JP2003053459A - フィン付伝熱管の製造方法およびこの伝熱管を用いた熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱効率に優れた熱交換器をコスト低廉に提供
し、エネルギーロスの削減をはかる。 【解決手段】金属パイプ２の周囲に螺旋状に巻回される
フィン３の螺旋ピッチを、金属パイプ２の屈曲される個
所２ａで密にすることにより、金属パイプ屈曲時の座屈
を生じ難くし、このことで金属パイプ２を小さな半径に
屈曲できるようにすると共に、熱交換器１０に用いられ
るフィン付伝熱管１の金属パイプ２として、熱伝導性に
優れ、かつ薄肉に形成された銅パイプの使用を可能とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として家庭用冷
凍冷蔵庫に用いられるスパイラルフィン熱交換器と、こ
の熱交換器に用いられるフィン付伝熱管を製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種の熱交換器、特に冷蔵庫
下部の機械室内に取り付けられて、冷媒回路の凝縮器と
して使用されるものとしては、図６に示すようなフィン
付伝熱管１００ａが知られている。このフィン付伝熱管
１００ａは、金属パイプ１０１の周囲に金属薄板からな
るフィン１０２を所定のピッチで巻き付けたものであ
り、これを蛇行状に屈曲させて熱交換器を構成してい
る。

【０００３】ここにおいて、上記フィン付伝熱管１００
ａを製造するには、図７に示すような巻付機が用いられ
ていた。

【０００４】この巻付機は、基台１０３上にボールスラ
イドシャフト１０４とガイドシャフト１０５とを平行に
配置し、この両シャフト１０４，１０５に係合した移動
フレーム１０６に、先端にパイプチャッキング部１０７
ａが設けられた駆動軸１０６７と、この駆動軸１０７を
回転駆動する回転サーボモータ１０８を取り付けたもの
であり、上記パイプチャッキング部１０７ａで掴持され
た金属パイプ１０１を上記回転サーボモータ１０８で回
転させつつ、移動サーボモータ１０９でその回転軸線方
向に移動させることにより、その表面にフィン供給装置
１１０から供給された帯状の金属薄板１０２ａを螺旋状
に巻き付け、フィン１０２を形成するようにしていた。

【０００５】そして、このようにして表面に螺旋状のフ
ィン１０２が設けられたパイプ１０１は、フィン１０２
をその位置で位置ずれしないように溶接した後、所定の
治具を用いて蛇行状に屈曲され、さらにその後、その表
面に錆止めの塗装を施して、冷蔵庫などの熱交換器１０
０として用いられていた。

【０００６】なお、ここにおいて、一般に冷蔵庫に用い
られるフィン付伝熱管を構成する金属パイプは、少なく
とも４ｍ程度の長さを有しているが、上記の巻取機で
は、パイプをその先端で回転駆動するようになっている
ため、パイプの強度が低いと、ねじれを生じるという問
題点があった。そのため、従来は、パイプとして、ある
程度の肉厚を有する鋼管が用いられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のフィン
付伝熱管の製造方法では、パイプの一端がチャックさ
れ、回動駆動されるようになっているので、パイプとし
て、ある程度の強度を有する鋼管などの金属管を用いな
くてはならなかった。そのため、蛇行状に湾曲させる作
業が行い難く、かつ、その湾曲半径も小さくすることも
できないという問題点があった。

【０００８】さらに、鋼管の場合は、その表面に塗装を
施さなくてはならなかったので、その作業の手間を要す
ると共に、作業の際、鋼管内に塗料が侵入することを防
止するために、鋼管の端部を盲蓋などで塞がなくてはな
らず、そのための部材と手間も要するという問題点があ
った。

【０００９】さらにまた、上記従来の熱交換器に用いら
れるフィン付伝熱管では、鋼管に巻き付けられたフィン
の末端が剥がれたり、位置ずれしたりすることを防止す
ると共に、その熱伝導性を向上させるために、フィンを
鋼管の表面に溶接することとしていたので、この作業の
手間も要するという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記従来のフィン付伝熱管の製
造方法と、このフィン付伝熱管を用いた熱交換器が有し
ていた問題点の解決を課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のうち、請求項１記載の発明は、帯状の金
属薄板を一対の成形ロール間に送り込むことにより、そ
の片側に襞状のフレアー部を連続して形成すると共に、
この金属薄板を、回転しつつその回転軸線方向に搬送さ
れる金属パイプで巻き取ることにより、前記フレアー部
を塑性変形させ、金属パイプの表面に金属薄板からなる
螺旋状のフィンを形成するようにした。そして、上記金
属薄板を巻き取る際の金属パイプの回転数と搬送速度を
制御することにより、巻回されるフィンの螺旋ピッチ
を、金属パイプの途中において任意に変更し得るように
したことを特徴とするフィン付伝熱管の製造方法であ
る。

