JP6150170B2

JP6150170B2 - フィン・アンド・チューブ型熱交換器及びその製造方法

Info

Publication number: JP6150170B2
Application number: JP2013260948A
Authority: JP
Inventors: 山崎　和彦; 和彦山崎; 崇雄大瀧; 智将平山
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: JP2015117874A

Description

この発明は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器及びその製造方法に関するもので、更に詳細には、アルミニウム製の板状フィンとアルミニウム製の扁平多孔状の冷媒管とを具備するフィン・アンド・チューブ型熱交換器及びその製造方法に関するものある。ここで、アルミニウムとはアルミニウム合金を含む意味である。

従来、特にルームエアコン分野においては、フィン・アンド・チューブ型熱交換器が用いられている。この種のフィン・アンド・チューブ型熱交換器は、複数の挿通孔が設けられた板状のフィンを積層し、冷媒管を挿通孔に挿通させ、機械的に冷媒管を拡管することで、フィンと冷媒管を固定することによって作製されている。

冷媒管には拡管が容易で伝熱性に優れる銅製丸管が用いられ、フィンにはコストや耐食性の観点からアルミニウム製の板状フィンが用いられている。

一方、カーエアコン分野においては、冷媒管として丸管よりも伝熱性能に優れる扁平管が用いられており、一般にパラレルフロー型熱交換器としてろう付けにて作製されている。

この扁平管は拡管が難しいため、従来の拡管工法ではフィン・アンド・チューブ型熱交換器への適用が難しく、カーエアコン用熱交換器同様、ろう付け工法によるフィン・アンド・チューブ型熱交換器が提案されている。

しかし、ろう付け工法による作製は、塗膜の耐熱性の観点からフィン・アンド・チューブ型熱交換器において用いられる予め表面処理を施したプレコートフィンを用いることができず、また、ろう付け炉等大規模な設備が必要になり、拡管工法による作製に対してコストアップとなる要因が大きいという問題点があった。

ろう付け工法によらない従来のこの種のフィン・アンド・チューブ型熱交換器として、アルミニウム製の複数の板状フィンと、各フィンに設けられた挿通孔に挿通されるテーパ形状のアルミニウム製の多孔扁平管とを接着剤で接合するものが知られている(例えば、特許文献１参照)。

特開２０１０−２４９３７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものにおいては、フィンと扁平管との接合方法については言及されておらず、また、接着剤を用いた場合の伝熱効率の向上についても言及されていない。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、拡管を不要にして容易に作製できると共に、伝熱効率の向上が図れるフィン・アンド・チューブ型熱交換器及びその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明のフィン・アンド・チューブ型熱交換器は、アルミニウム製の複数の板状のフィンと、各フィンに設けられた挿通孔に挿通されるアルミニウム製の扁平多孔状の冷媒管と、を具備するフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、上記冷媒管は、風上側に位置する幅方向の前縁部から風下側に位置する幅方向の後縁部に向かって狭小テーパ状に形成されると共に、該冷媒管の長手方向と直交する断面が仕切り壁によって区画された複数の同一断面積の流路を有し、上記冷媒管の表面における、上記前縁部と後縁部の間に形成されるテーパ部と上記仕切り壁との接続部に、該冷媒管の長手方向に沿う複数の接着剤塗布用の溝を有しており、上記挿通孔は、上記冷媒管の前縁部との間に隙間を有する前縁側開口部と、上記冷媒管の後縁部に接触する後縁側開口部と、上記前縁側開口部と後縁側開口部を結ぶテーパ部とからなり、上記冷媒管の接着剤塗布用の溝に塗布された接着剤を介して上記フィンと上記冷媒管とを接合してなる、ことを特徴とする（請求項１）。

このように構成することにより、冷媒管の風上側を厚くし、風下側を薄くすることができるので、冷媒管の後部の空気の流れをよくすることができる。

また、請求項１記載の発明によれば、冷媒との接触面積を確保することができると共に、冷媒管に設けられた流路を流れる冷媒を均一にすることができる。

また、請求項１記載の発明によれば、溝内に充填された接着剤によってフィンと冷媒管とを接着し、冷媒管の溝以外の表面部分がフィンの挿通孔内面に接触する。

請求項１に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器において、上記フィンは、表面に親水性あるいは撥水性、及び耐食性を有する皮膜が塗布されたプレコートフィンである方が好ましい（請求項２）。

