(57)【要約】【課題】熱交換性能を高く維持しつつ、ボルト等の締着手段を一切必要とせず、組立工数を大幅に低減可能とするとともに部品点数も低減できて、製造コストの低減を実現し得る熱交換器を提供する。【解決手段】筒状のシェルの内部に多数の伝熱管を収納するとともに、該シェルの両側に入口ヘッダー及び出口ヘッダーを固定し、前記入口ヘッダーから伝熱管内を経て出口ヘッダーへと流動する第１の流体と前記シェルの内部を流動する第２の流体とを伝熱管を介して熱交換する熱交換器において、多数の伝熱管を束ねて前記シェル内に収納し、該伝熱管の両端部を入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内側に、該伝熱管及び２つのヘッダーよりも融点の低い溶融剤により溶着してなることを特徴とする。【選択図】      図１
2005030673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成されたシェルの内部に多数の伝熱管を収納するとともに、該シェルの両側に入口ヘッダー及び出口ヘッダーを固定し、
前記入口ヘッダーから伝熱管内を経て出口ヘッダーへと流動する第１の流体と前記シェルの内部を流動する第２の流体とを前記伝熱管を介して熱交換するように構成された熱交換器において、前記多数の伝熱管に１枚以上のバッフル部材を適所に挿入した束を前記シェル内に収納し、該伝熱管の両端部を前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内側に、該伝熱管及び前記２つのヘッダーよりも融点の低い溶融剤により溶着してなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーは、縮小あるいは拡大成形されて、前記バッフル部材を挿入した束の外周と所定の間隙を有する部分と前記シェルと組立て上必要な間隙を維持する部分とを備えたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記多数の伝熱管に１枚以上のバッフル部材を適所に挿入した束を捩じった形態で前記シェル内に収納したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの流体入口端部及び流体出口端部は、絞り加工成形により縮形して形成されてなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
前記各伝熱管はその両端部を円形状あるいは多角形状に拡管して形成され、該拡管部が前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内部に溶着されてなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】
筒状に形成されたシェルの内部に多数の伝熱管を収納するとともに、該シェルの両側に入口ヘッダー及び出口ヘッダーを固定し、
前記入口ヘッダーから伝熱管内を経て出口ヘッダーへと流動する第１の流体と前記シェルの内部を流動する第２の流体とを前記伝熱管を介して熱交換するように構成された熱交換器の製造方法において、前記多数の伝熱管を束ね、該伝熱管の両端部を円形状あるいは多角形状に拡管し、該拡管部を前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内部に溶融剤により溶着して伝熱管・ヘッダー組立体を形成し、該伝熱管・ヘッダー組立体を前記シェルの内部に収納して、前記シェルの両端部を前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーに固着することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＯ２冷凍機用凝縮器等に適用され、シェルの両側に入口ヘッダー及び出口ヘッダーを固定し、入口ヘッダーからシェルの内部に収納された伝熱管内を経て出口ヘッダーへと流動する第１の流体とシェルの内部を流動する第２の流体とを伝熱管を介して熱交換するように構成された熱交換器及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、腐蝕性流体の冷却、加熱や腐蝕性ガスの凝縮等にプラスチック熱交換器が使用されるようになってきた。かかるプラスチック熱交換器は、伝熱管に適用されるプラスチックが金属に比べて熱伝導率がはるかに小さいため、多数の薄肉細径の伝熱管を束ねてハニカム構造にし、伝熱面積を増大させることで熱交換器の容量を確保している。
【０００３】
かかるプラスチック熱交換器の１つとして特許文献１（特開２００１−３３０３９２公報）の技術が提供されている。
