JP3812487B2

JP3812487B2 - 熱交換器

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Publication number: JP3812487B2
Application number: JP2002113174A
Authority: JP
Inventors: 山内　　芳幸; 道泰山本; 聖英手島; 真樹清水; 洋小川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003307397A; FR2838509B1; US7036568B2; US20030192681A1; DE10317323A1; FR2838509A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部流体の流れる内部流体通路を構成するプレート状部材で構成する熱交換器に関するものであり、特に複数枚積層配置するプレート状部材の薄肉化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の熱交換器として、例えば特開２００１−４１６７８号公報に記載のものが開示されている。この公報では、フィンを必要とせず、冷媒通路となる内部流体通路を構成する伝熱プレートだけで必要伝熱性能を確保できるようにした熱交換器であって、伝熱プレートに内部流体（冷媒）の流れる内部流体通路を構成する複数の突出部を形成し、伝熱プレートを複数枚積層配置して熱交換用コア部を構成し、伝熱プレートの外部側を流れる外部流体（空調空気）が内部流体（冷媒）の流れ方向と交差する方向に流れるようにし、突出部が外部流体（空調空気）の流れの直進を妨げて乱れを起こさせる乱れ発生器として作用するように構成した熱交換器である。
【０００３】
また、この熱交換器は、熱交換器を構成する構成部品がアルミニウム芯材にアルミニウムろう材をクラッドしたクラッド材で形成し、構成部品を相互に当接した状態に積層して、その積層状態（組付状態）を適宜の治具により保持してろう付け加熱炉内に搬入し、組付体をろう材の融点まで加熱することにより組付体を一体ろう付けによって接合させている。
【０００４】
これにより、内部流体通路（冷媒）を構成する突出部、それ自体が乱れ発生器として作用することにより、外部流体（空調空気）側の熱伝達率を向上させたもので、外部流体（空調空気）側にフィン部材を設けなくても、必要伝熱性能を確保することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報によれば、アルミニウム材を用いてろう付けを行う接合方法においては、一般的に、ろう付け時の高温による焼きなまし温度によって、使用材料の強度が低下する。図１０は、アルミニウムの加工硬化材として、Ａ１１００系のＨ材のアルミニウム材を使用したときの焼きなまし温度と、引張強さおよび耐力との関係を示した特性図であって、焼きなまし温度が２００〜２５０℃を超えると引張強さおよび耐力が低下してしまう。
【０００６】
所謂、強度の高い材料を用いても、ろう付け時の加熱温度によって焼きなまし処理が行われて引張強さおよび耐力が低下してしまうものである。従来から焼きなまし温度による強度の低下を考慮したうえで、内部流体通路（冷媒）の耐圧を確保するように材料の板厚を選定しているため、特に使用量の多い伝熱プレートの薄肉化が困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、強度低下を及ぼさない低温度の接合をさせることで、使用材料の引張り強さ耐力の低下を防止し構成部品の軽量化を可能とした熱交換器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、複数枚の伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）に内部流体の流れる内部流体通路（１９、２０）を構成する複数の突出部（１４）を形成し、伝熱プレート（１２）を複数枚積層配置して熱交換用コア部（１１）を構成し、伝熱プレート（１２）の外部側を流れる外部流体が内部流体の流れ方向と交差する方向に流れるようにし、突出部（１４）が外部流体の流れの直進を妨げて乱れを起こさせる乱れ発生器として作用する熱交換器において、
伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、突出部（１４）の内側面に当接する当接部（１５ａ）を有し、この当接部（１５ａ）と突出部（１４）の内側面とを接合することによって内部流体通路（１９、２０）を形成する流体通路形成部（１５）が設けられ、流体通路形成部（１５）は、突出部（１４）の内側面と当接部（１５ａ）との接合にかかる力がせん断力となるように形成したことを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、例えば、伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）として、薄肉材を重ね合わせて内部流体通路（１９、２０）が形成される従来の接合では、概して、接合部の接合界面にかかる力が剥離方向に大きな力がかかりやすくなってしまう。そこで、本発明では、突出部（１４）の内側面と当接部（１５ａ）との接合にかかる力がせん断力となるように形成したことにより、接合部の接合強度を高めるとともに、伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）を耐圧可能な板厚まで更なる薄肉化が図れる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、２枚１組として、突出部（１４）相互の間に流体通路形成部（１５）が設けられ、それぞれの突出部（１４）が互いに外側に向くようにして、一方の伝熱プレート（１２ａ、１２ｂ）の突出部（１４）の内側面と他方の伝熱プレート（１２ａ、１２ｂ）の流体通路形成部（１５）とを接合により、内部流体通路（１９、２０）を形成することを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、具体的には、突出部（１４）およびその突出部（１４）相互の間に流体通路形成部（１５）を設けることにより、同一形状の伝熱プレート（１２ａ、１２ｂ）の組み合わせで、かつ比較的小さい容積（体格）の熱交換器を構成できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、突出部（１４）を有する第１伝熱プレート（１２ａ）と複数の流体通路形成部（１５）とを接合により、内部流体通路（１９、２０）を形成することを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２では伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）を２枚１組として、組み合わせることで内部流体通路（１９、２０）を構成させたが、複数の流体通路形成部（１５）にて突出部（１４）を接合する構成としても良い。これによれば、伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）とが重なる部位をなくすることで軽量化が図れる。
【００１４】
請求項４および請求項６に記載の発明では、流体通路形成部（１５）は、所定温度以下のろう付け、もしくは接着のいずれかの接合により、内部流体通路（１９、２０）を形成するとともに、この所定温度を好ましくは約２５０℃程度以下のことを特徴としている。
【００１５】
請求項４および請求項６に記載の発明によれば、熱交換器を構成する構成部品を、例えばアルミニウム材を用いてろう付けを行う接合方法においては、一般的に、ろう付け時の高温による焼きなまし温度によって、使用材料の強度が低下する。そこで、本発明では接合温度として、具体的に約２５０℃程度以下の低温一体ろう付け、もしくは接着のいずれかの接合により、使用材料の強度を低下させない温度で接合できるため、強度の有する材料を用いることにより薄肉化が図れる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、流体通路形成部（１５）の当接部（１５ａ）は、突出部（１４）の内側面に沿って突き出すように形成することを特徴としている。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、当接部（１５ａ）の突出部（１４）の内側面に沿って突き出すことにより、接合部にかかる力がせん断力となるとともに、接合部の強度が増加する。これにより、この接合部の強度に応じて低温のろう付けもしくは接着の接合が可能となる。従って、接合部の強度を高めることで、低温の接合が可能となり、強度を有する材料を用いて薄肉化が図れる。
【００２０】
請求項７および請求項８に記載の発明では、伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、アルミニウム合金のＨ材や熱処理材により成形されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項７および請求項８に記載の発明によれば、アルミニウム合金のＨ材や熱処理材は、「ＪＩＳＨ０００１」にて規定された材料であって強度が優れている。従って、これらの材料を複数枚積層する伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）に用いることで大幅な薄肉化が図れる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を車両空調用蒸発器に適用した第１実施形態について図１ないし図５に基づいて説明する。まず、図１は、冷媒出入口側における伝熱プレートの構成を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、図１の断面ＩＩ−ＩＩを示す断面図である。蒸発器１０は、空調空気の流れ方向Ａと伝熱プレート部１２での冷媒流れ方向Ｂ（図１に示す上下方向）とが略直交する直交流熱交換器として構成されている。
