JPH04369392A - 積層形熱交換器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパッケージ空調機用熱交
換器のように空調機では比較的交換熱量が大きい蒸発器
及び凝縮器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空調機で用いられている積層形熱
交換器を実願昭６３−１２８９３４号及び図を用い説明
する。積層形熱交換器は、図２に示すように管内に多数
の穴を明けた扁平管１２でなる伝熱管を複数段折り曲げ
、扁平管の間に交互に折り曲げたコルゲートフィン１３
及び扁平管の両端に多穴の扁平管流路を集合するヘッダ
ーで構成している。コルゲートフィンの基本形状は、ル
ーバと呼ぶ多数の切り起こしを薄板に設け新鮮な空気を
フィンに触れ易くして高性能化を狙ったものである。扁
平管は、空気の流れと平行に配置し、形状抵抗による通
風抵抗の増加を防止している。上記のフィンと扁平管の
組合わせは、空気熱交換器の性能面で理想的であり、空
気側の設計条件で基本形状があまり変わることは無い。 これに対し伝熱管の形状は、管内に流す流体の圧力，耐
食性等の設計条件及び作り易さ等の加工条件で異なるが
、大別してサーペンタイン形及びドローンカップ形の２
種類がある。実願昭６３−１２８９３４号の図２に示し
たサーペンタイン形熱交換器は、継目無し管を折り曲げ
たもので高圧に耐えられるので凝縮器で実用されている
。また後述のドローンカップ形より構造が簡単で加工精
度が低くて済むので、寸法が狂い易く容量が大きい熱交
換器の製作が容易である。但し扁平管の折り曲げを伴い
曲げ半径があまり小さい加工は不可能で、フィン高さを
小さくできない欠点がある。一方ドローンカップ形熱交
換器は、実開平２−２８９８３号公報に示すように、貼
り合わせると管内流路及びヘッダーを形成できるように
あらかじめ板金加工で凹凸面を作った２枚の薄板でなる
伝熱板及びコルゲードフィンを炉内で加熱し、伝熱管，
ヘッダー各々の接合部及び伝熱管とフィンを同時にロー
付けしたものである。 この熱交換器は、伝熱管の曲げ加工による制約が無いた
めフィン高さを自由に選べる利点はあるが、接合箇所が
多く加工精度が悪いとロー付け不良で管内流体が漏れる
等の心配がある。これまでに述べた積層形熱交換器は、
空調機用熱交換器ではフィン及び伝熱管の材質が両者と
もアルミニウム製で、しかも交換熱量が少ないカーエア
コン用等の比較的小容量熱交換器で高性能化の達成手段
として実用例がある。しかし本発明で効果が期待される
パッケージ空調機用等の交換熱量が大きい比較的大容量
な空調機用熱交換器では、後述の問題があるため銅製伝
熱管群に直交してアルミニウム製の薄板のフィンを配置
したフィンチューブ式熱交換器が従来から用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】交換熱量が比較的大き
い空調機用熱交換器は、従来フィンチューブ式のものが
用いられ、積層式のものは実積が無い。空気側の高性能
化に好適な積層式熱交換器が大容量な熱交換器で実用化
できないのは、従来の積層形熱交換器に形状からくる生
産技術上の問題点がある。すなわち積層式熱交換器には
フィンのロー付けに熱間加工が不可欠で、フィンチュー
ブ式の冷間加工と比べ加熱装置が必要、複雑な熱管理を
伴う等のコストアップ要因がある。さらに上記の要因を
除外できても伝熱管曲げ加工が難しくフィン高さを小さ
くできない（サーペンタイン形）、熱交換器があまり大
きいとフィンと伝熱管間の規定内の精度で加工するのが
難しくロー付け不良の原因になる（ドローンカップ形）
等、加工が難しくなる問題点がある。本発明は従来の積
層形熱交換器を大容量化する際生じる上記の問題点を解
決し、低コストな空気熱交換器を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、銅フィン及び
銅伝熱管を用い腐食の問題を解決し高性能化しようとす
る場合に新たに生じる以下の課題を解決する手段を提供
する。まず熱間加工による製造コストアップ要因を減ら
す手段を以下に示す。

