JP2009250458A - 熱交換器の熱交換部ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換部ユニットの製造コストの改善にある。
【解決手段】一枚のアルミニウム又はアルミニウム合金の薄板からなり断面が深いＵ字状を呈する多数の樋状要素と、所定の距離を置いて導入孔と排出孔とを形成したアルミ合金等のベース板とを具備し、前記各樋状要素は、所定の間隔で平行し底部が前記導入孔と排出孔とに跨る状態で前記ベース板へ接合され、前記樋状要素の隣合う側板相互は、三辺が互いに接合されていて袋状部を構成しており、前記ベース板の導入孔から各袋状部を経て前記ベース板の排出孔へ通じる経路が第１の流体流路を構成し、前記各樋状要素が第２の流体流路を構成していることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は熱交換器の主要部である熱交換部ユニットに関するものであり、特に高温流体の流路と低温流体の流路とが交互かつ平行状に並んだ熱交換部ユニットに関するものである。

この種の熱交換部ユニットでは、多くの場合コルゲートを四角筒状のケース内に挿入固定し、一定姿勢においてコルゲートの山部内を高温流体の流路（第１の流体流路）とし、コルゲートの谷部内を低温流体の流路（第２の流体流路）として、それぞれ使用するものが多い。
しかし、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下「アルミ合金等」と言う。）の薄板は、波数が多ければ多いほどコルゲート成形するのが難しくなるため、最近はコルゲートに代えて、以下説明するように多数の袋状のヒートシンクを用いた熱交換部ユニットが提案されている（特許文献１）。

前記熱交換部ユニットは、各一つの第１及び第３のヒートシンクと、多数の第２のヒートシンクと、薄板金をほぼコ字状断面に形成したカバーと、薄板金をほぼ櫛状に形成した一対のガイドとから構成されている。
第１のヒートシンクは、二枚の薄板金の一方を袋状に曲げ加工し、他方の薄板金の一辺へ鍔部を曲げ加工し、両方の薄板金を圧接ないし溶着して開口部の長さ方向に沿う一辺へ前記鍔部を有するように全体を袋状に形成している。

各第２のヒートシンクは、二枚の薄板金の一方を袋状に曲げ加工するとともに、その開口側一辺へ鍔部を曲げ加工し、他方の薄板金の一辺へ鍔部を曲げ加工し、両方の薄板金を圧接ないし溶着して開口部の長さ方向に沿う両辺へ前記鍔部を有するように全体を袋状に形成している。
第３のヒートシンクは、二枚の薄板金の一方を袋状に曲げ加工するとともに、その開口側一辺へ鍔部を曲げ加工し、両薄板金を圧接ないし溶接して開口部の長さ方向に沿う一辺へ鍔部を有するように全体を袋状に形成している。

そして、前記断面コ字状のカバー内へ、第１のヒートシンクをその鍔部が左側へ位置しない状態で左端に配置し、第３のヒートシンクをその鍔部が右側へ位置しない状態で右端に配置し、第１のヒートシンクと第３のヒートシンクとの間に第２のヒートシンクを平行に多数配置して、断面が矩形状となるように組み合せ、前記ガイドにて各ヒートシンクを保持，固定している。
隣合うヒートシンクは、前記組み合せ状態において相互の対応する鍔部が互いに重なった状態となるように固定されて熱交換部ユニットを構成している。
前記熱交換部ユニットは、各ヒートシンク内を一端部から他端部方向へ流体が流れるように高温流体の流路が形成され、隣合うヒートシンク相互の間を他端部から一端部方向へ流体が流れるように低温流体の流路が形成される状態で熱交換器内へ組み込まれる。

前記熱交換部ユニットは、前記のように構成されているから、二種の流体の流路が多くても円滑に加工することができるが、各ヒートシンクがそれぞれ二枚の薄板金から構成されており、各ヒートシンクを製造するとき二枚の薄板金を接合するので製造コストが嵩む問題があった。
また、各薄板金を加工するため少なくとも四種のプレス金型が必要（第１ヒートシンクの一方の薄板金加工用、第１，第２ヒートシンクの他方の薄板金加工用、第２，第３ヒートシンクの一方の薄板金加工用、及び第３ヒートシンクの他方の薄板金加工用）で、この点も製造コストアップの要因であった。
特許第２９１２３０７号公報

