JP3911574B2 - 熱交換性能を向上させた積層型熱交換器用プレート及びこれを用いる熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車用空気調和装置に使用される熱交換器を構成する、熱交換性能の向上された積層型熱交換器用プレート及びこれを用いる熱交換器に関し、特に冷媒の偏流を防止し、冷媒の乱流効果を高めて冷媒流動性を向上させることにより熱交換性能を高め、プレートの幅とビードの配列関係において一定の規則を持たせることにより熱交換器の小型化を実現し、２枚のプレートからなるフラットチューブにおいて、圧力の高い冷媒の曲線流動部分での接着強度を確保することにより組立性及び耐久性も向上させることができる、熱交換性能を向上させた積層型熱交換器用プレート及びこれを用いる熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器は、その内部に冷媒が流れる通路を備えることにより、冷媒と外気が熱交換される装置であり、各種の空気調和装置に使用され、特に、自動車用空気調和装置における積層型熱交換器に主に使用されている。このような積層型熱交換器は、図１２ないし図１４に示すように、上端にスロット９１２Ａ、９１２Ｂを有する一対のカップ９１１Ａ、９１１Ｂが形成され、前記一対のカップ９１１Ａ、９１１Ｂに連通する中央部には、エンボシング加工により多数のビード９１５が内面に突設され、中央に垂直に形成された区画ビード９１７により、下端部にはＵターン部９１９が形成された２枚の１−タンクプレート９１が互いに接合されることにより、前後一対のタンク９３Ａ、９３Ｂ、及び全体的にＵ字形通路を有するフラットチューブ９０群と、前記フラットチューブ９０間に積層されるフィン９４群と、前記フラットチューブ９０群及びフィン９４群の補強のため、これらの最外側に設けられる２枚のエンドプレート９５Ｌ、９５Ｒとからなる。
【０００３】
また、フラットチューブ９０群のうち、所定の設定流路に沿って、どの一対のフラットチューブ９０Ｌ、９０Ｒのタンク９３Ａにも、冷媒流入管（図示せず）及び冷媒排出管（図示せず）に連結されるマニホールド９６Ｌ、９６Ｒがそれぞれ突設されている。例えば、このような熱交換器として蒸発器が採用された空気調和装置においては、膨張バルブ（図示せず）及び冷媒流入管を経由しマニホールド９６Ｌを通して冷媒が冷媒流入管側フラットチューブ９０の１タンク９３Ａに流入されると、スロット９１２Ａを通じて隣接フラットチューブ９０のタンク９３Ａに冷媒が流動するとともに、この隣接フラットチューブ９０のタンク９３Ａ及びマニホールドチューブ９０Ｌのタンク９３ＡからＵ字形通路を通じて各チューブ９０の他側タンク９３Ｂ群に冷媒が流動する過程で、冷媒が送風空気と熱交換され、次いで、再び前記のような過程を経て冷媒排出管側のマニホールド９６Ｒに連結されたタンク９３Ａに冷媒が流動し、マニホールド９６Ｒ及び冷媒排出管を通じて圧縮機に排出される。熱交換された冷媒は蒸発したガス状態で圧縮機に供給される。一方、２−タンクプレートの場合には、上端部の二つのカップ９１１Ａ、９１１Ｂのほかに、下端部にも一対のカップが更に形成されていることを除き、その他の構成及び作用が前述した１−タンクプレートと同一であるので、以下では便宜上１−タンクプレートのみを例として説明する。
【０００４】
送風空気を冷媒と熱交換して自動車の室内に提供する蒸発器の性能は、熱伝達率と面積の乗算値により左右され、低温の冷媒が流れるフラットチューブ９０群間に積層されるフィン９４群を介して冷媒の冷気と高温の送風空気が熱交換されることによって決定される。すなわち、冷媒が蒸発するためには熱媒体より大きな熱量の外部の熱を必要とし、熱媒体の蒸発効果を増大させるためには、結局、フィン９４と接触するプレート９１の熱交換面積を広げるとともに熱伝達率を高めなければならない。しかし、自動車の空気調和装置用に使用される熱交換器は、自動車の重量減少、騒音低減、風量増大及び自動車への装着性の面で、熱交換性能を高めつつ小型化することが要求されるが、プレートの熱交換面積を無限に増やすことは難しい。
【０００５】
これを解決するために、フィン９４の高さを低めるとともにフィン９４の稠密（周密）度を高める方法が提案されているが、この方法は、熱交換器で発生する凝縮水の廃水問題、送風空気の圧力降下、及び風量減少等の問題がある場合には却って熱交換性能が低下するおそれがある。
【０００６】
また、熱交換性能に及ぶ重要な要因を調べると、プレート９１に形成されるビード９１５の数、大きさ、形状、配列、又はビード９１５間の間隔があり、これらは冷媒の流路面積に大きな影響を及ぼす。すなわち、大容量の熱交換器の場合には、ビード９１５の配列による影響が多少すくないこともあり得るが、プレート９１の幅の小さなコンパクト型熱交換器においてはビード９１５の影響が大きく作用する。すなわち、ビード９１５の大きさがプレート９１の幅に比べて所定の比例値以上に大きく、ビード９１５の配列が稠密でない場合には、冷媒の流動抵抗が小さいが、冷媒が偏流するとともにビード９１５による冷媒の乱流効果が減少し、フィン９４との熱的接触率も減少することにより、熱交換効率が低下することになる。
【０００７】
