JPH09178383A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チューブ２を金属薄板４の積層構造により形
成する積層型熱交換器において、チューブ２内における
伝熱促進用のインナーフィン１２の位置決めを確実に行
うとともに、圧力損失の増大を最小限に抑制する。 【解決手段】 チューブ２内に、その内部を流れる流体
の伝熱促進用のインナーフィン１２を配設するととも
に、金属薄板４の少なくとも一端部に、チューブ２の冷
媒通路２ｂへの流体出入口部を構成するタンク部４ｃ、
４ｅを一体成形し、このタンク部４ｃ、４ｅのうち、チ
ューブ２の冷媒通路２ｂ側から立ち上がる円弧状部１３
の立ち上がり端部に、インナーフィン１２の端面１２ａ
に沿ってチューブ２の幅方向に延びる段差１４を形成
し、この段差１４にてインナーフィン１２の長手方向の
位置決めを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチューブを金属薄板
の積層構造により形成するとともに、チューブ内に伝熱
促進用のインナーフィンを配設する積層型熱交換器にお
いて、インナーフィン組付の位置決め構造に関するもの
で、冷凍サイクルの冷媒を蒸発させる蒸発器として好適
なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のインナーフィンを用いた
積層型熱交換器としては、特開平６−７４６０８号公
報、特開平６−７４６７７号公報、特開平６−１２３５
８０号公報に記載されたものが知られている。これらの
公報記載の従来構造では、波形状のインナーフィンをチ
ューブ内に配設するに際して、インナーフィン端部に相
当するチューブ側の部位に、円形状に突出した突起を一
体にプレス成形して、この突起によりインナーフィンの
チューブ長手方向に対する位置決めを行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
造では、チューブ内の流路空間が偏平状であり、その高
さが低いため、チューブ側の円形状突起の大きさも必然
的に小さなものとなってしまい、その結果、円形状突起
が波形状のインナーフィンの山谷の凹所内に入り込み、
インナーフィンの位置決めができない場合が生じる。ま
た、円形状突起が波形状のインナーフィンの山谷の凹所
内に入り込むことにより、インナーフィンの流体（冷媒
等）流路が塞がれてしまい、チューブの圧力損失が増大
する場合がある。

【０００４】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
チューブを金属薄板の積層構造により形成する積層型熱
交換器において、チューブ内における伝熱促進用のイン
ナーフィンの位置決めを確実に行うとともに、インナー
フィン通路の圧力損失の増大を最小限に抑制することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下の技術的手段を採用する。すなわち、請
求項１〜５記載の発明では、チューブ（２）を金属薄板
（４）の積層構造により形成する積層型熱交換器におい
て、チューブ（２）内に、その内部を流れる流体の伝熱
促進用のインナーフィン（１２）を配設するとともに、
前記金属薄板（４）の少なくとも一端部に、チューブ
（２）の流体通路（２ａ、２ｂ）への流体出入口部を構
成するタンク部（４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ）を一体成形
し、このタンク部（４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ）と、前記
チューブ（２）の流体通路（２ｂ）との接続部位に、イ
ンナーフィン（１２）の端面（１２ａ）に沿って前記チ
ューブ（２）の幅方向に延びる段差（１４）を形成し、
この段差（１４）にて前記インナーフィン（１２）の長
手方向の位置決めを行うことを特徴としている。

【０００６】このように構成することより、インナーフ
ィン（１２）が波形状等に成形されていても、その波形
状等の頂部又は底部が必ず段差（１４）に当接するの
で、この段差（１４）にてインナーフィン（１２）の長
手方向の位置決めを確実に行うことができる。また、イ
ンナーフィン（１２）の頂部、底部と段差（１４）との
当接により位置決めを行う構成であるから、従来構造の
ごとく、インナーフィン（１２）の波形状の山谷部の凹
所内に円形状の突起が入り込むといった不具合が発生せ
ず、従って、内部流体の圧力損失を増大することなく、
インナーフィン（１２）の長手方向の位置決めを行うこ
とができる。

【０００７】また、上記段差（１４）が補強リブの役割
を果して、チューブ（２）の耐圧強度を向上できる。さ
らに、上記段差（１４）部分において、チューブ（２）
内に流入する流体の流れに乱れを発生させて、流体とチ
ューブ（２）との間の伝熱促進を図ることができ、伝熱
性能を向上させることができる。特に、請求項３記載の
発明では、段差（１４）の高さ（ｈ）をインナーフィン
（１２）の板厚の１〜３倍の高さとすることにより、上
記作用をより一層効果的に発揮できるとともに、段差
（１４）のプレス成形に伴う金属薄板（４）の部分的な
薄肉化により耐食性低下が生じることも抑制できる。

