WO2015122185A1 - プレートフィン熱交換器、及び、熱交換器用コルゲートフィンの製造方法 - Google Patents

プレートフィン熱交換器、及び、熱交換器用コルゲートフィンの製造方法 Download PDF

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heat exchanger
fin
plate
corrugated
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武男 南
▲けん▼太 金村
青木　茂
秀紀 重森
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住友精密工業株式会社
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Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a plate fin heat exchanger and a method for manufacturing corrugated fins used in the heat exchanger.
  • Patent Document 1 in a heat exchanger provided with a corrugated fin, the development of a boundary layer of fluid flowing along the surface of the corrugated fin is prevented by providing fine irregularities on the entire surface of the corrugated fin, thereby Techniques for improving the performance of heat exchangers are described.
  • the corrugated fin and the flat tube are brazed in a state in which the outer surface of the flat tube is in contact with the surface of the top or the bottom of the corrugated fin. Are joined together.
  • the technology disclosed herein has been made in view of the above points, and the object is to increase the bonding strength of the corrugated fins in the heat exchanger.
  • a peak portion where a ridge line extends in a first direction and a valley bottom portion where a valley line extends in a first direction are alternately arranged in a second direction orthogonal to the first direction.
  • a corrugated fin formed by connecting the top of the mountain and the bottom of the valley by an intermediate portion, the corrugated fin sandwiched between the corrugated fin, and the top of the corrugated fin A tube plate configured to be joined to the corrugated fin in a state of being in contact with the surface of the part and the surface of the valley bottom.
  • line part which becomes convex rather than the surface of the said corrugated fin and extends between the said peak part and the said valley bottom part is arranged in parallel in the said 1st direction.
  • the surface that contacts the tube plate at the peak and the surface that contacts the tube plate at the valley bottom are each configured as an abutment surface that is not provided with the ridges.
  • a gradually changing portion that gradually protrudes from the surface of the corrugated fin as the distance from the contact surface increases. It is provided so that it may continue.
  • the corrugated fins are disposed in the flow path of the plate fin heat exchanger that is partitioned between the tube plates.
  • an intermediate portion connecting the mountain top and the valley bottom divides the flow path into a plurality of channels. The fluid flows in each channel in a first direction.
  • a plurality of ridges extending between the mountain top and the valley bottom are provided side by side in the first direction, that is, the fluid flowing direction.
  • the ridges promote turbulence of the fluid flowing along the surface of the corrugated fins and increase the efficiency of the plate fin heat exchanger.
  • the plurality of ridges provided in the intermediate part of the corrugated fins improve the wettability of the fin surface. Improve and promote droplet ejection.
  • the protruding ridges that are more convex than the fin surface contribute to an improvement in the strength of the corrugated fin itself.
  • the surfaces of the corrugated fin that contact the tube plate at the top and bottom of the corrugated fin are configured as contact surfaces that are not provided with the ridges. Since there is no unevenness on the contact surface, the contact area between the corrugated fin and the tube plate is enlarged, and the adhesion between them is enhanced. As a result, the bonding strength between the corrugated fin and the tube plate is increased. This is advantageous for improving the strength of the plate fin heat exchanger.
  • the surface of a peak part is an outer surface of a corrugated fin
  • the surface of a valley bottom part is also an outer surface of a corrugated fin. Therefore, the surface of the valley bottom corresponds to the surface of the corrugated fin opposite to the surface of the peak.
  • a gradually changing portion that gradually protrudes from the fin surface as the distance from the abutment surface continues between the abutment surface of the peak and valley bottoms and each of the ridges. It is provided as follows.
  • the gradually changing portion functions as a part of the ridge portion and contributes to the above-described fluid turbulence promotion. Therefore, the gradual change part makes it possible to provide the ridge part over as wide a range as possible while securing the contact surface at the top part and the bottom part of the corrugated fin. As a result, it is possible to secure the maximum advantage of various advantages obtained by the ridges while increasing the bonding strength between the corrugated fins and the tube plate.
  • the top of the corrugated fin and the bottom of the valley may be curved, and the gradually changing portion may be provided along the curvature of the top of the peak and the bottom of the valley.
  • the corrugated fin whose cross section has a shape like a sine wave is curved so that the gradual change portion follows the curvature of the summit portion and the bottom of the valley. It is preferable to provide in. As a result, it is possible to provide the ridge portion over as wide a range as possible while ensuring a contact portion without unevenness.
  • the corrugated fin and the tube plate are joined to each other by brazing, and a fillet is formed between the gradually changing portion and the tube plate by gathering brazing material during brazing. May be provided.
  • the surface of the corrugated fin gradually separates from the tube plate between the peak or valley bottom and the intermediate portion.
  • the brazing material gathers at the joint portion between the corrugated fin and the tube plate due to surface tension to form a wedge-shaped fillet.
  • the corrugated fin is provided with a protruding portion and a gradually changing portion, and the gradually changing portion is located in the vicinity of the joint portion between the corrugated fin and the tube plate.
  • the gradually changing portion is also a portion protruding from the surface of the corrugated fin, the distance between the tube plate and the gradually changing portion is shorter than the distance between the tube plate and the corrugated fin surface in the vicinity of the joint portion. In other words, at the location where the gradual change portion is provided, the distance from the tube plate surface is kept relatively short even if the gradual change portion is separated from the contact surface of the mountain top or the contact surface of the valley bottom.
  • the brazing material is gathered by surface tension to form a fillet between the gradually changing portion and the tube plate as well as the joint portion between the corrugated fin surface and the tube plate described above, It is larger than the fillet where there is no deformed part.
  • a plurality of large fillets are formed corresponding to the plurality of convex portions and gradually changing portions provided side by side in the first direction in the corrugated fin, and as a result, the brazing strength between the corrugated fin and the tube plate is improved.
  • this is combined with the fact that the corrugated fin itself has an increased strength by providing a contact surface having no irregularities at the top and bottom of the valley and by providing a convex strip on the corrugated fin. This is advantageous for improving the strength of the plate fin heat exchanger.
  • the corrugated fin is subjected to a crease process to provide a plurality of groove-shaped irregularities, and the ridge part and the gradually changing part are constituted by a concave part or a convex part provided by the crease process, It is good.
  • the groove-like irregularities provided by the crease processing extend in the second direction in the corrugated fin, and the convex strips of the corrugated fin are formed on the ridge line of the mountain peak and the valley line of the valley bottom. It is good also as arrange
  • the ridges arranged orthogonal to the ridge line at the peak and the valley line at the bottom of the valley are particularly effective in improving the strength of the corrugated fin itself.
  • the technology disclosed herein also relates to a method of manufacturing a corrugated fin for a heat exchanger.
  • This manufacturing method includes a step of performing crease processing for alternately providing groove-like irregularities extending in a predetermined direction on a thin plate material, a peak portion where a ridge line extends in a first direction, and a trough line in a first direction. Processing the fold-processed thin plate material into corrugated fins so that valley bottoms extending in the direction are alternately arranged in a second direction orthogonal to the first direction. .
  • the groove-shaped unevenness constitutes the above-described ridge portion by processing the thin plate material into a corrugated fin. become.
  • the elongation of the thin plate material occurs at the peak portion and the valley bottom portion, and by pressing the peak portion and the valley bottom portion respectively in the plate thickness direction by the molding die, By crushing the unevenness provided in advance in the thin plate material, a surface having no unevenness is formed on the surface of the top of the corrugated fin and the surface of the bottom of the valley. Along with the formation of a surface having no irregularities, it is possible to provide a gradually changing portion that is continuous with the ridge portion in the vicinity of the surface.
  • the manufacturing method described above includes a corrugated structure including a contact surface of a mountain top and a valley bottom, a plurality of intermediate protrusions, and a gradually changing portion between the contact surface and each protrusion. Suitable for manufacturing fins.
  • the plate fin heat exchanger is provided with a plurality of ridges in the middle part of the corrugated fin, while the surface that comes into contact with the tube plate at the top and bottom of the corrugated fin has no contact with unevenness.
  • a contact area between the corrugated fin and the tube plate while ensuring the maximum function of the ridge by providing a gradual change part that is continuous with the ridge in the vicinity of the contact surface. It is possible to increase the joint strength between the two.
  • the corrugated fin having the protrusions and the gradual change portions as described above and having contact surfaces having no irregularities at the top and bottom of the valley is easily manufactured. It becomes possible to do.
  • FIG. 2 It is a disassembled perspective view which shows a part of plate fin heat exchanger notionally. It is a top view which shows notionally the corrugated fin used for a plate fin heat exchanger.
