JPH08121983A - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第１の目的は、製造が容易で伝熱効率に優れ
た熱交換器を提供することであり、第２の目的は、ピン
形状の微細フィンを用いた熱交換器を低コストで容易に
製造することのできる製造方法を提供することにある。 【構成】 偏平管と偏平管との間には、伝熱効率を高め
るための微細フィンが挿入されて、偏平管の外壁面にろ
う付けされている。微細フィンは、アルミニウム線材３
０とろう箔材８とを交互に交差させてフィンネット９を
作製し、そのフィンネット９を、ろう箔材８が挿入され
た位置毎にアルミニウム線材３０を交互に折り曲げて蛇
行状に成形し、その蛇行状に成形されたフィンネット９
を偏平管と偏平管との間隙に挿入した後、加熱によりろ
う箔材８を溶融させてアルミニウム線材３０を偏平管の
外壁面にろう付けすることで設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクルの冷媒凝
縮器や冷媒蒸発器、ラジエータ、あるいはオイルクーラ
等の熱交換器およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の熱交換器には、通常、伝熱効率
を高めるためにフィンが装着されている。このフィン
は、一般的にコルゲートフィンが多く使用されるが、コ
ルゲートフィンを使用している限り、伝熱効率の向上に
は限度がある。そこで、特公平６−４２９８８号公報で
は、伝熱効率の向上を図るために、隣合う偏平管同士の
間に複数のピンを配置した熱交換器の製造方法が開示さ
れている。その製造方法は、所定の長さに切断された複
数のピンを一定間隔で粘着テープに貼着し、そのピンが
貼着された粘着テープを蛇行状に屈曲させた状態で隣合
う偏平管同士の間に配置し、炉中にてピンの両端部を偏
平管にろう付け接合するものである。なお、粘着テープ
は、炉中での加熱により焼失する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の製造
方法では、ろう付け時まで粘着テープを蛇行状に屈曲さ
せた状態に保つ必要があることから、紙製や布製等の粘
着テープは不適当であり、ある程度の強度を持ったテー
プ素材を使用する必要がある。つまり、紙製や布製等の
粘着テープと比べて価格も高くなると思われる。そし
て、この粘着テープは、再使用することなく、ろう付け
時の加熱により焼失してしまうことから、その粘着テー
プを使用して製造される熱交換器の製造コストが高くな
ってしまう。

【０００４】また、隣合う偏平管同士の間隔とピンの長
さとの精度が悪い場合、つまり、隣合う偏平管同士の間
隔に対してピンの長さが短過ぎる場合は、ピンの先端が
偏平管の表面と確実に接合されず、偏平管とピンとの間
で熱的に断熱状態となって熱交換器の性能低下を招く。
または、ピンが偏平管に接合されず、フィンの機能を果
たさない。このため、隣合う偏平管同士の間隔に対して
ピンの長さを高い精度で合わせる必要があることから、
熱交換器の製造が困難となる。

【０００５】本発明は、上記事情に基づいて成されたも
ので、その第１の目的は、製造が容易で伝熱効率に優れ
た熱交換器を提供することにあり、第２の目的は、ピン
形状の微細フィンを用いた熱交換器を低コストで容易に
製造することのできる製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の目的を
達成するために、請求項１において、熱伝導性に優れた
材料で細い棒状に設けられた線材を蛇行状に屈曲形成し
たフィン用線材と、一定の間隙を保って平行に配された
偏平管とを備え、前記フィン用線材が、前記偏平管の幅
方向に適宜な間隔を保って前記偏平管同士の間隙に複数
本配置され、それぞれの屈曲部で前記偏平管の外壁面に
ろう付けされたことを技術的手段とする。

【０００７】また、第２の目的を達成するために、以下
の技術的手段を採用する。請求項２では、熱伝導性に優
れた材料で細い棒状に設けられたフィン用線材と、ろう
材により細長く形成されたろう線材とを交互に交差させ
て網状のフィンネットを作製する第１工程、前記ろう線
材が配された位置毎に前記フィン用線材を交互に折り曲
げて前記フィンネットを蛇行状に成形する第２工程、こ
の蛇行状に成形された前記フィンネットを、前記ろう線
材の軸線が一定の間隙を保って平行に配された偏平管の
幅方向を向いた状態で前記偏平管同士の間隙に挿入する
第３工程、加熱により前記ろう線材を溶融させて前記フ
ィン用線材を前記偏平管の外壁面にろう付けする第４工
程を有する。

【０００８】請求項３では、請求項２に記載の熱交換器
の製造方法において、前記フィンネットは、前記ろう線
材が前記偏平管同士の間隙に合わせて配置されたことを
特徴とする。

