JP2012141076A

JP2012141076A - 捩り管形熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JP2012141076A
Application number: JP2010292408A
Authority: JP
Inventors: masaaki Wagatsuma; 正章我妻
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP5383641B2

Abstract

【課題】有効な伝熱接触面積を保ちつつ、工程の簡素化による省エネ・低コストを促進し、実使用時の信頼性を確保することができる捩り管形熱交換器の製造方法を提供する。
【解決手段】捩り管形熱交換器の製造方法は、水配管２の外周に螺旋溝２ａを形成する螺旋溝形成工程（Ｓ１）と、螺旋溝２ａに糸はんだ４を巻き付ける糸はんだ巻付工程（Ｓ２）と、螺旋溝２ａに冷媒配管３を巻き付けて巻付体１を形成する冷媒配管巻付工程（Ｓ３）と、高周波加熱機５による高周波加熱によって、糸はんだ４を溶融する糸はんだ溶融工程（Ｓ４）と、凝固した糸はんだ４によって接合されている水配管２と冷媒配管３との接合体６を、所定の箇所１ａ、１ｂ・・・において折り曲げて捩り管形熱交換器７を製造する接合体曲げ工程（Ｓ５）とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、捩り管形熱交換器の製造方法、特に、第１の管体の外周に第２の管体を巻き付けた捩り管形熱交換器の製造方法に関するものである。

従来より、第１の管体（例えば、芯管となる水管）の外周に第２の管体（例えば、冷媒配管）を巻き付けてなる熱交換器において、伝熱性能を向上させることを目的に、水管に冷媒配管を巻きつけたものを、溶融した半田槽に浸漬させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、外周に螺旋状の谷底部を形成した水配管を製作し、谷底部に低融点はんだペーストを塗布し、これに冷媒配管を巻き付けてから曲げ加工し、その後、水配管に高温流体を流すことによって低融点はんだペーストを溶融させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４４３５００８号公報（第４−５頁、図２）特開２００９‐４７３９４号公報（第３−４頁、図５）

しかしながら、特許文献１に記載された発明（どぶ漬け法）は、半田の濡れを良くするため、水配管および冷媒配管の表面酸化膜を除去するフラックスを塗布したり、フラックスを活性化させるため加熱する必要がある。また、余分な溶融半田を除去するためにホットエアを吹き付ける必要がある。このため、工程が複雑になると共に、製造設備として熱源やホットエア吹付装置が必要となり、省エネ・低コストが阻害されるおそれがあるという問題があった。

また、特許文献２に記載された発明は、谷底部に低融点はんだペーストを塗布することが困難である。また、低融点はんだペーストを溶融させる前に曲げ加工をするため、冷媒配管の巻き付けが部分的に緩むおそれがあった。このため、有効な伝熱接触面積の確保や、実使用時の信頼性の確保に不安があるという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決する為になされたもので、有効な伝熱接触面積を保ちつつ、工程の簡素化による省エネ・低コストを促進し、実使用時の信頼性を確保することができる捩り管形熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る捩り管形熱交換器の製造方法は、
第１の管体の外周に螺旋形状の溝を形成する溝形成工程と、
該溝に糸はんだを巻き付ける糸はんだ巻付工程と、
該糸はんだ巻付工程の後に、前記溝に第２の管体を巻き付けて巻付体を形成する第２の管体巻付工程と、
該第２の管体巻付工程の後、前記糸はんだを溶融する糸はんだ溶融工程と、
前記溶融工程の後、凝固した糸はんだによって接合されている前記第１の管体と前記第２の管体との接合体を、所定の箇所で折り曲げる接合体曲げ工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、糸はんだと第２の管体とを第１の管体の外周に形成された螺旋状の溝に巻き付け、糸はんだを溶融して接合体を形成した後、折り曲げる。このため、はんだを溶解しておく大規模な熱源機を設けた槽が不要であり、工程および製造設備が簡素になるから、省エネ・低コストを図ることができる。また、困難な低融点はんだペーストの塗布が不要になるから、有効な伝熱接触面積を保ちつつ、実使用時の信頼性を確保することができる。

本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法を説明するフローチャート。図１に示す製造方法における部材を示す斜視図。図１に示す製造方法における部材を拡大して示す側面視の断面図。図１に示す製造方法における部材の寸法を説明するための斜視図と断面図。本発明の実施の形態２に係る捩り管形熱交換器の製造方法における部材を示す側面図。

