JP2008151396A - 熱交換器及び蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の冷媒のそれぞれの冷媒流量に応じた総流路断面積を得ることができる熱交換器を提供すること。
【解決手段】一対のタンク５０Ａ，５０Ｂにそれぞれ設けられ、これら一対のタンク５０Ａ，５０Ｂのそれぞれと複数の熱交換チューブ６０との間に介在しており、複数の熱交換チューブ６０のそれぞれを複数の冷媒流路１００Ｈ，１００Ｌのいずれかに選択的に連通させる複数の連通孔９０（９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ）が形成されている中間プレート５３Ａ，５３Ｂを備える。複数の連通孔９０（９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ）は、複数種類の冷媒ＲＨ，ＲＬがそれぞれ流通する熱交換チューブ６０の総流路断面積比が、複数種類の冷媒ＲＨ，ＲＬの冷媒流量比と対応するように複数の熱交換チューブ６０のそれぞれを複数の冷媒流路１００Ｈ，１００Ｌのいずれかに選択的に連通させるように中間プレート５３Ａ，５３Ｂに形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒流量が異なる複数種の冷媒を、外部空気と熱交換させるための熱交換器及びこの熱交換器を備える蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。

この種の熱交換器として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。これは、エジェクタを備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルに備えられる熱交換器（蒸発器）であり、エジェクタを流出した冷媒（高圧側冷媒）を外部空気と熱交換する第１蒸発器と、第１蒸発器を流出し、気液分離器で分離された液冷媒を外部空気と熱交換する第２蒸発器を備えている。
特開２００４−１２０９７号公報

上記従来装置では、２種類の冷媒を熱交換するためにそれぞれ蒸発器が必要となることから、装置構成が複雑化するという欠点がある。そこで、装置構成の簡略化を図るために、上記２種類の冷媒を一括して熱交換することができる熱交換器の構成が考えられている。

また、各冷媒の冷媒流量についは、それぞれ異なることもあるから、各冷媒の冷媒流量に応じた熱交換面積を確保できる構成について検討することも必要である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数種類の冷媒のそれぞれの冷媒流量に応じて各冷媒の総流路断面積を得ることができる熱交換器及びこの熱交換器を備える蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、互いに冷媒流量が異なる複数種類の冷媒を一括して外部流体と熱交換させるための熱交換器であって、前記複数種類の冷媒のそれぞれに対応して互いに併設された複数の冷媒流路を有する一対のタンクと、前記一対のタンク間に前記冷媒流路の延伸方向に沿って並べて配置され、前記一対のタンク間で前記複数種類の冷媒を流通させることで、前記複数種類の冷媒を前記外部流体と熱交換させる複数の熱交換チューブと、前記一対のタンクにそれぞれ設けられ、前記一対のタンクのそれぞれと前記複数の熱交換チューブとの間に介在しており、前記複数の熱交換チューブのそれぞれを前記複数の冷媒流路のいずれかに選択的に連通させる複数の連通孔が形成されている中間プレートとを備え、前記複数の連通孔は、前記複数種類の冷媒がそれぞれ流通する熱交換チューブの総流路断面積比が、前記複数種類の冷媒の冷媒流量比と対応するように前記複数の熱交換チューブのそれぞれを前記複数の冷媒流路のいずれかに選択的に連通させるように前記中間プレートに形成されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、中間プレートに形成された複数の連通孔により、各冷媒の冷媒流量に応じて各熱交換チューブを複数の冷媒流路のいずれかに選択的に連通させることで、複数種類の冷媒の冷媒流量に応じた流路断面積とすることができる。このため、各冷媒の冷媒流量に応じた総流路断面積として、各冷媒の圧力損失を低減することができる。

また、中間プレートに形成された連通孔により各冷媒流路と熱交換チューブとを連通する構成であるため、連通孔の形成位置やその大きさを変更するだけで各冷媒の総流路断面積を変更できる。従って、各冷媒の冷媒流量に対応して複数の熱交換器を用意する場合には、中間プレートに形成される連通孔の形成位置あるいはその大きさを変更すればよいため、冷媒流量のバリエーションに容易に対応することができる。

