JP2004125270A

JP2004125270A - 熱交換器およびその製造方法

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Publication number: JP2004125270A
Application number: JP2002289794A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Torigoe; 鳥越　栄一; Masahiro Shitaya; 下谷　昌宏
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-22
Also published as: DE10345695A1; US20040079521A1; US6832648B2

Abstract

【課題】熱交換器１０を軽い樹脂材で形成する上で、簡潔でかつ生産性の良い熱交換器の構造を提供する。
【解決手段】コア部１１は、冷媒の流れる冷媒通路１９を内部に持つ伝熱プレート部１２を複数枚、それぞれの間に空気通路３６を形成して積層した形で成形されると共に、各伝熱プレート部１２を所定間隔で保持する保持部４１・４２を一体に成形している。
これにより、熱交換器１０を軽くすることができるうえ、簡潔でかつ生産性の良い樹脂製熱交換器とすることができる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部流体の流れる内部流体通路を構成するプレート状部材だけで構成される熱交換器に関するもので、例えば、車両空調用蒸発器に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特許文献１にフィンのないプレートのみの熱交換器が示されている。２枚のアルミニウムプレートを最中状に接合して構成される断面偏平状のチューブを、多数枚積層すると共に相互の間に外部流体通路を形成し、チューブの中を流通する内部流体（例えば冷媒）と外部の外部流体通路を流通する外部流体（例えば空気）との間で熱交換を行なうものである。
【０００３】
また、特許文献２には、同じくフィンのない熱交換器を、樹脂材から形成したものが示されている。２枚の樹脂シートの必要部を接合することにより、内部に流体通路とヘッダー部とを形成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−４１６７８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特許第２７４９５８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１のものにおいては、アルミニウムプレートだけを積層して構成しているため、重くなるという問題がある。その点、上記特許文献２のものにおいては、軽くできるという効果はあるが、充分な熱交換量を確保するためには樹脂シートを接合して製作するパネルに大きな表面積が必要となり、実際に製造して装置に組み込むうえでは、外部流体が流通する通路をうまく確保しながら簡潔でかつ生産性良く構成する工夫が必要となる。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、熱交換器を軽い樹脂材で形成する上で、簡潔でかつ生産性の良い熱交換器の構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、樹脂材にて形成したコア部（１１）と、コア部（１１）の両端にタンク部（４４、４５）を接合して成る熱交換器において、コア部（１１）は、内部流体の流れる内部流体通路（１９）を内部に持つ伝熱プレート部（１２）を複数枚、それぞれの間に隙間部（３６）を形成して積層した形で成形されると共に、各伝熱プレート部（１２）を所定間隔で保持する保持部（４１、４２）を一体に成形していることを特徴とする。
【０００９】
