(57)【要約】【課題】コンパクトで、且つ、伝熱性能を向上させることができるようにする。【解決手段】片面２ａに複数のフィン５が連設されたプレート２をＡ方向に沿って波状に成形する。このとき、複数のフィン５の先端部をそれぞれ押しつぶして、先端部の断面をそれぞれＴ字状にすることで、隣接するフィン５，５同士の間に形成された空洞部６を、隣接するフィン５，５の先端部同士の間に形成され、空洞部６よりも幅が狭い間隙部７を介して外部に連通させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に沿って波状に成形されることで、前記一方向に直交する方向に延びる流路が前記一方向に沿って複数形成されたプレートと、
前記プレートの少なくとも片面に連設され、先端部の断面がＴ字状にされた複数のフィンと、
を有し、
隣接する前記フィン同士の間に形成された空洞部が、隣接する前記フィンの前記先端部同士の間に形成され、前記空洞部よりも幅が狭い間隙部を介して外部に連通していることを特徴とする熱交換器用フィン。
【請求項２】
少なくとも片面に複数のフィンが連設されたプレートを一方向に沿って波状に成形することで、前記一方向に直交する方向に延びる流路を前記一方向に沿って複数形成する工程と、
前記複数のフィンの先端部をそれぞれ押しつぶして、前記先端部の断面をそれぞれＴ字状にすることで、隣接する前記フィン同士の間に形成された空洞部を、隣接する前記フィンの前記先端部同士の間に形成され、前記空洞部よりも幅が狭い間隙部を介して外部に連通させる工程と、
を有することを特徴とする熱交換器用フィンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に用いられる熱交換器用フィンおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体との間で熱交換を行う熱交換器は、気体を冷却して液体とする凝縮器や、液体を加熱して気体とする蒸発器等、さまざまな用途で使用されており、コンパクトで、且つ、高い伝熱性能を有することが求められている。
【０００３】
特許文献１には、複数のフィンのうち、少なくとも一つのフィンの少なくとも一部の表面を織目加工することにより、伝熱性能を改善させたプレートフィン熱交換器が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、プレートを波状に折り曲げて、流体Ａが流れる流路と、流体Ｂが流れる流路とを同一プレートに形成し、少なくとも一方の流体が流れる流路内壁に微細凹凸構造を形成することで、耐圧強度を高め、コンパクトで伝熱性能を良好にした積層型熱交換器が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、流体の流れ方向に直角な方向に、凹凸部を交互に一定ピッチで形成するとともに、流体の流れの方向に対して平行な方向に仕切り壁を形成して、フィンの個数を増やすことなく流体の流路を仕切ることで、組立工数の増加による作業効率の悪化を防止した熱交換器用フィン及びその製造方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、管の表面に環状または螺旋状の空洞部を設け、この空洞部にその長手方向に沿って外部と連通する狭い間隙部を形成して、液体の核沸騰を促進する気泡を空洞部に残留させることにより、伝熱効率を向上させた沸騰型熱交換器用伝熱管およびその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１０８７６９号公報
【特許文献２】特開２００２−１０７０７３号公報
【特許文献３】特開平４−１１３１９３号公報
【特許文献４】特開昭５３−１０５７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のプレートフィン熱交換器では、蒸発器として用いる場合に、沸騰の核となる気泡の捕捉能力が低く、凝縮器用途ほどの伝熱量の増大は期待できない。
【０００９】
また、特許文献２の積層型熱交換器では、微細凹凸部を切削加工により形成している。蒸発器として用いる場合、プレートに形成する微細凹凸形状の間隙の幅は０．１ｍｍ以下が望ましく、形成されるキャビティ横断面積はこの開口部面積より大きいことが望ましい。しかし、切削加工では、切削工具の刃の根元の横断面積を非常に小さくとらなければならないため、切削工具の根元部分に過大な曲げ応力がかかり、切削工具の損傷が早い。
