JP2001041682A - 受液器付き熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器及び受液器自体の肉厚を大きくする
ことなしに、一定の寿命を確保する防食効果を発揮する
ことができる受液器付き熱交換器及びその製造方法を提
供すこと。 【解決手段】 アルミニウム製の熱交換器１のヘッダー
パイプ２ａにろう付けされる受液器１０をアルミニウム
押出形材にて形成し、受液器１０の外表面に、Ｚｎ拡散
層１８、Ｓｉ拡散層１９ａ、又はＳｉとＺｎの混合拡散
層１９ｂのいずれかを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車や
家屋等に設置する空調設備に凝縮器として組み込まれる
熱交換器、特に当該凝縮器で液化した熱媒体の気液分離
等を行う受液器を一体的に備えた熱交換器及びその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車や家屋等の冷暖房機に使
用される空調システムは、図５に示すように、圧縮機
ａ、凝縮器ｂ、受液器ｃ、膨張弁ｄ及び蒸発器ｅを、配
管ｆを介して接続してなるものが知られている。このよ
うに構成される空調システムＡＣにおいて、圧縮機ａか
ら吐出された高温高圧のガス状熱媒体は、凝縮器ｂを通
過する間に、被熱交換流体例えば空気との間で熱交換を
行って潜熱を放出することにより、凝縮して液化し始め
る。このようにして気液混合した高温の熱媒体は、一旦
受液器ｃに貯留されながら気液分離されて、液体のみが
膨張弁ｄに送られ、膨張弁ｄにて図示しない小孔から噴
射させることにより、断熱膨張されて低温低圧の霧状と
なって蒸発器ｅに送られる。

【０００３】この蒸発器ｅ内で、熱媒体は被熱交換流体
例えば空気と熱交換を行って潜熱を吸収することによ
り、蒸発して気化する。このようにして気化した低温低
圧の熱媒体は、上記圧縮機ａに送られて断熱圧縮され、
高温高圧のガス状熱媒体となって再び凝縮器ｂへ送られ
る。このような一連のサイクルを繰り返すことによっ
て、空調システムＡＣを冷房・暖房に供することができ
る。

【０００４】上記空調システムＡＣにおいて、受液器ｃ
は一般に独立に設けられ、凝縮器ｂから送られる液体と
気体とが混合した状態の熱媒体を気液分離して、内部に
液体を一旦貯留する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受液器
を熱交換器と別々に構成したのでは、システム全体が大
型化するという問題がある。そこで、本出願人は、空調
設備に組み込まれる熱交換器（凝縮器）において、凝縮
器たる熱交換器に受液器を一体的に取り付けた構成のも
のを提案している。

【０００６】具体的には、一対のアルミニウム製のヘッ
ダーパイプ間に複数の熱交換管を架設すると共に、各熱
交換管の間に熱交換用フィンを介設し、上記ヘッダーパ
イプに一体的にアルミニウム製の受液器をろう付して構
成される受液器付き熱交換器である。

【０００７】しかし、アルミニウム材は腐食しやすく、
特に電食や塩害に対して弱い性質を有している。このた
め、自動車用ラジエータやカークーラ用コンデンサのご
とき高温になり、かつ、腐食の促進媒体となる塵埃の存
在する雰囲気中に設置される熱交換器では、孔食が短期
間の内に多発し、熱交換機能を劣化、さらには不能にす
る問題を有している。

【０００８】この電食や塩害の問題を回避する一般的対
策としては、熱交換器及び受液器自体の肉厚を厚く形成
することによって、一定の寿命期間について所定の熱交
換機能が確保できるようにすることが考えられる。しか
し、これでは受液器付き熱交換器を薄く構成することが
困難となり、また材料費も無駄になる。一方、熱交換器
及び受液器自体の肉厚を厚くしないときは、電食により
受液器付き熱交換器の所定の寿命を確保することができ
ない。

