JP2006038335A - 熱交換器のコア部 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器用チューブの耐食性の向上を図ると同時に、熱交換器用チューブとアウターフィンとのろう付けの際にフラックスが残渣するのを防止する。
【解決手段】 熱交換器１のコア部は、ろう材層が形成されていない熱交換用チューブ４と、前記熱交換器用チューブ４と交互に配置されるろう材層３５が形成されたアウターフィン５とから成り、前記熱交換器用チューブ４は、素材の段階でフラックスをプレコートすることにより前記アウターフィン５と接する側の面にフラックス層３１が形成されたものとする。これにより、熱交換器用チューブ４にはろう材層を形成しないことで、熱交換器用チューブ４の耐食性の向上を図ると共に、ろう付けの際に供給されるろう材及びフラックスの量を相対的に削減する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、例えば車両用空調装置に用いられるチューブとタンクとが別体型の熱交換器に関し、特にその熱交換器のコア部を構成するチューブ、インナーフィン、アウターフィン等の構造に関するものである。

熱交換器のアルミニウム合金から構成されるコア部の構成部品同士をろう付けするにあたり、アルミニウム合金はその表面に安定した酸化被膜が形成されており、ろう付けの妨げとなることから、この酸化被膜を除去し、且つ再酸化を防止するためにフラックス（ＦＬＵＸ）を用いることは一般的である（例えば、特許文献１から３を参照。）。

その一方で、アルミニウム合金から構成される熱交換器のコア部の構成部品の表面にフラックスを施す態様としては、一枚のシート状部材をロールホーミングして形成するチューブを対象とするものではあるが、シート状部材の段階でその両面にろう材層を設けるにあたって、このろう材層にフラックスを含浸させるものが存する（例えば、特許文献１及び２を参照。）。また、ろう合金から成るろう材シート部材の段階で片面又は両面にフラックスを付着してフラックス層を別途形成した後、圧延により両者を密着させるものも存する（例えば、特許文献３を参照。）。
特開平６−３１５７９１号公報 特表２００２−５４０２４４号公報 特開平７−１８５８８４号公報

しかしながら、これらの特許文献の発明のように、熱交換器のコア部を構成するチューブ、アウターフィン、インナーフィン等に対しろう材層が形成されていると、ろう付熱処理時に著しいろう材の侵食（エロージョン）が生ずるため、これらのろう材層を有する構成部品の耐食性が相対的に劣化するので、可能な限りろう材層の形成を不要とすることが望まれる。

また、フラックスについても、当該フラックスが過剰量であるためにろう付後にもコア部構成部品の表面に残渣する場合には、当該熱交換器のコア構成部品の表面処理性を低下させるという不具合を生じ、更には、過剰のフラックスが炉の内部や治具を汚染したり損傷したりすることで、これらのろう付用の設備・器具の寿命が相対的に短くなるという不都合も生ずる。

そこで、本発明は、熱交換器のコア部構成部品の耐食性の向上と構成部品表面へのフラックスの残渣の防止とを兼ね備えた熱交換器のコア部を提供するものである。

本発明に係る熱交換器のコア部は、ろう材層が形成された部品と、前記ろう材層が形成された部品からろう材の供給を受けるろう材層が形成されていない部品とから成り、前記ろう材層が形成されていない部品は素材の段階でコーティング処理により表面にフラックスが施されていることを特徴としている（請求項１）。これらの熱交換器のコア部の構成部品は、例えばアルミニウム合金を素材として形成されている。また、ろう材層が形成されずに前記ろう材層が形成された部品からろう材の供給を受ける部品もその表面に犠牲腐食層を有しても良い。ろう材層が形成さた構成部品はフラックスがその表面に施されていないものとしても良い。

より具体的には、ろう材層が形成されていない熱交換用チューブと、前記熱交換器用チューブと交互に配置されるろう材層が形成されたアウターフィンとから成り、前記熱交換器用チューブは、素材の段階でコーティング処理により前記アウターフィンと接する片側又は両側の面にフラックスが施されていることを特徴としている（請求項２）。更に具体的には、ろう材層が形成されていないロールホーミングチューブと、前記ロールホーミングチューブと交互に配置されるろう材が形成されたアウターフィンとからなり、前記ロールホーミングチューブの外表面にフラックスをプレコートしたことを特徴としている（請求項３）。

より具体的には、ろう材層が外面に形成された熱交換用チューブと、前記熱交換器用チューブと交互に配置されるろう材層が形成されていないアウターフィンとから成り、このアウターフィンは、素材の段階でコーティング処理により前記熱交換器用チューブと接する面にフラックスが施されていることを特徴としている（請求項４）。

