JP2852466B2

JP2852466B2 - 熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JP2852466B2
Application number: JP2301292A
Authority: JP
Inventors: 忠善大橋
Original assignee: SHOWA ARUMINIUMU KK
Current assignee: SHOWA ARUMINIUMU KK
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1999-02-03
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JPH04172172A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、たとえば夏季には冷房に用いられるとと
もに、冬季には暖房に用いられる冷暖房装置に使用され
る熱交換器の製造方法に関し、さらに詳しくは夏季に冷
房用の冷媒として利用されるフレオン等を、冬季には石
油バーナまたはガスバーナー等の燃焼熱により加熱して
蒸発させ、その潜熱を利用して暖房を行う冷暖房装置に
おいて、冷媒をバーナの燃焼熱により加熱するのに使用
される熱交換器を製造する方法に関する。

この明細書において、「アルミニウム」という語に
は、純アルミニウムのほかにアルミニウム合金を含むも
のとする。

従来の技術このような冷暖房装置としては、第９図に示すよう
に、燃焼ガスにより冷媒を加熱する熱交換器（40）と、
放熱器（41）と、熱交換器（40）と放熱器（41）とを連
結する密閉管路（42）と、密閉管路（42）の途中に設け
られて冷媒を強制循環させる冷媒搬送機（43）とよりな
るものが用いられている。

従来、このような冷暖房装置の熱交換器としては、第
10図に示すように、内部が燃焼室とされるアルミニウム
押出型材製円筒状燃焼胴（50）の周壁（50a）に、燃焼
胴（50）の軸線方向に伸びる貫通孔（51）が円周方向に
所定間隔をおいて複数形成され、燃焼胴（50）の周壁
（50a）内面に、長さ方向にのびる複数のフィン（52）
が円周方向に所定間隔において一体に形成され、複数の
ヘアピン状冷媒流通管（53）の直管部が隣り合う貫通孔
（51）内に挿通させられ、各ヘアピン状冷媒流通管（5
3）がＵ字状連結管（54）で連結され、燃焼胴（50）の
一端開口にバーナ（55）が取付けられたものが使用され
ていた。

発明が解決しようとする課題ところが、上記従来の熱交換器では、冷媒の通路が冷
媒流通管（53）の屈曲部および連結管（54）においてそ
れぞれＵ形に屈曲されたものとなっているので、圧力損
失が大きくなるという問題があった。また、冷媒通路の
断面積が小さいという問題があった。

そこで、上記問題を解決する熱交換器として、アルミ
ニウム製円筒状燃焼胴と、内部に複数の冷媒通路を有
し、かつ冷媒通路が円周方向または燃焼胴の軸線方向に
伸びるように燃焼胴の外周面に密着させられて燃焼胴に
ろう付されたアルミニウム製円弧管状冷媒通路部材とを
備えたものが提案されている（実開昭63−97066号公
報）。この熱交換器では、上述した従来の熱交換器を有
する問題点は解消できるが、次のような問題が生じると
考えられる。すなわち、燃焼胴が円筒状であるとともに
冷媒通路部材が円弧状であるので、このような熱交換器
を製造するためには、複雑な構造の治具を、多く必要と
するとともに、治具による燃焼胴と冷媒通路部材との固
定作業が面倒になるという問題がある。

また、治具による固定時に燃焼胴と冷媒通路部材とを
完全に密着させることはできず、その結果製造された熱
交換器における燃焼胴の外周面と冷媒通路部材との間に
隙間ができることは避け得ない。そして、このような隙
間が存在すると、熱伝達効率が低下する。また、上記隙
間が存在すると、冷媒通路部材における燃焼胴側の壁に
孔食が発生した場合、フレオンなどの冷媒が洩れて上記
隙間に入り込み、これが燃焼胴に孔食を発生させる原因
となる。その結果、上記フレオンが燃焼胴内に侵入し、
フレオンと燃焼ガスとが反応して有毒ガスが発生する。

