JP2014030830A - Water heat exchanger and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水熱交換器及びその製造方法、特に、アルミニウム又はアルミニウム合金製の扁平管からなる冷媒管と、冷媒管に対向するステンレス鋼製の扁平管からなる水管と、がロウ付け又はハンダ付けによって接合されることによって構成される水熱交換器及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a water heat exchanger and a method for manufacturing the same, and in particular, a refrigerant tube made of a flat tube made of aluminum or aluminum alloy and a water tube made of a flat tube made of stainless steel facing the refrigerant tube are brazed or soldered. The present invention relates to a water heat exchanger configured by joining by attaching and a manufacturing method thereof.
従来より、冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器として、特許文献1(特開2010−190564号公報)に示すように、アルミニウム製の扁平管からなる冷媒管及び水管をロウ付け又はハンダ付けによって接合されることによって構成されたものがある。 Conventionally, as a water heat exchanger for exchanging heat between refrigerant and water, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-190564), a refrigerant pipe and a water pipe made of an aluminum flat pipe are brazed or soldered. There is what was constituted by joining by attaching.
上記従来の水熱交換器においては、水管の耐食性を高めるために、水管の材質をアルミニウムからステンレス鋼に変更することが考えられる。 In the conventional water heat exchanger, it is conceivable to change the material of the water pipe from aluminum to stainless steel in order to improve the corrosion resistance of the water pipe.
しかし、水管をステンレス鋼製に変更すると、アルミニウム製の冷媒管とステンレス鋼製の水管とをロウ付け又はハンダ付けによって接合する必要がある。ここで、ロウ材又はハンダ材は、ステンレス鋼へのぬれ性が低いため、接合時間が長くなる、又は、十分な接合強度が得られないおそれがある。また、接合時間が長くなると、アルミニウム製の冷媒管において、ロウ材又はハンダ材が母材である冷媒管内に拡散して母材の溶融(エロージョン)が発生するおそれがある。 However, when the water pipe is changed to stainless steel, it is necessary to join the aluminum refrigerant pipe and the stainless steel water pipe by brazing or soldering. Here, since the brazing material or the solder material has low wettability to stainless steel, there is a possibility that the joining time becomes long or sufficient joining strength cannot be obtained. In addition, when the joining time is long, in the aluminum refrigerant pipe, the brazing material or the solder material may diffuse into the refrigerant pipe as the base material and the base material may be melted (erosion).
このため、水熱交換器として、アルミニウム又はアルミニウム合金製の扁平管からなる冷媒管と、冷媒管に対向するステンレス鋼製の扁平管からなる水管とをロウ付け又はハンダ付けによって接合した構成を採用する場合には、接合時間の短縮化を図るとともに、冷媒管のエロージョンの発生を抑えることが必要となる。 For this reason, as the water heat exchanger, a configuration in which a refrigerant tube made of a flat tube made of aluminum or an aluminum alloy and a water tube made of a stainless steel flat tube facing the refrigerant tube are joined by brazing or soldering is adopted. In this case, it is necessary to shorten the joining time and suppress the occurrence of erosion of the refrigerant pipe.
本発明の課題は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の扁平管からなる冷媒管と、冷媒管に対向するステンレス鋼製の扁平管からなる水管と、がロウ付け又はハンダ付けによって接合されることによって構成される水熱交換器及びその製造方法において、接合時間の短時間化を図るとともに、冷媒管のエロージョンの発生を抑えることにある。 An object of the present invention is configured by joining a refrigerant tube made of a flat tube made of aluminum or an aluminum alloy and a water tube made of a flat tube made of stainless steel facing the refrigerant tube by brazing or soldering. In the water heat exchanger and the manufacturing method therefor, it is intended to shorten the joining time and suppress the occurrence of erosion of the refrigerant pipe.
第1の観点にかかる水熱交換器の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の扁平管からなる冷媒管と、冷媒管に対向するステンレス鋼製の扁平管からなる水管と、がロウ付け又はハンダ付けによって接合されることによって構成される水熱交換器の製造方法である。この製造方法では、ロウ付け又はハンダ付けとして、冷媒管と水管とを対向させた状態の熱交集合体を、ロウ材又はハンダ材が溶けたディップ浴に浸漬するとともに、振動部材を介して熱交集合体を超音波加振することによって、冷媒管と水管とを接合する超音波式のロウ付け又はハンダ付けを使用している。そして、超音波式のロウ付け又はハンダ付けを行う際に、水管だけが振動部材に接触した状態になるように、熱交集合体をディップ浴に浸漬させるようにしている。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a water heat exchanger, wherein a refrigerant tube made of a flat tube made of aluminum or an aluminum alloy and a water tube made of a flat tube made of stainless steel facing the refrigerant tube are brazed or soldered. It is a manufacturing method of the water heat exchanger comprised by joining by attaching. In this manufacturing method, as brazing or soldering, the heat exchange assembly in which the refrigerant pipe and the water pipe are opposed to each other is immersed in a dip bath in which the brazing material or the solder material is melted, and the heat exchange is performed via the vibration member. Ultrasonic brazing or soldering is used to join the refrigerant pipe and the water pipe by ultrasonically exciting the combined body. Then, when performing ultrasonic brazing or soldering, the heat exchanger assembly is immersed in a dip bath so that only the water tube is in contact with the vibrating member.
