JP2007147172A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐圧性がさらに向上した熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、１対のヘッダタンク2,3と、複数の熱交換管４とを備えている。各ヘッダタンク2,3は、外側プレート７と、内側プレート８と、中間プレート９とからなる。外側プレート７に外方膨出部11A,11B,24を形成する。内側プレート８に複数の管挿入穴18を形成する。中間プレート９に内側プレート８の各管挿入穴18を外側プレート７の外方膨出部11A,11B,24内に通じさせる連通穴22を形成する。中間プレート９の連通穴22における穴長さ方向に伸びる両側面の内側プレート８側の縁部に、内側プレート８に向かって外側方に傾斜した傾斜部27を設ける。内側プレート８の管挿入穴18の穴長さ方向に伸びる両側縁部を中間プレート９側に曲げることにより突出部26を形成する。突出部26を傾斜部27に密接状態でろう付する。
【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ＣＯ２（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、「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。さらに、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。
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た熱交換器が知られている（特許文献１参照）。
ところで、特許文献１記載の熱交換器によれば、中間プレートに形成された連通穴が、内側プレートの挿入穴よりも一回り大きくなっており、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た状態で、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いるので、内側プレートに、連通穴内に臨みかつ中間プレートにろう付されていない部分が存在することになる。したがって、通常は、超臨界冷凍サイクルのガスクーラやエバポレータに使用する上での十分な耐圧性を有するが、耐圧性をさらに向上させることが要求されると、その要求に応えることができない場合がある。
特開２００５−３００１３５号公報
この発明の目的は、上記問題を解決し、耐圧性がさらに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それぞれ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、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た熱交換器において、
中間プレートの連通穴における穴長さ方向に伸びる両側面の内側プレート側の縁部に、内側プレートに向かって外側方に傾斜した傾斜部が設けられ、内側プレートの中間プレート側を向いた面における管挿入穴の穴長さ方向に伸びる両側縁部に、中間プレート側に突出しかつ中間プレートの傾斜部に密接した突出部が形成され、突出部が傾斜部にろう付されている熱交換器。
2)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、内側プレートの管挿入穴の内周面全体とがろう付され、熱交換管の両端部外周面全体のうち少なくとも管幅方向に伸びる両側面と、中間プレートの連通穴の内周面全体のうち少なくとも穴長さ方向に伸びる両側面とがろう付されている上記1)記載の熱交換器。
3)内側プレートの管挿入穴の穴幅と、中間プレートの連通穴の穴幅とが等しくなっている上記1)または2)記載の熱交換器。
4)中間プレートの連通穴の穴長さ方向の寸法をWpｍｍ、同じく穴幅方向の寸法をHpｍｍ、熱交換管の管幅をWtｍｍ、同じく管高さをHtｍｍとした場合、Wp≦（Wt＋０．８）、Hp≦（Ht＋０．３）という関係を満たす上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
5)内側プレートの突出部が、内側プレートにおける管挿入穴の穴長さ方向に伸びる両側縁部を、中間プレート側に曲げることによって形成されている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
6)中間プレートの連通穴の内周面における穴長さ方向の両端部に、連通穴の内方に突出しかつ熱交換管の端面が当接する段部が形成されている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
7)中間プレートの段部における連通穴内周面からの突出高さが、熱交換管の冷媒通路を塞がないような高さとされている上記6)記載の熱交換器。
8)熱交換管が、その外周面のろう材を利用して中間プレートの連通穴の内周面にろう付されている上記1)〜7)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
9)熱交換管が、互いに対向する１対の平坦壁と、両平坦壁の両側縁どうしにまたがって設けられた２つの側壁とを備えており、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板状体を曲げることにより形成されている上記8)記載の熱交換器。
10)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)〜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。
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、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。
12)超臨界冷媒が二酸化炭素である上記10)または11)記載の超臨界冷凍サイクル。
13)上記10)〜12)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、中間プレートの連通穴における穴長さ方向に伸びる両側面の内側プレート側の縁部に、内側プレートに向かって外側方に傾斜した傾斜部が設けられ、内側プレートの中間プレート側を向いた面における管挿入穴の穴長さ方向に伸びる両側縁部に、中間プレート側に突出しかつ中間プレートの傾斜部に密接した突出部が形成され、突出部が傾斜部にろう付されているので、内側プレートの中間プレートへのろう付面積が、特許文献１記載の熱交換器よりも大きくなり、内側プレートにおける管挿入穴の周囲の部分の耐圧強度を増大させることが可能になる。したがって、ヘッダタンクの耐圧性および内側プレートと熱交換管とのろう付部の耐圧性が向上する。しかも、熱交換管の両端部が、中間プレートにろう付された突出部を介して中間プレートにより管高さ方向の両側から拘束されるので、熱交換管の管高さ方向の耐圧性も向上する。その結果、熱交換器全体の耐圧性が向上する。
