JP3311149B2 - アルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明に係るアルミニウム合金製
熱交換器は、例えば自動車用空気調和装置に組み込ん
で、車室内の空気を冷却するエバポレータとして利用す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車用空気調和装置には、内
部で冷媒を蒸発させ、外部を流通する空気を冷却するエ
バポレータが組み込まれている。この様な空気調和装置
に組み込まれ、エバポレータとして使用されるアルミニ
ウム合金製熱交換器として、例えば特開昭６１−４９９
９５号公報には、図４〜７に示す様な構造のものが開示
されている。

【０００３】何れもアルミニウム合金により造られた部
材を組み合わせて成る、このアルミニウム合金製熱交換
器１は、コア部２を有する。このコア部２は、横方向
（図４の左右方向）に適当な間隔をあけて互いに平行に
配置された複数の伝熱管素子３、３と、隣り合う伝熱管
素子３、３の間に挟持されたコルゲート型のフィン４、
４とから成る。そして、上記コア部２の横方向両端側面
に、サイドプレート５、５を添設している。このサイド
プレート５、５の内側面と、両端に位置する伝熱管素子
３、３の外側面との間にも、上記フィン４、４を挟持し
ている。又、上記コア部２の下側には、互いに平行に配
設された１対のタンク６ａ、６ｂを設けている。そし
て、これら各タンク６ａ、６ｂの内部と、上記各伝熱管
素子３、３の内部とを連通させている。

【０００４】上記各伝熱管素子３、３は、図５に示す様
に、２枚の板材７、７を重ね合わせて成る。この板材
７、７は、アルミニウム合金板の両面に、Siを多く含む
アルミニウム合金であるろう材のクラッド層を設けた、
所謂両面クラッド材である。上記板材７、７は、長手方
向（図５の上下方向）の一端（図５の下端）に互いに間
隔をあけて１対の突出部８ａ、８ｂを形成している。
又、各板材７、７の片面には倒立Ｕ字形の凹部９を、こ
の凹部９の両端を上記１対の突出部８ａ、８ｂの一端縁
（図５の下端縁）にまで連続させた状態で形成してい
る。更に、上記凹部９の内側には多数の突起１０、１０
を、凹部９の全面に亙って均等に、形成している。この
突起１０、１０は、凹部９によって形成される、次述す
る折り返し流路１１の内側を流れる冷媒の流れを乱し、
この冷媒と板材７、７との間の熱交換効率を向上させる
為のものである。同時にこれら各突起１０、１０は、そ
れぞれの先端同士をろう付け結合されて、上記折り返し
流路１１の耐圧強度を向上させる役目も果たす。

【０００５】上記板材７、７は、２枚１組とし、互いの
凹部９同士を対向させた状態で最中状に重ね合わせ、各
板材７、７の周縁部同士を互いに液密に接合する事で伝
熱管素子３、３とする。この伝熱管素子３、３は、内部
に上記凹部９により形成される倒立Ｕ字形の折り返し流
路１１を、長手方向一端に、この折り返し流路１１の両
端に位置して端縁部から突出した１対の接合部１２ａ、
１２ｂを、それぞれ有する。そして、これら各接合部１
２ａ、１２ｂの内側に、それぞれ出入り口流路２１ａ、
２１ｂを設けている。これら各出入り口流路２１ａ、２
１ｂの幅寸法ｗは、それぞれ上記折り返し流路１１の幅
寸法Ｗよりも小さい（ｗ＜Ｗ）。そして、これら各出入
り口流路２１ａ、２１ｂの端部と上記折り返し流路１１
の両端部とは、それぞれ連続部２２ａ、２２ｂにより連
続している。従来のアルミニウム製熱交換器の場合、こ
の連続部２２ａ、２２ｂは、上記折り返し流路１１及び
出入り口流路２１ａ、２１ｂに対し直交している。

