(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート型熱交換器用の波形フィンを、シート状の扁平物品から製造するための方法であって、主たる全体波形方向（Ｄ１）が規定され、この主たる全体波形方向（Ｄ１）を略横断する方向の少なくとも１つの波形（８）を含み、波形（８）が、波形クレスト（１５）及び波形トラフ（１６）を接続する波形脚部（１２）を有すると共に、一連の穿孔（２０）を有し、穿孔（２０）が、曲げ前に扁平物品に穿孔工具（３０）を用いて形成され、穿孔済みの扁平物品には、曲げ工具（４０）を用いて曲げ部が形成される、前記方法において、
穿孔工具（３０）及び曲げ工具（４０）の相対位置が扁平物品の進行方向（Ｘ−Ｘ）に変更自在であって、両工具（３０、４０）の間を徐々に扁平物品を通過させるステップと、
波形（８）上の穿孔（２０）の位置を検出するステップと、
両工具（３０、４０）の相対位置を検出位置の関数として調整するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
(a)  曲げ作業が実施され、
(b)  波形（８）上の穿孔（２０）の検出位置の関数として、穿孔工具（３０）と曲げ工具（４０）との相対位置が調整され、
(c)  穿孔作業が実施されるか、ステップ(a)とステップ(b)とが連続して繰り返されるか、又は終了する、
という各ステップが、扁平物品の走行時に実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
穿孔工具（３０）に対する扁平物品の動きが検出され、穿孔工具（３０）に対して扁平物品が静止している場合にのみ穿孔作業が許可されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
曲げ工具（４０）に対する扁平物品の動きが検出され、曲げ工具（４０）に対して扁平物品が静止している場合にのみ曲げ作業が許可されることを特徴とする請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
穿孔工具（３０）と曲げ工具（４０）を含み、各工具が入口（３７、４７）と出口（３８、４８）を含み、穿孔工具（３０）及び曲げ工具（４０）の組立体が扁平物品の処理のために意図される処理ラインを構成する、請求項１記載の方法を実施するための装置において、
処理ライン（３０、４０）は、扁平物品を連続的に処理し、
曲げ工具（４０）の入口（４７）は、穿孔工具（３０）の出口（３８）を出て来た扁平物品を直接受け取り、
処理ラインを通る扁平物品の進行方向（Ｘ−Ｘ）に関する曲げ工具（４０）及び穿孔工具（３０）の相対位置は、命令及び制御手段（６０）を介して調整自在であり、
命令及び制御手段（６０）は、
処理ライン（３０、４０）によって処理される扁平物品の一部である波形（８）に対する穿孔（２０）の位置を検出するように設計される位置センサ（６２）と、
曲げ工具及び穿孔工具の相対位置を調整する手段と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
命令及び制御手段（６０）は、検出信号（Ｓ０）を位置センサ（６２）から受け取るように設計され、該検出信号（Ｓ０）と事前記録されたパラメータ（Ｐｉ）及びプリプログラミングされた制御原理（Ｌｉ）とから、穿孔工具（３０）及び曲げ工具（４０）の相対位置を命令する信号（Ｃ３）を定式化するように設計された計算手段（７０）と、計算手段（７０）によって送出される命令信号（Ｃ３）を受け取り、相対位置を調整するように適切に穿孔工具（３０）及び曲げ工具（４０）の少なくとも一方を動かすように設計されたアクチュエータ（５５）と、を含むことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
曲げ工具（４０）は、固定され、穿孔工具（３０）は、アクチュエータ（５５）によって移動自在であることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
命令及び制御手段（６０）は、穿孔工具（３０）と関係する第１動作センサ（６４）を含み、第１動作センサ（６４）は、扁平物品及び穿孔工具（３０）の相対的な動きを検出し、該動きを示す信号（Ｓ１）を計算手段（７０）に伝達するように設計されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
命令及び制御手段（６０）は、曲げ工具（４０）と関係する第２動作センサ（６６）を含み、第２動作センサ（６６）は、穿孔済み扁平物品及び曲げ工具（４０）の相対的な動きを検出し、該動きを示す信号（Ｓ２）を計算手段（７０）に伝達するように設計されていることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
