JPH04316991A - フィンアンドチューブ式熱交換器の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィンアンドチューブ
式熱交換器の製造方法に関し、特にフィンとチューブと
の固定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィンと金属管、特に銅フィンと銅管と
から構成されるいわゆるフィンアンドチューブ式熱交換
器は、互いに平行に設けて成る複数の銅フィンと、これ
らの銅フィンに形成された孔を貫通する銅管とから成る
。銅フィンと銅管とを固定する方法は、一般に拡管法が
採用されている。拡管法は、銅フィンに設けた銅管外径
より若干大きな内径の孔に銅管を挿入した後に銅管を拡
管して銅フィンと密着させる方法であり、マンドレル拡
管法、液圧拡管法、ボール拡管法等がある。

【０００３】図３に示すマンドレル拡管法は、銅フィン
１の銅管挿入孔２に挿入された銅管３に、拡管用マンド
レル１０を挿入して銅管３を拡管し、銅フィン１と銅管
３とを密着固定するものである。図４に示す液圧拡管法
は、銅管３の一端を閉じ、他端から高圧液を注入して銅
管３を拡管するものである。図５に示すボール拡管法は
、鋼球等の拡管用ボール１２を高圧液１１の液圧で銅管
３に押し込んで銅管３を拡管するものである。

【０００４】また、上記のような拡管法以外の方法とし
て、プレス等により強制的に銅管を挿入する圧入法も用
いられている。この方法は、図６に示すように、フィン
圧入用押圧治具１３により、銅管３の外径と略同じ径の
銅管挿入孔２を有する銅フィン１を強制的に銅管３に押
し入れる方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のフィンアンドチューブ式熱交換器の製造方法は、
以下に示すような問題点があった。まず、従来最も一般
的に採用されていたマンドレル拡管法は、拡管用マンド
レルと銅管内壁面との間の摩擦を軽減するために潤滑油
を使用する必要があり、また、若干の摩耗粉の発生が不
可避であった。従って、拡管作業終了後に有機溶剤によ
る洗浄を行う必要があった。

【０００６】また近年では、管内を循環する冷媒（フロ
ン）に対する内面蒸発熱伝達率を向上するために、内面
に溝が付された銅管が多用されるになった。図７は、内
面に溝が付されていない平滑管及び拡管の前後における
内面溝付銅管のそれぞれの内面蒸発熱伝達率を示してい
る。図７より、内面溝付銅管は平滑管よりも内面蒸発熱
伝達率が大きいことが分かるが、このような銅管は内壁
面に多数の細かい螺旋状フィン（突起）が形成されてい
るので、内面溝付銅管を使用すると平滑管の場合よりも
摩耗粉が発生し易い。また、拡管用マンドレルにより内
壁面上のフィンの先端が押しつぶされ、フィン高さ（溝
深さ）が減少する。この結果、図７に示すように、拡管
後では拡管前よりも内面蒸発熱伝達率が低下してしまう
という問題が生じていた。また、拡管に伴って生ずる銅
管の縮み代が拡管条件の微妙なバラつきによって変化す
るので、より均一な銅管特性が要求されることとなり、
銅管の製造コストの増加を招いていた。

【０００７】一方、液圧拡管法、ボール拡管法、圧入法
等は、上記のようなマンドレル拡管法を採用することが
できない場合に使用されるが、いずれも製造コストが相
対的に大きいという問題点があった。

【０００８】従って、本発明の目的は、製造コストが減
少し且つ冷媒に対する内面熱伝達率の低下を招かないフ
ィンアンドチューブ型熱交換器の製造方法を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の放熱フ
ィンに設けた孔に金属管を挿入し、金属管を相互に連結
して冷媒流路を形成し、冷媒流路内に水を注入した後に
冷媒流路の両端を密閉し、金属管及び放熱フィンとを含
む組み立て品を所定温度まで加熱し、その後組み立て品
を冷却し、冷媒流路内の水を排除することにより、放熱
フィンと金属管とを密着固定するものである。ここで、
金属管及び放熱フィンは、冷媒流路内に注入した水が所
定の蒸気圧を有する温度まで加熱される。また、注入す
る水の量は、前記所定の蒸気圧と金属管の内圧による破
裂圧とが等しくなる温度において丁度飽和水が存在しな
くなる量以下であるのが望ましい。さらに、金属管と放
熱フィンとの界面に低融点金属を介在させ、両部材を加
熱する際の熱により低融点金属を溶融させ、金属管と放
熱フィンとを金属的に接合するようにすると、金属管と
放熱フィンとの固定はより確実となる。