この製造方法によれば、冷媒管に比べてエロージョンが発生しにくい水管を優先的に超音波加振しながら、ロウ付け又はハンダ付けを行うことができる。このため、超音波加振による冷媒管のエロージョンの発生を極力抑えつつ、水管と冷媒管との接合を促進することができる。これにより、冷媒管と水管との接合時間の短縮化を図ることができ、冷媒管のエロージョンの発生を抑えることができる。 According to this manufacturing method, brazing or soldering can be performed while ultrasonically preferentially vibrating a water pipe that is less susceptible to erosion than a refrigerant pipe. For this reason, joining of a water pipe and a refrigerant pipe can be promoted, suppressing generation | occurrence | production of the erosion of the refrigerant pipe by ultrasonic vibration as much as possible. Thereby, shortening of the joining time of a refrigerant pipe and a water pipe can be aimed at, and generation | occurrence | production of the erosion of a refrigerant pipe can be suppressed.
第2の観点にかかる水熱交換器の製造方法は、第1の観点にかかる水熱交換器の製造方法において、水管に冷媒管の外形よりも外側に突出した水管側外形突出部を設け、水管外形突出部を振動部材に接触させることによって、水管だけが振動部材に接触した状態にしている。 A method for manufacturing a water heat exchanger according to a second aspect is the method for manufacturing a water heat exchanger according to the first aspect, wherein the water pipe is provided with a water pipe side outer shape protruding part that protrudes outside the outer shape of the refrigerant pipe, By bringing the water tube outer shape protruding portion into contact with the vibrating member, only the water tube is in contact with the vibrating member.
この製造方法によれば、水管に水管側外形突出部を設けることによって、水管だけが振動部材に接触した状態を容易に実現することができる。 According to this manufacturing method, it is possible to easily realize a state in which only the water pipe is in contact with the vibration member by providing the water pipe side outer shape protruding portion in the water pipe.
第3の観点にかかる水熱交換器の製造方法は、第1又は第2の観点にかかる水熱交換器の製造方法において、冷媒管と振動部材との隙間を2mm以上空けるようにしている。 The manufacturing method of the water heat exchanger according to the third aspect is such that the clearance between the refrigerant pipe and the vibrating member is 2 mm or more in the manufacturing method of the water heat exchanger according to the first or second aspect.
この製造方法によれば、冷媒管と振動部材との隙間を2mm以上空けることによって、超音波加振による冷媒管のエロージョンの発生を抑えつつ水管と冷媒管との接合を促進する作用を確実に得ることができる。 According to this manufacturing method, the gap between the refrigerant pipe and the vibration member is set at 2 mm or more, so that the action of accelerating the joining of the water pipe and the refrigerant pipe while suppressing the occurrence of erosion of the refrigerant pipe due to ultrasonic vibration. Can be obtained.
第4の観点にかかる水熱交換器の製造方法は、第1〜第3の観点のいずれかにかかる水熱交換器の製造方法において、水管の冷媒管に対向する面に目粗し処理を施し、水管の目粗し処理が施された面と冷媒管とを対向させることによって熱交集合体を形成するようにしている。 A method for manufacturing a water heat exchanger according to a fourth aspect is the method for manufacturing a water heat exchanger according to any one of the first to third aspects, wherein the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe is roughened. The heat exchanger assembly is formed by making the surface of the water pipe subjected to the roughening treatment and the refrigerant pipe face each other.
この製造方法によれば、水管の目粗し処理によって、水管の冷媒管に対向する面におけるロウ材又はハンダ材のぬれ性が改善されるため、接合時間の短縮化をさらに図ることができ、また、ぬれ性の改善による接合時間の短縮化によって、冷媒管のエロージョンの発生もさらに抑えることができる。 According to this manufacturing method, the wettability of the brazing material or the solder material on the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe is improved by the roughening process of the water pipe, so that the joining time can be further shortened. Further, by shortening the joining time by improving the wettability, the occurrence of erosion of the refrigerant pipe can be further suppressed.
第5の観点にかかる水熱交換器の製造方法は、第4の観点にかかる水熱交換器の製造方法において、目粗し処理によって、水管の冷媒管に対向する面に、熱交集合体をディップ浴に浸漬する方向に沿って延びる多数の凹凸を形成するようにしている。 The manufacturing method of the water heat exchanger concerning a 5th viewpoint is a manufacturing method of the water heat exchanger concerning a 4th viewpoint. WHEREIN: A heat exchanger aggregate is formed in the surface facing a refrigerant pipe of a water pipe by a roughening process. A large number of irregularities extending along the direction of immersion in the dip bath are formed.
この製造方法によれば、水管の目粗し処理によって、水管の冷媒管に対向する面に多数の凹凸が規則的に形成されるため、水管の冷媒管に対向する面に対するロウ材又はハンダ材のぬれ性をムラなく改善することができる。 According to this manufacturing method, since a large number of irregularities are regularly formed on the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe by the roughening treatment of the water pipe, the brazing material or solder material for the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe The wettability can be improved evenly.
第6の観点にかかる水熱交換器の製造方法は、第1〜第4の観点のいずれかにかかる水熱交換器の製造方法において、水管の冷媒管に対向する面にステンレス鋼よりもロウ材又はハンダ材のぬれ性が高い金属層を形成するメッキ処理を施し、水管のメッキ処理が施された面と冷媒管とを対向させることによって熱交集合体を形成するようにしている。 A method for manufacturing a water heat exchanger according to a sixth aspect is the method for manufacturing a water heat exchanger according to any one of the first to fourth aspects, wherein the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe is brazed more than stainless steel. A heat treatment assembly is formed by applying a plating process for forming a metal layer with high wettability of the material or solder material, and making the surface of the water pipe subjected to the plating process and the refrigerant pipe face each other.
