JP2007218442A

JP2007218442A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2007218442A
Application number: JP2006036141A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Minami; 和彦南; Hironaka Sasaki; 広仲佐々木; Shigeji Ichiyanagi; 茂治一柳
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: JP4764738B2

Abstract

【課題】ヘッダタンクの十分な耐圧性を確保しつつ軽量化を図りうる熱交換器を提供する。
【解決手段】ガスクーラのヘッダタンク２の外側プレートに、内部が第１冷媒流通部11a,11bとなった外方膨出部10A,10Bを形成する。中間プレート９に、内側プレート８の各管挿入穴を外側プレートの第１冷媒流通部11a,11bに通じさせる連通穴22を形成する。連通穴22の後端部を、中間プレート９に形成された連通部23により連通させる。連通部23と連通穴22の後端部とによって、中間プレート９に第２冷媒流通部9a,9bを形成する。３つのプレート8,9における外方膨出部11A,11Bと対応する部分によりヘッダ部10A,10Bを形成する。各ヘッダ部10A,10Bにおいて、第２冷媒流通部9a,9bを、第１冷媒流通部11a,11bと重複しないように通風方向上流側にずらす。
【選択図】図５

Description

この発明は、熱交換器に関し、さらに詳しくは、たとえばＣＯ_２（二酸化炭素）などの超臨界冷媒が用いられ、かつカーエアコンとして車両に搭載される超臨界冷凍サイクルのガスクーラに好適に使用される熱交換器に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、「超臨界冷凍サイクル」とは、高圧側において、冷媒が臨界圧力を超えた超臨界状態となる冷凍サイクルを意味するものとし、「超臨界冷媒」とは、超臨界冷凍サイクルに用いられる冷媒を意味するものとする。

たとえば車両のカーエアコンに適用される超臨界冷凍サイクルのガスクーラに用いられる熱交換器として、互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両ヘッダタンクに接続された扁平状熱交換管と、隣接する熱交換管間の通風間隙に配置されかつ熱交換管にろう付されたフィンとを備えており、各ヘッダタンクが、外側プレートと、内側プレートと、これら両プレート間に介在させられた中間プレートとが互いに積層されてろう付されることにより構成され、第１ヘッダタンクの外側プレートに、中間プレートにより開口が閉鎖された２つの外方膨出部がその長さ方向に並んで形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外側プレートに、中間プレートにより開口が閉鎖された１つの外方膨出部が第１ヘッダタンクの２つの外方膨出部に跨るように形成され、両ヘッダタンクの外側プレートの外方膨出部内が第１冷媒流通部となされ、内側プレートにおける外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、熱交換管の両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、中間プレートに、内側プレートの各管挿入穴を外側プレートの第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、当該連通穴が、中間プレートにおける隣り合う連通穴どうしの間に形成された連通部により連通させられ、これらの連通部と、連通部により連通させられた連通穴における連通部に対応する部分とによって、中間プレートに、外側プレートの第１冷媒流通部に通じかつ冷媒がヘッダタンクの長さ方向に流れる第２冷媒流通部が形成されており、各ヘッダタンクを構成する３つのプレートにおける外方膨出部と対応する部分によりヘッダ部が形成され、外側プレートの第１冷媒流通部と中間プレートの第２冷媒流通部とによりヘッダ部の内部冷媒流通空間が形成されており、第１ヘッダタンクの一方のヘッダ部が冷媒入口を有する入口ヘッダ部となっているとともに、他方のヘッダ部が冷媒出口を有する出口ヘッダ部となっている熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

超臨界冷凍サイクルにおいては、圧縮機で圧縮された冷媒は高温高圧になるため、超臨界冷凍サイクルに用いられる熱交換器においては、そのヘッダタンクの耐圧性が求められている。

