JP2005147571A - 積層型熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ろう付効率を向上させつつ、結合部における気密性を確保することができる積層型熱交換器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 積層された複数のチューブ１１と、これらチューブ１１の端部に対応した係合孔を有する座板１７とを係合し、ろう付用の炉内でろう付してコアを形成した後、上記座板１７にヘッダタンク部材を結合することによって形成される積層型熱交換器において、上記座板１７の上記ヘッダタンク部材が結合される結合部１７ａ以外に、上記ろう付用のろう材２０をクラッドするとともに、上記コアを各上記チューブ１１の端部が上記炉内への進行方向に対して垂直方向となる状態で上記炉内に供給するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、熱交換媒体用の流路を形成するチューブが積層されてなる積層型熱交換器およびその製造方法に関するものである。

従来、この種の積層型熱交換器としては、積層された複数のチューブと、これら隣接するチューブ間に配置された複数の波形フィンと、複数のチューブの上端部および下端部がそれぞれ接続された上方ヘッダタンク部および下方ヘッダタンク部と、これら上方および下方ヘッダタンク部に接続された入口パイプおよび出口パイプとを備えており、これら上方および下方ヘッダタンク部が、それぞれヘッダ座板と、このヘッダ座板に接合されたヘッダタンク部材としてのタンクカバー部材とから構成され、内部にタンク室が形成されているとともに、各チューブの端部がヘッダ座板に対応して設けられた係合孔に挿入され、挿入された挿入突出部がタンク室内に突出されているものが一般的である。

そして、かかる積層型熱交換器では、入口パイプより上方ヘッダタンク部のタンク室に熱交換媒体が流入し、タンク室に流入した熱交換媒体は各チューブ内に形成される流路に分割供給される。熱交換媒体は、各チューブ内の流路を上方から下方に流れ、この過程でチューブの外部を流れる空気などと熱交換を行った後、各チューブの流路の下方に位置する下方ヘッダタンク部内のタンク室にそれぞれ流入し、出口パイプより流出されるようになっている。

ところで、このような積層型熱交換器は、一般的に以下のような工程を経て製造される。すなわち、かかる積層型熱交換器は、まず、係合工程において、図４に示すように、積層された複数のチューブ１の端部１ａを、これら端部１ａに対応したヘッダ座板２の係合孔２ａに係合し、コア３を仮組する。このとき、隣接するチューブ１、１間に波形フィン４を介在するようにしてもよい。

次に、ろう付工程において、これら係合した複数のチューブ１とヘッダ座板２（つまり、仮組状態のコア３）を、図５に示すようなろう付用の炉５内に、各チューブ１の端部１ａが、炉５内への進行方向に対して水平方向となる横焼き姿勢で供給してろう付することにより、コア３（図４参照）を形成する。

この炉５は、炉内空間５１にステンレス鋼等からなるマッフルケース５２が配置されている。マッフルケース５２の底部には、ろう付けすべき積層型熱交換器等の製品を搬送するベルトコンベアのベルト５３が配置されている。そして、炉内空間５１を覆って炉本体５０が配置されている。この炉本体５０は、天井部５０ａ、側壁部５０ｂおよび床部５０ｃとからなる。天井部５０ａおよび側壁部５０ｂには、炉内空間５１に隣接して、例えば、セラミックファイバーからなる耐熱材５４が配置されている。

このセラミックファイバーは、シリコン、アルミナの繊維からなり耐熱温度が高く、断熱性が高いという特徴がある。そして、耐熱材の外側に、例えば、マグネシュウムフェルトからなる断熱材５５が配置されている。このマグネシュウムフェルトは、酸化マグネシュウムの繊維からなり耐熱温度は低いが、断熱性が高く廉価であるという特徴がある。

また、床部５０ｃは、炉内空間５１側から、耐火煉瓦５６、耐火耐熱煉瓦５７および断熱煉瓦５８を順次積層することにより構成されている。炉内空間５１の上部および側部には、例えば、コイルヒータからなる電気ヒータ５９ａ、５９ｂが配置されている。また、床部５０ｃには、例えば、リボンヒータからなる電気ヒータ６０が配置されている（例えば、特許文献１または非特許文献１参照）。

