JPH0654197B2 - 積層型熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車の空調装置用エバポレータなどとして使
用するのに適した積層型熱交換器に関する。

［従来の技術］ 積層型と称される構造を備えた熱交換器の代表例とし
て、自動車用空調装置に組込まれる冷風発生用エバポレ
ータの一般的な構造を第４図〜第６図に示した。第４図
はその外観図、第５図は偏平管構成部材としてのコアプ
レートの正面図、第６図は第５図の（ハ）−（ハ）断面
図、そして第７図はエバポレータの部分縦断面図であっ
て、エバポレータは伝熱媒体としての冷媒の入口16と出
口17を備えた熱交換用冷媒流路としての偏平管Ａ群を、
第７図の様に各隣接管の冷媒入口と出口とが接続される
様に積層合体して構成されている。第４図において６と
７はそれぞれ冷媒の供給用と排出用の配管であって、車
載冷凍機の冷凍サイクルに接続されている。隣接偏平管
の相互間には被冷却空気の熱交換用通風路Ｃが設けられ
ており、この間隙にはめ込む様にして伝熱面積増大用の
コルゲートフィン２が嵌着されている。

そして偏平管Ａは第５図〜第７図に明らかな様にアルミ
ニウムその他の熱伝導性にすぐれた金属の表裏両面にあ
らかじめろう材をクラッドさせたうえプレス加工を施し
て浅い盆状に成形した、同一形状同一寸法の２枚のコア
プレート100を、凹入側を内向きにしてろう着け接合す
るとによって作成されている。偏平管Ａの役割は、霧化
状態で入口17から流入した液相冷媒が管内をめぐって出
口16に到達するまでに管壁および管壁にろう着け接合さ
れているコルゲートフィン２に触れている温かい空気か
ら気化の潜熱を奪うことによってみずからは気化すると
共にに間隙Ｃ内を送風機の圧送力によって強制通過させ
られる被空調空気を冷却させることにある。従って偏平
管Ａは気化した冷媒が呈する蒸気圧に耐えうる強度を求
められるので、薄い金属板からなるコアプレート100に
はプレート自体の強度と、２枚のコアプレート100のろ
う付け貼り合わせ強度を高めるために多数の突条状のリ
ブ111が一定方向に配向させた状態のもとに打出し成形
されている。このリブ111は冷媒の流れに乱れを生じさ
せて伝熱効率を高めるのにも役立ている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のごとき構成を備えた積層型熱交換器の組立方法と
しては、既述のごとくあらかじめ両表面にろう材をクラ
ッドさせてあるコアプレート100を２枚重ね合わせて偏
平管Ａを形作らせた後、その一方の側面にコルゲートフ
ィン２を当てがい更にその隣に第２の仮組立偏平管Ａを
当てがうと言う具合にして第７図に示された様な積層構
造体を形成させたうえ、治具を用いてこの形状を固定さ
せた状態のもとにろう材の融点にまで加熱されているろ
う付け炉内に通入させることによって各接合部分を一挙
にろう着け接着させる方法が採られている。

従って１個の熱交換器を構成する十数枚ないしは数十枚
にも及びコアプレート100を相互に正確な位置関係を保
たせてずれなく重ね合わせると言う甚だわずらわしく且
つ注意力を必要とする作業が組立工程の重要な部分を占
めると共に生産性向上のうえでの一つのネックをなして
いた。

本発明は偏平管構成部材としてのコアプレートの重ね合
わせによる仮組立作業が正確且つ効率的に行えると共
に、組立強度を向上させることのできる構造を備えた積
層型熱交換器を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明の積層型熱交換器
は、金属板の周縁部を盆の縁状に立ち上がらせると共
に、その内側面に突条状のリブ群を任意の方向に配向状
態に突設してなる一対の偏平管構成部材を、これら両部
材のリブ群の頂面が相互に衝接されるようにして重ね合
わせると共に伝熱媒体の出入口を設けて形成させた偏平
管群を、その偏平方向に放熱用フィンを介在させながら
積層したうえ、これら積層体の各接触面をろう付け法に
よって接合合体させた積層型熱交換器において、前記リ
ブの高さを、前記周鉛部立ち上がり高さよりも幾分高く
設定すると共に、該リブの頂面に前記偏平管構成部材の
重ね合わせ位置決めおよび貼り合わせ強度の向上等の機
能を生じさせるための凹凸形状が設ける構成を採用し
た。

［作用］ 上記のごとき構成を備えた積層型熱交換器は、盆状をな
す一対の偏平管構成部材を、各部材に設けたリブ群の頂
面が相互に衝接される様にして重ね合わせる際に、相対
向する位置関係にあって衝接される一組のリブの各々の
頂面に設けた重ね合わせ位置決め用凹凸形状がおのずか
らかみ合わされることによって、特別な位置決め用治具
を用いたり格別の注意力を払うことを要せずに簡単迅速
且つ正確に重ね合わせ作業が行なわれる。

