JP4222354B2 - アルミニウムアキュームレータの溶接構造および溶接方法ならびに熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウムアキュームレータの溶接構造および溶接方法ならびにアルミニウムアキュームレータの溶接構造を備えた熱交換器に関するものである。

一般に、家庭用冷蔵庫などに使用される熱交換器において、アルミニウムアキュームレータとアルミニウムパイプの溶接構造はアルミニウムアキュームレータとアルミニウムパイプのつなぎ部の内周にステンレススリーブを挿入してつなぎ部の外周を溶接するアキュームレータ溶接構造が知られているが、近年、冷蔵庫などの家電製品においては使用冷媒に可燃性冷媒が用いられていることから、内部機能部品である熱交換器においても、溶接部の漏れに対する溶接における信頼性の向上が求められている。また、一層の低コスト化が図られていることから熱交換器においても生産性が高く低コストの製品が求められている。しかしながら、アルミニウム溶接部は漏れなどの溶接不良が多く発生しやすい構造であることと、それが原因で溶接の手直しや再生産が多くなり生産性が悪くなることから低コスト化が困難である。

以上のことから、溶接不良が少なく生産性の高い溶接構造および溶接方法が求められている。

図２は、特許文献１に記載された従来のアルミニウムパイプ溶接構造断面図である。

図２に示すように、内部を冷媒２が流動するアルミニウムパイプ４と、アルミニウムアキュームレータ５と、溶接時のアルミニウム溶け込み防止用のステンレススリーブ１０とから構成されており、アルミニウムパイプ４の一部には凹み部１１が設けられ、この凹み部１１の位置までステンレススリーブ１０が挿入されている。なお、液冷媒が直接圧縮機へ戻ることによる圧縮機の故障を防止するということから、アルミニウムパイプ出口４ａはアルミニウムアキュームレータ出口５ａに直接向かない様にアルミパイプ４は曲げられて、曲げ加工部４ｂを有している。次にアルミニウムパイプ４はアルミニウムアキューム
レータ５へ挿入されたあと、アルミニウムパイプ４とアルミニウムアキュームレータの重なり合うつなぎ部７の外周を溶接したアルミニウムパイプ溶接構造である。
特開２００２−１８８７６５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、アルミニウムアキュームレータ５へアルミニウムパイプ４を挿入するという構造において、挿入するアルミニウムパイプ４には液冷媒の直接的な戻り防止のため曲げ加工部４ｂを設けていることから、アルミニウムパイプ４をアルミニウムアキュームレータ５へ挿入する際、アルミニウムアキュームレータ５の端部内径はアルミニウムパイプ４の挿入性を考慮して、アルミニウムパイプ４の外径より充分に広くしなくてはならない。そのため、溶接時にアルミニウムパイプ４とアルミニウムアキュームレータ５との挿入部のクリアランスが大きくなり、溶接に適したクリアランスが確保できないということと、溶接時にアルミニウムパイプ４が動きやすくなりズレが生じ易いということから溶接不良が多くなるという課題があった。

さらに、アルミニウムパイプ４にズレが生じやすくアルミニウムパイプ４の位置を固定することが困難であるということは、アルミニウムパイプ４のアルミニウムアキュームレータ５の内部寸法精度が悪く、液冷媒の圧縮機への直接の戻り防止目的で設けているアルミニウムパイプ４の曲げ形状を維持するのが困難となり、アルミニウムパイプ４の先端４ａの位置にバラツキが生じて冷媒の流れが安定しないという課題があった。

また、アルミニウムパイプ４の挿入位置を決めるためには、挿入位置決め治工具の使用が不可欠であり、治工具取付けや、アルミニウムパイプ４の挿入に時間が掛かるということや、ステンレススリーブ１０をアルミニウムパイプ４へ深く挿入したあとに曲げ加工部４ｂを設けなければならないなど、生産工程や生産工数が必要となるということから製品の生産性向上が困難という課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、溶接部の溶接不良の発生を充分に抑制するとともに、生産性が高いアルミニウムアキュームレータの溶接構造を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のアルミニウムアキュームレータの溶接構造は、ビーディング加工部を有したアルミニウムパイプと、アルミニウムアキュームレータと、縮管加工部を有した直管形状の金属パイプの三部品で構成され、金属パイプの縮管加工部をアルミニウムパイプに挿入させた後、アルミニウムパイプをビーディング加工部位置までアルミニウムアキュームレータに挿入して溶接したものである。

