JP2006153436A

JP2006153436A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2006153436A
Application number: JP2005317941A
Authority: JP
Inventors: Shigeji Ichiyanagi; 茂治一柳; Koichiro Take; 幸一郎武
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】冷房運転負荷の高低に合わせて熱交換性能を簡単に変更しうる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器１は、第１流体通路６および第２流体通路７を有するとともに並列状に配置された複数の熱交換部２と、互いに間隔をおいて配置されかつすべての熱交換部２の両端部が接続された１対のコネクタ3A、3Bとを備えている。各熱交換部２は第１流体通路６を流れる流体と第２流体通路７を流れる流体との間で熱交換を行わせる。コネクタ3A、3Bに、熱交換を行う熱交換部２の数が可変となるように流体の流れを制御する電磁弁15,22を設ける。
【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、たとえばコンプレッサ、ガスクーラ、エバポレータ、気液分離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気液分離器を通過してきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とを備えており、かつＣＯ_２のような超臨界冷媒を用いる超臨界冷凍サイクルにおいて、中間熱交換器として好適に用いら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、「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、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。

従来、自動車に搭載されるカーエアコンとして、コンプレッサ、コンデンサ、エバポレータ、気液分離器および減圧器からなり、かつフロン系冷媒を使用する冷凍サイクルからなるものが広く使用されている。

ところで、近年においては、ＣＯ_２のような超臨界冷媒を用いる超臨界冷凍サイクルをカーエアコンとして自動車に搭載することが考えられている。

超臨界冷凍サイクルは、コンプレッサ、ガスクーラ、エバポレータ、気液分離器としてのアキュムレータ、減圧器としての膨張弁、およびガスクーラから出てきた高温高圧の冷媒とエバポレータから出るとともにアキュムレータを通過してきた低温低圧の冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とを備えたものである。この超臨界冷凍サイクルにおいては、コンプレッサにより圧縮され、かつガスクーラを通過した高温高圧の冷媒は、中間熱交換器において温度（エンタルピ）が低下させられ、膨張弁を経てエバポレータに送られる。一方、エバポレータから出てきた低温低圧の冷媒は、アキュムレータを通過し、中間熱交換器において加熱された後コンプレッサに送られる。そして、中間熱交換器は、高圧側冷媒の温度を低下させてエバポレータの冷房能力を向上させる役割を果たしている。

上述した超臨界冷凍サイクルの中間熱交換器に用いられる熱交換器として、１つの内側流体穴およびこれの周囲に間隔をおいて形成された複数の外側流体穴を有する１つの熱交換管と、熱交換管の両端部に固定され、かつ内側流体穴に通じる流路を有する２つの内側流体穴用コネクタと、内側流体穴用コネクタよりも熱交換管の長さ方向内側に固定され、かつ外側流体穴に通じる流路を有する２つの外側流体穴用コネクタとよりなるものが知られている（特許文献１参照）。

また、同じく中間熱交換器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並列状に配置されかつ両端部がヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管とよりなり、各ヘッダタンクが、第１ヘッダパイプおよび第１ヘッダパイプ内に配置された第２ヘッダパイプからなる２重管構造であり、熱交換管に複数の第１流体通路および第２流体通路が形成され、熱交換管の両端部が、第１流体通路が第１ヘッダパイプ内に連通するとともに第２流体通路が第２ヘッダパイプ内に連通するように、両ヘッダタンクに接続されているものも知られている（特許文献２参照）。

