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【発明の名称】 プレートフィンチューブ型熱交換器およびその製造方法とそれを用いた冷蔵庫
【発明者】 【氏名】小笠原 忍

【氏名】丸山 等

【氏名】栗山 信彦

【氏名】山田 賢一
【要約】 【課題】蛇行曲げ配管を利用したプレートプレートフィンチューブ型熱交換器において、かち込み方式での容易な製造方法でも、プレートフィンと配管の密着にばらつきがなく、Ｕベンド拡管方式に劣らない伝熱性能をもつ熱交換器を提供すること。

【解決手段】蛇行曲げされた全体が一本の冷媒配管１０と、一定間隔をおいて整列配置された複数枚のプレートフィン２０とにより構成され、プレートフィンには、蛇行曲げされた冷媒配管１０のＵターン曲げされた一対の直線部１１を１組としてそれぞれ一対の直線部１１を挿入され、かつ長軸方向が通風方向と平行な長孔２１が形成され、長孔２１に冷媒配管１０のＵターン曲げされた一対の直線部１１が貫挿され、直線部１１がそれぞれ長孔２１の長軸端部２２に押し付けられている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 蛇行曲げ冷媒配管を用いたプレートフィンチューブ型熱交換器において、蛇行曲げされた全体が一本の冷媒配管と、一定間隔をおいて整列配置された複数枚のプレートフィンとにより構成され、前記プレートフィンには、蛇行曲げされた冷媒配管のＵターン曲げされた一対の直線部を１組としてそれぞれ一対の直線部を挿入され、かつ長軸方向が通風方向と平行な長孔が形成され、当該長孔に前記冷媒配管のＵターン曲げされた一対の直線部が貫挿され、直線部がそれぞれ長孔の長軸端部に押し付けられていることを特徴とするプレートフィンチューブ型熱交換器。
【請求項２】 前記冷媒配管は冷媒入口端と冷媒出口端とを通風方向で見て上流側と下流側に設けられており、下流側に冷媒入口が、上流側に冷媒出口端があり、前記冷媒配管における冷媒流動方向が通風方向と対向することを特徴とする請求項１のプレートフィンチューブ型熱交換器。
【請求項３】 プレートフィンに挿入した冷媒配管の曲げ部近傍および／または積層したプレートフィン間に配置されたプレートによって、あるいはプレートフィンにより前記冷媒配管をプレートフィンの前記長孔の長軸端部側に押し広げるようにして弾性領域内での曲げ変形を前記冷媒配管に賦与することによって前記プレートフィンと前記冷媒配管とを密着させてなることを特徴とする請求項１または２に記載のプレートフィンチューブ型熱交換器。
【請求項４】 前記冷媒配管が偏平状の金属管に構成され、偏平管の断面長軸方向が前記プレートフィンの前記長孔の長軸方向と一致していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプレートフィンチューブ型熱交換器。
【請求項５】 前記冷媒配管は、前記プレートフィンに形成した前記長孔の形成と合致する横断面形状を備え、前記長孔の内周面に当接する周方向長さが当該長孔の内周面に当接しない周方向長さより長くなる横断面形状を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプレートフィンチューブ型熱交換器。
【請求項６】 前記プレートフィンが、ろう接あるいは溶接等により前記冷媒配管と接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のプレートフィンチューブ型熱交換器。
【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一つに記載のプレートフィンチューブ型熱交換器を使用し、冷媒として炭化水素を用いたことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項８】 金属薄板に通風方向と平行に長軸を備える長孔を開口させてプレートフィンを形成する工程と、端部に曲げ部を備えてヘアピン状に金属管の蛇行曲げ加工を施し金属管を平行に配列させた冷媒配管を形成する工程と、前記冷媒配管を端部にある曲げ部よりプレートフィンの長孔に挿入する工程と、前記プレートフィンと前記冷媒配管との当接部を固持するための工程と、を含むことを特徴とするプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項９】 蛇行曲げした冷媒配管を平行に配列させる工程を有し、当該工程が、２本の平行な冷媒配管を得た蛇行曲げに対して垂直な面で２本の冷媒配管を平行に配列させる動作を繰り返すにより、複数列の配管を形成する工程であることを特徴とする請求項８に記載のプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項１０】 蛇行曲げした冷媒配管を平行に配列させる工程を有し、当該工程が、蛇行曲げされ平行に配置された配管の直線部を維持した状態で折り曲げることにより、複数列の配管を形成する工程であることを特徴とする請求項８に記載のプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項１１】 