JP4109444B2 - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍装置などに用いられる熱交換器およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍装置やラジエータなどに用いられる熱交換器として、板状に加工されたプレートフィンや、波状に加工されたコルゲートフィンを用いたものが知られている。図１５に示す熱交換器１００は、一定の間隔をあけて平行に配置された複数のプレートフィン１１０と、これらのフィン１１０を貫通するように配置された複数本の管１２０とを有するプレートフィン型熱交換器であり、管あるいはチューブ１２０に冷媒などの熱交換用の流体を流すことにより、外部を流れる空気などの流体と熱交換が行われる。このプレートフィン型の熱交換器１００では、フィン１１０に挿入された各々の管１２０を剛体棒または拡管子を用いて内側から押し広げる製造方法により、管１２０とフィン１１０とが機械的に接合される。管１２０の両端はヘッダ１３１および１３２に接続されており、ヘッダ１３１の供給口１３３から供給された媒体が、各々の管１２０を通ってヘッダ１３２の出力口１３４に導かれる。ヘッダ同士の間に複数の管１２０を配置することも可能であり、また、図１５に示すように、管１２０の一部をＵ字に曲げてフィン１１０を横断する方向に繰り返し配置して接触面積を大きくする方法もある。この際、Ｕ字型の部分を予めＵ字型に成形された連結管１２５により製造する方法もある。
【０００３】
これに対し、コルゲートフィンタイプの熱交換器は、図１６に示してあるように、波状に加工されたコルゲートフィン１４０が用いられ、チューブ１５０に対してフィン１４０がろう付けなどにより接続される。さらに、図１６に示した熱交換器２００は、媒体を流す管またはチューブ１５０として、断面形状が円形ではない扁平なものが採用されている。そして、扁平管１５０の内部に複数の隔壁１５１を設け、扁平管内を複数の平行流路１５２に分割した多穴管とすることにより熱交換効率を向上している。
【０００４】
このコルゲートフィン型の熱交換器２００は、たとえば、特開昭和５８−１６４９９５号に開示されているような製造方法により製造できる。すなわち、チューブ１５０とコルゲートフィン１４０を交互に積層し、ろう付けにより相互に固定する。次に、チューブ１５０の両端部１６０がヘッダ１３１の側壁１３８に設けられた接合穴１３５を貫通するように配置し、その両端部１６０をペンチなどを用いて拡管してチューブ端部１６０と接合穴１３５とのクリアランスを最適化する。この後、ろう付けなどによりヘッダ１３１とチューブ１５０を接合する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この製造方法であると、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、チューブ１５０の端部１６０を簡単に拡管することが可能であり、確実に堅牢な熱交換器を製造できる。一方、図１７（ａ）および（ｃ）に示すように、その他の部分は未拡管の状態のままとなり、拡管する方法は示されていない。また、コルゲート型の熱交換器では、ヘッダとの接合部分以外を拡張する必要もないので、それ自体問題とはなっていない。
【０００６】
これらのコルゲートフィンタイプとプレートフィンタイプの熱交換器を比較すると、プレートフィン型熱交換器１００は、フィン１１０と管１２０を拡管という機械的な接合方法を用いて取り付けるので、ろう付けのための加熱炉に代表される大型の設備や、それを稼動させるための過大なエネルギーを必要としない。したがって、製造コストを低く抑えることができる。そして、プレートフィン型熱交換器１００においても、扁平多穴管を採用することにより、コルゲートフィンタイプと同等あるいはそれ以上の熱交換性能に優れた低コストの熱交換器を提供できる。
【０００７】
プレートフィン型熱交換器１００を、扁平多穴管を用いて組み立てようとすると、扁平多穴管を全体的に拡張する必要がある。すなわち、コルゲートフィン型の熱交換器２００では、扁平多穴管１５０の端部１６０の隔壁だけを拡管するだけで、フィンはろう付けされるだけなのでそれ以上の拡管は不要なのに対し、フィンを拡管により接合しようとすると、扁平管の微細に区切られた多くの平行流路に対しても剛体棒を挿入して端部以外の部分も拡管することが要求される。しかしながら、微細に区切られた平行流路の断面積は非常に小さいので、その流路に沿って剛体棒を挿入することは非常に困難である。また、平行流路の断面積が非常に小さいので、棒をいれても剛体とならず、拡管に必要な強度を持った拡管子を準備することも難しい。
