JPH03177793A - コルゲート状フィン部材 - 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］ 本発明は熱交換器用ピンフィン部材に関する。

より詳しくは熱伝達効率のよいピンフィン付き熱交換器
の製造を容易且つ精度高〈実施するのに役立つピンフィ
ン部材に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕熱交換器
において、管内流体と管外流体との間の熱交換性能を高
めるために、管内流体が流れているパイプの外周に通常
フィンを取り付ける。フィンの形状は通常プレート状の
ものが多く、パイプの周囲にらせん状又は環状に形成さ
れる。このようなプレート状フィンの場合、プレートの
表面に空気の境界層が発生し、この境界層がプレートの
表面に滞留して断熱層を形成するので高い熱効率が得ら
れない。その点からはピン状フィンの方が好ましい。又
ピン状フィンのパイプ表面への取付密度を高くすれば熱
交換効率を向上させることができる。

しかしながらパイプの外周にピン状フィンを配置するた
めの実際の作業は極めて困難なものであり、且つ熱交換
効率を高めるためにピンを密に配置しようとする際には
ピンの線径に対応して定められる密度で正しくピン状フ
ィンを配置することを要し、その作業はますます困難と
なる。

そこで、これまで多くの複雑な機械を用いて優れたピン
状フィンを有する熱交換器を提供すべく検討されてきた
が、未だに工業的に実用化されていないのが現状である
。

本発明は従来公知の熱交換器の有する問題点を解決して
、熱伝達効率のよいピンフィン付き熱交換器の製造を容
易且つ精度高〈実施するのに役立つ熱交換器用ビンフィ
ン部材を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は長手方向に所定の間隔で複数のスリット
を有する梯子状シートで、該シートの長手方向に平行に
且つ相互に間隔をあけて固定された複数の線状熱伝導体
から成り、線状熱伝導体の長手方向にコルゲート状に或
ルされ且つコルゲート状形状の湾曲頂部に前記梯子状シ
ートのスリットが配置されている熱交換器用コルゲート
状フィン部材によって達成される。

前記本発明のコルゲート状フィン部材を製造する方法は
シートの長手方向に多数のスリットを打抜き梯子状シー
トにする工程、複数の線状熱伝導体を平行且つ互いに間
隔をあけて配列する工程、線状熱伝導体と仮固定材料か
ら成るシートを形成して、複数の線状熱伝導体を配列状
態で固定する工程、前記シートをコルゲート状に加工す
る工程から成ることを特徴とする。

このようなコルゲート状のフィン部材を隣接する２本の
管内流体用パイプの間にビンフィン部材中の線状熱伝導
体のコルゲート形状の頂部が管内流体用パイプに当接す
るように配置した上で当接点で線状熱伝導体を管内流体
用パイプに固定し、翼後シートを除去することによって
コルゲート状ビンフィン付き熱交換器が得られる。

以下本発明のコルゲート状フィン部材の好ましい実施例
を示す添付図面を参照して本発明を以下詳述する。

第１図に示す本発明の一実施例のコルゲート状フィン部
材１では、梯子状シート２のシート本体２ａに複数の線
状熱伝導体３がシート２の長手方向に間隔をあけて平行
に固定され、長平方向にコルゲートの湾曲頂部４，４′
に梯子状シート２の窓状のスリット５が位置するように
コルゲー）ｆｆｌ形している。

梯子状シート（仮固定材料）としては熱や薬品等によっ
て溶解、分解又は焼失することができる材料を用いるこ
とができる。例えばセルロース系。

ポリビニルアルコール系◆ポリエステル系・ポリスチレ
ン系・セルロース誘導体や、該誘導体とセルロースパル
プから成るシート等を用いることができる。又、例えば
カルボキシメチルセルロースとセルロースパルプを混合
したシートにポリビニルアルコールをコーティングやラ
ミネートしたものでもよく、各種シートを適宜組み合わ
せてもよい。ただしその取扱い性の容易さからセルロー
スパルプから成る紙が好ましい。

シートの幅、厚みについては適宜選定すればよいが例え
ば幅０．５〜１．５　ｍ　％厚みは１０〜２００ハのも
のが取扱い上好ましい。

又、シートに複数の線状熱伝導体３を固定する方法とし
ては、シート中に埋込みを行う、或いは、熱または、薬
品等で分解・焼失・溶解する接着剤層をシート上に塗布
する方法を用いることができる。接着剤として例えばポ
リビニルアルコール系・ポリエステル系・エチレン−酢
酸ビニル系・たんばく質系・セルロース系誘導体等を用
いることができる。

