JP2018017424A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平管に対し多孔質体からなるフィンを隙間なく接触した状態でろう付けできる熱交換器の製造方法を提供する。
【解決手段】空気と熱交換される媒体が内部に流される複数の扁平管２０が空気流通路４０を空けて積層状態に配設され、各扁平管２０の間に多孔質体からなる伝熱用のフィン３０が装着された熱交換器の製造方法であって、隣り合う扁平管２０の間の間隔を、空気流通路４０の入口側と出口側とで異ならせ、フィン３０を、該間隔の広い側から狭い側に向けて空気流通路４０に挿入して扁平管２０に接触させ、かつ、加圧しながら扁平管２０にろう付けする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば空調機用の熱交換器や自動車用ラジエータ等の熱交換器に係り、特に、複数の扁平管の間に多孔質体からなるフィンを設けた構造を備えた熱交換器の製造方法に関する。

三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造を有する多孔質体は、連結する気孔にガスあるいは液体等の流体を通過させるとともに、これらの流体を濾過処理するフィルター（特許文献１、２等）や、これらの流体を骨格表面に担持した触媒により改質する触媒用担体等（特許文献２等）に用いられている。また最近では、表面積の大きさを利用し熱交換器の伝熱用のフィンとしての利用も進められている（特許文献３）。

特開平０５−３３９６０５号公報 特開平０８−０２０８３１号公報 特開２００５−３２６１３６号公報

上記特許文献３には、複数の扁平管の間に多孔質体からなるフィンを設け、各扁平管の端部をヘッダで連通した構造の熱交換器が記載されている。このような熱交換器では、熱交換性能を十分に確保するために、扁平管とフィンはろう付けによって金属学的により多くの面積で接合されることが望ましい。また、製造を簡略化するためには、ヘッダも一括でろう付けすることが求められる。しかしながら、フィンの寸法や扁平管の隙間のばらつきにより扁平管とフィンの間に隙間が生じてしまい、これに起因して熱伝導率の低下を招く問題があった。

以上のことから、本発明は、扁平管に対し多孔質体からなるフィンを隙間なく接触した状態でろう付けすることができ、結果として高い熱伝導率により熱交換の効率向上が図られる熱交換器の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の熱交換器の製造方法は、空気と熱交換される媒体が内部に流される複数の扁平管が空気流通路を空けて積層状態に配設され、前記扁平管の間に多孔質体からなる伝熱用のフィンが装着された熱交換器の製造方法であって、隣り合う前記扁平管の間の間隔を、前記空気流通路の入口側と出口側とで異ならせ、前記フィンを、該間隔の広い側から狭い側に向けて前記空気流通路に挿入して前記扁平管に接触させ、かつ、加圧しながら該扁平管にろう付けすることを特徴としている。

本発明によれば、隣り合う扁平管の間の空気流通路に、間隔の広い側から狭い側に向けてフィンを挿入することにより、扁平管に対しフィンを隙間なく接触させた状態でろう付けすることができる。その結果、高い熱伝導率が得られ、熱交換の効率向上が図られる。

本発明において、隣り合う扁平管の間の間隔を空気流通路の入口側と出口側とで異ならせるには、扁平管の設置角度を調整したり、扁平管の厚さを調整したりすることで可能である。

本発明では、前記フィンの側断面形状および寸法を前記空気流通路の側断面形状と同様にする形態を含む。この形態によれば、扁平管に対しフィンを隙間なく接触させることを確実に達成することができる。また、扁平管へのフィンの接触圧力を扁平管の入口側から出口側にわたって均一化することができ、ろう付け強度に偏りが生じにくくなる。

本発明によれば、扁平管に対し多孔質体からなるフィンを隙間なく接触した状態でろう付けすることができ、結果として高い熱伝導率により熱交換の効率向上が図られる熱交換器を製造することができるといった効果が奏される。