この製造方法によれば、水管のメッキ処理によって、水管の冷媒管に対向する面におけるロウ材又はハンダ材のぬれ性が改善されるため、接合時間の短縮化をさらに図ることができ、また、ぬれ性の改善による接合時間の短縮化によって、冷媒管のエロージョンの発生をさらに抑えることができる。 According to this manufacturing method, because the wettability of the brazing material or the solder material on the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe is improved by the plating treatment of the water pipe, the joining time can be further shortened, By shortening the joining time by improving the wettability, the occurrence of erosion of the refrigerant pipe can be further suppressed.
第7の観点にかかる水熱交換器は、第1〜第6の観点のいずれかにかかる製造方法によって製造されたものである。 The water heat exchanger according to the seventh aspect is manufactured by the manufacturing method according to any one of the first to sixth aspects.
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
第1及び第7の観点にかかる水熱交換器及びその製造方法では、冷媒管に比べてエロージョンが発生しにくい水管を優先的に超音波加振しながら、ロウ付け又はハンダ付けを行うことができるため、超音波加振による冷媒管のエロージョンの発生を極力抑えつつ、水管と冷媒管との接合を促進することができ、これにより、冷媒管と水管との接合時間の短縮化を図ることができ、冷媒管のエロージョンの発生を抑えることができる。 In the water heat exchanger and the manufacturing method thereof according to the first and seventh aspects, brazing or soldering can be performed while ultrasonically preferentially vibrating a water pipe that is less likely to cause erosion than a refrigerant pipe. Therefore, it is possible to promote the joining of the water pipe and the refrigerant pipe while suppressing the occurrence of erosion of the refrigerant pipe due to the ultrasonic vibration as much as possible, thereby shortening the joining time of the refrigerant pipe and the water pipe. And erosion of the refrigerant pipe can be suppressed.
第2の観点にかかる水熱交換器の製造方法では、水管だけが振動部材に接触した状態を容易に実現することができる。 In the method for manufacturing a water heat exchanger according to the second aspect, it is possible to easily realize a state in which only the water pipe is in contact with the vibrating member.
第3の観点にかかる水熱交換器の製造方法では、超音波加振による冷媒管のエロージョンの発生を抑えつつ水管と冷媒管との接合を促進する作用を確実に得ることができる。 In the method for manufacturing a water heat exchanger according to the third aspect, it is possible to reliably obtain the action of promoting the joining of the water pipe and the refrigerant pipe while suppressing the occurrence of erosion of the refrigerant pipe due to the ultrasonic vibration.
第4の観点にかかる水熱交換器の製造方法では、水管の冷媒管に対向する面におけるロウ材又はハンダ材のぬれ性が改善されるため、接合時間の短縮化をさらに図ることができ、また、ぬれ性の改善による接合時間の短縮化によって、冷媒管のエロージョンの発生もさらに抑えることができる。 In the method for manufacturing a water heat exchanger according to the fourth aspect, since the wettability of the brazing material or the solder material on the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe is improved, the joining time can be further shortened, Further, by shortening the joining time by improving the wettability, the occurrence of erosion of the refrigerant pipe can be further suppressed.
第5の観点にかかる水熱交換器の製造方法では、水管の冷媒管に対向する面に多数の凹凸が規則的に形成されるため、水管の冷媒管に対向する面に対するロウ材又はハンダ材のぬれ性をムラなく改善することができる。 In the method for manufacturing a water heat exchanger according to the fifth aspect, since many irregularities are regularly formed on the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe, the brazing material or solder material for the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe The wettability can be improved evenly.
第6の観点にかかる水熱交換器の製造方法では、水管の冷媒管に対向する面におけるロウ材又はハンダ材のぬれ性が改善されるため、接合時間の短縮化をさらに図ることができ、また、ぬれ性の改善による接合時間の短縮化によって、冷媒管のエロージョンの発生をさらに抑えることができる。 In the method for manufacturing a water heat exchanger according to the sixth aspect, since the wettability of the brazing material or the solder material on the surface of the water pipe facing the refrigerant pipe is improved, the joining time can be further shortened, Further, by shortening the joining time by improving the wettability, the occurrence of erosion of the refrigerant pipe can be further suppressed.
以下、本発明にかかる水熱交換器及びその製造方法の実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる水熱交換器及びその製造方法の実施形態は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。また、本発明にかかる水熱交換器は、冷媒としてR410A等のフロン系冷媒や二酸化炭素等の自然冷媒を使用しているが、以下においては、冷媒として二酸化炭素を使用した水熱交換器を例に挙げて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a water heat exchanger and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment of the water heat exchanger concerning this invention and its manufacturing method is not restricted to the following embodiment, It can change in the range which does not deviate from the summary of invention. Moreover, although the water heat exchanger concerning this invention uses natural refrigerant | coolants, such as Freon-type refrigerant | coolants, such as R410A, and a carbon dioxide, as a refrigerant | coolant, below, the water heat exchanger using the carbon dioxide as a refrigerant | coolant is used. An example will be described.
