JP5527169B2 - 熱交換器用チューブ - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器用チューブに関するものであり、例えば、自動車のラジエータ等への適用に有用である。
従来、熱交換器用チューブとして、一枚の板状部材（例えば、金属板）を折り曲げて形成される扁平チューブが知られている。このような扁平チューブとコルゲートフィンを交互に積層して形成された熱交換コアに、熱交換媒体を導出入するためのタンクや配管を接続して熱交換器が構成される。
この種の扁平チューブは、短径方向に所定の隙間を有して互いに対向する一対の平板部と、長径方向の一端側にて平板部と一体に繋がって湾曲し、かつ、各平板部同士を繋ぐ曲部と、長径方向の他端側にて各平板部同士を接合する接合部とを有している。
扁平チューブにおける接合部は、一方の平板部の端部から延びて、扁平チューブの外壁を構成する外壁部と、他方の平板部の端部から延びて扁平チューブの内壁を構成する内壁部とを互いに重ね合わせた状態で、ろう付けによって接合されている。このため、扁平チューブでは、接合部にろう材が適切に回り込まないと、ろう付け不良によって、扁平チューブ内を流れる流体が外部に漏れる可能性がある。
これに対して、例えば、特許文献１では、扁平チューブにおける接合部のろう付け性の向上を図るために、接合部における内側に位置する内壁部の端部を、外側に位置する外壁部の壁面から離間させる構成が提案されている。
ところで、熱交換器用チューブでは、板状部材の板長、板幅、強度等のばらつきが生ずると、扁平チューブとコルゲートフィンを交互に積層して熱交換コアを形成する際に、扁平チューブの短径方向から作用する圧縮力によって、内壁部の端部の位置が変動してしまう。
この際、特許文献１のように、扁平チューブの接合部における内側の内壁部の端部を外側に位置する外壁部の壁面から離間させる構成では、内壁部の端部の位置が変動することによって、接合部における接合形状が変形して外壁部と内壁部との密着性が低下してしまう。この結果、扁平チューブにおけるろう付け性が不安定となるといった問題がある。
本発明は上記点に鑑みて、熱交換器用チューブにおいて、接合部におけるろう付け性の向上を図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、熱交換媒体が流通すると共に、熱交換媒体の流通する方向と直交する流路断面が扁平形状に形成された板状部材からなる筒状部材（２０）を備える熱交換器用チューブにおいて、筒状部材（２０）は、流路断面の短径方向において並行に対向する一対の平板部（２１、２２）と、流路断面の長径方向において対向すると共に、一対の平板部（２１、２２）同士を繋ぐ一対の曲部（２３、２４）と、を有して構成されており、一対の曲部（２３、２４）のうち一方の曲部（２４）は、一対の平板部（２１、２２）における端部から延びて筒状部材（２０）の外壁を構成する外壁部（２４１）と、一対の平板部（２１、２２）における端部から延びて筒状部材（２０）の内壁を構成する内壁部（２４２）とが重なり合った状態でろう付けによって接合される接合部を構成し、
一対の曲部（２３、２４）それぞれは、弧状に湾曲しており、内壁部（２４２）は、外壁部（２４１）と対向する部位が連続して湾曲する曲面で形成されることにより、外壁部（２４１）の端部を収容するための凹み部を設けない形状となっており、
さらに、内壁部（２４２）は、外壁部（２４１）と対向する部位から延長されて前記平板部（２１）と対向する延長部位（２４３）を有しており、外壁部（２４１）は、内壁部（２４２）の連続して湾曲する曲面に沿って延びるようになっており、
内壁部（２４２）は、外壁部（２４１）と対向する部位が外壁部（２４１）と密着すると共に、平板部（２１）と対向する延長部位（２４３）の先端部（２４４）が平板部（２１）から離間した状態で接合されていることを特徴とする。
一対の曲部（２３、２４）それぞれは、弧状に湾曲しており、内壁部（２４２）は、外壁部（２４１）と対向する部位が連続して湾曲する曲面で形成されることにより、外壁部（２４１）の端部を収容するための凹み部を設けない形状となっており、
さらに、内壁部（２４２）は、外壁部（２４１）と対向する部位から延長されて前記平板部（２１）と対向する延長部位（２４３）を有しており、外壁部（２４１）は、内壁部（２４２）の連続して湾曲する曲面に沿って延びるようになっており、
内壁部（２４２）は、外壁部（２４１）と対向する部位が外壁部（２４１）と密着すると共に、平板部（２１）と対向する延長部位（２４３）の先端部（２４４）が平板部（２１）から離間した状態で接合されていることを特徴とする。
これによると、熱交換器用チューブを組み付ける際に、チューブの短径方向から圧縮力が作用したとしても、内壁部（２４２）における平板部（２１）と対向する先端部（２４４）の位置が変動するだけで、内壁部（２４２）と外壁部（２４１）との密着性を維持することができる。この結果、熱交換器用チューブにおける接合部におけるろう付け性の向上を図ることができる。
