(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材を対向する第１の加工ロール間に通して、板材走行方向に斜板がジグザグ状に延在するジグザグ条が、複数列並列に配置されているとともに、互いに隣接するジグザグ条が板材走行方向に半ピッチ分オフセットされて各斜板の中間位置で互いに隣接するジグザグ条が接続されている中間加工板に形成した後に、該中間加工板を対向する第２の加工ロール間に通して、前記互いに隣接するジグザグ条の接続位置にて曲げ加工し、該曲げ加工により、第１の平坦部、該第１の平坦部に対し第１の斜角をもって延びる第１の斜板部、該第１の斜板部に対し前記第１の平坦部と平行に延びる第２の平坦部、該第２の平坦部に対し第２の斜角をもって延びる第２の斜板部がこの順に繰り返し直列に配置された凹凸条が、複数列並列に配置されているとともに、互いに隣接する凹凸条が凹凸条延在方向に位置がオフセットされ、該互いに隣接する凹凸条が、実質的に前記第１の平坦部同士及び前記第２の平坦部同士のみで接続されており、かつ、一方の凹凸条の第２の斜板部と第１の平坦部との屈曲点と、隣接する他方の凹凸条の第１の平坦部と第１の斜板部との屈曲点の間の寸法、及び、一方の凹凸条の第１の斜板部と第２の平坦部との屈曲点と、隣接する他方の凹凸条の第２の平坦部と第２の斜板部との屈曲点の間の寸法で定義される、各接続部の凹凸条延在方向における寸法Ｔが、凹凸条の板厚ｔ以下であるフィンに形成することを特徴とする熱交換器用フィンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器用フィンの製造方法に関し、とくに、熱伝達効率を向上して熱交換器の性能向上が可能なフィンを、優れたろう付け性を有する形態に容易に加工できるようにした熱交換器用フィンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器において、フィンを設けることにより熱伝達効率を向上し、熱交換器の性能を向上できることはよく知られている。たとえば、伝熱チューブの内部にインナーフィンを設けたり、伝熱チューブの外部、たとえば複数並設された伝熱チューブの隣接チューブ間にアウターフィンを設ける方法である。
【０００３】
このような熱交換器用フィンにおいては、たとえば伝熱チューブの内部に設けられるインナーフィンにおいては、チューブ内をチューブ長手方向に延びる複数の小流路に分割するようにしたフィン形態が知られている。
【０００４】
このような小流路を備えたインナーフィンを有する熱交換器においては、たとえばチューブ内を流れる熱交換媒体が冷媒の場合、熱交換器におけるチューブの空気入口側流路内を流れる冷媒の温度とチューブのその外側を通過する空気の温度との温度差が、チューブ幅方向におけるチューブの空気出口側流路内を流れる冷媒の温度とチューブのその外側を通過する空気の温度との温度差よりも大きく、空気入口側流路における熱伝達の方が空気出口側流路における熱伝達よりも優れている。そのため、空気入口側流路内を流れる冷媒は、液化凝縮がより進み、ガス成分に対し液成分の比率の高い冷媒となって冷媒の比重が大きくなり、流速が遅くなる。一方、空気出口側流路内を流れる冷媒は、液化凝縮が進まず、液成分に対しガス成分の比率の高い冷媒となって冷媒の比重が小さくなり、流速が速くなる。したがって、一本の伝熱チューブにおいて、その幅方向に、つまり空気通過方向に、熱伝達の差が生じ、全体として熱伝達効率が低く抑えられてしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、インナーフィンを、伝熱チューブを流れる熱交換媒体が分岐、合流をくり返すように流れる形状に形成する方法が知られている。たとえば、特開平７−２８０４８４号公報に示されるように、凹凸をくり返すように形成された凹凸条が複数並設され、かつ、互いに隣接する凹凸条が凹凸条延在方向に位置がオフセットされたインナーフィンが知られている。
【０００６】
この特開平７−２８０４８４号公報に開示されたインナーフィン１０１においては、図１３に示すように、互いに隣接する凹凸条１０２、１０３は、その山部及び谷部において、一つの山部の長さの約半分の長さ及び一つの谷部の長さの約半分の長さＬ／２で、隣接する山部同士及び谷部同士が、それぞれ、次々とつながっている。
【０００７】
