JP2007178018A

JP2007178018A - 熱交換器

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Publication number: JP2007178018A
Application number: JP2005374269A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Take; 幸一郎武; Shigeji Ichiyanagi; 茂治一柳
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP4852307B2

Abstract

【課題】放熱性能の低下を防止し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間に配置された複数の熱交換管４とを備えている。第１ヘッダタンク２に、入口ヘッダ部10Aと出口ヘッダ部10Bとを上下方向に並んで設ける。第１ヘッダタンク２の入口ヘッダ部10Aの上端部に冷媒入口12を設け、出口ヘッダ部10Bの下端部に冷媒出口15を設ける。第２ヘッダタンク３に１つの中間ヘッダ部20を設ける。第２ヘッダタンク３の中間ヘッダ部20の上半部を、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20aとする。流入部20aの下部に抵抗付与手段を設ける。抵抗付与手段は、第２ヘッダタンク３を構成する外側プレート７に形成された外方膨出部24の一部分に設けた非膨出部26からなる。
【選択図】図２

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として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。

一般に車両用や屋内用の空気調和装置の冷凍サイクルの冷媒としては、ハイドロクロロフルオロカーボンやハイドロフルオロカーボンなどのフロン系のものが広く使用されているが、フロン系冷媒は、オゾン破壊物質、地球温暖化物質であることから、大気中への排出が厳しく制限されており、フロン系冷媒の代替物質の開発、いわゆる脱フロン化の技術開発が進められている。

脱フロン対策の１つとして、たとえばＣＯ_２（二酸化炭素）を冷媒として用いる超臨界冷凍サイクルが提案されている。ＣＯ_２は自然界に存在する自然冷媒の１つで、フロン系冷媒に比べ地球温暖化に対する影響を示す地球温暖化係数がはるかに低く、地球環境にほとんど影響を及ぼさない。

ところで、ＣＯ_２を蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒に使用した場合、ＣＯ_２固有の熱力学的性質により凝縮課程を伴わない遷臨界サイクルとなり、高圧側の熱交換器内で凝縮が発生しないため、高圧側熱交換器はガスクーラと呼ばれており、圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、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、およびアキュムレータによって超臨界冷凍サイクルが構成されるようになっている。

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上下方向に伸びる１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に上下方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の扁平状熱交換管とを備えており、第１のヘッダタンクに、入口ヘッダ部と出口ヘッダ部とが上下に並んで設けられ、第２のヘッダタンクに、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１つの中間ヘッダ部が設けられ、第１ヘッダタンクの入口ヘッダ部の上端部に冷媒入口が設けられるとともに、出口ヘッダ部の下端部に冷媒出口が設けられ、第２ヘッダタンクの中間ヘッダ部の上半部は、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となっており、すべての熱交換管が、上下に連続して並んだ複数の熱交換管からなる上下２つのパスに区分され、上側パスの熱交換管が入口ヘッダ部および中間ヘッダ部の流入部に接続され、下側パスの熱交換管が出口ヘッダ部および中間ヘッダ部の下半部に接続されている熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

ところで、超臨界冷凍サイクルの圧縮機においては、通常、摺動部の潤滑のために潤滑油が使用されており、そのため超臨界冷媒中に（）〜（）質量％程度の潤滑油が必然的に混入しているが、ガスクーラの中には液相は存在しないので、冷媒と潤滑油とが分離してガスクーラ内を流動している。

そして、特許文献１記載の熱交換器においては、上側パスの下端部側の熱交換管、すなわち冷媒入口からの距離が遠い熱交換管内に潤滑油が滞留して冷媒が流れにくくなり、放熱性能が低下するという問題がある。

上記問題が発生する原因は、第１ヘッダタンクの入口ヘッダ部内の圧力分布と、第２ヘッダタンクの中間ヘッダ部内の圧力分布にある。すなわち、入口ヘッダ部内の圧力分布と、中間ヘッダ部の流入部内の圧力分布とは、図１２に示すようになり、入口ヘッダ部内の圧力と中間ヘッダ部の流入部内の圧力との差圧は、冷媒入口に近い部分で大きく、冷媒入口からの距離が大きくなるにしたがって小さくなる。したがって、上側パスの下端部側の熱交換管内の冷媒流量が少なくなり、当該熱交換管内に粘性の大きな潤滑油が滞留して冷媒の流れをせき止めることになる。その結果、放熱性能が低下する。
特開２００３−３１４９８７号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、放熱性能の低下を防止し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熱交換管とを備えており、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、長さ方向外端部に冷媒入口を有する入口ヘッダ部となっており、第２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いる熱交換器において、
第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部に、抵抗付与手段が設けられている熱交換器。

