JPH09243291A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンモニアに対する耐食性を確保しつつ、高
い信頼性と生産性および低コストの熱交換器を得る。 【解決手段】 銅を用いた伝熱フィン１４と、ステンレ
ス鋼を用いた伝熱管１３と接続管１７および熱交換ドラ
ム１５により構成し、伝熱管１３と接続管１７とをニッ
ケルろう材２８を介して接続し、伝熱管１３と伝熱フィ
ン１４および伝熱フィンと熱交換ドラムとを青銅ろう材
２７を用いて固定する。これによりアンモニアに対する
耐食性を確保しつつ、１回の炉中ろう付け加工による上
記部品の接合・組み立てが可能となり、高い信頼性と生
産性および低コストの熱交換器が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収式ヒートポン
プ装置の冷媒として用いられるアンモニア等腐食性流体
をバーナにより加熱するための熱交換器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水等の非腐食性流体をバーナに
より加熱するための熱交換器として給湯機等に実用化さ
れているものは、図９に示すような構成になっていた。

【０００３】図中、１は伝熱管、２は伝熱フィン、３は
伝熱管１と伝熱フィン２により構成される熱交換部４の
外周を覆う熱交換ドラム、５は伝熱管１の端部を接続す
る接続管、６は伝熱管１と接続管５を接続するための拡
管部、７は熱交換部４とバーナ８との間の燃焼室９を覆
う燃焼室ドラム、１０は燃焼室ドラム７の外周を取り巻
き、燃焼室ドラム７に密接して配管された水管である。

【０００４】以上の構成において、バーナ８を除いてす
べての部品の材料は銅を用いて構成されており、伝熱管
１と接続管５を接続する拡管部６の構成は、伝熱管１の
端部を拡管し、接続管５を拡管部６に挿入する構成にな
っていた。さらに、熱交換部４の組み立ては、伝熱管１
に伝熱フィン２を挿入後伝熱管１を拡管することによっ
て行われ、同時にろう接時の伝熱管１と伝熱フィン２の
間の隙間管理を行い、すべての部品の接合・固定は、り
ん銅ろうを用いた一括炉中ろう付け加工により成型され
ていた。

【０００５】なお、１１はファン、１２は燃焼パイプで
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成においては、伝熱管１と接続管５との接続部に形
成されるろう材保持部の隙間は、接続管５の外側Ｒ部と
内側Ｒ部では不均一となっているため、ろう接加工の品
質においてばらつきがでるという問題があった。

【０００７】また、アンモニア等の腐食性流体の加熱を
行うには配管材料である銅の耐食性からそのままでは使
用できず、伝熱管１・接続管５等の配管にステンレス鋼
等の高耐食性鉄系材料を用いる必要があった。また配管
相互を接続するためのろう材についても、アンモニアに
対する耐食性を確保するためにニッケル系ろう材を用い
る必要があった。

【０００８】ところが、伝熱管１に鉄系材料を使用して
いるため、拡管による熱交換部４の組み立ておよび隙間
管理が難しく、熱交換部４のろう接においても、銅系の
高熱伝導材料を用いた伝熱フィン２側にろう材がまわり
やすく、伝熱管１の外周部と伝熱フィン２のバーリング
部の間にろう材が停滞しづらくろう接が不均一になると
いう課題を有していた。

【０００９】さらに、アンモニアに接する配管にニッケ
ル系のろう材を用いて、伝熱管１と伝熱フィン２等のア
ンモニアと接触しない部分の接合に用いるろう材とし
て、青銅ろうを用いた場合、通常の青銅ろうは、Ｓｎ成
分の含有量が８％で、融点が１０６０℃程度で最適熱処
理温度は１１００℃程度であるにもかかわらず、実際の
熱処理温度は、伝熱フィン２の材質が銅等の高熱伝導材
料であるため１０６０℃程度までしか上げられない。よ
って、含有成分のＣｕ成分が溶融しきらず溶け分かれ現
象が起こる。この現象により、伝熱管１と伝熱フィン２
バーリング部の隙間を満たすために使用するろう材の量
は、りん銅ろうを使用したろう接時よりも多くなりコス
ト的に高くなるという問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、伝熱管の接続部に、伝熱管を保持するため
の第１拡管部と、前記第１拡管部の先端に配置されろう
材を保持するための第２拡管部の二段の拡管部を有する
接合部構造を備えた接続管を用いたものであり、構成に
よって、従来の熱交換部におけるコンパクト性を保持し
つつ配管のアンモニアに対する耐食性を確保し、かつ伝
熱管と接続管を１回の炉中ろう付け加工により接合する
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係る熱交換器
は、伝熱管の接続部に、伝熱管を保持するための第１拡
管部と、前記第１拡管部の先端に配置されろう材を保持
するための第２拡管部の二段の拡管部を有する接合部構
造を備えた接続管を用いた構成としてあり、伝熱管接続
部のろう接加工部の品質向上を図ることができる。

