JP2010203662A

JP2010203662A - 熱交換器の配管構造

Info

Publication number: JP2010203662A
Application number: JP2009048758A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Kubota; 悦郎久保田; Takao Otaki; 崇雄大瀧
Original assignee: Nikkei Heat Exchanger Co Ltd
Current assignee: Nikkei Heat Exchanger Co Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】熱交換器に接続されるアルミニウム製配管と、黄銅製継手又は銅配管等の銅製配管部材に接続されるステンレス鋼製連結管とのろう付けを、熱交換器のろう付け温度下で確実かつ強固に行えるようにした配管構造を提供すること。
【解決手段】熱交換器に接続されるアルミニウム製の配管１０と、銅製配管部材例えば黄銅製の継手３０と、配管１０と継手３０とを連結するステンレス鋼製の連結管２０とを具備する熱交換器の配管構造において、配管１０における連結管２０との接合端部に拡径部１１を形成し、連結管２０の接合端部２１を拡径部１１内に挿通して配管１０の連通路１４内に圧入し、拡径部１１と連結管２０との隙間５０にろう材４０を介在して、熱交換器と配管１０と連結管２０、又は配管１０と連結管２０及び継手３０を一体ろう付けする。
【選択図】図２

Description

この発明は、熱交換器の配管構造に関するもので、更に詳細には、アルミニウム製の熱交換器の熱媒体流入・流出口に接続する配管構造に関するものである。

一般に、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）製のヘッダーパイプ、熱交換チューブ及びフィンをろう付けしてなる熱交換器においては、ヘッダーパイプに設けられた熱媒体の流入・流出口にアルミニウム製配管がろう付けによって接続されている。

また、上記アルミニウム製配管を他の、銅配管にて構成される冷暖房空調システムを構成する機器に接続する継手として、耐食性に富む黄銅製継手が使用されている。アルミニウムと黄銅の接続において、耐食性や強度性及びろう付け接合が容易に可能であることの観点からステンレス鋼製連結管を介在してろう付けする構造が知られている。この配管構造は、黄銅製継手とステンレス鋼製連結管の一端部とをろう付けすると共に、アルミニウム製配管とステンレス鋼製連結管の他端部とをろう付けする構造である（例えば、特許文献１参照）。

上記配管構造は、図５に示すように、アルミニウム製配管１０の接合端部に拡径部１１を形成し、この拡径部１１内に、黄銅製継手３０に一端部がろう付けされるステンレス鋼製連結管２０の他端部を嵌合すると共に、拡径部１１と連結管２０の嵌合部の表面側にリング状ろう材４０を配置して、炉中で所定の温度例えば約６００℃〜６２０℃に昇温してろう付けしている。

なお、黄銅製継手３０とステンレス鋼製連結管２０のろう付けは、直接ろう付けしてもよく、別の銅製配管部材例えば銅配管を介してろう付けしてもよい。また、継手又は銅配管等の銅製配管部材のステンレス鋼製連結管へのろう付けは、熱交換器の炉中ろう付け前でも後でもよい。

実開平４−１３８５８７号公報（実用新案登録請求の範囲、図２）

しかしながら、従来この種の配管のろう付けにおいては、配管と連結管の嵌合は取付作業の便宜上緩めであるため、炉中における熱交換器をろう付けするための温度下においては配管と連結管のろう付け部はステンレス鋼の吸熱や低熱伝導率、及び嵌合部の熱抵抗による配管からの熱伝達の低下が主になって所定の温度に昇温し難い。そのため、ろう付けが点接触となり、十分なろう付けができず、接続部の強度が不十分になり、配管と連結管とが離脱する等の懸念があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、熱交換器に接続されるアルミニウム製配管と、黄銅製継手又は銅配管等の銅製配管部材に接続されるステンレス鋼製連結管とのろう付けを、熱交換器のろう付け温度下で確実かつ強固に行えるようにした熱交換器の配管構造を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明の熱交換器の配管構造は、熱交換器に接続されるアルミニウム製の配管と、銅製配管部材とを連結するステンレス鋼製の連結管とを具備する熱交換器の配管構造であって、上記アルミニウム製配管における上記連結管との接合端部に拡径部を形成し、上記連結管の接合端部を上記拡径部内に挿通して配管内に圧入し、上記拡径部と連結管との隙間にろう材を介在して、上記熱交換器、配管及び連結管を一体ろう付けしてなる、ことを特徴とする（請求項１）。この場合、ろう材として、例えばフッ化物系非腐食性フラックス及びシリコン（Ｓｉ）７〜１３％含有のＡｌ−Ｓｉ系ろう材を使用することができる。

