JP2000220979A

JP2000220979A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2000220979A
Application number: JP11021714A
Authority: JP
Inventors: Soichi Kato; 宗一加藤; Akihiko Takano; 明彦高野
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】所望の耐圧性を保持しつつ、熱交換性能を
向上し、重量増加を防止した熱交換器を提供することを
目的とする。【解決手段】熱交換チューブと、前記チューブ間に装
着されるフィンと、前記チューブを連通接続し、媒体の
送受給を行うヘッダパイプを備え、チューブ及びフィン
に伝わる熱によって熱交換を行う熱交換器において、前
記熱交換チューブ２は、複数の断面円形の冷媒流路２１
と、冷媒流路を形成しない肉厚部２２を備え、熱交換チ
ューブ２の長手方向端部において、他の部位よりも小さ
い断面積となるヘッダパイプ挿入部２３が形成されてい
るチューブ２を用いた熱交換器である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、媒体が熱交換器チ
ューブに伝わる熱によって熱交換を行う熱交換器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷媒の熱交換を行う熱交換チュー
ブと、前記冷媒を受給及び送給する一対のヘッダパイプ
とを連通接続して構成される熱交換器が知られている。

【０００３】すなわち、一方のヘッダパイプから取り入
れられた冷媒は、熱交換チューブ内部の冷媒流路を流通
した後、他方のヘッダパイプから排出され、冷媒の熱交
換は、熱交換チューブに伝わる熱によって行われる。

【０００４】また、この種の熱交換器に用いられる熱交
換チューブは、アルミニウム合金等を材料として、押し
出し成形による製造方法等を用いて形成されている。

【０００５】また、前記熱交換器は、熱交換チューブに
当接されるフィンを備え、熱交換チューブとフィンとの
接触面積を大きくするため、熱交換チューブ断面が扁平
形状となるように形成され、前記扁平形状のチューブに
複数の媒体流路が形成されている構成となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年において、フロン
系の冷媒は、地球温暖化作用等を生じることから、これ
らの冷媒の使用禁止及び縮減の方向の要求が強くなって
いる。このため、特許第２８０４８４４号公報、及び特
開平１０ー１９４２１号公報に、フロン系冷媒の代替冷
媒として、オゾン層を破壊しない二酸化炭素（ＣＯ_２）
を冷媒として用いる冷凍サイクルが記載されている。

【０００７】ＣＯ_２を冷媒として冷凍サイクルに用いた
場合、高温高圧となった冷媒から熱を放熱するために、
熱交換器を通流する際の冷媒の状態は、気液二相状態の
臨界点を超えた超臨界域にあり、通常の気液二相状態の
冷媒が熱交換器を通流する場合と比較して、熱交換器に
過度の圧力が負荷されることが想定される。

【０００８】例えば、ＣＯ_２を冷媒として用いた場合、
高温高圧となった冷媒の放熱作用を発揮する熱交換器に
は、気液混合状態の冷媒が通流する場合と比較して６倍
以上の耐圧性が要求されと考えられる。

【０００９】冷凍装置に、超臨界的な冷媒を用いる場合
に、冷媒が通流する熱交換チューブ及びヘッダパイプ等
の部材を肉厚として、熱交換器に要求される耐圧性を確
保することが考えられる。しかし、熱交換チューブ又は
ヘッダパイプ等の部材を肉厚とすると、熱交換器自体の
外形が拡大し、搭載スペースが制限された車内におい
て、冷凍装置のレイアウト性が低下するという問題を生
じる。また、熱交換器を構成する熱交換チューブ及びヘ
ッダパイプ等の部材を肉厚とすると、熱交換器の重量も
増加し、車体搭載時に軽量化が望まれている冷凍装置と
しては、好ましくない。

【００１０】また、通常、熱交換チューブは、媒体に乱
流を起こさせて熱交換能力を高めるとともに、チューブ
扁平面の耐圧強度を高めるために、冷媒流路をビード等
によって仕切る場合がある。ビード等によって扁平形状
のチューブを仕切った場合、その冷媒流路断面は矩形状
を形成し、耐圧性要求の高い冷媒が通流した場合、この
角部に冷媒応力が集中して、耐圧性能が悪化するという
問題を生じる。

【００１１】要求される耐圧性を確保するために、同一
体積においてヘッダパイプを肉厚とすると、ヘッダパイ
プの媒体流路の内径は小さくなり、このヘッダパイプの
媒体流路と、チューブを連通接続するために形成される
チューブ挿入孔は、媒体流路の内径と同様に小さくな
る。

【００１２】一般にヘッダパイプとチューブは、チュー
ブ端部をヘッダパイプに形成されたチューブ挿入孔に挿
入して連通接続している。

【００１３】ヘッダパイプに形成されるチューブ挿入孔
の大きさにともなって、チューブを形成すると、チュー
ブ幅が狭くなり、チューブとフィンの接触面積が小さく
なり、熱交換性能が低下するという問題を生じる。

【００１４】ここで、放熱性能の低下を撤回するため、
有効スペースを利用して出来る限りチューブ幅を拡大
し、熱交換性能を向上させる必要が生じる。

【００１５】チューブ幅確保のため、例えば、特開平１
−１４７２８７号公報記載の発明は、図１１に示すよう
に、ヘッダパイプ７３の長手方向の軸線Ｘに対してチュ
ーブ挿入孔７４の長径方向軸線Ｙを角度θ傾けた長穴の
チューブ挿入孔が形成されている。また、ヘッダパイプ
に連通接続されるチューブは、チューブの長手方向端部
が、チューブの中央部に対して角度θ捩られて、チュー
ブ挿入孔７４に嵌着されている。

【００１６】この場合、チューブ端部をチューブ挿入孔
７４に合致するように捩る必要があり、作業的に煩雑と
なる場合があり、捩ったチューブ端部とチューブ挿入孔
の組み付けが困難である場合があった。

【００１７】そこで、本発明は前記問題点に鑑みて、所
望の耐圧性を保持しつつ、熱交換性能を向上し、重量増
加を防止した熱交換器を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本願第１請求項に記載し
た発明は、冷媒流路を有する熱交換チューブと、前記チ
ューブ間に装着されるフィンと、前記チューブと連通接
続し、冷媒の送受給を行うヘッダパイプを備え、チュー
ブ及びフィンに伝わる熱によって熱交換を行う熱交換器
において、前記熱交換チューブは、前記熱交換チューブ
断面において、断面円形の冷媒流路を備えている構成の
熱交換器である。

【００１９】例えば、熱交換器を通流する冷媒として、
気液二相状態の臨界点を超えた超臨界域の状態となる冷
媒を冷凍サイクルに用いた場合、高温高圧となった冷媒
の放熱作用を発揮する熱交換器には、気液混合状態の冷
媒が通流する場合と比較して６倍以上の耐圧性が要求さ
れと考えられる。

【００２０】従って、要求される耐圧性を確保するため
に、冷媒流路の断面形状を円形とすることが考えられ
る。すなわち、冷媒流路を断面円形とすることにより、
冷媒圧が流路外壁に均等に負荷され、チューブの耐圧性
を向上することが可能となる。

【００２１】本願第２請求項に記載した発明は、冷媒流
路を有する熱交換チューブと、前記チューブ間に装着さ
れるフィンと、前記チューブと連通接続し、媒体の送受
給を行うヘッダパイプを備え、チューブ及びフィンに伝
わる熱によって熱交換を行う熱交換器において、前記熱
交換チューブは、同一断面において、複数の断面円形の
冷媒流路を備えている構成の熱交換器である。

【００２２】高い耐圧性能を要求する冷媒を冷凍サイク
ルに用いる場合、要求される耐圧性確保のため、前述し
た冷媒流路を断面円形とすることと、冷媒流路自体を小
さくすることが考えられる。すなわち、冷媒流路を小さ
くすることで、同一体積においてチューブの肉厚を厚く
し、耐圧性を確保することが可能となる。この場合に冷
媒流路を複数設けることで、熱交換器を通流する冷媒流
量を確保することが可能となる。

