JPH0674675A - 積層体熱交換器及び積層体熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 接触熱抵抗の影響による熱交換器効率の低下
がなく、かつ、製造工程の簡易化並びに製造コストの低
減が図れる積層体熱交換器及びその製造方法を提供する
こと。 【構成】 銅やアルミニウムなどの良熱伝導材からなる
薄板上に平行に複数形成されたスリット４と、このスリ
ット４の間に残存する部分で構成されるピンフィン部５
とを有し、このピンフィン部５の長手方向（図中の上下
方向）の両端側には、冷媒流路を構成するための矩形孔
６が設けられているフィン要素１を、フィン要素１の冷
媒流路を構成するための矩形孔６に相当する矩形孔７の
みが設けられているスペーサ２を介して、上記矩形孔
６，７が連続した貫通流路１２を構成するように積層し
て成る積層体熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のフィン要素等を
積層して構成される積層体熱交換器及び積層体熱交換器
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来のピンフィン放熱器を用い
て構成された熱交換器の概略を示すものである。ここで
は、複数の放熱用フィン要素を積層して成るピンフィン
放熱器１０１と冷媒流路用の配管１０２とが交互に配置
され、両者の接続部が半田等で一体に接合されることに
より熱交換器が構成されている。

【０００３】このように、従来の熱交換器においては、
拡大伝熱面を構成する放熱器と冷媒流路用の配管とを別
個に製造し、その後の工程で半田等により両者を一体に
接合して製造されるため、放熱器と配管との間に生じる
接触熱抵抗の影響により熱交換効率が低下するという大
きな問題があった。

【０００４】また、上記した接触熱抵抗の影響を極力抑
えるために、放熱器と配管との接合方法を工夫する必要
があり、熱交換器の製造工程が複雑化するとともに製造
コストも増加するという問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の熱交換器においては、接触熱抵抗の影響による熱交換
効率の低下や、製造工程の複雑化並びに製造コストの増
加等の問題があった。

【０００６】そこで、本発明では、上記問題を解決し、
接触熱抵抗の影響による熱交換器効率の低下がなく、か
つ、製造工程の簡易化並びに製造コストの低減が図れる
積層体熱交換器及び積層体熱交換器の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、熱伝導材で形成された板状部材にフィ
ン部及び開口部を設けたフィン要素を、スペーサ要素を
介して、前記開口部が連続した貫通流路を構成するよう
に複数積層して成ることを特徴とする積層体熱交換器、
前記フィン部は前記板状部材にスリットを複数形成する
ことにより構成されることを特徴とする積層体熱交換
器、及び前記フィン部は、実質的に複数のピン状フィン
から構成されることを特徴とする積層体熱交換器を提供
する。

【０００８】また、熱伝導材で形成された板状部材にフ
ィン部及び開口部を設けた第１のフィン要素及び第２の
フィン要素を、前記第１のフィン要素及び前記第２のフ
ィン要素の開口部が連続した貫通流路を構成するととも
に、双方のフィン部が互いに非接触な状態となるように
両フィン要素を交互に積層して成ることを特徴とする積
層体熱交換器、及び前記第１のフィン要素及び前記第２
のフィン要素を製造する工程と、この工程により製造さ
れた前記第１のフィン要素及び前記第２のフィン要素の
開口部が連続した貫通流路を構成するとともに、双方の
フィン部が互いに非接触な状態となるように両フィン要
素を交互に積層する工程と、この工程により積層された
前記第１のフィン要素及び前記第２のフィン要素の外面
または両者の接合部を一体的に接合して積層体を構成す
る工程と、を具備して成ることを特徴とする前記積層体
熱交換器の製造方法を提供する。

【０００９】さらに、熱伝導材で形成された板状部材に
複数の開口部を設けた第１の流路要素と、熱伝導材で形
成された板状部材に前記第１の流路要素の開口部と同数
の開口部を設けた第２の流路要素とを、前記第１の流路
要素及び前記第２の流路要素の開口部が該開口部と同数
の貫通流路を構成するとともに、前記流路内に複数の凸
部が形成されるように交互に積層して成ることを特徴と
する積層体熱交換器、及び熱伝導材で形成された板状部
材に複数の開口部を設けた前記第１の流路要素及び前記
第２の流路要素を製造する工程と、この工程により製造
された前記第１の流路要素及び前記第２の流路要素の開
口部が該開口部と同数の貫通流路を構成するとともに、
前記流路内に複数の凸部が形成されるように両流路要素
を交互に積層する工程と、この工程により積層された前
記第１の流路要素及び前記第２の流路要素の外面または
両者の接合部を一体的に接合して積層体を構成する工程
と、を具備して成ることを特徴とする前記積層体熱交換
器の製造方法を提供する。

