JP2018151040A - 管継手、熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平管などの管材と接合するＵ字形状の管継手において、接合時の高温領域においてもＵ字形状の変形が抑制され、良好な接合ができるようにした管継手、熱交換器及び熱交換器の製造方法を得る。【解決手段】流体が通流される管材５の管端部相互を接続する外観がＵ字形状の管継手６であって、円弧状の湾曲部分であるＵ字湾曲部６ａにおける内周側の管壁に、加熱によって生じる変形を抑制し得る凹部６ｄを設けたことを特徴とする。凹部を設けたことで、管材との接合時に高温領域下に置かれた場合でも、加熱による変形が抑制され、流体が通流される管材に対して気密性の高い良好な接合が得られ、また、接合時の固定ジグなどを不要とし、もしくは簡素化できる。【選択図】図３

Description

本発明は空調装置や冷凍機器などに用いられるフィン＆チューブ方式の熱交換器に使用される管継手、熱交換器及び熱交換器の製造方法に関するものである。

従来のフィン＆チューブ式熱交換器のうち、チューブに扁平管を使用した熱交換器において、隣接する扁平管同士をつなぐ際にはヘッダー管やＵベンド管等の管継手が使用される。一般に管継手はその一部が円管形状を有することから、扁平形状と円管形状をつなぐ部分が必要で、これには円管の一部に穴をあけたり、円管の端部を変形させたり、変換専用の管継手を円管と扁平管の間に介在させることが必要である。
例えば、ヘッダー管を通じて隣接する扁平管同士を接続し、冷媒回路を構成する。ヘッダー管内に仕切り板を複数挿入することで、冷媒回路構成の自由度を上げるようにしたものがある（特許文献１参照）。
また、一端が扁平形状、他端が円形状の管継手を有する熱交換器を均一にろう付するために、扁平形状側のろう付部長さを、所要ろう付長さよりやや長めに設計すると共に、熱交換器全体を拘束するジグを使って、管継手と扁平管熱交換器をろう付するようにしたものがある（特許文献２参照）。
また、Ｕベンド管の端部を扁平形状にすることによって、隣接する扁平管同士を接続できるようにしたものがある（特許文献３参照）。
また、Ｕベンド管の端部を扁平形状に加工することによって、扁平管の一部を円管として熱交換器を構成する。Ｕベンド部における流路抵抗を小さく、能率のよい熱交換器を作ることができるようにしたものがある（特許文献４参照）。

特開２０１３−１３０３８６号公報 特開２０１４−２３３７２５号公報 特開２０１０−１８５６１４号公報 特公昭５９−４７２３３号公報

特許文献１のような構成にすると、１つのヘッダー管で複数の冷媒回路を構成できるという利点があるが、熱交換性能を上げるために隣接しない扁平管に流路を組み難く、また複数の仕切り板を設けることで、ヘッダー管内部形状や外部形状が複雑な構成になってしまう。また、扁平管をヘッダー管内に直接差し込むことになり、扁平管からヘッダー管へと冷媒が流れる場合には拡大流路となり圧力損失が大きくなるという問題点がある。
特許文献２、３、４の技術は流路分配の自由度を上げるのに適しているが、特許文献２は管継手が独立しているため、管継手同士を接続する部材が必要であるため、部品点数、接合工程が増加する。特許文献３、４は管継手同士が一体となっており、部品点数、接合工程を減らすのに効果があるが、炉中ろう付などの接合時に高温領域下に長時間置くと、Ｕ字湾曲部が開いて、扁平管とのクリアランスが変化し、ジグ等を使用してその動きを拘束しなければ、ろう材などの接合部材が十分に充填しない恐れがある等の問題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、扁平管などの管材に接合するＵ字形状の管継手において、接合時の高温領域においてもＵ字形状の変形が抑制され、良好な接合ができるようにした管継手、その管継手を用いた熱交換器及び熱交換器の製造方法を得ることを目的としている。

本発明に係る管継手は、流体が通流される管材の管端部相互を接続する外観がＵ字形状の管継手であって、湾曲部分であるＵ字湾曲部における内周側の管壁に、加熱によって生じる変形を抑制し得る凹部を設けたことを特徴とするものである。
また、本発明に係る熱交換器は、流体が通流される管材の管端部相互を接続する外観がＵ字形状の管継手であって、湾曲部分であるＵ字湾曲部における内周側の管壁に、加熱によって生じる変形を抑制し得る凹部を設けた管継手を用いたことを特徴とするものである。
また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、流体が通流される管材の管端部相互を接続する外観がＵ字形状の管継手であって、湾曲部分であるＵ字湾曲部における内周側の管壁に、加熱によって生じる変形を抑制し得る凹部を設けた管継手を用いた熱交換器における前記管継手と前記管材との接合の際に、炉中ろう付手法を用いたことを特徴とするものである。

