JP2011099620A

JP2011099620A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2011099620A
Application number: JP2009254551A
Authority: JP
Inventors: Masashi Koishi; 匡甲石; Takehiko Ashizawa; 剛彦芦澤; Manabu Okubo; 学大久保
Original assignee: Nikkei Heat Exchanger Co Ltd
Current assignee: Nikkei Heat Exchanger Co Ltd
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-19

Abstract

【課題】熱交換器に接続されるステンレス製配管に柔軟性を持たせ、振動等により発生する負荷に耐久性を有し、かつ生産効率の向上及び配管作業の施工性の向上を図れるようにようにした熱交換器を提供すること。
【解決手段】それぞれがアルミニウム製部材にて形成される、一対のヘッダーパイプ２ａ，２ｂと両ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ間に互いに平行に連結される複数の熱交換管３と、隣接する上記熱交換管３間に介在される熱交換フィン４とを具備する熱交換器１において、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂに設けられた熱媒体の流入口７及び流出口８の少なくとも一方に、屈曲可能な可撓性を有する屈曲部１１が形成されたステンレス製配管１０をアルミニウム製接続用ブロック２０を介して接合する。
【選択図】図１

Description

この発明は、熱交換器に関するもので、更に詳細には、アルミニウム製の熱交換器本体の熱媒体流入・流出口に配管を接合する熱交換器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）製の熱交換機は、図５に示すように、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を一体ろう付けしてなる。このように形成される熱交換器１においては、ヘッダーパイプ２ａに設けられた熱媒体の流入口にアルミニウム製配管５３がろう付けによって接合されている。

また、上記アルミニウム製配管５３を、銅配管を用いて冷暖房空調システムを構成する機器に接続する必要がある。アルミニウムと例えば銅の接続において、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製連結管５１を介在してろう付けする構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記アルミニウムと銅の接合は、図５に示すように、ステンレス製連結管５１の少なくとも銅配管５２に接合する表面に銀ろう付、りん銅ろう付及び黄銅ろう付のいずれか一つにろう付けが容易な材質のメッキを施してアルミニウム製配管５３とステンレス製連結管５１を先にろう付けし、次に銅配管５２とステンレス製連結管５１をろう付けにして接合している。なお、アルミニウム製配管５３は、一方の端部にヘッダーパイプ２ａを差し込むための拡径加工を施し、他方の端部にはステンレスパイプ５１を差し込むための拡径加工を施され、そのパイプ中間付近にはＬ字状の曲げ加工がなされる。

また、複数本の熱交換チューブとフィンをろう付けして構成されたコアと、コアの左右両端にタンクが設けられたラジエータとコンデンサからなる複式熱交換器においては、タンクに設けられた冷却水の流入・流出口に接続される冷却水用配管について、非可撓性のステンレス製配管がフレア管継手により接続される構造が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２６７２２８号公報特開２００６−２５７９６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構造においては、ヘッダーパイプ２ａにアルミニウム製配管５３がろう付けによって接合され、銅配管５２とアルミニウム製配管５３をステンレス製連結管５１を介してろう付けにする構造であるため、熱交換器に輸送時の振動や冷媒圧縮機の振動が伝播されると、その端部とＬ字状曲げ部には、伝播される振動によりその形状を変形しようとする負荷がかかるため、耐力を超える応力が集中すると、亀裂や割れが発生し冷媒が漏れ出す懸念があった。

さらに、アルミニウム製配管５３やステンレス製連結管５１の端部には拡径加工を施す必要があり、加工による寸法精度の維持や加工費用等による部品コストがかかる問題があった。

一方、特許文献２に記載の構造においては、非可撓性のステンレス製配管が、フレア管継手により熱交換器本体と接続される構造であるため、振動によるパイプの破損や接合部の剥離等の発生は稀である。しかし、非可撓性のステンレス製配管は容易に曲げ等の変形を施すことができないため、ステンレス製配管を用いて、熱交換器を銅配管や他の機器に接合する際、ステンレス製配管の先端と他の機器等の接合部にずれが生じていると両者を接合するのが非常に困難になるという問題がある。

また、ステンレス製配管は柔軟性が極めて低く配管部が振動等により発生した負荷を吸収することができないため、熱交換器本体や他の接続された機器等に震動が伝播する問題もある。

