WO2017195588A1 - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

積層型熱交換器は、第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換部（１０）を備える。熱交換部は、複数の板状部材（１１）が互いに積層されて接合されることによって形成される。複数の板状部材同士の間には、第１流体が流れる複数の第１流体通路（１２）、および第２流体が流れる複数の第２流体通路（１３）が形成される。複数の第１流体通路および複数の第２流体通路は、複数の板状部材の積層方向に並んでいる。第１、第２流体通路は、上流側通路（１２ｂ、１３ｂ）と下流側通路（１２ｃ、１３ｃ）とを有し、上流側通路を流通した第１流体あるいは第２流体がＵターンして下流側通路を流通可能となっている。第１、第２流体通路には、隣り合う板状部材同士を接合し、第１流体と第２流体との間での熱交換を促進させるインナーフィン（３０、４０）が配置されている。上流側通路と下流側通路を仕切る仕切部（３２、４２）がインナーフィンによって形成されている。

Description

積層型熱交換器 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１６年５月１３日に出願された日本出願番号２０１６－０９７２８９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、積層型熱交換器に関する。

　従来、複数の略平板状の伝熱プレートを間隔をおいて重ね合わせることにより、伝熱プレート間に冷媒通路と熱媒体通路とを交互に形成して、冷媒と熱媒体とを熱交換させる積層型熱交換器が知られている。

　このような積層型熱交換器において、熱交換効率を上げるために、Ｕターン流れを採用することが特許文献１に開示されている。これらの熱交換器では、プレートに形成されたリブによって流体通路の仕切部を形成している。

　また、積層型熱交換器において、インナーフィンレス構造でプレートに凹凸形状を設定し、プレートの凹凸部同士をろう付することで剛性の向上を図り、プレートの凹凸形状にてフィン機能を代用するものが特許文献２、３に開示されている。これらの熱交換器では、高圧冷媒の出入口周囲において、プレートに補強リブを設定し、隣り合うプレートの補強リブ同士をろう付けすることで、耐圧設計がなされている。

特表２０１４－５００４６９号広報 特開２０１２－１６７８４７号広報 特開２０１２－５１２３８１号広報

　しかしながら、本発明者の検討によると、特許文献１に記載のＵターン流れ構造では、プレートに形成されたリブによって流体通路の仕切部を形成しているので、ろう付け時にコアを圧縮しても浮き上がりが生じ、ろう付不良となる可能性がある。また、リブによって流体通路の仕切部を形成すると、放熱面積が減少し放熱効率が低下する。この結果、プレート積段数の増加を招き、重量増加、製造コスト上昇を伴うおそれがあった。

　また、特許文献２、３に記載の熱交換器構造では、プレート積段数が多くなると各プレートの凹凸部の合わせ面に隙間が生じやすい。この結果、ろう付欠陥が発生して、耐圧性が損なわれるおそれがある。さらに、冷媒出入口の周囲に張り出した補強リブは、冷媒の流れ抵抗となるおそれがあった。

　本開示は、Ｕターン流れ構造の積層型熱交換器において、ろう付け性を向上させることを目的とする。

　本開示の第１態様によると、積層型熱交換器は、第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換部を備える。熱交換部は、複数の板状部材が互いに積層されて接合されることによって形成されている。複数の板状部材同士の間には、第１流体が流れる複数の第１流体通路、および第２流体が流れる複数の第２流体通路が形成されている。複数の第１流体通路および複数の第２流体通路は、複数の板状部材の積層方向に並んで配置されている。第１流体通路および第２流体通路は、上流側通路と下流側通路とを有し、上流側通路を流通した第１流体あるいは第２流体がＵターンして下流側通路を流通可能となっている。第１流体通路および第２流体通路には、隣り合う板状部材同士を接合し、かつ第１流体と第２流体との間での熱交換を促進させるインナーフィンが配置されている。上流側通路と下流側通路を仕切る仕切部がインナーフィンによって形成されている。

