JPS6130072Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、加熱され冷却された金属によつて
流体搬送管を固定した吸熱金属シートより成る、
時にソーラパネルとして知られる熱交換パネルに
関する。

本考案に係る形式のパネル及びその製造方法は
米国特許第4136272号に例示記載されている。一
般に、この種のパネルは、良熱伝達手段、例え
ば、半田、金属ろうまたは溶着金属等によつて、
比較的薄い金属シートに固定される金属管を有す
る。前記特許第4136272号には管と金属シートと
を接合する高周波溶接技術の使用を記載してい
る。

シートの幅は普通、管径の数倍である。管とシ
ートとを一体に接合するときそれらの隣接面に熱
が加えられ、接合のために高周波溶接を使用する
と、前記隣接面の温度はかなり高い。種々の接合
方法において、このような隣接面の温度は比較的
高いが、管からわずかだけ離れているシートの温
度はかなり低く、さらに、管とシートとが一体に
接合されて冷却された後、管とシートとが接合さ
れる加熱金属の収縮により、管の外方のシートに
溶接波形（ripples）または座屈（buckling）が
生ずるとされている。このような座屈は不ぞろい
で、シートの外観を悪くするだけでなくかつまた
数枚のパネルが前記特許第4136272号に示すよう
に並べられると隣接シートの縁部間に間隙を生ぜ
しめ、このような間隙も外観上好ましくない。さ
らに、収縮によりパネル管の軸線にたいし横方向
に曲げてしまい、管を前記特許に示す方法でヘツ
ダに組付ける前に管を整直しなければならない。

実験によれば、座屈効果はかなり著しいが、加
熱部分の収縮はかなり小さいことを示している。
例えば、外径が約9.52ミリ（3/8インチ）の銅管
を前記特許に記載の高周数溶接により幅が約
10.16センチ（４インチ）で厚みが0.025センチ
（0.01インチ）の銅シートに溶接すると、溶接部
分はシートの外縁部と比較して約30.4センチ（１
フイート）につき約0.05センチ（0.020インチ）
だけ収縮する。同じ方法で同じ寸法のアルミシー
トに溶接された同じような銅管は約30.4センチ
（１線状フイート）につき約0.039センチ収縮す
る。従つて、相対的収縮は0.125パーセントから
0.16パーセントの範囲である。

本考案の１つの目的は、熱交換パネルの熱交換
性に悪影響を与えないで、簡単かつ安価な仕方で
熱交換パネルの外観を向上することにある。

本考案の実施例によれば、シート材と熱により
接合された管の両側のシート材は管の軸線にたい
し横方向に延長する線に沿つて均一に押込まれす
なわち波状（corrugation）にされる。波状部の
深さと数は、波状部の対応点間の距離が管の部分
とこれに隣接する溶接部分との長さにほぼ等しく
なるように決められる。波状部はテーパを有し、
すなわち、管の近い方の深さは管から離れた方の
深さよりも浅いが、製造面からみて、波状部の深
さは均一であることが好ましい。いずれにして
も、シート材の金属は波状部の形成中２パーセン
トをこえないように延伸される。言い換えれば、
波状部の延長長さは、波付け前のシート材金属の
長さよりも約２パーセントをこえず、従つて、約
２パーセントと管の長さよりも大きい管の収縮
（0.25ーセントまで）とを加えた値である。従つ
て、波状部の延長長さは管の長さより2.25パーセ
ントまで大きくするが、なるべく、管の長さより
もほんの0.5パーセントから1.5パーセント大きく
する。

従来、シート材に管に側面を接合して、パネル
の吸収性を向上すると共にパネルの使用中伸縮に
よりシート材が硬化しないようにすることが提案
されている。しかし、このような目的を達成する
ためには、このような目的を達成するのに使用さ
れる波状部の深さを、本考案の目的を達成するの
に使用される波状部よりもかなり深くしなければ
ならないので、シート材を比較的大きく、すなわ
ち、２パーセントの多数倍延伸しなければならな
い。このようなシート材の延伸により多くの製造
上の問題、たとえば、シート材の硬さの制限、特
別な成形ダイス、金属割れや引裂き等が生ずる。
従つて、本考案はこのような従来の提案とは異な
るものである。

