JP2001194083A - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】伝熱管と板フィンの接合部との間に熱伝導のた
めの接触箇所を積極的に得ることができる板フィン付き
熱交換器、その製造方法及び板フィン。 【解決手段】間隔Ｐ２を置いて配設した複数枚の板フィ
ン１２，１２，…に、伝熱管４，４，…を貫通させ、各
伝熱管４に、各板フィン１２の貫通孔１２ａの周縁１２
ａから貫通方向（矢符Ａ方向）に沿って突設した短筒状
の接合部１３を外嵌させ、接合部１３に、貫通孔１２ａ
の周縁１２ｂに近い根元側の大径領域１３ａと貫通孔１
２ａの周縁１２ｂから離れた先端側の小径領域１３ｂと
が形成され、伝熱管４に小径領域１３ｂを締まりばめ状
態で接触させたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板フィン付き熱交
換器，その製造方法及び熱交換器構成用板フィンの改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、板フィン付き熱交換器１には、図
５の（Ａ），（Ｂ）に示す如く、間隔Ｐ１を置いて配設
した複数枚の板フィン２，２，…に複数本の伝熱管４，
４，…を貫通させ、各板フィン２の貫通孔２ａの周縁か
ら貫通方向（矢符Ａ方向）に沿って突設した短筒状の接
合部３で伝熱管４を外嵌したものがある。

【０００３】この板フィン付き熱交換器１の製造は、図
６に示す如く、製造装置５を用いて次の工程で行われ
る。第１工程では、支持具６の所定位置に各伝熱管４の
下端４ａを支持した状態で複数本の伝熱管４，４，…を
起立させて伝熱管群７を形成する。第２工程では、伝熱
管群７の上端に板フィン２を載置し、板フィン２の各貫
通孔２ａ（図５（Ｂ）参照）に対応する伝熱管４の上端
４ｂが嵌まり込むことができる状態にする。第３工程で
は、第２工程で載置した板フィン２を押圧具８で押し下
げることで、各伝熱管４に板フィン２の各接続部３を外
嵌させた状態で板フィン２を摺動させて下方の所定位置
まで移動させる。第４工程では、必要枚数の板フィン２
について第２工程及び第３工程を繰り返し、伝熱管群７
に間隔Ｐ１を置いて複数枚の板フィン２，２，…を配列
する。最終工程では、製造装置５の支持具６から伝熱管
４を取り外して板フィン付き熱交換器１を得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、伝熱管群７
に取付ける前の板フィン２は、貫通孔２ａ及び接合部３
を、伝熱管４に対して締まりばめ状態となるように形成
してある。ところが、伝熱管群７に取付けた後の板フィ
ン２は、伝熱管４に対して貫通孔２ａ及び接合部３がす
きまばめ状態となっていることが非常に多い。

【０００５】しかし、すきまばめ状態のままでは、伝熱
管４と板フィン２の接合部３との間の接触面積が著しく
減少して両者間における熱伝導が低下すると共に、板フ
ィン２，２の間を通過する流体に押されて板フィン２が
所定の配列位置から移動し、所望の熱交換能力を発揮で
きない問題を生じることがある。

【０００６】発明者は、上記問題を解決するために幾多
の実験を繰り返し分析した結果、伝熱管４の長手方向全
域で、その外径の寸法誤差及び／又は真円度や真直度等
の形状偏差が大きいことがあり、更に伝熱管４，４どう
しの長手方向に沿った平行度に関する姿勢偏差が大きい
こともあるため、前記製造の第３工程において、板フィ
ン２が下方の所定位置に向かって摺動する途中で、その
貫通孔２ａ及び接合部３が、これら大きな誤差や偏差に
より著しく拡径又は変形し、所定位置に至ったときに伝
熱管４との間ですきまばめ状態となることがあることを
突き止めると共に、板フィン２の接合部３の拡径や変形
の原因となる塑性変形を生じさせ易い程度が、先端側に
比べて根元側（貫通孔２ａに隣接側）が高いことを発見
した。そして、発明者は、この知見に基づいて、伝熱管
を外嵌した状態で板フィンを摺動させるときに、接合部
の根元側の塑性変形を無くするか又は生じ難くする共に
接合部の先端側に生じる弾性変形を利用することで、伝
熱管と板フィンの接合部との間に熱伝導のための接触箇
所を積極的に得ることができる板フィン付き熱交換器、
その製造方法及び板フィンを想到するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】伝熱管と板フィンの接合
部との間に熱伝導のための接触箇所を積極的に得られる
ようにするために請求項１記載の本発明が採用した手段
は、間隔を置いて配設した複数枚の板フィンには、伝熱
管を貫通させ、該伝熱管に、各板フィンの貫通孔の周縁
から貫通方向に沿って突設した短筒状の接合部を外嵌さ
せた板フィン付き熱交換器において、前記接合部に、前
記貫通孔の周縁に近い根元側の大径領域と、前記貫通孔
の周縁から離れた先端側の小径領域とが形成され、前記
伝熱管に該小径領域を締まりばめ状態で接触させたこと
を特徴とする板フィン付き熱交換器である。請求項１記
載の本発明にあっては、伝熱管に接合部の大径領域を接
触させないようにするか又は接触させるとしても該大径
領域に塑性変形を生じさせない程度とすることができる
ため、接合部の小径領域を拡径させるような塑性変形の
発生を抑制し、伝熱管に接合部の小径領域を締まりばめ
状態で接触することができる。

