JPH03247993A

JPH03247993A - 積層型熱交換器

Info

Publication number: JPH03247993A
Application number: JP4112490A
Authority: JP
Inventors: Takashi Chiyohara; 千代原　隆; Kazuhiro Idei; 一博出居
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-11-06
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JP2980631B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明に係る積層型熱交換器は、例えば自動車用空気
調和装置に組み込んで、空気を冷却するエバポレータと
して利用するもので、本発明は、この様な熱交換器に於
ける流体の流れの均一化により、性能向上を図るもので
ある。

（従来の技術）空気調和装置には、内部で冷媒を蒸発させ、外部を流通
する空気を冷却するエバポレータが組み込まれている。

この様な、空気調和装置に組み込まれ、エバポレータと
して使用される熱交換器として従来から、例えば特開昭
６２−７９８号公報に記載されている様な、複数枚の金
属板を互いに積層して成る、所謂積層型熱交換器が知ら
れている。

この積層型熱交換器は、第７図に示す様に、それぞれが
２枚の金属板１．１を最中状に組み合わせて成るユニッ
ト２．２を複数個、互いに積層する事で構成されている
。

各金属板１．１には、第８〜９図に示す様に、各金属板
１．１の全周を囲む平坦部３と、この平坦部３の内側に
Ｕ字形に形成された浅い第一凹部４と、この第一凹部４
の両端に形成された深い第二、第三凹部５．６と、第二
、第三凹部５．６の中央部に形成された通孔７．８とを
設けている。

又、第一凹部４の内側には複数の凸部９．９を設けて、
この第一凹部４の内側に於ける冷媒等の流体の流れを乱
す様にしている。

積層型熱交換器を構成する複数のユニット２．２は、そ
れぞれ上述の様な形状を有する金属板１を２枚、各金属
板の平坦部３同士を突き合わせ、最中状に組み合わせる
事で構成されており、第一凹部４により囲まれるＵ字形
の部分を、流体を流す扁平管部１２とし、第二、第三凹
部５．６により囲まれる部分を、入口側タンク、或は比
口側タンクの一部として機能させる様にしている。

上述の様なユニット２．２は、第７図に示す様に複数個
、各ユニット２．２を構成する金属板１．１の第二、第
三凹部５．６の外面同士を突き合わせる事で積層し、第
二、第三凹部５．６により構成される１対の空間の内の
一方の空間に入口管１０を、他方の空間に出口管１１を
、それぞれ接続している。

この様に複数のユニット２．２を積層した状態で、隣り
合うユニット２．２の扁平管部１２．１２の間には、コ
ルゲート型のフィン１３．１３を挟持し、隣り合う扁平
管部１２．１２の間を流れる空気等の流体と、各扁平管
部１２．１２の内側を流れる冷媒等の流体との間の熱交
換が良好に行なわれる様にしている。

積層型熱交換器は、上述の様に構成され、造られる為、
例えば工１バボレータとして使用する場合、人口管１０
から、入口側タンクとして機能する一方の空間に液状の
冷媒を送り込むと、この冷媒は、複数のユニット２．２
の扁平管部１２．１２を流れる間に、扁平管部１２．１
２の外に設けたフィン１３．１３の間を流通する空気と
の間で熱交換を行なう事により蒸発してから、出口側タ
ンクとして機能する他方の空間に送られ、出口管１１を
通じて排出される。

ところで、上述の桜に構成され作用する積層型熱交換器
の製造を容易にする為、２枚の金属板を重ね合わせて成
るユニットとタンクとを別体とする事が、特開昭６１−
２７４９６号公報に開示されている。

即ち、第７〜９図に示した従来構造の場合、各ユニット
２．２の端部にタンクを一体に形成する為、各ユニット
２．２を構成する金属板１．１の端部に深い第二、第三
凹部５．６を形成しているが、これら第二、第三凹部５
．６を形成する為のプレス作業は、浅い第一凹部４を形
成するのと同時に行なう必要がある為、プレス作業の際
に大きな力が必要となり、金属板１をプレス成形する為
の設備が大型化して、設備費が嵩む事が避けられない。

