JP2016130594A - 熱交換器の配管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部材の削減が図れると共に、コネクタとヘッダーパイプの仮止めの工数の削減を図れるようにした熱交換器の配管構造を提供する。
【解決手段】アルミニウム製の熱交換器のヘッダーパイプ２ａに設けられた熱媒体の流入口７及び又は流出口に設けられる熱交換器の配管構造において、ヘッダーパイプ２ａの外面に当接されると共に、流入口７又は流出口に連通する連通口１１を有するアルミニウム製のコネクタ１０と、コネクタ１０の連通口１１内に挿入される筒状部２１と、コネクタ１０の外側面に当接する鍔部２２とを有するステンレス鋼製の連結部材２０と、連結部材２０の筒状部２１内に挿入される銅製の配管部材３０と、を具備し、ヘッダーパイプ２ａの外面とコネクタ１０の当接部１３、コネクタ１０の外側面と連結部材２０の鍔部２２、及び、連結部材２０の鍔部２２と配管部材３０を、それぞれろう付けによって一体接合する。
【選択図】図３

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の流入口・流出口に接続する配管構造に関するものである。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。

従来、この種の熱交換器には、それぞれがアルミニウム製の一対の略円筒状のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプ間に架設される互いに平行な複数の熱交換チューブと、隣接する熱交換チューブ間に介在されるフィンとを具備する熱交換器本体とをろう付けにより結合固定する構造のものが一般的に知られている。

この種の熱交換器の配管構造として、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（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の配管構造は、図６に示すように、熱交換器ａに設けられた熱媒体の流入口又は流出口に接続されるアルミニウム製の配管ｂと、銅製配管部材ｃとを連結するステンレス鋼製の連結管ｄとを具備し、アルミニウム製配管ｂにおける連結管ｄとの接合端部に拡径部ｅを形成し、連結管ｄの接合端部を拡径部ｅ内に挿通して配管ｂ内に圧入し、拡径部ｅと連結管ｄとの隙間にろう材を介在して、熱交換器ａ、配管ｂ及び連結管ｄを一体ろう付けする構造である。

特開２０１０−２０３６６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものにおいては、熱交換器ａから、アルミニウム製配管ｂを含む一定以上の長さの構造体を突き出さねばならないために、ろう付けの際に、配管構成部材を固定するための特別な治具が必要となる他、長く突き出た構造体を考慮した銅製配管部材ｃ側の設計を必要とする懸念がある。また、熱交換器ａの輸送中に、配管ｂが折れ曲がるなどの不良が発生する懸念がある。

更には、アルミニウム製配管ｂとステンレス鋼製の連結管ｄのろう付けにおいては、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等を考慮して、熱交換器本体側からの伝熱効率の改善が望まれている。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、熱交換器から突出する部分を最小限の長さにし、ろう付けの際に配管構成部材を固定する特別な治具を不要とし、かつ、熱交換器本体側からの伝熱を高めてろう付け性の向上を図れるよう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、アルミニウム製の熱交換器のヘッダーパイプに設けられた熱媒体の流入口及び又は流出口に設けられる熱交換器の配管構造であって、 上記ヘッダーパイプの外面に当接されると共に、上記流入口又は流出口に連通する連通口を有するアルミニウム製のコネクタと、 上記コネクタの連通口内に挿入される筒状部と、上記コネクタの外側面に当接する鍔部とを有するステンレス鋼製の連結部材と、 上記連結部材の筒状部内に挿入される銅製の配管部材と、を具備し、 上記ヘッダーパイプの外面と上記コネクタの当接部、上記コネクタの外側面と上記連結部材の鍔部、及び、上記連結部材の鍔部と上記配管部材を、それぞれろう付けによって一体接合してなる、ことを特徴とする（請求項１）。

このように構成することにより、ろう付けの際にヘッダーパイプの外面にコネクタを当接した状態で、コネクタの連通口内に連結部材の筒状部を挿入し、鍔部をコネクタの外側面に当接することで、ヘッダーパイプと連結部材とでコネクタを挟持固定することができる。また、連結部材の筒状部をコネクタの連通口内に挿入し、鍔部をコネクタの外側面に当接することで、熱交換器から突出する部分を最小限の長さにすることができる。

この発明において、上記ヘッダーパイプの外面と上記コネクタの当接部は、上記ヘッダーパイプの外面に皮膜されたろう材によってろう付けされ、上記コネクタの外側面と上記連結部材の鍔部は、上記コネクタの外側面と上記連結部材の鍔部との間に介在されるろう材によってろう付けされ、上記連結部材の鍔部と上記配管部材は、銀ろう材によってろう付けされるのが好ましい（請求項２）。