請求項２の発明では、前記複数の熱交換チューブは、さらに前記複数の冷媒流路の併設方向に複数並べて配置されており、前記複数の連通孔のうち、前記併設方向に隣接している前記複数の熱交換チューブを前記複数の冷媒流路のいずれかに共通に連通させるものは、大径連通孔として形成されていることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、熱交換チューブと冷媒流路との間を流通する冷媒に対する流通抵抗が低減されるため、圧力損失を一層低減することができる。

請求項３の発明では、前記中間プレートは複数枚を積層状態で配置して構成されており、
前記中間プレートのうち前記熱交換チューブ側に配されたものには、前記大径連通孔が形成されており、前記中間プレートのうち前記複数の冷媒流路側に配されたものには、前記大径連通孔と前記複数の冷媒流路のいずれかと連通させる中継連通孔が形成されていることを特徴としている。

冷媒流路の併設方向において、熱交換チューブが連通されるべき冷媒流路から離れた位置にあるときには、連通孔を形成したとしても熱交換チューブと連通されるべき冷媒流路とを連通することができないことがある。このような場合には、大径連通孔及び中継連通孔を介して熱交換チューブと連通されるべき冷媒流路とを連通することで熱交換チューブと冷媒流路との位置関係に拘わらず熱交換チューブを所定の冷媒流路に連通させることができる。

請求項４の発明では、前記複数の熱交換チューブは、開口面積が異なる複数種類を備えていることを特徴としている。

請求項４の発明によれば、熱交換チューブの開口面積によっても、各冷媒が熱交換チューブを流れる際の流路断面積を変更することができるため、各冷媒の冷媒流量のバリエーションに対応し易くなる。

請求項５の発明では、前記複数の連通孔は、前記熱交換チューブのうち同種のものを前記複数の冷媒通路のうち共通の冷媒通路に連通させるように形成されていることを特徴としている。

請求項５の発明は、実質的に熱交換チューブの内径のみによって各冷媒の流路断面積比を変更する構成である。このようにしても各冷媒の流路断面積を種々変更することができる。

請求項６の発明では、前記複数の熱交換チューブのうち、前記併設方向に並んでいる熱交換チューブは、一体形成された熱交換チューブを、前記併設方向に区画して構成されていることを特徴としている。

請求項６の発明によれば、部品点数及び組み付け工数を低減することができる。

請求項７の発明では、前記複数の冷媒流路のそれぞれの流路断面積は、前記複数の冷媒流路を流通する複数種類の冷媒の冷媒流量に応じて設定されていることを特徴としている。

請求項７の発明によれば、各冷媒流路の流路断面積を各冷媒流路を流通する冷媒の冷媒流量に応じた流路断面積としているから、各冷媒流路内における冷媒の圧力損失をも効果的に低減することができる。

請求項８の発明では、請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱交換器を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルであって、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を流出した冷媒を外部流体と熱交換する放熱器と、前記放熱器を流出した冷媒のうち一方側に分岐した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル部、前記ノズル部から噴射する冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口、および前記ノズル部から噴射する冷媒と前記冷媒吸引口から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部を有するエジェクタとを備え、
前記熱交換器は、前記放熱器を流出した冷媒のうち他方側に分岐した冷媒（低圧側冷媒）、及び前記昇圧部を流出した冷媒（高圧側冷媒）を一括して熱交換するものであり、前記複数の連通孔は、前記昇圧部を流出した冷媒（高圧側冷媒）と前記冷媒吸引口に吸引される冷媒（低圧側冷媒）とのそれぞれが流通する熱交換チューブの総流路断面積比が、前記高圧側冷媒の冷媒流量と前記低圧側冷媒の冷媒流量との比率に対応するように、前記複数の熱交換チューブのそれぞれを前記複数の冷媒流路のいずれかに選択的に連通させるように前記中間プレートに形成されていることを特徴としている。

請求項８の構成は、本発明の熱交換器を冷媒を蒸発させるための蒸発器として備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルである。通常、高圧側冷媒と低圧側冷媒とではその冷媒流量が異なっているため、本発明の熱交換器を用いれば、各冷媒の冷媒流量に対応した流路断面積を適切に確保することができる。