【００２４】
この蒸発器１０は、外部流体である空調空気と内部流体である冷媒との熱交換を行う熱交換用コア部（以下、コア部と称す。）１１を複数枚の伝熱プレート部１２を積層させて構成している。具体的には、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１伝熱プレート１２ａと第２伝熱プレート１２ｂとの２枚１組の組み合わせした伝熱プレート部１２を複数枚積層してコア部１１を構成している。
【００２５】
この第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂは、例えば、Ａ３０００系のアルミニウム芯材の両面にＡ４０００系のアルミニウムろう材をクラッドした両面クラッド材からなるもので、板厚ｔ＝０．０５〜０．４ｍｍ程度の薄板をプレス加工したものである。また、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂは、図１に示すような概略長方形の平面形状を有し、その外形寸法はいずれも同一であり、例えば長辺側が２４０ｍｍ程度、短辺側が４５ｍｍ程度である。さらに、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂの打ち出し形状も基本的には、ほぼ同一形状でよいが、具体的な形状は、冷媒通路成立、蒸発器の組付性、ろう付け性および凝縮水の排水性などの理由から異なっている。
【００２６】
そして、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂには、それぞれ平坦な基板部１３から互いに外側（第１伝熱プレート１２ａは、図中下側、第２伝熱プレート１２ｂは、図中上側）に向かうように、突出部１４を打ち出し成形している。この突出部１４は、冷凍サイクルの膨張弁などの減圧手段を通過した後の低圧側冷媒が流れる内部流体流路である冷媒通路を構成するものであって、伝熱プレート部１２の長手方向（言い換えると空気流れ方向Ａに対して直交方向）に連続して平行に延びる形状である。また、本実施形態の突出部１４の断面形状は、図２（ｂ）に示すように、略半楕円状の凹状に形成している。
【００２７】
また、この突出部１４の打ち出し数は、第１伝熱プレート１２ａ側に６本、第２伝熱プレート１２ｂ側に４本設けてある。なお、第２伝熱プレート１２ｂ側の略中央部の突出部１４０は、内部洩れ検知用の突出部として形成している。この突出部１４０は、上述の突出部１４と基本的には同じ形態で打ち出し成形されるが、内部洩れ検知を目的としているため、上下両端部にて熱交換器外部に開放するように形成されている。さらに、これらの突出部１４、１４０はいずれも同一の打ち出し高さで形成している。
【００２８】
次に、上記突出部１４を冷媒通路１９、２０として構成するために、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂには、それぞれ突出部１４相互の間に流体通路形成部１５を形成している。その流体通路形成部１５には、図２（ｂ）に示すように、相手方となる第２伝熱プレート１２ｂ側の突出部１４の内側面に当接する二つの当接部１５ａを形成している。この二つの当接部１５ａは、基板部１３から突出部１４の内側面に沿って突き出すように形成され、内側面とこの当接部１５ａとを当接して接合することで冷媒通路１９、２０が構成されるように形成してある。因みに、この流体通路形成部１５は、第１伝熱プレート１２ａ側に５本、第２伝熱プレート１２ｂ側に６本設けられており、第１伝熱プレート１２ａと第２伝熱プレート１２ｂとを互いの突出部１４、突出部１４０が外側に向くように向かい合わせて、互いの基板部１３、および内側面と当接部１５ａとを当接すると、第１伝熱プレート１２ａの突出部１４の中間に、第２伝熱プレート１２ｂの突出部１４、突出部１４０が位置するように形成している。
【００２９】
そして、２枚の伝熱プレート１２ａ、１２ｂの互いの基板部１３、および内側面と当接部１５ａとを当接させ接合すると、一方の伝熱プレートの各突出部１４、１４０の内面側は相手側の伝熱プレートの流体通路形成部１５により密封されるので、各突出部１４の内面側と相手側の伝熱プレートの流体通路形成部１５との間に冷媒通路１９、２０が形成される。
【００３０】
