JP2006231349A

JP2006231349A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2006231349A
Application number: JP2005046785A
Authority: JP
Inventors: Masaki Sunada; 正樹砂田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: JP4479540B2

Abstract

【課題】アルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、直接共晶接合を使用し、接合部の形状をより品質の向上とコスト低減が実現できる仕様とした冷凍冷蔵空調用熱交換器に関し、低コストで高品質な熱交換器を提供する。
【解決手段】アルミニウムアキュムレータ２と、先細り状テーパ部１ａが端部に形成された銅管１と、ポリエチレン熱収縮チューブ３などからなり、銅管１の端部に、アルミニウムアキュムレータ２の端部２ａを共晶接合し、ポリエチレン熱収縮チューブ３を共晶接合部で収縮固定させた熱交換器において、アルミニウムアキュムレータ２先端の内面エッジを尖らせたものであり、接合強度が低下することを防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器を構成するアルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、アルミニウム冷媒管を中間に使用してＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を行うことを廃止し、直接共晶接合を使用した冷凍冷蔵空調用熱交換器に関するものである。

アルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、直接共晶接合を使用する方法は、すでに特許文献１に開示されている。

図５は、特許文献１に記載された従来の熱交換器における接続部を示すものである。図５に示すように、銅管１と、アルミニウムアキュムレータ２と、ポリエチレン熱収縮チューブ３から構成されている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。

まず、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管（図示せず）と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたアルミニウムフィン（図示せず）と、アルミニウムアキュムレータ２と、先細り状テーパ部１ａが端部に形成された銅管１と、ポリエチレン熱収縮チューブ３からなり、銅管１の端部に、アルミニウムアキュムレータ２の端部を直接共晶接合し、熱収縮チューブ３を前記共晶接合部で収縮固定させたものである。従来であれば、アルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、アルミニウム冷媒管を中間に使用して、アルミニウムアキュムレータとアルミニウム冷媒管の接合には、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を使用し、アルミニウム冷媒管と銅管との接合には、共晶接合を使用する構成であった。しかし、アルミニウム冷媒管を中間に使用してＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を行うことを廃止し、直接共晶接合を使用することで、接合部の漏れに対する信頼性の向上と、低コスト化が図れる熱交換器となっている。
特開２００１−１３３１６９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、アルミニウムアキュムレータ２の先端内面エッジは、面取りされており、先細り状テーパ部１ａが端部に形成された銅管１をアルミニウムアキュムレータ２の先端内面に挿入、共晶接合すると、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータ２の先端内面の面取り部から端面にわたり塊となってしまう。共晶融液は、銅とアルミニウムの合金であり、脆い性質がある。したがって、共晶融液（合金相）は限りなく薄く、接合界面に均一に分布していることが望ましい。しかし、銅管１の先細り状テーパ部とアルミニウムアキュムレータ２の端部との接合界面は、良い接合であるのに対して、アルミニウムアキュムレータ２の先端内面の面取り部から端面にわたり共晶融液が塊となってしまうので、この部分が脆くなってしまうことと、曲げ、ねじれ、引張等の外力が加わったときの、接合強度が低下する課題を有していた。

また、アルミニウムアキュムレータ２の端部外径と銅管１の外径の差が大きいため、ポリエチレン熱収縮チューブ３を共晶接合部で収縮固定させるには、内径収縮率の高いポリエチレン熱収縮チューブ３を使用しなければならなかった。つまり、コスト的にも高いポリエチレン熱収縮チューブ３を使用しなければならないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を廃止し、コスト低減と、品質向上を実現した熱交換器において、さらに一層の、品質の向上とコスト低減を実現させた熱交換器を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、アルミニウムアキュムレータ先端の内面エッジを尖らせたものである。

これによって、少なくとも、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータの先端内面には形成されないので、曲げ、ねじれ、引張等の外力が加わったときの、接合強度が低下することを防止することができる。

また、本発明の熱交換器は、アルミニウムアキュムレータ先端外径が前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径と略同径にしたものである。

これによって、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータの先端部に形成されても、アルミニウムとの接触部が存在しないので、軽微な力で簡単に取ることができ、共晶融液の塊がないので、外力に対する接合強度がより強固になる。さらに、内径収縮率の高いポリエチレン熱収縮チューブを使用しなくて済むので、コスト的にも安いポリエチレン熱収縮チューブを使用することができる。

本発明の熱交換器は、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を廃止し、アルミニウムアキュムレータと銅管との直接共晶接合を使用したもので、且つ、接合部の形状を工夫し、さらに一層の、品質の向上とコスト低減を実現させることが可能である。