  • A) is an end view taken along the line III-III in FIG. 2, and (b) is a modification. It is explanatory drawing which shows the manufacture procedure of the corrugated fin used for a plate fin heat exchanger.
  • A) is an end view showing a predetermined cross section of the plate fin heat exchanger
  • (b) is a cross sectional view taken along the line bb in (a)
  • (c) is brazing between the corrugated fin and the tube plate.
  • FIG. 3 is a perspective explanatory view showing a corrugated fin having a shape different from that in FIG. 2. It is an end elevation which shows a part of plate fin heat exchanger comprised using the corrugated fin comprised by the rectangular wave shape.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view conceptually showing the configuration of the plate fin heat exchanger 1.
  • the plate fin heat exchanger 1 there is substantially no vertical and horizontal directionality.
  • the direction connecting the left front side and the right back side in FIG. 1 is the X direction
  • the right front side in FIG. 1 is defined as the Y direction
  • the direction connecting the lower side and the upper side of FIG. 1 is defined as the Z direction.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other.
  • a plate fin heat exchanger (more precisely, a heat exchanger core) 1 shown in FIG. 1 is formed by alternately stacking a plurality of tube plates 2 and a plurality of corrugated fins 3 in the Z direction.
  • FIG. 1 For easy understanding, only one corrugated fin 3 and two tube plates 2 and 2 sandwiching the corrugated fin 3 are illustrated.
  • the target fluid of the plate fin heat exchanger 1 that is, the first plate
  • a first flow path 11 through which (one fluid) flows is defined.
  • the second flow path through which the second fluid that exchanges heat with the first fluid is adjacent to the first flow path 11 via the tube plates 2 and 2. That is, the first flow path 11 and the second flow path are adjacent to each other in the Z direction.
  • the plate fin heat exchanger 1 is used for various purposes. For example, heat exchange is performed between the first fluid and the second fluid, and the first fluid or the second fluid is used for cooling. Conversely, the plate fin heat exchanger 1 may also be used in applications where the first fluid or the second fluid is heated. Depending on the application, the plate fin heat exchanger 1 may be condensed (liquefied) as a result of cooling the fluid flowing in the flow path. Further, the plate fin heat exchanger 1 may be evaporated (vaporized) as a result of the fluid flowing in the flow path being heated.
  • the tube plate 2 is a flat plate member having a predetermined thickness.
  • the thickness of the tube plate 2 can be set to an appropriate thickness.
  • the tube plate 2 is made of a material having high thermal conductivity, for example, a metal material.
  • the tube plate 2 is made of aluminum, an aluminum alloy, or stainless steel. However, it is not limited to the materials listed here.
  • the tube plate 2 is interposed between the first flow path 11 and a second flow path (not shown in FIG. 1), and partitions the first flow path 11 and a part of the second flow path.
  • the tube plate 2 also constitutes a primary heat transfer surface that transfers heat between the first fluid that flows through the first flow path 11 and the second fluid that flows through the second flow path.
  • Corrugated fin 3 is a corrugated member having a predetermined thickness.
  • the corrugated fin 3 is also made of a material having high thermal conductivity, for example, a metal material.
  • the corrugated fin 3 is specifically made of aluminum, an aluminum alloy, or stainless steel. However, it is not limited to the materials listed here.
  • the corrugated fin 3 is disposed in a state of being joined to the tube plate 2 in the first and second flow paths.
  • the corrugated fins 3 divide the first and second flow paths into a plurality of channels in the Y direction and constitute a secondary heat transfer surface.
  • the corrugated fin 3 has a peak portion (that is, a top) 31 in which a ridge line extends in the X direction and a valley bottom portion (that is, a bottom) 32 in which a valley line extends in the X direction. They are arranged alternately in the direction.
  • the peak portion 31 is curved in a generally arc shape.
  • the valley bottom 32 is also curved in a generally arc shape, like the mountain peak 31.
  • the intermediate portion 33 that connects the mountain top portion 31 and the valley bottom portion 32 is a straight line inclined with respect to the Z direction (see also FIG. 5A).
  • the cross section of the corrugated fin 3 shown here has a generally sinusoidal waveform as a whole.
  • the wave shape of the corrugated fin 3 is not limited to a sine wave shape.
  • the inclination angle of the intermediate portion 33 can be set to an appropriate angle.
  • the intermediate portion 33 may be extended in the Z direction, that is, not inclined with respect to the Z direction.
  • the height A 1 in the Z direction from the valley bottom 32 to the peak 31 of the corrugated fin 3 that is, the amplitude of the wave ⁇ 2
  • P 1 (that is, the wave pitch) can be set as appropriate.
  • Height A 1 of the wave of the corrugated fin 3 is determined by the height of the channel to which the corrugated fins 3 is disposed.
  • the wave pitch P 1 of the corrugated fin 3 is determined in consideration of various factors including the heat exchange performance of the plate fin heat exchanger 1 and the pressure loss of the flow path.
  • the surface of the corrugated fin 3 is provided with a ridge 34 protruding from the surface and a ridge 35 recessed from the surface.
  • the cross-sectional shapes of the ridges 34 and the recesses 35 have shapes curved, for example, in an arc shape.
  • the protruding line portions 34 and the recessed line portions 35 are alternately arranged in the X direction.
  • the corrugated fins 3 disposed in the plate fin heat exchanger 1 there is no vertical and horizontal directionality, so that the ridges 34 protruding from the surface are recessed as viewed from the opposite side.
  • the curved shape of the protruding line part 34 and the recessed line part 35 is not limited to the shape shown in FIG.
  • the curvature of the curved shape of the protruding line part 34 and the recessed line part 35 can be set as appropriate.
  • the ridges 34 and the ridges 35 are not limited to a curved shape, and may be generally triangular as shown in FIG.
  • Distance A 2 from the reference to the convex end of the convex portion 34, and the distance A 2 from the reference to the concave end of the concave portion 35 may be appropriately set. As an example, but not limited to this, it is in a range of about 65% to 135% with respect to the plate thickness t of the corrugated fin 3 (that is, 0.65 ⁇ A 2 /t ⁇ 1.35). It may be set.
  • the protruding line portion 34 indicates the most convex portion by a solid line
  • the recessed line portion 35 indicates the most concave portion by a solid line.
  • the protruding line part 34 and the recessed line part 35 are provided in the intermediate part 33 in the corrugated fin 3, and are not provided in the mountain peak part 31 and the valley bottom part 32.
  • each ridge 34 and each ridge 35 extends in the Y direction when the corrugated fin 3 is viewed in a plan view (that is, when viewed in the Z direction).
  • the protruding line part 34 and the recessed line part 35 are respectively orthogonal to the ridge line of the peak part 31 and the valley line of the valley bottom part 32 extending in the X direction. Further, the plurality of ridges 34 and the plurality of ridges 35 are alternately arranged in the X direction along the ridge line of the peak 31 and the valley line of the valley bottom 32. Pitch P 2 of the convex portion 34 and concave portion 35 may be appropriately set.
  • the corrugated fin 3 having such a shape is disposed at least in the first flow path 11.
  • the corrugated fins disposed in the second flow path may have the same shape as the corrugated fins 3 or a shape different from the corrugated fins 3.
  • the corrugated fin 3 having the ridge 34 and the recess 35 in the intermediate part 33 can be manufactured by the following procedure. That is, as shown in FIG. 4, a thin plate-like member 30 that is a material of the corrugated fin 3 is prepared, and the thin plate-like member 30 is subjected to crease processing for providing groove-like irregularities (see process P1).
  • the crease processing can be performed by using a pair of forming rollers 5 and 5 that mesh with each other. That is, each shaping
  • the concave portions 305 and the convex portions 304 thus provided are each striped in the Y direction and aligned in the X direction.
  • the convex portion 304 and the concave portion 305 constitute the convex strip portion 34 and the concave strip portion 35 in the corrugated fin 3.
  • corrugation with respect to the thin plate-shaped member 30 can also use not only a roller pair but another well-known method.
  • the processing using the roller pair has an advantage that the crease processing can be continuously performed on the long belt-like member.
  • the thin plate-like member 30 thus creased is processed into the corrugated fins 3.
  • various known methods can be appropriately employed.
  • a pair of upper and lower formed teeth (that is, forming molds) 6 and 6 sandwiching a thin plate-like member 30 as shown in the lower diagram of FIG. 4 may be used.