【０００８】
拡管する代わりに、プレートフィンの側に扁平多穴管より小さな穴と、この穴に繋がる切れ込みとを設け、この穴に扁平多穴管を圧入することにより扁平多穴管を用いてプレートフィンタイプの熱交換器を製造することも提唱されている。また、断面がテーパー状に傾いた扁平多穴管と、テーパー状のスリットを設けたフィンを用い、扁平多穴管をスリットに入れた後にスリットの幅の狭い方にスライドさせることにより扁平多穴管をフィンに取り付ける製造方法も提唱されている。しかしながら、これらの方法は、取り付け後に、フィンと扁平管とが外れる可能性が常にあり、取り付け部分をろう付けや溶接などにより接合しなければならないという手間とコストがかかる。
【０００９】
そこで、本発明においては、扁平多穴管のフィンと接触する部分を、フィンに取り付けた後に拡張できる製造方法を新たに提供することにより、扁平多穴管を用いたプレートフィン型熱交換器を低コストで提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、扁平管に熱交換媒体を分流するためのヘッダと扁平管とフィンとを組み合わせた後に、扁平管の内部を流体で加圧し、扁平管の内圧を高めて拡管することにより、フィンと扁平管を接合するようにしている。すなわち、本発明の熱交換器の製造方法は、ヘッダと、そのヘッダに接合された複数の扁平管とを有し、ヘッダにより熱交換用の媒体が複数の扁平管の各々に分流される熱交換器の製造方法であって、内部が複数の隔壁により複数の平行流路に分割された複数の扁平管を、隔壁の少なくとも一部が縮んだ状態で、それらの扁平管の端部を、複数の扁平管に熱交換媒体を分流するためのヘッダの接合穴に接合し扁平管およびヘッダが連通した状態にするとともに、それらの扁平管にフィンを取り付けて、複数の扁平管、ヘッダおよびフィンにより熱交換器を仮組する第１の工程と、ヘッダを介して流体を供給し、流体によりヘッダに連通された複数の扁平管の内圧を高め、複数の扁平管の端部は隔壁の少なくとも一部が縮んだ状態に保持し、複数の扁平管のフィンが取り付けられた部分の隔壁をほぼ伸びた状態として拡管し、フィンに接触させる第２の工程とを有する。この製造方法であれば、第１の工程において、複数の扁平管を、プレート状のフィンを貫通するように取り付けることによりプレートフィンタイプの熱交換器を容易に製造できる。
【００１１】
本発明の熱交換器の製造方法では、扁平管の内圧を高めることにより拡管する。外圧を下げて拡管しても良いが、多くのケースでは気体や液体などの流体を扁平管に注入して内圧を高め、拡管を行なうことができる。したがって、拡管子のような治具は不要であり、扁平管として、内部が少なくとも１つの隔壁により複数の平行流路に分割された扁平多穴管を採用したときに、断面積が小さすぎて十分な剛性の拡管子を挿入できないという問題が発生することはなく、どのような形状あるいは断面積の管であっても確実に拡張し、フィンと機械的に接合することができる。この製造方法は、コルゲートフィンタイプの熱交換器であっても、フィンとの接触をより確実にするために後に拡管する工程を容易に設けることができるという点で有用であるが、プレートフィンタイプの熱交換器においては、この製造方法により扁平多穴管を拡管してフィンと接合することができるという多大な効果をもたらす。したがって、熱交換効率の高い扁平多穴管を用いて拡管により管とフィンが接合された堅牢な構成のプレートフィン型の熱交換器を低コストで提供することが可能となる。
【００１２】
プレートフィン型の熱交換器を本発明の製造方法により製造する場合、ヘッダを介して流体を複数の扁平管に注入して加圧する。第１の工程において、複数の扁平管の端部をヘッダに取り付け、扁平管とフィンを組立て、端部とヘッダとの取り付け部分をシールした後に流体を注入して扁平管の内圧を高めることができる。この方法であれば、ヘッダとの取り付け部分は拡管する必要がなく、極めて簡単に扁平管を用いて熱交換器を製造できる。そして、この方法により製造された熱交換器は、内部が複数の隔壁により複数の平行流路に分割された複数の扁平管と、それらの扁平管に熱交換媒体を分流するためのヘッダと、それらの扁平管と接触するフィンとを有し、ヘッダが熱交換用の媒体を複数の扁平管の各々に分流する熱交換器であって、複数の扁平管、ヘッダおよびフィンは、複数の扁平管の隔壁の少なくとも一部が縮んだ状態で仮組され、その後、ヘッダを介して供給された流体により、複数の扁平管のフィンに接触する部分の隔壁はほぼ伸ばされ、ヘッダの接合穴に接合された端部の複数の隔壁は少なくとも一部が縮んだ状態で保持されているという特徴を備えている。そして、プレートフィン型の熱交換器であれば、扁平管がフィンを貫通するように取り付けることが可能となる。
