JP2002539417A - 熱交換器用集合管およびその製造方法 - Google Patents

熱交換器用集合管およびその製造方法

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シュタッファ カール・ハインツ
クラウス ハンス・ヨアヒム
ミッテルシュトラス ハーゲン
ヴァルター クリストフ
ディーンハルト ベルント
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ベール ゲーエムベーハー ウント コー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力負荷の高い利用事例に適し、わずかな支出で製造可能な熱交換器用集合管およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 各扁平管を挿嵌するための、内側ダイスを使わない打抜きまたは内部高圧成形によって設けられる単数または複数の周面側溝孔（３ｄ）を有する熱交換器用集合管（１）と、このような集合管（１）を製造するための方法。管外側半径（Ｄ／２）と管肉厚（ｓ）との比が５未満である。溝孔（３ｄ）は好ましくは管縦軸線に対して平行または鋭角に設けられる。集合管（１）は扁平材料の曲げ加工と曲げ加工によって生じる長手間隙の密封ろう接または密封溶接とによって作製する。例えば自動車内の炭酸ガス空調装置のガス冷却器および蒸発器のために使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、熱交換器用集合管であって、各扁平管を挿嵌するための、内側ダイ
スを使わない打抜きまたは内部高圧成形によって設けられる単数または複数の溝
孔を有するもの、そしてこのような集合管を製造するための方法に関する。重要
な応用分野は自動車空調装置の蒸発器および凝縮器もしくはガス冷却器の態様の
熱交換器である。
【０００２】 特許公報ＥＰ０１９８５８１Ｂ１、ＵＳ５０５２４８０に開示された集合管は
各１列の横溝孔を備えており、平行に配置される扁平管で構成される熱交換器ブ
ロックの扁平管末端がこれらの横溝孔に挿嵌される。溝孔の横向き位置に起因し
て集合管の直径は溝孔の長さよりも大きく保たれねばならない。集合管はその直
径に比べて数倍小さい管肉厚を有する。特にこの小さな管肉厚に起因してＥＰ０
１９８５８１Ｂ１の集合管では、内方に曲げられた通路を形成する溝孔の領域内
で集合管がくぼむことになる。溝孔領域外の管外径は溝孔領域内よりもほぼ１．
５倍大きい。
【０００３】 公開公報ＤＥ４３３４２０３Ａ１に述べられた集合管製造方法では、内側ダイ
スを援用した打抜きによって、内方に曲げられた通路の態様の横溝孔が集合管に
設けられる。このため内側ダイスが集合管に押し込まれ、好適なポンチによって
集合管壁に外部から溝孔が打抜かれる。
【０００４】 横溝孔に代えて、管縦軸線に対して平行または鋭角に延びる溝孔を集合管に備
え、捩じられた扁平管末端がこれらの溝孔に差し込まれることが公知である。例
えば特許公報ＵＳ３４１６６００、公開公報ＥＰ０８４５６４８Ａ２、ＤＥ１９
７２９４９７Ａ１参照。
【０００５】 特に、自動車の炭酸ガス空調装置のように圧力負荷の高い利用事例にも適した
、比較的僅かな支出で製造可能な、発明の属する技術分野に指摘した種類の集合
管の提供と、このような集合管用の有利な製造方法が、技術的課題として本発明
の根底にある。
【０００６】 本発明はこの課題を、請求項１の特徴を有する集合管を提供することによって
、また請求項４または５の特徴を有する集合管製造方法を示すことによって解決
する。
【０００７】 請求項１の集合管では、管外側半径と管肉厚との比が５未満の値を有する。す
なわち、その管外側半径を基準に集合管は、例えば炭酸ガスを冷媒として作動す
る自動車空調装置の場合のように圧力負荷の高い使用事例に好適とするような比
較的厚い管肉厚を有する。特に、１．８ｍｍ〜２．５ｍｍの管肉厚を設けておく
ことができる。この厚い管肉厚を有する集合管は比較的僅かな支出で内側ダイス
を使わない打抜きまたは内部高圧成形によって縦長溝孔を備えることができ、こ
れらの溝孔に熱交換器の付属の扁平管末端を差し込んで密封ろう接し、または別
の仕方で気密に固定することができる。
【０００８】 本発明の有利な１構成において、請求項２によれば硬さ３５ＨＶ〜８０ＨＶの
材料が集合管用に選択される。
【０００９】 本発明の他の１構成において、請求項３によれば溝孔領域外の管外径と溝孔領
域内の管外径との比が１．０２〜１．５となるように、内方に曲げられた通路に
よって溝孔が形成されている。
【００１０】 請求項４の集合管製造方法では、内側ダイスを使わない打抜きまたは内部高圧
成形によって単数または複数の溝孔が集合管に設けられ、溝孔は集合管縦軸線に
対して平行または鋭角に向いている。このように製造された集合管は、捩りに基