【００２３】本願第３請求項に記載した発明は、冷媒流
路を有する熱交換チューブと、前記チューブ間に装着さ
れるフィンと、前記チューブと連通接続し、冷媒の送受
給を行うヘッダパイプを備え、チューブ及びフィンに伝
わる熱によって熱交換を行う熱交換器において、前記熱
交換チューブは、前記熱交換チューブ断面において、断
面円形の冷媒流路を備え、前記冷媒流路の断面円形の直
径が１ｍｍ以下である構成の熱交換器である。

【００２４】このように、チューブに形成する断面円形
の冷媒流路の直径を１ｍｍ以下とすることで、要求され
る耐圧性を確保することが可能となる。

【００２５】本願第４請求項に記載した発明は、前記請
求項１乃至３いずれか記載の発明において、冷媒流路を
有する熱交換チューブと、前記チューブ間に装着される
フィンと、前記チューブと連通接続し、媒体の送受給を
行うヘッダパイプを備え、チューブ及びフィンに伝わる
熱によって熱交換を行う熱交換器は、前記熱交換チュー
ブは、断面円形であり、断面円形の直径が１ｍｍ以下で
ある冷媒流路を備え、チューブ同一断面において、複数
の前記冷媒流路を備えている構成の熱交換器である。

【００２６】断面円形の冷媒流路直径を１ｍｍ以下とし
た場合、この冷媒流路をチューブの同一断面において複
数設けることにより、熱交換器を通流する冷媒流量を確
保することが可能となる。

【００２７】本願第５請求項に記載した発明は、前記請
求項１乃至４いずれか記載の発明において、前記ヘッダ
パイプの冷媒流路が断面円形の熱交換器である。

【００２８】このように、ヘッダパイプの冷媒流路が断
面円形であると、ヘッダパイプ内を通流する冷媒圧力
が、ヘッダパイプに均等に負荷されることとなり、ヘッ
ダパイプの耐圧性が向上する。

【００２９】本願第６請求項に記載した発明は、前記請
求項５記載の発明において、前記ヘッダパイプ内径の直
径が１０ｍｍを超えない直径であり、ヘッダパイプの肉
厚が５ｍｍを超えない熱交換器である。

【００３０】ヘッダパイプに要求される耐圧性を確保す
るために、ヘッダパイプの肉厚の設定には、ヘッダパイ
プ内部にかかる内圧や、ヘッダパイプを構成する材料の
引っ張り応力等の影響を考慮する必要がある。

【００３１】冷媒流路直径が１０ｍｍ以上であると、ヘ
ッダパイプに負荷される圧力が大きくなり、その分ヘッ
ダパイプの肉厚を厚くする必要があるため、重量増加が
大きくなる。また、冷媒流路直径を小さく設定すると、
冷媒通流によって、ヘッダパイプに負荷される圧力は小
さくなるため、ヘッダパイプの肉厚は薄くなり、重量増
加の問題は回避されるが、一方、冷媒流路直径が小さく
なりすぎると、冷媒の送受給を行うヘッダパイプとして
の性能が低下する。

【００３２】従って、冷媒流路直径が１０ｍｍを超えな
い大きさの直径であった場合、後述する発明実施の形態
に記載した（１）式に基づいて、ヘッダパイプ外形直径
を定めることが可能である。

【００３３】例えば、アルミニウムをヘッダパイプを形
成する材料として用いた場合、アルミニウムの引っ張り
応力は、１０kg/mm^２である。冷媒の高圧側の圧力は、
通常の気液混合状態の冷媒の圧力と比較して、６倍程度
となるため、部材にかかる内圧も大きくなり、耐圧性が
要求される。

【００３４】このため、後述する（１）式にしたがっ
て、ヘッダパイプの外形直径は２０ｍｍ程度に設定する
ことができる。

【００３５】従って、ヘッダパイプは、冷媒流路直径を
１０ｍｍを超えない値に設定した場合、ヘッダパイプの
肉厚は、５ｍｍを超えない値に設定することにより、要
求される耐圧性を確保することが可能となる。

【００３６】また、要求される耐圧性を確保するために
最小となる値で、ヘッダパイプを構成すると、重量増加
を制限して、車載レイアウト性を向上することができ
る。

【００３７】また、ヘッダパイプのみならず、外形を断
面円形としたチューブの場合であっても、チューブを構
成する部材の引っ張り応力、冷媒流路直径、及びチュー
ブにかかる内圧を考慮して、チューブの肉厚を設定する
ことが可能である。

【００３８】本願第７請求項に記載した発明は、前記請
求項１乃至６いずれか記載の発明は、媒体流路を有する
熱交換チューブと、前記チューブ間に装着されるフィン
と、前記チューブを連通接続し、媒体の送受給を行うヘ
ッダパイプを備え、チューブ及びフィンに伝わる熱によ
って熱交換を行う熱交換器において、前記熱交換チュー
ブは、断面円形の冷媒流路と、冷媒流路を形成しない肉
厚部を備え、前記熱交換チューブの長手方向端部におい
て、他の部位よりも小さい断面積となるチューブ挿入部
が形成されている構成の熱交換器である。

【００３９】このように、高い耐圧性が要求される熱交
換器において、冷媒流路を断面円形とするとともに、熱
交換チューブに肉厚部を形成することにより、要求され
る耐圧性を確保することが可能となる。

【００４０】また、要求される耐圧性確保のためにヘッ
ダパイプを肉厚とした場合、ヘッダパイプ内部を通流す
る冷媒流路の内径が小さくなり、この冷媒流路の内径の
縮小にともない、チューブとヘッダパイプを接続するた
めに形成されるチューブ挿入孔も小さくなる。チューブ
挿入孔に合致させるために、例えば、断面扁平状のチュ
ーブ横手方向の幅を狭くすると、伝熱面積の減少により
放熱性能が低下する。

【００４１】ここで断面扁平状とは、チューブの上下面
に少なくとも平面を有しているチューブの断面形状をい
う。

【００４２】本発明は、熱交換チューブの長手方向端部
において、他の部位よりも小さい断面積となるチューブ
挿入部が形成されているため、断面扁平状のチューブ横
手方向の幅を変えることなく、伝熱面積を確保して、熱
交換性能を低下させることなく熱交換器を構成すること
ができる。

【００４３】本願第８請求項に記載した発明は、前記請
求項１乃至７いずれか記載の発明において、前記チュー
ブとフィンが交互に積層されて多段層を形成する熱交換
器である。

【００４４】このように、チューブ及びフィンを交互に
積層して多断層を形成することにより、熱交換面積を拡
大して、通流する冷媒量を増大し、熱交換性能を向上す
ることが可能となる。

【００４５】本願第９請求項に記載した発明は、前記請
求項８に記載した発明において、前記熱交換チューブと
フィンが交互に積層されて多断層を形成し、前記チュー
ブ端部がヘッダパイプに連通接続される熱交換器におい
て、チューブ及びヘッダパイプ間を通流する冷媒流路を
複数に区画する仕切り板がヘッダパイプの要所に配置さ
れ、前記複数の区画に仕切られた各冷媒流路の各区画に
おける総断面積が略同一となる熱交換器である。

【００４６】例えば、ＣＯ_２を冷媒として冷凍サイクル
に用いた場合、ＣＯ_２は気体域で使用され、従来のフロ
ン冷媒のように凝縮による体積変化を生じないため、耐
圧性を確保できる範囲において各冷媒流路の各区画にお
ける総断面積は略同一とすることができる。これにより
熱交換器の大きさが徒に増大することはない。

【００４７】本願第１０請求項に記載した発明は、前記
請求項８又は９記載の発明において、前記チューブの間
にフィンを装着して多段積層され、前記チューブ端部が
ヘッダパイプに連通接続される熱交換器において、通風
方向に対して多段積層されたチューブ及びフィンの断面
長手方向が直交するように、チューブ、フィン及びヘッ
ダパイプから構成される熱交換器が、複数配置され、各
熱交換器のヘッダパイプが連通接続されて一体となって
いる構成の熱交換器である。

