JP7166153B2

JP7166153B2 - 熱交換器

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Publication number: JP7166153B2
Application number: JP2018225325A
Authority: JP
Inventors: 広治南谷
Original assignee: Showa Denko Packaging Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Packaging Co Ltd
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2022-11-07
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: JP2020085418A

Description

この発明は、金属層に樹脂層が積層されたラミネート材を利用して製作される熱交換器に関する。

ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等においては、電動機を駆動するための電力を供給する電池モジュール（バッテリー装置）が搭載されている。このような自動車用の電池モジュールは、充電と放電とが繰り返されるために大きな発熱を伴うので冷却が必要となる。このため従来の電池モジュールにおいて、冷却用に水冷式や空冷式の熱交換器（冷却器）が組み込まれたものが周知である。

また自動車に用いられるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）製等のパワーモジュールにおいても、大電流を制御するものであるため、冷却用に冷却板やヒートシンク等の冷却器（熱交換器）を組み付ける等の熱対策が施されるものも周知である。

このような冷却器に流通される水等の冷媒（冷却媒体）を冷却するためのラジエータとしては、下記特許文献１に示すものが周知である。

同文献に示す熱交換器は、アルミニウム等の金属製のものであって、冷媒が流通する扁平な金属製の伝熱チューブと、コルゲートフィン等の金属製のアウターフィン（放熱フィン）とが交互に積層一体化されて形成されている。このような熱交換器は、押出型材、切削加工品、プレス成形板等のアルミニウム製の金属加工部品をろう付けや拡散接合等で接合することによって製作するようにしている。

特許第２５８８３５６号

しかしながら、上記特許文献１に示す従来の熱交換器は、アルミニウム等の金属によって構成されているため、自動車のエンジンルーム等の過酷な環境下で使用されると、早期に錆が発生してしまい、耐久性に劣るという課題があった。

そこで熱交換器自体に防錆処理が必要となるが、熱交換器は表面積が大きいため、表面全域に防錆処理を施すことは困難であり、製造が困難になるばかりか、コストの上昇を来すという課題があった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れるとともに、簡単に製造できてコストを削減できる熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を備えるものである。

［１］外包材としてのケーシングを有する伝熱部材と、前記伝熱部材の外周面に接触する態様に配置されるアウターフィンとを備え、前記伝熱部材内を流通する熱交換媒体と前記アウターフィンに接触する流体との間で熱交換されるようにした熱交換器であって、
前記ケーシングが、金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成されるとともに、
前記アウターフィンが、凹凸部を有し、かつ金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成されていることを特徴とする熱交換器。

［２］前記伝熱部材が、所定の間隔おきに並列に複数配置され、
前記アウターフィンが、隣合う伝熱部材の各間にそれぞれ配置され、
前記ケーシングに貫通した状態に配置され、かつ隣合う伝熱部材同士を連通するジョイント部材が設けられ、
隣合う伝熱部材のうち、一方の伝熱部材から他方の伝熱部材に前記ジョイント部材を介して熱交換媒体が供給されることにより、熱交換媒体が複数の伝熱部材に順次供給されるように構成されている前項１に記載の熱交換器。

［３］前記伝熱部材の前記ケーシング内にインナーフィンが配置され、
前記インナーフィンは、凹凸を有し、かつ金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成されている前項１または２に記載の熱交換器。

［４］前記ケーシングと前記アウターフィンとの接触部が接着されている前項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。

［５］前記ケーシングと前記アウターフィンとの間で接触し合う互いの樹脂層が、同種の熱融着樹脂によって形成されている前項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器。

［６］前記ケーシングにおける前記ジョイント部材の取付部に対応する樹脂層と、前記ジョイント部材の少なくとも表皮部とが同種の熱融着樹脂によって形成され、
前記ジョイント部材の表皮部が、前記ケーシングの対応する樹脂層に熱融着によって封止状態に取り付けられている前項２に記載の熱交換器。

［７］前記インナーフィンが前記ケーシングの内周面に接触した状態に配置され、
前記ケーシングと前記インナーフィンとの間で接触し合う互いの樹脂層が、同種の熱融着樹脂によって形成されている前項３に記載の熱交換器。

［８］前項１～７のいずれか１項によって記載された熱交換器によって構成されることを特徴とする自動車用ラジエータ。

発明［１］［２］の熱交換器によれば、伝熱部材のケーシングおよびアウターフィンが樹脂層で被覆されたラミネート材によって構成されているため、金属製の熱交換器と比較して錆等の発生を抑制でき、長期間安定した状態で使用でき、耐久性を向上させることができる。さらに本発明の熱交換器によれば、防錆処理も不要であるため、その分、製造を簡単に行えるとともに、コストを削減することができる。

発明［３］の熱交換器によれば、伝熱部材の内部にインナーフィンが設けられているため、熱交換効率を一層向上させることができる。

発明［４］～［７］の熱交換器によれば、伝熱部材のケーシングと、アウターフィン、インナーフィンおよびジョイント部材との間を十分な接着強度で接着できるため、剥がれ難くなり、一層耐久性を向上できるとともに、液漏れ等の不具合もより確実に防止することができる。

