JP2008116084A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッダ部での流体圧力損失を低減することができ、かつヘッダの構成部品数を最小限化することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】 内部を流体が流通する複数本の積層配設される熱交換チューブ３と、複数本の熱交換チューブ３間に設けられるアウタフィン４と、複数本の熱交換チューブ３の端部と連通接続され、内部に流体が流通する流通路が設けられるヘッダ２Ａ，２Ｂと、を備えた熱交換器１において、ヘッダ２Ａ，２Ｂは、流通路７Ｂ，７Ｃが設けられるヘッダ部７と、複数本の熱交換チューブ３の端部が接続される複数の仕切り空間８Ｃ，８Ｄが設けられるチューブ接続部８との２部品が接合されて構成され、ヘッダ部８には、流通路７Ｂ，７Ｃと各仕切り空間８Ｃ，８Ｄとの間を各々連通する複数の連通孔７Ｄが設けられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、耐圧強度を必要とする熱交換器に関し、特に冷凍ないし空調装置の放熱器や蒸発器に適用される熱交換器に関するものである。

現状、冷凍ないし空調の分野においては、作動流体（冷媒）として、オゾン層を破壊しない代替フロンの１つであるＨＦＣ冷媒が多く使用されている。このＨＦＣ冷媒は、オゾン層は破壊しないものの、地球温暖化に対しては影響があるとされている。そこで、代替フロンに代わる新しい冷媒を適用するための研究開発が進められ、すでにノンフロン冷媒を使用した製品が実用に供されている。その１つとして、自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒とした超臨界冷凍サイクル（以下、「ＣＯ２サイクル」という。）の利用が挙げられる。

このＣＯ２サイクルは、冷媒の臨界圧力を超える蒸気圧縮式冷凍サイクルであり、代替フロン冷媒を使用した冷凍サイクルに比べ、高圧側圧力、低圧側圧力が共に一段と高くなることが知られている。このため、サイクルを構成する圧縮機、放熱器、蒸発器等の各機器には、十分な耐圧強度が要求される。
上記の放熱器に適用される熱交換器としては、例えば、特許文献１に示されるものが提案されている。また、上記の蒸発器に適用される熱交換器としては、例えば、特許文献２に示されるものが提案されている。

特許文献１に示すものは、ヘッダタンクを、板厚を厚くした第１プレートと第２プレートとの２部品で構成し、その内壁を内柱部材で連結して、断面形状が略円形の複数の空間（冷媒の流通路）を形成することにより、耐圧強度を向上させている。
また、特許文献２に示すものは、ヘッダタンクを、板厚を厚くしたタンク部と第１および第２タンクプレートとの３部品で構成し、第１および第２タンクプレートに熱交換チューブの端部を挿入接続することにより、耐圧強度を向上させるとともに、タンク部での冷媒圧力損失を低減させるようにしている。

特開平１１−３５１７８３号公報 特開２００４−３８１０号公報

上記特許文献１のものは、ヘッダタンクを２部品で構成しているため、部品点数を最小限に抑えることができる。しかしながら、ヘッダタンクの冷媒流通路内部に熱交換チューブの端部が差し込まれる構成とされている。このため、熱交換に寄与しないヘッダ部で作動流体である冷媒の圧力損失が増大してしまい、熱交換効率が低下するという問題を有する。
また、上記特許文献２のものは、特許文献１のものとは逆に、ヘッダ部での冷媒圧力損失を低減することができるものの、ヘッダタンクの構成部品数が多くなる。このため、コストアップ要因となるのみならず、各部品間の位置決め精度の確保やロウ付け箇所の増加が組み立て性やロウ付け性に影響を及ぼし、生産効率や品質の確保が難しくなるという問題を有する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ヘッダ部での流体圧力損失を低減することができ、かつヘッダの構成部品数を最小限化することができる熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の熱交換器は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる熱交換器は、内部を流体が流通する複数本の積層配設される熱交換チューブと、前記複数本の熱交換チューブ間に設けられるアウタフィンと、前記複数本の熱交換チューブの端部と連通接続され、内部に前記流体が流通する流通路が設けられるヘッダと、を備えた熱交換器において、前記ヘッダは、前記流通路が設けられるヘッダ部と、前記複数本の熱交換チューブの端部が接続される複数の仕切り空間が設けられるチューブ接続部との２部品が接合されて構成され、前記ヘッダ部には、前記流通路と前記各仕切り空間との間を各々連通する複数の連通孔が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ヘッダに連通接続される複数本の熱交換チューブは、ヘッダを構成するチューブ接続部の複数の仕切り空間に各々連通接続されることとなる。このため、熱交換チューブの端部がヘッダ部の流通路に差し込まれることがなく、ヘッダ側流通路での流体（冷媒）圧力損失を低減し、熱交換効率を高めることができる。また、ヘッダを、ヘッダ部とチューブ接続部との２部品を接合することにより構成できるため、ヘッダの構成部品点数を最小限に抑え、低コスト化を実現することができる。また、部品点数を最小限とすることによって、組み立て性およびロウ付け性を向上させることができるため、組み立て精度が良好で、かつ流体漏れが生じることのない高品質の熱交換器を効率よく生産することができる。ここで、ヘッダが２部品で構成されるとは、ヘッダ部の流通路に交差する方向の断面で見て２部品であり、このような構成のヘッダを、複数併設して用いることを妨げるものではない。