【００１２】また請求項２に係る熱交換器は、伝熱管に
圧入するとともい溶融したろう材を保持するが如く構成
されたテーパー形状のバーリング部を有する伝熱フィン
を用いた構成としてあり、伝熱管外周部と伝熱フィンバ
ーリング部の間における隙間管理を確実に行うことによ
り、熱交換部のろう接部にろう材を確実に保持すること
ができる。

【００１３】また請求項３に係る熱交換器は、伝熱管に
圧入するとともに溶融したろう材を保持するが如く構成
されたデーパー形状の先端部をカーリングしたバーリン
グ部を有する伝熱フィンを用いた構成としてあり、溶融
したろう材を伝熱フィンバーリング部の前後保持部で保
持し、伝熱管と伝熱フィンの密着性を向上させることが
できる。

【００１４】また請求項４に係る熱交換器は、伝熱管に
圧入するとともに溶融したろう材を保持するが如く構成
されたテーパー形状の上部切り欠き部先端部を面取りし
たバーリング部を有する伝熱フィンを用いた構成として
あり、伝熱フィンバーリング部の上部切り欠き部先端エ
ッジ部より溶融したろう材が伝熱フィンバーリング部外
周方向に流れることを防ぐことができる。

【００１５】また請求項５に係る熱交換器は、伝熱管と
ろう材を挿入する切り欠き部の全体をテーパー状にバー
リングした伝熱フィンを用いた構成としてあり、伝熱フ
ィンバーリング部外周方向に溶融したろう材が流れるの
を防ぐことができる。

【００１６】また請求項６に係る熱交換器は、伝熱管と
接続管をニッケル系のろう材を介して接続し、伝熱管と
伝熱フィンおよび伝熱フィンと熱交換ドラムとをＳｎ１
０〜２５％含有の青銅ろうを介して接続してあり、信頼
性が高くさらに高生産性および低コストの熱交換器を得
ることができる。

【００１７】以下、本発明の、実施例を添付図面に基づ
いて説明する。 （実施例１）図１において、１３は鉄系材料よりなる比
較的薄肉の複数の伝熱管、１４は伝熱管１３の外側に固
定された薄肉の多数の伝熱フィン、１５は内部を熱交換
部１６とした熱交換ドラム、１７は伝熱管１３の端部間
を接続する接続管、１８は接続管１７の端部に形成した
第１拡管部で、伝熱管１３を挿入し保持する。１９は上
記第１拡管部１８の先端部に配置されろう材を保持する
ための第２拡管部、２０は入口管、２１は出口管であ
る。

【００１８】ここで、伝熱管１３と接続管１７および入
口管２０、出口管２１は、ステンレス鋼等の鉄系材料に
て構成するとともに、これらを接続するろう材もニッケ
ル系のろう材を用いて吸収式ヒートポンプ装置の作動媒
体であるアンモニア等の腐食性流体に対する管路内の耐
食性を確保している。また伝熱フィン１４は銅系の高熱
伝導材料を用いて構成されるとともに青銅ろう材を用い
て伝熱管１３および熱交換ドラム１５に接続されてい
る。これにより従来と同様のコンパクトな熱交換部１６
が構成されている。さらに、伝熱管１３と接続管１７の
接続部構造は、第１拡管部１８に、伝熱管１３を挿入し
確実に保持し接続部の強度を確保しつつ、第２拡管部１
９で、伝熱管１３の外周方向との間に溶融したろう材を
充分保持する構成となっているためろう接時の気密性を
確保している。

【００１９】（実施例２）次に本発明の実施例２につい
て図２を基に説明する。この実施例２において上記実施
例１と同一構造で、かつ同一作用をする部分については
同一符号を付して詳細な説明は略し、異なる部分を中心
に説明する。２２は伝熱フィン１４のバーリング部であ
る。２３は棒状の青銅ろう材を挿入すろための切り欠き
部である。ここで、伝熱フィン１４のバーリング部２２
は、テーパー形状に成型されているため伝熱管１３に伝
熱フィン１４を圧入によって取りつけると同時に伝熱管
１３と伝熱フィン１４を接合するために必要なろう材を
保持する隙間を確実に確保することができる。

