WO2014083754A1 - 熱交換器の固定構造 - Google Patents

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WO2014083754A1
WO2014083754A1 PCT/JP2013/006212 JP2013006212W WO2014083754A1 WO 2014083754 A1 WO2014083754 A1 WO 2014083754A1 JP 2013006212 W JP2013006212 W JP 2013006212W WO 2014083754 A1 WO2014083754 A1 WO 2014083754A1
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evaporator
heat exchanger
fixing
vibration
air conditioning
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PCT/JP2013/006212
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功 高田
智也 石井
達彦 西野
謙一郎 前田
明規 桑山
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株式会社デンソー
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    • F28F2265/30Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing vibrations

Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchanger fixing structure in which a refrigerant flows.
  • the cooling evaporator in the vehicle air conditioning unit described in Patent Document 1 is incorporated in an air conditioning unit case with elastic members interposed at the four corners of the evaporator.
  • This elastic member has a vibration absorbing action of the evaporator. More specifically, the vibration absorbing function is coupled to the compressor in the vehicle engine room via the refrigerant pipe, and this compressor is mounted on the vehicle engine and driven by the vehicle engine. Therefore, the compressor vibrates integrally with the vehicle engine. Further, the compressor itself vibrates due to the pulsation generated when the compressor discharges the refrigerant. The vibration of the compressor propagates to the evaporator located in the passenger compartment through the refrigerant pipe.
  • the vibration propagated to the evaporator is absorbed by the elastic member, and the vibration of the evaporator is transmitted to the air conditioning unit case and amplified to become abnormal noise (noise). I try to suppress it.
  • non-flow path constituent members other than the refrigerant flow path are supported by the case.
  • the non-flow path component does not constitute a flow path for the heat exchange medium, so it is not directly vibrated by the pulsation of the heat exchange medium, and is not affected by the collision of the heat exchange medium. There is no direct vibration. By supporting the portion that is not directly excited in this way with the case, the vibration of the heat exchanger is hardly transmitted to the case.
  • This disclosure is intended to provide a heat exchanger fixing structure capable of reducing the transmission of vibrations to the outside with a simple configuration.
  • At least one of the surface surrounded by the first side and the third side and the surface surrounded by the second side and the third side is provided in at least one case.
  • a fixing part for fixing is provided, and the fixing part is provided at a position excluding the four corners of the heat exchange surface and excluding a position corresponding to the abdomen of the natural vibration mode of the heat exchanger. This is a fixing structure of the heat exchanger.
  • the heat exchanger is fixed to a case provided outside.
  • the fixing part for fixing to the case is on at least one of the surface surrounded by the first side and the third side and the surface surrounded by the second side and the third side. , At least one is provided.
  • the fixed portion is a position excluding the four corners of the heat exchange surface, and a position excluding a position corresponding to the abdomen of the natural vibration mode of the heat exchanger (hereinafter, simply referred to as “position excluding the abdomen”). ).
  • position excluding the four corners and the abdomen are positions that do not vibrate easily.
  • the abdomen is the most oscillating position, and the four corners have been found to be easily oscillated as well as the abdomen by the results of the applicant's earnest research.
  • the fixing portion is provided so as to avoid such a position that easily vibrates, the portion that hardly vibrates is fixed to the case. Therefore, it becomes difficult for the vibration of the heat exchanger to be transmitted from the fixed portion to the case.
  • vibration from the heat exchanger to the case can be suppressed with a simple configuration in which the position of the fixing portion is changed. As a result, noise caused by the vibration of the case due to the vibration of the heat exchanger can be suppressed.
  • the evaporator 10 is disposed in a refrigeration cycle (not shown).
  • the evaporator 10 is a heat exchanger that evaporates the refrigerant after being compressed to high temperature and high pressure by a compressor, radiated and cooled by a radiator, and decompressed to low temperature and low pressure by a decompression device.
  • the evaporator 10 of the present embodiment includes a core portion 11, an upper tank portion 12, a lower tank portion 13, and the like, and the constituent members are brazed and joined to each other.
  • the core part 11 is configured by alternately laminating a plurality of flat tubes 14 and a plurality of corrugated fins 15. Further, side plates 16 are disposed outside the corrugated fins 15 that are the outermost sides on both sides in the stacking direction (X direction in FIG. 1).
  • coolant which is an internal fluid of the core part 11 flows along the length direction (Y direction of FIG. 1) of the flat tube 14.
  • FIG. The refrigerant flow direction is the width direction Y of the evaporator 10
  • the ventilation direction in the core portion 11 is the thickness direction Z of the evaporator 10
  • the width direction Y and the thickness direction Z are orthogonal to each other (stacking direction).
  • the length direction X of the evaporator 10 is X
  • the evaporator 10 is arranged in the vehicle with the width direction Y being the vertical direction.
  • the flat tube 14 is a tube member formed by bending a thin aluminum strip, and the cross section perpendicular to the refrigerant flow direction is formed in a flat shape.
  • the flat tube 14 may be formed by integrally forming a plurality of refrigerant passages extending in the longitudinal direction by extrusion molding of an aluminum material. Alternatively, two aluminum thin plates made of aluminum may be joined together in the middle.
  • the plate thickness of the flat tube 14 is, for example, 0.2 mm.
  • the corrugated fin 15 is a corrugated fin obtained by rolling a thin aluminum strip having a brazing material clad on both surfaces in a serpentine shape (wave shape).
  • the corrugated fin 15 is formed by cutting and raising a plurality of louvers (not shown) for increasing the heat exchange efficiency.
  • the plate thickness of the corrugated fin 15 is, for example, 0.05 mm.
  • the side plate 16 constitutes a reinforcing member in the core portion 11, and is formed by pressing an aluminum flat plate made of a bare material in which a brazing material is not clad. Both end portions in the longitudinal direction (width direction Y) of the side plate 16 are formed in a flat plate shape. Further, the central portion is formed to have a U-shaped cross section that opens outward in the stacking direction of the flat tube 14 and the corrugated fin 15. The side plate 16 is brazed to the corrugated fin 15.
  • the plate thickness of the side plate 16 is 1 mm, for example.
  • the upper tank portion 12 is formed of a header tank on the anti-flat tube side divided into two in the longitudinal direction of the flat tube 14 and a header plate on the flat tube side.