また、衝接される一組のリブのろう付け接合個所として
のリブの頂面に凹凸形状を設けたことによって、この接
合面積が増大しろう付け強度が高められる。

［実施例］ 以下に付図に示す本発明の一実施例としての第１図〜第
４図および第７図に基づいて、発明の具体的な構成を説
明する。

第４図は自動車用空調装置に組込まれる冷風発生のため
の積層型熱交換器としてのエバポレータの外観図である
が、その全体構成は［従来の技術］の項で説明したもの
と本質的に異なるところはない。図中のＡは偏平管群、
Ｂは各偏平管Ａに設けられた伝熱媒体としての冷媒の入
口17と出口16（第１図および第２図参照）を包囲する様
にして形成させた冷媒の分散または集合用の、それぞれ
冷媒入口ポートまたは冷媒出口ポートであり、Ｃは隣接
する偏平管Ａを幾分隔てる様にして形成させた熱交換用
通風路である。この熱交換用通風路Ｃには薄いアルミニ
ウム板などで作られており、必要に応じて表面にろう材
をクラッドさせたコルゲートフィン２が嵌着ろう付けさ
れる。

各偏平管Ａは各々の冷媒出口16と入口17とが重なり合う
様にして隣接偏平管の冷媒入口ポートおよび出口ポート
Ｂを当接させろう付けすることによって全体として積層
構造が与えられている。そして両端部に位置する偏平管
Ａは外側の偏平管構成部材１を欠き、その代りに平板状
のエンドプレート22が第７図にみられる様に貼り合わさ
れている。このエンドプレート22に設けた冷媒入口19を
包囲する様にして冷媒の供給用配管６を取付けるための
配管取付けポートとしての金属製中空ブロック体４がエ
ンドプレート22にろう付けされている。冷媒排出用配管
７は、上記と同様な方法によってエンドプレート24に取
付けた配管取付け用ポート５に接続されている、23と25
は外壁板としてのサイドプレート、30と31は配管継手で
ある。

偏平管Ａの構成部材としてのコアプレート１は、その平
面図である第１図、第１図の（イ）〜（イ）断面図とし
ての第２図、同じく（ロ）〜（ロ）断面図としての第３
図にみられる様に、長方形の金属板の周縁部を第２図に
みられる様に偏平管Ａの厚さの1/2に相当する高さＨだ
け立ち上がらせる様にプレス加工することによって全体
として薄い盆状体に形作られている。コアプレート１の
上端部分には前述のごとき冷媒の分散または集合用の冷
媒入口または出口ポートＢがプレス加工により、またこ
の出口ポートＢには冷媒入口17または出口16が打抜き加
工により形成されれている。16aは冷媒出口16の口縁部
をフランジ状に突出させた継手部であって隣接偏平管Ａ
の冷媒入口17に嵌合される。

コアプレート１の周縁立ち上がり部分の上端は外側方向
に水平に折り曲げられて周縁フランジ12が形成させてあ
り、一組のコアプレート１を偏平管Ａに組立てるための
貼り合わせろう付け面をなしている。またコアプレート
１の下端部（図中の）は偏平管Ａの外側方向に水平に折
り曲げられて隣接偏平管Ａとの間に熱交換用通風路Ｃを
形成させるためのスペーサ14として機能させている。ス
ペーサ14部分の先端部は更に下向きに折り曲げて隣接ス
ペーサ14とのろう付け貼り合わせ面14aを形成させてい
る。

またコアプレート１の中央部には偏平管Ａ内にＵ字型の
冷媒流路を形成させるための仕切用突条13がコアプレー
ト１の下端に達しない長さをもって設けられている。こ
のＵ字型冷媒流路に乱流を生じさせる様にして、多数の
突条状のリブ11が一定の斜め方向を保って配向された状
態のもとに適宜の相互間隔を保たせながら、プレス打出
し法によって形成されている。そしてこのリブ11群の各
々の高さは、第３図にみられる様にコアプレート１の周
縁部立ち上がり高さ、つまり偏平管Ａの厚みの1/2の高
さＨより幾分高いＨ＋ｈに設定されている。

