JPWO2017168747A1 - 配管及びその配管を備えた熱交換器 - Google Patents

Abstract

第１の配管（１）は、主管部（１３）と、第２の配管（３）を内側に嵌合する嵌合部と（１４）、主管部（１３）と嵌合部（１４）の内断面積よりも大きい内断面積を有する拡径部（１５）と、を有し、嵌合部（１４）は、主管部（１３）と拡径部（１５）の間に設けられている。

Description

本発明は、ろう材を用いて異なる配管と接合される配管及びその配管を備えた熱交換器に関するものである。

冷媒、水などの熱媒体を内部に流す設備である空気調和装置や冷熱機器などにおいては、熱媒体の経路として配管が多用されている。多くの場合、経路全体を一本の配管で構成することは現実的ではなく、配管径・配管肉厚・曲げ形状などの仕様の異なる配管をいくつも接合して、一つの経路を形成することが一般的である。そこで、配管同士の接合部に関して、高い気密性を保つために、様々な方法が考案されている。

例えば、従来から配管同士を接合する方法として、リング型のろう材を用いて２つの配管の隙間にろう材を供給し、配管同士をろう付する接合方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１３９７０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構造においては、ろう材は配管の上に固定されずに配置されるため、ろう付工程において所定の位置からずれてしまうという問題がある。また、特許文献１に記載の構造で配管を水平にして組み立てを行う場合、ろう材の取り付けが困難である。

本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、ろう材を用いて配管同士を接合する場合において、容易に配管の組み立てを行うことができる配管を得ることを目的とする。

本発明に係る配管は、主管部と、異なる配管を内側に嵌合する嵌合部と、主管部と嵌合部の内断面積よりも大きい内断面積を有する拡径部と、を有し、嵌合部は、主管部と拡径部の間に設けられているものである。

本発明に係る配管によれば、ろう材を格納する拡径部を有するため、異なる配管を差し込む前にろう材を所定の位置に配備することができ、容易に配管同士を組み立てることができる。

本発明に係る熱交換器を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る第１の配管を示す図である。 フィンの形態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るろう付前の配管同士の接合構造を示す図である。 配管の接合工程を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るろう付後の配管同士の接合構造を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るろう付前の配管同士の接合構造を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る第１の配管を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る第１の配管を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る第１の配管を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る第１の配管を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る熱交換器の構成を示す図である。熱交換器１００は、第１の配管１、フィン部２、第２の配管３、Ｕベンド４などから構成されている。第１の配管１は、内部に水や冷媒などの熱媒体を流し、伝熱管として作用する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る第１の配管１を示す斜視図である。第１の配管１は、断面が長辺部分１ａが直線で、短辺部分１ｂが例えば半円状等の曲線とした扁平形状で、アルミ合金からなる金属管である。断面を扁平形状とすることで、通風抵抗を増大させることなく熱媒体と伝熱管の接触面積を増大させることができ、それにより、小型化した場合であっても十分な熱交換器としての性能を得ることができる。第１の配管１は、両端に扁平形状の配管口１１を有する一本の直線状配管を中央付近で１８０度折り曲げてＵ字形状に加工されることで作製される。そのため、第１の配管１はベンド部１２を有する。

フィン部２は、平行に配設された複数のフィン２１からなる。図３は、フィン２１の形態を示す模式図である。フィン２１には、第１の配管１が差し込まれる複数の開口部２２が形成されている。開口部２２は、第１の配管１の長辺部分１ａに対応する長辺部分２２ａと第１の配管１の短辺部分１ｂに対応する短辺部分２２ｂを有する。開口部２２の周辺には、第１の配管１を係合固定できるように係止部が設けられていても良い。

第１の配管１は、複数のフィン２１からなるフィン部２と接合され、熱交換器コア１０１を構成する。熱交換器コア１０１は、熱媒体の流路方向とは直交する方向に平行に配設された複数の第１の配管１に、フィン２１を一枚一枚あるいは複数枚を一度に差し込み、両者を接合することで作製される。また、平行に配置された複数のフィン２１に第１の配管１を挿入することで熱交換器コア１０１を作製しても良い。