本発明の課題は、熱交換器における熱交換部ユニットの製造コストの改善にあり、その目的は、より廉価に製造することができる熱交換部ユニットを提供することにある。

本発明に係る熱交換器の熱交換部ユニットは、前記課題を達成するため、一枚のアルミニウム又はアルミニウム合金の薄板からなり断面が深いＵ字状を呈する多数の樋状要素と、所定の距離を置いて導入孔と排出孔とを形成したアルミ合金等のベース板とを具備し、前記各樋状要素は、所定の間隔で平行し底部が前記導入孔と排出孔とに跨る状態で前記ベース板へ接合され、前記樋状要素の隣合う側板相互は、三辺が互いに接合されていて袋状部を構成しており、前記ベース板の導入孔から各袋状部を経て前記ベース板の排出孔へ通じる経路が第１の流体流路を構成し、前記各樋状要素が第２の流体流路を構成していることを最も主要な特徴としている。

本発明に係る熱交換器の熱交換部ユニットによれば、各樋状要素は一枚のアルミ合金等の薄板により構成されており、前記袋状部を形成するための接合部及び接合面積が少ないので、漏れ欠陥がそれだけ発生し難い。また、接合面積が少なくかつ必要な金型の種類もより少ない（溝状要素を加工する金型を一種でよい）ので、より低コストで製造することができる。

以下図面を参照しながら、本発明に係る熱交換部ユニットの実施形態を説明する。
図１はベース板上のカバーを取り除いた一実施形態の熱交換部ユニットの部分破断平面図、図２は図１の実施形態の熱交換部ユニットの樋状要素を除いた状態の部分分解斜視図、図３は図１の矢印Ａ−Ａに沿う断面図、図４は樋状要素の部分正面図、図５は溝状要素を加工する前にプレス加工されたアルミ合金等の薄板の部分平面図、図６は図５の薄板の正面図である。

熱交換部ユニットａは、一枚のアルミ合金等の薄板からなり断面が深いＵ字状を呈する多数の樋状要素１と、所定の距離を置いて導入孔２０と排出孔２１とを形成したアルミ合金等のベース板２とから構成されている。
各樋状要素１は、所定の間隔で平行し底部が前記導入孔２０と排出孔２１とに跨る状態で前記ベース板２へ接合されており、前記樋状要素１の隣合う側板相互は、三辺が互いに接合されていて袋状部１０を構成している。
前記ベース板２の導入孔２０から各袋状部１０を経て前記ベース板２の排出孔２１へ通じる経路が第１の流体流路ｂを構成し、前記各樋状要素１が第２の流体流路ｃを構成している。

この実施形態では、ベース板２は両端部近傍にほぼ同幅の導入孔２０と排出孔２１が
平行に形成されており、図２で示すようにアルミ合金等の板からなる方形枠状のスペーサ板２ａが重ねられている。スペーサ板２ａの両端部上面にはそれぞれ櫛歯状の位置決め片４０，４０が形成された位置決め板４，４が相対向するように設置される。
図１及び図３で示すように、各樋状要素１の内底部へ位置決め板４の位置決め片４０を押込んだ状態とすることにより、各樋状要素１をベース板２の上面へ平行状に直立して並ぶように位置決めされる。
カバー３はアルミ合金等の板からなり、ベース板２上に設置された多数の樋状要素１を覆うように設置される。このカバー３は、一端部が（図１の下側部分）一部開放されて流体の導入口（図示しない）となっており、他端部上面に流体の排出口３０が形成され、当該他端部が端板３１により塞がれている。

前記ベース板２，スペーサ板２ａ，各位置決め板４及びカバー３はねじやリベット（ともに図示せず）により接合されている。
図１及び図３で示すように、各樋状要素１の内底部へ位置決め板４の位置決め片４０を押込んだ（嵌合した）状態とすることにより、各樋状要素１をベース板２の上面へ平行状に直立して並ぶように位置決めする。
この実施形態では、各樋状要素１相互の間隔は、図１のように交互に配置された第１の流体流路ｂと第２の流体流路ｃの幅がほぼ等しくなるような間隔となっている。
各樋状要素１の底部は、ベース板２の表面へ接着により接合されているのが好ましい。

隣合う樋状要素１の側板相互は、ベース板１への適正な配置状態において各辺の外周部がそれぞれ近接ないし接触するように曲げ加工されており、図１及び図３で示すように、側板相互の三つの縁辺は当該部分の薄板相互が密接するように重ね部１３が形成され、両端部では重ね部１３の外側へ樋状のキャップ１１を固くかしめて接合している。
また、隣合う樋状要素１の側板の上部縁辺は、図３で示すように当該部分の薄板相互の重ね部１３の一方へ折り返し部１２を形成し、この折り返し部１２を前記重ね部１３へ固くかしめにより被せている。