【００４８】このように、耐圧性確保のために、冷媒流
路を小さくした熱交換器においても、多段積層されたチ
ューブ及びフィンが通風方向に対して並列となるように
複数配置され、各ヘッダパイプを連通接続して一体の熱
交換器を構成すると、熱交換器を通流する冷媒流量の増
大及び伝熱面積の拡大を図ることが可能となり、熱交換
性能を向上することが可能となる。

【００４９】本願第１１請求項に記載した発明は、前記
請求項９又は１０いずれか記載の発明において、前記通
風方向に対してチューブ及びフィンの断面長手方向が直
交するように複数の熱交換器が並列に配置され、各熱交
換器のヘッダパイプが連通接続されて一体となっている
熱交換器において、各チューブ及びヘッダパイプを通流
する媒体が複数の熱交換器間を直列又は並列に通流し、
複数のチューブ及びフィンに伝わる熱によって熱交換を
行う構成の熱交換器である。

【００５０】このように、複数の熱交換器を並列に配置
し、各熱交換器を連通接続して一体とした熱交換器を形
成し、熱交換器内部を、冷媒が直列又は並列に通流する
ように構成すると、通風方向に対して冷媒の通流を調製
することが可能となる。

【００５１】すなわち、複数並列に配置されたヘッダパ
イプに一括して冷媒を通流すると、複数の熱交換器間を
並列に冷媒が通流し、又は、複数並列に配置されたヘッ
ダパイプの一つに冷媒を通流して、順次他の熱交換器を
冷媒が通流するように直列に冷媒を通流すると、冷却過
程及び外部空気の通風方向を考慮して、熱交換率の向上
を図ることが可能となる。

【００５２】例えば、冷媒が複数の熱交換器間を直列に
通流するように構成した場合、通風方向に対して、後列
となるヘッダパイプから冷媒を流入し、冷却する過程に
従って、冷媒が通風方向に向かって通流するように構成
すると、熱交換器を通流して有る程度冷却された熱交換
媒体が、通風方向にもっとも近い冷媒流路を通流するこ
とにより更に冷却され、熱交換性能を向上することが可
能となる。

【００５３】また、前記請求項１２記載の発明は、前記
請求項１０又は１１いずれか記載の発明において、前記
通風方向に対してチューブ及びフィンの断面長手方向が
直交するように複数の熱交換器が並列に配置され、各熱
交換器のヘッダパイプが連通接続されて一体となってい
る熱交換器は、前記熱交換チューブ端部に、複数のチュ
ーブ挿入部が形成され、前記チューブ端部が各ヘッダパ
イプに連通接続されている熱交換器である。

【００５４】このように、チューブ端部に複数のチュー
ブ挿入部が形成され、前記チューブ挿入部をヘッダパイ
プに形成されたチューブ挿入孔に挿入し、各冷媒流路と
連通接続させることができ、チューブ幅を拡大して、伝
熱面積の増加を図ることができる。

【００５５】前記請求項１３記載の発明は、前記請求項
９乃至１２記載発明において、前記通風方向に対してチ
ューブ及びフィンの長手方向が直交するように複数の熱
交換器が並列に配置され、各チューブ端部が連通接続さ
れる熱交換器は、前記ヘッダパイプ内に複数の冷媒流路
が形成されている構成の熱交換器である。

【００５６】また、ヘッダパイプに複数の冷媒流路を形
成すると、複数の熱交換器を並列に配置して一体とする
場合、各ヘッダパイプ間の連結等の作業が削減され、複
数の熱交換器を連通接続して一体とした熱交換器の製造
が容易となり、作業効率の向上を図ることができる。

【００５７】本願第１４請求項に記載した発明は、前記
請求項１乃至７いずれか記載の発明において、蛇行状に
往復する前記チューブの間に、フィンが装着されている
構成の熱交換器である。

【００５８】このように冷媒が通流する熱交換チューブ
を蛇行状に往復させ、前記チューブ間にフィンを装着す
ることにより、熱交換面積を拡大して熱交換率を向上す
ることが可能となる。

【００５９】本願第１５請求項に記載した発明は、前記
請求項１４記載の発明において、往復するチューブ間に
フィンを装着し、チューブ端部がヘッダパイプに連通接
続された熱交換器は、往復するチューブ及びフィンの連
なるめんが外部空気の通風方向に対して直行するよう
に、複数の熱交換器が並列に配置され、各熱交換器が連
通接続されて一体となっている構成の熱交換器である。

【００６０】例えば、熱交換器を車体に搭載する際、外
部空気の通風方向に対して、熱交換器を設置できる面
は、車のデザイン等によって一定範囲に制限されてい
る。

【００６１】本発明は、一定範囲に制限された外部空気
の通風方向に対して、熱交換チューブ及びフィンの連な
る面を設置して、同様に、複数の熱交換器を並列に配置
して一体としたことにより、外部空気と接触する熱交換
面積を拡大して、熱交換性能の向上を図ることができ
る。本願第１６請求項に記載した発明は、前記請求項
１乃至１５いずれか記載の発明において、前記チューブ
及びヘッダパイプは、アルミニウム又はアルミニウム合
金を成形してなる構成の熱交換器である。

【００６２】アルミニウム又はアルミニウム合金を用い
てチューブ又はヘッダパイプを形成すると、廉価で簡易
にチューブ又はヘッダパイプを形成できるという利点が
ある。しかし、例えば、冷媒として、熱交換器通流時に
超臨界域となる冷媒を用いた場合、熱交換器に要求され
る耐圧性を確保しようすると、各部材の肉厚が厚くな
り、熱交換器の重量増加が大きくなってしまうという問
題を生じる。

【００６３】本発明においては、要求される耐圧性を確
保しつつ、重量増加を防止した構造としたため、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金を用いて、チューブ又はヘ
ッダパイプを形成することが可能となり、廉価に熱交換
器を形成することが可能となる。

【００６４】本願第１７請求項に記載した発明は、前記
請求項１乃至１６いずれか記載の熱交換器において、熱
交換器に流出入する冷媒は、気体状態である構成の熱交
換器である。

【００６５】このように、気体状態である高温高圧の媒
体が、気体状態のまま熱交換器間を通流する場合、熱交
換器には、高い耐圧性が要求されることとなる。本発明
の熱交換器の構成とすれば、高い耐圧性を要求する気体
状態の媒体を通流する場合であっても、耐圧性確保のた
めの重量増加やレイアウト性の悪化を防止して、本発明
の熱交換器を用いることができる。

【００６６】また、本発明の熱交換器であれば、高い耐
圧性を要求する冷媒を用いた冷凍サイクルにおいても、
用いることが可能となる。

【００６７】本願第１８請求項に記載した発明は、前記
請求項１乃至１７記載の発明において、前記熱交換器に
通流する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いた熱交換
器である。

【００６８】二酸化炭素を冷凍サイクルの冷媒として用
いた場合、気液二相状態の臨界点を超える超臨界域の高
圧の冷媒が熱交換器内部を通流することとなる。

【００６９】従って、熱交換器には、通常の気液混合状
態の冷媒が通流する場合と比較して、６倍以上の高い耐
圧性が要求される。前述した本発明の熱交換器によれ
ば、高い耐圧性を満たす設計となっているため、超臨界
域の状態となる二酸化炭素を冷媒として用いることが可
能である。

【００７０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の具体例を図面に基
づいて説明する。

【００７１】図１は、チューブとフィンを交互に多段積
層した積層型の熱交換器の概略構成を示す正面図であ
る。

【００７２】図１に示すように、この熱交換器１は、複
数のチューブ２とフィン３が交互に積層され、これらの
積層されたチューブ２，２の各両端が、それぞれヘッダ
パイプ４，５のチューブ挿入孔６，６に挿入されて接続
されている。前記ヘッダパイプ４，５は、冷媒が通流す
る冷媒流路が断面円形状となるように形成されている。
また、ヘッダパイプ４，５の上下端部の開口は、キャッ
プ７によって閉塞されている。また、ヘッダパイプ４又
は５の所要箇所に、冷媒流路を複数に区画する仕切り板
８が配設され、冷媒を流出入する継手部材９，１０が設
けられている。また、図中１１は、サイドプレートであ
る。