請求項９の発明では、前記外部流体は、前記併設方向に沿って流動することで、前記複数の熱交換チューブを流通する複数種類の冷媒と熱交換されるようになっており、前記複数の連通孔は、前記外部流体の流れ方向上流側に配された熱交換チューブに前記高圧冷媒を流通させるように前記中間プレートに形成されていることを特徴としている。

このようにすれば、外部流体は、高圧側冷媒と熱交換され、この高圧側冷媒と熱交換された後に低圧側冷媒と熱交換されることとなる。従って、外部流体は段階的に冷却されることとなり、外部流体が過剰に冷却されることによる熱交換チューブへの着霜を効果的に抑止できる。

＜第１の実施形態＞
本発明の実施形態について図１ないし図６を参照して説明する。本実施形態は、冷媒流量が異なる２種類の冷媒を一括して熱交換させる蒸発器４（熱交換器）を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。図１に示すように、本実施形態の蒸気圧縮式冷凍サイクルは、圧縮機１、放熱器２、エジェクタ３、及び蒸発器４を備えて構成されている。

圧縮機１は、冷媒を圧縮し、吐出する。放熱器２は、圧縮機１から吐出された冷媒を外部空気ＡＩＲ（外部流体）と熱交換させることで凝縮させる。放熱器２を流出した冷媒は２系統に分岐しており、一方側に分岐した冷媒がエジェクタ３内に流入し、他方側に分岐した冷媒が絞り弁５を介して蒸発器４に流入するようになっている。

エジェクタ３は、冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引作用（巻き込み作用）によって冷媒の循環を行なう冷媒循環手段でもある。

このエジェクタ３には、放熱器２を流出した冷媒のうち一方側に分岐した冷媒を内部に流入させて、当該冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部３１と、ノズル部３２の冷媒噴出口と同一空間に配置され、蒸発器４を流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口３３が備えられている。

そして、ノズル部３１から噴射された高速冷媒流と、冷媒吸引口３２から吸引された吸引冷媒とを混合する混合部３３が設けられている。さらに、混合部３３の冷媒流れ下流側にディフューザ部３４が配置されている。このディフューザ部３４は冷媒の通路面積を徐々に大きくする形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。

蒸発器４（熱交換器）は、放熱器２を流出した冷媒のうち、他方側に分岐した冷媒（低圧側冷媒ＲＬ）を外部空気ＡＩＲと熱交換させると共に、エジェクタ３のディフューザ部３４を流出した冷媒（高圧側冷媒ＲＨ）をも外部空気ＡＩＲと熱交換させるものである。この蒸発器４に流入する高圧側冷媒ＲＨは、熱交換後に圧縮機１に吸引される。一方、低圧側冷媒ＲＬは、熱交換後にエジェクタ３の冷媒吸引口３２からその内部に吸引される。

図２に示すように、蒸発器４は、左右方向に延びる上下一対のタンク５０Ａ、５０Ｂと、この一対のタンク５０Ａ，５０Ｂ間に直立姿勢で配置される複数本の熱交換チューブ６０とで構成されている。

熱交換チューブ６０は、左右方向（冷媒流路の延伸方向）に複数本が並べて配置されているとともに、このチューブ列が前後方向（冷媒流路の併設方向）に２つ形成されている。各熱交換チューブ６０は、前後に扁平形状をなす扁平チューブにより構成されており、すべてのものが同一形状とされている。これら熱交換チューブ６０の上下端部は、それぞれのタンク５０Ａ，５０Ｂの内部に進入している。

隣接する熱交換チューブ６０は互いに所定の隙間を隔てて配置されており、このうち左右に隣接する熱交換チューブ６０の隙間には、波型形状の熱交換フィン８０が配置されている。この熱交換フィン８０は、熱交換チューブ６０を流通する冷媒と外部空気との熱交換面積を確保するためのものであり、この熱交換フィン８０の隙間を流れる外部空気と熱交換チューブ６０を流通する冷媒との間で熱交換される際の熱交換量が確保されるようになっている。