【００１０】
また、特許文献３の熱交換器用フィン及びその製造方法では、上部が凹部、下部が凸部の型で凹凸部を形成しており、この方法では、プレス方向にしか荷重をかけることができず、プレス方向に直交する方向には荷重をかけることができない。
【００１１】
また、特許文献４の沸騰型熱交換器用伝熱管およびその製造方法では、管のような円形形状で回転可能な部材に対してのみ空洞部の形成が可能であり、板状の部材への転用は困難である。
【００１２】
本発明の目的は、コンパクトで、且つ、伝熱性能を向上させることが可能な熱交換器用フィンおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明における熱交換器用フィンは、一方向に沿って波状に成形されることで、前記一方向に直交する方向に延びる流路が前記一方向に沿って複数形成されたプレートと、前記プレートの少なくとも片面に連設され、先端部の断面がＴ字状にされた複数のフィンと、を有し、隣接する前記フィン同士の間に形成された空洞部が、隣接する前記フィンの前記先端部同士の間に形成され、前記空洞部よりも幅が狭い間隙部を介して外部に連通していることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、プレートを波状に成形することで、プレートの単位長さに対する伝熱面積が拡大し、プレートの単位長さに対する伝熱量が増大する。よって、所定の交換熱量を得るのに必要な長さを短くすることができるので、熱交換器自体をコンパクトにすることができる。
【００１５】
また、複数のフィンの先端部の断面をＴ字状にすることで、隣接するフィン同士の間に形成された空洞部は、隣接するフィンの先端部同士の間に形成され、空洞部よりも幅が狭い間隙部を介して外部に連通する。このプレートを蒸発器用途の熱交換器に用いる場合、間隙部によって、沸騰の核となる液体中の気泡を空洞部に捕捉する能力が高まるので、伝熱性能を向上させることができる。また、このプレートを、相変化の無い加熱・冷却用途で用いる場合でも、フィンにより伝熱面積が拡大するので、伝熱量を増加させることができる。
【００１６】
また、本発明における熱交換器用フィンの製造方法は、少なくとも片面に複数のフィンが連設されたプレートを一方向に沿って波状に成形することで、前記一方向に直交する方向に延びる流路を前記一方向に沿って複数形成する工程と、前記複数のフィンの先端部をそれぞれ押しつぶして、前記先端部の断面をそれぞれＴ字状にすることで、隣接する前記フィン同士の間に形成された空洞部を、隣接する前記フィンの前記先端部同士の間に形成され、前記空洞部よりも幅が狭い間隙部を介して外部に連通させる工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、プレートを波状に成形することで、プレートの単位長さに対する伝熱面積が拡大し、プレートの単位長さに対する伝熱量が増大する。よって、所定の交換熱量を得るのに必要な長さを短くすることができるので、熱交換器自体をコンパクトにすることができる。
【００１８】
また、複数のフィンの先端部の断面をＴ字状にすることで、隣接するフィン同士の間に形成された空洞部は、隣接するフィンの先端部同士の間に形成され、空洞部よりも幅が狭い間隙部を介して外部に連通する。このプレートを蒸発器用途の熱交換器に用いる場合、間隙部によって、沸騰の核となる液体中の気泡を空洞部に捕捉する能力が高まるので、伝熱性能を向上させることができる。また、このプレートを、相変化の無い加熱・冷却用途で用いる場合でも、フィンにより伝熱面積が拡大するので、伝熱量を増加させることができる。
【００１９】
