JPH0611291A - 冷却システム用の積層プレートヘッダー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッダー入口からエバポレータに冷媒を均一
に分配してその効率を増大させ得る冷媒システムエバポ
レータのための改善されたヘッダー及びその製造方法を
提供する。 【構成】 ヘッダー入口３０と熱交換器２４のコアユニ
ット２６との間を流体連結するように適合された積層体
を形成するために複数個のプレート３４等が相互に積み
重ねられる。第１チャネル７４と第２のチャネル８６ａ
〜ｅとによって、その通路が画成されるディストリビュ
ータプレート４２は、流体が広がるように第１チャネル
７４と第２チャネル８６ａ〜ｅとを流体連通させる第１
拡張チャンバ８２を有する。プレート３４等は、入口か
ら通路を介してコアユニット２６まで冷媒を分配するた
めに、プレートの通路を選択的に割り出す形式でインタ
ーリーブされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和システムエバ
ポレータに関し、更に詳細には、エバポレータの入口か
らエバポレータのコアユニットに冷媒を選択的に分配す
るための改善されたヘッダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和システムは、典型的に、コンデ
ンサ、エバポレータ、ポンプ、及びこれらの要素を相互
連結する流体回路を包含する。一般的にエバポレータ
は、複数個のコアユニットを具備する熱交換器と、流体
回路から冷媒を受け且つ各コアユニットに冷媒を分配す
るヘッダーとを有する。冷媒は、流体回路に戻される。

【０００３】しばしばヘッダーは、流体回路から枝分か
れしてコアユニットの開口に連結される複数個の導管又
はチューブを包含する。これらのヘッダーは、コアユニ
ットに対する冷媒の均一な流れを分配するように試み
る。導管の端部は、入口及びコアユニットの各々に手作
業による組立形式でろう付けされる。多数の問題が、そ
のようなヘッダーの使用に関係する。先ず第１に、これ
らのヘッダーの製造は、労働集約的であり、自動化され
た製造に良好に適合しない。各導管は、各コアユニット
における開口及び入口に個別にろう付けされねばならな
い。このろう付けは、枝分かれする導管の茎のような不
格好な構造のために一般的に人手によって為される。

【０００４】低圧の流体を分配する困難さから、別の問
題が生じる。コアユニット及び入口の間の導管の長さが
変動し得るために、ヘッダーを貫流する冷媒は、通常短
い導管である最小抵抗の経路を探し求める。従って、各
コアユニットに近付く冷媒の量は、均一でなく、これに
より、熱交換器の効率は、減少する。また、このタイプ
のヘッダーは、特にコンパクトでない。しばしば多数の
導管は、コアユニットの適当な開口に近付くことを要求
される。従って、エバポレータユニットのヘッダーの荷
造りは、困難になり得る。

【０００５】本発明は、改善されたヘッダー、エバポレ
ータ、及び上記問題の幾つかを解決するそれらを製造す
る方法を提供する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ヘッ
ダー入口からエバポレータに冷媒を均一に分配してその
効率を増大させ得る冷媒システムエバポレータのための
改善されたヘッダーである。本発明の別の目的は、製造
自動化に極めて適したヘッダーの製造方法を提供するこ
とにある。

【０００７】本発明の更に別の目的は、多数の個々の導
管を用いて構成されたヘッダー及びエバポレータよりも
コンパクトで耐久性の良いヘッダー及びエバポレータを
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的及び他の目的を
達成するために、冷媒をヘッダー入口から熱交換器のコ
アユニットに選択的に分配する改善型のエバポレータヘ
ッダーが提供される。ヘッダーは、積層体を形成するた
めに相互にサンドイッチ状に積み重ねられる複数個のプ
レートを有する。積層体は、ヘッダー入口と熱交換器の
コアユニットとの間を流体連結するように適合される。
積層体の少なくとも２つのプレートは、それらを貫通す
る通路を有する。上記複数個のプレートは、入口から通
路を介してコアユニットまで冷媒を分配するために、プ
レートの通路を選択的に割り出す形式でインターリーブ
される。