そして、この後、ヘッダタンク部材結合工程において、図６に示すように、コア３のヘッダ座板２にタンクカバー６を結合することにより、上方ヘッダタンク部７（図示省略する下方ヘッダタンク部も同様）を形成する。このとき、タンクカバー６は、Ｏリング等のシール部材８を介してヘッダ座板２の結合部２ｂに配置された後、かしめ等の手法を用いて結合される。
特開平１１−１８３０３５号公報（第２図） アルミニウムブレージングハンドブック（１６８頁、図５．１７、社団法人 軽金属溶接構造協会発行、アルミニウムブレージングハンドブック編集委員会編集、小宮山印刷工業株式会社印刷）

ところで、近年、炉５内へ仮組状態のコア３（以下、これをワーク３と称する）を多く供給し、当該炉５内へのワーク３の充填率、すなわち、ろう付効率を向上させるとともに、炉５におけるワーク３の搬送経路を短縮する目的から、このワーク３のチューブ１における端部１ａが、前記搬送経路（炉５内への進行方向）に対し垂直となる縦焼き姿勢でろう付する技術が考案されている。

しかしながら、かかる縦焼き姿勢によるろう付技術では、上方ヘッダタンク部７（図６参照）側のヘッダ座板２における係合孔２ａ近傍に配置されたろう材が、重力によって下方に流れてしまうことから、この係合孔２ａと当該係合孔２ａに挿入されたチューブ１の端部１ａとの間にろう切れを起こし易いおそれがある。

このような問題を解決する手法の一つとして、例えば、ヘッダ座板２の表面全域に亘ってろう材をクラッドしてろう付する技術が想到される。この場合、ヘッダ座板２の係合孔２ａと、チューブ１の端部１ａとのろう付部分に、ろう材が毛細管現象によって流れ込むため、ろう切れを防止して良好なろう付結果を得ることができる。

しかしながら、かかる技術では、ヘッダ座板２の表面全域に亘ってろう材がクラッドされていることから、タンクカバー６を結合するヘッダ座板２の結合部２ｂに、ろう材による凹凸が形成されてしまうため、ヘッダタンク部材結合工程において、ヘッダ座板２とタンクカバー６とを結合する際、前記結合部２ｂにシール部材８を介したとしても、気密性を確保することが困難となる場合があり、解決策としては不十分であると言えよう。

そこで、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、ろう付効率を向上させつつ、結合部における気密性を確保することができる積層型熱交換器およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

請求項１にあっては、積層された複数のチューブと、これらチューブの端部に対応した係合孔を有する座板とを係合し、ろう付用の炉内でろう付してコアを形成した後、上記座板にヘッダタンク部材を結合することによって形成される積層型熱交換器において、上記座板の上記ヘッダタンク部材が結合される結合部以外に、上記ろう付用のろう材をクラッドするとともに、上記コアを各上記チューブの端部が上記炉内への進行方向に対して垂直方向となる縦焼き姿勢で上記炉内に供給するようにしたことを特徴としている。

請求項２にあっては、積層された複数のチューブの端部を、これら端部に対応した座板の係合孔に係合する係合工程と、これら係合した複数のチューブと座板とを、ろう付用の炉内でろう付してコアを形成するろう付工程と、上記コアの座板にヘッダタンク部材を結合する結合工程とを有する積層型熱交換器の製造方法において、上記係合工程では、少なくとも上記座板の上記ヘッダタンク部材が結合される結合部以外に、上記ろう付用のろう材をクラッドし、上記ろう付工程では、上記コアを各上記チューブの端部が上記炉内への進行方向に対して垂直方向となる縦焼き姿勢で上記炉内に供給するようにしたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、座板におけるヘッダタンク部材が結合される結合部以外に、ろう付用のろう材をクラッドするとともに、各チューブの端部が炉内への進行方向に対して垂直方向となる縦焼き姿勢でコアを炉内に供給するようにしたことにより、炉内へのコアの充填率を高め、炉におけるコアの搬送経路を短縮し得る縦焼き姿勢においても、座板の係合孔とチューブの端部とのろう付部分に、ろう材が毛細管現象によって流れ込むため、ろう切れを防止して良好なろう付結果を得ることができる。これとともに、座板におけるヘッダタンク部材が結合される結合部には、ろう材がクラッドされていないことから、この結合部に、ろう材による凹凸が形成されるのを未然に回避することができるため、座板とヘッダタンク部材とを結合する際の気密性を確保することができる。かくして、ろう付効率を向上させつつ、結合部における気密性を確保することができる積層型熱交換器を提供することができる。