このような構造のインナーフィンにおいては、隣接する凹凸条間に熱交換媒体が分岐、合流をくり返す通路がインナーフィン面方向の全領域にわたって形成されるから、そのインナーフィンが挿入された伝熱チューブ内における温度が均一化され、伝熱チューブ全体としての熱伝達効率が向上される。また、隣接する山部同士及び谷部同士が次々とつながっているから、この接続部分を伝ってろう材がうまく流動し、インナーフィンの伝熱チューブへのろう付け性が向上される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平７−２８０４８４号公報に開示されたフィン構造においては、隣接する凹凸条１０２、１０３の隣接する山部同士及び谷部同士が、比較的長い領域（山部または谷部の約半分の長さ）でつながっているから、各凹凸条は、プレス加工でしか形成できず、連続曲げ加工が可能なロール加工では、基本的に適用できない形態となっている。仮に、ロール加工で形成しようとすると、隣接する山部同士及び谷部同士のつながっている部分が凹凸条延在方向の前後方向に引っ張られて、変形を起こしてしまう。
【０００９】
また、プレス加工は、一般に、プレス型の大きさの単位毎に断続的に加工を実施していくものであるから、ロールを回転させながら連続的に加工を行っていくロール加工に比べ、生産性は大幅に劣るとともに、プレス型の製造費も高い。
【００１０】
そこで本発明の課題は、複数の凹凸条を並設した形態の熱伝達効率のよいフィンを、ロール加工により容易にかつ安価に製造可能とする熱交換器用フィンの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器用フィンの製造方法は、板材を対向する第１の加工ロール間に通して、板材走行方向に斜板がジグザグ状に延在するジグザグ条が、複数列並列に配置されているとともに、互いに隣接するジグザグ条が板材走行方向に半ピッチ分オフセットされて各斜板の中間位置で互いに隣接するジグザグ条が接続されている中間加工板に形成した後に、該中間加工板を対向する第２の加工ロール間に通して、前記互いに隣接するジグザグ条の接続位置にて曲げ加工し、該曲げ加工により、第１の平坦部、該第１の平坦部に対し第１の斜角をもって延びる第１の斜板部、該第１の斜板部に対し前記第１の平坦部と平行に延びる第２の平坦部、該第２の平坦部に対し第２の斜角をもって延びる第２の斜板部がこの順に繰り返し直列に配置された凹凸条が、複数列並列に配置されているとともに、互いに隣接する凹凸条が凹凸条延在方向に位置がオフセットされ、該互いに隣接する凹凸条が、実質的に前記第１の平坦部同士及び前記第２の平坦部同士のみで接続されており、かつ、各接続部の凹凸条延在方向における寸法Ｔが、凹凸条の板厚ｔ以下であるフィンに形成することを特徴とする方法からなる。
【００１２】
ここで、寸法Ｔは、一方の凹凸条の第２の斜板部と第１の平坦部との屈曲点と、隣接する他方の凹凸条の第１の平坦部と第１の斜板部との屈曲点の間の寸法、及び、一方の凹凸条の第１の斜板部と第２の平坦部との屈曲点と、隣接する他方の凹凸条の第２の平坦部と第２の斜板部との屈曲点の間の寸法である。
【００１３】
本発明における熱交換器は、上記のフィンを、内部に熱交換媒体が流通される扁平な伝熱チューブのインナーフィンとして用いたもの、あるいは、上記のフィンを、伝熱チューブ外に設けられたアウターフィン、たとえば並設された伝熱チューブ間に配設されるフィンとして用いたものとして構成できる。いずれの場合にも、各フィンは、後述の如く良好なろう付け性をもって伝熱チューブにろう付けすることができる。
【００１５】
上記のような熱交換器用フィンにおいては、並列に配置された凹凸条により、熱交換媒体の分岐、合流をくり返す流路構造が形成され、優れた、かつ均一な熱伝達効率が実現されるとともに、第１の平坦部同士及び第２の平坦部同士が部分的に次々と接続されていることにより、相手部材、たとえば伝熱チューブとの接合部においてろう材をとぎれることなく良好に流動させることができ、良好なろう付け性が確保される。
【００１６】
そして、第１の平坦部同士及び第２の平坦部同士の接続部における前記寸法Ｔが凹凸条の板厚ｔ以下とされることにより、この接続部においてロール加工による曲げ加工が可能になる。すなわち、特開平７−２８０４８４号公報に開示されているようにこの部分の接続が大きな領域をもって行われていると、ロール加工により曲げ加工は実質的に不可能となるが、本発明の形態では問題なく容易に曲げ加工できるようになる。
【００１７】