　これによれば、インナーフィンによって形成された仕切部を放熱領域として活用することができるので、仕切部の熱交換性能を向上させることができる。

　また、仕切部をインナーフィンによって形成することで、ろう付け性を向上させることができ、耐圧性を向上させることができる。積層型熱交換器は、複数の板状部材と複数のインナーフィンを積層し、これらを圧縮した状態でろう付けが行われる。このとき、仕切部をインナーフィンによって形成された構成では、板状部材に形成されたリブ同士を接合する構成に比べて、板状部材の浮き上がりが生じにくく、ろう付け不良の発生を抑えることができる。また、インナーフィンと板状部材を接合することで、ろう付け起点が多くなり、ろう付け性が向上する。

本開示の実施形態に係る熱交換器を示す平面図である。 図１のＩＩ矢視図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 板状部材および冷媒用インナーフィンを示す正面図である。 板状部材および冷却水用インナーフィンを示す正面図である。 オフセットフィン構造のインナーフィンを示す斜視図である。 ストレートフィン構造のインナーフィンを示す斜視図である。 板状部材の接合部での発生応力を示す説明図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。図１に示す熱交換器１０は、車両用空調装置の冷凍サイクルを構成している。

　熱交換器１０は、冷凍サイクルの低圧冷媒と冷却水とを熱交換して冷却水を冷却させるチラーとして構成されている。なお、冷凍サイクルの冷媒が本開示の第１流体に相当し、冷却水が本開示の第２流体に相当している。

　冷却水としては、例えば、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体等を用いることができる。本実施形態では、冷却水として、エチレングリコール系の不凍液（ＬＬＣ）が用いられている。

　熱交換器１は、複数の略平板状の伝熱プレートを間隔をおいて重ね合わせることにより、伝熱プレート間に冷媒通路と熱媒体通路とを交互に形成して、冷媒と熱媒体とを熱交換させる積層型熱交換器である。

　図１に示すように、熱交換器１は、冷凍サイクルの冷媒と冷却水とを熱交換させる熱交換部１０を備えている。熱交換部１０は、複数の板状部材１１が積層されて接合されることによって一体的に形成されている。板状部材１１は細長の略矩形状の板材であり、具体的材質としては、例えば、アルミニウム心材の両面にろう材をクラッドした両面クラッド材が用いられる。

　以下では、第１板状部材１１の積層方向（図１の例では上下方向）を板積層方向と言う。また、略矩形状の板状部材１１において、短辺が延びる方向を短手方向（図２、図４、図５では上下方向）とし、長辺が延びる方向を長手方向（図２、図４、図５では左右方向）とする。

　略矩形状の板状部材１１の外周縁部には、略板積層方向（換言すれば、板状部材１１の板面と略直交する方向）に突出する張出部１１ａが形成されている。複数の板状部材１１は、互いに積層された状態で張出部１１ａ同士がろう付けにより接合されている。

　図１、図３に示すように、複数の板状部材１１同士の間には、冷媒が流れる複数の冷媒通路１２、および冷却水が流れる複数の冷却水通路１３が形成されている。冷媒通路１２が本開示の第１流体通路に相当し、冷却水通路１３が本開示の第２流体通路に相当している。以下、冷媒通路１２および冷却水通路１３を流体通路１２、１３とも称する。

　複数の冷媒通路１２および複数の冷却水通路１３は、板積層方向に並んで配置されている。より詳細には、冷媒通路１２および冷却水通路１３は板積層方向に１本ずつ交互に積層配置（並列配置）されている。板状部材１１は、冷媒通路１２と冷却水通路１３とを仕切る隔壁の役割を果たしている。冷媒通路１２を流れる冷媒と、冷却水通路１３を流れる冷却水との熱交換は、板状部材１１を介して行われる。なお、積層方向において最も外側には冷媒通路１２が配置されている。

　熱交換部１０は、上述した流体通路１２、１３の他に、第１冷媒用タンク空間１４、第２冷媒用タンク空間１５、第１冷却水用タンク空間１６および第２冷却水用タンク空間１７を備えている。換言すると、板状部材１１は、上述した流体通路１２、１３の他に、第１冷媒用タンク空間１４、第２冷媒用タンク空間１５、第１冷却水用タンク空間１６および第２冷却水用タンク空間１７を形成している。

