JP4065781B2 - 熱交換器、これを用いたカー・エアコン、及び熱交換器を備えた自動車 - Google Patents

熱交換器、これを用いたカー・エアコン、及び熱交換器を備えた自動車 Download PDF

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Description

本発明は、自動車用あるいは産業用の熱交換器、例えばエバポレータ、コンデンサ、オイルクーラ、インタークーラ、ヒーターコア等に使用される熱交換器、これを用いたカー・エアコン、及び熱交換器を備えた自動車に関する。
従来、熱交換器、とくにカー・エアコン用のエバポレータは、軽量性と加工性の観点から一般的にアルミニウム製熱交換器が用いられることが多い。
現在、カー・エアコン用のエバポレータは、ラミネート型（積層型）エバポレータが主流となっている。これは、空気の熱交換用フィンと冷媒の蒸発するチューブ部とを一体でろう付け接合するために、性能面で、また生産性等で、それまでに用いられてきたフィン・チューブ拡管方式の熱交換器よりすぐれているためである。特に性能面では、空気側フィンに熱伝達性能の高いルーバフィンを用いることができ、交換熱量が高く、また、通気抵抗が低いため、それまでのフィン・チューブ拡管方式を圧倒する特性を示している。
このため、市場要求である、小型化と軽量化に対応し、より軽量でコンパクトな熱交換器へと移行してきた。特に最近では、車室内の問題からエバポレータの前面には、フィルターが装着される場合が多くなり、フィルターのスペースを確保するために、熱交換器の薄型化の要求が強くなってきている。
そして、従来のエバポレータ用の熱交換器は、例えば図１６に示すように、略方形のアルミニウム製プレート（６２）の片面に、上下方向に長い仕切用凸部（６４）により前後に区画された冷媒流路形成用凹部（６６）と、これら前後冷媒流路形成用凹部（６６）の上下端部にそれぞれ連なりかつこれらより深いヘッダ部形成用凹部（図示略）とが設けられ、隣り合うプレート（６２）（６２）同士が相互に凹部を対向させた状態に層状に重ね合わせられて、両プレート（６２）（６２）の対向する仕切用凸部（６４）（６４）同士、および同周縁部（６３）（６３）同士が接合されることにより、前後両偏平冷媒流路部（６８）と、これらに連なる上下ヘッダ部（図示略）とを有する偏平管部（６１）が形成され、これらの偏平管部（６１）が空気側フィンを介して多数並列状に配置されて、熱交換器が形成されており、各プレート（６２）はアルミニウム板のプレス成形によりつくられていた。
しかしながら、従来のエバポレータ用の熱交換器は、市場要求である薄型化に対して、つぎのような問題があった。
Ａ．偏平管部（６１）を構成するプレート（６２）は、アルミニウム板のプレスによる絞り加工によりつくられるため、プレート（６２）の仕切用凸部（６４）および周縁部（６３）が幅広のものとなり、従って、２枚のプレート（６２）（６２）の合わせ部、すなわち両プレート（６２）（６２）の対向する仕切用凸部（６４）（６４）同士および周縁部（６３）（６３）同士の接合部分であって冷媒の通らない無駄な部分の面積が、相対的に増加することになり、この結果、同じエバポレータ体積においては冷媒通路断面積が減少するため、冷媒の通路抵抗が増加し、性能低下をもたらすことになる。
このような問題の対応として、冷媒通路高さを高くし、通路断面積を確保する方法が考えられるが、この場合は、同一体積内での空気側フィンの占める容積が小さくなる。つまり、フィンの伝熱面積が減少し、性能低下をもたらすとともに、空気通路もさらに減少するために通気抵抗が増大し、適正な風量が得られない。
Ｂ．一方、空気側フィンにおいては、２枚のプレート（６２）（６２）の周縁部（６３）（６３）同士の接合部分は、フィンと直接接触しないため、伝熱性能が悪く、この無駄な部分を含んだまま熱交換器を薄型化することによって、冷媒の通らない無駄な部分の面積の相対的割合が増加し、冷却性能の低下をもたらす。
Ｃ．プレート（６２）のヘッダ部形成用凹部は、絞り加工により仕切用凸部（６４）の前後両側の冷媒流路形成用凹部（６６）（６６）よりさらに深く形成されるため、冷媒流路形成用凹部（６６）の部分よりさらに肉厚が薄くなる。このため、大きな割合を占める偏平管部（６１）は耐圧力的に余裕があるものの、ヘッダ部は耐圧力的に最も弱くなる。従来の熱交換器は、偏平管部（６１）とヘッダ部とが一体のプレート材料で構成されかつプレス加工によりつくられるため、これをさらに薄肉化し、軽量化するには、限界がある。
本発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、熱交換器に使用するプレートを、従来のプレス成形品を用いることなく、片面に鍛造あるいは切削加工等により設けた凹凸条を有するものとするとともに、ヘッダ形成部材をプレートとは別物により構成して、ヘッダ部を形成することにより、偏平管の前後方向の幅を狭くし、偏平管の薄肉化（薄層化）を果すことができるとともに、伝熱面積を増大することができて、伝熱効率を良くし、熱交換性能を大幅に向上し得る、熱交換器を提供しようとすることにある。
