JP4980128B2

JP4980128B2 - 熱交換器及びその熱交換器を用いた冷凍回路

Info

Publication number: JP4980128B2
Application number: JP2007114908A
Authority: JP
Inventors: 崇志中島; 真治中出口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: JP2008267757A

Description

この発明は、例えば冷凍冷蔵庫などの冷凍回路に好ましく用いることができる熱交換器、及びその熱交換器を用いた冷凍回路に関する。

冷蔵庫の構造としては、キャピラリーチューブから蒸発器に入る冷媒を気化させることで周囲の熱を奪い取り、冷気を生み出すというものが一般的である。この構造を持つ冷蔵庫の冷媒回路においてはキャピラリーチューブを通る冷媒は比較的高温である。冷却性能を向上させるためには、キャピラリーチューブから蒸発器に流入する冷媒温度を低くすることが有効であるので、比較的低温の冷媒が流れるサクションパイプをキャピラリーチューブと接触させる方法が知られている。即ち、サクションパイプの冷媒とキャピラリーチューブの冷媒の間で熱交換させることで、キャピラリーチューブを流れる冷媒の温度を低下させるのである。このような熱交換器としてのキャピラリーチューブとサクションパイプの接合方法としては、両管を平行に並べたものをはんだ付するという方法がよく採られる。また、サクションパイプに溝を形成し、そこにキャピラリーチューブをはんだ付以外の例えば接着等の方法によって接合する方法（例えば特許文献１参照）や、サクションパイプに突条部を設けてできた溝にキャピラリーチューブをはめ込み、そこを溶接することによって接合する方法（例えば特許文献２参照）などがある。

特開２０００−２８３６６４号公報（第１頁、図３）特開２００１−２４８９７９号公報（第１頁、図６）

上記のように構成された従来の熱交換器においては、キャピラリーチューブとサクションパイプが、例えばアルミパイプと銅パイプのように異種の金属管である場合、製造時や冷蔵庫使用時に熱交換器表面に水分が付着すると異種金属間に局部電池が形成され、熱交換器に腐食が起こる可能性がある。そこで、水分付着によるパイプの腐食を防止するために、例えば数メートルの長さを有する熱交換器全体を塗装し、その上に熱収縮チューブを装着する等の対策が必要になるという課題があった。また、サクションパイプに凹凸を形成することが必要な熱交換器では、接合前に精密な加工が必要となり、また、形成した凹凸にキャピラリーチューブを精度よくはめ込む必要があるなど、生産性が悪いという課題があった。さらに、接着や溶接などの方法によりキャピラリーチューブとサクションパイプを接合する熱交換器にあっては、パイプ間に熱伝導率の悪い物質が存在したり、パイプ間の接触面積がそれほど大きくならなかったりすることから、熱交換効率が低くなるという課題もあった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、パイプ材の表面への水分付着による腐食防止手段としての塗装膜や熱収縮チューブ等の使用量を最小化し、生産性がよく、さらにはサクションパイプとキャピラリーチューブとに流れる冷媒間の熱交換効率に優れた熱交換器、及びその熱交換器を用いた冷凍回路を得ることを目的としている。

この発明に係る熱交換器は、隣接された異種金属からなる第１のパイプ材と第２のパイプ材をろう材によって接合すると共に、これら第１のパイプ材と第２のパイプ材の外周囲を該ろう材によって被覆したものであって、上記第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材は、上記接合された部分から離れた部分に上記ろう材の被覆端部が形成されており、これら第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材の少なくとも一方は、上記ろう材の被覆端部を含む所定範囲内が、水分の付着による局部電池の生成を防ぐ被覆材でカバーされているものである。
また、この発明に係る冷凍回路は、隣接された異種金属からなる第１のパイプ材と第２のパイプ材をろう材によって接合すると共に、これら第１のパイプ材と第２のパイプ材の外周囲を該ろう材によって被覆し、上記第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材は、上記接合された部分から離れた部分に上記ろう材の被覆端部が形成されており、これら第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材の少なくとも一方は、上記ろう材の被覆端部を含む所定範囲内が、水分の付着による局部電池の生成を防ぐ被覆材でカバーされている熱交換器における上記第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材の何れか一方をキャピラリーチューブ、他方をサクションパイプとして用いるようにしたものである。