熱交換器１００は、熱交換器コア１０１の複数の配管口１１に第２の配管３あるいはＵベンド４を挿入し、構成される。第２の配管３は、外部と接続するための配管として作用し、Ｕベンド４は隣接する第１の配管１を連結するための配管として作用する。第２の配管３及びＵベンドの断面は、第１の配管１と同じく扁平形状である。

図４は、本発明の実施の形態１に係るろう付前の配管同士の接合構造を示す断面図である。第１の配管１の内側に第２の配管３が差し込まれるように組み立てられ、ろう付により第１の配管１と第２の配管３は接合される。なお、図４においては第１の配管１と第２の配管３の接合構造を示したが、第１の配管１とＵベンド４の接合構造も同様である。

第１の配管１は、内部に熱媒体を流す主管部１３と、第２の配管３を内側に嵌合する嵌合部１４と、ろう材３０を格納する拡径部１５を有する。

主管部１３は、内部に冷媒や水などの熱媒体を流す流路として作用する。また主管部１３は、第１の配管１とフィン部２を接合するためにフィン２１の開口部２２に差し込まれる。嵌合部１４は、主管部１３と拡径部１５の間に設けられ、第１の配管１に差し込まれる第２の配管３を内側に嵌合する。そのため、嵌合部１４の内断面積は、主管部１３の内断面積より大きい。拡径部１５は、第１の配管１の端に設けられる。拡径部１５の内側には、第１の配管１と第２の配管３を接合するためのろう材３０が格納される。拡径部１５の内断面積は、嵌合部１４の内断面積より大きく形成されている。

ろう材３０は、ろう付により第１の配管１と第２の配管３を接合する作用を有する。ろう材３０は、拡径部１５と第２の配管３の間の空間に格納される。そのため、ろう材３０は、断面が第１の配管１と相似した扁平形状であるリング型の形状を有する。また、ろう材３０は拡径部１５の内側に格納されるように、拡径部１５の内径より小さく、嵌合部１４の内径より大きく形成されている。ろう材３０は、アルミ−シリコン系、例えばＢＡ４０４７のようにアルミニウムよりも融点が低い材質からなる。

また、第１の配管１の内面にろう材３０の融点より低い融点を有する材質からなるクラッド層３１が形成されていても良い。クラッド層３１の融点のほうが低いことで、ろう付する際にクラッド層３１がろう材３０より先に溶融するため、ろう材３０はクラッド層３１に引っ張られる。従って、ろう材３０のろう材が管外に流出してろう付不良となることを防ぐことができる。なお、クラッド層３１は、第１の配管１の内面の全体に形成される必要はなく、第１の配管１の内面の一部、例えば嵌合部１４と拡径部１５の内面にだけ形成されていても良い。なお、クラッド層３１は、例えばろう材３０で使用されるＢＡ４０４０７に亜鉛を数％添加した材質からなる。

次に、配管の接合方法について説明する。図５は、配管の接合工程を説明するフローチャートである。まず、第１の配管１の主管部１３が水平になるように熱交換器コア１０１を設置する（Ｓ１）。その後、第１の配管１の拡径部１５の内側にろう材３０を取り付ける（Ｓ２）。このとき、ろう材３０は第２の配管３を差し込む前に熱交換器コア１０１側に取り付けられるため、配管組み立て時の作業性を向上させることができる。また、ろう材３０を所定の位置に固定しておくための部品や構成が必要ないため、製造コストの増大を抑えることができる。

その後、第２の配管３あるいはＵベンド４を、第１の配管１の配管口１１に挿入する（Ｓ３）。第２の配管３あるいはＵベンド４を第１の配管１に差し込んだ後の配管同士の接合構造は、図４に示す通りである。