また、ビード９１５の大きさがプレート９１の幅に比べて大きく、ビード９１５の配列も稠密である場合には、冷媒の流動抵抗が高いため、冷媒の蒸発効果が大きく低下する。このような場合、ビードの大きさを縮小させることを考慮することができるが、ビードを所定の大きさ以下に形成することが製造技術上不可能であるだけでなく、２枚のプレート間の接合問題が発生するため制約が伴う。
【０００８】
プレート９１は、一般にクラッド処理されたブレージングシートを成形することによりなされ、前述したように、一対のカップ９１１Ａ、９１１Ｂと、多数のビード９１５が形成された熱交換部９１３と、区画ビード９１７と、Ｕターン部９１９とを有する。２枚のプレート９１、９１の接合によりフラットチューブ９０がなされ、このフラットチューブ９０は一対の前後側カップ９１１Ａ、９１１Ｂが接合されてなる一対のタンク９３Ａ、９３Ｂを有する。
【０００９】
したがって、フラットチューブ９０の前方タンク９３Ａから後方タンク９３Ｂに冷媒が流動する過程で冷媒はＵターン部９１９を経ることとなり、Ｕターン部９１９を経ながら冷媒は曲線流動するので、冷媒の流動方向が下側から上側に転換され、これにより、Ｕターン部９１９には、フラットチューブ９０の他の流路部に比べて高い圧力が作用する。しかし、このＵターン部９１９には２枚のプレート９１、９１の相互対応するビード９１５、９１５のみが接合されており、中央に垂直に形成される区画ビード９１７はＵターン部９１９の下端部まで延長されていないため、Ｕターン部９１９の領域は区画ビード９１７が位置する領域より相対的に脆弱である。
【００１０】
したがって、冷媒の高い流動圧力により互いに接合されているビード９１５、９１５が分離されるおそれがある。このように、Ｕターン部９１９領域のビード９１５が分離されると、冷媒の高流動圧力が分散できなくて直ちにＵターン部９１９領域の相互接合されてフラットチューブ９０の縁部を形成するフランジ９１６、９１６に作用することにより、高圧に耐えきれずに、フランジ９１６、９１６が広がり冷媒が漏洩するおそれがある。
【００１１】
このようなＵターン部９１９の現象は図１９ないし図２２から明らかである。この図１９ないし図２２は、従来のプレートが適用された蒸発器をボトムマウンティング方式で設置した場合に表れる冷媒分布を、フルーエント（Fluent）というＣＦＤソフトウェアを用いて１９９７年に測定して最近印刷したものである。
【００１２】
このような冷媒流動分布から分かる問題点は、冷媒の流動がプレートの外郭側に偏っているという点である。すなわち、冷媒がプレートの内部全体に均一に分布されずにプレートの外郭側に偏って流動すると、多数のプレートが積層されてなる蒸発器の全体的な熱交換効率は深刻な影響を受ける。前述したように、Ｕターン部９１９は、他の流路部分に比べて相対的に高い圧力の作用を受けるが、垂直に形成された区画ビード９１７は下端部まで延長されていなく（図１３参照）脆弱であるので、冷媒の流動圧力がＵターン部９１９領域のフラットチューブ９０の縁部を形成するフランジ９１６に作用する。このため、図１９ないし図２２に濃い色で示すように、冷媒の流動が区画ビード９１７の冷媒流入側と、プレートの縁部を形成するフランジ９１６に偏重して分布するため、全体的に冷媒流動分布が均等にならなくなる。
【００１３】
一方、熱交換器において、冷媒流入管と冷媒排出管に連結されるフラットチューブ９０のいずれか一つのタンク９３Ａに突設されるマニホールド９６Ｌ、９６Ｒは、半円筒形マニホールドを有する２枚のプレートの接合によりパイプの形態に形成される。
【００１４】
熱交換器を自動車の空気調和装置に取り付けるときは、タンク９３群が上方に向かう（つまり、冷媒流入管及び冷媒排出管が上に向かう）トップマウンティング（topmounting）設置方式と、タンク９３群が下方に向かうボトムマウンティング（bottommountain）設置方式を採用しているが、このような蒸発器設置方式、チューブ９０の数、冷媒流入管及び冷媒排出管の設置位置などによって熱交換容量などの特性に多少違いがある。実際に、このような違いは、自動車用空気調和装置においては、その性能に深刻な影響を及ぼし得る。
【００１５】
例えば、２４列形蒸発器とは２４組のプレート９１、つまり２４個のチューブが積層されてなった蒸発器をいう。また、２４列形４／７−７／４パス蒸発器とは、２４個のチューブ９０が積層され、このチューブ９０の配列が、４組のプレート９１−冷媒流入管が連結された１組のマニホールドプレート（つまり、マニホールドチューブ９０Ｌ）−７組のプレート９１、７組のプレート９１−冷媒排出管が連結された１組のマニホールドプレート（つまり、マニホールドチューブ９０Ｒ）−４組のプレート９１の順に配列されてなった蒸発器をいう。そして、このプレート９１の最外側、又はフィン９４群の最外側に補強用エンドプレート９５Ｌ、９５Ｒがそれぞれ設けられ、蒸発器の中央境界部のプレート９１Ｃ（前方カップ９１２Ａが閉鎖されてバッフルの役目をするので、冷媒が隣接プレートに流動できないように遮断しているプレート）をブランクプレートという（つまり、４／７−７／４パスにおいて、“−”表示は４／７−７／４の中央プレートがブランクプレートであることを意味する）。
【００１６】