また、内側プレートの突出部が中間プレートの傾斜部に密接しているので、ろう付前の仮組状態において、内側プレートと中間プレートとの位置ずれを防止することができる。
上記2)の熱交換器によれば、熱交換管の両端部外周面全体のうち少なくとも管幅方向に伸びる両側面と、中間プレートの連通穴の内周面全体のうち少なくとも穴長さ方向に伸びる両側面とがろう付されているので、熱交換管のヘッダタンクへのろう付長さが比較的長くなってろう付強度が増大し、特許文献１記載の熱交換器に比較して、熱交換管のヘッダタンクへのろう付部の耐圧性が一層向上する。また、熱交換管の両端部が、中間プレートにより管高さ方向の両側から直接拘束されるので、熱交換管の管高さ方向の耐圧性も一層向上する。
上記3)の熱交換器によれば、内側プレートにおける管挿入穴の穴長さ方向に伸びる両側縁部に、連通穴内に臨みかつ中間プレートにろう付されていない部分が存在することはない。したがって、内側プレートにおける管挿入穴の周囲の部分の耐圧強度を十分に大きくすることができ、ヘッダタンクの耐圧性および内側プレートと熱交換管とのろう付部の耐圧性が一層向上する。
上記4)の熱交換器によれば、WpおよびHpを上述した範囲に設定することにより、仮に内側プレートにおける管挿入穴の穴長さ方向に伸びる両側縁部に、連通穴に臨みかつ中間プレートにろう付されていない部分が存在していたとしても、必要最小限の耐圧強度を得るための内側プレートの中間プレートへのろう付面積を確保することができる。
上記5)の熱交換器によれば、内側プレートの突出部を比較的簡単に形成することができる。しかも、内側プレートの中間プレート側とは反対側の面における管挿入穴の管幅方向両側部分が、管挿入穴に向かって中間プレート側に傾斜することになるので、熱交換器の製造にあたって熱交換管の端部を管挿入穴に挿入する際に、上記傾斜面がガイドの働きをし、熱交換管の挿入を容易に行うことができる。
上記6)の熱交換器によれば、熱交換器を製造する際に、３つのプレートの組み合わせ体内への熱交換管端部の差し込み深さを一定にすることができる。したがって、熱交換器における両ヘッダタンク内へのすべての熱交換管の差し込み深さが等しくなり、すべての熱交換管への冷媒の分流状態が安定し、熱交換性能が向上する。
上記7)の熱交換器によれば、冷媒の流通抵抗の増加が防止される。
上記9)の熱交換器によれば、熱交換管の両端部外周面を、管製造用板状体のろう材層を用いて、比較的簡単に接続用プレートの管挿入穴および中間プレートの連通穴の内周面にろう付することができる。
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、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。
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はヘッダタンクの製造方法を示す。また、図９および図１０は熱交換管を示し、図１１は熱交換管の製造方法を示す。さらに、図１２は図１に示すガスクーラにおける冷媒の流れを示す。
図１において、超臨界冷媒、たとえばＣＯ２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。
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)における管挿入穴(18)の管幅方向（上下方向）の両側部分、すなわち内側プレート(8)における管挿入穴(18)の穴長さ方向に伸びる両側縁部には、内側プレート(8)が左右方向外方に曲げられることによって、管挿入穴(18)側に向かって中間プレート(7)側（左右方向外側）に若干傾斜した傾斜部を介して、左右方向外側、すなわち中間プレート(7)側に突出した突出部(26)が一体に形成されている。突出部(26)の上下方向外側面は、左右方向外側に向かって管挿入穴(18)側に傾斜した傾斜面となっている。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)における穴長さ方向に伸びる上下両側面(22a)の内側プレート(8)側の縁部（左右方向内側縁部）に、内側プレート(8)側（左側）に向かって上下外側方に傾斜した傾斜部(27)が設けられている。そして、中間プレート(9)の傾斜部(27)に、内側プレート(8)の突出部(26)の傾斜面が密接させられた状態でろう付されている。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)内に通じる冷媒流通部が形成されている。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、中間プレート(9)の連通穴(22)の穴長さ方向（前後方向）の寸法をWpｍｍ、同じく穴幅方向（上下方向）の寸法をHpｍｍ、熱交換管(4)の管幅をWtｍｍ、同じく管高さ（上下方向の厚み）をHtｍｍとした場合、Wp≦（Wt＋０．８）、Hp≦（Ht＋０．３）という関係を満たしていることが好ましい（図４および図６参照）。Wp＞（Wt＋０．８）およびHp＞（Ht＋０．３）の場合、内側プレート(8)における管挿入穴(18)の穴長さ方向に伸びる両側縁部に、連通穴(22)内に臨みかつ中間プレート(9)にろう付されていない部分が生じ、その結果内側プレート(8)の中間プレート(9)へのろう付面積が小さくなって十分な耐圧強度を得ることができなくなるおそれがある。
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（図２参照）。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。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)内に通じる冷媒流通部が形成されている。
両ヘッダタンク(2)(3)は、図７および図８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)、突出部(26)、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)、傾斜部(27)、段部(25)および連通部(23)を有する中間プレート(9)を形成する。
