JPH03134494A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は積層型熱交換器に関する。より詳しくは熱伝達
効率のよいビンフィン積層型熱交換器に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕自動
車の空気調和装置用として一般に使用される積層型熱交
換器は、熱交換器部とヘッダ一部を設けた管板を対向接
合した伝熱ユニットと、フィンとを交互に上下方向に積
層して構成されている。

従来、この種の積層型熱交換器のフィンにおいては、薄
板に切り込みを入れ蛇腹状に折り曲げたコルゲート状ル
ーバフィンが用いられている。しかしながら、最近の自
動車業界・空調業界においては、更に、軽量化並びにコ
ンパクト化の要請が大きくそのためには熱交換性能を高
くする必要がある。

そこでプレート表面の温度境界層を薄くし熱交換性能向
上のためにプレートフィンを打ち抜いて、ルーバー等を
形成してフィンの熱伝達率を大きくする等各種の改良が
提案されてきた（例えば特開昭５６−１５５３９１号）
。

一方実開昭５５−１４５２８４号および実開昭５７−１
７２２８３号には第３図（Ａ）、第３図（Ｂ）および第
４図に示すように、隣接する管内流体用パイプ１０３の
間に複数の金属ピン１０４が固定された熱交換器１０１
や、パイプ１０３にその一端が固定され、その他端が隣
接するバイブ１０３に向けて延びる複数の金属ビン１０
４ａ　、　　１０４ｂを有する熱交換器１０２が知られ
ている。この熱交換器の場合、管内流体用パイプ表面へ
のピンの取付密度を高くすれば熱交換器の単位容積当り
のフィンの伝熱面積は大きくなり、熱交換性能は向上す
る。しかし管外流体の圧力損失が増加するという欠点が
ある。更に、管内流体用バイブ表面に多数の直線状ピン
フィンを取付けるのに大変な労力を必要とする。

本発明の目的は管外流体の圧力損失を小さく抑え、且つ
熱交換性能を向上しうる新規な積層型熱交換器を提供す
ることである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は熱交換器部とヘッダ部を設けた管板を対
向接合した伝熱ユニットと、フィンとを交互に上下方向
に積層して構成された積層型熱交換器において、フィン
が互いに平行に間隔をあけて配列された複数の線状熱伝
導体からなり、線状熱伝導体は長さ方向にコルゲート状
に湾曲し、該湾曲頂部が熱交換器部に固着されている積
層型熱交換器によって達成される。

前記本発明の積層型熱交換器を製造する好ましい方法は
複数の線状熱伝導体を平行且つ互いに間隔をあけて配列
する工程、線状熱伝導体と仮固定材料から成るシートを
形成して、複数の線状熱伝導体を配列状態で固定する工
程、前記シートをコルゲート状に加工する工程、コルゲ
ート状のシートの湾曲頂部を熱交換器部に接合する工程
、および前記仮固定材料を除去する工程から成る。

以下本発明の熱交換器の好ましい実施例を示す添付図面
を参照して本発明を以下詳述する。

第１図（Ａ）、第１図（Ｂ）に示す本発明の一実施例の
熱交換器１では両端にヘッダ部２ａ。

２Ｃを、中央に熱交換器部２ｂを形成した管板２を対向
接合した伝熱ユニット３を有し、伝熱ユニット３の熱交
換器部２ｂ間に、長さ方向にコルゲート状に湾曲した線
状熱伝導体４が配置されている。線状熱伝導体４の湾曲
頂部５が熱交換器部２ｂに固着している。

このような積層型熱交換器は自動車用ターラ等に適用で
き、従来のコルゲート状ルーバフィンに比べて、コンパ
クト化を計ることができる。

本発明の熱交換器に用いられる線状熱伝導体としては、
銀、銅、アルミニウム等の純金属細線或いは合金細線又
は前記金属細線にハンダメツキ、スズメツキ等を施した
金属細線を用いることができる。

線状熱伝導体の断面形状については特に限定はしないが
熱交換器用ビンフィン部材として用いる場合の圧力損失
を小さくするためには円形に近い断面の線状熱伝導体を
用いるとよい。

線状熱伝導体の熱伝導率は０．０３８ｃａ　ｊｌ！　／
　ｃ＋ｃｓｅｃ・℃以上が好ましく、用途によってはさ
らに適切な熱伝導率を有する線状熱伝導体を選定して用
いることができる。

