JP2008020174A

JP2008020174A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2008020174A
Application number: JP2006307408A
Authority: JP
Inventors: Seiji Matsushima; 誠二松島
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】製造コストを安価にしうる熱交換器を提供する。
【解決手段】ガスクーラ１の第１ヘッダタンク２を、タンク形成部材７と、タンク形成部材７の左側面を覆う管接続用プレート８とにより構成する。第１ヘッダタンク２に入口ヘッダ部10Aと出口ヘッダ部10Bを設ける。第１ヘッダタンク２のタンク形成部材７の外側面に、入口ヘッダ部10A内に冷媒を流入させる入口側配管接続部材13と、出口ヘッダ部10B内から冷媒を流出させる出口側配管接続部材16とをろう付する。両部材13,16の基端部に、前後方向外方に突出した突出部13a,16aを設ける。管接続用プレート８の前後両側縁部に側面被覆壁19を設け、その先端部に、側面被覆壁19に真っ直ぐに連なった係合壁25A,25Bを設ける。入口側配管接続部材13および出口側配管接続部材16の突出部13a,16aの先端部を係合壁25A,25Bに形成された切り欠き26A,26B内に嵌め入れる。
【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ＣＯ_２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として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、「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。また、この明細書および特許請求の範囲において、通風方向下流側（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。

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た超臨界冷凍サイクルのガスクーラに用いられる熱交換器として、本出願人は、先に、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、タンク形成部材と、タンク形成部材における熱交換管側を向いた面を覆う管接続用プレートとにより構成され、第１ヘッダタンクに入口ヘッダ部および出口ヘッダ部が設けられるとともに、第２ヘッダタンクに、第１ヘッダタンクの２つのヘッダ部に跨るように１つの中間ヘッダ部が設けられ、第１ヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、入口ヘッダ部内に冷媒を流入させる入口側配管接続部材と、出口ヘッダ部内から冷媒を流出させる出口側配管接続部材とがそれぞれろう付されている熱交換器を提案した（特許文献１参照）。

特許文献１記載の熱交換器は、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を含めた全部品を組み立てて仮止めし、この状態で全部品を一括してろう付することにより製造されるようになっている。通常、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材の仮止めは、外側プレートの外面に部分的に溶接することにより行われる。しかしながら、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を部分的な溶接により外側プレートに仮止めする場合、工数が増えるとともに、専用の治具を必要とするので、製造コストが高くなるという問題がある。
特開２００５−３００１３５号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、製造コストを安価に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)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それぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の熱交換管とを備えており、各ヘッダタンクが、タンク形成部材と、タンク形成部材における熱交換管側を向いた面を覆う管接続用プレートとにより構成され、各ヘッダタンクに少なくとも１つのヘッダ部が設けられ、全ヘッダ部のうちの１つのヘッダ部が入口ヘッダ部となされるとともに、他の１つのヘッダ部が出口ヘッダ部となされ、入口ヘッダ部を有するヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、入口ヘッダ部内に冷媒を流入させる入口側配管接続部材がろう付され、出口ヘッダ部を有するヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、出口ヘッダ部内から冷媒を流出させる出口側配管接続部材がろう付されている熱交換器において、
入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方の基端部に、前後方向外方に突出しかつ先端部がタンク形成部材の前後両側縁部よりも外方に至る突出部が設けられ、管接続用プレートの前後両側縁部に、熱交換管とは反対側に突出した係合壁が設けられ、係合壁に、ヘッダタンクの長さ方向の一端部から切り欠きが形成され、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方に設けられた突出部の先端部が係合壁の切り欠き内に嵌め入れられている熱交換器。

2)入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方に設けられた突出部の前後方向外端面が、係合壁の前後方向外面と同一平面上に位置している上記1)記載の熱交換器。

3)入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方に設けられた突出部が板状であり、当該突出部における係合壁の切り欠きの奥側に位置する端部が、先端側に向かって薄肉となっている上記1)または2)記載の熱交換器。

4)入口側配管接続部材および出口側配管接続部材の基端部に、それぞれ前後方向外方に突出しかつ先端部がタンク形成部材の前後両側縁部よりも外方に至る突出部が設けられている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

5)タンク形成部材が、ヘッダタンクの長さ方向に伸びるとともに熱交換管側を向いた面に開口した中空部を有し、当該中空部の熱交換管側を向いた開口が管接続用プレートにより塞がれることによってヘッダ部が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)タンク形成部材が、第１プレートと、第１プレートと管接続用プレートとの間に介在させられた第２プレートとよりなり、第１プレートおよび第２プレートに跨って中空部が形成されている上記5)記載の熱交換器。