さらに、本発明の熱交換器は、上記の熱交換器において、前記チューブ接続部には、前記熱交換チューブの積層方向に沿って所定ピッチで多数の山形部が成形され、該山形部により前記仕切り空間が所定ピッチに設けられることを特徴とする。

本発明によれば、チューブ接続部に所定ピッチで多数の山形部を成形することによって複数の仕切り空間を形成することができる。従って、複数本の熱交換チューブが接続される多数の仕切り空間を有するチューブ接続部を、プレス成形等により簡易に製造することができる。

さらに、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記山形部は、その張り出し高さが、２〜５ｍｍとされることを特徴とする。

本発明によれば、山形部の張り出し高さが２〜５ｍｍとされているので、チューブ接続部に接続される熱交換チューブの端部と連通孔との間に必要かつ十分なスペースを確保することができる。従って、その間における流体（冷媒）の圧力損失を抑制することができる。また、張り出し高さを５ｍｍ以下に制限しているため、アウタフィンの設置スペースを十分に確保し、アウタフィン減少による熱交換効率の低下を抑制することができる。

さらに、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記ヘッダ部または前記チューブ接続部のいずれか一方には、両者をかしめにより仮止めする仮止め部が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、仮止め部をかしめることによって、ヘッダ部とチューブ接続部とを相互に位置決めして仮組み立てし、ロウ付けすることができる。従って、ヘッダ部とチューブ接続部との組み立て精度を高め、熱交換器の品質を向上させることができる。

さらに、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記ヘッダ部から前記複数本の熱交換チューブに下向きに前記流体が分配される分配域に設けられる前記連通孔は、その大きさが前記流通路を流通する前記流体の流通方向手前側から奥側に向って漸次拡大されていることを特徴とする。

本発明によれば、ヘッダ部から複数本の熱交換チューブに下向きに流体（冷媒）が分配される分配域に設けられる連通孔の大きさが、流体の流通方向手前側から奥側に向って漸次拡大されているため、重力の影響にかかわりなく、流体を複数本の熱交換チューブに対して略均一に分配することができる。つまり、下向きの流体分配域では、重力の影響により流体が手前側の熱交換チューブから順々に流れ易くなるが、逆に連通孔の大きさを手前側から奥側に向って漸次拡大させておくことにより、複数本の熱交換チューブに対して流体を略均一に分配することができる。従って、複数本の熱交換チューブに対する流体の偏った流れを是正し、熱交換効率を向上させることができる。

さらに、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記ヘッダから前記複数本の熱交換チューブに上向きに前記流体が分配される分配域に設けられる前記連通孔は、その大きさが前記流通路を流通する前記流体の流通方向手前側から奥側に向って漸次縮小されていることを特徴とする。

本発明によれば、ヘッダ部から複数本の熱交換チューブに上向きに流体（冷媒）が分配される分配域に設けられる連通孔の大きさが、流体の流通方向手前側から奥側に向って漸次縮小されているため、重力の影響にかかわりなく、流体を複数本の熱交換チューブに対して略均一に分配することができる。つまり、上向きの流体分配域では、重力の影響により流体が奥側の熱交換チューブから順々に流れ易くなるが、逆に連通孔の大きさを手前側から奥側に向って漸次縮小させておくことにより、複数本の熱交換チューブに対して流体を略均一に分配することができる。従って、複数本の熱交換チューブに対する流体の偏った流れを是正し、熱交換効率を向上させることができる。

さらに、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記複数本の熱交換チューブを流通した前記流体が合流される前記ヘッダ部の合流域に設けられる前記連通孔は、対応する分配域側の連通孔と同じ大きさとされていることを特徴とする。

本発明によれば、複数本の熱交換チューブを流通した流体が合流するヘッダ部の合流域に設けられる連通孔の大きさが、対応する分配域側の連通孔と同じ大きさとされているため、重力の影響にかかわりなく、流体を複数本の熱交換チューブに対してより均一に分配することができる。従って、複数本の熱交換チューブに対する流体の流れ分布をより均一化し、熱交換効率を一層向上させることができる。