【００７３】本例の熱交換器１は、例えば、ＣＯ_２を冷
媒として用いている。ＣＯ_２を冷媒として冷凍サイクル
に用いた場合、高温高圧となった冷媒の放熱作用を発揮
する熱交換器には、気液混合状態の冷媒が通流する場合
と比較して、６倍以上の耐圧性が熱交換器に要求される
と考えられる。

【００７４】本例の熱交換器１は、仕切り板８によっ
て、複数に区画された冷媒流路の断面積が略同一となる
ように形成されている。

【００７５】例えば、ＣＯ_２を冷媒として冷凍サイクル
に用いた場合、ＣＯ_２は気体域で使用され、従来のフロ
ン冷媒のように凝縮による体積変化を生じないため、耐
圧性を確保できる範囲において各冷媒流路の各区画にお
ける総断面積は略同一とすることができる。これにより
熱交換器の大きさが徒に増大することはない。

【００７６】ヘッダパイプ４，５の長手方向に連通して
形成される媒体流路は、断面円形に形成されている。冷
媒流路が断面円形に形成されると、冷媒流路内に圧力が
均等に負荷され、冷媒流路の耐圧性が向上する。この
場合に、ヘッダパイプの冷媒流路直径は１０ｍｍ以下、
ヘッダパイプの肉厚は５ｍｍ以下が望ましい。ヘッダ
パイプの外形直径とヘッダパイプに形成される冷媒流路
の内径直径の関係は、前記ヘッダパイプに負荷される内
圧や、ヘッダパイプを構成する材料の引っ張り応力を考
慮して下記（１）式に従って、定めることができる。（１） σ＝Ｐ（ｒ２^２＋ｒ１^２）／（ｒ２^２ーｒ１^２）ここで、σは、チューブを構成する材料の引っ張り応
力、Ｐは、チューブ内部の圧力、ｒ２は、チューブ外形
半径、ｒ１は、チューブの冷媒流路半径を示す。

【００７７】例えば、アルミニウムをヘッダパイプを形
成する材料として用いた場合、アルミニウムの引っ張り
応力は、１０ｋｇ／ｍｍ^２である。ヘッダパイプに負荷
される内圧を６００ｋｇ／ｃｍ^２とした場合、ヘッダパ
イプの冷媒流路直径が１０ｍｍであると、前記（１）式
にしたがって、ヘッダパイプの外形直径を算出すると、
ヘッダパイプの外形直径は、２０ｍｍと設定することが
できる。

【００７８】例えば、高い耐圧性を要求するＣＯ_２等を
冷凍サイクルを通流する冷媒として用いた場合は、冷媒
流路直径を１０ｍｍ以上とすると、通流する冷媒量が多
くなり、より高い耐圧性がヘッダパイプに要求されるた
め、ヘッダパイプをさらに肉厚とする必要が生じ、材料
コストの高騰と、熱交換器重量が増大するという不都合
を生じる。

【００７９】従って、ヘッダパイプの冷媒流路直径は１
０ｍｍを超えない程度が適当と考えられる。

【００８０】また、前述したように、ＣＯ_２を冷媒とし
て用いる場合、従来用いられている気液二相状態の冷媒
が通流する場合に要求される耐圧性の６倍以上の耐圧性
が要求されるものと想定される。これらの条件を考慮
して、前記（１）式にしたがいヘッダパイプの外形直径
を算出すると、最小となる外形直径が２０ｍｍとなる。
この結果から、ヘッダパイプの肉厚を５ｍｍ超えない厚
さとすると、ヘッダパイプの冷媒流路直径が１０ｍｍを
超えない値に設定された場合に、要求される耐圧性を確
保した最小限度の肉厚を設定してヘッダパイプを形成す
ることができ、重量増加を防止することができる。

【００８１】また、ヘッダパイプの肉厚の設定のみなら
ず、熱交換チューブやその他の部材の肉厚を設定する場
合においても、前記（１）式に基づいて、肉厚を設定す
ることができる。

【００８２】次に、本例のチューブについて図面に基づ
き詳細に説明する。図２は、前記チューブ端部を示す斜
視図である。図２に示すように、本例のチューブ２は、
断面扁平形状に形成され、断面円形状の複数の冷媒流路
２１，２１が形成されている。また、チューブ２の幅
方向の両端部には、冷媒流路が形成されない肉厚部２２
が形成されている。また、本例のチューブ２は、チュー
ブ幅が２０ｍｍ以下の薄型の扁平形状に形成されている

【００８３】チューブの冷媒流路２１が断面円形に形成
されていると、冷媒流路内に冷媒圧力が均等に負荷さ
れ、例えば、冷媒流路断面が矩形状である場合と比較し
て、耐圧性を向上することが可能となる。

【００８４】また、チューブの幅方向に肉厚部２２が形
成されていると、チューブの耐圧性の向上されるととも
に、チューブの面積及びチューブに装着されるフィン面
積が拡大し、熱交換面積の拡大により熱交換率を向上す
ることができる。

【００８５】また、本例のチューブは、チューブ２の長
手方向端部の肉厚部２２を幅方向に切削し、他の部位の
断面積と比較して小さい断面積となるチューブ挿入部２
３が形成されている。

【００８６】要求される耐圧性を確保するため、ヘッダ
パイプの肉厚が厚くなると、ヘッダパイプの内径は小さ
くなり、チューブとヘッダパイプを連通接続するために
形成されるチューブ挿入孔の幅が小さくなる。

【００８７】すなわち、チューブ挿入孔が小さくなって
しまうと、このチューブ挿入孔にチューブ端部を挿入し
て連通接続するチューブの幅が狭くなり、チューブ間に
装着されたフィンへの伝熱量が少なくなり、熱交換率が
低下してしまうという問題を生じる。

【００８８】本例のチューブ２は、チューブ２の長手方
向端部において、チューブの幅方向の両端に形成された
肉厚部２２を切削し、ヘッダパイプ４，５に形成される
チューブ挿入孔６と略一致する断面形状を有するチュー
ブ挿入部２３が形成されている。従って、ヘッダパイプ
４，５が肉厚となって、チューブ挿入孔６がヘッダパイ
プの内径に伴って小さくなった場合も、フィンが装着さ
れるチューブの幅を変化させることなく、チューブ挿入
孔６にチューブ挿入部２３を挿入して、チューブ２及び
ヘッダパイプ４，５を組み付け、チューブ２及びヘッダ
パイプ４，５を連通接続することができる。

【００８９】また、チューブ２幅を変化させることな
く、チューブ２及びヘッダパイプ４，５を組み付けるこ
とができるため、フィン３への伝熱量を確保して熱交換
率を向上することが可能となる。

【００９０】本例のチューブ及びヘッダパイプは、アル
ミニウム又はアルミニウム合金を押し出し成形すること
によって形成される。

【００９１】本例においては、チューブ２は肉厚部２２
が形成されているため、要求される耐圧性を確保して、
アルミニウム又はアルミニウム合金で、軽量且つ廉価に
熱交換器１を製作することができる。

【００９２】本例においては、チューブ２端部に、チュ
ーブ２の他の部位よりも断面積の小さくなるチューブ挿
入部２３を形成し、前記チューブ挿入孔２３をヘッダパ
イプのチューブ挿入孔６に挿入して、チューブ２及びヘ
ッダパイプ４，５を連結したが、本例に限らず、チュー
ブ及びヘッダパイプの連結は、配管やコネクタによって
連結することも可能である。

【００９３】また、断面扁平状の熱交換チューブのみな
らず、熱交換チューブの冷媒流路を断面円形にするとと
もに、熱交換チューブ自体の断面を円形とすることも可
能である。

【００９４】図３は、他の具体例に係る熱交換チューブ
２４及びフィン３０の概略構成を示す斜視図である。

【００９５】図３に示すように、本例の熱交換チューブ
２４は、断面円形の冷媒流路２５を設けるとともに、チ
ューブ２４自体の外形も断面円形としている。

【００９６】チューブ２４外形を断面円形とすると、内
部を通流する媒体の圧力負荷に耐え得る強度を保持しつ
つ、同一範囲内で最小体積とすることができ、車載スペ
ースの限られた車体内でレイアウト性を向上することが
できる。

