JP2012202560A - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換器の熱交換性能を良好に維持しつつ、製造コストを引き下げる。
【解決手段】
直管部及び曲管部を連続させて蛇行状に形成された冷媒チューブ２を、相互に間隔を置いて配置された複数のプレートフィンに形成された長孔３Ａに貫通させて取り付ける熱交換器の製造方法において、長孔３Ａ両端の円孔部３ａの外周縁部に、周方向に沿って放射状に複数のスリット３ｃを列設し、冷媒チューブ２の曲管部を長孔３Ａに貫通させる際に、冷媒チューブ２の外壁によってスリット３ｃ間の帯状部３ｄを押し広げてスリット３ｃの根元部で屈曲させ、該屈曲した帯状部３ｄを冷媒チューブ２外壁面に圧接させて固定する構成とした。
【選択図】図７

Description

本発明は、自動販売機、ショーケースなどの冷凍サイクルの熱交換器（蒸発器や凝縮器）に使用される熱交換器及びその製造方法に関する。
冷媒漏れ防止用として、特許文献１には、冷媒通路を１本の連続した冷媒チューブ（シームレスチューブ）で構成した接合部を有しない熱交換器が開示されている。
この種の熱交換器では、直管部及び曲管部を連続させて蛇行状に形成された冷媒チューブを、相互に間隔を置いて配置された複数のプレートフィンに形成された長孔に貫通させて取り付けている。
また、長孔両端部の周縁部にバーリング加工を施し、バーリング部を冷媒チューブ外壁に密着させることにより、熱交換効率の向上を図っている。
特開２００９−１３８９９２号公報
しかしながら、上記のバーリング加工は、高価な型を用いる必要があるため製造コストが高くなる。
また、バーリング部が硬くなって、冷媒チューブを貫通させる際の抵抗が大きくなり、その結果、冷媒チューブが変形する等、歩留まりが悪化してさらに製造コストが高くなる等の問題を生じていた。
このため、本発明に係る熱交換器は、
直管部及び曲管部を連続させて蛇行状に形成された冷媒チューブと、該冷媒チューブが貫通する長孔を複数有し、相互に間隔を置いて配置された複数のプレートフィンと、を含んで構成される熱交換器であって、
前記プレートフィンの前記長孔両端部の外周縁部に、周方向に沿って放射状に複数のスリットが列設され、前記周方向に沿って屈曲変形された該スリット間の帯状部が、冷媒チューブ外壁面に圧接して固定された構造を有していることを特徴とする。
また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、
直管部及び曲管部を連続させて蛇行状に形成された冷媒チューブと、該冷媒チューブが貫通する長孔を複数有し、相互に間隔を置いて配置された複数のプレートフィンと、を含んで構成される熱交換器の製造方法であって、
前記プレートフィンの前記長孔両端部の外周縁部に、周方向に沿って放射状に複数のスリットを列設し、
前記冷媒チューブを前記長孔に貫通させる際に、前記冷媒チューブの外壁によって前記スリット間の帯状部を押し広げて前記周方向に沿って屈曲させ、該屈曲した帯状部を冷媒チューブ外壁面に圧接させて固定する構成としたことを特徴とする。
このようにすれば、冷媒チューブをプレートフィンの長孔に貫通させる際に、スリット間に形成される帯状部が、冷媒チューブの外壁によって押し広げられることにより容易に屈曲し、該屈曲した帯状部が冷媒チューブ外壁面に圧接して固定される。
これにより、冷媒チューブとプレートフィンとの間で熱伝達効率が向上し、熱交換効率を良好に維持できる。