梯子状シートの形状は第２図（Ａ）に示すようにシート
の両端部２ｂをわずかに残して多数のスリット５を打抜
きシート本体２ａを残したものである。このシート２の
寸法および打抜き形状については特に限定しないがコル
ゲートの湾曲頂部４゜４′に、スリット５が位置するよ
うにコルゲート加工することが必要である。又第２図（
Ｂ）に示すように多数列の梯子状シート２′を用いて、
フィン部材製造中の任意の工程でＮ　−Ｎ　’に沿って
スリット加工してもよい。

線状熱伝導体としては、銀、銅、アルミニウム等の純金
属細線或いは合金細線、又は前記金属細線にハンダメツ
キ、スズメツ゛キ等を施した金１嘱細線を用いることが
できる。線状熱伝導体の断面形状については特に限定は
しないが、熱交換器のフィンとして用いる場合の圧力損
失を小さくするためには円形に近い断面の線状熱伝導体
を用いるとよい。

線状熱伝導体の熱伝導率は０．０３８ｃａ　ｌ　／　ｃ
ｍ・ｓｅｃ・℃以上が好ましく、用途によってはさらに
適切な熱伝導率を有する線状熱伝導体を選定して用いる
ことができる。

親水処理、防錆処理、セラミックコーティング等の各種
の表面処理を、コルゲート状フィン部材の製造中の任意
の工程で線状熱伝導体に必要に応じて付与することがで
きる。

本発明の前述のようなコルゲート状フィン部材の特徴は
、多数のスリットを打抜いて形成された梯子状シートに
フィンが互いに平行に間隔をあけて配列固定された複数
の線状熱伝導体からなり線状熱伝導体の長手方向にコル
ゲート形状を有し且つコルゲートの湾曲頂部に梯子状シ
ートの窓が位置する点にある。

本発明の熱交換器用ピンフィン部材を用いて圧力損失が
少なく且つ熱交換効率の高い熱交換器を得るためには、
線状熱伝導体０大きさと複数のコルゲート状線状熱伝導
体の配列密度が下記式を満足するように設定すると好ま
しい。

０．２５≦Ｘ≦２．５ Ｑ、５＜；ＸＹ≦２．５ 上記式において、Ｘは線状熱伝導体断面の外周長（ｍｌ
であり、Ｙは線状熱伝導体の配列密度（本／ｍｍ）であ
る。

第１図に示す例では、４本の線状熱伝導体３ａ３ｂ、３
ｃ、および３ｄがコルゲート状にシート２に配列されて
いる。４本の線状熱伝導体３ａ。

３ｂ、３ｃ、および３ｄは互いに間隔をあけて、仮固定
材料、例えばプラスチックシート２の中に埋設されてい
る。第１図に示すように、隣接する２本の線状熱伝導体
の間隔が２２と規定する。それぞれの線状熱伝導体はコ
ルゲート状に湾曲している。１本の線状熱伝導体の湾曲
頂Ｂ４の中心と同じ線状熱伝導体の隣接する湾曲頂部４
の中心との間の間隔、換言すれば、第１図において１本
の線状熱伝導体３ａの隣接する２本の平行部分間の間隔
を２１と規定する。

前記２．の値から線状熱伝導体の長手方向での線状熱伝
導体の配列密度Ｙ１を計算し、一方線状熱伝導体の長手
方向に直角方向での線状熱伝導体の配列密度Ｙ２を前記
Ｚ２の値から計算する。前記式で用いられるＹはＹｌと
Ｙ２の平均値を用いる。尚Ｙ１は０．２本／ｍｍ〜１０
本／ｍｍ、Ｙｘは０．２本／　ｍｍ〜１０本／　ｍｒｎ
の範囲が好ましい。

Ｘ＜０．２５の場合は、線状熱伝導体の線径が小さすぎ
て、その力学的特性が低くなりすぎるため、ビンフィン
付き熱交換器の製造時の取扱い性が悪くなり、且つ生産
効率が低下する。

Ｘ　＞　２．５の場合は、線状熱伝導体の線径が大きす
ぎてピン状フィンとしての性能を発揮しにくくなる傾向
がある。

ＸＹ＜０．５の場合は、ピンフィン用線状熱伝導体の表
面積が小さくなり、高い熱交換率が得られにくい。

ＸＹ＞２．５の場合は、表面積の大きい線状熱伝導体を
用いることができるが、林立するフィン間の間隔が狭く
なりすぎて、熱交換流体の圧力損失が大きくなる傾向が
ある。

次に本発明によるコルゲート状フィン部材の製造方法の
一例を説明する。

第３図にシートの長手方向に多数のスリットを打抜き、
梯子状シートを作るための工程を路用する。

第３図に示すようにシート６を予じめ必要寸法の上下一
対のプレス型７．７′を備えたプレス機を通過させ、シ
ート本体２ａと両端部２ｂを残して等ピッチＰで多数の
スリット５を打抜成形し、梯子状シート２　（仮固定材
料）が得られる。