つぎの表１はコンパクト型蒸発器のトップマウンティング設置方式による性能データを示すもので、表１に示すパスから構成される蒸発器をボトムマウンティング及びトップマウンティング方式で設置したところ、例えばＡ社の蒸発器の場合、他のものに比べ、ボトムマウンティング及びトップマウンティングにおいておよそ９％の性能差があることが分かる。この性能データは、通常、熱交換器の性能を判別するために保有している蒸発器カロリーメータでテストしたデータである。
【００１７】
【表１】

【００１８】
前記表１において、ΔＰａは空気側圧力降下量を意味し、ΔＰｒは冷媒側圧力降下量を意味する。前記のような性能差は、本発明者らが冷媒の流量及び冷媒圧力、温度などを調整して、空気調和装置及び熱交換器単品開発の目的で、実際の自動車の空気調和装置と同じ構造を有するように作成した“エアコンディショナーテストスタンド(AirConditioner Test Stand)”という実験装置を使用し、蒸発器の前面からおよそ１メートル離れたところで赤外線カメラで前面温度分布を撮像することにより、図１５ないし図１８に示すような、冷媒の流動均一性程度を確認することができた。
【００１９】
すなわち、２４列形４／７−７／４パス蒸発器の場合には、特にトップマウンティング設置方式（図１６参照）において、冷媒が冷媒流入管側マニホールドチューブ９０Ｌに流入された後、ブランクプレート側に冷媒がより多く流動されることにより、エンドプレート９５Ｌ側に冷媒がよく流動されず、全体的に冷媒流動分布が均等でなく、これにより、冷房性能が低下し、両設置方式による冷媒流動分布の違いが大きいことが分かる。また、図１７及び図１８に示すように、２４列形３／８−７／４パス蒸発器の場合、ボトムマウンティング設置方式（図１７参照）及びトップマウンティング方式（図１８参照）によりそれぞれ設置された両場合での冷媒流動分布の差が非常に大きいことが分かる。
【００２０】
このように、冷媒流動分布が均等でなく、ボトムマウンティング設置方式及びトップマウンティング設置方式による冷媒流動分布の差が大きければ、一つの蒸発器をトップマウンティング又はボトムマウンティング設置方式で選択的に設置することができない。したがって、設置方式によって、それぞれ別の仕様を有する熱交換器を別に製作する必要があり、これは熱交換器の共用化を阻害するとともに生産性向上及び製造原価節減を阻害する要因となる。また、冷媒流動分布が均等でなく、熱交換性能が低下すると、自動車室内の冷房効果が低下して乗客に不快感を与える。
【００２１】
前記のように、冷媒流入管側マニホールド９０Ｌの内部に流入された冷媒がエンドプレート９５Ｌ側よりはブランクプレート側により多く移動する理由は、冷媒流入管側の二つのマニホールドプレート９１、９１のうち、エンドプレート９５Ｌ側のマニホールド９１の冷媒流入管側のカップ９１１Ａのスロット９１２Ａにはバーリング部が形成されていなく、ブランクプレート側マニホールドプレート９１の冷媒流入管側のカップ９１１Ａのスロット９１２Ａにはバーリング部が形成されているためである。
【００２２】
前記バーリング部は、プレート９１を積層するとき、プレート９１間の接合不良を防止すると共に、積層状態でブレージングのための移動時、プレート９１が一側に倒れることを防止するためのものであるが、前記のように、エンドプレート９５Ｌ側マニホールドプレート９１の外側に積層されるフラットプレート９１には、前記マニホールドプレート９１のスロット９１２Ａに挿入されるバーリング部が形成されており、ブランクプレート側マニホールドプレート９１のスロット９１２Ａにはフラットプレート９１のスロット９１２Ａに挿入されて接合されるバーリング部が形成されていると、冷媒流入管を通じてマニホールドチューブ９０のタンク９３Ａ内に流入された冷媒がブランクプレート側に流動するとき、ブランクプレート側マニホールドプレート９１のバーリング部が冷媒の流動方向に形成されている関係で、冷媒が容易に流動できる。
【００２３】
反面において、冷媒がエンドプレート９５側に流動するときは、エンドプレート９５Ｌ側マニホールドプレート９１の外側に積層されるフラットプレート９１のバーリング部がマニホールドプレート９１のスロット９１２Ａに挿入されて、冷媒の流動方向とは反対側にカップ９１１Ａの内部に突出されているため、フラットプレート９１のバーリング部により流動抵抗を受けることにより、エンドプレート９５Ｌ側にはブランクプレート側より相対的に少量の冷媒が流動することになる。
【００２４】
したがって、エンドプレート９５Ｌ側に流動する冷媒よりブランクプレート側に流動する冷媒の流量が多くなることにより、蒸発器全体に均等な冷媒分配がなされなく、このように冷媒流動分布に差が発生して冷房性能が低下するばかりか、トップマウンティング設置方式及びボトムマウンティング設置方式によって冷媒流動分布の差が大きくなる。
【００２５】