ここで、熱交換器用チューブにおける一対の曲部（２３、２４）に流路断面の短径方向に並行となる平坦部を設ける構成では、流路断面の短径方向から圧縮力が作用する際に、平坦部において座屈によって接合部が変形する可能性があり、熱交換チューブにおける接合部におけるろう付け不良が懸念される。
そこで、請求項１に記載の発明では、一対の曲部（２３、２４）それぞれは、弧状に湾曲していることを特徴とする。
これによれば、流路断面の短径方向から圧縮力が作用する際に、接合部が座屈によって変形することを抑制することができるので、熱交換器用チューブにおける接合部におけるろう付け性の向上を図ることが可能となる。
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱交換器用チューブにおいて、内壁部（２４２）における平板部（２１）と対向する延長部位（２４３）は、外壁部（２４１）と対向する部位から他方の曲部（２３）側へと延長した延長部位（２４３）であり、
延長部位（２４３）は、平板部（２１、２２）に対向する部位がインナーフィンとして機能するように波形状に形成され、さらに、他方の曲部（２３）の内壁面に対向する部位が他方の曲部（２３）の内周面に沿って密着すると共に、他方の曲部（２３）側における平板部（２１、２２）と対向する先端部（２４４）が平板部（２１、２２）から離間した状態で接合されていることを特徴とする。
延長部位（２４３）は、平板部（２１、２２）に対向する部位がインナーフィンとして機能するように波形状に形成され、さらに、他方の曲部（２３）の内壁面に対向する部位が他方の曲部（２３）の内周面に沿って密着すると共に、他方の曲部（２３）側における平板部（２１、２２）と対向する先端部（２４４）が平板部（２１、２２）から離間した状態で接合されていることを特徴とする。
このように、内壁部（２４２）における延長部位（２４３）をインナーフィンとして構成する場合であっても、熱交換器用チューブを組み付ける際に、チューブの短径方向から圧縮力が作用したとしても、内壁部（２４２）における平板部（２１、２２）と対向する先端部（２４４）の位置が変動するだけで、内壁部（２４２）と外壁部（２４１）との密着性、および内壁部（２４２）における延長部位（２４３）と他方の曲部（２３）の内周面との密着性を維持することができる。この結果、熱交換器用チューブにおける接合部におけるろう付け性の向上を図ることができる。
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の熱交換器用チューブにおいて、内壁部（２４２）における平板部（２１）と対向する延長部位（２４３）は、平板部（２１）に対する離間が平板部（２１）の端部位置近傍から始まるようにしてもよい。
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。
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。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。ここで、図１は、本実施形態に係るラジエータ１の正面図である。
本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。ここで、図１は、本実施形態に係るラジエータ１の正面図である。
本実施形態では、扁平チューブ（熱交換器用チューブ）２を、車両エンジン（内燃機関）を冷却したエンジン冷却水（熱交換媒体）と空気（大気）とを熱交換するラジエータ１に適用したものである。
図１における、扁平チューブ２は、エンジン冷却水が流通する管である。この扁平チューブ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形状に構成されている。また、扁平チューブ２は、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。なお、この扁平チューブ２の詳細については後述する。
扁平チューブ２の空気の流通方向と平行な面における両外側面には、波状に成型されたアウターフィン（コルゲートフィン）３が接合されている。このアウターフィン３によって、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、扁平チューブ２とアウターフィン３からなる熱交換コア部４を、単にコア部４と略称する。
ヘッダタンク５は、扁平チューブ２の長手方向端部（紙面左右方向の端部）にて扁平チューブ２の長手方向と直交する方向（図１では鉛直方向）に延びて複数の扁平チューブ２と連通している。
