JP2005262248A - 銅管とアルミニウム管の接合体、該接合体の製造方法及び冷凍回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 銅管２とアルミニウム管４の接合体をメッキを施したスレンレス管を介して、銅管とアルミニウム管を接合するため、メッキ処理が厄介であり、また、一部除去する必要がありこれも厄介であった。
【解決手段】 銅管２とアルミニウム管４の接合体は、銅管２の一端部とステンレス管３のメッキなしの一端部とがろう付けされ、また、アルミニウム管４の一端部とステンレス管３のメッキなしの他端部とがろう付けされ、これら両ろう付けのうち、少なくとも後から行うろう付けは、真空雰囲気又は還元雰囲気で行われ形成された。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステンレス管を介して銅管とアルミニウム管とを接合した接合体、その製造方法及びこの接合体を使用する冷凍空調装置の冷凍回路に関するものである。

冷凍空調装置の冷凍回路の配管や温水配管等には、一般に耐食性、伝熱性及び加工性が優れていることより、また、ろう接合等により接合が容易に行えることにより銅管が使用されることが多い。
また、冷凍回路におけるフィンチューブ型熱交換器は、アルミニウム製の積層フィンにヘアピン型の銅管を挿入する等、異種の金属を組合わせて製造される。
しかしながら、近年、材料のリサイクル性の要求が強まっており、解体性の向上のために、上記の熱交換器等も同一材料で製造することが求められている。
熱交換器のような配管構造物を同一の材料で製造する場合、材料として銅又はアルミニウムが考えられ、なかでも軽量である点、低エネルギーでリサイクルできる点及び銅では困難な扁平管等の異形管の製造が容易である点からアルミニウムの使用が好適である。オールアルミニウムのフィンチューブ型熱交換器であれば、冷凍回路の銅配管から切り離すだけで分離でき、リサイクルが容易となる。

アルミニウム製のフィンチューブ型熱交換器を配管が銅管である冷凍回路で使用するためには、銅管とアルミニウム管との接合が必要である。
銅管とアルミニウム管とを接合するには、４００℃近い融点の相違、強固な参加皮膜の存在、電極電位差による接触腐食の存在と防食対策の必要性等多くの懸念すべき課題が存在し、非常に特殊な接合方法しか実用化されていない。

従来の銅管とアルミニウム管との接合には、銅管とアルミニウム管の端部を突き合わせて抵抗溶接するフラッシュバット溶着がある。
また、銅管と接合する表面にろう付けに適した材質のメッキを施したステンレス管を介して、銅管とアルミニウム管を接合する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、銅管とアルミニウム管を接触加圧させた状態で、一方を回転させ、接触面の摩擦によりアルミニウム表面の参加皮膜を機械的に削除し、さらに摩擦熱により接合部位を溶融軟化させ、急速に回転を停止させ接合する摩擦溶着がある（例えば、特許文献２参照）。

また、銅管とアルミニウム管のどちらも溶着しない５５０〜６６０℃近傍で両者を接触させることにより、固相拡散から共晶融液を生成するというメカニズムで接合界面を合金溶融させ接合する共晶溶着がある（例えば、特許文献３参照）。
特開平８−２６７２２８号公報（第４頁、図１） 特開昭５２−４８５４２号公報（第１頁、第２頁、第１図〜第４図） 特開平９−８５４６７号公報（第３頁、第４頁、図１〜図３）

しながら、フラッシュバット溶着や摩擦溶着は、密封性や接合強度等高い信頼性が確保できるものの、高圧電源や大きな回転動力等大掛かりな設備が必要になる。また、接合部の寸法精度を高度に維持する必要がある。また、摩擦溶着では、バリ取り等の後工程も生じる。さらに、これらの溶着では、銅管とアルミニウム管を直接接合するため、電極電位差による腐食が発生し、塗装又は熱収縮チューブのような防食処理が必要となる。

また、接合界面を合金化溶融させ接合する共晶溶着による接合では、双方（アルミニウム管と銅管）を大きく回転相対運動させるために管接合端面の寸法精度が高度に維持されなければならない。従って、前工程でのアルミニウム管の変形などは許容できないばかりでなく、接合管製造においても高度の寸法精度確保のために、多大な費用を費やしている。