【０００９】請求項４では、請求項２または３に記載の
熱交換器の製造方法において、前記ろう線材は、細長い
箔状に形成されたことを特徴とする。

【００１０】請求項５では、請求項２〜４に記載の何れ
かの熱交換器の製造方法において、前記フィンネット
は、隣合う前記ろう線材同士の間に、加熱時に熱分解し
て消失する材質より成る補強線材が前記フィン用線材と
交互に交差して配されたことを特徴とする。

【００１１】

【作用および発明の効果】請求項１に記載した熱交換器
は、細い棒状の線材を蛇行状に屈曲形成したフィン用線
材を偏平管同士の間隙に複数本配置して、各フィン用線
材の屈曲部で偏平管の外壁面にろう付けされている。但
し、偏平管とは、内部を流体が流れる流体通路を成すも
ので、断面形状が偏平に設けられたものである。この熱
交換器では、偏平管の外壁面にろう付けされた複数のフ
ィン用線材を通じて、偏平管の内部を流れる流体と、偏
平管の外部を流れる熱交換媒体との間で熱交換が行われ
る。各フィン用線材は、それぞれ細い棒状の線材である
ことから、フィン用線材が配置された偏平管同士の間隙
を通過する熱交換媒体、例えば、空気の通風抵抗を小さ
くすることができるとともに、伝熱効率および伝熱面積
を大きくすることができる。

【００１２】また、フィン用線材は、細い棒状の線材を
蛇行状に屈曲形成するだけであり、従来のように１本１
本切断した後、粘着テープに貼着する必要がないことか
ら、熱交換器の製造工数を大幅に低減することができ、
製造も容易となる。

【００１３】請求項２に記載した熱交換器の製造方法
は、フィン用線材とろう線材とで形成されたフィンネッ
トを蛇行状に屈曲形成して偏平管同士の間隙に挿入した
後、加熱によりろう線材を溶融させることでフィン用線
材を偏平管の外壁面にろう付けすることができる。この
ため、従来の粘着テープのようなコスト高の要因となる
材料を使用する必要がないことから、熱交換器の製造コ
ストを低下させることができる。また、ろう線材は、フ
ィン用線材のろう付け位置だけに配されるため、無駄が
なく、偏平管の表面全体にろう材層が設けられる従来品
と比較して経済的である。

【００１４】さらに、偏平管同士の間隙に合わせてフィ
ン用線材を一定の長さに切断する必要がなく、蛇行状に
折り曲げた状態で偏平管へのろう付けを行うことができ
る。つまり、フィン用線材を切断した場合は、長さの調
節が不可能であるが、蛇行状に屈曲形成した状態であれ
ば、折り曲げピッチを変更することでフィンネットの高
さを調節することができる。このため、偏平管同士の間
隙に対して、容易にフィンネットの高さを合致させるこ
とができる。従って、偏平管同士の間隙に対してフィン
ネットの蛇行形状を高い精度で設ける必要がなく、熱交
換器の製造が容易になる。

【００１５】また、請求項５に記載した熱交換器の製造
方法では、隣合うろう線材同士の間に、補強線材をフィ
ン用線材を挿入したことにより、フィンネットの強度を
高めることができる。これにより、フィンネットを蛇行
状に折り曲げる際のフィン用線材およびろう線材の位置
ずれを防止することができる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の熱交換器およびその製造方法
についての一実施例を説明する。図１はフィンネットの
平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。本実施例の熱交換
器１は、図３に示すように、内部を流体が流れる偏平管
２、伝熱効率を高めるための微細フィン３、一対のヘッ
ダ４、５、入口パイプ６、および出口パイプ７等より構
成され、偏平管２と微細フィン３とを交互に積層した状
態で各偏平管２の両端部にそれぞれヘッダ４、５が配置
され、一方のヘッダ４には入口パイプ６が接続されて、
他方のヘッダ５には出口パイプ７が接続されている。

【００１７】偏平管２は、例えば、熱伝導性に優れたア
ルミニウムの厚板を押出成形により製造したもので、内
部に複数の流体通路（図示しない）が形成されている。
各偏平管２は、偏平な外壁面同士が対向して、一定の間
隔で平行に配されている。微細フィン３は、細い棒状に
設けられたアルミニウム線材３０（本発明のフィン用線
材）を蛇行状に屈曲形成したもので、偏平管２の幅方向
に一定の間隔で複数本配置されている。

【００１８】ヘッダ４、５は、アルミニウムの板材（但
し、表面にろう材が設けられたクラッド材）を円筒形状
に形成した筒体４ａ、５ａと、この筒体４ａ、５ａの両
端開口部を閉塞するキャップ４ｂ、５ｂとから成り、筒
体４ａ、５ａの側壁面に各偏平管２の端部が差し込まれ
て、各偏平管２と連通されている。なお、各偏平管２を
流れる流体をヘッダ４、５内部でＵターンさせるため
に、各ヘッダ４、５の内部に仕切板（図示しない）を設
けても良い。入口パイプ６および出口パイプ７は、それ
ぞれアルミニウム管を所定の長さに切断して設けられた
もので、熱交換器１が介在される流体回路（図示しない
／例えば冷凍サイクル、温水回路等）の配管と接続され
る。