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１による熱交換器は、周縁部に片面側に突出した周縁部凸条が、幅中央部に同片面側に突出しかつ上下方向にのびている中央部凸条が、それぞれ鍛造または切削加工により設けられて、周縁部凸条の内側に中央部凸条の前後両側の流体流路形成用凹部が形成され、かつ前後両流体流路形成用凹部の上下両端部にそれぞれ貫通孔が設けられるとともに、他面が平坦面となされているプレートが、２枚１組ずつ互いに前後両流体流路形成用凹部同士を対向させた状態に重ね合わせられ、両プレートの互いに対向する周縁部凸条の先端部同士、および中央部凸条の先端部同士が接合されて、内部に前後両流体流路を有する偏平管が形成され、複数の偏平管が並列状に配置されるとともに、隣り合う偏平管の上端部同士および下端部同士の間に、プレートの貫通孔にそれぞれ通じる前後一対の流体流通用筒部およびこれらの中間の連結部よりなる上下ヘッダ形成部材がそれぞれ介在されて、偏平管の上端部同士および下端部同士に連通する上下ヘッダ部がそれぞれ形成され、隣り合う偏平管の上端部同士および下端部同士の間に介在された上下ヘッダ形成部材のうちのいずれか一方のヘッダ形成部材の中間連結部に、該ヘッダ形成部材の前後流体流通用筒部同士を連絡する連絡通路が設けられていることを特徴としている。
本発明の熱交換器において、各プレートの前後流体流路形成用凹部内に複数の流路分割用凸条が鍛造または切削加工により設けられ、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されるが、これにはいくつかの態様がある。
まず、分割用凸条の第１の態様は、各プレートの前後流体流路形成用凹部内に複数の流路分割用凸条が鍛造または切削加工により設けられ、２枚１組のプレート同士が凹部を対向させた重ね合わせ状態において、相互に対向する流路分割用凸条の先端部同士が接合されて、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されている。
つぎに、分割用凸条の第２の態様は、各プレートの前後流体流路形成用凹部に、凹部の深さの２倍の高さを有する複数の前後流路分割用凸条が、２枚１組のプレート同士が凹部を対向させた重ね合わせ状態において交互に位置するように鍛造または切削加工により設けられ、２種類のプレートの重ね合わせ状態において、前後両流路分割用凸条の先端部が、これらに対向するプレートの流体流路形成用凹部の底壁の平坦面に接合されて、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されている。
また、分割用凸条の第３の態様は、各プレートの前後両流体流路形成用凹部のうちの一方に、凹部の深さの２倍の高さを有する複数の流路分割用凸条が鍛造または切削加工により設けられ、前後両流体流路形成用凹部のうちの他方の凹部の底壁は、流路分割用凸条を有していない平坦面となされており、２枚１組のプレート同士が凹部を対向させた重ね合わせ状態において、流路分割用凸条の先端部が、これらに対向するプレートの流体流路形成用凹部の底壁の平坦面に接合されて、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されている。
また、本発明の熱交換器において、２枚１組のプレートのうちの一方を、フラットプレートに置き換えても良い。
すなわち、周縁部に片面側に突出した周縁部凸条が、幅中央部に同片面側に突出しかつ上下方向にのびている中央部凸条が、それぞれ鍛造または切削加工により設けられて、周縁部凸条の内側に中央部凸条の前後両側の流体流路形成用凹部が形成され、かつ前後両流体流路形成用凹部の上下両端部にそれぞれ貫通孔が設けられるとともに、他面が平坦面となされている凸条付きプレートと、該プレートと同形同大の外形を有するとともに、上記流体出入口用貫通孔に対応する流体出入口用貫通孔が設けられているフラットプレートとが重ね合わせられ、凸条付きプレートの周縁部凸条の先端部がフラットプレートの周縁部に接合されるとともに、凸条付きプレートの中央部凸条の先端部がフラットプレートの対応する中央部分の平坦面に接合されて、内部に前後両流体流路を有する偏平管が形成され、複数の偏平管が並列状に配置されるとともに、隣り合う偏平管の上端部同士および下端部同士の間に、プレートの貫通孔にそれぞれ通じる前後一対の流体流通用筒部およびこれらの中間の連結部よりなる上下ヘッダ形成部材がそれぞれ介在され、偏平管の上端部同士および下端部同士に連通する上下ヘッダ部がそれぞれ形成され、隣り合う偏平管の上端部同士および下端部同士の間に介在された上下ヘッダ形成部材のうちのいずれか一方のヘッダ形成部材の中間連結部に、該ヘッダ形成部材の前後流体流通用筒部同士を連絡する連絡通路が設けられている。
