JP2014001902A - 熱交換器用チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】チューブの端部を縮管する場合にチューブの側面に凹部や凸部ができないようにすることにより、チューブとヘッダタンクとのろう付けを良好にするとともに、チューブの挿入時にヘッダタンクが変形しないようにして不良品の発生を抑制する。
【解決手段】チューブ１０は外部空気の流れ方向に長い形状の断面を有する扁平チューブである。チューブ１０の長手方向の端部には、断面の長軸方向の寸法が長手方向中間部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された縮管部１５が設けられている。チューブ１０の縮管部１５の断面形状は、外部空気の流れ方向に長い矩形である。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば空調装置の熱交換器に設けられる伝熱管として使用される熱交換器用チューブに関するものである。

従来から、この種の熱交換器用チューブとして、外部空気の流れ方向に長い断面形状を持つ扁平チューブが知られている。チューブの端部はヘッダタンクに形成されたチューブ挿入孔に挿入された状態でチューブ挿入孔の周縁部にろう付けされ、ヘッダタンクの内部と連通している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のチューブの長手方向端部には、断面の長軸寸法がチューブの長手方向中間部の長軸寸法よりも短く設定された絞り部が形成されている。絞り部を形成する際には、可動金型を用い、チューブの端部に対してその外方から断面の長軸方向に加圧力を作用させ、これによりチューブの端部を潰して塑性変形させるようにしている。絞り部の形成によってチューブの端部が縮管されることになり、チューブの外面に段差ができる。この縮管されたチューブの端部をヘッダタンクのチューブ挿入孔に挿入すると、縮管された部分がヘッダタンクのチューブ挿入孔に挿入されて外面の段差がチューブ挿入孔の周縁部に当たり、チューブの挿入方向の位置決めがなされるようになっている。

特開２００４−２３３０１４号公報

しかしながら、上記のようにチューブの端部に対して断面の長軸方向に加圧力を作用させて潰すようにした場合、チューブの外面のうち、断面の長軸方向に延びる側面が長軸方向に圧縮されることになるので、チューブの側面の一部がチューブ内へ向けて窪んだり、チューブ外へ向けて突出したりすることがある。

チューブの側面の一部が窪んで凹部ができた場合には、ヘッダタンクのチューブ挿入孔の周縁部とチューブの側面との間に隙間ができてチューブとヘッダタンクとのろう付け不良が起こるおそれがある。また、チューブの側面の一部が外方へ突出して凸部ができた場合には、チューブの端部をチューブ挿入孔に挿入する際に凸部がチューブ挿入孔の周縁部に引っ掛かってヘッダタンクのチューブ挿入孔の周縁部を変形させてしまう恐れがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チューブの端部を縮管する場合にチューブの側面に凹部や凸部ができないようにすることにより、チューブとヘッダタンクとのろう付けを良好にするとともに、チューブの挿入時にヘッダタンクが変形しないようにして不良品の発生を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、チューブの縮管部の断面形状を、外部空気の流れ方向に長い矩形となるようにした。

第１の発明は、熱交換媒体が流れるヘッダタンクに形成されたチューブ挿入孔に挿入されて該ヘッダタンクと接続され、熱交換媒体と外部空気とを熱交換させるように構成された熱交換器用チューブにおいて、
上記チューブは外部空気の流れ方向に長い形状の断面を有する扁平チューブであり、
上記チューブの長手方向の端部には、断面の長軸方向の寸法が該チューブの長手方向中間部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された縮管部が設けられ、
上記チューブの縮管部の断面形状は、外部空気の流れ方向に長い矩形であることを特徴とするものである。

すなわち、例えば金型を用いてチューブの端部をその断面の長軸方向に加圧して縮管部を形成する際、その縮管部の断面形状が矩形となるようにチューブの端部を塑性変形させると、チューブを構成している材料が矩形の角部を形作るように、金型の角部へ向かって逃げるようになる。つまり、チューブを縮管する際の材料の逃げ場があることで、チューブの外面において断面の長軸方向に延びる側面に対する圧縮力が低減される。これにより、チューブの側面に凹部や凸部が形成されるのを抑制することが可能になる。

