JP2540836B2 - 積層型熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車用空気調和装置に用いられるエバポレ
ータの如き積層型熱交換器の組立構造に関する。

［従来の技術］ 上記エバポレータの一般的な構造およびその組立方法
の概略は、プレス成形した２枚の“最中の皮”状の管プ
レートを貼り合わせて形成され、冷媒の出入口を備えて
熱交換用ユニットとして機能する偏平管と、伝熱面積増
大用のコルゲートフィンとを、隣接偏平管の入口と出口
とが連通されるようにして交互に重ね合わせて本体部分
を仮組立し、この組立構造を治具により固定させた後、
エバポレータの構成材料であるアルミニウム板の表面に
あらかじめクラッドさせておいたろう材の溶融温度以上
に保たれているろう付け炉内で加熱することによって、
一挙に各構成部材をろう付け接合させる方法を採ってい
た。

そして管プレートはその平面図としての第12図、およ
び第12図の（ハ）−（ハ）断面図としての第13図に描か
れているように、偏平管の内側向きに小突堤状の多数の
リブ1H群が斜め方向に突設されていることによって、２
枚の管プレートを貼り合わせた時、各々の管プレート１
のリブ群1Hは、第12図に示されているように×字状に交
差し、この交差個所ｈのすべてがろう付け接合されるこ
とによって、偏平管の耐圧強度が充分に高められると共
に、リブ1H群によって、冷媒の入口タンク部1Aと出口タ
ンク部1Bを結ぶ冷媒流路Ｃに迷路を形成させて、熱交換
性能の大巾向上を可能にしている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の従来のエバポレータは、下記の如き改善すべき
重要な問題を抱えている。

（イ）迷路の形状が適切でないために冷媒の圧力損失が
かなり大きい。

（ロ）冷媒圧に対する偏平管の耐圧力は、主として対向
リブの衝接個所のろう付け強度に支配されるので、正確
なろう付けを行わせるためには、リブの高さを偏平管の
内側厚みの1/2に正しく一致させる必要がある。しかし
リブは細長いので、その全長に亘って一定の高さを保た
せるためには、製作技術上の大きな困難が伴う。

（ハ）対向リブの衝接状態はほとんど点接触に近いの
で、このことも衝接個所のろう付け接合強度が不充分に
なり勝ちとなる一因をなしている。

本発明は上記の如き問題をほぼ解消できると共に、管
プレートにリブを形成させるための工程管理を簡易化さ
せることのできる構造を備えた積層型熱交換器を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明は、最中の皮状の
２枚の管プレートの貼り合わせ体からなり、流体の出入
口ポートとして設けられた入口および出口タンク部の間
に流体流路を形成させると共に、各管プレートにそれぞ
れ内側向きに突出した多数の対向リブ群を備える偏平管
の複数個を、熱交換用空隙を介在させた状態のもとに積
層合体して作成される積層型熱交換器において、 前記リブ群は、前記２枚の管プレートを貼り合わせた
時に互いに当接してろう付け接合される補強用リブ群
と、この補強用リブ群より突出量の小さい熱交換用リブ
群との組合わせからなり、 前記補強用リブ群は、平坦な頂面を備える小突起体で
あり、前記熱交換用リブ群は、この小突起体の周りに放
射状に配設した、複数個の小突堤状体であることを特徴
とする構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 従来の積層型熱交換器を構成する偏平管では、その補
強と迷路形成の役割を唯一種類の小突堤形状を有するリ
ブ群に受け持たせていたが、本発明による積層型熱交換
器は、主として補強のために適した形状を備える補強用
リブ群と、リブ高さを必要以上に高くせず、極力低く抑
えることによって、流体の流通抵抗を高めさせることな
く迷路形成効果を高められる形状を備える熱交換用リブ
群との組合わせかなる、いわば複合型のリブ群を設けた
ことによって、熱交換用流体の圧力損失を充分低く押え
ながら熱交換性能が向上され、しかも製作上の工程管理
を簡易化させられる。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体
的に説明する。

第１図〜第５図は本発明による一実施例装置として
の、自動車用空調装置に組込まれるエバポレータを示し
ており、第１図は管プレートの内側面を示した平面図、
第２図と第３図はそれぞれ第１図の（イ）−（イ）断面
図、と（ロ）−（ロ）断面図、第４図はリブ群の配設状
態を示した、管プレートの部分平面図、そして第５図は
装置の正面図である。

