(57)【要約】【課題】  扁平断面形状のチューブを拡管してチューブとプレートフィンとを機械的に接合した熱交換器の、熱交換性能を向上させる。【解決手段】  チューブ１は、チューブ内流体流れ方向に見たときの長手方向両端に形成された円管部１２と、対向配置されて両側の円管部１２の間を繋ぐ平面部１３と、チューブ内流体流れ方向に延びて平面部１３の間を繋ぐ柱部１４とを有する。チューブ１を拡管させた際の柱部１４は、伸びが大きくて永久ひずみが残るため、柱部１４により円管部１２のスプリングバックが防止される。したがって、円管部１２の直径Ｄ１、および対向する平面部１３間の寸法Ｗ１は、拡管子を取り除いた後も拡管時の寸法が維持され、チューブ１とプレートフィン２との密着性が確保され、熱交換性能を向上させることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する通路（１１）が形成された扁平断面形状の多数のチューブ（１）と、前記チューブ（１）がチューブ挿入穴（２１）に挿入されるとともに、前記チューブ（１）内を流通する流体と前記チューブ（１）外を流通する他の流体との熱交換を促進するプレートフィン（２）とを備え、
前記チューブ（１）の通路断面積を拡大させるように前記チューブ（１）を塑性変形させて前記チューブ（１）と前記プレートフィン（２）とを機械的に接合した熱交換器において、
前記チューブ（１）は、チューブ内流体流れ方向（Ｘ）に見たときの長手方向両端に形成された円弧状の円管部（１２）と、対向配置されて前記両側の円管部（１２）の間を繋ぐ平面部（１３）と、チューブ内流体流れ方向（Ｘ）に延びて前記平面部（１３）の間を繋ぐ柱部（１４、１４Ａ、１４Ｂ）とを有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
チューブ内流体流れ方向（Ｘ）に見たとき、前記柱部（１４）は、前記平面部（１３）に対して垂直であ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】
一端側の前記円管部（１２）の円弧中心点（Ｚ１）と他端側の前記円管部（１２）の円弧中心点（Ｚ２）との間に、前記柱部（１４、１４Ａ、１４Ｂ）が位置す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。
【請求項４】
前記柱部（１４、１４Ａ、１４Ｂ）の板厚をｔ１、前記円管部（１２）および平面部（１３）の板厚をｔ２としたとき、ｔ１≦ｔ２であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項５】
前記多数のチューブ（１）のチューブ内流体流れ方向（Ｘ）端部に設けられて前記チューブの通路（１１）と連通するヘッダ（３Ａ、３Ｂ）を有し、
前記ヘッダ（３Ａ、３Ｂ）は、前記チューブ（１）が接合されたヘッダプレート（３１）および前記ヘッダプレート（３１）とともにタンク内空間を形成するヘッダタンク（３２）を有し、
前記柱部（１４、１４Ａ、１４Ｂ）は前記チューブ内流体流れ方向（Ｘ）端部が除去され、前記ヘッダプレート（３１）のチューブ挿入穴（３１１）に前記チューブ（１）の端部が挿入され、さらに前記チューブ（１）の端部が拡げられて、前記ヘッダプレート（３１）と前記チューブ（１）が接合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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブの通路断面積を拡大させるようにチューブを塑性変形させて（以下、この行為を拡管という）、チューブとプレートフィンとを機械的に接合した熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図７に示すように、扁平断面形状のチューブ１を拡管してチューブ１とプレートフィン２とを機械的に接合した熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この熱交換器のチューブ１は、チューブ内流体流れ方向に見たときの長手方向両端に形成された円弧状の円管部１２と、対向配置されて両側の円管部１２の間を繋ぐ平面部１３とを有する。
【０００３】
そして、プレートフィン２のチューブ挿入穴２１に多数のチューブ１を挿入した後、通路１１に拡管子を通してチューブ１を拡管させることにより、チューブ１とプレートフィン２との間の隙間をなくして、チューブ１とプレートフィン２を機械的に接合する。ここで、熱交換性能を向上するためには、チューブ１とプレートフィン２は密着している必要があり、特にチューブ１の平面部１３とプレートフィン２との密着性を確保することが重要である。
