JP2010169344A

JP2010169344A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2010169344A
Application number: JP2009013755A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Tano; 泰弘田野
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-08-05

Abstract

【課題】
生産性や表面処理の性能を低下させることなく、多層のフィンと伝熱管との間の伝熱性を向上できるようにした熱交換器を提供する。
【解決手段】
互いに平行に配置した多層のフィン２と、同フィン２に備えた挿通孔３を挿通する伝熱管４とを有し、同伝熱管４を拡管することにより前記フィン２を固定した熱交換器１において、前記フィン２に備えた挿通孔３の内周部に伝熱性を有する充填剤５を充填したのち、前記挿通孔３に挿通した前記伝熱管４を拡管し、前記伝熱管４と前記フィン２との間に前記充填剤５を固化または硬化させてなる伝熱層５を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に係わり、より詳細には、平行に並べられ挿通孔を備えた多層のフィンと、このフィンに備えた挿通孔に挿通し拡管した伝熱管との間の伝熱性能を向上できるようにした構造に関する。

従来の熱交換器には、クロスフィン型のものであって、フィンと伝熱管との間に形成される隙間の影響を少なくすることにより、フィンと伝熱管との間の伝熱性能を向上させたものがある。

すなわち、図２に示す熱交換器１のように、互いに平行に配置した多層（複数）のアルミニウムまたはアルミニウム合金製フィン２と、これらのフィン２に設けられた孔（図示せず）と、この孔の周縁部に立設したカラー部３ｂとからなる挿通孔３を挿通する銅または銅合金製伝熱管４とを有し、伝熱管４を拡管することにより、伝熱管４にフィン２を固定するようにしている。

フィン２と伝熱管４との間の伝熱性能を高めるには、フィン２に備えた挿通孔３に伝熱管４を隙間なく密着させることにより、伝熱管４に多層のフィン２を強固に固定することが重要である。

そのため、拡管した伝熱管４に多層のフィン２を固定するようになっており、伝熱管４を拡管する拡管率が高いほど、伝熱管４と多層のフィン２に備えた挿通孔３との密着性が良好になることが知られている。

但し、拡管率を大きくすると、伝熱管４の内面溝４ａの形状が変形することになって伝熱性能が低下する要因になってしまう恐れがある。

また、多層のフィン２のカラー部３ｂには夫々に曲げＲが付けられており、このカラー部３ｂに形成される曲げＲ部と伝熱管４との間に隙間ができることで、該箇所における伝熱性能が低下してしまう要因になる。

このため、伝熱管４とフィン２との間の伝熱性能を向上させるため、伝熱管４とフィン２との間に伝熱層（樹脂層または有機無機ハイブリッドセラミックス層）５を存在させる対策が講じられている（例えば、特開２００４ー１２５２３５号公報）。

しかしながら、この場合、伝熱層５をなす充填剤が外周部に塗布された伝熱管４を、フィン２に設けられた孔（図示せず）に挿通したのちに拡管するようにしているため、カラー部３ｂに形成される曲げＲ部と伝熱管４との間の隙間に充填剤を埋め尽くすことができず、図２に示すａ部のような隙間が残ってしまうことになって、該箇所の伝熱性能が低下する恐れがあった。

また、伝熱管４とフィン２との間に存在する伝熱層５は、固化または硬化する際、少なくとも１００℃で３０分間の硬化工程が必要となることから、多層のフィン２に備えた挿通孔３に銅または銅合金製伝熱管４を挿通する工程や、挿通した銅または銅合金製伝熱管４を拡管する工程などに加えて、硬化工程が増えることになるため生産性が低下するという問題点があった。

また、少なくとも１００℃で３０分間の硬化工程が必要となることから、フィン２に親水性の付与や防食目的に施されている表面処理（有機皮膜、有機無機皮膜）が熱によって劣化し、本来の性能を維持できなくなってしまうという問題点を有していた。

特開２００４−１２５２３５号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、生産性や表面処理の性能を低下させることなく、多層のフィンと伝熱管との間の伝熱性能を向上できるようにした熱交換器を提供することを目的とする。

上述した目的を達成できるように構成するため、本発明は以下に示す特徴を備えている。

互いに平行に配置した多層のフィンと、同フィンに備えた挿通孔を挿通する伝熱管とを有し、同伝熱管を拡管することにより前記フィンを固定した熱交換器において、
前記フィンに備えた挿通孔の内周部に伝熱性を有する充填剤を充填したのち、前記挿通孔に挿通した前記伝熱管を拡管し、前記伝熱管と前記フィンとの間に、前記充填剤を固化または硬化させた伝熱層を形成したことを特徴としている。

