(57)【要約】【課題】アルミニウム冷媒管とアルミニウムアキュムレータの接合にＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を使わず、共晶接合を使用した冷凍冷蔵空調用熱交換器に関し、低コストで高品質な熱交換器を提供する。【解決手段】直管部１ａ及び曲管部１ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管１と、その外表面に固定されたアルミニウムフィン２と、アルミニウムアキュムレータ３と、その中に挿入される異種金属製のインナーパイプ４とから成り、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とをインナーパイプ４をインサート材として共晶接合したものであり、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接に比べ、低コストで高品質となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたフィンと、アルミニウムアキュムレータと、前記アルミニウムアキュムレータ内に挿入される異種金属製のインナーパイプとから成り、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータとを前記インナーパイプをインサート材として共晶接合したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記インナーパイプの端部にはバルジ加工部が形成され、前記バルジ加工部の端部側に前記アルミニウム冷媒管が接合され、端部逆側に前記アルミニウムアキュムレータが接合されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記インナーパイプの端部は膨管部と前記膨管部の両端に形成されたテーパ部とから成り、端部側の前記テーパ部に前記アルミニウム冷媒管が接合され、端部逆側の前記テーパ部に前記アルミニウムアキュムレータが接合されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記テーパ部のテーパ角を両端共に略同角度としたことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記インナーパイプの材質は、銅および銅合金であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたフィンと、アルミニウムアキュムレータと、前記アルミニウムアキュムレータ内に挿入される異種金属製のインナーパイプとから成る熱交換器において、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータをそれぞれクランプする第１の工程と、前記インナーパイプを前記アルミニウムアキュムレータ内に挿入し、前記アルミニウム冷媒管との間に挟み込むようにセットする第２の工程と、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータと前記インナーパイプを加熱する第３の工程と、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータを互いに近づける方向に加圧することで、前記インナーパイプと共晶接合する第４の工程とから成る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、熱交換器を構成するアルミニウム冷媒管とアルミニウムアキュムレータの接合にＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を使わず、共晶接合を使用した冷凍冷蔵空調用熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器は、アルミニウム冷媒管とアルミニウムアキュムレータの接合にＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を使っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、特許文献１に記載された従来の熱交換器おける接続部を示すものである。図８に示すように、アルミニウム冷媒管１と、アルミニウムアキュムレータ３と、アルミニウムインナーパイプ５と、ステンレススリーブ６と、アルミニウム溶加材７から構成されている。
【０００４】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。
【０００５】
まず、互いに間隔をおいて配置された一群のアルミニウムフィン（図示せず）に、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管１を固定する。次に、アルミニウムアキュムレータ３に、端部を拡径したアルミニウムインナーパイプ５を挿入する。次に、アルミニウム冷媒管１の端部を、アルミニウムアキュムレータ３内に挿入されたアルミニウムインナーパイプ５の端部に、ステンレススリーブ６を挟んで、挿入する。そして、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とアルミニウムインナーパイプ５を、アルミニウム溶加材７を付加して一度にＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接した構造としている。
【特許文献１】特許第３２２０８６６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、上記従来の構成では、アルミニウムアキュムレータ３に、端部を拡径したアルミニウムインナーパイプ５を挿入し、アルミニウム冷媒管１の端部を、アルミニウムアキュムレータ３内に挿入されたアルミニウムインナーパイプ５の端部に、ステンレススリーブ６を挟んで挿入し、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とアルミニウムインナーパイプ５を、アルミニウムアルミニウム溶加材７を付加して一度にＴＩＧ溶接した構造としているので、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とアルミニウムインナーパイプ５が重ね合わされた面状部分を溶接しているため、溶け落ちがなく、３重のラップ構造であるためＴＩＧ溶接の初期電流値を高く設定できるので溶接品質の安定化が図れるという利点はあるが、ＴＩＧ溶接を使って溶接するため、内径維持用にステンレススリーブ６を使用する必要があることと、アルミニウム溶加材を付加し且つ、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とアルミニウムインナーパイプ５が重ね合わされた面状部分を溶融させながら丁寧に溶接しなければならないので、溶接工数が約１分程度かかってしまうことと、溶接用電極に付着した水分の分解による水素ガス等により、気泡が発生し、リーク検査後手直しする頻度が高くなるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を廃止し、コスト低減と、品質向上を実現した熱交換器とそ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】