【０００８】また、請求項５記載の発明のごとく、金属
薄板（４）相互間および金属薄板（４）とインナーフィ
ン（１２）との間をろう付けにて一体に接合する積層型
熱交換器では、段差（１４）の高さ（ｈ）をあまり高く
すると、ろう付け時に溶融ろう材がインナーフィン（１
２）の端面（１２ａ）部に集まって、インナーフィン
（１２）の通路を閉塞することが発生するが、段差（１
４）の高さ（ｈ）をインナーフィン（１２）の板厚の３
倍以下とすることにより、このろう材によるインナーフ
ィン（１２）通路の閉塞も抑制できる。

【０００９】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１〜図９は本発明熱交換器を自動
車用空調装置の冷凍サイクルにおける冷媒蒸発器に適用
した一実施形態を示しており、蒸発器１には、図示しな
い温度作動式膨張弁（減圧手段）で減圧され膨張した低
温低圧の気液２相冷媒が流入するようになっている。

【００１１】この蒸発器１は、多数のチューブ（冷媒通
路）２を並列に形成し、このチューブ２内を流れる冷媒
（内部流体）とチューブ２の外部を流れる空調用送風空
気（外部流体）とを熱交換させる熱交換部３を備えてい
る。図３〜６の矢印Ａはこの送風空気の流れ方向を示
す。この熱交換部３は図６に示す金属薄板４の積層構造
により形成されており、この積層構造の概略を以下説明
すると、熱交換部３では、金属薄板４を所定形状（冷媒
通路部となる部分が凹状に凹んだ形状）に成形して、こ
れを２枚１組として多数組積層した上で、ろう付けによ
り接合することにより多数のチューブ２を並列に形成す
るものである。ここで、金属薄板４の材料としては、熱
伝導率、耐食性、ろう付け性等に優れ、軽量であるアル
ミニュウムを用いており、具体的にはアルミニュウム心
材（例えばＡ３００３のアルミニュウム合金材）の両面
にろう材（例えばＡ４１０４のアルミニュウムろう材）
をクラッドした両面クラッド材を用いている。ろう材の
クラッド率は例えば板厚の１５％程度であり、また金属
薄板４の板厚は０．４〜０．６ｍｍ程度である。

【００１２】この多数のチューブ２内には、本例では、
図５、６に示すように、金属薄板４の中央の突出壁４ａ
により仕切られた第１、第２の２つの通路２ａ、２ｂが
チューブ長手方向に対して並列に形成してある。そし
て、隣接するチューブ２相互の通路２ａ、２ｂをチュー
ブ２の両端部（図１、５、６の上下端部）でそれぞれ互
いに連通させるため、金属薄板４の両端部にはタンク部
４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅが一体形成されている。従っ
て、タンク部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅはチューブ２の冷
媒通路２ａ、２ｂへの冷媒出入口部を構成することにな
る。

【００１３】これらのタンク部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ
はそれぞれ独立にチューブ２の外方側へ突出する円筒状
突出部にて形成され、その突出部の頂部にそれぞれ連通
穴４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉが開口している。また、熱交
換部３において、隣接するチューブ２の外面側相互の間
隙にコルゲートフィン（フィン手段）５を接合して空気
側の伝熱面積の増大を図っている。このコルゲートフィ
ン５はＡ３００３のような、ろう材をクラッドしてない
アルミニュウムベア材にて波形状に成形されている。

【００１４】熱交換部３の金属薄板積層方向の一端部に
位置する金属薄板４０およびこれに接合されるエンドプ
レート４１、さらに金属薄板積層方向の他端部に位置す
る金属薄板４２およびこれに接合されるエンドプレート
４３（図１〜図４参照）も、上記金属薄板４と同様に両
面クラッド材から成形されている。但し、これらの板材
４０〜４３の板厚は強度確保のため、上記金属薄板４よ
り厚肉、例えば１ｍｍ程度にしてある。

【００１５】そして、一端部のエンドプレート４１に
は、図２（ｂ）に示すように、金属薄板積層方向の外方
側へ突出する上側および下側の張出部４１ａ、４１ｂが
形成してある。この上側および下側の張出部４１ａ、４
１ｂは、それぞれ補強のため上下方向に延びる複数の凹
凸形状にて構成されている。この張出部４１ａ、４１ｂ
と、熱交換部３の金属薄板積層方向の一端部に位置する
金属薄板４０との間に形成される空間により、冷媒入口
通路６および冷媒出口通路７（図５参照）を形成してい
る。