　本実施形態では、板状部材１１の長手方向の一端側（図１の例では左側）に、冷媒用タンク空間１４、１５が設けられており、他端側（図１の例では右側）に冷却水用タンク空間１６、１７が設けられている。第１冷媒用タンク空間１４および第２冷媒用タンク空間１５は、複数の冷媒通路１２に対して冷媒の分配および集合を行う。第１冷却水用タンク空間１６および第２冷却水用タンク空間１７は、複数の冷却水通路１３に対して冷却水の分配および集合を行う。

　具体的には、第１冷媒用タンク空間１４は、複数の冷媒通路１２に対して冷媒の分配を行う。第２冷媒用タンク空間１５は、複数の冷媒通路１２に対して冷媒の集合を行う。第１冷却水用タンク空間１６は、複数の冷却水通路１３に対して冷却水の分配を行う。第２冷却水用タンク空間１７は、複数の冷却水通路１３に対して冷却水の集合を行う。

　図４、図５に示すように、板状部材１１の四隅（図４、図５の例では上下左右の四隅）には、冷媒口１１ｂ、１１ｃ、冷却水口１１ｄ、１１ｅが開口部として形成されている。入口側冷媒口１１ｂによって第１冷媒用タンク空間１４が構成され、出口側冷媒口１１ｃによって第２冷媒用タンク空間１５が構成され、入口側冷却水口１１ｄによって第１冷却水用タンク空間１６が構成され、出口側冷却水口１１ｅによって第２冷却水用タンク空間１７が構成されている。なお、入口側冷媒口１１ｂが本開示の入口側開口部に相当し、出口側冷媒口１１ｃが本開示の出口側開口部に相当している。

　図１、図２に示すように、熱交換器１には、冷媒流入部１８、冷媒流出部１９、冷却水流入部２０および冷却水流出部２１が設けられている。冷媒流入部１８は、第１冷媒用タンク空間１４に連通し、冷媒流出部１９は、第２冷媒用タンク空間１５に連通している。また、冷却水流入部２０は、第１冷却水用タンク空間１６に連通し、冷却水流出部２１は、第２冷却水用タンク空間１７に連通している。

　冷媒流入部１８および冷媒流出部１９は、板状部材１１の長手方向の同じ側（図２の例では左側）の端部に配置されている。冷媒流入部１８および冷媒流出部１９は、板状部材１１の短手方向に隣接して配置されている。図２に示すように、本実施形態では、冷媒流出部１９が冷媒流入部１８よりも上方に配置されている。

　冷却水流入部２０および冷却水流出部２１は、板状部材１１の長手方向の同じ側（図２の例では右側）の端部に配置されている。冷却水流入部２０および冷却水流出部２１は、冷媒流入部１８および冷媒流出部１９に対して、板状部材１１の長手方向における反対側の端部に配置されている。冷却水流入部２０および冷却水流出部２１は、板状部材１１の短手方向に隣接して配置されている。

　冷媒流入部１８および冷媒流出部１９には、膨張弁２２が設けられている。本実施形態の膨張弁２２は、温度式膨張弁であり、出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように機械的機構によって絞り通路面積を調節するように構成されている。

　膨張弁２２は、冷媒を減圧膨張させる減圧部２２ａと、出口側冷媒の温度および圧力に応じて変位する変位部材（ダイヤフラム）を有する感温部２２ｂとを備えている。減圧部２２ａおよび感温部２２ｂは一体化されている。

　膨張弁２２の減圧部２２ａは、冷媒流入部１８側に配置され、冷媒流入部１８に流入する冷媒を減圧する。膨張弁２２の感温部２２ｂは、冷媒流出部１９側に配置され、出口側冷媒の温度および圧力に応じて変位部材が変位する。膨張弁２２では、感温部２２ｂでの変位部材の変位に応じて減圧部２２ａの弁開度（冷媒流量）が調整される。

　本実施形態では、冷媒流入部１８および冷媒流出部１９が板状部材１１の短手方向で隣接しているため、外部配管を用いることなく、出口側冷媒の温度に基づいて感温部２２ｂを作動させ、減圧部２２ａの弁開度を調整することができる。

　図４、図５に示すように、板状部材１１同士の間に形成される流体通路１２、１３にインナーフィン３０、４０が配置されている。これらのインナーフィン３０、４０は、板状部材１１同士の間に介在し、冷媒通路１２あるいは冷却水通路１３を複数の細流路１２ａ、１３ａに分割して、冷媒と冷却水との間での熱交換を促進させる熱交換促進部材である。