7)各ヘッダタンクのタンク形成部材の第１プレートに、第１プレートの長さ方向に伸びる少なくとも１つの外方膨出部が形成され、管接続用プレートにおける第１プレートの外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が管接続用プレートの長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、熱交換管の端部が管挿入穴に挿入されて管接続用プレートにろう付され、タンク形成部材の第２プレートに、管接続用プレートの管挿入穴を第１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、各外方膨出部内に通じるすべての連通穴が、第２プレートにおける隣り合う連通穴どうしの間に形成された連通部により連通させられ、第１プレートの外方膨出部の内部と、第２プレートの連通部および連通穴における連通部と対応する部分とによって、タンク形成部材の中空部が形成されるとともに、当該中空部の熱交換管側を向いた開口が管接続用プレートにより塞がれることによってヘッダ部が形成され、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材におけるタンク形成部材側を向いた面にタンク形成部材の外方膨出部が嵌る凹所が形成されている上記6)記載の熱交換器。

8)管接続用プレートの係合壁が、管接続用プレートの前後両側縁部に設けられかつタンク形成部材の前後両側面を覆う側面被覆壁の先端部に真っ直ぐに連なって設けられており、当該側面被覆壁の先端部に、前後方向内方に突出しかつタンク形成部材の第１プレートに係合するプレート係合爪が設けられ、側面被覆壁が第１および第２プレートの前後両側面にろう付されるとともに、プレート係合爪が第１プレートの外面にろう付されている上記6)または7)記載の熱交換器。

9)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それぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の熱交換管とを備えており、各ヘッダタンクが、タンク形成部材と、タンク形成部材における熱交換管側を向いた面を覆う管接続用プレートとにより構成され、各ヘッダタンクに少なくとも１つのヘッダ部が設けられ、全ヘッダ部のうちの１つのヘッダ部が入口ヘッダ部なされるとともに、他の１つのヘッダ部が出口ヘッダ部となされ、入口ヘッダ部を有するヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、入口ヘッダ部内に冷媒を流入させる入口側配管接続部材がろう付され、出口ヘッダ部を有するヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、出口ヘッダ部内から冷媒を流出させる出口側配管接続部材がろう付されている熱交換器を製造する方法であって、
両面にろう材層を有するブレージングシートにプレス加工を施すことにより、長さ方向に間隔をおいて形成された複数の管挿入穴と、両側縁部に連なって全長にのびる側面被覆壁と、側面被覆壁の先端に真っ直ぐに連なりかつ側面被覆壁の長さ方向の一端部から形成された切り欠きを有する係合壁と、側面被覆壁の先端に真っ直ぐに連なったプレート係合爪形成用突片とを有する管接続用プレートをつくること、
両面にろう材層を有するブレージングシートにプレス加工を施すことにより、長さ方向に伸びる少なくとも１つの外方膨出部を有するタンク形成部材用第１プレートをつくること、
金属ベア材にプレス加工を施すことにより、管接続用プレートの管挿入穴を第１プレートの外方膨出部内に通じさせる連通穴と、各外方膨出部内に通じるすべての連通穴を通じさせる連通部とを有するタンク形成部材用第２プレートをつくること、
基端部に形成された前後方向外方に突出した突出部と、タンク形成部材用第１プレートを向いた面に形成されかつ外方膨出部が嵌る凹所とを有する金属ベア材製入口側配管接続部材および出口側配管接続部材をつくること、
管接続用プレートと、タンク形成部材用第１プレートと、タンク形成部材用第２プレートとを、第２プレートが中間部に来るように積層し、管接続用プレートのプレート係合爪形成用突片を内方に曲げてプレート係合爪を形成するとともにプレート係合爪を第１プレートに係合させることにより３種類のプレートを仮止めして仮止め体をつくること、
入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を、外方膨出部が凹所内に嵌るとともに、突出部が係合壁における切り欠きが開口した側の端部に対して離隔した位置に来るように配置した後、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を第１プレートの長さ方向にスライドさせることにより突出部を係合壁の切り欠き内に嵌め入れて、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を仮止め体に仮止めすること、
ならびに管接続用プレートと第２プレート、第１プレートと第２プレート、管接続用プレートの両側面被覆壁と第１および第２プレートの前後両側面、管接続用プレートのプレート係合爪と第１プレート、管接続用プレートの係合壁と入口側配管接続部材および出口側配管接続部材の突出部、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材と第１プレートとをそれぞれろう付し、第１および第２プレートによりタンク形成部材をつくるとともに、タンク形成部材に入口側配管接続部材および出口側配管接続部材をろう付することを含む熱交換器の製造方法。

