(57)【要約】【課題】ヘアピン管とＵ字管とを別部材を介して接続するものにおいて、部品点数および製造工数を低減した熱交換器および熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】ヘアピン管２０とＵ字管４０とが嵌合する箇所が、補助付管板６０の接続補助部６１により覆われており、さらに、補助部６１は、小径部６１１がヘアピン管２０と、また、大径部６１２がＵ字管４０とに接合されている。したがって、ヘアピン管２０とＵ字管４０とは気密性が確保された状態で接続される。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数のフィンと、該フィンの積層方向両端に設けられた一対の管板と、前記フィンおよび前記管板に設けられた貫通孔に挿通された複数のヘアピン管と、異なる該ヘアピン管同士を接続する接続管とを有するクロスフィン型の熱交換器において、
前記接続管はヘアピン管と接続される接続管端部と、該接続管端部と連続する曲管部とからなり、
前記接続管端部は、内周面が前記ヘアピン管の管端部の外周面と重なるように嵌合されており、
前記接続管に対向する側の一方の前記管板は、前記ヘアピン管の外周面及び前記接続管の外周面を連続して覆う接続補助部を有し、
前記接続補助部は、前記接続管の外周面と前記ヘアピン管の外周面とにろう材によって接合されることを特徴とした熱交換器。
【請求項２】
前記接続補助部は、前記ヘアピン管の外径より大きい小径部と、前記接続管の外径より大きい大径部と、前記小径部と前記大径部とを接続し前記小径部側から前記大径部側にかけて徐々に径が大きくなるテーパ状の接続部と、を備えることを特徴とした請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
複数のヘアピン管を所定の間隔をあけて配置し、積層された複数のフィンを、前記ヘアピン管が該フィンに設けられた複数の貫通孔に挿通されるように組み付ける工程と、
前記ヘアピン管を貫通させたときに内周面が前記ヘアピン管の外周面と重なる小径部と、同軸で該小径部より内径が大きい大径部とを有し、前記フィンに積層される管板を挿通配置させる工程と、
前記複数のヘアピン管を拡管し、前記ヘアピン管と前記フィン及び前記管板を接合する工程と、
前記ヘアピン管と前記小径部とをろう付けする工程と、
前記ヘアピン管と前記大径部との間の径方向の隙間に、異なる前記ヘアピン管同士の管内流路を接続する接続管の管端部を挿し込む工程と、
前記ヘアピン管の端部が上方に向いた状態で前記接続管と前記大径部とをろう付けする工程と、を備えることを特徴とした熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に係り、特に、空気調和機などに用いられるクロスフィンチューブ型熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のクロスフィンチューブ型熱交換器は、プレート状のフィンを所定の間隔を設けて重ねた積層フィンの面部に形成された貫通孔を貫通する複数のヘアピン管と、ヘアピン管同士を接続するＵ字管とからなり、前記ヘアピン管と前記Ｕ字管との接続箇所はろう材によって溶接されている。
【０００３】
ヘアピン管とＵ字管との接続箇所は、図１０に示すように、積層フィン１１０を貫通して開口部が上側に向いているヘアピン管１２０の管端部を拡管し大径部１２１を形成し、さらにヘアピン管端部を拡管して拡管部１２２を形成している。この大径部１２１に大径部１２１の内径よりわずかに小さい外径を有するＵ字管１４０を挿入する。このとき、ヘアピン管の拡管部１２２にろう材１５０を配置し、炉に入れることで大径部１２１の内周面とＵ字管１４０の外周面とがろう材１５０によって接合される（例えば公知文献として特許文献１を参照）。
【０００４】
ところが、このようにヘアピン管１２０とＵ字管１３０とを接合する際に、溶接作業者によるろう材１５０の使用量や加熱温度等の微妙な操作加減が影響して、図１０のようにろう材１５０が接合面間の隙間を通してヘアピン管１２０の内面側にはみ出してしまう場合がある。
【０００５】
ヘアピン管１２０内部に進入してしまったろう材１５０は管内の流路抵抗となってしまい、圧力損失が増大し、熱交換効率が低下してしまう。また、最悪の場合、ろう材１５０によってヘアピン管１２０の管内を詰まってしまう場合がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、図１１に示すように、Ｕ字管４０の端部４１の内周面がヘアピン管２０の端部２１の外周面と嵌めあうように接続し、ヘアピン管２０の外周面およびＵ字管４０の外周面を連続して覆う補助部材３０によって、Ｕ字管４０の外周面とヘアピン管２０の外周面とに接合される構成とすることで、ろう材がヘアピン管２０内部まで流れ込むことがなくなり、圧力損失の増大による熱交換効率の低下およびヘアピン管２０の管内流路のろう材詰まりを防止する手法が考えられる。
