JP4560902B2

JP4560902B2 - 熱交換器およびその製造方法

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Publication number: JP4560902B2
Application number: JP2000193155A
Authority: JP
Inventors: 吉治梶川; 聖英手島; 浩信藤吉
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: GB0114328D0; JP2002011569A; KR20020001605A; US20010054496A1; DE10130788A1; GB2365809A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューブとタンクとフィンとをろう付け接合する熱交換器に関するもので、車両用空調装置の凝縮器に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の凝縮器（熱交換器）は、図３に示すように、冷媒通路を有する多数のアルミニウム製チューブ１４を積層配置し、このチューブ１４の長手方向端部にアルミニウム製タンク１１を配置し、チューブ相互の間にアルミニウム製フィン１５（図１参照）を配置する構成になっている。
【０００３】
この凝縮器のタンク１１は断面略Ｕ字状の２つのプレート１１１、１１２で構成され、このうち、チューブ１４と接合される第１プレート１１１は、芯材１１１ａとろう材１１１ｂを有するクラッド材を用いている。また、フィン１５もクラッド材を用いており、チューブ１４は押し出し多穴チューブであるためベア材を用いている。
【０００４】
そして、タンク１１、チューブ１４、フィン１５等を所定構造に組み付けた後に、第１プレート１１１のろう材１１１ｂ等にフラックスｆをかけ、その後、組付体をろう材の融点まで加熱して、組付体全体を一体ろう付けしている。この際、第１プレート１１１のろう材１１１ｂによりチューブ１４と第１プレート１１１とをろう付け接合し、フィン１５のろう材によりチューブ１４とフィン１５とをろう付け接合する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の凝縮器はチューブ１４と接合される第１プレート１１１のろう材１１１ｂがタンク１１の外側にあるため、第１プレート１１１のろう材１１１ｂは、チューブ１４と第１プレート１１１の接合部のみでなく、フィン１５側にも流れていく。
【０００６】
従って、フィン１５における第１プレート１１１側の端部には、フィン１５自体のろう材に加えて、さらに上記の第１プレート１１１のろう材１１１ｂが集まり、多量のろう材が供給されてしまう。
【０００７】
その結果、フィン１５における第１プレート１１１側の端部は、多量のろう材の拡散作用により、エロージョンが発生しやすいという問題があった。特に、フィン１５はチューブ１４やタンク１１よりも厚みが薄いため、上記の問題が顕著であった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、チューブとタンクとフィンとをろう付け接合する熱交換器において、ろう付け時のろう材の拡散作用によるフィンのエロージョンを防止ないしは抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部に流体通路を有し、積層配置される多数のチューブ（１４）と、チューブ（１４）の長手方向端部と接合されて流体通路に連通するタンク（１１、１２）と、チューブ（１４）の相互の間に配置されてチューブ（１４）と接合されるフィン（１５）とを備え、チューブ（１４）、タンク（１１、１２）、およびフィン（１５）は、アルミニウム製であり、チューブ（１４）は亜鉛を含有しない材料からなり、タンク（１１、１２）の外側に、亜鉛を含有する材料からなる犠牲腐食層を設け、チューブ（１４）とタンク（１１、１２）とを、タンク（１１、１２）の内側に保持されたろう材（１１１ｂ、１２１ｂ）によりろう付け接合したことを特徴とする。
【００１０】