  • Each of the header tank and the header plate has a semicircular or rectangular cross-sectional shape, and is formed by pressing an aluminum flat plate.
  • the brazing material is clad in advance on both sides of the header tank and the inner side of the header plate.
  • the header tank and the header plate are fitted to each other and brazed to form a cylindrical body in which two internal spaces are arranged in the flow direction of the blown air (thickness direction Z of the evaporator 10).
  • a cap formed by pressing an aluminum flat plate material is brazed to the opening at the longitudinal end of the upper tank 12 (both ends in the length direction X) so as to close the opening. ing.
  • board thickness of the upper side tank part 12 and the lower side tank part 13 is 1 mm, for example.
  • two separators that divide the respective internal spaces in the longitudinal direction of the upper tank portion 12 (length direction X of the evaporator 10) are provided at the substantially central portion in the length direction X of the upper tank portion 12. ) Is brazed. In the region of the upper tank portion 12 on the right side of the separator, the two internal spaces of the upper tank portion 12 arranged in the flow direction of the blown air communicate with each other through a plurality of communication paths (not shown). ing.
  • the lower tank portion 13 has a structure similar to that of the upper tank portion 12 described above, and forms a cylindrical body constituted by a header tank and a header plate. And the cap is provided in the opening part of the both ends of the longitudinal direction. However, unlike the upper tank portion 12, a configuration corresponding to the separator and the communication path is not provided.
  • a flat tube insertion port (not shown) and a side plate insertion port (not shown) have a length equal to the pitch of the flat tube 14 and the side plate 16 on the wall surface (wall surface of the header plate) on the core portion 11 side in the upper and lower tank portions. It is provided in the direction X.
  • the longitudinal ends of the flat tubes 14 and the longitudinal ends of the side plates 16 are inserted into the respective insertion ports and brazed. Thereby, the flat tube 14 communicates with the internal space of the upper and lower tank portions 12 and 13, and the longitudinal end portion of the side plate 16 is supported and fixed to the upper and lower tank portions 12 and 13.
  • connection block 17 (refrigerant inflow / outflow part) provided with the inflow port 18 into which a refrigerant
  • the inflow port 18 communicates with the inside of the tank portion 12a on the downstream side of the air flow in FIG. 1 in the internal space of the upper tank portion 12, and the outflow port 19 is in the tank portion 12b on the upstream side of the air flow in FIG. Communicated with.
  • the flat tube 14 is arranged so that the upstream flat tube row and the downstream flat tube row are arranged in two rows in the blown air flow as the external fluid, corresponding to the arrangement of the upper and lower tank portions 12 and 13. Yes.
  • the evaporator 10 formed in this way after the refrigerant flows into the tank portion 12a on the downstream side of the air flow of the upper tank portion 12 from the inlet 18, the inside of the flat tube row on the downstream side of the air flow moves up and down. It turns and flows and returns to the right side area of FIG.
  • the refrigerant flows from the upper tank portion 12a (right tank portion) on the downstream side of the air flow to the upper tank portion 12b (right tank portion) on the upstream side of the air flow, passes through the flat tube row on the upstream side of the air flow, Similarly, it makes a U-turn up and down and returns to the upper tank portion 12b on the upstream side of the air flow.
  • This refrigerant finally flows out from the outlet 19.
  • the evaporator 10 evaporates the refrigerant and cools the blown air by the latent heat of evaporation.
  • the evaporator 10 is fixed in an air conditioning case constituting the vehicle air conditioner.
  • the air conditioning case (not shown) has an air ventilation path inside, and an outside air inlet and an inside air inlet that are air intakes are formed on one side. On the other side of the ventilation path, a blow-off opening through which air that has been blown into the passenger compartment passes is formed.
  • the air conditioning case is composed of a plurality of case members, and the material thereof is a resin molded product such as polypropylene.
  • the evaporator 10 is arranged so as to cross the entire ventilation path in the air conditioning case, and all of the blown air passes therethrough.
  • Such an evaporator 10 functions as a heat exchanger that cools the blown air before flowing into the cool air passage by the heat absorbing action of the refrigerant flowing inside during the cooling operation.
  • the evaporator 10 has a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.
  • a side extending in the length direction X of the evaporator 10 is a first side
  • a side extending in the width direction Y is a second side 32
  • a side extending in the thickness direction Z Is the third side 33.
  • the length of the first side 31 is the largest and the length of the third side 33 is the smallest.
  • the surface surrounded by the first side 31 and the second side 32 constitutes the surface of the core portion 11, and thus is a heat exchange surface 11 a through which air flows and exchanges heat with the refrigerant.
  • the fixing structure of the evaporator 10 is configured by paying attention to noise caused by vibration propagation from the evaporator 10 to the air conditioning case, which is one of noise causes.
  • the fixed structure is configured by paying attention to the natural vibration mode of the evaporator 10.
  • the noise caused by the propagation from the evaporator 10 to the air conditioning case is limited to 1000 Hz or less.
  • the evaporator 10 has a natural vibration mode as shown in FIGS. 2 and 3, and the way of vibration varies depending on the vibration mode.
  • the primary mode is 215 Hz
  • the secondary mode is 241 Hz
  • the third mode is 367 Hz
  • the fourth mode is 677 Hz
  • the fifth mode is 865 Hz.
  • the vertical axis in FIG. 2 is a dimensionless value with the maximum amplitude value being 1, and is called a vibration level. 2 is based on the shape of the evaporator 10 regardless of the physical property values.
  • the vibration excitation force (sum of vibration modes) in this vibration mode is as shown in FIG. That is, vibration transmission from the evaporator 10 to the air conditioning case can be minimized by holding a portion where the sum of the vibration modes is minimized.
  • the large amplitude may be called the belly and the small amplitude may be called the node.
  • the evaporator 10 is held at four corners (four corners).
  • the belly in the evaporator 10 is held, vibration transmission from the evaporator 10 to the air conditioning case becomes large, and thus the NV (noise vibration) reduction is insufficient. Therefore, in the present embodiment, a structure that suppresses the position indicated by the broken line 22 shown in FIG. 4 is necessary to reduce NV.
