JP2786728B2 - 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 この発明は、自動車空調用蒸発器等に使用される積層
型熱交換器、即ち冷媒通路を有する複数枚の板状チュー
ブエレメントが、相互間にフィンを包含する空気流通間
隙を介して積層された形式の蒸発器に関する。

従来の技術 この種積層型熱交換器は、一般に２枚の皿状コアプレ
ートを対向せしめることによって、膨出状の出入口タン
ク部とこれら両タンク部を連通する冷媒通路を有するも
のに形成された複数板の板状チューブエレメントをフィ
ンを介して交互積層したものに構成されている。而し
て、かかる積層型熱交換器では配管上の理由等から、出
入口タンク部をチューブエレメントの長さ方向の一端部
に並設した構造が採用される場合がある。

従来、このように出入口タンク部を並設した構造の積
層型熱交換器では、第12図に示すように、コアプレート
（100）の出入口タンク部（101）（102）の中間部から
コアプレート（100）の長さ方向の他端に向かって途中
の位置まで伸びる中央隔壁（103）を設けることによ
り、チューブエレメント内にＵ字状の冷媒通路が形成さ
れていた。そして、各チューブエレメント内を入口タン
ク部（102）から出口タンク部（101）へと冷媒がＵター
ン上に流れるものとなされていた。なお、第12図に示す
（104）は冷媒撹乱用のリブである。

発明が解決しようとする課題 ところで、熱交換器の設置スペース等との関係でチュ
ーブエレメントの幅即ちコアプレート（100）の幅を小
さくせざるを得ない場合がある。しかるに、上記のよう
に冷媒をＵターン状に流す構造では、チューブエレメン
トの幅を小さくすると冷媒通路を十分に確保できなくな
り、そのため通路の圧力損失が大きくなって他の空調シ
ステム機器への負担が増加するのみならず熱交換効率の
低下を招くという欠点があった。しかも、冷媒通路断面
積が十分にとれないと冷媒の流速が速くなるため冷媒側
と空気側との熱交換バランスが良好でなくなり、性能低
下を招く一因となるという不都合もあった。

この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたもの
であって、チューブエレメントの幅が小さい場合であっ
ても、圧力損失を低下し、熱交換効率を増大しうる積層
型熱交換器の提供を目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明は、チューブエ
レメントを構成する１対のコアプレート間に中間プレー
トを介在せしめることにより、チューブエレメントを厚
さ方向に２の空間に仕切り、冷媒を中間プレートの一面
側から他面側へとチューブエレメントの厚さ方向に反転
流通せしめようというものである。

即ち、この発明は、図面の符号を参照して示すと、一
対の皿状コアプレート（21）（21）が中間プレート（2
2）を介在させて重ね合わされることにより、長さ方向
の一端部に入口タンク部（３）と出口タンク部（４）と
が並設されるとともに、中間プレート（22）の両面側に
冷媒通路（９）（10）が形成された複数枚の板状チュー
ブエレメント（２）が相互間にフィン（１）が介在させ
て積層されてなり、かつ前記一方のコアプレート（21）
の出口タンク部（４）の周囲が中間プレート（22）の一
面側において接合隔壁（21b）により接合され、他方の
コアプレート（21）の入口タンク部（３）の周囲が中間
プレート（22）の他面側において接合隔壁（21b）によ
り接合されることにより、入口タンク部（３）は中間プ
レート（22）の一面側の冷媒通路（９）と出口タンク部
（４）は中間プレート（22）の他面側の冷媒通路（10）
とそれぞれ連通され、かつ中間プレート（22）には両冷
媒通路を連通する透孔（22b）が設けられていることを
特徴とする積層型熱交換器を提供するものである。ま
た、好ましくは中間プレート（22）に、入口タンク部
（３）及び出口タンク部（４）に対応する位置において
冷媒通過孔（22a）が形成される一方、該中間プレート
（22）と接合された入口タンク部（３）または出口タン
ク部（４）の周囲の接合隔離（21b）に、該タンク部と
連通状態に冷媒流入路または流出路の断面積拡大用空間
部（21g）が形成され、かつ中間プレート（22）の前記
冷媒通過孔（22a）の縁部には前記空間部（21g）を中間
プレートの他面側の冷媒通路（９）（10）と連通する切
欠き部（22e）が形成されるのが良い。

