JP3770680B2 - アルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用空調機を構成するコンデンサ等として使用されるアルミニウム合金製熱交換器の改良に関し、ろう付け不良に伴う性能の劣化を有効に防止すべく発明したものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調機のコンデンサとして利用する熱交換器として、例えば実開昭６４−８０８１号公報には、図２に示す様な構造のアルミニウム合金製熱交換器が記載されている。この従来のアルミニウム合金製熱交換器は、上端面に入口管１を接続したアルミニウム合金製の入口側ヘッダ２と、この入口側ヘッダ２と平行に配置され、下端面に出口管３を接続した出口側ヘッダ４とを、複数の伝熱管５、５により互いに接続し、隣り合う伝熱管５、５同士の間に、コルゲート型のフィン６、６を挟持する事により構成している。冷媒等の流体と空気との間で熱交換を行なわせる場合には、入口管１から流体を送り込み、出口管３から取り出せば、この流体は、入口側ヘッダ２から出口側ヘッダ４に向けて多数の伝熱管５、５を流れる間に、これら伝熱管５、５及び上記フィン６、６の周囲を流れる空気との間で熱交換を行なう。
【０００３】
ところで、上述の様に構成され作用するアルミニウム合金製熱交換器の場合、伝熱管５、５内を流れる冷媒等の流体の流路を長くして、流体の流れを速くする事により、熱交換器の性能向上を図る為、上記各ヘッダ２、４の中間部に隔壁７、７を設ける事が行なわれている。例えば、図２に示した構造の場合、入口側ヘッダ２の内側と出口側ヘッダ４の内側とに、それぞれ１個ずつの隔壁７、７を固定している。この為、入口管１から入口側ヘッダ２に送り込まれた冷媒等の流体は、先ず一部の伝熱管５、５を通じて出口側ヘッダ４に送られる。次いでこの流体は、この出口側ヘッダ４から別の伝熱管５、５を通じて再び入口側ヘッダ２に戻され、更に残りの伝熱管５、５を通じて再び出口側ヘッダ４に送られてから、出口管３より送り出される。
【０００４】
上述の様に、入口側ヘッダ２或は出口側ヘッダ４の内側を複数の室に分割する為の隔壁７は、例えば図３、図４に示す様にして、入口側ヘッダ２（或は出口側ヘッダ４。以下同じ。）の内側に装着する。即ち、入口側ヘッダ２の側面に、この入口側ヘッダ２の丁度半周分に亙って、スリット状の切り欠き８を形成しておく。隔壁７を構成する板片９は、入口側ヘッダ２の内周面と一致する外周縁を有する小径側半円弧部１０と、入口側ヘッダ２の外周面とほぼ一致する外周縁を有する大径側半円弧部１１とから成り、両半円弧部１０、１１同士の連続部に段部１２、１２を形成している。
【０００５】
この様に形成される板片９は、小径側半円弧部１０の側から、上記切り欠き８の内側に挿入する。そして、上記小径側半円弧部１０の外周縁と入口側ヘッダ２の内周面との間、並びに上記切り欠き８の内周縁と大径側半円弧部１１の外周寄り部分との間を気密且つ液密にろう付けする事により、上記隔壁７とする。即ち、それぞれが芯材とろう材とを積層して成る、所謂クラッド材により構成された、板片９と入口側ヘッダ２との表面には、ろう材の層が存在する為、アルミニウム合金製熱交換器の構成各部品を、図２に示す様に仮組み付けした状態で加熱すれば、上記各間部分がろう付けされる。
【０００６】
より具体的には、図５に示す様に、上記入口側ヘッダ２又は出口側ヘッダ４（図２〜４）であるヘッダ１３は、芯材１４の外周面にろう材１５を積層したものとし、上記隔壁７を構成する為の板片９は、芯材１６の両面にろう材１７、１７を積層したものとしている。尚、上記ヘッダ１３を構成する芯材１４の外周面に積層したろう材１５は、このヘッダ１３に形成した図示しない複数の通孔の内周縁と前記伝熱管５、５（図２）の端部外周面とをろう付け接合する為のものである。上述の様に上記芯材１４、１６の片面或は両面にろう材１５、１７を積層して成るヘッダ１３と板片９とを図５に示す様に組み合わせた状態で加熱すれば、上記芯材１６の両面に積層したろう材１７、１７により、上記板片９の外周縁で切り欠き８から外れた部分と上記ヘッダ１３の内周面との間、並びにこの切り欠き８の内周縁と上記板片９の表面の一部でこの内周縁に対向する部分との間がろう付けされる。
【０００７】