【００１０】

【作用】本発明に係る積層体熱交換器を構成するフィン
要素は、板状部材にフィン部及び開口部を打ち抜き加工
やエッチング加工により形成したものであり、いかなる
サイズ、パターンのものでも容易に製作が可能である。
このため、熱交換器を構成するフィン部の製造工程を極
めて簡略化できるとともに、フィン部の大きさ並びに形
状を自由に設定することができる。また、上記フィン要
素をスペーサ等により所定の間隔を隔てて積層する際の
積層パターンは、熱交換器全体の構成を考えて、種々変
形が可能である。

【００１１】上記したフィン要素等を積層することによ
り構成される積層体熱交換器においては、そのフィン部
及び冷媒流路が単一部材から一体成形されているため、
両者間の接合部が存在せず、従来より問題となっていた
熱交換器のフィン部と冷媒流路との接合部における接触
熱抵抗の影響による熱交換効率の低下を排除することが
可能となる。また、積層体熱交換器のフィン部をピンフ
ィン構造にすることができるため、フィン前縁効果の有
効な発揮により、伝熱特性を一段と向上させることがで
きる。さらに、並流型、向流型あるいは直交流型の各流
路形式を有する熱交換器を、それぞれの用途に応じて構
築することも可能である。

【００１２】フィン部の形状が異なる２種類のフィン要
素をスペーサ等を介さずに交互に積層することにより構
成される積層体熱交換器及びその製造方法によれば、積
層体熱交換器の製造工程を一層簡易化することができる
とともに、製造コストの低減を図ることが可能となる。

【００１３】複数の開口部を有する少なくとも２種類の
流路要素を交互に積層することにより構成される積層体
熱交換器及びその製造方法によれば、積層体熱交換器の
製造工程を一層簡易化することができ、製造コストの低
減を図ることが可能となるとともに、積層体熱交換器の
貫通流路内部に形成される伝熱フィンに相当する複数の
凸部により、両流路間での熱交換効率を向上させること
が可能となる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例について、図面を参照しつつ
詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明に係る積層体熱交換器を構
成するフィン要素等の概略を示したものである。ここ
で、図１（ａ）はフィン要素１、（ｂ）はスペーサ２、
（ｃ）は蓋部３をそれぞれ示している。

【００１６】フィン要素１は、銅やアルミニウムなどの
良熱伝導材からなる薄板上に平行に複数形成されたスリ
ット４と、このスリット４の間に残存する部分で構成さ
れるピンフィン部５とを有する。また、このピンフィン
部５の長手方向（図中の上下方向）の両端側には、冷媒
流路を構成するための矩形孔６が設けられている。

【００１７】スペーサ２も銅やアルミニウムなどの良熱
伝導材からなる薄板から構成され、上記したフィン要素
１の冷媒流路を構成するための矩形孔６に相当する矩形
孔７のみが設けられている。

【００１８】上記したスリット５及び矩形孔６，７は、
打ち抜き加工やエッチング加工により薄板上に形成され
るので、いかなるサイズ、パターンのものでも容易に製
作が可能である。このため、熱交換器を構成するフィン
部の製造工程を極めて簡略化できるとともに、フィン部
の大きさ並びに形状を自由に設定することができる。な
お、図中の円で囲んだ部分８，９及び蓋部３の詳細につ
いては後述する図４において説明する。

【００１９】図２は、上記したフィン要素１をスペーサ
２を介して積層する際の概略を示したものである。図２
（ａ）に示すように、フィン要素１の間にスペーサ２を
挟むようなかたちで、フィン要素１とスペーサ２を交互
に積層してゆく。その際、フィン要素１の矩形孔６とス
ペーサ２の矩形孔７とが一致するようにし、所定の枚数
が積層されたのち上記矩形孔６，７が連続した貫通流路
を構成するようにする。

