JPH01252896A

JPH01252896A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH01252896A
Application number: JP8029388A
Authority: JP
Inventors: Hajime Shirakawa; 元白川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-09

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はエアコンや自動車用ラジェータおよびオイルク
ーラ等に使用される熱交換器に関するものである。

（従来の技術）従来より知られている熱交換器の一例を第６図に示す。

第１流体路７１は第１プレート部材７３と第２プレート
部材７４によって形成されている。第１プレート部材７
３は平面部７３ａと、平面部７３ａの両端部に突出した
筒状部７３ｂを有する。また、第２プレート部材７４は
平面部７４ａと、平面部７４ａの両端部に筒状部７３ｂ
とは逆方向に突出した筒状部７４ｂを有する。さらに、
二つの平面部７３ａと７４ａの間にはフィン部材として
第８図に示す形状のコルゲートフィン７２がろう付けさ
れている。

ところで、第６図に示した構造の熱交換器には、第１流
体路７１を流れる第１流体の熱が効率良く第１流体路７
１に伝達されないと言う問題点が発生する。この問題点
は、第１流体路７１の内壁付近に温度境界層が発生する
ことが原因となっている。温度境界層とは、第１流体路
７１の内壁と略等しい温度を有する流体の層のことを言
う。温度境界層は第１流体路７１の内壁と第１流体の間
の温度勾配を減少させ、第１流体路７１の内壁と第１流
体の間の熱伝達を阻害する。

温度境界層の発生は第１流体路７１を流れる第１流体に
乱流を発生させることによって抑制することが可能であ
る。

第７図は第１流体路７１を流れる第１流体に乱流を発生
させるようにした熱交換器の一例を示す。

第７図に示した例では、第１流体に乱流を発生させるた
め、第１流体路７１の内壁に凸部７３ｃ。

７４Ｃと凹部７３ｄ、７４ｄを形成している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、第７図の熱交換器ではコルゲートフィン
７２と凸部７３Ｃ，７４Ｃの間に空隙７６が形成されて
しまう。空隙７６は第１プレート部材７３とコルゲート
フィン７２の間のの熱伝達および第２プレート部材７４
とコルゲートフィン７２の間の熱伝達を阻害する。

このように、従来の熱交換器では第１流体とフィン部材
の間の熱伝達が悪いという問題点があった。

そこで、本発明では従来技術の問題点を解決し、第１流
体とフィン部材の間の熱伝達を改善することを共通の技
術的課題とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）前述した技術的課題を達成するために講じた第１の技術
的手段は、第１流体が流れる第１流体路に凹凸部を形成
し、さらに、第２流体が流れる第２流体路中に多数の貫
通孔を開けた多孔質材料を用いたフィン部材を延在させ
ると共に、フィン部材を第１流体路の凹凸部に嵌合させ
たことである。

前述した技術的課題を達成するために講じた第２の技術
的手段は、第１流体路に凹凸部を設け、さらに多数の貫
通孔を開けた多孔質材料の互いに対向する二表面にも凹
凸部を形成し、第１流体路に形成された凹凸部と多孔質
材料を用いたフィン部材に形成された凹凸部を互いに嵌
合させて第１流体路とフィン部材を積み重ねたことであ
る。

前述した技術的課題を達成するために講じた第３の技術
的手段は、第１流体路に凹凸部を設け、さらに多数の貫
通孔を開けた多孔質材料を用いたフィン部材を複数の第
１流体路によって挟持し、複数の第１流体路によってフ
ィン部材を圧縮して第１流体路に形成された凹凸部をフ
ィン部材に食い込ませたことである。

（作用）前述した第１．第２の技術的手段によれば、第１流体路
に凹凸部が形成されている。それゆえに、第１流体路を
流れる第１流体に乱流を発生させることができ、第１流
体と第１流体路の間の熱伝達が改善される。また、フィ
ン部材が第１流体路に形成された凹凸部に嵌合されるの
で、第１流体路とフィン部材の間が密着され、第１流体
路とフィン部材の間の熱伝達が改善される。このように
、前述した第１．第２の技術的手段によれば、第１流体
と第１流体路の間、および第１流体路とフィン部材の間
の熱伝達が共に改善されるから、第１流体と多孔質材料
の間の熱伝達が改善される。