一方、冷媒流入、流出管に連結される円筒形マニホールドは二つの半円筒が接合されてなったもので、厚さが非常に薄くて強度が弱い。したがって、このようなマニホールド円筒を直接冷媒流入、流出管に連結するに際しては、装着性を考慮した冷媒流入、流出管のベンディングの際に、そのベンディングモーメントがマニホールド円筒に作用して曲がり変形を起こすことになる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、冷媒流動性を高めることにより、熱交換性能を向上させることを目的とする。本発明の他の目的は、冷媒流動分布を均等にすることにより風量の増大又は減少時にもほぼ均一な温度の感触が得られるようにして、運転者や乗客が爽快かつ安楽な感触が得られるようにするものである。本発明の更に他の目的は、プレートの幅とビードの配列関係において、一定の規則を持たせることで、熱交換器の小型化を実現するとともに最適の熱交換性能を発揮し得るようにすることである。本発明の更に他の目的は、マニホールドの剛性を高めて、熱交換器の耐久性を向上させることである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、 上端部に並んで形成され、それぞれスロットを有する一対のカップと、一側のカップから延長、突出して冷媒流入管に連結される半円筒形マニホールドと、冷媒流入管側のブランクプレート側スロットの縁部に沿って外側に突設したバーリング部と、中央に垂直に形成された区画ビードにより区画され、前記一対のカップに連通し、多数のビードが形成された熱交換部と、前記ビードと同形のビードが形成され、前記区画ビードにより形成されるＵターン部と、縁部に沿って前記ビードと同一高さに形成されたフランジとを有して、２枚が接合されると、一対のタンクが形成されるとともに、一対のタンクに連通して全体的にＵ字形通路を有するマニホールドチューブ をなす積層型熱交換器用プレートにおいて、前記冷媒流入管側のブランクプレート側スロットの長さ及び幅が他のスロットの長さ及び幅より小さいことを特徴とする。
【００２８】
また、前記冷媒流入管側のブランクプレート側スロットの長さ×幅は１５ｍｍ×９ｍｍであり、他のスロットの長さ×幅は１６．６ｍｍ×１０．８ｍｍであり、前記半円筒形マニホールドに連結されるカップの下部に、熱交換部に連通する流路を形成するように、三つの垂直ビードが所定の間隔で形成され、これら三つの垂直ビードのうち、両側の二つの垂直ビードと、区画ビード及びフランジとの間の流路は塞がっており、ブランクプレート側スロットの縁部に沿って外側にバーリング部が形成されていないことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、前記マニホールドプレートが適用された積層型熱交換器であって、多数対のプレート、冷媒流入管が連結されるブランクプレート側第１マニホールドプレート及びエンドプレート側第２マニホールドプレート、多数対のプレート、冷媒排出管が連結される一対のマニホールド、多数対のプレートの順に配列され、最外側が２枚のエンドプレートより補強され、前記第１マニホールドプレートの冷媒流入管側第１スロットにバーリング部が外側に突設し、このバーリング部は第１マニホールドプレートの外側に積層されるプレートのスロットに挿入されて接合され、第２マニホールドプレートの冷媒流入管側スロットに、第２マニホールドプレートの外側に積層されるプレートのバーリング部が挿入されて接合された熱交換器において、前記第１スロットの長さ及び幅と、前記第１スロットの外方に形成されたバーリング部が挿入接合される隣接プレートのスロットの長さ及び幅が第２スロットの長さ及び幅より小さいことを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴及び利点は添付図面にもとづく以下の詳細な説明からより明らかになる。図１及び図２に示すように、本発明による熱交換器はアルミニウム合金からなる多数のフラットチューブ１を含み、このフラットチューブ１はそれぞれ２枚のプレート２（図３参照）がブレージングで接合されている。フラットチューブ１は上端部又は下端部に前後方向に一対のタンク１１Ａ、１１Ｂを有するか、上下端部にそれぞれ一対のタンクを有するものが使用されるが、タンク１１の数だけが異なり、他の構造はみな同一であるので、ここでは、上端部に一対のタンクのみを有するものに対して図示及び説明を行う。
【００３１】
フラットチューブ１間にはフィン４が順次積層され、これらの最外側には２枚のエンドプレート５Ｌ、５Ｒが取り付けられて補強される。フラットチューブ１は、図３に示すように２枚のプレート２、２が互いに接合されてなり、図２に示すように、このフラットチューブ１のなかには、膨張バルブ（図示せず）に連結される冷媒流入管６と圧縮機（図示せず）に連結される冷媒排出管７がそれぞれ接続されるマニホールド１３Ｌ、１３Ｒを有する二つのマニホールドフラットチューブが使用されるが、このマニホールドチューブをなすプレート（図５及び図６参照）は便宜上、他のプレート２から区分してマニホールドプレート２Ｌ、２Ｒと称する。
【００３２】
フラットチューブ１を形成するプレート２は、図３に示すように、上端部に前後方向に一対のカップ２１Ａ、２１Ｂを有し、このカップ２１Ａ、２１Ｂにはスロット２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ形成されている。したがって、２枚のプレート２、２を接合すると、互いに対応して接合される二つのカップにより一対のタンク１１Ａ、１１Ｂが形成され、フラットチューブ１が順次積層されることにより、前記スロットを通じてタンクが互いに連通できる。
