JPH03181794A - コルゲート状ピンフィン部材 - 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〕 本発明は熱交換器用ピンフィン部材に関する。

より詳しくは熟伝達効率のよいピンフィン付き熱交換器
の製造を容易且つ精度高〈実施するのに役立つピンフィ
ン部材に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕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
フィンを取り付ける。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。その点からはビン状フィンの方が好ましい。ス
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ビ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ビンを密に配置しようとする際には
ビンの線径に対応して定められる密度で正しくビン状フ
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、これまで多くの複雑な機械を用いて優れたビン
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、未だに工業的に実用化されていないのが現状である
。

本発明は従来公知の熱交換器の有する問題点を解決して
、熱伝達効率のよいピンフィン付き熱交換器の製造を容
易且つ精度高〈実施するのに役立つ熱交換器用ピンフィ
ン部材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〕

本発明の目的は平行且つ所定の間隔で配列された複数本
の線状熱伝導体と、該線状熱伝導体と直交するように配
置された固定部材を含んで構成され、前記複数本の線状
熱伝導体の方向でコルゲーＩ・状に成形されており、前
記固定部材が少くとも前記コルゲート状の湾曲頂部に配
置されており、且つ前記湾曲頂部に配置される固定部材
が常温において固体であり、加熱によって溶融して溶着
材となる材料から作られていることを特徴とするコルゲ
ート状ピンフィン部材によって達成される。

前記本発明のピンフィン部材を製造する好ましい方法は
複数の線状熱伝導体を平行且つ互いに間隔をあけて配列
する工程、線状熱伝導体に固定部材を交差して、複数の
線状熱伝導体を配列状態で固定する工程、前記線状熱伝
導体をコルゲート状に加工する工程からなる。

前記ピンフィン部材が平行且つ所定の間隔で配列された
複数本の線状熱伝導体とコルゲート加工後に湾曲頂部に
位置する複数本の固定部材だけで構成されていてもよく
、あるいは前記線状熱伝導体と固定部材に加えて、布帛
状一体物を形成させるため等を目的として他の固定部材
、例えば有機物糸条を用いても良い。本発明のコルゲー
ト状ピンフィン部材はこれら他の糸条を使用する場合も
含むものとする。

このような本発明のコルゲート状のフィン部材を、例え
ば隣接する２本の管内流体用パイプの間に、ピンフィン
部材の線状熱伝導体のコルゲート形状の湾曲頂部が管内
流体用パイプに当接するように配置した上で、当接点で
管内流体用パイプに固定することによってピンフィン付
き熱交換器が得られる。

本発明のコルゲート状ピンフィン部材で用いられる線状
熱伝導体としては、銀、銅、アルミニウム等の純金属細
線或いは合金細線又は前記金属細線にハンダメツキ、ス
ズメツキ等を施した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
熱交換器用ピンフィン部材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０．０３８ｃａｉ！／　ｃｍ
／　ｓｅｅ／℃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。

本発明のコルゲート状ピンフィン部材で用いられる固定
部材としては、常温においては固体であり、加熱によっ
て溶融して溶着材となる材料、例えばろう材、半田材等
の合金、すなわちＡｌＳｉ、ＡＮ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ｐｂ　
　Ｓｎ系合金等から作られた部材を用いることができる
。

又有機物糸条としては、熱や薬品等によって焼失、溶解
又は分解することができる熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂
から成る糸条物を用いることができる。

固定部材の断面形状については特に限定しないがピンフ
ィン部材の製造のし易さや熱交換性能等を考慮して適宜
選定して用いることができる。

本発明の線状熱伝導体の長手方向に対して固定部材の交
差状態は通常直角ではあるが、斜行又は蛇行してもよい
。

親水処理、防錆処理、セラミックコーティング等の各種
の表面処理を、ピンフィン部材の製造中に任意の工程で
線状熱伝導体に必要に応じて付与してもよい。

以下本発明のコルゲート状ピンフィン部材の好ましい実
施例を示す添付図面を参照して本発明を以下詳述する。

第１図（Ａ）、第１図（Ｂ）に本発明によるコルゲート
状ピンフィン部材の一例をモデル的に示す。

第１図（Ａ）に例示したコルゲート状ピンフィン部材１
ｄでは、複数の線状熱伝導体３が所定の間隔をあけて配
置されており、且つコルゲートの形状に成形され、コル
ゲートの湾曲頂部４に固定部材２ａが位置している。

