JPS6021021B2 - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多数の空隙が連続してなる通気性の高い多孔賞
金属をフィンとして用いた熱交換器およびその製造方法
に関するもので、本発明における熱交換器はファンコイ
ルユニットに用いる対空気用熱交換器、冷凍機、空調機
に用いる対空気用蒸発器、凝縮器など、温度差のある２
流体の間で熱交換させる分野に利用することができる。

本発明に近い技術として、溶解金属中にガスを発生する
物質を投入して、溶解金属を発泡させて得られる発泡金
属体をフィンとして用いる熱交換器や金属粒子を雛結方
法などで接合固着させてフィンとして用いる熱交換器が
知られている。前者は薫続空孔相互の連結部が極めて細
くくびれたり、中に一部独立空孔を生じたりして流体の
通路抵抗が大きくなったり、また全体にわたって一様な
密度に成形することが困難であるなどの問題点がある。
また後者は粒子と粒子の間隙が流体の通るすきまであり
、あまり大きな空隙率を得ることができないし、また製
造時間が長くかかったり、価格が高いなどの問題がある
。以上の問題点からこれらの熱交換器は実用の城に達し
ていない。現在一般に使われているフィン付熱交換器は
板状のフィンを伝熱管に直角にできるだけ密に配列して
、熱交換を行う伝熱面積を大きくするようにしたクロス
フィン形熱交換器が大部分を占めている。このタイプの
熱交換器は伝熱管が蛇行管もしくはへツダ接続形の平行
管であるを問わず、先ずフィンを多列で装置した後、フ
ィンと伝熱管の接続処理を行わねばならず、組立が面鑓
であるばかりでなく、組立工程を多く要して、工期が長
く、生産性に難点があった。さらにクロスフィン形の熱
交換器では、フィンの間隙を流体が流れるため、むやみ
にフィン間隔を狭くして、フィンの数を増して銭熱面積
を大きくすることは流体の通路抵抗の増加および加工上
の制約もあって困難であつた。本発明は従来の熱交換器
が上記の如き問題点を有していることに着目して、新規
な加工技術の採用により問題点の解消を可能にし、かつ
伝熱性能を向上させ、軽量小形化をも可能にしたもので
あって、従釆熱交換器のフィンに相当する部分を、既に
蛇行管などに加工された民熱管の周囲に、一体成型によ
り結着させ得る如くした新規な熱交換器の製造方法を提
供し得ることを特徴とするものである。

以下本発明の一実施例を添付図面に従って具体的に説明
する。

第１図は本発明を空気熱交換器に用いたものであり、６
毒熱管１を蛇行状に成型し、その周囲を厚い層をもつマ
ット状に形成したフィンブロック２で伝熱管１の管端部
を露呈させておおつた一体成型の熱交換器であり、フィ
ンブロック２内に伝熱管１が埋設された形態をなしてい
る。

さらにフィンブロック２は第２図に示す拡大図のように
細線状、または第３図に示す拡大図のように種々の凹凸
をもった織線状のフィン３がスケルトン状を呈した多孔
質金属であり、空気はスケルトン状をしたフィン３の間
の多数の空隙４を流れるようになっており、伝熱管１内
を流れる冷蝶、水などの流体とフィン３を通して熱交換
を行わせるようになつている。次に第１図、第２図に示
した熱交換器の製法の１例を第４図によって説明する。

まず発泡ウレタンなどの３次元連続空孔を有する通気性
の良好な樹脂を模型とし、この模型の空孔に流動状の鋳
型材料を満たした後、この中に蛇行状などに成型した榛
熱管１をその管端部が露呈するようにして埋設する。

鋳型材料としては鋳型用石こう粉末と水からなるスラリ
ー、食塩を添加した石こうと水からなるスラリー、２７
０メッシュ以下のＳｉＱ粉末にエチルシリケートと工業
用エチルアルコールと水よりなる粘縞剤を混合したスラ
リー、その他一般の鋳型材料を用いる。次に加熱などの
操作により、鋳型材を硬化させると同時に模型の樹脂を
気化消失させて３次元連続空孔を有するフィン用鋳型５
を成形する。

