付け時に、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間に局所的に大きな隙間ができることがなく、チューブ１０とヘッダタンク３，４とのろう付け部位である根付部のろう付け不良の発生を抑制することができる。

　また、隙間Ｓを小さくすることによって、ろう付け時に毛細管現象によってカシメ部１１ｂから隙間Ｓに流れ込むろう材量が少なくなるので、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間をろう付けするためのろう材量が不足してしまうことを防止することができ、ろう付け不良の発生を抑制することができる。そのため、チューブ１０を形成する板材のろう材のクラッド量を増加させる必要がない。なお、張り出し部１１ｈとして、傾斜部１１ｃを屈曲させた形状とするのではなく、外側に膨らませた形状とすることも可能である。

　また、平板部１１ｐの外壁面同士の距離を二等分する線を中心線ＣＬとしたとき、傾斜部１１ｃのうち張り出し部１１ｈよりも平板部１１ｐ側となる部位の、中心線ＣＬに対する角度は傾斜部１１ｄの中心線ＣＬに対する角度と等しくなるように形成されている。そのため、チューブ１０の長手方向断面形状を中心線ＣＬに対して略線対称の形状とすることができ、チューブ１０の向きに関係なく、ヘッダタンク３、４の挿通穴に組付けることができる。

　また、カシメ部１１ｂの長さを長くすることができ、かしめた後のチューブ１０の変形を抑えることができる。

　インナーフィン１２は、チューブ本体１１と同様に薄肉（例えば厚さ０．０５～０．２５ｍｍ）のアルミニウム製帯状板をローラ加工することによって波状に形成され、両端部に平坦部１５、１６が設けられている（図２参照）。インナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａはカシメ部１１ｂにおいてかしめられ、インナーフィン１２の波状部の折り返し部１４はチューブ本体１１の内壁面１３に当接するように組付けられる。この際、インナーフィン１２の平坦部１５と連続形成される１つ目の折り返し部１４が、カシメ部１１ｂにおいて、折り曲げられた板材の端部１１ｅで挟み込まれる板材の端部１１ｆと連続形成される平板部１１ｐと当接するようにインナーフィン１２はチューブ本体１１に組み付けられる。

　インナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａは、板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周形状に沿うように折り曲げられており、板材の端部１１ｆと板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周面との間の隙間を小さくすることができる。そのため、ろう付け時に、カシメ部１１ｂにおいて毛細管現象によって板材の端部１１ｅの折り曲げ部側へと流れる量を減らすことができ、隙間Ｓ側へと充分な量のろう材量を供給することができる。その結果、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。
（第２実施形態）
　上述した第１実施形態では、インナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａを折り曲げた形状としたが、図４に示すように、インナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａを平板形状とし、板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周面に当接する形状としても良い。このような形状とすることで、充填する必要のある隙間を小さくすることができる。

　そのため、板材にクラッドされたろう材が、カシメ部１１ｂにおいて毛細管現象によって板材の端部１１ｅの折り曲げ部側へと流れる量を減らすことができ、隙間Ｓ側へと充分な量のろう材量を供給することができる。その結果、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。
（第３実施形態）
　図５に示すように、帯状板材の長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸すると共に、端部１１ｅの、傾斜部１１ｃとの対向する部位に、傾斜部１１ｃに沿うように傾斜したテーパ面１１ｔを設けた構造としても良い。テーパ面１１ｔを設けることによって、端部１１ｅをより傾斜部１１ｃに近接させることができる。その結果、第１の実施の形態に比べて、端部１１ｅと傾斜部１１ｃとの間に形成される隙間Ｓを更に小さくすることができ、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。
（第４実施形態）
　図６に示す第４実施形態では、第２実施形態において述べたインナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａの形状と、第３実施形態において述べたテーパ面１１ｔを設けた端部１１ｅの構造とを組み合わせた形状としても同様の効果を得ることができる。
（第５実施形態）
　図７（ａ）、（ｂ）は、本開示の熱交換器に使用されるチューブ１０の第５実施形態を示すものであり、帯状板材の長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸すると共に、端部１１ｅの傾斜部１１ｃとの対向部にテーパ面１１ｔを設けている。

　第５実施形態では、帯状板材の長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸すると共に、端部１１ｅの傾斜部１１ｃとの対向部にテーパ面１１ｔを設けている。端部１１ｅの傾斜部１１ｃとの対向部にテーパ面１１ｔを設けることにより、端部１１ｅの延伸長さを増大することができる。この結果、端部１１ｅと傾斜部１１ｃとの間の隙間Ｓを縮小することができ、カシメ部１１ｂにおいて、隙間Ｓに流れ込むろう材の量を低減することができる。その結果、ろう材のクラッド量が少ない板材を用いてチューブ１０を形成したとしても、十分なフィレット５２、５３、５４を形成することができる。