<ヒートポンプ式給湯装置の構成>
−全体構成−
図1は、本発明にかかる水熱交換器22が採用されたヒートポンプ式給湯装置1の概略構成図である。
<Configuration of heat pump hot water supply device>
-Overall configuration-
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a heat pump hot water supply apparatus 1 in which a
ヒートポンプ式給湯装置1は、主として、温水熱源ユニット2と、貯湯ユニット3とを有している。
The heat pump hot water supply apparatus 1 mainly includes a hot water
温水熱源ユニット2は、主として、圧縮機21と、水熱交換器22と、膨張弁23と、空気熱交換器24とを有しており、これらの機器が接続されることによって冷媒回路20を構成している。
The hot water
貯湯ユニット3は、主として、貯湯タンク31と、水循環ポンプ32とを有している。そして、水熱交換器22と貯湯タンク31と水循環ポンプ32とが接続されることによって水循環回路30が構成されている。
The hot water storage unit 3 mainly includes a hot
−温水熱源ユニット−
図2は、温水熱源ユニット2の内部を示す概略断面図である。
-Hot water heat source unit-
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the inside of the hot water
図2において、断熱壁2cの右側区画が機械室2aであり、断熱壁2cの左側区画がファン室2bである。機械室2aには、圧縮機21や膨張弁23等が配置されている。ファン室2bには、ファン27が配置されている。ファン27の後方には、ファン27を駆動するモータ(図示せず)が、モータ支持台28に固定された状態で配置されている。ファン室2bの下方には、断熱壁2dを隔てて水熱交換器22が配置されている。水熱交換器22内にて、圧縮機21によって臨界圧力を超える圧力まで圧縮されて吐出される冷媒と、水循環ポンプ32から吐出される水との間で熱交換が行われる。また、図2において、空気熱交換器24は、ファン室2bの左側壁と背面壁に沿って配置されており、空気熱交換器24の右端は機械室2aの中央まで延出している。機械室2aの上部には、制御ボックス4が配置されている。
In FIG. 2, the right compartment of the
尚、ここでは、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器22を備えた装置構成として、ヒートポンプ式給湯装置1を例示しているが、これに限定されるものではなく、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器を備えた水冷式の冷凍装置等であれば、他の装置構成であってもよい。また、冷媒と熱交換を行う水としては、水そのものだけでなく、ブラインや海水等の水を主成分として含む水媒体を使用してもよい。
In addition, although the heat pump type hot water supply device 1 is illustrated here as an apparatus structure provided with the
<水熱交換器及びその製造方法>
−全体構成−
図3は、水熱交換器22の全体構成図である。図4は、水熱交換器22の外観を示す部分斜視図である。図5は、図4のI−I断面図である。
<Water heat exchanger and its manufacturing method>
-Overall configuration-
FIG. 3 is an overall configuration diagram of the
水熱交換器22は、冷媒(ここでは、圧縮機21から吐出される高圧の冷媒)と水(ここでは、水循環ポンプ32から吐出される低圧の水)とを熱交換させる熱交換器である。水熱交換器22は、主として、複数(ここでは、5つ)の扁平管からなる水管40と、複数(ここでは、4つ)の扁平管からなる冷媒管60と、水管40用の出入口部50と、冷媒管60用の出入口分配管70とを有している。尚、ここでは、図4及び図5に示すように、水管40と冷媒管60とが交互に積層された構成が採用されているが、これら積層される水管40と冷媒管60の数は、要求される性能などに応じて適宜選定されるものである、また、ここでは、最下段及び最上段に水管40が配置されているが、冷媒管60を最下段や最上段に配置してもよい。
The
水管40には、水に対する耐食性が要求されることから、ステンレス鋼製のものが使用されている。ここで、水管40に使用されるステンレス鋼としては、例えば、SUS304やSUS304L、SUS316、SUS316L等が使用されている。
The
冷媒管60には、高圧の冷媒に対する耐圧性が要求されることから、多数の細い流路61が形成された扁平多穴管が使用されている。ここで、扁平多穴管は、押し出し加工によって製造されるため、冷媒管60としては、加工性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金製のものが使用されている。
Since the
そして、アルミニウム又はアルミニウム合金製の扁平管からなる冷媒管60と、冷媒管60に対向するステンレス鋼製の扁平管からなる水管40とは、後述のように、ロウ付け又はハンダ付けによって接合されている。
The
また、水熱交換器22は、図3に示すように、水管40及び冷媒管60が水平に配置された状態において、出入口部50として、水管40の右端部に配置される右側出入口部51と、左端部に配置される左側出入口部52とを有している。左側出入口部52の端部や図4に示す右側出入口部51の端部には、水循環回路30を構成する水配管等に接続される出入口ポート54が設けられている。尚、ここでは、説明を分かり易くするために図3の状態に水熱交換器22を置いた場合について説明しているが、水熱交換器22は、必ずしも図3の状態で使用されなければならないものではない。例えば、右側出入口部51を上に配置すると共に左側出入口部52を下に配置して水熱交換器22を使用することもできる。
Further, as shown in FIG. 3, the
水管40の側においては、水は、まず、左側出入口部52に入り、5つの水管40に分かれてその中を左から右に向かって流れ、右側出入口部51から出る。そして、水は、水管40の中を流れる間に冷媒管60の中を流れる冷媒から与えられる熱によって加熱されるようになっている。
On the
また、水熱交換器22には、出入口分配管70として、冷媒管60の右端部に配置される右側出入口分配管71と、左端部に配置される左側出入口分配管72とを有している。冷媒は、左側出入口分配管72に入り、4つの冷媒管60に分かれてその中を左から右に向かって流れ、右側出入口分配管71から出る。そして、冷媒は、冷媒管60の中を流れる間に水管40の中を流れる水に熱を奪われることによって冷却されるようになっている。
Further, the
−第1実施形態の水熱交換器−
次に、第1実施形態にかかる水熱交換器22の詳細構造及び製造方法について説明する。
-Water heat exchanger of the first embodiment-
Next, the detailed structure and manufacturing method of the
