JP2007120936A - 熱交換器を製造するための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】要素スタックの側面だけを、要素間に結合を形成する液体に接触させることによって、要素を結合するという方法を提供する。
【解決手段】本発明は、間隔決定輪郭を備える実質的に平坦な要素から組み立てた熱交換器を製造するための、方法およびデバイスに関する。この場合、隣接する要素には、それらの端部の少なくとも一部に、間隔決定輪郭が設けられている。本方法は、必要な高さを得るまで、実質的に平坦な要素を相互に積み重ねること、そして実質的に平坦な要素を、要素端で相互に結合することからなる。このとき、要素スタックの側面だけを、要素間に結合を形成する液体に接触させることによって、要素を結合する。この方法は、工程を自動化することが可能である。要素スタックは、要素間に結合を形成する液体の槽内で、限定した深さまで浸すことが好ましい。本方法は、実行するために必要な手段が比較的単純であるが、制御が容易である。
【選択図】図１

Description

本発明は、間隔決定輪郭を備えた実質的に平坦な要素から組み付けられる熱交換器を製造するための方法に関する。この場合の隣接要素は、端部の少なくとも一部に、間隔決定輪郭を備える。また、この方法は、必要な高さが得られるまで、実質的に平坦な要素を相互に積み重ねること、そして実質的に平坦な要素を要素の端部で相互に結合することからなる。

このような方法は、既知であり、国際公開公報９７／０２４６１で説明した熱交換器の製造に関連している。そのような熱交換器は、現在、手作業で製造されているが、そのような熱交換器に対する需要が増加しているため、熱交換器の原価を削減可能な、熱交換器の製造をより自動化した方法が必要である。

この目的のため、本発明は、要素スタックの側面だけを、要素間に結合を形成する液体に接触させることによって、要素を結合するという方法を提供する。

この方法は、工程を自動化することが可能である。

この方法の利点は、間隔決定輪郭を備える実質的に平坦な要素から組み立てた熱交換器を製造するためのデバイスでも達成できる。この場合、隣接する要素は、それらの端部の少なくとも一部に、間隔決定輪郭が設けられており、デバイスは、実質的に平坦な要素を相互に積み重ねるためのスタッキング部材と、実質的に平坦な要素を、要素端で相互に結合するための結合手段とを備える。結合手段は、要素スタックの側面だけを、要素間に結合を形成する液体に接触させるように適応している。

要素スタックを液体に接触させるには、種々の可能性がある。要素スタックの側面へ液体を、例えば吹きかけることができる。しかしながら、好適実施例では、要素間に結合を形成する液体の槽内へ、限定した深さまで要素スタックを浸す方法を提供する。この方法は、実行に必要な手段が比較的単純であるが、制御が容易である。

これらの利点は、同様に、結合手段が、要素スタックを端面で把持するように適応し、また、要素スタックを連続的に、水平位置にある要素スタックの側面で保持するように適応した回転可能なグリッピング部材からなるデバイスでも達成可能である。この場合、グリッピング部材は、結合液の槽内へ、要素スタックの底側面を浸すように適応している。

さらにもう一つの実施例は、グリッピング部材が上下運動を実行するように適応した方法を提供する。液浸工程は、液体と液浸すべき材料との間の接触を必要とする。液浸すべき材料を保持して、液体の容器を上方へ移動させることも可能ではあるが、構造的な視点から、グリッピング部材が上下運動を実行するように適応させることを勧める。この場合の槽は、静止保持される。

さらに魅力的な実施例として、槽に、液浸中にのみ取り除く移動可能なカバーを設けてもよい。これは、特に、液体が蒸発性溶媒からなる場合に、液体の過度な蒸発を防止する点で好都合である。

液浸工程は、深さおよび継続時間において変化を持たせることができる。相互に結合すべき構成要素、すなわち、隣接要素に接触する要素の端部の輪郭は、液浸の方向へ特定な寸法を持つ。この深さまで要素スタックを浸すことは、もちろん可能であるが、要素スタックをより浅い深さまで浸し、面の残りの部分への液体の移送のために、結合すべき表面間の毛管効果を利用するのが好都合である。

