(57)【要約】  本発明は、熱交換器の製造、より詳細には切断されたチューブから作られる熱交換器の製造に使用するチューブ・インサータである。このチューブ・インサータは、フレームと、管材料供給チャネルと、クリップ帯供給チャネルと、スプロケット・アセンブリとを含む。スプロケット・アセンブリは、スプロケットと、ハブと、シャフトとを含む。クリップ帯供給チャネルはクリップ帯を受け入れ、管材料供給チャネルは、切断されたチューブを受け入れる。スプロケットは、切断されたチューブをクリップ帯に挿入し、それと同時に、クリップ帯を前進させる。このチューブ・インサータを使用して、幅が異なる熱交換器および複数の熱交換器のアレイを製造することができる。また複数のヒート・インサータを熱交換器製造ラインに使用することができる。
2007519535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）クリップ帯を受け入れるためのクリップ帯供給チャネルと、
ｂ）管材料を受け入れるための管材料供給チャネルと、
ｃ）前記受け入れたクリップ帯を前記クリップ帯供給チャネルを通して前進させるため、および前記受け入れた管材料を前記クリップ帯に押し付けるためのスプロケット・アセンブリと
を有するチューブ・インサータ。
【請求項２】
前記受け入れたクリップ帯が、一方の側に沿った複数のスロットであって、前記管材料を受け入れるようなサイズとされたスロットを有している請求項１に記載のチューブ・インサータ。
【請求項３】
前記管材料がプラスチックから作られている請求項１に記載のチューブ・インサータ。
【請求項４】
前記スプロケット・アセンブリがスプロケットおよびシャフトを含む請求項１に記載のチューブ・インサータ。
【請求項５】
前記スプロケットが、該スプロケットのリムの周囲で一様に間隔を隔てたくぼみを含む請求項４に記載のチューブ・インサータ。
【請求項６】
前記くぼみが半円形であり、さらに、前記くぼみの直径が前記管材料の外径とほぼ同じである請求項５に記載のチューブ・インサータ。
【請求項７】
フレームをさらに有する請求項１に記載のチューブ・インサータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２００４年１月２７日に出願された「熱交換器を製造するためのスプロケット・チューブ・インサータ（Ｓｐｒｏｃｋｅｔ  Ｔｕｂｅ  Ｉｎｓｅｒｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）」というタイトルの米国仮特許出願第６０／５３９，６６８号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は熱交換器に関するものであり、詳細には、切断された管材料片を利用した熱交換器の製造に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
多くの異なるタイプの熱交換器が存在している。図１は、典型的にはプラスチック管材料で製造された１つのタイプの熱交換器を示している。熱交換器１０は、クリップ帯１４によって互いに接続された複数のチューブ１２であって、各端部がヘッダ・パイプ１６に取り付けられた複数のチューブ１２を含む。このタイプの熱交換器は、太陽光暖房システムを始めとする様々な多くのアプリケーションに使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱交換器を製造するいくつかの方法が存在する。そのうちの１つである米国特許第６，４８７，７６８号明細書に記載の方法は、複数のチューブ・インサータを有する熱交換器製造ラインを使用している。このシステムの各チューブ・インサータは、チューブをクリップ帯にスナップ嵌めするためのアクチュエータ・アセンブリ、クリップ帯を前進させるためのインデクサ（位置合わせ装置または割出し装置）、および位置合わせ操作の間に位置合わせされたクリップ帯が後方へ移動することを防止するクリートを有している。したがって各熱交換器の製造には、作動ステップ（チューブをクリップ帯にスナップ嵌めするステップ）と、位置合わせステップ（クリップ帯を次のスロット位置へ前進させるステップ）の２つのステップが必要である。このシステムのチューブ・インサータにはいくつかの特定の欠点がある。第１の欠点は、必要な多くのアクチュエータが高価であり且つ摩耗のために維持費が高くつくこと、また同期運転が困難であることである。第２の欠点は、チューブとクリップ帯の不整列がチューブまたはクリップ帯の損傷原因になることがあるため、チューブを正しい位置にスナップ嵌めする前にアクチュエータを慎重に調整して各チューブをクリップ帯の対応するスロットに正確に整列させなければならないことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数のチューブからなるチューブ・インサータであって、ソーラ・パネルなどの熱交換器の製造に使用される改良型チューブ・インサータである。本発明は、米国特許第６，４８７，７６８号明細書に記載された熱交換器製造システムと共に使用することができる。
