WO2018021030A1 - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

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栄一 森
清彦 濱田
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/08—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of both metal tubes and sheet metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/30—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being attachable to the element

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a heat exchanger in which a plurality of tubes and fins are stacked.
  • JP08-229615A discloses a method for forming a corrugated fin constituting a heat exchanger.
  • the corrugated fin of JP08-229615A has a flat bent fin portion that is inclined with respect to the tube, and the bent angles of the bent portions formed at both ends of the flat bent fin portion are different on the left and right.
  • a plurality of tubes and corrugated fins are stacked on the heat exchanger.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a heat exchanger that improves heat exchange efficiency.
  • a method of manufacturing a heat exchanger in which a plurality of tubes and corrugated fins are stacked is formed by molding the corrugated fin having a large bent portion and a small bent portion that are bent at different bending angles.
  • the corrugated fin that is sandwiched and compressed by the tube extends between the large bent portion and the small bent portion by the deformation of the large bent portion and the small bent portion, respectively.
  • the part to be performed is arranged along the tube and assembled to the tube.
  • FIG. 1 is a schematic front view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic front view showing corrugated fins and tubes in a heat exchanger forming step.
  • FIG. 2B is a schematic front view showing the corrugated fin and the tube in the stacking process of the heat exchanger.
  • FIG. 2C is a schematic front view showing the corrugated fin and the tube in the heat exchanger assembling step.
  • FIG. 3 is a schematic front view showing corrugated fins and tubes.
  • the stacked heat exchanger 1 includes a core 2 provided at the center and a pair of tanks 5 provided at both ends of the core 2.
  • the core 2 includes a plurality of tubes 9 through which fluid flows, a plurality of corrugated fins 10 stacked so as to be alternately arranged with the tubes 9, and a pair of plates 7 to which both ends of each tube 9 are respectively coupled.
  • These members constituting the core 2 are formed of a metal such as aluminum.
  • the core 2 is formed by joining these members together.
  • the tube 9 is a flat cylindrical flow path member.
  • the corrugated fin 10 is a corrugated heat transfer plate material.
  • the core 2 is provided with the corrugated fin 10 to ensure a heat transfer area.
  • a corrugated fin 10 is formed by forming a metal plate into a corrugated shape.
  • the corrugated fins 10 are arranged with wave portions formed asymmetrically with respect to the center line O.
  • the wave portion is a heat transfer plate portion 11 extending between adjacent tubes 9, a top plate portion 12 joined to the tube 9, and a large bend that is bent between the heat transfer plate portion 11 and the top plate portion 12. Part 13 and small bend part 14.
  • the heat transfer plate portion 11 is formed in a flat plate shape and extends so as to intersect the side surface 9A (joint surface) of the tube 9.
  • the corrugated fin 10 may have a plurality of louvers that open to the heat transfer plate portion 11, and fluid may circulate through the louvers.
  • the top plate portion 12 is formed in a strip shape that is inclined with respect to the side surface 9A of the tube 9.
  • the top plate portions 12 joined to the adjacent tubes 9 are inclined in opposite directions with respect to the side surface 9A of the tube 9.
  • the large bend portion 13 bends at a larger bend angle than the small bend portion 14.
  • the heat transfer plate portion 11 and the top plate portion 12 are formed so as to intersect each other with an acute angle via the large bent portion 13.
  • the heat transfer plate portion 11 and the top plate portion 12 are formed so as to intersect each other with an obtuse angle via a small bend portion 14.
  • the tubes 9 and the corrugated fins 10 are stacked so as to be alternately arranged.
  • the corrugated fin 10 has the large bent portion 13 in contact with the tube 9 and the small bent portion 14 separated from the tube 9.
  • the tube 9 is pressed in the stacking direction as indicated by an arrow using a jig (not shown), and the corrugated fin 10 is compressed and assembled.
  • the corrugated fin 10 thus compressed undergoes elastic deformation in which the large bend portion 13 and the small bend portion 14 are bent, and the small bend portion 14 approaches or contacts the tube 9, and the top plate portion 12 is the side surface of the tube 9. Opposite parallel to 9A.
  • the compressed core 2 is carried into a heating furnace (not shown) and subjected to heat treatment. Thereby, the core 2 is joined via the brazing material 15 (refer FIG. 3) with which the top-plate part 12 and the tube 9 fuse
  • the core 2 to which the respective members are joined is carried out of the heating furnace and used as the heat exchanger 1.
  • the forming step of forming the asymmetrical corrugated fin 10 having the small bent portion 14 and the large bent portion 13 bent at different bending angles, and the tube 9 and the formed corrugated fin 10 are laminated.
  • the corrugated fin 10 is pressed in a state where the corrugated fin 10 is compressed by pressing the tube 9 in the laminating direction, the bending angle of the large bending portion 13 is reduced, and the bending angle of the small bending portion 14 is increased.
  • part (top plate part 12) extended between the large bend part 13 and the small bend part 14 because the large bend part 13 and the small bend part 14 each elastically deform in an assembly
  • the heat exchanger 1 since a sufficient contact area (joint area) is ensured between the corrugated fin 10 and the tube 9, the heat exchange efficiency can be improved.
  • the top plate portion 12 that is inclined with respect to the tube 9 is formed between the large bend portion 13 and the small bend portion 14 in the molding step. For this reason, in the assembling process, the large bend portion 13 and the small bend portion 14 are elastically deformed, so that the angle at which the top plate portion 12 is inclined with respect to the tube 9 is reduced and joined to the tube 9. Therefore, a sufficient contact area is ensured between the corrugated fin 10 and the tube 9.
  • FIG. 3 is a front view showing a joint portion between the corrugated fin 10 and the tube 9.
  • the corrugated fin 10 is formed in a flat plate shape through a top plate portion 12 extending substantially parallel to the tube 9 and a large bent portion 13 and a small bent portion 14 from the top plate portion 12. And a heat transfer plate portion 11 that extends.
  • the heat exchanger 1 can reduce the cost of the product.
  • the wave portion forming error is not sufficiently absorbed by the elastic deformation of the plate material, and the plate material buckles and bends (see FIG. 3). (The state indicated by the dotted line).
  • the corrugated fin 10 has a variation in height due to a molding error
  • the large bending portion 13 and the small bending portion 14 are elastically deformed to cause the molding error. Fully absorbed.
  • the heat-transfer board part 11 maintains the shape extended in flat form, without buckling as shown by a dashed-two dotted line in FIG.
  • the flow path resistance given to the fluid by the corrugated fin 10 is suppressed to be small by maintaining the shape of the louver. Therefore, in the heat exchanger 1, the performance deterioration resulting from the variation in the shape of the corrugated fin 10 to be molded can be suppressed, and the robustness can be improved.
  • the present invention can be applied not only to a radiator but also to a heat exchanger such as an oil cooler, an intercooler, or a condenser mounted on a vehicle. Moreover, it is applicable also to the heat exchanger used other than a vehicle.