【００３３】
プレート２のカップ２１Ａ、２１Ｂの下側には、中央に垂直に区画ビード２４が形成され、この区画ビード２４を中心にその両側には多数のビード２５が形成された熱交換部２３が設けられる。区画ビード２４は、プレート２の下端部までは延長されず、プレート２の下端部を一部残して形成される。例えば、区画ビード２４はプレート２の長さのおよそ１／８程度を残して形成される。そして、熱交換部２３の下側、つまり区画ビード２４の下側は、冷媒が区画ビード２４の下側部を回って流動するようにＵターン部２７が形成され、ここにもビード２５と同じ配列で多数のビード２５が形成されている。
【００３４】
ビード２５は、エンボシング成形方法により内側に突出するように簡単に形成でき、円形又は楕円形の断面を有し、冷媒の流動性向上が乱流を誘導するように斜線方向に規則的に格子状に配列することが好ましい。また、プレート２の周縁部はビード２５と同一突出高さを有するフランジ２９に形成することが好ましい。したがって、２枚のプレート２、２を互いに接触させると、２枚のプレート２、２の対応フランジ２９、２９、ビード２５、２５、および区画ビード２４、２４が互いに接触し、このように接触した状態でブレージング処理すると、互いに接触している部位が接合されることによりフラットチューブ１が形成される。
【００３５】
このようなフラットチューブ１は、フラットチューブ１の前方側タンク１１Ａ（冷媒流入側前方タンク）、接合された区画ビード２４を中心とする熱交換部２３の前方半分部空間（冷媒流入側前方通路）、Ｕターン部２７の空間、区画ビード２４を中心とする熱交換部２３の後方半分部空間（冷媒流入側後方通路）、及び後方側のタンク１１Ｂ（冷媒流入側後方タンク）、接合された区画ビード２４を中心とする熱交換部２３の後方半分部空間（冷媒流出側後方通路）、Ｕターン部２７間の空間、区画ビード２４を中心とする熱交換部前方側半分部空間（冷媒流出側前方通路）及び前方側タンク１１Ａ(冷媒流出側前方タンク)が次々に連通することにより、全体的にＵ字形通路が形成されることになる。すなわち、互いに接合された区画ビード２４が隔壁の役割をすることにより、全体的に２群のＵ字形通路が形成されるようになる。区画ビード２４及びビード２５はプレート２の機械的強度を増大させる役割を兼ねている。
【００３６】
対応する区画ビード２４、２４及びビード２５、２５の接合による２枚のプレート２、２の接合状態が良好に維持できるように、ビード２５の先端部は、図４に示すように、平らに形成されることが好ましく、図示しないが、これとは異なり、互いに対応するビード２５のうち、一側ビード２５には孔が形成され、他側ビード２５の先端部がこの孔に挿入されてからブレージングされることにより、二つのビード２５、２５が互いに接合されてもよい。冷媒は、このように接合されたビード２５、２５により形成される流路を通じて流動することになるが、このビード２５は規則的に格子状に配列されているため、ビード２５の間を冷媒が通るとき、乱流を起こしながら流動することになる。
【００３７】
本発明によると、Ｕターン部２７には冷媒の流動方向が転換されることから冷媒の流動圧力が大きく作用するため、このＵターン部２７の接合強度を向上させるため、図３に示すように、Ｕターン部２７領域での区画ビード２４の下端の延長線の位置には多数（好ましくは、三つ）のビード２５Ａ、２５Ａ、２５Ｂが順次他のビードとともに所定の配列をなすように形成される。この区画ビード２４の下端の延長線上に位置するビードのうち、区画ビード２４に隣接する二つのビード２５Ａ、２５Ａは、他の一つのビード２５Ｂより大きく形成されることが好ましく（２５Ａ＞２５Ｂ）、残り（好ましくは一つ）のビード２５Ｂは区画ビード２４の延長線上を除く領域に形成された他のビード２５と同じ大きさに形成されることが好ましい。また、Ｕターン部２７の両側角部には、Ｕターン部２７を通じて流動する冷媒の流動する冷媒の流動抵抗及び圧力を減らすとともに、冷媒の流動をより上手に案内し得るように、冷媒流動方向である対角線方向にスロット形補強ビード２８をそれぞれ更に形成することが好ましい。
【００３８】
熱交換器においては、膨張バルブに連結される冷媒流入管６を通じて冷媒が流入し、圧縮機に連結される冷媒排出管７を通じて冷媒が排出するようになっているが、図５ないし図８に示すように、冷媒流入管６を通じてマニホールドチューブ１Ｌの一側（冷媒流入側）タンク１１Ａに冷媒が流入すると、タンク１１Ａに形成された両側スロット２２Ａ、２２Ａを通じて隣接フラットチューブに冷媒が流動し、前述したように、マニホールドチューブ１Ｌ及びフラットチューブ１の各Ｕ字形通路を通じて後方側タンク１１Ｂ群に冷媒が流動する。このように、後方側タンク１１Ｂ群に流入する冷媒は同様にスロット２２Ｂを通じて隣接タンク１１Ｂ群に流動し、再びＵ字形通路を通じて冷媒排出管７側マニホールドチューブ１Ｒの冷媒排出管７に連結された前方側タンク１１Ａに流動し、最終的にマニホールド１３Ｒ及び冷媒排出管７を通じて圧縮機に供給される。
【００３９】