この様な問題を解決する為、タンク別体型の積層型熱交
換器の場合、第１０〜１２図に示す様に、一端縁に互い
に間隔を開けて１対の突出部１４ａ、１４ｂを形成した
金属板１５の片面にＵ字形の凹部１６を、この凹部１６
の両端を上記１対の突出部１４ａ、１４ｂの端縁に迄連
続させた状態で形成している。上記凹部１６の内側には
多数の突起１７．１７を形成し、凹部１６により構成さ
れる折り返し流路１８の内側を流れる冷媒等の流体の流
れを乱し、この流体と金属板１５との間の熱交換が効率
良く行なわれる様にしている。

この様な凹部１６や突起１７．１７を有する金属板１５
は、特願昭６３−３２４６６９号に示されている様に、
長尺な金属板を１対のロールの間を通過させる事で、上
記凹部１６や突起１７．１７を成形した後、上記長尺な
金属板の適当箇所を切断する事で造れる為、製造装置が
比較的簡単なもので済む様になる。

そして、この様な金属板１５を用いて造る積層型熱交換
器の場合、この金属板１５．１５を２枚１組とし、互い
の凹部１６．１６同士を対向させた状態で最中状に重ね
合わせて互いに液密に接合する事により、Ｕ字形の折り
返し流路１８と、この流路１８の両端に位置して端縁部
から突出した１対の接合部１９ａ、１９ｂとを有する素
子２０．２０とする。

そして、複数の素子２０，２０のそれぞれの接合部１９
ａ、１９ｂを、第一　第二のタンク２１．２２の側面に
それぞれ形成した、スリット状の接続孔２３．２３に挿
入すると共に、各接合部１９ａ、１９ｂの外周面と各接
続孔２３．２３の内周縁とを互いに液密にろう付は接合
する。各タンク２１．２２は、それぞれ第１０図に示す
様な底板３３と天板３４とを組み合わせ、互いに液密に
ろう付けする事で構成されており、上記接続孔２３．２
３は、底板３３の底面に形成されている。

これと共に、隣り合う素子２０，２０の間にフィン（図
示せず）を設ける。

上記第一のタンク２１の内側は、中間部に固定した隔壁
２４により仕切る事で、入口室２５と出口室２６とに分
割し、入口室２５の側に流体送り込み口２７を、出口室
２６の側に流体取り出し口２８を、それぞれ設けている
。

上述の様に構成されるタンク別体型の積層型熱交換器の
場合、第一、第二のタンク２１．２２と複数の素子２０
．２０に設けた折り返し流路１８とから成る空間の内側
を、第１３図に示す様に、第一、第二、第三、第四の凹
室に分割する事が比来る。

即ち、第一のタンク２１の片半部（第１１図の左半部）
に存在する入口室２５と一部（同図の左半分）の素子２
０．２０の上流側半部とから成る第−室２９と、さの第
−室２９の下流側に設けられ、上記一部の素子２０．２
０の下流側半部と第二のタンク２２の片半部（同図の左
半部）とから成る第二室３０と、この第二室３０の下流
側（同図の右側）に設けられ、第二のタンク２２の他半
部（同図の右手部）と残部（同図の右半分）の素子２０
．２０の上流側半部とから成る第三室３１と、この第三
室３１の下流側に設けられ、第一のタンク２１の他半部
（同図の右手部）と残部の素子２０．２０の下流側半部
とから成る第四室３２とである。

この様な第一〜第凹室２９〜３２に分割される積層型熱
交換器に、第１３図に矢印ａで示す様に、流体送り込み
口２７から冷媒等の流体を送り込むと、この流体は、同
図に矢印すで示す梯に第−室２９内を流れ、一部の素子
２０．２ｏの折り返し流路１８の折り返し部分を、同図
に矢印Ｃで示す様に流れて、第二室３０に進入する。

