WO2012018125A1 - 熱交換器における伝熱管の溶着方法、および、熱交換器 - Google Patents

熱交換器における伝熱管の溶着方法、および、熱交換器 Download PDF

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heat transfer
header
transfer tube
transfer tubes
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Inventor
教弘 松尾
Original Assignee
株式会社Cku
シーアイ化成株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger in which a plurality of heat transfer tubes are attached to a header, and more specifically, even when heat transfer tubes are attached in close contact, the heat transfer tubes and header hole insertion holes It is related with the welding method of the heat exchanger tube which enabled it to weld the clearance gap between these.
  • Fig. 8 shows the structure of a general heat exchanger having a plurality of heat transfer tubes.
  • reference numeral 81 denotes a heat transfer tube having a circular cross section, which allows a fluid to be heat exchanged to pass therethrough.
  • Reference numeral 82 denotes headers provided at the left and right ends of the heat transfer tube, and allows fluid to pass through each heat transfer tube 81.
  • a fin 83 is attached to the heat transfer tube 81 in a direction perpendicular to the axial direction so that heat transmitted to the heat transfer tube 81 is diffused. In FIG. 8, only the fins 83 in the vicinity of the left and right of the heat transfer tube 81 are shown.
  • FIG. 9 As a conventional heat exchanger, a shell and tube heat exchanger as shown in FIG. 9 is also known.
  • reference numeral 91 denotes a heat transfer tube through which a fluid to be heat exchanged is passed.
  • Reference numeral 92 denotes headers provided at the left and right ends of the heat transfer tube 91 so that fluid is passed through the heat transfer tubes 91.
  • the heat transfer tubes 91 and the header 92 are surrounded by a shell 93 so that heat is exchanged between the fluid passed through the shell 93 and the fluid in the heat transfer tube 91.
  • an insertion hole corresponding to the outer diameter of the heat transfer tube corresponding to the plurality of heat transfer tubes prepared in advance is referred to as a header wall surface (hereinafter referred to as a header wall surface). ) To form. Then, the heat transfer tubes are sequentially inserted into the insertion holes, and after attaching the heat transfer tubes, the gaps between the insertion holes and the heat transfer tubes are brazed with a brazing material.
  • the entire periphery of the heat transfer tube and the insertion hole of the header must be brazed, but the gap between each heat transfer tube and the heat transfer tube is narrow, for example, about several mm. Then, it becomes difficult to braze the gap between the heat transfer tube and the heat transfer tube.
  • a brazing material is applied to the side of the header wall surface facing the opening end of the heat transfer tube to braze the gap between the heat transfer tube and the insertion hole.
  • the brazing material may permeate into the opening and block the opening of the heat transfer tube.
  • the brazing material does not penetrate into the insertion hole, and it is difficult to ensure reliable brazing.
  • An object of the present invention is to provide a heat transfer tube welding method.
  • the present invention has a plurality of heat transfer tubes and a header for attaching the heat transfer tubes, and the heat transfer tubes are inserted into the header wall surface to which the heat transfer tubes are attached.
  • a heat transfer tube welding method for forming an insertion hole for welding a gap between the insertion hole and the heat transfer tube, a plurality of wall surface elements constituting the header wall surface are provided, and the heat transfer tube is inserted into the wall surface element
  • the gap between the heat transfer tube and the insertion hole can be reliably welded by interposing the welding material in the region surrounded by the plurality of wall surface elements. Moreover, since the welding material is not applied from the opening side of the heat transfer tube at this time, the opening of the heat transfer tube is not blocked. Furthermore, even if a crack occurs in a part of the wall surface element when the interval between the insertion holes is narrowed, the crack can be filled with another wall surface element or a welding material covering the wall surface element. You can also get the benefits.
  • the outer peripheral portion of the wall surface element is covered with a cover, and the welding material is injected into the space surrounded by the cover and the wall surface element.
  • a step of forming a reservoir portion for storing a welding material in the vicinity of the insertion hole of the wall surface element, and a plurality of the welding material applied to at least the reservoir portion of the wall surface element and the welding material applied to the reservoir portion The welding material is welded with the wall elements facing each other.
  • the gap between the heat transfer tube and the wall surface element can be reliably welded by the welding material applied to the reservoir portion.
  • the present invention has a plurality of heat transfer tubes and a header for attaching the heat transfer tubes, forming an insertion hole for inserting the heat transfer tubes in the header wall surface to which the heat transfer tubes are attached to the header,
  • a step of providing a plurality of wall surface elements constituting the header wall surface and forming an insertion hole for inserting the heat transfer tube into the wall surface element And the step of inserting the heat transfer tube in a state where the plurality of wall surface elements are opposed to each other, and the step of welding by interposing a welding material between the plurality of wall surface elements.
  • the gap between the heat transfer tube and the insertion hole can be reliably welded. Moreover, since the welding material is not applied from the opening side of the heat transfer tube at this time, the opening of the heat transfer tube is not blocked. Furthermore, even if a crack occurs in a part of the wall surface element when the interval between the insertion holes is narrowed, the crack can be filled with another wall surface element or a welding material covering the wall surface element. You can also get the benefits.
  • the figure which shows the heat exchanger which shows 1st embodiment of this invention External perspective view of the vicinity of the header in the same form
  • the figure which shows the heat exchanger which shows 2nd embodiment of this invention External perspective view showing a connection portion between the heat transfer tube and the header in the same form
  • the figure which shows the attachment process of the heat exchanger tube in the same form The external appearance perspective view which shows the connection part of the header in other embodiment
  • the figure which shows the wall surface element and reservoir part in other embodiment The figure which shows the heat exchanger in a prior art example
  • the heat exchanger 1 in this embodiment includes a heat transfer tube 2 for passing a fluid to be heat exchanged, and headers 3 connected to the vicinity of both left and right ends of the heat transfer tube 2.