なお、各樋状要素１の底部とベース板２との接合、隣合う樋状要素１の側板相互の各辺縁部の接合は、熱交換器の製品仕様によりそれぞれの条件に応じて接着（接着剤、シール剤）、熱圧着、ろう付け、はんだ付け、溶接、かしめその他の公知の接合手段を選択することができる。

各樋状要素１の加工要領の一例を以下説明する。
塗装が施されたアルミ合金等の板（３００３合金、板厚０．１４ｍｍ）を用い、例えば図５，図６で示すように、平面方形でフランジ付きの浅いトレイ形状であって長さ方向中央部両端へ折り曲げ用スリット１４を有するブランク１ａを打抜く。
次のＵ字状に加工する際の形状の安定性を確保するため、ブランク１ａを成形した場合に凸形状になる部分へエンボス加工を施すのが好ましい。

次いで、ブランク１ａの凸側を内側として前記折り曲げ用スリット１４，１４の部分から全体をＵ字状に折り曲げるとともに、各側板の三辺の周縁部へ図４のように重ね部１３をそれぞれ加工し、一方の側板の上辺縁部へ重ね部１３に連続して折り返し部１２を加工する。

以上のように構成された熱交換部ユニットａのベース板２へ、全部の樋状要素１が覆われるようにほぼコ字状断面のカバー３が取り付けられた熱交換器ａ１は、例えば図９のように密閉筐体５内へ設置される。
図９において、密閉筐体５の内部は隔壁５２により機器の収容空間５０と熱交換器の収容空間５１とに区分されており、機器の収容空間５０には電子機器６が収容され、他の収容空間５１には図２の熱交換器ａ１が収容されている。

隔壁５２には、熱交換器４における熱交換部ユニットａ（図１，図３）の排気孔２１へ通じる吸気口５２ａと、熱交換部ユニットａの導入孔２０へ通じる排気口５２ｂとが形成され、収容空間５０内において吸気口５２ａの近傍と排気口５２ｂの近傍にはそれぞれのファンユニット５４，５５が設置されている。
熱交換器ａ１の収容空間５１の外壁５３には、外気の導入口５３ａと排出口５３ｂとが形成され、当該収容空間５１内には排出口５３ｂの近傍にファンユニット５６が設置されている。

図９の密閉筐体５において、電子機器６は作動により熱を発生して収容空間５０内の温度が上昇するが、各ファンユニット５４，５５，５６の作動により、収容空間５０内の加熱された高温の空気は、収容空間５０，排気口５２ｂ，熱交換器４内における熱交換部ユニットａの第１の流体流路ｂ（図１，図３）を図９の各矢印イのように循環する。
一方筐体１の外部における低温の空気は、導入口５３ａ，熱交換部ユニットａの第２の流体流路ｃを図９の各矢印ロのように連続的に経由して排出口５３ｂより排出される。
そして、前記のように循環する高温の空気は、熱交換部ユニットａの第１の流体流路ｂを通過する過程で第２の流体流路ｃを逆方向に流れる低温外気と熱交換されて冷却されるから、収容空間５０内の温度のさらなる加熱が抑制され、電子機器の６の発熱も抑制される。

なお、図９の筐体５では外気の導入口５３ａが熱交換器ａ１の前方へ面しない下方へ設けられ、排出口５３ｂが熱交換器ａ１の前方へ面しない上方へ設けられていて、外気が熱交換器ａ１の下方から上方へ抜けるように構成されているが、例えば図１０で示すように、ファンユニット５６を含む排出口５３ｂを熱交換器ａ１の上部前方へ面する位置に設けることができる。
また、外気の導入口５３ａを熱交換器ａ１の前方下部へ位置させ、排出口５３ｂを熱交換器ａ１の前方上部へ位置するように設置しても実施することができる。

前記実施形態の熱交換部ユニットａによれば、樋状要素１を加工するための接合部及び接合面積が少ないほか必要な金型の種類もより少なくて済むので、より低コストで製造することができる。また、接合部が少ないため漏れ欠陥が生じ難く信頼性も向上するほか、製造し易い。
ベース板２と各樋状要素１及び隣合う樋状要素１の側板相互の重ね部１３相互を接着により接合した場合には、ろう付け接合のように部材に高温が加えられていないので強度低下がない。

