JP2003154449A - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水チューブ２２１の組立を簡単にして製造コ
ストを抑えられるうえ、ろう付け品質を向上できる熱交
換器及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ろう材Ｂにリンの含有率が３±１％のリ
ン銅ろうを用いてろう付けした。これは、ろう材Ｂ中の
リンの含有率を少なくすることで、ろう材Ｂの材料コス
トを抑えることができる。また、ろう材Ｂの延性が上が
ることにより、ろう材Ｂの材料を組立に合った薄板状に
加工するのが容易となるため加工コストを抑えられるう
え、薄板状より薄く箔状に延ばして使え、ろう材Ｂの使
用量が減ることからもろう材コストを抑えることができ
る。また、延性が上がることにより割れが発生し難くな
り、組立中に割れた破片が何処かに挟み込まれ、接合面
に浮きが発生してろう付け不良となる様なことも防げ
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、給湯器の給湯用熱
交換器等で、銅製の材料で構成されたチューブ（流体の
流通通路）を持つ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】図７に、従来の水用チューブ２２１の断
面構成図を示す。便宜上、仕切部Ｐで区切った２箇所の
熱交換部の構成で示す。組立順に従って説明すると、ま
ず片側のプレス成形した銅製のプレート２２１ｂの上
に、ろう材Ｂ１を熱交換部の箇所分だけ並べる（図では
２枚）。次にその上に、銅製のインナーフィン２２１ａ
を並べる（図では２枚）。次に更にその上に、もう一度
ろう材Ｂ１を並べる（図では２枚）。また、仕切部Ｐに
はろう材Ｂ２を置く（図では１枚）。

【０００３】また、この水用チューブ２２１の外縁部と
なる左右辺にはろう材Ｂ３（図では２本）と、図示しな
い前後辺には同じく図示しないろう材Ｂ４（２本）が置
かれる。そしてこれらの上に、もう片側のプレス成形し
た銅製のプレート２２１ｃを被せ、プレート２２１ｂ、
２２１ｃの外縁部に設けた爪Ｎを折り曲げてかしめ固定
（仮組み）する。その後、治具でプレート２２１ｂ、２
２１ｃ間に荷重をかけながら炉内で所定時間加熱して、
これらをろう付けにて一体接合する。

【０００４】ろう材Ｂ１〜Ｂ４には、リンの含有率が７
％のリン銅ろうを用いている。そして、ろう材Ｂ１はイ
ンナーフィン２２１ａとプレート２２１ｂ、２２１ｃの
接合用で、薄板状に加工したのろう材をインナーフィン
２２１ａの大きさに合わせて切断している。

【０００５】ろう材Ｂ２は仕切部でのプレート２２１
ｂ、２２１ｃ同士の接合用で、同じく薄板状に加工した
ろう材を仕切部の大きさに合わせて切断し、更に仕切部
の形状に合わせて折り曲げを加えている。ろう材Ｂ３、
Ｂ４はプレート２２１ｂ、２２１ｃ同士の外縁部接合用
で、棒状のろう材を左右辺・前後辺の長さに合わせて切
断している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のリン７％のリン
銅ろうは延性が少ないため、ろう材の材料を上記の組立
に合った薄板状に加工することでろう材のコストが高い
という問題点がある。また、延性が少ないために割れが
発生し易く、組立中に割れた破片が何処かに挟み込ま
れ、接合面に浮きが発生してろう付け不良となる可能性
もある。

【０００７】また、上記の説明では便宜上、仕切部Ｐで
区切った２箇所の熱交換部の構成で説明したが、例えば
家庭用給湯器に用いる水用チューブ等では、１２箇所位
の熱交換部に区切ってその中を水が蛇行するように流通
させており（後に示す実施形態参照）、インナーフィン
や仕切部の数は実際にはもっと多い。それを組み立てる
ために、異なる形態（薄板と棒）のろう材を異なる外形
・長さに切断して用意し、その多種・多数のろう材をプ
レートの各部に配置しながら組立を行うため、工数が掛
かって製造コストが高くなるという問題点がある。

【０００８】また、多種・多数のろう材を各部に配置す
る上で欠品が発生したり、プレート同士で挟み込んだ状
態でろう材にズレがあったりすると、ろう付け不良と成
りかねない。特に内部での仕切部やインナーフィンとプ
レートとのろう付け不良は、性能低下となるうえ、その
ろう付け不良が検出できないという問題点がある。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成さ
れたものであり、水用チューブの組立を簡単にして製造
コストを抑えられるうえ、ろう付け品質を向上できる熱
交換器及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【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。