上記のフラットプレートを用いた熱交換器において、凸条付きプレートの前後流体流路形成用凹部内に複数の流路分割用凸条が鍛造または切削加工により設けられ、凸条付きプレートとフラットプレートの重ね合わせ状態において、凸条付きプレートの流路分割用凸条の先端部がフラットプレートの対応部分の平坦面に接合されて、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されている。
上記の熱交換器において、隣り合う偏平管の端部同士の間に介在されたヘッダ形成部材の前後流体流通用筒部の左右両端面が、これらに対向する偏平管のプレートの平坦な他面部分に接合されている。
また、上記の熱交換器において、各プレート端部の流体出入口用貫通孔のそれぞれ縁部に、ヘッダ形成部材を仮止めするための仮止め用突起が設けられているのが、好ましい。
また、上記本発明の熱交換器においては、各プレートの流路分割用凸条に複数の切欠きが設けられて、偏平管内部の隣り合う分割流体通路同士が切欠き部分において互いに連通せしめられているのが、好ましい。
また上記本発明のすべての熱交換器においては、並列状に配置された偏平管の相互に隣り合う偏平管同士の間にフィンが介在され、フィンの左右両側縁部が偏平管のプレートの平坦な他面部分に接合されている。
本発明によるカー・エアコンは、上記の熱交換器を用いているものである。
本発明による自動車は、上記の熱交換器を備えているものである。
本発明の熱交換器によれば、熱交換器に使用するプレートを、従来のプレス成形品を用いることなく、片面に鍛造あるいは切削加工等により設けた凹凸条を有するものとするとともに、ヘッダ形成部材をプレートとは別物により構成して、ヘッダ部を形成することにより、偏平管の前後方向の幅を狭くし、偏平管の薄肉化（薄層化）を果すことができるとともに、伝熱面積を増大することができて、伝熱効率を良くし、熱交換性能を大幅に向上し得るという効果を奏する。
つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
この明細書において、前後、左右、および上下は図２を基準とし、前とは図２の左側、後とは同右側をいゝ、また左とは同図図面紙葉の表側、右とは同裏側をいゝ、上とは同図上側、下とは同下側をいうものとする。
なお、図面は、本発明による熱交換器をカー・エアコン用エバポレータに適用した場合を示すものである。
図１〜図６は、本発明による熱交換器の１つの実施形態を示すものである。エバポレータに使用される熱交換器（１）は、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）製であり、エバポレータ（１）の上下両側にヘッダ部（５７）（５８）が設けられている。
同図を参照すると、アルミニウム板よりなる略方形のプレート（２）の周縁部に片面側に突出した周縁部凸条（３）が設けられるとともに、幅中央部に同片面側に突出しかつ上下方向にのびている中央部凸条（４）が設けられて、周縁部凸条（３）の内側に中央部凸条（４）の前後両側の冷媒流路形成用凹部（６ａ）（６ｂ）が形成され、かつ前後両冷媒流路形成用凹部（６ａ）（６ｂ）の上下両端部にそれぞれ貫通孔（１０）（１０）が設けられるとともに、前後両冷媒流路形成用凹部（６ａ）（６ｂ）内に該凹部（６ａ）（６ｂ）の略全長にわたる直線状の流路分割用凸条（５）が設けられている。
ここで、各プレート（２）は、鍛造あるいは切削加工等によりつくられている。そして、上記プレート（２）が、２枚１組ずつ互いに前後両冷媒流路形成用凹部（６ａ）（６ｂ）同士を対向させた状態に重ね合わせられ、両プレート（２）（２）の互いに対向する周縁部凸条（３）（３）の先端部同士、中央部凸条（４）（４）の先端部同士および流路分割用凸条（５）（５）の先端部同士が接合されて、偏平管（１２）が形成されるとともに、偏平管（１２）の内部に並列状の分割冷媒通路（７）が形成されている。
所要数の偏平管（１２）が並列状に配置されるとともに、隣り合う偏平管（１２）（１２）の上端部同士および下端部同士の間に、プレート（２）の貫通孔（１０）（１０）にそれぞれ通じる前後一対の冷媒流通用筒部（５３）（５３）（５４）（５４）およびこれらの中間の連結部（５５）（５６）よりなるいわゆるメガネ型の上下ヘッダ形成部材（５１）（５２）がそれぞれ介在されている。
図２、図５、図６に詳しく示すように、プレート（２）の上下両端部に設けられた前後一対の貫通孔（１０）（１０）のうち、プレート（２）上端部の前後一対の貫通孔（１０ａ）（１０ａ）はそれぞれ水平方向に長い長円形を有しており、これらに対応するように、偏平管（１２）（１２）の上端部同士の間に介在された上側ヘッダ形成部材（５１）の前後両冷媒流通用筒部（５３）（５３）は、同様に水平方向に長い長円形の横断面を有している。これに対し、プレート（２）下端部の前後一対の貫通孔（１０ｂ）（１０ｂ）は前方下向きおよび後方下向きに傾斜した長円形を有しており、これらに対応するように、偏平管（１２）（１２）の下端部同士の間に介在された下側ヘッダ形成部材（５２）の前後両冷媒流通用筒部（５４）（５４）は、同様に前方下向きおよび後方下向きに傾斜した長円形の横断面を有している。