発明［８］の自動車用ラジエータによれば、上記と同様の効果を得ることができる。

図１はこの発明の実施形態である熱交換器を示す正面図である。図２は実施形態の熱交換器を分解して示す斜視図である。図３は実施形態の熱交換器に適用された伝熱パネルを分解して示す斜視図である。図４は実施形態の伝熱パネルの一部を切り欠いて示す斜視図である。図５は図４の一点鎖線で囲まれる部分を拡大して示す断面図である。図６は実施形態の伝熱パネルに適用された雌型ジョイント部材を示す斜視図である。図７は実施例の熱交換器に適用されたアウターフィンの一部を拡大して示す断面図である。

図１はこの発明の実施形態である熱交換器を示す正面図、図２は実施形態の熱交換器を分解して示す斜視図、図３は実施形態の熱交換器に適用された伝熱パネルＰを分解して示す斜視図、図４は実施形態の伝熱パネルＰの一部を切り欠いて示す斜視図である。

これらの図に示すように本実施形態の熱交換器は、所定の間隔をおいて並列に配置された複数の伝熱パネルＰと、複数の伝熱パネルＰの各間にそれぞれ配置されるアウターフィン（外部フィン）２２とを備え、伝熱パネルＰとアウターフィン２２とが交互に積層された積層構造を有している。

伝熱パネルＰは、伝熱部材（伝熱チューブ）を構成するものであり、外包材（外包袋）としてのケーシング１と、ケーシング１内に収容されるインナーフィン（内部フィン）２１と、ケーシング１の両端部内に収容される一対のジョイント部材３ａ，３ｂとを備えている。

ケーシング１は、平面視矩形状のケーシング本体１０と、平面視矩形状のカバー１５とによって構成されている。

ケーシング本体１０は、その外周縁部を除く中間領域が下方に凹陥形成されて、凹部１１が形成されるとともに、凹部１１の開口縁部周辺に外方に突出するように一体に形成されたフランジ部１２が形成されている。

ケーシング本体１０は、柔軟性～可撓性を有するラミネートシートであるラミネート材Ｌ１によって構成されている。ラミネート材Ｌ１は、図５に示すように金属箔製の金属層５１と、その金属層５１の一面（外面）に接着剤を介して積層された延伸樹脂フィルム～延伸樹脂シート製の延伸樹脂層５５と、延伸樹脂層５５の一面（外面）に接着剤を介して積層された樹脂フィルム～樹脂シート製の樹脂層５２と、金属層５１の他面（内面）に接着剤を介して積層された樹脂フィルム～樹脂シート製の樹脂層５３とを備えている。なお本実施形態において、「箔」という用語は、フィルム、薄板、シートも含む意味で用いられている。

ラミネート材Ｌ１における金属層５１としては、銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔、メッキ加工した銅箔、ニッケル箔と銅箔とがクラッドされたニッケル・銅クラッドメタルの中から選択されたものを好適に用いることができる。なお本実施形態において、「銅」「アルミニウム」「ニッケル」という用語は、それらの合金も含む意味で用いられている。

金属層５１は、伝熱層や集熱層とも称されるものであり、厚みが８μｍ～３００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは１００μｍ以下のものを用いるのが良い。

また金属層５１は、化成処理等の表面処理を施しておくことにより、金属層５１の腐食防止や、樹脂との接着性の向上など、より一層耐久性を向上させることができる。

化成処理は、例えば次のような処理を施す。即ち、脱脂処理を行った金属箔の表面に、下記の１）～３）のうちのいずれかの水溶液を塗工した後、乾燥することにより、化成処理を施す。

１）リン酸と、クロム酸と、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、を含む混合物の水溶液。

２）リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂と、クロム酸及びクロム（III）塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、を含む混合物の水溶液。

３）リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂と、クロム酸及びクロム（III）塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、を含む混合物の水溶液。

上記化成皮膜は、クロム付着量（片面当たり）として０．１ｍｇ／ｍ^２～５０ｍｇ／ｍ^２に設定するのが好ましく、特に２ｍｇ／ｍ^２～２０ｍｇ／ｍ^２に設定するのがより一層好ましい。

この表面処理に関しては、後述するフィン用のラミネート材Ｌ２の金属層６１においても同様である。

延伸樹脂層５５としては、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂等によって構成されるフィルム～シートを好適に用いることができる。この延伸樹脂層５５は、厚みが１２μｍ～５０μｍのものを好適に用いることができる。

本実施形態において、外面側および内面側の樹脂層５２，５３は、熱融着樹脂製のフィルム～シートによって構成されている。具体的に樹脂層５２，５３としては、ポリオレフィン（無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレン）、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂等によって構成されるフィルム～シートを好適に用いることができる。この樹脂層５２，５３は、厚みが２０μｍ～１０００μｍのものを好適に用いることができる。

