(57)【要約】【課題】従来とは別の観点から、熱交換効率の良い熱交換器を提供するためのパイプを提供する。【解決手段】熱交換用パイプ１は、所定材料（例えばアルミニウム等の金属）から成っているパイプがサーペンタイン状（具体的には蛇行状）に曲げられ、実質的に平板状に構成される。熱交換用パイプ１は、主要部分３と曲げ部分５とを交互に連続的に有しており、少なくとも１つの主要部分３が、その長さ方向を横切る方向に隣り合う他の主要部分３との間に生じる隙間が小さくなるように、扁平にされる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体が流れるサーペンタインなパイプを備えた熱交換器の製造方法において、
実質的に直線的なパイプ（１０）を１以上の所定箇所（１１）にて曲げて、サーペンタインなパイプにする工程と、
前記サーペンタインなパイプの少なくとも曲げられていない複数の主要部分（３、３、…）を扁平にして、前記複数の主要部分（３、３、…）同士の間隔を狭める工程と
を有する熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記直線的なパイプを曲げる前に、曲げる箇所（１１）に対して、曲げ半径を小さくするための所定の加工を施す工程を更に有する請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
熱媒体が流れるサーペンタインなパイプを備え、前記サーペンタインなパイプの少なくとも曲がっていない複数の主要部分（３、３、…）が扁平の断面形状を有していて、前記断面形状が扁平でない場合と比較して前記複数の主要部分の間隔がより狭くなっていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒体が流れるパイプを有する熱交換器及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱媒体が流れるパイプを有する熱交換器の一つとして、互いに平行に並べられた複数のプレートフィンと、複数のプレートフィンの並んでいる方向に沿って各プレートフィンに挿通された、サーペンタイン状に曲げられたチューブとを備えた熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。そのチューブは、直管部と曲管部とを交互に連続的に有しており、曲管部の直径が、直管部の直径よりも短くされている。それにより、各フィンと接触する直管部の周縁の長さを、半円よりも広くすることができる、すなわち、各フィンと直管部との接触部分を、曲管部と直管部の直径が同じ場合に比べて多くすることができるので、フィンとチューブとの間の伝熱性が向上する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２００１−３３４３３４号公報（例えば段落１２、図４、図７）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題、作用及び効果】
熱媒体が流れるパイプを有する熱交換器では、熱交換を効率良く行うためにはどのようなパイプを用意するかが重要なポイントの一つである。
【０００５】
従って、本発明の目的は、従来とは別の観点から、熱交換効率の良い熱交換器を提供するためのパイプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この欄の記述において、カッコ内の数字は、添付の図面に記載の要素との対応関係を例示するものであるが、これは、単なる説明のための例示にすぎず、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。
【０００７】
本発明に従う熱交換器の製造方法は、熱媒体が流れるサーペンタインなパイプを備えた熱交換器の製造方法であって、実質的に直線的なパイプ（１０）を１以上の所定箇所（１１）にて曲げて、サーペンタインなパイプにする工程と、前記サーペンタインなパイプの少なくとも曲げられていない複数の主要部分（３、３、…）を扁平にして、前記複数の主要部分（３、３、…）同士の間隔を狭める工程とを有する。
【０００８】
この製造方法によれば、複数の主要部分同士の間隔が狭められるので、熱交換面をより広くすることができ、以って、熱交換効率の良い熱交換器を提供することができる。
【０００９】
本発明に従う製造方法の好適な実施形態では、前記直線的なパイプを曲げる前に、曲げる箇所（１１）に対して、曲げ半径を小さくするための所定の加工を施す工程が更に備えられる。
【００１０】