そこで、特許文献１記載の熱交換器によれば、ヘッダタンクの耐圧性を向上させるために、外側プレートを比較的肉厚の大きいアルミニウム板にプレス加工を施すことにより形成している。しかしながら、この場合、熱交換器の重量が大きくなるという問題がある。
特開２００５−３００１３５号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、ヘッダタンクの十分な耐圧性を確保しつつ軽量化を図りうる熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)互いに間隔をおいて配置されかつ少なくとも１つのヘッダ部を有する１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に並列状に配置されかつ両端部がそれぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の熱交換管とを備えており、各ヘッダタンクが、外側プレートと、内側プレートと、これら両プレート間に介在させられた中間プレートとが互いに積層されてろう付されることにより構成され、外側プレートに、ヘッダタンクの長さ方向にのびかつ中間プレートにより開口が閉鎖された少なくとも１つの外方膨出部が形成されるとともに、外方膨出部内が第１冷媒流通部となされ、内側プレートにおける外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、熱交換管の両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、中間プレートに、内側プレートの各管挿入穴を外側プレートの第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、当該連通穴が、中間プレートにおける隣り合う連通穴どうしの間に形成された連通部により連通させられ、これらの連通部と、連通部により連通させられた連通穴における連通部に対応する部分とによって、中間プレートに、外側プレートの第１冷媒流通部に通じかつ冷媒がヘッダタンクの長さ方向に流れる第２冷媒流通部が形成されており、各ヘッダタンクを構成する３つのプレートにおける外方膨出部と対応する部分によりヘッダ部が形成され、外側プレートの第１冷媒流通部と中間プレートの第２冷媒流通部とによりヘッダ部の内部冷媒流通空間が形成されている熱交換器であって、
少なくとも１つのヘッダ部において、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部全体のうち少なくとも一部分が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向にずれている熱交換器。

2)少なくとも１つのヘッダ部において、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部全体が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向にずれている上記1)記載の熱交換器。

3)少なくとも１つのヘッダ部において、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部全体のうち少なくとも一部分が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向上流側にずれている上記1)または2)記載の熱交換器。

4)中間プレートの第２冷媒流通部の横断面積が、各熱交換管の横断面における総通路断面積の２〜４０倍である上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

5)第１のヘッダタンクに、ヘッダタンクの長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられるとともに、第１ヘッダタンクの一端部のヘッダ部が冷媒入口を有する入口ヘッダ部となっており、入口ヘッダ部を構成する外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向上流側にずれている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

6)第２のヘッダタンクに、熱交換管を通って入口ヘッダ部から冷媒が流入する流入部を有するヘッダ部が設けられており、第２ヘッダタンクのヘッダ部を構成する外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部のうち流入部に存在する部分が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向上流側にずれている上記5)記載の熱交換器。

7)第２ヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダ部の数よりも１つ少ないヘッダ部が、第１ヘッダタンクの隣り合う２つのヘッダ部に跨るように設けられ、第１ヘッダタンクにおける入口ヘッダ部とは他端側のヘッダ部が冷媒出口を有する出口ヘッダ部となされている上記5)または6)記載の熱交換器。

8)第１ヘッダタンクのヘッダ部の数が２であり、第２ヘッダタンクのヘッダ部の数が１である上記7)記載の熱交換器。

9)第１ヘッダタンクを構成する中間プレートの外形、連通穴および連通部が、中間プレートの中心点に関して点対称となっている上記8)記載の熱交換器。

10)第２ヘッダタンクを構成する中間プレートの外形、連通穴および連通部が、中間プレートの中心点に関して点対称となっている上記8)または9)記載の熱交換器。

11)圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えており、かつ超臨界冷媒を用いる冷凍サイクルであって、ガスクーラが上記1)〜10)のうちのいずれかに記載の熱交換器からなる超臨界冷凍サイクル。

12)超臨界冷媒が二酸化炭素からなる請求項１１記載の超臨界冷凍サイクル。

13)上記11)または12)記載の超臨界冷凍サイクルがカーエアコンとして搭載されている車両。

上記1)および2)の熱交換器によれば、少なくとも１つのヘッダ部において、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部全体のうち少なくとも一部分が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向にずれているので、両冷媒流通部がずれている部分においては、ヘッダ部の内部冷媒流通空間が２つに分割されることになる。したがって、ヘッダタンクにおける外側プレートの第１冷媒流通部と中間プレートの第２冷媒流通部とがずれている部分においては、外側プレートおよび中間プレートに発生する応力集中が緩和され、破壊圧力が向上する。その結果、ヘッダタンクの耐圧性および疲労耐久性が向上する。また、ヘッダタンクの耐圧性が向上するので、外側プレートの肉厚を、特許文献１記載の熱交換器に比べて薄くすることが可能になり、熱交換器全体の軽量化を図ることができる。

しかも、ヘッダ部の内部冷媒流通空間の総通路断面積は、外側プレートの第１冷媒流通部と中間プレートの第２冷媒流通部がずれていない場合と同じであるから、冷媒が流れる際の圧力損失の増大を抑制することができる。

上記3)の熱交換器によれば、中間プレートの第２冷媒流通部における外側プレートの第１冷媒流通部に対してずれている部分を流れる冷媒には、より低温の空気があたることになり、熱交換効率が向上する。したがって、熱交換器全体の熱交換性能が優れたものになる。

