JP2005283043A - 自動販売機用熱交換器の製造方法および熱交換ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 製造に要する手間と時間とを大幅に削減することが可能な熱交換器の製造方法を提供する。
【解決手段】 冷媒流路を有するパイプ２４と複数のフィン２５とで構成される蒸発器であって、上記パイプ２４を曲げて複数の直線部２４ａと屈曲部２４ｂ，２４ｃとからなる蛇行状に形成し、上記直線部２４ａを平坦に潰して平坦部分を形成し、上記フィン２５をパイプ２４の相対向する直線部２４ａ間に挿入し、パイプ２４の直線部２４ａの平坦部分とフィン２５とを加熱融着して接合する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、自動販売機用の冷凍サイクルの蒸発器や凝縮器等に用いられる熱交換器の製造方法および熱交換ユニットに関する。

従来、自動販売機用の冷凍サイクルの蒸発器や凝縮器等に用いられる熱交換器としては、図１３に示すように、複数のフィン５１と、これらフィン５１を貫通する蛇行形状のパイプ５２とで構成されたものがある。上記パイプ５２は、Ｕ字状に屈曲された複数の長尺のＵ字パイプ５７と、Ｕ字パイプ５７の一端部と他のＵ字パイプ５７の他端部との間に設けられる円弧状の短い接続用パイプ５８とで構成されている。また、図１４に示すように、フィン５１は平板状に形成されており、フィン５１には、表裏両面に貫通した複数の貫通孔５３がバーリング加工によって形成されている。尚、上記バーリング加工を施すことによって、貫通孔５３の周縁部が打抜方向へ起立して筒状突部５４が形成される。

このような熱交換器は以下のような方法で製造されている。
すなわち、図１５に示すように、複数のＵ字パイプ５７に対して、その上端からフィン５１の貫通孔５３を挿通させるようにして、複数のフィン５１を組付ける。この際、図１６に示すように、複数のフィン５１の上下間隔はフィン５１に形成された筒状突部５４によって設定される。その後、図１７に示すように、拡管機５５をＵ字パイプ５７の上端開口部から挿入し、Ｕ字パイプ５７の直線部５７ａの直径を拡大することにより、Ｕ字パイプ５７の直線部５７ａの外周面を貫通孔５３の内周面に圧接させる。これにより、フィン５１がＵ字パイプ５７の直線部５７ａに固定される。その後、図１３に示すように、Ｕ字パイプ５７の一端開口部と他のＵ字パイプ５７の他端開口部とに接続用パイプ５８を差し込んで溶接する。

しかしながら上記のような熱交換器の製造方法では、蛇行形状のパイプ５２を形成するためには、Ｕ字パイプ５７に接続用パイプ５８を接続する必要があり、また、フィン５１をＵ字パイプ５７に固定するためには、拡管機５５を用いてＵ字パイプ５７の直線部５７ａの直径を拡大する必要があるため、多くの手間と時間とがかかるといった問題があった。

尚、上記のように、複数のフィン５１と、これらフィン５１を貫通する蛇行形状のパイプ５２とで構成された熱交換器としては、下記特許文献１に記載されたものが挙げられる。
実開昭６１−１６５３７２号公報

本発明は、製造に要する手間と時間とを大幅に削減することが可能な自動販売機用熱交換器の製造方法および熱交換ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明における自動販売機用熱交換器の製造方法は、冷媒流路をなすパイプを曲げて複数の直線部と屈曲部とからなる蛇行状のパイプを形成し、
上記パイプの相対向する直線部間にフィンを挿入し、
上記パイプの直線部とフィンとを加熱融着して熱交換器を製造するものである。

これによると、パイプを曲げて蛇行状に形成し、フィンをパイプの相対向する直線部間に挿入することによって、従来のようにＵ字パイプに接続用パイプを接続して蛇行形状のパイプを形成する必要はなく、容易にパイプを蛇行形状に形成することができる。

また、パイプの直線部とフィンとを加熱融着することによって、容易にフィンをパイプの直線部に接合して固定することができるため、従来のように拡管機を用いてＵ字パイプの直線部の直径を拡大する必要はない。このようなことから、熱交換器の製造に要する手間と時間とを大幅に削減することができる。