  • a surface surrounded by the first side 31 and the third side 33 (hereinafter, also referred to as “upper and lower surfaces”), and a second side 32 and the third side 33 are surrounded.
  • a fixing part 30 for fixing to at least one case is provided on at least one of the surfaces (hereinafter, also referred to as “left and right surfaces”).
  • two fixed portions 30 are provided on the lower surface of the upper and lower surfaces.
  • the position of the fixing unit 30 is a position excluding the four corners on the heat exchange surface 11 a of the evaporator 10, and a position corresponding to the abdomen of the natural vibration mode of the evaporator 10. It is provided at the removed position (see FIG. 3).
  • the fixed part 30 is arranged avoiding the center and both ends (four corners) of the first side 31.
  • the fixing part 30 is provided at a position excluding the above-mentioned four corners, and the amplitude of the natural vibration mode of the evaporator 10 is smaller than the amplitude at the four corners.
  • the preferable position of the fixing portion 30 is preferably a position that is 0.25 L ⁇ 0.05 L away from the end of the first side 31 and 0.75 L ⁇ if the length of the first side 31 is L. Provided at a position 0.05 L apart.
  • 0.25L has a meaning of 0.25 ⁇ L, and has the same meaning when a number and L are described consecutively.
  • the fixing portion 30 is provided in at least one of the range of 0.2L to 0.3L and the range of 0.7L to 0.8L from the end of the first side 31.
  • the position of the fixing portion 30 corresponds to the area surrounded by the phantom line in FIG.
  • the position where the fixing portion 30 is provided is a position where the combined vibration mode of 1000 Hz or less is the minimum (so-called node).
  • the fixed part 30 is realized by a convex part protruding downward from the lower tank part 13.
  • the evaporator 10 is fixed to the air conditioning case in a state where the fixing portion 30 is pressed against the inner wall of the air conditioning case.
  • an elastic member such as rubber is interposed between the fixed portion 30 and the air conditioning case. By interposing the elastic member, vibration transmitted from the fixed portion 30 to the air conditioning case can be further attenuated.
  • the evaporator 10 is in contact with the air conditioning case other than the fixed portion 30, the fixed portion 30 is fixed so that vibration is transmitted. Therefore, the other contact portions are in contact with each other as long as they are supported.
  • the fixed part 30 is provided at a position where the vibration mode frequency of the evaporator 10 and the natural frequency of the wall surface vibration of the air conditioning case are different.
  • the natural frequency of the air conditioning case varies depending on the location. If this natural frequency is provided at the same position as the vibration mode frequency of the evaporator 10, even if the vibration is attenuated and transmitted from the evaporator 10, if the natural frequency is the same as the natural frequency of the air conditioning case, the air conditioning case is large. It will vibrate. This is because the effect of reducing NV is reduced.
  • the fixing structure of the embodiment is a structure in which the positions of 0.25L and 0.75L are fixed in the upper tank portion 12 and the lower tank portion 13, respectively.
  • the fixing structure of the comparative example is a structure in which the four corners are fixed.
  • the inertance was detected by using a piezoresistive vibration acceleration sensor (PCB, model number: 352C22) with the air conditioning case, the fixed portion 30 and the contact portion as detection positions.
  • the experimental conditions in FIGS. 5 and 6 are the same.
  • FIG. 5 shows the inertance at each frequency
  • FIG. 6 shows the total inertance from 200 Hz to 1 kHz.
  • the inertance of the example is smaller than that of the comparative example at any frequency.
  • the example has a larger NV reduction effect than the comparative example.
  • the total inertance from 200 Hz to 1 kHz is smaller in the example. Therefore, it can be seen that the example has a larger NV reduction effect than the comparative example.
  • FIGS. 5 and 6 it is clear that the fixing structure of the evaporator 10 of the present embodiment has an NV reduction effect.
  • the evaporator 10 of this embodiment is fixed to an air conditioning case provided outside.
  • Two fixing portions 30 for fixing the evaporator 10 and the air conditioning case are provided on the surface surrounded by the first side 31 and the third side 33.
  • the fixing part 30 is provided at a position excluding the four corners of the heat exchange surface 11a and excluding a position corresponding to the abdomen of the natural vibration mode of the evaporator 10.
  • the positions excluding the four corners and the abdomen are positions that do not vibrate easily. In other words, the abdomen is the most vibrating position, and the four corners are also easy to vibrate. Since the fixing portion 30 is provided so as to avoid such a position that easily vibrates, the portion that does not vibrate is fixed to the air conditioning case.
  • the vibration of the evaporator 10 is not easily transmitted from the fixed portion 30 to the air conditioning case.
  • vibration from the evaporator 10 to the air conditioning case can be suppressed with a simple configuration in which the position of the fixing unit 30 is changed. As a result, noise caused by vibration of the air conditioning case due to vibration of the evaporator 10 can be suppressed.
  • the fixing portion 30 is provided at a position excluding the four corners of the heat exchange surface 11a, and at a position where the amplitude of the natural vibration mode of the heat exchanger is smaller than the four corners.
  • the position where the fixing portion 30 is provided is more preferably a position where the combined vibration mode of 1000 Hz or less is minimized.
  • Noise due to propagation from the evaporator 10 to the vehicle air conditioner is limited to 1000 Hz or less. Therefore, the vibration transmitted to the air conditioning case can be further suppressed by fixing the position where the combined vibration mode of 1000 Hz or less is minimized.
  • the fixed part 30 is provided at a position where the vibration mode frequency of the evaporator 10 and the natural frequency of the wall surface vibration of the air conditioning case are different.
  • the natural frequency of the air conditioning case varies depending on the location. If this natural frequency is provided at the same position as the vibration mode frequency of the evaporator 10, even if the vibration is attenuated and transmitted from the evaporator 10, if the natural frequency is the same as the natural frequency of the air conditioning case, the air conditioning case is large. It will vibrate. Therefore, by providing the fixing unit 30 at a position where the vibration mode frequency of the evaporator 10 and the natural frequency of the wall surface vibration of the air conditioning case are different, the effect of reducing NV is reduced due to the natural frequency of the air conditioning case. This can be suppressed.