この発明者らは、上記の問題を解決するために、先
に、一端にバーナが取付けられる筒状燃焼胴と、燃焼胴
の他端開口を閉鎖するアルミニウム製伝熱隔壁と、伝熱
隔壁の前面にろう付けされかつ内部に複数の冷媒通路を
有するアルミニウム製偏平管状冷媒通路部材と、伝熱隔
壁の後面にろう付けされている高温ガス流規制部材とを
備えた熱交換器の製造方法を提案した（特願平２−1438
19号）。

しかしながら、この先提案の方法では、伝熱隔壁と偏
平管状冷媒通路部材との接合面積が広いために、部品精
度とくに平坦度が良くないと、空気溜まりが生じ、接合
率が下がるという問題があった。

この発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、
ろう付のさい、構造の簡単なろう付治具を用いればよ
く、しかもその数も少なくてすみ、治具による固定作業
が簡単であるとともに、例え部品精度が良くない場合で
あっても、空気溜まりを生じることなく、接合率を大幅
に向上し、かつ熱伝達率が向上し、さらに有毒ガスの発
生を防止できる、熱交換器の製造方法を提供しようとす
るにある。

課題を解決するための手段この発明による熱交換器の製造方法は、一端にバーナ
が取付けられる筒状燃焼胴と、燃焼胴の他端開口を閉鎖
するアルミニウム製伝熱隔壁と、伝熱隔壁の前面にろう
付けされかつ内部に複数の冷媒通路を有するアルミニウ
ム製偏平管状冷媒通路部材と、伝熱隔壁の後面にろう付
けされている高温ガス流規制部材とを備えた熱交換器を
製造する方法であって、偏平管状冷媒通路部材の後壁表
面に、多数の空気排出用兼ろう材充填用凹条を並列状に
設け、該冷媒通路部材の後壁表面に伝熱隔壁の前面をろ
う付けすることを特徴とする、熱交換器の製造方法を要
旨としている。

作用この発明の熱交換器の製造方法によれば、ろう付のさ
い、構造の簡単なろう付治具を用いればよく、しかもそ
の数も少なくてすみ、治具による固定作業が簡単であ
る。そして、この発明では、とくに偏平管状冷媒通路部
材の後壁表面に、多数の空気排出用兼ろう材充填用凹条
を並列状に設けて、該冷媒通路部材の後壁表面に伝熱隔
壁の前面をろう付けするものであるから、いわゆる面接
合を線接合に、できるだけ近付けることができて、例え
部品の精度が良くない場合であっても、空気溜まりを生
じることなく、接合率を大幅に向上し得るとともに、燃
焼胴から伝熱隔壁を介して冷媒通路部材への熱伝達率が
向上する。また仮に、冷媒通路部材に孔食が発生して、
フレオンなどの冷媒が洩れたとしても、伝熱隔壁の存在
によって燃焼胴への孔食の発生を未然に防止することが
できるので、フレオンと燃焼ガスとの反応による有毒ガ
スの発生を防止できるものである。

実施例つぎに、この発明の実施例を、図面を参照して説明す
る。

以下の説明において、前後、左右は第２図を基準と
し、前とは第２図上側を指し、後とはこれと反対側を指
すものとする。また、左とは第２図左側を指し、右とは
これと反対を指すものとする。

第１図〜第５図において、熱交換器（１）は、両端が
開口した横向き筒状燃焼胴（２）と、燃焼胴（２）の後
端に取付けられかつ石油、ガス等を燃料とするバーナ
（Ｂ）と、燃焼胴（２）の前端開口を閉鎖するアルミニ
ウム製伝熱隔壁（３）と、伝熱隔壁（３）の内側に形成
されている高温ガス通路（４）と、内部に上下方向にの
びる複数の冷媒通路（６）を有しかつ後壁（5a）表面に
並列状の多数の空気排出用兼ろう材充填用凹条（７）を
有するとともに、伝熱隔壁（３）の前面にろう付された
アルミニウム押出型材製偏平管よりなる冷媒通路部材
（５）とよりなる。

