JP4852304B2

JP4852304B2 - 熱交換器

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Publication number: JP4852304B2
Application number: JP2005360393A
Authority: JP
Inventors: 俊輔伊川; 茂治一柳; 和彦南
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: JP2007163041A

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る超臨界冷凍サイクルのガスクーラやエバポレータ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。さらに、この明細書および特許請求の範囲において、隣接する熱交換管どうしの間の通風間隙を流れる空気の下流側（図１に矢印Ｘで示す方向）を前、これと反対側を後というものとする。

超臨界冷凍サイクル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、外側プレートに、外側プレート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外方膨出部が形成され、内側プレートにおける外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が内側プレートの長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成され、中間プレートに、内側プレートの挿入穴よりも一回り大きくかつ各管挿入穴を外側プレートの外方膨出部内に通じさせる連通穴が貫通状に形成され、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および中間プレートの連通穴に挿入され、熱交換管の両端部外周面全体と、両ヘッダタンクにおける内側プレートの管挿入穴の内周面全体とがろう付されており、各ヘッダタンクの少なくとも１つの外方膨出部が、冷媒がその内部を長さ方向に流れる冷媒流通用外方膨出部となっており、各ヘッダタンクにおいて、冷媒流通用外方膨出部に通じる中間プレートの連通穴が、中間プレートに形成された連通部により連通させられた熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

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た上で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、両ヘッダタンクの外側プレートに、それぞれ長さ方向にのびるとともに中間プレートにより開口が閉鎖された外方膨出部が形成され、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、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外方膨出部内に通じさせる連通穴が貫通状に形成され、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ている熱交換器であって、
各ヘッダタンクの少なくとも１つの外方膨出部が、冷媒がその内部を長さ方向に流れる冷媒流通用外方膨出部となっており、各ヘッダタンクにおいて、冷媒流通用外方膨出部に通じる中間プレートの連通穴が、中間プレートに形成された連通部により連通させられ、中間プレートにおける連通部の前後両側部分に、外方膨出部の前後両側縁部よりも前後方向内方に突出した突出部が設けられ、外側プレートにおける外方膨出部の前後両側部分と、中間プレートにおける連通部の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレットよりも前後方向内側において、外側プレートおよび中間プレートの突出部のうち少なくともいずれか一方が除去されることにより、外側プレートおよび中間プレートの突出部のうち少なくともいずれか一方に、応力集中緩和部が形成されている熱交換器。

2)中間プレートの突出部が部分的に除去されている上記1)記載の熱交換器。

3)中間プレートの突出部がすべて除去されている上記1)記載の熱交換器。

4)横断面において、上記ろう付フィレットにおける中間プレートへの付着部の前後方向内端部を中心とした半径０．５mmの仮想円と、外側プレートおよび／または中間プレートにおける外方膨出部内に臨む面との交点を、直線により上記仮想円の中心と結んだ場合、当該直線と外側プレートおよび中間プレートの接合面とのなす角度が４５度以上である上記1)または2)記載の熱交換器。

5)横断面において、上記ろう付フィレットにおける中間プレートへの付着部の前後方向内端部を中心とした半径０．５mmの仮想円と、外側プレートおよび中間プレートにおける外方膨出部内に臨む面との２つの交点を、それぞれ直線により上記仮想円の中心と結んだ場合、当該２直線のなす角度が９０度以上である上記1)または2)記載の熱交換器。

6)横断面において、外側プレートおよび／または中間プレートにおける外方膨出部内に臨む面に、外側プレートおよび中間プレートの接合面と直角をなす部分が存在している上記1)または2)記載の熱交換器。

7)外側プレートが、少なくとも中間プレート側を向いた面にろう材層を有する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おり、中間プレートが金属ベア材にプレス加工を施すことにより形成されており、両プレートが外側プレートのろう材層によりろう付されている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

8)中間プレートにおける外側プレートを向いた面に、複数のろう材流れ推進用溝が形成されている上記7)記載の熱交換器。

9)内側プレートが、少なくとも中間プレート側を向いた面にろう材層を有する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、中間プレートにおける内側プレートを向いた面に、複数のろう材流れ推進用溝が形成されており、内側プレートと中間プレートとが内側プレートのろう材層によりろう付されている上記7)または8)記載の熱交換器。