【特許文献１】特開２００２−３４０４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の熱交換器は、円管部１２に拡管子を挿入した状態では、円管部１２が拡管されて対向する平面部１３間の寸法が拡大する。しかし、円管部１２におけるｂ部は伸びないため、ｂ部とプレートフィン２とは密着しない。
【０００５】
また、円管部１２におけるｂ部は伸びが小さくて永久ひずみが残らないため、円管部１２から拡管子を抜くと、スプリングバックにより対向する平面部１３間の寸法はほぼ拡管前の寸法に戻ってしまう。したがって、チューブ１の平面部１３とプレートフィン２との密着性が損なわれる。  
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、扁平断面形状のチューブを拡管してチューブとプレートフィンとを機械的に接合した熱交換器の、熱交換性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、流体が流通する通路（１１）が形成された扁平断面形状の多数のチューブ（１）と、チューブ（１）がチューブ挿入穴（２１）に挿入されるとともに、チューブ（１）内を流通する流体とチューブ（１）外を流通する他の流体との熱交換を促進するプレートフィン（２）とを備え、チューブ（１）の通路断面積を拡大させるようにチューブ（１）を塑性変形させてチューブ（１）とプレートフィン（２）とを機械的に接合した熱交換器において、チューブ（１）は、チューブ内流体流れ方向（Ｘ）に見たときの長手方向両端に形成された円弧状の円管部（１２）と、対向配置されて両側の円管部（１２）の間を繋ぐ平面部（１３）と、チューブ内流体流れ方向（Ｘ）に延びて平面部（１３）の間を繋ぐ柱部（１４、１４Ａ、１４Ｂ）とを有することを特徴とする。
【０００８】
これによると、チューブを拡管させた際の柱部は、伸びが大きくて永久ひずみが残るため、柱部により円管部のスプリングバックが防止される。したがって、円管部の寸法および対向する平面部間の寸法は、拡管子を取り除いた後も拡管時の寸法が維持され、チューブとプレートフィンとの密着性が確保され、熱交換性能を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明のように、チューブ内流体流れ方向（Ｘ）に見たとき、柱部（１４）は、平面部（１３）に対して垂直にすることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、一端側の円管部（１２）の円弧中心点（Ｚ１）と他端側の円管部（１２）の円弧中心点（Ｚ２）との間に、柱部（１４、１４Ａ、１４Ｂ）が位置することを特徴とする。
【００１１】
これによると、対向する平面部間の寸法は、拡管子を取り除いた後も拡管時の寸法が確実に維持される。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、柱部（１４、１４Ａ、１４Ｂ）の板厚をｔ１、円管部（１２）および平面部（１３）の板厚をｔ２としたとき、ｔ１≦ｔ２であることを特徴とする。
【００１３】
これによると、チューブを拡管させた際の柱部の伸びを大きくすることができるため、請求項１の効果を確実に得ることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、多数のチューブ（１）のチューブ内流体流れ方向（Ｘ）端部に設けられてチューブの通路（１１）と連通するヘッダ（３Ａ、３Ｂ）を有し、
ヘッダ（３Ａ、３Ｂ）は、チューブ（１）が接合されたヘッダプレート（３１）およびヘッダプレート（３１）とともにタンク内空間を形成するヘッダタンク（３２）を有し、
柱部（１４、１４Ａ、１４Ｂ）はチューブ内流体流れ方向（Ｘ）端部が除去され、ヘッダプレート（３１）のチューブ挿入穴（３１１）にチューブ（１）の端部が挿入され、さらにチューブ（１）の端部が拡げられて、ヘッダプレート（３１）とチューブ（１）が接合されていることを特徴とする。
【００１５】
これによると、柱部はチューブ内流体流れ方向端部が除去されているため、チューブの端部を容易に拡げることができる。
【００１６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を、内燃機関の冷却水と車室内に吹き出す空気とを熱交換する空調装置用ヒータコアに適用したものである。図１は第１実施形態に係る熱交換器の分解斜視図、図２は図１の熱交換器におけるチューブ１およびプレートフィン２を冷却水流れ方向に見た状態の平面断面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図１の熱交換器におけるプレートフィン２単体の平面図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施形態の熱交換器は、冷却水が流通する通路１１が形成されたアルミニウム合金製の多数のチューブ１を備えている。このチューブ１は、チューブ１内での冷却水流れ方向Ｘに見たときの断面形状は、長径方向の寸法と短径方向の寸法が大きく相違する扁平形状となっている。因みに、長径方向は、チューブ１を冷却水流れ方向Ｘに見たときの長手方向であり、短径方向は、チューブ１を冷却水流れ方向Ｘに見たときの長手方向と直交する方向である。なお、冷却水流れ方向Ｘは、本発明におけるチューブ内流体流れ方向に相当する。
