JP2018066535A - 熱交換器およびそれを用いた冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器のヘッダ領域部分での膨張変形を抑制し長尺且つ高効率の熱交換器及びそれを用いた冷凍システムを提供する。【解決手段】流体流路を形成したプレートフィン２ａを積層してコア積層体２を構成し、このコア積層体２を複数積層して、当該積層状態におけるコア積層体のヘッダ領域対応部分を補強プレート１６ａ、１６ｂで連結挟持した構成としてある。これにより、流体流路の細径化を推進して熱交換効率を向上させるとともに、流体となる冷媒の流量が多く圧力の高い熱交換器であってもヘッダ領域対応部分での外方への膨張変形を抑制することができる。そして、コア積層体を複数積層連結したことにより長尺な熱交換器とすることができ、これを用いた冷凍システムも省エネ性の高い高性能なものとすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は熱交換器およびそれを用いた冷凍システムに関し、特に、冷媒が流れる板状のプレートフィンを積層して構成されたプレートフィン積層型の熱交換器とそれを用いた冷凍システムに関する。

一般に空気調和機や冷凍機等の冷凍システムは、圧縮機によって圧縮した冷媒を凝縮器や蒸発器等の熱交換器に循環させ被熱交換流体と熱交換させて冷房もしくは暖房を行うが、前記熱交換器の熱交換効率によってシステムとしての性能や省エネ性が大きく左右される。従って、熱交換器は高効率化が強く求められている。

このような中にあって、冷凍システムの熱交換器は、一般的には、フィン群に伝熱管を貫通させて構成したフィンチューブ型熱交換器を用いており、その伝熱管の細径化を図って熱交換効率の向上及び小型化が進められている。

しかしながら、上記伝熱管の細径化には限度があるため、熱交換効率の向上及び小型化は限界に近づきつつある。

一方、熱エネルギーを交換するために使用される熱交換器の中には、流路を有するプレートフィンを積層して構成したプレートフィン積層型熱交換器が知られている。

このプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィンの中に形成された流路を流れる第１流体と、積層されたプレートフィンの間を流れる第２流体との間で熱交換を行うもので、車両用の空気調和機などにおいて広く用いられている（特許文献１参照）。

図３２、図３３は上記特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器を示し、この熱交換器１００は、第１流体が流れる流路１０１を有するプレートフィン１０２を積層して構成したプレートフィン積層体１０３の両側部にエンドプレート１０４を積層配置して構成してある。

実用新案登録第３１９２７１９号公報

上記特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィン１０２に凹条溝をプレス成形して流路１０１を形成しているので、当該流路１０１の断面積をフィンチューブ型の伝熱管に比べさらに小さくできる利点がある。

しかしながら、上記各流路１０１へと冷媒を流すヘッダ流路１０５の面積は各流路１０１の面積に比べ極端に大きいため、前記ヘッダ流路１０５部分での冷媒の圧力が大きなものとなってエンドプレート１０２のヘッダ流路１０５を有する部分（図３２ではＸで示すプレートフィン積層型熱交換器の上下部分）が外方に膨張変形するという傾向がみられる。

このヘッダ流路１０５部分での膨張変形は、自動車用空調機の熱交換器の場合には冷媒
量が少なくて冷媒圧力がそれほど高くないのでエンドプレート１０４の剛性によって抑制でき、課題として認識されていない。

しかしながら、発明者らの実験によると、家庭用エアコンや業務用エアコン等のように自動車用空調機に比べ使用される冷媒量が多い熱交換器の場合、前記ヘッダ流路１０５部分での膨張変形の圧力は自動車用空調機に比べかなり大きく、前記ヘッダ流路１０５部分での膨張変形を抑制しづらいとともに、場合によってはエンドプレートが外方に膨張変形してしまうことが判明した。

そして、このような膨張変形等の関係からプレートフィン１０２の積層方向寸法にも限界が生じ、家庭用エアコンや業務用エアコン等に適する幅寸法の熱交換器とすることが困難であることも判明した。

更にまた、最近の空気調和機は地球温暖化防止の観点から地球温暖化係数（ＧＷＰ）の小さなＲ１１２３（１，１，２−トリフルオロエチレン）や、Ｒ１１３２（１，２−ジフルオロエチレン）冷媒の実用化が検討されつつあり、この冷媒はその圧力が従来のＲ４１０Ａ冷媒に比べ高くなることから、このような冷媒を用いると、ヘッダ流路１０５部分での膨張変形が顕著になることが想定される。よって、何らかの膨張変形抑制対策が必須となる。

本発明はこのような知見並びに環境対策時に発生する課題を見据えてなしたもので、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器であってもヘッダ流路部分での膨張変形を抑制できて熱交換効率も高い熱交換器及びそれを用いた高性能な冷凍システムを提供することを目的としたものである。

本発明は、上記目的を達成するため、熱交換器は、第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体を備え、前記プレートフィン積層体の各プレートフィン積層間に第２流体を流して、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、
前記プレートフィン積層体は、第一エンドプレート及び第二エンドプレートの間に第１流体が流れる流路を有するプレートフィンを複数積層して構成したコア積層体を組み合わせて構成し、
前記コア積層体の前記プレートフィンは、前記第１流体が並行に流れるように、複数の第１流体流路を有する流路領域と、前記流路領域の各第１流体流路に連通するヘッダ流路を有したヘッダ領域と、を備えるとともに、前記第１流体流路は前記プレートフィンに設けた凹状溝によって形成し、
かつ、前記コア積層体はヘッダ流路への第１流体の出入り口となる入口開口及び出口開口を前記第一エンドプレートに開口させるとともに、前記第二エンドプレート同士を背中合わせに積層して組み合わせ、前記背中合わせに組み合わせたコア積層体の前記第一エンドプレートの少なくともヘッダ領域対応部分の外側に補強プレートを配置し、当該補強プレート同士を前記背中合わせに組み合わせたコア積層体のヘッダ領域に貫通させて設けた連結手段により連結固定して前記ヘッダ領域対応部分が外方へ膨張変形するのを抑制した構成としてある。

これにより、冷媒流量が多く圧力の高い熱交換器であっても補強プレート同士の連結固定によってプレートフィン積層体のヘッダ領域対応部分における外方への膨張変形を抑制することができるとともに、コア積層体の背中合わせにした第二エンドプレートのヘッダ領域対応部分では当該ヘッダ領域対応部分に働く外方への冷媒圧力はその圧力の向きが互いに反対向きとなるから相殺され、当該背中合わせとしたヘッダ領域対応部分の膨張変形を防止する補強プレートを割愛することができる。しかもコア積層体を組み合わせて一つ
のプレートフィン積層体としているので、プレートフィン積層方向の寸法幅を大きくでき、膨張変形を抑制しつつ家庭用エアコンや業務用エアコン等に適した長尺な熱交換器とすることができる。そして、前記第１流体流路の流路断面積自体の細径化を図って熱交換器の小型化と熱交換効率の向上を実現することができる。加えて、このような熱交換器を用いることによってコンパクトかつ省エネ性の高い高性能な冷凍システムを提供することができる。

