JP2017004695A - Induction heating coil and heating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エアコンなどの空調機に使用される熱交換器において、金属管を高周波ロウ付けするための誘導加熱コイル及び加熱方法に関する。 The present invention relates to an induction heating coil and a heating method for brazing a metal pipe at high frequency in a heat exchanger used in an air conditioner such as an air conditioner.
近年、地球環境保護の観点からCO2削減が強く求められる中、一般家庭のエネルギー消費量の約25%を占める空調機においても、省エネルギー化が大きな課題となっている。特にその中で、熱交換器は空調機の重要な構成要素の一つであり、高性能化の要求は非常に高い。 In recent years, CO 2 reduction is strongly demanded from the viewpoint of global environmental protection, and energy saving is a major issue even in air conditioners that account for about 25% of the energy consumption of ordinary households. In particular, the heat exchanger is one of the important components of the air conditioner, and the demand for high performance is very high.
一般に、空調機用熱交換器は、互いに平行状態に配置されたアルミニウム又は鉄等からなる多数枚のプレートフィンと、これらのプレートフィンを厚さ方向に貫通させ、その貫通孔に複数の伝熱管を備えたものが知られている。このような熱交換器を製造するためには、まず、プレートフィンと伝熱管とを所定配置に組み付けて熱交換器コア部を形成する。その後、熱交換器コア部の端部に突出した伝熱管の開口端部に、これらの伝熱管を連通するU字状及びその他の複数個の継手管を接合して、各伝熱管を巡る冷媒経路を形成する必要がある。 Generally, a heat exchanger for an air conditioner includes a large number of plate fins made of aluminum or iron and the like arranged in parallel to each other, and these plate fins are penetrated in the thickness direction, and a plurality of heat transfer tubes are passed through the through holes. The one with is known. In order to manufacture such a heat exchanger, first, plate fins and heat transfer tubes are assembled in a predetermined arrangement to form a heat exchanger core. Thereafter, a U-shaped and a plurality of other joint pipes communicating with the heat transfer tubes are joined to the opening end portions of the heat transfer tubes protruding from the end portions of the heat exchanger core, and the refrigerant circulating around each heat transfer tube It is necessary to form a route.
従来、前記のような金属管の接合方法として、火炎バーナーを用いたガスロウ付け法が用いられていた。このようなガスロウ付けの場合、火炎雰囲気での輻射熱によって金属管を加熱している。このため、加熱領域が広く、かつ数百度の温度分布を生じ、金属管の接合部を局所的かつ一定の温度制御が困難になる。よって、例えば、加熱し過ぎによる金属管の損傷、或いは、加熱不足によるロウ材の回り込み不足、等の不良が発生する。 Conventionally, a gas brazing method using a flame burner has been used as a method for joining metal pipes as described above. In the case of such gas brazing, the metal tube is heated by radiant heat in a flame atmosphere. For this reason, the heating region is wide and a temperature distribution of several hundred degrees is generated, and local and constant temperature control of the joint portion of the metal tube becomes difficult. Therefore, for example, defects such as damage to the metal tube due to excessive heating or insufficient wrapping of the brazing material due to insufficient heating occur.
この問題を解決するために、誘導加熱技術によって金属管の接合部を均等な温度に加熱してロウ付け品質を向上させる高周波ロウ付けの技術開発が行われている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to solve this problem, high-frequency brazing technology has been developed to improve the brazing quality by heating the joint portion of the metal tube to an equal temperature by induction heating technology (see, for example, Patent Document 1). ).
具体的なロウ付け工程を以下に示す。 A specific brazing process is shown below.
図7A〜図7Eはそれぞれ従来の誘導加熱による金属管の接合方法の各工程を示す説明図である。 7A to 7E are explanatory views showing respective steps of a conventional method for joining metal tubes by induction heating.