Abstract

複数のチューブ（９）及びコルゲートフィン（１０）が積層される熱交換器の製造方法は、互いに異なる曲折角度で曲折する大曲折部（１３）及び小曲折部（１４）を有する前記コルゲートフィン（１０）を成形する成形工程と、前記チューブ（９）及び成形された前記コルゲートフィン（１０）を積層する積層工程と、前記チューブ（９）を積層方向に押圧して前記コルゲートフィン（１０）を圧縮し、前記大曲折部（１３）の曲折角度を小さくするとともに、前記小曲折部（１４）の曲折角度を大きくした状態で、前記コルゲートフィン（１０）を前記チューブ（９）に組み付ける組付工程と、を備える。

Description

熱交換器の製造方法
　本発明は、複数のチューブ及びフィンが積層される熱交換器の製造方法に関する。
　ＪＰ０８－２２９６１５Ａには、熱交換器を構成するコルゲートフィンの成形方法が開示されている。
　ＪＰ０８－２２９６１５Ａのコルゲートフィンは、チューブに対して傾斜する平坦曲折フィン部を有し、平坦曲折フィン部の両端に形成される折曲げ箇所の曲折角度が左右で相違している。熱交換器には、複数のチューブ及びコルゲートフィンが積層される。
　しかしながら、上記コルゲートフィンを用いた熱交換器では、傾斜した平坦曲折フィン部とチューブとの間で十分な接触面積が得られないため、熱交換効率が低下するおそれがあった。
　本発明は、熱交換効率が向上する熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、複数のチューブ及びコルゲートフィンが積層される熱交換器の製造方法は、互いに異なる曲折角度で曲折する大曲折部及び小曲折部を有する前記コルゲートフィンを成形する成形工程と、前記チューブ及び成形された前記コルゲートフィンを積層する積層工程と、前記チューブを積層方向に押圧して前記コルゲートフィンを圧縮し、前記大曲折部の曲折角度を小さくするとともに、前記小曲折部の曲折角度を大きくした状態で、前記コルゲートフィンを前記チューブに組み付ける組み付け工程と、を備える。
　上記態様によれば、組み付け工程において、チューブに挟まれて圧縮されるコルゲートフィンは、大曲折部及び小曲折部がそれぞれ変形をすることにより、大曲折部と小曲折部との間に延在する部位がチューブに沿うように配置されて、チューブに組み付けられる。こうして、熱交換器では、コルゲートフィンとチューブとの間で接触面積が確保されるため、熱交換効率の向上が図れる。
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器の概略正面図である。 図２Ａは、熱交換器の成形工程におけるコルゲートフィン及びチューブを示す概略正面図である。 図２Ｂは、熱交換器の積層工程におけるコルゲートフィン及びチューブを示す概略正面図である。 図２Ｃは、熱交換器の組付工程におけるコルゲートフィン及びチューブを示す概略正面図である。 図３は、コルゲートフィン及びチューブを示す概略正面図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　図１に示すように、積層型熱交換器１は、中央部に設けられるコア２と、コア２の両端に設けられる一対のタンク５と、を備える。
　コア２は、流体が流れる複数のチューブ９と、チューブ９と交互に並ぶように積層される複数のコルゲートフィン１０と、各チューブ９の両端部がそれぞれ結合される一対のプレート７と、を備える。コア２を構成するこれらの部材は、アルミニウムなどの金属によって形成される。コア２は、これらの各部材が互いに接合されて一体化したものである。
　チューブ９は、扁平な筒状の流路部材である。コルゲートフィン１０は、コルゲート状の伝熱板材である。コア２では、チューブ９の内部を流通する流体と、チューブ９の外部を流通する流体と、が熱交換する。コア２は、コルゲートフィン１０を備えることで伝熱面積が確保される。
　以下、図２Ａから図２Ｃを参照して、コア２の製造方法について説明する。
　まず、図２Ａに示す成形工程では、金属板をコルゲート状に成形してコルゲートフィン１０を形成する。
　コルゲートフィン１０は、中心線Ｏについて非対称的に形成される波部が並んでいる。波部は、隣り合うチューブ９の間にわたって延設される伝熱板部１１と、チューブ９に接合される頂板部１２と、伝熱板部１１と頂板部１２との間で曲折する大曲折部１３及び小曲折部１４と、を有する。
　伝熱板部１１は、平板状に形成され、チューブ９の側面９Ａ（接合面）に対して交差するように延設される。
　なお、コルゲートフィン１０は、伝熱板部１１に開口する複数のルーバを有し、流体がルーバを通じて流通するものであってもよい。
　頂板部１２は、チューブ９の側面９Ａに対して互いに傾斜する帯板状に形成される。隣り合うチューブ９に接合される頂板部１２は、チューブ９の側面９Ａに対して互いに逆方向に傾斜する。