本発明は、上記構成により、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器であってもヘッダ領域部分での膨張変形がなく長尺かつ高効率な熱交換器及びそれを用いた省エネ性の高い高性能な冷凍システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器の外観を示す斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器のプレートフィン積層体を構成するコア積層体の外観斜視図 同コア積層体を上下に分離した状態で示す分解斜視図 同コア積層体の分解斜視図 同コア積層体のプレートフィン積層状態を示す側面図 図２のＡ−Ａ断面図 図２のＢ−Ｂ断面図 図３のＣ−Ｃ断面図 本発明の実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器における流入出管の接続部分とヘッダ開口部分を切断して示す斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィン積層体の冷媒流路群部分を切断して示す斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器における冷媒流路群部分を切断して示す斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィン積層体の位置決め用ボス孔部分を切断して示す斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィン積層体のヘッダ開口部分を切断して示す斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器のプレートフィン積層体を構成するプレートフィンの平面図 同プレートフィンのヘッダ領域を示す拡大平面図 同プレートフィンの構成を一部を拡大して示す分解図 同プレートフィンの平面図で、（ａ）は第１プレートフィンの平面図、（ｂ）は第２プレートフィンの平面図、（ｃ）は第１、第２両フィンプレートを重ねたときの状態を説明するための平面図 同プレートフィンの冷媒流れ動作を説明するための図 同プレートフィンの流路領域に設けた突起を示す拡大斜視図 同プレートフィンの冷媒流路Ｕターン側端部に設けた突起を示す拡大斜視図 本発明の実施の形態２におけるプレートフィン積層型熱交換器のコア積層体の外観を示す斜視図 同コア積層体のプレートフィン積層体を構成するプレートフィンの平面図 同コア積層体におけるプレートフィンの構成を一部拡大して示す分解図 同コア積層体の冷媒流路群部分を切断して示す斜視図 本発明の実施の形態３におけるプレートフィン積層型熱交換器のコア積層体の外観を示す斜視図 同コア積層体から分流制御管を抜き出した状態を示す斜視図 同コア積層体における分流制御管挿入部分を示す斜視図 同分流制御管の斜視図 同コア積層体の分流制御管部分を示す断面図 本発明のプレート積層型熱交換器を用いた空気調和機の冷凍サイクル図 同空気調和機の概略断面図 従来のプレートフィン積層型熱交換器の断面図 同従来のプレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィンの平面図

第１の発明は、熱交換機であり、この熱交換器は、冷媒等の第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体を備え、前記プレートフィン積層体の各プレートフィン積層間に第２流体を流して、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、
前記プレートフィン積層体は、第一エンドプレート及び第二エンドプレートの間に第１流体が流れる流路を有するプレートフィンを複数積層して構成したコア積層体を組み合わせて構成し、
前記コア積層体の前記プレートフィンは、前記第１流体が並行に流れるように、複数の第１流体流路を有する流路領域と、前記流路領域の各第１流体流路に連通するヘッダ流路を有したヘッダ領域と、を備えるとともに、前記第１流体流路は前記プレートフィンに設けた凹条溝によって形成し、
かつ、前記コア積層体はヘッダ流路への第１流体の出入り口となる入口開口及び出口開口を前記片方の第一エンドプレートのヘッダ領域対応部分に開口させるとともに、前記第二エンドプレート同士を背中合わせに積層して組み合わせ、前記背中合わせに組み合わせたコア積層体の前記第一エンドプレートの少なくともヘッダ領域対応部分の外側に補強プレートを配置し、当該補強プレート同士を連結手段で連結して前記背中合わせに組み合わせたコア積層体のヘッダ領域を挟持して前記ヘッダ領域対応部分が外方へ膨張変形するのを抑制した構成としてある。

これにより、冷媒流量が多く圧力の高い熱交換器であっても補強プレート同士の連結固定によってプレートフィン積層体のヘッダ領域対応部分における外方への膨張変形を抑制することができるとともに、コア積層体の背中合わせにした第二エンドプレートのヘッダ領域対応部分では当該ヘッダ領域対応部分に働く外方への冷媒圧力はその圧力の向きが互いに反対向きとなるから相殺され、当該背中合わせとしたヘッダ領域対応部分の膨張変形を防止する補強プレートを割愛することができる。しかもコア積層体を組み合わせて一つのプレートフィン積層体としているので、プレートフィン積層方向の寸法幅を大きくでき、膨張変形を抑制しつつ家庭用エアコンや業務用エアコン等に適した長尺な熱交換器とすることができる。そして、前記第１流体流路の流路断面積自体の細径化を図って熱交換器の小型化と熱交換効率の向上を実現することができる。加えて、このような熱交換器を用いることによってコンパクトかつ省エネ性の高い高性能な冷凍システムを提供することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記プレートフィンに形成した第１流体流路は略Ｕ字状にＵターンさせて第１流体流路と連通するヘッダ流路の入口側のヘッダ流路及び出口側のヘッダ流路をプレートフィン積層体の一端部側に纏め、この入口側のヘッダ流路及び出口側のヘッダ流路を纏めて設けたヘッダ領域対応部分の補強プレート同士を連結手段で連結して背中合わせに組み合わせたプレートフィン積層体のヘッダ領域を挟持した構成としてある。

これにより、プレートフィンを大きく（長さ寸法を長く）することなく第１流体流路を長くして冷媒の熱交換量を増大させ、熱交換効率を更に高め、かつ、小型化を推進することができるとともに、入口側のヘッダ流路及び出口側のヘッダ流路を纏めたことによって当該ヘッダ領域部分での第１流体流量が多くなってその圧力が高くなってもこれによるヘッダ領域対応部分の膨張変形を確実に防止することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記第１エンドプレートの外側に配置した補強プレートは、ヘッダ領域対応部分と対向する側の面にヘッダ流路内へ突入する分流制御管を一体に有するとともに反対側の面に第１流体の流入管と流出管を接続一体化した構成としてある。

これにより、分流制御管による分流効果で熱交換効率を更に向上させることができるとともに、当該分流制御管は補強プレートを装着するだけでヘッダ流路内に突設することができ、分流制御管を溶接等によって後付けする場合等に懸念されるプレートフィンロウ付け部分のロウの溶解によるプレートフィン接合不良やそれに伴う冷媒漏れ等の品質不良を防止でき、高品質且つ高効率の熱交換器とすることができる。

第４の発明は、第３の発明において、前記補強プレートは分流制御管及び流入管或いは流出管との電位差が前記分流制御管と流入管或いは流出管とを直付け接続した場合の両者の電位差よりも小さくなる材料で形成した構成としてある。

これにより、分流制御管と流入管或いは流出管とを直付け接続した場合に生じる異種金属接触腐食の発生を防止することができ、長期使用時における信頼性を大きく向上させることができる。

第５の発明は、第１〜第４の発明において、前記コア積層体のヘッダ領域に設けたヘッダ流路は、プレートフィンに設けたヘッダ開口周りの外周流路と、当該外周流路と複数の第１流体流路とを連絡する連絡流路とを備え、前記コア積層体のヘッダ領域の膨張変形を防止する補強プレートを連結する連結手段は前記連絡流路の両側部分に貫通させた構成としてある。

これにより、ヘッダ領域部分のヘッダ流路を流れる冷媒はその全量が連絡流路を流れて冷媒圧力が最も高くなるが、この連絡通路両側部分を連結手段によって連結固定することになるからその膨張変形を効果的に防止することができ、ヘッダ領域対応部分の膨張変形をより確実に防止することができる。

第６の発明は、第１〜第５の発明において、前記プレートフィン、エンドプレート、補強プレートのヘッダ領域対応部分周縁適所に貫通孔を設け、当該貫通孔に締結手段を通して前記補強プレート同士を連結した構成としてある。

これにより、第一エンドプレートのヘッダ領域対応部分の膨張変形を防止すると同時に、当該貫通孔にピン（治具）を嵌め込んでプレートフィン、第一、第二エンドプレートを積層する際の位置決めを行うこともでき、ヘッダ領域部分の膨張変形防止と同時に生産性を向上させることができる。

第７の発明は冷凍システムであり、この冷凍システムは冷凍サイクルを構成する熱交換器を前記第１〜第６の発明のいずれかに記載の熱交換器としたものである。

これにより、この冷凍システムは、熱交換器がヘッダ領域部分での膨張変形がなく小型且つ高効率であるから、省エネ性の高い高性能な冷凍システムとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

なお、本開示の熱交換器は、以下の実施形態に記載したプレートフィン積層型熱交換器の構成に限定されるものではなく、以下の実施形態において説明する技術的思想と同等の熱交換器の構成を含むものである。

また、以下で説明する実施形態は、本発明の一例を示すものであって、実施形態において示される構成、機能、動作などは、例示であり、本開示を限定するものではない。

図１は本実施形態のプレートフィン積層型熱交換器（以下、単に熱交換器と称する）１の外観を示す斜視図、図２は同プレートフィン積層型熱交換器のプレートフィン積層体を構成するコア積層体の外観斜視図、図３は同コア積層体を上下に分離した状態で示す分解斜視図、図４は同コア積層体の分解斜視図、図５は同コア積層体のプレートフィン積層状態を示す側面図断面図である。