【０００９】好ましくは、少なくとも１つのプレート
は、プレート全体に横方向に冷媒を分配し且つ隣接する
プレートの通路まで冷媒を分配する細長いチャネルであ
る通路を具備するディストリビュータプレートである。
好ましくは、他のプレートは、トランスファー開口であ
る通路を具備するトランスファープレートであり、該ト
ランスファー開口は、隣接するプレートの通路と連通す
るために冷媒を通させる。理想的には、ディストリビュ
ータ及びトランスファープレートは、巻かれた又は曲が
りくねった通路を具備する積層体を形成するために、相
互に協働的且つ交互的に積み重ねられる。

【００１０】冷媒を積層体の全通路に均一に流すため
に、１以上のディストリビュータプレートのチャネルに
は、ベンチュリ又は制限体が設けられ得る。従って、各
コアユニットは、熱交換器の効率を促進するために概ね
等しい量の冷媒を受容する。冷媒をヘッダー入口から熱
交換器のコアユニットに選択的に分配するヘッダーの製
造方法は、次のステップを包含する。先ず、複数個のプ
レートは、通路を有するように形成される。次いで、プ
レートは、入口から通路を介してコアユニットまで冷媒
を分配するように、通路を選択的に割り出す形式でサン
ドイッチ状にインターリーブされる。プレートは、プレ
ート間から流体の漏出を阻止するように、相互に連結さ
れ得る。好ましくはプレートは、自動化工程で連結され
得るように、所定寸法及び形状に均一に形成される。も
しプレートが金属ならば、プレートは、相互にろう付け
され得る。

【００１１】更に本発明は、改善型のエバポレータを包
含する。このエバポレータは、上記ヘッダーを含む。熱
交換器のコアユニットに隣接するプレートの通路は、ヘ
ッダーを熱交換器に流体連結するために、コアユニット
の対応する開口に対してろう付けされる。本発明の上記
目的及び他の目的、特徴並びに利点は、以下の図面、記
載、及び請求の範囲によりより完全に理解及び認識され
得る。

【００１２】

【実施例】図１を参照すると、空気調和システムの改善
されたエバポレータは、参照符号２０で一般的に示され
る。以下に詳細に記載されるように、改善されたヘッダ
ー２２は、低圧冷媒の高効率の分配及び自動組立にそれ
自体を導く。図１は、熱交換器２４及びヘッダー２２を
有するエバポレータ２０を示す。エバポレータ２０は、
（図示しない）外部拡張装置と接続して用いられる。沸
騰は、エバポレータ入口開口の外部で始まり、ヘッダー
２２の全箇所で起きる。これにより、冷媒の量的な流れ
にかかわらず、通路の充分な量の流れを確保することを
要する。

【００１３】ヘッダー２２は、積層体２３を形成する複
数個のサンドイッチ状プレートを包含する。熱交換器２
４は、コレクタベース２８に流体連結される平行な複数
個のコアユニット２６を有する。冷媒は、ヘッダー２２
にろう付けされるヘッダー入口３０に入る。次いで、冷
媒は、後述される、様々のコアユニット２６に分配され
る、ヘッダー２２の（図示しない）巻かれた通路を貫流
する。コレクタベース２８は、コアユニット２６から出
る冷媒を収集する。次いで冷媒は、図１の矢印で示され
るようにコレクタベース２８から出る。

【００１４】図２は、ヘッダー２２の分解図を示す。好
適実施例において、ヘッダー２２は、下部ディストリビ
ュータプレート３４と、第１トランスファープレート３
６と、中間ディストリビュータプレート３８と、第２ト
ランスファープレート４０と、上部ディストリビュータ
プレート４２と、キャッププレート４４とを包含する。
好適実施例のディストリビュータプレートは、０．１２
５″（３．１７５mm）の厚さを有し、オリフィスプレー
トは、０．０３５″（０．８８９mm）の厚さを有する。
好ましくはプレート３４，３６，４０，４２、及び４４
は、矩形形状を有し、対応する外周３５，３７，３９，
４１，４３、及び４５を有する。

