JP2018017466A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

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栄一 森
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Abstract

【課題】熱交換効率が向上する熱交換器の製造方法を提供すること。
【解決手段】熱交換器の製造方法は、互いに異なる曲折角度で曲折する大曲折部１３を有する非対称形状のコルゲートフィン１０を成形する成形工程と、チューブ９と成形されたコルゲートフィン１０を積層する積層工程と、チューブ９を積層方向に押圧してコルゲートフィン１０を圧縮し、大曲折部１３の曲折角度を小さくするとともに、小曲折部１４の曲折角度を大きくした状態で、コルゲートフィン１０をチューブ９に組み付ける組み付け工程と、を備えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のチューブ及びフィンが積層される熱交換器の製造方法に関する。
特許文献１には、熱交換器を構成するコルゲートフィンの成形方法が開示されている。
特許文献１の図１１に記載されたコルゲートフィンは、チューブに対して傾斜する平坦曲折フィン部を有し、平坦曲折フィン部の両端に形成される折曲げ箇所の曲折角度が左右で相違している。熱交換器には、複数のチューブ及びコルゲートフィンが積層される。
特開平８−２２９６１５号公報
しかしながら、上記コルゲートフィンを用いた熱交換器では、傾斜した平坦曲折フィン部とチューブとの間で十分な接触面積が得られないため、熱交換効率が低下するおそれがあった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換効率が向上する熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
本発明のある態様によれば、複数のチューブ及びコルゲートフィンが積層される熱交換器の製造方法であって、互いに異なる曲折角度で曲折する大曲折部及び小曲折部を有する前記コルゲートフィンを成形する成形工程と、前記チューブ及び成形された前記コルゲートフィンを積層する積層工程と、前記チューブを積層方向に押圧して前記コルゲートフィンを圧縮し、前記大曲折部の曲折角度を小さくするとともに、前記小曲折部の曲折角度を大きくした状態で、前記コルゲートフィンを前記チューブに組み付ける組み付け工程と、を備えることを特徴とする熱交換器の製造方法が提供される。
上記態様によれば、組み付け工程において、チューブに挟まれて圧縮されるコルゲートフィンは、大曲折部及び小曲折部がそれぞれ変形をすることにより、大曲折部と小曲折部との間に延在する部位がチューブに沿うように配置されて、チューブに組み付けられる。こうして、熱交換器では、コルゲートフィンとチューブとの間で接触面積が確保されるため、熱交換効率の向上が図れる。
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器の概略正面図である。 図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、熱交換器の製造工程におけるコルゲートフィン及びチューブを示す概略正面図である。 図３は、コルゲートフィン及びチューブを示す概略正面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１に示すように、積層型熱交換器１は、中央部に設けられるコア２と、コア２の両端に設けられる２つのタンク５と、を備える。
コア２は、流体が流れる複数のチューブ９と、チューブ９と交互に並ぶように積層される複数のコルゲートフィン１０と、各チューブ９の両端部がそれぞれ結合される２つのプレート７と、を備える。コア２を構成するこれらの部材は、アルミニウムなどの金属によって形成される。コア２は、これらの各部材が互いに接合されて一体化したものである。
チューブ９は、扁平な筒状の流路部材である。コルゲートフィン１０は、コルゲート状の伝熱板材である。コア２では、チューブ９の内部を流通する流体と、チューブ９の外部を流通する流体と、が熱交換する。コア２は、コルゲートフィン１０を備えることで伝熱面積が確保される。
以下、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して、コア２の製造方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示す成形工程では、金属板をコルゲート状に成形してコルゲートフィン１０を形成する。
コルゲートフィン１０は、中心線Ｏについて非対称的に形成される波部が並んでいる。波部は、隣り合うチューブ９の間にわたって延設される伝熱板部１１と、チューブ９に接合される頂板部１２と、伝熱板部１１と頂板部１２との間で曲折する大曲折部１３及び小曲折部１４と、を有する。
伝熱板部１１は、平板状に形成され、チューブ９の側面９Ａ（接合面）に対して交差するように延設される。
なお、コルゲートフィン１０は、伝熱板部１１に開口する複数のルーバを有し、流体がルーバを通じて流通するものであってもよい。
頂板部１２は、チューブ９の側面９Ａに対して互いに傾斜する帯板状に形成される。隣り合うチューブ９に接合される頂板部１２は、チューブ９の側面９Ａに対して互いに逆方向に傾斜する。
大曲折部１３は、小曲折部１４より大きい曲折角度で湾曲する。伝熱板部１１と頂板部１２とは、大曲折部１３を介して互いに鋭角をもって交差するように形成される。伝熱板部１１と頂板部１２とは、小曲折部１４を介して互いに鈍角をもって交差するように形成される。
次に、図２（Ｂ）に示す積層工程では、チューブ９とコルゲートフィン１０とを交互に並ぶように積層する。
このとき、コルゲートフィン１０は、大曲折部１３がチューブ９に当接し、小曲折部１４がチューブ９から離れている。
次に、図２（Ｃ）に示す組み付け工程では、治具（図示省略）を用いてチューブ９を矢印で示すように積層方向に押圧し、コルゲートフィン１０を圧縮して組み付ける。
こうして圧縮されたコルゲートフィン１０は、大曲折部１３及び小曲折部１４がそれぞれ曲がる弾性変形をし、小曲折部１４がチューブ９に近接するかもしくは当接して、頂板部１２がチューブ９の側面９Ａに略平行に対峙する。
続いて、組み付け工程（接合工程）では、圧縮されたコア２を加熱炉（図示省略）に搬入して加熱処理を行う。これにより、コア２は、頂板部１２とチューブ９とが溶融するロウ材１５（図３参照）を介して接合される。
こうして各部材が接合されたコア２は、加熱炉から搬出され、熱交換器１として用いられる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、互いに異なる曲折角度で曲折する小曲折部１４及び大曲折部１３を有する非対称形状のコルゲートフィン１０を成形する成形工程と、チューブ９と成形されたコルゲートフィン１０を積層する積層工程と、チューブ９を積層方向に押圧してコルゲートフィン１０を圧縮し、大曲折部１３の曲折角度を小さくするとともに、小曲折部１４の曲折角度を大きくした状態で、コルゲートフィン１０をチューブ９に組み付ける組み付け工程と、を備える熱交換器１の製造方法を提供することができる。
上記構成に基づき、組み付け工程において、大曲折部１３及び小曲折部１４がそれぞれ弾性変形することにより、大曲折部１３と小曲折部１４との間に延在する部位（頂板部１２）がチューブ９に沿うように配置されて、チューブ９に接合される。こうして、熱交換器１では、コルゲートフィン１０とチューブ９との間で十分な接触面積（接合面積）が確保されるため、熱交換効率の向上が図れる。
本実施形態のコア２では、成形工程において、大曲折部１３と小曲折部１４との間にチューブ９に対して傾斜する頂板部１２が形成される。このため、組み付け工程では、大曲折部１３及び小曲折部１４が弾性変形することによって、頂板部１２がチューブ９に対して傾斜する角度を小さくしてチューブ９に接合される。よって、コルゲートフィン１０とチューブ９との間で十分な接触面積が確保される。
図３は、コルゲートフィン１０とチューブ９との接合部を示す正面図である。図３に示すように、コルゲートフィン１０は、チューブ９に対して略平行に延在する頂板部１２と、頂板部１２から大曲折部１３と小曲折部１４とのそれぞれを介して平板状に延在する伝熱板部１１と、を有する。
こうして、頂板部１２がチューブ９に略平行に対峙することにより、頂板部１２とチューブ９との間に充填されるロウ材１５の使用量が低減される。よって、熱交換器１は、製品のコストダウンが図れる。
ところで、コルゲートフィンの波部が中心線について対称的に成形される従来のコアでは、波部の成形誤差が板材の弾性変形によって十分に吸収されず、板材が座屈して折れ曲がるおそれがある。
そして、板材が座屈して折れ曲がると、熱交換器の作動時にコルゲートフィンを通過する流体が板材の折れ曲がった部位に当たる。このため、熱交換器は、コルゲートフィンが流体に与える流路抵抗が大きくなり、熱交換効率が低下する。
これに比べて、本実施形態のコア２では、成形誤差によってコルゲートフィン１０の高さにバラツキが生じた場合にも、大曲折部１３及び小曲折部１４がそれぞれ弾性変形することで成形誤差が十分に吸収される。これにより、熱交換器１では、伝熱板部１１が図３に２点鎖線で示すように座屈することなく、平板状に延在する形状が維持される。これにより、伝熱板部１１にルーバが開口しているコルゲートフィン１０にあっては、ルーバの形状が維持されることで、コルゲートフィン１０が流体に与える流路抵抗が小さく抑えられる。よって、熱交換器１では、成形されるコルゲートフィン１０の形状のバラツキに起因する性能の低下が抑えられ、ロバスト性の向上が図れる。
本発明は、ラジエータに限らず、車両に搭載されるオイルクーラ、インタクーラ、コンデンサなどの熱交換器にも適用できる。また、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。
１ 熱交換器
９ チューブ
１０ コルゲートフィン
１１ 伝熱板部
１２ 頂板部
１３ 大曲折部
１４ 小曲折部