本発明に係る管継手によれば、Ｕ字湾曲部における内周側の管壁に凹部を設けたことにより、接合時に高温領域下に置かれた場合でも、加熱によって生じる変形が抑制され、流体が通流される管材に対して気密性の高い良好な接合が得られる。また、接合時の固定ジグなどを不要にし、もしくは簡素化できる。
また、本発明に係る熱交換器によれば、用いる管継手が、Ｕ字湾曲部における内周側の管壁に凹部を設けたことにより、接合時の加熱によって生じる変形が抑制され、流体が通流される管材に対して気密性の高い良好な接合が得られるものであることにより接合部分の信頼性が向上される。
また、本発明に係る熱交換器の製造方法によれば、前記管継手と管材との接合の際に、炉中ろう付手法を用いたことにより、ろう付時の部材間温度差が少ない状態でろう付が可能となるため、ろう材が均一に流れ易く、接合信頼性の高い熱交換器を製造することができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器を用いた冷媒回路構成図である。 本発明の実施の形態１及び実施の形態５に係る管継手を利用した熱交換器の外観を示す要部構成図である。 本発明の実施の形態１に係る管継手を示すもので、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る管継手を概念的に示すもので、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態１の管継手に扁平管の管端部が挿入、固定された状態を示すもので、図５（ａ）及び（ｂ）は図３の管継手を用いた場合の正面図及び側面図、図５（ｃ）及び（ｄ）は図４の管継手を用いた場合の正面図及び側面図である。 本発明の実施の形態２に係る管継手を示すもので、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図、図６（ｃ）及び図６（ｄ）は断面図である。 本発明の実施の形態２の変形例に係る管継手を示すもので、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態３に係る管継手を示すもので、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は断面図である。 本発明の実施の形態３の変形例に係る管継手を示すもので、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態４に係る管継手を示すもので、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態４の変形例に係る管継手を示すもので、図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態５及び実施の形態７に係る熱交換器の外観を示す要部構成図である。 本発明の実施の形態６に係る熱交換器の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態６に係る管継手と扁平管をろう付する際のリングろうの配設位置の一例を示すもので、図１４（ａ）は正面図、図１４（ｂ）は側面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器を用いた冷媒回路構成図、図２は本発明の実施の形態１に係る管継手を利用した熱交換器の外観を示す要部構成図、図３は本発明の実施の形態１に係る管継手を示すもので、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線における矢視断面図、図３（ｄ）は図３（ａ）のＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ線における矢視断面図である。図４は本発明の実施の形態１の変形例に係る管継手を概念的に示すもので、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図である。図５は本発明の実施の形態１の管継手に扁平管の管端部が挿入、固定された状態を示すもので、図５（ａ）及び（ｂ）は図３の管継手を用いた場合の正面図及び側面図、図５（ｃ）及び（ｄ）は図４の管継手を用いた場合の正面図及び側面図である。なお、各正面図は管継手がＵ字形状に見える姿勢での構成を示し、各側面図はその姿勢のものを図の右側から見た形状を示す。また、図４の変形例は図３のものと類似しているが、図４（ｂ）に示すように、管継手を側面から見たときに扁平形状部相互が同一面上にはなく、前後方向（図の左右方向）に偏倚した形状となっている。

以下、図に基づいて詳細に説明する。図１に示した実施の形態１の熱交換器１は、主として気液二相流体を冷媒とする空気調和装置の冷媒回路の中に設けられ、圧縮機２や膨張弁機構３と接続し、蒸発器１Ａまたは凝縮器１Ｂとして使用されるものである。冷媒流体は蒸発器１Ａを通過する際に、周囲の流体から熱を奪った後、圧縮機２を通過して高圧の高温流体となる。高温となった冷媒は、凝縮器１Ｂを通る際に周囲に熱を与えて冷却され、さらに膨張弁機構３を通ることにより低圧の低温流体となり、再び蒸発器１Ａに入る、という回路を構成している。周知のように、同じ場所に設置された熱交換器であっても、内部の冷媒回路を切り替えることにより、蒸発器としても凝縮器としても使用することが可能となる。実施の形態１の熱交換器１はこのような状態で使用されるものである。

