JPS6247617B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多数の空隙が連続してなる通気性の高
い多孔質金属をフインとして用いた熱交換器の製
造方法に関するもので、本発明における熱交換器
はフアンコイルユニツトに用いる対空気用熱交換
器、冷凍機、空調器に用いる対空気用蒸発器、凝
縮器など、温度差のある２流体の間で熱交換させ
る分野に利用することができる。

本発明に近い技術として、溶解金属中にガスを
発生する物質を投入して、溶解金属を発泡させて
得られる発泡金属体をフインとして用いる熱交換
器や金属粒子や焼結方法などに接合固着させてフ
インとして用いる熱交換器が知られている。前者
は連続空孔相互の連結部が極めて細くくびれた
り、中に一部独立空孔を生じたりして流体の通路
抵抗が大きくなつたり、また全体にわたつて一様
な密度に成形することが困難であるなどの問題点
がある。また後者は粒子と粒子の間隙が流体の通
る隙間であり、あまり大きな空隙率を得ることが
できないし、また製造時間が多くかかつたり、価
格が高いなどの問題がある。以上の問題点からこ
れらの熱交換器は実用の域に達していない。従つ
て、現在一般に使われているフイン付熱交換器は
板状のフインを熱交換パイプに直角にできるだけ
密に配列して、熱交換を行なう伝熱面積を大きく
するようにしてクロスフイン形熱交換器が大部分
を占めている。このタイプの熱交換器は伝熱管が
蛇行管もしくはヘツダ接続形の平行管であるを問
わず、先ずフインを多列で装置した後、管接続処
理を行わねばならず、組立が面倒であるばかりで
なく、組立工程を多く要して、工期が長く、生産
性に難点がある。さらにクロスフイン形の熱交換
器では、フインの間隙を流体が流れるため、むや
みにフイン間隔を挟くして、フインの数を増して
伝熱面積を大きくすることは流体の通路抵抗の増
加および加工上の制約もあつて困難である。

本発明は従来の熱交換器が上記の如き問題点を
有していることに着目して、新規な加工技術の採
用により問題点の解消を可能にし、かつ伝熱性能
を向上させ、軽量小型化をも可能にしたものであ
つて、従来熱交換器のフインに相当する部分を、
既に蛇行管などに加工された伝熱管の周囲に、一
体成型により結着させ得る如くした新規な熱交換
器の製造方法を提供し得ることを特徴とするもの
である。

以下本発明の一実施例を添付図面に従つて具体
的に説明する。

本発明を空気熱交換器に用いた実施例を第１
図、第２図に示す。これらは伝熱管１を蛇行状に
成型し、この周囲を厚い層をもつマツト状に形成
したフインブロツク２で、伝熱管１の管端部を露
呈させておおつた一体成型の熱交換器であり、第
１図の実施例は蛇行状に成型した伝熱管１の直管
部分をフインブロツク２に埋設した熱交換器、第
２図の実施例は伝熱管１の直管部分と曲管部分を
ともに埋設した熱交換器である。

さらにフインブロツク２は第３図に示す拡大図
のように細線状または第４図に示すように種々の
凹凸をもつた細線状のフイン３がスケルトン状を
呈した多孔質金属であり、空気はスケルトン状を
したフイン３の間の多数の空隙４を流れるように
なつており、伝熱管１内を流れる冷媒、水などの
流体とフイン３を通して熱交換を行わせるように
なつている。

次に第１図、第２図に示した熱交換器の製法に
ついて説明する。

第１図に示す実施例はまず発泡ウレタンなどの
連続空孔を有する通気性の良好な樹脂を模型と
し、この模型の空孔を流動状の鋳型材料で満たし
模型除去前鋳型を成形する。この鋳型材料として
は、鋳型用石こう粉末と水からなるスラリー、食
塩を添加した石こうと水からなるスラリー、270
メツシユ以下のSiO₂粉末にエチルシリケートと
工業用エチルアルコールと水よりなる粘結剤を混
合したスラリー、その他一般の鋳型材料を用い
る。

