JPH1082595A - 積層型熱交換器 - Google Patents

積層型熱交換器

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JPH1082595A
JPH1082595A JP8237709A JP23770996A JPH1082595A JP H1082595 A JPH1082595 A JP H1082595A JP 8237709 A JP8237709 A JP 8237709A JP 23770996 A JP23770996 A JP 23770996A JP H1082595 A JPH1082595 A JP H1082595A
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heat exchanger
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明広 伊藤
Masateru Hayashi
昌照 林
Kazuhiro Tomimasu
和宏 冨増
Soichiro Umazume
総一郎 馬詰
Hideo Sugano
英男 菅野
Koji Fujita
孝二 藤田
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    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、冷媒入口ヘッダから冷媒タンク部に
冷媒が流入して各冷媒管に分流される際に生じる渦流を
小さくすると共にその分流を均一化して局部的な高速流
を抑制して純音の発生を阻止する。 【解決手段】２つの成形プレート５ａ、５ｂを一対とし
て互いに対向させて接合し、この一対の成形プレート５
ａ、５ｂの間に一方の冷媒タンク部６から流入した冷媒
を他方の冷媒タンク部６に流すよう直進流路及びＵ字状
等の冷媒流路を形成してある冷媒管１とコルゲートフィ
ン８を交互に多数積層し、かつ例えば一方の冷媒タンク
部６に冷媒入口ヘッダ２０を接続してなる積層型熱交換
器において、この冷媒入口ヘッダ２０の冷媒通路内に冷
媒タンク部６内の冷媒流動状態を整流する仕切板２１を
挿入した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両用空調
装置のエバポレータ等に用いられる積層型熱交換器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図１０はかかる積層型熱交換器の斜視図
である。冷媒の流れる冷媒管１の間は、空気通路となっ
ており、かつこれら空気通路内に空気側のコルゲートフ
ィン２が設けられている。これら冷媒管１及びコルゲー
トフィン２は、複数個積層され、上部で連結され、全体
がろう付けで一体化されている。
【０００３】ここで、３は積層型熱交換器の冷媒の流
れ、４は空気通路内を流れる空気流を示す。図１１は１
個の冷媒管１の分解斜視図であり、各成形プレート５
ａ、５ｂは、浅い皿状部とこの皿状部の一端にこの皿状
部よりも深い各冷媒タンク部６が形成されており、かつ
成形プレート５ａ、５ｂが一対となっている。
【０００４】これら一対の成形プレート５ａ、５ｂは、
互いに対向して接合され、かつその間に冷媒タンク部６
の一方から流入した冷媒を他方の冷媒タンク部へ流すＵ
字状の冷媒流路７が形成されている。
【０００５】この冷媒流路７内には、波形に成形された
インナーフィン８が挿入されている。このインナーフィ
ン８は、冷媒側伝熱面積の拡大により熱伝達性能を向上
させるためのものである。
【０００６】図１２は積層型熱交換器の上面平面図、図
１３は同図Ｃ部断面形状図、図１４は同図Ｄ部断面形状
図である。冷媒の流入する熱交換器の一方の側面上部に
は、冷媒入口ヘッダ９が設けられている。この冷媒入口
ヘッダ９は、冷媒タンク部６と連通する冷媒の入口ポー