装置の概略の構成は、第５図にみられる如く、複数個
の偏平管Ａと熱交換効率向上用のフィン４とを交互に積
層し合体させることによって本体部分を構成させてい
る。そして各偏平管Ａの上端部に設けた低沸点冷媒の入
口タンク部1A相互を連通させて、各偏平管への冷媒分配
路Ｅを形成させている。またこの図では入口タンク部1A
の背後に位置する冷媒出口タンク部相互を連通させて冷
媒集合路を形成させている。冷媒分配路の一端には冷媒
入口チューブ11が、また冷媒集合路の一端には冷媒出口
チューブ12がそれぞれ接続されている。13と14は各チュ
ーブの接続用継手であり、15と16は各チューブの末端に
取付けチューブ継手である。17はエバポレータ本体の両
側端面を保護するサイドプレートである。隣接する偏平
管Ａの間にフィン４を介在させて平行する熱交換用空隙
Ｂを形作らせるためには、各偏平管Ａの下端部に、冷媒
入口（出口）タンク部1Aの厚さの1/2の高さのスペーサ1
Gを突設している。

偏平管Ａを構成する２枚の管プレート１は同一形状を
備えており、この実施例では厚さ0.3〜0.8mmで材質がA3
003のアルミニウム板の両表面に、あらかじめA4004など
のろう材をクラッドさせた素材板を、プレス加工して第
１図〜第３図に示した形状が与えられている。

縦長の角板形状を有する管プレート１は、ろう付け貼
り合わせ用の周縁フランジ部1Eと、偏平管Ａ内にＵ字形
冷媒流路Ｃを形成させるための中央部仕切壁1F部分を残
して、偏平管の外側向きに最中の皮状に一様の厚みに膨
出させている。そして上端部には冷媒の入口および出口
ポートとなる、入口タンク部1Aと出口タンク部1Bを突設
し、各々のタンク部にはそれぞれ冷媒流通口1Cまたは1D
を穿っている。入口タンク部1Aと出口タンク部1Bの間に
形成された冷媒流路Ｃには、第１図にみられるように、
頂面が平坦な小円柱状突起体とをなして、偏平管Ａを補
強するための補強用リブ２群が、打出し法によって千鳥
状配列のもとに突設されている。補強用リブ２の周りに
は、冷媒流路Ｃに迷路を形成させて熱交換性能を向上さ
せるための、小突堤状をなす熱交換用リブ３群が、リブ
２と一体をなして放射状に突設されている。

偏平管Ａの部分横断面を示した第３図にみられるよう
に、補強用リブ２の突設高さh1は、偏平管Ａの内部の厚
み、別言すれば冷媒流路Ｃの厚さＨの1/2に正しく一致
させている。また熱交換用リブ３の突設高さh2は、Ｈの
寸法の1/2以下に、この実施例ではh1のほぼ1/2の高さに
設定している。

補強用リブ２の高さh1は、ろう付け接合の確実を期す
ために正確でなければならないが、その頂面ａの表面積
はかなり小さいので、その加工寸法精度の確保は容易で
ある。リブ群の平面的配置を示した第４図にみられるよ
うに、補強用リブ２をめぐる４本の熱交換用リブ３は、
その放射間隔の角度θをこの実施例では一様に90゜に保
たせている。

また補強用リブ２の相互間隔Ｌの値を10mmに設定した
とすると、補強用リブ２の頂面ａの直径は、偏平管Ａに
所要の耐圧強度を与えるためのろう付け接合強度を確保
するために、２〜3mmに選定するのが適当である。そし
てこの場合熱交換用リブ３の長さＷは、5mm以上にすれ
ば必要とする熱交換性能を得ることができる。

コルゲートフィン４は、極く薄いアルミニウム板を約
4mmのピッチをもって波打ち状に屈曲加工して作成され
ている。またサイドプレート17は、厚さ0.6〜1.0mmで材
質がA3003などのアルミニウム板からなり、その内側表
面にはA4004などのろう材がクラッドされている。

