JPH1137686A - 熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換効率を向上でき、フレキシブル形状で
筐体の薄型化にも対応できる熱交換器を得る。また、螺
旋状に巻回した放熱フィンを正確に効率よく製造する。
また、効率よく歩留まりのよい熱交換器を自動的に製造
する。 【解決手段】 並設した伝熱管のうちの隣り合う伝熱管
を、放熱フィンで共に螺旋状に巻回する。この放熱フィ
ンを用いた熱交換器の製造方法で、放熱フィン３の成形
形状を外形とする棒状のヘラ１２と、円筒形状で内壁面
に螺旋状の溝を有しヘラ１２を所定の隙間を介して包囲
しうるブッシュ１３を備え、ブッシュ１３の一端側から
ブッシュ１３とヘラ１２の間の隙間に細線１１を送り込
み、ブッシュ１３を回転させて細線１１をブッシュ１３
の内壁面の溝に導びき、ブッシュ１３の他端側から螺旋
状に巻回された放熱フィン３を導出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ルームエアーコン
ディショナー（ｒｏｏｍ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
ｅｒ ：ＲＡＣ）に使用される熱交換器及び熱交換器の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱交換器の構成について説明す
る。図６は特開平６−３３１２９０号公報に記載された
熱交換器を示す図であり、図６（ａ）は斜視図、図６
（ｂ）は断面図である。図において、３１は伝熱管、３
２は例えばワイヤなどで構成された円環状の放熱フィ
ン、３３は伝熱管３１の間隔を決定するために挿入した
支持棒である。

【０００３】次に動作について説明する。このように構
成された熱交換器では、矢印Ｅ方向から空気が流れ込
み、円環状の放熱フィン３２の間隙を縫うようにして流
れていく。そして、その間に、空気と伝熱管３１及び円
環状の放熱フィン３２の間で熱交換が行われる。伝熱管
３１の管内に、例えば冷水を流したり低温の冷媒を蒸発
させると、伝熱管３１の外側近傍を流れる空気を冷却
し、これにより冷房を行なうことができる。

【０００４】このとき、伝熱管３１及び円環状の放熱フ
ィン３２の表面近くの空気が露点温度以下に冷やされる
と、伝熱管３１や円環状の放熱フィン３２の表面に結露
が生じ、結露水は伝熱管３１や円環状の放熱フィン３２
の表面に沿って排水される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の熱交換器は以上
のように構成されているので、例えば次のような理由に
よって熱交換効率の向上に限界があった。

【０００６】即ち上記に示す熱交換器において、熱交換
効率を向上するためには、伝熱管３１と円環状の放熱フ
ィン３２の接触面積をなるべく大きく構成した方がよい
が、図６（ｂ）に示すように、伝熱管３１の円周上の２
箇所で円環状の放熱フィン３２と接触しているだけであ
る。

【０００７】また、伝熱管３１や円環状の放熱フィン３
２に結露水が生じた場合、結露水が円環状の放熱フィン
３２や支持棒３３の小さな空間に保持されて目詰まりを
起こしてしまい、空気が充分に通過できなくなって風量
が低下し、熱交換効率の低下を招くという問題点もあっ
た。

【０００８】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、熱交換効率の向上を図ることが
でき、フレキシブル形状で筐体の薄型化にも対応できる
熱交換器を得ることを目的とするものである。さらに、
この熱交換器に用いる螺旋状に巻回した放熱フィンを正
確に効率よく製造することを目的とするものである。ま
た、自動的に製造でき、効率よく歩留まりのよい熱交換
器の製造方法を得ることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る熱交換器は、複数並設され内部に冷媒が流れる伝熱
管、及び伝熱管のうちの隣り合う伝熱管を共に螺旋状に
巻回する放熱フィンを備え、放熱フィンの巻回方向を隣
り合う放熱フィンで逆方向とし、伝熱管のそれぞれの長
手方向において異なる巻回方向の放熱フィンで互い違い
に巻回されたことを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の第２の構成に係る熱交換器
の製造方法は、放熱フィンの成形形状を外形とする棒状
のヘラと、円筒形状で内壁面に螺旋状の溝を有しヘラを
所定の隙間を介して包囲しうるブッシュを備え、ブッシ
ュの一端側からブッシュとヘラの間の隙間に細線を送り
込み、ブッシュを回転させて細線をブッシュの内壁面の
溝に導びき、ブッシュの他端側から螺旋状に巻回された
細線として熱交換器の放熱フィンを導出することを特徴
とするものである。