本実施の形態の熱交換器１は、図１に示すように、複数のプレートフィン２ａを積層して構成されたコア積層体２を組み合わせることにより熱交換器主体を成すプレートフィン積層体２００が構成されている。

上記プレートフィン積層体２００を構成する各コア積層体２は、図２、図３に示すように、複数のプレートフィン２ａを積層して構成されており、第１流体である冷媒が、熱交換器が凝縮器として用いられるときに流入する流入管（入口ヘッダ）４と、プレートフィン２ａの中の流路を流れた冷媒を排出する流出管（出口ヘッダ）５とを有している。

また、コア積層体２の積層方向の両側（図３では上側及び下側）には、プレートフィン２ａと平面視が略同一の長方形状の第一エンドプレート３ａ、第二エンドプレート３ｂが設けられている。第一、第二エンドプレート３ａ、３ｂは、剛性を有する板材で形成されており、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属材を研削により金属加工して形成されている。

なお、上記第一、第二エンドプレート３ａ、３ｂ、複数のプレートフィン２ａは積層された状態でロウ付け接合されて一体化している。これらは、他の耐熱性のある固定方法、例えば化学的な接合部材を用いて接合されていてもよい。

上記のように構成されたコア積層体２は、図１に示すように、前記第二エンドプレート３ｂ同士を背中合わせに積層して組み合わせ、前記背中合わせに組み合わせたコア積層体２、２の前記各第一エンドプレート３ａの少なくともヘッダ領域対応部分の外側に補強プレート１６ａ、１６ｂが積層配置されている。

そして、上記コア積層体２、２両側の補強プレート１６ａ、１６ｂは、第一エンドプレート３ａ、背中合わせとなっている第二エンドプレート３ｂ、更に反対側の第一エンドプレート３ａを貫通したボルト・ナット若しくはカシメピン軸等の連結手段９によってコア積層体２の長手方向両端部で連結固定され、プレートフィン積層体２００を構成している。

すなわち、各コア積層体２、２の長手方向両端部を補強プレート１６ａ、１６ｂによって挟持した形で機械的に連結固定してプレートフィン積層体２００を形成している。

なお、上記補強プレート１６ａ、１６ｂもエンドプレート３ａ、３ｂと同様に剛性を有
する板材、例えばステンレス、アルミニウム合金などの金属材料によって形成されているが、前記エンドプレート３ａ、３ｂよりも剛性の高い材料、若しくは厚い板厚のものとするのが好ましい。

また、上記プレートフィン２ａは内部に第１流体である冷媒が流れる複数の並行した冷媒流路群（この冷媒流路群を含むプレートフィン２ａの冷媒流路構成については後に詳述する）を有しており、この冷媒流路群は略Ｕ字状に形成されていて、これと繋がる前記流入管４、流出管５は、コア積層体２の一方側（図１では上側）のエンドプレート３ａの一端部側に纏めて配置されている。

上記のように構成された本実施形態の熱交換器１は、冷媒がコア積層体２の各プレートフィン２ａの内部の複数の流路群を長手方向に並行に流れＵターンして折り返し流出管５から排出される。一方、第２流体である空気は、コア積層体２を構成するプレートフィン２ａの積層間に形成された隙間を通り抜ける。これにより第１流体である冷媒と第２流体である空気との熱交換が行われる。

次に、上記熱交換器１の主体を成すプレートフィン積層体２００のコア積層体２とこれを構成するプレートフィン２ａの構成について説明する。

図６〜図１３はコア積層体２の一部を切断して示す斜視図、図１４〜図２０はプレートフィン２ａの構成を示す図である。

コア積層体２は、図１０に示すように、二種類の流路構成を有するプレートフィン２ａ（第１プレートフィン６、第２プレートフィン７）が積層されて構成されている。

上記プレートフィン２ａの第１プレートフィン６と第２プレートフィン７は、それぞれ図１６に示すように、後に詳述する冷媒流路構成がプレス成形された第１板状部材６ａと、これと同じ構成の第２板状部材６ｂとを向い合せてロウ付け接合することにより構成されている。上記第１板状部材６ａ、第２板状部材６ｂは、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの長方形の金属薄板からなる。

以下、プレートフィン２ａに形成されている流路構成について説明する。

なお、プレートフィン２ａの第１プレートフィン６と第２プレートフィン７は後述する冷媒流路１１の位置がずれている以外は同じ構成なので、図１４〜図１６等においては第１プレートフィン６の場合のみの図番を付与して説明する。

プレートフィン２ａ（６、７）は、図１４に示すように、長手方向の一方端部（図１４においては左側）にヘッダ領域Ｈが形成されており、その他の領域が流路領域Ｐとなっている。そして、ヘッダ領域Ｈに流入側のヘッダ開口８ａと、出口側のヘッダ開口８ｂの両方が形成され、前記流入管４と流出管５が接続される。

また、流路領域Ｐにはヘッダ開口８ａからの第１流体である冷媒が流れる第１流体流路（以下、冷媒流路と称す）１１が複数並行形成されており、この冷媒流路１１群はプレートフィン２ａ（６、７）の他端部（図１４における右側端部近傍）において折り返し、出口側のヘッダ開口８ｂへと繋がっている。詳述すると、上記冷媒流路１１群は、流入側のヘッダ開口８ａに繋がる往路側流路部１１ａと出口側のヘッダ開口８ｂへと繋がる復路側流路部１１ｂとからなっていて、略Ｕ字状に折り返す形となっており、流入側のヘッダ開口８ａからの冷媒は往路側流路部１１ａから復路側流路部１１ｂへとＵターンして出口側のヘッダ開口８ｂへと流れるようになっている。

また、上記流入側のヘッダ開口８ａの周りには、図１５に拡大して示すように、ヘッダ開口８ａからの冷媒が冷媒流路１１群へと流れるヘッダ流路１０が形成されている。このヘッダ流路１０は、ヘッダ開口８ａの外周から膨出するよう形成された外周流路１０ａと、この外周流路１０ａの冷媒流路１１群側に延びる一本の連絡流路１０ｂと、この連絡流路１０ｂを冷媒流路１１群の各流路に繋ぐ多分岐流路１０ｃとからなる。

なお、ヘッダ流路１０における外周流路１０ａ、連絡流路１０ｂおよび多分岐流路１０ｃは、流路領域Ｐに並設された各冷媒流路１１に比して幅広に形成されており、流れ方向に直交する縦断面形状が矩形形状を有している。

また、上記流入側のヘッダ開口８ａの開口形状は出口側のヘッダ開口８ｂの開口形状より大きな直径となっている。これは、当該熱交換器が凝縮器として使用される場合であるが、その場合、熱交換された後の冷媒の体積が小さくなるためである。

また、出口側のヘッダ開口８ｂへつながる復路側流路部１１ｂの本数は、流入側のヘッダ開口８ａからの冷媒が流れ込む往路側流路部１１ａの本数より少なく設定されている。これは、ヘッダ開口８ａ、８ｂの直径が異なることと同じ理由であり、熱交換された後の冷媒の体積が小さくなるためである。

本実施形態では往路側流路部１１ａの本数は７本、復路側流路部１１ｂの本数は２本を例示しているが、これに限られるものではない。

なお、当該熱交換器が蒸発器として使用される場合は冷媒の出入り口は上記の逆となる。

上記のように構成されたプレートフィン２ａの積層体両側には第一、第二エンドプレート３ａ、３ｂが配置され、この第一、第二エンドプレート３ａ、３ｂは、図８に示すように、前記プレートフィン２ａの入口側のヘッダ開口８ａ、出口側のヘッダ開口８ｂと対向する部分に入口開口８ａａ、出口開口８ｂｂが形成されている。そして、上記入口開口８ａａ、出口開口８ｂｂに流入管４、流出管５が接続されている。

また、上記プレートフィン２ａ（６、７）においては、流入側のヘッダ開口８ａからの冷媒が流れ込む往路側流路部１１ａが形成された領域と、出口側のヘッダ開口８ｂへと流れる復路側流路部１１ｂが形成された領域との間には、図１４、図１５等に示すように、プレートフィン２ａ（６、７）内における冷媒同士の熱伝導を低減（断熱）する目的でスリット１５が形成されている。

