JP2019143816A - ロウ付け部材及び熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い作業効率でロウ付けすることができるロウ付け部材及び熱交換器を提供する。【解決手段】ロウ付け部材４０は、管軸Ｃ１が互いに対向してかつ間隔をあけて配置された複数の扁平管２０と、複数の扁平管２０がそれぞれ挿入された複数の管挿入孔が形成された壁部３１を有するヘッダ部材３０Ａ、３０Ｂと、をロウ付けするためのロウ付け部材である。ロウ付け部材４０は、複数の扁平管２０の管軸Ｃ１が並ぶ方向と交差する方向から、扁平管２０を挿入することが可能な凹部が形成された複数の挿入部と、複数の挿入部を連結する連結部と、を備える。複数の挿入部と連結部は、壁部３１に隣接可能である。【選択図】図１

Description

本発明はロウ付け部材及び熱交換器に関する。

熱交換器には、複数の伝熱管が、ヘッダ部材が有する壁部に形成された複数の管挿入孔にそれぞれ挿入されて接続されたものがある。このような熱交換器では、伝熱管をヘッダ部材の壁部に確実に固定するため、ロウ付け部材を用いてロウ付けされることがある。

例えば、特許文献１には、管挿入孔に挿入された伝熱管と壁部の境界部分の形状に曲げられた棒状のロウ付け部材が開示されている。特許文献１に記載のロウ付け部材は、伝熱管それぞれを壁部に固定するため、境界部分それぞれに１つずつ載置される。ロウ付け部材が境界部分それぞれに載置された後、炉で加熱して、伝熱管と壁部をロウ付けする。

特開２００１−１２９６５８号公報

特許文献１に記載のロウ付け部材は、境界部分それぞれに１つずつ載置するため、ロウ付けの作業効率が低い。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、高い作業効率でロウ付けすることができるロウ付け部材及び熱交換器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るロウ付け部材は、管軸が互いに対向してかつ間隔をあけて配置された複数の伝熱管と、複数の伝熱管がそれぞれ挿入された複数の管挿入孔が形成された壁部を有するヘッダ部材と、をロウ付けするためのロウ付け部材である。ロウ付け部材は、複数の伝熱管の管軸が並ぶ方向と交差する方向から、伝熱管を挿入することが可能な凹部が形成された複数の挿入部と、複数の挿入部を連結する連結部と、を備える。複数の挿入部と連結部は、壁部に隣接可能である。

本発明の構成によれば、伝熱管に挿入可能な複数の挿入部が連結部によって連結されているので、複数の伝熱管に一括してロウ付け部材を取り付けることができる。このため、ロウ付けの作業効率が高い。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器の斜視図 図１に示す熱交換器が備える扁平管の断面図 図１に示す熱交換器が備えるヘッダ部材の壁部の側面図 本発明の実施の形態１に係るロウ付け部材の側面図 本発明の実施の形態１に係るロウ付け部材の正面図 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法において、扁平管をヘッダ部材の管挿入孔に挿入したときの扁平管の断面図 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法において、ロウ付け部材を扁平管に取り付けるときの扁平管の側面図 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法において、ロウ付け部材を扁平管に取り付けるときの、ロウ付け部材とヘッダ部材の断面図 本発明の実施の形態２に係るロウ付け部材の側面図 本発明の実施の形態２に係るロウ付け部材を円筒管に取り付けたときのロウ付け部材の断面図 ロウ付け部材とヘッダ部材の変形例の断面図 本発明の実施の形態１に係るロウ付け部材の変形例の断面図

以下、本発明の実施の形態に係るロウ付け部材及び熱交換器について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中、同一又は同等の部分には同一の符号を付す。図に示す直交座標系ＸＹＺにおいて、複数の扁平管と扁平管とが並べられた方向がＸ軸、扁平管の管軸が延在する方向がＹ軸、Ｘ軸とＺ軸とに直交する方向がＺ軸である。以下、適宜、この座標系を引用して説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係るロウ付け部材は、熱交換器が有する複数の扁平管と、複数の扁平管が挿入されて接続されるヘッダ部材と、をロウ付けするための部材である。ロウ付け部材は、複数の扁平管に、管軸が並ぶ方向と管軸の方向とに垂直な方向から取り付け可能とするため、櫛歯状に形成されている。まず、図１−図３を参照して、熱交換器の構成を説明する。続けて、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、ロウ付け部材の構成を説明する。

