JPH03137497A - コルゲート状ピンフィン型熱交換器 - 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〕 本発明は熱交換器に関する。より詳しくは熱伝達効率の
よいコルゲート状ピンフィン型熱交換器に関する。

〔従来の技術と本発明が解決しようとする課題〕熱交換
器における管内流体と管外流体との間の熱交換性能を改
良するために管内流体が流れるパイプの周囲にフィンを
設けることが知られている。

フィンの形状は通常プレート状のものが多く、プレート
状フィンはパイプの周囲にらせん状又は環状に形成され
ている。このようなプレート状フィンの場合、プレート
の表面に空気の境界層が発生し、この境界層がプレート
の表面に滞留して断熱層を形成するので高い熱効率が得
られない。そこで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
間に複数の金属ビン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
接するパイプ１０３に向けて延びる複°数の金属ビン１
０４ａ　、　　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、管内流体用パイブ表面
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、管内流体用パイプ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
管外流体の流速を均一化し、それによって熱交換性能を
向上しうる新規なコルゲート状ピンフィン型熱交換器を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は管内流体用パイプにフィンが配置されて
いる熱交換器であって、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、少なくとも一
方の側の湾曲頂部が管内流体用パイプに固着され、且つ
管外流体の流れ方向に管内流体パイプが順次位相ずらし
して複数列配置されているコルゲート状ピンフィン型熱
交換器によって達成される。

前記本発明のピンフィン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少くとも片側の湾曲頂部を管内
流体用パイプに接合する工程、前記仮固定材料を除去す
る工程および管内流体用パイプを複数列を順次位相をず
らして配置して組立てる工程から成ることを特徴とする
。

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）および第１図（Ｂ）は本発明によるコルゲ
ート状ピンフィン型熱交換器の一実施例を示す。第１図
（Ａ）が斜視図であり、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の
熱交換器の線Ｉ　Ｂ−Ｉ　Ｂ’による断面図である。

図に示すように、本発明による熱交換器１では管外流体
Ｆの流れ方向に順次管内流体用パイプ２が位相ずらしし
て２列配置され、パイプ２の両端は管内流体パイプを兼
ねたヘッダ６．６′に保持されており、パイプ２のほぼ
全域にわたって、長さ方向にコルゲート状に湾曲した線
状熱伝導体３が配置されている。線状熱伝導体の一方の
側の湾曲頂部４が管内流体用パイプ２の表面に固着され
面図を示す。

このタイプの熱交換器７では、管外流体Ｆの流れ方向に
偏平状管内流体パイプ８が２列ずれて配置されている。

それぞれの管内流体用パイプ８０間には線状熱伝導体３
がコルゲート状に配置されており、線状熱伝導体３は偏
平状管内流体バイブ８に対面する湾曲頂部４において管
内流体用パイプ８に固着されている。

このような熱交換器は家庭用ターラ、自動車用ターラ等
に適用でき、従来のプレートフィンに比べて、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
熱交換器用ピ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　ｉ’　／　
ｃｍ−ｓｅｃ・℃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。

親水処理、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、少くとも一方の側の湾曲頂部は管内流体用バイブに
固着され、且つ、管外流体の流れ方向に複数列位本目を
ずらして配置されている点にある。

本発明の管外流体の圧力損失を小さく抑え、且つ熱交換
器性能の高い熱交換器を得るためには、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（闘）
であり、Ｙは線状熱伝導体の配列密度（本／正）である
。

第５図に本発明のピンフィン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５図に示すように、５本の線状熱伝導体３ａ
、３ｂ、３ｃ、３ｄおよび３ｅがコルゲート状にシート
９に配列されて複合シー）１９ａが形成されている。５
本の線状熱伝導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄおよび３ｅ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９の中に埋設されている。第５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４の中心と同じ線状熱伝導体
の隣接する湾曲頂部４の中心との間の間隔、換言すれば
、第５図において１本の線状熱伝導体３ａの隣接する２
本の平行部分間の間隔をＺｌと規定する。

