JP2010185614A

JP2010185614A - 扁平管継手

Info

Publication number: JP2010185614A
Application number: JP2009029887A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Yoneda; 典宏米田; Shinji Nakadeguchi; 真治中出口; Kazuya Miyazaki; 和也宮嵜; Hiroaki Makino; 浩招牧野; Mitsusada Hayakawa; 満貞早川; Shinsuke Nakahata; 晋介中畑; Akihiro Hasegawa; 明宏長谷川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-26

Abstract

【課題】扁平管との接合部のみを拡管し、耐圧性能を確保した扁平管継手を得る。
【解決手段】円管形状の部材を扁平管１との接合部である円管端部のみに拡管加工を施して扁平形状部４を形成する。この扁平形状部４に扁平管１を挿入して固定し、扁平管１と扁平管継手２とをろう付けにより接合する。円管形状の部材のもう一方の端部も同様に扁平形状であり、隣り合う扁平管１と同様にろう付けにより接合される。なお、扁平形状部４の相互間、即ち、円管形状の部材の途中は、元管の形状である円管形状となっており、Ｕ字状に曲げ加工された円管Ｕベンド部５が形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、扁平管を用いた熱交換器に使用される扁平管継手に関するものである。

従来の扁平管を用いた熱交換器においては、流路の折り返しあるいは別ルートへの切り替えに、隣り合う扁平管を同時に接続するブロック状ヘッダを用い、そのブロック状ヘッダの内部にて流路を形成する方法が取られている（例えば、特許文献１参照）。

また、扁平形状の管をＵ字曲げして熱交換器を構成する方法、あるいは中央部が円管で両端部が扁平形状に予め加工されたものの、円管部分をＵ字曲げして熱交換器を構成する方法が取られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−１１８７０６号公報（要約の欄、図１）特開昭５９−４７２３３号公報（１頁左欄３０行〜右欄３７行、第１図〜第７図）

上記特許文献１のように、ブロック状ヘッダを使用する場合においては、耐圧性能上は優位であるが、配管自由度、設計自由度が制約されてしまう欠点がある。また、上記特許文献２のように、扁平管をＵ字形状に曲げ加工する場合においては、耐圧強度が弱く、大きな実装空間を必要とする欠点がある。更に、これらの継手の接続には一般にろう付けが用いられるが、ろう材量のばらつきにより、ろう材量が過剰になった場合、扁平管の流路を塞いでしまうことになって、ろう材の扁平管内部への過剰浸入が問題となっていた。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、扁平管との接合部のみを拡管し、耐圧性能を確保した扁平管継手を得ることを目的とするものである。

また、扁平管と扁平管継手の接合に使用されるろう材が扁平管の流路を塞ぐのを防止する扁平管継手を得ることを目的とするものである。

この発明に係る扁平管継手は、扁平管を用いた熱交換器に使用される扁平管継手であって、円管部材の端部に扁平形状に拡管した扁平形状部を形成したものである。

この発明に係る扁平管継手によれば、省スペース化が可能となり、また、扁平形状と扁平形状もしくは円管形状を任意の方向に接続できるので配管設計の自由度が大きくなるとともに、継手の耐圧強度を確保することができる。

この発明の実施の形態１に係る扁平管継手を使用した熱交換器を示す図である。この発明の実施の形態１に係る扁平管継手の斜視図である。この発明の実施の形態１に係る扁平管継手のろう材の浸入防止構造を示す図である。この発明の実施の形態１に係る扁平管継手のろう材の浸入防止構造を示す詳細図である。この発明の実施の形態１に係る扁平管継手の断面図である。この発明の実施の形態１に係る扁平管継手の受圧部における発生応力と受圧長さ、肉厚との関係図である。この発明の実施の形態２に係る扁平管継手の斜視図である。この発明の実施の形態２に係る扁平管継手の斜視図である。この発明の実施の形態３に係る扁平管継手の断面図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明に係る扁平管継手について好適な実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものでない。

実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１に係る扁平管継手を使用した熱交換器を示す図で、複数の扁平管１が並列配置され、扁平管１と隣り合う他の扁平管１は、端部において扁平管継手２により接合されている。なお、扁平管１には放熱フィン３が設けられている。