  • the fixed part 30 is provided. As shown in FIG. 3, the position of 0.25L and the position of 0.75L are nodes. Since the fixing portion 30 is provided in the vicinity ( ⁇ 0.05 L) of the position of such a node, the effect of reducing NV can be achieved as described above.
  • the vibration propagation to the vehicle air conditioner is achieved. It is suppressed.
  • the NV of the vehicle air conditioner can be reduced by fixing the evaporator 10 at a position excluding the vicinity of the abdomen. Since the transmission of the main vibration mode of the evaporator 10 to the air conditioning case can be suppressed by pressing the node of the evaporator 10, the NV of the vehicle air conditioner can be reduced.
  • FIG. 7 the vehicle air conditioner is shown, and the evaporator 10A is shown as an element constituting the vehicle air conditioner.
  • the expansion valve 40 is integrally provided in the evaporator 10A.
  • the evaporator 10A is connected to the outflow side of the expansion valve 40 of the refrigeration cycle apparatus, and the refrigerant decompressed by the expansion valve 40 flows toward the evaporator 10A.
  • the present embodiment is characterized in that the fixing portions 30 are provided at six locations. Moreover, the structure of each fixing
  • the fixing portion 30 is located at a position separated from the end of the first side 31 by 0.25 L ⁇ 0.05 L in each of the upper tank portion 12 and the lower tank portion 13, and 0.
  • a fixing portion 30 is provided at a position separated by 75L ⁇ 0.05L. Since the position of the fixing portion 30 in the first side 31 is the same position as in the first embodiment described above, the same action and effect can be achieved.
  • the fixing portion 30 is provided on each of the side plates 16 located at both ends in the length direction X. Specifically, if the length of the second side 32 is W, the fixing portion 30 is preferably provided at a position 0.5 W ⁇ 0.05 W away from the end of the second side 32.
  • 0.5 W means 0.5 ⁇ W.
  • the second side 32 is a position where a position of 0.5 W becomes a node in the second side 32. Since the fixing portion 30 is provided in the vicinity ( ⁇ 0.05 W) of the position of such a node, the effect of reducing NV can be achieved in the same manner as the position of the fixing portion 30 on the first side 31.
  • the evaporator 10 can be fixed to an air-conditioning case more firmly.
  • FIG. 9 is characterized in that the configuration of the fixing portion 30B is different from the evaporator 10 of the first embodiment described above.
  • the fixing part 30B of the evaporator 10B of the present embodiment is realized by the convex part protruding outward from the lower tank part 13 as described above.
  • the convex portion is configured to be covered with an elastic member, for example, an anti-vibration rubber.
  • the elastic member can be reliably brought into contact with the air conditioning case.
  • vibration transmitted from the fixed portion 30B to the air conditioning case can be further damped.
  • FIG. 10 is characterized in that the position of the fixing unit 30 is different from that of the evaporator 10 of the first embodiment described above.
