JP6392659B2 - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、空調機器に使用される熱交換器や、制御機器の冷房に使用される熱交換器の改良に関するものである。

一般に熱交換器は液体や気体の高温の第１流体と、液体や気体の低温の第２流体とを流路を介して接触させることにより冷房や暖房を行なっている。空調機器で使用される熱交換器は、第１流体が流れる第１流路と、第２流体が流れる第２流路とが、紙製のシートの片面に紙製の波形のコルゲ−トを設けて形成され、この第１流路と第２流路を直交して交互に複数枚積重ねて形成されている（特許文献１）。しかしながらこの積層型の熱交換器は、コルゲ−ト加工や、積重ね作業に多数の手間が掛かる上、強度も弱い問題があった。

このため流路を押出し成型したアルミニウムの押出し材を用いて、組立性を改善した熱交換器が提案されている。例えばアルミニウムの押出し材の上下を上部平板と中間平板とで挟んで、この間に台形状と菱形状の第１流体流路を形成し、更にこの中間平板と下部平板との間にアルミニウム押出し材で形成された間隔保持用側壁部を設け、この横の中間平板と下部平板との間にフィン部を設けて第２流体流路を形成した熱交換器（特許文献２）がある。しかしながらこのアルミニウムの押出し材を用いた構成は強度に優れてはいるが、部品点数が多く、その加工も面倒で、必要とする熱交換容量に合わせて製造することはコストが高くなる問題があった。

特開２００１−２４１８６７号公報 特開平５−３９９９２号公報

本発明は上記問題を改善し、加工や組立が容易で安価であると共に、押出し材ユニットの長さや、重ね合わせ段数を任意に設定して必要とする熱交換容量に合わせて製造することができると共に、熱交換性能と耐久性に優れた熱交換器およびその製造方法を提供するものである。

本発明の請求項１記載の熱交換器は、平板で形成された水平なフィンの左右両側にブロック部を設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部の上部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の上部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅より広く形成し、一方のブロック部の下部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の下部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅より狭く形成し、且つフィン上面と底面の幅を等しくしたアルミニウム押出し材ユニットを形成し、この押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、上下フィンの間に交互に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部の、押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞したことを特徴とするものである。

本発明の請求項２記載の熱交換器は、平板で形成された水平なフィンの左右両側にブロック部を設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部の上面に、第１凸部とフィン側に第１段部を突設し、他方のブロック部の上面に、一方のブロック部の上面とほぼ対称に、第２凸部とフィン側に第２段部を突設し、一方のブロック部の上部側の、外側面と第１段部のフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の上部側の、外側面と第２段部のフィン側の側面との間の幅より広く形成し、一方のブロック部の底面に、第３嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第１係合部を形成すると共に、他方のブロック部の底面に、一方のブロック部の底面とほぼ対称に、第４嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第２係合部を形成し、一方のブロック部の下部側の、外側面と第１係合部のフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の下部側の、外側面と第２係合部のフィン側の側面との間の幅より狭く形成し、且つフィン上面と底面の幅を等しくしたアルミニウム押出し材ユニットを形成し、この押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、下段の押出し材ユニットの第１凸部が、上段の押出し材ユニットの第４嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第１段部が、上段の押出し材ユニットの第２係合部に係合させ、下段の押出し材ユニットの第２凸部が、上段の押出し材ユニットの第３嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第２段部が、上段の押出し材ユニットの第１係合部に係合させて、上下フィンの間に交互に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部の、押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞したことを特徴とするものである。

本発明の請求項３記載の熱交換器は、請求項１または２において、本体部の、押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端を、カバーで閉塞したことを特徴とするものである。

本発明の請求項４記載の熱交換器の製造方法は、平板で形成された水平なフィンの左右両側にブロック部を設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部の上部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の上部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅より広く形成し、一方のブロック部の下部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の下部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅より狭く形成し、且つフィン上面と底面の幅を等しくしたアルミニウム押出し材ユニットを形成し、この押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、上下フィンの間に交互に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部を構成した後、本体部の押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して左右交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし、他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞することを特徴とするものである。