　インナーフィン３０、４０の具体的材質としては、例えば、アルミニウム心材の両面にろう材をクラッドした両面クラッド材が用いられる。インナーフィン３０、４０は、隣り合う両方の板状部材１１にろう付けにより接合されている。したがって、インナーフィン３０、４０は、隣り合う板状部材１１同士を接合し、かつ冷媒通路１２および冷却水流路１３を積層方向に横断する内部壁を構成している。

　図４に示すように、冷媒側インナーフィン３０は、冷媒通路１２の全体に設けられている。冷媒側インナーフィン３０は、板状部材１１の端部に形成された冷媒口１１ｂ、１１ｃ、冷却水口１１ｄ、１１ｅの周囲にも設けられている。このため、冷媒口１１ｂ、１１ｃ、冷却水口１１ｄ、１１ｅの周囲においても、インナーフィン３０を介して板状部材１１が接合されている。

　また、冷媒側インナーフィン３０は、主流部３１および仕切部３２を有している。主流部３１は、冷媒側インナーフィン３０の大部分を占めている。仕切部３２は、冷媒通路１２を仕切り、冷媒をＵターンして流通させる役割を有している。

　主流部３１はオフセットフィンとして構成されている。図６に示すように、オフセットフィンは、壁部３１ａと頂部３１ｂが連続する波形状となっており、波の連続する方向に波形の断面形状が形成される。オフセットフィンは、例えば、平板に複数のパンチを押し付けて曲げ加工を施すことにより成形される。

　複数の壁部３１ａおよび複数の頂部３１ｂは、それぞれ並列して設けられている。複数の頂部３１ｂは、それぞれ冷媒の流通方向Ｆに沿って延びている。壁部３１ａには、部分的に切り起こされた切り起こし部３１ｃが多数設けられている。壁部３１ａと切り起こし部３１ｃは、冷媒の流通方向Ｆに沿って交互に千鳥状に配置されている。

　オフセットフィンの壁部３１ａには、切り起こし部３１ｃによって多数のスリット穴が形成されており、壁部３１ａによって区画された隣り合う細流路１２ａが連通している。このため、主流部３１では、冷媒が拡散しながら流通する。

　仕切部３２はストレートフィンとして構成されている。図７に示すように、ストレートフィンは、壁部３２ａと頂部３２ｂが連続する波形状となっており、波の連続する方向に波形の断面形状が形成される。複数の壁部３２ａおよび複数の頂部３２ｂは、それぞれ並列して設けられている。複数の壁部３２ａおよび複数の頂部３２ｂは、それぞれ冷媒の流通方向Ｆに沿って直線的に延びている。

　ストレートフィンでは、壁部３２ａによって冷媒通路１２が複数の細流路１２ａに区画されている。ストレートフィンには、壁部３２ａにスリット穴が形成されておらず、壁部３２ａで区画された隣り合う細流路１２ａが連通していない。このため、仕切部３２では、壁部３２ａによって区画されたそれぞれの細流路１２ａにおいて、壁部３２ａに沿って流通する。つまり、仕切部３２では、冷媒が流通方向Ｆのみに流通する。

　仕切部３２は、板状部材１１の長手方向（図４の例では左右方向）に沿って延びるように設けられている。冷媒通路１２は、仕切部３２によって、上流側冷媒通路１２ｂと下流側冷媒通路１２ｃに仕切られている。なお、上流側冷媒通路１２ｂが本開示の上流側通路に相当し、下流側冷媒通路１２ｃが本開示の下流側通路に相当している。

　仕切部３２は、冷媒口１１ｂ、１１ｃ側（図４の例では左側）において、冷媒通路１２の端部まで設けられている。仕切部３２は、入口側冷媒口１１ｂと出口側冷媒口１１ｃの間に設けられている。このため、冷媒は、入口側冷媒口１１ｂから出口側冷媒口１１ｃに最短距離で流れることができない。