2)抵抗付与手段が、第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部における長さ方向の中程よりも冷媒入口とは反対側の位置に設けられている上記1)記載の熱交換器。

3)第２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外方膨出部が形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外方膨出部と対応する部分がヘッダ部となされ、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、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、熱交換管の一端部が第２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おり、外方膨出部内の冷媒流通部に通じる中間プレートの連通穴が、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るとともに、これらの連通穴および連通部によって、外方膨出部の冷媒流通部に通じかつ冷媒が外方膨出部の長さ方向に流れる冷媒流通部が形成され、外方膨出部の冷媒流通部と中間プレートの冷媒流通部とによりヘッダ部の内部空間が形成され、
抵抗付与手段が、外方膨出部に一体に形成され、かつ外方膨出部内の冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部よりなる上記1)または2)記載の熱交換器。

4)分断部が、外方膨出部の一部分に設けられた非膨出部からなる上記3)記載の熱交換器。

5)第２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外方膨出部が形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外方膨出部と対応する部分がヘッダ部となされ、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、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、熱交換管の一端部が第２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おり、外方膨出部内の冷媒流通部に通じる中間プレートの連通穴が、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るとともに、これらの連通穴および連通部によって、外方膨出部の冷媒流通部に通じかつ冷媒が外方膨出部の長さ方向に流れる冷媒流通部が形成され、外方膨出部の冷媒流通部と中間プレートの冷媒流通部とによりヘッダ部の内部空間が形成され、
抵抗付与手段が、第２ヘッダタンクの中間プレートに一体に形成され、かつ中間プレートの冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部よりなる上記1)または2)記載の熱交換器。

6)分断部が、中間プレートの隣り合う連通穴どうしの間に設けられた非連通部からなる上記5)記載の熱交換器。

7)第２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外方膨出部が形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外方膨出部と対応する部分がヘッダ部となされ、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、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、熱交換管の一端部が第２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おり、外方膨出部内の冷媒流通部に通じる中間プレートの連通穴が、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るとともに、これらの連通穴および連通部によって、外方膨出部の冷媒流通部に通じかつ冷媒が外方膨出部の長さ方向に流れる冷媒流通部が形成され、外方膨出部の冷媒流通部と中間プレートの冷媒流通部とによりヘッダ部の内部空間が形成され、
抵抗付与手段が、外方膨出部の一部分に設けられた非膨出部からなり、かつ外方膨出部内の冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部と、中間プレートに形成され、かつ他の連通部よりも幅狭の連通部とよりなる上記1)または2)記載の熱交換器。

8)第１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複数の外方膨出部が形成されるとともに、第１ヘッダタンクの各外方膨出部と対応する部分がヘッダ部となされ、内側プレートにおける各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、熱交換管の他端部が第１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おり、外方膨出部内の冷媒流通部に通じる中間プレートの連通穴が、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るとともに、これらの連通穴および連通部によって、外方膨出部の冷媒流通部に通じかつ冷媒が外方膨出部の長さ方向に流れる冷媒流通部が形成され、外方膨出部の冷媒流通部と中間プレートの冷媒流通部とによりヘッダ部の内部空間が形成されている上記3)〜7)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

9)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、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ヘッダタンクの下端部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1)〜8)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

10)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上記11)記載の超臨界冷凍サイクル。

13)超臨界冷媒に混入している圧縮機潤滑油の量が３〜１０質量％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12)または13)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、第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部に、抵抗付与手段が設けられているので、第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部内の圧力が低下し、入口ヘッダ部内の圧力と第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部内の圧力との差圧は、冷媒入口からの距離が大きくなったとしても、特許文献１記載の熱交換器の場合に比較して大きくなる。したがって、入口ヘッダ部内に通じている熱交換管群のうち、冷媒入口からの距離が大きい部位に配置されている熱交換管内の冷媒流量も、特許文献１記載の熱交換器の場合に比較して多くなり、当該熱交換管内への潤滑油の滞留が抑制される。その結果、熱交換器の放熱性能の低下を防止することができる。