前記冷媒配管の蛇行曲げ加工の工程は、当該冷媒配管を熱交換器の通風方向と平行に偏平加工する加工工程を含んでいることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一つに記載のプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項１２】 プレートフィンと冷媒配管の当接部を固持するための工程が、ろう接あるいは溶接等によりプレートフィンと冷媒配管を接合する工程を含んでいることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載のプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【請求項１３】 前記冷媒配管をプレートフィンの長孔に挿入する工程が、ヘアピン曲げをして平行する冷媒配管の直線部部のピッチよりも短い長孔の長軸長さの関係にあって、前記冷媒配管を前記プレートフィンの前記長孔の長軸方向に圧縮した状態で前記長孔に挿入した後、前記圧縮を解放して前記冷媒配管の弾性力によって長孔の長軸端部と前記冷媒配管金属管を当接、固持することを特徴とする請求項８に記載のプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、冷蔵庫や空調装置などに用いられるプレートフィンチューブ型熱交換器およびそれの製造方法およびそれを用いた冷蔵庫に関するものであり、さらに詳しくは、蛇行曲げした冷媒配管と薄板金属製のフィンとによるプレートフィンチューブ型熱交換器およびそれの製造方法およびそれを用いた冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】冷蔵庫や空調装置などに用いられる熱交換器としては、熱交換効率、水滴付着時の排水性、着霜時の除霜性に優れるプレートフィンチューブ型熱交換器が多く使用されている。
【０００３】一般に、プレートフィンチューブ型熱交換器は、通し孔を穿孔された複数枚のアルミニウム製のフィンにヘアピン形状に形成された銅などの展延性に優れた金属から成るヘアピン管（金属管）を挿入した後、金属管の内部にその内径よりも外径がわずかに大きな拡管用工具であるビュレットを圧入することによって金属管を拡径させ、この拡径によってフィンと金属管とを密着させる拡管方式によりフィンと金属管とが固着されている。さらに、ヘアピン形状の金属管の切断端をＵ形形状を成す同様金属管からなるベンド管で別のヘアピン形状の金属管の切断端とろう接して配管を連結し、連続したメアンダ状の冷媒経路を形成している。このプレートフィンチューブ型熱交換器はＵベンド方式のプレートフィンチューブ型熱交換器と云われている。
【０００４】近年、冷蔵庫などでは、特に、環境問題への対応として、冷媒を現状のハイドロフルオロカーボン系のものから地球温暖化への影響がより少ない炭化水素系に移行する検討が行われている。これら冷媒は可燃性であり、可燃性冷媒は実用上の安全確保のため、漏洩対策が最大の課題であり、熱交換器などの冷媒配管には接合箇所の少ない構造を採用することによって、可燃性冷媒が漏洩する要因を排除して安全性を確保することが有効である。
【０００５】上述のようなことから、冷蔵庫用などのプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法として、冷媒配管のろう付け作業を不要とすることによって冷媒漏れ不良を低減すると共に、製造工数の削減が達成しやすい蛇行曲げ冷媒配管を使用したプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法が提案、実用化されている。
【０００６】蛇行曲げ冷媒配管を利用したプレートフィンチューブ型熱交換器としては、多数枚の小型フィンに数メートルから１０数メートルの伸直した冷媒配管１〜２本程度を挿入し、冷媒配管をビュレットにより拡管するなどしてフィンと密着させた後に蛇行曲げを行うＳフィン方式や、蛇行曲げを施した冷媒配管に切り込みを入れたフィンを挿入した後に膨脹させるなどの変形を施し、冷媒配管とフィンとを密着させるカチ込み方式のものが知られている。
【０００７】Ｓフィン方式による熱交換器は、フィンに設けた孔が冷媒配管の外径に近似した円形を成し、その後の拡管による密着を全周に渡って確実に行うことができるので、冷媒配管とフィンの熱伝達が良好で、高性能な熱交換器が得られるという特徴を得ることができる。しかし、数メートルから数１０メートルの長さを有する冷媒配管に多数の小型フィンを挿入し、更にそれを拡管するためには、大掛かりな製造設備が必要となる上に、冷媒配管内部に拡管工具を挿入して円滑な拡管を行うために潤滑油を使用することが必要であり、これに伴い拡管工程後に潤滑油を洗浄する工程が別に必要となり、この方法による熱交換器の製造には、多大の費用がかかるという欠点がある。
【０００８】また、Ｓフィン方式熱交換器では、フィンを冷媒配管に密着固定させた状態で曲げる必要があることから、曲げ部を大きくとらなくてはならないなど、形状上の制約が多く、また、冷蔵庫の冷却器などでは頻繁に除霜する必要があり、小さなフィンが独立しているＳフィン方式では、ヒータによる加熱によって除霜するうえで、加熱対面にあるフィンへの伝熱が不十分となり、十分な除霜を行うためには相当な加熱を必要とするなどの不具合がある。
