熱交換器

【課題】外表面に凹凸のあるチューブを採用した場合であっても、熱交換性能を向上することが可能な熱交換器を提供すること。
【解決手段】コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａ形成した膨出部４２４をチューブ４１の全ての凹部４１１内に挿設し、チューブ４１とコルゲートフィン４２湾曲部４２２の稜線部分４２２ａとをほぼ全域にわたって相互にろう付接合している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブの外表面にフィンが接合された熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、下記特許文献１に開示された熱交換器がある。この熱交換器では、チューブの平坦な外表面にコルゲートフィンの湾曲部がろう付接合されている。
【特許文献１】特開平５−１０６９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術の熱交換器において、例えばチューブ強度や熱交換性能の向上等を目的として外表面に凹凸のあるチューブを採用した場合には、チューブの平坦面にフィンを接合した熱交換器と比較してチューブとフィンとの接合面積が減少してチューブとフィンとの間の熱伝導性能が低下し、熱交換器の熱交換性能が低下するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、外表面に凹凸のあるチューブを採用した場合であっても、熱交換性能を向上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】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部に内部流体が流通するチューブ（４１）と、チューブ（４１）の外表面に接合されたフィン（４２）とを備える熱交換器であって、チューブ（４１）の外表面には凹部（４１１）を有する凹凸形状が形成されており、フィン（４２）には、チューブ（４１）の凹部（４１１）に対応する位置に突出部（４２４）が形成されて、突出部（４２４）が凹部（４１１）内に挿設されて相互に接合されていることを特徴としている。
【０００６】
これによると、チューブ（４１）の外表面に凹凸があっても、フィン（４２）に形成した突出部（４２４）をチューブ（４１）の凹部（４１１）内に挿設して相互に接合している。したがって、チューブ（４１）とフィン（４２）との接合面積を確保することが容易であり、外表面に凹凸のあるチューブ（４１）を採用した場合であっても、熱交換性能を向上することができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明では、チューブ（４１）には、凹部（４１１）がチューブ（４１）の延在方向に直線状に連続して延びていることを特徴としている。
【０００８】
これによると、チューブ（４１）の延在方向においてチューブ（４１）とフィン（４２）との接合箇所を複数設ける場合であっても、フィン（４２）への突出部（４２４）形成置を接合箇所毎に変更する必要がなく同一とすることができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明では、フィン（４２）は、チューブ（４１）の外部を流れる外部流体の流通方向と略平行な複数の平面部（４２１）と、隣り合う平面部（４２１）の間を繋ぐ湾曲部（４２２）とを有するように波状に成形され、湾曲部（４２２）の稜線部分（４２２ａ）に突出部（４２４）が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
これによると、フィン（４２）を、複数の平面部（４２１）と隣り合う平面部（４２１）の間を繋ぐ湾曲部（４２２）とを有するように波状に成形したコルゲートフィン（４２）とし、湾曲部（４２２）の稜線部分（４２２ａ）に突出部（４２４）を形成して、チューブ（４１）とフィン（４２）との接合面積を確保することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明のように、突出部（４２４）は、外方に向かって膨出した膨出部（４２４）とすることができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明のように、突出部（４２６）は、外方に向かって切り起こされた切り起こし部（４２６）とすることができる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明では、フィン（４２）の１つの湾曲部（４２２）には、チューブ（４１）の外表面において１つの湾曲部（４２２）が接合する部位に形成された全ての凹部（４１１）に対応する位置に突出部（４２４）が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
