(57)【要約】【課題】チューブ型熱交換器の製造の簡便化を図る【解決手段】チューブ本体２００と該チューブ本体２００に接続するフィン３００とを備えるチューブ型熱交換器であって、上記チューブ本体２００及び上記フィン３００の少なくとも一方が、板状の基材と該基材の少なくとも一方側の面に形成されるロウ材組成のクラッド層とを備えるクラッドシートが成形されて構成される。【選択図】図１
2009250549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ本体と該チューブ本体に接続するフィンとを備えるチューブ型熱交換器であって、
前記チューブ本体及び前記フィンの少なくとも一方が、板状の基材と該基材の少なくとも一方側の面に形成されるロウ材組成のクラッド層とを備えるクラッドシートが成形されて構成されることを特徴とするチューブ型熱交換器。
【請求項２】
前記フィンは、リング形状を有し、前記チューブ本体の長さ方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１記載のチューブ型熱交換器。
【請求項３】
前記フィンは、前記チューブ本体の壁部に沿って巻回される螺旋形状を有することを特徴とする請求項１記載のチューブ型熱交換器。
【請求項４】
チューブ本体と該チューブ本体に接続するフィンとを備えるチューブ型熱交換器の製造方法であって、
板状の基材と該基材の少なくとも一方側の面に形成されるロウ材組成のクラッド層とを備えるクラッドシートを成形して前記チューブ本体及び前記フィンの少なくとも一方を形成する成形工程と、
該成形工程にて形成された前記チューブ本体及び前記フィンの少なくとも一方を含んで前記チューブ型熱交換器を組み立てる組立て工程と
を有することを特徴とするチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記成形工程において、帯状の前記クラッドシートを巻回して、前記クラッドシートの縁部にて前記フィンを形成し、前記縁部を除く部分にて前記チューブ本体を形成することを特徴とする請求項４記載のチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項６】
前記成形工程において、前記クラッドシートを巻回する前に前記クラッドシートの前記縁部に切込みを入れることを特徴とする請求項５記載のチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記クラッドシートは、前記基材の少なくとも一方側の面に対して粉末状の前記クラッドシート形成材料を配置し、前記粉末状の前記クラッドシート形成材料が配置された前記基材を熱処理することによって製造されることを特徴とする請求項４〜６いずれかに記載の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】
本発明は、チューブ本体と該チューブ本体に接続するフィンとを備えるチューブ型熱交換器及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、チューブ本体を流れる流体とチューブ本体の外部の流体との熱交換効率を向上させるためのフィンを備えるチューブ型熱交換器が知られている。
このチューブ型熱交換器においては、フィンによって表面積が増加すると共にフィンによって流体が乱流とされるため、熱交換効率が向上する。
このようなチューブ型熱交換器を製造する場合には、チューブ本体に対してフィンを接合している。
【特許文献１】特開２００１−４１６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、チューブ本体に対してフィンを接合する場合には、ペースト状のロウ材を接合部へ塗りつけてロウ付けしたり、特殊なバインダーでロウ材をシート状にしたものや箔状にしたアモルファスロウ材を接合部へ配置してロウ付けすることとなる。また、チューブ型熱交換器の製造工程においては、チューブ本体とフィンの接合に限らず、例えばチューブ本体同士の接合の全ての接合箇所が、同様にペースト状のロウ材、シート状あるいは箔状のロウ材を用いてロウ付けされている。
【０００４】
しかしながら、ロウ材をペースト状にして使用する場合は、ロウ材をペースト状樹脂バインダーで練り上げ、ペースト状になったロウ材を塗り付けるという工程が必要となる。また、ロウ材をシート状または箔状にして使用する場合は、接合部の形状にあわせて裁断するという工程が必要となる。このため、チューブ型熱交換器の製造工程が煩雑化する。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、チューブ型熱交換器の製造の簡便化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のチューブ型熱交換器は、チューブ本体と該チューブ本体に接続するフィンとを備えるチューブ型熱交換器であって、上記チューブ本体及び上記フィンの少なくとも一方が、板状の基材と該基材の少なくとも一方側の面に形成されるロウ材組成のクラッド層とを備えるクラッドシートが成形されて構成されることを特徴とする。
【０００７】
このような特徴を有する本発明のチューブ型熱交換器によれば、チューブ本体とフィンとの少なくとも一方が、ロウ材組成を有するクラッド層を有するクラッドシートによって形成される。
【０００８】
また、本発明のチューブ型熱交換器においては、上記フィンは、リング形状を有し、上記チューブ本体の長さ方向に複数配列されているという構成を採用する。
【０００９】
また、本発明のチューブ型熱交換器においては、上記フィンは、上記チューブ本体の壁部に沿って巻回される螺旋形状を有するという構成を採用する。