これにより、各伝熱プレート部１２の幅方向において、中央部（内部洩れ検知用突出部１４０の位置）より風上側に位置する突出部１４の内側には、風上側の冷媒通路１９を形成し、中央部（内部洩れ検知用突出部１４０の位置）より風下側に位置する突出部１４の内側には、風下側の冷媒通路２０を形成する。また、中央部の突出部１４０の内側には、内部洩れ検知用通路１４１を形成する。従って、風上側の冷媒通路１９と風下側の冷媒通路２０は、第１伝熱プレート１２ａと第２伝熱プレート１２ｂとの間にそれぞれ５個づつ並列に形成されている。
【００３１】
次に、各伝熱プレート部１２の上下両端部が空気上流側および空気下流側のタンク部材３３、３４に接合され、各冷媒通路１９、２０がタンク部材３３、３４の内部空間に連通するように構成されている。具体的には、図３および図４に示すように、各伝熱プレート部１２相互の間隔は、伝熱プレート部１２長手方向の上下両端部に配置されるスペーサ部材３２を介在させることにより保持される。
【００３２】
このスペーサ部材３２は、伝熱プレート部１２相互の間隔の凹凸形状に対応した凹凸形状を有するようにプレス成形した部材であって、風上側と風下側に区分して設けている。また、伝熱プレート部１２の中央部に形成した内部洩れ検知用通路１４１は、上下両端部において、タンク部材３３、３４の端面に至る前に、熱交換器外部と連通するように上端部１４０ａ、下端部１４０ｂを切り欠いて開口させている。これにより、スペーサ部材３２を風上側と風下側に区分できるものである。従って、伝熱プレート部１２の上下両端部において、空気上流側のタンク部材３３の内部空間と冷媒通路１９とが連通し、空気下流側のタンク部材３４の内部空間と冷媒通路２０とが連通するように構成できる。
【００３３】
これらのスペーサ部材３２およびタンク部材３３、３４は、Ａ３０００系のアルミニウム芯材の両面にＡ４０００系のアルミニウムろう材をクラッドした両面クラッド材からなる。これにより、タンク部材３３、３４にスペーサ部材３２を介在させて伝熱プレート部１２を複数枚積層させ、それぞれを当接して接合することにより、コア部１１が構成されるとともに、冷媒通路１９、２０がそれぞれの風下側タンク部材３３および風上側タンク部材３４の内部空間に密封される。
【００３４】
次に、コア部１１に対する冷媒通路の入出を行う部分について説明すると、図１に示すように、伝熱プレート１２積層方向の両端側には伝熱プレート１２と同一の大きさを有したエンドプレート２１、２２が配設されている。このエンドプレート２１、２２はいずれも伝熱プレート１２の突出部１４の凸面側に当接して伝熱プレート１２と接合される平坦な板状に形成している。
【００３５】
図中右側のエンドプレート２２には、その風上側下端部近傍位置に連通穴２２ａおよび風下側上端部近傍位置に連通穴２２ｂが開けられ、一方の連通穴２２ａは、風上側下端側のタンク部材３３の内部空間と連通し、もう一方の連通穴２２ｂは風下側上端側のタンク部材３４の内部空間と連通する。そして、エンドプレート２２の外側に凹形状のサイドプレート２５を配置して、このサイドプレート２５とエンドプレート２２との間に連通穴２２ａから連通穴２２ｂに通ずる冷媒通路２６を形成している。
【００３６】
一方、図中左側のエンドプレート２１には、そのエンドプレート２１の外側にサイドプレート３１を接合して、この両プレート２１、３１の間に配管ジョイントブロック３０の冷媒出入口に通じる冷媒通路を構成している。この冷媒通路構成をより具体的に説明すると、エンドプレート２１の風下側下端部近傍位置に連通穴２１ａおよび風上側下端部近傍位置に連通穴２１ｂが開けられ、一方の連通穴２１ａは、風下側下端側のタンク部材３４の内部空間と連通し、もう一方の連通穴２１ｂは風上側上端側のタンク部材３３の内部空間と連通している。
【００３７】
そして、サイドプレート３１のうち、配管ジョイントブロック３０の部位から下方側にわたって突出部３１ａが外側へ打ち出し成形してあり、この突出部３１ａの上下両端部は１つに合流しているが、上下方向（プレート長手方向）の途中は複数（図示の例は３個）に分割して、サイドプレート３１の断面係数を大きくし、強度アップを図っている。突出部３１ａ内側の凹部により形成される冷媒通路の上端部は配管ジョイントブロック３０の冷媒入口パイプ２３と連通し、また、この冷媒通路の下端部はエンドプレート２１の連通穴２１ａと連通する。
【００３８】
さらに、サイドプレート３１のうち、配管ジョイントブロック３０の上方側には１つの突出部３１ｂが外側へ打ち出し成形してある。この突出部３１ｂ内側の凹部により形成される冷媒通路は冷媒出口パイプ２４とエンドプレート２１の連通穴２１ｂとを接続する。また、上記冷媒入口パイプ２３には、図示しない膨張弁などの減圧手段で減圧された気液２相冷媒が流入し、一方の冷媒出口パイプ２４は、図示しない圧縮機の吸入側に接続され、蒸発器１０で蒸発したガス冷媒を圧縮機の吸入側に導くものである。
【００３９】
なお、エンドプレート２１、２２およびサイドプレート３１は、各伝熱プレート部１２と同様に、Ａ３０００系のアルミニウム芯材の両面にＡ４０００系のアルミニウムろう材をクラッドした両面クラッド材からなるもので、伝熱プレート部１２に比して板厚ｔを厚く（例えば、板厚ｔ＝１．０ｍｍ程度）して強度向上を図っている。ただし、サイドプレート２５は、Ａ３０００系のアルミニウム芯材の片面（エンドプレート２２と接合される側の面）のみにＡ４０００系のアルミニウムろう材をクラッドした片面クラッド材からなる。