まず、図7Aに示すように、伝熱管302の開口端部に拡管部301を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a
次いで、図7Bに示すように、伝熱管302の開口端部に形成された拡管部301に、リング状のロウ材303と継手管304とを配置する。
Next, as shown in FIG. 7B, a ring-shaped
次いで、図7Cに示すように、銅管を同一方向に巻き付けた誘導加熱コイル305(ソレノイド型)を、ワーク保持空間305a内に伝熱管302と継手管304との接続部が位置するように近接配置する。
Next, as shown in FIG. 7C, an induction heating coil 305 (solenoid type) in which a copper pipe is wound in the same direction is placed close to the
次いで、図7DDに示すように、誘導加熱コイル305に電流を印加することによって、伝熱管302と継手管304とが加熱されて、リング状のロウ材303が溶融してフィレットが形成され、伝熱管302と継手管304との隙間にロウ材303が回り込む。
Next, as shown in FIG. 7DD, by applying an electric current to the
次いで、図7Eに示すように、電流の印加を停止して誘導加熱コイル305を除去することによって、ロウ材303が冷却されて、伝熱管302と継手管304とを接合することができる。
Next, as shown in FIG. 7E, by stopping the application of current and removing the
しかしながら、昨今の熱交換器に対する低コスト化の要請に伴い、金属管の使用部材は銅からアルミニウムへの変更が進んでいる。銅に比べてアルミニウムのロウ付けの場合、母材とロウ材との融点差が約1/5と非常に小さくなり、ロウ付け品質を確保するためには、母材とロウ材との融点差に収まる温度プロファイルを設定し、放射温度計などの非接触温度計を用いてロウ付け温度を感知して、設定した温度プロファイルに追従させる必要がある(温度フィードバック制御)。特許文献1のような同一方向に巻き付けたソレノイド型のコイルで温度フィードバック制御を行う場合、温度プロファイルに追従させるために出力電源への電流指令値が脈動することで、ロウ材に不均一な上下方向の電磁力が発生し、ロウ材が所定の位置から動いてしまい(ホッピング現象)、ロウ材が溶融不足となる。
However, with recent demands for cost reduction of heat exchangers, the members used for metal tubes are being changed from copper to aluminum. In the case of brazing aluminum compared to copper, the difference in melting point between the base material and the brazing material is as small as about 1/5. In order to ensure the brazing quality, the difference in melting point between the base material and the brazing material. It is necessary to set a temperature profile that falls within the range, sense the brazing temperature using a non-contact thermometer such as a radiation thermometer, and follow the set temperature profile (temperature feedback control). When temperature feedback control is performed with a solenoid type coil wound in the same direction as in
このホッピング現象の発生メカニズムについて、図8と図9とを参照しながら説明する。図8Bに示すように、温度フィードバック制御を行わず、交流電流のピーク値Cが常に一定値、かつ周期Dが常に一定の場合は、図8Aに示すように、誘導加熱コイルの周回部305a、305bはそれぞれ常に同一方向の磁束Aが発生し、ロウ材303には常に逆向きの等しい電磁力Bが発生して相殺される。このため、ロウ材303は、誘導加熱コイルに対して所定の位置に留まることが可能となる。これに対し、図9Bに示すように、温度フィードバック制御を行った場合、交流電流のピーク値Cが変化し、かつ周期Dが不定となる場合には、図9Aに示すように、誘導加熱コイルの周回部305a、305bに同一方向の磁束Aが発生すると、ロウ材303にかかる電磁力Bが時間的に変化して不均一になる。このため、上向きの力が大きくなったときにロウ材303が誘導加熱コイルに対して所定の位置から持ち上げられてしまう。
The generation mechanism of this hopping phenomenon will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8B, when the temperature feedback control is not performed and the peak value C of the alternating current is always a constant value and the period D is always constant, as shown in FIG. 8A, the circulating
温度フィードバック制御を行う際の誘導加熱コイルとして、図10A及び図10Bに示すように、銅管を平面視U状もしくはC状、側面視逆U状もしくは逆C状に曲げ加工された誘導加熱コイル405(馬蹄型コイル)を、その平面視U状もしくはC状のワーク保持空間の加熱対象部405a内に伝熱管402と継手管404との接続部が位置するように近接配置することで、不均一な電磁力の発生を防ぐことができる。コイルの構造は、1往復曲成したのみの1ターンを図示しているが、2往復、あるいは3往復以上にわたって曲成した複数ターンであっても良い(例えば、特許文献2参照。)。この場合、図10Dに示すように、温度フィードバック制御を行った場合、交流電流のピーク値Cが変化し、かつ周期Dが不定となるが、図10Cに示すように、誘導加熱コイル405の加熱対象部405aを中心にして両側に互いに逆向きの等しい磁束Aが発生し、ロウ材403には常に逆向きの等しい電磁力Bが発生して相殺されるため、ロウ材403は所定の位置に留まり、ホッピング現象を防ぐことができる。
As an induction heating coil when performing temperature feedback control, as shown in FIGS. 10A and 10B, an induction heating coil in which a copper tube is bent into a U shape or C shape in a plan view or an inverted U shape or an inverted C shape in a side view. 405 (horse-shoe coil) is placed in close proximity so that the connection portion between the
しかしながら、前記従来の馬蹄型コイル構造では、U状もしくはC状に曲げ加工されているため、完全に巻き付けたソレノイド型のコイル構造と比べて、発生する磁束密度が小さくなる。磁束密度を上げるために2ターン以上にした場合でも、金属管に対して水平方向で互いに逆向きに電流が流れる渡し部分が上下で存在するため、それぞれの渡し部分で発生する磁束が相殺されて、加熱効率が悪くなる。さらに磁束の分布も不均一になり、母材とロウ材の融点差が非常に小さいアルミニウムのロウ付けの場合、均一加熱によるロウ付けの品質確保が難しくなる。 However, since the conventional horseshoe coil structure is bent into a U shape or a C shape, the generated magnetic flux density is smaller than that of a completely wound solenoid type coil structure. Even when two or more turns are used to increase the magnetic flux density, there are upper and lower transfer portions where current flows in opposite directions in the horizontal direction with respect to the metal tube, so that the magnetic flux generated at each transfer portion is offset. , Heating efficiency deteriorates. Further, the distribution of magnetic flux becomes non-uniform, and in the case of aluminum brazing where the difference in melting point between the base material and the brazing material is very small, it is difficult to ensure the quality of brazing by uniform heating.