【００１１】請求項１記載の発明では、ろう材（Ｂ）に
リンの含有率が３±１％のリン銅ろうを用いてろう付け
したことを特徴とする。

【００１２】これにより、ろう材中のリンの含有率を少
なくすることで、ろう材の材料コストを抑えることがで
きる。また、ろう材の延性が上がることにより、ろう材
の材料を前述の組立に合った薄板状に加工するのが容易
となるため加工コストを抑えられるうえ、薄板状より薄
く箔状に延ばして使え、ろう材の使用量が減ることから
もろう材コストを抑えることができる。

【００１３】また、延性が上がることにより割れが発生
し難くなり、組立中に割れた破片が何処かに挟み込ま
れ、接合面に浮きが発生してろう付け不良となる様なこ
とも防げる。

【００１４】請求項２記載の発明では、ろう材（Ｂ）
を、板材（２２１ｂ、２２１ｃ）のろう付けする側の面
の形状に合わせた立体形状に成形して用いたことを特徴
とする。

【００１５】これは、ろう材の延性が上がったことによ
り立体形状に絞って成形することが可能となり、従来異
なる形態（薄板と棒）のろう材を異なる外形・長さに切
断して用意し、その多種・多数のろう材をプレートの各
部に配置しながら組立を行っていたのに対して、その多
種・多数のろう材を１枚のろう材に一体化して一括セッ
トできることから製造コストを抑えることができる。ま
た、ろう材の一体化によりろう材のズレや欠品が発生し
ないため、ろう付け品質が向上する。

【００１６】請求項３記載の発明では、ろう材（Ｂ）
を、板材（２２１ｂ、２２１ｃ）のろう付けする側の面
にクラッドして用いたことを特徴とする。

【００１７】これは、ろう材の延性が上がったことによ
り銅の板材と一緒に圧延して板材の表面にろう材をクラ
ッドすることが可能となり、従来異なる形態（薄板と
棒）のろう材を異なる外形・長さに切断して用意し、そ
の多種・多数のろう材をプレートの各部に配置しながら
組立を行っていたのに対して、製造工程でろう材の扱い
が一切不要となることから製造コストを抑えることがで
きる。また、ろう材のクラッドによりろう材のズレや欠
品が一切発生しないため、ろう付け品質が向上する。

【００１８】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を、図面
に基づき説明する。

【００２０】（第１実施形態）本実施形態は、本発明に
係る熱交換器を家庭用給湯器に適用したものであって、
図１は給湯器１００の外観図であり、図２は給湯器１０
０の模式図である。図２中、２００（２点鎖線で囲まれ
たもの）は、給湯水を加熱し高温（本実施形態では約８
５℃）の温水を生成する超臨界ヒートポンプサイクル
（以下、ヒートポンプと略す）である。

【００２１】尚、超臨界ヒートポンプサイクルとは、高
圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポン
プサイクルを言い、例えば二酸化炭素、エチレン、エタ
ン、酸化窒素等を冷媒とするヒートポンプサイクルであ
る。また、３００はヒートポンプ２００にて加熱された
温水を保温貯蔵する複数個の保温タンクであり、各保温
タンク３００は、温水（給湯水）流れに対して並列とな
るように配設されている。

【００２２】図２中、２１０は冷媒（本実施形態では二
酸化炭素）を吸入圧縮する圧縮機であり、この圧縮機２
１０は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（図示せず）及び
圧縮機構を駆動する電動モータ（図示せず）が一体とな
った電動圧縮機である。

【００２３】２２０は本実施形態に係る熱交換器を適用
したもので、圧縮機２１０から吐出する冷媒と給湯水と
を熱交換する水熱交換器（放熱器）である。この水熱交
換器２２０は、図３に示すように、給湯水（水）が流通
する水チューブ２２１と冷媒が流通する複数本の冷媒チ
ューブ２２２を接触させて冷媒流れと給湯水流れとが対
向するように構成された対向流型の熱交換器である。

【００２４】尚、２２３は水チューブ２２１に給湯水を
供給するパイプであり、２２４は水チューブ２２１から
流出した給湯水を回収するパイプであり、２２５は複数
本の冷媒チューブ２２２に冷媒を分配供給する第１ヘッ
ダタンクであり、２２６は複数本の冷媒チューブ２２２
から流出した冷媒を集合回収する第２ヘッダタンクであ
る。

【００２５】水チューブ２２１と冷媒チューブ２２２
は、図４に示すように、偏平状に形成されている。そし
て、水チューブ２２１は、銅製で波状のインナーフィン
２２１ａを銅製のプレート２２１ｂと、銅製のプレート
２２１ｃにて挟み込むようにしてインナーフィン２２１
ａ及びプレート２２１ｂ、２２１ｃをろう付けしたもの
である。また、冷媒チューブ２２２は銅製キャピラリー
チューブである。因みに、両チューブ２２１，２２２
は、長手方向が互いに一致するようにろう付け接合され
ている。