  • the fluid flowing in through the header 3 is passed through the heat transfer tube 2, and heat is exchanged with other fluids on the way through the heat transfer tube 2.
  • the header 3 for attaching the heat transfer tube 2 is integrally formed with the header cover and the wall surface element, and a wall surface element 41 parallel to the header wall surface 4 which is one of the wall surface elements is separately provided.
  • the welding material 7 such as a brazing material is poured in a state where the header wall surface 4 is opposed to the header wall surface 4 and the outer periphery of the wall surface element 41 is covered with the gap cover 44.
  • the structure of the heat exchanger 1 in this Embodiment is demonstrated in detail.
  • the heat transfer tube 2 in the heat exchanger 1 is composed of a thin metal member having a circular cross section, similar to the heat transfer tube in the conventional heat exchanger, and is heated along the internal axial direction.
  • a fluid to be exchanged for example, a refrigerant such as high-temperature and high-pressure carbon dioxide
  • the outer diameter is 0.8 mm to 2.0 mm, preferably 0.9 mm to 1.5 mm
  • the inner diameter is 0.7 mm to 1.9 mm, preferably 0.8 mm.
  • a very fine one of about 8 mm to 1.4 mm is used.
  • the header 3 provided at both ends of the heat transfer tube 2 is surrounded by a header wall surface 4 to which the heat transfer tube 2 is attached, a header cover, and the like.
  • the fluid branched into two and the fluid flowing out from each heat transfer tube 2 is discharged from the discharge port 62.
  • a wall surface element 41 having an insertion hole 42 for passing the heat transfer tube 2 at a position facing the header wall surface 4 and parallel to the header wall surface 4 is provided.
  • the wall surface element 41 is composed of a relatively thin metal plate.
  • the wall surface element 41 is attached to the header wall surface 4 of the header 3 with a gap of 1 cm or less, for example.
  • a gap cover 44 is attached to the outer peripheral portion of the header wall surface 4 and the wall surface element 41.
  • the gap cover 44 forms a space for injecting the welding material 7 into the gap between the header wall surface 4 and the wall surface element 41, and is composed of a stainless steel plate [o1] or the like. You may make it comprise with the shell in an exchanger.
  • an adhesive material or the like is applied to the side contacting the edge of the header wall surface 4 or the wall surface element 41, and the header wall surface 4 and the wall surface element are coated with the adhesive material. It is preferable that the gap 41 can be fixed.
  • a brazing material mainly composed of copper, tin, silver or the like that melts at a high temperature is used as the welding material 7 injected from the opening 45 of the gap cover 44.
  • a binder is mixed into the powdered brazing material to form a paste, and in this state, the material is poured from the opening 45.
  • the binder is evaporated, and the brazing material, which is the main component, is melted, so that the gap between the heat transfer tubes 2 and the gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42 are increased. To fill.
  • the metal plate material for comprising the wall surface element 41 is prepared, and the outer diameter dimension of the heat exchanger tube 2 is prepared for the metal plate material.
  • An insertion hole 42 is formed to match the above.
  • the heat exchanger tube 2 is inserted also in the insertion hole 42 of the header wall surface 4.
  • the welding material 7 is not yet interposed in the gap between the header wall surface 4 and the wall surface element 41, and there is a slight gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42. On the other hand, it is slidable.
  • the gap cover 44 is attached to the outer peripheral portion of the header wall surface 4 and the wall surface element 41 as the next step.
  • the adhesive surface side of the gap cover 44 is rotated toward the header wall surface 4 and the wall surface element 41 side, and thereby the gap width between the header wall surface 4 and the wall surface element 41 is lightly fixed.
  • the opening part 45 is provided in the clearance gap cover, the welding material 7 is inject
  • the welding material 7 leaks from the gap between the heat transfer tube 2 and the heat transfer tube 2 and the gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42, and fills the gap between the insertion hole 42 of the header 3 and the heat transfer tube 2. Will be able to.
  • the welding material 7 permeates through the gap between the heat transfer tubes 2 due to the capillary phenomenon of the melted weld material 7 and is inserted into the heat transfer tubes 2.
  • the gap between the holes 42 can be reliably welded.
  • the header wall surface 4 and the wall surface element 41 are opposed to each other, and the welding material 7 is poured between the header wall surface 4 and the wall surface element 41 so as to weld the gap with the heat transfer tube 2.
  • the gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42 can be reliably welded.
  • a predetermined gap is formed between the header wall surface 4 and the wall surface element 41 of the header 3, and the welding material 7 is poured.
  • At least two wall surface elements 41 are provided on one side, the welding material 7 is applied on the surface, and the heat transfer tube 2 is inserted in the insertion hole 42 and welded. Then, after that, the header cover 5 is attached to the wall surface element 41 to constitute the header 3.
  • one wall surface element 41 corresponds to the header wall surface in relation to the present invention.
  • the header 3 in the second embodiment is formed by laminating a plurality of plate-like wall surface elements 41 in the axial direction of the heat transfer tube 2, and attaching the header cover 5 thereto. Composed.
  • An insertion hole 42 for inserting the vicinity of the end of the heat transfer tube 2 is formed in the wall surface element 41, and the heat transfer tube 2 can be inserted into the insertion hole 42.