そして、上記入口側のヘッダ流路１０の連絡流路１０ｂは、往路側流路部１１ａの復路側流路部１１ｂとは反対側寄り部分に偏らせて設けられている。つまり、図１８に示すように、連絡流路１０ｂの中心線Ｏから復路側流路部１１ｂ側の端の流路１１ａ−１までの幅Ｖは、復路側流路部１１ｂとは反対側の端の流路１１ａ−２までの幅Ｗよりも大きく構成されている。そして、上記連絡流路１０ｂの終端、すなわち往路側流路部１１ａと繋がる開口部分には分流衝突壁１７が形成されており、連絡流路１０ｂの延長線上となる往路側流路部分は非流路部１８となっている。したがって、連絡流路１０ｂからの冷媒は分流衝突壁１７に衝突して分流（図１８では上下に分流）し、連絡流路１０ｂ下流側の多分岐流路１０ｃを介して非流路部１８で区分けされた往路側流路部１１ａの上下の各流路群へと流れる。

なお、出口側のヘッダ開口８ｂにもヘッダ流路１４が形成されており、このヘッダ流路
１４は分流衝突壁１７が無いだけで、前記入口側のヘッダ開口８ａに設けられているヘッダ流路１０と基本的に略同じ形状に形成されている。そして、この実施形態では冷媒流路１１群の復路側流路部１１ｂの本数が二本と少ないので連絡流路１０ｂは復路側流路部１１ｂ群の略中心線上に設けられている。

以上のようにして構成されているプレートフィン２ａ（６、７）は、その一方、この例では第１プレートフィン６には、図１７（ａ）に示すように、その流路領域Ｐに、複数の突起１２（第１突起：１２ａ、１２ａａ、第２突起：１２ｂ）が長手方向に所定間隔おいて形成されている。

上記図１７（ａ）は第１プレートフィン６、（ｂ）は第２プレートフィン７、（ｃ）は両フィンプレート２ａ（６、７）を重ねて示している（冷媒流路１１群の位置ずれを示すための図）。

この図１７に示すように、第１突起１２ａ、１２ａａは、プレートフィン長辺縁部（図１７（ａ）では左右両側の長辺縁部）の平面端部１９ａ及びスリット１５の両側縁部の平面端部１９ｂにそれぞれ形成されており、図７に示すように、第１突起１２ａは積層方向に隣接対向する第２プレートフィン７の長辺縁部の平面端部１９ａと当接し、第１突起１２ａａはスリット１５の両側縁部の平面端部１９ｂに当接して第２プレートフィン７との間の積層間距離を所定の長さに規定している。そして、上記第１突起１２ａは、各長辺縁部の端縁より内側、例えば端縁から１ｍｍ以上内側（冷媒流路１１寄り側）に離れて位置するように形成してある。

第２突起１２ｂは、図１７（ａ）から明らかなように、冷媒流路１１群の流路間、この例では非流路部１８となる窪み平面部２０に所定間隔をおいて形成されている。この第２突起１２ｂは、図１７（ｂ）に示す積層方向に隣接する第２プレートフィン７の窪み平面部２０に当接して第１突起１２ａ、１２ａａと同様に第２プレートフィン７との間の積層間距離を所定の長さに規定している。

また、上記各突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）は、図１９に示すように、第１プレートフィン６の前記平面端部１９ａ、１９ｂおよび窪み平面部２０の一部を切り起こすことによって形成されており（以下、突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）を切り起こし突起と称す）、その切り起こし端縁Ｙがプレートフィン２ａの積層間を流れる第２流体の矢印で示す流れ方向と対向し、切り起こし立ち上り片Ｚが第２流体の流れに沿うようになっている。本実施形態では第２流体の流れ方向に向かって開口するような断面略コ字状に切り起こし形成してある。

そして、上記各切り起こし突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）は、各プレートフィン２ａ（６、７）、エンドプレート３（３ａ、３ｂ）のロウ付け接合時にその各頂面が隣接するプレートフィン２ａ（６、７）に固着され、各プレートフィン２ａ（６、７）を一体に連結している。

なお、上記第１切り起し突起１２ａ、１２ａａおよび第２切り起し突起１２ｂは第２流体（空気）の流れ方向に沿って直線状になるように配設されているが、千鳥配列に配設してもよいものである。

また、前記プレートフィン２ａ（６）は、図２０に示すように、その冷媒流路１１群がＵターンする流路領域Ｐの折返し側の端部のフィン平面部２１にも複数の突起２２（２２ａ、２２ｂ）が形成されている。この突起２２（２２ａ、２２ｂ）もフィン平面部２１を切り起して形成されており（以下、突起２２（２２ａ、２２ｂ）も切り起こし突起と称す
）、その切り起し突起２２（２２ａ、２２ｂ）の切り起こし端縁Ｙが第２流体の流れに対向している。また、上記切り起こし突起２２（２２ａ、２２ｂ）は位置決め用ボス孔１３の下流側に設け、位置決め用ボス孔１３の下流側直近の切り起こし突起２２ａは位置決め用ボス孔１３の下流側の流れを縮流する形状、例えば第２流体の流れに向ってハの字状に開口する形に切り起こし形成されている。そして、上記突起２２ａよりも更に下流側の各突起２２ｂはそれぞれその中心線が一つ下流側の突起２２ｂの中心線とずれるように千鳥配置されている。

なお、上記各切り起こし突起２２（２２ａ、２２ｂ）も前記切り起こし突起１２（第１切り起こし突起：１２ａ、１２ａａ、第２切り起こし突起：１２ｂ）と同様、その各頂面が隣接するプレートフィン２ａ（７）に当接し固着され、隣接するプレートフィン２ａの間の隙間を所定の長さに規定するとともに各プレートフィン２ａ同士を連結している。

また、前記プレートフィン２ａ（６、７）には、図１２等に示すように、ヘッダ領域Ｈと流路領域Ｐの端部に位置決め用の貫通孔（以下、位置決め用ボス孔と称す）１３が形成されている。この位置決め用ボス孔１３はプレートフィン２ａ（６、７）の両側に積層されるエンドプレート３ａ、３ｂおよび補強プレート１６ａ、１６ｂにも形成されている。そして、上記位置決め用ボス孔１３は複数のプレートフィン２ａ（６、７）を積層するときの位置決めピン治具を装着して他のプレートフィン２ａの高精度な積層を可能としており、この実施形態ではコア積層体２の補強プレート１６ａ、１６ｂおよびエンドプレート３ａ、３ｂを連結するボルト等の連結手段９（図４参照）が位置決めピン治具として兼用される形となっている。

更に、上記プレートフィン２ａ（６、７）の両端部に設けられた位置決め用ボス孔１３の外周部分には、上下に膨出した孔外周部（以下、位置決め用ボス孔外周部と称す）１３ａが形成されている。この位置決め用ボス孔外周部１３ａは冷媒が流れる流路とは異なる空間を形成しており、図１２に示すように、積層方向に隣接するプレートフィン２ａ（６、７）の間で当接して、プレートフィン２ａの積層間隙を保持するヘッダ領域支持部となっている。

そして、この位置決め用ボス孔１３の周りに形成される位置決め用ボス孔外周部１３ａは、図１３に示すヘッダ領域Ｈに形成されている入口、出口両方のヘッダ流路１０、１４（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）とともに、これと積層方向で対向する他方のヘッダ流路１０、１４及び位置決め用ボス孔外周部１３ａにロウ付け固着されプレートフィン２ａ（６、７）のヘッダ領域部分を一体に連結している。

なお、本開示における冷媒流路１１としては、例えば、冷媒が流れる方向に直交する断面形状が、円形形状のもので説明しているが、円形形状の他に、矩形形状などを含む。

また、本実施形態においては、冷媒流路１１は、積層方向の両方側に突出した形状のもので説明しているが、積層方向の片側のみに突出して形成されるものであってもよい。なお、本開示において、円形形状とは、円形、楕円、および閉鎖曲線で形成された複合曲線形状も含むものとする。