このヘッダタンク５は、扁平チューブ２が挿入接合されたコアプレート５ａと、コアプレート５ａと共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、コア部４の両端部には、扁平チューブ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。
本実施形態では、扁平チューブ２、アウターフィン３、コアプレート５ａ、およびタンク本体５ｂ等を金属（例えば、アルミニウム合金製）で構成している。なお、扁平チューブ２の表面やコアプレート５ａとタンク本体５ｂにおける接合部にはろう材が被覆されている。
次に、本実施形態の扁平チューブ２の構成について図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態の扁平チューブ２の流路断面を示す断面図である。なお、図２（ａ）が扁平チューブ２の流路断面の全体を示し、図２（ｂ）が図２（ａ）のＡ部の部分拡大図を示している。
図２に示すように、本実施形態の扁平チューブ２は、エンジン冷却水の流通する方向と直交する流路断面が扁平形状に形成された筒状部材２０にて構成されている。この筒状部材２０は、一枚の金属板（板状部材）を折り曲げて形成される。
扁平形状に形成された筒状部材２０は、短径方向（紙面上下方向）において並行に対向する一対の平板部２１、２２と、長径方向（紙面左右方向）おいてそれぞれ外側に円弧状に湾曲する一対の曲部２３、２４で構成されている。本実施形態では、図中上方側の平板部を第１平板部２１、図中下方側の平板部を第２平板部２２とし、一方（図中左方側）の曲部を第１曲部２３、他方（図中右方側）の曲部を第２曲部２４とする。
第１曲部２３は、各平板部同士を繋ぐ曲部であって、第１平板部２１の一端側（左方側）の端部と第２平板部２２の一端側（左方側）の端部とを連続して繋ぐ壁部を構成している。
第２曲部２４は、第１平板部２１の他端側（右方側）の端部から延びて、筒状部材２０の外壁を構成する外壁部２４１と、第２平板部２２の他端側（右方側）の端部から延びて、筒状部材２０の内壁を構成する内壁部２４２とを有して構成されている。そして、第２曲部２４は、外壁部２４１の内壁面と内壁部２４２の外壁面の一部とが重なり合った状態でろう付けによって接合される接合部（二重壁）を構成している。
第２曲部２４における内壁部２４２は、外壁部２４１と対向する部位（外壁面）が連続して湾曲する曲面で形成されている。すなわち、本実施形態の内壁部２４２には、外壁部２４１の端部を収容するための凹み部（移行部）を設けていない。
一方、外壁部２４１は、内壁部２４２の連続した曲面（外壁面）に沿って延びるように接合されている。つまり、外壁部２４１は、内壁部２４２の連続した曲面に密着した状態で接合されている。
また、内壁部２４２は、外壁部２４１と対向する部位から延長された延長部位２４３を有し、その延長部位２４３の先端部２４４が第１平板部２１の壁面から離間した状態で接合されている。この延長部位２４３は、内壁部２４２における第１平板部２１に対向する部位であって、内壁部２４２における外壁部２４１と対向する部位から連続して湾曲するように構成されている。なお、延長部位２４３は、筒状部材２０の長径方向における第１平板部２１と外壁部２４１との境（第１平板部２１の端部位置）から第１平板部２１側の部位と対向する位置に配される。
次に、ラジエータ１の製造方法について図３を用いて簡単に説明する。図３は、ラジエータ１の製造工程を説明する説明図である。
まず、所定寸法の一枚の金属板（板状部材）をロール成型などによって、略中央部分で折り曲げた後、折り曲げた金属板の両端部を密着して重ね合わせることによって、扁平チューブ２の筒状部材２０を形成する。
そして、扁平チューブ２とアウターフィン３とを交互に積層してコア部４を組み付けた後、さらにヘッダタンク５を組み付けた状態で、適宜治具により拘束して仮組付け状態を維持する。なお、コア部４の組み付け時には、図３に示すように、ワイヤ７（図３（ａ）参照）やクランプ８（図３（ｂ）参照）によって扁平チューブ２とアウターフィン３とが適切に密着するように、積層方向に荷重を掛けた状態で仮固定する。
その後、仮組付けした状態の組付体を真空加熱炉または不活性雰囲気の加熱炉等で、各部材に被覆されたろう材の融点以上の温度に加熱し、ろう材を溶融することにより組付体の各接合部を一体ろう付けする。
ここで、扁平チューブ２には、コア部４の組み付け時に治具による荷重やアウターフィン３の積層によって、第１平板部２１および第２平板部２２が近づく方向（筒状部材２０の短径方向）に圧縮力が作用する。本実施形態では、扁平チューブ２を一枚の金属板で構成しているため、板状部材の板長、板幅、強度等のばらつきが生ずると、当該圧縮力が扁平チューブ２に作用することによって、筒状部材２０の第２曲部２４における内壁部２４２の先端部２４４の位置が変動する。