　また、仕切部３２における冷媒口１１ｂ、１１ｃ側の端部は張出部１１ａの壁面まで延びている。このため、仕切部３２における冷媒口１１ｂ、１１ｃ側の端部は、冷媒通路１２に連通しておらず、冷媒が流入出できない。

　仕切部３２は、冷媒通路１２の冷却水口１１ｄ、１１ｅ側（図４の例では右側）において、冷却水口１１ｄ、１１ｅの手前まで設けられている。つまり、板状部材１１の短手方向からみたときに、仕切部３２と冷却水口１１ｄ、１１ｅとの間は所定距離だけ離れている。

　冷媒通路１２における仕切部３２が設けられていない部分は、冷媒が流通方向を変化させる冷媒Ｕターン部１２ｄとなっている。冷媒Ｕターン部１２ｄでは、冷媒が主流部３１を拡散しながら流通するので、流通方向を変化させることができる。また、仕切部３２における冷却水口１１ｄ、１１ｅ側の端部は、冷媒通路１２に連通しており、冷媒Ｕターン部１２ｄから冷媒が流入可能となっている。

　仕切部３２における出口側冷媒口１１ｃの近傍には、連通部３３が設けられている。連通部３３は、仕切部３２の壁部３２ａを切り欠くことによって形成されており、壁部３２ａで区画された隣り合う細流路１２ａを連通させる。連通部３３は、仕切部３２における出口側冷媒口１１ｃに設けられている。このため、連通部３３によって、仕切部３２内の細流路１２ａを下流側冷媒通路１２ｃにおける冷媒流れ方向の下流側部位、具体的には出口側冷媒口１１ｃの近傍に連通させることができる。

　主流部３１を構成するオフセットフィンと、仕切部３２を構成するストレートフィンは、一体としてもよく、別体としてもよい。本実施形態では、主流部３１と仕切部３２を一体としている。形状が異なる主流部３１と仕切部３２を一体とした場合には、板状部材１１に冷媒側インナーフィン３０を配置する作業が容易になり、作業工数の低減を図ることができる。

　冷媒側インナーフィン３０は、例えばオフセットフィンの加工工程において、仕切り部３２に対応する部位で切り起こし部３１ｃを未加工とし、疑似的にストレートフィン形状を設定すればよい。あるいは、ストレートフィンの加工工程において、切り起こし部３１ｃを形成する範囲と切り起こし部３１ｃを形成しない範囲を組み合わせることで、ストレートフィン形状とオフセットフィン形状とを組み合わせるようにしてもよい。

　ここで、冷媒通路１２での冷媒の流れについて説明する。第１冷媒用タンク空間１４から冷媒通路１２に流入した冷媒は、冷媒側インナーフィン３０の仕切部３２に沿って、上流側冷媒通路１２ｂを流通する。冷媒は、冷媒側インナーフィン３０の主流部３１によって区画された細流路１２ａを流通する。冷媒は、冷媒Ｕターン部１２ｄで流通方向を変化させ、下流側冷媒通路１２ｃを流通する。下流側冷媒通路１２ｃを流れた冷媒は、第２冷媒用タンク空間１５に流出する。

　冷媒は、冷媒Ｕターン部１２ｄから仕切部３２の内部にも流入し、仕切部３２内の細流路１２ａを流通する。仕切部３２内を流通した冷媒は、連通部３３で下流側冷媒通路１２ｃに合流した後、第２冷媒用タンク空間１５に流出する。

　図５に示すように、冷却水側インナーフィン４０は、冷却水通路１３の全体に設けられている。冷却水側インナーフィン４０は、板状部材１１の端部に形成された冷媒口１１ｂ、１１ｃ、冷却水口１１ｄ、１１ｅの周囲にも設けられている。

　冷却水側インナーフィン４０は、主流部４１、仕切部４２および連通部４３を有している。冷却水側インナーフィン４０の主流部４１、仕切部４２および連通部４３は、それぞれ上述した冷媒側インナーフィン３０の主流部３１、仕切部３２および連通部３３と同様の構成となっているので、詳細な説明は省略する。

　冷却水通路１３は、仕切部４２によって、上流側冷却水通路１３ｂと下流側冷却水通路１３ｃに仕切られており、冷却水通路１３における仕切部４２が設けられていない部分は、冷却水が流通方向を変化させる冷却水Ｕターン部１３ｄとなっている。なお、上流側冷却水通路１３ｂが本開示の上流側通路に相当し、下流側冷却水通路１３ｃが本開示の下流側通路に相当している。