第１図（Ｂ）に例示したコルゲート状ピンフィン部材１
ｂではコルゲートの湾曲頂部４以外の位置にも複数の線
状熱伝導体３を固定する固定部材２Ｃが配置されている
。湾曲頂部４における固定部材の配置は、第１図（Ａ）
で２３で示すように湾曲頂部４の外側でも、第１図（Ｂ
）で２ｂで示すように湾曲頂部４の内側でもよい。

本発明のコルゲート状ピンフィン部材材を用いて圧力損
失が少なく且つ熱交換効率の高い熱交換器を得るために
は、線状熱伝導体の大きさと複数のコルゲート状線状熱
伝導体の配列密度が下記式を満足するように設定すると
好ましい。

０．２５≦Ｘ≦２，５ ０．５≦ＸＹ≦２．５ 上記式において、Ｘは線状熱伝導体断面の外周長（ｍｍ
）であり、Ｙは線状熱伝導体の配列密度（本／ｍｍ）で
ある。

第１図（Ａ）に示すコルゲート状ピンフィン部材では、
５本の線状熱伝導体３ａ、３ｂ、３ｃ。

３ｄおよび３ｅがコルゲート状に配列されている。

５本の線状熱伝導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄおよび３ｅ
は互いに間隔をあけて、固定部材、例えばハンダ材２ａ
の中に埋設されている。第１図（Ａ）に示すように、隣
接する２本の線状熱伝導体の間隔を２２と規定する。そ
れぞれの線状熱伝導体はコルゲート状に湾曲し、１本の
線状熱伝導体の湾曲頂部４の中心と同じ線状熱伝導体の
隣接する湾曲頂部４の中心との間の間隔、換言すれば、
第１図（Ａ）において１本の線状熱伝導体３ａの隣接す
る２本の平行部分間の間隔をＺｌと規定する。

前記Ｚ１の値から線状熱伝導体の長平方向での線状熱伝
導体の配列密度Ｙ１を計算し、一方線状熱伝導体の長平
方向に直角方向での線状熱伝導体の配列密度Ｙ２を前記
Ｚ２の値から計算する。前記式で用いられるＹはＹｌと
Ｙ２の平均値を用いる。尚Ｙ１は０．２本／ｍｍ〜１０
本／　ｍｍ　、　Ｙ　２は０．２本／ｍｍ〜１０本／ｍ
ｍの範囲が好ましい。

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くなりすぎるため、ピンフィン
付き熱交換器の製造時の取扱い性が悪くなり、且つ生産
効率が低下する。

Ｘ＞　２．５の場合は、線状熱伝導体の線径が大きずぎ
てピン状フィンとしての性能を発揮しにくくなる傾向が
ある。

ＸＹ＜　０．５の場合は、ピンフィン用線状熱伝導体の
表面積が小さくなり、高い熱交換率が得られにくい。

ＸＹ＞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る傾向が
ある。

次に本発明によるコルゲート状ピンフィン部材の製造方
法の一例を説明する。

第２図に複数の線状熱伝導体と固定部材から成る複合シ
ートを作るための装置を例示する。

第２図に示すように、複数本の線状熱伝導体３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５に所要
本数だけ仕掛けられ、後述の一対のティクアップロール
６．６′によって引出される。その際複数本の線状熱伝
導体３は目板７、前流８を経てテンションバー９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１０および配列筬１１を経て、−
平面内に実質的に等ピッチに揃えられる。