ここで提供する熱交換器の形状は、６面のプリズムである。すなわち、ボディは、二つの吸込面、二つの排出面、二つの閉面、そして二つの端面を持つ。効率的に作動する熱交換器を得るには、相互に結合すべき要素を全側面において統合化するために、プリズム形熱交換器の全側面を液体に接触させることが大切である。したがって、もう一つの好適実施例では、実質的に平坦な要素が六角形であり、要素スタックの６つの側面の各々を液体に浸すという方法が提供される。要素の特別なデザインでは、二つの側面をペアで相互に整列させることも可能である。これによって、四つの側面を持つ形状にしてもよい。

これは、グリッピング手段に、スタックの頂部および底部要素に形状適合する輪郭を備えた、要素スタックの端壁を把持する複数の板を設けることによって、構造的に達成することができる。これによって、要素スタックを十分にしっかりと保持できるが、結局、液浸工程を妨げることはない。指摘すべきことは、液浸前における要素は、積み重なっているだけで、少しの相互粘着力もまだ持たないため、スタックの形状を維持するようにそれら要素を一緒に押圧することが大切であることである。

過剰な液体を排出させて取り除くために、側面の各々の液浸の間で、二つの側面間の縁を下方へ向けて要素スタックを保持するのが好都合である。

本発明は、これら要素にそのような粘着機能を施す液体を利用することを必要とする。ここに提供する実施例では、プラスチックから製造したパネルを使用する。例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルまたはポリエチレン・テレフタル酸塩等の、多数のプラスチックでは、間隔決定輪郭間の結合を形成するために、接着剤結合を使用できる。この場合の接着剤は、検知可能な残留物を残す物質を意味する、と理解すべきである。いくつかの材料では、要素と接着剤との間に耐久性のある粘着力を得るために、要素に対して前処理を行う必要がある。

しかしながら、材料を溶解する液体によって、要素を相互に結合することも可能である。この場合は、もちろん、溶媒が、要素の端部を完全に変形してしまう、または完全に溶解して消失させてしまうほど積極的でないこと、しかし、溶媒が、材料の表面を柔らかくして隣接要素間の溶着を促すように機能することを保証しなければならない。発明者は、ポリスチレンと溶媒シクロヘキサンとから製造した要素の組み合わせが、良い結果をもたらすことを発見している。

しかしながら、本発明は、上述の液体の使用に限られるものではない。その後の工程において粘着作用を得るような液体、例えば、ハンダ付け結合等を利用することも可能である。この目的のため、好適実施例は、そのような方法を提供する。液体をハンダから形成し、液浸後の熱交換器を、ハンダの融解温度を上回る温度へ加熱する。この場合、例えば、溶媒を加えることによって、ハンダを液体にする。液浸工程においてハンダを適用した後、溶媒は溶解し、その後はハンダが残る。その後の工程、すなわち加熱工程によって、ハンダを溶かし、機械的結合を形成する。このような工程は、『再流動化』ハンダ付け処理としても知られている。明白であるが、このような工程は、例えば、金属またはセラミック等の、ハンダ付けが可能な材料の場合にのみ適用できる。

国際公開公報９７／０２４６１から推論できるように、熱交換器は、実質的に平坦な要素から組み立てることができる。これらの要素は、相互に積み重ねることができ、熱交換器機能を実行するための輪郭を備えるが、要素を相互間距離に維持するための輪郭をも備える。発明者は、第一のタイプの要素と第二のタイプの要素とを使用することによって、構造を単純化できることを発見している。第一のタイプの要素は、熱交換器機能のための輪郭と、熱交換器を要素から離して保持し、且つそれをシールするための輪郭とを備える、そして第二のタイプの要素は、実質的に平坦であるが、熱交換器を要素から離して保持し、且つそれをシールするための輪郭を備える。この場合、第一のタイプおよび第二のタイプの要素は、交互に積み重ねる。

