JP2007155268A - 熱交換器および冷媒蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧に耐える構成の下で冷媒の偏流を改善して性能を向上させる。
【解決手段】幅方向に冷媒の分配を調整する機能部をターン部Ｔに設けている。これによれば、熱交換チュ−ブ４のチュ−ブ列によるコア部と、そのコア部の高さ方向両端部に設けられてコア部とは別部材で構成される上下タンク部２、３とで熱交換器を構成することにより、高圧に耐えることのできる構成とすることができる。
さらにその構成の下で、上下タンク部２、３内のターン部Ｔに幅方向に流体の分配を調整する機能部を設けることで、所定のパス部Ｐｘでの偏流履歴をリセットして隣り合うパス部Ｐｙへ均一に流体を流す、もしくは所定のパス部Ｐｘでの偏流履歴と前後で重ね合わせた時に補充し合って均一となるように流体を流すことで熱交換性能を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器、より望ましくは冷凍サイクルの冷媒を蒸発させる冷媒蒸発器に関するものであり、特にはヘッダタンクの構造に関するものである。尚ここで、冷媒蒸発器としては、ヒ−トポンプサイクル時における室外熱交換器も含まれる。

先行技術として、下記特許文献１に示される積層型熱交換器がある。これは、複数の帯板状チューブエレメントが多数積層されたコアを備えており、各チューブエレメントには、コア高さ方向に延びる２本の冷媒通路が前後方向に並列に設けられている。そして、各列毎の所要の冷媒通路によって形成されるパスＰ１〜Ｐ４が前後左右に配置されており、第２パスＰ２と第３パスＰ３との上端部間にターン部Ｔが設けられている。

そして、このターン部Ｔの所定位置に、冷媒の流れを抑制して冷媒を分流させるための冷媒分流用抵抗手段（半通路、不通路）が設けられており、第２パスＰ２を通過した冷媒がターン部Ｔを通過する際に抵抗手段によって均等に分流されて第３パスＰ３に流入される。これにより、冷媒の偏流を防止でき、冷房性能を向上できる熱交換器となっている。
特開２００１−１０８３９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される熱交換器は複数の帯板状チューブエレメントを多数積層した積層型であるため、高圧側の冷媒圧力が臨界圧以上となって作動する超臨界冷凍サイクルなどの高圧には耐えられないという課題がある。例えば、この積層型にて先のような高圧にも耐えられるような熱交換器にすると、チューブエレメントが厚くなって熱伝達が損なわれるようになってしまう。

さらに、上述した冷媒の偏流を改善する構成は、所々に配置した半通路や不通路の冷媒分流用抵抗手段で成されるため、チューブエレメントが多種類となるうえ、その多種類のチューブエレメントの並べる順序を製造工程で管理しなければならないなど、製造に手間が掛かるという課題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、高圧に耐える構成の下で冷媒の偏流を改善して性能を向上させることのできる熱交換器および冷媒蒸発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、請求項１ないし請求項１６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、内部を流れる内部流体と外部を流れる外部流体との熱交換を行う熱交換器であり、
扁平な熱交換チュ−ブ（４）を、その厚み方向に並列させたチュ−ブ列で形成され、その並列方向を幅方向とするコア部と、
コア部の高さ方向両端部に設けられてコア部とは別部材で構成される上下タンク部（２、３）とを備え、
内部流体の流通路は、流体導入部（６ａ）と流体導出部（６ｂ）との間に、少なくともコア部の前後方向に第１チュ−ブ列（１Ｌ）と第２チュ−ブ列（２Ｌ）とが並列に設けられるとともに、
各列毎で所定のチュ−ブ列によって形成されるパス部（Ｐｘ、Ｐｙ）が前後に平行に配置され、
所定のパス部（Ｐｘ）と、そのパス部（Ｐｘ）の前後に隣り合うパス部（Ｐｙ）との間に上下タンク部（２、３）内のターン部（Ｔ）が設けられ、
所定のパス部（Ｐｘ）を通過した流体が、ターン部（Ｔ）を通って、隣り合うパス部（Ｐｙ）に流入されるように成された熱交換器において、
幅方向に流体の分配を調整する機能部をターン部（Ｔ）に設けたことを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、熱交換チュ−ブ（４）のチュ−ブ列によるコア部と、そのコア部の高さ方向両端部に設けられてコア部とは別部材で構成される上下タンク部（２、３）とで熱交換器を構成することにより、高圧に耐えることのできる構成とすることができる。

さらにその構成の下で、上下タンク部（２、３）内のターン部（Ｔ）に幅方向に流体の分配を調整する機能部を設けることで、所定のパス部（Ｐｘ）での偏流履歴をリセットして隣り合うパス部（Ｐｙ）へ均一に流体を流す、もしくは所定のパス部（Ｐｘ）での偏流履歴と前後で重ね合わせた時に補充し合って均一となるように流体を流すことで熱交換性能を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱交換器において、幅方向に流体の分配を調整する機能部として、ターン部（Ｔ）に設けた両パス部（Ｐｘ、Ｐｙ）間の連通部を用い、この連通部における連通面積の大小および連通位置によって流通抵抗を調整して行うことを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、連通部各部の流通抵抗を調整することで比較的容易に冷媒分配の調整を行うことができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の熱交換器において、上下タンク部（２、３）は、少なくとも各熱交換チュ−ブ（４）を接続するヘッダプレート（１０）と、
各熱交換チュ−ブ（４）に対応して流体の集合と分配とを行う空間孔（１１ａ）を前後方向にそれぞれ備えた空間形成プレート（１１）と、
第１、第２チュ−ブ列（１Ｌ、２Ｌ）に対応して各空間孔（１１ａ）と連通するタンク部（１３ａ〜１３ｄ）を有するタンクヘッダプレート（１３）とを積層して構成しており、
空間形成プレート（１１）のターン部（Ｔ）に相当する部分において、連通部として前後方向に隣り合った空間孔（１１ａ）をつなげた連通空間孔（１１ｂ）を設けたことを特徴としている。