請求項２の発明によれば、係合工程では、少なくとも座板のヘッダタンク部材が結合される結合部以外に、ろう付用のろう材をクラッドし、ろう付工程では、コアを各チューブの端部が炉内への進行方向に対して垂直方向となる縦焼き姿勢で炉内に供給するようにしたことにより、炉内へのコアの充填率を高め、炉におけるコアの搬送経路を短縮し得る縦焼き姿勢においても、座板の係合孔とチューブの端部とのろう付部分に、ろう材が毛細管現象によって流れ込むため、ろう切れを防止して良好なろう付結果を得ることができる。これとともに、座板におけるヘッダタンク部材が結合される結合部には、ろう材がクラッドされていないことから、この結合部に、ろう材による凹凸が形成されるのを未然に回避することができるため、座板とヘッダタンク部材とを結合する際の気密性を確保することができる。かくして、ろう付効率を向上させつつ、結合部における気密性を確保することができる積層型熱交換器の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳述する。

図１〜図３は、本発明における積層型熱交換器の一実施形態を示し、図１は本発明を適用した積層型熱交換器を示す概略構成図、図２は図１における積層型熱交換器のヘッダ座板を示す断面図、図３は図２におけるヘッダ座板とチューブとの係合状態を示す部分的断面図である。

図１において、１０は積層型熱交換器全体を示し、積層された複数のチューブ１１と、これら隣接するチューブ１１、１１間に配置された複数の波形フィン１２と、複数のチューブ１１の上端部および下端部がそれぞれ接続された上方ヘッダタンク部１３および下方ヘッダタンク部１４と、これら上方および下方ヘッダタンク部１３、１４に接続された入口パイプ１５および出口パイプ１６とを備えている。

また、これら上方および下方ヘッダタンク部１３、１４は、それぞれヘッダ座板１７と、このヘッダ座板１７に接合されたヘッダタンク部材としてのタンクカバー部材１８とから構成され、内部にタンク室１９が形成されているとともに、各チューブ１１の端部がヘッダ座板１７に対応して設けられた係合孔（図示省略する）に挿入されている。

そして、かかる積層型熱交換器１０では、入口パイプ１５より上方ヘッダタンク部１３のタンク室１９内に熱交換媒体としての冷却水が流入し、タンク室１９内に流入した冷却水は各チューブ１１内に形成される流路に分割供給される。冷却水は、各チューブ１１内の流路を上方から下方に流れ、この過程でチューブ１１の外部を流れる空気などと熱交換を行った後、各チューブ１１の流路の下方に位置する下方ヘッダタンク部１４内のタンク室１９内にそれぞれ流入し、出口パイプ１６より流出されるようになっている。

本実施形態の場合、ヘッダ座板１７は図２に示すように、一面側の端部、すなわち、タンクカバー部材１８を結合するヘッダ座板１７の結合部１７ａとなる部分以外の表面全域に、ろう付用のろう材２０がクラッドされている。

従って、このようなヘッダ座板１７を用いて積層型熱交換器１０のコアを、ろう付用の炉内へ各チューブ１１の端部が炉内への進行方向に対して垂直方向となる縦焼き姿勢で供給してろう付する場合においても、ヘッダ座板１７の係合孔とチューブ１１の端部とのろう付部分に、ろう材２０が毛細管現象によって流れ込むため、ろう切れを防止して良好なろう付結果を得ることができる。