熱交換器１は図２に例示するような外観を有するフィン＆チューブ式熱交換器と呼ばれているもので、放熱フィン４と管材（チューブ）である扁平管５、Ｕ字湾曲部６ａを有する管継手６、Ｕ字湾曲部を有しない直管継手７、直管継手７に接続されるヘッダーなどの配管８より構成され、通例、同一列内で複数の段を有すると共に、１列あるいは並列に２列以上に並んで１つの熱交換器１が構成される。放熱フィン４、扁平管５、Ｕ字形状の管継手６、直管継手７、配管８は全て例えばアルミニウム、銅などの金属によって構成される。扁平管５は横断面が扁平形状で、管材の長手方向の中央付近でＵ字形状に曲げられており、その両端はＵ字形状の管継手６もしくは直管継手７と接続されている。なお、管継手６及び直管継手７の扁平管５との接続部は、扁平形状をしており、直管継手７のもう一方の管端部は円管形状をしている。

扁平管５と放熱フィン４、扁平管５と管継手６、扁平管５と直管継手７はそれぞれ、ろう付もしくは接着によって接合され一体となっている。図２に示した熱交換器１の管継手６は同一列内の隣接する扁平管５と接続されているが、隣の列の扁平管５を繋いでも、さらに他の列の扁平管５とも繋いでもよい（図示省略）。また、図２には管継手６が３個、直管継手７が４個、直管継手７に接続されるヘッダーなどの配管８が２個記載されているが、熱交換器１の仕様に合わせて、個数や挿入位置等は自由に変えることが可能である。

実施の形態１のＵ字形状の管継手６は図３に示すように、横断面が円管状のＵ字湾曲部６ａ、横断面が扁平管状の扁平形状部６ｂ、及び円管と扁平管の移行部分である接続部６ｃから構成され、Ｕ字湾曲部６ａの内周側の管壁には凹部６ｄが形成されている。実施の形態１の凹部６ｄは、図３（ａ）及び図３（ｄ）に示すように、正面側からに見たときに切通し状に形成されて該凹部６ｄの底辺部分が見えると共に、図３（ｃ）の断面図に示すように、凹部６ｄの背面側の管肉が内周面側に突出されていることを特徴とする。なお、図３（ｄ）において、凹部６ｄの図の上下方向の長さは、後述する実施の形態２における凹部６ｄとの違いを明確にするため、後述する管外径ｄと同一寸法にまで誇張して図示している。本実施の形態１においては前述の長さは、凹部６ｄの深さｆによって変化し、該深さｆが浅いほど管外径ｄよりも短い寸法となることは自明である。また、凹部６ｄはＵ字湾曲部６ａを形成する前または形成後に成形型（図示省略）で押すことにより、容易に形成することができる。

ここで、図３（ｃ）に示すように、Ｕ字湾曲部６ａにおける管板厚をｔ、管外径をｄとし、該Ｕ字湾曲部６ａに形成された凹部６ｄにおける管内面側の最小内径をｄ’、凹部６ｄの深さをｆとすると、凹部６ｄの深さｆと、最小内径ｄ’は、大凡、
ｆ≦０．３ｔ、かつ、 ｄ’＝ｄ−ｆ−２ｔ＞０
となるように設定することで、管継手６の内部に通流される流体の流れに与える影響を抑制しつつ、加熱によって生じる変形を効果的に抑制することができる。なお、凹部６ｄの深さｆを小さくし過ぎると加熱による変形の抑制効果が薄れるので、ｆ＝０．３ｔに近付ける方が望ましい。一例として、管板厚ｔ＝２ｍｍ、管外径ｄ＝８ｍｍとした場合は、凹部６ｄの深さｆは０．６ｍｍ程度以下に設定することが好ましい。なお、凹部６ｄの幅や形状などは特に限定されるものではない。例えば、凹部６ｄの底面が図３（ａ）の奥行方向に平面状に形成した場合について説明したが、凹部６ｄの底面の形状はＵ字湾曲部６ａにおける管の外周面に沿って湾曲された曲面状としても良い。また、上記式は、凹部６ｄの形成加工によって、Ｕ字湾曲部６ａの基本形状や凹部６ｄの底面部分の肉厚が形成加工前の管板厚ｔと変わらないものと仮定している。