図５と図６に示すように、上下ヘッダ形成部材（５１）（５２）の前後冷媒流通用筒部（５３）（５３）（５４）（５４）の左右両端面が、これらに対向する偏平管（１２）（１２）のプレートの平坦な他面部分に接合されて、偏平管（１２）（１２）の上端部同士および下端部同士に連通する上下ヘッダ部（５７）（５８）がそれぞれ形成されている。
上下両ヘッダ部（５７）（５８）同士の中間において隣り合う偏平管（１２）（１２）同士の間に、空気との熱交換を行なう波形ルーバフィン（２４）が介在され、波形ルーバフィン（２４）の左右両側縁部が偏平管（１２）（１２）のプレート（２）（２）の平坦な他面部分に接合されている。
なお、空気との熱交換を行なう波形ルーバフィン（２４）は、折曲げ加工と同時に熱伝達を向上させるルーバが成形されたものである。
また、このエバポレータ（１）においては、隣り合う偏平管（１２）（１２）の上端部同士および下端部同士の間に介在された上下ヘッダ形成部材（５１）（５２）のうち、下方のヘッダ形成部材（５２）の中間連結部（５６）の左右両側に、該ヘッダ形成部材（５２）の前後冷媒流通用筒部（５４）（５４）同士を連絡する連絡通路（５９）（５９）が設けられている。
なお、本発明の熱交換器において、プレート（２）の幅は、例えば１０〜４０ｍｍ、プレート（２）厚さは、例えば０．２５〜１．０ｍｍである。
またプレート（２）の周縁部凸条（３）の厚さは、例えば０．２５〜１．０ｍｍ、同幅は、例えば０．５〜２．０ｍｍである。プレート（２）の中央部凸条（４）の厚さは、例えば０．２５〜１．０ｍｍ、同幅は、例えば０．５〜２．０ｍｍである。プレート（２）の各流路分割用凸条（５）の厚さは、例えば０．２５〜１．０ｍｍ、同幅は、例えば０．２５〜１．０ｍｍである。
なお、各プレート（２）の片面、望ましくは内外両面に、ろう材が予め貼り合わせてられたクラッド材を用いることにより、これらの構成部品を簡単に接合することが可能である。
各プレート（２）上端部の冷媒出入口用貫通孔（１０）（１０）のそれぞれ中央部下縁には、ヘッダ形成部材（５１）（５２）を仮止めするための仮止め用突起（図示略）が設けられ、ろう付けの際、これらの仮止め用突起によりヘッダ形成部材（５１）（５２）の移動を防止することができる。
また、図１、図５、図６に示すように、エバポレータ（１）の左右両端部には、一対のサイドプレート（２５）（２５）が配置されており、これらのうち左側サイドプレート（２５）の上端部に、出入口パイプ接続用ブロック（２７）が接合一体化されて取り付けられ、サイドプレート（２５）の上端部にあけられた前後一対の貫通孔（２６）（２６）と、出入口パイプ接続用ブロック（２７）にあけられた前後一対の貫通孔（２８）（２８）とが互いに連通せしめられるとともに、サイドプレート（２５）上端部の貫通孔（２６）（２６）を介してメガネ型のヘッダ形成部材（５１）（５２）の前後冷媒流通用筒部（５３）（５３）とが相互に連通せしめられるものである。
なお、サイドプレート（２５）は、出入口パイプ接続用ブロック（２７）が、エバポレータ（１）の左右外端部のプレート（２）に直接取り付けられる場合には、不要となる。
上記のエバポレータ構成部材が組み合わせされた後、ろう付けにより一体に接合されることにより、エバポレータ（１）の基本部分を構成する。
なお、上記において、ろう付けは、真空中で行なわれる真空ブレージング法、あるいはフッ素系フラックスを用いた炉中ブレージング法が適用される。
ここで、上記ヘッダ形成部材（５１）（５２）およびサイドプレート（２５）としては、比較的高強度の材料を使用されることが、対圧力的に望ましく、マグネシウムを添加したアルミニウム合金材料を使用するのが特に好ましい。
また、フッ素系フラックスを使用した接合においては、望ましくはマグネシウムの含有量が０．４％以下のアルミニウム合金製の材料を用いることにより、接合性と強度の改善を果すことができるので、好ましい。
なお、プレート（２）と波形フィン（２４）との接合面は、ほゞ平坦であるため、波形フィン（２４）と偏平管（１２）とは１００％に近い接合状態となり、偏平管（１２）の回路内部から波形フィン（２４）への熱交換は高い効率となる。
また、ヘッダ部（５７）（５８）を構成するヘッダ形成部材（５１）（５２）は、２つの冷媒通路を持った概略メガネ型の断面を有し、一方には、入口冷媒、他方には、出口冷媒を集合あるいは分散させる機能を有している。
本発明の熱交換器がエバポレータ（１）として使用された場合、冷媒は、液とガスの混合状態で各偏平管（１２）内に導入される。このとき、液冷媒は、ガスに比べて密度が高く、流れの慣性力を受けやすい。液冷媒の流れは、ガスに比べて直進性が高いといえる。このため、液冷媒は、入口ヘッダ部から遠いヘッダ端に多くの冷媒が集まりやすい傾向にある。液冷媒の偏流は、各部の蒸発潜熱のアンバランスとなり、性能低下の大きな原因となる。これを防止する方法として、ヘッダ部内に偏平管（１２）を突き出し、いわゆる邪魔板として、液冷媒の直進性を減少させることが効果がある。