【００１９】
図１に示すように、チューブ１は、空気流れ方向Ｙに６列配列され、空気流れ方向Ｙと直交する方向に３列配列されている。また、チューブ１の長径方向が、空気流れ方向Ｙと平行になるように配列されている。
【００２０】
図２に示すように、チューブ１は、長径方向の両端に形成された断面円弧状の円管部１２と、平行に対向配置されて両側の円管部１２の間を繋ぐ平板状の平面部１３とを備え、円管部１２と平面部１３とによって通路１１が形成されている。
【００２１】
対向する平面部１３間は、通路１１内に位置する柱部１４によって繋がれている。柱部１４は、長径方向一端側の円管部１２の円弧中心点Ｚ１と長径方向他端側の円管部１２の円弧中心点Ｚ２との間に位置しており、より詳細には、平面部１３における長径方向両端に近い部位に、それぞれ１つずつ形成されている。また、柱部１４は、冷却水流れ方向Ｘに延びるとともに（図３参照）、冷却水流れ方向Ｘに見たとき、平面部１３に対して垂直になっている。
【００２２】
チューブ１は、押し出し加工若しくは引き抜き加工にて、円管部１２、平面部１３および柱部１４が一体に形成される。
【００２３】
図１〜図４に示すように、アルミニウム合金からなる薄板のプレートフィン２は、チューブ１内を流通する冷却水とチューブ１外を流通する空気との熱交換を促進するものである。そして、プレートフィン２は、チューブ１の断面形状に対応した形状のチューブ挿入穴２１を有し、このチューブ挿入穴２１内にチューブ１を挿入した後、拡管によりチューブ１をプレートフィン２に接合している（詳細後述）。
【００２４】
図１に示すように、チューブ１における冷却水流れ方向Ｘの両端には、内部にタンク内空間が形成されたヘッダ３Ａ、３Ｂが設けられ、タンク内空間がチューブ１の通路１１と連通するようになっている。ヘッダ３Ａ、３Ｂは、アルミニウム合金からなるヘッダプレート３１と、アルミニウム合金からなるヘッダタンク３２とを有し、ヘッダプレート３１とヘッダタンク３２とはかしめ等の手段により固定されている。
【００２５】
一方のヘッダ３Ａには、内燃機関（図示せず）からの冷却水を導入するための導入パイプ３３が設けられ、一方のヘッダ３Ａのタンク内空間から各チューブ１に冷却水が分配される。他方のヘッダ３Ｂには、チューブ１を通って他方のヘッダ３Ｂのタンク内空間に集合した冷却水を内燃機関に向けて導出させるための導出パイプ３４が設けられている。
【００２６】
また、図３に示すように、チューブ１とプレートフィン２を接合後、ヘッダプレート３１に形成されたチューブ挿入穴３１１内にチューブ１の端部が挿入されて、チューブ１の端部がヘッダプレート３１に接合されている。
【００２７】
具体的には、柱部１４の冷却水流れ方向Ｘ両端部を予め切削にて除去しておき、ヘッダプレート３１のチューブ挿入穴３１１にチューブ１の端部を挿入し、チューブ１の端部を拡げるように折り曲げた後、超音波振動による固相接合にてチューブ１とヘッダプレート３１を接合する。
【００２８】
次に、チューブ１各部の寸法例、およびプレートフィン２におけるチューブ挿入穴２１の寸法例を示す。なお、本明細書中に記載の寸法は、特に断らない限り、拡管前の寸法である。
【００２９】
まず、柱部１４の板厚をｔ１としたとき、ｔ１＝０．１５ｍｍであり、円管部１２および平面部１３の板厚をｔ２としたとき、ｔ２＝０．２３５ｍｍである。因みに、これらの板厚ｔ１、ｔ２は、拡管後もほとんど変化しない。
【００３０】
２つの柱部１４の長径方向の間隔をＬ１としたとき、Ｌ１＝７．３ｍｍであり、２つの円管部１２の円弧中心点Ｚ１、Ｚ２間の寸法をＬ２としたとき、Ｌ２＝８．６ｍｍであり、チューブ１外壁側での長径方向の寸法をＬ３としたとき、Ｌ３＝９．９８ｍｍであり、平面部１３外壁側での短径方向の寸法をＷ１としたとき、Ｗ１＝０．９６ｍｍであり、円管部１２外壁側での直径をＤ１としたとき、φＤ１＝１．３８ｍｍである。
【００３１】
一方、プレートフィン２においては、チューブ挿入穴２１の長径方向の寸法をＬ４としたとき、Ｌ４＝１０．１５ｍｍであり、チューブ挿入穴２１の短径方向の寸法をＷ２としたとき、Ｗ２＝１．１ｍｍであり、チューブ挿入穴２１における円管部１２が挿入される部位の直径をＤ２としたとき、φＤ２＝１．５５ｍｍである。
【００３２】
次に、拡管によるチューブ１とプレートフィン２の接合について説明する。
【００３３】
