JP2003019555A

JP2003019555A - 熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JP2003019555A
Application number: JP2001206888A
Authority: JP
Inventors: Norihide Kawachi; 典秀河地; Takeshi Okinoya; 剛沖ノ谷; Ken Yamamoto; 山本　　憲
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】チューブとインナーフィンのろう付けにおい
て、安価に対応できる熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】内部を流体が流通するチューブ２１０ａ
内に、チューブ内壁２１０ｂと部分的に当接するインナ
ーフィン２３０を配設し、チューブ内壁２１０ｂおよび
インナーフィン２３０の間にろう材２４０を設けて、ろ
う材２４０によって、チューブ２１０ａおよびインナー
フィン２３０を熱的に接合する熱交換器の製造方法にお
いて、チューブ内壁２１０ｂあるいはインナーフィン２
３０の少なくとも一方に、予め溶射によりろう材２４０
を設ける。ろう材２４０を設ける際には、チューブ内壁
２１０ｂとインナーフィン２３０とが当接する当接部Ａ
に設けるようにする。また、インナフィン２３０側に設
けるようにする。更には、当接部Ａ内において面積を小
さく、厚みを厚くして設けるようにしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チューブ内にイン
ナーフィンを配設する熱交換器の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の熱交換器の製造方法とし
て、先に本出願人は特願２０００−２１４５７１号にて
チューブ内部にインナーフィンを配設して、両者をろう
付けにより熱的に接合するものを提案している。

【０００３】ここでは、組付け時にチューブ内壁面およ
びインナーフィンとの間にろう材箔を介在させて、炉中
内でこのろう材を溶融させ、チューブ内壁面およびイン
ナーフィンを互いにろう付けするようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ろう材
箔は、ローラ加工により繰り返しろう材を引き伸ばして
成形されるので非常に高価なものとなっており、また、
組付け時にチューブ内壁とインナーフィンとの間にセッ
トするための工数を要し、総じてコストの高い製造方法
となっていた。

【０００５】本発明の目的は、上記問題に鑑み、チュー
ブとインナーフィンのろう付けにおいて、安価に対応で
きる熱交換器の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、以下の技術的手段を採用する。

【０００７】請求項１に記載の発明では、内部を第１流
体が流通する第１チューブ（２１０ａ）内に、チューブ
内壁（２１０ｂ）と部分的に当接するインナーフィン
（２３０）を配設し、チューブ内壁（２１０ｂ）および
インナーフィン（２３０）の間に第１ろう材（２４０）
を設けて、この第１ろう材（２４０）によって、第１チ
ューブ（２１０ａ）およびインナーフィン（２３０）を
熱的に接合する熱交換器の製造方法において、チューブ
内壁（２１０ｂ）あるいはインナーフィン（２３０）の
少なくとも一方に、予め溶射により第１ろう材（２４
０）を設けるようにしたことを特徴としている。

【０００８】これにより、高価なろう材箔を用いずとも
チューブ内壁（２１０ｂ）とインナーフィン（２３０）
とのろう付けが可能であり、また組付け時において、ろ
う材箔をセットする工数が不要となるので、総じて安価
な熱交換器の製造方法とすることができる。

【０００９】請求項２に記載の発明では、第１ろう材
（２４０）を設ける際に、チューブ内壁（２１０ｂ）と
インナーフィン（２３０）とが当接する当接部（Ａ）に
設けるようにしたことを特徴としている。

【００１０】これにより、チューブ内壁（２１０ｂ）と
インナーフィン（２３０）との当接部（Ａ）においてろ
う付けが成され、両者のろう付け強度を確保しつつ、非
接触部における第１ろう材の無駄を廃止でき、更に安価
にできる。

【００１１】そして、請求項３に記載の発明では、第１
ろう材（２４０）を設ける際に、インナフィン（２３
０）側に設けるようにしたことを特徴としており、これ
によれば、第１ろう材（２４０）を設けるべき位置が、
チューブ内壁（２１０ｂ）と部分的に当接する凸部とし
て明確に分かるので、容易に対応できる。