本発明では、偏平管（１２）の入口側の貫通孔（１０）の高さ（ｂ1）を、ヘッダ形成部材（５１）（５２）の冷媒流通用筒部（５３）（５４）の内径（ｂ2）より小さくするなど、邪魔板の構造をとることが容易にできる。あるいはまた、一箇所あるいは複数箇所において、メガネ型ヘッダ形成部材（５１）（５２）の冷媒流通用筒部（５３）（５４）の断面積を小さくし、流れの断面積を変えることも、邪魔板としての効果がある。
これらの操作により、液冷媒は、ヘッダ部（５７）（５８）内での直進性を低下せしめられ、各偏平管（１２）への分岐が均等となるため、高い熱交換性能が得られるものである。
本発明による上記エバポレータ（１）におけるヘッダ部（５７）（５８）内での偏平管（１２）の飛び出し割合を、
（ｂ2−ｂ1）／ｂ2 と定義すると、
｛式中、ｂ1：偏平管（１２）の入口側の貫通孔（１０）の高さ、ｂ2：ヘッダ形成部材（５１）（５２）の冷媒流通用筒部（５３）（５４）の内径を表わす｝
飛び出し割合は１０〜６０％が好適範囲となる。ここで、飛び出し割合が１０％未満であれば、邪魔板としての効果が無くなり、偏流が起こりやすく、また飛び出し割合が６０％を越えると、ヘッダ部（５７）（５８）内での流通抵抗が増大し、かえって性能が低下する。
上記エバポレータ（１）においては、出入口パイプ接続用ブロック（２７）にあけられた一方の入口側貫通孔（２８）より各上部ヘッダ形成部材（５１）の前側上部ヘッダ部（５７）を構成する前側冷媒流通用筒部（５３）内に導入された冷媒は、同ヘッダ部（５７）から各偏平管（１２）の冷媒通路（８）の前側上端部に流入し、さらに直線状の分割冷媒通路（７）内を流下して、同冷媒通路（８）の前側下端部に至り、そこから各下部ヘッダ形成部材（５２）の前側下部ヘッダ部（５８）を構成する前側冷媒流通用筒部（５４）内に一旦流入し、そこで下部ヘッダ形成部材（５２）内の連絡通路（５９）（５９）を通って後側下部ヘッダ部（５８）を構成する後側冷媒流通用筒部（５４）内に流入する。そして、冷媒は、各偏平管（１２）の冷媒通路（８）の後側下端部に流入し、さらに直線状の分割冷媒通路（７）内を上昇して、同冷媒通路（８）の後側上端部に至り、各上部ヘッダ形成部材（５１）の後側上部ヘッダ部（５７）を構成する後側冷媒流通用筒部（５３）を通って、出入口パイプ接続用ブロック（２７）の他方の出口側貫通孔（２８）より外部に流出されるものである。
一方、空気は、前方から後方に向かって流されて、エバポレータ（１）の隣り合う偏平管（２）（２）同士の間、偏平管（１２）とエンドプレート（２５）との間の波形ルーバフィン（２４）の存在する間隙を通過し、偏平管（１２）の壁面、エンドプレート（２５）、および波形ルーバフィン（２４）を介して、空気と冷媒とが効率よく熱交換せられるものである。
上記のエバポレータ（１）によれば、エバポレータ（１）に使用するプレート（２）を、従来のプレス成形品を用いることなく、片面に鍛造あるいは切削加工等により設けた凹凸条を有するものとするとともに、ヘッダ形成部材をプレートとは別物により構成して、上下ヘッダ部（５７）（５８）を形成することにより、偏平管（１２）の前後方向の幅を狭くし、偏平管（１２）の薄肉化（薄層化）を果すことができるとともに、伝熱面積を増大することができて、伝熱効率を良くし、熱交換性能を大幅に向上し得るものである。
なお、このエバポレータ（１）において、偏平管（１２）（１２）の下端部同士の間に介在された下側ヘッダ形成部材（５２）の前後両冷媒流通用筒部（５４）（５４）が、前方下向きおよび後方下向きに傾斜した長円形の横断面を有しているのは、エバポレータ（１）の使用時に、エバポレータ（１）の外面に形成される結露水（凝縮水）の排出がスムーズに行なわれるように配慮したものである。
また上記エバポレータ（１）において、図示の場合とは逆に、隣り合う偏平管（１２）（１２）の上端部同士および下端部同士の間に介在された上下ヘッダ形成部材（５１）（５２）のうち、上方のヘッダ形成部材（５１）の中間連結部（５５）の左右両側に、該ヘッダ形成部材（５１）の前後冷媒流通用筒部（５３）（５３）同士を連絡する連絡通路（５９）（５９）が設けられ、冷媒が図示の場合と反対方向に流れるようにすることもある。
ところで、図７〜図９に詳しく示すように、各偏平管（１２）の一対のプレート（２）（２）の周縁部凸条（３）（３）の内面にテーパー面が設けられるとともに、中央部凸条（４）（４）の内面にテーパー面が設けられ、さらに各流路分割用凸条（５）（５）の内面にテーパー面が設けられていて、偏平管（１２）内部の冷媒通路（８）に形成された複数の分割冷媒通路（７）の断面は、略六角形状になっているのが、とくに好ましい。これは、液冷媒を偏平管（１２）の冷媒通路（８）内の表面に薄く伸ばすことが、伝熱的に有利であるためである。
なお、偏平管（１２）内部の冷媒通路（８）に形成された複数の分割冷媒通路（７）のうち、周縁部凸条（３）と流路分割用凸条（５）との間の分割冷媒通路（７ａ）の断面は、幅広の六角形となされ、流路分割用凸条（５）（５）同士の間の分割冷媒通路（７ｂ）の断面は、幅狭の六角形となされている。