【００１１】また、本発明の第３の構成に係る熱交換器
の製造方法は、第２の構成において、ヘラとブッシュ間
の隙間を、細線の直径よりも小さくし、かつ細線を送り
込む一端側よりも放熱フィンの導出側で大きくなるよう
に、隙間の大きさを徐々に傾斜させて構成したことを特
徴とするものである。

【００１２】また、本発明の第４の構成に係る熱交換器
の製造方法は、第２又は第３の構成において、右巻き及
び左巻きに巻回する放熱フィンを製造した後、異なる巻
回方向の放熱フィンの側部同志を複数個重ね合わせて互
い違いに挿入し、この重ね合せ部に放熱フィンの長手方
向から伝熱管を挿入することを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１による熱
交換器を示す図であり、図１（ａ）は断面図、図１
（ｂ）は平面図である。図において、１は複数本並設さ
れた伝熱管、２は右巻き放熱フィン、３は左巻き放熱フ
ィンである。右巻き放熱フィン２と左巻き放熱フィン３
は、それぞれ例えば銅ワイヤなどの細線を螺旋状に巻回
して構成されたものであり、隣り合う放熱フィンで巻く
方向を逆方向に構成している。このため、伝熱管１の長
手方向では、異なる巻回方向の放熱フィンで互い違いに
巻回されている。

【００１４】本実施の形態では、右巻き放熱フィン２と
左巻き放熱フィン３を交互に重ね合わせ、伝熱管１によ
り連結している。伝熱管１の内部に冷媒を流して放熱フ
ィン２，３を冷却する。そして、外部を流れる空気と伝
熱管１及び放熱フィン２，３とが熱交換する。このと
き、図１（ａ）に示すように、伝熱管１と放熱フィン
２，３の接触部が従来装置に比べて長くなり、内部を流
れる冷媒によって放熱フィン２，３を効率よく冷却する
ので、熱交換効率を向上することができる。

【００１５】また、従来の構成では、支持棒付近など、
小さな空間が存在するため、結露水が表面張力によって
目詰まりを起こしやすかった。これに対し、本実施の形
態の構成では、比較的大きな空間で構成されているた
め、伝熱管１や放熱フィン２，３に結露水が生じても、
螺旋状の中央部などを通って排水される。従って従来よ
りも空気の流れを確保して風量の低下を防止し、熱交換
効率を向上できる。また、本実施の形態における放熱フ
ィンは、図１（ｂ）に示すように、偏平な螺旋形状にし
ているので、筐体の薄型化にも対応できる熱交換器が得
られる。

【００１６】実施の形態２．実施の形態２では、実施の
形態１に示した熱交換器を構成する放熱フィンの製造方
法について説明する。この放熱フィン２，３は銅ワイヤ
などの細線を螺旋状に成形して構成している。図２は放
熱フィン２，３の成形部を示す断面図である。図におい
て、１１は放熱フィンとなる細線で例えばワイヤ、１２
はヘラ、１３はブッシュ、１４はワイヤ１１を供給する
ワイヤドラム、１５はモータ、１６は例えばベルトやプ
ーリから成る動力伝達部である。ここで成形される放熱
フィン２，３は、実施の形態１で説明した右巻き又は左
巻きの螺旋状の放熱フィンである。図中の矢印Ｂは、成
形された放熱フィン２，３の導出方向を示している。

【００１７】モータ５によって、ワイヤドラム１４とブ
ッシュ１３は回転し、動力伝達部１６はワイヤドラム１
４とブッシュ１３の回転を同期させる。ワイヤドラム１
４の回転によって、ワイヤ１１がヘラ１２の周囲に供給
され、ヘラ１２とこのヘラ１２を包囲して回転するブッ
シュ１３との作用によってワイヤ１１は螺旋状に成形さ
れて矢印Ｂのように押し出される。ブッシュ１３の回転
とワイヤドラム１４の回転を同期させて、ワイヤ１１の
螺旋状への成形速度を制御している。