本発明の請求項５記載の熱交換器の製造方法は、平板で形成された水平なフィンの左右両側にブロック部を設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部の上面に、第１凸部とフィン側に第１段部を突設し、他方のブロック部の上面に、一方のブロック部の上面とほぼ対称に、第２凸部とフィン側に第２段部を突設し、一方のブロック部の上部側の、外側面と第１段部のフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の上部側の、外側面と第２段部のフィン側の側面との間の幅より広く形成し、一方のブロック部の底面に、第３嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第１係合部を形成すると共に、他方のブロック部の底面に、一方のブロック部の底面とほぼ対称に、第４嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第２係合部を形成し、一方のブロック部の下部側の、外側面と第１係合部のフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の下部側の、外側面と第２係合部のフィン側の側面との間の幅より狭く形成し、且つフィン上面と底面の幅を等しくしたアルミニウム押出し材ユニットを形成し、この押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、下段の押出し材ユニットの第１凸部が、上段の押出し材ユニットの第４嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第１段部が、上段の押出し材ユニットの第２係合部に係合させ、下段の押出し材ユニットの第２凸部が、上段の押出し材ユニットの第３嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第２段部が、上段の押出し材ユニットの第１係合部に係合させて、上下フィンの間に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部を構成した後、本体部の押出し材ユニットの複出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して左右交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし、他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞することを特徴とするものである。

本発明に係る請求項１記載の熱交換器によれば、押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、上下フィンの間に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部の、押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞したので、押出し材ユニットはその切り出す長さと積重ね段数を調整することにより種々の熱交換量の熱交換器を容易に作成することができる。

また請求項２記載の熱交換器によれば、請求項１の効果に加えて、下段の押出し材ユニットの第１凸部が、上段の押出し材ユニットの第４嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第１段部が、上段の押出し材ユニットの第２係合部に係合させ、下段の押出し材ユニットの第２凸部が、上段の押出し材ユニットの第３嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第２段部が、上段の押出し材ユニットの第１係合部に係合させたので、上下の押出し材ユニットが確実に嵌合し、気密性を向上させることができると共に、熱交換器の強度を向上させることができる。

また請求項３記載の熱交換器によれば、アルミニウム押出し材の押出し方向に沿った両端を、カバーで閉塞するだけなので組立てが容易である。

また請求項４記載の熱交換器の製造方法によれば、押出し材ユニットはその切り出す長さと積重ね段数を調整することにより種々の熱交換量の熱交換器を容易に作成することができる。また本体部の側面の少なくとも４カ所を切削加工するだけで流入口と排出口が形成できるので加工が容易である上、本体部の両端を閉塞するだけで簡単に、且つ安価に作成することができる。

また請求項５記載の熱交換器の製造方法によれば、請求項４の効果に加えて、下段の押出し材ユニットの第１凸部が、上段の押出し材ユニットの第４嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第１段部が、上段の押出し材ユニットの第２係合部に係合させ、下段の押出し材ユニットの第２凸部が、上段の押出し材ユニットの第３嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第２段部が、上段の押出し材ユニットの第１係合部に係合させたので、上下の押出し材ユニットが確実に嵌合し、気密性を向上させることができると共に、熱交換器の強度を向上させることができる。

以下本発明の実施の一形態を図１ないし図７を参照して詳細に説明する。図１はアルミニウムで形成された押出し材ユニット１を示すもので、アルミニウム板で形成された水平なフィン２の左右両側にブロック部３Ａ、３Ｂを設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部３Ａの上面に、第１凸部５とフィン側に第１段部６を突設して、この間に第１嵌合凹部７を形成すると共に、第１凸部５の隣のコーナに第３係合部８が形成されている。

