JP2015045473A - 熱交換器および熱交換器の製造方法並びに冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
熱交換器は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金等の薄板材から、矩形状(短冊状)のフィンを形成する工程と、形成されたフィンに、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅あるいは銅合金等の管材を接続する工程と、によって製造される。
フィンを形成する工程は、まず、長尺の薄板材をプレス機(リボン式フィンプレス機)によって、櫛状に複数のスリット(スリット幅はほとんどない)および複数のフィン孔を形成する。このとき、スリット同士の間隔がフィンの列方向の距離が短辺の「幅」に相当し(正確には、スリット幅分だけ狭くなる)、スリットの長さがフィンの段方向の距離(長辺の「長さ」)に相当している。また、複数のフィン孔の周囲には、熱交換器におけるフィンの平行配置間隔に相当する高さのフィンカラーが、フィンの一方の面に突出するように形成されている。
次に、吸着板に吸引されたままで短冊状に切り離されたフィンは、フィン平行配置用台車の上に平行配置される。すなわち、フィン平行配置用台車には1列(フィン1枚)につき、フィン長手方向に2本の平行配置ピンが、列ごとにそれぞれ垂直に立っているから、平行配置ピンとフィン孔との位相が一致した状態で、吸着板(サクションプレート)の吸着(吸引)を停止すれば、フィン孔に平行配置ピンが入り、突き刺している平行配置ピンによって平面方向の位置が拘束されながらフィンは真下へと落下する。
すなわち、フィンは、プレス機におけるスリットの形成、プレス機からの排出および薄板材からの切り離し、および前記真下への落下を繰り返すことによって、平行配置台車上に平行配置される。
すなわち、フィン平行配置台車に設けられた1列のフィンスタックを持ち上げる支持治具または複数列のフィンスタックを同時に持ち上げる支持治具(最下層のフィンに当接している)を、鉛直真上に移動することによって、フィンスタックを持ち上げ、平行配置ピンをフィン孔から抜き出す。
さらに、1列または同時に複数列持ち上げられたフィンスタックを、次工程である管材を接続する工程に送り、フィン孔に管材を挿入して、両者を接合(例えば、ロウ付け)する。
このとき、平行配置台車には複数枚のフィンが平行配置するため、平行配置されたフィンの各側面をそれぞれ押さえる「列方向押さえ板」および「段方向押さえ板」を設けることによって、平行配置ピンの倒れによって生じる平行配置ミス(落下するフィンのフィン孔に平行配置ピンが侵入しない)を未然に防止するフィンスタック装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
円管はアルミニウムまたは銅またはそれらの合金等の金属材料で、一般的には、円管外径(D)は4〜10mmである。
そのため、フィンは平行配置ピンによって位置決めされていても、フィン孔と平行配置ピンとの間には隙間があるため、フィンを平行配置する際やフィン取出位置に移動する際に、当該隙間(0.1〜0.3mm)分だけは、何れのフィンも列方向に偏位する(動く)おそれがある。そうすると、隣接する一対の平行配置フィンにおいて、一方のフィンが前記偏位をした場合や、それぞれが相違する方向に偏位した場合、両者のフィンが互いに重なり合う(かみ込む)という問題があった。
また、平行配置されたフィンの自重により、平行配置ピンが倒れて傾いた場合、フィン同士の重なり量(かみ込み量)がさらに増加する可能性があるという問題があった。
さらに、隣接する一対のフィンが互いにかみ込んでいる場合、フィン取出位置において一方の列のフィンを真上へと取り出す際、これにかみ込んでいる取り出し前の他方の列のフィンを真上方向へ引っ張り、お互いのフィン形状が変形し、該フィン形状の変形によって、熱交換効率が低下し、熱交換器の品質が悪化するという問題があった。
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器を説明するものであって、(a)は全体を示す斜視図、(b)は一部を拡大して示す平面図、(c)は一部を拡大して示す側面視の断面図である。なお、図1は模式的に(一部を誇張して)描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。
図1において、熱交換器100は、フィンアンドチューブ式の熱交換器であって、一定間隔(通風自在な間隔を空けて)を空けて互いに平行配置された複数枚の平板状のフィン2からなるフィン平行配置単列体6と、フィン平行配置単列体6を貫通し、フィン平行配置単列体6に熱的に接続された伝熱管(以下「円管」と称す)9とを具備している。
