JPH09324961A - 積層型熱交換器 - Google Patents

積層型熱交換器

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JPH09324961A
JPH09324961A JP14193096A JP14193096A JPH09324961A JP H09324961 A JPH09324961 A JP H09324961A JP 14193096 A JP14193096 A JP 14193096A JP 14193096 A JP14193096 A JP 14193096A JP H09324961 A JPH09324961 A JP H09324961A
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JP
Japan
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refrigerant
metal thin
plate
heat exchange
heat exchanger
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JP14193096A
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English (en)
Inventor
Tomohiko Nakamura
友彦 中村
Eiichi Torigoe
栄一 鳥越
Masahiro Shitaya
昌宏 下谷
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換部の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、タンク部とエン
ドプレートとの間における通路曲がり部での圧力損失を
低減させる。 【解決手段】 熱交換部3のチューブ2を金属薄板4の
積層構造により多数個並列形成するとともに、金属薄板
4の長手方向の端部に、チューブ2相互の流体通路を連
通させるタンク部4c、4d、4g、4hを形成し、熱
交換部3の金属薄板積層方向の端部にエンドプレート4
2、43を配置し、このエンドプレート42、43と、
熱交換部3端部の金属薄板40、41との間に、前記タ
ンク部に連通する連通路を形成し、金属薄板40、41
のタンク部40a、40b、41b、41dに、連通路
との流路曲がりを滑らかにする傾斜部40c、41eを
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は流体通路としてのチ
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】本出願人は、先に、特願平7−2732
21号の特許出願において、冷媒と空気とを熱交換させ
る熱交換部のチューブを金属薄板の積層構造により形成
する積層型蒸発器において、熱交換部の冷媒通路の形態
の改良により蒸発器吹出空気温度の均一化を図るものを
提案している。
【0003】この先願のものでは、チューブを構成する
金属薄板の両端部に、複数のチューブ相互の間を連通さ
せて複数のチューブに対する冷媒の分配、集合を行うタ
ンク部を形成している。さらに、金属薄板積層方向の一
端部または両端部にエンドプレートを配置して、このエ
ンドプレートと、金属薄板との間に、前記タンク部に連
通する連通路を構成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先願の
ものでは、蒸発器内部における冷媒の圧力損失につい
て、本発明者らの試作検討により精査したところ、上記
タンク部とエンドプレートとの間における通路曲がり部
での圧力損失が大きな割合を占めていることが判明し
た。
【0005】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
熱交換部の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、タンク部とエンドプレート
との間における通路曲がり部での圧力損失の低減を図る
ことを目的とする。また、本発明は、圧力損失の低減と
耐圧強度の確保との両立を図ることを他の目的とする。
【0006】
【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。請求項1ない
し5記載の発明では、熱交換部(3)のチューブ(2)
を金属薄板(4)の積層構造により多数個並列形成する
とともに、金属薄板(4)の長手方向の端部に、チュー
ブ(2)相互の流体通路(2a、2b)を連通させるタ
ンク部(4c、4d、4g、4h)を形成し、熱交換部
(3)の金属薄板積層方向の端部にエンドプレート(4
2、43)を配置し、このエンドプレート(42、4