【０００７】
上記のような構成とした場合、従来に比べ部品点数が増加し、かつ、製造工数も増加してしまい製品コストが増大してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２６３８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ヘアピン管とＵ字管とを別部材を介して接続するものにおいて、部品点数および製造工数を低減した熱交換器および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】
【００１０】
本発明の熱交換器は、積層された複数のフィンと、該フィンの積層方向両端に設けられた一対の管板と、前記フィンおよび前記管板に設けられた貫通孔に挿通された複数のヘアピン管と、異なるヘアピン管同士を接続する接続管とを有するクロスフィン型の熱交換器において、前記接続管は、ヘアピン管と接続される接続管端部と、該接続管端部と連続する曲管部とからなり、前記接続管端部は、内周面が前記ヘアピン管の管端部の外周面と重なるように嵌合されており、前記接続管に対向する側の一方の前記管板は、前記ヘアピン管の外周面及び前記接続管の外周面を連続して覆う接続補助部を有し、前記接続補助部は、前記接続管の外周面と前記ヘアピン管の外周面とにろう材によって接合されることを特徴としている。
【００１１】
また、前記接続補助部は、前記ヘアピン管の外径より大きい小径部と、前記接続管の外径より大きい大径部と、前記小径部と前記大径部とを接続し前記小径部側から前記大径部側にかけて徐々に径が大きくなるテーパ状の接続部と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の熱交換器の製造方法は、複数のヘアピン管を所定の間隔をあけて配置し、積層された複数のフィンを、前記ヘアピン管が該フィンに設けられた複数の貫通孔に挿通されるように組み付ける工程と、前記ヘアピン管を貫通させたときに内周面が前記ヘアピン管の外周面と重なる小径部と、同軸で該小径部より内径が大きい大径部とを有し、前記フィンに積層される管板を挿通配置させる工程と、前記複数のヘアピン管を拡管し、前記ヘアピン管と前記フィン及び前記管板を接合する工程と、前記ヘアピン管と前記小径部とをろう付けする工程と、前記ヘアピン管と前記大径部との間の径方向の隙間に、異なる前記ヘアピン管同士の管内流路を接続する接続管の管端部を挿し込む工程と、前記ヘアピン管の端部が上方に向いた状態で前記接続管と前記大径部とをろう付けする工程と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、管板に備えられた接続補助部を介して、ヘアピン管とＵ字管と接続しているので、部品点数および製造工数を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の熱交換器全体を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の熱交換器を構成する部品を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態の熱交換器におけるフィン組との接合後のヘアピン管と補助付管板を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の熱交換器における補助付管板を溶接した後のヘアピン管とＵ字管を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の熱交換器におけるＵ字管挿入後のヘアピン管と補助付管板を示す概略断面図である。
【図６】本発明の熱交換器における溶接後のヘアピン管とＵ字管との接続部を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態の熱交換器におけるフィン組との接合後のヘアピン管と補助付管板を示す概略断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の熱交換器における補助付管板を溶接した後のヘアピン管とＵ字管を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態の熱交換器におけるＵ字管挿入後のヘアピン管と補助付管板を示す概略斜視図である。
【図１０】従来の熱交換器のヘアピン管とＵ字管との接続部を示す断面図である。
【図１１】本発明の原案となる熱交換器のヘアピン管とＵ字管との接続部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【実施例１】