【００９７】また、熱交換チューブ２４の外形を断面円
形とした場合、前記チューブ２４の外形に沿った曲率を
有する凹部３１をフィン３０に設けることにより、チュ
ーブ２４及びフィン３０の当接面積を拡大させて、フィ
ン３０側への伝熱率を向上し、チューブ２４及びフィン
３０の熱交換率を向上することができる。

【００９８】この場合のチューブ２４の肉厚は、前記
（１）式に基づいて、チューブに形成される冷媒流路２
５直径、チューブにかかる内圧、及びチューブを構成す
る材料に引っ張り応力を考慮して前記（１）式に基づい
て算出することができる。

【００９９】次に、耐圧性向上を目的とした熱交換器の
他の具体例について説明する。

【０１００】図４は、本例の熱交換器の概略構成を示す
平面図であり、図示を省略したフィンを間に装着して多
段積層されたチューブ２と、前記チューブ２端部が接続
されたヘッダパイプ４１，５１、ヘッダパイプ４２，５
２及びヘッダパイプ４３，５３から構成される複数の熱
交換器が、通風方向に対してチューブ及びフィンの長手
方向が直交する方向に並列に配置され、ヘッダパイプ５
１とヘッダパイプ５２間、及び、ヘッダパイプ４２とヘ
ッダパイプ４３間が配管６０，６１で連通接続されて一
体となっている熱交換器１２である。なお、図中矢印
は、通風方向を示している。また、図中１３は、冷媒流
入口、１４は、冷媒流出口を示す。

【０１０１】本例の熱交換器１２は、多段積層されたチ
ューブ２及びフィンの長手方向が通風方向に対して直交
するように、チューブ２、フィン及びヘッダパイプ４
１，４２，４３，５１，５２，５３から構成される熱交
換器が並列に複数配置され、各ヘッダパイプ４１，４
２，４３，５１，５２，５３を連通接続して一体の熱交
換器１２が構成されているので、熱交換器を通流する冷
媒流量の増大及び伝熱面積の拡大を図ることでき、熱交
換性能を向上することが可能となる。

【０１０２】また、本例においては、熱交換器間を通流
する冷媒が直列に通流するように、冷媒流路が形成さ
れ、例えば、通風方向に対して、後列となるヘッダパイ
プ４１から冷媒を流入し、冷却する過程に従って、順次
通風方向に向かって通流することとなり、後列から順次
熱交換器を通流してある程度冷却された冷媒が、通風方
向に最も近い冷媒流路を通流することにより更に冷却さ
れ、熱交換性能を向上することが可能となる。

【０１０３】例えば、室内空間が広いワンボックス車等
には、優れた空調機能が求められる。この場合、熱伝達
面積を拡大し、熱交換性能を向上した熱交換器を搭載す
ることにより、要求される空調機能を達成することがで
きる。

【０１０４】車内において、通風方向に対向する表面積
の範囲は、ある範囲に制限されるが、車体の大きさにと
もなって、熱交換器搭載スペースも拡大すると想定され
る。従って、本例のように、通風方向に対する表面積を
同一としつつも、熱伝達面積を拡大する場合と、熱交換
性能は向上し、車内に搭載する場合であっても、問題と
ならない搭載スペースとなることが考えられる。

【０１０５】次に、図５に示す熱交換器１５は、ヘッダ
パイプ４４，４５，４６を冷媒流入配管６２に連通し、
ヘッダパイプ５４，５５，５６を冷媒流出配管６３に連
通し、冷媒流入配管６２から各ヘッダパイプ４１，４
２，４３に流入した冷媒が、複数のチューブ２を並列に
通流して、ヘッダパイプ５１，５２，５３から冷媒流出
配管６３に流出する構成としている。

【０１０６】このように、冷媒を並列に複数の熱交換器
に通流することにより、熱交換器を通流する冷媒流量を
増大するとともに、伝熱面積を拡大して熱交換率を向上
させ、一挙に冷媒の熱交換を行うことができる。

【０１０７】また、図６は、チューブの他の具体例を示
す斜視図である。

【０１０８】図６に示すように、チューブ２６は、並列
に配置された複数のヘッダパイプに対応し得るチューブ
幅を有し、また、断面円形の冷媒流路２７と、冷媒流路
２７が形成されない肉厚部２８を備えている。前記断面
円形の冷媒流路２７を通流する冷媒をヘッダパイプの連
通するために、チューブ２６の端部には、チューブ２６
の他の部位よりも断面積の小さいチューブ挿入部２９，
２９が複数形成されている。

【０１０９】このように、チューブ２６端部に複数のチ
ューブ挿入部２９，２９が形成され、前記チューブ挿入
部２９，２９をヘッダパイプに形成されたチューブ挿入
孔に挿入し、各冷媒流路と連通接続させることができ、
チューブ幅を拡大して、伝熱面積の増加を図ることがで
きる。

【０１１０】図７は、前記チューブ２６を通風方向に対
して、前記チューブ２６及びフィンが直交するように複
数のヘッダパイプ４７，４８のチューブ挿入孔にチュー
ブ挿入部２９，２９を挿入した状態の概略を示す一部断
面図である。

【０１１１】このように、チューブ２６の端部に複数の
チューブ挿入部２９，２９を形成することにより、チュ
ーブ幅を拡大することが可能となり、チューブとフィン
の伝熱面積を拡大して、熱交換性能を向上することが可
能となる。

【０１１２】また、図８は、ヘッダパイプ７０に複数の
冷媒流路７１，７２を形成し、前記チューブ２のチュー
ブ挿入部２３をヘッダパイプ７０に形成されたチューブ
挿入孔に挿入した状態の概略を示す一部断面図である。

【０１１３】ヘッダパイプ７０に複数の冷媒流路７１，
７２を形成すると、通風方向に直交して、複数のチュー
ブ、フィン及びヘッダパイプから構成される熱交換器を
複数並列に配置する場合、並列に配置されたヘッダパイ
プの連結等の組み付け工程が低減し、また、ヘッダパイ
プを複数並列に配置した場合と比較して部品点数が低減
し、製造が容易となり、作業効率の向上を図ることがで
きる。

【０１１４】なお、本例のように複数の冷媒流路を設け
たヘッダパイプに前記冷媒流路に連通するように、冷媒
流路長手方向の軸線に対して角度θ傾けた長穴形状のチ
ューブ挿入孔を形成し、チューブ端部をチューブ中央部
に対して角度θ捩り、前記端部を前記チューブ挿入孔に
挿入した形状で熱交換器を構成することも可能である。

【０１１５】また、図９に示すように、チューブを複数
本並列に配置して、各チューブに同一のフィンを装着し
て熱交換器を構成することも可能である。

【０１１６】この場合、図４又は図５に示した複数の熱
交換器を並列に配置して、一体とした熱交換器と同様の
構成となるが、本例の熱交換器は、並列に配置された複
数のチューブに同一のフィン３２を装着することによ
り、熱交換面積を拡大して、熱交換性能の向上を図るこ
とができる。、また、前述した具体例においては、フィ
ンを間に装着したチューブを多段積層した積層型の熱交
換器について説明したが、本例に限らず、図１０に示す
ように、チューブを蛇行状に往復させ、前記往復するチ
ューブ間にフィンを装着したサーペンタイン型の熱交換
器１６においても、本例のチューブ及び熱交換器の形状
を用いることが可能である。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、冷媒
流路を有する熱交換チューブと、前記チューブ間に装着
されるフィンと、前記チューブと連通接続し、冷媒の送
受給を行うヘッダパイプを備え、チューブ及びフィンに
伝わる熱によって熱交換を行う熱交換器において、前記
熱交換チューブは、前記熱交換チューブ断面において、
断面円形の冷媒流路を備えている構成の熱交換器であ
る。