【０００９】この発明は上記事情に鑑みてなされたもの
であり、熱交換器及び受液器自体の肉厚を大きくするこ
となしに、一定の寿命を確保する防食効果を発揮するこ
とができる受液器付き熱交換器及びその製造方法を提供
すことを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明による受液器付き熱交換器は、一対のアル
ミニウム製のヘッダーパイプ間に複数の熱交換管を架設
すると共に、各熱交換管の間に熱交換用フィンを介設
し、上記ヘッダーパイプに一体的にアルミニウム押出形
材製の受液器をろう付した構成の熱交換器において、上
記受液器の外表面にＺｎ拡散層を形成したことを特徴と
する（請求項１）。

【００１１】このように構成したものにおいては、Ｚｎ
拡散層が犠牲電極となり、Ｚｎ層全体に亘って徐々に犠
牲腐食がなされた後に、心材の腐食が生ずるという腐食
の進行プロセスを構成し、熱交換管の心材までに腐食の
発生する時間が遅延される。従って、孔食の発生が防止
されて高寿命となる。

【００１２】このような防食作用は、上記受液器の外表
面に、上記Ｚｎ拡散層を形成する代わりに、Ｓｉ拡散層
を形成すること（請求項２）により、又は、ＳｉとＺｎ
の混合拡散層を形成すること（請求項３）によっても得
ることができる。

【００１３】この発明の受液器付き熱交換器の製造方法
は、一対のアルミニウム製のヘッダーパイプ間に複数の
熱交換管を架設すると共に、各熱交換管の間に熱交換用
フィンを介設し、上記ヘッダーパイプに一体的にアルミ
ニウム押出形材製の受液器をろう付した受液器付き熱交
換器の製造方法であって、上記受液器の外表面に、Ｚｎ
とフッ素系フラックスとからなるろう付用組成物又はＳ
ｉとフッ素系フラックスとからなるろう付用組成物或い
はＳｉとＺｎとフッ素系フラックスとからなるろう付用
組成物を塗布し、上記ヘッダーパイプと受液器とを所定
温度に加熱して、上記ヘッダーパイプと受液器とをろう
付すると共に、上記受液器の表面にＺｎ拡散層、Ｓｉ拡
散層又はＳｉとＺｎの混合拡散層のうちのいずれかを形
成することを特徴とする（請求項４）。

【００１４】この受液器付き熱交換器の製造方法によれ
ば、肉厚のアルミニウム材料を用いることなく、防食性
に優れ高寿命の受液器付き熱交換器を容易に製造するこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る受液器の実
施形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、従来例で
示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、
その説明を簡略化する。

【００１６】（実施形態１）図２〜図３において、１は
上述した凝縮器ｂとしての熱交換器であり、受液器１０
が取り付けられている。

【００１７】熱交換器１は、図２に示すように、一対の
ヘッダーパイプ２ａ，２ｂと、これらのへッダーパイプ
２ａ，２ｂ間に架設される複数の熱交換管３と、各熱交
換管３の間に介設されると共に、一体に接合される熱交
換用フィン例えばコルゲートフィン４とで主に構成され
ている。

【００１８】ヘッダーパイプ２ａ，２ｂは、アルミニウ
ム製の押出形材にて略円筒状に形成されており、その上
下端部にはキヤップ部材５が被着固定されている。ま
た、一方のヘッダーパイプ２ａ（図２において左側）の
例えば外方側上端付近には熱媒体の流入ロ７が設けられ
ており、他方のヘッダーパイプ２ｂ（図２において右
側）の外方側下端付近には、熱媒体の流出口８が設けら
れている。更に、ヘッダーパイプ２ａの側面には、図３
に示すように、上記受液器１０と連通するために、熱媒
体の流入孔９ａ及び流出孔９ｂが穿設されており、これ
らの流入孔９ａ及び流出孔９ｂと連通するようにして、
受液器１０がヘッダーパイプ２ａに一体的にろう付され
ている。なお、ヘッダーパイプ２ａには、流入孔９ａ側
と、流出孔９ｂ側とを区切る仕切板９ｃが設けられてい
る。