このような主要構成部材の組合わせからなるエバポレ
ータの組立方法の概略は、第５図に描かれた配列に従っ
て、組立台上に先ずサイドプレート17を据え置き、次い
でコルゲートフィン４、更に最中の皮状に重ね合わせた
２枚の管プレート１、そして再びコルゲートフィン４、
次いで２枚の管プレート１の順に重ね合わせを反復して
行い、最後にサイドプレート17を重ねることによってエ
バポレータの本体部分の仮組立が終わる。仮組立体は治
具を用いて積層構造を押圧固定させたうえ、ろう材の溶
融温度以上に加熱されているろう付け炉内に納めてろう
材を溶かした後放冷させることによって、本体部分の接
合組立は一挙にして完了する。

冷媒の出入口パイプ11および12と、その接続用継手13
および14は、上記のろう付け工程において同時に本体部
分にろう付けさせるか、または別工程において取付け
る。

次に上記のエバポレータの作動について付図を参照し
ながら説明する。図示を省いた空調装置の圧縮機で圧縮
された高温高圧の気相冷媒は凝縮器によって液化され、
減圧装置を通過する間に減圧されて気液２相状態のもと
に冷媒入口パイプ11を経て、エバポレータを構成してい
る最左端の偏平管Ａに流入する。

第１図に描かれているように、冷媒入口タンク部1Aに
設けた連通穴1Cから偏平管内に流入した冷媒は、仕切壁
1Fの存在にはばまれて一旦管内を流れ降ったうえ、仕切
壁の欠如してる部分を通過した後上昇に転じて出口タン
ク1Bの連通穴1Dに向かうＵ字形流路Ｃをたどらされる。

各偏平管Ａの両側面は熱交換用空隙Ｂに接しており、
この空隙には空調装置の送風機（図示略）によって比較
的温かい被空調空気が吹き込まれているので、低沸点の
液相冷媒は偏平管Ａ内を通過する間に、温かい空気から
気化の潜熱を奪って気相に戻り、被空調空気は所望温度
にまで冷やされて空調装置の冷風吹出口に向かう。

Ｕ字形の冷媒流路Ｃ内には、すでに第３図を参照しな
がら説明したように、この流路の厚さに等しい補強用リ
ブ２が散在することによってある程度の迷路形成効果が
生じてエバポレータの熱交換能力が高められるが、更に
補強用リブ２を取り巻くようにして、冷媒流路Ｃの厚さ
の1/2に達しない高さをもった複数個の熱交換用リブ３
が設けられることによって、迷路形成効果は一段と増し
熱交換能力は大きく向上する。

しかも熱交換用リブ３は、従来のエパポレータのリブ
群のすべてが、既述の第13図に示されているように、偏
平管Ａの内側厚さの1/2に等しい高さであったのと異な
って、偏平管Ａの内側厚さＨの1/4以下に設定されてい
る。従って偏平管Ａを形作っている１つの管プレート１
にそれぞれ設けられている、熱交換用リブ３の頂面同士
は互いに衝接されずに、少なくともＨの値の1/2以上の
空隙が残存される。このために熱交換用リブ３群は、冷
媒流に対して大きな圧力損失を生じさせるマイナス効果
が充分押しとどめられた状態のもとに、エバポレータの
熱交換効果を向上させる機能を最大限に発揮する。

第６図〜第８図は，上記のエバポレータを構成する管
プレート１に形成させる熱交換用リブの他の形状例を示
した、第２実施例図である。

第１の実施例と異なる点は、仕切壁1Fを境にして左右
２区画に区分されている冷媒流路Ｃのうち、右側区画に
設けた熱交換用リブ3Bは左側区画に設けた熱交換用リブ
3Aに対してその放射方向が45゜ずらされている点にあ
る。

従ってこのような形状を備えた２枚の管プレート１を
貼り合わせることによって、第７図に示されているよう
に、各々の管プレート１に突設されている熱交換用リブ
3Aと3Bは、第１実施例とは異なって互いに対向する位置
から45゜ずれることになる。このために、迷路形成効果
がより高められるだけでなく、冷媒流に対する抵抗も少
なくして圧力損失を低減させる効果も同時に得られる。

第８図は冷媒流路に熱交換用リブ３を突設したことに
よる流路の厚さの縮小量が、第１の実施例ではリブ３の
高さh2の２倍分であるに対して、第２実施例ではリブ３
の高さh2分だけに過ぎず、流路厚さh4がより厚くなっ
て、流路抵抗がより減少する事を示している。上記のず
らし角は必要に応じて45゜以外の任意の角度を選べばよ
い。