【００１３】
上述したように、本発明の製造方法であれば、扁平管内の断面積は拡管処理に影響を与えない。したがって、断面積が小さくても確実に拡張できるので、内部が少なくとも１つの隔壁により複数の平行流路に分割された扁平多穴管を用いた熱交換器の製造に適したものである。さらに、拡管したときに所望の扁平形状が得られるように、また、拡管したときに隔壁の壁厚が所定の範囲になるように、扁平多穴管の内部を複数の平行流路に分割する隔壁は、少なくとも一部が変形して縮んだ状態としておくことが望ましい。第２の工程で、扁平管の内圧を高めると、隔壁がその圧力によって所望の形状に伸ばされ、あるいは復帰することにより所望の形状の扁平多穴管を備えた熱交換器を製造できる。したがって、製造された熱交換器は、扁平管の端部の隔壁は縮んだ状態が保たれ、その他の部分の隔壁だけがほぼ伸ばされた状態になる。
【００１４】
隔壁の少なくとも一部が変形して縮んだ状態とは、隔壁を屈曲、湾曲または傾けた状態などが含まれる。このような形状の隔壁であると、扁平管の断面の短軸方向への拡管をスムーズに行なうことができ、フィンと扁平管との接触面圧を一様に確保することが容易になる。扁平管の全周にわたって均一な接触面圧が得られることにより、フィンと扁平管との接触面における接触抵抗の影響が小さくなるので、熱交換効率の優れた熱交換器を提供できる。
【００１５】
また、本発明の製造方法では、拡管するために扁平管の内圧を高めるので、その圧力を気密あるいは耐圧検査用に設定することにより、扁平管とフィンとの接合工程と、上記の検査工程とを同時に行なうことができる。
【００１６】
複数のプレート状のフィンに対し並列に貫通した状態で複数の扁平管が取り付けられる熱交換器では、扁平管を、その断面の長軸方向がフィンの長手方向に対して直交する方向に取り付け、扁平管を拡管してフィンと扁平管を接合させると扁平管と直交する方向の外部流体の流れに対する抵抗が小さく、その一方で接触面積が大きな熱交換器となる。したがって、外部流体の圧力損失が小さく、熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。さらに、扁平管を、その断面の長軸方向がフィンの長手方向に直交する方向から傾くように取り付けると、フィンおよび扁平管表面に付着した水滴を下方に流下させ易く、水切れが良い。したがって、扁平管上面への水滴の滞留や着霜による外部流体の圧力損失の増大を防止できるので、さらに、熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。
【００１７】
拡管により扁平多穴管とフィンとを接合する場合、扁平多穴管をフィンに予め設けられているバーリング穴やスリットのサイズより大きく拡管することになるので、拡管後にフィンのスプリングバックが影響し、フィンと扁平管との接触面圧が期待通りに得られない可能性がある。このスプリングバックの影響は、扁平管の断面の長軸方向の中央またはその近傍に位置する隔壁を他の隔壁よりも長くすることで防ぐことができる。また、フィンにおける扁平管を接合または取り付けるための開口を、扁平管の中央に対峙する部分がその他の部分よりも狭くなるようにすることでも防ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図１に本発明に係る熱交換器の概略を示してある。また、図２に、熱交換器１のヘッダとチューブ（本例では扁平管）とフィンとが組み立てられた状態を拡大して示してある。本例の熱交換器１はプレートフィン型熱交換器であり、一定の間隔をあけて平行に配置された複数のプレート状のフィン２と、これらのフィン２に対し並列に貫通した状態で取り付けられた複数本の扁平管３とを有している。これらの扁平管３は、内部が複数の隔壁により複数の平行流路に分割された扁平多穴管である。扁平管３の両側の端部４は、左右に位置するヘッダ６および７の側壁９に形成された接合穴１９に接続されており、ヘッダ６の供給口１１から導入された熱媒体（内部流体）Ａがそれぞれの扁平管３を通ってヘッダ７の出力口１２に導かれるようになっている。これにより、熱交換器１に外部流体である空気Ｂを通すと、各々の扁平管３を介して温度調節されたフィン２に空気が接触し冷却または加熱される。