【００１９】また、熱交換管３は、アルミニウム製の押
出形材にて偏平な板状に形成されており、その内部には
長手方向に向かって貫通する複数に区画された熱媒体の
流路（図示せず）が形成されている。このように形成さ
れる熱交換管３の両端部は、両ヘッダーパイプ２ａ，２
ｂ側面の対向する側に、適宜間隔をおいて互いに平行に
配列される複数のスリット（図示せず）に挿入固着され
ている。

【００２０】熱交換用フィン即ちコルゲートフィン４
は、図２に示すように、アルミニウム製の板材を屈曲す
ることにより連続波形状に形成されており、各熱交換管
３の間に介設されてろう付されている。この場合、最上
段及び最下段に配設された熱交換管３の外方側にもコル
ゲートフィン４がろう付接合されており、これらの両コ
ルゲートフィン４を保護するために、両コルゲートフィ
ン４の更に外方側にはサイドプレート６がろう付接合さ
れている。

【００２１】一方、上記受液器１０は、図２に示唆する
ように、円筒状に形成された受液器本体１１と、この受
液器本体１１の下側開口部（一方の開口部）から挿入さ
れ、この下側開口部を閉塞する栓体２０と、この栓体２
０の受液器本体１１内方に位置する先端面に取り付けら
れ、受液器本体１１内に供給される熱媒体中の不純物を
捕捉するフィルタ３０とを具備してなる。

【００２２】受液器本体１１は、アルミニウム製の押出
形材、ここではＡ３００３の単一素材にて厚さ２．５ｍ
ｍ〜２．０ｍｍの円筒状に形成されており、その外周部
における上下の各位置に、ヘッダーパイプ２ａにろう付
けするための接合部１６，１７が一体に形成されてい
る。そして、下側の接合部１７には、図３に示すよう
に、ヘッダーパイプ２ａの流入孔９ａに一致する位置
に、流入口１２が形成されていると共に、流出孔９ｂに
一致する位置に、流出口１３が形成されている。

【００２３】流入孔９ａと流入口１２は、ヘッダーパイ
プ２ａ内における仕切板９ｃの上側と、受液器本体１１
内におけるフィルタ３０の入口側とを連通するようにな
っている。一方、流出孔９ｂと流出口１３は、ヘッダー
パイプ２ａ内における仕切板９ｃの下側と、受液器本体
１１内におけるフィルタ３０の出口側とを連通するよう
になっている。なお、受液器本体１１の上側開口部は、
アルミニウムによって形成されたキャップ部材１５をろ
う付けすることによって閉塞されている（図２及び図３
参照）。

【００２４】上記受液器１０には、熱交換器１における
ヘッダーパイプ２ａの流入孔９ａから流入口１２を通っ
て熱媒体が流入し、この熱媒体が受液器本体１１内の図
示してない乾燥剤とフィルタ３０を浸透・通過する。こ
れにより、熱媒体中に含まれる夾雑物及び水分を除去す
ることができる。このようにして浄化された熱媒体のう
ち、液化部分のものは流出口１３からへッダーパイプ２
ａの流出孔９ｂを通過してへッダーパイプ２ａ内に流入
し、凝縮器ｂたる熱交換器１で再び冷却されることにな
り、気体部分のものは受液器本体１１内の上部に残るこ
とになる。

【００２５】既に述べたように、ヘッダーパイプ２ａ
は、アルミニウム製の押出形材にて略円筒状に形成され
ており、また受液器本体１１は、アルミニウム製の押出
形材（Ａ３００３の単一素材、厚さ２．５ｍｍ〜２．０
ｍｍ）にて円筒状に形成されている。そして両者は、図
３に示すように、受液器本体１１の上下２箇所に設けた
接合部１６，１７において、ろう付け用組成物（ろう
材）を介して、ヘッダーパイプ２ａに一体的にろう付さ
れている。

【００２６】図１に、このろう付け部分の構成を示す。
この場合、ろう付用組成物として、Ｚｎ粉末とフッ素系
フラックス粉末の混合物を使用し、炉中ろう付けによっ
て受液器（具体的には受液器本体１１）の外表面にＺｎ
拡散層１８を形成してある。なお、フッ素系フラックス
としては、例えば商品名「ノコロック」で知られるＫＡ
ｌＦ4あるいはＫ3ＡｌＦ6等の組成物が使用される。こ
のようなフッ素系フラックスはアルミニウムに対して塩
化物のように腐食性を持たないので、好適である。