10)１対のヘッダタンクのうち第１のヘッダタンクにおけるヘッダ部形成用プレートに、その長さ方向に並んだ複数の外方膨出部が相互に間隔をおいて形成され、同じく第２のヘッダタンクにおけるヘッダ部形成用プレートに、第１ヘッダタンクの外方膨出部の数よりも１つ少ない外方膨出部が、第１ヘッダタンクの隣り合う２つの外方膨出部にまたがるように形成され、両ヘッダタンクのすべての外方膨出部が冷媒流通用外方膨出部となり、
第１ヘッダタンクにおいて、各外方膨出部に通じる中間プレートのすべての連通穴が、中間プレートに形成された連通部により連通させられ、
第２ヘッダタンクにおいて、各外方膨出部に通じる中間プレートのすべての連通穴が、中間プレートに形成された連通部により連通させられ、
第１ヘッダタンクに、一端部の外方膨出部に通じる冷媒入口が形成されるとともに、他端部の外方膨出部に通じる冷媒出口が形成されている上記1)〜9)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

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超臨界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)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超臨界冷凍サイクルであって、エバポレータが上記1)〜9)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。

13)超臨界冷媒が二酸化炭素である上記11)または12)記載の超臨界冷凍サイクル。

14)上記11)〜13)のうちのいずれかに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)の熱交換器によれば、応力集中緩和部の働きにより、外側プレートおよび中間プレートの外方膨出部内に臨む部分に発生する応力集中が緩和される。したがって、ヘッダタンクの耐圧性および疲労耐久性が向上する。しかも、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。

また、応力集中は、外側プレートと中間プレートにおける連通部の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレットよりも前後方向内側の部分に発生しやすいが、この場合であっても、応力集中が発生しやすい箇所に発生した応力集中が緩和される。

上記2)〜6)の熱交換器によれば、比較的簡単に応力集中緩和部を形成することができる。

上記7)の熱交換器によれば、ヘッダタンクを構成する外側プレートと中間プレートとのろう付を比較的簡単に行うことができる。

上記8)の熱交換器によれば、ヘッダタンクを構成する外側プレートと中間プレートとのろう付時には、溶融ろう材がろう材流れ推進用溝内を流れて両プレート間の全体に行き渡る。したがって、両プレート間でのろう材切れ部分の発生が防止され、ろう付後には両プレートどうしが全体に面ろう付されて必要なろう付強度が得られ、ヘッダタンクの耐圧性および疲労耐久性を向上させることができる。

上記9)の熱交換器によれば、ヘッダタンクを構成する内側プレートと中間プレートとのろう付を比較的簡単に行うことができる。また、内側プレートと中間プレートとのろう付時には、溶融ろう材がろう材流れ推進用溝内を流れて両プレート間の全体に行き渡る。したがって、両プレート間でのろう材切れ部分の発生が防止され、ろう付後には両プレートどうしが全体に面ろう付されて必要なろう付強度が得られ、ヘッダタンクの耐圧性および疲労耐久性を向上させることができる。

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、図１および図２の上下、左右をそれぞれ上下、左右という。また、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。

実施形態１
この実施形態は図１〜図１３に示すものである。

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および図１０はヘッダタンクの製造方法を示す。また、図１１および図１２は熱交換管を示し、図１３は熱交換管の製造方法を示す。

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６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た冷媒流通部となっており、第１ヘッダタンク(2)の各外方膨出部(11A)(11B)と対応する部分が、ヘッダ部となっている。各外方膨出部(11A)(11B)の内面と、外側プレート(7)における外方膨出部(11A)(11B)の前後両側部分の左右方向内面との連接部のアールは比較的大きくなっている。各外方膨出部(11A)(11B)が、冷媒がその内部を長さ方向に流れる冷媒流通用外方膨出部となっている。