一対のタンク５０Ａ，５０Ｂのうち、左右端にはサイドプレート７０が設けられており、複数本の熱交換チューブ６０を左右両側から保持している。

一対のタンク５０Ａ，５０Ｂは、各冷媒ＲＨ，ＲＬを熱交換チューブ６０に出入りさせるためのものであり、上側のものがヘッダタンク５０Ａで、下側のものがボトムタンク５０Ｂである。両タンク５０Ａ，５０Ｂの内部構成は、互いに上下対称形状とされている。

ヘッダタンク５０Ａの内部構成を図３に示す。ヘッダタンク５０Ａは、上下に分割されるロアハウジング５１とアッパーハウジング５２とを備え、これらハウジング５１，５２内に中間プレート５３が配置されて構成されている。

ロアハウジング５１は、細長板形状に形成されているとともに、複数の挿通孔５１Ａが形成されている。これら複数の挿通孔５１Ａのそれぞれは、前後方向に扁平な形状とされており、熱交換チューブ６０の断面形状と略同一形状とされている。そして、各熱交換チューブ６０の上端がこれら挿通孔５１Ａに挿通されている。各挿通孔５１Ａは、前後左右方向において熱交換チューブ６０の配列と同様の配列とされている。

ロアハウジング５１の前後側縁には、アッパーハウジング５２を加締め付けるための突出部５１Ｂが形成されている。この突出部５１Ｂの突出寸法は、中間プレート５３の厚さ寸法とアッパーハウジング５２の厚さ寸法との合算寸法よりも大となるように設定されている。

アッパーハウジング５２は、左右方向に長い板形状に形成されており、２つの膨出部５２Ａ，５２Ｂを有している。２つの膨出部５２Ａ，５２Ｂは、それぞれ左右方向の略全域に亘ってアーチ状に上方膨出されており、前後に並列状態で形成されている。前側の膨出部５２Ａ（前側膨出部５２Ａ）は、前後方向において、前後に並ぶ熱交換チューブ６０のうち前側の熱交換チューブ６０と対応する位置に形成されている。後側の膨出部５２Ｂ（後側膨出部５２Ｂ）は、後側に形成された熱交換チューブ６０と対応する位置に形成されている。また、前側にある膨出部５２Ａは、後側にある膨出部５２Ｂよりも膨出量が大きくされている。

このアッパーハウジング５２は、ロアハウジング５１とともに、中間プレート５３を狭持しており、各膨出部５２Ａ，５２Ｂの内側には、左右方向に延びる空間が形成されることとなる。このうち、前側膨出部５２Ａの内部に形成される空間は、高圧側冷媒ＲＨが流通する高圧側流路１００Ｈとして機能し、後側膨出部５２Ｂの内部に形成される空間は、低圧側冷媒ＲＬが流通する低圧側冷媒１００Ｌとして機能する。

中間プレート５３は、上下２枚に積層状態で配置された下側中間プレート５３Ａ及び上側中間プレート５３Ｂにより構成されており、ともに左右方向に長い板形状に形成されている。各中間プレート５３Ａ，５３Ｂには、それぞれ複数の連通孔９０が形成されている。

下側中間プレート５３Ａに形成されている複数の連通孔９０は、それぞれが左右方向に並べて配置されており、それぞれの連通孔９０の形成間隔は、各熱交換チューブ６０の配置間隔と一致している。左右方向に並べられた連通孔９０は、２種類あり、その２種類のものが交互配置されている。１つは、前後に並ぶ熱交換チューブ６０のうちいずれかの熱交換チューブ６０に対してのみ開口する小径連通孔９０Ａであり、もう１つは、前後に並ぶ熱交換チューブ６０の双方に対して開口する大径連通孔９０Ｂである。また、小径連通孔９０Ａについては、前後に２つ形成され、前後の熱交換チューブ６０に対してそれぞれ開口している。

小径連通孔９０Ａは、熱交換チューブ６０の開口形状と略同一あるいはわずかに大となるように形成されている。一方、大径連通孔９０Ｂは、前後の熱交換チューブ６０を包括するように形成されている。

