(57)【要約】      （修正有）【課題】  毛細管現象による溶融ろうの流入を防止することにより、ヘッダーおよびチューブ間のろう付けを確実に行ない、かつチューブのエロージョンによる強度の低下を防止することが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】  クラッド板２ａが中空扁平状に成形されてなる複数のチューブ２と、コルゲート加工により複数の折り返し部１ａが形成されるとともにこの折り返し部がチューブ２に接合されたフィン１とを具備してなり、チューブ２には、クラッド板の両端部をチューブ２の内側に折曲させて接合させた接合部２ｃが設けられ、フィン１の各折り返し部には接合部に対する凹部からなる非接触部１ｂが設けられている熱交換器を採用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド板が中空扁平状に成形されてなる複数のチューブと、コルゲート加工により複数の折り返し部が形成されるとともに該折り返し部が前記チューブに接合されたフィンとを具備してなり、
前記チューブには、前記クラッド板の両端部を前記チューブの内側に折曲させて接合させた接合部が設けられ、前記フィンの各折り返し部には前記接合部に対する非接触部が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記非接触部が、前記フィンの各折り返し部に各々設けられた凹部とされ、前記の各凹部が前記接合部上に配置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。
【請求項３】
前記非接触部が、前記フィンの各折り返し部に各々設けられた切欠部とされ、前記の各切欠部が前記接合部上に配置されるとともに、前記切欠部を区画する輪郭が、前記接合部に接していないことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記フィンにはその長手方向に沿って長穴が設けられ、前記長穴と前記各折り返し部との交叉部分が前記非接触部と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。
【請求項５】
クラッド板が中空扁平状に成形されてなる複数のチューブと、コルゲート加工により複数の折り返し部が形成されるとともに該折り返し部が前記チューブに接合されたフィンとを具備してなり、
前記チューブには、前記クラッド板の両端部を前記チューブの内側に折曲させて接合させた接合部が設けられるとともに、該接合部の両側に、２つのフィンが接合されていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関するものであり、特に、ろう付け不良やそれに伴う強度低下を低減可能な熱交換器の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車に搭載される熱交換器には、ラジエータとしての熱交換器、カーエアコン用の熱交換器、インタークーラ用の熱交換器等、いくつかの種類がある。図７には、これらの代表例としてラジエータとして使用される熱交換器の一例を示す。図７において、符号１１はフィンであり、符号１２はチューブであり、符号１３はヘッダーである。ヘッダー１３には複数の挿入孔１３ａが設けられ、各挿入孔１３ａにはチューブ１２がそれぞれ挿入されている。そして、この挿入部分においてヘッダ−１３とチューブ１２とが相互にろう付けされている。更に、チューブ１２にはフィン１１がろう付けされている。
【０００３】
チューブ１２には、Ａｌ−Ｍｎ合金からなる心材と、この心材の一面にはり合わされたＡｌ−Ｓｉ合金からなるろう材と、心材の他面にはり合わされたＡｌ−Ｚｎ合金からなる犠牲陽極材からなるクラッド板１２ａが使用されている。このクラッド板は、図７（Ｂ）に示すように、犠牲陽極材が内側になるように扁平中空形状に成形され、更にクラッド板１２ａの両端１２ｂが溶接により相互に接合されることにより造管されてなる所謂電縫管とされてチューブに使用されていた。
【０００４】
最近では、自動車の快適性や省燃費が強く求められるのに伴い、自動車に搭載される熱交換器に対するコンパクト化や高性能化の要求は強まる一方である。また、軽量化の観点から、熱交換器の構成部材の薄肉化が求められ、チューブ材についてもその板厚を従来の０．２５〜０．３ｍｍ程度から板厚０．２ｍｍ以下に移行されつつある。チューブ材が薄肉化されると、強度の面から従来の電縫管の採用が困難になる。