また、前記伝熱層は、前記充填剤が自然乾燥により固化または硬化してなることを特徴としている。

また、前記充填剤が、シリコーン樹脂からなることを特徴としている。

本発明によれば、生産性や表面処理の性能を低下させることなく、多層のフィンと伝熱管との間の伝熱性を向上できるようにした熱交換器を提供できる。

本発明による熱交換器の実施例を示す要部説明図で、（Ａ）は多層のフィンに備えた挿通孔の内周部に充填されて伝熱管との間に固化または硬化した伝熱層を示す断面図、（Ｂ）は多層のフィンに備えた挿通孔の内周部に伝熱性を有する充填剤が充填される状態を示す断面図である。従来の熱交換器の実施例を示す要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

本発明による熱交換器は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す熱交換器１のように、等間隔で平行に並べられた多層（複数）のフィン２と、この多層のフィン２に備えた挿通孔３に挿通された伝熱管４とで構成されている。

多層のフィン２は、伝熱管４に対応して穿設された孔３ａと、この孔３ａの周縁部に立設されたカラー部（フレア加工部）３ｂとを備えてなり、このカラー部３ｂを連ねることで長く延びるように構成された挿通孔３を備えている。

そして、フィン２と伝熱管４との間の伝熱性能を高めるため、伝熱管４の拡管率を小さく抑えて内面溝４ａが変形しないようにするとともに、フィン２に備えた挿通孔３に拡管した伝熱管４を密着させ、かつ、挿通孔３と伝熱管４との隙間を埋め尽くすように伝熱層５を形成して、伝熱管４に多層のフィン２を強固に固定できるように構成している。

なお、伝熱層５は、伝熱管４が拡管することで密着する挿通孔３の内周面に限らず、カラー部３ｂに形成された曲げＲによって凹んでいる箇所を含む挿通孔３の内周部を埋めるように形成されるので、伝熱管４と挿通孔３との間に伝熱層５が形成されるという表現ではなく、以下、伝熱管４と挿通孔３の内周部との間に伝熱層５が形成されるという表現で説明する。

すなわち、多層のフィン２に備えた挿通孔３の内周部に対し、この挿通孔３の内周面とともにカラー部３ｂに形成された曲げＲ部を埋め尽くすように、伝熱性を有し粘性をする充填剤５を多めに充填し、挿通孔３に挿通した伝熱管４を拡管したのち、挿通孔３の内周部と伝熱管４との間に、充填された充填剤５を自然乾燥により固化または硬化した伝熱層５として形成するようにしている。

その際、多層のフィン２に備えた挿通孔３の内周部に充填された充填剤５は、挿通孔３に挿通した伝熱管４を拡管することによって、挿通孔３の内周部と伝熱管４との間を隙間なく埋めてしまったのち、自然乾燥により固化または硬化した伝熱層５として構成することになって、多層のフィン２に備えた挿通孔３の内周部と、伝熱管４との間の伝熱性能を高めることができるようになる。

また、多層のフィン２に備えた挿通孔３の内周部に充填した充填剤５は、挿通孔３に挿通した伝熱管４を拡管したのち、自然乾燥により固化または硬化した伝熱層５として挿通孔３の内周部と伝熱管４との間に存在することになる構成であることから、背景技術で説明したように、充填剤５を固化または硬化させる際、少なくとも１００℃で３０分間もの硬化工程が必要になって生産性が低下してしまうということがない。

また、フィン２に親水性の付与や防食目的に施されている表面処理（有機皮膜、有機無機皮膜）が熱により劣化するということがなく、本来の性能を維持できなくなってしまうといった問題が生じる恐れはない。

なお、例えば、本発明による熱交換器１が図示しない空気調和機に使用される場合であって、空気調和機としての使用温度の上限が約７０℃である場合、多層のフィン２に親水性の付与や防食目的に施されている表面処理（有機皮膜、有機無機皮膜）は、７０℃以下の熱では劣化しないようになっていることから、充填剤５を７０℃以下の温度で加熱することによって、伝熱層５として固化または硬化させるための硬化工程の短縮を図るようにしてもよい。

次に、多層のフィン２に備えた挿通孔３の内周部に充填剤５を充填する作業について、充填作業の状態を模式図として示す図１（Ｂ）に基づいて説明する。

多層のフィン２に備えた挿通孔３は、伝熱管４に対応して穿設された孔３ａの周縁部に立設されたカラー部３ｂが連なることによって長く延びる構成になっており、この長く延びる挿通孔３に伝熱管４が挿通する。

伝熱管４は、挿通孔３に挿通したのちに拡管することにより、挿通孔３の内周面に密着して多層のフィン２を固定するようになっており、その際、伝熱管４が挿通孔３の内周部に隙間なく接触するように構成することで、該箇所の固定強度を向上できるとともに、該箇所における伝熱性能を向上できるようになる。

