(57)【要約】【課題】  接合強度と熱交換効率の両方を満足し得る積層型熱交換器を提供する。【解決手段】  平板金属プレート２を所定間隔を置いて複数積層し、その積層された各平板金属プレート２間のひとつ置きに、第１の冷媒が流通する第１流体通路３と、この第１の冷媒と熱交換される第２の冷媒が流通する第２流体通路４を積層方向において交互に形成してなる積層型熱交換器１であって、第１流体通路３及び第２流体通路４は、平面形状を櫛形とした第１流路形成部品５と第２流路形成部品６を組み合わせることで平面形状を蛇腹状とした流路を構成してなる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板金属プレート（２）を所定間隔を置いて複数積層し、その積層された各平板金属プレート（２）間のひとつ置きに、第１の冷媒が流通する第１流体通路（３）と、この第１の冷媒と熱交換される第２の冷媒が流通する第２流体通路（４）を積層方向において交互に形成してなる積層型熱交換器（１）であって、
前記第１流体通路（３）及び前記第２流体通路（４）は、平面形状を櫛形とした第１流路形成部品（５）と第２流路形成部品（６）を組み合わせることで流路を構成してなる
ことを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の積層型熱交換器（１）であって、
前記第１及び第２流路形成部品（５、６）は、金属平板を加工して形成される長尺状の基端部（５Ａ、６Ａ）と、この基端部（５Ａ、６Ａ）の長手方向に沿って所定間隔を置いて該基端部（５Ａ、６Ａ）と直交する向きに形成された複数の櫛部（５Ｂ、６Ｂ）とからなり、
前記第１流路形成部品（５）の櫛部（５Ｂ）の間に、前記第２流路形成部品（６）の櫛部（６Ｂ）を配置して、蛇腹形状の流路を構成した
ことを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の積層型熱交換器（１）であって、
少なくとも前記第１流体通路（３）の流体入口（８）と、前記第２流体通路（４）の流体入口（１０）とが離れた位置にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項４】
長尺状の基端部（５Ａ、６Ａ）と、この基端部（５Ａ、６Ａ）の長手方向に沿って所定間隔を置いて該基端部（５Ａ、６Ａ）と直交する向きに形成された複数の櫛部（５Ｂ、６Ｂ）を有した平面形状を櫛形とした第１及び第２流路形成部品（５、６）を金属平板から形成する流路形成部品製造工程と、
前記第１流路形成部品（５）の櫛部（５Ｂ）の間に、前記第２流路形成部品（６）の櫛部（６Ｂ）が配置されるように、これら第１及び第２流路形成部品（５、６）を、平板金属プレート（２）の上に配置する流路形成部品配置工程と、
前記平板金属プレート（２）の上に配置された前記第１及び第２流路形成部品（５、６）の上にさらに平板金属プレート（２）を配置する平板金属プレート配置工程と、
前記流路形成部品配置工程と前記平板金属プレート配置工程を所定数繰り返した後、前記第１及び第２流路形成部品（５、６）と前記平板金属プレート（２）とを拡散接合する拡散接合工程とを備えた
ことを特徴とする積層型熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば積層型熱交換器及びその製造方法に関し、詳細には、異なる２種類の冷媒を積層方向で熱交換させる積層型熱交換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の冷媒が流通する第１流体通路と、この第１の冷媒と熱交換される第２の冷媒が流通する第２流体通路を積層方向で交互に形成した、いわゆる積層型熱交換器の開発がなされている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載の積層型熱交換器１０１は、例えば図４及び図５に示すように、熱交換される異なる２種類の冷媒を流通させる第１の流体通路１０２を一主面１０３ａに形成したプレート１０３と、この第１の流体通路１０２と直交する方向に形成された第２の流体通路１０４を一主面１０５ａに形成したプレート１０５とを重ね合わせ、これらを治具で固定加圧し、真空中で加熱して拡散接合することにより接合一体化される。
【０００４】
このように構成された熱交換器１０１は、上下に積層された各プレート１０３、１０５の第１の流体通路１０２を流れる第１の冷媒と、第２の流体通路１０４を流れる第２の冷媒とが熱交換するようになっている。また、熱交換器１０１内を流れる冷媒の流体通路１０２、１０４は、その積層方向において交互に組み合わせるのが一般的である。
【特許文献１】特表２００３−５０６３０６号公報（第６頁から第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この積層型熱交換器１０１においては、各層（各プレート１０３、１０５）の厚みがサブミリレベルになると、前記第１の流体通路１０２及び第２の流体通路１０４の溝加工が通常の塑性加工（切削加工など）では困難になるので、薬剤で母材の一部を溶解して溝を形成するエッチング加工が採用される。