この実施形態によれば、曲げる箇所に対して、曲げ半径を小さくするための所定の加工（例えばスエージング加工）が施されるので、パイプを好適に（例えば潰すことなく）曲げることができる。
【００１１】
本発明に従う熱交換器は、熱媒体が流れるサーペンタインなパイプを備え、前記サーペンタインなパイプの少なくとも曲がっていない複数の主要部分（３、３、…）が扁平の断面形状を有していて、前記断面形状が扁平でない場合と比較して前記複数の主要部分の間隔がより狭くなっていることを特徴とする。
【００１２】
この熱交換器によれば、複数の主要部分同士の間隔が狭くなっているので、より広い熱交換面を持っており、それにより、効率良く熱交換を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る熱交換用パイプを示す図である。具体的には、図１（ａ）は、上方から見た熱交換用パイプを示し、図１（ｂ）は、正面から見た熱交換用パイプを示し、図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
この実施形態に係る熱交換用パイプ１は、所定材料（例えばアルミニウム等の金属）から成っているパイプがサーペンタイン状（例えば蛇行状）に曲げられ、図１（ｂ）及び図２に示す通り、実質的に平板状（例えば平板のブロック状）に構成されたものである。熱交換用パイプ１は、複数の主要部分３と、複数の曲げ部分５とを備え、主要部分３と曲げ部分５とを交互に連続的に有している。すなわち、各主要部分３が曲げ部分５によって他の主要部分３と接続されたかたちになっている。各主要部分３は、その長さ方向を横切る方向に（例えば直交する方向に）並んでいる。
【００１６】
主要部分３は、完全に又は実質的に真っ直ぐになっている部分、或いは、スエージング加工又は蛇腹加工等の特別な塑性加工を施さなくても潰れることなく又は好適に曲がれる程の曲率半径（例えば、約１．５Ｄ（「Ｄ」は主要部分のパイプの直径）以上の半径）を有する曲げ部分（一例を言えば、比較的緩やかなカーブを有する曲げ部分）である。この実施形態では、主要部分３は完全に真っ直ぐになっている部分なので、以下、この部分を「直管部分３」と称する。
【００１７】
曲げ部分５は、特別な塑性加工が施されていないと、潰れる又は好適に曲がることができない程小さい曲率半径を有する部分である。その「小さい曲率半径」とは、例えば、１．５ｄ（「ｄ」は曲げ部分５のパイプの直径）以上で１．５Ｄ未満である（なお、云うまでもなく、曲げ部分５のパイプの直径「ｄ」と、主要部分３のパイプの直径「Ｄ」との関係は、「ｄ＜Ｄ」である）。以下、この曲げ部分５を「曲管部分５」と称する。
【００１８】
この熱交換用パイプ１は、各直管部分（つまり主要部分）３と、その長さ方向を横切る方向に隣り合う他の直管部分３との間の隙間がより狭くなるように（好ましくはゼロになるように）、少なくとも１つの直管部分３が扁平にされている。例えば、扁平後の断面形状の長軸方向の径Ｗが、実質的に、扁平前の直管部分３の直径Ｄの１．５倍以上２．０倍以下の範囲内になるように、直管部分３が扁平にされる。なお、この図では、直管部分３の断面形状は楕円であるが、勿論これに限られない。扁平にされた後の断面形状は、後述する熱交換用パイプ１の元々の断面によって違ってくる。例えば、扁平にされる前の元々の断面形状が円であれば、扁平にすれば図示のように楕円になるし、元々の断面形状が方形であれば、扁平にすれば長方形になる。
【００１９】
以下、この熱交換用パイプ１の製造方法を説明する。
【００２０】
（１）準備
図３に示すように、所定の材料（例えばアルミニウム等の金属）で構成された実質的に直線的なパイプ１０が用意される。以下の説明では、このパイプ１０の直径をＤとする。
【００２１】
（２）曲げ準備加工（塑性加工）
特別な塑性加工が施されていないと、潰れる又は好適に曲がることができない程小さい曲率半径（例えば、１．５ｄ以上で１．５Ｄ未満の半径）を有する曲げ部分を構成するための後述する曲げ加工を施すために、上記用意されたパイプ１０に対して、後述する曲げ加工のための準備である曲げ準備加工（具体的には塑性加工）が施される。例えば、図４（ａ）に示すように、パイプ１０の少なくとも１以上の所定箇所（部分）１１の径を小さくするスエージング加工が施される。具体的には、各所定箇所１１において、中間に、パイプの直径Ｄよりも小さいな直径ｄ（例えばｄは約０．６Ｄ）の小径管部分１５が備えられ、その両端に、所定角のテーパー１７ａ、１７ｂが備えられるようなスエージング加工が施される。
【００２２】