ト１０を穿設したエンドプレート１１を介し、かつ冷媒
入口ヘッダ９の側面部に穿ってある連結穴１２を入口ポ
ート１０に嵌合して接続されている。
【０００７】この冷媒入口ヘッダ９は、入口部が冷媒配
管７と接続用に円筒形に成形され、かつ他端部が図１４
に示すようにプラグ１３によって閉塞された中空形状を
成している。
【０００８】エンドプレート１１には、冷媒管１に形成
されている一方の冷媒タンク部６に連通するポートは穿
設されておらず、かつ他の一方の冷媒タンク部６はエン
ドプレート１１に塞がれている。
【０００９】一方、冷媒出口ヘッダ１４は、冷媒入口ヘ
ッダ９と同様に、熱交換器の他方の側面上部に設けら
れ、冷媒タンク部６と連通する冷媒の出口ポートを穿設
したエンドプレート１５を介し、かつ冷媒出口ヘッダ１
４の側面部に穿ってある連結穴を出口ポートに嵌合して
接続されている。
【００１０】この冷媒出口ヘッダ１４は、入口部が冷媒
配管７と接続用に円筒形に成形され、かつ他端部がプラ
グによって閉塞された中空形状を成している。又、図１
５はコア部両側に冷媒タンク部を有する他の積層型熱交
換器の一例を示す図であり、冷媒タンク部１６と冷媒入
口ヘッダ１７、冷媒出口ヘッダ１８との関係は上記構成
と同様である。
【００１１】又、図示するのを省略したが冷媒流路７の
構成としては、インナーフィン８を使用せずディンプル
タイプしたものもこの種の積層型熱交換器に含まれる。
このような構成であれば、冷媒は、冷媒入口ヘッダ９か
ら流入し、入口ポート１０を通して冷媒流路７を流れ、
ここで空気との熱交換が行われて冷媒出口ヘッダ１４に
到達し、この冷媒出口ヘッダ１４から排出される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記積
層型熱交換器では、特にエバポレータとして使用した場
合、このエバポレータを組み込んだ空調装置が室温コン
トロールサーモスタット等により起動・停止を繰り返す
断続運転中、空調装置が室温コントロールサーモスタッ
トの指令で起動した直後は短い時間ではあるが多量の冷
媒が冷媒流路を流動する。
【００１３】このとき、例えば冷媒入口ヘッダ９におい
ては、この冷媒入口ヘッダ９からエンドプレート１１の
入口ポート１０を経て冷媒タンク部６に入り、各冷媒管
１に流入する際、冷媒の流れは、９０度の角度で急激に
方向転換する。
【００１４】この入口ポート１０を経て、９０度の角度
で急激に方向転換して冷媒タンク部６に流入する際、こ
の部分での冷媒の流れは、強く乱れ、強い渦が発生し、
ある特定の温度、圧力及び冷媒流量等が組み合った条件
下では、純音が発生する場合がある。
【００１５】すなわち、図１６は冷媒入口ヘッダ９内の
冷媒の流れを示し、プラグ１３へ突き当たる部分で大き
な渦が発生し、乱れが大きく、かつ冷媒タンク部６に流
入する冷媒の主流は入口ポート１０の下方に偏ってい
る。
【００１６】又、再起動直後に、冷媒流速が極端に速く
なる部分が発生し、このために上記同様に純音が発生す
る場合がある。そこで本発明は、冷媒入口ヘッダから冷
媒タンク部に冷媒が流入して各冷媒管に分流される際に
生じる渦流を小さくすると共にその分流を均一化して局
部的な高速流を抑制して純音の発生を阻止できる積層型
熱交換器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、浅い
皿状部とこれと同一皿状部の一端又は両端に皿状部より
も深い冷媒タンク部が形成された２つの成形プレートを
一対として互いに対向させて接合し、この一対の成形プ
レートの間に一方の冷媒タンク部から流入した冷媒を他
方の冷媒タンク部に流すよう直進流路及びＵ字状等の冷
媒流路を形成してある冷媒管とコルゲートフィンを交互
に多数積層し、かつ一方又は他方の各冷媒タンク部にそ
れぞれヘッダを接続してなる積層型熱交換器において、
少なくとも一方のヘッダの冷媒通路内に冷媒タンク部内
