JPH04263720A

JPH04263720A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH04263720A
Application number: JP40943990A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Ohashi; 大橋　忠善
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-09-18
Anticipated expiration: 2015-06-19
Also published as: JP3054747B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷暖房装置に使用さ
れる熱交換器、さらに詳しくは、夏季に冷房に利用され
る冷媒を、冬季にバーナ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
熱交換器に関するものである。

【０００２】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。

【０００３】

【従来の技術】この種の熱交換器として、本出願人は先
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並列状の冷媒通路
を有するアルミニウム製偏平管と、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ものを
提案した。

【０００４】そして、この先提案の熱交換器では、第８
図に示すように、並列状の冷媒通路を有するアルミニウ
ム押出形材製偏平管（４１）の両端にヘッダ（４２）が
それぞれ取り付けられ、両ヘッダ（４２）にＬ形連結管
（４３）を介して出入口パイプ（４４）が接続されてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記先
提案の熱交換器では、各ヘッダ（４２）がアルミニウム
製であり、出入口パイプ（４４）が銅製であるため、各
Ｌ形連結管（４３）は、ヘッダ側のアルミニウム管部分
（４３ａ）　と、出入口パイプ側の銅管部分（４３ｂ）
　とがあらかじめ工場にてトーチブレージングで接合さ
れており、この連結管（４３）のアルミニウム管部分（
４３ａ）　の先端がヘッダ（４２）にアルゴン溶接によ
り接続されるとともに、銅管部分（４３ｂ）　の先端が
出入口パイプ（４４）にアルゴン溶接により接続されて
いた。

【０００６】一般にトーチブレージングは難易度が高く
、高価なものであるし、また溶接箇所が３か所であるた
め、製作が容易でなく、さらに溶接箇所が多いと、強度
が弱く、かつ信頼性に劣るという問題があった。

【０００７】この発明の目的は、アルミニウム管部分と
銅管部分よりなる連結管を廃止することにより、上記の
問題を解決し、出入口パイプを接続するためにそれぞれ
溶接箇所が１箇所でよく、従って製作が容易であるとと
もに、強度が上がり、かつ信頼性が向上する、熱交換器
を提供しようとするにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、並列状の冷媒通路を有するアルミニ
ウム押出形材製偏平管の両端に、ステンレス鋼製のヘッ
ダがそれぞれろう付けにより取り付けられ、各ヘッダの
一端部が塞がれるとともに、同他端部に管接続用延長部
が設けられ、一方のヘッダの管接続用延長部の先端に、
銅製の入口パイプが溶接により接続され、他方のヘッダ
の管接続用延長部の先端に、銅製の出口パイプが溶接に
より接続されている、熱交換器を要旨としている。

【０００９】

【作用】この発明の熱交換器によれば、冷媒通路を有す
る偏平管がアルミニウム押出形材製で、ヘッダがステン
レス鋼製であり、かつ各ヘッダに管接続用延長部が設け
られていて、管接続用延長部の先端に銅製の出入口パイ
プが溶接可能であるから、出入口パイプを接続するため
にそれぞれの溶接箇所が１箇所でよく、従って製作が容
易であるとともに、強度が上がり、かつ信頼性が向上す
る。

【００１０】

【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。

【００１１】この明細書において、前後、左右は図３を
基準とし、前とは図３の上側、後とは同下側をいゝ、ま
た左とは同図左側、右とは同右側をいうものとする。

【００１２】図１〜図３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並列状の冷媒通路（６）　を
有しかつ伝熱隔壁（３）　の前面にろう付されたアルミ
ニウム押出形材製偏平管（５）　とよりなる。偏平管（５）の上下両端部には、それぞれ前方水平状に
曲げられた屈曲部（５ａ）（５ａ）が形成されている。

【００１３】そしてこの発明においては、アルミニウム
押出形材製偏平管（５）　の屈曲部（５ａ）（５ａ）の
先端に、ステンレス鋼製のヘッダ（２２）（２３）がそ
れぞれろう付けにより取り付けられている。各ヘッダ（
２２）（２３）の一端部が塞がれるとともに、同他端部
にＬ形に曲げられた管接続用延長部（２２ａ）（２３ａ
）が設けられ、下側のヘッダ（２２）の管接続用延長部
（２２ａ）　の先端に、銅製の入口パイプ（２４）が溶
接により接続され、上側のヘッダ（２３）の管接続用延
長部（２３ａ）　の先端に、銅製の出口パイプ（２５）
が溶接により接続されている。

【００１４】ここで、アルミニウム製の偏平管（５）　
に対してステンレス鋼製のヘッダ（２２）（２３）は、
例えば置きろう方式によるフラックスろう付けにより接
合される。