以上の塑性加工により、パイプ１０に、加工部分１１と未加工部分１９とが交互に連続的に形成される。
【００２３】
なお、この曲げ準備加工で行う塑性加工は、スエージング加工に限られず、例えば、特別な塑性加工が施されていないと、潰れる又は好適に曲がることができない程の曲率半径（例えば、１．５ｄ以上で１．５Ｄ未満の半径）を有するカーブを作ることができる塑性加工法であればどのような方法も採用し得る。例えば、図４（ｂ）に示すように、パイプ１０の各所定箇所１１が、所定形状の金型をプレスする等の方法によって蛇腹状にされても良い（つまり各所定箇所１１に蛇腹加工が施されても良い）。また、例えば、パイプの径を大きく拡管するエキスパンド加工、パイプ断面を内外種々に変形加工する異形加工、又は、パイプの内面又は外面に溝を入れる或いは外側に溝を張り出させるビーディング加工等の別の塑性加工が施されても良い。
【００２４】
（３）曲げ加工
図５及び図６に示すように、パイプ１０の塑性加工が施された部分１１が、所定の曲率半径を有するように例えばＵ字状に曲げられる。例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、スエージング加工が施された部分（具体的には、小径管部分１５）が、所定の曲率半径ｒ（例えば、小径管部分１５の直径ｄの約１．５倍）になるように曲げられる（なお、（ａ）は曲げられたパイプ１０を上方から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である）。これにより、図１に熱交換用パイプ１の曲管部分５が形成される。なお、図６に示すように、蛇腹加工が施された場合も略同様である。
【００２５】
これにより、各直管部分（つまり未加工部分）３と、他の直管部分３とが、その長さ方向を横切る方向に隣り合い、各直管部分３と他の直管部分３との間には隙間ｘが形成される。
【００２６】
（４）扁平加工
曲げ加工後、少なくとも未加工部分、例えば主要部分である各直管部分３がプレスされ、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、直管部分３の断面形状が扁平にされる（図７（ａ）は、上方から見た曲げ加工後のパイプ１０を示す図、図７（ｂ）は、そのパイプ１０のＣ−Ｃ断面図である）。すなわち、各直管部分３と、その長さ方向を横切る方向に隣り合う他の直管部分３との間の隙間ｘ（図５（ａ）参照）がより狭くなるように（好ましくはゼロになるように）、少なくとも各直管部分３が扁平にされている。例えば、扁平後の断面形状の長軸方向の径Ｗが、実質的に、扁平前の直管部分３の直径Ｄの１．５倍以上２．０倍以下の範囲内になるように、直管部分３が扁平にされる。
【００２７】
以上の（１）〜（４）の工程を経て、図１に示したような、全体として実質的に平板状になっている熱交換用パイプ１が形成される。この熱交換用パイプ１には、低温又は高温の流体又は気体を熱交換用媒体として流すことができる。この熱交換用パイプ１は、種々の態様で、熱交換器に備えることが可能である。
【００２８】
例えば、図８に示すように、所定材料（例えばアルミニウム等の金属）で構成された、厚みを有する完全な又は実質的な平板ブロック２０に熱交換用パイプ１を鋳ぐるむことにより、第１の略平板状の熱交換器２１を構成することができる。具体的には、例えば、熱交換器２１は、平板ブロック２０の金型内に予め熱交換用パイプ１を置き、その金型に、平板ブロック２０の材料となる金属を鋳込む（流し込む）ことによって作ることができる。
【００２９】
また、例えば、図９に示すように、実質的に平板状の熱交換用パイプ１の上又は下に、所定材料（例えばアルミニウム等の金属）のプレート２３を載置する又は接着することにより、第２の略平板状の熱交換器２５を構成することができる。
【００３０】
また、例えば、図１０に示すように、実質的に平板状の熱交換用パイプ１の上又は下に、熱交換用パイプ１を流れる熱交換媒体を加熱又は冷却するための熱交換装置を備えた第３の略平板状の熱交換器２７を構成することができる。この熱交換器２７は、例えば以下のような方法で製造することができる。
【００３１】
まず、所定材料（例えばアルミニウム等の金属）のプレート３１の下面に熱交換用パイプ１が半田付けされる。次に、そのプレート３１の上面に、１つのＰ型半導体素子３９と１つのＮ型半導体素子４３が電極（例えば銅板）４５により電気的に直列に接続されて成る複数のサーモモジュール（換言すればパイ型ユニット）５１、５１、・・・が、プレート３１上に形成された所定の配線パターンに半田付けされ、その配線パターンに基づいて電気的に直列に接続される。そして、このＰ型半導体素子３９とＮ型半導体素子４３の直列接続体（つまり熱電変換デバイス５５）に直流電流を流すと、電流の方向に応じて、ペルチェ効果により、上側の面（上側熱交換面）で吸熱し、下側の面（下側熱交換面）で放熱をするか、又は下側熱交換面で吸熱し、上側熱交換面で放熱をする。