コアプレート１の片面に形成させたリブ11群の各々の頂
面には第３図にみられる様にその長手方向と直交方向に
凹み11aを設けることによって凹凸形状が与えられてい
る。偏平管Ａは同一形状、同一寸法のコアプレート１を
例えて言えば菓子の最中の皮状に２枚貼り合わせること
によって形成されるので、それぞれのコアプレート１に
管の内側向きに設けられている各リブ群は、相対向する
位置関係にある。例えば第１図に描かれている一対のリ
ブ11と11′の様にＸ字形に交叉状態をもって衝接された
時、各々のリブ11と11′はそれぞれ偏平管の厚さの1/2
よりｈ分だけ高さが高いために、両コアプレート１はこ
れらのリブの存在にじゃまされてそのろう付け貼り合わ
せ面としての相対向する一対の周縁フランジ12を当接さ
せることができなくなってしまう。リブ11の頂面の凹み
11aは，一対のリブ11と11′の各々が偏平管Ａの厚みよ
り高さＨだけ高井部分を互いにその頂面部に埋没させる
ための役目を果すことになる。

コアプレート１の材質としては熱伝導性と耐蝕性が良好
なアルミニウムまたはアルミニウム合金などが適してお
り、プレート成形加工に先立って、または必要に応じて
プレス成形後に、表裏両表面にろう付け組立用のろう材
をクラッドさせる。

次に上記実施例に示された積層型熱交換器を備えたエバ
ポレータの組立方法および組立て方の特長について説明
する。

すでに概略的に記述した様に、両表面にろう材クラッド
されている金属板からなるコアプレート１および金属板
製のコルゲートフィン２とを多数枚用意し、第７図に示
された組立構造をもって、第４図に描かれたごとき完成
形状がえられる様に、コアプレート１とコルゲートフィ
ン２とを交互に重ね合わせていく。この時、隣接偏平管
Ａの相互の重ね合わせ位置決めは、既述の様に冷媒出口
16に形成させた継手部16aを隣接管の冷媒入口17に嵌合
させることによって、少なくともコアプレート１の上半
部分に限っては容易且つ正確に行なわれるが、従来のこ
の種のエバポレータでは偏平管Ａを構成する２枚のコア
プレート１の相互の重ね合わせ位置決め手段が欠除また
は不完全であったので、一組のコアプレート１を全体的
に正しい重ね合わせ状態に保たせるためには少なからぬ
余分の時間と労力を要しあるいは専用の治具などを用意
しなければならなかった。多数個の偏平管Ａを仮組立て
のために次々に積み重ねて行くに従って作業の困難さは
更に増すことになる。

一方本発明による偏平管構成部材としてのコアプレート
１は、その貼り合わせ側面に突設されているリブ11群の
各々の頂面には、相対向して衝接される１組のリブ11お
よび11′を相互にかみ合わせ係合させられる凹凸形状を
与えるための凹み11ａが設けられているので、コアプレ
ート１のほぼその全面に亘って一組のコアプレート１を
正しく重ね合わせるための位置決め手段を備えることに
なる。一つの偏平管Ａを形作らせるための一組のコアプ
レート１を正しく重ね合わせるための操作は、２枚のコ
アプレート１を目視によりそれぞれの周縁部が正しく重
なり合う様にしながらずらし合わせればこの状態のもと
で各々のコアプレート１に設けられているリブ11および
11′群のうち相対向する位置関係にある一組のリブの頂
面に形成させてある凹凸形状部がおのずから相互にかみ
合わされるので、以後はこの仮組立状態に対して余程強
い外力を及ぼさない限り、２枚のコアプレート１の重ね
合わせがづれることは起り得なくなる。従って複数個の
仮組立偏平管Ａの積み重ね作業は従来の組立方法とは異
なって、コアプレート１群相互のづれ動きに気をくばる
ことを要せずに、極めて無造作に敏速に行うことができ
る。

必要個数の偏平管Ａの積層仮組立を終えたら、積層体の
両端面にエンドプレート22と24、配管取付ポート４と５
および片面にろう材がクラッドされているサイドプレー
ト23、25を当てがったうえ治具を用いてこの仮組立状態
に保持しながら公知のごとき方法によってろう付け炉内
で加熱することによって、第７図中に符号ａによって例
示的に示された個所のずべてが一挙にろう付け接合され
て一連の組立工程がすこぶる能率的に完了する。

コアプレート１に形成させたリブ11群の役割は、既述の
ごとく偏平管Ａ内を冷媒が第１図中に破線矢印（ニ）→
（ホ）で示された様に通り抜ける間に極力流路を延長さ
せると共に乱流を生じさせて冷媒の伝熱効率を高めると
共に偏平管の構造強度を向上させる点にある。リブ11の
高さをコアプレート１の周縁部立ち上がり高さＨより幾
分高く設定すると共にその頂面に凹み11aを設けたこと
は、単に熱交換器の組立作業の能率を高めるのに役立つ
にとどまらず、熱交換性能の向上の面においても、また
構造強度を高めさせる点においても少なからぬ効果を奏
する。つまり、相対向する一組のリブ11と11′の衝接面
は、従来の熱交換器が極く狭小な平坦面であったのに対
して本発明によるそれは立体的な凹凸面に及ぶので、ろ
う付け接合面積は少なくとも従来に較べて50％以上広く
させることができて偏平管Ａの冷媒蒸気圧に耐える強さ
が大巾に向上される。またリブ11が部分的に高さｈだけ
従来の熱交換器のリブより高く打ち出されているので、
偏平管Ａ内を流れる冷媒に対して乱流を生じさせる効果
がその分だけ高められ熱交換性能の向上に寄与させるこ
とができる。