かかる技術においては、内部を液体（第１の流体）が流れる多数の薄肉細径の伝熱管を束ね、ハニカム構造にした伝熱管組立体をＵ字状に屈曲させてケーシング（シェル）内に垂直方向に収納するとともに、該ケーシングの上部から下部へとガス（第２の流体）を流動させ、前記伝熱管組立体の周囲に第２の流体の案内板を該伝熱管組立体と斜めに交差するように設けて熱交換性能の増大を図っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３０３９２公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１の技術においては、ケーシングの上部を覆う蓋部材のガス入口の左右に伝熱管組立体用の入口ヘッダー及び出口ヘッダーをボルト等によって取付け、該蓋部材のフランジ部をケーシング上部のフランジ部にボルトにより固定する構造となっている。
【０００６】
従って、かかる従来技術にあっては、伝熱管組立体を蓋部材に挿入して該伝熱管組立体の両端部に入口ヘッダー及び出口ヘッダーを固定し、該入口ヘッダー及び出口ヘッダーをボルト等によって蓋部材に取付けることによって該伝熱管組立体を蓋部材に固定し、該蓋部材を多数のボルトによってケーシング上部にフランジ結合する構造であることから、熱交換器の組立にあたっては、伝熱管組立体と入口ヘッダー及び出口ヘッダーを蓋部材に取付ける工程、及び伝熱管組立体と入口ヘッダー及び出口ヘッダーが固定された該蓋部材を多くのボルトによってケーシング上部に固定する工程等の多くの工数を必要とし、該熱交換器の組立工数が増加する。
また、かかる従来技術にあっては、ケーシング、伝熱管組立体、該伝熱管組立体用の入口ヘッダー及び出口ヘッダーの他に、該蓋部材及び該蓋部材取付け用の多くのボルトを必要とするため、部品点数が多くなって、前記組立工数の増加と相俟って熱交換器の製造コストが高くなる。
等の解決すべき課題を有している。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、熱交換性能を高く維持しつつ、ボルト等の締着手段を一切必要とせず、組立工数を大幅に低減可能とするとともに部品点数も低減できて、製造コストの低減を実現し得る熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる目的を達成するもので、筒状に形成されたシェルの内部に多数の伝熱管を収納するとともに、該シェルの両側に入口ヘッダー及び出口ヘッダーを固定し、
前記入口ヘッダーから伝熱管内を経て出口ヘッダーへと流動する第１の流体と前記シェルの内部を流動する第２の流体とを前記伝熱管を介して熱交換するように構成された熱交換器において、前記多数の伝熱管に１枚以上のバッフル部材を適所に挿入した束を前記シェル内に収納し、該伝熱管の両端部を前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内側に、該伝熱管及び前記２つのヘッダーよりも融点の低い溶融剤により溶着してなることを特徴とする。
【０００９】
また、かかる熱交換器において、好ましくは、前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーは、縮小あるいは拡大成形されて、前記バッフル部材を挿入した束の外周と所定の間隙を有する部分と前記シェルと組立て上必要な間隙を維持する部分とを備える。
そして、前記多数の伝熱管に１枚以上のバッフル部材を適所に挿入した束を捩じった形態で前記シェル内に収納するのがよい。
【００１０】
かかる発明によれば、前記熱交換器を製造するにあたり、多数の伝熱管を好ましくは捩じった形態で束ね、好ましくは各伝熱管の間にバッフル部材を挿入して、該伝熱管の両端部を入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内側に溶融剤により溶着して伝熱管・ヘッダー組立体を形成する。
前記溶融剤は、銀ろう等の、前記伝熱管及び前記２つのヘッダーよりも融点の低い溶融剤を用いる。
【００１１】
そして、筒状の組み立て可能なシェルの両端部を前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの外周に嵌合可能な形状に加工しておき、前記伝熱管・ヘッダー組立体を前記シェルの内部に収納して、前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの外周と前記シェルの両端部とをろう付けまたは締め付け等によって固着する。
この際において、前記伝熱管・ヘッダー組立体の外周と前記シェルの内周との間に間材を挿入する。このようにすれば、前記組立体の外周とシェルの内周との間に、前記第２の流体が円滑に流動可能な隙間を保持することができる。
【００１２】
従って、かかる発明によれば、多数の伝熱管を束ね、該伝熱管の両端部を入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内側に溶融剤により溶着して伝熱管・ヘッダー組立体を形成しておき、該伝熱管・ヘッダー組立体をシェルの内部に長手方向に組み込んで収納し、該伝熱管・ヘッダー組立体における前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの外周と組み立て可能なシェルの両端部をろう付けまたは締め付け等によって固着することにより、熱交換器を組み立てることができるので、ボルト等の締着手段を一切必要とせず、従来のものに比べて組立工数を大幅に低減できるとともに、部品点数も低減できる。