上記4)の熱交換器によれば、圧力損失の増大を抑制して熱交換器の性能低下を抑制しうるとともに、重量増を防止することができる。

上記5)〜7)の熱交換器によれば、熱交換性能が著しく向上する。すなわち、たとえば超臨界冷凍サイクルのガスクーラの場合、入口ヘッダ部に流入する超臨界冷媒の温度はかなり高温になっている。この場合、上記5)の熱交換器のように、入口ヘッダ部を構成する外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向上流側にずれていると、高温の冷媒を、熱交換コア部に流れ込んだ直後の低温の空気により冷却することができ、冷却効率が向上する。したがって、熱交換器の熱交換性能が向上する。

上記9)の熱交換器によれば、熱交換器の製造の際に、第１ヘッダタンクを構成する中間プレートを、その中心点の周りに１８０度回転させた逆向きの状態で配置したとしても、中間プレートは元の形状と同じ形状となる。したがって、製造された熱交換器の性能の低下を防止することができる。

上記10)の熱交換器によれば、熱交換器の製造の際に、第２ヘッダタンクを構成する中間プレートを、その中心点の周りに１８０度回転させた逆向きの状態で配置したとしても、中間プレートは元の形状と全く同じ形状となる。したがって、製造された熱交換器の性能の低下を防止することができる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による熱交換器を超臨界冷凍サイクルのガスクーラに適用したものである。

なお、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、以下の説明において、通風方向下流側（図１に矢印Ｘで示す方向）を前、これと反対側を後といい、図１および図２の上下、左右を上下、左右というものとする。

図１および図２はこの発明による熱交換器を適用したガスクーラの全体構成を示し、図３〜図８はその要部の構成を示し、図９はガスクーラにおける冷媒の流れを示す。

図１において、超臨界冷媒、たとえばＣＯ_２を使用する超臨界冷凍サイクルのガスクーラ(1)は、左右方向に間隔をおいて配置されかつ上下方向にのびる２つのヘッダタンク(2)(3)と、両ヘッダタンク(2)(3)間に、上下方向に間隔をおいて並列状に配置された複数の扁平状熱交換管(4)と、隣接する熱交換管(4)どうしの間の通風間隙、および上下両端の熱交換管(4)の外側に配置されて熱交換管(4)にろう付されたコルゲートフィン(5)と、上下両端のコルゲートフィン(5)の外側にそれぞれ配置されてコルゲートフィン(5)にろう付されたアルミニウム製サイドプレート(6)とを備えている。なお、この実施形態において、右側のヘッダタンク(2)を第１ヘッダタンク、左側のヘッダタンク(3)を第２ヘッダタンクというものとする。

図２〜図５および図７に示すように、第１ヘッダタンク(2)は、両面にろう材層を有するブレージングシート、ここではアルミニウムブレージングシートから形成された外側プレート(7)と、両面にろう材層を有するブレージングシート、ここではアルミニウムブレージングシートから形成された内側プレート(8)と、金属ベア材、ここではアルミニウムベア材からなりかつ外側プレート(7)と内側プレート(8)との間に介在させられた中間プレート(9)とが、積層されて互いにろう付されることにより構成されており、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)が上下に並んで設けられている。

外側プレート(7)に、上下方向にのび、かつ膨出高さ、長さおよび幅の等しい複数、ここでは２つのドーム状外方膨出部(11A)(11B)が上下方向に間隔をおいて形成されている。外側プレート(7)における各外方膨出部(11A)(11B)の左側を向いた開口の周縁部は中間プレート(9)にろう付され、各外方膨出部(11A)(11B)の左側を向いた開口は中間プレート(9)により塞がれている。その結果、各外方膨出部(11A)(11B)内は上下両端が閉鎖され、かつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(11a)(11b)（外側プレートの第１冷媒流通部）となっている。

外側プレート(7)の上側外方膨出部(11A)の頂部の上端部に冷媒入口(12)が形成されており、外方膨出部(11A)外面に、冷媒入口(12)に通じる冷媒流入路(14)を有する金属製、ここではアルミニウムベア材製入口部材(13)が、外側プレート(7)の外面のろう材を利用してろう付されている。また、下側外方膨出部(11B)の頂部の下端部に冷媒出口(15)が形成されており、外方膨出部(11B)外面に、冷媒出口(15)に通じる冷媒流出路(17)を有する金属製、ここではアルミニウムベア材製出口部材(16)が、外側プレート(7)の外面のろう材を利用してろう付されている。外側プレート(7)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートにプレス加工を施することにより形成されている。