【００１５】またステンレス鋼製のヘッダ（２２）（２
３）の管接続用延長部（２２ａ）（２３ａ）には銅製の
出入口パイプ（２４）（２５）が例えばアルゴン溶接に
より接続され、従って出入口パイプ（２４）（２５）を
接続するためにそれぞれの溶接箇所が１箇所でよく、熱
交換器（１）　の製作が容易であるとともに、溶接箇所
が少ないので、熱交換器（１）　の強度が上がり、かつ
信頼性が向上する。

【００１６】なお、下側のヘッダ（２２）が入口側ヘッ
ダであるが、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（２７）が接続され
ている。

【００１７】ところで、上記燃焼胴（２）　は、図１に
示すように、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。

【００１８】伝熱隔壁（３）　は、図４に示すように、
芯材（３ａ）および芯材（３ａ）の両面を覆うろう材製
皮材（３ｂ）からなるアルミニウム・ブレ―ジング・シ
―トでつくられている。アルミニウム・ブレ―ジング・
シ―ト製の芯材（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つくられている。

【００１９】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つくられている。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。

【００２０】高温ガス通路（４）　は、図３と図４に詳
しく示すように、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形材製高温ガス流規制部材（１１
）を備えている。

【００２１】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（１１
ａ）　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（１
１ｂ）　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（１１ｅ）　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）（１１ｅ）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。

【００２２】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（１１ｄ）（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。

【００２３】上下の高温ガス流規制部材（１１）の左右
側壁部（１１ａ）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（１
１ｅ）　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（２ａ）の前端部周縁が
当接している。

【００２４】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。

【００２５】固定部材（１６）は、図４と図７に詳しく
示すように、芯材（１６ａ）　および芯材（１６ａ）の
両面を覆うろう材製皮材（１６ｂ）　からなるアルミニ
ウム・ブレ―ジング・シ―トでつくられている。アルミ
ニウム・ブレ―ジング・シ―ト製の芯材（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つくられている。皮材（１
６ｂ）　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つくられてい
る。

【００２６】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（１４）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。

【００２７】また、第１部分（１４）および第２部分（
１５）に連なってガス洩れ防止部分（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。

【００２８】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（１８）に、伝熱隔壁（３）　に一体的に設
けられた突起（１９）を嵌め入れた状態で伝熱隔壁（３
）　にろう付されている。

【００２９】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（１
９）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。

【００３０】また、図１に示すように、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
案内路（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。

【００３１】上記熱交換器（１）　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（３
１）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（１
３）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）　および偏平管（５）　の周壁
を通って偏平管（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、まず偏平管（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。

【００３２】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）（１１ｅ）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。

【００３３】つぎに、上記熱交換器（１）　を製造する
方法について、図４〜図７を参照して説明する。

【００３４】予め、アルミニウム・ブレ―ジング・シ―
ト製伝熱隔壁（３）　、アルミニウム押出形材製偏平管
（５）　、同高温ガス流規制部材（１１）、アルミニウ
ム・ブレ―ジング・シ―ト製固定部材（１６）、ステン
レス鋼製ヘッダ（２２）（２３）、および銅製の出入口
パイプ（２４）（２５）を用意する。

【００３５】なお、伝熱隔壁（３）　には突起（１９）
を設け、また固定部材（１６）には孔（１８）をあけて
おく。

【００３６】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（１
１）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。

【００３７】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。

【００３８】その後、伝熱隔壁（３）　の反対側の面に
偏平管（５）　を配置する。図５に示すように、上下両
ヘッダ（２２）（２３）の側壁には、それぞれ長さ方向
にのびる長孔（２６）（２６）があけられており、偏平
管（５）　の屈曲部（５ａ）（５ａ）の先端がこれらの
長孔（２６）（２６）よりヘッダ（２２）内に差し込ま
れる。偏平管（５）　とヘッダ（２２）（２３）の側壁
との接続部分の表面に、ろう付けに必要なフラックス層
（図示略）が形成されたのち、リング状の置きろう（２
８）（２８）が配置される。

【００３９】そして、伝熱隔壁（３）　と固定部材（１
６）、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）　と偏平管（５）　、および偏平管（５）
　とヘッダ（２２）（２３）とが、一括してろう付され
る。

【００４０】最後に、ステンレス鋼製のヘッダ（２２）
（２３）の管接続用延長部（２２ａ）（２３ａ）に銅製
の出入口パイプ（２４）（２５）がそれぞれアルゴン溶
接により接続され、上記伝熱隔壁（３）　が燃焼胴（２
）　に固定せられることによって、熱交換器（１）　が
製造される。