【００１０】
次に、本発明のチューブ型熱交換器の製造方法は、チューブ本体と該チューブ本体に接続するフィンとを備えるチューブ型熱交換器の製造方法であって、板状の基材と該基材の少なくとも一方側の面に形成されるロウ材組成のクラッド層とを備えるクラッドシートを成形して上記チューブ本体及び上記フィンの少なくとも一方を形成する成形工程と、該成形工程にて形成された上記チューブ本体及び上記フィンの少なくとも一方を含んで上記チューブ型熱交換器を組み立てる組立て工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
このような特徴を有する本発明のチューブ型熱交換器の製造方法によれば、チューブ本体とフィンとの少なくとも一方が、ロウ材組成を有するクラッド層を有するクラッドシートによって形成される。
【００１２】
また、本発明のチューブ型熱交換器の製造方法においては、上記成形工程において、帯状の上記クラッドシートを巻回して、上記クラッドシートの縁部にて上記フィンを形成し、上記縁部を除く部分にて上記チューブ本体を形成するという構成を採用する。
【００１３】
また、本発明におチューブ型熱交換器の製造方法においては、上記成形工程において、上記クラッドシートを巻回する前に上記クラッドシートの上記縁部に切込みを入れるという構成を採用する。
【００１４】
また、本発明におけるチューブ型熱交換器の製造方法においては、上記クラッドシートは、上記基材の少なくとも一方側の面に対して粉末状の上記クラッドシート形成材料を配置し、上記粉末状の上記クラッドシート形成材料が配置された上記基材を熱処理することによって製造されるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チューブ本体とフィンとの少なくとも一方が、ロウ材組成を有するクラッド層を有するクラッドシートによって形成される。このため、チューブ型熱交換器を製造する際に、別途ロウ材を配置する作業を減少またはなくすことができ、チューブ本体とフィンとを有するチューブ型熱交換器を容易に製造することが可能となる。
よって、本発明によれば、チューブ型熱交換器の製造の簡便化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係るチューブ型熱交換器及びチューブ型熱交換器の製造方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材の認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
（第１実施形態）
図１及び図２は、本実施形態のチューブ型熱交換器１００の概略構成を示す図であり、図１が平面図、図２が断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態のチューブ型熱交換器１００は、円筒状のチューブ本体２００と、該チューブ本体２００の内壁部に沿って巻回される螺旋形状を有するフィン３００とを備える。
【００１８】
このような本実施形態のチューブ型熱交換器１００によれば、チューブ本体２００内部を流れる流体とチューブ本体２００の外部の流体との間で熱交換が行われる。ここで、チューブ本体２００の内部には、フィン３００が設置されているため、チューブ型熱交換器１００の表面積が増大すると共にチューブ本体２００内部を流れる流体が攪拌されて乱流状態となり、これによって熱交換効率が向上する。
【００１９】
そして、本実施形態のチューブ型熱交換器１００においては、チューブ本体２００及びフィン３００が、一枚のクラッドシートＳ１（図３参照）にて製造されている。
図３は、クラッドシートＳ１の斜視図である。なお、図３に示すクラッドシートＳ１は、帯状に延在するクラッドシートの一部を切り出したものである。
この図に示すように、クラッドシートＳ１は、金属からなる板状の基材Ｙと、基材Ｙの一方側の面に形成されるロウ材組成を有するクラッド層Ｘ１とから構成されている。なお、クラッドシートＳ１は、基材Ｙの両側の面にクラッド層Ｘ１を備えていても良い。
【００２０】
図４は、クラッドシートＳ１の製造装置Ｄ１の概略構成図である。この図に示すように、製造装置Ｄ１は、ホッパ１と、ベルトフィーダ２と、圧延ローラ３と、プーリ４と、加熱炉５と、回収ローラ６とを備えている。
【００２１】
ホッパ１は、クラッド層Ｘ１の形成材料である粉末Ｘを収容すると共に粉末Ｘをベルトフィーダ２に供給するように構成されている。
【００２２】
ベルトフィーダ２は、粉末Ｘを搬送し、圧延ローラ３上から下方に粉末Ｘを落下させることによって、圧延ローラ３の周面（後述する圧延ローラ３Ａの周面）に粉末Ｘを供給する構成となっている。
【００２３】
圧延ローラ３は、一対の圧延ローラ３Ａと圧延ローラ３Ｂとによって構成されている。圧延ローラ３Ａがベルトフィーダ２の下方に位置されるように配置されている。この圧延ローラ３は、不図示の回転駆動機構により回転駆動されることによって、ベルトフィーダ２を介して供給される粉末Ｘと上方から挿通される板状の基材Ｙとを圧延ローラ３Ａと圧延ローラ３Ｂとの間において圧延する構成となっている。
そして、圧延ローラ３は、圧延ローラ３Ａ，３Ｂ間において基材Ｙ及び粉末Ｘを圧着し、これによって基材Ｙの一方側の面に、粉末Ｘからなる粉末層を形成する。
【００２４】
プーリ４は、圧延ローラ３の下方に配置されており、圧延ローラ３によって粉末Ｘが一方側の面に圧着された基材Ｙを水平方向に案内するように構成されている。
【００２５】
加熱炉５は、一方側の面に配置された粉末Ｘを基材Ｙごと、粉末Ｘの融点近傍まで加熱することによって粉末Ｘを溶融あるいは焼結させるものである。これによって、基材Ｙの一方側の面における粉末層（粉末Ｘからなる層）が溶融あるいは焼結し、その後冷却されることによってロウ材組成を有するクラッド層Ｘ１とされる。