づいて集合管縦軸線に対して相応の角度に向いた捩り末端を有する扁平管が使用
される熱交換器用に特に適している。
【００１１】 請求項５の集合管製造方法では、集合管を形成するためにまず、必要ならろう
材で被覆しておくことのできる扁平部材が曲げ加工されて素管とされ、そのあと
に残る長手間隙が引き続き密封ろう接または密封溶接される。熱交換器扁平管を
挿嵌するのに必要な溝孔は内側ダイスを使わない打抜きによって選択的にすでに
扁平部材に挿入されるか、または長手間隙の密封ろう接または密封溶接の前また
は後にはじめて、扁平部材から曲げ加工された素管に挿入される。
【００１２】 この製造方法の他の構成において、請求項６によればろう材で被覆された扁平
部材が使用され、この場合相応にろう材で被覆された集合管が得られ、そのこと
から長手間隙の密封ろう接および／または溝孔に挿嵌された扁平管末端の密封ろ
う接が容易となる。この措置の他の構成において請求項７によれば、長手間隙の
密封ろう接が共通のろう接工程で行われ、この工程において同時に熱交換器の残
りの構成要素がろう接され、熱交換器を作製するのに全体で単に１つの完全ろう
接工程が必要であるにすぎない。
【００１３】 本発明による集合管製造方法の他の構成において、請求項８によれば、溝孔を
設けるべき個所に点状熱処理が施されおよび／または機械的弱化部が設けられ、
そのことから内側ダイスなしに溝孔を設けるのが容易となる。
【００１４】 本発明の有利な実施形態が図面に示してあり、以下に詳しく説明される。
【００１５】 図１と図２に一部を示した集合管１は、周面に、すなわちその管側面に、管縦
軸線２の方向で連続する１列の溝孔３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを備え
ており、これらの溝孔は挿嵌すべき扁平管末端の横断面形状に適合した縦長形状
である。溝孔はその縦方向で管縦軸線２もしくは管側面線に対して平行に延び、
同一の僅かな距離を置いて連続して相応の腹部領域４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４
ｅを形成している。自明のことであるが、必要に応じて、すなわちその都度使用
される熱交換器扁平管ブロック構成の挿嵌されるべき扁平管末端の系列に応じて
、あらゆる別の溝孔系列が可能であり、例えば各２つの狭く隣接した溝孔からな
る溝孔対を広く離間させた系列が可能である。
【００１６】 溝孔３ａ〜３ｆは打抜き工程によって設けることができ、その際集合管１は２
部分からなる外側ダイスによって把持され、その下側ダイス半部が集合管１を担
持し、また上側ダイス半部は相応する数の離間した溝孔を有し、これらの溝孔に
付属の打抜きポンチが入り込み、これにより溝孔３ａ〜３ｆは内向き通路として
集合管１に「引き裂」かれる。選択的に、一部では好適なポンチによって、集合
管１の一部にのみ外周側ガイドを有する溝孔も設けることができる。図２から一
層正確に認識できるように、各溝孔領域内で内方に折り曲げられた通路・溝孔３
ａ〜３ｆによって集合管１が有する管外径Ｄ1は溝孔領域外の、すなわち腹部４
ａ、４ｂ、４ｃの高さにおける管外径Ｄよりも小さい。用語「外径」はこの場合
広い意味で理解され、横断面形状が円形でない場合でも一般に横方向長さを表す
と解釈されねばならない。溝孔３ａ〜３ｆの「引裂き」もしくは打抜きは、好ま
しくは、溝孔領域外の管外径Ｄと溝孔領域内の管外径Ｄ1との比が約１．０２〜
約１．５となるように行うべきであることが判明した。集合管１が該当個所を事
前に点状熱処理されることによって、またはこれらの個所に管壁の機械的弱化部
が設けられることによって、溝孔３ａ〜３ｆの形成は調節しもしくは容易とする
ことができる。他の選択的製造法として溝孔は内部高圧打抜きによって設けるこ
ともできる。
【００１７】 図２から、さらに明らかとなるように、集合管１はその直径Ｄを基準に比較的
大きな肉厚ｓを有し、圧力負荷の高い用途にも適している。それゆえにこの集合
管１は、自動車内で使用するためにますます設けられる炭酸ガス空調装置の蒸発
器、ガス冷却器等の熱交換器用にも特に使用可能である。管肉厚ｓは代表的には
１．０ｍｍよりも大きく、好ましくは約１．３ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内である
。管外径Ｄもしくは管半径Ｄ／２に関して、管半径Ｄ／２と管肉厚ｓとの比Ｄ／
２ｓが５よりも小さく抑えられ、好ましくは約２〜約５であると有利であること
が判明した。さらに、材料硬さ約３５ＨＶ〜約８０ＨＶの材料を集合管用に選択
すると、特に炭酸ガス空調装置の熱交換器内で使用するのに好ましいことが判明
した。
【００１８】 溝孔３ａ〜３ｆ内にそれ自体周知の如くに付属の扁平管末端、特に９０°捩れ
た扁平管末端を差し込んで気密に接合することができる。このため溝孔３ａ〜３
