JP2015064160A

JP2015064160A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2015064160A
Application number: JP2013199402A
Authority: JP
Inventors: 佑廣崎; Yu Hirosaki; 美弘佐々木; Yoshihiro Sasaki
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】ろう材のヘアピン管内部への流れ込み防止による圧力損失の低減および熱交換効率の向上。【解決手段】フィン組１０を貫通しているヘアピン管２０の端部２１は、Ｕ字管４０の端部４１に外嵌されている。また、ヘアピン管２０の外周面とＵ字管端部４１の内周面との間にはわずかな空間があり、溝部４３に設置されていたリングろう材５０が溶解して当該空間に流れ込み、接合部５１を形成している。上記の構成によって、ヘアピン管２０およびＵ字管４０の管内流路が気密に接続される。【選択図】図５

Description

本発明は熱交換器に係り、特に、空気調和機などに用いられるクロスフィンチューブ型熱交換器に関するものである。

従来のクロスフィンチューブ型熱交換器は、プレート状のフィンを所定の間隔を設けて重ねた積層フィンの面部に形成された貫通孔を貫通する複数のヘアピン管と、ヘアピン管同士を接続するＵ字管とからなり、前記ヘアピン管と前記Ｕ字管との接続箇所はろう材によって溶接されている。

ヘアピン管とＵ字管との接続箇所は、図９に示すように、積層フィン１１０を貫通して開口部が上側に向いているヘアピン管１２０の管端部を拡管し大径部１２１を形成し、さらにヘアピン管端部を拡管して拡管部１２２を形成している。この大径部１２１に大径部１２１の内径よりわずかに小さい外径を有するＵ字管１４０を挿入する。このとき、ヘアピン管の拡管部１２２にろう材１５０を配置し、炉に入れることで大径部１２１の内周面とＵ字管１４０の外周面とがろう材１５０によって接合される（例えば公知文献として特許文献１を参照）。

特開２００２−２６３８７９号公報

ところが、このようにヘアピン管１２０とＵ字管１３０とを接合する際に、溶接作業者によるろう材１５０の使用量や加熱温度等の微妙な操作加減が影響して、図９のようにろう材１５０が接合面間の隙間を通してヘアピン管１２０の内面側にはみ出してしまう場合がある。

ヘアピン管１２０内部に進入してしまったろう材１５０は管内の流路抵抗となってしまい、圧力損失が増大し、熱交換効率が低下してしまう。また、最悪の場合、ろう材１５０によってヘアピン管１２０の管内を詰まってしまう場合がある。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ろう材１５０が接続部を越えてヘアピン管１２０内部まで流れ込むことができないようにすることによって、圧力損失の増大による熱交換効率の低下およびヘアピン管１２０内のろう材詰まりを防止する熱交換器を提供することを目的とするものである。

本発明の熱交換器は、積層された複数のフィンと、該フィンに設けられた貫通孔に挿通された複数のヘアピン管と、異なる該ヘアピン管同士を接続する接続管とを有するクロスフィン型の熱交換器において、前記ヘアピン管の端部の外周面に前記接続管の端部の内周面を嵌合するものであって、前記接続管は、前記ヘアピン管と嵌合する内周面にろう材を配置する溝部が設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、前記ヘアピン管の端部の外周面と前記接続管の端部の内周面とをろう材により接続することによって、前記ろう材が前記ヘアピン管内部まで流れ込むことがなくなり、圧力損失の増大による熱交換効率の低下および前記ヘアピン管内の前記ろう材詰まりを防止する。

本発明の第１実施形態の熱交換器全体を示す概略斜視図である。本発明の第１実施形態の熱交換器を構成する部品を示す概略斜視図である。本発明の第１実施形態の熱交換器におけるヘアピン管とＵ字管を示す概略断面図である。本発明の第１実施形態の熱交換器におけるＵ字管を嵌合させたヘアピン管を示す概略断面図である。本発明の第１実施形態の熱交換器における溶接後のヘアピン管とＵ字管との接続部を示す概略断面図である。本発明の第１実施形態の熱交換器におけるＵ字管の他の形態を示す概略断面図である。本発明の第２実施形態の熱交換器における溶接後のヘアピン管とＵ字管との接続部を示す概略構成図である。本発明の第２実施形態の熱交換器におけるＵ字管の他の形態を示す概略断面図である。従来の熱交換器のヘアピン管とＵ字管との接続部を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１は本実施形態に係る熱交換器１であって、後述するヘアピン管２０およびＵ字管４０によって形成される管内流路を流通する冷媒などの流体と、積層フィン１１間を通過する空気などの流体との間で熱交換を行うクロスフィンチューブ型熱交換器の概略斜視図であり、図２は熱交換器１の分解斜視図である。

