JP2005337606A - 積層型熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チューブ作製時間を短縮し、積層型熱交換器の生産性向上を図るとともに、プレートに配置するインナーフィンの位置決めを容易にし、しかも、インナーフィン挿入後のズレを防止することが可能な積層型熱交換器とその製造方法を提供する。
【解決手段】一対の成形プレートを接合し内部にインナーフィンを設けたチューブと、アウターフィンとを交互に積層した積層型熱交換器の製造方法であって、チューブを、対向配置された一対の成形プレート間にインナーフィン形成体を挿入し、両成形プレートを重ね合わせるとともに成形プレート端部間にインナーフィン形成体を挟み込み、挟み込まれたインナーフィン形成体と成形プレート端部を同時に切断することにより作製する積層型熱交換器の製造方法、およびその方法により製造される積層型熱交換器。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部にインナーフィンを有するチューブとアウターフィンとを交互に積層した積層型熱交換器およびその製造方法に関する。

従来から、内部にインナーフィンを有するチューブとアウターフィンとを交互に積層した積層型熱交換器が知られており、たとえば図８〜１２に示すように構成されている。このうち、全体の主構成を示した図８および図９は、本発明においても実質的に同じであるので、従来構成および本発明に係る構成を説明するための共通図として使用する。図８に示す積層型熱交換器３１においては、チューブ３２とアウターフィン３３とが交互に積層されて熱交換器コア３４が形成され、その外側にはエンドプレート３５およびサイドタンク３６が接合されている。サイドタンク３６には流体（たとえば、冷媒）導入出用の流路が形成されており、さらに膨張弁を接続するためのフランジ３７が取り付けられている。風の流れとしては、図９に示すように、この熱交換器コア３４の前面側から後面側へと空気が通過され、熱交換器コア３４内を流される流体との熱交換が行われるようになっている。

このような全体の主構成を備えた積層型熱交換器３１において、従来、各チューブは図１０、図１１に示すように構成されている。すなわち、図１０に示すような成形プレート１０１が、図１１に示すように一対対向配置されて周縁を接合され、その内部には流体、つまり熱交換媒体（たとえば、冷媒）用の流体通路１０２が形成されている。流体通路１０２内には熱交換効率の向上のため、成形プレート長手方向に延びる波形状のインナーフィン１０３が挿入されている。インナーフィン１０３は、図１０、図１１に示すように、各々の流路に対して１枚ずつ配置される。また、成形プレートの幅方向の端部にはフランジ１０４が成形されており、図１２にも示すように、空気の流れ方向の前後にフランジ１０４が配置されている。このように従来のチューブ１０５が構成されている（たとえば、特許文献１）。

上記のような従来のチューブ１０５は、たとえば図１３に示すように製造されている。図１３に示す方法は、次のような加工ステップ（加工順序）を有している。
ステップ１：プレート１０１とインナーフィン１０３は別々の完成部品として作られ、チューブ組立工程に搬送されてくる。
ステップ２：インナーフィン１０３は挿入用アーム１０６でつかまれてプレート１０１の方へと運ばれる。
ステップ３：挿入用アーム１０６で運ばれてきたインナーフィン１０３は、図中下側にあるプレート１０１の所定位置（冷媒流路形成部）にズレがないように配置される。
ステップ４：挿入用アーム１０６を元の位置へ戻す。
ステップ５：挿入用アーム１０６がプレート１０１間から完全に離れてから、もう一枚のプレート１０１（図中上側のプレート）を下側のプレート１０１に被せる。
ステップ６：積層時にチューブ１０５が分解しないように、プレート１０１同士を仮止めする（たとえば、バーリングでカシめる）。
特開２００２−２６７３８３号公報

ところが、上記のような従来のチューブ製造方法には、以下のような問題点が残されている。
（１）熱交換器１台あたりのチューブ使用本数が多くなるに従い、組立時間が長くなるため生産性が低下する。
（２）インナーフィンを成形プレートの冷媒流路形成部に配置する際に、精度の良い位置決めが困難である。
（３）成形プレートを被せる際にインナーフィンのズレが発生する恐れがある。

