(57)【要約】【課題】  使用治具数および作業時間が少ないため製造コストが低く、通風抵抗を改善したために熱交換効率が高いフィンチューブ式熱交換器を得る。【解決手段】  本発明のフィンチューブ式熱交換器１００は、複数の円管挿入用丸穴５および複数の扁平管挿入用Ｕ字型開口４と、前記円管挿入用丸穴５の周囲に形成され、隣接する放熱用プレートフィン１面に対向する面を有するフィンカラー部６と、を有する放熱用プレートフィン１を、前記フィンカラー部６を介して積層させた複数の放熱用プレートフィンからなる積層プレートフィンと、前記積層プレートフィンの前記複数の扁平管挿入用Ｕ字型開口に対して積層方向にそれぞれ貫通する複数の扁平管と、前記積層プレートフィンの前記複数の円管挿入用丸穴に対して積層方向にそれぞれ貫通する複数の円管と、を備え、前記積層フィンプレートの前記各放熱用プレートフィンの間隙が、前記扁平管挿入用Ｕ字型開口の短径の１／２より大きく、前記円管挿入用丸穴の半径より小さいことを特徴とするものである。【選択図】        図４
2015140981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円管挿入用丸穴および複数の扁平管挿入用Ｕ字型開口と、前記円管挿入用丸穴の周囲に形成され、隣接する放熱用プレートフィン面に対向する面を有するフィンカラー部と、を有する放熱用プレートフィンを、前記フィンカラー部を介して積層させた複数の放熱用プレートフィンからなる積層プレートフィンと、
前記積層プレートフィンの前記複数の扁平管挿入用Ｕ字型開口に対して積層方向にそれぞれ貫通する複数の扁平管と、
前記積層プレートフィンの前記複数の円管挿入用丸穴に対して積層方向にそれぞれ貫通する複数の円管と、を備え、
前記積層フィンプレートの前記各放熱用プレートフィンの間隙が、前記扁平管挿入用Ｕ字型開口の短径の１／２より大きく、前記円管挿入用丸穴の半径より小さいことを特徴とするフィンチューブ式熱交換器。
【請求項２】
前記フィンカラー部の形状が、少なくとも２か所の折り曲げ部分を有することを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ式熱交換器。
【請求項３】
前記フィンカラー部の形状が、前記円管挿入用丸穴の中央方向に凸型となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィンチューブ式熱交換器。
【請求項４】
前記積層プレートフィンに挿入された前記円管と前記扁平管との全数に対する、前記円管の割合が１０％以上、３０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィンチューブ式熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィンチューブ式熱交換器を用いたことを特徴とする空気調和機。
【請求項６】
前記放熱用プレートフィンに扁平管挿入用Ｕ字型開口を形成する工程と、
放熱用プレートフィンにバーリング加工により前記扁平管挿入用Ｕ字型開口の短径より大きい直径を有する円管挿入用丸穴を形成し、前記円管挿入用丸穴の周囲に、隣接する放熱用プレートフィン面に対向する面を備えたフィンカラー部を形成する工程と、
複数の前記放熱用プレートフィンを、前記扁平管挿入用Ｕ字型開口の短径の１／２より大きく、前記円管挿入用丸穴の半径より小さい間隙で積層し、積層プレートフィンを形成する工程と、
前記扁平管挿入用Ｕ字型開口に前記扁平管を、前記円管挿入用丸穴に前記円管を、挿入する工程と、
を備えたことを特徴とするフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記フィンカラー部の形状が、少なくとも２ヶ所折り曲げて形成されていることを特徴とする請求項６に記載のフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
【請求項８】
前記フィンカラー部の形状が、前記円管挿入用丸穴の中央方向に凸型に形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載のフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
【請求項９】
前記積層プレートフィンに挿入された前記円管と前記扁平管との全数に対する、前記円管の割合が１０％以上、３０％以下であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
【請求項１０】
前記放熱用プレートフィンに扁平管挿入用Ｕ字型開口を形成する工程と、
放熱用プレートフィンにバーリング加工により前記扁平管挿入用Ｕ字型開口の短径より大きい直径を有する円管挿入用丸穴を形成し、前記円管挿入用丸穴の周囲に、隣接する放熱用プレートフィン面に対向する面を備えたフィンカラー部を形成する工程と、
