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JP5279514B2 - 熱交換器、その製造方法及びこの熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents

熱交換器、その製造方法及びこの熱交換器を備えた空気調和機 Download PDF

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Description

本発明は、所定の間隔で積層されてその間を空気が流れる板状フィンと、複数の冷媒流路が設けられた扁平管からなり板状フィンに組込まれた伝熱管とからなる熱交換器、その製造方法及びこの熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。
従来のアルミ合金製扁平管を用いた熱交換器の製造方法に、扁平管にアルミニウム合金製ろう材を溶着により付着させ、ろう付け加工時に扁平管とコルゲートフィンとの未接合不具合の発生を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、アルミニウム合金製押出形成により形成される扁平状熱交換管の表面に、この扁平状熱交換管及びアルミニウム合金製部材で形成される板状フィンよりも融点の低いアルミニウム合金層を形成して、扁平状熱交換管と板状フィンとをろう付けするようにした熱交換器の製造方法がある（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−１９７９６号公報（第２−３頁、図１） 特開平９−７９７６６号公報（第３−４頁、図２）
特許文献１に記載の技術によれば、フィンピッチが大きく、所定の熱交換性能を得るためには、熱交換器が大きくなるという問題があった。
また、特許文献２に記載された熱交換器は、熱交換性能は高いが、扁平状熱交換管を板状フィンに高温でろう付けするため、板状フィンへの親水性処理を熱交換器として成型したのちに行わなければならないため、高価な表面処理加工工程の追加などにより、製造コストが増嵩するという問題があった。
また、事前にろう材を塗布した扁平状熱交換管を板状フィンの溝に挿入する場合、板状フィンの溝と扁平状熱交換管との間のクリアランスが小さいため、挿入時に板状フィンが変形したり、ろう材が板状フィンの表面処理皮膜に付着して板状フィンの親水性効果を低下させるなどの問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、伝熱効率を向上させて省スペース化すると共に、工程の簡素化によりコストを低減し、使用時の信頼性を向上することのできる熱交換器、その製造方法及びこの熱交換器を備えた空気調和機を提供することを目的としたものである。
本発明に係る熱交換器は、アルミニウム合金からなり、親水性皮膜処理が施されて所定の間隔で積層され、その間を空気が流れる複数の板状フィンと、アルミニウム合金からなる扁平管の断面の長軸方向に、該扁平管の長手方向に沿った複数の冷媒流路が設けられた扁平な伝熱管とを有し、前記伝熱管を前記板状フィンに設けた溝に嵌入し、該伝熱管の前縁部外面の前記板状フィンと接触しない部分に設けたはんだ層を溶融させて該はんだを前記伝熱管と前記板状フィンとの間のすき間に充填することにより該伝熱管を前記板状フィンに固定し、前記はんだは、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系のいずれかの組成のものである。
本発明に係る熱交換器の製造方法は、アルミニウム合金からなり、冷媒流路が設けられた扁平で長尺の伝熱管の前縁部外面の前記板状フィンと接触しない部分に、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系のいずれかの組成のはんだ層を形成し、所定の長さに切断する第一工程と、該第一工程後に行われる、アルミニウム合金からなり、前記伝熱管が嵌入し固定される溝を有する板状フィンの外面に親水性皮膜処理を施す第二工程と、該第二工程後に行われる、複数の前記板状フィンを所定の間隔で整列させる第三工程と、該第三工程後に行われる、前記板状フィンの溝に前記伝熱管を嵌入して加熱し、前記はんだを溶融させて前記伝熱管と板状フィンとの間に流入させる第四工程と、該第四工程後に行われる、冷却された前記はんだにより前記伝熱管を前記板状フィンに固定する第五工程とを有するものである。
本発明に係る空気調和機は、上記いずれかの熱交換器を備えたものである。
本発明は、冷媒流路を有する扁平な伝熱管の前縁部外面の板状フィンと接触しない部分に低融点のはんだ層を設け、この伝熱管を親水性皮膜処理が施されて積層された板状フィンに組込み、伝熱管に設けたはんだを溶融させて伝熱管と前記板状フィンとの間のすき間に充填することにより両者を一体に固定するようにしたので、製造が容易でコストを低減することができ、信頼性の高い熱交換器及びこれを備えた空気調和機を得ることができる。
本発明の実施の形態１に係る熱交換器の要部の説明図である。 図１の伝熱管の説明図である。 図１の板状フィンの要部の説明図である。 本発明の熱交換器の製造手順のフローチャートである。 本発明の熱交換器の製造手順の説明図である。 板状フィンに伝熱管を組込んだ状態を示す説明図である。 板状フィンに伝熱管が固定された状態を示す説明図である。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の要部の説明図、図２は図１の伝熱管の説明図、図３は図１の板状フィンの要部の説明図である。なお、説明を容易にするため図面の一部を誇張して示してある。
図において、１は冷媒流路３が設けられた扁平管２からなる伝熱管、１０は所定の間隔で積層され、伝熱管１が取付けられてその間を空気が流れる板状フィンである。
伝熱管１はアルミニウム合金からなる扁平管２の長軸方向に、長手方向に沿って複数の冷媒流路３を設けたもので、その長軸方向の一方の端部（以下、伝熱管１の前縁部という）の外面には、低融点のはんだ４の層（以下、はんだ層４ということがある）が設けられている。
このはんだ４は、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系のいずれかの組成のもので、その融点はいずれも１４０〜２３０℃であり、はんだ層４の厚みは５〜５０μｍである。また、その範囲は、伝熱管１を板状フィン１０の溝１１に挿入したときに、溝１１から露出して板状フィン１０に接触しない部分に設けられる（図６参照）。このため、板状フィン１０のピッチを小さくすることができ、省スペース化を実現できる。
アルミニウム合金からなる板状フィン１０は、その長手方向（幅方向）に所定の間隔で伝熱管１が嵌入、固定される複数の溝１１が設けられており、溝１１の両縁部には、一方の面側に折り曲げられたフィンカラー１２が設けられている。この溝１１は伝熱管１の外形と相似形であるが、その幅Ｗ1は伝熱管１の幅Ｗより１０〜５０μｍ程度大きく形成されている。なお、板状フィン１０の外面には、親水性皮膜処理（図示せず）が施されており、この親水性皮膜の耐熱温度は約２５０℃である。
次に、上記のように構成した熱交換器の製造方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
伝熱管１は、アルミニウム合金素材を、例えば、引き抜き加工あるいは押し出し加工により長尺に製造され、長軸方向の前縁部の外面にはんだ層４を設けたのち、適用する熱交換器の大きさに対応した寸法に切断される。
板状フィン１０は、アルミニウム合金の素材を所定の形状にプレス加工したのち外面に親水性皮膜処理を施し、ついで治具等により複数の板状フィンを所定の間隔で整列させ、積層する。このとき、前後の板状フィン１０の溝１１は同一線上に位置する。
ついで、図５に示すように、積層された前後方向の板状フィン１０の各溝１１に、それぞれ伝熱管１を嵌入して組込む。このときの状態を図６に示す。このとき、伝熱管１の前縁部に設けたはんだ層４は、板状フィン１０の溝１１から露出して板状フィン１０に接触しない位置にあり、また、伝熱管１の外周と溝１１（フィンカラー１２）との間には、僅かなすき間ｇ（１０〜５０μｍ／２）が形成されている。
次に、伝熱管１が溝１１に嵌入された板状フィルタ１０を加熱炉に装入し、はんだ４の融点（１４０〜２３０℃）より２０〜３０℃高い温度で５〜１０分程度加熱する。このとき、加熱炉内は還元雰囲気又は真空雰囲気であることが望ましいが、大気雰囲気で加熱する場合は、事前に伝熱管１にフラックスを塗布すれば、はんだの濡れがよくなる。なお、板状フィン１０の外面に施した親水性皮膜の耐熱温度は約２５０℃なので、加熱炉の加熱温度を２５０℃より低く設定することが必要である。
上記のように加熱炉により熱処理することにより、図７に示すように、はんだ４が溶融して伝熱管１と板状フィン１０（フィンカラー１２）との間のすき間ｇに毛細管現象により流入する。そして、冷却することにより、伝熱管１と板状フィン１０との間のすき間１０に熱伝導性の高いはんだ４が充填され、両者は一体に固定される。
本実施の形態に係る熱交換器は、アルミニウム合金からなり冷媒流路３を有する扁平管２からなる伝熱管１の前縁部外面にあらかじめ低融点のはんだ層４を設け、この伝熱管１を、アルミニウム合金からなり伝熱管１が嵌入固定される溝１１を有し、あらかじめ親水性皮膜処理が施されて積層された板状フィン１０に組込み、親水性皮膜の耐熱温度以下の低温で加熱して、板状フィン１０と伝熱管１との間のすき間に溶融したはんだ４を流入させて充填し、冷却することにより熱伝導性の高いはんだで両者を一体に固定するようにしたので、製造が容易でコストを低減することができ、省スペースで信頼性の高い熱交換器を得ることができる。
［実施の形態２］
本実施の形態は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を冷媒配管によって順次接続した冷凍サイクルを有する空気調和機において、凝縮器及び蒸発器の両者又はいずれか一方に、実施の形態１に係る熱交換器を用いたものである。
本実施の形態によれば、省スペースで信頼性の高い空気調和機を得ることができる。
１ 伝熱管、２ 扁平管、３ 冷媒流路、４ はんだ（はんだ層）、１０ 板状フィン、１１ 溝、１２ フィンカラー。

