JP2006200880A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧性の向上した熱交換器を提供する。
【解決手段】エバポレータとして用いられる熱交換器は、熱交換コア部と、第１〜第４ヘッダ5,6とを備えている。各ヘッダ5,6は、両端が開口した中空状のヘッダ本体10,20と、ヘッダ本体10,20の両端開口を閉鎖する平坦壁部32a,33a,34aを有しかつヘッダ本体10,20の両端に固定されたキャップ18a,18bとからなる。少なくともいずれか１つのキャップ18aの平坦壁部32aに、ヘッダ5内方に突出した補強用突出部30を形成する。
【選択図】図６

Description

この発明は、たとえば自動車に搭載される冷凍サイクルであるカーエアコンのエバポレータとして好適に使用される熱交換器に関する。

従来、カーエアコン用エバポレータとして、１対の皿状プレートを対向させて周縁部どうしをろう付してなる複数の偏平中空体が並列状に配置され、隣接する偏平中空体間にコルゲートフィンが配置されて偏平中空体にろう付された、所謂積層型エバポレータが広く使用されていた。

ところで、近年、エバポレータのさらなる小型軽量化および高性能化が要求されるようになってきた。そして、このような要求を満たすエバポレータとして、間隔をおいて配置された複数の熱交換管からなる熱交換管群が通風方向に並んで２列配置されることにより構成された熱交換コア部と、熱交換管の一端側に配置され、かつ１列の熱交換管群の熱交換管が接続された第１ヘッダと、熱交換管の一端側において第１ヘッダの通風方向上流側に配置され、かつ１列の熱交換管群の熱交換管が接続された第２ヘッダと、熱交換管の他端側に配置され、かつ第１ヘッダに接続されている熱交換管が接続された第３ヘッダと、熱交換管の他端側に配置され、かつ第２ヘッダに接続されている熱交換管群の熱交換管が接続された第４ヘッダとを備えており、第１ヘッダの一端に冷媒入口が形成されるとともに、第２ヘッダにおける冷媒入口と同一端に冷媒出口が形成され、第１および第２ヘッダ内がその長さ方向の中間部で仕切板により区画され、冷媒入口から第１ヘッダ内に流入した冷媒が、すべての熱交換管およびすべてのヘッダを通過して冷媒出口から流出するようになっているエバポレータが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１記載のエバポレータにおいては、各ヘッダは、ヘッダタンクとヘッダプレートとよりなる両端が開口したヘッダ本体を備えており、第１および第２ヘッダのヘッダ本体における冷媒入口および冷媒出口が形成された側と反対端の開口、ならびに第３および第４ヘッダのヘッダ本体の両端開口は、ヘッダ本体の両端に固定されたキャップの平坦壁部により閉鎖されている。

ところで、特許文献１記載のエバポレータにおいて、ヘッダの耐圧性をさらに向上させることが要求されている。
特開２００３−２１４７９４号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、ヘッダの耐圧性が向上した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２つのヘッダと、両ヘッダ間に、ヘッダの長さ方向に間隔をおいて配置されかつ両端部が両ヘッダに接続された複数の熱交換管とを備えた熱交換器であって、
各ヘッダが、両端が開口した中空状のヘッダ本体と、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部を有しかつヘッダ本体の両端に固定されたキャップとからなり、少なくともいずれか１つのキャップの平坦壁部に、ヘッダ内方に突出した補強用突出部が形成されている熱交換器。

2)間隔をおいて配置された複数の熱交換管からなる熱交換管群が通風方向に並んで複数列配置されることにより構成された熱交換コア部と、熱交換管の一端側に配置され、かつ少なくとも１列の熱交換管群の熱交換管が接続された第１ヘッダと、熱交換管の一端側において第１ヘッダの通風方向上流側に配置され、かつ残りの熱交換管群の熱交換管が接続された第２ヘッダと、熱交換管の他端側に配置され、かつ第１ヘッダに接続されている熱交換管が接続された第３ヘッダと、熱交換管の他端側に配置され、かつ第２ヘッダに接続されている熱交換管群の熱交換管が接続された第４ヘッダとを備えた熱交換器であって、
各ヘッダが、両端が開口した中空状のヘッダ本体と、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部を有しかつヘッダ本体の両端に固定されたキャップとからなり、少なくともいずれか１つのキャップの平坦壁部に、ヘッダ内方に突出した補強用突出部が形成されている熱交換器。

3)投影面積が１５０ｍｍ^２以上の平坦壁部に、補強用突出部が形成されている上記1)または2)記載の熱交換器。

4)投影面積が２００ｍｍ^２以上の平坦壁部に、補強用突出部が形成されている上記1)または2)記載の熱交換器。

5)補強用突出部の投影面積が、平坦壁部の投影面積の２．８％以上である上記3)または4)記載の熱交換器。

6)補強用突出部の投影面積が、平坦壁部の投影面積の５０％以下である上記5)記載の熱交換器。

7)補強用突出部が、球の一部をなす部分球状となっている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

8)各キャップが、ヘッダ本体内に嵌る凹陥部を有しており、凹陥部の底壁が、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部となっている上記1)〜7)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

9)第１ヘッダと第２ヘッダとが一体化されている上記2)〜8)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

10)第１ヘッダのヘッダ本体と第２ヘッダのヘッダ本体とが、両ヘッダ本体の熱交換管側の部分を形成しかつ熱交換管が接続された第１部材と、両ヘッダ本体の残りの部分を形成しかつ第１部材にろう付された第２部材とからなり、これにより両ヘッダが一体化されている上記9)記載の熱交換器。