前記Ｚ１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Ｙ１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一体の配列密度Ｙ２を前
記Ｚ２の値から計算する。前記式で用いられるＹはＹｌ
とＹ２の平均値を用いる。尚Ｙ、は０．２本／ｍｍ〜１
０本／ｍｍ、Ｙ２は０．２本／鮒〜１０本／　Ｉ［ｌＩ
Ｏ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、ピンフィン
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
ぎてビ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＜Ｑ、５の場合は、ピ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１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、第１図（Ａ）、第１図（Ｂ）に示すよう
に、円筒形の管内流体用バイブ２の表面全体に、線状熱
伝導体３が配置されたタイプの熱交換器の場合には下記
式を満足すると好ましい。

０．２５≦Ｘ≦０．９５ ０．５≦ＸＹ≦２．５ 一方第２図に示すように、偏平の管内流体用バイブ８の
ストレート部表面に線状熱伝導体３が配置されたタイプ
の熱交換器の場合には下記式を満足すると好ましい。

０．３≦Ｘ≦２．５ ０．５≦ＸＹ≦１．６ 次に本発明によるコルゲート状ピンフィン型熱交換器の
製造方法の一例を説明する。

第６図に複数の線状熱伝導体を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６図に示すように、複数本の線状熱伝導体３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１０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
１１　、１１’によって引出される。

その際複数本の線状熱伝導体３は目板１２、前液１３を
経てテンションバー１４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
５および配列筬１６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９はシートロール９′か
ら引出され、ガイドロール１７　、１８を経て、前記線
状熱伝導体３の群とともに一対の加熱ブレスｏ　−ルｌ
ｌ　、　１１’　ニｌカｉる。加熱プレスロール１１　
、１１’では線状熱伝導体３の群と溶解性樹脂シート９
とが加熱押圧され、シート９の中に線状熱伝導体３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３の群と溶解性樹脂シート９の一体化
は第６図に示した方法以外に線状熱伝導体３０群の両側
から溶解性樹脂シート９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３の溶解性樹脂シート９への埋
込み状態は、溶解性樹脂シート９内へ完全に埋込む、或
いは、溶解性樹脂シート９上、例えば線状熱伝導体３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９の厚みにも影響する
が線状熱伝導体３０１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１１　、１１’を通過して一体化
された複合シート１９は一対の送り出しローラ２０゜２
０′を経た後、巻取りロール２１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、分解又は焼失することができる
材料を用いることができる。例えばポリビニルアルコー
ル系・セルロース系・ポリエステル系・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パイプか
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パルプを混合した
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パ
ルプから成る紙が好ましい。

次に、平行に間隔を開けて固定された線状熱伝導体３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３の群をコル
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１９ａ　（
以下コルゲート複合シート１９ａという）を第７図に示
す。

第１図（Ａ）および第１図（Ｂ）に示した熱交換器を作
る場合には、コルゲート複合シー）１９ａは、第７図に
示す輻Ｗを有するコルゲート状ピンフィン部材２３を作
るために、その長手方向、すなわち第７図の線２２に沿
って切断される。熱交換器１は第８図に示すように、パ
イプ２の外周にコルケート状ピンフィン部材２３をスパ
イラル状に巻付けることによって得られる。

コルゲート状ピンフィン部材２３をパイプの表面に接合
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９図は線
状熱伝導体３の両側の湾曲頂部４を被覆する溶解性樹脂
９がΔｈ１だけ除去して、第２図に示された熱交換器７
を作るために用いられるコルゲート状ピンフィン部材ユ
ニットを示す。このΔｈ、の値は０〜１市の間であれば
よい。この樹脂除去処理はコルゲート複合シート１９ａ
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２３のパイプへの接合
工程について説明する。

第１図（Ａ）および第１図（Ｂ）に示した熱交換器１を
製造する際の接合工程について説明する。

第１０図に示すように、パイプ２の外周表面にろう材２
５がろう材付パイプ２６を作るために付与される。

次に第８図に例示するようにろう材が付与されたパイプ
２６の外表面にコルゲート状ピンフィン部材２３の樹脂
除去部すなわち線状熱伝導体３の露出湾曲頂部４が接触
するようにラセン状に巻回して線状熱伝導体３が、パイ
プの軸方向に対して適切な角度を保つようにしてフィン
巻付体２７を得る。

