| 【発明の名称】 |
熱交換器及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】井上 忠義
【氏名】阪下 勝
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| 【要約】 |
【課題】伝熱管と板フィンの接合部との間に熱伝導のための接触箇所を積極的に得ることができる板フィン付き熱交換器、その製造方法及び板フィン。
【解決手段】間隔Ｐ２を置いて配設した複数枚の板フィン１２，１２，…に、伝熱管４，４，…を貫通させ、各伝熱管４に、各板フィン１２の貫通孔１２ａの周縁１２ａから貫通方向（矢符Ａ方向）に沿って突設した短筒状の接合部１３を外嵌させ、接合部１３に、貫通孔１２ａの周縁１２ｂに近い根元側の大径領域１３ａと貫通孔１２ａの周縁１２ｂから離れた先端側の小径領域１３ｂとが形成され、伝熱管４に小径領域１３ｂを締まりばめ状態で接触させたこと。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】間隔を置いて配設した複数枚の板フィンに、伝熱管を貫通させ、該伝熱管に、各板フィンの貫通孔の周縁から貫通方向に沿って突設した短筒状の接合部を外嵌させた板フィン付き熱交換器において、前記接合部には、前記貫通孔の周縁に近い根元側の大径領域と、前記貫通孔の周縁から離れた先端側の小径領域とが形成され、前記伝熱管に該小径領域を締まりばめ状態で接触させたことを特徴とする板フィン付き熱交換器。
【請求項２】前記伝熱管と前記板フィンの接合部の大径領域との間に、隣接する前記板フィンの接合部の小径領域を挿入させた請求項１に記載の板フィン付き熱交換器。
【請求項３】前記接合部の大径領域に、隣接する前記板フィンの接合部の小径領域を接触させた請求項２に記載の板フィン付き熱交換器。
【請求項４】伝熱管と、貫通孔の周縁から短筒状の接合部を突設した板フィンとを準備し、伝熱管に接合部を外嵌させた状態で板フィンを所定位置まで摺動させる板フィン付き熱交換器の製造方法において、準備する前記板フィンは、前記貫通孔の周縁に近い前記接合部の根元側に、前記伝熱管に対してすきまばめ状態となる大径領域を形成すると共に、前記貫通孔の周縁から離れた前記接合部の先端側に、前記伝熱管に対して締まりばめ状態となる小径領域を形成したものとし、前記板フィンを摺動させるときに、前記伝熱管に前記接合部の大径領域を接触させないようにするか又は接触させるとしても該小径領域を拡径変形させない程度の接触とするようにしたことを特徴とする板フィン付き熱交換器の製造方法。
【請求項５】貫通孔の周縁から短筒状の接合部を突設した熱交換器構成用板フィンにおいて、前記貫通孔の周縁に近い前記接合部の根元側に、大径領域を形成すると共に、前記貫通孔の周縁から離れた前記接合部の先端側に、小径領域を形成したことを特徴とする熱交換器構成用板フィン。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、板フィン付き熱交換器，その製造方法及び熱交換器構成用板フィンの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、板フィン付き熱交換器１には、図５の（Ａ），（Ｂ）に示す如く、間隔Ｐ１を置いて配設した複数枚の板フィン２，２，…に複数本の伝熱管４，４，…を貫通させ、各板フィン２の貫通孔２ａの周縁から貫通方向（矢符Ａ方向）に沿って突設した短筒状の接合部３で伝熱管４を外嵌したものがある。