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)〜8)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)上記10)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、製造の際に、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの突出部が設けられた配管接続部材を、突出部が係合壁における切り欠きが開口した側の端部に対して離隔した位置に来るようにタンク形成部材における熱交換管とは反対側の面に配置した後、突出部が設けられた配管接続部材をタンク形成部材の長さ方向にスライドさせることにより突出部を係合壁の切り欠き内に嵌め入れて、当該配管接続部材をタンク形成部材に仮止めすることができる。したがって、特許文献１記載の熱交換器の場合のように、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を部分的な溶接により仮止めする必要がなくなり、工数が削減されるとともに専用治具が不要となって、製造コストが安くなる。

上記2)の熱交換器によれば、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方に設けられた突出部が、係合壁の前後方向外面よりも外側に突出することがない。

上記3)の熱交換器によれば、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方に設けられた突出部を係合壁の切り欠き内に嵌め入れる作業を容易に行うことができる。

上記8)の熱交換器によれば、製造の際に、管接続用プレートと、タンク形成部材用第１プレートと、タンク形成部材用第２プレートとを、第２プレートが中間部に来るように積層し、管接続用プレートのプレート係合爪形成用突片を内方に曲げてプレート係合爪を形成するとともにプレート係合爪を第１プレートに係合させることにより３種類のプレートを仮止めして仮止め体をつくり、さらに入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの突出部が設けられた配管接続部材を、突出部が係合壁の切り欠きが開口した側の端部に対して離隔した位置に来るように配置した後、当該配管接続部材を第１プレートの長さ方向にスライドさせることにより突出部を係合壁の切り欠き内に嵌め入れて、当該配管接続部材を仮止め体に仮止めすることができる。したがって、特許文献１記載の熱交換器の場合のように、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を部分的な溶接により仮止めする必要がなくなり、その結果工数が削減されるとともに専用治具が不要となって、製造コストが安くなる。

上記9)の熱交換器の製造方法によれば、特許文献１記載の熱交換器の場合のように、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を部分的な溶接により仮止めする必要がなくなるので、工数が削減されるとともに専用治具が不要となって、製造コストが安くなる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。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、「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、図１および図２の上下、左右を上下、左右というものとする。

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７はその要部の構成を示し、図８〜図１０はガスクーラの製造方法の一部の工程を示す。

図１および図２において、超臨界冷媒、たとえばＣＯ_２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７に示すように、第１ヘッダタンク(2)は、アルミニウム製タンク形成部材(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、かつタンク形成部材(7)の左側面を覆うようにタンク形成部材(7)にろう付された管接続用プレート(8)とを備えている。タンク形成部材(7)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、かつ右側（外側）に配置された第１プレート(7A)と、金属ベア材、ここではアルミニウムベア材からなり、かつ第１プレート(7A)と管接続用プレート(8)との間に介在させられて両プレート(7A)(8)にろう付された第２プレート(7B)とにより構成されており、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)が上下に並んで設けられている。

第１ヘッダタンク(2)のタンク形成部材(7)の第１プレート(7A)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。第１プレート(7A)の両外方膨出部(11A)(11B)の左側を向いた開口は第２プレート(7B)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、かつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(11a)(11b)となっている。各外方膨出部(11A)(11B)の外面の横断面形状は円弧状である。なお、第１プレート(7A)の右側面と前後両側面との連接部は半径の小さなアール状となっている。

第１プレート(7A)の上側外方膨出部(11A)の頂部の上端部に冷媒入口(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の直方体状入口側配管接続部材(13)が、第１プレート(7A)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)の頂部の下端部に冷媒出口(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の直方体状出口側配管接続部材(16)が、第１プレート(7A)外面のろう材を利用してろう付されている。第１プレート(7A)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。

入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)の基端部（左端部）の前後両側面に、前後方向外方に突出しかつ先端部がタンク形成部材(7)の前後両側縁部よりも外方に至る板状の突出部(13a)(16a)がそれぞれ一体に形成されている。入口側配管接続部材(13)の突出部(13a)の肉厚はほぼ全体に均等になっており、その上端部は上方に向かって漸次肉薄となっている（図５参照）。また、出口側配管接続部材(16)の突出部(16a)の肉厚はほぼ全体に均等になっており、その下端部は下方に向かって漸次肉薄となっている（図６参照）。入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)の左側面に、上下方向に伸びかつ第１プレート(7A)の各外方膨出部(11A)(11B)が密に嵌め入れられる凹所(13b)(16b)が形成されている（図８参照）。凹所(13b)(16b)の内周面は部分円筒面状であり、入口側配管接続部材(13)の冷媒流入路(14)の一端および出口側配管接続部材(16)の冷媒流出路(17)の一端は、それぞれ凹所(13b)(16b)の内周面に開口している。また、入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)には、その後面から前方にのびるねじ穴(35)(36)がそれぞれ形成されている。入口側配管接続部材(13)のねじ穴(35)は、超臨界冷凍サイクルにおいて、圧縮機からのびる配管の先端部に取り付けられたジョイント部材をねじ止めするのに用いられ、出口側配管接続部材(16)のねじ穴(36)は、中間熱交換器からのびる配管の先端部に取り付けられたジョイント部材をねじ止めするのに用いられる。