さらに、メッキを施したスレンレス管を介して、銅管とアルミニウム管を接合するのは、ステンレスの不働態皮膜により腐食され難く、防食処理を必要としない点は好都合であるが、メッキ処理が厄介であり、また、一部除去する必要がありこれも手がかかる。

本発明は、上記ののような問題を解決するためになされたものであり、信頼性の高い、かつ、製作が容易で安価な銅管とアルモニウム管の接合体を得ることを目的とする。
また、信頼性の高い、かつ、製作が容易で安価な銅管とアルモニウム管の接合体の製造方法を得ることを目的とする。
また、このような銅管とアルミニウム管の接合体により、信頼性の高い、かつ、製作が容易で安価な、また、リサイクル性の良い熱交換器を持つ冷凍空調装置の冷凍回路を得ることを目的とする。

本発明に係る銅管とアルミニウム管の接合体は、銅管の一端部とステンレス管のメッキなしの一端部とがろう付けされ、また、アルミニウム管の一端部とステンレス管のメッキなしの他端部とがろう付けされ、これら両ろう付けのうち、少なくとも後から行うろう付けは、真空雰囲気又は還元雰囲気で行われたものである。

本発明に係る銅管とアルミニウム管の接合体は、ろう付け部にメッキなしのステンレス管を介して、銅管とアルミニウム管をろう付けしたもので、少なくとも後から行うろう付けは、真空雰囲気又は還元雰囲気で行われたものであるので、ろう付けにステンレス管の不働態皮膜の悪影響を受けず、また、ろう付け後は不働態皮膜により腐食を防止でき信頼性の高い、かつ、メッキなしでろう付けすることにより、容易で安価な銅管とアルモニウム管の接合体を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態1による銅管とアルミニウム管の接合体を示す断面図であり、図２は、図１の接合体の製造方法を説明する図であり、図３は、図１の接合体のアルミニウム管として、アルミニウム製のフィンチューブ型熱交換器のアルミニウム管の例を示す図である。
図１に示すように、銅管２とアルミニウム管４の接合体は、銅管２の一端部を拡管し拡管部２ａを形成し、この拡管部２ａにステンレス管の一端部を挿入しろう付け部とし、また、アルミニウム管４の一端部を拡管し拡管部４ａを形成し、この拡管部４ａにステンレス管の他端部を挿入しろう付け部とし、これらのろう付け部をろう付けしたものである。
ここで、ステンレス管３のろう付け部には、両方共メッキは施さず、また、銅管２とステンレス管３のろう付け、及びアルミニウム管４とステンレス管３ろう付けは、同時ではなく別々に行い、後から行うろう付けは、真空雰囲気または還元雰囲気で行う。

そして、ステンレス管３のろう付け部間に所定の間隔Ｌ１を設け、所定の間隔Ｌ１は、１０ｍｍ以上とし、ガルバニック腐食をできるだけ抑制する。また、銅管２の長さＬ２は、１００ｍｍ以上とする。銅管２の長さＬ２を１００ｍｍ以上として、銅管２の先端をろう付けする際、銅管２とステンレス管３のろう付け部のろう材が熱溶解しないようにした。

次いで、銅管２とアルミニウム管４との具体的な接合方法を説明する。銅管２とアルミニウム管４とのステンレス管３を介しての接合方法は、以下の通りである。
１）長さ１００ｍｍ以上の銅管２の一端部を拡管し、拡管部２ａを形成する。
２）ステンレス管３の一端部を銅管２の拡管部２ａに挿入し、ろう付け部を形成する。
３）内部に窒素又は炭酸ガス等のシールドガスを流しながら、銀ろう又は黄銅ろうを用いてトーチろう付け又は高周波ろう付けを行う。フラックスは使用しても使用しなくてもよいが、使用する場合は、環境面を考慮して、非塩素系フラックスとする。なお、黄銅ろうを使用する場合は、黄銅ろうに含まれるＺｎがろう脆性を起こす原因となる可能性が高く、母材の強度低下が懸念されるため注意が必要である。
上記のろう付けに替えて、還元雰囲気炉又は真空炉中で、ろう材をリング状に成形した銀リングろうを使用して、ろう付けしてもよい（図２（ａ）参照）。