【００１３】
また、多数の伝熱管を束ね、各伝熱管の間にバッフル部材を挿入することにより、一体に束ねられた多数の伝熱管間にバッフル部材によって流体（第２の流体）の通路を確実に形成でき、各伝熱管の内外間の熱通過率が均一となりかつ上昇する。
【００１４】
また、かかる発明において好ましくは、前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの流体入口端部及び流体出口端部は、絞り加工成形により縮形して形成されてなる。
このように構成すれば、入口ヘッダー及び出口ヘッダーを、薄肉筒体の一端部を配管接続用として絞り加工成形により縮形するのみで製作できるので、該入口ヘッダー及び出口ヘッダーの製作工数が少なくて済み、製作コストを低減できる。
【００１５】
また、かかる発明において好ましくは、前記各伝熱管はその両端部を円形状あるいは多角形状に拡管して形成され、該拡管部が前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内部に溶着されてなる。
またかかる熱交換器を製造する方法として、筒状に形成されたシェルの内部に多数の伝熱管を収納するとともに、該シェルの両側に入口ヘッダー及び出口ヘッダーを固定し、前記入口ヘッダーから伝熱管内を経て出口ヘッダーへと流動する第１の流体と前記シェルの内部を流動する第２の流体とを前記伝熱管を介して熱交換するように構成された熱交換器の製造方法において、前記多数の伝熱管を束ね、該伝熱管の両端部を円形状あるいは多角形状に拡管し、該拡管部を前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内部に溶融剤により溶着して伝熱管・ヘッダー組立体を形成し、該伝熱管・ヘッダー組立体を前記シェルの内部に収納して、前記シェルの両端部を前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーに固着することを特徴とする熱交換器の製造方法を提案する。
【００１６】
このように構成すれば、各伝熱管の両端側の拡管部同士が接着することにより、各伝熱管の両端側のみを確実に接着することができるとともに、各伝熱管の中間部が互いに接触することなく、流体（第２の流体）の通路を確実に形成できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１８】
図１は本発明の実施例に係るＣＯ２冷凍機の凝縮器に適用される熱交換器の縦断面図である。図２は前記熱交換器におけるヘッダー、伝熱管組立体の一部縦断面を示す側面図である。図３は前記ヘッダーと伝熱管との取付け構造を示し、（Ａ）は熱交換器中心１００ａよりも上半分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ矢視図である。図４は前記実施例における伝熱管端部の変形例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１９】
本発明に係る熱交換器の実施例を示す図１〜２において、１１は円筒状に形成されたシェルで、鋼、アルミニウム合金、銅合金等の金属材料あるいは硬質プラスチック等からなる。該シェル１１の長手方向２箇所には水等の冷却流体を導入するための冷却流体入口１９及び該シェル１１内で後述するＣＯ２ガスとの熱交換を行った後の冷却流体を戻すための冷却流体出口２０が開口されている。
また、前記シェル１１の両端部には先端が縮小された接続部材０１１がろう付けにより固着され、該接続部材０１１に、後述する入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３がろう付けまたは締め付けによって固着されるようになっている。
【００２０】
１４は内部を前記ＣＯ２冷媒が流動する伝熱管で、薄肉細径の銅あるいは銅合金管、アルミニウム合金管、プラスチック管等からなる。
１２及び１３は銅あるいは銅合金、アルミニウム合金、硬質プラスチック材等からなる入口ヘッダー及び出口ヘッダーである。該入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３には、冷媒の入口側及び出口側を絞り加工成形により縮径した絞り成形部１２ａ、１３ａが形成されている。
該入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３をこのように構成すれば、薄肉筒体の一端部を配管接続用として絞り加工成形により絞り成形部１２ａ、１３ａを形成するのみ、という簡単な工程で該入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３を製作できる。
３０はヘッダー・伝熱管組立体で、前記伝熱管１４を捩じった形態で多数束ねて（１４ｄは捩れ部）ハニカム構造にし、該伝熱管１４の両端部を前記入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３の内部に銀ろう３１（該伝熱管１４及び前記２つのヘッダー１２，１３よりも融点の低い溶融剤であればよい）によって固着してなる。