また、バーリング加工が不要となりバーリング加工用の高価な型が不要となると共に、冷媒チューブが長孔を貫通する時の抵抗が小さいため、冷媒チューブの変形等による歩留まりの悪化が抑制され、製造コストを引き下げることができる。
自動販売機、ショーケースなどの冷凍サイクルの熱交換器に適用される熱交換器を示す斜視図である。 同上熱交換器の冷媒チューブを示す正面図である。 同上熱交換器のプレートフィンを示す図である。 同上熱交換器の一方の端板を示す図である。 同上熱交換器の他方の端板を示す図である。 同上冷媒チューブの曲管部を図２のＡ方向から視た図である。 同上プレートフィンに形成される長孔の拡大図である。 同上の冷媒チューブをプレートフィンの長孔に挿入するときの工程を示す図である。 図８（Ｃ）のＸ部をＢ方向から見た状態を拡大して示した図である。 プレートフィンに形成される長孔の別の形態を示す図である。
図１は、自動販売機、ショーケースなどの冷凍サイクルの熱交換器に適用される熱交換器の斜視図を示す。
図１において、熱交換器１は、図２に示すように直管部２Ａ及び曲管部２Ｂが連続し、かつ縦横に複数ずつ列をなして蛇行状に屈曲加工された冷媒チューブ２と、図３に示すように該冷媒チューブ２が貫通する長孔３Ａを複数有し、相互に間隔を置いて配置された複数のプレートフィン３と、を含んで構成される。
前記複数のプレートフィン３を挟んで、両側端には、冷媒チューブ２の曲管部２Ｂを、長孔４ａ，５ａを貫通させて外側に突出させた状態で支持する端板４，５が配設されている（図４，図５参照）。なお、一方の端板４（または端板５）には、蛇行状の冷媒チューブ２の両端部が端板４の円孔４ｂを貫通して突出して支持され、該冷媒チューブ２の両端部は、冷媒サイクルを構成する外部の冷媒チューブ（図示せず）に接続される。
冷媒チューブ２には、一般に熱伝導率の大きい材料として例えば、銅、アルミ材等が用いられ、プレートフィン３には軽量で熱伝導率の大きい材料として例えば、アルミ材等が用いられる。端板４、５には、強度確保のため、例えば鋼材等が用いられる。
ここで、端板４，５の長孔４ａ，５ａ及び円孔４ｂは、図４、図５に示すように、冷媒チューブ２の貫通時の摩擦抵抗を低減できるように、冷媒チューブ２の曲管部２Ｂを貫通方向からみた投影外郭線より若干大きめに形成させてある。
一方、プレートフィン３の長孔３Ａは、図７に拡大して示すように、以下のように形成されている。冷媒チューブ２貫通前の状態で、長孔３Ａは、両端の円孔部３ａと、これら円孔部３ａ相互を連繋する連繋孔部３ｂと、を有している。
円孔部３ａは、冷媒チューブ２の直管部２Ａの直径より小さい直径を有した円形状に形成されている。
連繋孔部３ｂは、円孔部３ａの直径より幅が狭く、かつ、中央部で最も幅が狭くなるように輪郭線を湾曲させて形成されている。
両端の円孔部３ａの外側周縁部には、周方向に沿って放射状に複数のスリット３ｃが形成されている。これら複数のスリット３ｃの最深部を結ぶ円の直径は、円孔部３ａを貫通する冷媒チューブ２部分（直管部２Ａ）の直径より少し大きく形成されている。
次に、上記熱交換器１の製造方法について説明する。
冷媒チューブ２は、ストレートなパイプを縦横に複数列をなすように蛇行状に曲げ加工して形成される。また、図６に示すように、曲管部２Ｂは、熱交換器１の組立前において、後述するように、長孔３Ａの連繋孔部２ｃを貫通しやすくするため、該連繋孔部２ｃの長手方向と平行に若干偏平に加工されて幅が狭く形成される。
複数枚のプレートフィン３を、治具を挟んで相互に所定の間隔をあけて設置し、該設置された複数枚のプレートフィン３に対し、上記蛇行状の冷媒チューブ２を、その曲管部２Ｂからプレートフィン３の長孔３Ａに挿入する。
