JPH0780044B2 - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、胴部と複数のフィンとをろう付する熱交換器
の製造方法に関する。

［従来の技術］ 胴部と、胴部の内部に配される複数のフィンとは、密着
させることが要求される。これは、フィンを固定する目
的や、フィンが例えば炎等によって加熱される場合に、
フィンの熱の一部を胴部に逃がし、フィンの温度上昇に
よるフィンの破損等を防ぐ目的のためである。

そこで、胴部とフィンとをろう付により、接合したもの
が知られている。

胴部とフィンとのろう付を行う際に、胴部とフィンとの
間に、隙間が発生すると、その隙間からろう材が下方へ
漏れてしまい、胴部とフィンとのろう付が行われない箇
所が発生してしまう。

そこで、従来では、ろう付時に、ろう付治具を用いて胴
部を内側に向かって押し付けて、胴部とフィンとを密着
させた状態で、炉中にてろう付を行っていた。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に、熱交換器のろう付を行う際、多数の熱交換器を
炉中に配置し、多数の熱交換器を同時にろう付を行って
いる。そして、多数の熱交換器を１グループとして、順
次ろう付を行っている。このため、ろう付に用いるろう
付治具は、炉中に配置する前の状態で、多数必要となる
とともに、炉中に配置された状態で多数必要となり、さ
らにろう付後、常温に冷えるまで熱交換器に組み付けら
れた状態であるため、冷えるまでの間、多数必要とな
る。つまり、ろう付治具は、ろう付前、ろう付中、ろう
付後のそれぞれで大変多く必要になる。そして、このよ
うに、ろう付治具は、大変多く必要になるため、熱交換
器のろう付に要するコストが高くなる不具合を有してい
た。

また、ろう付治具は、炉中においても、胴部を内側に向
かって押し付けている。炉中において、胴部およびフィ
ンは、高温に晒されて軟化した状態にあるため、ろう付
治具の押圧力によって、胴部およびフィンに変形が生じ
やすい。このため、胴部とフィンとの間に隙間が生じた
りしてろう付不良が生じやすい不具合を有していた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、製造コストが低く、ろう付精度の高い熱交換器の製
造方法の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的を達成するために、次の手段を採
用する。

熱交換器は、内部を熱交換流体が流れる胴部と、この胴
部の内部に間隔を隔てた状態で積層され、両端に設けた
フランジが前記胴部の内壁に当接する複数のフィンと、
前記胴部および前記複数のフィンを貫通し、内部を前記
熱交換流体と熱交換される被熱交換流体が流れるパイプ
とを備えるもので、この熱交換器の前記胴部と前記複数
のフィンは、次の各工程の結合によって製造される。

前記胴部の内部に、前記間隔を隔てて積層された状態に
前記複数のフィンを挿入する第１工程。

前記胴部と前記複数のフィンの両端のフランジとを、前
記胴部の周囲から溶接によって接合する第２工程。

接合された前記胴部と前記複数のフィンとを、ろう材に
よってろう付接合する第３工程。

［作用］ 第１工程によって、胴部の内部に複数のフィンを挿入し
た後、第２工程によって、胴部の周囲から胴部とフィン
とを直接、溶接する。なお、接合の溶接箇所は、ろう付
が成される部分にろう材が下方へ流れるだけの隙間が発
生しないものであれば良く、連続的、部分的、あるいは
スポット的を問わない。

第３工程において、第２工程で接合された胴部およびフ
ィンを炉中に配し、ろう付接合を行う。なお、ろう付に
用いられるろう材は、フィンや、胴部の内側にクラッド
させたり、あるいは胴部とフィンとの接合部分の上方に
配するなど、特に限定するものでは無い。