なお、図４に示す本実施の形態１の変形例による管継手６Ａは、図４（ａ）に示すようにＵ字形状を正面に見た時、扁平形状部６ｂが図３（ａ）の場合に対して９０度回転した角度に設けられ、かつ、側面から見た時、図４（ｂ）の側面図のように管継手６の両端部に設けられた扁平形状部６ｂの双方の図における左右方向の位置が同一平面上に重ならない形状に偏倚されている。また、管継手６Ａの凹部６ｄは図４（ｂ）の側面図において、図の右側に形成されているが、凹部６ｄの位置はＵ字湾曲部６ａの略中央部分であればよく、図示の位置に限定されない。このような変形例に成る管継手６Ａは、熱交換器における列の構成などの設計仕様上の必要性によって図３に示す管継手６と共に適宜用意され、扁平管５の管端部相互の接合部分の内、異なる列の接続のために用いられる。なお、接合の際は図５（ａ）、（ｂ）、または図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、管継手６または管継手６Ａにおける扁平形状部６ｂの内部に扁平管５の管端部を挿入した後、適宜のろう付や接着手法などによって対応する扁平管５の管端部相互を接続固定する。

前記のような構成とすることで、図５（ａ）、（ｂ）、または図５（ｃ）、（ｄ）の配置にて、扁平管５とＵ字湾曲部６ａを有する管継手６、または管継手６Ａを加熱してろう付や接着などで接合する時に、加熱による管継手６、または管継手６Ａ自身の熱変形によって、管継手６、または管継手６ＡのＵ字湾曲部６ａを開く方向に変形する力がかかった際に、Ｕ字湾曲部６ａに形設された凹部６ｄの存在が障害となって、その凹部６ｄが無い場合に比べて、Ｕ字湾曲部６ａないしはそのＵ字湾曲部６ａに連なる扁平形状部６ｂ相互の間隔が開く熱変形を抑制することができる。また、扁平管５が加熱によって熱変形を起し、管継手６、６Ａとの接続部である扁平形状部６ｂを通じて、管継手６、６ＡのＵ字湾曲部６ａを変形させるような力が作用した場合においても、Ｕ字湾曲部６ａの内周側に形成された凹部６ｄが障害となって、Ｕ字湾曲部６ａないしはそのＵ字湾曲部６ａに連なる対向された扁平形状部６ｂ相互の間隔を開くような変形を抑制することができる。

一般的な炉中ろう付工程の例において、業務用室外機用の熱交換器などサイズが大きいものを、炉を使ってろう付接合する際には、炉の形状、特に高さ寸法の制約により、重力方向に対して、ろう付前の熱交換器を図２に示す面を水平方向にした姿勢で炉中に置かねばならないことがある。その場合、例えば管継手６（または管継手６Ａ）と扁平管５のろう付部分において、ろう材が進行してほしい向きが水平方向となるのに対して、溶けたろう材は重力方向へ流れ易くなるので、方向が一致しない。そのような場合に信頼性の高いろう付を行うためには、毛細管現象によるろう材のろう付け部への浸透を十分に図ることが必要となり、Ｕ字湾曲部６ａを有する管継手６と扁平管５のクリアランスを厳密に管理することが要求される。

Ｕ字湾曲部６ａを有する管継手６のろう付の際に前述のように熱変形が生じると、管継手６の扁平形状部６ｂ内の扁平管５との間のクリアランスが、片方は狭く、他の片方は広くなって、クリアランスを均一に保てなくなり、ろう材が均等に充填されない恐れが生じるため、外部からその変形を抑制するようなジグが必要となるが、配管流路が複雑な場合にはジグ形状が複雑になる。これに対して、本実施の形態１の管継手６（または管継手６Ａ）は、Ｕ字湾曲部６ａの内周側に凹部６ｄが設けられていることで、の凹部６ｄの存在が変形の障害となるため、熱変形を抑制することができるので、複雑なジグを使用せずに、信頼性の高いろう付が可能になると共に、冷媒回路が急拡大、急収縮しないので冷媒の圧力損失を抑えることも可能となる。

上記のように、実施の形態１の管継手６は、Ｕ字形状の湾曲部分であるＵ字湾曲部６ａにおける内周側の管壁に凹部６ｄを設けたので、ろう付や接着などの接合時に長時間高温領域下に置いたとしても、加熱時の管継手６のＵ字湾曲部６ａの熱変形、その熱変形に伴う、管継手内部のクリアランス変化を抑制することができる。これによりジグ等で複雑に抑え込まなくても、気密性の高いろう付を行うことができるといった、従来にない効果を得ることができる。また、実施の形態１における管継手６の凹部６ｄは、Ｕ字形状を正面に見たときに該凹部６ｄの底辺が切通し状に見えるようにしたので、凹部６ｄの加工を容易にできるという効果が得られる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る管継手を示すもので、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＶＩｃ−ＶＩｃ線における矢視断面図、図６（ｄ）は図６（ａ）のＶＩｄ−ＶＩｄ線における矢視断面図である。図７は本発明の実施の形態２の変形例に係る管継手を示すもので、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図である。なお、図７の変形例は図６のものと類似しているが、図７（ｂ）に示すように、管継手を側面から見たときに扁平形状部相互が同一面上にはなく、前後方向（図の左右方向）に偏倚した形状となっている。以下、図に基づいて本発明の実施の形態２について詳細に説明する。