このように構成することにより、熱交換器に接続するアルミニウム製の配管の拡径部内にステンレス鋼製の連結管の接合端部を挿通して配管と連結管とを密接することにより、嵌合部の熱抵抗を低減することができ、また、ろう材の外周部へのアルミニウム製配管からの熱伝達により、熱交換器のろう付け時の温度が配管を介して配管と連結管のろう付け部に効率良く伝達される。

また、この発明において、上記連結管における上記銅製配管部材との接合端部の外表面に銅メッキを施し、該銅メッキを施した上記連結管の接合端部を上記銅製配管部材内に嵌挿し、上記銅製配管部材と連結管との接合部にろう材を介在して、上記銅製配管部材と連結管とをろう付けしてもよい（請求項２）。

また、この発明において、上記連結管における上記銅製配管部材との接合端部の内表面に銅メッキを施し、該銅メッキを施した上記連結管の接合端部内に上記銅製配管部材を嵌挿し、上記銅製配管部材と連結管との接合部にろう材を介在して、上記銅製配管部材と連結管とをろう付けしてもよい（請求項３）。

このように構成することにより、継手又は銅配管等の銅製配管部材と連結管の接合部を同種金属の銅同士でろう付けすることができる。

（１）請求項１記載の発明によれば、熱交換器に接続するアルミニウム製の配管の拡径部内にステンレス鋼製の連結管の接合端部を挿通して配管と連結管とを密接することができるので、配管と連結管との接合を容易にすることができると共に、強固にすることができる。また、熱交換器のろう付け時の温度が配管を介して配管と連結管のろう付け部に効率良く伝達され、また、ろう材へのアルミニウム製配管からの熱伝達があるので、熱交換器のろう付けと同時に配管と連結管とのろう付けを確実かつ強固に行うことができる。

（２）請求項２及び３記載の発明によれば、継手と連結管の接合部を同種金属の銅同士でろう付けすることができるので、上記（１）に加えて、更に継手又は銅配管等の銅製配管部材と連結管のろう付けを確実かつ強固にすることができる。

この発明に係る熱交換器の配管構造を示す概略正面図である。この発明に係る熱交換器の配管構造の第１実施形態のろう付け前の状態を示す要部断面図（ａ）及びろう付け後の状態を示す要部断面図（ｂ）である。この発明に係る熱交換器の配管構造の第２実施形態のろう付け前の状態を示す要部断面図である。この発明に係る熱交換器の配管構造の第３実施形態の銅配管の取り付け前の状態（ａ）及びろう付け前の状態（ｂ）を示す要部断面図である。従来の熱交換器の配管構造を示す要部断面図である。

以下に、この発明を実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る配管構造をいわゆるパラレルフロー型熱交換器１に適用した場合について説明する。

上記熱交換器１は、それぞれアルミニウム（アルミニウム合金を含む）製の一対のヘッダーパイプ２ａ，２ｂと、これらヘッダーパイプ２ａ，２ｂ間に互いに平行に架設（連結）される複数の熱交換チューブ３及び隣接する熱交換チューブ３間に介在されるコルゲートフィン４をろう付けしてなる。なお、上下端のコルゲートフィン４の上部外方側及び下部開放側には、それぞれアルミニウム製のサイドプレート５がろう付けされている。また、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの上下開口端にはアルミニウム製のエンドキャップ６がろう付けされている。

