JPS6338894A - 積層構造をもつピンフイン熱交換器および作製方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明はカーエアコン等の空調用熱交換器や、排熱利
用機器等において利用されるガスとガス間に熱交換を効
率的に行わせろ積層構造のビンフィン熱交換器およびそ
の作製方法に関する。

〈従来の技術〉 本発明者等は、実願昭５４−４３３６９号、実願昭５７
−１５９０１７号および実願昭５７−１７３３１２号に
おいて、偏平冷媒管の外面を蛇行状にコルゲート成形し
た熱交換器の代りにビンフィンを取り付けることによっ
て熱交換の高性能化、小型化および軽量化を図ることが
できろことを示した。

しかし、ガス−ガス間のクロスフロー（交叉流）、カウ
ンターフロー（対交流）を利用して熱交換させるタイプ
の積層構造をもつ熱交換器において、ビンフィン構造を
導入することによって、熱交換器をもっと高性能化、小
型軽墓化することができる。たとえば第９図に示すよう
に、矩形状の隔壁兼用の伝熱平板１と所定の径、所定長
さ、所定配列の複数のビンフィン３Ａ、３Ｂを交互に積
層し、各ビンフィン端を平板１にろう付け（又は接着）
させろとともに、積層配設した平板１の対向端部に一層
おきに閉塞板２Ａ（又は２Ｂ）を接合させた構成の積層
構造のビンフィン熱交換器が知られておった。

また、この種の積層構造の熱交換器を効率的に、また正
確に組立てろ作製方法がなく、ガスタービン燃焼筒の組
立て技術の方法を利用した作製方法にしｔ：がって作製
していた。

このガスクービン燃焼筒の組立て方法は第１０図に示す
ように、二枚の平板間を複数の円柱を介して接合するも
のであった。すなわち、耐熱合金（Ｎｉ基、ＣＯ基など
）製平板１と所定長の円柱３および円柱径よりも若干大
径の貫通孔７を所定数配列で設けた炭素鋼板製介挿板６
　（鋼板厚さは、円柱３の長さと同等もしくは若干短い
）を貫通孔７へ円柱３を挿入（第１０図（ＩＩＩ）参照
）させて積層し、拡散接合（真空中で加熱加圧）もしく
は予め平板１と円柱３端面にろう打箔（不記載）を介挿
して液相拡散接合（一種のろう付）を行なった後（第１
０図（ｂｌ参照）、エツチング液中で炭素鋼のみを溶解
除去する方法が知られておった（第１０図（Ｃ）参照）
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、上述した従来の積層構造をもつビンフィン熱
交換器の作製は、 ■　積層した平板１間において、所定長さの円柱３の画
先端面で接合してビンフィンを形成させるため、第１１
図ｆａｌに示すように各段の平板の表裏二面のビンフィ
ン３Ａと３Ｂの中心軸が一致する確率は小さく、殆んど
の場合第１１図（ｂｌに示すようにビンフィン３Ａと３
Ｂの中心軸にずれ（ｇ）を生じる。

■　その結果、第１１図（ｂｌに示すように高温排ガス
流４ａから低ンＷガス流５ａへの熱交換に当って、熱交
換部材（通常、金属）中の伝熱通路は９となり第１１図
（ａｌに示す伝熱通路８よりも長くなり伝熱性能の低下
を招く。

■　ずれ（ｇｌの発生は単に性能面ばかりでなく、強度
面での低下も招（。すなわちビンフィンの軸方向の圧縮
荷重又は引張り荷重を受けると、（ｂ）の場合には平板
は曲げモーメン１−を受け、前曲する。その結果ビンフ
ィンも曲げを受けて熱交の耐荷重が大幅に低下する欠点
があった。

■　従来製法においては、円柱３の切断、介挿板６の貫
通孔７内への円柱挿入に莫大な工数を要し、製造コスト
の高騰を招くと共に、円柱３の切断長さのばらつきはそ
のまま平板ｌとの接合欠陥、平板の変形となる欠点があ
った。

そこでこの発明は、このような従来の積層構造のビンフ
ィン熱交換器の欠点を除去するためになされたものであ
って、高温ガス流から低温ガス流への熱交換に当って、
ビンフィンによって形成される伝熱通路のずれｇがなく
、熱伝動率の高い積層構造をもつビンフィン熱交換器を
提供しようとするものである。

また、この発明は、このような積層構造をもつビンフィ
ン熱交換器の作製方法を提供しようとするものである。

く問題点を解決するための手段〉 以上の目的を達成するための本発明の積層構造をもつビ
ンフィン熱交換器は、 平板の表裏二面の対向する位置にそれぞれ一定形状、寸
法および配列にしたがって複数のビンフィンをそれぞれ
表裏二面のビンフィンの中心軸が互いに一致するように
連続一体的に直立させた伝熱平板と、平板の表裏二面に
それぞれ前記伝熱平板の複数のビンフィンの先端が当接
する位置にそれぞれビンフィンの先；１５径とほぼ同径
の凹みを形成した伝熱平板とを一定の間隔を隔てて互い
に平行に積層配置したことを特徴とするものである。

