(57)【要約】  【課題】冷凍冷蔵空調等に用いられる、いわゆるドッグボーン方式のフィンアンドチューブ型熱交換器で、フィンと冷媒チューブの密着強度を改善して、性能向上を可能とする熱交換器とその製造方法と装置を提供する。  【解決手段】互いに間隔をおいて配置された一群のプレートフィン１と、プレートフィン１の板面に複数設けた冷媒チューブ３挿入用の長孔２と、直管部３ａ及び曲管部３ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成る冷媒チューブ３で構成された熱交換器で、冷媒チューブ３を長孔２に挿入し液圧により拡径することでプレートフィン１と固定したことにより、密着強度が改善し、熱交換性能が向上する。【選択図】図１
2007093036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔をおいて配置された一群のプレートフィンと、前記プレートフィンの板面に複数設けた冷媒チューブ挿入用の長孔と、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成る冷媒チューブと、からなり、前記冷媒チューブを前記長孔に挿入し、液圧により前記冷媒チューブを拡径した熱交換器。
【請求項２】
前記プレートフィンは、前記プレートフィンの気流方向の長さを、一対の略平行な前記直管部の間隔に対応させて、前記直管部を挿入する２段ごとに独立させた分割フィン構造とした請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記長穴の丸孔を中心とした角度Θは、３０度≦Θ＜９０度にした請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記冷媒チューブの材質は、アルミニウムとした請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記冷媒チューブの曲げ加工時に、前記冷媒チューブを気流方向に対して、千鳥形状に加工する請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項６】
前記冷媒チューブの曲げ加工前に、前記冷媒チューブを整直する工程において、前記冷媒チューブがねじれないように、回転式のアンコイラーを用いる請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記冷媒チューブの拡径前に、前記冷媒チューブの焼鈍処理をおこなった請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８】
液圧による拡径方法において、圧力を微細に調節可能なサーボ機構と、前記冷媒チューブの拡管径を測定し、前記冷媒チューブの拡管径を前記サーボ機構に伝達する手段と、を備えた請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍冷蔵空調等に用いられる、いわゆる、ドッグボーン方式のフィンアンドチューブ型熱交換器で、フィンと冷媒チューブの密着方法とフィン形状及びその製造方法並びにその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器は、プレートフィンと冷媒チューブを圧入方式といわれる組立方法で密着固定させている。プレートフィンは一体構造のものが一般的であるが、分割構造のものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来の熱交換器の正面図、図６は、従来の熱交換器の右側面図、図７は、従来の熱交換器の部品正面図である。
【０００４】
図５、図６、図７に示すように、複数のプレートフィン１と、プレートフィン１に設けた長孔２と、冷媒チューブ３と、から構成され、冷媒チューブ３は、直管部３ａ及び曲管部３ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成る。
【０００５】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。
【０００６】
まず、プレートフィン１は、互いに間隔をおいて配置され、プレートフィン１の板面には、複数の冷媒チューブ３挿入用の長孔２が設けられている。冷媒チューブ３は、直管部３ａ及び曲管部３ｂが連続して蛇行状に曲げ加工して成り、冷媒チューブ３を長孔２に圧入することでプレートフィン１と固定したものである。
【０００７】
また、従来の熱交換器は、プレートフィン１の気流方向の長さを一対の略平行な直管部３ａの間隔に対応させて、プレートフィン１が直管部３ａを挿入する２段ごとに独立させた分割フィン構造である。
【０００８】
なお、従来の長孔は、いわゆるドッグボーン形状で、２つの丸穴の間に橋渡しするように切り欠き孔が開けられた形になっており、長孔２の巾は、冷媒チューブ３の外径よりも小さいのが一般的である。通常、長孔２と冷媒チューブ３の直管部３ａとの接触面積を確保し、且つ、冷媒チューブ３の曲管部３ｂに偏平加工を施して長孔２の巾の中に挿入できるようにするが、管内圧力損失を考慮しあまり偏平させないように長孔２の巾を決め込んでいる。