  • the top part 31 and the bottom part 32 of the corrugated fin 3 are sequentially formed by alternately operating the pair of upper and lower forming teeth 6 and 6 while moving the thin plate-like member 30 in the Y direction. You may make it (refer process P2).
  • the ridge line and the valley line extend in the direction orthogonal to the unevenness provided on the thin plate member 30 by crease processing, the peak portion 31 and the valley bottom portion 32 of the corrugated fin 3 are provided.
  • the ridge line and the valley line of the corrugated fin 3 and the protruding line part 34 and the recessed line part 35 provided in the intermediate part 33 can be orthogonal to each other.
  • the convex portion 304 and the concave portion 305 provided in advance on the thin plate member 30 are crushed at the peak portion 31 and the valley bottom portion 32 of the corrugated fin 3. That is, at the time of molding, the material is stretched at the peak portion 31 and the valley bottom portion 32, and the peak of the peak portion 31 and the valley bottom portion 32 is pressed in the plate thickness direction by the molding teeth 6 and 6, The unevenness of the part 31 and the valley bottom part 32 is crushed. By doing so, in the corrugated fin 3 after completion, the convex part 34 and the concave part 35 are not provided on each of the peak part 31 and the valley bottom part 32, and these peak part 31 and valley bottom part 32 are provided. Can be made flat without any irregularities. The flat surfaces provided on the peak 31 and the valley bottom 32 become contact surfaces 310 and 320 that contact the tube plate 2 as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (d).
  • the contact surfaces 310 and 320 move away from the contact surfaces 310 and 320 as the crests and recesses are crushed at the peak portion 31 and the valley bottom portion 32. Accordingly, gradually changing portions 341 and 351 that gradually protrude from the fin surface are provided so as to be continuous with the protruding line portion 34 and the recessed line portion 35.
  • the ridge 34 protrudes from the lower surface of the corrugated fin 3, and the gradually changing portion 341 continuous with the ridge 34 is shown in FIG. It arrange
  • the gradually changing portion 341 moves away from the contact surface 320 of the valley bottom portion 32, the height from the fin surface gradually increases.
  • the gradually changing portion 341 is provided so as to approach the surface of the lower tube plate 2.
  • the ridge 34 is located on the opposite side of the abutment surface 310 with respect to the peak 31 shown in FIG. In this case, the gradually changing portion of the ridge portion 34 is not provided in the vicinity of the peak portion 31.
  • the vicinity of the contact surface 310 of the peak 31 that is, the upper surface of the corrugated fin 3 in FIG.
  • the concave stripe portion 35 adjacent to the convex stripe portion 34 in the X direction protrudes from the upper surface of the corrugated fin 3.
  • gradually changing portions 351 that are continuous with the concave portion 35 are provided on both sides in the Y direction across the peak portion 31.
  • the gradually changing portion 351 gradually increases in height from the fin surface as the distance from the contact surface 310 of the peak portion 31 increases.
  • the gradually changing portion 351 is provided so as to approach the surface of the upper tube plate 2.
  • the concave portion 35 is located on the opposite side to the contact surface 320 with respect to the valley bottom portion 32.
  • the gradually changing portion of the concave stripe portion 35 is not provided.
  • the concave and convex portions are crushed in the valley bottom portion 32, so that the concave portion 35 is formed in the vicinity of the contact surface 320 of the valley bottom portion 32 (that is, the lower side of the corrugated fin 3 in FIG. 5A). Surface), there is no unevenness.
  • Such gradual change portions 341 and 351 are provided in the vicinity of the peak portion 31 or the valley bottom portion 32 curved in a generally arc shape so as to follow the curve.
  • the distance h between the gradual change portion 341 and the tube plate 2 is a portion where the gradual change portion is not provided (that is, the X direction with respect to the gradual change portion). It is shorter than the part that is displaced.
  • FIG. 5D the portion where the gradual change portion is not provided is shown on the fin surface, but the gradual change portion 341 has a shorter distance h from the tube plate 2 because it is more convex than the fin surface. .
  • the plate fin heat exchanger 1 is configured by joining the tube plate 2 and the corrugated fin 3 to each other by brazing. That is, the plate fin heat exchanger is assembled by alternately stacking the tube plates 2 and the corrugated fins 3 in a state where the brazing material is provided on the surface of the tube plate 2.
  • the assembled plate fin heat exchanger is integrated by, for example, reducing pressure and heating in a vacuum furnace.
  • the brazing material gathers at the joint portion between the corrugated fin 3 and the tube plate 2 due to surface tension, and a wedge-shaped fillet 7 is formed.
  • the tube plate 2 can be moved away from the contact surface 320 by the amount of the gradually changing portion 341. And the distance is kept short. Therefore, the fillet 7 formed between the gradual change part 341 and the tube plate 2 is compared with the fillet 7 of the location in which the gradual change part 341 is not provided, as shown in FIG.5 (b) (c). Increase in size.
  • 5B is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 5A
  • FIG. 5C illustrates the fillet shape at the peak portion 31 and the valley bottom portion 32 shown in FIG. 5A. It is a figure to do.
  • the alternate long and short dash lines indicate the locations where the protruding line portions 34 and the recessed line portions 35 are formed, and the gradually changing portions 341 and 351 correspond to the protruding line portions 34 and the recessed line portions 35. It will be provided in the formation location. However, as described with reference to FIG. 5A, the gradually changing portion 341 that continues to the ridge portion 34 is not provided in the vicinity of the peak portion 31, and similarly, in the vicinity of the valley bottom portion 32. The gradual change part 351 continuing to the concave part 35 is not provided.
  • the brazing material is present on both sides in the Y direction across the valley bottom portion 32. Together, a large fillet is formed.
  • the length of the fillet 7 in the Y direction is relatively long, and the length of the fillet 7 in the Y direction is relatively short in other locations. More precisely, the length is the longest at the location where the ridges 34 are formed, the shortest at the location where the ridges 35 are formed, and the fillet length changes between the ridges 34 and the ridges 35.
  • the length of the fillet in the Y direction becomes the shortest
  • the gradually changing portion 351 is provided at the location where the portion 35 is formed (location virtually shown in FIG. 5A)
  • the brazing material gathers on both sides in the Y direction across the peak portion 31. 7 has the longest length in the Y direction.
  • the fillet length changes between the ridge 34 and the recess 35.
  • the phase of the change in fillet length is shifted between the peak portion 31 and the valley bottom portion 32.
  • the place where the length of the fillet 7 in the Y direction is the shortest is a place where the gradually changing portions 341 and 351 of the protruding portion 34 or the recessed portion 35 are not provided as described above.
  • This part has the same shape as a corrugated fin having a conventional shape in which the protruding line part 34 and the recessed line part 35 are not provided.
  • the corrugated fin 3 has a gradual change portion 341 that continues to the ridge portion 34 and a gradual change portion 351 that continues to the concave portion 35 with a minimum fillet length L of the same level as that of the conventional configuration.
  • the protruding strip 34 and the recessed strip 35 provided in the intermediate portion 33 of the corrugated fin 3 and extending in the Y direction each improve the strength of the corrugated fin 3 itself.
  • the contact area between the corrugated fin 3 and the tube plate 2 is increased by the contact surfaces 310 and 320, and the fillet 7 is enlarged by the gradually changing portions 341 and 351, whereby the corrugated fin 3 and the tube plate are increased.
  • the strength of the corrugated fin 3 itself is increased by the convex line portions 34 and the concave line portions 35, so that the strength of the plate fin heat exchanger 1 is greatly increased.
  • the ridges 34 and the ridges 35 are juxtaposed in the direction of fluid flow in each channel defined by the intermediate portion 33 of the corrugated fin 3, so that the turbulent flow of fluid flowing along the fin surface This contributes to improving the efficiency of the plate fin heat exchanger 1. Further, in the plate fin heat exchanger 1, when the fluid condenses, the ridges 34 and the ridges 35 that are convex from the fin surface improve the wettability of the surface of the corrugated fin 3 and condense. The discharged liquid can be quickly discharged to the outside of the plate fin heat exchanger 1.
  • the gradual change portions 341 and 351 can perform the same functions as the ridge portion 34 and the ridge portion 35 with respect to the flow of fluid and the like. , 351 can be provided over as wide a range as possible.
  • the technology disclosed herein is not limited to being applied to the plate fin heat exchanger 1 configured as shown in FIGS. 1 to 5, but can be applied to other various plate fin heat exchanger configurations. It is.