第２図に示す装置では固定部材２を複数の線状熱伝導体
に配置するためにシートを用いた転写法を用いる。すな
わちシート１３はシートロール１３’から引出されてガ
イドロール１４を経て、自動スクリーン印刷機５に供給
される。この自動スクリーン印刷機５でシート１３上に
クリーム状半田が印刷され、シートエ３はガイドロール
１７　、１８　、１９を経て、前記線状熱伝導体３の群
と共に加熱ロール１２に供給される。この加熱ロール１
２によってクリーム状半田が線状熱伝導体に転写固定さ
れ、ピンフィン部材になった時に固定部材２ａになる半
田の中に線状熱伝導体３か埋込まれたような状態になっ
ている一体物シート２６が猛威される。

この場合、線状熱伝導体３の群の固定部材２ａへの埋込
み状態は、固定部材２ｄ内へ完全に埋込む。或いは、固
定部材２８に線状熱伝導体３の一部を埋込んでもよく、
要は線状熱伝導体３の群を完全に固定できればよい。

その後、一体止シー１〜２６は押えロール２０を経てシ
ート１３が分離され、それからガイドロール２１゜加熱
炉２３を経ることにより、固定部材を溶融して線状熱伝
導体３を完全に固定した後に固化させて複合シーｌへ２
７が得られる。

このようにして作られた複合シーＩ・２７の一例を第３
図（Ａ＞に複合シート２７ａとして示す。

前記線状熱伝導体３の群と固体部材２ａからなる複合シ
ーＩ−は第２図に示した方法以外に加熱炉２３を用いず
加熱ロール（２上で転写溶融しその後固化する方法によ
って行ってもよい。

前記複合シート２７は一対のティクアップロール６．６
′を経た後、ロール２５に巻き取られる。−方分離され
たシート１３は押えロール２０、ガイドロール２１を経
た後シート巻取りロール２２に巻き取られる。

次に第３図（Ｂ）に複合シートの他の例を示す。

第３図（Ｂ）に示した複合シート２７ｂは第１図（Ｂ）
に示すコルゲート状ピンフィン部材１ｂを製造する際に
用いる複合シートであって、固定部材２ｂの間に他の固
定部材２ｃが好ましくは等間隔で配置されている。固定
部材２ｃは複数本の線状熱伝導体３の相互間隔を長手方
向に一定により正確に保つために用いるものであって、
通常はコルゲート状ピンフィン部材になる前に焼失等に
よって除去できる有機物糸条を用いる。これら有機物糸
条の線状熱伝導体３の群への付与は、第２図のシート１
３に別途有機物を糸条に付与しておき、これを線状熱伝
導体に転写する方法、あるいは線状熱伝導体３の群に対
して直角方向に往復動するノズルを設け、このノズルよ
り熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を線状熱伝導体３の群
上に線状に押出して付与する方法等によって行うことが
できる。

線状熱伝導体３の第１図（Ａ）て示すピッチＺ２は必ず
しも等間隔である必要がなく、目的に応じて任意に設定
すればよい。

次に平行に間隔をあけて固定された線状熱伝導体３の複
合シート２７をコルゲーＩ・状態に成形する方法として
は、従来公知のコルゲート型熱交換器のプレー１〜状コ
ルゲートフィンを成形するコルゲ−１−成形機、例えば
第４図に例示するように上下一対のコルゲート成形ギヤ
２８．２８′間に複きシート２７ａを送り込みコルゲー
Ｉ・状に圧縮成形することによって第１図（Ａ）に示す
ようなコルゲート状ピンフィン部材１ａが得られる。

この場合、コルゲー１〜の湾曲頂部４に固定部材２ａが
くるように豫じめ複合シート２７ａを製造してコルデー
１〜戒形することか必要であり、又複合シート２７ｂを
用いる場合にはコルゲートの湾曲頂部４に固定部材２ｂ
がくるように、且つ線状熱伝導体３の林立部に固定部材
２Ｃがくるように豫じめ複合シー１−２７ｂを製造して
コルゲート成形することが必要である。