の冷媒流動状態を整流する冷媒整流手段を設けた積層型
熱交換器である。
【００１８】請求項２によれば、請求項１記載の積層型
熱交換器において、冷媒整流手段は、ヘッダ内の冷媒通
路を仕切る仕切板を設けたものである。請求項３によれ
ば、請求項１記載の積層型熱交換器において、冷媒整流
手段は、金網を筒状に形成して冷媒タンク部内に突き出
るようにヘッダ内に冷媒流路に設けたものである。
【００１９】請求項４によれば、請求項１、２又は３記
載の積層型熱交換器において、冷媒整流手段は、ヘッダ
から冷媒流路への入口側冷媒流路数を出口側冷媒流路数
よりも多く形成したものである。
【００２０】このような積層型熱交換器であれば、例え
ばエバポレータに使用した場合、空調装置が起動・停止
を繰り返す断続運転中、起動直後、入口ヘッダに流入す
る多量の冷媒及び停止直後に入口ヘッダに流入する若干
の冷媒は、入口ヘッダの入口部から上記入口ポートに至
る間に、仕切板により整流されるので、入口ポートから
冷媒タンク部入口に連通した各冷媒管に流入する際の流
れと分流の乱れを減少できる。
【００２１】これにより、冷媒タンク部内に発生する渦
の様子は変わり、各冷媒流路への分流の割合も異なる結
果、完全停止時の各冷媒管内に滞留する冷媒量が制御さ
れ、再起動時の純音の発生確率が極端に少なくなる。
【００２２】又、例えば過熱ガス状態で発生する純音で
共鳴要素が大きい場合は、仕切板、筒状の金網等により
音場を破壊し、共鳴をなくし、純音レベルを低くする。
さらに、ヘッダから冷媒流路への入口側冷媒流路数を出
口側冷媒流路数よりも多く形成することを組み合わせる
ことにより、分流が良くなると共に局所高流速が抑制さ
れ、純音発生の確率が小さくなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。なお、図１０と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。図１は積層型熱交
換器の全体斜視図である。
【００２４】冷媒管１及びコルゲートフィン２は、複数
個積層され、上部で連結され、全体がろう付けで一体化
されている。成形プレート５ａ、５ｂは、上記図１１と
同様に、浅い皿状部とこの皿状部の一端にこの皿状部よ
りも深い各冷媒タンク部６が形成されており、かつ成形
プレート５ａ、５ｂが一対となっている。
【００２５】そして、かかる積層型熱交換器の一方の側
面上部には冷媒入口ヘッダ２０が設けられ、かつ他方の
側面上部には冷媒出口ヘッダ２１が設けられている。図
２はかかる積層型熱交換器の平面図、図３は同上正面
図、図４は図２のＡ部断面形状拡大図、図５は図２のＢ
部断面形状拡大図（冷媒入力ヘッダ２０の断面図）であ
る。
【００２６】すなわち、冷媒入口ヘッダ２０は、冷媒管
１が複数個積層され、その上部に冷媒タンク部６で連通
されたところの上部一方の側面上部に、冷媒タンク部６
と連通する入力ポート１０を穿設したエンドプレート１
１を介し、かつ冷媒入口ヘッダ２０の側面部に穿設され
た連結穴１２を入力ポート１０に嵌合した状態に接続さ
れている。
【００２７】この冷媒入口ヘッダ２０は、一方の端部が
空調装置の冷媒配管と接続されて冷媒の入力部となるの
で、その接続部分は円筒形状に形成され、他方の端部は
プラグ１３によって閉塞された中空形状を成している。
【００２８】冷媒入口ヘッダ２０の内部には、図４及び
図５に示すように仕切板２１が挿入されている。すなわ
ち、この仕切板２１は、冷媒入口ヘッダ２０の内部の冷
媒通路を２分割、すなわち上下に仕切り、かつ冷媒入口
ヘッダ２０の側面部に穿設された連結穴１２と嵌合し
て、冷媒入口ヘッダ２０の冷媒通路に開口しているエン
ドプレート１１に穿設した入力ポート１０の入口部を上
下に仕切るように冷媒入口ヘッダ２０の入口部近傍から
冷媒入口ヘッダ２０の他端部を塞ぐプラグ１３まで冷媒
通路に沿って挿入されている。
