(57)【要約】【課題】  大規模で高価な設備が不要で、フラックス塗布やその除去を目的とした洗浄の必要もなく、健全な接合を可能ならしめるようにする。【解決手段】  外周に複数条の螺旋溝２ａを設けた水配管２に、螺旋溝２ａに沿わせて冷媒管３を巻き付け、冷媒管３を巻き付けた水配管２を所定寸法に曲げ加工し、曲げ加工した水配管２と冷媒管３に高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤４を塗布し、熱硬化樹脂系接着剤４を塗布した水配管２と冷媒管３を大気中で加熱することで、これら水配管２と冷媒管３を密着接合する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に複数条の螺旋溝を設けた水配管に、前記螺旋溝に沿わせて冷媒管を巻き付ける工程と、
冷媒管を巻き付けた水配管を所定寸法に曲げ加工する工程と、
曲げ加工した水配管と冷媒管に高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤を塗布する工程と、
熱硬化樹脂系接着剤を塗布した水配管と冷媒管を大気中で加熱することで、これら水配管と冷媒管を密着接合する工程と、
を有することを特徴とする捩り管形熱交換器の製造方法。
【請求項２】
外周に複数条の螺旋溝を設けた水配管に、前記螺旋溝に沿わせて冷媒管を巻き付ける工程と、
冷媒管を巻き付けた水配管に高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤を塗布する工程と、
熱硬化樹脂系接着剤を塗布した水配管と冷媒管を一端側から他端側へかけて順次加熱すると同時に、このときの熱を利用して曲げ加工が必要な部位の曲げ加工を行うことで、水配管と冷媒管を密着接合する工程と水配管と冷媒管を所定寸法に曲げ加工する工程とを同時進行させることを特徴とする捩り管形熱交換器の製造方法。
【請求項３】
外周に複数条の螺旋溝を設けた水配管に、前記螺旋溝の底部に沿って高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤を塗布する工程と、
熱硬化樹脂系接着剤を塗布した水配管に、前記螺旋溝に沿わせて冷媒管を巻き付ける工程と、
冷媒管を巻き付けた水配管を所定寸法に曲げ加工する工程と、
曲げ加工した水配管と冷媒管を大気中で加熱することで、これら水配管と冷媒管を密着接合する工程と、
を有することを特徴とする捩り管形熱交換器の製造方法。
【請求項４】
高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤として、温度２００±５０℃で、硬化時間９０秒以内の条件を満たす接着剤を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
【請求項５】
高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤として、熱伝導率が２.０W/m・K以上である接着剤を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
【請求項６】
高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤として、金属性熱伝導フィラーを３０vol％以上含有する一液性エポキシ樹脂を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捩り管形熱交換器、特に芯管となる水配管の外周に冷媒管を巻き付けてなる熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、芯管となる水配管の外周に冷媒管を巻き付けてなる捩り管形熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このようなものにおいて、芯管となる水配管とその周りに巻回される冷媒管を密着させるために、芯管となる水配管をその内部に液圧をかけて拡管したり、芯管となる水配管の内部に拡管用ダイスを通して拡管し、これによって相対的に冷媒管の締付力を大きくして、冷媒管を水配管の外周面に対して食い込ませて密着させるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、プレート型熱交換器において、流路を形成する皿状プレートを複数重ね合せてりん銅ろうや銀ろう等の高融点ろう又は半田等の低融点ろうを用いて接合するようにしたものも知られている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２８３７０号公報
【特許文献２】特開２００４−９３０５７号公報