なお、偏平管状冷媒通路部材（５）の凹条（７）の深
さは、0.2mm以下とするのが、好ましい。

燃焼胴（２）は、円筒部（2a）と、円筒部（2a）の前
端部に形成された拡開部（2b）とを備えており、円筒部
（2a）内が燃焼室（８）となされている。また、円筒部
（2a）の内周面は断熱材（21）で覆われている。拡開部
（2b）内に高温ガス通路（４）が設けられている。

伝熱隔壁（３）は、第３図に示すような芯材（3a）お
よび芯材（3a）の両面を覆うろう材製皮材（3b）からな
るブレージングシートで形成されている。ブレージング
シートの芯材（3a）は、亜鉛0.9〜1.4重量％、マンガン
1.0〜1.5重量％、クロム0.03〜0.12重量％を含み、残部
アルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム
合金で形成されている。

皮材（3b）は、ケイ素7.9〜9.5重量％、鉄0.4〜0.5重
量％、亜鉛0.5〜３重量％を含み、残部アルミニウムお
よび不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材で形
成されている。皮材（3b）中の亜鉛含有量は、0.9〜1.4
重量％の範囲内にあることが好ましい。伝熱隔壁（３）
の上端部には、排気管（９）が接続されている。

高温ガス通路（４）は、上下に所定間隔をおいて配置
された２つのアルミニウム押出型材製高温ガス流規制部
材（11）を備えている。

各高温ガス流規制部材（11）は、上下方向にのびる左
右側壁部（11a）、左右側壁部（11a）の後縁部どうしを
連結する後壁部（11b）、および左右側壁部（11a）の幅
の中央部どうしを連結する中間壁部（11c）を備えてお
り、後壁部（11b）と中間壁部（11c）との間、および中
間壁部（11c）の前面にそれぞれこれらと直角をなすよ
うに、第１伝熱フィン（11d）および第２伝熱フィン（1
1e）が一体に設けられ、隣り合う両伝熱フィン（11d）
（11e）間および左右両端の両伝熱フィン（11d）（11
e）と左右側壁部（11a）との間の通路部分（13）に高温
の燃焼排気ガスが流れるようになっている。

下側の高温ガス流規制部材（11）の隣り合う伝熱フィ
ン（11d）（11e）間のピッチは、上側の高温ガス流規制
部材（11）のそれよりも小さくされて、伝熱フィン（11
d）（11e）の数が多くなっており、伝熱面積が大きくな
るようになされていることが好ましい。

上下の高温ガス流規制部材（11）の左右側壁部（11
a）どうしの間には、後端が左右側壁部（11a）の後縁ま
で達しており、かつ両高温ガス流規制部材（11）間から
の排気ガスの側方への流出を防止するガス漏れ防止部分
（17）が設けられている。各高温ガス流規制部材（11）
は、その第２伝熱フィン（11e）の先端が伝熱隔壁
（３）にろう付されるとともに、左右両側縁部において
上下にのびる固定部材（16）を介して伝熱隔壁（３）に
固定されており、後壁部（11b）の後面に、円筒部（2
a）の前端部周縁が当接している。

したがって、燃焼室（８）内で生じた高温の燃焼排気
ガスは、上下の高温ガス流規制部材（11）の間に形成さ
れた連通口（30）を通って高温ガス通路（４）内に流入
するようになっている。

固定部材（16）は、芯材（16a）および芯材（16a）の
両面を覆うろう材製皮材（16b）からなるブレージング
シートで形成されている。ブレージングシートの芯材
（16a）は、銅0.05〜0.20重量％、マンガン1.0〜1.5重
量％を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物から
なるアルミニウム合金で形成されている。皮材（16b）
は、ケイ素8.0〜10.0重量％、鉄0.2〜0.5重量％を含
み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなるアル
ミニウム合金ろう材で形成されている。

固定部材（16）は横断面略Ｌ字形で、伝熱隔壁（３）
の内面に密接する第１部分（14）と、この第１部分（1
4）の互いに対向する縁部から後方に突出した第２部分
（15）とより構成されている。第２部分（15）は、高温
ガス流規制部材（11）の左右側壁部（11a）の内面に密
接せしめられている。左右側壁部（11a）の前側縁部は
第１部分（14）の厚さ分だけ切断されており、第２伝熱
フィン（11e）と伝熱隔壁（３）との間に隙間が生じな
いようになっている。

