JP2018017430A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平管に対し多孔質体からなるフィンを隙間なく接触した状態でろう付けする。
【解決手段】隣り合う扁平管２０の間にスペーサ５１を設置するスペーサ設置工程と、扁平管２０の間にフィン３０を挿入するフィン挿入工程と、スペーサ設置工程およびフィン挿入工程を行った後に、最も外側（上側と下側）に配設された２本の扁平管を、これら扁平管の間の内側方向に向けて加圧することにより、全ての扁平管２０をスペーサ５１に当接させるとともにフィン３０を上下の扁平管２０に接触させた状態とする加圧工程と、加圧工程を行った後に、フィン３０を扁平管２０にろう付けするろう付け工程とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば空調機用の熱交換器や自動車用ラジエータ等の熱交換器に係り、特に、複数の扁平管の間に多孔質体からなるフィンを設けた構造を備えた熱交換器の製造方法に関する。

三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造を有する多孔質体は、連結する気孔にガスあるいは液体等の流体を通過させるとともに、これらの流体を濾過処理するフィルター（特許文献１、２等）や、これらの流体を骨格表面に担持した触媒により改質する触媒用担体等（特許文献２等）に用いられている。また最近では、表面積の大きさを利用し熱交換器の伝熱用のフィンとしての利用も進められている（特許文献３）。

特開平０５−３３９６０５号公報 特開平０８−０２０８３１号公報 特開２００５−３２６１３６号公報

上記特許文献３には、複数の扁平管の間に多孔質体からなるフィンを設け、各扁平管の端部をヘッダで連通した構造の熱交換器が記載されている。このような熱交換器では、熱交換性能を十分に確保するために、扁平管とフィンはろう付けによって金属学的により多くの面積で接合されることが望ましい。また、製造を簡略化するためには、ヘッダも一括でろう付けすることが求められる。しかしながら、フィンの寸法や扁平管の隙間のばらつきにより扁平管とフィンの間に隙間が生じてしまい、これに起因して熱伝導率の低下を招く問題があった。

以上のことから、本発明は、扁平管に対し多孔質体からなるフィンを隙間なく接触した状態でろう付けすることができ、結果として高い熱伝導率により熱交換の効率向上が図られる熱交換器の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の熱交換器の製造方法は、空気と熱交換される媒体が内部に流される複数の扁平管が積層状態に配設され、前記扁平管の間に多孔質体からなる伝熱用のフィンが装着された熱交換器の製造方法であって、隣り合う前記扁平管の間にスペーサを設置するスペーサ設置工程と、前記扁平管の間に前記フィンを挿入するフィン挿入工程と、前記スペーサ設置工程および前記フィン挿入工程を行った後に、最も外側に配設された２本の前記扁平管を、これら扁平管の間の内側方向に向けて加圧することにより、全ての扁平管を前記スペーサに当接させるとともに前記フィンを両側の扁平管に接触させた状態とする加圧工程と、前記加圧工程を行った後に、前記フィンを前記扁平管にろう付けするろう付け工程と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、加圧工程において、最も外側に配設された２本の扁平管を内側方向に向けて加圧することにより、スペーサを介して全ての扁平管に加圧力が行き渡り、フィンが均等な圧力で両側の扁平管に加圧状態で接触し、かつ、扁平管の間の間隔をスペーサの厚さに応じた一定間隔にすることができる。そしてこの状態を保持してフィンを扁平管にろう付けすることにより、扁平管の間隔が均一で、かつ、扁平管に対しフィンが隙間なく接触した状態でろう付けすることができる。その結果、高い熱伝導率が得られ、熱交換の効率向上が図られるとともに、品質の良好な熱交換器を得ることができる。

本発明は、前記スペーサの厚さが前記フィンの厚さよりも小さい形態を含む。ここで言う厚さは、扁平管の間の間隔方向の寸法である。この形態では上記加圧により扁平管が挟むスペーサにそれら扁平管が当接するまでフィンが適度に圧縮されるため、フィンを扁平管に確実に密着させることができ、高い熱伝導率が得られる。

本発明では、前記スペーサが、矩形の板状またはブロック状、あるいはコルゲートフィン形状である形態を含む。

本発明によれば、扁平管に対し多孔質体からなるフィンを隙間なく接触した状態でろう付けすることができ、結果として高い熱伝導率により熱交換の効率向上が図られる熱交換器を製造することができるといった効果が奏される。