作 用 冷媒入口管（12）から入口タンク部（３）を介して各
チューブエレメント（２）内に流入した冷媒は、往側冷
媒通路（９）をチューブエレメント（２）の幅合方向全
体に拡がってリブ（21e）で規制されつつ下方へと降下
する。次いで、中間プレート（22）の透孔（22b）から
複側冷媒通路（10）へと流入し、該通路（10）を同じく
チューブエレメント（２）の幅方向全体に拡がって上昇
しつつ出口タンク部（４）へと至り、出口管（13）から
器外へと流出する。そして、往復各冷媒通路（９）（1
0）を流通する間に、チューブエレメント間のコルゲー
トフィン（１）を含む空気流通間隙を流通する空気と熱
交換を行う。このように、冷媒をチューブエレメント
（２）の厚さ方向にＵターンして流通させるから、チュ
ーブエレメントの幅の全体を用いて冷媒を流通させるこ
とができ、チューブエレメント（２）の幅が小さくなっ
ても冷媒通路断面積が十分広く確保され、圧力損失の増
大、ひいては熱交換効率の低下が防止される。

また、出入口タンク部（４）（３）に空間部（21g）
を設け、かつ中間プレート（22）の冷媒通過孔（22a）
に切欠き部（22e）を設けた場合には、第10図及び第11
図に示すように、冷媒は分流孔（８）を通るのみならず
空間部（21g）及び切欠部（22e）を通って往側冷媒通路
（９）へと流入し、あるいは複側冷媒通路（10）から出
口タンク部（４）へと流出することになる。従って、空
間部（21g）及び切欠き部（22e）の分だけ冷媒流路断面
積が拡大され、ひいては圧力損失が減少され熱交換効率
が改善される 実 施 例 次に、この発明をカークーラー用のアルミニウムない
しその合金製蒸発器に適用した実施例について説明す
る。

第１図〜第７図は第１実施例を示すものである。第３
図に示す積層型蒸発器の全体図において、（２）は垂直
状態でかつ左右方向に積層された複数枚の板状チューブ
エレメント、（１）はその隣接するチューブエレメント
（１）（１）間に介在してそれと交互に積層されかつろ
う接一体化されたコルゲートフィンである。

前記チューブエレメント（２）は、第１図〜第５図に
示すように、上端部に並設された膨出状の入口タンク部
（３）及び出口タンク部（４）を有し、さらに両タンク
部の下方において偏平管部（５）を有している。そし
て、各タンク部には冷媒流入孔（６）と流出孔（７）と
が形成されており、各チューブエレメント（２）は流入
孔相互及び流出孔相互を連続状態にしてタンク部（３）
（４）において相互に連通一体化されている。この板状
チューブエレメント（２）は第１図に示すように、２枚
の皿状コアプレート（21）（21）を平板状の中間プレー
ト（22）を介在させた状態で周端接合面（21a）におい
て対向状に重ね合せ、ろう接一体化することで形成され
てなる。

前記コアプレート（21）はプレス加工により形成され
たもので、その材料として心材の表裏両面にろう材がク
ラッドされたブレージングシートが用いられている。か
つ一方（第１図手前側）のコアプレート（21）の内面に
は、出口タンク部（４）を囲む態様で周端接合面（21
a）に連続する接合隔壁（21b）が形成されている。また
入口タンク部（３）の下縁には冷媒を放射状に分流させ
るための凹部（21c）と凸部（21d）が形成され、さらに
その下方にはコアプレート（21）の幅方向を複数に仕切
る複数の凸条リブ（21e）が設けられている。これに対
し、他方（第１図向う側）のコアプレート（21）の内面
には、入口タンク部（３）を囲む態様で同じく接合隔壁
（21b）が形成されるとともに、出口タンク部（４）の
下縁には同じく凹部（21c）と凸部（21d）が形成され、
さらに下方の空間をコアプレート（21）の幅方向に仕切
るリブ（21e）が設けられている。また、前記中間プレ
ート（22）はこれもアルミニウムブレージングシートか
らなるもので、略コアプレート（21）の外形に対応した
大きさを有している。かつ中間プレート（22）の長さ方
向の上端部にはコアプレート（21）の入口タンク部
（３）、出口タンク部（４）に対応する２つの冷媒通過
孔（22a）が形成されるとともに、下端部には中間プレ
ート（22）の表裏を連通する３個の透孔（22b）が形成
されている。