【０００３】この板フィン付き熱交換器１の製造は、図６に示す如く、製造装置５を用いて次の工程で行われる。第１工程では、支持具６の所定位置に各伝熱管４の下端４ａを支持した状態で複数本の伝熱管４，４，…を起立させて伝熱管群７を形成する。第２工程では、伝熱管群７の上端に板フィン２を載置し、板フィン２の各貫通孔２ａ（図５（Ｂ）参照）に対応する伝熱管４の上端４ｂが嵌まり込むことができる状態にする。第３工程では、第２工程で載置した板フィン２を押圧具８で押し下げることで、各伝熱管４に板フィン２の各接続部３を外嵌させた状態で板フィン２を摺動させて下方の所定位置まで移動させる。第４工程では、必要枚数の板フィン２について第２工程及び第３工程を繰り返し、伝熱管群７に間隔Ｐ１を置いて複数枚の板フィン２，２，…を配列する。最終工程では、製造装置５の支持具６から伝熱管４を取り外して板フィン付き熱交換器１を得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、伝熱管群７に取付ける前の板フィン２は、貫通孔２ａ及び接合部３を、伝熱管４に対して締まりばめ状態となるように形成してある。ところが、伝熱管群７に取付けた後の板フィン２は、伝熱管４に対して貫通孔２ａ及び接合部３がすきまばめ状態となっていることが非常に多い。
【０００５】しかし、すきまばめ状態のままでは、伝熱管４と板フィン２の接合部３との間の接触面積が著しく減少して両者間における熱伝導が低下すると共に、板フィン２，２の間を通過する流体に押されて板フィン２が所定の配列位置から移動し、所望の熱交換能力を発揮できない問題を生じることがある。
【０００６】発明者は、上記問題を解決するために幾多の実験を繰り返し分析した結果、伝熱管４の長手方向全域で、その外径の寸法誤差及び／又は真円度や真直度等の形状偏差が大きいことがあり、更に伝熱管４，４どうしの長手方向に沿った平行度に関する姿勢偏差が大きいこともあるため、前記製造の第３工程において、板フィン２が下方の所定位置に向かって摺動する途中で、その貫通孔２ａ及び接合部３が、これら大きな誤差や偏差により著しく拡径又は変形し、所定位置に至ったときに伝熱管４との間ですきまばめ状態となることがあることを突き止めると共に、板フィン２の接合部３の拡径や変形の原因となる塑性変形を生じさせ易い程度が、先端側に比べて根元側（貫通孔２ａに隣接側）が高いことを発見した。そして、発明者は、この知見に基づいて、伝熱管を外嵌した状態で板フィンを摺動させるときに、接合部の根元側の塑性変形を無くするか又は生じ難くする共に接合部の先端側に生じる弾性変形を利用することで、伝熱管と板フィンの接合部との間に熱伝導のための接触箇所を積極的に得ることができる板フィン付き熱交換器、その製造方法及び板フィンを想到するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】伝熱管と板フィンの接合部との間に熱伝導のための接触箇所を積極的に得られるようにするために請求項１記載の本発明が採用した手段は、間隔を置いて配設した複数枚の板フィンには、伝熱管を貫通させ、該伝熱管に、各板フィンの貫通孔の周縁から貫通方向に沿って突設した短筒状の接合部を外嵌させた板フィン付き熱交換器において、前記接合部に、前記貫通孔の周縁に近い根元側の大径領域と、前記貫通孔の周縁から離れた先端側の小径領域とが形成され、前記伝熱管に該小径領域を締まりばめ状態で接触させたことを特徴とする板フィン付き熱交換器である。請求項１記載の本発明にあっては、伝熱管に接合部の大径領域を接触させないようにするか又は接触させるとしても該大径領域に塑性変形を生じさせない程度とすることができるため、接合部の小径領域を拡径させるような塑性変形の発生を抑制し、伝熱管に接合部の小径領域を締まりばめ状態で接触することができる。
【０００８】隣接する板フィンどうしの間隔を小さくして板フィンをより多く取付けできるようにするために請求項２記載の本発明が採用した手段は、前記伝熱管と前記板フィンの接合部の大径領域との間に、隣接する前記板フィンの接合部の小径領域を挿入させた請求項１に記載の板フィン付き熱交換器である。請求項２記載の本発明にあっては、隣接する板フィンどうしの接合部の大径領域と接合部の小径領域とを重ねることで、隣接する板フィンどうしの間隔を小さくすることができる。