しかしながら、両特許文献に記載された熱交換器を中間熱交換器に用いた場合、次のような問題が生じる可能性のあることが判明した。すなわち、中間熱交換器において低圧側冷媒が加熱されるので、コンプレッサに吸入される冷媒の密度が低くなり、その結果コンプレッサの圧縮効率が低下して超臨界冷凍サイクルの成績係数（冷房能力／コンプレッサの動力）が悪化し、たとえば自動車のカーエアコンとして用いた場合に燃費が低下する可能性がある。この成績係数の悪化を防止するためには、中間熱交換器の熱交換性能を、エバポレータの性能と成績係数のバランスを考慮して設定する必要がある。ところが、超臨界冷凍サイクルからなるカーエアコンの場合、外気温度および車室内温度が高いときや、低速走行時などには冷房運転負荷が高くなり、外気温度および車室内温度が低いときや、高速走行時などには冷房運転負荷が低くなる。そして、冷房運転負荷が高い場合に合わせて中間熱交換器の熱交換性能を設定すると、冷房運転負荷が低い場合には低圧側冷媒が加熱され過ぎてコンプレッサの圧縮効率が低下し、成績係数が悪化する。一方、冷房運転負荷が低い場合に合わせて中間熱交換器の熱交換性能を設定すると、冷房運転負荷が高い場合には高圧側冷媒の温度が十分に低下せず、エバポレータの冷房能力が不足する。したがって、冷房運転負荷の高低に合わせて中間熱交換器の熱交換性能を設定することは非常に困難である。
特開２０００−２４９２号公報特開２００３−１２１０８６

この発明の目的は、上記問題を解決し、冷房運転負荷の高低に合わせて熱交換性能を簡単に変更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)第１流体通路および第２流体通路を有するとともに並列状に配置された複数の熱交換部を備え、各熱交換部が第１流体通路を流れる流体と第２流体通路を流れる流体との間で熱交換を行わせるようになっており、熱交換を行う熱交換部の数が可変となるように流体の流れを制御する流れ制御手段が設けられている熱交換器。

2)互いに間隔をおいて配置されかつすべての熱交換部の両端部が接続された１対のコネクタを備え、コネクタが、すべての熱交換部の第１流体通路を外部に通じさせる第１流路、および第１流路に対して独立しかつすべての熱交換部の第２流体通路を外部に通じさせる第２流路を有している上記1)記載の熱交換器。

3)いずれか一方のコネクタの第１流路が流体流入側であるとともに他方のコネクタの第１流路が流体流出側であり、いずれか一方のコネクタの第２流路が流体流入側であるとともに他方のコネクタの第２流路が流体流出側であり、流れ制御手段が、コネクタの流体流入側第１流路における隣り合う熱交換部の第１流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁と、同じく流体流入側第２流路における隣り合う熱交換部の第２流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁とを備えている上記2)記載の熱交換器。

4)流れ制御手段が、コネクタの流体流出側第１流路における隣り合う熱交換部の第１流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁と、同じく流体流出側第２流路における隣り合う熱交換部の第２流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁とを備えている上記3)記載の熱交換器。

5)弁が電磁弁からなる上記3)または4)記載の熱交換器。

6)一方のコネクタに流体流入側第１流路と流体流出側第２流路が設けられるとともに、他方のコネクタに流体流出側第１流路と流体流入側第２流路とが設けられており、熱交換部の第１流体通路内を流れる流体と、第２流体通路内を流れる流体との流れ方向が逆向きである上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

7)各コネクタが、第１流路を有する第１コネクタ部材と、第２流路を有する第２コネクタ部材とにより形成されている上記2)〜6)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

8)熱交換部が、外管と、外管内に間隔をおいて配置された内管とにより形成され、内管内が第１流体通路となっているとともに、外管と内管との間の間隙が第２流体通路となっており、第１コネクタ部材が第２コネクタ部材よりも熱交換部の長さ方向外側に配置され、内管の両端部が外管の両端よりも外方に突出させられ、内管の外方突出部が第２コネクタ部材を貫通した状態で第１コネクタ部材に接続され、外管が第２コネクタ部材に接続されている上記7)記載の熱交換器。

9)第２流体通路内に伝熱フィンが設けられている上記8)記載の熱交換器。

10)伝熱フィンが、内管外周面に、周方向に間隔をおきかつ内管の長さ方向に伸びるように一体に形成されている上記9)記載の熱交換器。

11)第１および第２コネクタ部材、外管ならびに内管がアルミニウム製である上記7)〜10)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