次に第４図に複数の線状熱伝導体と梯子状シートから成
る複合シートを作るための装置を例示する。

第４図に示すように、複数本の線状熱伝導体３は図示し
ていないパッケージ形状に巻取られてクリール８に所要
本数だけ仕掛けられ、後述の一対の加熱プレスロール９
，９′によって引出される。

その際複数本の線状熱伝導体３は目板１０、前液１１を
経てテンションバー１２を介して引出されることによっ
て張力が均一に揃えられ、その後溝付きガイドローラ■
３および配列液１４を経て、−平面内にトロール３０か
ら引出され、ガイドロール１５　、１６を経て、前記線
状熱伝導体３の群とともに一対の加熱プレスロール９，
９′に導かれる。加熱プレスロール９，９′では線状熱
伝導体３の群と梯子状シート２とが加熱押圧され、シー
ト２の中に線状熱伝導体３が埋込まれたような状態が一
体化される。

前記線状熱伝導体３の群と梯子状シート２の一体化は第
４図に示した方法以外に線状熱伝導体３の群の・両側か
らシート２を加熱押圧する方法によって行ってもよい。

この場合、線状熱伝導体３の梯子状シート２へ導体３の
一部を埋込んでも良い。

埋込み程度は、梯子状シート２の厚みにも影響するが線
状熱伝導体３の１割以上好ましくは３割以上が良い。

前記加熱プレスロール９，９′を通過して一体化された
複合シート１７は一対の送り出しローラ１３゜１８’を
経た後、巻取りロール１９により、巻き取られる。

梯子状シート２に線状熱伝導体３が互いに平行ｉヨ間隔
をあけて配列接合された複合シート１７は、従来公知の
コルゲート型熱交換器のプレート状コルゲートフィンを
成形するコルゲート成形機、例えば第５図に例示するよ
うに上下一対のコルゲーるように圧縮成形することによ
って第１図に示すようなフィン部材１が得られる。

第４図および第５図に基づいたフィン部材の製造法の説
明では梯子状シートは第２図（Ａ）に示す一列のスリッ
ト５を有するシートを用いているが、第２図（Ｂ）に示
す複数列のスリット５を有するシート２′を用いてもよ
い。この場合には工程中の任意の個所で線状熱伝導体３
が接合されたシート２′を長手方向に切断すればよい。

このようにして得られたフィン部、材１を用いて熱交換
器を製造する際の例について第６図（Ａ）〜第９図を参
照して説明する。

なお第６図（Ａ）〜第９図におけるコルゲート状フィン
部材では、説明の都合上線状熱伝導体３が１本だけ示さ
れるが、実際には第１図に示すように紙面の後方に複数
本の線状熱伝導体３が間隔をあけて、平行に配置されて
いる。

又、コルゲート状フィン部材１は予じめ管内流体用パイ
プ２１に合せて製造したものである；〔第６図く、へ〉
、第６図（Ｂ）、第７図（Ａ）、第７図（Ｂ）参照〕す
なわち、管内流体用パイプ２１の長径Ｋにフィン部材の
巾Ｗを合わせ、管内流体用パイプ２１のストレート部Ｐ
に複数の線状熱伝導体の配列中Ｆを合わせ、管内流体用
の長さＪより若干短かくフィン部材ｌの長さｌを設定す
る。なお、コルゲート状フィン部材１の巾Ｗおよび線状
熱伝導体の巾Ｆは、熱交換性能並びに作業性を考、重し
て適宜設定すればよい。

前記コルゲート状フィン部材ｌを第８図に示すように予
じめろう材或いは半田材付管内流体用パイプ２２　、２
２’間にはさみ込みコルゲート状フィン部材１の湾曲頂
部４，４′と管内流体用パイプ２２゜２２′の表面とを
ろう付けする。

最後にコルゲート状フィン部材１中に残存する梯子状シ
ート２を分解、水洗して除去し、ビンフィン付き熱交換
器の一構成部分が得られる二（第９図参照）。この構成
部分を所要の数だけ組み合せ、且つ管内流体の受入れ口
、排水口等を設けることにより熱交換器が得られる。