本発明の一実施形態に係る熱交換器の正面図である。 一実施形態の製造方法においてフィンを扁平管の間にろう付けする過程を示す断面図であり、（ａ）フィンを扁平管の間に挿入している状態、（ｂ）フィンを扁平管にろう付けしている状態を示す。 他の実施形態の扁平管を使用した場合において扁平管の間にろう付けする過程を示す断面図であり、（ａ）フィンを扁平管の間に挿入している状態、（ｂ）フィンを扁平管にろう付けしている状態を示す。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］熱交換器の構造
図１は一実施形態に係る製造方法で製造された熱交換器１を示している。この熱交換器１は、図中左右一対のヘッダ１０と、これらヘッダ１０間に互いに平行に配設された複数の扁平管２０と、これら扁平管２０の間に装着された伝熱用のフィン３０とから構成されている。

ヘッダ１０は中空パイプ状であって、一方のヘッダ１０内に冷媒が導入され、その冷媒は各扁平管２０内を流れて他方のヘッダ１０内に導出される。扁平管２０は、図２に示すように長手方向に貫通する複数の冷媒通路２１が内部に形成されており、各ヘッダ１０内にそれら冷媒通路２１が連通する状態に、扁平管２０の端部がヘッダ１０にろう付けによって固着されている。

熱交換器１は例えば自動車用ラジエータに適用されるものであり、各扁平管２０の間の空気流通路４０に、空気が正面側から裏面側（図１で図面表側から裏側）に流れる状態に設置される。扁平管２０は、図１に示すように空気流通路４０を空けて等間隔に上下に積層した状態に配設されており、空気流通路４０にフィン３０が充填状態で装着されている。フィン３０は、上下の扁平管２０にろう付けによって固着されている。

フィン３０はアルミニウム系多孔質体であって、三次元状に連結するアルミニウムからなる骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成された三次元網目状構造を有している。このような多孔質体は、例えば、発泡樹脂の骨格表面に、電気メッキやスプレー塗着等の方法で金属層を形成した後、加熱して樹脂を分解除去するといった周知の方法で得ることができる。このような三次元網目状構造を有するアルミニウム系多孔質体は、流体との接触面積が大きいことから、熱交換器の伝熱部材あるいは吸熱部材として極めて有効なものである。

この熱交換器１によれば、冷媒導入側のヘッダ１０から各扁平管２０を流れて導出側のヘッダ１０に流れ込む冷媒の温度が、扁平管２０を流れる際にフィン３０に伝わり、さらにフィン３０を通過する空気に伝わって冷媒と空気の熱交換がなされ、冷媒が冷却されるといった作用をなす。

［２］熱交換器の製造方法
熱交換器１は、ヘッダ１０への扁平管２０のろう付けと、扁平管２０へのフィン３０のろう付けとを同時に行って製造する。このろう付け作業を行うにあたって本実施形態では、扁平管２０は幅方向（図１で左右方向）は平行に設置するが、図２に示すように、奥行き方向（ヘッダ１０の延びる上下方向と直交する前後方向であり、図２で左右方向）は、その奥行き方向に対し交互に若干傾斜させ、空気流通路４０の入口側と出口側とで上下に隣り合う扁平管２０の間の間隔を異ならせた状態に設置する。図２でＡは空気の入口側、Ｂは出口側をそれぞれ示している。これにより空気流通路４０の側断面形状はくさび状となる。扁平管２０の傾斜角度は奥行き方向に対して１〜５°程度とする。

なお、図２では全ての扁平管２０を傾斜させているが、１つおきに逆方向に傾斜させてそれら傾斜する扁平管２０の間の扁平管２０は奥行き方向と平行に設置することで、上下に隣り合う扁平管２０の間の空気流通路４０の側断面形状をくさび状としてもよい。

また、フィン３０は、図２に示すように、その側断面形状ならびに寸法を、空気流通路４０の側断面形状と同様のくさび状に加工したものを用いる。

ヘッダ１０への扁平管２０のろう付けと、扁平管２０へのフィン３０のろう付けとを同時に行うには、予めそれらの相互の接合面にろう材を塗布した状態で、仮固定した左右のヘッダ１０間に、まず扁平管２０を図２に示すように奥行き方向を交互に傾斜させて設置する。次いで、フィン３０を、扁平管２０の間の空気流通路４０に挿入する。