本発明の一実施形態に係る熱交換器の正面図である。 同熱交換器の一部側断面図である。 一実施形態の製造方法のスペーサ設置工程およびフィン挿入工程を経た状態を示す正面図である。 一実施形態の加圧工程を示す正面図である。 加圧工程によって扁平管にフィンおよびスペーサが接触した状態を示す正面図である。 他の実施形態のスペーサを使用した場合の正面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］熱交換器の構造
図１は一実施形態に係る製造方法で製造された熱交換器１を示している。この熱交換器１は、図中左右一対のヘッダ１０と、これらヘッダ１０間に互いに平行に配設された複数の扁平管２０と、これら扁平管２０の間に装着された伝熱用のフィン３０とを備えた構成である。

ヘッダ１０は中空パイプ状であって、一方のヘッダ１０内に冷媒が導入され、その冷媒は各扁平管２０内を流れて他方のヘッダ１０内に導出される。扁平管２０は、図２に示すように長手方向に貫通する複数の冷媒通路２１が内部に形成されており、各ヘッダ１０内にそれら冷媒通路２１が連通する状態に、扁平管２０の端部がヘッダ１０にろう付けによって固着されている。

熱交換器１は例えば自動車用ラジエータに適用されるものであり、各扁平管２０の間の空気流通路４０に、空気が正面側から裏面側（図１で図面表側から裏側）に流れる状態に設置される。扁平管２０は、図１に示すように空気流通路４０を空けて等間隔に上下に積層した状態に配設されており、空気流通路４０にフィン３０が充填状態で装着されている。フィン３０は、上下の扁平管２０にろう付けによって固着されている。

フィン３０はアルミニウム系多孔質体であって、三次元状に連結するアルミニウムからなる骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成された三次元網目状構造を有している。このような多孔質体は、例えば、発泡樹脂の骨格表面に、電気メッキやスプレー塗着等の方法で金属層を形成した後、加熱して樹脂を分解除去するといった周知の方法で得ることができる。このような三次元網目状構造を有するアルミニウム系多孔質体は、流体との接触面積が大きいことから、熱交換器の伝熱部材あるいは吸熱部材として極めて有効なものである。

この熱交換器１によれば、冷媒導入側のヘッダ１０から各扁平管２０を流れて導出側のヘッダ１０に流れ込む冷媒の温度が、扁平管２０を流れる際にフィン３０に伝わり、さらにフィン３０を通過する空気に伝わって冷媒と空気の熱交換がなされ、冷媒が冷却されるといった作用をなす。

［２］熱交換器の製造方法
熱交換器１は、ヘッダ１０への扁平管２０のろう付けと、扁平管２０へのフィン３０のろう付けとを同時に行って製造する。このろう付け作業を行うにあたっては、予めそれらの相互の接合面にろう材を塗布した状態で、図３に示すように、仮固定した左右のヘッダ１０間に設置した各扁平管２０間の空気流通路４０の両端部に、スペーサ５１を設置する（スペーサ設置工程）。また、スペーサ５１の間にフィン３０を挿入する（フィン挿入工程）。

スペーサ５１は、例えばアルミニウム等の剛性を有する金属からなる矩形状の板状部材やブロック状のもの等が用いられ、下側の扁平管２０の上面に載置される。また、空気流通路４０に挿入したフィン３０も下側の扁平管２０の上面に載置される。フィン３０の厚さ（扁平管２０間の間隔方向の寸法）は、扁平管２０に載置した状態で上側の扁平管２０の下面との間に僅かに隙間が空く程度とされる。換言すると、上下に隣り合う扁平管２０の間隔をフィン３０の厚さよりも大きくしておく。一方、スペーサ５１の厚さは、フィン３０の厚さよりも小さく設定される。このようにして全ての扁平管２０間の空気流通路４０に、フィン３０と左右一対のスペーサ５１を設置する。

次いで、図４に示すように、最も外側に配置された上下２本の扁平管２０Ａ，２０Ｂを、これら扁平管２０Ａ，２０Ｂの間の内側方向に向けて加圧する（加圧工程）。その際、扁平管２０Ａ，２０Ｂの外面に加圧補助板６０を当て、これら加圧補助板６０を介して加圧すると、扁平管２０Ａ，２０Ｂの変形を防止することができるので好ましい。