上側中間プレート５３Ｂに形成されている連通孔９０についても、左右方向に並べて配置されており、その隣接するものの形成間隔は、熱交換チューブ６０の配置間隔と同一とされている。上側中間プレート５３Ｂに配置されている各連通孔９０は、下側中間プレート５３Ａに形成されている連通孔が小径連通孔９０Ａである場合には、これら小径連通孔９０Ａのそれぞれに対応して２つの小径連通孔９０Ａが前後に２つ形成され、前側の小径連通孔９０Ａが高圧側流路１００Ｈに連通しているとともに、後側の小径連通孔９０Ａが低圧側流路１００Ｌに連通している（図４参照）。また、下側中間プレート５３Ａに形成されている連通孔が大径連通孔９０Ｂである場合には、前側位置に小径連通孔９０Ｃ（中継連通孔９０Ｃ）が形成されて、高圧側流路１００Ｈにのみ連通している（図５参照）。

また、各流路１００Ｈ，１００Ｌには、それぞれの流路１００Ｈ，１００Ｌを閉じるセパレータ（図示せず）が配置されており、各流路１００Ｈ，１００Ｌを流通する冷媒が熱交換チューブ６０を介して他方のタンクに流通させるようになっている。

また、ボトムタンク５０Ｂの構成については、ヘッダタンク５０Ａの構成に対して上下方向に対称形状とされており、その説明は省略する。

従って、複数の熱交換チューブ６０のうち、前側に配された熱交換チューブ６０の全て及び、後側に配置された熱交換チューブ６０の半数は、下側中間プレート５３Ａに形成された大径連通孔９０Ｂ及び上側中間プレート５３Ｂに形成された中継連通孔９０Ｃによって各タンク５０Ａ，５０Ｂの高圧側流路１００Ｈと連通している。また、後側に配された熱交換チューブ６０の残り半数が各中間プレート５３Ａ，５３Ｂのうち後側に形成された小径連通孔９０Ａによって各タンク５０Ａ，５０Ｂの低圧側流路１００Ｌに連通している。

つまり、高圧側冷媒ＲＨが流通する熱交換チューブ６０の総断面積（高圧側冷媒ＲＨが流通する熱交換チューブ６０の総流路断面積）と、低圧側冷媒ＲＬが流通する熱交換チューブ６０の総断面積（低圧側冷媒ＲＬが流通する熱交換チューブ６０の総流路断面積）との流路断面積比は、３：１となり、高圧側冷媒ＲＨの総流路断面積が、低圧側冷媒ＲＬの総流路断面積よりも相対的に大となっている。また、この流路断面積比は、本実施形態では各冷媒ＲＨ，ＲＬの冷媒流量の比率に対応したものである。

本実施形態の構成は以上であり、続いてその作用について説明する。図６に示すように、エジェクタ３を流出した高圧側冷媒ＲＨはヘッダタンク５０Ａ内の左端から高圧側流路１００Ｈに流入する。また、放熱器２を流出した冷媒のうち他方側に分岐流出して絞り弁５を通過した低圧側冷媒ＲＬもヘッダタンク５０Ａ内の一端から低圧側冷媒１００Ｌに流入する。ヘッダタンク５０Ａ内に流入した高圧側冷媒ＲＨ及び低圧側冷媒ＲＬは、各中間プレート５３Ａ，５３Ｂに形成された連通孔９０を介してヘッダタンク５０Ａ内のセパレータよりも手前側にある各熱交換チューブ６０へそれぞれ各冷媒が流入する。

高圧側冷媒ＲＨは、上側中間プレート５３Ａ，５３Ｂに形成された連通孔９０のうち、高圧側流路１００Ｈに連通している中継連通孔９０Ｃ及び下側中間プレート５３に形成された大径連通孔９０Ｂを通ってこの大径連通孔９０Ｂに連通している各熱交換チューブ６０へと流入する。また、低圧側冷媒ＲＬは、上側中間プレート５３Ｂに形成された連通孔９０のうち、低圧側流路１００Ｌに連通された小径連通孔９０Ａ、及び下側中間プレートに形成された小径連通孔９０Ａを通ってこの小径連通孔９０Ａに連通している熱交換チューブ６０へと流入する。