11)第１ヘッダおよび第２ヘッダのヘッダ本体の一端開口を閉鎖する２つのキャップ、および第１ヘッダおよび第２ヘッダのヘッダ本体の他端開口を閉鎖する２つのキャップが、それぞれ一体化されている上記9)または10)記載の熱交換器。

12)第３ヘッダと第４ヘッダとが一体化されている上記2)〜11)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

13)第３ヘッダのヘッダ本体と第４ヘッダのヘッダ本体とが、両ヘッダ本体の熱交換管側の部分を形成しかつ熱交換管が接続された第１部材と、両ヘッダ本体の残りの部分を形成しかつ第１部材にろう付された第２部材とからなり、これにより両ヘッダが一体化されている上記12)記載の熱交換器。

14)第３ヘッダおよび第４ヘッダのヘッダ本体の一端開口を閉鎖する２つのキャップ、および第３ヘッダおよび第４ヘッダのヘッダ本体の他端開口を閉鎖する２つのキャップが、それぞれ一体化されている上記12)または13)記載の熱交換器。

15)第１ヘッダのヘッダ本体の一端開口を閉鎖するキャップに冷媒入口が形成され、第２ヘッダのヘッダ本体における冷媒入口と同一端の開口を閉鎖するキャップに冷媒出口が形成され、第３ヘッダと第４ヘッダとが連通させられ、第１ヘッダのヘッダ本体における冷媒入口とは反対端の開口を閉鎖するキャップの平坦壁部に補強用突出部が形成されている上記2)〜14)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

16)第２ヘッダ内が区画手段により高さ方向に２つの空間に区画されるとともに、第１の空間に臨むように熱交換管が接続され、区画手段に冷媒通過穴が形成され、第２ヘッダの第２の空間が冷媒出口に通じており、第２ヘッダのヘッダ本体の両端開口を閉鎖する両キャップに、第１の空間内に嵌る凹陥部と第２の空間内に嵌る凹陥部とが形成され、凹陥部の底壁が、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部となっている上記15)記載の熱交換器。

17)圧縮機、コンデンサおよびエバポレータを備えており、エバポレータが、上記1)〜16)のうちのいずれかに記載の熱交換器からなる冷凍サイクル。

18)上記17)記載の冷凍サイクルが、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、各ヘッダが、両端が開口した中空状のヘッダ本体と、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部を有しかつヘッダ本体の両端に固定されたキャップとからなり、少なくともいずれか１つのキャップの平坦壁部に、ヘッダ内方に突出した補強用突出部が形成されているので、熱交換器全体の耐圧性が向上し、熱交換器の内圧が上昇した場合にも、補強用突出部が形成されたキャップの平坦壁部の変形、およびこの変形に起因する漏れの発生を防止することができる。

上記3)の熱交換器のように、キャップにおける平坦壁部の投影面積が１５０ｍｍ^２以上の場合に、平坦壁部の耐圧性が低下するおそれがあるが、この場合であっても、平坦壁部に補強用突出部が形成されていると、キャップの平坦壁部の耐圧性が向上する。

上記4)の熱交換器のように、キャップにおける平坦壁部の投影面積が２００ｍｍ^２以上の場合に、平坦壁部の耐圧性が著しく低下するおそれがあるが、この場合であっても、平坦壁部に補強用突出部が形成されていると、キャップの平坦壁部の耐圧性が向上する。

上記5)および6)の熱交換器によれば、キャップにおける平坦壁部の耐圧性が確実に向上する。

上記7)の熱交換器によれば、キャップにおける平坦壁部の耐圧性向上効果が優れたものになる。

上記9)〜14)の熱交換器によれば、全体の部品点数が比較的少なくなる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

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、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、図３の右側）を前、これと反対側を後といい、図１の上下、左右を上下、左右というものとする。

図１はこの発明を適用したカーエアコン用エバポレータを示し、図２〜図７は要部の構成を示し、図８はエバポレータにおける冷媒の流れ方を示す。

図１において、フロン系冷媒を使用するカーエアコンに用いられるエバポレータ(1)は、上下方向に間隔をおいて配置されたアルミニウム製冷媒入出用タンク(2)およびアルミニウム製冷媒ターン用タンク(3)と、両タンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えている。

冷媒入出用タンク(2)は、前側（通風方向下流側）に位置する冷媒入口ヘッダ(5)（第１ヘッダ）と後側（通風方向上流側）に位置する冷媒出口ヘッダ(6)（第２ヘッダ）とを備えており、両ヘッダ(5)(6)は、後述する連結手段を介して一体化されている。冷媒入出用タンク(2)の冷媒入口ヘッダ(5)にアルミニウム製冷媒入口管(7)が接続され、同じく冷媒出口ヘッダ(6)にアルミニウム製冷媒出口管(8)が接続されている。冷媒ターン用タンク(3)は、前側に位置する冷媒流入ヘッダ(9)（第３ヘッダ）と後側に位置する冷媒流出ヘッダ(11)（第４ヘッダ）とを備えており、両ヘッダ(9)(11)は、後述する連結手段を介して一体化されている。