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、アルミニウムのロウ付けのように母材とロウ材との融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能な誘導加熱コイル及び加熱方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and the melting point difference between the base material and the brazing material is very small like brazing of aluminum, and even when temperature feedback control is performed, heating efficiency and uniform heating are achieved. It is an object to provide an induction heating coil and a heating method capable of satisfying both of the above.
前記の目的を達成するために、本発明の1つの態様にかかる誘導加熱コイルによれば、電磁誘導により高周波を発生させ、加熱対象部に、外径寸法の大きい第1金属管の端部と前記第1金属管よりも外径寸法の小さい第2金属管の端部との接続部分にロウ材を配置して、高周波加熱してロウ付けを行う誘導加熱コイルにおいて、
前記第1及び第2金属管のそれぞれの両側に、互いに逆方向に2巻き以上の周回部を形成し、かつ、それぞれの周回部をつなぐ渡し部が、前記第1金属管よりも第2金属管側に配置可能である。
In order to achieve the above object, according to the induction heating coil according to one aspect of the present invention, a high frequency is generated by electromagnetic induction, and the end of the first metal tube having a large outer diameter is formed on the heating target portion. In the induction heating coil that brazes by placing a brazing material at the connection portion with the end of the second metal tube having a smaller outer diameter than the first metal tube, and heating at high frequency,
On both sides of each of the first and second metal tubes, two or more turns are formed in opposite directions, and a connecting portion that connects the turns is a second metal rather than the first metal tube. Can be placed on the tube side.
また、前記の目的を達成するために、本発明の別の態様にかかる加熱方法によれば、電磁誘導により高周波を発生させ、加熱対象部に、外径寸法の大きい第1金属管の端部と前記第1金属管よりも外径寸法の小さい第2金属管の端部との接続部分にロウ材を配置して、高周波加熱してロウ付けを行う誘導加熱コイルを使用して行う加熱方法において、
前記第1及び第2金属管のそれぞれの両側に、前記誘導加熱コイルの互いに逆方向に2巻き以上の周回部が配置され、それぞれの周回部をつなぐ渡し部が、前記第1金属管よりも第2金属管側に配置され、
その後、前記誘導加熱コイルに電流が供給されて、前記第1金属管の端部と前記第2金属管の端部との前記接続部分を高周波加熱して前記ロウ材でロウ付けを行う。
Moreover, in order to achieve the said objective, according to the heating method concerning another aspect of this invention, a high frequency is generated by electromagnetic induction and the edge part of the 1st metal tube with a large outer diameter dimension is made into a heating object part. And a heating method using an induction heating coil in which brazing material is disposed at a connection portion between the first metal tube and the end of the second metal tube having a smaller outer diameter than the first metal tube, and brazing by high frequency heating In
Two or more turns of the induction heating coil are arranged in opposite directions on both sides of the first and second metal tubes, and a connecting portion connecting the respective turns is more than the first metal tube. Arranged on the second metal tube side,
Thereafter, an electric current is supplied to the induction heating coil, and the connecting portion between the end of the first metal tube and the end of the second metal tube is heated at a high frequency to braze with the brazing material.
以上のように、本発明の前記態様にかかる誘導加熱コイル及び加熱方法は、アルミニウムのロウ付けのように母材とロウ材との融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能となり、短タクトでロウ付け品質の確保が可能な小型コイルを提供することができるという大きな効果を奏する。 As described above, the induction heating coil and the heating method according to the above aspect of the present invention have a very small melting point difference between the base material and the brazing material, such as brazing of aluminum, and even when temperature feedback control is performed. It is possible to achieve both efficiency and uniform heating, and it is possible to provide a small coil capable of ensuring brazing quality with a short tact time.
以下、本発明実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素については、同じ符号を付しており説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same element, the same code | symbol is attached | subjected and description may be abbreviate | omitted.