【００１８】また、図３は図２のＡ部を拡大して示すも
ので、図３（ａ）はヘラ１２とブッシュ１３の動きを説
明するため、ヘラ１２とブッシュ１３とを分解して示す
説明図、図３（ｂ）は放熱フィン３として導出していく
様子を示す説明図である。ヘラ１２は放熱フィン２，３
の成形形状を外形とする構成である。ブッシュ１３はヘ
ラ１２を包囲するような円筒形状をしており、その内壁
面には雌ねじのように等ピッチの螺旋状の溝を有する。
ブッシュ１３でヘラ１２を包囲するように配置して矢印
Ｃ方向に回転させ、ブッシュ１３とヘラ１２の隙間に径
が０．１ｍｍ程度のワイヤ１１を送り込む。ブッシュ１
３とヘラ１２の間の隙間をワイヤ１１の直径よりも小さ
く構成すると、ワイヤ１１はブッシュ１３内壁面の螺旋
状の溝に導かれ、この溝にはまり込んで等ピッチで巻か
れ、ブッシュ１３の他端側から螺旋状に巻回された放熱
フィン３として導出される。このとき、ブッシュ１３の
ねじの回転により軸方向へ放熱フィン３がねじれること
なく非回転で送りだされる。

【００１９】ここで、ブッシュ１３の回転がワイヤ１１
の送り込む方向から見て左回りで、ブッシュ１３内壁面
の螺旋状の溝が右ねじであれば、右巻き放熱フィン２が
成形される。逆に、ブッシュ１３の回転がワイヤ１１の
送り込む方向から見て右回りで、ブッシュ１３内壁面の
溝が左ねじであれば、左巻き放熱フィン３が成形され
る。

【００２０】また本実施の形態では、ヘラ１２の先端
側、即ち放熱フィン３の導出側の外径をワイヤ１１の送
り込む側の外径よりも小さく構成している。このため、
ヘラ１２に巻き付いて成形されたワイヤ１１が、ブッシ
ュ１３の回転によって先端側へ送られる際、先端側では
ヘラ１２とブッシュ１３の隙間が送り込み側から次第に
大きくなる。従って、放熱フィンに成形されたワイヤ１
１はヘラ１２の先端側でスムーズに流れ、ヘラ１２とブ
ッシュ１３の間にワイヤ１１がはさまるのを防止でき
る。具体的には、ヘラ１２の先端側が細いテーパ形状と
している。本実施の形態のものは、ヘラ１２の軸方向長
さを３０ｍｍ程度とし、先端側の軸方向に垂直な方向の
長さを、ワイヤ供給側の長さよりも上下で０．１ｍｍ程
度小さく構成している。さらに、ヘラ１２とブッシュ１
３の隙間をワイヤ径の半分以下、この場合は０．５ｍｍ
以下としている。

【００２１】また、ブッシュ１３の内壁面の螺旋状溝に
潤滑油を付けると、ブッシュ１３とワイヤ１１の付着を
防止できる。

【００２２】上記のように、本実施の形態によれば、ヘ
ラ１２とブッシュ１３の簡単な構成で、螺旋状の放熱フ
ィンを正確に成形できる。特に、ヘラ１２を固定し、ブ
ッシュ１３を回転させているので、成形された放熱フィ
ン２，３はねじれがなく非回転で送り出される。

【００２３】また、ヘラ１２は、単に、ワイヤの巻き付
け部の形状、即ち外形の形状を変えることにより、円や
楕円などの各種の螺旋状の放熱フィンの成形が可能であ
る。また、ブッシュ１３は、内壁面の螺旋状の溝のピッ
チを変えることにより、螺旋状放熱フィンのピッチを簡
単に変更できる。さらに、螺旋状の溝の溝形状を変える
ことにより各種線径の成形が可能になる。螺旋状フィン
の右巻きと左巻きに関しては、すでに述べたように、内
壁面の螺旋状の溝の方向と、成形時の回転の方向で任意
にできる。このように、本実施の形態によれば、細線を
簡単に任意の螺旋形状に成形できる製造方法が得られ
た。

【００２４】実施の形態３．実施の形態３では、実施の
形態２に示した製造方法で製造された放熱フィンを用い
て熱交換器を組み立てる工程について説明する。図４は
本実施の形態による熱交換器の製造方法を実現する製造
装置を示す構成図である。図において、１７、１８は実
施の形態２で示した放熱フィン成形部であり、１７は右
巻き用放熱フィン成形部、１８は左巻き用放熱フィン成
形部で、隣り合う放熱フィン成形部の巻き方向が異なる
ように複数台、この場合は３台並設している。また、１
９は伝熱管、２０は伝熱管挿入部、２１は放熱フィン重
ね合わせ機構部、２２は放熱フィン重ね合わせ機構部２
１の送り機構部である。