このようにして成形されたフィン用鋳型５を金型６内に
入れ、下部にるつぼ７を有する圧力容器８内にセットす
る。るつぼ７内には、電気ヒータなどの加熱源９により
加熱されて溶融した金属１０が満されている。この金属
材料としては、ＡＩ、Ｃｕなどの熱伝導性の良好な材料
の他に、Ｆｅ及び一般の鉄系合金やＰｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、
Ｍｇなどの非鉄系合金についても用いることが可能であ
る。次にるつぼ７内の溶融金属１０を空気吹込口１１か
らの圧縮空気などにより数気圧に加圧し、加圧による力
で、溶融金属１０を運適口１２を介してフィン用鋳型５
の空孔内に充填する。その後復圧して溶融金属１０が凝
固した後、フィン用銭極５を金型６から取出し、鋳型材
料を除去する。これにより蛇行状の伝熱管１の周囲には
、細線状のフィン３がスケルトン状を呈した連続空孔を
有する多孔質金属のフィンブロック２が一体成型により
結着される。別の製法としては、フィンブロックの成型
時に５毒熱賛挿入用の孔を設けて、この孔に伝熱管を挿
入後、前述の実施例のように鋳造法により成型するもの
である。

既ち、３次元連続空孔を有する樹脂模型の空孔に、流動
状の鋳型材料を満した後、この中に樹脂模型と同種類の
材料からなる棒状体をその両端が蕗呈するようにして埋
設する。次に加熱などにより樹脂模型と綾状体とを消失
させて３次元連続空孔と貫通孔とを有するフィン用鋳型
を成形する。次にこの貫通孔にＵ字形に成型された穂熱
管または真直な伝熱管を挿入後、加圧により溶融金属を
この鋳型空孔内に充填し、溶融金属が凝固した後鋳型材
料を除去する。このような方法では、鋳型ができてから
伝熱管を挿入するので、虎熱管とフィンブロックとの接
合が良好になる。炭熱管の周囲にフィンブロックを成型
する方法としては、上記の如くあらかじめ蛇行させた伝
熱管をフィンブロックの鋳型内に埋設し、上記の鋳造法
により一体成型で結着する方法の他に、【１｝フィンブ
ロックの成型時に伝熱管挿入用穴を設け、この穴に伝熱
管を挿入し舷管して結着する方法、｛２ー儀熱管の表面
にフィン材より低温度で溶融する低融点金属のｏ−材を
塗布し、辰熱管をフィンブロック成型時に設けられた穴
に挿入後加熱操作によりロー材を溶融させて結着する方
法、糊伝熱管をフィンブロック成型時に設けられた穴に
挿入後、伝熱管に高周波電流を流して伝奏熱管を加熱し
、伝熱管近傍のフィンブロックを溶融して結着する方法
、｛４｝伝熱管表面に塗布したロー材を高周波加熱によ
り溶融して結着する方法などがある。しかい１ーの方法
は、伝熱管とフィンブロックとの接触熱抵抗が大きく、
‘２、‘３｝の方法は接触熱抵抗は小さいが加熱操作が
必要となり、特に糊の方法は加熱時間こそ短くできるが
フィンブロックが溶解する比較的高い温度まで加熱しな
ければならない。また｛４）の方法は、接触熱抵抗が小
さく、加熱時間が短く、加熱温度も低いが、製作工程が
増し、いずれの方法も製作工程の単純化、炭熱管とフィ
ンブロックとの良好な結着などの面から好ましくない。
以上の製法により製作された熱交換器において、熱交換
される空気はフィンブロック２におけるスケルトン状を
したフィン３の間の無数の蓮通空隙４を流路抵抗を殆ん
ど受けることなく、速やかに流れ、この流通過程におい
て伝熱管１内の流体とフィン３を適して効率よく熱の授
受が行われる。

