JP2006090612A

JP2006090612A - 熱交換器及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006090612A
Application number: JP2004276343A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Koido; 康裕小井土; Ryoichi Takato; 亮一高藤
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】伝熱管外周面及びフィンカラーのミクロな凹凸部分にペーストろう材、もしくはピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドが入り込み、空気層を抑えて接触熱抵抗を低減して熱交換性能を向上させる。また、伝熱管への拡管治具挿入の際に、高周波誘導加熱を用いて伝熱管に起電力を生じさせ、共晶融液化させて、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入する事で、その後、共晶凝固現象が生じて合金化圧接させ、接触熱抵抗を抑えて熱交換性能を向上させる。
【解決手段】伝熱管外周面にペーストろう材、もしくはピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドを分散、含有する液体を薄く塗布して、所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに挿入し、拡管圧接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、接触熱抵抗を低減する事で熱交換性能を向上させる空気調和機などに使用されている熱交換器、また、これを作製するための製造方法に関するものである。

プレートフィン型熱交換器は、比較的狭い間隔で複数のフィンと、冷媒流路となる内面溝付、もしくは、内面平滑な伝熱管から構成されている。この様な熱交換器は、伝熱管を通過するフロン系、炭化水素系、自然系等の冷媒と所定の間隔に並べられたフィンを介してファンを用いて強制的に吸引、吐出された空気と熱交換を行なう。また、この様な熱交換器は、熱伝導率の良い銅材を用いた伝熱管を、熱伝導率、加工性の良いアルミニウム、もしくは銅を用いたフィンに設けられた穴に挿入し、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入、または、伝熱管内部に液を充填加圧し圧接して作製されている。

特開平９−１４５２８２号公報

しかし、圧接されている固体同士の接触面を介して熱が伝達される場合、接触面にはミクロ的な見方をすると面粗さ、マクロ的な見方をするとうねりが生じているため、計算上の接触面積より、実際の接触面積は小さく、この空間には、熱伝導率の小さい空気層が存在して、接触熱抵抗を大きくしているために熱交換性能を低減させている。この問題を軽減するために、一般的に接触面間に接着剤やはんだを挿入して空気層を追い出す事が考えられている。しかし、一般的に接着剤やはんだの熱伝導率は銅やアルミニウムに比べて極めて劣っている。また、特許文献１では、フィン及び伝熱管の隙間に塗料を有しているが、伝熱管を拡管してフィンと圧接させるものではないので、フィンと伝熱管との密着が不十分であると考えられる。

請求項１の熱交換器は、冷媒の流路となる金属製の伝熱管が、所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに垂直に挿入されており、金属製フィンへの挿入前に、伝熱管外周面に熱伝導性の良い加熱する事により凝固するペースト状ろう材を塗布し、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入、または、伝熱管内部に液を充填加圧し圧接させる。その後、加熱炉もしくは高温風雰囲気に熱交換器を設置して前述液体を凝固させて作製された伝熱管とフィンとの隙間に存在する空気層を抑えた事を特徴とする。

請求項２の熱交換器は冷媒の流路となる金属製の伝熱管は、所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに垂直に挿入されており、金属製フィンへの挿入前に、伝熱管外周面にピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドを分散、含有する液体を塗布し、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入、または伝熱管内部に液を充填加圧して圧接させる。圧接の際、前述液体中のダイヤモンドが伝熱管とフィンの隙間に入り込み空気層を抑えたことを特徴とする。

請求項３の熱交換器は、冷媒の流路となる金属製の伝熱管が、所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに垂直に挿入されており、高周波誘導加熱を用いて伝熱管に起電力を起こしながら、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入する事で、伝熱管材とフィン材間で共晶凝固現象を生じさせて伝熱管とフィンとの隙間に存在する空気層を抑えたことを特徴とする。

伝熱管、フィンの表面にはミクロ的な見方をすると面粗さ、マクロ的な見方をするとうねりが生じているため、計算上の接触面積より実際の接触面積は小さく、この空間には熱伝導率の小さい空気層が存在して、接触熱抵抗を大きくしている事で熱交換性能を低減させている。しかし、本発明によりミクロ的な見方をすると面粗さ、マクロ的な見方をするとうねりの凹部分に、請求項１、２では、それぞれベーストろう材、ピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドが充填され、また、請求項３では、伝熱管とフィンの接触面を共晶合金化させているため、空気層を抑制し、接触熱抵抗を小さくして、熱交換性能を向上させる事ができる。

