JP2007232233A

JP2007232233A - 熱交換器

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Publication number: JP2007232233A
Application number: JP2006051455A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Ikawa; 俊輔伊川; Hironaka Sasaki; 広仲佐々木
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】入口パスの扁平チューブの十分な耐圧性を確保しつつ軽量化を図ることができ、しかも熱交換性能の低下を防止しうる熱交換器を提供する。
【解決手段】ガスクーラ１は、１対のヘッダタンク2,3と、両ヘッダタンク2,3間に並列状に配置された複数の扁平チューブ4A,ABとを備えている。第１ヘッダタンク２に入口ヘッダ部８と出口ヘッダ部９とを設ける。すべての扁平チューブ4A,ABを、入口ヘッダ部８に接続された複数の扁平チューブ4Aからなる入口パスP1と、出口ヘッダ部９に接続された複数の扁平チューブ4Bからなる出口パスP2とに区分する。両パスP1,P2の周壁の肉厚を同一にする。入口パスP1の扁平チューブ4Aを形成する材料の熱交換器使用温度域強度を、出口パスP2の扁平チューブ4Bを形成する材料の熱交換器使用温度域強度よりも１０〜５０％高くする。
【選択図】図１

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、たとえば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複数の扁平チューブと、隣接する扁平チューブ間の通風間隙に配置されかつ扁平チューブにろう付されたフィンとを備えており、第１のヘッダタンクに、その長さ方向に並んだ２つのヘッダ部が設けられ、第２のヘッダタンクに、１つのヘッダ部が、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ヘッダタンクの一方のヘッダ部が入口ヘッダ部となっているとともに、同他方のヘッダ部が出口ヘッダ部となっており、すべての扁平チューブが、入口ヘッダ部に接続された扁平チューブからなる入口パスと、出口ヘッダ部に接続された扁平チューブからなる出口パスとに区分されている熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

通常、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は、軽量、高熱伝導性、安価などの理由からアルミニウムやアルミニウム合金により形成されることが多く、特許文献１記載の熱交換器の扁平チューブもアルミニウム合金、たとえばJIS Ａ３００３からなる押出形材により形成されている。

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り、ガスクーラの入口ヘッダに流入する超臨界冷媒の温度が１５０℃を超えることがあり、入口ヘッダ部に接続された入口パスの扁平チューブにも上述したような高温高圧の超臨界冷媒が流入する。そこで、特許文献１記載の熱交換器においては、入口パスの扁平チューブの上記温度域での強度を高くして入口パスの扁平チューブの耐圧性を向上させるために、扁平チューブの周壁の肉厚を、上述した温度域での強度を満たしうるように厚くすることが考えられている。

しかしながら、この場合、熱交換器全体の重量が大きくなるという問題がある。また、入口パスの扁平チューブの高さが高くなるので、決められたスペースの中では扁平チューブの数を低減しなければならず、その結果伝熱面積が減少して熱交換性能が低下するおそれがある。
特開２００５−３００１３５号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、入口パスの扁平チューブの十分な耐圧性を確保しつつ軽量化を図ることができ、しかも熱交換性能の低下を防止し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た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扁平チューブとを備えており、すべての扁平チューブが、複数の扁平チューブからなりかつヘッダタンクの長さ方向に連続して並んだ複数のパスに区分され、ヘッダタンクの長さ方向の一端側のパスが入口パスとなされるとともに、同他端側のパスが出口パスとなされ、入口パスの扁平チューブが、いずれかのヘッダタンクに形成されかつ冷媒入口を有する入口ヘッダ部に接続され、出口パスの扁平チューブが、いずれかのヘッダタンクに形成されかつ冷媒出口を有する出口ヘッダ部に接続されている熱交換器において、
入口ヘッダ部に接続された入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度が、出口ヘッダ部に接続された出口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度よりも高くなっている熱交換器。

2)入口パスの扁平チューブの周壁の肉厚と、出口パスの扁平チューブの周壁の肉厚とが同一であり、入口パスの扁平チューブを形成する材料の熱交換器使用温度域強度が、出口パスの扁平チューブを形成する材料の熱交換器使用温度域強度よりも１０〜５０％高くなっている上記1)記載の熱交換器。