【０００８】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、アルミニウム冷媒管とアルミニウムアキュムレータとをインナーパイプをインサート材として共晶接合したものである。
【０００９】
これによって、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を廃止することができ、ステンレススリーブとアルミニウム溶加材が不要となる上、共晶反応を利用して接合させるのでＴＩＧ溶接のようにワークまたは電極を回転させる必要がなくなり、適切な温度に加熱して接合界面に加圧すればよいだけであり、接合工数も大幅に削減でき、さらに、ＴＩＧ溶接のように電極が接合部に接することもないので、気泡の発生もなく接合品質は非常に安定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱交換器は、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を廃止することができ、ステンレススリーブとアルミニウム溶加材が不要となる上、接合工数も大幅に削減できるので低コスト化が可能である。さらに、ＴＩＧ溶接のような気泡の発生もなく接合品質が非常に良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたフィンと、アルミニウムアキュムレータと、前記アルミニウムアキュムレータ内に挿入される異種金属製のインナーパイプとから成り、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータとを前記インナーパイプをインサート材として共晶接合したものであり、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を廃止することができ、ステンレススリーブとアルミニウム溶加材が不要となる上、共晶反応を利用して接合させるのでＴＩＧ溶接のようにワークまたは電極を回転させる必要がなくなり、適切な温度に加熱して接合界面に加圧すればよいだけであり、接合工数も大幅に削減できるので低コスト化が可能である。さらに、ＴＩＧ溶接のように電極が接合部に接することもないので、気泡の発生もなく接合品質は非常に安定し良くなる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記インナーパイプの端部にはバルジ加工部が形成され、前記バルジ加工部の端部側に前記アルミニウム冷媒管が接合され、端部逆側に前記アルミニウムアキュムレータが接合されたものであり、バルジ加工部を挟んで接合することで、接合圧力を均一に保つことができ且つ、バルジ加工部に垂直に圧力を加えることで、接合圧を高く維持できることにより、接合強度をさらに向上することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記インナーパイプの端部は膨管部と前記膨管部の両端に形成されたテーパ部とから成り、端部側の前記テーパ部に前記アルミニウム冷媒管が接合され、端部逆側の前記テーパ部に前記アルミニウムアキュムレータが接合されたものであり、接合界面がテーパ状に長く取ることができることにより、気密性をさらに向上することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱交換器において、前記テーパ部のテーパ角を両端共に略同角度としたものであり、テーパ角が略同角度であるので、接合圧力を均一に保つことにより、接合強度の安定化を図ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のインナーパイプの材質を、銅および銅合金とすることにより、調達の容易な共晶反応を起こす材質となり、最も安価な方法で接合した熱交換器を提供することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管と、前記アルミニウム冷媒管の外表面に固定されたフィンと、アルミニウムアキュムレータと、前記アルミニウムアキュムレータ内に挿入される異種金属製のインナーパイプとから成る熱交換器において、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータをそれぞれクランプする第１の工程と、前記インナーパイプを前記アルミニウムアキュムレータ内に挿入し、前記冷媒管との間に挟み込むようにセットする第２の工程と、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータと前記インナーパイプを加熱する第３の工程と、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータを互いに近づける方向に加圧することで、前記インナーパイプと共晶接合する第４の工程とから成る熱交換器の製造方法であり、接合する３部品である前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータと前記インナーパイプを同時に加熱し、前記アルミニウム冷媒管と前記アルミニウムアキュムレータを、お互いに近づける方向に加圧することで、接合界面が２ヶ所ある接合であるが、１回の接合作業で同時に接合することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成について同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の模式図である。