【０００６】前記各タンク６ａ、６ｂは、それぞれ座板
１３ａ、１３ｂとタンク本体１４ａ、１４ｂとを最中状
に組み合わせて成る。即ち、これら各座板１３ａ、１３
ｂとタンク本体１４ａ、１４ｂとは、やはり両面にろう
材をクラッドした板材をプレス成形する事により、それ
ぞれ略船形状に形成されている。又、上記各座板１３
ａ、１３ｂの開口部の大きさは、上記各タンク本体１４
ａ、１４ｂの開口部の大きさよりも少し大きくしてい
る。これら座板１３ａ、１３ｂとタンク本体１４ａ、１
４ｂとを組み合わせて、上記各タンク６ａ、６ｂとする
場合には、各タンク本体１４ａ、１４ｂの開口部を各座
板１３ａ、１３ｂの開口部に嵌合させる。

【０００７】又、上記各座板１３ａ、１３ｂには、スリ
ット状の接続孔１５、１５を形成している。これら各接
続孔１５、１５は、それぞれ上記各伝熱管素子３、３の
接合部１２ａ、１２ｂを大きな隙間なく挿入自在な形状
と大きさとを有する。又、上記１対のタンク６ａ、６ｂ
のうちの一方のタンク６ａの側面には、送り込み口１９
と取り出し口２０とを設けている。又、このタンク６ａ
の中間部内側には隔壁１６を、座板１３ａとタンク本体
１４ａとの間に挟持する状態で設けている。アルミニウ
ム合金製熱交換器の完成時にこの隔壁１６は、上記タン
ク６ａ内を、気密、液密を保持した状態で二分割する。

【０００８】前記伝熱管素子３、３と１対のタンク６
ａ、６ｂとを結合するには、図７に示す様に、それぞれ
の接合部１２ａ、１２ｂを各タンク６ａ、６ｂの接続孔
１５、１５に挿入する。そして、この様に挿入した状態
で、各接合部１２ａ、１２ｂの外周面と各接続孔１５、
１５の内周縁とを互いに気密且つ液密にろう付けする。
ろう付けの為のろう材は、前記各板材７、７の両面並び
に座板１３ａ、１３ｂを構成する板材の両面に積層（ク
ラッド）されたろう材が使用される。

【０００９】上述の様に構成されるアルミニウム合金製
熱交換器１は、構成各部材の当接部分をろう付けする事
で、これら構成各部材を一体的に結合する。この様な構
成各部材間のろう付け接合は、次の様にして行う。先
ず、上記構成各部材、即ち、それぞれが１対ずつの板材
７、７を重ね合わせて成る伝熱管素子３、３、フィン
４、４、サイドプレート５、５、タンク６ａ、６ｂを、
図４に示す様に組み合わせ、図示しない治具により抑え
付けた状態で加熱炉内に入れる。この際、上記各タンク
６ａ、６ｂを下にする。これは、上記各接合部１２ａ、
１２ｂの外周面と上記各接続孔１５、１５の内周縁との
間に十分な量の溶融ろう材を供給し、これら外周面と内
周縁との間を確実にろう付けする為である。

【００１０】そして、この加熱炉中で上記構成各部材
を、前記ろう材の融点よりは高いが、母材（構成各部材
の芯材となり、強度保持を図るアルミニウム合金）の融
点よりは低い温度である、６００℃程度に加熱する。こ
れにより、前記クラッド材により構成された部材（サイ
ドプレート５、板材７、７、座板１３ａ、１３ｂ、タン
ク本体１４ａ、１４ｂ）の表面に存在するろう材が溶
け、上記構成各部材を互いにろう付け接合する。特に、
フィン４、４と相手部材との当接部以外の当接部分に
は、当該当接部を構成する部材から十分な量のろう材が
供給され、当該当接部が気密且つ液密にろう付けされ
る。