【０１１８】例えば、熱交換器を通流する冷媒として、
気液二相状態の臨界点を超えた超臨界域の状態となる冷
媒を冷凍サイクルに用いた場合、高温高圧となった冷媒
の放熱作用を発揮する熱交換器には、気液混合状態の冷
媒が通流する場合と比較して６倍以上の耐圧性が要求さ
れと考えられる。

【０１１９】従って、要求される耐圧性を確保するため
に、冷媒流路の断面形状を円形とすることが考えられ
る。すなわち、冷媒流路を断面円形とすることにより、
冷媒圧が流路外壁に均等に負荷され、チューブの耐圧性
を向上することが可能となる。

【０１２０】本願第２請求項に記載した発明は、冷媒流
路を有する熱交換チューブと、前記チューブ間に装着さ
れるフィンと、前記チューブと連通接続し、媒体の送受
給を行うヘッダパイプを備え、チューブ及びフィンに伝
わる熱によって熱交換を行う熱交換器において、前記熱
交換チューブは、同一断面において、複数の断面円形の
冷媒流路を備えている構成の熱交換器である。

【０１２１】高い耐圧性能を要求する冷媒を冷凍サイク
ルに用いる場合、要求される耐圧性確保のため、前述し
た冷媒流路を断面円形とすることと、冷媒流路自体を小
さくすることが考えられる。すなわち、冷媒流路を小さ
くすることで、同一体積においてチューブの肉厚を厚く
し、耐圧性を確保することが可能となる。この場合に冷
媒流路を複数設けることで、熱交換器を通流する冷媒流
量を確保することが可能となる。

【０１２２】本願第３請求項に記載した発明は、冷媒流
路を有する熱交換チューブと、前記チューブ間に装着さ
れるフィンと、前記チューブと連通接続し、冷媒の送受
給を行うヘッダパイプを備え、チューブ及びフィンに伝
わる熱によって熱交換を行う熱交換器において、前記熱
交換チューブは、前記熱交換チューブ断面において、断
面円形の冷媒流路を備え、前記冷媒流路の断面円形の直
径が１ｍｍ以下である構成の熱交換器である。

【０１２３】このように、チューブに形成する断面円形
の冷媒流路の直径を１ｍｍ以下とすることで、要求され
る耐圧性を確保することが可能となる。

【０１２４】本願第４請求項に記載した発明は、前記請
求項１乃至３いずれか記載の発明において、冷媒流路を
有する熱交換チューブと、前記チューブ間に装着される
フィンと、前記チューブと連通接続し、媒体の送受給を
行うヘッダパイプを備え、チューブ及びフィンに伝わる
熱によって熱交換を行う熱交換器は、前記熱交換チュー
ブは、断面円形であり、断面円形の直径が１ｍｍ以下で
ある冷媒流路を備え、チューブ同一断面において、複数
の前記冷媒流路を備えている構成の熱交換器である。

【０１２５】断面円形の冷媒流路直径を１ｍｍ以下とし
た場合、この冷媒流路をチューブの同一断面において複
数設けることにより、熱交換器を通流する冷媒流量を確
保することが可能となる。

【０１２６】本願第５請求項に記載した発明は、前記請
求項１乃至４いずれか記載の発明において、前記ヘッダ
パイプの冷媒流路が断面円形の熱交換器である。

【０１２７】このように、ヘッダパイプの冷媒流路が断
面円形であると、ヘッダパイプ内を通流する冷媒圧力
が、ヘッダパイプに均等に負荷されることとなり、ヘッ
ダパイプの耐圧性が向上する。

【０１２８】本願第６請求項に記載した発明は、前記請
求項５記載の発明において、前記ヘッダパイプ内径の直
径が１０ｍｍを超えない直径であり、ヘッダパイプの肉
厚が５ｍｍを超えない熱交換器である。

【０１２９】ヘッダパイプに要求される耐圧性を確保す
るために、ヘッダパイプの肉厚の設定には、ヘッダパイ
プ内部にかかる内圧や、ヘッダパイプを構成する材料の
引っ張り応力等の影響を考慮する必要がある。

【０１３０】冷媒流路直径が１０ｍｍ以上であると、ヘ
ッダパイプに負荷される圧力が大きくなり、その分ヘッ
ダパイプの肉厚を厚くする必要があるため、重量増加が
大きくなる。また、冷媒流路直径を小さく設定すると、
冷媒通流によって、ヘッダパイプに負荷される圧力は小
さくなるため、ヘッダパイプの肉厚は薄くなり、重量増
加の問題は回避されるが、一方、冷媒流路直径が小さく
なりすぎると、冷媒の送受給を行うヘッダパイプとして
の性能が低下する。

【０１３１】従って、ヘッダパイプは、冷媒流路直径を
１０ｍｍを超えない値に設定した場合、ヘッダパイプの
肉厚は、５ｍｍを超えない値に設定することにより、要
求される耐圧性を確保することが可能となる。

【０１３２】また、要求される耐圧性を確保するために
最小となる値で、ヘッダパイプを構成すると、重量増加
を制限して、車載レイアウト性を向上することができ
る。

【０１３３】また、ヘッダパイプのみならず、外形を断
面円形としたチューブの場合であっても、チューブを構
成する部材の引っ張り応力、冷媒流路直径、及びチュー
ブにかかる内圧を考慮して、チューブの肉厚を設定する
ことが可能である。

【０１３４】本願第７請求項に記載した発明は、前記請
求項１乃至６いずれか記載の発明は、媒体流路を有する
熱交換チューブと、前記チューブ間に装着されるフィン
と、前記チューブを連通接続し、媒体の送受給を行うヘ
ッダパイプを備え、チューブ及びフィンに伝わる熱によ
って熱交換を行う熱交換器において、前記熱交換チュー
ブは、断面円形の冷媒流路と、冷媒流路を形成しない肉
厚部を備え、前記熱交換チューブの長手方向端部におい
て、他の部位よりも小さい断面積となるチューブ挿入部
が形成されている構成の熱交換器である。

【０１３５】このように、高い耐圧性が要求される熱交
換器において、冷媒流路を断面円形とするとともに、熱
交換チューブに肉厚部を形成することにより、要求され
る耐圧性を確保することが可能となる。

【０１３６】また、熱交換チューブの長手方向端部にお
いて、他の部位よりも小さい断面積となるチューブ挿入
部が形成されているため、断面扁平状のチューブ横手方
向の幅を変えることなく、伝熱面積を確保して、熱交換
性能を低下させることなく熱交換器を構成することがで
きる。

【０１３７】本願第８請求項に記載した発明は、前記請
求項１乃至７いずれか記載の発明において、前記チュー
ブとフィンが交互に積層されて多段層を形成する熱交換
器である。

【０１３８】このように、チューブ及びフィンを交互に
積層して多断層を形成することにより、熱交換面積を拡
大して、通流する冷媒量を増大し、熱交換性能を向上す
ることが可能となる。

【０１３９】本願第９請求項に記載した発明は、前記請
求項８に記載した発明において、前記熱交換チューブと
フィンが交互に積層されて多断層を形成し、前記チュー
ブ端部がヘッダパイプに連通接続される熱交換器におい
て、チューブ及びヘッダパイプ間を通流する冷媒流路を
複数に区画する仕切り板がヘッダパイプの要所に配置さ
れ、前記複数の区画に仕切られた各冷媒流路の各区画に
おける総断面積が略同一となる熱交換器である。

【０１４０】本願第９請求項に記載した発明は、前記請
求項８に記載した発明において、前記熱交換チューブと
フィンが交互に積層されて多断層を形成し、前記チュー
ブ端部がヘッダパイプに連通接続される熱交換器におい
て、チューブ及びヘッダパイプ間を通流する冷媒流路を
複数に区画する仕切り板がヘッダパイプの要所に配置さ
れ、前記複数の区画に仕切られた各冷媒流路の各区画に
おける総断面積が略同一となる熱交換器である。

【０１４１】例えば、ＣＯ_２を冷媒として冷凍サイクル
に用いた場合、ＣＯ_２は気体域で使用され、従来のフロ
ン冷媒のように凝縮による体積変化を生じないため、耐
圧性を確保できる範囲において各冷媒流路の各区画にお
ける総断面積は略同一とすることができる。これにより
熱交換器の大きさが徒に増大することはない。