【００１５】プレートは、それらの接触面が積層体２３
を形成するように共にろう付けされる、アルミニウムで
理想的に形成される。プレートは、形状的及び寸法的に
均一であるので、それらのプレートを取着し且つシール
するためのロボットや他の自動化手段を用いて容易に製
造され得る。円形のような他の寸法及び形状、あるいは
他の金属、同等の樹脂若しくはセラミックス等灯の他の
材料から成るプレートを使用することは、本発明の範囲
内にある。

【００１６】本実施例において、ヘッダー２２の構造の
ために、ろう付け合金で予め被覆されたアルミニウムが
用いられる。ヘッダー積層体２３が積み重ねられ、クラ
ンプされ、そしてろう付け炉内に配置されると、ろう付
け合金が、周辺並びに接触ランド面をシールするように
流れる。図４を参照すると、外周３５で限界付けられた
下部ディストリビュータプレート３４は、入口開口４８
及び複数個の平行な細長チャネル４６を包含する。チャ
ネル４６は、コアユニット２６の上部の開口に対応する
形状及び寸法に形成される。これらの開口及びチャネル
４６は、ヘッダー２２及び熱交換器２４の間の流体的連
通を実現するために相互に連結される。開口４８は、好
ましくは円形チューブである、ヘッダー入口３０を受容
し得る寸法に形成される。

【００１７】図５（ａ）は、入口開口５４及び円形のト
ランスファー開口５２を有する第１トランスファープレ
ート３６の第１実施例を示す。トランスファー開口５２
の各々は、下部ディストリビュータプレート３４のチャ
ネル４６の１つに対応する。同様に、入口開口５４は、
入口開口４８と同軸的に整列されている。図５（ｂ）
は、トランスファー開口５２′が円形というよりも細長
いような別の実施例を示す。

【００１８】中間ディストリビュータプレート３８は、
図６に示されている。第１ディストリビュータプレート
３８は、入口開口５８及びＬ形状チャネル５６を包含す
る。Ｌ形状チャネル５６の各々は、第１及び第２のター
ミナル端部６０及び６２並びに中間湾曲部６４を包含す
る。第１及び第２のターミナル端部６０及び６２は、プ
レート３８の長手方向センターラインに沿って配置され
且つ第１トランスファープレート３６の開口５２又は５
２′と同軸的に整列され得る。

【００１９】第２のトランスファープレート４０は、図
７に示されており、入口開口６８及び複数個の離設され
たトランスファー開口６６を有する。トランスファー開
口６６及び入口開口６８は、中間ディストリビュータプ
レート３８の入口開口５８及びＬ形状チャネル５６の中
間湾曲部６４とそれぞれ同軸的に整列され得るように、
形成される。

【００２０】上部ディストリビュータプレート４２は、
入口開口７０及び外周４３を有する図８に示されてい
る。第１及び第２のチャネル７２及び７４は、入口開口
７０から二股に分かれている。第１及び第２の拡張チャ
ンバ８０及び８２は、チャネル７２及び７４に形成され
ている。拡張チャンバ８０及び８２からの分岐は、第１
及び第１の二次的チャネル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８
４ｄ、及び８４ｅ、並びに、８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，
８６ｄ、及び８６ｅである。第１及び第２の二次的通路
８４ａ〜ｅ及び８６ａ〜ｅの各々は、拡大端部８８ａ〜
ｅ及び９０ａ〜ｅでそれぞれ終端する。拡大端部８８ａ
〜ｅ及び９０ａ〜ｅは、第２トランスファープレート４
０のトランスファー開口６６と同軸的に対応する。

【００２１】拡張チャネル８０及び８２の各々に近付く
冷媒の量を等しくする流れ制限バランサを実現するため
に、ベンチュリ７６が短い寸法のチャネル７２に形成さ
れる。ヘッダー２２の最後のプレートは、トランスファ
ー開口又はチャネルを有しない、図９に示されたような
キャッププレート４４である。プレート４４の外周４５
は、他のプレート３４，３６，３８，４０、及び４２の
外周と同じ寸法及び形状を有する。