フィン2は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材によって形成され、例えば、板厚(T)が0.09〜0.12mm、フィン幅(Wf)が10〜25mmである。そして、フィン2には、長手方向(段方向)で一枚当たり24個のフィン孔2aが等間隔(例えば、21mm)に形成されている。以下、フィン孔2aの間隔を「円管ピッチ(Pd)」と称す。また、フィン孔2aの周囲には、一方の面側に突出した円筒状のフィンカラー2bが形成されている。
また、フィン2の側縁(長い方の縁)には、複数(例えば、2個所)の切り残し部2eが形成されている。切り残し部2eは長手方向の幅Sが0.1〜0.5mm程度であるが、幅Sの大きさを限定するものではない。なお、切り残し部2eが形成される理由については別途、実施の形態2において詳細に説明する。
円管9は純アルミニウム若しくは純銅またはそれらの合金等の金属材料を用いて形成され、その外径(以下「円管外径(D)」と称す)は、例えば、4〜10mmである。円管9は、フィン孔2aを貫通した複数の円管直線部9aと、隣接する円管直線部9aの端部同士を連通する円管曲げ部9bとを具備し、フィン平行配置単列体6を縫うようにフィン孔2aに接合(例えば、ロウ付け)されている。
なお、本発明は円管9を断面真円の管に限定するものではなく、断面非真円の扁平管(楕円管等)であってもよい。
図2〜図7は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の製造方法を説明するものであって、図2は作業工程を示すフローチャート、図3は作業設備との関係を示す側面図、図4の(a)は、製造途中のフィンを示す平面図、図4の(b)は、製造途中のフィンの一部を拡大して示す平面図、図5は製造方法の一部工程を示す斜視図、図6の(a)〜(d)は製造方法の一部工程を示す側面図、図6の(e)は製造方法の一部工程に用いる切断治具を拡大して示す側面図、図7はフィンに形成される繋ぎ腕の変形例を示す平面図である。
なお、実施の形態1と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各図は模式的に描かれているため、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
まず、N枚(N列)分のフィン2と、列方向の両端にある送りフィン2hとを形成するだけの幅を具備する板材1を、プレス機(リボン式プレス機)11に供給する(S1)。板材1はコイルまたは長尺の切り板である。
すなわち、板材1の一方の端部には、繋ぎ腕2cによって互いに連結された複数の短冊状のフィン2と両端の送りフィン2hとが形成され、隣接するフィン2同士の間には、例えば、0.1〜0.5mmの隙間(以下「切り離し距離」と称す)2dが形成されているから、板材1は箒状になっている(図4の(a)および(b)参照)。
このとき、フィン2と送りフィン2hとは、チャンバー21によって真上へ吸い上げられ、中が空洞となっている吸着箱22と、フィン送り方向にフィンカラー2bを逃がすための溝(図示しない)が形成され、吸着用の貫通孔(図示しない)が複数形成された吸着板23とを介して、吸着板23に吸着されながら送り出されるから、垂れ下がることがない(図5参照)。
さらに、送り孔2iは製品寸法に影響を与えないため、フィン孔2aに比べて大きい径とすることができ、平行配置ピンの外径(Dp)も大きくとることが可能である。そのため、送りフィン2hがないフィン2のみの場合と比べて、より安定して平行配置することができる。
また、フィン孔2aの内径(Df)が4mm以下と小さくなったとしても、上記と同様に送り孔2iは製品寸法によらないため、送りフィン2hを平行配置するためのピン径寸法を確保することができる。
そうすると、フィン連結体3を、希望とする枚数だけ平行配置することができる(S7)。以下、フィン連結体3が希望とする枚数だけ平行配置されたものを、フィン平行配置群4と称す。
そこで、鉛直下方に下降する切断治具31によって、1列または複数列(例えば、2列)を、これを除くフィン平行配置群4から切断して分離する(S9)。このとき、送りフィン2h群は、切断分離後に廃却する。
以下、フィン平行配置群4から分離されたフィン2の1列を「フィン平行配置単列体6」と、フィン平行配置群4から分離された複数列を「フィン平行配置複列体5」と称す。また、説明の便宜上、以下、2列からなるフィン平行配置複列体5について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、3列以上からなるフィン平行配置複列体5であってもよい。
なお、図6の(e)に示すように切断治具31の先端には、テーパー状の切断刃部31aが形成されているが、本発明は切断治具31に型式を限定するものではない。
すなわち、2列目と3列目との間から切断治具31を撤去した後、1列目と2列目とからなるフィン平行配置複列体5を取り出す(鉛直上方に持ち上げる、図6の(b)参照)。