このようにして得られたフィン巻付体２７は例えば１６
５℃の温度のろう付炉内に例えば３０分投入されて、パ
イプ２６の外表面に線状熱伝導体の湾曲頂部４が確実に
接合されたパイプフィン一体物２８が得られる（第１１
図）。このようにして作られたパイプ・フィン一体２８
では未だ線状熱伝導体３間には溶解性樹脂９が残存して
いるので例えば第１２図に示すようにパイプ・フィン一
体物２８をコンベア２９上に乗せて移動させながらその
上部から例えば１００℃の熱水３０をかける。約６０分
間の熱水処理により溶解性樹脂８は除去され、第１３図
（Ａ）、第１３図（Ｂ）に示すような露出パイプ・フィ
ン一体物３１が得られる。

このようにして得られた露出パイプ・フィン−体物３１
を必要に応じて所望の数だけ組み合せ、管外流体の流れ
方向に順次管内流体用パイプを位相ずらしして複数列配
置し、パイプ２の両端にヘッダ等を取り付ける。その後
、ヘッダ等に管内流体用の受入れ口、排出口を設けるこ
とにより熱交換器が得られる。

なお、第９図に示すコルゲート状ピンフィン部材では説
明の都合上線状熱伝導体２が１本だけ示されるが、実際
には第５図に示すように紙面の後方に複数本の線状熱伝
導体３が間隔をあけて平行に配置されている。

〔実施例〕

次に本発明によるコルゲート状ピンフィン付き熱交換器
の実施例を示し、併せて、比較例のピンフィン付き熱交
換器を用いた場合の熱交換性能を示す。

実施例 第６図に示す装置に準じた装置を用いて、線状熱伝導体
３と溶解性樹脂９からなるシートをコルゲート成形した
後、湾曲頂部４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　　　　　　円　形 直　　　径　　　　　　　　２００．１／Ｉｌｌφ材　
　　質　　　　　　　　銅 クリール本数　　　　　５００本 給糸方法　　　　　　　ボビン回転よこ取りフィードロ
ール周速　　１ｍ／分 溶解性樹脂シー）　　　　ＰＶＡフィルム厚さ２００陶
（倉庫セーレン社製） 加熱プレス条件　　　　温度２００℃ 荷重　２０ｋｇ コルゲート成形機　　　東洋１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＝１０ａ＋ｍ第１０ａ＋ ７、　９　４　ｍｍ　　肉厚０．　３　０　＋＋＋＋ｎ
のろう材付管内流体用パイプ２６の表面にコルゲート状
ピンフィン部材２３をラセン状に巻回した後炉内でろう
付けする。その後パイプフィン一体物中の残存する溶解
性樹脂を除去し、管外流体の流れ方向１列と２例の熱交
換器を製造した。

前記条件で製造した熱交換器は１例の場合、線状熱伝導
体３の外周長Ｘは０．　６２８となり、線状熱伝導体３
のフィン林立部の配列密度Ｙは０．５本／ｍ［ｌＩで、
２列の場合線状熱伝導体３の外周長Ｘは０、　６２８と
なり、線状熱伝導体３のフィン林立部の配列密度Ｙは１
本／市となる。

比較例 第６図に示す装置に準じた装置を用いて線状熱伝導体３
と溶解性樹脂シート９からなる複合シート１９を第１４
図に準じた装置を用いて下記条件で積層し、第１５図に
示す異方熱伝導性構造体３２を得、この構造体３２を幅
１０ｍｍに切断して異方熱伝導性シート３３を得る。異
方熱伝導性シート３３の両面を第１６図に示す如く、樹
・脂を溶解して線状熱伝導体３の頂部４を露出させたピ
ンフィン部材３３を作る。