【００２９】一方、冷媒出口ヘッダ２２は、冷媒管１が
複数個積層され、その上部に冷媒タンク部６で連通され
たところの上部他方の側面上部に、冷媒タンク部６と連
通する図示しない冷媒の出口ポートを穿設したエンドプ
レート１５を介し、かつ冷媒出口ヘッダ２２の側面部に
穿設された図示しない連結穴を冷媒の出力ポートに嵌合
した状態に接続されている。
【００３０】又、冷媒出口ヘッダ２２の出口部は、冷媒
配管と接続用に円筒形に形成され、他端部はプラグ１３
によって閉塞された中空形状を成している。なお、エバ
ポレータに使用する場合、通常の流路構成は、蒸発現象
に伴う冷媒体積変化に合わせ冷媒入口側の流路面積が小
さく、出口側に行くに従い大きく形成しているが、純音
発生を防止する分流を得る為、又は局部高速流を阻止す
る為、通常と異なり冷媒入口側の流路面積を大きくし、
冷媒出口側の流路面積を小さく形成している。
【００３１】次に上記の如く構成された熱交換器の作用
について説明する。冷媒入口ヘッダ２０から圧送された
冷媒は、図６に示すようにこの冷媒入口ヘッダ２０の冷
媒通路を通過する過程で、仕切板２１によって上下に分
割されて流れ、この冷媒の流れは整流される。
【００３２】そして、この冷媒は、冷媒入口ヘッダ２０
の連絡穴１２からエンドプレート１１の入力ポート１０
を経て冷媒タンク部６に入り、図１に示す冷媒の流れ３
となって通温し、空気との熱交換を行い、冷媒出口ヘッ
ド２２から排出される。
【００３３】例えば、空調装置のエバポレータに適用し
た場合、空調装置の起動・停止を繰り返す断続運転にお
いて、起動直後、冷媒入口ヘッダ２０に流入する冷媒
は、多量となっている。
【００３４】そして、この多量に流入する冷媒及び停止
直後に冷媒入力ヘッダ２０に流入する若干の冷媒は、冷
媒入口ヘッダ２０の入力部から入力ポート１０に至る間
に仕切板２１により上下に分割されて整流されるので、
入力ポート１０から冷媒タンク部６を経て冷媒管１に９
０度方向に転換して流れる冷媒流に、大きな乱れ、渦等
の発生がなく、かつ分流が改善されることにより冷媒流
の乱れ及び局部的高速流等を起振源とした純音の発生が
防止できる。
【００３５】すなわち、冷媒の流れの本質が２分される
ので、冷媒入口ヘッダ２０の突き当り部にできる渦は小
さく、冷媒タンク部６に流れ込む冷媒の流れの主流は、
入口ポート１０のほぼ中央に有する。
【００３６】これにより、冷媒タンク部６内に発生する
渦の様子は変わり、各冷媒流路への分流の割合も異な
り、この結果、完全停止時の各冷媒管１内に滞留する冷
媒量が制御され、再起動時の純音の発生確率が極端に小
さくなる。
【００３７】図７は仕切板２１により整流された冷媒の
流れによる純音の発生防止を示す図であり、図８は純音
発生時の例を示す図である。このように上記第１の実施
の形態においては、冷媒入口ヘッダ２０の内部の冷媒通
路を上下に仕切るように仕切板２１を挿入したので、例
えば、空調装置のエバポレータに適用した場合、上記の
如く空調装置の起動・停止を繰り返す断続運転におい
て、起動直後、冷媒入口ヘッダ２０には多量の冷媒が流
入、又は停止直後に若干の冷媒が流入するが、仕切板２
１により整流されることにより、冷媒流には、大きな乱
れ、渦等の発生がなく、かつ分流が改善されることによ
り冷媒流の乱れ及び局部的高速流等を起振源とした純音
の発生が防止できる。
【００３８】さらに、過熱ガス状態で発生する純音で共
鳴要素が大きい場合には、別の作用として仕切板２１が
音場を破壊し、共鳴をなくし、純音レベルを低くする効
果がある。
【００３９】なお、上記第１の実施の形態では、仕切板
２１を冷媒入口ヘッダ２０に挿入する場合について説明
したが、冷媒出口ヘッダ２２に仕切板２１を挿入しても
よく、又、冷媒入口ヘッダ２０及び冷媒出口ヘッダ２２
の両方に仕切板２１を挿入してもよく、このように仕切
板２１を挿入しても上記第１の実施の形態と同様な効果