これによると、全ての凹部（４１１）内に突出部（４２４）を挿設して接合し、チューブ（４１）とフィン（４２）との接合面積を確実に確保することができる。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明では、フィン（４２）の１つの湾曲部（４２２）には、チューブ（４１）の外表面において１つの湾曲部（４２２）が接合する部位に形成された複数の凹部（４１１）のうち一部の凹部（４１１）に対応する位置に突出部（４２４）が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
これによると、全ての凹部（４１１）に対応して突出部（４２４）を形成する必要がないので、突出部（４２４）を有するフィン（４２）の成形が比較的容易である。
【００１７】
また、請求項８に記載の発明では、フィン（４２）の突出部（４２４）は、高さ（Ｈ１）がチューブ（４１）の凹部（４１１）の深さ（Ｄ）と実質的に同一であることを特徴としている。
【００１８】
これによると、チューブ（４１）の凹部（４１１）とフィン（４２）の突出部（４２４）との間を比較的容易に接合することができる。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明では、フィン（４２）の突出部（４２５）は、高さ（Ｈ２）がチューブ（４１）の凹部（４１１）の深さ（Ｄ）より小さいことを特徴としている。
【００２０】
これによると、突出部（４２５）を設ける際にフィン（４２）を大きく変形する必要がないので、突出部（４２５）を有するフィン（４２）の成形が比較的容易である。
【００２１】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施形態における熱交換器であるコンデンサ（凝縮器）１の概略構成図であり、図２は、コンデンサ１のコア部（熱交換部）４０の一部の断面構造を示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。また、図３は、コア部４０の構成要素の１つであるコルゲートフィン４２の斜視図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００２４】
図１に示すように、コンデンサ１は、コア部４０、ヘッダタンク２０、３０および図示しない取付け部等から構成され、各部材はアルミニウム合金材からなり、嵌合、かしめ、治具固定等により組付けられ、予め各部材表面に設けられたろう材により一体でろう付け接合（熱的接合）されている。
【００２５】
所定間隔を開けて配置された一対のヘッダタンク、すなわち、ヘッダタンク２０、３０は上下方向に延びる略円筒状であり両端部は有底形状になっている。そして、ヘッダタンク２０、３０の間に熱交換用のコア部４０を配置している。
【００２６】
本実施形態のコンデンサ１は、一般にマルチフロータイプと称されているものであって、コア部４０は、左右のヘッダタンク２０、３０の間で、水平方向に内部流体である冷媒を流す同一形状のチューブ（伝熱管）４１を上下方向に多数本等間隔に積層し、この多数本のチューブ４１の間にコルゲートフィン（フィンに相当）４２を介在して接合している。そして、上下の最外方のコルゲートフィン４２の更に外方には強度部材としてのサイドプレート４３が接合されている。
【００２７】
チューブ４１の一端部は右側のヘッダタンク２０内に連通し、他端部は左側のヘッダタンク３０内に連通している。そして、ヘッダタンク２０の上端側に冷媒が流入する入口ジョイント２４を、また、下端側に冷媒が流出する出口ジョイント２５をそれぞれ配置し接合している。
【００２８】
一方、ヘッダタンク２０内の下方側に仕切板である図示しないセパレータを配置している。これにより、ヘッダタンク２０内部を上側の空間と下側の空間とに仕切っている。入口ジョイント２４はヘッダタンク２０内の上側の空間に連通し、出口ジョイント２５はヘッダタンク２０内の下側の空間に連通している。
【００２９】
図２に示すように、チューブ４１は、凹凸を有する薄板材により形成されており、外表面において凸部４１２となっている部分の内側が内部流体である冷媒の通路となっている。本実施形態のチューブ４１では、冷媒通路が複数（本例では６つ）設けられており、チューブ４１の外表面の複数の凸部４１２の間のそれぞれには、チューブ４１の延在方向（長手方向、図示紙面表裏方向）に直線状に連続して延びる凹部４１１が形成されている。
【００３０】
図３に示すように、コルゲートフィン４２は、外部流体である空気の流通方向と略平行となる複数の平面部４２１と、隣り合う平面部４２１の間を繋ぐ湾曲部４２２とを有するように波状に成形されている。平面部４２１にはルーバ４２３が形成されている。そして、図４にも示すように、湾曲部４２２の稜線部分４２２ａには、外方に向かって略球面状に膨出するように塑性変形された複数の膨出部（突出部に相当）４２４が形成されている。
【００３１】
膨出部４２４は、チューブ４１の複数の凹部４１１の全てに対応する位置にそれぞれ形成されている。すなわち、コルゲートフィン４２の１つの湾曲部４２２の稜線部分４２２ａには、チューブ４１の外表面において１つの湾曲部４２２が接合する部位に形成された全ての凹部４１１に対応する位置に膨出部４２４が形成されている。
【００３２】