このように構成することにより、フィンの表面に凝縮水が付着するのを防止することができる。

また、この発明の第１のフィン・アンド・チューブ型熱交換器の製造方法は、請求項１又は２に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器の製造方法であって、上記冷媒管の接着剤塗布用の溝に熱可塑性樹脂を主成分とする接着剤を塗布した後、上記接着剤を乾燥させる工程と、上記フィンに設けられた挿通孔の前縁側開口部に接するように上記冷媒管を挿通した後、又は挿通と同時に、冷媒管を上記後縁側開口部に接するように押圧して組み付ける工程と、上記フィンと冷媒管の組付け体を、上記接着剤が溶融する温度に加熱して、上記フィンの挿通孔内面と上記冷媒管表面との間に接着剤を充填させる工程と、上記組付け体を冷却して、上記接着剤を固化させることにより、上記フィンと上記冷媒管を接合する工程と、を備える、ことを特徴とする（請求項３）。

このように構成することにより、フィンに設けられた挿通孔への冷媒管の挿通を容易にし、フィンと冷媒管の接触による熱抵抗を減少させて、フィンに対する冷媒管の位置決めを容易にすることができる。また、熱可塑性樹脂を主成分とする接着剤を用いてアルミニウム製のフィンとアルミニウム製冷媒管とを拡管を行うことなく接合することができる。

また、この発明の第２のフィン・アンド・チューブ型熱交換器の製造方法は、請求項１又は２に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器の製造方法であって、上記冷媒管の接着剤塗布用の溝に２液反応型の接着剤を塗布する工程と、上記２液反応型の接着剤が固化する前に、上記フィンに設けられた挿通孔の前縁側開口部に接するように上記冷媒管を挿通した後、又は挿通と同時に、冷媒管を上記後縁側開口部に接するように押圧して組み付ける工程と、上記２液反応型の接着剤の固化により、上記フィンと上記冷媒管を接合する工程と、を備える、ことを特徴とする（請求項４）。

このように構成することにより、フィンに設けられた挿通孔への冷媒管の挿通を容易にし、フィンと冷媒管の接触による熱抵抗を減少させて、フィンに対する冷媒管の位置決めを容易にすることができる。また、２液反応型の接着剤を用いてアルミニウム製のフィンとアルミニウム製冷媒管とを拡管を行うことなく接合することができる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

（１）請求項１記載の発明によれば、冷媒管の風上側を厚くし、風下側を薄くすることで、冷媒管の後部の空気の流れをよくすることができるので、伝熱効率の向上が図れる。

（２）また、請求項１記載の発明によれば、冷媒との接触面積を確保することができると共に、冷媒管に設けられた流路を流れる冷媒を均一にすることができるので、上記（１）に加えて更に伝熱効率の向上が図れる。

（３）また、請求項１記載の発明によれば、冷媒管の長手方向に沿う複数の接着剤塗布用の溝内に充填された接着剤によってフィンと冷媒管とを接着し、冷媒管の溝以外の表面部分がフィンの挿通孔内面に接触するので、上記（１），（２）に加えて更に伝熱効率の向上が図れる。

（４）請求項２記載の発明によれば、フィンの表面に凝縮水が付着するのを防止することができるので、上記（１）〜（３）に加えて更に通気性の低下を防止することができると共に、耐食性の向上が図れる。

（５）請求項３記載の発明によれば、フィンに設けられた挿通孔への冷媒管の挿通を容易にし、フィンと冷媒管の接触による熱抵抗を減少させて、フィンに対する冷媒管の位置決めを容易にすることができる。また、熱可塑性樹脂を主成分とする接着剤を用いてアルミニウム製のフィンとアルミニウム製冷媒管とを拡管を行うことなく接合することができるので、熱伝達効率の高い熱交換器を容易に作製できる。