　大曲折部１３は、小曲折部１４より大きい曲折角度で湾曲する。伝熱板部１１と頂板部１２とは、大曲折部１３を介して互いに鋭角をもって交差するように形成される。伝熱板部１１と頂板部１２とは、小曲折部１４を介して互いに鈍角をもって交差するように形成される。
　次に、図２Ｂに示す積層工程では、チューブ９とコルゲートフィン１０とを交互に並ぶように積層する。
　このとき、コルゲートフィン１０は、大曲折部１３がチューブ９に当接し、小曲折部１４がチューブ９から離れている。
　次に、図２Ｃに示す組付工程では、治具（図示省略）を用いてチューブ９を矢印で示すように積層方向に押圧し、コルゲートフィン１０を圧縮して組み付ける。
　こうして圧縮されたコルゲートフィン１０は、大曲折部１３及び小曲折部１４がそれぞれ曲がる弾性変形をし、小曲折部１４がチューブ９に近接するかもしくは当接して、頂板部１２がチューブ９の側面９Ａに略平行に対峙する。
　続いて、組付工程（接合工程）では、圧縮されたコア２を加熱炉（図示省略）に搬入して加熱処理を行う。これにより、コア２は、頂板部１２とチューブ９とが溶融するロウ材１５（図３参照）を介して接合される。
　こうして各部材が接合されたコア２は、加熱炉から搬出され、熱交換器１として用いられる。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態によれば、互いに異なる曲折角度で曲折する小曲折部１４及び大曲折部１３を有する非対称形状のコルゲートフィン１０を成形する成形工程と、チューブ９と成形されたコルゲートフィン１０を積層する積層工程と、チューブ９を積層方向に押圧してコルゲートフィン１０を圧縮し、大曲折部１３の曲折角度を小さくするとともに、小曲折部１４の曲折角度を大きくした状態で、コルゲートフィン１０をチューブ９に組み付ける組付工程と、を備える熱交換器１の製造方法が提供される。
　上記構成によれば、組付工程において、大曲折部１３及び小曲折部１４がそれぞれ弾性変形することにより、大曲折部１３と小曲折部１４との間に延在する部位（頂板部１２）がチューブ９に沿うように配置されて、チューブ９に接合される。こうして、熱交換器１では、コルゲートフィン１０とチューブ９との間で十分な接触面積（接合面積）が確保されるため、熱交換効率の向上が図れる。
　本実施形態のコア２では、成形工程において、大曲折部１３と小曲折部１４との間にチューブ９に対して傾斜する頂板部１２が形成される。このため、組付工程では、大曲折部１３及び小曲折部１４が弾性変形することによって、頂板部１２がチューブ９に対して傾斜する角度を小さくしてチューブ９に接合される。よって、コルゲートフィン１０とチューブ９との間で十分な接触面積が確保される。
　図３は、コルゲートフィン１０とチューブ９との接合部を示す正面図である。図３に示すように、コルゲートフィン１０は、チューブ９に対して略平行に延在する頂板部１２と、頂板部１２から大曲折部１３と小曲折部１４とのそれぞれを介して平板状に延在する伝熱板部１１と、を有する。
　こうして、頂板部１２がチューブ９に略平行に対峙することにより、頂板部１２とチューブ９との間に充填されるロウ材１５の使用量が低減される。よって、熱交換器１は、製品のコストダウンが図れる。
　ところで、コルゲートフィンの波部が中心線について対称的に成形される従来のコアでは、波部の成形誤差が板材の弾性変形によって十分に吸収されず、板材が座屈して折れ曲がる（図３に二点鎖線で示す状態）おそれがある。
　そして、板材が座屈して折れ曲がると、熱交換器の作動時にコルゲートフィンを通過する流体が板材の折れ曲がった部位に当たる。このため、熱交換器は、コルゲートフィンが流体に与える流路抵抗が大きくなり、熱交換効率が低下するおそれがある。
　これに対して、本実施形態のコア２では、成形誤差によってコルゲートフィン１０の高さにバラツキが生じた場合にも、大曲折部１３及び小曲折部１４がそれぞれ弾性変形することで成形誤差が十分に吸収される。これにより、熱交換器１では、伝熱板部１１が図３に二点鎖線で示すように座屈することなく、平板状に延在する形状が維持される。これにより、伝熱板部１１にルーバが開口しているコルゲートフィン１０にあっては、ルーバの形状が維持されることで、コルゲートフィン１０が流体に与える流路抵抗が小さく抑えられる。よって、熱交換器１では、成形されるコルゲートフィン１０の形状のバラツキに起因する性能の低下が抑えられ、ロバスト性の向上が図れる。
　本発明は、ラジエータに限らず、車両に搭載されるオイルクーラ、インタクーラ、コンデンサなどの熱交換器にも適用できる。また、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。
　本願は、２０１６年７月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１６－１４８６９１に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (3)