そこで本発明の課題は、チューブ作製時間を短縮し、積層型熱交換器の生産性向上を図るとともに、プレートに配置するインナーフィンの位置決めを容易にし、しかも、インナーフィン挿入後のズレを防止することが可能な積層型熱交換器の製造方法、およびその方法により製造される積層型熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る積層型熱交換器の製造方法は、一対の成形プレートを接合して内部に流体通路を形成するとともに、該流体通路内に成形プレートの長手方向に延びるインナーフィンを設けたチューブと、アウターフィンとを交互に積層した積層型熱交換器の製造方法であって、前記チューブを、対向配置された一対の成形プレート間にインナーフィン形成体を挿入し、両成形プレートを重ね合わせるとともに成形プレート端部間にインナーフィン形成体を挟み込み、挟み込まれたインナーフィン形成体と成形プレート端部を同時に切断することにより作製することを特徴とする方法からなる。

上記積層型熱交換器の製造方法においては、重ね合わせた一対の成形プレートの仮止めを、前記切断と同時に行うことが好ましい。このようにすれば、加工ステップがさらに簡略化される。

また、チューブの幅方向の少なくとも一端部を、外方に向けて直線状に延びる形状に形成することが好ましい。このようにすれば、インナーフィン形成体を成形プレート端部間に挟み込むのが容易になるとともに、インナーフィン形成体と成形プレート端部の同時切断も容易になる。

また、前記インナーフィン形成体を、波状部と直線状部が交互に配置された連続板状体に形成し、該連続板状体を送って前記対向配置された一対の成形プレート間に挿入し、該連続板状体の直線状部を成形プレート端部間に挟み込んだ後、該直線状部と成形プレート端部を同時に切断するようにすることが好ましい。この場合、連続板状体の送りから前記切断までの一連の動作を繰り返すことにより、迅速に複数のチューブを作製できるようになる。

本発明に係る積層型熱交換器は、上記のような方法により製造されたものからなる。

本発明に係る積層型熱交換器の製造方法によれば、チューブ作製時間を大幅に短縮することができ、該短縮により積層型熱交換器の生産性を大幅に向上することができる。また、成形プレートにインナーフィンを配置する際の位置決めを精度良くより確実に行うことができる。さらに、チューブ作製時のインナーフィンのズレを防止することができる。

したがって、この方法により作製される積層型熱交換器は、生産性良く安価に製造できるとともに、インナーフィンの位置精度等に関して信頼性の高い熱交換器を製造でき、品質的にも優れた熱交換器とすることができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
前述したように、本発明方法が適用される積層型熱交換器の主構成は、図８、図９に示した構成と実質的に同じである。

図１は、本発明の実施例１に係る積層型熱交換器の製造方法、図２はその方法に用いられる成形プレートとインナーフィンとの関係、図３はその方法により製造されたチューブを、それぞれ示している。

図１に示す方法は、次のようなチューブの加工ステップ（加工順序）を有している。
ステップ１：波形状に成形されたインナーフィンはすぐに切断せずに、波形部１と直線状部２が交互に配置された連続板状体からなるインナーフィン形成体３に形成され、つなげられたままインナーフィン加工機により順次連続的に、プレートの方へ送られる。また、プレス成形された成形プレート４ａ、４ｂは、幅方向の端部（図示例ではプレート右側端部）をフランジ成形せずに外方に向けて直線状に延びる形状に形成しておき、インナーフィン挿入工程へ送る。
ステップ２：上下に対向配置された成形プレート４ａ、４ｂ間にインナーフィン５を形成するための上記インナーフィン形成体３を挿入する。この際、インナーフィン５を形成するインナーフィン形成体３は、予め決められた距離だけ送られるため、位置決めが容易に行える。
ステップ３：上側の成形プレート４ｂが下側の成形プレート４ａに被せられ、インナーフィン形成体３の直線状部２が成形プレート４ａ、４ｂの端部直線状部６に挟み込まれる。このとき、インナーフィン５は後続のインナーフィン形成部と繋がった連続板状体からなるインナーフィン形成体３の形態のままであるので、従来例のときのようにずれる恐れはない。
ステップ４：重ねられた成形プレート４ａ、４ｂとインナーフィン形成体３を一度にまとめて切断用の刃７で切断し、所定のチューブ幅Ｗに切り揃える。本実施例では、それと同時に成形プレート４ａ、４ｂ同士の仮止めを行う。
ステップ５：切断刃７を退避させて、一連の所定幅Ｗのチューブ８の加工が終了する。続けて次のチューブを製造する場合には、ステップ１に戻り、一連の動作を繰り返す。