これに対し、例えば図４に示すように、各偏平管（１２）内部の冷媒通路（８）に形成された複数の分割冷媒通路（７）の断面が、四角形である場合には、冷媒側の表面積を増やすため、回路幅を小さくした場合、液冷媒は、偏平管（１２）壁面のコーナーに集まりやすい。この理由は、速い速度で流れるガスに対し、流速の遅い液冷媒は、通路端部に押しやられるためである。蒸発に必要な液冷媒が端部に押しやられた結果、偏平管（１２）内の周縁部凸条（３）（３）、中央部凸条（４）（４）、および流路分割用凸条（５）（５）のそれぞれ内壁面には、液冷媒が付着せず、有効な伝熱が得られないため、希望した性能に到達できない。
上記図８に示すように、分割冷媒通路（７）の断面が略六角形状になることにより、液冷媒は、各冷媒通路（７）の中間部にあるくぼみ部に最も集まりやすくなり、偏平管（１２）の一対のプレート（２）（２）の周縁部凸条（３）（３）のテーパー面、中央部凸条（４）（４）のテーパー面、各流路分割用凸条（５）（５）のテーパー面に、液冷媒が付着して有効な伝熱が得られ、これらの凸条が内部フィンとして有効に作用し、伝熱性能が向上する。この結果、冷媒通路（７）内部の伝熱部は有効部分が増加し、快適な空気の冷却が行なわれる。
しかしながら、本発明のエバポレータ（１）においては、上記図４および図８の実施形態のいずれでも良い。というのは、冷媒体が流通する通路の全幅と、波形フィン（２４）との接触幅が同じとなるため、従来の熱交換器に比べて、高い熱交換率が得られるからである。
なお、例えば図１０に示すように、偏平管（１２）における冷媒の熱伝達を改善するために、各プレート（２）の流路分割用凸条（５）に複数の切欠き（１５）が所定間隔おきにかつ相互に隣り合うもの同士千鳥状配置となるように設けられて、偏平管（１２）内部の隣り合う分割冷媒通路（７）（７）同士が切欠き（１５）部分において互いに連通せしめられるのが、好ましい。
あるいはまた、例えば図１１と図１２に示すように、上記偏平管（１２）において、冷媒の流れに乱流を起こし、伝熱性を改善するために乱流促進体（突起）（１６）を千鳥状配置に設けると良い。
図１３は、本発明のエバポレータ（１）に用いるプレート（２）の流路分割用凸条（５）のいま１つの変形例を示すもので、各プレート（２）の冷媒流路形成用凹部（６）に設けられる流路分割用凸条（５ａ）（５ｂ）の形状および配置が図２〜図４に示された流路分割用凸条（５）と異なり、かつ各プレート（２）の流路分割用凸条（５ａ）（５ｂ）の先端部が、これらに対向するプレート（２）の冷媒流路形成用凹部（６）の底壁の平坦面に接合される点が異なっている。
同図を参照すると、エバポレータ（１）の各プレート（２）の周縁部に片面側に突出した周縁部凸条（３）が設けられるとともに、幅中央部に同片面側に突出しかつ上下方向にのびている中央部凸条（４）が設けられ、各プレート（２）の冷媒流路形成用凹部（６）に、凹部（６）の深さの２倍の高さを有する多数の前後流路分割用凸条（５ａ）（５ｂ）が、これらのプレート（２ａ）（２ｂ）同士の重ね合わせ状態において所定間隔おきに交互に位置するように設けられている。
そして、これら両プレート（２ａ）（２ｂ）の重ね合わせ状態において、相互に対向する中央部凸条（４）（４）同士および同プレート周縁部凸条（３）（３）同士が相互に突き合わせられて接合されるとともに、両プレート（２ａ）（２ｂ）の流路分割用凸条（５ａ）（５ｂ）の先端部が、これらに対向するプレート（２ａ）（２ｂ）の冷媒流路形成用凹部（６）（６）の底壁の平坦面に接合されて、冷媒流路（８）内に、流路分割用凸条（５ａ）（５ｂ）によって分割された並列状の分割冷媒流路（７）を有する偏平管部（１２）が形成されている。
上記２種類のプレート（２ａ）（２ｂ）を用いたエバポレータ（１）によれば、両プレート（２ａ）（２ｂ）の流路分割用凸条（５ａ）（５ｂ）が、これらのプレート（２ａ）（２ｂ）同士の重ね合わせ状態において所定間隔おきに交互に位置するように設けられているから、各プレート（２ａ）（２ｂ）に鍛造あるいは切削加工等により形成する流路分割用凸条（５ａ）（５ｂ）の数が少なくてすむとともに、各プレート（２ａ）（２ｂ）の凸条（５ａ）（５ｂ）同士の間の間隔が広く、従ってプレート（２ａ）（２ｂ）の製造が容易であるという利点がある。
図１４は、本発明のエバポレータ（１）に用いるプレート（２）のさらにいま１つの変形例を示すもので、例えば、冷媒流路形成用凹部（６）の後半部のみに多数の直線状の流路分割用凸条（５）が設けられ、同凹部（６）の前半部に直線状の流路分割用凸条（５）が全く設けられておらず平坦面となされているプレート（２）を用いることができ、この場合には、各プレート（２）の直線状の流路分割用凸条（５）の先端部が、これらに対向するプレート（２）の冷媒流路形成用凹部（６）の底壁の平坦面に接合されている。
図１５は、上記本発明のエバポレータ（１）において、２枚１組のプレートのうちの一方を、フラットプレートに置き換えた場合を示すものである。