本実施形態においては、このラミネート材Ｌ１からなるシート材が、プレス成形等の熱成形により所定の形状に成形されてケーシング本体１０が形成されるものである。

ケーシング本体１０の凹部１１を覆うように配置されるカバー１５は、平面視においてケーシング本体１０とほぼ同じ形状および同じ大きさに形成されている。

本実施形態において、カバー１５は、上記ケーシング本体１０を構成しているラミネート材Ｌ１と、同じ構成のラミネート材Ｌ１によって構成されている。

後に詳述するが、このカバー１５がケーシング本体１０の凹部開口を閉塞するように配置されて、カバー１５の外周縁部がケーシング本体１０のフランジ部１２に接合一体化されることにより、ケーシング１が形成されている。

またケーシング１の一端側における底壁（ケーシング本体１０の凹部底壁）と、他端側における上壁（カバー１５）とには出入口１６，１６がそれぞれ形成されている。

図３～図５に示すようにケーシング１の中空部（凹部１１）内に収容されるインナーフィン２１は、柔軟性～可撓性を有するラミネートシートであるラミネート材Ｌ２によって構成されている。ラミネート材Ｌ２は、図５に示すように金属箔製の金属層６１と、その金属層６１の一面に接着剤を介して積層された樹脂フィルム～樹脂シート製の樹脂層６２と、金属層６１の他面に接着剤を介して積層された樹脂フィルム～樹脂シート製の樹脂層６３とを備えている。

このラミネート材Ｌ２の金属層６１としては、上記と同様、銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔、メッキ加工した銅箔、ニッケル箔と銅箔とがクラッドされたニッケル・銅クラッドメタルの中から選択されたものを好適に用いることができる。

金属層６１の厚みも上記と同様、８μｍ～３００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは１００μｍ以下のものを用いるのが良い。

また両側の樹脂層６２，６３においても上記と同様、フィルム～シートによって構成されている。具体的に樹脂層６２，６３としては、ポリオレフィン（無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレン）、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂等の熱融着樹脂製のフィルム～シートを好適に用いることができる。この樹脂層６２，６３の厚みも上記と同様、２０μｍ～１０００μｍのものを好適に用いることができる。

なお本実施形態において、インナーフィン２１を構成するラミネート材Ｌ２の両側の樹脂層６２，６３は、ケーシング１を構成するラミネート材Ｌ１の内側の樹脂層５３と同種の熱融着樹脂（同一の熱融着樹脂も含む、以下同じ）によって構成されている。

このラミネート材Ｌ２からなるシート材に凹凸加工が施されて凹凸が形成されることによってインナーフィン２１が形成されるものである。

凹凸加工としては、ラミネート材Ｌ２に立体的に凹凸を付与できる加工であれば、どのような加工であっても良いが、コルゲート加工、プリーツ加工、エンボス加工等、ラミネート材Ｌ２に立体的かつ連続的に凹凸を付与できる加工方法を工程に用いることができる。

コルゲート加工とは、例えば外周に軸方向の溝が周方向に等間隔おきに形成された一対のロール間に、ラミネート材Ｌ２等のワークを通すことで、１方向に波形の凹凸立体形状を形成する加工方法である。

プリーツ加工とは、ラミネート材Ｌ２等のワークを表裏に交互に折り畳んでヒダ（プリーツ）を形成する加工方法である。

エンボス加工とは、外周面に凹凸パターンが形成されたエンボスロールを用いて、ラミネート材Ｌ２等のワークに凹凸を付与する加工方法等である。なお本実施形態において、エンボスロールに形成される凹凸パターンは特に限定されるものではなく、ダイヤ柄、絹目状、布目状、梨地状、水玉状、すだれ状、筋柄状等の凹凸パターンを採用することができる。

本実施形態においては、ラミネート材Ｌ２からなるシート材に、コルゲート加工を行って波状の凹凸形状を形成して、インナーフィン２１を製作するものである。

このインナーフィン２１が、ケーシング本体１０の凹部１１における両端部を除いた中間部に収容される。収容されたインナーフィン２１は、その山筋方向および谷筋方向（図５の紙面に向かって垂直な方向）がケーシング本体１０の長さ方向（図１～図３の紙面に向かって左右方向）に一致するように配置されている。これにより、インナーフィン２１の山筋部および谷筋部に沿って形成されるトンネル部および溝部が、ケーシング本体１０の長さ方向に沿うように配置され、そのトンネル部および溝部を通って熱交換媒体がケーシング１の長さ方向一端側から他端側に向けてスムーズに流通できるように構成されている。

図３～図５に示すようにケーシング１の両端部内に配置される一対のジョイント部材３ａ，３ｂは、硬質合成樹脂の成形品によって構成されている。

ジョイント部材３ａ，３ｂは、一側面に開口部３２を有する箱状の取付箱部３１，３１と、取付箱部３１，３１の上壁または下壁に設けられたパイプ部３３ａ，３３ｂとを備えている。パイプ部３３ａ，３３ｂは取付箱部３１，３１内に連通しており、パイプ部３３ａ，３３ｂの内部と取付箱部３１，３１の内部との間で熱交換媒体が往来できるように構成されている。