［発明の効果］ 本発明は、胴部とフィンの両端のフランジとを、ろう付
前において溶接技術によって接合するため、従来ろう付
時に使用されていた、多くのろう付治具を廃止すること
ができる。このように、多数のろう付治具が不要になる
ことにより、ろう付コストを抑えることができ、熱交換
器の製造コストを低く抑えることができる。なお、本発
明においても、第２工程の溶接時に、胴部を内側に向か
って押し付けて、胴部とフィンの両端のフランジとを密
着させる溶接治具を用いる場合がある。第２工程による
溶接時間は、ろう付時間に比較して、大変短く、温度も
ろう付に比較して上昇しないため、溶接治具が熱交換器
に取り付けられる時間は、ろう付治具に比較して大変短
くて済む。このため、溶接治具の数は、ろう付治具の数
に比較して大変少なくなるため、治具数の大幅な低下に
よって、ろう付コストを抑え、熱交換器の製造コストを
低く抑えることができる。また、第２工程による溶接時
に、溶接ヘッドの一部で胴部を内側に向かって押し付
け、胴部とフィンの両端のフランジとを密着させて溶接
を行う場合は、第２工程時の治具が不要となるため、さ
らにろう付コストを抑え、熱交換器の製造コストを低く
抑えることができる。

また、ろう付治具が廃止され、熱交換器は従来のよう
に、炉中において胴部が内側へ付勢されることがない。
このため、胴部およびフィンが高温に晒されて軟化して
も、胴部およびフィンに変形が生じ難い。このため、ろ
う付時の胴部とフィンとの隙間がほとんど生じず、ろう
付精度が極めて高くなり、従来のような胴部とフィンと
の間の隙間の発生を抑え、ろう付不良の発生を抑えるこ
とができる。

［実施例］ 次に、本発明の熱交換器の製造方法を、図に示す一実施
例に基づき説明する。

（熱交換器の構成） 第１図ないし第４図は本発明の製造方法によって製造さ
れた給湯器用の熱交換器を示す。

給湯器用の熱交換器１は、主に、胴部２と、多数のフィ
ン３と、水パイプ４とから構成され、以下順に説明す
る。なお、胴部２、フィン３および水パイプ４は、銅に
よって形成されている。

イ）胴部２の説明 胴部２は、いわゆる内胴で、内部を燃焼ガスが流れる。
この胴部２は、一方の開口（第１図下側）がバーナを収
納する枠体に接続され、他方の開口（第１図上側）が排
気通路の枠体に接続される。

胴部２は、燃料（例えば、ガスや灯油など）の燃焼が行
われる燃焼部５と、内部にフィン３が配される主熱交換
部６とに、分類される。また、胴部２は、略四角柱体を
呈し、主熱交換部６の外形寸法は、燃焼部５の外形寸法
よりも、やや小さく設けられている。この胴部２は、２
枚の略コ字型を呈したプレートを接合した後、燃焼部５
を外方向へ拡張するとともに、両端開口部に、接続用フ
ランジ７、８を形成したものである。

一方、胴部２の主熱交換部６には、対向するそれぞれの
面に、水パイプ４（下述する貫通パイプ16）を挿通する
ための貫通穴９、10が、それぞれ複数設けられている。
この貫通穴９、10には、バーリング加工によってバーリ
ング部11、12が形成されている。

ロ）フィン３の説明 フィン３は、燃焼部５で発生した炎の熱と、水通路内を
流れる水との熱交換効率を向上させる多数の薄いプレー
トで、胴部２の一部である主熱交換部６の内部に、多
数、所定の間隙を隔てて積層された状態で配設される。
そして、各フィン３の間を、燃焼ガスが通過する。

積層された多数のフィン３は、両端のろう穴無しフィン
13と、その間のろう穴有りフィン14とに分類される。フ
ィン３の一例として、ろう穴有りフィン14を、第５図お
よび第６図に示す。ろう穴有りフィン14に形成されたろ
う穴15は、フィン３と水パイプ４との接合を行うろう材
を挿入する穴である。また、ろう穴無しフィン13は、胴
部２とフィン３との間に、ろう材が介在しないようにす
るためのもので、ろう穴有りフィン14との違いは、ろう
穴15の有無である。

各フィン３には、水パイプ４（下述する貫通パイプ16）
を挿通するための貫通穴17が、複数設けられている。こ
の貫通穴17にも、それぞれにバーリング加工が施され、
フィン３の面に垂直で、水パイプ４の外周面に当接する
バーリング部18が形成されている。また、各バーリング
部18の先端には、プレス加工によって、フランジ部19が
形成されている。このフランジ部19は、バーリング部18
の外径方向へ延びるもので、フィン３が重ね合わされた
状態で圧縮されても、各バーリング部18が他のフィン３
の貫通穴17内に、侵入するのを防ぐためのものである。