(第1実施形態)
図1Aは、本発明の第1実施形態にかかる加熱方法で使用する誘導加熱装置、すなわち、2本の金属管102,104をロウ付けするための誘導加熱コイル100の構成を示す図である。また、図1Bは誘導加熱コイル100を側面から見た構成図である。図1Cは誘導加熱コイル100を上から見た構成図である。図1Dは誘導加熱コイル100を正面から見た構成図である。図2A〜図2Eは、本発明の第1実施形態にかかる2本の金属管102,104の接合方法の各工程を示す説明図である。
(First embodiment)
FIG. 1A is a diagram showing a configuration of an induction heating apparatus used in the heating method according to the first embodiment of the present invention, that is, an
誘導加熱コイル100は、加熱対象部(加熱対象空間又は加熱対象領域)100aに加熱対象物90のロウ付け部90aを配置して、電磁誘導により高周波を発生させて、高周波加熱しロウ付けを行うものである。
The
この加熱コイル100は、加熱対象物90の両側に配置可能でかつ同じ開口面積で互いに逆方向に2巻き以上形成された周回部105a、105bと、それぞれの周回部105a、105bを電気的に導通させるようにつなぐ渡し部106とで構成されている。誘導加熱コイル100は、例えば銅管で形成され、銅管の内部には冷却水107が流れている。
The
加熱対象物90の一例としては、外径寸法の大きい第1金属管の一例としての伝熱管102の端部と、第1金属管よりも外径寸法の小さい第2金属管の一例としての継手管104の端部と、伝熱管102の端部に配置されたリング状のロウ材103とで構成されている。伝熱管102の端部である開口端部には、拡管部101を形成している。接合時には、この拡管部101に、ロウ付け部90aとして、リング状のロウ材103と継手管104の接続側の端部とを配置する。
As an example of the
よって、第1実施形態の誘導加熱コイル100の加熱対象部100aに、2本の金属管102,104とロウ材103との加熱対象物90のロウ付け部90aを配置して接合するときは、以下のような配置とする。すなわち、図1Aに示すように、加熱コイル100の加熱対象部100aに、開口端部に拡管部101を形成した伝熱管102と、その拡管部101にリング状のロウ材103と継手管104とを配置する。このとき、リング状のロウ材103が配置された加熱対象部100aを中心にして、加熱コイル100の周回部105a、105bが加熱対象部100aの両側に配置され、かつ、それぞれの周回部105a、105bをつなぐ渡し部106が、伝熱管102よりも外径の小さい継手管104側に配置可能に構成している。このような配置状態で、加熱コイル100に電流を流せば、電磁誘導により加熱コイル100に高周波を発生させさせることができて、伝熱管102と継手管104とをリング状のロウ材103を介して、高周波ロウ付けを行うことができる。
Therefore, when arranging and joining the
このような誘導加熱コイル100用いた加熱対象物90の例としての金属管102,104の接合は、具体的には、以下のような図2A〜図2Eの工程により行われる。
Specifically, the joining of the
始めに、図2Aに示すように、伝熱管102の開口端部に、拡管部101を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a
次いで、図2Bに示すように、伝熱管102の開口端部に形成された拡管部101に、リング状のロウ材103と継手管104とを配置する。
Next, as shown in FIG. 2B, a ring-shaped
次いで、図2Cに示すように、伝熱管102と継手管104とをリング状のロウ材103を介して、誘導加熱コイル100による高周波ロウ付けを行う準備を行う。すなわち、伝熱管102と継手管104との間のリング状のロウ材103が配置されたロウ付け部90aを中心にして、誘導加熱コイル100の同じ開口面積で互いに逆方向に2巻きの周回部105a、105bを配置し、かつ、それぞれの周回部105a、105bをつなぐ渡し部106が、伝熱管102よりも外径の小さい継手管104側に配置可能(近接配置可能)としている。このため、渡し部106の間隔は、継手管104よりも少し大きい程度の寸法としている。渡し部106の間隔は、継手管104が挿入されればよいため、伝熱管102の直径より小さくしてもよい。
Next, as shown in FIG. 2C, preparation is performed for high-frequency brazing using the
次いで、図2Dに示すように、このような配置状態で誘導加熱コイル100に電流を印加することによって、伝熱管102と継手管104とが加熱されて、リング状のロウ材103が溶融してフィレットが形成され、拡管部101から伝熱管102と継手管104との隙間にロウ材103が回り込む。このとき、非接触放射温度計を用いて、温度測定スポット108が所定の温度プロファイルに追従するように、PID制御による温度フィードバック制御を行う。
Next, as shown in FIG. 2D, by applying an electric current to the
次いで、図2Eに示すように、電流の印加を停止して誘導加熱コイル100を加熱対象物90から除去することによって、ロウ材103が冷却されて、伝熱管102と継手管104とを接合することができる。
Next, as shown in FIG. 2E, by stopping the application of current and removing the