これにより、タンクの内側にろう材を保持しているため、タンクの外側に位置するフィン側へのろう材の流れ込みが防止され、フィンにおけるタンク側の端部に多量のろう材が供給されるのを防止することができる。従って、多量のろう材によるフィンのエロージョンを防止ないしは抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、内部に流体通路を有し、積層配置される多数のチューブ（１４）と、チューブ（１４）の長手方向端部と接合されて流体通路に連通するタンク（１１、１２）と、チューブ（１４）の相互の間に配置されてチューブ（１４）と接合されるフィン（１５）とを備え、チューブ（１４）、タンク（１１、１２）、およびフィン（１５）は、アルミニウム製であり、チューブ（１４）は亜鉛を含有しない材料からなり、タンク（１１、１２）の外側に、亜鉛を含有する材料からなる犠牲腐食層を設けた熱交換器の製造方法であって、チューブ（１４）とタンク（１１、１２）とを接合するろう材を、タンク（１１、１２）の内側に保持するろう材保持工程と、ろう材保持工程の後に、チューブ（１４）とタンク（１１、１２）とフィン（１５）とを組み付ける組み付け工程と、組み付け工程の後に、チューブ（１４）とタンク（１１、１２）とフィン（１５）とをろう付け接合するろう付け工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、タンクの内側にろう材を保持しているため、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の熱交換器の製造方法において、組み付け工程の前に、チューブ（１４）にフラックスを塗布するフラックス塗布工程を有することを特徴とする。
【００１４】
これにより、チューブとタンクとのろう付け接合部およびチューブとフィンとのろう付け接合部には、ろう付け接合時にチューブからフラックスが供給されるため、タンクおよびフィンへのフラックス塗布を廃止することができる。
【００１５】
なお、請求項１または２でいうアルミニウムは、アルミニウム合金を含む。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考例となる実施形態を図に基づいて説明する。
【００１８】
図１、図２は本発明を車両用空調装置の凝縮器（熱交換器）に適用した例を示すもので、凝縮器１０は車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて圧縮機（図示せず）から吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒を冷却して凝縮させるものである。
【００１９】
図１において、凝縮器１０は、所定間隔を開けて配置された第１、第２の一対のヘッダタンク１１、１２を有し、この第１、第２ヘッダタンク１１、１２はアルミニウム製で、上下方向に略円筒状に延びる形状になっている。これらのヘッダタンク１１、１２は、後述する各チューブ１４への冷媒の分配、あるいは、各チューブ１４からの冷媒の集合を行うものである。
【００２０】
本例の凝縮器１０は、一般にマルチフロータイプと称されているものであって、熱交換用のコア部１３は、第１、第２ヘッダタンク１１、１２の間に、水平方向に冷媒を流す偏平状のチューブ１４を上下方向に多数並列に積層配置し、この多数のチューブ１４の間にフィン１５を介在して構成されている。チューブ１４は、内部に多数の冷媒通路（流体通路）を押し出し加工で成形した、アルミニウム製の押し出し多穴偏平チューブである。また、フィン１５は波状に折り曲げ加工された、アルミニウム製のコルゲートフィンである。
【００２１】
チューブ１４の長手方向一端部は第１ヘッダタンク１１内に挿入され、チューブ１４の冷媒通路と第１ヘッダタンク１１内とが連通している。同様に、チューブ１４の長手方向他端部は第２ヘッダタンク１２内に挿入され、チューブ１４の冷媒通路と第２ヘッダタンク１２内とが連通している。そして、第１ヘッダタンク１１の上方側に冷媒の入口側配管ジョイント（冷媒入口部）１６を配置し接合している。また、第２ヘッダタンク１２の下方側に冷媒の出口側配管ジョイント（冷媒出口部）１７を配置し接合している。
【００２２】
これにより、入口側配管ジョイント１６からの冷媒は、第１ヘッダタンク１１を通ってコア部１３のチューブ１４に流入した後、第２ヘッダタンク１２を通って出口側配管ジョイント１７へ流れるようになっている。
【００２３】
コア部１３の上下両側には、断面コ字形状に成形されたサイドプレート１９、２０が配置され、このサイドプレート１９、２０は最も外側のフィン１５および第１、第２ヘッダタンク１１、１２に接合されるものであって、凝縮器１０の車体側への取付部材の役割を果たす。
【００２４】
次に、第１、第２ヘッダタンク１１、１２について、図１、図２により詳細に説明する。なお、第１、第２ヘッダタンク１１、１２は同一構造である。
【００２５】