より具体的には、ろう材層が熱交換媒体通路側面に形成された熱交換器用チューブと、この熱交換器用チューブの熱交換媒体通路内に挿入されたインナーフィンとから成り、このインナーフィンは、素材の段階でコーティング処理により前記熱交換器用チューブと接する面にフラックスが施されていることを特徴としている（請求項５）。更に具体的には、インナーフィンを有するロールホーミングチューブを備え、前記インナーフィンあるいはロールホーミングチューブの内面にフラックスをプレコートしたことを特徴としている（請求項６）。これらの熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）、アウターフィン又はインナーフィン等のコア部の構成部品は、例えばアルミニウム合金を素材として形成されている。また、これらの熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）、アウターフィン又はインナーフィン等のコア部の構成部品は、その表面に犠牲層を有しても良い。ろう材層を有する構成となった熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）、アウターフィン等のコア部の構成部品は、フラックスがその表面に施されていないものとしても良い。

請求項１に記載の発明によれば、熱交換器のコア部は、ろう材層が形成さた部品とろう材層が形成されていない部品とから成るので、孔食等の腐食が生ずるのが妥当でない部品をこのろう材層が形成されていない部品とすることで、その部品の耐食性を相対的に向上させることができる。その一方で、このろう材層が形成されていない部品にもろう材層が形成さた部品からろう材が供給され、しかも各コア構成部品表面の酸化被膜はろう材層が形成されていない部品の表面のフラックスが流動化して除去され、再酸化が防止されることから、ろう材層が形成さた部品とろう材層が形成されていない部品とを良好にろう付けすることが可能である。そして、ろう付けのために供給されるろう材量及びフラックス量も、ろう材層が形成さた構成部品についてフラックスがその表面に施されないとした場合には、熱交換器の全体から見て、必要最小限量に抑制することができる。更には、熱交換器のコア構成部品の全てにろう材層を形成する場合に比し、ろう材層の厚みがなくなるので、相対的に熱交換器の寸法の小型化を図ることもできる。

特に、請求項２又は請求項３に記載の発明によれば、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）の表面にはろう材層が形成されていないので、当該熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）の耐食性を相対的に向上させることができ、しかも、アウターフィンからろう材が熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）側に供給されると共に熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）及びアウターフィンの表面の酸化被膜はチューブ自身の表面にコーティングされたフラックスが流動化して除去され、再酸化が防止されることから、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）とアウターフィンとは良好にろう付けすることが可能である。そして、ろう付けのために供給されるろう材量及びフラックス量も、アウターフィンにフラックスを施さないとした場合には、熱交換器の全体から見て、必要最小限量に抑制することができるので、ろう材及びフラックスがろう付け時に過剰に提供されるのを防止できる。更には、ろう材層を有しない分、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）の肉厚を相対的に薄くすることができるので、熱交換器の熱交換器用チューブとアウターフィンとの積層方向幅を相対的に小さくすることができる。更にまた、アウターフィンに対しフラックスの残渣がないので、アウターフィンの表面処理が均一化する。

特に、請求項４に記載の発明によれば、アウターフィンの表面にはろう材層が形成されていないので、当該アウターフィンの耐食性を相対的に向上させることができ、しかも、熱交換器用チューブからアウターフィン側にろう材が供給されると共に熱交換器用チューブ及びアウターフィンの表面の酸化被膜はアウターフィン自身の表面にコーティングされたフラックスが流動化して除去されるので、アウターフィンと熱交換器用チューブとは良好にろう付けすることが可能である。そして、ろう付けのために供給されるろう材量及びフラックス量も、熱交換器用チューブにフラックスを施さないとした場合には、熱交換器の全体から見て、必要最小限量にすることができるので、ろう材及びフラックスがろう付け時に過剰に提供されるのを防止できる。更には、ろう材層を有しない分、アウターフィンの肉厚を相対的に薄くすることができるので、アウターフィンの表面積を相対的に大きくすることができ、熱交換器の熱交換能力を向上できる。

特に、請求項５又は請求項６に記載の発明によれば、インナーフィンの表面にはろう材層が形成されていないので、当該インナーフィンの耐食性を相対的に向上させることができ、しかも、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）からろう材がインナーフィン側に供給されると共に熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）及びインナーフィンの表面の酸化被膜はインナーフィン自身の表面にコーティングされたフラックスが流動化して除去されるので、インナーフィンと熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）とは良好にろう付けすることが可能である。そして、ろう付けのために供給されるろう材量及びフラック量も、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）にフラックスを施さないとした場合には、熱交換器の全体から見て、必要最小限量にすることができるので、ろう材及びフラックがろう付け時に過剰に提供されるのを防止できる。更には、フラックス層を有しない分、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）の熱交換媒体通路の内幅も小さくすることが可能であるから、熱交換器の熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）とアウターフィンとの積層方向幅を相対的に小さくすることができる。