また他方のブロック部３Ｂの上面に、一方のブロック部３Ａの上面とほぼ対称に、第２凸部１０とフィン側に第２段部１１を突設して、この間に第２嵌合凹部１２を形成すると共に、第２凸部１０の隣のコーナに第４係合部１３が形成されている。

また一方のブロック部３Ａの上部側の外側面と、第１段部６のフィン側の側面との間の幅Ｄ１を、他方のブロック部３Ｂの上部側の外側面と第２段部１１のフィン側の側面との間の幅Ｄ２より広く、Ｄ１＞Ｄ２となるように形成されている。

また一方のブロック部３Ａの底面に、第３嵌合凹部１５とフィン側コーナを切欠して第１係合部１６を形成すると共に、他方のブロック部３Ｂの底面に、一方のブロック部３Ａの底面とほぼ左右対称に、第４嵌合凹部１７とフィン側コーナを切欠して第２係合部１８が形成されている。

また一方のブロック部３Ａの下部側の外側面と、第１係合部１６のフィン側の側面との間の幅Ｄ２を、他方のブロック部３Ｂの下部側の外側面と、第２係合部１８のフィン側の側面との間の幅Ｄ１より狭く、Ｄ１＞Ｄ２となるように形成されている。またフィン２の上面と底面の幅Ｄ３を等しくして押出し材ユニット１が形成されている。この押出し材ユニット１は図示しない押出し装置により成型され、これを所定の長さに複数本切断する。

この所定の長さに切断した押出し材ユニット１を図２および図３に示すように左右反転させて交互に複数枚に重ねて、下段の押出し材ユニット１の第１凸部５を、上段の押出し材ユニット１の底面の第４嵌合凹部１７に嵌合させると共に、下段の押出し材ユニット１の第１段部６を、上段の押出し材ユニット１の第２係合部１８に係合さる。

また下段の押出し材ユニット１の第２凸部１０を、上段の押出し材ユニット１の第３嵌合凹部１５に嵌合させると共に、下段の押出し材ユニット１の第２段部１１を、上段の押出し材ユニット１の第１係合部１６に係合させる。以下同様に、押出し材ユニット１を左右反転させて多段に組合せて、図４に示すように上下フィン２、２の間に複数の流路２０Ａ、２０Ｂが横方向に交互にずれた状態で多段に形成した本体部２１を構成する。

このように形成した本体部２１の最上下を除いて押出し材ユニット１の押出し方向に沿った両端近傍の片面を、例えば幅Ｄ１ーＤ２＝１．５ｍｍとするとＤ２＋０．５ｍｍの深さで切削して、図５に示すように１段おきに交互に流路２０Ａを側面方向に露出させる。このようにして押出し方向に沿った一方を流体の流入口２３Ａとし、他方を流体の排出口２４Ａとする。次に本体部２１を反転させて、対向する位置を例えばＤ２＋０．５ｍｍの深さで上下に切削して、１段おきに交互に流路２０Ｂを露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口２３Ｂとし、他方を流体の排出口２４Ｂとする。次に押出し方向に沿った両端の流路２０Ａ、２０Ｂを図６に示すようにガスケットとカバー２５で閉塞して熱交換器２６を完成する。

このように組立てた熱交換器２６は、切削加工して除去した部分に、図７に示すように貫通した流路２０Ａと非貫通の流路２０Ｂが交互に現れる。

例えば図７に示すように第１流体２７を冷却した温度の低い空気とし、図示しない冷房器からブロアーで第１流体２７の流入口２３Ａに供給すると、ここから押出し方向に沿った第１流体流路２０Ａを通って第１流体２７の排出口２４Ａから排出され冷房器に戻る。

また第２流体２８を暖まった温度の高い空気とし、図示しない機器を冷却して暖まった第２流体２８をブロアーで流入口２３Ｂに供給する。この流入口２３Ｂから押出し方向に沿った第２流体流路２０Ｂを通って第２流体の排出口２４Ｂから排出されて冷房する機器に戻される。