親木処理、防錆処理、セラミックコーティング等の各種
の表面処理を、熱交換器の製造中の任意の工程で線状熱
伝導体に必要に応じて付与することができる。

本発明の前述のような熱交換器の特徴は、フィンが互い
に平行に間隔をあけて配列された複数の線状熱伝導体か
らなり、線状熱伝導体は長さ方向にコルゲート状に湾曲
し、湾曲頂部は熱交換器部に固着されている点にある。

本発明の熱交換器において、線状熱伝導体の大きさと複
数のコルゲート状線状熱伝導体の配列密度が下記式を満
足するように設定すると好ましい。

０．２５≦Ｘ≦２．５ ０．５≦ＸＹ≦２．５ 上記式において、Ｘは線状熱伝導体断面の外周長（ｍｍ
）であり、Ｙは線状熱伝導体の配列密度（本／　ｍｍ　
）である。

第２図に本発明の積層型熱交換器を製造するために用い
られるコルゲートシート　（詳細は後述）の−例を示す
。第２図に示すように、５本の線状熱伝導体４ａ、４ｂ
、４ｃ、４ｄおよび４ｅがコルゲート状にシート１７ａ
に配列されている。５本の線状熱伝導体４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｄおよび４ｅは互いに間隔をあけて、仮固定材料
、例えばプラスチックシート７の中に埋設されている。

第２図に示すように、隣接する２本の線状熱伝導体の間
隔が２２と規定する。それぞれの線状熱伝導体はコルゲ
ート状に湾曲し、１本の線状熱伝導体の湾曲頂部５の中
心と同じ線状熱伝導体の隣接する湾曲頂部５の中心との
間の間隔、換言すれば、第２図において１本の線状熱伝
導体６ａの隣接する２本の平行部分間の間隔を２１と規
定する。

前記Ｚｌ″の値から線状熱伝導体の長手方向での線状熱
伝導体の配列密度Ｙ＋を計算し、一方線状熱伝導体の長
手方向に直角方向での線状熱伝導体の配列密度Ｙ２を前
記Ｚ２の値から計算する。前記式で用いられるＹはＹＩ
とＹ２の平均値を用いる。尚Ｙ１　は０．２本／ｍｍ〜
１０本／ａｍＳＹａは０．２本／叩〜１０本／　ｍｍの
範囲が好ましい。

Ｘ＜０．２５の場合は、線状熱伝導体の線径が小さすぎ
て、その力学的特性が低くなりすぎるため、ビンフィン
付き熱交換器の製造時の取扱い性が悪くなり、且つ生産
効率が低下する。

Ｘ　＞　２．５の場合は、線状熱伝導体の線径が大きす
ぎてピン状フィンとしての性能を発揮しにくくなる傾向
がある。

ＸＹ＜０．５の場合は、ビンフィン用線状熱伝導体の表
面積が小さくなり、高い熱交換率が得られにくい。

ＸＹ＞２．５の場合は、表面積の大きい線状熱伝導体を
用いることができるが、林立するフィン間の間隔が狭く
なりすぎて、熱交換流体の圧力損失が大きくなる傾向が
ある。

より詳しくは、下記式を満足すると好ましい。

０．３≦Ｘ≦２．５ ０．５≦ＸＹ≦１．６ 次に本発明による積層型熱交換器の製造方法の一例を説
明する。

第５図に複数の線状熱伝導体と仮固定材料から成るシー
トを作るための装置を例示する。

第５図に示すように、複数本の線状熱伝導体４は図示し
ていないパッケージ形状に巻取られてクリール８に所要
本数だけ仕掛けられ、後述の一対の加熱プレスロール９
．９′によって引出される。

その際複数本の線状熱伝導体４は目板１０、前液１１を
経てテンションバー１２を介して引出されることによっ
て張力が均一に揃えられ、その後溝付きガイドローラ１
３および配列筬１４を経て、−平面内に実質的に等ピッ
チに揃えられる。

一方溶解性樹脂から成るシート７はシートロール７′か
ら引出され、ガイドロール１５　、１６４経テ、前記線
状熱伝導体４の群とともに一対の加熱プレスロール９，
９′に導かれる。加熱プレスロール９．９′では線状熱
伝導体４の群と溶解性樹脂シート７とが加熱押圧され、
シート７の中に線状熱伝導体４が埋込まれたような状態
で一体化される。

前記線状熱伝導体４の群と溶解性樹脂シート７の一体化
は第５図に示した方法以外に線状熱伝導体４の群の両側
から溶解性樹脂シート７を加熱押圧する方法によって行
ってもよい。