ところで、上記ヘッダ１３と板片９とを、単に図５に示す様に組み合わせた状態のまま加熱しても、これらヘッダ１３と板片９との間のろう付けが不良になり易い。この理由は、上記板片９の両面に積層したろう材１７、１７の一部が、上記ヘッダ１３の外周面に積層したろう材１５に引かれて、このヘッダ１３外に出てしまう為である。即ち、上記加熱に伴って溶融したろう材１５、１７は、毛細管現象により微小隙間部分に集まる傾向になる。具体的には、図２に示す様なアルミニウム製熱交換器の加熱ろう付け作業時に、溶融した上記ろう材１５、１７は、複数の伝熱管５、５の端部とヘッダ１３（入口側ヘッダ２又は出口側ヘッダ４）に形成した複数の通孔との嵌合部、並びに上記ヘッダ１３と板片９との嵌合部に存在する微小隙間に集まる。
【０００８】
この際、複数の伝熱管５、５の端部とヘッダ１３に形成した複数の通孔との嵌合部にろう材を引き込む吸引力が大きいと、上記ヘッダ１３と板片９との嵌合部に存在するろう材が不足する。即ち、ヘッダ１３の外周面に積層したろう材１５と板片９の両面に積層したろう材１７、１７とは互いに接触しているので、溶融したろう材１５、１７同士が混ざり合った状態では、これら総てのろう材１５、１７が、毛細管現象に基づく吸引力の大きな部分に集中する傾向になる。この結果、上記ヘッダ１３と板片９との嵌合部に存在するろう材が不足し、これらヘッダ１３と板片９との嵌合部のろう付け性が不良になる可能性がある。特に、ヘッダ１３の内周面と板片９の外周縁との間のろう付け性が不良になっても、外部からは確認できない。しかも、当該ろう付け不良部分で冷媒等の流体が漏れた場合には、コンデンサ等のアルミニウム製熱交換器が所期の性能を発揮しなくなる。
【０００９】
この為従来から、図６に示す様に、板片９を挿入する為にヘッダ１３に形成した切り欠き８の開口部を溶接１８により塞いでから、ろう付けの為の加熱を行なっている。この様に、溶接１８によりヘッダ１３の外周面に積層したろう材１５と、板片９の両面に積層したろう材１７、１７とを遮断してからろう付けの為の加熱を行なえば、上記ヘッダ１３と板片９との嵌合部に存在するろう材が不足する事を防止して、これらヘッダ１３と板片９との嵌合部のろう付け性を確保できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ヘッダ１３と板片９との嵌合部のろう付け性を確保する為、このヘッダ１３の切り欠き８の開口部に溶接１８を施す作業は面倒で、しかもろう付けの為の設備とは異なる、溶接の為の設備が必要になる為、アルミニウム製熱交換器の製造コストを高くする原因となる。
本発明はこの様な事情に鑑みて、上記溶接を省略した場合でも、ヘッダ１３と板片９との間に存在するろう材がヘッダ１３外に引き抜かれる事のない構造を実現すべく発明したものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のアルミニウム合金製熱交換器は、前述した従来のアルミニウム製熱交換器と同様に、それぞれがアルミニウム合金により造られた１対のヘッダと、それぞれの両端部を両ヘッダ内に通じさせた複数のアルミニウム合金製の伝熱管相当部材と、隣り合う伝熱管相当部材同士の間に挟持されたアルミニウム合金製のフィンと、少なくとも一方のヘッダの中間部に設けられ、このヘッダ内を複数の室に分割するアルミニウム合金製の隔壁とを備える。そして、この隔壁を設けるヘッダは、芯材の外周面にろう材を積層したものであり、上記隔壁を構成する為の板片は芯材の両面にろう材を積層したものであり、上記隔壁は、上記ヘッダに形成した切り欠きを通じて上記板片をこのヘッダ内に挿入すると共に、上記板片の外周縁で上記切り欠きから外れた部分と上記ヘッダの内周面との間、並びにこの切り欠きの内周縁と上記板片の表面の一部でこの内周縁に対向する部分との間をろう付けして成る。
【００１２】
特に、本発明のアルミニウム合金製熱交換器に於いては、上記ヘッダを構成する芯材の外周面に積層した第一のろう材の溶融温度を、上記板片を構成する芯材の両面に積層した第二のろう材の溶融温度よりも低くし、第二のろう材が溶ける以前に上記切り欠きの周縁部から上記第一のろう材が流失する様にしている。
【００１３】
【作用】