［実施の形態１］
図１〜図４は本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法を説明するものであって、図１は工程を示すフローチャート、図２の（ａ）は水配管を示す側面図、図２の（ｂ）は巻付体を示す側面図、図２の（ｃ）は溶融工程を示す側面図、図２の（ｄ）は捩り管形熱交換器を示す側面図、図３の（ａ）は巻付体を拡大して示す側面視の断面図、図３の（ｂ）は接合体を拡大して示す側面視の断面図、図４の（ａ）はヤニ入り鉛フリー糸はんだの寸法を説明するため斜視図、図４の（ｂ）は接合層の寸法を説明するため断面図である。なお、各図は模式的に描かれたものであって、本発明は図示された形態に限定されるものではなく、同じ部分には同じ符号を付している。

図１において、本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法は、芯管となる水配管２の外周に螺旋形状の溝（以下、「螺旋溝」と称す）２ａを形成する螺旋溝形成工程（Ｓ１、図２の（ａ）参照）と、螺旋溝２ａにヤニ入り鉛フリー糸はんだ４（以下、糸はんだ４」と称す）を巻き付ける糸はんだ巻付工程（Ｓ２、図２の（ｂ）参照）と、螺旋溝２ａに冷媒配管３を巻き付けて巻付体１を形成する冷媒配管巻付工程（Ｓ３、図２の（ｂ）参照）と、高周波加熱機５による高周波加熱によって、糸はんだ４を溶融する糸はんだ溶融工程（Ｓ４、図２の（ｃ）参照）と、凝固した糸はんだ４によって接合されている水配管２と冷媒配管３との接合体６を、所定の箇所（以下、「折り曲げ個所」と称す）７ｂにおいて折り曲げて捩り管形熱交換器７を製造する接合体曲げ工程（Ｓ５、図２の（ｄ）参照）と、を有している。
なお、糸はんだ巻付工程（Ｓ２）と冷媒配管巻付工程（Ｓ３）とを同時に実行してもよい。

図３の（ａ）において、水配管２の外周には、螺旋方向に垂直な断面で略半円状（軸方向に平行な断面では、軸方向に長い略１／２楕円）の螺旋溝２ａが形成され、螺旋溝２ａの底に糸はんだ４が巻き付けられ、かかる糸はんだ４が螺旋溝２ａの底に押し付けるように冷媒配管３が巻き付きられている。このとき、螺旋溝２ａの内周の半径が、冷媒配管３の外周の半径よりも僅かに大きくなっている。
図３の（ｂ）において、巻き付けられていたかかる糸はんだ４は、高周波加熱によって溶融し、螺旋溝２ａと水配管２との隙間に浸透して凝固して接合層（凝固層に同じ）４ａを形成している。

したがって、高周波加熱機５による高周波加熱によって、糸はんだ４を溶融する方式を用いると、従来技術のようなフラックスを塗布する工程を省略することができ、更に、フラックスを活性化させるための加熱工程が削減できる。また、半田ドブ付け方式で必要となる大規模な半田槽や半田槽を加熱するヒーター(熱源機)が不要となる。また、従来技術のような低融点はんだペーストを塗布する困難な工程が不要になるため、有効な伝熱接触面積を保ちつつ、実使用時の信頼性を確保することができる。

図４において、水配管２と冷媒配管３とを糸はんだ４を用いて接合する際に、熱伝導に寄与しない箇所に糸はんだ４が付着しない（接合層４ａが形成されない）よう、当該はんだが熱伝導に寄与する箇所にのみ行き渡される必要な量について説明する。
外周の半径がＲである冷媒配管３の円周の１／２（半円）の範囲が熱伝導に寄与する場合、厚さｔの糸はんだ４の接合層４ａによって、前記１／２円周の範囲が螺旋溝２ａに接合されるとする。そうすると、巻き付けられる糸はんだ４の半径ｒは、次式によって求められる。
π・ｒ²＝（π・（Ｒ＋ｔ）²−πＲ²）／２・・・・・（式１）
ｒ²＝（２・ｔ・Ｒ＋ｔ²）／２・・・・・（式２）
ｒ＝√（Ｒ・ｔ＋ｔ²／２）＝√（ｔ・（Ｒ＋ｔ／２））・・・・・（式３）
このとき、螺旋溝２ａの内周の半径は「Ｒ＋ｔ」となる。

