JP3842081B2 - 熱交換器の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器の製造装置及び製造方法に係り、特に、ルームエアコン等に用いるフィンチューブ式熱交換器の製造装置及び製造方法に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のルームエアコン等の空気調和機に用いられる熱交換器の自動ろう付け方法及び装置としては、図6に示すように、複数に積層したアルミ製フィンの複数の貫通孔に複数の銅製U字状パイプを挿入してマンドレル拡管等の一次拡管によりこのフィンとU字状パイプとを固定し、このU字状パイプの開口部を二次拡管してこの拡管開口部にヒートマスの異なる多種類の銅製ベンドパイプの周囲にリングろう材を装着して挿入し、この状態の熱交換器を搬送装置で搬送してこの熱交換器の挿入部全体を加熱装置の多頭バーナーの燃焼部を通して加熱しろう材を溶融してU字状パイプにベンドパイプをろう付けする熱交換器の自動ろう付け方法及び装置がある。
【0003】
このような自動ろう付け装置の公知技術としては、特開平9−267168号公報が挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ルームエアコン等の空気調和機に用いられる熱交換器では、一つのパスを形成するようにU字状パイプをUベンドパイプのみで直列に接続することから、性能向上のために、複数パスを組合せて形成するように分岐した異形ベンドパイプをUベンドパイプと混在して用いるようになっている。この異形ベンドパイプは、一般的なUベンドパイプより肉厚を厚くしたり長さを長くしたりする必要があり、Uベンドパイプに比較してヒートマスが大きくなっている。
【0005】
しかしながら、従来の自動ろう付け方法及び装置では、このようなヒートマスの異なるベンドパイプを有する熱交換器においても、この熱交換器の挿入部全体を単に加熱装置の多頭バーナーの燃焼部を通して加熱するため、Uベンドパイプに装着したろう材は溶融する適正温度まで達するが、ヒートマスの大きな異形ベンドパイプに装着したろう材は溶融する適性温度まで達せず、接合が困難であったり、接合の信頼性が十分に得られなかったりする問題があり、人手によるろう付け作業に頼らざるを得なかった。
【0006】
本発明の目的は、U字状パイプにヒートマスの異なるベンドパイプを高い信頼性で多種多様な熱交換器を自動ろう付けすることができ、省力化が可能な熱交換器の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第1の手段は、複数に積層したフィンの複数の貫通孔に複数のU字状パイプを挿入して拡管によりこのフィンとU字状パイプとを固定し、このU字状パイプの開口部にヒートマスの異なる複数のベンドパイプをりん銅ろうのろう材を介して嵌合した状態の熱交換器の嵌合部を加熱装置を通してろう付けする熱交換器の製造装置において、前記熱交換器の製造装置は、熱交換器を連続的に搬送する一の搬送装置を備え、前記加熱装置は、多頭式の固定型加熱装置と、この固定型加熱装置よりも前記搬送装置の搬送方向の上流側において前記搬送装置と同期して移動可能な予備加熱装置とを有し、前記予備加熱装置は、それぞれ独立して加熱の設定が可能なバーナーを前記搬送装置によって搬送される熱交換器の両側に対向するように搬送方向に複数並んで配置され、この複数のバーナーは、前記搬送装置で搬送される熱交換器のベンドパイプの間隔に対応して配置され、それぞれのバーナーは、前記固定型加熱装置の個々の火力よりも大きな火力を有し、かつ、加熱状態が継続されたままでヒートマスの大きいベンドパイプを加熱するとともに、過熱防止のためにそれぞれ独立して退避が可能であり、前記固定型加熱装置は、前記予備加熱装置を経て前記搬送装置によって搬送される熱交換器を加熱して、U字状パイプとベンドパイプとをろう付けする構成としたことにある。
【0008】