扁平管継手２は、図２にその斜視図を示すように、円管形状の部材を扁平管１との接合部である円管端部のみに拡管加工を施して扁平形状部４を形成したものである。この扁平形状部４に扁平管１を挿入して固定し、扁平管１と扁平管継手２とをろう付けにより接合する。円管形状の部材のもう一方の端部も同様に扁平形状であり、隣り合う扁平管１と同様にろう付けにより接合される。なお、扁平形状部４の相互間、即ち、円管形状の部材の途中は、元管の形状である円管形状となっており、Ｕ字状に曲げ加工された円管Ｕベンド部５が形成されている。この扁平管継手２を用いることにより、隣り合う扁平管１の折り返しの流路を形成するもので、扁平管継手２の扁平形状部４、及び元管の円管部形状の組み合わせにより、実装空間の省スペース化、有効な空間活用、自由度の高い配管設計が可能となる。

また、実施の形態１に係る扁平管継手２は、継手において必要不可欠となるろう付け接合への対応として、扁平管１の内部への流路を塞ぐ過剰なろう材の浸入を防ぐために、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、扁平形状部４にろう材６の過剰浸入防止手段となる内側への突形状部７を設けている。これにより、扁平管１の流路を塞ぐことなく、ろう付けを可能とする機能を有している。なお、図３（ａ）は扁平管１と扁平管継手２との接合部を示す斜視図であり、図３（ｂ）はその断面図である。

この過剰浸入防止手段となる内側への突形状部７は、プレス加工等により、図４に示すように、扁平形状部４の外側から凹形状部を追加工し、内側への突形状部７とすることで、扁平管１と扁平管継手２のクリアランスを一部狭くした構成としたものである。クリアランスの狭い箇所において、ろう材の浸入が防止されるストッパとしての役割が果たされ、この突形状部７から先の円管形状側への過剰なろう材６の浸入を塞き止め、扁平管１の内部の流路８を確保することが可能である。

なお、内側への突形状部７は、扁平管継手２の全周に設けてもよく、もしくは両側円弧部のみに設けてもよい。従来、ろう付けを行う際に、内側から窒素ガス等を吹き上げることで、ろう材の過剰浸入をある程度抑制していた。しかし、この形状を追加工することにより、窒素ガス等の吹き上げが不要となり、作業が効率化されるとともに、ガス流量のばらつき等に左右されず、安定して確実なろう材の過剰浸入の防止が可能となる。

また、本発明者の実験結果によれば、扁平形状部４において、扁平管１への拡管部の寸法が、図５に示すとおり、扁平形状から円管形状へと変化する箇所を受圧部９とし、受圧部長さをＡ、受圧部肉厚をＢとしたとき、内圧が負荷された場合、Ａ及びＢの寸法と内面に発生する応力との関係は、図６に示すとおりとなる。なお、図５（ａ）は扁平管継手２の扁平管１への拡管部の正面図、図５（ｂ）はその右側面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＰ−Ｐ線断面図を示している。また、図６の実験結果は、扁平管継手２の円管形状部の外径を５．０ｍｍ、内径を４．０ｍｍとし、扁平形状部４における開口内径の長径を１０．６ｍｍ、短径を２．３ｍｍとした試料による実験結果である。

この結果から、受圧部長さＡが短い程、受圧面積が小さくなり、発生応力が小さくなることがわかる。また、受圧部の肉厚Ｂは、拡管加工により、もとの円管材料肉厚よりも薄くなる傾向があり、肉厚が小さいほど、発生応力が増大する。よって、要求される応力の１２ＭＰａ〜１８ＭＰａにて破損しない耐圧強度を満足する形状を得るため、扁平間口寸法周長が円管形状部の間口寸法周長の１．９倍以下、受圧部長さＡが３．５ｍｍ以下、受圧部肉厚が０．３５ｍｍ以上の寸法を満足する形状に規定する。