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ステンレス製配管に柔軟性を持たせ、振動等により発生する負荷に耐久性を有し、かつ生産効率の向上及び配管作業の施工性の向上を図れるようにようにした熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、この発明の熱交換器は、それぞれがアルミニウム製部材にて形成される、一対のヘッダーパイプと両ヘッダーパイプ間に互いに平行に連結される複数の熱交換管と、隣接する上記熱交換管間に介在される熱交換フィンとを具備する熱交換器において、上記ヘッダーパイプに設けられた熱媒体の流入・流出口に、屈曲可能な可撓性を有する屈曲部を形成するステンレス製配管を接合してなる、ことを特徴とする（請求項１）。この場合、上記ステンレス製配管の屈曲部を、連続する螺線状凹凸形状に形成するか（請求項２）、もしくは、互いに平行な山部及び谷部とからなる連続する凹凸形状に形成することができる（請求項３）。ここで、アルミニウムとはアルミニウム合金を含む意味である。

このように構成することにより、ヘッダーパイプに設けられた熱媒体の流入・流出口に、接合されるステンレス製配管に設けられた屈曲可能な可撓性を有する屈曲部の柔軟性により振動等により発生する負荷を吸収することができる。また、ステンレス製配管を曲げずに生産して、ヘッダーパイプの流入・流出口に接合し、熱交換器の設置等の配管の接続作業において屈曲部を容易に屈曲変形することができる。この場合、ステンレス製配管の屈曲部を連続する螺線状凹凸形状もしくは、互いに平行な山部及び谷部とからなる連続する凹凸形状に形成することにより、ステンレス製配管の屈曲部を確実に屈曲可能とすることができる。

また、この発明において、上記ヘッダーパイプの流入・流出口に、アルミニウム製接続用ブロックを介して上記ステンレス製配管を接合する方が好ましい（請求項４）。

このように構成することにより、アルミニウム製接続用ブロックを介してステンレス製配管を接合することにより、ヘッダーパイプとステンレス製配管を確実に取り付けることができる。また、ステンレス製配管を接続先の銅配管等の配管の外径に合わせて、適合する内径を有するステンレスパイプを材料として選択し屈曲部を形成することにより、ステンレスパイプの両端部を拡径加工する必要がなくなる。

また、この発明において、上記接合がろう付けである方が好ましい（請求項５）。

このように構成することにより、熱交換器作製の際、炉中での加熱により熱交換器本体のろう付けと同時にヘッダーパイプとステンレス製配管もしくはヘッダーパイプとアルミニウム製接続用ブロックとステンレス製配管をろう付けすることができる。

（１）請求項１〜３記載の発明によれば、ヘッダーパイプに設けられた熱媒体の流入・流出口に接合されるステンレス製配管に設けられた屈曲可能な可撓性を有する屈曲部の柔軟性により振動等により発生する負荷を吸収することができるため、振動等による負荷に耐久性のある熱交換器となる。また、ステンレス製配管を曲げずに生産して、ヘッダーパイプの流入・流出口に接合し、熱交換器の設置等の配管の接続作業において、屈曲部を容易に屈曲変形することができるため、生産性及び施工性が向上する。また、ステンレス製配管は銅配管とのろう付けが容易に可能な性質を有するため、熱交換器と銅配管の接合を容易にすることができる。

（２）請求項４に記載の発明によれば、上記（１）に加えて、アルミニウム製接続用ブロックを介してステンレス製配管を接合することにより、ヘッダーパイプとステンレス製配管を確実に接合することができるため、更に振動等による負荷に耐久性のある熱交換器となる。また、ステンレス製配管を接続先の銅配管等の配管の外径に合わせて、適合する内径を有するステンレスパイプを材料として選択し屈曲部を形成することにより、ステンレスパイプの両端部を拡径加工する必要がなくなるため、部品コストを軽減することができると共に生産性の向上が図れる。

（３）請求項５に記載の発明によれば、熱交換器作製の際、炉中での加熱により熱交換器本体のろう付けを行うのと同時にヘッダーパイプとステンレス製配管もしくはヘッダーパイプとアルミニウム製接続用ブロックとステンレス製配管を一体ろう付けすることができるため、上記（１），（２）に加えて、更に生産性の向上が図れる。