【００２６】ところで、図２中、２３０は水熱交換器２
２０から流出する冷媒を減圧する電気式膨張弁（減圧
器）であり、２４０は、電気式膨張弁２３０（以下、膨
張弁２３０と略す。）から流出する冷媒を蒸発させて大
気中の熱を冷媒に吸収させると共に、後述するアキュー
ムレータ２５０（圧縮機２１０の吸入側）に向けて冷媒
を流出する蒸発器である。

【００２７】２５０は、蒸発器２４０から流出する冷媒
を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機２
１０の吸入側に流出すると共に、ヒートポンプ２００中
の余剰冷媒を蓄えるアキュームレータである。２６０は
蒸発器２４０に空気（外気）を送風すると共にその送風
量を調節することができる送風機であり、この送風機２
６０、圧縮機２１０及び膨張弁２３０は、後述する各セ
ンサの検出信号に基づいて電子制御装置（ＥＣＵ）２７
０により制御されている。

【００２８】そして、２７１は水熱交換器２２０から流
出する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサであり、２
７２は水熱交換器２２０に流入する給湯水の温度を検出
する第１温水温度センサである。２７３は水熱交換器２
２０から流出する冷媒の圧力（高圧側の冷媒圧力）を検
出する冷媒圧力センサであり、２７４は水熱交換器２２
０から流出する給湯水の温度を検出する第２温水温度セ
ンサである。そして、各センサ２７１〜２７４の検出信
号は、ＥＣＵ２７０に入力されている。

【００２９】ここで、高圧側の冷媒圧力とは、圧縮機２
１０の吐出側から膨張弁２３０の流入側に至る冷媒通路
に存在する冷媒の圧力を言い、その圧力は、圧縮機２１
０の吐出圧（水熱交換器２２０の内圧）に略等しい。一
方、低圧側の冷媒圧力とは、膨張弁２３０の流出側から
圧縮機２１０の吸入側に至る冷媒通路に存在する冷媒の
圧力を言い、その圧力は、圧縮機２１０の吸入圧（蒸発
器２４０の内圧）に略等しい。

【００３０】また、４００は、水熱交換器２２０に給湯
水を供給する（循環させる）と共に、その給湯水量を調
節する電動ウォータポンプ（以下、ポンプと略す。）で
あり、４１０は水道管（図示せず）から給水される水道
水が水熱交換器２２０に流入することを防止する閉止弁
である。そして、ポンプ４００及び閉止弁４１０もＥＣ
Ｕ２７０により制御されている。

【００３１】次に、本実施形態に係る水熱交換器２２０
の製造方法の概略について述べる。

【００３２】まず、水チューブ２２１を組み立てる。図
５は、本発明の第１実施形態における水チューブ２２１
の断面構成図である。プレート２２１ｂの上にリン３±
１％含有のリン銅ろうであるろう材Ｂ１０を載せる。ろ
う材Ｂ１０は、プレート２２１ｂ、２２１ｃ同士をろう
付けする側の面の形状に合わせた立体形状にプレス成形
してある。

【００３３】その上にインナフィン２２１ａとパイプ２
２３，２２４をセットし、もう一度ろう材Ｂ１０を載せ
る。更にその上にプレート２２１ｃを被せて挟み込み、
プレート２２１ｂの縁部に設けた爪Ｎを折り曲げてかし
め、水チューブ２２１を組み上げる。次に、この水チュ
ーブ２２１上に、冷媒チューブ２２２とヘッダタンク２
２５、２２６等の部品を順次仮組み付けした後、ワイヤ
ー等の仮固定治具によりこれら部品を仮固定する（仮組
工程）。

【００３４】そして、これら仮組工程で組み立てられた
ものを炉内で所定時間加熱して、これらをろう付けにて
一体接合する（リン銅ろう付け工程）。

【００３５】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００３６】水チューブ２２１を一体接合するろう材Ｂ
に、リンの含有率が３±１％のリン銅ろうを用いてい
る。これにより、ろう材中のリンの含有率を少なくする
ことで、ろう材の材料コストを抑えることができる。ま
た、ろう材の延性が上がることにより、ろう材の材料を
組立に合った薄板状に加工するのが容易となるため加工
コストを抑えられるうえ、薄板状より薄く箔状に延ばし
て使え、ろう材の使用量が減ることからもろう材コスト
を抑えることができる。