本発明の第2の手段は、複数に積層したフィンの複数の貫通孔に複数のU字状パイプを挿入して拡管によりこのフィンとU字状パイプとを固定し、このU字状パイプの開口部にヒートマスの異なる複数のベンドパイプをりん銅ろうのろう材を介して嵌合し、この状態の熱交換器の嵌合部を加熱装置を通して加熱し前記ろう材を溶融して前記U字状パイプに前記ベンドパイプをろう付けする熱交換器の製造方法において、前記熱交換器は一の搬送装置で搬送されながら前記加熱装置によって加熱され、前記加熱装置は、多頭式の固定型加熱装置と、この固定型加熱装置よりも前記搬送装置の搬送方向の上流側において前記搬送装置と同期して移動可能な予備加熱装置とを有し、前記予備加熱装置は、それぞれ独立して加熱の設定が可能なバーナーを前記搬送装置によって搬送される熱交換器の両側に対向するように搬送方向に複数並んで配置され、この複数のバーナーは、前記搬送装置で搬送される熱交換器のベンドパイプの間隔に対応して配置され、それぞれのバーナーは、前記固定型加熱装置の個々の火力よりも大きな火力を有し、かつ、加熱状態が継続されたままでヒートマスの大きいベンドパイプを加熱するとともに、過熱防止のためにそれぞれ独立して退避が可能であり、前記搬送装置によって搬送される熱交換器は、複数の前記バーナーによってヒートマスの大きいベンドパイプが加熱された後に、前記ベンドパイプの嵌合部全体を前記固定型の加熱装置を通して加熱され、前記ろう材を溶融して前記U字状パイプに前記ベンドパイプをろう付けするようにしたことにある。
【0009】
本発明の第3の手段は、複数に積層したフィンの複数の貫通孔に複数のU字状パイプを挿入して拡管等によりこのフィンとU字状パイプとを固定し、このU字状パイプの開口部にヒートマスの異なる複数のベンドパイプをろう材を介して嵌合した状態の熱交換器の嵌合部を加熱装置を通してろう付けする熱交換器の自動ろう付け装置において、前記加熱装置は、前記ヒートマスの大きいベンドパイプの嵌合部を予備加熱する予備加熱装置と、前記ベンドパイプの嵌合部全体を加熱し前記ろう材を溶融して前記U字状パイプに前記ベンドパイプをろう付けする主加熱装置とを備えている構成にしたことにある。
【0010】
本発明の第4の手段は、複数に積層したフィンの複数の貫通孔に複数のU字状パイプを挿入して拡管等によりこのフィンとU字状パイプとを固定し、このU字状パイプの開口部にヒートマスの異なる複数のベンドパイプをろう材を介して嵌合した状態の熱交換器の嵌合部を通してろう付けする熱交換器の自動ろう付け装置において、前記加熱装置は、前記ヒートマスの大きいベンドパイプの嵌合部を加熱する移動可能な加熱装置と、前記ベンドパイプの嵌合部全体を加熱し前記ろう材を溶融して前記U字状パイプに前記ベンドパイプをろう付けする固定型の加熱装置とを備えている構成にしたことにある。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、発明の一実施例を図1から図5を用いて説明する。
【0012】
まず、本実施例の自動ろう付け装置の全体構成を図1を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施例の熱交換器の自動ろう付け装置の構成図である。
【0013】
自動ろう付け装置10は、熱交換器1を搬送するための搬送装置20と、熱交換器1のろう付け部を加熱するための加熱装置30と、熱交換器1の搬送をガイドするためのガイド7とを備えている。
【0014】
搬送装置20は、熱交換器1の搬送部を構成するコンベア5と、コンベア5の駆動部を構成するコンベア駆動源5aとを備えている。この搬送装置20は、搬送される熱交換器1の種類、大きさなどに応じて可変速できるようになっている。コンベア駆動源5aは、モータ等により構成され、制御装置により速度制御される。また、搬送装置20は後述する予備加熱装置31の移動のための駆動部も兼ねている。
【0015】
加熱装置30は、熱交換器1のヒートマスの大きいベンドパイプ3aのろう付け部を予備加熱するためのワーク追従式予備加熱装置31と、この予備加熱装置31で予備的に加熱された熱交換器1のベンドパイプ3a、3b全体のろう付け部を主加熱するための固定式主加熱装置32とを備えている。この予備加熱装置31と主加熱装置32はコンベア5の上方に設置され、予備加熱装置31がコンベア5の上流側に配置される。
【0016】