４）次に、アルミニウム管４の一端部を拡管し、拡管部４ａを形成する。
５）ステンレス管３の他端部をアルミニウム管４の拡管部４ａに挿入し、ろう付け部を形成する。
６）還元雰囲気炉又は真空炉中でろう付けを行う。ろう材は、リング状に成形したアルミニウムろう（例えば、Ａｌ−Ｓｉ系ろう）を使用する。フラックスは使用しても使用しなくてもよいが、使用する場合は、環境面を考慮して、非塩素系フラックスとする（図２（ｂ）参照）。
この際、先にろう付けした銅管２とステンレス管３のろう付けにより、ステンレス管３の表面に在る不働態皮膜が強固となる影響が考えられるが、還元雰囲気又は真空雰囲気中でろう付けするので、不働態皮膜（即ち、酸化皮膜）を還元しながらろう付けするので、ろう付け性に問題はない。
このように本実施の形態の銅管２とアルミニウム管４の接合体は、銅管２及びアルミニウム管４の拡管部２ａ、４ａにメッキなしのステンレス管３を挿入し、ろう付け部を形成し、ろう付けするので、製作が容易であり、かつ、安価である。また、少なくとも後からの（二度目の）ろう付けは、還元雰囲気又は真空雰囲気中でろう付けするので、ステンレス管３の不働態皮膜のろう付けへの悪影響はなく、また、不働態皮膜により接合部の腐食が防止でき信頼性の高い接合が得られる。

図２（ｂ）に示すように、ステンレス管３に接合するアルミニウム管４は、熱交換器のアルミニウム製の伝熱管でもよい。図３に銅管２とアルミニウム管４の接合体のアルミニウム管４として、アルミニウム製熱交換器６（アルミニウム製積層フィン６ａ及びアルミニウム製伝熱管）のアルミニウム伝熱管４とした例を示す。
この場合、接合体のアルミニウム管４をアルミニウム製熱交換器６のアルミニウム製伝熱管とせずに、接合体のアルミニウム管４にアルミニウム製熱交換器６のアルミニウム製伝熱管をろう付け接合してもよい。

また、図２（ｃ）に、接合体の銅管２の他端には、冷凍空調装置の冷凍回路の配管である銅管７をろう付け接合する例を示す（冷凍回路の圧縮機、熱交換器、流量調整弁等の記載は省略）。
このように、本実施の形態の銅管２とアルミニウム管４の接合体は、銅管２を配管の銅管７と接合し、また、アルミニウム管４をアルミニウム製熱交換器６のアルミニウム製伝熱管とするか又はアルミニウム管４をアルミニウム製熱交換器６のアルミニウム製伝熱管に接合する（この場合は、銅管２とアルミニウム管４の接合体は、継手管となる）ことにより、リサイクル性の良い熱交換器を持ち、信頼性の高い、製作の容易な冷凍空調装置の冷凍回路を形成できる。

実施の形態２．
本実施の形態の銅管２とアルミニウム管４の接合体では、図４に示すように、ステンレス管３に所定の間隔を隔ててポンチ部３ａを設け、銅管２の一端部にステンレス管３の一端部をこの一端部側のポンチ部３ａまで挿入し、ろう付け部を形成し、また、アルミニウム管４の一端部にステンレス管３の他端部をこの他端部側のポンチ部３ａまで挿入し、ろう付け部を形成し、ろう付け部をそれぞれろう付けした。その他の構成等は、実施の形態１と同じである。
このようにすれば、実施の形態１の場合のように、銅管２及びアルミニウム管４を拡管しなくても、ろう付けの位置決めができろう付けがよういとなる。従って、ポンチ部３ａは、挿入の位置決めができればよく、単純な突起でよい。その他は、実施の形態１の銅管２とアルミニウム管４の接合体と同様な効果が得られる。