この請求項３に記載の発明によれば、連通部として幅広く設定しても、熱交換チュ−ブ（４）に対応した位置に複数の連通空間孔（１１ｂ）が分散されて形成されるようになることから、耐圧性を確保することができる。また、空間形成プレート（１１）に形成する空間孔（１１ａ）をつなげるか否かの対応のため、製造上の対応が容易であり、コストを抑えることができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の熱交換器において、上下タンク部（２、３）は、少なくとも各熱交換チュ−ブ（４）を接続するヘッダプレート（１０）と、
第１、第２チュ−ブ列（１Ｌ、２Ｌ）に対応するタンク部（１３ａ〜１３ｄ）を有するタンクヘッダプレート（１３）とを積層して構成しており、
ヘッダプレート（１０）とタンクヘッダプレート（１３）との間に、タンク部（１３ａ〜１３ｄ）と連通して各熱交換チュ−ブ（４）での流体の集合と分配とを行う空間（１１ａ）と、ターン部（Ｔ）に相当する部分においては、連通部として前後方向に隣り合った空間（１１ａ）をつなげた前後連通空間（１１ｂ）とを形成したことを特徴としている。

これは、上記発明では空間形成プレート（１１）で形成していた空間（１１ａ）と前後連通空間（１１ｂ）とを、ヘッダプレート（１０）もしくはタンクヘッダプレート（１３）のプレス形状などで形成してしまうものである。この請求項４に記載の発明によれば、空間形成プレート（１１）が構成不要となって簡素な構造となることより、製造が容易となり、コストを抑えることができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項３または請求項４に記載の熱交換器において、タンク部（１３ａ〜１３ｄ）の形状として、高さ方向の内寸（Ｈ）に対する前後方向の内幅（Ｗ）を、Ｈ≧Ｗの関係としたことを特徴としている。この請求項５に記載の発明によれば、タンク部（１３ａ〜１３ｄ）の耐圧性を向上させることができる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載の熱交換器において、連通部として前後方向に隣り合った空間（１１ａ）をそれぞれつなげた前後連通空間（１１ｂ）とするともに、その各前後連通空間（１１ｂ）に絞り部（１１ｆ）を設けたことを特徴としている。

この請求項６に記載の発明によれば、各前後連通空間（１１ｂ）に均一に絞り部（１１ｆ）を設けることによっても所定のパス部（Ｐｘ）での偏流履歴をリセットして隣り合うパス部（Ｐｙ）へ均一に冷媒を流すための機能部とすることができる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載の熱交換器において、連通部として前後方向に隣り合った空間（１１ａ）をつなげた前後連通空間（１１ｂ）を幅方向の所定部分にだけ設けたことを特徴としている。

この請求項７に記載の発明によれば、例えば図６に示すように、所定のパス部（図６の例ではＰ２）で流体の流れの少ない側に前後連通空間（１１ｂ）を設け、流体の流れの多い側には前後連通空間（１１ｂ）を設けないことで抵抗部とすることにより、流体は所定部分の前後連通空間（１１ｂ）を通って隣り合うパス部（図６の例ではＰ３）に分配されることとなり、これにより隣り合うパス部への流体の分配を調整することができる。

また、請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の熱交換器において、一部の前後連通空間（１１ｂ）に絞り部（１１ｆ）を設けたことを特徴としている。この請求項８に記載の発明によれば、連通部と抵抗部だけの配置に対して、より細かい流通抵抗の分布が設定できることより流体分配の微調整が可能となる。

また、請求項９に記載の発明では、請求項６または請求項８に記載の熱交換器において、絞り部（１１ｆ）の流通面積は、各熱交換チュ−ブ（４）の流路面積よりも小さくしたことを特徴としている。この請求項９に記載の発明によれば、絞り効果を発揮することができる。

また、請求項１０に記載の発明では、請求項７または請求項８に記載の熱交換器において、前後連通空間（１１ｂ）間をつなぐ連通路（１１ｇ）を設けたことを特徴としている。この請求項１０に記載の発明によれば、前後方向に隣り合った空間（１１ａ）をつなげただけの前後連通空間（１１ｂ）と比べて流通抵抗を小さくすることができる。また、この連通路（１１ｇ）の配置も含めることにより、より細かい流通抵抗の分布が設定できることより流体分配の微調整が可能となる。

また、請求項１１に記載の発明では、請求項７に記載の熱交換器において、空間（１１ａ）および前後連通空間（１１ｂ）を、所定のパス部（Ｐｘ）と隣り合うパス部（Ｐｙ）、および連通部に対応して複数連結して連結空間（１１ｄ）および連結前後連通空間（１１ｅ）を形成したことを特徴としている。

この請求項１１に記載の発明によれば、これらの空間を形成するヘッダプレート（１０）、空間形成プレート（１１）、タンクヘッダプレート（１３）の形状を簡単にできることからコストを抑えることができる。また、空間形成プレート（１１）を用いる場合は軽量にすることができる。

また、請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の熱交換器において、タンクヘッダプレート（１３）におけるタンク部（１３ａ〜１３ｄ）を無くしたことを特徴としている。この請求項１２に記載の発明によれば、空間（１１ａ）および前後連通空間（１１ｂ）を複数連結した連結空間（１１ｄ）および連結前後連通空間（１１ｅ）とすることにより、タンク部の機能も果たせるようになるため、タンクヘッダプレート（１３）に形成するタンク部（１３ａ〜１３ｄ）を無くすことができる。

