JPH01104430A - 熱交換器の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本・発明は熱交換器の製法に関する。より詳しくは熱伝
達効率のよいピンフィン付き熱交換器の製法に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課−〕熱交換器
において、管内流体と管外流体との間の熱交換性能を高
めるために、管内流体が流れているパイプの外周に通常
フィンを取付ける。フィンの形状は通常プレート状のも
のが多く、パイプの周囲にらせん状又は環状に形成され
る。このようなプレート状フィンの場合、プレートの表
面に空気の境界層が発生し、この境界層がプレートの表
面に滞留して断熱層を形成するので高い熱効率が得られ
ない。その点からはピン状フィンの方が好ましい。又ピ
ン状フィンのパイプ表面への取付密度を高くすれば熱交
換効率を向上させることができる。

しかしながらパイプの外周にピン状フィンを配置するた
めの実際の作業は極めて困難なものであり、且つ熱交換
効率を高めるためにピンを密に配置しようとする際には
ピンの線径に対応して定められる密度で正しくピン状フ
ィンを配置することを要し、その作業はますます困難と
なる。

そこでこれ迄多くの複雑な機械を用いて優れたピン状フ
ィンを有する熱交換器を提供すべく検討されてきたが、
現在名工業的に実用可能なピン状フィン付き熱交換器の
製造方法は確立されていない。

本発明は従来公知のピン状フィン付き熱交換器の製造方
法の有する問題点を解決して工業的に実用可能なピン状
フィン付き熱交換器の製造方法を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、複数の線状熱伝導体を溶解性樹脂内に
平行に且つ互いに所定の間隔をあけて配置したシート状
ピンフィン部材を作り、該ピンフィン部材の線状熱伝導
体の配列方向に対して垂直方向の両側面から複数の線状
熱伝導体の両端が露出するように前記両端面近傍の樹脂
を溶解して両端溶解ピンフィン部材を作り、−労咳両端
溶解ピンフィン部材の長さ方向寸法以上の長さを有する
と共に両端溶解ピンフィン部材のｍ枚（ｍは１以上の整
数）を長さ方向に平行に配列できる幅を有する管内流体
用中空パイプを用意し、前記ｍ枚から成る両端溶解ピン
フィン部材の組のｎ組（ｎは１以上の整数）と前記中空
パイプのｎ＋１本を交互に積層固着してパイプフィン一
体物を作るために前記両端溶解ピンフィン部材の線状熱
伝導体の露出面および／又は前記中空パイプの対向面に
低温ハジダを塗布した後に、前記両端溶解パイプフィン
部材の組と前記中空パイプを前記中空パイプの両端が前
記両端溶解ピンフィン部材の紀から突出するように交互
に積層し、さらに相互に密接するように加圧しながら加
熱し、次いで前記パイプフィン一体物中の溶解性樹脂を
溶出して複数の線状熱伝導体が露出した露出パイプフィ
ン一体物を作り、管内流体を外部から流入させた後に前
記露出パイプフィン一体物の複数のパイプを巡回させて
外部に流出させることができるようにそれぞれのパイプ
の両端を連結することを特徴とする熱交換器の製法によ
って達成される。

前記ｍ枚の両端溶解ピンフィン部材を中空パイプの対向
面に所定の間隔で確実に固着させるために、前記中空パ
イプの両端溶解パイプフィン部材の対向面に、両端溶解
ピンフィン部材の両端に露出した線状熱伝導体の端部を
収容することができるｍ本の溝を設けるとよい。

本発明の熱交換器の製型方法において用いられる線状熱
伝導体としては、銀、銅、アルミニウム等の金属細線を
用いることができる。線状熱伝導体の断面形状について
は特に限定はしないが熱交換器のフィンとして用いる場
合の圧力損失を小さくするためには円形に近い断面の線
状熱伝導体を用いるとよい。