  • the insertion hole 42 may be formed by a drill.
  • the insertion hole 42 is formed by a drill, the insertion hole 42 is formed when the insertion hole 42 is formed closely.
  • the wall surface element 41 is made of a thin metal plate, and the insertion hole 42 is formed by punching.
  • the insertion holes 42 are formed together in a state in which the plurality of wall surface elements 41 are laminated, the metal in the vicinity of the insertion holes 42 is distorted due to the thickness thereof. Therefore, it is preferable to punch one by one. Then, the insertion hole 42 is formed, and then the brazing material as the welding material 7 is applied to the surface thereof, and the heat transfer tube 2 is inserted in a state where the wall surface elements 41 are laminated.
  • the header cover 5 is provided with an inflow port 61 through which a fluid flows in and an exhaust port 62 (see FIG. 3) through which the fluid is discharged, and only a portion to which the stacked wall surface elements 41 are attached. It is configured to have a U-shaped cross section that is open. And the wall surface element 41 laminated
  • the heat exchanger 1 when the heat exchanger 1 is manufactured, a plurality of heat transfer tubes 2 are prepared, and a plurality of metal plate materials for constituting the wall surface element 41 are prepared, and the heat transfer tube 2 is attached to the metal plate material.
  • the insertion hole 42 is formed according to the diameter (FIG. 5A).
  • the welding material 7 is apply
  • the heat transfer tube 2 is inserted into the insertion holes 42 of the plurality of wall surface elements 41 to which the welding material 7 is attached in this manner, and in this state, heat is applied to the wall surface elements 41 and the heat transfer tubes 2 to form the welding material 7. Is melted (FIG. 5C).
  • a force is applied in the normal direction of the wall surface element 41 so as to press each wall surface element 41, and the welding material 7 is not leaked from the peripheral end portion.
  • the welding material 7 melted by the heating leaks from the edge of the insertion hole 42 and seals the gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42 (FIG. 5C).
  • the header cover 5 is attached to the laminated wall surface element 41, and the connecting portion is welded with the welding material 7 (FIG. 5 (d)).
  • the welding material 7 is leaked from the gaps of the wall surface elements 41 into the gaps of the insertion holes 42 and welded.
  • the gap between the insertion hole 42 can be filled regardless of the gap between the heat transfer tube 2 and the heat transfer tube 2.
  • the heat transfer tube 2 is welded by applying the welding material 7 to the surface of the wall surface element 41 as described above, even if the number of the heat transfer tubes 2 is increased, the heat transfer tubes 2 are summarized regardless of the number. Thus, the heat transfer tube 2 can be welded.
  • the header wall surface 4 is composed of a plurality of wall surface elements 41, and this is attached to the header cover 5 having a U-shape to constitute the header 3.
  • the header 3 already having the insertion hole 42 is covered with another wall surface element 41 having the welding material 7 applied on the surface thereof, and the welding material 7 is leaked from the insertion hole 42.
  • This third embodiment will be described with reference to FIG.
  • the same reference numerals have the same configurations as those of the first embodiment, and the third embodiment describes the case where two wall surface elements 41 are provided. To do.
  • the header 3 is configured in a box shape, and an insertion hole 42 for inserting the heat transfer tube 2 is formed in the header wall surface 4 on the side where the heat transfer tube 2 is attached.
  • the insertion hole 42 may be a hole having substantially the same size as the outer diameter of the heat transfer tube 2, or may be a hole that is considerably larger than the outer diameter of the heat transfer tube 2.
  • the wall surface element 41 comprised with the thin metal plate is affixed on the header wall surface 4 which has this insertion hole 42.
  • the welding material 7 is applied to at least one surface of the wall surface element 41 and the wall surface element 41 to which the welding material 7 is applied is laminated.
  • the welding material 7 may be attached to the header wall surface 4 of the box-shaped header 3. Lamination is performed between the header wall surface 4 and the wall surface element 41 and between the wall surface elements 41 facing each other so that at least one welding material 7 is interposed therebetween, and they are brought into close contact with each other and heated.
  • the welding material 7 is melted by the heating and leaks from the gap between the insertion holes 42, so that the gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42 can be filled.
  • the welding material 7 is leaked from the gap between the stacked wall surface elements 41 so as to fill the gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42. Even if the gap between the two is small, the gap can be filled.
  • the welding material 7 is applied to the wall surface element.
  • the welding material 7 is thickly applied to the edge portion of the insertion hole 42 as shown in FIG.
  • the reservoir portion 43 that can be formed is formed, and when the wall surface elements 41 are laminated, the welding material 7 is leaked toward the insertion hole 42.
  • the structure of the wall surface element 41 in the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same reference numerals have the same configurations as those in the first embodiment.
  • a concave portion that is slightly depressed (or tapered) from the periphery is formed as the reservoir portion 43.
  • the reservoir portion 43 is formed by pressing or polishing the vicinity of the insertion hole 42 on the metal surface, so that a larger amount of the welding material 7 can be stored there.
  • the welding material 7 is tapered so that the welding material 7 flows toward the insertion hole 42 (that is, insertion)
  • the taper shape is such that the thickness is reduced toward the hole 42 side. In this way, when the wall surface elements 41 are overlapped and melted, the welding material 7 leaks from the tapered reservoir 43 toward the insertion hole 42, and is inserted into the heat transfer tube 2.
  • the gap with the hole 42 can be filled more reliably.
  • the tapered reservoir 43 for leaking the welding material 7 in the direction of the insertion hole 42 is provided in this way, a larger amount of the welding material 7 is placed in the gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42 during welding. It can be leaked, and the gap with the heat transfer tube 2 can be filled more reliably.