【０００８】隣接する板フィンどうしの間隔を小さくし
て板フィンをより多く取付けできるようにするために請
求項２記載の本発明が採用した手段は、前記伝熱管と前
記板フィンの接合部の大径領域との間に、隣接する前記
板フィンの接合部の小径領域を挿入させた請求項１に記
載の板フィン付き熱交換器である。請求項２記載の本発
明にあっては、隣接する板フィンどうしの接合部の大径
領域と接合部の小径領域とを重ねることで、隣接する板
フィンどうしの間隔を小さくすることができる。

【０００９】伝熱管と板フィンとの間の熱伝導を向上さ
せるために請求項３記載の本発明が採用した手段は、前
記接合部の大径領域に、隣接する前記板フィンの接合部
の小径領域を接触させた請求項２に記載の板フィン付き
熱交換器である。請求項３記載の本発明にあっては、隣
接する板フィンどうしの接合部の大径領域と接合部の小
径領域とを熱伝導できるように接触させることができ
る。

【００１０】伝熱管と板フィンの接合部との間に熱伝導
のための接触箇所を得た状態で製造できるようにするた
めに請求項４記載の本発明が採用した手段は、伝熱管
と、貫通孔の周縁から短筒状の接合部を突設した板フィ
ンとを準備し、伝熱管に接合部を外嵌させた状態で板フ
ィンを所定位置まで摺動させる板フィン付き熱交換器の
製造方法において、準備する前記板フィンは、前記貫通
孔の周縁に近い前記接合部の根元側に、前記伝熱管に対
してすきまばめ状態となる大径領域を形成すると共に、
前記貫通孔の周縁から離れた前記接合部の先端側に、前
記伝熱管に対して締まりばめ状態となる小径領域を形成
したものとし、前記板フィンを摺動させるときに、前記
伝熱管に前記接合部の大径領域を接触させないようにす
るか又は接触させるとしても該小径領域を拡径変形させ
ない程度の接触とするようにしたことを特徴とする板フ
ィン付き熱交換器の製造方法である。請求項４記載の本
発明にあっては、伝熱管の外径の寸法誤差及び／又は真
円度や真直度等の形状偏差並びに伝熱管どうしの平行度
の姿勢偏差が大きくても、板フィンの接合部の大径領域
が、伝熱管に外嵌した状態で摺動中の板フィンを所定位
置まで摺動させる間に、伝熱管に板フィンの接合部の大
径領域を接触させないようにするか又は接触させるとし
ても該大径領域に塑性変形を生じさせない程度となって
いるため、該摺動中の板フィンの接合部の小径領域は、
拡径に結びつくような塑性変形の発生が抑制され、伝熱
管に締まりばめ状態で接触することができる。