このとき、伝熱管102は、一例として、直径Φ8mm、肉厚0.8mmのアルミニウム管(融点660℃)である。継手管104は、一例として、直径Φ7mm、肉厚0.8mmのアルミニウム管である。リング状のロウ材103は、一例として、直径Φ1mmのアルミニウムロウ(融点580℃)である。誘導加熱コイル100は、直径Φ3mmの銅パイプで形成されており、周回部105a、105bそれぞれの直径は20mmである。
At this time, the
この場合、図3Bに示すように、温度フィードバック制御を行った場合、交流電流のピーク値Cが変化し、かつ周期Dが不定となる。しかしながら、図3Aに示すように、誘導加熱コイル100の周回部105a、105bにそれぞれ常に逆方向の磁束Aが発生し、ロウ材103には常に逆向きの等しい電磁力Bが発生して相殺される。このため、ホッピング現象が抑制されて、ロウ材103は、誘導加熱コイル100に対して所定の位置(加熱対象部100a)に留まることが可能となる。
In this case, as shown in FIG. 3B, when temperature feedback control is performed, the peak value C of the alternating current changes and the period D becomes indefinite. However, as shown in FIG. 3A, the magnetic flux A in the reverse direction is always generated in each of the circulating
このとき、一例として、誘導加熱コイル100に電流を供給する誘導加熱電源80(図1C参照)の出力は5kW、周波数は300kHzであるとする。ここでは、パワー印加後、7秒でロウ付け部90aが600℃に加熱されるように非接触温度計の温度測定スポット108での温度プロファイルを設定し、PID制御による温度フィードバック制御を行って、リング状のロウ材を溶融、浸透させて高周波ロウ付けが行われる。
At this time, as an example, it is assumed that the output of the induction heating power supply 80 (see FIG. 1C) that supplies current to the
前記のような誘導加熱コイル100により、ホッピング現象を抑制することが可能となるが、金属管102,104の材料にアルミニウムを使用した場合は、ロウ付け時に制御すべき温度範囲が、他の金属材料を用いたときに比べて非常に狭くなるため、金属管102,104の破断なくロウ付けを行うには、ロウ付け部90aを非常に狭い温度範囲(約80℃)で制御することが求められる。このため、金属管102,104の構造を考慮して、誘導加熱コイル100の形状及び配置を工夫する必要がある。そこで、誘導加熱コイル100が満たすべき形状及び配置の条件を、シミュレーションを用いて導出する。以下では、コイル構造のパラメータについて説明したのち、シミュレーションによってホッピング現象が発生せずにロウ付けを実現する誘導加熱コイル100の形状及び配置の条件を説明する。
Although the hopping phenomenon can be suppressed by the
まず、誘導加熱コイルのパラメータについて、図4A、図4Bを用いて説明する。図4Aにおいて、誘導加熱コイル100の周回部105a、105bの金属管長手方向の外径をX、リング状のロウ材103の伝熱管102側の端面と誘導加熱コイル100の周回部105a、105bの中心軸との距離をZと定義する。また、図4Bにおいて、誘導加熱コイル100の周回部105a、105bの渡し部106の傾き角度をθと定義する。
First, parameters of the induction heating coil will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. 4A, the outer diameters of the
これらのパラメータがホッピング現象及び加熱特性に及ぼす影響を、シミュレーションにより評価した。シミュレーションツールとして、JMAG−Designer Ver13.1.02g(JSOL株式会社)の電磁場・熱連成解析機能を使用した。解析モデルは、図1Aに示す誘導加熱コイルと同等のものを作成し、金属管及びリング状のロウ材については形状を固定した。また、誘導加熱コイルについて、ホッピング現象の抑制に効果を持たないパラメータは、値を固定して解析を行った。 The effects of these parameters on the hopping phenomenon and heating characteristics were evaluated by simulation. As a simulation tool, the electromagnetic field / thermal coupled analysis function of JMAG-Designer Ver 13.1.02 g (JSOL Corporation) was used. An analysis model equivalent to the induction heating coil shown in FIG. 1A was created, and the shape of the metal tube and the ring-shaped brazing material was fixed. In addition, for the induction heating coil, parameters having no effect on suppressing the hopping phenomenon were analyzed with fixed values.