上記のように形成される熱交換器１は、一方のヘッダーパイプ２ａの上端部の一側には熱媒体の流入口７が設けられ、この流入口７に、後述するこの発明に係る配管構造を構成するアルミニウム製の配管１０がろう付けによって接続されている。また、他方のヘッダーパイプ２ｂの下端部の一側には熱媒体の流出口８が設けられ、この流出口８にはアルミニウム製の配管１０Ａがろう付けによって接続されている。

この発明に係る配管構造は、熱交換器１の例えばヘッダーパイプ２ａに接続されるアルミニウム製の配管１０と、銅製配管部材である黄銅製の継手３０と、配管１０と継手３０とを連結するステンレス鋼製の連結管２０とを具備している。

この場合、配管１０は、図２に示すように、連結管２０との接合端部に拡径部１１が形成されている。この拡径部１１は、配管１０の端部から拡径するテーパ部１２と、テーパ部１２の拡径側端部に連なる筒部１３とで形成されている。

また、連結管２０の一方の接合端部２１（以下に第１の接合端部２１という）は配管１０の連通路１４内に圧入可能な外径を有する拡径筒状に形成されている。この第１の接合端部２１は配管１０の拡径部１１内を挿通して配管１０の連通路１４内に圧入され、拡径部１１と連結管２０との隙間５０に介在されたリング状のろう材４０によってろう付けされる。なお、ろう材４０には、例えばフッ化物系非腐食性フラックス及びシリコン（Ｓｉ）７〜１３％含有のＡｌ−Ｓｉ系ろう材が使用される。なお、連結管２０の他方の接合端部２２（以下に第２の接合端部２２という）は、継手３０の接合端部にろう付けされている。

なお、継手３０は、連結管２０との接合端部と雄ねじ３１を有する連結部３２との間に外向きフランジ部３３を有すると共に、中央部を貫通する連通路３４を有している。

上記のように形成される配管１０と継手３０とを連結管２０を介して連結するには、まず、継手３０と連結管２０の第２の接合端部２２とろう付けした後、図２（ａ）に示すように、連結管２０の第１の接合端部２１を配管１０の拡径部１１内に挿通して配管１０内に圧入し、拡径部１１と連結管２０との隙間５０にリング状のろう材４０を介在する。この状態で、熱交換器１のヘッダーパイプ２ａに組み付けられた後、図示しない炉中に搬入し、所定温度例えば、６００℃〜６２０℃の温度に昇温して、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ、熱交換チューブ３及びコルゲートフィン４等のろう付けと同時に、配管１０と連結管２０とをろう付けする（図２（ｂ）参照）。このろう付け時において、連結管２０の第１の接合端部２１は配管１０の連通路１４内に圧入されているので、熱交換器１のろう付け時の温度が配管１０を介して配管１０と連結管２０のろう付け部に効率良く伝達され、また、アルミニウム配管からろう材への伝達も加わる。これにより、熱交換器１のろう付けと同時に配管１０と連結管２０とのろう付けを確実かつ強固に行うことができる。

なお、上記は連結管の一端部に継手３０をろう付けする場合について説明したが、継手部分については、別の銅製配管部材例えば銅配管でもよく、また、継手又は銅配管を付けない状態でろう付けし、連結管２０の一端部を空調システムの銅配管端部に直接ろう付けしてもよい。

図３は、この発明に係る配管構造の第２実施形態を示す要部断面図である。第２実施形態の配管構造は、連結管２０の継手側の接合端部すなわち第２の接合端部２２の外表面に銅メッキ６０を施して、継手３０と連結管２０とのろう付けを行うようにした場合である。

すなわち、連結管２０における継手３０との第２の接合端部２２の表面に銅メッキ６０を施した後、銅メッキ６０を施した連結管２０の第２の接合端部２２を継手３０の拡径部３５内に嵌挿し、継手３０の拡径部３５と連結管２０の第２の接合端部２２との隙間５０Ａに介在されたリング状のろう材４０Ｂによってろう付けされる。