また、本発明の積層構造をもつビンフィン熱交換器の作
製方法は、 第１の平板の少なくとも一方の面に予め設定した形状、
寸法および配列にしたがって複数のビンフィンをそれぞ
れ連続一体的に直立させて形成する工程と、 第２の平板の少なくとも一方の面に、前記第１の伝熱平
板に形成したビンフィンの中心軸と一致した軸心を有す
るとともに、当該ビンフィンの先端径とほぼ同径の凹み
を形成した後、その凹みにペースト状ろう材を充填し、
先記第１の伝熱平板のビンフィン先端と凹みとを合せ第
１の伝熱平板と第２の伝熱平板を一定の間隔を隔てて積
層配設する工程とから成ることを特徴とするものである
。

〈作　　　用〉 以上のように構成されているから、 ■　平板とビンフィンは、靭性加工法（熱間あるいは温
間）又は加圧鋳造法などで連続一体的に成形されている
ので、莫大な数のビンフィン部品点数がｍＲし、かつビ
ンフィン長さのばらつきが低減できる。

Ｏ型成形であるためビンフィン軸と凹みの中心軸のずれ
がない。

Ｏ凹みを設定することにより積層時に他部材のビンフィ
ン先端が凹みに陥入するので積層組立時の位置決めが容
易でかつ積層後の搬送時やろう何時のずれを生じにくく
、高精度の接合が可能となる。

ｅｌ！ｌ！ｌＩみの設定により手段Ｏにより、凹み部の
みに定量のペースト状ろう材が確実に充填でき、ろう材
不足を来たすことがない。

（第３図参照） ■　ペースト状ろう材を凹みに充填するので積層時にビ
ン先端が凹みに陥入時、ペースト状ろう材が凹みから溢
れ出てビン先端外周を取巻くので（第４図２２参照）、
ろう付後に良好なフィレットを形成する。（第５図２３
参照） Ｑ　凹みの深さの設定はピンフィン長さのバラツキ量（
本来作用（２）により小さい）以上にすることによりバ
ラツキを完全に吸収しうろと共に、短いビンフィンにも
ペースト状ろう材は完全充填されている。

■　以上の作用により、多段積層時にも各段の所定位置
のビンフィンの中心軸は全て合致する。（第４図２２参
照） ■　ビンフィン１７の両根元には、コーン状鉱大径部７
ａとフィレット部２３が形成されるのでフィン強度の増
大と平板からビンフィンへの熱流が効果的に行われる。

く実　施　例〉 つぎに、本発明の代表的な実施例について説明する。

実施例−１ 第１図ないし第５図に第１の実施例の積層構造をもつビ
ンフィン熱交換器の作製要領を示す工程図を示す。

先ず底板１１上に断面矩形状の外筒１２を配置し、外筒
１２の内部に、外筒の内壁面と接するようにダイス１３
を設置する。ダイス１３は所定の抜き勾配０を有する貫
通孔１３ａが素材の流動抵抗を下げる逆届斗部１３ｂを
介して設けられている。一方、外筒内壁と接する抑圧ラ
ム１５の底面にはダイスの盲通孔頓と合致する徐Ｊ−Ｊ
上に円錐台形状の突起１５ａが設けられている。素材１
４を所定温度てダイス１３と押圧ラム１５間に投入した
後、ラム１５を押下すると、ダイスの空間内に素材が流
入する（第１図）。ラム１５を旧位置に１話帰させ後、
ダイスから成形品を雛型ずろど第２図の如き、部材を得
ろ。この部材は平板部１６、ビレフィン部１７が連続一
体化されかつ凹み部１８を有する。（この部材成形は、
上記の如くｔ足間又は熱間塑性加工法や１８γ→加圧法
などＬ）ずれであっても良い）。

また、ビンフィンの配列位置は格子配列あるいは千鳥配
列のいずれてあっても良い。次いて凹み１８を有する平
面にフラックスを含有するペースト状ろう材１９をヘラ
状物体１０て押圧ＩＭり込むことにより、凹み１８内に
完全充填２１される（第３図）。これらの部材を第４図
の如く、ビンフィン先端と凹み部を陥入積層することに
より、各ビンフィン軸はｍｍｎの如く合致すると共に、
ビンフィン先端外周にはペースト状ろう材が包囲形成部
２２を形成する。これらの積層板組体を加熱冷却するこ
とにより２２は溶融、凝固して健全なフィレット部２３
を形成する。なお、強度を要しない、熱交換器の場合に
はろう材に代って接着剤が用いられろことがある。