  • the position of the fixing portion 30 of the present embodiment is provided on each of the side plates 16 located at both ends in the length direction X. Specifically, assuming that the length of the second side 32 is W, it is preferable that the position is 0.5 W ⁇ 0.05 W away from the end of the second side 32 (the position indicated by the virtual line 21 in FIG. 10). ) Is provided with a fixing portion 30.
  • the second side 32 is a position where a position of 0.5 W becomes a node in the second side 32. Since the fixing portion 30 is provided in the vicinity ( ⁇ 0.05 W) of the position of such a node, the effect of reducing NV can be achieved.
  • the number of fixing portions 30 is two.
  • the number of the fixing portions 30 is not limited to two.
  • the evaporator 10 constitutes the vehicle air conditioner, but is not limited to the vehicle, and may be an evaporator constituting a home air conditioner. Moreover, it is not restricted to an evaporator, A heat radiator and a condenser may be sufficient if it is a rectangular parallelepiped heat exchanger with which a refrigerant flows inside.

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Abstract

 蒸発器(10)を空調ケースに固定するための固定部(30)は、蒸発器(10)の第1の辺(31)と第3の辺(33)とで囲まれた面に設けられる。固定部(30)は、蒸発器(10)の熱交換面(11a)の四隅を除いた位置であって、蒸発器(10)の固有振動モードの腹部に対応する位置を除いた位置に設けられる。このように、振動しやすい位置を避けて固定部(30)を設けるので、蒸発器(10)の振動しにくい部分が空調ケースに固定される。したがって蒸発器(10)の振動が固定部(30)から空調ケースに伝わりにくくなる。

Description

熱交換器の固定構造 関連出願の相互参照
 本開示は、2012年11月30日に出願された日本出願番号2012-262209号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、内部に冷媒が流れる熱交換器の固定構造に関する。
 特許文献1に記載の車両用空調ユニットにおける冷房用蒸発器は、蒸発器の四隅に弾性部材を介在して、空調ユニットケースに組み込まれている。この弾性部材は、蒸発器の振動吸収作用を有する。振動吸収作用をより具体的に述べると、蒸発器は冷媒配管を介して車両エンジンルーム内の圧縮機に結合され、この圧縮機は車両エンジンに装着され車両エンジンにより駆動される。そのため、圧縮機は車両エンジンと一体となって振動する。また、圧縮機が冷媒を吐出する時に生じる脈動により、圧縮機自身が振動する。この圧縮機の振動が冷媒配管を介して車室内に位置する蒸発器に伝播する。そこで、蒸発器を弾性部材によって支持することにより、蒸発器に伝播される振動を弾性部材により吸収して、蒸発器の振動が空調ユニットケースに伝達され、増幅し異音(騒音)となることを抑制するようにしている。
 特許文献2に記載の車両用空調装置における熱交換器は、冷媒流路以外の非流路構成部材がケースで支持される。非流路構成部材は、流路構成部材と異なり、熱交換媒体の流路を構成していないので、熱交換媒体の脈動によって直接加振されることはなく、また、熱交換媒体の衝突によって直接加振されることもない。このように直接加振されない部分をケースで支持することで、熱交換器の振動がケースに伝達されにくくしている。
特開2006-335189号公報 特開2012-1124号公報
 特許文献1に記載の従来技術では、弾性部材を四隅に介在しているが、弾性部材を蒸発器の筐体に組み込んでいるので、蒸発器の構成要素が増加する。これによって蒸発器の製造工程が増加し、生産性が低下する。
 特許文献2に記載の従来技術では、非流路構成部材を支持しているが、熱交換器は非流路構成部材も流路構成部材と一体に構成されている。したがって流路構成部材が振動すれば、その振動は非流路構成部材にも伝わるので、結局はケースに振動が伝わるので、振動の伝達を抑制する効果が小さい。
 本開示は、簡単な構成で外部への振動の伝達を小さくすることができる熱交換器の固定構造を提供することを目的とする。
 本開示では、第1の辺と第3の辺とで囲まれた面、および第2の辺と第3の辺とで囲まれた面の少なくともいずれか一方の面に、少なくとも1つのケースに固定するための固定部が設けられ、固定部は、熱交換面の四隅を除いた位置であって、熱交換器の固有振動モードの腹部に対応する位置を除いた位置に設けられることを特徴とする熱交換器の固定構造である。
 このような本開示に従えば、熱交換器は外部に設けられるケースに固定される。ケースと固定するための固定部は、第1の辺と第3の辺とで囲まれた面、および第2の辺と第3の辺とで囲まれた面の少なくともいずれか一方の面に、少なくとも1つ設けられる。さらに固定部は、熱交換面の四隅を除いた位置であって、熱交換器の固有振動モードの腹部に対応する位置を除いた位置(以下、単に「腹部を除いた位置」ということがある)に設けられる。四隅と腹部を除いた位置は、振動しにくい位置である。換言すると、腹部は最も振動している位置であり、四隅も出願人の鋭意研究結果によって腹部と同様に振動しやすい位置であることが判明した。このような振動しやすい位置を避けて固定部を設けるので、振動しにくい部分がケースに固定される。したがって熱交換器の振動が固定部からケースに伝わりにくくなる。また固定部の位置を変えるという簡単な構成で、熱交換器からケースへの振動を抑制することができる。これによって熱交換器の振動に起因して、ケースが振動することによる騒音を抑制することができる。
第1実施形態の蒸発器を示す斜視図である。 各固有振動モードにおける振動状態を示す図である。 長さ方向における振幅を示すグラフである。 蒸発器を簡略化して示す正面図である。 各周波数におけるイナータンスとの関係を示すグラフである。 周波数帯の合計のイナータンスを示すグラフである。 第2実施形態の車両用空調装置を示す正面図である。 幅方向における振幅を示すグラフである。 第3実施形態の蒸発器を示す正面図である。 第4実施形態の蒸発器を示す正面図である。
 以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
 (第1実施形態)