また、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記ヘッダ部には、前記流通路が所定間隔で複数列設けられ、前記チューブ接続部には、前記複数列の流通路に対応して前記仕切り空間が所定間隔で複数列設けられ、前記複数列の仕切り空間に対して、前記熱交換チューブがその外側を流通する外部流体の流れ方向に沿って複数列設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ヘッダ部に設けられる流通路、チューブ接続部に設けられる仕切り空間および熱交換チューブが、それぞれ複数列設けられているため、これらの間で流体（冷媒）を、複数本の熱交換チューブに対し、ヘッダ部を経由しながら熱交換チューブの積層方向および外部流体の流れ方向に沿って、マルチフロー方式により複数回ターンさせて流通させることができる。これによって、流体の低圧損化を実現し、伝熱性能を向上させることができる。また、熱交換チューブ内を流通する流体と熱交換される外部流体の温度分布を、熱交換チューブの積層方向および外部流体の流れ方向に沿って均一化することができる。

本発明の熱交換器によると、熱交換チューブをチューブ接続部の仕切り空間に接続できるため、熱交換チューブの端部をヘッダ部の流通路に差し込む必要がない。従って、ヘッダ側流通路での流体（冷媒）の圧力損失を低減し、熱交換効率を高めることができる。
また、ヘッダを２部品で構成できるため、部品点数を最小限に抑えることができる。従って、低コスト化を実現することができるとともに、組み立て性およびロウ付け性を向上させることができ、組み立て精度がよく、かつ流体漏れが生じることのない高品質の熱交換器を効率よく生産することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかる熱交換器１の斜視図が示されている。熱交換器１は、上下方向に所定の間隔をおいて配置される所定長さの一対のヘッダ２Ａ，２Ｂと、このヘッダ２Ａ，２Ｂ間にその長さ方向に沿って６〜８ｍｍ程度のピッチで平行に積層配設される複数本の熱交換チューブ３と、この複数本の熱交換チューブ３間に配設される波形形状のアウタフィン４と、から構成される。ヘッダ２Ａには、冷媒（流体）の入口５と出口６とが設けられる。

図２には、図１のII矢視方向の縦断面図が、また、図３には、図１のIII矢視方向の縦断面図が示されている。ヘッダ２Ａ，２Ｂは、略同一の構成であり、以下の説明は、ヘッダ２Ａ，２Ｂに共通するものである。ヘッダ２Ａ，２Ｂは、図２および図３に示されているように、ヘッダ部７とチューブ接続部８との２部品より構成される。
ヘッダ部７は、アルミ合金製の押し出し成形品であり、所定の長さに切断されて使用される。ヘッダ部７は、平坦部７Ａと、その平坦部７Ａの一側面に長さ方向に沿って所定間隔で２列平行に設けられる略円形断面の冷媒流通路７Ｂ，７Ｃとを有している。

また、チューブ接続部８は、ロウ材がクラッドされた厚さが１〜２ｍｍ程度のアルミ合金製板材によりプレス成形された成形品である。チューブ接続部８には、その長さ方向に沿って複数の山形部８Ａ，８Ｂが、上記複数本の熱交換チューブ３の配設ピッチと同一ピッチで２列平行にプレス成形される。この山形部８Ａ，８Ｂによって、各熱交換チューブ３の端部が連通接続される複数の仕切り空間８Ｃ，８Ｄが、熱交換チューブ３の配設ピッチと同ピッチで２列平行に設けられる。このように、山形部８Ａ，８Ｂおよび仕切り空間８Ｃ，８Ｄは、ヘッダ部７の冷媒流通路７Ｂ，７Ｃに対応して２列平行に設けられ、これにより、各仕切り空間８Ｃ，８Ｄは、複数本の熱交換チューブ３毎にそれぞれ独立して設けられることとなる。また、チューブ接続部８には、各山形部８Ａ，８Ｂの頂部に熱交換チューブ３の端部を挿入するためのチューブ挿入孔８Ｅが穿設される。なお、このチューブ挿入孔８Ｅまたは熱交換チューブ３の端部には、熱交換チューブ３の挿入深さを決めるテーパ部あるいは段部（図示省略）を設けることができる。

また、ヘッダ部７には、図４に示されているように、その長さ方向に沿って多数の連通孔７Ｄが、複数本の熱交換チューブ３の配設ピッチと同一ピッチで設けられる。この連通孔７Ｄは、ヘッダ部７の冷媒流通路７Ｂ，７Ｃとチューブ接続部８の仕切り空間８Ｃ，８Ｄとの間を連通し、ヘッダ２Ａ，２Ｂ側から複数本の熱交換チューブ３側へ、また、複数本の熱交換チューブ３側からヘッダ２Ａ，２Ｂ側へと、冷媒を分配または合流するよう流通させるものである。
上記したヘッダ部７とチューブ接続部８とは、ヘッダ部７の連通孔７Ｄが開口される平坦部７Ａの他側面とチューブ接続部８のベース面とを、チューブ接続部８にクラッドされているロウ材によりロウ付けすることによって一体化される。これにより、ヘッダ２Ａ，２Ｂが、ヘッダ部７とチューブ接続部８との２部品の接合により構成される。