上記2)の熱交換器において、入口パスの扁平チューブを形成する材料における熱交換器の使用温度域での強度である熱交換器使用温度域強度を、出口パスの扁平チューブを形成する材料の熱交換器使用温度域強度よりも１０〜５０％高くしたのは、１０％未満であると入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度が、出口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度よりも十分に大きくならず、５０％を超えると入口パスの扁平チューブを製造する際の加工性が低下するおそれがあるからである。

3)出口パスの扁平チューブがＡｌ−Ｍｎ系合金で形成されるとともに、入口パスの扁平チューブがＭｎ、ＣｕおよびＳｉを含むアルミニウム合金で形成されており、入口パスの扁平チューブを形成するアルミニウム合金中のＭｎ、ＣｕおよびＳｉのうちの少なくとも１種の含有量が、出口パスの扁平チューブを形成するＡｌ−Ｍｎ合金中における同種の元素の含有量よりも多くなっている上記1)または2)記載の熱交換器。

4)入口パスの扁平チューブのＭｎ含有量が、出口パスの扁平チューブのＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている上記3)記載の熱交換器。

5)入口パスの扁平チューブのＣｕ含有量が、出口パスの扁平チューブのＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている上記3)または4)記載の熱交換器。

6)入口パスの扁平チューブのＳｉ含有量が、出口パスの扁平チューブのＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている上記3)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

上記3)〜6)の熱交換器において、Ｍｎ、ＣｕおよびＳｉはアルミニウム合金の強度を高める元素である。しかしながら、入口パスの扁平チューブのＭｎ含有量が、出口パスの扁平チューブのＭｎ含有量よりも０．１質量％未満しか多くなっていない場合、入口パスの扁平チューブのＣｕ含有量が、出口パスの扁平チューブのＣｕ含有量よりも０．０５質量％未満しか多くなっていない場合、および入口パスの扁平チューブのＳｉ含有量が、出口パスの扁平チューブのＳｉ含有量よりも０．１質量％未満しか多くなっていない場合には、それぞれ入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度が、出口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度よりも十分に大きくならないことがある。

7)入口パスの扁平チューブを形成するアルミニウム合金が、さらにＭｇを含有しており、当該アルミニウム合金中のＭｇ含有量が、出口パスの扁平チューブを形成するＡｌ−Ｍｎ合金中のＭｇ含有量よりも多くなっている上記3)〜6)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

8)入口パスの扁平チューブのＭｇ含有量が、出口パスの扁平チューブのＭｇ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている上記7)記載の熱交換器。

上記7)および8)の熱交換器において、Ｍｇはアルミニウム合金の強度を高める元素である。しかしながら、入口パスの扁平チューブのＭｇ含有量が、出口パスの扁平チューブのＭｇ含有量よりも０．０５質量％未満しか多くなっていない場合には、入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度が、出口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度よりも十分に大きくならないことがある。

9)出口パスの扁平チューブがJIS Ａ３００３合金で形成されている上記3)〜8)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

10)出口パスの扁平チューブがＡｌ−Ｍｎ系合金で形成され、入口パスの扁平チューブが、Ｍｎ１．２〜１．７質量％、Ｃｕ０．０１〜０．５質量％、Ｓｉ０．０１〜１．７質量％、Ｍｇ０．０５〜０．５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されている上記1)または2)記載の熱交換器。

上記10)の熱交換器において、入口パスの扁平チューブを形成するアルミニウム合金に含まれるＭｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇは、それぞれ入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度を高める効果を有するが、Ｍｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇの含有量が下限値未満であるとこの効果が十分ではない。また、Ｍｎ含有量が上限値を超えると粗大な金属間化合物が生成して加工性が悪くなるおそれがあり、Ｃｕ含有量が上限値を超えると耐食性が低下するおそれがあり、Ｓｉ含有量が上限値を超えると融点が低下し、ろう付時に溶融する可能性があり、Ｍｇ含有量が上限値を超えるとろう付性が低下するおそれがある。