【００１２】請求項２記載の発明は、蛇行状に屈曲され
たフィン付伝熱管を備えた熱交換器において、このフィ
ン付伝熱管を構成した金属パイプの周囲に螺旋状に巻回
されたフィンを、金属パイプが蛇行状に屈曲された個所
において、その螺旋ピッチを他の個所に比し、密にした
ことを特徴とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、上記請求項２記載
の発明の構成中、金属パイプを外径が４．７６ｍｍで、
肉厚が０．３５ｍｍ以下の銅パイプと限定すると共に、
フィンを構成する金属数板を、幅が９．０±０．５ｍｍ
で、厚さが０．２ｍｍ以下のアルミニウム薄板と限定し
たことを特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明は、上記請求項２また
は３記載の発明の構成に、フィン末端の隣り合った個所
同士が、ステープラ、あるいはかしめ付けにより、連結
された構成を加えたことを特徴とする。

【００１５】請求項４記載の発明は、上記請求項２また
は３記載の発明の構成に、金属パイプ外周のフィン末端
に対応した個所に、高分子材料からなる中空成形物を挿
着、あるいは、粘着性が付与された金属テープを巻着し
た構成を加えたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した実施の形
態に基づき詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明に係るフィン付伝熱管の要
部の正面図、図２は、このフィン付伝熱管を蛇行状に屈
曲させて形成された熱交換器の簡略平面図である。図示
したように、このフィン付伝熱管１では、配管となる金
属パイプ２の周囲に、螺旋状に設けられたフィン３は、
その螺旋ピッチが一定ではなく、パイプ２の途中におい
て変えられている。そして、この螺旋ピッチが密になっ
た個所で金属パイプ２を屈曲し、熱交換器１０を形成す
ることとしている。

【００１８】なお、この螺旋ピッチは、必ずしも金属パ
イプ１の屈曲部分２ａだけを密にするのではなく、図２
に示すように熱交換器１０として用いられた際、その風
下側（図２において上側）に該当する部分を密にするよ
うにしても良い。

【００１９】図３は、上記フィン付伝熱管を本発明方法
で製造するための装置を示した簡略図である。この製造
装置は、主としてパイプの回転送り機構５と、フィン供
給装置４、および取出し装置６とからなる。

【００２０】パイプの回転送り機構５は、一方（図３に
おいて左方）から挿入されたパイプを保持し、このパイ
プを回転させつつ、他方（図３において右方）に送り出
すものである。

【００２１】フィン供給装置４は、図４に示すように、
表面に凹凸が設けられた一対の成形ロール４１，４２を
対向配置し、この成形ロール４１，４２の間に、フィン
３となる長尺の金属薄板３₁ を送り込むことにより、そ
の一側（図４においては下側）に襞状のフレアー部３ｂ
を連続して形成し、送り出すようにしたものである。

【００２２】なお、図４において符号８は、フィン供給
装置４の送り出し側に設けられたフィンピッチ連動ベー
スを示し、このベース８は、図５に示すようにパイプ２
に近接して配置され、その先端には、フィンとなる金属
薄板３₁ をパイプ２の表面に案内するためのフィンガイ
ド（図示せず）が設けられている。

【００２３】取出し装置６は、完成した直管状のフィン
付伝熱管１を受け取り、所定の位置まで搬送するもので
あるなお、図３において符号９は、材料となる直管状の
金属パイプ２をストックし、このパイプ２を一本づつ回
転送り機構５に供給するためのパイプ供給部、７は制御
盤を示す。

【００２４】次に上記製造装置を用いた本発明方法によ
るフィン付伝熱管の製造手順について述べる。

【００２５】まず、パイプ供給部９から供給された直管
状の金属パイプ２を、回転送り機構５の所定位置にセッ
トする。

【００２６】次に、この回転送り機構５から突出したパ
イプ２の表面に、フィン供給装置４から送り出された金
属薄板３₁ の先端を、フレアー部３ａがパイプ２の表面
に接するように巻き付けて固定する。