第二室３０内を矢印ｄで示す様に流れ、この第二室３０
の下流側端部に迄流れた流体は、次いで、第二のタンク
２２内を、このタンク２２の軸方向に亙って第１３図の
矢印ｅ方向に流れて、第三室３１内に進入した後、この
第三室３１を構成する残部の素子２０．２０の折り返し
流路１８内を、同図に矢印ｆで示す様に流ねる。

更に流体は、同図に矢印ｇで示す様に、残部の素子２０
．２０の折り返し流路１８の折り返し部分を流れて、第
四室３２に進入し、この第四室３２内を矢印りで示す様
に流れる。

そして、この第四室３２の下流側端部に存在する、第一
のタンク２１の他半部（第１１図の右半部）に迄流れた
流体は、次いで流体取り出し口２８から、同図に矢印ｉ
で示す様に流出する。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上述の様に構成され作用する、先発明に係る
積層型熱交換器の場合も、依然として、次に述べる様な
解決すべき問題点が存在する。

即ち、互いに平行な複数の流路（折り返し流路１８に相
当する。）を有する熱交換器に、十分な性能を発揮させ
る為には、各流路内を流れる流体の量が均一である事が
必要であり、互いに平行な複数の流路の内の一部に多量
の流体が流れ、残りの流路に流れる流体の量が少なくな
った場合、熱交換器全体としての熱交換量が確保出来ず
、熱交換器の性能が悪くなフてしまう。

これに対し、前述の様に構成され作用する積層型熱交換
器の場合、必ずしも各流路内を流れる流体の量を均一化
する事が出来ない。

例えば、第二室３０の下流端に達した流体が、第１３図
に矢印ｅで示す様に流れて、第三室３１の上流端に達す
る際、矢印ｅ方向に流れる流体の圧力は下流側程高くな
る為、第三室３１を構成する複数の折り返し流路１８に
送り込まれる流体の量は、第１４図に示す様に、下流側
（第１１図の右側）に存在する折り返し流路１８程多く
なってしまう。

特に、タンク別体型の積層型熱交換器の場合、内側を流
体が矢印ｅ方向に流れる第二のタンク２２の内側が、比
較的平滑である為、流量が偏る傾向が著しい。

流量の偏りを解消する為には、第一のタンク２１の入口
室２５に接続する流体送り込み口２７の取付位置や流路
面積、出口室２６への流体取り出し口２８の取付位置や
流路面積を工夫したり、或は第一のタンク２１内に固定
する隔壁２４の位置を工夫する事で、成る程度対応する
事は出来るが、素子２０．２０の積層数を多くした、比
較的大型の熱交換器の場合、これらの処置では十分に流
量の偏りを少なくする事が出来ない。

本発明の積層型熱交換器は、上述の様な不都合を解消す
るものである。

（課題を解決する為の手段）本発明の積層型熱交換器は、前述したタンク別体型の積
層型熱交換器と園様、一端縁に、互いに間隔を開けて１
対の突出部を形成した金属板の片面にＵ字形の凹部を、
この凹部の両端を上記１対の突出部の端縁に迄連続させ
た状態で形成すると共に、この金属板を２枚１組とし、
互いの凹部同士を対向させた状態で最中状に重ね合わせ
て互いに液密に接合する事により、Ｕ字形の折り返し流
路と、この流路の両端に位置して端縁部から突出した１
対の接合部とを有する素子とし、複数の素子のそれぞれ
の接合部を、’Ｍ−１第二のタンクの側面にそれぞれ形
成したスリット状の接続孔に挿入して、各接合部の外周
面と各接続孔の内周縁とを互いに液密に接合すると共に
、隣り合う素子の間にフィンを設け、中間部を隔壁によ
り仕切った第一のタンクの一方の側に流体送り込み口を
、他方の側に流体取り出し口を、それぞれ設ける事で構
成されている。

更に、本発明の積層型熱交換器に於いては、上記第一、
第二のタンクの少なくとも一方の内側で、流体が当該タ
ンクの軸方向に流れる部分に、このタンクの内側流路面
積を絞る絞り板を固定している。