また、前述した第３の技術的手段によれば、第１流体路
には凹凸部が形成されている。それゆえに、第１流体路
を流れる第１流体に乱流を発生させることができ、第１
流体と第１流体路の間の熱伝達が改善される。また、フ
ィン部材が第１流体路に形成された凹凸部に食い込んで
いるので、第１流体路とフィン部材の間が密着し、第１
流体路とフィン部材の間の熱伝達が改善される。このよ
うに、前述した第３の技術的手段によれば、第１流体と
第１流体路の間、および第１流体路とフィン部材の間の
熱伝達が共に改善されるから、第１流体とフィン部材の
間の熱伝達が改善される。

（実施例）以下、添付図面を参照して本発明の好ましい一実施例が
説明される。

第１図は第１実施例の熱交換器１００を描いた分解斜視
図である。

第１プレート部材１０はろう剤が塗布されたアルミニウ
ム板（プレージングシートと呼ばれている）をプレス成
形して作られている。第１プレート部材１０には平面部
１１と筒状部１２．１３が形成されている。平面部１１
には複数の溝１４が形成されている。溝１４は第２プレ
ート部材２０に向かって突出しており、平面部１１に凹
凸部を形成する。また、筒状部１２．１３が第２プレー
ト部材２０とは反対側に突出している。筒状部１２．１
３の先端には、長円形の開口部１２ａ、１３ａが開けら
れている。

第２プレート部材２０は第１プレート部材１０と全く同
じ部材である。ただし、図示されているように、第１プ
レート部材１０と第２プレート部材２０は互いに逆向き
に配設される。

第２プレート部材２０と第１プレート部材１０の間には
、多孔質アルミニウム合金３０が配設されている。第１
実施例では、多孔質アルミニウム合金３０として３次元
の連続空隙を有する多孔質金属材料を使用している。多
孔質アルミニウム合金３０には第２流体が流れる方向（
矢印ａ方向）に沿って貫通する貫通孔３４が多数開けら
れている。

第４図は第１実施例で使用した多孔質アルミニウム合金
３０の部分拡大図である。多孔質アルミニウム合金３０
の空隙は互いに続いており、３次元の連続空隙３２が形
成されている。第１実施例では、多孔質アルミニウム合
金３０の端面および貫通孔３４から流入する。この時、
第２流体は多孔質アルミニウム合金３０と熱交換しなが
ら流れていく。また、貫通孔３４から流入した第２流体
は連続空隙３２の中にも拡散して行く。この拡散によっ
て、第２流体と多孔質アルミニウム合金３０の間の熱交
換が促進される。多孔質アルミニウム合金３０は、第１
プレート部材１０と第２プレート部材２０の平面部１１
によって挟持される。

多孔質アルミニウム合金３０としては、第４図に示した
ものの他に、溶融金属中にガスを発生する物質を投入し
て生成される発泡金属と称される合金や、金属粒子を焼
き固めて生成される焼結金属と称される合金等があり、
いずれも第１実施例の熱交換器に使用可能である。しか
しながら、発泡金属は、内部に独立した空孔が存在した
り、空孔と空孔の接続部が細くくびれたりするので、内
部を流れる第２流体が拡散しにくいという問題点がある
。また、焼結金属は一般に大きな空孔を得ることが困難
なので、やはり内部を流れる第２流体が拡散しにくいと
いう問題点がある。

サイドプレート４０．５０はろう剤を塗布したアルミニ
ウム板をプレス成形して製作されている。

サイドプレート４０にはサイドパイプ４１が配設されて
いる。また、サイドプレート４０とサイドパイプ４１の
接合面には長円形の開口部（図示せず）が開口している
。サイドプレート４０およびサイドパイプ４１に開けら
れた開口部を介してサイドパイプ４１の内部空間と筒状
部１３の内部空間が連通ずる。サイドパイプ４１にはパ
イプ穴４２が開けられている。パイプ穴４２にはパイプ
（図示せず）がろう付等の方法により接続される。