【００２７】なお、この固定は、固定金具（図示せず）
などを用いて行っても良いが、巻き付けられた金属薄板
３₁ の隣り合った個所同士をステープラで連結したり、
あるいは、図示しないかしめ具などを用いて金属薄板３
₁ ，３₁ 同士をかしめ付けるだけであっても良い。この
ようにすれば、隣り合った金属薄板３₁ ，３₁ がパイプ
２に対してせりあった状態となり、固定されたのと、同
じ効果が得られる。

【００２８】以上のようにして準備を整え、制御盤７の
操作により、回転送り機構５とフィン供給装置４を連係
させて作動させると、回転送り機構５にセットされたパ
イプ２は回転しつつ、押し出され、その表面に一端が固
定された金属薄板３₁ は、このパイプ２で巻き取られる
ように、その周囲に螺旋状に巻き付く。この時、金属薄
板３₁ のパイプ２と接する側には、襞状のフレアー部３
ａが設けられているので、巻取時の応力により、このフ
レアー部３ａがその湾曲がきつくなるように塑性変形を
生じ、このことで金属薄板３₁ は、パイプの表面に正確
に巻き付けられることとなる。

【００２９】このようにして、金属パイプ２の表面に金
属薄板３₁ からなる螺旋状のフィン３が形成されるもの
である。この時、本発明の方法では、パイプ２は、巻取
り近傍位置に設けられた回転送り機構５で駆動されるの
で、パイプ２が長くなっても撓んだり、変形したりする
おそれがない。よって、熱伝導率に優れるものの、強度
的な面から利用し難かった薄肉の銅パイプの使用が可能
となるものである。具体的には、管の外径が４．７６ｍ
ｍの場合、肉厚が０．３５ｍｍ以下の銅パイプの使用が
可能であった。また、この場合、フィンを構成する金属
薄板としては、幅（高さ）が９．０±０．５ｍｍで、厚
さが０．２ｍｍ程度のアルミニウム薄板が使用が好まし
い。

【００３０】また、本発明方法では、回転送り機構５で
送り出されるパイプ２の搬送速度と、その回転数の比率
を変えれば、巻取りの際にパイプ２の途中で巻き取られ
るフィン３の螺旋ピッチを変更することができる。この
ようにして、本発明方法では、所望の位置に所望ピッチ
のフィンが設けられた所謂、マルチピッチのフィン付伝
熱管１が容易に製造できるものである。

【００３１】次に、上記のようにして螺旋ピッチの異な
るフィンが設けられたフィン付伝熱管を用いた本発明の
熱交換器１０について説明する。

【００３２】まず、本発明では、熱交換器１０を構成す
るフィン付伝熱管１を製造する際に、予めこのフィン付
伝熱管１が蛇行状に屈曲される位置を特定しておき、金
属薄板を巻回してフィン３を形成する際に、この位置で
パイプ２の搬送速度を、その回転速度に比し、相対的に
遅らせ、フィン３の螺旋ピッチをその前後の個所に比
し、密にすることとする。例えば、直線部分２ｂとなる
個所を８ｍｍのピッチとし、屈曲部分２ａとなる個所を
４ｍｍのピッチとする。

【００３３】そして、このようにして形成されたフィン
付伝熱管１を、従来の場合と同様に、専用の治具などを
用いて所定の形状に屈曲するのであるが、通常、本発明
のフィン付伝熱管１に用いられるような薄肉の銅パイプ
を屈曲すると、その屈曲部分で座屈が生じ、パイプ２が
折れ曲がって管路を塞いだり、あるいはクラックを生じ
たりするという問題が発生する。しかしながら、本発明
のフィン付伝熱管１では、上述したように屈曲部分２ａ
の外周には、狭いピッチでフィン３が巻き付けられてい
るので、このフィン３がパイプ２の補強材として機能す
ると共に、パイプ屈曲時の力を分散するように作用し、
このことでパイプ２の座屈が防がれるようになってい
る。よって、銅パイプのように弱い材質で、かつ薄肉の
ものであっても管路を潰したり、パイプ２を損傷したり
することなく、所望の形状に屈曲することができる。例
えば、管径４．７６ｍｍ、肉厚０．３５ｍｍの銅パイプ
の周囲に、０．２ｍｍ厚のアルミニウム薄板を４ｍｍの
ピッチで巻回したものの場合、この銅パイプを損傷する
ことなく、２５ｍｍの半径に屈曲することができた。こ
れは、鋼管を用いた従来のフィン付伝熱管の屈曲限界、
即ち、半径約３２〜３５ｍｍを大幅に下回るものであ
る。