【００１６】
図１は本実施形態に係る熱交換器１であって、後述するヘアピン管２０およびＵ字管４０によって形成される管内流路を流通する冷媒などの流体と、積層フィン１１間を通過する空気などの流体との間で熱交換を行うクロスフィンチューブ型熱交換器の概略斜視図であり、図２は熱交換器１の分解斜視図である。
【００１７】
図２に示すように、本実施形態の熱交換器１は、フィン１１ａを積層した積層フィン１１と管板１２と補助付管板６０ とからなるフィン組１０と、複数のヘアピン管２０と、複数のＵ字管４０と、後述するリングろう材５０とから構成されている。
【００１８】
フィン１１ａは、表面にスリットなどが形成されたプレート状のアルミフィンであって、ヘアピン管２０内を流通する冷媒などの流体の熱を伝熱する。複数のフィン１１ａを所定の間隔を設けて上下方向に重ねて積層フィン１１を形成している。
【００１９】
管板１２は、積層フィン１１の積層方向の一方に 設けられ、フィン１１ａより剛性が高い金属板である。管板１２には、熱交換器１をエアコン等の製品本体に取付ける時にネジ固定するための図示しない固定部が設けられている。
【００２０】
補助付管板６０は、積層フィン１１の積層方向の他方に設けられ、フィン１１ａより剛性が高い金属板である。補助付管板６０には、管板１２と同様に熱交換器１をエアコン等の製品本体への取付時にネジ固定するための図示しない固定部が設けられている板部６２と、後述する接続補助部６１とからなる。
【００２１】
また、上述したように積層フィン１１および積層フィン１１の積層方向両側に設けられた管板１２および補助付管板６０ によってフィン組１０を構成している。
【００２２】
フィン組１０を構成する積層フィン１１と管板１２と補助付管板６０ には後述するヘアピン管２０の端部２１を貫通させるために設けられた貫通孔１３が設けられている。貫通孔１３の孔径は、ヘアピン管２０の外径よりわずかに大きく形成されている。
【００２３】
ヘアピン管２０は内部に溝形状など有する金属管であって、図に示すようにＵ字状に曲げられている。熱交換器１の使用時には、内部を冷媒などの流体が流通し、ヘアピン管２０は流体の熱をフィン１１ａに伝える。ヘアピン管２０は、積層フィン１１と管板１２と補助付管板６０ の貫通孔１３に端部２１を貫通させた後、拡管を行い、フィン組１０と圧接させる。これによって、フィン組１０とヘアピン管２０とは接合される。
【００２４】
Ｕ字管４０は、金属管であって、Ｕ字状に形成されている曲管部４２と管端である端部４１とからなる。フィン組１０に固定された隣り合うヘアピン管２０の端部２１同士を接続して、ヘアピン管２０の管内流路を接続する接続管である。Ｕ字管４０の端部４１は拡管されており、内径がヘアピン管２０の拡管後の外径よりわずかに大きい。なお、本実施形態ではＵ字管端部４１は拡管されたものを用いているが、曲管部４２の内径がヘアピン管２０の拡管後の外径よりわずかに大きいものを使用すれば 、拡管する必要がなく、加工数が低減できる。また、本実施例ではフィン組１０に固定された隣り合うヘアピン管２０の端部２１同士を接続するＵ字管４０としているが、異なるヘアピン管２０の端部２１同士を接続するものであれば隣接していない端部２１同士を接続する接続管であってもよい。より詳細には、図２におけるヘアピン管２０ａとヘアピン管２０ｃあるいはヘアピン管２０ｄとを接続する接続管等であってもよい。
【００２５】
次に、補助付管板６０の接続補助部６１について図３を用いて説明する。接続補助部６１は、板部６２と一体に形成されており、小径部６１１、接続部６１３、大径部６１２、拡管部６１４とが順に連なって形成されており、ヘアピン管２０とＵ字管４０とを接続する。
【００２６】
小径部６１１は接続補助部６１の一部であり、内径がヘアピン管２０の拡管後の外径よりわずかに大きく形成されている。
【００２７】
大径部６１２は接続補助部６１の一部であり、内径がＵ字管端部４１の外径よりわずかに大きく形成されている。
【００２８】
接続部６１３は接続補助部６１の一部であり、小径部６１１と大径部６１２との間に位置し、大径部３２側から小径部３１側にかけて内径が徐々に小さくなるテーパ状の面を有している。
【００２９】
拡管部６１４は接続補助部６１の一部であり、内径が大径部６１２よりも大きく形成され、大径部６１２から端部に向かって内径が大きくなるテーパ状となっている。拡管部６１４は、溶接時、後述するリングろう材５０の設置場所となる。
【００３０】
リングろう材５０は、図４に示すように、リング状に形成されたろう材であって、母材となるヘアピン管２０やＵ字管４０、接続補助部６１より融点の低い合金が用いられる。
【００３１】