【００１１】尚、このろう付けの際にタンク６ａの内側
は、前記隔壁１６により入口室１７と出口室１８とに、
気密且つ液密を保持した状態で分割される。前記送り込
み口１９はこのうちの入口室１７に、前記取り出し口２
０はこのうちの出口室１８に、それぞれ設けられてい
る。

【００１２】上述の様にろう付けされて造られる、前述
の様なアルミニウム合金製熱交換器を、例えばエバポレ
ータとして使用する際には、上記送り込み口１９を通じ
て上記入口室１７内に、液状の、或は気液混合状態の冷
媒を送り込む。この冷媒は、前記各伝熱管素子３、３内
の折り返し流路１１を流れて上記出口室１８に達し、上
記取り出し口２０から取り出される。上記折り返し流路
１１を流れる間に上記冷媒は、周囲の熱を奪って蒸発す
る。この結果、前記コア部２の温度が低下するので、こ
のコア部２を構成するフィン４、４の間に空気を流せ
ば、この空気を冷却し、更に除湿を行なえる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成される従来のアルミニウム合金製熱交換器の場合に
は、各伝熱管素子３、３の内側に設けられた折り返し流
路１１の両端部と出入り口流路２１ａ、２１ｂとを連続
させる連続部２２ａ、２２ｂの形状に起因して、次の
〜の様な不都合が生じる。

【００１４】 ろう付け後の耐圧試験で、連続部２２
ａ、２２ｂ部分で漏洩のある製品が見つかった。この様
に、ろう付けに伴って上記各連続部２２ａ、２２ｂで漏
洩が発生する原因に就いて本発明者が研究したところ、
次の様な事が分かった。

【００１５】即ち、ろう付けの為の加熱により、上記各
伝熱管素子３、３を構成する板材７、７にクラッドした
ろう材が溶融し、重力により下方に流下する。そして、
上記折り返し流路１１の内面を流下した溶融ろう材の一
部が、図７に斜格子で示す様に、上記連続部２２ａ、２
２ｂ上に滞留する。そして、この溶融ろう材中に多く含
まれるSiが、ろう付けの為に温度上昇した上記板材７の
一部で、上記各連続部２２ａ、２２ｂ内に拡散浸透す
る。この結果、これら各連続部２２ａ、２２ｂ部分を構
成するアルミニウム合金（芯材）の融点が低下し、ろう
付けの為の加熱によって芯材の一部が溶融し、孔が生じ
る事が分かった。

【００１６】尚、特開平４−２２５７６３号公報に記載
されている様に、タンクと伝熱管部分とを一体構造にす
る場合には、タンク強度を高める為に、使用するアルミ
ニウム合金の板厚が比較的大きい（例えば０．５〜０．
６mm程度）ので、多少溶融しても漏洩が生じる可能性は
殆どない。ところが、本発明の対象となる、伝熱管素子
３、３とタンク６ａ、６ｂとを別体とした構造の場合に
は、これら伝熱管素子３、３を構成する板材を薄く
（０．４mm程度）している為、芯材の溶融に伴う孔あき
による漏れ不良の歩留悪化を無視できなくなる。

【００１７】 例えば自動車用空気調和装置のエバポ
レータとして使用するアルミニウム合金製熱交換器の場
合、上記各伝熱管素子３、３の内側には、冷媒だけでな
く、コンプレッサを潤滑する為の潤滑油が流通する。従
来構造の場合にはこの潤滑油が、やはり図７に斜格子で
示す様に、連続部２２ａ、２２ｂに滞留し易い。そし
て、この様に各連続部２２ａ、２２ｂ部分に滞留した潤
滑油の総量が多くなると、コンプレッサ部分に送り込ま
れる潤滑油の量が少なくなって、このコンプレッサが焼
き付き等の故障を起こし易くなる。コンプレッサ及びエ
バポレータを含む冷凍機の閉回路中に封入する潤滑油の
量を多くする事は、エバポレータやコンデンサ部分での
熱交換効率を悪化させる原因となる為、採用できない。