以上のように、実施の形態１に係る扁平管継手によれば、扁平管をまとめて接続していたブロック状のヘッダ、および、扁平管をＵ字に曲げた継手と比べて、自由度の高い配管設計を可能とし、省スペースを図ることができ、要求される耐圧強度に対し、受圧部長さ、肉厚を規定することにより、要求強度を満足することが、可能であり、ろう材の流入により流路が塞がれ、圧損となることを防ぐことが可能となる。

実施の形態２.
次に、実施の形態２に係る扁平管継手について説明する。実施の形態１においては、扁平管継手の形状として、隣り合う扁平管同士をつなぐ構造としたが、図７に示すとおり、扁平形状部４を形成した端部に対するもう一方の端部１０を円形として、扁平管と円管１１とをつなぐ構造とすることも可能である。円形端部１０も同様に拡管により、円管１１を挿入する形状に加工し、ろう付けにより接合される。

さらに、両端接続部をつなぎ合わせる形状は、図２に示した曲げ加工する構造に加え、図８に示すようにＬ字形状としてもよい。

このように、従来、扁平管と円管もしくは扁平管を繋ぐ構成には、複数本の扁平管をブロック状ヘッダ等に集約して、ヘッダ内において流路を形成し、このヘッダを介した形で外側の円管へ接続される方式で実施されていたが、実施の形態２による継手構成とすることにより、扁平管と円管もしくは扁平管を１本単位で、任意本数、任意の方向（流路）で接続することができ、配管設計の自由度、空間の有効利用といった点において、より最適な流路を形成させる配管を得るために、有利な構成とすることができる。

実施の形態３.
次に、実施の形態３に係る扁平管継手について説明する。継手接続におけるろう付けの際に、ろう材の使用量、あるいはろう付け加熱温度等のばらつきにより、耐圧強度の劣化の可能性が懸念される。そこで、実施の形態３に係る扁平管継手は、さらに高い耐圧強度を得るために、図９に示すように、拡管加工によって肉厚が薄くなり耐圧強度が最も弱くなる受圧部９に、プレス加工等により、補強手段として外側から凹形状のリブ１２を追加工したものである。なお、補強手段としては、これに限らず、受圧部９の外表面に補強部材を接合してもよく、諸種の方法が考えられる。

円管形状から扁平管形状へ拡管加工により、形状を押し広げた場合、断面形状が変化する受圧部９のコーナー部の肉厚が最も薄くなり、耐圧強度が弱まり、耐圧試験においても、第一破壊箇所となる。この低耐圧力箇所においては、ろう付け時におけるろう材量、ろう付け加熱温度のばらつきにより、耐圧強度の劣化が顕著にあらわれるため、ろう付け条件に左右されない構造的な対策として、プレス加工等により外側からリブ１２を設けたものである。

リブ１２の設置箇所は、図９に示すとおり、受圧部９の両側円弧状斜面に各１箇所ずつ設け、内側への突出量は、過大量となると扁平管流路に対し圧損が大きくなるため、性能上問題のないレベルの圧損までの範囲とする。なお、図９（ａ）は扁平管継手の受圧部の斜視図であり、図９（ｂ）はその断面図である。

以上のように、実施の形態３に係る扁平管継手によれば、ろう付け条件等のばらつきに影響されることなく、更に高い耐圧強度を得ることができる。

１扁平管
２扁平管継手
３放熱フィン
４扁平形状部
５円管Ｕベンド部
６ろう材
７突形状部
８扁平管流路
９受圧部
１０円形端部円管
１１円管
１２補強リブ

Claims

扁平管を用いた熱交換器に使用される扁平管継手であって、円管部材の端部に扁平形状に拡管した扁平形状部を形成したことを特徴とする扁平管継手。
上記扁平形状部の扁平間口寸法周長が円管部周長の１．９倍以下、扁平形状から円管形状へと変化する受圧部長さが３．５ｍｍ以下、受圧部肉厚が０．３５ｍｍ以上の寸法を満足するものであることを特徴とする請求項１に記載の扁平管継手。
上記扁平形状部にろう材の過剰浸入防止手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の扁平管継手。
上記扁平形状部を上記円管部材の一端部に形成し、他端部に円形状に拡管した円形状を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の扁平管継手。
上記扁平形状部の扁平形状から円管形状へと変化する受圧部に、補強手段を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の扁平管継手。