 本開示の第1実施形態に関して、図1~図6を用いて説明する。蒸発器10は、図示しない冷凍サイクル中に配設されるものである。蒸発器10は、圧縮機で高温高圧に圧縮され、放熱器で放熱冷却され、減圧装置で低温低圧に減圧された後の冷媒を蒸発させる熱交換器である。本実施形態の蒸発器10は、図1に示すように、コア部11、上側タンク部12、下側タンク部13などを含み、各構成部材間が相互にろう付け接合されている。
 コア部11は、複数の扁平チューブ14と複数のコルゲートフィン15とを交互に積層して構成されている。また、その積層方向(図1のX方向)の両側最外方となるコルゲートフィン15の外方に、サイドプレート16が配設される。なお、扁平チューブ14の長さ方向(図1のY方向)に沿って、コア部11の内部流体である冷媒が流れることになる。この冷媒の流れ方向を蒸発器10の幅方向Y、コア部11における通風方向を蒸発器10の厚さ方向Z、そしてこの幅方向Yおよび厚さ方向Zとそれぞれ直交する方向(積層方向)を蒸発器10の長さ方向Xとすると、蒸発器10はその幅方向Yを上下方向として車両に配置されている。
 扁平チューブ14は、薄肉のアルミニウム製帯状板材を折り曲げ加工することによって形成された管部材であり、冷媒流通方向に直交する横断面が扁平状に形成されている。なお、扁平チューブ14は、アルミニウム材の押し出し成形にて、長手方向に延びる複数の冷媒通路を一体に形成したものであっても良い。または、アルミニウム製の金属薄板二枚を、最中合わせ状に接合して形成したものであっても良い。扁平チューブ14の板厚は、たとえば0.2mmである。
 コルゲートフィン15は、両面に予めろう材がクラッドされた薄肉のアルミニウム製帯板材を、蛇行状(波状)にローラ加工したコルゲート型のフィンである。コルゲートフィン15は、熱交換効率を高めるための複数のルーバー(図示せず)が切り起こして形成されている。コルゲートフィン15の板厚は、たとえば0.05mmである。
 サイドプレート16は、コア部11における補強部材を成すものであり、ろう材がクラッドされていないベア材からなるアルミニウム製平板材を、プレス加工することにより成形されている。サイドプレート16の長手方向(幅方向Y)の両端部は、平板状に形成されている。また、その中央部分は、扁平チューブ14およびコルゲートフィン15の積層方向外方に開口するコの字状断面となるように形成されている。サイドプレート16は、コルゲートフィン15にろう付けされている。サイドプレート16の板厚は、たとえば1mmである。
 上側タンク部12は、扁平チューブ14の長手方向に2分割された反扁平チューブ側のヘッダタンクと、扁平チューブ側のヘッダプレートとから形成されている。ヘッダタンクおよびヘッダプレートは、それぞれ半円形状、あるいは矩形形状の断面形状を有しており、アルミニウム製平板材をプレス加工して成形されている。
 ヘッダタンクの両面およびヘッダプレートの内側面には、予めろう材がクラッドされている。そして、ヘッダタンクとヘッダプレートとが、互いに嵌合してろう付けされ、送風空気の流れ方向(蒸発器10の厚さ方向Z)に2つの内部空間が並ぶ筒状体を形成している。そして、上側タンク部12の長手方向端部(長さ方向Xの両端部)の開口部には、アルミニウム製平板材をプレス加工により成形したキャップがろう付けされ、この開口部を閉塞するようにしている。上側タンク部12および下側タンク部13の板厚は、たとえば1mmである。
 さらに、上側タンク部12の長さ方向Xの略中央部には、それぞれの内部空間を上側タンク部12の長手方向(蒸発器10の長さ方向X)に分割する2つのセパレータ(図示せず)がろう付けされている。また、セパレータよりも右側の上側タンク部12の領域においては、送風空気の流れ方向に配列されている上側タンク部12の2つの内部空間が、図示しない複数の連通路により互いに連通するようになっている。
 下側タンク部13は、上記の上側タンク部12と類似の構造を有するものであり、ヘッダタンクとヘッダプレートとにより構成された筒状体を形成している。そして、その長手方向の両端の開口部には、キャップが設けられている。ただし、上側タンク部12とは異なり、セパレータと連通路に相当する構成は、設けられていない。
 上下タンク部におけるコア部11側の壁面(ヘッダプレートの壁面)には、図示しない扁平チューブ挿入口と図示しないサイドプレート挿入口とが、扁平チューブ14およびサイドプレート16のピッチと同一ピッチで長さ方向Xに設けられている。各扁平チューブ14の長手方向端部およびサイドプレート16の長手方向端部が、それぞれの挿入口に挿入されてろう付けされている。これにより、扁平チューブ14は上下タンク部12,13の内部空間に連通し、また、サイドプレート16の長手方向端部は上下タンク部12,13に支持固定されている。
 なお、上側タンク部12の図1における左側端部には、冷媒が流入する流入口18および冷媒が流出する流出口19が設けられた接続ブロック17(冷媒流出入部)が、ろう付けされている。流入口18は上側タンク部12の内部空間のうち、図1中の空気流れ下流側のタンク部12a内と連通しており、流出口19は図1中の空気流れ上流側のタンク部12b内と連通している。
 扁平チューブ14は、上下タンク部12,13の配列に対応して、外部流体である送風空気流れにおいて、上流側の扁平チューブ列と下流側の扁平チューブ列が2列に並ぶように配列されている。このように形成された蒸発器10において、冷媒が流入口18から上側タンク部12の空気流れ下流側のタンク部12a内に流入した後、空気流れ下流側の扁平チューブ列内を、上下にUターンして流れ、上側タンク部12の図1の右側領域に戻る。冷媒は、この空気流れ下流側の上側タンク部12a(右タンク部)から、空気流れ上流側の上側タンク部12b(右タンク部)に流れ、空気流れ上流側の扁平チューブ列内を通って、同様に上下にUターンして、空気流れ上流側の上側タンク部12bに戻る。そして、この冷媒は最終的に流出口19から流出する。この間に蒸発器10は、冷媒を蒸発させてその蒸発潜熱により送風空気を冷却する。
 次に、蒸発器10の固定構造に関して説明する。蒸発器10は、車両用空調装置を構成する空調ケース内に固定される。空調ケース(図示せず)は、内部に空気の通風路を備え、一方側に空気取入口である外気吸入口および内気吸入口が形成される。通風路の他方側には、車室内に吹き出される空気調節された空気が通過する吹出し開口が形成されている。空調ケースは、複数のケース部材からなり、その材質は例えばポリプロピレン等の樹脂成形品である。
 蒸発器10は、空調ケース内の通風路全体を横断するように配置されており、送風された空気の全部が通過するようになっている。このような蒸発器10は、冷房運転時において内部を流れる冷媒の吸熱作用によって冷風通路に流入する手前の送風空気を冷却する熱交換器として機能する。
 蒸発器10は、図1に示すように、直方体形状である。蒸発器10を直方体形状として見た場合、蒸発器10の長さ方向Xに延びる辺を第1の辺31とし、幅方向Yに延びるを第2の辺32とし、厚さ方向Zに延びる辺を第3の辺33とする。本実施形態では、第1の辺31の長さが最も大きく、第3の辺33の長さが最も小さい。また第1の辺31と第2の辺32とで囲まれた面は、コア部11の表面を構成するので、空気が流れ冷媒と熱交換する熱交換面11aである。
 本実施形態は、騒音原因の一つである蒸発器10から空調ケースへの振動伝播による騒音に着目し、蒸発器10の固定構造を構成している。具体的には、蒸発器10から空調ケースへの振動伝播を抑えるために、蒸発器10の固有振動モードに着目して、固定構造を構成している。
