JP2005300127A - 樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 媒体が漏洩することがなく、流体抵抗が低く、低コストで、扁平チューブにも適した樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、タンクの開口面を閉塞するヘッダプレート１２と、ヘッダプレート１２に接続されるチューブ１１とを備えた樹脂製熱交換器であって、ヘッダプレート１２に形成された接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とが樹脂製熱収縮チューブ１７を介して接続可能なように構成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ギ酸、ギ酸メチル等の腐食性の媒体に晒される樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法に関し、特に、小型電子機器用ダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）において有効な小型、軽量で且つ量産性の良い樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法に関する。

従来、腐食性の媒体に晒される熱交換器において、樹脂製熱交換器が使用されている。この種の樹脂製熱交換器では、樹脂製部材の接続方法が問題となり、熱交換器の伝熱コアを構成するチューブとタンクの開口面を閉塞するヘッダプレートとの接続は、その接続箇所のスペースが非常に狭く、溶着等の接続手段を採用することができないため、特に、難しく、問題となる。また、その樹脂がテフロン（登録商標）、ポリプロピレン、ポリエチレン等の場合には、接着剤を使用することもできないため、さらに難しくなる。

図４（ａ）〜（ｃ）は、シェルアンドチューブ式熱交換器において、金属製又は樹脂製の管板１と樹脂製チューブ２とを、鍔部３と中空円筒部４とから成る継ぎ手５を介して接続する従来の方法を示している。この方法によれば、先ず、図４（ａ）に示すように、管板１の孔６にチューブ２の端部７を挿通させた後、図４（ｂ）に示すように、チューブ２の管板１から突出した端部７内に継ぎ手５の中空円筒部４を嵌入させる。そして、図４（ｃ）に示すように、継ぎ手５を嵌入した状態のチューブ２の端部７を管板１の孔６に押し込み、チューブ２の端部７を管板１の孔６の内周面と継ぎ手７の中空円筒部４の外周面とにより挟持させ、チューブ２を管板１に固定させるようになっている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３５００９０号公報

しかしながら、上記した従来の樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法では、チューブ２を管板１の孔６と継ぎ手５の中空円筒部４とにより挟持させる構造となっているため、熱交換器内部の圧力が高くなると、その接続部分から媒体が漏洩するおそれがあった。また、継ぎ手５の中空円筒部４がチューブ２の端部７内に嵌入され、チューブ２の端部７の内径を狭めるようになっているため、接続部分での流体抵抗が高くなり、特に、チューブ２の口径が小さい場合には、その影響は大であった。さらに、継ぎ手５の形状が複雑であるため、製造コストが嵩むといった問題もあり、これは、チューブ２に扁平チューブを使用した場合には、特に、顕著であった。

さらに、上記した従来の樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法では、継ぎ手５の構造が複雑なため、小型の熱交換器には適用し難いといった問題もあった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、媒体が漏洩することがなく、流体抵抗が低く、低コストで、小型の熱交換器や扁平チューブにも適した樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法を提供しようとするものである。

本発明は、タンクの開口面を閉塞するヘッダプレート１２と、ヘッダプレート１２に接続されるチューブ１１とを備えた樹脂製熱交換器であって、ヘッダプレート１２に形成された接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とが樹脂製熱収縮チューブ１７を介して接続可能なように構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、タンクの開口面を閉塞するヘッダプレート１２と、ヘッダプレート１２に接続されるチューブ１１とを備えた樹脂製熱交換器であって、チューブ１１は樹脂製熱収縮チューブ製であり、チューブ１１の端部１６とヘッダプレート１２に形成された接続筒部１３とが直接接続可能なように構成されていることを特徴とする。

さらに、本発明は、タンクの開口面を閉塞するヘッダプレート１２と、ヘッダプレート１２に接続されるチューブ１１とを備えた樹脂製熱交換器であって、ヘッダプレート１２とチューブ１１とが一体成形されていることを特徴とする。

さらに、チューブ１１の中央部に補強板３３が設けられ、補強板３３はチューブ１１と一体成形されていることを特徴とする。

さらにまた、本発明は、タンクの開口面を閉塞するヘッダプレート１２にチューブ１１を接続させる樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法であって、ヘッダプレート１２に形成された接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とに渡って樹脂製熱収縮チューブ１７を周設する過程と、樹脂製熱収縮チューブ１７を、加熱、収縮し、ヘッダプレート１２の接続筒部１３及びチューブ１１の端部１６の各外面に密着させる過程とを備えていることを特徴とする。