そして、請求項１から請求項６に記載の発明によれば、コーティング処理により予めフラックスを施してある素材を用いて熱交換器のコア構成部品を形成することが可能であるので、熱交換器の仮組み付け後のシャワーによるフラックス塗布などの事後的なフラックスを施す工程を削減することができる。しかも、他方のフラックスを有しない熱交換器のコア構成部品は、フラックスを施す工程自体を削除することができる。また、浸漬によるコーティング処理を採用した場合には、熱交換器の仮組み付け後のシャワーによるフラックスの塗布に比し、フラックスの量を必要最小限に削減することができ、ろう付け後のフラックスの残渣を抑制して、その表面清浄度を保持することができる。更に、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）の成形においては、ロールホーミングで成形しながらの転写によるフラックスの表面形成に比し、浸漬によるコーティング処理を採用した場合には、フラックスを表面に均一に配することができるので、フラックスのむらを防止することが可能である。更にまた、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）とインナーフィンとのろう付けにおいても、熱交換器用チューブ（ロールホーミングチューブ）内のフラックスの残渣を抑制することができる。

以下、この発明の実施形態を図面により説明する。

図１、図２及び図３に示される熱交換器１は、この発明に用いられる熱交換器の一例であり、例えば車両用空調装置の冷凍サイクルを構成するエバポレータとして使用されている。この熱交換器１は、炉中ろう付け方法により組付けられるもので、対をなすタンク２、３と、このタンク２、３を連通する複数の熱交換器用チューブ４と、この熱交換器用チューブ４と交互に積層されるコルゲート状のアウターフィン５と、積層方向の両端に位置するアウターフィン５に対し更に外側に配されるサイドプレート６、６と、タンク２の長手方向の一方端に配されたコネクタ９とを有して構成されている。コネクタ９は、熱交換媒体の出入口部７、８を備え、図示しない膨張弁と接続される。

そして、この熱交換器１は、図示しない膨張弁から送られる熱交換媒体を、入口部７を介して図２（ｂ）のタンク２側の画室２３に流入させ、熱交換器用チューブ４によってタンク２、３間を移動させ、その過程においてアウターフィン５間を通過する空気と熱交換させ、最終的に図２（ｂ）のタンク２側の画室２４から出口部８を介して送出されるようにしている。

このうち、熱交換器用チューブ４は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示される様に、タンク２、３に挿入される長手方向両端が開口され、熱交換媒体通路１４が内部に形成された扁平管状のもので、内部にインナーフィン１５を収納して構成されている。この熱交換器用チューブ４は、この実施形態では、対向する平坦部４ａ、４ｂを有すると共に、その巾方向の一端に折り曲げ部４ｃを有し、更にこの折り曲げ部４ｃの他端側に接合代部４ｄを有している。

そして、熱交換器用チューブ４に収納されたインナーフィン１５は、この実施形態では、図４（ｂ）等に示されるように、熱交換器用チューブ４の一方の側縁に沿って形成された連結部１５ａと、この連結部１５ａを介して連結され、熱交換器用チューブ４の平坦部４ａ、４ｂの内面に当接する平板状の平板部１５ｂ、１５ｃと、平板部１５ｂ、１５ｃの端部から対向する平板部１５ｃ、１５ｂの略中央部分に向けて突設し、その頂部を対向する平板部１５ｂ、１５ｃの内面に当接する突当部１５ｄとを有している。これにより、インナーフィン１５単体の巾方向の剛性、インナーフィン１５と熱交換器用チューブ４との当接部分での巾方向の力に対する接触抵抗、さらには熱交換器用チューブ４による厚み方向拘束力に対する剛性を大きくすることが可能となり、熱交換器用チューブ４にインナーフィン１５を内包した状態で切断する場合でも、インナーフィン１５をずれ難くすることができる。

タンク２、３は、前述のごとく、所定の間隔で対向するように配設されているもので、この実施形態では、押出し成形により形成されている。このタンク２、３について、図３（ｂ）を用いて説明すると、タンク２、３は、熱交換器用チューブ４を挿入させるチューブ挿入孔１９が形成されたチューブ挿入孔形成面２０Ａを有するもので、その長手方向両端に開口部が形成されているが、この開口部は、図１、図２に示される様に、コネクタ９側を除きキャップ２１により閉塞されている。そして、タンク２、３は、熱交換器用チューブ４の積層方向に沿って延びる仕切り壁２２が、側部２０と一体に形成されており、これにより、タンク２、３内は、通風方向に沿って並列した画室２３と画室２４とが画成されている。