（作　　用）上述の様に構成される本発明の積層型熱交換器により、
熱交換器の内部を流れる冷媒等の流体と熱交換器の外部
を流れる空気等の流体との間で熱交換を行なう際の作用
自体は、前述した先発明に係る熱交換器の場合と同様で
ある。

但し、本発明の積層型熱交換器の場合、第一第二のタン
クの少なくとも一方の内側に設けた絞り板により、複数
の素子の折り返し流路内を流れる流体の量を均一化する
事が出来、熱交換器の性能向上を図れる。

（実施例）次に、図示の実施例を説明しつつ、本発明を更に詳しく
説明する。

第１〜６図は本発明の積層型熱交換器の実施例を示して
おり、第１図は熱交換器の下端部に位置する第二のタン
クの下流側半部に絞り板を設けた状態を示す、第１３図
のＡ−Ａ断面に相当する略縦断面図、第２〜３図は絞り
板の形状の２例を示す、それぞれ斜視図、東４図は絞り
板の開口面積と熱交換器の性能との関係を示す線図、第
５図は複数の絞り板の開口面積を変えた状態を示す、第
１図同様の断面図、第６図は絞り板の形状の別個を示す
斜視図である。

本発明の積層型熱交換器の構造は、タンクの一部に絞り
板を組み付ける以外、前述した先発明に係る積層型熱交
換器と同様である為、重複する説明を省略し、以下本発
明の特徴部分に就いて説明する。

第二のタンク２２の下流側半部で、第三室３１の上流側
端を構成する部分の内側には、この第二のタンク２２の
内側流路面積を絞る絞り板３５．３５を固定している。

この絞り板３５は、アルミニウム合金等、積層型熱交換
器を構成する金属と同じ材質により造られており、その
外周縁形状は、第２〜３図に示す様に、上記第二のタン
ク２２の内周面形状と一致させて、絞り板３５を第二の
タンク２２の内側に、がたつきなく固定出来る様にして
いる。

各絞り板３５の中央部には、第２図に示す様な打ち抜き
孔３６、或は第３図に示す様なバーリング孔３７を形成
する事で、第二のタンク２２の途中で、絞り板３５を形
成した部分の流路面積を絞っている。

上述の様に第二のタンク２２の下流側半部に絞り板３５
．３５を固定した本発明の積層型熱交換器により、冷媒
等、熱交換器の内部を流れる流体と、空気等、熱交換器
の外部を流れる流体との間で熱交換を行なう際の作用自
体は、前述した先発明に係る熱交換器の場合と同様であ
る。

但し、本発明の積層型熱交換器の場合、第二のタンク２
２の内側に設けた絞り板３５．３５により、複数の素子
２０．２０の折り返し流路１８（第１０図）内を流れる
冷媒等の流体の量を均一化する事が出来、熱交換器の性
能向上を図れる。

即ち、第二室３０の下流端に達した流体が、第１３図に
矢印ｅで示す様に流れて、第三室３１の上流端に達する
際、この上流端部分に設けた第二のタンク２２内の絞り
板３５．３５の作用により、上記流体は、第二のタンク
２２の下流側には送られにくくなる。

従って、各絞り板３５．３５に形成する打ち抜籾孔３６
或はバーリング孔３７の開口面積を適当に調節すれば、
各絞り板３５．３５の上流側部分で折り返し流路１８内
に送り込まれる流体の量と、各絞り板３５．３５の下流
側部分で折り返し流路１８内に送り込まれる流体の量と
をほぼ等しくして、熱交換器の性能を最大限に引き出す
事が可能となる。

例えば、本発明者が行なった実験によると、絞り板３５
の開口面積と熱交換器の性能との間に、第４図に示す様
な関係がある事が解った。

実験は、積層型熱交換器をエバポレータとじて使用する
事により行ない、第二のタンク２２の下流側部分（第三
室３１を構成する部分）に絞り板３５を１枚のみ設ける
事で行なった。

この実験から、絞り板３５の開口面積（打ち抜き孔３６
或はバーリング孔３７の面積）が、この絞り板３５を内
側に固定する第二のタンク２２の最大断面積の１／３〜
１／３０の範囲にあれば、熱交換器の性能が最も発揮出
来る事が解る。