【００１６】また、一端部のエンドプレート４１の上下
方向の中間部位には、外部冷媒回路との接続用配管ジョ
イント８を接合してある。この配管ジョイント８はＡ６
０００番系のアルミニュウムベア材にて成形されてい
る。この配管ジョイント８には冷媒入口パイプ８ａと冷
媒出口パイプ８ｂが一体成形されており、この両パイプ
８ａ、８ｂの通路端部をエンドプレート４１の穴部（図
示せず）内に嵌入してろう付けする。これにより、冷媒
入口パイプ８ａは冷媒入口通路６と連通し、冷媒出口パ
イプ８ｂは冷媒出口通路７と連通している。この配管ジ
ョイント８の冷媒入口パイプ８ａには、図示しない膨張
弁の出口側冷媒配管が連結され、また、冷媒出口パイプ
８ｂには、蒸発器で蒸発したガス冷媒を圧縮機（図示せ
ず）側へ吸入させる圧縮機吸入配管が連結される。

【００１７】一方、他端部のエンドプレート４３には金
属薄板積層方向の外方側へ突出する張出部４３ａが形成
してある。この張出部４３ａも、補強のため上下方向に
延びる複数の凹凸形状にて構成されている。この張出部
４３ａと、熱交換部３の金属薄板積層方向の他端部に位
置する金属薄板４２との間に形成される空間により、タ
ンク部４ｄとタンク部４ｅとを連通させる冷媒通路９
（図５参照）、および図５の下方から上方へ冷媒を流す
冷媒通路１０を形成している。

【００１８】本例における熱交換部３では、タンク部４
ｄの連通路の途中部位にこの連通路を遮断する仕切り板
１１（図５参照）を設けている。従って、熱交換部３に
おける冷媒通路は、配管ジョイント８の冷媒入口パイプ
８ａ→冷媒入口通路６→図５の範囲Ｂ内のタンク部４ｄ
に至り、ここからチューブ２の第１通路２ａ内を上昇す
る。

【００１９】そして、上部のタンク部４ｂにて冷媒通路
は図５の右側から左側へ進み、図５の範囲Ｃ内のタンク
部４ｂからチューブ２の第１通路２ａ内を下降し、範囲
Ｃ内のタンク部４ｄに至り、他端部のエンドプレート４
３と金属薄板４２との間に形成される冷媒通路９により
タンク部４ｅ側に連通する。そして、このタンク部４ｅ
側から冷媒通路は、冷媒通路１０およびチューブ２の第
２通路２ｂ内を上昇し、タンク部４ｃに至り、さらに、
冷媒出口通路７を経て配管ジョイント８の冷媒出口パイ
プ８ｂに至る。

【００２０】上記冷媒通路構成において、チューブ２の
第１通路２ａ部分には、リブ４ｊが設けてある。このリ
ブ４ｊは金属薄板４に一体に打ち出し成形されたもの
で、冷媒流れに対して斜めに形成されており、冷媒の流
れを乱して冷媒側の熱伝達率を向上させるものである。
ところで、チューブ２の第２通路２ｂ部分には、インナ
ーフィン１２が配設してある。このインナーフィン１２
はＡ３００３のアルミニュウムベア材からなり、チュー
ブ２の長手方向に平行な波形状に成形されている。そし
て、インナーフィン１２の波形状の底部、頂部は、金属
薄板４、４の内壁面に当接して一体ろう付けされてい
る。インナーフィン１２の板厚は具体的には０．０８〜
０．１ｍｍ程度が適当であり、金属薄板４の板厚（０．
４〜０．６ｍｍ）と比較すると、金属薄板４の板厚の１
／５〜１／６である。

【００２１】本実施形態では、このインナーフィン１２
の長手方向（チューブ長手方向）に対する位置決めを行
うために、以下の構造を採用している。すなわち、図
７、８に示すように、タンク部４ｃ、４ｅとチューブ２
の第２通路２ｂとの接続部位に、インナーフィン１２の
端面１２ａに沿ってチューブ２の幅方向（図６の左右方
向）に延びる段差１４を形成している。

【００２２】より具体的に述べると、チューブ２の第２
通路２ｂ側のタンク部４ｃ、４ｅのうち、第２通路２ｂ
側から立ち上がる円弧状部１３の立ち上がり端部に、イ
ンナーフィン１２の端面１２ａに沿って延びる段差１４
を形成している。この段差１４はインナーフィン１２の
長手方向の位置決めを行うためのものであり、この段差
１４の高さｈはインナーフィン１２の板厚の１〜３倍の
高さとすることが好ましく、具体的には０．１〜０．３
ｍｍ程度である。