ここでは、一例として、継手管104の長さを63mm、直径Φ7mm、肉厚1mmとし、伝熱管102の長さを56mm、直径Φ7mm、肉厚1mmとした。また、一例として、拡管部101は、直径Φ12mmと拡管し、リング状のロウ材103はワイヤ径Φ1.6mm、リング内径Φ6.9mmとしている。これらの加熱対象物90に対する加熱対象領域は、伝熱管102と継手管104の接合部(ロウ付け部90a)の前後15mmの範囲と設定した。
Here, as an example, the length of the
また、誘導加熱コイルのパラメータについては、以下のように固定した。誘導加熱コイルと金属管との距離は2.85mm、誘導加熱コイルの周回部の外径は20mm、ピッチは0.5mm、ターン数は2とした。 The induction heating coil parameters were fixed as follows. The distance between the induction heating coil and the metal tube was 2.85 mm, the outer diameter of the circumference of the induction heating coil was 20 mm, the pitch was 0.5 mm, and the number of turns was 2.
解析では、ホッピング現象を抑制し、ロウ付けができる条件を求めるため、誘導加熱コイルのロウ材への相対位置のパラメータを振った。なお、実験で実施したロウ付けでは、金属管のロウ付け部の最低温度がロウ材の融点600℃に到達した時間が2.5秒未満の場合、加熱対象部の昇温速度が速すぎるために金属管の破断が発生し、3.5秒より時間がかかると、逆に昇温速度が遅すぎてロウ材の未溶融又は浸透不足が発生した。このため、本解析においては、到達時間2.5秒以上3.5秒以下を満たし、図4Aのロウ材と誘導加熱コイルの周回部の中心軸との距離Zが0mmの位置にあるときの電磁力を1として、相対位置を変化させたときにロウ材が受ける電磁力との比率が1以下となったときのパラメータの範囲が、今回導出する条件とした。 In the analysis, the parameter of the relative position of the induction heating coil to the brazing material was varied to suppress the hopping phenomenon and obtain conditions for brazing. In the brazing performed in the experiment, when the time when the minimum temperature of the brazing part of the metal tube reaches the melting point 600 ° C. of the brazing material is less than 2.5 seconds, the heating rate of the heating target part is too high. When the metal tube broke and took more than 3.5 seconds, the rate of temperature increase was too slow and the brazing material was not melted or insufficiently penetrated. For this reason, in this analysis, when the arrival time is 2.5 seconds or more and 3.5 seconds or less and the distance Z between the brazing material in FIG. 4A and the central axis of the circulating portion of the induction heating coil is 0 mm, Assuming that the electromagnetic force is 1, the parameter range when the ratio of the electromagnetic force received by the brazing material when the relative position is changed to 1 or less is the condition derived this time.
図5Aは、誘導加熱コイル100の周回部105a,105bの渡し部106の傾き角度θのパラメータを振り、それぞれの値を同一グラフにプロットしている。ロウ付け部90aの最低温度がロウ材103の融点600℃へ到達する時間が2.5秒以上3.5秒以下になるのは、傾き角度θが−30°以上+25°以下であれば、ホッピング現象を抑制し、ロウ付け可能となる。なお、このとき、ロウ材103が受ける電磁力との比率は、常に1以下であった。
FIG. 5A plots the parameter of the inclination angle θ of the
さらに、図5Bは、誘導加熱コイル100の周回部105a,105bの金属管長手方向の外径をX、リング状のロウ材103と誘導加熱コイル100の周回部105a,105bの中心軸との距離をZとしたときの比率Z/Xのパラメータを振り、それぞれの値を同一グラフにプロットしている。ロウ材103が受ける電磁力との比率が1以下となるのは、比率Z/Xが5%以下であればホッピング現象を抑制し、ロウ付け可能となる。比率Z/Xが5%以下とは、言い換えれば、加熱対象部100aに配置したロウ材103と、周回部105a,105bの中心軸との距離Zが、周回部105a,105bの外径Xに対して±5%以内であることを意味する。なおこのとき、ロウ付け部90aの最低温度がロウ材103の融点600℃へ到達する時間は、常に2.5秒以上3.5秒以下であった。
Further, FIG. 5B shows that the outer diameter in the metal tube longitudinal direction of the surrounding
また、図4Cにおいて、誘導加熱コイルの周回部105a、105bをつなぐ渡し部106と継手管104との距離は常に一定、すなわち、渡し部106のいずれの位置でも継手管104との最短距離は一定であり、これによって継手管104を均等に加熱することができる。このとき、渡し部106は、半円もしくは半楕円の形状となる。一般に、楕円の長軸の長さをA、短軸の長さをBとすると、楕円の長さLDは、
In FIG. 4C, the distance between the connecting
α=6.35mm、θ=0°のとき、LW≒19.9mm
α=6.35mm、θ=−30°のとき、LW≒21.5mm
となる。
When α = 6.35 mm and θ = 0 °, LW≈19.9 mm
When α = 6.35 mm and θ = −30 °, LW≈21.5 mm
It becomes.