  • FIG. 6 shows a modified example related to the ridges 34 and the ridges 35 of the corrugated fin 3. That is, in the corrugated fins 3 shown in FIGS. 1 to 5, the ridges 34 and the ridges 35 are provided so as to be orthogonal to the ridge line of the peak 31 and the valley of the valley 32, respectively. On the other hand, in the modification of FIG. 6, the ridges 34 and the ridges 35 are respectively at a predetermined angle (except 90 °) with respect to the ridge line of the peak 31 and the valley line of the valley bottom 32. It is provided to intersect at That is, the protruding line part 34 and the recessed line part 35 are inclined with respect to the Y direction. In addition, the inclination angle of the protruding line part 34 and the recessed line part 35 can be set as appropriate.
  • the thin plate-like member 30 is subjected to a crease process that is inclined obliquely so as to provide groove-like irregularities, and then the same.
  • the member 30 may be processed into a corrugated fin.
  • a proper and well-known method can be employ
  • the plate fin heat exchanger configured using the corrugated fins 3 of this modification can also obtain the same advantages as the plate fin heat exchanger 1 described above.
  • corrugated fins 3 provided with the ridges 34 and the recesses 35 are not limited to those having a sinusoidal cross section shown in FIGS.
  • Each of the rectangular corrugated fins 3 as shown in FIG. 7 connects the peak portion 31 and the valley bottom portion 32, which are substantially flat, and connects the peak portion 31 and the valley bottom portion 32 and extends in the Z direction. And a portion 33.
  • the intermediate portion 33 may be inclined at an arbitrary angle with respect to the Z direction.
  • the rectangular corrugated corrugated fin 3 is also formed by processing the thin plate-like member into a corrugated fin after performing a crease process to provide groove-like irregularities on the thin plate-like member. It can be manufactured.
  • the ridges 34 and the gradually changing portions 341 are continuous with the ridges and the ridges) by crushing the irregularities of the peak 31 and valley bottom 32. (Gradual change portion) can be provided.
  • a rounded portion is provided between the peak portion 31 and the intermediate portion 33 and between the valley bottom portion 32 and the intermediate portion 33.
  • the gradual change portion 341 (and the gradual change portion continuing to the concave stripe portion) is provided in this rounded portion.
  • the distance between the gradually changing portion 341 and the tube plate 2 is relatively short, so that the fillet formed of the brazing material gathered by the surface tension is relatively large. Therefore, even the plate fin heat exchanger configured using the rectangular corrugated fins 3 can obtain the same advantages as the plate fin heat exchanger 1 described above.
  • the protrusion 34 and the recess 35 may extend in the Y direction as shown in FIG. 1, or as shown in FIG. You may incline and provide in a Y direction.
  • both the protruding line part 34 and the recessed line part 35 are provided with respect to the corrugated fin 3.
  • FIG. 3 is a convex portion 34 that is convex on one side with respect to the reference indicated by the alternate long and short dash line, and is convex on the other side with respect to the reference This is to make the portion a concave line portion 35.
  • the corrugated fin having such a configuration can also increase the strength of the corrugated fin itself, and increase the bonding strength between the corrugated fin and the tube plate 2 by providing contact surfaces on the top and bottom of the corrugated fin. It becomes possible.
  • the corrugated fin provided with only one of the ridge portion or the groove portion, the gradual change portion is provided only at either the peak portion 31 or the valley bottom portion 32 shown in FIG. As a result, the above-described large fillet 7 is also formed only at either the peak portion 31 or the valley bottom portion 32.

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Abstract