本考案の他の目的と利点とは添付図面について
述べる、本考案による実施例の以下詳細な説明よ
り明らかになる。

本考案は、溶接地点の前の管と条片とに係合す
る接点によつて、溶接地点の前の管と条片とに高
周波電流を印加して金属条片に連続的に溶接され
る金属管について説明するが、本考案は、管と条
片との密合面が管の横方向に間隔をおいた条片の
部分よりも高い温度に加熱されることにより、条
片の部分の長手部分にたいして管と溶着金属との
長手部分を収縮させる、例えば、半田付け、ろう
付け、抵抗溶接、消耗電極溶接等による条片にた
いする管の接合等、加熱され冷却される金属を使
用し管を条片に接合するような他の方法で製造さ
れる管、条片組合せ体に適用できることは当業者
にとつて明らかである。

本考案は管金属と条片金属との種々の組合せの
有する熱交換部材について使用される。例えばそ
の組合せを示せば次の通りである。

管 条片 銅 銅 銅 アルミ 銅 炭素鋼 炭素鋼 炭素鋼 炭素鋼 銅 ステンレス鋼 ステンレス鋼 ステンレス鋼 鋼 アルミ アルミ 第１図は、周波数が少くとも50キロヘルツ、な
るべく400キロヘルツと500キロヘルツの間の高周
波電流を１対の接点３と４へ供給することによつ
て管１を条片またはシート２に溶接することを示
す略側面図であり、接点３は管１に係合し接点４
は条片２に係合する。管１と条片２とは矢印方向
に縦方向に前進させられ、１対のローラ６と７に
よつて溶接地点Ｗで一体に圧接される。ローラ６
にはこれが管１を部分的に抱きかかえるための周
みぞを有する。近接効果により、電流は接点３と
４とから交互に管１と条片２との対向面に流れ
る。条片２の表面における電流の主通路は管１に
流れる電流と条片２の表面の電流との近接効果に
より表面の幅よりも狭い。管１と条片２とは溶接
地点Ｗの前でＶ形間隙を有する通路に沿う溶接地
点Ｗの前で互いに接近し、接点３，４から溶接地
点Ｗまでの通路において、管１と条片２とはこれ
らが溶接地点Ｗに達するまでに電流の流れにより
密合面の溶接温度に達する。管１と条片２とはロ
ーラ６と７のニツプ部（nip）を離れた後、冷却
しまたは冷却流体によつて冷却され、さらに管１
と条片２とは実質的に連続的に溶接され、加熱冷
却された金属の管１と条片２になる。

第２図に示すように、条片２は管１の最大横断
面寸法よりも広く、管１はなるべく横断面が逆し
ずく（上が球状で下が先細のもの）形状にされ、
管１と条片２との両部材の狭い通路に沿つて電流
が集中しやすくする。管１の形づくり前の直径は
約9.52ミリ（3/8インチ）ないし12.7ミリ（1/2イ
ンチ）で、条片２の幅は10.16センチ（４イン
チ）ないし20.32センチ（８インチ）で、厚みは
0.0254センチ（0.01インチ）ないし0.0508センチ
（0.02インチ）の範囲である。もちろん管１と条
片２とは他の寸法でもよいが、条片２は通常、数
倍たとえば少なくとも10倍の幅を有し、管１の最
大横断面寸法は条片２の厚みの多数倍である。