(1)水管の構造
図6は、本実施形態の水熱交換器22の水管40を構成するSUSプレート80を示す平面図である。図7は、図6のII−II断面図である。図8は、SUSプレート80を重ね合わせた状態を示す平面図である。
(1) Structure of water pipe FIG. 6 is a plan view showing a
水管40及び出入口部51、52は、ステンレス鋼製のSUSプレート80によって構成されている。SUSプレート80は、図6に示すように、その平面形状が左右に長い略長方形状をなしており、左右の両端部に2つの膨出部81、82が形成されている。SUSプレート80の右側端部に形成された膨出部が右側膨出部81であり、左側端部に形成された膨出部が左側膨出部82である。右側膨出部81には円形状の右側開口部91が形成され、左側膨出部82には円形状の左側開口部92が形成されている。また、右側開口部91及び左側開口部92は、SUSプレート80の幅方向の一方(図6における紙面上方)に向かって突出している。ただし、開口部91、92の形状は、水漏れしにくくするために同じ形状であればよく、円形には限られない。また、配置される位置や大きさは水の流量等に応じて設定される。
The
SUSプレート80には、図7に示すように、凹面部94がプレス加工によって形成されている。凹面部94は、SUSプレート80の外周83に沿って形成されている所定幅の周縁部84の内側の領域を占めている。そして、右側開口部91及び左側開口部92は凹面部94に形成されている。右側開口部91及び左側開口部92は、凹面部94の中でもさらに一段深くなった凹部95に配置されている。また、ここでは採用していないが、プレス加工によって凹面部94を形成する際に、伝熱促進のためのディンプルやシェブロンも形成してもよい。
As shown in FIG. 7, the
そして、一対のSUSプレート80は、図5及び図8に示すように、周縁部84が重なるように重ね合わされる。SUSプレート80が重ね合わされると、2つの凹面部94によって水が流れる流路21が形成される。流路21は、右側開口部91及び左側開口部92まで続いている。SUSプレート80が重ね合わされることによって、右側開口部91同士及び右側開口部92同士が対向して配置される。これにより、出入口部50が真直ぐに形成される。SUSプレート80において重なっている周縁部84がロウ付けや溶接によって接合されて扁平管からなる水管40が形成される。ここで、水管40の冷媒管60に対向する面、すなわち、SUSプレート80の凹面部94の流路21とは反対側の面を接合面42とする。また、接合面42に対向する面、すなわち、冷媒管60の水管40に対向する面を接合面62とする。
Then, as shown in FIGS. 5 and 8, the pair of
(2)水管と冷媒管との積層構造
図9は、本実施形態の水熱交換器22の平面構成を模式的に示す平面図である。図9においては、冷媒管60の接合面62が見えるようにするために、図4に示す最上段の水管40の記載を省略している。
(2) Laminated structure of water pipe and refrigerant pipe FIG. 9 is a plan view schematically showing a planar configuration of the
水管40及び冷媒管60は、平面視において、真直ぐな形状を有している。右側出入口部51及び左側出入口部52が冷媒管60の脇に形成されている。一方、右側出入口分配管71及び左側出入口分配管72は、冷媒管60の両端部に設けられている。
The
また、水管40には、図5及び図9に示すように、冷媒管60の外形よりも外側に突出した水管側外形突出部44が設けられている。ここでは、水管側外形突出部44は、水管40及び冷媒管60の平面視において、冷媒管60の幅方向の端部(すなわち、図5における左端部、図9における下端部)よりも外側に突出した水管40の一部である。ここで、水管側外形突出部44は、図5及び図9に示すように、冷媒管60の幅方向の端部に対して距離Lだけ外側に突出している。そして、水管側外形突出部44は、図5に示すように、SUSプレート80の周縁部84及びその近傍部分によって構成されている。また、水管側外形突出部44は、図9に示すように、水管40の長手方向の全体にわたって設けられている。尚、図9に示すように、水管40の出入口部51、52や出入口部51、52間の上端部(図5における右端部)についても、冷媒管60の幅方向の端部よりも外側に突出していることから、その意味では、これらの部分も水管側外形突出部44であるといえる。しかし、ここでは、後述の水熱交換器22の製造方法の説明の便宜上、水管40のうち振動部材102(後述)に接触させる部分だけが水管側外形突出部44を意味するものとする。
Further, as shown in FIGS. 5 and 9, the
(3)水熱交換器の製造方法
図10は、(a)第1接合工程を経た水管40及び出入口ポート54を示す断面図、(b)組合工程を示す部分斜視図、(c)第3接合工程を示す概念図である。図11は、本実施形態の水熱交換器22の右側出入口部51の周辺の構造を示す断面図である。図12は、第3接合工程における水熱交換器22と振動部材102との接触状態を示す図である。
(3) Manufacturing method of water heat exchanger FIG. 10: (a) Sectional drawing which shows the
まず、ステンレス鋼板のプレス加工を行うことによって、図6に示すSUSプレート80を成形する。すなわち、プレス加工によって、ステンレス鋼板が外周83に沿って打ち抜かれ、右側開口部91及び左側開口部92が形成される。
First, the stainless steel plate is pressed to form the
次に、図10(a)に示すように、SUSプレート80を順に重ね合わせながら、周縁部84同士、右側開口部91同士及び左側開口部92同士をロウ付け又は溶接によって接合する。ここで、周縁部84同士の接合部分が接合部Aであり、右側開口部91同士及び左側開口部92同士の接合部分が接合部Bである。これにより、扁平管からなる水管40が形成されるとともに、水管40間を連通させる開口部91、92が接続される。また、出入口ポート54を最上段の水管40にロウ付け又は溶接によって接合する。ここで、最上段の水管40と出入口ポート54との接合部分が接合部Cである。このような第1接合工程によって、水管接合体43が形成される。
Next, as shown in FIG. 10A, the
また、水管接合体43を形成する第1接合工程と並行して、押し出し加工によって成形された扁平多穴管からなる冷媒管60と、右側出入口分配管71及び左側出入口分配管72とを、ロウ付けや溶接によって接合する。これにより、冷媒管60間が出入口分配管71、72によって連通する。このような第2接合工程によって、冷媒管接合体63が形成される。
In parallel with the first joining step of forming the water pipe joined
次に、図10(b)に示すように、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42とが対向するように、冷媒管接合体63と水管接合体43とを組み合わせることによって、熱交集合体22aを形成する。これにより、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42とが対向した状態になる。ここで、図5及び図9に示すように、水管40の水管側外形突出部44が冷媒管60の幅方向の端部よりも外側に突出した状態が得られることになる。