  • the heat transfer tube 2 having a circular cross section is used as the heat transfer tube 2, but the same configuration can be used when the flat heat transfer tube 2 is used.
  • the heat transfer tubes 2 when the heat transfer tube 2 is viewed in the tube axis direction, the heat transfer tubes 2 are arranged in the vertical direction and the horizontal direction so as to form a rectangular shape, but the circular shape or the regular polygonal shape is formed.
  • the heat exchanger 1 may be configured by arranging the heat transfer tubes 2 and covering them with a shell.
  • the gap between the heat transfer tube 2 and the insertion hole 42 is filled using the brazing material, but the welding material 7 is not limited to the brazing material, and the gap is filled. Any material can be used as long as it is a simple material.
  • header wall surface 4 was comprised by the planar wall surface
  • the curved surface is used as the wall surface element 41 corresponding to this. It is also possible to use one having a structure having
  • the wall surface element 41 is made to face and the welding material 7 is leaked from the insertion hole 42.
  • the number of stacked layers may be three or more.
  • the wall surface element 41 has been described using the same shape that covers the opening portion of the header cover 5.
  • the present invention is not limited to this, and only the vicinity of the insertion hole 42 is used. You may comprise by the comparatively small wall surface element 41 which covers.

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Abstract

【課題】伝熱管と伝熱管の隙間が狭くなった場合であっても、伝熱管とヘッダの隙間を確実に溶着できるようにする。 【解決手段】複数の伝熱管２と、当該伝熱管２を取り付けるヘッダ３とを有する熱交換器１を製造する場合、ヘッダ３における伝熱管２を取り付ける側であるヘッダ壁面４と対向する壁面要素４１を設け、その壁面要素４１に伝熱管２を挿入するための挿入孔４２を形成する。そして、その壁面要素４１をヘッダ壁面４に対向させ、その壁面要素４１とヘッダ壁面４との隙間にロウ材などの溶着材７を流し込む。そして、その溶着材７を加熱し、伝熱管２と挿入孔４２との隙間をロウ付けする。もしくは、その壁面要素４１を複数枚積層して、その間に溶着材７を塗布し、その状態で、挿入孔４２に伝熱管２を通す。その後、高温加熱させて溶着材７を溶かし、伝熱管２と挿入孔４２との隙間を埋める。そして、ヘッダカバー５を取り付けてヘッダ３を構成する。

Description

熱交換器における伝熱管の溶着方法、および、熱交換器
　本発明は、ヘッダに複数本の伝熱管を取り付けてなる熱交換器に関するものであって、より詳しくは、伝熱管を密接させて取り付ける場合であっても、その伝熱管とヘッダ壁面の挿入孔との隙間を確実に溶着できるようにした伝熱管の溶着方法に関するものである。
　複数の伝熱管を有する一般的な熱交換器の構造を図８に示す。図８において、符号８１は断面円管状の伝熱管であって、内部に熱交換の対象となる流体を通すようにしたものである。また、符号８２は、その伝熱管の左右両端に設けられるヘッダであって、各伝熱管８１に流体を通すようにしたものである。この伝熱管８１には、軸方向と垂直な方向にフィン８３が取り付けられており、伝熱管８１に伝わる熱を拡散させるようにしている。なお、図８においては、伝熱管８１の左右近傍のフィン８３のみを図示している。