を奏することは言うまでもない。
【００４０】又、図１５に示すようにコア部両側に冷媒
タンク部を有する積層型熱交換器の冷媒入口ヘッダ１
７、冷媒出口ヘッダ１８内に仕切板２１を挿入しても上
記第１の実施の形態と同様な効果を奏することは言うま
でもない。
【００４１】なお、出口側の冷媒状態は、気液２相流の
場合と過熱ガス流の場合があるが、純音が出口側冷媒タ
ンク部６及び冷媒出口ヘッダ１８の付近で発生している
場合、整流効果により渦流を減少でき、純音発生を抑制
できる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
なお、図１〜図３と同一部分には同一符号を付してその
詳しい説明は省略する。
【００４２】図９は積層型熱交換器の冷媒入口ヘッダの
断面形状拡大図である。冷媒入口ヘッダ２０の内部に
は、冷媒流を整流するための金網を筒状に形成した筒状
金網２３が挿入されている。
【００４３】すなわち、この筒状金網２３は、金網を丸
めて筒状に形成し、かつ冷媒入口ヘッダ２０の冷媒タン
ク部６に連通する穴に、冷媒タンク部６内に突き出るよ
うに嵌め込んで挿入されている。
【００４４】なお、上記第１の実施の形態と同様に、エ
バポレータに使用する場合、通常の流路構成は、蒸発現
象に伴う冷媒体積変化に合わせ冷媒入口側の流路面積が
小さく、出口側に行くに従い大きく形成しているが、純
音発生を防止する分流を得る為、又は局部高速流を阻止
する為、通常と異なり冷媒入口側の流路面積を大きく
し、冷媒出口側の流路面積を小さく形成している。
【００４５】このような構成であれば、冷媒入口ヘッダ
２０から圧送された冷媒の流れは、冷媒入口ヘッダ２０
の冷媒通路を通過する過程で、筒状金網２３によって整
流される。
【００４６】そして、この冷媒は、冷媒入口ヘッダ２０
の連絡穴１２からエンドプレート１１の入力ポート１０
を経て冷媒タンク部６に入り、図１に示す冷媒の流れ３
となって通温し、空気との熱交換を行い、冷媒出口ヘッ
ド２２から排出される。
【００４７】従って、例えば、空調装置のエバポレータ
に適用した場合、空調装置の起動・停止を繰り返す断続
運転において、起動直後、冷媒入口ヘッダ２０に流入す
る多量の冷媒及び停止直後に冷媒入力ヘッダ２０に流入
する若干の冷媒は、筒状金網２３により整流されるの
で、入力ポート１０から冷媒タンク部６を経て冷媒管１
に９０度方向に転換して流れる冷媒流に、大きな乱れ、
渦等の発生がなく、かつ分流が改善されることにより冷
媒流の乱れ及び局部的高速流等を起振源とした純音の発
生が防止できる。
【００４８】このように上記第２の実施の形態によれ
ば、上記第１の実施の形態と同様に、冷媒流に大きな乱
れ、渦等の発生がなく、かつ分流が改善されることによ
り冷媒流の乱れ及び局部的高速流等を起振源とした純音
の発生が防止できる。
【００４９】さらに、過熱ガス状態で発生する純音で共
鳴要素が大きい場合には、別の作用として筒状金網２３
が音場を破壊し、共鳴をなくし、純音レベルを低くする
効果がある。
【００５０】なお、本発明は、上記第１及び第２の実施
の形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよ
い。例えば、冷媒入口ヘッダ２０から冷媒流路への入口
側冷媒流路数を出口側冷媒流路数よりも多く形成するこ
とを補助手段として上記第１及び第２の実施の形態に組
み合わせてもよい。これにより、上記第１及び第２の実
施の形態において、さらに良い冷媒の分流を得ることが
でき、局所高速流を抑制できて、純音発生の機会をより
減少できる。
【００５１】又、上記第１の実施の形態の仕切板２１、
上記第２の実施の形態の筒状金網２３のいずれかを冷媒
入口ヘッダ２０又は冷媒出口ヘッダ２２のいずれか一方
又は両方に挿入するか、さらにこれら仕切板２１又は筒
状金網２３の挿入に対して入口側冷媒流路数を多く形成
する補助手段を組み合わせるか否かは、発生する純音の