11)出口パスの扁平チューブがJIS Ａ３００３合金で形成されている上記10)記載の熱交換器。

12)入口パスの扁平チューブが、１５０〜１８０℃の温度域での耐力が５０ＭＰａ以上、引張強さが１００ＭＰａ以上である上記1)〜11)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

上記1)〜11)の熱交換器を超臨界冷凍サイクルのガスクーラとして使用した場合、冷媒入口から入口ヘッダ部を経て入口パスの扁平チューブ内に流入する超臨界冷媒の温度は１５０〜１８０℃程度になる。そして、この温度域で、入口パスの扁平チューブの耐力が５０ＭＰａ以上、引張強さが１００ＭＰａ以上であると、入口パスの扁平チューブにおける熱交換器の使用温度域での強度である熱交換器使用温度域強度が十分高められていることになり、入口パスの扁平チューブの耐圧性が確実に向上する。

13)第１のヘッダタンクに、その長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられ、第２のヘッダタンクに、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ヘッダタンクの長さ方向の一端部のヘッダ部が入口ヘッダ部となっているとともに、同他端部のヘッダ部が出口ヘッダ部となっており、すべての扁平チューブが第１ヘッダタンクのヘッダ数と同数のパスに区分されている上記1)〜12)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

14)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であり、パスの数が２である上記13)記載の熱交換器。

15)第１のヘッダタンクに、その長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられ、第２のヘッダタンクに、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が入口ヘッダ部となっているとともに、第２ヘッダタンクにおける入口ヘッダ部とは反対側の端部のヘッダ部が出口ヘッダ部となっており、すべての扁平チューブが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上記1)〜12)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

16)各ヘッダタンクのヘッダ部の数が２であり、パスの数が３である上記15)記載の熱交換器。

17)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)〜16)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。

18)超臨界冷媒が二酸化炭素からなる上記17)記載の超臨界冷凍サイクル。

19)上記17)または18)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。

なお、この明細書および特許請求の範囲において、入口パスの扁平チューブおよび出口パスの扁平チューブを形成する材料に関する説明は、両扁平チューブが、その少なくとも片面にろう材層を有するブレージングシートからなる場合、一旦溶融した後凝固して両扁平チューブのの表面に付着しているう材を除いた部分、すなわちブレージングシートの心材についての説明である。

上記1)の熱交換器によれば、入口ヘッダ部に接続された入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度が、出口ヘッダ部に接続された出口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度よりも高くなっているので、熱交換器の使用温度域において入口パスの扁平チューブの十分な耐圧性を確保することができる。しかも、入口パスの扁平チューブだけが熱交換器の使用温度域で必要な強度を維持するように、入口パスの扁平チューブの材質を適切なものにすればよいので、材料コストが安価になる。

また、特許文献１記載の熱交換器のように、扁平チューブの周壁の肉厚を、熱交換器使用温度域での強度を満たしうるように厚くする必要はないので、熱交換器全体の重量の増大を防止することができる。さらに、入口パスの扁平チューブの高さが高くなることを防止できるので、決められたスペースの中でも扁平チューブの数を低減させる必要はなく、その結果伝熱面積の減少および伝熱面積の減少に起因する熱交換性能の低下が防止される。

上記2)の熱交換器によれば、入口パスの扁平チューブの周壁の肉厚と、出口パスの扁平チューブの周壁の肉厚とが同一であるから、熱交換器全体の重量の増大を防止することができる。また、入口パスの扁平チューブの高さが高くなることを防止できるので、決められたスペースの中でも扁平チューブの数を低減させる必要はなく、その結果伝熱面積の減少および伝熱面積の減少に起因する熱交換性能の低下が防止される。しかも、入口パスの扁平チューブを形成する材料の熱交換器使用温度域強度を、出口パスの扁平チューブを形成する材料の熱交換器使用温度域強度よりも十分に高くすることができるとともに、入口パスの扁平チューブの加工性を損なうことはない。

上記3)〜8)の熱交換器によれば、入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度を、出口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度よりも十分に高くすることができる。

上記9)の熱交換器によれば、出口パスの扁平チューブの材料コストが安価になるとともに、加工性が優れたものになる。

上記10)の熱交換器によれば、入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度を、出口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度よりも十分に高くすることができる。しかも、加工性の低下、耐食性の低下、ろう付時の溶融、およびろう付性の低下を防止することができる。