　また、従来の熱交換器として、図９に示すようなシェルアンドチューブ式の熱交換器も知られている。図９において、符号９１は伝熱管であって、その内部に熱交換の対象となる流体を通すようにしたものである。また、符号９２は、その伝熱管９１の左右両端に設けられるヘッダであって、各伝熱管９１に流体を通すようにしたものである。これらの伝熱管９１やヘッダ９２はシェル９３で囲まれており、シェル９３内に通された流体と伝熱管９１内の流体との間で熱交換させるようにしている。
　このような熱交換器を製造する場合、一般的に、次のような工程で製造する（特許文献１など）。
　すなわち、まず、熱交換器を製造する場合は、あらかじめ用意された複数本の伝熱管に対応して、その伝熱管の外径寸法に合わせた挿入孔をヘッダの壁面（以下、ヘッダ壁面と称する）に形成する。そして、その挿入孔に順次伝熱管を挿入していき、伝熱管を取り付けた後に、その挿入孔と伝熱管との隙間をロウ材でロウ付けしていく。
特開２００２－１７４４９６号公報
　しかしながら、このように伝熱管をヘッダに挿入してロウ付けする場合、次のような問題を生じる。
　すなわち、挿入孔に伝熱管を取り付ける場合、伝熱管とヘッダの挿入孔の周囲全てをロウ付けしなければならないが、各伝熱管と伝熱管との隙間が、例えば、数ｍｍ程度のように狭くなると、その伝熱管と伝熱管の隙間をロウ付けすることが難しくなる。このとき、一般的には、ヘッダ壁面における伝熱管の開口端部が臨む側にロウ材を塗布して伝熱管と挿入孔との隙間をロウ付けするが、このような方法では、伝熱管の開口部にロウ材が浸透してしまい、伝熱管の開口部を塞いでしまう可能性がある。また、そのヘッダ壁面の一方面側からロウ材を塗布する場合、そのロウ材が挿入孔の内部まで浸透せず、確実なロウ付けを保証することが難しくなる。

　そこで、本発明は上記課題に着目してなされたものであって、伝熱管と伝熱管の隙間が狭くなった場合であっても、伝熱管とヘッダの隙間を確実に溶着することができるようにする伝熱管の溶着方法を提供することを目的とする。
　すなわち、本発明は上記課題を解決するために、複数本の伝熱管と、当該伝熱管を取り付けるためのヘッダとを有してなり、当該ヘッダに伝熱管を取り付けるヘッダ壁面に伝熱管を挿入するための挿入孔を形成して、当該挿入孔と伝熱管との隙間を溶着する伝熱管の溶着方法において、前記ヘッダ壁面を構成する複数の壁面要素を設け、当該壁面要素に前記伝熱管を挿入するための挿入孔を形成する工程と、当該複数の壁面要素を対向させた状態で前記伝熱管を挿入する工程と、当該複数の壁面要素の間に溶着材を介在させて溶着する工程とを備えるようにしたものである。
　このようにすれば、複数の壁面要素で囲まれた領域に溶着材を介在させることで確実に伝熱管と挿入孔の隙間を溶着することができるようになる。しかも、このとき伝熱管の開口部側から溶着材を塗布しないので、伝熱管の開口部を塞いでしまうようなことがなくなる。さらには、仮に、挿入孔の間隔を狭くした際に壁面要素の一部に亀裂が生じた場合であっても、その壁面要素を覆う別の壁面要素や溶着材によってその亀裂を埋めることができるというメリットも得ることができる。
　また、このような発明において、好ましくは、複数の壁面要素を対向させた状態で、当該壁面要素の外周部をカバーで覆い、当該カバーおよび壁面要素で囲まれた空間内に溶着材を注入する。
　このようにすれば、カバーで囲まれた空間内に一気に溶着材を注入することで、複数の壁面要素の間を封止することができる。
　さらには、前記壁面要素の挿入孔近傍に溶着材を溜めるための溜め部を形成する工程と、少なくとも当該壁面要素の溜め部に溶着材を塗布し、当該溜め部に溶着材を塗布した複数の壁面要素を対向させて前記溶着材を溶着させるようにする。
　このようにすれば、溜め部に多くの溶着材を溜めおくことができるため、その溜め部に塗布された溶着材によって確実に伝熱管と壁面要素との隙間を溶着することができるようになる。
　本発明では、複数本の伝熱管と、当該伝熱管を取り付けるためのヘッダとを有してなり、当該ヘッダに伝熱管を取り付けるヘッダ壁面に伝熱管を挿入するための挿入孔を形成して、当該挿入孔と伝熱管との隙間を溶着する伝熱管の溶着方法において、前記ヘッダ壁面を構成する複数の壁面要素を設け、当該壁面要素に前記伝熱管を挿入するための挿入孔を形成する工程と、当該複数の壁面要素を対向させた状態で前記伝熱管を挿入する工程と、当該複数の壁面要素の間に溶着材を介在させて溶着する工程とを備えるようにしたので、複数の壁面要素で囲まれた領域に溶着材を介在させることで確実に伝熱管と挿入孔の隙間を溶着することができるようになる。しかも、このとき伝熱管の開口部側から溶着材を塗布しないので、伝熱管の開口部を塞いでしまうようなことがなくなる。さらには、仮に、挿入孔の間隔を狭くした際に壁面要素の一部に亀裂が生じた場合であっても、その壁面要素を覆う別の壁面要素や溶着材によってその亀裂を埋めることができるというメリットも得ることができる。
本発明の第一の実施形態を示す熱交換器を示す図 同形態におけるヘッダ近傍の外観斜視図 本発明の第二の実施形態を示す熱交換器を示す図 同形態における伝熱管とヘッダの接続部分を示す外観斜視図 同形態における伝熱管の取り付け工程を示す図 他の実施の形態におけるヘッダの接続部分を示す外観斜視図 他の実施の形態における壁面要素と溜め部を示す図 従来例における熱交換器を示す図 従来例における熱交換器を示す図