【００４０】
さらに、配管ジョイントブロック３０は例えば、Ａ６０００系のアルミニウムベア材にて冷媒入口パイプ２３および冷媒出口パイプ２４を一体に成形したものであり、配管ジョイントブロック３０は本例ではサイドプレート３１の上部側に配置され接合される。
【００４１】
次に、蒸発器１０の冷媒の流れ方向について説明すると、図示しない膨張弁で減圧された減圧された気液２相冷媒が冷媒入口パイプ２３からサイドプレート３１に入る。そして、サイドプレート３１の突出部３１ａ内側の冷媒通路を経てエンドプレート２１の連通穴２１ａに導かれる。そして、風下側下端側のタンク部材３４の内部空間に入り、各伝熱プレート部１２内の風下側の冷媒通路２０を上昇して風下側上端側のタンク部材３４の内部空間に入る。次に、エンドプレート２２の連通穴２２ｂから冷媒通路２６を下降して連通穴２２ａに導かれる。そして、風上側下端側のタンク部材３３の内部空間に入り、各伝熱プレート部１２内の風上側の冷媒通路１９を上昇して風上側上端側のタンク部材３３の内部空間に入る。次に、エンドプレート２１の連通穴２１ｂからサイドプレート３１の突出部３１ｂ内側の冷媒通路を経て冷媒出口パイプ２４に入り、この冷媒出口パイプ２４から蒸発器１０外部へ流出する。
【００４２】
これにより、伝熱プレート部１２が積層されたコア部１１において、風下側の冷媒通路２０は、冷媒入口パイプ２３からの冷媒が流入するため、蒸発器１０全体の冷媒通路の中で入口側冷媒通路を構成し、風上側の冷媒通路１９は、入口側冷媒通路（冷媒通路２０）を通過した冷媒が流入し、冷媒出口パイプ２４へ流出させるため、出口側冷媒通路を構成することになる。
【００４３】
次に、本発明の要部である蒸発器１０の構成部品の接合について説明する。一般的には、上述の各構成部品を相互に当接した状態に積層して、その積層状態（組付状態）を適宜の治具により保持してろう付け過熱炉内に搬入して組付体をろう材の融点まで加熱することにより組付体を一体ろう付けして蒸発器１０の組付けを完了するものである。
【００４４】
ところが、本実施形態のようにアルミニウム材を用いてろう付けを行う接合方法においては、一般的に、ろう付け時の高温による焼きなまし温度に応じて使用材料の引張強度や耐力が低下してしまうことが知られている。例えば、図１０は、アルミニウムの加工硬化材として、Ａ１１００系のＨ材のアルミニウム材を使用したときの焼きなまし温度と引張強さおよび耐力との関係を示す特性図であって、
特に、引張強さおよび耐力は、焼きなまし温度が２００〜２５０℃を超えると著しい低下を示している。従来から焼きなまし温度による強度の低下を考慮するとともに、冷媒通路１９、２０の耐圧を確保するように材料の板厚を選定しているため、特に使用量の多い伝熱プレート部１２の薄肉化が問題であった。
【００４５】
そこで、本実施形態では、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂの２枚一組として、互いに突出部１４とその突出部１４の内側面に当接する二つの当接部１５ａを有する流体通路形成部１５とを形成して、突出部１４の内側面と当接部１５ａとを当接して接合することで冷媒通路１９、２０を構成するとともに、これらを接合するろう材の融点を２５０℃以下のクラッド材を用い、所謂、組付体を約２５０℃程度に加熱する低温一体ろう付けによる接合で蒸発器１０の組付けを行うこととしたものである。
【００４６】
また、約２５０℃以下の低温一体ろう付けを行う場合には、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂおよぴその他の構成部品を、例えば、アルミニウム合金のＨ材や熱処理材を使用することで強度が温度により低下しないので、これらの材料を用いることにより蒸発器１０全体の薄肉化が図れる。なお、アルミニウム合金のＨ材や熱処理材は、「ＪＩＳＨ０００１」にて規定された材料であって、そのうちの、Ｈ材は、加工硬化により硬くして伸び率を小さくした材料であり強度が優れている。
【００４７】
ところで、本実施形態では、２枚の伝熱プレート１２ａ、１２ｂで構成する冷媒通路１９、２０の断面形状において、接合部材にかかる力を剥離力からせん断力となるように形成した。具体的には、図５に示すように、基本形状では外側に突き出した突出部１４ａに平坦面を当接させて接合するように構成した冷媒通路１９、２０の断面形状と本実施形態の断面形状とにおける接合部材Ｃ１、Ｄ１の接合界面と接合部材の最大主応力（Ｍｐａ）を求めたものである。接合界面および接合部材ともに、基本形状のほうが大きい応力を有している。
【００４８】