この加工方法で作製したチューブ８においては、図２に示すように、成形プレート４ａ、４ｂとインナーフィン５とが仮止め一体化され、インナーフィン５は成形プレート４ａ、４ｂに対し所定の位置に固定される。

また、チューブ８の断面形状は、図３に示すようになり、一方の幅方向端部９には湾曲形状のフランジ部１０が形成されているが、他方の幅方向端部１１では、成形プレート４ａ、４ｂの直線状部６間にインナーフィン５の端部の直線状部２が挟み込まれて固定された状態で仮止め一体化され、インナーフィン５がチューブ８の流体通路１２内の所定位置の固定された状態となる。このように作製されたチューブ８が、図８に示したような積層型熱交換器の形態に組み込まれ、炉中におけるろう付け等により全体が一体化され、目標とする積層型熱交換器３１が完成される。

上記実施例１では、従来例の加工工程にあった、「インナーフィン挿入用アームを戻す時間」を省略できるため、チューブ作製時間が大幅に短縮できる。これにより積層型熱交換器の生産性向上を図ることができる。また、インナーフィンを加工機からつなげた状態のインナーフィン形成体の形態にてプレート間へ挿入するため、位置決めが極めて容易になり、位置決め精度も向上される。さらに、インナーフィンを切断する前に成形プレートを被せ、成形プレート端部およびインナーフィンの切断と同時に成形プレートの仮止めを行うことで、従来例にあるようなインナーフィンのズレを防止することができる。

上記実施例１では片側のみ切断する方法を採っているが、図４〜図６の実施例２に示すように、成形プレートの両側を切断する方法でも同様の効果が得られる。すなわち、実施例２では、図４に示すようなチューブの加工ステップ（加工順序）を有する。
ステップ１：プレス成形された成形プレート２１ａ、２１ｂは、幅方向の両端部でフランジ成形せずに外方に向けて直線状に延びる直線状部６、２２に形成しておき、インナーフィン挿入工程へ送る。波形部１と直線状部２が交互に配置された連続板状体からなるインナーフィン形成体３をインナーフィン加工機により順次連続的に、成形プレートの方へ送る。
ステップ２：上下に対向配置された成形プレート２１ａ、２１ｂ間にインナーフィン２４を形成するための上記インナーフィン形成体３を挿入する。この際、インナーフィン２４を形成するインナーフィン形成体３は、予め決められた距離だけ送られるため、位置決めが容易に行える。
ステップ３：上側の成形プレート２１ｂが下側の成形プレート２１ａに被せられ、インナーフィン形成体３の直線状部２が成形プレート２１ａ、２１ｂの端部直線状部６、２２に挟み込まれる。このとき、インナーフィン２４は後続のインナーフィン形成部と繋がった連続板状体からなるインナーフィン形成体３の形態のままであるので、従来例のときのようにずれる恐れはない。
ステップ４：重ねられた成形プレート２１ａ、２１ｂとインナーフィン形成体３を一度にまとめて両側の切断用の刃７、２３で切断し、所定のチューブ幅に切り揃える。本実施例では、それと同時に成形プレート２１ａ、２１ｂ同士の仮止めを行う。
ステップ５：切断刃７、２３を退避させて、一連の所定幅のチューブ２５の加工が終了する。続けて次のチューブを製造する場合には、ステップ１に戻り、一連の動作を繰り返す。

この加工方法で作製したチューブ２５においては、図５に示すように、成形プレート２１ａ、２１ｂとインナーフィン２４とが幅方向両側で仮止め一体化され、インナーフィン２４は成形プレート２１ａ、２１ｂに対し所定の位置に精度よく固定される。

また、チューブ２５の断面形状は、図６に示すようになり、両側の幅方向端部２６、２７にて、成形プレート２１ａ、２１ｂの直線状部間にインナーフィン２４の端部の直線状部２が挟み込まれて固定された状態で仮止め一体化され、インナーフィン２４がチューブ２５の流体通路１２内の所定位置の固定された状態となる。このように作製されたチューブ２５が、図８に示したような積層型熱交換器の形態に組み込まれ、炉中におけるろう付け等により全体が一体化され、目標とする積層型熱交換器３１が完成される。