以上のように本実施形態の熱交換器は構成されており、以下その作用効果について説明する。

まず、冷媒の流れと熱交換作用について説明する。

冷媒は、各コア積層体２の一端部側に接続されている流入管４から流入側のヘッダ開口
８ａを介して各プレートフィン２ａのヘッダ流路１０、すなわちヘッダ開口８ａ周りの外周流路１０ａ、連絡流路１０ｂ、多分岐流路１０ｃを介して冷媒流路１１群へ流れる。各プレートフィン２ａの冷媒流路１１群に流れた冷媒はその往路側流路部１１ａから復路側流路部１１ｂへと折り返して出口側のヘッダ流路１４、出口側のヘッダ開口８ｂを介して流出管５より冷凍システムの冷媒回路へと流れる。

そして、上記冷媒流路１１を流れる際に冷媒は前記各コア積層体２のプレートフィン２ａ積層間を通り抜ける空気と熱交換する。

この時、上記各コア積層体２の入口側及び出口側のヘッダ流路１０、１４があるヘッダ領域Ｈには、図８の白抜き矢印で示す如く冷媒の強い圧力が加わり、大気と接する第一エンドプレート３ａ（図８の背中合わせに積層した各コア積層体２の上下最外方に位置する第一エンドプレート３ａ、３ａ）のヘッダ領域部分等が膨張変形しようとする。

しかしながら、本実施形態の熱交換器では前記背中合わせに積層された各コア積層体２，２はそのヘッダ領域対応部分を含む両端部分が連結手段９によって連結された補強プレート１６ａ、１６ｂによって挟持されているので、補外方への膨張変形を抑制することができる。

すなわち、上記エンドプレート３ａ、３ａのヘッダ領域対応部分の外面に設けられた補強プレート１６ａ、１６ｂは連結手段９によって連結されてエンドプレート３ａ、３ａを外方からコア積層体２に圧迫するようになるので、エンドプレート３ａ、３ａの膨張が防止される。しかも上記エンドプレート３ａ、３ａはそのヘッダ領域対応部分の強度が補強プレート１６ａ、１６ｂ自体の剛性によって強化されるので、より強力にヘッダ領域対応部分の膨張変形を抑制されることになる。

一方、コア積層体２の背中合わせにした第二エンドプレート３ｂのヘッダ領域対応部分では、当該ヘッダ領域対応部分に働く外方への冷媒圧力はその圧力の向きが灰色矢印に示すように互いに反対向きとなるから相殺される。したがって、当該背中合わせ部分のヘッダ領域対応部分も補強プレート１６ａ、１６ｂなしでその膨張変形を防止できる。

このようにこの熱交換器ではコア積層体２、２を背中合わせに積層したことによって各コア積層体２、２の膨張変形を防止することができる。そして、補強プレート１６ａ、１６ｂを無くした分だけコンパクト化できる。

しかもこの熱交換器は、前記した如くコア積層体２，２を組み合わせてプレートフィン積層体２００を構成しているので、プレートフィン積層体２００全体のプレートフィン積層方向の寸法幅を大きくできる。つまり、膨張変形を抑制しつつ家庭用エアコンや業務用エアコン等に適した長尺な熱交換器とすることができる。

また、上記補強プレート１６ａ、１６ｂを設けたことにより冷媒流路１１群を本実施形態で例示したＵ字状の流路構成としていても、ヘッダ領域対応部分の膨張変形を確実に抑制することができる。すなわち、本実施形態のコア積層体２はプレートフィン２ａに設けた冷媒流路１１を略Ｕ字状にＵターンさせて入口側のヘッダ流路１０及び出口側のヘッダ流路１４をプレートフィンの一端部側に纏めているため、当該部分には入口側及び出口側の圧力がダブルでかかることになる。しかしながら、本実施形態で示す構成とすればこのようなダブルの冷媒圧力が加わってもこれに抗して膨張変形を確実に防止することができる。

更にまた、前記コア積層体２のヘッダ領域Ｈでは、ヘッダ流路１０の流路面積が一番大
きいので、このヘッダ流路１０部分の冷媒圧力が最も高くなる。しかしながら、上記ヘッダ流路１０は隣接するヘッダ流路１０と接してロウ付けされているから、その膨張変形を効果的に防止することができ、ヘッダ領域対応部分の膨張変形をより確実に防止することができる。

なお、上記ボルト等の連結手段９はプレートフィン２ａ、第一、第二エンドプレート３ａ、３ｂ、補強プレート１６ａ、１６ｂを積層するときのガイドピン（治具）として利用することができ、これにより積層精度を高めるとともに、生産性も向上させることができる。

また、上記各コア積層体２、２のヘッダ領域Ｈに加わる冷媒の強い圧力はヘッダ領域Ｈにおけるヘッダ流路１０の外周流路１０ａ断面積を圧迫変形させる恐れもあるが、上記ヘッダ流路１０の外周流路１０ａの外壁頂面は、積層方向で隣接する他方のヘッダ流路１０の外周流路１０ａに積層方向で当接しロウ付け状態となっているため、変形するようなことがなく信頼性の高いものとすることができる。

以上のように、この熱交換器は、既述した冷媒量が多い熱交換器であったり、圧縮比率が高い環境対応型の冷媒であったりした場合でも、コア積層体２、２を積層して構成したプレートフィン積層体２００のヘッダ領域部分の膨張変形を防止できる。そして、その結果、上記冷媒の圧力をより高い状態のものとして使用することが可能となり、効率の高い熱交換器とすることができる。

しかも、この熱交換器では前記プレートフィン２ａに形成した冷媒流路用の凹状溝の断面積を小さくすることによって冷媒流路１１群の各流路面積の細径化を図り、熱交換効率を向上させるとともに小型化を推進することができる。

つまり、プレートフィン積層体２００のヘッダ領域対応部分での膨張変形を防止しつつ冷媒流路１１の流路断面積の細径化を図って熱交換効率を向上し、かつ、長尺化を実現することができる。

以上、この熱交換器は、コア積層体２のエンドプレート３ｂ同士を背中合わせにして二つのコア積層体２を連結することにより冷媒圧力による膨張変形を防止できるが、更に次のような効果も有する。

すなわち、本実施形態の熱交換器においては、前記プレートフィン２ａに設ける冷媒流路１１群は前記した如く略Ｕ字状に形成して折り返すようにしてあるから、プレートフィン２ａを大きくすることなく冷媒流路長を長くすることができ、冷媒と空気の熱交換効率を高め、冷媒を確実に過冷却状態にして冷凍システムの効率を向上させることができる。しかも、熱交換器の小型化も促進することができる。

また、本実施の形態においては、上記コア積層体２のプレートフィン積層間を流れる空気と熱交換する冷媒は、入口側のヘッダ流路１０から連絡流路１０ｂ、多分岐流路１０ｃ、冷媒流路１１群へと流れるが、上記連絡流路１０ｂの下流側に分流衝突壁１７が設けてあるので、冷媒はこの分流衝突壁１７に衝突して上下に分流され、多分岐流路１０ｃから各冷媒流路１１へと分流していく。したがって、連絡流路１０ｂの延長線上部分の流路に冷媒が極端に偏るのを防止できる。

また、この実施形態のように前記冷媒流路１１群をＵ字状に形成して折り返すようにしていると、図１８から明らかなように、冷媒流路１１群の各流路長さは、Ｕ字状の外周、換言するとスリット１５から離れる流路１１ａ−２側ほど長くなってこの流路長の違いに
よる偏流が生じる。

しかしながらこの熱交換器では、上記ヘッダ流路１０からの連絡流路１０ｂを冷媒流路１１群の往路側流路部１１ａの中心線Ｏより反復路流路部側に偏らせて設けてあるから、偏流を抑制し各流路に略均一に冷媒を流すことができる。