　以下、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。この実施の形態における熱交換器１は、図１に示すように、熱交換の対象となる流体を通すための伝熱管２と、その伝熱管２の左右両端近傍に接続されるヘッダ３とを有してなるものであって、そのヘッダ３を介して流入される流体を伝熱管２に通し、その伝熱管２を通る途中で他の流体と熱交換させるようにしたものである。そして、特徴的には、その伝熱管２を取り付けるためのヘッダ３を、ヘッダカバーと壁面要素とで一体に成形し、壁面要素の一つであるヘッダ壁面４と平行な壁面要素４１を別途設けてヘッダ壁面４に対向させ、そのヘッダ壁面４と壁面要素４１の外周部を隙間カバー４４で覆った状態で、ロウ材などの溶着材７を注入するようにしたものである。以下、本実施の形態における熱交換器１の構成について詳細に説明する。
　この熱交換器１における伝熱管２は、従来の熱交換器における伝熱管と同様に、断面円形状をなす細い金属製の部材で構成されるものであって、内部の軸方向に沿って熱交換の対象となる流体（例えば、高温高圧の二酸化炭素などの冷媒）が通させるようになっている。なお、ここでは伝熱管２として、例えば、外径寸法が０．８ｍｍ～２．０ｍｍ、好ましくは、０．９ｍｍ～１．５ｍｍ、内径寸法が０．７ｍｍ～１．９ｍｍ、好ましくは、０．８ｍｍ～１．４ｍｍ程度の極細のものが用いられる。
　一方、この伝熱管２の両端側に設けられるヘッダ３は、その伝熱管２が取り付けられるヘッダ壁面４やヘッダカバーなどによって囲まれるものであって、流入口６１から流入された流体を各伝熱管２に分岐させ、また、各伝熱管２から流出してきた流体を排出口６２から排出させるようにしたものである。
　このような構成において、ヘッダ壁面４の対向する位置に、伝熱管２を通すための挿入孔４２を有し、かつ、そのヘッダ壁面４と平行な壁面要素４１が設けられる。この壁面要素４１は、比較的薄めの金属板で構成されるものであって、この実施の形態では、ヘッダ３のヘッダ壁面４と、例えば、１ｃｍ以下の隙間をもって取り付けられる。
　また、このヘッダ壁面４と壁面要素４１の外周部分には、隙間カバー４４が取り付けられる。この隙間カバー４４は、ヘッダ壁面４と壁面要素４１との隙間に溶着材７を注入するための空間を形成するもので、ステンレス板[o1]などで構成されるが、シェルアンドチューブ式の熱交換器におけるシェルで構成するようにしてもよい。ここで、ステンレス板で隙間カバー４４を構成する場合は、ヘッダ壁面４や壁面要素４１の縁部に接触する側に、粘着材などを塗布しておき、その粘着材によってヘッダ壁面４と壁面要素４１の隙間を固定できるようにしておくとよい。
　この隙間カバー４４の開口部４５から注入される溶着材７としては、例えば、高温で溶融する銅や錫、銀などを主成分とするロウ材などが用いられる。この溶着材７を流し込む場合、粉末状にしたロウ材にバインダーを混入させてペースト状にし、その状態で、開口部４５から注入する。そして、ペースト状にしたロウ材を高温で加熱させることによってバインダーを蒸発させ、主成分であるロウ材を溶融させて、伝熱管２同士の隙間や、伝熱管２と挿入孔４２との隙間を埋めする。
　次に、このように構成された熱交換器１の製造工程について説明する。
　まず、熱交換器１を製造する場合、複数本の伝熱管２を用意するとともに、壁面要素４１を構成するための金属製板材を用意し、その金属製板材に、伝熱管２の外径寸法に合わせた挿入孔４２を形成する。そして、その挿入孔４２を形成した壁面要素４１を伝熱管２に挿入した後、ヘッダ壁面４の挿入孔４２にも伝熱管２を挿入していく。このとき、ヘッダ壁面４と壁面要素４１との隙間には、まだ溶着材７が介在せず、また、伝熱管２と挿入孔４２との間に僅かな隙間が存在するため、伝熱管２に対してスライド可能な状態となっている。
　そこで、次の工程として、そのヘッダ壁面４と壁面要素４１の外周部に隙間カバー４４を取り付ける。このとき、隙間カバー４４の粘着面側をヘッダ壁面４や壁面要素４１側に向けて周回させ、これによってヘッダ壁面４と壁面要素４１との隙間幅を軽く固定する。そして、その隙間カバーに開口部４５を設けて、そこからヘッダ壁面４と壁面要素４１の間に溶着材７を注入し、高温加熱して溶着材７を溶融させる。
　すると、その溶着材７は、伝熱管２と伝熱管２の隙間、および、伝熱管２と挿入孔４２の隙間から漏出していき、ヘッダ３の挿入孔４２と伝熱管２との隙間を埋めることができるようになる。このとき、各伝熱管２と伝熱管２の隙間が狭い場合は、溶融した溶着材７の毛細管現象によって、伝熱管２の隙間を通って溶着材７が浸透していき、伝熱管２と挿入孔４２の隙間についても確実に溶着することができるようになる。
　このように上記実施の形態によれば、ヘッダ壁面４と壁面要素４１を対向させ、そのヘッダ壁面４と壁面要素４１の間に溶着材７を流し込んで伝熱管２との隙間を溶着させるようにしたので、伝熱管２と挿入孔４２との隙間を確実に溶着することができるようになる。
　＜第二の実施の形態＞
　次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。上記第一の実施の形態では、ヘッダ３のヘッダ壁面４と壁面要素４１との間に所定の隙間を形成して、溶着材７を流し込むようにしたが、この第二の実施の形態では、片側に少なくとも２枚の壁面要素４１を設けて、その表面に溶着材７を塗布し、伝熱管２を挿入孔４２に挿入した状態で溶着させるようにしたものである。そして、その後、その壁面要素４１にヘッダカバー５を取り付けてヘッダ３を構成するようにしたものである。以下、第二の実施の形態について図３から図５を用いて説明する。なお、この実施の形態においては、本発明との関係において、一方の壁面要素４１がヘッダ壁面に相当することになる。
