JP4479540B2 - Heat exchanger - Google Patents
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本発明は、熱交換器を構成するアルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、アルミニウム冷媒管を中間に使用してTIG(またはMIG)溶接を行うことを廃止し、直接共晶接合を使用した冷凍冷蔵空調用熱交換器に関するものである。 The present invention abolishes TIG (or MIG) welding using an aluminum refrigerant pipe in the middle for connecting the refrigerant outlet of the aluminum accumulator constituting the heat exchanger and the copper pipe, and performing direct eutectic bonding. The present invention relates to a used heat exchanger for refrigeration and air conditioning.
アルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、直接共晶接合を使用する方法は、すでに特許文献1に開示されている。
A method of using direct eutectic bonding for connection between the refrigerant outlet of the aluminum accumulator and the copper tube has already been disclosed in
図5は、特許文献1に記載された従来の熱交換器における接続部を示すものである。図5に示すように、銅管1と、アルミニウムアキュムレータ2と、ポリエチレン熱収縮チューブ3から構成されている。
FIG. 5 shows a connecting portion in a conventional heat exchanger described in
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。 The operation of the heat exchanger configured as described above will be described below.
まず、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管(図示せず)と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたアルミニウムフィン(図示せず)と、アルミニウムアキュムレータ2と、先細り状テーパ部1aが端部に形成された銅管1と、ポリエチレン熱収縮チューブ3からなり、銅管1の端部に、アルミニウムアキュムレータ2の端部を直接共晶接合し、熱収縮チューブ3を前記共晶接合部で収縮固定させたものである。従来であれば、アルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、アルミニウム冷媒管を中間に使用して、アルミニウムアキュムレータとアルミニウム冷媒管の接合には、TIG(またはMIG)溶接を使用し、アルミニウム冷媒管と銅管との接合には、共晶接合を使用する構成であった。しかし、アルミニウム冷媒管を中間に使用してTIG(またはMIG)溶接を行うことを廃止し、直接共晶接合を使用することで、接合部の漏れに対する信頼性の向上と、低コスト化が図れる熱交換器となっている。
しかしながら、上記従来の構成では、アルミニウムアキュムレータ2の先端内面エッジは、面取りされており、先細り状テーパ部1aが端部に形成された銅管1をアルミニウムアキュムレータ2の先端内面に挿入、共晶接合すると、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータ2の先端内面の面取り部から端面にわたり塊となってしまう。共晶融液は、銅とアルミニウムの合金であり、脆い性質がある。したがって、共晶融液(合金相)は限りなく薄く、接合界面に均一に分布していることが望ましい。しかし、銅管1の先細り状テーパ部とアルミニウムアキュムレータ2の端部との接合界面は、良い接合であるのに対して、アルミニウムアキュムレータ2の先端内面の面取り部から端面にわたり共晶融液が塊となってしまうので、この部分が脆くなってしまうことと、曲げ、ねじれ、引張等の外力が加わったときの、接合強度が低下する課題を有していた。
However, in the above-described conventional configuration, the inner surface edge of the
また、アルミニウムアキュムレータ2の端部外径と銅管1の外径の差が大きいため、ポリエチレン熱収縮チューブ3を共晶接合部で収縮固定させるには、内径収縮率の高いポリエチレン熱収縮チューブ3を使用しなければならなかった。つまり、コスト的にも高いポリエチレン熱収縮チューブ3を使用しなければならないという課題を有していた。
In addition, since the difference between the outer diameter of the end of the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、TIG(またはMIG)溶接を廃止し、コスト低減と、品質向上を実現した熱交換器において、さらに一層の、品質の向上とコスト低減を実現させた熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and further improves the quality and reduces the cost in a heat exchanger that eliminates TIG (or MIG) welding and realizes cost reduction and quality improvement. An object of the present invention is to provide a heat exchanger.
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、アルミニウムアキュムレータ先端の内面エッジを尖らせたものである。 In order to solve the above conventional problems, the heat exchanger of the present invention has a sharpened inner edge at the tip of an aluminum accumulator.
これによって、少なくとも、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータの先端内面には形成されないので、曲げ、ねじれ、引張等の外力が加わったときの、接合強度が低下することを防止することができる。 As a result, at least the excess eutectic melt discharged from the interface is not formed on the inner surface of the tip of the aluminum accumulator, thus preventing a decrease in bonding strength when an external force such as bending, twisting or tension is applied. can do.