3)と、熱交換部(3)端部の金属薄板(40、41)
との間に、タンク部(4c、4d、4g、4h)に連通
する連通路(44、45、46)を形成し、熱交換部
(3)端部の金属薄板(40、41)のタンク部(40
a、40b、41b、41d)に、連通路(44、4
5、46)との流路曲がりを滑らかにする傾斜部(40
c、41e)を形成したことを特徴としている。
【0007】この構成によれば、上記タンク部と連通路
との流路曲がりを傾斜部により滑らかにすることができ
るため、積層形熱交換器内における流体圧力損失の増大
を効果的に抑制できる。請求項2記載の発明では、エン
ドプレート(42、43)に、その長手方向に延びる複
数の張出部(42a、42b、43)を並列形成して、
この複数の張出部(42a、42b、43a)により前
記連通路(44、45、46)を形成するとともに、複
数の張出部(42a、42b、43a)の間に熱交換部
(3)端部の金属薄板(40、41)に接合される接合
部(42c、43b)を形成し、複数の張出部(42
a、42b、43a)に対応して傾斜部(40c、41
e)を複数形成したことを特徴としている。
【0008】このように、複数の張出部(42a、42
b、43a)の間に形成した接合部(42c、43b)
を熱交換部(3)端部の金属薄板(40、41)に接合
することにより、エンドプレート(42、43)部分の
耐圧強度を高めることができる。これに加え、請求項3
記載の発明では、複数の傾斜部(40c、41e)の間
に、エンドプレート(42、43)と接合される補強リ
ブ(41f)を形成しているから、傾斜部41eの形成
に伴う接合面積の減少を補強リブ(41f)により最小
限に抑制して、耐圧強度の低下を抑制できる。
【0009】請求項5記載の発明では、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において、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、傾斜
部(40c、41e)の傾斜角度(θ)を冷媒出口側に
なるに従って小さくしたことを特徴としている。
【0010】冷媒の蒸発器においては、その冷媒入口側
から出口側になるに従って冷媒の乾き度が増加し、出口
側では通常、過熱ガス状態となる。従って、冷媒の出口
側では、冷媒の比体積の増大により、特に圧力損失の増
大を発生し易いが、請求項5記載の発明では、上記のよ
うに、傾斜部の傾斜角度(θ)を冷媒出口側になるに従
って小さくしているので、この冷媒の比体積の増大によ
る、圧力損失の増大を効果的に抑制できる。
【0011】
【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7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
した場合を示している。図1、図2は蒸発器1の全体構
成を示しており、蒸発器1は図1(b)の上下方向を上
下にして、図示しない自動車用空調装置の室内ユニット
ケース内に設置される。蒸発器1の左右方向の一端側
(右端側)には配管ジョイント8が配設され、この配管
ジョイント8の入口パイプ8a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。
【0012】この蒸発器1は、図1(b)に示すように
多数のチューブ2を並列に形成し、このチューブ2内の
冷媒通路(流体通路)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1、3、5、
7の矢印Xは送風空気の流れ方向を示す。この熱交換部
3は、図3に示す金属薄板4の積層構造により形成され
ており、その具体的構造は基本的には、先願(特願平7
−273221号)のものと同じでよいので、以下積層
構造の概略を説明すると、熱交換部3では、金属薄板4
として、具体的にはアルミニュウム心材(A3000番
系の材料)の両面にろう材(A4000番系の材料)を
クラッドした両面クラッド材(板厚:0.6mm程度)
を用い、この両面クラッド材を所定形状に成形して、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。
【0013】そして、金属薄板4を2枚1組として最中
合わせの状態に接合することにより形成されるチューブ
2は、その内部に風上側の冷媒通路2aと風下側の冷媒
通路2bとを、金属薄板長手方向に沿って平行に形成す
る。ここで、冷媒が冷媒通路2a、2bの幅方向に広く
行き渡るようにするための伝熱促進部として、多数のリ
ブ部(突条部)やインナーフィンをチューブ2に設けて
もよい。
【0014】なお、図3の例では、風上側の冷媒通路2
aと風下側の冷媒通路2bは、金属薄板4の幅方向の中
央部位に位置するセンターリブ4iにより同一幅に仕切
られている。また、金属薄板4の上下両端部には、上記
冷媒通路2a相互の間、および冷媒通路2b相互の間を