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、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。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)の外方膨出部(11A)(11B)内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)の穴幅は管挿入穴(18)と同じになっている。中間プレート(9)の連通穴(22)の穴長さ方向両端部（前後両端部）において、その内周面における中間プレート(9)の板厚方向の中間部に、連通穴(22)の内方に突出しかつ熱交換管(4)の端面が当接する段部(25)が形成されている。中間プレート(9)の段部(25)における連通穴(22)内周面からの突出高さは、熱交換管(4)の後述する冷媒通路(4a)を塞がないような高さとされている。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)を介して上側外方膨出部(11A)内に通じさせられ、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)を介して下側外方膨出部(11B)内に通じさせられている。上側外方膨出部(11A)内に通じるすべての連通穴(22)、および下側外方膨出部(11B)内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おり、これにより中間プレート(9)に、外方膨出部(11A)(11B)内の冷媒流通部に通じる冷媒流通部が形成されている。

図７に示すように、中間プレート(9)における連通部(23)の前後両側部分には、外方膨出部(11A)(11B)の前後両側縁部よりも内方に突出した突出部(9a)が設けられている。そして、外側プレート(7)と中間プレート(9)における連通部(23)の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレット(26)よりも前後方向内側において、突出部(9a)が、左右方向外面から前後方向内面にかけて部分的に除去されることにより、応力集中緩和部(27)が形成されている。横断面において、応力集中緩和部(27)の外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面は、前後方向内方に向かって左右方向内方に傾斜している。中間プレート(9)は、アルミニウムベア材にプレス加工を施すことにより形成されている。

ここで、図８に示すように、横断面において、ろう付フィレット(26)における中間プレート(9)への付着部の前後方向内端部を中心(O)とした半径０．５mmの仮想円(C)と、外側プレート(7)および中間プレート(9)における外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面との交点(P1)(P2)を、直線(L1)(L2)によって仮想円(C)の中心(O)と結んだ場合、両直線(L1)(L2)と外側プレート(7)および中間プレート(9)の接合面(S)（中間プレート(9)の左右方向外面）とのなす角度は、それぞれ４５度以上である。

図２、図４、図６および図７においては図示は省略したが、中間プレート(10)の両面には、ろう材流れ推進用溝がそれぞれ全面にわたって形成されており、中間プレート(9)の左右方向外面におけるろう材流れ推進用溝全体の内部は、ろう付時に外側プレート(7)から溶け出し、その後凝固したろう材により埋められている。また、中間プレート(9)の左右方向内面におけるろう材流れ推進用溝全体の内部は、ろう付時に内側プレート(8)から溶け出し、その後凝固したろう材により埋められている。したがって、中間プレート(9)の両面と外側プレート(7)の左右方向内面および内側プレート(8)の左右方向外面とは、ろう材切れ部が生じることなく全体に面ろう付されている。

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)における第１ヘッダタンク(2)との主な相違点は、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点、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点、内側プレート(8)のすべての管挿入穴(18)が中間プレート(9)のすべての連通穴(22)を介して外方膨出部(24)内に通じている点、ならびに中間プレート(9)のすべての連通穴(22)が、隣り合う連通穴(22)間の部分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点である。外方膨出部(24)の膨出高さおよび幅は、第１ヘッダタンク(2)の外方膨出部(11A)(11B)の膨出高さおよび幅と等しくなっている。また、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た冷媒流通部となっており、第２ヘッダタンク(3)の外方膨出部(24)と対応する部分が、ヘッダ部となっている。そして、外方膨出部(24)が冷媒が長さ方向に流れる冷媒流通用外方膨出部となっている。また、中間プレート(9)のすべての連通穴(22)および連通部(23)により、外方膨出部(24)内の冷媒流通部に通じる冷媒流通部が形成されている。外方膨出部(24)が冷媒が長さ方向に流れる冷媒流通用外方膨出部となっている。

両ヘッダタンク(2)(3)は、図９および図１０に示すようにして製造されている。

まず、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、外方膨出部(11A)(11B)(24)を有する外側プレート(7)を形成する。なお、第１ヘッダタンク(2)の外側プレート(7)には冷媒入口(12)および冷媒出口(15)を形成しておく。また、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、管挿入穴(18)、被覆壁(19)および被覆壁(19)に真っ直ぐに連なった係合部形成用突片(21A)を有する内側プレート(8)を形成する。さらに、アルミニウムベア材にプレス加工を施すことにより、連通穴(22)、段部(25)、連通部(23)および応力集中緩和部(27)を有する中間プレート(9)を形成する。中間プレート(9)の両面には、それぞれ複数のろう材流れ推進用溝(28)を、中間プレート(9)の長さ方向（上下方向）に伸びるとともに、幅方向（前後方向）に間隔をおいて相互に平行となるように、全面にわたって形成しておく。ろう材流れ推進用溝(28)としては、横断面略Ｖ字状の三角溝、横断面略方形状の角溝、横断面略Ｕ字状でかつ底面が円弧状となった丸溝などが用いられる。いずれの溝(50)の場合も、開口幅および深さは、外側プレート(7)および内側プレート(8)に形成されたろう材層のろう材で、ろう材流れ推進用溝(50)内を満たすような寸法に設定する。