第１ヘッダタンク(2)の管接続用プレート(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、第１プレート(7A)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、第１プレート(7A)の下側外方膨出部(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、管接続用プレート(8)の前後両側縁部に、それぞれ右方に突出して先端が第１プレート(7A)の外面まで至り、かつタンク形成部材(7)の第１プレート(7A)および第２プレート(7B)の前後両側面を覆う側面被覆壁(19)が一体に形成され、第１プレート(7A)および第２プレート(7B)の前後両側面にろう付されている。各側面被覆壁(19)の突出端の上下両端部および上下方向中央部に、それぞれ前後方向内方に突出しかつ第１プレート(7A)の外面に係合する複数のプレート係合爪(21)が一体に形成され、第１プレート(7A)にろう付されている。また、各側面被覆壁(19)の突出端における上端のプレート係合爪(21)よりも若干下方の部分、および下端のプレート係合爪(21)よりも若干上方の部分に、それぞれ各側面被覆壁(19)に真っ直ぐに連なって右方に突出した係合壁(25A)(25B)が一体に形成されている。上側係合壁(25A)に、その下端部から入口側配管接続部材(13)の突出部(13a)が嵌め入れられる切り欠き(26A)が形成され（図５参照）、下側係合壁(25B)に、その下端部から出口側配管接続部材(16)の突出部(16a)が嵌め入れられる切り欠き(26B)が形成されている（図６参照）。そして、入口側配管接続部材(13)の突出部(13a)が上側係合壁(25A)の切り欠き(26A)に下方から嵌め入れられるとともに、出口側配管接続部材(16)の突出部(16a)が下側係合壁(25B)の切り欠き(26B)に上方から嵌め入れられた状態で、入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)が第１プレート(7A)にろう付されるとともに、上下両係合壁(25A)(25B)が突出部(13a)(16a)にろう付されている。入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)の突出部(13a)(16a)の先端面（前後方向外端面）は、上下両係合壁(25A)(25B)の前後方向外面と同一平面上に位置している。管接続用プレート(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。

第１ヘッダタンク(2)のタンク形成部材(7)の第２プレート(7B)に、管接続用プレート(8)の管挿入穴(18)を第１プレート(7A)の各外方膨出部(11A)(11B)内の冷媒流通部(11a)(11b)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、管接続用プレート(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)は管挿入穴(18)よりも一回り大きくなっている。そして、管接続用プレート(8)の上半部の複数の管挿入穴(18)は、第２プレート(7B)の上半部の複数の連通穴(22)を介して、第１プレート(7A)の上側外方膨出部(11A)内の冷媒流通部(11a)に通じさせられ、同じく下半部の複数の管挿入穴(18)は、第２プレート(7B)の下半部の複数の連通穴(22)を介して、第１プレート(7A)の下側外方膨出部(11B)内の冷媒流通部(11b)に通じさせられている。第１プレート(7A)の上側冷媒流通部(11a)に通じるすべての連通穴(22)、および下側冷媒流通部(11b)に通じるすべての連通穴(22)は、それぞれ第２プレート(7B)における隣り合う連通穴(22)間の部分の前後方向中央部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。その結果、第１プレート(7A)の各冷媒流通部(11a)(11b)に臨む連通穴(22)を連通させる連通部(23)、および連通穴(22)の前後方向中央部（連通穴(22)における連通部(23)に対応する部分）によって、第２プレート(7B)に、第１プレート(7A)の各冷媒流通部(11a)(11b)に通じかつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(7a)(7b)が形成されている（図８参照）。

そして、第１ヘッダタンク(2)のタンク形成部材(7)を構成する２つのプレート(7A)(7B)および管接続用プレート(8)における両外方膨出部(11A)(11B)と対応する部分により、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)が形成されており、タンク形成部材(7)の第１プレート(7A)の両冷媒流通部(11a)(11b)と第２プレート(7B)の両冷媒流通部(7a)(7b)とによって、左方に開口するとともに当該開口が管接続用プレート(8)により塞がれた入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)の中空部が形成されている。

図２に示すように、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。両ヘッダタンク(2)(3)は、管接続用プレート(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)のタンク形成部材(7)の第１プレート(7A)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)にまたがるように第１プレート(7A)の上端部から下端部にかけて形成されている。第１プレート(7A)の外方膨出部(24)の右側を向いた開口は第２プレート(7B)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、かつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(24a)となっている。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。