12)外管および内管がアルミニウム押出形材製である上記11)記載の熱交換器。

13)コンプレッサ、ガスクーラ、エバポレータ、気液分離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気液分離器を通過してきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とを備えており、かつ超臨界冷媒を用いる冷凍サイクルであって、中間熱交換器が上記1)〜12)のうちのいずれかに記載された熱交換器からなる超臨界冷凍サイクル。

14)中間熱交換器の第１流体通路内をガスクーラから出てきた高圧の冷媒が流れ、同じく第２流体通路内をエバポレータから出て気液分離器を通過してきた低圧の冷媒が流れるようになっている上記13)記載の超臨界冷凍サイクル。

15)超臨界冷媒が二酸化炭素からなる上記13)または14)記載の超臨界冷凍サイクル。

16)上記13)〜15)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)および2)の熱交換器によれば、流れ制御手段により熱交換を行う熱交換部の数を変更することによって、冷房運転負荷の高低に合わせて熱交換性能を簡単に変更することができる。したがって、たとえば超臨界冷凍サイクルの中間熱交換器として用いた場合、冷房運転負荷が高い場合には、流れ制御手段により熱交換を行う熱交換部の数が多くなるように流体の流れを制御すれば、熱交換器の熱交換性能を向上させて高圧側冷媒の温度を十分に低下させることが可能になり、これによりエバポレータの冷房能力を向上させることができる。一方、冷房運転負荷が低い場合には、流れ制御手段により熱交換を行う熱交換部の数が少なくなるように流体の流れを制御すれば、低圧側冷媒の過熱を防止してコンプレッサの圧縮効率を向上させることが可能になり、これにより成績係数の悪化を防止して燃費を向上させることができる。

上記3)の熱交換器によれば、比較的簡単に流れ制御手段を設けることができる。

上記4)の熱交換器によれば、熱交換を行っていない熱交換部の第１および第２流体通路内への流体の流入を防止することができるので、たとえばこの熱交換器を中間熱交換器として用いた超臨界冷凍サイクルへの冷媒封入量を少なくすることができる。すなわち、コネクタの流体流出側第１流路および流体流出側第２流路における隣り合う熱交換部の両流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁を備えていない場合、熱交換を行っている熱交換部の第１流体通路から流体流出側第１流路に入った流体および熱交換を行っている熱交換部の第２流体通路から流体流出側第２流路に入った流体が、熱交換を行っていない熱交換部の第１流体通路および第２流体通路に流入して滞留するおそれがある。第１流体通路および第２流体通路に滞留した冷媒は熱交換に寄与しないので、超臨界冷凍サイクルへの冷媒封入量を多くしなければならない。また、熱交換を行っていない熱交換部の第１および第２流体通路内への流体の流入を防止することができるので、熱交換器の熱交換性能をより精度良く変更することができる。すなわち、コネクタの流体流出側第１流路および流体流出側第２流路における隣り合う熱交換部の両流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁を備えていない場合、熱交換を行っている熱交換部の第１流体通路から流体流出側第１流路に入った流体および熱交換を行っている熱交換部の第２流体通路から流体流出側第２流路に入った流体が、熱交換を行っていない熱交換部の第１流体通路および第２流体通路に流入するので、熱交換器の熱交換性能をより精度良く変更することができなくなる可能性がある。

上記5)の熱交換器によれば、たとえば電磁弁を、車室内温度を検出するセンサや、熱交換器を中間熱交換器として用いた超臨界冷凍サイクルのサイクル内圧力および温度を検出するセンサを備えた制御装置に接続しておけば、冷房運転負荷の高低に合わせて熱交換性能を自動的に簡単に変更することができる。

上記6)の熱交換器によれば、熱交換部の熱交換性能が向上する。

上記8)の熱交換器によれば、熱交換部を比較的簡単に形成することができる。また、内管内の第１流体通路が第１コネクタ部材の第１流路に確実に通じるように内管と第１コネクタ部材とを接続することができるとともに、内外両管間の第２流体通路が第２コネクタ部材の第２流路に確実に通じるように外管と第２コネクタ部材とを接続することができる。また、コネクタに比較的簡単に流れ制御手段を設けることができる。