ついで、３つのプレート(7)(8)(9)を積層状に組み合わせた後、突片(21A)を曲げて係合部(21)を形成し、係合部(21)を外側プレート(7)に係合させて仮止め体をつくる。その後、仮止め体を所定温度に加熱し、外側プレート(7)のろう材層および内側プレート(8)のろう材層を利用して３つのプレート(7)(8)(9)を相互にろう付するとともに、被覆壁(19)と中間プレート(9)および外側プレート(7)の前後両側面、ならびに係合部(21)と外側プレート(7)とをそれぞれろう付する。こうして、両ヘッダタンク(2)(3)が製造されている。

熱交換管(4)は、図１１および図１２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熱交換管(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。

熱交換管(4)は、図１３(a)に示すような管製造用金属板(50)を用いて製造される。管製造用金属板(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)（平坦壁形成部）および下壁形成部(52)（平坦壁形成部）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、管製造用金属板(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、管製造用金属板(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１３(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１３(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、熱交換管(4)が製造される。

熱交換管(4)の両端部は、それぞれ両ヘッダタンク(2)(3)の内側プレート(8)の管挿入穴(18)および中間プレート(9)の連通穴(22)内に挿入されるとともに、その端面が中間プレート(9)の段部(25)に当接した状態で、内側プレート(8)のろう材層および上述した管製造用金属板(50)のろう材層を利用して、内側プレート(8)の管挿入穴(18)および中間プレート(9)の連通穴(22)の内周面にろう付されている。

したがって、上半分の複数の熱交換管(4)の右端部は上側外方膨出部(11A)内に通じるように第１ヘッダタンク(2)に接続され、左端部は外方膨出部(24)内に通じるように第２ヘッダタンク(3)に接続されている。また、下半分の複数の熱交換管(4)の右端部は下側外方膨出部(11B)内に通じるように第１ヘッダタンク(2)に接続され、左端部は外方膨出部(24)内に通じるように第２ヘッダタンク(3)に接続されている。

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、ヘッダタンク(2)(3)を製造する際の上述した２つの仮止め体と、複数の上述した折り曲げ体(55)と、複数のコルゲートフィン(5)とを用意すること、２つの仮止め体を、内側プレート(8)どうしが対向するように間隔をおいて配置すること、複数の折り曲げ体(55)とコルゲートフィン(5)とを交互に配置すること、折り曲げ体(55)の両端部をそれぞれ両仮止め体の内側プレート(8)の管挿入穴(18)および中間プレート(9)の連通穴(22)に挿入するとともに、その端面を中間プレート(9)の段部(25)に当接させること、両端のコルゲートフィン(5)の外側にサイドプレート(6)を配置すること、第１ヘッダタンク(2)を形成する外側プレート(7)の外方膨出部(11A)(11B)に入口部材(13)および出口部材(16)を配置すること、ならびに仮止め体の必要部分を上述したようにろう付してヘッダタンク(2)(3)を形成すると同時に、折り曲げ体(55)の必要部分を上述したようにろう付して熱交換管(4)を形成し、さらに熱交換管(4)をヘッダタンク(2)(3)に、フィン(5)を熱交換管(4)に、サイドプレート(6)をフィン(5)に、入口部材(13)および出口部材(16)を外方膨出部(11A)(11B)にそれぞれろう付することによって製造される。

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、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)の上側外方膨出部(11A)内に入り、分流して上側外方膨出部(11A)内に通じているすべての熱交換管(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)の外方膨出部(24)内に流入する。外方膨出部(24)内に流入したＣＯ_２はその内部および中間プレート(9)の連通部(33)を通って下方に流れ、分流して下側外方膨出部(11B)に通じているすべての熱交換管(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)の下側外方膨出部(11B)内に入る。その後、ＣＯ_２は冷媒出口(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１４は中間プレートの変形例を示す。