上記実施例では、一つのリブ11の長さが比較的短いので
リブの頂面には一つだけの凹み11aが設けられている
が、リブ11の長さがより長い場合には、複数個のリブが
一つのリブに衝接される状態となって凹み11a個数も増
すことになる。またリブ11の形状寸法や配向方法あるい
は分布状態は、偏平管を構成する２枚の盆状部材が貼り
合わされた時、これら両部材にそれぞれ設けたリブ群の
うち相対向する位置関係に置かれた一組のリブが互いに
その長手方向を交叉させる状態をもって配置されるとい
う条件が満たされる限り、適宜に設計変更しても本発明
の目的は達成される。

また、本発明による積層型熱交換器は、冷房装置用エバ
ポレータの他に、内燃機関用ラジエーター、オイルクー
ラー、ターボチャージャー用のインタークーラーその他
の様々な型式の熱交換器として構成させるとができる。
なお、付図に示された積層型熱交換器はいづれも冷媒の
分散用入口ポート及び集合用出口ポートＢが偏平管Ａの
上単側に並列状態に形成されているが、これら両ポート
Ｂを偏平管Ａの上端部と下端部とに分離させて設けるタ
イプであってももちろん本発明による技術思想の可能で
ある。

［発明の効果］ 上記のごとき構成を備えた積層型熱交換器は、一対の盆
状をなす偏平管構成部材を、例えていえば菓子の最中の
皮状に重ね合わせて一個の偏平管を仮組立てし、且つこ
の様な仮組立偏平管を幾個も積層状に積み重ねて行く際
に、一対の偏平管構成部材のそれぞれに突設されている
リブ群の頂面に形成された凹凸形状が、両構成部材を重
合わせた時に互いに食い込む様にかみ合わされるので、
この積み重ね作業工程における各偏平管構成部材の重ね
合わせ位置決めが容易迅速且つ確実に行なわれると共
に、仮組立の途中でこの重ね合わせ状態が何等かの外力
によってずれ動くことが完全に防止される。

また、対向衝接される一対のリブのろう付け接合面とし
てのリブの頂面に係合用凹凸形状が与えられていること
によって、ろう付け面積が増大し偏平管の構造強度が目
立って向上される。

さらに各リブ群の突設高さは、従来の積層型熱交換器の
リブが偏平管の厚さの1/2であったのに対して本発明で
はそれより幾分高く設定されいるので、偏平管内を流れ
る伝熱媒体の流れをリブの存在によって攪乱させる効果
が増大することよって、伝導媒体側における熱交換性能
が高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による積層型熱交換器の一実施
例図であって、第１図は偏平管構成部材の正面図、第２
図と第３図はそれぞれ第１図の（イ）〜（イ）断面図、
（ロ）〜（ロ）断面図、第４図は外観図である。 第５図〜第７図は従来の積層型熱交換器に関するもので
あって、第５図は偏平管構成部材の平面図、第６図は第
５図の（ハ）〜（ハ）断面図、第７図は熱交換器の部分
側断面図である。 図中、１……偏平管構成部材（コアプレート）、２……
コルゲートフィン、６、７……伝熱媒体の供給及び排出
用配管、11、11′……リブ、11a……リブの頂面の凹凸
形状（凹み）16、17……伝熱媒体の出入口、Ａ……偏平
管、Ｂ……伝熱媒体の出入口ポート、Ｃ……熱交換用通
風路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属板の周縁部を盆の縁状に立ち上がらせ
   ると共に、その内側面に突条状のリブ群を任意の方向に
   配向状態に突設してなる一対の偏平管構成部材を、これ
   ら両部材のリブ群の頂面が相互に衝接されるようにして
   重ね合わせると共に伝熱媒体の出入口を設けて形成させ
   た偏平管群を、その偏平方向に放熱用フィンを介在させ
   ながら積層したうえ、これら積層体の各接触面をろう付
   け法によって接合合体させた積層型熱交換器において、 前記リブの頂面には、互いに衝接するリブが嵌合し合う
   ように凹凸形状が設けられていることを特徴とする積層
   型熱交換器。