(57)【要約】【課題】銅チューブとフィンとからなり、熱交換効率が非常に高く、かつ、低コストで製造可能なフィンチューブ型熱交換器及びその製造方法を提供する。【解決手段】一体成形された銅チューブ２０と、フィン１０とからなるフィンチューブ型熱交換器であって、銅チューブ２０は、延在方向に直交する断面が概略扁平形状をなし、その短軸方向において互いに対向する一対の平坦面２１、２１を有するとともに、冷媒が流通される複数の流路が長軸方向に並列されており、この流路の延在方向に直交する断面は、平坦面２１に沿う辺稜部を有する矩形状をなしており、フィン１０には挿通部１１が設けられ、この挿通部１１に挿入された銅チューブ２０が前記流路内から押圧されて拡管されることでフィン１０と銅チューブ２０の平坦面２１とが密着して接合されていることを特徴とする。【選択図】図５
2009085468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体成形された銅チューブとフィンとからなるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記銅チューブは、延在方向に直交する断面が概略扁平形状をなし、その短軸方向において互いに対向する一対の平坦面を有するとともに、冷媒が流通される複数の流路が長軸方向に並列されており、この流路の延在方向に直交する断面は、前記平坦面に沿う辺稜部を有する矩形状をなしており、
前記フィンには挿通部が設けられ、この挿通部に挿入された前記銅チューブが前記流路内から押圧されて拡管されることで前記フィンと前記銅チューブの平坦面とが密着して接合されていることを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
【請求項２】
前記銅チューブの前記断面において、長軸方向に並列された複数の前記流路の１つ当たりの断面積Ｓが、０．２ｍｍ２≦Ｓ≦３５ｍｍ２の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
【請求項３】
一体成形された銅チューブとフィンとからなるフィンチューブ型熱交換器の製造方法であって、
前記銅チューブは、延在方向に直交する断面が概略扁平形状をなし、その短軸方向において互いに対向する一対の平坦面を有するとともに、冷媒が流通される複数の流路が長軸方向に並列されており、この流路の延在方向に直交する断面は、前記平坦面に沿う辺稜部を有する矩形状をなしており、
前記フィンに形成された挿通部に前記銅チューブを挿入する挿入工程と、前記流路内から押圧して前記銅チューブを拡管する拡管工程と、を有し、
前記拡管工程において、前記平坦面を前記フィンに密着させて前記フィンと前記銅チューブとを接合することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記拡管工程は、前記流路内に流体を充填し、この流体の圧力を上昇させることで前記銅チューブを拡管することを特徴とする請求項３に記載のフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記拡管工程は、前記流路内にプラグを挿入して前記銅チューブを機械的に拡管することを特徴とする請求項３に記載のフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷媒が流通される流路を備えた銅チューブとフィンとからなるフィンチューブ型熱交換器およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のフィンチューブ型熱交換器としては、例えば特許文献１及び特許文献２に示されるように、断面円形の銅管とアルミニウム製のフィンとが接合されて構成されている。ここで、特許文献１においては、銅管を拡管することでフィンと接合されている。また、特許文献２においては、銅管の外周面にＮｉメッキ層を形成し、銅管とフィンとをろう付けすることで接合している。なお、このＮｉメッキ層は、ろう付け時に銅とアルミニウムとの金属間化合物が生成することを防止するために必要不可欠なものである。
【０００３】
ここで、冷媒が流通される銅チューブの熱交換効率の向上を目的として、例えば特許文献３に示すように、複数の流路が並列された扁平多穴管が提供されている。銅チューブの場合、特許文献３に開示されているように、突条部を有する一対の銅条材を貼り合わせることで扁平多穴管が成形されている。
また、このような扁平多穴管は、通常、例えば特許文献４に示すように、ろう付けにてフィンと接合されている。