第２の発明は、第１の発明において、
上記チューブには、断面の長軸方向の寸法が該チューブの長手方向中間部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された第１縮管部と、断面の長軸方向の寸法が該第１縮管部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された第２縮管部とが上記チューブの長手方向に連続して設けられ、
上記第２縮管部は、上記チューブの端部に位置付けられるとともに、断面形状が外部空気の流れ方向に長い矩形であることを特徴とするものである。

第１の発明によれば、チューブの縮管部の断面を外部空気の流れ方向に長い矩形としたので、縮管部を形成する際にチューブを構成する材料を矩形の角部を形作るように逃がすことができる。これにより、チューブの側面に作用する圧縮力を低減することができるので、側面に凹部や凸部が形成されるのを抑制することができる。その結果、チューブとヘッダタンクとのろう付けを良好にできるとともに、チューブの挿入時にヘッダタンクが変形しないようにして不良品の発生を抑制できる。

第２の発明によれば、チューブに第１及び第２縮管部を設ける場合に、第２縮管部をチューブの端部に位置付けてその断面形状を外部空気の流れ方向に長い矩形としたので、チューブとヘッダタンクとのろう付けを良好にできるとともに、チューブの挿入時にヘッダタンクが変形しないようにして不良品の発生を抑制できる。

実施形態にかかる熱交換器の正面図である。 熱交換器の一部の斜視図である。 熱交換器の一部の分解斜視図である。 チューブの斜視図である。 チューブの平面図である。 チューブの端面図である。 中間成形品を成形装置で成形する要領を説明する図である。 成形装置により縮管部を成形した状態を示す図である。 変形例にかかる図４相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態にかかるチューブ１０を備えた熱交換器１を外部空気の流れ方向から見た図である。この熱交換器１は、例えば自動車等の車両に搭載される空調装置（図示せず）の一部を構成するものであり、例えば冷媒凝縮器、冷媒蒸発器等として使用することができる。

熱交換器１は、コア２と、左右一対のヘッダタンク３、４とを備えている。コア２は、左右方向に延びるフィン５及びチューブ１０を複数有している。フィン５とチューブ１０とは上下方向に交互に配列されている。コア２の上端部及び下端部には、コア２を保護するためのエンドプレート６、６がそれぞれ設けられている。エンドプレート６、６はアルミニウム合金製である。

左側ヘッダタンク３は、上下方向に延びる円筒部３ａと、円筒部３ａの上下両端の開口を閉塞するためのキャップ３ｂ，３ｂとを備えており、これらはアルミニウム合金製である。キャップ３ｂ，３ｂは円筒部３ａにろう付けされている。

円筒部３ａの上部には、冷媒流入管Ａが円筒部３ａの内部と連通するように設けられている。冷媒流入管Ａは、熱交換器１の外部から冷媒（熱交換媒体）を左側ヘッダタンク３に流入させるためのものであり、図示しないが冷凍サイクル装置を構成する他の機器に接続されている。

図２及び図３に示すように、円筒部３ａには、チューブ１０を挿入するための複数のチューブ挿入孔３ｃがチューブ１０の配列間隔に対応して上下方向に間隔をあけて形成されている。チューブ挿入孔３ｃは、円筒部３ａの周方向に長いスリット状に開口している。チューブ挿入孔３ｃの上縁及び下縁は、円筒部３ａの周方向に沿って延びている。一方、チューブ挿入孔３ｃの両側縁は、チューブ挿入孔３ｃの外側へ向けて湾曲している。