【００２６】
回収ローラ６は、加熱炉５から排出された基材Ｙ（すなわちクラッドシート）を巻き取ることによって回収するものである。
【００２７】
次に、このようにして構成された製造装置Ｄ１の動作について説明する。
まず製造装置Ｄ１は、ホッパ１に収容された粉末Ｘをベルトフィーダ２によって圧延ローラ３Ａの周面に供給する。
圧延ローラ３Ａの周面に供給された粉末Ｘは、圧延ローラ３Ａの回転駆動によって、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの間に供給され、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの間に上方から下方へ挿通されて搬送される板状の基材Ｙの一方側の面に圧着されて配置される。
【００２８】
粉末Ｘが圧着された基材Ｙは、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの下方に位置する加熱炉５にプーリ４を介して挿入され、粉末Ｘの融点近傍の温度まで加熱される。この結果、粉末Ｘからなる粉末層が焼結あるいは溶融して層となり、基材Ｙの表面にしっかりと固着されることによって、ロウ材組成を有するクラッド層となる。
【００２９】
そして、クラッド層Ｘ１が形成された基材Ｙ（すなわちクラッドシート）が回収ローラ６によって巻き取られることによって回収される。
【００３０】
以上の工程により、図１に示すような、基材Ｙの一方側の面にクラッド層Ｘ１が形成されたクラッドシートＳ１が製造される。
【００３１】
このようなクラッドシートＳ１によれば、ロウ材組成を有するクラッド層Ｘ１を備えているため、クラッドシートに対して別途ロウ材を配置することなく、クラッドシートのロウ付けが可能となる。
【００３２】
続いて、このようなクラッドシートＳ１を用いた本実施形態のチューブ型熱交換器の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、図５に示すように、帯状のクラッドシートＳ１を用意し、その縁部Ｓ２を略垂直方向に折り曲げる。この縁部Ｓ２は、最終的にフィン３００となり、その幅がフィン３００の高さとなる。このため、折り曲げる縁部Ｓ２の幅は、フィン３００の高さに基づいて決定される。
続いて、図６に示すように、クラッドシートＳ１の一方の端部Ｓ３と他方の端部Ｓ４とが平行でかつその延在方向がチューブ本体２００の延在方向と交差する方向となるようにクラッドシートＳ１を巻回する。
この結果、クラッドシートＳ１の縁部Ｓ２を除く部分にてチューブ本体２００が形成されると共に、縁部Ｓ２にてチューブ本体２００の内壁面に沿って巻回される螺旋形状のフィン３００が形成される（成形工程）。
このように、本実施形態のチューブ型熱交換器の製造方法においては、一枚のクラッドシートＳ１を成形することによってチューブ本体２００及びフィン３００の両方が形成される。
なお、クラッドシートＳ１を巻回する場合には、端部Ｓ３，Ｓ４が湾曲するため、縁部Ｓ２に対して端部Ｓ３，Ｓ４の湾曲に応じた負荷がかかる。しかしながら、フィン３００は、チューブ本体２００内部を流れる流体の流れを乱すことを目的とするものであるため、その形状が整っている必要がない。このため、縁部Ｓ２が、端部Ｓ３，Ｓ４の湾曲による負荷によって変形しても良く。縁部Ｓ２の変形を考慮することなく、クラッドシートＳ１を巻回して良い。
ただし、この場合には、縁部Ｓ２の変形に伴ってクラッドシートを巻回する力を調節する必要が生じ、クラッドシートの巻回が難しくなる場合がある。このため、縁部Ｓ２にクラッドシートＳ１の幅方向に複数の切り込みを予め形成しておいても良い。これによって、クラッドシートを容易に巻回することが可能となる。
【００３４】
このようにクラッドシートＳ１をチューブ本体２００とフィン３００とに成形した後に、成形体を熱処理することによってロウ付けすることによってクラッドシートＳ１同士を接合する。そして、このようにクラッドシートＳ１同士が接合されることによって、本実施形態のチューブ型熱交換器１００が組み立てられ製造される。
【００３５】
このような本実施形態のチューブ型熱交換器及びその製造方法によれば、チューブ本体２００とフィン３００とが、ロウ材組成を有するクラッド層Ｘ１を有するクラッドシートＳ１によって形成される。このため、チューブ型熱交換器を製造する際に、別途ロウ材を配置する作業を減少またはなくすことができ、チューブ本体とフィンとを有するチューブ型熱交換器を容易に製造することが可能となる。
よって、本実施形態のチューブ型熱交換器の製造方法によれば、チューブ型熱交換器の製造の簡便化を図ることが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態のチューブ型熱交換器の製造方法においては、チューブ本体２００とフィン３００とが一枚のクラッドシートＳ１から形成される。このため、より容易にチューブ型熱交換器を製造することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態のチューブ型熱交換器の製造方法においては、クラッドシートＳ１のクラッド層Ｘ１が、基材に対して圧着された粉末状の形成材料を熱処理することによって形成されている。このように形成材料が粉末状である場合には、その成分を容易に調節することが可能となるため、様々機能を有する粉末を形成材料に混ぜて用いることが可能となる。したがって、クラッドシートＳ１のクラッド層Ｘ１に種々の機能を付与することが可能となり、チューブ型熱交換器の表面に種々の機能と付与することが可能となる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３９】