【特許文献１】特許第３０４６４７１号公報
【特許文献２】特許第２５３９２２９号公報
【特許文献３】特開２００５−００７４５９号公報
【特許文献４】特開２００３−２６２４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、扁平多穴管とされた銅チューブは、前述のように一対の銅条材を貼り合わせることで成形されているため、銅チューブ（扁平多穴管）を拡管させようとした場合には一対の銅条材が分離してしまうおそれがあった。このため、特許文献４に記載されているように、ろう付けによってフィンと接合するしかなかった。
ここで、フィンと銅チューブとをろう付けした場合、銅チューブとフィンとの間にろう材層が形成され、これらフィンと銅チューブとの間の熱抵抗が上昇し、熱交換効率が低下してしまうことになる。また、前述のようにアルミニウム製のフィンと銅チューブとをろう付けする場合には、Ｎｉメッキ層を形成する必要があり、接合工程が煩雑となって、このフィンチューブ型熱交換器の製造コストが上昇してしまうといった問題があった。
【０００５】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、銅チューブとフィンとからなり、熱交換効率が非常に高く、かつ、低コストで製造可能なフィンチューブ型熱交換器及びフィンチューブ型熱交換器の製造方法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】
【０００６】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のフィンチューブ型熱交換器は、一体成形された銅チューブとフィンとからなるフィンチューブ型熱交換器であって、前記銅チューブは、延在方向に直交する断面が概略扁平形状をなし、その短軸方向において互いに対向する一対の平坦面を有するとともに、冷媒が流通される複数の流路が長軸方向に並列されており、この流路の延在方向に直交する断面は、前記平坦面に沿う辺稜部を有する矩形状をなしており、前記フィンには挿通部が設けられ、この挿通部に挿入された前記銅チューブが前記流路内から押圧されて拡管されることで前記フィンと前記銅チューブの平坦面とが密着して接合されていることを特徴としている。
【０００７】
この構成のフィンチューブ型熱交換器においては、フィンに設けられた挿通部に銅チューブが挿入され、この銅チューブが拡管されることで前記フィンと前記銅チューブの平坦面とが密着して接合されているので、フィンと銅チューブとの間に介在するものがなく、熱交換効率を大幅に向上させることができる。また、例えばアルミニウム製のフィンと接合する場合でも、Ｎｉメッキ層を形成する必要がなく、比較的簡単にこのフィンチューブ型熱交換器を製造することができる。なお、扁平多穴管とされた銅チューブが一体成形されているので、拡管加工を行っても銅チューブが容易に破断することはない。
【０００８】
さらに、流路の断面が平坦面に沿った辺稜部を有する矩形状をなしているので、流路内から押圧して拡管した場合でも、平坦面を比較的平滑な状態で維持することができ、フィンとの密着性を向上させて熱交換効率及び接合強度の向上を図ることができる。
また、フィンに接合する際に、フィン間を流れる流体（空気等）の流通方向と銅チューブの断面の長軸方向とが一致するように銅チューブを配置することで、流体（空気等）の圧損を低減でき、熱交換効率を大幅に向上させることができる。さらに、フィンと銅チューブとが異種材料で構成されている場合、熱膨張係数の差によってフィンの挿通部と銅チューブとの密着が緩むおそれがあるが、熱膨張によって銅チューブが長軸方向に変形して短軸方向にはほとんど変形しないため、短軸方向に対向配置された平坦面がフィンから離間することを防止できる。
【０００９】
ここで、前記銅チューブの前記断面において、長軸方向に並列された複数の前記流路の１つ当たりの断面積Ｓを、０．２ｍｍ２≦Ｓ≦３５ｍｍ２の範囲内に設定してもよい。
この場合、流路の断面積Ｓが０．２ｍｍ２  以上とされているので、流路内に冷媒を確実に流通することができるとともに、流路内から押圧して拡管することが可能となる。一方、流路の断面積Ｓが３５ｍｍ２  以下とされているので、冷媒が流路内に充満して流路の内周面に接触することになり、熱交換効率を飛躍的に向上させることができる。
【００１０】