右側ヘッダタンク４も左側ヘッダタンク３と同様に、円筒部４ａとキャップ４ｂ，４ｂとを備えている。円筒部４ａの下部には、冷媒流出管Ｂが円筒部４ａの内部と連通するように設けられている。冷媒流出管Ｂは、熱交換器１の内部の冷媒を外部に流出させるためのものであり、冷凍サイクル装置を構成する他の機器に接続されている。

フィン５は空気流れ方向から見たときに左右方向に連続する波形状に形成されたコルゲートフィンであり、アルミニウム合金製である。

チューブ１０は、外部空気の流れ方向に長い形状の断面を有する扁平チューブであり、アルミニウム合金を押出成形してなるものである。図４〜図６に示すように、チューブ１０の外面のうち、断面の長軸方向に延びる上下両側面は、外部空気の流れ方向に沿って互いに平行に、かつ、熱交換器１の左右方向に延びる平坦面１１，１１で構成されている。平坦面１１，１１は、チューブ挿入孔３ｃの上縁及び下縁に沿うようになっている。各平坦面１１，１１には、フィン５がろう付けされるようになっている。

チューブ１０の外面のうち、断面の短軸方向に延びる前後両面は、上下方向の中央部が最もチューブ１０外側に位置するように円弧状に湾曲する湾曲面１２，１２で構成されている。この湾曲面１２，１２は、チューブ挿入孔３ｃの湾曲した側縁部に沿うようになっている。

チューブ１０の内部には、長手方向に延びる複数の冷媒流路１３，１３，…がチューブ１０を貫通するように形成されている。隣り合う冷媒流路１３，１３の間には、チューブ１０の上側平坦面１１と下側平坦面１１とを繋ぐように延びる複数の中柱部１４，１４，…が設けられている。チューブ１０の断面の長軸方向両側に位置する冷媒流路１３、１３は、内面が湾曲した面となっている。一方、チューブ１０の断面の長軸方向内側に位置する他の冷媒流路１３，１３，…は、略矩形断面を有している。

チューブ１０の長手方向の両端部には、縮管部１５が設けられている。縮管部１５は、断面の長軸方向の寸法がチューブ１０の長手方向中間部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された部位である。縮管部１５の断面の短軸方向の寸法は、チューブ１０の長手方向中間部の断面の短軸方向の寸法と同じである。

縮管部１５の断面形状は、外部空気の流れ方向に長い矩形、即ち、長方形である。従って、縮管部１５の外面のうち、断面の長軸方向に延びる上下両側面は、外部空気の流れ方向に沿って互いに平行に延びる平坦面１５ａ，１５ａで構成されている。一方、縮管部１５の外面のうち、断面の短軸方向に延びる前後両面は、上下方向に延びる平坦面１５ｂ，１５ｂで構成されている。縮管部１５の断面形状を長方形としたことで、縮管部１５には４つの略直角な角部が形成されることになる。

チューブ１０の端部に縮管部１５を形成したことで、チューブ１０には段差部１７，１７が形成されることになる。この段差部１７，１７の大きさは、縮管部１５の平坦面１５ｂ，１５ｂの離間寸法と、チューブ１０の長手方向中間部の湾曲面１２，１２の離間寸法との差である。

チューブ１０の左側は、左側ヘッダタンク３のチューブ挿入孔３ｃに挿入される。図２に示すように、チューブ１０の挿入量は、縮管部１５がチューブ挿入孔３ｃよりもヘッダタンク３内側に位置するように設定しており、段差部１７，１７がチューブ挿入孔３ｃの周縁部に係合することなく、ヘッダタンク３内側に位置するようになっている。チューブ１０の左側の平坦面１１，１１及び湾曲面１２，１２は、ヘッダタンク３のチューブ挿入孔３ｃの周縁部にろう付けされている。これにより、チューブ１０とヘッダタンク３とが接続される。尚、チューブ１０の右側も左側と同様に右側ヘッダタンク４のチューブ挿入孔４ｃに挿入されて周縁部にろう付けされる。

