WO2013150766A1

WO2013150766A1 - チューブ及び該チューブを備えた熱交換器

Info

Publication number: WO2013150766A1
Application number: PCT/JP2013/002234
Authority: WO
Inventors: 武藤　健; 嶋貫　宏泰; 弘樹松尾
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2013-10-10
Also published as: JP5970924B2; JP2013217507A

Abstract

　熱交換器に使用されるインナーフィンを内蔵するチューブであって、チューブ本体（１１）が、湾曲端部（１１ａ）と平行部（１１ｐ）と傾斜部（１１ｃ）とカシメ部（１１ｂ）を備える板材で作られた偏平形状の管部材であり、インナーフィン（１２）が波状の板材をチューブ内壁にろう付けしたものであり、チューブ本体（１１）を形成する帯状板材（６）の表層部に犠牲防食層（７）を形成し、犠牲防食層（７）が形成された面を外側にして帯状板材（６）を折り曲げてチューブを形成したものである。これにより、チューブの平行部とカシメ部における剛性差による応力差によりチューブが破断するのを防止すると共に、耐食性を向上させることができる。

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２０１２－０８５６８９を基にしている。

　本開示は、車両のエンジンルーム内前方に配置された熱交換器等に使用されるチューブ及び該チューブを備えた熱交換器に関する。

　自動車用空調装置の冷媒凝縮器に適用される熱交換器においては、放熱性向上、コスト低減のために構成部品の薄肉化が行われてきた。一方、車両側のエンジンルームの縮小により、通常の放熱器が車両のグリル開口の近傍に設置され、放熱量の確保から車両前方開口部の面積が拡大傾向にある。これに伴って、エンジンルームに配置される熱交換器に対して、飛び石等の飛来物が衝突し易くなってきている。

　そこで、熱交換器を高性能に保持しつつ、熱交換器の仕様変更による飛び石等による被害（チッピング）を抑える対策が必要になってきた。そこで、アルミニウム製の押出形材による一体生形型品がチューブとして使用される従来の熱交換器では、特許文献１に開示されるように、円弧状側壁部を平坦壁部よりも肉厚にすると共に、肉厚部を風上側に配置して飛び石による変形を防止している。

　一方、特許文献２に記載されるように、内部にインナーフィンが配されるチューブを用いることによって熱交換効率を向上させた凝縮器が知られている。特許文献２に示される凝縮器は車両用空調装置等に用いられるものであり、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、対向する一対の平行部と、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、カシメ部と平行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。

特開平１１－４４４９８号公報特開２０１２－５２７８３号公報

　しかし、本願の発明者の検討によると、特許文献２に開示の凝縮器では、カシメ部が空気流れ上流側となるようにチューブが配されており、チューブのカシメ部がチッピング耐力の向上に寄与するが、剛性の弱い傾斜部や平行部の存在により、チューブが破断する場合があった。即ち、飛び石等がカシメ部に衝突すると、カシメ部は衝撃に耐えるが剛性の強弱の境界部で応力差が発生し、傾斜部又は平行部が変形し、変形部に亀裂等が発生して、破断、その亀裂より腐食するおそれがある。

　本開示は、上記問題に鑑み、チューブの平行部とカシメ部における剛性差による応力差によりチューブが破断するのを防止すると共に、耐食性を向上させ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。

　本開示の一態様では、チューブは車両のエンジンルーム内前方に配置された熱交換器に使用され、チューブは、扁平形状を有するように湾曲されて内部に流路を備える帯状板材からなる、チューブ本体を有している。チューブ本体は、湾曲端部と、一対の平行部と、一対の傾斜部と、カシメ部とを備える。湾曲端部は略Ｕ字形状に湾曲しており、一対の平行部は湾曲端部のＵ字形状の両端から、お互いに略平行に延びている。一対の傾斜部は、一対の平行部の湾曲端部が接続された側の反対側に接続され、お互いが接触するように一対の平行部の延設方向から傾いた方向に延びている。カシメ部は、一対の傾斜部同士をかしめによって固定している。カシメ部は、一対の傾斜部の一方の一対の傾斜部の他方と接触する部分から延びて折り返された長端部と、一対の傾斜部の他方の一対の傾斜部の一方と接触する部分から延びて、折り返された長端部に挟まれる短端部とを有している。チューブ本体の外側がチューブ本体部よりも電位が卑である犠牲防食層またはチューブ本体部よりも電位が卑である犠牲ろう材層で覆われている。