線状熱伝導体の熱伝導率は０．５２ｃａ　ｌ　／　ｃｍ
　ｓｅｃ”Ｃ以上が好ましく、用途によってはさらに適
切な熱伝導率を有する線状熱伝導体を選定して用いるこ
とができる。

本発明の熱交換器を製造する際に用いられる溶解性樹脂
としては、有機溶剤、アルカリ、酸、水等で溶解するも
のであればよく、例えば、ポリエステル系、ポリアミド
系、エチレン酢酸ビニール系、ポリビニールアルコール
系等を用いることができる。ただしその取扱い性の容易
さからポリビニール系が好ましく、中でも温水で容易に
溶解させるためにはけん化度８５〜９０％の部分けん化
物で重合度が５００程度のものがより好ましい。

本発明による製法を用いて圧力損失が少く且熱交換効率
の高い熱交換器を得るためには、用いられる線状熱伝導
体の大きさと中空パイプに対して配置される線状熱伝導
体の配列密度が下記の特定の範囲に定められるとよい。

０．２５≦Ｘ≦２．５ ０．２５≦ＸＹ≦２．５ ここにＸは線状熱伝導体断面の外周長（鰭）であり、Ｙ
は線状熱伝導体の中空パイプに対する配列密度（本／龍
２）であり、本発明においてはシート状ピンフイン部材
内の線状熱伝導体の配列密度と、前述のｍ枚のシート状
ピンフイン部材の中空パイプ上の配列密度績として表わ
される。

Ｘ＜０．２５の場合は、線状熱伝導体の線径が小さすぎ
て、その力学的特性が低（なりすぎるためシート状ピン
フイン部材の製造時の取扱い性が極度に悪くなり、生産
効率が低下するので好ましくない。

Ｘ　＞　２．５の場合は、線状熱伝導体の線径が大きす
ぎてビン状フィンとしての性能を発揮しにくくなる。

Ｘのより好ましい範囲は０．５≦Ｘ≦２．０であり、断
面円形の線状熱伝導体の場合では、はぼ１６０〜４６０
μφに相当する。

一方ＸＹ＜０．２５の場合は、ピンフイン用線状熱伝導
体の表面積としては小さすぎて、高い熱交換率が得られ
ない。

Ｘ　Ｙ　＞　２．５の場合は、表面積の大きい線状熱伝
導体を用いることができるが、林立するフィン間の間隔
が狭くなりすぎて、熱交換流体の圧力損失が大きくなり
すぎる。

ＸＹのより好ましい範囲は０．３５≦ｘＹ≦１．２であ
り、断面円形の線径２００μφの線状熱伝導体の場合で
は、線状熱伝導体の配列密度はほぼ０．５５本／鴎２〜
１．９本／１１Ｉ２に相当する。

前記露出パイプフィン一体物のパイプを連結する方法と
しては、管内流体の受入れ口を有し、且つ露出パイプフ
ィン一体物の隣接するパイプを順次連結するように作ら
れたヘッダと管内流体の排出口を有し且つ露出パイプフ
ィン一体物の隣接するパイプを順次連結するように作ら
れたヘッダを露出パイプフィン一体物の両側から突出す
るパイプ端部にそれぞれ連結してもよく、あるいは、露
出パイプフィン一体物の両側から突出するパイプ端部を
順次Ｕ形状パイプを用いて連結してもよい。

以下本発明による熱交換器の製法の一例を説明する添付
図面を参照して本発明を詳述する。

第１図に本発明による製法で作られた熱交換器の一例を
示す。第１図に示すように、熱交換器１のハウジング２
内にはその中に管内流体が流れる導管、すなわちパイプ
３が第１図で見る垂直平面内に３段に配置されている。

第１図において５は管内流体の受入れ口であり、管内流
体は受入れ口５より矢印Ａで示すようにパイプ３の部分
３ａに入り、Ｕ形状バイブ４９によって３段に連結され
ているパイプ３を通ってハウジング２の右側下に配置さ
れた排出口６から外に出る。パイプ３の互いに平行な部
分３　ａ　＝　３　ｂ　Ｊ３　ｃの間には複数の線状熱
伝導体４が）、クイプの部分３ａ、３ｂ、３ｃに対して
は奮゛直角に且つ所定の間隔をあけて互いに平行に配列
されている。この複数の線状熱伝導体４の両端は隣接す
るパイプの部分３ａ　、　３ｂ　。