【００２１】
即ち、前記のようにして束ねられた伝熱管１４は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように（図３（Ａ）、（Ｂ）は出口ヘッダー１３側を示すが、入口ヘッダー１２側もこれと同一形状である）、該伝熱管１４の端部１４ｂを前記出口ヘッダー１３の内部に、各伝熱管１４の間の間隔が均一になるようにして挿入され、銀ろう（溶融剤）３１を充填することによって該出口ヘッダー１３の内部に固着されている。
前記各伝熱管１４の出口側は、前記出口ヘッダー１３の出口室１３ｂに開口され、また前記各伝熱管１４の入口側は、入口ヘッダー１２の入口室１２ｂに開口されている。
【００２２】
前記各伝熱管１４の間には、前記銀ろう（溶融剤）３１よりも高融点の材料からなるバッフル部材１７が、該伝熱管１４の長手方向複数箇所に設けられて、該バッフル部材１７により各伝熱管１４の間に前記冷却流体の通路を確保している。
以上のような、一体に束ねられた多数の伝熱管１４を入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３に固着し、該伝熱管１４の間にバッフル部材１７を挿入して、図２に示すようなヘッダー・伝熱管組立体３０を形成する。
１６は前記シェル１１の内周と前記ヘッダー・伝熱管組立体３０の外周との間に介装された間材で、該間材１６によって前記ヘッダー・伝熱管組立体３０とシェル１１の内周との隙間を一定に保持している。
【００２３】
前記伝熱管１４の他の例では、図４に示されるように、各伝熱管１４の両端部を多角形状（円形状でもよい）に拡管した拡径部１４ｃを形成し、該拡径部１４ｃが前記入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３の内部に銀ろう３１により溶着されている。
また、該伝熱管１４は、隣り合う前記拡径部１４ｃの辺部１４ｅを平行に配置して、銀ろう３１により前記辺部１４ｅ同士を溶着している。
即ちかかる例では、前記多数の伝熱管１４を束ね、該伝熱管１４の両端部を多角形状（円形状でもよい）に拡管し、該拡管部を前記入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３の内部に溶融剤により溶着して伝熱管・ヘッダー組立体３０を形成し、該伝熱管・ヘッダー組立体３０を前記シェル１１の内部に収納して、前記シェル１１と入口ヘッダー１２及び出口ヘッダー１３とを固着する方法によって熱交換器を製作する。
このように構成すれば、各伝熱管１４の両端側の前記拡径部１４ｃ同士が銀ろう３１を介して接着されることにより、各伝熱管１４の両端側のみを確実に接着することができるとともに、各伝熱管１４の中間部１４ｆが互いに接触することがなく、冷却流体の通路を確実に形成できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、多数の伝熱管を束ね、該伝熱管の両端部を入口ヘッダー及び出口ヘッダーの内側に溶融剤により溶着して伝熱管及びヘッダー組立体を形成しておき、該組立体をシェルの内部に長手方向に組み込んで収納し、該組立体における前記入口ヘッダー及び出口ヘッダーの外周と絞り加工成形により縮形した該シェルの両端部内周とをろう付けまたは締め付け等によって固着することにより、熱交換器を組み立てることができるので、ボルト等の締着手段を一切必要とせず、従来のものに比べて組立工数を大幅に低減できるとともに、部品点数も低減できる。
また、束ねられた多数の伝熱管の間にバッフル部材を挿入することにより、束ねられた多数の伝熱管間にバッフル部材によって流体（第２の流体）の通路を確実に形成でき、各伝熱管の内外間の熱通過率が均一となりかつ上昇する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るＣＯ２冷凍機の凝縮器に適用される熱交換器の縦断面図である。
【図２】前記熱交換器におけるヘッダー、伝熱管組立体の一部縦断面を示す側面図である。
【図３】前記ヘッダーと伝熱管との取付け構造を示し、（Ａ）は熱交換器中心よりも上半分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視図である。
【図４】前記実施例における伝熱管端部の変形例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１１  シェル
１１ａ  縮径部
１２  入口ヘッダー
１３  出口ヘッダー
１２ａ、１３ａ  絞り成形部
１４  伝熱管
１４ｃ  拡径部
１６  間材
１７  バッフル部材
３０  ヘッダー・伝熱管組立体
３１  銀ろう
１００  熱交換器
【図１】
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【図２】
2005030673.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005030673.tif 000006