【特許文献３】特開２００２−１０７０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、芯管となる水配管をその内部に液圧（例えば油圧）をかけて拡管することで、水配管とその周りに巻回された冷媒管を密着させる方式の場合、大規模な液圧拡管設備が必要となる。しかも、拡管後に油除去を目的とした水配管内の洗浄およびその乾燥が必要となるとともに、残油等のコンタミネーションを厳重に管理しなければならない。
また、芯管となる水配管の内部に拡管用ダイスを通して拡管することで、水配管とその周りに巻回された冷媒管を密着させる方式の場合、拡管用ダイスの影響で水配管内面に傷等が形成され腐食発生の起因となる。
【０００７】
また、りん銅ろうや銀ろう等の高融点ろうを用いて接合する方式の場合、接合温度が高く、母材の表面に酸化皮膜が生成されるので、大気中での健全な接合は困難である。このため、大規模で高価な還元雰囲気連続炉設備の設置が必要不可欠となる。さらに母材との組合せによっては、母材表面の酸化皮膜除去を目的にフラックス（酸化皮膜除去剤）の塗布および後洗浄の必要がある。
【０００８】
ところで、還元雰囲気連続炉以外の接合においては、高周波接合、トーチ（ガス）接合等が考えられるが、捩り管形熱交換器の接合においては、還元雰囲気中での接合が必須であり、やはり無酸化ろう付け用置換設備が必要となる。さらに、ろう付けは、接合原理として毛管現象を利用した接合が基本であり、健全な接合をするためには水配管と冷媒管の隙間管理を徹底しなければならない。
【０００９】
また、半田等の低融点ろうを用いて接合する方式の場合も、還元雰囲気設備を必要とするとともに、半田材によってはフラックス塗布および後洗浄が必要となる。さらに母材が銅の場合、半田による銅食われ現象も懸念される。
【００１０】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、大規模で高価な設備が不要で、フラックス塗布やその除去を目的とした洗浄の必要もなく、健全な接合を可能とすることのできる捩り管形熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る捩り管形熱交換器の製造方法は、外周に複数条の螺旋溝を設けた水配管に、前記螺旋溝に沿わせて冷媒管を巻き付ける工程と、冷媒管を巻き付けた水配管を所定寸法に曲げ加工する工程と、曲げ加工した水配管と冷媒管に高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤を塗布する工程と、熱硬化樹脂系接着剤を塗布した水配管と冷媒管を大気中で加熱することで、これら水配管と冷媒管を密着接合する工程と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の捩り管形熱交換器の製造方法によれば、曲げ加工した水配管と冷媒管に高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤を塗布して、大気中で加熱することで、これら水配管と冷媒管を密着接合するので、酸化皮膜の生成が少ない低い温度帯でしかも酸化除去剤を必要とすることなく接合することができる。このため、大規模で高価な設備を必要とせず、しかもフラックス塗布工程とフラックス除去を目的とした洗浄工程を省くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法を示す工程図、図２は本発明の製造方法により制作された捩り管形熱交換器の全体構成図、図３はその捩り管形熱交換器の要部断面図、図４はその捩り管形熱交換器への熱硬化樹脂系接着剤の塗布例を示す要部拡大断面図、図５はその捩り管形熱交換器への熱硬化樹脂系接着剤の他の塗布例を示す要部拡大断面図、図６はその熱硬化樹脂系接着剤を塗布された捩り管形熱交換器の大気高温槽による加熱例を示す説明図、図７はその熱硬化樹脂系接着剤を塗布された捩り管形熱交換器の高周波電源装置による加熱例を示す説明図、図８はその捩り管形熱交換器の接着剤接合後の状態を示す要部断面図、図９はその捩り管形熱交換器の接着剤硬化条件を温度と時間の関係で示すグラフ、図１０はその捩り管形熱交換器に用いられる熱硬化樹脂系接着剤の熱伝導性フィラー含有量と熱伝導率の関係を示す棒グラフである。
【００１４】
本実施形態に係る捩り管形熱交換器１は、図２及び図３に示すように外周に複数条の螺旋溝２ａを設けた捩り管すなわち水配管２と、水配管２に螺旋溝２ａに沿わせて巻き付けた冷媒管３とから構成される。なお、図２は水配管２の管軸に沿って切断した断面を示している。
【００１５】
水配管２と冷媒管３を接合する熱硬化樹脂系接着剤４を塗布する箇所は、後述する製造方法により異なり、水配管２の螺旋溝２ａに冷媒管３を巻き付けてから塗布する場合は、図４のように表面側となり、水配管２の螺旋溝２ａに先に熱硬化樹脂系接着剤を塗布する場合は、図５のように螺旋溝２ａの底部となる。
【００１６】