【０００５】伝熱管の接合箇所を減らすため、（１）請
求項１の銅系統の数の細い伝熱管を押し潰し扁平管を作
り扁平面が互いにほぼ平行に対向配置する。又は（２）
請求項２の銅系統の太い単管の伝熱管を扁平に押し潰し
、耐圧強度を得るため扁平管を内面が部分的に接触する
までさらに押し潰し、接触面をロー付けした。（３）請
求項１，２のフィン及び伝熱管は材質を銅系統にして両
者が半田付け等の低温で接合できるようにして加熱時間
を少なくした。次に高性能化による小形軽量化を実現す
る手段を示す。一般的なルーバ幅を縮め、フィン板厚を
薄くして小形軽量化する場合、伝熱管からフィン表面ま
での熱移動を円滑にしておく必要があり、フィン高さを
小さくすることが不可欠である。フィン高さを小さくす
るためサーペンタイン形のターン部曲げ半径を小さくで
きない欠点を補うため、（４）請求項１の隣接する扁平
管の連絡は細径の円筒を曲げる、又は（５）請求項２の
太い単管で扁平管を構成する場合、互いにほぼ平行に対
向しコルゲートフィンが存在しない両端に部分的な盛り
上げ部を設け、この部分で対向する扁平管を接合し、か
つ盛り上げ部の一部に開けられた穴を介して扁平管内に
熱媒体を供給する構造とした。

【０００６】

【作用】請求項１，２の扁平管は両者とも継目無しの円
管から加工したものを用いた。又フィン及び伝熱管の材
質は、従来のアルミニウムに代え銅にした。これらの選
定により熱間加工はフィンと伝熱管の半田付けのみで、
伝熱管相互の接合は炉外で銀ロー付けを行えるようにし
た。但し銅の扁平管は、従来のアルミニウムのように多
穴管の引抜き加工が困難で、仮に作れてもターン部で曲
げによる座屈で管内通路が閉じる等良好な形状を維持す
ることが難しい。第１請求項で細径管で扁平管及びター
ン部の曲げ管を構成したのは、以上の理由で管内通路を
良好な形状にするためである。請求項２は、銅の多穴引
抜き管，曲げ座屈を回避するもう一つの案である。太い
伝熱管を押し潰しているので内圧で扁平管が膨張するの
を防ぐため管内を部分的に接合している。また伝熱管両
端に盛り上げ部を設け隣接の扁平管を連絡する通路を設
けることにより曲げ加工を不要にした。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３に
より説明する。

