JP2001047227A - 熱交換器の製造方法及び熱交換器の製造装置 - Google Patents

熱交換器の製造方法及び熱交換器の製造装置

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JP2001047227A
JP2001047227A JP11220352A JP22035299A JP2001047227A JP 2001047227 A JP2001047227 A JP 2001047227A JP 11220352 A JP11220352 A JP 11220352A JP 22035299 A JP22035299 A JP 22035299A JP 2001047227 A JP2001047227 A JP 2001047227A
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JP
Japan
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heat exchanger
assembly
brazing
force
linear expansion
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Kei Yoshitomi
圭 吉富
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/083Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning capable of being taken apart
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/005Other auxiliary members within casings, e.g. internal filling means or sealing means

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Abstract

(57)【要約】 【課題】線膨張差による密着性を活用しながら圧縮拘束
力の微妙な制御を容易に実現する。 【解決手段】ろう付前の温度条件下で熱交換器形成要素
材の集合体12を拘束体1,3により締め付け、ろう付
温度条件下で集合体12の線膨張係数よりも小さい線膨
張係数の拘束体1,3により集合体12を拘束し、拘束
体1,3と集合体12の間にその拘束の拘束力を弾性力
として与える。拘束治具自体は金属剛体であるが、弾性
力の介在により、その圧縮拘束力が拘束治具材料金属と
被ろう付体間の線膨張係数差のみで一様に決まってしま
うことがなく、圧縮拘束力の微妙な制御が可能であり、
線膨張差による密着性を活用しながら圧縮拘束力の微妙
な制御が容易に実現されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器の製造方
法及び熱交換器の製造装置に関し、特に、拘束体で拘束
し密着性を保持しながら座屈等を生じさせない熱交換器
の製造方法及び熱交換器の製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミ合金製熱交換器は、炉中でろう付
により接合されて製造されている。熱交換器は、それの
構成要素部材を切組して、被ろう付体であるアルミ合金
より線膨張係数が小さなステンレス等の金属を拘束治具
として使用して製造されている。拘束治具は、ろう付接
合部が動かないように固定する役割があり、更に、被ろ
う付体より線膨張係数が小さい金属により被ろう付体切
組部品を外側から締め付けることにより、ろう付温度で
の拘束治具と被ろう付体との線膨張差をろう付に必要な
接合部を密着させるための圧縮力として被ろう付体切組
部品に印加し、良好なろう付接合性を得るという役割が
ある。
【0003】図2は、公知のアルミ合金製熱交換器の組
立・製造の方法を示している。熱交換器構成要素材が集
合した集合体101を2体の拘束体102,103で挟
んで、螺軸104とナット105とで、集合体101を
挟着し、これらを炉の中に入れてろう付けする。螺軸1
04等と集合体101の線膨張係数が異なり、ろう付中
に集合体は十分に密着性を保証されるが、拘束体の間で
集合体の要素部品であるフィンは強力な圧縮力を受けて
座屈変形し、又は、脱落する。拘束体は、複数のSUS
中空角棒が溶接により接合された溶接接合体であり、大
きい重量の高剛性体であり、室温切組時の拘束力はろう
付高温時の拘束力に概ね等しいので、薄肉であるフィン
の座屈変形・脱落が生じている。
【0004】近年、熱交換器構成部材の薄肉軽量化が益
々進んでいる。特に、フィン材の薄肉化は顕著であり、
フィン材の高温強度不足によるろう付時のフィン座屈変
形、及び、フィン変形によるフィン脱落等が問題になっ
てきている。これらは、フィン材が薄肉化し、従来の拘
束治具による圧縮拘束力にフィンが耐えられずに、座屈
変形しているのが主な原因である。
【0005】従来の拘束治具による拘束方法は、拘束治
具自体が金属剛体であり、圧縮拘束力は拘束治具材料金
属と被ろう付体間の線膨張係数差のみで一様に決まって
しまい、圧縮拘束力の微妙な制御が非常に困難である。
線膨張差による密着性を活用しながら圧縮拘束力の微妙
な制御が容易に実現されることが望まれる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、線膨
張差による密着性を活用しながら圧縮拘束力の微妙な制
御を容易に実現することができる熱交換器の製造方法及
び熱交換器の製造装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。
【0008】本発明による熱交換器の製造方法は、ろう
付前の温度条件下で熱交換器形成要素材の集合体(1
2)を拘束体(1,3)により締め付けること、ろう付
温度条件下で集合体(12)の線膨張係数よりも小さい
線膨張係数の拘束体(1,3)により集合体(12)を
拘束すること、拘束体(1,3)と集合体(12)の間
にその拘束の拘束力を弾性力として与えることとからな
り、熱交換器形成要素材は、薄肉のフィン材とチューブ
形成材である。
【0009】拘束治具自体は金属剛体であるが、弾性力
の介在により、その圧縮拘束力が拘束治具材料金属と被
ろう付体間の線膨張係数差のみで一様に決まってしまう
ことがなく、圧縮拘束力の微妙な制御が可能であり、線
膨張差による密着性を活用しながら圧縮拘束力の微妙な
制御が容易に実現されている。その弾性力が温度の上昇
により低下することは、線膨張差による密着性を活用し
ながら圧縮拘束力の微妙な制御を行う点で好都合であ
る。熱交換器形成要素材の材料はアルミであり、拘束体
の材料はSUSである。
【0010】本発明による熱交換器の製造装置は、熱交
換器形成要素材で形成される集合体(12)を挟着する
拘束体(1,3)と、拘束体(1,3)と集合体(1
2)の間に介設される弾性体(13)とからなる。弾性
体(13)は金属製の板ばねである。室温切組時はばね