【００１８】 折り返し流路１１の両端部と出入り口
流路２１ａ、２１ｂの端部との連続部で渦が発生し、こ
の部分の抵抗が増大する。この結果、アルミニウム製熱
交換器の流通抵抗が増大し、このアルミニウム製熱交換
器を含んで構成される自動車用空気調和装置等の性能向
上を図れない。

【００１９】本発明に係るアルミニウム合金製熱交換器
は、これら〜の様な不都合を何れも解消すべく発明
したものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム合金製熱交換器は、前述した従来のアルミニウム合金
製熱交換器と同様に、アルミニウム合金製の１対のタン
クと、各タンクの側面にそれぞれ複数個ずつ形成された
スリット状の接続孔と、それぞれが２枚の板材を重ね合
わせて成る複数の伝熱管素子と、各伝熱管素子の内側に
設けられ、中間部で１８０度折り返された折り返し流路
と、上記各伝熱管素子の一の端縁部に１対ずつ、互いに
間隔をあけて設けられ、それぞれが上記１対のタンクの
各接続孔に挿入自在な接合部と、各接合部の内側に設け
られて上記折り返し流路の両端部から連続する、この折
り返し流路よりも幅が狭い出入り口流路と、隣り合う伝
熱管素子の外側面同士の間に設けられた複数のフィンと
を備える。そして、上記タンクを下側にした状態で構成
各部材を加熱する事により、上記各伝熱管素子を構成す
る板材同士、上記各接合部の外周面と上記各接続孔の内
周縁との間、並びに上記各伝熱管素子の外側面と上記各
フィンとをろう付け接合して成る。

【００２１】特に、本発明のアルミニウム合金製熱交換
器に於いては、上記折り返し流路の両端部と上記各出入
り口流路とが傾斜部で連続している。そして、この傾斜
部は、上記各タンクを下にした状態で、上記折り返し流
路の端部から上記出入り口流路の端部に向かうに従って
下方に向かう方向に傾斜している。

【００２２】

【作用】上述の様に構成される本発明のアルミニウム合
金製熱交換器によれば、折り返し流路の端部と出入り口
流路の端部とが連続する部分にろう材や潤滑油が滞留し
なくなる。従って、ろう付け時の加熱により折り返し流
路と出入り口流路との連続部分の肉厚が小さくなった
り、或はコンプレッサに送り込むべき潤滑油が不足する
事がなくなる。又、上記連続部分で渦が発生しにくくな
って、流通抵抗の低減も図れる。

【００２３】

【実施例】図１は本発明に係るアルミニウム合金製熱交
換器の第一実施例を示している。尚、本発明の特徴は、
伝熱管素子３内に設ける折り返し流路１１の両端部と接
合部１２ａ、１２ｂ内の出入り口流路２１ａ、２１ｂと
の接続部の形状に特徴がある。その他の部分の構造及び
作用は、前述した従来構造と同様である為、重複する説
明を省略し、以下、本発明の特徴部分に就いて説明す
る。

【００２４】上記折り返し流路１１の両端部と上記各出
入り口流路２１ａ、２１ｂとは、傾斜部２３、２３で連
続している。そして、これら各傾斜部２３、２３は、図
１に示す様に各タンク６ａ、６ｂを下にした状態で、上
記折り返し流路１１の端部から上記各出入り口流路２１
ａ、２１ｂの端部に向かうに従って下方に向かう方向に
傾斜している。

【００２５】上述の様に構成される本発明のアルミニウ
ム合金製熱交換器によれば、上記折り返し流路１１の両
端部と上記各出入り口流路２１ａ、２１ｂの端部との連
続部分に、溶融ろう材や潤滑油が滞留しなくなる。即
ち、ろう付けの為の加熱時に上記折り返し流路１１の内
面に沿って流下した溶融ろう材、或はエバポレータとし
ての使用時に上記折り返し流路１１内に送り込まれ、こ
の折り返し流路１１の内面を流下した潤滑油は、上記各
傾斜部２３、２３に案内されて上記出入り口流路２１
ａ、２１ｂ内に達し、上記各タンク６ａ、６ｂ内に流下
する。