かかる構成によれば、ロウ付け部90aのリング状のロウ材103へ発生する軸方向の電磁力を打ち消すように誘導加熱コイル100が作用し、ホッピング現象が発生することがなくなり、ロウ材103の未溶融、充填不足、及び、浸透不足といった品質不具合を防止する効果が得られる。従って、アルミニウムのロウ付けのように母材とロウ材103との融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能となり、短タクトでロウ付け品質の確保が可能な小型コイルを提供することができる。
According to such a configuration, the
(第2実施形態)
図6Aは、本発明の第2実施形態にかかる金属管202,204をロウ付けするための誘導加熱コイル100Bの構成図である。図6Bは誘導加熱コイル100Bの側面から見た構成図である。図6Cは誘導加熱コイル100Bの裏面から見た構成図である。図6Dは誘導加熱コイル100Bの上から見た構成図である。誘導加熱コイル100Bは、一例として銅管で形成され、銅管の内部には冷却水207が流れている。
(Second Embodiment)
FIG. 6A is a configuration diagram of an
誘導加熱コイル100Bが、第1実施形態と大きく異なるのは、渡し部206が、加熱対象部100Baに配置した第1及び第2金属管202,204の端部とロウ材203とに対して、2巻き以上で並列接続されていることである。具体的には、渡し部206は、それぞれの周回部205a、205bとつながるところで第1分岐部206aと第2分岐部206bとに分岐しており、加熱対象部100Baに配置した金属管端部とロウ材203に対して、2巻きで並列接続されている。ここでは、2巻きの並列接続を図示しているが、3巻き以上にわたって並列接続した複数ターンであっても良い。
The
この加熱コイル100Bは、加熱対象物90の両側に配置可能でかつ同じ開口面積で互いに逆方向に2巻き以上形成された周回部205a、205bと、それぞれの周回部205a、205bを電気的に導通させるようにつなぎかつ第1分岐部206aと第2分岐部206bとに分岐した渡し部206とで構成されている。
The
よって、第2実施形態の誘導加熱コイル100Bの加熱対象部100Baに、2本の金属管202,204とロウ材203との加熱対象物90のロウ付け部90aを配置して接合するときは、以下のような配置とする。すなわち、図6Aに示すように、加熱コイル100Bの加熱対象部100Baに、開口端部に拡管部201を形成した伝熱管202と、その拡管部201にリング状のロウ材203と継手管204とを配置する。このとき、リング状のロウ材203が配置された加熱対象部100Baを中心にして、加熱コイル100Bの周回部205a、205bが加熱対象部100Baの両側に配置され、かつ、それぞれの周回部205a、205bをつなぐ渡し部206が、伝熱管202よりも外径の小さい継手管204側に配置している。このような配置状態で、加熱コイル100Bに電流を流せば、電磁誘導により加熱コイル100Bに高周波を発生させさせることができて、伝熱管202と継手管204とをリング状のロウ材203を介して、高周波ロウ付けを行うことができる。
Therefore, when the
このような誘導加熱コイル100Bを用いた加熱対象物90の例としての金属管202,204の接合は、加熱対象部100に外径寸法の異なる金属管202,204の端部とロウ材203をそれぞれ配置して、高周波加熱しロウ付けを行うための誘導加熱コイル100Bを用いて、第1実施形態と同様にして行われる。
The joining of the
このとき、それぞれの渡し部206に流れる電流が第1分岐部206aと第2分岐部206bとに分岐して、発生する磁界が分散するので、継手管204に対する加熱も分散して、温度分布を調整することが可能となる。
At this time, since the current flowing through each
かかる構成によれば、ロウ付け部90aのリング状のロウ材203へ発生する軸方向の電磁力を打ち消すように誘導加熱コイル100Bが作用し、ホッピング現象が発生することがなくなる。よって、金属管材料としてアルミニウムを使用し、アルミニウムのロウ付けのように母材とロウ材203の融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御による加熱を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能となり、ロウ材203の未溶融、充填不足、及び、浸透不足といった品質不具合を防止する効果が得られる。
According to such a configuration, the
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。 In addition, it can be made to show the effect which each has by combining arbitrary embodiment or modification of the said various embodiment or modification suitably. In addition, combinations of the embodiments, combinations of the examples, or combinations of the embodiments and examples are possible, and combinations of features in different embodiments or examples are also possible.
本発明の誘導加熱コイル及び加熱方法は、アルミニウムロウ付けのように母材とロウ材との融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能となり、エアコンなどの空調機に使用される熱交換器のロウ付け、あるいは焼き入れ等のように金属管の加熱用途にも適用が可能となる。 The induction heating coil and heating method of the present invention have a very small melting point difference between the base material and the brazing material as in the case of aluminum brazing, and it is possible to achieve both heating efficiency and uniform heating even when performing temperature feedback control. It can also be applied to metal tube heating applications such as brazing or quenching of heat exchangers used in air conditioners such as air conditioners.
