JPH0961014A

JPH0961014A - 積層型熱交換器

Info

Publication number: JPH0961014A
Application number: JP7220902A
Authority: JP
Inventors: Kichiji Kajikawa; 吉治梶川; Toshio Ohara; 敏夫大原; Eiichi Torigoe; 栄一鳥越; Taiichi Aikawa; 泰一相川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-08-29
Also published as: JP3702500B2; US5778974A

Abstract

(57)【要約】【課題】３つのタンク部を有する積層型熱交換器にお
いて、タンク部を流れる冷媒の流動抵抗を極力小さくす
る。【解決手段】隣り合うチューブエレメント１１０の第
１〜第３タンク部１４１〜１４３とのろう付けしろとし
て、各タンク部１４１〜１４３のそれぞれに形成された
第１〜第３折れ曲がり部１０１ａ〜１０３ａのうち、第
１折れ曲がり部１０１ａがタンク部内側に折れ曲がり、
第２、第３折れ曲がり部１０２ａ、１０３ａがタンク部
外側に折れ曲がるようにした。これによって、第２、第
３タンク部１４２、１４３の冷媒流路面積が従来に比べ
て大きくなり、その結果、蒸発器６での冷房能力が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は積層型熱交換器に関
し、特には積層型冷媒蒸発器に用いて好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】積層型熱交換器の従来技術として、特開
平６−１９４００１号公報に開示されたものがある。こ
の公報に開示された熱交換器は、一対のプレートを接合
してなるチューブエレメントと、放熱効果を促進するた
めのフィンとを交互に積層することによってその熱交換
部を形成し、さらに、この熱交換部に３つのタンク部を
形成している。

【０００３】このように、タンク部を３つにすることに
よって、冷媒出入口配管の取出口を熱交換器の同一側面
に設けることができ、配管取付を簡素化できるという長
所がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
のようにタンク部が３つ設けられた熱交換器は、タンク
部が２つ設けられた熱交換器に比べて、各タンク部の径
が相対的に小さくなる。その結果、各タンク部の冷媒流
路面積が小さくなり、各タンク部での冷媒流動抵抗が大
きくなって、上記熱交換部での冷媒圧損が大きくなる。
このことは、この熱交換器を蒸発器として用いた場合
は、この蒸発器での冷房能力が落ちるということであ
る。

【０００５】しかも上記従来技術は、図１２に示すよう
に、各チューブエレメント１１０のタンク部に、内側に
折れ曲がった折れ曲がり部２１０を形成し、この折れ曲
がり部２１０を、隣り合うチューブエレメント１１０の
タンク部２０１〜２０３とのろう付けしろとしている。
従って、この内側に折れ曲がった折れ曲がり部２１０の
ために、各タンク部２０１〜２０３内での冷媒流動抵抗
がさらに大きくなってしまう。

【０００６】実際に本発明者等が、図１２のように、
３つのタンク部２０１〜２０３が設けられ、かつ各タン
ク部２０１〜２０３内に内側に折れ曲がった折れ曲がり
部２１０が形成されたものと、図１３のように、２つ
のタンク部３０１、３０２が設けられ、かつ各タンク部
３０１、３０２内に内側に折れ曲がった折れ曲がり部３
１０が形成されたものとについて、タンク部内を流れる
冷媒流量とこれらタンク部内での冷媒流動抵抗との関係
について実験した。

【０００７】その結果、図１２のものについては、図１
４の一点鎖線に示すデータが得られ、図１３のものにつ
いては、図１４の破線に示すデータが得られた。ここ
で、図１２のタンク部の径Ｄは１５（ｍｍ）、図１３の
タンク部の径Ｄは２５（ｍｍ）である。このように、図
１２のものでは、図１３のものに比べてタンク部の径Ｄ
が小さいため、図１２のタンク部内での冷媒流動抵抗
は、図１３の冷媒流動抵抗より大幅に増大した。