図２に示すように、本実施形態の熱交換器１は、フィン１１ａを積層した積層フィン１１と一対の管板１２とからなるフィン組１０と、複数のヘアピン管２０と、複数のＵ字管４０と、後述するリングろう材５０とから構成されている。

フィン１１ａは、表面にスリットなどが形成されたプレート状のアルミフィンであって、ヘアピン管２０内を流通する冷媒などの流体の熱を伝熱する。複数のフィン１１ａを所定の間隔を設けて上下方向に重ねて積層フィン１１を形成している。

管板１２は、積層フィン１１の積層方向両側に設けられ、フィン１１ａより剛性が高い一対の金属板である。管板１２には、熱交換器１をエアコン等の製品本体に取付ける時にネジ固定するための図示しない固定部が設けられている。

また、上述したように積層フィン１１および積層フィン１１の積層方向両側に設けられた一対の管板１２によってフィン組１０を構成している。

フィン組１０を構成する積層フィン１１および管板１２には後述するヘアピン管２０の端部２１を貫通させるために設けられた貫通孔１３が設けられている。貫通孔１３の孔径は、ヘアピン管２０の外径よりわずかに大きく形成されている。

ヘアピン管２０は内部に溝形状など有する金属管であって、図に示すようにＵ字状に曲げられている。熱交換器１の使用時には、内部を冷媒などの流体が流通し、ヘアピン管２０は流体の熱をフィン１１ａに伝える。ヘアピン管２０は、積層フィン１１および管板１２の貫通孔１３に端部２１を貫通させた後、拡管を行い、フィン組１０と圧接させる。これによって、フィン組１０とヘアピン管２０とは接合される。

Ｕ字管４０は、金属管であって、Ｕ字状に形成されている曲管部４２と管端である端部４１とからなる。フィン組１０に固定された隣り合うヘアピン管２０の端部２１同士を接続して、ヘアピン管２０の管内流路を接続する接続管である。Ｕ字管４０の端部４１は拡管されており、内径がヘアピン管２０の拡管後の外径よりわずかに大きい。なお、本実施形態ではＵ字管端部４１は拡管されたものを用いているが、図６に示すように、曲管部４２の内径がヘアピン管２０の拡管後の外径よりわずかに大きいものを使用すれば、拡管する必要がなく、加工数が低減できる。また、本実施例ではフィン組１０に固定された隣り合うヘアピン管２０の端部２１同士を接続するＵ字管４０としているが、異なるヘアピン管２０の端部２１同士を接続するものであれば隣接していない端部２１同士を接続する接続管であってもよい。より詳細には、図２におけるヘアピン管２０ａとヘアピン管２０ｃあるいはヘアピン管２０ｄとを接続する接続管等であってもよい。

Ｕ字管４０の端部４１には、図３に示すように、一部で内部にリングろう材５０を嵌め込むための空間が形成されるように内径の大きい溝部４３が設けられている。

リングろう材５０は、図３に示すように、リング状に形成されたろう材であって、母材となるヘアピン管２０やＵ字管４０、補助部材３０より融点の低い合金が用いられる。

次に、ヘアピン管２０とＵ字管４０との接続箇所について図５を用いて詳細に説明する。

図５に示すように、フィン組１０を貫通しているヘアピン管２０の端部２１は、Ｕ字管４０の端部４１に挿し込まれている。また、ヘアピン管２０の外周面とＵ字管端部４１の内周面との間にはわずかな空間があり、溝部４３に設置されていたリングろう材５０が溶解して当該空間に流れ込み、接合部５１を形成している。上記の構成によって、ヘアピン管２０およびＵ字管４０の管内流路が気密性が確保された状態で接続される。

次に、本実施形態の熱交換器１の製造工程について図２ないし６を用いて詳細に説明する。

図２に示すように、本発明のクロスフィンチューブ型熱交換器は、先ず、ヘアピン管２０を、端部２１が上向きになるように、かつ、フィン組１０に設けられた複数の貫通孔１３の配置間隔に対応する間隔で複数配置する。配置されたヘアピン管２０の端部２１にフィン組１０の貫通孔１３を上方から貫通させる。貫通後、各ヘアピン管２０を拡管することで、各ヘアピン管２０とフィン組１０とが接合される。