また、ヘッダプレート１２に形成された接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とに渡って樹脂製熱収縮チューブ１７を周設する前記過程において、ヘッダプレート１２の接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とが離間した状態で芯合わせされる過程をさらに備えていてもよい。

さらに、ヘッダプレート１２に形成された接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とに渡って樹脂製熱収縮チューブ１７を周設する前記過程において、ヘッダプレート１２の接続筒部１３にチューブ１１の端部１６が挿入される過程をさらに備えていてもよい。

さらにまた、本発明は、タンクの開口面を閉塞するヘッダプレート１２に樹脂製熱収縮チューブ製のチューブ２１を接続させる樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法であって、ヘッダプレート１２に形成された接続筒部１３をチューブ２１の端部２２に挿入する過程と、チューブ２１の端部２２を、加熱、収縮し、ヘッダプレート１２の接続筒部１３の外面に密着させる過程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ヘッダプレートの接続筒部１３及びチューブ１１の端部１６の各外面に樹脂製熱収縮チューブが密着するようになっているため、ヘッダプレートとチューブとの接続部分から媒体が漏洩することがなく、熱交換器の信頼性を高めることができる。

また、その接続部分において縮径されず、流体抵抗が高くなることがないため、動力の低減化を図ることができる。

さらに、樹脂製熱収縮チューブを加熱するだけで接続作業を行うことができるため、接続作業の簡素化、及び製造コストの低減化が可能となり、また、チューブ間のピッチが極めて小さい超小型熱交換器や、扁平チューブを使用した熱交換器にも使用することができる。

さらにまた、チューブ１１とヘッダプレート１２とが一体成形されている場合には、製造工程が簡素化され、小型の熱交換器も容易に製造することができるようになる等、種々の優れた効果を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

図１を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に係る樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法について説明する。ここで、図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態に係る樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法を示す断面図である。

この樹脂製熱交換器は、熱交換器の伝熱コアを構成するチューブ１１と、タンク（図示せず）の開口面を閉塞するヘッダプレート１２とを備えている。ヘッダプレート１２には、複数の接続筒部１３が突設されており、各接続筒部１３の先端部１４は拡径され、その先端部１４の外周縁部には突起部１５が形成されている。そして、ヘッダプレート１２の接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とに渡ってフッ素樹脂製熱収縮チューブ１７が周設され、該フッ素樹脂製熱収縮チューブ１７を加熱、収縮することより、ヘッダプレート１２の接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とが接続可能となっている。

次に、図１により、本実施の形態に係る樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法について説明する。

図１（ａ）に示すように、ヘッダプレート１２の各接続筒部１３にチューブ１１の端部１６を所定距離、離間させた状態で芯合わせし、各接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とに渡ってフッ素樹脂製熱収縮チューブ１７を周設する。次いで、図１（ｂ）に示すように、フッ素樹脂製熱収縮チューブ１７を加熱、収縮させ、フッ素樹脂製熱収縮チューブ１７をヘッダプレート１２の接続筒部１３及びチューブ１１の端部１６の各外面に密着させる。この時、接続筒部１３の外周縁部には突起部１５が形成されているため、接続筒部１３とフッ素樹脂製熱収縮チューブ１７との密着度は極めて高くなる。そして、このようにして、ヘッダプレート１２の接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とは離間した状態で接続される。

上記したように、本実施の形態によれば、ヘッダプレート１２の接続筒部１３及びチューブ１１の端部１６の各外面にフッ素樹脂製熱収縮チューブ１７が密着するため、ヘッダプレート１２とチューブ１１との接続部分から媒体が漏洩することがなく、熱交換器の信頼性を高めることができる。また、その接続部分において縮径されず、流体抵抗が高くなることがないため、動力の低減化を図ることができる。さらに、フッ素樹脂製熱収縮チューブ１７を加熱するだけで接続作業を行うことができるため、接続作業の簡素化、及び製造コストの低減化が可能となり、また、チューブ間のピッチが極めて小さい超小型熱交換器や、扁平チューブを使用した熱交換器にも適用することができる。