　プレートフィン熱交換器１は、コルゲートフィン３とチューブプレート２とを備える。コルゲートフィンの山頂部３１と谷底部３２との間の中間部３３には、当該コルゲートフィンの表面よりも凸となった凸条部３４が、第１の方向に並んで複数設けられている。山頂部及び谷底部においてチューブプレートに当接する表面はそれぞれ、凸条部が設けられていない当接面３１０、３２０に構成される。各凸条部と、山頂部及び前記谷底部の当接面との間には、当接面から離れるに従い、表面から次第に突出する徐変部３４１が、凸条部に連続するように設けられる。

Description

プレートフィン熱交換器、及び、熱交換器用コルゲートフィンの製造方法
　ここに開示する技術は、プレートフィン熱交換器、及び、熱交換器に用いられるコルゲートフィンの製造方法に関する。
　特許文献１には、コルゲートフィンを備えた熱交換器において、そのコルゲートフィンの全面に微細な凹凸を設けることによって、コルゲートフィンの表面に沿って流れる流体の境界層の発達を防止し、それによって、熱交換器の性能を向上させる技術が記載されている。
実開平２－７４８７号公報
　ところで、特許文献１に記載されている熱交換器では、コルゲートフィンの山頂部又は谷底部の表面に、偏平チューブの外表面を当接させた状態で、コルゲートフィンと偏平チューブとを、ろう付けにより接合している。
　しかしながら、前述したように、このコルゲートフィンの表面には微細な凹凸が設けられていることから、凹凸した面と偏平チューブの外表面とが互いに当接することになる。その結果、この熱交換器では、コルゲートフィンと偏平チューブとの接合強度が低下してしまうという不都合がある。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換器におけるコルゲートフィンの接合強度を高めることにある。
　ここに開示するプレートフィン熱交換器は、第１の方向に尾根線が延びる山頂部と第１の方向に谷線が延びる谷底部とが、第１の方向に直交する第２の方向に交互に配設されると共に、前記山頂部と前記谷底部との間が中間部によってつながれることによって構成されたコルゲートフィンと、前記コルゲートフィンを挟むように配設されかつ、前記コルゲートフィンの前記山頂部の表面及び前記谷底部の表面にそれぞれ当接した状態で、当該コルゲートフィンに接合されるよう構成されたチューブプレートと、を備える。
　そして、前記コルゲートフィンの前記中間部には、当該コルゲートフィンの表面よりも凸となりかつ、前記山頂部と前記谷底部との間で延びる複数の凸条部が、前記第１の方向に並設しており、前記山頂部において前記チューブプレートに当接する前記表面、及び、前記谷底部において前記チューブプレートに当接する前記表面はそれぞれ、前記凸条部が設けられていない当接面に構成され、前記各凸条部と、前記山頂部及び前記谷底部の当接面との間には、前記当接面から離れるに従い、前記コルゲートフィンの表面から次第に突出する徐変部が、前記凸条部に連続するように設けられている。
　この構成によると、チューブプレートとチューブプレートとの間に区画形成されるプレートフィン熱交換器の流路内に、コルゲートフィンが配設される。コルゲートフィンは、山頂部と谷底部とをつなぐ中間部が、流路内を複数のチャンネルに分割する。流体は、各チャンネル内を、第１の方向に流れる。
　このコルゲートフィンの中間部には、山頂部と谷底部との間で延びる凸条部が第１の方向、つまり流体の流れる方向に並んで複数設けられている。凸条部は、コルゲートフィンの表面に沿って流れる流体の乱流化を促進し、プレートフィン熱交換器の効率を高める。また、このプレートフィン熱交換器の流路内において流体が冷却される結果、当該流体が凝縮する場合には、コルゲートフィンの中間部に設けた複数の凸条部は、フィン表面の濡れ性を改善し、液滴の排出を促進する。さらに、フィン表面よりも凸となった凸条部は、コルゲートフィン自体の強度の向上にも寄与する。
　前記の構成のプレートフィン熱交換器ではまた、コルゲートフィンの山頂部及び谷底部においてチューブプレートに当接する表面が、凸条部が設けられていない当接面に構成されている。当接面に凹凸がないため、コルゲートフィンとチューブプレートとの当接面積が拡大して両者の密着性が高まる。その結果、コルゲートフィンとチューブプレートとの接合強度が高まる。これは、プレートフィン熱交換器の強度向上に有利になる。尚、山頂部の表面は、コルゲートフィンの外表面であり、谷底部の表面も、コルゲートフィンの外表面である。従って、谷底部の表面は、コルゲートフィンについて、山頂部の表面とは逆側の面に相当する。
　またコルゲートフィンにおいて、山頂部及び谷底部の当接面と、各凸条部との間には、当接面から離れるに従い、フィン表面から次第に突出する徐変部が、凸条部に連続するように設けられている。徐変部は、凸条部の一部として機能をして、前述した流体の乱流促進等に寄与する。従って、徐変部は、コルゲートフィンの山頂部及び谷底部に当接面を確保しつつ、凸条部をできるだけ広い範囲に亘って設けることを可能にする。その結果、コルゲートフィンとチューブプレートとの接合強度を高めつつ、凸条部により得られる様々な利点を、最大限に確保することが可能になる。
　前記コルゲートフィンの前記山頂部及び前記谷底部はそれぞれ、湾曲しており、前記徐変部は、前記山頂部及び前記谷底部の湾曲に沿うように設けられている、としてもよい。
　つまり、山頂部及び谷底部がそれぞれ湾曲していることによって、その横断面が、ほぼ正弦波のような形状を有するコルゲートフィンにおいては、徐変部を、山頂部及び谷底部の湾曲に沿うように設けることが好ましい。このことにより、凹凸の無い当接部を確保しつつ、凸条部をできるだけ広い範囲に亘って設けることが可能になる。
　前記コルゲートフィンと前記チューブプレートとは、ろう付けによって互いに接合されており、前記徐変部と前記チューブプレートとの間には、ろう付けの最中に、ろう材が集まることによって形成されるフィレットが設けられている、としてもよい。
　コルゲートフィンとチューブプレートとの接合部分は、その横断面においては、コルゲートフィンの表面が、山頂部又は谷底部から中間部に至る間でチューブプレートから次第に離れるようになる。コルゲートフィンとチューブプレートとをろう付けしたときには、ろう材が、表面張力によって、コルゲートフィンとチューブプレートとの接合部分に集まり、くさび形状のフィレットを形成する。
　前記構成のプレートフィン熱交換器では、コルゲートフィンに、凸条部及び徐変部が設けられており、このうち、徐変部は、コルゲートフィンとチューブプレートとの接合部分の近傍に位置している。徐変部はまた、コルゲートフィンの表面から突出する部分であるため、当該接合部分の近傍において、チューブプレートと徐変部との距離は、チューブプレートとコルゲートフィン表面との距離よりも短くなる。言い換えると、徐変部が設けられた箇所では、山頂部の当接面又は谷底部の当接面から離れても、チューブプレート表面との距離が比較的短い状態に維持される。そのため、徐変部とチューブプレートとの間にも、前述したコルゲートフィン表面とチューブプレートとの接合部分と同様に、表面張力によってろう材が集まってフィレットが形成されるものの、当該フィレットは、徐変部が設けられていない箇所のフィレットに比べて大型化する。こうしてコルゲートフィンにおいて第１の方向に並んで複数設けられる凸状部及び徐変部に対応して、大型のフィレットが複数形成される結果、コルゲートフィンとチューブプレートとのろう付け強度が向上する。このことは、前述したように、山頂部及び谷底部に凹凸の無い当接面を設けること、及び、コルゲートフィンに凸条部を設けることで、コルゲートフィン自体の強度が高まること、と組み合わさって、プレートフィン熱交換器の強度向上に有利になる。
　前記コルゲートフィンには、複数の溝状の凹凸を設ける折り目加工が施されており、前記凸条部及び徐変部は、前記折り目加工によって設けられた凹部分又は凸部分によって構成されている、としてもよい。
　コルゲートフィンに折り目加工を施すことによって、コルゲートフィンの中間部で、山頂部と谷底部との間で延びる凸条部を、第１の方向に並んで複数設けることが、容易に実現する。
　前記折り目加工によって設けられる溝状の凹凸は、前記コルゲートフィンにおいて前記第２の方向に延びており、前記コルゲートフィンの前記凸条部は、前記山頂部の尾根線及び前記谷底部の谷線に対して直交して配設されている、としてもよい。
　コルゲートフィンの中間部において、山頂部の尾根線及び谷底部の谷線に対して直交して配設される凸条部は、コルゲートフィン自体の強度を向上させる上で、特に有効である。
　ここに開示する技術はまた、熱交換器用のコルゲートフィンを製造する方法に係る。この製造方法は、薄板材に対して、所定の方向に延びる溝状の凹凸を交互に設ける折り目加工を施す工程と、第１の方向に尾根線が延びる山頂部と第１の方向に谷線が延びる谷底部とが、前記第１の方向に直交する第２の方向に交互に配設されるように、前記折り目加工が施された前記薄板材をコルゲートフィンに加工する工程と、を含む。
　そして、前記コルゲートフィンに加工している最中に、前記山頂部の表面及び前記谷底部の表面の前記凹凸を潰すことによって、前記山頂部及び前記谷底部に、前記凹凸が設けられていない面を形成する。
　この構成によると、薄板材に溝状の複数の凹凸を設ける折り目加工を施した後に、その薄板材をコルゲートフィンに加工することにより、溝状の凹凸が、前述した凸条部を構成するようになる。