次に、上記のように構成された熱交換器１の製造方法について説明する。左右のヘッダタンク３，４を成形するとともに、エンドプレート６，６、フィン５及びチューブ１０を成形する。ヘッダタンク３，４やフィン５はろう材がクラッドされたクラッド材で成形しておく。

チューブ１０は次のようにして成形する。まず、アルミニウム合金を押出成形して長尺状の部材を得る。その後、長尺状の部材をチューブ１０の長さと同じ長さに切断して図７に示すような中間成形品２０を得る。

次いで、中間成形品２０に縮管部１５を成形する。縮管部１５を成形する際には、成形装置１００を用いる。成形装置１００は、第１金型１０１と第２金型１０２とを備えている。第１金型１０１の成形面１０１ａは、縮管部１５の長軸方向一側を成形するためのものであり、コ字状に形成されている。一方、第２金型１０２の成形面１０２ａは、縮管部１５の長軸方向他側を成形するためのものであり、第１金型１０１の成形面１０１ａとは反対側に開放するコ字状に形成されている。

第１金型１０１と第２金型１０２の間に中間成形品２０を配置した後、図８に示すように、第１金型１０１及び第２金型１０２を互いに接近させる。第１金型１０１及び第２金型１０２の移動方向は、中間成形品２０の断面の長軸方向（チューブ１０の断面の長軸方向と同方向）である。

そして、成形面１０１ａと成形面１０２ａとが中間成形品２０の長手方向の端部に当接すると、中間成形品２０の端部にはその断面の長軸方向に圧縮力が作用する。これにより中間成形品２０の端部が縮管していき、断面が長方形となるように成形されていく。この成形途中において、中間成形品２０の端部を構成している材料が長方形の角部を形作るように第１金型１０１及び第２金型１０２の成形面１０１ａ，１０２ａの角部へ向かって逃げるようになる。つまり、成形面１０１ａ，１０２ａの角部が材料の逃げ場となり、この逃げ場があることで、チューブ１０の外面において断面の長軸方向に延びる平坦面１１，１１に対する圧縮力が低減される。これにより、チューブ１０の平坦面１１，１１の変形を抑制して凹部や凸部が形成されてしまうのを回避することが可能になる。

上記のようにして得られたチューブ１０とフィン５とを交互に配列してコア２を形成し、このコア２の外端部にエンドプレート６，６を配置する。

その後、各チューブ１０の両端部を左右のヘッダタンク３、４のチューブ挿入孔３ｃ，４ｃに挿入する。このとき、チューブ１０の縮管部１５をチューブ挿入孔３ｃ，４ｃよりもヘッダタンク３，４内側まで挿入する。チューブ１０の挿入時、チューブ１０の平坦面１１，１１には凸部が形成されていないので、スムーズに挿入することができるとともに、ヘッダタンク３，４の変形を防止することができる。

コア２とヘッダタンク３、４とを一体化した後、ろう付け用の炉内へ搬送して加熱し、各部のろう材を溶融させてろう付け箇所に行き渡らせる。このとき、チューブ１０の平坦面１１，１１には凹部が形成されていないので、チューブ１０の外面とチューブ挿入孔３ｃの周縁部とを全周に亘って確実にろう付けすることが可能になる。

以上説明したように、この実施形態によれば、チューブ１０の縮管部１５の断面を外部空気の流れ方向に長い矩形としたので、縮管部１５を形成する際にチューブ１０を構成する材料を矩形の角部を形作るように逃がすことができる。これにより、チューブ１０の平坦面１１，１１に作用する圧縮力を低減することができるので、平坦面１１，１１に凹部や凸部が形成されるのを抑制することができる。その結果、チューブ１０とヘッダタンク３，４とのろう付けを良好にできるとともに、チューブ１０の挿入時にヘッダタンク３，４が変形しないようにして不良品の発生を抑制できる。