また、膨出部４２４は、図４に示す高さＨ１が、図２に示すチューブ４１の凹部４１１の深さＤ（凸部４１２の頂部から凹部４１１の底部までの寸法）と実質的に同一となっている。ここで、膨出部４２４の高さＨ１が凹部４１１の深さＤと実質的に同一とは、高さＨ１と深さＤとがまったく同一の場合ばかりでなく、凹部４１１内に膨出部４２４を挿設した際に形成される隙間にろう付接合時にろう材が完全に充填される程度に、高さＨ１が深さＤより小さい場合も含むものである。
【００３３】
そして、図２に示すように、コルゲートフィン４２の膨出部４２４がチューブ４１のそれぞれの凹部４１１内に挿設されて、チューブ４１の図示左方端の凸部４１２から図示右方端の凸部４１２までの全域（図２図示接合領域の全域）において、チューブ４１とコルゲートフィン４２の湾曲部４２２稜線部分４２２ａとがろう材（接合材）４５により相互に接合されている。
【００３４】
上述の構成によれば、チューブ４１の外表面に凹凸があるものの、コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａ形成した膨出部４２４をチューブ４１の全ての凹部４１１内に挿設して相互に接合している。これにより、チューブ４１とコルゲートフィン４２湾曲部４２２の稜線部分４２２ａとをほぼ全域にわたって相互にろう付接合し、チューブ４１とコルゲートフィン４２との接合面積を充分に確保している。このようにして、外表面に凹凸のあるチューブ４１を採用した場合であっても、熱伝導性能を向上してコア部４０における内部流体と外部流体との熱交換性能を向上することができるとともに、コア部４０の耐振動性等も向上することができる。
【００３５】
また、コルゲートフィン４２の膨出部４２４の高さＨ１は、チューブ４１の凹部４１１の深さＤと実質的に同一であるので、チューブ４１の凹部４１１とコルゲートフィン４２の膨出部４２４との間を比較的容易にろう付接合することができる。
【００３６】
また、チューブ４１の凹部４１１は、チューブ４１の延在方向に直線状に連続して延びているので、コルゲートフィン４２の複数の湾曲部４２２において同一位置に膨出部４２４を設ければよいので、膨出部４２４を有するコルゲートフィン４２の成形が容易である。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図５に基づいて説明する。
【００３８】
本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、膨出部の高さを低くした点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００３９】
図５に示すように、本実施形態では、膨出部４２５は、チューブ４１の複数の凹部４１１の全てに対応する位置にそれぞれ形成されている。また、膨出部４２５は、高さＨ２が、チューブ４１の凹部４１１の深さＤよりも低く設定されている。
【００４０】
そして、コルゲートフィン４２の膨出部４２５がチューブ４１のそれぞれの凹部４１１内に挿設されて、チューブ４１とコルゲートフィン４２の湾曲部４２２稜線部分４２２ａとがろう材（接合材）４５により相互に接合されている。
【００４１】
チューブ４１の凹部４１１とコルゲートフィン４２の膨出部４２５との間では、凹部４１１の入口側縁部と膨出部４２５の基端側縁部との距離が比較的小さくなっており、ろう材４５のフィレットが確実に形成される。
【００４２】
このような構成によれば、コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａに膨出部を設けない場合よりも、チューブ４１とコルゲートフィン４２との接合面積を大きく確保することができる。したがって、外表面に凹凸のあるチューブ４１を採用した場合であっても、熱伝導性能を向上してコア部４０における内部流体と外部流体との熱交換性能を向上することができるとともに、コア部４０の耐振動性等も向上することができる。
【００４３】
なお、コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａの約８０％以上がチューブ４１に接合していれば、良好な熱交換性能が確保できることを発明者は確認している。
【００４４】
さらに、コルゲートフィン４２の膨出部４２５の高さＨ２を小さくして、膨出部４２５を設ける際のコルゲートフィン４２の塑性変形量を抑制できるので、膨出部４２５を有するコルゲートフィン４２の成形が容易である。
【００４５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図６に基づいて説明する。
【００４６】
本第３の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、膨出部の数を少なくした点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００４７】