　ここで、冷却水通路１３での冷却水の流れについて説明する。第１冷却水用タンク空間１６から冷却水通路１３に流入した冷却水は、冷却水側インナーフィン４０の仕切部４２に沿って、上流側冷却水通路１３ｂを流通する。冷却水は、冷却水側インナーフィン４０の主流部４１によって区画された細流路１３ａを流通する。冷却水は、冷却水Ｕターン部１３ｄで流通方向を変化させ、下流側冷却水通路１３ｃを流通する。下流側冷却水通路１３ｃを流れた冷却水は、第２冷却水用タンク空間１７に流出する。

　冷却水は、冷却水Ｕターン部１３ｄから仕切部４２の内部にも流入し、仕切部４２内の細流路１３ａを流通する。仕切部４２内を流通した冷却水は、連通部４３で下流側冷却水通路１３ｃに合流した後、第２冷却水用タンク空間１７に流出する。

　図３に示すように、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲には、接合部１１ｆが設けられている。接合部１１ｆは、隣接する板状部材１１の板面同士を接合する継手となっている。接合部１１ｆは、板状部材１１における冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲の板面を、板状部材１１の主面（すなわち、冷媒側インナーフィン３０が配置される面）に対して、冷却水流路１３側にオフセットさせることで形成されている。本実施形態では、接合部１１ｆを隣接する板状部材１１の間に形成される冷却水通路１３の中央付近までオフセットさせている。

　隣接する２枚の板状部材１１の接合部１１ｆは、それぞれ対向する板面同士でろう付けによって接合されている。つまり、冷却水通路１３を挟んで隣接する２枚の板状部材１１の接合部１１ｆは、面合わせ継手となっている。このような構成によれば、冷媒口１１ｂ、１１ｃ付近の耐圧性を向上させることができる。

　図８は、冷媒によって熱交換器１の内部圧力が上昇した場合に、冷媒口１１ｂ、１１ｃ周辺で発生する応力を示している。図８は、本実施形態の熱交換器１と、比較例の熱交換器の応力解析結果を示している。図８に示す応力解析は、熱交換器１が弾性変形するものとして行った。

　比較例１、２は、冷却水通路１３を構成する２枚の板状部材１１のうち、一方の板状部材１１の接合部１１ｆをオフセットさせず、他方の板状部材１１の接合部１１ｆを一方の板状部材１１の板面までオフセットさせた構成とした。比較例１は、冷却水通路１３を構成する２枚の板状部材１１のうち、図３における上側に位置する板状部材１１の接合部１１ｆをオフセットさせず、下側に位置する板状部材１１の接合部１１ｆのみをオフセットさせた。比較例２は、冷却水通路１３を構成する２枚の板状部材１１のうち、図３における上側に位置する板状部材１１の接合部１１ｆのみをオフセットさせ、下側に位置する板状部材１１の接合部１１ｆをオフセットさせていない。

　比較例３は、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲に冷媒通路１２側に張り出す補強リブを形成し、２枚の板状部材１１の補強リブ同士を接合している。さらに、比較例３では、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲をバーリング加工し、バーリング加工された板面同士を接合したバーリング継手としている。

　図８に示すように、本実施形態での発生応力を１００とした場合、比較例１での発生応力は１７１、比較例２での発生応力は１７０、比較例３での発生応力は２２４となった。

　板状部材１１の接合部１１ｆを面合わせ継手とした構成では、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲はインナーフィン３０、４０を介して板状部材１１同士が接合されている。インナーフィン３０、４０は流体通路１２、１３に均一配置されているため、冷媒口１１ｆの周辺で発生する応力がインナーフィン３０、４０によって分散される。さらに本実施形態では、接合部１１ｆを冷却水通路１３の中央付近にオフセットさせることで、冷媒通路１２の内部圧力が上昇して冷媒側インナーフィン３０が変形した場合であっても、変形荷重の影響をできるだけ小さくすることができる。このため、本実施形態の構成によれば、発生応力を低減でき、耐圧性を向上させることができる。