すなわち、この熱交換器では、冷媒流路１１群をＵターンさせる構成としたことによって冷媒流路１１群の各流路の入口側のヘッダ流路１０から出口側のヘッダ流路１４までの流路長が異なって流路抵抗が変わってしまっても、入口側のヘッダ流路１０からの連絡流路１０ｂが前記往路側流路部１１ａの反復路側流路部側に偏って位置しているので、連絡流路１０ｂから各往路側流路部１１ａまでの分流路の長さが復路側流路部１１ｂ近くになるほど長くなるような形となって相殺する形となり、冷媒流路１１群の各流路へ均一に分流することができる。

したがって、冷媒流路１１群のＵターン化と分流衝突壁１７による分流均一化による相乗効果によって熱交換器の小型化を推進しつつ熱交換効率のより高い熱交換器とすることができる。

しかも上記冷媒流路１１群の往路側流路部１１ａと復路側流路部１１ｂとの間はスリット１５が形成されていて熱的に分断された形となっているので、冷媒流路１１群の往路側流路部１１ａから復路側流路部１１ｂへの熱移動を阻止して冷媒を効率よく過冷却することができ、熱交換効率のさらなる向上を図ることができる。

また、この実施形態の熱交換器は、コア積層体２の流路領域Ｐには複数の切り起こし突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）が設けてあり、流路領域Ｐにおける熱交換効率を向上させることができる。詳述すると、上記切り起こし突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）はその切り起こし端縁Ｙがプレートフィン２ａの積層間を流れる第２流体の流れ方向と対向するように形成されているから、プレートフィン積層間の間隔を一定化すると同時に、切り起こし突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）の下流側に生じがちな死水域を極小とし、かつ、切り起こし端縁Ｙ部分で前縁効果を生じさせることができる。しかも第２流体の流れ方向と対向するように切り起し形成しているから、第２流体に対する流れ抵抗も小さなものとすることができる。したがって、コア積層体２の流路領域Ｐにおける流路抵抗増大を抑制しつつその熱交換効率を大きく向上させることができる。

なお、プレートフィン２ａに設ける切り起こし突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）は第２流体に対し千鳥配列したり、風上側より風下側を多く形成したりするなど、切り起こし突起１２の配置構成に関しては、各種の構成を提示することができるが、熱交換器の仕様、構成、および使用者の要望に応じて熱伝達率を向上させる最適な構成が選択されればよい。

また、上記各切り起こし突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）は、コア積層体２の間隙を流れる空気の流れ方向が開口する形に切り起こし形成しているから、空気が流れる方向、すなわち冷媒流路と交差する方向の冷媒流路間の窪み平面２０から肉盗みする必要がなくなる。したがって、切り起こし突起１２ｂを円柱状突起等のように隆起させて形成するものに比べ冷媒流路同士の間の窪み平面２０は肉盗み寸法不要な分だけ狭いものとすることができ、その分プレートフィン２ａの幅、換言すると熱交換器を小型化することができる。

加えて、前記プレートフィン２ａはその長辺部分の端縁が冷媒流路１１の交互位置ずれ配置（図７参照）により幅狭平面２０ａと幅広平面２０ｂとなっていて、幅広平面２０ｂ
側に切り起こし突起１２ａを形成してその頂面を隣接するプレートフィン２ａの幅狭平面２０ａに固着しているから、幅狭平面２０ａ側の幅を突起形成のために広くするなどしなくてもよくなる。すなわち幅広平面２０ｂを利用して幅広平面側に切り起し突起を設け幅狭平面２０ａに当接固着する形とすることにより、プレートフィン長辺部分の幅狭平面側の幅を広くすることなくそのまま幅狭平面のままとすることができ、その分熱交換器の小型化を促進することができる。

また、上記切り起こし突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）は、各プレートフィン２ａ、エンドプレート３ａ、３ｂのロウ付け接合時にその各頂面が隣接するプレートフィン２ａに固着しているので、各プレートフィン２ａを一体に連結する役目も果たし、コア積層体２の剛性を向上させることができる。

特に本実施形態では、冷媒流路１１群の連絡流路１０ｂの延長線上部分は非流路部１８とし、この非流路部１８を利用して前記突起１２（１２ａ、１２ｂ）の一部、すなわち第２切り起こし突起１２ｂを設けているので、冷媒流路１１群部分におけるフィンプレート積層間隔を確実に維持することができる。これによって冷媒流路１１群部分での空気の流れをバラツキのない安定したものとして熱交換効率を向上させることができる。

また、上記コア積層体２の長辺部分に設けた第１切り起こし突起１２ａは、強度的に弱くなりがちなコア積層体２の長辺縁部の強度を向上させることになり、効果的である。特に、コア積層体２のスリット１５の両側縁部分に設けた第１切り起こし突起１２ａａは、スリット１５を設けたことによって分断され強度が低下するスリット縁部分の強度を向上させるので、熱交換効率の向上を図りつつスリット近傍の変形をも防止でき効果的である。

なお、上記スリット１５の両側縁部分に設けた第１切り起こし突起１２ａａはスリット１５を跨る形として一つにしてもよいが、この場合は冷媒流路１１群の往路側流路部１１ａと復路側流路部１１ｂとの間で熱伝導が起きてスリット１５による断熱効果の低下が懸念される。しかしながら、本実施形態のようにスリット１５の両側縁部分にそれぞれ分けて設けておけばこのような熱伝導懸念もなくなり、効果的である。また、第１切り起こし突起１２ａａはスリット１５から離れた場所に設けてもよい。

また、上記コア積層体２の長辺部分及びスリット１５の両側部分に設けた第１切り起こし突起１２ａ、１２ａａはコア積層体２のプレートフィン長辺の端縁から離れた位置に設けてあるから、コア積層体２のプレートフィン２ａに結露水が生じこの結露水がプレートフィン２ａの端縁に沿って流れ排出されるような形となるとき、前記第１切り起こし突起１２ａ、１２ａａによって流れが遮られ当該切り押し突起１２ａ、１２ａａ部分に溜まって各種の障害が発生するのを未然に防止することができ、信頼性の高い熱交換器とすることができる。

また、本実施形態の熱交換器においては、前記プレートフィン２ａの冷媒流路Ｕターン側端部には更に切り起こし突起２２（２２ａ、２２ｂ）が設けてあるから、冷媒流路１１がないプレートフィン２ａのＵターン側端部の熱交換寄与度を上げることができる。したがって、プレートフィン２ａの流路領域全長に渡って熱交換効率を高めることができ、熱交換器の熱効率を向上させることができる。

特に上記プレートフィン２ａのＵターン側端部は、位置決め用ボス孔１３があってその下流側が死水域となるため熱交換寄与度が極端に低いものとなっているが、この実施の形態では上記位置決め用ボス孔１３の下流側に複数の切り起こし突起２２（２２ａ、２２ｂ）を設けているので、位置決め用ボス孔１３下流側全域の熱交換寄与度を向上させること
ができる。

また、上記位置決め用ボス孔１３の下流側直近に設けられている切り起こし突起２２ａは、位置決め用ボス孔１３の下流側の流れを縮流する形状としてあるから、位置決め用ビボス孔下流側に生じる熱交換寄与度の低い死水領域を極小化することができ、その分更に熱交換効率を向上させることができる。

加えて、上記各切り起こし突起２２（２２ａ、２２ｂ）は前記流路領域Ｐに設けた切り起し突起１２（１２ａ、１２ａａ、１２ｂ）と同様に切り起し形成してその切り起こし端縁Ｙが第２流体の流れに対向する形としてあるから、切り起こし端縁部分で前縁効果を生じさせることができ、その分熱交換効率を更に向上させることができる。

そして、前記位置決め用ボス孔１３の下流側に設けた複数の切り越し突起２２（２２ａ、２２ｂ）は第２流体の流れに対し蛇行する千鳥配列となっているから、そのすべてが有効に熱交換機能を発揮し、熱交換寄与度が高いものとなる。

そしてさらに、上記各切り起こし突起２２（２２ａ、２２ｂ）もその頂部は隣接するプレートフィン２ａに固着されてプレートフィン２ａの短辺部分を積層状態に連結固定しているから、コア積層体２の剛性を高めることもできる。

なお、上記位置決め用ボス孔１３の下流側直近に設けた切り起こし突起２２は本実施形態では第２流体の流れ方向に向かってハノ字状に開口するような断面形状に切り起こし形成してあるが、これは略Ｌ字状に切り起し形成してこれを一対向かい合う形で設けたものであってもよく、位置決め用ボス孔１３の下流側の流れを縮流する形状となっておればどのような形態であってもよいものである。