この方法は、実質的に平坦な要素の積み重ね工程からなる。積み重ね中に水平位置の誤差を可能な限り素早く矯正するために、新しい要素を配置する度に、積み重ねた要素に対して水平力を加えて要素を位置決めする。

そのような工程は、実質的に水平方向へ移動可能な、少なくとも一つの側壁を備えたスタック・ホルダによって実行することが好ましい。その側壁は、要素が配置されるときにスタックの中心から離れた位置を取り、そして要素の配置後にスタックの中心の方の位置を取るように適応する。

もう一つの好適実施例では、スタッキング部材で要素を把持して積み重ねる方法を提供する。この場合、スタッキング部材は、連続的に、第一のタイプの要素のための容器、第二のタイプの要素のための容器、そして収集容器を通過する周期的な運動を実行し、第二のタイプの要素のための容器を通過させて、第一のタイプの要素を移動させる。この場合は、単一のスタッキング部材で十分であるが、複数の要素を把持するように具現化する必要がある。単一のスタッキング部材の場合は、制御および駆動すべきものが単一の運動体だけであるという利点を持つ。

さもなければ、二つのスタッキング部材を適用した積み重ね機を使用することも可能である。この場合、第一のスタッキング部材は、第一のタイプの要素を配置するために使用し、第二のスタッキング部材は、第二のタイプの要素を配置するために使用する。そして、スタッキング部材は、交互に要素を配置するように制御される。

スタッキングデバイスが、少なくとも一つのグリッピング位置を備える要素のスタッキング部材に加えて、第一のタイプの要素のための容器、第二のタイプの要素のための容器、そして収集容器からなる場合に、同じ利点を達成できる。この場合、スタッキング部材は、第一のタイプの要素のための容器、第二のタイプの要素のための容器、そして収集容器を通過する周期的な運動を実行するように適応し、第二のタイプの要素の容器を通過させて、第一のタイプの要素を搬送するように適応する。

スタッキング部材を、６つのグリッピング位置を備えた回転可能な要素から構成することによって、スタッキングデバイスの構造を単純化できる。回転可能なスタッキング部材は、さらに、デバイスを多くの動荷重にさらさないという利点を持つ。

さらにもう一つの実施例によれば、要素は、各々、熱形成工程によって製造する。要素を製造する他の方法、例えば注入成形や油圧成形も原理的に可能であるが、発明者は、熱形成工程によれば、より素早く、したがって、より安価に達成できることが分かっている。これは、予期したこととは反対のものである。要素の開始フォイルが非常に薄いため、最終製品が全面に渡って０．１ｍｍの正確さで成形できるとは、熟練者は期待しない。

熱形成工程におけるこれらの良好な結果は、主に、要素の少なくとも一つのタイプが、多孔性型を用いる熱形成工程によって製造されることから生じる。特に、チャネルの斜壁を配置しなければならない第一のタイプの要素が、非常に重要である。要素の材料は大きな伸長にさらされ、このことが開口の形成を促す。この確率は、多孔性型と、型全体に渡る均一な吸引とを適用することによって減少できる。

さて、本発明を、添付図面を参照して説明する。

既に前述で説明したように、本発明による方法は、製造すべき熱交換器を構成する要素を積み重ねるためのスタッキングデバイスを備えたデバイスを使用する。本発明で扱うタイプの熱交換器は、特に、交互に積み重ね可能な異なるタイプの、実質的に平坦な要素から組み付けられるものである。したがって、スタッキングデバイスは、第一のタイプと第二のタイプの要素を交互に積み重ねるのに適応している。

この目的のため、図１に示すデバイスは、六角形部分を持つスタッキング部材１からなる。スタッキング部材１は中心軸２の回りに回転駆動が可能であり、スタッキング部材１の６側面の各々には、グリッピング部材が設けられている。グリッピング部材は、概略的に図示するが、真空吸入部材３の形態にあり、図面に示していない制御部材に結合されている。軸２には、６つの位置の間でスタッキング部材１を移動させるための、例えばステップモータ等のドライブ部材（図示せず）が結合される。また、スタッキング部材１の下には、積み重ね要素を収集するための収集ホルダ４が配置されている。収集ホルダ４は、高さが制御可能なテーブル５からなり、このテーブルは、スタッキング部材１が、配置すべき要素を常にほぼ同じ高さで維持するように制御される。スタッキング部材１が、六角形要素を積み重ねるように適応しているため、収集ホルダ４は、少なくとも一つの側壁が水平方向へ移動可能な、６つの側壁６を備える。