また、水配管２と冷媒管３を接合するために、熱硬化樹脂系接着剤塗布後に加熱する手法も２通りあり、１つは図６のように大気高温槽（又は炉）５内に捩り管形熱交換器１を収容して、捩り管形熱交換器１全体を加熱する方法であり、他の１つは図７のように高周波電源装置６を用い、高周波電源装置６の加熱コイル６ａを移動させて加熱する方法である。
【００１７】
次に、本実施形態の捩り管形熱交換器の製造方法について、図１に基づき図２乃至図１０を参照しながら説明する。まず、外周に複数条の螺旋溝２ａを設けた水配管２に、螺旋溝２ａに沿わせて冷媒管３を巻き付けて嵌め込む（図１（ａ））。次いで、冷媒管３を巻き付けた水配管２を曲げ加工装置７にて所定寸法に曲げ加工（図１（ｂ））した後、ディスペンサ等の自動塗布装置８を用いて高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤４の塗布を行う（図１（ｃ））。このように水配管２の螺旋溝２ａに冷媒管３を巻き付けてから曲げ加工した後に、熱硬化樹脂系接着剤４の塗布を実施するため、図４のように冷媒管３を嵌め込んだ水配管２の表面（例えば上面）のみに熱硬化樹脂系接着剤４を塗布する方法が最良である。その際、熱硬化樹脂系接着剤４の塗布量および接着剤の粘度管理をすることが重要となる。その後、熱硬化樹脂系接着剤４を塗布した水配管２と冷媒管３を大気中で加熱する。すなわち、熱硬化樹脂系接着剤４を塗布した捩り管形熱交換器１を大気高温槽５内に収容し、温度２００±５０℃の範囲で加熱して（図１（ｄ）、図６）、熱硬化樹脂系接着剤４を硬化させることで、水配管２と冷媒管３を密着接合する。なお、熱硬化樹脂系接着剤４を塗布した捩り管形熱交換器１を大気中で加熱する手段として図７のような高周波電源装置６を用いる場合は、曲げ加工後の蛇行状になった捩り管形熱交換器１に沿って加熱コイル６ａを移動制御するための設備が必要となるが、この高周波電源装置６を用いた加熱方式も採用可能であることは言うまでもない。
【００１８】
このように、本実施形態の捩り管形熱交換器の製造方法によれば、水配管２と冷媒管３の接合手段として高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤４を使用するので、大気中で短時間での接合が可能であり、しかもフラックス塗布やその除去を目的とした洗浄も不要となる。
【００１９】
接合した捩り管形熱交換器１の接合後の断面図を図８に示す。りん銅ろう又は半田等のろう材を使用して接合する従来方式の場合、毛管現象を利用した接合となるため、水配管２と冷媒管３の隙間管理を適性な値（０．０６mmから０．２０mm）にする必要が生じる。水配管２に冷媒管３を巻き付けて嵌め込む際は、適正なテンションを掛けながら巻き付けるが、曲り部等はどうしても適正な隙間が確保できず、ろうが健全に塗れないことがある。しかし熱硬化樹脂系接着剤４の場合、毛管現象を利用した接合ではないため、厳密な隙間管理を必要とせず、健全な接合が可能となる。
【００２０】
図９は熱硬化樹脂系接着剤４の硬化条件を示すもので、縦軸に温度、横軸に硬化するまでの時間をとったものである。２４０℃で約１０秒、１８０℃で約６０秒、１５０℃で約９０秒の条件で硬化する。これらの硬化条件下であれば、接合部の密着性に差異は無く、またボイド等の不具合が発生することもなかった。
【００２１】
また、自動塗布装置８には、塗布をよりスムーズに行えるようにするために、５０℃前後での保温供給を可能とするヒータを設けた。
【００２２】
図１０は熱硬化樹脂系接着剤４の金属性熱伝導フィラー含有の有無による伝熱性能比較を示すもので、通常の樹脂接着剤（金属性熱伝導フィラー無し）の熱伝導率は０.５W/m・Kレベルであるのに対し、金属フィラーを３０vol％含有した熱硬化樹脂系接着剤（例えば一液性エポキシ樹脂）の場合、熱伝導率は２.０W/m・Kとなりほぼ４倍となり、金属フィラーを６０vol％含有した場合、熱伝導率は３.０W/m・Kとなりほぼ６倍となる。  
【００２３】
ただし、一般に銅の熱伝導率は約４００W/m・K、錫の熱伝導率は約７０W/m・Kと定義されており、銅含有率９０vol％のりん銅ろうや錫含有率９９vol％の半田と比較すると樹脂接着剤の熱伝導率は約１／１００から１／２０倍レベルにある。
【００２４】
ところが、ろう材や樹脂接着剤等、接合材料単体が持つ熱伝導性は、捩り管形熱交換器全体としての熱交換性能に対して必ずしも比例の関係となっていないことが本発明者等の実験により判明した。例えば捩り管形熱交換器全体の熱交換性能においては、銅含有率９０vol％のりん銅ろうで接合した場合を１００とすると、錫含有率９９vol％の半田ディップで接合した場合もほぼ１００となる。熱伝導率が２.０W/m・Kの熱硬化樹脂系接着剤で接合した場合でも捩り管形熱交換器全体の熱交換性能は８０前後にとなり、接合材単体での熱伝導率の差は見受けられない。
【００２５】
