JP2011027364A

JP2011027364A - 連結式耐圧熱交換器とその製造方法

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Publication number: JP2011027364A
Application number: JP2009175645A
Authority: JP
Inventors: Akira Tane; 彰種子; Ifumi Horie; 堀江威史
Original assignee: Kamakura Seisakusho KK
Current assignee: Kamakura Seisakusho KK
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: JP5540409B2

Abstract

【課題】従来の連結式熱交換器では、深絞りが必要で且つベローズパイプ部が薄肉となる為に耐圧化が難しいという欠点を有していた。更に、熱交換器なので立体的にパイプ流路が密集しアーク溶接も困難であり、ロウ付けしか手段が無かった。
【解決手段】アルミ板(フィン)Ａに、流路に沿ってU字管Ｈの孔間隔でテーパー絞りを交互の向きにプレスしながら、且つ熱交換器のフィン外形を同時にプレスで打ち抜き、テーパー絞りにした銅パイプＢを、フィン体Ａと交互に互層に組み立てて、端部に雌雄テーパーU字管Ｈで折り返す事により、流体ベローズパイプ部Ｃを銅管で製造し、フィン部ＡをベローズパイプＣに組み込む事で剛性強度を確保し、ロウ付けや共晶接合(共晶温度加熱)により製造する連結式耐圧熱交換器の構造と製造方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、連結式熱交換器の耐圧性を向上させ、且つ製造方法を簡素化させ、しかも機密性まで向上させた熱交換器の構造と製造方法に関している。

本発明は、連結式熱交換器実用新案登録１１９９８５６の発展し、改良したものである。

発明者は、住所は変更となっているが同一人であり、前記考案の問題点の改良に励んでおり、更に今回の発明となった。

本発明は、プレートフィン型熱交換器を簡単に制作し製造コストを下げ、更に性能の向上(耐圧と機密性、長寿命)を目的としている。

前記考案も本発明も、プレートフィン型熱交換器に比較すると、流路がベローズ管になっており乱流発生により、約1.5〜2.0倍の熱伝達効率が得られている。

プレートフィン型熱交換器の問題点は、アルミにプレスで孔を多数開け、同じ位置に開く事を利用してU字銅パイプを片側から順に差し込み製造しており、専用U字パイプ差し込み機が必要な他に、アルミと銅との接合にロウ付けが必要であり、介在物による熱伝達の効率ロスが避けられなかった。

その熱伝達による効率ロスの問題は、連結式熱交換器実用新案登録１１９９８５６のフィン材をパイプに変形させることで、完全に解消された。

しかし、前記考案の問題点は、資源節約や軽量化の為にフィンの厚さは0.1〜0.5mmと薄い方が良く、流体を通すパイプは蒸気や水など約５気圧以上となる場合が多いので、プレスでテーパー状パイプを形成した場合にパイプ部が薄肉となり、更にプレス位置だけ厚肉化しても深絞りの為に製造が困難で、漏洩もし易かった。

アルミだけでパイプ部を製造すると、接続は真空ブレージング等のロウ付けを要求(薄肉であり更に酸化被膜が有り、TIG溶接も困難なので)されて費用が掛るが、ロウ付けではパイプ部の肉厚不足は補えなかった。

薄肉銅パイプを挿入し、拡管して強度を増せば耐圧性は改善できるが、アルミと銅との熱伝達の問題で効率が悪くなるし、追加ブレージングも避けられない。

実用新案登録１１９９８５６

従来の製造方法では、差し込み機を使用しパイプの端から順に差し込んで一定の間隔で停止させ、次のフィンを差し込むという手順が必要で、長いパイプの熱交換器では装置スペースが無駄であり、時間も掛かり高コストの原因であった。

本発明は、前記連結式熱交換器実用新案登録１１９９８５６の問題点として、ベローズ流路の耐圧が低く、且つパイプ部の深絞りも困難で、更にアルミ酸化被膜によりロウ付けが難しく合不良等で漏洩し易い点、等を全て改良している。