ここで、まず、曲管部２Ｂの先端部が長孔３Ａの連繋孔部３ｂを貫通する。この際、曲管部２Ｂは、連繋孔部３ｂを外側に押し拡げて変形させるが、上記のように曲管部２Ｂは連繋孔部３ｂの長手方向と平行に偏平な幅狭に加工されているので、変形量を少なくすることができる。
これにより、曲管部２Ｂの連繋孔部３ｂ貫通時に、連繋孔部３ｂ変形による抵抗を小さくしつつ、連繋孔部３ｂの開口面積をできるだけ小さくしてプレートフィン３の表面積を大きくすることができ、熱交換効率を向上できる。
また、特許文献１の図８のように、連繋孔部を両端の円孔より幅狭の矩形状とした場合は、曲管部の連繋孔部貫通時に、連繋孔部の両側縁部が細長い矩形状に起こされ、それらの両端部に形成される角部によって、プレートフィン間を流通する空気流が乱流を生じやすくなる。これにより、プレートフィンの放熱性能（凝縮器の場合）または吸熱性能（蒸発器の場合）が変動しやすく、安定した熱交換性能が得られにくい。
これに対し、本実施形態では、連繋孔部３ｂが中央部で凸の円弧状の輪郭を有しているため、曲管部の連繋孔部貫通時に該円弧状の凸部が起こされ、角部を有しない。このため、プレートフィン間を流通する空気流に乱流が生じにくくなり、プレートフィンの放熱性能または吸熱性能を一定に保つことができ、安定した熱交換性能を確保できる。
なお、連繋孔部の形状を、曲管部２Ｂの偏平な幅と同一、若しくはやや大きい幅を有する矩形状として、曲管部２Ｂ貫通時の摩擦抵抗を無くすか、できるだけ小さくすることもできる。
曲管部２Ｂの両端部から直管部２Ａに移行する部分が長孔３Ａの円孔部３ａを貫通する際には、直管部２Ａの直径は、円孔部３ａの直径より大きく、また、多数のスリット３ｃの最深部相互を結ぶ円の直径より小さく形成されているので、図８（Ａ）〜（Ｃ）及び図９に示すように、プレートフィン３のスリット３ｃ間の各帯状部３ｄが冷媒チューブ２の挿入先側に押し曲げられつつ、冷媒チューブ２の外壁面に圧接して固定される。
このようにして、蛇行状の冷媒チューブ２を、全てのプレートフィン３の長孔３Ａを貫通させて、曲管部２Ｂが両端のプレートフィン３から突出させた状態で取り付ける。
次いで、両端のプレートフィン３の外側に、それぞれ端板４，５を、これらに形成された長孔４ａ，５ａ及び円孔４ｂに冷媒チューブ２を貫通させて、取り付ける。なお、両側の端板４，５とプレートフィン３との間に、治具を挟んで、所定の間隔を設けてよいが、端板４，５とプレートフィン３とを接合して取り付けてもよい。
また、一方の端板４に形成された一対の円孔４ｂには、蛇行状の冷媒チューブ２の両端部が貫通する。
次いで、上記プレートフィン３への取付後の冷媒チューブ２内に、高圧に加圧された水または油等の液体を注入する。これにより、液圧によって冷媒チューブ２が拡開され、プレートフィン３の各帯状部３ｄが、より大きく変形して冷媒チューブ２の外壁面との接触面積を増大させつつ、より強い力で圧接する。
これにより、冷媒チューブ２−プレートフィン３間の熱伝達率が高められる。
また、曲管部２Ｂの偏平に加工された部分が、液圧によって、元の円形断面、またはこれに近い形状に戻され、冷媒の流通抵抗を良好に維持できる。
さらに、前記液圧による冷媒チューブ２の拡開により、冷媒チューブ２が端板４，５の長孔４ａ，５ａ及び円孔４ｂに、より強く圧接して強固に取り付けられる。
最後に、プレートフィン相互間、プレートフィンと端板間との間隔設定用の治具を取り除き、熱交換器１の製造を完了する。