穿孔工具（３０）及び曲げ工具（４０）は、それぞれ穿孔アクチュエータ（３２）、曲げアクチュエータ（４２）によって作動せしめられ、両アクチュエータは、命令及び制御手段（６０）によって命令され、命令及び制御手段は、第１動作センサ（６４）の送出する信号（Ｓ１）及び／又は第２動作センサ（６６）の送出する信号（Ｓ２）に基づき、穿孔アクチュエータ（３２）及び曲げアクチュエータ（４２）の各々に対して対応する命令信号（Ｃ１、Ｃ２）を送出するように設計されていることを特徴とする請求項８又は９記載の装置。
【請求項１１】
前記波形フィンは、扁平物品を構成する離隔した横断方向バンドに、穿孔が形成され、これらのバンドが、穿孔が形成されないバンドで隔てられる、ハイブリッド構造を有する請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記波形フィンは、波形脚部の少なくとも幾つかの尾部縁部及び／又は少なくとも幾つかの先端縁部に、ノッチ付きオフセット波形を有する請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記波形フィンは、波形トラフ及び／又はクレストに、ノッチ付きオフセット波形を有する請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレート型熱交換器用の波形フィンを、シート状の扁平物品から製造するための方法に関しており、主たる全体波形方向が規定され、この主たる全体波形方向を略横断する方向の少なくとも１つの波形を含み、波形が、波形クレスト及び波形トラフを接続する波形脚部を有すると共に一連の穿孔を有する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
添付した図１は、本発明が適用される、一般構造から成る上記熱交換器の一例の要部を破断した斜視図である。特にこれは極低温の熱交換器であり得る。
【０００３】
図示した熱交換器１は、総て同じである矩形プレート２の平行な積み重ねから成り、間には、直接の熱交換関係で配置されるべき流体の多数の通路が画成される。図示実施態様において、これらの通路は、連続且つ循環する、第１流体のための通路３、第２流体のための通路４、第３流体のための通路５である。
【０００４】
各通路３〜５は、対応する流体のために入口／出口開口７をフリーに維持しながら境界を定める閉塞バー６に接している。各通路に置かれているのは、波形スペーサーピース、即ち、波形フィン８であり、熱交換フィンとして機能すると同時に、（特に、鑞付け作業中の、そして、加圧流体の使用時のプレートの如何なる変形も回避するための）プレート間のスペーサーピースとして機能し、また、流体の流れの案内としても役立つ。
【０００５】
プレート、閉塞バー、及び波形スペーサーピースの積み重ねは、アルミニウム又はアルミニウム合金で一般的に形成され、炉内鑞付けによって単一作業で組み立てられる。
【０００６】
全体が半円筒状の流体入口／出口ボックス９は、入口／出口開口の対応列をキャップするために、先の如く製造された交換器ボディ上に溶着され、流体を搬送及び排除するためのパイプ１０に接続される。
【０００７】
例えば、図２に示されたもののような単一の穿孔型の波形スペーサーピースや、既存の波形スペーサーピースのような様々のタイプが存在する。
【０００８】
本明細書を通じて、このタイプの簡単な穿孔型波形が記載される。本発明は、多くの他の複雑なタイプの波形に適用される、ということが明確に理解できよう。例えば、波形が、発生器に沿って規則正しい間隔で、波形ピッチの略半分だけ横断方向にオフセットしているような『部分オフセット』タイプや『セレーション付きフイン（serrated fin）』タイプ、波形付き発生器を具えた『ヘリングボーン型の波形（herringbone corrugations）』や『シェヴロン型の波形（chevron corrugations）』、波形脚部が槍を呈する『小割り板型の波形（slatted corrugations）』等である。
【０００９】
単純な穿孔型波形は、波形の主たる全体方向Ｄ１を有する。該波形は、方向Ｄ１に垂直な方向Ｄ２に配向される。『ヘリングボーン型』波形において、Ｄ１は、波形の平均的な方向であると解釈される。
【００１０】
説明の便宜のために、図２に示したように、方向Ｄ１及びＤ２は水平方向であると仮定する。
【００１１】