この際、第２曲部２４における内壁部２４２の先端部２４４が第１平板部２１と対向する位置まで延長されておらず、内壁部２４２の先端部２４４と外壁部２４１とが当接している構造では、図５に示すように、内壁部２４２の先端部２４４が扁平チューブ２に圧縮力が作用すると第１平板部２１を突き上げる方向や外壁部２４１を外側へ押し出す方向に変動することがある。
また、本実施形態の筒状部材２０の如く、第２曲部２４における内壁部２４２の先端部２４４が第１平板部２１と対向する位置まで延長されていたとしても、内壁部２４２の先端部２４４と第１平板部２１とが当接している構造では、図４に示すように、内壁部２４２の先端部２４４が扁平チューブ２に圧縮力が作用すると第１平板部２１を突き上げる方向に変動することがある。
さらに、第２曲部２４における内壁部２４２の先端部２４４が第１平板部２１と対向する位置まで延長されておらず、内壁部２４２の先端部２４４と外壁部２４１とが離間している構造では、図６に示すように、内壁部２４２の先端部２４４が扁平チューブ２に圧縮力が作用すると内壁部２４２の先端部２４４が外壁部２４１との間の隙間に移動することがある。なお、図４〜図６は、本実施形態の筒状部材と従来の筒状部材との相違を説明するための説明図である。
これらの構造では、内壁部２４２の先端部２４４の位置変動によって、外壁部２４１と内壁部２４２との密着形状がくずれて、外壁部２４１と内壁部２４２との間に隙間が生じやすくなるため、接合部におけるろう付け性が不安定となり、扁平チューブ２の接合部における液漏れや内部腐食が生ずるといった問題がある。
これに対して、本実施形態では、第２曲部２４における内壁部２４２の先端部２４４が第１平板部２１と対向する位置まで延長されると共に、内壁部２４２の先端部２４４と第１平板部２１とが離間している構造を採用している。
このような構造を備える扁平チューブ２では、図７に示すように、扁平チューブ２に圧縮力が作用したとしても、外壁部２４１と内壁部２４２における外壁部２４１に対向する部位との密着形状を維持した状態で内壁部２４２の先端部２４４の位置が変動する。
従って、外壁部２４１と内壁部２４２との間に隙間が生じ難いので、扁平チューブ２におけるろう付け性の向上を図ることができる。この結果、扁平チューブ２の接合部における液漏れや内部腐食の発生を効果的に抑制することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８に基づいて説明する。ここで、図８は、本実施形態の扁平チューブ２の流路断面を示す断面図であり、図８（ａ）が扁平チューブ２の流路断面の全体を示し、図８（ｂ）が図８（ａ）のＢ部の部分拡大図を示している。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明は、省略または簡略化して説明する。
次に、本発明の第２実施形態について図８に基づいて説明する。ここで、図８は、本実施形態の扁平チューブ２の流路断面を示す断面図であり、図８（ａ）が扁平チューブ２の流路断面の全体を示し、図８（ｂ）が図８（ａ）のＢ部の部分拡大図を示している。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明は、省略または簡略化して説明する。
本実施形態の扁平チューブ２では、内壁部２４２を、外壁部２４１と対向する部位から第１曲部２３へと延長した延長部位２４３を有する形状としている。この延長部位２４３は、扁平チューブ２の短径方向において各平板部２１、２２と対向する部位（フィン部２４３ａ）が、エンジン冷却水との伝熱面積を増大させるインナーフィンとして機能するように波形状に形成されている。なお、フィン部２４３ａは、波形状の各頂部が、各平板部２１、２２に接するように形成されている。
また、延長部位２４３は、第１曲部２３と対向する内壁面（フィン端部２４３ｂ）が、第１曲部２３の内周面に沿って密着すると共に、第１曲部２３側における第２平板部２２と対向する先端部２４４が第２平板部２２から離間した状態で接合されている。
本実施形態の構成によれば、内壁部２４２と第２平板部２２とを離間させた状態で接合することで、扁平チューブ２の短径方向に圧縮力が作用したとしても、第２平板部２２の端部位置が変動するだけで、内壁部２４２と外壁部２４１との密着性、および内壁部２４２における延長部位２４３と第１曲部２３の内周面との密着性を維持した状態で接合することができる。この結果、扁平チューブ２における接合部におけるろう付け性の向上を図ることができる。
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
（１）上述の各実施形態では、第２曲部２４における内壁部２４２を、外壁部２４１と対向する部位（外壁面）が連続して湾曲する曲面で形成しているが、これに対し、図９に示す参考例においては、内壁部２４２に外壁部２４１の端部を収容するための凹み部２４２ａを設ける構成としている。