一方のジョイント部材３ａは、雄型ジョイント部材として構成されるとともに、他方のジョイント部材３ｂは、雌型ジョイント部材として構成されており、雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａの外径と、雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂの内径とがほぼ等しく形成されている。従って雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａを、雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂに適合状態に嵌合して連結できるように構成されている。

本実施形態において、ジョイント部材３ａ，３ｂの素材としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂またはそれらの変性樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂等の熱融着樹脂を好適に用いることができ、特に高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）等の熱融着樹脂を用いるのが好ましい。なお本実施形態において、ジョイント部材３ａ，３ｂは、その少なくとも外表面（外皮部）がケーシング１を構成するラミネート材Ｌ１の内側の樹脂層５３と同種または同一の熱融着性樹脂によって構成されている。

このジョイント部材３ａ，３ｂの取付箱部３１，３１がケーシング本体１０の凹部１１におけるインナーフィン２１の両側に配置される。この場合、雌型ジョイント部材３ｂ（図３の右側のジョイント部材３ｂ）は、パイプ部３３ｂを下向きにして、そのパイプ部３３ｂをケーシング本体１０の底壁の出入口１６に挿通配置するとともに、取付箱部３１の開口部３２を内側に向けて、つまりインナーフィン２１側に対向させて配置する。また雄型ジョイント部材３ａ（図３の左側のジョイント部材３ａ）は、パイプ部３３ａを上向きに配置するとともに、取付箱部３１の開口部３２を内側に向けて、つまりインナーフィン２１側に対向させて配置する。なお本発明においては、雄型ジョイント部材３ａと雌型ジョイント部材３ｂとは入れ替えて配置するようにしても良い。

こうしてケーシング本体１０内にインナーフィン２１およびジョイント部材３ａ，３ｂを収容して、カバー１５をケーシング本体１０にその開口部を閉塞するように配置する。この場合、カバー１５の出入口１６内に、雄型ジョイント部材３ａ（図３の左側のジョイント部材３ａ）の上向きのパイプ部３３ａを挿通配置する。

こうして仮組された伝熱パネルＰを加圧加熱することによって、接触し合う部材同士を熱融着して接合一体化する。

すなわちケーシング本体１０のフランジ部１２の内側樹脂層５３と、カバー１５の外周縁部の内側樹脂層５３とを熱接着（熱融着）により接合一体化して、液密～気密状態に封止する。ここでケーシング本体１０の内側樹脂層５３と、カバー１５の内側樹脂層５３とは同種の熱融着樹脂によって構成されているため、両者を十分な接着強度で確実に固着することができる。

さらにインナーフィン２１の山頂部および谷底部の樹脂層６２，６３を、ケーシング本体１０の底壁およびカバー１５の内側樹脂層５３とを熱接着（熱融着）により接合一体化する。ここでインナーフィン２１の樹脂層６２，６３と、ケーシング本体１０およびカバー１５の内側樹脂層５３とは同種の熱融着樹脂によって構成されているため、両者を十分な接着強度で確実に固着することができる。

さらにジョイント部材３ａ，３ｂの取付箱部３１，３１の外周面と、ケーシング本体１０およびカバー１５の内側樹脂層５３，５３とを熱接着（熱融着）により接合一体化する。ここで、ジョイント部材３ａ，３ｂと、ケーシング本体１０およびカバー１５の内側樹脂層５３とは同種の樹脂によって構成されているため、両者を十分な接着強度で確実に固着することができる。従って、ジョイント部材３ａ，３ｂのパイプ部３３ａ，３３ｂの周辺部が、ケーシング本体１０およびカバー１５の出入口１６の周縁部に液密～気密状態に接着され、出入口１６の部分からの液漏れ等の不具合を確実に防止することができる。なお本実施形態においては、ケーシング本体１０およびカバー１５の内側樹脂層５３，５３におけるジョイント部材３ａ，３ｂの取付箱部３１ａ，３１ｂに対応する部分が、ケーシング１におけるジョイント部材３ａ，３ｂの取付箱部として構成されている。

こうして組み付けられた伝熱パネルＰは、ケーシング１における一方側端部の下壁から雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂが下方に突出するように配置されるとともに、ケーシング１における他方側端部の上壁から雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａが上方に突出するように配置されている。

一方、図７に示すように、アウターフィン２２は、上記インナーフィン２１を構成しているラミネート材Ｌ２と、同じ構成のラミネート材Ｌ２によって構成されており、金属層６１と、その金属層６１の両面に接着剤を介して積層された樹脂層６２，６３とを備えている。

このアウターフィン２２においても、インナーフィン２１と同様に、コルゲート加工により波状の凹凸形状が連続して形成されている。なお、アウターフィン２２においてもインナーフィン２１と同様、コルゲート加工以外に、プリーツ加工やエンボス加工等の凹凸加工を用いることができる。