次に、図３に示すように、Ｕ字管４０の端部４１をヘアピン管２０の端部２１の外側に嵌める。この時、Ｕ字管４０の端部４１の内径はヘアピン管２０の外径よりわずかに大きい。嵌めた後は図４に示すような状態になる。

図４に示すような状態で炉に入れることで、図５に示すように、リングろう材５０が融解し、自重によってＵ字管端部４１とヘアピン管の端部２１との間に流れ込む。その結果、Ｕ字管４０とヘアピン管２０とが溶接されて接合部５１となり、接合部５１ではろう材によって気密性が確保された状態で接続される。

以上説明したように、Ｕ字管４０の端部４１の内周面がヘアピン管２０の端部２１の外周面と嵌めあうように接続されており、Ｕ字管４０の内周面の溝部４３に設置されたリングろう材５０によって、Ｕ字管４０の内周面とヘアピン管２０の外周面とが接合される構成となっているので、ろう材がヘアピン管２０内部まで流れ込むことがなくなり、圧力損失の増大による熱交換効率の低下およびヘアピン管２０の管内流路のろう材詰まりを防止できる。

なお、本実施形態においてヘアピン管２０と接続する接続管をＵ字管４０としたが、ヘアピン管２０の管内流路を接続する部品であればこの限りでなく、例えば、三方ベント管などでも本発明と同様の効果を発揮できる。

次に、本発明を用いた第２実施形態に係る熱交換器１であって、熱交換器１の製造工程時における溶接の適否判定を行うための構成について、図７および図８を用いて説明する。なお、Ｕ字管４０の端部４１と、管板１２を加工した点を除き、その他の構成は第１の実施形態と同一であるため、追加した構成以外の詳細な説明は省略する。

従来、本発明のようにリングろう材５０を用いた置きろうでの溶接において、気密性が十分に確立されるように溶接が行われたかどうかの判定は接続箇所の目視によって行われていた。より詳細には、図９におけるＡの部分の隙間が、全周にわたってろう材で満たされているかどうかで判断していた。

しかし、実施例１においては、図５に示すように、接合部５１については、Ｕ字管端部４１によって周囲が覆われているため、従来の様に目視による判定を行うことができず、信頼性に問題がある。

したがって、本実施形態の熱交換器１は、図７（Ａ）に示すように、Ｕ字管端部４１に所定の切欠き部４１ａを設けている。本構成によれば、融解したろう材がＵ字管端部４１とヘアピン管２０の端部２１との間に適切に接合部を形成できていれば切欠き部４１ａから目視によってろう材を確認できるため、気密性が十分に確立されるように溶接が行われたかどうかの判定を行うことができ、信頼性を確保できる。

なお、切欠き部４１ａの形状については、ろう材の回り具合を確認できる形状であればこの限りでなく、図７（Ｂ）の切欠き部４１ｂの様な形状や、図７（Ｃ）の覗き孔４１ｃの様な形状であってもよい。

また、図７（Ｄ）に示すように、管板１２の貫通孔近傍に突起部１２ａを設けて、Ｕ字管端部４１を管板１２の平面に当接させずに一定の隙間を形成することで、切欠き部４１ａ等と同様の効果を発揮できる。なお、図８に示すように、Ｕ字管端部４１の拡管されている箇所が短く、ヘアピン管２０の端部２１をＵ字管４０内部の突き当りまで挿入してもＵ字管端部４１が管板１２に当接しない場合がある。その場合は、上述したような本実施例の切欠き部４１等を設けなくても、目視による溶接の適否判定ができる。しかし、ヘアピン管２０の管内流路には高圧の流体が流通することが想定されるので、耐圧性を向上させるためにＵ字管端部４１は管板１２に当接する長さにすることが望ましい。

１熱交換器
１０フィン組
１１積層フィン
１２管板
１２ａ突起部
１３貫通孔
２０ヘアピン管
２１端部
４１ａ切欠き部
４１ｂ切欠き部
４１ｃ覗き孔
４０Ｕ字管
４１Ｕ字管端部
４２曲管部
５０リングろう材

Claims

積層された複数のフィンと、該フィンに設けられた貫通孔に挿通された複数のヘアピン管と、異なるヘアピン管同士を接続する接続管とを有するクロスフィン型の熱交換器において、
前記ヘアピン管の端部の外周面に前記接続管の端部の内周面を嵌合するものであって、
前記接続管は、前記ヘアピン管と嵌合する内周面にろう材を配置する溝部が設けられていることを特徴とした熱交換器。