JP2006194543A

JP2006194543A - 熱交換機の製造方法

Info

Publication number: JP2006194543A
Application number: JP2005008211A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Maekawa; 嘉彦前川
Original assignee: Nagase Chemtex Corp
Current assignee: Nagase Chemtex Corp
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】熱交換機の生産ラインにおける、熱交換部材に取り付けられた複数の金属管の開口端へのＵ字管の接合工程において、ロー付けに伴う諸問題を解決し、かつ、生産ラインを構成可能な熱交換機の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、フィンプレス工程、開口端を有する複数の金属管のフィンへの差込工程、及び、フィンへ差し込まれた上記金属管の拡管工程、を経て組み立てられた熱交換機中間組立品を準備する工程（Ｉ）、並びに、前記熱交換機中間組立品の前記金属管の開口端へのＵ字管の接合工程（ＩＩ）を有する生産ラインで熱交換機を製造する方法であって、前記接合工程（ＩＩ）において、金属管へのＵ字管の接合を、常温で液状の熱硬化性樹脂接着剤を用いて前記金属管と前記Ｕ字管との嵌合部を接着して行う熱交換機の製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換機の製造方法に関し、詳細には、生産ラインにおいて、フィン等の熱交換部材に取り付けられた金属管の開口端へのＵ字管の接合を、熱硬化性樹脂接着剤を用いて行う熱交換機の製造方法に関する。

熱交換機は、一般には、熱を運ぶ流体が通過する金属管とそれに接合された熱交換部材（本明細書中、熱交換部材とは、熱を運ぶ流体が通過する金属管に接合された熱交換のための部材をいう。）とからなり、伝熱効率を上げるために熱交換部材は出来るだけ広い面積を持つようになっている。空調装置（室外機コンデンサー及び室内ユニットエバポレーター等）等においては、上記熱交換部材は、通常、フィンと称される金属製の薄板が多数一定間隔に並行配置された構造からなり、このフィンには上記金属管が貫通するための多数の孔が開いている。多数のフィンを一定間隔に積み重ねた場合に上記金属管を一つながりの配管としてフィンの孔に通すためには、通常、隣り合う配管同士をＵ字管で接続する方法が採用されている。すなわち、まず、一定間隔に並行配置されたフィンの孔に金属管（通常は、Ｕ字の両方の端を互いに並行に長く伸ばしたヘアピン形状の金属管。）を差込み、差し込んだ金属管の開口端同士をＵ字管との嵌合により接続することにより、一つながりの配管をフィンの孔に通すことができる。

このＵ字管を金属管に接合する方法として、従来は嵌合部をロー付けする方法が広く用いられていた。しかしながら、ロー付けにおいてはバーナー等で金属を加熱しており、世界的な二酸化炭素排出量削減の取り組みからみて改善の必要性が認められている。また、バーナー加熱によるフィン焼け、高温加熱による品質不安定、ランニングコスト高、ロー付け材のコスト高、ロー付け工程に必要な熟練要員の人件費等の問題が指摘されていた。

加熱方法としては、バーナー加熱以外の方法として、オーブン加熱、赤外線ランプ加熱、高周波加熱等の方法が知られている。しかし、ロー付けに必要な高温に速やかに加熱するためにはエネルギーコストがかかる。また、ロー付けにおける上述の問題点や、洗浄やフラックス処理の手間は改善されない。

これに対して、ロー付け以外の方法として、熱交換機のＵ字管を乾式又は粉末の樹脂接着剤を用いて接合する方法（例えば、特許文献１参照。）、熱交換機のアルミコイル部材の補修において接着剤を使用する方法（例えば、特許文献２参照。）、嫌気性接着剤を用いてＵ字管を接着する方法（例えば、特許文献３参照。）、熱交換管の接続部品を接着剤で接着する方法（例えば、特許文献４参照。）は既に知られている。しかしながら、第一番目の方法は、乾式又は粉末の樹脂接着剤を使用するために、塗布を手軽に行うことは困難である。また、第二番目の方法は、アルミ管のみを対象とするものであり、しかも、接合部材の表面を粗面化し、さらに、クロム酸塩処理するものであり、手間のかかる極めて特殊な処理が必要であるので、少なくとも、生産ラインで適用可能な方法ではない。第三番目の方法は、アクリレート系接着剤を使用するものであり、接着強度の点で信頼性が低い。第四番目の方法は、フランジ状周縁を平面上に接着する方法であり、管同士を嵌め込み接合する場合と接合条件が異なり、しかも、接着工程に時間がかかり、生産ラインの速やかな稼働を妨げるので、やはり、生産ラインで適用可能な方法ではない。なお、上記特許文献１においては、液状樹脂接着剤の使用は乾式又は粉末の樹脂接着剤を使用する場合に比べて大幅に作業時間がかかり、また作業の自動化が困難であるとの見解を披瀝している。