【００１９】
図１において、アルミニウム冷媒管１は、直管部１ａ及び曲管部１ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成るものであり、外表面に固定されたアルミニウムフィン２と、アルミニウムアキュムレータ３と、その内部に挿入される異種金属製のインナーパイプ４により熱交換器を構成している。なお、インナーパイプ４の材質は、銅および銅合金とするのが好ましい。
【００２０】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００２１】
まず、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とをアルミニウム以外の異種金属製インナーパイプ４をインサート材として共晶接合する。この共晶接合は、個々の金属の溶融温度以下で適切な圧力を加えることで、お互いに原子が拡散し結合に至る。アルミニウムとインナーパイプ４の接合面との溶融部を完全にまたは部分的に拡散消失させることで、接合界面には合金相が形成される。従来例と比べると、この共晶接合を使うことで、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接が不要となり、よって、ステンレススリーブ６とアルミニウム溶加材７が不要となる。
【００２２】
以上のように、本実施の形態は、直管部１ａ及び曲管部１ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管１と、アルミニウム冷媒管１の外表面に固定されたアルミニウムフィン２と、アルミニウムアキュムレータ３と、アキュムレータ３内に挿入される異種金属製のインナーパイプ４とから成り、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とをインナーパイプ４をインサート材として共晶接合したものであり、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を廃止することができ、ステンレススリーブ６とアルミニウム溶加材７が不要となる上、共晶反応を利用して接合させるのでＴＩＧ溶接のようにワークまたは電極を回転させる必要がなくなり、適切な温度に加熱して接合界面に加圧すればよいだけであり、接合工数も約０．３分程度で接合できるので低コスト化が可能である。さらに、ＴＩＧ溶接のように電極が接合部に接することもないので、気泡の発生もなく接合品質は非常に安定し良くなる。
【００２３】
また、本実施の形態の熱交換器における、冷媒出入口部に、一般的に銅管を接合してなる部分に共晶接合を適用することで、特に、熱交換器配管の接合部分からＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接をすべて無くすことができるので、同様に低コスト化と接合品質の向上が可能となる。
【００２４】
また、本実施の形態は、インナーパイプの材質を、例えば、アルミニウムの溶融温度以下の低温で共晶反応が起こる銀のような高価な材料を使わずに、銅および銅合金とすることにより、調達が容易で且つアルミニウムの溶融温度以下の低温で共晶反応を起こす材質となり、最も安価な方法で接合した熱交換器を提供することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における熱交換器の要部断面図である。
【００２６】
図２において、インナーパイプ４は、端部にバルジ加工部４ａが形成されている。なお、インナーパイプ４の材質は、銅および銅合金とするのが好ましい。
【００２７】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
まず、バルジ加工部４ａの端部側に冷媒管１の端部１ｃが接合され、端部逆側にアキュムレータ３の端部３ａが共晶接合される。つまり、バルジ加工部４ａをインサート材としてアルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３の間に垂直に挟み込んで共晶接合させる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態は、実施の形態１に記載の熱交換器において、インナーパイプ４には、端部にバルジ加工部４ａが形成され、その端部側に冷媒管端部１ｃが接合され、端部逆側にアキュムレータ端部３ａが接合されたものであり、実施の形態１と同様の作用と効果を有するとともに、バルジ加工部４ａを挟んで接合することで、接合圧力を均一に保つことができ且つ、バルジ加工部４ａに垂直に圧力を加えることで、接合圧を高く維持できることにより、接合強度をさらに向上することができる。
【００３０】
また、本実施の形態は、インナーパイプの材質を、例えば、アルミニウムの溶融温度以下の低温で共晶反応が起こる銀のような高価な材料を使わずに、銅および銅合金とすることにより、調達が容易で且つアルミニウムの溶融温度以下の低温で共晶反応を起こす材質となり、最も安価な方法で接合した熱交換器を提供することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における熱交換器の要部断面図である。
【００３２】
図３において、インナーパイプ４は、端部に形成された膨管部４ｂとその両端に形成されたテーパ部４ｃ、４ｄとから構成されている。また、テーパ部４ｃ、４ｄのテーパ角θ１、θ２は、両端共に略同角度としている。なお、インナーパイプ４の材質は、銅および銅合金とするのが好ましい。
【００３３】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
まず、インナーパイプ４の端部側のテーパ部４ｃにアルミニウム冷媒管１の端部１ｃが接合され、端部逆側のテーパ部４ｄにアルミニウムアキュムレータ３の端部３ａが接合される。このとき、テーパ部４ｃのテーパ角θ１と、テーパ部４ｄのテーパ角θ２は、略同角度に加工されている。
【００３５】
以上のように、本実施の形態は、実施の形態１に記載の熱交換器において、インナーパイプ４は、端部に形成された膨管部４ｂとその両端に形成されたテーパ部４ｃ、４ｄとから成り、インナーパイプ４の端部側のテーパ部４ｃに冷媒管端部１ｃが接合され、端部逆側のテーパ部４ｄにアキュムレータ端部３ａが接合されたものであり、実施の形態１と同様の作用と効果を有するとともに、接合界面がテーパ状に長く取ることができることにより、気密性をさらに向上することができる。