【０００９】伝熱管と板フィンとの間の熱伝導を向上させるために請求項３記載の本発明が採用した手段は、前記接合部の大径領域に、隣接する前記板フィンの接合部の小径領域を接触させた請求項２に記載の板フィン付き熱交換器である。請求項３記載の本発明にあっては、隣接する板フィンどうしの接合部の大径領域と接合部の小径領域とを熱伝導できるように接触させることができる。
【００１０】伝熱管と板フィンの接合部との間に熱伝導のための接触箇所を得た状態で製造できるようにするために請求項４記載の本発明が採用した手段は、伝熱管と、貫通孔の周縁から短筒状の接合部を突設した板フィンとを準備し、伝熱管に接合部を外嵌させた状態で板フィンを所定位置まで摺動させる板フィン付き熱交換器の製造方法において、準備する前記板フィンは、前記貫通孔の周縁に近い前記接合部の根元側に、前記伝熱管に対してすきまばめ状態となる大径領域を形成すると共に、前記貫通孔の周縁から離れた前記接合部の先端側に、前記伝熱管に対して締まりばめ状態となる小径領域を形成したものとし、前記板フィンを摺動させるときに、前記伝熱管に前記接合部の大径領域を接触させないようにするか又は接触させるとしても該小径領域を拡径変形させない程度の接触とするようにしたことを特徴とする板フィン付き熱交換器の製造方法である。請求項４記載の本発明にあっては、伝熱管の外径の寸法誤差及び／又は真円度や真直度等の形状偏差並びに伝熱管どうしの平行度の姿勢偏差が大きくても、板フィンの接合部の大径領域が、伝熱管に外嵌した状態で摺動中の板フィンを所定位置まで摺動させる間に、伝熱管に板フィンの接合部の大径領域を接触させないようにするか又は接触させるとしても該大径領域に塑性変形を生じさせない程度となっているため、該摺動中の板フィンの接合部の小径領域は、拡径に結びつくような塑性変形の発生が抑制され、伝熱管に締まりばめ状態で接触することができる。
【００１１】伝熱管との間で熱伝導させるための接触箇所を積極的に得ることができるようにするために請求項５記載の本発明が採用した手段は、貫通孔の周縁から短筒状の接合部を突設した熱交換器構成用板フィンにおいて、前記貫通孔の周縁に近い前記接合部の根元側に、大径領域を形成すると共に、前記貫通孔の周縁から離れた前記接合部の先端側に、小径領域を形成したことを特徴とする熱交換器構成用板フィンである。請求項５記載の本発明にあっては、伝熱管の外径の寸法誤差及び／又は真円度や真直度等の形状偏差並びに伝熱管どうしの平行度の姿勢偏差が大きくても、板フィンの接合部の大径領域が、伝熱管に外嵌した状態で摺動中の板フィンを所定位置まで摺動させる間に、伝熱管に板フィンの接合部の大径領域を接触させないようにするか又は接触させるとしても該大径領域に塑性変形を生じさせない程度にすることが可能となり、該摺動中の板フィンの接合部の小径領域は、拡径に結びつくような塑性変形の発生が抑制され、伝熱管に締まりばめ状態で接触することができるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る板フィン付き熱交換器、その製造方法及び板フィンを図１乃至図４に示す実施の形態に基づいて説明する。図１及び図２は板フィン付き熱交換器を示すものであって、図１（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は要部を拡大した部分断面図、図２は要部を更に拡大した断面図である。図３は板フィンの拡大した要部を伝熱管と共に示す断面図、図４は製造方法を示す部分断面した正面図である。
【００１３】本実施の形態に係る板フィン付き熱交換器１１は、図１及び図２に示す如く、間隔Ｐ２を置いて配設した複数枚の板フィン１２，１２，…に複数本の伝熱管４，４，…を貫通させ、各板フィン１２の貫通孔１２ａの周縁から貫通方向（矢符Ａ方向）に沿って突設した短筒状の接合部１３で伝熱管４を外嵌したものである。板フィン１２の各接合部１３は、貫通孔１２ａの周縁１２ｂに近い根元側の大径領域１３ａと、貫通孔１２ａの周縁１２ｂから離れた先端側の小径領域１３ｂとが形成され、伝熱管４に大径領域１３ａをすきまばめ状態で外嵌すると共に、伝熱管４に小径領域１３ｂを締まりばめ状態で外嵌して接触させてある。板フィン１２の各接合部１３は、短筒状に形成された大径領域１３ａ及び小径領域１３ｂを、両端がテーパー状等に形成された異径領域１３ｃで接合してある。板フィン１２は、板厚みが０．３ｍｍ乃至０．５ｍｍ程度のアルミニウム板またはステンレススチール板等から形成されている。板フィン１２の各接合部１３は、プレス加工方法で、穿孔と並行して形成され、板フィン１２の板部１２ｃと一体となっている。伝熱管４は、外径が１５ｍｍ乃至３０ｍｍ程度の鋼管、ステンレススチール管から形成されている。