〔実施例〕

以下実施例をあげて本発明によるコルゲート状フィン部
材をさらに詳述する。

第３図に示す装置に準じた装置を用いて、シート６の長
手方向に多数のスリットを打抜き１２列のスリットを有
する梯子状シート２′を作る。

その際の製造条件を下記に示す。

シート条件 原料：ｔ！！ｊビニルアルコール 厚み　１０〇− 巾　　　　　　１４４ｍｍ プレス打抜き条件 打抜きサイズ　　　巾Ｗ 長さし 列数　　　１２列 打抜きピッチＰ　　９肛 第４図に示す装置に準じた装置を用いて１２列の梯子状
シート２′に複数の線状熱伝導体３を平行且つ互いに間
隔をあけて配列固定し複合シート１７を作る。

その際の製造条件を下記に示す。

線状熱伝導体 断面形状 直径 材質 クリール本数 給糸方法 送り込み速度 ８＋ｎ＋ｎ 　ｍｍ 円形 ２００ハφ 銅 １８０本 ボビン回転よこ取り １ｍ／分 使用液　　　　　　　５０．８羽／１ｎｃｈ　（Ｌ、た
がって筬ピッチ０．５工 ＝２本／　ｍｍ 加熱プレス条件　　　温　度　２００℃荷重　２０ｋｇ スリット加工条件　　スリット巾　１２ｍｒ５列数　１
２列 次に複合シート１７を第５図に示す装置に準じた装置を
用いてコルゲート成形した後にシート２′を１２個に分
割して第１図に示すコルゲート状フィン部材１を作る。

その際の製造条件を下記に示す。

コルゲート高さｈ　　　　ｇｍｍ コルゲートピッチＺｌ　　　１本／　ｍ＋ｎ前記条件で
製造したコルゲート状フィンｎ材は本発明でいう線状熱
伝導体３の外周長Ｘは０．６２８となり線状熱伝導体の
フィン林立部の配列密度Ｙは（，５本／ｍとなる。

このコルゲート状フィン部材１を、ｊ：＝１５ｃｍに切
断した後、半田材付管内流体用パイプ（Ｇ＝５ｍｍ、　
Ｋ＝１２ｍｍ、　Ｍ＝０．３４ｍｍ、　Ｊ　＝１６ｃｍ
）を用いて第り図〜第γ図に基づいて説明したようにコ
ルゲート状ビンフィン付熱交換器を作り、その性能を調
べたところ、優れた熱交換性能を示した。

〔発明の効果〕

本発明によるコルゲート状フィン部材は前述のように構
成されているので、ビンフィン付熱交換として用いる場
合に所望の熱伝達効率を得るための線径および配列密度
を容易且つ精度高く達成することができると共に、熱交
換器の管内流体パイプへの取付けを線状熱伝導体と梯子
状シートの一体物で確実な接合ができるので前述のよう
に優れた性能を有する熱交換器の製造を容易にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコルゲート状フィン部材の一例を
示す斜視図であり、第２図（Ａ）はコルゲート成形間の
梯子状シートの一例を示す平面図であり、第２図（Ｂ）
は梯子状シートの他の例を示す平面図であり、第３図は
本発明のコルゲート状フィン部材に用いられる梯子状シ
ートを作るための装置の時雨斜視図であり、第４図は梯
子状シートに複数の線状熱伝導体を配列固定し複合シー
トを作るための装置の路用正面図であり、第５図は複合
シートをコルゲート成形し本発明のコルゲート状フィン
部材を作るための方法を説明する斜視図であり、第６図
（Ａ）は管内流体用パイプの一例を示す正面図であり、
第６図（Ｂ）は第６図（Ａ）に示すパイプの横断面図で
あり、第７図（Ａ）は管内流体用パイプとの寸法関係を
説明するためのビンフィン部材の一例を示す正面図であ
り、第７図（Ｂ）は第７図（Ａ）に示すビンフィン部材
の側面図であり、第８図は、コルゲート状フィン部材を
熱交換器用パイプ間にはさみ込み線状熱伝導体の湾曲頂
部をろう付けした状態を示す正面図であり、第９図はコ
ルゲート状フィン部材中の梯子状シートを分解水洗除去
して得られたビンフィン付き熱交換器の一橋底部分を示
す正面刃である。 １・・・コルゲート状フィン部材（本発明）、２．２′
・・・梯子状シート（仮固定材料）、３・・・線状熱伝
導体、　　４．４′・・・湾曲頂部、５・・・スリット
、　　　　　７．７’・・・プレス型、１７・・・複合
シート、 ２０　、２０’・・・コルゲー）を形プレス、２１・・
・管内流体用パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 長手方向に所定の間隔で複数のスリットを有する梯子状
   シートと、該シートの長手方向に平行に且つ相互に間隔
   をあけて固定された複数の線状熱伝導体から成り、線状
   熱伝導体の長手方向にコルゲート状に成形され且つコル
   ゲート状形状の湾曲頂部に前記梯子状シートのスリット
   が配置されている熱交換器用コルゲート状フィン部材。