熱交換チューブ３は、幅が広く厚さが薄い扁平なチューブで、内部に多数の細かい冷媒通路を有するものである。この熱交換チューブ３には、アルミ合金製の押し出し成形チューブあるいはアルミ合金製の薄板を折り曲げまたは重ね合わせることにより成形されたラミネートチューブが使用される。
上記の熱交換チューブ３は、図２および図３に示すように、その端部がチューブ接続部８のチューブ挿入孔８Ｅに挿入され、チューブ接続部８にロウ付け接合される。

また、アウタフィン４は、ロウ材がクラッドされたアルミ合金製の薄板が波形形状に折り曲げ成形されたものである。このアウタフィン４は、平行な２本の熱交換チューブ３の扁平面間に配設され、その波形の頂部が熱交換チューブ３の扁平面にロウ付け接合されることとなる（図３参照）。
ここで、熱交換チューブ３の端部をチューブ挿入孔８Ｅに挿入してチューブ接続部８に接続したとき、熱交換チューブ３の端部と連通孔７Ｄとの間には、図３に示すように、必要かつ十分なスペースが確保され、ここを流通する冷媒の圧力損失が増大されないよう構成されている。このため、上記山形部８Ａ，８Ｂは、その張り出し高さＨが、２〜５ｍｍとされている。

上記の張り出し高さＨは、チューブ接続部８に接続される熱交換チューブ３の端部と連通孔７Ｄとの間に、そこを流通する冷媒の圧力損失を抑制するという観点から必要かつ十分なスペースを確保するため、２ｍｍ以上とされる。また、張り出し高さＨを高くしすぎると、その分アウタフィン４の設置スペースが削減され、アウタフィン４の伝熱面積が減少し、熱交換効率の低下を来たすこととなる。そこで、張り出し高さＨを５ｍｍ以下に制限し、アウタフィン４の設置スペースを十分確保し、アウタフィン減少による熱交換効率の低下を抑制するようにしている。

また、上記の熱交換器１は、一般にヘッダ２Ａ，２Ｂを構成するヘッダ部７およびチューブ接続部８、熱交換チューブ３、アウタフィン４、冷媒の入口５および出口６等の構成部品を、図示省略の治具を用いて図１のように仮組み立てし、これを炉中で加熱して各部品間をロウ付け接合することにより製造される。つまり、上記のように仮組み立てされた熱交換器１を炉内で所要温度に加熱することにより、チューブ接続部８およびアウタフィン４にクラッドされているロウ材が溶融され、それが所用ロウ付け箇所に流動されることにより、各部品間が一体にロウ付け接合されるものである。

つぎに、本実施形態にかかる熱交換器１の作用について説明する。なお、ここでは、熱交換器１を蒸発器として用いた場合の作用を説明する。
冷媒入口５から、ヘッダ２Ａの冷媒流通路７Ｂ内に流入された気液二相の冷媒は、流通路７Ｂ内を流通する過程で、その長さ方向に所定ピッチで穿設されている複数の連通孔７Ｄに均一に分配される。この冷媒は、連通孔７Ｄを経てチューブ接続部８の冷媒流通路７Ｂに対応する仕切り空間８Ｃに流入し、ここから各熱交換チューブ３の冷媒通路へと流通される。各熱交換チューブ３の冷媒通路内を流下される冷媒は、その間に熱交換チューブ３外部のアウタフィン４間を、図１の紙面直角方向に流通される空気と熱交換され、徐々に蒸発されて行く。

蒸発仕切れなかった冷媒は、蒸発したガス冷媒と共に熱交換チューブ３からヘッダ２Ｂ側の対応するチューブ接続部８の仕切り空間８Ｃに流入する。この冷媒は、仕切り空間８Ｃから各連通孔７Ｄを経てヘッダ部７の流通路７Ｂへと流入され、流通路７Ｂ内でいったん合流される。合流された冷媒は、図示省略の連通路を経て同じヘッダ部７の別の流通路７Ｃへと流入される。そして、この流通路７Ｃ内を流通する過程で、再び各連通孔７Ｄに分配され、該連通孔７Ｄを経てチューブ接続部８の仕切り空間８Ｄに流入し、ここから各熱交換チューブ３の冷媒通路へと流通される。