　本開示によれば、チューブを形成する帯状板材の表層部を犠牲防食層または犠牲ろう材で覆ったことにより、チューブの平行部とカシメ部における剛性差による応力差に起因するチューブの破断を防止できると共に、ろう付けされるろう付け部が露出されないため、異物に起因する腐食を防止することができ、チューブの耐食性を向上させることができる。

　本開示の他の一態様によれば、車両のエンジンルーム内前方に配置された熱交換器に使用されるチューブを製造する方法は、帯状部材の一方の表層部を犠牲防食層または犠牲ろう材層で覆うことと、一方の表層部を外側にして帯状部材折り曲げて、湾曲端部および湾曲端部から互いに平行に延びる一対の平行部を形成することと、折り曲げられた帯状部材の湾曲端部から所定距離だけ離れた位置にある一対の平行部の部位をそれぞれ内方に折り曲げることによって、所定の長さを有する一対の傾斜部を形成することと、一対の傾斜部を形成した際に、一対の傾斜部の二つの端部が平行に延びて面接触するように帯状部材の両端部を折り曲げることによって、長端部および短端部を設けることと、短端部に接触している長端部を短端部側に折り曲げてかしめることによってカシメ部を形成することと、を含んでいる。

本開示の第１実施例のチューブを有する熱交換器を示す斜視図である。第１実施例のチューブの長手方向に垂直な方向の断面図である。第１実施例の一方の表層部に犠牲防食層を備える帯状板材を示す断面図である。図３に示した帯状板材を、犠牲防食層を外側にして折り曲げ加工し、内部にインナーフィンを収容して第１実施例のチューブを作る工程を示す工程図である。図４に示す工程によって製造されたチューブの一部を示す断面図である。本開示の第２実施例のチューブの一部を示す断面図である。本開示の第３実施例のチューブを有する熱交換器の一部を示す斜視図である。本開示の第４実施例のチューブの一部を示す斜視図である。

　以下、図面を参照して、本開示の複数の実施例を説明する。各実施例において先行する実施例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。各実施例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実施例を適用することができる。各実施例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例同士を部分的に組み合せることも可能である。
（第１実施例）
　本開示の第１実施例を図１～５を参照して説明する。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第１と第２のヘッダタンク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インサート２５とを有している。

　コア部２は、気相冷媒を凝縮する凝縮部２ａと、凝縮部２ａを通過した冷媒をさらに冷却する過冷却部２ｂとを有している。第１のヘッダタンク３に.は冷媒を圧縮機（図示せず）から第１のヘッダタンク３内部へと流入させる流入部３１、及び第１のヘッダタンク３から冷媒を流出させる流出部３２が設けられている。また、第２のヘッダタンク４には、凝縮部２ａを通過した冷媒を気液分離させる受液器３０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、第１と第２のヘッダタンク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、表面に犠牲防食層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（Ｕ字形状）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行部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、本開示のインナーフィンを備えたチューブを製造する帯状板材６の断面を示すものである。本開示のチューブを製造するアルミニウム合金からなる帯状板材６の一方の表層部には母材であるアルミニウム合金よりも電位的に卑である亜鉛などを含む合金からなる犠牲防食層７が設けられている。犠牲防食層７は帯状板材６の一方の表層部全体に設けられてもよい。

　図４は、図３に示した帯状板材６を、犠牲防食層７（図４では破線で示してある）を外側にして折り曲げ加工し、内部にインナーフィン１２を収容して本開示の第１実施例のチューブ１０を作る工程を示すものである。帯状板材６は、薄肉（例えば厚さ０．１５～０．３ｍｍ）のアルミニウム合金で形成されており、両端部からの距離が異なる部位で、犠牲防食層７を外側にして円弧状に折り曲げられて湾曲端部１１ａが形成される。帯状板材６は略平行になるまで折り曲げられて平行部１１ｐが形成される。帯状板材６の両方の端部は、湾曲端部１１ａからの距離がほぼ同じ部位で内方に向けて折り曲げられて所定長さの傾斜部１１ｃが形成された後、谷折りされて両端部が張り合わされるように折り曲げ加工され、断面が扁平形状を有するチューブ本体１１となるように加工される。

　チューブ１０の内部に配されるインナーフィン１２は、チューブ本体１１と同様に薄肉（例えば厚さ０．０５～０．３ｍｍ）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、両端部に平板部１５，１６が設けられる。インナーフィン１２の波状部の折り返し部１４はチューブ１１の内壁面１３にろう付けされる。インナーフィン１２の一方の平板部１５の端部は、谷折りされて平行になった２つの端部１１ｅ、１１ｆの間に挟み込まれた状態で組み付けられる。