【０００８】そこで、本発明は上記問題に鑑み、３つの
タンク部を有する積層型熱交換器において、タンク部を
流れる冷媒の流動抵抗を極力小さくすることを目的とす
る。

【０００９】

【発明の概要】上記目的を達成するため、請求項１〜４
記載の発明では、隣り合うチューブエレメントの第１〜
第３タンク部とのろう付けしろとして、各チューブエレ
メントの第１〜第３タンク部のそれぞれに形成された第
１〜第３折れ曲がり部のうち、第１折れ曲がり部がタン
ク部内側に折れ曲がっており、第２折れ曲がり部および
第３折れ曲がり部がタンク部外側に折れ曲がっているこ
とを特徴としている。

【００１０】このようにすることによって、上記第２お
よび第３タンク部については、これらのタンク部内に、
内側に折れ曲がった折れ曲がり部（図１２でいう折れ曲
がり部２１０）が形成されないことになり、その分、図
１２に示す従来例に比べてタンク部の冷媒流路面積が大
きくなる。その結果、このタンク部内を流れる冷媒の流
動抵抗が小さくなる。

【００１１】従って、外部媒体との熱交換に寄与するチ
ューブに連通する第２および第３タンク部内での冷媒流
動抵抗を、図１２に示す従来例に比べて小さくできる。
特に請求項２記載の発明では、請求項１記載の積層型熱
交換器において、上記第１折れ曲がり部に、各チューブ
エレメントの位置決めをするためのフランジ部を形成し
たことを特徴としている。

【００１２】ところで、上記フランジ部は、プレス加工
の加工工数の面から、上記折れ曲がり部がタンク部外側
に折れ曲がっている場合に比べて、タンク部内側に折れ
曲がっている場合の方が形成し易い。従って、上記第１
折れ曲がり部に上記フランジ部を容易に形成できる。そ
して、このフランジ部によって、各チューブエレメント
の位置決めを容易に行うことができる。

【００１３】また、請求項３記載の発明では、請求項１
または２記載の積層型熱交換器において、第１タンク部
を、熱交換器外部から冷媒を流入するとともに、この流
入した冷媒を、チューブを介さずに、直接第２タンク部
に流すように構成したことを特徴としている。

【００１４】これによると、上記タンク部内側に折れ曲
がった第１折れ曲がり部によって、この第１タンク部内
の冷媒流動抵抗が大きくなるが、この第１タンク内の冷
媒は、熱交換に寄与するチューブを介さずに直接第２タ
ンク部に流れる、すなわち、この第１タンク部内の冷媒
は熱交換に寄与しないので、この第１タンク部内での冷
媒流動抵抗が大きくなっても、熱交換器による熱交換性
能には悪影響はない。

【００１５】また、請求項４記載の発明のように、上記
積層型熱交換器を冷凍サイクルの冷媒蒸発器として用い
た場合は、上記のようにタンク部内での冷媒流動抵抗
を、図１２に示す従来例に比べて小さくできることによ
って、この蒸発器での冷房能力を向上することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明を自動車用空調装置
としての積層型冷媒蒸発器に適用した一実施の形態につ
いて、図１〜７に基づいて説明する。まず初めに本実施
の形態の冷凍サイクルおよび通風系について図１を用い
て説明する。

【００１７】図１に示すように、冷凍サイクル１は、冷
媒を吸入、圧縮、吐出する圧縮機２と、圧縮機２からの
冷媒を、外部の空気との熱交換によって凝縮させる凝縮
器３と、冷凍サイクル１の負荷に応じて余分な冷媒を一
時的に蓄える受液器４と、受液器４からの冷媒を減圧膨
張する膨張弁（減圧手段）５と、膨張弁５からの気液２
相冷媒を、空調ダクト１０内の空気との熱交換によって
蒸発させる冷媒蒸発器６とからなる。