ところで、挿通孔３の内周部は、カラー部３ｂの曲げＲ部による凹凸を有した円筒形状に形成されており、この凹凸を有した挿通孔３に挿通した伝熱管４を拡管した場合には、挿通孔３の内周部と伝熱管４との間に隙間が残ってしまうことになる。

そこで、本発明においては、伝熱管４を拡管により挿通孔３の内周面に密着させた際、伝熱管４と凹凸を有する挿通孔３の内周部との間に、該箇所を隙間なく埋めてなる伝熱層５を形成するようにした構成にしている。

挿通孔３の内周部と、拡管した伝熱管４との間を隙間なく埋めるための伝熱層５を構成するため、まず、凹凸を有する挿通孔３の内周部に対し、図１（Ｂ）に示すように、挿通孔３の長さ方向に沿って、矢印のように移動する充填器具６によって充填剤５が充填されるようになっている。

充填器具６は、挿通孔３の径よりも小さい管状の器具からなり、管の中には伝熱性および粘性を有する充填剤５が封入されていて、圧力を加えることで、先端部に設けられた流出口６ａから充填剤５が押し出される構造になっている。

充填器具６の流出口６ａ近傍には、凹凸を有する挿通孔３の内周部に向けて充填剤５を押し出して充填し、とくに、凹んでいる箇所には充填剤５を押し込むようにして充填するための弾性を有する円形状の押込部材６ｂが設けられている。

これにより、カラー部３ｂの曲げＲ部による凹凸を有した挿通孔３の内周部に対し、押込部材６ｂにより充填剤５を充填して、とくに凹んでいる曲げＲ部には多めの充填剤５を充填したのち、伝熱管４を挿通孔３に挿通したのちに拡管することで、挿通孔３の内周部と伝熱管４との間の隙間を埋めるのに充分な充填剤５を充填できて、自然乾燥により、または、７０℃以下で加熱することにより、固化または硬化した伝熱層５を挿通孔３の内周部と伝熱管４との間に隙間なく形成できるようになる。

なお、充填器具６は、カラー部３ｂの曲げＲ部による凹凸を有した挿通孔３の内周部に対し、押込部材６ｂにより充填剤５を充填し、とくに凹んでいる曲げＲ部には多めの充填剤５を充填する機能を有するものであればよいので、上述したような構成に限定されるものではない。

次に、充填器具６によって挿通孔３の内周部に充填される伝熱性および粘性を有する充填剤５について説明する。

充填剤５はシリコーン樹脂のうち、例えば、商品名「東レダウコーニング製ＳＥ９１８６、東レダウコーニング製ＳＥ４４８５Ｌあるいは東レダウコーニング製ＳＥ４４８５」等の中から、何れかを選択して使用すればよい。

また、充填剤５は、挿通孔３の内周部に充填された際、例えば、東レダウコーニング製ＳＥ９１８６の場合、粘度２５℃６３（Ｐａ・ｓ）程度の粘性を有しているため、簡単に流れ落ちることなく充填された状態を維持したままで、挿通孔３に伝熱管４を挿通することができるようになっている。

また、充填剤５は上述したシリコーン樹脂としたことで、自然乾燥により、または７０℃以下の加熱により伝熱層５として固化または硬化させた際、硬化後のシリコーン樹脂の耐熱温度は２００℃以上であるため、耐熱性に問題はない。

また、例えば、本発明による熱交換器１が図示しない空気調和機に使用されるような場合であって、空気調和機としての使用温度の上限が約７０℃である場合、多層のフィン２に親水性の付与や防食目的に施されている表面処理（有機皮膜、有機無機皮膜）は、７０℃以下の熱では劣化しないようになっている。

なお、充填剤５は、上述した商品名以外のものであっても、伝熱性と粘性を有し、多層のフィン２に親水性の付与や防食目的に施されている表面処理（有機皮膜、有機無機皮膜）に対して悪影響を与えることがなく、また、自然乾燥や７０℃以下の加熱によって固化または硬化するものを使用すればよい。

１熱交換器
２フィン
３挿通孔
３ａ孔
３ｂカラー部（フレア加工部）
４伝熱管
４ａ内面溝
５充填剤（伝熱層）
６充填器具
６ａ流出口
６ｂ押込部材

Claims

互いに平行に配置した多層のフィンと、同フィンに備えた挿通孔を挿通する伝熱管とを有し、同伝熱管を拡管することにより前記フィンを固定した熱交換器において、
前記フィンに備えた挿通孔の内周部に伝熱性を有する充填剤を充填したのち、前記挿通孔に挿通した前記伝熱管を拡管し、前記伝熱管と前記フィンとの間に、前記充填剤を固化または硬化させた伝熱層を形成したことを特徴とする熱交換器。
前記伝熱層は、前記充填剤が自然乾燥により固化または硬化してなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記充填剤が、シリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。