耐圧の問題点は、テーパーパイプが薄い事に起因しており、プレート部は薄い程軽くできて材料が節約できるし、深絞りすれば更に薄くなるという矛盾があった。

そこで、本発明ではプレスで成形した隣接するテーパー状パイプ部をフィン両面に交互に突出させた複数のフィン間に、テーパースペーサＣを各一個挿入することにより、フィンＡの間隔を一定とし且つパイプ部の厚さを増大して、真空ブレージング融着することで、耐圧を上げる事ができる。

プレスにより、アルミテーパー状パイプ部になる部分の表面を厚めに銅メッキしておき、銅パイプをプレスでテーパー状にし、それにアルミを蒸着させたものCを挟むことにより、アルミと銅の互層となる。

この状態で、連結式耐圧熱交換器を端のU字管まで組み立てて、垂直にして重しを用いて、Ｕ字管の両側から均一に加圧しながら、真空中または不活性ガスの気流中で銅とアルミの共晶温度付近(アルミ融点より約 100℃以上低い)まで加熱する事により、融着させて機密性と耐圧性を併せ持つ熱交換器が製造可能となった。

アルミに銅メッキを施しておくと酸化不動態が無いことと、更にイオンプレーティングや真空蒸着などで銅とアルミの互層を厚めに作製することにより、銅の融点1083.4℃とアルミの融点660.4℃より低い共晶温度548℃付近に真空保持し、加圧振動すると接合が進み、熱処理により共晶接合は更に強固になる。

雄と雌の孔位置は、Ｕ字管の孔間隔で良いので、任意のフィン形状（例えば、二列全周(図4に示す)、螺旋形配列等）の連結式耐圧熱交換器が可能となった。

Ｕ字管を数種類の間隔の物を用意したとしても各一種類で良く、組立作業と材料手配や在庫管理でも、両側でも部品点数が一種共役なので、コストダウンに役立つ。

アルミフィンパイプと銅パイプが共晶接合になり熱伝導が良好なので、且つ、ペローズ管内の乱流熱伝達となる為、液体又は気体の熱伝達率も向上している。

更には、ロウ付けという高価な銀入りペーストや溶接材料が不要なり、共晶なので銅とアルミの各融点より低い温度で接合可能であり、形状の変形が少なくて済む。

従来のプレートフィン製造では、銅パイプ差し込み機など高価で他に転用できない機械が不要となり作業も減る為に、大幅なコストダウンとなる。

パイプ長手の方向は、積層枚数が自由であり、設計変更や製造変更も容易である。

この発明は、前記実用新案連結式熱交換器実用新案登録１１９９８５６の利点を全て網羅しているだけでなく、以下の欠点も解消して居り画期的な発明である。

利点（旧案でも12点）を以下にヶ条書きに示し、本案の追加利点(3点)を更に示す。

１．蛇行状流路で、曲管をＦとＧから、Ｈ一種類だけにして、型代とか予備在庫を半減させて、コストを下げる事ができる。

２．蛇行状流路で、プレス方向が一方向の物に比して交互プレス（本発明）では、通水抵抗が低い。

３．フィンの数を増して、自由な長さの熱交換器を作れる。

４．熱効率が向上する。イ）乱流の為。ロ）パイプとフィンが同一連続な為。

５．ベローズ管にフィンをつけた事になる。

６．放熱板（フィン）間隔が一定にできる。

７．ロウ付け・共晶接合により、フィンがぐらつかない。

８．プレスで成形でき、大量生産、自動化により、安価に制作できる。

９．材料が節約できる。

１０．パイプの形状を自由にでき、配置もＵ字管の孔間隔で自由。

１１．組付けて共晶接合すると、構造の剛性は大となる。

１２．銅パイプ差し込み機等、高価で他に転用できない機械が不要となる。

本案での追加の利点

１３．液体流路が全て銅製となり、パイプの耐圧を上げる事ができた。

１４．銅とアルミの共晶接合により異材が無く、熱伝動率の低下が防止できた。

１５．プレス後の組立品の接合では、この重力加圧型の共晶接合が形状を変形せずに精密接合が可能な、最適接合方法である。

テーパースペーサＣは、主に銅管を切断してプレスでテーパー状に加工したもので、主にフィン間隔を一定とし、且つベローズ流路の耐圧性と剛性を確保している。

その為に以前の考案に比較すると、深絞り率を高くしなくてもフィンとフィン間隔を充分に確保でき、且つフィン板厚さも薄く設定でき、テーパー管の厚さはフィン厚さと独立に設定可能であり、フィンの材質（主にアルミ）とは独立にパイプ部は銅にできるため、強度と剛性を確保できた。

