JP6790687B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
図1には、本発明の一実施形態に係る熱交換器の概要が示されている。熱交換器10は、矢印AFで概念的に示された空気流が通過する複数のアルミニウム製フィン20と、複数のアルミニウム製フィン20に対して直交するように嵌め込まれた複数のアルミニウム製扁平多穴管30と、複数のアルミニウム製扁平多穴管30の両端部に配置されてアルミニウム製扁平多穴管30に接続されたアルミニウム製第1ヘッダ集合管11及びアルミニウム製第2ヘッダ集合管12とを備えている。
図2に示されているように、1つのアルミニウム製扁平多穴管30の中には、複数の穴31が形成されている。図2に示されたアルミニウム製扁平多穴管30においては、それぞれ10個の穴31が形成されている。冷媒の流路である複数の穴31は、アルミニウム製扁平多穴管30の管軸方向(図1に矢印Ar1で示された方向)に沿って第1ヘッダ集合管11から第2ヘッダ集合管12に延びている。つまり、図2には、管軸方向にアルミニウム製扁平多穴管30の断面が示されている。アルミニウム製扁平多穴管30は、管軸方向に垂直に切断した断面表面において、空気の流れる方向(図2の矢印Ar2の方向)に長く延びている。この矢印Ar2の方向を幅方向と呼び、矢印Ar2に対して垂直な矢印Ar3の方向を厚み方向と呼ぶ。複数の穴31は、幅方向に沿って一列に並んでいる。アルミニウム製扁平多穴管30の外表面においては、幅方向と管軸方向に実質的な平面領域が広がっている。1つのアルミニウム製扁平多穴管30において、2つの平面領域に接着膜40が形成されている。アルミニウム製扁平多穴管30は、接着膜40によってアルミニウム製フィン20と接着されている。従って、アルミニウム製扁平多穴管30は、接着膜40を介してアルミニウム製フィン20と熱的に接続されている。
図3には、アルミニウム製扁平多穴管30をアルミニウム製フィン20に差し込んでいる途中の状態が示されている。アルミニウム製フィン20には、熱交換器10の組み立て時に、硬化して接着膜40を形成する前の接着剤90が塗布されたアルミニウム製扁平多穴管30が差し込まれる切欠き21が形成されている。切欠き21の短手方向の長さL1は、例えば、アルミニウム製扁平多穴管30の厚み方向の長さL2と同程度に設定される。例えば、L1≦L2で設計される。
接着膜40を形成するために用いられるのは、例えば、高熱伝導性接着剤である。接着膜40は、樹脂41を含んでいる。接着膜40が含む樹脂41は、例えば熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂は、例えばエポキシ基で架橋して硬化させる熱硬化性樹脂であり、例えばエポキシ樹脂である。高熱伝導性接着剤は、熱硬化性樹脂以外に、熱伝導性フィラーを含んでいる。従って、高熱伝導性接着剤を用いて形成される接着膜40は、熱伝導性フィラー42を含んでいる(図5参照)。熱伝導性フィラー42は、接着膜40が含んでいる樹脂41よりも熱伝導性の高い材料である。樹脂よりも熱伝導性の高い材料は、例えば金属粉又はセラミック粉末である。アルミニウム製フィン20とアルミニウム製扁平多穴管30を接着するので、熱伝導性フィラー42としてはアルミニウムと化学反応しないものを用いることが好ましい。金属粉としては例えばアルミニウム粉末又はニッケル粉末を用いることができ、セラミック粉末としては例えば酸化アルミニウム粉末、窒化アルミニウム粉末又は窒化珪素粉末を用いることができる。
(2−1)変形例A
上記実施形態の立上部23は、アルミニウム製扁平多穴管30から先端部23aまでの高さd3が、図7に示されているアルミニウム製フィン20Aのように低いものとすることもできる。図7に示されている立上部23Aが隣接するアルミニウム製フィン20Aの本体22に当接しない場合には、他の部分でフィンピッチPtを決めるようにしてもよい。その場合には、立上部23Aの高さ寸法H1は、フィンピッチPtよりも小さくなる。
上記実施形態の立上部23及び変形例Aの立上部23Aは、管軸方向に沿う断面表面がアルミニウム製扁平多穴管30に向かって凸の曲線を描いている。しかし、図8及び図9に示されているアルミニウム製フィン20B,20Cの立上部23B,23Cのように直線状の部分を持っていてもよい。図8に示されている立上部23Bは、本体22の近傍で折り曲げ、立上部23Bの断面表面CS3の多くの部分は頂部24の側で実質的に直線状に傾いている。アルミニウム製フィン20Bの最近接点NPの両側の断面表面CS3,CS4は互いに反対に傾いている。図9において、アルミニウム製フィン20Cの最近接点NPの両側の断面表面CS5,CS6は実質的に直線状に互いに反対に傾いている。
上記実施形態では、アルミニウム製多穴管として、アルミニウム製扁平多穴管30を例に挙げて説明した。しかし、アルミニウム製多穴管は、アルミニウム製扁平多穴管に限られるものではなく、例えば、円形の多穴管であってもよい。
(3−1)