これにより、熱交換器（１０）を軽くすることができるうえ、簡潔でかつ生産性の良い樹脂製熱交換器とすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱交換器を製造するにあたり、コア部（１１）を一体押し出し成形にて形成し、一旦、各伝熱プレート部（１２）の空気流れ方向（Ａ）両面に外縁部（３７、３８）を形成し、成形後、外縁部（３７、３８）を部分的に切除することにより、隙間部（３６）の空気流れ方向（Ａ）両端面を外部に開放すると共に、切除しなかった外縁部（３７、３８）を保持部（４１、４２）とすることを特徴とする。
【００１１】
これにより、一体押し出し成形した後、所定部分（３９、４０）を切除するだけでコア部（１１）を形成することができるため、簡潔でかつ生産性の良い樹脂製熱交換器とできる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、伝熱プレート部（１２）は略平板状の基板部（１３）を有し、基板部（１３）に対して外方に突出した内部流体通路（１９）部分の外面を、略台形形状もしくは略矩形形状としたことを特徴とし、請求項４に記載の発明では、内部流体通路（１９）は、内面を略円形形状としたことを特徴とする。
【００１３】
これは、伝熱プレート部（１２）に樹脂材を用いて一体押し出し成形等で形成することより、各部分毎に必要形状とすることが容易となる。これを利用し、内部流体通路（１９）の外面は熱伝達率を大きくする効果の高い略台形形状もしくは略矩形形状とし、内部流体通路（１９）内面は耐圧確保に有利な略円形形状として、それぞれ最適な形状で形成することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、タンク部（４４、４５）を、樹脂材にて形成し、コア部（１１）の各伝熱プレート部（１２）の内部流体通路（１９）方向両端部が挿入可能な複数のスリット部４３と、複数のスリット部（４３）を連通させる連通路とを一体成形したことを特徴とし、請求項６に記載の発明では、タンク部（４４、４５）は、連通路と連通して他の内部流体の流通部と接続するための接続部（２３、２４）を一体成形したことを特徴とする。
【００１５】
これらによっても、熱交換器（１０）を軽くすることができるうえ、簡潔でかつ生産性の良い樹脂製熱交換器とすることができる。また、全てを樹脂材で構成することにより、リサイクル性にも優れた熱交換器となる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、伝熱プレート部（１２）を挿入するスリット部（４３）の入口部に、面取り（４３ａ）を設けたことを特徴とする。これにより、コア部（１１）と前記タンク部（４４、４５）との組み合わせを容易とすることができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、コア部（１１）と前記タンク部（４４、４５）とを接着にて接合したことを特徴とする。これにより、従来のろう付けのような加熱が不要となることから簡単な設備で組み立てが可能となり、掛かるエネルギーも減らすことができる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１〜５は本発明の一実施形態を示すもので、本発明の熱交換器を車両空調用蒸発器１０に適用した例を示している。図１は押し出し成形体３５（コア部１１）の斜視図であり、図２は熱交換器１０全体の構成を示す分解斜視図である。図３・４はそれぞれ図２中Ｃ部とＤ部の拡大斜視図である。また、図５は伝熱プレート１２間の空気通路（外部流体通路）３６を示す部分断面図である。
【００１９】
蒸発器１０は、空調用空気の流れ方向Ａと、伝熱プレート部１２での冷媒流れ方向Ｂ（図１に示す上下方向）とが略直交する直交流熱交換器として構成されている。この蒸発器１０は、空調用空気（外部流体）と冷媒（内部流体）との熱交換を行なうコア部１１を、図１に示すように、多数枚積層した形の伝熱プレート部１２を全て一体押し出し成形で形成している。
【００２０】
すなわち図１は、例えばナイロン系の樹脂材を押し出し成形した直後の状態を示しており、概略直方体状の押し出し成形体３５には、多数の伝熱プレート１２、この伝熱プレート積層方向の両側に突出する略台形形状もしくは略矩形形状の突出部１４、各伝熱プレート１２内の略丸穴形状による冷媒通路１９、および各伝熱プレート１２相互間に位置して空気通路（外部流体通路）を構成する隙間部３６が直方体長手方向に沿って一体成形される。