　インナーフィン１２の平板部１５を挟み込んだ帯状板材６の２つの端部１１ｅ、１１ｆは、この実施例では一端である端部１１ｅ（長端部）の方が、他端である端部１１ｆ（短端部）よりも長くなっている。よって、端部１１ｆは、端部１１ｅと平板部１５を挟み込んだ状態で端部１１ｆ側に折り曲げられ、かしめられて結合され、カシメ部１１ｂが形成される。

　この結果、第１実施例のチューブ１０は、図５に示す状態になる。図５に示されるチューブ１０では、帯状板材６の犠牲防食層７がどの位置でも外側に位置している。このように形成されたチューブ１０をアウターフィン２０と交互に積層した後、チューブ１０の端部を第１と第２のヘッダタンク３、４の挿通穴（図示しない）に挿通するように組付けた後、炉内でろう付けされる。

　また、カシメ部１１ｂは帯状板材６が３枚とインナーフィン１２の平板部１５が重ね合されてかしめられているので剛性が高い。一方、カシメ部１１ｂに続く傾斜部１１ｃや平行部１１ｐは、１枚の帯状板材６が配置されているだけであるので、カシメ部１１ｂに比べて剛性が低い。よって、カシメ部１１ｂに応力が加わると変形し易い。

　この結果、本開示のチューブ１０を採用した冷媒凝縮器１に飛び石等が衝突すると、インナーフィン１２を内蔵するチューブ１０は、カシメ部１１ｂが車両の前方を向いた状態で冷媒凝縮器１に取り付けられているために、飛び石等はカシメ部１１ｂに衝突する。チューブ１０のカシメ部１１ｂに応力が加わると、例えば、傾斜部１１ｃが変形して衝撃を吸収することができるが、変形により傾斜部１１ｃに亀裂が入ることがある。しかし、第１実施例のチューブ１０は、飛び石等で傾斜部１１ｃが損傷しても、傾斜部１１ｃの表層部が犠牲防食層７で覆われているので、チューブ１０の防食効果を保持することができる。この結果、チューブ１０の傾斜部１１ｃが損傷しても、チューブ１０の冷媒通路部の破壊につながらない。

　また、チューブ１０の外表面は犠牲防食層７で覆われているため、ろう付け部である端部１１ｆと端部１１ｅの張り合わせ部が露出されない。そのため、空気中に含まれる異物などによりろう付け部が腐食してしまうことを防止できる。
（第２実施例）
　本開示の第２実施例を図６を参照して説明する。図６は、本開示の第２実施例のチューブ１０Ａを示すものである。第１実施例のチューブ１０では、カシメ部１１ｂが、平行部１１ｐを長手方向に二等分する位置に形成されていた。一方、第２実施例のチューブ１０Ａでは、カシメ部１１ｂが帯状板材６の短い方の端部１１ｆ側にオフセットされて形成されている。平板部１５も帯状板材６の短い方の端部１１ｆ側にオフセットされて形成されている。即ち、第２実施例では、カシメ部１１ｂにおいて、折り返された帯状板材６の長い方の端部１１ｅの、犠牲防食層７で覆われた表層部が、平行部１１ｐの犠牲防食層７で覆われた表層部と同一面にある。

　この結果、第２実施例では、カシメ部１１ｂがチューブ１０Ａの両側に設けられるアウターフィン２０の一方に接近した位置にある。このため、カシメ部１１ｂがアウターフィン２０の一方に沿って設けられており、通常はカシメ部１１ｂの下方から飛んでくる飛び石がカシメ部１１ｂの先端に衝突する場合でも、衝突した飛び石はアウターフィン２０の先端部にも当接する。この構造により、衝突した飛び石等がカシメ部１１ｂに直接衝突し難くなり、チューブ１０Ａのカシメ部１１ｂに応力が加わり難くなって、傾斜部１１ｃが変形し難くなる。