また、本第２発明における自動販売機用熱交換器の製造方法は、パイプの直線部を偏平に形成し、
上記直線部の偏平部分とフィンとを加熱融着するものである。
これによると、パイプとフィンとの接触面積が増大するため、パイプとフィンとの間の熱伝導面積が増加し、熱交換率が向上する。

また、本第３発明における自動販売機用熱交換器の製造方法は、フィンはコの字形の繰り返しからなる断面形状を有しているものである。
これによると、フィンの表面積が増大し、熱交換率がさらに向上する。

また、本第４発明における自動販売機用熱交換器の製造方法は、複数のフィンを隣接させてパイプの直線部間に挿入し加熱融着するものである。
これによると、パイプの直線部間におけるフィンの表面積を増やすことができ、熱交換率がより一層向上する。

また、本第５発明は、上記第１発明から第４発明のいずれかに記載の製造方法で製造された熱交換器を有する熱交換ユニットであって、
フィンによってパイプの直線部間に形成される通風路の両端が熱交換器の一端面と反対側の他端面とに開口し、
上記通風路に送風するファンが熱交換器の一端面又は他端面に対向して配置され、
上記一端面又は他端面が斜め下向きになるように熱交換器を傾斜させたものである。

これによると、通風路内が結露して、通風路内に露水が発生しても、熱交換器は一端面又は他端面が斜め下向きになるように傾斜しているため、上記露水は、通風路内を、熱交換器の一端面又は他端面に向かって流下し、熱交換器の一端面又は他端面の開口部から外部へ排出される。これにより、露水が通風路内に溜まるのを防止することができ、熱交換率の低下を防ぐことができる。

以上のように、本発明によると、熱交換器の製造に要する手間と時間とを削減することができる。また、フィンの表面積が増大し、さらに、パイプとフィンとの接触面積が増大するため、熱交換率が大幅に向上する。また、通風路内に露水が発生しても、露水が通風路内に溜まるのを防止することができ、熱交換率の低下を防ぐことができる。

以下、本発明における実施の形態を図１〜図１２に基づいて説明する。
図１１，図１２に示すように、１は例えば缶飲料等の商品２を販売する自動販売機である。この自動販売機１の庫内には、冷却専用の冷却室３と、加温運転と冷却運転とに切換可能な加温／冷却室４とが形成されており、これら各室３，４にはそれぞれ、複数の商品２を収納する商品収納部６が設けられている。

また、自動販売機１には、冷却室３の商品収納部６を冷却するとともに、加温／冷却室４の商品収納部６の冷却又は加温を切換えて行う調温装置が設けられている。
上記温調装置には、冷却運転を行うものとして、冷媒Ｆを、圧縮機７で圧縮し、凝縮器８（熱交換器の一例）で放熱して液化し、膨張機構９ａ，９ｂで膨張させて気化し易い状態にし、蒸発器１０ａ，１０ｂ（熱交換器の一例）で気化し、上記圧縮機７へ循環させる冷凍サイクル１１が備えられている。このうち、一方の蒸発器１０ａは冷却室３内に設けられ、他方の蒸発器１０ｂは加温／冷却室４内に設けられている。また、上記圧縮機７と凝縮器８と膨張機構９ａ，９ｂと蒸発器１０ａ，１０ｂとは、配管等で形成される冷媒管路１２で接続されている。この冷媒管路１２には、蒸発器１０ａ，１０ｂの入口側を開閉する電磁弁１３ａ，１３ｂと、ガス状の冷媒のみを圧縮機７へ吸入させるためのアキュムレーター１４とが設けられている。また、上記加温／冷却室４内には、加温運転を行うものとして、ヒーター１５が設けられている。

上記冷却専用の冷却室３には、蒸発器１０ａに送風するファン１６ａが設けられ、一方、加温／冷却室４には、蒸発器１０ｂとヒーター１４とに送風するファン１６ｂが設けられている。また、自動販売機１の庫外には、凝縮器８に送風するファン１７が設けられている。尚、上記一方の蒸発器１０ａとファン１６ａ、他方の蒸発器１０ｂとファン１６ｂ、凝縮器８とファン１７よって、それぞれ、熱交換ユニット２０が構成されている。