 蒸発器10から空調ケースへの伝播による騒音は1000Hz以下に限られる。その周波数帯で蒸発器10は図2および図3に示すように固有振動モードをもっており、振動モードにより振れ方が異なる。図3では、1次モードが215Hzであること示し、同様に、2次モードが241Hz、3次モードが367Hz、4次モードが677Hz、5次モードが865Hzであることを示している。また図2の縦軸は、振幅の最大値を1として無次元化した値であり、振動レベルと呼ばれるものである。図2に示す振れ方は、物性値によらず蒸発器10の形状によるものである。
 この振動モードの振動加振力(振動モードの和)は、図3に示すようになり振幅が大きい部位と小さい部位が上下、前後、左右に存在する。つまり振動モードの和が最も小さくなる部位を保持すれば蒸発器10から空調ケースへの振動伝達を最小化することができる。以後、振幅大を腹、振幅小を節と呼ぶことがある。
 従来技術では図4の仮想線21で示すように、蒸発器10を四隅(四方のかど)で保持している。この保持方法では蒸発器10における腹を保持しているため蒸発器10から空調ケースへの振動伝達が大きくなるためNV(ノイズ・バイブレーション)低減が不十分である。したがって本実施形態では、NV低減のために図4に示す破線22で示す位置を抑える構造が必要となる。
 具体的には、第1の辺31と第3の辺33とで囲まれた面(以下、「上下面」ということがある)、および第2の辺32と第3の辺33とで囲まれた面(以下、「左右面」ということがある)の少なくともいずれか一方の面に、少なくとも1つのケースに固定するための固定部30が設けられる。本実施形態では、上下面のうち下面に固定部30が2つ設けられる。そして固定部30の位置は、図1および図4に示すように、蒸発器10の熱交換面11aにおける四隅を除いた位置であって、蒸発器10の固有振動モードの腹部に対応する位置を除いた位置(図3参照)に設けられる。したがって固定部30は、第1の辺31の中央と両端(四隅)は避けて配置される。換言すると、固定部30は、前述の四隅を除いた位置であって、蒸発器10の固有振動モードの振幅が四隅での振幅よりも小さい位置に設けられる。
 さらに固定部30の好ましい位置は、第1の辺31の長さをLとすると、好ましくは、第1の辺31の端部から0.25L±0.05L離れた位置、および0.75L±0.05L離れた位置に設けられる。ここで0.25Lとは、0.25×Lの意味であり、数字とLとが連続して記載されている場合は、同様の意味である。言い換えれば、固定部30は、第1の辺31の端部から0.2L~0.3Lの範囲および0.7L~0.8Lの範囲のうち少なくとも一方に設けられる。この固定部30の位置は、図3の仮想線で囲った領域に対応している。換言すると、固定部30が設けられる位置は、1000Hz以下の合成振動モードが最小(いわゆる節)となる位置である。
 また固定部30は、下側タンク部13から下方に突出する凸部によって実現される。この固定部30を空調ケースの内壁に押し付けた状態で、蒸発器10は空調ケースに固定される。また固定部30と空調ケースとの間には、ゴムなどの弾性部材が介在されている。弾性部材を介在することによって、固定部30から空調ケースに伝わる振動をより減衰することができる。蒸発器10は、空調ケースに固定部30以外でも接触するが、振動が伝わるように固定されている箇所は固定部30である。したがって、他の接触部位は単に支持している程度に接触している。
 また固定部30は、蒸発器10の振動モード周波数と、空調ケースの壁面振動の固有振動数とが異なる位置に設けられる。空調ケースの固有振動数は、場所によって異なる。この固有振動数が蒸発器10の振動モード周波数と同じ位置に設けると、蒸発器10から減衰して伝わった振動であっても、空調ケースの固有振動数と同じであると、空調ケースが大きく振動することになる。これによってNV低減の効果が小さくなるからである。
 次に、本実施形態の蒸発器10の固定構造と、比較例の固定構造との比較した実験結果に関して説明する。実施例の固定構造は、上側タンク部12および下側タンク部13のそれぞれにおいて0.25Lおよび0.75Lの位置を固定した構造である。比較例の固定構造は、四隅を固定した構造である。
 実験する際には、蒸発器の他に膨張弁も組付た車両用空調装置において、膨張弁に対して厚さ方向Zに図5で示す9種類の各振動数、すなわち160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz、1000Hzで加振した。加振するに際しては、シェーカー(LMS international n.v.社製、品名:integral shaker)を用いた。
 イナータンスの検出は、空調ケースと固定部30と接触部分を検出位置にして、ピエゾ抵抗型振動加速度センサー(PCB社製、型番:352C22)を用いて検出した。また図5および図6における実験条件は同じである。図5では、各周波数におけるイナータンスを示し、図6では、200Hz~1kHzまでのイナータンスの合計を示している。
 図5に示したように、実施例の方がどの周波数においても比較例よりもイナータンスが小さいことがわかる。これによって実施例は、比較例に比べてNV低減効果が大きいことがわかる。また図6に示したように、200Hz~1kHzまでのイナータンスの合計は、実施例の方が小さい。したがって実施例は、同様に比較例に比べてNV低減効果が大きいことがわかる。図5および図6からもわかるように、本実施形態の蒸発器10の固定構造がNV低減効果を有するのは明らかである。
 以上説明したように本実施形態の蒸発器10は外部に設けられる空調ケースに固定される。蒸発器10と空調ケースと固定するための固定部30は、第1の辺31と第3の辺33とで囲まれた面に2つ設けられる。さらに固定部30は、熱交換面11aの四隅を除いた位置であって、蒸発器10の固有振動モードの腹部に対応する位置を除いた位置に設けられる。四隅と腹部を除いた位置は、振動しにくい位置である。換言すると、腹部は最も振動している位置であり、四隅も振動しやすい位置である。このような振動しやすい位置を避けて固定部30を設けるので、振動しにくい部分が空調ケースに固定される。したがって蒸発器10の振動が固定部30から空調ケースに伝わりにくくなる。また固定部30の位置を変えるという簡単な構成で、蒸発器10から空調ケースへの振動を抑制することができる。これによって蒸発器10の振動に起因して、空調ケースが振動することによる騒音を抑制することができる。
 また本実施形態では、好ましくは、固定部30は、熱交換面11aの四隅を除いた位置であって、熱交換器の固有振動モードの振幅が四隅よりも小さい位置に設けられる。四隅より振幅が小さい位置で固定することによって、四隅で固定する従来技術よりも、空調ケースに伝わる振動を抑制することができる。これによってNV低減効果を達成することができる。
 また固定部30が設けられる位置は、さらに好ましくは、1000Hz以下の合成振動モードが最小となる位置である。蒸発器10から車両用空調装置への伝播による騒音は、1000Hz以下に限られる。したがって1000Hz以下の合成振動モードが最小となる位置を固定することによって、空調ケースに伝わる振動をさらに抑制することができる。
 また固定部30は、蒸発器10の振動モード周波数と、空調ケースの壁面振動の固有振動数とが異なる位置に設けられる。空調ケースの固有振動数は、場所によって異なる。この固有振動数が蒸発器10の振動モード周波数と同じ位置に設けると、蒸発器10から減衰して伝わった振動であっても、空調ケースの固有振動数と同じであると、空調ケースが大きく振動することになる。したがって固定部30を蒸発器10の振動モード周波数と、空調ケースの壁面振動の固有振動数とが異なる位置に設けられることによって、空調ケースの固有振動数に起因してNV低減の効果が小さくなることを抑制することができる。