【００２５】以下、放熱フィンを用いて熱交換器に組み
立てる動作について説明する。右巻き用放熱フィン成形
部１７でワイヤが成形されて、右巻き放熱フィン２３が
矢印Ｂ１のように送り出される。これと同時に、左巻き
用放熱フィン成形部１８でワイヤが成形されて、左巻き
放熱フィン２４が回転しない状態で矢印Ｂ２のように送
り出される。放熱フィン成形部１７，１８を隣り合う成
形部で巻き方向が逆になるように並設しているので、放
熱フィン２３，２４も、隣り合う放熱フィンで巻き方向
が逆のものが送り出されてくる。

【００２６】ある程度の長さの放熱フィン２３，２４が
並んで送り出された後、送り機構部２２によって保持さ
れた放熱フィン重ね合せ機構部２１を矢印Ｄ１及びＤ２
方向に移動させると、隣同志の放熱フィンの側部同志が
互いに重なり合って、螺旋状の放熱フィン２３，２４が
互い違いに挿入される。これに同期して伝熱管挿入部２
０によって、放熱フィン２３，２４の重なりあった部分
に伝熱管１９を挿入すると、図１に示した熱交換器が組
み立てられる。

【００２７】放熱フィン２３，２４の隣接部分を重ね合
わせる際、隣り合う放熱フィン２３，２４のピッチは同
じで、巻き方向が逆であるため、螺旋状の隙間で互い違
いにスムーズに重なり合う。

【００２８】また、伝熱管挿入部２０によって、重なり
合った放熱フィン２３，２４の間に伝熱管１９を回転さ
せながら挿入すると、挿入しやすい。さらに、伝熱管を
１回転おきに回転方向を反転させながら挿入すると、伝
熱管１９が放熱フィンに引掛かるのを防止できる。

【００２９】このように、本実施の形態では、簡単な製
造装置で、放熱フィンを成形しながら伝熱管挿入を自動
的に歩留まりよく製造することができ、さらに効率よく
組み立てるので、組み立て作業時間を短くできる。

【００３０】実施の形態４．実施の形態３では、一度に
所望の幅の熱交換器を製造しているため、時間的には短
時間で製造できるが、所望の数だけの放熱フィン成形部
１７，１８や、複数本の伝熱管１９を一度に挿入しうる
伝熱管挿入部２０が必要であった。このため、製造装置
が大きくなっていた。実施の形態４では、小型化できる
熱交換器の製造装置について説明する。図５は本実施の
形態による熱交換器の製造方法を実現する製造装置を示
す構成図である。この実施の形態による製造装置を構成
する部材は、実施の形態３と同様であるが、右巻き用放
熱フィン成形部１７と左巻き用放熱フィン成形部１８を
各１台備え、伝熱管挿入部２０の挿入本数も１本のみの
構成となっている。

【００３１】以下、この装置による組立動作について説
明する。右巻き放熱フィン２３が右巻き用放熱フィン成
形部１７から矢印Ｂ１方向に送り出され、ある程度の長
さで切断される。図５はこの状態を示している。そし
て、送り機構部２２によって保持された放熱フィン重ね
合せ機構部２１を矢印Ｄ１及びＤ２方向に移動させる
と、その一工程前でできている放熱フィンの側部２４に
重なり合う。これに同期して伝熱管挿入部２０によっ
て、放熱フィン２３，２４の側部同志の重なり合った部
分に伝熱管１９を挿入する。

【００３２】次の工程では、左巻き放熱フィン２４が左
巻き放熱フィン成形部１８から送り出され、これを切断
し、一工程前の右巻き放熱フィン２３と重ね合わせて伝
熱管を挿入する。この工程の繰り返しによって、図１に
示した熱交換器が組み立てられる。

【００３３】このように、本実施の形態では、交互に右
巻き放熱フィン２３と左巻き放熱フィン２４を成形し、
伝熱管１９を挿入することにより最小限のユニット構成
で放熱フィンの製造が可能になる。また、この製造装置
では、製造する熱交換器の幅も任意にできる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１の構成によ
れば、複数並設され内部に冷媒が流れる伝熱管、及び伝
熱管のうちの隣り合う伝熱管を共に螺旋状に巻回する放
熱フィンを備え、放熱フィンの巻回方向を隣り合う放熱
フィンで逆方向とし、伝熱管のそれぞれはその長手方向
において異なる巻回方向の放熱フィンで互い違いに巻回
されたことを特徴とすることにより、熱交換効率を向上
でき、筐体の薄型化にも対応できる熱交換器が得られ
る。