本発明の熱交換器におけるフィン３は網目状３次元的に
配置されているので、板状フィンに較べ伝熱面積を増加
させることができ、さらに網目状に流体の通路が入り組
んでいるため、常に流体が縄拝され温度境界層の発達を
減ずる効果があり、高い銭熱性能を出すことができ、極
めて有効に熱の授受を行うことができる。

一般の熱交換器において、空気との熱伝達率はｈ広ｄ‐
ｎ （一般にｎ＞０）但しｈ：熱伝達率、ｄ：代表直
径 として表わされることは周知である。

上式はｄが４・さし・方が熱伝達率は大きくなることを
示している。本発明による熱交換器のフィン３は非常に
細い紬線状のものが製作可能であり、伝熱性能を一層向
上させることができる。

以上述べたように、本発明によれば、クロスフィン形熱
交換器と比較して、単位体積当りの伝熱面積も大きくで
き、辰熱性能も高くできるので小形化が可能であり、ま
た多孔質金属は軽量構造であるので、熱交換器全重量を
軽量化し得る。

また製作工程において、あらかじめ伝熱管を蛇行状など
に成型して置いて、その周囲にフィンブロックを鋳造に
より成型したので、フィン伝熱管の接合は鋳造時に行わ
れ、フィンと伝熱管の接合などの面鍵な処理工程が省略
でき、製作が極め簡単になる。さらに溶融金属の冷却固
化時に収縮などによりフィンフロツクと伝熱管との結着
が良好となり、フィンと法熱管の間の熱の伝わりが良く
なる。また樹脂模型を使用しているので、樹脂模型によ
りあらかじめ熱交換器の通路抵抗などを把握できるなど
の利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱交換器の一実施例の斜視図、第
２図は第１図におけるフィンブロックの形状の一例を示
す一部拡大図、第３図は同じくフィンブロックの形状の
他の例を示す一部拡大図、第４図は本発明の製造方法の
一例を説明する図である。 １・・・・・・伝熱管、２・…・・フィンブロック、３
・・・・・・フィン、５・・・・・・フィン用鋳型、７
・・・・・・るつぼ、８・・・・・・圧力容器、１０・
・・・・・溶融金属。 浴／函椿で図 第５図 ＊４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３次元連続空孔を有する樹脂を模型とし、この模様
   の空孔に流動状の鋳型材料を満した後この中に蛇行状な
   どに成型した伝熱管をその管端部が露呈するようにして
   埋設し、その後加熱などの操作により樹脂模型を消失さ
   せて３次元連続空孔を有する鋳型を形成し、次に加圧し
   た溶融金属にこの鋳型を接触させることにより溶融金属
   を鋳型の空孔内に充填した後溶融金属を凝固させ、その
   後鋳型材料を除去することにより、蛇行状の伝熱管の周
   囲部に連続の３次元空孔を有する多孔質金属を一体成型
   により結着したことを特徴とする熱交換器の製造方法。 ２ ３次元連続空孔を有する樹脂を模型とし、その模型
   の空孔に流動状の鋳型材料を満した後この中に樹脂模型
   と同種類の材料からなる棒状体をその両端部が露呈する
   ようにして埋設し、その後加熱などの操作により樹脂模
   型と棒状体とを消失させて３次元連続空孔と貫通孔を有
   する鋳型を形成し、次に貫通孔にＵ字形などに成型した
   伝熱管をその管端部が露呈するようにして挿入した後、
   加圧した溶融金属にこの鋳型を接触させることにより溶
   融金属を鋳型の空孔内に充填した後溶融金属を凝固させ
   、その後鋳型材料を除去することにより、蛇行状の伝熱
   管の周囲部に連続の３次元空孔を有する多孔質金属を一
   体成型により結着したことを特徴とする熱交換器の製造
   方法。