これにより、上下タンク部（２、３）を小型にすることができるうえ、タンクヘッダプレート（１３）の素材や形成工程を減らすことができる。また、これに伴ってタンク内を仕切るセパレータやタンク端を封止するキャップに用いる封止部材（９）も不要となるうえ、製造も容易となってコストを抑えることができる。

また、請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし請求項１２に記載の熱交換器において、ターン部（Ｔ）が上側タンク部（２）に設けられる場合、連通部は所定のパス部（Ｐｘ）の上流側パス部に近い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整することを特徴としている。

図１６は、従来の冷媒蒸発器１（前後左右４分割タイプ）における冷媒流れを示す斜視模式図である。このような構成の場合、下側のタンクＢ１からタンクＢ２にかけては慣性力によって奥側へ冷媒が多く流れるため、パス部Ｐ２では奥側の熱交換チューブに冷媒が多く流れている。そして、上側のターン部Ｔでもこの履歴を残したままタンクＣ１からタンクＣ２へ冷媒を流すため、下流側の前後に隣り合うパス部Ｐ３でも同じ側の熱交換チューブに冷媒が多く流れてしまい、分布の悪い冷媒流れとなっている。

そこで、ターン部（Ｔ）が上側タンク部（２）に設けられる場合、連通部は所定のパス部（図１６の例ではＰ２）の上流側パス部（図１６の例ではＰ１）に近い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整するようにしたものである。この請求項１３に記載の発明によれば、所定のパス部（Ｐｘ）の偏流履歴をキャンセルして隣り合うパス部（Ｐｙ）に流体を均一に分配することができる。

また、請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし請求項１２に記載の熱交換器において、ターン部（Ｔ）が下側タンク部（３）に設けられる場合、連通部は所定のパス部（Ｐｘ）の上流側パス部から遠い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整することを特徴としている。

図１７は、従来の冷媒蒸発器１（前後左右６分割タイプ）における冷媒流れを示す斜視模式図である。このような構成の場合、上側のタンクＣ１からタンクＣ２にかけては重力によって入口側へ冷媒が多く流れるため、パス部Ｐ３では入口側の熱交換チューブに冷媒が多く流れている。そして、下側のターン部Ｔでもこの履歴を残したままタンクＤ１からタンクＤ２へ冷媒を流すため、下流側の前後に隣り合うパス部Ｐ４でも同じ側の熱交換チューブに冷媒が多く流れてしまい、分布の悪い冷媒流れとなっている。

そこで、ターン部（Ｔ）が下側タンク部（３）に設けられる場合、連通部は所定のパス部（図１７の例ではＰ３）の上流側パス部（図１７の例ではＰ２）から遠い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整するようにしたものである。この請求項１４に記載の発明によれば、所定のパス部（Ｐｘ）の偏流履歴をキャンセルして隣り合うパス部（Ｐｙ）に流体を均一に分配することができる。なお、図１６、１７で説明しなかった符号は、後述する本発明の実施形態と対応するものである。

また、請求項１５に記載の発明では、請求項１ないし請求項１４のうちいずれか１項に記載の熱交換器を、蒸気圧縮式冷凍サイクルでの冷媒蒸発に用いたことを特徴としている。この請求項１５に記載の発明によれば、本発明の熱交換器を冷媒蒸発器に適用し、上下タンク部（２、３）内のターン部（Ｔ）に幅方向に冷媒の分配を調整する機能部を設けることで、所定のパス部（Ｐｘ）での偏流履歴をリセットして隣り合うパス部（Ｐｙ）へ均一に冷媒を流す、もしくは所定のパス部（Ｐｘ）での偏流履歴と前後で重ね合わせた時に補充し合って均一となるように冷媒を流すことで熱交換性能を向上させることができる。

また、請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の冷媒蒸発器において、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒を、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒としたことを特徴している。この請求項１６に記載の発明によれば、冷媒を二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒とすれば、超臨界冷凍サイクルなどの高圧条件となる冷凍装置に用いて好適となる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態（請求項１〜３、５、７、１３、１５、１６に対応）について添付した図１〜６を用いて詳細に説明する。まず図１は、本発明の実施形態に係わる熱交換器としての冷媒蒸発器１を示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はコア部の部分拡大斜視図である。また、図２は本発明の第１実施形態の冷媒蒸発器１（前後左右４分割タイプ）における冷媒流路構造を説明する概略斜視図である。

本実施形態は、図２に示すように、コア部を前後左右に４分割した冷媒蒸発器１であり、内部流体として二酸化炭素冷媒（以下、ＣＯ_２冷媒）などを用い、高圧側の冷媒圧力が臨界圧以上となって作動する超臨界冷凍サイクルに、本発明の冷媒蒸発器１を適用した例にて説明する。

冷媒上流側にある図示しない膨張弁などの減圧手段によって減圧されたＣＯ_２冷媒が流入し、本冷媒蒸発器１にて外部流体である空気と熱交換することでＣＯ_２冷媒が蒸発し、気化された冷媒がより下流側へ流出されるものである。尚、本熱交換器としては、ヒ−トポンプサイクルにおける室外熱交換器であっても良い。また、本明細書中での前後方向とは風流れ方向で、風上側を前、風下側を後としてコアの厚み方向と対応する。また、左右方向とは上下（高さ）方向に長手の熱交換チューブ４を水平方向に複数本並列させた積層方向で、コアの幅方向とする。

上側タンク部２として上流側タンク部１３ａと下流側タンク部１３ｄとが一体に形成されており、下側タンク部も上流側タンク部１３ｂと下流側タンク部１３ｃとが一体に形成されている。そして、上流側タンク部１３ａ、１３ｂ間に第１、第２パス部Ｐ１、Ｐ２となる第１チュ−ブ列１Ｌ、下流側タンク部１３ｃ、１３ｄ間に第３、第４パス部Ｐ３、Ｐ４となる第２チュ−ブ列２Ｌが配されたマルチフロ−（ＭＦ）型である。