（２）上述の第１実施形態では、内壁部２４２における延長部位２４３を、内壁部２４２における外壁部２４１と対向する部位から連続して湾曲するように構成しているが、これに限定されない。例えば、図１０に示すように、内壁部２４２における延長部位２４３を、内壁部２４２における外壁部２４１と対向する部位から屈曲するように構成してもよい。
（３）上述の第１実施形態では、内壁部２４２における延長部位２４３の先端部２４４を、第１平板部２１における第２曲部２４側で離間させているが、これに限定されない。例えば、図１１に示すように、内壁部２４２における延長部位２４３の先端部２４４を、第１平板部２１における第１曲部２３側で離間させてもよい。さらに、第１平板部２１と第２平板部２２との間で延長部位２４３を短径方向に屈曲し、屈曲した屈曲部２４３ｃを、第１平板部２１と第２平板部２２と当接して、第１平板部２１および第２平板部２２を支持する支柱として機能させる構成としてもよい。
（４）上述の各実施形態では、第１曲部２３および第２曲部２４を円弧状に湾曲した形状としているが、第１曲部２３および第２曲部２４の形状は、円弧状に限らず、曲率半径の異なる円を組み合わせた形状であってもよい。また、第１曲部２３および第２曲部２４の形状は、曲面と筒状部材２０の短径方向に平行な平坦面とを組み合わせた形状であってもよい。
（５）上述の各実施形態では、本発明に係る熱交換器用チューブをラジエータ１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、蒸発器、凝縮器といった各種熱交換器に適用することができる。
２ 扁平チューブ（熱交換器用チューブ）
２０ 筒状部材
２１ 第１平板部（一対の平板部）
２２ 第２平板部（一対の平板部）
２３ 第１曲部（一対の曲部）
２４ 第２曲部（一対の曲部）
２４１ 外壁部
２４２ 内壁部
２４３ 延長部位
２４４ 先端部
２０ 筒状部材
２１ 第１平板部（一対の平板部）
２２ 第２平板部（一対の平板部）
２３ 第１曲部（一対の曲部）
２４ 第２曲部（一対の曲部）
２４１ 外壁部
２４２ 内壁部
２４３ 延長部位
２４４ 先端部
Claims (3)
- 熱交換媒体が流通すると共に、前記熱交換媒体の流通する方向と直交する流路断面が扁平形状に形成された板状部材からなる筒状部材（２０）を備える熱交換器用チューブにおいて、
前記筒状部材（２０）は、前記流路断面の短径方向において並行に対向する一対の平板部（２１、２２）と、前記流路断面の長径方向において対向すると共に、前記一対の平板部（２１、２２）同士を繋ぐ一対の曲部（２３、２４）と、を有して構成されており、
前記一対の曲部（２３、２４）のうち一方の曲部（２４）は、前記一対の平板部（２１、２２）における端部から延びて前記筒状部材（２０）の外壁を構成する外壁部（２４１）と、前記一対の平板部（２１、２２）における端部から延びて前記筒状部材（２０）の内壁を構成する内壁部（２４２）とが重なり合った状態でろう付けによって接合される接合部を構成し、
前記一対の曲部（２３、２４）それぞれは、弧状に湾曲しており、
前記内壁部（２４２）は、前記外壁部（２４１）と対向する部位が連続して湾曲する曲面で形成されることにより、前記外壁部（２４１）の端部を収容するための凹み部を設けない形状となっており、
さらに、前記内壁部（２４２）は、前記外壁部（２４１）と対向する部位から延長されて前記平板部（２１）と対向する延長部位（２４３）を有しており、
前記外壁部（２４１）は、前記内壁部（２４２）の連続して湾曲する曲面に沿って延びるようになっており、
前記内壁部（２４２）は、前記外壁部（２４１）と対向する部位が前記外壁部（２４１）と密着すると共に、前記平板部（２１）と対向する前記延長部位（２４３）の先端部（２４４）が前記平板部（２１）から離間した状態で接合されていることを特徴とする熱交換器用チューブ。 - 前記内壁部（２４２）における前記平板部（２１）と対向する延長部位（２４３）は、前記外壁部（２４１）と対向する部位から他方の曲部（２３）側へと延長した延長部位（２４３）であり、
前記延長部位（２４３）は、
前記平板部（２１、２２）に対向する部位がインナーフィンとして機能するように波形状に形成され、
さらに、前記他方の曲部（２３）の内壁面に対向する部位が前記他方の曲部（２３）の内周面に沿って密着すると共に、前記他方の曲部（２３）側における前記平板部（２１、２２）と対向する先端部（２４４）が前記平板部（２１、２２）から離間した状態で接合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。 - 前記内壁部（２４２）における前記平板部（２１）と対向する前記延長部位（２４３）は、前記平板部（２１）に対する離間が前記平板部（２１）の端部位置近傍から始ま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。
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