【特許文献１】特開平０４−８６４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成では、冷媒チューブを長孔に圧入することのみでプレートフィンと固定したものであり、プレートフィンと冷媒チューブの接触状態は強固なものではなかった。つまり、冷媒チューブの外径公差や整直度、また曲げ加工により公差や直管部の平行度にもバラツキがあり、プレートフィンに冷媒チューブを圧入する過程において、特に最初に圧入されるプレートフィンとの接触状態は悪くなり、したがって、接触熱抵抗が高くなり、熱交換性能が低下する、という課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、熱交換性能の向上が可能となる熱交換器とその製造方法と装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、前記冷媒チューブを前記長孔に挿入し、液圧により前記冷媒チューブを拡径したものである。
【００１２】
これによって、プレートフィンに冷媒チューブを挿入する過程において、圧入されるプレートフィンと冷媒チューブの接触状態が悪くなっていても、その後に行う液圧による拡径工程でプレートフィンと冷媒チューブの接触状態をよくすることができ、接触熱抵抗を低減できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱交換器は、熱交換性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
請求項１に記載の発明は、互いに間隔をおいて配置された一群のプレートフィンと、前記プレートフィンの板面に複数設けた冷媒チューブ挿入用の長孔と、直管部及び曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工して成る冷媒チューブと、からなり、前記冷媒チューブを前記長孔に挿入し、液圧により前記冷媒チューブを拡径したことにより、プレートフィンに冷媒チューブを挿入する過程において、圧入されるプレートフィンと冷媒チューブの接触状態が悪くなっていても、その後に行う液圧による拡径工程でプレートフィンと冷媒チューブの接触状態をよくすることができ、よって、接触熱抵抗を低減でき、熱交換性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プレートフィンは、前記プレートフィンの気流方向の長さを、一対の略平行な前記直管部の間隔に対応させて、前記直管部を挿入する２段ごとに独立させた分割フィン構造としたことにより、液圧による拡径工程でプレートフィンと冷媒チューブの接触状態をよくすることができるので、プレートフィンとの接触状態は一体フィンに対してより改善される。したがって、分割フィンの特長である境界層前縁効果による性能向上をより顕著に発揮させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記長穴の丸孔を中心とした角度Θは、３０度≦Θ＜９０度にしたことにより、液圧による冷媒チューブの拡径によって生じる力で、丸穴外周部に成形した縁立て（以下、フィンカラーと示す）の端部が拡径力に負けないように形状を維持することができる。つまり、長穴の丸孔を中心とした角度Θが９０度以下であると、拡径力は開口巾方向に分散しフィンカラー端部が拡径力に負けて丸穴外周方向に変形しにくくなる。したがって、プレートフィンと冷媒チューブの接触状態は強固な密着力を得ることができるので、より熱交換性能を向上させることができる。
【００１７】
さらに、長孔巾も、開口巾が丸穴を中心に９０度以上のものに比べて小さくなるので、プレートフィンの表面積が増えるので、熱交換性能を向上させることができる。
【００１８】
さらに、液圧による拡径により、長孔の形状に合わせて偏平させた冷媒チューブの曲管部が、膨らんでしまうので、管内圧力損失を低減することができ、熱交換性能を向上させることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、前記冷媒チューブの材質は、アルミニウムとしたことにより、
長穴の丸孔を中心とした角度Θは、３０度≦Θ＜９０度にしたことにより、例えば銅に比べアルミニウムが膨らむ圧力幅が狭いので拡管径を元径よりあまり大きくしなくてもよい。よって、プレートフィンと冷媒チューブの密着力を確保できるので、冷媒チューブに低コストのアルミニウム製を使用することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記冷媒チューブの曲げ加工時に、前記冷媒チューブを気流方向に対して、千鳥形状に加工する熱交換器の製造方法としたことにより、一般的に、千鳥形状にするためには、曲げ加工は平面上に加工しその後直管部をひねることで千鳥状に成形するのに対して、ひねり加工がないので冷媒チューブの加工硬化が発生しにくい。