上述の様に構成する本発明のアルミニウム製熱交換器の場合には、第一のろう材と第二のろう材とが、これら両ろう材が何れも溶融した状態で接触する事がない。即ち、ろう付けの為に構成各部材を加熱した場合には、先ずヘッダの外周面に積層した第一のろう材が溶融し、このヘッダに形成した複数の通孔の内周縁と複数の伝熱管の端部外周面等、互いにろう付けすべき部分に集まる。この様にして、上記ヘッダの外周面に積層した第一のろう材は、隔壁を構成する為の板片の両面に積層した第二のろう材が溶融する以前に、この板片を挿入した切り欠きの周縁部から、上記ろう付けすべき部分に向けて流失する。従って、上記構成各部材の温度が更に上昇し、上記第二のろう材が溶融した状態では、この第二のろう材と上記第一のろう材とが接触しない。この結果、この第二のろう材は、上記切り欠き外に流出する事なく、上記板片とヘッダとの接触部をろう付けする為に有効に使われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、隔壁７を構成する為の板片９とヘッダ１３とのろう付けに供すべく、この板片９の両面に積層した第二のろう材１９、１９が、上記ヘッダ１３の外周面に積層した第一のろう材２０に引かれて、このヘッダ１３外に流失する事を防止する為の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図２〜４に示した従来構造と同様であるから、同等部分に関する重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００１５】
本発明のアルミニウム合金製熱交換器の場合には、上記ヘッダ１３を構成する芯材１４の外周面に積層した、上記第一のろう材２０の溶融温度（融点）を、上記板片９を構成する芯材１６の両面に積層した第二のろう材１９、１９の溶融温度よりも低くしている。この為に、上記第一のろう材２０であるアルミニウム合金中のSiの含有量を比較的多く（例えば７〜８重量％程度）し、上記第二のろう材１９、１９であるアルミニウム合金中のSiの含有量を比較的少なく（例えば５．５〜６．５重量％程度）する。
【００１６】
上述の様に、互いに融点が異なる第一、第二のろう材２０、１９を組み合わせる事により構成した本発明のアルミニウム製熱交換器の場合には、第一のろう材２０と第二のろう材１９、１９とが、これら両ろう材２０、１９が何れも溶融した状態で接触する事がない。即ち、ヘッダ１３の内側に隔壁７を設ける為には、先ず、図１（Ａ）に示す様に、上記ヘッダ１３に形成した切り欠き８からこのヘッダ１３内に、上記板片９を挿入する。そして、この板片９の外周縁で上記切り欠き８から外れた部分と上記ヘッダ１３の内周面とを、この切り欠き８の内周縁と上記板片９の表面の一部でこの内周縁に対向する部分とを、それぞれ当接若しくは微小隙間を介して互いに対向させる。
【００１７】
上記板片９とヘッダ１３とを、上述の様に組み合わせたならば、これら両部材９、１３を、アルミニウム合金製熱交換器の他の構成各部品と共に加熱炉中に入れ、所望温度（例えば６００〜６４０℃程度）にまで加熱する。この加熱に伴って上記構成各部品の温度が次第に上昇し、上記第一のろう材２０と第二のろう材１９、１９とが溶融する。但し、これら両ろう材２０、１９は同時に溶融するのではなく、先ずヘッダ１３を構成する芯材１４の外周面に積層した第一のろう材２０が溶融する。即ち、この第一のろう材２０は、ヘッダ１３の外周面に露出している為、加熱炉内の温度の影響を強く受けて迅速に温度上昇するだけでなく、融点が低い為、比較的早く溶融して流動自在な程度に粘度が低下する。
【００１８】
この様に早期に溶融して粘度が低下した第一のろう材２０は、その一部が上記切り欠き８の内周縁と上記板片９との間の微小隙間に進入し、この微小隙間を含む部分に、図１（Ｂ）に示す様に第一のフィレット２１を形成する他、残部が上記ヘッダ１３に形成した複数の通孔の内周縁と複数の伝熱管５、５（図２参照）の端部外周面等、互いにろう付けすべき部分に集まって、当該部分に第二のフィレット（図示せず）を形成する。この結果、ヘッダ１３の外周面に積層した第一のろう材２０は、隔壁７を構成する為の板片９の両面に積層した第二のろう材１９、１９が溶融する以前に、上記第一のフィレット２１を形成する分を除き、この板片９を挿入した切り欠き８の周縁部から、上記ろう付けすべき部分に向けて流失する。そして、上記第一のフィレット２１と第二のフィレットとの間には、上記第一のろう材２０が存在しない状態となる。即ち、上記第二のろう材１９、１９がまだ溶融していないか、或は溶融していても未だ粘度が高い間に、図１（Ｂ）に示す様に、上記ヘッダ１３の外周面で上記切り欠き８の開口周囲部分に、上記第一のフィレット２１を除き、上記第一のろう材２０が存在しなくなる。