フィン３０の挿入は、図２（ａ）に示すように、扁平管２０の間の間隔が広い側において、側断面形状が空気流通路４０と一致する状態となるように配してから、空気流通路４０内に挿入する。すなわちフィン３０を、扁平管２０の間の間隔が広い側から狭い側に向けて、薄い方の端部から空気流通路４０に向けて挿入する。したがってフィン３０は空気流通路４０に対し交互に入口側と出口側から挿入することになる

このようにフィン３０を挿入すると、図２（ｂ）に示すようにフィン３０の上下面がそれぞれ上下の扁平管２０の扁平面に接触するが、接触した状態でさらに挿入方向にフィン３０に荷重をかけて加圧した保持し、その状態で、フィン３０を扁平管２０にろう付けし、これとともに扁平管２０をヘッダ１０にろう付けする。ろう付けは、熱交換器１全体をろう材が溶融するろう付け温度まで加熱し、その後、冷却することで達成される。

［３］一実施形態の効果
本実施形態によれば、隣り合う扁平管２０の間の空気流通路４０に、間隔の広い側から狭い側に向けてフィン３０を挿入することにより、扁平管２０に対しフィン３０を隙間なく接触させた状態でろう付けすることができる。その結果、高い熱伝導率が得られ、熱交換の効率向上が図られる。

本実施形態では、フィン３０の側断面形状および寸法を空気流通路４０の側断面形状と同様にしているため、扁平管２０に対しフィン３０を隙間なく接触させることを確実に達成することができる。これにより、扁平管２０へのフィン３０の接触圧力を扁平管２０の入口側から出口側にわたって均一化することができ、その結果、ろう付け強度に偏りが生じにくくなり、良好なろう付けが可能となる。

［４］他の実施形態
上記実施形態は、隣り合う扁平管２０の間の間隔を空気流通路４０の入口側と出口側とで異ならせる手段として、扁平管２０の奥行き方向の設置角度を傾斜させる手段を採用しているが、図３に示すように、扁平管２０の厚さを入口側から出口側にわたってしだいに変化するように調整することによっても可能である。

図３の場合は、上下に並ぶ全ての扁平管２０を、断面くさび状のものとし、厚さが小さい方を入口側に向け、奥行き方向を平行にして設置している。このため全ての空気流通路４０は入口側が広く、出口側が狭くなっており、フィン３０は、入口側から挿入し、上記実施形態と同様に挿入方向にフィン３０を加圧しながらろう付けする。

本発明は、空調機用の熱交換器や自動車用ラジエータ等の熱交換器を製造する方法として利用可能である。

１…熱交換器
２０…扁平管
３０…フィン
４０…空気流通路
Ａ…空気流通路の入口側
Ｂ…空気流通路の出口

Claims (4)

1. 空気と熱交換される媒体が内部に流される複数の扁平管が空気流通路を空けて積層状態に配設され、前記扁平管の間に多孔質体からなる伝熱用のフィンが装着された熱交換器の製造方法であって、
   隣り合う前記扁平管の間の間隔を、前記空気流通路の入口側と出口側とで異ならせ、
   前記フィンを、該間隔の広い側から狭い側に向けて前記空気流通路に挿入して前記扁平管に接触させ、かつ、加圧しながら該扁平管にろう付けする熱交換器の製造方法。
2. 前記扁平管の設置角度を調整することで、隣り合う該扁平管の間の間隔を、前記空気流通路の入口側と出口側とで異ならせる請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
3. 前記扁平管の厚さを調整することで、隣り合う該扁平管の間の間隔を、前記空気流通路の入口側と出口側とで異ならせる請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
4. 前記フィンの側断面形状および寸法を、前記空気流通路の側断面形状と同様にした請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器の製造方法。

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