【００１４】図３に示すように、伝熱管４の外径寸法Ｄ１と、伝熱管４に取付ける前の板フィン１２の接合部１３の大径領域１３ａの内径寸法Ｄ２及び小径領域１３ｂの内径寸法Ｄ３とは、Ｄ３＜Ｄ１＜Ｄ２となるようにしてある。なお、接合部１３の大径領域１３ａは、同径の短筒状に形成することなく、図示は省略したが、両端が異径のテーパー状に形成し、貫通孔１２ａの周縁１２ｂに大径側を接続すると共に、小径領域１３ｂに小径側を接続させることも可能である。
【００１５】板フィン付き熱交換器１１は、図１及び図２に示す如く、伝熱管４と板フィン１２の大径領域１３ａとの間に、隣接する板フィン１２の小径領域１３ｂを挿入させることにより、隣接する板フィン１２，１２どうしの間隔Ｐ２を小さくしてある。更に、板フィン付き熱交換器１１は、伝熱管４と板フィン１２の大径領域１３ａとの間に挿入した隣接する板フィン１２の小径領域１３ｂを、挿入した部分の大径領域１３ａで締まりばめ状態で外嵌させ、両者を熱伝導が良好となるように接触させてある。
【００１６】前記板フィン付き熱交換器１１の製造は、図４に示す如く、製造装置５を用いて次の工程で行われる。第１工程では、支持具６の所定位置に各伝熱管４の下端４ａを支持した状態で複数本の伝熱管４，４，…を起立させて伝熱管群７を形成する。第２工程では、伝熱管群７の上端に板フィン１２を載置し、板フィン１２の各貫通孔１２ａ（図３参照）に、対応する伝熱管４の上端４ｂが嵌まり込むことができる状態にする。載置する板フィン１２は、前述の如く、貫通孔１２ａの周縁１２ｂに近い接合部１３の根元側に、伝熱管４に対してすきまばめ状態となる大径領域１３ａを形成すると共に、貫通孔１２ａの周縁１２ｂから離れた接合部１３の先端側に、伝熱管４に対して締まりばめ状態となる小径領域１３ｂを形成したものを用いる。大径領域１３ａは、後述する第３工程において板フィン１２を摺動させるときに、伝熱管４に触させないようにするか又は接触させるとしても小径領域１３ｂを拡径変形させない程度の接触となるように、その内径Ｄ２の大きさを選択してある。更に、大径領域１３ａは、その内径Ｄ２を、伝熱管４に嵌着した隣接の板フィン１２の小径領域１３ｂを締まりばめ状態で外嵌できる大きさとしてある。
【００１７】第３工程では、第２工程で載置した板フィン１２を押圧具８で押し下げることで、各伝熱管４に板フィン１２の各接続部１３を外嵌させた状態で板フィン１２を摺動させて下方の所定位置まで移動させる。板フィン１２を摺動させるときには、伝熱管４に接合部１３の大径領域１３ａに、小径部１３ｂを拡径変形させるような塑性変形が生じないようにしてある。すなわち、伝熱管４の外径の寸法誤差及び／又は真円度や真直度等の形状偏差並びに伝熱管４，４どうしの平行度の姿勢偏差が大きくても、板フィン１２の接合部１３の大径領域１３ａが、伝熱管４に外嵌した状態で所定位置まで摺動させる間に、伝熱管４に接触させないようにするか又は接触させるとしても大径領域１３ａに塑性変形を生じさせない程度となっているため、摺動中の板フィン１２の接合部１３の小径領域１３ｂは、拡径に結びつくような塑性変形の発生が抑制され、伝熱管４に締まりばめ状態で接触することができる。第４工程では、必要枚数の板フィン１２について第２工程及び第３工程を繰り返し、伝熱管群７に間隔Ｐ２を置いて複数枚の板フィン１２，１２，…を配列する。最終工程では、製造装置５の支持具６から伝熱管４を取り外して板フィン付き熱交換器１１を得る。
【００１８】