実施の形態３．
本実施の形態の銅管２とアルミニウム管４の接合体では、図５に示すように、
銅管２の一端部の先端から所定距離にポンチ部２ｂを設け、銅管２の一端部がステンレス管３の一端部にこのポンチ部２ｂまで挿入し、ろう付け部を形成し、また、アルミニウム管４の一端部の先端から所定の距離にポンチ部４ｂを設け、アルミニウム管４の一端部をステンレス管３の一端部にこのポンチ部４ｂまで挿入し、ろう付け部を形成し、それぞれろう付け部をろう付けした。
このようにしても実施の形態１の銅管２とアルミニウム管４の接合体と同様な効果が得られる。また、ポンチ部２ｂとポンチ部４ｂとは、実施の形態２のポンチ部３ａと同様な働きをするものであり、位置決め用の単純な突起でよい。

本発明の実施の形態１の銅管とアルミニウム管の接合体を示す断面図である。 図１の接合体の製造方法を説明する図である。 図１の接合体のアルミニウム管として、アルミニウム製のフィンチューブ型熱交換器のアルミニウム管とした例を示す図である。 本発明の実施の形態２の銅管とアルミニウム管の接合体を示す断面図である。 本発明の実施の形態３の銅管とアルミニウム管の接合体を示す断面図である。

符号の説明

２ 銅管、２ａ 銅管の拡管部、２ｂ 銅管のポンチ部、３ ステンレス管、３ａ ステンレス管のポンチ部、４ アルミニウム管、４ａ アルミニウム管の拡管部、４ｂ アルミニウム管のポンチ部、６ アルミニウム製フィンチューブ型熱交換器、６ａ アルミニウムフィン、７ 冷凍回路の銅配管。

Claims (7)

1. 銅管の一端部とステンレス管のメッキなしの一端部とがろう付けされ、また、アルミニウム管の一端部とステンレス管のメッキなしの他端部とがろう付けされ、
   前記両ろう付けのうち、少なくとも後から行うろう付けは、真空雰囲気又は還元雰囲気で行われたことを特徴とする銅管とアルミニウム管の接合体。
2. 前記銅管の一端部に拡管部が形成され、前記ステンレス管の一端部がこの拡管部に挿入されろう付け部が形成され、また、前記アルミニウム管の一端部に拡管部が形成され、前記ステンレス管の他端部がこの拡管部に挿入されろう付け部が形成され、それぞれろう付けされたことを特徴とする請求項１に記載の銅管とアルミニウム管の接合体。
3. 前記ステンレス管に所定の間隔を隔ててポンチ部が設けられ、前記銅管の一端部に前記ステンレス管の一端部がこの一端部側のポンチ部まで挿入されろう付け部が形成され、また、前記アルミニウム管の一端部に前記ステンレス管の他端部がこの他端部側の前記ポンチ部まで挿入されろう付け部が形成され、それぞれろう付けされたことを特徴とする請求項１に記載の銅管とアルミニウム管の接合体。
4. 前記銅管の一端部の先端から所定距離にポンチ部が設けられ、前記銅管の一端部が前記ステンレス管の一端部に前記ポンチ部まで挿入されろう付け部が形成され、また、アルミニウム管の一端部の先端から所定の距離にポンチ部が設けられ、前記アルミニウム管の一端部が前記ステンレス管の一端部に前記ポンチ部まで挿入されろう付け部が形成され、それぞれろう付けされたことを特徴とする請求項１に記載の銅管とアルミニウム管の接合体。
5. 前記ステンレス管の前記両ろう付け部間に所定の間隔を設けるとともに、前記銅管は所定の長さ以上としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載の銅管とアルミニウム管の接合体。
6. 圧縮機と、凝縮器用熱交換器と、蒸発器用熱交換器と、流量調整弁等とを配管接続し、冷媒を循環させ、
   前記配管は銅管であり、
   前記両熱交換器のうち、少なくとも一方は、アルミニウム製の積層フィン及びこれを貫通する伝熱管であるアルミニウム管からなるフィンチューブ型熱交換器であり、
   請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の銅管とアルミニウム管の接合体の銅管が他端部で前記配管の銅管と接続し、また、前記接合体のアルミニウム管が前記フィンチューブ型熱交換器のアルミニウム管であることを特徴とする冷凍空調装置の冷凍回路。
7. 銅管の一端部とステンレス管のメッキなしの一端部とをろう付けし、
   次いで、アルミニウム管の一端部とステンレス管のメッキなしの他端部とを真空雰囲気又は還元雰囲気でろう付けすることを特徴とする銅管とアルミニウム管の接合体の製造方法。
   

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