上記9)の熱交換器によれば、伝熱フィンの働きにより各熱交換部の熱交管性能が向上するので、熱交換部の長さを短くするか、あるいは熱交換部の数を少なくすることが可能になり、その結果熱交換器の設置スペースを小さくすることができる。

上記10)の熱交換器によれば、伝熱フィンが内管に一体に形成されているので、部品点数が少なくなるとともに、両流体通路内を流れる流体間の伝熱効率が向上する。

上記11)の熱交換器によれば、両流体通路内を流れる流体間の伝熱効率が向上する。

上記12)の熱交換器によれば、外管および内管を比較的簡単に製造することができる。特に、上記10)のように伝熱フィンが内管に一体に形成されている場合に、内管の製造が容易になる。

上記13)の超臨界冷凍サイクルによれば、冷房運転負荷が高い場合には、流れ制御手段により熱交換を行う熱交換部の数が多くなるように流体の流れを制御すれば、中間熱交換器の熱交換性能を向上させて高圧側冷媒の温度を十分に低下させることが可能になり、これによりエバポレータの冷房能力を向上させることができる。一方、冷房運転負荷が低い場合には、流れ制御手段により熱交換を行う熱交換部の数が少なくなるように流体の流れを制御すれば、低圧側冷媒の過熱を防止してコンプレッサの圧縮効率を向上させることが可能になり、これにより成績係数の悪化を防止して燃費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。

なお、以下の説明において、図１の上下、左右をそれぞれ上下、左右というものとする。

図１はこの発明による熱交換器の全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示す。また、図４はこの発明による熱交換器を中間熱交換器として用いた超臨界冷凍サイクルを示す。

図１に示すように、熱交換器(1)は、上下方向に間隔をおいて並列状に配置された複数、ここでは２つの熱交換部(2)と、左右方向に間隔をおいて配置されかつすべての熱交換部(2)の両端部が接続された１対のコネクタ(3A)(3B)とを備えている。

各熱交換部(2)は、左右方向に伸びる外管(4)と、外管(4)内に間隔をおいて同心状に挿入された左右方向に伸びる内管(5)とにより形成されており、内管(5)内が第１流体通路(6)となっているとともに外管(4)と内管(5)との間の間隙が第２流体通路(7)となっている。

図２および図３に示すように、外管(4)は、金属、ここではアルミニウム押出形材からなる。内管(5)は、金属、ここではアルミニウム押出形材からなり、その外周面に、複数の伝熱フィン(8)が、周方向に間隔をおき、かつ内管(5)の長さ方向に伸びるように一体に形成されている。伝熱フィン(8)の先端部と外管(4)内周面との間には若干の隙間が存在している。内管(5)の両端部は外管(4)よりも外方に突出しており、この所定長さの外方突出部(5a)の全体にわたって伝熱フィン(8)が切除されている。また、内管(5)の内周面には、全長にわたる複数のインナーフィン(9)が周方向に間隔をおいて一体に形成されている。

各コネクタ(3A)(3B)は、左右方向、すなわち熱交換部(2)の長さ方向の外側に配置され、かつすべての熱交換部(2)の第１流体通路(6)を外部に通じさせる第１流路(12)を有する第１コネクタ部材(11)と、左右方向内側に配置され、かつすべての熱交換部(2)の第２流体通路(7)を外部に通じさせる第２流路(14)を有する第２コネクタ部材(13)とにより形成されている。