また、上記の方法では、切削加工で複数のフィンを形成する場合に比べ、切削加工後に複数のフィンの先端部をそれぞれ押しつぶして間隙部を形成するので、切削工具の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の熱交換器用フィンおよびその製造方法によると、プレートを波状に成形することで、所定の交換熱量を得るのに必要な長さを短くすることができるので、熱交換器自体をコンパクトにすることができる。また、このプレートを蒸発器用途の熱交換器に用いる場合、複数のフィンの先端部の断面をＴ字状にすることで、隣接するフィンの先端部同士の間に形成された間隙部によって、沸騰の核となる液体中の気泡を、隣接するフィン同士の間に形成された空洞部に捕捉する能力が高まるので、伝熱性能を向上させることができる。また、このプレートを、相変化の無い加熱・冷却用途で用いる場合でも、フィンにより伝熱面積が拡大するので、伝熱量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】熱交換器を示す概略斜視図である。
【図２】熱交換器用フィンを示す概略断面図である。
【図３】プレートを示す図である。
【図４】熱交換器用フィンの製造方法を示す図である。
【図５】プレートを示す図である。
【図６】熱交換器用フィンを示す概略断面図である。
【図７】熱交換器用フィンを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
（熱交換器の構成）
本実施形態による熱交換器用フィン１は、図１に示すように、熱交換器１０に設けられている。熱交換器１０においては、熱交換器用フィン１と平板１２とが交互に積層されており、平板１２と平板１２との間に、流体が流れる流路１３および流路１４が交互に形成されている。そして、流路１３を流れる流体の方向と、流路１４を流れる流体の方向とは、逆にされている。なお、流路１３を流れる流体の方向と、流路１４を流れる流体の方向とが同じであってもよい。そして、流路１３を流れる流体と、流路１４を流れる流体との間で、熱交換が行われる。
【００２４】
（熱交換器用フィンの構成）
本実施形態による熱交換器用フィン１は、図２に示すように、一方向（矢印Ａ方向）に沿って波状に成形されることで、一方向に直交する方向に延びる流路３が一方向に沿って複数形成されたプレート２と、プレート２の片面２ａに連設され、先端部の断面がＴ字状にされた複数のフィン５と、を有している。
【００２５】
プレート２は、プレート２の側面図である図３（ａ）、および、プレート２の上面図である図３（ｂ）に示すように、その片面２ａに、予め切削加工により、複数のフィン５が形成されている。このプレート２は、図２に示すように、Ａ方向に沿って波状に成形されることで、複数のフィン５が流路３の内壁面に位置される。また、複数のフィン５は、プレート２が波状に成形された際に、先端部がそれぞれ押しつぶされる。これにより、複数のフィン５は、その先端部の断面がそれぞれＴ字状にされている。
【００２６】
図２に示すように、隣接するフィン５，５同士の間に形成された空洞部６は、隣接するフィン５，５の先端部同士の間に形成され、空洞部６よりも幅が狭い間隙部７を介して外部（流路３）に連通している。熱交換器１０が蒸発器として用いられた場合、間隙部７が形成されていることによって、沸騰の核となる液体中の気泡は、空洞部６に捕捉される。これにより、空洞部６に捕捉された気泡を核として、沸騰が促進されることになる。
【００２７】
このように、プレート２を波状に成形することで、プレート２の単位長さに対する伝熱面積が拡大し、プレート２の単位長さに対する伝熱量が増大する。よって、所定の交換熱量を得るのに必要な長さを短くすることができるので、熱交換器１０自体をコンパクトにすることができる。
【００２８】
また、複数のフィン５の先端部の断面をＴ字状にすることで、隣接するフィン５，５同士の間に形成された空洞部６は、隣接するフィン５，５の先端部同士の間に形成され、空洞部６よりも幅が狭い間隙部７を介して外部に連通する。このプレート２を蒸発器用途の熱交換器１０に用いた場合、間隙部７によって、沸騰の核となる液体中の気泡を空洞部６に捕捉する能力が高まるので、伝熱性能を向上させることができる。また、このプレート２を、相変化の無い加熱・冷却用途で用いる場合でも、フィン５により伝熱面積が拡大するので、伝熱量を増加させることができる。
【００２９】
（熱交換器用フィンの製造方法）