各樋状要素１の隣合う側板相互の三辺の周縁封止部は、それらの重ね部１３へ樋状のキャップ１１又は折り返し部１２が被せられているので、樋状要素１や袋状部１０が展開方向へ変形しないようにその形態を維持させることができる。

その他の実施形態
各樋状要素１の隣合う側板相互の三辺週縁部を接合する場合において、前記のようにキャップ１１や折り返し部１２を形成することなく、例えば図７の（ｄ）図及び図８の（ｆ）図のように相互の重ね部１３を単に重ねた状態で接合することができる。
また、各樋状要素１の隣合う側板相互の長さ方向両端部縁部を接合する場合において、図７の（ｅ）図で示すように、当該部分の重ね部１３へ当該重ね部１３の一方に形成した折り返し部１２を被せるように構成することができる。
他方、各樋状要素１の隣合う側板相互の上部を接合する場合において、図８の（ｇ）図で示すように、当該部分の重ね部１３へ樋状のキャップ１１を被せるように構成することができる。

隣合う樋状要素１における側板相互の重ね部１３，当該重ね部１３へのキャップ１１又は折り返し部１２の各接合、各樋状要素１のベース板２への接合において接着接合又はシール剤接合する場合には、あらかじめそれらの接合領域へ接着剤やシール剤を塗布しておき、両者を順次接着しながらユニットの組立を行うのが望ましい。

本発明において、第１及び第２の流体流路を通過する流体は前記実施形態のように気体の場合のほか、液体である場合にも実施することができる。
この場合、熱交換器４の全体において第１の流路と第２の流路は密閉循環系となる。

ベース板上のカバーを取り除いた一実施形態の熱交換部ユニットの部分破断平面図である。 図１の熱交換部ユニットの樋状要素を除いた状態の部分分解斜視図である。 図１の矢印Ａ−Ａに沿う部分断面図である。 樋状要素の部分正面図である。 溝状要素を加工する前にプレス加工されたアルミ合金等のブランクの部分平面図である。 図５のブランクの正面図である。 各樋状要素の側板相互の両端部縁辺における接合状態の変形形態を示す部分平断面図であり、（ｄ）図はその一形態を示し、（ｅ）図はその他の形態を示す。 各樋状要素の側板相互の上部縁辺における接合状態の変形形態を示す部分平断面図であり、（ｆ）図はその一形態を示し、（ｇ）図はその他の形態を示す。 図１の実施形態の熱交換部ユニットを使用して構成した熱交換器を組み込んだ密閉筐体の概略断面図である。 図１の実施形態の熱交換部ユニットを使用して構成した熱交換器を組み込んだ他の形態における密閉筐体の概略断面図である。 図１の実施形態の熱交換部ユニットを使用して構成した熱交換器を組み込んださらに他の形態における密閉筐体の概略断面図である。

符号の説明

１ 樋状要素
１０ 袋状部
１１ キャップ
１２ 折り返し部
１３ 辺縁の重ね部
１ａ ブランク
２ ベース板
２０ 導入孔
２１ 排出孔
２ａ スペーサ
３ カバー
４ 位置決め板
４０ 位置決め片
５密閉筐体
ａ 熱交換部ユニット
ｂ 第１の流体流路
ｃ 第２の流体流路

Claims (2)

1. １枚のアルミニウム又はアルミニウム合金（以下「アルミ合金等」と言う。）の薄板からなり断面が深いＵ字状を呈する多数の樋状要素と、所定の距離を置いて導入孔と排出孔とを形成したアルミ合金等のベース板とを具備し、
   前記各樋状要素は、所定の間隔で平行し底部が前記導入孔と排出孔とに跨る状態で前記ベース板へ接合され、
   前記樋状要素の隣合う側板相互は、三辺が互いに接合されていて袋状部を構成しており、
   前記ベース板の導入孔から各袋状部を経て前記ベース板の排出孔へ通じる経路が第１の流体流路を構成し、前記各樋状要素が第２の流体流路を構成している、
   ことを特徴とする熱交換器の熱交換部ユニット。
2. 前記樋状要素の隣合う側板相互の三辺は、当該部分における薄板相互が重ねられ、当該重ね部には樋状のキャップが被せられているか又は当該重ね部の一方へ形成した折り返し部が当該重ね部へ被せられている、請求項１に記載の熱交換器の熱交換部ユニット。

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