かかる構成とすれば、プレートフィン３の長孔３Ａ外周縁部に形成されて屈曲される帯状部３ｄが、冷媒チューブ２外壁に圧接して密着するので、冷媒チューブ２−プレートフィン３間の熱伝達率が高められ、熱交換効率、ひいては、本熱交換器を用いた冷凍サイクルの熱効率を良好に維持できる。
また、プレートフィンの長孔周縁部に冷媒チューブ外壁と接触させるためのバーリング加工を施すことが不要となり、バーリング加工用の高価な型が不要となる。
また、バーリング加工したときには、硬くなったバーリング部を貫通する際の変形による歩留まりの低下を生じるが、本実施形態では、冷媒チューブの長孔への挿入時に、スリットにより形成される帯状部が容易に変形するため、高い歩留まりを維持できる。
このように、熱交換器の高い性能を確保しつつ、製造コストを大幅に引き下げることができる。
なお、本実施形態では、冷媒チューブ２を複数枚のプレートフィン３に貫通させた後で、端板４，５を両側から冷媒チューブ２に貫通して取り付ける構成のものを示したが、複数枚のプレートフィン３と端板４，５とに同時に冷媒チューブ２に貫通して取り付ける構成としてもよい。この場合、２つの端板は、共に、図５に示したように長孔を配設した形状となる。
また、冷媒チューブとプレートフィンのみで熱交換器の強度が確保される場合には、端板を省略することもできる。
さらに、図１０に示すように、長孔３Ａの連繋孔部３ｂの外縁部にもスリット３ｅを設けてもよく、曲管部２Ｂの貫通時に、スリット３ｅ間の帯状部３ｆが容易に変形して、変形時の抵抗をより小さくすることができる。
１…熱交換器
２…冷媒チューブ
３…プレートフィン
３Ａ…長孔
３ａ…円孔部
３ｂ…連繋孔部
３ｃ…スリット
３ｄ…帯状部
４…端板
４ａ…長孔
４ｂ…円孔
５…端板
５ａ…長孔

Claims (5)

  1. 直管部及び曲管部を連続させて蛇行状に形成された冷媒チューブと、該冷媒チューブが貫通する長孔を複数有し、相互に間隔を置いて配置された複数のプレートフィンと、を含んで構成される熱交換器であって、
    前記プレートフィンの前記長孔両端部の外周縁部に、周方向に沿って放射状に複数のスリットが列設され、前記周方向に沿って屈曲変形された該スリット間の帯状部が、冷媒チューブ外壁面に圧接して固定された構造を有していることを特徴とする熱交換器。
  2. 前記プレートフィンの長孔は、両端が円形状の円孔部と、これら円孔部相互を連繋する連繋部とを備え、前記円孔部の外周縁部に前記スリットが形成されている請求項１に記載の熱交換器。
  3. 前記長孔の連繋部は、前記円孔部の直径より狭い幅を有して形成されている請求項２に記載の熱交換器。
  4. 直管部及び曲管部を連続させて蛇行状に形成された冷媒チューブと、該冷媒チューブが貫通する長孔を複数有し、相互に間隔を置いて配置された複数のプレートフィンと、を含んで構成される熱交換器の製造方法であって、
    前記プレートフィンの前記長孔両端部の外周縁部に、周方向に沿って放射状に複数のスリットを列設し、
    前記冷媒チューブを前記長孔に貫通させる際に、前記冷媒チューブの外壁によって前記スリット間の帯状部を押し広げて前記周方向に沿って屈曲させ、該屈曲した帯状部を冷媒チューブ外壁面に圧接させて固定する構成としたことを特徴とする熱交換器の製造方法。
  5. 前記冷媒チューブを前記複数枚のプレートフィンを貫通して取り付けた後、前記冷媒チューブ内に、高圧に加圧された液体を注入し、液圧によって冷媒チューブを拡開して前記プレートフィンの帯状部をさらに変形させつつ冷媒チューブ外壁との接触面積を増大させる請求項４に記載の熱交換器の製造方法。
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