  1. 　複数のチューブ及びコルゲートフィンが積層される熱交換器の製造方法であって、
    　互いに異なる曲折角度で曲折する大曲折部及び小曲折部を有する前記コルゲートフィンを成形する成形工程と、
    　前記チューブ及び成形された前記コルゲートフィンを積層する積層工程と、
    　前記チューブを積層方向に押圧して前記コルゲートフィンを圧縮し、前記大曲折部の曲折角度を小さくするとともに、前記小曲折部の曲折角度を大きくした状態で、前記コルゲートフィンを前記チューブに組み付ける組付工程と、を備える、
    熱交換器の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の熱交換器の製造方法であって、
    　前記成形工程では、前記大曲折部と前記小曲折部との間に前記チューブに対して傾斜する頂板部を形成し、
    　前記組付工程では、前記大曲折部及び前記小曲折部をそれぞれ曲げることで、前記頂板部が前記チューブに対して傾斜する角度を小さくする、
    熱交換器の製造方法。
  3. 　請求項２に記載の熱交換器の製造方法であって、
    　前記組付工程では、前記コルゲートフィンが、前記チューブに対して略平行に延在する前記頂板部と、前記頂板部から前記大曲折部と前記小曲折部とのそれぞれを介して平板状に延在する伝熱板部と、を有するように形成される、
    熱交換器の製造方法。
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