ジョイントブロック６の冷媒導入部６ａから入った冷媒は、図２に示す如く、上流側タンク部１３ａ内に形成されたタンク部Ａからコア部の第１パス部Ｐ１に分配導入されて下方へ流れ、下側タンク部３の上流側タンク部１３ｂ内に形成されたタンク部Ｂ１に集合導出され、下流側のタンク部Ｂ２へ流入する。以降同様に、タンク部Ｂ２→第２パス部Ｐ２→タンク部Ｃ１→タンク部Ｃ２→第３パス部Ｐ３→タンク部Ｄ１→タンク部Ｄ２→第４パス部Ｐ４→タンク部Ｅと流れてジョイントブロック６の冷媒導出部６ｂから流出する構成となっている。

コア部は、扁平な熱交換チュ−ブ４を、その厚み方向に並列させたチュ−ブ列で形成され、図１（ｂ）に示す如く、第１チュ−ブ列１Ｌと第２チュ−ブ列２Ｌとで形成される各隙間には、コルゲ−トフィン（熱交換フィン）５が配されて形成されている。そして、図２の構造では、第１パス部Ｐ１と第２パス部Ｐ２とが後側（風下側）コア部となり、第３パス部Ｐ３と第４パス部Ｐ４とが前側（風上側）コア部となる。また、第１パス部Ｐ１と第３パス部Ｐ３とが下降流となり、第２パス部Ｐ２と第４パス部Ｐ４とが上昇流となり、直交対向流となるので、性能、温度分布の均一性で有利となっている。

図３は図１、２で示した冷媒蒸発器１の分解斜視構成図である。本熱交換器の上タンク部２は、図３に示すように、コア部の熱交換チューブ４のチューブ列上に、ヘッダプレート１０、空間形成プレート１１、封止部材９、タンクヘッダプレート１３を積層して構成している。ちなみに、コア部の積層方向の両側は、サイドプレート７によって保持している（図１参照）。

ヘッダプレート１０は、熱交換チューブ４の端部を挿入・接続するチューブ孔１０ａを前後方向に２列開け、そのさらに前後方向の端部にかしめ爪部１０ｂを立てるよう板材をプレス成形したものである。かしめ爪部１０ｂは、積層した後にタンク部全体をかしめ固定するためのものである（図５（ａ）参照）。

空間形成プレート１１は、板材に各熱交換チュ−ブ４に対応させて冷媒の集合と分配とを行う空間孔１１ａを前後方向に２列、プレスで孔開けしたものである。なお、図３中の１１ｂについては本発明の要部であるため、後述で説明する。タンクヘッダプレート１３は、前後方向に各１条づつ、上流側タンク部１３ａと下流側タンク部１３ｄとを形成するよう板材をプレス成形したものである。

ちなみに、各タンク部１３ａ〜１３ｄの形状として、高さ方向の内寸Ｈに対する前後方向の内幅Ｗは、Ｈ≧Ｗの関係としている（図５（ａ）参照）。そして、封止部材９は、そのタンク部１３ａ、１３ｄ内を仕切るセパレータやタンク端を封止するキャップとして配設するものである。

ちなみに、下側タンク部３も、コア部の熱交換チューブ４のチューブ列上に上側タンク部２と同じヘッダプレート１０、空間形成プレート１１、封止部材９、タンクヘッダプレート１３を積層して構成している。そして、これらの部品は全てアルミニウムで形成されており、接合に必要な面にはろう材がクラッドされており、これらを積層してヘッダプレート１０のかしめ部１０ｂにて仮固定した後、炉中ろう付けによって一体に接合される。

次に、本発明の要部の構造を説明する。図４は、図３中の上側空間形成プレート１１の平面図である。本実施形態では、ターン部Ｔを上側タンク部２内に設けており、より具体的には上側の空間形成プレート１１のターン部Ｔに相当する部分において、パス部間の連通部として前後方向に隣り合った空間孔１１ａをつなげた連通空間孔１１ｂを形成している。

そして、本発明ではパス部の幅方向への冷媒の分配を調整する機能部をターン部Ｔに設けている。これは、ターン部Ｔに設けた両パス部（本実施形態ではＰ２とＰ３）間の連通部１１ｂを用い、この連通部１１ｂにおける連通位置によって流通抵抗を調整して行うようにしている。

より具体的に、本実施形態で連通部１１ｂは、所定のパス部（本実施形態ではＰ２）の上流側パス部（本実施形態ではＰ１）に近い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整しており、先の前後連通空間孔１１ｂをターン部Ｔの幅方向においてパス部Ｐ１に寄った側にだけ設けている。これにより、図４に示すように、ターン部Ｔの幅方向において前後連通空間孔１１ｂを設けなかった側は、空間孔１１ａ間の仕切り部１１ｃによって不通部となり、冷媒流れ上では抵抗部となる。

図５は、本実施形態の冷媒蒸発器１における上側タンク部２の断面図であり、（ａ）は連通部での断面、（ｂ）は抵抗部での断面を示す。また、図６は、第２パス部Ｐ２から上側タンク部２のターン部Ｔを介して第３パス部Ｐ３への冷媒の流れを示す冷媒蒸発器１の部分斜視図である。

これらの図から分かるように、連通部では前後連通空間孔１１ｂによってタンク部Ｃ１からＣ２側へ流通抵抗小で流れるのに対し、抵抗部では空間孔１１ａ間の仕切り部１１ｃによって不通部となっているため、前後連通空間孔１１ｂを回り込んでタンク部Ｃ１からＣ２側へ流れることより流通抵抗大となる。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、幅方向に冷媒の分配を調整する機能部をターン部Ｔに設けている。これによれば、熱交換チュ−ブ４のチュ−ブ列によるコア部と、そのコア部の高さ方向両端部に設けられてコア部とは別部材で構成される上下タンク部２、３とで熱交換器を構成することにより、高圧に耐えることのできる構成とすることができる。