【００１０】

【作用】本発明においては、金属管によって構成される
冷媒流路内に所定量の水を注入した後に管の両端を密閉
し、全体を所定温度に昇温させることにより、管内に注
入した水が気化し、所定の蒸気圧を有することとなる。 この蒸気圧上昇ととともに、加熱により生じる金属管の
軟化及びクリープとの相乗効果により、金属管は比較的
低温で拡管する。

【００１１】前記所定の蒸気圧は、銅管が内圧により破
裂する圧力よりも小さいものである必要がある。図２は
、水の各温度における飽和蒸気圧、空調機用伝熱管とし
て多用されている外径９．５２ｍｍ、肉厚０．３４ｍｍ
の銅管の高温における内圧による破裂圧力等の実測値を
示す。図において、約３０４℃において飽和蒸気圧と破
裂圧力がが一致し、その圧力は約９ＭＰａであることが
分かる。

【００１２】水の封入量が多い場合、３０４℃付近にお
ける飽和蒸気圧変化の割合は約０．１３ＭＰａ／℃と大
きな値となり、実用に当たって温度管理が難しくなる。 従って、水の封入量はできるだけ少なくし、好ましくは
、破裂圧力に相当する飽和圧力を示す温度より若干低い
温度において飽和液（水）が存在しなくなる量を選定す
る。例えば、３００℃における飽和蒸気の比重量は約４
６．２ｇ／１ｔｒであり、水の封入量をこの値に相当す
る量以下にしておけば、蒸気圧の温度による変化の割合
は０．０１６ＭＰａ／℃と一桁小さくなり、工業的取り
扱いがより容易となる。

【００１３】なお、管内に水を注入した後、空気を排除
しないで密封する場合には、残存酸素によって内面が若
干酸化される。しかし、残存酸素量は、上述の外径９．
５２ｍｍ、肉厚０．３４ｍｍの銅管の場合で１ｍ当り約
０．６ｃｃと僅かであり、酸化の影響は実用上無視し得
る程度である。もし、内面酸化を極端に嫌う場合は、水
封入時に、不活性ガスによるパージか又は真空引きによ
って予め空気を排除しておけば良い。

【００１４】加熱拡管終了後に全体を冷却し、銅管の大
気中における酸化が実用上問題とならない程度まで温度
が下がり且つ１００℃を超えている状態で流路の端末を
大気に開放することにより、内部に封入した水は余熱に
より自力で噴出する。さらに、その後不活性ガスでパー
ジすることにより、水はほぼ完全に排除される。

【００１５】なお、放熱フィンと金属管との界面に、半
田等の接合用の低融点金属を介在させて３００℃強に加
熱すると、この低融点金属が溶融して界面が金属的に接
合される。この結果、界面における熱抵抗が大幅に低下
する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施例の方法により製造される
、加熱拡管中のフィンアンドチューブ式熱交換器の一部
を破断した正面図を示す。同図において、銅フィン１に
は、プレス等の手段によって銅管挿入孔２が形成されて
おり、この銅管挿入孔２に銅管３が挿入されている。 また、銅管３の端末部にはＵベンド４が硬ろう付けされ
ている。この銅管３とＵベンド４との複数の組み合わせ
により冷媒流路５が形成されている。冷媒流路５の内部
には水６が注入されており、各流路端末部７は、閉止治
具、例えばバルブ８等の手段で密閉されている。

【００１７】この組み立て品を、バッチ又はトンネル式
連続炉等の加熱炉９によって保護雰囲気中で所定温度に
加熱することにより、銅管３が膨張し、銅フィン１の銅
管挿入孔２内面に密着する。このとき、銅フィン１と銅
管３のいずれか又は両方の表面に、メッキ等の手段によ
り、予め半田等の接合用低融点金属を付加しておけば、
加熱により界面が金属的に接合され、銅フィン１と銅管
３との密着固定が強化される。

【００１８】加熱拡管終了後、組み立て品全体を冷却し
、温度が１００℃を超えている状態でバルブ８を開放す
ると、水は蒸気となって外部へ自力で噴出する。その後
、さらにバルブ８を通して不活性ガスでパージすること
により、余熱も手伝って内面が酸化することなく乾燥す
る。

【００１９】なお、拡管に用いる水の注入量は、以下の
ように算出される。例えば前述の外径９．５２ｍｍ、肉
厚０．３４ｍｍの銅管を使用し、流路の総長が２０ｍと
した場合には、内容積は約１．２３１ｔｒとなるので、
前述のように温度が３００℃の場合には飽和蒸気の比重
量が約４．２ｇ／１ｔｒであることから、３００℃での
飽和蒸気量は約５６ｇとなり、注入する水の量はこれ以
下の極少量で済むことが分かる。また、加熱温度は、３
０５〜３１０℃に設定すれば良い。

