JP5296990B2 - ろう付プレートフィン型熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換フィンカラーに関するものであって、特に、ろう付プレートフィン型熱交換器に用いるフィンカラーの改良に関する。

プレートフィン付き管型熱交換器は、空調機及び冷蔵庫に限らず、二つの流体間の熱交換が望まれる種々の装置に用いられる。二つの流体は、一般的には、熱交換管に流れる純液又は、気体から或いは気体に相変化する液体と、熱交換フィンプレート及び管の外周に流れる気体（一般的には空気）である。熱交換器では、二つの管シート間に複数の薄いプレートフィンがそれぞれ平行に配置されている。熱交換管は、管シート及びプレートフィンの開口に貫通している。管及びプレートフィン間が強固に装着されており、熱交換管の有効表面積、ひいては熱交換エリアがプレートフィンの領域によって増加する。この表面積の増加によって、プレートフィン付き熱交換管は、同規模の単なる管型熱交換器よりも熱交換効率を向上させうる。

この型における熱交換器の一般的な製造方法は、先ず、二つの管シート間に複数のプレートフィンを配置し、次に、プレートフィンにおける所定の開口及び各管シートにおける同様の開口に複数のヘアピン管を貫通する。そして、ヘアピン管の端部にベルが形成されており、管の脚部を広げて、管及びプレートフィン間の強固な機械的装着を確保する。

管及びプレートフィン間の機械的接合に基づく熱的及び機構的な結合を向上させるために、管及びフィン間のろう付け接合を改善したろう付プレートフィン型熱交換器の需要がある。

本発明は、この需要に応じたもので、管及びフィン間の接合部に対するフラックスの塗布（ｆｌｕｘ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）及びろう付けクラッドの流入（ｂｒａｚｉｎｇ ｃｌａｄ ｆｌｏｗ）を促進し、熱的及び構造的に接合を向上させる形状のフィンカラーを提供する。

図面について、各図における同一要素には同様の符号が付されている。

図１は、本発明に係る実施形態である複数のプレートフィン１２を備えたプレートフィン付き管型熱交換器１０を示す。各プレートフィン１２は、複数の開口１６を有する。熱交換器１０の一般的な製造方法は、先ず、二つの管シート１８間に複数のプレートフィン１２を配置し、次に、プレートフィン１２における所定の開口１６及び各管シート１８における同様の開口１６に、ヘアピン管２０を貫通する。この熱交換器組立体は、ヘアピン管２０の端部に複数のリターンベンド２２を装着して形成され、熱交換器の管を通じる一以上の閉流路を形成する。

空調機等の装置に設置して作動させるとき、冷却剤等の第一流体が、ヘアピン管２０及びリターンベンド２２を相互接続して形成された流路を通じて、熱交換器１０に流される。更に、空気等の第二流体が、プレートフィン１２及び管２０の全体及び周囲に流れる。二つの流体間に温度差があると、管壁及びプレートフィンを通じて、二つの流体の高温側から低温側への熱交換が行われる。

図２において、一つの管２０が複数のプレートフィン１２に貫通して配置されている。各プレートフィン１２は、開口１６の周囲に配置された直立フィンカラー３０を備えている。図に示すよう、カラー３０は、凸面３１が管２０に直面するように曲げられている。管２０の周囲に配置可能なプレートフィン１２の数は、カラー３０の高さで決定される。

本発明に係る熱交換器を製造するために、管２０とフィン１２との接合部分は、制御雰囲気ろう付け炉内でろう付けされる。ろう付け温度は、用いられるクラッドに応じて、１０７０度Ｆから１１２０度Ｆの範囲である。

管２０は、クラッド又は非クラッドのアルミニウム合金で構成可能である。管２０は、溶接シーム加工又はシーム継ぎ加工によりロール成形可能である。他にも、管２０は、押出し加工により形成可能である。管２０は、管径及び作動圧に応じて、０．０１６インチから０．０５インチの間の肉厚を有することが可能である。管２０は、断面形状が円状（ｒｏｕｎｄ）、環状（ｃｉｒｃｕｌａｒ）、楕円状（ｏｖａｌ）等である。管の材質は、耐久、高強度、耐食合金である。押出し管として、３００３アルミニウム合金が使用可能である。ロール成形管として、アルキャンＸ−１０００が使用可能である。クラッド合金（ｃｌａｄ ａｌｌｏｙｓ）として、４０４５又は４３４３アルミニウム合金が使用可能である。

フィン１２及びフィンカラー３０は、４０４５又は４３４３合金でクラッドされた３００３アルミニウム合金で構成可能である。非クラッドの場合、フィンは１１００アルミニウム合金で構成可能である。フィンは、０．００３インチから０．０１６インチの間の肉厚で構成可能である。

上記したアルミニウム合金に代えて、本発明は、当業者が当然知っているように、銅管に銅フィンをろう付けしたり、銅管にアルミニウムフィンをろう付けして使用することができる。