本発明のフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、一体成形された銅チューブとフィンとからなるフィンチューブ型熱交換器の製造方法であって、前記銅チューブは、延在方向に直交する断面が概略扁平形状をなし、その短軸方向において互いに対向する一対の平坦面を有するとともに、冷媒が流通される複数の流路が長軸方向に並列されており、この流路の延在方向に直交する断面は、前記平坦面に沿う辺稜部を有する矩形状をなしており、  前記フィンに形成された挿通部に前記銅チューブを挿入する挿入工程と、前記流路内から押圧して前記銅チューブを拡管する拡管工程と、を有し、前記拡管工程において、前記平坦面を前記フィンに密着させて前記フィンと前記銅チューブとを接合することを特徴としている。
【００１１】
この構成のフィンチューブ型熱交換器の製造方法においては、前記フィンに形成された挿通部に前記銅チューブを挿入する挿入工程と前記流路内から押圧して前記銅チューブを拡管する拡管工程を有しているので、比較的簡単にこのフィンチューブ型熱交換器を製造することができる。また、流路の断面が前記平坦面に沿う辺稜部を有する矩形状をなしているので、流路内から押圧して拡管した場合に、平坦面を比較的平滑な状態を維持することができ、フィンとの密着性を向上させることができる。
【００１２】
ここで、前記拡管工程を、前記流路内に流体を充填して、この流体の圧力を上昇させることで前記銅チューブを拡管する構成としてもよい。
この場合、流路内に充填された流体の圧力を利用しているので、比較的簡単に銅チューブを拡管することができる。
【００１３】
また、前記拡管工程を、前記流路内にプラグを挿入して前記銅チューブを拡管する構成としてもよい。
この場合、プラグによって機械的に変形させて拡管するので、肉厚の銅チューブであっても拡管させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、銅チューブとフィンとからなり、熱交換効率が非常に高く、かつ、低コストで製造可能なフィンチューブ型熱交換器及びフィンチューブ型熱交換器の製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１に本発明の実施形態であるフィンチューブ型熱交換器１の概略を示す。このフィンチューブ型熱交換器１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるフィン１０と、銅チューブ２０とを備えている。
【００１６】
この銅チューブ２０は、図３に示すように、延在方向に直交する断面が概略扁平形状をなしており、短軸方向（図３の矢印Ｖ方向）において互いに対向する一対の平坦面２１、２１を備えている。また、この銅チューブ２０には、冷媒が流通される複数の流路２２が形成されており、流路２２の間に隔壁２３が画成されている。この流路２２は、その断面形状が平坦面２１に沿う辺稜部２２ａを備えた扁平矩形状をなしており、本実施形態では５つの流路２２が、銅チューブ２０の断面がなす扁平形状の長軸方向（図３の矢印Ｕ方向）に並列されている。また、銅チューブ２０の断面において、長軸方向に並列された複数の流路２２の１つ当たりの断面積Ｓは、０．２ｍｍ２≦Ｓ≦３５ｍｍ２の範囲内に設定されている。
【００１７】
ここで、銅チューブ２０の断面がなす扁平形状の短軸方向長さ（銅チューブ２０の厚さ）ｔは、０．５ｍｍ≦ｔ≦７ｍｍの範囲内に設定されており、銅チューブ２０の断面がなす扁平形状の長軸方向長さ（銅チューブ２０の幅）Ｗは、５ｍｍ≦Ｗ≦１００ｍｍの範囲内に設定されている。また、短軸方向長さ（銅チューブ２０の厚さ）ｔと長軸方向長さ（銅チューブ２０の幅）Ｗとの比Ｗ／ｔは、Ｗ／ｔ≧１となるように、より望ましくは、Ｗ／ｔ≧５となるように設定されている。
なお、この銅チューブ２０は、連続鋳造法や押し出し加工等によって一体成形されている。
【００１８】
フィン１０はプレート状をなしており、図１に示すように、複数のフィン１０が互いに平行になるように所定の間隔で並列されている。これらフィン１０の間を空気が流れるように構成されており、図１においては紙面に直交する方向に空気が流れる構成とされている。
【００１９】
そして、これら複数のフィン１０を貫通するように、前述の銅チューブ２０が配設されており、本実施形態では、銅チューブ２０がベンド部２３で折り曲げられてフィン１０に複数回（図１では８回）貫通するように構成されている。なお、本実施形態においては、銅チューブ２０はフィン１０に対して直交するように貫通させられている。
【００２０】