この発明によれば、例えばアルミ合金パイプと銅合金パイプといった異種金属の第１及び第２のパイプ材相互を接合した部分の外周囲表面をろう材によって被覆し、上記第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材は、上記接合された部分から離れた部分に上記ろう材の被覆端部が形成されており、これら第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材の少なくとも一方は、上記ろう材の被覆端部を含む所定範囲内が、水分の付着による局部電池の生成を防ぐ被覆材でカバーされていることにより、一般的に長尺にわたる異種金属の接合部分が隣り合って露出されておらず、該接合部分に水分が付着しても腐食につながることがないことから、腐食防止手段としての熱収縮チューブ等の被覆材を長尺にわたって装着する必要がなく、被覆端部にのみ被覆材を装着すれば済むので、被覆材の使用が少なくて済み、腐食対策が簡単である。また、接合するときにパイプ材に特別な加工を施す必要がなく単純な構造でよいことから生産性に優れ、さらには、ろう材が熱交換器を覆うことでパイプ間の接合部分に十分な熱伝導の経路が確保されるために熱交換性に優れるものである。そして、上記被覆材で絶縁が確保され、電解腐食が防止されるという顕著な効果が得られる。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１になる熱交換器を示すもので、図１は熱交換器の外観を示す斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図、図３は図１の熱交換器の製造過程で第１のパイプ材と第２のパイプ材をろう材によって接合すると共に、外周囲を該ろう材によって連続的に被覆した状態を示す斜視図である。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示すものとする。図において、熱交換器１は、キャピラリーチューブとして用いる銅合金材からなる第１のパイプ材２と、サクションパイプとして用いるアルミ合金材からなる第２のパイプ材３の中央部分を所定長Ｌにわたり互いに平行に接するように保持して、ろう材４によって接合すると共に、図２、図３に示すように、これら第１のパイプ材２と第２のパイプ材３の外周囲に該ろう材４による被覆４０が連続的に設けられている。なお、上記接合部分の長さＬは特に限定されるものではないが、例えば直線状に接合した場合、通常数メートル程度である。

上記第１のパイプ材２と第２のパイプ材３の各両端部は分岐部Ａからそれぞれ互いに離間されており、上記ろう材４による被覆４０は中央の接合部分から分岐部Ａ部分を経て、その離間された部分にも連続的に伸びて設けられており、分岐部Ａとパイプ端部の中央部分に被覆端部４０ａ、４０ｂがそれぞれ形成されている。そして、第１のパイプ材２と第２のパイプ材３の各パイプ端部は図示省略している他のパイプと接合して冷凍回路を形成するために、素材がそれぞれ剥き出し状に露出されている。そして、銅合金製の第１のパイプ材２の被覆端部４０ａ付近には、該被覆端部４０ａ付近を中心に第１のパイプ材２の表面とろう材４の被覆４０の表面に跨って塗装膜５１を設け、さらに該塗装膜５１の上に樹脂製の熱収縮チューブ５２が装着されている。これらの塗装膜５１と熱収縮チューブ５２からなる腐食防止手段としての被覆材５は、図１に示すように銅合金製の第１のパイプ材２が他のアルミ合金部材からなる第２のパイプ材３と十分に隔離される状態になる部分にまで施されている。

上記のような熱交換器１を製造する方法としては、まず銅合金製のキャピラリーチューブとして用いる第１のパイプ材２とアルミ合金製のサクションパイプとして用いる第２のパイプ材３を互いに接するように保持したものの両端部以外に、溶融したアルミ−シリコン系のろう材４を流し込み、凝固させる。このときの熱交換器１は図３の斜視図に示す通りであり、ろう材４による被覆４０は第１のパイプ材２と第２のパイプ材３の接合部、分岐部Ａ、及び分岐部Ａより各パイプ材２、３の端部方向に所定長進んだ位置まで連続して設け、分岐部Ａと各パイプ材２、３の中間部に被覆端部４０ａ及び４０ｂが形成されるように被覆する。