【００２０】（実施例３）次に本発明の実施例３につい
て図３を基に説明する。この実施例３において上記の各
実施例と同一構造で、かつ同一作用をする部分について
は同一符号を付して詳細な説明は略し、異なる部分を中
心に説明する。２４は伝熱フィン１４のバーリング部２
２の先端部に配置されたカーリング部である。ここで、
伝熱管１３と伝熱フィン１４の接合部は、テーパー形状
のバーリング部２２とカーリング部２４というように前
後に溶融したろう材を保持する隙間が確保され、溶融し
た青銅ろうがこの隙間に流れ込み停滞し冷却されること
により伝熱管１３と伝熱フィン１４の密着性を向上させ
ることができる。よって、熱交換率の高い熱交換器を得
ることができる。

【００２１】（実施例４）次に本発明の実施例４につい
て図４を基に説明する。この実施例４において上記の各
実施例と同一構造で、かつ同一作用をする部分について
は同一符号を付して詳細な説明は略し、異なる部分を中
心に説明する。２５は伝熱フィン１４のバーリング部２
２の上部切り欠き部先端部に配置された面取り部であ
る。ここで、伝熱管１３と伝熱フィン１４の接合部にお
いてバーリング部２２の先端部で溶融した青銅ろう材は
面取り部２５に沿って伝熱管１３と伝熱フィン１４のバ
ーリング部２２の間に流れ込む。よって、比較的少ない
ろう材でろう付け加工ができる。

【００２２】（実施例５）次に本発明の実施例５につい
て図５と図６を基に説明する。図５は実施例５の熱交換
器の縦断面図、図６は図５のＡ−Ａ断面図である。この
実施例５において上記の各実施例と同一構造で、かつ同
一作用をする部分については同一符号を付して詳細な説
明は略し、異なる部分を中心に説明する。２６は伝熱フ
ィン１４の全周バーリング部である。ここで、伝熱管１
３と伝熱フィン１４の接合部において溶融した青銅ろう
材は伝熱管１３と全周バーリング部２６の間に確実に停
滞する。よって、伝熱フィン１４のバーリング部２２の
外周方向に無駄なろう材が流れることはなく最少量のろ
う材で熱交換部の接続ができる。

【００２３】（実施例６）次に本発明の実施例６につい
て図７と図８を基に説明する。図７は実施例６の熱交換
器の縦断面図、図８は図７のＢ−Ｂ断面図である。この
実施例６において上記の各実施例と同一構造で、かつ同
一作用をする部分については同一符号を付して詳細な説
明は略し、異なる部分を中心に説明する。２７は棒状の
青銅ろう、２８はペースト状のニッケルろうである。こ
こで、伝熱管１３と伝熱フィン１４のろう接に用いる棒
状の青銅ろう２７のＳｎ含有量は１０〜２５％であるた
め融点が９００（Ｓｎ含有量２５％）〜１０００℃（Ｓ
ｎ含有量１０％）と低く、伝熱管１３と接続管１７の接
続部に用いるニッケルろう２８と同等の融点となるばか
りか、十分にろう材が溶融し溶け分かれ現象がほとんど
なくなる。これにより従来と同様に各部のろう付けが１
回の熱処理によって行え、高い生産性で低コストの熱交
換器を得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱交換器
は、ろう接加工時に、接続管の外周方向に、ろう材を保
持する隙間が、均一な状態で十分確保されているため、
安定したろう接状態が得られる。

【００２５】また、伝熱フィンのバーリング部をテーパ
ー形状にしたものにあっては、伝熱管と伝熱フィンのバ
ーリング部の間にろう材の停滞する隙間が確保され常に
良好なろう接状態が得られる。

【００２６】また、伝熱フィンのバーリング部先端をカ
ーリングしたものにあっては、溶融したろう材が伝熱フ
ィンバーリング部の前後からろう材保持部に流れ込み伝
熱管と伝熱フィンの密着精度を向上させることができ
る。

【００２７】また、伝熱フィンバーリング部の上部切り
欠き部先端エッジ部を面取りしたものにあっては、溶融
したろう材が伝熱フィンバーリングの上部切り欠き部先
端エッジ部から伝熱フィンバーリング部外周方向に流れ
ることを防止することができる。