また、本発明の熱交換器は、アルミニウムアキュムレータ先端外径が前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径と略同径にしたものである。 In the heat exchanger of the present invention, the aluminum accumulator tip outer diameter is substantially the same as the maximum outer diameter of the tapered tapered portion of the copper tube.
これによって、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータの先端部に形成されても、アルミニウムとの接触部が存在しないので、軽微な力で簡単に取ることができ、共晶融液の塊がないので、外力に対する接合強度がより強固になる。さらに、内径収縮率の高いポリエチレン熱収縮チューブを使用しなくて済むので、コスト的にも安いポリエチレン熱収縮チューブを使用することができる。 As a result, even if excessive eutectic melt discharged from the interface is formed at the tip of the aluminum accumulator, there is no contact portion with aluminum, so it can be easily removed with a slight force, and eutectic melt can be obtained. Since there is no lump of liquid, the bonding strength against external force becomes stronger. Furthermore, since it is not necessary to use a polyethylene heat-shrinkable tube having a high inner diameter shrinkage rate, a polyethylene heat-shrinkable tube that is inexpensive in cost can be used.
本発明の熱交換器は、TIG(またはMIG)溶接を廃止し、アルミニウムアキュムレータと銅管との直接共晶接合を使用したもので、且つ、接合部の形状を工夫し、さらに一層の、品質の向上とコスト低減を実現させることが可能である。 The heat exchanger of the present invention eliminates TIG (or MIG) welding, uses direct eutectic bonding between an aluminum accumulator and a copper tube, and devise the shape of the joint, further improving the quality. Improvement and cost reduction can be realized.
請求項1に記載の発明は、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたアルミニウムフィンと、アルミニウムアキュムレータと、先細り状テーパ部が端部に形成された銅管と、ポリエチレン熱収縮チューブからなり、前記銅管の端部に、前記アルミニウムアキュムレータ端部を共晶接合し、前記ポリエチレン熱収縮チューブを前記共晶接合部で収縮固定させた熱交換器において、前記アルミニウムアキュムレータ先端の内面エッジを尖らせたものであり、少なくとも、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータの先端内面には形成されないので、曲げ、ねじれ、引張等の外力が加わったときの、接合強度が低下することを防止することができる。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の熱交換器において、前記アルミニウムアキュムレータ先端外径が前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径より大きく、且つ前記アルミニウムアキュムレータ先端と前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径部との界面に形成される共晶融液を切削除去したものであり、接合強度低下の要因である過剰な共晶融液の塊を完全に除去することで、外力に対する接合強度がより強固になる。 According to a second aspect of the present invention, in the heat exchanger according to the first aspect, the outer diameter of the tip of the aluminum accumulator is larger than the maximum outer diameter of the tapered tapered portion of the copper tube, and the tip of the aluminum accumulator and the copper The eutectic melt formed at the interface with the maximum outer diameter of the tapered taper section of the tube is removed by cutting, and the excess eutectic melt mass that causes a decrease in bonding strength is completely removed. As a result, the bonding strength against the external force becomes stronger.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の熱交換器において、前記アルミニウムアキュムレータ先端外径が前記銅管の先細り状テーパ部の最大外径と略同径にしたものであり、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータの先端部に形成されても、アルミニウムとの接触部が存在しないので、軽微な力で簡単に取ることができ、共晶融液の塊がないので、外力に対する接合強度がより強固になる。さらに、内径収縮率の高いポリエチレン熱収縮チューブを使用しなくて済むので、コスト的にも安いポリエチレン熱収縮チューブを使用することができる。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の熱交換器において、前記銅管の素管内径が前記銅管の先細り状テーパ部の先端内径と略同径であるものであり、銅管の先端を先細り状テーパ加工することは、共晶接合にとって重要な形状であるが、一般的に、銅管側が冷却システムに使用する冷媒と冷凍機油の出口側にあたり、銅管の先細り状テーパ部の先端内径が素管内径より小さいと流れを阻害するので、流れを阻害しない構造としたので、冷却システムの信頼性を高めることができる。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項3から請求項4のいずれか一項に記載の熱交換器において、前記銅管の先細りテーパ部の最大外径を、前記銅管の素管外径の1.5倍以下にしたものであり、1.5倍を超えると焼きなまし等の特殊処理を組み合わせて銅管の拡径加工をする必要があるので、1.5倍以下で成り立つように設計することで低コスト化が可能となる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the heat exchanger according to any one of the third to fourth aspects, the maximum outer diameter of the taper taper portion of the copper pipe is set to the outer diameter of the raw pipe of the copper pipe. Designed to be 1.5 times or less, since it is necessary to expand the diameter of copper pipes by combining special treatments such as annealing when it exceeds 1.5 times. By doing so, the cost can be reduced.