また、図９に示す変形例のように、チューブ１０には、断面の長軸方向の寸法がチューブ１０の長手方向中間部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された第１縮管部３０と、断面の長軸方向の寸法が該第１縮管部３０の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された第２縮管部３１とがチューブ１０の長手方向に連続して設けられていてもよい。第１縮管部３０の縮管量は、チューブ１０の平坦面１１に凸部や凹部ができない程度に小さめに設定されている。

第２縮管部３１は、本発明の縮管部を構成するものであり、チューブ１０の端部に位置付けられるとともに、断面形状が上記縮管部１５と同様に外部空気の流れ方向に長い矩形とされている。よって、第２縮管部３１のの外面のうち、断面の長軸方向に延びる上下両側面は、外部空気の流れ方向に沿って互いに平行に延びる平坦面３１ａ，３１ａで構成されている。また、第２縮管部３１の外面のうち、断面の短軸方向に延びる前後両面は、上下方向に延びる平坦面３１ｂ，３１ｂで構成されている。

さらに、変形例のチューブ１０には、第１縮管部３０とチューブ１０の長手方向中間部との間に第１段差部３２，３２が形成され、第１縮管部３０と第２縮管部３１との間に第２段差部３３，３３が形成される。

チューブ１０の挿入量は、第２縮管部３１がヘッダタンク３のチューブ挿入孔３ｃよりもヘッダタンク３内側に位置するように、かつ、第１段差部３２，３２がチューブ挿入孔３ｃの周縁部にヘッダタンク３の外側から当接するように設定されている。従って、第１縮管部３０の外面がチューブ挿入孔３ｃの周縁部にろう付けされることになる。この変形例のものにおいても、第２縮管部３１を成形する際にチューブ１０を構成する材料を矩形の角部を形作るように逃がすことができる。

よって、チューブ１０に第１及び第２縮管部３０，３１を設ける場合に、第２縮管部３１をチューブ１０の端部に位置付けて断面形状を外部空気の流れ方向に長い矩形としたので、チューブ１０とヘッダタンク３，４とのろう付けを良好にできるとともに、チューブ１０の挿入時にヘッダタンク３，４が変形しないようにして不良品の発生を抑制できる。

尚、上記実施形態では、本発明にかかるチューブ１０を車両用空調装置の熱交換器の伝熱管として用いた場合について説明したが、これに限らず、各種熱交換器の伝熱管として用いることができる。

また、チューブ１０の縮管部１５，３０，３１の成形方法は上記した方法に限られるものではなく、断面の長軸方向に加工力を加える方法であればよい。

以上説明したように、本発明にかかる熱交換器用チューブは、例えば、車両用空調装置の伝熱管として使用できる。

１ 熱交換器
２ コア
３，４ ヘッダタンク
３ｃ，４ｃ チューブ挿入孔
１０ チューブ
１５ 縮管部
１７ 段差部
３０ 第１縮管部
３１ 第２縮管部

Claims (2)

1. 熱交換媒体が流れるヘッダタンクに形成されたチューブ挿入孔に挿入されて該ヘッダタンクと接続され、熱交換媒体と外部空気とを熱交換させるように構成された熱交換器用チューブにおいて、
   上記チューブは外部空気の流れ方向に長い形状の断面を有する扁平チューブであり、
   上記チューブの長手方向の端部には、断面の長軸方向の寸法が該チューブの長手方向中間部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された縮管部が設けられ、
   上記チューブの縮管部の断面形状は、外部空気の流れ方向に長い矩形であることを特徴とする熱交換器用チューブ。
2. 請求項１に記載の熱交換器用チューブにおいて、
   上記チューブには、断面の長軸方向の寸法が該チューブの長手方向中間部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された第１縮管部と、断面の長軸方向の寸法が該第１縮管部の断面の長軸方向の寸法よりも短くなるように形成された第２縮管部とが上記チューブの長手方向に連続して設けられ、
   上記第２縮管部は、上記チューブの端部に位置付けられるとともに、断面形状が外部空気の流れ方向に長い矩形であることを特徴とする熱交換器用チューブ。

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