　よって、飛び石がカシメ部１１ｂの先端に衝突する場合でも、傾斜部１１ｃの変形を抑えて、チューブ１０Ａの防食効果を保持することができる。また、カシメ部１１ｂにおいて、折り曲げた端部１１ｅの先端側がアウターフィン２０と近接するようにオフセットして配されるため、ろう付け部である端部１１ｆと端部１１ｅの張り合わせ部に空気中の異物が進入しにくい構造となっており、チューブ１０Ａの防食効果を保持することが可能になる。
（第３実施例）
　本開示の第３実施例を図７を参照して説明する。図７は、本開示の第３実施例のチューブ１０Ｂを示すものであり、冷媒凝縮器１を第１のヘッダタンク３の一部と共に示すものである。図７にはチューブ１１の平行部１１ｐに取り付けられるアウターフィン２０も示してある。第３実施例のチューブ１０Ｂは、例えば第１実施例のチューブ１０のカシメ部１１ｂに、先端部から平行部１１ｐに向かう切欠部１１ｋを設けたものである。切欠部１１ｋは、チューブ１０Ｂの両端部に接続される冷媒凝縮器１の第１と第２のヘッダタンク３，４（第２のヘッダータンク４は図示を省略）の近傍に、カシメ部１１ｂを平行部１１ｐ方向に切り欠いて設けている。切欠部１１ｋは、冷媒凝縮器１の第１と第２のヘッダタンク３，４の近傍にそれぞれ１つずつ設ければ良い。切欠部１１ｋは、図６に示した第２実施例のチューブ１０Ａのカシメ部１１ｂにも同様に設けることができる。

　このように、カシメ部１１ｂの、第１と第２のヘッダタンク３、４の近傍部分に切欠部１１ｋを設けておけば、図７に符号Ｃで示す飛び石等の衝突による衝撃がカシメ部１１ｂに加わっても、カシメ部１１ｂの変形が切欠部１１ｋで止まる。この結果、カシメ部１１ｂに加わる衝撃Ｃが第１と第２のヘッダタンク３，４に伝わりにくくなり、飛び石等による冷媒凝縮器１の第１と第２のヘッダタンク３，４の損傷が低減され、冷媒凝縮器１からの冷却媒体の漏れが生じ難くなる。
（第４実施例）
　本開示の第４実施例を図８を参照して説明する。図８は、本開示の第４実施例のチューブ１０Ｃを示すものである。第４実施例のチューブ１０Ｃでは、第３実施例の切欠部１１ｋに代えて、カシメ部１１ｂの一部をチューブ１０Ｃの長手方向或いはカシメ部１１ｂの厚み方向に潰したつぶし部１１ｗとしている。つぶし部１１ｗにおいても、チューブ１０Ｃのその他の部位と同様に、外表面は犠牲防食層７によって覆われており、端部１１ｆと端部１１ｅの張り合わせ部は露出されていない。

　つぶし部１１ｗは、図６に示した第２実施例のインナーフィンチューブ１０Ａのカシメ部１１ｂにも同様に設けることができる。このようなつぶし部１１ｗを形成することによって、端部１１ｅの折り曲げ部の内周面と、端部１１ｆとの間の隙間を小さくすることができ、カシメ部１１ｂの未ろう付け部を減らすことができる。

　以上説明したように、本開示では、チューブ本体１１を構成する帯状板材６の表層部に犠牲防食層７を形成して、犠牲防食層７が外側を向くように帯状板材６を加工してチューブ１０を形成したので、防食効果にすぐれ、飛び石等による損傷を少なくすることができる。また、カシメ部１１ｂの配置や、カシメ部１１ｂに切欠部１１ｋを設けることによって、飛び石等による損傷を更に抑えることができる。そして、以上説明した実施例に示されるチューブ１０を、図１に示した冷媒凝縮器１に適用すれば、防食効果にすぐれ、飛び石等による損傷が少ない信頼性の高い冷媒凝縮器１を実現することができる。

　なお、上述した実施例では、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、端部どうしをかしめ固定する、断面扁平形状のチューブであればよく、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できる。

　上述した実施例では、ヘッダタンクが一体に形成された冷媒凝縮器（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冷媒凝縮器に適用することもできる。

　上述した第1～第4実施例では、一方のチューブ表層部に犠牲防食材がクラッドされたアルミニウム合金でチューブを成形し、チューブの外表面に犠牲防食層が形成されたチューブについて述べたが、犠牲防食材の代わりに、母材であるアルミニウム合金よりも電位的に卑である亜鉛等と、ろう材として用いられるシリコンとを含む合金からなる犠牲ろう材を用いてもよい。すなわち、チューブの外表面に犠牲ろう材の層を形成してもよい。

　また、上述した実施例では、車両用空調装置の冷媒凝縮器に適用した実施例について述べたが、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