つまり、熱伝導率が２.０W/m・K以上の熱硬化樹脂系接着剤を接合材として用いた場合、熱交換器単体の熱交換性能バラツキ等を考慮すると、配管全長を１から２割増やす等の対応で充分問題無く使用可能となる。
【００２６】
参考までに、熱伝導率が０.５W/m・Kの熱硬化樹脂系接着剤では伝熱性能が４０と振るわず、少なくとも熱伝導率が２.０W/m・K以下の熱硬化樹脂系接着剤では、りん銅ろうや半田材で接合した熱交換器に比べて、同等の熱交換性能を得ることができなかった。
【００２７】
よって、熱硬化樹脂系接着剤として、熱伝導率が２.０W/m・K以上である接着剤を用いることで、捩り管形熱交換器として比較的問題無い熱交換性能を確保することができる。
【００２８】
このように、捩り管形熱交換器の接合において、水配管２と冷媒管３を高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤４を使用して接合することで、大規模な還元雰囲気炉等を必要とすることなく、大気中にて低温度帯でしかも短時間での接合が可能となり、フラックス塗布や後洗浄と言った前後処理も必要なく、健全な接合が可能となる。さらに熱硬化樹脂系接着剤４に金属性熱伝導フィラーを３０vol％以上含有したことで、捩り管形熱交換器として比較的問題無い熱交換性能を確保することができた。
【００２９】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２に係る捩り管形熱交換器の製造方法を示す工程図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては前述の図２乃至図１０を参照するものとする。
【００３０】
図１１に示すように本実施形態の捩り管形熱交換器の製造方法は、まず外周に複数条の螺旋溝２ａを設けた水配管２に、螺旋溝２ａに沿わせて冷媒管３を巻き付けて嵌め込む（図１１（ａ））。次いで、冷媒管３を巻き付けた水配管２に、ディスペンサ等の自動塗布装置８を用いて高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤４を塗布する（図１１（ｂ））。ここで熱硬化樹脂系接着剤４としては、前述の実施の形態１と同様、温度２００±５０℃で、硬化時間９０秒以内の条件を満たす接着剤、あるいは熱伝導率が２.０W/m・K以上である接着剤、もしくは金属フィラーを３０vol％以上含有した例えば一液性エポキシ樹脂を用いる。その後、熱硬化樹脂系接着剤４を塗布した水配管２と冷媒管３を一端側から他端側へかけて高周波電源装置６を用いて順次加熱すると同時に、このときの熱（接合熱）を利用して曲げ加工装置７にて曲げ加工が必要な部位の曲げ加工を行うことで、水配管２と冷媒管３を密着接合する工程と水配２管と冷媒管３を所定寸法に曲げ加工する工程とを同時進行させる（図１１（ｃ））。その際、硬化速度の管理が重要となる。また、熱硬化樹脂系接着剤４を塗布する際、曲げ部のみ接着剤の供給を停止することで、全体の密着面積は低下するものの健全な曲げ加工が可能となる。
【００３１】
本実施形態の捩り管形熱交換器の製造方法においても、水配管２と冷媒管３の接合手段として高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤４を使用するので、大気中で短時間での接合が可能であり、しかもフラックス塗布やその除去を目的とした洗浄も不要となり、前述の実施の形態１と同様の作用、効果を奏する。
【００３２】
また、曲げ加工前に熱硬化樹脂系接着剤４の塗布を実施するため、図４のように冷媒管３を嵌め込んだ水配管２の上面のみに熱硬化樹脂系接着剤４を塗布する方法だけでなく、冷媒管３を嵌め込んだ水配管２に沿って螺旋状に熱硬化樹脂系接着剤４を塗布する方法も採用可能である。その場合、冷媒管３を嵌め込んだ水配管２を回転させる設備が必要となるが、密着個所に満遍なく塗布することができるため、熱硬化樹脂系接着剤４が下側まで濡れ広がることを考慮する必要がなく、上面のみの塗布方式に対して比較的管理がし易いという利点がある。
【００３３】
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３に係る捩り管形熱交換器の製造方法を示す工程図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては前述の図２乃至図１０を参照するものとする。
【００３４】