よって、液圧による拡径工程では加工硬化の起こっている箇所は拡径しにくいので、加工硬化の少ないこの製造方法であれば、プレートフィンと冷媒チューブの接触状態は強固な密着力を得ることができるので、より熱交換性能を向上させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記冷媒チューブの曲げ加工前に、前記冷媒チューブを整直する工程において、前記冷媒チューブがねじれないように、回転式のアンコイラーを用いる熱交換器の製造方法としたことにより、一般的に、冷媒チューブはコイル状に巻かれた状態からそのまま引き出して整直ローラーにてまっすぐに成形するのに対して、冷媒チューブを回転式のアンコイラーにセットすると、冷媒チューブがねじれない状態のまま整直ローラー内に入り整直することができ、加工硬化の少ないこの製造方法であれば、プレートフィンと冷媒チューブの接触状態は強固な密着力を得ることができるので、より熱交換性能を向上させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記冷媒チューブの拡径前に、前記冷媒チューブの焼鈍処理をおこなった熱交換器の製造方法としたことにより、拡径前工程で冷媒チューブに加工硬化が起こっても、焼鈍処理により軟化されるので、液圧による拡径が確実に実行できる、冷媒チューブが拡径時に全く硬化していない状態で拡管できるので、この製造方法であれば、プレートフィンと冷媒チューブの接触状態は強固な密着力を得ることができるので、より熱交換性能を向上させることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、液圧による拡径方法において、圧力を微細に調節可能なサーボ機構と、前記冷媒チューブの拡管径を測定し、前記冷媒チューブの拡管径を前記サーボ機構に伝達する手段と、を備えた熱交換器の製造装置としたことにより、例えば冷媒チューブが銅管の場合に比べアルミニウムの場合は、一般的に、応力ひずみ曲線からもわかるように、銅管よりも小さい圧力で拡管することができるが、破裂する圧力と拡管する圧力（拡径率が３〜８％程度のときの圧力）との差は銅管よりも小さい。したがって、アルミニウム製冷媒チューブの肉厚公差等も考慮すると、この製造装置であれば、拡径によってアルミニウム製冷媒チューブの破裂する確率を減らすことができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成について同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図である。図２は、同実施の形態における熱交換器の右側面図、図３は、同実施の形態における熱交換器の部品正面図、図４は、同実施の形態における熱交換器の部品拡大模式図である。
【００２６】
図１、図２、図３、図４において、互いに間隔をおいて配置された一群のプレートフィン１と、プレートフィン１の板面に複数設けた冷媒チューブ３挿入用の長孔２と、直管部３ａ及び曲管部３ｂが連続する蛇行状に曲げ加工して成る冷媒チューブ３と、で構成されている。また、プレートフィン１の気流方向の長さを一対の略平行な直管部３ａの間隔に対応させて、プレートフィン１が直管部３ａを挿入する２段ごとに独立させた分割フィン構造である。さらに、長穴２の丸孔２ａを中心とした角度Θは、３０度°≦Θ＜９０度となっており、丸穴２ａ外周部にはフィンカラー２ｂが成形されている。なお、冷媒チューブ３の材質は、アルミニウムである。
【００２７】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
まず、複数のプレートフィン１を互いに間隔をおいて配置する。プレートフィン１の板面には複数の冷媒チューブ３挿入用の長孔２が設けられている。冷媒チューブ３は、直管部３ａ及び曲管部３ｂが連続して蛇行状に曲げ加工してある。冷媒チューブ３を長孔２に挿入し液圧により拡径することでプレートフィン１と固定する。プレートフィン１に冷媒チューブ３を挿入する過程において、圧入されるプレートフィン１と冷媒チューブ３の接触状態が悪くなっていても、その後に行う液圧による拡径工程でプレートフィン１と冷媒チューブ３の接触状態をよくすることができる。よって、接触熱抵抗を低減でき、熱交換性能を向上させることができるので、プレートフィン１の枚数や冷媒チューブ３の長さを減らす等の対応をしても、熱交換性能を確保できる。したがって、材料投入量が少なくなるのでコストも低減することができる。また、プレートフィン１の厚みを薄くすることができ、コストを引き下げることも可能である。
【００２９】
また、プレートフィン１の気流方向の長さを一対の略平行な直管部３ａの間隔に対応させて、プレートフィン１が直管部３ａを挿入する２段ごとに独立させた分割フィン構造であり、液圧による拡径工程でプレートフィン１と冷媒チューブ３の接触状態をよくすることができるので、プレートフィン１との接触状態は一体フィンに対してより改善される。
【００３０】
したがって、分割フィンの特長である境界層前縁効果による性能向上をより顕著に発揮させることができる。
【００３１】