このように構成することにより、アルミニウム製のヘッダーパイプとコネクタ、及び、アルミニウム製のコネクタとステンレス鋼製の連結部材とを、炉中ろう付けによって一体にろう付け接合することができ、ステンレス鋼製の連結部材と銅製の配管部材をアルミニウムより融点の高い銀ろう材を用いてろう付け接合することができる。この場合、連結部材と配管部材のろう付けは、連結部材とコネクタのろう付け前又はろう付け後のいずれであってもよい。

また、この発明において、上記連結部材は、上記筒状部と、該筒状部の長手方向の一端に延在する孔付き外向き鍔部とを一体に形成するもの（請求項３）、あるいは、上記筒状部と、該筒状部の長手方向の一端に拡径された鍔部とからなるもの（請求項４）、のいずれであってもよい。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

ろう付けの際にヘッダーパイプの外面にコネクタを当接した状態で、コネクタの連通口内に連結部材の筒状部を挿入し、鍔部をコネクタの外側面に当接することで、ヘッダーパイプと連結部材とでコネクタを挟持固定することができるので、熱交換器から突出する部分を最小限の長さにし、ろう付けの際に配管構成部材を固定する特別な治具を不要とし、かつ、熱交換器本体側からの伝熱を高めてろう付け性の向上が図れる。

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を示す要部斜視図である。 この発明に係る熱交換器の配管構造の第１実施形態を示す断面図である。 上記第１実施形態のろう付け前の状態を示す断面図である 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断面図（ａ）及び第２実施形態における連結部材の断面図（ｂ）である。 従来の熱交換器の配管構造を示す概略正面図である。

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）される複数の扁平状の熱交換チューブ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。

この場合、熱交換チューブ３は扁平楕円状に形成されており、熱交換チューブ３の長手方向と直交する幅方向には複数の流体流路３ａが区画形成されている。

ヘッダーパイプ２ａ，２ｂは、表面にろう材４０の皮膜が形成（クラッド）されたアルミニウム製の円筒状の電縫管にて形成されており、上下開口端には、それぞれアルミニウム製の端部キャップ６がろう付けによって閉塞されている。

上記のように構成される熱交換器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コネクタ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（図示せず）が設けられ、この流出口には、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コネクタ１０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、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの外面に当接されると共に、流入口７又は流出口に連通する連通口１１を有するアルミニウム製のコネクタ１０と、コネクタ１０の連通口１１内に挿入される筒状部２１と、コネクタ１０の外側面に当接する鍔部２２とを有するステンレス鋼製の連結部材２０と、連結部材２０の筒状部２１内に挿入される銅製（黄銅製を含む）の配管部材３０と、を具備している。

この場合、上記コネクタ１０は、連通口１１が貫通されたブロック状本体１２の一方の連通口の開口端側の側面に、ヘッダーパイプ２ａの円弧状外面に当接する円弧状の当接部１３が設けられている。また、上記連結部材２０は、筒状部２１と、該筒状部２１の長手方向の一端に直交状に延在する外向き鍔部２２とが一体に形成されている。

上記ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの外面とコネクタ１０の当接部１３、コネクタ１０の外側面と連結部材２０の鍔部２２、及び、連結部材２０の鍔部２２と配管部材３０は、それぞれろう付けによって一体接合されている。

次に、上記ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ、コネクタ１０及び配管部材３０のろう付けについて、ヘッダーパイプ２ａに設けられた流入口７に接続する配管構造を代表して説明する。

上記ヘッダーパイプ２ａの外面とコネクタ１０の当接部１３は、ヘッダーパイプ２ａの外面に皮膜されたろう材４０によってろう付けされる。また、コネクタ１０の外側面と連結部材２０の鍔部２２は、コネクタ１０の外側面と連結部材２０の鍔部２２との間に介在されるリング状のろう材４１によってろう付けされる。なお、ろう材４１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。また、連結部材２０の鍔部２２と配管部材３０は、連結部材２０の鍔部２２と配管部材３０の間に介在される銀ろう材（図示せず）によってろう付けされる。

上記のように形成されるコネクタ１０と配管部材３０とを連結部材２０を介して連結するには、まず、コネクタ１０の当接部１３をヘッダーパイプ２ａの流入口７側に当接して連通口１１と流入口７とを連通する。次に、この状態で、コネクタ１０の連通口１１内に連結部材２０の筒状部２１を挿入し、コネクタ１０の外側面と連結部材２０の鍔部２２との間にリング状のろう材４１を介在して鍔部２２をコネクタ１０の外側面に当接して、ヘッダーパイプ２ａと連結部材２０とでコネクタ１０を挟持固定する。なお、この際、連結部材２０に予め配管部材３０を銀ろう材を介してろう付けしてもよい。