このとき、図２に示すように、銅チューブ２０は、その断面がなす扁平形状の長軸方向がフィン１０間の空気の流れの方向（矢印Ｙ方向）と一致するように、つまり、互い対向する一対の平坦面２１がフィン１０間の空気の流れの方向（矢印Ｙ方向）と平行となるように配設されている。
【００２１】
次に、このフィンチューブ型熱交換器１の製造方法について図４及び図５を用いて説明する。なお、図４及び図５は、銅チューブ２０の短軸方向（厚さ方向）に沿った断面を示している。
並列された複数のフィン１０には、それぞれ銅チューブ２０が挿通可能な挿通孔１１が設けられている。この挿通孔１１の断面形状は、銅チューブ２０と同様の扁平矩形状とされている。また、挿通孔１１の内周端は、図４及び図５に示すように、プレート状のフィン１０の端部が折り曲げられたカール部１２を備えている。
【００２２】
複数のフィン１０にそれぞれ設けられた挿通孔１１に、銅チューブ２０が挿入される（挿入工程）。ここで、銅チューブ２０の挿入方向（図４において矢印Ｚ方向）は、カール部１２の折り曲げ方向と一致するように設定されている。この挿入工程においては、銅チューブ２０の平坦面２１とフィン１０の挿通孔１１の内周部との間には僅かな空隙が画成されている。
【００２３】
挿通孔１１に銅チューブ２０を挿通した後に、銅チューブ２０の流路２２内から押圧して銅チューブ２０を拡管する（拡管工程）。本実施形態では、流路２２内に流体を充填させてこの流体の圧力を上昇させることで銅チューブ２０を拡管させている。このように銅チューブ２０を拡管することで、銅チューブ２０は断面がなす扁平形状の短軸方向（厚さ方向）に主に変形することになり、図５に示すように、平坦面２１がフィン１０の挿通孔１１の内周部に密着させられ、フィン１０と銅チューブ２０とが接合される。また、図６に示すように、銅チューブ２０の互いに対向する一対の平坦面２１、２１は、流路２２内から銅チューブ２０の短軸方向（厚さ方向）に押圧されることで、流路２２間に位置する隔壁２３部分が僅かに凹んだ形状となる。
このようにして、本実施形態であるフィンチューブ型熱交換器１が製造される。
【００２４】
このような構成とされたフィンチューブ型熱交換器１は、銅チューブ２０の流路２２に冷媒が流通されるとともに複数のフィン１０間に空気が流されて、冷媒と空気との間で熱交換が行われる。
【００２５】
本実施形態であるフィンチューブ型熱交換器１によれば、複数のフィン１０にそれぞれ設けられた挿通孔１１に銅チューブ２０が挿入され、この銅チューブ２０が拡管されることでフィン１０と銅チューブ２０の平坦面２１とが密着して接合されているので、フィン１０と銅チューブ２０との間にろう材やＮｉメッキ層等が介在しておらず直接接触することになり、熱交換効率を大幅に向上させることができる。
また、銅チューブ２０が連続鋳造法や押し出し加工等によって一体成形されているので、拡管加工を行っても銅チューブ２０が容易に破断することはない。
【００２６】
さらに、銅チューブ２０の流路２２の断面形状が銅チューブ２０と同様に扁平矩形状をなしているので、流路２２内に流体を充填して流体の圧力を上昇させることで銅チューブ２０を拡管した場合に、図６に示すように、平坦面２１を比較的平滑な状態のままで拡管することが可能となり、フィン１０の挿通孔１１の内周部との密着性を向上させて熱交換効率及び接合強度の向上を図ることができる。
【００２７】
また、銅チューブ２０が、その断面の長軸方向がフィン１０間を流れる空気の流れの方向と一致するように、つまり、平坦面２１が空気の流れと平行となるように配設されているので、空気と銅チューブ２０との接触面積が確保されるとともに空気の流れの圧損を低減でき、熱交換効率を大幅に向上させることができる。
【００２８】
さらに、銅チューブ２０の断面において長軸方向に並列された複数の流路２２の１つ当たりの断面積Ｓが０．２ｍｍ２≦Ｓ≦３５ｍｍ２の範囲内に設定されているので、流路２２内に冷媒を確実に流通させることができるとともに、この冷媒が流路２２内に充満して流路２２の内周面に接触することになり、熱交換効率を飛躍的に向上させることができる。また、流路２２内から押圧して銅チューブ２０を確実に拡管することが可能となる。
【００２９】
また、フィン１０と銅チューブ２０とでは熱膨張係数が異なるため、温度変化によって挿通孔１１の内周部と銅チューブ２０との間に隙間が生じるおそれがあるが、銅チューブ２０が熱変形する場合には、長軸方向に優先的に変形して短軸方向にほとんど変形しないため、平坦面２１とフィン１０の挿通孔１１の内周部との密着が緩むことがない。
【００３０】