積み重ね要素の供給のため、スタッキングデバイスは、第一のタイプの要素１０のための第一のホルダ７と、第二のタイプの要素１１のための第二のホルダ８とを備える。これら二つのホルダ７、８の軸は、垂直に対して６０°の角度で延びている。この位置関係にあるため、スタッキング部材１のグリッピング部材３は、ホルダ７、８の各々の下に移動させることができ、そこで、握るべき要素１０、１１を単純な直線運動で、グリッピング部材３によって把持することができる。

さて、図２Ａから図２Ｆを部分的に参照して、スタッキングデバイスの各々の作動を説明する。スタックの頂部および底部に第一のタイプ１０の要素を用いて、熱交換器を形成する状況を開始点として用いる。したがって、図２Ａに示すように、積み重ね工程は、ホルダ７から第一のタイプ１０の要素を握ることで始まる。それから、スタッキング部材１は、６０°の角度だけ回転して、図２Ｂに示す位置に到達する。それから、さらに６０°の角度だけ回転する。その後、第一のホルダ７の下に位置するグリッピング部材は、第一のタイプ１０の要素を把持する。このとき、第一のタイプ１０の要素を既に受けているグリッピング部材は、図２Ｃに示すように、第二のホルダ８の下に位置する。さらにもう一度の回転後、第二のホルダ８の下には、空のグリッピング部材が位置し、関連グリッピング部材は、第二のタイプ１１の要素を把持する。このとき、図２Ｄに示す状態になる。この場合、第一のホルダ７の下にもグリッピング部材は存在するが、そこでは把持作動は起こらない。さらに６０°の回転後、図２Ｅに示す状態に到達する。第一のタイプ１０の要素を持つグリッピング部材は、その要素を解放して、要素を収集ホルダ４のテーブル５上に配置する。同時に、第一のホルダ１０の下に位置するグリッピング部材が、第一のホルダ７から第一のタイプ１０の要素を把持する。もう一回の６０°の回転後、図２Ｆに示す状態に到達する。このとき、第二のタイプ１１の要素がテーブル５上に配置され、もう一つの第二のタイプ１１の要素が把持される。６０°の回転を繰り返した後、もう一度、図２Ｅに示す状態に到達する。したがって、第一のタイプ１０と第二のタイプ１１との要素が、交互に積み重なる。この工程は、収集ホルダ４内における、要素１０、１１、…のスタックが必要な高さに到達するまで繰り返す。この場合、スタック１０、１１、…は、第一のタイプ１０の要素で閉じる。

熱交換器を通過する二つの気流の間での漏れを回避するために、また、積み重ね後に接着工程を適切に実行するために、要素１０、１１が相互に対して正確に配置されることが重要である。

このため、収集ホルダ４は、熱交換器の二つの吸込面、二つの排出面、そして二つの閉側面に沿う、三つの側壁からなる。これらの壁の一つは、少なくとも実質的に水平方向へ移動可能な側壁６から形成する。要素１０、１１の配置中、要素１０、１１がスタッキング部材１上の完全に正確な位置に定まらないとしても、配置を容易にするために、側壁６は、その最外方位置へ移動する。配置後、側壁６は、配置した要素１０、１１を適切な位置へ移動させるために、その最内方位置へ移動する。

スタックの完成後、要素１０、１１、…のスタックの両端面を、２枚の板２０および２１の形態を採る液浸手段が把持する。これらの板は、要素１０に接触する側面に、要素１０の形状に実質的に適合する輪郭を備える。板２０および２１は、スタックを摘んで、それを、要素間の結合を形成する液体で満たした液浸槽２２の上方へ携行する。槽２２は、スライド可能なカバー２３で閉じることができる。槽２２上方の位置に到達した後、板２０、２１のアセンブリと、その間にある要素１０、１１のスタックとを、要素スタックの軸が水平に延びる位置に到達するまで回転させる。