而して、上記のようなコアプレート（21）と中間プレ
ート（22）は、コアプレート（21）の周端接合面（21
a）及び入口タンク部（３）あるいは出口タンク部
（４）周囲の接合隔壁（21b）、入口タンク部（３）あ
るいは出口タンク部（４）の下縁の凸部（21d）、さら
にはリブ（21e）の頂面において接合されている。従っ
て、かかる構造により、チューブエレメント（２）はそ
の内部が中間プレート（22）によって厚さ方向に仕切ら
れ、もって中間プレート（22）の一面側に冷媒分流孔
（８）を介して入口タンク部（３）と連通する往側冷媒
通路（９）が形成されるとともに、中間プレート（22）
の他面側に冷媒分流孔（８）を介して出口タンク部
（４）と連通する復側冷媒通路（10）が形成されてい
る。そして、両冷媒通路（９）（10）はリブ（21e）に
より複数の細長い通路に仕切られるとともに、両冷媒通
路（９）（10）は中間プレート（22）の透孔（22b）を
介して連通状態となされている。従って、チューブエレ
メント（２）の入口タンク部（３）へ入ってきた冷媒
は、往側冷媒通路（９）を下方へと降下したのち、透孔
（22b）を通って複側冷媒通路（10）へと至り、該冷媒
通路（10）を上昇流通して出口タンク部（４）へと流れ
るものとなされている。なお、往復各冷媒通路（９）
（10）の上部に位置する（21f）はディンプル加工によ
り突出形成された冷媒撹乱用の半球殻状リブである。ま
た、中間プレート（22）の下縁は両端部と中間部とがそ
れぞれ異なる方向に直角に折曲されて、コルゲートフィ
ン（１）の位置決め用の折曲片（22c）となされるとと
もに、折曲片（22c）の先端はさらに外方直角状に折返
されて接合縁（22d）が形成されている。この接合縁（2
2d）は隣り合う中間プレート（22）の接合縁と接合され
ることで熱交換器の底部を固定しかつ補強する役割を果
たす。

コルゲートフィン（１）はチューブエレメント（２）
の幅と同程度の幅を有し、前後に位置するコアプレート
（21）にろう付されている。コルゲートフィン（１）は
望ましくはルーバーを切り起したものが用いられる。

なお第３図において、（11）（11）は最外側のコルゲ
ートフィン（１）の外側に配置されたサイドプレート、
（12）は入口タンク部に連結された冷媒入口管、（13）
は出口タンク部に連結された冷媒出口管である。また、
この実施例では、中間に位置するチューブエレメント
（２）の入口タンク部（３）の流通孔を閉塞するととも
に、それ以降のチューブエレメントの出口タンク部
（４）と入口タンク部（３）の位置を逆にすることで、
冷媒流れを複数のチューブエレメント群ごとに順次反転
させるものとなされている。

図示実施例に係る積層型蒸発器では、第４図及び第５
図に示すうに、冷媒入口管（12）から入口タンク部
（３）を介して各チューブエレメント（２）内に流入し
た冷媒は、往側冷媒通路（９）をチューブエレメント
（２）の幅方向全体に広がってリブ（21e）で規制され
つつ下方へと降下する。次いで、中間プレート（22）の
透孔（22b）から複側冷媒通路（10）へと流入し、該通
路（10）を同じくチューブエレメント（２）の幅方向全
体に拡がって上昇しつつ出口タンク部（４）へと至り、
出口管（13）から器外へと流出する。そして、往復各冷
媒通路（９）（10）を流通する間に、チューブエレメン
ト間のコルゲートフィン（１）を含む空気流通間隙を流
通する空気と熱交換を行う。なお、図示実施例の蒸発器
では、熱交換の際に、流通空気の凝縮から生じる結露水
がチューブエレメント（２）やコルゲートフィン（１）
の表面に付着するが、この結露水はリブ（21e）の凹み
としてチューブエレメント（２）の外面に生じる凹条を
排水通路として下方へ流下し水切り良く器外へと排出さ
れる。

第８図〜第11図はこの発明の他の実施例を示すもので
ある。なお、これらの図において第１図〜第７図に示す
実施例と同一構成部分については同一符号を付しその説
明を省略する。

この実施例では、第８図に示すように、コアプレート
において周囲が中間プレート（22）と接合されている出
口タンク部（４）や入口タンク部（３）の接合隔壁（21
b）に、該タンク部と連通状態に凹状の空間部（21g）が
放射状に形成されている。なお、第８図において網線部
分は他方のコアプレートとの接合部を意味する。一方、
第９図に示すように、中間プレート（22）の冷媒通過孔
（22a）（22a）の下縁には切欠き部（22e）が放射状に
形成されている。この切欠き部（22e）は前記空間部（2
1g）を中間プレート（22）の他面側の冷媒通路（９）あ
るいは（10）と連通させるためのもので、前記空間部
（21g）に対応する配置で形成されている。このような
構造とすることで次のような利点がある。即ち、空間部
（21g）及び切欠き部（22e）を設けない場合には、第４
図に示すように、冷媒は片面側の分流孔（８）のみを通
って入口タンク部（３）から流入しあるいは出口タンク
部（４）へと流出することになり、流路断面積が小さい
ものとなって圧力損失が増大する。これに対し、空間部
（21g）及び切欠き部（22e）を設けた場合には、第10
図、第11図に示すように、冷媒は分流孔（８）を通るの
みならず空間部（21g）及び切欠き部（22e）を通って往
側冷媒通路（９）へと流入し、あるいは複側冷媒通路
（10）から出口タンク部（４）へと流出することにな
る。従って、空間部（21g）及び切欠き部（22e）の分だ
け冷媒流路断面積を拡大でき、ひいては圧力損失を減少
でき熱交換効率を改善できる。