各熱交換チューブ３内を上昇する冷媒は、その間に各熱交換チューブ３外部のアウタフィン４間を、図１の紙面直角方向に流通される空気と熱交換され、さらに蒸発される。こうして冷媒は、略完全に蒸発ガスされ、ヘッダ２Ａ側の対応するチューブ接続部８の仕切り空間８Ｄに流入する。このガス冷媒は、各連通孔７Ｄを経てヘッダ部７の流通路７Ｃへと流出され、流通路７Ｃ内で合流された後、流通路７Ｃに連通接続されている冷媒出口６を経て蒸発器の外部へと流出される。なお、ここでは、最もシンプル化された冷媒流通パターンについて説明したが、実製品においては、後述のような冷媒流通パターンが用いられることとなる。
一方、アウタフィン４間を流通された空気は、冷媒と熱交換されることによって設定温度に冷却され、所用空間の冷房等に供される。

しかして、本実施形態によると、以下の効果を奏する。
ヘッダ２Ａ，２Ｂを２部品により構成し、熱交換チューブ３を、ヘッダ２Ａ，２Ｂを構成するチューブ接続部８の仕切り空間８Ｃ，８Ｄに連通接続しているため、ヘッダ部７の流通路７Ｂ，７Ｃが、熱交換チューブ３の端部により塞がれることがない。従って、ヘッダ側流通路での冷媒圧力損失を低減し、熱交換効率を高めることができる。
また、ヘッダ２Ａ，２Ｂを、ヘッダ部７とチューブ接続部８の２部品を接合して構成できるため、部品点数を最小限に抑えることができる。これにより、低コスト化を実現することができる。また、部品点数を最小限とすることによって、組み立て性およびロウ付け性を向上させることができる。特に、耐圧強度や冷媒漏れの観点からは、ロウ付け箇所を極力少なくすることが望ましく、本実施形態は、この点に合致するものであり、組み立て精度が良好で、かつ流体漏れが生じることのない高品質の熱交換器を効率よく生産することができる。

また、ヘッダ部７は一般的な押し出し成形法を用い、また、チューブ接続部８は一般的なプレス成形法を用いることにより、それぞれ簡易に製造することができる。特に、複数本の熱交換チューブ３を接続する複数の仕切り空間８Ｃ，８Ｄおよびチューブ挿入孔８Ｅを有するチューブ接続部８については、所定ピッチで複数の山形部８Ａ，８Ｂをプレス成形することによって、簡便に効率よく製造することができる。

また、上記の山形部８Ａ，８Ｂの張り出し高さを、２〜５ｍｍとし、チューブ接続部８に接続される熱交換チューブ３の端部と連通孔７Ｄとの間に、冷媒の圧力損失を増大させないという観点から必要かつ十分なスペースを確保するようにしているため、その間での冷媒の圧力損失を抑制することができる。また、張り出し高さを５ｍｍ以下に制限しているため、アウタフィンの設置スペースを十分確保し、アウタフィン減少による熱交換効率の低下を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、ヘッダ２Ａ，２Ｂに仮止め部８Ｆを設けている点が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、図５に示されているように、ヘッダ２Ａ，２Ｂを構成するヘッダ部７とチューブ接続部８とを組み合わせて仮組み立てする際に、両者を相互に位置決めしてかしめ止めするための仮止め部８Ｆを、チューブ接続部８に設けている。

仮止め部８Ｆは、チューブ接続部８の長さ方向に沿う両端面に、それぞれ間隔をおいて複数箇所設けられる。この仮止め部８Ｆは、ヘッダ部７に対してかしめ止めされることにより、ヘッダ部７とチューブ接続部８とを一体に仮止めするものである。
上記のように、仮止め部８Ｆを設けることにより、熱交換器１を仮組み立てしてロウ付けする際に、ヘッダ部７とチューブ接続部８とを相互に位置決めして仮組み立てし、ロウ付け接合することができる。このため、ヘッダ部７とチューブ接続部８および熱交換チューブ３との間の組み立て精度、ロウ付け精度を向上させることができ、組み立て精度が良好で、冷媒漏れ等を生じることのない高品質の熱交換器１を製造することができる。
なお、仮止め部８Ｆの代わりに、ヘッダ部７側に同様の仮止め部を設けてもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６および図７を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、熱交換器１の冷媒流通パターンを変更している点が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図６に示される冷媒流通パターンは、図６中に示される空気流Ａに対して、熱交換器１のコア部を、前後方向（空気流の流通方向）および左右方向（熱交換チューブ３の積層方向）に４つのゾーン１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに区分し、冷媒をヘッダ２Ａ，２Ｂにより下向きおよび上向きに４回ターンさせ、４つのゾーン１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを順次流通させるようにしたものである。