この場合、線状熱伝導体４の溶解性樹脂シート７への埋
込み状態は、溶解性樹脂シート７内へ完全に埋込む、或
いは、溶解性樹脂シート７上、例えば線状熱伝導体４の
一部を埋込んでも良い。

埋込み程度は、溶解性樹脂シート７の厚みにも影響する
が線状熱伝導体３の１割以上好ましくは３割以上が良い
。

前記加熱プレスローラ９．９′を通過して一体化された
複合シート１７は一対の送り出しローラ１８゜１８′を
経た後、巻取りロール１９により、巻き取られる。

線状熱伝導体を固定するための仮固定材料としては、熱
や薬品等によって溶解、分離又は焼失することができる
材料を用いることができる。例えばセルロース系・ポリ
ビニルアルコール系・ポリエステル系ψポリスチレン系
・セルロース誘導体や、該誘導体とセルロースバルブか
ら成るシート等を用いることができる。又、例えばカル
ボキシメチルセルロースとセルロースバルブを混合した
シートにポリビニルアルコールをコーティングやラミネ
ートしたものでもよく、各種シートを適宜組み合わせて
もよい。ただしその取扱い性の容易さからセルロースバ
ルブから成る紙が好ましい。

又、シートに複数の線状熱伝導体４を固定する方法とし
ては、シート中に埋込みを行う、或いは、熱または、薬
品等で分解・焼失・溶解する接着剤層をシート上に塗布
する。接着剤として例えばポリビニルアルコール系・ポ
リエステル系・エチレン−酢酸ヒニル系・たんばく質系
・セルロース系誘導体等を用いることができる。

次に、平行に間隔を開けて固定された線状熱伝導体４を
コルゲート状態に成形する方法としては従来公知のコル
ゲート型熱交換器のプレート状コルゲートフィンを成形
するコルゲート成形機、例えば一対のコルゲート成形プ
レスによって平行に固定した線状熱伝導体４０群をコル
ゲート状に圧縮成形する方法や市販のプリーツ成形機を
応用すればよい。特に線状熱伝導体の線径が２００＃ｌ
φと細い場合は、アコーディオン型プリーツ成形機が十
分適用できる。

コルゲート形状を有する複数の線状熱伝導体１７ａ　（
以下コルゲート複合シー）１７ａという）を第６図に示
す。

前記コルゲート複合シート１７ａは、第６図に示すよう
にその長平方向すなわち第６図の線２０及びその長平方
向に直角方向で、すなわち第６図の線２１に沿って切断
して第６図に示す長さＧと幅Ｗを有するコルゲート状ピ
ンフィン部材ユニット２２ａ（第７図）を作り、このコ
ルゲート状ビンフィン部材ユニッ）２２ａを伝熱ユニッ
ト３の熱交換器部２ｂ間にはさみ込み接合することによ
って熱交換器１が得られる。

コルゲート状ピンフィン部材ユニッ）２２ａを伝熱ユニ
ット３の熱交換器部２ｂ間にはさみ込み接合する前に線
状熱伝導体の表面を露出するために、線状熱伝導体の湾
曲頂部を被覆する仮固定材料、すなわちこの場合は溶解
性樹脂を除去する必要がある。第８図は線状熱伝導体４
の両側の湾曲頂部５を被覆する溶解性樹脂７がΔｈ１だ
け除去したコルゲート状ピンフィン部材ユニット２３を
示す。

このΔｈ、の値はＯ〜１躯の間であればよい。この樹脂
除去処理はコルゲート１合シート１７ａを切断する前又
は後に行われる。

次にコルゲート状ピンフィン部材ユニット２３を熱交換
器部２ｂとヘッダ部２ａ、２ｃを設けた管板とを交互に
積層し炉内にてろう付けし樹脂付き熱交換器一体物２４
（第９図）が得られる。このようにして得られた樹脂付
き熱交換器一体物２４では未だ線状熱伝導体４間に溶解
性樹脂７が残存しているので、溶解性樹脂７を溶解除去
する。その後管内流体の受は入れ口、排出口を設けるこ
とによって、積層型熱交換器が得られる。

なお、第８図に示すコルゲート状ピンフィン部材ユニッ
トでは説明の都合上線状熱伝導体４が１本だけ示される
が、実際には第２図に示すように紙面の後方に複数本の
線状熱伝導体４が間隔をあけて平行に配置されている。