熱交換コア部(4)は、左右方向に間隔をおいて並列状に配置された複数の熱交換管(12)からなる熱交換管群(13)が、前後方向に並んで複数列、ここでは２列配置されることにより構成されている。各熱交換管群(13)の隣接する熱交換管(12)どうしの間の通風間隙、および各熱交換管群(13)の左右両端の熱交換管(12)の外側にはそれぞれコルゲートフィン(14)が配置されて熱交換管(12)にろう付されている。左右両端のコルゲートフィン(14)の外側にはそれぞれアルミニウム製サイドプレート(15)が配置されてコルゲートフィン(14)にろう付されている。そして、前側熱交換管群(13)の熱交換管(12)の上下両端は冷媒入口ヘッダ(5)および冷媒流入ヘッダ(9)に接続され、往き側冷媒流通部となっている。後側熱交換管群(13)の熱交換管(12)の上下両端部は冷媒出口ヘッダ(6)および冷媒流出ヘッダ(11)に接続され、戻り側冷媒流通部となっている。

図２〜図４に示すように、冷媒入出用タンク(2)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形成されかつ熱交換管(12)が接続されたプレート状の第１部材(16)と、アルミニウム押出形材から形成されたベア材よりなりかつ第１部材(16)の上側を覆う第２部材(17)とを備えている。

第１部材(16)は、その前後両側部分に、それぞれ中央部が下方に突出した曲率の小さい横断面円弧状の湾曲部(22)を有している。各湾曲部(22)に、前後方向に長い複数の管挿通穴(23)が、左右方向に間隔をおいて形成されている。前後両湾曲部(22)の管挿通穴(23)は、それぞれ左右方向に関して同一位置にある。前側湾曲部(22)の前縁および後側湾曲部(22)の後縁に、それぞれ立ち上がり壁(22a)が全長にわたって一体に形成されている。また、第１部材(16)の両湾曲部(22)間に、冷媒入口ヘッダ(5)と冷媒出口ヘッダ(6)とを連結する手段を構成する平坦部(24)が形成され、平坦部(24)に、複数の貫通穴(25)が左右方向に間隔をおいて形成されている。

第２部材(17)は下方に開口した横断面略ｍ字状であり、左右方向に伸びる前後両壁(26)と、前後両壁(26)間の中央部に設けられかつ左右方向に伸びるとともに、冷媒入口ヘッダ(5)と冷媒出口ヘッダ(6)とを連結する手段を構成する垂直状中間壁(27)と、前後両壁(26)および中間壁(27)の上端どうしをそれぞれ一体に連結する上方に突出した２つの略円弧状連結壁(28)とを備えている。第２部材(17)の後壁(26)の下端部と中間壁(27)の下端部とは、冷媒出口ヘッダ(6)内を上下に区画する区画手段としての分流用抵抗板(29)により全長にわたって一体に連結されている。分流用抵抗板(29)の後側部分における左右両端部を除いた部分には、左右方向に長い複数の冷媒通過穴(31A)(31B)が左右方向に間隔をおいて貫通状に形成されている。中間壁(27)の下端は前後両壁(26)の下端よりも下方に突出しており、その下縁に、下方に突出しかつ第１部材(16)の貫通穴(25)に嵌め入れられる複数の突起(27a)が左右方向に間隔をおいて一体に形成されている。突起(27a)は、中間壁(27)の所定部分を切除することにより形成されている。

そして、第１部材(16)の前側湾曲部(22)および平坦部(24)と、第２部材(17)の前壁(26)、中間壁(27)および前側連結壁(28)とにより、冷媒入口ヘッダ(5)の左右両端が開口した中空状ヘッダ本体(10)が形成され、第１部材(16)の後側湾曲部(22)および平坦部(24)と、第２部材(17)の後壁(26)、中間壁(27)および後側連結壁(28)とにより、冷媒出口ヘッダ(6)の左右両端が開口した中空状ヘッダ本体(20)が形成されており、両ヘッダ本体(10)(20)は平坦部(22)および中間壁(27)により構成される連結手段により一体化されている。

両ヘッダ本体(10)(20)の右端開口は、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右側閉鎖部材(19)により閉鎖され、右側閉鎖部材(19)の外面に前後方向に長いアルミニウム製のプレート状パイプジョイント部材(21)がろう付されている。両ヘッダ本体(10)(20)の左端開口は、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左側閉鎖部材(18)により閉鎖されている。

図５に示すように、右側閉鎖部材(19)は、冷媒入口ヘッダ(5)のヘッダ本体(10)の右端開口を閉鎖する前キャップ(19a)と、冷媒出口ヘッダ(6)のヘッダ本体(20)の右端開口を閉鎖する後キャップ(19b)とが一体化されたものであり、右側閉鎖部材(19)の前キャップ(19a)には、冷媒入口ヘッダ(5)のヘッダ本体(10)内に嵌め入れられる左方突出状凹陥部(37)が一体に形成され、同じく後キャップ(19b)には、冷媒出口ヘッダ(6)のヘッダ本体(20)の分流用抵抗板(29)よりも上側の空間(6a)内に嵌め入れられる左方突出状上側凹陥部(38)と分流用抵抗板(29)よりも下側の空間(6b)内に嵌め入れられる左方突出状下側凹陥部(39)とが上下に間隔をおいて一体に形成されている。これらの凹陥部(37)(38)(39)の底壁が、両ヘッダ本体(10)(20)の右端開口を閉鎖する平坦壁部となっている。右側閉鎖部材(19)の前側の凹陥部(37)の平坦壁部が全体に打ち抜かれて冷媒入口(43)が形成され、同じく後側の上側凹陥部(38)の平坦壁部が全体に打ち抜かれて冷媒出口(44)が形成されている。また、右側閉鎖部材(19)の前後両側縁と上縁との間の円弧状部に、それぞれ左方に突出しかつ第２部材(17)の連結壁(28)に係合する係合爪(41)が一体に形成され、同じく下縁の前側部分および後側部分に、それぞれ左方に突出しかつ第１部材(16)の湾曲部(22)に係合する係合爪(42)が一体に形成されている。