これにより、アルミニウムアキュームレータ内の金属パイプ内径をアルミニウムパイプ内径以上にすることができ、アルミニウムアキュームレータ内の金属パイプにて冷媒の管内流速を低減できることで冷媒液の直接的な戻りによる圧縮機の故障防止が可能となる。

また、アルミニウムパイプとアルミニウムアキュームレータのクリアランスを溶接に適した最低限のクリアランス値に確保できるようになることと、溶接時にビーディング加工部が溶けることで溶接に充分なアルミニウム溶け込み量を確保できることから溶接不良低減が可能となる。

また、縮管加工部およびビーディング加工部にてそれぞれのパイプの挿入位置が決まるため、挿入作業性が向上し生産性の向上が可能となる。

本発明は、溶接不良を充分低減できるとともに、生産性が高いアルミニウムアキュームレータの溶接構造を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、アルミニウム管の両端を絞り加工して成形されたアルミニウムアキュームレータと、ビーディング加工部を有し、かつ一端を前記ビーディング加工部が前記アルミニウムアキュームレータに当接するまで該アルミニウムアキュームレータ内に挿入した冷媒の入口側となるアルミニウムパイプと、前記アルミニウムアキュームレータ内に位置し、前記アルミニウムパイプと接続された直管形状の金属パイプと、から構成され、前記金属パイプは、外径を前記アルミニウムパイプの外径と略等しくしており、また、前記金属パイプと前記アルミニウムパイプの接続構造を、前記金属パイプの一端に所定の長さに亘って設けた縮管加工部を、その先端が前記アルミニウムパイプの前記ビーディング加工部を越える位置となるまで挿入した接続構造とし、さらに、前記アルミニウムパイプに設けた前記ビーディング加工部と前記アルミニウムアキュームレータが当接した状態において前記アルミニウムパイプと前記アルミニウムアキュームレータと前記金属パイプが重なり合うつなぎ部を溶接したアルミニウムアキュームレータの溶接構造であり、アルミニウムパイプとアルミニウムアキュームレータのクリアランスを最低限にでき、溶接に適したクリアランスを確保することが可能となる。その結果、アルミニウムパイプのズレも防止できることから溶接不良の低減が可能となる。また、アルミニウムパイプのビーディング加工部により溶接部に充分なアルミニウム量が確保できるためさらに溶接不良の低減が可能となる。また、縮管加工部およびビーディング加工部にて挿入位置が決まるため、治工具等が不要となることから挿入作業性が向上し生産性が高くできる。

また、前記金属パイプは、直管形状としたものであり、曲げ加工を行わないことで低コスト化が図れる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記金属パイプの内径を、前記アルミニウムパイプの内径以上としたものであり、前記金属パイプの内部を流動する冷媒の流速をアルミニウムパイプの内部を流動する冷媒の流速に比べて低下できることから、液冷媒の直接的な戻りによる圧縮機の故障防止が可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記金属パイプを、ステンレスパイプとしたものであり、高耐熱性および高耐食性を有することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記金属パイプを、銅パイプとしたものであり、低コスト化が可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記アルミニウムパイプ外面に、前記金属パイプを固定するカシメ部を設けたものであり、より堅固に金属パイプを固定できることから、金属パイプのガタツキやズレの防止が可能となり、溶接不良の低減が可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記アルミニウムアキュームレータ端面の角を、内外とも略直角としたものであり、溶接部に充分なアルミニウム量が確保できることで、さらなる溶接不良の低減が可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のアルミニウムアキュームレータの溶接構造を備えた熱交換器であり、溶接不良の低減が可能で生産コスト低減が図れる熱交換器を提供できる。