また、プレートフィン１の板面に複数設けた冷媒チューブ３挿入用の長孔２の丸孔２ａを中心とした角度Θは、３０度≦Θ＜９０度であり、液圧による冷媒チューブ３の拡径によって生じる力で、丸穴２ａ外周部に成形したフィンカラー２ｂの端部が拡径力Ｆに負けないように形状を維持することができる。つまり、９０度以下であると、拡径力Ｆは開口巾方向Ｆｈに分散しフィンカラー２ｂ端部が拡径力Ｆに負けて丸穴２ａ外周方向Ｆｖに変形しにくくなる。したがって、プレートフィン１と冷媒チューブ３の接触状態は強固な密着力を得ることができるので、より熱交換性能を向上させることができる。
【００３２】
さらに、長孔巾Ｗも、開口巾が丸穴を中心に９０度以上のものに比べて小さくなるので、プレートフィン１の表面積が増え、熱交換性能を向上させることができる。
【００３３】
さらに、液圧による拡径により、長孔２の形状に合わせて偏平させた冷媒チューブの曲管部２ｂが、膨らんでしまうので、管内圧力損失を低減することができる。よって、熱交換性能を向上させることができる。
【００３４】
また、冷媒チューブ３がアルミニウム製であり、長孔２の丸孔２ａを中心とした角度Θは、３０度≦Θ＜９０度であり、例えば銅に比べアルミニウムが膨らむ圧力幅が狭いので拡管径を元径よりあまり大きくしなくてもよい。よって、プレートフィン１と冷媒チューブ３の密着力を確保できるので、冷媒チューブ３に低コストのアルミニウム製を使用することができる。
【００３５】
なお、本発明の実施の形態による熱交換器の製造方法としては、気流方向に対して冷媒チューブ３の配管構造を千鳥配管とするために、曲げ加工時に千鳥形状に加工することが望ましい。一般的に、千鳥形状にするためには、曲げ加工は平面上に加工しその後直管部をひねることで千鳥状に成形するのに対して、ひねり加工がないので冷媒チューブ３の加工硬化が発生しにくい。よって、液圧による拡径工程では加工硬化の起こっている箇所は拡径しにくいので、加工硬化の少ないこの製造方法であれば、プレートフィン１と冷媒チューブ３の接触状態は強固な密着力を得ることができるので、より熱交換性能を向上させることができる。
【００３６】
なお、本発明の実施の形態による熱交換器の製造方法としては、曲げ加工前に、冷媒チューブ３を整直する工程において、冷媒チューブ３がねじれないように、回転式のアンコイラーを用いるのが望ましい。一般的に、冷媒チューブ３はコイル状に巻かれた状態からそのまま引き出して整直ローラーにてまっすぐに成形するのに対して、冷媒チューブ３を回転式のアンコイラーにセットすると、冷媒チューブ３がねじれない状態のまま整直ローラー内に入り整直することができる。よって、加工硬化の少ないこの製造方法であれば、プレートフィン１と冷媒チューブ３の接触状態は強固な密着力を得ることができるので、より熱交換性能を向上させることができる。
【００３７】
なお、本発明の実施の形態による熱交換器の製造方法としては、拡径前に焼鈍処理をおこなうのが望ましい。拡径前工程で冷媒チューブ３に加工硬化が起こっても、焼鈍処理により軟化されるので、液圧による拡径が確実に実行できる。よって、冷媒チューブ３が拡径時に全く硬化していない状態で拡管できるので、この製造方法であれば、プレートフィン１と冷媒チューブ３の接触状態は強固な密着力を得ることができるので、より熱交換性能を向上させることができる。
【００３８】
なお、本発明の実施の形態による熱交換器の製造装置としては、液圧による拡径方法において、圧力を微細に調節可能なサーボ機構と、前記冷媒チューブの拡管径を測定し、前記冷媒チューブの拡管径を前記サーボ機構に伝達する手段と、を備えたものが望ましい。例えば冷媒チューブ３が銅管の場合に比べアルミニウムの場合は、一般的に、応力ひずみ曲線からもわかるように、銅管よりも小さい圧力で拡管することができるが、破裂する圧力と拡管する圧力（拡径率が３〜８％程度のときの圧力）との差は銅管よりも小さい。したがって、アルミニウム製冷媒チューブ３の肉厚公差等も考慮すると、この製造装置であれば、拡径によってアルミニウム製冷媒チューブ３の破裂する確率を減らすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる熱交換器とその製造方法と装置は、熱交換器の性能向上が可能となるので、冷凍冷蔵及び空調用、給湯器等の熱交換器の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図
【図２】同実施の形態における熱交換器の右側面図
【図３】同実施の形態における熱交換器の部品正面図
【図４】同実施の形態における熱交換器の部品拡大模式図
【図５】従来の熱交換器の正面図
【図６】従来の熱交換器の右側面図
【図７】従来の熱交換器の部品正面図
【符号の説明】
【００４１】
１    プレートフィン
２    長孔
２ａ  丸穴
２ｂ  フィンカラー
３    冷媒チューブ
３ａ  直管部
３ｂ  曲管部
【図１】
2007093036.tif 000003
【図２】
2007093036.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007093036.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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