そして、上記被覆端部４０ａ付近を塗装膜５１と熱収縮チューブ５２からなる被覆材５により覆うことで、図１に示す熱交換器１が得られる。上記のように製造された熱交換器１は、パイプ接合部が図２に示すように銅合金からなる第１のパイプ材２とアルミ合金からなる第２のパイプ材３はパイプ接点Ｂにおいて直接接しており、さらに両パイプ材の外周囲の表面全体がろう材４からなる被覆４０によって連続的に覆われている。また、接合時の溶融ろう材の表面張力により、パイプ接点Ｂ付近にはろう材４のフィレット６が形成されている。

次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。なお、第１のパイプ材２と第２のパイプ材３に冷媒を通流したときの相互間の熱交換自体は従来のものと同様であるので説明を省略する。この実施の形態１では、第１のパイプ材２と第２のパイプ材３の熱交換が行なわれる所定長Ｌ部分は、図２に示すように第１のパイプ材２と第２のパイプ材３のまわりが完全にろう材４による被覆４０で連続的に覆われているので、良好な熱交換が行なわれると共に、当該部分では異種金属の接合部分に水分が付着する恐れがないので腐食する心配がない。従って腐食防止手段としての被覆材を設ける必要がない。

一方、被覆端部４０ａ付近においては、図３の状態では銅合金製の第１のパイプ材２と、アルミ合金製の第２のパイプ材３とは、銅合金とアルミ合金が隣接する状態となっているため、第１のパイプ材２の表面に一度付着して銅イオンを含んだ水分が、例えば第２のパイプ材３の表面に付着すると腐食を起こす恐れがある。然しながらこの実施の形態１においては、図１に示すように銅合金製の第１のパイプ材２の被覆端部４０ａ付近を中心に第１のパイプ材２の表面とろう材４の被覆４０の表面に跨って塗装膜５１を設けると共に、塗装膜５１の上に樹脂製の熱収縮チューブ５２が装着された被覆材５を設けたことにより、絶縁が確保され、電解腐食が防止される。

上記のようにこの実施の形態１によれば、熱交換器１の例えば数メートルに及ぶ長さを有するパイプ接合部においては、銅合金材の第１のパイプ材２とアルミ合金材の第２のパイプ材３がアルミ−シリコン系のろう材４によって完全に被覆されているため、表面に水分が付着しても第１のパイプ材２、第２のパイプ材３及びろう材４が腐食を起こす恐れがなく、従って被覆材５が不要である。また、被覆端部４０ａには従来と同様の腐食防止手段である被覆材５を設けることで腐食を防止しているが、長さが短いため材料の使用量を少なくできるので費用もかからず施工も容易である。さらには、第１及び第２のパイプ材２、３に機械的加工を施すことなくパイプを一度に接合できるため生産性がよい。また、第１及び第２のパイプ材２、３同士が直接的に接触していることと、パイプ材を被覆するろう材４がパイプ接点Ｂ付近においてフィレット６を形成しており、十分な熱伝導経路が確保されることから、第１及び第２のパイプ材２、３の冷媒間の熱交換性能に優れたものとなる。

なお、第１のパイプ材２、第２のパイプ材３、ろう材４、及び被覆材５等の各材質や種類は上記例示したものに限定されるものではないことは言うまでもない。また、塗装膜５１と樹脂製の熱収縮チューブ５２からなる腐食防止手段としての被覆材５を第１のパイプ材２の被覆端部４０ａに設けた場合について説明したが、第２のパイプ材３の被覆端部４０ｂに設け、あるいは双方の被覆端部４０ａ、４０ｂに設けても差し支えなく、その場合でも同様の効果が得られる。また、第１のパイプ材２と第２のパイプ材３を直線状に接合したが、これに限定されるものではなく、例えば細い方のパイプ材を太い方のパイプ材に螺旋状に巻き付けても差し支えない。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る冷凍回路の要部構成を示す冷凍回路図であり、上記実施の形態１に例示した図１と同様の熱交換器１を例えば冷凍冷蔵庫に組み込んだものである。なお、被覆材５は図示省略している。以下、図１も参照して説明する。図において、冷凍回路８は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機８１と、一端が圧縮機８１の吐出側に接続され、他端がキャピラリーチューブ２０の一端に接続されたコンデンサーパイプ８２と、冷媒の流入部がキャピラリーチューブ２０の他端に接続され流入した冷媒を蒸発させて冷気を作り出す蒸発器８３と、一端が蒸発器８３の冷媒の排出部に接続され他端が圧縮機８１の吸入側に接続されたサクションパイプ３０からなり、図１と同様の熱交換器１は、上記冷凍回路８のキャピラリーチューブ２０とサクションパイプ３０の管路中に介装されている。なお、冷凍回路８の各構成部品の端部はパイプ状になっており、それら相互の接続は例えば通常のろう付や溶接によりなされている（図示省略）。