左側コネクタ(3A)の第１コネクタ部材(11)は、金属、ここではアルミニウムからなり、かつ各熱交換部(2)に対応して設けられた熱交換部(2)と同数、ここでは上下２つのブロック(11A)(11B)と、上下両ブロック(11A)(11B)間に介在させられた電磁弁(15)とよりなる。上ブロック(11A)には、上下方向に伸びる貫通状穴(16)が形成されている。下ブロック(11B)における上方から見て上ブロック(11A)の貫通状穴(16)と対応する位置には、上端面から下端近傍に至る有底状穴(17)が形成されている。また、上下両ブロック(11A)(11B)における左方から見て熱交換部(2)の内管(5)と対応する位置には、それぞれ一端がその右側面に開口するとともに他端が穴(16)(17)の内周面に開口した横向き貫通状連通穴(18)が形成されている。各連通穴(18)の右端部には内管嵌入用大径部(18a)が形成されている。電磁弁(15)は、上ブロック(11A)の貫通状穴(16)と下ブロック(11B)の有底状穴(17)とを通じさせる連通部(20a)を有する本体(20)と、本体(20)の連通部(20a)内に配置され、かつ図示しないソレノイドにより作動させられる弁体(21)とを備えている。そして、上ブロック(11A)の貫通状穴(16)と下ブロック(11B)の有底状穴(17)と電磁弁(15)の連通部(20a)とによって、熱交換部(2)の第１流体通路(6)に通じる第１流路(12)が形成されている。したがって、電磁弁(15)は、第１流路(12)における上側熱交換部(2)の第１流体通路(6)に連通する貫通状穴(16)と下側熱交換部(2)の第１流体通路(6)に連通する有底状穴(17)とを通じさせる連通部(20a)、すなわち第１流路(12)における上下に隣り合う熱交換部(2)の第１流体通路(6)どうしを通じさせる連通部分を開閉するようになっている。

左側コネクタ(3A)の第２コネクタ部材(13)は、金属、ここではアルミニウムからなり、かつ各熱交換部(2)に対応して設けられた熱交換部(2)と同数、ここでは上下２つのブロック(13A)(13B)と、上下両ブロック(13A)(13B)間に介在させられた電磁弁(22)とよりなる。上ブロック(13A)には、上下方向に伸びる貫通状穴(23)が形成されている。下ブロック(13B)における上方から見て上ブロック(13A)の貫通状穴(23)と対応する位置には、上端面から下端近傍に至る有底状穴(24)が形成されている。また、上下両ブロック(13A)(13B)における左方から見て熱交換部(2)の外管(4)と対応する位置には、それぞれ一端がその右側面に開口するとともに他端が穴(23)(24)よりも左側に至る横向き有底状連通穴(25)が形成されている。各連通穴(25)の右端部には外管嵌入用大径部(25a)が形成されている。なお、上下両ブロック(13A)(13B)の連通穴(25)の中心は、第１コネクタ部材(11)の上下両ブロック(11A)(11B)の連通穴(18)の中心と同一高さ位置にある。また、上下両ブロック(13A)(13B)には、それぞれ一端が連通穴(25)の底面に開口するとともに他端が左側面に開口した内管挿通用貫通穴(26)が形成されている。電磁弁(22)は、上ブロック(13A)の貫通状穴(23)と下ブロック(13B)の有底状穴(24)とを通じさせる連通部(27a)を有する本体(27)と、本体(27)の連通部(27a)内に配置され、かつ図示しないソレノイドにより作動させられる弁体(28)とを備えている。そして、上ブロック(13A)の貫通状穴(23)と下ブロック(13B)の有底状穴(24)と電磁弁(22)の連通部(27a)とによって、熱交換部(2)の第２流体通路(7)に通じる第２流路(14)が形成されている。したがって、電磁弁(22)は、第２流路(14)における上側熱交換部(2)の第２流体通路(7)に連通する貫通状穴(23)と下側熱交換部(2)の第２流体通路(7)に連通する有底状穴(24)とを通じさせる連通部(27a)、すなわち第２流路(14)における上下に隣り合う熱交換部(2)の第２流体通路(7)どうしを通じさせる連通部分を開閉するようになっている。

右側コネクタ(3B)は、左側コネクタと左右対称であり、同一部分には同一符号を付す。左右両コネクタ(3A)(3B)のうちのいずれか一方、ここでは左側コネクタ(3A)の第１流路(12)が流体流入側になるとともに、第２流路(14)が流体流出側となり、右側コネクタ(3B)の第１流路(12)が流体流出側になるとともに、第２流路(14)が流体流入側となっている。