予備加熱装置31は、シリンダ4aに取付けられたバーナー4を独立して複数有している。このバーナー4は、予備加熱装置31の加熱部を構成するものであり、シリンダ4aによりそれぞれ独立して上下動可能になっている。具体的には、バーナー4は、シリンダ4aに設置されタイマー(図示せず)で上下動して加熱時間を管理できるようになっている。即ち、異形ベンドパイプ3bを加熱してろう材を溶融する際は図2(a)に示すようにバーナー4を下動した状態とし、所定の加熱時間が経過して異形ベンドパイプ3bの加熱が完了した際は図2(b)に示すようにバーナー4を上動した状態とする。また、バーナー4は、通過する熱交換器1の両側に対向して複数並置され、その間隔が熱交換器1の熱交換パイプの間隔に一致している。さらには、バーナー4は、その個々の火力が主加熱装置32の多頭バーナー6の個々のバーナーの火力より大きなものが用いられており、ヒートマスの大きい異形ベンドパイプ3bの予備加熱を迅速に行なうことができるようになっている。上述したバーナーユニット4、4aは、横、縦及び前後方向に位置調整することができ、エアコンの機種変更による熱交換器1の形状変更にも対応できるものであり、ろう付けする熱交換器1の種類、大きさなどに応じて調節できるようになっている。さらには、予備加熱装置31は、搬送装置20の搬送方向に移動可能になっており、コンベア駆動源5aを駆動源として利用し、搬送装置20と同期して移動可能になっている。
【0017】
主加熱装置32は多頭式バーナー6を備えている。多頭式バーナー6は通過する熱交換器1の両側に対向して配置されている。なお、多頭式バーナー6は、固定式ではあるが、ろう付けする熱交換器1の種類、大きさなどに応じて高さや搬送方向の位置などを調節できるようになっている。
【0018】
図1に示す熱交換器1は、複数に積層したアルミ製フィン1aの複数の貫通孔に複数の銅製U字状パイプ1bを挿入して拡管等によりこのフィン1aとU字状パイプ1bとを固定し、このU字状パイプ1bの開口部をさらに拡管し、周囲にリングろう材3dを装着したヒートマスの異なる複数種類の銅製ベンドパイプ3a、3b(図2参照)をこの拡管開口部に挿入した状態のものである。
【0019】
ここで、熱交換器1に用いられるベンドパイプについて、図3を参照しながら説明する。図3(a)に示すUベンドパイプ3aは従来から広く用いられているUベンドパイプであり、図3(b)に示す異形ベンドパイプ3bはUベンドパイプに分岐管を設けた異形ベンドパイプであり、図3(c)に示す異形ベンドパイプ3cは接続具を介して分岐された異形ベンドパイプである。これらのベンドパイプ3a、3b、3cは、そのU字状パイプ1bへの挿入部の外周にリングろう材3dが装着されている。なお、リングろう材3dの材質としては、りん銅ろうが用いられている。これらのベンドパイプ3a、3b、3cは、肉厚や大きさが異なるために、ヒートマスが異なっているものである。例えば、Uベンドパイプ3aの肉厚は0.41mm程度であり、これに対して異形ベンドパイプ3b、3cの肉厚は0.7〜1.0mm程度であり、両者のヒートマスは大きく相違する。なお、図1に示す熱交換器1は異形ベンドパイプ3cを用いていない種類の熱交換器である。
【0020】
次に、本実施例の熱交換器の自動ろう付け方法について図4及び図5を参照しながら説明する。図4は本発明の熱交換器の自動ろう付けの動作フローチャート図、図5は同自動ろう付けにおける加熱時間に対する母材温度の特性図である。
【0021】
図4において、複数に積層したアルミ製フィン1aの複数の貫通孔に複数の銅製U字状パイプ1bを挿入してマンドレルによる拡管等によりこのフィン1aとU字状パイプ1bとを固定し、このU字状パイプ1bの開口部をさらに拡管し、周囲にリングろう材3dを装着したヒートマスの異なる複数種類の銅製ベンドパイプ3a、3bをこの拡管開口部に挿入してろう付けできる状態に熱交換器1を組立てる(ステップ41)。この熱交換器1を搬送装置20のコンベア5上に搭載し、コンベア駆動源5aを駆動してコンベア5を移動させ、熱交換器1を加熱装置30へ搬送する(ステップ42)。この搬送時に熱交換器1はガイド7に案内されて加熱装置30の予備加熱装置31の所定位置に精度よく搬送される。
【0022】
予備加熱装置31は、熱交換器1が搬送されてきたことをセンサー(図示せず)で検知して始動し、ヒートマスの大きい異形ベンドパイプ3bに対応するバーナー4のみを点火し、異形ベンドパイプ3b部のみを予備加熱する(ステップ43)。なお、熱交換器1は通常連続的に搬送してくるので、バーナー4は一度点火されると点火された状態が継続される。予備加熱装置31のバーナー4は、コンベア5の駆動源であるコンベア駆動源5aを駆動源として利用し、コンベア5と同期して移動するので、ワークである熱交換器1の移動と同期して移動する。これにより、バーナー4に対応する異形ベンドパイプ3bを継続して同一のバーナー4で加熱することができ、熱交換器1によって変わる生産タクトや搬送装置20の微妙な速度変化にも追従することが可能となり、確実な予備加熱が行なえる。