【００３５】また、本発明の第２の構成によれば、放熱
フィンの成形形状を外形とする棒状のヘラと、円筒形状
で内壁面に螺旋状の溝を有しヘラを所定の隙間を介して
包囲しうるブッシュを備え、ブッシュの一端側からブッ
シュとヘラの間の隙間に細線を送り込み、ブッシュを回
転させて細線をブッシュの内壁面の溝に導びき、ブッシ
ュの他端側から螺旋状に巻回された細線として熱交換器
の放熱フィンとして導出することを特徴とすることによ
り、正確に螺旋状の放熱フィンを成形でき、容易にその
形状やピッチを変更できる熱交換器の製造方法が得られ
る。

【００３６】また、本発明の第３の構成によれば、第２
の構成において、ヘラとブッシュ間の隙間を、細線の直
径よりも小さくし、かつ細線を送り込む一端側よりも放
熱フィンの導出側で大きくなるように、隙間の大きさを
徐々に傾斜させて構成したことにより、さらに正確に螺
旋状の放熱フィンを成形できる熱交換器の製造方法が得
られる。

【００３７】また、本発明の第４の構成による熱交換器
の製造方法は、第２または第３の構成による熱交換器の
製造方法において、右巻き及び左巻きに巻回する放熱フ
ィンを成形し、異なる巻回方向の放熱フィンの側部同志
を複数個重ね合わせて互い違いに挿入し、この重ね合せ
部に放熱フィンの長手方向から伝熱管を挿入することを
特徴とすることにより、自動的に効率よく歩留まりのよ
い熱交換器の製造方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による熱交換器を示す
図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図で
ある。

【図２】 本発明の実施の形態２に係わる熱交換器の製
造装置を示す断面図である。

【図３】 実施の形態２に係わる成形部を拡大して示す
説明図である。

【図４】 本発明の実施の形態３に係わる熱交換器の製
造装置を示す構成図である。

【図５】 本発明の実施の形態４に係わる熱交換器の製
造装置を示す構成図である。

【図６】 従来の熱交換器を示す図で、図６（ａ）は斜
視図、図６（ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

１ 伝熱管、２ 右巻き放熱フィン、３ 左巻き放熱フ
ィン、１１ ワイヤ、１２ ヘラ、 １３ ブッシュ、
１４ ワイヤドラム、１５ モータ、１６ 動力伝達
部、１７ 右巻き用放熱フィン成形部、１８ 左巻き用
放熱フィン成形部、１９ 伝熱管、２０ 伝熱管挿入
部、２１ 放熱フィン重ね合わせ機構部、２２ 送り機
構部、２３ 右巻き放熱フィン、２４ 左巻き放熱フィ
ン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 孝行 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 譲 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数並設され内部に冷媒が流れる伝熱
   管、及び前記伝熱管のうちの隣り合う伝熱管を共に螺旋
   状に巻回する放熱フィンを備え、前記放熱フィンの巻回
   方向を隣り合う放熱フィンで逆方向とし、前記伝熱管の
   それぞれはその長手方向において異なる巻回方向の放熱
   フィンで互い違いに巻回されたことを特徴とする熱交換
   器。
2. 【請求項２】 放熱フィンの成形形状を外形とする棒状
   のヘラと、円筒形状で内壁面に螺旋状の溝を有し前記ヘ
   ラを所定の隙間を介して包囲しうるブッシュを備え、前
   記ブッシュの一端側から前記ブッシュと前記ヘラの間の
   隙間に前記細線を送り込み、前記ブッシュを回転させて
   前記細線を前記ブッシュの内壁面の溝に導びき、前記ブ
   ッシュの他端側から螺旋状に巻回された細線として熱交
   換器の放熱フィンを導出することを特徴とする熱交換器
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記ヘラと前記ブッシュ間の隙間を、前
   記細線の直径よりも小さくし、かつ前記細線を送り込む
   一端側よりも前記放熱フィンの導出側で大きくなるよう
   に、前記隙間の大きさを徐々に傾斜させて構成したこと
   を特徴とする請求項２記載の熱交換器の製造方法。
4. 【請求項４】 右巻き及び左巻きに巻回する放熱フィン
   を製造した後、異なる巻回方向の前記放熱フィンの側部
   同志を複数個重ね合わせて互い違いに挿入し、この重ね
   合せ部に前記放熱フィンの長手方向から伝熱管を挿入す
   ることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の熱交換
   器の製造方法。