複数の前記放熱用プレートフィンを、前記扁平管挿入用Ｕ字型開口の短径の１／２より大きく、前記円管挿入用丸穴の半径より小さい間隙で積層し、積層プレートフィンを形成する工程と、
前記扁平管挿入用Ｕ字型開口に前記扁平管を、前記円管挿入用丸穴に前記円管を、挿入する工程と、を備え、
前記放熱用プレートフィンの前記円管挿入用丸穴をフィンプレス工程の搬送用パイロット穴として用いることを特徴とするフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
【請求項１１】
前記放熱用プレートフィンに扁平管挿入用Ｕ字型開口を形成する工程と、
放熱用プレートフィンにバーリング加工により前記扁平管挿入用Ｕ字型開口の短径より大きい直径を有する円管挿入用丸穴を形成し、前記円管挿入用丸穴の周囲に、隣接する放熱用プレートフィン面に対向する面を備えたフィンカラー部を形成する工程と、
複数の前記放熱用プレートフィンを、前記扁平管挿入用Ｕ字型開口の短径の１／２より大きく、前記円管挿入用丸穴の半径より小さい間隙で積層し、積層プレートフィンを形成する工程と、
前記扁平管挿入用Ｕ字型開口に前記扁平管を、前記円管挿入用丸穴に前記円管を、挿入する工程と、を備え、
前記放熱用プレートフィンに前記円管挿入用丸穴に前記円管を挿入した後、前記円管を支持して前記扁平管の挿入、ろう付けを行うことを特徴とするフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィンチューブ式熱交換器、その製造方法および空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィンチューブ式熱交換器は、お互いに所定の距離を隔てて重ね合わせた複数のプレートフィンを、伝熱流体が流通する複数本の伝熱管の周りに密着して配置した構造をしている。伝熱管は熱交換効率を高めるために扁平管が用いられる場合があり、プレートフィンが変形することなくプレートフィンと扁平管の密着性を高めるために、プレートフィン面にリブ等の補強構造を形成している（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−９０１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなフィンチューブ式熱交換器にあっては、扁平管挿入時のフィン変形を防止するために上記のようにプレートフィンにリブ等の補強構造を形成する必要がある。このリブによりプレートフィン間の通風が阻害され、通風抵抗が増大して熱交換効率が低下するという問題があった。
【０００５】
また、フィンとフィンとの間隔（以下フィンピッチと表記）は、設計どおりのフィンピッチに均等に確保することが製造において重要である。扁平管を用いた熱交換器ではフィンに突起などの造形を設け、フィンピッチを確保する方法が用いられているが、この方法では突起がフィン間の通風を阻害し熱交換器性能が低下する問題があった。製品自体にフィンピッチを確保する為の突起等がない場合は、製造工程において膨大な枚数のフィンとフィンの間に各々スペーサー治具を挿入しフィンピッチを確保した状態で、フィンと扁平管を固定した後、スペーサー治具を治具を抜取る必要があり、作業時間が非常に増加する。フィンピッチの異なる製品を製造するためにはそれぞれに対応したスペーサー治具が必要となる為、さらにスペーサー治具数が増加し、段取り変え時間が長くなり、また治具の製造コスト等が増加することになるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、扁平管からなる伝熱管を備えたフィンチューブ式熱交換器において、スペーサー治具を用いることなくプレートフィン間隔を均等に制御することができ、プレートフィンにリブ等を形成することなしに伝熱管の取り付けに伴うプレートフィンの変形を防止するフィンチューブ式熱交換器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のフィンチューブ式熱交換器は、複数の円管挿入用丸穴および複数の扁平管挿入用Ｕ字型開口と、円管挿入用丸穴の周囲に形成され、隣接する放熱用プレートフィン面に対向する面を有するフィンカラー部と、を有する放熱用プレートフィンを、フィンカラー部を介して積層させた複数の放熱用プレートフィンからなる積層プレートフィンと、積層プレートフィンの複数の扁平管挿入用Ｕ字型開口に対して積層方向にそれぞれ貫通する複数の扁平管と、積層プレートフィンの複数の円管挿入用丸穴に対して積層方向にそれぞれ貫通する複数の円管と、を備え、積層フィンプレートの各放熱用プレートフィンの間隙が、扁平管挿入用丸穴の短径の１／２より大きく、円管挿入用丸穴の半径より小さいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のフィンチューブ式熱交換器は、伝熱管として扁平