Claims (3)

  1. アルミニウム合金からなり、親水性皮膜処理が施されて所定の間隔で積層され、その間を空気が流れる複数の板状フィンと、アルミニウム合金からなる扁平管の断面の長軸方向に、該扁平管の長手方向に沿った複数の冷媒流路が設けられた扁平な伝熱管とを有し、
    前記伝熱管を前記板状フィンに設けた溝に嵌入し、該伝熱管の前縁部外面の前記板状フィンと接触しない部分に設けたはんだ層を溶融させて該はんだを前記伝熱管と前記板状フィンとの間のすき間に充填することにより該伝熱管を前記板状フィンに固定し、
    前記はんだは、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系のいずれかの組成のものである
    ことを特徴とする熱交換器。
  2. アルミニウム合金からなり、冷媒流路が設けられた扁平で長尺の伝熱管の前縁部外面の前記板状フィンと接触しない部分に、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系のいずれかの組成のはんだ層を形成し、所定の長さに切断する第一工程と、
    該第一工程後に行われる、アルミニウム合金からなり、前記伝熱管が嵌入し固定される溝を有する板状フィンの外面に親水性皮膜処理を施す第二工程と、
    該第二工程後に行われる、複数の前記板状フィンを所定の間隔で整列させる第三工程と、
    該第三工程後に行われる、前記板状フィンの溝に前記伝熱管を嵌入して加熱し、前記はんだを溶融させて前記伝熱管と板状フィンとの間に流入させる第四工程と、
    該第四工程後に行われる、冷却された前記はんだにより前記伝熱管を前記板状フィンに固定する第五工程とを有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
  3. 請求項１の熱交換器又は請求項２によって製造された熱交換器を備えたことを特徴とする空気調和機。
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