また、第１部分（14）および第２部分（15）に連なっ
てガス漏れ防止部分（17）が一体的に設けられている。
第２部分（15）の上下両端部には、後方突出部（15a）
が一体的に設けられており、この後方突出部（15a）が
中間壁部（11c）の端部に当たっている。

また、第２部分（15）には、上下方向に所定間隔をお
いて複数の孔（18）が形成されており、これらの孔（1
8）に、伝熱隔壁（３）に一体的に設けられた突起（1
9）を嵌め入れた状態で伝熱隔壁（３）にろう付されて
いる。

突起（19）は横断面略Ｌ字形で、伝熱隔壁（３）にコ
字形の切込みを入れ、この切込みに囲まれた部分を後方
に曲げかつ高温ガス流規制部材（11）側に曲げることに
より形成されたものである。突起（19）の後方屈曲部
（19a）に、孔（18）の高温ガス流規制部材（11）側の
縁部が当接することにより、突起（19）を形成するため
にできた孔（20）が塞がれている。

また、高温ガス通路（４）には、上側の高温ガス流規
制部材（11）の上方に存在し、かつ上側の高温ガス流規
制部材（11）の通路部分（13）の上端と排気管（９）と
を連通させる案内略（31）が設けられるとともに、下側
の高温ガス流規制部材（11）の下側および両高温ガス流
規制部材（11）の左右両側に存在し、かつ下側の高温ガ
ス流規制部材（11）の通路部分（13）の下端と排気管
（９）とを連通させる案内路（32）が設けられている。

冷媒通路部材（５）の上下両端部は、それぞれ前方に
水平に向くように曲げられており、その先端がヘッダ
（22）に接続されている。上記屈曲部を（5b）で示す。
下側のヘッダ（22）が入口側ヘッダであり、その左端部
に冷媒入口管（23）が接続されている。冷媒中にはコン
プレッサのオイルが常に溶存しており、冷媒を加熱気化
させると次第にこのオイルが溜まり、その粘性と低伝熱
性により冷媒の気化および循環を阻害するので、これを
防止する目的で入口側ヘッダ（22）の右端部にオイル抜
き管（24）が接続されている。

上側のヘッダ（22）が出口側ヘッダであり、その左端
部に冷媒出口管（25）が接続されている。両ヘッダ（2
2）の周壁には、それぞれ軸線方向にのびる長孔（26）
が形成されており、冷媒通路部材（５）の屈曲部（5b）
の先端がこの長孔（26）を通ってヘッダ（22）内に挿入
され、ヘッダ（22）の周壁にろう付されている。両ヘッ
ダ（22）は、第５図に示すように、芯材（22a）の両面
がろう材製皮材（22b）で覆われたブレージングシート
（22）の両側縁に、それぞれ相互に重ね合わされる傾斜
部（28）が形成され、傾斜部（28）どうしが重なり合う
ようにブレージングシート（22）が円筒状に成形されて
ヘッダ素材とされ、ヘッダ素材の傾斜部（28）どうしが
ろう付されることにより形成されたものである。傾斜部
（28）どうしのろう付はヘッダ（22）と冷媒通路部材
（５）および他の部材のろう付と同時に行われる。

このような構成において、バーナ（Ｂ）の燃焼ガス
は、上下の高温ガス流規制部材（11）間に形成された連
通口（30）を通って高温ガス通路（４）内に入り、上側
の高温ガス流規制部材（11）の通路部分（13）内を上方
に流れ、さらに案内路（31）を通って排気管（９）から
排出される。また、同じく下側の高温ガス流規制部材
（11）の通路部分（13）内を下方に流れ、さらに案内路
（32）を通って排気管（９）から排出される。排気ガス
の有する熱は、高温ガス通路（４）内を流れる間に、直
接または伝熱フィン（11d）（11e）を経て伝熱隔壁
（３）に伝わり、伝熱隔壁（３）および冷媒通路部材
（５）の周壁を通って冷媒通路部材（５）の冷媒通路
（６）内を流れる冷媒に伝わる。冷媒は、バーナ（Ｂ）
の燃焼熱により加熱気化せしめられ、その潜熱を利用し
て暖房が行われる。このとき、冷媒は、まず冷媒通路部
材（５）内の下部において加熱されて部分的に気化し、
気化した冷媒の作用によって冷媒通路（６）内を自然に
上昇し、全体が気化する。