上記のパターンで冷媒を流通させるために、ヘッダ２Ａの冷媒流通路７Ｂ，７Ｃを、その長さ方向の途中で左右に２分する仕切り板１１を設けるとともに、流通路７Ｂ，７Ｃの端部同士を繋ぐ連通路１２を設けている。
このような構成とすることにより、冷媒入口５からヘッダ２Ａの冷媒流通路７Ｂに流入された冷媒は、途中で仕切り板１１に突き当って下向きにターンされ、複数の連通孔７Ｄに分配され、チューブ接続部８の仕切り空間８Ｃを経てゾーン１０Ａに配設されている複数本の熱交換チューブ３内を流下される。この冷媒は、ヘッダ２Ｂ側の仕切り空間８Ｃを経てヘッダ部７の流通路７Ｂで合流された後、そのまま流通路７Ｂ内をゾーン１０Ｂ側へと流通される。ゾーン１０Ｂ側に流入された冷媒は、流通路７Ｂの端部に突き当って上向きにターンされ、複数の連通孔７Ｄに均一に分配される。この冷媒は、チューブ接続部８の仕切り空間８Ｃを経てゾーン１０Ｂに配設されている複数本の熱交換チューブ３内をヘッダ２Ａに向かって上昇される。

ゾーン１０Ｂの熱交換チューブ３内を上昇された冷媒は、ヘッダ２Ａ側の仕切り空間８Ｃおよび連通孔７Ｄを経て再び流通路７Ｂ内で合流された後、連通路１２を経てヘッダ２Ａの流通路７Ｃへと流通される。流通路７Ｃに流入された冷媒は、途中で仕切り板１１に突き当って下向きにターンされる。以下、上記と同様にして冷媒は、ゾーン１０Ｃに配設されている複数本の熱交換チューブ３およびゾーン１０Ｄに配設されている複数本の熱交換チューブ３内を順次流通された後、冷媒出口６から流出される。

以上のように、本実施形態によると、矢印Ａで示す空気流に対し、熱交換器１のコア部を前後左右の４つのゾーン１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに区分し、これら各ゾーン１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにそれぞれ配設されている複数本の熱交換チューブ３に対して、順次冷媒を流通させて行くことができる。これにより、冷媒の蒸発温度を蒸発器の前後左右全域において略均一化し、高性能化することができる。また、蒸発器により冷却される空気の温度分布を均一化し、温度斑のない空調を実現することができる。
また、冷媒が複数本の熱交換チューブ３に対し、ヘッダ２Ａ，２Ｂで複数回ターンされて流通されるマルチフロー方式とされているため、冷媒の低圧損化を実現し、熱交換性能を向上させることができる。

また、図７に示される冷媒流通パターンは、上記例の変形例であり、図７中に示される空気流Ａに対して、熱交換器１のコア部を前後左右の３つのゾーン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに区分し、冷媒をヘッダ２Ａ，２Ｂにより下向きおよび上向きに３回ターンさせ、３つのゾーン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを順次流通させるようにしたものである。
上記パターンで冷媒を流通させるため、この実施形態では、冷媒入口５を下部側ヘッダ２Ｂの流通路７Ｂに連通接続させている。また、ヘッダ２Ａ側の流通路７Ｃおよびヘッダ２Ｂ側の流通路７Ｂに、それぞれ仕切り板１１Ａ，１１Ｂを設けている。さらに、ヘッダ２Ａ側の流通路７Ｂ，７Ｃの端部同士およびヘッダ２Ｂ側の流通路７Ｂ，７Ｃの端部同士を、それぞれ連通路１２，１３を設けることにより連通させている。

上記の構成とすることにより、冷媒入口５からヘッダ２Ｂに流入された冷媒は、ヘッダ２Ｂによりゾーン２０Ａの複数本の熱交換チューブ３に分配され、各熱交換チューブ３内をヘッダ２Ａに向けて上昇し、ヘッダ２Ａ内で合流される。ヘッダ２Ａ内で合流された冷媒は、流通路７Ｂ、連通路１２および流通路７Ｃをゾーン２０Ｂ側へと流通された後、ゾーン２０Ｂにおいて、空気流Ａ方向に前後２列に設されている複数本の熱交換チューブ３内をそれぞれ流下する。これらの冷媒は、ヘッダ２Ｂ側の流通路７Ｂ、連通路１３および流通路７Ｃを経て合流された後、流通路７Ｃをゾーン２０Ｃ側へと流通される。ヘッダ２Ｂの流通路７Ｃからゾーン２０Ｃの複数本の熱交換チューブ３に分配された冷媒は、その熱交換チューブ３内を上昇し、ヘッダ２Ａ側で合流された後、冷媒出口６から外部へと流出される。