【０００５】
従って最近では、図８に示すように、クラッド板２２ａを扁平中空形状に成形するとともに、クラッド板２２ａの両端２２ｂを更に内側に折り曲げ、この折り曲げた両端２２ｂ，２２ｂ同士をろう付け処理したチューブ２２が使用されている（具体例として、特許文献１の図１）。このチューブ２２によれば、クラッド板２２ａの両端部２２ｂがチューブ２２内において柱状に配置されることで補強材として機能するため、耐圧強度を高めることが可能になる。また、溶接が不要になるので、従来のチューブに対して製造工程を一部省略することが可能になる。
【特許文献１】特開２００４−１７８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで図８に示すように、上記のチューブ２２の両端部からなる接合部２２ｃには、クラッド板両端部２２ｂの折り曲げ加工によって溝２２ｄが形成される。図９に示すように、このチューブ２２をフィン１１とともにヘッダー１３に組み込んで熱交換器を製造する場合、チューブ２２とフィン１１とが接合されると、溝２２ｄの一部にフィン１１によって囲まれて狭路部２２ｅが形成される。この狭路部２２ｅには、毛細管現象によってその周辺から多くの溶融ろうＭが流動してくる。この毛細管現象は、ヘッダー１３とチューブ１１との接合部にまで及び、本来的にヘッダー１３とチューブ１１の接合に利用される溶融ろうＭ１が、チューブとフィンとの間に流入してくる。
以上の現象によって、従来の熱交換器には、チューブ２２とフィン１１との接合部分において溶融ろうＭの集中によるエロージョンが生じ、チューブ２２の板厚が減少してチューブ強度が低下するという問題があった。また、ヘッダー１３とチューブ２２の接合部においてろう材が不足し、ヘッダー１３およびチューブ２２間においてろう付け不良が発生するといった問題もあった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、毛細管現象による溶融ろうの流入を防止することにより、ヘッダーおよびチューブ間のろう付けを確実に行ない、かつチューブのエロージョンによる強度の低下を防止することが可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の熱交換器は、クラッド板が中空扁平状に成形されてなる複数のチューブと、コルゲート加工により複数の折り返し部が形成されるとともに該折り返し部が前記チューブに接合されたフィンとを具備してなり、前記チューブには、前記クラッド板の両端部を前記チューブの内側に折曲させて接合させた接合部が設けられ、前記フィンの各折り返し部には前記接合部に対する非接触部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、フィンの各折り返し部に非接触部が設けられているので、溶融ろうの毛細管現象の原因となる狭路部がチューブとフィンとの間に形成されることがなく、溶融ろうの流動を防止することができる。これにより、ヘッダーとチューブとを接合するろう材が不足するおそれがなく、ヘッダーとチューブの接合強度を高めることができる。また、溶融ろうの集中によるチューブのエロージョンを防止することができ、チューブの強度も高めることができる。
【００１０】
また本発明の熱交換器は、先に記載の熱交換器であって、前記非接触部が、前記フィンの各折り返し部に各々設けられた凹部とされ、前記の各凹部が前記接合部上に配置されていることを特徴とする。
また本発明の熱交換器は、先に記載の熱交換器であって、前記非接触部が、前記フィンの各折り返し部に各々設けられた切欠部とされ、前記の各切欠部が前記接合部上に配置されるとともに、前記切欠部を区画する輪郭が、前記接合部に接していないことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、フィンとチューブとの間に上記の凹部または切欠部による非接触部が形成されるので、狭路部が形成されることがなく、溶融ろうの毛細管現象を確実に防止できる。
また、前記輪郭が、前記接合部に接しないことで、フィンの折り返し部とチューブとを接合するろう材がチューブの接合部に流動するおそれがなく、チューブとフィンとの接合強度を向上させることができる。
【００１２】