内側プレート(8)に、前後方向に長い複数の貫通状管挿入穴(18)が、上下方向に間隔をおいて形成されている。上半部の複数の管挿入穴(18)は、外側プレート(7)の上側外方膨出部(11A)の上下方向の範囲内に形成され、同じく下半部の複数の管挿入穴(18)は、外側プレート(7)の下側外方膨出部(11B)の上下方向の範囲内に形成されている。また、管挿入穴(18)の前後方向の長さは、各外方膨出部(11A)(11B)の前後方向の幅よりも若干長く、管挿入穴(18)の前後両端部は外方膨出部(11A)(11B)の前後両側縁よりも外方に突出している。また、内側プレート(8)の前後両側縁部に、それぞれ右方に突出して先端が外側プレート(7)の外面まで至り、かつ外側プレート(7)と中間プレート(9)との境界部分を全長にわたって覆う被覆壁(19)が一体に形成され、外側プレート(7)および中間プレート(9)の前後両側面にろう付されている。各被覆壁(19)の突出端に、外側プレート(7)の外面に係合する複数の係合部(21)が、上下方向に間隔をおいて一体に形成され、外側プレート(7)にろう付されている。なお、係合部(21)は、３枚のプレート(7)(8)(9)を重ねる前には、図７に鎖線で示すように、折り曲げられておらず、被覆壁(19)に真っ直ぐに連なっている。内側プレート(8)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートにプレス加工を施すことにより形成されている。

中間プレート(9)に、内側プレート(8)の管挿入穴(18)を外側プレート(7)の冷媒流通部(11a)(11b)に通じさせる貫通状連通穴(22)が、管挿入穴(18)と同じ数だけ形成されている。各連通穴(22)は、内側プレート(8)の各管挿入穴(18)と対応する位置に形成されており、連通穴(22)は管挿入穴(18)よりも一回り大きくなっている。そして、内側プレート(8)の上半部の複数の管挿入穴(18)は、中間プレート(9)の上半部の複数の連通穴(22)を介して、外側プレート(7)の上側外方膨出部(11A)内の冷媒流通部(11a)に通じさせられ、同じく下半部の複数の管挿入穴(18)は、中間プレート(9)の下半部の複数の連通穴(22)を介して、外側プレート(7)の下側外方膨出部(11B)内の冷媒流通部(11b)に通じさせられている。外側プレート(7)の上側冷媒流通部(11a)に通じるすべての連通穴(22)、および下側冷媒流通部(11b)に通じるすべての連通穴(22)は、それぞれ中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の後端部を切除することにより形成された連通部(23)により連通させられている。その結果、外側プレート(7)の各冷媒流通部(11a)(11b)に臨む連通穴(22)を連通させる連通部(23)、および連通穴(22)の後端部（連通穴(22)における連通部(23)に対応する部分）によって、中間プレート(9)に、外側プレート(7)の各冷媒流通部(11a)(11b)に通じかつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(9a)(9b)（中間プレートの第２冷媒流通部）が形成されている。なお、外側プレート(7)の冷媒流通部(11a)(11b)と、中間プレート(9)の冷媒流通部(9a)(9b)とは、連通穴(22)を介して通じさせられている。第１ヘッダタンク(2)の横断面において、中間プレート(9)の各冷媒流通部(9a)(9b)は、外側プレート(7)の各冷媒流通部(11a)(11b)と重複することがないように、その全体が外側プレート(7)の冷媒流通部(11a)(11b)に対して通風方向上流側（後側）にずれている。

そして、第１ヘッダタンク(2)を構成する３つのプレート(7)(8)(9)における両外方膨出部(11A)(11B)と対応する部分により、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)が形成されており、外側プレート(7)の両冷媒流通部(11a)(11b)と、中間プレート(9)の両冷媒流通部(9a)(9b)とによって、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)の内部冷媒流通空間が形成されている。

図２、図６および図８に示すように、第２ヘッダタンク(3)は、第１ヘッダタンク(2)とほぼ同様な構成であり、同一物および同一部分に同一符号を付す。両ヘッダタンク(2)(3)は、内側プレート(8)どうしが対向するように配置されている。

第２ヘッダタンク(3)の外側プレート(7)に、第１ヘッダタンク(2)の外方膨出部(11A)(11B)の数よりも１つ少ない数、ここでは１つのドーム状外方膨出部(24)が、第１ヘッダタンク(2)の両外方膨出部(11A)(11B)にまたがるように外側プレート(7)の上端部から下端部にかけて形成されている。外側プレート(7)における外方膨出部(24)の右側を向いた開口の周縁部は中間プレート(9)にろう付され、外方膨出部(24)の右側を向いた開口は中間プレート(9)により塞がれている。その結果、外方膨出部(24)内は上下両端が閉鎖され、かつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(24a)（外側プレートの第１冷媒流通部）となっている。外方膨出部(24)に冷媒入口および冷媒出口が形成されていない。