内容により選択するようにしてよい。
【００５２】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、冷
媒入口ヘッダから冷媒タンク部に冷媒が流入して各冷媒
管に分流される際に生じる渦流を小さくすると共にその
分流を均一化して局部的な高速流を抑制して純音の発生
を阻止できる積層型熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる積層型熱交換器の第１の実施の
形態を示す全体斜視図。
【図２】同熱交換器の平面図。
【図３】同熱交換器の上正面図。
【図４】同熱交換器のＡ部断面形状拡大図。
【図５】同熱交換器のＢ部断面形状拡大図（冷媒入力ヘ
ッダの断面図）。
【図６】冷媒入口ヘッダでの整流された冷媒の流れを示
す図。
【図７】仕切板により整流された冷媒の流れによる純音
の発生防止を示す図。
【図８】純音発生時の例を示す図。
【図９】本発明に係わる積層型熱交換器の第２の実施の
形態を示す冷媒入口ヘッダの断面形状拡大図。
【図１０】従来の積層型熱交換器の斜視図。
【図１１】１個の冷媒管の分解斜視図。
【図１２】積層型熱交換器の上面平面図。
【図１３】同図Ｃ部断面形状図。
【図１４】同図Ｄ部断面形状図。
【図１５】従来の他の積層型熱交換器の一例を示す構成
図。
【図１６】冷媒入口ヘッダ内の冷媒の流れによる大きな
渦の発生を示す図。
【符号の説明】
１…冷媒管、 ５ａ，５ｂ…成形プレート、 ６…冷媒タンク部、 ９…冷媒入口ヘッダ、 １０…入口ポート、 １４…冷媒出口ヘッダ、 ２０…冷媒入口ヘッダ、 ２１…仕切板、 ２２…冷媒出口ヘッダ、 ２３…筒状金網。
フロントページの続き (72)発明者 冨増 和宏 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者 馬詰 総一郎 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者 菅野 英男 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者 藤田 孝二 愛知県西春日井郡西枇杷島町字旭町３丁目 １番地 三菱重工業株式会社エアコン製作 所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 浅い皿状部とこれと同一皿状部の一端又
    は両端に前記皿状部よりも深い冷媒タンク部が形成され
    た２つの成形プレートを一対として互いに対向させて接
    合し、この一対の成形プレートの間に一方の前記冷媒タ
    ンク部から流入した冷媒を他方の前記冷媒タンク部に流
    すよう直進流路及びＵ字状等の冷媒流路を形成してある
    冷媒管とコルゲートフィンを交互に多数積層し、かつ前
    記一方又は他方の各冷媒タンク部にそれぞれヘッダを接
    続してなる積層型熱交換器において、 少なくとも一方のヘッダの冷媒通路内に前記冷媒タンク
    部内の冷媒流動状態を整流する冷媒整流手段を設けたこ
    とを特徴とする積層型熱交換器。
  2. 【請求項２】 前記冷媒整流手段は、前記ヘッダ内の冷
    媒通路を仕切る仕切板を設けたことを特徴とする請求項
    １記載の積層型熱交換器。
  3. 【請求項３】 前記冷媒整流手段は、金網を筒状に形成
    して前記冷媒タンク部内に突き出るように前記ヘッダ内
    に冷媒流路に設けたことを特徴とする請求項１記載の積
    層型熱交換器。
  4. 【請求項４】 前記冷媒整流手段は、前記ヘッダから前
    記冷媒流路への入口側冷媒流路数を出口側冷媒流路数よ
    りも多く形成したことを特徴とする請求項１、２又は３
    記載の積層型熱交換器。
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