樹脂模型に鋳型材料を満たし模型除去前鋳型を
成形したら、これを加熱などの操作により模型の
樹脂を気化などにより消失除去して樹枝状の連続
空孔を形成し、第５図に示す如き両面に伝熱管の
直管部分の通る溝７を有する分割フイン鋳型５
や、第６図に示す如き片面に伝熱管の直管部の通
る溝７を有する分割フイン鋳型６を成形する。こ
れら分割フイン鋳型５，６の形状は、樹脂模型の
段階で成形するのが最も好ましいが、樹脂模型に
鋳型材料を満たし、模型除去前鋳型を成形後に成
形することも可能である。また溝７の大きさは、
伝熱管径より幾分大きくしておく。次にこの分割
フイン鋳型５，６をあらかじめ蛇行状などに成型
された伝熱管１に複数個伝熱管１の長さ方向に平
行に組み込む。この組み込み時、分割フイン鋳型
の接触面に、流動状の鋳型材料を薄く塗布してお
くと、鋳型間にすきまを生ずることなく接合する
ことができる。分割フイン鋳型５，６を複数個第
７図のように組み込んで、伝熱管１の周囲部にフ
イン鋳型を形成したら、フイン鋳型を容器内に満
たされた溶融金属に接触させ、フイン鋳型の空孔
内を減圧したり、又は容器内の溶融金属を加圧す
るなどの圧力操作によりフイン鋳型の空孔内およ
び鋳型と伝熱管１のすきまに溶融金属を充填し、
溶融金属が凝固した後鋳型を除去する。この金属
材料としては、Al、Cu、Feなどの熱伝導性の良
好な材料の他に、一般の鉄系合金やPb、Zn、Mg
などの非鉄合金についても用いることが可能であ
る。

これにより、蛇行状などに成型された伝熱管１
の直管部分の周囲には、細線状あるいは種々の凹
凸をもつた細線状のフイン３がスケルトン状を呈
した連続空隙を有する多孔質金属のフインブロツ
ク２が一体成型により結着される。

尚上記の説明では、あらかじめ成形された分割
フイン鋳型を複数個伝熱管に組み込むようにして
いるが、この他に、模型除去前鋳型を第５図、第
６図に示すような形状に成形し、これらを複数個
伝熱管に組み込み、その後加熱などの操作により
模型の樹脂を気化などにより消失除去して、連続
空孔を有するフイン鋳型を形成するようにしても
よい。この組み込み時、鋳型材が硬化していた
り、また硬化していなくても鋳型材が少ない場合
には、鋳型の接触面に流動体の鋳型材料を薄く塗
布しておくと、鋳型間にすきまを生ずることなく
接合することができる。

第２図に示す実施例は、蛇行状などに成型され
た伝熱管１の曲管部分も共にフインブロツク２内
に埋設した熱交換器である。このような熱交換器
を製造する場合には、伝熱管１の曲管部分に第８
図および第９図に示す分割フイン外鋳型８および
分割フイン内鋳型９を用いる。まず第１図に示し
た熱交換器の製法と同じように、樹脂模型と鋳型
材料を用いて第５図、第６図に示すような直管部
分用の分割フイン鋳型５，６と第８図および第９
図に示すような分割フイン外鋳型８および分割フ
イン内鋳型９を成形する。次にこれらの鋳型５，
６，８，９を第１０図に示すように組み込む。こ
の後、第１図に示す熱交熱器の製法と同じように
製造することにより、伝熱器１の周囲部には、伝
熱管１の流開口端以外を完全に埋設したフインブ
ロツク２が一体成型により結着される。これらの
製造方法において、鋳造時に分割フイン鋳型５，
６および分割フイン外鋳型８、分割フイン内鋳型
と伝熱管１との間に形成されたすきまに充填され
た溶融金属は、冷却固化する時、金属が収縮する
が、この時、伝熱管１のまわりの溶融金属が金属
管状となり、さらに収縮することにより伝熱管１
に強い接触圧力を加える状態になり、伝熱管１と
フインブロツク２との接合がより良好となる。

これにより蛇行状などに成型された伝熱管１の
周囲部には、細線状あるいは種々の凹凸をもつた
細線状のフイン３がスケルトン状を呈した３次元
の連続空隙を有する多孔質金属のフインブロツク
２が一体成型されるとともに、伝熱管１とフイン
ブロツク２の結着がさらに強力に行なわれるよう
になる。