　また、薄板材をコルゲートフィンに加工する時に、山頂部及び谷底部において薄板材の伸びが生じることと、山頂部及び谷底部を、それぞれ成形型によって、板厚方向に押圧することと、により、薄板材に予め設けられた凹凸を潰すことで、コルゲートフィンの山頂部の表面及び谷底部の表面に、凹凸が設けられていない面を形成する。凹凸の無い面を形成することに伴い、その面の近傍に、凸条部に連続する徐変部を設けることが可能になる。
　つまり、前記の製造方法は、山頂部及び谷底部の当接面と、中間部の複数の凸条部と、その当接面と各凸条部との間に徐変部とを備えたコルゲートフィンの製造に適している。
　以上説明したように、前記のプレートフィン熱交換器は、コルゲートフィンの中間部に複数の凸条部を設ける一方で、山頂部及び谷底部においてチューブプレートと当接する表面は、凹凸の無い当接面としかつ、その当接面の近傍に、凸条部に連続する徐変部を設けることにより、凸条部の機能を最大限に確保しつつも、コルゲートフィンとチューブプレートとの当接面積を大きくして、両者の接合強度を向上させることが可能になる。
　また、前記の熱交換器用コルゲートフィンの製造方法によれば、前述した凸条部及び徐変部を有しかつ、山頂部及び谷底部に凹凸の無い当接面を有するコルゲートフィンを容易に製造することが可能になる。
プレートフィン熱交換器の一部を概念的に示す分解斜視図である。 プレートフィン熱交換器に用いられるコルゲートフィンを概念的に示す平面図である。 （ａ）は、図２のIII－III線端面図であり、（ｂ）は、変形例である。 プレートフィン熱交換器に用いられるコルゲートフィンの製造手順を示す説明図である。 （ａ）は、プレートフィン熱交換器の所定の断面を示す端面図、（ｂ）は、（ａ）図におけるｂ－ｂ線断面図、（ｃ）は、コルゲートフィンとチューブプレートとのろう付け箇所のフィレット形状を示す図、（ｄ）は、コルゲートフィンとチューブプレートとのろう付け部分を拡大して示す断面図である。 図２とは形状の異なるコルゲートフィンを示す斜視説明図である。 矩形波状に構成されたコルゲートフィン用いて構成されたプレートフィン熱交換器の一部を示す端面図である。
　以下、熱交換器の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に説明をする各図においては、理解容易のために各部の形状を誇張して描いている箇所があり、実際の形状とは、その細部において異なる場合もある。
　図１は、プレートフィン熱交換器１の構成を概念的に示す分解斜視図である。プレートフィン熱交換器１では、上下及び左右の方向性が実質的に存在しないが、説明の便宜上、図１の紙面左手前と右奥とを結ぶ方向をＸ方向とし、図１の紙面右手前と左奥とを結ぶ方向をＹ方向とし、図１の紙面下と上とを結ぶ方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は互いに直交する。図１に示すプレートフィン熱交換器（より正確には、熱交換器コア）１は、複数のチューブプレート２と複数のコルゲートフィン３とを交互に、Ｚ方向に積層した上で、これらをろう付けにより接合して一体化することによって構成されている。図１においては、理解容易のために、１つのコルゲートフィン３と、このコルゲートフィン３を挟む２つのチューブプレート２、２とだけを図示している。２つのチューブプレート２、２と、このチューブプレート２の、Ｙ方向における両端部それぞれに配設される２つのサイドバー４、４とによって、このプレートフィン熱交換器１の対象流体（つまり、第１流体）が流れる第１流路１１が区画される。第１流体との間で熱交換を行う第２流体が流れる第２流路は、図１においては図示しないが、チューブプレート２、２を介して第１流路１１に隣接している。つまり、第１流路１１と第２流路とは、Ｚ方向に隣り合っている。
　プレートフィン熱交換器１は、様々な用途で用いられる。例えば、第１流体と第２流体の間で熱交換を行い、第１流体又は第２流体を冷却する用途で用いられる。プレートフィン熱交換器１はまた、それとは逆に、第１流体又は第２流体を加熱する用途で用いられることもある。プレートフィン熱交換器１は、その用途によっては、流路内を流れる流体が冷却される結果、凝縮（液化）することもある。また、プレートフィン熱交換器１は、流路内を流れる流体が加熱される結果、蒸発（気化）することもある。
　チューブプレート２は、所定の厚みを有する平板状の部材である。チューブプレート２の厚みは、適宜の厚みに設定することが可能である。チューブプレート２は、熱伝導率の高い材料、例えば金属材料によって構成される。チューブプレート２は、具体的にはアルミニウム、アルミニウム合金、又は、ステンレスによって構成される。但し、ここに挙げた材料に限定されない。チューブプレート２は、第１流路１１と、図１において図示しない第２流路との間に介在し、第１流路１１及び第２流路の一部を区画する。チューブプレート２はまた、第１流路１１を流れる第１流体と、第２流路を流れる第２流体との間で伝熱を行う一次伝熱面を構成する。
　コルゲートフィン３は、所定の厚みを有する波板状の部材である。コルゲートフィン３もまた、熱伝導率の高い材料、例えば金属材料によって構成される。コルゲートフィン３は、具体的にはアルミニウム、アルミニウム合金、又は、ステンレスによって構成される。但し、ここに挙げた材料に限定されない。コルゲートフィン３は、第１及び第２流路内において、チューブプレート２に接合した状態で配設される。コルゲートフィン３は、第１及び第２流路内を、Ｙ方向に複数のチャンネルに区画すると共に、二次伝熱面を構成する。
　図１、２の例では、コルゲートフィン３は、Ｘ方向に尾根線が延びる山頂部（つまり、トップ）３１と、同じくＸ方向に谷線が延びる谷底部（つまり、ボトム）３２とが、Ｙ方向に交互に配設されて構成されている。図１、２に示すコルゲートフィン３は、山頂部３１は、概ね円弧状に湾曲している。また、谷底部３２も、山頂部３１と同様に、概ね円弧状に湾曲している。山頂部３１と谷底部３２との間を繋ぐ中間部３３は、この例では、Ｚ方向に対して傾斜した直線状である（図５（ａ）も参照）。従って、ここに示すコルゲートフィン３の横断面は、全体として、概ね正弦波状の波形を有している。但し、コルゲートフィン３の波形状は、正弦波状であることには限らない。例えば中間部３３の傾斜角度は適宜の角度に設定することが可能である。中間部３３は、Ｚ方向に延びるように、つまり、Ｚ方向に対して傾斜しないようにしてもよい。また、コルゲートフィン３の谷底部３２から山頂部３１までのＺ方向の高さＡ１（つまり、波の振幅×２）、及び、コルゲートフィン３の山頂部３１と山頂部３１とのＹ方向距離Ｐ１（つまり、波のピッチ）は、それぞれ適宜設定することが可能である。コルゲートフィン３の波の高さＡ１は、当該コルゲートフィン３が配設される流路の高さによって決定される。また、コルゲートフィン３の波のピッチＰ１は、プレートフィン熱交換器１の熱交換性能、及び、流路の圧力損失を含む様々な要因を考慮して決定される。
　このコルゲートフィン３の表面には、当該表面から凸設した凸条部３４、及び、当該表面から凹陥した凹条部３５が設けられている。凸条部３４及び凹条部３５の断面形状はそれぞれ、図３（ａ）に示すように、例えば円弧状に湾曲した形状を有している。凸条部３４と凹条部３５とは、Ｘ方向に交互に配置される。尚、プレートフィン熱交換器１内に配設されたコルゲートフィン３においては、上下及び左右の方向性がないため、表面から凸設した凸条部３４は、逆側から見れば、凹陥した凹条部になり得る。ここでは、図３（ａ）に一点鎖線で示す基準に対して一方の側に凸となった部分を凸条部３４とし、その基準に対して他方の側に凸となった部分を凹条部３５とする。凸条部３４及び凹条部３５の湾曲形状は、図３（ａ）に示す形状に限定されない。凸条部３４及び凹条部３５の湾曲形状の曲率は、適宜設定することが可能である。また、凸条部３４及び凹条部３５は、湾曲形状に限らず、図３（ｂ）に示すように、概ね三角形状にしてもよい。
　基準から凸条部３４の凸端までの距離Ａ２、及び、基準から凹条部３５の凹端までの距離Ａ２（つまり、波の振幅）は、適宜設定することが可能である。一例として、但し、これに限定されないが、コルゲートフィン３の板厚ｔに対して６５％～１３５％程度の範囲（つまり、０．６５≦Ａ２／ｔ≦１．３５）となるように、設定してもよい。
　図１、２において凸条部３４は、その最も凸となった部分を実線で示しており、凹条部３５は、その最も凹となった部分を実線で示している。凸条部３４及び凹条部３５は、コルゲートフィン３における中間部３３に設けられており、山頂部３１及び谷底部３２には設けられてない。各凸条部３４及び各凹条部３５は、それぞれ、図２に示すように、コルゲートフィン３を平面視で見たとき（つまりＺ方向に見たとき）に、Ｙ方向に延びている。つまり、凸条部３４及び凹条部３５はそれぞれ、Ｘ方向に延びる山頂部３１の尾根線及び谷底部３２の谷線に直交している。また、複数の凸条部３４、及び、複数の凹条部３５は、山頂部３１の尾根線及び谷底部３２の谷線に沿って、Ｘ方向に交互に並んで配置している。凸条部３４及び凹条部３５のピッチＰ２は、適宜設定することが可能である。
　尚、このような形状のコルゲートフィン３は、少なくとも第１流路１１内に配設されている。このプレートフィン熱交換器１において、第２流路内に配設されるコルゲートフィンは、前記コルゲートフィン３と同じ形状であっても、コルゲートフィン３とは異なる形状であってもよい。