【０００８】図１は、本発明の積層形熱交換器の正面、
図２は左側面及び図３は右側面を示す。本発明の積層形
熱交換器は、隣接する扁平面が互いにほぼ平行で空気等
の被熱交換媒体が流れる奥行方向に複数個対向配置した
扁平管１，対向する扁平面の隙間に薄板を無数に折り曲
げ積層したコルゲートフィン２，上下方向の扁平管を連
絡する複数の曲げ管３及び奥行方向の複数の扁平管を分
岐又は集合し、扁平管に熱交換媒体を供給する入口ヘッ
ダ４，出口ヘッダ４′で構成した。図１ないし図３は、
構造を理解し易いように模式的に表わしているので、扁
平管１及びコルゲートフィン２の積層段数は少ない。本
発明は、上記の積層段数が従来のカーエアコン用蒸発器
の数段と比べ十数段に及ぶパッケージ空調機等の大容量
な積層形熱交換器を低コストに作ることを目的にしてい
る。積層形熱交換器は後述する熱間加工による接合作業
が伴い、冷間加工で製作可能なフィンチューブ式熱交換
器より本質的に製造コストが高くなる欠点がある。この
欠点を補い低コスト化するには大容量熱交換器は、熱間
加工を簡素化する手段のみでは不十分である。そこで大
幅な高性能で低コスト化を図ることを併用する。その一
方策としてコルゲートフィンに設ける多数の切り起こし
でなるルーバの幅を微細化し、フィン板厚を薄くするこ
とを考える。このルーバ幅の微細化は高性能化の常とう
手段である。しかし従来のアルミニウムフィン材では腐
食の問題がありルーバ幅１ｍｍ，フィン厚さ０．１　ｍ
ｍ前後が実用の限界をされていた。本発明では腐食の問
題を除くため銅のフィン材を用いる。またルーバの切り
起こしは、ギャー方式を用いることで、一例としてルー
バ幅０．７ｍｍ　及び板厚４０μｍ程度を可能にしてい
る。 高性能化と薄板化の条件で伝熱管からフィン表面までの
熱移動を円滑にするにはフィン高さを小さくする必要が
あり、本発明のフィン高さは約１０ｍｍ以内を選んでい
る。一方扁平管は、複数の純銅の継目無し管を押し潰し
て成形し前述の図１ないし図３のように並べている。純
銅の継目無し管を用いるのは銅系材フィンの方が先に腐
食するようにして扁平管の腐食割れを防ぐこと、又耐圧
強度を得るためである。銅管の曲げ半径ｒは、管径ｄｐ
の１．１５〜１．２５倍とされている。したがってあま
り太い銅管で扁平管を作ろうとしてもターン部で曲げら
れないので、フィン高さが確保できる管径を用い、奥行
方向フィンを扁平面が十分に覆える程度に細径管の数を
選ぶ必要がある。次に実施例の製造方法を述べる。図４
は、長尺のＩ−Ｉ断面に示す細径管を複数個平行に並べ
、図１の曲り管３に相当する部分を除きＩＩ−ＩＩ断面
に示す扁平加工を部分的に施した後の細径管列を示す。 脱脂洗浄した扁平面１には半田膜が塗付される。次にＩ
−Ｉ断面の円管３の部分で折り曲げたのが図５である。 折り曲げ後に上述の洗浄及び半田膜の塗付を行っても良
い。次にあらかじめギャ加工で成形したコルゲートフィ
ン２を隣接して対向している扁平管１の隙間に挿入し、
フィンと扁平管の間に隙間が生じないよう外部の治具６
ａ，６ｂで加圧した状態を図６に示す。この状態で炉内
に入れ加熱して伝熱管に塗付した半田膜を溶かしてフィ
ンと伝熱管を接合する熱間加工を行う。炉外に出し作業
に支障が無い程度に冷えたところで、最後に図１のよう
に出入口ヘッダ４，４′と扁平管１を銀ロー付けする。 上述の実施例は、銅フィン及び銅管で特に高性能化によ
りフィン高さが小さい大容量のサーペンタイン形積層熱
交換器に好適である。しかしコルゲートフィン及び扁平
管を積層する段数が上述より少ない中容量のものは、以
下に示すドローンカップ形積層熱交換器を改良した別実
施例の方が優れている。まず図７ないし図１２は扁平管
内が低圧の場合の実施例を示す。図７は実施例の正面図
、図８は扁平管の斜視図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ断面
図及び図１２は図８のＸＩＩ−ＸＩＩ断面を示す。本実
施例の積層形熱交換器は、図７に示す隣接する扁平面が
互いにほぼ平行に対向配置した扁平管１、前述と同様な
コルゲートフィン２及び扁平管内に流す熱交換媒体を供
給する入口パイプ５及び出口パイプ５′で構成した。扁
平管は、図８に示す太い継目無し銅管を押し潰し部分断
面のように扁平面１ａを形成し、端部の穴７ａから扁平
管内に入った熱媒体が他端の穴７ｂから出るように、両
端１ｂは完全に押し潰し閉じている。なお扁平管の中央
は内圧による膨張を防ぐため図９のように、扁平面１ａ
を部分的に押し潰し接触させ接触面１ｃを固定して耐圧
強度を得ている。固定方法は接触した扁平管の片方の面
に固定穴９を開け、この穴に半田又は銀ロー材を入れ融
接するのが望ましい。しかし図１０ないし図１１のよう
に扁平管１を局部的に押し潰す代りに扁平管内に円管等
の強度部材１０を挿入し、固定穴９で融接しても良い。 また両端付近の熱媒体を供給する穴７は、図１２のよう
に扁平面１ａからフィン高さの半分の高さｈ／２まで盛
り上げた平面１ｄに開けている。なお上記の穴は、一例
として図１３に模式的に管内の熱媒体の流れ方向を表わ
す任意の流れを作るため扁平管の位置により図１０のよ
うな２箇所に限らず、１箇所のみ開けることを併用して
いる。