さらにその構成の下で、上下タンク部２、３内のターン部Ｔに幅方向に流体の分配を調整する機能部を設けることで、所定のパス部Ｐｘでの偏流履歴をリセットして隣り合うパス部Ｐｙへ均一に流体を流す、もしくは所定のパス部Ｐｘでの偏流履歴と前後で重ね合わせた時に補充し合って均一となるように流体を流すことで熱交換性能を向上させることができる。

また、幅方向に流体の分配を調整する機能部として、ターン部Ｔに設けた両パス部Ｐｘ、Ｐｙ間の連通部を用い、この連通部における連通位置によって流通抵抗を調整して行うようにしている。これによれば、連通部各部の流通抵抗を調整することで比較的容易に冷媒分配の調整を行うことができる。

また、上下タンク部２、３は、少なくとも各熱交換チュ−ブ４を接続するヘッダプレート１０と、各熱交換チュ−ブ４に対応して流体の集合と分配とを行う空間孔１１ａを前後方向にそれぞれ備えた空間形成プレート１１と、第１、第２チュ−ブ列１Ｌ、２Ｌに対応して各空間孔１１ａと連通するタンク部１３ａ〜１３ｄを有するタンクヘッダプレート１３とを積層して構成しており、空間形成プレート１１のターン部Ｔに相当する部分において、連通部として前後方向に隣り合った空間孔１１ａをつなげた連通空間孔１１ｂを設けている。

これによれば、連通部として幅広く設定しても、熱交換チュ−ブ４に対応した位置に複数の連通空間孔１１ｂが分散されて形成されるようになることから、耐圧性を確保することができる。また、空間形成プレート１１に形成する空間孔１１ａをつなげるか否かの対応のため、製造上の対応が容易であり、コストを抑えることができる。

また、タンク部１３ａ〜１３ｄの形状として、高さ方向の内寸Ｈに対する前後方向の内幅Ｗを、Ｈ≧Ｗの関係としている。これによれば、タンク部１３ａ〜１３ｄの耐圧性を向上させることができる。また、連通部として前後方向に隣り合った空間孔１１ａをつなげた前後連通空間孔１１ｂを幅方向の所定部分にだけ設けている。

これによれば、例えば図６に示すように、所定のパス部（図６の例ではＰ２）で流体の流れの少ない側に前後連通空間孔１１ｂを設け、流体の流れの多い側には前後連通空間孔１１ｂを設けないことで抵抗部とすることにより、流体は所定部分の前後連通空間孔１１ｂを通って隣り合うパス部（図６の例ではＰ３）に分配されることとなり、これにより隣り合うパス部への流体の分配を調整することができる。

また、ターン部Ｔが上側タンク部２に設けられる場合、連通部は所定のパス部Ｐｘの上流側パス部に近い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整するようにしている。図１６は、従来の冷媒蒸発器１（前後左右４分割タイプ）における冷媒流れを示す斜視模式図である。

このような構成の場合、下側のタンクＢ１からタンクＢ２にかけては慣性力によって奥側へ冷媒が多く流れるため、パス部Ｐ２では奥側の熱交換チューブに冷媒が多く流れている。そして、上側のターン部Ｔでもこの履歴を残したままタンクＣ１からタンクＣ２へ冷媒を流すため、下流側の前後に隣り合うパス部Ｐ３でも同じ側の熱交換チューブに冷媒が多く流れてしまい、分布の悪い冷媒流れとなっている。

そこで、ターン部Ｔが上側タンク部２に設けられる場合、連通部は所定のパス部（図２の例ではＰ２）の上流側パス部（図２の例ではＰ１）に近い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整するようにしたものである。これによれば、所定のパス部Ｐｘの偏流履歴をキャンセルして隣り合うパス部Ｐｙに流体を均一に分配することができる。

また、上述の熱交換器を、蒸気圧縮式冷凍サイクルでの冷媒蒸発に用いている。これによれば、本発明の熱交換器を冷媒蒸発器に適用し、上下タンク部２、３内のターン部Ｔに幅方向に冷媒の分配を調整する機能部を設けることで、所定のパス部Ｐｘでの偏流履歴をリセットして隣り合うパス部Ｐｙへ均一に冷媒を流す、もしくは所定のパス部Ｐｘでの偏流履歴と前後で重ね合わせた時に補充し合って均一となるように冷媒を流すことで熱交換性能を向上させることができる。

また、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒を、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒としている。これによれば、冷媒を二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒とすれば、超臨界冷凍サイクルなどの高圧条件となる冷凍装置に用いて好適となる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態（請求項１４に対応）の冷媒蒸発器１（前後左右６分割タイプ）における冷媒流路構造を説明する概略斜視図であり、図８は、図７に示す前後左右６分割タイプとした場合の下側空間形成プレート１１の平面図である。本実施形態は、図７に示すように、コア部を前後左右に６分割した冷媒蒸発器１に本発明を適用したものである。

冷媒導入部６ａから入った冷媒は、図７に示す如く、上流側タンク部１３ａ内に形成されたタンク部Ａからコア部の第１パス部Ｐ１に分配導入されて下方へ流れ、下側タンク部３の上流側タンク部１３ｂ内に形成されたタンク部Ｂ１に集合導出され、下流側のタンク部Ｂ２へ流入する。以降同様に、タンク部Ｂ２→第２パス部Ｐ２→タンク部Ｃ１→タンク部Ｃ２→第３パス部Ｐ３→タンク部Ｄ１→タンク部Ｄ２→第４パス部Ｐ４→タンク部Ｅ１→タンク部Ｅ２→第５パス部Ｐ５→タンク部Ｆ１→タンク部Ｆ２→第６パス部Ｐ６→タンク部Ｇと流れて冷媒導出部６ｂから流出する構成となっている。