〔実施例〕

次に本発明による積層型熱交換器の実施例を示し、併せ
て、比較例のコルゲート状ルーバフィンを用いた積層型
熱交換器の熱交換性能を示す。

実施例 第５図に示す装置に準じた装置を用いて、線状熱伝導体
４と溶解性樹脂７からなるシートをコルゲート成形した
後、湾曲頂部５の樹脂を除去したコルゲート状ピンフィ
ン部材２３を作る。

その際の製造条件を下記に示す。

線状熱伝導体 断面形状 直　　　径 材　　　質 クリール本数 給糸方法 フィードロール周速 使用液 円形 ２００！ａφ 銅 ５００本 ボビン回転よこ取り １ｍ／分 ５０．８羽／１ｎｃｈ （したがって筬ピッチ０゜５＋ｎｍ） ｐｖ八へィルム厚さ１０１００ ｊ倉庫セーレン社製） 温度２００℃ 荷重　２０ｋｇ 東洋工機社製 アコーディオンプリーツ マシン コルゲート成形条件　ｈ　＝　９．５羅溶解性樹脂シー
ト コルゲート成形機 加熱プレス条件 熱交換器部２ｂとヘッダ部２ａ・２ｃを設けたろう材付
管板とコルゲート状ビンフィン部材ユニット２３とを交
互に積層し、炉内でろう付けする。

その後、樹脂付き熱交換器一体物２４中に残存する溶解
性樹脂７を除去し、熱交換器を製造した。

前記条件で製造した、熱交換器は、本発明でいう線状熱
伝導体４の外周長Ｘは０．６２８となり、線状熱伝導体
４のフィン林立部の配列密度Ｙは０．７本／　ｍｍとな
る。

比較例 第１０図にボスコルゲート状ルーバフィン（フィンピッ
チＦｐ＝１．１ｍｍ、高さｈ＝９．５ｍｍ）並びに熱交
換器部２ｂとヘッダ部２ａ、２ｃを設けたろう材付管板
とを交互に積層し、炉内でろう付けし熱交換器を製造し
た。

前記実施例および比較例の熱交換器について、熱通過率
および圧力損失を測定した。

第 表 上記数値は風速１ｍ／ｓｅｃの時である。

第１表より、本発明による積層型熱交換器を用いること
により、圧力損失を抑えると共に伝熱性能が向上するこ
とが証明された。

〔発明の効果〕

本発明による積層型熱交換器を用いる場合に所望の熱伝
達効率を得るための線径および配列密度を容易且つ精度
高く達成することができると共に、前述のように圧力損
失を増加させず優れた性能を有する熱交換器の製造を容
易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および第１図（Ｂ）は本発明の積層型熱交
換器の一実施例を示し、第１図（Ａ）は正面図、第１図
（Ｂ）はＡ−Ａ’による断面図であり、第２図は、本発
明の積層型熱交換器に用ら（Ｂ）は第３図（Ａ）の熱交
換器の線３　Ｂ−３Ｂ’による断面図であり、第５図は
複数の線状熱伝導体と仮固定材料から成るシートを作る
ための装置の略示正面図であり、第６図は本発明の積層
型熱交換器を作るために用いられるコルゲート複合シー
トの一例を示す斜視図であり、第７図は、第６図に示さ
れたコルゲート複合シートから切出されたコルゲート状
ビンフィン部材ユニットを示す斜視図であり、第８図は
、コルゲート状ビンフィン部材ユニットの湾曲頂部の仮
固定材料が除去されたコルゲート状ビンフィン部材ユニ
ットの１片を示す正面図であり、第９図は、本発明の熱
交換器における樹脂付き熱交換器の一例を示す断面図で
あり、第１０図は、従来のコルゲート状ルーバフィンを
示す斜視図である。 １・・・熱交換器、　　　２・・・管板、２ａ、２ｂ・
・・ヘッダ部、 ３・・・伝熱ユニット、　４・・・線状熱伝導体、５・
・・湾曲頂部、　　　７・・・溶解性樹脂シート、１７
ａ・・・コルゲート複合シート、 ２２・・・コルゲート状ビンフィン部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱交換器部とヘッダ部を設けた管板を対向接合した伝熱
   ユニットと、フィンとを交互に上下方向に積層して構成
   された積層型熱交換器において、該フィンが互いに平行
   に間隔をあけて配列された複数の線状熱伝導体からなり
   、線状熱伝導体は長さ方向にコルゲート状に湾曲し、該
   湾曲頂部が熱交換器部に固着されている積層型熱交換器
   。