【０００９】カチ込み方式による熱交換器は、製造の初期段階で、冷媒配管の蛇行曲げを行うから、製造工程内での配管部品の搬送が容易となり、併せて蛇行曲げした２本の平行な冷媒配管を一体とした状態でのフィンの切り込み部に渡すことができ、フィンと冷媒配管の密着を冷媒配管外側から圧縮するなどして変形させれば、拡管に潤滑油を使用する必要がないので、冷媒配管内の洗浄が不要など、Ｓフィン方式に比べて効率よく熱交換器の製造が実現できるという特徴を有する。
【００１０】しかしながら、カチ込み方式による熱交換器は、蛇行曲げした冷媒配管にフィンを挿入するためには、フィンに配管挿入用切り欠き部を設けて冷媒配管の外側からさし込むようにして密着させ、更に配管挿入用切り欠き部を押し広げるようにして冷媒配管を変形させてフィンを固着させることになるため、冷媒配管を平行に維持した状態での冷媒配管の変形量には制限があると共に、各部位における変形方向や変形量にも差異があるため、冷媒配管を全周に亘ってフィンに均一に密着させることができず、しかもフィンに切り欠き部が存在し、フィンの切り欠き部は、全ての冷媒配管について、空気との熱伝達に寄与する冷媒配管の通風方向で見て側部にあるため、冷媒配管を断面方向全周でフィンと密着させるＵベンド方式やＳフィン方式のものに比べて伝熱性能に劣るという問題がある。
【００１１】また、特開平６−７９３７９号公報には、フィンに設けた長孔の長軸両端に円形の孔を備えた挿入孔を設け、これに蛇行曲げ後に偏平加工した冷媒配管のうち、平行した２本の冷媒配管を長孔を含む挿入孔から挿入して長孔の両端にある円形の孔の位置に保持した後、偏平管を真円状に戻すことによって、フィンと冷媒配管を密着固定させた構造の熱交換器が示されている。この構造の熱交換器によれば、より大きな接触面積を確保できる。
【００１２】また、特開平９−９６４９６号公報には、フィンのカチ込み用配管挿入用切り欠きと配管挿入用切り欠き底の形状を定め、カチ込み後の冷媒配管をこの配管挿入用切り欠き底に偏平に沿わせるように変形させることで、カチ込み工程の容易化と共に、フィンと冷媒配管の接触面積確保を実現している。
【００１３】また、熱交換器に設けた冷媒配管の形状が、通風方向と直交する方向に長軸を有する偏平形状を有する場合には、通風にかかる抵抗によって通風量が低下し、熱交換器の性能が低下することがある。
【００１４】このような問題に対し、特開昭５８−１３６９９３号公報には、フィンと冷媒配管を密着、固持するために、予め偏平形状とした冷媒配管を元の円形に復元する工程で、通風方向に対して偏平とするように形成し、通風抵抗を低減させた構造の熱交換器が提案されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィンとフィンの間のかしめに関与しない部分において通風方向に対して偏平に成形する方式では、通風抵抗を低減させる効果が期待できるものの、フィンと密着する部分のみに荷重を負荷してカチ込みを行うため、カチ込みする部分は座屈し易い薄肉のフィンによる支えのみとなってしまい、フィンおよび配管直線部に変形が生じ易いという問題がある。またフィンの空気との熱伝達に寄与する部分に切り欠きが存在するため、通風抵抗低減による効果が十分に発揮できない。
【００１６】また、フィンの長孔に曲げ偏平加工した冷媒配管を挿入し、長孔の内側からカチ込みを行い、偏平管を真円に戻す方式のものでは、長孔中心部に２本のカチ込み型を挿入する必要があることから、冷媒配管の曲げピッチを小さくとることができないなど、形状の制限を生じ、熱交換器の小型化が難しいという問題がある。
【００１７】また、フィンのカチ込み用切り欠き底の形状を定め、カチ込み後の冷媒配管をこの切り欠き底に偏平に沿わせる方式では、フィンと冷媒配管の接触面積をより大きく設定する事ができるものの、配管をフィンの切り欠き方向に一度偏平に加工した後に、フィンに冷媒配管を挿入後、冷媒配管を再度、偏平と垂直な方向に偏平につぶす必要があるため、冷媒配管の変形ばらつきが大きくなり、均一な密着を実現することが難しい。
【００１８】この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、カチ込み方式で生じるフィンの切り欠き部を空気との熱伝達に寄与しない部分に設定し、また冷媒配管の変形によるフィンと冷媒配管の密着のばらつきが発生しない方式で密着面積を確保するとともに、併せて熱交換器の伝熱性能を向上させるために、効果的に配管の偏平構造を取り入れたプレートフィンチューブ型熱交換器およびその製造方法とそれを用いた冷蔵庫を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、この発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器は、蛇行曲げ冷媒配管を用いたプレートフィンチューブ型熱交換器において、蛇行曲げされた全体が一本の冷媒配管と、一定間隔をおいて整列配置された複数枚のプレートフィンとにより構成され、前記プレートフィンには、蛇行曲げされた冷媒配管のＵターン曲げされた一対の直線部を１組としてそれぞれ一対の直線部を挿入され、かつ長軸方向が通風方向と平行な長孔が形成され、当該長孔に前記冷媒配管のＵターン曲げされた一対の直線部が貫挿され、直線部がそれぞれ長孔の長軸端部に押し付けられているものである。
【００２０】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器は、さらに、前記冷媒配管は冷媒入口端と冷媒出口端とを通風方向で見て上流側と下流側に設けられており、下流側に冷媒入口が、上流側に冷媒出口端があり、前記冷媒配管における冷媒流動方向が通風方向と対向するものである。