【０００６】
しかしながらエッチング加工では、前記第１の流体通路１０２及び第２の流体通路１０４のように断面略Ｕ字形状をなす溝を形成する場合、エッチングのばらつきによって、貫通し易く溝底の残存板厚を薄くすることができない。
【０００７】
この溝部底の残存板厚を薄くすれば、冷媒同士の熱交換率を高めることができるが、図６に示すように、第１及び第２の流体通路１０２、１０４同士が重なり合う場所では、各プレート１０３、１０５の拡散接合時の圧縮力が弱くなり、確実に接合されないことがある。そのため、拡散接合時に一定の圧縮力を保持させて接合強度を高めるためには、どうしてもある一定の厚みを確保する必要がある。そうすると、今度は、熱交換効率が低下して熱交換器の性能が低くなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、上記した課題を解決するために、接合強度と熱交換効率の両方を満足し得る積層型熱交換器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、平板金属プレートを所定間隔を置いて複数積層し、その積層された各平板金属プレート間のひとつ置きに、第１の冷媒が流通する第１流体通路と、この第１の冷媒と熱交換される第２の冷媒が流通する第２流体通路を交互に形成してなる積層型熱交換器であって、前記第１流体通路及び前記第２流体通路は、平面形状を櫛形とした第１流路形成部品と第２流路形成部品を組み合わせることで流路を構成してなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の積層型熱交換器であって、前記第１及び第２流路形成部品は、金属平板を加工して形成される長尺状の基端部と、この基端部の長手方向に沿って所定間隔を置いて該基端部と直交する向きに形成された複数の櫛部とからなり、前記第１流路形成部品の櫛部の間に、前記第２流路形成部品の櫛部を配置して、蛇腹形状の流路を構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の積層型熱交換器であって、少なくとも前記第１流体通路の流体入口と、前記第２流体通路の流体入口とが離れた位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、長尺状の基端部と、この基端部の長手方向に沿って所定間隔を置いて該基端部と直交する向きに形成された複数の櫛部を有した平面形状を櫛形とした第１及び第２流路形成部品を金属平板から形成する流路形成部品製造工程と、前記第１流路形成部品の櫛部の間に、前記第２流路形成部品の櫛部が配置されるように、これら第１及び第２流路形成部品を、平板金属プレートの上に配置する流路形成部品配置工程と、前記平板金属プレートの上に配置された前記第１及び第２流路形成部品の上にさらに平板金属プレートを配置する平板金属プレート配置工程と、前記流路形成部品配置工程と前記平板金属プレート配置工程を所定数繰り返した後、前記第１及び第２流路形成部品と前記平板金属プレートとを拡散接合する拡散接合工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の積層型熱交換器によれば、第１流体通路及び第２流体通路の何れも平面形状を櫛形とした第１流路形成部品と第２流路形成部品を組み合わせることで流路を構成しているので、これら第１及び第２流路形成部品を挟み込む平板金属プレートの厚みを薄くすることができ、それにより積層方向で熱交換される冷媒同士による熱交換効率を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、第１及び第２流路形成部品は金属平板を加工して平面形状を櫛形に形成したものであり、その櫛形の第１流路形成部品の櫛部の間に第２流路形成部品の櫛部を配置させることで蛇腹形状の流路を構成しているので、直線上の流通路とは異なり蛇腹形状により流路面積を十分確保することができ、熱交換効率の向上が望める。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、第１流体通路の流体入口と第２流体通路の流体入口とが離れた位置にそれぞれ設けられているので、流体入口に取り付けられるタンクの形状をシンプルな形状とすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、平面形状が櫛形の第１及び第２流路形成部品を金属平板から形成し、その第１流路形成部品の櫛部の間に第２流路形成部品の櫛部が配置されるようにこれら流路形成部品を平板金属プレート上に配置した後、さらに第１及び第２流路形成部品の上に平板金属プレートを配置する工程を繰り返して積層体とし、その後、第１及び第２流路形成部品と平板金属プレートとを拡散接合するので、各層の接合面積が十分にあることからそれらの間の接合強度を十分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、本発明を適用した積層型熱交換器の構成について説明した後、その積層型熱交換器の製造方法について説明するものとする。