【００１９】
図３は、本発明の製造方法の概略の流れを示すフローである。本発明の製造方法は、大きく２段階に分けられる。第１の工程３１は仮組みを行う工程であり、第２の工程３２は加圧してフィンとチューブを接合する工程である。まず、第１の工程３１では、図４に示すように、フィン２に予め設けられたバーリング穴（開口）１８に扁平管３を挿入することにより、フィン２と扁平管３とを仮組する。扁平管３は、図５に断面を拡大して示すように、上下に対面する管側壁２１および２２、すなわち、上壁または天壁を構成する壁２１と、下壁または底壁を構成する壁２２がほぼ平行となるように断面が扁平なチューブである。この扁平管３の内部には、上下方向に延び、断面が「く」の字状になった隔壁１５が形成され、これらの隔壁１５により複数の平行流路１４が形成されている。各々の隔壁１５は扁平管３の断面の長軸方向Ｘに屈曲しており、屈曲した部分のそれぞれの長さｌ１およびｌ２の和、すなわち（ｌ１＋ｌ２）が扁平管３の断面の短軸方向Ｙの内径Ｌより長くなっている。
【００２０】
複数のフィン２を貫通するように取り付けられた扁平管３の端部４は、ヘッダ６および７に設けられた接合穴１９に挿入される。これにより、扁平管３の両端部４がヘッダ６および７に取り付けられ、扁平管４のその他の部分５がフィン２を貫通するように取り付けられた状態になる。この状態で、ろう付け、あるいは他の適当な方法により扁平管３の端部４とヘッダ６および７を接着し、密封（シール）する。これにより、各々の扁平管３の平行流路１４がヘッダ６および７により連通した状態になり、内部流体である熱媒体Ａを通す管内回路が形成される。
【００２１】
次に、ヘッダ６および７を介して圧縮流体を供給し、第２の工程３２で拡管する。ヘッダ６および７を介して扁平管３の各々の平行流路１４を気体または液体で満たして内圧を高めることにより、扁平管３は拡張・拡管され、図６（ａ）に示すように、扁平管３と各フィン２とが接合される。なお、単一のヘッダ６および７により全ての扁平管３を連通させているが、複数のヘッダを用いても良い。また、ヘッダは熱交換用の媒体、拡管用の気体または液体を各々の扁平管３に分流する機能を有するものを全て含む。
【００２２】
図７（ａ）に示すように、扁平管３は、内圧を高くすることにより、変形しやすい部分、すなわち、一部が変形して縮んだ状態となっている隔壁１５が引っ張られ、直線または直線に近い状態に伸びる。これにより、扁平管３の内部が拡管され、フィン２に設けられたバーリング穴１８に達し、あるいはバーリング穴１８より大きくなることにより、扁平管３の外周２３がフィン２に接合される。本例では、扁平管３の隔壁１５は、断面が「く」の字状になって縮んだ状態になっており、拡管後は、扁平管３の断面の短軸方向Ｙの外径ＨがＨ’のように広がり、隔壁１５が拡管の大きな抵抗とならず、扁平管全体がほぼ均一に拡管される。特に、上下の壁２１および２２が不均一に膨張したりすることなく、滑らかな曲面あるいは平面を維持した状態で拡管できるので、扁平管３を全周にわたって均一な接触面圧でフィン２に接合することができる。
【００２３】
本発明の製造方法は、図７（ｂ）に示したように隔壁１５が真っ直ぐに伸びた扁平多穴管であっても適用できるが、隔壁１５が短軸方向Ｙに変形しないので抵抗となり、天壁２１や底壁２２が不均一に膨らんだ状態で拡管されやすい。隔壁１５の強度が不足している状態であると、図７（ｃ）のように、拡管により隔壁１５の肉厚が局部的に薄くなり、隔壁が破断して熱効率が低下したり、圧力損失が増大する可能性が生ずる。これに対し、隔壁１５を予め変形して、屈曲、湾曲または傾いた断面形状にしておくと、比較的低い圧力で、ストレスを生じさせることなく、所望の形状に扁平管３を拡張することが可能となり、フィン２と扁平管３との接触面圧が均一な熱交換器を製造できる。
【００２４】
一方、ヘッダ６および７の接合穴１９に接続される部分（端部４）では、予めヘッダ６および７に接合されるので、内圧が高くなっても殆ど拡張されることがない。したがって、図６（ａ）に示すように、扁平管３がヘッダ６および７に取り付けられた端部４に対し、扁平管３のその他の部分５が拡管されている熱交換器１が本発明の製造方法により製造される。すなわち、この熱交換器１では、扁平管３の端部４では、図６（ｂ）に示すように、隔壁１５が屈曲したままの状態であり、その他の部分５では、図６（ｃ）に示すように隔壁１５がほぼ直線状に伸びた状態となっている。