上記11)の熱交換器によれば、出口パスの扁平チューブの材料コストが安価になるとともに、加工性が優れたものになる。

上記12)の熱交換器を超臨界冷凍サイクルのガスクーラとして使用した場合、冷媒入口から入口ヘッダを経て入口パスの扁平チューブ内に流入する超臨界冷媒の温度域の強度が十分高められていることになり、入口パスの扁平チューブの耐圧性が確実に向上する。

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用ヘッダタンク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、図１および図３の上下、左右をそれぞれ上下、左右という。また、図１および図３の紙面表側（図２および図４の左側）を前、これと反対側を後というものとする。さらに、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。但し、当然のことながら元素記号「Ａｌ」はＡｌ元素を示す。

実施形態１
この実施形態は図１および図２に示すものである。

図１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２はガスクーラに用いられる扁平チューブを示す。

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平行に配置され、かつ上下方向に伸びるアルミニウム製ヘッダタンク(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かつ両端がそれぞれ両ヘッダタンク(2)(3)に接続された複数のアルミニウム製扁平チューブ(4A)(4B)と、隣り合う扁平チューブ(4A)(4B)間の通風間隙(5)および上下両端の扁平チューブ(4A)(4B)の外側に配置されるとともに、扁平チューブ(4A)(4B)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(6)と、上下両端のコルゲートフィン(6)の外側に配置されてコルゲートフィン(6)にろう付されたアルミニウム製サイドプレート(7)とを備えている。

右側の第１ヘッダタンク(2)には、高さの中程に位置する仕切部(10)を介して上下方向に並んだ複数、ここでは２つのヘッダ部(8)(9)が設けられている。左側の第２ヘッダタンク(3)には、第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部(8)(9)よりも１つ少ない数、ここでは１つのヘッダ部(11)が、第１ヘッダタンク(2)の隣り合う２つのヘッダ部(8)(9)に跨るように設けられている。そして、第１ヘッダタンク(2)の上端部に冷媒入口(12)が設けられることにより、上側ヘッダ部(8)が入口ヘッダ部となり、第１ヘッダタンク(2)の下端に冷媒出口(13)が設けられることにより、下側ヘッダ部(9)が出口ヘッダ部となっている。

すべての扁平チューブ(4A)(4B)は、右端部が第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(8)内に通じるとともに左端部が第２ヘッダタンク(3)のヘッダ部(11)内の上部に通じる複数の扁平チューブ(4A)からなるチューブ群と、右端部が第１ヘッダタンク(2)の出口ヘッダ部(9)内に通じるとともに左端部が第２ヘッダタンク(3)のヘッダ部(11)内の下部に通じる複数の扁平チューブ(4B)からなるチューブ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)（冷媒通路群）に区分されており、各パス(P1)(P2)を構成するすべての扁平チューブ(4A)(4B)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)の扁平チューブ(4A)(4B)における冷媒の流れ方向が異なっている。ここで、入口ヘッダ部(8)に接続された扁平チューブ(4A)からなるパス(P1)を入口パス、出口ヘッダ部(9)に接続された扁平チューブ(4B)からなるパス(P2)を出口パスというものとする。

図２に示すように、扁平チューブ(4A)(4B)はベア材である押出形材からなり、その内部に複数の冷媒通路(4a)が幅方向に並んで形成され、その幅方向を前後方向に向けて配置されている。全扁平チューブ(4A)(4B)の周壁および隣り合う冷媒通路(4a)間の仕切壁(4b)の肉厚は等しくなっている。

出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)は、たとえばJIS Ａ３００３のようなＡｌ−Ｍｎ系合金により形成されている。入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)のガスクーラ(1)の使用温度域、たとえば１５０〜１８０℃での強度は、耐力が５０ＭＰａ以上、引張強さが１００ＭＰａ以上であり、出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)の上記温度域での強度（耐力および引張強さ）よりも１０〜５０％高くなっていることが好ましい。ちなみに、JIS Ａ３００３の１５０〜１８０℃の温度域での強度は、耐力が３０〜５０ＭＰａ程度、引張強さが６０〜８０ＭＰａ程度である。