このようにアルミニウムで押出し成型された第１流体流路２０Ａと第２流体流路２０Ｂがフィン２を介して交互に形成され、第１流体２７と第２流体流路２０Ｂとの間で効率よく熱交換することができ、アルミニウム製なので強度と耐久性に優れている。またアルミニウム押出し材１はその切り出す長さと積み重ねる段数を調整することにより種々の熱交換量の熱交換器を容易に作成することができる。

また本体部２１の表面の４カ所を切削加工するだけで流入口２３Ａ、２３Ｂと排出口２４Ａ、２４Ｂが形成でき加工が容易である上、アルミニウム押出し材１の両端にガスケットとカバーを取付けて組立てられるので安価に作成することができる。

また上記説明では、一方のブロック部３Ａの上面に、第１凸部５とフィン側に第１段部６を突設して、この間に第１嵌合凹部７を形成すると共に、第１凸部５の隣のコーナに第３係合部８が形成され、他方のブロック部３Ｂの上面に、第２凸部１０とフィン側に第２段部１１を突設して、この間に第２嵌合凹部１２を形成すると共に、第２凸部１０の隣のコーナに第４係合部１３が形成され、また一方のブロック部の底面に、第３嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第１係合部を形成すると共に、他方のブロック部の底面に、第４嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第２係合部を形成した場合について示したが、この凸部や嵌合凹部、係合部がない構造でも良い。この場合、上段のブロック部と下段のブロック部とをビスや接着剤で一体に接合すれば良い。また凸部や嵌合凹部は１個に限らず２個以上でも良く、また斜めに傾斜したものや二股構造でも良い

また上記説明では流入口２３Ａ、２３Ｂと排出口２４Ａ、２４Ｂを左右両面に形成した熱交換器について示したが、横にして上下両面に形成した状態で使用しても良い。また流入口２３Ａ、２３Ｂと排出口２４Ａ、２４Ｂを４カ所設けた場合について示したが、６カ所以上設けても良い。またアルミニウム押出し材１の両端をガスケット５とカバー６で閉塞した場合について示したが、露出している流路２０Ａ、２０Ｂの端部に詰め物をして閉塞した構造でも良い。

なお上記説明では第１流体２７と、第２流体２８を共に空気を使用した場合について示したが、一方または両方がオイルや不凍液などの液体を流しても良い。この場合、押出し材ユニット１の重ね合わせ部分の水密性を保持する必要がある。

本発明の実施の一形態による押出し材ユニットを示す斜視図である 図１の押出し材ユニットを反転させて上下２本並べた状態を示す正面図である。 図２の上下の押出し材ユニットを重ねた状態を示す斜視図である。 図１の押出し材ユニットを多段に重ねて本体部を形成した状態を示す斜視図である。 図４の本体部の側面に流入口と排出口を形成した状態を示す斜視図である。 熱交換器の斜視図である。 熱交換器内の流体の流れを説明する要部断面図である。

１ 押出し材ユニット
２ フィン
３Ａ ブロック部
３Ｂ ブロック部
５ 第１凸部
６ 第１段部
７ 第１嵌合凹部
８ 第３係合部
１０ 第２凸部
１１ 第２段部
１２ 第２嵌合凹部
１３ 第４係合部
１５ 第３嵌合凹部
１６ 第１係合部
１７ 第４嵌合凹部
１８ 第２係合部
２０Ａ 流路
２０Ｂ 流路
２１ 本体部
２３Ａ、２３Ｂ 流入口
２４Ａ、２４Ｂ 排出口
２５ カバー
２６ 熱交換器
２７ 第１流体
２８ 第２流体

Claims (5)