第２ヘッダタンク(3)の内側プレート(8)のすべての管挿入穴(18)は、外側プレート(7)の外方膨出部(24)の上下方向の範囲内に形成されており、内側プレート(8)のすべての管挿入穴(18)は、中間プレート(9)のすべての連通穴(22)を介して、外側プレート(7)の外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)に通じさせられている。中間プレート(9)のすべての連通穴(22)は、中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の後端部を切除することにより形成された連通部(23)により連通させられている。その結果、連通部(23)、および連通穴(22)の後端部（連通穴(22)における連通部(23)に対応する部分）によって、中間プレート(9)に、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)に通じかつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(9c)（中間プレートの第２冷媒流通部）が形成されている。なお、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と、中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)とは、連通穴(22)を介して通じさせられている。第２ヘッダタンク(3)の横断面において、中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)は、その全体が外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と重複することがないように、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)に対して通風方向上流側（後側）にずれている。

そして、第２ヘッダタンク(3)を構成する３つのプレート(7)(8)(9)における外方膨出部(24)と対応する部分により、第１ヘッダタンク(2)の２つのヘッダ部(10A)(10B)よりも１つ少ない数、ここでは１つの中間ヘッダ部(20)が、第１ヘッダタンク(2)の両ヘッダ部(10A)(10B)に跨るように設けられており、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と、中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)とによって、中間ヘッダ部(20)の内部冷媒流通空間が形成されている。

熱交換管(4)は、金属、ここではアルミニウム製押出形材からなり、前後方向に幅広の扁平状で、その内部に長さ方向にのびる複数の冷媒通路(4a)が並列状に形成されている。ここで、両ヘッダタンク(2)(3)における中間プレート(9)の冷媒流通部(9a)(9b)(9c)の横断面積が、各熱交換管(4)の横断面における総通路断面積の２〜４０倍であることが好ましい。中間プレート(9)の冷媒流通部(9a)(9b)(9c)の横断面積が各熱交換管(4)の横断面における総通路断面積の２倍未満であると、圧力損失が増大してガスクーラ(1)の性能が低下するおそれがあり、４０倍を超えると、冷媒流通部(9a)(9b)(9c)内の圧力が増大し、外側プレート(7)の肉厚を大きくしなければ破壊圧力を向上させることができず、重量が大きくなるおそれがある。

熱交換管(4)の両端部は、それぞれ両ヘッダタンク(2)(3)の管挿入穴(18)に挿入された状態で、内側プレート(8)のろう材層を利用して内側プレート(8)にろう付されている。なお、熱交換管(4)の両端は中間プレート(9)の厚さ方向の中間部まで連通穴(22)内に入り込んでいる。すべての熱交換管(4)は、右端部が第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)の内部冷媒流通空間に通じるとともに左端部が第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の内部冷媒流通空間の上半部に通じる複数の熱交換管(4)からなる熱交換管群と、右端部が第１ヘッダタンク(2)の出口ヘッダ部(10B)の内部冷媒流通空間に通じるとともに左端部が第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の内部冷媒流通空間の下半部に通じる複数の熱交換管(4)からなる熱交換管群とに分けられることにより、第１および第２の２つのパス(P1)(P2)に区分されており、各パス(P1)(P2)を構成する全ての熱交換管(4)における冷媒の流れ方向が同一となっているとともに、２つのパス(P1)(P2)の熱交換管(4)における冷媒の流れ方向が異なっている。したがって、第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)は、第１パス(P1)の熱交換管(4)を通って入口ヘッダ部(10A)から冷媒が流入する流入部を有することになり、第２ヘッダタンク(3)の外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)に通じる中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)のうち流入部に存在する部分が、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と重複しないように通風方向上流側にずれている
コルゲートフィン(5)は両面にろう材層を有するブレージングシート、ここではアルミニウムブレージングシートを用いて波状に形成されたものである。

ガスクーラ(1)は、圧縮機、エバポレータ、減圧器およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とともに超臨界冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。