すなわち、フラットプレート（２ａ）は、冷媒流路形成用凹部や流路分割用凸条が設けられておらず、平坦面であるが、上記凸条付きプレート（２ｂ）と同じ外形を有しており、フラットプレート（２ａ）の上端部の幅中央部には、正面よりみて切込み部が設けられている。またフラットプレート（２ａ）の上端部の前後両側部には、冷媒出入口用貫通孔が設けられている（図示略）。
そして、上記フラットプレート（２ａ）と凸条付きプレート（２ｂ）とが、１組ずつ対向状に重ね合わせられ、凸条付きプレート（２ｂ）の周縁部凸条（３）の先端部がフラットプレート（２ａ）の周縁部の平坦面に、中央部凸条（４）の先端部がフラットプレート（２ａ）の中央部の平坦面に、および流路分割用凸条（５）の先端部がフラットプレート（２ａ）のそれぞれ対応部分の平坦面に接合されて、冷媒通路（８）を有する偏平管（１２）が形成されるとともに、偏平管（１２）内部の冷媒通路（８）に複数の分割冷媒通路（７）が形成されている。
なお、上記フラットプレート（２ａ）を用いたエバポレータ（１）において、凸条付きプレート（２ｂ）が鍛造あるいは切削加工等によりつくられているなどのその他の点は、上記の場合と同様である。
上記エバポレータ（１）によれば、周縁部凸条（３）、中央部凸条（４）、および流路分割用凸条（５）を有する凸条付きプレート（２ｂ）に対して同じ外形を有するフラットプレート（２ａ）を使用しているから、鍛造あるいは切削加工等により形成した凸条付きプレート（２ｂ）の使用枚数が半分ですみ、従ってエバポレータ（１）の製造が容易であるという利点がある。
なお、上記実施形態においては、本発明による熱交換器（１）を、カー・エアコン用エバポレータに適用した場合について説明したが、本発明は、自動車用あるいは産業用の熱交換器、例えばエバポレータ、コンデンサ、オイルクーラ、インタークーラ、ヒーターコア等に適用可能である。
例えば本発明の熱交換器（１）を、暖房装置のヒータ用熱交換器として使用する場合は、流体が流通する通路の全幅と、放熱用フィン（２４）との接触幅が同じとなるため、効率の良い熱交換が得られる。また、内部流体は空気と対向流とすることができ、温度効率がアップするため、高い熱交換率が得られ、小型化が達成される。
本発明の熱交換器の実施形態を示す斜視図である。 図１の熱交換器のプレートの拡大正面図である。 同プレートの部分拡大斜視図である。 図１の熱交換器の偏平管部分の拡大横断面図である。 同熱交換器の上端部分の拡大分解斜視図である。 同熱交換器の下端部分の拡大分解斜視図である。 図２のプレートの分割用凸条の変形例を示す部分拡大斜視図である。 図７のプレートを用いた熱交換器の偏平管部分の拡大横断面図である。 図７のプレートを用いた熱交換器の部分拡大斜視図である。 図２のプレートの分割用凸条のいま１つの変形例を示す部分拡大斜視図である。 図２のプレートの変形例を示す部分拡大斜視図である。 図１１のプレートを用いた熱交換器の偏平管部分の拡大横断面図である。 図２のいま１つの変形例を示すプレートを用いた熱交換器の偏平管部分の拡大横断面図である。 図２のさらにいま１つの変形例を示すプレートを用いた熱交換器の偏平管部分の拡大横断面図である。 図２の別の変形例を示すプレートを用いた熱交換器の偏平管部分の拡大横断面図である。 従来の熱交換器の例を示す偏平管部分の拡大横断面図である。
符号の説明
１ ：エバポレータ（熱交換器）
２ ：プレート
２ａ：プレート
２ｂ：プレート
３ ：周縁部凸条
４ ：中央部凸条
５ ：流路分割用凸条
６ ：冷媒流路形成用凹部（流体流路形成用凹部）
７ ：分割冷媒通路（分割流体通路）
８ ：冷媒通路（流体通路）
１０：貫通孔
１２：偏平管
１５：切欠き
２４：波形フィン
５１：上側ヘッダ形成部材
５２：下側ヘッダ形成部材
５３：冷媒流通用筒部（流体流通用筒部）
５４：冷媒流通用筒部（流体流通用筒部）
５５：連結部
５６：連結部
５７：上側ヘッダ部
５８：下側ヘッダ部
５９：連絡通路

Claims (12)

  1. 周縁部に片面側に突出した周縁部凸条が、幅中央部に同片面側に突出しかつ上下方向にのびている中央部凸条が、それぞれ鍛造または切削加工により設けられて、周縁部凸条の内側に中央部凸条の前後両側の流体流路形成用凹部が形成され、かつ前後両流体流路形成用凹部の上下両端部にそれぞれ貫通孔が設けられるとともに、他面が平坦面となされているプレートが、２枚１組ずつ互いに前後両流体流路形成用凹部同士を対向させた状態に重ね合わせられ、両プレートの互いに対向する周縁部凸条の先端部同士、および中央部凸条の先端部同士が接合されて、内部に前後両流体流路を有する偏平管が形成され、複数の偏平管が並列状に配置されるとともに、隣り合う偏平管の上端部同士および下端部同士の間に、プレートの貫通孔にそれぞれ通じる前後一対の流体流通用筒部およびこれらの中間の連結部よりなる上下ヘッダ形成部材がそれぞれ介在されて、偏平管の上端部同士および下端部同士に連通する上下ヘッダ部がそれぞれ形成され、隣り合う偏平管の上端部同士および下端部同士の間に介在された上下ヘッダ形成部材のうちのいずれか一方のヘッダ形成部材の中間連結部に、該ヘッダ形成部材の前後流体流通用筒部同士を連絡する連絡通路が設けられている、熱交換器。