熱交換部(2)の内管(5)の外方突出部(5a)は、第２コネクタ部材(13)の連通穴(25)および内管挿通用貫通穴(26)に貫通状に通され、その先端部が第１コネクタ部材(11)の連通穴(18)の内管嵌入用大径部(18a)内に嵌め入れられた状態で、第１コネクタ部材(11)の両ブロック(11A)(11B)および第２コネクタ部材(13)の両ブロック(13A)(13B)に、たとえばろう付により接合されており、これにより熱交換部(2)の第１流体通路(6)が、連通穴(18)を介して第１流路(12)に通じさせられている。また、熱交換部(2)の外管(4)は、第２コネクタ部材(13)の連通穴(25)の外管嵌入用大径部(25a)内に嵌め入れられた状態で、第２コネクタ部材(13)の両ブロック(13A)(13B)に、たとえばろう付により接合されており、これにより熱交換部(2)の第２流体通路(7)が、連通穴(25)を介して第２流路(14)に通じさせられている。このようにして、各熱交換部(2)の両端部が両コネクタ(3)に接続されており、各熱交換部(2)の第１流体通路(6)内を流れる流体と、第２流体通路(7)内を流れる流体との流れ方向が逆向きになる。

そして、両コネクタ(3A)(3B)のすべての電磁弁(15)(22)によって、熱交換を行う熱交換部(2)の数が可変となるように流体の流れを制御する流れ制御手段が構成されている。

熱交換器(1)は、図４に示すように、コンプレッサ(31)、ガスクーラ(32)、エバポレータ(33)、気液分離器としてのアキュムレータ(34)、および減圧器としての膨張弁(35)とともにＣＯ_２からなる超臨界冷媒を使用する超臨界冷凍サイクルを構成し、ガスクーラ(32)から出てきた高温高圧の冷媒とエバポレータ(33)から出るとともにアキュムレータ(34)を通過してきた低温低圧の冷媒とを熱交換させる中間熱交換器として好適に用いられる。超臨界冷凍サイクルは、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。なお、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、酸化窒素なども使用可能である。

上述した超臨界冷凍サイクルにおいて、熱交換器(1)の左側コネクタ(3A)の第１コネクタ部材(11)に、ガスクーラ(32)から延びる配管用パイプ(36)が流体流入側第１流路(12)に通じるように接続され、同じく右側コネクタ(3B)の第１コネクタ部材(11)に、膨張弁(35)へ延びる配管用パイプ(37)が流体流出側第１流路(12)に通じるように接続される。また、熱交換器(1)の右側コネクタ(3B)の第２コネクタ部材(13)に、アキュムレータ(34)から延びる配管用パイプ(38)が流体流入側第２流路(14)に通じるように接続され、同じく左側コネクタ(3A)の第２コネクタ部材(13)に、コンプレッサ(31)へ延びる配管用パイプ(39)が流体流出側第２流路(14)に通じるように接続されている。

また、図示は省略したが、電磁弁(15)(22)は、車室内温度を検出するセンサや、熱交換器を中間熱交換器として用いた超臨界冷凍サイクルのサイクル内圧力および温度を検出するセンサを備えた制御装置に接続されている。

この超臨界冷凍サイクルにおいて、コンプレッサ(31)により圧縮された高温高圧の冷媒は、ガスクーラ(32)を通過し、配管用パイプ(36)を通って左側コネクタ(3A)の第１コネクタ部材(11)の流体流入側第１流路(12)内に流入し、連通穴(18)を通って熱交換部(2)の第１流体通路(6)内に入り、第１流体通路(6)内を右方に流れ、連通穴(18)を通って右側コネクタ(3B)の第１コネクタ部材(11)の流体流出側第１流路(12)内に流入し、配管用パイプ(37)を通って膨張弁(35)に送られる。