上述したガスクーラ(1)において、図９に示すように、圧縮機を通過したＣＯ_２が、入口部材(13)の冷媒流入路(14)を通って冷媒入口(12)から第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)内に入り、外側プレート(7)の冷媒流通部(11a)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9a)を下方に流れながら分流して第１パス(P1)のすべての熱交換管(4)の冷媒通路(4a)内に流入する。冷媒通路(4a)内に流入したＣＯ_２は、冷媒通路(4a)内を左方に流れて第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)内の上半部（流入部）に流入する。中間ヘッダ部(20)内の上半部に流入したＣＯ_２は、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)を通って下方に流れ、分流して第２パス(P2)のすべての熱交換管(4)の冷媒通路(4a)内に流入し、流れ方向を変えて冷媒通路(4a)内を右方に流れて第１ヘッダタンク(2)の出口ヘッダ部(10B)内に入る。その後、ＣＯ_２は、外側プレート(7)の冷媒流通部(11b)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9b)を下方に流れ、冷媒出口(15)および出口部材(16)の冷媒流出路(17)を通って流出する。そして、ＣＯ_２が熱交換管(4)の冷媒通路(4a)内を流れる間に、通風間隙を図１および図９に矢印Ｘで示す方向に流れる空気と熱交換し、冷却される。

図１０および図１１はこの発明の熱交換器を適用したガスクーラの第２の実施形態を示す。

図１０に示すように、第１ヘッダタンク(2)において、中間プレート(9)の下半部の連通穴(22)は、中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の前後方向中央部を切除することにより形成された連通部(23A)により連通させられている。その結果、連通部(23A)および連通穴(22)における連通部(23A)に対応する前後方向中央部によって、中間プレート(9)に、外側プレート(7)の下側外方膨出部(11B)内の冷媒流通部(11b)に通じかつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(9d)が形成されている。この場合、第１ヘッダタンク(2)の横断面において、中間プレート(9)の冷媒流通部(9d)は、外側プレート(7)の冷媒流通部(11b)と重複している。そして、外側プレート(7)の下側外方膨出部(11B)内の冷媒流通部(11b)と、中間プレート(9)の冷媒流通部(9d)とによって、出口ヘッダ部(10B)の内部冷媒流通空間が形成されている。その他の構成は図５に示す第１ヘッダタンク(2)と同じであり、同一部分および同一物には同一符号を付す。

図１１に示すように、第２ヘッダタンク(3)において、中間プレート(9)の上半部の連通穴(22)は、中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の後端部を切除することにより形成された連通部(23)により連通させられている。また、中間プレート(9)の下半部の連通穴(22)は、中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の前後方向中央部を切除することにより形成された連通部(23A)により連通させられている。さらに、上半部の複数の連通穴(22)のうちの下端の連通穴(22)と、下半部の複数の連通穴(22)のうちの上端の連通穴(22)とは、中間プレート(9)における両連通穴(22)間の部分の前後方向中央部を切除することにより形成された連通部(23A)により連通させられている。その結果、中間プレート(9)には、上半部の後端部の連通部(23)および連通穴(22)における連通部(23)に対応する後端部により形成され、かつ外側プレート(7)の外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)の上半部に通じるとともに冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(9e)と、下半部の前後方向中央部の連通部(23A)および連通穴(22)における連通部(23A)に対応する前後方向中央部により形成され、かつ外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)の下半部に通じるとともに冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(9f)とが形成されている。両冷媒流通部(9e)(9f)は、上半部の複数の連通穴(22)のうちの下端の連通穴(22)を介して通じさせられている。第２ヘッダタンク(3)の横断面において、中間プレート(9)の上側の冷媒流通部(9e)は、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と重複しないように後方にずれており、下側の冷媒流通部(9f)は、外側プレート(7)の外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)と重複している。そして、外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)と、中間プレート(9)の両冷媒流通部(9e)(9f)とによって、中間ヘッダ部(20)の内部冷媒流通空間が形成されている。その他の構成は図６に示す第２ヘッダタンク(3)と同じであり、同一部分および同一物には同一符号を付す。

図１２および図１３はこの発明の熱交換器を適用したガスクーラの第３の実施形態を示す。

図１２に示すように、第１ヘッダタンク(2)において、中間プレート(9)の下半部の複数の連通穴(22)は、中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の前端部を切除することにより形成された連通部(23B)により連通させられている。その結果、連通部(23B)および連通穴(22)における連通部(23B)に対応する前端部によって、中間プレート(9)に、下側外方膨出部(11B)内の冷媒流通部(11b)に通じかつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(9g)が形成されている。第１ヘッダタンク(2)の横断面において、中間プレート(9)の下側の冷媒流通部(9g)は、外側プレート(7)の下側の冷媒流通部(11b)と重複することがないように、冷媒流通部(11b)に対して通風方向下流側（前側）にずれている。そして、外側プレート(7)の下側の冷媒流通部(11b)と、中間プレート(9)の冷媒流通部(9g)とによって、出口ヘッダ部(10B)の内部冷媒流通空間が形成されている。したがって、中間プレート(9)の外形、連通穴(22)および連通部(23)(23B)は、左右方向外方または内方から見て中心点(O)に関して点対称となっており、中心点(O)の周りに１８０度回転させて上下逆向きにした場合に、元の形状に重なる。その他の構成は図５(a)に示す第１ヘッダタンク(2)と同じであり、同一部分および同一物には同一符号を付す。