【００１９】次に、微細フィン３の製造工程を含む熱交
換器１の製造方法を説明する。 ａ）まず、アルミニウム線材３０とろう箔材８（本発明
のろう線材）とを交互に交差させて（つまり、アルミニ
ウム線材３０とろう箔材８とを縦糸と横糸に見立てて編
んだ状態）、図１に示す網状のフィンネット９を作製す
る。なお、アルミニウム線材３０は、例えば、直径０．
０５〜０．２ｍｍ程度の円形断面（又は正方形、菱形等
の多角形断面でも良い）を有し、線材径の１．５〜２倍
の間隔で配列されている。また、ろう箔材８は、アルミ
ニウムとシリコン（Ｓｉ）の合金で構成されて、例え
ば、幅ｗ＝１．０ｍｍ以下、厚さｔ＝０．０５〜０．１
ｍｍ程度の薄い板状に設けられ、微細フィン３が挿入さ
れる偏平管２と偏平管２との間隔に合わせて配列されて
いる。

【００２０】ｂ）続いて、ろう箔材８が挿入された位置
毎にアルミニウム線材３０を交互に折り曲げて、図２に
示すように、フィンネット９を蛇行状に成形する。この
時、蛇行状を成すフィンネット９の高さｈ（図２の上下
方向）が、上下方向に隣合う偏平管２同士の間隔と一致
するように成形する。

【００２１】ｃ）続いて、蛇行状に成形されたフィンネ
ット９を、ろう箔材８の長手方向が偏平管２の幅方向を
向いた状態、つまり、各アルミニウム線材３０が、偏平
管２の幅方向に並列に配列した状態で、それぞれ上下に
隣合う偏平管２同士の間隙に挿入する。この時、蛇行状
を成すフィンネット９の高さが偏平管２同士の間隙と合
致しない場合は、フィンネット９の折り曲げピッチｐ
（図２参照）を変更してフィンネット９の高さを調節す
る。

【００２２】ｄ）続いて、熱交換器１全体の仮組付けが
終了した後、非腐食性のフラックスを熱交換器１全体に
塗布し、ろう付け炉内で一体加熱する。なお、フラック
スは、アルミニウム表面の酸化膜を除去してろう付けを
可能とするために使用するもので、フラックスを水に解
かした溶液を吹き付ける噴霧式や、フラックスを解かし
た液槽内に熱交換器１全体を浸漬する浸漬法等で塗布す
ることができる。

【００２３】炉内での加熱により、熱交換器１の各接合
部（ヘッダ４、５と各偏平管２、一方のヘッダ４と入口
パイプ６、他方のヘッダ５と出口パイプ７等）がろう付
けされるとともに、アルミニウム線材３０と交差するろ
う箔材８が溶融することにより、各アルミニウム線材３
０が各々の屈曲部で偏平管２の外壁面にろう付けされ
て、微細フィン３として設けられる。

【００２４】上記工程により製造された熱交換器１で
は、熱伝導性に優れた微細フィン３を通じて、各偏平管
２の内部を流れる流体と各偏平管２の外部を流れる熱交
換媒体（例えば、空気）との間で熱交換が行われる。こ
こで、微細フィン３は、隣合う偏平管２同士の間では、
図４（図３のＡ−Ａ断面図）に示すように、偏平管２の
壁面に対して碁盤の目の様に配列されている。従って、
この微細フィン３を使用することで、偏平管２の外部を
流れる流体の流通抵抗を小さくすることができるととも
に、伝熱効率および伝熱面積を大きくすることができ
る。その結果、熱交換器１の性能を大幅に向上させるこ
とが可能である。

【００２５】本実施例の製造方法によれば、微細フィン
３を設ける上で、アルミニウム線材３０とろう箔材８と
を交互に交差させて作製したフィンネット９を折り曲げ
て蛇行状に成形するだけで良い。従って、従来技術で説
明したように、ピンを所定の長さに１本１本切断した
後、粘着テープに貼着する必要がないことから、熱交換
器１の製造工数を大幅に低減することができ、それだけ
熱交換器１の製造も容易となる。

【００２６】また、アルミニウム線材３０とともにフィ
ンネット９を作製するろう箔材８を加熱溶融してろう付
けを行うことができるため、従来の粘着テープのような
コスト高の要因となる材料を使用する必要がなく、熱交
換器１の製造コストを低下させることができる。その
上、ろう箔材８は、アルミニウム線材３０のろう付け位
置だけに配されるため、無駄がなく、偏平管２の表面全
体にろう材層が設けられる従来品と比較して経済的であ
る。