これは、概して接合部材Ｃ１に大きな引張り力と接合界面には剥離力がかかっているためである。そこで、本実施形態の断面形状とすることで、接合部材Ｄ１にせん断力を加えるようにすることで最大主応力（Ｍｐａ）を小さくして接合部の強度を増加することができるものである。従って、接合部の強度が増加できることで、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂの薄肉化が図れる。
【００４９】
次に、本実施形態の蒸発器１０の作用を説明すると、蒸発器１０は図示しない空調ユニットケース内に図１の上下方向を上下にして収容され、図示しない空調用送風機の作動により矢印Ａ方向に空気が送風される。
【００５０】
そして、冷凍サイクルの圧縮機が作動すると、図示しない膨張弁により減圧された低圧側の気液２相冷媒が上述したように冷媒入口パイプ２３から風下側の冷媒通路２０内に流れ、その後風上側の冷媒通路１９に至る通路構成に従って流れる。一方、コア部１１の伝熱プレート部１２の外面側に凸状に突出している突出部１４、１４０と基板部１３の間に形成される隙間により、伝熱プレート部１２幅方向（空気流れ方向Ａ）の全長にわたって図２（ａ）の矢印Ａ１のごとく波状に蛇行した空気通路が連続して形成されている。
【００５１】
その結果、矢印Ａ方向に送風される空調空気は、上記空気通路を矢印Ａ１のごとく波状に蛇行しながら２枚の伝熱プレート１２ａと１２ｂの間を通り抜けることができ、この空気の流れから冷媒は蒸発潜熱を吸熱して蒸発するので、空調空気は冷却され、冷風となる。
【００５２】
この際、空調空気の流れ方向Ａに対して、風下側に入口側冷媒通路２０を、また、風上側に出口側冷媒通路１９を配置することにより、空気流れに対する冷媒出入口が対向流の関係となる。さらに、空気側においては、空気流れ方向Ａが、伝熱プレート部１２の突出部１４、１４０の長手方向（冷媒通路１９、２０での冷媒流れ方向Ｂ）に対して直交する方向になっており、突出部１４、１４０が空気流れと直交状に突出する凸面（伝熱面）を形成しているので、空気はこの直交状に延びる突出部１４、１４０の凸面形状により直進を妨げられる。
【００５３】
このため、空気流は伝熱プレート部１２間の隙間を図２（ａ）の矢印Ａ１に示すように波状に蛇行した流れを形成して、その流れを乱すので、空気流が乱流状態となり、空気側の熱伝達率を飛躍的に向上することができる。ここで、コア部１１が第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂのみで構成されているため、従来のフィン部材を備えている通常の蒸発器に比して、空気側の伝熱面積が大幅に減少するが、乱流状態の設定により空気側の熱伝達率が飛躍的に向上するため、空気側伝熱面積の減少を空気側熱伝達率の向上により補うことが可能となり、必要冷却性能を確保できるのである。
【００５４】
なお、本実施形態では蒸発器１０を構成する構成部品を融点２５０℃以下のクラッド材を用いて低温一体ろう付けを行って蒸発器１０を接合したが、各構成部品を相互に当接する個所に接着部材を介した状態に積層して、その積層状態（組付状態）を適宜の治具により保持して過熱炉内に搬入して組付体を２００〜２５０℃程度まで加熱して接着を行うことでも良い。
【００５５】
以上の第１実施形態の蒸発器１０によれば、伝熱プレートとして、薄肉材を重ね合わせて冷媒通路１９、２０を形成する基本の断面形状（図５参照）の接合では、概して、接合部の接合界面にかかる力が剥離方向に大きな力がかかりやすくなってしまう。そこで、本発明では、さらに、突出部１４の内側面に突き出すように当接部１５ａを形成し、その当接する接合部にかかる力をせん断力となるようにしたことにより、接合部の接合強度を高めるとともに、伝熱プレート１２ａ、１２ｂを冷媒通路１９、２０の耐圧可能な板厚まで薄肉化が図れる。
【００５６】
また、当接部１５ａを突出部１４の内側面に沿って突き出すことにより、接合部にかかる力がせん断力となるとともに、接合部の強度が増加する。これにより、この接合部の強度に応じて低温の一体ろう付けもしくは接着の接合が可能となる。従って、接合部の強度を高めることで、低温の接合が可能となり、強度を有する材料を用いて薄肉化が図れる。
【００５７】
また、伝熱プレート１２ａ、１２ｂには、突出部１４およびこの突出部１４相互の間に流体通路形成部１５を設けることにより、同一形状の伝熱プレート１２ａ、１２ｂの組み合わせで、かつ比較的小さい容積（体格）の熱交換器を構成できる。
【００５８】
また、蒸発器１０を構成する構成部品を、アルミニウム材を用いてろう付けを行う接合方法においては、一般的に、ろう付け時の高温による焼きなまし温度によって、使用材料の強度が低下する。そこで、本発明では接合温度として、具体的に約２５０℃程度以下の低温一体ろう付け、もしくは接着のいずれかの接合することにより、使用材料の強度を低下させない温度で接合できるため、強度の有する材料を用いることにより薄肉化が図れる。
【００５９】
