JP2006297472A - 熱交換器の製造方法、熱交換器のフィン、及び熱交換器のチューブ - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器の炉中ろう付けの合理化を達成すること。
【解決手段】
扁平型のチューブ２０とコルゲート型のフィン３０とを交互に積層してなるコア１０と、チューブの端部を接続したタンク体４０とを備えた熱交換器の製造方法において、当該熱交換器は、チューブ、フィン、及びタンク体を組み付けて、その組み付け体を炉中ろう付けしてなり、チューブは、帯状の素材をロール成形し、これを炉中ろう付けにてろう付けしてなるものであり、炉中ろう付けの際は、コアを積層方向に加圧するワイヤを設け、ワイヤとしては、タンク体とチューブの接続部から３０〜８０ｍｍの間に第１のワイヤ３１０を巻き付けるとともに、その他の部位に第２のワイヤ３２０を巻き付ける。フィンとしては、その幅方向中央が緩やかに突出したものを採用する。また、チューブとしては、ビードを設けた部位をその他の部位よりも厚く設定したものを採用する。
【選択図】図７

Description

本発明は、扁平型のチューブとコルゲート型のフィンとを交互に積層してなるコアと、チューブの端部を接続したタンク体とを備え、チューブを流通する媒体がコアに伝わる熱にて熱交換される熱交換器に関するものである。

自動車のラジエータや、冷凍サイクルにおけるコンデンサ、エバポレータ等の熱交換器は、扁平型のチューブとコルゲート型のフィンとを交互に積層してコアをなすとともに、チューブの端部が接続されたタンク体とを備え、チューブ及びフィンに伝わる熱によって媒体の熱交換を行うように構成されている。媒体は、タンク体に設けられた入口部から内部に取り入れられて、コアを伝わる熱によって熱交換をしつつチューブを通過した後、タンク体に設けられた出口部から外部に排出される。

このような熱交換器は、チューブ、フィン、及びタンク体を組み付けて、その組み付け体を炉中ろう付けして製造される。炉中ろう付けの際は、コアを積層方向に加圧するワイヤが設けられる。特許文献１及び２にも開示されているように、ワイヤを設けることによれば、コアの熱膨張による寸法誤差を低減することができる。更に、チューブとしては、ろう材がクラッドされた帯状のアルミ合金素材を所定の形状にロール成形し、これを炉中ろう付けにてろう付けしてなるものもが知られている。この種のチューブは、特許文献３及び４にも開示されている。
特開平６−１２３５８３号公報 特開平９−１３３４８９号公報 特開平１１−２４８３８３号公報 特開平１１−２５７８８６号公報

熱交換器は、その性能及び製造性を向上することが課題とされる。特に近年、ロール成形されるチューブは、小型化且つ精密化される傾向にあり、そのろう付け精度の確保がますます重要な条件となっている。本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換器の炉中ろう付けの合理化を達成することである。

本願第１請求項に記載した発明は、扁平型のチューブとコルゲート型のフィンとを交互に積層してなるコアと、前記チューブの端部を接続したタンク体とを備え、前記チューブを流通する媒体が前記コアに伝わる熱にて熱交換される熱交換器の製造方法において、当該熱交換器は、前記チューブ、前記フィン、及び前記タンク体を組み付けて、その組み付け体を炉中ろう付けしてなり、

前記チューブは、帯状の素材をロール成形し、これを前記炉中ろう付けにてろう付けしてなるものであり、前記炉中ろう付けの際は、前記コアを積層方向に加圧するワイヤを設け、前記ワイヤとしては、前記タンク体と前記チューブの接続部から３０〜８０ｍｍの間に第１のワイヤを巻き付けるとともに、その他の部位に第２のワイヤを巻き付ける構成の熱交換器の製造方法である。

