JP2009198132A - 熱交換器用チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】筒状部材と、筒状部材と同等以上の板厚を有するインナーフィンとを備える熱交換器用チューブにおいて、ろう付け不良検査を可能とする。
【解決手段】流体が流通する筒状部材２と、筒状部材２の内部に設けられ、流体との伝熱面積を増大させるインナーフィン３とがろう付けにより接合された熱交換器用チューブにおいて、インナーフィン３の板厚が筒状部材２の板厚と同等以上となっており、インナーフィン３に、インナーフィン３の機械的強度を筒状部材２の機械的強度より低下させる切り込み部３３を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に用いられて熱交換のための流体が内部に流れる熱交換器用チューブに関し、冷凍サイクルの凝縮器に用いて好適である。

従来、熱交換器用チューブとして、チューブ（筒状部材）内にインナーフィンを配置し、このインナーフィンをチューブ内壁にろう付け接合したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなインナーフィンを内在させたチューブにおいて、インナーフィンのろう付け不良を検査する方法として、チューブの内側から圧力を加えてその変形量をみる、あるいは破壊するという検査方法が知られている。
特開２０００−９７５８９号公報

しかしながら、上記検査方法では、チューブを加圧したときの変形量を静圧破壊強度および繰り返し加圧強度と関係づけるために、チューブとインナーフィンとの強度差が必要となる。このため、インナーフィンの強度をチューブの強度と同等以上、すなわちインナーフィンの板厚をチューブの板厚と同等以上とした場合、検査領域が見つからず、ろう付け不良検査を行うことができないという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、筒状部材と、筒状部材と同等以上の板厚を有するインナーフィンとを備える熱交換器用チューブにおいて、ろう付け不良検査を可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、インナーフィン（３）の板厚は、筒状部材（２）の板厚と同等以上であり、インナーフィン（３）には、インナーフィン（３）の機械的強度を筒状部材（２）の機械的強度より低下させる強度低下手段（３３、３５、３８）が設けられていることを特徴としている。

これによれば、インナーフィン（３）の機械的強度を筒状部材（２）の機械的強度より低くすることができるので、以下のように筒状部材（２）とインナーフィン（３）のろう付け不良を簡単に発見することが可能となる。すなわち、熱交換器用チューブ（１１）内に所定圧力の検査流体を圧入する静圧破壊試験においては、未ろう付け部が存在すると、未ろう付け部からインナーフィン（３）に破壊が伝播するため、膨らみとしてろう付け不良を検出することができる。また、熱交換器用チューブ（１１）内に所定圧力の検査流体を繰り返し圧入する繰り返し加圧試験において、未ろう付け部が存在すると、チューブ長手方向において未ろう付け部と隣接する接合部に応力が集中し、その部分から破壊されるため、ろう付け不良を検出することができる。したがって、ろう付け不良検査を行うことが可能となる。

また、請求項２に記載の発明のように、強度低下手段は、インナーフィン（３）に形成された切り込み部（３３）で構成されていてもよい。

また、請求項３に記載の発明では、強度低下手段は、インナーフィン（３）の一部を切り起こした切り起こし部（３５）で構成されていることを特徴としている。これによれば、切り起こし部（３５）にインナーフィン（３）の表面を流れる流体を衝突させて流体の流れを乱してインナーフィン（３）と流体との熱伝達率を増大させることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明のように、強度低下手段は、インナーフィン（３）に形成された貫通孔（３８）で構成されていてもよい。

また、請求項５に記載の発明のように、筒状部材（２）とインナーフィン（３）は、一枚の板状部材により一体に形成されていてもよい。

また、請求項６に記載の発明のように、筒状部材（２）とインナーフィン（３）は、それぞれ異なる板状部材で構成されていてもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は本発明による熱交換器用チューブを適用した熱交換器１０の全体構造を示す斜視図である。

図１に示すように、熱交換器１０は、冷凍サイクルの圧縮機（図示せず）から吐出された高温高圧の冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を凝縮させるものである。具体的には、冷媒が流れる冷媒通路を構成する複数の扁平状チューブ１１と、複数のコルゲートフィン（以下フィンと略す）１２との組み合わせからなる熱交換部１３を有し、この熱交換部１３のチューブ長手方向両端部にタンク部１４、１５を配置する構成になっている。

タンク部１４、１５は、チューブ１１に対する冷媒の分配と集合とを行うものである。両タンク部１４、１５の長手方向両端部には、両タンク部１４、１５を結合して熱交換器１０の矩形状の外形を保持するサイドプレート１６、１７がチューブ１１と平行にそれぞれ配置されている。これらの複数のチューブ１１、複数のフィン１２および両タンク部１４、１５は一体ろう付けにより接合されている。

両タンク部１４、１５は、ろう材（溶加材）がクラッド（被覆）されたアルミニウム系材料からなる円筒状容器である。両タンク部１４、１５には、両タンク部１４、１５の長手方向に並んで形成された複数の挿入穴（図示せず）から複数のチューブ１１の両端部が挿入されている。