ここで本実施形態において、アウターフィン２２を構成するラミネート材Ｌ２の両側の樹脂層６２，６３は、ケーシング１を構成するラミネート材Ｌ１の外側の樹脂層５２と同種の熱融着性樹脂によって構成されている。

図１および図２に示すようにこの構成のアウターフィン２２と、上記伝熱パネルＰとが交互に積層されて一体化されることによって、本実施形態のラジエータとしての熱交換器が形成されるものである。

ここで本実施形態の熱交換器において隣合う伝熱パネルＰ，Ｐのうち、上側の伝熱パネルＰにおける雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂが下方に突出した側の端部と、下側の伝熱パネルＰにおける雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａが上方に突出した側の端部とを一致させるように配置し、隣合う伝熱パネルＰ，Ｐにおいて対応し合うパイプ部３３ａ，３３ｂ同士を雄雌結合で連結する。すなわち、雄型ジョイント部材３ａにおける上向きのパイプ部３３ａを、雌型ジョイント部材３ｂにおける下向きのパイプ部３３ｂ内に差し込んで熱接着（熱融着）等によって接合一体化する。

なお本実施形態においては、連結し合うパイプ部３３ａ，３３ｂの管径を、必ずしも異ならせる必要はなく、同じ管径に設定しても良い。例えば同じ管径のパイプ部同士を連結する場合には、ジョイントパイプ（インサートパイプや外嵌パイプ）を用いて連結するようにすれば良い。

また本実施形態の熱交換器では、伝熱パネルＰのケーシング１と、アウターフィン２２との接触部（山頂部および谷底部）も熱接着（熱融着）によって接合一体化している。ここでケーシング１とアウターフィン２２との接触部である、ケーシング１の外側樹脂層５２と、アウターフィン２２の樹脂層６２，６３とは、同種の熱融着樹脂によって構成されているため、両者を十分な接着強度で確実に固着することができる。

本実施形態においてアウターフィン２２は、その山筋方向および谷筋方向（図７の紙面に向かって垂直な方向）が熱交換器の前後方向（図１の紙面に向かって垂直な方向）に一致するように配置されている。これによりアウターフィン２２の山筋部および谷筋部に沿って形成されるトンネル部および溝部が、熱交換器の前後方向に沿うように配置され、そのトンネル部および溝部を通って、エアーが熱交換器の前面側から後面側に向けてスムーズに通過できるように構成されている。

以上のように構成された本実施形態の熱交換器は例えば自動車用のラジエータとして用いられる。すなわち熱交換媒体（冷媒）としての冷却水（ラジエータ液、不凍液等）を流入するための流入管が熱交換器の上端において上向きに突出するように配置された雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａに連結されるとともに、冷却水を流出させるための流出管が熱交換器の下端において下向きに突出するように配置された雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂに連結される。

そして流入管を介して最上端（１番目）の伝熱パネルＰの端部（図１の左側端部）に流入した冷却水は、その伝熱パネルＰを通過して反対側の端部（図１の右側端部）まで移動してパイプ部３３ａ，３３ｂを通って２番目の伝熱パネルＰに流入する。２番目の伝熱パネルＰに流入した冷却水はその２番目の伝熱パネルＰを通過してパイプ部３３ａ，３３ｂを通って３番目の伝熱パネルＰに流入する。こうして冷却水が複数の伝熱パネルＰを順次蛇行するように通過する一方、その冷却水と、アウターフィン２２を介して熱交換器を前後方向に通過するエアーとが熱交換することによって、冷却水が冷却されて最下端の伝熱パネルＰの端部からパイプ部３３ｂを通って流出管に流入する。流出管に供給された冷却水は、冷却対象部材としてのエンジン部等のジャケットに導入されて、エンジン部を冷却するとともに、冷却水自体は加熱された後、流入管を介して上記と同様に熱交換器の最上端の伝熱パネルＰに流入する。このようにエンジン部の熱を熱交換器を介して放出するようにしている。

以上の構成の本実施形態の熱交換器によれば、伝熱パネルＰのケーシング１およびインナーフィン２１や、アウターフィン２２を樹脂層５２，５３，６２，６３で被覆されたラミネート材Ｌ１，Ｌ２によって構成しているため、従来のように金属製の熱交換器と比較して、錆等の発生を有効に防止でき、長期間安定した状態で使用でき、耐久性を向上させることができる。

また本実施形態の熱交換器によれば、ケーシング１、フィン２１，２２等の主要部品をラミネート材Ｌ１，Ｌ２によって形成し、それらの部品を熱融着するだけで簡単に組み付けることができるため、効率良く簡単に製造できてコストを大幅に削減することができる。

また本実施形態の熱交換器によれば、ケーシング１およびフィン２１，２２間を樹脂同士で接着するようにしているため、十分な接着強度を確保でき剥がれ難くなり、一層耐久性を向上させることができる。さらに熱融着によって、樹脂同士を接合一体化しているため、より一層接着強度を向上できて、より一層耐久性を向上させることができる。