しかるに、これらのタンク２、３は、仕切り壁を構成する部材と側部を構成する部材とのろう付け不良によって画室２３、２４間で熱交換媒体がバイパスするのを防止するために、構造的に複雑にする必要がなく、熱交換器１のコンパクト化、低コスト化に適しているものである。

その一方で、タンク２の画室２３、画室２４は、図２（ａ）に示される様に、タンク３とは異なった構成も有する。すなわち、タンク２は、スリット２６から挿入された仕切りプレート２５により各々通風方向に沿って仕切られて、分室２３ａ、２３ｂ又は２４ａ、２４ｂに分かれている。そして、分室２３ｂと分室２４ｂとは、熱交換媒体のフローを４パスとするために、連通路２７により連通している。

ところで、上記熱交換器のコア構成部品のうち、熱交換器用チューブ４は、アルミニウム合金等の伝導性の良い金属によって構成された１枚の薄いシート状部材Ａからロールホーミング法によって形成されるロールホーミングチューブである。また、アウターフィン５は、アルミニウム合金等の伝導性の良い金属によって構成された一枚のシート状部材Ｂをコルゲート状に変形して形成され、インナーフィン１５は、アルミニウム合金等の伝導性の良い金属によって構成された一枚のシート状部材Ｃを複数回に渡って折り曲げることで形成されるものである。尚、これらの熱交換器用チューブ４、アウターフィン５、及びインナーフィン１５の製造方法は、下記する一部の工程を除き公知であるので、その全体的な説明は省略する。

そして、この実施形態では、熱交換器用チューブ４は、図５に示されるように、芯材３０の外側表面には、ろう材層が形成されておらず、フラックス層３１が形成されている。このフラックス層３１は、未加工のシート状部材Ａの段階でフラックスをプレコートすることによりフラックスを施して形成されるものである。更に、熱交換器用チューブ４の芯材３０とフラックス層３１との間に、耐食性向上のために犠牲腐食層３２を形成するようにしても良い。尚、図５では示されていないが、芯材３０の内側表面にも、フラックス層３１が形成されていても良い。これに対し、この熱交換器用チューブ４と接合されるアウターフィン５は、芯材３４の表面にろう材層３５が形成されている。このアウターフィン５にはフラックス層は形成されていない。

しかるに、熱交換器の仮組付体に対し加熱した場合には、アウターフィン５のろう材が流動化して熱交換器用チューブ４の外側表面側にもろう材が供給される一方、アウターフィン５及び熱交換器用チューブ４の外側表面の酸化被膜は、熱交換器用チューブ４の外側表面のフラックスも加熱により流動化してアウターフィン５と熱交換器用チューブ４との間に供給されることで除去されることから、アウターフィン５と熱交換器用チューブ４とのろう付けを、余剰のろう材を出すことなく必要最小限の量で良好に行なうことができる。

しかも、熱交換器用チューブ４の外側表面にはろう材層を有しないため、ろう材が加熱により流動化しても熱交換器用チューブ４の芯材３０の外側表面への侵食作用はないので、熱交換器用チューブ４の耐食性を相対的に向上させることができる。また、熱交換器用チューブ４の成形にあたり、予めフラックスがプレコートされたシート状部材Ａを用いるので、熱交換器用チューブ４のロールホーミングによる成形途中でフラックスを塗布する工程が不要となり、熱交換器用チューブ４の成形工程の簡略化を図ることもできる。そして、アウターフィン５にはフラックス層は形成されないので、フラックスをプレコートする工程自体を削除することができる。

その一方で、先の図５における実施形態とは反対に、図６に示されるように、アウターフィン５について、芯材３４の表面にろう材層が形成されておらず、フラックス層３６が形成されたものとし、熱交換器用チューブ４について、芯材３０の外側表面にろう材層３４が形成される一方で、フラックス層を有しないものとしても良い。

この場合でも、熱交換器の仮組付体に対し加熱した際には、熱交換器用チューブ４の外側表面のろう材が流動化してアウターフィン５側にもろう材が供給される一方、アウターフィン５及び熱交換器用チューブ４の外側表面の酸化被膜は、アウターフィン５の表面のフラックスが加熱により流動化してアウターフィン５と熱交換器用チューブ４との間に供給されることで除去されることから、アウターフィン５と熱交換器用チューブ４とのろう付けを、余剰のろう材やフラックスを出すことなく必要最小限の量で良好に行なうことが可能である。