第２ヘッダタンク(3)の管接続用プレート(8)のすべての管挿入穴(18)は、第１プレート(7A)の外方膨出部(24)の上下方向の範囲内に形成されており、管接続用プレート(8)のすべての管挿入穴(18)は、第２プレート(7B)のすべての連通穴(22)を介して、第１プレート(7A)の外方膨出部(24)内の冷媒流通部(24a)に通じさせられている。第２プレート(7B)のすべての連通穴(22)は、第２プレート(7B)における隣り合う連通穴(22)間の部分の前後方向中央部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。その結果、連通部(23)、および連通穴(22)の前後方向中央部（連通穴(22)における連通部(23)に対応する部分）によって、第２プレート(7B)に、第１プレート(7A)の冷媒流通部(24a)に通じかつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(7c)が形成されている（図１０参照）。

そして、第２ヘッダタンク(3)のタンク形成部材(7)を構成する２つのプレート(7A)(7B)および管接続用プレート(8)における外方膨出部(24)と対応する部分により、第１ヘッダタンク(2)の２つのヘッダ部(10A)(10B)よりも１つ少ない数、ここでは１つの中間ヘッダ部(20)が、第１ヘッダタンク(2)の両ヘッダ部(10A)(10B)に跨るように形成されており、タンク形成部材(7)の第１プレート(7A)の冷媒流通部(24a)と第２プレート(7B)の冷媒流通部(7c)とによって、右方に開口するとともに当該開口が管接続用プレート(8)により塞がれた中間ヘッダ部(20)の中空部が形成されている。

熱交換管(4)は、金属、ここではアルミニウム製押出形材からなり、前後方向に幅広の扁平状で、その内部に長さ方向にのびる複数の冷媒通路(4a)が並列状に形成されている。熱交換管(4)の両端部は、それぞれ両ヘッダタンク(2)(3)の管挿入穴(18)に挿入された状態で、管接続用プレート(8)のろう材層を利用して管接続用プレート(8)にろう付されている。なお、熱交換管(4)の両端は第２プレート(7B)の厚さ方向の中間部まで連通穴(22)内に入り込んでおり、第２プレート(7B)の冷媒流通部(7a)(7b)(7c)内に臨んでいる。すべての熱交換管(4)は、右端部が第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)の中空部に通じるとともに左端部が第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の中空部の上半部に通じる複数の熱交換管(4)からなる熱交換管群と、右端部が第１ヘッダタンク(2)の出口ヘッダ部(10B)の中空部に通じるとともに左端部が第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の中空部の下半部に通じる複数の熱交換管(4)からなる熱交換管群とに分けられることにより、第１および第２の２つのパス(P1)(P2)に区分されており、各パス(P1)(P2)を構成する全ての熱交換管(4)における冷媒の流れ方向が同一となっているとともに、２つのパス(P1)(P2)の熱交換管(4)における冷媒の流れ方向が異なっている。

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。

以下、ガスクーラ(1)の製造方法について、図８〜図１０を参照して説明する。

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)を有するタンク形成部材(7)の第１プレート(7A)を形成する。第１ヘッダタンク(2)の第１プレート(7A)には冷媒入口(12)および冷媒出口(15)を形成しておく。また、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)および連通部(23)を有するタンク形成部材(7)の第２プレート(7B)を形成する。さらに、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)、側面被覆壁(19)、側面被覆壁(19)に真っ直ぐに連なったプレート係合爪形成用突片(21A)、および切り欠き(26A)(26B)が形成された係合壁(25A)(25B)を有する第１ヘッダタンク(2)の管接続用プレート(8)と、管挿入穴(18)および側面被覆壁(19)および側面被覆壁(19)に真っ直ぐに連なったプレート係合爪形成用突片(21A)を有する第２ヘッダタンク(3)の管接続用プレート(8)とを形成する。

ついで、３つのプレート(7A)(7B)(8)を第２プレート(7B)が中間部に来るように積層し、管接続用プレート(8)のプレート係合爪形成用突片(21A)を内方に曲げてプレート係合爪(21)を形成するとともにプレート係合爪(21)を第１プレート(7A)に係合させることにより、３つのプレート(7A)(7B)(8)を仮止めして第１ヘッダタンク(2)用の仮止め体をつくる。ついで、入口側配管接続部材(13)を、上側係合壁(25A)よりも下方に離隔した位置おいて、外方膨出部(11A)が凹所(13b)内に嵌るように第１プレート(7A)の外面側に配置した後、入口側配管接続部材(13)を上方にスライドすることにより突出部(13a)を上側係合壁(25A)の切り欠き(26A)内に嵌め入れて、入口側配管接続部材(13)を第１ヘッダタンク(2)用の仮止め体に仮止めする（図９参照）。また、出口側配管接続部材(16)を、下側係合壁(25B)よりも上方に離隔した位置おいて、外方膨出部(11B)が凹所(16b)内に嵌るように第１プレート(7A)の外面側に配置した後、出口側配管接続部材(16)を下方にスライドすることにより突出部(16a)を下側係合壁(25B)の切り欠き(26B)内に嵌め入れて、出口側配管接続部材(16)を第１ヘッダタンク(2)用の仮止め体に仮止めする。さらに、３つのプレート(7A)(7B)(8)を第２プレート(7B)が中間部に来るように積層し、管接続用プレート(8)のプレート係合爪形成用突片(21A)を内方に曲げてプレート係合爪(21)を形成するとともにプレート係合爪(21)を第１プレート(7A)に係合させることにより、３つのプレート(7A)(7B)(8)を仮止めして第２ヘッダタンク(3)用の仮止め体をつくる。