まず、チューブ挿入穴２１内にチューブ１を挿入した後、拡管子（図示せず）を２つの円管部１２に挿入してチューブ１を拡管し、チューブ１とプレートフィン２を機械的に接合する。この拡管により、円管部１２の直径Ｄ１が拡大されるとともに、柱部１４が短径方向に伸ばされて平面部１３の短径方向の寸法Ｗ１が拡大される。拡管後においては、Ｌ３≒１０．１５ｍｍ、Ｗ１≒１．１ｍｍ、Ｄ１≒１．５５ｍｍとなる。なお、Ｗ１やＤ１の拡管後寸法は、拡管子形状により独立に調整できる。
【００３４】
本実施形態では、チューブ１を拡管させた際の柱部１４は、伸びが大きくて永久ひずみが残るため、柱部１４により円管部１２のスプリングバックが防止される。したがって、円管部１２の直径Ｄ１、および対向する平面部１３間の短径方向の寸法Ｗ１は、拡管子を取り除いた後も拡管時の寸法が維持され、チューブ１とプレートフィン２との密着性が確保され、熱交換性能を向上させることができる。
【００３５】
また、本実施形態では、柱部１４の板厚ｔ１を、円管部１２および平面部１３の板厚ｔ２よりも薄くしており（ｔ１≦ｔ２）、より詳細には、ｔ１≒０．６×ｔ２としており、これにより、チューブ１を拡管させた際の柱部１４の伸びが大きくなるようにしている。
【００３６】
また、柱部１４を、長径方向一端側の円管部１２の円弧中心点Ｚ１と長径方向他端側の円管部１２の円弧中心点Ｚ２との間に位置させることにより、対向する平面部１３間の短径方向の寸法Ｗ１を、拡管子を取り除いた後も拡管時の寸法に確実に維持することができる。
【００３７】
また、柱部１４の冷却水流れ方向Ｘ端部を予め切削にて除去しているため、チューブ１とヘッダプレート３１を接合する際に、チューブ１の端部を容易に拡げることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図５は第２実施形態に係る熱交換器におけるチューブの平面断面図である。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
図５に示すように、本実施形態におけるチューブ１の柱部１４Ａは、冷却水流れ方向Ｘに見たとき、円弧状になっている。これにより、チューブ１を拡管させた際の柱部１４Ａの伸び率、ひいては拡管後の平面部１３の短径方向寸法Ｗ１を、調整することができる。
【００４０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図６は第３実施形態に係る熱交換器におけるチューブの平面断面図である。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
図６に示すように、本実施形態におけるチューブ１の柱部１４Ｂは、冷却水流れ方向Ｘに見たとき、Ｖ字状になっている。これにより、チューブ１を拡管させた際の柱部１４Ｂの伸び率、ひいては拡管後の平面部１３の短径方向寸法Ｗ１を、調整することができる。
【００４２】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、１本のチューブ１に対して柱部１４、１４Ａ、１４Ｂを２つ設けたが、例えば、平面部１３における長径方向の寸法が短い場合には、１本のチューブ１に対して柱部を１つ設けるようにしてもよい。
【００４３】
また、上記各実施形態では、１本のチューブ１に対して柱部１４、１４Ａ、１４Ｂを２つ設けたが、１本のチューブ１に対して柱部を３つ以上設けてもよい。この場合には、全ての柱部が伸ばされるように、隣接する柱部間に拡管子を挿入する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱交換器の分解斜視図である。
【図２】図１の熱交換器における要部の平面断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図１の熱交換器におけるプレートフィン単体の平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る熱交換器におけるチューブの平面断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る熱交換器におけるチューブの平面断面図である。
【図７】従来の熱交換器における要部の平面断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…チューブ、２…プレートフィン、１１…通路、１２…円管部、１３…平面部、１４、１４Ａ、１４Ｂ…柱部、２１…チューブ挿入穴、Ｘ…チューブ内流体流れ方向。
【図１】
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【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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