【００２５】
このように、本例の熱交換器１は、気体または液体により扁平管３の内圧を高めて拡管する加圧式拡管方法を採用した本発明の製造方法により、フィン２と扁平管３とが機械的に接合されている。したがって、拡管子（または剛体棒）では拡管できない、短軸方法Ｙの寸法（内径）が１ｍｍをきるような非常に小さな平行流路１４が形成された扁平多穴管３をフィン２に固着できる。また、確実に拡管できるので、フィンと扁平管３との固着に際してろう付けや溶接などの手法を採用せずに済む。このため、本発明の製造方法は、拡管という機械的な接合をチューブの内径の大小に関わらず確実、そして低コストで行うことができる。このため、安い製造コストで扁平多穴管３を用いた熱交換効率の高いプレートフィン型熱交換器１を製造できる。
【００２６】
さらに、各々の隔壁１５が屈曲して変形し易い形状になっているので、隔壁１５を伸ばす、または変形させるのに必要な内圧は比較的小さくすることができる。たとえば、扁平管３の拡管時の内圧を、扁平管３の気密、耐圧検査を行なう圧力レベルあるいはそれ以下で行うことが可能となる。したがって、耐圧的に扁平管３の肉厚を不必要に厚くする必要はなく、それに伴うコストアップや重量増加もない。たとえば、フロン冷媒を用いて１〜５ＭＰａ程度の圧力で気密・耐圧検査を行なうことがあるが、この程度の圧力で隔壁１５を伸ばして扁平管３を拡管しフィン２に接合できる。これにより、扁平管３の拡管と気密・耐圧検査を同じ工程で行なうことが可能であり、熱交換器の製造コストをいっそう低減することができる。
【００２７】
また、平行流路１４を形成する扁平管３の隔壁１５を屈曲させておくことにより、扁平管３の管側壁２１および２２が均一に広がるようになっている。このため、フィン２と扁平管３の接触面全周にわたり一様な接触面圧で接合できる。フィン２と扁平管３とを機械的に接合する場合は、接触面圧が不均一になると、接触抵抗が発生し、扁平管３とフィン２との熱伝達が悪くなり、熱交換器の性能が劣化するが、本例の熱交換器１では、このような接触面圧の不均一さに起因した熱伝達の劣化を防止でき、熱交換性能の高い高性能な熱交換器１を提供できる。
【００２８】
基本的に、拡管する量を増すことにより面圧を増大させれば接触抵抗は減少するが、過度な拡管量は隔壁１５の座屈やフィン２の割れを引き起こす可能性がある。隔壁１５の座屈などを防止する拡管率の範囲としては、１〜５パーセント程度であることが望ましい。ここで、拡管率とは、拡管後の扁平管３の外径をＨ’、拡管前のバーリング穴１８の内径をＡとしたときに、｛（Ｈ’／Ａ）−１｝×１００で表されるものである。この拡管率は拡管子（または剛体棒）を扁平管３に挿入して拡管する場合は、剛体棒の寸法により管理できるが、扁平管３の内圧を高めて拡管する場合は、隔壁１５の全長、または内圧の大きさと加圧時間をコントロールする必要が生じる。このうち、内圧と加圧時間をコントロールする方法は、部品の寸法公差、素材の成分公差、作業工程の環境管理などに大きく影響を受け、熱交換器１を量産する際には内圧などを精度良く管理するのは困難である。したがって、隔壁１５の長さにより拡管率を管理することが最良の方法である。
【００２９】
隔壁１５のたとえば、拡管前の扁平管３の短軸方向Ｙの内径をＬ、拡管後の扁平管３の短軸方向Ｙの内径をＬ’、扁平管３の外周側壁（天壁２１および底壁２２）の板厚をｔとしたとき、隔壁１５をほぼ真っ直ぐに伸ばすように変形させることで短軸方向Ｙの拡管を行なうこととすると、拡管率を１〜５パーセントに納めるための隔壁１５の全長Ｌ’は下式（１）により求めることができる。なお、扁平管３をバーリング穴１８に入れるために必要なクリアランスはＢとする。
【００３０】
Ｌ’＝（１．０１〜１．０５）×｛（Ｌ＋２ｔ）＋Ｂ｝−２ｔ・・・（１）
このようにして求められた全長Ｌ’を持った隔壁１５を屈曲、湾曲または傾斜させて内径Ｌの扁平管内に設置すれば良い。具体的な数値を示せば次の通りである。拡管前の扁平管３の短軸方向Ｙの外径Ｈを１ｍｍ、側壁板厚ｔを０．２ｍｍとすると、バーリング穴１８の内径は１．２ｍｍになる。挿入クリアランスＢを０．２ｍｍ、フィンの拡管率を３．５パーセントとすると、拡管後の必要な扁平管３の短軸方向Ｙの外径は１．２４ｍｍになり、このときの内径は０．８４ｍｍになる。したがって、全長Ｌ’が０．８４ｍｍとなる隔壁１５を屈曲、湾曲、もしくは傾斜させ、内径が０．６ｍｍの扁平管内に設置すれば良い。