（６）請求項４記載の発明によれば、フィンに設けられた挿通孔への冷媒管の挿通を容易にし、フィンと冷媒管の接触による熱抵抗を減少させて、フィンに対する冷媒管の位置決めを容易にすることができる。また、２液反応型の接着剤を用いてアルミニウム製のフィンとアルミニウム製冷媒管とを拡管を行うことなく接合することができるので、熱伝達効率の高い熱交換器を容易に作製できる。

この発明に係るフィン・アンド・チューブ型熱交換器の一例を示す概略斜視図である。この発明の第１実施形態におけるフィンと冷媒管の接合状態を示す要部正面図である。図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図２のII−II線に沿う断面図である。この発明におけるフィンと冷媒管を示す分解斜視図である。この発明の第２実施形態におけるフィンと冷媒管の接合状態を示す要部正面図である。図６のIII部拡大正面図である。図７のIV−IV線に沿う断面図（ａ）及びＶ−Ｖ線に沿う断面図（ｂ）である。第２実施形態におけるフィンと冷媒管を示す分解斜視図である。この発明における冷媒管をフィンに設けられた挿通孔に挿通する状態を示す横断面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。この発明における冷媒管をフィンに設けられた挿通孔の後縁側開口部に押圧する状態を示す横断面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

以下に、この発明を実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
この発明に係るフィン・アンド・チューブ型熱交換器１（以下に熱交換器１という）は、図１ないし図５に示すように、それぞれアルミニウム（アルミニウム合金を含む）製部材からなる、複数の板状のフィン２と、各フィン２に設けられた挿通孔２１に挿通されるアルミニウム製の扁平多孔状のチューブである冷媒管３とを接着剤４を介して接合してなる。なお、複数のフィン２の挿通孔２１を挿通した冷媒管３の突出側端部同士はエルボ状の扁平接続管５によって接続されている。

上記冷媒管３は、アルミニウム製押出形材にて形成されており、風上側に位置する幅方向の前縁部３３から風下側に位置する幅方向の後縁部３４に向かって狭小テーパ状に形成されている。この場合、前縁部３３は大径の半円弧状に形成され、後縁部３４は小径の半円弧状に形成されており、前縁部３３と後縁部３４の間にテーパ部３５が形成されている。

また、冷媒管３は、該冷媒管３の長手方向と直交する断面が仕切り壁３１によって区画された矩形状の複数の同一断面積の流路３２を有している。

一方、フィン２には、鉛直方向に適宜間隔をおいて挿通孔２１が設けられている。この場合、挿通孔２１は、冷媒管３の前縁部３３との間に隙間５０を有する前縁側開口部２３と、冷媒管３の後縁部３４に接触する後縁側開口部２４と、前縁側開口部２３と後縁側開口部２４を結ぶテーパ部２５とからなる。

なお、前縁側開口部２３は、冷媒管３の半円弧状前縁部３３の半径より大きい半径を有する半円弧状に形成され、後縁側開口部は、冷媒管３の半円弧状後縁部３４の半径より僅かに大きい半径を有する半円弧状に形成されている。また、各挿通孔２１には同一方向に挿通孔２１と相似形状のカラー部２２が設けられている。

このように構成することにより、挿通孔２１に冷媒管３を挿通するときは、冷媒管３の前縁部３３を挿通孔２１の前縁側開口部２３及びカラー部２２の内面に摺接させるようにして挿通することができる。また、挿通孔２１に冷媒管を挿通した後、冷媒管３の後縁部３４を挿通孔２１の後縁側開口部２４に向かって押圧して、後縁部３４を後縁側開口部２４に接触させることができる。なお、冷媒管３の後縁部３４を後縁側開口部２４側に押圧する動作は、挿通孔２１に冷媒管３を挿通すると同時に行ってもよい。

このように形成されるフィン２は、アルミニウム製素材の表面に親水性あるいは撥水性、及び耐食性を有する樹脂製皮膜がコーティングされたプレコートフィンが用いられている。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の熱交換器１において、冷媒管３Ａは、図６ないし図９に示すように、テーパ部３５の外周の表面に、該冷媒管３Ａの長手方向に沿う複数の接着剤塗布用の溝４０が設けられている。この場合、溝４０は冷媒管３Ａに設けられた５個の仕切り壁３１とテーパ部３５との接続部に設けるのが好ましい。その理由は、テーパ部３５の外周の表面に溝４０を設けることによる冷媒管３Ａの強度の低下を防止するためである。