管１と条片２との密合面は比較的高い溶接温度
まで急速に加熱され一方、管１から外方に、すな
わち、管１から離れる方向の条片２の部分は溶接
温度には加熱されない。その結果、管１と条片２
とそれら間の溶接金属とは、溶接部がそこから外
方に間隔をおいた条片２の部分にたいし形成され
る場合、冷却後長さが収縮する。前述のようにこ
の収縮は0.125パーセントから0.16パーセントの
範囲内である。管１と条片２と溶接金属とのこの
ような収縮により管１の外方の条片２に座屈を生
ぜしめると共に管１の外方の条片２部分に不ぞろ
いな波形８を形成させる。このような座屈と波形
８の形成とは前述の理由により望ましくないとさ
れている。

このような溶接波形８を除去するために、管１
と外方の条片２部分は２パーセント以上その金属
管を伸長することなくこのような部分を機械的に
押込んで短縮する。通常、この押込みは第４図に
示すように、管１の隣接部から条片２の外縁部２
ａと２ｂまで延長しかつ、比較的均一になる。こ
のような押込みは、必ずしも“波状部”なる言葉
に通常は含まれない長さと形状とであるが、ここ
で波状部と言う。言い換えれば、この“波状部”
とは、深さと間隔の数において、管１の外方の条
片２部分を十分に短縮して、このような部分の金
属を２パーセント以上伸長することなく接合方法
によつて形成される波形８を実質的に除去した条
片２の押込みを含む。

第４図と第５図とは波状部９の普通の形態を示
し、各波状部の横断面は円弧部分９ａと実質的に
直接部分９ｂとを有し、各波状部９は波状部間の
間隔を阻止しないで隣接波状部９に接合される。
なるべく、波状部の数は2.54センチ（１インチ）
につき１つ半ないし６つの範囲とし、その深さは
条片２の座屈部分の金属が２パーセント以上伸長
されないような深さである。波状部９の長さが管
１の軸線にたいし垂直に延長すると、波状部９の
対応点を通りかつ軸線１０に垂直する１対の平行
線、たとえば、夫々点１３，１４を通る線１１と
１２との間の管１の長さは、前記点１３と１４間
の距離と実質的に等しい。しかし、管１近くの条
片２の金属もこれを、外縁部２ａと２ｂにおける
条片２の金属にたいし収縮させるだけの温度に加
熱されるから、外縁部２ａと２ｂにおけるまたは
近くの金属が収縮されるほど管１近くの金属を収
縮する必要がない。従つて、波状部９の深さと形
状はその長手に沿い変えて所望の収縮を行うこと
ができる。

条片２の金属が２パーセント以上延伸されない
ように選定される他、条片２（第４図参照）に接
合された管１よりなる熱交換部材の波状条片２の
延長長さが条片２に接合された管１の長さよりも
2.5パーセント以上大きくならないように、波状
部９の数、間隔および深さは選定される。従つ
て、第４図において、条片２の波状部分が平坦に
されて測定すると、端部２ｃから端部２ｄまでの
長さは、端部１ａから端部１ｂまでの管１の長さ
よりも2.5パーセント以上長くはならない。

すでに指摘したように、波状部９の目的は波形
８を除去すると共に、前記特許第4136272号に記
載例示されるようにパネルに組込まれたとき部材
の外観を向上させることで、他の目的、たとえ
ば、パネルの使用中加工品硬化を防止したり熱吸
収を高めるためではない。そのため、波状部は、
たとえば引裂きにより条片１２を破損することな
くきわめて浅くかつ容易に形成される。しかし、
このような波状部は条片２を強めると共に、形成
後部材の取り扱い中、条片２は曲がるおそれはな
い。