３ｃに連結されている。

管外流体は熱交換器１に対して第１図で矢印Ｂで示す方
向で流される。したがってもし管内流体が低温媒体であ
り、管外流体が常温の空気であると仮定すれば、低温媒
体によってパイプ３および複数の線状熱伝導体４が冷却
され、したがって線状熱伝導体４に向って流れる空気が
常温から低温に冷却されることになる。冷却される程度
はパイプ３の長さに左右されると共に、線状熱伝導体４
の配置本数によって左右される。

次に第１図に例示した熱交換器を製造する方法の一例を
順を追って説明する。

先ず第２図に示す装置を用いて、シート状ピンフイン部
材を作る。

第２図に示すように、複数本の線状熱伝導体４は図示し
ていないパッケージ形状に巻取られてクリール１１に所
要本数だけ仕掛けられ、後述の一対の加熱プレスロール
１９　、１９　’によって引出される。その際複数本の
線状熱伝導体４は目板１３、前流１４を経てテンション
バー１５を介して引出されることによって張力が均一に
揃えられ、その後溝付きガイドローラ１２および筬１６
を経て、−平面内に実質的に等ピッチに揃えられる。

一方溶解性樹脂から成るシート７はシートロール７′か
ら引出され、ガイドロール１７　、１８を経て、前記線
状熱伝導体４の群とともに一対の加熱プレｘ　ｏ−ル１
９　、１９　’に導かれる。加熱プレスロール１９　、
１９　’では線状熱伝導体２の群と溶解性樹脂シート７
とが加熱押圧され、シート７の中に線状熱伝導体が埋込
まれたような状態で一体化される。

前記線状熱伝導体４の群と溶解性樹脂シート７の一体化
は第２図に示した方法以外に線状熱伝導体４の群の両側
から溶解性樹脂シート７を加熱押圧する方法によって行
ってもよい。

前記加熱プレスロール１９　、１９　’を通過して一体
化された複合シート２０は一対の送り出しローラ２１　
、２１　’を経た後、適当な切断装置２２により、線状
熱伝導体４の配向方向にほぼ直角な面で切断してシート
状ピンフィン部材８が得られる（第３図参照）。

次に第３図に例示したシート状ピンフィン部材８を用い
てピンフィン付き熱交換器の製法の概要を第４図〜第７
図に基いて説明する。

先ず第３図に例示したシート状ピンフィン部材８を対象
とする熱交換器の管内流体用パイプ（第６図参照）の大
きさに合せて矩形状に切断してシート状ピンフィン部材
８ａを得る（第４図参照）。

すなわちシート状ピンフィン部材８ａの幅り、は隣接す
る管内流体用中空パイプ３ａ、３ｂ間の間隔り富に合せ
、長さＪ、は中空パイプ３ａ　、　３ｂの長さＩｌ！よ
り若干短く設定する。

次にシート状ピンフィン部材８ａの両端面から第５図に
示すように、綿状熱伝導体４がΔｂ＋（ｔ〜２ｍ／＋ｍ
）だけ露出するように溶解性樹脂７を溶解して両端溶解
ピンフィン部材８ｂを得る。この両端溶解ピンフイン部
材８ｂを所定枚数（前述のｍ枚）、所定間隔をあけて第
６図に示すように中空パイプ３ａ、３ｂの間にはさみ込
み、その線状熱伝導体４のシート７からの露出部４′と
中空パイプ３ａ、３ｂの表面をハンダ付けする。この操
作を複数本の中空パイプ間について行いパイプフィン一
体物を作る。次にこのパイプフィン一体物における両端
溶解ピンフイン部材８ｂ中に残存する溶解性樹脂７を溶
解し、露出パイプフィン一体物をつくる。最後に管内流
体を外部から流入させた後に前記露出パイプフィン一体
物の複数のパイプを巡回させて外部に流出させることが
できるようにそれぞれのパイプの両端を連結することに
よってピンフィン付き熱交換器が得られる。