図６に示すＵ字湾曲部６ａを有する管継手６Ｂは、実施の形態１と同様にＵ字湾曲部６ａの中央部付近における内周側に凹部６ｄを有すると共に、図６（ａ）及び図６（ｄ）が示すように、Ｕ字形状を正面に見たときに、その凹部６ｄの底面が見えない有底穴状に形成されていることを特徴としている。ここで、Ｕ字湾曲部６ａの管板厚をｔ、管外径をｄ、管内径における凹部６ｄの内周面側の最小内径をｄ’、凹部６ｄの深さをｆ、湾曲方向幅をｂ、湾曲面に直交する半径方向幅をｓとし、更に図６（ｄ）のように見た時のＵ字湾曲部６ａの湾曲端における管外周面相互の離間距離をｌ（エル）とすると、深さｆ、最小内径ｄ’、凹部６ｄの湾曲方向幅ｂ、及び半径方向幅ｓは、それぞれ、
ｆ≦０．３ｔ、 ｄ’＝ｄ−ｆ−２ｔ＞０、 ｂ＜ｌ、 ｓ＜ｄ、
となるように設定することで、管継手６の内部に通流される流体の流れに与える影響を抑制しつつ、加熱によって生じる変形を効果的に抑制することができる。

一例として、管板厚ｔ＝２ｍｍ、管外径ｄ＝８ｍｍ、Ｕ字湾曲部６ａの湾曲端における管外周面相互の離間距離ｌ＝１０ｍｍとした場合、凹部６ｄの深さｆは０．６ｍｍ以下、湾曲方向幅ｂは１０ｍｍ未満、半径方向幅ｓは８ｍｍ未満、最小内径ｄ’は約３．４ｍｍ未満に設定することが好ましい。なお、本実施の形態２の管継手は、図７に示す変形例の管継手６Ｃのように、管継手６Ｃを側面から見たときに扁平形状部６ｂ相互が同一面上にはなく、前後方向（図の左右方向）に偏倚した形状としてもよい。

本発明の実施の形態２は前記のような構成とすることで、実施の形態１に比べて、Ｕ字形状を正面に見たときに該凹部の底が切通し状に見えるように形成されていない分、湾曲方向幅ｂを広くとることができ、Ｕ字湾曲部６ａの開き、またはねじれに対して障害になって、加熱時にＵ字を開く方向に作用する力及びねじれを抑制することができる。これにより、複雑なジグを使用しなくても、部材間の熱変形や熱変形による管継手内部のクリアランス変化を抑制することができ、信頼性の高いろう付が可能となる。さらに、冷媒流路が急拡大、急収縮しないので冷媒の圧力損失を抑えることができるという従来にない効果を有するものである。

実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３に係る管継手を示すもので、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）のＶＩＩＩｃ−ＶＩＩＩｃ線における矢視断面図である。図９は本発明の実施の形態３の変形例に係る管継手を示すもので、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は側面図である。なお、図９の変形例は図８のものと類似しているが、図９（ｂ）に示すように、管継手６Ｅを側面から見たときに扁平形状部６ｂ相互が同一面上にはなく、前後方向（図の左右方向）に偏倚した形状となっている。なお、実施の形態３に係る管継手６Ｄは、実施の形態１の管継手におけるＵ字湾曲部６ａの外周側の管壁部における内周側の凹部６ｄに対向する位置に凹み部６ｅを設けたことを特徴とする。

図８（ｃ）に示すように、外周側の凹み部６ｅは、その深さをｈ、Ｕ字湾曲部６ａの管板厚をｔ、管外径をｄ、凹部６ｄの背面側の内周面と凹み部６ｅの内周面との間隔に相当する最小内径をｄ’、内周側の凹部６ｄの深さをｆとすると、凹部６ｄの深さｆ、凹み部６ｅの深さｈ、最小内径ｄ’は、それぞれ、
ｆ≦０．３ｔ、 ｈ≦０．３ｔ、かつ、 ｄ’＝ｄ−ｆ−ｈ−２ｔ＞０
となるように設定するのが好ましい。
一例として、Ｕ字湾曲部６ａの管板厚ｔ＝２ｍｍ、管外径ｄ＝８ｍｍの場合は、内周側の凹部６ｄの深さｆ、及び外周側の凹み部６ｅの深さｈは何れも０．６ｍｍ以下に設定され、最小内径ｄ’は約２．８ｍｍとなる。