そして、下側の空間形成プレート１１のターン部Ｔに相当する部分において、パス部間の連通部として前後方向に隣り合った空間孔１１ａをつなげた連通空間孔１１ｂを形成している。本実施形態もパス部の幅方向への冷媒の分配を調整する機能部をターン部Ｔに設けている。これは、ターン部Ｔに設けた両パス部（本実施形態ではＰ３とＰ４）間の連通部１１ｂを用い、この連通部１１ｂにおける連通位置によって流通抵抗を調整して行うようにしている。

より具体的に、本実施形態で連通部１１ｂは、所定のパス部（本実施形態ではＰ３）の上流側パス部（本実施形態ではＰ２）から遠い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整しており、先の前後連通空間孔１１ｂをターン部Ｔの幅方向においてパス部Ｐ２から遠い側にだけ設けている。これにより、図８に示すように、ターン部Ｔの幅方向において前後連通空間孔１１ｂを設けなかった側は、空間孔１１ａ間の仕切り部１１ｃによって不通部となり、冷媒流れ上では抵抗部となる。

上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、ターン部Ｔが下側タンク部３に設けられる場合、連通部は所定のパス部Ｐｘの上流側パス部から遠い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整するようにしている。

図１７は、従来の冷媒蒸発器１（前後左右６分割タイプ）における冷媒流れを示す斜視模式図である。このような構成の場合、上側のタンクＣ１からタンクＣ２にかけては重力によって入口側へ冷媒が多く流れるため、パス部Ｐ３では入口側の熱交換チューブに冷媒が多く流れている。そして、下側のターン部Ｔでもこの履歴を残したままタンクＤ１からタンクＤ２へ冷媒を流すため、下流側の前後に隣り合うパス部Ｐ４でも同じ側の熱交換チューブに冷媒が多く流れてしまい、分布の悪い冷媒流れとなっている。

そこで、ターン部Ｔが下側タンク部３に設けられる場合、連通部は所定のパス部（図７の例ではＰ３）の上流側パス部（図７の例ではＰ２）から遠い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整するようにしたものである。これによれば、所定のパス部Ｐｘの偏流履歴をキャンセルして隣り合うパス部Ｐｙに流体を均一に分配することができる。

（第３実施形態）
図９と図１０は、本発明の第３実施形態（請求項４に対応）における上側タンク部２の断面図であり、（ａ）は連通部での断面、（ｂ）は抵抗部での断面を示す。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態で上下タンク部２、３は、少なくとも各熱交換チュ−ブ４を接続するヘッダプレート１０と、第１、第２チュ−ブ列１Ｌ、２Ｌに対応するタンク部１３ａ〜１３ｄを有するタンクヘッダプレート１３とを積層して構成しており、ヘッダプレート１０とタンクヘッダプレート１３との間に、タンク部１３ａ〜１３ｄと連通して各熱交換チュ−ブ４での流体の集合と分配とを行う空間１１ａと、ターン部Ｔに相当する部分においては、連通部として前後方向に隣り合った空間１１ａをつなげた前後連通空間１１ｂとを形成している。

これは、上記実施形態では空間形成プレート１１で形成していた空間１１ａと前後連通空間１１ｂとを、ヘッダプレート１０もしくはタンクヘッダプレート１３のプレス形状などで形成してしまうものである。これによれば、空間形成プレート１１が構成不要となって簡素な構造となることより、製造が容易となり、コストを抑えることができる。ちなみに、図９は、空間１１ａ間の仕切り部１３ｅをタンクヘッダプレート１３側から形成したものであり、図１０は、空間１１ａ間の仕切り部１０ｃをヘッダプレート１０側から形成したものである。

（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態（請求項６、９に対応）における上側空間形成プレート１１の平面図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、まず、連通部として前後方向に隣り合った空間孔１１ａをそれぞれつなげた前後連通空間孔１１ｂとするともに、その各前後連通空間孔１１ｂに絞り部１１ｆを設けている。

これによれば、各前後連通空間孔１１ｂに均一に絞り部１１ｆを設けることによっても所定のパス部Ｐｘでの偏流履歴をリセットして隣り合うパス部Ｐｙへ均一に冷媒を流すための機能部とすることができる。また、絞り部１１ｆの流通面積は、各熱交換チュ−ブ４の流路面積よりも小さくしている。

これによれば、絞り効果を発揮することができる。なお、図１１では空間形成プレート１１に絞り部１１ｆを設けたものを示したが、上記第３実施形態のようにヘッダプレート１０とタンクヘッダプレート１３とで前後連通空間１１ｂと絞り部１１ｆとを形成するようにしても良い。

（第５実施形態）
図１２は、（ａ）（ｂ）とも本発明の第５実施形態（請求項８に対応）における上側空間形成プレート１１の部分拡大斜視図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、一部の前後連通空間１１ｂに絞り部１１ｆを設けている。これによれば、連通部と抵抗部だけの配置に対して、より細かい流通抵抗の分布が設定できることより流体分配の微調整が可能となる。

なお、図１１と図１２（ａ）は幅方向で狭小部１１ｆを形成した例であり、図１２（ｂ）は高さ方向で狭小部１１ｆを形成した例である。またこれも、図１２では空間形成プレート１１に絞り部１１ｆを設けたものを示したが、上記第３実施形態のようにヘッダプレート１０とタンクヘッダプレート１３とで前後連通空間１１ｂと絞り部１１ｆとを形成するようにしても良い。

（第６実施形態）
図１３は、本発明の第６実施形態（請求項１０に対応）における上側空間形成プレート１１の平面図である。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、前後連通空間１１ｂ間をつなぐ連通路１１ｇを設けている。これによれば、前後方向に隣り合った空間孔１１ａをつなげただけの前後連通空間孔１１ｂと比べて流通抵抗を小さくすることができる。