また、フィン３の上端の辺には、切欠部20が設けられて
いる。この切欠部20は、フィン３の組付時に使用される
治具21（第７図参照）へフィン３を搭載する際に使用さ
れる位置決め用のもので、第８図に示すように、治具21
の突起22に嵌め合わされる。

一方、各フィン３の両端には、胴部２の内面に沿って当
接する当接フランジ23が形成されている。この当接フラ
ンジ23は、フィン３に設けられたバーリング部18と、同
一方向に向くように、設けられている。この当接フラン
ジ23は、胴部２の内側の面に、溶接された後、ろう材を
用いて接合されている（製造方法は、後述する）。な
お、接合に使用される溶接技術は、特に限定されるもの
では無いが、好ましい溶接技術としては、溶接箇所が不
活性ガスによって空気と遮断された溶接が有る。具体的
には、ティグ溶接などのイナートガスアーク溶接や、プ
ラズマ溶接などが好ましい。

さらに、ろう付時に上側となるフィン３の辺の両端に
は、切欠24が形成されている。この切欠24は、熱交換器
１が炉へ投入される前に、棒状のろう材が搭載される箇
所で、ろう付時にこの切欠24に搭載されたろう材が溶け
て、胴部２とフィン３とをろう付する。

ハ）水パイプ４の説明。

水パイプ４は、内部を流れる水と炎の熱との熱交換を行
う管で、一端が給水源に接続される入水パイプ（図示し
ない）に接続され、他端が出湯パイプ（図示しない）に
接続される。

水パイプ４は、胴部２の周囲で胴部２の熱を吸熱する吸
熱パイプ26と、主熱交換部６において水を加熱する加熱
パイプ27とに分類される。

吸熱パイプ26は、燃焼部５の周囲に巻かれ、燃焼部５の
周囲の面とろう付接合されている。

加熱パイプ27は、胴部２を貫通する貫通パイプ16と、貫
通パイプ16の端に接続されるリターンベンドパイプ28と
からなり、ろう付接合されている。

ニ）次に、胴部２の内部へ、複数のフィン３を配設する
治具21の説明を簡単に行う。

治具21は、第７図および第８図に示すもので、積層され
た多数のフィン３を搭載する台29と、積層されたろう穴
有りフィン14を挟む２枚の内側プレート30と、この内側
プレート30の外面においてろう穴無しフィン13を一枚挟
む外側プレート31とから構成される。そして、台29のフ
ィン３を搭載する搭載面32は、フィン３の積層方向に延
びる一筋の位置決用の突起22を備える。この突起22は、
フィン３を搭載面32に搭載する際に、フィン３の上端の
辺の形成された切欠部20に嵌まり合い、フィン３と治具
21との位置決めに用いられるとともに、フィン３が搭載
面32において位置がずれるのを防ぐものである。

（熱交換器１の製造方法） 次に、熱交換器１の製造方法のうち、本発明にかかる胴
部２とフィン３との製造方法を、簡単に説明する。

胴部２とフィン３とは、次の第１工程、第２工程、第３
工程によって、製造される。

ホ）第１工程では、胴部２の内部に、積層された複数の
フィン３を挿入する。

具体的には、ろう穴有りフィン14およびろう穴無しフィ
ン13を、それぞれ別のプレス加工機によって形成する。
ろう穴有りフィン14は、プレス機によって、打ち出され
て所定枚数積層され、そのまま、治具21の内側プレート
30の間に挿入される。次いで、ろう穴15内に棒状のろう
材を挿入する。その後、ろう穴無しフィン13を、手作業
によって、内側プレート30と外側プレート31との間に挿
入する。以上によって、多数のフィン３が、治具21に搭
載される。

次に、胴部２を、治具21に搭載された多数のフィン３の
周囲に被せる。

次いで、貫通パイプ16を、胴部２および複数のフィン３
に形成された、各貫通穴９、10、17内に挿入する。そし
て、貫通パイプ16を拡管し、貫通パイプ16と各フィン３
とを密着させる。その後、治具21を胴部２より外す。