熱交換チューブ６０を流下した各冷媒ＲＨ，ＲＬは、ボトムタンク５０Ｂ内の中間プレート５３Ａ，５３Ｂに形成された連通孔９０を介してボトムタンク５０Ｂ内の各冷媒流路１００Ｈ，１００Ｌに流入する。即ち、高圧側冷媒ＲＨは、大径連通孔９０Ｂ及び中継連通孔９０Ｃを介してボトムタンク５０Ｂ内の高圧側流路１００Ｈに流入し、低圧側冷媒ＲＬは小径連通孔９０Ａを介してボトムタンク５０Ｂの低圧側流路１００Ｌに流入する。

そして、ボトムタンク５０Ｂ内を流通する各冷媒ＲＨ，ＲＬは、中間プレート５３Ａ，５３Ｂに形成された各連通孔９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃを介してボトムタンク５０Ｂ内のセパレータよりも手前側にある各熱交換チューブ６０へ流入する。

このように、各冷媒ＲＨ，ＲＬは、熱交換チューブ６０を介してヘッダタンク５０Ａとボトムタンク５０Ｂとの間を往来しながらボトムタンク５０Ｂの右端側へ向けてジグザグ状に流通し、ボトムタンク５０Ｂの右端から外部へ流出する。

各冷媒ＲＨ，ＲＬが、熱交換チューブ６０を流通するときには、熱交換フィン８０の隙間を前側から後側へ通過する外部空気ＡＩＲと熱交換される。熱交換の際には、各冷媒ＲＨ，ＲＬは外部空気ＡＩＲから熱を奪うことにより蒸発し、外部空気ＡＩＲは各冷媒に熱を奪われることにより冷却される。ここで、前側の熱交換チューブ６０には高圧側冷媒ＲＨが流通し、後側の熱交換チューブ６０に低圧側冷媒ＲＬを流通させるようにしているため、外部空気ＡＩＲは高圧側冷媒ＲＨと熱交換された後に、低圧側冷媒ＲＬと熱交換されることとなる。従って、外部空気ＡＩＲは段階的に冷却される。 このように、本実施形態によれば、中間プレート５３Ａ，５３Ｂに形成された複数の連通孔９０により、各冷媒ＲＨ，ＲＬの冷媒流量に応じて各熱交換チューブ６０を複数の冷媒流路１００Ｈ，１００Ｌのいずれかに選択的に連通させることで、各冷媒ＲＨ，ＲＬの冷媒流量に応じた流路断面積とすることができるため、各冷媒ＲＨ，ＲＬの圧力損失を低減することができる。

また、中間プレート５３Ａ，５３Ｂに形成された連通孔９０により各流路１００Ｈ，１００Ｌと熱交換チューブ６０とを連通する構成であるため、連通孔９０の形成位置やその大きさを変更するだけで各冷媒ＲＨ，ＲＬの総流路断面積を変更できる。

２枚の中間プレート５３Ａ，５３Ｂに形成された連通孔９０Ｂ，９０Ｃにより後側の熱交換チューブ６０を前側の高圧側流路１００Ｈに連通させる構成としているため、熱交換チューブ６０の配置位置に拘わらず熱交換チューブ６０を高圧側流路１００Ｈに連通させることができる。

また、高圧側流路１００Ｈが低圧側流路１００Ｌよりも相対的に大とされているため、冷媒流量の多い高圧側冷媒ＲＨが円滑に流通させることができ、その圧力損失を低減することができる。また、高圧側冷媒ＲＨの冷媒流量よりも少ない低圧側冷媒ＲＬについては、その流通性を適切に確保することができる。

また、外部空気ＡＩＲを高圧側冷媒ＲＨと熱交換させた後に、低圧側冷媒ＲＬと熱交換されるようにして外部空気ＡＩＲを段階的に冷却するようにしているから、外部空気ＡＩＲが急激に冷却されることに起因する霜の発生を抑止することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明に係る第２の実施形態について図７または図８を参照して説明する。本実施形態では、前後に並ぶ熱交換チューブ６０を一体的に形成して構成したものである。具体的には、一本の熱交換チューブ６１のうち、前後の挿通孔５１Ａに挟まれた領域に切り欠き部６１Ａを形成することで前後方向に複数のチューブ領域に区画している。そして、この熱交換チューブ６１を各小径連通孔５１Ａに通す構成である。