上記2)の熱交換器によれば、抵抗付与手段が、第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部における長さ方向の中程よりも冷媒入口とは反対側の位置に設けられているので、第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部内における抵抗付与手段を挟んで入口ヘッダ部の冷媒入口とは反対側の部分の圧力が低下し、入口ヘッダ部内の圧力と第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部内の圧力との差圧は、冷媒入口からの距離が大きくなったとしても、特許文献１記載の熱交換器の場合に比較して大きくなる。したがって、入口ヘッダ部内に通じている熱交換管群のうち、冷媒入口からの距離が大きい部位に配置されている熱交換管内の冷媒流量も、特許文献１記載の熱交換器の場合に比較して多くなり、当該熱交換管内への潤滑油の滞留が抑制される。その結果、熱交換器の放熱性能の低下を防止することができる。

上記3)の熱交換器によれば、抵抗付与手段が、外方膨出部に一体に形成され、かつ外方膨出部内の冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部よりなるので、オリフィスなどの別部材を用いる必要がなくなる。

上記4)の熱交換器によれば、上記2)の分断部を比較的簡単に形成することができる。

上記5)の熱交換器によれば、抵抗付与手段が、第２ヘッダタンクの中間プレートに一体に形成され、かつ中間プレートの冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部よりなるので、オリフィスなどの別部材を用いる必要がなくなる。

上記6)の熱交換器によれば、上記4)の分断部を比較的簡単に形成することができる。

上記7)の熱交換器によれば、抵抗付与手段が、外方膨出部の一部分に設けられた非膨出部からなり、かつ外方膨出部内の冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部と、中間プレートに形成され、かつ他の連通部よりも幅狭の連通部とよりなるので、オリフィスなどの別部材を用いる必要がなくなる。しかも、抵抗付与手段を比較的簡単に形成することができる。

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、「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６はその要部の構成を示し、図７および図８は熱交換管を示す。

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た冷媒流通部(11a)(11b)となり、第１ヘッダタンク(2)の両外方膨出部(11A)(11B)と対応する部分が、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)となっている。

外側プレート(7)の入口ヘッダ部(10A)における外方膨出部(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、出口ヘッダ部(10B)における外方膨出部(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、入口ヘッダ部(10A)における外側プレート(7)の外方膨出部(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、出口ヘッダ部(10B)における外側プレート(7)の外方膨出部(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)を介して入口ヘッダ部(10A)の外方膨出部(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)を介して出口ヘッダ部(10B)の外方膨出部(11B)内に通じさせられている。入口ヘッダ部(10A)の外方膨出部(11A)内に通じるすべての連通穴(22)、および出口ヘッダ部(10B)の外方膨出部(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(11a)(11b)に通じる冷媒流通部(9a)(9b)が形成されている。そして、各外方膨出部(11A)(11B)内の冷媒流通部(11a)(11b)と、中間プレート(9)の冷媒流通部(9a)(9b)とによって、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)の内部空間が形成されている。

図２および図６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た冷媒流通部(24a)となり、第２ヘッダタンク(3)の外方膨出部(24)と対応する部分が中間ヘッダ部(20)となっている。すなわち、第２ヘッダタンク(3)に、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いる。外方膨出部(24)に冷媒は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、中間プレート(9)のすべての連通穴(22)を介して中間ヘッダ部(20)の外方膨出部(24)内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(24)内の冷媒流通部(24a)に通じる冷媒流通部(9c)が形成されている。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)の冷媒流通部(9c)とによって、中間ヘッダ部(20)の内部空間が形成されている。

第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の上半部は、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(20a)となっている。中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)の下部、すなわち長さ方向の中程よりも冷媒入口(12)とは反対側の位置に、中間ヘッダ部(20)内を上下方向に流れるＣＯ_２の流れに抵抗を付与する抵抗付与手段が設けられている。抵抗付与手段は、外側プレート(7)の外方膨出部(24)に一体に形成され、かつ外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)を上下方向に分断する非膨出部(26)（分断部）よりなる。非膨出部(26)は中間プレート(9)にろう付されている。

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)内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)の流入部(20a)内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)内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)内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。そして、第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)内に通じている第１パス(P1)の熱交換管(4)内を流れてきた超臨界冷媒は、第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)内に流入するようになっている。