【００１８】
［積層型熱交換器の構成］
図１は本実施の形態の積層型熱交換器の斜視図、図２は本実施の形態の積層型熱交換器における積層体部分の分解斜視図、図３は本実施の形態の積層型熱交換器の流体通路を構成する流路形成部品を示し、（Ａ）は流路形成部品の平面図、（Ｂ）は第１流路形成部品と第２流路形成部品を組み合わせた状態の平面図、（Ｃ）は流路部分のみを取り出して示す平面図である。
【００１９】
本実施の形態の積層型熱交換器１は、図１及び図２に示すように、平板金属プレート２を所定間隔を置いて複数積層し、その積層された各平板金属プレート２間のひとつ置きに、第１の冷媒が流通する第１流体通路３と、この第１の冷媒と熱交換される第２の冷媒が流通する第２流体通路４を積層方向において交互に形成した構成とされている。そして、この積層型熱交換器１では、平板金属プレート２を挟んで上下に形成された第１流体通路３と第２流体通路４をそれぞれ流れる第１の冷媒と第２の冷媒とが、積層方向において該平板金属プレート２を介して熱交換される。
【００２０】
第１流体通路３は、図３に示すように、平面形状を櫛形とした第１流路形成部品５と第２流路形成部品６とからなり、これらを組み合わせることで蛇腹形状の流路を構成している。第１流路形成部品５及び第２流路形成部品６は、何れも長尺状の基端部５Ａ、６Ａと、この基端部５Ａ、６Ａの長手方向に沿って所定間隔を置いて該基端部５Ａ、６Ａと直交する向きに形成された複数の櫛部５Ｂ、６Ｂとを一体として形成されている。
【００２１】
そして、この第１流体通路３は、第１流路形成部品５の櫛部５Ｂの間に、第２流路形成部品６の櫛部６Ｂが配置されるようにこれら第１流路形成部品５と第２流路形成部品６とを組み合わせることで、流路部分のみを取り出して示す図３（Ｃ）のように蛇腹形状の流路とされている。かかる第１流体通路３の一方が流体入口８とされ、他方が流体出口９となる。
【００２２】
なお、第１流路形成部品５及び第２流路形成部品６は、例えばアルミニウムやステンレスからなる金属平板をプレス加工或いはエッチング加工することによって形成される。
【００２３】
第２流体通路４は、第１流体通路３と同様、第１流路形成部品５と第２流路形成部品６とからなり、これらを組み合わせることで蛇腹形状の流路を構成する。この第２流体通路４は、第１流体通路３を１８０度反転させた形状とされている。そのため、第１流体通路３及び第２流体通路４を構成する第１流路形成部品５と第２流路形成部品６は、何れも同じものが使用できる。また、第２流体通路４は、第１流体通路３を反転させた形態とされるから第２の冷媒を流通させる流体入口１０と流体出口（図示は省略する）は第１流体通路３に対して反転位置に形成される。
【００２４】
平板金属プレート２は、第１流路形成部品５と第２流路形成部品６とを組み合わせることによって形成される第１流体通路３と第２流体通路４とを仕切るためのプレートであり、例えばアルミニウムまたはステンレス板からなる。
【００２５】
この平板金属プレート２の各層間に前記した第１流路形成部品５と第２流路形成部品６を挟み込んで複数積層することで、積層方向において第１の冷媒が流通する第１流体通路３と第２の冷媒が流通する第２流体通路４とが交互に複数形成された積層型熱交換器１となる。
【００２６】
第１流体通路３の流体入口８には、図１に示すように、第１流体入口用タンク１１が取り付けられ、その流体出口９には第１流体出口用タンク１２が取り付けられる。同様に、第２流体通路４の流体入口１０には、第２流体入口用タンク１３が取り付けられ、その流体出口には第２流体出口用タンク１４が取り付けられる。
【００２７】
「積層型熱交換器の製造方法」
次に、図１に示す積層型熱交換器１を製造する方法について説明する。先ず、平面形状を櫛形とした第１及び第２流路形成部品５、６を形成する流路形成部品製造工程を行う。すなわち、アルミニウムやステンレスからなる金属平板をプレス成形（打ち抜き加工）して、図３（Ａ）に示したように、長尺状の基端部５Ａ、６Ａと、この基端部５Ａ、６Ａの長手方向に沿って所定間隔を置いて該基端部５Ａ、６Ａと直交する向きに形成された複数の櫛部５Ｂ、６Ｂを有した平面形状を櫛形とした第１及び第２流路形成部品５、６を形成する。これら第１流路形成部品５と第２流路形成部品６は同一の形状であるため、成形用金型を一つ制作すれば良く、それにより金型コストを低減することが可能となる。さらに、積層型熱交換器１の構成部品も少なくすることができる。
【００２８】
