JP4819765B2 - 捩り管形熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、水と冷媒との間の熱交換を促すための捩り管形熱交換器、例えばヒートポンプ式給湯機用の捩り管形熱交換器の製造方法で、水配管と冷媒配管の伝熱接合方法に関する。

従来の水と冷媒との間の熱交換を促す熱交換器での水配管と冷媒配管の伝熱接合は、水配管と冷媒配管が共に銅管である場合が多く、銅管同士の接合であるため熱伝導率の高い銅合金での炉中ロウ付け、又ははんだ付けによるものであった（例えば、特許文献１参照）。

また、水配管と冷媒配管との機械的接合方式としては、水配管に冷媒配管を巻付けた状態で水配管を拡管して接合面積を得る方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２２８３７０号公報 特開２００４−０９３０５７号公報

しかしながら、前記特許文献１の炉中ロウ付け又ははんだ付けによる接合において、炉中ロウ付けの場合、事前に冷媒配管と水配管との間にロウ材を入れておく必要がある。さらに炉中ロウ付け工程では水配管、冷媒配管の高温酸化を抑制するため不活性もしくは還元雰囲気でのロウ付けが必要である。そのため、高価なロウ付け設備の適用が不可欠となるという課題があった。

また、はんだ付け接合においては、線はんだを使用する場合はロウ材と同様に、事前に配管間にはんだを巻きつける工程が必要である。

浸漬はんだにおいては、伝熱接合に不要な部分にもはんだが付着してコスト的に効率が悪い。さらに、はんだ酸化物が接合部に残存することによる熱伝導性能の低下、さらには酸化物の付着による意匠上の低下を起こす可能性があるという課題があった。

一方、前記特許文献２の機械的接合である水配管の拡管方式においては、ダイスによる拡管の場合、拡管時に水配管内部を傷付け、実使用運転時に孔食又は潰食等腐食の起点となる課題があった。

また、液圧拡管での水配管の形状変形は外周に巻付けた冷媒配管の影響で部分的に偏肉する可能性があり、実使用時の耐圧が低下するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、水−冷媒の捩り管形熱交換器における水配管と冷媒配管との伝熱接合において、有効な伝熱接触面積を大幅に拡大すると共に、工程の簡素化による低コスト接合技術と実使用時の信頼性を確保する捩り管形熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る捩り管形熱交換器の製造方法は、外周に複数条の山谷底部を各条毎に連続して螺旋状に設けた水配管と、この水配管外周の山谷底部の形状に沿って螺旋状に巻きつけた冷媒配管とを備えた捩り管形熱交換器の製造方法において、
外周に複数条の山谷底部を各条毎に連続して螺旋状に設けた水配管を製作し、
水配管の山谷底部の谷底部に予め低融点はんだペーストを塗布し、
水配管外周の山谷底部の形状に沿って、冷媒配管を谷底部に螺旋状に巻き付け、
水配管中に高温流体を流し、低融点はんだペーストを溶融させて水配管と冷媒配管とを伝熱接合することを特徴とする。

この発明に係る捩り管形熱交換器の製造方法は、水配管の谷底部に予め低融点はんだペーストを塗布し、水配管外周の山谷底部の形状に沿って、冷媒配管を谷底部に螺旋状に巻き付け、冷媒配管を螺旋状に巻き付けた水配管を所定の形状に曲げ加工し、水配管中に高温流体を流し、低融点はんだペーストを溶融させて水配管と冷媒配管とを伝熱接合するので、有効な伝熱接触面積を大幅に拡大すると共に、工程の簡素化による低コスト接合技術と実使用時の信頼性を確保することができる。

実施の形態１．
図１乃至図７は実施の形態１を示す図で、図１は捩り管形熱交換器１を示す斜視図、図２は捩り形状の水配管２を示す平面図、図３は捩り管形熱交換器１入口部の冷媒配管３の巻き付け状態を示す拡大図、図４は捩り管形熱交換器１の伝熱接合方式の模式図、図５は捩り管形熱交換器１の製造工程図、図６は変形例の捩り管形熱交換器１の伝熱接合方式の模式図、図７は変形例の捩り管形熱交換器１の製造工程図である。