そして、下側の高温ガス流規制部材（11）の隣り合う
伝熱フィン（11d）（11b）間のピッチが、上側の高温ガ
ス流規制部材（11）のそれよりも小さくされて、伝熱面
積が大きくなっていると、下部における冷媒への伝熱量
が大きくなって上記自然上昇力が大きくなる。

以下、熱交換器（１）を製造する方法について、第４
図および第６図〜第８図を参照して説明する。

予め、アルミニウムブレージングシート製伝熱隔壁
（３）、後壁（5a）表面に並列状の空気排出用兼ろう材
充填用凹条（７）を有する偏平管状冷媒通路部材（５）
（第４図参照）、高温ガス流規制部材（11）、アルミニ
ウムブレージングシート製固定部材（16）、アルミニウ
ムブレージングシートを円筒状に成形してなりかつ長孔
（26）を有するヘッダ素材（29）を用意しておく。

伝熱隔壁（３）には、突起（19）を形成しておく。ま
た固定部材（16）には、孔（18）を形成しておく。

そして、まず固定部材（16）の孔（18）に伝熱隔壁
（３）の突起（19）を通すことにより、固定部材（16）
を伝熱隔壁（３）に仮止めする。このとき、突起（19）
の後方屈曲部（19a）を固定部材（16）の孔（18）の高
温ガス流規制部材（11）側の縁に当接させて突起（19）
を形成するために伝熱隔壁（３）にできた孔（20）を塞
いでおく。

ついで、左右側壁部（11a）が固定部材（16）の第２
部分（15）の外面に密接するように、両高温ガス流規制
部材（11）を配置する。このとき、第２部分（15）の上
下両端部に一体的に設けられた後方突出部（15a）が中
間壁部（11c）の端部に当たるとともに、ガス漏れ防止
部分（17）が後壁部（11b）および中間壁部（11c）に当
たる。したがって、固定部材（16）により、高温ガス流
規制部材（11）の左右方向および上下方向の位置決めが
なされる。

その後、伝熱隔壁（３）の反対側の面に冷媒通路部材
（５）を配置するとともに、ヘッダ素材（29）の長孔
（26）の屈曲部（5b）の先端を挿入し、これらを図示し
ない適当な治具で固定する。

そして、伝熱隔壁（３）と固定部材（16）、伝熱隔壁
（３）と高温ガス流規制部材（11）、固定部材（16）と
高温ガス流規制部材（11）、伝熱隔壁（３）と冷媒通路
部材（５）、ヘッダ素材（29）の傾斜部（28）どうし、
および冷媒通路部材（５）と長孔（26）の周縁部をそれ
ぞれろう付する。

この発明では、とくに偏平管状冷媒通路部材（５）の
後壁（5a）表面に、多数の空気排出用兼ろう材充填用凹
条（７）を並列状に設けて、該冷媒通路部材（５）の後
壁（5a）表面に伝熱隔壁（３）の前面をろう付けするも
のであるから、いわゆる面接合を線接合にできるだけ近
付けることができて、例え部品の精度が良くない場合で
あっても、空気溜まりを生じることない。これによって
接合率を大幅に向上し得るものである。

また、このろう付工程時の加熱によって、伝熱隔壁
（２）の皮材（3b）に含まれていた亜鉛が芯材（3a）の
アルミニウム中に拡散させられて、防食のための亜鉛拡
散層が形成される。

さらに、伝熱隔壁（３）を燃焼銅（２）に固定するこ
とによって、熱交換器（１）製造される。

なお、上記実施例においては、偏平管状冷媒通路
（５）の後壁（5a）表面に、多数の空気排出用兼ろう材
充填用凹条（７）を並列状に設けられているが、このよ
うな空気排出用兼ろう材充填用凹条（７）の位置、およ
び数は、とくに限定されるものではなく、任意である。