【００２３】段差１４の高さｈの下限値は、インナーフ
ィン１２の長手方向の位置決めを確実に行うために、イ
ンナーフィン１２の板厚と同等以上に設定することが好
ましい。また、段差１４の高さｈを高くすれば、それだ
けインナーフィン１２の位置決め効果は向上するが、そ
の反面、段差１４をプレス成形にて形成する際、段差１
４による材料の肉移動が発生して、金属薄板４に部分的
に薄肉部分が形成される。そして、この薄肉化の程度が
段差１４の高さｈの増加により大きくなると、金属薄板
４の耐食性の低下を引き起こすことがある。

【００２４】そこで、段差１４の高さｈの上限値をイン
ナーフィン１２の板厚の３倍以下として、上記薄肉化に
よる金属薄板４の耐食性の低下を抑制することが好まし
い。なお、段差１４の高さｈを高くすると、蒸発器１の
ろう付け時に、溶融ろう材が毛細管現象によりインナー
フィン１２の端面１２ａ部に集まって、インナーフィン
１２の通路を閉塞する程度が拡大されるので、この通路
閉塞を抑制するためにも、段差１４の高さｈをインナー
フィン１２の板厚の３倍以下に設定することが好まし
い。

【００２５】上記した冷媒蒸発器１はろう付けにて組付
けられるものであって、蒸発器１は図１〜図４に示す状
態に積層して仮組付した後、その仮組付状態を適宜の治
具にて保持して、ろう付け炉内に仮組付体を搬入する。
次に、このろう付け炉内にて、仮組付体をアルミニュウ
ム両面クラッド材のろう材の融点まで加熱して、蒸発器
１各部の接合箇所を一体ろう付けする。

【００２６】次に、上記構成において冷媒蒸発器１の作
用を説明すると、冷媒蒸発器１内部において、冷媒は前
述した経路（図５の矢印参照）にて流れ、この経路を流
れる間に矢印Ａ方向に送風される空調空気から冷媒は吸
熱して蒸発する。これにより、空調空気は冷却、除湿さ
れる。本発明の要部はインナーフィン１２の位置決め構
造にあるから、この部分の作用について詳述すると、チ
ューブ２の第２通路２ｂ側のタンク部４ｃ、４ｅのう
ち、第２通路２ｂ側から立ち上がる円弧状部１３の立ち
上がり端部に、インナーフィン１２の端面１２ａに沿っ
て延びる段差１４を形成しているから、インナーフィン
１２が波形状であっても、その波形状の頂部、底部が必
ず段差１４に当接するので、この段差１４にてインナー
フィン１２の長手方向の位置決めを確実に行うことがで
きる。

【００２７】また、従来構造のごとく、インナーフィン
１２の波形状の凹所内に円形状の突起が入り込むといっ
た不具合が発生せず、従って、第２通路２ｂ側の冷媒圧
力損失を増大することなく、インナーフィン１２の長手
方向を位置決めできる。また、タンク部４ｃ、４ｅのう
ち、第２通路２ｂ側から立ち上がる円弧状部１３の立ち
上がり端部に段差１４を形成しているので、この段差１
４が補強リブの役割を果して、チューブ２の耐圧強度を
向上できる。さらに、図９に示すように、上記段差１４
部分において、チューブ２内に流入する冷媒の流れに乱
れ（矢印Ｅ参照）を発生させて、冷媒とチューブ２との
間の伝熱促進を図ることができ、伝熱性能を向上でき
る。

【００２８】また、段差１４の高さｈをインナーフィン
１２の板厚以上の高さとすることにより、上記位置決め
作用をより確実に発揮でき、さらに、段差１４の高さｈ
をインナーフィン１２の板厚の３倍以下とすることによ
り、段差１４のプレス成形に伴う金属薄板４の部分的な
薄肉化による耐食性低下を抑制できる。また、ろう付け
時に、インナーフィン１２の通路がろう材により閉塞す
ることも抑制できる。 （他の実施形態）なお、本発明の要部はインナーフィン
１２の位置決め構造にあるから、熱交換部３におけるチ
ューブ構成等は種々変更してもよいことは勿論であり、
例えば、上記実施形態では、チューブ２の第１通路２ａ
側には、斜めリブ４ｊを形成し、インナーフィン１２を
配設していないが、斜めリブ４ｊを廃止して、その代わ
りに第１通路２ａ側にもインナーフィン１２を配設して
もよい。