各パス(P1)(P2)を構成する熱交換管(4)の数を全熱交換管(4)の数で除した値を「管比」と定義した場合、各パス(P1)(P2)の管比は０．４５〜０．５５となっていることが好ましい。なお、第１パス(P1)の管比と第２パス(P2)の管比の合計は１となる。上記管比が０．４５未満であるか、あるいは０．５５を超えた場合、このガスクーラ(1)のいずれか一方のパス(P1)(P2)における熱交換管(4)内で発生する圧力損失が増大するおそれがある。各パス(P1)(P2)の管比は、０．４８〜０．５２であることが好ましい。この場合も、第１パス(P1)の管比と第２パス(P2)の管比の合計は１となる。

熱交換管(4)は、図７および図８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)を有するものであり、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て必要部分をろう付することにより形成されている。

前側壁(33)は２重構造であり、上壁(31)の前側縁より下方隆起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)より下方隆起状に一体成形された内側側壁用凸条(37)と、下壁(32)の前側縁より上方隆起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)より下方隆起状に一体成形された補強壁用凸条(40)(41)と、下壁(32)より上方隆起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)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。

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、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、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)の流入部(20a)内に流入する。中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)内に流入したＣＯ_２はその内部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。ＣＯ_２が流入部(20a)内を流れる際には、外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)を流れるが、非膨出部(26)が設けられている部分においては、中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)のみを流れるので、抵抗が付与され、中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)内における非膨出部(26)よりも下方の部分の圧力は低下する。

上記超臨界冷凍サイクルの圧縮機においては、通常、摺動部の潤滑のために潤滑油が使用されており、そのため超臨界冷媒中に３〜１０質量％程度の潤滑油が必然的に混入しており、この潤滑油がＣＯ_２とともに入口ヘッダ部(10A)内に流入するが、上述したように、流入部(20a)内を流れるＣＯ_２に抵抗が付与されるので、図９に示すように、第２ヘッダタンク(3)の外方膨出部(24)内、すなわち中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)内における非膨出部(26)よりも下方の部分の圧力は低下し、その結果第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)内の圧力と第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)内の圧力との差圧は、冷媒入口(12)からの距離が大きい場合にも大きくなる。したがって、入口ヘッダ部(10A)内に通じている第１パス(P1)のうち、冷媒入口(12)からの距離が大きい部位、すなわち下端部に配置されている熱交換管(4)内の冷媒流量も、比較的に多くなり、当該熱交換管(4)内への潤滑油の滞留が抑制される。その結果、第１パス(P1)の下端部側に位置する熱交換管(4)における冷媒流量の減少に伴う熱交換性能の悪化が防止され、ガスクーラ(1)全体の熱交換効率の低下が防止される。

図１０は第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)の下部に設けられた抵抗付与手段の変形例を示す。

図１０に示すように、中間プレート(9)における中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)の下部と対応する位置において、上下に隣り合う連通穴(22)どうしは連通させられておらず、ここに非連通部(60)が設けられている。そして、この非連通部(60)により抵抗付与手段が構成されている。また、外側プレート(7)の外方膨出部(24)には非膨出部(26)は設けられていない。

そして、ＣＯ_２が流入部(20a)内を流れる際には、外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)を流れるが、非連通部(60)が設けられている部分においては、外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)のみを流れるので、抵抗が付与され、中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)内における非連通部(60)よりも下方の部分の圧力は低下する。

図１１は第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)の下部に設けられた抵抗付与手段の他の変形例を示す。

図１１に示すように、中間プレート(9)における中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)の下部と対応する位置において、上下に隣り合う連通穴(22)どうしは他の連通部(23)よりも前後方向の幅の狭い幅狭連通部(61)より連通させられている。また、外側プレート(7)の外方膨出部(24)には、上述した実施形態の場合と同様に、非膨出部(26)が設けられている。非膨出部(26)は、中間プレート(9)における幅狭連通部(61)の前後両側部分にろう付されている。そして、非膨出部(26)および幅狭連通部(61)により抵抗付与手段が構成されている。

そして、ＣＯ_２が流入部(20a)内を流れる際には、外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)を流れるが、非膨出部(26)が設けられている部分においては、中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)のみを流れるので、抵抗が付与される。また、非膨出部(26)が設けられている部分には幅狭連通部(61)が設けられているので、冷媒流通部(9c)の幅が絞られ、これによっても抵抗が付与される。したがって、中間ヘッダ部(20)の流入部(20a)内における非膨出部(26)よりも下方の部分の圧力は低下する。