【０００６】
本発明は、管材料供給チャネルと、クリップ帯供給チャネルと、スプロケット・アセンブリと、フレームとを含む。チューブ・インサータは、設定された長さに切断された管材料を受け取り、次に、スプロケット・アセンブリを使用して、受け取ったチューブを自動的且つ連続的に一連のクリップ帯に挿入する。次にクリップ帯が切断され、所望の長さおよび幅を有する別個のチューブの熱交換器が形成される。切断された管材料の端部にヘッダ・パイプを取り付けて流体マニホルドを形成することができ、また、別個のチューブを曲げてマルチプル・パス熱交換器（複数経路熱交換器）にすることも可能である。
【０００７】
クリップ帯は、熱交換流体を含んだチューブを整列および支持する点で、熱交換器の主要構造コンポーネントである。クリップ帯は、チューブがクリップ帯にスナップ嵌めされると、それらを正しい位置に保持するスロットを有する。チューブまたはクリップ帯スロットの損傷を防止するために、挿入の間、チューブとクリップ帯スロットとを正確に整列させなければならない。またチューブを挿入するためには適切な挿入力が必要である。本発明によるチューブ・インサータはこれらの要求事項を満たしている。
【０００８】
本発明のチューブ・インサータによれば、製造設備の信頼性が改善され、生産速度が向上し、また生産コストがより安くなる。スプロケット・アセンブリは、米国特許第６，４８７，７６８号明細書のチューブ・インサータのアクチュエータおよびインデクサの機能を実行する。スプロケット・アセンブリは、サイクル毎に円筒状に最大数ｃｍ（数インチ）移動するアクチュエータおよびインデクサとは対照的に、低速で回転する。したがってスプロケット・アセンブリは、より大きい力を使用してチューブをクリップ帯により滑らかに挿入し、そして同時にそれらを前進させる。またスプロケット・アセンブリは、チューブをクリップ帯のスロットにより正確に配置し、次いでクリップ帯またはチューブを損傷することなくそれらを挿入する。このスプロケット・アセンブリを使用することによって連続運動が可能であり、そのために円筒運動と比較して摩耗が少なく、また複数のアクチュエータに代わって単一のモータを使用してすべてのスプロケットを駆動することができるため、コストが節約される。
【実施例】
【０００９】
図２および図３は、右側から異なる角度で見た本発明によるチューブ・インサータ２０の一実施例の斜視図である。チューブ・インサータ２０は、フレーム２２、管材料供給チャネル２４、クリップ帯供給チャネル２６およびスプロケット・アセンブリ２８を含む。チューブ３２は、好適にはプラスチックから作られ、押出成形または他の方法で形成することができる。チューブ３２は、金属および金属合金を含む他の材料で作られていてもよい。
【００１０】
フレーム２２は、サポート・ビームにリジッドに取り付けられていてもよく、あるいはスライド可能に取り付けられていてもよい。フレーム２２は、コンベヤ・スロット３０および（図では見えない）垂直に配向された部分の２つの部分を有する開口を含む。コンベヤ・スロット３０は、熱交換器を製造するためにアセンブルされるチューブ３２を搬送するベルト・コンベヤ（図示せず）を受け入れるようなサイズおよび形状にされている。コンベヤ・スロット３０の高さは、コンベヤの頂部表面と管材料供給チャネル・ブラケット３４の頂部とが整列するような寸法とされ、それによってコンベヤから引き渡された各チューブ３２が、エア・ナイフまたは他の手段によって管材料供給チャネル２４に移ることができるようにされている。フレーム２２の開口の垂直に配向された部分は、チューブ３２が複数の管材料供給チャネル・ブラケット３４の間に嵌まるように管材料供給チャネル２４と整列しており、またその下端部分においてスプロケット・アセンブリ２８を収容するように湾曲している。
【００１１】