管と円管とを混合して同時に用いることにより、扁平管を用いたことによる熱交換効率の向上と、円管を用いたことによる製作に用いる治具数および作業時間の低減等による製造コストの削減、通風抵抗の改善による熱交換効率の向上を達成することができ、低コストで熱交換効率に優れたフィンチューブ式熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るフィンチューブ式熱交換器の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器のアルミニウム製プレートフィンの一部を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るフィンプレートの拡大断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る順送プレス装置で順次成形途中の切断前のプレートフィンを示す上面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る熱交換器製造工程の構成を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態の説明及び各図において、同一の符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示すものである。
【００１１】
実施の形態１．
＜熱交換器の構成＞
図１に本発明の実施の形態１に係るフィンチューブ式熱交換器１００の概略図を示す。この図においてはプレートフィン１と伝熱管である円管３、扁平管２の構成を示しており、その他の構成、例えば切起こしスリットや伝熱管同士の管接続等は省略して示している。
【００１２】
図１において、プレートフィン１は１１枚、扁平管２と円管３とを合わせた伝熱管の本数は９本としているが、図面の作成の都合上このような構成で描いており、実際のフィンチューブ式熱交換器１００はプレートフィン１の枚数、伝熱管の本数ともに、一般に図１に描いたよりも多くを用いている。
【００１３】
図２は、図１に示した、本発明の実施の形態１に係るフィンチューブ式熱交換器１００のプレートフィン１の１枚の一部を示す模式図である。プレートフィン１はアルミニウムで形成されており、扁平管２を挿入するためのＵ字型の開口４の３ヶ所に対して、１ヶ所の割合で円管３を挿入する丸穴５を配置している。つまり、４本の伝熱管に対して、円管３を挿入する丸穴５の割合は２５％となる。伝熱管である扁平管２及び円管３を挿入する丸穴５、Ｕ字型の開口４の間には、熱交換効率を向上させるための切起こしスリット１２が形成されている。
【００１４】
図３は、図２のA-Aで示した破線部分の断面を示す拡大断面模式図で、本実施の形態１に係る円管３の挿入用丸穴５の周囲に形成されたフィンカラー部６、扁平管２を挿入するためのU字型開口４の周囲に形成された立ち上げ加工によるフランジ部７を詳細に示している。また、隣接する放熱用プレートフィン１の配置を明確にするため、隣接し、対向する放熱用プレートフィン１を破線で示している。
【００１５】
図４は、図１に示した、本発明の実施の形態１に係るフィンチューブ式熱交換器１００の一部の断面構造を示す模式図であり、図２および図３に示した放熱用プレートフィン１が複数枚積層した構造を示している。
【００１６】
ここで、図３を主に参照しながら、本発明の重要な構成である、円管挿入用丸穴５の半径（ａ）、扁平管挿入用開口４の短径（ｂ）、放熱用プレートフィン１を積層した積層プレートフィンの間隙（ｃ）について説明する。
【００１７】
積層プレートフィンの間隔（ｃ）は、円管挿入用丸穴５の周囲を２か所折り曲げて、間隔（ｃ）を保持するスペーサーの機能を有するフィンカラー部６を形成している。したがって、放熱用プレートフィン１の間隔（ｃ）は、円管挿入用丸穴５の半径（ａ）より短いことが必要である。また扁平管挿入用開口４の短径（ｂ）の１／２より放熱用プレートフィン１の間隔（ｃ）が広いことが必要である。そのため扁平管挿入用開口４の周囲を１回折り曲げたフランジ部７は放熱用プレートフィンの間隔を保持するためには十分とは言えない。
【００１８】
円管３の挿入用の丸穴５の半径（ａ）は、Ｕ字型開口４の短径（ｂ）の１／２に比べて大きいため、バーリング加工により２か所折り曲げを行うことで、フィンカラー部６の一部が隣接するプレートフィン１の面と対向する平坦な部分を有する構造とすることができる。そのためフィンカラー部６の高さは安定しており、プレートフィン１の間隔（ｃ）を精度よく安定して維持することができる。本実施の形態においては、円管挿入用丸穴５の周囲の２か所を折り曲げたが、隣接するプレートフィン１の面と対向する平坦な部分を有する構造であれば、３か所以上折り曲げてフィンカラー部６を形成しても良い。
【００１９】