第４図、第５図および第８図に示す波状部９の
製造装置の簡単な一例が第１図に略示され、第６
図および第７図に詳細に示されている。管１と条
片２との組合せ体が、たとえば93.3℃（200〓）
以下に十分冷却した後、これを１枚の歯車状ロー
ル１５，１６とロール１７との間に通される。ロ
ール１５〜１７は従来の駆動装置により駆動さ
れ、ロール１５と１６の間に空間１８があり管１
を変形させることなく装置内を通過させる。ロー
ル１５と１６は鋼等金属で作られ、ロール１７は
金属端部１９，２０と、ポリウレタン等弾性材料
で作られた中間部分２１とを有する。中間部分２
１の硬さは、条片２の金属がロール１５，１６と
ロール１７との間を矢印２２方向に通るとき波状
にされ、歯１５ａ，１６ａが条片２の金属を中間
部分２１内に圧入するように選定される。歯１５
ａ，１６ａは波状部９の実質的に直線部分９ｂを
形成し、円弧部分９ａは、歯５ａと１６ａ間の空
間内に伸びる中間部分２１の材料により形成され
る。

条片２に波状部９のような波状部を形成する装
置の他の簡単な例を第１１図および第１２図に示
されている。第１１図および第１２図に示される
装置は第６図および第７図に示される装置と同じ
で且つ同じ作動を有するが、下ロール１７が、ロ
ール１５，１６と同じような１対の歯車状ロール
２３，２４に代えられている点が異なる。ロール
２３と２４間の歯は夫々ロール１６，１５の歯間
に受け入れられているが、ロール２３と２４の歯
はロール１６と１５の歯から間隔をおいている。

条片２が波状にされた後、管１の端部に隣接す
る条片２の部分を除去して部材をヘツダに容易に
組み立てさせる。第８図は、このような条片２部
分を除去した部材の一端を示す。しかし、所望に
より、たとえば、管端部のすぐそばの条片２の端
部分だけを加工してから条片の残部をじやまにな
らないように曲げることによつて露呈してもよ
い。

第１図ないし第９図、第１１図および第１２図
について記載された本考案の実施例において、波
状部９の長さは管１の軸線１０にたいしほぼ垂直
に延長する。所望により、波状部９の長さは第１
０図に示すように軸線１０にたいし鋭角で延長し
てよい。また、波状部は、第８図および第１０図
に示すようにその長手に沿う直線ではなく長手に
沿いわん曲させる。

第１３図ないし第１７図は波状部の種々の横断
面形状を示し、波状部の深さは例示のため誇張し
て描かれている。従つて、第１３図において、波
状部２５の横断面は２つの対向開口円弧部分形状
であり、第１４図において、波状部２６の横断面
は波状部９の横断面と同様であり、第１５図にお
いて、波状部２７の横断面はほぼ半円形であり、
第１６図および第１７図において、波状部２８と
２９の横断面は接合直線部分である。

前述の実施例において、横断面が逆しずく形状
の管１は条片２の平坦面に溶接されている。本考
案はまた、他の横断面を有する管を条片に形成接
合した熱交換部材にも適用できる。上記のように
管１を形づくることによつて得られる電流の集中
を必要としない場合には管の横断面をたとえば円
形にする。