また、アルミニウム合金のＨ材や熱処理材は、「ＪＩＳＨ０００１」にて規定された材料であって強度が優れている。従って、これらの材料を複数枚積層する伝熱プレート１２、１２ａ、１２ｂおよびその他の構成部品に用いることで大幅な薄肉化が図れる。
【００６０】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、内部流体通路である冷媒通路１９、２０を構成する突出部１４の断面形状を略半楕円状に形成し、流体通路形成部１５の断面形状を突出部１４の内側面に沿って突き出す略山形状に形成した二つの当接部１５ａを有する形状にしたが、この形状に限らず、図６に示すように、突出部１４の形状を略台形状に形成し、流体通路形成部１５側を突出部１４の内側面に沿って突き出す略山形状の当接部１５ａを形成させても良い。
【００６１】
これによれば、突出部１４の外側に平坦部が形成されるのでエンドプレート２２と当接する接合面が広くなり接合強度が向上する。また、略山形状に形成する当接部１５ａのプレス加工の作業性が簡素となって第１実施形態よりも製造コストが少ない。
【００６２】
（第３実施形態）
以上の第１、第２実施形態では、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂに、突出部１４と流体通路形成部１５とをそれぞれに交互に形成させて、２枚１組を組み合わせることで冷媒通路１９、２０を構成させたが、これに限らず、図７に示すように、第１伝熱プレート１２ａに、略半楕円状の突出部１４を形成し、突出部１４の内側面に沿って突き出す当接部１５ａを有する流体通路形成部１５を構成させることでも良い。これによれば、第１、第２実施形態では、第１伝熱プレート１２ａと第２伝熱プレート１２ｂとが重なる部位をなくすることで軽量化が図れる。
【００６３】
（第４実施形態）
第１実施形態では、内部流体通路である冷媒通路１９、２０を構成する流体通路形成部１５の断面形状を突出部１４の内側面に当接する二つの当接部１５ａを鋭角の略山形状に突出部１４の内側面に沿って突き出すように形成させたが、図８に示すように、略山形状の底部に空間を有するハの字状に形成しても良い。底部を少しでも広げることにより、第２実施形態と同じようにプレス加工の作業性が簡素となって製造コストが少ない。
【００６４】
また、図９に示すように、当接部１５ａおよび突出部１４を含めて押出し加工によって当接部１５ａを形成しても良い。これにより、押出し加工の方がプレス加工よりも加工工数が大幅に低減できる。
【００６５】
（第５実施形態）
以上の実施形態では、冷媒通路１９、２０を形成する流体通路形成部１５に、突出部１４の内側面に沿って突き出すように形成した当接部１５ａを設けたが、流体通路形成部１５を平坦面にして突出部１４の内周端と当接するように構成しても良い。具体的には、図１０に示すように、第１、第２伝熱プレート１２ａ、１２ｂに、突出部１４、１４０および流体通路形成部１５を形成し、突出部１４、１４０が外側に向くように流体通路形成部１５同志を当接させて、この当接部を接合することにより突出部１４、１４０の内面側に冷媒通路１９、２０が形成される。
【００６６】
これは、第１実施形態で述べた基本形状（図５参照）に相当する形状であって、接合界面と接合部材との主応力（ＭＰａ）が大きために接合部の強度が低下するが、従来よりもろう材の融点の低いクラッド材を用い、組付体を約２５０℃に程度に加熱する低温一体ろう付けによる接合を行えば、第１実施形態で述べたように、使用材料の強度を低下させない温度で接合ができる。
【００６７】
従って、本実施形態の形状では、接合部の強度が低下するが冷媒を循環させる熱交換器よりも耐圧の低い、例えば車両用空調装置に用いられる温水を循環するヒータコアなどの熱交換器に適用すれば、以上の実施形態と同様に使用材料の強度を低下させない温度で接合できるため、強度の有する材料を用いることにより薄肉化が図れる。
【００６８】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、伝熱プレート部１２の冷媒通路１９、２０を冷凍サイクルの低圧側の低温冷媒が流れ、伝熱プレート部１２の外部を空調空気が流れ、冷媒の蒸発潜熱を空調空気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器１０に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されることなく、本発明は種々な用途の流体間の熱交換を行う熱交換器一般に広く適用可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における蒸発器１０の全体構成を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は図１に示すＩＩ―ＩＩ断面を示す断面図、（ｂ）は冷媒通路１９、２０の構成を示す断面図である。