また、この連通路１１ｇの配置も含めることにより、より細かい流通抵抗の分布が設定できることより流体分配の微調整が可能となる。またこれも、図１３では空間形成プレート１１に連通路１１ｇを設けたものを示したが、上記第３実施形態のようにヘッダプレート１０とタンクヘッダプレート１３とで前後連通空間１１ｂと連通路１１ｇとを形成するようにしても良い。

（第７実施形態）
図１４は、本発明の第７実施形態（請求項１１に対応）における上側空間形成プレート１１の平面図である。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、空間孔１１ａおよび前後連通空間孔１１ｂを、所定のパス部Ｐｘと隣り合うパス部Ｐｙ、および連通部に対応して複数連結して連結空間１１ｄおよび連結前後連通空間１１ｅを形成している。

なおこれも、図１４では空間形成プレート１１に連結空間１１ｄおよび連結前後連通空間１１ｅを設けたものを示したが、上記第３実施形態のようにヘッダプレート１０とタンクヘッダプレート１３とで空間１１ａおよび前後連通空間１１ｂを形成するものに適用しても良い。これによれば、これらの空間を形成するヘッダプレート１０、空間形成プレート１１、タンクヘッダプレート１３の形状を簡単にできることからコストを抑えることができる。また、空間形成プレート１１を用いる場合は軽量にすることができる。

（第８実施形態）
図１５は、本発明の第８実施形態（請求項１２に対応）における上側タンク部２の断面図であり、（ａ）は流通部での断面、（ｂ）は抵抗部での断面を示す。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、タンクヘッダプレート１３におけるタンク部１３ａ〜１３ｄを無くしている。

これによれば、空間孔１１ａおよび前後連通空間孔１１ｂを複数連結した連結空間孔１１ｄおよび連結前後連通空間孔１１ｅとすることにより、タンク部の機能も果たせるようになるため、タンクヘッダプレート１３に形成するタンク部１３ａ〜１３ｄを無くすことができる。

これにより、上下タンク部２、３を小型にすることができるうえ、タンクヘッダプレート１３の素材や形成工程を減らすことができる。また、これに伴ってタンク内を仕切るセパレータやタンク端を封止するキャップに用いる封止部材９も不要となるうえ、製造も容易となってコストを抑えることができる。

なおこれも、図１５では空間形成プレート１１に連結空間１１ｄおよび連結前後連通空間１１ｅを設けたものを示したが、上記第３実施形態のようにヘッダプレート１０とタンクヘッダプレート１３とで空間１１ａおよび前後連通空間１１ｂを形成するものに適用しても良い。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載される範囲内で種々に及ぶものである。上述の実施形態では、ＣＯ_２冷媒を用いた超臨界冷凍サイクルの例で示したが、本発明は冷媒種類や冷媒圧力を限定するものではなく、例えばフロン冷媒などを用いた冷凍サイクルに適用しても良い。

また、上述の実施形態では、冷媒蒸発器について説明してきたが、本発明は、冷媒以外の熱媒体を使用し、被温調流体を温調（加熱や冷却）する場合に適用しても良い。また、上述の実施形態では、ジョイントブロック６が上側タンク部２のコア部側の面に付いているが、側面や上下面に付いていても良い。また、上流側パス部と下流側パス部とが前後方向で逆の構成であっても良い。

本発明の実施形態に係わる熱交換器としての冷媒蒸発器１を示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はコア部の部分拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態の冷媒蒸発器１（前後左右４分割タイプ）における冷媒流路構造を説明する概略斜視図である。 図１、２の冷媒蒸発器１の分解斜視構成図である。 図３中の上側空間形成プレート１１の平面図である。 第１実施形態の冷媒蒸発器１における上側タンク部２の断面図であり、（ａ）は連通部での断面、（ｂ）は抵抗部での断面を示す。 第２パス部Ｐ２から上側タンク部２のターン部Ｔを介して第３パス部Ｐ３への冷媒の流れを示す冷媒蒸発器１の部分斜視図である。 本発明の第２実施形態の冷媒蒸発器１（前後左右６分割タイプ）における冷媒流路構造を説明する概略斜視図である。 図７に示す前後左右６分割タイプとした場合の下側空間形成プレート１１の平面図である。 本発明の第３実施形態における上側タンク部２の断面図であり、（ａ）は連通部での断面、（ｂ）は抵抗部での断面を示す。 本発明の第３実施形態における上側タンク部２の断面図であり、（ａ）は流通部での断面、（ｂ）は抵抗部での断面を示す。 本発明の第４実施形態における上側空間形成プレート１１の平面図である。 （ａ）（ｂ）とも本発明の第５実施形態における上側空間形成プレート１１の部分拡大斜視図である。 本発明の第６実施形態における上側空間形成プレート１１の平面図である。 本発明の第７実施形態における上側空間形成プレート１１の平面図である。 本発明の第８実施形態における上側タンク部２の断面図であり、（ａ）は流通部での断面、（ｂ）は抵抗部での断面を示す。 従来の冷媒蒸発器１（前後左右４分割タイプ）における冷媒流れを示す斜視模式図である。 従来の冷媒蒸発器１（前後左右６分割タイプ）における冷媒流れを示す斜視模式図である。

符号の説明

１…冷媒蒸発器
１Ｌ…第１チュ−ブ列
２…上タンク部
２Ｌ…第２チュ−ブ列
３…下タンク部
４…熱交換チュ−ブ
６ａ…流体導入部
６ｂ…流体導出部
１０…ヘッダプレート
１１…空間形成プレート
１１ａ…空間孔、空間
１１ｂ…前後連通空間孔、前後連通空間
１１ｄ…連結空間
１１ｅ…連結前後連通空間
１１ｆ…絞り部
１１ｇ…連通路
１３…タンクヘッダプレート
１３ａ〜１３ｄ…タンク部
Ｈ…高さ方向の内寸