【００２０】積層されたフィン要素１及びスペーサ２
は、その周面もしくは両者の接触部で接合され、積層体
熱交換器を構成する。これらの接合は、圧着や拡散接合
や半田付けまたは銀ロウ付けあるいは接着剤等により容
易に達成できる。なお、周面接合の場合には、レーザや
電子ビーム等を用いた溶融接合を行うことができる。

【００２１】また、図２（ｂ）に示すように、スペーサ
２のかわりにピンフィン部５が重ならないようにスライ
ドさせたかたちでフィン要素１どうしを直接積層しても
良い。このように積層することにより、２段のピンフィ
ン部５を有する積層体熱交換器を構成することができ
る。このようにフィン要素１並びにスペーサ２の積層パ
ターンは、熱交換器全体の構成を考えて、種々変形が可
能である。

【００２２】図３は、上記したような方法によりフィン
要素１及びスペーサ２を積層することにより構成され
た、本発明に係る積層体熱交換器の第１実施例を示した
ものである。図に示すように、本実施例に係る積層体熱
交換器１０は、ピンフィン構造を有するフィン部１１及
び冷媒流路１２から構成される。本実施例では、フィン
要素１等の積層方向と平行に冷媒流路１２が設けられる
ことになる。

【００２３】ここで、フィン部１１と冷媒流路１２と
は、単一部材から一体成形されているため、両者間に接
合部は存在しない。このため、従来より問題となってい
たフィン部１１と冷媒流路１２との接合部における接触
熱抵抗の影響による熱交換効率の低下を排除することが
可能となる。

【００２４】また、積層体熱交換器１０のフィン部１１
をピンフィン構造にすることができるため、フィン前縁
効果の有効な発揮により、伝熱特性を一段と向上させる
ことができる。

【００２５】さらに、冷媒流路１２内における冷媒の流
れ方向（図中の黒矢印１３の方向）に対して、フィン部
１１を流れる流体の流れ方向を、図中の白矢印１４，１
５，１６のいずれかに設定することにより、並流型、向
流型あるいは直交流型の各流路形式を有する熱交換器
を、それぞれの用途に応じて構築することも可能であ
る。

【００２６】図４は、本発明に係る積層体熱交換器の第
１実施例の変形例を示したものである。本変形例は、図
３に示したものと同様に、上記したフィン要素１とスペ
ーサ２を交互に積層したのち、図３においては冷却流路
１２の出入口を構成している部分を、図１（ｃ）に示し
た蓋部３により封止するとともに、図１（ａ），（ｂ）
においてフィン要素１及びスペーサ２の円で囲んだ部分
８，９を除去することにより、フィン要素１等の積層方
向と直行する方向に冷却流路１７を形成した構成を有す
る。

【００２７】本変形例においても、図３に示した実施例
の場合と同様に、冷媒流路１２内における冷媒の流れ方
向（図中の黒矢印１３の方向）に対して、フィン部１１
を流れる流体の流れ方向を、図中の白矢印１４，１５，
１６のいずれかに設定することにより、並流型、向流型
あるいは直交流型の各流路形式を有する熱交換器を、そ
れぞれの用途に応じて構築することも可能である。

【００２８】図５は、本発明の実施例に係る積層体熱交
換器を構成するフィン要素の他のパターン、及びそれを
用いて積層体熱交換器を構成する際のフィン要素の積層
方法を示したものである。

【００２９】図５（ａ）に示すように、フィン要素２１
は、図１に示したフィン要素１と同様に、銅やアルミニ
ウムなどの良熱伝導材からなる薄板上に平行に複数形成
されたスリット２２と、このスリット２２の間に残存す
る部分で構成されるピンフィン部２３とを有する。ここ
で、フィン要素２１のパターンは、図１（ａ）に示した
フィン要素１において、スリット４を構成している部分
とピンフィン部５を構成している部分とを相互逆に配置
した形状を有する。また、このピンフィン部２３の長手
方向の両端部には、冷媒流路を構成するための矩形孔２
４が設けられている。

【００３０】ここで、フィン要素２１におけるピンフィ
ン部２３の幅がフィン要素１のスリット４の幅よりも小
さくなるように両フィン要素１，２１の形状を設定した
場合、図５（ｂ）に示すように、フィン要素２１とフィ
ン要素１とをスペーサ等を介さずに積層することにより
構成される積層体熱交換器においても、フィン部の流路
を確保することができる。これにより、上記積層方法に
よれば、２種類のフィン要素を交互に積層するだけで熱
交換器を構成することができ、その製造工程を一層簡易
化することができるとともに、製造コストの低減を図る
ことが可能となる。