1. 平板で形成された水平なフィンの左右両側にブロック部を設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部の上部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の上部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅より広く形成し、一方のブロック部の下部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の下部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅より狭く形成し、且つフィン上面と底面の幅を等しくしたアルミニウム押出し材ユニットを形成し、この押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、上下フィンの間に交互に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部の、押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞したことを特徴とする熱交換器。
2. 平板で形成された水平なフィンの左右両側にブロック部を設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部の上面に、第１凸部とフィン側に第１段部を突設し、他方のブロック部の上面に、一方のブロック部の上面とほぼ対称に、第２凸部とフィン側に第２段部を突設し、一方のブロック部の上部側の、外側面と第１段部のフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の上部側の、外側面と第２段部のフィン側の側面との間の幅より広く形成し、一方のブロック部の底面に、第３嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第１係合部を形成すると共に、他方のブロック部の底面に、一方のブロック部の底面とほぼ対称に、第４嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第２係合部を形成し、一方のブロック部の下部側の、外側面と第１係合部のフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の下部側の、外側面と第２係合部のフィン側の側面との間の幅より狭く形成し、且つフィン上面と底面の幅を等しくしたアルミニウム押出し材ユニットを形成し、この押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、下段の押出し材ユニットの第１凸部が、上段の押出し材ユニットの第４嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第１段部が、上段の押出し材ユニットの第２係合部に係合させ、下段の押出し材ユニットの第２凸部が、上段の押出し材ユニットの第３嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第２段部が、上段の押出し材ユニットの第１係合部に係合させて、上下フィンの間に交互に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部の、押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞したことを特徴とする熱交換器。
3. 本体部の、押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端を、カバーで閉塞したことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
4. 平板で形成された水平なフィンの左右両側にブロック部を設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部の上部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の上部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅より広く形成し、一方のブロック部の下部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の下部側の、外側面とフィン側の側面との間の幅より狭く形成し、且つフィン上面と底面の幅を等しくしたアルミニウム押出し材ユニットを形成し、この押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、上下フィンの間に交互に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部を構成した後、本体部の押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して左右交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし、他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞することを特徴とする熱交換器の製造方法。
5. 平板で形成された水平なフィンの左右両側にブロック部を設けて横Ｉ字形状に形成し、一方のブロック部の上面に、第１凸部とフィン側に第１段部を突設し、他方のブロック部の上面に、一方のブロック部の上面とほぼ対称に、第２凸部とフィン側に第２段部を突設し、一方のブロック部の上部側の、外側面と第１段部のフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の上部側の、外側面と第２段部のフィン側の側面との間の幅より広く形成し、一方のブロック部の底面に、第３嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第１係合部を形成すると共に、他方のブロック部の底面に、一方のブロック部の底面とほぼ対称に、第４嵌合凹部とフィン側コーナを切欠して第２係合部を形成し、一方のブロック部の下部側の、外側面と第１係合部のフィン側の側面との間の幅を、他方のブロック部の下部側の、外側面と第２係合部のフィン側の側面との間の幅より狭く形成し、且つフィン上面と底面の幅を等しくしたアルミニウム押出し材ユニットを形成し、この押出し材ユニットを左右反転させて交互に複数個に重ねて、下段の押出し材ユニットの第１凸部が、上段の押出し材ユニットの第４嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第１段部が、上段の押出し材ユニットの第２係合部に係合させ、下段の押出し材ユニットの第２凸部が、上段の押出し材ユニットの第３嵌合凹部に嵌合すると共に、下段の押出し材ユニットの第２段部が、上段の押出し材ユニットの第１係合部に係合させて、上下フィンの間に交互に横方向にずれた複数の流路を多段に形成した本体部を構成した後、本体部の押出し材ユニットの押出し方向に沿った両端近傍の対向する両面を切欠して左右交互に流路を露出させ、押出し方向に沿った一方を流体の流入口とし、他方を流体の排出口とすると共に、押出し方向に沿った両端を閉塞することを特徴とする熱交換器の製造方法。