(13)の弾性力で必要な圧縮拘束力が確保され、ろう
付高温時はばね金属の軟化により弾性力が低下して過大
な圧縮力の発生が抑制され、薄肉であるフィンに構成要
素部材の座屈変形・脱落が防止され得る。
【0011】
【発明の実施の形態】図に一致対応して、本発明による
熱交換器の製造方法の実施の形態は、3枚の拘束板が2
本の螺軸とともに設けられている。その拘束体は、図1
に示されるように、第1拘束板1と、第2拘束板2と、
第3拘束板3と、後述の螺軸とを備えている。第2拘束
板2は、第1拘束板1と第3拘束板3の間に配置されて
いる。第1拘束板1と、第2拘束板2と、第3拘束板3
には、それらのそれぞれの両側に、2つの第1螺軸通し
穴4と、2つの第2螺軸通し穴5と、2つの第3螺軸通
し穴6が開けられている。第1拘束板1、第2拘束板
2、第3拘束板3とは、それぞれに、多数の中空角棒が
互いに溶接されて形成された集合体である。
【0012】1つの第1螺軸通し穴4と1つの第2螺軸
通し穴5と1つの第3螺軸通し穴6には、1本の第1螺
軸7が通されている。他の1つの第1螺軸通し穴4と他
の1つの第2螺軸通し穴5と他の1つの第3螺軸通し穴
6には、第2螺軸8が通されている。第1拘束板1と第
3拘束板3との間の離隔距離は、第1螺軸7と第2螺軸
8のそれぞれの両側に通されるワッシャ9とナット11
とにより定められる。
【0013】熱交換器形成要素材の集合体12は、第1
拘束板1と第2拘束板2の間に介設される。第2拘束板
2と第3拘束板3との間には、板ばね13が介設されて
いる。板ばね13は、断面がU字状であり、外力が作用
するときに両端部位が互いに接近し、その外力が解除さ
れたときに、元の形状に復帰する弾性力を有している。
このようなばねは、一般的に、板ばねと称されている。
2体の板ばね13が、第2拘束板2と第3拘束板3との
間で鏡面対称に配置される。2体のU字状板ばねに代え
て、断面が楕円形状である1体の板ばねを使用すること
ができる。板ばね13は、その材料が金属であり、温度
上昇によりバネ力が低下する物性を有している。
【0014】集合体12の熱交換器形成要素材は、チュ
ーブ層形成要素材14と、フィン層形成要素材15とか
らなる積層構造を形成している。チューブ層形成要素材
14とフィン層形成要素材15の材料は、アルミとろう
材である。熱交換器用集合体12は、チューブ層形成要
素材14とフィン層形成要素材15とが組み合わされ切
組みされて形成され、それらがろう付けされて熱交換器
が製造される。
【0015】既述の集合体12が、第1拘束板1と第2
拘束板2との間に配置される。集合体12は、ワッシャ
9とナットにより第1拘束板1と第2拘束板2の間でそ
れらにより挟着される。その挟着力は、第2拘束板2と
第3拘束板3の間の板ばね13の弾性復元力に一致して
いる。第2拘束板2と第1螺軸7とは、螺軸線方向には
互いに自由である。ろう付時の高温条件下では、第1螺
軸7、第2螺軸8、拘束板1、第2拘束板2、第3拘束
板3とから形成される拘束体(SUS製)の線膨張係数
は、集合体(アルミ、アルミ合金製)の線膨張係数より
も小さく、集合体12は第1拘束板1と第2拘束板2に
挟まれて強力な挟着力を受けようとするが、その挟着力
は、板ばね13の弾性力を越えることはない。従って、
ろう付時の挟み力は、板ばね13の弾性力を調整するこ
とにより自在に制御され得る。その弾性力を調整は、板
ばね13の形状等を変えること、ナット11の締め具合
を変えることによって可能である。
【0016】温度が高くなると、金属製の板ばね13
は、その弾性力が弱くなる物性を有してしている。線膨
張量の差が大きくなれば拘束力は増大しようとするが、
板ばね13は軟化してその弾性力が弱くなり、集合体1
2が受ける外力が大幅に変動することが抑制され、座屈
変形が効果的に抑制され、良好なろう付接合製品が製造
され得る。
【0017】
【実施例】チューブ層形成要素材14には、ろう付熱交
換器用アルミ合金電縫管チューブ材と、積層型熱交換器
用チューブプレート材とが用いられる。アルミ合金電縫
管チューブ材は、外面8%ろう材クラッド品である。チ
ューブプレート材は、両面10%クラッド品である。フ
ィン層形成要素材15には、ベア材とアルミ合金製フィ
ンとが用いられる。アルミ合金製フィンは、両面10%
ろう材クラッド品である。
【0018】このようなチューブ層形成要素材14の部
材とフィン層形成要素材15の部材とが組み合わされ切
組みされて集合体12が形成される。ろう付加熱条件
は、605゜Cで5分間である。板ばねを用いた本発明
方法と板ばねを用いない従来法とにより同形の熱交換器
が製造されてその性能比較がなされる。図2の表は、そ
の試験を示している。
【0019】室温下での被ろう付体切組時には、弾性体
の弾性力で被ろう付体には、フィンが座屈変形しない領
域で最も大きな圧縮力が与えられて拘束され、フィンチ
ューブ間のクリアランスを最小化してろう材の隙間への
充填率が向上し、ろう付不良が低減され得る。チューブ
がチューブプレートのろう付体から形成される積層型熱
交換器であれば、チューブもろう付により形成されるた
め、ろう付不良は直ちに漏れに繋がるが、ろう付クリア
ランスを最小化することができる本発明の拘束治具が用
いられれば、更に、その効果が発揮される。
【0020】実施例1:チューブ層形成要素材14に
は、熱交換器チューブ用押出管が用いられている。フィ
ン層形成要素材15には、ろう材クラッドフィンが用い
られている。ろう材クラッドフィンの肉厚が0.10m
mであれば、従来法のろう付けによって問題は生じない
が、ろう材クラッドフィンの肉厚が0.075mmにな
ると、その芯材の肉厚は0.06mm程度になって、図
2のデータ欄の第1,2行に示されるように、従来法で
はそのフィンの座屈変形・脱落が生じてろう付性が大き
く低下するが、本発明方法では、ろう付高温時に過大な
圧縮拘束力が抑制され、拘束力の適正化が可能であり、
良好なろう付性が得られている。
【0021】実施例2:チューブ層形成要素材14に
は、電縫管と冷媒チューブ構成用プレス板が用いられて
いる。フィン層形成要素材15には、ベア材フィンが用
いられている。ベア材フィンの肉厚が0.07mmであ
れば、従来法のろう付けによって問題は生じないが、そ
の肉厚が0.06mmになると、図2のデータ欄の第3
〜6行に示されるように、従来法ではそのフィンの座屈
変形・脱落が生じてろう付性が大きく低下するが、本発
明方法では、ろう付高温時に過大な圧縮拘束力が抑制さ
れ、拘束力の適正化が可能であり、良好なろう付性が得
られている。
【0022】
【発明の効果】本発明による熱交換器の製造方法及び熱
交換器の製造装置は、線膨張差による密着性を活用しな
がら圧縮拘束力の微妙な制御を容易に実現して、良好な
製品を安定的に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による熱交換器の製造方法の実
施の形態を示す射軸投影図である。
【図2】図2は、実施例と公知方法の比較を示すデータ
表である。
【図3】図3は、公知装置を示す射軸投影図である。
【符号の説明】
1,3…拘束体 12…集合体 13…弾性体