上記各蒸発器１０ａ，１０ｂの構成を以下に説明する。
図１〜図４に示すように、上記蒸発器１０ａ，１０ｂは、内部が冷媒流路２３となるパイプ２４と、上下複数のフィン２５と、左右一対の側板２６，２７とで構成されている。図７に示すように、上記パイプ２４は、蒸発器１０ａ，１０ｂの幅方向Ａに長い直線部２４ａと、各直線部２４ａの一端部間に円弧状に形成された一方の屈曲部２４ｂと、各直線部２４ａの他端部間に円弧状に形成された他方の屈曲部２４ｃとからなる蛇行形状に曲げられている。上記直線部２４ａは、蒸発器１０ａ，１０ｂの高さ方向Ｂに複数本および奥行方向Ｃに複数本配列されており、互いにほぼ平行且つ水平である。また、上記各直線部２４ａは、パイプ２４の出入口部を除いて、偏平に潰された形状に形成されている。尚、各偏平部分は高さ方向Ｂに偏平に形成されている。

図５，図６に示すように、上記各フィン２５は、薄板を複数の縦板２５ａと横板２５ｂとに屈曲することにより、コの字形の繰り返しからなる断面形状を有するとともに、平面視（図３参照）において波形状に形成されている。さらに、図９の仮想線で示すように、上記フィン２５は、上下２枚を１組として、高さ方向Ｂで相対向する直線部２４ａの上下間に挿入されている。図５に示すように、各フィン２５の横板２５ｂとパイプ２４の各直線部２４ａの偏平部分とが加熱融着により接着されているとともに、互いに隣接する上下２枚１組のフィン２５同士も加熱融着により接着されている。

上記各直線部２４ａ間には、フィン２５により、縦板２５ａと横板２５ｂとで囲まれた複数の通風路２９が形成されている。図１，図３に示すように、これら通風路２９の両端は蒸発器１０ａ，１０ｂの前端面３０（一端面に相当）と反対側の後端面３１（他端面に相当）とに開口している。

上記側板２６，２７にはそれぞれ、複数の開口部３３が形成されている。このうち、一方の側板２６はパイプ２４の直線部２４ａの左右一側部に位置し、他方の側板２７は直線部２４ａの左右他側部に位置し、各フィン２５は両方の側板２６，２７の左右間に設けられ、各フィン２５の一側端が一方の側板２６に加熱融着により接合され、各フィン２５の他側端が他方の側板２７に加熱融着により接合されている。

尚、図８に示すように、パイプ２４の直線部２４ａと一方の屈曲部２４ｂとは他側方から他方の側板２７の開口部３３に挿通され、さらに、図１０に示すように、一方の屈曲部２４ｂは他側方から一他方の側板２６の開口部３３に挿通されており、これにより、一方の屈曲部２４ｂが一方の側板２６から左右一側方へ突出し、他側部の屈曲部２４ｃが他方の側板２７から左右他側方へ突出している。また、パイプ２４の両端には、冷媒管路１２に接続される管継手３４が設けられている。

図４に示すように、上記各ファン１６ａ，１６ｂはそれぞれ、各蒸発器１０ａ，１０ｂの前方に対向して配置され、空気が各蒸発器１０ａ，１０ｂの前端面３０から各通風路２９内に流入するとともに後端面３１から各通風路２９の外部へ排出するように送風するものである。また、各蒸発器１０ａ，１０ｂはそれぞれ、後端面３１が斜め下向きになるように傾斜している。

尚、上記凝縮器８も蒸発器１０ａ，１０ｂと同じように構成されており、ファン１７は凝縮器８の前方に配置されている。但し、図１１に示すように、凝縮器８は、蒸発器１０ａ，１０ｂのように傾斜せず、直立して配置されている。