【００３４】よって、この構成のフィン付伝熱管１を用
いて、小さなアールに屈曲することにより、従来のもの
以上にスペース効率に優れた熱交換器１０の提供が可能
となる。しかも、この屈曲作業は、鋼管を屈曲させる時
のように強い力を要さないので、比較的容易に行え、場
合によっては、複数本の屈曲を同時に行って、その作業
性を向上させるということも可能である。

【００３５】また、本発明の熱交換器１０では、フィン
３を薄いアルミニウム板で形成することとしたので、ホ
ッチキスのステープラを容易に貫通させることができ、
その末端３ｂの隣り合った個所同士をステープラーで連
結すれば、フリーとなっているフィン末端３ｂが、パイ
プ２からめくれあがることが防止されると共に、隣り合
ったフィン３ａがパイプにせりあった状態に固定される
ので、フィン３がパイプ２に沿って移動し、位置ずれす
ることが防止される。

【００３６】なお、フィン末端３ｂ以外の個所は、パイ
プ２が屈曲されることにより、この屈曲部分でフィン３
がパイプ２にせりあい、移動が阻止されるので、特に固
定手段を講じる必要はない。

【００３７】なお、また上記フィン末端３ｂの固定は、
必ずしもステープラーなどの固定手段を用いなくても良
く、例えば、かしめ具などでフィン３，３同士を一体的
にかしめ付けることにより、固定するようにしても良
い。あるいはまた、金属パイプ外周のフィン末端に対応
した個所に、あらかじめ高分子材料からなる中空成形物
（図示せず）を挿着しておいたり、粘着性を有する金属
テープ（図示せず）を巻着しておいても良く、このよう
にすれば、金属パイプに金属薄板を巻回する際、金属薄
板のフレアー部が、中空成形物や金属テープに食い込ん
で、パイプの表面に固定されることとなり、都合が良
い。

【００３８】なお、上記中空成形物の材料としては、ポ
リエチレン、ポリ塩化ビニル、ナイロン６６、ポリカー
ボネート、ＡＢＳ樹脂、ゴム、ポリエステルなどの高分
子材料およびその複合材の利用が可能であるが、とりわ
け、ポリエチレン、ポリプロピレン、ゴムは、その物質
のガラス転移温度が低く、低温領域で用いられる本発明
の材料として耐久性の面で優れているので、望ましい。

【００３９】また、金属テープは、その裏面に粘着剤を
塗布したり、あるいは粘着物質を接合することにより、
粘着性を付与したものである。なお、本発明では、熱交
換器の配管として銅パイプの使用を主として想定してい
るので、同材質の銅テープの使用が好ましいが、フィン
の末端を固定するだけであれば、アルミニウム、ステン
レス、ニッケルなど他の金属で形成されたテープでも同
様の機能を奏し得る。

【００４０】以上のように本発明の熱交換器１０は、熱
伝導率に優れた銅パイプとアルミニウム薄板とでコンパ
クトに形成され、しかも使用材料が従来のものに比し、
大幅に削減されるので、省資源に役立つと共に、この熱
交換器１０を用いた冷蔵庫などの軽量化と消費電力の削
減にも優れた効果を奏するものである。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち、請
求項１記載のフィン付伝熱管の製造方法では、金属薄板
を巻き取る際の金属パイプの回転数と搬送速度を制御す
ることにより、巻回されるフィンの螺旋ピッチを変えら
れるので、種々の要望に対応したマルチピッチのフィン
付伝熱管が容易に製造できるという効果がある。

【００４２】請求項２記載の発明は、蛇行状に屈曲され
たフィン付伝熱管を備えた熱交換器において、蛇行状に
屈曲された個所において、フィンの螺旋ピッチを密にし
たので、屈曲部分でのパイプの座屈が防止され、熱伝導
率に優れた薄肉の銅パイプの使用が可能になると共に、
その屈曲加工も容易になる。また、このパイプの曲率半
径も小さくできるので、熱交換器自体をコンパクトにで
きるという効果もある。