図６に示すように、本実施形態では、コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａに設ける膨出部４２４を、図２に示したチューブ４１の凹部４１１の数より少なくしている。すなわち、コルゲートフィン４２の１つの湾曲部４２２の稜線部分４２２ａには、チューブ４１の外表面において１つの湾曲部４２２が接合する部位に形成された複数の凹部４１１のうち一部（本例では５つのうちの３つ）の凹部４１１に対応する位置に膨出部４２４が形成されている。
【００４８】
このような構成によれば、コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａに膨出部を設けない場合よりも、チューブ４１とコルゲートフィン４２との接合面積を大きく確保することができる。したがって、外表面に凹凸のあるチューブ４１を採用した場合であっても、熱伝導性能を向上してコア部４０における内部流体と外部流体との熱交換性能を向上することができるとともに、コア部４０の耐振動性等も向上することができる。
【００４９】
さらに、全ての凹部４１１に対応して膨出部４２４を形成する必要がないので、膨出部４２４を有するコルゲートフィン４２の成形が比較的容易である。
【００５０】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について図７および図８に基づいて説明する。
【００５１】
本第４の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、突出部を切り起こし形状とした点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００５２】
図７にコルゲートフィンの斜視図を、図８に湾曲部稜線方向の要部断面図を示すように、コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａには、外方に向かって切り起こされた複数の切り起こし部（突出部に相当）４２６が形成されている。
【００５３】
切り起こし部４２６は、図２に示したチューブ４１の複数の凹部４１１の全てに対応する位置に、それぞれ一対、互いに対向するように矩形状に切り起こされて形成されている。すなわち、コルゲートフィン４２の１つの湾曲部４２２の稜線部分４２２ａには、チューブ４１の外表面において１つの湾曲部４２２が接合する部位に形成された全ての凹部４１１に対応する位置に切り起こし部４２６が形成されている。また、切り起こし部４２６は、高さが、チューブ４１の凹部４１１の深さと実質的に同一となっている。
【００５４】
このような構成によれば、チューブ４１の外表面に凹凸があるものの、コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａ形成した切り起こし部４２６をチューブ４１の全ての凹部４１１内に挿設して相互に接合している。これにより、チューブ４１とコルゲートフィン４２湾曲部４２２の稜線部分４２２ａとをほぼ全域にわたって相互にろう付接合し、チューブ４１とコルゲートフィン４２との接合面積を充分に確保している。このようにして、外表面に凹凸のあるチューブ４１を採用した場合であっても、熱伝導性能を向上してコア部４０における内部流体と外部流体との熱交換性能を向上することができるとともに、コア部４０の耐振動性等も向上することができる。
【００５５】
また、チューブ４１の凹部４１１に対応した突出部を切り起こし部４２６としているので、第１の実施形態の膨出部４２４と比較して高さを確保することが容易であり、切り起こし部４２６を有するコルゲートフィン４１の成形が比較的容易である。
【００５６】
（他の実施形態）
上記第４の実施形態では、切り起こし部４２６をチューブ４１の全ての凹部４１１に対応して設け、切り起こし部４２６の高さを凹部４１１の深さと実質的に同一としていたが、切り起こし部４２６を一部の凹部４１１に対応して設けるものであってもよいし、切り起こし部の高さを凹部４１１の深さより低く設定するものであってもよい。
【００５７】
また、切り起こし部の形状も上記第４の実施形態の切り起こし部４２６の形状に限定されるものではなく、例えば、図９に湾曲部稜線方向断面を示す切り起こし部４２７や図１０に湾曲部稜線方向断面を示す切り起こし部４２８のように、コルゲートフィン４２の湾曲部４２２の稜線部分４２２ａを、稜線方向の一端側を支点として他端側を外方に向かって切り起こすものであってもよい。
【００５８】
また、例えば、図１１に斜視図を示す切り起こし部４２９のように、コルゲートフィン４１の波型形状が延びる方向の一端側を支点として他端側を外方に向かって切り起こすものであってもよい。
【００５９】
また、上記各実施形態では、チューブ４１の外表面に接合されるフィンはコルゲートフィンであったが、フィン形状はこれに限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、フィンを平板状のプレートフィン４２Ａとして、プレートフィン４２Ａのチューブ挿設孔のチューブの凹部に対応する位置の全てもしくは一部に、凹部深さと実質的に同一高さもしくは凹部深さよりも低い突出部４２４Ａを形成するものであってもよい。
【００６０】