パイプジョイント部材(21)には、右側閉鎖部材(19)の冷媒入口(43)に通じる短円筒状冷媒流入口(45)（冷媒流入部）と、同じく冷媒出口(44)に通じる短円筒状冷媒流出口(46)（冷媒流出部）とが一体に形成されている。パイプジョイント部材(21)の冷媒流入口(45)に、冷媒入口管(7)の一端部に形成された縮径部(7a)が差し込まれてろう付され、同じく冷媒流出口(46)に、冷媒出口管(8)の一端部に形成された縮径部(8a)が差し込まれてろう付されている。図示は省略したが、冷媒入口管(7)および冷媒出口管(8)の他端部には、両管(7)(8)に跨るように膨張弁取付部材が接合されている。

図５および図６に示すように、左側閉鎖部材(18)は、冷媒入口ヘッダ(5)のヘッダ本体(10)の左端開口を閉鎖する前キャップ(18a)と、冷媒出口ヘッダ(6)のヘッダ本体(20)の左端開口を閉鎖する後キャップ(18b)とが一体化されたものであり、左側閉鎖部材(18)の前キャップ(18a)には、冷媒入口ヘッダ(5)のヘッダ本体(10)内に嵌め入れられる右方突出状凹陥部(32)が一体に形成され、同じく後キャップ(18b)には、冷媒出口ヘッダ(6)のヘッダ本体(20)の分流用抵抗板(29)よりも上側の空間(6a)内に嵌め入れられる右方突出状上側凹陥部(33)と分流用抵抗板(29)よりも下側の空間(6b)内に嵌め入れられる右方突出状下側凹陥部(34)とが上下に間隔をおいて一体に形成されている。これらの凹陥部(32)(33)(34)の底壁が、両ヘッダ本体(10)(20)の左端開口を閉鎖する平坦壁部(32a)(33a)(34a)となっている。また、左側閉鎖部材(18)の前後両側縁と上縁との間の円弧状部に、それぞれ右方に突出しかつ第２部材(17)の連結壁(28)に係合する係合爪(35)が一体に形成され、同じく下縁の前側部分および後側部分に、それぞれ右方に突出しかつ第１部材(16)の湾曲部(22)に係合する係合爪(36)が一体に形成されている。

左側閉鎖部材(18)の前キャップ(18a)における凹陥部(32)の底壁、すなわちヘッダ本体(10)の左端開口を閉鎖する平坦壁部(32a)に、平坦壁部(32a)を内方に変形させることにより、冷媒入口ヘッダ(5)の内方に突出した補強用突出部(30)が形成されている。平坦壁部(32a)の右方から正投影した投影面積（図６(b)にハッチングを付した部分の面積）は、１５０ｍｍ^２以上、たとえば２００ｍｍ^２以上である。補強用突出部(30)は、球の一部をなす部分球状となっており、その内外両面は部分球面状である。補強用突出部(30)の右方から正投影した投影面積（図６(c)にハッチングを付した部分の面積）は、平坦壁部(32a)の投影面積の２．８％以上で、かつ５０％以下であることが好ましいが、これに限定されるものではない。

なお、この実施形態においては、左側閉鎖部材(18)の後キャップ(18b)における凹陥部(33)(34)の底壁、すなわちヘッダ本体(20)の左端開口を閉鎖する平坦壁部(33a)(34a)の右方から正投影した投影面積は１５０ｍｍ^２未満であるので、補強用突出部が形成されていないが、エバポレータの耐圧性をより向上させるには、これらの平坦壁部(33a)(34a)にも内方に突出した補強用突出部が形成されていてもよい。また、これらの平坦壁部(33a)(34a)の右方から正投影した投影面積が１５０ｍｍ^２以上の場合には、内方に突出した補強用突出部が形成される。

冷媒入出用タンク(2)の第１および第２部材(16)(17)と、両閉鎖部材(18)(19)と、パイプジョイント部材(21)とは次のようにしてろう付されている。すなわち、第１および第２部材(16)(17)は、第２部材(17)の突起(27a)が第１部材(16)の貫通穴(25)に挿通されてかしめられることにより、第１部材(16)の前後の立ち上がり壁(22a)の上端部と第２部材(17)の前後両壁(26)の下端部とが係合した状態で、第１部材(16)のろう材層を利用して相互にろう付されている。両閉鎖部材(18)(19)は、前キャップ(18a)(19a)の凹陥部(32)(37)がヘッダ本体(10)内に、後キャップ(18b)(19b)の上側凹陥部(33)(38)がヘッダ本体(20)における分流用抵抗板(29)よりも上側の空間内に、および後キャップ(18b)(19b)の下側凹陥部(34)(39)がヘッダ本体(20)における分流用抵抗板(29)よりも下側の空間内にそれぞれ嵌め入れられ、上側の係合爪(35)(41)が第２部材(17)の連結壁(28)に係合させられ、下側の係合爪(36)(42)が第１部材(16)の湾曲部(22)に係合させられた状態で、両閉鎖部材(18)(19)のろう材層を利用して第１および第２部材(16)(17)にろう付されている。パイプジョイント部材(21)は、右側閉鎖部材(19)のろう材層を利用して右側閉鎖部材(19)にろう付されている。また、冷媒出口ヘッダ(6)は分流用抵抗板(29)により上下両空間(6a)(6b)に区画されており、これらの空間(6a)(6b)は冷媒通過穴(31A)(31B)により連通させられている。右側閉鎖部材(19)の冷媒出口(44)は冷媒出口ヘッダ(6)の上部空間(6a)内に通じている。さらに、パイプジョイント部材(21)の冷媒流入口(45)が冷媒入口(43)に、冷媒流出口(46)が冷媒出口(44)にそれぞれ連通させられている。

