JP4297177B2 - 熱交換器用チューブ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のラジエータ等の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する。

一般に、内燃機関を搭載した自動車等においては、内燃機関の冷却水を冷却するラジエータ等の熱交換器を備えている。このような熱交換器には、冷却水が流れるチューブが複数設けられ、チューブに当たる空気とチューブ内の冷却水との間で熱交換が行われることにより、冷却水の冷却が行われるようになっている。

上記熱交換器のチューブは、扁平管状に折り曲げられた金属板の幅方向（曲げ方向）両端部を互いにろう接することによって形成される。このように形成されるチューブとしては、例えば、図５に示すように、金属板の幅方向中央部に突起Ｊ２０を屈曲形成し、その突起Ｊ２０の対向する内面をろう接するとともに、同突起Ｊ２０の厚さ方向側部に金属板の幅方向両端部Ｊ１１、Ｊ１２をろう接することによって形成されるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載のチューブにおいては、金属板における突起Ｊ２０に幅方向両端部Ｊ１１、Ｊ１２がろう接された部位（以下、内柱部Ｊ２００という）によって、チューブ内部が２つの流体通路に仕切られている。このように、チューブ内部に内柱部Ｊ２００を設けることで、チューブの耐圧性を向上させている。

ところで、上記特許文献１に記載のチューブを、タンクを構成するコアプレートに接合する場合、ろう材がクラッドされているコアプレートのチューブ挿入穴にチューブを挿入した状態で加熱処理をすることで、チューブをコアプレートにろう付け接合することができる。このとき、加熱処理時において溶融したろう材が、毛管現象により、金属板同士の接合部におけるチューブ外部に対向している部位（図５中Ｘ部参照）から内柱部Ｊ２００へ流入する。そして、内柱部Ｊ２００に流入したろう材は、コア部の中央に向かって流動し、フィンとチューブとの接合のために過剰に消費されてしまう。これにより、チューブとコアプレートとを接合するためのろう材が不足し、ろう付け不良が発生するという問題がある。

これに対し、図６に示すように、金属板の一方の端部Ｊ１１を略Ｕ字状又に折り曲げ、内柱部Ｊ２００をチューブの内表面にろう付けする第１ろう付け部Ｊ２ａを形成するとともに、金属板の他方の端部Ｊ１２を折り曲げ、他方の端部Ｊ１２を内柱部Ｊ２００にろう付けする第２ろう付け部Ｊ２ｂを形成した熱交換器用チューブが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このとき、金属板同士の接合部におけるチューブ外部に対向している部位（図６中Ｙ部参照）が１箇所のみとなるので、熱処理時に溶融したろう材が金属板同士の接合部から内柱部Ｊ２００へ流入することを抑制できる。このため、チューブとコアプレートとを接合するためのろう材が不足することを抑制し、ろう付け不良の発生を抑制できる。
特開平１０−４７８７５号公報 特開２００３−２０２１９６号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の熱交換器用チューブでは、第２ろう付け部Ｊ２ｂの長さＬ_１０が、内柱部Ｊ２００の長さＬ_２０以下となっているので、内柱部Ｊ２００の一部が金属板１枚分の断面積しか有していないことになる。このため、チューブの耐圧性が低下してしまうという問題がある。さらに、ろう付け（加熱処理）時に、チューブの幅方向中央部が凹むように変形してしまうという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、熱交換器用チューブにおいて、タンクとのろう付け不良の発生を抑制しつつ、耐圧性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、熱媒体の熱交換を行う熱交換器（１）に用いられ、熱媒体が流通し、その長手方向両端部が、ろう材がクラッドされたタンク（５）のチューブ挿入穴（５０）に挿入された状態で、タンク（５）にろう付けされる熱交換器用チューブであって、金属板における幅方向の一方の端部（１１）近傍の部位が幅方向と交差する長手方向にわたって連続して金属板の裏面側に突出するように山状に折り曲げられた山部（２０）と、幅方向と交差する長手方向にわたって存在し、山部（２０）よりも一方の端部（１１）側に延びる平坦部とを備え、金属板が幅方向の他方の端部（１２）側より裏面側へ折り曲げられることにより、金属板における山部（２０）の頂点および平坦部の表面側の各面が、長手方向にわたって金属板の裏面側のチューブ内面（１３）とそれぞれ接するとともに、他方の端部（１２）の裏面側が、長手方向にわたって金属板における山部（２０）より他方の端部（１１）側の部位（１５）の表面側に接するように形成され、山部（２０）によって内柱部が形成されていることを特徴としている。