　また、第１実施形態と同様に、インナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａは、板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周形状に沿うように折り曲げられており、カシメ部１１ｂにおいて毛細管現象によって板材の端部１１ｅの折り曲げ部側へと流れる量を減らすことができ、隙間Ｓ側へと充分な量のろう材量を供給することができる。その結果、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。
（第６実施形態）
　図８（ａ）は、本開示の熱交換器に使用されるチューブ１０の第６実施形態を示すものであり、第５実施形態に、第２実施形態と同様に、平坦部１５の端部１５ａを平板形状とし、板材の端部１１ｅの折り曲げ部の内周面に当接する形状を適用しても良い。そのため、板材にクラッドされたろう材が、カシメ部１１ｂにおいて毛細管現象によって板材の端部１１ｅの折り曲げ部側へと流れる量を減らすことができ、隙間Ｓ側へと充分な量のろう材量を供給することができる。その結果、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁と、チューブ１０の外周面との間のろう付け不良を抑制することができ、チューブ１０の根付部のろう付け不良を抑制することができる。
（第７実施形態）
　第７実施形態では、図９に示すように、帯状板材の長い方の端部１１ｅを傾斜部１１ｃ方向に延伸して、傾斜部１１ｃの斜面に重ね合わせて二重斜面構造とし、端部１１ｅの先端部は折り曲げ、平行部１１ｐの延長線からはみ出ないようにしている。この結果、端部１１ｅと傾斜部１１ｃとの間の隙間Ｓを縮小することができ、隙間Ｓに充填するろう材の量を低減することができる。そして、少量のろう材で隙間Ｓをろう付けすることにより、チューブ１０の根付部のろう付け品質を向上させることができる。
（第８実施形態）
　図１０は、本開示の熱交換器に使用されるチューブ１０の第８実施形態であり、第７実施形態に第２実施形態で述べた平坦部１５の端部１５ａの形状を適用したものであり、このような構造としてもろう付け性を向上させることができる。

　以上説明したように、本開示では、チューブ１０のカシメ部１１ｂにおけるチューブ１０の板材とチューブ１０の傾斜部１１ｃとの間の隙間Ｓを狭めることによって、チューブ１０の外周面と、ヘッダタンク３、４の挿通穴の開口縁とのろう付けを良好に行うことができる。チューブ１０を形成する板材の、ろう材のクラッド量をいたずらに増加させることなく、充分なろう付けを行うことができる。

　なお、上述した実施の形態では、内部にインナーフィンが配されるチューブについて述べたが、板材を折り曲げ、端部同士をかしめ固定する、断面扁平形状のチューブであれば良く、インナーフィンが内部に設けられないチューブにも本開示を適用することが可能である。

　上述した実施形態では、ヘッダタンクが一体に形成された熱交換器について述べたが、ヘッダタンクをチューブの挿通穴が形成されたヘッダプレートと、ヘッダプレートを覆うタンク部とに分割されたヘッダタンクを有する熱交換器に適用することもできる。

　また、上述した実施の形態では、車両用空調装置の凝縮器に適用した形態について述べたが、冷媒蒸発器やラジエータなどにも本開示を適用することができ、本開示を適用する熱交換器は、その用途を限定されるものではない。

Claims (7)

1. 　熱交換器に使用され、内部に流路を備える断面が扁平形状のチューブであって、
   　帯状の板材を湾曲した湾曲端部（１１ａ）と、
   　前記湾曲端部（１１ａ）と接続され、お互いに対向して略平行に配置される一対の平板部（１１ｐ）と、
   　前記一対の平板部（１１ｐ）に対して傾斜するように、前記一対の平板部（１１ｐ）から内方に向けて延びる一対の傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）と、
   　前記一対の傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）の一方（１１ｄ）から延びる長端部（１１ｅ）を折り曲げて、前記一対の傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）の他方（１１ｃ）から延びる短端部(１１ｆ)を挟み込むようにかしめたカシメ部（１１ｂ）と、を有し、
   　前記他方の傾斜部（１１ｃ）の少なくとも一部は、前記平板部（１１ｐ）に対する傾斜角度において、前記一方の傾斜部（１１ｄ）よりも大きくなっているチューブ。
2. 　前記他方の傾斜部（１１ｃ）は、前記平板部（１１ｐ）に対する傾斜角度において前記一方の傾斜部（１１ｄ）よりも大きくなる第１斜面部（１１ｃ１）と、前記平板部（１１ｐ）に対する傾斜角度において前記一方の傾斜部（１１ｄ）とほぼ等しくなる第２斜面部（１１ｃ２）とを有し、
   　前記第１斜面部（１１ｃ１）は前記短端部（１１ｆ）と前記第２斜面部（１１ｃ２）との間に配置されている請求項１に記載のチューブ。
3. 　前記長端部（１１ｅ）の、前記傾斜部（１１ｃ）との対向する部位に、前記傾斜部（１１ｃ）に沿うように傾斜したテーパ面（１１ｔ）を設けた請求項１または２に記載のチューブ。
4. 　前記他方の傾斜部（１１ｃ）は、外方へと膨らませた湾曲形状を有する張り出し部（１１ｈ）を有する請求項１から３の何れか１項に記載のチューブ。
5. 　熱交換器に使用され、内部に流路を備える断面が扁平形状のチューブであって、
   　帯状の板材を湾曲した湾曲端部（１１ａ）と、
   　前記湾曲端部（１１ａ）と接続され、お互いに対向して略平行に配置される一対の平板部（１１ｐ）と、
   　前記一対の平板部（１１ｐ）に対して傾斜するように、前記一対の平板部（１１ｐ）から内方に向けて延びる一対の傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）と、
   　前記一対の傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）の一方（１１ｄ）から延びる長端部（１１ｅ）を折り曲げて、前記一対の傾斜部（１１ｃ、１１ｄ）の他方（１１ｃ）から延びる短端部(１１ｆ)を挟み込むようにかしめたカシメ部（１１ｂ）と、を有し、
   　前記折れ曲がった長端部（１１ｅ）は、前記他方の傾斜部（１１ｃ）に向けて延びて、前記他方の傾斜部（１１ｃ）と面接触しているチューブ。
6. 　前記長端部（１１ｅ）の先端面が、前記平板部（１１ｐ）の外面と同一面となる請求項５に記載のチューブ。
7. 　請求項１から６の何れか１項に記載の複数本チューブと、
   　前記チューブと交互に積層配置されたアウターフィン（２０）とを有するコア部（２）と、
   　前記チューブの端部が挿通される挿通穴が形成されたヘッダタンク（３、４）とを有する熱交換器。

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