【0023】
そして、予備加熱装置31のバーナー4は、1個ずつ独立しており、それぞれシリンダ4aに設置されタイマーで加熱時間を管理できるので、図3に示す異なったヒートマスのベンドパイプ3a、3b、3c毎に加熱時間をタイマーで設定することができ、ベンドパイプ3a、3b、3c毎に適正な予熱時間が完了すると、シリンダ4aが上昇退避し、過熱を防止するようにできる。このように、各シリンダ4aの加熱時間はバーナー4毎に設定することができるので、ベンドパイプ毎に加熱オーバーや過熱不足といった問題を解消することが可能となる。また、このバーナーユニット4、4aは横、縦及び前後方向に位置調整することができ、機種変更にも対応できるものである。
【0024】
なお、予備加熱が全て終了すると、予備加熱装置31は元の位置に戻って次の熱交換器1の予備加熱を開始する。
【0025】
次いで、予備加熱された熱交換器1は、コンベア5で主加熱装置32へ搬送されて主加熱される(ステップ44)。主加熱装置32は、予備加熱装置31が始動すると同時に始動して多頭式バーナー6を点火し、通過する熱交換器1のUベンドパイプ3a、3b全体を同時に加熱することにより、リングろう材3dを溶融してU字状パイプ1bにベンドパイプ3a、3bをろう付けする。これにより、熱交換器1が完成する。
【0026】
この動作を図5を参照しながら説明する。図5は熱交換器1の自動ろう付けにおけるろう付け部の温度プロファイルを示したものである。一般的なUベンドパイプ3aは肉厚が0.41mm程度であるので、従来の多頭式バーナー6のみで加熱を行なっても、ろう付け部の温度は熱交換器1がコンベア5で搬送され、両サイドからの多頭式バーナー6の加熱により、装着したリングろう材3dが例えば溶融温度735℃〜845℃のりん銅ろう(BcuP-2)の場合では、加熱後半でこの溶融温度となりろう付けが完了する。ところが、パイプ肉厚が0.7mm〜1.0mmである異形パイプ3b、3cを従来の多頭式バーナー6で加熱しても、ヒートマスの違いから、ろう付け部の温度が約500℃までしか上昇せず装着したリングろう材3dは溶融せず接合ができない。
【0027】
それに対し、本発明による予備加熱装置31及び主加熱装置32を併用し、厚肉である異形パイプ3b、3cが多頭式バーナー6を通過する前に、あらかじめろう付け適正温度に到達するまでの予備加熱を行なうことにより、Uベンドパイプ3aと同じコンベア速度で従来の多頭式バーナー6によってろう付けが完了することができる。よって、従来では、異形ベンドパイプ3b、3c等のろう付けは熟練を要する人手作業に頼っていたが、本実施例では、ベンドパイプ3a、3b、3cを装着するだけで安定したろう付けが可能となり、省力化と信頼性向上を図ることができる。
【0028】
本実施例では、予備加熱装置31が主加熱装置32の上流側に配置されているので、予備加熱装置31で異形ベンドパイプ3bのリングろう材3dを溶融するまで加熱する必要がなく、予備加熱装置31を小型で火力の小さいものとすることができると共に、主加熱装置32で最終的に異形ベンドパイプ3bを含むベンドパイプ全体のリングろう材3dを溶融してろう付けすることにより、信頼性の高いろう付けとすることができる。なお、このような効果を得ることが必要ない場合には、主加熱装置32の下方に位置して主加熱装置32のベンドパイプ部の全体加熱と共にヒートマスの大きい異形ベンドパイプ部の加熱をするようにしてもよく、或いは、主加熱装置32の下流側に位置してヒートマスの大きいベンドパイプ部を後加熱するようにしてもよい。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、U字状パイプにヒートマスの異なるベンドパイプを高い信頼性で多種多様な熱交換器を自動ろう付けすることができ、省力化が可能な熱交換器の製造装置及び製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の熱交換器の自動ろう付け装置の構成図である。
【図2】同自動ろう付け装置の予備加熱装置の動作説明図である。
【図3】同自動ろう付け装置のろう付けに用いられる熱交換器の異なるベンドパイプの説明図である。
【図4】同自動ろう付けの動作のフローチャート図である。
【図5】同自動ろう付けにおける加熱時間に対する母材温度の特性図である。