本実施形態では、フィン１０に設けられた挿通孔１１の内周端にカール部１２が設けられており、このカール部１２の折り曲げ方向と銅チューブ２０の挿入方向とが一致させられているので、銅チューブ２０をスムーズに挿入することができる。また、銅チューブ２０を拡管した際に、カール部１２が弾性変形することでフィン１０と銅チューブ２０とが強固に接合されることになる。
【００３１】
さらに、本実施形態では、銅チューブ２０の断面がなす扁平形状の長軸方向長さ（銅チューブ２０の幅）Ｗと短軸方向長さ（銅チューブ２０の厚さ）ｔとの比Ｗ／ｔが、Ｗ／ｔ≧１、より望ましくはＷ／ｔ≧５とされているので、前述の空気の流れの圧損を大幅に低減でき、熱交換効率のさらなる向上を図ることができる。
特に、本実施形態では、銅チューブ２０の断面がなす扁平形状の短軸方向長さ（銅チューブ２０の厚さ）ｔが０．５ｍｍ≦ｔ≦７ｍｍの範囲内に設定されているので、フィン１０間を流れる空気の流れの圧損を確実に低減できる。また、銅チューブ２０の断面がなす扁平形状の長軸方向長さ（銅チューブ２０の幅）Ｗが５ｍｍ≦Ｗ≦１００ｍｍの範囲内に設定されているので、フィン１０間を流れる空気と銅チューブ２０との接触面積を十分に確保できる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、銅チューブ２０をベンド部２３で折り返してフィン１０を複数回貫通するように構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、複数の銅チューブ２０を一方向に貫通させて一方側から他方側へと冷媒を流通する構成としてもよい。
【００３３】
また、流体の圧力を利用して銅チューブ２０を拡管するものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば図７に示すように、流路２２内にプラグＰを挿入することによって銅チューブ２０を拡管してもよい。この場合、プラグＰによって機械的に拡管するので、銅チューブ２０の肉厚が厚く剛性が高くても確実に拡管することができる。拡管する銅チューブ２０に応じて拡管する手段を適宜選択することが好ましい。
さらに、すべての流路２２から同時に押圧して拡管するものとして説明したが、複数の流路２２を複数回に分けて押圧してもよい。
【００３４】
また、流路２２の断面形状を銅チューブ２０と同様に扁平矩形状としたもので説明したが、これに限定されることはなく、断面矩形状であれば必ずしも扁平形状でなくてもよい。さらに、流路２２を長軸方向に５つ並列させたものとして説明したが、流路２２の数は任意に設定することができる。
さらに、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるフィン１０を使用したもので説明したが、フィン１０の材質に限定は無く、鉄やステンレス等からなるフィン１０であってもよい。
【００３５】
また、流路２２間に位置する隔壁２３の厚さを薄くすることで、拡管時に短軸方向（厚さ方向）に変形し易いように構成してもよい。この場合、拡管する際に隔壁２３部分も短軸方向（厚さ方向）に変形することで拡管後の平坦面２１をより平坦に保つことができ、フィン１０との接合強度をさらに向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態であるフィンチューブ型熱交換器の概略説明図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図３】図１に示すフィンチューブ型熱交換器に用いられる銅チューブの断面図である。
【図４】図１に示すフィンチューブ型熱交換器の製造方法における銅チューブの挿入工程を示す説明図である。
【図５】図１に示すフィンチューブ型熱交換器の製造方法における銅チューブの拡管工程を示す説明図である。
【図６】拡管した銅チューブの断面図である。
【図７】拡管工程の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  フィンチューブ型熱交換器
１０  フィン
１１  挿通孔（挿通部）
２０  銅チューブ
２１  平坦面
２２  流路
２２ａ  辺稜部
【図１】
2009085468.tif 000003
【図２】
2009085468.tif 000004
【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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