一方、配管用パイプ(38)を通ってアキュムレータ(34)から送られてきた低温低圧の冷媒は、右側コネクタ(3B)の第２コネクタ部材(13)の流体流入側第２流路(14)内に流入し、連通穴(25)を通って熱交換部(2)の第２流体通路(7)内に入り、第２流体通路(7)内を左方に流れ、連通穴(25)を通って左側コネクタ(3A)の第２コネクタ部材(13)の流体流出側第２流路(14)内に流入し、配管用パイプ(39)を通ってコンプレッサ(31)に送られる。

そして、熱交換器(1)の各熱交換部(2)の第１流体通路(6)内を流れるガスクーラ(32)から出てきた高温高圧の冷媒と、第２流体通路(7)内を流れるエバポレータ(33)から出るとともにアキュムレータ(24)を通過してきた低温低圧の冷媒とが熱交換をし、高圧側冷媒の温度（エンタルピ）が低下させられてエバポレータ(33)の冷房能力が向上する。

ここで、外気温度および車室内温度が高いときや、低速走行時などの冷房運転負荷が高い場合には、両電磁弁(15)(22)の弁体(21)(28)により、両コネクタ(3A)(3B)の第１流路(12)における隣り合う熱交換部(2)の第１流体通路(6)どうしを通じさせる連通部分、ならびに両コネクタ(3A)(3B)の第２流路(14)における隣り合う熱交換部(2)の第２流体通路(7)どうしを通じさせる連通部分を開とし、両熱交換部(2)において高圧側冷媒と低圧側冷媒とで熱交換を行わせるように、冷媒の流れを制御する。すると、熱交換器(1)の熱交換性能が向上し、高圧側冷媒の温度を十分に低下させることが可能になって、エバポレータ(33)の冷房能力を向上させることができる。一方、外気温度および車室内温度が低いときや、高速走行時などの冷房運転負荷が低い場合には、両電磁弁(15)(22)の弁体(21)(28)により、両コネクタ(3A)(3B)の第１流路(12)における隣り合う熱交換部(2)の第１流体通路(6)どうしを通じさせる連通部分、ならびに両コネクタ(3A)(3B)の第２流路(14)における隣り合う熱交換部(2)の第２流体通路(7)どうしを通じさせる連通部分を閉とし、上側熱交換部(2)のみにおいて高圧側冷媒と低圧側冷媒とで熱交換を行わせるように、冷媒の流れを制御する。すると、低圧側冷媒の過熱を防止してコンプレッサ(31)の圧縮効率を向上させることが可能になり、これにより成績係数の悪化を防止して燃費を向上させることができる。

上記実施形態においては、熱交換部(2)の数は２つであるが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。この場合、両コネクタの第１流路(12)における隣り合う熱交換部(2)の第１流体通路どうしを通じさせる連通部分、両コネクタの第２流路(14)における隣り合う熱交換部(2)の第２流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉しうるように、電磁弁(15)(22)を設ける。ここで、熱交換部(2)の数が多いほど、冷房運転負荷の高低に合わせて熱交換性能を細かく変更することが可能になる。但し、熱交換部(2)の数が多くなりすぎると、構造が複雑になってコストが高くなるおそれがあるので、両者のバランスを考えて適切な数にすることが好ましい。

また、上記実施形態においては、コネクタは２つのコネクタ部材により形成されているが、これに限定されるものではなく、第１および第２流路(14)を有する１つのコネクタ部材によりコネクタを形成してもよい。

さらに、２つの実施形態において、熱交換器は超臨界冷凍サイクルの中間熱交換器として用いられているが、これに限定されるものではなく、その用途は適宜変更可能である。

この発明による熱交換器の実施形態の全体構成を示す一部切り欠き正面図である。図１の部分拡大図である。図２のIII−III線断面図である。図１に示す熱交換器を中間熱交換器として用いた超臨界冷凍サイクルを示す概略図である。