【００１８】このうち圧縮機２は、電磁クラッチ７およ
びベルト８を介して自動車エンジン９と連結されてお
り、電磁クラッチ７が通電状態のときに自動車エンジン
９の回転動力が伝達され、電磁クラッチが非通電状態の
ときにエンジン９の回転動力が遮断される。また、上記
蒸発器６は、車室内と連通した空調ダクト１０（空気通
路）内に配設されている。この空調ダクト１０の空気上
流側には、車室内気を吸入する内気吸入口１１と外気を
吸入する外気吸入口１２とが形成されており、これら吸
入口１１、１２は内外気切換手段１３によって選択的に
開閉される。そしてその下流側には、内気または外気を
吸入して車室内側に送風する送風手段１４が設けられて
いる。

【００１９】また、空調ダクト１０内のうち蒸発器６の
空気下流側には、エンジン９の冷却水を熱源として空気
を加熱する加熱手段１５が設けられている。また、空調
ダクト１０の下流端には、車両窓ガラスの内面に向けて
空気を吹き出すデフロスタ吹出口１６、車室内乗員の上
半身に向けて空気を吹き出すフェイス吹出口１７、およ
び車室内乗員の足元に向けて空気を吹き出すフット吹出
口１８が形成されている。そして、これらの吹出口は吹
出口切換手段１９によって選択的に開閉される。

【００２０】そして、電磁クラッチ７が通電状態となっ
て圧縮機２が駆動すると、蒸発器６内を流れる気液２相
冷媒が、空調ダクト１０内の空気から吸熱して蒸発し、
これによって空調ダクト１０内の空気を冷却する。そし
て、蒸発器６を通過した冷風が、エアミックスドア（温
度調節手段）２０によって温度調節された後、上記吹出
口１６〜１８のいずれかから車室内に吹き出される。

【００２１】次に、上記蒸発器６の構成について図２、
３を用いて説明する。なお、図２は蒸発器６のタンク部
の横断面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図である。蒸
発器６は、アルミニウムよりなる一対のプレート１００
を接合してなるチューブエレメント１１０と、同じくア
ルミニウムよりなる、放熱効果を促進するための波状の
コルゲートフィン１２０とが、図２、３の左右方向に交
互に複数積層されることによって熱交換部が構成され、
この熱交換部の上記積層方向両端に、アルミニウムより
なるエンドプレート１３１、１３２が設けられた構成と
なっている。

【００２２】このうち、上記プレート１００には、プレ
ス成形によってＵ字状をなす通路形成用くぼみ部１００
ａが形成されている。また、この通路形成用くぼみ部１
００ａの一端側（図３の上方側）には、プレート１００
の面に対して垂直方向に突出した円筒状の第１〜第３突
出部１０１〜１０３が、それぞれ並んで形成されてい
る。

【００２３】ここで、図２の一部拡大図である図４を用
いて、上記第１〜第３突出部１０１〜１０３の先端形状
を説明する。まず、一方のプレート１００の第１突出部
１０１の先端には、第１タンク部１４１内側に折れ曲が
った第１折れ曲がり部１０１ａが全周にわたって形成さ
れている。

【００２４】また、他方のプレート１００の第１突出部
１０１の先端には、上記内側に折れ曲がった第１折れ曲
がり部１０１ａが全周にわたって形成されるとともに、
この第１折れ曲がり部１０１ａの先端にはさらに、第１
突出部１０１の突出方向と同方向に突出したフランジ部
１０１ｂが全周にわたって形成されている。また、第２
突出部１０２の先端には、第２タンク部１４２外側に折
れ曲がった第２折れ曲がり部１０２ａが全周にわたって
形成されている。また、第３突出部１０３の先端には、
第３タンク部１４３外側に折れ曲がった第３折れ曲がり
部１０３ａが全周にわたって形成されている。

【００２５】そして、図２、３に示す蒸発器６において
は、隣合うチューブエレメント１１０の第１突出部１０
１どうし、第２突出部１０２どうし、および第３突出部
１０３どうしが互いに接続している。なお、図４に示す
ように、第１突出部１０１のフランジ部１０１ｂが、相
手側のチューブエレメント１１０の第１折れ曲がり部１
０１ａと嵌合しており、これによって各チューブエレメ
ント１１０の位置決めがなされている。