【００２１】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器は、プレートフィンに挿入した冷媒配管の曲げ部近傍および／または積層したプレートフィン間に配置されたプレートによって、あるいはプレートフィンにより前記冷媒配管をプレートフィンの前記長孔の長軸端部側に押し広げるようにして弾性領域内での曲げ変形を前記冷媒配管に賦与することによって前記プレートフィンと前記冷媒配管とを密着させてなるものである。
【００２２】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器は、前記冷媒配管が偏平状の金属管に構成され、偏平管の断面長軸方向が前記プレートフィンの前記長孔の長軸方向と一致しているものである。
【００２３】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器は、さらに、前記冷媒配管は、前記プレートフィンに形成した前記長孔の形成と合致する横断面形状を備え、前記長孔の内周面に当接する周方向長さが当該長孔の内周面に当接しない周方向長さより長くなる横断面形状を備えているものである。
【００２４】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器は、前記プレートフィンが、ろう接あるいは溶接等により前記冷媒配管と接合されているものである。
【００２５】また、上述の目的を達成するために、この発明による冷蔵庫は、上述のプレートフィンチューブ型熱交換器を使用し、冷媒として炭化水素を用いたものである。
【００２６】また、上述の目的を達成するために、この発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、金属薄板に通風方向と平行に長軸を備える長孔を開口させてプレートフィンを形成する工程と、端部に曲げ部を備えてヘアピン状に金属管の蛇行曲げ加工を施し金属管を平行に配列させた冷媒配管を形成する工程と、前記冷媒配管を端部にある曲げ部よりプレートフィンの長孔を挿入する工程と、前記プレートフィンと前記冷媒配管との当接部を固持するための工程とを含むものである。
【００２７】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、蛇行曲げした冷媒配管を平行に配列させる工程を有し、当該工程が、２本の平行な冷媒配管を得た蛇行曲げに対して垂直な面で２本の冷媒配管を平行に配列させる動作を繰り返すにより、複数列の配管を形成する工程であるものである。
【００２８】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、蛇行曲げした冷媒配管を平行に配列させる工程を有し、当該工程が、蛇行曲げされ平行に配置された配管の直線部を維持した状態で折り曲げることにより、複数列の配管を形成する工程であるものである。
【００２９】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、前記冷媒配管の蛇行曲げ加工の工程は、当該冷媒配管を熱交換器の通風方向と平行に偏平加工する加工工程を含んでいるものである。
【００３０】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、プレートフィンと冷媒配管の当接部を固持するための工程が、ろう接あるいは溶接等によりプレートフィンと冷媒配管を接合する工程を含んでいるものである。
【００３１】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、前記冷媒配管をプレートフィンの長孔に挿入する工程が、ヘアピン曲げをして平行する冷媒配管の直線部部のピッチよりも短い長孔の長軸長さの関係にあって、前記冷媒配管を前記プレートフィンの前記長孔の長軸方向に圧縮した状態で前記長孔に挿入した後、前記圧縮を解放して前記冷媒配管の弾性力によって長孔の長軸端部と前記冷媒配管金属管を当接、固持するものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面を参照して、この発明にかかるプレートフィンチューブ型熱交換器およびその製造方法とそれを用いた冷蔵庫の実施の形態を詳細に説明する。
【００３３】実施の形態１．図１〜図３はこの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の実施の形態１を示している。プレートフィンチューブ型熱交換器１は、蛇行曲げされた全体が一本のアルミニウム管等により構成された冷媒配管１０と、一定間隔をおいて平行に整列配置されたアルミニウム薄板製の複数枚のプレートフィン２０と、プレートフィン群（フィン積層体）の左右両側にそれぞれ一枚ずつ配置されるアルミニウム厚板製のサイドプレート３０、４０と、プレートフィン群に一定間隔で差し込まれたアルミニウム厚板製の中間プレート５０とにより構成されている。