【００２７】上記のようにアルミニウム製のヘッダーパ
イプ２ａに一体的にアルミニウム押出形材製の受液器本
体１１をろう付するには、まず、上記受液器本体１１の
外表面に、バインダー例えば熱可塑性アクリル樹脂等を
用いて、ろう付用組成物として商品名「ノコロック」を
塗布する。このろう付用組成物を塗布するには、例えば
バインダーとろう付用組成物との混合スラリー液をスプ
レー塗布するか、あるいは、バインダーとろう付用組成
物との混合スラリー液中に受液器本体１１を浸漬して垂
直に引き上げて余剰に付着するスラリー液を除去するな
どして行う。

【００２８】次に、このようにしてろう付用組成物が付
着された受液器本体１１とヘッダーパイプ２ａとを仮組
み付けして固定し、そして、加熱炉等で所定温度例えば
５９０℃以上に加熱して、ろう付用組成物を溶融させて
受液器本体１１とヘッダーパイプ２ａとを一体ろう付す
る。このとき、ろう付組成物によりＺｎが接合部１６，
１７の表面に拡散して、接合部１６，１７の表面にＺｎ
拡散層１８が形成される。

【００２９】このように、受液器本体１１の表面にＺｎ
拡散層１８を形成すると、Ｚｎ拡散層１８が犠牲電極と
して作用し、Ｚｎ拡散層１８全体に亘って徐々に犠牲腐
食がなされた後に心材の腐食が生ずる、という腐食の進
行プロセスを構成するので、熱交換器は耐食性を有し
高寿命となる。例えば、受液器本体１１のアルミニウム
材料として単一素材Ａ６０６１を用いかつ何ら耐食構造
を有しない場合、当該アルミニウム材料の板厚を３ｍｍ
と厚くしなければ所望の寿命を得られないが、上記実施
形態の構成にすることにより、これと同等の寿命ないし
耐食性が、それより薄い２．５ｍｍ〜２．０ｍｍの板厚
のアルミニウム材料によって得られる。

【００３０】なお、受液器本体１１の接合部１６，１７
をその上下方向、つまり長手方向の２箇所としたのは、
２箇所でも所要の強度を得る上で十分であるとして材料
の節約を図ったものであり、事情によっては受液器本体
１１の側部の長手方向全面を接合部として構成すること
ができる。

【００３１】（実施形態２）この実施形態２は、ろう付
用組成物として、上記実施形態１のようにＺｎ粉末とフ
ッ素系フラックス粉末の混合物を用いる代わりに、ケイ
素（Ｓｉ）粉末とフッ素系フラックス粉末の混合物を使
用するものである。

【００３２】この受液器付き熱交換器のヘッダーパイプ
２ａと受液器本体１１とを一体的にろう付するには、ま
ず、受液器本体１１の外表面に、バインダー例えば熱可
塑性アクリル樹脂等を用いて、上記ろう付用組成物（Ｓ
ｉ粉末とフッ素系フラックス粉末の混合物）を塗布す
る。なお、フッ素系フラックスとしては、例えばＫＡｌ
Ｆ4，Ｋ2ＡｌＦ5・Ｈ2ＯあるいはＫ3ＡｌＦ6等の組成物
が使用される。このろう付用組成物の塗布は、例えばバ
インダーとろう付用組成物との混合スラリー液をスプレ
ー塗布するか、あるいは、バインダーとろう付用組成物
との混合スラリー液中に受液器本体１１を浸漬して垂直
に引き上げて余剰に付着するスラリー液を除去するなど
して行う。