第１、第２ヘッダタンク１１、１２は、断面形状が略Ｕ字状の第１、２プレート１１１、１１２、１２１、１２２を接合して、上下方向に延びる空間を内部に形成しており、また両プレート１１１、１１２、１２１、１２２の上下端部に第１、２キャップ１１３、１１４、１２３、１２４を接合して上下端部を閉塞している。
【００２６】
第１プレート１１１、１２１には、チューブ１４と同数の開口部（図示せず）が形成されており、チューブ１４の長手方向端部をその開口部に挿入して第１プレート１１１、１２１とチューブ１４とが接合される。
【００２７】
チューブ１４と接合される第１プレート１１１、１２１は、アルミニウム芯材（例えばＡ３００３）１１１ａ、１２１ａにろう材（例えばＡ４０４５）１１１ｂ、１２１ｂをクラッド（被覆）した片面クラッド材を用いており、ろう材１１１ｂ、１２１ｂが芯材１１１ａ、１２１ａの内側（第１、第２ヘッダタンク１１、１２の内部側）に被覆されている。なお、このろう材１１１ｂ、１２１ｂをクラッドする工程が、本明細書でいうろう材保持工程に相当する。
【００２８】
一方、第２プレート１１２、１２２は、アルミニウム芯材（例えばＡ３００３）１１２ａ、１２２ａの両側にろう材（例えばＡ４０４５）１１２ｂ、１１２ｃ、１２２ｂ、１２２ｃをクラッドした両面クラッド材を用いている。
【００２９】
なお、上記凝縮器１０において、押し出し加工によって成形されるチューブ１４は例えばＡ１０５０のアルミニウムベア材であり、フィン１５はアルミニウムの芯材（例えばＡ３００３）にろう材（例えばＡ４０４５）をクラッドしたアルミニウムクラッド材であり、サイドプレート１９、２０および第１、２キャップ１２３、１２４は例えばＡ３００３のアルミニウムベア材である。また、入口側配管ジョイント１６および出口側配管ジョイント１７はアルミニウムベア材からなる。
【００３０】
次に、上記凝縮器１０の製造方法を説明する。
【００３１】
まず、上記したアルミニウムクラッド材またはアルミニウムベア材を用いて、凝縮器１０を構成する各部品を、それぞれ所定の形状に加工する（部品加工工程）。
【００３２】
次に、第２プレート１１２、１２２、第１、２キャップ１１３、１１４、１２３、１２４、チューブ１４およびサイドプレート１９、２０に、浸漬またはロールコート等の方法によってフラックスを塗布し、乾燥させる（フラックス塗布工程）。
【００３３】
このフラックスとしては、非腐食性フラックス（例えばフッ化物系の、ＫＡｌＦ₄とＫ₂Ａｌ₆との混合物）と、フラックスの付着性をよくするためのバインダー（例えばメタクリル酸２−エチルヘキシルを主成分とするアクリル樹脂）とを混合したものでもよいし、このフラックスとバインダーの混合物にろう付け作用のあるＳｉをさらに混合したものでもよい。
【００３４】
次いで、第１、第２ヘッダタンク１１、１２、チューブ１４、フィン１５、サイドプレート１９、２０等の構成部品を積層し、さらに配管ジョイント１６、１７を組付けて、図１に示す所定の熱交換器構造に仮組付けする。そして、積層方向両側から適宜の治具にて締めつけ力を加えて、熱交換器構造の組付け状態を保持する（組み付け工程）。
【００３５】
次に、この組付け状態を保持したまま、ろう付け炉内に組付体を搬入し、窒素ガスまたは不活性ガスが充填されたろう付け炉内にて組付体をろう材の融点まで加熱して、組付体各部の接合箇所を一体ろう付けする（ろう付け工程）。これにより、凝縮器１０本体の組付けを完了する。
【００３６】
上記のろう付け工程において、第１プレート１１１、１２１とチューブ１４は、第１プレート１１１、１２１のろう材１１１ｂ、１２１ｂとチューブ１４に塗布したフラックスとによってろう付けされる。
【００３７】
そして、本実施形態では、第１プレート１１１、１２１のろう材１１１ｂ、１２１ｂが芯材１１１ａ、１２１ａの内側（第１、第２ヘッダタンク１１、１２の内部側）に被覆（保持）されているため、すなわち、ろう材１１１ｂ、１２１ｂとフィン１５とが芯材１１１ａ、１２１ａによって隔てられているため、第１プレート１１１、１２１のろう材１１１ｂ、１２１ｂのフィン１５側への流れ込みが防止される。従って、フィン１５における第１プレート１１１、１２１側の端部に多量のろう材が供給されるのを防止することができ、
また、従来は、第１プレート１１１、１２１とチューブ１４のろう付け接合およびチューブ１４とフィン１５とのろう付け接合のために必要なフラックスｆを、組み付け工程後にスプレー等でかけていたため、フラックスを塗布する必要のない部品にもフラックスがかかってしまい、そのためフラックスの使用量が多くなってしまうという問題があった。
【００３８】