【００３６】
また、本実施の形態は、テーパ部４ｃ、４ｄのテーパ角θ１、θ２を両端共に略同角度としたので、接合圧力を均一に保つことにより、接合強度の安定化を図ることができる。
【００３７】
また、本実施の形態は、インナーパイプの材質を、例えば、アルミニウムの溶融温度以下の低温で共晶反応が起こる銀のような高価な材料を使わずに、銅および銅合金とすることにより、調達が容易で且つアルミニウムの溶融温度以下の低温で共晶反応を起こす材質となり、最も安価な方法で接合した熱交換器を提供することができる。
【００３８】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における熱交換器の製造方法を示す第１の工程図で、図５は、第２の工程図、図６は、第３の工程図、図７は、第４の工程図である。
【００３９】
図４、図５、図６、図７において、アルミニウムアキュムレータ３は、アキュムクランプ上８ａと、アキュムクランプ下８ｂにより挟まれ固定される。アルミニウム冷媒管１は、冷媒管クランプ上８ｃと、冷媒管クランプ下８ｄにより挟まれ固定される構成としている。
【００４０】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００４１】
まず、図４、図５に示すように、アルミニウム冷媒管１を、冷媒管クランプ下８ｄにセットし、アルミニウムアキュムレータ３を、アキュムクランプ下８ｂにセットする。次に、冷媒管クランプ上８ｃが下降し、アルミニウム冷媒管１をクランプし、アキュムクランプ上８ａが下降して、アルミニウムアキュム３からその端部３ａにかけてしっかりクランプする。その際、インナーパイプ４をアルミニウムアキュムレータ３内挿入しておく。ここまでが第１〜第２の工程である。次に、図６に示すように、アルミニウムアキュムレータ３内に挿入したインナーパイプ４を、冷媒管１との間に挟み込むように、アキュムクランプ８ａ、８ｂ、あるいは、冷媒管クランプ８ｃ、８ｄが近づく方向に移動する。そして、アキュムクランプ８ａ、８ｂ、あるいは、冷媒管クランプ８ｃ、８ｄが加熱または通電されることで、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とインナーパイプ４を加熱する。ここまでが第２〜第３の工程である。最後に、アキュムクランプ８ａ、８ｂ、あるいは、冷媒管クランプ８ｃ、８ｄがさらに近づく方向に移動することで、インナーパイプ４を挟んで、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３が近づける方向に加圧され、共晶接合される。これが第４の工程である。
【００４２】
以上のように、本実施の形態は、直管部１ａ及び曲管部１ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成るアルミニウム冷媒管１と、アルミニウム冷媒管１の外表面に固定されたアルミニウムフィン２と、アルミニウムアキュムレータ３と、アキュムレータ３内に挿入される異種金属製のインナーパイプ４とから成る熱交換器において、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３をそれぞれクランプする第１の工程と、インナーパイプ４をアルミニウムアキュムレータ３内に挿入し、アルミニウム冷媒管１との間に挟み込むようにセットする第２の工程と、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とインナーパイプ４を加熱する第３の工程と、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３を互いに近づける方向に加圧することで、インナーパイプ４と共晶接合する第４の工程とから成る熱交換器の製造方法であって、接合する３部品であるアルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３とインナーパイプ４を同時に加熱し、アルミニウム冷媒管１とアルミニウムアキュムレータ３を互いに近づける方向に加圧することで、アルミニウムと異種金属との接合界面が２ヶ所ある接合ではあるが、１回の接合作業で同時に接合することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる熱交換器とその製造方法は、ＴＩＧ（またはＭＩＧ）溶接を廃止することができ、ステンレススリーブとアルミニウム溶加材が不要となる上、接合工数も低減でき低コスト化が可能で、且つ、ＴＩＧ溶接のような気泡の発生もなく接合品質が非常に良くなるので、アルミニウムを主体とした冷凍冷蔵および空調用、自動車用、給湯器用の熱交換器等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の模式図
【図２】本発明の実施の形態２における熱交換器の要部断面図
【図３】本発明の実施の形態３における熱交換器の要部断面図
【図４】本発明の実施の形態４における熱交換器の製造方法を示す第１の工程図
【図５】本発明の実施の形態４における熱交換器の製造方法を示す第２の工程図
【図６】本発明の実施の形態４における熱交換器の製造方法を示す第３の工程図
【図７】本発明の実施の形態４における熱交換器の製造方法を示す第４の工程図
【図８】従来の熱交換器の要部断面図
【符号の説明】
【００４５】
１    アルミニウム冷媒管
１ａ    直管部
１ｂ    曲管部
１ｃ    冷媒管端部
２    アルミニウムフィン
３    アルミニウムアキュムレータ
３ａ    アキュムレータ端部
４    異種金属製インナーパイプ
４ａ    バルジ加工部
４ｂ    膨管部
４ｃ    テーパ部（端部側）
４ｄ    テーパ部（端部逆側）
８ａ    アキュムクランプ上
８ｂ    アキュムクランプ下
８ｃ    冷媒管クランプ上
８ｄ    冷媒管クランプ下
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005308293.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005308293.tif 000007
【図６】
2005308293.tif 000008
【図７】
2005308293.tif 000009
【図８】
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