　中間部３３に凸条部３４及び凹条部３５を有するコルゲートフィン３は、次の手順によって製造することが可能である。すなわち、図４に示すように、コルゲートフィン３の材料である薄板状の部材３０を用意し、その薄板状の部材３０に対し、溝状の凹凸を設ける折り目加工を施す（工程Ｐ１参照）。折り目加工は、互いに噛み合う一対の成形ローラ５、５を用いて行うことが可能である。つまり、各成形ローラ５は、大径部と小径部とを有していて、そのローラ面は波形となるように構成されている。薄板状の部材３０を、その一対の成形ローラ５、５の間を通過させることによって、当該部材３０に、溝状の凹凸が多数設けられる。こうして設けられる凹部３０５及び凸部３０４は、それぞれＹ方向に延びると共に、Ｘ方向に並んだ縞状となる。この凸部３０４及び凹部３０５が、コルゲートフィン３における凸条部３４及び凹条部３５を構成する。尚、薄板状の部材３０に対して凹凸を設ける折り目加工は、ローラ対を用いることに限らず、その他の公知の手法を用いることも可能である。ローラ対を利用した加工は、帯状の長い部材に対して連続して折り目加工を施すことが可能になるという利点がある。
　こうして折り目加工を施した薄板状の部材３０を、コルゲートフィン３に加工する。コルゲートフィン３に加工する手法としては、公知の様々な手法を適宜採用することが可能である。一例として、但し、これに限定されないが、図４の下図に仮想的に示すような、薄板状の部材３０を挟み込む上下一対の成形歯（つまり、成形型）６、６を用いてもよい。具体的には、薄板状の部材３０をＹ方向に移動させながら、上下一対の成形歯６、６を交互に作動させることによって、コルゲートフィン３の山頂部３１及び谷底部３２を、順次成形するようにしてもよい（工程Ｐ２参照）。
　このときに、折り目加工によって薄板状の部材３０に設けた凹凸に対して直交する方向に、尾根線及び谷線が延びるよう、コルゲートフィン３の山頂部３１及び谷底部３２を設けるようにすれば、前述したように、コルゲートフィン３の尾根線及び谷線と、中間部３３に設ける凸条部３４及び凹条部３５とを、互いに直交させることが可能になる。
　この成形時には、コルゲートフィン３の山頂部３１及び谷底部３２において、薄板状の部材３０に予め設けた凸部３０４及び凹部３０５が潰れるようにする。つまり、成形時に、山頂部３１及び谷底部３２において材料が伸びることと、成形歯６、６によって、その山頂部３１及び谷底部３２の箇所を板厚方向に押圧することとを組み合わせて、山頂部３１及び谷底部３２の凹凸を潰す。こうすることで、完成後のコルゲートフィン３では、山頂部３１及び谷底部３２のそれぞれには、凸条部３４及び凹条部３５が設けられないことになり、これら山頂部３１及び谷底部３２を、凹凸の無い平らな面にすることが可能になる。この山頂部３１及び谷底部３２に設けられた平らな面は、図５（ａ）及び（ｄ）に示すように、チューブプレート２に当接する当接面３１０、３２０となる。
　また、図５（ａ）及び（ｄ）に示すように、山頂部３１及び谷底部３２において凹凸を潰すことに伴い、当接面３１０、３２０の近傍では、その当接面３１０、３２０から離れるに従い、フィン表面から次第に突出する徐変部３４１、３５１が、凸条部３４及び凹条部３５に連続するように設けられる。
　ここで図５（ａ）に示す例で、凸条部３４は、コルゲートフィン３の下側の面から凸設しており、その凸条部３４に連続する徐変部３４１は、同図に示す谷底部３２を挟んだＹ方向の両側に配設されている。この徐変部３４１は、谷底部３２の当接面３２０から離れるに従い、フィン表面からの高さが次第に高くなる。この徐変部３４１は、下側のチューブプレート２の表面に近づくように設けられる。一方、当該凸条部３４は、同図に示す山頂部３１に対しては、その当接面３１０とは逆側に位置することになる。この場合、山頂部３１の近傍には、当該凸条部３４の徐変部は設けられない。前述の通り、山頂部３１において凹凸が潰れることで、凸条部３４の形成箇所において、当該山頂部３１の当接面３１０の近傍（つまり、図５（ａ）におけるコルゲートフィン３の上側の面）では、凹凸の無い状態となる。
　また、図５（ａ）に仮想的に示すように、当該凸条部３４に対してＸ方向に隣り合う凹条部３５は、コルゲートフィン３の上側の面から凸設するようになる。そのため、山頂部３１の近傍には、この凹条部３５に連続する徐変部３５１が、山頂部３１を挟んだＹ方向の両側に設けられることになる。この徐変部３５１は、山頂部３１の当接面３１０から離れるに従い、フィン表面からの高さが次第に高くなる。この徐変部３５１は、上側のチューブプレート２の表面に近づくように設けられる。この凹条部３５は、谷底部３２に対しては、その当接面３２０とは逆側に位置することになる。この場合、谷底部３２の近傍には、当該凹条部３５の徐変部は設けられない。前述の通り、谷底部３２において凹凸が潰れることで、凹条部３５の形成箇所において、当該谷底部３２の当接面３２０の近傍（つまり、図５（ａ）におけるコルゲートフィン３の下側の面）では、凹凸の無い状態となる。
　このような徐変部３４１、３５１は、概ね円弧状に湾曲した山頂部３１又は谷底部３２の近傍で、その湾曲に沿うように設けられる。その結果、図５（ｄ）に拡大して示すように、徐変部３４１とチューブプレート２との距離ｈは、徐変部が設けられていない箇所（つまり、徐変部に対してＸ方向にずれている箇所）よりも短くなる。図５（ｄ）では、徐変部が設けられていない箇所はフィン表面で示されるが、徐変部３４１は、このフィン表面よりも凸である分、チューブプレート２との距離ｈが短くなる。このことを言い換えると、チューブプレート２との距離がｈとなるフィン表面のＹ方向位置と、チューブプレート２との距離が同じｈとなる徐変部３４１のＹ方向位置とを比較すれば、徐変部３４１のＹ方向位置の方が、当接面３２０からより離れる、ことになる。尚、図示は省略するが、凹条部３５の徐変部３５１についても、同様である。
　前述したように、プレートフィン熱交換器１は、チューブプレート２とコルゲートフィン３とを、ろう付けによって互いに接合することによって構成される。つまり、チューブプレート２の表面にろう材が設けられた状態で、チューブプレート２とコルゲートフィン３とを交互に積層をすることにより、プレートフィン熱交換器を組み立てる。そうして、この組立後のプレートフィン熱交換器を、例えば真空炉内で減圧及び加熱をすることにより一体化する。このろう付けの最中に、コルゲートフィン３とチューブプレート２との接合箇所においては、表面張力によって、ろう材が集まり、くさび形状のフィレット７が形成される。
　ここで、図５（ｄ）に示すように、徐変部３４１（及び３５１）が形成されている箇所では、その徐変部３４１の分だけ、当接面３２０から離れても、チューブプレート２との距離が短い状態に維持される。そのため、徐変部３４１とチューブプレート２との間に形成されるフィレット７は、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、徐変部３４１が設けられていない箇所のフィレット７に比べて大型化する。尚、図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ－ｂ線断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）示す山頂部３１及び谷底部３２でのフィレット形状を例示する図である。図５（ｂ）、（ｃ）に示す一点鎖線は、凸条部３４及び凹条部３５の形成箇所を示しており、徐変部３４１、３５１は、この凸条部３４及び凹条部３５の形成箇所に設けられることになる。但し、図５（ａ）を参照して説明したように、山頂部３１の近傍には、凸条部３４に連続する徐変部３４１は設けられず、同様に、谷底部３２の近傍には、凹条部３５に連続する徐変部３５１は設けられない。
　図５（ｃ）の左側に示す谷底部３２において、凸条部３４の形成箇所では、徐変部３４１が設けられているため、谷底部３２を挟んだＹ方向の両側それぞれで、ろう材が集まって大型のフィレットが形成される。その結果、フィレット７のＹ方向の長さが相対的に長くなり、それ以外の箇所では、フィレット７のＹ方向の長さが相対的に短くなる。より正確には、凸条部３４の形成箇所で最も長くなり、凹条部３５の形成箇所で最も短くなり、凸条部３４と凹条部３５との間でフィレット長さが変化する。
　また、図５（ｃ）の右側に示す山頂部３１においては、凸条部３４の形成箇所では、徐変部が設けられていないため、フィレットのＹ方向の長さが最も短くなり、凹条部３５の形成箇所（図５（ａ）において仮想的に示す箇所）では、徐変部３５１が設けられるため、その山頂部３１を挟んだＹ方向の両側それぞれで、ろう材が集まる結果、フィレット７のＹ方向の長さが最も長くなる。そうして、凸条部３４と凹条部３５との間でフィレット長さが変化する。図５（ｃ）に示すように、山頂部３１と谷底部３２とでは、フィレット長さの変化の位相がずれることになる。
　ここで、図５（ｃ）においてフィレット７のＹ方向長さが最も短くなる箇所は、前述の通り、凸条部３４又は凹条部３５の徐変部３４１、３５１が設けられない箇所であり、この箇所は、凸条部３４や凹条部３５を設けてない従来形状のコルゲートフィンと同様の形状を有している。従って、このコルゲートフィン３は、従来構成と同程度のフィレット長さＬを最低限、確保した上で、凸条部３４に連続する徐変部３４１及び凹条部３５に連続する徐変部３５１を設けることによって、従来構成よりも長いフィレット長さを得ることができるものである。その結果、コルゲートフィン３とチューブプレート２とのろう付け強度を、従来よりも高くすることが可能になる。
　また、コルゲートフィン３の中間部３３に設けられた、Ｙ方向に延びる凸条部３４及び凹条部３５はそれぞれ、コルゲートフィン３自体の強度を向上させる。
　そうした凸条部３４及び凹条部３５が設けられた中間部３３に対し、コルゲートフィン３の山頂部３１及び谷底部３２では、凸条部３４及び凹条部３５が設けられていない当接面３１０、３２０が設けられている。この当接面３１０、３２０は、凹凸が無いため、コルゲートフィン３とチューブプレート２との当接面積を大きくする。