【００３７】また、延性が上がることにより割れが発生
し難くなり、組立中に割れた破片が何処かに挟み込ま
れ、接合面に浮きが発生してろう付け不良となる様なこ
とも防げる。

【００３８】また、ろう材Ｂ１０を、プレート２２１
ｂ、２２１ｃの互いにろう付けする側の面の形状に合わ
せた立体形状に成形して用いている。

【００３９】これは、ろう材Ｂ１０の延性が上がったこ
とにより立体形状に絞って成形することが可能となり、
従来異なる形態（薄板と棒）のろう材Ｂを異なる外形・
長さに切断して用意し、その多種・多数のろう材Ｂをプ
レート２２１ｂの各部に配置して組立を行っていたのに
対して、その多種・多数のろう材Ｂを１枚のろう材Ｂ１
０に一体化して一括セットできることから製造コストを
抑えることができる。また、ろう材Ｂ１０の一体化によ
りろう材のズレや欠品が発生しないため、ろう付け品質
が向上する。

【００４０】（第２実施形態）図６は、本発明の第２実
施形態における水チューブ２２１の断面構成図であり、
第１実施形態とは水チューブ２２１を一体接合するろう
材Ｂの構成のみ異なる。具体的には、ろう材Ｂとしてリ
ンの含有率が３±１％のリン銅ろうをプレート２２１
ｂ、２２１ｃの互いにろう付けする側の面にクラッドし
て用いている。リンの含有率を３±１％としたリン銅ろ
うの効果については、第１実施形態と同様である。

【００４１】そして、ろう材Ｂの延性が上がったことに
より、銅の板材と一緒に圧延して板材の表面にろう材Ｂ
をクラッドすることが可能となり、従来異なる形態（薄
板と棒）のろう材Ｂを異なる外形・長さに切断して用意
し、その多種・多数のろう材Ｂをプレート２２１ｂの各
部に配置して組立を行っていたのに対して、製造工程で
ろう材の扱いが一切不要となることから製造コストを抑
えることができる。また、ろう材Ｂのクラッドによりろ
う材のズレや欠品が一切発生しないため、ろう付け品質
が向上する。

【００４２】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、冷媒と給湯水とを熱交換する水熱交換器に適用した
が、本発明に係る熱交換器はこれに限定されるものでは
なく、水と空気とを熱交換するラジエターや、冷媒と空
気とを熱交換する放熱器やガスクーラ等の、その他の熱
交換器にも適用することができる。

【００４３】また、上述の実施形態はインナーフィンを
持つチューブであったが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、インナーフィンの無いチューブに成形した
ろう材やろう材をクラッドした板材を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における給湯機の外観図で
ある。

【図２】本発明の一実施形態における給湯機の模式図で
ある。

【図３】（ａ）は本発明の一実施形態における水熱交換
器の側面図、（ｂ）は正面図である。

【図４】本発明の第一実施形態における水熱交換器のチ
ューブの断面図である。

【図５】本発明の第１実施形態における水チューブの断
面構成図である。

【図６】本発明の第２実施形態における水チューブの断
面構成図である。

【図７】従来の水チューブの断面構成図である。

【符号の説明】 ２２１ 水チューブ（流体の流通通路） ２２１ａ インナーフィン ２２１ｂ プレート（板材） ２２１ｃ プレート（板材） Ｂ ろう材

───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｆ２４Ｈ 9/00 Ｆ２４Ｈ 9/00 Ａ Ｂ２３Ｋ 101:14 Ｂ２３Ｋ 101:14 (72)発明者 沖ノ谷 剛 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） 3L036 AA05 3L065 FA01 3L103 AA01 BB43 CC02 CC21 DD15 DD19 DD92

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の銅製の板材（２２１ｂ、２２１
   ｃ）及び、この板材（２２１ｂ、２２１ｃ）で挟持され
   る銅製のインナーフィン（２２１ａ）を、ろう材（Ｂ）
   を用いた炉中ろう付けで貼り合わせて形成した流体の流
   通通路（２２１）を持つ熱交換器において、 前記ろう材（Ｂ）にリンの含有率が３±１％のリン銅ろ
   うを用いてろう付けしたことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した熱交換器を製造する
   に当たり、前記ろう材（Ｂ）を、前記板材（２２１ｂ、
   ２２１ｃ）のろう付けする側の面の形状に合わせた立体
   形状に成形して用いたことを特徴とする熱交換器の製造
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載した熱交換器を製造する
   に当たり、前記ろう材（Ｂ）を、前記板材（２２１ｂ、
   ２２１ｃ）のろう付けする側の面にクラッドして用いた
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。