なお、本実施の形態３の管継手は、図９の変形例に示すように管継手６Ｅを側面から見たときに扁平形状部６ｂ相互が同一面上にはなく、前後方向（図の左右方向）に偏倚した形状としてもよい。また、凹み部６ｅは実施の形態２で示した形状の管継手６Ｂ、６Ｃにも適用できる。また、外周側にのみ凹み部６ｅを設け、内周側の凹部６ｄを設けなかった場合、加熱時のＵ字湾曲部６ａの形状変形を抑制する作用効果が不十分となるため、Ｕ字湾曲部６ａの内周側に凹部６ｄを設けることは必須である。

本発明の実施の形態３は前記のような構成とすることで、Ｕ字湾曲部６ａにおける外周側の管壁に設けた凹み部６ｅが、Ｕ字湾曲部６ａにおける内周側の凹部５ｄと協働して加熱によって生じるＵ字湾曲部６ａの形状変形を一層抑制し得るため、本発明の実施の形態１及び実施の形態２に比べてＵ字を開く方向に作用する力を一層抑制することができる。これにより、拘束用の複雑なジグを使用しなくても、部材間の熱変形を抑制することができ、信頼性の高いろう付が可能となるという従来にない効果を有するものである

実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４に係る管継手を示すもので、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は側面図である。図１１は本発明の実施の形態４の変形例に係る管継手を示したもので、図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は側面図である。なお、図１１の変形例は図１０のものと類似しているが、図１１（ｂ）に示すように、管継手を側面から見たときに扁平形状部６ｂ相互が同一面上にはなく、前後方向（図の左右方向）に偏倚された形状となっている。この実施の形態４の管継手６Ｆまたは管継手６Ｇは、実施の形態１の管継手６の扁平形状部６ｂの管端部に、該扁平形状部６ｂから延出されたスカート状ないしはロート状の傾斜部６ｆを設けたことを特徴としている。

図において、管継手６Ｆ、６Ｇの傾斜部６ｆにおける、扁平形状部６ｂの管軸方向（図の上下方向）に対する傾斜角度θは、何れも特に限定されるものではないが、約４５°〜６０°程度の範囲内とすることが好ましい。また、傾斜部６ｆにおける、管軸方向の長さＬは特に限定されないが、リングろうなど、加熱前に固体で、加熱後、被ろう接材相互の間隙の内部に流し込むものと同径以下とし、放熱フィン４やその他熱交換器１に取り付けられる部材と干渉しない程度とする。また、凹部６ｄは図３に示す実施の形態１と同様の形状のものであるが、実施の形態２の形状としても良く、さらには扁平形状部６ｂの外周側に実施の形態３に示すような凹み部６ｅを設けても差し支えない。

実施の形態４によれば、上記のような構成とすることで、管継手６Ｆ（または管継手６Ｇ）の管端部に例えばリングろうを設置して扁平管５と管継手６Ｆをろう付する際に、上記の傾斜部６ｆが、まず、加熱して液状化したフラックス及びろう材を、ろう付したい管継手６Ｆの扁平形状部６ｄに誘導して、流れ込み易くさせることができる。さらに、この傾斜部６ｆの部分にもろう材がたまり、傾斜部６ｆがない場合に比べて、外フィレットを大きく形成することができる。外フィレットはろう付有無を判断する材料になるだけでなく、外力が加わって接合部を引きはがすような力が加わった時にも、この部分が塑性変形をすることで破壊を防ぐという効果も得られる。傾斜部６ｆは、実施の形態２または実施の形態３の管継手に設けることもでき、該傾斜部６ｆを設けることにより、Ｕ字形状の管継手６のろう付信頼性を向上させることができるという、従来にない効果を有するものである。また、外部からろう材を供給する場合、傾斜部６ｆによって、ろう材の位置決め・溶融したろう材のガイド、ろう材のこぼれ落ちを抑制することができる。