図３および図７に示すように、冷媒ターン用タンク(3)の頂面(3a)は、前後方向の中央部が最高位部(52)となるとともに、最高位部(52)から前後両側に向かって徐々に低くなるように全体に横断面円弧状に形成されている。冷媒ターン用タンク(3)の前後両側部分に、頂面(3a)における最高位部(52)の前後両側から前後両側面(3b)まで伸びる溝(53)が、左右方向に間隔をおいて複数形成されている。冷媒ターン用タンク(3)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形成されかつ熱交換管(12)が接続されたプレート状の第１部材(48)と、アルミニウム押出形材から形成されたベア材よりなりかつ第１部材(48)の下側を覆う第２部材(49)とを備えている。

第１部材(48)は、前後方向の中央部が上方に突出した横断面円弧状であり、その前後両側縁に垂下壁(48a)が全長にわたって一体に形成されている。そして、第１部材(48)の上面が冷媒ターン用タンク(3)の頂面(3a)となり、垂下壁(48a)の外面が冷媒ターン用タンク(3)の前後両側面(3b)となっている。第１部材(48)の前後両側において、前後方向中央の最高位部(52)から垂下壁(48a)の下端にかけて溝(53)が形成されている。第１部材(48)の最高位部(52)を除いた前後両側部分における隣接する溝(53)どうしの間に、それぞれ前後方向に長い管挿通穴(54)が形成されている。前後の管挿通穴(54)は左右方向に関して同一位置にある。第１部材(48)の最高位部(52)が、冷媒流入ヘッダ(9)と冷媒流出ヘッダ(11)とを連結する手段を構成しており、最高位部(52)に、複数の貫通穴(55)が左右方向に間隔をおいて形成されている。

第２部材(49)は上方に開口した横断面略ｗ字状であり、前後方向外側に向かって上方に湾曲した左右方向に伸びる前後両壁(56)と、前後両壁(56)間の中央部に設けられかつ左右方向に伸びるとともに、冷媒流入ヘッダ(9)と冷媒流出ヘッダ(11)とを連結する手段を構成する垂直状中間壁(57)と、前後両壁(56)および中間壁(57)の下端どうしをそれぞれ一体に連結する２つの連結壁(58)とを備えている。中間壁(57)の上端は前後両壁(56)の上端よりも上方に突出しており、その上縁に、上方に突出しかつ第１部材(48)の貫通穴(55)に嵌め入れられる複数の突起(57a)が左右方向に間隔をおいて一体に形成されている。また、中間壁(57)における隣り合う突起(57a)間には、それぞれその上縁から冷媒通過用切り欠き(57b)が形成されている。突起(57a)および切り欠き(57b)は、中間壁(57)の所定部分を切除することにより形成されている。

そして、第１部材(48)の前半部と、第２部材(49)の前壁(56)、中間壁(57)および前側連結壁(58)とにより、冷媒流入ヘッダ(9)のヘッダ本体(50)が形成され、第１部材(48)の後半部と、第２部材(49)の後壁(56)、中間壁(57)および後側連結壁(58)とにより、冷媒流出ヘッダ(11)のヘッダ本体(60)が形成されており、両ヘッダ本体(50)(60)は最高位部(52)および中間壁(57)により構成される連結手段により一体化されている。

両ヘッダ本体(50)(60)の両端開口は、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閉鎖部材(51)により閉鎖されている。各閉鎖部材(51)は冷媒流入ヘッダ(9)のヘッダ本体(50)の端部開口を閉鎖する前キャップ(51a)と、冷媒流出ヘッダ(11)のヘッダ本体(60)の端部開口を閉鎖する後キャップ(51b)とが一体化されたものであり、閉鎖部材(51)の前キャップ(51a)には、冷媒流入ヘッダ(9)のヘッダ本体(50)内に嵌め入れられる左右方向内方に突出した凹陥部(59)が一体に形成され、同じく後キャップ(51b)には、冷媒流出ヘッダ(11)のヘッダ本体(60)内に嵌め入れられる左右方向内方に突出した凹陥部(61)が一体に形成されている。これらの凹陥部(59)(61)の底壁が、両ヘッダ本体(50)(60)の端部開口を閉鎖する平坦壁部(59a)(61a)となっている。ここでは、各平坦壁部(59a)(61a)の左方または右方から正投影した投影面積は１５０ｍｍ^２未満であるので、補強用突出部が形成されていないが、エバポレータの耐圧性をより向上させるには、これらの平坦壁部(59a)(61a)にも内方に突出した補強用突出部が形成されていてもよい。また、これらの平坦壁部(59a)(61a)の左方または右方から正投影した投影面積が１５０ｍｍ^２以上の場合には、突出した補強用突出部が形成される。

各閉鎖部材(51)の前後両側縁と下縁との間の円弧状部に、それぞれ左右方向内方に突出しかつ第２部材(49)の前後両壁(56)に係合する係合爪(62)が一体に形成され、同じく上縁に、それぞれ左右方向内方に突出しかつ第１部材(48)に係合する複数の係合爪(63)が前後方向に間隔をおいて一体に形成されている。