　この第二の実施の形態におけるヘッダ３は、図３や図４に示すように、複数枚の板状の壁面要素４１を伝熱管２の軸方向に積層し、これにヘッダカバー５を取り付けて構成される。この壁面要素４１には、伝熱管２の端部近傍を挿入するための挿入孔４２が形成されており、その挿入孔４２に伝熱管２を挿入できるようになっている。この挿入孔４２を形成する場合は、ドリルによって挿入孔４２を形成するようにしてもよいが、ドリルで挿入孔４２を形成すると、密接して挿入孔４２を形成する際に、その挿入孔４２間の金属面に歪みや亀裂を生じてしまう可能性があるため、この実施の形態では、壁面要素４１を薄い金属板で構成してパンチングによって挿入孔４２を形成するようにしている。このとき、複数の壁面要素４１を積層した状態で、まとめて挿入孔４２を形成すると、その厚みによって挿入孔４２の近傍の金属に歪みを生じてしまうため、好ましくは、一枚ずつパンチングをして挿入孔４２を形成し、その後、その表面に溶着材７であるロウ材を塗布して、壁面要素４１を積層した状態で伝熱管２を挿入していく。
　一方、ヘッダカバー５は、流体を流入させる流入口６１や、その流体を排出させる排出口６２（図３参照）を取り付けてなるものであって、積層された壁面要素４１が取り付けられる部分のみを開口させた断面コの字状をなすように構成されている。そして、その開口部分に積層された壁面要素４１を取り付けて、溶着材７を用いて隙間を塞ぐように溶着し、伝熱管２に流体を流入させ、あるいは、伝熱管２からの流体を排出させる。
　次に、このように構成された熱交換器１の製造工程について、図５を用いて説明する。
　まず、熱交換器１を製造する場合、複数本の伝熱管２を用意するとともに、壁面要素４１を構成するための金属製板材を複数枚用意し、その金属製板材に、伝熱管２の外径寸法に合わせた挿入孔４２を形成していく（図５（ａ））。そして、その挿入孔４２を形成した壁面要素４１の表面に溶着材７を塗布し、このとき、好ましくは、挿入孔４２の近傍に可能な限り多くの溶着材７を塗布して積層していく（図５（ｂ））。この積層する際には、各壁面要素４１の挿入孔４２の位置を一致させるように積層する。
　次に、このように溶着材７を付着させた複数枚の壁面要素４１の挿入孔４２に伝熱管２を挿入し、この状態で、壁面要素４１や伝熱管２に熱を加えて溶着材７を溶融させる（図５（ｃ））。このとき、可能であれば、各壁面要素４１を押圧させるように壁面要素４１の法線方向に力を付与するとともに、周囲の端部から溶着材７を漏出させないようにしておく。すると、その加熱によって溶融した溶着材７が、挿入孔４２の縁から漏出していき、伝熱管２と挿入孔４２の隙間を封止させる（図５（ｃ））。
　そして、このような作業を行った後、その積層された壁面要素４１にヘッダカバー５を取り付け、その接続部分を溶着材７で溶着させる（図５（ｄ））。
　このようにすれば、仮に、伝熱管２と伝熱管２との隙間が非常に狭い状態であったとしても、挿入孔４２の隙間に各壁面要素４１の隙間から溶着材７を漏出させて溶着させることができ、伝熱管２と伝熱管２の隙間に関係なく挿入孔４２との隙間を埋めることができるようになる。また、このように壁面要素４１の表面に溶着材７を塗布して伝熱管２を溶着させるようにしたため、伝熱管２の本数が多くなった場合であっても、その本数に関係なく、まとめて伝熱管２を溶着させることができるようになる。
　＜第三の実施の形態＞
　次に、本発明の第三の実施の形態について説明する。上記第二の実施の形態では、ヘッダ壁面４を複数枚の壁面要素４１で構成し、これをコの字状をなすヘッダカバー５に取り付けてヘッダ３を構成するようにしたが、第三の実施の形態では、すでに挿入孔４２を有するヘッダ３に対して、溶着材７を表面に塗布した他の壁面要素４１を被せ、溶着材７を挿入孔４２から漏出させるようにしたものである。この第三の実施の形態について、図６を用いて説明する。なお、説明の関係上、同じ符号を付したものは、第一の実施の形態と同じ構成を有するものとし、当該第三の実施の形態では、壁面要素４１を二枚設けている場合について説明する。
　まず、このヘッダ３は、ボックス状に構成されるものであって、伝熱管２を取り付ける側のヘッダ壁面４に、伝熱管２を挿入するための挿入孔４２を形成している。この挿入孔４２については、伝熱管２の外径寸法とほぼ同一寸法の孔であってもよく、あるいは、伝熱管２の外径寸法よりもかなり大きめの孔であってもよい。
　そして、この挿入孔４２を有するヘッダ壁面４に、薄い金属板で構成された壁面要素４１を貼り付けるようにしている。この壁面要素４１は、第一の実施の形態と同様に、伝熱管２の外径寸法に対応させた挿入孔４２を多数有してなるもので、パンチングなどによって挿入孔４２を形成している。
　このように構成されたヘッダ壁面４に壁面要素４１を取り付ける場合、壁面要素４１の少なくとも一方の表面に溶着材７を塗布するとともに、その溶着材７を塗布した壁面要素４１を積層していく。また、これと同様に、ボックス状のヘッダ３のヘッダ壁面４にも溶着材７を付着させてもよい。ヘッダ壁面４と壁面要素４１との間および対向する壁面要素４１間、それぞれに少なくとも1つの溶着材７が介在するように積層し、密着させて加熱させる。
　すると、その加熱によって溶着材７が溶融し、挿入孔４２の隙間から漏出して、伝熱管２と挿入孔４２との隙間を埋めることができるようになる。
　このように第三の実施の形態においても同様に、積層された壁面要素４１の隙間から溶着材７を漏出させて、伝熱管２と挿入孔４２との隙間を埋めるようにしたので、伝熱管２同士の隙間が僅かな状態であっても、その隙間を埋めることができるようになる。
　＜第四の実施の形態＞