その上さらに、ケーシング１の出入口１６の周縁部とジョイント部材３ａ，３ｂとを熱融着によって接合一体化しているため、ケーシング１の出入口周縁部をジョイント部材３ａ，３ｂに十分に密着した封止状態に取り付けることができ、ケーシング１の出入口部分からの液漏れ等の不具合を確実に防止でき、品質および装置の信頼性をより向上させることができる。

なお上記実施形態においては、ケーシング１を製作するにあたり、立体成形されたケーシング本体１０と、シート状のカバー１５とを貼り合わせるようにしているが、本発明においては、ケーシング１の構成部材を必ずしも立体成形する必要はない。例えば２枚のシート状のラミネート材を互いの外周縁部を熱融着等によって接着することによって、ラミネート材製の袋状のケーシングを製作するようにしても良い。

さらに上記実施形態においては、ケーシング１を２枚のラミネート材によって製作する場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、１枚のラミネート材を２つ折りに折り重ねて、重なり合ったラミネート材のうち、折り返し部を除く外周縁部を熱融着等によって接着することにより、袋状のケーシングを製作するようにしても良い。さらに言うまでもなく、本発明においては３枚以上のラミネート材を用いてケーシングを製作するようにしても良い。

また上記実施形態においては、ラミネート材Ｌ１，Ｌ２として３層または４層構造のものを用いているが、それだけに限られず、本発明においては、５層以上の構造のラミネート材を使用するようにしても良い。要はラミネート材のうち、最外側の層が樹脂層によって構成されてさえいれば良い。

また上記実施形態においては、本発明の熱交換器を自動車用ラジエータに適用する場合を例に挙げて説明したが、本発明においては、ラジエータ以外の熱交換器にも適用することができる。例えば自動車用電池パックの冷却／加熱用の熱交換器、自動車の電動機、産業機械、家電、情報端末等の電力駆動機器の主電力を制御するための電力用半導体素子（パワーモジュール）の冷却用の熱交換器、パーソナルコンピュータのＣＰＵ（中央演算処理装置）の冷却用の熱交換器、家庭用または業務用蓄電池の冷却／加熱用の熱交換器、パーソナルコンピュータの電池パック（電池モジュール）の冷却用の熱交換器、液晶テレビ、有機ＥＬテレビ、プラズマテレビのディスプレイの冷却用の熱交換器や、床暖房設備、寒冷地域での屋根、通路、道路等の融雪設備の熱交換器としても用いることもできる。

＜実施例＞
図１～図３に示す熱交換器に準拠して、以下のように実施例の熱交換器（ラジエータ）を製作した。

１．伝熱パネルＰのケーシング１用のラミネート材Ｌ１（LLDPE40/接着剤/ON25/接着剤/AL100/接着剤/ LLDPE40）の作製
（１）ＪＩＳＨ４１６０のＡ２０２１のアルミニウム箔（厚さ１００μｍ）にポリアクリル酸、三価クロム化合物、水、アルコールからなる化成処理液を塗布し、１５０℃で乾燥するクロメート処理を行い、下地層（金属層）５１の両面に化成皮膜を形成する。クロム付着量は、片面当たり１０ｇ／ｍ^２である。

（２）アルミニウム箔の一方の面（外面）に、ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して延伸樹脂層５５として６ナイロンを２５μｍの厚さで積層する。

（３）６ナイロン（延伸樹脂層５５）上に、ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して樹脂層５２としてＬＬＤＰＥ（無延伸ポリエチレン）を４０μｍの厚さで積層する。

（４）アルミニウム箔の他方の面（内面）に、ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して樹脂層５３としてＬＬＤＰＥを４０μｍの厚さで積層する。

２．フィン２１，２２用のラミネート材Ｌ２（LLDPE40/接着剤/AL100/接着剤/ LLDPE40）の作製
（１）ＪＩＳＨ４１６０のＡ２０２１のアルミニウム箔（厚さ１００μｍ）にポリアクリル酸、三価クロム化合物、水、アルコールからなる化成処理液を塗布し、１５０℃で乾燥するクロメート処理を行い、下地層（金属層）６１の両面に化成皮膜を形成する。クロム付着量は、片面当たり１０ｇ／ｍ^２である。

（２）アルミニウム箔の一方の面に、ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して樹脂層６２としてＬＬＤＰＥ（無延伸ポリエチレン）を４０μｍの厚さで積層する。

（４）アルミニウム箔の他方の面に、ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して樹脂層６３としてＬＬＤＰＥを４０μｍの厚さで積層する。