これによれば、タンク（５）にクラッドされているろう材が加熱処理によって溶融すると、溶融したろう材が、毛管現象により、金属板同士の接合部におけるチューブ外部に対向している部位（以下、ろう材侵入部という）からチューブ内方側に流入するが、このろう材侵入部を、金属板における他方の端部（１２）と山部（２０）より他方の端部（１１）側の部位（１５）との接合部のみ、すなわち１箇所のみとすることができる。このため、加熱処理時において溶融したろう材が、金属板のろう材侵入部からチューブ内方側へ流入することを抑制できる。これにより、チューブをタンク（５）に接合するためのろう材が不足することを抑制できるので、ろう付け不良の発生を抑制できる。

また、金属板に山部（２０）を形成し、この山部（２０）をチューブ内部の流体通路を仕切る内柱部とすることで、山部（２０）が補強リブ効果を発揮するとともに、内柱部の断面積の合計が金属板の板厚の少なくとも２倍以上となるので、耐圧性を向上させることができる。また、加熱処理時における変形を防止することができる。

したがって、ろう付け不良の発生を抑制しつつ、耐圧性を向上させることが可能となる。

また、上記特徴の熱交換器用チューブにおいて、金属板における山部（２０）を構成する２つの斜面（２０１、２０２）の長さが等しくなっていてもよい。

これによれば、チューブに内圧がかかった場合に、山部（２０）の２つの斜面（２０１、２０２）のうち一方の斜面に応力が集中し、耐久性が低下することを防止できる。

また、上記特徴の熱交換器用チューブにおいて、表面側の面には、フィン（３）が接合されていてもよい。

また、上記特徴の熱交換器用チューブにおいて、タンク（５）は、チューブ挿入穴（５０）が形成されたコアプレート（５ａ）と、コアプレート（５ａ）とともにタンク内空間を構成するタンク本体部（５ｂ）とを有しており、コアプレート（５ａ）に、ろう材がクラッドされていてもよい。

なお、上記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。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器用チューブを、車両用エンジン（内燃機関）を冷却したエンジン冷却水（熱媒体）と空気（大気）とを熱交換するラジエータ１のチューブ２に適用したものである。図１は本実施形態におけるラジエータ１を示す正面図で、図２は本実施形態におけるチューブ２、フィン３およびコアプレート５ａを示す断面斜視図である。

図１中、チューブ２はエンジン冷却水が流れる管であり、このチューブ２は、空気の流通方向（紙面垂直方向）が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が水平方向に一致するように鉛直方向に複数本平行に配置されている。

また、チューブ２の両側の扁平面には波状に成形されたフィン３が接合されており、このフィン３により空気との伝熱面積を増大させてエンジン冷却水と空気との熱交換を促進している。以下、チューブ２およびフィン３からなる略矩形状の熱交換部をコア部４と呼ぶ。

ヘッダタンク５は、チューブ２の長手方向端部（本実施形態では、左右端）にてチューブ２の長手方向と直交する方向（本実施形態では、鉛直方向）に延びて複数のチューブ２と連通するもので、このヘッダタンク５は、チューブ２が挿入接合されたコアプレート５ａと、コアプレート５ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体５ｂとを有して構成されている。なお、本実施形態では、コアプレート５ａは金属（例えば、アルミニウム合金）製であり、タンク本体５ｂは樹脂製である。

また、図２に示すように、コアプレート５ａの縁部全周に設けられた凹状の溝部５ｃにゴム等の弾性材からなるパッキン（図示せず）を配置し、このパッキンにてタンク本体５ｂ（図１参照）とコアプレート５ａとの隙間を液密に密閉している。コアプレート５ａの周縁部には爪部５ｄが立設されており、この爪部５ｄをタンク本体５ｂの外周縁に形成されたフランジにカシメ固定することによって、タンク本体５ｂはコアプレート５ａに組み付けられている。