【００３１】なお、フィン要素を積層して積層体熱交換
器を構成する際の接合方法、並びに積層体熱交換器全体
の構成に関しては、上記した図２乃至図４の場合と同様
である。

【００３２】以上説明したような積層体熱交換器におい
ては、フィン要素のパターンを適宜変形させることによ
り、フィン部の形状並びに配列パターンを、その用途に
応じて種々変更することが可能である。例えば、積層体
熱交換器２５のフィン部２６を構成するピンフィンの配
列パターンが、図６（ａ）に示す千鳥配列もしくは図６
（ｂ）に示すような階段状配列となるようにフィン要素
を積層することにより、流体の流れ方向に関して下流側
に位置するピンフィンにも流体が衝突するようにして積
層体熱交換器２５の伝熱特性をさらに向上させることも
可能である。図７は、本発明に係る積層体熱交換器の第
２実施例を示したものであり、図７（ａ）はその正面
図、図７（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図をそれぞれ表してい
る。

【００３３】本実施例においては、ふたつの貫通流路を
構成するための矩形孔２８，２９を有する２種類の流路
要素３０，３１を交互に積層することにより積層体熱交
換器２７を構成する。ここで、流路要素３０，３１に設
けられる矩形孔２８，２９は、それぞれ同一形状のもの
であり、図７（ａ）の実線部及び一部破線部で示される
ように、互いに図中の上下方向にシフトした位置に設け
られている。このような流路要素３０，３１を交互に積
層することにより、図７（ｂ）に示すような断面形状を
有する貫通流路３２，３３が形成され、この両貫通流路
内を流動する流体間で熱交換が行われる。図に示すよう
に、貫通流路３２，３３の内部には、伝熱フィンに相当
する複数の凸部３４が構成され、これにより、両貫通流
路間での熱交換効率を向上させることが可能となる。な
お、流路要素３０，３１を積層して熱交換器を構成する
際の接合方法、並びに貫通流路内を流動する流体の流れ
方向等は、上記した図２乃至図４に示した場合と同様で
ある。

【００３４】図８は、図７に示した本発明に係る積層体
熱交換器の第２実施例の変形例を示したものである。な
お、図７で示した部分と同一部分または同一機能を有す
る部分に関しては、同一番号を付すことにより重複説明
を省略することとする。

【００３５】本変形例は、ふたつの貫通流路を構成する
ための矩形孔２８，２９の形状を流路要素３０，３１で
それぞれ変えることにより、図７に示した場合と同様の
効果を得ようとしたものである。

【００３６】以上説明した本発明に係る積層体熱交換器
の第２実施例においても、流路要素３０，３１上に設け
られる矩形孔２８，２９は、打ち抜き加工やエッチング
加工により薄板上に形成されるので、いかなるサイズ、
パターンのものでも容易に製作が可能である。また、ふ
たつの貫通流路３２，３３の間に接触部が存在しないこ
とから、接触熱抵抗の影響による熱交換効率の低下を防
止した熱交換器を構築することができる。さらに、本実
施例では、少なくとも２種類の流路要素を交互に積層す
るだけで熱交換器を構成できるため、その製造工程を一
層簡易化することができるとともに、製造コストの低減
を図ることが可能となる。なお、本実施例においては、
ふたつの貫通流路を構成するような積層体熱交換器につ
いて説明したが、本発明はこの場合に限られず、複数の
貫通流路が構成されるように複数の開口部が設けられた
流路要素を積層して成る積層体熱交換器にも適用が可能
である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱交換器を構成するフィン部の製造工程を極めて簡略化
できるとともに、フィン部の大きさ並びに形状を自由に
設定することができ、また、フィン要素を積層する際の
積層パターンを、熱交換器全体の構成を考えて、種々変
形が可能である積層体熱交換器及びその製造方法を提供
することができる。

【００３８】また、フィン部と冷媒流路あるいは複数の
貫通流路が互いに単一部材から一体成形されることによ
り、従来より問題となっていた接触熱抵抗の影響による
熱交換器効率の低下を排除することが可能な積層体熱交
換器を提供することができる。