しかも、この場合、縦焼き姿勢でろう付しているので、炉内に対するコアの充填率を高め、この炉におけるコアの搬送経路の短縮をも図ることができる利点を得ることができる。

これに加えて、この場合、ヘッダ座板１７におけるタンクカバー部材１８が結合される結合部１７ａには、ろう材２０がクラッドされていないことから、図３に示すように、この結合部１７ａに、ろう材２０による凹凸が形成されるのを未然に回避することができるため、ヘッダ座板１７とタンクカバー部材１８とをＯリング等のシール材２１を介して結合する際の気密性を確保することができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、ヘッダ座板１７におけるタンクカバー部材１８が結合される結合部１７ａ以外に、ろう付用のろう材２０をクラッドするとともに、各チューブ１１の端部が炉内への進行方向に対して垂直方向となる縦焼き姿勢でコアを炉内に供給するようにしたことにより、炉内へのコアの充填率を高め、炉におけるコアの搬送経路を短縮し得る縦焼き姿勢においても、ヘッダ座板１７の係合孔とチューブ１１の端部とのろう付部分に、ろう材２０が毛細管現象によって流れ込むため、ろう切れを防止して良好なろう付結果を得ることができる。

これとともに、ヘッダ座板１７におけるタンクカバー部材１８が結合される結合部１７ａには、ろう材２０がクラッドされていないことから、この結合部１７ａに、ろう材２０による凹凸が形成されるのを未然に回避することができるため、ヘッダ座板１７とタンクカバー部材１８とを結合する際の気密性を確保することができる。

かくして、ろう付効率を向上させつつ、結合部１７ａにおける気密性を確保することができる。

なお、本発明の熱交換器を上述した実施形態を例に取って説明したが、本発明はこれに限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。

例えば、上述した実施形態では、積層型熱交換器１０内を流通する熱交換媒体として冷却水を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、熱交換に供される熱交換媒体であれば、冷却水以外の熱交換媒体も広く適用することができる。

本発明に係る積層型熱交換器の一実施形態を示す概略構成図である。 図１における積層型熱交換器のヘッダ座板を示す断面図である。 図２におけるヘッダ座板とチューブとの係合状態を示す部分的断面図である。 従来の積層型熱交換器におけるヘッダ座板にチューブが挿入される状態を示す斜視図である。 ろう付に用いる炉の概略構成を示す断面図である。 従来の積層型熱交換器におけるコアとタンクカバーとの結合状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 積層型熱交換器
１１ チューブ
１２ 波形フィン
１３ 上方ヘッダタンク部
１４ 下方ヘッダタンク部
１７ ヘッダ座板（座板）
１７ａ 結合部
１８ タンクカバー部材（ヘッダタンク部材）
２０ ろう材
２１ シール材

Claims (2)

1. 積層された複数のチューブ（１１）と、これらチューブ（１１）の端部に対応した係合孔を有する座板（１７）とを係合し、ろう付用の炉内でろう付してコアを形成した後、上記座板（１７）にヘッダタンク部材（１８）を結合することによって形成される積層型熱交換器（１０）において、
   上記座板（１７）の上記ヘッダタンク部材（１８）が結合される結合部（１７ａ）以外に、上記ろう付用のろう材（２０）をクラッドするとともに、上記コアを各上記チューブ（１１）の端部が上記炉内への進行方向に対して垂直方向となる縦焼き姿勢で上記炉内に供給することを特徴とする積層型熱交換器。
2. 積層された複数のチューブ（１１）の端部を、これら端部に対応した座板（１７）の係合孔に係合する係合工程と、これら係合した複数のチューブ（１１）と座板（１７）とを、ろう付用の炉内でろう付してコアを形成するろう付工程と、上記コアの座板（１７）にヘッダタンク部材（１８）を結合する結合工程とを有する積層型熱交換器（１０）の製造方法において、
   上記係合工程では、少なくとも上記座板（１７）の上記ヘッダタンク部材（１８）が結合される結合部（１７ａ）以外に、上記ろう付用のろう材（２０）をクラッドし、上記ろう付工程では、上記コアを各上記チューブ（１１）の端部が上記炉内への進行方向に対して垂直方向となる縦焼き姿勢で上記炉内に供給することを特徴とする積層型熱交換器の製造方法。
   

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