【００２１】
この押し出し成形直後の状態では、隙間部３６の空気流れ方向Ａの両端部が押し出し成形体３５の外縁部３７・３８にて閉塞されているので、隙間部３６が空気通路として機能しない。そこで、空気流れ方向Ａの両端部に位置する外縁部３７・３８のうち、図１の斜線部に示す部分３９・３９ａ・４０・４０ａを切削等により切除して、隙間部３６の空気流れ方向Ａの両端部を外部に開放している。
【００２２】
図２は上記切除部分３９・３９ａ・４０・４０ａを切除した後に、隙間部３６の端部が外部に開放されている状態を示している。図２に示すように、この切除部分３９・３９ａ・４０・４０ａは直方体長手方向に複数に分割して形成してあるので、複数の切除部分３９・３９ａ・４０・４０ａの間に幅の狭い連結部４１・４２が残存し、この連結部４１・４２により多数の伝熱プレート１２の一体成形状態を維持するようになっている。
【００２３】
概略直方体状の押し出し成形体３５にて、上下両端部の切除部分３９ａ・４０ａには、各伝熱プレート１２の上下両端部が挿入可能な複数のスリット部４３と、この複数のスリット部４３を連通させる図示しない連通路とを持つタンク部４４・４５が嵌合配置される。尚、伝熱プレート部１２を挿入するスリット部４３の入口部には、面取り４３ａを設けている（図４参照）。
【００２４】
この上下に嵌合したタンク部４４・４５は、上記コア部１１と同様に、例えばナイロン系の樹脂材を射出成形したものであり、冷媒配管等を接続する冷媒出入口パイプ部（接続部）２３・２４を一体成形している。そして、図２の例では、上側タンク部４４のパイプ部２３を冷媒入口とし、下側タンク部４５のパイプ部２４を冷媒出口としている。
【００２５】
そして、冷媒入口パイプ２３からの冷媒が上側のタンク部４４にて各伝熱プレート１２内の略丸穴形状による冷媒通路１９に分配され、各伝熱プレート１２内の冷媒通路１９を通過した冷媒は、下側のタンク部４５で集合して冷媒出口パイプ２４から外部へ流出する。本実施形態では蒸発器１０の冷媒通路が上記のように構成されており、図２に示すコア部１１とタンク部４４・４５の挿入部を、例えばエポキシ樹脂による接着材を塗布する等で接合して、蒸発器１０の組み立てを行なっている。
【００２６】
そして本実施形態では、上記冷媒入口パイプ２３に図示しない冷凍サイクルの膨張弁等の減圧手段で減圧された気液２相冷媒が流入し、冷媒出口パイプ２４は図示しない圧縮機吸入側に接続され、蒸発器１０で蒸発したガス冷媒を圧縮機吸入側に導くものである。
【００２７】
図５に示すように、各伝熱プレート部１２の略平板状の基板部１３の両面には、外形が略台形形状もしくは略矩形形状で、内側が略円形形状の冷媒通路１９となった突出部１４を、複数本突出させている。冷媒通路１９は、伝熱プレート部１２の長手方向（換言すると空気流れ方向Ａと略直交方向）に連続して平行に延びており、図３の図２中Ｃ部の拡大斜視図では、この突出部１４および冷媒通路１９をそれぞれ６本づつ形成している。ちなみに冷媒通路１９の周りは、例えば薄い部分の板厚でｔ＝０．１〜０．４ｍｍ程度の厚さとしている。
【００２８】
ところで、各伝熱プレート部１２の幅方向（空気流れ方向Ａ）において、複数の突出部１４は図５に示すように、互いに隣接する各伝熱プレートの突出部１４と形成位置がずれており、これにより、各突出部１４を隣接する各伝熱プレート１２の基板部１３により形成される凹面部に位置させることができる。
【００２９】
その結果、各突出部１４の凸面側の頂部と、隣接する伝熱プレート１２の基板部１３の凹面部との間に必ず隙間が形成される。この隙間により、伝熱プレート幅方向（空気流れ方向Ａ）の全長にわたって矢印Ａ_１の如く波状に蛇行した空気通路３６が連続して形成される。従って、矢印Ａ方向に送風される空調空気は、空気通路３６を矢印Ａ_１の如く波状に蛇行しながら２枚の伝熱プレート部１２の間を通り抜けることができる。
【００３０】
次に、本実施形態の蒸発器１０の作用を説明すると、蒸発器１０は図示しない空調ユニットケース内に図２の上下方向を上下にして収容され、図示しない空調用送風機の作動により矢印Ａ方向に空気が送風される。そして、冷凍サイクルの圧縮機が作動すると、図示しない膨張弁により減圧された低圧側の気液２相冷媒が前述した冷媒通路構成に従って流れる。