この発明に係るステンレス配管を接合した状態の熱交換器の正面図である。図１の要部拡大図である。この発明におけるステンレス製配管を示す側面図である。この発明における別のステンレス製配管を示す側面図である。従来の配管を接合した熱交換器の正面図である。

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、この発明に係る熱交換器本体１について、いわゆるパラレルフロー型熱交換器に採用した場合について説明する。

上記熱交換器本体１は、例えばアルミニウム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間に互いに平行に連結される複数のアルミニウム製中空押出形材からなる熱交換チューブ３及び隣接する熱交換チューブ３間に介在されるアルミニウム製のコルゲートフィン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本体１は、図１に示すように、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、後述するステンレス製の熱媒体流入用配管１０（以下に配管１０という）がアルミニウム製接続用ブロック２０（以下にアルミブロック２０という）を介して接合されている。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においても同様に、配管１０がアルミブロック２０を介して接合されている。

配管１０は、図３に示すように、その両端部すなわちヘッダーパイプ接合端部１２及び銅配管接合端部１３はストーレートパイプのままであって拡径加工等は施されず、その中間付近（屈曲変形を行う位置）に螺線状の凹凸形状からなる屈曲可能な可撓性を有する屈曲部１１が形成されている。ステンレスは高い耐食性及び強度性を有し亀裂やひび割れが発生しにくく、また、銅配管５２とのろう付けが可能な性質を有しているため、熱交換器の最終的な設置時において銅配管５２との接合が容易である。屈曲部１１は連続する螺線状の凹凸形状に形成されているため柔軟性を有し、輸送時の振動や冷媒圧縮機の振動等により発生する負荷を吸収することができる。

また、上記配管１０に代えて、図４に示すように、その両端部すなわちヘッダーパイプ接合端部１２及び銅配管接合端部１３はストーレートパイプのままであって拡径加工等は施されず、その中間付近に互いに平行な山部及び谷部とからなる連続する凹凸形状からなる屈曲可能な可塑性を有する屈曲部１１Ａが形成されるステンレス製配管１０Ａであってもよい。このように形成されるステンレス製配管１０Ａにおいても、中間付近が連続する螺線状の凹凸形状の屈曲部１１が形成されているステンレス製配管１０と同等の効果、すなわち輸送時の振動や冷媒圧縮機の振動等により発生する負荷を吸収することができる。

アルミブロック２０は、例えば、３０００系又は６０００系等のアルミニウム合金からなる押出材、鍛造材、鋳物等にて形成されており、図１，図２に示すように、ヘッダーパイプ２ａの上端開口部を覆う蓋体であって、ヘッダーパイプ２ａ内に嵌挿される挿入部２０ａと、挿入部２０ａの上端に膨隆され上端開口部を塞ぐ頭部２０ｂとからなり、挿入部２０ａと頭部２０ｂを貫通する連通孔２１が形成されている。頭部２０ｂの連通孔２１の開口部には拡径部２０ｃが形成されており、この拡径部２０ｃにリング状のろう材４０が介在されるようになっている。連通孔２１の径は上記により選択されたステンレスパイプの外径に合わせて形成される。なお、ヘッダーパイプ２ａ表面にろう材があるため、ヘッダーパイプ２ａへのリング状ろう材４０は、無くてもよい。

なお、ヘッダーパイプ２ａの流入口７における配管構造について説明したが、図１に示すように、ヘッダーパイプ２ｂの流出口８における配管構造についても同様の構造を採用する。

上記のように形成される熱交換器本体１とアルミブロック２０と配管１０を接合するには、まず、ヘッダーパイプ２ａにアルミブロック２０を圧入又はカシメもしくは仮溶接を施し、この状態で、熱交換器本体１を組み付ける。次に、アルミブロック２０の開口部の拡径部２０ｃにリング状のろう材４０（ろう材４０は無くても可）を介在させ、配管１０のヘッダーパイプ接合端部１２をアルミブロック２０の連通孔２１に挿入した後、配管１０が挿入されたアルミブロック２０をヘッダーパイプ２ａ，２ｂの流入口７及び流出口８にリング状のろう材４０（ろう材４０は無くても可）を介在させて組み立てる。この状態で、図示しない炉中に搬入し、所定温度例えば、６００℃〜６２０℃の温度に昇温してろう付けする。なお、熱交換器本体１の構成部品であるヘッダーパイプ２ａ，２ｂと熱交換チューブ３とコルゲートフィン４についても、ろう付けして接合するため、熱交換器本体１のろう付けと同時に、熱交換器本体１の構成部品のろう付けと、熱交換器本体１のヘッダーパイプ２ａ，２ｂとアルミブロック２０と配管１０を一体ろう付けをすることができる。したがって、配管１０を有する熱交換器の生産性が向上する。