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が、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成について同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the same reference numerals are given to the same configurations as those of the conventional example or the above-described embodiments, and detailed description thereof will be omitted. The present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における熱交換器の模式図である。図2は、本発明の実施の形態1における熱交換器の要部断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a heat exchanger according to
図1、図2において、アルミニウム冷媒管5は、直管部5a及び曲管部5bが連続する蛇行状に曲げ加工して成るものであり、外表面に固定されたアルミニウムフィン4と、アルミニウムアキュムレータ2と銅管1から熱交換器を構成している。銅管1には、先細り状テーパ部1aが端部に形成されている。アルミニウムアキュムレータ2の端面2aの内面には、面取り加工などはされておらず尖っている。銅管1とアルミニウムアキュムレータ2の接合部周辺は、ポリエチレン熱収縮チューブ3で被覆処理が施されている。アルミニウムアキュムレータ2の端面2aの先端には、共晶融液6が形成されている。
1 and 2, an aluminum refrigerant pipe 5 is formed by bending a
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat exchanger comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、銅管1の端部に先細り状テーパ部1aを加工する。次に、アルミニウムアキュムレータ2の端面2aの内面が尖った形状のものを使用し、銅管1の先細り状テーパ部1aを挿入・加熱して共晶接合する。この共晶接合は、個々の金属の溶融温度以下で適切な圧力を加えることで、お互いに原子が拡散し結合に至る。アルミニウムと銅の溶融部を完全にまたは部分的に拡散消失させることで、接合界面には合金相が形成される。なお、過剰な合金相(共晶融液)は、アルミニウムアキュムレータ2の端部2aで凝固し付着する。次に、接合部にポリエチレン熱収縮チューブ3を挿入し、加熱収縮させる。ポリエチレン熱収縮チューブ3は、銅とアルミニウムの電食防止のため被覆させる。
First, the tapered
以上のように、本実施の形態は、直管部5a及び曲管部5bが連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管5と、アルミニウム冷媒管5の外表面に固定されたアルミニウムフィン4と、アルミニウムアキュムレータ2と、先細り状テーパ部1aが端部に形成された銅管1と、ポリエチレン熱収縮チューブ3からなり、銅管1の端部に、アルミニウムアキュムレータ2の端部2aを共晶接合し、ポリエチレン熱収縮チューブ3を共晶接合部で収縮固定させた熱交換器において、アルミニウムアキュムレータ2先端の内面エッジを尖らせたものであり、少なくとも、界面から排出される過剰な共晶融液がアルミニウムアキュムレータ2の先端内面には形成されないので、曲げ、ねじれ、引張等の外力が加わったときの、接合強度が低下することを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the aluminum refrigerant pipe 5 formed by bending the
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における熱交換器の要部断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the heat exchanger according to
図3において、アルミニウムアキュムレータ2の先端外径D2は、銅管1の先細り状テーパ部1aの最大外径D1aよりも大きくなっている。
In FIG. 3, the tip outer diameter D <b> 2 of the
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat exchanger comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、銅管1の端部に先細り状テーパ部1aを加工する。次に、アルミニウムアキュムレータ2の端面2aの内面が尖った形状のものを使用し、銅管1の先細り状テーパ部1aを挿入・加熱して共晶接合する。ここまでは、実施の形態1と同じである。次に、この接合により、過剰な合金相(共晶融液6)が、アルミニウムアキュムレータ2の端部2aで凝固し付着してしまう。アルミニウムアキュムレータ2の先端外径D2は、銅管1の先細り状テーパ部1aの最大外径D1aよりも大きくなっていることと、銅とアルミニウムの合金であるこの共晶融液6の成分比率はアルミニウムの方が多いという特性により、アルミニウム側に固着してしまう。次に、この共晶融液6を切削除去する。
First, the tapered tapered