請求項８に記載の発明は、ビーディング加工部を有したアルミニウムパイプと、アルミニウム管の両端を絞り加工して成形されたアルミニウムアキュームレータと、外径を前記アルミニウムパイプの外径と略等しくした直管形状であって、一端に前記アルミニウムパイプの内径と略等しい径の縮管加工部を所定長さに亘って設けた金属パイプと、から構成され、予め前記金属パイプの前記縮管加工部を、その先端が前記ビーディング加工部を越える位置となるように前記アルミニウムパイプに挿入し、そのアルミニウムパイプを、前記金属パイプより前記アルミニウムパイプのビーディング加工部が前記アルミニウムアキュームレータ端部に当接するまで挿入し、その状態において前記アルミニウムパイプと前記アルミニウムアキュームレータと前記金属パイプが重なり合うつなぎ部で溶接したアルミニウムアキュームレータの溶接方法であり、アルミニウムパイプとアルミニウムアキュームレータのクリアランスを最低限にでき、溶接に適したクリアランスを確保することが可能となり、アルミニウムパイプのズレも防止できることから溶接不良の低減が可能となる。また、アルミニウムパイプのビーディング加工部により溶接部に充分なアルミニウム量が確保できるため、さらに溶接不良の低減が可能となる。また、ビーディング加工部にて挿入位置が決まるため、治工具等が不要となることから挿入作業性が向上し生産性が高くできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるアルミニウムアキュームレータ溶接構造断面図である。図１においてアルミニウムアキュームレータ溶接構造１は、例えば冷蔵庫の冷凍システム内で使用されるアキュームレータの入口で使用され、内部を冷媒２が流動する伝熱管であるビーディング加工部３ａを有したアルミニウムパイプ４と、熱交換器（図示せず）の熱負荷により液冷媒が圧縮機（図示せず）へ直接流れないように液冷媒を貯留してガス化した後に圧縮機へ送り込む役割をもつアルミニウムアキュームレータ５と、アルミニウムアキュームレータ５内へ挿入される縮管加工部３ｃを有した金属パイプ６と、から構成されている。ここでいうアルミニウムとは純アルミニウムのほかにアルミニウム合金を含むものとする。また、金属パイプ６は、溶接時にアルミニウムパイプ４の内部へのアルミニウム溶け込みによるアルミニウムパイプ詰り防止用のスリーブも兼ねた構造となっており、金属パイプ６に使用する材料は、耐熱性を考慮してステンレスパイプを用いるか、もしくは溶接工程の自動化や溶接部手直し低減などによって溶接時間や回数が短縮出来る場合には安価な銅パイプを用いてもよい。

なお、ステンレスパイプを用いる場合は、腐食の観点からオーステナイト系ステンレスを使用することが望ましく、銅パイプを用いる場合は、純銅のほか、合金を用いてもよい。

以上のように構成されたアルミニウムアキュームレータ溶接構造１について、以下その構造、作用を説明する。

まず、アルミニウムパイプ４の内周に金属パイプ６の縮管加工部３ｃを挿入する。このとき縮管加工部３ｃがアルミニウムパイプ４の端面と一致する位置まで挿入する。金属パイプ６のアルミニウムパイプ４への挿入部外径、すなわち縮管加工部３ｃの外径は、挿入
するアルミニウムパイプ４の内径より０．２〜０．８ｍｍ程度小さくすることで、アルミニウム溶け込み防止として溶接に適当なクリアランスを確保でき溶接不良低減につながる。

また、金属パイプ６のガタツキやズレも防止できるとともに金属パイプ６の挿入性を確保できることから作業時間が低減でき生産性の向上が可能となる。なお、挿入後アルミニウムパイプ４の外面を変形させる、あるいはディンプルなどの窪みを設けるなど、すなわち、カシメ部９を設け、より強固に固定してもよい。

また、金属パイプ６の縮管加工部３ｃ以外の外径をアルミニウムパイプ４の外径とほぼ同径とし、かつ、金属パイプ４の肉厚をアルミニウムパイプ４の肉厚より薄くすることで、金属パイプ６の内径をアルミニウムパイプ４の内径以上とすることができるため、アルミニウムパイプ４の内部を流動する冷媒２の流速を金属パイプ６にて低下させることができる。

これにより、液冷媒が直接圧縮機へ戻ることを防止するために金属パイプ６に曲げ形状を加えるなどの必要がなく、液冷媒が圧縮機へ直接戻って引き起こされる圧縮機の故障の防止ができる。

すなわち、金属パイプ６が直管であるためアルミニウムアキュームレータ５への挿入が容易となるとともに金属パイプ６の加工コストが低減でき、金属パイプ６の低コスト化が可能となる。次に金属パイプ６を挿入したアルミニウムパイプ４のビーディング加工部３ａをアルミニウムアキュームレータ５の端面と一致するまで挿入し、アルミニウムパイプ４とアルミニウムアキュームレータ５と金属パイプ６とを重ね合わせる。アルミニウムアキュームレータ５のアルミニウムパイプ４を挿入する部分の内径は、挿入するアルミニウムパイプ４の外径より０．０５〜０．１５ｍｍ程度大きくすることにより、アルミニウムパイプ４の挿入性と溶接時の信頼性の向上が両立できる。