（実施の形態２）
本実施形態の熱交換器は、図２１〜図２４に示すように、冷媒流路群の形状とヘッダ開口の設置位置が前記実施の形態１の熱交換器と異なるもので、前記実施の形態１の熱交換器と同じ機能を有する部分には同一番号を附記し異なる部分を中心に説明する。

図２１は実施の形態２における熱交換器のコア積層体の外観を示す斜視図、図２２は同コア積層体を構成するプレートフィンの平面図、図２３は同プレートフィンの構成を一部拡大して示す分解図、図２４は同コア積層体の冷媒流路群部分を切断して示す斜視図である。

図２１〜図２４において、本実施形態の熱交換器は、プレートフィン２ａに設けられている冷媒流路１１群が直線状であって、その一端部側に入口側のヘッダ開口８ａ、他端部側に出口側のヘッダ開口８ｂが設けられている。そして、入口側のヘッダ開口８ａに流入管４、出口側のヘッダ開口８ｂに流出管５が接続されており、冷媒はプレートフィン２ａの一端部側から他端部側に直線状にながれて流出するようになっている。

また入口側のヘッダ開口８ａ周りに形成されているヘッダ流路１０は、ヘッダ開口周りの外周流路１０ａ、連絡流路１０ｂ、多分岐流路１０ｃからなるが、連絡流路１０ｂは外周流路１０ａからプレートフィン２ａの短辺方向に延びるように形成された後、多分岐流路１０ｃに繋がっており、出口側のヘッダ流路１４もこの入口側のヘッダ流路１０と同じように構成されていて、両者は対称的な形状をなしている。

また、コア積層体２両側のエンドプレート３ａ、３ｂは補強プレート１６ａ、１６ｂを用いることなく連結手段９によって連結し、エンドプレート３ａ、３ｂ両端のヘッダ領域
Ｈでの膨張変形を防止する構成となっている。

以上のように構成されて熱交換器は、冷媒流路１１群をＵ字状にしたことによる効果を除き細部の構成、効果を含め前記実施の形態１で説明した熱交換器と同様であり、説明は省略する。

なお、前記実施の形態１のプレートフィン２ａのＵターン側端部に設けた切り起し突起２２は、この例では入口及び出口両側のヘッダ領域に適宜設ければよく、前記Ｕターン側端部に設けた切り起し突起２２（２２ａ、２２ｂ）と同様の思想、例えば死水域となるヘッダ流路１０の下流側に形成するなどすればよい。

（実施の形態３）
本実施形態の熱交換器は、熱交換器の冷媒の入口及び出口が逆になる蒸発器として用いる場合に好適なもので、図２５〜図２９に示すように、出口側となるヘッダ流路１４に冷媒の分流制御管２４を設けたものである。

なお、この実施形態では前記実施の形態１の構成の熱交換器を蒸発器として用いた場合を例にして説明する。

図２５は実施の形態３における熱交換器のコア積層体の外観を示す斜視図、図２６は同コア積層体から分流制御管を抜き出した状態を示す斜視図、図２７は同コア積層体における分流制御管挿入部分を示す斜視図、図２８は同分流制御管の斜視図、図２９は同コア積層体の分流制御管部分を示す断面図である。

図２５〜図２９において、分流制御管２４は冷媒の蒸発出口となる出口側のヘッダ開口８ｂ、すなわち出口側のヘッダ流路１４内に挿設してあり、その先端部は、図２９に示すように、ヘッダ開口が設けられていない側のエンドプレート３ｂまで延び、当該エンドプレート３ｂによって閉塞した状態となっている。そして、上記分流制御管２４はヘッダ開口８ｂの内径より小径の管で構成されていてヘッダ開口内面との間に冷媒流通用間隙２５を形成しており、その長手方向、すなわちプレートフィン２ａの積層方向に複数の分流口２６が略等間隔に形成されている。

上記複数の分流口２６は冷媒が流れる方向、すなわち出口側のヘッダ開口８ｂに行くにしたがってその孔径が小さくなるように形成されている。

また、上記分流制御管２４は図２６、図２８に示すように補強プレート１６ａに取付けてあり、補強プレート１６ａをコア積層体２両側のエンドプレート３ａへの締結によってヘッダ開口８ｂ内に挿設されるようになっている。

上記分流制御管２４が取り付けられている補強プレート１６ａには前記分流制御管２４と対向する他方の面に流入管４が接続固定されている。

なお、上記補強プレート１６ａには流出管５も接続固定してある。又、前記分流制御管２４はその先端部を閉塞し、エンドプレート３ｂに当接状態とする構成としてもよいものである。

以上のように構成された熱交換器は、入口側となるヘッダ開口８ａから冷媒流路１１群を介して出口側となるヘッダ流路１４に流れてきた冷媒ガスは図２９の矢印に示すように冷媒流通用間隙２５から分流制御管２４の管壁に形成された複数の分流口２６を経て分流制御管２４内へと流れ、出口側のヘッダ開口８ｂから流出管５へと流出する。

ここで、上記分流制御管２４に設けた分流口２６は出口側のヘッダ開口８ｂに行くにしたがってその孔径が小さくなるように形成されているから、冷媒流路１１群の各流路を流れる冷媒量を均等化することができる。

すなわち、この熱交換器は、冷媒流路１１を細径化したことによって冷媒の圧損が入口側のヘッダ流路１０より出口側のヘッダ流路１４の方が数倍も大きくなっている。一方、冷媒の分流は圧損の分布状況によって大きく影響される。よって、この熱交換器は、分流制御管２４を従来からの常識である入口側のヘッダ流路１０に設けても出口側のヘッダ流路１４の圧損が数倍も高いため冷媒流路１１を流れる冷媒は出口側のヘッダ流路１４の圧損に依拠することになるので、設計通りに分流できない。

しかしながら、本実施形態の熱交換器では、上記分流制御管２４を圧損が高い出口側のヘッダ流路１４に設けてあり、これにより分流に大きな影響を与える数倍も高い出口側のヘッダ流路１４内の軸線方向の圧損分布が均一になるように制御することができる。よって、冷媒流路１１群の各流路を流れる冷媒分流量を均一化できるのである。

また、この熱交換器は、流入管４から流入した冷媒が入口側のヘッダ開口８ａを通過し、各プレートフィンの内部の冷媒流路１１に導入され、出口側のヘッダ開口８ｂに流入し、流出管５から流出する。

この際、各流路に発生する圧損のために、流入管４から遠い方のプレートフィンの冷媒流路１１（図２９で、より右に近いプレートフィンの冷媒流路）の方より、流入管４に近い方のプレートフィンの冷媒流路１１（図２９で、より左に近いプレートフィンの冷媒流路）の方が冷媒が流れやすい。換言すれば、冷媒の流量に偏りが生じる可能性がある。

ところが、出口側のヘッダ開口８ｂ内部に分流制御管２４を挿入し、最も出口側の分流口２６ａの開口面積を、図２９に示すように、分流制御管２４の出口側（図２９で、より左側に近い部分）に設けた分流口２６ａを、分流制御管２４の反出口側（図２９で、より右側に近い部分）より小径にして分流口を通る冷媒の圧損を増加させることで、前記のような冷媒流量の偏流を生じず、各プレートフィンの内部の第１流体流路１１の冷媒量を均等化でき、熱交換効率を向上させることができる。

その結果、この熱交換器は、冷媒流路１１群部分での熱交換効率が向上し、更に熱効率の高い熱交換器とすることができる。

更にまた、上記した冷媒分流の均一化構成は分流制御管２４に分流口２６を穿孔するだけの簡単な構成であるから、安価に提供することができる。

そして、更に上記分流制御管２４は補強プレート１６ａに一体化して設けてあるから、補強プレート１６ａを装着するだけでヘッダ流路１４内に挿設することができ、分流制御管２４を溶接等によって後付けする場合等に懸念されるプレートフィンロウ付け部分のロウ溶解によるプレートフィン接合不良やそれに伴う冷媒漏れ等の品質不良を防止でき、高品質且つ高効率の熱交換器とすることができる。