80 誘導加熱電源
90 加熱対象物
90a ロウ付け部
100 誘導加熱コイルは
100a 加熱対象部
101,201 拡管部
102,202 伝熱管
103,203 ロウ材
104,204 継手管
105a、105b,205a、205b 周回部
106,206 渡し部
206a 第1分岐部
206b 第2分岐部
107,207 冷却水
108 温度測定スポット
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1及び第2金属管のそれぞれの両側に、互いに逆方向に2巻き以上の周回部を形成し、かつ、それぞれの周回部をつなぐ渡し部が、前記第1金属管よりも第2金属管側に配置可能な、誘導加熱コイル。 A high frequency is generated by electromagnetic induction, and a heating target portion is connected to a connection portion between an end portion of the first metal tube having a large outer diameter and an end portion of the second metal tube having a smaller outer diameter than the first metal tube. In an induction heating coil in which brazing material is arranged and brazed by high frequency heating,
On both sides of each of the first and second metal tubes, two or more turns are formed in opposite directions, and a connecting portion that connects the turns is a second metal rather than the first metal tube. An induction heating coil that can be placed on the tube side.
前記第1及び第2金属管のそれぞれの両側に、前記誘導加熱コイルの互いに逆方向に2巻き以上の周回部が配置され、それぞれの周回部をつなぐ渡し部が、前記第1金属管よりも第2金属管側に配置され、
その後、前記誘導加熱コイルに電流が供給されて、前記第1金属管の端部と前記第2金属管の端部との前記接続部分を高周波加熱して前記ロウ材でロウ付けを行う、加熱方法。 A high frequency is generated by electromagnetic induction, and a heating target portion is connected to a connection portion between an end portion of the first metal tube having a large outer diameter and an end portion of the second metal tube having a smaller outer diameter than the first metal tube. In a heating method in which a brazing material is placed and an induction heating coil that brazes by high-frequency heating is used,
Two or more turns of the induction heating coil are arranged in opposite directions on both sides of the first and second metal tubes, and a connecting portion connecting the respective turns is more than the first metal tube. Arranged on the second metal tube side,
Thereafter, an electric current is supplied to the induction heating coil, and the connection portion between the end of the first metal tube and the end of the second metal tube is heated at a high frequency to braze with the brazing material. Method.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102502606B1 (en) * | 2021-11-05 | 2023-02-23 | 천복기계(주) | Brazing Device Using Induction Heating Coil |
KR102698303B1 (en) * | 2022-12-13 | 2024-08-26 | 천복기계(주) | Brazing Device Using Induction Heating Coil |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10912156B2 (en) * | 2017-05-26 | 2021-02-02 | Illinois Tool Works Inc. | Induction heating methods and apparatus |
CN107538095B (en) * | 2017-08-28 | 2020-10-23 | 中国电器科学研究院股份有限公司 | Induction brazing equipment and copper pipe rapid induction brazing process method |
JP7238637B2 (en) * | 2019-06-27 | 2023-03-14 | 株式会社デンソーエアクール | induction heating device |
CN112025018B (en) * | 2020-08-28 | 2022-04-08 | 郑州郑飞机电技术有限责任公司 | Capillary tube joint brazing method |
CN113597037B (en) * | 2021-07-30 | 2023-05-23 | 重庆长安新能源汽车科技有限公司 | High homogeneity heating device of motor hot jacket |
CN117020380B (en) * | 2023-10-08 | 2023-12-29 | 湖北欧鑫科技有限公司 | Rail guard welding equipment for highway construction |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06297137A (en) * | 1993-04-13 | 1994-10-25 | Tomishiyou:Kk | High frequency induction coil for brazing and brazing method by using this coil |
JP2014229395A (en) * | 2013-05-20 | 2014-12-08 | パナソニック株式会社 | Induction heating apparatus |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011025249A (en) * | 2009-07-21 | 2011-02-10 | Seidensha Electronics Co Ltd | Method and apparatus for high-frequency induction heating brazing |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06297137A (en) * | 1993-04-13 | 1994-10-25 | Tomishiyou:Kk | High frequency induction coil for brazing and brazing method by using this coil |
JP2014229395A (en) * | 2013-05-20 | 2014-12-08 | パナソニック株式会社 | Induction heating apparatus |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102502606B1 (en) * | 2021-11-05 | 2023-02-23 | 천복기계(주) | Brazing Device Using Induction Heating Coil |
WO2023080446A1 (en) * | 2021-11-05 | 2023-05-11 | 천복기계(주) | Brazing device using induction heating coil |
KR102698303B1 (en) * | 2022-12-13 | 2024-08-26 | 천복기계(주) | Brazing Device Using Induction Heating Coil |
Also Published As
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