そして、図３に示す状態に到達する。それから槽２２のカバー２３を開け、スタックの底面が液面下の短距離の位置に来るまで、要素１０、１１のスタックを液体内へ浸す。液体は、板１０、１１の間に浸透することが可能であるため、結合すべき面の部分を完全に湿らす。上記説明の位置に到達した直後に、板のアセンブリと要素のスタックとを、もう一度液面より上方へ移動させて、要素スタックから過剰な液体を排出させる。二つの側面間の縁を低位置に配置するように要素スタックを回転させることによって、この排液工程を促進させることができる。それから、要素スタックの次の側面が最低水平位置に来るまでスタックをさらに回転し、液浸工程を繰り返す。このように、要素スタックの全側面に対して、この工程を繰り返す。それから、板２０、２１によって、要素スタックを再び９０°の角度だけ回転させ、要素１０、１１をもう一度水平にする。それから、要素スタックをベルトに載せ、粘着液、例えば溶媒等の蒸発を可能にする。これによって、部分的に溶解された板１０、１１は、相互に結合する。

図４は液浸の状態を示す。これは、要素が、液体内の深さＡまでだけ浸されることを示している。液体と要素１０、１１の一緒に押された部分との毛管作用の結果として、液体は、液面よりも上方の高さＢまで上昇する。このため、要素の面が特定な粗さを持ち、毛管効果が機能する程度に要素同士が隣接していることが重要である。この利点は、液浸をより浅く、より短くしても、結合すべき表面を完全に湿らすことができることである。

液体は、相互に短距離に位置する要素に対して、接着力を付与する。結合すべき表面間の接着力は、表面間距離に逆比例するため、この方法は、表面間の最初の距離が、どの場所でも、材料の回復力が接着力を上回る値を超過しないときのみ適用可能である。多くのプラスチックおよび結合手段に対する最大距離は、０．１ｍｍ程度であるため、このことは、要素を形成するこの工程の必要性を高める。これによって、相互に粘着すべき要素、またはそれらの少なくとも一部分を、相互へ引き寄せることができるため、この効果は、製造した要素における許容誤差を補正するものである。

本発明によるスタッキングデバイスの概略図である。 積み重ね工程の種々の過程にある、図１に示すスタッキングデバイスの概略図である。 積み重ね工程の種々の過程にある、図１に示すスタッキングデバイスの概略図である。 積み重ね工程の種々の過程にある、図１に示すスタッキングデバイスの概略図である。 積み重ね工程の種々の過程にある、図１に示すスタッキングデバイスの概略図である。 積み重ね工程の種々の過程にある、図１に示すスタッキングデバイスの概略図である。 積み重ね工程の種々の過程にある、図１に示すスタッキングデバイスの概略図である。 本発明による液浸デバイスの斜視図である。 液浸工程における、二つの要素の詳細な断面図である。

Claims (21)