次に、熱交換器用フィン１の製造方法を、図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）に示すように、巻回されたプレート２を一対のローラ２６でプレス装置２１に搬入する。なお、プレート２には、予め片面２ａに切削加工により複数のフィン５が形成されている。プレス装置２１は、上下動される一対の型２２，２３と、水平移動される一対の型２４，２５と、を有している。上方に移動された型２２と、３つの型２３，２４，２５との間の空間にプレート２を搬入した後、図４（ｂ）に示すように、型２２をプレス方向（下方向）に移動させて、３つの型２３，２４，２５で形成された空間に型２２を押し込む。これにより、プレート２はコ字状に折り曲げられる。このとき、型２２と型２３とでプレート２を挟むことで、垂直方向に立設されているフィン５の先端部は押しつぶされて、断面がＴ字状になる。
【００３０】
その後、図４（ｃ）に示すように、型２４，２５をプレス方向に直交する方向（水平方向）に移動させて、型２２と型２４とでプレート２を挟むとともに、型２２と型２５とでプレート２を挟む。これにより、水平方向に立設されているフィン５の先端部は押しつぶされて、断面がＴ字状になる。
【００３１】
その後、図４（ｄ）に示すように、型２４と型２５とを離隔させ、型２２と型２３とを上方に移動させた後に、型２２と型２３とを離隔させることで、プレス装置２１によるプレート２への拘束を解く。その後、一対のローラ２６でコ字状にプレスされたプレート２を下流に送る。この動作を連続して行うことで、プレート２を波状に成形する。
【００３２】
このように、プレス方向およびプレス方向に直交する方向にそれぞれ荷重をかけて、複数のフィン５の先端部をそれぞれ押しつぶすことで、容易に間隙部７を形成することができる。
【００３３】
また、予め切削加工により複数のフィン５を形成しておき、その後に複数のフィン５の先端部をそれぞれ押しつぶして間隙部７を形成するので、切削工具の劣化を抑制することができる。
【００３４】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００３５】
例えば、図５に示すように、プレート２には、一方向に連設された複数のフィン５とともに、一方向に直交する方向に連設された複数のフィン８が設けられていてもよい。複数のフィン８によって、プレート２の単位長さに対する伝熱面積がさらに拡大するので、プレート２の単位長さに対する伝熱量を一層増加させることができる。また、複数のフィン８の先端部は、複数のフィン５と同様に、それぞれ押しつぶされてその断面がＴ字状にされてよい。これにより、隣接するフィン８，８の先端部同士の間には、間隙部７が形成される。このような構成であれば、熱交換器１０が蒸発器として用いられた場合に、沸騰の核となる液体中の気泡を空洞部６が捕捉する能力がさらに増大するので、伝熱性能を一層向上させることができる。また、熱交換器１０が相変化の無い加熱・冷却用途で用いられる場合でも、フィン８により伝熱面積がさらに拡大するので、伝熱量を一層増加させることができる。
【００３６】
また、図６に示すように、複数のフィン５が連設された片面２ａに、フィン５が設けられていない平坦部９を設けたプレート３２をＡ方向に沿って波状に成形した熱交換器用フィン３１であってもよい。この場合、熱交換器用フィン３１が平板１２と平板１２とで挟まれた際に、平坦部９は平板１２に接触する部分に位置される。これにより、熱交換器用フィン３１と平板１２とを十分に接触させることができるから、熱交換器１０の強度の低下を防止することができる。
【００３７】
また、図７に示すように、片面２ａだけでなく、他面２ｂにも複数のフィン５が連設されたプレート４２をＡ方向に沿って波状に成形した熱交換器用フィン４１であってもよい。熱交換器１０が、流路１３および流路１４（図１参照）を流れる同一の流体を蒸発させる蒸発器用途である場合には、間隙部７をプレート４２の両面に形成することで、さらに伝熱性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１，３１，４１  熱交換器用フィン
２，３２，４２  プレート
２ａ  片面
３  流路
５  フィン
６  空洞部
７  間隙部
８  フィン
９  平坦部
１０  熱交換器
１２  平板
１３，１４  流路
２１  プレス装置
２２，２３，２４，２５  型
２６  ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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