Next, as shown in FIG. 10 (b), by combining the
次に、図10(c)に示すように、冷媒管60と水管40とを対向させた状態の熱交集合体22aを、ロウ材又はハンダ材が溶けたディップ浴100に浸漬するとともに、振動部材102を介して熱交集合体22aを超音波加振することによって、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42とをハンダ付けする。すなわち、超音波式のロウ付け又はハンダ付けによって、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42とを接合する。そして、ここでは、図12に示すように、超音波式のロウ付け又はハンダ付けを行う際に、水管40だけが振動部材102に接触した状態になるように、熱交集合体22aをディップ浴100に浸漬させるようにしている。すなわち、水管40の水管外形突出部44を振動部材102に接触させることによって、水管40だけが振動部材102に接触した状態にしている。ここで、冷媒管60の幅方向の端部に対して水管外形突出部44が外側へ突出している距離Lは、2mm以上(好ましくは、5mm以上)になっており、これによって、冷媒管60と振動部材102との隙間が、距離Lと同じ2mm以上(好ましくは、5mm以上)空いた状態になっている。
Next, as shown in FIG. 10 (c), the
より具体的には、アルミニウム−亜鉛系やアルミニウム−スズ系のハンダ材をディップ浴100に溶かしておき、ディップ浴100に熱交集合体22aを浸漬する。ここでは、ディップ浴100に超音波振動子101によって超音波加振される振動部材102を浸漬するようにしており、これにより、フラックスを使用することなくハンダ付けを行えるようにしている。そして、ここでは、図12に示すように、水管40だけが振動部材102に接触した状態になるように、熱交集合体22aをディップ浴100に浸漬させるようにしている。
More specifically, an aluminum-zinc or aluminum-tin solder material is dissolved in the
このように、熱交集合体22aをディップ浴100に浸漬するとともに、振動部材102を介して熱交集合体22aを超音波加振すると、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42との間にハンダ材が行き渡り、冷媒管60と水管40とのハンダ付けが行われる。ここで、図11に示すように、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42との接合部分が接合部Dである。
As described above, when the
ここで、水管40だけが振動部材102に接触した状態になるように熱交集合体22aをディップ浴100に浸漬させることによって、冷媒管60に比べてエロージョンが発生しにくい水管40を優先的に超音波加振しながら、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42との間にハンダ材を行き渡らせることができる。このため、超音波加振によって水管40と冷媒管60との接合を促進するとともに、冷媒管60が振動部材102に接触した状態で超音波加振する場合に比べて、母材であるアルミニウム又はアルミニウム合金製の冷媒管60内にハンダ材に含まれる亜鉛やスズの拡散の進行を抑制することができるようになり、これにより、冷媒管60のエロージョンの発生を極力抑えることができる。しかも、ここでは、水管40に水管側外形突出部44を設けることによって、水管40だけが振動部材102に接触した状態を容易に実現することができている。さらに、ここでは、冷媒管60と振動部材102との隙間(ここでは、距離L)を2mm以上空けることによって、超音波加振による冷媒管60のエロージョンの発生を抑えつつ水管40と冷媒管60との接合を促進する作用を確実に得ることができる。
Here, by immersing the
尚、ここでは、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42との接合に、ディップ式のハンダ付けを採用しているがこれに限定されるものではなく、例えば、アルミニウム−ケイ素系のロウ材を使用した超音波式のロウ付けを採用してもよい。この場合においても、上記の超音波式のハンダ付けの場合と同様の作用効果を得ることができる。
Here, dip soldering is adopted for joining the joining
−第2実施形態の水熱交換器−
次に、第2実施形態にかかる水熱交換器22の詳細構造及び製造方法について説明する。図13は、本実施形態の水熱交換器22を示す図であって、水管40と冷媒管60との接合面42、62付近を拡大して示す断面図である。図14は、本実施形態の水熱交換器22の水管40を構成するSUSプレート80を示す平面図である。
-Water heat exchanger of the second embodiment-
Next, the detailed structure and manufacturing method of the
本実施形態の水熱交換器22は、第1実施形態の水熱交換器22の水管40の構造が異なっている。具体的には、第1実施形態の水管40を構成するSUSプレート80では、水管40の冷媒管60に対向する面である接合面42に特別な処理を施していないが、本実施形態では、図13及び図14に示すように、目粗し処理を施し、水管40の目粗し処理が施された接合面42と冷媒管60の接合面62とを対向させることによって熱交集合体22aを形成するようにしている。
The
具体的には、水管40の冷媒管60に対向する面、すなわち、SUSプレート80の凹面部94の流路21とは反対側の面であるである接合面42には、図13及び図14に示すように、目粗し処理が施されている。ここでは、水管40(すなわち、SUSプレート80)の幅方向(図14における紙面上下方向)に向かって略直線状に延びる多数の凹凸42aが形成されるような目粗し処理が接合面42に施されている。このような水管40の接合面42への目粗し処理は、水管40の接合面42に対するロウ材又はハンダ材のぬれ性を改善するために施されている。尚、目粗し処理によって水管40の接合面42に形成される多数の凹凸42aは、水管40の幅方向のような一定の方向に向かって略直線状に延びるものに限られるものではない。しかし、水管40の接合面42に対するロウ材又はハンダ材のぬれ性をムラなく改善するという観点から、水管40の接合面42に多数の凹凸42aが規則的に形成されるように、水管40の幅方向の他、水管40の長手方向や斜め方向等のように、一定の方向に向かって略直線状に延びる凹凸42aを形成することが好ましい。また、上述のように、超音波式のロウ付け又はハンダ付けによって水管40と冷媒管60との接合を行う場合には、ロウ材やハンダ材を冷媒管60と水管40との間に行き渡りやすくするという観点から、冷媒管60及び水管40をディップ浴に浸漬する方向(ここでは、水管40の幅方向)に沿って延びる多数の凹凸42aを形成することが好ましい。また、接合面42は、目粗し処理によって、図13に示すように、冷媒管60の水管40に対向する面である接合面62よりも表面粗さが大きい状態になっている。すなわち、押し出し加工によって製造された冷媒管60には、目粗し処理が施されておらず、表面粗さが小さい状態になっている。これにより、冷媒管60の接合面62と水管40の接合面42との間で、ロウ材又はハンダ材のぬれ性の程度を均等化させることができている。尚、目粗し処理は、プレス加工によってSUSプレート80を形成した後に施してもよいし、また、プレス加工を行う前のステンレス鋼板に施してもよい。