管材料供給チャネル２４は、使用するチューブ３２を収容するようなサイズとされた、垂直に配向された開口である。管材料供給チャネル２４は複数の管材料供給チャネル・ブラケット３４によって形成され、そのうちの２つがフレーム２２のそれぞれの側に配置される。各管材料供給チャネル・ブラケット３４は、好適には管材料供給チャネル・ボルト３６を使用してフレーム２２に取り付けられる。管材料サポート・ガイド３８が、（ここでは右側に示されている）フレーム２２の一方の側で後部管材料供給チャネル・ブラケット３４に接続された垂直部分と、スプロケット５６の周囲に延びる湾曲部分であって、スプロケット５６との間にチューブ３２を受け入れるための隙間を有し、クリップ帯４０の各々の側に位置する湾曲部分とを有する。
【００１２】
クリップ帯供給チャネル２６は、クリップ帯４０を収容するようなサイズとされた、水平に配向された開口である。クリップ帯供給チャネル２６は、クリップ帯供給チャネル・クランプ４２、およびクリップ帯供給チャネル・ベース４４によって形成される。クリップ帯供給チャネル・クランプ４２およびクリップ帯供給チャネル・ベース４４は、フレーム２２の片側の、管材料サポート・ガイド３８が取り付けられた側と同じ側（ここでは右側に示されている）に取り付けられる。クリップ帯供給チャネル・クランプ４２は、高さ寸法が異なるクリップ帯を収容するために、その高さを調整することができ、ばね荷重アーム４６によってフレーム２２に取り付けられる。ばね荷重アーム４６によってクリップ帯供給チャネル・クランプ４２が下向きに動かされ、クリップ帯４０をクリップ帯供給チャネル・ベース４４内に押し付けている。クリップ帯供給チャネル・ベース４４は、クリップ帯供給チャネル・ボルト４８によってフレーム２２に取り付けられる。アジャストメント・ブロック５０が、ボルト５１を使用してフレーム２２に固定される。アジャストメント・ボルト５２は、クリップ帯供給チャネル・ベース４４を通してねじ込まれ、アジャストメント・ブロック５０を押し付ける。クリップ帯供給チャネル・ボルト４８は緩めることが可能であり、またアジャストメント・ボルト５２を使用してクリップ帯供給チャネル・ベース４４を上下に移動させることができる。
【００１３】
ベース・プレート５４が、クリップ帯供給チャネル・ベース４４に取り付けられる。
【００１４】
スプロケット・アセンブリ２８は、好適には、スプロケット５６、ハブ５８、シャフト６０および軸受（図示せず）を含む。スプロケット５６は、円形の開口を有する円形プレートであり、この開口を通してシャフト６０がスプロケット５６に直角に延びる。スプロケット５６は、好適にはハブ５８を使用してシャフト６０に取り付けられるが、直接シャフト６０に取り付けることも可能である。シャフト６０は、軸受またはブッシュによってフレーム２２に接続される。シャフト６０は、電動機（図示せず）によって駆動される。スプロケット５６のリムの周囲には、チューブ３２を保持するようなサイズおよび形状にされた「くぼみ（ｉｄｅｎｔａｔｉｏｎ）６２」が一様に配置される。くぼみ６２は半円形であることが好ましいが、他の形状であってもよい。くぼみ６２が半円形である場合、くぼみ６２の直径はチューブ３２の外径とほぼ同じであり、あるいは若干大きいことが好ましい。各くぼみ６２の中心間のスプロケット円周距離は、アセンブル済みの熱交換器の隣接するチューブ３２の中心間の距離に対応している。図３に示すように、スプロケット５６は、そのリムに配置された溝６４もまた有している。
【００１５】
使用の際には、チューブ・インサータ２０がチューブ３２およびクリップ帯４０を受け取り、受け取ったチューブ３２をクリップ帯４０に挿入し、それにより熱交換器が形成される。切断された各チューブ３２が、フレーム２２に取り付けられたエア・ナイフ（図示せず）からの空気流によってチューブ・コンベヤ（図示せず）から連続的に管材料供給チャネル２４に排出され、あるいは他の手段によって連続的に管材料供給チャネル２４に排出され、それによってチューブ３２のスタックが形成される。管材料供給チャネル２４は、各チューブ３２を受け取り、受け取った各チューブ３２をスプロケット・アセンブリ２８の頂部に案内し、スプロケット５６の次のくぼみ６２に挿入する。管材料供給チャネル２４の湾曲した部分がチューブ３２をくぼみ６２の正しい位置に保持する。スプロケット５６は時計方向に連続的に回転し、チューブ３２の間隔をあけ、各チューブ３２をクリップ帯４０の上方の位置に移動させ、そしてクリップ帯４０の次のクリップ帯スロット６６に整列させる。スプロケット５６は、次に、各チューブ３２を対応するクリップ帯スロット６６に挿入し、一方で、クリップ帯４０および挿入済みのチューブ３２を前方に移動させる。スプロケット５６は、挿入に先立ってチューブ３２およびクリップ帯４０を自動的に正確に配置し、チューブ３２またはクリップ帯４０を損傷することなくチューブ３２をクリップ帯スロット６６に挿入するための十分な力を加える。