このような冷媒流動過程において、従来の熱交換器は、前述したように、冷媒流入管側マニホールドチューブのタンクに冷媒が流入すると、エンドプレート側よりブランクプレート側に冷媒が多く流動することにより、冷媒の流動分布が均等でない現象が誘発されるが、その理由は、従来の冷媒流入管側マニホールドチューブをなす２枚のマニホールドプレートのうち、エンドプレート側マニホールドプレートの冷媒流入管側カップのスロットにはバーリング部が形成されておらず、ブランクプレート側マニホールドプレートの冷媒流入管側カップのスロットにはバーリング部が形成されているためである。このように、冷媒流動分布が不均一になる現象は、トップマウンティング設置方式及びボトム設置方式によって更に大きくなる。
【００４０】
本発明では、冷媒流入管側マニホールドチューブ１Ｌをなすプレート２Ｌ１、２Ｌ２の構造を改善することにより、均一な冷媒流動分布を得ることができる。図１、図２、図５ないし図８に示すように、冷媒流入管６又は冷媒流出管７に連結されるマニホールドチューブ１Ｌ、１Ｒは、前方タンク１１Ａの内部に連通するように、前方タンク１１Ａから延長、突出した円形管形態のマニホールド１３を持っている。このマニホールド１３がブレージングで冷媒流入管６又は冷媒流出管７と連結されることで、冷媒流入管６又は冷媒流出管７とマニホールドチューブ１Ｌ、１Ｒが連結できる。このマニホールドチューブ１Ｌ、１Ｒのマニホールド１３は、半円筒形マニホールド１３１を有する第１マニホールドプレート２及び第２マニホールドプレート２が互いに接合されることによりなされる。
【００４１】
図７に示すように、冷媒入口側の第１マニホールドプレート２Ｌ１は、ブランクプレート側（矢印Ａ方向）に位置し、第２マニホールドプレート２Ｌ２はエンドプレート５Ｌ側（矢印Ｂ方向）に位置するものと定義する。図５、図７及び図８に示すように、第１マニホールドプレート２Ｌ１の冷媒流入管６側カップ２１Ａに形成された第１スロット２２Ａには、その縁部に沿ってバーリング部２２１が外側に突出しており、このバーリング部２２１Ａは第１マニホールドプレート２Ｌ１の外側に隣接して積層されるプレート２のスロット２２に挿入される。また、第２マニホールドプレート２Ｌ２の冷媒流入管６側に形成された第２スロット２２Ａ′には、第１スロット２２Ａとは異なり、バーリング部が形成されておらず、第２マニホールドプレート２Ｌ２の外側に接合されるプレート２のスロット２２に形成されたバーリング部２２１が挿入されて接合される。
【００４２】
本発明によると、図５、図７及び図８に示すように、第１スロット２２Ａの長さＷ１及び幅Ｌ１と、第１マニホールドプレート２Ｌ１の外側に積層されるプレート２に形成されて、第１スロット２２Ａのバーリング部２２１が挿入されるスロット２２の長さ及び幅は第２スロット２２Ａ′の長さＷ２及び幅Ｌ２より小さい（Ｗ１＜Ｗ２、Ｌ１＜Ｌ２）。第２スロット２２Ａ′の長さ×幅は１６．６ｍｍ×１０．８ｍｍであり、第１スロット２２Ａ及びバーリング部２２１が挿入、接合されるスロット２２の長さ×幅は１５ｍｍ×９ｍｍであることが好ましい。もちろん、第１スロットを除く他のプレート２に形成されるスロット２２の大きさもみな第２スロット２２Ａ′の大きさと同一であることが好ましい。
【００４３】
前記のように、第１スロット２２Ａの大きさが第２スロット２２Ａ′の大きさより小さく形成されると、冷媒流入管６を通じてタンク１１Ａに冷媒が流入し、相対的に大きい第２スロット２２Ａ′を通じてエンドプレート５Ｌ側に流動するとともに、第２スロット２２Ａ′より小さい第１スロット２２Ａを通じてブランクプレート側に流動する。この際に、第２スロット２２Ａ′の大きさが第１スロット２２Ａより大きくてエンドプレート５Ｌ側に冷媒が多く流動する構造を持っているが、実際には、第２マニホールドプレート２Ｌ２の外側に積層されるプレート２に形成されたバーリング部２２１が第２スロット２２Ａ′に挿入されたプレート２のバーリング部２２１により冷媒が流動抵抗を受けるため、冷媒の流量が減少する。
【００４４】
したがって、エンドプレート５Ｌ側に流れる冷媒の流量とブランクプレート側に流れる冷媒の流量は相互均衡することになり、熱交換器の全体的な冷媒分布が均一になり、熱交換器をボトムマウンティング及びトップマウンティング設置方式のいずれの方式で設置しても冷媒の流動分布差が生じない。このような冷媒流動分布は、図９及び図１ ０に示すように、３／８−７／４内列になった熱交換器をボトムマウンティング設置方式及びトップマウンティング設置方式で設置し、前方１メートル地点で赤外線カメラを用いて温度分布を撮影した結果からはっきりと確認することができた。
【００４５】
そして、均一な冷媒流動分布を得ることができれば、従来のように、冷媒流入管６側のブランクプレート側スロット２２Ａの縁部に沿ってバーリング部２２１Ａを形成せず、この冷媒流入管６側のブランクプレート側スロット２２Ａの長さ及び幅をエンドプレート５Ｌ側スロット２２Ａ′の長さ及び幅より短く形成してもよい。
【００４６】
一方、このような構造のマニホールドプレート２が適用されたマニホールドチューブ１において、タンク１１Ａに冷媒が流入すると、スロット２２を通じて隣接タンク１１Ａ側に流れる冷媒と、タンク１１Ａから熱交換部２３側に流れる冷媒の流動分布に違いが発生するおそれがある。プレート２の各カップ２１Ａ、２１Ｂの下部には、タンク１１から冷媒が熱交換部２３側に流動するように、図３に示すように、通常三つの垂直ビード２６、２６、２６を内側に突出形成することにより流路が形成される。しかし、本発明においては、図１１に示すように、半円筒形マニホールド１３１に連結されたカップ２１Ａの下部に形成された三つの垂直ビード２６、２６、２６の構造を変更することにより、冷媒流動分布の均一化を達成している。