また、上記各実施形態では、チューブ４１の凹部４１１は、チューブ４１の延在方向に直線状に連続して延びていたが、凹部を不連続もしくは直線状以外で延びるものとしてもかまわない。
【００６１】
また、上記各実施形態では、本発明をコンデンサ１に適用した例について説明したが、熱交換器はコンデンサに限定されるものではない。例えば、ガスクーラ、エバポレータ、ラジエータ、インタクーラ、オイルクーラ等に適用するものであってもよい。
【００６２】
また、上記各実施形態では、チューブとフィンとを相互にろう付接合していたが、接合方法はこれに限定されるものではなく、例えば溶接や接着により接合するものであってもよい。また、熱交換器の材質もアルミニウム合金に限定されるものではなく、他の金属や熱伝導性が良好な樹脂であってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態における熱交換器であるコンデンサ１の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第１の実施形態におけるコルゲートフィン４２の斜視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】第２の実施形態におけるコンデンサ１の要部断面図である。
【図６】第３の実施形態におけるコルゲートフィンの斜視図である。
【図７】第４の実施形態におけるコルゲートフィンの斜視図である。
【図８】第４の実施形態におけるコルゲートフィンの要部断面図である。
【図９】他の実施形態におけるコルゲートフィンの要部断面図である。
【図１０】他の実施形態におけるコルゲートフィンの要部断面図である。
【図１１】他の実施形態におけるコルゲートフィンの斜視図である。
【図１２】他の実施形態におけるプレートフィンの要部平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１コンデンサ（熱交換器）
４１チューブ
４２コルゲートフィン（フィン）
４２Ａプレートフィン（フィン）
４５ろう材
４１１凹部
４２２湾曲部
４２２ａ稜線部分
４２４、４２５膨出部（突出部）
４２４Ａ突出部
４２６、４２７、４２８、４２９切り起こし部（突出部）
Ｄ凹部の深さ
Ｈ１、Ｈ２膨出部の高さ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に内部流体が流通するチューブ（４１）と、前記チューブ（４１）の外表面に接合されたフィン（４２）とを備える熱交換器であって、
前記チューブ（４１）の前記外表面には凹部（４１１）を有する凹凸形状が形成されており、
前記フィン（４２）には、前記チューブ（４１）の前記凹部（４１１）に対応する位置に突出部（４２４）が形成されて、
前記突出部（４２４）が前記凹部（４１１）内に挿設されて相互に接合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記チューブ（４１）には、前記凹部（４１１）が前記チューブ（４１）の延在方向に直線状に連続して延び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】
前記フィン（４２）は、前記チューブ（４１）の外部を流れる外部流体の流通方向と略平行な複数の平面部（４２１）と、隣り合う前記平面部（４２１）の間を繋ぐ湾曲部（４２２）とを有するように波状に成形され、
前記湾曲部（４２２）の稜線部分（４２２ａ）に前記突出部（４２４）が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記突出部（４２４）は、外方に向かって膨出した膨出部（４２４）であることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記突出部（４２６）は、外方に向かって切り起こされた切り起こし部（４２６）であることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項６】
１つの前記湾曲部（４２２）には、前記チューブ（４１）の外表面において前記１つの湾曲部（４２２）が接合する部位に形成された全ての前記凹部（４１１）に対応する位置に前記突出部（４２４）が形成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
１つの前記湾曲部（４２２）には、前記チューブ（４１）の外表面において前記１つの湾曲部（４２２）が接合する部位に形成された複数の前記凹部（４１１）のうち一部の前記凹部（４１１）に対応する位置に前記突出部（４２４）が形成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項８】
前記突出部（４２４）は、高さ（Ｈ１）が前記凹部（４１１）の深さ（Ｄ）と実質的に同一であることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項９】
前記突出部（４２５）は、高さ（Ｈ２）が前記凹部（４１１）の深さ（Ｄ）より小さいことを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の熱交換器。

【図１】