本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤを同時に締め付ける構成の熱交換器の製造方法である。

本願第３請求項に記載した発明は、扁平型のチューブとコルゲート型のフィンとを交互に積層してなるコアと、前記チューブの端部を接続したタンク体とを備え、前記チューブを流通する媒体が前記コアに伝わる熱にて熱交換される熱交換器の製造方法において、当該熱交換器は、前記チューブ、前記フィン、及び前記タンク体を組み付けて、その組み付け体を炉中ろう付けしてなり、前記チューブは、帯状の素材をロール成形し、これを前記炉中ろう付けにてろう付けしてなるものであり、前記炉中ろう付けの際は、前記コアを積層方向に加圧し、前記フィンとしては、その幅方向中央が緩やかに突出したものを採用した構成の熱交換器の製造方法である。

本願第４請求項に記載した発明は、請求項３において、前記フィンの幅方向中央の厚さをＴａ、前記フィンの幅方向端部の厚さをＴｂとするとき、これらは、Ｔｂ×１．０５≧Ｔａ＞Ｔｂ、の関係にある構成の熱交換器の製造方法である。

本願第５請求項に記載した発明は、扁平型のチューブとコルゲート型のフィンとを交互に積層してなるコアと、前記チューブの端部を接続したタンク体とを備え、前記チューブを流通する媒体が前記コアに伝わる熱にて熱交換される熱交換器の製造方法において、当該熱交換器は、前記チューブ、前記フィン、及び前記タンク体を組み付けて、その組み付け体を炉中ろう付けしてなり、前記チューブは、帯状の素材をロール成形し、これを前記炉中ろう付けにてろう付けしてなるものであり、前記チューブの内部は、前記帯状の素材を成形してなるビードにて区画し、前記ビードの頂部は、前記チューブの内面にろう付けし、前記炉中ろう付けの際は、前記コアを積層方向に加圧し、前記チューブとしては、前記ビードを設けた部位をその他の部位よりも厚く設定したものを採用した構成の熱交換器の製造方法である。

本願第６請求項に記載した発明は、請求項５において前記チューブの前記ビードを設けた部位の厚さをｔａ、その他の部位の厚さをｔｂとするとき、これらは、ｔｂ×１．０５≧ｔａ＞ｔｂ、の関係にあることを特徴とする請求項５記載の熱交換器の製造方法である。

本願第７請求項に記載した発明は、扁平型のチューブと交互に積層されて熱交換器のコアを構成するコルゲート型のフィンにおいて、当該フィンは、その幅方向中央が緩やかに突出している構成のフィンである。

本願第８請求項に記載した発明は、請求項７において、当該フィンの幅方向中央の厚さをＴａ、前記フィンの幅方向端部の厚さをＴｂとするとき、これらは、Ｔｂ×１．０５≧Ｔａ＞Ｔｂ、の関係にある構成のフィンである。

本願第９請求項に記載した発明は、コルゲート型のフィンと交互に積層されて熱交換器のコアを構成するチューブにおいて、当該チューブは、帯状の素材をロール成形してなり、前記チューブの内部は、前記帯状の素材を成形してなるビードにて区画し、当該チューブは、前記ビードを設けた部位をその他の部位よりも厚く設定した構成のチューブである。

本願第１０請求項に記載した発明は、請求項９において、当該チューブの前記ビードを設けた部位の厚さをｔａ、その他の部位の厚さをｔｂとするとき、これらは、ｔｂ×１．０５≧ｔａ＞ｔｂ、の関係にある構成のチューブである。

本発明によれば、熱交換器の炉中ろう付けの合理化を達成することができる。

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１に示す熱交換器１は、自動車に搭載される車内空調用冷凍サイクルの放熱器である。この熱交換器１は、扁平型のチューブ２０とコルゲート型のフィン３０とを交互に積層してなるコア１０と、各チューブ２０の長手方向両端部をそれぞれ接続した一対のタンク体４０とを備えたものである。コア１０の積層方向の上下側部には、補強部材５０を設けており、各補強部材５０の長手方向の両端部は、それぞれタンク体４０に支持されている。タンク体４０には、チューブ２０及び補強部材５０の端部を挿入して接続する孔部が設けられている。また、タンク体４０の要所には媒体（つまり冷凍サイクルを循環する冷媒）の入口部４１及び出口部４２が設けられており、入口部４１から流入した媒体は、コア１０に伝わる熱にて熱交換されつつチューブ２０を流通し、出口部４２から流出する構成となっている。