とくに本発明に係る方法においては、第１のロール加工工程において、第１の加工ロールにより、先ずジグザグ条が並設された中間加工板が形成され、続いて第２のロール加工工程において、第２の加工ロールにより、ジグザグ条の接続位置にて順次曲げ加工が施されていき、所定の凹凸条が所定の形態で接続されたフィンが、連続加工により形成されていく。
【００１８】
ロール加工が可能となることで、従来のプレス加工に比べ加工が容易になって生産性が著しく高められ、かつ、加工ロールはプレス型に比べ小形に形成でき、かつ、一般に安価に製造できるから、生産コスト、型代共に大幅に低減され、フィンの製造コストが大幅に低減される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様における熱交換器を示しており、たとえば凝縮器を構成する、いわゆるマルチフロー型の熱交換器を示している。図において、１は熱交換器全体を示しており、２、３は一対のヘッダーを示している。ヘッダー２、３間には、複数の伝熱チューブ４が平行に延設されており、各伝熱チューブ４間及び上下部の伝熱チューブ４の上側、下側には、それぞれコルゲートフィン５が配置されている。最上部のコルゲートフィン５の上部及び最下部のコルゲートフィン５の下部には、それぞれサイドプレート６が設けられている。一方のヘッダー３には、入口パイプ７と、出口パイプ８が設けられており、仕切板９で区画されたヘッダー３の一方の室に入口パイプ７から導入された熱交換媒体、たとえば冷媒が、伝熱チューブ４を通して他方のヘッダー２内に送られ、そこから再び残りの伝熱チューブ４を通してヘッダー３の他方の室に送られ、そこから出口パイプ８を通して導出されるようになっている。図１の矢印１０の方向が、空気通過方向となっている。
【００２０】
なお、本実施態様では、一方のヘッダ３に仕切板９及び入口パイプ７、出口パイプ８を設け、冷媒の流れを２パス、いわゆるＵターンさせているが、本態様に限らず、ヘッダ３に仕切板９を設けず、入口パイプ７のみを設け、他方のヘッダ２に出口パイプ８を設けることにより、冷媒の流れを１パス（一方向のみ）にした構成にしてもよい。
【００２１】
上記熱交換器１の各伝熱チューブ４は、図２ないし図５に示すように構成されている。
図２において、１１は伝熱チューブ４の扁平なチューブ部分を示しており、チューブ１１内にインナーフィン１２が挿入されて設けられている。インナーフィン１２は、図３及び図４に示すように構成されており、この図３及び図４に示す例では、矢印１３の方向が熱交換器媒体の流れ方向であり、かつ、チューブ１１の長手方向となっている。
【００２２】
インナーフィン１２においては、第１の平坦部２１、該第１の平坦部２１に対し第１の斜角θ1 をもって延びる第１の斜板部２２、該第１の斜板部２２に対し前記第１の平坦部２１と平行に延びる第２の平坦部２３、該第２の平坦部２３に対し第２の斜角θ2 をもって延びる第２の斜板部２４がこの順に繰り返し直列に配置された凹凸条２５が、複数列並列に配置されている。本実施態様では、第１の斜角θ1 と第２の斜角θ2 は、反対方向の実質的に同一の角度とされているが、互いに異なる角度であってもよい。互いに隣接する凹凸条２５は、凹凸条延在方向に位置がオフセットされ、該互いに隣接する凹凸条２５は、実質的に第１の平坦部２１同士及び第２の平坦部２３同士のみで接続されており、かつ、各接続部２６、２７の凹凸条延在方向における寸法Ｔは、凹凸条の板厚ｔ以下とされている。
【００２３】
ここで、上記寸法Ｔは、図５に示すように、一方の凹凸条２５ａの第２の斜板部２４ａと第１の平坦部２１ａとの屈曲点と、隣接する他方の凹凸条２５ｂの第１の平坦部２１ｂと第１の斜板部２２ｂとの屈曲点の間の寸法、及び、一方の凹凸条２５ａの第１の斜板部２２ａと第２の平坦部２３ａとの屈曲点と、隣接する他方の凹凸条２５ｂの第２の平坦部２３ｂと第２の斜板部２４ｂとの屈曲点の間の寸法である。なお、図５においては、第１の平坦部２１ａ、２１ｂ及び第２の平坦部２３ａ、２３ｂの各コーナー部に任意の丸み（Ｒ）が設けてある。
【００２４】
上記寸法Ｔを凹凸条２５の板厚ｔ以下と規定することで、第１の平坦部２１同士及び第２の平坦部２３同士のみで接続されていることを考慮すると、上記寸法Ｔの下限値は必然的に０となる。すなわち、Ｔが最小値の状態は、図６に示すように、一方の凹凸条２５ａの第２の斜板部２４ａと第１の平坦部２１ａとの屈曲点と、隣接する他方の凹凸条２５ｂの第１の平坦部２１ｂと第１の斜板部２２ｂとの屈曲点とが、凹凸条延在方向に実質的に同一位置に位置し、かつ、一方の凹凸条２５ａの第１の斜板部２２ａと第２の平坦部２３ａとの屈曲点と、隣接する他方の凹凸条２５ｂの第２の平坦部２３ｂと第２の斜板部２４ｂとの屈曲点とが、凹凸条延在方向に実質的に同一位置に位置した状態である。