請求項１に記載の発明は、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたアルミニウムフィンと、アルミニウムアキュムレータと、先細り状テーパ部が端部に形成された銅管と、ポリエチレン熱収縮チューブからなり、前記銅管の端部に、前記アルミニウムアキュムレータ端部を共晶接合し、前記ポリエチレン熱収縮チューブを前記共晶接合部で収縮固定させた熱交換器において、前記アルミニウムアキュムレータ先端の内面エッジを尖らせたものであり、少なくとも、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータの先端内面には形成されないので、曲げ、ねじれ、引張等の外力が加わったときの、接合強度が低下することを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記アルミニウムアキュムレータ先端外径が前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径より大きく、且つ前記アルミニウムアキュムレータ先端と前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径部との界面に形成される共晶融液を切削除去したものであり、接合強度低下の要因である過剰な共晶融液の塊を完全に除去することで、外力に対する接合強度がより強固になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記アルミニウムアキュムレータ先端外径が前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径と略同径にしたものであり、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータの先端部に形成されても、アルミニウムとの接触部が存在しないので、軽微な力で簡単に取ることができ、共晶融液の塊がないので、外力に対する接合強度がより強固になる。さらに、内径収縮率の高いポリエチレン熱収縮チューブを使用しなくて済むので、コスト的にも安いポリエチレン熱収縮チューブを使用することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱交換器において、前記銅管の素管内径が前記銅管の先細り状テーパ部の先端内径と略同径であるものであり、銅管の先端を先細り状テーパ加工することは、共晶接合にとって重要な形状であるが、一般的に、銅管側が冷却システムに使用する冷媒と冷凍機油の出口側にあたり、銅管の先細り状テーパ部の先端内径が素管内径より小さいと流れを阻害するので、流れを阻害しない構造としたので、冷却システムの信頼性を高めることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器において、前記銅管の先細りテーパ部の最大外径を、前記銅管の素管外径の１．５倍以下にしたものであり、１．５倍を超えると焼きなまし等の特殊処理を組み合わせて銅管の拡径加工をする必要があるので、１．５倍以下で成り立つように設計することで低コスト化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成について同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の模式図である。図２は、本発明の実施の形態１における熱交換器の要部断面図である。

図１、図２において、アルミニウム冷媒管５は、直管部５ａ及び曲管部５ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成るものであり、外表面に固定されたアルミニウムフィン４と、アルミニウムアキュムレータ２と銅管１から熱交換器を構成している。銅管１には、先細り状テーパ部１ａが端部に形成されている。アルミニウムアキュムレータ２の端面２ａの内面には、面取り加工などはされておらず尖っている。銅管１とアルミニウムアキュムレータ２の接合部周辺は、ポリエチレン熱収縮チューブ３で被覆処理が施されている。アルミニウムアキュムレータ２の端面２ａの先端には、共晶融液６が形成されている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、銅管１の端部に先細り状テーパ部１ａを加工する。次に、アルミニウムアキュムレータ２の端面２ａの内面が尖った形状のものを使用し、銅管１の先細り状テーパ部１ａを挿入・加熱して共晶接合する。この共晶接合は、個々の金属の溶融温度以下で適切な圧力を加えることで、お互いに原子が拡散し結合に至る。アルミニウムと銅の溶融部を完全にまたは部分的に拡散消失させることで、接合界面には合金相が形成される。なお、過剰な合金相（共晶融液）は、アルミニウムアキュムレータ２の端部２ａで凝固し付着する。次に、接合部にポリエチレン熱収縮チューブ３を挿入し、加熱収縮させる。ポリエチレン熱収縮チューブ３は、銅とアルミニウムの電食防止のため被覆させる。

以上のように、本実施の形態は、直管部５ａ及び曲管部５ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管５と、アルミニウム冷媒管５の外表面に固定されたアルミニウムフィン４と、アルミニウムアキュムレータ２と、先細り状テーパ部１ａが端部に形成された銅管１と、ポリエチレン熱収縮チューブ３からなり、銅管１の端部に、アルミニウムアキュムレータ２の端部２ａを共晶接合し、ポリエチレン熱収縮チューブ３を共晶接合部で収縮固定させた熱交換器において、アルミニウムアキュムレータ２先端の内面エッジを尖らせたものであり、少なくとも、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータ２の先端内面には形成されないので、曲げ、ねじれ、引張等の外力が加わったときの、接合強度が低下することを防止することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における熱交換器の要部断面図である。

図３において、アルミニウムアキュムレータ２の先端外径Ｄ２は、銅管１の先細り状テーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａよりも大きくなっている。

まず、銅管１の端部に先細り状テーパ部１ａを加工する。次に、アルミニウムアキュムレータ２の端面２ａの内面が尖った形状のものを使用し、銅管１の先細り状テーパ部１ａを挿入・加熱して共晶接合する。ここまでは、実施の形態１と同じである。次に、この接合により、過剰な合金相（共晶融液６）が、アルミニウムアキュムレータ２の端部２ａで凝固し付着してしまう。アルミニウムアキュムレータ２の先端外径Ｄ２は、銅管１の先細り状テーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａよりも大きくなっていることと、銅とアルミニウムの合金であるこの共晶融液６の成分比率はアルミニウムの方が多いという特性により、アルミニウム側に固着してしまう。次に、この共晶融液６を切削除去する。

以上のように、本実施の形態は、アルミニウムアキュムレータ２先端外径Ｄ２が銅管１の先細り状テーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａより大きく、且つアルミニウムアキュムレータ２先端と銅管１の先細り状テーパ部の最大外径部Ｄ１ａとの界面に形成される共晶融液６を切削除去したものであり、接合強度低下の要因である過剰な共晶融液の塊６を完全に除去することで、外力に対する接合強度がより強固になる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における熱交換器の要部断面図である。