以下、上記蒸発器１０ａ，１０ｂの製造方法を説明する。
図７に示すように、パイプ２４を蛇行形状に曲げて複数の直線部２４ａと屈曲部２４ｂ，２４ｃとを形成し、その後、図８に示すように、上記各直線部２４ａをプレス加工して偏平部分を形成する。そして、パイプ２４の一方の屈曲部２４ｂと直線部２４ａとを他側方から他方の側板２７の開口部３３に挿通し、図９に示すように、フィン２５を上下２枚１組にして、各直線部２４ａの上下間に挿入するとともに、最上位の直線部２４ａの上方と最下位の直線部２４ａの下方とに配置する。尚、この際、上記フィン２５は、図１で示す奥行方向Ｃ（すなわち前後方向）又は幅方向Ａ（すなわち左右方向）から各直線部２４ａの上下間に挿入される。さらに、図１０に示すように、上記一方の屈曲部２４ｂを他側方から一方の側板２６の開口部３３に挿通する。

その後、上記パイプ２４とフィン２５と側板２６，２７とを加熱して拡散接合等により加熱融着する。これにより、上下２枚のフィン２５同士が接合され、パイプ２４と各フィン２５とが接合され、各フィン２５の左右両端部と側板２６，２７とが接合され、蒸発器１０ａ，１０ｂが組立てられる。

尚、凝縮器８の製造方法も上記蒸発器１０ａ，１０ｂの製造方法と同じである。
上記のような製造方法により、従来のようにＵ字パイプに接続用パイプを接続して多くの手間をかけながら蛇行形状のパイプを形成する必要はなく、簡単な工程で容易にパイプ２４を蛇行形状に形成することができる。

また、パイプ２４の各直線部２４ａと各フィン２５とを加熱融着することによって、容易にフィン２５を上記直線部２４ａに接合して固定することができるため、従来のように拡管機を用いてＵ字パイプの直線部の直径を拡大する必要はない。このようなことから、蒸発器１０ａ，１０ｂの製造に要する手間と時間とを削減することができる。

また、図６に示すように、各フィン２５をコの字形の繰り返しからなる断面形状にしたため、各フィン２５の表面積が増大する。さらに、図５に示すように、パイプ２４の直線部２４ａ間において２枚のフィン２５を接合して設けているため、１枚のフィン２５を単独で設けた場合に比べて、上記直線部２４ａ間におけるフィン２５の表面積を増やすことができる。また、パイプ２４と各フィン２５とは、パイプ２４の各直線部２４ａの偏平部分とフィン２５の横板２５ｂとが加熱融着することによって、接合されているため、パイプ２４と各フィン２５との間の熱伝導面積が増加する。このようなことから、熱交換率が大幅に向上する。

また、図４に示すように、各ファン１６ａ，１６ｂの回転によって発生した風Ｗは、各蒸発器１０ａ，１０ｂの前端面３０から各通風路２９内を通過し後端面３１から排出される。上記通風路２９内が結露して、通風路２９内に露水が発生した場合、各通風路２９は高さ方向Ｂ（すなわち上下方向）においてフィン２５の横板２５ｂで仕切られているため、従来のように一般的に上記露水を蒸発器１０ａ，１０ｂの下方へ排出する構成にはなっていない。すなわち、本実施の形態では、後端面３１が斜め下向きになるように各蒸発器１０ａ，１０ｂを傾斜することによって、上記露水は、通風路２９内を、後端面３１側に向かって流下し、後端面３１の開口部から外部へ排出される。これにより、露水が通風路２９内に溜まるのを防止することができ、熱交換率の低下を防ぐことができる。尚、この際、上記露水の排出方向が通風路２９内の風Ｗの流れ方向と同じになるため、通風路２９内の露水はファン１６ａ，１６ｂにより生じる風力によって確実に通風路２９内から排出される。

また、凝縮器８についても上記のような効果が得られる。尚、図１１に示すように、凝縮器８については外気温よりも高くなるため、上記蒸発器１０ａ，１０ｂのような結露の心配は無く、したがって、凝縮器８を直立して配置しても問題は無い。