この実施例２においても、チューブ作製時間が大幅に短縮され、積層型熱交換器の生産性が向上される。また、インナーフィンを加工機からインナーフィン形成体の形態にてプレート間へ挿入するため、位置決めが極めて容易になり、位置決め精度も向上される。とくに、本実施例では幅方向両側でインナーフィン形成体の直線状部が挟み込まれるので、より確実に位置決めされる。さらに、成形プレート両端部およびインナーフィンの切断と同時に成形プレートの仮止めを行うことで、インナーフィンのズレを防止することができる。

上記のような実施例１、２で作製されたチューブ８、２５を用いて積層型熱交換器を製造する際には、チューブ８、２５の向きとしては各種形態を採り得る。プレートの幅方向片側を切断し、片側を直線状断面（直線状端部）に形成したチューブ８を使用する場合、たとえば図７（ａ）、（ｂ）に示すように、その直線状端部は、空気の流れ（Ａｉｒ Ｆｌｏｗ）方向に対して風上側、風下側のいずれかに配置される。また、両側を切断し、両側に直線状端部を設けた場合には、図７（ｃ）に示すように、風上、風下側ともに直線状端部が存在することになる。

本発明は、冷媒を使用するものに限らず、チューブとアウターフィンを交互に積層したあらゆる積層型熱交換器に適用できる。

本発明の実施例１に係る積層型熱交換器の製造方法におけるチューブの加工順序を示す工程フロー図である。 図１のチューブ加工における成形プレートとインナーフィンとの関係を示す概略平面図である、 図１のチューブ加工により作製されたチューブの横断面図である。 本発明の実施例２に係る積層型熱交換器の製造方法におけるチューブの加工順序を示す工程フロー図である。 図４のチューブ加工における成形プレートとインナーフィンとの関係を示す概略平面図である、 図４のチューブ加工により作製されたチューブの横断面図である。 図３、図６のチューブを用いて積層型熱交換器を製造する場合のチューブの配置例を示す、熱交換器の部分断面図である。 積層型熱交換器の主構成を示す正面図である。 図８の積層型熱交換器の側面図である。 従来の積層型熱交換器のチューブにおける成形プレートとインナーフィンとの関係を示す概略平面図である、 従来の積層型熱交換器のチューブの横断面図である。 図１１のチューブを用いて積層型熱交換器を製造する場合のチューブの配置例を示す、図８のＡ−Ａ線に沿う熱交換器の部分断面図である。 従来の積層型熱交換器の製造方法におけるチューブの加工順序を示す工程フロー図である。

符号の説明

１ 波形部
２ 直線状部
３ インナーフィン形成体
４ａ、４ｂ、２１ａ、２１ｂ 成形プレート
５、２４ インナーフィン
６、２２ 成形プレートの端部直線状部
７、２３ 切断刃
８、２５ チューブ
９、１１、２６、２７ 幅方向端部
１０ フランジ部
１２ 流体通路
３１ 積層型熱交換器
３２ チューブ
３３ アウターフィン
３４ 熱交換器コア
３５ エンドプレート
３６ サイドタンク
３７ フランジ

Claims (6)

1. 一対の成形プレートを接合して内部に流体通路を形成するとともに、該流体通路内に成形プレートの長手方向に延びるインナーフィンを設けたチューブと、アウターフィンとを交互に積層した積層型熱交換器の製造方法であって、前記チューブを、対向配置された一対の成形プレート間にインナーフィン形成体を挿入し、両成形プレートを重ね合わせるとともに成形プレート端部間にインナーフィン形成体を挟み込み、挟み込まれたインナーフィン形成体と成形プレート端部を同時に切断することにより作製することを特徴とする、積層型熱交換器の製造方法。
2. 重ね合わせた一対の成形プレートの仮止めを、前記切断と同時に行う、請求項１の積層型熱交換器の製造方法。
3. チューブの幅方向の少なくとも一端部を、外方に向けて直線状に延びる形状に形成する、請求項１または２の積層型熱交換器の製造方法。
4. 前記インナーフィン形成体を、波状部と直線状部が交互に配置された連続板状体に形成し、該連続板状体を送って前記対向配置された一対の成形プレート間に挿入し、該連続板状体の直線状部を成形プレート端部間に挟み込んだ後、該直線状部と成形プレート端部を同時に切断する、請求項１〜３のいずれかに記載の積層型熱交換器の製造方法。
5. 前記連続板状体の送りから前記切断までの一連の動作を繰り返し、複数のチューブを作製する、請求項４の積層型熱交換器の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の方法により製造された積層型熱交換器。

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