シート状ピンフィン部材８ａの両端面から線状熱伝導体
４が露出するように溶解性樹脂フを溶解するに際しては
第８図に示すようにシート状ピンフィン部材８ａを２枚
のベルト２３．２３’の間に挾んで矢印の方向に移動さ
せながら、シート状ピンフィン部材８ａの下側を熱水２
５が貯められた槽２４中を移動させるとよい、約９０℃
の温水で約２分間処理することにより線状熱伝導体４の
端部を露出させることができる０反対側の端面から線状
熱伝導体４を露出させるためにはシート状ピンフィン部
材８ａを上下逆にして第８図に示す装置で処理すればよ
い、其の後１００℃で約５分間乾燥すれば両端から線状
熱伝導体４の端部４′が露出した両端溶解ピンフィン部
材８ｂが得られる。

この両端溶解ピンフィン部材８ｂの露出した線状熱伝導
体の端部４′に半田を付着させるには、第９図に示すよ
うに両端溶解ピンブイン部材８ｂを２枚のベルト２６　
、２６　’の間に挾んで矢印の方向に移動させながら、
両端溶解ピンフィン部材８ｂの下側を溶融ハンダ２８が
貯められた槽２７中を移動させればよい。反対側の端面
の露出した線状熱伝導体４の端部４′に半田を付着させ
るには、両Ｏｉ溶解ピンフィン部材８ｂを上下逆にして
第９図に示す装置で処理すればよい。

第１θ図に本発明の製法を実施するのに好んで用いられ
る管内流体用パイプ３の断面を示す、第１０図に示すよ
うに、パイプ３の外周面には両端溶解ピンフィン部材８
ｂが１枚づつ挿入される溝３０が設けである。このよう
にパイプ３の外周面に溝３０を設けておけば複数の両端
溶解ピンフィン部材８ｂを所定の間隔で確実にパイプ３
に固着することができる。

前記両端溶解ピンフィン部材８ｂの複数を一対のパイプ
３の間に配置し、且つ数枚積層してパイーブフイン一体
物を作るには第１１図に示すような治具３１を用いると
よい、この治具には両端溶解ピンフィン部材８ｂおよび
パイプ３を案内する切込部３２が設けられている。この
治具３１を用いて第１１図（Ｂ）断面に示すように一般
に複数枚の両端溶解ピンフィン部材８ｂを前記第１０図
に示したパイプ３の溝３０に挿入しながら配置し、その
上に他のパイプ３をはめ込み、以下順次両端溶解ピンフ
ィン部材８ｂ、パイプ３を積重ねて第１１図（Ａ）に示
す積層体を作る。第１１図に示した例では両端溶解ピン
フィン部材８ｂは５列４段に積重ねられる。次に上方よ
り加圧した状態で１８０℃ｌｈｒ程度の処理により両端
溶解ピンフィン部材８ｂとパイプ３が一体化したパイプ
フィン部材３３が得られる。このパイプフィン部材３３
を１００℃の熱水中に３０分間処理することにより溶解
性樹脂７が除去され、第１２図（Ａ）および第１２図（
Ｂ）に示す露出パイプフィン一体物３４が得られる。

このようにして得られた露出パイプフィン一体物３４の
両端に第１３図に示すようにヘッダ３５を取付け、蝋付
でシールし、加熱炉で蝋付けすることにより熱交換器が
完成する。なおヘッダには管内流体の受入れ口又は排出
口が設けられており、且つ露出パイプフィン一体物３４
の隣接するパイプを連結して、熱交換器全体として管内
流体が受入れ口から排出口へ流れるように作られている
。