Specifically, the
尚、本実施形態の水熱交換器22の詳細構造は、水管40に目粗し処理を施す点を除いて、第1実施形態の水熱交換器22の詳細構造と同様であるため、ここでは説明を省略する。
The detailed structure of the
そして、このような水管40への目粗し処理によって、水管40の接合面42におけるロウ材又はハンダ材のぬれ性が改善されているため、超音波式のロウ付け又はハンダ付けの際に、水管40の目粗し処理を行わない場合に比べて、さらに短い時間で接合を完了することができる。また、ぬれ性の改善による接合時間の短縮化によって、母材であるアルミニウム又はアルミニウム合金製の冷媒管60内にハンダ材に含まれる亜鉛やスズの拡散の進行をさらに抑制することができ、これにより、冷媒管60のエロージョンの発生もさらに抑えることができる。しかも、目粗し処理によって水管40の接合面42に形成されている多数の凹凸42aは、一定の方向(ここでは、水管40の幅方向)に向かって略直線状に規則的に延びているため、水管40の接合面42に対するハンダ材のぬれ性をムラなく改善することができる。また、多数の凹凸42aによって形成されるディップ浴100に浸漬する方向に沿って延びる冷媒管60と水管40との間の隙間が、毛細管現象を発生して、冷媒管60及び水管をディップ浴に浸漬する際に、ハンダ材を冷媒管60と水管40との間に行き渡りやすくすることができる。また、目粗し処理によって、水管40の接合面42が、冷媒管60の接合面62よりも表面粗さが大きい状態になっているため、接合面42と接合面62との間で、ハンダ材のぬれ性の程度を均等化させることができるため、接合時間の短縮化を確実に図ることができる。
And, since the wettability of the brazing material or the solder material at the
−第3実施形態の水熱交換器−
次に、第3実施形態にかかる水熱交換器22の詳細構造及び製造方法について説明する。図15は、本実施形態の水熱交換器22を示す図であって、水管40と冷媒管60との接合面42、62付近を拡大して示す断面図である。図16は、本実施形態の水熱交換器22の水管40を構成するSUSプレート80を示す平面図である。
-Water heat exchanger of the third embodiment-
Next, the detailed structure and manufacturing method of the
本実施形態の水熱交換器22は、第2実施形態の水熱交換器22の水管40の構造が異なっている。具体的には、第2実施形態の水管40を構成するSUSプレート80では、冷媒管60との接合面42に目粗し処理を施しているが、本実施形態では、図15及び図16に示すように、目粗し処理に代えて、接合面42にステンレス鋼よりもロウ材又はハンダ材のぬれ性が高い金属層42bを形成するメッキ処理を施すようにしている。尚、本実施形態の水熱交換器22の詳細構造や製造方法は、水管40の目粗し処理に代えてメッキ処理を行う点を除いて、第2実施形態の水熱交換器22の詳細構造や製造方法と同様であるため、ここでは説明を省略する。
The
そして、上記のような水管40のメッキ処理によって、第2実施形態と同様に、水管40の冷媒管60に対向する接合面42に対するロウ材又はハンダ材のぬれ性を改善して、接合時間のさらなる短縮化を図り、冷媒管40のエロージョンの発生をさらに抑えることができる。
Then, the plating treatment of the
ここで、メッキ処理によって形成される金属層42bとしては、ロウ材又はハンダ材のぬれ性が優れている銅又はニッケル層が考えられる。このような金属層42bのメッキ処理としては、シアン化塩メッキ法や硫酸塩メッキ法等がある。そして、水管40のメッキ処理は、プレス加工によってSUSプレート80を形成した後に施してもよいし、また、プレス加工を行う前のステンレス鋼板に施してもよい。
Here, as the
−第4実施形態の水熱交換器−
尚、水熱交換器22の具体的な構成は、上記のものに限定されるものではなく、アルミニウム又はアルミニウム合金製の扁平管からなる冷媒管と、ステンレス鋼製の扁平管からなる水管とがロウ付け又はハンダ付けによって接合されることによって構成される水熱交換器であれば、他の機器構成であってもよい。
-Water heat exchanger of the fourth embodiment-
The specific configuration of the
第1〜第3実施形態の構成では、冷媒管60と水管40とが複数積層された構成が採用されているが、これに限定されるものではなく、例えば、図17に示すように、1つの冷媒管60と1つの水管40とがロウ付け又はハンダ付けによって接合されることによって構成される水熱交換器22であってもよい。
In the configurations of the first to third embodiments, a configuration in which a plurality of
また、第1〜第3実施形態の水熱交換器の製造方法では、水管40に水管外形突出部44を設けることによって、超音波式のロウ付け又はハンダ付けを行う際に、水管40だけが振動部材102に接触した状態になるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、ここでは図示しないが、振動部材102の水管40と接触する部分を水管40側に向かって突出させることによって、冷媒管60と振動部材102との間の隙間を空けて水管40だけが振動部材102に接触した状態になるようにしてもよい。
Moreover, in the manufacturing method of the water heat exchanger of 1st-3rd embodiment, when performing ultrasonic brazing or soldering by providing the water pipe external
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の扁平管からなる冷媒管と、冷媒管に対向するステンレス鋼製の扁平管からなる水管と、がロウ付け又はハンダ付けによって接合されることによって構成される水熱交換器及びその製造方法に対して、広く適用可能である。 The present invention relates to water constituted by joining a refrigerant tube made of a flat tube made of aluminum or an aluminum alloy and a water tube made of a flat tube made of stainless steel facing the refrigerant tube by brazing or soldering. The present invention is widely applicable to heat exchangers and manufacturing methods thereof.
22 水熱交換器
22a 熱交集合体
40 水管
42 接合面(水管の冷媒管に対向する面)
42a 凹凸
42b 金属層
44 水管側外形突出部