【００３２】
なお、プレート３１に熱交換用パイプ１を半田付けする工程は、例えば、サーモモジュール５１の製作の際の半田付け工程のときに行われ、且つ、プレート３１と熱交換用パイプ１の半田付けの際に、各サーモモジュール５１とプレート３１との半田付けも行われる。それにより、サーモモジュール５１と、熱交換用パイプ１を流れる熱交換媒体との間の熱抵抗が下がり、結果として熱交換器の精度が高くなる。
【００３３】
このような熱交換器２７によれば、例えば金属状の平板ブロックに鋳ぐるむ必要がないので、コスト低減が図れる。
【００３４】
なお、この第３の熱交換器２７において、プレート３１は、パターンエッチング等により上面に配線パターンが形成された例えばポリイミド製の接着剤シートであっても良い、すなわち、熱電デバイス５５と熱交換用パイプ１は、接着剤シートを介して接合されても良い。
【００３５】
以上の実施形態によれば、熱交換用パイプ１の主要部分が扁平にされるので、熱流体が流れる面積を、熱交換面の面積に近づけることができるので、熱交換効率を良くすることができる。
【００３６】
具体的に言えば、例えば、熱交換器には、板状の金属ブロックを機械加工して熱媒流体の流路が備えられた第１のタイプの熱交換器と、曲げ加工したパイプを熱媒流体の流路として金属ブロックに鋳ぐるんだ第２のタイプの熱交換器とがある。第１のタイプの熱交換器は、熱媒流体の流路を機械加工により形成するので、熱媒流体が流れる面積を熱交換面の面積に近づけることができるが、機械加工のためコストが高くなる。一方、第２のタイプの熱交換器は、熱媒流体の流路は機械加工ではなくパイプの曲げ加工によって形成するので、第１のタイプの熱交換器よりも安価に作れるが、単にパイプを曲げるだけでは、直管部分と直管部分との間に比較的大きな隙間が生じてしまうので、熱交換面の面積に比べて熱媒流体が流れる面積が大分小さくなってしまう。それが、本実施形態によれば、パイプの曲げ加工によって熱媒流体の流路を形成するにも拘わらず、上述した（１）〜（４）工程を経ることで、熱媒流体が流れる面積が熱交換面の面積に近い熱交換器を提供することができる。すなわち、本実施形態によれば、安価で高性能な熱交換器を作れることができる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、他の種々の形態でも実施することができる。
【００３８】
例えば、熱交換用パイプ１を一本のパイプ１０から製造する代わりに、複数の主要部分３となる複数の主要部材と、複数の曲げ部分５となる複数の曲げ部材とを用意し、各主要部材と各曲げ部材を溶接する等の方法によって、上述した実施形態と実質的に同様の作用効果を奏する熱交換用パイプ１が製造されても良い。また、例えば、主要部分３以外の曲げ部分５も扁平にされても良い。
【００３９】
また、例えば、熱交換用パイプと平板状ブロックを一体化した熱交換器を製造する場合には、以下の工夫例により、その熱交換用パイプの主要部分の扁平化と、熱交換用パイプと平板状ブロックとの一体化を同時に行うことができる。以下、図１１を用いて具体的に述べる。
【００４０】
図１１は、別の実施形態に係る熱交換器に備えられる熱交換用パイプ及び平板状ブロックの断面を示す。具体的には、（ａ）は、熱交換用パイプと平板状ブロックとの一体化前の断面を示し、（ｂ）は、一体化後の断面を示す。
【００４１】
この別の実施形態に係る熱交換器８０は、第１の平板状のブロックパート６１Ａの上に、熱交換用パイプ６３を載置し、その状態で、第２の平板状のブロックパート６１Ｂが重ねられることによって、構成されるものである。換言すれば、下側のブロックパート６１Ａの表面と、上側のブロックパート６１Ｂの裏面との間に熱交換用パイプ６３を挟み込み、下側のブロックパート６１Ａの表面７１と、上側のブロックパート６１Ｂの裏面７３とを接合することによって、熱交換用パイプ６３と平板状ブロック６０とを一体化することができるようになっている。
【００４２】
下側のブロックパート６１Ａの表面（つまり上側のブロックパート６１Ｂに対向する面）７１と、上側のブロックパート６１Ｂの裏面（つまり下側のブロックパート６１Ａに対向する面）７３との両方の面には、熱交換用パイプ６３の各主要部分６５が位置する各部分に、その主要部分６５の扁平後の断面形状に基づいて形成された窪み６７が備えられている。各窪み６７は、紙面表裏方向に走る主要部分６５に沿った長い窪みとなっており、また、各窪み６７の深さｚは、主要部分６５を扁平にするために、少なくとも、主要部分６５の直径Ｄの半分よりも小さい深さになっている（つまりｚ＜Ｄ／２となっている）。