【図３】図１の要部の拡大斜視図である。
【図４】伝熱プレート部１２とタンク部材３３、３４との接合形態を示す縦断面図である。
【図５】冷媒通路１９、２０における接合部材の最大主応力を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態における伝熱プレート部１２の断面形状を示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態における伝熱プレート部１２の断面形状を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態における冷媒通路１９、２０の断面形状を示す断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態における冷媒通路１９、２０の断面形状を示す断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態における伝熱プレート部１２の断面形状を示す断面図である。
【図１１】従来技術における焼きなまし温度と引張強さおよび耐力との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…熱交換用コア部、コア部
１２…伝熱プレート部（伝熱プレート）
１２ａ…第１伝熱プレート（伝熱プレート）
１２ｂ…第２伝熱プレート（伝熱プレート）
１４…突出部
１５…流体通路形成部
１５ａ…当接部
１９、２０…冷媒通路（内部流体通路）

Claims

複数枚の伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）に内部流体の流れる内部流体通路（１９、２０）を構成する複数の突出部（１４）を形成し、
前記伝熱プレート（１２）を複数枚積層配置して熱交換用コア部（１１）を構成し、
前記伝熱プレート（１２）の外部側を流れる外部流体が前記内部流体の流れ方向と交差する方向に流れるようにし、前記突出部（１４）が前記外部流体の流れの直進を妨げて乱れを起こさせる乱れ発生器として作用する熱交換器において、
前記伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、前記突出部（１４）の内側面に当接する当接部（１５ａ）を有し、前記当接部（１５ａ）と前記突出部（１４）の内側面とを接合することによって前記内部流体通路（１９、２０）を形成する流体通路形成部（１５）が設けられ、前記流体通路形成部（１５）は、前記突出部（１４）の内側面と前記当接部（１５ａ）との接合にかかる力がせん断力となるように形成したことを特徴とする熱交換器。
前記伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、２枚１組として、前記突出部（１４）相互の間に前記流体通路形成部（１５）が設けられ、それぞれの前記突出部（１４）が互いに外側に向くようにして、一方の伝熱プレート（１２ａ、１２ｂ）の前記突出部（１４）の内側面と他方の伝熱プレート（１２ａ、１２ｂ）の前記流体通路形成部（１５）とを接合により、前記内部流体通路（１９、２０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、前記突出部（１４）を有する第１伝熱プレート（１２ａ）と複数の前記流体通路形成部（１５）とを接合により、前記内部流体通路（１９、２０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記流体通路形成部（１５）は、所定温度以下のろう付け、もしくは接着のいずれかの接合により、前記突出部（１４）の内面に前記内部流体通路（１９、２０）を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
前記流体通路形成部（１５）の前記当接部（１５ａ）は、前記突出部（１４）の内側面に沿って突き出すように形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
前記所定温度は、約２５０℃程度以下のろう付け、もしくは接着のいずれかの接合により、前記内部流体通路（１９、２０）を形成することを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
前記伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、アルミニウム合金のＨ材により成形されていることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか一項に記載の熱交換器。
前記伝熱プレート（１２、１２ａ、１２ｂ）は、アルミニウム合金の熱処理材により成形されていることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか一項に記載の熱交換器。