図７及び図８は、本実施形態のチューブ型熱交換器４００の概略構成を示す図であり、図７が平面図、図８が断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態のチューブ型熱交換器４００は、チューブ本体２００の内部に、複数のリング状のフィン５００が配列されている。
【００４０】
このような構成を有する本実施形態のチューブ型熱交換器４００においても、フィン５００が設置されているため、チューブ型熱交換器４００の表面積が増大すると共にチューブ本体２００内部を流れる流体が攪拌されて乱流状態となり、これによって熱交換効率が向上する。
【００４１】
そして、本実施形態のチューブ型熱交換器４００においては、チューブ本体２００が、内壁面側にクラッド層Ｘ１が配置されるように巻回されたクラッドシートＳ１によって形成されている。
このような構成を有する本実施形態のチューブ型熱交換器４００を製造する場合には、クラッドシートＳ１を成形することによってチューブ本体２００を形成する（成形工程）
そして、チューブ本体２００内部に複数のリング状のフィン５００を配置して熱処理することによって、クラッドシートＳ１同士及びクラッドシートＳ１とフィン５００とをロウ付け接合する。
【００４２】
このような本実施形態のチューブ型熱交換器及びその製造方法によれば、チューブ型熱交換器を製造する際に、別途ロウ材を配置する作業を減少またはなくすことができ、チューブ本体とフィンとを有するチューブ型熱交換器を容易に製造することが可能となる。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るチューブ型熱交換器及びチューブ型熱交換器の製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態においては、チューブ本体及びフィン、あるいはチューブ本体のみがクラッドシートから形成される構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フィンのみがクラッドシートから形成される構成を採用することもできる。
【００４５】
また、上記実施形態においては、フィンがチューブ本体の内部のみに配置された構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フィンがチューブ本体の外部のみ、あるいは内部及び外部に配置された構成を採用することもできる。
【００４６】
また、上記実施形態においては、フィンの先端がフィンの延在方向に滑らかに連続する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フィンの先端がフィンの延在方向に凹凸を有していても良い。
このような構成を採用することによって、チューブ本体における流体の流れをより強く乱すことが可能となり、より熱交換効率を向上させることができる。
なお、このような構成のチューブ型熱交換器を製造する場合には、例えば、上記第１実施形態において、縁部Ｓ２の端部に予め凹凸を形成しておけば良い。
【００４７】
また、上記実施形態においては、クラッドシートＳ１が、基材Ｙの一方側のみにクラッド層Ｘ１が形成された構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、基材Ｙの両側にクラッド層Ｘ１が形成されたクラッドシートＳ１を用いても良い。
【００４８】
また、上記実施形態においては、クラッドシートＳ１のクラッド層Ｘ１が粉末状の形成材料を熱処理することによって形成される構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、クラッド層Ｘ１は、必ずしも粉末状の形成材料から形成される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態におけるチューブ型熱交換器の平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるチューブ型熱交換器の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるチューブ型熱交換器の製造方法に用いられるクラッドシートの斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるチューブ型熱交換器の製造方法に用いられるクラッドシートの製造装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるチューブ型熱交換器の製造方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態におけるチューブ型熱交換器の製造方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるチューブ型熱交換器の平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態におけるチューブ型熱交換器の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００，４００……チューブ型熱交換器、２００……チューブ本体、３００，５００……フィン、Ｓ１……クラッドシート、Ｙ……基材、Ｘ１……クラッド層、Ｄ１……製造装置
【図１】
2009250549.tif 000003
【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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