【００４３】
このような構成の下、以下のようにすることで、熱交換用パイプ６３の主要部分６５の扁平化と、熱交換用パイプ６３と平板状ブロックとの一体化を同時に行うことができる。
【００４４】
すなわち、下側のブロックパート６１Ａの表面７１にある各窪み６７と、上側のブロックパート６１Ｂの裏面７３にある各窪み６７との間に、熱交換用パイプ６３の各主要部分６５を挟み込んで、２つのブロックパート６１Ａ、６１Ｂの間に挟まれた熱交換用パイプ６３をプレスする（つまり押し潰す）ことで、熱交換用パイプ６３の主要部分６５の扁平化と、熱交換用パイプ６３と平板状ブロックの一体化を同時に行って、熱交換器８０を製造することができる。
【００４５】
なお、各ブロックパート６１Ａ、６１Ｂの各窪み６７の面７５には、所定の凹凸が形成されていても良い。それにより、各窪み６７と各主要部分６５とが触れ合う面積をより大きくすることができるので、熱交換用パイプ６３と平板状ブロック６０との間の熱伝達をより良好にすることができる。各窪み６７の面７５に形成される凹凸は、どのようなものであっても良い。例えば、その凹凸は、凹み部分及び凸になった部分の少なくとも一方が、尖っていても良いし丸みを帯びていても良い。また、例えば、その凹凸は、主要部分６５の長さ方向に連続的に形成されても良いし、間欠的に形成されていても良い。具体的には、第１の例として、図１２（ａ）に示すように、主要部分６５の断面形状の周縁がノコギリ刃状（つまりギザギザ）になり、且つ、例えば主要部分６５の側面にその長さ方向に細長い縞状の溝が形成されるように、各窪み６７の面７５に、尖った山及び溝の少なくとも一方が設けられる。また、第２の例として、図１２（ｂ）に示すように、主要部分６５の断面形状の周縁に丸みを帯びた凸及び凹みの少なくとも１つが形成され、且つ、主要部分６５の側面全体にその凸又は凹みが点状に分布するように、各窪み６７の面７５に、先が丸みを帯びた山及び底が丸みを帯びた穴の少なくとも一方が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、上方から見た本発明の一実施形態に係る熱交換用パイプを示し、（ｂ）は、正面から見たその熱交換用パイプを示す。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図３】熱交換用パイプの製造のために用意されるパイプを示す図。
【図４】（ａ）は、所定箇所がスエージング加工されたパイプを示し、（ｂ）は、所定箇所が蛇腹加工されたパイプを示す。
【図５】（ａ）は、スエージング加工された箇所が曲げられたパイプを上方から見た様子を示し、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。
【図６】蛇腹加工された箇所が曲げられたパイプを上方から見た様子を示す。
【図７】（ａ）は、スエージング加工及び曲げ加工されたパイプの直管部分を扁平にした場合の、上方から見たパイプを示し、（ｂ）は、そのパイプのＣ−Ｃ断面図を示す。
【図８】第１の略平板状の熱交換器を示す図。
【図９】第２の略平板状の熱交換器を示す図。
【図１０】第３の略平板状の熱交換器を示す図。
【図１１】（ａ）は、本発明の別の実施形態に係る熱交換器の断面図であって、熱交換用パイプと平板状ブロックの一体化前の断面図。（ｂ）本発明の別の実施形態に係る熱交換器の断面図であって、熱交換用パイプと平板状ブロックの一体化後の断面図。
【図１２】（ａ）は、各ブロックパートの各窪みの面に設けることが可能な凹凸の第１の例を示す図。（ｂ）は、それの第２の例を示す図。
【符号の説明】
１  熱交換用パイプ
３  主要部分（直管部分）
５  曲げ部分（曲管部分）
【図１】
2004237311.tif 000003
【図２】
2004237311.tif 000004
【図３】
2004237311.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004237311.tif 000009
【図８】
2004237311.tif 000010
【図９】
2004237311.tif 000011
【図１０】
2004237311.tif 000012
【図１１】
2004237311.tif 000013
【図１２】
2004237311.tif 000014