それぞれ連通させる連通穴4a、4bを持った入口タン
ク部4c、4dと、連通穴4e、4fを持った出口タン
ク部4g、4hが形成されている。このタンク部4c、
4d、4g、4hは金属薄板4の外方側へ突出する楕円
筒状の突出部にて形成されている。
【0015】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。熱交換部3の金属薄板積層方向の
一端部(右端部)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42、さらに金属薄板積層方
向の他端部(左端部)に位置する金属薄板41およびこ
れに接合されるエンドプレート43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、41、42、43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。
【0016】図4は左端部の金属薄板41とエンドプレ
ート43との接合部分を示すもので、エンドプレート4
3は複数の張出部43aを有し、この複数の張出部43
aはエンドプレートの長手方向に沿って並列に形成さ
れ、かつ外方側へ突出している。そして、この張出部4
3aと金属薄板41との間に形成される空間により、上
下両端のタンク部間の冷媒通路を連通させる連通路44
(図7参照)が形成される。複数の張出部43aの間に
形成される接合部43bは、金属薄板41に当接し、金
属薄板41に接合される。
【0017】図5、6は、左端部の金属薄板41を単体
で示すもので、上下の端部には連通穴41aを有するタ
ンク部41bと、連通穴41cを有するタンク部41d
が形成されている。ここで、タンク部41b、41dは
図6に示すように、金属薄板41の幅方向に沿って延び
る細長の椀状部から形成されている。また、連通穴41
aは図5(b)、図6(a)に示す例では製造上の理由
から2個に分割しているが、機能的には1個設ければよ
い。
【0018】連通路44の下端部は金属薄板41の下端
部のタンク部41dの連通穴41cを介して、図3の金
属薄板4の下端部の入口タンク4dの連通穴4bと連通
する。そして、連通路44の上端部は金属薄板41の上
端部のタンク部41bの連通穴41aを介して、図3の
金属薄板4の上端部の出口タンク4gの連通穴4eと連
通する。
【0019】図1(b)の右端部の金属薄板40は上記
左端部の金属薄板41と略同一形状であるので、詳細な
説明は省略する。また、右端部のエンドプレート42
は、図2(b)に示すように、配管ジョイント8の設置
部位において、上下に2分割された張出部42a、42
bを有し、この張出部42a、42bの内側と右端部の
金属薄板40との間に形成される空間により連通路4
5、46(図7参照)を形成している。複数の張出部4
2aの間、および複数の張出部42bの間に形成される
接合部42cは、金属薄板40に当接し、金属薄板40
に接合される。
【0020】連通路45の上端部は、金属薄板40の出
口タンク40a(図1参照)の連通穴(図示せず)を介
して金属薄板4の上側出口タンク4gの連通穴4eと連
通し、連通路45の下端部は、配管ジョイント8の冷媒
出口パイプ8bに連通する。連通路46の上端部は、配
管ジョイント8の冷媒入口パイプ8aに連通し、連通路
46の下端部は、金属薄板40の入口タンク40b(図
1(b)参照)の連通穴(図示せず)を介して金属薄板
4の下側入口タンク4dの連通穴4bに連通する。図
2、図4において矢印Yは冷媒の流れ方向を示す。
【0021】なお、配管ジョイント8はA6000番系
のアルミニュウムベア材にて冷媒入口パイプ8aと冷媒
出口パイプ8bを一体成形してあり、この両パイプ8
a、8bの通路端部をエンドプレート42の穴部(図示
せず)内に嵌入してろう付けしている。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。
【0022】図7は蒸発器1内における冷媒通路の構成
を示す概要図であり、金属薄板4の下側入口タンク4d
の途中および上側出口タンク4gの途中に、それぞれ仕
切り板6a、6bを設けている。これにより、金属薄板
4の下側入口タンク4dを第1入口タンク部aと第2入
口タンク部bとに仕切るとともに、金属薄板4の上側出
口タンク4gを第1出口タンク部cと第2出口タンク部
dとに仕切っている。
【0023】以上により、蒸発器1内を冷媒が次の経路
により流れる。すなわち、冷媒は、冷媒入口パイプ8a
→連通路46→下側入口タンク4dの第1入口タンク部
a→チューブ2の冷媒通路2b→上側入口タンク4c→
チューブ2の冷媒通路2b→下側入口タンク4dの第2
入口タンク部b→連通路44→上側出口タンク4gの第
1出口タンク部c→チューブ2の冷媒通路2a→下側出
口タンク4h→チューブ2の冷媒通路2a→上側出口タ