符号の説明

(1)：熱交換器
(2)：熱交換部
(3A)(3B)：コネクタ
(4)：外管
(5)：内管
(5a)：外方突出部
(6)：第１流体通路
(7)：第２流体通路
(8)：伝熱フィン
(11)：第１コネクタ部材
(12)：第１流路
(13)：第２コネクタ部材
(14)：第２流路
(15)(22)：電磁弁
(31)：コンプレッサ
(32)：ガスクーラ
(33)：エバポレータ

Claims

第１流体通路および第２流体通路を有するとともに並列状に配置された複数の熱交換部を備え、各熱交換部が第１流体通路を流れる流体と第２流体通路を流れる流体との間で熱交換を行わせるようになっており、熱交換を行う熱交換部の数が可変となるように流体の流れを制御する流れ制御手段が設けられている熱交換器。
互いに間隔をおいて配置されかつすべての熱交換部の両端部が接続された１対のコネクタを備え、コネクタが、すべての熱交換部の第１流体通路を外部に通じさせる第１流路、および第１流路に対して独立しかつすべての熱交換部の第２流体通路を外部に通じさせる第２流路を有している請求項１記載の熱交換器。
いずれか一方のコネクタの第１流路が流体流入側であるとともに他方のコネクタの第１流路が流体流出側であり、いずれか一方のコネクタの第２流路が流体流入側であるとともに他方のコネクタの第２流路が流体流出側であり、流れ制御手段が、コネクタの流体流入側第１流路における隣り合う熱交換部の第１流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁と、同じく流体流入側第２流路における隣り合う熱交換部の第２流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁とを備えている請求項２記載の熱交換器。
流れ制御手段が、コネクタの流体流出側第１流路における隣り合う熱交換部の第１流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁と、同じく流体流出側第２流路における隣り合う熱交換部の第２流体通路どうしを通じさせる連通部分を開閉する弁とを備えている請求項３記載の熱交換器。
弁が電磁弁からなる請求項３または４記載の熱交換器。
一方のコネクタに流体流入側第１流路と流体流出側第２流路が設けられるとともに、他方のコネクタに流体流出側第１流路と流体流入側第２流路とが設けられており、熱交換部の第１流体通路内を流れる流体と、第２流体通路内を流れる流体との流れ方向が逆向きである請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器。
各コネクタが、第１流路を有する第１コネクタ部材と、第２流路を有する第２コネクタ部材とにより形成されている請求項２〜６のうちのいずれかに記載の熱交換器。
熱交換部が、外管と、外管内に間隔をおいて配置された内管とにより形成され、内管内が第１流体通路となっているとともに、外管と内管との間の間隙が第２流体通路となっており、第１コネクタ部材が第２コネクタ部材よりも熱交換部の長さ方向外側に配置され、内管の両端部が外管の両端よりも外方に突出させられ、内管の外方突出部が第２コネクタ部材を貫通した状態で第１コネクタ部材に接続され、外管が第２コネクタ部材に接続されている請求項７記載の熱交換器。
第２流体通路内に伝熱フィンが設けられている請求項８記載の熱交換器。
伝熱フィンが、内管外周面に、周方向に間隔をおきかつ内管の長さ方向に伸びるように一体に形成されている請求項９記載の熱交換器。
第１および第２コネクタ部材、外管ならびに内管がアルミニウム製である請求項７〜１０のうちのいずれかに記載の熱交換器。
外管および内管がアルミニウム押出形材製である請求項１１記載の熱交換器。
コンプレッサ、ガスクーラ、エバポレータ、気液分離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気液分離器を通過してきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とを備えており、かつ超臨界冷媒を用いる冷凍サイクルであって、中間熱交換器が請求項１〜１２のうちのいずれかに記載された熱交換器からなる超臨界冷凍サイクル。
中間熱交換器の第１流体通路内をガスクーラから出てきた高圧の冷媒が流れ、同じく第２流体通路内をエバポレータから出て気液分離器を通過してきた低圧の冷媒が流れるようになっている請求項１３記載の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１３または１４記載の超臨界冷凍サイクル。
請求項１３〜１５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。