出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)がＡｌ−Ｍｎ系合金により形成されている場合、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)はＭｎ、ＣｕおよびＳｉを含有するＡｌ合金からなり、当該合金中のＭｎ、ＣｕおよびＳｉのうちの少なくとも１種の含有量が、出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)におけるこれと同種の元素の含有量よりも多くなっていることが好ましい。たとえば、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)のＭｎ含有量が、出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)のＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっており、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)のＣｕ含有量が、出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)のＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっており、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)のＳｉ含有量が、出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)のＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっていることが好ましい。また、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)を形成するＡｌ合金が、さらにＭｇを含有しており、そのＭｇ含有量が出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)のＭｇ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっていてもよい。

また、出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)がＡｌ−Ｍｎ系合金により形成されている場合、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)は、Ｍｎ１．２〜１．７質量％、Ｃｕ０．０１〜０．５質量％、Ｓｉ０．０１〜１．７質量％、Ｍｇ０．０５〜０．５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成されていることが好ましい。

入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)および出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)の上述した２つの組み合わせによれば、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)におけるガスクーラ(1)の使用温度域での強度を、出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)におけるガスクーラ(1)の使用温度域での強度よりも十分に高くすることができる。しかも、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)の加工性の低下、耐食性の低下、ろう付時の溶融、およびろう付性の低下を防止することができる。

実施形態２
この実施形態は図３に示すものである。

図３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す。

この実施形態の熱交換器(20)の場合、左側のヘッダタンクが第１ヘッダタンク(21)であり、右側のヘッダタンクが第２ヘッダタンク(22)である。第１ヘッダタンク(21)には、高さの中程よりも上方に位置する仕切部(23)を介して上下方向に並んだ複数、ここでは２つのヘッダ部(24)(25)が設けられている。第２ヘッダタンク(22)には、第１ヘッダタンク(21)のヘッダ部(24)(25)と同数のヘッダ部(27)(28)が、高さの中程よりも下方に位置する仕切部(26)を介して上下方向に並んで設けられている。そして、第１ヘッダタンク(21)の上端部に冷媒入口(12)が設けられることにより、上側ヘッダ部(24)が入口ヘッダ部となり、第２ヘッダタンク(22)の下端に冷媒出口(13)が設けられることにより、下側ヘッダ部(28)が出口ヘッダ部となっている。

すべての扁平チューブ(4A)(4B)(4C)は、左端部が第１ヘッダタンク(21)の入口ヘッダ部(24)内に通じるとともに右端部が第２ヘッダタンク(22)の上側ヘッダ部(27)内の上部に通じる複数の扁平チューブ(4A)からなるチューブ群と、左端部が第１ヘッダタンク(21)の下側ヘッダ部(25)内の上部に通じるとともに右端部が第２ヘッダタンク(22)の上側ヘッダ部(27)内の下部に通じる複数の扁平チューブ(4C)からなるチューブ群と、左端部が第１ヘッダタンク(21)の下側ヘッダ部(25)内の下部に通じるとともに右端部が第２ヘッダタンク(22)の出口ヘッダ部(28)内に通じる複数の扁平チューブ(4B)からなるチューブ群とに分けられることにより、第１〜第３の３つのパス(P1)(P2)(P3)（冷媒通路群）に区分されており、各パス(P1)(P2)(P3)を構成する全ての扁平チューブ(4A)(4B)(4C)における冷媒の流れ方向が同一となっているとともに、隣り合う２つのパス(P1)(P3)および(P3)(P2)の扁平チューブ(4A)(4C)および(4C)(4B)における冷媒の流れ方向が異なっている。ここで、入口ヘッダ部(24)に接続された扁平チューブ(4A)からなるパス(P1)を入口パス、出口ヘッダ部(28)に接続された扁平チューブ(4B)からなるパス(P2)を出口パス、両パス(P1)(P2)間のパス(P3)を中間パスというものとする。

入口パス(P1)および出口パス(P2)の扁平チューブ(4A)(4B)は、実施形態１の入口パス(P1)および出口パス(P2)の扁平チューブ(4A)(4B)と同一の構成である。中間パス(P3)の扁平チューブ(4C)は、実施形態１の入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)および出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)のうちいずれか一方の扁平チューブと同一の構成であればよい。