以上のように、本実施の形態は、アルミニウムアキュムレータ2先端外径D2が銅管1の先細り状テーパ部1aの最大外径D1aより大きく、且つアルミニウムアキュムレータ2先端と銅管1の先細り状テーパ部の最大外径部D1aとの界面に形成される共晶融液6を切削除去したものであり、接合強度低下の要因である過剰な共晶融液の塊6を完全に除去することで、外力に対する接合強度がより強固になる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3における熱交換器の要部断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the heat exchanger according to
図4において、アルミニウムアキュムレータ2の先端外径D2は、銅管1の先細り状テーパ部1aの最大外径D1aと略同径である。銅管1の素管内径d1は、銅管1の先細り状テーパ部1aの先端内径d1aと略同径である。銅管1の先細りテーパ部1aの最大外径D1aは、銅管1の素管外径D1の1.5倍以下である。
4, the tip outer diameter D2 of the
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat exchanger comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、銅管1の端部に先細り状テーパ部1aを加工する。銅管1の先端を一旦拡径し、その後先細り状に縮径する。この際、銅管1の先細りテーパ部1aの最大外径D1aは、銅管1の素管外径D1の1.5倍以下にし、拡径加工を容易にする。また、銅管1の素管内径d1は、銅管1の先細り状テーパ部1aの先端内径d1aと略同径にする。次に、アルミニウムアキュムレータ2の先端外径D2が銅管1の先細り状テーパ部1aの最大外径D1aと略同径であるものを使用し、銅管1の先細り状テーパ部1aを挿入・加熱して共晶接合する。このとき、過剰な合金相(共晶融液6)が、アルミニウムアキュムレータ2の端部2aで球状の塊となって凝固する。通常アルミニウムアキュムレータ2の端部2aはクランプ内に固定されているので、過剰な共晶融液がはみ出た後、アルミニウムと接する事がないので、球状の塊になってしまう。したがって、軽微な力で簡単に取ることができる。その後、ポリエチレン熱収縮チューブを挿入するが、アルミニウムアキュムレータ2の先端外径D2は、銅管1の先細り状テーパ部1aの最大外径D1aと略同径であるので、収縮率の低いものが使用できる。
First, the tapered tapered
以上のように、本実施の形態は、アルミニウムアキュムレータ2先端外径D2が銅管1の先細り状テーパ部1aの最大外径D1aと略同径にしたものであり、界面から排出される過剰な共晶融液6がアルミニウムアキュムレータ2の先端部2aに形成されても、アルミニウムとの接触部が存在しないので、軽微な力で簡単に取ることができ、共晶融液6の塊がないので、外力に対する接合強度がより強固になる。さらに、内径収縮率の高いポリエチレン熱収縮チューブを使用しなくて済むので、コスト的にも安いポリエチレン熱収縮チューブを使用することができる。
As described above, in the present embodiment, the tip outer diameter D2 of the
また、本実施の形態は、銅管1の素管内径d1が銅管1の先細り状テーパ部1aの先端内径d1aと略同径であるものであり、銅管1の先端を先細り状テーパ加工することは、共晶接合にとって重要な形状であるが、一般的に、銅管側が冷却システムに使用する冷媒と冷凍機油の出口側にあたり、銅管1の先細り状テーパ部1aの先端内径d1aが素管内径d1より小さいと流れを阻害するので、流れを阻害しない構造としたので、冷却システムの信頼性を高めることができる。
In the present embodiment, the inner diameter d1 of the
また、本実施の形態は、銅管1の先細りテーパ部の最大外径D1aを、銅管1の素管外径D1の1.5倍以下にしたものであり、1.5倍を超えると焼きなまし等の特殊処理を組み合わせて銅管1の拡径加工をする必要があるので、1.5倍以下で成り立つように設計することで低コスト化が可能となる。
Further, in the present embodiment, the maximum outer diameter D1a of the taper taper portion of the
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、アルミニウムアキュムレータの冷媒出口と銅管との接続に、直接共晶接合を使用し、接合部の形状をより品質の向上とコスト低減が実現できる仕様としたもので、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。 As described above, the heat exchanger according to the present invention uses direct eutectic bonding to connect the refrigerant outlet of the aluminum accumulator and the copper tube, and the quality of the bonded portion can be further improved and the cost can be reduced. It is a specification, and can be applied to uses such as heat exchangers for refrigeration and air conditioning, automobiles, and water heaters mainly composed of aluminum.
1 銅管
1a 先細り状テーパ部
2 アルミニウムアキュムレータ
2a アキュムレータ端部
3 ポリエチレン熱収縮チューブ
4 アルミニウムフィン
5 アルミニウム冷媒管
5a 直管部
5b 曲管部
6 共晶融液
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