【００２５】
上記のような形状のインナーフィン１２は、本発明に係る方法により、たとえば図７及び図８に示すようなロール加工法により製造される。
図７に示すように、先ず１段目のロール加工工程においては、素材として連続的に供給されてくる板材３１が外周面に所定形状の凹凸が形成された一対のロールからなる第１の加工ロール３２ａ、３２ｂ間に通され、板材走行方向（矢印方向）に各斜板３３がジグザグ状に延在するジグザグ条３４が、複数列並列に配置されているとともに、互いに隣接するジグザグ条３４が板材走行方向に半ピッチ分オフセットされて各斜板３３の中間位置で互いに隣接するジグザグ条３４が接続されている中間加工板３５に形成される。この中間加工板３５における図７に示した各位置ａ′、ｂ′、ｃ′、ｄ′は、図４に示した各位置ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応している。
【００２６】
引き続き、図８に示すように、２段目のロール加工工程においては、連続的に供給されてくる中間加工板３５が、外周面に所定形状の凹凸が形成された一対のロールからなる第２の加工ロール３６ａ、３６ｂ間に通され、上記互いに隣接するジグザグ条３４の接続位置、つまり図７におけるａ′及びｃ′の位置にて曲げ加工が施される。この曲げ加工により、図４に示した形態のフィンが連続的に製造されていく。図８における各位置ａ、ｂ、ｃ、ｄは、図４における各位置ａ、ｂ、ｃ、ｄと同一の位置を示している。
【００２７】
図７、図８に示したようなロール曲げ加工は、前述した接続寸法Ｔが板材の板厚ｔ以下の場合に初めて可能になる。接続寸法Ｔがｔよりも大きい場合には、たとえ強引に曲げ加工したとしても、いずれかの部位に変形や歪みが生じ、でき上がってくるフィンは所定の形状にはならない。したがって、本発明において前記接続寸法Ｔを板厚ｔ以下とすることは、本発明を成立させる重要な要件となり、これによって初めてロール曲げ加工の採用が可能となる。
【００２８】
上記のような条件を満たすフィンの凹凸は、たとえば図９〜図１２に示すように設計することができる。
【００２９】
まず、図９に示すように、板厚ｔを除いた凹凸の内側形状を設計する。このとき、山部及び谷部の各辺（平坦部及び斜板部）の長さＡを同一にすることが好ましい。Ａの寸法及び斜角θは任意に設計できる。山部の高さＨも必然的に決まる。
【００３０】
次に、図１０に示すように、図９で設計された内側形状に対する板厚ｔ分の平行線を追加する。これで１山あるいは１谷の基本形状ができ上がる。
【００３１】
続いて図１１に示すように、上記のように設計された凹凸条４１ａを、前述のＴ≦ｔを満足する所定量だけ凹凸条延在方向に位置をオフセットさせ、隣接する次の凹凸条４１ｂを設計する。
【００３２】
さらに図１２に示すように、各凹凸条４１ａ、４１ｂの各コーナー部に任意の丸み（Ｒ及びｒ）をつけることにより、所望の凹凸条の形状の設計が完了する。
【００３３】
前述の如く製造された本発明に係るインナーフィン１２を有する伝熱チューブ４においては、チューブ１１内をその長手方向に流れる熱交換媒体は、各凹凸条２５のとくに各斜板部の位置においては分散、合流をくり返す流れとなり、分散後には凹凸形状によって形成された各連通穴を通してインナーフィン１２の表裏面側に自由に出入りするとともに、再び合流され、これらをくり返しながらチューブ１１内を流れる。したがって、チューブ１１内を流れる熱交換媒体は常時ミキシングされつつ流れることになり、チューブ１１の幅方向、つまり空気の通過方向に均一にミキシングされることになる。その結果、チューブ１１の幅方向における熱伝達性能が均一化され、熱交換性能が均一化されるとともに、チューブ１１全体としての、ひいては熱交換器１全体としての熱交換性能が向上される。
【００３４】
上記例では、図３における矢印１３の方向を熱交換媒体の流れ方向及びチューブ１１の長手方向としたが、矢印５１方向を熱交換媒体の流れ方向及びチューブ１１の長手方向とすることも可能である。この場合においても、熱交換媒体の流れ方向に各凹凸条の山部と谷部が交互に配置されることになり、熱交換媒体が均一にミキシングされることになるから、前述の例と同様に優れた熱交換性能が得られる。