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、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のガスクーラの熱交換管を示す横断面図である。図７の部分拡大図である。図１のガスクーラにおける入口ヘッダ部内の圧力分布と、中間ヘッダ部の流入部内の圧力分布とを示すグラフである。第２ヘッダタンクの中間ヘッダ部の流入部の下部に設けられた抵抗付与手段の他の変形例を示す分解斜視図である。第２ヘッダタンクの中間ヘッダ部の流入部の下部に設けられた抵抗付与手段の他の変形例を示す分解斜視図である。特許文献１記載のガスクーラにおける入口ヘッダ部内の圧力分布と、中間ヘッダ部の流入部内の圧力分布とを示すグラフである。

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)(9b)(9c)：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
(12)：冷媒入口
(18)：管挿入穴
(20)：中間ヘッダ部
(20a)：流入部
(22)：連通穴
(23)：連通部
(24)：外方膨出部
(24a)：冷媒流通部
(26)：非膨出部（分断部）
(60)：非連通部（分断部）
(61)：幅狭連通部

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、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、長さ方向外端部に冷媒入口を有する入口ヘッダ部となっており、第２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いる熱交換器において、
第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部に、抵抗付与手段が設けられている熱交換器。
抵抗付与手段が、第２ヘッダタンクのヘッダ部の流入部における長さ方向の中程よりも冷媒入口とは反対側の位置に設けられている請求項１記載の熱交換器。
第２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外方膨出部が形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外方膨出部と対応する部分がヘッダ部となされ、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、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、熱交換管の一端部が第２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おり、外方膨出部内の冷媒流通部に通じる中間プレートの連通穴が、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るとともに、これらの連通穴および連通部によって、外方膨出部の冷媒流通部に通じかつ冷媒が外方膨出部の長さ方向に流れる冷媒流通部が形成され、外方膨出部の冷媒流通部と中間プレートの冷媒流通部とによりヘッダ部の内部空間が形成され、
抵抗付与手段が、外方膨出部に一体に形成され、かつ外方膨出部内の冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部よりなる請求項１または２記載の熱交換器。
分断部が、外方膨出部の一部分に設けられた非膨出部からなる請求項３記載の熱交換器。
第２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外方膨出部が形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外方膨出部と対応する部分がヘッダ部となされ、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、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、熱交換管の一端部が第２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おり、外方膨出部内の冷媒流通部に通じる中間プレートの連通穴が、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るとともに、これらの連通穴および連通部によって、外方膨出部の冷媒流通部に通じかつ冷媒が外方膨出部の長さ方向に流れる冷媒流通部が形成され、外方膨出部の冷媒流通部と中間プレートの冷媒流通部とによりヘッダ部の内部空間が形成され、
抵抗付与手段が、第２ヘッダタンクの中間プレートに一体に形成され、かつ中間プレートの冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部よりなる請求項１または２記載の熱交換器。
分断部が、中間プレートの隣り合う連通穴どうしの間に設けられた非連通部からなる請求項５記載の熱交換器。
第２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外方膨出部が形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外方膨出部と対応する部分がヘッダ部となされ、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、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、熱交換管の一端部が第２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おり、外方膨出部内の冷媒流通部に通じる中間プレートの連通穴が、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るとともに、これらの連通穴および連通部によって、外方膨出部の冷媒流通部に通じかつ冷媒が外方膨出部の長さ方向に流れる冷媒流通部が形成され、外方膨出部の冷媒流通部と中間プレートの冷媒流通部とによりヘッダ部の内部空間が形成され、
抵抗付与手段が、外方膨出部の一部分に設けられた非膨出部からなり、かつ外方膨出部内の冷媒流通部を長さ方向に分断する分断部と、中間プレートに形成され、かつ他の連通部よりも幅狭の連通部とよりなる請求項１または２記載の熱交換器。
第１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複数の外方膨出部が形成されるとともに、第１ヘッダタンクの各外方膨出部と対応する部分がヘッダ部となされ、内側プレートにおける各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、熱交換管の他端部が第１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おり、外方膨出部内の冷媒流通部に通じる中間プレートの連通穴が、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るとともに、これらの連通穴および連通部によって、外方膨出部の冷媒流通部に通じかつ冷媒が外方膨出部の長さ方向に流れる冷媒流通部が形成され、外方膨出部の冷媒流通部と中間プレートの冷媒流通部とによりヘッダ部の内部空間が形成されている請求項３〜７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、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ヘッダタンクの下端部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１〜８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である請求項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。
超臨界冷媒に混入している圧縮機潤滑油の量が３〜１０質量％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１２または１３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。