上記実施の形態では、フィン２５を上下２枚１組にして、パイプ２４の各直線部２４ａ間に挿入しているが、３枚以上の複数枚を１組にして上記直線部２４ａ間に挿入してもよい。或いは、１枚のフィン２５のみを上記各直線部２４ａ間に挿入してもよい。

上記実施の形態では、パイプ２４を蛇行形状に曲げた後、直線部２４ａに偏平部２４ｄを形成しているが、先に、パイプ２４に偏平部２４ｄを形成し、その後、パイプ２４を蛇行形状に曲げてもよい。

上記実施の形態では、図４に示すように、各ファン１６ａ，１６ｂ，１７を各蒸発器１０ａ，１０ｂと凝縮器８との前端面３０に対抗するように前方に配置しているが、反対側の後端面３１に対抗するように後方に配置してもよい。この場合、各ファン１６ａ，１６ｂ，１７の回転により、空気が吸引されて、各蒸発器１０ａ，１０ｂの前端面３０から各通風路２９内に流入するとともに後端面３１から各通風路２９の外部へ排出する風Ｗが発生する。また、前端面３０が下向きになるように各蒸発器１０ａ，１０ｂと凝縮器８とを傾斜させてもよい。

本発明の実施の形態における蒸発器の斜視図である。 同、蒸発器の正面図である。 同、蒸発器の平面図である。 同、蒸発器の側面図である。 同、蒸発器のパイプとフィンと側板との接合部分の拡大図であり、（ａ）は正面から見た断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。 同、蒸発器のフィンの斜視図である。 同、蒸発器の製造方法を説明する図であり、パイプを曲げた工程を示す。 同、蒸発器の製造方法を説明する図であり、パイプを片方の側板に挿入した工程を示す。 同、蒸発器の製造方法を説明する図であり、フィンをパイプの直線部間に挿入した工程を示す。 同、蒸発器の製造方法を説明する図であり、パイプをもう片方の側板に挿入した工程を示す。 同、蒸発器を備えた自動販売機の下部の断面図である。 同、蒸発器を備えた自動販売機の冷凍サイクルの図である。 従来の熱交換器の図である。 同、熱交換器のフィンの斜視図である。 同、熱交換器の製造方法を説明する図であり、Ｕ字パイプにフィンを取付ける前の状態を示す。 同、熱交換器の製造方法を説明する図であり、Ｕ字パイプにフィンを挿入した工程を示す。 同、熱交換器の製造方法を説明する図であり、Ｕ字パイプの直径を拡大した工程を示す。

符号の説明

８ 凝縮器（熱交換器）
１０ａ，１０ｂ 蒸発器（熱交換器）
１６ａ，１６ｂ，１７ ファン
２０ 熱交換ユニット
２３ 冷媒流路
２４ パイプ
２４ａ 直線部
２４ｂ，２４ｃ 屈曲部
２５ フィン
２９ 通風路
３０ 前端面（一端面）
３１ 後端面（他端面）

Claims (5)

1. 冷媒流路をなすパイプを曲げて複数の直線部と屈曲部とからなる蛇行状のパイプを形成し、
   上記パイプの相対向する直線部間にフィンを挿入し、
   上記パイプの直線部とフィンとを加熱融着して熱交換器を製造することを特徴とする自動販売機用熱交換器の製造方法。
2. パイプの直線部を偏平に形成し、
   上記直線部の偏平部分とフィンとを加熱融着することを特徴とする請求項１記載の自動販売機用熱交換器の製造方法。
3. フィンはコの字形の繰り返しからなる断面形状を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の自動販売機用熱交換器の製造方法。
4. 複数のフィンを隣接させてパイプの直線部間に挿入し加熱融着することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自動販売機用熱交換器の製造方法。
5. 上記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造方法で製造された自動販売機用熱交換器を有する熱交換ユニットであって、
   フィンによってパイプの直線部間に形成される通風路の両端が熱交換器の一端面と反対側の他端面とに開口し、
   上記通風路に送風するファンが熱交換器の一端面又は他端面に対向して配置され、
   上記一端面又は他端面が斜め下向きになるように熱交換器を傾斜させたことを特徴とする熱交換ユニット。

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