また本発明の熱交換器は、先に記載の熱交換器であって、前記フィンにはその長手方向に沿って長穴が設けられ、前記長穴と前記各折り返し部との交叉部分が前記非接触部とされていることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、フィンとチューブとの間に上記の長穴による非接触部が形成されるので、狭路部が形成されることがなく、溶融ろうの毛細管現象を確実に防止できる。
【００１４】
また本発明の熱交換器は、クラッド板が中空扁平状に成形されてなる複数のチューブと、コルゲート加工により複数の折り返し部が形成されるとともに該折り返し部が前記チューブに接合されたフィンとを具備してなり、前記チューブには、前記クラッド板の両端部を前記チューブの内側に折曲させて接合させた接合部が設けられるとともに、該接合部の両側に、２つのフィンが接合されていることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、該接合部の両側に２つのフィンが該接合部と非接触状態で接合されているので、溶融ろうの毛細管現象の原因となる狭路部がチューブとフィンとの間に形成されることがなく、溶融ろうの流動を防止することができる。これにより、ヘッダーとチューブとを接合するろう材が不足するおそれがなく、ヘッダーとチューブの接合強度を高めることができる。また、溶融ろうの集中によるチューブのエロージョンを防止することができ、チューブの強度も高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の熱交換器によれば、毛細管現象による溶融ろうの流入を防止することが可能になり、ヘッダーおよびチューブ間のろう付けを確実に行うことができ、かつチューブのエロージョンによる強度の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１には本実施形態である熱交換器の斜視図を示し、図２（Ａ）には図１に示した熱交換器の要部であるチューブおよびフィンの斜視図を示し、図２（Ｂ）には図１に示した熱交換器の要部であるフィンの斜視図を示す。また、図３には図２に示した熱交換器の断面模式図を示す。
【００１８】
図１において、符号１はフィンであり、符号２は冷媒等の流体が流通するチューブであり、符号３はチューブ２と連通されて流体が流れるヘッダーであり、符号４はサイドサポートである。図３に示すように、ヘッダー３には複数の挿入孔３ａが設けられ、各挿入孔３ａにチューブ２の一端がそれぞれ挿入されている。そして、この挿入部分においてヘッダ−３とチューブ２とが相互にろう付けされている。更に、チューブ２にはフィン１がろう付けされている。フィン１は、隣接するチューブ２、２同士の間に配置され、各チューブ２，２にそれぞれ接合されている。
【００１９】
ヘッダー３は、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ合金等からなる心材と、この心材の一面にはり合わされたＡｌ−Ｓｉ合金等からなるろう材と、心材の他面にはり合わされた心材の孔食電位よりも卑なＡｌ−Ｚｎ合金等からなる犠牲陽極材からなるブレージングシートから構成されている。
【００２０】
チューブ２は、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ合金等からなる心材と、この心材の一面にはり合わされたＡｌ−Ｓｉ合金等からなるろう材と、心材の他面にはり合わされたＡｌ−Ｚｎ合金等からなる犠牲陽極材からなるブレージングシート（クラッド板）２ａから構成されている。このクラッド板２ａは、図２（Ａ）に示すように、犠牲陽極材が内側になるように扁平中空形状に成形され、更にクラッド板２ａの両端部２ｂ，２ｂがチューブ２の内側に折り曲げられ、この折り曲げられた両端部２ｂ，２ｂ同士がろう付けされている。このろう付けされた両端部２ｂ、２ｂがチューブ２の接合部２ｃとされている。この両端部２ｂ、２ｂからなる接合部２ｃがチューブ２内において柱状に配置されることでチューブ２の補強材として機能している。また図３に示すように、接合部２ｃには、両端部２ｂ，２ｂの折り曲げによる溝２ｄが形成されている。この溝２ｄはチューブの長手方向に沿って延在している。
【００２１】