発明の効果 この発明は上述の次第で、１対のコアプレート間に中
間プレートを介在させて、中間プレートの両面側に冷媒
通路を形成するとともに、両冷媒通路を中間プレートの
透孔で連通し、冷媒をチューブエレメントの厚さ方向に
Ｕターンさせて流通せしめるものである。従って、チュ
ーブエレメントの幅の全体を用いて冷媒を流通させるこ
とができるので、チューブエレメントの幅が小さくなっ
ても冷媒通路断面積を十分広く確保することができ、圧
力損失の増大を防止でき他の空調システム機器への負担
増加を抑制しうるとともに、熱交換効率の低下をも防止
することができる。さらに、冷媒通路断面積を十分に確
保することができるから、冷媒流速の加速化を防止で
き、冷媒側と空気側との熱交換バランスを良好に保持し
えて、一層優れた熱交換性能を実現しうる。

また、請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加
えて、入口タンク部から冷媒通路への流入路及び冷媒通
路から出口タンク部への流出路の断面積を大きく確保す
ることができるから、冷媒の圧力損失の増大を益々防止
しえて性能に一層優れた熱交換器となしうる効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図はこの発明の一実施例としての蒸発器を
示すもので、第１図は１対のコアプレートと中間プレー
トとで構成されるチューブエレメントとフィンとを分離
して示す斜視図、第２図はこれらを接合した状態の斜視
図、第３図は全体正面図、第４図は第１図のIV−IV線断
面図、第５図は第１図のＶ−Ｖ線断面図、第６図はコア
プレートの正面図、第７図は中間プレートの正面図、第
８図〜第11図はこの発明の他の実施例を示すもので、第
８図はコアプレートの要部正面図、第９図は中間プレー
トの要部正面図、、第10図はチューブエレメントの入口
タンク部近傍をコアプレートの一部を切欠いて示す斜視
図、第11図はチューブエレメントの上部の側断面図、第
12図は従来の熱交換器のコアプレートの正面図である。 （１）……フィン、（２）……チューブエレメント、
（３）……入口タンク部、（４）……出口タンク部、
（９）（10）……冷媒通路、（21）……コアプレート、
（21b）……接合隔壁、（21g）……空間部、（22）……
中間プレート、（22a）……冷媒通過孔、（22b）……透
孔、（22e）……切欠き部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の皿状コアプレート（21）（21）が中
   間プレート（22）を介在させて重ね合わされることによ
   り、長さ方向の一端部に入口タンク部（３）と出口タン
   ク部（４）とが並設されるとともに、中間プレート（2
   2）の両面側に冷媒通路（９）（10）が形成された複数
   枚の板状チューブエレメント（２）が相互間にフィン
   （１）を介在させて積層されてなり、かつ前記一方のコ
   アプレート（21）の出口タンク部（４）の周囲が中間プ
   レート（22）の一面側において接合隔壁（21b）により
   接合され、他方のコアプレート（21）の入口タンク部
   （３）の周囲が中間プレート（22）の他面側において接
   合隔壁（21b）により接合されることにより、入口タン
   ク部（３）は中間プレート（22）の一面側の冷媒通路
   （９）と出口タンク部（４）は中間プレート（22）の他
   面側の冷媒通路（10）とそれぞれ連通され、かつ中間プ
   レート（22）には両冷媒通路を連通する透孔（22b）が
   設けられていることを特徴とする積層型熱交換器。
2. 【請求項２】中間プレート（22）に、入口タンク部
   （３）及び出口タンク部（４）に対応する位置において
   冷媒通過孔（22a）が形成される一方、該中間プレート
   （22）と接合された入口タンク部（３）または出口タン
   ク部（４）の周囲の接合隔壁（21b）に、該タンク部と
   連通状態に冷媒流入路または流出路の断面積拡大用空間
   部（21g）が形成され、かつ中間プレート（22）の前記
   冷媒通過孔（22a）の縁部には前記空間部（21g）を中間
   プレートの他面側の冷媒通路（９）（10）と連通する切
   欠き部（22e）が形成されている請求項１に記載の積層
   型熱交換器。