【００２７】さらには、偏平管２同士の間隙に合わせて
アルミニウム線材３０を一定の長さに切断する必要がな
く、蛇行状に折り曲げた状態で偏平管２へのろう付けを
行うことができる。つまり、アルミニウム線材３０を切
断した場合は、長さの調節が不可能であるが、蛇行状に
成形した状態であれば、フィンネット９の折り曲げピッ
チｐを変更することでフィンネット９の高さを調節する
ことができる。このため、偏平管２同士の間隙に対し
て、容易にフィンネット９の高さを調節して合致させる
ことができる。従って、偏平管２同士の間隙に対してフ
ィンネット９の蛇行形状を高い精度で設ける必要がな
く、熱交換器１の製造が容易になる。

【００２８】また、本実施例では、ろう箔材８をアルミ
ニウム線材３０とは別の材料として選定できる。つま
り、予めアルミニウム線材３０の表面にろう材層を設け
ておく必要がないことから、アルミニウム線材３０への
ろう材の溶け込みを防止することができる。従って、ろ
う材の溶け込みを考慮してアルミニウム線材３０を太く
する必要がなく、アルミニウム線材３０の細線化が可能
となる。これにより、伝熱メカニズムの原理から言え
ば、線材を細くするに従って空気側の伝熱性能の向上を
図ることができる。

【００２９】〔変形例〕上記実施例では、アルミニウム
線材３０とろう箔材８とで網状のフィンネット９を作製
したが、アルミニウム線材３０の配列間隔に対して、ろ
う箔材８の配列間隔が大き過ぎると、フィンネット９自
体の強度が得られず、網状のフィンネット９を作製する
ことができなくなる。従って、この様な場合は、図５に
示すように、隣合うろう箔材８同士の間に補強線材１０
を挿入（アルミニウム線材３０と交互に交差させた状
態）して、フィンネット９の強度を高めるようにしても
良い。これにより、フィンネット９を蛇行状に折り曲げ
る際のアルミニウム線材３０およびろう箔材９の位置ず
れを防止することができる。なお、補強線材１０は、ろ
う付けの際の加熱時に熱分解して消失する材質（例えば
樹脂）より成る。

【図面の簡単な説明】

【図１】フィンネットの平面図（ａ）および側面図
（ｂ）である。

【図２】蛇行状に成形したフィンネットの側面図であ
る。

【図３】熱交換器の正面図である。

【図４】微細フィンの配列状態を示す断面図（図３のＡ
−Ａ断面図）である。

【図５】補強線材を用いて作製したフィンネットの平面
図である。

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ 偏平管 ３ 微細フィン（アルミニウム線材） ８ ろう箔材（ろう線材） ９ フィンネット １０ 補強線材 ３０ アルミニウム線材（フィン用線材）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱伝導性に優れた材料で細い棒状に設けら
   れた線材を蛇行状に屈曲形成したフィン用線材と、 一定の間隙を保って平行に配された偏平管とを備え、 前記フィン用線材が、前記偏平管の幅方向に適宜な間隔
   を保って前記偏平管同士の間隙に複数本配置され、それ
   ぞれの屈曲部で前記偏平管の外壁面にろう付けされた熱
   交換器。
2. 【請求項２】ａ）熱伝導性に優れた材料で細い棒状に設
   けられたフィン用線材と、ろう材により細長く形成され
   たろう線材とを交互に交差させて網状のフィンネットを
   作製する第１工程、 ｂ）前記ろう線材が配された位置毎に前記フィン用線材
   を交互に折り曲げて前記フィンネットを蛇行状に成形す
   る第２工程、 ｃ）この蛇行状に成形された前記フィンネットを、前記
   ろう線材の軸線が一定の間隙を保って平行に配された偏
   平管の幅方向を向いた状態で前記偏平管同士の間隙に挿
   入する第３工程、 ｄ）加熱により前記ろう線材を溶融させて前記フィン用
   線材を前記偏平管の外壁面にろう付けする第４工程を有
   する熱交換器の製造方法。
3. 【請求項３】前記フィンネットは、前記ろう線材が前記
   偏平管同士の間隙に合わせて配置されたことを特徴とす
   る請求項２に記載の熱交換器の製造方法。
4. 【請求項４】前記ろう線材は、細長い箔状に形成された
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の熱交換器の
   製造方法。
5. 【請求項５】前記フィンネットは、隣合う前記ろう線材
   同士の間に、加熱時に熱分解して消失する材質より成る
   補強線材が前記フィン用線材と交互に交差して配された
   ことを特徴とする請求項２〜４に記載の何れかの熱交換
   器の製造方法。