【００４７】
すなわち、半円筒形マニホールド１３１に連結されたカップ２１Ａの下部に形成される三つの垂直ビード２６Ａ、２６Ｂ、２６Ａのうち、両側の二つの垂直ビード２６Ａ、２６Ａとフランジ２９間の流路を塞ぐことで、スロット２２Ａを通じて、隣接タンク１１Ａ側に流れる冷媒と垂直ビード２６Ａ、２６Ｂ、２６Ａ間の流路を通じて熱交換部２３側に流れる冷媒の流動分布を均等にしている。したがって、冷媒の流動がより均等に分布するので、熱交換性能が更に高くなる。一方、本発明による熱交換器は、マニホールド形プレートにおいて、冷媒流入、流出管と接合される円筒部の外周面にリング形スペーサ１３３を挿入することにより、冷媒流入、流出管のベンディングの際に、その曲げ抵抗力を高めことができ、これにより、熱交換器の耐久性を向上させることができるようになっている。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による熱交換性能を向上させた積層型熱交換器用プレート及びこれを用いる熱交換器の効果は次の通りである。先ず、第一に、第２スロット２２Ａ′を通じて冷媒がエンドプレート５Ｌ側に流動するとき、第２マニホールドプレート２Ｌ２の外側に積層されるプレート２のバーリング部２２１により流動抵抗を受けることに鑑み、相対的にブランクプレート側の冷媒流動のために形成される第１スロット２２Ａの大きさを第２マニホールドプレート２Ｌ２の第２スロット２２Ａ′の大きさより小さくすることにより、冷媒がエンドプレート５Ｌ及びブランクプレート側に均等に流れるようにしたので、トップマウンティング設置方式及びボトムマウンティング設置方式のいずれの設置方式で熱交換器を設置しても冷媒流動分布の差が殆どなく、熱交換性能を向上させることができる。また、熱交換器の共用化を可能にして、設置方式によって熱交換器の規格を変更する必要があった従来の問題を解決することができる。
【００４９】
第二に、半円筒形マニホールド１３１に連結されたカップ２１Ａの下部に形成される三つの垂直ビード２６Ａ、２６Ｂ、２６Ａのうち、両側の二つの垂直ビード２６Ａ、２６Ａと、区画ビード２４及びフランジ２９間の流路をそれぞれ塞ぐことで、スロット２２を通じて隣接タンク１１Ａ側に流れる冷媒とマニホールド１３側のタンク１１Ａから垂直ビード２６Ａ、２６Ｂ、２６Ａ間の流路を通じて熱交換部２３側に流れる冷媒の流動分布を均等にして冷媒流動分布を一層均一化できることから、熱交換性能を更に向上させることができる。
【００５０】
第三に、区画ビード２４の下端延長線上に区画ビード２４に隣接して置かれる二つのビード２５Ａ、２５Ａの大きさを他のビード２５Ｂより大きく形成することにより、相対的に大きい圧力が作用するＵターン部２７を補強してフラットチューブ１の耐久性を向上させ、これによりフラットチューブ１を構成する２枚のプレート２、２の分離が防止されて、冷媒が漏洩する現象が防止される。
【００５１】
第四に、Ｕターン部２７の両側角部に冷媒流動方向である対角線方向にスロット形補強ビード２８をそれぞれ形成してＵターン部２７をより補強することにより、フラットチューブ１の耐久性を更に向上させることができ、また補強ビード２８により冷媒の流動を円滑に案内することにより、冷媒の流動抵抗を減して冷媒の流動性向上させ、これにより熱交換性能を更に高めることができる。
【００５２】
第五に、本発明による熱交換器は、マニホールド形プレートにおいて、冷媒流入、流出管と接合される円筒部の外周面にリング形スペーサ１３３を挿入することにより、マニホールドプレートの接合性を高めることができ、冷媒流入、流出管のベンディングの際に、その曲げ抵抗力を高めることができ、これにより、熱交換器の耐久性を向上させることができる等の様々な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による積層型熱交換機の例を示す概略正面図である。
【図２】本発明による積層型熱交換器の例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明による熱交換プレートを示す正面図である。
【図４】本発明による熱交換プレートが接合されてフラットチューブが形成された状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明によるマニホールドプレートを用いる熱交換器の要部を示す分解斜視図である。
【図６】本発明によるマニホールドプレートを用いる熱交換器の要部を示す結合斜視図である。
【図７】図６のＸ−Ｘ線についての平断面図である。
【図８】図７のＸＩ−ＸＩ線についての縦断面図である。
【図９】本発明によるマニホールドプレートを用いる熱交換器の例において、２４列形３／８−７／４パス蒸発器をボトムマウンティング設置方式で設置し、これに対する冷媒流動分布を赤外線カメラで撮影した写真である。
【図１０】本発明によるマニホールドプレートを用いる熱交換器の例において、２４列形３／８−７／４パス蒸発器をトップマウンティング設置方式で設置し、これに対する冷媒流動分布を赤外線カメラで撮影した写真である。