以上の冷媒流通パターンによっても、冷媒のターン回数は、図６に示されたものに比べ１回少なくなるものの、図６のものと略同等の効果を得ることができる。
なお、冷媒の流通パターンについて、異なる２つの例を図６および図７に基づいて説明したが、これに限られるものではなく、多様な変形パターンが考えられる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図８および図９を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第３実施形態に対して、ヘッダ部７に設ける連通孔１７Ｄおよび２７Ｄの構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
連通孔１７Ｄおよび２７Ｄは、ヘッダ２Ａ，２Ｂ内を流通する冷媒を複数本の熱交換チューブ３に分配するためのものであり、この連通孔１７Ｄおよび２７Ｄには、気液二相流の冷媒を複数本の熱交換チューブ３に対して均一に分配できる機能が求められる。

図８に示す形態は、例えば、図６中のVIII位置のように、ヘッダ２Ａ側から複数本の熱交換チューブ３に対して、鉛直下向きに冷媒を分配する位置に適用されるものである。この位置では、冷媒流通路７Ｂ，７Ｃを流通する冷媒は、重力の影響により、流通方向手前側の連通孔１７Ｄから順々に流入していく傾向にある。
そこで、連通孔１７Ｄを、その大きさが流通方向手前側から奥側に向って漸次拡大されるように設けている。
このように、ヘッダ部７から複数本の熱交換チューブ３に下向きに冷媒が分配される分配域では、重力の影響に逆らうように、連通孔１７Ｄの大きさを、冷媒の流通方向手前側から奥側に向って漸次拡大させて設けることにより、冷媒を複数本の熱交換チューブに対して略均一に分配させることができる。従って、複数本の熱交換チューブ３に対する冷媒の偏った流れを是正し、冷媒の流れ分布をより均一化することにより、熱交換効率を一層向上させることができる。

また、図９に示す形態は、例えば、図６中のIX位置のように、ヘッダ２Ａから複数本の熱交換チューブ３に対して、鉛直上向きに冷媒を分配する位置に適用されるものである。この位置では、冷媒流通路７Ｂ，７Ｃを流通する冷媒は、重力の影響により、流通方向奥側の連通孔２７Ｄから順々に流入していく傾向にある。
そこで、連通孔１７Ｄを、その大きさが流通方向手前側から奥側に向って漸次縮小されるように設けている。
このように、ヘッダ部７から複数本の熱交換チューブ３に上向きに冷媒か分配される分配域では、重力の影響に逆らうように、連通孔２７Ｄの大きさを、冷媒の流通方向手前側から奥側に向って漸次縮小させて設けることにより、冷媒を複数本の熱交換チューブに対して略均一に分配させることができる。従って、複数本の熱交換チューブ３に対する冷媒の偏った流れを是正し、冷媒の流れ分布をより均一化することにより、熱交換効率を一層向上させることができる。

さらに、図８および図９に示した実施形態において、図６中のVIII位置で鉛直下向きに分配され、複数本の熱交換チューブ３内を流下された冷媒、あるいは図６中のIX位置で鉛直上向きに分配され、複数本の熱交換チューブ３内を上昇された冷媒が、それぞれ合流されるヘッダ部７の合流域（例えば、図６中のＸ位置）に設けられる連通孔１７Ｄおよび２７Ｄを、対応する分配域側に設けられる連通孔１７Ｄおよび２７Ｄと同じ大きさとすることが望ましい。
このように、複数本の熱交換チューブ３を流通した冷媒が合流されるヘッダ部７の合流域側に設けられる連通孔１７Ｄおよび２７Ｄの大きさを、対応する分配域側の連通孔１７Ｄおよび２７Ｄと同じ大きさとすることにより、重力の影響にかかわらず、冷媒を複数本の熱交換チューブ３に対してより均一に分配することができる。従って、各熱交換チューブ３に対する冷媒の流れ分布をさらに均一化することができ、熱交換効率を一段と向上させることができる。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第４実施形態に対して、複数本の熱交換チューブ３が水平方向に１列だけ配設されている点が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、一対のヘッダ２Ａ，２Ｂが鉛直方向に配置され、このヘッダ２Ａ，２Ｂ間に、複数本の熱交換チューブ３が所定ピッチで水平方向に１列だけ配設された構成とされている。また、ヘッダ２Ａには、冷媒の入口５と出口６とが設けられている。この場合、ヘッダ２Ａ，２Ｂのヘッダ部７およびチューブ接続部８に設けられる冷媒流通路７Ｂおよび仕切り空間８Ｃは、１列だけ設けられることとなる。また、ヘッダ２Ａ側の冷媒流通路７Ｂには、少なくとも１以上の仕切り板（図示省略）が設けられる。