また、挿入されたばかりのチューブ３２がスプロケット５６の底部のくぼみ６２とクリップ帯４０のクリップ帯スロット６６の両方との接触を維持しているので、スプロケット５６はクリップ帯を前進させる。スプロケット５６の溝６４が、スプロケット５６の下を通過するクリップ帯４０との干渉を防止する。干渉は、チューブ３２が挿入されるクリップ帯４０の、チューブ３２の頂部表面の上方に延びる突起すなわち歯によって生じる場合がある。クリップ帯供給チャネル２６がクリップ帯４０を受け取る。クリップ帯供給チャネル・ベース４４およびクリップ帯供給チャネル・クランプ４２は、いずれもクリップ帯４０を支持して、スプロケット５６の下に直接案内する。クリップ帯供給チャネル・ベース４４は、チューブ３２をクリップ帯４０に挿入するために、スプロケット５６に対する高さを調整することができる。スプロケット５６から離れたクリップ帯４０は、所望の幅を有する熱交換器を形成するために、手動または自動で切断することができる。
【００１６】
図４は、チューブ・インサータ２０と共に使用することができるクリップ帯４０の一実施例を示したものである。クリップ帯４０は片面クリップ帯であり、突起すなわち歯によって形成されたクリップ帯スロット６６を一方の側に沿って有している。クリップ帯スロット６６は、チューブ３２がクリップ帯４０に挿入されると、チューブ３２が容易に嵌合するようなサイズとされている。チューブ・インサータ２０は、両面にクリップ帯スロットを有する両面クリップ帯など、他の構成のクリップ帯を使用して動作することも可能である。これは複数の熱交換器をまとめてクリップすることを可能にし、したがって複数の熱交換器のアレイを形成することを可能にする。
【００１７】
チューブ・インサータ２０は、異なる機械加工リム寸法を有するスプロケット５６を利用して、チューブの直径またはチューブの間隔が異なる熱交換器を製造することができる。例えば、チューブ３２を１つおきのクリップ帯スロットに挿入するようにスプロケットくぼみ６２を離間させることが可能であり、あるいは直径が異なる管材料、例えば直径が０．６３５センチ（１／４インチ）または０．３１８センチ（１／８インチ）の管材料を受け取るようにスプロケットくぼみ６２のサイズを決定することができる。チューブ・インサータに補助的なコンポーネントを追加して、例えば長さの短い両面クリップ帯を切断することができ、このクリップ帯は、複数の列のチューブを有する熱交換器を形成するように組み合わせること、または複数の熱交換器のアレイを形成するように取り付けることができる。
【００１８】
また本発明によるチューブ・インサータ２０は、参照により本明細書に組み込まれる、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，４８７，７６８号明細書に記載された熱交換器製造ラインに使用することも可能である。複数のチューブ・インサータ２０が直列に整列し、必要に応じて異なる長さの熱交換器が製造され、所望する熱交換器の幅でクリップ帯４０が切断される。このような製造ラインの場合、各チューブ・インサータ２０のスプロケット５６は、各スプロケット５６を貫通しているシャフト６０に接続された電動機によって駆動される。シャフト６０は、１本の単一シャフトであってもよく、あるいは相互接続された複数のシャフトであってもよい。この場合、シャフト６０は各スプロケット５６と整列してそれらを回転させ、それによってチューブ３２がクリップ帯４０にアセンブルされ、それと同時に熱交換器が進められる。
【００１９】
以上、本発明について好ましい実施例を参照して説明してきた。当業者には、特許請求の範囲の各請求項の範疇である本発明の他の実施例および変形態様を想定することが可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】熱交換器の一実施例の斜視図である。
【図２】後方から見た本発明によるチューブ・インサータの右側側面の第１の斜視図である。
【図３】前方から見た本発明によるチューブ・インサータの右側側面の第２の斜視図である。
【図４】片面タイプのクリップ帯の斜視図である。
【図１】
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【図２】
2007519535.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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