このように構成される冷媒管３Ａは、アルミニウム製押出形材にて形成される。なお、第２実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

次に、この発明に係る熱交換器１の製造方法について説明する。ここでは、第１実施形態の冷媒管３を代表して説明する。

＜製造方法１＞
まず、アルミニウム製素材の表面に親水性あるいは撥水性、及び耐食性を有する樹脂製皮膜がコーティングされた所定の寸法のアルミニウム製板材をプレス加工によって挿通孔２１とカラー部２２を有する複数のフィン２を用意する。

一方、押出成形された冷媒管３の表面に熱可塑性樹脂を主成分とするエポキシ系の接着剤４を、公知のスプレー式あるいはローラー式等を用いて塗布する。接着剤４を塗布した後、冷媒管３を乾燥する（塗布・乾燥工程）。このように接着剤４を塗布した後、乾燥した冷媒管３を準備する。

次に、複数のフィン２を、各フィン２に設けられた挿通孔２１及びカラー部２２が合致した状態で所定の間隔をおいて積層して、図示しない固定具によって固定する。そして、図１０に示すように、各フィン２に設けられた挿通孔２１及びカラー部２２の前縁側開口部２３に接するように冷媒管３を挿通した後、又は挿通と同時に、図１１に示すように、冷媒管３の後縁部３４を挿通孔２１の後縁側開口部２４に接するように押圧して組み付ける（組付け工程）。なお、図１０及び図１１では、説明を分かりやすくするために接着剤４を省略している。

次に、フィン２と冷媒管３の組付け体を、接着剤４が溶融する温度に加熱して、フィン２の挿通孔２１及びカラー部２２の内面と冷媒管表面との間に接着剤４を充填させる（接着剤充填工程）。

次いで、組付け体を冷却して、接着剤４を固化させることにより、フィン２と冷媒管３を接合（接合工程）して、熱交換器１を作製する。

この製造方法１によれば、フィン２に設けられた挿通孔２１への冷媒管３の挿通を容易にし、フィン２と冷媒管３の接触による熱抵抗を減少させて、フィン２に対する冷媒管３の位置決めを容易にすることができる。また、拡管が不要のため、拡管のための装置や設備が必要でない上、少ない工程で熱交換器１を容易に作製することができる。

＜製造方法２＞
まず、アルミニウム製素材の表面に親水性あるいは撥水性、及び耐食性を有する樹脂製皮膜がコーティングされた所定の寸法のアルミニウム製板材をプレス加工によって挿通孔２１とカラー部２２を有する複数のフィン２を用意する。

複数のフィン２を、各フィン２に設けられた挿通孔２１及びカラー部２２が合致した状態で所定の間隔をおいて積層して、図示しない固定具によって固定する。

一方、押出成形された冷媒管３の表面にエポキシ系の２液反応型接着剤４を、公知のスプレー式を用いて塗布する（塗布工程）。

そして、２液反応型の接着剤が固化する前に、図１０に示すように、各フィン２に設けられた挿通孔２１及びカラー部２２の前縁側開口部２３に接するように冷媒管３を挿通した後、又は挿通と同時に、図１１に示すように、冷媒管３の後縁部３４を挿通孔２１の後縁側開口部２４に接するように押圧して組み付ける（組付け工程）。なお、図１０及び図１１では、説明を分かりやすくするために接着剤４を省略している。

その後、２液反応型の接着剤４の固化により、フィン２と冷媒管３を接合（接合工程）して、熱交換器１を作製する。

この製造方法２によれば、フィン２に設けられた挿通孔２１への冷媒管３の挿通を容易にし、フィン２と冷媒管３の接触による熱抵抗を減少させて、フィン２に対する冷媒管３の位置決めを容易にすることができる。また、接着剤を溶融、冷却する必要がないので、製造方法１の効果に加えて、更に少ない工程で熱交換器１を容易に作製することができる。