【００１１】伝熱管との間で熱伝導させるための接触箇
所を積極的に得ることができるようにするために請求項
５記載の本発明が採用した手段は、貫通孔の周縁から短
筒状の接合部を突設した熱交換器構成用板フィンにおい
て、前記貫通孔の周縁に近い前記接合部の根元側に、大
径領域を形成すると共に、前記貫通孔の周縁から離れた
前記接合部の先端側に、小径領域を形成したことを特徴
とする熱交換器構成用板フィンである。請求項５記載の
本発明にあっては、伝熱管の外径の寸法誤差及び／又は
真円度や真直度等の形状偏差並びに伝熱管どうしの平行
度の姿勢偏差が大きくても、板フィンの接合部の大径領
域が、伝熱管に外嵌した状態で摺動中の板フィンを所定
位置まで摺動させる間に、伝熱管に板フィンの接合部の
大径領域を接触させないようにするか又は接触させると
しても該大径領域に塑性変形を生じさせない程度にする
ことが可能となり、該摺動中の板フィンの接合部の小径
領域は、拡径に結びつくような塑性変形の発生が抑制さ
れ、伝熱管に締まりばめ状態で接触することができるよ
うになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る板フィン付き
熱交換器、その製造方法及び板フィンを図１乃至図４に
示す実施の形態に基づいて説明する。図１及び図２は板
フィン付き熱交換器を示すものであって、図１（Ａ）は
正面図、同図（Ｂ）は要部を拡大した部分断面図、図２
は要部を更に拡大した断面図である。図３は板フィンの
拡大した要部を伝熱管と共に示す断面図、図４は製造方
法を示す部分断面した正面図である。

【００１３】本実施の形態に係る板フィン付き熱交換器
１１は、図１及び図２に示す如く、間隔Ｐ２を置いて配
設した複数枚の板フィン１２，１２，…に複数本の伝熱
管４，４，…を貫通させ、各板フィン１２の貫通孔１２
ａの周縁から貫通方向（矢符Ａ方向）に沿って突設した
短筒状の接合部１３で伝熱管４を外嵌したものである。
板フィン１２の各接合部１３は、貫通孔１２ａの周縁１
２ｂに近い根元側の大径領域１３ａと、貫通孔１２ａの
周縁１２ｂから離れた先端側の小径領域１３ｂとが形成
され、伝熱管４に大径領域１３ａをすきまばめ状態で外
嵌すると共に、伝熱管４に小径領域１３ｂを締まりばめ
状態で外嵌して接触させてある。板フィン１２の各接合
部１３は、短筒状に形成された大径領域１３ａ及び小径
領域１３ｂを、両端がテーパー状等に形成された異径領
域１３ｃで接合してある。板フィン１２は、板厚みが
０．３ｍｍ乃至０．５ｍｍ程度のアルミニウム板または
ステンレススチール板等から形成されている。板フィン
１２の各接合部１３は、プレス加工方法で、穿孔と並行
して形成され、板フィン１２の板部１２ｃと一体となっ
ている。伝熱管４は、外径が１５ｍｍ乃至３０ｍｍ程度
の鋼管、ステンレススチール管から形成されている。

【００１４】図３に示すように、伝熱管４の外径寸法Ｄ
１と、伝熱管４に取付ける前の板フィン１２の接合部１
３の大径領域１３ａの内径寸法Ｄ２及び小径領域１３ｂ
の内径寸法Ｄ３とは、Ｄ３＜Ｄ１＜Ｄ２となるようにし
てある。なお、接合部１３の大径領域１３ａは、同径の
短筒状に形成することなく、図示は省略したが、両端が
異径のテーパー状に形成し、貫通孔１２ａの周縁１２ｂ
に大径側を接続すると共に、小径領域１３ｂに小径側を
接続させることも可能である。

【００１５】板フィン付き熱交換器１１は、図１及び図
２に示す如く、伝熱管４と板フィン１２の大径領域１３
ａとの間に、隣接する板フィン１２の小径領域１３ｂを
挿入させることにより、隣接する板フィン１２，１２ど
うしの間隔Ｐ２を小さくしてある。更に、板フィン付き
熱交換器１１は、伝熱管４と板フィン１２の大径領域１
３ａとの間に挿入した隣接する板フィン１２の小径領域
１３ｂを、挿入した部分の大径領域１３ａで締まりばめ
状態で外嵌させ、両者を熱伝導が良好となるように接触
させてある。

【００１６】前記板フィン付き熱交換器１１の製造は、
図４に示す如く、製造装置５を用いて次の工程で行われ
る。第１工程では、支持具６の所定位置に各伝熱管４の
下端４ａを支持した状態で複数本の伝熱管４，４，…を
起立させて伝熱管群７を形成する。第２工程では、伝熱
管群７の上端に板フィン１２を載置し、板フィン１２の
各貫通孔１２ａ（図３参照）に、対応する伝熱管４の上
端４ｂが嵌まり込むことができる状態にする。載置する
板フィン１２は、前述の如く、貫通孔１２ａの周縁１２
ｂに近い接合部１３の根元側に、伝熱管４に対してすき
まばめ状態となる大径領域１３ａを形成すると共に、貫
通孔１２ａの周縁１２ｂから離れた接合部１３の先端側
に、伝熱管４に対して締まりばめ状態となる小径領域１
３ｂを形成したものを用いる。大径領域１３ａは、後述
する第３工程において板フィン１２を摺動させるとき
に、伝熱管４に触させないようにするか又は接触させる
としても小径領域１３ｂを拡径変形させない程度の接触
となるように、その内径Ｄ２の大きさを選択してある。
更に、大径領域１３ａは、その内径Ｄ２を、伝熱管４に
嵌着した隣接の板フィン１２の小径領域１３ｂを締まり
ばめ状態で外嵌できる大きさとしてある。