上記のように形成される連結管２０の第２の接合端部２２の表面に銅メッキ６０を施した後、銅メッキ６０が施された第２の接合端部２２を継手３０の拡径部３５内に嵌挿し、継手３０の拡径部３５と連結管２０の第２の接合端部２２との隙間５０Aにろう材４０Ａを介在して、継手３０と連結管２０とをろう付けする。継手３０をろう付けした連結管２０は、上記第１実施形態と同様に、連結管２０の第１の接合端部２１を配管１０の拡径部１１内に挿通して配管１０内に圧入し、拡径部１１と連結管２０との隙間５０にリング状のろう材４０を介在した状態で、熱交換器１のヘッダーパイプ２ａに組み付けられた後、図示しない炉中に搬入し、所定温度例えば、６００℃〜６２０℃の温度に昇温して、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ、熱交換チューブ３及びコルゲートフィン４等のろう付けと同時に、配管１０と連結管２０とをろう付けする。

なお、第２実施形態において、連結管２０の第２接合端部２２を第１実施形態と同様に、継手３０の連通路３４内に圧入するようにしてもよい。このようにすることにより、継手３０と連結管２０とのろう付けを更に強固にすることができる。

また、第1実施形態同様、継手部分については銅配管でもよく、また、継手又は銅配管を付けない状態でろう付けし、連結管一端部を空調システムの銅配管端部に直接ろう付けしてもよい。

図４は、この発明に係る配管構造の第３実施形態を示す要部断面図である。第３実施形態の配管構造は、連結管２０の銅配管側の接合端部すなわち第２の接合端部２２Ａの内表面に銅メッキ６０Ａを施して、銅製配管部材である銅配管３０Ａを連結管２０の第２の接合端部２２Ａ内に嵌挿し、銅配管３０Ａと連結管２０の第２の接合端部２２Ａとの間に介在されるろう材４０Ｂによってろう付けを行うようにした場合である。この場合のろう材供給方法は、ろう材４０Ｂをリング状態で連結間２０の端部に配置してもよく(図４参照)、また、トーチろう付け時に棒状のろう材を供給してもよい。

なお、第３実施形態において、銅配管３０Ａを付けない状態でろう付けし、連結管２０の一端部を空調システムの銅配管端部に直接ろう付けしてもよい。

この発明に係る配管構造は、配管を含む構成部材がアルミニウム製部材であって、ろう付けされる熱交換器に適用することができる。

１熱交換器
２ａ，２ｂヘッダーパイプ
３熱交換チューブ
４コルゲートフィン
１０アルミニウム製の配管
１１拡径部
１４連通路
２０連結管
２１第１の接合端部
２２，２２Ａ第２の接合端部
３０継手
３４連通路
３５拡径部
４０，４０Ａ，４０Ｂろう材
５０，５０Ａ隙間
６０，６０Ａ銅メッキ

Claims

熱交換器に接続されるアルミニウム製の配管と、銅製配管部材と、上記アルミニウム製の配管と銅製配管部材とを連結するステンレス鋼製の連結管とを具備する熱交換器の配管構造であって、
上記アルミニウム製の配管における上記連結管との接合端部に拡径部を形成し、上記連結管の接合端部を上記拡径部内に挿通してアルミニウム製の配管内に圧入し、上記拡径部と連結管との隙間にろう材を介在して、上記熱交換器、アルミニウム製の配管、連結管を一体ろう付けしてなる、ことを特徴とする熱交換器の配管構造。
請求項１記載の熱交換器の配管構造において、
上記連結管における上記銅製配管部材との接合端部の外表面に銅メッキを施し、該銅メッキを施した上記連結管の接合端部を上記銅製配管部材内に嵌挿し、上記銅製配管部材と連結管との接合部にろう材を介在して、上記銅製配管部材と連結管とをろう付けしてなる、ことを特徴とする熱交換器の配管構造。
請求項１記載の熱交換器の配管構造において、
上記連結管における上記銅製配管部材との接合端部の内表面に銅メッキを施し、該銅メッキを施した上記連結管の接合端部内に上記銅製配管部材を嵌挿し、上記銅製配管部材と連結管との接合部にろう材を介在して、上記銅製配管部材と連結管とをろう付けしてなる、ことを特徴とする熱交換器の配管構造。