このように上下の扁平管２０Ａ，２０Ｂを互いに近付く方向に加圧すると、図５に示すように、上側の扁平管２０が、フィン３０に接触し、さらにフィン３０を圧縮することでスペーサ５１に当接し、そのスペーサ５１から、隣接する扁平管２０に加圧力が伝わるという作用が、上側から下側、下側から上側に向けて順に生じる。すなわち、スペーサ５１を介して全ての扁平管２０に加圧力が行き渡り、その加圧力でフィン３０が均等な圧力で圧縮され、上下の扁平管２０に接触した組立状態となる。また、全ての扁平管２０の間の間隔は、スペーサ５１の厚さに応じた一定間隔となる。フィン３０の圧縮量は、フィン３０の厚さとスペーサ５１の厚さの差に応じた量である。

なお、上記のように上下２本の扁平管２０Ａ，２０Ｂを互いに近付く方向に加圧する方法に代えて、上下いずれか１本の扁平管２０Ａ（２０Ｂ）を固定状態とし、他方を可動側として加圧する方法を採ってもよい。この場合にも結果的には上下の扁平管２０Ａ，２０Ｂから加圧力が生じることとなる。

次いで、上記組立状態を保持してフィン３０を扁平管２０にろう付けし、これとともに扁平管２０をヘッダ１０にろう付けする（ろう付け工程）。また、スペーサ５１を扁平管２０にろう付けする。ろう付けは、熱交換器１全体をろう材が溶融するろう付け温度まで加熱し、その後、冷却することで達成される。

［３］一実施形態の効果
本実施形態によれば、加圧工程において、最も上側および下側に配設された２本の扁平管２０Ａ，２０Ｂを内側方向に向けて加圧することにより、スペーサ５１を介して全ての扁平管２０に加圧力が行き渡り、フィン３０が均等な圧力で上下の扁平管２０に加圧状態で接触し、かつ、扁平管２０の間の間隔をスペーサ５１の厚さと同一の一定間隔とすることができる。そしてこの状態を保持してフィン３０をろう付けすることにより、扁平管２０の間隔が均一で、かつ、扁平管２０に対しフィン３０が隙間なく接触した状態でろう付けすることができる。このため、得られた熱交換器１は、高い熱伝導率を有することにより熱交換の効率が向上し、品質が良好なものとなる。

加圧工程でフィン３０が扁平管２０で圧縮されるのは、スペーサ５１の厚さがフィン３０の厚さよりも小さいためであり、その結果、フィン３０を扁平管２０に確実に密着させることができ、高い熱伝導率が得られる。

［４］他の実施形態
上記スペーサ５１は矩形状の板状部材またはブロック状のものであるが、本発明のスペーサとしては加圧工程を行った際に隣り合う扁平管２０に加圧力が伝わり、かつ、扁平管２０の間の間隔を一定に保持できるものであればよい。図６に示すスペーサ５２は伝熱・放熱用として用いられるコルゲートフィンの一部を流用したものであり、この場合には、熱交換器としての機能の向上が図られる点で有用である。

本発明は、空調機用の熱交換器や自動車用ラジエータ等の熱交換器を製造する方法として利用可能である。

１…熱交換器
２０…扁平管
３０…フィン
４０…空気流通路
５１，５２…スペーサ

Claims (4)

1. 空気と熱交換される媒体が内部に流される複数の扁平管が積層状態に配設され、前記扁平管の間に多孔質体からなる伝熱用のフィンが装着された熱交換器の製造方法であって、
   隣り合う前記扁平管の間にスペーサを設置するスペーサ設置工程と、
   前記扁平管の間に前記フィンを挿入するフィン挿入工程と、
   前記スペーサ設置工程および前記フィン挿入工程を行った後に、最も外側に配設された２本の前記扁平管を、これら扁平管の間の内側方向に向けて加圧することにより、全ての扁平管を前記スペーサに当接させるとともに前記フィンを両側の扁平管に接触させた状態とする加圧工程と、
   前記加圧工程を行った後に、前記フィンを前記扁平管にろう付けするろう付け工程と、
   を備える熱交換器の製造方法。
2. 前記スペーサの厚さが前記フィンの厚さよりも小さい請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
3. 前記スペーサが矩形の板状またはブロック状である請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法。
4. 前記スペーサがコルゲートフィン形状である請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法。

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