特開昭４９−８８１０号公報特開昭５４−８５４６２号公報特開昭４７−１７５４７号公報特開昭６３−９９４９８号公報

上述の現状に鑑み、本発明は、熱交換機の生産ラインにおける、熱交換部材に取り付けられた複数の金属管の開口端へのＵ字管の接合工程において、ロー付けに伴う上述の諸問題を解決し、かつ、生産ラインを構成可能な熱交換機の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は上記課題を解決するために種々検討の結果、常温で液状の熱硬化性樹脂接着剤を使用することにより生産ラインで効率的にＵ字管の接合を行うことが可能であるとの知見を得、これに基づいて本発明を完成した。すなわち、本発明は、開口端を有する複数の金属管と上記金属管に接合された熱交換部材とからなる熱交換機中間組立品を準備する工程（Ｉ）、並びに、上記熱交換機中間組立品の上記金属管の開口端へのＵ字管の接合工程（ＩＩ）を有する生産ラインで熱交換機を製造する方法であって、上記接合工程（ＩＩ）において、金属管へのＵ字管の接合を、常温で液状の熱硬化性樹脂接着剤を用いて上記金属管と上記Ｕ字管との嵌合部を接着して行う熱交換機の製造方法である。

本発明の一態様において、上記工程（Ｉ）は、少なくとも、フィンプレス工程、開口端を有する複数の金属管のフィンへの差込工程、及び、フィンへ差し込まれた上記金属管の拡管工程、を経て組み立てられた熱交換機中間組立品を準備する工程（Ｉ）である。

（１）本発明の製造方法は、上述の構成により、ロー付けを使用することなく熱交換機の生産ラインを構成することができる。
（２）本発明の製造方法は、上述の構成により、ロー付けを使用しないので、ランニングコスト高、ロー付け材のコスト高、ロー付け工程に必要な熟練要員の人件費等の従来の方法における問題点を回避することができ、さらに、加熱温度が高くないので従来よりも肉薄の銅管を使用可能となり材料の合理化が可能である。
（３）本発明の製造方法は、上述の構成により、バーナーによる高温加熱をしないので、バーナー加熱によるフィン焼けのない、品質の安定した熱交換機を製造することができる。
（４）本発明の製造方法は、上述の構成により、バーナーの使用に伴う二酸化炭素排出を回避することができ、環境に一層配慮した生産ラインを構成することができる。
（５）本発明の製造方法は、上述の構成により、生産ラインの合理化が可能である。

本発明における生産ラインは、熱交換機中間組立品を準備する工程（Ｉ）及び、Ｕ字管の接合工程（ＩＩ）を有する。上記生産ラインは、空調装置の室外機及び室内ユニットの熱交換機等において一般的である、熱交換部材がフィンからなる構造の熱交換機の製造において通常使用される諸工程を含むものである。図１にこのタイプの熱交換機を示す。このタイプの熱交換機は、空気等の気体と熱交換することを予定しており、従って、伝熱面積を大きくとる必要からフィン１１が採用されているのであるが、組立時に金属管１３の接続のためにＵ字管１２を使用する必要があるのがこのタイプの熱交換機であることから、本発明の製造方法の対象となるのであり、仮に、熱交換部材がフィンからなる構造でない場合でも、図２に示すように、Ｕ字管１２を組立時に金属管１３の接続に使用する必要があるかぎり、本発明の製造方法は適用可能であることに留意すべきである。従って、例えば、熱交換部材が金属棒や金属管を並行に並べた簀の子状又は格子状等の構造であっても、本発明はなんら本質的変更をすることなく適用可能である。以下、熱交換部材がフィンからなる構造の熱交換機の製造を例にとって、本発明における生産ラインを説明する。なお、本明細書中、生産ラインとは、生産方法を実行する場所をいい、生産方法とは、ある製品を生産するために必要な複数の工程からなる生産工程の全体をいう。この生産方法には、例えば、ライン生産方法、セル生産方法、工程別ロット生産方法等があるが、いずれの方法であってもよい。