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ろう付前の温度条件下で熱交換器形成要素
    材の集合体を拘束体により締め付けること、 前記ろう付温度条件下で前記集合体の線膨張係数よりも
    小さい線膨張係数の前記拘束体により前記集合体を拘束
    すること、 前記拘束体と前記集合体の間に前記拘束の拘束力を弾性
    力として与えることとからなり、 前記熱交換器形成要素材は、薄肉のフィン材とチューブ
    形成材である熱交換器の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記弾性力は温度の上昇により低下する熱交換器の製造
    方法。
  3. 【請求項3】請求項2において、 前記熱交換器形成要素材の材料はアルミであり、前記拘
    束体の材料はSUSである熱交換器の製造方法。
  4. 【請求項4】熱交換器形成要素材で形成される集合体を
    挟着する拘束体と、 前記拘束体と前記集合体の間に介設される弾性体とから
    なる熱交換器の製造装置。
  5. 【請求項5】請求項4において、 前記弾性体は金属製の板ばねである熱交換器の製造装
    置。
  6. 【請求項6】請求項5において、 前記熱交換器形成要素材の材料はアルミであり、前記拘
    束体はSUSである熱交換器の製造装置。
JP11220352A 1999-08-03 1999-08-03 熱交換器の製造方法及び熱交換器の製造装置 Withdrawn JP2001047227A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010238899A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mitsubishi Materials Corp 回路基板接合治具及び回路基板の製造方法
CN103394854A (zh) * 2013-07-29 2013-11-20 无锡方盛换热器制造有限公司 一种小型多台装配钎焊装夹装置
EP2087306A4 (en) * 2006-11-27 2018-04-04 Alfa Laval Corporate AB A clamping device for flow module plates, reactor plates or heat exchanger plates

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