図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器１の斜視図である。図２は、図１に示す熱交換器１が備える扁平管２０の断面図である。図３は、図１に示す熱交換器１が備えるヘッダ部材３０の壁部３１の側面図である。なお、図１では、理解を容易にするため、熱交換器１のＹ方向中央に位置するフィン１０を省略し、熱交換器１のＹ方向中央に対して＋Ｙ側、−Ｙ側に位置するフィン１０のみを図示している。また、図１では、ヘッダ部材に符号３０Ａ、３０Ｂを付している。図３では、ヘッダ部材に符号３０を付している。２つのヘッダ部材は、ＸＺ平面に関して対称である以外、同様の構成である。このため、位置を示す場合、符号３０Ａ、３０Ｂを使用し、総称する場合、符号３０を使用する。
図１に示すように、熱交換器１は、複数のフィン１０が装着された複数の扁平管２０と、扁平管２０の両端それぞれに接続されたヘッダ部材３０Ａ、３０Ｂと、扁平管２０とヘッダ部材３０Ａ、３０Ｂを接続する接続部それぞれに取り付けられたロウ付け部材４０と、で構成されている。

各扁平管２０は、図２に示すように、管軸Ｃ１に対して垂直な断面、すなわちＸＺ断面において扁平状に形成されている。ここで、本明細書において、扁平状とは、長手方向の長さが短手方向の長さより十分に小さい矩形において角が円弧状にされた形状のこと、又は、細長い長円状のことである。各扁平管２０は、図示しないが、伝熱性を高めるために、ＸＺ平面に垂直な隔壁によって複数の流路に仕切られている。図１に示すように、各扁平管２０の管軸Ｃ１は、直線的に延在している。そして、管軸Ｃ１は、Ｙ方向に向けられている。

扁平管２０と扁平管２０は、Ｘ方向に一定の間隔で隔てられて並べられている。そして、Ｘ方向に並べられた複数の扁平管２０には、帯状かつ板状に形成された複数のフィン１０が取り付けられている。詳細には、各フィン１０は、帯状かつ板状に形成されている。また、各フィン１０には、Ｘ方向に、扁平管２０のピッチと同じピッチで扁平管２０が嵌合可能な切り欠き１１が形成されている。複数の扁平管２０には、各フィン１０が板面をＸＺ平面に平行に向け、長手方向をＸ方向に向けた状態で、各フィン１０の切り欠き１１が嵌合されている。これにより、複数の扁平管２０に複数のフィン１０が取り付けられている。また、各扁平管２０には、管内の複数の流路に冷媒を分配させる又は集合させるため、ヘッダ部材３０Ａ、３０Ｂが接続されている。ここで、ヘッダ部材３０Ａ、３０Ｂとは、冷媒の分配流路又は集合流路を形成するための部材のことである。

ヘッダ部材３０Ａ、３０Ｂは、内部が中空の直方体の形状に形成されている。その内部には、図示しない、冷媒を分配させる又は集合させる流路が設けられている。ヘッダ部材３０Ａの−Ｙ側にある壁部３１と、ヘッダ部材３０Ｂの＋Ｙ側にある壁部３１とには、内部の流路と扁平管２０を接続するため、図３に示すように、管挿入孔３２が形成されている。

管挿入孔３２は、扁平管２０を挿入可能とするため、扁平管２０のＸＺ断面の同じ大きさ、形状の扁平状に形成されている。そして、長手方向がＺ方向に向けられている。管挿入孔３２は、壁部３１に扁平管２０と同数だけ形成されている。管挿入孔３２の中心Ｃ２と中心Ｃ２のＸ方向のピッチＬは、図１に示す扁平管２０の管軸Ｃ１と管軸Ｃ１のＸ方向のピッチＬと同じである。そして、各管挿入孔３２には、各扁平管２０が挿入されている。挿入された扁平管２０には、ロウ付け部材４０が取り付けられている。
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、ロウ付け部材４０について説明する。