冷媒ターン用タンク(3)の第１および第２部材(48)(49)と、両閉鎖部材(51)とは次のようにしてろう付されている。すなわち、第１および第２部材(48)(49)が、第２部材(49)の突起(57a)が貫通穴(55)に挿通されてかしめられることにより、第１部材(48)の前後の垂下壁(48a)の下端部と、第２部材(49)の前後両壁(56)の上端部とが係合した状態で、第１部材(48)のろう材層を利用して相互にろう付されている。両閉鎖部材(51)は、前キャップ(51a)の凹陥部(59)がヘッダ本体(50)内に、後キャップ(51b)の凹陥部(61)がヘッダ本体(60)内にそれぞれ嵌め入れられ、上側の係合爪(63)が第１部材(48)に係合させられ、下側の係合爪(62)が第２部材(49)の前後両壁(56)に係合させられた状態で、各閉鎖部材(51)のろう材層を利用して第１および第２部材(48)(49)にろう付されている。第２部材(49)の中間壁(57)の切り欠き(57b)の上端開口は第１部材(48)によって閉じられ、これにより冷媒通過穴(64)が形成されている。

前後の熱交換管群(13)を構成する熱交換管(12)はアルミニウム押出形材からなり、前後方向に幅広の偏平状で、その内部に長さ方向に伸びる複数の冷媒通路(12a)が並列状に形成されている。熱交換管(12)の上端部は冷媒入出用タンク(2)の第１部材(16)の管挿通穴(23)に挿通された状態で、第１部材(16)のろう材層を利用して第１部材(16)にろう付され、同じく下端部は冷媒ターン用タンク(3)の第１部材(48)の管挿通穴(54)に挿通された状態で、第１部材(48)のろう材層を利用して第１部材(48)にろう付されている。

ここで、熱交換管(12)の左右方向の厚みである管高さは０．７５〜１．５ｍｍ、前後方向の幅である管幅は１２〜１８ｍｍ、周壁の肉厚は０．１７５〜０．２７５ｍｍ、冷媒通路どうしを仕切る仕切壁の厚さは０．１７５〜０．２７５ｍｍ、仕切壁のピッチは０．５〜３．０ｍｍ、前後両端壁の外面の曲率半径は０．３５〜０．７５ｍｍであることが好ましい。

なお、熱交換管(12)としては、アルミニウム押出形材製のものに代えて、アルミニウム製電縫管の内部にインナーフィンを挿入することにより複数の冷媒通路を形成したものを用いてもよい。また、片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のろう材層側に圧延加工を施すことにより形成され、かつ連結部を介して連なった２つの平坦壁形成部と、各平坦壁形成部における連結部とは反対側の側縁より隆起状に一体成形された側壁形成部と、平坦壁形成部の幅方向に所定間隔をおいて両平坦壁形成部よりそれぞれ隆起状に一体成形された複数の仕切壁形成部とを備えた板を、連結部においてヘアピン状に曲げて側壁形成部どうしを突き合わせて相互にろう付し、仕切壁形成部により仕切壁を形成したものを用いてもよい。

コルゲートフィン(14)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を用いて波状に形成されたものであり、その波頭部と波底部を連結する連結部に、前後方向に並列状に複数のルーバが形成されている。コルゲートフィン(14)は前後両熱交換管群(13)に共有されており、その前後方向の幅は前側熱交換管群(13)の熱交換管(12)の前側縁と後側熱交換管群(13)の熱交換管(12)の後側縁との間隔をほぼ等しくなっている。なお、１つのコルゲートフィンが前後両熱交換管群(13)に共有される代わりに、両熱交換管群(13)の隣り合う熱交換管(12)どうしの間にそれぞれコルゲートフィンが配置されていてもよい。ここで、コルゲートフィン(14)のフィン高さは波頭部と波底部との直線距離を意味し、フィン高さ＝７．０ｍｍ〜１０．０ｍｍであることが好ましい。また、コルゲートフィン(14)のフィンピッチは隣り合う波頂部または波底部の上下方向の中央部間の間隔の１／２を意味し、フィンピッチ＝１．３〜１．８ｍｍであることが好ましい。

エバポレータ(1)は、冷媒入口管(7)および冷媒出口管(8)を除く各構成部材を組み合わせて仮止めし、すべての構成部材を一括してろう付することにより製造される。

エバポレータ(1)は、圧縮機、コンデンサおよび膨張弁（減圧器）とともにフロン系冷媒を使用する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。

上述したエバポレータ(1)において、図８に示すように、圧縮機、コンデンサおよび膨張弁（減圧器）を通過した気液混相の２相冷媒が、冷媒入口管(7)からパイプジョイント部材(21)の冷媒流入口(45)および右側閉鎖部材(19)の前キャップ(19a)の冷媒入口(43)を通って冷媒入口ヘッダ(5)内に入り、分流して前側熱交換管群(13)のすべての熱交換管(12)の冷媒通路(12a)内に流入する。

すべての熱交換管(12)の冷媒通路(12a)内に流入した冷媒は、冷媒通路(12a)内を下方に流れて冷媒ターン用タンク(3)の冷媒流入ヘッダ(9)内に入る。冷媒流入ヘッダ(9)内に入った冷媒は、中間壁(57)の冷媒通過穴(64)を通って冷媒流出ヘッダ(11)内に入る。