これまでの工程で組み立てられた熱交換器１００の第１の配管１と第２の配管３あるいはＵベンド４をろう付で接合するために、熱交換器１００全体を電気炉に投入して加熱する（Ｓ４）。炉内の雰囲気は、不活性ガスまたは還元性ガスで充満させておく。配管全体の温度が上昇してくるとろう材の溶融が始まる。ここで、クラッド層３１にろう材３０より融点の低い材質を用いることで、クラッド層３１が先に溶融する。クラッド層３１の融液は、第１の配管１と第２の配管３の隙間およびろう材３０の表面に行きわたる。炉内の温度がさらに上昇すると、ろう材３０の溶融が開始され、その融液は配管同士の隙間に充填される。最後に、電気炉の加熱を終了させて配管の温度を低下させることで、融液が固化し、第１の配管１と第２の配管３あるいはＵベンド４の接合が完了する（Ｓ５）。図６は、ろう付による接合が完了した状態の配管同士の接合構造を示す断面図である。

なお、アルミ合金からなる配管同士のろう付においては一般的にフラックスをろう材に供給する必要がある。フラックスの供給方法としては、ろう材の内部にフラックスを含ませたフラックスコアードワイヤを用いる方法と、ろう材にはフラックスを含ませずろう材の周辺にフラックスを塗布するという方法などがある。

以上のように、第１の配管１にろう材３０を格納する拡径部１５を設けることで、第２の配管３を差し込む前にろう材３０を所定の位置に配備することができ、容易に配管同士を組み立てることができる。さらに、ろう付工程においても搬送作業時にろう材３０の位置がずれにくくなり、ろう材が本来充填されるべき場所に充填されやすくなることから信頼性に優れた接合が得られる。

また本発明においては、第２の配管３は特別に加工されることはない。そのため、第２の配管３の製造工程については変更する必要がないため、製造コストの増大を抑えることができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係るろう付前の配管同士の接合構造を示す断面図である。実施の形態２は、第１の配管１の端に内側に突出した突起１６を有する点で実施の形態１と異なるが、その他に関しては実施の形態１と同様である。

突起１６は、内側に突出した形状を有し、第１の配管１の拡径部１５の端に形成される。この構成により突起１６は、第１の配管１の拡径部１５の内側に格納されたろう材３０が組立工程やろう付工程での衝撃や振動によってずれないようにろう材３０を抑える作用を有する。

図８〜図１０は、本発明の実施の形態２に係る第１の配管を示す斜視図である。図８は、扁平形状の拡径部１５の長辺部分を外側から衝撃を与えて、拡径部１５の内側に突起１６ａを形成した第１の配管１を示す。突起１６ａは、拡径部１５の２つの長辺部分のほぼ真ん中のそれぞれに形成されている。２つの長辺部分にそれぞれ突起１６ａを形成することで、ろう材３０が組立工程やろう付工程での衝撃や振動によって抜け落ちないようにすることができる。なお、図８では突起１６ａを対称となるように長辺部分に２つ形成された構成を示したが、これに限られることはなく、突起１６ａを任意の位置に１つまたは３つ以上形成しても良い。

図９は、拡径部１５の内側に突起１６ｂを配設した第１の配管１を示す。図９の第１の配管１は、拡径部１５の内側に別途突起１６ｂを配設した点で図８の第１の配管１と異なる。突起１６ｂを配設することで、ろう材３０が組立工程やろう付工程での衝撃や振動によって抜け落ちないようにすることができる。

図１０は、拡径部１５の内側に図９の突起１６ｂより幅の広い突起１６ｃを１つ配設した第１の配管１を示す。このような突起１６ｃを形成することで、ろう材３０を第１の配管１に取り付けやすく、さらにろう材３０が組立工程やろう付工程での衝撃や振動によって抜け落ちないようにすることができる。

突起１６の高さは、０．３０ｍｍ〜０．６０ｍｍが好ましい。０．３０ｍｍより低い場合、ろう材３０が拡径部１５から抜け落ちてしまう危険性があり、０．６０ｍｍよりも高い場合、ろう材３０を拡径部１５に取り付けにくくなってしまう。