上記の構成は、放熱器（ガスクーラ）として好適であり、冷媒入口５からヘッダ２Ａに流入されたガス冷媒は、ヘッダ２Ａにより冷媒流通路７Ｂの仕切り板より上方部に配設されている複数本の熱交換チューブ３に連通孔７Ｄを介して分配され、熱交換チューブ３内をヘッダ２Ｂに向って流通される。この間に、ガス冷媒は、アウタフィン４間を流通される空気に放熱することにより冷却される。ヘッダ２Ｂに達した冷媒ガスは、ヘッダ２Ｂ側の冷媒流通路７Ｂ内を下方に流通し、ヘッダ２Ｂ内でターンされ、下方部に配設されている複数本の熱交換チューブ３に連通孔７Ｄを介して分配される。この冷媒は、再び複数本の熱交換チューブ３内をヘッダ２Ａに向って流通され、さらに冷却されてヘッダ２Ａ内で合流された後、冷媒出口６を経て外部へと流出される。

以上のように、本実施形態に係る熱交換器は、ＣＯ２サイクルの放熱器として好適に適用することができる。
なお、本実施形態においては、冷媒のターン回数が１回の例について説明したが、ヘッダ２Ａ，２Ｂに適宜数の仕切り板を設けることにより、ターン回数を２回以上としてもよく、あるいはターンなしの１パスとしてもよい。

なお、上記各実施形態において、上下または左右に配置された一対のヘッダ２Ａ，２Ｂは、それぞれヘッダ部７の流通路に交差する方向の断面で見て、ヘッダ部７とチューブ接続部８との２部品より構成されるものであり、このような構成のヘッダ２Ａ，２Ｂを１個の熱交換器の上下または左右に各々１個ずつ配置した例について説明したが、一側に配置されるヘッダは、必ずしも１個である必要はなく、上記構成のヘッダを複数併設して用いてもよいことはもちろんである。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器の外観斜視図である。 図１に示す熱交換器におけるII矢視方向の部分縦断面図である。 図１に示す熱交換器におけるIII矢視方向の部分縦断面図である。 図１に示す熱交換器におけるヘッダ部の連通孔穿設面側の部分斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器におけるヘッダ部の部分縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る熱交換器における冷媒流通パターンの一例を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る熱交換器における冷媒流通パターンの変形例を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る熱交換器におけるヘッダ部の冷媒下向き分配域の連通孔構成を示す部分斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る熱交換器におけるヘッダ部の冷媒上向き分配域の連通孔構成を示す部分斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る熱交換器の外観斜視図である。

符号の説明

１ 熱交換器
２Ａ，２Ｂ ヘッダ
３ 熱交換チューブ
４ アウタフィン
７ ヘッダ部
７Ｂ，７Ｃ 流通路
７Ｄ，１７Ｄ，２７Ｄ 連通孔
８ チューブ接続部
８Ａ，８Ｂ 山形部
８Ｃ，８Ｄ 仕切り空間
８Ｆ 仮止め部
Ｈ 山形部の張り出し高さ

Claims (8)

1. 内部を流体が流通する複数本の積層配設される熱交換チューブと、
   前記複数本の熱交換チューブ間に設けられるアウタフィンと、
   前記複数本の熱交換チューブの端部と連通接続され、内部に前記流体が流通する流通路が設けられるヘッダと、を備えた熱交換器において、
   前記ヘッダは、前記流通路が設けられるヘッダ部と、前記複数本の熱交換チューブの端部が接続される複数の仕切り空間が設けられるチューブ接続部との２部品が接合されて構成され、
   前記ヘッダ部には、前記流通路と前記各仕切り空間との間を各々連通する複数の連通孔が設けられることを特徴とする熱交換器。
2. 前記チューブ接続部には、前記熱交換チューブの積層方向に沿って所定ピッチで多数の山形部が成形され、
   該山形部により前記仕切り空間が所定ピッチに設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記山形部は、その張り出し高さが、２〜５ｍｍとされることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記ヘッダ部または前記チューブ接続部のいずれか一方には、両者をかしめにより仮止めする仮止め部が設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記ヘッダ部から前記複数本の熱交換チューブに下向きに前記流体が分配される分配域に設けられる前記連通孔は、その大きさが前記流通路を流通する前記流体の流通方向手前側から奥側に向って漸次拡大されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記ヘッダから前記複数本の熱交換チューブに上向きに前記流体が分配される分配域に設けられる前記連通孔は、その大きさが前記流通路を流通する前記流体の流通方向手前側から奥側に向って漸次縮小されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記複数本の熱交換チューブを流通した前記流体が合流される前記ヘッダ部の合流域に設けられる前記連通孔は、対応する分配域側の連通孔と同じ大きさとされていることを特徴とする請求項５または６に記載の熱交換器。
8. 前記ヘッダ部には、前記流通路が所定間隔で複数列設けられ、
   前記チューブ接続部には、前記複数列の流通路に対応して前記仕切り空間が所定間隔で複数列設けられ、
   前記複数列の仕切り空間に対して、前記熱交換チューブがその外側を流通する外部流体の流れ方向に沿って複数列設けられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の熱交換器。
   
   

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