冷媒流出ヘッダ(11)内に入った冷媒は、分流して後側熱交換管群(13)のすべての熱交換管(12)の冷媒通路(12a)内に流入し、流れ方向を変えて冷媒通路(12a)内を上方に流れて冷媒出口ヘッダ(6)の下空間(6b)内に入る。ここで、分流用抵抗板(29)によって冷媒の流れに抵抗が付与されるので、冷媒流出ヘッダ(11)から後側熱交換管群(13)のすべての熱交換管(12)への分流が均一化されるとともに、冷媒入口ヘッダ(5)から前側熱交換管群(13)のすべての熱交換管(12)への分流も一層均一化される。その結果、両熱交換管群(13)のすべての熱交換管(12)の冷媒流通量が均一化される。

ついで、冷媒は分流用抵抗板(29)の冷媒通過穴(31A)(31B)を通って冷媒出口ヘッダ(6)の上部空間(6a)内に入り、右側閉鎖部材(19)の後キャップ(19b)の冷媒出口(44)およびパイプジョイント部材(21)の冷媒流出口(46)を通り、冷媒出口管(8)に流出する。そして、冷媒が前側熱交換管群(13)の熱交換管(12)の冷媒通路(12a)、および後側熱交換管群(13)の熱交換管(12)の冷媒通路(12a)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をし、気相となって流出する。

このとき、コルゲートフィン(14)の表面に凝縮水が発生し、この凝縮水が冷媒ターン用タンク(3)の頂面(3a)に流下する。冷媒ターン用タンク(3)の頂面(3a)に流下した凝縮水は、キャピラリ効果により溝(53)内に入り、溝(53)内を流れて前後方向外側の端部から冷媒ターン用タンク(3)の下方へ落下する。こうして、冷媒ターン用タンク(3)の頂面(3a)とコルゲートフィン(14)の下端との間に多くの凝縮水が溜まることに起因する凝縮水の氷結が防止され、その結果エバポレータ(1)の性能低下が防止される。

上記実施形態においては、両タンク(2)(3)の冷媒入口ヘッダ(5)と冷媒流入ヘッダ(9)との間、および冷媒出口ヘッダ(6)と冷媒流出ヘッダ(11)との間にそれぞれ１つの熱交換管群(13)が設けられているが、これに限るものではなく、両タンク(2)(3)の冷媒入口ヘッダ(5)と冷媒流入ヘッダ(9)との間、および冷媒出口ヘッダ(6)と冷媒流出ヘッダ(11)との間にそれぞれ１または２以上の熱交換管群(13)が設けられていてもよい。また、冷媒入出用タンクが下、冷媒ターン用タンクが上となって用いられることもある。

また、上記実施形態においては、冷媒ターン用タンク(3)には、隣り合う熱交換管(12)間の部分において排水性向上のための溝(53)が形成されているが、これに限定されるものではなく、各熱交換管(12)と対応する位置に、排水性向上のための溝が形成されていてもよい。この場合、冷媒ターン用タンク(3)の頂面(3a)から前後両側面(3b)にかけて、各管挿通穴(54)の前後方向外端に連なって排水性向上のための溝が形成される。

さらに、上記実施形態においては、この発明による熱交換器が、フロン系冷媒を使用するカーエアコンのエバポレータに適用されているが、これに限定されるものではなく、圧縮機、ガスクーラ、中間熱交換器、膨張弁（減圧器）およびエバポレータを有しかつＣＯ_２冷媒を使用するカーエアコンを備えた車両、たとえば自動車において、カーエアコンのエバポレータとして用いられることがある。

この発明によるエバポレータの全体構成を示す一部切り欠き斜視図である。 図１に示すエバポレータの冷媒入出用タンクの部分の水平断面図である。 一部を省略した図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図１に示すエバポレータの冷媒入出用タンクの部分の分解斜視図である。 図１に示すエバポレータの冷媒入出用タンクの左右両閉鎖部材を示す一部切り欠き斜視図である。 図１に示すエバポレータの冷媒入出用タンクの左側閉鎖部材を示し、(a)は図２のＢ−Ｂ線拡大断面図であり、(b)は前キャップの平坦壁部を示す説明図であり、(c)は前キャップの平坦壁部の補強用突出部を示す説明図である。 図１に示すエバポレータの冷媒ターン用タンクの部分の分解斜視図である。 図１に示すエバポレータにおける冷媒の流れ方を示す図である。

符号の説明

(1)：エバポレータ
(2)：冷媒入出用タンク
(3)：冷媒ターン用タンク
(4)：熱交換コア部
(5)：冷媒入口ヘッダ（第１ヘッダ）
(6)：冷媒出口ヘッダ（第２ヘッダ）
(9)：冷媒流入ヘッダ（第３ヘッダ）
(10)(20)：ヘッダ本体
(11)：冷媒流出ヘッダ（第４ヘッダ）
(12)：熱交換管
(13)：熱交換管群
(16)：第１部材
(17)：第２部材
(18)：左側閉鎖部材
(18a)(18b)：キャップ
(19)：右側閉鎖部材
(19a)(19b)：キャップ
(24)：平坦部
(27)：中間壁
(29)：分流用抵抗板（区画手段）
(30)：補強用突出部
(32)：凹陥部
(32a)：平坦壁形成部
(33)(34)：凹陥部
(33a)(34a)：平坦壁形成部
(37)(38)(39)：凹陥部
(43)：冷媒入口
(44)：冷媒出口
(48)：第１部材
(49)：第２部材
(51)：閉鎖部材
(51a)(51b)：キャップ
(52)：最高位部
(57)：中間壁
(50)(60)：ヘッダ本体
(59)(61)：凹陥部
(59a)(61a)：平坦壁形成部