次に第１図（Ａ）および第１図（Ｂ）に示すコルゲート
状ピンフィン部材１ａ、ｌｂを用いてピンフィン付き熱
交換器の製造方法を第５図（Ａ）〜第７図を参照して説
明する。

なお、第５図（Ａ）〜第７図におけるコルゲート状ピン
フィン部材では説明の都合上線状熱伝導体３が１本だけ
示されているが、実際には第１図（Ａ）に示すように紙
面の後方に複数本の線状熱伝導体３が間隔をあけて、平
行に配置されている。

先ず、コルゲート状ピンフィン部材１ａ、ｌｂを熱交換
器の管内流体用パイプ３０．３０’　　（第６図（Ａ＞
、第６図（Ｂ）参照）の大きさに合せて切断してコルゲ
ート状ピンフィン部材２９ａ、２９ｂを得る。

（第５図（Ａ）、第５図（Ｂ）参照）。すなわち、コル
ゲート状ピンフィン部材２９ａ、２９ｂの高さｈｌは隣
接する管内流体用パイプ３０．３０’間に間隔ｈ２に合
せ、長さ１１はパイプ３０．３０’の長さ２□より若干
短かく設定する。

このピンフィン部材２９ａ、２９ｂを第６図（Ａ）、第
６図（Ｂ＞に示すように管内流体用パイプ３０．３０’
の間にはさみ込みコルゲート形状の湾曲頂部４と管内流
体用パイプ３０．３０’の表面とを半田付け、或いはろ
う付けする。この際、ピンフィン部材２９ｂの場合は有
機物糸条２ｃを用いているため半田付は或いはろう付け
と同時に有機材料を焼失させるかもしくは半田付は或い
はろう付は後に熱水又は化学薬品等を用いて除去し第７
図に示すピンフィン付き熱交換器の一構成部分が得られ
る。なお、管内流体用パイプ３０．３０’とピンフィン
部材２９ａ、２９ｂを接合する場合管内流体用パイプの
み、又はパイプ表面並びにフィン部材の湾曲頂部４に半
田材或いはろう材を塗布してもよい。

前記構成部分の所要の数だけ組合せ、且つ管内流体の受
は入れ口、排出口等を設けることにより熱交換器が得ら
れる。

なお第１図（Ａ）に示すように固定部材２ｃに有機物糸
条２ｃを用いなければ、有機物糸条２ｃの除去が不要と
なり工程が簡略化できる。又本発明のコルゲート状ピン
フィン部材では、固定部材２Ｃとして常温において固体
であり、加熱によって溶融して溶着材となる材料から作
られている部材を用いているので、管内流体用パイプと
線状熱伝導体との接合を半田材又はろう材を用いること
なくピンフィン部材とパイプを加熱することだけによっ
て行うことができ、又半田材又はろう材を用いる場合に
はその接合をより確実にするのに役立つ。

〔実施例〕

以下実施例をあげて本発明のコルゲート状ピンフィン部
材をさらに詳述する。

第２図に示す装置に準じた装置を用いて、第３図（Ａ＞
に示す線状熱伝導体３と固定部材２ａからなる複合シー
ト２７ａを作る。

その際の製造条件を下記に示す。

線状熱伝導体 断面形状　　　　　　円　形 直径　　　２００μｍφ 材質　　　銅 クリール本数　　　　２４０本 給糸方法　　　　　　ボビン回転よこ取りティクアップ
周速　　１ｍ／分 使用筬　　　　　　　５０２８羽／１ｎｃｈ（したがっ
て筬ピッチ０．５ｍｍ） Ｚ２＝０．５ｍｍ 固定部材の材料 クリーム状半１）　（（株）ニホンゲンマ社製）品　番
　　ソルダークリームＴ３７２１ＤＭ丁２６２ＧＪ固定
条件 ピッチＰ　　　　　　　９ｍｍ 加熱ロール　　　　　１８０℃ 加熱炉　　　　　　　１８０℃ 前記複合シートを巾方向に１０分割したもの（中１２ｍ
ｍ）を第４図に示す装置に準じた装置を用いてコルゲー
ト成形し第１図（Ａ）のピンフィン部材１ａを製造した
。