ついで、内側プレート(8)の突出部(26)の傾斜面が中間プレート(9)の傾斜部(27)に密接するように、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、突出部(26)と傾斜部(27)、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９および図１０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)は、図１１(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隆起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)よりそれぞれ上方隆起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１１(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１１(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。すなわち、熱交換管(4)の両端部外周面全体と、両ヘッダタンク(2)(3)における内側プレート(8)の管挿入穴(18)の内周面全体とがろう付され、熱交換管(4)の両端部外周面全体のうち少なくとも管幅方向（前後方向）に伸びる両側面と、両ヘッダタンク(2)(3)における中間プレート(9)の連通穴(22)の内周面全体のうち少なくとも穴長さ方向（前後方向）に伸びる両側面(22a)とがろう付されている。
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、図１２に示すように、圧縮機を通過したＣＯ２ 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ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２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、ＣＯ２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および図１２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。
上記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ＣＯ２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、ＣＯ２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。 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９の部分拡大図である。 図９に示す熱交換管の製造方法を示す図である。 図１のガスクーラにおける冷媒の流れを示す図である。
符号の説明
(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
(11A)(11B)：外方膨出部
(18)：管挿入穴
(22)：連通穴
(22a)：両側面
(24)：外方膨出部
(25)：段部
(26)：突出部
(27)：傾斜部
(31)：上壁（平坦壁）
(32)：下壁（平坦壁）
(33)(34)：側壁

Claims (13)

  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間隔をおいて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扁平状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、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た熱交換器において、
    中間プレートの連通穴における穴長さ方向に伸びる両側面の内側プレート側の縁部に、内側プレートに向かって外側方に傾斜した傾斜部が設けられ、内側プレートの中間プレート側を向いた面における管挿入穴の穴長さ方向に伸びる両側縁部に、中間プレート側に突出しかつ中間プレートの傾斜部に密接した突出部が形成され、突出部が傾斜部にろう付されている熱交換器。
  2. 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、内側プレートの管挿入穴の内周面全体とがろう付され、熱交換管の両端部外周面全体のうち少なくとも管幅方向に伸びる両側面と、中間プレートの連通穴の内周面全体のうち少なくとも穴長さ方向に伸びる両側面とがろう付されている請求項１記載の熱交換器。
  3. 内側プレートの管挿入穴の穴幅と、中間プレートの連通穴の穴幅とが等しくなっている請求項１または２記載の熱交換器。
  4. 中間プレートの連通穴の穴長さ方向の寸法をWpｍｍ、同じく穴幅方向の寸法をHpｍｍ、熱交換管の管幅をWtｍｍ、同じく管高さをHtｍｍとした場合、Wp≦（Wt＋０．８）、Hp≦（Ht＋０．３）という関係を満たす請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
  5. 内側プレートの突出部が、内側プレートにおける管挿入穴の穴長さ方向に伸びる両側縁部を、中間プレート側に曲げることによって形成されている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器。
  6. 中間プレートの連通穴の内周面における穴長さ方向の両端部に、連通穴の内方に突出しかつ熱交換管の端面が当接する段部が形成されている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器。
  7. 中間プレートの段部における連通穴内周面からの突出高さが、熱交換管の冷媒通路を塞がないような高さとされている請求項６記載の熱交換器。
  8. 熱交換管が、その外周面のろう材を利用して中間プレートの連通穴の内周面にろう付されている請求項１〜７のうちのいずれかに記載の熱交換器。
  9. 熱交換管が、互いに対向する１対の平坦壁と、両平坦壁の両側縁どうしにまたがって設けられた２つの側壁とを備えており、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板状体を曲げることにより形成されている請求項８記載の熱交換器。
  10. 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１〜９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。
  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、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。
  12. 超臨界冷媒が二酸化炭素である請求項１０または１１記載の超臨界冷凍サイクル。
  13. 請求項１０〜１２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。
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