Claims (3)

  1. 複数のチューブ及びコルゲートフィンが積層される熱交換器の製造方法であって、
    互いに異なる曲折角度で曲折する大曲折部及び小曲折部を有する前記コルゲートフィンを成形する成形工程と、
    前記チューブ及び成形された前記コルゲートフィンを積層する積層工程と、
    前記チューブを積層方向に押圧して前記コルゲートフィンを圧縮し、前記大曲折部の曲折角度を小さくするとともに、前記小曲折部の曲折角度を大きくした状態で、前記コルゲートフィンを前記チューブに組み付ける組み付け工程と、
    を備えることを特徴とする熱交換器の製造方法。
  2. 請求項１に記載の熱交換器の製造方法であって、
    前記成形工程では、前記大曲折部と前記小曲折部との間に前記チューブに対して傾斜する頂板部を形成し、
    前記組み付け工程では、前記大曲折部及び前記小曲折部をそれぞれ曲げることで、前記頂板部が前記チューブに対して傾斜する角度を小さくすることを特徴とする熱交換器の製造方法。
  3. 請求項２に記載の熱交換器の製造方法であって、
    前記組み付け工程では、前記コルゲートフィンが、前記チューブに対して略平行に延在する前記頂板部と、前記頂板部から前記大曲折部と前記小曲折部とのそれぞれを介して平板状に延在する伝熱板部と、を有するように形成されることを特徴とする熱交換器の製造方法。
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