また、上記補強プレート１６ａは分流制御管２４及び流出管５との電位差が前記分流制御管２４と流出管５とを直付け接続した場合の両者の電位差よりも小さくなる材料、この実施形態では補強プレート１６ａはステンレス、分流制御管２４はアルミニウム、流出管５は銅で形成してあるから、分流制御管２４と流出管５とを直付け接続した場合に生じる異種金属接触腐食の発生を防止することができ、長期使用における信頼性を大きく向上さ
せることができる。特に流入出管を銅管で構成し、分流制御管２４をアルミニウムで構成することが多い空気調和機用熱交換器にあっては顕著な効果が期待でき、効果的である。

なお、上記分流制御管２４はこの実施形態では補強プレート１６ａに設けてあるが、エンドプレート３ａ側に設けてもよく、また、補強プレート１６ａを用いていないタイプの場合はエンドプレート３ａの対向する面に分流制御管２４と流出管５を設けてもよいものである。

また、この実施形態では冷媒流路１１群がＵターンする形状のものを想定しているが、実施の形態２で説明した直線状の冷媒流路１１群としたものであっても同様に適用することができる。

（実施の形態４）
この実施の形態４は、先に示した各実施形態の熱交換器の一つを用いて構成した冷凍システムである。

本実施の形態では冷凍システムの一例として空気調和機を説明する。図３０は空気調和機の冷凍サイクル図、図３１は同空気調和機の室内機を示す概略断面図である。

図３０、図３１において、この空気調和装置は、室外機５１と、室外機５１に接続された室内機５２から構成されている。室外機５１には、冷媒を圧縮する圧縮機５３、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁５４冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器５５、冷媒を減圧する減圧器５６が配設されている。また、室内機５２には、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５７と、室内送風機５８とが配設されている。そして、前記圧縮機５３、四方弁５４、室内熱交換器５７、減圧器５６、室外熱交換器５５を冷媒回路で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを形成している。

本実施形態による冷媒回路には、テトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を使用している。

上記空気調和機は、冷房運転時には、四方弁５４を圧縮機５３の吐出側と室外熱交換器５５とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機５３によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁５４を通って室外熱交換器５５に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり、減圧器５６に送られる。減圧器５６では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室内機５２に送られる。室内機５２では、冷媒は室内熱交換器５７に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒は室外機５１に戻り、四方弁５４を経由して圧縮機５３に戻される。

暖房運転時には、四方弁５４を圧縮機５３の吐出側と室内機５２とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機５３によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁５４を通り、室内機５２に送られる。高温高圧の冷媒は室内熱交換器５７に入り、室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。この時、室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は減圧器５６に送られ、減圧器５６において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器５５に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁５４を経由して圧縮機５３へ戻される。

上記のように構成された空気調和機は、その室外熱交換器５５或いは室内熱交換器５７に前記各実施の形態で示した熱交換器を使用することにより、熱交換器がヘッダ領域部分での膨張変形がなく小型且つ高効率であるから、省エネ性の高い高性能な冷凍システムとすることができる。

本発明は、コア積層体のエンドプレート同士を背中合わせに組み合わせ、そのヘッダ領域部分を補強プレートで挟持したことにより、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器であってもヘッダ領域部分での膨張変形がなく長尺かつ高効率な熱交換器及びそれを用いた省エネ性の高い高性能な冷凍システムを提供することができる。よって、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器や各種冷凍機器等に幅広く利用でき、その産業的価値は大なるものがある。

１ 熱交換器
２ コア積層体
２ａ プレートフィン
３、３ａ、３ｂ エンドプレート
４ 流入管
５ 流出管
６ 第１プレートフィン
６ａ 第１板状部材
６ｂ 第２板状部材
７ 第２プレートフィン
８、８ａ、８ｂ ヘッダ開口
９ 連結手段（ボルト・ナット）
１０ ヘッダ流路
１０ａ 外周流路
１０ｂ 連絡流路
１０ｃ 多分岐流路
１１ 冷媒流路（第１流体流路）
１１ａ 往路側流路部
１１ｂ 復路側流路部
１２ 切り起こし突起
１２ａ、１２ａａ 突起（第１切り起こし突起）
１２ｂ 突起（第２切り起こし突起）
１３ 貫通孔（位置決め用ボス孔）
１３ａ 孔外周部（位置決め用ボス孔外周部）
１４ ヘッダ流路
１５ スリット
１６ａ、１６ｂ 補強プレート
１７ 分流衝突壁
１８ 非流路部
１９ａ、１９ｂ 平面端部
２０ 窪み平面
２０ａ 幅狭平面
２０ｂ 幅広平面
２１ フィン平面部
２２（２２ａ、２２ｂ） 突起（切り起し突起）
２４ 分流制御管
２５ 冷媒流通用間隙
２６、２６ａ、２６ｂ 分流口
２７ 中空枠体
５１ 室外機
５２ 室内機
５３ 圧縮機
５４ 四方弁
５５ 室外熱交換器
５６ 減圧器
５７ 室内熱交換器
５８ 室内送風機
２００ プレートフィン積層体

Claims (7)

1. 冷媒等の第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体を備え、前記プレートフィン積層体の各プレートフィン積層間に第２流体を流して、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、
   前記プレートフィン積層体は、第一エンドプレート及び第二エンドプレートの間に第１流体が流れる流路を有するプレートフィンを複数積層して構成したコア積層体を組み合わせて構成し、
   前記コア積層体の前記プレートフィンは、前記第１流体が並行に流れるように、複数の第１流体流路を有する流路領域と、前記流路領域の各第１流体流路に連通するヘッダ流路を有したヘッダ領域と、を備えるとともに、前記第１流体流路は前記プレートフィンに設けた凹条溝によって形成し、
   かつ、前記コア積層体は第１流体の出入り口となる入口開口及び出口開口を前記片方の第一エンドプレートのヘッダ領域対応部分に開口させるとともに、前記第二エンドプレート同士を背中合わせに積層して組み合わせ、前記背中合わせに組み合わせたコア積層体の前記第一エンドプレートの少なくともヘッダ領域対応部分の外側に補強プレートを配置し、当該補強プレート同士を連結手段で連結して前記背中合わせに組み合わせたコア積層体のヘッダ領域を挟持して前記ヘッダ領域対応部分が外方へ膨張変形するのを抑制した熱交換器。
2. プレートフィンに形成した第１流体流路は略Ｕ字状にＵターンさせて第１流体流路と連通するヘッダ流路の入口側ヘッダ流路及び出口側ヘッダ流路をプレートフィンの一端部側に纏め、この入口側ヘッダ流路及び出口側ヘッダ流路を纏めて設けたヘッダ領域対応部分の補強プレート同士を連結手段で連結して背中合わせに組み合わせたコア積層体のヘッダ領域を挟持した請求項１に記載の熱交換器。
3. 第一エンドプレートの外側に配置した補強プレートはヘッダ領域対応部分と対向する側の面にヘッダ流路内へ突入する分流制御管を一体化して設けるとともに反対側の外面の入口開口と出口開口に第１流体の流入管と流出管を一体化した請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 補強プレートは分流制御管及び流入管と流出管との電位差が前記分流制御管と流入管或いは流出管給排管とを直付け接続した場合の両者の電位差よりも小さくなる材料で形成した請求項３に記載の熱交換器。
5. コア積層体のヘッダ領域に設けたヘッダ流路は、プレートフィンに設けたヘッダ開口周りの外周流路と、当該外周流路と複数の第１流体流路とを連絡する連絡流路とを備え、前記コア積層体のヘッダ領域の膨張変形を防止する補強プレートを連結する連結手段は前記連絡流路の両側部分に貫通させた請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. プレートフィン、エンドプレート、補強プレートは各ヘッダ領域対応部分の周縁適所に貫通孔を設け、当該貫通孔に締結手段を通して前記補強プレート同士を連結した請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 冷凍サイクルを構成する熱交換器を前記第１〜第６のいずれか１項に記載の熱交換器とした冷凍システム。

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