一方、立ち上げ加工によりＵ字型開口４の周囲に形成されたフランジ部７は、１回折り曲げにより形成しているので、隣接するプレートフィン１の面と対向する面を有さず、隣接するプレートフィン１との間隔（ｃ）を安定して維持することが困難である。
【００２０】
さらに、フィンカラー部６の形状を、隣接するプレートフィン１の面に対向する構造とすると同時に、丸穴５の中央方向に向けて凸型の形状とすることにより、丸穴５に円管３を挿入したときに安定して広い面積でフィンカラー部６と円管３を接触させることができるため、高い熱交換効率を得ることができる。
【００２１】
＜プレートフィンの順送プレス工程＞
図５を用いて、プレートフィン１の順送プレス工程を用いた製造方法について述べる。プレートフィン１は一般に０．１〜０．２ｍｍ厚のフープ状に巻かれた金属製の薄板を用い、順送プレス装置を用いて順次丸穴５、U字型開口４等を形成する。本実施の形態においては０．１ｍｍ厚のアルミニウム薄板１０を用いた。
【００２２】
図５は、本発明の実施の形態１で行った、順送プレスを用いたプレートフィン１の製造途中の状態を示しており、図５のアルミニウム薄板１０は順送プレス中で図の右から左方向へ順次移動し、左から右方向へ徐々に穴あけ等の加工が行われる。
【００２３】
順送プレスを用いたプレートフィン１の製造は、アルミニウム薄板１０に複数のプレートフィン１がつながったままの状態で加工が施され、周辺のパイロット穴１１と円管３を挿入するための丸穴５とを用いて間欠的に搬送される。本実施の形態の場合、パイロット穴１１と丸穴５を用いた搬送ピッチ１３は、丸穴５の配置ピッチの整数倍となる。搬送しながら、扁平管２を挿入するU字型開口４、切起こしスリット１２が形成され、最後に切断線１４に沿って個々のプレートフィン１に切断される。
【００２４】
＜熱交換器の製造工程＞
図６に順送プレス工程でプレートフィン１を製造する工程からろう付け工程までのフィンチューブ式熱交換器１００の製造工程のフローを示す。この図を用いて本実施の形態のフィンチューブ式熱交換器１００の製造方法を説明する。
【００２５】
まず、順送プレス工程によりフープ状のアルミニウム薄板１０を加工、切断しプレートフィン１を形成する。アルミニウム薄板１０の板厚は上述のように０．１ｍｍ厚のものを用いた。パイロット穴１１と丸穴５を用いた搬送についてはすでに述べたので、ここでは省略する。
【００２６】
アルミニウム薄板１０にパイロット穴１１、円管３を挿入するための丸穴５、扁平管２を挿入するためのＵ字型開口４、熱交換効率を高めるための切起こしスリット１２を形成し、切断線１４の位置で切り離し、成型された帯状のプレートフィン１を得る。
【００２７】
ここまでで製造されたプレートフィン１を保管等する場合は、プレートフィン１を数１００枚程度積層し、２ヶ所以上の丸穴５にスタックロッドを通した状態で保管することができる。
【００２８】
保管の後、次の円管挿入工程に進むと、スタックロッドを通した状態で、スタックロッドを通した丸穴５以外の丸穴５に円管３をまず挿入する。続いてスタックロッドを抜き取り、抜き取った丸穴５にも円管３を挿入する。
【００２９】
次に丸穴５に挿入した状態で、円管３を拡管する。拡管工程は円管３の外形を拡張して丸穴５の周辺部分に形成したフィンカラー部６と円管３とを密着させ、熱交換効率を高めるもので、円管３の内部を油圧、水圧で加圧し、拡張する方法と、円管３内に円管の内径より大きな拡管棒を管内に挿入して拡張する方法がある。本実施の形態においては、比較的工程が簡便な、後者の拡管棒を用いた方法により拡管を行った。
【００３０】
拡管を行うことで、円管３とプレートフィン１とが強く密着するので、この工程まで完了した状態で搬送、保管は容易に行うことができる。また扁平管２をＵ字型開口４に挿入する工程において、円管３とプレートフィン１とが拡管によりすでに強く固定されているため、扁平管３挿入時にＵ字型開口４に不要な歪が生じることがなく、密着度高く扁平管２を挿入することができる。さらにろう付けの作業においても同様に、円管３とプレートフィン１とが固定されているため、円管３を治具等で固定するだけでろう付け工程を行うことができる。
【００３１】
なお、一般に扁平管２内には複数の流路が独立して形成されているので、U字型開口部４に挿入したのち拡管により扁平管２の内径を大きくする工程は用いることができず、U字型開口４に強く押し込んで挿入する。
【００３２】
プレートフィン１の長さは熱交換器を使用する空気調和機等の性能や能力に応じて多種にわたるが、本発明が効率的に効果を奏するためには、丸穴５が２か所以上、好ましくは４ヶ所以上配置することが適当である。プレートフィン１を製造し、複数枚を一組としてスタックロッドで固定する場合、丸穴５が２か所の場合、スタックロッドの挿入用に１ヶ所の丸穴５を使用し、残りの１ヶ所に円管３を挿入して拡管工程を経て固定することができる。
【００３３】