ンク4gの第2出口タンク部d→連通路45→冷媒出口
パイプ8bの経路で流れる。
【0024】このように、冷媒経路を構成することによ
り、矢印X方向に流れる空気の蒸発器吹出空気温度を熱
交換部3の全域に渡って均一化できる。ところで、上記
のごとく風上側の出口タンク4g、4h側の冷媒通路、
および風下側の入口タンク4g、4h側の冷媒通路の双
方において、冷媒流れをUターンさせているので、蒸発
器内部における冷媒の圧力損失がどうしても増大する傾
向にある。本発明者らの検討によれば、蒸発器内部での
冷媒圧力損失は、エンドプレート42、43の連通路4
4、45、46と上記タンク部との間における通路曲が
り部での圧力損失が大きな割合を占めていることが判明
した。
【0025】そこで、エンドプレート42、43に接合
される左右両端部の金属薄板40、41のタンク部40
a、40b、41b、41dに、図1(b)に示すよう
に、ゆるやかな傾斜部40c、41eを形成して、この
タンク部と連通路44、45、46との流路曲がりを滑
らかにしている。ここで、このゆるやかな傾斜部40
c、41eについて、金属薄板41のものを例にとって
詳述すると、図4、5は金属薄板41の傾斜部41eを
具体的に図示しており、この傾斜部41eは比較的小さ
な傾斜角度θ(図4(a)参照)で、タンク部41b、
41dの頂部と連通路44との間を接続するものであ
る。
【0026】この傾斜部41eの傾斜角度θは、圧力損
失低減のためには、できる限り小さい方が好ましいが、
傾斜角度θを小さくするにつれて、傾斜部41eの形成
範囲が拡大してコルゲートフィン5の設置スペースを減
少させる。図1(b)は、金属薄板40、41に接合さ
れるコルゲートフィン5の設置スペースが金属薄板4に
接合されるコルゲートフィン5の設置スペースよりも小
さくなっていることを示している。それ故、傾斜角度θ
を極端に小さくすることはできない。本発明者による具
体的設計例としては、傾斜角度θを33°に設定してあ
る。
【0027】また、圧力損失低減のために、傾斜角度θ
の上限は50°程度以下とすることが好ましい。また、
タンク部41b、41dの幅方向の全長に渡って傾斜部
41eを連続して形成すると、金属薄板41とエンドプ
レート43との接合(ろう付け)面積が減少して、耐圧
強度の低下を招く。そこで、図4(c)に示すように、
傾斜部41eを、複数(図示の例では6個)の張出部4
3aからなる連通路44にそれぞれ対応して複数に分割
し、この複数の傾斜部41eの間に補強リブ41fを形
成するとともに、補強リブ41fをエンドプレート43
の張出部43a間の部位に当接させて接合させる。これ
により、傾斜部41eの形成に伴う接合面積の減少、ひ
いては耐圧強度の低下を最小限に抑制できる。
【0028】なお、傾斜部41eの数は、図4(c)に
示すように、補強リブ41fの数+1の関係に設定する
ことが好ましいが、補強リブ41fの数と同数にするこ
ともできる。以上、金属薄板41の傾斜部41eと補強
リブ41fについて説明したが、金属薄板40の傾斜部
40c(図1(b)参照)も同様の構成であり、そし
て、傾斜部40cの間には同様に補強リブ(図示せず)
が形成されている。
【0029】次に、本実施形態の冷媒蒸発器の製造方法
を簡単に説明すると、蒸発器1は図1、2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。
【0030】このようにして製造された蒸発器1におい
ては、図7の四隅の曲がり部イ、ロ、ハ、ニにゆるやか
な傾斜部40c、41eを形成して、上下のタンク部と
連通路44、45、46との流路曲がりを滑らかにする
ことができる。そのため、蒸発器1内における冷媒圧力
損失の増大を効果的に抑制できる。ところで、蒸発器1
においては、図示しない温度式膨張弁にて減圧膨張した
気液2相冷媒が流入し、冷媒の出口になるにつれて冷媒
の蒸発が進行して、冷媒の乾き度が増大し、冷媒通路の
最も出口側では通常、過熱ガス状態となる。従って、冷
媒の出口側では、冷媒の比体積の増大により、特に圧力
損失の増大を発生し易い。
【0031】そこで、傾斜部40c、41eの傾斜角度
(θ)を一律に設定せずに、冷媒出口側になるに従って
小さく設定すると、この冷媒の比体積の増大による、圧
力損失の増大を効果的に抑制できることになる。 (他の実施形態)上記したように、冷媒通路の出口側に
傾斜部40c、41eを形成することが圧力損失低減に
効果が大きいので、傾斜部40c、41eを図7の四隅
の曲がり部イ、ロ、ハ、ニのすべてに形成せずに、例え
ば、冷媒通路出口側の曲がり部ハ、ニのみに傾斜部40
c、41eを形成してもよい。
【0032】なお、本発明の要部は積層方向両端部の金
属薄板40、41の傾斜部40c、41eにあるから、
熱交換部3における冷媒通路構成は図7に示す例に限定
されることなく、種々変更してもよいことは勿論であ
る。例えば、上記実施形態では、冷媒の入口、出口パイ