【００２６】従って、ろう付け時の加熱により上記各傾
斜部２３、２３部分を構成するアルミニウム合金中に多
量のSiが浸透する事がなくなる。この結果、上記折り返
し流路１１と上記各出入り口流路２１ａ、２１ｂとの連
続部分（上記各傾斜部２３、２３）の漏れがなくなる。
タンク６ａ、６ｂを構成する座板１３ａ、１３ｂ及びタ
ンク本体１４ａ、１４ｂの板厚は、伝熱管素子３を構成
する板材７よりも十分に厚い。しかも、溶融ろう材は、
流下した部分でそのまま固化する。従って、タンク６
ａ、６ｂ内に入り込んだ溶融ろう材により、これらタン
ク６ａ、６ｂの耐圧強度が低下する事はない。又、使用
状態で上記連続部分に多量の潤滑油が滞留する事がなく
なるので、コンプレッサに送り込むべき潤滑油が不足す
る事がなくなる。

【００２７】更に、上記連続部分で渦が発生しにくくな
って、流通抵抗の減少も図れる。例えば本発明者が行な
った実験によると、上記折り返し流路１１に対する上記
各傾斜部２３、２３の傾斜角度θを３０度とした場合に
は、前記図７に示した従来構造（θ＝９０度）に比べ
て、流通抵抗が１０％減少した。尚、実験は、前記図４
に示す様な構造のアルミニウム合金製熱交換器をエバポ
レータとして使用する事を前提として行った。又、流通
抵抗の比較は、熱交換器全体として、即ち、送り込み口
１９と取り出し口２０との間の抵抗で比較した。

【００２８】尚、上記折り返し流路１１の両端部と出入
り口流路２１ａ、２１ｂとの連続部に傾斜部２３、２３
を設けたのに伴い、上記伝熱管素子３を構成する板材７
の下端左右両端部の三角形部分（図１の鎖線αの外側部
分）を除去する事が可能になる。但し、この部分は、伝
熱管素子３を構成する１対の板材７同士のろう付け強度
確保、或はこの伝熱管素子３とフィン４（図４参照）と
のろう付け面積確保の為、残しておく事が好ましい。
又、図１（及び次述する図２）には省略したが、上記板
材７の一部で上記折り返し流路１１の内側部分には、前
記図５に示した従来構造の場合と同様に、複数の突起１
０、１０を設ける。

【００２９】次に、図２は本発明の第二実施例を示して
いる。上述した第一実施例が各傾斜部２３、２３を直線
形に形成していたのに対して、本実施例の場合には円弧
形に形成している。その他の構成及び作用は、上述した
第一実施例の場合と同様である。

【００３０】次に、図３は本発明の第三実施例を示して
いる。本実施例の場合には、各傾斜部２３、２３を波形
に形成している。そして、これら各傾斜部２３、２３の
内端縁と、折り返し流路１１の内側に設けられた複数の
突起１０、１０のうちでこれら各傾斜部２３、２３に対
向する突起１０、１０との間隔が、各突起１０、１０毎
にほぼ等しくなる様にしている。これは、伝熱管素子３
を構成する１対の板材７同士がろう付けされている部分
間の距離が局部的に大きくなる事を防止し、この伝熱管
素子３の耐圧強度を確保する為である。尚、上記波形の
傾斜部２３、２３には、上記折り返し流路１１に対して
直角になる部分が実質的に存在しない。従って、この傾
斜部２３、２３に溶融ろう材や潤滑油が滞留する事はな
い。その他の構成及び作用は、前述した第一実施例、並
びに上述した第二実施例と同様である。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係るアルミニウム合金製熱交換
器は、上述の様に構成され作用するので、次の〜の
様な、優れた効果を得られる。