【００２２】図３は、積層体２３の下面図を示す。プレ
ート３４，３６，３８，４０，４２、及び４４は、入口
３０から熱交換器２４のコアユニット２６に冷媒を分配
するために、プレートの選択的通路を割り出すように、
インターリーブされる。隠れ線で示されているのは、そ
れを通して冷媒が流れるチャネル及び様々のトランスフ
ァー開口である。

【００２３】作動において、冷媒は、ヘッダー入口３０
に入り、同軸的配置の入口開口４８，５４，５８，６
８、及び７０の各々を貫流し、上部ディストリビュータ
プレート４２に到る。次いで、冷媒は、第１及び第２チ
ャネル７２及び７４に沿って第１及び第２拡張チャンバ
８０及び８２に流れる。ベンチュリ７６は、拡張チャン
バ８０及び８２の各々に均一な流れを供給するような寸
法に形成される。理論的には、沸騰状態の冷媒は、チャ
ンバ８０及び８２の容量を冷媒が充たすような拡張チャ
ンバ８０及び８２に届き、第１及び二次的なチャネル８
４ａ〜ｅ及び８６ａ〜ｅ並びに拡大端部８８ａ〜ｅ及び
９０ａ〜ｅに機械的に均一に分配する。従って、冷媒の
同量が、各コアユニット２６に均一に分配される。

【００２４】次いで、冷媒は、第２トランスファープレ
ート４０の複数個のトランスファー開口６６を通して、
Ｌ形状チャネル５６の中間湾曲部６４に、下方側に進
む。次いで、冷媒は、プレート３８の長手方向センター
ラインに沿って配置されたターミナル端部部分６０及び
６２に流れる。次いで、冷媒は、第１トランスファープ
レート３６のトランスファー開口５２を通して、コアユ
ニット２６と流体連通するチャネル４６に、下方側に進
む。そこから、冷媒は、コアユニット２６を貫流し、コ
レクションベース２８に収集され、次いでエバポレータ
２０から排出し得る。

【００２５】図３を参照すると、Ｌ形状チャネル５６
は、相互に重なって示されており、従って第１及び第２
ターミナル端部６０及び６２は、近傍にないコアユニッ
ト２６に対して冷媒を向かわせる。従って、高温及び低
温のコアユニットは、相互に隣合っていない。好ましく
は、プレート３４，３６，３８，４０、及び４２は、数
値制御式の切断装置を用いることによって内部形成され
たチャネル及びオリフィスを有する。代わりに、プレー
トは、通路を形成するように押圧成形され得る。もし材
料が許すならば、単一又は多層で形成され得るプレート
は、プレート形成時にダイキャスト又はモールド成型さ
れるチャネルを有し得る。

【００２６】ヘッダー入口３０から熱交換器２４のコア
ユニット２６に冷媒を選択的に分配するヘッダー２２の
製造方法は、次のステップを包含する。適当なトランス
ファー開口又はチャネルを具備したプレート３４，３
６，３８，４０、及び４２を形成すること。次に、プレ
ート３４，３６，３８，４０、及び４２は、キャッププ
レート４４と共に、入口３０からコアユニット２６に冷
媒を分配するためにトランスファー開口及びチャネルを
割り出すような形式で、インターリーブされる又は積み
重ねられる。ヘッダー２２からの漏出を防止するため
に、外周３５，３７，３９，４１，４３、及び４５は、
積層体２３を形成するように相互に連結される。もし金
属プレートが用いられるならば、好ましくは、プレート
を相互連結するために、ろう付けが用いられる。

【００２７】エバポレータ２０は、上記のように、ヘッ
ダー２２を形成し且つそれに熱交換器２４を流体連結す
ることによって製造される。好ましくは、それは、コア
ユニット２６の各上部開口を下部ディストリビュータプ
レート３４のチャネル４６に連結することによって為さ
れる。コアユニット２６の下部開口は、コアユニット２
６を離れる冷媒を収集するためにコレクタベース２８に
流体連結される。上記明細書部分において本発明が所定
の好適実施例に関して記載され且つ図示目的のために多
くの詳細事項が記述されたが、本発明の基本原理から逸
脱することなく、ここに記載された他の詳細事項が相当
変動し得ること、及び本発明が変更を許容し得ること、
が当業者には明らかになろう。例えば、異なる数のプレ
ートが用いられ得る。また、割り出された通路によって
作製された通路は、プレートに形成されたチャネル及び
オリフィスの異なる組み合わせから成り得る。プレート
外周の間からの流体漏出を防止するためにプレート間
に、所定シールが介挿され得る。