第１８図は条片３３の主要面の上方に伸びるリ
ブ３２に溶接（３１の所）された円形断面の管３
０を示し、リブ３２により所望の電流集中が得ら
れる。

第１９図は条片２の平坦面に溶接（３６の所）
された突出リブ３５を有する円形断面の管３４を
示す。

第２０図は条片４０のＶ形リブ３９に溶接（３
８の所）された円形断面の管３７を示す。

本考案の種々実施例を説明図示したが、本考案
の原理から逸脱しないで種々変形がなしうること
は当業者に明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は薄条片またはシート材への管の溶接と
条片の連続波状部とを示す略側面図、第２図は第
１図に示すように条片に溶接された条片に波状部
を形成する前の管の等角図、第３図は第２図に示
した管・条片組合せ体の一部分の拡大側面図、第
４図は条片に波状部形成後の管・条片組合せ体の
等角図、第５図は第４図に示した管・条片組合せ
体の一部分の拡大側面図、第６図は管・条片組合
せ体の条片に波状部を付する装置の一態様を示す
略等角図、第７図は第６図に示す装置の部分拡大
端面図、第８図は、第６図および第７図に示す装
置により条片が波状にされている管・条片組合せ
体の一部分の平面図、第９図は第８図に示す管・
条片組合せ体の端面図、第１０図は管の軸線にた
いし垂直でなく鋭角で延長する波状部を示す管・
条片組合せ体の一部分の平面図、第１１図と第１
２図は条片に波状部を付ける装置の他の実施例を
示す夫々斜視図と略側面図、第１３図ないし第１
７図は種々の波形状を示す側面図、第１８図ない
し第２０図は本考案の原理を適用した種々の管・
条片組合せ体を示す端面図である。 主要部分の符号の説明、１，３０……管、２，
３３，４０……条片、３，４……接点、６，７…
…ローラ、８……波形、９，２５，２６，２７，
２８，２９……波状部、９ａ……円弧部分、９ｂ
……直線部分、１５，１６，１７，２３，２４…
…ロール、１５ａ，１５ｂ……歯、３２，３５，
３９……リブ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 金属管が、比較的広くて薄い金属シートに対
   し該シートの両側縁の中間に、加熱されそして
   冷却された金属による接合によつて実質的に連
   続的に固定され、該シートがかかる加熱され冷
   却された金属の両側に延びそして該シートはそ
   の一方の側縁から他方の側縁まで連続してい
   て、かかる接合は該シートに不揃いの波形をも
   たらすごとき熱交換部材に於て、前記シートの
   幅は前記管の横断面寸法よりもかなり大きく且
   つ前記シートの幅寸法は前記管の軸線に対し横
   方向に延長し、前記シートは、前記管の各側に
   あつて、前記管の軸線に対し横方向に且つ管の
   近くから前記シートの側縁まで延長する複数個
   の波状部を有し、これら波状部の深さと間隔と
   の数は前記管の各側において前記シートを短縮
   するように選定され、それによつて端部間のシ
   ートの長さは端部間の前記管の長さと実質的に
   等しくされ、更に前記管を前記シートに接合す
   ることにより生ずる前記シート内の不揃いの波
   形は排除されるよう選定され、波状シートの延
   長長さは前記管の前記長さよりも2.5パーセン
   ト以上は長くないようにして成る熱交換部材。 ２ 前記波状部の数は2.54センチ（１インチ）に
   つき１つ半乃至６つの範囲とし、その深さは前
   記シートの金属が２パーセント以上延伸されな
   い深さとする前記実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の熱交換部材。 ３ 前記波状部は、各波状部が同一の横断面を有
   し且つ隣接波状部を間断なく接合した規則的な
   パターンを有する前記実用新案登録請求の範囲
   第１項又は第２項の何れかに記載の熱交換部
   材。 ４ 各波状部の横断面の少なくとも一部分は円弧
   形状である前記実用新案登録請求の範囲第３項
   に記載の熱交換部材。 ５ 各波状部の横断面の一部分は区弧形状であり
   その残部は直線状である前記実用新案登録請求
   の範囲第４項に記載の熱交換部材。 ６ 各波状部の横断面は相互に連結した直線部分
   形状である前記実用新案登録請求の範囲第３項
   に記載の熱交換部材。 ７ 前記波状部は前記管の軸線に対し直角に延長
   しており、前記管の軸線に並行に測つた前記波
   状部上の対応点間の距離は、前記管の軸線に対
   し垂直に延長し且つその各々が前記対応点の１
   つと交叉する２つの平行線間の前記管の長さよ
   りも大きくない前記実用新案登録請求の範囲第
   １項又は第２項の何れかに記載の熱交換部材。 ８ 前記波状部は前記管の軸線に対し鋭角で延長
   しており、前記波状部の対応点間の距離は前記
   管の軸線から前記鋭角で延長し且つその各々が
   前記対応点の１つと交叉する２つの平行線間の
   前記管の長さよりも大きくない前記実用新案登
   録請求の範囲第１項又は第２項の何れかに記載
   の熱交換部材。