一方のタンク部１４のうち長手方向一端側（図１の下端側）部位には、冷凍サイクルの圧縮機（図示せず）から吐出された高温高圧の冷媒をタンク内部に導入するための入口配管（図示せず）が接続される接続ブロック１４ａがろう付けにより接合されている。一方のタンク部１４の長手方向一端部（図１の下端部）には、熱交換器１０を車体に取り付けるための係合突起１４ｂが設けられている。

他方のタンク部１５のうち長手方向一端側（図１の上端側）部位には、タンク内部から冷凍サイクルの膨張弁（図示せず）側へ液相冷媒を流出させるための出口配管（図示せず）が接続される接続ブロック１５ａがろう付けにより接合されている。他方のタンク部１５の長手方向他端部（図１の下端部）には、熱交換器１０を車体に取り付けるための係合突起１５ｂが設けられている。

図２は、本第１実施形態におけるチューブ１１の冷媒流通方向と直交する断面を示す断面図である。図２に示すように、チューブ１１は、チューブ１１の外殻を構成し、冷媒流れ方向に直交する断面が扁平形状に形成された筒状部材２と、筒状部材２内に設けられ、冷媒との伝熱面積を増大させるインナーフィン３とから構成されている。筒状部材２とインナーフィン３は、一枚の板状部材から形成されている。このため、筒状部材２の板厚とインナーフィン３の板厚が同等になっている。ここで、板状部材として例えばアルミニウム合金を用いることができる。

筒状部材２は、短径方向において並行に対向する第１平板部２１および第２平板部２２と、長径方向においてそれぞれ外側に突出し円弧状に形成された第１円弧状湾曲部２３および第２円弧状湾曲部２４から構成されている。

また、インナーフィン３の両端部は、筒状部材２内部において第１、第２円弧状湾曲部２３、２４の内周面に沿って密接するように形成されている。具体的には、インナーフィン３の両端部は、第１、第２円弧状湾曲部２３、２４の同心円状に湾曲して形成されている。また、インナーフィン３の両端部を除く部位は、冷媒流れ方向と略平行な平面部３１と、隣接する平面部３１間を繋ぐ頂部３２とを有するように波形状に形成されている。そして、頂部３２が第１、第２平板部２１、２２と接するように形成されている。

筒状部材２は、筒状部材２の長径方向における一端側（紙面左側）の第１円弧状湾曲部２３において、第１湾曲部２６と第２湾曲部２７とを重ねた状態でろう付け接合して形成されている。筒状部材２とインナーフィン３は、一枚の板状部材からなっているので、筒状部材２の第１湾曲部２６と接合される第２湾曲部２７は、インナーフィン３の一端部を兼ねている。その結果、インナーフィン３の一端部は、第１円弧状湾曲部２３における第１湾曲部２６と密接することとなる。また、インナーフィン３の長径方向における他端部（紙面右側）は、第２円弧状湾曲部２４と密接している。

図３は、本第１実施形態におけるインナーフィン３を示す斜視図である。図３に示すように、インナーフィン３の平面部３１には、冷媒流れ方向に略直交する直線状の切り込み部３３が形成されている。切り込み部３３は、冷媒流れ方向に複数個配置されている。なお、切り込み部３３が、本発明の強度低下手段に相当している。

以上説明したように、筒状部材２とインナーフィン３の板厚が同等の場合に、インナーフィン３に切り起こし部３５を設けて機械的強度を低下させることで、以下のように筒状部材２とインナーフィン３のろう付け不良を簡単に発見することが可能となる。すなわち、チューブ１１内に所定圧力の検査流体を圧入する静圧破壊試験においては、未ろう付け部が存在すると、未ろう付け部からインナーフィン３に破壊が伝播するためチューブ１１が膨らみ、これによりろう付け不良を検出することができる。また、チューブ１１内に所定圧力の検査流体を繰り返し圧入する繰り返し加圧試験において、未ろう付け部が存在すると、チューブ長手方向において未ろう付け部と隣接する接合部に応力が集中し、その部分から破壊されるため、ろう付け不良を検出することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４、５に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、本第２実施形態におけるチューブ１１の冷媒流通方向と直交する断面を示す断面図である。図４に示すように、筒状部材２とインナーフィン３は、それぞれ異なる板状部材で構成されている。そして、筒状部材２を構成する板状部材の板厚と、インナーフィン３を構成する板状部材の板厚とが同等になっている。

本実施形態の筒状部材２は、短径方向において並行に対向する第１平板部２１および第２平板部２２と、長径方向一端側（紙面左側）において外側に突出し円弧状に形成された円弧状湾曲部２３と、長径方向他端側（紙面右側）において第１、第２平板部２１、２２をカシメ接合するカシメ部２８から構成されている。円弧状湾曲部２３は、第１、第２平板部２１、２２と一体に繋がって屈曲しており、第１、第２平板部２１、２２を接続している。