また実施例では、ろう付工程時の加熱によって、伝熱
隔壁（３）の表面側に、防食のための亜鉛拡散層が形成
されるようになされているが、凹条（７）を有する偏平
管状冷媒通路部材（５）の表面側にも、防食のために亜
鉛メッキ層（７）を設ける場合もある。

発明の効果この発明は、上述のように、一端にバーナが取付けら
れる筒状燃焼胴と、燃焼胴の他端開口を閉鎖するアルミ
ニウム製伝熱隔壁と、伝熱隔壁の前面にろう付けされか
つ内部に複数の冷媒通路を有するアルミニウム製偏平管
状冷媒通路部材と、伝熱隔壁の後面にろう付けされてい
る高温ガス流規制部材とを備えた熱交換器を製造する方
法であって、偏平管状冷媒通路部材の後壁表面に、多数
の空気排出用兼ろう材充填用凹条を並列状に設け、該冷
媒通路部材の後壁表面に伝熱隔壁の前面をろう付けする
もので、この発明の方法によれば、ろう付のさい、構造
の簡単なろう付治具を用いればよく、しかもその数も少
なくてすみ、治具による固定作業が簡単である。

そして、この発明では、とくに偏平管状冷媒通路部材
の後壁表面に、多数の空気排出用兼ろう材充填用凹状を
並列状に設けて、該冷媒通路部材の後壁表面に伝熱隔壁
の前面をろう付けしているから、いわゆる面接合を線接
合に、できるだけ近付けることができて、例え部品の精
度が良くない場合であっても、空気溜まりを生じること
なく、接合率を大幅に向上し得るとともに、燃焼胴から
伝熱隔壁を介して冷媒通路部材への熱伝達率が向上す
る。

また仮に、冷媒通路部材に孔食が発生して、フレオン
などの冷媒が洩れたとしても、伝熱隔壁の存在によって
燃焼胴への孔食の発生を未然に防止することができるの
で、フレオンと燃焼ガスとの反応による有毒ガスの発生
を防止できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法により製造した熱交換器の一部
切欠き斜視図、第２図は同水平拡大断面図、第３図は偏
平管状冷媒通路部材の要部拡大図、第４図は第２図の要
部拡大図、第５図はヘッダ部分の拡大横断面図、第６図
〜第８図はこの発明による熱交換器の製造方法を工程順
に示すもので、第６図は伝熱隔壁、高温ガス流規制部
材、および固定部材の仮組前の配置状態を示す部分拡大
斜視図、第７図は伝熱隔壁、冷媒通路部材、高温ガス流
規制部材およびヘッダのろう付前の状態を示す概略断面
図、第８図は同じくろう付後の状態を示す概略断面図、
第９図は冷暖房装置を示すブロック図、第10図は従来の
熱交換器の一例を示す斜視図である。（１）……熱交換器、（２）……筒状燃焼胴、（３）…
…伝熱隔壁、（５）……偏平管状冷媒通路部材、（5a）
……後壁、（６）……冷媒通路、（７）……空気排出用
兼ろう材充填用凹条、（11）……高温ガス流規制部材、
（Ｂ）……バーナ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 1/00 - 3/08 F28D 7/00 F28F 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一端にバーナが取付けられる筒状燃焼胴
（２）と、燃焼胴（２）の他端開口を閉鎖するアルミニ
ウム製伝熱隔壁（３）と、伝熱隔壁（３）の前面にろう
付けされかつ内部に複数の冷媒通路（６）を有するアル
ミニウム製偏平管状冷媒通路部材（５）と、伝熱隔壁
（３）の後面にろう付けされている高温ガス流規制部材
（11）とを備えた熱交換器を製造する方法であって、偏
平管状冷媒通路部材（５）の後壁（5a）表面に、多数の
空気排出用兼ろう材充填用凹条（７）を並列状に設け、
該冷媒通路部材（５）の後壁（5a）表面に伝熱隔壁
（３）の前面をろう付けすることを特徴とする、熱交換
器の製造方法。