その他の構成は上記実施形態１と同様であり、同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図４〜図６は扁平チューブの変形例を示す。

扁平チューブ(4A)(4B)は、図４および図５に示すように、互いに対向する平らな上下壁(31)(32)（１対の平坦壁）と、上下壁(31)(32)の前後両側縁どうしにまたがる前後両側壁(33)(34)と、前後両側壁間(33)(34)において上下壁(31)(32)にまたがるとともに長さ方向に伸びかつ相互に所定間隔をおいて設けられた複数の補強壁(35)とよりなり、内部に幅方向に並んだ複数の冷媒通路(4a)を有するものである。

前側壁(33)は２重構造であり、上壁(31)の前側縁より下方***状に一体成形されかつ扁平チューブ(4)の全高にわたる外側側壁用凸条(36)と、外側側壁用凸条(36)の内側において上壁(31)より下方***状に一体成形された内側側壁用凸条(37)と、下壁(32)の前側縁より上方***状に一体成形された内側側壁用凸条(38)とよりなる。外側側壁用凸条(36)は、下端部が下壁(32)の下面前側縁部に係合された状態で両内側側壁用凸条(37)(38)および下壁(32)にろう付されている。両内側側壁用凸条(37)(38)は、相互に突き合わされてろう付されている。後側壁(34)は、上下壁(31)(32)と一体に形成されている。下壁(32)の内側側壁用凸条(38)の先端面に、その長手方向に伸びる凸起(38a)が全長にわたって一体に形成され、上壁(31)の内側側壁用凸条(37)の先端面に、その長手方向に伸びかつ凸起(38a)が圧入される凹溝(37a)が全長にわたって形成されている。

補強壁(35)は、上壁(31)より下方***状に一体成形された補強壁用凸条(40)(41)と、下壁(32)より上方***状に一体成形された補強壁用凸条(42)(43)とが、相互に突き合わされてろう付されることにより形成されている。上壁(31)および下壁(32)には、それぞれ突出高さの異なる高低２種の補強壁用凸条(40)(41)(42)(43)が前後方向に交互に形成されており、上壁(31)における突出高さの高い補強壁用凸条(40)と下壁(32)における突出高さの低い補強壁用凸条(43)とがろう付され、上壁(31)における突出高さの低い補強壁用凸条(41)と下壁(32)における突出高さの高い補強壁用凸条(42)とがろう付されている。以下、上下両壁(31)(32)の突出高さの高い補強壁用凸条(40)(42)をそれぞれ第１補強壁用凸条といい、同じく低い補強壁用凸条(41)(43)をそれぞれ第２補強壁用凸条というものとする。上下両壁(31)(32)の第２補強壁用凸条(41)(43)の先端面に、その長手方向に伸びかつ他方の壁(32)(31)の第１補強壁用凸条(42)(40)の先端部が嵌る凹溝(44)(45)が全長にわたって形成されており、上下両壁(31)(32)の第１補強壁用凸条(40)(42)の先端部が凹溝(45)(44)内に嵌め入れられた状態で、両補強壁用凸条(40)(43)および(41)(42)がろう付されている。

扁平チューブ(4A)(4B)は、図６(a)に示すような金属素板(50)を用いて製造される。金属素板(50)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圧延加工を施すことにより形成されており、平らな上壁形成部(51)および下壁形成部(52)と、上壁形成部(51)および下壁形成部(52)を連結しかつ後側壁(34)を形成する連結部(53)と、上壁形成部(51)および下壁形成部(52)における連結部(53)とは反対側の側縁より上方***状に一体成形されかつ前側壁(33)の内側部分を形成する内側側壁用凸条(37)(38)と、上壁形成部(51)における連結部(53)とは反対側の側縁を外側方に延長することにより形成された外側側壁用凸条形成部(54)と、金属素板(50)の幅方向に所定間隔をおいて上壁形成部(51)および下壁形成部(52)よりそれぞれ上方***状に一体成形された複数の補強壁用凸条(40)(41)(42)(43)とを備えており、上壁形成部(51)の第１補強壁用凸条(40)と下壁形成部(52)の第２補強壁用凸条(43)、および上壁形成部(51)の第２補強壁用凸条(41)と下壁形成部(52)の第１補強壁用凸条(42)とが、それぞれ連結部(53)の幅方向の中心線に対して対称となる位置にある。下壁形成部(52)の内側側壁用凸条(38)の先端面に凸起(38a)が、上壁形成部(51)の内側側壁用凸条(37)の先端面に凹溝(37a)がそれぞれ形成されている。また、上壁形成部(51)および下壁形成部(52)の第２補強壁用凸条(41)(43)の先端面には、他方の壁形成部(52)(51)の第１補強壁用凸条(42)(40)の先端部が嵌る凹溝(44)(45)が形成されている。