熱交換器１の構成部材であるチューブ２０、フィン３０、タンク体４０、及び補強部材５０は、それぞれアルミ合金製の部材からなり、ジグを用いて組み付けて、その組み付け体を炉中で過熱処理して一体にろう付けしている。このような炉中ろう付けをするにあたり、各部材の要所には、ろう材及びフラックスが設けられる。尚、入口部４１及び出口部４２は、炉中ろう付けにてタンク体４０にろう付けしてもよいし、炉中ろう付けの後にタンク体４０に溶接してもよい。

図２は、本例のチューブ２の断面を示す説明図である。このチューブ２０は、ろう材がクラッドされたアルミ合金製の帯状の素材を所定の形状にロール成形し、これを炉中ろう付けにてろう付けしてなるものである。素材の板厚は０．１８〜０．２４ｍｍとなっている。チューブ２０の内部は、その素材を成形してなるビード２１にて区画し、ビード２１の頂部は、チューブ２０の内面にろう付けしている。図例は、対抗するビード２１の頂部同士をろう付けしてなるものである。ロール成形においては、素材の要所にビード２１を設けるとともに、素材の幅方向両端部２２，２３を所定の形状に成形し、素材の要所を屈曲してこれを２つ折りとし、素材の幅方向両端部２２，２３を互いに係合する。つまり、チューブ２０の幅方向の一方の端部には、素材の幅方向両端部２２，２３を互いに係合し且つろう付けしてなる係合部２４が設けられる。また、チューブ２０の幅方向の他方の端部には、素材を折り曲げてなる折り曲げ部２５が設けられる。チューブ２０の内部には、ビード２１にて区画された複数の流路２６が設けられる。チューブ２０の厚さは０．８〜１．２ｍｍ、幅は１２〜１６ｍｍとなっている。

図３乃至図９に基づいて、熱交換器１の炉中ろう付けに係る製造工程を説明する。先ず、チューブ２０とフィン３０とを交互に積層してコア１０を成し、その積層方向の上下側部に補強部材５０を配置し、更に、補強部材５０に所定のジグ１００を添える（図３参照）。次に、加圧装置２００にてコア１０を積層方向に加圧し、コア１０及び補強部材５０を所定の寸法に圧縮する（図４参照）。タンク体４０は、このようにコア１０及び補強部材５０を圧縮したところで組み付ける（図５参照）。タンク体４０を組み付けた後、その組み付け体には、コア１０、補強部材５０、及びジグ１００を束ねるように複数のワイヤ３１０，３２０を巻き付ける（図６参照）。組み付け体は、ワイヤ３１０，３２０を巻き付けた状態で加圧装置２００から外して炉内へ送り、炉中ろう付けする（図７参照）。ジグ１００及びワイヤ３１０，３２０は、炉中ろう付けの後に除去する（図８参照）。尚、図９に示すように、補強部材５０は、その両端にリブ５１を有する部材である。ジグ１００は、リブ５１の間に嵌め込まれる。また、フィン３０にはルーバー３０が形成されている。

このように、炉中ろう付けの際は、コア１０を積層方向に加圧するワイヤ３１０，３２０を設ける。特に本例の場合、ワイヤとしては、タンク体４０とチューブ２０の接続部から３０〜８０ｍｍの間に第１のワイヤ３１０を巻き付けるとともに、その他の部位に第２のワイヤ３２０を巻き付ける。第２のワイヤ３２０は、図例では１本であるが、コア１０の寸法に応じて複数本設ける場合もある。図７中の矢印Ａは、タンク体４０とチューブ２０の接続部から３０〜８０ｍｍの範囲を示している。このような構成によると、チューブ２０とフィン３０との接合部が確実にろう付けされるとともに、帯状の素材をロール成形してなるチューブ２０のろう付けが良好になされる。以下に、その考え方を説明する。