　車両のエンジンルーム内前方に配置された熱交換器に使用されるチューブであって、
　前記チューブは、扁平形状を有するように湾曲されて内部に流路を備えた帯状板材からなるチューブ本体（１１）を有しており、
　前記チューブ本体（１１）は、
　湾曲した湾曲端部（１１ａ）と、
　前記湾曲端部（１１ａ）の両端から、お互いに略平行に延びる一対の平行部（１１ｐ）と、
　前記一対の平行部（１１ｐ）の前記湾曲端部（１１ａ）が接続された側の反対側に接続され、お互いが接触するように前記一対の平行部（１１ｐ）の延設方向から傾いた方向に延びる一対の傾斜部（１１ｃ）と、
　前記一対の傾斜部（１１ｃ）同士をかしめによって固定しているカシメ部（１１ｂ）とを備えており、
　前記カシメ部（１１ｂ）は、
　前記一対の傾斜部（１１ｃ）の一方の前記一対の傾斜部（１１ｃ）の他方と接触する部分から延びて折り返された長端部（１１ｅ）と、
　前記一対の傾斜部（１１ｃ）の他方の前記一対の傾斜部（１１ｃ）の一方と接触する部分から延びて、折り返された前記長端部（１１ｅ）に挟まれる短端部（１１ｆ）とを有しており、
　前記チューブ本体（１１）の外側に、前記チューブ本体部よりも電位が卑である犠牲防食層または前記チューブ本体部よりも電位が卑である犠牲ろう材層が配されるチューブ。
　前記カシメ部（１１ｂ）において、折り返された前記長端部（１１ｅ）の前記犠牲防食層または前記犠牲ろう材層が配された表層部が、前記平行部（１１ｐ）の前記犠牲防食層または前記犠牲ろう材層が配された表層部と同一面にある請求項１に記載のチューブ。
　請求項１又は２に記載のチューブを備える熱交換器であって、
　前記チューブの端部が接続されるヘッダッタンク（３、４）を有し、
　前記カシメ部（１１ｂ）の前記長端部（１１ｅ）の折り返された部分は、前記ヘッダタンク（３、４）の近傍となる部位に、前記平行部（１１ｐ）の前記延設方向に切り欠かかれた切欠部（１１ｋ）を備える熱交換器。
　請求項１又は２に記載のチューブを備える熱交換器であって、
　前記チューブの端部が接続されるヘッダッタンク（３、４）を有し、
　前記カシメ部（１１ｂ）の前記長端部（１１ｅ）の折り返された部分は、前記ヘッダタンク（３、４）の近傍となる部位に、カシメ部（１１ｂ）の厚み方向に薄くなったつぶし部（１１ｗ）を備える熱交換器。
　車両のエンジンルーム内前方に配置された熱交換器に使用されるチューブを製造する方法であって、
　帯状部材（６）の一方の表層部を犠牲防食層または犠牲ろう材層とすることと、
　前記一方の表層部を外側にして前記帯状部材（６）折り曲げて、湾曲端部（１１ａ）および前記湾曲端部（１１ａ）から互いに平行に延びる一対の平行部（１１ｐ）を形成することと、
　折り曲げられた前記帯状部材（６）の前記湾曲端部（１１ａ）から所定距離だけ離れた位置にある前記一対の平行部（１１ｐ）の部位をそれぞれ内方に折り曲げることによって、所定の長さを有する一対の傾斜部（１１ｃ）を形成することと、
　前記一対の傾斜部（１１ｃ）を形成した際に、前記一対の傾斜部（１１ｃ）の二つの端部が平行に延びて面接触するように前記帯状部材（６）の両端部を折り曲げることによって、長端部（１１ｅ）および短端部（１１ｆ）を設けることと、
　前記短端部（１１ｆ）に接触している前記長端部（１１ｅ）を前記短端部（１１ｆ）側に折り曲げてかしめることによってカシメ部（１１ｂ）を形成することと、を含むチューブ製造方法。
　前記カシメ部（１１ｂ）は、折り返された前記長端部（１１ｅ）の前記一方の表層部が、前記平行部（１１ｐ）の前記一方の表層部と同一面にするように形成される請求項５に記載のチューブ製造方法。
　折り返された前記長端部（１１ｅ）のチューブの長手方向端部に近い部分を、前記平行部（１１ｐ）の延設方向に切り欠いて、切欠部（１１ｋ）を形成することをさらに含む請求項５または６に記載のチューブ製造方法。
　折り返された前記長端部（１１ｅ）のチューブの長手方向端部に近い部分を、前記カシメ部（１１ｂ）のかしめ方向に薄くすることによって、つぶし部（１１ｗ）を形成することをさらに含む請求項５または６に記載のチューブ製造方法。