ついで、２つの仮止め体を、管接続用プレート(8)どうしが対向するように間隔をおいて配置するとともに、複数の熱交換管(4)とコルゲートフィン(5)とを交互に配置し、熱交換管(4)の両端部をそれぞれ両仮止め体の管接続用プレート(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、両端のコルゲートフィン(5)の外側にサイドプレート(6)を配置して適当な治具で固定することにより、全部品の組立体を得る。。

その後、組立体を所定のろう付温度に加熱し、第１プレート(7A)のろう材層および管接続用プレート(8)のろう材層を利用して３つのプレート(7A)(7B)(8)を相互にろう付して第１および第２プレート(7A)(7B)によりタンク形成部材(7)をつくるとともに、側面被覆壁(19)と第１プレート(7A)および第２プレート(7B)の前後両側面、プレート係合爪(21)と第１プレート(7A)、上下両係合壁(25A)(25B)と入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)の突出部(13b)(16b)とをそれぞれろう付し、さらに第１プレート(7A)のろう材層を利用して第１プレート(7A)と入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)とをろう付することにより第１ヘッダタンク(2)を形成する。これと同時に、第１プレート(7A)のろう材層および管接続用プレート(8)のろう材層を利用して３つのプレート(7A)(7B)(8)を相互にろう付して第１および第２プレート(7A)(7B)によりタンク形成部材(7)をつくるとともに、側面被覆壁(19)と第１プレート(7A)および第２プレート(7B)の前後両側面、プレート係合爪(21)と第１プレート(7A)とをそれぞれろう付することにより第２ヘッダタンク(3)を形成する。さらに、これと同時に、管接続用プレート(8)と熱交換管(4)、熱交換管(4)とコルゲートフィン(5)、およびコルゲートフィン(5)とサイドプレート(6)とを同時にろう付する。こうして、ガスクーラ(1)が製造されている。

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、圧縮機を通過したＣＯ_２が、入口側配管接続部材(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)の入口ヘッダ部(10A)の中空部内に入り、第１プレート(7A)の冷媒流通部(11a)および第２プレート(7B)の冷媒流通部(7a)を下方に流れながら分流して第１パス(P1)のすべての熱交換管(4)の冷媒通路(4a)内に流入する。冷媒通路(4a)内に流入したＣＯ_２は、冷媒通路(4a)内を左方に流れて第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の中空部内の上半部（流入部）に流入する。中間ヘッダ部(20)の中空部内の上半部に流入したＣＯ_２は、第１プレート(7A)の冷媒流通部(24a)および第２プレート(7B)の冷媒流通部(7c)を通って下方に流れ、分流して第２パス(P2)のすべての熱交換管(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)の出口ヘッダ部(10B)の中空部内に入る。その後、ＣＯ_２は、第１プレート(7A)の冷媒流通部(11b)および第２プレート(7B)の冷媒流通部(7b)を下方に流れ、冷媒出口(15)および出口側配管接続部材(16)の冷媒流出路(17)を通って流出する。そして、ＣＯ_２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、入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)の基端部（左端部）の前後両側面に、それぞれ前後方向外方に突出しかつ先端部がタンク形成部材(7)の前後両側縁部よりも外方に至る板状の突出部(13a)(16a)が一体に形成されているが、これに限定されるものではなく、入口側配管接続部材(13)および出口側配管接続部材(16)のうちのいずれか一方の基端部（左端部）の前後両側面のみに、前後方向外方に突出しかつ先端部がタンク形成部材(7)の前後両側縁部よりも外方に至る板状の突出部が一体に形成される場合もある。