　次に、本発明の第四の実施の形態について説明する。上記第二および第三の実施の形態では、壁面要素に溶着材７を塗布したが、本実施の形態では、図７に示すように、挿入孔４２の縁部分に、溶着材７を厚く塗布できるようにした溜め部４３を形成し、これによって、壁面要素４１を積層した際に、挿入孔４２の方向に向かって溶着材７を漏出させるようにしたものである。本実施の形態における、壁面要素４１の構造について図７に説明する。なお、本実施の形態においても、同じ符号を付したものは、第一の実施の形態と同じ構成を有するものとする。
　この壁面要素４１の挿入孔４２の外周部分には、溜め部４３として、周囲よりも少し窪んだ（もしくはテーパー状の）凹状部分を形成している。この溜め部４３は、金属面の挿入孔４２近傍をプレスもしくは研磨加工することによって形成したもので、そこにより多くの溶着材７を溜めおけるようにしたものである。この溜め部４３を形成する場合として、好ましくは、各壁面要素４１を重ね合わせた際に、溶着材７を挿入孔４２の方向に向かって溶着材７を流動させるようなテーパー状（すなわち、挿入孔４２側に向かって肉厚を薄くするようなテーパー状）に構成しておく。このようにすれば、各壁面要素４１を重ね合わせて溶解させた場合に、そのテーパー状の溜め部４３から挿入孔４２の方向に向かって溶着材７が漏出していき、伝熱管２と挿入孔４２との隙間をより確実に埋めることができるようになる。
　このように挿入孔４２の方向に向かって溶着材７を漏出させるテーパー状の溜め部４３を設けるようにすれば、溶着時に伝熱管２と挿入孔４２の隙間に、より多くの溶着材７を漏出させることができ、より確実に伝熱管２との隙間を埋めることができるようになる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
　例えば、上記実施の形態では、伝熱管２として断面円形状をなす伝熱管２を用いたが、扁平状の伝熱管２を用いる場合についても同様の構成を用いることができる。
　また、上記実施の形態では、伝熱管２を管軸方向に見たときに伝熱管２を縦方向と横方向に並べて長方形状をなすようにしたが、円形状もしくは正多角形状をなすように伝熱管２を配列させ、これにシェルを被せて熱交換器１を構成するようにしてもよい。
　さらに、上記実施の形態では、ロウ材を用いて伝熱管２と挿入孔４２との隙間を埋めるようにしたが、溶着材７についてはロウ材に限定されることなく、これらの隙間を埋めるような材料であれば、どのようなものを用いてもよい。
　また、上記実施の形態では、ヘッダ壁面４が平面状の壁面で構成している場合について説明したが、そのヘッダ壁面として曲面を有するものを用い、これに対応して、壁面要素４１としてその曲面を有する構造のものを用いるようにすることも可能である。
　また、上記実施の形態では、壁面要素４１を対向させて、挿入孔４２から溶着材７を漏出させるようにしたが、その積層枚数については３枚以上であってもよい。
　また、上記実施の形態においては、壁面要素４１として、いずれもヘッダカバー５の開口部分を覆うような同一形状をなすものを用いて説明したが、これに限らず、挿入孔４２の近傍のみを覆うような比較的小さな壁面要素４１で構成してもよい。
１・・・熱交換器
２・・・伝熱管
３・・・ヘッダ
４・・・ヘッダ壁面（壁面要素）
４１・・・壁面要素
４２・・・挿入孔
４３・・・溜め部
５・・・ヘッダカバー
６１・・・流入口
６２・・・排出口
７・・・溶着材
８１・・・伝熱管
８２・・・ヘッダ
８３・・・フィン
９１・・・伝熱管
９２・・・ヘッダ
９３・・・フィン

Claims (6)

  1. 複数本の伝熱管と、当該伝熱管を取り付けるためのヘッダとを有してなり、当該ヘッダ壁面に伝熱管を挿入するための挿入孔を形成して、当該挿入孔と伝熱管との隙間を溶着する伝熱管の溶着方法において、
    前記ヘッダ壁面を構成する複数の壁面要素に前記伝熱管を挿入するための挿入孔を形成する工程と、
    当該複数の壁面要素を対向させた状態で前記伝熱管を挿入する工程と、
    当該複数の壁面要素の間に溶着材を介在させる工程と、
    当該複数の壁面要素と前記伝熱管とを溶着材を介して溶着する工程と、
    を備えるようにしたことを特徴とする熱交換器における伝熱管の溶着方法。
  2. 前記複数の壁面要素の間に溶着材を介在させる工程が、前記複数の壁面要素を対向させた状態で、当該壁面要素で挟まれた空間内に溶着材を注入する工程である請求項１における熱交換器における伝熱管の溶着方法。
  3. 前記複数の壁面要素の間に溶着材を介在させる工程が、複数の壁面要素の各対向面の少なくとも一方の面に溶着材を塗布する工程である請求項１における熱交換器における伝熱管の溶着方法。
  4. 前記壁面要素の挿入孔近傍に溶着材を溜めるための溜め部を形成する工程をさらに含み、
    前記溶着材を塗布する工程が、少なくとも当該壁面要素の溜め部に溶着材を塗布する工程である請求項３における熱交換器における伝熱管の溶着方法。
  5. 前記ヘッダがヘッダカバーと１つの前記壁面要素とを一体に成形してなるものであって、前記複数の壁面要素が当該１つの壁面要素と別の前記壁面要素からなる請求項１から請求項４のいずれか１項における熱交換器における伝熱管の溶着方法。
  6. 複数本の伝熱管と、当該伝熱管を取り付けるためのヘッダとを有してなり、当該ヘッダを構成するヘッダ壁面に伝熱管を挿入するための挿入孔を形成してなる熱交換器において、
    前記ヘッダ壁面と対向するように設けられる壁面要素と、
    前記ヘッダ壁面と壁面要素を対向させた状態で、当該ヘッダ壁面と壁面要素の間に溶着された溶着材と、
    を備えたことを特徴とする熱交換器。
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