【００１２】更に、請求項４に記載の発明では、第１ろ
う材（２４０）を設ける際に、当接部（Ａ）の面積とチ
ューブ内壁（２１０ｂ）およびインナーフィン（２３
０）間のクリアランスとで決定される必要量を満たすよ
うに、当接部（Ａ）内において面積を小さく、厚みを厚
くして設けるようにしたことを特徴としている。

【００１３】これにより、当接部（Ａ）全体へ均一的に
第１ろう材（２４０）を設ける場合に対して、溶射の精
度を必要とせず、更に容易に対応できる。

【００１４】請求項５に記載の発明では、第１チューブ
（２１０ａ）の外側面に、第２ろう材によって内部を第
２流体が流通する第２チューブ（３１０）を熱的に接合
する工程を有しており、第１チューブ（２１０ａ）ある
いは第２チューブ（３１０）の少なくとも一方に、予め
溶射により第２ろう材を設けるようにしたことを特徴と
している。

【００１５】これにより、第１チューブ（２１０ａ）と
第２チューブ（３１０）とのろう付けにおいて、請求項
１に記載の発明と同様に、ろう材箔を不要とし、容易に
ろう付けが可能となり、安価な製造方法とすることがで
きる。

【００１６】尚、請求項６に記載の発明のように、第１
チューブ（２１０ａ）、インナーフィン（２３０）およ
び第２チューブ（３１０）を成形する際に、銅系合金を
使用し、第１ろう材（２４０）、第２ろう材を設ける際
に、リン銅ろう、ニッケルろう、キュプロニッケルろ
う、銀ろうのいずれか１つを使用するのが良い。

【００１７】尚、上記各手段の括弧内の符号は、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もので
ある。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の第１実
施形態における熱交換器１００を図１〜図３に示す。熱
交換器１００は、図示しないヒートポンプサイクル中の
高温の冷媒と給湯水との間で熱交換を行ない、給湯水を
加熱する水熱交換器としている。

【００１９】図１に示すように、熱交換器１００は、第
１流体としての給湯水が内部を流通する水流通部２００
と、第２流体としての冷媒が内部を流通する冷媒流通部
３００とから構成されている。

【００２０】水流通部２００は、２枚のチューブプレー
ト２１０、２２０と、内部に配設されるインナフィン２
３０（図２参照）と、上下の左側端部に設けられる入口
パイプ２５０、出口パイプ２６０とから成る。尚、ここ
では、これらの部材はすべて銅系合金より成るものとし
ている。

【００２１】チューブプレート２１０、２２０は、図１
（ａ）の縦方向中心線に対してそれぞれ左右対称形状を
成している。このチューブプレート２１０（２２０）
は、図１（ｂ）に示すように、縦長の長方形の平板部材
をベースにして、水平方向に延びる複数のチューブ部２
１１（２２１）と、隣り合う２つのチューブ部２１１
（２２１）が左右の端部で交互に連通する反転タンク部
２１２（２２２）と、左側の上下端部で開口する流入タ
ンク部２１３（２２３）、流出タンク部２１４（２２
４）とがプレス加工により打出し成形されたものであ
る。

【００２２】そして、チューブ部２１１（２２１）間に
はチューブ間平面部２１５（２２５）が、また、このチ
ューブプレート２１０（２２０）の外周部には外周平面
部２１６（２２６）が形成されている。更に、チューブ
プレート２１０側の外周平面部２１６には、爪部２１７
が所定間隔で複数設けられている。

【００２３】この２つのチューブプレート２１０、２２
０は互いに最中合わせされ、外周平面部２１６に設けら
れた爪部２１７によって、対向する側の外周平面部２２
６がかしめられ、チューブ間平面部２１５、２２５同士
が、また外周平面部２１６、２２６同士とが当接してろ
う付けされている。

【００２４】また、入口パイプ２５０が流入タンク部２
１３（２２３）に、出口パイプ２６０が流出タンク部２
１４（２２４）にそれぞれ嵌入され、ろう付けされてい
る。

【００２５】そして、図２に示すように、上記のように
最中合わせされたチューブ部２１１、２２１によって、
第１チューブを成すチューブ２１０ａが形成され、この
内部にインナフィン２３０が配設されるようにしてい
る。