図２（Ｂ）に示すように、フィン１は、チューブよりの電位よりも卑な電位を示すＡｌ−Ｍｎ−Ｚｎ合金等の板材からなり、この板材がコルゲート加工により複数の折り返し部１ａを有する波形に成形されてなるものである。各折り返し部１ａの幅方向中央には、非接触部としての凹部１ｂが形成されている。そして、図２（Ａ）および図３に示すように、各折り返し部１ａがチューブ２にろう付けされることでフィン１とチューブ２とが接合されている。また、各折り返し部１ａに設けられた各凹部１ｂがチューブ２の接合部２ｃ上に配置されている。この構成により、チューブ２の接合部２ｃにおいて、チューブ２とフィン１が非接触状態とされている。またこの構成により、チューブ２とフィン２とが、チューブの接合部２ｃの両側において相互にろう付けされている。
【００２２】
上記の熱交換器によれば、フィン１の各折り返し部１ａに凹部１ｂからなる非接触部が設けられているので、チューブ２とフィン１とを接合させた際に、溶融ろうの毛細管現象の原因となる狭路部がチューブ２とフィン１との間に形成されることがない。これにより、溶融ろうの流動を防止することができ、ヘッダー３とチューブ１とを接合するろう材が不足するおそれがなく、ヘッダー３とチューブ２の接合強度を高めることができる。また、溶融ろうの集中によるチューブ２のエロージョンを防止することができ、チューブ２の強度も高めることができる。
【００２３】
次に、図４にはフィンの他の例を示し、図５にはフィンの別の例を示す。
図４に示すフィン２１は、図２に示したフィン１と同様に、アルミニウム合金からなる板材が、コルゲート加工により複数の折り返し部２１ａを有する波形に成形されてなるものである。各折り返し部２１ａの幅方向中央には、非接触部としての切欠部２１ｂが形成されている。この切欠部２１ｂは、フィン２１の幅方向中央に設けられた丸穴２１ｃによって形成されたものである。このフィン２１の各切欠部２１ｂが、図２（Ａ）および図３に示した場合と同様にして、チューブ２の接合部２ｃ上に配置される。このようにしてチューブ２の接合部２ｃにおいてチューブ２とフィン２１とが非接触状態とされる。
【００２４】
これにより、溶融ろうの毛細管現象の原因となる狭路部がチューブ２とフィン２１との間に形成されることがなく、チューブ２とフィン２１との接合部に対する溶融ろうの流動を防止することができる。
【００２５】
また上記のフィン２１においては、切欠部２１ｂの輪郭が、チューブ２の接合部２ｃに接しないことが好ましい。これにより、接合部２ｃの両側においてフィン２１の折り返し部２１ａとチューブ２とを接合するろう材が、チューブ２の接合部２ｃに流動するおそれがなく、チューブ２とフィン２１との接合強度の低下を防止することができる。
【００２６】
次に、図５に示すフィン３１は、図２に示したフィン１と同様に、アルミニウム合金からなる板材が、コルゲート加工により複数の折り返し部３１ａを有する波形に成形されてなるものである。このフィン３１の幅方向のほぼ中央には、フィン３１の長手方向に沿う長穴３１ｂが設けられている。この長穴３１ｂと各折り返し部３１ａとが交差することによって、各折り返し部３１ａの幅方向ほぼ中央に非接触部が設けられる。このフィン３１の長穴３１ｂからなる非接触部が、図２（Ａ）および図３の場合と同様にして、チューブ２の接合部２ｃ上に配置される。このようにしてチューブ２の接合部２ｃにおいてチューブ２とフィン３１とが非接触状態とされる。
【００２７】
これにより、溶融ろうの毛細管現象の原因となる狭路部がチューブ２とフィン３１との間に形成されることがなく、チューブ２とフィン３１との接合部に対する溶融ろうの流動を防止することができる。
なお、上記のフィン３１においては、図４に示したフィン２１と同様に、長穴３１ｂの輪郭が、チューブ２の接合部２ｃに接しないことが好ましい。
【００２８】
次に図６には、本発明に係る熱交換器の他の例を示す。
図６に示す熱交換器は、チューブ４２と、このチューブ４２に接合された２つのフィン４１とから概略構成されている。この２つのフィン４１，４１は、隣接する別のチューブ４２にも接合されている。図６に示すチューブ４２は、先に説明したチューブと同様に、心材とろう材と犠牲陽極材とがはり合わされてなるクラッド板から構成され、犠牲陽極材を内側にしてこのクラッド板が扁平中空形状に成形され、クラッド板の両端部がチューブ４２の内側に折り曲げられ、この折り曲げられた両端部同士がろう付けされて構成されている。このろう付けされた両端部がチューブ４２の接合部４２ｃとされている。
【００２９】
また２つのフィン４１、４１はそれぞれ、チューブ４２の接合部４２ｃの両側においてチューブ４２に接合されている。
【００３０】