図１に戻り、コア部４の両端部には、チューブ２の長手方向と略平行に延びてコア部４を補強するインサート６が設けられている。

次に、本実施形態の特徴点であるチューブ２の形状について説明する。図３は、本実施形態に係るチューブ２を示す横断面図である。

図３に示すように、例えばアルミニウム合金製の金属板の幅方向の一方の端部１１近傍の部位が、幅方向と交差する長手方向にわたって連続して、金属板の裏面としてのチューブ内面１３側に突出するように山状に折り曲げられて、山部２０が形成される。

そして、山部２０が形成された金属板の他方の端部１２側を、チューブ内面１３側へ、すなわち反対側の表面１４側を外側にして曲げて、他方の端部１２の裏面側（チューブ内面１３側）の面が、金属板における山部２０より他方の端部１２側の部位１５の表面１４側の面と、長手方向にわたって接するように形成される。このとき、山部２０および一方の端部１１の表面１４側の各面が、チューブ内面１３にそれぞれ接するようになっている。これにより、チューブ２の内部は３つの流体通路に分割されている。すなわち、山部２０は、チューブ２の内部の流体通路を３つの流路に仕切る内柱部としての役割を果たしている。

また、山部２０は２つの斜面２０１、２０２により構成されている。本実施形態では、２つの斜面２０１、２０２の長さが等しくなっているとともに、２つの斜面２０１、２０２の幅方向（空気流れ方向）に対する角度θ_１、θ_２が等しくなっている。

次に、本実施形態のチューブ２の製造方法について説明する。図４は、本実施形態に係るチューブ２の製造工程を示す図である。

チューブ２は、複数機の成形ローラを有するチューブ製造装置（図示せず）によって成形される。このチューブ製造装置は、帯板状の金属板に対して複数機の成形ローラにて塑性加工を施すことにより、図４（ａ）〜（ｈ）に示すように、帯板状の部材を徐々に所定形状に成形していくものである。

まず、図４（ａ）に示すように、表面（チューブ表面１４となる面）にろう材がクラッドされた金属板を用意する。なお、この金属板の裏面（チューブ内面１３となる面）には、ろう材はクラッドされていない。そして、図４（ｂ）に示すように、金属板の幅方向における一方の端部１１近傍の部位を、裏面側に突出する山状に折り曲げて山部２０を形成する。

続いて、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）の順に、金属板の他方の端部１２を裏面側へ、すなわち表面側を外側にして折り曲げる。そして、図４（ｆ）に示すように、金属板における山部２０の表面側の面が、裏面側の面３に接するように、金属板の他方の端部１２をさらに折り曲げる。

そして、図４（ｇ）、図４（ｈ）の順に、金属板の他方の端部１２を、一方の端部１１の表面側の面が金属板の裏面側に接するとともに、他方の端部１２の裏面側の面が、金属板における山部２０より他方の端部１２側の部位１５の表面側の面と接するように、さらに折り曲げる。このようにして、図３に示すチューブ２が完成する。

次に、本実施形態のラジエータ１の製造方法について述べる。

まず、上記した方法で製造した複数本のチューブ２、タンク外方側の面、すなわちコア部４と対向する側の面にろう材がクラッドされたコアプレート５ａ、フィン３、およびインサート６を用意する。

次に、所定間隔毎に整列配置された複数本のチューブ２間にフィン３を装填してコア部４を仮組みした後、図２に示すように、ヘッダタンク５のコアプレート５ａの貫通孔５０内に各チューブ２およびインサート６を挿入する。これにより、ヘッダタンク５のコアプレート５ａ、各チューブ２、フィン３、およびインサート６の仮固定（仮組み付け）が完了する。

次に、この仮組み付け体を加熱炉内に搬入し、コア部４（すなわちチューブ２およびフィン３）、インサート６およびコアプレート５ａをろう付けにて一体接合する。より詳細には、上記仮組み付け体を加熱炉内で加熱することで、コアプレート５ａにクラッドされたろう材により、チューブ２およびインサート６がコアプレート５ａにろう付け接合されるとともに、チューブ２の表面にクラッドされたろう材により、フィン３がチューブ２の外表面にろう付け接合される。

次に、ヘッダタンク５のコアプレート５ａの溝部５ｃにタンク本体５ｂの端部をそれぞれ挿入した後、爪部５ｄをタンク本体５ｂの外周縁に形成されたフランジにカシメ固定する。これにより、タンク本体５ｂがコアプレート５ａに組み付けられる。このようにして、図１に示すラジエータ１が完成する。