【００２０】本実施例においては、マンドレル拡管法に
おけるような銅管の拡管に伴う潤滑を行う必要がなく、
且つ銅粉も発生しないので、組み立て後の洗浄工程が不
要となる。従って、公害防止に役立つとともに、コスト
低減にも寄与する。また、内面溝付銅管を使用する場合
には、マンドレル拡管法による拡管の場合のような内面
フィンの潰れが生じないので、内面熱伝達率が低下する
ことがなく、熱交換器の性能向上を図ることができる。 さらに、マンドレル拡管法のような拡管に伴う銅管縮み
代のバラツキの問題も解消される。

【００２１】また、本実施例の方法は、加熱炉及び付帯
設備を追加するだけで、従来の工程を大幅に変更するこ
となく熱交換器の量産ラインに適用できることも利点と
なっている。

【００２２】なお、本実施例のように、直状銅管をＵベ
ンドで接続するようにした場合には、ヘアピン曲げを行
う必要がないので銅管肉厚を薄くすることができる。こ
れも熱交換器全体のコストダウンを図る上で利点となる
。この場合、裸銅管を用いたＵベンドの端末をベルマウ
ス拡管し、銅管端末を挿入するので、内面溝付銅管の端
末をベルマウス拡管してＵベンド端末を挿入する場合に
比べて、端末の割れ不良が少なくなり、さに内面溝に沿
ってろう材が流れることがなくなるので、ろう材使用量
を減らすことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、製造
コストが減少し且つ冷媒に対する内面熱伝達率の低下を
招かないフィンアンドチューブ型熱交換器の製造方法を
提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の製造方法によって製造される熱交換器
の一部を破断した正面図である。

【図２】飽和水蒸気圧、銅管の破裂圧、飽和蒸気比容積
、銅管の外径増大量等を示す図である。

【図３】マンドレル拡管法により金属管を拡管して放熱
フィンと金属管とを密着させる方法を示す説明図である
。

【図４】液圧拡管法により金属管を拡管して放熱フィン
と金属管とを密着させる方法を示す説明図である。

【図５】ボール拡管法にり金属管を拡管して放熱フィン
と金属管とを密着させる方法を示す説明図である。

【図６】圧入法により放熱フィンと金属管とを密着させ
る方法を示す説明図である。

【図７】銅管の内面蒸発熱伝達率を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　銅フィン ２　　　　銅管挿入孔 ３　　　　銅管 ４　　　　Ｕベンド ５　　　　冷媒流路 ６　　　　水 ７　　　　冷媒流路端末 ８　　　　バルブ ９　　　　加熱炉 １０　　拡管用マンドレル １１　　高圧液 １２　　拡管用ボール １３　　フィン圧入用押圧治具

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　互いに平行に設けて成る複数の放熱フ
   ィンと、前記複数の放熱フィンに設けた孔を貫通する金
   属管から成り、金属管が冷媒流路を構成するフィンアン
   ドチューブ式熱交換器の製造方法において、前記複数の
   放熱フィンに設けた孔に前記金属管を挿入する工程、前
   記金属管相互を連結して冷媒流路を形成する工程、前記
   冷媒流路に水を注入する工程、前記冷媒流路の両端を密
   閉する工程、前記金属管及び前記放熱フィンとを含む組
   み立て品を、前記注入された水により前記金属管内が所
   定の蒸気圧を有する温度まで加熱する工程、前記金属管
   及び前記放熱フィンとを含む組み立て品を冷却する工程
   、及び前記注入した水を前記冷媒流路内から排除する工
   程とを含み、前記所定の蒸気圧により前記金属管を拡管
   して前記金属管と前記放熱フィンとを密着固定すること
   を特徴とするフィンアンドチューブ式熱交換器の製造方
   法。
2. 【請求項２】　　前記加熱工程における前記所定の蒸気
   圧は、金属管が内圧により破裂する圧力よりも小さいも
   のである、請求項１に記載のフィンアンドチューブ式熱
   交換器の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記水の注入工程における水の量は、
   前記所定の蒸気圧と前記金属管の内圧による破裂圧とが
   等しくなる温度において丁度飽和水が存在しなくなる量
   以下である、請求項１に記載のフィンアンドチューブ式
   熱交換器の製造方法。
4. 【請求項４】　　前記加熱工程において前記放熱フィン
   と前記金属管との界面に低融点金属を介在させ、前記加
   熱工程時における熱によって前記低融点金属を溶融させ
   、前記放熱フィンと前記金属管とを金属的に接合する、
   請求項１に記載のフィンアンドチューブ式熱交換器の製
   造方法。