またスタックロッドの挿入用に２か所の丸穴５を使用し、残りの丸穴５に円管３を挿入して拡管工程を経て固定することでさらに安定して拡管を行うことができる。その後にスタックロッドをはずしても円管３とプレートフィン１が強固に固定されているため、その後の工程をスムーズに行うことができる。
【００３４】
従来の扁平管熱交換器のプレス工程では、アルミニウム薄板１０の幅を広くし、多数のプレートフィン１を同時に製造し、生産効率を向上させていた。図３の場合、１２列のプレートフィンを同時に製造している。このように幅が広い薄板を用いる場合、パイロット穴１１は薄板の両端だけでは、摩擦抵抗等に対抗できる十分な搬送力をアルミニウム薄板１０に伝えることができないため、プレートフィン１の間にも適宜パイロット穴１１を形成することが必要であった。
【００３５】
パイロット穴１１は通常プレートフィン１とは別の部分に形成するため、その部分は切断後は廃材として廃棄するしかなく、材料歩留まりを低下させていた。逆に材料歩留まりを考慮してパイロット穴１１をプレートフィン１内に設けた場合、パイロット穴１１を形成した部分にはスリットを形成することができず、熱交換特性が低下するという問題があった。
【００３６】
しかし本実施の形態に示すように、パイロット穴１１をプレートフィン１内に形成し、搬送時に用い、かつ切断後は円管３の挿入用の丸穴５として用いることができるため、材料歩留まりの低下が無く、熱交換効率の低下もないフィンチューブ式熱交換器を得ることができる。
【００３７】
本実施の形態のプレートフィン１を用いることにより、円管３を挿入するための丸穴５にバーリング加工を行い、丸穴５の周囲部分に２回折り曲げたフィンカラー部６を形成しているので、フィンカラー部６がスペーサーの機能を有し、プレートフィン間隔ｃを均等に維持することができる。
【００３８】
そのためプレートフィン１の別の部分にプレートフィン間隔ｃを確保するための突起をスペーサーとして形成する必要がなく、さらに代わりに切起こしスリット等を形成することができるため、熱交換効率を高くすることができるという特長を有する。
【００３９】
扁平管２を挿入するとき、すでにプレートフィン１は円管３により補強されており、プレートフィン１をリブ等により補強する必要がない。そのため切起こしスリット１２等をプレートフィン１上により多く形成することができ、熱交換効率を高くすることができる。
【００４０】
プレートフィン１に形成された円管３の挿入用の丸穴５にスタックロッドを挿入することで容易に保管、搬送等を行うことができるため、特殊な保管用治具等を製造する必要がなく、専用設備を削減することができ、設備投資を抑制することができる。
【００４１】
本実施の形態においては、円管３が１本に対し、扁平管２を３本の割合で用いた。従って円管３の割合は２５％であった。この円管３の比率は、１５〜３０％であることが好ましく、良好な特性を得ることができる。
【００４２】
円管３の比率が１５％未満では円管３の効果が少なく、安定してプレートフィン間隔ｃを維持できない等の問題が生じる場合がある。反対に３０％を超える場合、扁平管２の効果が少なくなり、熱交換効率が低下する等の問題が生じる場合がある。
【００４３】
熱交換器において、用いる伝熱管はU字型に曲げたものを用いる場合がある。このような場合、同種の伝熱管が連続して取り付けられることになる。つまり、本実施の形態においては、円管３を１本と扁平管２が３本とが交互に配置されていたが、円管３が２本以上連続して並ぶ構造であっても、扁平管２と円管３の設置の比率が上記の範囲であれば良好な特性を得ることができる。
【００４４】
また円管３を配置する場合に、円管３を等間隔で配置するとフィンチューブ式熱交換器１００の構造が安定して好ましい。しかし円管３は等間隔で配置するだけでなく、不等間隔であってプレートフィン間隔ｃとの関係で熱交換特性に優れる場合もあり、配置の均等、不均等によらず、円管３と扁平管２の比率を上記の範囲に維持することができれば良好な特性を得ることができる。
【００４５】
本発明のフィンチューブ式熱交換器１００の用途は特に限定されるものではなく、種々の熱交換器として用いることができる。特に空気調和器の熱交換器として用いることで、熱交換効率に優れ、低コストであるという本発明のフィンチューブ式熱交換器の特徴を生かすことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  プレートフィン、２  扁平管、３  円管、４  U字型開口、５  丸穴、６フィンカラー部、７  フランジ部、１０  アルミニウム薄板、１１  パイロット穴、１２  切起こしスリット、１３  搬送ピッチ、１４  切断線、１００  フィンチューブ式熱交換器。
【図１】
2015140981.tif 000003
【図２】
2015140981.tif 000004
【図３】
2015140981.tif 000005
【図４】
2015140981.tif 000006
【図５】
2015140981.tif 000007
【図６】
2015140981.tif 000008