実施の形態５．
図２及び図１２は本発明の実施の形態５に係る熱交換器の外観を示す要部構成図である。なお、図２は図３に示した実施の形態１の管継手６を使用したもの、図１２は図３及び図４に示した実施の形態１の管継手６及び管継手６Ａを使用して熱交換器１Ａを構成したものである。図２に示す熱交換器１は、複数のＵ字形状の扁平管５の直線部分に対して直交する方向に延在された放熱フィン４が所定の複数枚挿入されて、コアと呼ばれる１つの集合体を構成している。さらに、図１２に示す熱交換器１Ａは、熱交換の性能を上げるため、図２と同様に構成されたコアを２列以上に並列かつ、隣り合うコアと扁平管５の管端が１個ずつずらして並ぶように構成されたものである。なお、熱交換性能を更に上げるために、図１２のようなものを同列に複数並べて１つの熱交換器として長い冷媒回路を構成することもできる。

Ｕ字形状をした扁平管５の管端には、Ｕ字湾曲部を有さない直管継手７と、例えば実施の形態１の管継手６、管継手６Ａを用いる。図１２に示すように管継手６は、同一コア内の隣り合う扁平管５同士を接続する場合に使用され、管継手６Ａは並列した異なるコア同士を接続する場合に使用される。Ｕ字湾曲部を有さない直管継手７はヘッダー管などの配管８と接続して、同一列内あるいは、異なるコア同士を接続する際に使用する。図２及び図１２の冷媒回路は一例であるので、直管継手７及びＵ字湾曲部を有する管継手６、６Ａの個数は構成した冷媒回路に合わせて自由に変えてよい。また、前記説明では実施の形態１の管継手６、６Ａを使用して説明したが、実施の形態１〜４で説明した管継手６、及び管継手６Ａ〜管継手６Ｇの中から適宜選択して同様に構成することができる。なお、図１２の熱交換器１Ａにおける管継手６Ａは、図４（ｂ）の側面図に示す姿勢となっている。

実施の形態５によれば、熱交換器１、または熱交換器１Ａを上記のような構成としたことで、隣り合う扁平管５との冷媒輸送のみならず、本発明の管継手６Ａを通じて異なるコアの扁平管５にも冷媒輸送して、効率よく熱交換することが可能となり、Ｕ字湾曲部６ａの長さ等は必要に応じて変化させることができるので冷媒回路設計の自由度を上げることができる。更に、従来のＵ字形状を有さない直管継手７によってＵ字形状の管材をろう付等で接合した場合に比べて、接合する配管数を減らすことができる。また、本発明の管継手を使用することで、特殊な接合ジグを使用しなくても、信頼性の高い接合を持つ熱交換器を構成することができると共に、配管流路の自由度の高い冷媒回路設計をすることができる等の効果が得られる。

実施の形態６．
図１３は本発明の実施の形態６に係る熱交換器の製造方法を示すフローチャート、図１４は本発明の実施の形態６に係る管継手と扁平管をろう付する際のリングろうの配設位置の一例を示すもので、図１４（ａ）は正面図、図１４（ｂ）は側面図である。
本発明の熱交換器１は図１３に示すフローチャートに従って製造される。最初にＵ字形状に曲げた扁平管５に放熱フィン４を所定の複数枚挿入する（ステップ１）。この時、放熱フィン４には表面にろう材が圧延されて一体化しているものを使用し、挿入後、放熱フィン４及び扁平管５の表面にフラックスを塗布する（ステップ２）。フラックスには後工程で洗浄不要な非腐食性フラックスで、かつろう材よりも融点が低いものを使用する。次に、図１４に示すように扁平管５の管継手６とのろう付部にリングろう９を挿入した後、Ｕ字形状を有する管継手６及び直管継手７（図２、図１２中に図示）を扁平管５に挿入する（ステップ３）。

リングろう９にはフラックスが内包されているものを用いても、内包されていないものを用いても良い。フラックスが内包されていないものには別途、リングろうの外側からフラックスを塗布する必要があるが、フラックスが内包されていないものにも塗布してもよい。複数列のコアを接続するために、Ｕ字形状を有する管継手６を使用する際には、ジグ等を使用して複数列を積んだ後に挿入する。この後に、雰囲気炉に投入してろう付を行う（ステップ５）。なお、図１４では実施の形態１のＵ字湾曲部６ａを有する管継手６を用いて説明したが、実施の形態２〜４の形状のものを用いても良い。

実施の形態６によれば上記のような製造方法により、加熱によりフラックスの溶融により酸化皮膜を除去し、その後ろう材が溶融することで、扁平管５と放熱フィン４及び扁平管５とＵ字形状を有する管継手６、Ｕ字形状を有さない直管継手７とを同時にろう付することができる。このとき、炉中ろう付を使用することで、ろう付時の部材間温度差が少ない状態でろう付が可能となるため、ろう材が均一に流れ易く、接合信頼性の高い熱交換器を製造することができる。また、Ｕ字形状を有さない管継手とそれに繋がるヘッダーなどの配管のみで構成した熱交換器に比べて、ろう付箇所が減り、ろう付工数を減らすことができるという従来にない効果を有するものである。