【００３４】プレートフィンチューブ型熱交換器１に対する通風は、冷却ファン１００によって図１〜図３で見て下側から上側へ向けて行われる。プレートフィン２０には、図４に示されているように、蛇行曲げされた冷媒配管１０の上下Ｕターン曲げされた一対の直線部１１を１組としてそれぞれ一対の直線部１１を挿入される縦長の長孔２１が複数個形成されており、長孔２１は通風方向と平行に延在している。換言すれば、長孔２１の長軸方向は通風方向と平行になっている。長孔２１には冷媒配管１０のＵターン曲げされた一対の直線部１１、１１が貫挿され、直線部１１、１１は、それぞれ、長孔２１の長軸端部２２に押し付けられている。
【００３５】これにより、長孔２１の下側に位置する冷媒配管１０の直線部１１について見れば、プレートフィン２０と空気の熱交換に寄与し難い配管背後に切り欠き部が残ることになり、製造が容易で、除霜時に大熱容量の過度の加熱を必要としないかち込み方式による熱交換器において、プレートフィン２０の切り欠き部による表面積の減少が原因となる熱交換効率の低下が改善される。
【００３６】冷媒配管１０は、冷媒入口端１２と冷媒出口端１３とを通風方向で見て上流側と下流側に設けられており、下流側に冷媒入口端１２が、上流側に冷媒出口端１３があり、冷媒配管１０内を流れる冷媒は通風方向とは対向する形態になっている。このため、熱交換器１と通風する空気との温度差が熱交換器上下に亙って大きく変化することがなく、熱交換器全体で均一な熱交換性能を保持することができる。
【００３７】また、冷媒配管１０は、真円管でなく、通風方向に対し偏平な長円形状を成している。換言すれば、偏平管による冷媒配管１０の断面長軸方向がプレートフィン２０の長孔２１の長軸方向と一致している。これにより、通風抵抗が小さく、併せて、図５に×印により示されているように、同一形状に長孔２１をあけたプレートフィン２０との接触面積が真円管を使用した場合よりも大きく設定でき、熱交換性能が改善される。
【００３８】冷媒配管１０の横断面形状は、図５に示されているような長円形状に限られず、楕円形状、図６に示されているような卵形等、非対称形状をなす異なる曲率や長軸が中央部に位置しないなどの条件を備えた異形楕円形状であってよく、蛇行曲げ加工が可能な形状であれば採用することができ、いずれの場合も、プレートフィン２０との接触部分を大きくできる断面形状が好ましい。
【００３９】すなわち、冷媒配管１０は、プレートフィン２０に形成した長孔２１の形成と合致する横断面形状を備え、しかも長孔２１の内周面に当接する周方向長さが長孔２１の内周面に当接しない周方向長さより長くなる横断面形状を備えている。特に、冷媒配管１０を押圧力Ｐをもってプレートフィン２０に押し付けることによって密着させる場合には、図５、図６に示されているように、押し付け方向に対して密着部分が多く取れる曲率を備えた形態にすれば、密着面全体に亙って押付力を付加することができ、冷媒配管１０とプレートフィン２０との良好な密着状態を実現できる。
【００４０】上述の構成による熱交換器１を冷蔵庫に搭載したとき、熱交換器１内の冷媒配管１０に接合部がないため、冷媒として炭化水素を使用した場合にも、ガス漏れ等の心配がなく使用できる。
【００４１】つぎに、上述の構成の熱交換器１の製造方法について説明する。
（１）アルミニウム製で外径φ８、長さ７ｍの真円管材を用い、本真円管材を図７（ａ）、図８（ａ）に示されているように、蛇行形状に曲げる。その後、配管を前後２列にするために、図７（ｂ）に示されているように、蛇行曲げと垂直な方向で蛇行曲げを行うか、あるいは図８（ｂ）に示されているように、平行に配置された直線部を１８０度に折り曲げる。さらに、その後、配管を通風方向に偏平に加工する。これにより、図９、図１０に示されているような冷媒配管１０が完成する。なお、後者の方法で、複数列を形成する曲げ加工では、本加工前に偏平形状としても容易に曲げられることから、曲げ加工と扁平化加工を逆の手順に設定することも可能である。
【００４２】図１１に示されているように、冷媒配管１０の冷媒入口端１２の貫通孔３１と、冷媒出口端１３の貫通孔３２と、冷媒配管１０の接触形状とほぼ同一形状を成す長軸方向の端部を備えて配管の横方向の曲げピッチ近傍の長さの横長の複数個の配管係合長孔３３とを有するアルミニウム厚板製の左側の１枚のサイドプレート３０と、図１２に示されているように、冷媒配管の接触形状とほぼ同一形状を成す長軸方向の端部を備えて配管の縦方向の曲げピッチ近傍の長さの縦長の複数個の配管係合長孔４１を有するアルミニウム厚板製の右側の１枚のサイドプレート４０と、図１３に示されているように、冷媒配管の接触形状とほぼ同一形状を成す長軸方向の端部を備えて配管の縦方向の曲げピッチ近傍の長さの縦長の複数個の長孔２１を有するアルミニウム薄板製の複数枚のプレートフィン２０と、図１４に示されているように、横方向から冷媒配管１０の直線部１１に差し込み可能な複数個の横開口凹部５１を有する櫛歯形状の所要枚数のアルミニウム厚板の中間プレート５０をそれぞれプレス成形する。
【００４３】なお、サイドプレート３０の配管係合長孔３３の上下配置ピッチ、中間プレート５０の横開口凹部５１の上下配置ピッチはそれぞれ冷媒配管１０の縦方向の曲げピッチより僅かに大きい値に、サイドプレート４０の配管係合長孔４１の長軸寸法は冷媒配管１０の縦方向の曲げピッチより僅かに小さい値に設定されている。
【００４４】上述のような各構成部品の加工後に、複数枚のプレートフィン２０を所定のピッチをおいて整列配置し、各プレートフィン２０の長孔２１に冷媒配管１０を右側の曲げ端側から挿入する。