【００２６】その結果、積層された各第１突出部１０
１、第２突出部１０２、および第３突出部１０３によっ
て、上記積層方向に伸びる略円筒状の第１タンク部１４
１、第２タンク部１４２、第３タンク部１４３が形成さ
れる。また、チューブエレメント１１０のうち、互いの
通路形成用くぼみ部１００ａが対向してできる空間にて
チューブ１００ｂが形成される。なお、上記第２、第３
タンク部１４２、１４３の径（図中Ｄで示す幅）は、１
５（ｍｍ）である。

【００２７】また、上記エンドプレート１３１には、第
１タンク部１４１および第２タンク部１４２に対応した
位置にそれぞれ開口部が形成されているとともに、これ
らの開口部間を連通してＵターン通路を形成するための
Ｕターンプレート１５０が設けられている。また、上記
エンドプレート１３２には、第１タンク部１４１および
第３タンク部１４３に対応した位置にそれぞれ開口部が
形成されている。

【００２８】次に、上記第１〜第３突出部１０１〜１０
３およびこれらの先端部分の成形方法について説明す
る。まず、上記一方のプレート１００の第１突出部１０
１については、このプレート１００の一部を深絞り加工
し、その加工度を順々に上げていくことによって、図５
（ａ）に示すように、この一部になべ底を作る。そし
て、このなべ底に、このなべ底の径よりもやや小さな径
の孔を、打ち抜きによって形成することによって、図５
（ｂ）に示すような第１折れ曲がり部１０１ａを成形す
る。

【００２９】また、上記他方のプレート１００の第１突
出部１０１については、上記と同様の方法で、このプレ
ート１００の一部に図５（ａ）に示すようななべ底を作
る。そして、このなべ底に、図５（ｂ）の孔よりもさら
に径の小さい孔を打ち抜きによって形成し（図５
（ｃ））、その後、バーリング加工によって、図５
（ｄ）に示すような第１折れ曲がり部１０１ａおよびフ
ランジ部１０１ｂを成形する。

【００３０】また、第２突出部１０２および第３突出部
１０３については、上記第１突出部１０１の場合と同様
の方法で、プレート１００の一部に図６（ａ）に示すよ
うななべ底を作る。そして、この底部分を打ち抜くこと
によって、図６（ｂ）に示すような第２突出部１０２お
よび第３突出部１０３を成形する。そして、この突出部
１０２、１０３の先端部に、図６（ｃ）に示すようにテ
ーパ状の部材１７０を当てて図中矢印方向にプレスする
ことによって、図６（ｄ）示すように、各突出部１０
２、１０３の先端に第２折れ曲がり部１０２ａおよび第
３折れ曲がり部１０３ａを成形する。

【００３１】次に、蒸発器６内での冷媒流れについて説
明する。まず、図２の破線矢印で示すように、膨張弁５
（図１）からの冷媒が第１タンク部１４１内に流入する
と、この冷媒は第１タンク部１４１内を一番奥まで流れ
る。そして、Ｕターンプレート１５０によって形成され
たＵターン通路を介して第２タンク部１４２内に流入す
る。

【００３２】ここで、第２タンク部１４２内および第３
タンク部１４３内には、それぞれ仕切り部材１４２ａ、
１４３ａが設けられているので、この仕切り部材１４２
ａ、１４３ａに対応して、第２タンク部１４２→チュー
ブ１００ｂ→第３タンク部１４３→チューブ１００ｂ→
第２タンク部１４２→チューブ１００ｂ→第３タンク部
１４３というように蛇行して流れ、最後はこの第３タン
ク部１４３の出口から流出して圧縮機２（図１）に吸入
される。