　一方、比較例３のように、補強リブ同士で接合されたバーリング継手を備える構成では、継手での発生応力が大きくなっている。これは、補強リブの設定範囲にはインナーフィンを介した接合が存在しないため、補強リブに応力が集中する結果、発生応力が大きくなると考えられる。

　以上説明した本実施形態によれば、流体通路１２、１３に設けられたインナーフィン３０、４０によってＵターン流れの仕切部３２、４２を形成している。これにより、仕切部３２、４２を放熱領域として活用することができ、熱交換部１０の熱交換性能を向上させることができる。

　また、本実施形態では、仕切部３２、４２をインナーフィン３０、４０によって形成することで、ろう付け性を向上させることができる。積層型熱交換器は、複数の板状部材１１と複数のインナーフィン３０、４０を積層し、これらを圧縮した状態でろう付けが行われる。このとき、仕切部３２、４２をインナーフィン３０、４０によって形成された構成では、板状部材１１に形成されたリブ同士を接合する構成に比べて、板状部材１１の浮き上がりが生じにくく、ろう付け不良の発生を抑えることができる。また、インナーフィン３０、４０と板状部材１１を接合することで、ろう付け起点が多くなり、ろう付け性が向上する。

　また、本実施形態では、仕切部３２、４２に、内部に形成された細流路１２ａ、１３ａと、出口側冷媒口１１ｃあるいは出口側冷却水口１１ｅとを連通させる連通部３３、４３を設けている。これにより、仕切部３２、４２の内部を通過した流体を仕切部３２、４２の外部に流出させることができる。これにより、仕切部３２、４２における流体の圧力損失を低減させることができる。

　また、本実施形態では、入口側冷媒口１１ｂと出口側冷媒口１１ｃが板状部材１１の短手方向に並んで配置されており、入口側冷媒口１１ｂと出口側冷媒口１１ｃの間に仕切部３２が設けられている。これにより、入口側冷媒口１１ｂから出口側冷媒口１１ｃに冷媒が直接流れたり、あるいは入口側冷媒口１１ｂ→上流側冷媒通路１２ｂ→仕切部３２→入口側冷媒口１１ｂのような循環流れが発生することを防止でき、仕切部３２による冷媒の仕切り効果を高めることができる。冷却水通路１３の冷却水口１１ｄ、１１ｅにおいても、仕切部４２によって同様の効果を得ることができる。

　また、本実施形態では、インナーフィン３０、４０の主流部３１、４１を流体が拡散しながら流通可能なオフセットフィンとしている。これにより、流体がＵターンするＵターン部１２ｄ、１３ｄ、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲、冷却水口１１ｄ、１１ｅの周囲にインナーフィン３０、４０を配置することができ、これらの部位を熱交換領域として活用できる。この結果、インナーフィン３０、４０の放熱面積を増大させ、熱交換性能を向上させることができる。

　また、本実施形態では、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲にインナーフィン３０、４０を配置し、さらに冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲に設けられた接合部１１ｆを冷却水通路１３側にオフセットさせることで、耐圧性を向上させている。

　具体的には、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲において、インナーフィン３０、４０を介して板状部材１１を接合することで、複数の板状部材１１と複数のインナーフィン３０、４０を積層してろう付けする際に板状部材１１の浮き上がりが生じにくく、ろう付け起点が多くなることと相まって、ろう付け不良の発生を抑えることができる。また、インナーフィン３０、４０は、各板状部材１１の間に均一配置されているので、熱交換部１０の内部圧力が高くなった場合に、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲で発生する応力を分散させやすい。

　また、冷媒口１１ｂ、１１ｃの周囲に設けられた接合部１１ｆを冷却水通路１３側にオフセットさせることで、冷媒通路１２の内部圧力が高くなり、冷媒側インナーフィン３０が変形したとしても、接合部１１ｆにおける変形荷重の影響を小さくし、発生応力を低くすることができる。

　また、本実施形態では、冷媒口１１ｂ、１１ｃ周辺の耐圧性を向上させることができることから、Ｕターン流れ構造において、冷媒口流入部１８と冷媒流出部１９を板状部材１１の短手方向に並んで隣接配置することが可能となる。これにより、減圧部２２ａを冷媒流入部１８に設け、感温部２２ｂを冷媒流出部１９に設けることで、外部配管を用いることなく、減圧部２２ａと感温部２２ｂを一体化できる。