上記のように構成された実施の形態２の冷凍回路８においては、圧縮機８１から高温で吐出された冷媒はコンデンサーパイプ８２で大部分が液化されキャピラリーチューブ２０に入って、熱交換器１のキャピラリーチューブ２０としての第１のパイプ材２を比較的高い温度の冷媒状態で通流するときに、サクションパイプ３０としての第２のパイプ材３を通流する比較的低い温度の冷媒と熱交換して冷却され、極力冷却された状態で蒸発器８３に導入されることで、優れた冷凍冷蔵効率が得られる。さらに、熱交換器１には被覆端部４０ａに被覆材５が設けられ、水分付着による腐食が防止される。

上記のように実施の形態２によれば、実施の形態１に係る図１に示す熱交換器１を冷凍回路８に適用したことで、比較的低い温度の冷媒が流れるサクションパイプ３０と比較的高い温度の冷媒が流れるキャピラリーチューブ２０において熱交換が行われ、キャピラリーチューブ２０から蒸発器８３に流入される冷媒が低温になり、優れた冷却性能を得ることができる。また、図１に示す熱交換器１を用いたことで、銅合金からなる第１のパイプ材２とアルミ合金製の第２のパイプ材３がアルミ−シリコン系のろう材４によって完全に被覆されているため、表面に水分が付着しても第１のパイプ材２、第２のパイプ材３及びろう材４が腐食を起こすことがないという実施の形態１と同様の効果が得られる。さらには、第１及び第２のパイプ材２、３に機械的加工を施すことなく接合するため生産性よく冷凍回路８を製造できる。なお、冷凍回路８を冷凍冷蔵庫に適用した場合について説明したがこれに限定されないことは当然である。

本発明の実施の形態１になる熱交換器の外観を示す斜視図。図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図。図１に示す熱交換器の製造過程で第１のパイプ材と第２のパイプ材をろう材によって接合すると共に外周囲を該ろう材によって連続的に被覆した状態を示す斜視図。本発明の実施の形態２に係る冷凍回路の要部構成を示す冷凍回路図。

符号の説明

１熱交換器、２第１のパイプ材、３第２のパイプ材、４ろう材、４０被覆、４０ａ、４０ｂ被覆端部、５被覆材、５１塗装膜、５２熱収縮チューブ、６フィレット、２０キャピラリーチューブ、３０サクションパイプ、８冷凍回路、８１圧縮機、８２コンデンサーパイプ、８３蒸発器、Ａ分岐部。

Claims

隣接された異種金属からなる第１のパイプ材と第２のパイプ材をろう材によって接合すると共に、これら第１のパイプ材と第２のパイプ材の外周囲を該ろう材によって被覆したものであって、上記第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材は、上記接合された部分から離れた部分に上記ろう材の被覆端部が形成されており、これら第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材の少なくとも一方は、上記ろう材の被覆端部を含む所定範囲内が、水分の付着による局部電池の生成を防ぐ被覆材でカバーされていることを特徴とする熱交換器。
上記第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材の一方はアルミ合金材からなり、他方は銅合金材からなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
上記請求項１または請求項２に記載の熱交換器における上記第１のパイプ材及び上記第２のパイプ材の何れか一方をキャピラリーチューブ、他方をサクションパイプとして用いたことを特徴とする冷凍回路。