なお、上記した第１の実施の形態では、ヘッダプレート１２の接続筒部１３とチューブ１１の端部１６とは離間した状態で接続されるように構成されているが、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示されているように、ヘッダプレート１２の接続筒部１３にチューブ１１の端部１６を挿入させた状態で接続されるように構成してもよい。この場合、ヘッダプレート１２の接続筒部１３とチューブ１１の端部１６との芯合わせ作業が容易となるため、接続作業のより簡素化が図れ、また、接続部分がより平滑に形成されるため、動力の低減化を促進することができる。

次に、図３を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係る樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法について説明する。ここで、図３（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態に係る樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法を示す断面図である。なお、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態における構成と同様の構成については、図３中、図１又は図２と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る樹脂製熱交換器おいては、チューブ２１はフッ素樹脂製熱収縮チューブ製となっており、チューブ２１の端部２２とヘッダプレート１２に形成された接続筒部１３とが直接接続可能なように構成されている。

したがって、そのチューブ２１をヘッダプレート１２の接続筒部１３に接続するには、先ず、図３（ａ）に示すように、チューブ２１の端部２２にヘッダプレート１２の各接続筒部１３を挿入し、チューブ２１の端部２２を加熱する。そうすると、図３（ｂ）に示すように、チューブ２１の端部２２は収縮し、ヘッダプレート１２の接続筒部１３の外面に密着し、ヘッダプレート１２の接続端部１３に接続された状態となる。この時、接続筒部１３の外周縁部には突起部１５が形成されているため、接続筒部１３とチューブ２１との密着度は極めて高くなる。

上記したように、本実施の形態によれば、ヘッダプレート１２の接続筒部１３の外面にチューブ２１が密着するため、ヘッダプレート１２とチューブ２１との接続部分から媒体が漏洩することがなく、熱交換器の信頼性を高めることができる。また、その接続部分において縮径されず、流体抵抗が高くなることがないため、動力の低減化を図ることができる。さらに、継ぎ手を必要とせず、チューブ２１の端部２２を加熱するだけで接続作業を行うことができるため、接続作業の簡素化、及び製造コストの低減化が可能となり、また、チューブ間のピッチが極めて小さい超小型熱交換器や、扁平チューブを使用した熱交換器にも適用することができる。

なお、上記した第１及び第２の実施の形態では、熱収縮チューブとしてフッ素樹脂製のものを使用しているが、他の材質性の熱収縮チューブを使用することも可能である。

また、熱収縮チューブを使用する代わりに、ヘッダプレート１２とチューブ１１，２１とを樹脂で一体成形してもよい。

以下、図５〜図８を参照しつつ、ヘッダプレートとチューブとが一体成形された、本発明の第３の実施の形態に係る樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法について説明する。ここで、図５は、本実施の形態に係る樹脂製熱交換器を示す斜視図、図６は樹脂製熱交換器の製造方法を示す断面図、図７は樹脂製熱交換器の製造方法を示す平面図、図８は樹脂製熱交換器の製造方法を示す側断面図である。

本実施の形態に係る樹脂製熱交換器においては、図５に示すように、複数本の扁平チューブ３１と、チューブ３１の両端部が接続される上下ヘッダプレート３２と、各チューブ３１の中央部に水平姿勢で貫設された補強板３３と、補強板３３の両端部に鉛直姿勢で接続されたコアサポート３４とから成るコアエレメント４２が一体成形されている。そして、ヘッダプレート３２は、その長辺長さが３０〜６０ｍｍ、短辺長さが５〜２０ｍｍ、チューブ３１は、その設置本数が１０〜２５本、ピッチが２．０〜６．０ｍｍ、短径側の外形寸法が１．０〜５．０ｍｍ、板厚が０．１〜１．０ｍｍにそれぞれ設定されている。なお、コアサポート３４は設けられていなくてもよい。