1. 間隔決定輪郭を備える実質的に平坦な要素から組み立てた熱交換器を製造するための方法であって、隣接する要素には、それらの端部の少なくとも一部に、間隔決定輪郭が設けられており、
   ・前記実質的に平坦な要素を、必要な高さが得られるまで相互に積み重ねるステップ、そして
   ・前記実質的に平坦な要素を、要素端で相互に結合するステップからなり、
   前記要素間の結合を形成する液体へ、要素スタックの側面だけを接触させることによって、前記要素を結合することを特徴とする、方法。
2. 前記要素スタックを、要素間の結合を形成する液体の槽内の、限定した深さまで浸すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記要素の側面上の間隔決定輪郭が、前記要素の内部へ限定距離だけ延びており、前記限定距離よりも小さな深さで前記要素を浸すことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記実質的に平坦な要素が六角形であり、前記要素スタックの６つの側面の各々を、前記液体内へ浸すことを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の方法。
5. 前記側面の各々の液浸間で、前記要素スタックを、二つの側面間の縁を下方へ向けて静止保持することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記液体が、前記平坦な要素の材料を溶解する液体からなることを特徴とする、請求項２から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記液体が、結合要素間に残留物を残す、例えば接着剤等の液体からなることを特徴とする、請求項２から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記液体が、ハンダからなる液体であり、液浸後、ハンダの融解温度を上回る温度まで前記熱交換器を加熱することを特徴とする、請求項２から５のいずれかに記載の方法。
9. 前記熱交換器を、第一のタイプおよび第二のタイプの実質的に平坦な要素から組み立てるもので、積み重ねの際に、前記第一のタイプおよび第二のタイプの要素を交互に積み重ねることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の方法。
10. 新しい要素を配置する毎に、前記積み重ねた要素のスタックに、要素を位置決めする水平力を加えることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記要素をスタッキング部材によって把持して積み重ねるものであり、前記スタッキング部材が、前記第一のタイプの要素のための容器、前記第二のタイプの要素のための容器、そして前記要素のための収集容器を通過して、連続的に周期的な運動を実行し、前記スタッキング部材が、前記第二のタイプの要素のための容器を通過して、前記第一のタイプの要素を移動させることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記要素の各々を、熱形成工程によって製造することを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載の方法。
13. 少なくとも一つのタイプの前記要素を、多孔性型を用いる熱形成工程によって製造することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 間隔決定輪郭を備える実質的に平坦な要素から組み立てた熱交換器を製造するためのデバイスであって、隣接する要素には、それらの端部の少なくとも一部に、間隔決定輪郭が設けられており、
    ・前記実質的に平坦な要素を相互に積み重ねるためのスタッキングデバイス、そして
    ・前記実質的に平坦な要素を、要素端で相互に結合するための結合手段からなり、
    前記結合手段が、前記要素スタックの側面だけを、前記要素間に結合を形成する液体へ接触させるように適応していることを特徴とする、デバイス。
15. 前記結合手段が回転可能なグリッピング部材からなり、前記グリッピング部材が、前記要素スタックをその端面で把持するように適応し、また、前記要素スタックを連続的に、水平位置にある前記スタックの側面で保持するように適応しており、前記グリッピング部材が、結合液の槽内に、前記要素スタックの底側面を浸すように適応していることを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記グリッピング部材が、上下運動を実行するように適応していることを特徴とする、請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記槽には、スライド駆動可能なカバーが設けられており、その駆動装置が、常時カバーを閉じておき、液浸処理中にのみカバーを開くように適応していることを特徴とする、請求項１５または１６に記載のデバイス。
18. グリッピング手段が、前記要素スタックの端壁を把持する複数の板を備え、前記板が、前記スタックの頂部および底部要素に形状適合する輪郭を備えることを特徴とする、請求項１４から１７に記載のデバイス。
19. 前記スタッキングデバイスが、少なくとも一つのグリッピング位置を備える要素のためのスタッキング部材に加えて、第一のタイプの要素のためのホルダ、第二のタイプの要素のためのホルダ、そしてスタック・ホルダからなり、前記スタッキング部材が、前記第一のタイプの要素のためのホルダ、前記第二のタイプの要素のためのホルダ、そしてスタック・ホルダを通過する周期的な運動を実行するように適応しており、前記スタッキング部材が、前記第二のタイプの要素のホルダを通過して、前記第一のタイプの要素を搬送するように適応していることを特徴とする、請求項１４から１８のいずれかに記載のデバイス。
20. 前記スタッキング部材が、６つのグリッピング位置を備えた回転可能な要素からなることを特徴とする、請求項１９に記載のデバイス。
21. 前記スタック・ホルダが、実質的に水平方向へ移動可能な、少なくとも一つの側壁を備え、前記側壁が、要素が配置されるときに前記スタックの中心から離れた位置を取り、要素が配置された後に、前記スタックの中心に近い位置を取るように適応していることを特徴とする、請求項２０に記載のデバイス。

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