図１２に示すように本実施形態の捩り管形熱交換器の製造方法は、まず外周に複数条の螺旋溝２ａを設けた水配管２に、螺旋溝２ａの底部に沿ってディスペンサ等の自動塗布装置８を用いて高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤４を塗布する（図１２（ａ））。熱硬化樹脂系接着剤４としては、前述の実施の形態１と同様、温度２００±５０℃で、硬化時間９０秒以内の条件を満たす接着剤、あるいは熱伝導率が２.０W/m・K以上である接着剤、もしくは金属フィラーを３０vol％以上含有した例えば一液性エポキシ樹脂を用いる。次いで、熱硬化樹脂系接着剤４を塗布した水配管２に、その螺旋溝２ａに沿わせて冷媒管３を巻き付けて嵌め込む（図１２（ｂ））。次いで、冷媒管３を巻き付けた水配管２を曲げ加工装置７にて所定寸法に曲げ加工（図１２（ｃ））した後、既に熱硬化樹脂系接着剤４が塗布された捩り管形熱交換器１を大気高温槽５内に収容し、温度２００±５０℃の範囲で加熱して（図１２（ｄ））、熱硬化樹脂系接着剤４を硬化させることで、水配管２と冷媒管３を密着接合する。なお、熱硬化樹脂系接着剤４を塗布した捩り管形熱交換器１を大気中で加熱する手段として、ここでも図７のような高周波電源装置６を用いた加熱方式の採用が可能であることは言うまでもない。
【００３５】
このように、本実施形態の捩り管形熱交換器の製造方法においても、水配管２と冷媒管３の接合手段として高熱伝導性を有する熱硬化樹脂系接着剤４を使用するので、大気中で短時間での接合が可能であり、しかもフラックス塗布やその除去を目的とした洗浄も不要となり、前述の実施の形態１と同様の作用、効果を奏する。
【００３６】
また、本実施形態においては、水配管２の螺旋溝２ａに冷媒管３を巻き付けるよりも前に熱硬化樹脂系接着剤４の塗布を実施し、塗布後に冷媒管３を巻くため、滑り抑制のための冶具が必要となるが、曲げ加工前の塗布となるため、水配管２の螺旋溝２ａに沿って螺旋状に塗布する方式が選択できる。さらに塗布後に螺旋溝２ａに沿って巻回される冷媒管３が接着剤塗布部の蓋として機能し、設備への接着剤付着が抑制されるため、通常の曲げ加工を実施した後、図６に示す大気高温槽５での加熱が可能となる。つまり硬化速度の管理をしながら曲げ工程と加熱を同時に行う必要は無く、密着面積の低下を抑制した接合が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法により制作された捩り管形熱交換器の全体構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の要部断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法における熱硬化樹脂系接着剤の塗布例を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法における熱硬化樹脂系接着剤の他の塗布例を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法における熱硬化樹脂系接着剤を塗布された捩り管形熱交換器の大気高温槽による加熱例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法における熱硬化樹脂系接着剤を塗布された捩り管形熱交換器の高周波電源装置による加熱例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法による捩り管形熱交換器の接着剤接合後の状態を示す要部断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法における接着剤硬化条件を温度と時間の関係で示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の製造方法に用いられる熱硬化樹脂系接着剤の熱伝導性フィラー含有量と熱伝導率の関係を示す棒グラフである。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る捩り管形熱交換器の接造方法を示す工程図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る捩り管形熱交換器の接造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  捩り管形熱交換器、２  水配管、２ａ  螺旋溝、３  冷媒管、４  熱硬化樹脂系接着剤、５  大気高温槽（又は炉）、６  高周波電源装置、７  曲げ加工装置、８  自動塗布装置。
【図１】
2006284009.tif 000003
【図２】
2006284009.tif 000004
【図３】
2006284009.tif 000005
【図４】
2006284009.tif 000006
【図５】
2006284009.tif 000007
【図６】
2006284009.tif 000008
【図７】
2006284009.tif 000009
【図８】
2006284009.tif 000010
【図９】
2006284009.tif 000011
【図１０】
2006284009.tif 000012
【図１１】
2006284009.tif 000013
【図１２】
2006284009.tif 000014