炉中ろう付けにおいては、従来から、コアを積層方向に加圧するワイヤが設けられていた。そして近年、ロール成形されるチューブは、小型化且つ精密化が進み、熱交換器１の製造現場においては、このようなチューブのろう付け性の確保が極めて重要な課題となっている。本願発明者は、熱交換器の試作実験を繰り返し試み、その結果、ワイヤを設ける位置がロール成形チューブのろう付けの成功率に大きく影響するこを突き止め、本発明を達成した。すなわち本発明は、ロール成形チューブのろう付けの信頼性を考慮しつつ、ワイヤにて締め付ける位置をバランスよく設定することにより、ロール成形チューブの小型化・精密化に対処する構成となっている。チューブ２０の全体をバランスよく加圧するには、チューブ２０の両端近傍を締め付ける第１のワイヤ３１０を設け、更にその他の部位に第２のワイヤ３２０を設けるとよい。タンク体４０とチューブ２０の接続部から８０ｍｍを超える位置に第１のワイヤ３１０を設けると、チューブ２０に対する加圧のバランスが悪くなる。また、タンク体４０とチューブ２０の接続部から３０ｍｍに達しない位置に第１のワイヤ３１０を設けると、タンク体４０とチューブ２０の接続部におけるろう付けに悪影響を及ぼしてしまう。そこで、第１のワイヤ３１０の位置は、タンク体４０とチューブ２０の接続部から３０〜８０ｍｍの範囲とした。

また、試作実験によれば、第１のワイヤ３１０及び第２のワイヤ３２０は、同時に締め付けるとより効果的であることが判明している。ワイヤ３１０，３２０を締め付ける方法は、特に限定はしないが、本例では、各ワイヤ３１０，３２０の一部をそれぞれ固定具にて摘み、各固定具を同時に捻ることによって締め付けている。

尚、本例のチューブ２０は、その内部をビード２１にて区画したものであるが、炉中ろう付けの際に所定の部位にワイヤ３１０，３２０を設ける本例の構成は、インナーフィンチューブを用いた熱交換器に応用することも可能である。インナーフィンチューブは、コルゲート型のインナーフィンを挟み込むように帯状の素材をロール成形してなり、その内部をインナーフィンにて区画したものである。

以上説明したように、本例の熱交換器の製造方法によれは、熱交換器の炉中ろう付けの合理化を達成することができる。尚、本例における構成は、特許請求の範囲に記載した技術的範囲において適宜に設計変更が可能であり、図例説明したものに限定されないことは勿論である。

次に、本発明の第２実施例を図１０に基づいて説明する。本例の場合、フィン３０としては、その幅方向中央が緩やかに突出したものを採用している。フィン３０の幅方向中央の厚さをＴａ、フィン３０の幅方向端部の厚さをＴｂとするとき、これらは、Ｔｂ×１．０５≧Ｔａ＞Ｔｂ、の関係となっている。このフィン３０は、アルミ合金製の帯状の素材をロール成形してなるものであり、ＴａとＴｂは、ロール成形時において、幅方向中央の曲面形状と幅方向端部の曲面形状を僅かに変えることによって、上記の関係となるように設定している。その他の基本構成は、前述した実施例と同様である。