その際の製造条件を下記に示す。

（１）複合シート条件 線状熱伝導体 断面形状 直　　　径 材　　　質 クリール本数 円形 ２００＃ｌφ 銅 ５００本 給糸方法 フィードロール周速 使用液 溶解性樹脂シート ボビン回転、よこ取り １ｍ／分 ５０．８羽／１ｎｃｈ （したがって筬ピッチ０．５ｕ） ＰＶＡフィルム厚さ２００μ ｍ００声 （倉庫セーレン社製） ついては、０．６２８ｍｍとなり線状熱伝導体３の配列
密度Ｙについては、０．５本／田０となり、実施例の１
列と同じ値である。

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

第　　１　　表 加熱プレス条件　　　温度２００℃　荷重　２０ｋｇ（
２）積層条件 積層シート枚数：１１枚 加熱プレス条件：温度１７５℃　時間３０分円筒状管内
流体用パイプを用いた熱交換器については、第１７図に
示す装置に準じた装置を用いて外径７．９４＋ｎ＋ｎ　
　肉厚０．３　ｍｍのろう材付管内流体用パイプ２６の
表面にピンフィン部材３３をラセン状に巻回した後炉内
でろう付けする。その後パイプフィン一体物中の残存す
る溶解性樹脂９を除去し、熱交換器を製造した。線状熱
伝導体３の外周長Ｘに第１表より、本発明によるコルゲ
ート状ピンフィン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、コルゲート状ピンフィン型熱交換器を用
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
、位相をずらした複数例の配置により管外流体の流速が
均一化されるので、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）は本発明のコルゲート
状ピンフィン型熱交換器の一実施例を示し、第１図（Ａ
）は斜視図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の熱交換器の
線Ｉ　Ｂ−Ｉ　Ｂ’による断面図であり、第２図は第１
図（Ａ＞に類似した熱交換器の断面図であり、第３図（
Ａ）は従来のピンフィン型熱交換器の一例の略示正面図
であり、第３図（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４図は従来公知のピ
ンフィン型熱交換器の他の例の断面図であり、第５図は
本発明のピンフィン型熱交換器に用いられるコルゲート
複合シートの一例の一部分を示す斜視図であり、第６図
は複数の線状熱伝導体と仮固定材料からなるシートを作
るための装置の略示正面図であり、第７図は本発明のピ
ンフィン型熱交換器を作るため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８図はパイプ表
面へのコルゲートピンフィン部材の巻付けを説明する斜
視図であり、第９図はコルゲート複合シートの湾曲頂点
の仮固定材料が除去されたコルゲート複合シートを１片
の示す正面図であり、第１０図はパイプの表面へのはん
だ付与を説明する斜視図であり、第１１図は本発明の熱
交換器におけるパイプフィン一体物の一例を示す斜視図
であり、第１２図はパイプフィン一体物から仮固定材料
を除去する方法を説明する斜視図であり、第１３図（Ａ
）は仮固定材料が完全に除去されたパイプフィン一体物
の縦断面図であり、第１３図（Ｂ）は仮固定材料が完全
に除去されたパイプフィン一体物の横断面図であり、第
１４図は従来の異方熱伝導性構造体を製造する装置を示
す正面図であり、第１５図は第１４図に示す装置を用い
て作られた従来の異方熱伝導性構造体を示す斜視図であ
り、第１６図は第１５図に示された異方熱伝導性構造体
から得られた従来の異方熱伝導性ブロックを示す斜視図
であり、第１７図はパイプ表面への従来の異方熱伝導性
シートの巻付けを説明する斜視図である。 １．７・・・熱交換器（本発明）、 ２・・・円筒状パイプ、　３・・・線状熱伝導体、４・
・・湾曲頂部、　　　９・・・溶解性樹脂、１９・・・
複合シート、 １９ａ・・・コルゲート複合シート、 ２３・・・コルゲート状ピンフィン部材、２５・・・ろ
う材、 ２８・・・パイプ・フィン一体物、 ３１・・・露出パイプフィン一体１勿。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管内流体用パイプにフィンが配置されている熱交換器に
   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、少なくとも一方の側の湾曲頂
   部が管外流体用パイプに固着され、且つ管外流体の流れ
   方向に管内流体パイプが順次位相ずらしして複数列配置
   されているコルゲート状ピンフィン型熱交換器。