【００３９】さらに、少なくとも２種類のフィン要素を
スペーサ等を介さずに交互に積層するだけで積層体熱交
換を構成できる製造方法の提供により、製造工程を一層
簡易化することができるとともに、製造コストの低減を
図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層体熱交換器を構成するフィン
要素、スペーサ、及び蓋部の概略を示した図。

【図２】フィン要素をスペーサを介して積層する際の概
略図。

【図３】本発明に係る積層体熱交換器の第１実施例を示
す図。

【図４】本発明に係る積層体熱交換器の第１実施例の変
形例を示す図。

【図５】本発明に係る積層体熱交換器を構成するフィン
要素の他のパターン、及びそれを用いて積層体熱交換器
を構成する際のフィン要素の積層方法を示した図。

【図６】本発明の実施例に係る積層体熱交換器のフィン
部を構成するピンフィンの配列パターンを示す図。

【図７】本発明に係る積層体熱交換器の第２実施例を示
す図。

【図８】本発明に係る積層体熱交換器の第２実施例の変
形例を示す図。

【図９】従来の熱交換器の概略を示す図。

【符号の説明】

１，２１ フィン要素 ２ スペーサ ３ 蓋部 ４，２２ スリット ５，２３ ピンフィン部 ６，７，２４，２８，２９ 矩形孔 １０，２７ 積層体熱交換器 １１，１８ フィン部 １２，１７ 冷媒流路 ３０，３１ 流路要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 富也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 岩崎 秀夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 川野 浩一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導材で形成された板状部材にフィン
   部及び開口部を設けたフィン要素を、スペーサ要素を介
   して、前記開口部が連続した貫通流路を構成するように
   複数積層して成ることを特徴とする積層体熱交換器。
2. 【請求項２】 前記フィン部は前記板状部材にスリット
   を複数形成することにより構成されることを特徴とする
   請求項１記載の積層体熱交換器。
3. 【請求項３】 前記フィン部は、実質的に複数のピン状
   フィンから構成されることを特徴とする請求項１記載の
   積層体熱交換器。
4. 【請求項４】 熱伝導材で形成された板状部材にフィン
   部及び開口部を設けた第１のフィン要素及び第２のフィ
   ン要素を、前記第１のフィン要素及び前記第２のフィン
   要素の開口部が連続した貫通流路を構成するとともに、
   双方のフィン部が互いに非接触な状態となるように両フ
   ィン要素を交互に積層して成ることを特徴とする積層体
   熱交換器。
5. 【請求項５】 前記第１のフィン要素及び前記第２のフ
   ィン要素を製造する工程と、この工程により製造された
   前記第１のフィン要素及び前記第２のフィン要素の開口
   部が連続した貫通流路を構成するとともに、双方のフィ
   ン部が互いに非接触な状態となるように両フィン要素を
   交互に積層する工程と、この工程により積層された前記
   第１のフィン要素及び前記第２のフィン要素の外面また
   は両者の接合部を一体的に接合して積層体を構成する工
   程と、を具備して成ることを特徴とする積層体熱交換器
   の製造方法。
6. 【請求項６】 熱伝導材で形成された板状部材に複数の
   開口部を設けた第１の流路要素と、熱伝導材で形成され
   た板状部材に前記第１の流路要素の開口部と同数の開口
   部を設けた第２の流路要素とを、前記第１の流路要素及
   び前記第２の流路要素の開口部が該開口部と同数の貫通
   流路を構成するとともに、前記貫通流路内に複数の凸部
   が形成されるように交互に積層して成ることを特徴とす
   る積層体熱交換器。
7. 【請求項７】 熱伝導材で形成された板状部材に複数の
   開口部を設けた前記第１の流路要素及び前記第２の流路
   要素を製造する工程と、この工程により製造された前記
   第１の流路要素及び前記第２の流路要素の開口部が該開
   口部と同数の貫通流路を構成するとともに、前記流路内
   に複数の凸部が形成されるように両流路要素を交互に積
   層する工程と、この工程により積層された前記第１の流
   路要素及び前記第２の流路要素の外面または両者の接合
   部を一体的に接合して積層体を構成する工程と、を具備
   して成ることを特徴とする積層体熱交換器の製造方法。