これに対し、本実施形態では、第１プレート１１１、１２１とチューブ１４のろう付け接合およびチューブ１４とフィン１５とのろう付け接合のために必要なフラックスは、ろう付け接合時にチューブ１４から供給される。そして、組み付け工程の前にチューブ１４にフラックスを塗布するため、フラックスを塗布する必要のない部品（本例では第１プレート１１１、１２１およびフィン１５）に対するフラックスの塗布を防止できる。従って、フラックスの使用量を少なくすることができる。
【００３９】
（本発明の実施形態）
本発明は、上記した凝縮器に限らず、車両用の各種熱交換器（例えばラジエータ）に適用可能であり、さらには車両用以外の熱交換器にも適用可能である。
【００４０】
また、上記実施形態では、ろう材が必要な部位にはろう材をクラッドしたアルミニウムクラッド材を用いたが、クラッド材を用いるかわりに、アルミニウムベア材にペースト状のろう材を塗布してもよいし、アルミニウムベア材にろう付け作用のあるＳｉ粒を塗布してもよい。なお、このペースト状のろう材またはＳｉ粒を塗布する工程が、本明細書でいうろう材保持工程に相当する。
【００４１】
また、上記実施形態では、第１プレート１１１、１２１とチューブ１４のろう付け接合のために、チューブ１４にフラックスを塗布したが、必要に応じて第１プレート１１１、１２１のろう材１１１ｂ、１２１ｂの表面にもフラックスを塗布してもよい。あるいは、第１プレート１１１、１２１のろう材１１１ｂ、１２１ｂの表面にフラックスを塗布し、チューブ１４へのフラックスの塗布を廃止してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では第１プレート１１１、１２１に内側ろう材をクラッドした２層材を用いたが、本発明の実施形態では外側に犠牲腐食材（例えばＡ７０２２、Ａ３００３＋１．０ｗｔ％Ｚｎ等）をクラッドした３層クラッド材を用いる。
【００４３】
また、上記実施形態では押し出し多穴チューブ１４を用いた熱交換器を示したが、プレス成形したチューブを用いる熱交換器にも適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例となる実施形態を示す凝縮器（熱交換器）の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】従来の熱交換器の要部の断面図である。
【符号の説明】
１１、１２…タンク、１１１ｂ、１２１ｂ…ろう材、１４…チューブ、
１５…フィン。

Claims

内部に流体通路を有し、積層配置される多数のチューブ（１４）と、
前記チューブ（１４）の長手方向端部と接合されて前記流体通路に連通するタンク（１１、１２）と、
前記チューブ（１４）の相互の間に配置されて前記チューブ（１４）と接合されるフィン（１５）とを備え、
前記チューブ（１４）、前記タンク（１１、１２）、および前記フィン（１５）は、アルミニウム製であり、
前記チューブ（１４）は亜鉛を含有しない材料からなり、
前記タンク（１１、１２）の外側に、亜鉛を含有する材料からなる犠牲腐食層を設け、
前記チューブ（１４）と前記タンク（１１、１２）とを、前記タンク（１１、１２）の内側に保持されたろう材（１１１ｂ、１２１ｂ）によりろう付け接合したことを特徴とする熱交換器。
内部に流体通路を有し、積層配置される多数のチューブ（１４）と、
前記チューブ（１４）の長手方向端部と接合されて前記流体通路に連通するタンク（１１、１２）と、
前記チューブ（１４）の相互の間に配置されて前記チューブ（１４）と接合されるフィン（１５）とを備え、
前記チューブ（１４）、前記タンク（１１、１２）、および前記フィン（１５）は、アルミニウム製であり、
前記チューブ（１４）は亜鉛を含有しない材料からなり、
前記タンク（１１、１２）の外側に、亜鉛を含有する材料からなる犠牲腐食層を設けた熱交換器の製造方法であって、
前記チューブ（１４）と前記タンク（１１、１２）とを接合するろう材を、前記タンク（１１、１２）の内側に保持するろう材保持工程と、
前記ろう材保持工程の後に、前記チューブ（１４）と前記タンク（１１、１２）と前記フィン（１５）とを組み付ける組み付け工程と、
前記組み付け工程の後に、前記チューブ（１４）と前記タンク（１１、１２）と前記フィン（１５）とをろう付け接合するろう付け工程とを有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
請求項２に記載の熱交換器の製造方法において、
前記組み付け工程の前に、前記チューブ（１４）にフラックスを塗布するフラックス塗布工程を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。