図１４に示す中間プレート(9)の両面には、それぞれ中間プレート(9)の幅方向に伸びる複数のろう材流れ推進用溝(28A)が、中間プレート(9)の長さ方向に間隔をおいて相互に平行となるように、全面にわたって形成されている。ろう材流れ推進用溝(28A)としては、横断面略Ｖ字状の三角溝、横断面略方形状の角溝、横断面略Ｕ字状でかつ底面が円弧状となった丸溝などが用いられる。

実施形態２
この実施形態は図１５に示すものである。

実施形態２のガスクーラの場合、外側プレート(7)と中間プレート(9)における連通部(23)の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレット(26)よりも前後方向内側において、中間プレート(9)の連通部(23)の前後両側部分に設けられ、かつ外方膨出部(11A)(11B)の前後両側縁部よりも内方に突出した突出部(9a)はすべて除去されており、これにより応力集中緩和部(60)が形成されている。

実施形態３
この実施形態は図１６に示すものである。

実施形態３のガスクーラの場合、外側プレート(7)と中間プレート(9)における連通部(23)の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレット(26)よりも前後方向内側において、中間プレート(9)の突出部(9a)が、左右方向外面から前後方向内面にかけて部分的に除去されることにより、応力集中緩和部(61)が形成されている。横断面において、応力集中緩和部(61)の外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面は、中間プレート(9)の左右方向外面と直角をなして左右方向内方に伸びる面(61a)と、当該面(61a)の左右方向内端に連なりかつ前後方向内方に向かって左右方向内方に傾斜した面(61b)とよりなる。

図示は省略したが、実施形態１の場合と同様に、横断面において、ろう付フィレット(26)における中間プレート(9)への付着部の前後方向内端部を中心とした半径０．５mmの仮想円と、外側プレート(7)および中間プレート(9)における外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面との交点を、直線によって仮想円の中心と結んだ場合、両直線と外側プレート(7)および中間プレート(9)の接合面のなす角度は、それぞれ４５度以上である。

実施形態４
この実施形態は図１７に示すものである。

実施形態４のガスクーラの場合、外側プレート(7)と中間プレート(9)における連通部(23)の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレット(26)よりも前後方向内側において、外側プレート(7)の内面の前後両側縁部が除去されることにより応力集中緩和部(62)が形成されている。横断面において、応力集中緩和部(62)の外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面は、外側プレート(7)の左右方向内面と直角をなして左右方向外方に伸びる面(62a)と、当該面(62a)の左右方向外端に連なりかつ前後方向内方に向かって左右方向外方に傾斜した面(62b)とよりなる。

図示は省略したが、実施形態１の場合と同様に、横断面において、ろう付フィレット(26)における中間プレート(9)への付着部の前後方向内端部を中心とした半径０．５mmの仮想円と、外側プレート(7)における外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面との交点を、直線によって仮想円の中心と結んだ場合、直線と外側プレート(7)および中間プレート(9)の接合面のなす角度は、４５度以上である。

実施形態５
この実施形態は図１８に示すものである。

実施形態５のガスクーラの場合、中間プレート(9)の突出部(9a)に実施形態３と同様の応力集中緩和部(61)が形成され、外側プレート(7)に実施形態４と同様の応力集中緩和部(62)が形成されている。

実施形態６
この実施形態は図１９に示すものである。

実施形態６のガスクーラの場合、外側プレート(7)と中間プレート(9)における連通部(23)の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレット(26)よりも前後方向内側において、中間プレート(9)の突出部(9a)が、左右方向外面から前後方向内面にかけて除去されることにより、応力集中緩和部(63)が形成されている。横断面において、応力集中緩和部(63)の外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面は、中間プレート(9)の左右方向外面から左右方向内方に向かって前後方向内方に湾曲した面(63a)と、当該湾曲面(63a)の前後方向内端に連なりかつ前後方向内方に直線的に伸びた面(63b)とよりなる。