図４Ａは、本発明の実施の形態１に係るロウ付け部材４０の側面図である。図４Ｂは、ロウ付け部材４０の正面図である。
ロウ付け部材４０は、図４Ａに示すように、櫛状に形成されている。詳細には、ロウ付け部材４０は、Ｘ方向に直線状に延在する連結部４１と、連結部４１から−Ｚ方向に延在し、扁平管２０と同数だけ設けられた挿入部４２と、を有する形状に形成されている。

連結部４１は、挿入部４２を連結するために設けられている。連結部４１は、Ｘ方向に延在する棒状に形成されている。後述するように、各挿入部４２には、扁平管２０が１つ挿入される。連結部４１が延在する長さは、熱交換器１が備える全ての扁平管２０が全ての挿入部４２に挿入された状態で、各挿入部４２を連結するため、図１に示す、最も＋Ｘ側に位置する扁平管２０の＋Ｘ端面から最も−Ｘ側に位置する扁平管２０の−Ｘ端面までの距離よりも長い。

これに対して、各挿入部４２は、扁平管２０を保持するため、図１に示す扁平管２０のＺ方向長さと同じ長さで−Ｚ方向に延在している。そして、各挿入部４２は、図１に示す扁平管２０の管軸Ｃ１と管軸Ｃ１のＸ方向のピッチＬと同じピッチＬでＸ方向に設けられている。各挿入部４２の−Ｚ端には、図４Ａに示すように、扁平管２０を挟み込んで保持するため、＋Ｚ方向に向かって挿入部４２を切り欠いた形状に形成された凹部４３が設けられている。

凹部４３は、扁平管２０のＸ方向の幅と同じ幅Ｗ１と、扁平管２０のＺ方向の高さと同じ深さＤ１と、を有している。これにより、凹部４３には、扁平管２０が挿入可能である。また、凹部４３の＋Ｚ端面は、扁平管２０の＋Ｚ端面と同形に形成されている。すなわち、凹部４３の＋Ｚ端面は、扁平管２０の＋Ｚ端面と同形の曲面に形成されている。これにより、凹部４３は、扁平管２０の＋Ｘ端面、＋Ｚ端面及び、−端面に嵌合可能である。その結果、挿入部４２と扁平管２０が密接可能である。

連結部４１と挿入部４２は、図４Ｂに示すように、平板状に形成されている。これにより、連結部４１と挿入部４２は、直方体状に形成されたヘッダ部材３０の壁部３１に密接可能である。

図１に戻って、ロウ付け部材４０は、挿入部４２に扁平管２０が挿入され、連結部４１と挿入部４２がヘッダ部材３０の壁部３１に隣接した状態で、扁平管２０とヘッダ部材３０をロウ付けしている。

次に、図５−図７を参照して、ロウ付け部材４０を用いた熱交換器１の製造方法について説明する。

図５は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１の製造方法において、扁平管２０をヘッダ部材３０の管挿入孔３２に挿入したときの扁平管２０の断面図である。図６は、ロウ付け部材４０を扁平管２０に取り付けるときの扁平管２０の側面図である。図７は、ロウ付け部材４０を扁平管２０に取り付けるときの、ロウ付け部材４０とヘッダ部材３０の断面図である。
まず、上述した形状のフィン１０、扁平管２０、ヘッダ部材３０及びロウ付け部材４０を作製する。これらの部材のうち、フィン１０、扁平管２０及びヘッダ部材３０は、純アルミニウム又はアルミニウム合金の金属板で作製する。これに対して、ロウ付け部材４０は、置きロウとして機能させるため、フィン１０、扁平管２０及びヘッダ部材３０の材料よりも融点の低いアルミニウム合金の金属板で作製する。その金属板には、後述するロウ付けで必要とされるロウの量に応じた厚みのものを用いる。なお、これらの部材の作製方法は、例えば、プレス成形、押し出し成形、引き抜き成形である。