ｆは適当な管導入斜面を備えておくことができ、そのことから、後続の密封ろう
接工程による気密接合の達成が容易となる。密封ろう接のため集合管はろう材で
被覆しておくことができ、または好適なろう材成形品が使用される。集合管を予
めろう材で被覆することは通常の被覆法に従って、またはＣＤ法または亜鉛めっ
き法によっても、行うことができる。選択的に、集合管に設けられる溝孔は内向
き通路領域や導入斜面なしでも集合管に設けておくことができる。管肉厚と管強
度、そして溝孔３ａ〜３ｆ形成時の断面係数に応じて、管縦方向に対して平行に
多かれ少なかれ際立った通路形成変形部が生じ、この変形部は、溝孔３ａ〜３ｆ
に挿嵌された扁平管末端の密封ろう接時にその槽形状によってろうを被ろう接領
域内で保持する。挿入された扁平管末端の密封ろう接は単一のろう接工程で行う
ことができ、この工程のとき付属の熱交換器の構造全体、例えば管／フィンブロ
ック構造が、同時にろう接して組立てられる。この製造法によって扁平管凝縮器
または扁平管ガス冷却器も各種形式の蒸発器も、例えば直線状扁平管または蛇行
状に湾曲した扁平管からなるブロックを有するものも、製造することができる。
その場合、空調装置の冷媒を扁平管に分配しまた扁平管から冷媒を集めるために
前記種類の好適な集合管がそれぞれブロックの側面に配置されている。
【００１９】 集合管１はまず未被覆集合管素管として引抜き加工とそれに続く選択的被覆と
によって作製することができる。他の作製法が図３、図４に示してある。この製
造方法では扁平管１が扁平材料５から作製され、それが望ましい場合扁平材料は
すでにろう材で被覆しておくことができる。扁平部材５は図３に曲げ矢印Ｂで示
したようにその縦軸線５ａと平行に曲げられて、図４に示す丸管素管とされる。
図４からさらにわかるように、丸管素管６の場合それまでの両方の扁平部材長辺
面７ａ、７ｂが向き合って狭い長手間隙８を形成する。長手間隙８は次に引き続
く製造工程において溶接またはろう接によって気密に密閉される。長手間隙８の
密封ろう接はフラックスを使って独自のろう接工程において、または、仕上げ状
態のとき集合管として機能する素管６の溝孔に差し込まれた扁平管末端の密封ろ
う接と一緒に共通の工程において行われる。特に、相応の熱交換器を構成するの
に必要な構成要素の残りすべてのろう接継手と同様にろう接継手が製造される単
一の完全ろう接工程を予定しておくことができる。扁平管末端用差込溝孔は、応
用事例に応じて、すでに扁平部材５に設けることができ、または長手間隙８の気
密閉鎖の前または後にはじめて丸管素管６に設けることができる。その際、図１
に示した溝孔列は好ましくは直径上で長手間隙８に向き合う。
【００２０】 管縦方向で集合管１の縦中心面に設けられる図１に示した溝孔列に代えて、扁
平管末端を差し込むのに必要な縦長溝孔は別の態様に、例えば集合管の縦中心面
もしくは側面線に対して横にずらされた偏心溝孔として、または集合管の管側面
線もしくは縦中心面に対して０°より大きく９０°よりも小さい角度で傾けて設
けられる傾斜溝孔として、設けることもできる。管末端がこうして管縦方向を横
切るのではなくこれに対して平行にまたは傾いて集合管に注ぐことによって、そ
の内径は扁平管幅よりも小さく抑えることができる。そのことから集合管の圧力
安定性が促進され、横向きに注ぐ扁平管に比べて集合管の容積低減が、従って空
調装置用に必要な冷媒量の低減が可能となる。
【００２１】 他の変更態様が図５に示してある。そこに一部示された集合管９では周方向で
隣接する２つの溝孔１１ａ、１１ｂが設けられており、溝孔は管側面線１０に沿
って長手側で相接触することによって一体化されて相応の二重溝孔となっている
。２つの密に隣接する扁平管末端がこの二重溝孔内に気密に挿嵌することができ
る。他の選択的溝孔造形として図１のものに類似した溝孔列を設けておくことが
でき、ただしこの溝孔列では溝孔が相互に離間しているのではなく、それらの短
辺面が相突接している。
【００２２】 円形横断面の他に適用事例に応じて他の集合管横断面も、例えば長方形または
正方形横断面、半円形または長円形横断面も可能である。さらに、本発明による
集合管は単室管、すなわち単一の分配室もしくは集合室を有する管としてだけで
なく、多室管としても実現可能である。図６に例として示した２室管１２は相互
に分離された２つの長手通路１３ａ、１３ｂを含む。この２室管１２に、並置さ
れた２列の溝孔１４、１５が設けられており、各溝孔列は図１のものまたはこの
点について上で述べた変更態様のものに従って造形され、２つの長手通路１３ａ
、１３ｂの各一方に注ぐ。
【００２３】 本発明の他の実施形態として、その管内部が単数または複数の横仕切壁によっ
て管縦方向で連続する複数の集合室に仕切られ、単数または複数の扁平管末端が
集合室に注ぎ、これらの扁平管末端が付属の集合管溝孔内に密封して挿嵌されて