【０００９】次に製造方法を述べる。前述したコルゲー
トフィン２，出入口パイプ５及び上述の扁平管１いづれ
も銅ないし銅系材を冷間加工で製作しておく。出入口パ
イプ５と扁平管１は強固に接合するのが取扱いが便利で
あり、あらかじめ銀ロー付けで固定する。図８の扁平面
１ａ及び盛り上げ面１ｄに半田膜を塗付する。管内の熱
媒体の流れ方向が所望通りになるように扁平管の穴位置
を確認し、扁平管を積層する。隣接する扁平管の隙間に
コルゲートフィン２を挿入する。前述の実施例と同様に
、外部の治具で加工してフィンと扁平管に隙間が生じな
い状態にして炉内で加熱して、フィンと扁平管を半田付
けする。内圧が高く隣接する扁平管の接合強度が上述の
半田付けでは不十分な場合は、次のように銀ロー付けを
行うため若干の工夫を必要とする。まず扁平管は、あら
かじめ図１２のように銅素管を押し潰し、穴加工（穴７
及び膨張防止固定穴９）を済ませる。この段階で上述の
図８と異なるのは、両端付近を盛り上げていない点のみ
である。次に内圧による両端の押し潰し面１６及び膨張
防止固定穴９の接合面を、銀ロー付けで完全に接合する
。同様に図１５で示すように熱媒体の供給口にフィン高
ｈをと同じ高さの連絡パイプ８を銀ロー付けしておく。 以下扁平管にコルゲートフィンを挿入後、両者を半田付
けするまでは前述と同じように行う。最後に図１５の連
絡管の開放面８ａと隣接する扁平管を銀ロー付けにより
接合する。

【００１０】

【発明の効果】複数の細い伝熱管を折り曲げ、コルゲー
トフィンと接する部分を扁平にした扁平管群を用いるこ
とによりサーペンタイン形積層熱交換器のターン部曲げ
半径を小さくでき、銅パイプ及び銅フィンの積層形熱交
換器の製作が可能になった。銅製熱交換器は耐食性に優
れており、従来腐食による制限から実現しなかったルー
バ幅の著しい微細化及び薄板化が可能になり大幅な高性
能化で小形軽量化が可能になる。又従来の全アルミ積層
形熱交換器と比べフィン及び扁平管を接合する加熱炉お
よび熱処理は、ロー付けより低融点の半田付けを用いる
ので簡素化できる。太い継目無し銅管を押し潰して作っ
た扁平管を用いたドローンカップ積層形熱交換器は、内
圧が加わる接合面を銀ロー付け後、内圧に無関係なフィ
ンと扁平管の接合は半田付け出来るので、従来の全アル
ミ熱交換器より耐圧容器の製作が難しかった大容量の銅
製熱交換器の製作が可能になった。以上から銅フィン及
び銅伝熱管を用いる全銅製化で腐食の製限が除かれ、上
述の銅個有の生産技術上の問題解決と合わせることで、
ルーバ幅の飛躍的な微細化及び薄板化が可能になり、積
層形熱交換器の製造に必然的に伴う熱間加工によるコス
トアップを十分に吸収できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の正面図。

【図２】図１の第一の側面図。

【図３】図１の第二の側面図。

【図４】本発明の加工手順を示す第一説明図。

【図５】本発明の加工手順を示す第二説明図。

【図６】本発明の加工手順を示す第三説明図。

【図７】本発明の他の実施例の正面図。

【図８】扁平管の第一の実施例の斜視図。

【図９】第８のＩＸ−ＩＸ矢視断面図。

【図１０】扁平管の第二の実施例の斜視図。

【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ矢視断面図。

【図１２】図８のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視断面図。

【図１３】加工途中の扁平管の斜視図。

【図１４】扁平管の第三の実施例の斜視図。

【図１５】連絡管の断面図。

【符号の説明】

１…扁平管、２…コルゲートフィン、３…曲り管、４…
出入口ヘッダ、５…出入口パイプ、６…治具、７…穴、
８…連絡パイプ、９…固定穴、１０…強度部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に熱交換媒体を流す扁平管の扁平面が
   互いにほぼ平行に対向配置され、隣接する扁平管の間隙
   に被熱交換媒体である気体を流しており、前記間隙に薄
   板のフィンを交互に折り曲げた伝熱を促進するためのコ
   ルゲートフィンが配置され、前記扁平管及び前記コルゲ
   ートフィンを層状に複数段重ねている積層形熱交換器に
   おいて、複数の細い伝熱管を一列に並べ交互にほぼ平行
   に対向するように折り曲げており、前記コルゲートフィ
   ンと接する面を平らにした扁平管群を用いていることを
   特徴とする積層形熱交換器。