同様に、サイドプレート５０にはサイドパイプ５１が配
設されている。サイドプレート５０とサイドパイプ５１
の接合面には長円形の開口部（図示せず）が開口してい
る。サイドプレート５０およびサイドパイプ５１に開け
られた開口部を介してサイドパイプ５１の内部空間と筒
状部１２の内部空間が連通ずる。サイドパイプ５１には
パイプ穴５２が開けられている。パイプ穴５２にはパイ
プ（図示せず）がろう付等の方法により接続される。

第１実施例では、サイドパイプ４１．５１をアルミニウ
ムで製作している。

以上に述べたように組み立てた熱交換器１００は、サイ
ドプレート４０．５０の間に第１プレート部材１０と第
２プレート部材２０および多孔質アルミニウム合金３０
を積み重ねた構造となっている。

第１プレート部材１０と第２プレート部材２０および多
孔質アルミニウム合金３０を積み重ねた様子を第２図に
示す。第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。この状態
では溝１４と多孔質アルミニウム合金３０の間に空隙６
０が存在している。

また、第１プレート部材１０と第２プレート部材２０に
よって取り囲まれた空間は、第１流体が流れる第１流体
路１５となっている。

第１図と第３図を参照して説明する。第１プレート部材
１０と第２プレート部材２０および多孔質アルミニウム
合金３０を積み重ねた後には、サイドプレート４０と５
０の間に圧力が加えられる。

すると、多孔質アルミニウム合金３０が変形し、空隙６
０に多孔質アルミニウム合金３０が食い込み、多孔質ア
ルミニウム合金３０に凸部３１が形成される。この凸部
３１は第１プレート部材１０と第２プレート部材２０に
形成された溝１４に嵌合する。

第１プレート部材１０と多孔質アルミニウム合金３０の
界面、および第２プレート部材２０と多孔質アルミニウ
ム合金３０の界面には、多孔質アルミニウム合金３０が
圧縮された高密度層（図示せず）が形成される。この高
密度層は第１プレート部材ｌＯと多孔質アルミニウム合
金３０の間、および第２プレート部材２０と多孔質アル
ミニウム合金３０の間を密着させ、第１流体路１５を流
れる第１流体と多孔質アルミニウム合金３０の間の熱伝
達を促進させる。

熱交換器１００は、サイドプレート４ｏと５０の間に圧
力が加えられた後に炉に入れられ、加熱される。熱交換
器１００が加熱されると、第１プレート部材１０や第２
プレート部材２ｏ、およびサイドプレート４０と５０に
塗布されたろう剤が溶融する。溶融したろう剤は第１プ
レート部材１０と第２プレート部材２０の間を溶着する
。また、溶融したろう剤は第１プレート部材１ｏと多孔
質アルミニウム合金３０の間および第２プレート部材２
０と多孔質アルミニウム合金３０の間を溶着する。さら
に、溶融したろう剤はサイドプレート４０と多孔質アル
ミニウム合金３０の間およびサイドプレート５０と多孔
質アルミニウム合金３０の間を溶着する。さらにまた、
溶融したろう剤はサイドプレート４０とサイドパイプ４
１の間およびサイドプレート５０とサイドパイプ５１の
間を溶着する。

このようにして各部が溶着さると、第１実施例の熱交換
器１００が完成する。これまでに説明した熱交換器１０
０の製造工程を要約すると、以下のようになる。即ち、
熱交換器１００は、■サイドプレート４０．５０の間に
第１プレート部材１０、第２プレート部材２０および多
孔質アルミニウム合金３０を積み重ねる組立工程、■サ
イドプレート４０．５０の間に圧力を加えるプレス工程
、■熱交換器１００を炉に入れ加熱するろう付は工程に
よって製造される。

以下、完成した熱交換器１００の動作を説明する。パイ
プ穴４２から第１流体が流入すると、第１流体はサイド
パイプ４１から筒状部１３に流入する。筒状部１３に流
入した第１流体は複数の第１流体路１５を通って筒状部
１２に流入する。筒状部１２に流入した第１流体はサイ
ドパイプ５１に流入し、パイプ穴５２から流出する。