【００２６】インナーフィン２３０は、図３に示すよう
に、平板部材からプレス加工により断面がクランク状に
成形された所謂オフセット型のインナーフィンである。
因みに、オフセット型のインナーフィンとは、熱交換器
設計ハンドブック（工学図書株式会社発光）や、第１９
回・日本伝熱シンポジウム講演論文集等に記載されてい
るように、複数枚の板状のセグメント２３１を千鳥状に
オフセット配置したものである。

【００２７】更に具体的には、ここでは３枚のセグメン
ト２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃを１組として、各組の
セグメント２３１ａ〜２３１ｃを千鳥状に配置したもの
としており、外観上は、クランク状断面の凸部が図３
（ｂ）中で、給湯水の流れの向きに対して右下方向に連
続する複数の平面部、即ち、後述するチューブ２１０ａ
の内壁２１０ｂと当接する当接部Ａを形成している。

【００２８】本実施形態においては、このインナーフィ
ン２３０の当接部Ａに、予めろう材（第１ろう材）２４
０が溶射によって設けられるようにしており、このろう
材２４０によって、図２中チューブ２１０ａのチューブ
内壁２１０ｂとインナーフィン２３０とがろう付けされ
るようにしている。

【００２９】一方、冷媒流通部３００は、図１に示すよ
うに、第２チューブを成す冷媒チューブ３１０、冷媒入
口タンク３２０、冷媒出口タンク３３０、冷媒入口パイ
プ３２１、冷媒出口パイプ３３１から構成されている。
本実施形態においては、上記水流通部２００のチューブ
２１０ａの外側面に対応する部位としてチューブ部２２
１側に、予めチューブろう材（第２ろう材）が溶射によ
って設けられるようにしており、このチューブろう材に
よって冷媒チューブ３１０がチューブ部２２１にろう付
けされている。尚、ここでは、これらの部材は、上記水
流通部２００と同様にすべて銅系合金より成るものとし
ている。

【００３０】冷媒チューブ３１０は、多段の引き抜き加
工により成形された毛細管、所謂キャピラリーチューブ
を図１（ａ）中、紙面に対して垂直方向に複数本並べた
ものであり、内部を冷媒が流れる複数の冷媒流路として
形成されている。この冷媒チューブ３１０は、図１
（ａ）中、上下の端部側が略直角に曲げられ、それぞれ
の端部には、冷媒入口タンク３２０、冷媒出口タンク３
３０が設けられている。そして、冷媒チューブ３１０と
両タンク３２０、３３０の内部が互いに連通するように
ろう付けされている。更に、それぞれのタンク３２０、
３３０には、内部が互いに連通する冷媒入口パイプ３２
１、冷媒出口パイプ３３１が嵌入され、同様にろう付け
されている。

【００３１】以上のように構成される熱交換器１００に
おいて、入口パイプ２５０から流入する給湯用水は、図
１（ｂ）中矢印で示すように、チューブ２１０ａ内を反
転タンク部２１２（２２２）を介して左右の水平方向流
れを繰り返し、出口パイプ２６０から流出する。また、
冷媒入口パイプ３２１から流入する冷媒は、冷媒チュー
ブ３１０内を下側から上側に向けて流れ、冷媒出口パイ
プ３３１から流出するものとしており、給湯用水流れと
冷媒流れとが直交する所謂直交対向型熱交換器としてい
る。

【００３２】次に、この熱交換器１００の製造方法を説
明する。

【００３３】先ず、プレス加工により成形されたインナ
ーフィン２３０の表側と裏側のクランク状断面の凸部と
なる当接部Ａにろう材２４０を溶射する。また、チュー
ブプレート２２０のチューブ部２２１の冷媒チューブ３
１０が当接する面に、同様にチューブろう材を溶射す
る。ここでは、ろう材２４０およびチューブろう材は、
共にリン銅ろうを選定している。因みに溶射とは、棒状
のろう材を溶融させ、ガスジェットで吹き飛ばして微細
な粒子状にして、部材の必要部分に付着させて、ろう材
の皮膜を形成させるものである。（ろう材溶射工程）次
に、プレス成形されたチューブプレート２１０、２２０
のチューブ間平面部２１５、２２５、および外周平面部
２１６、２２６に、上記と同様にろう材を溶射し（この
部位は、ろう材箔等を介在させるようにしても良い）、
チューブ部２１１（あるいはチューブ部２２１）にイン
ナーフィン２３０を挿入して、チューブプレート２１
０、２２０を最中合わせにする。そして、外周平面部２
１６に設けられた爪部２１７で対向する側のチューブプ
レート２２０をかしめる。