【０１４２】本願第１０請求項に記載した発明は、前記
請求項８又は９記載の発明において、前記チューブの間
にフィンを装着して多段積層され、前記チューブ端部が
ヘッダパイプに連通接続される熱交換器において、通風
方向に対して多段積層されたチューブ及びフィンの断面
長手方向が直交するように、チューブ、フィン及びヘッ
ダパイプから構成される熱交換器が、複数配置され、各
熱交換器のヘッダパイプが連通接続されて一体となって
いる構成の熱交換器である。このように、耐圧性確保
のために、冷媒流路を小さくした熱交換器においても、
多段積層されたチューブ及びフィンが通風方向に対して
並列となるように複数配置され、各ヘッダパイプを連通
接続して一体の熱交換器を構成すると、熱交換器を通流
する冷媒流量の増大及び伝熱面積の拡大を図ることが可
能となり、熱交換性能を向上することが可能となる。

【０１４３】本願第１１請求項に記載した発明は、前記
請求項９又は１０いずれか記載の発明において、前記通
風方向に対してチューブ及びフィンの断面長手方向が直
交するように複数の熱交換器が並列に配置され、各熱交
換器のヘッダパイプが連通接続されて一体となっている
熱交換器において、各チューブ及びヘッダパイプを通流
する媒体が複数の熱交換器間を直列又は並列に通流し、
複数のチューブ及びフィンに伝わる熱によって熱交換を
行う構成の熱交換器である。

【０１４４】複数並列に配置されたヘッダパイプに一括
して冷媒を通流すると、複数の熱交換器間を並列に冷媒
が通流し、冷媒の通流量を増大して，熱交換性能を向上
させることができる。

【０１４５】また、冷媒が複数の熱交換器間を直列に通
流するように構成した場合、通風方向に対して、後列と
なるヘッダパイプから冷媒を流入し、冷却する過程に従
って、冷媒が通風方向に向かって通流するように構成す
ると、熱交換器を通流して有る程度冷却された熱交換媒
体が、通風方向にもっとも近い冷媒流路を通流すること
により更に冷却され、熱交換性能を向上することが可能
となる。

【０１４６】また、前記請求項１２記載の発明は、前記
請求項１０又は１１いずれか記載の発明において、前記
通風方向に対してチューブ及びフィンの断面長手方向が
直交するように複数の熱交換器が並列に配置され、各熱
交換器のヘッダパイプが連通接続されて一体となってい
る熱交換器は、前記熱交換チューブ端部に、複数のチュ
ーブ挿入部が形成され、前記チューブ端部が各ヘッダパ
イプに連通接続されている熱交換器である。

【０１４７】このように、チューブ端部に複数のチュー
ブ挿入部が形成され、前記チューブ挿入部をヘッダパイ
プに形成されたチューブ挿入孔に挿入し、各冷媒流路と
連通接続させることができ、チューブ幅を拡大して、伝
熱面積の増加を図ることができる。

【０１４８】前記請求項１３記載の発明は、前記請求項
９乃至１２記載発明において、前記通風方向に対してチ
ューブ及びフィンの長手方向が直交するように複数の熱
交換器が並列に配置され、各チューブ端部が連通接続さ
れる熱交換器は、前記ヘッダパイプ内に複数の冷媒流路
が形成されている構成の熱交換器である。

【０１４９】また、ヘッダパイプに複数の冷媒流路を形
成すると、複数の熱交換器を並列に配置して一体とする
場合、各ヘッダパイプ間の連結等の作業が削減され、複
数の熱交換器を連通接続して一体とした熱交換器の製造
が容易となり、作業効率の向上を図ることができる。

【０１５０】本願第１４請求項に記載した発明は、前記
請求項１乃至７いずれか記載の発明において、蛇行状に
往復する前記チューブの間に、フィンが装着されている
構成の熱交換器である。このように冷媒が通流する熱
交換チューブを蛇行状に往復させ、前記チューブ間にフ
ィンを装着することにより、熱交換面積を拡大して熱交
換率を向上することが可能となる。本願第１５請求項
に記載した発明は、前記請求項１４記載の発明におい
て、往復するチューブ間にフィンを装着し、チューブ端
部がヘッダパイプに連通接続された熱交換器は、往復す
るチューブ及びフィンの連なるめんが外部空気の通風方
向に対して直行するように、複数の熱交換器が並列に配
置され、各熱交換器が連通接続されて一体となっている
構成の熱交換器である。

【０１５１】本発明は、一定範囲に制限された外部空気
の通風方向に対して、熱交換チューブ及びフィンの連な
る面を設置して、同様に、複数の熱交換器を並列に配置
して一体としたことにより、外部空気と接触する熱交換
面積を拡大して、熱交換性能の向上を図ることができ
る。

【０１５２】本願第１６請求項に記載した発明は、前記
請求項１乃至１５いずれか記載の発明において、前記チ
ューブ及びヘッダパイプは、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金を成形してなる構成の熱交換器である。

【０１５３】アルミニウム又はアルミニウム合金を用い
てチューブ又はヘッダパイプを形成すると、廉価で簡易
にチューブ又はヘッダパイプを形成できるという利点が
ある。しかし、例えば、冷媒として、熱交換器通流時に
超臨界域となる冷媒を用いた場合、熱交換器に要求され
る耐圧性を確保しようすると、各部材の肉厚が厚くな
り、熱交換器の重量増加が大きくなってしまうという問
題を生じる。

【０１５４】本発明においては、要求される耐圧性を確
保しつつ、重量増加を防止した構造としたため、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金を用いて、チューブ又はヘ
ッダパイプを形成することが可能となり、廉価に熱交換
器を形成できる。

【０１５５】本願第１７請求項に記載した発明は、前記
請求項１乃至１６いずれか記載の熱交換器において、熱
交換器に流出入する冷媒は、気体状態である構成の熱交
換器である。

【０１５６】このように、気体状態である高温高圧の媒
体が、気体状態のまま熱交換器間を通流する場合、熱交
換器には、高い耐圧性が要求されることとなる。本発明
の熱交換器の構成とすれば、高い耐圧性を要求する気体
状態の媒体を通流する場合であっても、耐圧性確保のた
めの重量増加やレイアウト性の悪化を防止して、本発明
の熱交換器を用いることができる。

【０１５７】また、本発明の熱交換器であれば、高い耐
圧性を要求する冷媒を用いた冷凍サイクルにおいても、
用いることが可能となる。

【０１５８】本願第１８請求項に記載した発明は、前記
請求項１乃至１７記載の発明において、前記熱交換器に
通流する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いた熱交換
器である。

【０１５９】二酸化炭素を冷凍サイクルの冷媒として用
いた場合、気液二相状態の臨界点を超える超臨界域の高
圧の冷媒が熱交換器内部を通流することとなる。

【０１６０】従って、熱交換器には、通常の気液混合状
態の冷媒が通流する場合と比較して、６倍以上の高い耐
圧性が要求される。前述した本発明の熱交換器によれ
ば、高い耐圧性を満たす設計となっているため、超臨界
域の状態となる二酸化炭素を冷媒として用いることが可
能である。

【０１６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体例に係り、多段積層型の熱交換器
を示す正面図である。

【図２】本発明の具体例に係り、熱交換チューブ端部を
示す斜視図である。

【図３】本発明の具体例に係り、熱交換チューブ及びフ
ィンを示す斜視図である。

【図４】本発明の具体例に係り、チューブ、フィン及び
ヘッダパイプから構成される複数の熱交換器を並列に配
置し、各ヘッダパイプを連通接続して一体化した形状の
熱交換器の概略構成を示す平面図である。

【図５】本発明の具体例に係り、チューブ、フィン及び
ヘッダパイプから構成される複数の熱交換器を並列に配
置し、各ヘッダパイプに並列に媒体を通流する配管を連
通接続して一体化した形状の熱交換器の概略構成を示す
平面図である。