ヘ）第２工程では、胴部２と複数のフィン３とを、例え
ばティグ溶接で接合する。

具体的には、内部にフィン３を積層する胴部２の外側よ
り、溶接用保持具（図示しない、溶接治具の一例）によ
って胴部２を固定するとともに、胴部２を内側へ押し付
け、胴部２の内壁と、フィン３の当接フランジ23とを当
接させる。このように、溶接用保持具によって胴部２の
内壁とフィン３のフランジ23とを当接させた状態で、胴
部２の周囲からティグ溶接を施し、胴部２と複数のフィ
ン３とを接合する。

なお、溶接の箇所は、次の第３工程でろう付が成された
際、胴部２とフィン３との間に、ろう材が漏れてしまう
ような隙間が発生しないものであれば良く、本実施例で
は、1cm〜3cmに１箇所、スポット的に溶接を施してい
る。

ト）第３工程では、接合された胴部２と複数のフィン３
とを、ろう材によってろう付接合する。具体的には、フ
ィン３の切欠24に、ろう材を搭載した後、炉中にて、ろ
う付を行う。なお、この時、他のろう付部分も、ろう付
接合される。

（実施例の効果） 本実施例では、胴部２とフィン３とを溶接技術によって
接合するため、従来ろう付時に使用されていた胴部２を
内側のフィン３へ押し付ける多数のろう付治具が不要と
なる。なお、ろう付治具が不要になる代わりに、第２工
程の溶接時に、胴部２を固定するとともに、胴部２を内
側へ押し付けて胴部２とフィン３とを当接させる溶接用
保持具を使用したが、この溶接用保持具の使用時間（胴
部２を保持する時間）は、ろう付時間に比較して大変短
く、温度もろう付に比較して上昇しないため、ろう付治
具の使用時間に比較して大変短くて済む。このため、溶
接用保持具の数は、ろう付治具の数に比較して大変少な
くなる。つまり、溶接用保持具の増加の数に比較して、
ろう付治具の数を大幅に減らすことができ、ろう付コス
トを抑えることができる。この結果、熱交換器１の製造
コストを低く抑えることができる。

また、ろう付治具が廃止され、炉中において胴部が内側
へ付勢されることがなくても、溶接によって胴部２とフ
ィン３との当接状態が保たれる。このため、炉中におい
て胴部２およびフィン３が高温に晒されて軟化しても、
胴部２およびフィン３に変形が生じ難く、ろう付時の胴
部２とフィン３との隙間がほとんど生じない。この結
果、ろう付精度が極めて高くなり、従来のような胴部２
とフィン３との間の隙間の発生が抑えられ、高品質のろ
う付が可能になる。つまり、高い品質の熱交換器１を製
造できる。

（変形例） 本発明を給湯器用の熱交換器に使用した例を示したが、
空気調和装置の凝縮器、蒸発器、ヒータコアなど、チュ
ーブ・アンド・フィン式熱交換器に、広く適用可能なも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱交換器の側面断面図、第２図は熱交換器の斜
視図、第３図は熱交換器の正面断面図、第４図は熱交換
器の上面断面図、第５図はフィンの平面図、第６図はフ
ィンの上面図、第７図は治具の断面図、第８図は治具の
正面図である。 図中 １……熱交換器、２……胴部 ３……フィン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部を熱交換流体が流れる胴部と、この胴
   部の内部に間隔を隔てた状態で積層され、両端に設けた
   フランジが前記胴部の内壁に当接する複数のフィンと、
   前記胴部および前記複数のフィンを貫通し、内部を前記
   熱交換流体と熱交換される被熱交換流体が流れるパイプ
   とを備える熱交換器における前記胴部と前記複数のフィ
   ンは、次の各工程の結合によって製造される熱交換器の
   製造方法。 ａ）前記胴部の内部に、前記間隔を隔てて積層された状
   態に前記複数のフィンを挿入する第１工程。 ｂ）前記胴部と前記複数のフィンの両端のフランジと
   を、前記胴部の周囲から溶接によって接合する第２工
   程。 ｃ）接合された前記胴部と前記複数のフィンとを、ろう
   材によってろう付接合する第３工程。