【００３３】次に、このようにしてろう付用組成物が付
着された受液器本体１１とヘッダーパイプ２ａとを仮組
み付けして固定し、そして、加熱炉等で所定温度例えば
５９０℃以上に加熱して、ろう付用組成物を溶融させる
ことにより受液器本体１１とヘッダーパイプ２ａとを一
体ろう付する。このとき、ろう付組成物により受液器外
面の表層部にＳｉ拡散層（Ａｌ−Ｓｉ合金層）１９ａが
形成される。このＳｉ拡散層１９ａも耐食作用を持ち、
熱交換器は高寿命となる。

【００３４】（実施形態３）この実施形態３は、ろう付
用組成物として、Ｓｉ粉末及びＺｎ粉末とフッ素系フラ
ックス粉末の混合物を使用するものである。

【００３５】まず、受液器本体１１の外表面に、バイン
ダー例えば熱可塑性アクリル樹脂等を用いて、ろう付用
組成物（上記Ｓｉ粉末とフッ素系フラックス粉末の混合
物にＺｎ粉末を１〜５％程度入れたもの）を塗布する。
なお、フッ素系フラックスとしては、例えばＫＡｌＦ
4，Ｋ2ＡｌＦ5・Ｈ2ＯあるいはＫ3ＡｌＦ6等の組成物が
使用される。このろう付用組成物の塗布は、例えばバイ
ンダーとろう付用組成物との混合スラリー液をスプレー
塗布するか、あるいは、バインダーとろう付用組成物と
の混合スラリー液中に受液器本体１１を浸漬して垂直に
引き上げて余剰に付着するスラリー液を除去するなどし
て行う。

【００３６】次に、このようにしてろう付用組成物が付
着された受液器本体１１とヘッダーパイプ２ａとを仮組
み付けして固定し、そして、加熱炉等で所定温度例えば
５９０℃以上に加熱して、ろう付用組成物を溶融させる
ことにより受液器本体１１とヘッダーパイプ２ａとを一
体ろう付する。このとき、ろう付組成物により受液器外
面の表層部にＳｉとＺｎの混合拡散層１９ｂが形成され
る。このＳｉとＺｎの混合拡散層１９ｂも耐食作用を持
ち、熱交換器は高寿命となる。

【００３７】なお、上記実施形態１〜３において、仮組
付前の受液器（具体的には受液器本体１１）への塗布は
Ｚｎ粉末，Ｓｉ粉末のみにして、実施形態３の場合は、
Ｚｎ粉末とＳｉ粉末の両方を塗布し、フッ素系フラック
スの塗布は、仮組付の後に行ってもかまわない。

【００３８】（実施形態４）この実施形態４は、図４に
示すように、受液器本体１１を、ろう材がクラッドされ
た板厚１．５〜２．０ｍｍのアルミニウム製板材４１を
曲げ加工することにより形成したものである。ここで、
受液器本体１１を構成するアルミニウム板材として、心
材はＡ３００３を、また、皮材にはＡ４３４３つまり
（Ａｌ−Ｓｉ）ろう材を使用している。

【００３９】上記アルミニウム製板材４１は円筒状に屈
曲され、その両縁部４２の内面同士を上下方向の全域に
亘って接合することにより、円筒から突出したフランジ
部４３を形成している。このフランジ部４３の頂面４３
ａ、つまり受液器本体１１の半径方向外面は面一になる
ように構成され、このフランジ部の頂面４３ａの全体
が、上記ヘッダーパイプ２ａに対する接合部４４として
機能するようになっている。この接合部４４の表面に
も、上記ろう材がクラッドされている。なお、フランジ
部の頂面４３ａの全体を接合部４４としたのは、フラン
ジ部の頂面４３ａの対接面積が小さいためである。

【００４０】上記受液器本体１１を、その接合部４４が
ヘッダーパイプ２ａに当接した状態に仮組付けて固定
し、そして、加熱炉等で所定温度例えば５９℃以上に加
熱して、クラッド層のろう材を溶融させてヘッダーパイ
プ２ａと受液器本体１１とを一体ろう付する。このと
き、ろう材によりアルミニウム製板材４１の一部が溶融
し、ろう材中のＳｉがアルミニウム製板材４１の表面に
拡散して、接合部４４の表面にＳｉ拡散層が形成され
る。したがって、熱交換器は耐食性を有する。