【図6】従来の熱交換器の自動ろう付け装置の構成図である。
【符号の説明】
1…熱交換器、3a…Uベンドパイプ、3b、3c…異形ベンドパイプ、3d…リングろう材、4…バーナー、4a…シリンダ、5…コンベア、5a…コンベア駆動源、6…多頭式バーナー、7…ガイド、10…自動ろう付け装置、20…搬送装置、30…加熱装置、31…予備加熱装置、32…主加熱装置。
Claims (7)
- 複数に積層したフィンの複数の貫通孔に複数のU字状パイプを挿入して拡管によりこのフィンとU字状パイプとを固定し、このU字状パイプの開口部にヒートマスの異なる複数のベンドパイプをりん銅ろうのろう材を介して嵌合した状態の熱交換器の嵌合部を加熱装置を通してろう付けする熱交換器の製造装置において、
前記熱交換器の製造装置は、熱交換器を連続的に搬送する一の搬送装置を備え、
前記加熱装置は、多頭式の固定型加熱装置と、この固定型加熱装置よりも前記搬送装置の搬送方向の上流側において前記搬送装置と同期して移動可能な予備加熱装置とを有し、
前記予備加熱装置は、それぞれ独立して加熱の設定が可能なバーナーを前記搬送装置によって搬送される熱交換器の両側に対向するように搬送方向に複数並んで配置され、
この複数のバーナーは、前記搬送装置で搬送される熱交換器のベンドパイプの間隔に対応して配置され、
それぞれのバーナーは、前記固定型加熱装置の個々の火力よりも大きな火力を有し、かつ、加熱状態が継続されたままでヒートマスの大きいベンドパイプを加熱するとともに、過熱防止のためにそれぞれ独立して退避が可能であり、
前記固定型加熱装置は、前記予備加熱装置を経て前記搬送装置によって搬送される熱交換器を加熱して、U字状パイプとベンドパイプとをろう付けすることを特徴とする熱交換器の製造装置。 - 請求項1において、前記バーナーの加熱時間を制御可能としたことを特徴とする熱交換器の製造装置。
- 請求項1または2において、前記予備加熱装置の移動に、前記搬送装置を駆動する駆動源を利用したことを特徴とする熱交換器の製造装置。
- 請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記予備加熱装置は、予備加熱が全て終了すると元の位置に戻って次に搬送される熱交換器の予備加熱を開始することを特徴とする熱交換器の製造方法。
- 複数に積層したフィンの複数の貫通孔に複数のU字状パイプを挿入して拡管によりこのフィンとU字状パイプとを固定し、このU字状パイプの開口部にヒートマスの異なる複数のベンドパイプをりん銅ろうのろう材を介して嵌合し、この状態の熱交換器の嵌合部を加熱装置を通して加熱し前記ろう材を溶融して前記U字状パイプに前記ベンドパイプをろう付けする熱交換器の製造方法において、
前記熱交換器は一の搬送装置で搬送されながら前記加熱装置によって加熱され、
前記加熱装置は、多頭式の固定型加熱装置と、この固定型加熱装置よりも前記搬送装置の搬送方向の上流側において前記搬送装置と同期して移動可能な予備加熱装置とを有し、
前記予備加熱装置は、それぞれ独立して加熱の設定が可能なバーナーを前記搬送装置によって搬送される熱交換器の両側に対向するように搬送方向に複数並んで配置され、
この複数のバーナーは、前記搬送装置で搬送される熱交換器のベンドパイプの間隔に対応して配置され、
それぞれのバーナーは、前記固定型加熱装置の個々の火力よりも大きな火力を有し、かつ、加熱状態が継続されたままでヒートマスの大きいベンドパイプを加熱するとともに、過熱防止のためにそれぞれ独立して退避が可能であり、
前記搬送装置によって搬送される熱交換器は、複数の前記バーナーによってヒートマスの大きいベンドパイプが加熱された後に、前記ベンドパイプの嵌合部全体を前記固定型の加熱装置を通して加熱され、前記ろう材を溶融して前記U字状パイプに前記ベンドパイプをろう付けすることを特徴とする熱交換器の製造方法。 - 請求項5において、前記ベンドパイプのヒートマスの大きさに応じてそれぞれの嵌合部の予備加熱時間を制御することを特徴とする熱交換器の製造方法。
- 請求項5または6において、前記予備加熱装置の複数の加熱部としてシリンダに取り付けた上下動可能な複数のバーナーを用い、前記熱交換器の嵌合部の上面側に位置させて前記バーナーで加熱し、予備加熱が終了した部分から予備加熱を完了することを特徴とする熱交換器の製造方法。
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