このようにすれば、熱交換チューブ６１の本数を減らすことができるため、蒸発器４の部品点数及び組み付け工数を低減することができる。

＜第３の実施形態＞
本発明に係る第２の実施形態について図９ないし図１１を参照して説明する。本実施形態では、前後に３つの熱交換チューブ６０を配置しているとともに、これら３つの熱交換チューブ６０を１枚の中間プレート１１０で高圧側流路１００Ｈまたは低圧側流路１００Ｌに連通させた構成である。

前後に並ぶ３つの熱交換チューブ６０のうち、最前の熱交換チューブ６０Ｐは、高圧側流路１００Ｈの略真下に位置しており、最後の熱交換チューブ６０Ｒは、低圧側流路１００Ｌの略真下に位置している。また、中央の熱交換チューブ６０Ｑは高圧側流路１００Ｈと低圧側流路１００Ｌとの中間に位置している。

ヘッダタンク５０Ａ及びボトムタンク５０Ｂのロアハウジング５１には、各熱交換チューブ６０を通すための挿通孔５１Ａが形成されている。これらの挿通孔５１Ａは、前後に３つ並べて形成されており、その形成間隔は熱交換チューブ６０の配置間隔と略同一である。

さらに、中間プレート１１０には、前後２つの連通孔９１（９１Ａ，９１Ｂ）が左右方向に並べて配置されている。前後に並ぶ２つの連通孔９１Ａ，９１Ｂは、小径連通孔９１Ａと大径連通孔９１Ｂとの２種類が１対で形成されている。

ここで、左右方向についてみると、本実施形態では、中間プレート１１０の前側に形成されている小径連通孔９１Ａと大径連通孔９１Ｂとの割合は２：１である。具体的には、左右に連続する２つの大径連通孔９１Ｂの間に小径連通孔９１Ａが挟まれた形態となっている。

大径連通孔９１Ｂが中間プレートの前側位置に、小径連通孔９１Ａが後側位置に形成されているときには、最前及び最後の熱交換チューブ６０Ｐ，６０Ｑと高圧側流路１００Ｈとが連通されているとともに、最後の熱交換チューブ６０Ｒと低圧側流路１００Ｌとが連通されている（図１０参照）。

また、小径連通孔９１Ａが中間プレート１１０のうち前側位置に、大径連通孔９１Ｂが後側位置に形成されているときには、最前の熱交換チューブ６０Ｐと高圧側流路１００Ｈとが連通されるとともに、中央及び最後の熱交換チューブ６０Ｑ，６０Ｒと低圧側流路１００Ｌとが連通されている（図１１参照）。

従って、左右３列に含まれる９本の熱交換チューブ６０についてみると、これらのうち５本が高圧側流路ＲＨに連通しており、４本が低圧側流路ＲＬに連通している。従って、本実施形態では、高圧側冷媒ＲＨが通る熱交換チューブ６０の総断面積と、低圧側冷媒ＲＬが通る熱交換チューブ６０の総断面積との比率は、５：４となる。

本実施形態によれば、中間プレート１１０を１枚で各熱交換チューブ６０を高圧側流路１００Ｈまたは低圧側流路１００Ｌに連通させることができるため、熱交換チューブ６０から各流路１００Ｈ，１００Ｌに出入りする冷媒ＲＨ，ＲＬに対する流通抵抗が低減されるため、圧力損失を一層低減することができる。また、中間プレート１１０を１枚で構成しているため、部品点数及び組み付け工数の低減を図ることができる。

＜第４の実施形態＞
本発明に係る第４の実施形態について図１２または図１３を参照して説明する。本実施形態では、前後に並ぶ熱交換チューブ６０Ｐ，６０Ｑ，６０Ｒを一体的に形成して構成したものである。具体的には、一本の熱交換チューブ６２のうち、前後に隣接する挿通孔５１Ａの間に挟まれた領域に切り欠き部６２Ａを形成することで前後方向に複数のチューブ領域に区画している。そして、この熱交換チューブ６２を各挿通孔５１Ａに通す構成である。