なる集合管を設けておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 管縦軸線に対して平行に設けられる溝孔を有する集合管の略部分側面図である
。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】 図１の集合管を製造するのに使用可能な扁平部材の部分平面図である。
【図４】 図３の扁平部材の円形曲げ加工によって得られる集合管素管の側面図である。
【図５】 周方向で相接触して並ぶ２つの溝孔を有する集合管の部分側面図である。
【図６】 ２つの分離された集合管長手通路を有する集合管の横断面図である。
【符号の説明】
１ 集合管 ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ 溝孔 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ 腹部領域 ５ 偏平部材 ６ 丸管素管 ７ａ、７ｂ 偏平部材長辺面 ８ 長手間隙 ９ 集合管 １０ 管側面線 １１ａ、１１ｂ 溝孔 １２ ２室管 １３ａ、１３ｂ 長手通路 １４、１５ 溝孔
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年３月８日（２００１．３．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２８Ｆ 9/16 Ｆ２８Ｆ 9/16 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 クリストフ ヴァルター ドイツ連邦共和国、 デー 70376 スト ットガルト、 イラーストラッセ 16 (72)発明者 ベルント ディーンハルト ドイツ連邦共和国、 デー 50935 ケル ン、 アム ベートーヴェンパルク 15 Ｆターム(参考） 3L065 CA09 4E048 KA02 KA04

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱交換器用集合管であって、 −各扁平管を挿嵌するための、内側ダイスを使わない打抜きまたは内部高圧成形
    によって設けられる単数または複数の溝孔（３ａ〜３ｄ）を有するものにおいて
    、 −管外側半径（Ｄ／２）と管肉厚（ｓ）との比（Ｄ／２ｓ）が５未満であること
    を特徴とする集合管。
  2. 【請求項２】 さらに、集合管用に使用される材料の硬さが３５ＨＶ〜８０
    ＨＶであることを特徴とする、請求項１記載の集合管。
  3. 【請求項３】 さらに、溝孔領域外の管外径（Ｄ）と溝孔領域内の管横方向
    長さ（Ｄ1）との比（Ｄ／Ｄ1）が１．０２〜１．５であることを特徴とする、請
    求項１または２記載の集合管。
  4. 【請求項４】 内側ダイスを使わない打抜きまたは内部高圧成形によって設
    けられる単数または複数の熱交換器用溝孔を有する集合管を製造するための方法
    において、 単数または複数の溝孔（３ａ〜３ｄ）が管縦軸線（２）に対して平行または鋭
    角に設けられることを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 内側ダイスを使わない打抜きまたは内部高圧成形によって設
    けられる単数または複数の熱交換器用溝孔を有する集合管を製造するための特に
    請求項４記載の方法において、 −扁平部材（５）が曲げ加工されて長手間隙（８）に沿って開口した集合管素管
    とされ、引き続きこの長手間隙が密封ろう接または密封溶接され、 −長手間隙（８）の密封ろう接または密封溶接の前または後に単数または複数の
    溝孔（３ａ〜３ｄ）が扁平部材（５）または集合管素管（６）に設けられること
    を特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 さらに、ろう材で被覆された扁平材料が扁平部材（５）とし
    て使用されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 さらに、付属の熱交換器を製造するために長手間隙（８）の
    密封ろう接が単一のろう接工程で行われ、この工程において熱交換器を構成する
    ための残りすべてのろう接継手も生成されることを特徴とする、請求項６記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 さらに、単数または複数の溝孔（３ａ〜３ｄ）を設けるべき
    個所に点状熱処理が施されおよび／または機械的弱化部が設けられることを特徴
    とする、請求項４〜７のいずれか１項記載の方法。
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