その際の製造条件を下記に示す。

コルゲート高さり、　　　　８ｍｍ コルゲートピッチＺ　１１　ｍｍ 前記条件で製造したピンフィン部材は本発明ていう線状
熱伝導体３の外周長Ｘは０．６２８となり、線状熱伝導
体３のフィンの林立部の配列密度Ｙは１．５本／ｍｍと
なる。このピンフィン部材１ａを１、＝２５ｃｍに切断
した後、第５図（Ａ）〜第６図（Ａ）に基づいて説明し
たようにコルゲート状ピンフィン付き熱交換器を作り、
その性能を調べたところ、優れた熱交換性能を示した。

〔発明の効果〕

本発明によるピンフィン部材は前述のように構成されて
いるので、ピンフィン付き熱交換器のピンフィンとして
用いる場合に、所望の熱伝導効率を得るための線径およ
び配列密度を容易且つ精度高く達成することができると
共に、熱交換器の管内流体用パイプへの取付けを複数の
線状熱伝導体と固定部材の一体物として行うことができ
るので前述のように優れた性能を有する熱交換器の製造
を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明によるコルゲート状ピンフイン部
材の一例を示す斜視図であり、第１図（Ｂ）は本発明に
よるコルゲート状ピンフィン部材の他の例を示す斜視図
であり、第２図は複数本の線状熱伝導体と固定部材から
戒る複合シートを作る装置の一例を示す略示正面図であ
り、第３図（Ａ）は第１図（Ａ、）のコルゲート状ピン
フィン部材の製造に用いられる複合シートを示す平面図
てあり、第３図（Ｂ）は第上図（Ｂ）のコルゲート状ピ
ンフィン部材の製造に用いられる複合シートを示す平面
図であり、第４図を複合シートをコルゲート成形して本
発明のピンフィン部材を作る装置の一例を示す斜視図で
あり、第５図（Ａ）は所定の寸法に切断された第１図（
Ａ）に示す構造を有するピンフィン部材の拡大正面図で
あり、第５図（Ｂ）は所定の寸法に切断された、第１図
（Ｂ）に示す構造を有するピンフィン部材の拡大正面図
であり、第６図（Ａ、）は第５図（Ａ）に示すピンフィ
ン部材が隣接する熱交換器用パイプの間に接合された状
態を示す正面図であり、第６図（Ｂ）は第５図（Ｂ）に
示すピンフィン部材が隣接する熱交換器用パイプの間に
接合された状態を示す正面図であり、第７図は第６図（
Ｂ）に示すパイプ間に接合されたピンフィン部材中の有
機物糸条を除去した後の状態を説明する正面図である。 ｌａ、ｌｂ・・・コルゲート状ピンフィン部材（本発明
）、 ２ａ、２ｂ・・・固定部材、 ３・・・線状熱伝導体、 ２７ａ　、　２７ｂ−−−複合シート、２８．２８’・
・・コルゲート成形ギヤ、３０．３０’・・・管内流体
用パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平行且つ所定の間隔で配列された複数本の線状熱伝導体
   と、該線状熱伝導体と直交するように配置された固定部
   材を含んで構成され、前記複数本の線状熱伝導体の方向
   でコルゲート状に成形されており、前記固定部材が少く
   とも前記コルゲート状の湾曲頂部に配置されており、且
   つ前記湾曲頂部に配置される固定部材が常温において固
   体であり、加熱によって溶融して溶着材となる材料から
   作られていることを特徴とするコルゲート状ピンフィン
   部材。