また、上記実施形態においては、この発明による熱交換器が適用されたガスクーラ(1)における第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部(10A)(10B)の数が２であり、第２ヘッダタンク(3)のヘッダ部(20)の数が１であり、パス(P1)(P2)の数が２であるが、これに限定されるものではなく、第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部の数が３以上であり、第２ヘッダタンク(3)のヘッダ部の数が第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部の数よりも１つ少なく、パスの数が第１ヘッダタンク(2)のヘッダ部の数と同一であってもよい。また、この発明による熱交換器は、第１ヘッダタンクに、その長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられ、第２ヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダ部と同数のヘッダ部がその長さ方向に並んで設けられ、第１ヘッダタンクの長さ方向の一端部のヘッダ部に冷媒入口が設けられるとともに、第２ヘッダタンクにおける冷媒入口とは反対側の端部のヘッダ部に冷媒出口が設けられ、すべての熱交換管が、ヘッダタンクの長さ方向に連続して並んだ複数の熱交換管からなりかつ両ヘッダタンクのヘッダ数よりも１つ多い数のパスに区分されているガスクーラに適用される場合もある。

また、上記実施形態においては、タンク形成部材(7)が第１および第２の２枚のプレート(7A)(7B)により形成されているが、第２プレート(7B)は複数枚用いられてもよい。

また、上記の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、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、酸化窒素などが使用可能である。

さらに、上記の実施形態においては、熱交換管(4)は、アルミニウム押出形材からなるが、これに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１のガスクーラの入口側配管接続部材の部分を示す拡大斜視図である。図１のガスクーラの出口側配管接続部材の部分を示す拡大背面図である。図２のＣ−Ｃ線拡大断面図である。図１のガスクーラを製造するにあたり、第１ヘッダタンクを構成する３つのプレートと入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を示す分解斜視図である。図１のガスクーラを製造するにあたり、第１ヘッダタンクの仮止め体をつくった後、仮止め体に入口側配管接続部材を仮止めする方法を示す部分拡大斜視図である。図１のガスクーラを製造するにあたり、第２ヘッダタンクを構成する３つのプレートを示す分解斜視図である。

符号の説明

(1)：ガスクーラ（熱交換器）
(2)：第１ヘッダタンク
(3)：第２ヘッダタンク
(4)：熱交換管
(7)：タンク形成部材
(7A)：第１プレート
(7B)：第２プレート
(8)：管接続用プレート
(10A)：入口ヘッダ部
(10B)：出口ヘッダ部
(11A)(11B)：外方膨出部
(13)：入口側配管接続部材
(13a)：突出部
(13b)：凹所
(16)：出口側配管接続部材
(16a)：突出部
(16b)：凹所
(18)：管挿入穴
(19)：側面被覆壁
(20)：中間ヘッダ部
(21)：プレート係合爪
(21A)：プレート係合爪形成用突片
(22)：連通穴
(23)：連通部
(24)：外方膨出部
(24a)：冷媒流通部
(25A)(25B)：係合壁
(26A)(26B)：切り欠き