上記工程（Ｉ）は、開口端を有する複数の金属管と上記金属管に接合された熱交換部材とからなる熱交換機中間組立品を準備する。上記工程（Ｉ）は、典型的には、少なくとも、フィンプレス工程、開口端を有する複数の金属管のフィンへの差込工程、及び、フィンへ差し込まれた上記金属管の拡管工程、を経て組み立てられた熱交換機中間組立品を準備する工程である。上記金属管は、通常、Ｕ字の両方の端を互いに並行に長く伸ばしたヘアピン形状の金属管（例えば、銅管、アルミ管、ステンレス管等）であるが、真っ直ぐな形状の管であってもよい。熱伝導性の観点から、銅管、アルミ管等が多く使用される。上記フィンプレス工程で孔開きのフィン（アルミ等の金属製）がプレス形成され、この孔に上記金属管が挿入され、つぎに、フィンと金属管とを密接するために、例えば、水等の液体を入れて加圧して、金属管を拡管する。かくして準備されたこの中間組立品は、図３に示すように、金属管が開口端を有しており、一つながりの配管を完成していない。

上記接合工程（ＩＩ）において、上記工程（Ｉ）で準備された熱交換機中間組立品における上記金属管の開口端へＵ字管を接合して、開口端同士をつなげて一つながりの配管にする。本発明においては、この金属管へのＵ字管の接合を、熱硬化性樹脂接着剤を用いて行う。なお、金属管同士の接合は、例えば、一方が他方に嵌合するように一方の金属管と他方の金属管の管径を別々にする方法、一方の金属管の端部を広げる方法、同径の両方の金属管を当接させた部分にスリーブとなる別の金属管を嵌める方法、等の方法で嵌合させ、嵌合部を接着させて行うことができる。

上記熱硬化性樹脂接着としては、狭い接合部への浸入性及び塗布性の観点から、常温で液状のものを使用し、例えば、フェノール系、エポキシ系、ポリウレタン系等のものが挙げられる。なかでも、フェノール系、エポキシ系が好ましく、エポキシ系がより好ましい。エポキシ系接着剤としては、２液混合型のもの、１液型のもの、いずれであってもよいが、速硬化のものが好ましい。

上記熱硬化性樹脂接着剤の硬化条件としては、加熱時間が１分以下が好ましく、３０秒以下がより好ましい。この時間内で、被加熱物を所定の硬化温度に昇温し、その後、所定の硬化温度に一定時間維持することが好ましい。従って、例えば、１０秒以内で所定の硬化温度に昇温し、その後、２０〜３０秒間、所定の硬化温度に維持する加熱プロファイルを適用することができる。

上記熱硬化性樹脂接着剤の硬化温度としては、速硬化を実現可能な温度であればよく、上記加熱時間で硬化反応が可能な条件を実現できる温度として、例えば、１２０〜２３０℃程度が好ましい。

上記加熱の方法としては、被加熱物を所定の硬化温度に所定の時間で昇温可能な方法として、例えば、近赤外線照射加熱、高周波加熱等の方法を挙げることができる。上記近赤外線照射加熱において、近赤外線とは、波長０．７〜２μｍ程度の電磁波をいう。照射加熱は、上記範囲のピーク波長を有する赤外線ランプを使用すればよい。その際に、集光のための反射板を使用することができる。

上記高周波加熱において、誘電体損失による誘電加熱でも、渦電流による誘導加熱でもよいが、金属管に生じる渦電流による誘導加熱が一般には期待される。または、エポキシ樹脂に液状３級アミンを配合して高周波硬化性を持たせた接着剤を使用することもできる。

なお、接着剤塗布にあたって、金属表面を洗浄したり、表面処理をして接触角を小さくすることが、接着力の観点から好ましい。また、金属表面の水分を除去しておくことが好ましい。

接着剤の塗布は、金属管とＵ字管とを、一方を雄型、他方を雌型として嵌合させた後、隙間に接着剤を注入又は浸入させてもよく、又は、予め一方若しくは両方の管に接着剤を塗布しておき、その後に嵌合してもよい。塗布は、刷毛塗り、ディスペンサー等の公知の方法で行えばよい。