次に、ヘアピン管２０とＵ字管４０との接続箇所について図６を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図６に示すように、フィン組１０を貫通しているヘアピン管２０の端部２１は、Ｕ字管４０の端部４１に挿し込まれている。また、ヘアピン管２０の外周面と接続補助部６１の小径部６１１の内周面との間にはわずかな空間があり、拡管部６１４に設置されていたリングろう材５０が溶解して当該空間に流れ込み、接合部５１Ｂを形成している。また、Ｕ字管４０の端部４１の外周面と接続補助部６１の大径部６１２の内周面との間にはわずかな空間があり、拡管部６１４に設置されていたリングろう材５０が溶解して当該空間に流れ込み、接合部５１Ａを形成している。上記の構成によって、ヘアピン管２０とＵ字管４０との嵌合部は接続補助部６１によって覆われており、さらに、接続補助部６１は、小径部６１１とヘアピン管２０とが、また、大径部６１２とＵ字管４０とがそれぞれろう材で溶接されているため、ヘアピン管２０の管内流路とＵ字管４０の管内流路とが気密性が確保された状態で接続される。
【００３３】
次に、本実施形態の熱交換器１の製造工程について図２ないし６を用いて詳細に説明する。
【００３４】
図２に示すように、本発明のクロスフィンチューブ型熱交換器は、先ず、ヘアピン管２０を、端部２１が上向きになるように、かつ、フィン組１０に設けられた複数の貫通孔１３の配置間隔に対応する間隔で複数配置する。配置されたヘアピン管２０の端部２１にフィン組１０の貫通孔１３を上方から貫通させる。貫通後、各ヘアピン管２０を拡管することで、各ヘアピン管２０とフィン組１０とが接合される。
【００３５】
ヘアピン管２０とフィン組１０とが接合されると、図３に示すように、小径部６１１が下側、大径部６１２が上側となるように接続補助部６１がヘアピン管２０の端部２１の外側に嵌められた状態となる。この時、ヘアピン管２０の外径は接続補助部６１の小径部６１１の内径よりわずかに小さい。また、接続補助部６１の大径部６１２とヘアピン管２０の端部２１との間に径方向にＵ字管端部４１を挿入することが可能な隙間が生じる。
【００３６】
次に、図４に示すように、リングろう材５０をＵ字管４０の外側に嵌めておき、上述した接続補助部６１の大径部６１２とヘアピン管２０の端部２１との隙間にＵ字管４０の端部４１を挿入する。この時、Ｕ字管４０の端部４１の内径はヘアピン管２０の外径よりわずかに大きく、Ｕ字管４０の外径は接続補助部６１の大径部６１２の内径よりわずかに小さい。挿入後、予めＵ字管４０の外側に嵌めておいたリングろう材５０を接続補助部６１の拡管部６１４に設置すると、図５に示すような状態になる。
【００３７】
図５に示すような状態で炉に入れることで、図６に示すように、リングろう材５０が融解し、自重によってＵ字管端部４１と大径部６１２との間に流れ込む。さらに、リングろう材５０はヘアピン管２０と小径部６１１との間にも流れ込む。その結果、Ｕ字管端部４１と大径部６１２と、また、ヘアピン管２０と小径部６１１とがそれぞれ溶接されて接合部５４，５３となり、接合部５４，５３ではろう材によって密封される。なお、本実施例では、リングろう材５０を予めＵ字管４０の外側に嵌めてから、Ｕ字管端部４１を接続補助部６０の大径部６１２とヘアピン管２０の端部２１との隙間に挿入させて、その後、Ｕ字管４０の外側に嵌めておいたリングろう材５０を接続補助部６１の拡管部６１４に設置しているが、リングろう材５０を拡管部６１４に設置してからＵ字管端部４１を接続補助部６０の大径部６１２とヘアピン管２０の端部２１との隙間に挿入させてもよい。
【００３８】
上記の構成によると、ヘアピン管２０とＵ字管４０とが嵌合する箇所が、接続補助部６０により覆われており、さらに、接続補助部６１は、小径部６１１がヘアピン管２０と、また、大径部６１２がＵ字管４０とそれぞれ接合されている。したがって、ヘアピン管２０とＵ字管４０とは気密性が確保された状態で接続される。
【００３９】
以上説明したように、Ｕ字管４０の端部４１の内周面がヘアピン管２０の端部２１の外周面と嵌めあうように接続されており、ヘアピン管２０の外周面およびＵ字管４０の外周面を連続して覆う接続補助部６１によって、Ｕ字管４０の外周面とヘアピン管２０の外周面とに接合される構成となっているので、ろう材がヘアピン管２０内部まで流れ込むことがなくなり、圧力損失の増大による熱交換効率の低下およびヘアピン管２０の管内流路のろう材詰まりを防止できる。
【００４０】
なお、本実施形態においてヘアピン管２０と接続する接続管をＵ字管４０としたが、ヘアピン管２０の管内流路を接続する部品であればこの限りでなく、例えば、三方ベント管などでも本発明と同様の効果を発揮できる。
【実施例２】
【００４１】
次に、本発明を用いた第２実施形態に係る熱交換器１であって、熱交換器１の製造時における溶接の適否確認ための製造工程について、図７ないし図１０を用いて説明する。なお、ろう材５２を追加した点と、製造工程を除き、その他の構成は第１の実施形態と同一であるため、追加した構成以外の詳細な説明は省略する。