【００３１】
扁平管３に求められる拡管量、すなわち、（拡管後の扁平管３の短軸方向Ｙの外径寸法Ｈ’）−（拡管前の扁平管３の短軸方向Ｙの外径寸法Ｈ）は、扁平管３をバーリング穴１８に挿入するときに必要なバーリング穴１８とのクリアランスと、フィン２と適当な面圧を確保するために必要な変位量の和になるが、熱交換効率の更なる向上を狙い外形寸法Ｈを微小にするに従い、外形寸法Ｈに対する拡管量、つまりは必要な隔壁全長の比率は大きくなる。したがって、より小さい扁平管内にいっそう屈曲させた隔壁を設置する必要が生じ、押出し成形にはより微細で精密な加工が求められる。しかしながら、型の強度や成形時における材料まわりの条件から要求される形状の成形は困難になる。このため、まず、図８（ａ）に示すように、押出し成形で容易に加工できる外形寸法Ｈ’’の扁平管とした後、図８（ｂ）に示すように、プレス成形などによるサイジングを併用して扁平管の外形寸法Ｈを整えるようにすれば良い。このとき、隔壁１５を変形させ易くするには、押出し成形で隔壁１５が僅かに屈曲するようにしておくことが望ましい。これにより、図８（ｃ）に示すように、拡管後には外径寸法Ｈ’の扁平管３が得られる。
【００３２】
上記の扁平管３の隔壁１５は、その断面が「く」の字状になっているが、隔壁１５の断面形状はこれに限定されるものではない。図９には扁平多穴管のいくつかのバリエーションを示してある。まず、図９（ａ）に示す隔壁１５は、その断面形状がほぼ半円状に湾曲した形状になったものである。図９（ｂ）に示す隔壁１５は、その断面形状が図９（ａ）に示した隔壁とは逆方向に湾曲した形状になったものである。図９（ｃ）に示す隔壁１５は、その断面形状が「Ｚ」字のように折れ曲がった形状のものである。図９（ｄ）に示す隔壁１５は、その断面形状が「Ｗ」字を約９０度右回転させた形状のものである。図９（ｅ）に示す隔壁１５は、その断面形状が「Ｓ」字状になったものである。いずれの扁平管３であっても、扁平管３の内短径（短軸方向Ｙの内径）より長くなるように扁平管３の長軸方向Ｘに屈曲または湾曲している。
【００３３】
また、屈曲または湾曲に限定されずに、断面形状が斜めになった隔壁１５としても、扁平管３の内短径より長い全長を有する隔壁１５を形成することが可能である。図１０にその例を示してある。図１０（ａ）に示すように、この扁平管３においては、中央から右側の各隔壁１５が右下がりに傾斜し、左側の各隔壁１５が左下がりに傾斜している。そして、天壁２１の中央部２１ａが下方に若干湾曲した断面形状をしている。このため、図１０（ｂ）に示すように、扁平管３の内圧を高めて拡管すると、各々の隔壁１５は底壁２２に対してほぼ直角に立ち上がり、天壁２１の湾曲部分２１ａが盛り上がり、天壁２２の外周２３がほぼ水平になり、扁平管３とフィン２とを均一な接触面圧で接合できる。このように、隔壁１５を斜めに傾けたときには、拡管前後に生ずる天壁２１および／または底壁２２の長さの差を吸収できる構造とすれば良い。
【００３４】
フィン２と扁平管３との間で均一な接触面圧を確保し、熱交換器１の性能を上げるためには、扁平管３の扁平度を上げることが基本的には望ましい。しかしながら、拡管によりフィン２と扁平管３とを接合する場合、実際にはフィン２のスプリングバックが影響する可能性が高い。このスプリングバックにより、扁平管３には、その断面の長軸方向Ｘの中央付近に短軸方向Ｙに発生する接触面圧が期待通りに得られなくなる可能性がある。このため、この付近の拡管量を多めに設定することが望ましい。このためには、たとえば、図１１に示すように、扁平管３の中央部付近の隔壁１５がその他の隔壁１５より長くなるようにすれば良い。これにより、扁平管３を拡管すると、スプリングバックの影響を大きく受ける天壁２１の中央部２１ａおよび底壁２２の中央部２２ａの拡管量を増やすことができる。
【００３５】
また、隔壁１５の長さの変わりに、フィン２のバーリング穴１８の形状からスプリングバックの影響を防ぐことも可能である。この場合は、図１２に示すように、バーリング穴の扁平管３の中央に対峙する部分１８ａが、その他の部分よりも狭くなったバーリング穴１８をフィン２に形成しておけば良い。
【００３６】