【図１１】本発明によるマニホールドプレートの他の例を示す正面図である。
【図１２】従来の一般的な積層型熱交換器の例を示す正面図である。
【図１３】従来の一般的な熱交換プレートの例を示す正面図である。
【図１４】従来の一般的な熱交換プレート２枚を接合してフラットチューブを形成する状態を示す分解斜視図である。
【図１５】従来のマニホールドプレートを用いる熱交換器の例において、２４列形４／７−７／４パス蒸発器をボトムマウンティング設置方式で設置し、これに対する冷媒流動分布を赤外線カメラで撮影した写真である。
【図１６】従来のマニホールドプレートを用いる熱交換器の例において、２４列形３／８−７／４パス蒸発器をトップマウンティング設置方式で設置し、これに対する冷媒流動分布を赤外線カメラで撮影した写真である。
【図１７】従来のマニホールドプレートを用いる熱交換器の他の例において、２４列形３／８−７／４パス蒸発器をボトムマウンティング設置方式で設置し、これに対する冷媒流動分布を赤外線カメラで撮影した写真である。
【図１８】従来のマニホールドプレートを用いる熱交換器の他の例において、２４列形３／８−７／４パス蒸発器をトップマウンティング設置方式で設置し、これに対する冷媒流動分布を赤外線カメラで撮影した写真である。
【図１９】従来のプレートが適用された蒸発器をボトムマウンティング方式で設置し、プレートで表れる冷媒流動分布の解釈図である。
【図２０】図１９のプレートの入口部の拡大図である。
【図２１】図１９のプレートの熱交換部の熱交換部の拡大図である。
【図２２】図１９のプレートのＵターン部の拡大図である。
【符号の説明】
１ チューブ
２ プレート
４ フィン
５ エンドプレート
６ 冷媒流入管
７ 冷媒流出管
１１ タンク
１３ マニホールド
２１ カップ
２２ スロット
２３ 熱交換部
２４ 区画ビード
２５ ビード
２６ 垂直ビード
２７ Ｕターン部
２８ 補強ビード
２９ フランジ
１３１ 半円筒形マニホールド
２２１ バーリング部

Claims (5)

1. 上端部に並んで形成され、それぞれスロットを有する一対のカップと、一側のカップから延長、突出して冷媒流入管に連結される半円筒形マニホールドと、冷媒流入管側のブランクプレート側スロットの縁部に沿って外側に突設したバーリング部と、中央に垂直に形成された区画ビードにより区画され、前記一対のカップに連通し、多数のビードが形成された熱交換部と、前記ビードと同形のビードが形成され、前記区画ビードにより形成されるＵターン部と、縁部に沿って前記ビードと同一高さに形成されたフランジとを有して、２枚が接合されると、一対のタンクが形成されるとともに、一対のタンクに連通して全体的にＵ字形通路を有するマニホールドチューブをなす積層型熱交換器用プレートにおいて、
   前記冷媒流入管側のブランクプレート側スロットの長さ及び幅が他のスロットの長さ及び幅より小さいことを特徴とする熱交換性能を向上させた積層型熱交換器用プレート。
2. 前記冷媒流入管側のブランクプレート側スロットの長さ×幅は１５ｍｍ×９ｍｍであり、他のスロットの長さ×幅は１６．６ｍｍ×１０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の熱交換性能を向上させた積層型熱交換器用プレート。
3. 前記半円筒形マニホールドに連結されるカップの下部に、熱交換部に連通する流路を形成するように、三つの垂直ビードが所定の間隔で形成され、これら三つの垂直ビードのうち、両側の二つの垂直ビードと、区画ビード及びフランジとの間の流路は塞がっていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換性能を向上させた積層型熱交換器用プレート。
4. 前記冷媒流入管側のブランクプレート側スロットの長さ×幅は１５ｍｍ×９ｍｍであり、他のスロットの長さ×幅は１６．６ｍｍ×１０．８ｍｍであり、ブランクプレート側スロットの縁部に沿って外側にバーリング部が形成されていないことを特徴とする請求項１記載の熱交換性能を向上させた積層型熱交換器用プレート。
5. 多数対のプレート、冷媒流入管が連結されるブランクプレート側第１マニホールドプレート及びエンドプレート側第２マニホールドプレート、多数対のプレート、冷媒排出管が連結される一対のマニホールド、多数対のプレートの順に配列され、最外側が２枚のエンドプレートより補強され、
   前記第１マニホールドプレートの冷媒流入管側第１スロットにバーリング部が外側に突設され、このバーリング部は第１マニホールドプレートの外側に積層されるプレートのスロットに挿入されて接合され、第２マニホールドプレートの冷媒流入管側スロットに、第２マニホールドプレートの外側に積層されるプレートのバーリング部が挿入されて接合された熱交換器において、
   前記第１スロットの長さ及び幅と、前記第１スロットの外方に形成されたバーリング部が挿入接合される隣接プレートのスロットの長さ及び幅が第２スロットの長さ及び幅より小さいことを特徴とする熱交換性能を向上させた積層型熱交換器。

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