３．ジョイント部材３ａ，３ｂ（HDPE）の作製
縦１００ｍｍ×横１２ｍｍ×高さ３ｍｍの取付箱部３１に、パイプ部３３ａ，３３ｂが一体に成形された雄型および雌型の２種類のＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）製のジョイント部材３ａ，３ｂを準備した。雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａは、内径φ１０ｍｍ、外径φ１２ｍｍ、長さが３ｍｍであり、雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂは、内径φ１２．２ｍｍ、外径φ１４．２ｍｍ、長さ３ｍｍであり、雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａを雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂに嵌め込んで連結できるように構成されている。

４．伝熱パネルＰの構成部品の準備
（１）ケーシング本体１０の作製
ケーシング１用のラミネート材Ｌ１を縦２３０ｍｍ×横１６０ｍｍにカットして得られたシート材を、Ａｌ箔（金属層５１）に対してナイロン（延伸樹脂層５５）側が凸側（外側）となるように、縦１６９ｍｍ×横１０４ｍｍでコーナーＲ４の金型を用いて深さ３ｍｍでエンボス成形して凹部１１を形成した。さらに凹部１１の開口周縁部に形成されるフランジ部１２を５ｍｍ幅となるように周囲をカットし、さらに凹部１１の底壁における縦方向（長さ方向）の一端部に、雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂを挿通するための出入口１６を形成して、ケーシング本体１０を作製した。

（２）カバー１５の作製
ケーシング１用のラミネート材Ｌ１を縦１８０ｍｍ×横１１５ｍｍにカットして得られたシート材に、その縦方向（長さ方向）の他端部（ケーシング本体１０の出入口１６とは反対側に相当する端部）に、雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａを挿通するための出入口１６を形成して、カバー１５を作製した。

（３）インナーフィン２１の作製
フィン用のラミネート材Ｌ２を縦１４５ｍｍ×横２１０ｍｍにカットして得られたシート材を、横方向に３．５ｍｍ幅（ピッチ）で交互に折り返すように加工することによって、各山の高さが３ｍｍのつづら折り状のインナーフィン２１を作製した。

（４）アウターフィン２２の作製
フィン用のラミネート材Ｌ２を縦１４５ｍｍ×横２１０ｍｍにカットして得られたシート材を、縦方向（長さ方向）に３．５ｍｍ幅（ピッチ）で交互に折り返すように加工することによって、各山の高さが３ｍｍのつづら折り状のアウターフィン２２を作製した。

５．部品の組み立ておよび接合
（１）ケーシング本体１０の凹部１１における縦方向（長さ方向）の一端部に、雌型ジョイント部材３ｂを収容すると同時に、そのパイプ部３３ｂを凹部底壁に設けられた出入口１６に挿通して下向きに配置する。さらにケーシング本体１０の凹部１１における縦方向の他端部に、雄型ジョイント３ａをそのパイプ部３３ａを上向きにした状態に収容した。さらにケーシング本体１の凹部１１における両ジョイント部材３ａ，３ｂ間にインナーフィン２１を収容した。なお、ジョイント部材３ａ，３ｂの各開口部３２，３２は、インナーフィン２１の端部に対向するように内側に向けて配置した。

（２）ケーシング本体１０の凹部１１を上から覆うようにカバー１５を、その内側（延伸樹脂層５５としてのナイロンがない側）を下にしてケーシング本体１のフランジ部１２上に配置した。このとき、カバー１５の出入口１６に、ケーシング本体１０内の雄型ジョイント部材３ａの上向きパイプ部３３ａを挿通させてカバー１５の上方に突出するように配置した。こうして非接合状態の伝熱パネル仮組品を作製し、その伝熱パネル仮組品をチャンバー式の減圧機内で、２００ｍｍＨｇに減圧した状態で、ケーシング本体１０のフランジ部１２を２００℃に設定した熱板で５秒間シールして、各部品同士を熱接着（熱融着）することにより、伝熱パネルＰを作製した。なお減圧下で加熱することで、ケーシング本体１０とカバー１５との間、ケーシング本体１０およびカバー１５と、それらと接触しているインナーフィン２１およびジョイント部材３ａ，３ｂとの間の熱接着を強く行うことができる。

（３）伝熱パネルＰとアウターフィン２２とを交互に複数重ね合わせる。この際、上下に隣合う伝熱パネルＰ，Ｐのうち、下側の伝熱パネルＰの端部に上向き突出状に配置された雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａと、上側の伝熱パネルＰの端部に下向き突出状に配置された雌型ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂと対向させながら、雄型ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａを雌型ジョイントパイプ３ｂのパイプ部３３ｂに嵌め込んでいく。さらにアウターフィン２２が位置ずれしないようにＰＥＴフィルムを周囲に巻き付けて、非接合状態の熱交換器仮組品を作製した。この熱交換器仮組品を１６０℃のオーブンに１分間静置し、アウターフィン２２と伝熱パネルＰとの間、ジョイント部材３ａ，３ｂにおけるパイプ部３３ａとパイプ部３３ｂとの間を熱接着（熱融着）した。これにより実施例の熱交換器を作製した。