本発明の製造方法においては、さらに追加の工程を加えてもよく、例えば、上記工程（ＩＩ）の後に、組み立てられた熱交換機を、例えば、ロボット等で他の生産ラインに配送する工程を加えてもよく、上記工程（Ｉ）において、拡管工程の後に、乾燥工程や金属管の開口端をラッパ型にサイジングする工程を加えてもよい。

図４は、上記工程（Ｉ）及び工程（ＩＩ）を有する生産ラインの一例を、ロー付けを使用した従来の生産ラインについて説明するものである。工程（Ｉ）はフィンプレス工程、金属管差込工程、及び、拡管工程からなり、これらの工程の後に、乾燥工程を行う場合を例示している。こうして、熱交換機中間組立品を準備し、これを、工程（ＩＩ）であるロー付け工程に流す。ロー付け工程は、一般には、管のフラックス洗浄、管の嵌合、ロー付け材の配置、ラインバーナー加熱、等の工程を経る（図４中、Ｕ字管をラインバーナーでロー付けのブロックで表す。）。組み立てられた熱交換機は、つぎに、ロボット等で他の工程に送られる。図４ではこれを出荷と表現している。

図５は、本発明の製造方法の一態様を示す。図４の工程（Ｉ）に相当する工程で熱交換機中間組立品を準備し、これを、工程（ＩＩ）における接着剤（エポキシ系接着剤）による接着及び近赤外照射工程に流す（図５中、接着剤塗布及び近赤外線照射のブロックで表す。）。その際、接着剤による接着及び近赤外照射工程を図４におけるロー付け工程と置き換えてもよいが、図４における乾燥工程（太線で囲んだブロック）の代わりに、接着剤による接着及び近赤外照射工程（図５の太線で囲んだブロック）と置き換えることもできる。そうすれば、全体の工程数を減らすことができ、生産ラインの合理化が可能である。なお、本発明はこれらの態様に限定されるものではなく、上述の説明から明らかなように、他の態様、例えば、高周波加熱を使用する態様、フェノール系又はポリウレタン系接着剤を使用する態様、他の付加工程を有する態様、等を含むものである。

本発明の製造方法は、空調装置（ルームアエコン、カーエアコン等）の室外機及び室内ユニット、冷蔵庫、冷凍庫、復水器（ラジエーター）等の熱交換機等の製造において、従来の生産ラインを大きく変更することなく適用することができ、導入が容易である。また、生産ラインの稼働効率も従来と同程度以上となし得る。しかも、樹脂接着剤を使用した配管の接合により、接合部の解体が従来よりも容易となり、修理や補修、リサイクルに便利である。コストメリットがあり、環境負荷が低いことと相まって、本発明の産業上の利点は極めて大きい。

フィンを有する熱交換機の概略図。熱交換機の金属管とU字管との関係を示す概略図。熱交換機中間組立品の概略図。従来の生産ラインを示すブロック図。本発明の生産ラインの一態様（実施例１）を示すブロック図。

符号の説明

１１．フィン
１２．Ｕ字管
１３．ヘアピン状金属管
１４．熱交換部材

Claims

開口端を有する複数の金属管と前記金属管に接合された熱交換部材とからなる熱交換機中間組立品を準備する工程（Ｉ）、並びに、
前記熱交換機中間組立品の前記金属管の開口端へのＵ字管の接合工程（ＩＩ）
を有する生産ラインで熱交換機を製造する方法であって、前記接合工程（ＩＩ）において、金属管へのＵ字管の接合を、常温で液状の熱硬化性樹脂接着剤を用いて前記金属管と前記Ｕ字管との嵌合部を接着して行うことを特徴とする熱交換機の製造方法。
前記工程（Ｉ）は、少なくとも、フィンプレス工程、開口端を有する複数の金属管のフィンへの差込工程、及び、フィンへ差し込まれた前記金属管の拡管工程、を経て組み立てられた熱交換機中間組立品を準備する工程である請求項１記載の製造方法。
前記接合工程（ＩＩ）において、熱硬化性樹脂接着剤を、近赤外線照射加熱又は高周波加熱により硬化させる請求項１又は２記載の製造方法。
熱硬化性樹脂接着剤は、エポキシ樹脂接着剤である請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。
金属管は、銅管又はアルミニウム管である請求項１〜４のいずれか記載の製造方法。