本例の熱交換器１においては、空気などの外部気体Ｂに対する圧力損失を考慮すると、外部気体３の流れる方向に扁平管３の長軸方向Ｘを一致させることが望ましい。この状態で扁平管３を設置すると、多くのケースでは長軸方向Ｘが水平方向になり、扁平管３に付着した水が溜まり、伝熱効率が低下する。そこで、図１３に示すように、扁平管２を、その断面の長軸方向Ｘがフィン２の長手方向Ｚに対して直交する方向から傾く姿勢となるようにフィン２に取り付けることが望ましい。これにより、扁平管３の外周に付着した水滴、水、または凝縮水２８は垂直方向に延びたフィン２を伝って下方に落ちるので、水切り性に優れており、熱交換効率の低下を防止できる。
【００３７】
なお、上記では、扁平管３を短軸方向Ｙに拡管する例を説明したが、短軸方向Ｙに加えて長軸方向Ｘに拡管することも可能である。この場合は、拡管後に必要な寸法を考慮して天壁２１および底壁２２を屈曲または湾曲させておけば良い。図１４に破線で示す扁平管３はその一例である。この扁平管３であっても、実線で示すように、拡管後に天壁２１および底壁２２が水平になるので、フィン２との接触面圧を均一にできる。
【００３８】
また、扁平管３を拡管してフィン２に接合するので、扁平管３とフィン２を溶接やろう付けする必要はないが、熱交換器１の用途に応じては溶接などを行なったほうが良い場合がある。すなわち、フィン２と扁平管３とを拡管という機械的な接合により固定しているので、フィン２と扁平管３との接触抵抗の問題は完全には解決されず、フィン２と扁平管３を溶接した場合に対し最大で約１０パーセントの熱交換性能の低下が予想される。このため、熱交換性能が優先される用途にあっては、フィン２と扁平管３とを溶接などにより接合することが求められる。本発明においては、扁平管３の内圧を高めることにより、扁平管３の全周にわたって均一な拡管量が得られるので、扁平管３とフィン２と密着させた状態を作りやすい。このため、溶接、ろう付け、接着などに適した状態でフィン２と扁平管３を密着させることが可能であり、このような場合にも本発明は有効である。
【００３９】
また、本発明は、フィン２に扁平管３を取り付けるために形成する開口はスリットでも良い。さらに、上記では、プレート状のフィン２を持つ熱交換器を説明したが、フィンの形状はプレート状に限定されない。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、フィンを貫通するように扁平管を取り付けた状態で、扁平管の内圧を高めて他の部分を拡管する加圧式拡管方法を採用することにより、フィンと扁平管との接触を図るようにしている。したがって、扁平管として、微細な区画とされた複数の平行流路を備えた扁平多穴管を採用しても、扁平管の端部以外のその他の部分を確実に拡管でき、プレート状のフィンと扁平管とを機械的に接合することが可能になる。このため、低い製造コストで扁平多穴管が採用されたプレートフィン型熱交換器を製造でき、熱交換性能に優れた低コストの熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱交換器の概略を示す図である。
【図２】図１に示す熱交換器の要部を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る熱交換器の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】第１の工程においてフィン、扁平管およびヘッダを仮組した様子を示す図である。
【図５】拡管前の扁平管の断面図である。
【図６】図６（ａ）は、第２の工程において扁平管を拡管した状態を示す図であり、図６（ｂ）は扁平管の端部を拡大して示す図、図６（ｃ）は扁平管の他の部分を拡大して示す図である。
【図７】扁平管が拡管される様子を示す図である。
【図８】扁平管を製造する方法を示す図である。
【図９】扁平管の変形例を示す図である。
【図１０】傾いた状態の隔壁を有する扁平管を示す図である。
【図１１】フィンのスプリングバックの影響を防止できる扁平管を示す図である。
【図１２】フィンのスプリングバックの影響を防止できるバーリング穴を示す図である。
【図１３】水切り性を向上できる熱交換器を示す図である。
【図１４】長軸方向にも拡管できる扁平管を示す図である。
【図１５】従来のプレートフィン型熱交換器を示す図である。
【図１６】コルゲートフィン型熱交換器を示す図である。
【図１７】図１６のコルゲートフィン型熱交換器の扁平管の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 熱交換器
２ フィン
３ 扁平管
４ 端部
５ 他の部分
６ ヘッダ
１４ 平行流路
１５ 隔壁
１８ バーリング穴（開口）