そして、図７に示されるように、熱交換器用チューブ４とインナーフィン１５との関係においても、インナーフィン１５については、芯材３７の内側表面にろう材層が形成されておらず、フラックス層３８が形成されたものとし、熱交換器用チューブ４について、芯材３０に対しチューブ内側となる表面にろう材層３３が形成される一方で、フラックス層を有しないものとしても良い。

この場合でも、熱交換器の仮組付体に対し加熱した際には、熱交換器用チューブ４の内側表面のろう材が流動化してインナーフィン１５側にもろう材が供給される一方、インナーフィン１５及び熱交換器用チューブ４の内側表面の酸化被膜は、インナーフィン１５の表面のフラックスが加熱により流動化してインナーフィン１５と熱交換器用チューブ４との間に供給されることで除去されることから、インナーフィン１５と熱交換器用チューブ４とのろう付けを、余剰のろう材やフラックスを出すことなく必要最小限の量で良好に行なうことが可能である。

図１（ａ）は、この発明が用いられる熱交換器の一例の全体構成を示す正面図であり、図１（ｂ）はその熱交換器の側面図である。 図２（ａ）は、同上の熱交換器の上側のタンクの平面図であり、図２（ｂ）は、同上の熱交換器の下側のタンクの底面図である。 図３（ａ）は、同上の熱交換器のコア構成部品を成す熱交換器用チューブとアウターフィンとの配置構成を示す説明図であり、図３（ｂ）は、同上のタンクの断面図である。 図４（ａ）は、同上の熱交換器のコア構成部品を成す熱交換用チューブとインナーフィンとの配置構成を示す説明図であり、図４（ｂ）は、同上のインナーフィンの構成を示す説明図である。 図５は、熱交換器用チューブにフラックス層を形成し、アウターフィンにろう材層を形成してなる第１の実施形態を示す説明図である。 図６は、熱交換器用チューブにろう材層を形成し、アウターフィンにフラックス層を形成してなる第２の実施形態を示す説明図である。 図７は、熱交換器用チューブにろう材層を形成しインナーフィンにろう材層を形成してなる第３の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１ 熱交換器
４ 熱交換器用チューブ
５ アウターフィン
１５ インナーフィン
３０ チューブの芯材
３１ チューブのフラックス層
３２ チューブの犠牲腐食層
３３ チューブのろう材層
３４ アウターフィンの芯材
３５ アウターフィンのろう材層
３６ アウターフィンのフラックス層
３７ インナーフィンの芯材
３８ インナーフィンのフラックス層
Ａ シート状部材
Ｂ シート状部材
Ｃ シート状部材

Claims (6)

1. ろう材層が形成された部品と、前記ろう材層が形成された部品からろう材の供給を受けるろう材層が形成されていない部品とから成り、
   前記ろう材層が形成されていない部品は素材の段階でコーティング処理により表面にフラックスが施されていることを特徴とする熱交換器のコア部。
2. ろう材層が形成されていない熱交換用チューブと、前記熱交換器用チューブと交互に配置されるろう材層が形成されたアウターフィンとから成り、
   前記熱交換器用チューブは、素材の段階でコーティング処理により前記アウターフィンと接する片側又は両側の面にフラックスが施されていることを特徴とする熱交換器のコア部。
3. ろう材層が形成されていないロールホーミングチューブと、前記ロールホーミングチューブと交互に配置されるろう材が形成されたアウターフィンとからなり、前記ロールホーミングチューブの外表面にフラックスをプレコートしたことを特徴とする熱交換器のコア部。
4. ろう材層が外面に形成された熱交換用チューブと、前記熱交換器用チューブと交互に配置されるろう材層が形成されていないアウターフィンとから成り、
   このアウターフィンは、素材の段階でコーティング処理により前記熱交換器用チューブと接する面にフラックスが施されていることを特徴とする熱交換器のコア部。
5. ろう材層が熱交換媒体通路側面に形成された熱交換器用チューブと、この熱交換器用チューブの熱交換媒体通路内に挿入されたインナーフィンとから成り、
   このインナーフィンは、素材の段階でコーティング処理により前記熱交換器用チューブと接する面にフラックスが施されていることを特徴とする熱交換器のコア部。
6. インナーフィンを有するロールホーミングチューブを備え、前記インナーフィンあるいはロールホーミングチューブの内面にフラックスをプレコートしたことを特徴とする熱交換器のコア部。

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