次に、作製された扁平管２０をフィン１０の切り欠き１１に嵌め込んで、扁平管２０とフィン１０を組み付ける。そして、組み付けた扁平管２０とフィン１０を、挿しロウ法、置きロウ法によってロウ付けして、熱交換器コアと呼ばれる中間部品を作製する。

続けて、熱交換器コアとヘッダ部材３０とを接続する。詳細には、図５に示すように、ヘッダ部材３０の壁部３１に形成された管挿入孔３２に、扁平管２０の端部を挿入する。

次に、熱交換器コアの、管挿入孔３２に挿入された扁平管２０に、ロウ付け部材４０を取り付ける。詳細には、図６に示すように、扁平管２０の＋Ｚ端面よりもさらに＋Ｚ側に、挿入部４２の凹部４３を配置し、その位置関係のまま、ロウ付け部材４０を扁平管２０の側へ、すなわち、−Ｚ側へ押し込む。ロウ付け部材４０の押し込みは、凹部４３の＋Ｚ端面に、扁平管２０の＋Ｚ端面が位置するまで行う。このとき、ロウ付け部材４０をヘッダ部材３０の壁部３１に沿って−Ｚ側へ押すとよい。これにより、ロウ付け部材４０の挿入部４２に扁平管２０を挿入する。そして、押し込まれたロウ付け部材４０をヘッダ部材３０の壁部３１側に移動させて、図７に示すように、ロウ付け部材４０を壁部３１に当接させる。

次に、ロウ付け部材４０を置きロウにして、置きロウ法で扁平管２０と壁部３１をロウ付けする。詳細には、ロウ付け部材４０が取り付けられた熱交換器コアを加熱して、ロウ付け部材４０の一部を溶解させる。この加熱では、炉を用いて熱交換器コア全体を加熱する。続いて、加熱された熱交換器コアを冷却する。これにより、扁平管２０と壁部３１をロウ付けする。以上の工程により、熱交換器１が完成する。

以上のように、本発明の実施の形態１に係るロウ付け部材４０は、扁平管２０が挿入可能な複数の挿入部４２が連結部４１によって連結されている。このため、複数の扁平管２０に一括して挿入部４２を取り付けることができる。その結果、ロウ付けの作業効率が高い。

挿入部４２に形成された凹部４３は、扁平管２０の＋Ｚ端面と、＋Ｘ端面及び−Ｘ端面と、に嵌合する形状に形成されている。また、挿入部４２と連結部４１は、平板状に形成され、直方体状に形成されたヘッダ部材３０の壁部３１に隣接可能である。このため、ロウ付け部材４０と扁平管２０、ロウ付け部材４０とヘッダ部材３０を密接させてロウ付けすることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係るロウ付け部材６０は、円筒管とヘッダ部材３０とをロウ付けするロウ付け部材である。以下、図８及び図９を参照して実施の形態２に係るロウ付け部材６０の構成を説明する。実施の形態２では、実施の形態１と異なる構成について説明する。なお、実施の形態２に係る熱交換器１は、実施の形態１で説明した扁平管２０の替わりに、直線状に延在する円筒管７０を備えている。円筒管７０は、円筒状であることを除いて、実施の形態１の扁平管２０の構成と同じである。また、フィン１０とヘッダ部材３０は、円筒管７０が嵌合する切り欠き１１の形状と、円筒管７０が挿入される管挿入孔３２の形状と、を除いて、実施の形態１の構成と同じである。このため、実施の形態２では、円筒管７０、フィン１０及びヘッダ部材３０の説明は省略する。

図８は、本発明の実施の形態２に係るロウ付け部材６０の側面図である。図９は、本発明の実施の形態２に係るロウ付け部材６０を円筒管７０に取り付けたときのロウ付け部材の断面図である。なお、図９では、理解を容易にするため、円筒管７０の管軸に対する垂直断面の形状の内部の空洞を省略している。
図８に示すように、ロウ付け部材６０は、半円状の凹部６３が形成された挿入部６２を備えている。