【００２８】また、伝熱管とろう材を挿入する切り欠き
部全体をテーパー状にバーリングしたものにあっては、
伝熱フィンバーリング部外周方向に溶融したろう材が流
れるのを防止することができる。

【００２９】また、伝熱管と伝熱フィンおよび伝熱フィ
ンと熱交換ドラムとをＳｎ１０〜２５％含有の青銅ろう
を介して接続したものにあっては、信頼性が高くさらに
高生産性および低コストの熱交換器を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における熱交換器の縦断面図

【図２】本発明の実施例２における熱交換器の縦断面図

【図３】本発明の実施例３における熱交換器の縦断面図

【図４】本発明の実施例４における熱交換器の平面図

【図５】本発明の実施例５における熱交換器の縦断面図

【図６】図５のＡ−Ａ断面矢視図

【図７】本発明の実施例６における熱交換器のろう接加
工直前の状態を示す縦断面図

【図８】図７のＢ−Ｂ断面矢視図

【図９】従来の熱交換器の縦断面図

【符号の説明】

１３ 伝熱管 １４ 伝熱フィン １５ 熱交換ドラム １７ 接続管 ２７ 青銅ろう材 ２８ ニッケルろう材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１拡管部を設けた接続管と、前記第１拡
   管部に挿入した伝熱管と、前記第１拡管部の先端に配置
   され前記伝熱管の外周部との間にろう材を保持するが如
   く構成された第２拡管部とにより構成され、ろう接によ
   り接合固定する管路の接合部構造を有する熱交換器。
2. 【請求項２】複数の鉄系材料からなる伝熱管と、前記伝
   熱管に圧入するとともに溶融したろう材を保持するが如
   く構成されたテーパー形状のバーリング部を有する銅系
   の高熱伝導材料よりなる複数の伝熱フィンと、前記伝熱
   管と前記伝熱フィンの接続部を内包するように鉄系材料
   よりなる熱交換ドラムを配置するとともに、隣接する前
   記複数の伝熱管の端部を接続し１本の流路に形成する鉄
   系材料の接続管とで構成された熱交換器。
3. 【請求項３】複数の鉄系材料からなる伝熱管と、前記伝
   熱管に圧入するとともに溶融したろう材を保持するが如
   く構成されたテーパー形状の先端部をカーリングした複
   数のバーリング部を有する銅系の高熱伝導材料よりなる
   複数の伝熱フィンと、前記伝熱管と前記伝熱フィンの接
   続部を内包するように鉄系材料よりなる熱交換ドラムを
   配置するとともに、隣接する前記複数の伝熱管の端部を
   接続し、複数の伝熱管を１本の流路に形成する鉄系材料
   の接続管とで構成された熱交換器。
4. 【請求項４】複数の鉄系材料からなる伝熱管と、前記伝
   熱管に圧入するとともに溶融したろう材を保持するが如
   く構成されたテーパー形状の上部切り欠き部先端部を面
   取りした複数のバーリング部を有する銅系の高熱伝導材
   料よりなる複数の伝熱フィンと、前記伝熱管と前記伝熱
   フィンの接続部を内包するように鉄系材料よりなる熱交
   換ドラムを配置するとともに、隣接する前記複数の伝熱
   管の端部を接続し、複数の伝熱管を１本の流路に形成す
   る鉄系材料の接続管とで構成された熱交換器。
5. 【請求項５】複数の鉄系材料からなる伝熱管と、前記伝
   熱管とろう材を挿入する切り欠き部の全体をテーパー状
   にバーリングした銅系の高熱伝導材料よりなる複数の伝
   熱フィンと、前記伝熱管と前記伝熱フィンの接続部を内
   包するように鉄系材料よりなる熱交換ドラムを配置する
   とともに、隣接する前記複数の伝熱管の端部を接続し複
   数の伝熱管を１本の流路に形成する鉄系材料の接続管と
   で構成された熱交換器。
6. 【請求項６】鉄系材料よりなる伝熱管と、この伝熱管に
   取りつけられる銅系の高熱伝導材料よりなる複数の伝熱
   フィンと、前記伝熱管と前記伝熱フィンの接続部を内包
   するように鉄系材料よりなる熱交換ドラムを配置すると
   ともに、隣接する伝熱管の端部を接続する鉄系材料を用
   いる接続管とを備え前記伝熱管と接続管とをニッケル系
   ろう材を介して接続し、また伝熱管と伝熱フィンおよび
   伝熱フィンと熱交換ドラムとをＳｎ１０〜２５％含有の
   青銅ろうを介して接続した熱交換器。