Ｐｘ…パス部、所定のパス部
Ｐｙ…パス部、隣り合うパス部
Ｔ…ターン部
Ｗ…前後方向の内幅

Claims (16)

1. 内部を流れる内部流体と外部を流れる外部流体との熱交換を行う熱交換器であり、
   扁平な熱交換チュ−ブ（４）を、その厚み方向に並列させたチュ−ブ列で形成され、その並列方向を幅方向とするコア部と、
   前記コア部の高さ方向両端部に設けられて前記コア部とは別部材で構成される上下タンク部（２、３）とを備え、
   前記内部流体の流通路は、流体導入部（６ａ）と流体導出部（６ｂ）との間に、少なくとも前記コア部の前後方向に第１チュ−ブ列（１Ｌ）と第２チュ−ブ列（２Ｌ）とが並列に設けられるとともに、
   各列毎で所定のチュ−ブ列によって形成されるパス部（Ｐｘ、Ｐｙ）が前後に平行に配置され、
   所定のパス部（Ｐｘ）と、そのパス部（Ｐｘ）の前後に隣り合うパス部（Ｐｙ）との間に前記上下タンク部（２、３）内のターン部（Ｔ）が設けられ、
   前記所定のパス部（Ｐｘ）を通過した流体が、前記ターン部（Ｔ）を通って、前記隣り合うパス部（Ｐｙ）に流入されるように成された熱交換器において、
   前記幅方向に流体の分配を調整する機能部を前記ターン部（Ｔ）に設けたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記幅方向に流体の分配を調整する機能部として、前記ターン部（Ｔ）に設けた前記両パス部（Ｐｘ、Ｐｙ）間の連通部を用い、この連通部における連通面積の大小および連通位置によって流通抵抗を調整して行うことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記上下タンク部（２、３）は、少なくとも前記各熱交換チュ−ブ（４）を接続するヘッダプレート（１０）と、
   前記各熱交換チュ−ブ（４）に対応して流体の集合と分配とを行う空間孔（１１ａ）を前記前後方向にそれぞれ備えた空間形成プレート（１１）と、
   前記第１、第２チュ−ブ列（１Ｌ、２Ｌ）に対応して前記各空間孔（１１ａ）と連通するタンク部（１３ａ〜１３ｄ）を有するタンクヘッダプレート（１３）とを積層して構成しており、
   前記空間形成プレート（１１）の前記ターン部（Ｔ）に相当する部分において、前記連通部として前記前後方向に隣り合った前記空間孔（１１ａ）をつなげた前後連通空間孔（１１ｂ）を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記上下タンク部（２、３）は、少なくとも前記各熱交換チュ−ブ（４）を接続するヘッダプレート（１０）と、
   前記第１、第２チュ−ブ列（１Ｌ、２Ｌ）に対応するタンク部（１３ａ〜１３ｄ）を有するタンクヘッダプレート（１３）とを積層して構成しており、
   前記ヘッダプレート（１０）と前記タンクヘッダプレート（１３）との間に、前記タンク部（１３ａ〜１３ｄ）と連通して前記各熱交換チュ−ブ（４）での流体の集合と分配とを行う空間（１１ａ）と、前記ターン部（Ｔ）に相当する部分においては、前記連通部として前記前後方向に隣り合った前記空間（１１ａ）をつなげた前後連通空間（１１ｂ）とを形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
5. 前記タンク部（１３ａ〜１３ｄ）の形状として、前記高さ方向の内寸（Ｈ）に対する前記前後方向の内幅（Ｗ）を、Ｈ≧Ｗの関係としたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記連通部として前記前後方向に隣り合った前記空間（１１ａ）をそれぞれつなげた前後連通空間（１１ｂ）とするともに、その各前後連通空間（１１ｂ）に絞り部（１１ｆ）を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記連通部として前記前後方向に隣り合った前記空間（１１ａ）をつなげた前後連通空間（１１ｂ）を前記幅方向の所定部分にだけ設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６に記載の熱交換器。
8. 一部の前後連通空間（１１ｂ）に絞り部（１１ｆ）を設けたことを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記絞り部（１１ｆ）の流通面積は、前記各熱交換チュ−ブ（４）の流路面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項６または請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記前後連通空間（１１ｂ）間をつなぐ連通路（１１ｇ）を設けたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の熱交換器。
11. 前記空間（１１ａ）および前記前後連通空間（１１ｂ）を、前記所定のパス部（Ｐｘ）と前記隣り合うパス部（Ｐｙ）、および前記連通部に対応して複数連結して連結空間（１１ｄ）および連結前後連通空間（１１ｅ）を形成したことを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
12. 前記タンクヘッダプレート（１３）におけるタンク部（１３ａ〜１３ｄ）を無くしたことを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
13. 前記ターン部（Ｔ）が上側タンク部（２）に設けられる場合、前記連通部は前記所定のパス部（Ｐｘ）の上流側パス部に近い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整することを特徴とする請求項１ないし請求項１２に記載の熱交換器。
14. 前記ターン部（Ｔ）が下側タンク部（３）に設けられる場合、前記連通部は前記所定のパス部（Ｐｘ）の上流側パス部から遠い側の流通抵抗が小さくなるよう流通抵抗を調整することを特徴とする請求項１ないし請求項１２に記載の熱交換器。
15. 請求項１ないし請求項１４のうちいずれか１項に記載の熱交換器を、蒸気圧縮式冷凍サイクルでの冷媒蒸発に用いたことを特徴とする冷媒蒸発器。
16. 前記蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒を、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒としたことを特徴とする請求項１５に記載の冷媒蒸発器。

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