【００３１】
一方、コア部１１の伝熱プレート部１２の外面側に凸状に突出している突出部１４と基板部１３の間に形成される隙間により、伝熱プレート幅方向（空気流れ方向Ａ）の全長にわたって５の矢印Ａ_１の如く波状に蛇行した空気通路が連続して形成されている。その結果、矢印Ａ方向に送風される空調空気は、空気通路３６を矢印Ａ_１の如く波状に蛇行しながら２枚の伝熱プレート部１２の間を通り抜けることができ、この空気の流れから冷媒は蒸発潜熱を吸熱して蒸発するので、空調空気は冷却され、冷風となる。
【００３２】
空気側においては、空気流れ方向Ａが、伝熱プレート部１２の突出部１４の長手方向（冷媒通路１９での冷媒流れ方向Ｂ）に対して直交する方向になっており、突出部１４が空気流れと直交状に突出する凸面（伝熱面）を形成しているので、空気はこの直交状に延びる突出部１４の凸面形状により直進を妨げられる。
【００３３】
このため、空気流は伝熱プレート部１２間の隙間を図５の矢印Ａ_１に示すように波状に蛇行した流れを形成して、その流れを乱すので、空気流が乱流状態となり、空気側の熱伝達率を飛躍的に向上することができる。ここで、コア部１１が伝熱プレート部１２のみで構成されているため、従来のフィン部材を備えている通常の蒸発器に比べて、空気側の伝熱面積が大幅に減少するが、乱流状態の設定により空気側の熱伝達率が飛躍的に向上するため、空気側伝熱面積の減少を空気側熱伝達率の向上により補うことが可能となり、必要冷却性能を確保できる。
【００３４】
次に、本実施形態の特徴を述べる。まず、コア部１１は、冷媒の流れる冷媒通路１９を内部に持つ伝熱プレート部１２を複数枚、それぞれの間に空気通路３６を形成して積層した形で成形されると共に、各伝熱プレート部１２を所定間隔で保持する保持部４１・４２を一体に成形している。これにより、蒸発器１０を軽くすることができるうえ、簡潔でかつ生産性の良い樹脂製蒸発器とすることができる。
【００３５】
また、上記の蒸発器１０を製造するにあたり、コア部１１を一体押し出し成形にて形成し、一旦、各伝熱プレート部１２の空気流れ方向Ａ両面に外縁部３７・３８を形成し（図１参照）、成形後、外縁部３７・３８を部分的に切除することにより、空気通路３６の空気流れ方向Ａ両端面を外部に開放すると共に、切除しなかった外縁部３７・３８を保持部４１・４２としている。これにより、一体押し出し成形した後、所定部分３９・４０を切除するだけでコア部１１を形成することができるため、簡潔でかつ生産性の良い樹脂製熱交換器とできる。
【００３６】
また、伝熱プレート部１２は略平板状の基板部１３を有し、その基板部１３に対して外方に突出した冷媒通路１９部分の外面を、略台形形状もしくは略矩形形状とし、冷媒通路１９は、内面を略円形形状としている。これは、伝熱プレート部１２に樹脂材を用いて一体押し出し成形等で形成することより、各部分毎に必要形状とすることが容易となる。これを利用し、冷媒通路１９の外面は熱伝達率を大きくする効果の高い略台形形状もしくは略矩形形状とし、冷媒通路１９内面は耐圧確保に有利な略円形形状として、それぞれ最適な形状で形成している。
【００３７】
また、タンク部４４・４５を、樹脂材にて形成し、コア部１１の各伝熱プレート部１２の冷媒通路１９方向両端部が挿入可能な複数のスリット部４３と、この複数のスリット部４３を連通させる連通路（図示せず）、その連通路と連通して他の内部流体の流通部と接続するための冷媒出入口パイプ部２３・２４とを一体成形している。これらによっても、蒸発器１０を軽くすることができるうえ、簡潔でかつ生産性の良い樹脂製蒸発器とすることができる。また、全てを樹脂材で構成することにより、リサイクル性にも優れた熱交換器となる。
【００３８】
また、伝熱プレート部１２を挿入するスリット部４３の入口部に、面取り４３ａを設けた。これにより、コア部１１とタンク部４４・４５との組み合わせを容易とすることができる。また、コア部１１とタンク部４４・４５とを接着にて接合している。これにより、従来のろう付けのような加熱が不要となることから簡単な設備で組み立てが可能となり、掛かるエネルギーも減らすことができる。
【００３９】
（その他の実施形態）