挿入部６２は、図８及び図９に示すように、連結部６１から−Ｚ方向に延在している。その延在する長さは、後述する、凹部６３の深さＤ２と同じである。

これに対して、凹部６３は、図９に示すように、挿入部６２の−Ｚ端を＋Ｚ方向に、円筒管７０の外径と同じ幅Ｗ２で切り欠いた形状に形成されている。その深さは、円筒管７０の外径と同じ深さＤ２である。そして、凹部６３の＋Ｚ端面は、管軸Ｃ１を通るＸＹ平面で円筒管７０を切断して得られる半円筒と同形に形成されている。これにより、凹部６３は、ロウ付け部材６０が円筒管７０に取り付けられた場合に、円筒管７０の＋Ｚ端面と嵌合して密接する。

なお、ロウ付け部材６０全体、すなわち連結部６１と挿入部６２が、平板状に形成されている。実施の形態１と同じ構成のため、説明を省略する。また、実施の形態２に係る熱交換器１の製造方法は、円筒管７０とロウ付け部材６０を用いることを除いて、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

以上のように、実施の形態２に係るロウ付け部材６０には、半円筒状の＋Ｚ端面を有する凹部６３が形成されている。このため、ロウ付け部材６０は、円筒管７０の＋Ｚ端面と嵌合して密接した状態で、円筒管７０に配置することが可能である。また、ロウ付け部材６０は、平板状に形成されている。このため、ヘッダ部材３０に隣接して配置することが可能である。その結果、ロウ付け部材６０は、円筒管７０とヘッダ部材３０を確実にロウ付けすることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、実施の形態１及び２では、ヘッダ部材３０が直方体状である。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明では、ヘッダ部材３０の形状は任意である。ヘッダ部材３０は、管挿入孔３２が形成された壁部３１に、連結部４１、６１及び挿入部４２、６２が隣接可能であればよい。

図１０は、ロウ付け部材４０、６０とヘッダ部材３０の変形例の断面図である。
図１０に示すように、ヘッダ部材３０が円筒状であってもよい。そして、ヘッダ部材３０の円筒壁３３に管挿入孔３２が形成されてもよい。この場合、ロウ付け部材４０、６０全体、すなわち、連結部４１、６１と挿入部４２、６２をあわせた全体が円弧に曲げられた板の形状であるとよい。その円弧は、ヘッダ部材３０と同径、同心であるとよい。このような形態であれば、ロウ付け部材４０、６０をヘッダ部材３０の円筒壁３３に隣接させてロウ付けすることができる。このように、ヘッダ部材３０の形状は任意である。また、ロウ付け部材４０、６０は、ヘッダ部材３０の壁部３１の形状に嵌合可能な形状であれば、よい。

実施の形態１では、ロウ付け部材４０に形成された凹部４３が、扁平管２０の＋Ｘ端面と−Ｘ端面とに嵌合可能である。しかし、本発明では、熱交換器１に扁平管２０が使用される場合に、凹部４３の＋Ｚ端面が扁平管２０の＋Ｚ端面の形状と同形であればよい。すなわち、凹部４３が扁平管２０の＋Ｚ端面に嵌合可能であればよい。このような形状であっても、扁平管２０をロウ付けして、ヘッダ部材３０に固定することができる。

実施の形態１では、扁平管２０の管軸Ｃ１の垂直断面において、長手方向がＺ方向に平行に向けられている。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明では、扁平管２０は、管軸Ｃ１が互いに対向してかつ間隔をあけて配置されていればよい。そして、ロウ付け部材４０、６０は、扁平管２０の管軸Ｃ１が並ぶ方向と交差する方向から、扁平管２０を挿入することが可能な凹部４３、６３が形成された複数の挿入部４２、６２を有していればよい。

図１１は本発明の実施の形態１に係るロウ付け部材８０の変形例の断面図である。図１１に示すように、扁平管９０の管軸Ｃ１の垂直断面での長手方向が、Ｘ方向に対して傾斜していてもよい。この場合、凹部８３がＸ方向に対して傾斜する内壁を有し、扁平管９０が挿入可能であればよい。