プ8a、8bを有する配管ジョイント8を蒸発器右側端
部の上下中間部位に設置しているため、連通路45、4
6を必要としているが、金属薄板40のタンク部40
a、40bの部位に、冷媒の入口、出口パイプ8a、8
bを直接、設置することも可能であり、この場合は連通
路45、46を形成するエンドプレート42が不要とな
り、これに伴って、金属薄板40に傾斜部40cを設け
ることも不要となる。
【0033】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】(a)は本発明の一実施形態を示す蒸発器の上
面図、(b)は同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、(b)は同
蒸発器の右側面図である。
【図3】図1の蒸発器に用いられるチューブ用の金属薄
板の正面図である。
【図4】(a)は図2(a)のA−A断面図、(b)は
図2(a)のB−B断面図、(c)は図2(a)のC−
C断面図である。
【図5】(a)は図1の蒸発器において積層方向端部の
金属薄板の上面図、(b)は同金属薄板の正面図、
(c)は同金属薄板の右側面図である。
【図6】(a)は図5(b)のF−F断面図、(b)は
図5(b)のE−E断面図である。
【図7】本発明の一実施形態における蒸発器の冷媒通路
構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1…蒸発器、2…チューブ、3…熱交換部、4、40、
41…金属薄板、4c、4d、4g、4h、40a、4
0b、41b、41d…タンク部、42、43…エンド
プレート、40c、41e…傾斜部、41f…補強リ
ブ、42a、42b、43a…張出部、44、45、4
6…連通路。

Claims (5)

    【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)
    の積層構造により多数個並列形成し、 前記金属薄板(4)の長手方向の端部に、前記複数のチ
    ューブ(2)相互の流体通路(2a、2b)を連通させ
    るタンク部(4c、4d、4g、4h)を形成し、 前記熱交換部(3)の金属薄板積層方向の端部にエンド
    プレート(42、43)を配置し、 このエンドプレート(42、43)と、前記熱交換部
    (3)端部の金属薄板(40、41)との間に、前記タ
    ンク部(4c、4d、4g、4h)に連通する連通路
    (44、45、46)を形成し、 前記熱交換部(3)端部の金属薄板(40、41)のタ
    ンク部(40a、40b、41b、41d)に、前記連
    通路(44、45、46)との流路曲がりを滑らかにす
    る傾斜部(40c、41e)を形成したことを特徴とす
    る積層型熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記エンドプレート(42、43)に
    は、その長手方向に延びる複数の張出部(42a、42
    b、43)が並列形成されており、この複数の張出部
    (42a、42b、43a)により前記連通路(44、
    45、46)が形成されているとともに、 前記複数の張出部(42a、42b、43a)の間に前
    記熱交換部(3)端部の金属薄板(40、41)に接合
    される接合部(42c、43b)が形成されており、 前記複数の張出部(42a、42b、43a)に対応し
    て前記傾斜部(40c、41e)が複数形成されている
    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】 前記複数の傾斜部(40c、41e)の
    間に、前記エンドプレート(42、43)と接合される
    補強リブ(41f)が形成されていることを特徴とする
    請求項2に記載の積層型熱交換器。
  4. 【請求項4】 前記傾斜部(40c、41e)の傾斜角
    度(θ)が50°以下であることを特徴とする請求項1
    ないし3のいずれか1つに記載の積層型熱交換器。
  5. 【請求項5】 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、 前記傾斜部(40c、41e)の傾斜角度(θ)を冷媒
    出口側になるに従って小さくしたことを特徴とする積層
    型熱交換器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH11325651A (ja) * 1998-05-11 1999-11-26 Showa Alum Corp 膨張弁付き積層型蒸発器
CN1300530C (zh) * 2002-02-28 2007-02-14 昭和电工株式会社 蒸发器和制冷循环回路

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