波形８は、皺形状を有し、極めて多くの矩形状の波形脚部１２を含み、その各々は、方向Ｄ２に垂直な鉛直面の面内に含まれる。通路内の方向Ｄ１の流体の流れの全体方向Ｆに関して、各脚部は、先端縁部１３と尾部縁部１４を有する。脚部は、扁平な水平矩形状波形クレスト１５によって上部縁部に沿って、そして、扁平で水平で矩形でもある波形トラフ１６によって下部縁部に沿って、交互に接続される。
【００１２】
熱交換器を貫流する流体の流れの中に乱流を導くために、そして、熱交換を促進するために、波形脚部には、穿孔２０が形成される。
【００１３】
上述したタイプの波形フィンを製造するために、一般的な手順は次の通りである。曲げる前に、穿孔工具を用いて扁平物品に穿孔を形成し、穿孔済み扁平物品に対して曲げ工具を用いて曲げ部を形成する。これら２つの工具の各々に対応する扁平物品の走行速度の違いのために、２つの工具内での扁平物品の連続的処理が困難であるので、穿孔後で、第２工具で処理される前に、扁平物品が第１工具から引き出される、という意味で、これらの作業は継続的且つ非連続的に実施される。
【００１４】
また、穿孔後の曲げ工具での扁平物品の滑り及びその伸びは、制御することが困難である。これにより、曲げに対する穿孔の位置に関する重大なバラツキが生じる。
【００１５】
これにより、極めて均一でなく、制御困難である熱特性がもたらされる。加えて、扁平物品の全面にわたって穿孔が分配されれば、一方では、波形クレスト及びトラフの間の接触の領域、他方では、隣接するプレート２の間の接触の領域が一定でなくなる。その結果、鑞付け接続部の剥がれ抵抗性や波形及びプレートの間の熱の移動は制御されない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
これらの欠点を克服する主たる目的のために、本発明は、
穿孔工具及び曲げ工具の相対位置が扁平物品の進行方向に変更自在であって、両工具の間を徐々に扁平物品を通過させるステップと、
波形上の穿孔の位置を検出するステップと、
両工具の相対位置を検出済み位置に従属させるステップと、
を含むことを特徴とする方法に関する。
【００１７】
また、本発明は、前記方法を実施するための装置に関し、穿孔工具と曲げ工具を含み、各工具が入口と出口を含み、穿孔工具及び曲げ工具の組立体が扁平物品の処理のために意図される処理ラインを構成するものにおいて、処理ラインは、扁平物品を連続的に処理し、穿孔工具の出口は、曲げ工具の入口に接続され、処理ラインを通る扁平物品の進行方向に関する曲げ工具及び穿孔工具の相対位置は、命令及び制御手段を介して調整自在であることを特徴とする。
【００１８】
追加的に本発明は、扁平物品を構成する離隔した横断方向バンドに、穿孔が形成され、これらのバンドが、穿孔が形成されないバンドで隔てられる、ハイブリッド構造から成る波形フィンを製造するか、或いは、波形脚部の少なくとも幾つかの尾部縁部及び／又は少なくとも幾つかの先端縁部に、そして可能ならば波形トラフ及び／又はクレストに、ノッチ付きオフセット波形を有するような波形フィンを製造するための、上述したような装置又は方法の使用に関する。
【００１９】
以下には、本発明の実施態様が添付の図３〜７を参照して記載される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
先ず図３を参照して、本発明の１つの特定の実施態様の主題である装置について説明する。
【００２１】
この装置は、支持構造３３に固定される穿孔アクチュエータ３２を具備した穿孔工具３０と、アクチュエータ３２の移動ロッドに取付けられたパンチ３５とを含む。穿孔工具３０は、入口３７と出口３８を有しており、処理されるべきシート状の連続したメタル製品がそれらを通過する。穿孔工具３０は、メタルシートを案内する手段（図示せず）を有する。これらの手段によって、略水平な面において、メタルシートは、一様に且つ徐々に工具中を走行する。穿孔アクチュエータ３２は、メタルシートの動きに関係する鉛直方向の往復動作をするようにパンチ３５を駆動する。パンチ３５は、ダイ対応部３９と協働して、規則的な間隔でメタルシートを穿孔する。
【００２２】
また、この装置は、支持構造４３に固定される曲げアクチュエータ４２を含む曲げ工具４０を含む。曲げアクチュエータ４２の移動ロッドには、図示しない工具対応部と協働する、バーのような、鉛直方向の往復動作をする曲げ部材４５が取付けられる。曲げ工具４０は、入口４７と出口４８を有しており、入口４７は、穿孔工具３０の出口３８から出て来た穿孔済みメタルシートを直ちに受ける。曲げ工具４０は、メタルシートを案内及び駆動するための手段を有する。駆動手段は、曲げ作業に相応しいステップ寸法及び速度でメタルシートが進行せしめられるように設計される。これらの案内及び駆動手段は、図示しない一般的な形式から成る。
【００２３】