このような構成によると、帯状の素材をロール成形してなるチューブ２０のろう付けが一層良好になされる。すなわち、ロール成形チューブ２０におけるろう付け箇所は、そのチューブ２０の幅方向中央を押圧するとほどよく当接される。故に、フィン３０の幅方向中央が緩やかに突出していれば、チューブ２０とフィン３０とを積層した際に、チューブ２０の幅方向中央が確実に押圧され、ろう付けの信頼性が向上する。フィン３０は、前述したようにコア１０を加圧装置２００にて圧縮したところで、幅方向に亘りチューブ２０と確実に当接する。このとき、コア１０の圧縮幅は、約５パーセント又は５パーセント未満である。仮に、Ｔａが（Ｔｂ×１．０５）よりも大きいと、チューブ２０とフィン３０を幅方向に亘り確実に当接させるには、コア１０の圧縮幅を大きくしなければならない。そこで本例では、Ｔａを（Ｔｂ×１．０５）以下に設定した。

次に、本発明の第３実施例を図１１に基づいて説明する。本例の場合、チューブ２０としては、ビード２１を設けた部位をその他の部位よりも厚く設定したものを採用している。ビードを設けた部位の厚さをｔａ、その他の部位の厚さをｔｂとするとき、これらは、ｔｂ×１．０５≧ｔａ＞ｔｂ、の関係となっている。ｔａとｔｂの差は、０．１５ｍｍ以下が望ましい値である。その他の基本構成は、前述した実施例と同様である。

このような構成によると、帯状の素材をロール成形してなるチューブ２０のろう付けが一層良好になされる。すなわち、ビード２１の頂部とその対向部位は、ビード２１を設けた部位を押圧するとほどよく当接される。故に、ビード２１を設けた部位をその他の部位よりも厚く設定すれば、チューブ２０とフィン３０を積層した際に、ビード２１を設けた部位が確実に押圧され、ろう付けの信頼性が向上する。フィン３０は、前述したようにコア１０を加圧装置２００にて圧縮したところで、幅方向に亘りチューブ２０と確実に当接する。このとき、コア１０の圧縮幅は、約５パーセント又は５パーセント未満である。仮に、ｔａが（ｔｂ×１．０５）よりも大きいと、チューブ２０とフィン３０を幅方向に亘り確実に当接させるには、コア１０の圧縮幅を大きくしなければならない。そこで本例では、ｔａを（ｔｂ×１．０５）以下に設定した。

本発明によれば、冷凍サイクルのコンデンサ、エバポレータ、自動車のラジエータ、ヒータコア等の熱交換器を良好に製造することが可能となる。

本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面図である。 本発明の実施例に係り、チューブの断面を示す説明図である。 本発明の実施例に係り、熱交換器の製造方法の説明図である。 本発明の実施例に係り、熱交換器の製造方法の説明図である。 本発明の実施例に係り、熱交換器の製造方法の説明図である。 本発明の実施例に係り、熱交換器の製造方法の説明図である。 本発明の実施例に係り、熱交換器の製造方法の説明図である。 本発明の実施例に係り、熱交換器の製造方法の説明図である。 本発明の実施例に係り、熱交換器の要部を示す断面図であり、（ａ）はジグ及びワイヤを設けた状態を示し、（ｂ）はそれらを除去した状態を示す。 本発明の実施例に係り、フィンの説明図である。 本発明の実施例に係り、チューブの説明図である。

符号の説明

１ 熱交換器
１０ コア
２０ チューブ
２１ ビード
２２ 端部
２３ 端部
２４ 係合部
２５ 折り曲げ部
２６ 流路
３０ フィン
３１ ルーバー
４０ タンク体
４１ 入口部
４２ 出口部
５０ 補強部材
５１ リブ
１００ ジグ
２００ 加圧装置
３１０ 第１のワイヤ
３２０ 第２のワイヤ

Claims (10)