【００４３】請求項３記載の発明は、金属パイプを外径
が４．７６ｍｍで、肉厚が０．３５ｍｍ以下の銅パイプ
とし、フィンとなる金属薄板をその幅が９．０±０．５
ｍｍで、厚さが０．２ｍｍ以下のアルミニウム薄板とし
たので、上記請求項２記載の発明の効果に加え、使用材
料の削減によるコストダウンがはかられると共に、錆防
止のための塗装の手間も削減され、その生産性が向上す
る。さらに熱交換器自体の効率の向上もはかられ、この
熱交換器を用いた機器の消費電力が削減されるという効
果がある。

【００４４】請求項４記載の発明は、フィン末端の隣り
合った個所同士を、ステープラ、あるいは、かしめ付け
により、連結したので、組立ての際などにフィンの末端
を引っ掛けたとしても、フィンがパイプから外れてしま
うという事故が未然防止され、また、フィンがパイプに
沿って移動することにより、初期の機能が発揮できなく
なるというおそれもなくなる。

【００４５】請求項５記載の発明は、金属パイプ外周の
フィン末端に対応した個所に、高分子材料からなる中空
成形物を挿着、あるいは、粘着性が付与された銅テープ
を巻着したので、パイプに金属薄板を巻回する際、その
滑りが防止され、生産性の向上がはかられると共に、巻
回形成されたフィンの末端がめくれたり、ずれたりする
ことがなくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換器を構成するフィン付伝熱管の
要部正面図である。

【図２】本発明の熱交換器の実施形態を示した簡略平面
図である。

【図３】本発明のフィン付伝熱管の製造方法に使用され
る装置の簡略斜視図である。

【図４】フィン供給装置の斜視図である。

【図５】フィン巻取個所に設けられるフィンピッチ連動
ベースの平面図である。

【図６】従来のフィン付伝熱管の正面図である。

【図７】従来のフィン付伝熱管の製造方法に使用される
装置の斜視図である。

【符号の説明】

１ フィン付伝熱管 ２ 金属パイプ ２ａ 屈曲部 ２ｂ 直線部 ３ フィン ３ａ フレアー部 ３ｂ フィン末端 ３₁ 金属薄板 ４ フィン供給装置 ４１，４２ 成形ロール ５ パイプの回転送り機構 ６ 取出し装置 ７ 制御盤 ８ フィンピッチ連動ベース １０ 熱交換器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の金属薄板を一対の成形ロール間に
   送り込むことにより、その片側に襞状のフレアー部を連
   続して形成すると共に、この金属薄板を、回転しつつそ
   の回転軸線方向に搬送される金属パイプで巻き取ること
   により、前記フレアー部を塑性変形させ、金属パイプの
   表面に金属薄板からなる螺旋状のフィンを形成するよう
   にしたフィン付伝熱管の製造方法であって、 上記金属薄板を巻き取る際の金属パイプの回転数と搬送
   速度を制御することにより、巻回されるフィンの螺旋ピ
   ッチが、金属パイプの途中において任意に変更し得るよ
   うになされたことを特徴とするフィン付伝熱管の製造方
   法。
2. 【請求項２】 蛇行状に屈曲されたフィン付伝熱管を備
   えた熱交換器において、 上記フィン付伝熱管を構成した金属パイプの周囲に、螺
   旋状に巻回されたフィンが、金属パイプが蛇行状に屈曲
   された個所において、その螺旋ピッチが他の個所に比
   し、密にされていることを特徴とする熱交換器。
3. 【請求項３】 金属パイプが、外径４．７６ｍｍ、肉厚
   ０．３５ｍｍ以下の銅パイプで、フィンを構成する金属
   薄板が、幅９．０±０．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ以下の
   アルミニウム薄板であることを特徴とする請求項２記載
   の熱交換器。
4. 【請求項４】 フィン末端の隣り合った個所同士が、ス
   テープラ、あるいはかしめ付けにより、連結されている
   ことを特徴とする請求項２または３記載の熱交換器。
5. 【請求項５】 金属パイプ外周のフィン末端に対応した
   個所に、高分子材料からなる中空成形物が挿着、あるい
   は、粘着性が付与された金属テープが巻着されているこ
   とを特徴とする請求項２または３記載の熱交換器。