前記ヘッダ３５を用いる代りに第１４図に示すようにパ
イプ３の両端をＵ形状パイプ３６を用いて連結して用い
てもよい、この場合にはパイプの両端部３４ｇ、３４ｂ
を第１図に示すハウジング２の入口部５又は出口部６に
連結することが必要である。このように複数の直線状パ
イプ３をＵ字管状に連結して用いれば加熱によるパイプ
３の膨張に対応しやすい。

〔実施例〕

以下実施例をあげて本発明の熱交換器の製法をさらに説
明する。

第２図に示す装置に準じた装置を用いて、線状熱伝導体
４と溶解性樹脂７からなるシートとを積層したピンフィ
ン部材８を下記条件で製造した。

線状熱伝導体 断面形状　　　　　円形 太さ　　　　　　　　２００＃１１φ 材質　　　　　　　銅 クリール本数　　　　ＳＯＯ本 給糸方法　　　　　　ボビン回転よこ取りフィードロー
ル周速　１ｍ／分 使用筬　　　　　　　２５．４羽／１ｎｃｈ（したがっ
て筬ピッチ１ｍ） 溶解性樹脂シー）　　　ＰＶＡフィルム厚さ２００μ （倉庫セーレン社製） 加熱プレス条件　　　温度２００℃ 荷重２０ｋｇ 一方第１０図に示すような溝３０を有するパイプ３を用
意した。パイプ３上の溝３０のピッチは１ｍ／＋ｓであ
り、１つの溝の幅は４００７１１１であり、線状熱伝導
体４を挿入するのに充分な幅であった。

この場合筬ピッチｌ　＋ｕであり、且つパイープ３の溝
３０のピッチが１＋ｍ／ｍであるので配列密度Ｙは１と
なる。一方線状熱伝導体の線径は２００．１１＋１１φ
であるのでＸは０．６２８であり、したがってＸＹ値は
０．６２８となる。

ついでシート状ピンフィン部材８を４（ＪＸＩＯ備四方
に切断してピンフィン部材８ａを得、このピンフィン部
材８ａを第８図に示す装置を用いて約９０℃の温水で２
５分間処理し、其の後１００℃で約５分間乾燥して両端
溶解ピンフィン部材８ｂを得た。次のこの両端溶解ピン
フィン部材８ｂを第９図に示す装置を用いて線状熱伝導
体の端部に■ニホンゲンマ製品番１４３の低温ハンダ（
融点１５２℃、成分５ｎ３７％、Ｐｂ４２％、Ｂｉ２１
％）を塗布する。−力筒１０図に示す形状のパイプ３の
両面に同様に低温ハンダを付与する。

このようにして用意された複数枚の両端溶解ピンフィン
部材８ｂと複数本のパイプ３を第１１図に示す治具３３
を用いて積層した。両端溶解ピンフィン部材８ｂは一対
のパイプ３間に５列配置した上で４段積層した。その上
で上方より５００　ｇ　／−の加圧をし、温度１７０℃
の加熱炉中に３０分間放置してパイプフィン一体物３３
を得た。次いでパイプフィン一体物３３を１００℃の熱
水中で３０分間処理することにより溶解性樹脂７が除去
された露出パイプフィン一体物３４を得た。

この露出パイプ・フィン一体物３４のパイプの両端を螺
材（Ｗニホンゲンマ製品番１２０の低温ハンダ、融点１
１８〜１２０）を塗布したヘッダ３５に挿入し、１３０
℃の温度の加熱炉に３０分間放置して露出パイプフィン
一体物３４をヘッダ３５に固定して熱交換器を得た。