1. 扁平型のチューブとコルゲート型のフィンとを交互に積層してなるコアと、前記チューブの端部を接続したタンク体とを備え、前記チューブを流通する媒体が前記コアに伝わる熱にて熱交換される熱交換器の製造方法において、
   当該熱交換器は、前記チューブ、前記フィン、及び前記タンク体を組み付けて、その組み付け体を炉中ろう付けしてなり、
   前記チューブは、帯状の素材をロール成形し、これを前記炉中ろう付けにてろう付けしてなるものであり、
   前記炉中ろう付けの際は、前記コアを積層方向に加圧するワイヤを設け、
   前記ワイヤとしては、前記タンク体と前記チューブの接続部から３０〜８０ｍｍの間に第１のワイヤを巻き付けるとともに、その他の部位に第２のワイヤを巻き付けることを特徴とする熱交換器の製造方法。
2. 前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤを同時に締め付けることを特徴とする請求項１記載の熱交換器の製造方法。
3. 扁平型のチューブとコルゲート型のフィンとを交互に積層してなるコアと、前記チューブの端部を接続したタンク体とを備え、前記チューブを流通する媒体が前記コアに伝わる熱にて熱交換される熱交換器の製造方法において、
   当該熱交換器は、前記チューブ、前記フィン、及び前記タンク体を組み付けて、その組み付け体を炉中ろう付けしてなり、
   前記チューブは、帯状の素材をロール成形し、これを前記炉中ろう付けにてろう付けしてなるものであり、
   前記炉中ろう付けの際は、前記コアを積層方向に加圧し、
   前記フィンとしては、その幅方向中央が緩やかに突出したものを採用したことを特徴とする熱交換器の製造方法。
4. 前記フィンの幅方向中央の厚さをＴａ、前記フィンの幅方向端部の厚さをＴｂとするとき、これらは、Ｔｂ×１．０５≧Ｔａ＞Ｔｂ、の関係にあることを特徴とする請求項３記載の熱交換器の製造方法。
5. 扁平型のチューブとコルゲート型のフィンとを交互に積層してなるコアと、前記チューブの端部を接続したタンク体とを備え、前記チューブを流通する媒体が前記コアに伝わる熱にて熱交換される熱交換器の製造方法において、
   当該熱交換器は、前記チューブ、前記フィン、及び前記タンク体を組み付けて、その組み付け体を炉中ろう付けしてなり、
   前記チューブは、帯状の素材をロール成形し、これを前記炉中ろう付けにてろう付けしてなるものであり、前記チューブの内部は、前記帯状の素材を成形してなるビードにて区画し、前記ビードの頂部は、前記チューブの内面にろう付けし、
   前記炉中ろう付けの際は、前記コアを積層方向に加圧し、
   前記チューブとしては、前記ビードを設けた部位をその他の部位よりも厚く設定したものを採用したことを特徴とする熱交換器の製造方法。
6. 前記チューブの前記ビードを設けた部位の厚さをｔａ、その他の部位の厚さをｔｂとするとき、これらは、ｔｂ×１．０５≧ｔａ＞ｔｂ、の関係にあることを特徴とする請求項５記載の熱交換器の製造方法。
7. 扁平型のチューブと交互に積層されて熱交換器のコアを構成するコルゲート型のフィンにおいて、
   当該フィンは、その幅方向中央が緩やかに突出していることを特徴とするフィン。
8. 当該フィンの幅方向中央の厚さをＴａ、前記フィンの幅方向端部の厚さをＴｂとするとき、これらは、Ｔｂ×１．０５≧Ｔａ＞Ｔｂ、の関係にあることを特徴とする請求項７記載のフィン。
9. コルゲート型のフィンと交互に積層されて熱交換器のコアを構成するチューブにおいて、
   当該チューブは、帯状の素材をロール成形してなり、前記チューブの内部は、前記帯状の素材を成形してなるビードにて区画し、
   当該チューブは、前記ビードを設けた部位をその他の部位よりも厚く設定したことを特徴とするチューブ。
10. 当該チューブの前記ビードを設けた部位の厚さをｔａ、その他の部位の厚さをｔｂとするとき、これらは、ｔｂ×１．０５≧ｔａ＞ｔｂ、の関係にあることを特徴とする請求項９記載のチューブ。

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