【００３５】
このような優れた性能を発揮するインナーフィン１２は、たとえばアルミ合金で製造され、同じくアルミ合金からなるチューブ１１内にろう付けされる。ろう付けに際しては、たとえばいずれか一方の部材にろう材をクラッドさせておくことにより、そのろう材を加熱時に良好に流動させることによって、所望のろう付けを効率よく行うことができる。インナーフィン１２においては、互いに隣接する凹凸条２５の第１の平坦部２１同士及び第２の平坦部２３同士が互いに接続されているので、ろう材は該接続部分を次々と伝って良好に流れることができ、優れたろう付け性が確保される。
【００３６】
上記優れたろう付け性を確保するための各凹凸条の接続部は、前述の如くプレス加工によっても成形可能であるが、プレス加工の場合に著しく生産性が悪く、製造コストも高い。これに対し本発明ではロール曲げ加工により上記接続部を形成できるようにしたから、加工が容易に行われ、高い生産性と製造コスト低減が共に達成される。
【００３７】
なお、前記実施態様では、本発明に係る形態のフィンを扁平チューブ内に配置されるインナーフィンとして使用したが、伝熱チューブ外のアウターフィン、たとえば図１に示した熱交換器１におけるコルゲートフィン５の代わりに、本発明に係る形態のフィンを使用することも可能である。もちろんこのようなアウターフィンも、本発明で規定した形状を有する限り、本発明に係る製造方法により、容易にかつ安価に製造することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る熱交換器用フィンの製造方法によれば、プレス加工によることなくロール加工により、ろう材を良好に流動させることのできる各隣接凹凸条の接続部を有し、ろう付け性が良好なフィンを、容易にかつ安価に製造することができる。
【００３９】
本発明における熱交換器用フィンは、上記良好なろう付け性に加え、熱交換媒体の分散、合流をくり返すことにより温度むらの少ない均一な熱交換媒体の流れを実現でき、均一で高い熱伝達効率を発揮することができる。したがって、このフィンを用いた本発明における熱交換器は、優れた熱交換性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施態様における熱交換器の斜視図である。
【図２】  図１の熱交換器の伝熱チューブの拡大部分斜視図である。
【図３】  図２の伝熱チューブ内に配置された本発明におけるインナーフィンの部分斜視図である。
【図４】  図３のインナーフィンの拡大部分側面図である。
【図５】  本発明におけるフィンのＴとｔとの関係を示す概略部分側面図である。
【図６】  本発明におけるフィンのＴの下限値を示す概略部分側面図である。
【図７】  本発明に係る方法における１段目ロール加工を示す第１の加工ロール部の概略側面図である。
【図８】  本発明に係る方法における２段目ロール加工を示す第２の加工ロール部の概略側面図である。
【図９】  本発明におけるフィンの設計例を示す説明図である。
【図１０】  図９の次の設計ステップを示す説明図である。
【図１１】  図１０の次の設計ステップを示す説明図である。
【図１２】  図１１の次の設計ステップを示す説明図である。
【図１３】  従来のフィンの一例を示す部分側面図である。
【符号の説明】
１  熱交換器
２、３  ヘッダー
４  伝熱チューブ
５  コルゲートフィン
６  サイドプレート
７  入力パイプ
８  出口パイプ
９  仕切板
１０  空気通過方向
１１  チューブ部分
１２  インナーフィン
１３  熱交換媒体流れ方向
２１、２１ａ、２１ｂ  第１の平坦部
２２、２２ａ、２２ｂ  第１の斜板部
２３、２３ａ、２３ｂ  第２の平坦部
２４、２４ａ、２４ｂ  第２の斜板部
２５、２５ａ、２５ｂ  凹凸条
２６、２７  接続部
３１  フィン用素材としての板材
３２ａ、３２ｂ  第１の加工ロール
３３  斜板
３４  ジグザグ条
３５  中間加工板
３６ａ、３６ｂ  第２の加工ロール
４１ａ、４１ｂ  凹凸条
５１  熱交換媒体の別の流れ方向
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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