なお、2列目と3列目との間には切断治具31が位置しているままにして、フィン平行配置複列体5を取り出す(鉛直上方に持ち上げる)ことによって、フィン平行配置複列体5が3列目のフィン2に接触しないようにしてもよい(図6の(c)参照)。あるいは、2列目と3列目との間から切断治具31を撤去した後、3列目および4列目のフィン2を押さえ治具32によって押さえた状態で、フィン平行配置複列体5を取り出すようにしてもよい(図6の(d)参照)。
また、フィン平行配置複列体5は3列以上であってもよいし、フィン平行配置複列体5を形成しないで、初めからフィン平行配置単列体6を形成してもよい。さらに、フィン平行配置群4に対して円管9を接続し、その後で、円管9が接続されているフィン平行配置複列体5や、円管9が接続されているフィン平行配置単列体6(熱交換器100)を製造(分離)してもよい。
また、フィン平行配置複列体5またはフィン平行配置単列体6を形成するために繋ぎ腕2cを切断する際、繋ぎ腕2cの一部がフィン2の側縁(長辺)に残るため、フィン2の側縁(長辺)に残っている繋ぎ腕2cの一部である切り残し部2eが形成されている。
なお、熱交換器100が完成した後、切り残し部2eを撤去する加工を実施してもよい。
図8は、本発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。
図8において、冷凍サイクル装置200は、例えば、空気調和機、冷蔵庫、給湯器等であって、冷媒を圧縮する圧縮機201と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器202と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張手段203と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器204と、これらを順次連結する冷媒配管205とを有している。したがって、冷媒が循環することによって冷凍サイクルが実行される。
このとき、凝縮器202および蒸発器204の少なくとも一方が、実施の形態1において説明した熱交換器100である。したがって、熱交換器100が具備するフィン2は、形状が変形していないことから、凝縮器202および蒸発器204の少なくとも一方は良好な熱交換効率を有している。よって、冷凍サイクル装置200は、良好な熱効率を有する。
なお、冷媒配管205は図示された形態に限定されるものではなく、例えば、四方弁(流れ方向切り替え手段)を有し、冷媒の流れ方向を変更するようにしてもよい。
Claims (5)
- 矩形状平板である複数枚のフィンが一定間隔を空けて互いに平行配置されたフィン平行配置単列体と、前記フィンに形成されたフィン孔を貫通し、前記フィンに接続された円管とを有し、
前記フィンは、一旦、長辺側の側縁が互いに複数の繋ぎ腕によって連結された状態で一定間隔を空けて互いに平行配置され、該平行配置後に、前記繋ぎ腕が切断されたものであって、
前記フィンの長辺側の側縁に、前記繋ぎ腕の一部である切り残し部が突出していることを特徴とする熱交換器。 - 前記切り残し部の幅が0.1〜0.5mmであることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- フィン孔を具備する矩形状平板であるフィンが複数列配置され、長辺側の側縁において複数の繋ぎ腕によって互いに連結された状態のフィン連結体を形成する工程と、
前記フィン連結体を一定の間隔を空けて互いに平行配置してフィン平行配置群を形成する工程と、
前記フィン平行配置群の前記繋ぎ腕を切断して、複数列のフィンからなるフィン平行配置複列体を形成する工程と、
前記フィン平行配置複列体の前記フィン孔に円管を接続する工程と、
前記円管が接続されている前記フィン平行配置複列体の前記繋ぎ腕を切断して、前記円管が接続されている単数列のフィンからなるフィン平行配置単列体を形成する工程と、
を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。 - 前記フィン平行配置群を形成する際、鉛直上方向に突出する平行配置ピンが備えられた平行配置台車の直上に前記フィン連結体を配置して、前記フィン連結体を落下することによって、前記フィン孔に前記平行配置ピンを挿入することを特徴とする請求項3記載の熱交換器の製造方法。
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、これらを順次連結する冷媒配管とを有し、
前記凝縮器および前記蒸発器の少なくとも一方が、請求項1または2記載の熱交換器であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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