（実施例１）
図１（ａ）は、請求項１、２の伝熱管外周面にペーストろう材、もしくはピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドを分散、含有する液体を薄く塗布して、所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに挿入した状態図である。伝熱管外周面のミクロな凹部分にペーストろう材、もしくはピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドが入り込む。図１（ｂ）は、（ａ）の状態で伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入、または伝熱管内部に液を充填加圧し拡管圧接した状態図である。拡管圧接する事で、伝熱管外周面及びフィンカラーのミクロな凹凸部分にペーストろう材、もしくはピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドが入り込み、空気層を追い出した状態にすることで熱交換性能を向上させる。図１（Ｃ）は、請求項２の熱伝導性が良い物質としてピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンド含有する液体を用いた場合で、冷媒の流路となる金属製の伝熱管とフィンカラーのミクロな凹凸部分にナノメータ単位のダイヤモンドが入り込んだ拡大図である。図２は、請求項１、２の製造工程フローチャートを示す。所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに、伝熱管外周面とフィンカラー内面との隙間に加熱すると凝固する熱伝導性の良い物質であるペーストろう材、もしくはピュアダイヤモンドを核としたグラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドを分散、含有する液体を伝熱管に薄く塗布して挿入する。そして、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入、または伝熱管内部に液を充填加圧し拡管圧接させる。その後、ペーストろう材を用いた場合は、このワークを加熱炉もしくは高温風雰囲気に設置して前述液体を凝固させる製造工程である。
（実施例２）
図３（ａ）は、請求項３の所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに挿入した状態図であり、伝熱管とフィンの隙間には空気層が存在する。図３（ｂ）は（ａ）の状態で高周波誘導加熱を用いて伝熱管に起電力を生じさせながら、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入する事で、伝熱管材とフィン材間で共晶凝固現象を生じさせた図である。図４は、請求項３の製造工程フローチャートを示す。所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに、冷媒の流路となる金属製の伝熱管を挿入しながら、高周波誘導加熱を用いて伝熱管に起電力を生じさせる。このことで、伝熱管材、フィン材を発熱させ、共晶融液を生じさせながら伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入し拡管する事で合金化圧接させる製造工程である。

請求項１、２の伝熱管とフィンと熱伝導性の良い物質を示す図である。（ａ）は伝熱管外周面に熱伝導性の良い物質を薄く塗布して、この伝熱管を金属製フィンに垂直に挿入された状態図である。（ｂ）は（ａ）の状態で、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入、または伝熱管内部に液を充填加圧し拡管圧接させた状態図である。（Ｃ）は伝熱管とフィンカラーのミクロな凹凸部分にナノメータ単位のダイヤモンドが入り込んだ拡大図である。請求項１、２の熱交換器製造工程を示すフローチャートである。請求項３の伝熱管とフィンを示す図である。（ａ）は伝熱管をフィンに挿入した図である。（ｂ）は（ａ）の状態後、高周波誘導加熱を用いて伝熱管材、フィン材を発熱させ、共晶融液を生じさせながら伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入し拡管する事で合金化圧接させた図である。請求項３の熱交換器製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１…フィン、２…伝熱管、３…熱伝導性の良い物質（ペーストろう材ｏｒナノメータ単位のダイヤモンド）、４…ナノメータ単位のダイヤモンド、５…拡管治具、６…伝熱管材とフィン材の共晶合金層。

Claims

冷媒の流路となる金属製の伝熱管は、所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに垂直に挿入されており、伝熱管外周面とフィンカラー内面との隙間に加熱すると凝固する熱伝導性の良い物質を有する熱交換器において、金属製フィンへの挿入前に、伝熱管外周面に加熱する事で凝固する熱伝導性の良いペースト状ろう材を薄く塗布し、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入、または伝熱管内部に液を充填加圧し圧接させ、その後、加熱炉もしくは高温風雰囲気に熱交換器を設置して前述液体を凝固させて作製された伝熱管とフィンの空気層を抑えた熱交換器及び製造方法。
冷媒の流路となる金属製の伝熱管は、所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに垂直に挿入されており、伝熱管外周面とフィンカラー内面との隙間に熱伝導性の良い物質を有する熱交換器において、金属製フィンへの挿入前に、伝熱管外周面に熱伝導性が良い物質として、ピュアダイヤモンドを核とし、グラファイトカーボンを有するナノメータ単位のダイヤモンドを分散、含有する液体を塗布し、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入、または伝熱管内部に液を充填加圧し圧接させ、前述液体中のダイヤモンドが伝熱管とフィンの表面の隙間に入り込み伝熱管とフィンの空気層を抑えた熱交換器及び製造方法。
冷媒の流路となる金属製の伝熱管は、所定の間隔に並べられたフィンカラーを有する金属製フィンに垂直に挿入されている熱交換器において、高周波誘導加熱を用いて伝熱管に起電力を起こしながら、伝熱管内面に内径より大きい径を持つ拡管治具を挿入する事で、伝熱管材とフィン材間で共晶凝固現象を生じさせて伝熱管とフィンの空気層を抑えた熱交換器及び製造方法。