この構成によれば、接合部４２ｃの両側に２つのフィン４１、４１が接合部４２ｃと非接触状態で接合されるので、溶融ろうの毛細管現象の原因となる狭路部がチューブ４２とフィン４２、４２との間に形成されることがなく、溶融ろうの流動を防止することができる。これにより、ヘッダーとチューブとを接合するろう材が不足するおそれがなく、ヘッダーとチューブの接合強度を高めることができる。また、溶融ろうの集中によるチューブのエロージョンを防止することができ、チューブの強度も高めることができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
ヘッダー用のブレージングシートとして、３００３合金からなる心材と、７０７２合金からなる犠牲陽極材と、４３４３合金からなるろう材とがはり合わされてなる厚さ１．５ｍｍのブレージングシートを用意した。
また、チューブ用のクラッド板として、３００３合金からなる心材と、７０７２合金からなる犠牲陽極材と、４３４３合金からなるろう材とがはり合わされてなる厚さ０．２５ｍｍのクラッド板を用意した。
更に、３００３合金組成に１．５質量％のＺｎを添加した組成を有する厚さ０．０７ｍｍのフィン用の板材を用意した。
【００３２】
上記の構成材をそれぞれ所定の形状に成形加工し、ろう付け熱処理を行なうことにより、図２（Ａ）および図３に示した構造と同一構造の実施例１の熱交換器を製造した。
【００３３】
（実施例２）
実施例１と同様にしてヘッダー、チューブ、フィンの構成材をそれぞれ用意し、各構成材を所定の形状に成形加工してから、ろう付け熱処理を行なうことにより、図４に示した構造と同一構造のフィンが組み込まれてなる実施例２の熱交換器を製造した。
【００３４】
（比較例１）
実施例１と同様にしてヘッダー、チューブ、フィンの構成材をそれぞれ用意し、各構成材を所定の形状に成形加工してから、ろう付け熱処理を行なうことにより、図８および図９に示した従来構造の比較例１の熱交換器を製造した。
【００３５】
実施例１および実施例２ならびに比較例１の熱交換器について、自動車用の冷却水を流体として流したときの、ヘッダーとチューブの接合部からの流体漏れの発生率を調べた。流体漏れの発生率は、各実施例および比較例の熱交換器を３００個用意し、そのうち流体漏れを起こした熱交換器の数を調べることにより調査した。
また、各熱交換器について、ろう付け熱処理後のチューブの厚みの減少率を調べた。
流体漏れの発生率およびチューブの厚みの減少率の結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2005331176.tif 000003
【００３７】
表１に示したように、実施例１および実施例２の熱交換器は、比較例１の熱交換器に比べて、流体漏れの発生率およびチューブの厚みの減少率が大幅に低下していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、ろう付け法によって製造される自動車用等のアルミニウム合金製の熱交換器に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の実施形態である熱交換器を示す斜視図。
【図２】図２は本発明の実施形態である熱交換器の一例を示す図であって、（Ａ）はチューブとフィンを示す斜視図であり、（Ｂ）はフィンを示す斜視図。
【図３】図３は図２に示した熱交換器の断面模式図。
【図４】図４は本発明の熱交換器に取り付けられるフィンの他の例を示す模式図。
【図５】図５は本発明の熱交換器に取り付けられるフィンの別の例を示す模式図。
【図６】図６は本発明の実施形態である熱交換器の他の例を示す図であって、チューブとフィンを示す斜視図。
【図７】図７は従来の熱交換器の一例を示す図であって、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’線に対応する断面図。
【図８】図８は従来の熱交換器の他の例の要部を示す図であって、チューブとフィンを示す斜視図。
【図９】図９は従来の熱交換器の他の例を示す断面模式図。
【符号の説明】
【００４０】
１、４１…フィン、１ａ…折り返し部、１ｂ…凹部（非接触部）、２、４２…チューブ、２ａ…クラッド板、２ｂ…両端部、２ｃ，４２ｃ…接合部、２１ｂ…切欠部（非接触部）、３１ｂ…長穴（非接触部）
【図１】
2005331176.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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