【００１７】第３工程では、第２工程で載置した板フィ
ン１２を押圧具８で押し下げることで、各伝熱管４に板
フィン１２の各接続部１３を外嵌させた状態で板フィン
１２を摺動させて下方の所定位置まで移動させる。板フ
ィン１２を摺動させるときには、伝熱管４に接合部１３
の大径領域１３ａに、小径部１３ｂを拡径変形させるよ
うな塑性変形が生じないようにしてある。すなわち、伝
熱管４の外径の寸法誤差及び／又は真円度や真直度等の
形状偏差並びに伝熱管４，４どうしの平行度の姿勢偏差
が大きくても、板フィン１２の接合部１３の大径領域１
３ａが、伝熱管４に外嵌した状態で所定位置まで摺動さ
せる間に、伝熱管４に接触させないようにするか又は接
触させるとしても大径領域１３ａに塑性変形を生じさせ
ない程度となっているため、摺動中の板フィン１２の接
合部１３の小径領域１３ｂは、拡径に結びつくような塑
性変形の発生が抑制され、伝熱管４に締まりばめ状態で
接触することができる。第４工程では、必要枚数の板フ
ィン１２について第２工程及び第３工程を繰り返し、伝
熱管群７に間隔Ｐ２を置いて複数枚の板フィン１２，１
２，…を配列する。最終工程では、製造装置５の支持具
６から伝熱管４を取り外して板フィン付き熱交換器１１
を得る。

【００１８】

【実施例】下記仕様の従来の板フィン２を用いて熱交換
器１を製造すると共に、下記仕様の本発明に係る板フィ
ン１２を用いて本発明に係る製造方法で本発明に係る熱
交換器１１を製造し、熱交換器１及び熱交換器１１の伝
熱試験を行った。

【００１９】（１）従来の板フィン２に関する仕様 厚みが０．３ｍｍのアルミニウム板から形成され、伝熱
管４に外嵌する前の接合部３は、内径が１６．６ｍｍで
長さＬ３（図５（Ｂ）参照）が２．８ｍｍ、隣接する間
隔Ｐ１が３．０ｍｍ （２）本発明に係る板フィン１２に関する仕様 厚みＴが０．３ｍｍのアルミニウム板から形成され、伝
熱管４に外嵌する前の接合部１３は、長さＬ１（図３参
照）が４．０ｍｍ、大径領域１３ａの内径Ｄ２が１７．
８ｍｍで長さＬ２が１．０ｍｍ、小径領域１３ｂの内径
Ｄ３が１６．６ｍｍ、隣接する間隔Ｐ１が３．０ｍｍ

【００２０】（３）伝熱管４（従来及び本発明で共通）
に関する仕様 鋼管から形成され、外径Ｄ１が１７．３ｍｍ，管肉厚が
２．３ｍｍ、隣接する間隔Ｂ（図１（Ａ）、図５（Ａ）
参照）が３８ｍｍ （４）伝熱試験 伝熱管４の内部に供給する熱媒体はゲージ圧力が５．０
ｋｇ／ｃｍ² の飽和水蒸気、板フィン２，２の間または
板フィン１２，１２の間を通過させる空気は２０℃で風
速が２〜４ｍ／ｓｅｃ （５）試験結果 従来の熱交換器１に比べ本発明の熱交換器１１の熱伝達
率は、風速が２ｍ／ｓｅｃでは１．２５倍、風速が３ｍ
／ｓｅｃでは１，１５倍、風速が４ｍ／ｓｅｃでは１．
０８倍だけ向上している。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載の本発明に係る板フィン付
き熱交換器は、伝熱管に板フィンの接合部の小径領域を
締まりばめ状態で外嵌することで、伝熱管と板フィンと
の間に熱伝導を向上させる接触箇所が得られると共に板
フィンの移動を無くすることができるため、所望の熱交
換能力を発揮させることができる。請求項２記載の本発
明に係る板フィン付き熱交換器は、隣接する板フィンど
うしの間隔を小さくすることで、板フィンを数多く取付
けることができるようになり、熱交換能力の向上が図れ
る。請求項３記載の本発明に係る板フィン付き熱交換器
は、隣接する板フィンどうしの接合部の大径領域と接合
部の小径領域とを熱伝導させることで、伝熱管と板フィ
ンとの間の熱伝導を向上して、熱交換能力の向上が図れ
る。