　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。

　上記実施形態では、積層型熱交換器をチラーに適用した例について説明したが、これに限らず、本開示の積層型熱交換器は、例えば冷凍サイクルの高圧冷媒と冷却水とを熱交換して冷媒を冷却させる凝縮器に適用することも可能である。

　上記実施形態では、第１流体を冷凍サイクルの冷媒とし、第２流体を冷却水としたが、第１流体および第２流体はこれらに限定されるものではない。

　上記実施形態では、インナーフィン３０、４０に形成した仕切部３２、４２を壁部３２ａ、４２ａが直線的に延びるストレートフィンとして構成したが、これに限らず、仕切部３２、４２を異なる構成としてもよい。例えば、壁部３２ａ、４２ａが蛇行するように構成してもよい。

　上記実施形態では、図２において、冷媒流出部１９が冷媒流入部１８よりも上方に配置されている例を示したが、冷媒流出部１９と冷媒流入部１８の配置関係はこれに限定されるものではない。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

1. 　第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換部（１０）を備え、
   　前記熱交換部は、複数の板状部材（１１）が互いに積層されて接合されることによって形成されており、
   　前記複数の板状部材同士の間には、前記第１流体が流れる複数の第１流体通路（１２）、および前記第２流体が流れる複数の第２流体通路（１３）が形成されており、
   　前記複数の第１流体通路および前記複数の第２流体通路は、前記複数の板状部材の積層方向に並んで配置されており、
   　前記第１流体通路および前記第２流体通路は、上流側通路（１２ｂ、１３ｂ）と下流側通路（１２ｃ、１３ｃ）とを有し、前記上流側通路を流通した前記第１流体あるいは前記第２流体がＵターンして前記下流側通路を流通可能となっており、
   　前記第１流体通路および前記第２流体通路には、隣り合う前記板状部材同士を接合し、かつ前記第１流体と前記第２流体との間での熱交換を促進させるインナーフィン（３０、４０）が配置されており、
   　前記上流側通路と前記下流側通路を仕切る仕切部（３２、４２）が前記インナーフィンによって形成されている積層型熱交換器。
2. 　前記仕切部は、断面が壁部（３２ａ、４２ａ）および頂部（３２ｂ、４２ｂ）が連続する波形状になっており、
   　前記壁部によって、前記上流側通路と前記下流側通路とが仕切られている請求項１に記載の積層型熱交換器。
3. 　前記仕切部には、前記壁部によって内部に形成される細流路（１２ａ、１３ａ）と、前記下流側通路における流体流れ方向の下流側部位とを連通させる連通部（３３、４３）が設けられている請求項１または２に記載の積層型熱交換器。
4. 　前記第１流体は冷凍サイクルの冷媒であり、
   　前記熱交換部に前記冷媒を流入させる冷媒流入部（１８）と、
   　前記熱交換部から前記冷媒を流出させる冷媒流出部（１９）と、
   　前記冷媒流出部に設けられるとともに、前記熱交換部から流出する前記冷媒の温度を感知する感温部（２２ｂ）と、前記冷媒流入部に設けられるとともに、前記感温部によって感知された温度に基づいて前記冷媒を減圧膨張させる減圧部（２２ａ）とを有する膨張弁とを備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の積層型熱交換器。
5. 　前記第１流体は冷凍サイクルの冷媒であり、
   　前記板状部材には、前記第１流体通路に前記冷媒を流入させる入口側開口部（１１ｂ）と、前記第１流体通路から前記冷媒を流出させる出口側開口部（１１ｃ）とが形成されており、
   　互いに隣接する一対の板状部材のうち、前記入口側開口部および前記出口側開口部の周囲の一対の板面は、互いに近づく方向にオフセットしているとともに、前記隣接する一対の板状部材の前記一対の板面同士が接合されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の積層型熱交換器。
6. 　前記入口側開口部および前記出口側開口部の周囲の前記板面は、前記第１流体通路に配された前記インナーフィンから離れる方向にオフセットしている請求項５に記載の積層型熱交換器。

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