第１流体路１５を通過する第１流体は、第１流体路１５
の中心に向かって突出する溝１４に沿って蛇行して流れ
る。第１流体が蛇行して流れる時、第１流体には乱流が
発生する。発生した乱流により第１流体路１５の内部に
温度境界層が発生しにくくなる。このように、溝１４に
よって第１流体と第１プレート部材１０の間および第１
流体と第２プレート部材２０の間の熱伝達が改善される
。

一方で、多孔質アルミニウム合金３０は第１プレート部
材１０と第２プレート部材２０にろう剤により溶着され
ている。また、多孔質アルミニウム合金３０と第１プレ
ート部材１０の界面、および多孔質アルミニウム合金３
０と第２プレート部材２０の界面には多孔質アルミニウ
ム合金３０が圧縮されてできた高密度層が存在する。従
って、第１流体から第１プレート部材１０および第２プ
レート部材２０に伝達された熱は速やかに多孔質アルミ
ニウム合金３０に伝達される。このようにして、第１流
体の熱は効率良く多孔質アルミニウム合金３０に伝達さ
れる。

第２流体が矢印ａの方向から多孔質アルミニウム合金３
０に流れ込むと、第２流体と多孔質アルミニウム合金３
０の間で熱交換が行われる。第４図に示すように、多孔
質アルミニウム合金３０には種々の凹凸を有する針金状
のアルミニウム合金３３が乱雑に交錯している。それゆ
えに、多孔質アルミニウム合金３０の連続空隙３２を通
過する第２流体には乱流が発生する。発生した乱流によ
り多孔質アルミニウム合金３０の内部には温度境界層が
発生しにくくなる。それゆえに、針金状アルミニウム合
金３３によって多孔質アルミニウム合金３０と第２流体
の間の熱伝達が改善される。

また、第２流体が貫通孔３４から多孔質合金３０内に拡
散するから、多孔質アルミニウム合金３０の内部の温度
分布がほぼ一様になる。それゆえに、貫通孔３４によっ
て多孔質アルミニウム合金３０と第２流体の間の熱伝達
が改善される。

さらに、貫通孔３４によって第２流体の圧力損失も低減
される。

以上に述べたように、第１実施例の熱交換器１００では
第１流体と第２流体の間の熱伝達が改善されたので、第
１流体の熱は効率良く第２流体に伝達される。

ところで、第１実施例の熱交換器１ｏｏでは、サイドプ
レー１−４０．５０の間に圧力を加えることにより多孔
質アルミニウム合金３０に凸部３１が形成されている。

しかしながら、本実施例の熱交換器１００は予め凸部３
１を形成した多孔質アルミニウム合金３０を使用して製
作することもできる。

第５図はプレス成形して凸部３１を形成した多孔質アル
ミニウム合金３０を示す。プレス成形された多孔質アル
ミニウム合金３０は第１実施例で使用した多孔質アルミ
ニウム合金３０に代えて使用可能である。その場合には
、サイドプレート４０と５０の間に圧力を加える工程が
不要になる。

プレス成形された多孔質アルミニウム合金３０には、第
１実施例の多孔質アルミニウム合金３０と同様な高密度
層が形成される。この高密度層は第１プレート部材ｌＯ
と多孔質アルミニウム合金３０の間、および第２プレー
ト部材２０と多孔質アルミニウム合金３０の間を密着さ
せ、第１流体路１５を流れる第１流体と多孔質アルミニ
ウム合金３０の間の熱伝達を促進させる。また、プレス
成形して凸部３１を形成した後に貫通孔３４を開けるこ
とにより、貫通孔３４の変形を抑えることができる。

また、このような凸部３１は多孔質アルミニウム合金３
０を切削することによっても製作でき、第１実施例の多
孔質アルミニウム合金３０と同様に使用可能である。切
削された多孔質アルミニウム合金３０は第１実施例で使
用した多孔質アルミニウム合金３０に代えて使用可能で
ある。その場合には、サイドプレート４０と５０の間に
圧力を加える工程が不要になる。しかしながら、多孔質
アルミニウム合金３０を切削して凸部３１を形成する方
法では高密度層が形成されないので、第１プレート部材
１０と多孔質アルミニウム合金３０の間、および第２プ
レート部材２０と多孔質アルミニウム合金３０の間の熱
伝達が悪くなる。また、切削して凸部３１を形成した後
に貫通孔３４を開けることにより、貫通孔３４の変形を
抑えることができる。