ここで、図２０に示すように、横断面において、ろう付フィレット(26)における中間プレート(9)への付着部の前後方向内端部を中心(O)とした半径０．５mmの仮想円(C)と、外側プレート(7)および中間プレート(9)における外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面との交点(P3)(P4)を、直線(L3)(L4)によって仮想円(C)の中心(O)と結んだ場合、両直線(L3)(L4)のなす角度は９０度以上である。

実施形態７
この実施形態は図２１に示すものである。

実施形態７のガスクーラの場合、外側プレート(7)と中間プレート(9)における連通部(23)の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレット(26)よりも前後方向内側において、外側プレート(7)の内面の前後両側縁部が除去されることにより応力集中緩和部(64)が形成されている。横断面において、応力集中緩和部(64)の外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面は、前後方向外方に凹んだ円弧状面となっている。なお、外側プレート(7)がプレス加工により形成されていることから、外方膨出部(11A)(11B)の外面における応力集中緩和部(64)と対応する部分は若干外方に膨らんでいる。

図示は省略したが、実施形態６の場合と同様に、横断面において、ろう付フィレット(26)における中間プレート(9)への付着部の前後方向内端部を中心とした半径０．５mmの仮想円と、外側プレートおよび中間プレートにおける外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面との交点を、直線によって仮想円の中心と結んだ場合、両直線のなす角度は９０度以上である。

実施形態８
この実施形態は図２２に示すものである。

実施形態８のガスクーラの場合、中間プレート(9)の突出部(9a)に実施形態６と同様の応力集中緩和部(63)が形成され、外側プレート(7)の内面に実施形態７と同様の応力集中緩和部(64)が形成されている。

実施形態９
この実施形態は図２３に示すものである。

実施形態９のガスクーラの場合、外側プレート(7)と中間プレート(9)における連通部(23)の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレット(26)よりも前後方向内側において、中間プレート(9)の突出部(9a)の左右方向外面が部分的に除去されることにより応力集中緩和部(65)が形成されている。横断面において、応力集中緩和部(65)の外方膨出部(11A)(11B)内に臨む面は、左右方向内方に凹んだ円弧状面となっている。

実施形態２〜９において、その他の構成は実施形態１のガスクーラと同じである。

上記すべての実施形態においては、この発明による熱交換器が超臨界冷凍サイクルのガスクーラに適用されているが、この発明による熱交換器は上述した超臨界冷凍サイクルのエバポレータに適用されることもある。このエバポレータは、圧縮機、ガスクーラ、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ＣＯ_２などの超臨界冷媒を使用する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。

また、上記すべて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、上記すべての実施形態においては、熱交換管(4)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からなる管製造用金属板を曲げた折り曲げ体(55)からなるが、これに限定されるものではなく、たとえば外周面にろう材層を有するアルミニウム押出形材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実施形態１の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５のＣ−Ｃ線拡大断面図である。第１ヘッダタンクの外側プレートと中間プレートのみを示す図４相当の図である。図７の部分拡大図である。図１のガスクーラの第１ヘッダタンクの製造方法を示す分解斜視図である。図１のガスクーラの第２ヘッダタンクの製造方法を示す分解斜視図である。図１のガスクーラの熱交換管を示す横断面図である。図１１の部分拡大図である。図１１に示す熱交換管の製造方法を示す図である。中間プレートの変形例を示す斜視図である。この発明による熱交換器を適用した実施形態２のガスクーラを示す図７相当の図である。この発明による熱交換器を適用した実施形態３のガスクーラを示す図７相当の図である。この発明による熱交換器を適用した実施形態４のガスクーラを示す図７相当の図である。この発明による熱交換器を適用した実施形態５のガスクーラを示す図７相当の図である。この発明による熱交換器を適用した実施形態６のガスクーラを示す図７相当の図である。図１９の部分拡大図である。この発明による熱交換器を適用した実施形態７のガスクーラを示す図７相当の図である。この発明による熱交換器を適用した実施形態８のガスクーラを示す図７相当の図である。この発明による熱交換器を適用した実施形態９のガスクーラを示す図７相当の図である。

(1)：ガスクーラ（熱交換器）
(2)(3)：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)：突出部
(11A)(11B)：外方膨出部
(18)：管挿入穴
(22)：連通穴
(23)：連通部
(24)：外方膨出部
(26)：フィレット
(27)(60)(61)(62)(63)(64)(65)：応力集中緩和部