【００４２】
従来、本発明のようにリングろう材を用いた置きろうでの溶接において、気密性が十分に確立されるように溶接が行われたかどうかの確認は接合部の目視によって行われていた。より詳細には、図７におけるＡの部分の隙間が、全周にわたってろう材で満たされているかどうかで判断していた。
【００４３】
実施例１において、溶接時は、図６に示すように、リングろう材５０が融解し、自重によってＵ字管４０と大径部６１２との間に流れ込む。さらに、リングろう材５０はヘアピン管２０と小径部６１１との間にも流れ込む。その結果、Ｕ字管４０と大径部６１２と、また、ヘアピン管２０と小径部６１１とがそれぞれ溶接されて接合部５４，５３となり、これによって、ヘアピン管２０とＵ字管４０とが気密性が確保された状態で接続されている。
【００４４】
しかし、小径部６１１の内周面とヘアピン管２０の外周面との間に気密性が十分に確立されるまでろうが回ったかどうかを確認する手段がないため、溶接を２工程に分けることが好ましい。以下、本実施形態における熱交換器１の製造工程について詳細に説明する。
【００４５】
図７は、各ヘアピン管２０を拡管して各ヘアピン管２０とフィン組１０とが接合された状態であって、さらに、補助付管板６０の接続補助部６１の大径部６１２とヘアピン管２０の端部２１との隙間に小径リングろう材５２が配置されている。この状態で炉に入れる(第１溶接工程)と、図８に示すように、小径リングろう材５２が融解して補助付管板６０とヘアピン管２０とが溶接されて接合部５３となり、接合部５３ではろう材によって気密性が確保された状態で接続される。
【００４６】
ここで、接合部５３の溶接によるが気密性が十分に確立されているかどうかの判定は、上方から目視で確認できる。詳細には、接合部５３が全周にわたってろう材で満たされているかどうかで判断する。
【００４７】
次に、図９に示すように、補助付管板６０の接続補助部６１の大径部６１２とヘアピン管２０の端部２１との隙間にＵ字管４０の端部４１を挿入する。この時、Ｕ字管４０の端部４１の内径はヘアピン管２０の外径よりわずかに大きく、Ｕ字管４０の外径は接続補助部３０の大径部６１２の内径よりわずかに小さい。挿入後、予めＵ字管４０の外側に嵌めておいたリングろう材５０を接続補助部６１の拡管部６１４に設置した状態で、炉に入れる（第２溶接工程）。
【００４８】
図９に示すような状態で炉に入れることで、リングろう材５０が融解し、自重によってＵ字管４０と大径部６１２との間に流れ込む。その結果、図１０に示すように、Ｕ字管４０と大径部６１２とが溶接されて接合部５４となり、接合部５４ではろう材によって気密性が確保された状態で接続される。
【００４９】
上記の構成によると、ヘアピン管２０とＵ字管４０とが嵌合する箇所が、補助付管板６０の接続補助部６１により覆われており、さらに、補助部６１は、小径部６１１がヘアピン管２０と、また、大径部６１２がＵ字管４０とそれぞれ接合されている。したがって、ヘアピン管２０とＵ字管４０とは気密性が確保された状態で接続される。
【００５０】
なお、第１溶接工程で融解した小径リングろう材５２が、第２溶接工程時に流れ落ちてしまい、接合部５３による補助付管板６０とヘアピン管２０との接続状態が保たれなくなる場合がある。したがって、リングろう材５０の融点を小径リングろう材５２の融点より低いものを用いる構成としてもよい。こうすることで、第２溶接工程での炉の温度を第１溶接工程での炉の温度より低く設定し、第２溶接工程時に小径リングろう材５２が形成する接合部５３を融解させることなくリングろう材５０を融解し接合部５４を形成させることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  熱交換器
１０  フィン組
１１  積層フィン
１１ａ  フィン
１２  管板
１２ａ  突起部
１３  貫通孔
２０  ヘアピン管
２１  端部
３０  補助部材
３１  小径部
３１ａ  切欠き部
３１ｂ  切欠き部
３１ｃ  覗き孔
３２  大径部
３３  接続部
３４  拡管部
４０  Ｕ字管
４１  Ｕ字管端部
５０  リングろう材
６０  補助付管板
６１  接続補助部
６１１  小径部
６１２  大径部
６２  板部
【図１】
2015064162.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015064162.tif 000009
【図８】
2015064162.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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