上記のようにして作製される実施形態の熱交換器１によれば、冷媒管３，３Ａは、冷媒管の風上側を厚くし、風下側を薄くすることで、冷媒管３の後部の空気の流れをよくすることができるので、伝熱効率の向上が図れる。

また、冷媒管３，３Ａは、該冷媒管３，３Ａの長手方向と直交する断面が仕切り壁３１によって区画された複数の同一断面積の流路３２を有することで、冷媒との接触面積を確保することができると共に、冷媒管３に設けられた流路を流れる冷媒を均一にすることができるので、更に伝熱効率の向上が図れる。

また、長手方向に沿う複数の接着剤塗布用の溝４０を設けた冷媒管３Ａを用いることにより、長手方向に沿う複数の接着剤塗布用の溝４０内に充填された接着剤４によってフィン２と冷媒管３Ａとを接着し、冷媒管３Ａの溝以外の表面部分がフィン２の挿通孔２１内面に接触するので、更に伝熱効率の向上が図れる。

更に、アルミニウム製素材の表面に親水性あるいは撥水性、及び耐食性を有する樹脂製皮膜がコーティングされたプレコートフィン２を用いることにより、フィン２の表面に凝縮水が付着するのを防止することができるので、更に通気性の低下を防止することができると共に、耐食性の向上が図れる。

１熱交換器
２フィン
３，３Ａ冷媒管
４接着剤
２１挿通孔
２２カラー部
２３前縁側開口部
２４後縁側開口部
２５テーパ部
３１仕切り壁
３２流路
３３前縁部
３４後縁部
３５テーパ部
４０接着剤塗布用の溝
５０隙間

Claims

アルミニウム製の複数の板状のフィンと、各フィンに設けられた挿通孔に挿通されるアルミニウム製の扁平多孔状の冷媒管と、を具備するフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、
上記冷媒管は、風上側に位置する幅方向の前縁部から風下側に位置する幅方向の後縁部に向かって狭小テーパ状に形成されると共に、該冷媒管の長手方向と直交する断面が仕切り壁によって区画された複数の同一断面積の流路を有し、上記冷媒管の表面における、上記前縁部と後縁部の間に形成されるテーパ部と上記仕切り壁との接続部に、該冷媒管の長手方向に沿う複数の接着剤塗布用の溝を有しており、
上記挿通孔は、上記冷媒管の前縁部との間に隙間を有する前縁側開口部と、上記冷媒管の後縁部に接触する後縁側開口部と、上記前縁側開口部と後縁側開口部を結ぶテーパ部とからなり、
上記冷媒管の接着剤塗布用の溝に塗布された接着剤を介して上記フィンと上記冷媒管とを接合してなる、ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器。
請求項１に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器において、
上記フィンは、表面に親水性あるいは撥水性、及び耐食性を有する皮膜が塗布されたプレコートフィンである、ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器。
請求項１又は２に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器の製造方法であって、
上記冷媒管の接着剤塗布用の溝に熱可塑性樹脂を主成分とする接着剤を塗布した後、上記接着剤を乾燥させる工程と、
上記フィンに設けられた挿通孔の前縁側開口部に接するように上記冷媒管を挿通した後、又は挿通と同時に、冷媒管を上記後縁側開口部に接するように押圧して組み付ける工程と、
上記フィンと冷媒管の組付け体を、上記接着剤が溶融する温度に加熱して、上記フィンの挿通孔内面と上記冷媒管表面との間に接着剤を充填させる工程と、
上記組付け体を冷却して、上記接着剤を固化させることにより、上記フィンと上記冷媒管を接合する工程と、を備える、
ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器の製造方法。
請求項１又は２に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器の製造方法であって、
上記冷媒管の接着剤塗布用の溝に２液反応型の接着剤を塗布する工程と、
上記２液反応型の接着剤が固化する前に、上記フィンに設けられた挿通孔の前縁側開口部に接するように上記冷媒管を挿通した後、又は挿通と同時に、冷媒管を上記後縁側開口部に接するように押圧して組み付ける工程と、
上記２液反応型の接着剤の固化により、上記フィンと上記冷媒管を接合する工程と、を備える、
ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器の製造方法。