又、例えば第二のタンク２２の下流側半部で、第三室３
１を構成する部分の内側に設ける絞り板３５の数を、当
該室３１を構成する折り返し流路１８の数の１／２以下
とする。

例えば、第二のタンク２２の下流側半部を上流端とする
第三室３１を構成する折り返し流路１８．１８が、第５
図に示す様に６木である場合、上記第二のタンク２２の
下流側半部に設ける絞り板３５．３５の数は１〜３枚と
する。

又、第５図に示す様に、第二のタンク２２の下流側半部
に複数枚の絞り板３５．３５を固定する場合、下流側の
絞り板３５の開口面積を、上流側の絞り板３５の開口面
積よりも狭くする事で、上流側の折り返し流路１８内に
送り込まれる流体の量と、下流側の折り返し流路１８内
に送り込まれる流体の量とが、はぼ等しくなる様にする
事が好ましい。

更に、各絞り板３５．３５に設ける絞り流路は、必ずし
も絞り板３５の中央部に設ける必要はなく、例えは第６
図に示す様に、絞り板３５の端縁部に形成した切り欠き
３８を、絞り流路として機能させる事も出来る。

この様に、絞り流路として機能する切り欠き３８を、エ
バポレータとして使用する積層型熱交換器の使用時に、
絞り板３５の下端縁部等、流体である冷媒中に混入した
潤滑油が滞留し易い部分に位置させた場合、この潤滑油
が第二のタンク２２内に滞留するのを防止する事が出来
る。

即ち、？ｌｆ装置として使用される蒸気圧縮式玲凍機内
を流れる冷媒中には、コンプレッサを潤滑する為の潤滑
油を混入するが、この潤滑油は冷媒と共にエバポレータ
として機能する積層型熱交換器内にも流人し、この熱交
換器内で、冷媒の蒸発に伴なって分離する。

この様に熱交換器内で分離した潤滑油か、そのまま熱交
換器内に滞留した場合、コンプレッサに送り込まれる潤
滑油の量が不足する恐れがあるが、上述の様に、絞り流
路として機能する切り欠き３８を潤滑油が滞留し易い部
分に位置させると、切り欠き３８内を勢い良く通過する
流体の流れによって、上記潤滑油が後方に吹き飛ばされ
、第二のタンク２２内に潤滑油が滞留する事が防止され
る。

尚、絞り板３５を設ける位置は、第二のタンク２２の下
流側半部で、第三室３１の上流側端部に位置する部分が
最も好ましいが、第一のタンク２１の上流側半部で、第
−室２９の上流側端部に位置する部分に設ける事も出来
る。