【００３４】更に、両パイプ２５０、２６０を両タンク
部２１３（２２３）、２１４（２２４）に嵌入させ、嵌
合部にろう材（リング状ろう材等）をセットする。

【００３５】次に、引き抜き加工により成形された複数
本の冷媒チューブ３１０をチューブプレート２２０のチ
ューブ部２２１にセットし、管材から成形された両冷媒
タンク３２０、３３０を冷媒チューブ３１０に嵌合さ
せ、更には、両冷媒パイプ３２１、３３１を両冷媒タン
ク３２０、３３０にそれぞれ嵌合させる。そして、冷媒
チューブ３１０と両冷媒タンク３２０、３３０との嵌合
部および両冷媒タンク３２０、３３０と両パイプ３２
１、３３１との嵌合部にろう材（棒状ろう材、リング状
ろう材等）をセットする。（熱交換器仮組み工程）更
に、ワイヤー等の治具により上記仮組み状態を保持した
後に、炉中に投入し、各部材間を一体でろう付する。
（ろう付け工程）次に、本実施形態の特徴について以下
説明する。

【００３６】本実施形態によれば、高価なろう材箔を用
いずとも溶射によりろう材２４０を設けることで、チュ
ーブ内壁２１０ｂとインナーフィン２３０とのろう付け
が可能であり、また組付け時において、従来のようなろ
う材箔をセットする工数が不要となるので、総じて安価
な熱交換器の製造方法とすることができる。

【００３７】チューブ２１０ａと冷媒チューブ３１０と
のろう付けにおいても、チューブろう材を溶射により予
め設けるようにしており、ろう材箔を不要とし、上記と
同様の効果を得ることができる。

【００３８】また、ろう材２４０を溶射する際に、チュ
ーブ内壁２１０ｂとインナーフィン２３０とが当接する
当接部（インナーフィン２３０側の当接部Ａ）に絞って
設けるようにしているので、チューブ内壁２１０ｂとイ
ンナーフィン２３０とのろう付けが確実に成され、両者
のろう付け強度を確保しつつ、非接触部におけるろう材
の無駄を廃止でき、更に安価にできる。

【００３９】更に、ろう材２４０をインナーフィン２３
０側に設けるようにしており、ろう材２４０を設けるべ
き位置がクランク状断面の凸部として明確に分かるの
で、容易に対応できる。

【００４０】尚、インナーフィン２３０は、上記実施形
態で示したものに限らず、２組のセグメント２３１が千
鳥配置となるものとしても良い。また、セグメント２３
１が給湯用水の流れ方向に対して、直交するものや、傾
斜するものなどでも良い。

【００４１】（第２実施形態）本発明の第２実施形態を
図４に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対し
て、ろう材溶射工程におけるろう材の溶射をインナーフ
ィン２３０の当接部Ａ内で、更に部分的に施すようにし
たものである。

【００４２】インナーフィン２３０の当接部Ａのうち、
任意に分割した所定領域ａ内において、ろう材２４０の
塗布面積を所定領域ａの面積よりも小さくするようにし
ている。ここで、所定領域ａに必要とされるろう材の量
は、インナーフィン２３０およびチューブ内壁２１０ｂ
間のクリアランスと、所定領域ａの面積との積で求めら
れ、この必要量を満たすようにろう材２４０の厚みを厚
くして溶射するようにしている。