【００４５】挿入完了後、積層したプレートフィン２０の積層体の両側にそれぞれ、アルミニウム厚板製のサイドプレート３０、４０を１枚ずつ差し込み、冷媒配管１０の曲げ形状を保持して冷媒配管１０をプレートフィン２０の長孔２１の長軸端部２２に押し付ける。これにより、プレートフィン２０と冷媒配管１０とが密着する。プレートフィン２０の積層ピッチや積み幅によっては、冷媒配管１０のたわみにより、プレートフィン２０と冷媒配管１０との密着にばらつきが生じることがあるため、場合によっては、プレートフィン積層の一定間隔で、アルミニウム厚板製の中間プレート５０を両側よりそれぞれ冷媒配管１０の直線部１１に差し込むことにより、直線部１１を保持して冷媒配管１０をプレートフィン２０に押し付けることができる。
【００４６】厚板製のサイドプレート３０、４０、中間プレート５０によって冷媒配管１０とプレートフィン２０との密着保持を行う以外に、ろう接等によってプレートフィン２０と冷媒配管２０とを接合することもできる。置きろうやブレージングシートを利用して炉中加熱によってろう接する方法や、ペースト状ろう材を全体あるいは冷媒配管に吹き付ける方法など、製造設備や作業形態等に合わせて便宜利用できる。また、低温で取扱いが可能な鉛系はんだや摩擦はんだ等も使用できる。さらに、プレートフィン２０のバーリング部を利用してレーザ等の溶接によりプレートフィン２０と冷媒配管を接合することもできる。
【００４７】上述のような、厚板でのプレートフィン２０と冷媒配管１０の密着保持、あるいはろう接等によるプレートフィン２０と冷媒配管１０の接合により、プレートフィン２０と冷媒配管１０の密着ばらつきによる伝熱性能のばらつきがなく、密着面積に依存しない高性能な熱交換器を効率よく製造することができる。
【００４８】上述の構成による熱交換器を用いて熱交換性能の評価を行ったので、その内容について詳述する。
【００４９】（実施例１）実施例１では、冷媒配管１０に、ＪＩＳ−Ａ１０５０Ｔ−Ｈ１１２、外径８ｍｍ、肉厚０．８ｍｍのアルミニウム管を使用し、プレートフィン２０にはＪＩＳ−Ａ１２００−Ｈ２４、板厚０．１５ｍｍのアルミニウム板、厚板（サイドプレート３０、４０、中間プレート５０）には、ＪＩＳ−Ａ１１００−Ｈ２６、板厚０．８ｍｍのアルミニウム板を使用した。なお、プレートフィン２０と冷媒配管１０の密着は厚板製の中間プレート５０をプレートフィン２０枚毎に挿入する事により行った。配管曲げ部のピッチは３０ｍｍ、プレートフィンピッチは５ｍｍとし、プレートフィン２０は６０枚使用した。
【００５０】冷媒配管１０は、曲げピッチ３０ｍｍで蛇行曲げを施したのち、２つ折りし、、つぶし代３ｍｍでつぶし加工を実施し、プレートフィン２０には短軸５．１ｍｍで長軸４４．２ｍｍの長孔２１を設けた。なお、長孔２１の周囲には図１５に示されているように、バーリングにより高さが約１．５ｍｍの鍔部２３を設けた。成形したプレートフィン６０枚を、固定治具に入れ、つぶし後の冷媒配管１０をプレートフィン長孔２１に差込み、サイドプレート３０、４０、中間プレート５０で冷媒配管１０を固定した。
【００５１】（実施例２）実施例２では、厚板プレートを使用せず、ろう接によってプレートフィン２０と冷媒配管１０を接合させた。この時のろう材にはＪＩＳ−Ｂ４０４７相当のＡｌ−Ｓｉ系の物を用い、弗化物系フラックスを使用し、置きろうで炉中加熱による方法を用いた。その他のことは実施例１と同じとした。
【００５２】（比較例１）比較例１の熱交換器はＵベンド拡管方式により製造した熱交換器であり、使用した素材は実施例１と同じものとし、熱交換器全体の寸法やプレートフィンピッチ、配管ピッチも同様となるようにした。ただし、プレートフィンの穿孔径は８．２ｍｍとし、冷媒配管の内径（Ａ＝６.４０mm）に対する拡管するときのビュレットの外径（Ｂ＝６.７２mm）とする事で変形率｛（Ｂ／Ａ）１００−１００｝を約５％程度に設定した。
【００５３】（比較例２）比較例２の熱交換器は、図１８〜図２０に示されているような、従来のかち込み方式により製造した熱交換器であり、使用した素材は実施例１と同じものとし、熱交換器全体の寸法やプレートフィンピッチ、配管ピッチも同様となるようにした。配管を蛇行曲げ後、偏平につぶし、プレートフィン切り欠き部へ外側から挿入し、プレスで偏平管を真円にもどす事で、管とプレートフィンを密着させた。
【００５４】上述した試料について、熱交換性能試験を行った結果を表１に示す。なお、熱交換性能試験とは、たとえば、水などの既知の熱容量を有する媒体が配管内を循環した状態の熱交換器を、同様に既知の熱容量を有する媒体中に浸漬するなどして熱交換したときの温度変化の速度である一定時間での熱輸送量を測定したものである。本結果は、比較例１のＵベンド拡管方式に対する熱輸送量をＵベンド拡管方式と比較し、比較例１を基準としたときの比率を百分率指数として表した。
【００５５】
【表１】

【００５６】従来からの方式である比較例１を基準に考えた場合、単純なかち込み方式である比較例２では熱輸送量で約８％悪化したのに対して、実施例１で示す本発明のプレート止め方式のものは、Ｕベンド拡管方式と同程度、またろう接によりプレートフィンと配管を接合させた実施例２のものでは約１％の性能向上が認められた。この結果から、従来のかち込み方式による性能低下が本発明により改善され、さらにろう接によれば、さらなる性能の向上が期待できるという結論が導き出される。