なお、両面にろう材がクラッドされたアルミニウムブレージングシートに圧延加工を施してその片面に側壁用凸条(37)(38)および補強壁用凸条(40)(41)(42)(43)が一体成形されていることにより、側壁用凸条(37)(38)および補強壁用凸条(40)(41)(42)(43)の両側面および先端面と、第２補強壁用凸条(41)(43)の凹溝(44)(45)の内周面と、上下壁形成部(50)(51)および外側側壁用凸条形成部(54)の上下両面とにろう材層（図示略）が形成される。

そして、金属素板(50)を、ロールフォーミング法により、連結部(53)の両側縁で順次折り曲げていき（図６(b)参照）、最後にヘアピン状に折り曲げて内側側壁用凸条(37)(38)どうしを突き合わせるとともに、第１補強壁用凸条(40)(42)の先端部を第２補強壁用凸条(43)(41)の凹溝(45)(44)内に嵌め入れ、さらに凸起(38a)を凹溝(37a)内に圧入する。

ついで、外側側壁用凸条形成部(54)を折り曲げていき、両内側側壁用凸条(37)(38)の外面に沿わせるとともに、その先端部を変形させて下壁形成部(52)に係合させて折り曲げ体(55)を得る（図６(c)参照）。

その後、折り曲げ体(55)を所定温度に加熱し、内側側壁用凸条(37)(38)の先端部どうし、ならびに第１補強壁用凸条(40)(42)および第２補強壁用凸条(43)(41)の先端部どうしをそれぞれろう付するとともに、外側側壁用凸条形成部(54)と両内側側壁用凸条(37)(38)および下壁形成部(52)とをろう付することにより、扁平チューブ(4A)(4B)が製造される。

上述した両実施形態のガスクーラ(1)(20)における出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)を製造するための金属素板(50)を形成するアルミニウムブレージングシートの心材は、実施形態１および２の出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)を形成する合金と同じ合金からなる。また、入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)を製造するための金属素板(50)を形成するアルミニウムブレージングシートの心材は、実施形態１および２の入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)を形成する合金と同じ合金からなる。

なお、実施形態２のガスクーラ(20)の場合、中間パス(P3)の扁平チューブ(4C)は、出口パス(P2)の扁平チューブ(4B)を製造するための金属素板(50)、および入口パス(P1)の扁平チューブ(4A)を製造するための金属素板のうちのいずれを用いて製造してもよい。

上記２つ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。

この発明による熱交換器を適用したガスクーラの実施形態１を示す全体正面図である。図１のガスクーラに用いられる扁平チューブの横断面図である。この発明による熱交換器を適用した扁平チューブの実施形態２を示す全体正面図である。実施形態１および２のガスクーラに用いられる扁平チューブの変形例を示す横断面図である。図４の部分拡大図である。図４に示す扁平チューブの製造方法を示す図である。

符号の説明

(1)(20)：ガスクーラ（熱交換器）
(2)(21)：第１ヘッダタンク
(3)(22)：第２ヘッダタンク
(4A)(4B)(4C)：扁平チューブ
(8)(24)：入口ヘッダ部
(9)(28)：出口ヘッダ部
(11)(25)(27)：ヘッダ部
(12)：冷媒入口
(13)：冷媒出口
(P1)：入口パス
(P2)：出口パス
(P3)：中間パス