　こうして、当接面３１０、３２０によってコルゲートフィン３とチューブプレート２との当接面積が大きくなることと、徐変部３４１、３５１によってフィレット７が大型化することとによって、コルゲートフィン３とチューブプレート２との接合強度が高まる上に、凸条部３４及び凹条部３５によって、コルゲートフィン３自体の強度も高まることで、プレートフィン熱交換器１は、その強度が大幅に高まる。
　さらに、凸条部３４及び凹条部３５は、コルゲートフィン３の中間部３３によって区画される各チャンネルにおいて、流体の流れ方向に並設されることから、フィン表面に沿って流れる流体の乱流化を促進し、プレートフィン熱交換器１の効率向上に寄与する。また、このプレートフィン熱交換器１内において、流体が凝縮するときには、フィン表面よりも凸となった凸条部３４及び凹条部３５が、コルゲートフィン３の表面の濡れ性を改善し、凝縮した液体をプレートフィン熱交換器１の外部に速やかに排出することを可能にする。
　徐変部３４１、３５１はまた、前述したろう材を集める機能の他にも、流体の流れ等に関しては、凸条部３４及び凹条部３５と同様の機能を果たし得るから、徐変部３４１、３５１を設けることによって、凸条部３４及び凹条部３５を、できるだけ広い範囲に亘って設けることが可能になる。
　尚、ここに開示する技術は、図１～５に示した構成のプレートフィン熱交換器１に適用されることに限らず、その他の様々な構成のプレートフィン熱交換器に適用することが可能である。
　図６は、コルゲートフィン３の凸条部３４及び凹条部３５に関する変形例を示している。すなわち、図１～５に示すコルゲートフィン３では、凸条部３４及び凹条部３５をそれぞれ、山頂部３１の尾根線及び谷底部３２の谷線に直交するように設けている。これに対し、図６の変形例では、凸条部３４及び凹条部３５をそれぞれ、山頂部３１の尾根線及び谷底部３２の谷線に対して、所定の角度（但し、９０°以外）で交差するように設けている。つまり、凸条部３４及び凹条部３５を、Ｙ方向に対して傾けている。尚、凸条部３４及び凹条部３５の傾き角は、適宜設定することが可能である。
　このような構成のコルゲートフィン３は、同図の左側に示すように、先ず、薄板状の部材３０に対し、斜めに傾いた、溝状の凹凸を設ける折り目加工を施し、その上で、同図の右側に示すように、当該部材３０をコルゲートフィンに加工すればよい。尚、折り目加工及びコルゲートフィン加工は、適宜の、公知の手法を採用することが可能である。この変形例においても、フィン加工時に、折り目加工の際に設けた凹凸を潰すことによって、山頂部３１及び谷底部３２に平らな当接面を設けることにより、当接面と凸条部３４及び凹条部３５の間に徐変部を設けることが可能になる。従って、この変形例のコルゲートフィン３を用いて構成されたプレートフィン熱交換器も、前述したプレートフィン熱交換器１と同じ利点が得られる。
　また、凸条部３４及び凹条部３５を設けるコルゲートフィン３は、図１～５に示す正弦波状の横断断面を有するものに限らない。例えば図７に示すような矩形波状の断面を有するコルゲートフィン３に対して、凸条部３４及び凹条部３５を設けてもよい。
　図７に示すような矩形波状のコルゲートフィン３は、それぞれ、ほぼ平板状に構成された山頂部３１及び谷底部３２と、その山頂部３１と谷底部３２とをつなぐと共に、Ｚ方向に延びる中間部３３とを備えて構成される。尚、中間部３３は、Ｚ方向に対して任意の角度で傾けてもよい。
　この矩形波状のコルゲートフィン３もまた、前述したように、薄板状の部材に対して、溝状の凹凸を設ける折り目加工を施した後、その薄板状の部材を、コルゲートフィンに加工することで製造可能である。そのフィン加工時に、山頂部３１及び谷底部３２の凹凸を潰すことによって、凸条部３４と徐変部３４１（及び、図７では図示しないが、凹条部と、その凹条部に連続する徐変部）を設けることが可能になる。
　矩形波状のコルゲートフィン３では、山頂部３１と中間部３３との間、及び、谷底部３２と中間部３３との間にアールが設けられる。徐変部３４１（及び凹条部に連続する徐変部）は、このアール部分に設けられる。矩形波状のコルゲートフィン３においても、徐変部３４１とチューブプレート２との距離が相対的に短くなるため、表面張力によって集まったろう材で形成されるフィレットは、相対的に大きくなる。よって、矩形波状のコルゲートフィン３を用いて構成されるプレートフィン熱交換器でも、前述したプレートフィン熱交換器１と同じ利点が得られる。
　尚、図７に示す矩形波状のコルゲートフィン３に対して、凸条部３４及び凹条部３５は、図１に示すようにＹ方向に延びて設けてもよいし、図６に示すようにＹ方向に傾いて設けてもよい。
　また、前述した各構成では、コルゲートフィン３に対し凸条部３４及び凹条部３５の両方を設けるようにしている。これは、図３を示して説明したように、一点鎖線で示す基準に対して一方の側に凸となった部分を凸条部３４とし、その基準に対して他方の側に凸となった部分を凹条部３５とすることである。これに対し、コルゲートフィンに、凸条部又は凹条部の一方のみを設けるようにしてもよい。つまり、基準に対していずれか一方の側に凸となる部分のみを、コルゲートフィンに設ける。このような構成のコルゲートフィンも、コルゲートフィン自体の強度を高めることが可能であると共に、その山頂部及び谷底部に当接面を設けることにより、コルゲートフィンとチューブプレート２との接合強度を高めることが可能になる。
　尚、凸条部又は凹条部の一方のみを設けたコルゲートフィンは、徐変部が、図５（ｃ）に示す山頂部３１又は谷底部３２のいずれか一方においてのみ設けられる。その結果、前述した大型のフィレット７も、山頂部３１又は谷底部３２のいずれか一方においてのみ形成されることになる。
１　プレートフィン熱交換器
２　チューブプレート
３　コルゲートフィン
３０　薄板状の部材（薄板材）
３１　山頂部
３２　谷底部
３３　中間部
３４　凸条部
３５　凹条部（凸条部）
３１０　当接面
３２０　当接面
３４１　徐変部
３５１　徐変部
７　フィレット

Claims (6)

  1. 　第１の方向に尾根線が延びる山頂部と第１の方向に谷線が延びる谷底部とが、第１の方向に直交する第２の方向に交互に配設されると共に、前記山頂部と前記谷底部との間が中間部によってつながれることによって構成されたコルゲートフィンと、
    　前記コルゲートフィンを挟むように配設されかつ、前記コルゲートフィンの前記山頂部の表面及び前記谷底部の表面にそれぞれ当接した状態で、当該コルゲートフィンに接合されるよう構成されたチューブプレートと、を備え、
    　前記コルゲートフィンの前記中間部には、当該コルゲートフィンの表面よりも凸となりかつ、前記山頂部と前記谷底部との間で延びる複数の凸条部が、前記第１の方向に並設しており、
    　前記山頂部において前記チューブプレートに当接する前記表面、及び、前記谷底部において前記チューブプレートに当接する前記表面はそれぞれ、前記凸条部が設けられていない当接面に構成され、
    　前記各凸条部と、前記山頂部及び前記谷底部の当接面との間には、前記当接面から離れるに従い、前記コルゲートフィンの表面から次第に突出する徐変部が、前記凸条部に連続するように設けられているプレートフィン熱交換器。
  2. 　請求項１に記載のプレートフィン熱交換器において、
    　前記コルゲートフィンの前記山頂部及び前記谷底部はそれぞれ、湾曲しており、
    　前記徐変部は、前記山頂部及び前記谷底部の湾曲に沿うように設けられているプレートフィン熱交換器。
  3. 　請求項１又は２に記載のプレートフィン熱交換器において、
    　前記コルゲートフィンと前記チューブプレートとは、ろう付けによって互いに接合されており、
    　前記徐変部と前記チューブプレートとの間には、ろう付けの最中に、ろう材が集まることによって形成されるフィレットが設けられているプレートフィン熱交換器。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のプレートフィン熱交換器において、
    　前記コルゲートフィンには、複数の溝状の凹凸を設ける折り目加工が施されており、
    　前記凸条部及び徐変部は、前記折り目加工によって設けられた凹部分又は凸部分によって構成されているプレートフィン熱交換器。
  5. 　請求項４に記載のプレートフィン熱交換器において、
    　前記折り目加工によって設けられる溝状の凹凸は、前記コルゲートフィンにおいて前記第２の方向に延びており、
    　前記コルゲートフィンの前記凸条部は、前記山頂部の尾根線及び前記谷底部の谷線に対して直交して配設されているプレートフィン熱交換器。
  6. 　熱交換器用のコルゲートフィンを製造する方法であって、
    　薄板材に対して、所定の方向に延びる溝状の凹凸を交互に設ける折り目加工を施す工程と、
    　第１の方向に尾根線が延びる山頂部と第１の方向に谷線が延びる谷底部とが、前記第１の方向に直交する第２の方向に交互に配設されるように、前記折り目加工が施された前記薄板材をコルゲートフィンに加工する工程と、を含み、
    　前記コルゲートフィンに加工している最中に、前記山頂部の表面及び前記谷底部の表面の前記凹凸を潰すことによって、前記山頂部及び前記谷底部に、前記凹凸が設けられていない面を形成する熱交換器用コルゲートフィンの製造方法。
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