以上の製法により製作された熱交換器におい
て、熱交換される空気は、フインブロツク２にお
けるスケルトン状をしたフイン３の間の無数の連
続空隙４を流路抵抗を殆んど受けることなく、速
やかに流れ、この流通過程において伝熱管１内の
流体とフイン３を通して効率よく熱の授受が行わ
れる。

本発明における熱交換器のフイン３は網目状３
次元的に配置されているので、板状フインに比べ
伝熱面積を増加させることができ、さらに網目状
に流体の通路が入り組んでいるため、常に流体が
撹拌され温度境界層の発達を減ずる効果があり、
高い伝熱性能を出ることができ、極めて有効に熱
の授受を行うことができる。

一般の熱交換器において、空気との熱伝達率は ｈ∝ｄ^-n （一般にｎ＞０） 但し ｈ：熱伝達率 ｄ：代表直径 として表わされることは周知である。上式はｄが
小さい方が熱伝達率は大きくなることを示してい
る。

本発明による熱交換器のフイン３は非常に細い
細線状のものが製作可能であり、伝熱性能を一層
向上させることができる。

以上述べたように、本発明の製造方法における
熱交換器はクロスフイン形熱交換器と比較して、
単位体積当りの伝熱面積も大きくでき、伝熱性能
も高くできるので小形化が可能であり、また多孔
質金属は軽量構造であるので、熱交換器全重量を
軽量化し得る。また製造工程において、あらかじ
め伝熱管を蛇行状などに成型して置いて、その周
囲にフインブロツクを成型したので、Ｕ字管の挿
入拡管などの面倒な処理工程が省略でき、また鋳
型の組み込みなどが容易になり製造が極めて簡単
になる。さらに溶融金属の冷却固化時に収縮など
によりフインブロツクと伝熱管との結着が良好と
なり、フインと伝熱管の間の熱の伝わりが良くな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換器の製造方法の一例に
よる熱交換器を示す斜視図、第２図は本発明の熱
交換器の製造方法の他の例による熱交換器を示す
斜視図、第３図および第４図は第１図および第２
図に示す熱交換器におけるフインブロツクの一部
拡大図、第５図および第６図は分割フイン鋳型の
一例を示す斜視図、第７図は第１図に示す熱交換
器の製造方法を説明する斜視図、第８図および第
９図は、第２図に示す熱交換器を製造するために
用いる分割フイン外鋳型および分割フイン内鋳型
の一例を示す斜視図、第１０図は第２図に示す熱
交換器の製造方法を説明する斜視図である。 １……伝熱管、２……フインブロツク、３……
細線状のフイン、５，６……分割フイン鋳型、８
……分割フイン外鋳型、９……分割フイン内鋳
型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３次元の連続空孔を有する樹脂を模型とし、
   この模型の空孔に流動状の鋳型材料を満たして模
   型除去前鋳型を成形後、加熱などにより樹脂模型
   を消失除去して連続空孔を有する分割フイン鋳型
   を成形し、あらかじめ蛇行状などに成型された伝
   熱管の周囲部に、前記分割フイン鋳型を複数個組
   み込み、次に圧力操作により溶融金属を鋳型空孔
   内に充填した後、溶融金属を凝固させると共に鋳
   型材料を除去することにより、蛇行状などに成型
   された伝熱管の周囲部に、３次元の連続空隙を有
   する多孔質金属を一体成型により結着したことを
   特徴とする熱交換器の製造方法。 ２ ３次元の連続空孔を有する樹脂を模型とし、
   この模型の空孔に流動状の鋳型材料を満たして模
   型除去前鋳型を成形し、あらかじめ蛇行状などに
   成型された伝熱管の周囲部に前記模型除去前鋳型
   を複数個組み込み、この後加熱などにより樹脂模
   型を消失除去して連続空孔を有するフイン鋳型を
   成形し、次に圧力操作により溶融金属を鋳型空孔
   内に充填した後溶融金属を凝固させると共に鋳型
   材料を除去することにより、蛇行状などに成型さ
   れた伝熱管の周囲部に、３次元の連続空隙を有す
   る多孔質金属を一体成型により結着したことを特
   徴とする熱交換器の製造方法。