実施の形態７．
図１２は本発明の実施の形態７に係る熱交換器の外観を示す要部構成図である。なお、実施の形態７の熱交換器１Ａは、実施の形態５において説明した熱交換器１Ａと外観上全く同様であるが、熱交換器１Ａを構成する放熱フィン４、扁平管５、Ｕ字形状を有する管継手６、６Ａ、直管継手７、ヘッダーなどの配管８が全てアルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されていることを特徴とする。そして、放熱フィン４にはアルミニウムもしくはアルミニウム合金の表面に、例えばＪＩＳ規格におけるＢＡ４０４５、ＢＡ４０４７などのアルミニウムろう材が圧延されている。ろう付時には、一般的に採用されている非腐食性のフラックスを用いたノコロックろう付法を使用する。Ｕ字形状を有する管継手６及びＵ字形状を有さない直管継手７と扁平管５とのろう付にもアルミニウムろう材とノコロックろう付法を使用する。

実施の形態７に係る熱交換器は上記のような構成とすることで、現在多くの熱交換器に使用されている、扁平管５に銅、放熱フィン４にアルミニウムを使用した熱交換器に比べて、軽量で熱交換性能の高い熱交換器を作ることができる。さらに、本発明のＵ字形状を有する管継手６を使用することで、アルミニウムのように線膨張係数の高く高温領域下で大きく伸びる金属においても、変形を抑制してろう付性を高めることができるという、従来にない効果を得ることができる。また、アルミニウムを使用することで材料費を削減することもできる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、管継手６あるいは管継手６Ａ〜管継手６Ｇの接続相手が何れも扁平管５である場合について説明したが、２つの接続相手の内、一方または双方が円管であっても同様の効果が得られる。その場合、管継手の扁平形状部６ｂは断面円形状とし、接続部６ｃは不要にすることで対応できる。

１ 熱交換器、１Ａ 蒸発器、１Ｂ 凝縮器、２ 圧縮機、３ 膨張弁機構、
４ 放熱フィン、５ 扁平管、６ 管継手、６Ａ〜６Ｇ 管継手、６ａ Ｕ字湾曲部、
６ｂ 扁平形状部、６ｃ 接続部、６ｄ 凹部、６ｅ 凹み部、６ｆ 傾斜部、
７ 直管継手、８ 配管、９ リングろう、
ｂ 凹部６ｄの湾曲方向幅、
ｄ Ｕ字湾曲部６ａにおける管外径、
ｄ’ 凹部６ｄにおける管最小内径、
ｆ 凹部６ｄの深さ、
ｈ 凹み部６ｅの深さ、
ｌ Ｕ字湾曲部６ａの湾曲端の離間距離、
Ｌ 傾斜部６ｆの管軸方向の長さ、
ｓ 凹部６ｄの半径方向幅、
ｔ Ｕ字湾曲部６ａにおける管板厚、
θ 傾斜部６ｆの傾斜角度。

Claims (9)

1. 流体が通流される管材の管端部相互を接続する外観がＵ字形状の管継手であって、円弧状の湾曲部分であるＵ字湾曲部における内周側の管壁に、加熱によって生じる変形を抑制し得る凹部を設けたことを特徴とする管継手。
2. 前記管材は扁平管からなり、前記管継手は前記Ｕ字湾曲部が断面円形状で前記管材の管端部との接続部が断面扁平な扁平形状部であることを特徴とする請求項１記載の管継手。
3. 前記扁平形状部は、管端方向がスカート状に広げられていることを特徴とする請求項２記載の管継手。
4. 前記凹部は、前記Ｕ字形状を正面に見たときに該凹部の底が切通し状に見えるように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の管継手。
5. 前記凹部は、前記Ｕ字形状を正面に見たときに該凹部の底が見えない有底穴状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の管継手。
6. 前記Ｕ字湾曲部における外周側の管壁に、前記凹部と協働して加熱によって生じる変形を抑制し得る凹み部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載の管継手。
7. 前記請求項１から請求項６までの何れかに記載の管継手を用いたことを特徴とする熱交換器。
8. 前記管継手、前記管材、該管材の外周面に設置された放熱フィン、及び前記管材に連通するように設置された配管の全てがアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項７記載の熱交換器。
9. 前記請求項７または請求項８記載の熱交換器における前記管継手と前記管材との接合の際に、炉中ろう付手法を用いたことを特徴とする熱交換器の製造方法。

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