【００２８】本発明を実施するための好適態様が詳細に
記載されたが、本発明が関係する技術に通じた者は、請
求の範囲によって画成されたように本発明を実施するた
めの他の様々な実施例を認識するであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の従って形成された熱交換器及
びヘッダーを有するエバポレータの側面図である。

【図２】図２は、図示のような複数個のプレートによっ
て画成されたヘッダーの分解斜視図である。

【図３】図３は、通路が隠れ線で示されたヘッダーの図
解図である。

【図４】図４は、下部ディストリビュータプレートの平
面図である。

【図５】図５は、第１トランスファープレートの平面図
である。

【図６】図６は、中間ディストリビュータプレートの平
面図である。

【図７】図７は、第２トランスファープレートの平面図
である。

【図８】図８は、上部トランスファープレートの平面図
である。

【図９】図９は、キャッププレートの平面図である。

【符号の説明】

２０…エバポレータ ２２…ヘッダー ２３…積層体 ２４…熱交換器 ２６…コアユニット ２８…コレクタベース ３０…ヘッダー入口 ３４…ディストリビュータプレート ３６…第１トランスファープレート ３８…中間ディストリビュータプレート ４０…第２トランスファープレート ４２…上部ディストリビュータプレート ４４…キャッププレート

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒をヘッダー入口（３０）から熱交換
   器（２４）のコアユニット（２６）に選択的に分配する
   改善型ヘッダー（２２）において、 ヘッダー入口（３０）と熱交換器（２４）のコアユニッ
   ト（２６）との間を流体連結するように適合された積層
   体を形成するために相互に積み重ねられる複数個のプレ
   ート（３４，３６，３８，４０，４２）を有し、 上記プレートの内の少なくとも２つのプレート（４０，
   ４２）は、通路を有し、 上記プレートの内の少なくとも１つのプレートは、第１
   チャネル（７４）と、プレート（４２）の全体に横方向
   に冷媒を分配するために第１チャネル（７４）から枝分
   かれする第２のチャネル（８６ａ〜ｅ）、とによって、
   その通路が画成されるディストリビュータプレート（４
   ２）であり、該ディストリビュータプレート（４２）
   は、第１拡張チャンバ（８２）を有し、該第１拡張チャ
   ンバ（８２）は、該第１拡張チャンバ（８２）内に流体
   が広がるように第１チャネル（７４）と第２チャネル
   （８６ａ〜ｅ）とに流体連通し、 上記プレートの内の少なくとも１つのプレートは、その
   通路がトランスファー通路（６６）であるトランスファ
   ープレート（４０）であり、 上記プレート（３４，３６，３８，４０，４２）は、入
   口から通路を介してコアユニット（２６）まで冷媒を分
   配するために、プレートの通路を選択的に割り出す形式
   でインターリーブされることを特徴とする改善型ヘッダ
   ー。
2. 【請求項２】 上記ディストリビュータプレート（４
   ２）は、第１チャネル（７４）から二股にされた第２の
   チャネル（７２）を含み、 第２チャネル（７２）は、相互に流体連通する第２の枝
   分かれチャネル（８４ａ〜ｅ）及び第２の拡張チャンバ
   （８０）を有し少なくとも１つのチャネル（７２）は、
   第２の枝分かれチャネル（８４ａ〜ｅ，８６ａ〜ｅ）か
   ら出た冷媒の隣接プレート（４０）に対する流れを均一
   化するために、その関係する拡張チャンバ（８０）に近
   付く冷媒の他の拡張チャンバ（８２）に対する流れを均
   一化するように、形成されたベンチュリ（７６）を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の改善型ヘッダー。