【００３２】 ろう付け時に各伝熱管素子を構成する
板材の芯材が溶融して孔があく事がない。従って、上記
板材の板厚を小さくした場合でも、十分な歩留を確保で
きて、製品価格の低廉化に寄与できる。

【００３３】 自動車用空気調和装置のエバポレータ
として使用した場合に、コンプレッサ及びエバポレータ
を含む冷凍機の閉回路中に封入する潤滑油の量を多くし
なくても、コンプレッサに十分量の潤滑油を送り込め
る。従って、多量の潤滑油を封入する事によりエバポレ
ータやコンデンサ部分での熱交換効率を悪化させる事な
く、コンプレッサの故障を確実に防止できる。

【００３４】 折り返し流路の両端部と出入り口流路
の端部との連続部で渦が発生しにくくなって、この部分
の抵抗が小さくなる。この結果、アルミニウム製熱交換
器の流通抵抗が減少し、このアルミニウム製熱交換器を
含んで構成される自動車用空気調和装置等の性能向上を
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す、図４のＡ−Ａ断面
に相当する図。

【図２】同第二実施例を示す、図１と同様の図。

【図３】同第三実施例を示す、図１と同様の図。

【図４】従来のアルミニウム合金製熱交換器を示す斜視
図。

【図５】同じく部分分解斜視図。

【図６】別のタンクを示す部分分解斜視図。

【図７】タンクと伝熱管素子との接合状態を示す図４の
Ａ−Ａ断面図。

【符号の説明】

１ アルミニウム合金製熱交換器 ２ コア部 ３ 伝熱管素子 ４ フィン ５ サイドプレート ６ａ、６ｂ タンク ７ 板材 ８ａ、８ｂ 突出部 ９ 凹部 １０ 突起 １１ 折り返し流路 １２ａ、１２ｂ 接合部 １３ａ、１３ｂ 座板 １４ａ、１４ｂ タンク本体 １５ 接続孔 １６ 隔壁 １７ 入口室 １８ 出口室 １９ 送り込み口 ２０ 取り出し口 ２１ａ、２１ｂ 出入り口流路 ２２ａ、２２ｂ 連続部 ２３ 傾斜部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−49995（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−21650（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−87469（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−324078（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−225763（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−247992（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−101591（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−1018（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−40681（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−30685（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−30680（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−169975（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 1/03 F28F 9/02 301 F28F 3/08 311

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金製の１対のタンクと、
   各タンクの側面にそれぞれ複数個ずつ形成されたスリッ
   ト状の接続孔と、それぞれが２枚の板材を重ね合わせて
   成る複数の伝熱管素子と、各伝熱管素子の内側に設けら
   れ、中間部で１８０度折り返された折り返し流路と、上
   記各伝熱管素子の一の端縁部に１対ずつ、互いに間隔を
   あけて設けられ、それぞれが上記各１対のタンクの接続
   孔に挿入自在な接合部と、各接合部の内側に設けられて
   上記折り返し流路の両端部から連続する、この折り返し
   流路よりも幅が狭い出入り口流路と、隣り合う伝熱管素
   子の外側面同士の間に設けられた複数のフィンとを備
   え、上記タンクを下側にした状態で構成各部材を加熱す
   る事により、上記各伝熱管素子を構成する板材同士、上
   記各接合部の外周面と上記各接続孔の内周縁との間、並
   びに上記各伝熱管素子の外側面と上記各フィンとをろう
   付け接合して成るアルミニウム合金製熱交換器に於い
   て、上記折り返し流路の両端部と上記各出入り口流路と
   が傾斜部で連続しており、この傾斜部は、上記各タンク
   を下にした状態で、上記折り返し流路の端部から上記出
   入り口流路の端部に向かうに従って下方に向かう方向に
   傾斜している事を特徴とするアルミニウム合金製熱交換
   器。