【実施例】下記仕様の従来の板フィン２を用いて熱交換器１を製造すると共に、下記仕様の本発明に係る板フィン１２を用いて本発明に係る製造方法で本発明に係る熱交換器１１を製造し、熱交換器１及び熱交換器１１の伝熱試験を行った。
【００１９】（１）従来の板フィン２に関する仕様厚みが０．３ｍｍのアルミニウム板から形成され、伝熱管４に外嵌する前の接合部３は、内径が１６．６ｍｍで長さＬ３（図５（Ｂ）参照）が２．８ｍｍ、隣接する間隔Ｐ１が３．０ｍｍ（２）本発明に係る板フィン１２に関する仕様厚みＴが０．３ｍｍのアルミニウム板から形成され、伝熱管４に外嵌する前の接合部１３は、長さＬ１（図３参照）が４．０ｍｍ、大径領域１３ａの内径Ｄ２が１７．８ｍｍで長さＬ２が１．０ｍｍ、小径領域１３ｂの内径Ｄ３が１６．６ｍｍ、隣接する間隔Ｐ１が３．０ｍｍ【００２０】（３）伝熱管４（従来及び本発明で共通）に関する仕様鋼管から形成され、外径Ｄ１が１７．３ｍｍ，管肉厚が２．３ｍｍ、隣接する間隔Ｂ（図１（Ａ）、図５（Ａ）参照）が３８ｍｍ（４）伝熱試験伝熱管４の内部に供給する熱媒体はゲージ圧力が５．０ｋｇ／ｃｍ2 の飽和水蒸気、板フィン２，２の間または板フィン１２，１２の間を通過させる空気は２０℃で風速が２〜４ｍ／ｓｅｃ（５）試験結果従来の熱交換器１に比べ本発明の熱交換器１１の熱伝達率は、風速が２ｍ／ｓｅｃでは１．２５倍、風速が３ｍ／ｓｅｃでは１，１５倍、風速が４ｍ／ｓｅｃでは１．０８倍だけ向上している。
【００２１】
【発明の効果】請求項１記載の本発明に係る板フィン付き熱交換器は、伝熱管に板フィンの接合部の小径領域を締まりばめ状態で外嵌することで、伝熱管と板フィンとの間に熱伝導を向上させる接触箇所が得られると共に板フィンの移動を無くすることができるため、所望の熱交換能力を発揮させることができる。請求項２記載の本発明に係る板フィン付き熱交換器は、隣接する板フィンどうしの間隔を小さくすることで、板フィンを数多く取付けることができるようになり、熱交換能力の向上が図れる。請求項３記載の本発明に係る板フィン付き熱交換器は、隣接する板フィンどうしの接合部の大径領域と接合部の小径領域とを熱伝導させることで、伝熱管と板フィンとの間の熱伝導を向上して、熱交換能力の向上が図れる。
【００２２】請求項４記載の本発明に係る板フィン付き熱交換器の製造方法は、伝熱管に板フィンの接合部の小径領域を締まりばめ状態で外嵌させて、伝熱管と板フィンとの間に熱伝導を向上させる接触箇所が得られると共に板フィンの移動を無くすることができるため、所望の熱交換能力を発揮させる熱交換器を提供することができる。請求項５記載の本発明に係る熱交換器構成用板フィンは、伝熱管に外嵌状態で摺動させたとき、接合部の小径領域が伝熱管に締まりばめ状態で接触することができるようになるため、伝熱管と板フィンとの間に熱伝導を向上させる接触箇所を得ると共に板フィンの移動を無くすることができ、所望の熱交換能力を発揮させる板フィン付き熱交換器を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９９１３３７６３
【氏名又は名称】井上ヒーター株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月７日（２０００．１．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８２０１６
【弁理士】
【氏名又は名称】内田 敏彦
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４０８３（Ｐ２００１−１９４０８３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１７日（２００１．７．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１５４７（Ｐ２０００−１５４７） |
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