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、両ヘッダタンクの外側プレートに、それぞれ長さ方向にのびるとともに中間プレートにより開口が閉鎖された外方膨出部が形成され、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、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外方膨出部内に通じさせる連通穴が貫通状に形成され、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ている熱交換器であって、
各ヘッダタンクの少なくとも１つの外方膨出部が、冷媒がその内部を長さ方向に流れる冷媒流通用外方膨出部となっており、各ヘッダタンクにおいて、冷媒流通用外方膨出部に通じる中間プレートの連通穴が、中間プレートに形成された連通部により連通させられ、中間プレートにおける連通部の前後両側部分に、外方膨出部の前後両側縁部よりも前後方向内方に突出した突出部が設けられ、外側プレートにおける外方膨出部の前後両側部分と、中間プレートにおける連通部の前後両側部分との間に形成されたろう付フィレットよりも前後方向内側において、外側プレートおよび中間プレートの突出部のうち少なくともいずれか一方が除去されることにより、外側プレートおよび中間プレートの突出部のうち少なくともいずれか一方に、応力集中緩和部が形成されている熱交換器。
中間プレートの突出部が部分的に除去されている請求項１記載の熱交換器。
中間プレートの突出部がすべて除去されている請求項１記載の熱交換器。
横断面において、上記ろう付フィレットにおける中間プレートへの付着部の前後方向内端部を中心とした半径０．５mmの仮想円と、外側プレートおよび／または中間プレートにおける外方膨出部内に臨む面との交点を、直線により上記仮想円の中心と結んだ場合、当該直線と外側プレートおよび中間プレートの接合面とのなす角度が４５度以上である請求項１または２記載の熱交換器。
横断面において、上記ろう付フィレットにおける中間プレートへの付着部の前後方向内端部を中心とした半径０．５mmの仮想円と、外側プレートおよび中間プレートにおける外方膨出部内に臨む面との２つの交点を、それぞれ直線により上記仮想円の中心と結んだ場合、当該２直線のなす角度が９０度以上である請求項１または２記載の熱交換器。
横断面において、外側プレートおよび／または中間プレートにおける外方膨出部内に臨む面に、外側プレートおよび中間プレートの接合面と直角をなす部分が存在している請求項１または２記載の熱交換器。
外側プレートが、少なくとも中間プレート側を向いた面にろう材層を有する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おり、中間プレートが金属ベア材にプレス加工を施すことにより形成されており、両プレートが外側プレートのろう材層によりろう付されている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の熱交換器。
中間プレートにおける外側プレートを向いた面に、複数のろう材流れ推進用溝が形成されている請求項７記載の熱交換器。
内側プレートが、少なくとも中間プレート側を向いた面にろう材層を有する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、中間プレートにおける内側プレートを向いた面に、複数のろう材流れ推進用溝が形成されており、内側プレートと中間プレートとが内側プレートのろう材層によりろう付されている請求項７または８記載の熱交換器。
１対のヘッダタンクのうち第１のヘッダタンクにおけるヘッダ部形成用プレートに、その長さ方向に並んだ複数の外方膨出部が相互に間隔をおいて形成され、同じく第２のヘッダタンクにおけるヘッダ部形成用プレートに、第１ヘッダタンクの外方膨出部の数よりも１つ少ない外方膨出部が、第１ヘッダタンクの隣り合う２つの外方膨出部にまたがるように形成され、両ヘッダタンクのすべての外方膨出部が冷媒流通用外方膨出部となり、
第１ヘッダタンクにおいて、各外方膨出部に通じる中間プレートのすべての連通穴が、中間プレートに形成された連通部により連通させられ、
第２ヘッダタンクにおいて、各外方膨出部に通じる中間プレートのすべての連通穴が、中間プレートに形成された連通部により連通させられ、
第１ヘッダタンクに、一端部の外方膨出部に通じる冷媒入口が形成されるとともに、他端部の外方膨出部に通じる冷媒出口が形成されている請求項１〜９のうちのいずれかに記載の熱交換器。
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超臨界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。
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超臨界冷凍サイクルであって、エバポレータが請求項１〜９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である請求項１１または１２記載の超臨界冷凍サイクル。
請求項１１〜１３のうちのいずれかに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。