前記製法で得られた熱交換器を使用した処、優れた熱交
換性能を示した。

〔発明の効果〕

本発明による熱交換器の製造方法は前述のように構成さ
れているので、木製’１８法を用いることにより優れた
熱交換性能を有するピン状フィン付き熱交換器を工業的
規模で容易に作ることができる。又前述のような製造方
法であるので高い熱交換性能を得るために所望されるＸ
値およびＸＹ値を満たす製造条件を容易に達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱交換器の一例を示す斜視図であ
り、第２図は本発明の製法において用いられるピンフィ
ン部材を製造するために用いられる装置の一例の側面図
であり、第３図は熱交換器用ピンフィン部材の一例を示
す斜視図であり、第４図は所定の寸法に切断された第３
図に示すピンフィン部材の正面図であり、第５図はピン
フィン部材の樹脂シートの一部を溶解して、線状熱伝導
体の端部を露出した状態を示す正面図であり、第６図は
ピンフィン部材を熱交換器用パイプ間にはさみ込み線状
熱伝導体の端部を半田付けして得たパイプフィン一体物
を示す正面図であり、第７図はパイプフィン一体物から
溶解性樹脂を溶解した露出パイプフイ゛ン一体物を示す
正面図であり、第８図はピンフィン部材の端部に線状熱
伝導体を露出させる処理のために用いられる装置の一例
を示す正面図であり、第９図は露出した線状熱伝導体の
端部に半田を塗布するために用いられる装置の一例を示
す正面図であり、第１０図は管内流体用中空パイプの好
ましい例を示す断面図であり、第１１図は複数の露出ピ
ンフィン部材と複数のパイプの積層方法を示す図であり
５、第１１１’ｆｆ１（Ａ）は正面図、第１１図（Ｂ）
は側面図であり、第１２図は得られた露出パイプフィン
一体物を示す図であって、第１２図（Ａ）は正面図、第
１２図（Ｂ）は側面図であり、第１３図は露出パイプ・
フィン一体物をヘッダに取付ける方法を説明する図であ
り、第１４図は複数のパイプを連結する他の方法を説明
する正面図である。 １・・・熱交換器、　　　　　２・・・ハウジング、３
・・・管内流体用中空パイプ、 ４・・・線状熱伝導体、　　７・・・溶解性シート、８
・・・ピンフィン部材、　　３０・・・溝、３３・・・
パイプフィン一体物、 ３４・・・露出パイプフィン一体物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　複数の線状熱伝導体を溶解性樹脂内に平行に且つ
   互いに所定の間隔をあけて配置したシート状ピンフイン
   部材を作り、該ピンフイン部材の線状熱伝導体の配列方
   向に対して垂直方向の両端面から複数の線状熱伝導体の
   両端が露出するように前記両端面近傍の樹脂を溶解して
   両端溶解ピンフイン部材を作り、一方該両端溶解ピンフ
   イン部材の長さ方向寸法以上の長さを有すると共に両端
   溶解ピンフイン部材のｍ枚（ｍは１以上の整数）を長さ
   方向に平行に配列できる幅を有する管内流体用中空パイ
   プを用意し、前記ｍ枚から成る両端溶解ピンフイン部材
   の組のｎ組（ｎは１以上の整数）と前記中空パイプのｎ
   ＋１本を交互に積層固着してパイプフイン一体物を作る
   ために前記両端溶解ピンフイン部材の線状熱伝導体の露
   出面および／又は前記中空パイプの対向面に低温ハンダ
   を塗布した後に、前記両端溶解パイプフイン部材の組と
   前記中空パイプを前記中空パイプの両端が前記両端溶解
   ピンフイン部材の組から突出するように交互に積層し、
   さらに相互に密接するように加圧しながら加熱し、次い
   で前記パイプフイン一体物中の溶解性樹脂を溶出して複
   数の線状熱伝導体が露出した露出パイプフイン一体物を
   作り、管内流体を外部から流入させた後に前記露出パイ
   プフイン一体物の複数のパイプを巡回させて外部に流出
   させることができるようにそれぞれのパイプの両端を連
   結することを特徴とする熱交換器の製法。
2. ２．　前記中空パイプの両端溶解パイプフイン部材の対
   向面に、両端溶解パイプフイン部材の両端に露出した線
   状熱伝導体の端部を収容することのできるｍ本の溝が設
   けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換
   器の製法。