６．動作確認
上記実施例の熱交換器において、最上段の伝熱パネルＰに設けられた雄型ジョイント部材３ａの上向き突出状のパイプ部３３ａから冷却水を見立てた水を注入した。注入された水は、複数の伝熱パネルＰに上から順に順次供給されていき、最下段の伝熱パネルＰに設けられた雌型ジョイント部材３ｂの下向き突出状のパイプ部３３ｂから流出された。この際、水は各伝熱パネルＰを均等に偏りなくバランス良く流通しており、熱交換器として十分な性能を有しているのが判明した。

また目視によって外観を詳細に検査したところ、水漏れ等の不具合は一切認められなかった。

この発明の熱交換器は、自動車用のラジエータ等として好適に用いることができる。

１：ケーシング
２１：インナーフィン
２２：アウターフィン
３ａ，３ｂ：ジョイント部材
５１：金属層
５２：樹脂層
５３：樹脂層
６１：金属層
６２：樹脂層
６３：樹脂層
Ｌ１：ケーシング用ラミネート材
Ｌ２：フィン用ラミネート材
Ｐ：伝熱パネル（伝熱部材）

Claims

外包材としてのケーシングを有する伝熱部材と、前記伝熱部材の外周面に接触する態様に配置されるアウターフィンとを備え、前記伝熱部材内を流通する熱交換媒体と前記アウターフィンに接触する流体との間で熱交換されるようにした熱交換器であって、
前記ケーシングが、金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成されるとともに、
前記アウターフィンが、凹凸部を有し、かつ金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成され、
前記伝熱部材の前記ケーシング内にインナーフィンが配置され、
前記インナーフィンは、凹凸を有し、かつ金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成されていることを特徴とする熱交換器。
前記ケーシングと前記アウターフィンとの間で接触し合う互いの樹脂層が、同種の熱融着樹脂によって形成されている請求項１に記載の熱交換器。
前記インナーフィンが前記ケーシングの内周面に接触した状態に配置され、
前記ケーシングと前記インナーフィンとの間で接触し合う互いの樹脂層が、同種の熱融着樹脂によって形成されている請求項１または２に記載の熱交換器。
外包材としてのケーシングを有する伝熱部材と、前記伝熱部材の外周面に接触する態様に配置されるアウターフィンとを備え、前記伝熱部材内を流通する熱交換媒体と前記アウターフィンに接触する流体との間で熱交換されるようにした熱交換器であって、
前記ケーシングが、金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成されるとともに、
前記アウターフィンが、凹凸部を有し、かつ金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成され、
前記ケーシングと前記アウターフィンとの間で接触し合う互いの樹脂層が、同種の熱融着樹脂によって形成されていることを特徴とする熱交換器。
前記伝熱部材が、所定の間隔おきに並列に複数配置され、
前記アウターフィンが、隣合う伝熱部材の各間にそれぞれ配置され、
前記ケーシングに貫通した状態に配置され、かつ隣合う伝熱部材同士を連通するジョイント部材が設けられ、
隣合う伝熱部材のうち、一方の伝熱部材から他方の伝熱部材に前記ジョイント部材を介して熱交換媒体が供給されることにより、熱交換媒体が複数の伝熱部材に順次供給されるように構成されている請求項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記ケーシングにおける前記ジョイント部材の取付部に対応する樹脂層と、前記ジョイント部材の少なくとも表皮部とが同種の熱融着樹脂によって形成され、
前記ジョイント部材の表皮部が、前記ケーシングの対応する樹脂層に熱融着によって封止状態に取り付けられている請求項５に記載の熱交換器。
外包材としてのケーシングを有する伝熱部材と、前記伝熱部材の外周面に接触する態様に配置されるアウターフィンとを備え、前記伝熱部材内を流通する熱交換媒体と前記アウターフィンに接触する流体との間で熱交換されるようにした熱交換器であって、
前記ケーシングが、金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成されるとともに、
前記アウターフィンが、凹凸部を有し、かつ金属層の両面に樹脂層が積層されたラミネート材によって形成され、
前記伝熱部材が、所定の間隔おきに並列に複数配置され、
前記アウターフィンが、隣合う伝熱部材の各間にそれぞれ配置され、
前記ケーシングに貫通した状態に配置され、かつ隣合う伝熱部材同士を連通するジョイント部材が設けられ、
隣合う伝熱部材のうち、一方の伝熱部材から他方の伝熱部材に前記ジョイント部材を介して熱交換媒体が供給されることにより、熱交換媒体が複数の伝熱部材に順次供給されるように構成され、
前記ケーシングにおける前記ジョイント部材の取付部に対応する樹脂層と、前記ジョイント部材の少なくとも表皮部とが同種の熱融着樹脂によって形成され、
前記ジョイント部材の表皮部が、前記ケーシングの対応する樹脂層に熱融着によって封止状態に取り付けられていることを特徴とする熱交換器。
前記ケーシングと前記アウターフィンとの接触部が接着されている請求項１～７のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項１～８のいずれか１項によって記載された熱交換器によって構成されることを特徴とする自動車用ラジエータ。