【図６】本発明の具体例に係り、複数のチューブ挿入部
を形成した熱交換チューブ端部を示す斜視図である。

【図７】図６に示すチューブの端部をヘッダパイプのチ
ューブ挿入孔に挿入した状態をの概略構成を示す一部断
面図である。

【図８】複数の媒体流路が形成されたヘッダパイプに、
図６に示すチューブ挿入部をヘッダパイプに挿入した状
態の概略構成を示す一部断面図である。

【図９】本発明の具体例に係り、複数の並列に配置され
たチューブに同一のフィンを装着した熱交換器の概略構
成を示す、チューブ及びフィンの一部断面図である。

【図１０】本発明の具体例に係り、サーペンタイン型の
熱交換器を示す平面図である。

【図１１】従来例に係り、角度θ傾いた長穴形状のチュ
ーブ挿入孔を形成したヘッダパイプの概略を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１熱交換器２チューブ３フィン４ヘッダパイプ５ヘッダパイプ６チューブ挿入孔７キャップ８仕切り板９入口継手１０出口継手１１サイドプレート１１熱交換器１２冷媒流入配管１３冷媒流出配管１４熱交換器１５熱交換器１６熱交換器２１冷媒流路２２肉厚部２３チューブ挿入部２４チューブ２５冷媒流路２６チューブ２７冷媒流路２８肉厚部２９チューブ挿入部３０フィン３１凹部３２フィン４１ヘッダパイプ４２ヘッダパイプ４３ヘッダパイプ４４ヘッダパイプ４５ヘッダパイプ４６ヘッダパイプ４７ヘッダパイプ４８ヘッダパイプ５１ヘッダパイプ５２ヘッダパイプ５３ヘッダパイプ５４ヘッダパイプ５５ヘッダパイプ５６ヘッダパイプ６０配管６１配管６２冷媒流入配管６３冷媒流出配管７０ヘッダパイプ７１冷媒流路７２冷媒流路７３ヘッダパイプ７４チューブ挿入孔Ｘヘッダパイプ長手方向軸線Ｙチューブ挿入孔長径方向軸線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒流路を有する熱交換チューブと、前
記チューブ間に装着されるフィンと、前記チューブと連
通接続し、冷媒の送受給を行うヘッダパイプを備え、チ
ューブ及びフィンに伝わる熱によって熱交換を行う熱交
換器において、前記熱交換チューブは、前記熱交換チューブ断面におい
て、断面円形の冷媒流路を備えていることを特徴とする
熱交換器。
【請求項２】冷媒流路を有する熱交換チューブと、前
記チューブ間に装着されるフィンと、前記チューブと連
通接続し、媒体の送受給を行うヘッダパイプを備え、チ
ューブ及びフィンに伝わる熱によって熱交換を行う熱交
換器において、前記熱交換チューブは、同一断面において、複数の断面
円形の冷媒流路を備えていることを特徴とする熱交換
器。
【請求項３】冷媒流路を有する熱交換チューブと、前
記チューブ間に装着されるフィンと、前記チューブと連
通接続し、冷媒の送受給を行うヘッダパイプを備え、チ
ューブ及びフィンに伝わる熱によって熱交換を行う熱交
換器において、前記熱交換チューブは、前記熱交換チューブ断面におい
て、断面円形の冷媒流路を備え、前記冷媒流路の断面円形の直径が１ｍｍ以下であること
を特徴とする熱交換器。
【請求項４】冷媒流路を有する熱交換チューブと、前
記チューブ間に装着されるフィンと、前記チューブと連
通接続し、媒体の送受給を行うヘッダパイプを備え、チ
ューブ及びフィンに伝わる熱によって熱交換を行う熱交
換器において、前記熱交換チューブは、断面円形であり、断面円形の直
径が１ｍｍ以下である冷媒流路を備え、チューブ同一断面において、複数の前記冷媒流路を備え
ていることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】前記ヘッダパイプの冷媒流路が断面円形
であることを特徴とする前記請求項１乃至４いずれか記
載の熱交換器。
【請求項６】前記ヘッダパイプの冷媒流路の直径が１
０ｍｍを超えない直径であり、ヘッダパイプ肉厚が５ｍ
ｍを超えないことを特徴とする前記請求項５記載の熱交
換器。
【請求項７】媒体流路を有する熱交換チューブと、前
記チューブ間に装着されるフィンと、前記チューブを連
通接続し、媒体の送受給を行うヘッダパイプを備え、チ
ューブ及びフィンに伝わる熱によって熱交換を行う熱交
換器において、前記熱交換チューブは、断面円形の冷媒流路と、冷媒流
路を形成しない肉厚部を備え、前記熱交換チューブの長手方向端部において、他の部位
よりも小さい断面積となるチューブ挿入部が形成されて
いることを特徴とする前記請求項１乃至６いずれか記載
の熱交換器。
【請求項８】前記熱交換チューブとフィンが交互に積
層されて多段層を形成することを特徴とする前記請求項
１乃至７いずれか記載の熱交換器。
【請求項９】前記熱交換チューブとフィンが交互に積
層されて多断層を形成し、前記チューブ端部がヘッダパ
イプに連通接続される熱交換器において、チューブ及びヘッダパイプ間を通流する冷媒流路を複数
に区画する仕切り板がヘッダパイプの要所に配置され、前記複数の区画に仕切られた各冷媒流路の各区画におけ
る総断面積が同一であること特徴とする前記請求項８記
載の熱交換器。
【請求項１０】前記チューブの間にフィンを装着して
多段積層され、前記チューブ端部がヘッダパイプに連通
接続される熱交換器において、外部空気の通風方向に対して多段積層されたチューブ及
びフィンの断面長手方向が直交するように、チューブ、
フィン及びヘッダパイプから構成される熱交換器が、複
数配置され、各熱交換器のヘッダパイプが連通接続され
て一体となっていることを特徴とする前記請求項８又は
９記載の熱交換器。
【請求項１１】前記通風方向に対してチューブ及びフ
ィンの断面長手方向が直交するように複数の熱交換器が
並列に配置され、各熱交換器のヘッダパイプが連通接続
されて一体となっている熱交換器において、各チューブ及びヘッダパイプを通流する媒体が複数の熱
交換器間を直列又は並列に通流し、複数のチューブ及び
フィンに伝わる熱によって熱交換を行うことを特徴とす
る前記請求項７乃至９いずれか記載の熱交換器。
【請求項１２】前記通風方向に対してチューブ及びフ
ィンの断面長手方向が直交するように複数の熱交換器が
並列に配置され、各熱交換器のヘッダパイプが連通接続
されて一体となっている熱交換器において、前記熱交換チューブ端部に、複数のチューブ挿入部が形
成され、前記チューブ端部が各ヘッダパイプに連通接続
されていることを特徴とする前記請求項１０又は１１い
ずれか記載の熱交換器。
【請求項１３】前記通風方向に対してチューブ及びフ
ィンの断面長手方向が直交するように複数の熱交換器が
並列に配置され、各チューブ端部が連通接続される熱交
換器において、前記ヘッダパイプ内に複数の冷媒流路が形成されている
ことを特徴とする前記請求項９乃至１２記載の熱交換
器。
【請求項１４】蛇行状に往復する前記チューブの間
に、フィンが装着されていることを特徴とする前記請求
項１乃至７いずれか記載の熱交換器。
【請求項１５】往復するチューブ間にフィンを装着
し、チューブ端部がヘッダパイプに連通接続された熱交
換器は、往復するチューブ及びフィンの連なる面が外部
空気の通風方向に対して直交するように、複数の熱交換
器が並列に配置され、各熱交換器が連通接続されて一体
となっていることを特徴とする前記請求項１４記載の熱
交換。
【請求項１６】前記チューブ及びヘッダパイプは、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金を成形してなることを
特徴とする前記請求項１乃至１５いずれか記載の熱交換
器。
【請求項１７】前記熱交換器において、熱交換器に流
出入する冷媒は、気体状態であることを特徴とする前記
請求項１乃至１６いずれか記載の熱交換器。
【請求項１８】前記熱交換器に通流する冷媒は、二酸
化炭素（ＣＯ_２）であることを特徴とする前記請求項１
乃至１７いずれか記載の熱交換器。