 さらに本実施形態では、第1の辺31の長さをLとすると第1の辺31の端部から、0.25L±0.05L離れた位置、および0.75L±0.05L離れた位置の固定部30が設けられる。図3に示すように、0.25Lの位置および0.75Lの位置が節となる位置である。このような節の位置の近傍(±0.05L)に固定部30を設けるので、前述のようにNV低減の効果を達成することができる。
 換言すると、本実施形態では、車両用空調装置のNV低減のため、蒸発器10の振動モードに着目し、蒸発器10の固定位置の最適化を図ることで車両用空調装置への振動伝播を抑えている。具体的には、蒸発器10の腹部近傍を除いた位置で固定することで車両用空調装置のNV低減が可能になる。そして蒸発器10の節を押さえることで蒸発器10の主要振動モードの空調ケースへの伝達を押さえることができるため車両用空調装置のNV低減が可能である。
 (第2実施形態)
 次に、本開示の第2実施形態に関して、図7および図8を用いて説明する。図7では、車両用空調装置を示し、蒸発器10Aは車両用空調装置を構成する要素として示している。図7に示す車両用空調装置を構成する蒸発器10Aは、膨張弁40が一体に設けられている。蒸発器10Aは、冷凍サイクル装置の膨張弁40の流出側に接続され、その膨張弁40で減圧された冷媒が蒸発器10Aに向かって流れる。本実施形態は、固定部30が6箇所に設けられる点に特徴を有する。また各固定部30の構成は、前述の第1実施形態と同様に、凸部によって実現される。
 固定部30は、図7に示すように、上側タンク部12および下側タンク部13のそれぞれに、第1の辺31の端部から、0.25L±0.05L離れた位置、および0.75L±0.05L離れた位置の固定部30が設けられる。第1の辺31における固定部30の位置は、前述の第1実施形態と同様の位置であるので、同様の作用および効果を達成することができる。
 またさらに固定部30は、長さ方向Xの両端部に位置するサイドプレート16のそれぞれに設けられる。具体的には、第2の辺32の長さをWとすると、好ましくは、第2の辺32の端部から0.5W±0.05W離れた位置に固定部30が設けられる。ここで0.5Wとは、0.5×Wの意味である。第2の辺32については、図8に示すように、0.5Wの位置が第2の辺32において節となる位置である。このような節の位置の近傍(±0.05W)に固定部30を設けるので、第1の辺31の固定部30の位置と同様に、NV低減の効果を達成することができる。また本実施形態では、外周の6箇所を固定するので、より強固に空調ケースに蒸発器10を固定することができる。
 (第3実施形態)
 次に、本開示の第3実施形態に関して、図9を用いて説明する。図9では、前述の第1実施形態の蒸発器10とは固定部30Bの構成が異なる点に特徴を有する。本実施形態の蒸発器10Bの固定部30Bは、前述のように下側タンク部13から外方に突出する凸部によって実現される。そして凸部は、弾性部材、たとえば防振ゴムで覆われて構成されている。
 このように固定部30Bを凸部および弾性部材で一体に構成することによって、弾性部材を確実に空調ケースに接触させることができる。これによって固定部30Bから空調ケースに伝わる振動をより減衰することができる。
 (第4実施形態)
 次に、本開示の第4実施形態に関して、図10を用いて説明する。図10では、前述の第1実施形態の蒸発器10とは固定部30の位置が異なる点に特徴を有する。本実施形態の固定部30の位置は、長さ方向Xの両端部に位置するサイドプレート16のそれぞれに設けられる。具体的には、第2の辺32の長さをWとすると、好ましくは、第2の辺32の端部から0.5W±0.05W離れた位置(図10の仮想線21で示す位置)に固定部30が設けられる。第2の辺32については、図8に示すように、0.5Wの位置が第2の辺32において節となる位置である。このような節の位置の近傍(±0.05W)に固定部30を設けるので、NV低減の効果を達成することができる。
 (その他の実施形態)
 以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
 上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
 前述の第1実施形態では、固定部30は2箇所であったが、2箇所に限るものではなく、第1の辺31と第3の辺33とで囲まれた面、および第2の辺32と第3の辺33とで囲まれた面の少なくともいずれか一方の面に、少なくとも1つの固定部30が設けられていればよい。したがって、たとえばサイドプレート16だけに固定部30を設けてもよい。
 前述の第1実施形態では、車両用空調装置を構成する蒸発器10であったが、車両用に限るものではなく、家庭用の空調装置を構成する蒸発器であってもよい。また蒸発器に限るものではなく、内部に冷媒が流れる直方体形状の熱交換器であれば、放熱器や凝縮器であってもよい。

Claims (5)

  1.  内部を冷媒が流れる直方体形状の熱交換器(10,10A,10B,10C)をケースに固定するための固定構造であって、
     前記直方体形状の前記熱交換器を構成する辺を、第1の辺(31)、第2の辺(32)および第3の辺(33)とした場合、前記第3の辺の長さが最も小さく、
     前記第1の辺と前記第2の辺とで囲まれた面は、前記熱交換器の熱交換面(11a)であり、
     前記第1の辺と前記第3の辺とで囲まれた面、および前記第2の辺と前記第3の辺とで囲まれた面の少なくともいずれか一方の面に、少なくとも1つの固定部(30,30B)を備え、
     前記固定部は、前記熱交換面の四隅を除いた位置であって、前記熱交換器の固有振動モードの腹部に対応する位置を除いた位置に設けられる熱交換器の固定構造。
  2.  前記固定部は、前記熱交換面の前記四隅を除いた位置であって、前記熱交換器の前記固有振動モードの振幅が前記四隅における振幅よりも小さい位置に設けられる請求項1に記載の熱交換器の固定構造。
  3.  前記固定部が設けられる位置は、1000Hz以下の合成振動モードが最小となる位置である請求項1に記載の熱交換器の固定構造。
  4.  内部を冷媒が流れる直方体形状の熱交換器(10,10A,10B,10C)をケースに固定するための固定構造であって、
     前記直方体形状の前記熱交換器を構成する辺を、第1の辺(31)、第2の辺(32)および第3の辺(33)とした場合、前記第1の辺の長さが最も大きく、かつ前記第3の辺の長さが最も小さく、
     前記第1の辺と前記第2の辺とで囲まれた面は、前記熱交換器の熱交換面(11a)であり、
     前記第1の辺と前記第3の辺とで囲まれた面に、少なくとも1つの固定部(30,30B)を備え、
     前記第1の辺の長さをLとすると前記第1の辺の端部から、0.25L±0.05L離れた位置、および0.75L±0.05L離れた位置の少なくともいずれか一方に前記固定部が設けられる熱交換器の固定構造。
  5.  前記固定部は、前記熱交換器の振動モードの周波数と、前記ケースの壁面の固有振動数とが異なる位置に設けられる請求項1~4のいずれか1つに記載の熱交換器の固定構造。
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