図１３に示すように、第２ヘッダタンク(3)において、中間プレート(9)の上半部の連通穴(22)は、中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の後端部を切除することにより形成された連通部(23)により連通させられている。また、中間プレート(9)における下半部の連通穴(22)は、中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の前端部を切除することにより形成された連通部(23B)により連通させられている。また、上半部の複数の連通穴(22)のうちの下端の連通穴(22)と、下半部の複数の連通穴(22)のうちの上端の連通穴(22)とは、中間プレート(9)における両連通穴(22)間の部分の前後方向中央部を切除することにより形成された連通部(23C)により連通させられている。その結果、中間プレート(9)には、上半部の後端部の連通部(23)および連通穴(22)における連通部(23)に対応する後端部により形成され、かつ外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)の上半部に通じるとともに冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(9h)と、下半部の前端部の連通部(23B)および連通穴(22)における連通部(23B)に対応する後端部により形成され、かつ外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)の下半部に通じるとともに冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(9i)とが形成されている。両冷媒流通部(9h)(9i)は、上半部の複数の連通穴(22)のうちの下端の連通穴(22)、下半部の複数の連通穴(22)のうちの上端の連通穴(22)、および前後方向中央部の連通部(23C)により通じている。第２ヘッダタンク(3)の横断面において、中間プレート(9)の上側の冷媒流通部(9h)は、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と重複しないように後方にずれており、下側の冷媒流通部(9i)は、外側プレート(7)の外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)と重複しないように前方にずれている。そして、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と、中間プレート(9)の両冷媒流通部(9h)(9i)と、前後方向中央部の連通部(23C)とによって、中間ヘッダ部(20)の内部冷媒流通空間が形成されている。したがって、中間プレート(9)の外形、連通穴(22)および連通部(23)(23B)(23C)は、左右方向外方または内方から見て中心点(O)に関して点対称となっており、中心点(O)の周りに１８０度回転させて上下逆向きにした場合に、元の形状に重なる。その他の構成は図６に示す第２ヘッダタンクと同じであり、同一部分および同一物には同一符号を付す。

上記実施形態においては、この発明による熱交換器が適用されたガスクーラ(1)における第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部(10A)(10B)の数が２であり、第２ヘッダタンク(3)のヘッダ部(20)の数が１であり、パス(P1)(P2)の数が２であるが、これに限定されるものではなく、第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部の数が３以上であり、第２ヘッダタンク(3)のヘッダ部の数が第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部の数よりも１つ少なく、パスの数が第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部の数と同一であってもよい。また、この発明による熱交換器は、第１ヘッダタンクに、その長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられ、第２ヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダ部と同数のヘッダ部がその長さ方向に並んで設けられ、第１ヘッダタンクの長さ方向の一端部のヘッダ部に冷媒入口が設けられるとともに、第２ヘッダタンクにおける冷媒入口とは反対側の端部のヘッダ部に冷媒出口が設けられ、すべての熱交換管が、ヘッダタンクの長さ方向に連続して並んだ複数の熱交換管からなりかつ両ヘッダタンクのヘッダ数よりも１つ多い数のパスに区分されているガスクーラに適用される場合もある。

また、上記の実施形態においては、超臨界冷凍サイクルの超臨界冷媒として、ＣＯ_２が使用されているが、これに限定されるものではなく、エチレン、エタン、酸化窒素などが使用可能である。

さらに、上記の実施形態においては、熱交換管(4)は、アルミニウム押出形材からなるが、これに両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる管製造用金属板を曲げた折り曲げ体からなるものであってもよい。

この発明による熱交換器を適用したガスクーラの全体構成を示す斜視図である。図１のガスクーラの後方から前方を見た一部省略垂直断面図である。図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。図２のＣ−Ｃ線拡大断面図である。図２のＤ−Ｄ線拡大断面図である。図１のガスクーラの第１ヘッダタンクを示す分解斜視図である。図１のガスクーラの第２ヘッダタンクを示す分解斜視図である。図１のガスクーラにおける冷媒の流れを示す図である。この発明による熱交換器を適用したガスクーラの第２の実施形態を示す図５相当の断面図である。この発明による熱交換器を適用したガスクーラの第２の実施形態を示す図６相当の断面図である。この発明による熱交換器を適用したガスクーラの第３の実施形態を示す図５相当の断面図である。この発明による熱交換器を適用したガスクーラの第３の実施形態を示す図６相当の断面図である。