なお、突起１６の例示として、図８〜図１０を用いて説明したが、これに限定するものではなく、突起１６はろう材３０が第１の配管１の拡径部１５から抜け落ちないようにろう材３０を抑える構造や形状であればよい。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る第１の配管を示す斜視図である。実施の形態３は、第１の配管１の拡径部１５の内面に摩擦部１７を有する点で実施の形態１と異なるが、その他に関しては実施の形態１と同様である。

摩擦部１７は、拡径部１５の内面に形成されており、内側に格納されるろう材３０と接触することで、摩擦によってろう材３０がずれないようにする作用を有する。摩擦部１７は、例えば図１１のように熱媒体が流れる方向に沿って形成された複数の稜からなる。

また摩擦部１７の内寸法を内側に格納するろう材３０の外径よりやや小さく形成することで、より効果的にろう材３０の抜け落ちや位置ずれを防止することが可能となる。

なお、摩擦部１７の例示として、図１１を用いて説明したが、これに限定するものではなく、摩擦部１７はによってろう材３０が抜け落ちないようにする構造や形状であればよい。例えば、摩擦部１７は、拡径部１５の内面を粗面にすることで形成されても良い。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

なお、本実施の形態では、第１の配管１、第２の配管３、Ｕベンド４、主管部１３、嵌合部１４、拡径部１５のそれぞれの断面は扁平形状であるが、これに限定されるものではなく、円形や楕円形であっても良い。

また、本実施の形態では、第１の配管１の材質をアルミ合金としたが、これに限定されるものではなく、熱伝導性のよい材質、たとえば銅、ステンレスなどであっても良い。

また、本実施の形態では、断面が第１の配管１と相似した扁平形状であるリング型の形状を有するろう材３０で説明したが、ろう材３０の形状はこれに限定されるものではない。ろう材３０は、第１の配管１の拡径部１５の内側に格納され、配管同士をろう付で接合するためのものであればよく、例えば、リング型の一部が切れている形状でも良い。また、ろう材３０は、２つ以上に分かれていても良い。

また上述の実施の形態は、水や冷媒を流す配管を有する装置に用いられる。例えば、熱交換器を有する熱源機及び、この熱源機を備えた空気調和装置、ショーケース、冷凍機、冷蔵庫等に用いることができる。

１ 第１の配管、２ フィン部、３ 第２の配管、４ Ｕベンド、１１ 配管口、１２ ベンド部、１３ 主管部、１４ 嵌合部、１５ 拡径部、１６ａ 突起、１６ｂ 突起、１６ｃ 突起、１７ 摩擦部、２１ フィン、２２ 開口部、３０ ろう材、３１ クラッド層、１００ 熱交換器、１０１ 熱交換器コア

本発明に係る配管は、主管部と、異なる配管を内側に嵌合する嵌合部と、主管部と嵌合部の内断面積よりも大きい内断面積を有し、内部にろう材を格納する拡径部と、を有し、主管部、嵌合部、及び拡径部の断面は、長辺部分が直線で短辺部分が曲線とした扁平形状であり、嵌合部は、主管部と拡径部の間に設けられており、嵌合部及び拡径部の内面に、ろう材の融点より低い融点を有する材質からなるクラッド層を有するものである。

Claims (8)

1. 主管部と、
   異なる配管を内側に嵌合する嵌合部と、
   前記主管部と前記嵌合部の内断面積よりも大きい内断面積を有する拡径部と、を有し、
   前記嵌合部は、前記主管部と前記拡径部の間に設けられている配管。
2. 前記拡径部は、内側に突出した突起を有する請求項１に記載の配管。
3. 前記突起は、前記拡径部の端に形成されている請求項２に記載の配管。
4. 前記拡径部の内面に摩擦部を有する請求項１に記載の配管。
5. 前記摩擦部は、熱媒体が流れる方向に沿って形成された稜である請求項４に記載の配管。
6. 長辺部分が直線で短辺部分が曲線とした扁平形状である断面を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の配管。
7. 内面にろう材からなるクラッド層を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の配管。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の配管と、前記配管の前記主管部をはめ込んだ複数のフィンと、を備えた熱交換器。

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