【００２９】また、インナーフィン１２として、波形状
のものに限らず、例えば、矩形状の凹凸形状としたり、
矩形状の凹凸形状をずらしたオフセットフィン等を使用
することもできる。また、上記実施形態では、金属薄板
４の両端部に、それぞれ２個ずつのタンク部４ｂ、４ｃ
とタンク部４ｄ、４ｅとを設けているが、金属薄板４の
両端部に、それぞれ１個ずつのタンク部を設ける構成で
あってもよい。また、金属薄板４の一端部に冷媒の入口
側のタンク部と冷媒の出口側のタンク部とを設けて、金
属薄板４の他端部で冷媒流れをＵターンさせる構成であ
ってもよい。この金属薄板４の他端部で冷媒流れをＵタ
ーンさせる形式のものでは、このＵターン流路部分にイ
ンナーフィン１２の他端側の位置決めを行う段差を金属
薄板４に一体成形すればよい。このように、冷媒通路構
成は種々変更できる。

【００３０】また、上記実施形態では、タンク部４ｃ、
４ｅと、チューブ２の第２通路２ｂとの接続部位に、イ
ンナーフィン１２の端面１２ａに沿ってチューブ２の幅
方向の全長にわたって段差１４を形成しているが、チュ
ーブ２の幅方向の一部に段差１４を形成しない部分を設
けてもよく、このように変形しても、段差１４にてイン
ナーフィン１２の長手方向の位置決めを確実に行うこと
ができる。

【００３１】また、本発明は冷媒蒸発器に限定されるこ
となく、種々な流体の熱交換を行う熱交換器一般に広く
適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す蒸発器の正面図であ
る。

【図２】（ａ）は図１の蒸発器の左側面図で、（ｂ）は
図１の蒸発器の右側面図である。

【図３】図１の蒸発器の上面図である。

【図４】図１の蒸発器の底面図である。

【図５】図１の蒸発器の冷媒通路構成を示す概略分解斜
視図である。

【図６】図１の蒸発器に用いられるチューブを構成する
金属薄板の斜視図である。

【図７】図６の金属薄板のＤ−Ｄ断面図である。

【図８】図１の蒸発器におけるインナーフィン端部の組
付状態を示す斜視図である。

【図９】図１の蒸発器におけるインナーフィン端部にお
ける冷媒の流れ状態を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１…蒸発器、２…チューブ、３…熱交換部、４、４０、
４２…金属薄板、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ…タンク部、
１２…インナーフィン、１３…円弧状部、１４…段差。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チューブ（２）内を流れる内部流体と前
   記チューブ（２）の外部を流れる外部流体とを熱交換さ
   せる熱交換部（３）を有し、 この熱交換部（３）のチューブ（２）を金属薄板（４）
   の積層構造により形成し、 前記チューブ（２）内に、前記内部流体と前記チューブ
   （２）との間の伝熱を促進するインナーフィン（１２）
   を配設し、 前記金属薄板（４）の少なくとも一端部に、前記チュー
   ブ（２）の流体通路（２ａ、２ｂ）への流体出入口部を
   構成するタンク部（４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ）を一体成
   形し、 このタンク部（４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ）と、前記チュ
   ーブ（２）の流体通路（２ｂ）との接続部位に、インナ
   ーフィン（１２）の端面（１２ａ）に沿って前記チュー
   ブ（２）の幅方向に延びる段差（１４）を形成し、この
   段差（１４）にて前記インナーフィン（１２）の長手方
   向の位置決めを行うことを特徴とする積層型熱交換器。
2. 【請求項２】 前記段差（１４）は、前記タンク部（４
   ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ）のうち、前記チューブ（２）の
   流体通路（２ｂ）側から立ち上がる円弧状部（１３）の
   立ち上がり端部に形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の積層型熱交換器。
3. 【請求項３】 前記段差（１４）の高さ（ｈ）は、前記
   インナーフィン（１２）の板厚の１〜３倍であることを
   特徴とする請求項１または２に記載の積層型熱交換器。
4. 【請求項４】 前記インナーフィン（１２）の板厚は前
   記金属薄板（４）の板厚の１／５以下であることを特徴
   とする請求項３に記載の積層型熱交換器。
5. 【請求項５】 前記金属薄板（４）はろう材をクラッド
   したアルミニュウムクラッド材からなり、前記インナー
   フィン（１２）はろう材をクラッドしてないアルミニュ
   ウムベア材からなり、 前記金属薄板（４）相互間および前記金属薄板（４）と
   前記インナーフィン（１２）との間がろう付けにて一体
   に接合されていることを特徴とする請求項１ないし４の
   いずれか１つに記載の積層型熱交換器。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１つに記載
   の積層型熱交換器において、前記内部流体は冷凍サイク
   ルの冷媒であり、この冷媒と外部流体とを熱交換させ
   て、冷媒を蒸発させるようにしたことを特徴とする冷媒
   蒸発器。