符号の説明

(1)：ガスクーラ（熱交換器）
(2)：第１ヘッダタンク
(3)：第２ヘッダタンク
(4)：熱交換管
(7)：外側プレート
(8)：内側プレート
(9)：中間プレート
(9a)〜(9i)：冷媒流通部（中間プレートの第２冷媒流通部）
(10A)：入口ヘッダ部
(10B)：出口ヘッダ部
(11A)(11B)：外方膨出部
(11a)(11b)：冷媒流通部（外側プレートの第１冷媒流通部）
(12)：冷媒入口
(18)：管挿入穴
(20)：中間ヘッダ部
(22)：連通穴
(23)(23A)(23B)：連通部
(24)：外方膨出部
(24a)：冷媒流通部（外側プレートの第１冷媒流通部）

Claims

互いに間隔をおいて配置されかつ少なくとも１つのヘッダ部を有する１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に並列状に配置されかつ両端部がそれぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の熱交換管とを備えており、各ヘッダタンクが、外側プレートと、内側プレートと、これら両プレート間に介在させられた中間プレートとが互いに積層されてろう付されることにより構成され、外側プレートに、ヘッダタンクの長さ方向にのびかつ中間プレートにより開口が閉鎖された少なくとも１つの外方膨出部が形成されるとともに、外方膨出部内が第１冷媒流通部となされ、内側プレートにおける外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、熱交換管の両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、中間プレートに、内側プレートの各管挿入穴を外側プレートの第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、当該連通穴が、中間プレートにおける隣り合う連通穴どうしの間に形成された連通部により連通させられ、これらの連通部と、連通部により連通させられた連通穴における連通部に対応する部分とによって、中間プレートに、外側プレートの第１冷媒流通部に通じかつ冷媒がヘッダタンクの長さ方向に流れる第２冷媒流通部が形成されており、各ヘッダタンクを構成する３つのプレートにおける外方膨出部と対応する部分によりヘッダ部が形成され、外側プレートの第１冷媒流通部と中間プレートの第２冷媒流通部とによりヘッダ部の内部冷媒流通空間が形成されている熱交換器であって、
少なくとも１つのヘッダ部において、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部全体のうち少なくとも一部分が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向にずれている熱交換器。
少なくとも１つのヘッダ部において、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部全体が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向にずれている請求項１記載の熱交換器。
少なくとも１つのヘッダ部において、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部全体のうち少なくとも一部分が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向上流側にずれている請求項１または２記載の熱交換器。
中間プレートの第２冷媒流通部の横断面積が、各熱交換管の横断面における総通路断面積の２〜４０倍である請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
第１のヘッダタンクに、ヘッダタンクの長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられるとともに、第１ヘッダタンクの一端部のヘッダ部が冷媒入口を有する入口ヘッダ部となっており、入口ヘッダ部を構成する外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向上流側にずれている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器。
第２のヘッダタンクに、熱交換管を通って入口ヘッダ部から冷媒が流入する流入部を有するヘッダ部が設けられており、第２ヘッダタンクのヘッダ部を構成する外側プレートの第１冷媒流通部に通じる中間プレートの第２冷媒流通部のうち流入部に存在する部分が、第１冷媒流通部と重複しないように通風方向上流側にずれている請求項５記載の熱交換器。
第２ヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダ部の数よりも１つ少ないヘッダ部が、第１ヘッダタンクの隣り合う２つのヘッダ部に跨るように設けられ、第１ヘッダタンクにおける入口ヘッダ部とは他端側のヘッダ部が冷媒出口を有する出口ヘッダ部となされている請求項５または６記載の熱交換器。
第１ヘッダタンクのヘッダ部の数が２であり、第２ヘッダタンクのヘッダ部の数が１である請求項７記載の熱交換器。
第１ヘッダタンクを構成する中間プレートの外形、連通穴および連通部が、中間プレートの中心点に関して点対称となっている請求項８記載の熱交換器。
第２ヘッダタンクを構成する中間プレートの外形、連通穴および連通部が、中間プレートの中心点に関して点対称となっている請求項８または９記載の熱交換器。
圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えており、かつ超臨界冷媒を用いる冷凍サイクルであって、ガスクーラが請求項１〜１０のうちのいずれかに記載の熱交換器からなる超臨界冷凍サイクル。
超臨界冷媒が二酸化炭素からなる請求項１１記載の超臨界冷凍サイクル。
請求項１１または１２記載の超臨界冷凍サイクルがカーエアコンとして搭載されている車両。