60 冷媒管
100 ディップ浴
102 振動部材
22
42a Concavity and
Claims (7)
前記ロウ付け又はハンダ付けとして、前記冷媒管と前記水管とを対向させた状態の熱交集合体(22a)を、ロウ材又はハンダ材が溶けたディップ浴(100)に浸漬するとともに、振動部材(102)を介して前記熱交集合体を超音波加振することによって、前記冷媒管と前記水管とを接合する超音波式のロウ付け又はハンダ付けを使用しており、
前記超音波式のロウ付け又はハンダ付けを行う際に、前記水管だけが前記振動部材に接触した状態になるように、前記熱交集合体を前記ディップ浴に浸漬させる、
水熱交換器(22)の製造方法。 A refrigerant pipe (60) made of a flat tube made of aluminum or aluminum alloy and a water pipe (40) made of a flat tube made of stainless steel facing the refrigerant pipe are joined by brazing or soldering. In the manufacturing method of the water heat exchanger to be performed,
As the brazing or soldering, the heat exchanger assembly (22a) in a state where the refrigerant pipe and the water pipe face each other is immersed in a dip bath (100) in which a brazing material or a soldering material is melted, and a vibration member ( 102) using ultrasonic brazing or soldering to join the refrigerant pipe and the water pipe by ultrasonically exciting the heat exchanger assembly via
When the ultrasonic brazing or soldering is performed, the heat exchanger assembly is immersed in the dip bath so that only the water pipe is in contact with the vibrating member.
The manufacturing method of a water heat exchanger (22).
前記水管外形突出部を前記振動部材(102)に接触させることによって、前記水管だけが前記振動部材に接触した状態にする、
請求項1に記載の水熱交換器(22)の製造方法。 The water pipe (40) is provided with a water pipe side outer protrusion (44) that protrudes outward from the outer shape of the refrigerant pipe (60),
By bringing the water pipe outer shape protruding portion into contact with the vibrating member (102), only the water pipe is brought into contact with the vibrating member.
The manufacturing method of the water heat exchanger (22) of Claim 1.
請求項1又は2に記載の水熱交換器(22)の製造方法。 Leaving a gap of 2 mm or more between the refrigerant pipe (60) and the vibrating member (102);
The manufacturing method of the water heat exchanger (22) of Claim 1 or 2.
前記水管の前記目粗し処理が施された面と前記冷媒管とを対向させることによって前記熱交集合体(22a)を形成する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の水熱交換器(22)の製造方法。 Roughening the surface (42) of the water pipe (40) facing the refrigerant pipe (60);
Forming the heat exchanger assembly (22a) by making the surface of the water pipe subjected to the roughening treatment and the refrigerant pipe face each other;
The manufacturing method of the water heat exchanger (22) of any one of Claims 1-3.
請求項4に記載の水熱交換器(22)の製造方法。 By the roughening treatment, the surface (42) of the water pipe (40) facing the refrigerant pipe (60) extends along the direction in which the heat exchanger assembly (22a) is immersed in the dip bath (100). Forming a number of irregularities (42a);
The manufacturing method of the water heat exchanger (22) of Claim 4.
前記水管の前記メッキ処理が施された面と前記冷媒管とを対向させることによって前記熱交集合体(22a)を形成する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の水熱交換器(22)の製造方法。 The surface (42) of the water pipe (40) facing the refrigerant pipe (60) is plated to form a metal layer (42b) having a higher wettability of brazing material or solder material than stainless steel,
Forming the heat exchanger assembly (22a) by making the surface of the water pipe subjected to the plating treatment and the refrigerant pipe face each other;
The manufacturing method of the water heat exchanger (22) of any one of Claims 1-3.
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-
2012
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