第９図は熱交換用リブ３の形状に関する第３実施例を
示している。

第１の実施例と異なる点は補強用リブ２と熱交換用リ
ブ３との間にリブの設けられていない部分Ｇを介在させ
て、両者をそれぞれ独立的に突設した所にある。リブの
存在しない間隙部分Ｇの巾を、個々のエバポレータの設
計仕様に応じて適宜に選定することによって、冷媒の圧
力損失を充分低くとどめながら、同時に迷路形成効果を
高めて熱交換性能を向上させることができる。

上記実施例では熱交換用リブ３群の放射間隔の角度θ
は90゜に設定しているが、この角度を一様ではなくて不
均等に選んだり、角度θを変えることによってリブ３の
数を増減させてもよい。またリブ３の形状、殊に頂面の
形状も管プレート１の平坦面に対して傾斜させるなど、
様々な設計変更の余地が残されている。

また補強用リブ２の形状も、円柱形に限られることな
く、裁頭円錐形、楕円柱形、三角柱型など様々に選ぶこ
とができる。

更に補強用リブ２と熱交換用リブ３の配置関係は、第
３実施例の配置状態を更に発展させて、全く隔たった個
所に散在させるようにしてもよい。

第10図は、それぞれリブの構成において上記の実施例
と相異する、第４実施例の管プレートの部分平面図であ
る。

第10図の第４実施例では、千鳥状に配置されている補
強用リブ２群の間に、冷媒の流れ方向に対して直交する
方向を保たせて、小突堤状の熱交換用リブ３群を適宜の
間隔を隔てて散在させている。熱交換用リブ３の長さ
は、補強用リブ２群相互間の間隙巾に如何に対応させて
配置個所毎に相異させている。

本発明による積層型熱交換器の構成は、実施例に示し
た偏平管の一端側だけに流体の出入口タンク部を設けた
形式のエバポレータの他に、両端部にそれぞれ出入口タ
ンク部を有するタイプのエバポレータにも適用できる
し、勿論エバポレータに限られることなく、同種の構造
を備えた、他の様々な積層型熱交換器に有効に取り入れ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明による熱交換器の一実施例と
しての、自動車用空調装置に組込まれるエバポレータを
示している。 第１図は偏平管を構成する管プレートの平面図、第２図
と第３図はそれぞれ第１図の（イ）−（イ）断面図と
（ロ）−（ロ）断面図、第４図は管プレートに突設した
補強用リブと熱交換用リブの配置を示した部分拡大図、
そして第５図はエバポレータの正面図である。 第６図〜第８図は管プレートの構成の他の実施例を示し
た第２実施例図で、第６図は部分平面図、第７図はリブ
の配設状況の説明図、そして第８図は偏平管の部分横断
面図である。 第９図はリブの配設の仕方の更に別の例を示した第３実
施例図としての、リブ配置状況の説明図である。 第10図はそれぞれ、リブの配設の仕方に特長のある、第
４実施例の管プレートの部分断面図である。 第11図〜第13図は従来のエパボレータを示した、それぞ
れ偏平管の平面図と、その（ハ）−（ハ）断面図、およ
び一組の管プレートの各々のリブの当接状態を説明した
図である。 図中 １……管プレート、２……補強用リブ、３……
熱交換用リブ、４……フィン、Ａ……偏平管、Ｂ……熱
交換用空隙、Ｃ……流体流路、Ｈ……流体流路の厚み

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】最中の皮状の２枚の管プレートの貼り合わ
   せ体からなり、流体の出入口ポートとして設けられた入
   口および出口タンク部の間に流体流路を形成させると共
   に、各管プレートにそれぞれ内側向きに突出した多数の
   対向リブ群を備える偏平管の複数個を、熱交換用空隙を
   介在させた状態のもとに積層合体して作成される積層型
   熱交換器において、 前記リブ群は、前記２枚の管プレートを貼り合せた時に
   互いに当接してろう付け接合される補強用リブ群と、こ
   の補強用リブ群より突出量の小さい熱交換用リブ群との
   組合わせからなり、 前記補強用リブ群は、平坦な頂面を備える小突起体であ
   り、前記熱交換用リブ群は、この小突起体の周りに放射
   状に配設した、複数個の小突堤状体であることを特徴と
   する積層型熱交換器。