図４において、アルミニウムアキュムレータ２の先端外径Ｄ２は、銅管１の先細り状テーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａと略同径である。銅管１の素管内径ｄ１は、銅管１の先細り状テーパ部１ａの先端内径ｄ１ａと略同径である。銅管１の先細りテーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａは、銅管１の素管外径Ｄ１の１．５倍以下である。

まず、銅管１の端部に先細り状テーパ部１ａを加工する。銅管１の先端を一旦拡径し、その後先細り状に縮径する。この際、銅管１の先細りテーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａは、銅管１の素管外径Ｄ１の１．５倍以下にし、拡径加工を容易にする。また、銅管１の素管内径ｄ１は、銅管１の先細り状テーパ部１ａの先端内径ｄ１ａと略同径にする。次に、アルミニウムアキュムレータ２の先端外径Ｄ２が銅管１の先細り状テーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａと略同径であるものを使用し、銅管１の先細り状テーパ部１ａを挿入・加熱して共晶接合する。このとき、過剰な合金相（共晶融液６）が、アルミニウムアキュムレータ２の端部２ａで球状の塊となって凝固する。通常アルミニウムアキュムレータ２の端部２ａはクランプ内に固定されているので、過剰な共晶融液がはみ出た後、アルミニウムと接する事がないので、球状の塊になってしまう。したがって、軽微な力で簡単に取ることができる。その後、ポリエチレン熱収縮チューブを挿入するが、アルミニウムアキュムレータ２の先端外径Ｄ２は、銅管１の先細り状テーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａと略同径であるので、収縮率の低いものが使用できる。

以上のように、本実施の形態は、アルミニウムアキュムレータ２先端外径Ｄ２が銅管１の先細り状テーパ部１ａの最大外径Ｄ１ａと略同径にしたものであり、界面から排出される過剰な共晶融液６がアルミニウムアキュムレータ２の先端部２ａに形成されても、アルミニウムとの接触部が存在しないので、軽微な力で簡単に取ることができ、共晶融液６の塊がないので、外力に対する接合強度がより強固になる。さらに、内径収縮率の高いポリエチレン熱収縮チューブを使用しなくて済むので、コスト的にも安いポリエチレン熱収縮チューブを使用することができる。

また、本実施の形態は、銅管１の素管内径ｄ１が銅管１の先細り状テーパ部１ａの先端内径ｄ１ａと略同径であるものであり、銅管１の先端を先細り状テーパ加工することは、共晶接合にとって重要な形状であるが、一般的に、銅管側が冷却システムに使用する冷媒と冷凍機油の出口側にあたり、銅管１の先細り状テーパ部１ａの先端内径ｄ１ａが素管内径ｄ１より小さいと流れを阻害するので、流れを阻害しない構造としたので、冷却システムの信頼性を高めることができる。

また、本実施の形態は、銅管１の先細りテーパ部の最大外径Ｄ１ａを、銅管１の素管外径Ｄ１の１．５倍以下にしたものであり、１．５倍を超えると焼きなまし等の特殊処理を組み合わせて銅管１の拡径加工をする必要があるので、１．５倍以下で成り立つように設計することで低コスト化が可能となる。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、アルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、直接共晶接合を使用し、接合部の形状をより品質の向上とコスト低減が実現できる仕様としたもので、アルミニウムを主体とした冷凍冷蔵および空調用、自動車用、給湯器用の熱交換器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における熱交換器の模式図本発明の実施の形態１における熱交換器の要部断面図本発明の実施の形態２における熱交換器の要部断面図本発明の実施の形態３における熱交換器の要部断面図従来の熱交換器の要部断面図

符号の説明

１銅管
１ａ先細り状テーパ部
２アルミニウムアキュムレータ
２ａアキュムレータ端部
３ポリエチレン熱収縮チューブ
４アルミニウムフィン
５アルミニウム冷媒管
５ａ直管部
５ｂ曲管部
６共晶融液

Claims

直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたアルミニウムフィンと、アルミニウムアキュムレータと、先細り状テーパ部が端部に形成された銅管と、ポリエチレン熱収縮チューブからなり、前記銅管の端部に、前記アルミニウムアキュムレータの端部を共晶接合し、前記ポリエチレン熱収縮チューブを前記共晶接合部で収縮固定させた熱交換器において、前記アルミニウムアキュムレータ先端の内面エッジは尖っていることを特徴とする熱交換器。
前記アルミニウムアキュムレータ先端外径が前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径より大きく、且つ前記アルミニウムアキュムレータ先端と前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径部との界面に形成される共晶融液を切削除去したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記アルミニウムアキュムレータ先端外径が前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径と略同径であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記銅管の素管内径が前記銅管の先細り状テーパ部の先端内径と略同径であることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
前記銅管の先細りテーパ部の最大外径は、前記銅管の素管外径の１．５倍以下であることを特徴とする請求項３から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。