ところで、コアプレート５ａにクラッドされているろう材が加熱処理によって溶融すると、溶融したろう材が、毛管現象により、金属板同士の接合部におけるチューブ２の外部に対向している部位（以下、ろう材侵入部という（図３中Ａ部参照））からチューブ内方側に流入する。

これに対し、本実施形態の場合、ろう材侵入部Ａを、金属板における他方の端部１２と山部２０より他方の端部１１側の部位１５との接合部のみ、すなわち１箇所のみとすることができるため、加熱処理によって溶融したろう材が、金属板のろう材侵入部Ａからチューブ２の内部側へ流入することを抑制できる。これにより、チューブ２をコアプレート５ａに接合するためのろう材が不足することを抑制できるので、ろう付け不良の発生を抑制できる。

また、金属板に山部２０を形成し、この山部２０を内柱部とすることで、山部２０が補強リブ効果を発揮するとともに、内柱部の断面積の合計が金属板の板厚の２倍となるので、耐圧性を向上させることができる。また、加熱処理時における変形を防止することができる。

したがって、ろう付け不良の発生を抑制しつつ、耐圧性を向上させることが可能となる。

また、金属板における山部２０を構成する２つの斜面２０１、２０２の長さを等しくすることで、チューブ２に内圧がかかった場合に、山部２０の２つの斜面２０１、２０２のうち一方の斜面に応力が集中し、耐久性が低下することを防止できる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、金属板に山部２０を１つ形成した例について説明したが、これに限らず、山部２０を２つ以上形成してもよい。

また、上記実施形態では、山部２０を構成する２つの斜面２０１、２０２の長さを等しくしたが、これに限らず、２つの斜面２０１、２０２の長さを異ならせてもよい。

また、上記実施形態では、本発明に係る熱交換器をラジエータに適用した例について説明したが、これに限らず、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、エンジン冷却水以外のものを用いてもよい。

本発明の実施形態におけるラジエータ１を示す正面図である。 本発明の実施形態におけるチューブ２、フィン３およびコアプレート５ａを示す断面斜視図である。 本発明の実施形態に係るチューブ２を示す横断面図である。 本発明の実施形態に係るチューブ２の製造工程を示す図である。 従来のチューブを示す横断面図である。 他の従来のチューブを示す横断面図である。

符号の説明

１…ラジエータ（熱交換器）、５…タンク、５ａ…コアプレート、５ｂ…タンク本体部、１１…一方の端部、１２…他方の端部、１３…チューブ内面、２０…山部、５０…貫通孔（チューブ挿入穴）、２０１、２０２…斜面。

Claims (4)

1. 熱媒体の熱交換を行う熱交換器（１）に用いられ、前記熱媒体が流通し、その長手方向両端部が、ろう材がクラッドされたタンク（５）のチューブ挿入穴（５０）に挿入された状態で、前記タンク（５）にろう付けされる熱交換器用チューブであって、
   金属板における幅方向の一方の端部（１１）近傍の部位が前記幅方向と交差する長手方向にわたって連続して前記金属板の裏面側に突出するように山状に折り曲げられた山部（２０）と、
   前記幅方向と交差する長手方向にわたって存在し、前記山部（２０）よりも前記一方の端部（１１）側に延びる平坦部とを備え、
   前記金属板が幅方向の他方の端部（１２）側より前記裏面側へ折り曲げられることにより、前記金属板における前記山部（２０）の頂点および前記平坦部の表面側の各面が、前記長手方向にわたって前記金属板の前記裏面側のチューブ内面（１３）とそれぞれ接するとともに、
   前記他方の端部（１２）の前記裏面側が、前記長手方向にわたって前記金属板における前記山部（２０）より前記他方の端部（１１）側の部位（１５）の前記表面側に接するように形成され、
   前記山部（２０）によって内柱部が形成されていることを特徴とする熱交換器用チューブ。
2. 前記金属板における前記山部（２０）を構成する２つの斜面（２０１、２０２）の長さが等しくなっ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. 前記表面側の面には、フィン（３）が接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用チューブ。
4. 前記タンク（５）は、前記チューブ挿入穴（５０）が形成されたコアプレート（５ａ）と、前記コアプレート（５ａ）とともにタンク内空間を構成するタンク本体部（５ｂ）とを有しており、
   前記コアプレート（５ａ）に、前記ろう材がクラッドされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器用チューブ。

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