先ず、捩り管形熱交換器１の構成を図１乃至図３を参照して説明する。図１において、捩り形状の水配管２は、外周に複数条の山谷底部を各条毎に螺旋状に設けられ、両端部は山谷底部が無い平滑管となっており、片方の端部を袋状に拡管し、連続的に挿入、接合できるようにしてある。

水配管２は、図２に示すように、山部２ａ、谷底部２ｂからなる山谷底部が外周に複数条、各条毎に螺旋状に設けられる。

図１に戻り、入口冷媒配管７は冷媒分流部５ａを介し、複数の冷媒配管３（例えば、第１冷媒配管３ａ、第２冷媒配管３ｂ、第３冷媒配管３ｃ）に分岐される。複数の冷媒配管３は、捩り形状の水配管２の外周に設けた各条毎の山谷底部の形状に沿って嵌め込んで捩り管形熱交換器１全長にわたり連続して巻き付けられる。冷媒配管３が巻き付けられた捩り形状の水配管２は長円コイル状に構成されている。複数の冷媒配管３は合流する冷媒合流部５ｂを介し、出口冷媒配管８に接続されている。水配管２は水配管接続部６で接続され、水配管接続部６は長円コイル状の直線部に位置している。

冷媒と水は対向流となるように接続、構成されており、水は最下部より流入し最上部から流出する。水の出口側には螺旋形状のない素管部２ｄが所定長さ設けられており、素管部２ｄの途中に曲げ部を有している。

複数の冷媒配管３が連続的に巻き付けられた捩り形状の水配管２の入口部を拡大すると、図３のようになり、捩り形状の水配管２の山部２ａと複数の冷媒配管３（第１冷媒配管３ａ、第２冷媒配管３ｂ、第３冷媒配管３ｃ）が交互に見える外観となる。

本実施の形態は、捩り形状の水配管２と冷媒配管３との接合方法に特徴がある。先ず、図４、図５を参照しながら、低融点はんだペーストを用いる接合方法の一例を説明する。

図５に示すように、先ず、外周に複数条の山谷底部を各条毎に連続して螺旋状に設けた水配管２を製作する（Ｓ１０）。

水配管２の谷底部２ｂに予め低融点はんだペースト１０を塗布する（Ｓ１１）。この時に使用する低融点はんだペーストには、環境影響の小さい無鉛はんだを使用する。無鉛はんだは、融点が２００℃以下のＳｎ−Ｚｎ系、もしくはＳｎ−Ｂｉ系のはんだである。但し、無鉛はんだの融点は、捩り管形熱交換器１の使用温度以上である。

水配管２外周の山谷底部の形状に沿って、冷媒配管３を谷底部２ｂに螺旋状に巻き付ける（Ｓ１２）。

冷媒配管３を螺旋状に巻き付けた水配管２を所定の形状に曲げ加工する（Ｓ１３）。

その後、図４に示すように水配管２中に高温流体２０を流し、低融点はんだペースト１０を溶融させて水配管２と冷媒配管３とを伝熱接合する（Ｓ１４）。このときに水配管２中に流す高温流体２０には、油等の高沸点液体もしくは高温スチームを用いる。高温流体２０の温度は、１５０℃〜２００℃程度にする。

尚、接合材料として、低融点はんだペースト１０以外でも、例えば伝熱フィラーの添加された熱硬化型接着剤を用いても良い。

次に、水配管２と冷媒配管３との別の接合方法を図６、図７を参照しながら説明する。

図７に示すように、先ず、外周に複数条の山谷底部を各条毎に連続して螺旋状に設けた水配管２を製作する（Ｓ２０）。

水配管２に予め低融点はんだメッキ３０を施す（Ｓ２１）。この時に使用する低融点はんだメッキ３０には、環境影響の小さい無鉛はんだを使用する。無鉛はんだは、融点が２００℃以下のＳｎ−Ｚｎ系、もしくはＳｎ−Ｂｉ系のはんだである。但し、無鉛はんだの融点は、捩り管形熱交換器１の使用温度以上である。