【００４１】なお、上記フラックス層は、フッ化スズを
含有するフッ化物系フラックスが用いられ、また置きろ
う（２８）としては、Ａｌ−Ｓｉ系合金が用いられる。

【００４２】ここで、フッ化物系フラックスは、接合部
材表面の酸化物破壊作用およびろう材の濡れ拡がり促進
作用を有し、かつろう付け後の残渣が非腐蝕性のもので
あって、具体的には、ＫＡｌＦ４　とＫＦが所定の割合
で混合された混合物をベースとし、このベースにフッ化
スズが所定の割合で配合されたものである。また置きろ
う（２８）は、具体的には、Ｓｉ含有量が約６．８〜１
３重量％のＡｌ−Ｓｉ系合金よりなるものである。

【００４３】偏平管（５）　とヘッダ（２２）（２３）
の側壁との接続部分の表面には、上記フラックスの微粉
末を懸濁した水等よりなる懸濁液を塗布し、乾燥してフ
ラックス層を形成したのち、Ａｌ−Ｓｉ系合金よりなる
置きろう（２８）を配置した状態で、接合部材としての
アルミニウム製偏平管（５）　およびステンレス鋼製ヘ
ッダ（２２）（２３）の融点より低く、かつフラックス
層の融点より高い約６００〜６１０℃に、不活性ガス雰
囲気等の非酸化性雰囲気中で、加熱せられることにより
、ろう材（２８）が溶融して、ろう付け接合が達成され
るものである。

【００４４】また、図示のものは、偏平管（５）　の後
壁表面に、深さ０．２ｍｍ以下程度の並列状の多数の空
気排出用兼ろう材充填用凹条（７）　が設けられている
。

【００４５】従って、偏平管（５）　の後壁表面に伝熱
隔壁（３）　の前面をろう付けするさい、面接合を、で
きるだけ線接合に近付けることができて、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。

【００４６】また、このろう付工程時の加熱によって、
伝熱隔壁（３）　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。

【００４７】なお、上記実施例においては、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（５）　の表面側にも、
防食のために亜鉛メッキ層を設ける場合もある。

【００４８】

【発明の効果】この発明による熱交換器は、冷媒通路を
有する偏平管がアルミニウム押出形材製で、ヘッダがス
テンレス鋼製であり、かつ各ヘッダに管接続用延長部が
設けられていて、管接続用延長部の先端に銅製の出入口
パイプが溶接可能であるから、出入口パイプを接続する
ためにそれぞれの溶接箇所が１箇所でよく、従って従来
のような溶接箇所が３箇所である場合に比べて、作業容
易であるとともに、従来のアルミニウム管部分と銅管部
分よりなる連結管を廃止することができて、難易度が高
くかつ高価なトーチブレージングを行なう必要がなくな
り、かつアルゴン溶接は１箇所ですみ、熱交換器の製作
が容易である。また溶接箇所が少ないので、熱交換器の
強度が上がり、かつ信頼性が向上するという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の熱交換器の一部切欠き斜視図である
。

【図２】同熱交換器の要部拡大正面図である。

【図３】同熱交換器の水平拡大断面図である。

【図４】図３の要部拡大図である。

【図５】同熱交換器のろう付け前の部品の組合わせ状態
を示す概略断面図である。

【図６】同熱交換器のろう付け後の状態を示す概略断面
図である。

【図７】この発明による熱交換器の製造工程において、
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である。

【図８】従来の熱交換器の要部拡大正面図で、これは図
２に対応するものである。

【符号の説明】

１　　　　　　熱交換器２　　　　　　筒状燃焼胴３　　　　　　伝熱隔壁５　　　　　　アルミニウム押出形材製偏平管６　　　
　　　冷媒通路２２　　　　　　ステンレス鋼製のヘッダ２２ａ　　　
　管接続用延長部２３　　　　　　ステンレス鋼製のヘッダ２３ａ　　　
　管接続用延長部２４　　　　　　銅製の入口パイプ２５　　　　　　銅製の出口パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　並列状の冷媒通路（６）　を有するア
ルミニウム押出形材製偏平管（５）　の両端に、ステン
レス鋼製のヘッダ（２２）（２３）がそれぞれろう付け
により取り付けられ、各ヘッダ（２２）（２３）の一端
部が塞がれるとともに、同他端部に管接続用延長部（２
２ａ）（２３ａ）が設けられ、一方のヘッダ（２２）の
管接続用延長部（２２ａ）　の先端に、銅製の入口パイ
プ（２４）が溶接により接続され、他方のヘッダ（２３
）の管接続用延長部（２３ａ）　の先端に、銅製の出口
パイプ（２５）が溶接により接続されている、熱交換器
。