なお、実施の形態１では、熱交換器の構成の配置について、平行、垂直等の表現で説明しているが、本明細書でいうところの、平行、垂直とは、熱交換器を組立可能な程度に概ね平行、垂直であることをいうものである。

実施の形態１及び２では、ロウ付け部材４０、６０が板状である。しかし、本発明はこれに限定されない。ロウ付け部材４０、６０は、柱状であってもよい。ロウ付け部材４０、６０が、凹部４３、６３と連結部４１、６１を備え、凹部４３、６３と連結部４１、６１がヘッダ部材３０の壁部３１に隣接可能な形状である限り、その形状は任意である。

実施の形態１及び２では、フィン１０、扁平管２０及びヘッダ部材３０が金属板だけで作製されているが、これらの部材に、目的に応じて表面処理膜、例えば、防食膜、防汚膜、親水膜、ロウ材料被覆膜などを設けてもよい。また、犠牲陽極層を設けてもよい。

実施の形態１及び２では、熱交換器１の冷媒を流すための管を、管の形状から扁平管２０、円筒管７０と称しているが、熱交換器１で熱を伝える管であることから、伝熱管と称されてもよい。

１ 熱交換器、１０ フィン、１１ 切り欠き、２０ 扁平管、３０、３０Ａ、３０Ｂ ヘッダ部材、３１ 壁部、３２ 管挿入孔、３３ 円筒壁、４０ ロウ付け部材、４１ 連結部、４２ 挿入部、４３ 凹部、６０ ロウ付け部材、６１ 連結部、６２ 挿入部、６３ 凹部、７０ 円筒管、８０ ロウ付け部材、８３ 凹部、９０ 扁平管、Ｃ１ 管軸、Ｃ２ 中心、Ｄ１、Ｄ２ 深さ、Ｌ ピッチ、Ｗ１、Ｗ２ 幅

Claims (7)

1. 管軸が互いに対向してかつ間隔をあけて配置された複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管がそれぞれ挿入された複数の管挿入孔が形成された壁部を有するヘッダ部材と、をロウ付けするためのロウ付け部材であって、
   前記複数の伝熱管の管軸が並ぶ方向と交差する方向から、前記伝熱管を挿入することが可能な凹部が形成された複数の挿入部と、
   前記複数の挿入部を連結する連結部と、
   を備え、
   前記複数の挿入部と前記連結部は、前記壁部に隣接可能である、
   ロウ付け部材。
2. 前記凹部は、前記複数の伝熱管の管軸が並ぶ方向と前記管軸の軸方向とに垂直な方向から、前記伝熱管を挿入することが可能である、
   請求項１に記載のロウ付け部材。
3. 前記伝熱管は、前記管軸に対する垂直断面視で扁平に形成された扁平管であり、
   前記凹部は、前記垂直断面視の、前記扁平管の長手方向端部の外形と同形に形成され、前記扁平管が嵌合可能である、
   請求項１又は２に記載のロウ付け部材。
4. 前記伝熱管は、前記管軸に対する垂直断面視で円形に形成された円筒管であり、
   前記凹部は、前記円筒管の外径と同径の半円に形成され、前記円筒管が嵌合可能である、
   請求項１又は２に記載のロウ付け部材。
5. 前記連結部は、直線状に延在し、
   前記複数の挿入部は、前記連結部から前記複数の伝熱管の側に突出し、全体で櫛歯状に形成されている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のロウ付け部材。
6. 前記複数の挿入部と前記連結部が板状に形成されている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のロウ付け部材。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のロウ付け部材と
   管軸が平行かつ間隔をあけて配置された複数の伝熱管と、
   前記複数の伝熱管がそれぞれ挿入された複数の管挿入孔が形成された壁部を有するヘッダ部材と、
   を備え、
   前記凹部には、前記複数の伝熱管の管軸が並ぶ方向と交差する方向から、前記伝熱管が挿入され、
   前記複数の挿入部と前記連結部が前記壁部に隣接している、
   熱交換器。

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