Claims (17)

1. ヘッダと、そのヘッダに接合された複数の扁平管とを有し、前記ヘッダにより熱交換用の媒体が前記複数の扁平管の各々に分流される熱交換器の製造方法であって、
   内部が複数の隔壁により複数の平行流路に分割された前記複数の扁平管を、前記隔壁の少なくとも一部が縮んだ状態で、前記複数の扁平管の端部を、前記複数の扁平管に熱交換媒体を分流するための前記ヘッダの接合穴に接合し前記複数の扁平管および前記ヘッダが連通した状態にするとともに、前記複数の扁平管にフィンを取り付けて、前記複数の扁平管、前記ヘッダおよび前記フィンにより熱交換器を仮組する第１の工程と、
   前記ヘッダを介して流体を供給し、前記流体により前記ヘッダに連通された前記複数の扁平管の内圧を高め、前記ヘッダの接合穴に接合された前記複数の扁平管の端部は前記隔壁の少なくとも一部が縮んだ状態に保持し、前記複数の扁平管の前記フィンが取り付けられた部分の前記隔壁をほぼ伸びた状態として拡管し、前記フィンに接触させる第２の工程とを有する熱交換器の製造方法。
2. 請求項１において、前記フィンはプレート状であり、前記第１の工程では、前記複数の扁平管が前記フィンを貫通するように取り付ける、熱交換器の製造方法。
3. 請求項１において、前記第１の工程では、前記隔壁が屈曲、湾曲または傾いた状態である、熱交換器の製造方法。
4. 請求項１において、前記第２の工程では、前記複数の扁平管の内圧を、気密あるいは耐圧検査用の圧力またはそれ以上にする、熱交換器の製造方法。
5. 請求項２において、前記第１の工程では、複数のプレート状の前記フィンに対し並列に貫通した状態で前記複数の扁平管を取り付ける、熱交換器の製造方法。
6. 請求項５において、前記第１の工程では、前記複数の扁平管を、その断面の長軸方向を前記フィンの長手方向に対して直交する方向に取り付ける、熱交換器の製造方法。
7. 請求項５において、前記第１の工程では、前記複数の扁平管を、その断面の長軸方向を前記フィンの長手方向に直交する方向からさらに傾けて取り付ける、熱交換器の製造方法。
8. 請求項６において、前記第２の工程では、前記長軸方向の中央またはその近傍に位置する前記隔壁が、他の前記隔壁よりも長くなっている、熱交換器の製造方法。
9. 請求項６において、前記フィンは前記複数の扁平管を接合または取り付けるための開口を備えており、
   前記第１の工程では、前記開口は前記複数の扁平管の中央に対峙する部分が、その他の部分よりも狭くなっている、熱交換器の製造方法。
10. 内部が複数の隔壁により複数の平行流路に分割された複数の扁平管と、前記複数の扁平管に熱交換媒体を分流するためのヘッダと、前記複数の扁平管と接触するフィンとを有し、前記ヘッダにより熱交換用の媒体が前記複数の扁平管の各々に分流される熱交換器であって、
    前記複数の扁平管、前記ヘッダおよび前記フィンは、前記複数の扁平管の前記隔壁の少なくとも一部が縮んだ状態で仮組され、その後、前記ヘッダを介して供給された流体により、前記複数の扁平管の前記フィンに接触する部分の前記隔壁はほぼ伸ばされ、前記ヘッダの接合穴に接合された端部の前記複数の隔壁は少なくとも一部が縮んだ状態で保持されている、熱交換器。
11. 請求項１０において、前記フィンはプレート状であり、前記複数の扁平管が前記フィンを貫通するように取り付けられている、熱交換器。
12. 請求項１０において、前記複数の扁平管の前記端部では、前記隔壁が屈曲、湾曲または傾いた状態である、熱交換器。
13. 請求項１０において、複数のプレート状の前記フィンと、これらのフィンに対し並列に貫通した状態で取り付けられた前記複数の扁平管とを有する熱交換器。
14. 請求項１３において、前記複数の扁平管は、その断面の長軸方向が前記フィンの長手方向に対して直交するように取り付けられている、熱交換器。
15. 請求項１３において、前記複数の扁平管は、その断面の長軸方向が前記フィンの長手方向に直交する方向からさらに傾いて取り付けられている、熱交換器。
16. 請求項１４において、前記長軸方向の中央またはその近傍に位置する前記隔壁が、他の前記隔壁よりも長くなっている、熱交換器。
17. 請求項１４において、前記フィンは前記複数の扁平管を接合または取り付けるための開口を備えており、この開口は前記複数の扁平管の中央に対峙する部分が、その他の部分よりも狭くなっている、熱交換器。

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