曲げ工具４０は、固定サポート５０に対して固定されている。これに対して、穿孔工具３０は、スライドウエイのような任意の適当な装置又はホイール５１によって、メタルシートの水平走行方向Ｘ−Ｘの並進動作という観点から可動に構成されている。穿孔工具３０は、アクチュエータ５５によって、メタルシートの走行方向又は反対方向に並進するように駆動される。アクチュエータ５５は、固定部を介して、曲げ工具４０の支持構造４３に取付けられると共に、移動ロッドによって、穿孔工具３０の支持構造３３に取付けられる。
【００２４】
更に、本装置は、測定済みパラメータ及び／又は事前記録済み（pre-recorded）パラメータに応じた、アクチュエータ５５の作動や穿孔アクチュエータ３２及び曲げアクチュエータ４２の作動を命令し得る命令及び制御手段６０を含む。
【００２５】
この目的のための命令及び制御手段６０は、曲げに対する穿孔の相対位置を常にモニターし且つこの相対位置を示す検出信号Ｓ０を定式化するように設計され、曲げ工具４０に配設された位置センサ６２を含む。
【００２６】
また、命令及び制御手段６０は、穿孔工具３０の支持構造に対するメタルシートの動きを検出し且つこの動きを示す信号Ｓ１を発生させるように設計され、穿孔工具３０の支持構造３３に取付けられる第１動作センサ６４を含む。
【００２７】
同様に、命令及び制御手段６０は、入口４７における曲げ工具４０に対するメタルシートの動きを検出するように設計され、曲げ工具４０の支持構造４３に対して固定される第２動作センサ６６を含む。第２動作センサ６６は、この動きを示す信号Ｓ２を発生する。
【００２８】
最後に、命令及び制御手段６０は、各検出信号Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２を受けるために、位置センサ６２、第１動作センサ６４、第２動作センサ６６に接続されるコンピュータ７０を含む。コンピュータ７０は、他の事前記録済みパラメータＰｉやプリプログラミング済み制御原理（preprogrammed control laws）Ｌｉを受けるように設計される。コンピュータ７０は、検出信号Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２や外部の事前記録済みパラメータＰｉや制御原理Ｌｉから定式化される各命令信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を、穿孔アクチュエータ３２及び曲げアクチュエータ４２やアクチュエータ５５に送出する
本装置の作動の仕方は、以下に詳細に記載されるが、メタルシートが工具を通過するのに要する時間の全体にわたって、高速で何度もこの動きが繰り返される、ということが明確に理解できよう。
【００２９】
最初に、正確に穿孔及び曲げ動作を実施するために、穿孔工具３０に対してメタルシートが静止していることを第１動作センサ６４が検出しさえすれば、穿孔アクチュエータ３２は、パンチ３５を下降させる方向に駆動させることができる。また、曲げ工具４０の支持構造４３に対するメタルシートの動きが欠けていることを第２動作センサ６６が検出しさえすれば、曲げアクチュエータ４２は駆動させることができる。
【００３０】
穿孔工具３０及び曲げ工具４０の各アクチュエータ３２及び４２のための命令信号Ｃ１、Ｃ２はコンピュータ７０によって同期され、これにより、パンチ３５が上昇位置にあるときのみ、即ち、メタルシートが穿孔工具３０から解放されたときに、曲げ動作が実行できる。
【００３１】
アクチュエータ５５は、その一部として、曲げ部材４５の下流側の波形（corrugation）８に対する穿孔位置の、位置センサ６２による測定値の関数として、穿孔工具３０及び曲げ工具４０の間の引き離しを調整する。即ち、穿孔工具３０の位置は、波形８に対する穿孔２０の位置に従属する。
【００３２】
事前記録済みパラメータＰｉ及び制御原理Ｌｉは、それらの一部として、波形８に対する穿孔の位置に関する基準に対応する。これらの原理及びパラメータは、製造されるべき波形の形式や、流体のための所望の流れ特性又は波形フィンの所望の熱特性に従って変化する。
【００３３】
（既に記載したような）本装置によって、最終製品から得られるパラメータに基づく、穿孔工具３０及び曲げ工具４０の相対位置の連続調整が可能である。何が起きるかと言えば、後述するツーリングにおいて配置される穿孔工具３０及び曲げ工具４０の、次のような作動サイクルが起きることである。即ち、メタルシートは、１つの穿孔ステップだけ走行せしめられ、該走行は、曲げ動作が実施され得るように停止される。次いで、穿孔工具の位置は、曲げ工具に対して調整される。穿孔工具３０が静止するとき、全く同一の波形８の同一部分の全部が穿孔されるべきならば、穿孔動作は成し遂げられる。