予め凸部３１が形成された多孔賞アルミニウム合金３０
を用いて熱交換器１００を製造する場合には以下の工程
が必要である。即ち、熱交換器１００は、■サイドプレ
ート４０．５０の間に第１プレート部材１０、第２プレ
ート部材２０および多孔質アルミニウム合金３０を積み
重ねる組立工程、■熱交換器１００を炉に入れ加熱する
ろう付は工程によって製造される。

ところで、第１実施例の熱交換器１００は、サイドプレ
ート４０と５０の間に圧力を加え、その後に熱交換器１
００を加熱して製作されている。

しかしながら、本実施例の熱交換器１００は、加熱しな
がらサイドプレート４０と５０の間に圧力を加える方法
によっても製作可能である。この方法によれば、サイド
プレート４０と５０の間に加える圧力を減少させること
ができる。また、熱交換器１００を加熱するろう付は工
程とサイドプレート４０と５０の間に圧力を加えるプレ
ス工程を同時に行うことができるから、熱交換器１００
を製造する時間を短くすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第１流体と第１流体路の間、および第
１流体路と多孔質材料の間の熱伝達が共に改善されるか
ら、第１流体と多孔質材料の間の熱伝達が改善される。

また、多孔質材料には多数の貫通孔が開けられているか
ら、多孔質材料中を通過する第２流体の流路抵抗を減少
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の熱交換器を描いた分解斜
視図である。第２図は本発明の第１実施例の第１プレート部材と第２
プレート部材および多孔質アルミニウム合金を積み重ね
た様子を描いた断面図である。第３図は本発明の第１実施例のサイドプレート間に圧力
を加えた後の様子を描いた断面図である。第４図は本発明の第１実施例で使用した多孔質アルミニ
ウム合金の部分拡大図である。第５図は本発明の第２実施例で使用した多孔質アルミニ
ウム合金を描いた斜視図である。第６図、第７図、第８図は従来より知られている熱交換
器の一例を示す断面図である。１０・・・第１プレート部材、１１・・・平面部、１２
．１３・・・筒状部、１４・・・溝（凹凸部）、１５・
・・第１流体路、２０・・・第２プレート部材、３０・・・多孔質アルミニウム合金（フィン部材）−３
１・・・凸部、３２・・・連続空隙（第２流体路）、３３・・・針金状アルミニウム合金、３４・・・貫通孔（第２流体路）、４０．５０・・・サイドプレート、４１．５１・・・サイドパイプ４２．５２・・・パイプ穴、６０・・・空隙。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１流体が流れる第１流体路と、該第１流体路に形成された凹凸部と、第２流体が流入する第２入口ポートと、前記第２流体が流れる第２流体路と、該第２流体路中に延在し、前記第１流体路の凹凸部に嵌
合され、多数の貫通孔を開けた多孔質材料を用いたフイ
ン部材と、を備える熱交換器。
（２）凹凸部を有する第１流体路と、互いに対向する二表面に凹凸部が形成され、多数の貫通
孔を開けた多孔質材料を用いたフイン部材とを備え、前記第１流体路に形成された凹凸部と前記フイン材料に
形成された凹凸部を互いに嵌合させることによつて前記
第１流体路と前記フイン部材を積み重ねた熱交換器。
（３）凹凸部を有する第１流体路と、複数の前記第１流体路によつて挟持され、多数の貫通孔
を開けた多孔質材料を用いたフイン部材とを備え、前記複数の第１流体路によつて前記フイン部材を圧縮し
、前記第１流体路に形成された凹凸部を前記フイン部材
に食い込ませた熱交換器。
（４）前記多孔質材料は三次元の連続空隙を有する請求
孔（１），（２），（３）記載の熱交換器。（５）前記
第１流体路が、中央部に凹凸部が形成され、両端部に一方向に突出する
筒状部が形成された第１プレート部材と、中央部に凹凸
部が形成され、両端部に前記第１プレート部材とは逆方
向に突出する筒状部が形成された第２プレート部材と、を備える請求孔（２），（３）記載の熱交換器。