このようにして、熱交換器１のヘッダーパイプ２ａに、配管構造の構成部材であるコネクタ１０と連結部材２０と配管部材３０を組み付けた後、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、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、コネクタ１０と連結部材２０とをろう付けする。このろう付け時において、連結部材２０の筒状部２１はコネクタ１０の連通口１１内に挿入されているので、熱交換器１のろう付け時の温度がコネクタ１０を介してコネクタ１０と連結部材２０のろう付け部に効率良く伝達され、また、コネクタ１０からリング状のろう材４１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コネクタ１０と連結部材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、上記実施形態では、連結部材２０に予め配管部材３０を銀ろう材を介してろう付けした場合について説明したが、連結部材２０とコネクタ１０とヘッダーパイプ２ａとをろう付けした後に、銀ろう材を介して連結部材２０と配管部材３０とをろう付けしてもよい。

なお、上記実施形態では、連結部材２０は、筒状部２１と、該筒状部２１の長手方向の一端に直交状に延在する外向き鍔部２２とが一体に形成される場合について説明したが、図５に示すように、筒状部２１と、該筒状部２１の長手方向の一端に拡径された鍔部２２Ａとからなる連結部材２０Ａを用いてもよい。

上記のように構成される実施形態の配管構造によれば、ろう付けの際にヘッダーパイプ２ａ，２ｂの外面にコネクタ１０を当接した状態で、コネクタ１０の連通口１１内に連結部材２０，２０Ａの筒状部２１を挿入し、鍔部２２，２２Ａをコネクタ１０の外側面に当接することで、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂと連結部材２０，２０Ａとでコネクタ１０を挟持固定することができるので、ろう付けの際に配管構成部材を固定する特別な治具を不要とすることができる。また、熱交換器１から突出する部分を最小限の長さにすることができると共に、熱交換器本体側からの伝熱を高めてろう付け性の向上が図れる。

上記実施形態では、この発明に係る配管構造をアルミニウム製のパラレルフロー型熱交換器に適用した場合について説明したが、この発明に係る配管構造は、パラレルフロー型熱交換器以外のアルミニウム製の熱交換器にも適用できる。

１ 熱交換器
２ａ，２ｂ ヘッダーパイプ
７ 流入口
１０ アルミニウム製コネクタ
１１ 連通口
１３ 当接部
２０，２０Ａ ステンレス鋼製連結部材
２１ 筒状部
２２，２２Ａ 鍔部
３０ 銅製配管部材
４０ ろう材
４１ リング状ろう材

Claims (4)

1. アルミニウム製の熱交換器のヘッダーパイプに設けられた熱媒体の流入口及び又は流出口に設けられる熱交換器の配管構造であって、
   上記ヘッダーパイプの外面に当接されると共に、上記流入口又は流出口に連通する連通口を有するアルミニウム製のコネクタと、
   上記コネクタの連通口内に挿入される筒状部と、上記コネクタの外側面に当接する鍔部とを有するステンレス鋼製の連結部材と、
   上記連結部材の筒状部内に挿入される銅製の配管部材と、を具備し、
   上記ヘッダーパイプの外面と上記コネクタの当接部、上記コネクタの外側面と上記連結部材の鍔部、及び、上記連結部材の鍔部と上記配管部材を、それぞれろう付けによって一体接合してなる、ことを特徴とする熱交換器の配管構造。
2. 請求項１に記載の熱交換器の配管構造において、
   上記ヘッダーパイプの外面と上記コネクタの当接部は、上記ヘッダーパイプの外面に皮膜されたろう材によってろう付けされ、上記コネクタの外側面と上記連結部材の鍔部は、上記コネクタの外側面と上記連結部材の鍔部との間に介在されるろう材によってろう付けされ、上記連結部材の鍔部と上記配管部材は、銀ろう材によってろう付けされる、ことを特徴とする熱交換器の配管構造。
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器の配管構造において、
   上記連結部材は、上記筒状部と、該筒状部の長手方向の一端に延在する孔付き外向き鍔部とが一体に形成されている、ことを特徴とする熱交換器の配管構造。
4. 請求項１又は２に記載の熱交換器の配管構造において、
   上記連結部材は、上記筒状部と、該筒状部の長手方向の一端に拡径された鍔部とからなる、ことを特徴とする熱交換器の配管構造。

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