もし、そうでなければ、外部の事前記録済みパラメータＰｉ及び制御原理Ｌｉを用いてプリプログラミングされた意図した穿孔パターンにもよるが、この同じサイクルは、繰り返されるか又は作動が停止される。
【００３４】
一例として、プリプログラミングされた穿孔パターンは、波形通路が交互に連通してシールされるように穿孔が交互に配置されるハイブリッド構造に対応できる。この構造は、マルチパスクロスフロー交換器の製造に使用される。
【００３５】
必要に応じて、波形脚部に、及び又は、波形クレスト又はトラフに、及び／又は、折り曲げ部に、穿孔を設けることができる。
【００３６】
本発明の１つの特定の有益な適用としては、波形の主たる方向が流体の流れる方向に垂直であるように配設される波形を含む交換器を製造することにあり、この構造は、交換器内の流体の分配に対する良好な制御を提供するための『ハード・ウエイ』構造として公知である。
【００３７】
勿論、穿孔として、例えば、丸形状、矩形状、細長形状のような様々の形状を採用できる。しかし、代わりに、波形脚部の少なくとも幾つかの先端縁部に、及び／又は、幾つかの尾部縁部に、そして、可能ならば波形トラフに、及び／又は、クレストに設けられるノッチのような形状にすることもできる。
【００３８】
従って、本発明は、図４及び６に描かれたもののようなノッチ付きのオフセットした波形を製造するのに特に好適である。
【００３９】
図４に関して、波形８は、（その内の２つのみ（８Ａ、８Ｂ）が図示されている）非常に多数の列を含む。これらの波形の列８Ａ、８Ｂは、オフセットライン１０７によって分離されている。各脚部１２Ａ、１２Ｂは、その先端縁部１３Ａ、１３Ｂのみにノッチ１０８Ａ、１０８Ｂを有する。このノッチ１０８Ａ、１０８Ｂは、トラフ１６Ａ、１６Ｂから高さの中程（即ち、波形の高さをｈとしたときに、ｈ／２の高さ）まで延びている。
【００４０】
図５には、そのようなフィンを製造するのに使用するメタルシート１１０の対応バンドが平面的に描かれている。これらの図面には、（仮想であっても）曲げラインが描かれており、曲げ後のフィンの対応部分が描かれている。
【００４１】
図５に示すように、常にオフセットライン１０７の全く同じ側で、各列８の脚部１２の先端縁部１３の近傍の細長い矩形状の穿孔又は切り抜き部１０８をシート１１０に形成することによって、図４の波形フィンを得ることができる。切り抜き部１０８の総ては、ｈ／２の長さを有し、トラフ１５から始まる。
【００４２】
代替例として、勿論、切り抜き部１０８は、ｈ／２とは異なる長さを有することができる。
【００４３】
図６及び７の実施態様は、再言するとｈ／２の長さを有するノッチ１０８が、脚部１２Ａ，１２Ｂの先端縁部１３Ａ、１３Ｂの長さに沿った中程に設けられる、という点で図４及び５のそれとは異なる。切り抜き部１０８は、順次シフトしている（図７）。
【００４４】
代替例として、切り抜き部の寸法及び位置の慎重な選択を介することによって、波形フィン上の、先端縁部、尾部縁部、波形クレスト、及び／又は、波形トラフ、或いはそれらの幾つか、の少なくとも一部に、必要に応じて配置されるノッチを得ることができる。
【００４５】
上述した本装置及び本方法によって、基準に対する大きなドリフトを伴わずに均等に穿孔が配置されるということが認識できよう。従って、波形に対する穿孔の位置決めの精度は、メタルの伸びの問題（該問題は特に曲げ動作や使用する合金の特性に起因する）から自立しており、シートの案内及び移動のための手段におけるメタルシートの滑りの問題から自立している。
【００４６】
従って、高品質の熱交換器波形は、その特性が完全に制御され且つ再現可能であって、複雑なツーリングや生産速度の観点から満足できるように製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される、一般的な構造から成る熱交換器の一例の要部を破断した斜視図である。
【図２】波形付きのスペーサーピースの一例の斜視図である。
【図３】曲げ工具及び穿孔工具並びに命令及び制御手段を図解的に示す図である。
【図４】本発明の好適な実施態様の波形フィンの斜視図である。
【図５】図４の波形フィンの製造のための扁平シートの平面図である。
【図６】別の形式の波形フィンの、図４に類似する図である。
【図７】別の形式の波形フィンの、図５に類似する図である。
【符号の説明】
３０…穿孔工具
３２…穿孔アクチュエータ
４０…曲げ工具
４２…曲げアクチュエータ
６２…位置センサ
６４…第１動作センサ
６６…第２動作センサ
７０…コンピュータ
【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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