【００５７】これは、プレートフィン２０の切り欠き部を熱交換に寄与し難い部分に配置したこと、冷媒配管２０とプレートフィン１０との接触面積の増加、密着度のばらつきの低減、偏平管による管外圧力損失の低減、熱交換器全体にわたる熱交換性能の均一化によるものであって、本発明の有効性を証明するものである。特にプレートフィン２０と冷媒配管１０をろう接により金属接合することで、本発明の効果をさらに有効に実現できる。
【００５８】以上、本発明により一体蛇行曲げ配管を利用したプレートプレートフィンチューブ型熱交換器において、従来のＵベンド拡管方式よりも工作性や冷媒の洩れに対する信頼性が向上し、また、かち込み方式に比べて有意に優れた熱交換性能を有するものが実現できる。
【００５９】実施の形態２．図１６、図１７はこの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の実施の形態２を示している。このプレートフィンチューブ型熱交換器１’は、下部における前後Ｕターン１０ａにより前後２列に蛇行曲げされた全体が１本の巻き鋼管により構成された直径が４．５〜５．０ｍｍ程度の冷媒配管１０’と、板厚が０．２ｍｍ程度のＳＰＣＣ鋼条による複数枚のプレートフィン２０’とにより構成されている。
【００６０】プレートフィン２０’蛇行曲げされた冷媒配管１０’のＵターン曲げ（ヘアピン曲げ）された一対の直線部１１’を１組としてそれぞれ一対の直線部１１’を挿入される縦長の長孔２１’が形成されており、この場合も長孔２１’は通風方向と平行に延在している。長孔２１’には冷媒配管１０’のＵターン曲げされた一対の直線部１１’、１１’が貫挿され、直線部１１’、１１’は、それぞれ、配管曲げ部の弾性により長孔２１の長軸端部２２’に押し付けられている。また、長孔２１’の周囲には、バーリングにより高さが約１．５ｍｍの鍔部２３’が設けられている。
【００６１】プレートフィン２０’の積み幅が十分に小さい熱交換器を形成する場合や、配管に強加工された銅や鋼を使用するなど、弾性限が高く、大きなスプリングバックが期待できる場合には、厚板のプレートがなくとも、プレートフィン２０’の長孔長軸寸法を冷媒配管１０’の縦方向の曲げピッチより僅かに小さい値に設定し、かつ冷媒配管１０’の曲げ部加工を適度に設定して曲げ部を弾性限度内に押さえ付けながらプレートフィン２０’に挿入し、押さえを開放することで、冷媒配管１０’の曲げ反発力（弾性力）によってプレートフィン２０’と冷媒配管１０’とを密着固持することができる。
【００６２】製造した熱交換器を輸送振動試験により、プレートフィン２０’と冷媒配管１０’との固持状態を確認したが、大きなずれ等は生じず、実用上十分な密着強度を有していることが確認された。
【００６３】本方式によれば、拡管や、偏平管を真円に戻すかしめ加工など、プレートフィンと冷媒配管とを密着させる特別な工程を設ける必要がなく、より容易で、安価な製造工程で熱交換器を製造できる。
【００６４】なお、本発明は、以上述べた発明の形態において説明し、かつ図面に示した実施例のプレートプレートフィンチューブ型熱交換器に限定されるものではなく、たとえば、真円管のまま使用するなど、その要旨を脱し得ない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００６５】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器によれば、プレートフィンに蛇行曲げされた冷媒配管のＵターン曲げされた一対の直線部を１組としてそれぞれ一対の直線部が挿入され、かつ長軸方向が通風方向と平行な長孔が形成され、当該長孔に冷媒配管のＵターン曲げされた一対の直線部が貫挿され、直線部がそれぞれ長孔の長軸端部に押し付けられているから、冷媒配管をプレートフィンに挿入するときのプレートフィンの切り欠き部がプレートフィンと空気との熱交換に寄与し難い部分に配置され、かち込み方式でも熱交換性能の低下が少ない熱交換器が得られるようになる。
【００６６】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器によれば、冷媒配管は冷媒入口端と冷媒出口端とを通風方向で見て上流側と下流側に設けられていて下流側に冷媒入口が、上流側に冷媒出口端があり、冷媒配管における冷媒流動方向が通風方向と対向するから、熱交換器と通風する空気の温度差が熱交換器上下に渡って大きく変化することがなく、熱交換器全体で均一な熱交換性能を保持することができ、高性能な熱交換器が得られるようになる。
【００６７】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器によれば、プレートフィンに挿入した冷媒配管の曲げ部近傍および／または積層したプレートフィン間に配置されたプレートによって、あるいはプレートフィンにより前記冷媒配管をプレートフィンの長孔の長軸端部側に押し広げるようにして弾性領域内での曲げ変形を前記冷媒配管に賦与することによってプレートフィンと冷媒配管とを密着させているから、拡管やかしめ等の配管を変形させる加工が不要で、ばらつきの少ないプレートフィンと冷媒配管の密着および伝熱を実現でき、高性能な熱交換器が得られるようになる。