よって、式３を満足する線径（半径ｒ）の糸はんだ４を用い、捩り管形熱交換器７を製造することで、水配管２と冷媒配管３とが接する熱伝導に寄与する面にのみ、接合層４ａを形成することができる。これにより、伝熱性能に寄与しない箇所に、糸はんだ４の溶融固着層が付着することを防止し、余分な材料コストの削減によって製造コストが安価になる。
なお、以上は、ヤニ入り鉛フリー糸はんだ４を、高周波加熱機５を用いた高周波加熱によって溶融するものを示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、同様の機能を有する糸はんだであれば何れであってもよいし、かかる糸はんだを溶融することができれば、熱源は何れであってもよい。
また、前記の場合、半径ｒの糸はんだ４が厚さｔの接合層になる際、寸法差（２ｒ−ｔ）を吸収するため、冷媒配管３の「見かけ上の巻付半径」を縮小するようにする。すなわち、冷媒配管３を締め込むようにする。

［実施の形態２］
図５は本発明の実施の形態２に係る捩り管形熱交換器の製造方法を説明するものであって、（ａ）は接合体を示す側面図、（ｂ）は捩り管形熱交換器を示す側面図である。なお、各図は模式的に描かれたものであって、本発明は図示された形態に限定されるものではなく、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本発明の実施の形態２に係る捩り管形熱交換器の製造方法は、実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法における糸はんだ溶融工程（Ｓ４、図２の（ｃ）参照）を一部変更したものであって、その他の工程は実施の形態１に同じである。

図５の（ａ）において、糸はんだ溶融工程は、水配管２の螺旋溝２ａに糸はんだ４が巻き付けられている範囲の全長に接合層４ａを形成するのではなく、所定位置（所定間隔）に接合層４ａが形成されない範囲（以下、「未溶融範囲８ｂ」と称す）を有する接合体８を形成するものである。
図５の（ｂ）において、接合体曲げ工程は、接合体８を未溶融範囲８ｂにおいて折り曲げて捩り管形熱交換器９を製造するものである。

したがって、水配管２と冷媒配管３とが全長に亘って接合層４ａによって接合され一体となったのでは、後の曲げ加工を施す際に加工し難くなるものの、実施の形態２においては、未溶融範囲８ｂにおいて曲げ加工を実施するため、容易に曲げ加工を施す事が可能になる。
なお、未溶融範囲８ｂを形成する要領は、高周波加熱機５の出力を制御して、糸はんだ４が溶融しないようするが、本発明はこれに限定するものではなく、未溶融範囲８ｂに相当する範囲に、糸はんだ４を巻き付けないようにしてもよい。

１：巻付体、２：水配管、２ａ：螺旋溝、３：冷媒配管、４：ヤニ入り鉛フリー糸はんだ、４ａ：接合層、５：高周波加熱機、６：接合体（実施の形態１）、７：捩り管形熱交換器（実施の形態１）、７ｂ：折り曲げ個所、８：接合体（実施の形態２）、８ｂ：未溶融範囲、９：捩り管形熱交換器（実施の形態２）。

Claims

第１の管体の外周に螺旋形状の溝を形成する溝形成工程と、
該溝に糸はんだを巻き付ける糸はんだ巻付工程と、
該糸はんだ巻付工程の後に、前記溝に第２の管体を巻き付けて巻付体を形成する第２の管体巻付工程と、
該第２の管体巻付工程の後、前記糸はんだを溶融する糸はんだ溶融工程と、
前記溶融工程の後、凝固した糸はんだによって接合されている前記第１の管体と前記第２の管体との接合体を、所定の箇所で折り曲げる接合体曲げ工程と、
を有することを特徴とする捩り管形熱交換器の製造方法。
前記糸はんだ巻付工程と前記第２の管体巻付工程とを同時に実行することを特徴とする請求項１記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
前記糸はんだ溶融工程において、前記折り曲げる所定の箇所を含む範囲または前記折り曲げる所定の箇所の一部に限り前記糸はんだを溶融しないことを特徴とする請求項１または２記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
前記溝が断面略半円形で、前記第２の管体の外周の半径がＲで、前記凝固した糸はんだの厚さがｔのとき、
前記糸はんだ巻付工程における糸はんだの外周の半径ｒが、
ｒ＝√（ｔ・（Ｒ＋ｔ／２））
であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
前記糸はんだが、ヤニ入り鉛フリー糸はんだであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
前記溶融が、高周波加熱によることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の捩り管形熱交換器の製造方法。