実施例−２ 第６図に他の実施例を示す。

先ず第６図（ａ）に示すように、平板１６の表裏二面に
、中心軸ｎ−ｎが合致するようにビ〉フィン１７Ａおよ
び１７Ｂを設けた部材と同図（ｂｌに示すように、平板
の両面にｎ　−ｎ軸と合致するｎ′−ｎ′軸上に凹み１
８Ａ及び１８Ｂを設けた部材を交互に積層してろう付が
なされる。ろう材の塗布は、第３図と同様の方式が取れ
る。本例では、実施例］とほぼ同様の作用効果があるが
成形型を２種類必要とする。すなわち、部材＜ａｌ用に
は第１図のダイス１３と同様のラムを部材ｆｂｌ用には
、第１図のラム１５と同様の下型を必要とする。

実施例−３ 次に、本発明の第３の実施例を示す。

第７図に示すように平板１６の表裏二面にビンフィンを
もつが、一方の面にビンフィン１７Ｂ（又は１７Ａ）が
あれば裏面には凹み１８Ｂ（又は１８Ａ）が交互に設け
ろ部材で、１７Ｂ（又は１７Ａ）のピン先端は凹み１８
Ｂ（又１よ１８Ａ）に陥入して積層、接合される。

この実施例では型、シｔ：がって部材は一種類で済むが
、ペースト状ろう材の摺込みが困難となるのでスプレー
塗布などを採用する必要がある。又、各段の積層作業時
に、ビンフィンが干渉、接触して変形する危惧があるの
で実施例−１，−２に比へて細心の積層作業が必要とな
る。

実施例−４ 次に、本発明の第４の実施例を示す。

第８図に示すごとく、平板１６の片面にビンフィン１７
を連続一体的に直立させ、裏面は平ｉｆｔ餌２４である
部材を用いろ方法である。

したがってろう材としてシート状のろう打箔を介挿する
だけて済む。反面各段のビンフィン１７の中心軸のずれ
を生じろこととなる欠点を生じるが、第１０図に示した
従来方式に　／比べて部材点数は激減できろっ 〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本発明の積層構造をも
つビンフィン熱交換器は、伝熱板の表裏二面に、それぞ
れ一定形状、寸法および配列で複数のビンフィンを中心
軸が互いに一致するように連続一体的に直立させると共
に、この伝熱板と対向ずろように互いに平行かつ一定の
距離をおいて、別の伝熱板を配置し、かつこの伝熱板の
表面に前記ビンフィンの先端と同心でかつほぼ同径の凹
みを形成した平板を積層配置ｕシであるから、高温ガス
と低温ガスの伝熱路にずれがなく、有効に熱交換させる
ことができると共に、作製の場きは、削記第１の伝熱板
に配設したビンフィン先端を第２の伝熱板の凹所にはま
るように当て、かつろう付などの方法で接合すればよい
から、その作製方法も極めて簡単に済ませろことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の積層構造をもっビンフィ
ン熱交換器の作製方法の第１の実施例の作製工程図、第
６図ｔａ＋　（ｂ＋は本発明の積層構造をもつピンフィ
ン熱交換器の作製方法の第２の実施例の作製工程図、第
７図は本発明の積層１１１造をもつビンフィン熱交換器
のビンフィン部の作製方法の他の実施例を示す図、第８
図は本発明のｆ］！層構造をもつピンフィン熱交換器の
ビンフィン部の作製方法の他の実施例の説明図、積層構
造をもつビンフィン熱交換器の作製方法゛：を示す工程
図、第１１図（よビンフィン軸ずれの有無による熱流の
差異の説明図である。 図　　　　　中、 １．１６・・・平板、 ３Ａ、３Ｂ、１７．１７Ａ、１７Ｂ・・ビンフィン、８
　・伝熱通路。 第５図 ；」 第６図 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ） ｎ 第７図　　　　第８図 Ｏ 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平板の表裏二面の対向する位置にそれぞれ一定形
   状、寸法および配列にしたがって複数のピンフィンをそ
   れぞれ表裏二面のピンフィンの中心軸が互いに一致する
   ように連続一体的に直立させた伝熱平板と、平板の表裏
   二面にそれぞれ前記伝熱平板の複数のピンフィンの先端
   が当接する位置にそれぞれピンフィンの先端径とほぼ同
   径の凹みを形成した伝熱平板とを一定の間隔を隔てて互
   いに平行に積層配置したことを特徴とする積層構造をも
   つピンフィン熱交換器。
2. （２）第１の平板の少なくとも一方の面に予め設定した
   形状、寸法および配列にしたがって複数のピンフィンを
   それぞれ連続一体的に直立させて形成する工程と、 第２の平板の少なくとも一方の面に、前記 第１の伝熱平板に形成したピンフィンの中心軸と一致し
   た軸心を有するとともに、当該ピンフィンの先端径とほ
   ぼ同径の凹みを形成した後、その凹みにペースト状ろう
   材を充填し、先記第１の伝熱平板のピンフィン先端と凹
   みとを合せ第１の伝熱平板と第２の伝熱平板を一定の間
   隔を隔てて積層配設する工程から成ることを特徴とする
   積層構造をもつピンフィン熱交換器の作製方法。