【００３３】以上説明した本実施の形態によると、第１
タンク部１４１には、図１２に示す従来例と同じよう
に、隣り合うチューブエレメント１１０の第１タンク部
１４１とのろう付けしろとなる折れ曲がり部１０１ａ
を、タンク部内側に折り曲げて形成しているが、第２お
よび第３タンク部１４２、１４３には、折れ曲がり部１
０２ａ、１０３ａをタンク部外側に折り曲げて形成して
いるため、この第２および第３タンク部１４２、１４３
の冷媒流路面積は、図１２のタンク部２０２、２０３の
冷媒流路面積よりも大きくなる。従って、この第２およ
び第３タンク部１４２、１４３での冷媒流動抵抗を小さ
くすることができる。

【００３４】実際に本発明者らが、本実施の形態におけ
る蒸発器６を用いて、タンク部１４２、１４３内での冷
媒流量を変えながら、これらタンク部１４２、１４３内
での冷媒流動抵抗を計測したことろ、図７の実線で示す
データが得られた。なお、図７中一点鎖線と破線で示す
データは、それぞれ図１４と同じであり、一点鎖線は図
１２のもの、破線は図１３のものを示している。

【００３５】この図７のデータからも分かるように、本
実施の形態では、タンク部が３つあるにもかかわらず、
第２、第３タンク部１４２、１４３内に、図１２でいう
ところの内側に折れ曲がった折れ曲がり部２１０が形成
されていないため、タンク部１４２、１４３内での冷媒
流動抵抗を、図１３に示すものの冷媒流動抵抗とほぼ同
レベルにすることができる。

【００３６】また、蒸発器６を成形する段階で、チュー
ブエレメント１１０を複数積層するにあたって、これら
各チューブエレメント１１０の位置決めをするために
は、いずれかのタンク部にフランジ部１０１ｂ（図４）
を設けることが必要となる。しかし、このフランジ部１
０１ｂは、プレス加工の加工工数の面から、タンク外側
に折れ曲がった折れ曲がり部１０２ａ、１０３ａに形成
することは困難である。

【００３７】従って、上記フランジ部１０１ｂを形成す
るために、上記３つのタンク部１４１〜１４３のうちの
少なくとも１つに、タンク内側に折れ曲がる折れ曲がり
部を形成しなければならない。すなわち、上記３つのタ
ンク部１４１〜１４３のうちの少なくとも１つは、この
内側に折れ曲がる折れ曲がり部による冷媒圧力損失が避
けられない。

【００３８】そこで本実施の形態では、上記内側に折れ
曲がる折れ曲がり部を形成しなければならないタンク部
を、チューブ１００ｂへの冷媒流通のない第１タンク部
１４１とした。この第１タンク部１４１は、熱交換部に
おける熱交換とは関係のないタンク部であるので、この
第１タンク部１４１内では冷媒圧損があっても、熱交換
部では上記折れ曲がり部による冷媒圧損が無いようにす
ることができる。

【００３９】（変形例）以下、本発明の第１〜第４変形
例を図８〜１１を用いて説明する。なお、図８〜１１は
それぞれ、各変形例における図２相当図である。また、
各変形例における第１〜第３突出部１０１〜１０３の先
端形状は、上記実施の形態と同じである。

【００４０】図８に示す第１変形例のように、第１実施
の形態で設けられていたＵターンプレート１５０および
エンドプレート１３１の開口部を無くしても良い。この
場合、一番奥のプレート１００の第１突出部１０１と第
２突出部１０２との間に、これらを連通する連通通路１
６０を形成し、この連通通路１６０にて第１タンク部１
０１からの冷媒を第２タンク部１０２内にＵターンさせ
れば良い。

【００４１】また、図９に示す第２変形例のように、上
記連通通路１６０を、仕切り部材１４２ａ側に設けても
良い。また、図１０に示す第３変形例のように、上記連
通通路１６０を複数設けても良い。また、図１１に示す
第４変形例のように、第１タンク部１０１の積層方向両
端をエンドプレート１３１、１３２にて閉塞し、この第
１タンク部１０１内には冷媒を流さないようにし、第２
タンク部１０２と第３タンク部１０３のみで冷媒を流す
ようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施の形態における冷凍サイクルおよ
び通風系を示す概略構成図である。