【００４１】この実施形態によれば、最も軽量な受液器
付き熱交換器を得ることができる長所がある。

【００４２】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、受液器の外表面に、Ｚｎ拡散層、Ｓｉ拡散層、又は
ＳｉとＺｎの混合拡散層のいずれかを形成しているの
で、防食作用が発揮され、高寿命の受液器付き熱交換器
を得ることができる。

【００４３】また、その製造に際しては、ろう付用組成
物として、Ｚｎとフッ素系フラックス又はＳｉとフッ素
系フラックス或いはＳｉとＺｎとフッ素系フラックスを
用い、これらのうちの一つを塗布して加熱することによ
り、上記ヘッダーパイプと受液器とをろう付すると共
に、上記受液器の表面にＺｎ拡散層、Ｓｉ拡散層又はＳ
ｉとＺｎの混合拡散層のうちのいずれかを形成するの
で、比較的少ない工程数で容易に小型軽量の受液器付き
熱交換器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る受液器と熱交換器
との接合部を示す断面図である。

【図２】この発明の一実施形態に係る受液器付き熱交換
器を示す正面図である。

【図３】この発明の一実施形態に係る受液器付き熱交換
器を示す側面図である。

【図４】この発明の他の実施形態に係る受液器と熱交換
器との接合部を示す断面図である。

【図５】従来の空調機の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 熱交換器（凝縮器） ２ａ，２ｂ ヘッダーパイプ ３ 熱交換管 １０ 受液器 １６，１７ 接合部 １８ Ｚｎ拡散層 １９ａ Ｓｉ拡散層（Ａｌ−Ｓｉ合金層） １９ｂ ＳｉとＺｎの混合拡散層 ４１ アルミニウム製板材 ４２ 縁部 ４３ フランジ部 ４３ａ 頂面 ４４ 接合部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のアルミニウム製のヘッダーパイプ
   間に複数の熱交換管を架設すると共に、各熱交換管の間
   に熱交換用フィンを介設し、上記ヘッダーパイプに一体
   的にアルミニウム押出形材製の受液器をろう付した構成
   の熱交換器において、 上記受液器の外表面にＺｎ拡散層を形成したことを特徴
   とする受液器付き熱交換器。
2. 【請求項２】 一対のアルミニウム製のヘッダーパイプ
   間に複数の熱交換管を架設すると共に、各熱交換管の間
   に熱交換用フィンを介設し、上記ヘッダーパイプに一体
   的にアルミニウム押出形材製の受液器をろう付した構成
   の熱交換器において、 上記受液器の外表面にＳｉ拡散層を形成したことを特徴
   とする受液器付き熱交換器。
3. 【請求項３】 一対のアルミニウム製のヘッダーパイプ
   間に複数の熱交換管を架設すると共に、各熱交換管の間
   に熱交換用フィンを介設し、上記ヘッダーパイプに一体
   的にアルミニウム押出形材製の受液器をろう付した構成
   の熱交換器において、 上記受液器の外表面に、ＳｉとＺｎの混合拡散層を形成
   したことを特徴とする受液器付き熱交換器。
4. 【請求項４】 一対のアルミニウム製のヘッダーパイプ
   間に複数の熱交換管を架設すると共に、各熱交換管の間
   に熱交換用フィンを介設し、上記ヘッダーパイプに一体
   的にアルミニウム押出形材製の受液器をろう付した受液
   器付き熱交換器の製造方法であって、 上記受液器の外表面に、Ｚｎとフッ素系フラックスとか
   らなるろう付用組成物又はＳｉとフッ素系フラックスと
   からなるろう付用組成物或いはＳｉとＺｎとフッ素系フ
   ラックスとからなるろう付用組成物を塗布し、上記ヘッ
   ダーパイプと受液器とを所定温度に加熱して、上記ヘッ
   ダーパイプと受液器とをろう付すると共に、上記受液器
   の表面にＺｎ拡散層、Ｓｉ拡散層又はＳｉとＺｎの混合
   拡散層のうちのいずれかを形成することを特徴とする受
   液器付き熱交換器の製造方法。