このような熱交換器を製造する場合、図６〜図８に示すように半割りの一対の型３５，３５’から成る樹脂成形型３６を使用する。この樹脂成形型３６は、型３５，３５’を合わせた状態で、内部にそれぞれ、上下ヘッダプレート用空洞部３７（下側ヘッダプレート空洞部は図示せず）、チューブ用空洞部３８、補強板用空洞部３９が形成されるようになっており、上下のヘッダプレート用空洞部３７の一方の端部にはそれぞれ樹脂流入口４０が穿設されている。そして、各チューブ用空洞部３８にそれぞれ薄板状の中子４１を挿入した状態で、上下の樹脂流入口４０から樹脂を流し込み、上下ヘッダプレート用空洞部３７、チューブ用空洞部３８と中子４１の間、及び補強板用空洞部３９に樹脂を充填し、複数本の扁平チューブ３１とヘッダプレート３２と補強板３３とを一体成形させ、コアエレメント４２を成形する。この時、補強板３３によってチューブ３１部分の振動を抑制することができるため、成形作業を容易に行うことができる。その後、特に図示しないが、射出成型により成形したアッパタンク及びロアタンクを超音波溶着又は振動溶着によりコアエレメント４２に接合し、熱交換器を製造する。

上記したように、本実施の形態によれば、熱交換器の製造工程が簡素化され、小型の熱交換器も容易に製造可能となる。

なお、上記した第３の実施の形態においては、樹脂成形型３６にコアサポート３４用の空洞部が形成されていないが、コアサポート用空洞部を形成させ、コアサポート３４も補強板３３等と一体成形可能なように構成してもよい。

また、上記したコアエレメント４２の各構成部材の寸法は、単なる例示に過ぎず、本発明は、それ以外の寸法の熱交換器にも適用可能であることは言う迄もない。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法の別の例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る樹脂製熱交換器及びその樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法のさらに別の例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来例を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る樹脂製熱交換器を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る樹脂製熱交換器の製造方法を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る樹脂製熱交換器の製造方法を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る樹脂製熱交換器の製造方法を示す側断面図である。

符号の説明

１１ チューブ
１２ ヘッダプレート
１３ 接続筒部
１６ 端部
１７ フッ素樹脂製熱収縮チューブ
２１ チューブ
２２ 端部
３１ チューブ
３２ ヘッダプレート
３３ 補強板

Claims (8)

1. タンクの開口面を閉塞するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに接続されるチューブとを備えた樹脂製熱交換器であって、
   前記ヘッダプレートに形成された接続筒部と前記チューブの端部とが樹脂製熱収縮チューブを介して接続可能なように構成されていることを特徴とする樹脂製熱交換器。
2. タンクの開口面を閉塞するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに接続されるチューブとを備えた樹脂製熱交換器であって、
   前記チューブは樹脂製熱収縮チューブ製であり、前記チューブの端部と前記ヘッダプレートに形成された接続筒部とが直接接続可能なように構成されていることを特徴とする樹脂製熱交換器。
3. タンクの開口面を閉塞するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに接続されるチューブとを備えた樹脂製熱交換器であって、
   前記ヘッダプレートと前記チューブとが一体成形されていることを特徴とする樹脂製熱交換器。
4. 前記チューブの中央部に補強板が設けられ、該補強板は前記チューブと一体成形されている請求項３に記載の樹脂製熱交換器。
5. タンクの開口面を閉塞するヘッダプレートにチューブを接続させる樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法であって、
   前記ヘッダプレートに形成された接続筒部と前記チューブの端部とに渡って樹脂製熱収縮チューブを周設する過程と、
   該樹脂製熱収縮チューブを、加熱、収縮し、前記ヘッダプレートの接続筒部及び前記チューブの端部の各外面に密着させる過程と、
   を備えていることを特徴とする樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法。
6. 前記ヘッダプレートに形成された接続筒部と前記チューブの端部とに渡って樹脂製熱収縮チューブを周設する過程において、前記ヘッダプレートの接続筒部と前記チューブの端部とが離間した状態で芯合わせされる過程をさらに備えている請求項５に記載の樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法。
7. 前記ヘッダプレートに形成された接続筒部と前記チューブの端部とに渡って樹脂製熱収縮チューブを周設する過程において、前記ヘッダプレートの接続筒部に前記チューブの端部が挿入される過程をさらに備えている請求項５に記載の樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法。
8. タンクの開口面を閉塞するヘッダプレートに樹脂製熱収縮チューブ製のチューブを接続させる樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法であって、
   前記ヘッダプレートに形成された接続筒部を前記チューブの端部に挿入する過程と、
   該チューブの端部を、加熱、収縮し、前記ヘッダプレートの接続筒部の外面に密着させる過程と、
   を備えていることを特徴とする樹脂製熱交換器におけるチューブ接続方法。
   

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