上述した実施形態では、伝熱プレート部１２の冷媒通路（内部流体通路）１９を冷凍サイクルの低圧側の低温冷媒が流れ、伝熱プレート部１２の外部を空調空気が流れ、冷媒の蒸発潜熱を空調空気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器１０に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されることなく、本発明は種々な用途の流体間の熱交換を行なう熱交換器一般に広く適用可能であることはもちろんである。
【００４０】
また、上述した実施形態では、空気（外部流体）流れ方向Ａを伝熱プレート部１２の冷媒流れ方向（プレート長手方向）Ｂに対して直交状に設定する場合について説明したが、空気（外部流体）流れ方向Ａを伝熱プレート部１２の冷媒流れ方向（プレート長手方向）Ｂに対して所定角度だけ傾斜するようにしても良く、要は空気（外部流体）流れ方向Ａと伝熱プレート１２の冷媒流れ方向（プレート長手方向）Ｂとが交差する関係にあればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における押し出し成形体の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態における熱交換器全体の構成を示す分解斜視図である。
【図３】図２中Ｃ部の拡大斜視図である。
【図４】図２中Ｄ部の拡大斜視図である。
【図５】伝熱プレート間の空気通路を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１１　コア部
１２　伝熱プレート
１３　基板部
１９　冷媒通路（内部流体通路）
３６　空気通路、外部流体通路（隙間部）
３７、３８　外縁
４１、４２　保持部
４３　スリット部
４３ａ　面取り
４４、４５　タンク部
Ａ　空気流れ方向
２３、２４　冷媒出入口パイプ部（接続部）

Claims

樹脂材にて形成したコア部（１１）と、
前記コア部（１１）の両端にタンク部（４４、４５）を接合して成る熱交換器において、
前記コア部（１１）は、内部流体の流れる内部流体通路（１９）を内部に持つ伝熱プレート部（１２）を複数枚、それぞれの間に隙間部（３６）を形成して積層した形で成形されると共に、前記各伝熱プレート部（１２）を所定間隔で保持する保持部（４１、４２）を一体に成形していることを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器を製造するにあたり、前記コア部（１１）を一体押し出し成形にて形成し、一旦、前記各伝熱プレート部（１２）の空気流れ方向（Ａ）両面に外縁部（３７、３８）を形成し、成形後、前記外縁部（３７、３８）を部分的に切除することにより、前記隙間部（３６）の前記空気流れ方向（Ａ）両端面を外部に開放すると共に、切除しなかった外縁部（３７、３８）を前記保持部（４１、４２）とすることを特徴とする熱交換器の製造方法。
前記伝熱プレート部（１２）は略平板状の基板部（１３）を有し、前記基板部（１３）に対して外方に突出した前記内部流体通路（１９）部分の外面を、略台形形状もしくは略矩形形状としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記内部流体通路（１９）は、内面を略円形形状としたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の熱交換器。
前記タンク部（４４、４５）を、樹脂材にて形成し、前記コア部（１１）の前記各伝熱プレート部（１２）の前記内部流体通路（１９）方向両端部が挿入可能な複数のスリット部４３と、前記複数のスリット部（４３）を連通させる連通路とを一体成形したことを特徴とする請求項１に記載熱交換器。
前記タンク部（４４、４５）は、前記連通路と連通して他の前記内部流体の流通部と接続するための接続部（２３、２４）を一体成形したことを特徴とする請求項５に記載熱交換器。
前記伝熱プレート部（１２）を挿入する前記スリット部（４３）の入口部に、面取り（４３ａ）を設けたことを特徴とする請求項５に記載熱交換器。
前記コア部（１１）と前記タンク部（４４、４５）とを接着にて接合したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。