なお、アルミニウムアキュームレータ５の端面は溶接時のアルミニウム量確保のため、内外とも面取りを設けず、角は内外とも略直角とするのが望ましい。

また、アルミニウムアキュームレータ５のアルミニウムパイプ４の挿入部分外面を変形させる、あるいはディンプルなどの窪みを設けるなどして、より強固に固定してもよい。

次に重ね合わせたつなぎ部７の外周を溶接する。この重ね合わせ構造とビーディング加工部３ａにより溶接部に充分なアルミニウム量が確保できることと、つなぎ部７が形状的に安定することから、自動溶接等も可能とし、より安定した溶接が行え、溶接品質の向上が図れる。また、それは溶接手直しの低減や再生産の低減などの効果にもつながり生産性の向上が可能となる。また、溶接不良が原因での冷媒漏れも低減することができることから、イソブタンやプロパンなどの可燃性冷媒を使用する場合の冷媒漏れによる発火の危険性も低減することができる。

以上のように、本発明にかかるアルミニウムアキュームレータの溶接構造および溶接方法は、溶接不良を充分低減でき、生産性を向上させることができるため、アルミニウムを主体とした冷凍冷蔵および空調用、自動車用、給湯器用の熱交換器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるアルミニウムアキュームレータ溶接構造断面図 従来のアルミニウムパイプ溶接構造断面図

符号の説明

１ アルミニウムアキュームレータ溶接構造
３ａ ビーディング加工部
３ｃ 縮管加工部
４ アルミニウムパイプ
５ アルミニウムアキュームレータ
６ 金属パイプ
７ つなぎ部
９ カシメ部

Claims (8)

1. アルミニウム管の両端を絞り加工して成形されたアルミニウムアキュームレータと、ビーディング加工部を有し、かつ一端を前記ビーディング加工部が前記アルミニウムアキュームレータに当接するまで該アルミニウムアキュームレータ内に挿入した冷媒の入口側となるアルミニウムパイプと、前記アルミニウムアキュームレータ内に位置し、前記アルミニウムパイプと接続された直管形状の金属パイプと、から構成され、前記金属パイプは、外径を前記アルミニウムパイプの外径と略等しくしており、また、前記金属パイプと前記アルミニウムパイプの接続構造を、前記金属パイプの一端に所定の長さに亘って設けた縮管加工部を、その先端が前記アルミニウムパイプの前記ビーディング加工部を越える位置となるまで挿入した接続構造とし、さらに、前記アルミニウムパイプに設けた前記ビーディング加工部と前記アルミニウムアキュームレータが当接した状態において前記アルミニウムパイプと前記アルミニウムアキュームレータと前記金属パイプが重なり合うつなぎ部を溶接したアルミニウムアキュームレータの溶接構造。
2. 前記金属パイプの内径を、前記アルミニウムパイプの内径以上とした請求項１に記載のアルミニウムアキュームレータの溶接構造。
3. 前記金属パイプを、ステンレスパイプとした請求項１または請求項２に記載のアルミニウムアキュームレータの溶接構造。
4. 前記金属パイプを、銅パイプとした請求項１または請求項２に記載のアルミニウムアキュームレータの溶接構造。
5. 前記アルミニウムパイプ外面に、前記金属パイプを固定するカシメ部を設けた請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアルミニウムアキュームレータの溶接構造。
6. 前記アルミニウムアキュームレータ端面の角を、内外とも略直角とした請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアルミニウムアキュームレータの溶接構造。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のアルミニウムアキュームレータの溶接構
   造を備えた熱交換器。
8. ビーディング加工部を有したアルミニウムパイプと、アルミニウム管の両端を絞り加工して成形されたアルミニウムアキュームレータと、外径を前記アルミニウムパイプの外径と略等しくした直管形状であって、一端に前記アルミニウムパイプの内径と略等しい径の縮管加工部を所定長さに亘って設けた金属パイプと、から構成され、予め前記金属パイプの前記縮管加工部を、その先端が前記ビーディング加工部を越える位置となるように前記アルミニウムパイプに挿入し、そのアルミニウムパイプを、前記金属パイプより前記アルミニウムパイプのビーディング加工部が前記アルミニウムアキュームレータ端部に当接するまで挿入し、その状態において前記アルミニウムパイプと前記アルミニウムアキュームレータと前記金属パイプが重なり合うつなぎ部で溶接したアルミニウムアキュームレータの溶接方法。
   

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