【００６８】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器によれば、冷媒配管が偏平状の金属管に構成され、偏平管の断面長軸方向がプレートフィンの長孔の長軸方向と一致しているから、プレートフィンと冷媒配管との接触面積が増大し、伝熱性能が向上すると共に、冷媒配管の偏平方向が通風方向が平行となるため、通風抵抗の少ない高性能な熱交換器が得られるようになる。
【００６９】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器によれば、冷媒配管が、プレートフィンに形成した前記長孔の形成と合致する横断面形状を備え、長孔の内周面に当接する周方向長さが当該長孔の内周面に当接しない周方向長さより長くなる横断面形状を備えているから、プレートフィンと冷媒配管との接触面積を多く確保でき、熱交換性能に優れた高性能な熱交換器が得られるようになる。
【００７０】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器によれば、プレートフィンが、ろう接あるいは溶接等により冷媒配管と接合されているから、未接合な部分を金属接合によって充足でき、プレートフィンと冷媒配管との伝熱性を飛躍的に向上でき、熱交換性能に優れた高性能な熱交換器が得られるようになる。
【００７１】つぎの発明による冷蔵庫によれば、長孔の長軸を通風方向と平行に開口してなるプレートフィンを有し、蛇行曲げをして端部に曲げ部を備えて平行配列した冷媒配管をプレートフィンの長孔に挿入、固持したプレートプレートフィンチューブ型熱交換器を用い、冷媒として炭化水素を用いたので、配管接合部からの漏れの心配がなく、併せて効率の良い冷蔵庫を供給できる。
【００７２】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法よれば、金属薄板に通風方向と平行に長軸を備える長孔を開口させてプレートフィンを形成する工程と、端部に曲げ部を備えてヘアピン状に金属管の蛇行曲げ加工を施し金属管を平行に配列させた冷媒配管を形成する工程と、冷媒配管を端部にある曲げ部よりプレートフィンの長孔を挿入する工程と、プレートフィンと冷媒配管との当接部を固持するための工程とよってプレートフィンチューブ型熱交換器の製造するから、長孔の長軸を通風方向と平行に開口してなるプレートフィンを有し、蛇行曲げをして端部に曲げ部を備えて平行配列した冷媒配管をプレートフィンの長孔に挿入、固持したプレートプレートフィンチューブ型熱交換器を、容易に、効率よく製造することができる。
【００７３】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、蛇行曲げした冷媒配管を平行に配列させる工程を有し、当該工程が、２本の平行な冷媒配管を得た蛇行曲げに対して垂直な面で２本の冷媒配管を平行に配列させる動作を繰り返すにより、複数列の配管を形成する工程であるから、簡易な操作で、一方向の冷媒流動をもち、通風と対向流とすることができる蛇行曲げ配管を容易に製造することができる。
【００７４】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法によれば、蛇行曲げした冷媒配管を平行に配列させる工程を有し、当該工程が、蛇行曲げされ平行に配置された配管の直線部を維持した状態で折り曲げることにより、複数列の配管を形成する工程であるから、簡易な操作で、一方向の冷媒流動をもち、通風と対向流とすることができる蛇行曲げ配管を容易に製造することができる。
【００７５】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法によれば、冷媒配管の蛇行曲げ加工の工程が当該冷媒配管を熱交換器の通風方向と平行に偏平加工する加工工程を含んでいるから、偏平管の長軸を半径方向とするような難易度の高い曲げ加工が不要となり、より容易な成形が可能となる。
【００７６】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法によれば、プレートフィンと冷媒配管の当接部を固持するための工程が、ろう接あるいは溶接等によりプレートフィンと冷媒配管を接合する固定を含んでいるから、特別なかしめ操作が不要で、高性能な伝熱性能を持つ熱交換器を製造することができる。
【００７７】つぎの発明によるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造方法によれば、冷媒配管をプレートフィンの長孔に挿入する工程が、ヘアピン曲げをして平行する冷媒配管の直線部部のピッチよりも短い長孔の長軸長さの関係にあって、冷媒配管を前記プレートフィンの長孔の長軸方向に圧縮した状態で長孔に挿入した後、圧縮を解放して冷媒配管の弾性力によって長孔の長軸端部と冷媒配管金属管を当接、固持するから、かしめや金属接合などの操作がなくとも、プレートフィンと冷媒配管とを密着でき、より簡易な方法で高性能な伝熱性能を持つ熱交換器を製造することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】 平成１１年９月２０日（１９９９．９．２０）
【代理人】 【識別番号】１０００８９１１８
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
【公開番号】 特開２００１−９１１８０（Ｐ２００１−９１１８０Ａ）
【公開日】 平成１３年４月６日（２００１．４．６）
【出願番号】 特願平１１−２６５８１０