フィン用のアルミ板は、表面が酸化すると溶接やろう付が困難となる為に、真空中でイオンプレーティングや蒸着、メッキ等で銅の被覆を付けてからプレス加工する。

プレスしたフィンＡとテーパースペーサＣを重ね合わせて、両端を繋ぐ一種類のＵ字パイプＨと、入口と出口のパイプを取り付けて、上下から重力で加圧した状態で、酸化防止用の窒素ガスや不活性ガス等の電気炉内で、共晶温度に加熱成形する。

ロウ剤を挟んで通電または誘導加熱で接合すると、更に低温でも製造可能である。

本発明は、この様に耐圧が向上した為、冷媒など高圧液体や気体を流す事が可能となり、熱交換器としての利用価値が増した。

本発明は、地下水を通水してファンで風を送れば冷房に利用可能であり、スチームを通してファンで風を送れば暖房に利用が可能であり、更にヒートポンプの熱交換器やチラー用熱交換器としても充分に利用可能である。

プレス孔間隔だけ一定にした流路順に交互に突き出させる。（図2に断面を示す。）

現状の壁掛けエアコン型の熱交換器では当たり前の、シロッコファンの周りをコの字状に取り巻く折曲げプレートフィン熱交換器(図3)も、本発明の連結式耐圧熱交換器でフィンからテーパーパイプ部をプレスする時に、シロッコファンの入る部分と外形を一度に成形加工し、所定厚さ分だけ銅テーパースペーサＣを挟んで積層することで、曲げ工程や保持装置も不要となり、製造工程が単純化される。（図4に示す。）

この様に、銅パイプをフィンに片側から差し込む必要がなく、位置もプレスの型を設計する時に決定できるので、差し込み機が不要となり、サイズや形状の設計変更も簡単にできるメリットがある。

従来の連結式熱交換器実用新案登録１１９９８５６の実施例。本発明の蛇行流路に沿った断面図と一部拡大図。（実施例１:ｃｆ．気体はフィンに沿う紙面に垂直方向）従来の曲げ熱交換器の側断面図(外装部は一部分断面として図示)。本発明の側断面図(一部外装部は断面として図示)。（実施例２）

Ａ：放熱板（プレートフィン）を示す。
Ｂ：テーパーパイプ部（旧:アルミ深絞り／新:アルミプレス交互絞り）を示す。
Ｃ：銅テーパースペーサ（銅管をプレスでテーパーとする）を表す。
Ｄ：雌孔端（フランジ孔用）部分を示す。
Ｅ：雄孔端（Bのテーパーパイプ／Ｃのテーパースペーサ）内端部分を示す。
Ｆ：両端に雄孔をもつＵ字連結管（旧実用新案で図示）今回図示せず。
Ｇ：両端に雌孔をもつＵ字連結管（旧実用新案で図示）。
Ｈ：雌雄両種の孔をもつＵ字連結管を表す。
Ｉ：外部匡体断面(材質プラスチック等)
Ｘ：流体の流れの方向を示す。
Ｙ：クロスフォローファン

Claims

隣接するテーパー状パイプ部をフィン両面に交互に突出させ、そのフィンを多数積層し、雌雄両方の端部をもつU字連結管を用いて積層端部に接続して蛇行状流路を作ることを特徴とする熱交換器の各テーパー状パイプ部間に、テーパースペーサＣを各一個以上挿入して蛇行状流路の内圧補強材とする連結式熱交換器。
隣接するテーパー状パイプ部をアルミフィン両面に交互に突出させ、そのフィンを多数積層し、雌雄両方の端部をもつU字連結管を用いて積層端部に接続して蛇行状流路を作ることを特徴とする熱交換器の各テーパーパイプ部の両面に銅メッキを施し、フィン間に銅製テーパースペーサＣを各一個挿入し共晶接合する連結式熱交換器。