【００１９】
上記第二のろう材１９、１９は、更に温度が上昇する事により、十分な流動性を確保できる程度にまで粘度が低下する。そして、これら第二のろう材１９、１９が、板片９の外周縁で上記切り欠き８から外れた部分と上記ヘッダ１３の内周面との間に、図１（Ｃ）に示す様に第三のフィレット２２を形成する。この第三のフィレット２２と上記第一のフィレット２１とは、温度低下に伴って固化し、上記板片９とヘッダ１３との間を塞いで、このヘッダ１３内を気密且つ液密に仕切る隔壁７を構成する。
【００２０】
本発明のアルミニウム合金製熱交換器の場合には、上記第三のフィレット２２を構成すべく、上記各第二のろう材１９、１９が完全に溶融して粘度が十分に低下した状態では、これら各第二のろう材１９、１９と上記第一のろう材２０とが接触しない。この結果、これら各第二のろう材１９、１９は、上記板片９とヘッダ１３との接触部をろう付けする為に有効に使われる。
【００２１】
本発明者が、上記第一のろう材２０中のSiの含有量を７．４４％とし、第二のろう材１９、１９中のSiの含有量を５．８９％として、前述した溶接１８（図６）を省略して板片９とヘッダ１３とのろう付けを行なったところ、良好なろう付け性を得られる事を確認できた。即ち、本発明によれば、同種のろう材を使用して切り欠き８の開口部に溶接１８を施した場合と同様のろう付け性を得られる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のアルミニウム合金製熱交換器は、以上に述べた通り構成され作用するので、板片とヘッダとの間を溶接しなくても、この板片とヘッダとを確実にろう付けして、この板片により構成する隔壁による密封性を確保できる。この為、性能の良いアルミニウム合金製熱交換器を低コストで造れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示しており、（Ａ）はろう付けの為の加熱以前の状態を、（Ｂ）は第一のろう材のみが溶融した状態を、（Ｃ）は第二のろう材も溶融して板片とヘッダとをろう付けした状態を、それぞれ示す隔壁形成部分の断面図。
【図２】本発明の対象となるアルミニウム合金製熱交換器の１例を示す正面図。
【図３】図２に示したアルミニウム合金製熱交換器に於ける隔壁形成部分を示す斜視図。
【図４】同じく隔壁形成部分の断面図。
【図５】より具体的な構造を、加熱ろう付け以前の状態で示す、隔壁形成部分の断面図。
【図６】ろう付け性確保の為に板片とヘッダとを溶接した状態を示す、隔壁形成部分の断面図。
【符号の説明】
１ 入口管
２ 入口側ヘッダ
３ 出口管
４ 出口側ヘッダ
５ 伝熱管
６ フィン
７ 隔壁
８ 切り欠き
９ 板片
１０ 小径側半円弧部
１１ 大径側半円弧部
１２ 段部
１３ ヘッダ
１４ 芯材
１５ ろう材
１６ 芯材
１７ ろう材
１８ 溶接
１９ 第二のろう材
２０ 第一のろう材
２１ 第一のフィレット
２２ 第三のフィレット

Claims (1)

1. それぞれがアルミニウム合金により造られた１対のヘッダと、それぞれの両端部を両ヘッダ内に通じさせた複数のアルミニウム合金製の伝熱管相当部材と、隣り合う伝熱管相当部材同士の間に挟持されたアルミニウム合金製のフィンと、少なくとも一方のヘッダの中間部に設けられ、このヘッダ内を複数の室に分割するアルミニウム合金製の隔壁とを備え、この隔壁を設けるヘッダは、芯材の外周面にろう材を積層したものであり、上記隔壁を構成する為の板片は芯材の両面にろう材を積層したものであり、上記隔壁は、上記ヘッダに形成した切り欠きを通じて上記板片をこのヘッダ内に挿入すると共に、上記板片の外周縁で上記切り欠きから外れた部分と上記ヘッダの内周面との間、並びにこの切り欠きの内周縁と上記板片の表面の一部でこの内周縁に対向する部分との間をろう付けして成るアルミニウム合金製熱交換器に於いて、上記ヘッダを構成する芯材の外周面に積層した第一のろう材の溶融温度を、上記板片を構成する芯材の両面に積層した第二のろう材の溶融温度よりも低くし、第二のろう材が溶ける以前に上記切り欠きの周縁部から上記第一のろう材が流失する様にした事を特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。

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