立上部23,23A,23B,23Cは、アルミニウム製扁平多穴管30(アルミニウム製多穴管の例)の管軸方向に沿う断面表面においてアルミニウム製扁平多穴管30と最も接近する最近接点NPを有している。立上部23の最近接点NPの両側の断面表面CS1と断面表面CS2が互いに反対向きに傾いている。同様に、立上部23B,23Cの最近接点NPの両側の断面表面CS3,CS5と断面表面CS4,CS6が互いに反対向きに傾いている。立上部23,23A,23B,23Cがアルミニウム製扁平多穴管30に最も接近する最近接点NPが設けられることで、接着膜40を形成するための接着剤90が最近接点NPの近傍で押し退けられて接着膜40が最も薄くなる部分ができて最近接点NPの近傍において熱抵抗を小さくすることができる。立上部23,23A,23B,23Cとアルミニウム製扁平多穴管30とが樹脂41を含む接着膜40で接着されていることからロウ材で接着される場合に比べて接着膜40の熱抵抗が大きくなるが、最近接点NPが立上部23,23A,23B,23Cの高さ寸法H1の2分の1の中間点よりも本体22に近い位置に形成されているので、このような樹脂41を含む接着膜40により立上部23,23A,23B,23Cとアルミニウム製扁平多穴管30とを接着している熱交換器10において効率良く熱を伝えることができている。
接着膜40の平均膜厚Avを薄くしすぎると例えば図6を用いて説明したように接着膜40によって立上部23とアルミニウム製扁平多穴管30を接着できない部分が大きくなる。しかし、接着膜40の平均膜厚Avを厚くしすぎると熱抵抗が大きくなってしまう。そこで、立上部23,23A,23B,23Cとアルミニウム製扁平多穴管30との間の隙間が最小となる立上部23,23A,23B,23Cの高さ寸法H1の2分の1の部位の平均膜厚Avを0.03mm以上0.05mm以下にすることで、接着できない部分を減らしつつ平均膜厚Avを薄く抑えることができる。このように構成された熱交換器10は、安定して接着強度を確保しつつ低い熱抵抗を得ることができる。
上記実施形態では、最近接点NPでの接着膜40の膜厚が0.02mm以下であるので、最近接点NPの近傍の接着膜の膜厚をその周囲の平均膜厚Avが0.03mm以上0.05mm以下の部分よりも十分に小さくすることができる。その結果、本体22の近くの最近接点NPの近傍の接着膜40の熱抵抗を小さくすることができる。
図4及び図7のアルミニウム製フィン20,20Aは、立上部23,23A及び立上部23,23Aの近傍の本体22の断面表面がJ字形である。これらアルミニウム製フィン20,20Aの厚さが0.08mm以上0.12mm以下であると、アルミニウム製フィン20,20Aが薄すぎてアルミニウム製フィン20,20Aの強度が弱くなりすぎたり熱抵抗が大きくなったりすることはなく、またアルミニウム製フィン20,20Aが厚すぎて断面表面の形状がJ字形になるように加工するのが難しすぎることもない。そのため、最近接点NPが高さ寸法H1の2分の1の中間点よりも本体22に近い位置に形成されている立上部23,23Aを、熱抵抗の増加を抑えながら容易に実現できている。
接着膜40が、樹脂41よりも熱伝導性の高い熱伝導性フィラー42を含むことによって、接着膜40の中に熱伝導性フィラー42を通る熱抵抗の低い部分が形成され、特に樹脂41が押し退けられる最近接点NPの近傍に熱伝導性フィラー42による熱抵抗の低い部分が形成される。その結果、熱伝導性フィラー42によって最近接点NPの近傍の熱抵抗を低くできる。
20,20A,20B,20C アルミニウム製フィン
21 切欠き
22 本体
23,23A,23B,23C 立上部
30 アルミニウム製扁平多穴管(アルミニウム製多穴管の例)
40 接着膜
41 樹脂
42 熱伝導性フィラー
Claims (6)
- 切欠き(21)を有する本体(22)及び前記切欠きの周囲に配置されて前記本体から立ち上がる立上部(23,23A,23B,23C)を有するアルミニウム製フィン(20,20A,20B,20C)と、
前記立上部と対向するように前記切欠きに嵌めこまれて、管軸方向に沿って冷媒の流れる複数の穴が形成されたアルミニウム製多穴管(30)と、
前記立上部と前記アルミニウム製多穴管とを接着する熱硬化性樹脂(41)を含む接着膜(40)と
を備え、
前記立上部は、前記アルミニウム製多穴管の管軸方向に沿う断面表面において前記アルミニウム製多穴管と最も接近する最近接点を有し、前記最近接点の両側の前記断面表面が互いに反対向きに傾き、前記最近接点が前記立上部の高さ寸法の2分の1の中間点よりも前記本体に近い位置に形成され、
前記立上部及び前記立上部近傍の前記本体の前記断面表面がJ字形である、熱交換器。 - 前記接着膜は、前記管軸方向において、前記立上部と前記アルミニウム製多穴管との間の隙間が最小となる前記立上部の高さ寸法の2分の1の部位の平均膜厚が0.03mm以上0.05mm以下である、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記接着膜は、前記最近接点での膜厚が0.02mm以下である、
請求項2に記載の熱交換器。 - 前記アルミニウム製フィン(20,20A)は、厚さが0.08mm以上0.12mm以下である、
請求項1から3のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記接着膜は、前記樹脂よりも熱伝導性の高い熱伝導性フィラー(42)を含む高熱伝導性接着剤によって形成された膜である、
請求項1から4のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記立上部の先端部(23a)の高さが、前記接着膜40の最も高い位置の高さよりも高いことを特徴とする、
請求項1から5のいずれか一項に記載の熱交換器。
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