3. 【請求項３】 冷媒をヘッダー入口（３０）から熱交換
   器（２４）のコアユニット（２６）に選択的に分配する
   改善型ヘッダー（２２）において、 ヘッダー入口（３０）と熱交換器（２４）のコアユニッ
   ト（２６）との間を流体連結するように適合された積層
   体を形成するために相互に積み重ねられる複数個のプレ
   ート（３４，３６，３８，４０，４２）を有し、 上記プレートの内の少なくとも２つのプレート（４０，
   ４２）は、通路を有し、 上記プレートの内の少なくとも１つのプレート（４２）
   は、プレート（４２）の全体に横方向に冷媒を分配する
   ために第１及び第２枝部（７２，７４）を具備する二股
   状チャネルによって、その通路が画成されるディストリ
   ビュータプレートであり、１つの枝部（７２）は、各枝
   部（７２，７４）から出た冷媒の隣接プレート（４０）
   に対する流れを均一化するために、形成されたベンチュ
   リ（７６）を含み、 上記プレートの内の少なくとも１つのプレートは、その
   通路がトランスファー通路（６６）であるトランスファ
   ープレート（４０）であり、 上記複数個のプレート（３４，３６，３８，４０，４
   ２）は、入口から通路を介してコアユニット（２６）ま
   で冷媒を分配するために、プレートの通路を選択的に割
   り出す形式でインターリーブされることを特徴とする改
   善型ヘッダー。
4. 【請求項４】 冷媒をヘッダー入口（３０）から熱交換
   器（２４）のコアユニット（２６）に選択的に分配する
   ヘッダー（２２）の製造方法において、 通路を有する複数個のプレート（３４，３６，３８，４
   ０，４２）を形成するステップと、 第１チャネル（７４）と第２チャネル（８６ａ〜ｅ）と
   に流体連通する第１の拡張チャンバ（８２）を具備す
   る、第１チャネル（７４）と第１チャネル（７４）から
   枝分かれする第２のチャネル（８６ａ〜ｅ）とによっ
   て、その通路が画成される、少なくとも１つのディスト
   リビュータプレート（４２）を形成するステップと、 入口から通路を介してコアユニット（２６）まで冷媒を
   分配するために、通路を選択的に割り出す形式でプレー
   ト（３４，３６，３８，４０，４２）をインターリーブ
   して積層体を形成するステップ、 とを有することを特徴とする製造方法。
5. 【請求項５】 相互に流体連通する第２の拡張チャンバ
   （８０）及び第２の枝分かれチャネル（８４ａ〜ｅ）を
   有し且つ第１チャネル（７４）と流体連通する第２チャ
   ネル（７２）を形成するステップを含むディストリビュ
   ータプレート（４２）を形成するステップと、 その関係する拡張チャンバ（８０）に近付く冷媒の他の
   拡張チャンバ（８２）に対する流れを均一化するよう
   に、１つのチャネル（７２）にベンチュリ（７６）を形
   成するステップ、 とを有することを特徴とする請求項４に記載の製造方
   法。
6. 【請求項６】 冷媒をヘッダー入口（３０）から熱交換
   器（２４）のコアユニット（２６）に選択的に分配する
   ヘッダー（２２）の製造方法において、 通路を有する複数個のプレート（３４，３６，３８，４
   ０，４２）を形成するステップと、 第１及び第２枝部（７２，７４）を具備する二股状チャ
   ネルによって、その通路が画成される、少なくとも１つ
   のディストリビュータプレート（４２）を形成するステ
   ップと、 各枝部（７２，７４）から出た冷媒の隣接プレート（４
   ０）に対する流れを均一化するために、１つの枝部（７
   ２）にベンチュリ（７６）を形成するステップと、 入口から通路を介してコアユニット（２６）まで冷媒を
   分配するために、プレートの通路を割り出す形式でプレ
   ート（３４，３６，３８，４０，４２）をインターリー
   ブして積層体を形成するステップ、 とを有することを特徴とする製造方法。