Claims

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扁平チューブとを備えており、すべての扁平チューブが、複数の扁平チューブからなりかつヘッダタンクの長さ方向に連続して並んだ複数のパスに区分され、ヘッダタンクの長さ方向の一端側のパスが入口パスとなされるとともに、同他端側のパスが出口パスとなされ、入口パスの扁平チューブが、いずれかのヘッダタンクに形成されかつ冷媒入口を有する入口ヘッダ部に接続され、出口パスの扁平チューブが、いずれかのヘッダタンクに形成されかつ冷媒出口を有する出口ヘッダ部に接続されている熱交換器において、
入口ヘッダ部に接続された入口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度が、出口ヘッダ部に接続された出口パスの扁平チューブの熱交換器使用温度域強度よりも高くなっている熱交換器。
入口パスの扁平チューブの周壁の肉厚と、出口パスの扁平チューブの周壁の肉厚とが同一であり、入口パスの扁平チューブを形成する材料の熱交換器使用温度域強度が、出口パスの扁平チューブを形成する材料の熱交換器使用温度域強度よりも１０〜５０％高くなっている請求項１記載の熱交換器。
出口パスの扁平チューブがＡｌ−Ｍｎ系合金で形成されるとともに、入口パスの扁平チューブがＭｎ、ＣｕおよびＳｉを含むアルミニウム合金で形成されており、入口パスの扁平チューブを形成するアルミニウム合金中のＭｎ、ＣｕおよびＳｉのうちの少なくとも１種の含有量が、出口パスの扁平チューブを形成するＡｌ−Ｍｎ合金中における同種の元素の含有量よりも多くなっている請求項１または２記載の熱交換器。
入口パスの扁平チューブのＭｎ含有量が、出口パスの扁平チューブのＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている請求項３記載の熱交換器。
入口パスの扁平チューブのＣｕ含有量が、出口パスの扁平チューブのＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている請求項３または４記載の熱交換器。
入口パスの扁平チューブのＳｉ含有量が、出口パスの扁平チューブのＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている請求項３〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器。
入口パスの扁平チューブを形成するアルミニウム合金が、さらにＭｇを含有しており、当該アルミニウム合金中のＭｇ含有量が、出口パスの扁平チューブを形成するＡｌ−Ｍｎ合金中のＭｇ含有量よりも多くなっている請求項３〜６のうちのいずれかに記載の熱交換器。
入口パスの扁平チューブのＭｇ含有量が、出口パスの扁平チューブのＭｇ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている請求項７記載の熱交換器。
出口パスの扁平チューブがJIS Ａ３００３合金で形成されている請求項３〜８のうちのいずれかに記載の熱交換器。
出口パスの扁平チューブがＡｌ−Ｍｎ系合金で形成され、入口パスの扁平チューブが、Ｍｎ１．２〜１．７質量％、Ｃｕ０．０１〜０．５質量％、Ｓｉ０．０１〜１．７質量％、Ｍｇ０．０５〜０．５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されている請求項１または２記載の熱交換器。
出口パスの扁平チューブがJIS Ａ３００３合金で形成されている請求項１０記載の熱交換器。
入口パスの扁平チューブが、１５０〜１８０℃の温度域での耐力が５０ＭＰａ以上、引張強さが１００ＭＰａ以上である請求項１〜１１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、その長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられ、第２のヘッダタンクに、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ヘッダタンクの長さ方向の一端部のヘッダ部が入口ヘッダ部となっているとともに、同他端部のヘッダ部が出口ヘッダ部となっており、すべての扁平チューブが第１ヘッダタンクのヘッダ数と同数のパスに区分されている請求項１〜１２のうちのいずれかに記載の熱交換器。
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であり、パスの数が２である請求項１３記載の熱交換器。
第１のヘッダタンクに、その長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられ、第２のヘッダタンクに、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が入口ヘッダ部となっているとともに、第２ヘッダタンクにおける入口ヘッダ部とは反対側の端部のヘッダ部が出口ヘッダ部となっており、すべての扁平チューブが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請求項１〜１２のうちのいずれかに記載の熱交換器。
各ヘッダタンクのヘッダ部の数が２であり、パスの数が３である請求項１５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１〜１６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１７記載の超臨界冷凍サイクル。
請求項１７または１８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。