（発明の効果）本発明の積層型熱交換器は、以上に述べた通り構成され
作用するが、熱交換器を構成する、互いに並列な複数の
流路中に流れる流体の量を、はぼ等しくする事が出来て
、熱交換器の性能向上を図る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明の積層型熱交換器の実施例を示して
おり、第１図は熱交換器の下端部に位置する第二のタン
クの下流側半部に絞り板を設けた状態を示す、第１３図
のＡ−Ａ断面に相当する略縦断面図、第２〜３図は絞り
板の形状の２例を示す、それぞれ斜視図、第４図は絞り
板の開口面積と熱交換器の性能との関係を示す線区、第
５図は複数の絞り板の開口面積を変えた状態を示す、第
１図同様の断面図、第６図は絞り板の形状の別個を示す
斜視図、第７図は従来の積層型熱交換器の正面図、第８
図はこの熱交換器を構成する金属板の側面図、第９図は
第８図のＢ−Ｂ断面図、第１０図は先発明に係る熱交換
器の部分分解斜視図、第１１図は同じく組み立てた状態
を示す平面図、第１２図は同じく側面図、第１３図は流
体の流れを示す略斜視図、第１４図は流体が偏って流れ
る状態を示す、第１図同様の図である。１：金属板、２：ユニット、３：平坦部、４：第一凹部
、５：第二凹部、６：第三凹部、７．８：通孔、９：凸
部、１０：人口管、１１：出口管、１２：扁平管部、１
３：フィン、１４ａ、１４ｂ：突出部、１５：金属板、
１６：凹部、１７：突起、１８：折り返し流路、１９ａ
、１９ｂ：接合部、２０：素子、２１：第一のタンク、
２２：第二のタンク、２３：接続孔、２４：隔壁、２５
：入口室、２６：出口室、２７：流体送り込み口、２８
：流体取り出し口、２９：第−室、３゜：第二室、３１
：第三室、３２：３４四室、３３：底板、３４：天板、
３５：絞り板、３６＝打ち抜き孔、３７；バーリング孔
、３８：切り欠き。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端縁に、互いに間隔を開けて１対の突出部を形
成した金属板の片面にＵ字形の凹部を、この凹部の両端
を上記１対の突出部の端縁に迄連続させた状態で形成す
ると共に、この金属板を２枚１組とし、互いの凹部同士
を対向させた状態で最中状に重ね合わせて互いに液密に
接合する事により、Ｕ字形の折り返し流路と、この流路
の両端に位置して端縁部から突出した１対の接合部とを
有する素子とし、複数の素子のそれぞれの接合部を、第
一、第二のタンクの側面にそれぞれ形成したスリット状
の接続孔に挿入して、各接合部の外周面と各接続孔の内
周縁とを互いに液密に接合すると共に、隣り合う素子の
間にフィンを設け、中間部を隔壁により仕切った第一の
タンクの一方の側に流体送り込み口を、他方の側に流体
取り出し口を、それぞれ設ける事で構成された積層型熱
交換器に於いて、上記第一、第二のタンクの少なくとも
一方の内側で、流体が当該タンクの軸方向に流れる部分
に、このタンクの内側流路面積を絞る絞り板を固定した
事を特徴とする積層型熱交換器。
（２）絞り板の開口面積が、この絞り板を内側に固定す
るタンクの最大断面積の１／３〜１／３０の範囲である
、請求項１に記載の積層型熱交換器。
（３）熱交換器を構成する第一、第二のタンクと複数の
素子に設けた折り返し流路とから成る空間の内側を、第
一のタンクの片半部と一部の素子の上流側半部とから成
り、流体送り込み口から送り込まれた流体を、一部の素
子の折り返し流路の折り返し部に向けて流す第一室と、
この第一室の下流側に設けられ、上記一部の素子の下流
側半部と第二のタンクの片半部とから成る第二室と、こ
の第二室の下流側に設けられ、第二のタンクの他半部と
残部の素子の上流側半部とから成る第三室と、この第三
室の下流側に設けられ、第一のタンクの他半部と残部の
素子の下流側半部とから成る第四室とに分けた場合に、
何れかの室を構成するタンク半部の内側に設ける絞り板
の数を、当該室を構成する折り返し流路の数の１／２以
下とした、請求項１〜２に記載の積層型熱交換器。
（４）単一のタンクの内側に複数の絞り板を、互いに直
列に設けると共に、下流側の絞り板の開口面積を、上流
側の絞り板の開口面積よりも狭くした、請求項１〜３に
記載の積層型熱交換器。
（５）熱交換器を構成する第一、第二のタンクと複数の
素子に設けた折り返し流路とから成る空間の内側を、第
一のタンクの片半部と一部の素子の上流側半部とから成
り、流体送り込み口から送り込まれた流体を、一部の素
子の折り返し流路の折り返し部に向けて流す第一室と、
この第一室の下流側に設けられ、上記一部の素子の下流
側半部と第二のタンクの片半部とから成る第二室と、こ
の第二室の下流側に設けられ、第二のタンクの他半部と
残部の素子の上流側半部とから成る第三室と、この第三
室の下流側に設けられ、第一のタンクの他半部と残部の
素子の下流側半部とから成る第四室とに分けた場合に、
絞り板を第三室を構成する第二のタンクの他半部内に設
けた、請求項１〜４に記載の積層型熱交換器。