【図２】上記実施の形態における蒸発器６のタンク部の
横断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図４】図２の一部拡大図である。

【図５】上記実施の形態における第１折れ曲がり部１０
１ａおよびフランジ部１０１ｂの成形過程を示す図であ
る。

【図６】上記実施の形態における第２折れ曲がり部１０
２ａおよび第３折れ曲がり部１０３ａの成形過程を示す
図である。

【図７】上記実施の形態と図１２、図１３のものとにつ
いての、冷媒流量と冷媒流動抵抗との関係についての実
験データである。

【図８】本発明第１変形例における図２相当図である。

【図９】本発明第２変形例における図２相当図である。

【図１０】本発明第３変形例における図２相当図であ
る。

【図１１】本発明第４変形例における図２相当図であ
る。

【図１２】従来の積層型熱交換器のタンク部の一部を示
す断面図である。

【図１３】従来の積層型熱交換器のタンク部の一部を示
す断面図である。

【図１４】図１２のものと図１３のものとについての、
冷媒流量と冷媒流動抵抗との関係についての実験データ
である。

【符号の説明】

１…冷凍サイクル、６…蒸発器、１００…プレート、１
００ｂ…チューブ、１０１…第１突起部、１０１ａ…第
１折れ曲がり部、１０１ｂ…フランジ部、１０２…第２
突起部、１０２ａ…第２折れ曲がり部、１０３…第３突
起部、１０３ａ…第３折れ曲がり部、１１０…チューブ
エレメント、１２０…コルゲートフィン、１４１…第１
タンク部、１４２…第２タンク部、１４３…第３タンク
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相川泰一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１〜第３タンク部（１４１〜１４
３）、およびこのうちの第２タンク部（１４２）と第３
タンク部（１４３）とを連通するチューブ（１００ｂ）
がそれぞれ形成されたチューブエレメント（１１０）を
複数備え、前記第１〜第３タンク部（１４１〜１４３）のそれぞれ
には、隣り合う前記チューブエレメント（１１０）の前
記第１〜第３タンク部（１４１〜１４３）とのろう付け
しろとなる第１〜第３折れ曲がり部（１０１ａ〜１０３
ａ）が形成されており、前記複数のチューブエレメント（１１０）を積層し、か
つ隣り合う前記チューブエレメント（１１０）の前記第
１〜第３折れ曲がり部（１０１ａ〜１０３ａ）どうしを
互いにろう付けすることによって成形された積層型熱交
換器において、前記第１タンク部（１４１）に形成された前記第１折れ
曲がり部（１０１ａ）が、タンク部内側に折れ曲がって
おり、前記第２タンク部（１４２）に形成された前記第
２折れ曲がり部（１０２ａ）、および前記第３タンク部
（１４３）に形成された前記第３折れ曲がり部（１４
３）に形成された第３折れ曲がり部（１０３ａ）が、タ
ンク部外側に折れ曲がっていることを特徴とする積層型
熱交換器。
【請求項２】前記第１折れ曲がり部（１０１ａ）に
は、各チューブエレメント（１１０）の位置決めをする
ためのフランジ部（１０１ｂ）が形成されていることを
特徴とする請求項１記載の積層型熱交換器。
【請求項３】前記第１タンク部（１４１）は、熱交換
器外部から冷媒を流入するとともに、この流入した冷媒
を、前記チューブ（１００ｂ）を介さずに、直接前記第
２タンク部（１４２）に流すように構成されたことを特
徴とする請求項１または２記載の積層型熱交換器。
【請求項４】請求項１ないし３いずれか１つ記載の積
層型熱交換器が、冷凍サイクル（１）の冷媒蒸発器
（６）であることを特徴とする積層型冷媒蒸発器。