水配管２外周の山谷底部の形状に沿って、冷媒配管３を谷底部２ｂに螺旋状に巻き付ける（Ｓ２２）。

冷媒配管３を螺旋状に巻き付けた水配管２を所定の形状に曲げ加工する（Ｓ２３）。

その後、図６に示すように水配管２中に高温流体２０を流し、低融点はんだメッキ３０を溶融させて水配管２と冷媒配管３とを伝熱接合する（Ｓ２４）。このときに水配管２中に流す高温流体２０には、油等の高沸点液体もしくは高温スチームを用いる。高温流体２０の温度は、１５０℃〜２００℃程度にする。

以上のように、水配管２中に高温流体２０を流すことで、水配管２に塗布した低融点はんだペースト１０又は低融点はんだメッキ３０が溶融し、水配管２と冷媒配管３とが伝熱接合される。これにより、捩り管形熱交換器１の水配管２と冷媒配管３との接合工程を簡素化できる。高価な設備が不要で、低コストの捩り管形熱交換器１の製造方法を提供することができる。

実施の形態１を示す図で、捩り管形熱交換器１を示す斜視図。 実施の形態１を示す図で、捩り形状の水配管２を示す平面図。 実施の形態１を示す図で、捩り管形熱交換器１入口部の冷媒配管３の巻き付け状態を示す拡大図。 実施の形態１を示す図で、捩り管形熱交換器１の伝熱接合方式の模式図。 実施の形態１を示す図で、捩り管形熱交換器１の製造工程図。 実施の形態１を示す図で、変形例の捩り管形熱交換器１の伝熱接合方式の模式図。 実施の形態１を示す図で、変形例の捩り管形熱交換器１の製造工程図。

符号の説明

１ 捩り管形熱交換器、２ 水配管、２ａ 山部、２ｂ 谷底部、２ｄ 素管部、３ 冷媒配管、３ａ 第１冷媒配管、３ｂ 第２冷媒配管、３ｃ 第３冷媒配管、５ａ 冷媒分流部、５ｂ 冷媒合流部、６ 水配管接続部、７ 入口冷媒配管、８ 出口冷媒配管、１０ 低融点はんだペースト、２０ 高温流体、３０ 低融点はんだメッキ。

Claims (2)

1. 外周に複数条の山谷底部を各条毎に連続して螺旋状に設けた水配管と、この水配管外周の山谷底部の形状に沿って螺旋状に巻きつけた冷媒配管とを備えた捩り管形熱交換器の製造方法において、
   外周に複数条の山谷底部を各条毎に連続して螺旋状に設け、水の出口側に螺旋状の山谷底部がない所定長さの素管部が設けられた前記水配管を製作し、
   前記水配管の前記山谷底部の谷底部と山部とを含む前記山谷底部の外周と前記水配管の素管部の外周とにわたり伝熱フィラーの添加された熱硬化型接着剤を塗布し、
   前記水配管外周の山谷底部の形状に沿って、前記冷媒配管を谷底部に螺旋状に巻き付け、さらに、前記冷媒配管を前記素管部に螺旋状に巻き付けることにより、前記冷媒配管を前記水配管の全長にわたり連続して螺旋状に巻き付け、前記冷媒配管を巻き付けた前記水配管を長円コイル状に曲げ加工し、
   前記長円コイル状に曲げ加工した前記水配管中に高温流体を流し、前記伝熱フィラーの添加された熱硬化型接着剤を硬化させて前記水配管と前記冷媒配管とを伝熱接合することを特徴とする捩り管形熱交換器の製造方法。
2. 前記高温流体には、１５０℃〜２００℃の高沸点液体もしくは高温スチームを用いることを特徴とする請求項１記載の捩り管形熱交換器の製造方法。

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