Claims

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それぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の熱交換管とを備えており、各ヘッダタンクが、タンク形成部材と、タンク形成部材における熱交換管側を向いた面を覆う管接続用プレートとにより構成され、各ヘッダタンクに少なくとも１つのヘッダ部が設けられ、全ヘッダ部のうちの１つのヘッダ部が入口ヘッダ部となされるとともに、他の１つのヘッダ部が出口ヘッダ部となされ、入口ヘッダ部を有するヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、入口ヘッダ部内に冷媒を流入させる入口側配管接続部材がろう付され、出口ヘッダ部を有するヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、出口ヘッダ部内から冷媒を流出させる出口側配管接続部材がろう付されている熱交換器において、
入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方の基端部に、前後方向外方に突出しかつ先端部がタンク形成部材の前後両側縁部よりも外方に至る突出部が設けられ、管接続用プレートの前後両側縁部に、熱交換管とは反対側に突出した係合壁が設けられ、係合壁に、ヘッダタンクの長さ方向の一端部から切り欠きが形成され、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方に設けられた突出部の先端部が係合壁の切り欠き内に嵌め入れられている熱交換器。
入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方に設けられた突出部の前後方向外端面が、係合壁の前後方向外面と同一平面上に位置している請求項１記載の熱交換器。
入口側配管接続部材および出口側配管接続部材のうちの少なくともいずれか一方に設けられた突出部が板状であり、当該突出部における係合壁の切り欠きの奥側に位置する端部が、先端側に向かって薄肉となっている請求項１または２記載の熱交換器。
入口側配管接続部材および出口側配管接続部材の基端部に、それぞれ前後方向外方に突出しかつ先端部がタンク形成部材の前後両側縁部よりも外方に至る突出部が設けられている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
タンク形成部材が、ヘッダタンクの長さ方向に伸びるとともに熱交換管側を向いた面に開口した中空部を有し、当該中空部の熱交換管側を向いた開口が管接続用プレートにより塞がれることによってヘッダ部が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。
タンク形成部材が、第１プレートと、第１プレートと管接続用プレートとの間に介在させられた第２プレートとよりなり、第１プレートおよび第２プレートに跨って中空部が形成されている請求項５記載の熱交換器。
各ヘッダタンクのタンク形成部材の第１プレートに、第１プレートの長さ方向に伸びる少なくとも１つの外方膨出部が形成され、管接続用プレートにおける第１プレートの外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が管接続用プレートの長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、熱交換管の端部が管挿入穴に挿入されて管接続用プレートにろう付され、タンク形成部材の第２プレートに、管接続用プレートの管挿入穴を第１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、各外方膨出部内に通じるすべての連通穴が、第２プレートにおける隣り合う連通穴どうしの間に形成された連通部により連通させられ、第１プレートの外方膨出部の内部と、第２プレートの連通部および連通穴における連通部と対応する部分とによって、タンク形成部材の中空部が形成されるとともに、当該中空部の熱交換管側を向いた開口が管接続用プレートにより塞がれることによってヘッダ部が形成され、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材におけるタンク形成部材側を向いた面にタンク形成部材の外方膨出部が嵌る凹所が形成されている請求項６記載の熱交換器。
管接続用プレートの係合壁が、管接続用プレートの前後両側縁部に設けられかつタンク形成部材の前後両側面を覆う側面被覆壁の先端部に真っ直ぐに連なって設けられており、当該側面被覆壁の先端部に、前後方向内方に突出しかつタンク形成部材の第１プレートに係合するプレート係合爪が設けられ、側面被覆壁が第１および第２プレートの前後両側面にろう付されるとともに、プレート係合爪が第１プレートの外面にろう付されている請求項６または７記載の熱交換器。
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それぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の熱交換管とを備えており、各ヘッダタンクが、タンク形成部材と、タンク形成部材における熱交換管側を向いた面を覆う管接続用プレートとにより構成され、各ヘッダタンクに少なくとも１つのヘッダ部が設けられ、全ヘッダ部のうちの１つのヘッダ部が入口ヘッダ部なされるとともに、他の１つのヘッダ部が出口ヘッダ部となされ、入口ヘッダ部を有するヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、入口ヘッダ部内に冷媒を流入させる入口側配管接続部材がろう付され、出口ヘッダ部を有するヘッダタンクのタンク形成部材における熱交換管とは反対側を向いた面に、出口ヘッダ部内から冷媒を流出させる出口側配管接続部材がろう付されている熱交換器を製造する方法であって、
両面にろう材層を有するブレージングシートにプレス加工を施すことにより、長さ方向に間隔をおいて形成された複数の管挿入穴と、両側縁部に連なって全長にのびる側面被覆壁と、側面被覆壁の先端に真っ直ぐに連なりかつ側面被覆壁の長さ方向の一端部から形成された切り欠きを有する係合壁と、側面被覆壁の先端に真っ直ぐに連なったプレート係合爪形成用突片とを有する管接続用プレートをつくること、
両面にろう材層を有するブレージングシートにプレス加工を施すことにより、長さ方向に伸びる少なくとも１つの外方膨出部を有するタンク形成部材用第１プレートをつくること、
金属ベア材にプレス加工を施すことにより、管接続用プレートの管挿入穴を第１プレートの外方膨出部内に通じさせる連通穴と、各外方膨出部内に通じるすべての連通穴を通じさせる連通部とを有するタンク形成部材用第２プレートをつくること、
基端部に形成された前後方向外方に突出した突出部と、タンク形成部材用第１プレートを向いた面に形成されかつ外方膨出部が嵌る凹所とを有する金属ベア材製入口側配管接続部材および出口側配管接続部材をつくること、
管接続用プレートと、タンク形成部材用第１プレートと、タンク形成部材用第２プレートとを、第２プレートが中間部に来るように積層し、管接続用プレートのプレート係合爪形成用突片を内方に曲げてプレート係合爪を形成するとともにプレート係合爪を第１プレートに係合させることにより３種類のプレートを仮止めして仮止め体をつくること、
入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を、外方膨出部が凹所内に嵌るとともに、突出部が係合壁における切り欠きが開口した側の端部に対して離隔した位置に来るように配置した後、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を第１プレートの長さ方向にスライドさせることにより突出部を係合壁の切り欠き内に嵌め入れて、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材を仮止め体に仮止めすること、
ならびに管接続用プレートと第２プレート、第１プレートと第２プレート、管接続用プレートの両側面被覆壁と第１および第２プレートの前後両側面、管接続用プレートのプレート係合爪と第１プレート、管接続用プレートの係合壁と入口側配管接続部材および出口側配管接続部材の突出部、入口側配管接続部材および出口側配管接続部材と第１プレートとをそれぞれろう付し、第１および第２プレートによりタンク形成部材をつくるとともに、タンク形成部材に入口側配管接続部材および出口側配管接続部材をろう付することを含む熱交換器の製造方法。
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１〜８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。
請求項１０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。