【００４３】これにより、当接部Ａ全体へ均一的にろう
材２４０を設ける場合に対して、溶射の精度を必要とせ
ず、容易にろう材を設けることができる。

【００４４】（その他の実施形態）上記実施形態では、
ろう材２４０をインナーフィン２３０側に施す要領とし
て説明したが、インナーフィン２３０側に限らず、対向
するチューブ内壁２１０ｂ側に設けるようにしても良
い。

【００４５】そして、溶射の精度に応じてチューブ内壁
２１０ｂあるいはインナーフィン２３０の表面全体にろ
う材を設けるようにしても良い。

【００４６】また、使用するろう材は、リン銅ろうに代
えて、ニッケルろう、キュプラニッケルろう、銀ろうに
しても良い。

【００４７】更に、水流通部２００あるいは冷媒流通部
３００を構成する各部材は、銅系合金より成るものに限
定されるものではなく、他の種類の材料（例えば、水流
通部２００を銅系、冷媒流通部３００をアルミニウム系
としたり、水流通部２００、冷媒流通部３００共にアル
ミニウム系とする等）とし、また、ろう材もそれらに必
要とされる材料としても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における熱交換器を示
す、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【図２】図１におけるＢ−Ｂ部の断面図である。

【図３】図２におけるインナーフィンを示す、（ａ）は
側面図、（ｂ）は正面図である。

【図４】本発明の第２実施形態におけるろう材の溶射状
態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１００熱交換器２１０ａチューブ（第１チューブ）２１０ｂチューブ内壁２３０インナーフィン２４０ろう材（第１ろう材）３１０冷媒チューブ（第２チューブ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２８Ｆ 1/40 Ｆ２８Ｆ 1/40 Ｎ // Ｂ２３Ｋ 101:14 Ｂ２３Ｋ 101:14 (72)発明者山本憲愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3L103 AA01 BB43 CC02 CC30 DD08 DD17 DD33 4K031 AA01 AA08 AB07 CB31 DA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部を第１流体が流通する第１チューブ
（２１０ａ）内に、チューブ内壁（２１０ｂ）と部分的
に当接するインナーフィン（２３０）を配設し、前記チューブ内壁（２１０ｂ）および前記インナーフィ
ン（２３０）の間に第１ろう材（２４０）を設けて、前記第１ろう材（２４０）によって、前記第１チューブ
（２１０ａ）および前記インナーフィン（２３０）を熱
的に接合する熱交換器の製造方法において、前記チューブ内壁（２１０ｂ）あるいは前記インナーフ
ィン（２３０）の少なくとも一方に、予め溶射により前
記第１ろう材（２４０）を設けるようにしたことを特徴
とする熱交換器の製造方法。
【請求項２】前記第１ろう材（２４０）を設ける際
に、前記チューブ内壁（２１０ｂ）と前記インナーフィ
ン（２３０）とが当接する当接部（Ａ）に設けるように
したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造
方法。
【請求項３】前記第１ろう材（２４０）を設ける際
に、前記インナフィン（２３０）側に設けるようにした
ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器の製造方
法。
【請求項４】前記第１ろう材（２４０）を設ける際
に、前記当接部（Ａ）の面積と前記チューブ内壁（２１
０ｂ）および前記インナーフィン（２３０）間のクリア
ランスとで決定される必要量を満たすように、前記当接
部（Ａ）内において面積を小さく、厚みを厚くして設け
るようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３
のいずれかに記載の熱交換器の製造方法。
【請求項５】前記第１チューブ（２１０ａ）の外側面
に、第２ろう材によって内部を第２流体が流通する第２
チューブ（３１０）を熱的に接合する工程を有してお
り、前記第１チューブ（２１０ａ）あるいは前記第２チュー
ブ（３１０）の少なくとも一方に、予め溶射により前記
第２ろう材を設けるようにしたことを特徴とする請求項
１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器の製造方法。
【請求項６】前記第１チューブ（２１０ａ）、前記イ
ンナーフィン（２３０）および前記第２チューブ（３１
０）を成形する際に、銅系合金を使用し、前記第１ろう材（２４０）、前記第２ろう材を設ける際
に、リン銅ろう、ニッケルろう、キュプロニッケルろ
う、銀ろうのいずれか１つを使用することを特徴とする
請求項５に記載の熱交換器の製造方法。