  2. 各プレートの前後流体流路形成用凹部内に複数の流路分割用凸条が鍛造または切削加工により設けられ、２枚１組のプレート同士が凹部を対向させた重ね合わせ状態において、相互に対向する流路分割用凸条の先端部同士が接合されて、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 各プレートの前後流体流路形成用凹部に、凹部の深さの２倍の高さを有する複数の前後流路分割用凸条が、２枚１組のプレート同士が凹部を対向させた重ね合わせ状態において交互に位置するように鍛造または切削加工により設けられ、２種類のプレートの重ね合わせ状態において、前後両流路分割用凸条の先端部が、これらに対向するプレートの流体流路形成用凹部の底壁の平坦面に接合されて、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
  4. 各プレートの前後両流体流路形成用凹部のうちの一方に、凹部の深さの２倍の高さを有する複数の流路分割用凸条が鍛造または切削加工により設けられ、前後両流体流路形成用凹部のうちの他方の凹部の底壁は、流路分割用凸条を有していない平坦面となされており、２枚１組のプレート同士が凹部を対向させた重ね合わせ状態において、流路分割用凸条の先端部が、これらに対向するプレートの流体流路形成用凹部の底壁の平坦面に接合されて、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
  5. 周縁部に片面側に突出した周縁部凸条が、幅中央部に同片面側に突出しかつ上下方向にのびている中央部凸条が、それぞれ鍛造または切削加工により設けられて、周縁部凸条の内側に中央部凸条の前後両側の流体流路形成用凹部が形成され、かつ前後両流体流路形成用凹部の上下両端部にそれぞれ貫通孔が設けられるとともに、他面が平坦面となされている凸条付きプレートと、該プレートと同形同大の外形を有するとともに、上記流体出入口用貫通孔に対応する流体出入口用貫通孔が設けられているフラットプレートとが重ね合わせられ、凸条付きプレートの周縁部凸条の先端部がフラットプレートの周縁部に接合されるとともに、凸条付きプレートの中央部凸条の先端部がフラットプレートの対応する中央部分の平坦面に接合されて、内部に前後両流体流路を有する偏平管が形成され、複数の偏平管が並列状に配置されるとともに、隣り合う偏平管の上端部同士および下端部同士の間に、プレートの貫通孔にそれぞれ通じる前後一対の流体流通用筒部およびこれらの中間の連結部よりなる上下ヘッダ形成部材がそれぞれ介在され、偏平管の上端部同士および下端部同士に連通する上下ヘッダ部がそれぞれ形成され、隣り合う偏平管の上端部同士および下端部同士の間に介在された上下ヘッダ形成部材のうちのいずれか一方のヘッダ形成部材の中間連結部に、該ヘッダ形成部材の前後流体流通用筒部同士を連絡する連絡通路が設けられている、熱交換器。
  6. 凸条付きプレートの前後流体流路形成用凹部内に複数の流路分割用凸条が鍛造または切削加工により設けられ、凸条付きプレートとフラットプレートの重ね合わせ 状態において、凸条付きプレートの流路分割用凸条の先端部がフラットプレートの対応部分の平坦面に接合されて、偏平管内部の前後流体流路に複数の分割流体通路が形成されている、請求項５に記載の熱交換器。
  7. 隣り合う偏平管の端部同士の間に介在されたヘッダ形成部材の前後流体流通用筒部の左右両端面が、これらに対向する偏平管のプレートの平坦な他面部分に接合されている、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の熱交換器。
  8. 各プレート端部の流体出入口用貫通孔のそれぞれ縁部に、ヘッダ形成部材を仮止めするための仮止め用突起が設けられている、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の熱交換器。
  9. 各プレートの流路分割用凸条に複数の切欠きが設けられて、偏平管内部の隣り合う分割流体通路同士が切欠き部分において互いに連通せしめられている、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の熱交換器。
  10. 並列状に配置された偏平管の相互に隣り合う偏平管同士の間にフィンが介在され、フィンの左右両側縁部が偏平管のプレートの平坦な他面部分に接合されている、請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の熱交換器。
  11. 請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の熱交換器を用いたことを特徴とする、カー・エアコン。
  12. 請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の熱交換器を備えたことを特徴とする、自動車。
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