【００２２】請求項４記載の本発明に係る板フィン付き
熱交換器の製造方法は、伝熱管に板フィンの接合部の小
径領域を締まりばめ状態で外嵌させて、伝熱管と板フィ
ンとの間に熱伝導を向上させる接触箇所が得られると共
に板フィンの移動を無くすることができるため、所望の
熱交換能力を発揮させる熱交換器を提供することができ
る。請求項５記載の本発明に係る熱交換器構成用板フィ
ンは、伝熱管に外嵌状態で摺動させたとき、接合部の小
径領域が伝熱管に締まりばめ状態で接触することができ
るようになるため、伝熱管と板フィンとの間に熱伝導を
向上させる接触箇所を得ると共に板フィンの移動を無く
することができ、所望の熱交換能力を発揮させる板フィ
ン付き熱交換器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る板フィン付き熱交換器の実施の形
態を示すものであって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は要部
を拡大した部分断面図である。

【図２】同実施の形態における要部を更に拡大した断面
図である。

【図３】同実施の形態における板フィンの拡大した要部
を伝熱管と共に示す断面図である。

【図４】本発明に係る板フィン付き熱交換器の製造方法
の実施の形態を示す部分断面した正面図である。

【図５】従来の板フィン付き熱交換器を示すものであっ
て、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は要部を拡大した部分断面
図である。

【図６】従来の板フィン付き熱交換器の製造方法を示す
部分断面した正面図である。

【符号の説明】

４…伝熱管、Ｐ２…間隔、１２…板フィン、１２ａ…貫
通孔、１２ｂ…周縁、１３…接合部、１３ａ…大径領
域、１３ｂ…小径領域

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】間隔を置いて配設した複数枚の板フィン
   に、伝熱管を貫通させ、該伝熱管に、各板フィンの貫通
   孔の周縁から貫通方向に沿って突設した短筒状の接合部
   を外嵌させた板フィン付き熱交換器において、前記接合
   部には、前記貫通孔の周縁に近い根元側の大径領域と、
   前記貫通孔の周縁から離れた先端側の小径領域とが形成
   され、前記伝熱管に該小径領域を締まりばめ状態で接触
   させたことを特徴とする板フィン付き熱交換器。
2. 【請求項２】前記伝熱管と前記板フィンの接合部の大径
   領域との間に、隣接する前記板フィンの接合部の小径領
   域を挿入させた請求項１に記載の板フィン付き熱交換
   器。
3. 【請求項３】前記接合部の大径領域に、隣接する前記板
   フィンの接合部の小径領域を接触させた請求項２に記載
   の板フィン付き熱交換器。
4. 【請求項４】伝熱管と、貫通孔の周縁から短筒状の接合
   部を突設した板フィンとを準備し、伝熱管に接合部を外
   嵌させた状態で板フィンを所定位置まで摺動させる板フ
   ィン付き熱交換器の製造方法において、準備する前記板
   フィンは、前記貫通孔の周縁に近い前記接合部の根元側
   に、前記伝熱管に対してすきまばめ状態となる大径領域
   を形成すると共に、前記貫通孔の周縁から離れた前記接
   合部の先端側に、前記伝熱管に対して締まりばめ状態と
   なる小径領域を形成したものとし、前記板フィンを摺動
   させるときに、前記伝熱管に前記接合部の大径領域を接
   触させないようにするか又は接触させるとしても該小径
   領域を拡径変形させない程度の接触とするようにしたこ
   とを特徴とする板フィン付き熱交換器の製造方法。
5. 【請求項５】貫通孔の周縁から短筒状の接合部を突設し
   た熱交換器構成用板フィンにおいて、前記貫通孔の周縁
   に近い前記接合部の根元側に、大径領域を形成すると共
   に、前記貫通孔の周縁から離れた前記接合部の先端側
   に、小径領域を形成したことを特徴とする熱交換器構成
   用板フィン。