次に、流路を蛇腹形状となるように第１流路形成部品５と第２流路形成部品６を組み合わせた後、これら第１及び第２流路形成部品５、６を、平板金属プレート２の上に配置する流路形成部品配置工程を行う。すなわち、第１流路形成部品５と第２流路形成部品６を、図３（Ｂ）で示したように、第１流路形成部品５の櫛部５Ｂの間に、第２流路形成部品６の櫛部６Ｂが配置されるように、これら第１流路形成部品５と第２流路形成部品６を組み付ける。このように組み付けることで、図３（Ｃ）に示すように、蛇腹形状の第１及び第２流体通路３、４が形成される。そして、組み合わせた第１及び第２流路形成部品５、６を、図２に示すように、平板金属プレート２の上に配置する。
【００２９】
次に、平板金属プレート２の上に配置された第１及び第２流路形成部品５、６の上にさらに平板金属プレート２を配置する平板金属プレート配置工程を行う。そして、この流路形成部品配置工程と平板金属プレート配置工程を所定数繰り返して積層体を形成する。
【００３０】
次に、積層した第１流路形成部品５と第２流路形成部品６と平板金属プレート２を、図示を省略する真空漕内に入れて積層方向に所定の荷重を加えながら接合する拡散接合工程を行う。このとき、第１流体通路３及び第２流体通路４を形成する櫛形の第１流路形成部品５と第２流路形成部品６は積層方向において同じ向きにそれぞれ積み重ねられているため、拡散接合時に所定の加圧力を掛けても力が均一に掛かり、不良個所が生じることなく接合される。
【００３１】
次に、拡散接合が完了したら積層体の一側面に形成された第１流体通路３の流体入口８と第２流体通路４の流体入口１０のそれぞれを覆うようにして第１流体入口用タンク１１と第２流体入口用タンク１３を各々接合する。同様に、積層体の他側面に形成された第１流体通路３の流体出口９と第２流体通路４の流体出口のそれぞれを覆うようにして第１流体出口用タンク１２と第２流体出口用タンク１４を各々接合する。
【００３２】
以上の工程を経ることで本実施の形態の積層型熱交換器１が製造される。このようにして製造された積層型熱交換器１によれば、第１流体通路３及び第２流体通路４の何れも平面形状を櫛形とした第１流路形成部品５と第２流路形成部品６を組み合わせることで流路３、４を構成しているので、これら第１及び第２流路形成部品５、６を挟み込む平板金属プレート２の厚みを薄くすることができ、それにより積層方向で熱交換される冷媒同士による熱交換効率を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態の積層型熱交換器１によれば、第１及び第２流路形成部品５、６は金属平板を加工して平面形状を櫛形に形成したものであり、その櫛形の第１流路形成部品５の櫛部５Ｂの間に第２流路形成部品６の櫛部６Ｂを配置させることで蛇腹形状の流路３、４を構成しているので、直線上の流通路とは異なり蛇腹形状により流路面積を十分確保することができ、熱交換効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態の積層型熱交換器１によれば、第１流体通路３の流体入口８と第２流体通路４の流体入口１０とが離れた位置にそれぞれ設けられているので、流体入口８、１０に取り付けられるタンク１１〜１３の形状をシンプルな形状とすることができる。
【００３５】
「その他の実施の形態」
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００３６】
第１流体通路３の流体入口８と第２流体通路４の流体入口１０を積層体の両端にそれぞれ設けたが、タンク１１、１３を積層体に取り付けたときに、これらが干渉しない位置であれば、前記した位置に限定されることはない。流体出口９も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態の積層型熱交換器の斜視図である。
【図２】本実施の形態の積層型熱交換器における積層体部分の分解斜視図である。
【図３】本実施の形態の積層型熱交換器の流体通路を構成する流路形成部品を示し、（Ａ）は流路形成部品の平面図、（Ｂ）は第１流路形成部品と第２流路形成部品を組み合わせた状態の平面図、（Ｃ）は流路部分のみを取り出して示す平面図である。
【図４】従来の積層型熱交換器の斜視図である。
【図５】図４の積層型熱交換器を構成するプレートの斜視図である。
【図６】図４の積層型熱交換器の流路部分を取り出して示す平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…積層型熱交換器
２…平板金属プレート
３…第１流体通路
４…第２流体通路
５…第１流路形成部品
６…第２流路形成部品
８、１０…流体入口
９…流体出口
１１…第１流体入口用タンク
１２…第１流体出口用タンク
１３…第２流体入口用タンク
１４…第２流体出口用タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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