そして、インナーフィン３のうちカシメ部２８側には、筒状部材２の第１、第２平板部２１、２２と平行な平板状に形成された第３平板部３４が設けられている。この第３平板部３４は、第１、第２平板部２１、２２で挟まれた状態で、第１平板部２１により、第２平板部２２と共に巻きカシメされている。

ここで、巻きカシメとは、第１、第２平板部２１、２２のうち一方側の平板部（本実施形態では第１平板部２１）を他方側の平板部（本実施形態では第２平板部２２）に巻き付けるように一方側の平板部を塑性変形させて両平板部２１、２２を機械的に固定するものである。

図５は、本第２実施形態におけるインナーフィン３を示す拡大斜視図である。図５に示すように、インナーフィン３の平面部３１には、平面部３１の一部を切り起こして、複数個の切り起こし部３５が形成されている。複数の切り起こし部３５が形成される結果、平面部３１には、複数のスリット状開口３５ａが開設される。各々の切り起こし部３５は、細長い長方形であって、帯状と呼びうる形状である。各々の切り起こし部３５は、冷媒流れ方向と交差する方向に沿って延びて形成されている。本実施形態では、各々の切り起こし部３５は、一方の長辺側端部において、平面部３１に接続されている。なお、切り起こし部３５が、本発明の強度低下手段に相当している。

本実施形態では、上記第１実施形態と同様の効果に加えて、切り起こし部３５にインナーフィン３、つまり平面部３１の表面を流れる冷媒を衝突させて平面部３１の表面を流れる冷媒の流れを乱してインナーフィン３と冷媒との熱伝達率を増大させることができる。したがって、熱交換器１０の熱交換性能を向上させることが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、筒状部材２とインナーフィン３の板厚を同等とした例について説明したが、これに限らず、インナーフィン３の板厚を筒状部材２の板厚より厚くしてもよい。この場合、インナーフィン３に切り込み部３３（第２実施形態では切り起こし部３５）を設けることにより、インナーフィン３の強度が筒状部材２の強度より低くなるように構成されている。

また、上記各実施形態では、強度低下手段として切り込み部３３（第２実施形態では切り起こし部３５）を設けた例について説明したが、これに限らず、図６（ａ）に示すように、インナーフィン３の平面部３１に貫通孔３８を設けてもよい。

また、上記第２実施形態では、切り起こし部３５が、一方の長辺側端部において平面部３１に接続されているが、これに限られない。例えば、切り起こし部３５は、図６（ｂ）に示すように、一方の短辺側端部において平面部３１に接続されていてもよいし、図６（ｃ）に示すように、両方の短辺側端部において平面部３１に接続されていてもよい。また、図６（ｄ）に示すように、一つのスリット状開口３５ａの両側に、二つの切り起こし部３５が設けられていてもよい。

また、上記各実施形態では、本発明に係る熱交換器を冷凍サイクルの凝縮器に適用した例について説明したが、これに限らず、ラジエータ、ヒータコアユニット、エバポレータ等の各種の熱交換器に適用してもよい。この場合、流体としては、冷媒以外のものを用いてもよい。

また、上記各実施形態は、上記した範囲以外にも、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

第１実施形態による熱交換器１０の全体構成を示す斜視図である。 第１実施形態におけるチューブ１１の冷媒流通方向と直交する断面を示す断面図である。 第１実施形態におけるインナーフィン３を示す斜視図である。 第２実施形態におけるチューブ１１の冷媒流通方向と直交する断面を示す断面図である。 第２実施形態におけるインナーフィン３を示す拡大斜視図である。 他の実施形態におけるインナーフィン３を示す拡大斜視図である。

符号の説明

２ 筒状部材
３ インナーフィン
３３ 切り込み部（強度低下手段）
３５ 切り起こし部（強度低下手段）
３８ 貫通孔（強度低下手段）

Claims (6)

1. 流体が流通する筒状部材（２）と、前記筒状部材（２）の内部に設けられ、前記流体との伝熱面積を増大させるインナーフィン（３）とがろう付けにより接合された熱交換器用チューブであって、
   前記インナーフィン（３）の板厚は、前記筒状部材（２）の板厚と同等以上であり、
   前記インナーフィン（３）には、前記インナーフィン（３）の機械的強度を前記筒状部材（２）の機械的強度より低下させる強度低下手段（３３、３５、３８）が設けられていることを特徴とする熱交換器用チューブ。
2. 前記強度低下手段は、前記インナーフィン（３）に形成された切り込み部（３３）で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用チューブ。
3. 前記強度低下手段は、前記インナーフィン（３）の一部を切り起こした切り起こし部（３５）で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用チューブ。
4. 前記強度低下手段は、前記インナーフィン（３）に形成された貫通孔（３８）で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用チューブ。
5. 前記筒状部材（２）と前記インナーフィン（３）は、一枚の板状部材により一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器用チューブ。
6. 前記筒状部材（２）と前記インナーフィン（３）は、それぞれ異なる板状部材で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器用チューブ。

Images