なお、この場合、配管１０を、アルミブロック２０から直状の状態でろう付けする。そして、図２に示すように、熱交換器の設置等の配管の接続作業時に、配管１０の中間付近の連続する螺線状凹凸形状からなる屈曲部１１を任意の角度に屈曲する。配管１０を屈曲するには、例えば、手動型簡易ベンダー又は曲げ治具を用いる。その後、銅配管５２や他の機器にろう付け等により接合する。例えば配管１０と銅配管５２の接合は、予め配管１０の銅配管接合端部１３の内周面に銀ろう付、りん銅ろう付及び銅ろう付のいずれか一つにろう付けが容易な材質のメッキを施しておき、配管１０と銅配管５２とをろう付けして接合することができる。なお、配管１０に代えて、銅配管５２の接合面に上記メッキを施して、配管１０と銅配管５２とをろう付けして接合してもよい。また、銅メッキを施さずに、配管１０と銅配管５２とを銀ろう付け又はりん銅ろう付けしてもよい。したがって、配管１０を曲げずに生産して、熱交換器の設置時の配管の接続作業において屈曲部１１を容易に屈曲変形することができるため、生産性の向上が図れると共に、配管作業の施工性の向上が図れる。

上記のように銅配管５２が接続された熱交換器は、輸送時の振動や冷媒圧縮機による振動が発生しても、配管１０に設けられた屈曲可能な可撓性を有する屈曲部１１の柔軟性により振動等により発生する負荷を吸収することができる。また、アルミブロック２０を介して配管１０を接合することにより、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂと配管１０を確実に接合するため、振動等による負荷に耐久性のある熱交換器となる。

また、この発明における配管１０は、接続先の銅配管５２等の配管の外径に合わせて、適合する内径を有するステンレスパイプを材料として選択し、中間付近に連続する螺線状凹凸形状を形成する加工のみすればよく、ステンレスパイプの両端部を拡径加工する必要がないため、部品コストを軽減することができると共に生産性が向上することができる。

なお、上記実施形態では、ヘッダーパイプ２ａの流入口７とヘッダーパイプ２ｂの流出口８の両方にステンレス製配管１０を接合した熱交換器について説明したが、ヘッダーパイプ２ａの流入口７またはヘッダーパイプ２ｂの流出口８の少なくとも一方にこの発明に係るステンレス製配管１０を接合した熱交換器であってもよい。

１熱交換器本体
２ａ，２ｂヘッダーパイプ
３熱交換チューブ（熱交換管）
４コルゲートフィン（熱交換フィン）
７流入口
８流出口
１０，１０Ａ配管（ステンレス製配管）
１１，１１Ａ屈曲部
２０アルミブロック（アルミニウム製接続用ブロック）
４０ろう材

Claims

それぞれがアルミニウム製部材にて形成される、一対のヘッダーパイプと両ヘッダーパイプ間に互いに平行に連結される複数の熱交換管と、隣接する上記熱交換管間に介在される熱交換フィンとを具備する熱交換器において、
上記ヘッダーパイプに設けられた熱媒体の流入・流出口に、屈曲可能な可撓性を有する屈曲部を形成するステンレス製配管を接合してなる、ことを特徴とする熱交換器。
請求項１記載の熱交換器において、
上記ステンレス製配管の屈曲部が連続する螺線状凹凸型状に形成されている、ことを特徴とする熱交換器。
請求項１記載の熱交換器において、
上記ステンレス製配管の屈曲部が互いに平行な山部及び谷部とからなる連続する凹凸形状に形成されている、ことを特徴とする熱交換器。
請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器において、
上記ヘッダーパイプの熱媒体の流入・流出口に、アルミニウム製接続用ブロックを介して上記ステンレス製配管を接合してなる、ことを特徴とする熱交換器。
請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器において、
上記接合がろう付けである、ことを特徴とする熱交換器。