図３では、本発明に係るフィンカラー３０の第一実施形態が示されている。複数のスリット３２が、フィンカラー３０をめぐって全周に配置されている。スリット３２は、カラーからその部位の材料を除去することにより形成可能であり、カラー３０の全周に等間隔に形成可能である。スリットは、カラー３０の上端４３から延長し、フィンの下面から約０．０２インチの箇所で終わっている。スリット３２は、一対の対向壁３４，３６で形成されている。壁３４，３６は傾斜しており、スリット３２の交差幅４０がスリット３２の下端からカラー３０の上端４３へ徐々に広がっている。スリット３２は、カラーの高さ及びスリットの数に応じて、その幅は０．０１５インチから０．１５インチの範囲である。スリット３２は、管及びフィン間の接合を熱的及び構造的の双方において向上する。

前記の接合部における構造特性については、本発明に係るフィンカラー３０は、スリット３２がクラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）をカラー３０の両面に流通可能とするので、フラックスの塗布及びろう付けクラッドの流動を促進させる。

熱交換動作については、分割したフィンカラー３０が、空気及び管表面間の熱交換を増加する。スリット３２が主要管２０の表面部分へのアクセスを可能としているので、気流は二次的原因による抵抗なく直接空気から管２０への熱交換を可能にしている。通常、主要管におけるこれらの部分は、強固なフィンカラーで覆われている。

図４では、本発明に係るフィンカラーの他の実施形態が示されている。フィンカラー４０は、矩形状スリット４２を有している。スリット４２は、底壁４４及び対向側壁４６，４８で形成されている。底壁４４は、フィン１２の下面から約０．０２インチの箇所で形成されている。カラー４０は、管２０に直面する面が凸形状になるように、屈曲部を有していてもよい。

図５では、本発明に係るフィンカラーのその他の実施形態が示されている。フィンカラー６０は、長手（管軸）方向に長尺に形成されている。カラー６０は、その内側で画成される複数のスリット６２を有している。スリット６２も矩形状であって、底壁６４及び一対の対向側壁６６，６８で形成されている。底壁６４は、フィン１２の下面から約０．０２インチの箇所で形成されている。

図６及び図７において、使用の際における、カラー３０周囲の気流を示す矢印７０と共に、本発明のフィンカラー３０が示されている。フィンカラー３０の形状は、フィンカラー３０外周に気流に対して垂直に妨害（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎｓ）を与えている。曲線８０で示されるように、この妨害が、フィンカラー３０に沿う空気の境界層で乱気流を発生させ、空気及び管２０間の熱交換率を増加する。この増加乱気流はまた、最もフィン効率の高いエリアであるフィンカラー３０基部付近のエリア周囲で発生し、それがこのエリアでの熱交換率を高める。

本発明について実施形態を用いて説明したが、これに限定することはなく、発明の思想及び範囲を逸脱しない他の実施形態や変形例等でもよい。

本発明に係るプレートフィン型熱交換器を示す斜視図である。 本発明における複数のプレートフィンを貫通して配置された管を示す斜視図である。 本発明におけるフィンカラーを示す斜視図である。 本発明におけるフィンカラーの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明におけるフィンカラーのその他の実施形態を示す斜視図である。 本発明のフィンカラーをカラー全体の気流の表現と共に示す斜視図である。 図６のフィンカラーを示す平面図である。

Claims (9)

1. 第一の面、第二の面及び少なくとも一つの開口を有する少なくとも一つのプレートフィンと、
   前記プレートフィンにおける前記少なくとも一つの開口の全周に配置された少なくとも一つのフィンカラーとを備え、前記フィンカラーは前記プレートフィンから延在する直立壁を有し、前記壁は複数のスリットを有し、更に、
   加圧流体を移送するための少なくとも一つの管を備え、前記管は前記プレートフィンにおける前記少なくとも一つの開口を貫通して配置され、且つろう付けによって前記フィンカラーに装着され、
   前記少なくとも一つのフィンカラーは、アルミニウム合金で構成され、更に、
   クラッド層を備え、更に、
   前記少なくとも一つのフィンカラーは、前記少なくとも一つの管に対して外側に湾曲するように、凸形状に形成されている
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記少なくとも一つの管は、断面形状が円状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記少なくとも一つの管は、断面形状が楕円状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記複数のスリットは、前記カラーの全周に実質的に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記複数のスリットは、前記プレートフィンに近い位置よりも遠い位置の方が幅広になるように、傾斜した一対の対向壁によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
6. 前記複数のスリットは、矩形状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記少なくとも一つの管は、アルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
8. 前記少なくとも一つのプレートフィンは、制御雰囲気ろう付け炉内でろう付けされることにより、前記少なくとも一つの管に装着されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
9. 前記少なくとも一つの管は、銅で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

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