Claims (18)

1. 互いに間隔をおいて配置された２つのヘッダと、両ヘッダ間に、ヘッダの長さ方向に間隔をおいて配置されかつ両端部が両ヘッダに接続された複数の熱交換管とを備えた熱交換器であって、
   各ヘッダが、両端が開口した中空状のヘッダ本体と、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部を有しかつヘッダ本体の両端に固定されたキャップとからなり、少なくともいずれか１つのキャップの平坦壁部に、ヘッダ内方に突出した補強用突出部が形成されている熱交換器。
2. 間隔をおいて配置された複数の熱交換管からなる熱交換管群が通風方向に並んで複数列配置されることにより構成された熱交換コア部と、熱交換管の一端側に配置され、かつ少なくとも１列の熱交換管群の熱交換管が接続された第１ヘッダと、熱交換管の一端側において第１ヘッダの通風方向上流側に配置され、かつ残りの熱交換管群の熱交換管が接続された第２ヘッダと、熱交換管の他端側に配置され、かつ第１ヘッダに接続されている熱交換管が接続された第３ヘッダと、熱交換管の他端側に配置され、かつ第２ヘッダに接続されている熱交換管群の熱交換管が接続された第４ヘッダとを備えた熱交換器であって、
   各ヘッダが、両端が開口した中空状のヘッダ本体と、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部を有しかつヘッダ本体の両端に固定されたキャップとからなり、少なくともいずれか１つのキャップの平坦壁部に、ヘッダ内方に突出した補強用突出部が形成されている熱交換器。
3. 投影面積が１５０ｍｍ^２以上の平坦壁部に、補強用突出部が形成されている請求項１または２記載の熱交換器。
4. 投影面積が２００ｍｍ^２以上の平坦壁部に、補強用突出部が形成されている請求項１または２記載の熱交換器。
5. 補強用突出部の投影面積が、平坦壁部の投影面積の２．８％以上である請求項３または４記載の熱交換器。
6. 補強用突出部の投影面積が、平坦壁部の投影面積の５０％以下である請求項５記載の熱交換器。
7. 補強用突出部が、球の一部をなす部分球状となっている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の熱交換器。
8. 各キャップが、ヘッダ本体内に嵌る凹陥部を有しており、凹陥部の底壁が、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部となっている請求項１〜７のうちのいずれかに記載の熱交換器。
9. 第１ヘッダと第２ヘッダとが一体化されている請求項２〜８のうちのいずれかに記載の熱交換器。
10. 第１ヘッダのヘッダ本体と第２ヘッダのヘッダ本体とが、両ヘッダ本体の熱交換管側の部分を形成しかつ熱交換管が接続された第１部材と、両ヘッダ本体の残りの部分を形成しかつ第１部材にろう付された第２部材とからなり、これにより両ヘッダが一体化されている請求項９記載の熱交換器。
11. 第１ヘッダおよび第２ヘッダのヘッダ本体の一端開口を閉鎖する２つのキャップ、および第１ヘッダおよび第２ヘッダのヘッダ本体の他端開口を閉鎖する２つのキャップが、それぞれ一体化されている請求項９または１０記載の熱交換器。
12. 第３ヘッダと第４ヘッダとが一体化されている請求項２〜１１のうちのいずれかに記載の熱交換器。
13. 第３ヘッダのヘッダ本体と第４ヘッダのヘッダ本体とが、両ヘッダ本体の熱交換管側の部分を形成しかつ熱交換管が接続された第１部材と、両ヘッダ本体の残りの部分を形成しかつ第１部材にろう付された第２部材とからなり、これにより両ヘッダが一体化されている請求項１２記載の熱交換器。
14. 第３ヘッダおよび第４ヘッダのヘッダ本体の一端開口を閉鎖する２つのキャップ、および第３ヘッダおよび第４ヘッダのヘッダ本体の他端開口を閉鎖する２つのキャップが、それぞれ一体化されている請求項１２または１３記載の熱交換器。
15. 第１ヘッダのヘッダ本体の一端開口を閉鎖するキャップに冷媒入口が形成され、第２ヘッダのヘッダ本体における冷媒入口と同一端の開口を閉鎖するキャップに冷媒出口が形成され、第３ヘッダと第４ヘッダとが連通させられ、第１ヘッダのヘッダ本体における冷媒入口とは反対端の開口を閉鎖するキャップの平坦壁部に補強用突出部が形成されている請求項２〜１４のうちのいずれかに記載の熱交換器。
16. 第２ヘッダ内が区画手段により高さ方向に２つの空間に区画されるとともに、第１の空間に臨むように熱交換管が接続され、区画手段に冷媒通過穴が形成され、第２ヘッダの第２の空間が冷媒出口に通じており、第２ヘッダのヘッダ本体の両端開口を閉鎖する両キャップに、第１の空間内に嵌る凹陥部と第２の空間内に嵌る凹陥部とが形成され、凹陥部の底壁が、ヘッダ本体の両端開口を閉鎖する平坦壁部となっている請求項１５記載の熱交換器。
17. 圧縮機、冷媒冷却器およびエバポレータを備えており、エバポレータが、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冷凍サイクル。
18. 請求項１７記載の冷凍サイクルが、エアコンとして搭載されている車両。

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