＜第５の実施形態＞
本発明に係る第５の実施形態について図１４または図１５を参照して説明する。本実施形態では、互いに開口面積が異なる２種類の熱交換チューブ１２０Ａ，１２０Ｂを用いた構成である。図示するように、前側には、相対的に開口面積が大とされている熱交換チューブ１２０Ａが配置されており、後側には、開口面積が相対的に小となる熱交換チューブ１２０Ｂが配置されている。具体的には、前側に配置されている熱交換チューブ１２０Ａの前後方向寸法が、後側に配置されている熱交換チューブ１２０Ｂの前後方向寸法よりも大とされていることで、開口面積が大きくされている。

ロアハウジング５１に形成された挿通孔５１Ｃ，５１Ｄは、通すべき熱交換チューブ１２０Ａ，１２０Ｂに対応した大きさとなっている。このため、前側に配置されている挿通孔５１Ｃが後側に配置されている挿通孔５１Ｄよりも前後方向に長い。

また、中間プレート１３０に形成されている連通孔９２（９２Ａ，９２Ｂ）は、各熱交換チューブ１２０Ａ，１２０Ｂに対応して形成されており、前側に形成されている連通孔９２Ａは、前側に配置されている熱交換チューブ１２０Ａと高圧側流路１００Ｈとを連通しており、後側に形成されている連通孔９２Ｂは、後側に配置されている熱交換チューブ１２０Ａと低圧側流路１００Ｌとを連通している。

従って、高圧側冷媒ＲＨは、前側に配置されている熱交換チューブ１２０Ａを流通し、低圧側冷媒ＲＬは、後側に配置されている熱交換チューブ１２０Ｂを流通することとなる。高圧側冷媒ＲＨの総流路断面積及び低圧側冷媒ＲＬの総流路断面積は、それぞれが流通する熱交換チューブ１２０Ａ，１２０Ｂの開口面積により規定される。高圧側冷媒ＲＨが流通する前側の熱交換チューブ１２０Ａの開口面積が、低圧側冷媒ＲＬが流通する後側の熱交換チューブ１２０Ｂの開口面積よりも大きいため、高圧側冷媒ＲＨの総流路断面積が低圧側冷媒ＲＬの総流路断面積よりも大となっている。

このように本実施形態では、高圧側冷媒ＲＨ及び低圧側冷媒ＲＬのそれぞれが流通する熱交換チューブ１２０Ａ，１２０Ｂの開口面積を変更することで、各冷媒ＲＨ，ＲＬの総流路断面積を変更することができる。

＜第６の実施形態＞
本発明に係る第６の実施形態について図１６または図１７を参照して説明する。本実施形態では、前後に並ぶ熱交換チューブ１２０Ａ，１２０Ｂを一体的に形成して構成したものである。具体的には、一本の熱交換チューブ１２０のうち、前後に隣接する挿通孔５１Ｃ，５１Ｄの間に挟まれた領域に切り欠き部１２０Ｃを形成することで前後方向に複数のチューブ領域に区画している。そして、この熱交換チューブ１２０を各挿通孔５１Ｃ，５１Ｄに通す構成である。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

上記実施形態では、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、高圧側冷媒ＲＨ及び低圧側冷媒ＲＬのそれぞれを一括して熱交換するために、本発明の熱交換器を適用した例を示したが、複数種類の冷媒を一括して熱交換する場合であれば、他の冷凍サイクルにも適用することができる。

また、上記実施形態では、外部空気ＡＩＲの流れ方向上流側である前側に配置された熱交換チューブ６０を高圧側流路１００Ｈに連通する構成としていたが、前側に配置された熱交換チューブ６０を低圧側流路１００Ｌに連通する構成としても良い。

また、上記実施形態では、高圧側冷媒ＲＨ及び低圧側冷媒ＲＬの２種類の冷媒を一括して熱交換するものであったが、これに限らず、３種類以上の冷媒を一括して熱交換するように構成しても良い。

また、上記実施形態では、前後に２本または３本の熱交換チューブ６０を並べて配置した構成を示したが、前後に４本以上の熱交換チューブ６０を並べて配置した構成としても良い。

上記実施形態では、２枚の中間プレート５３Ａ，５３Ｂで各流路１００Ｈ，１００Ｌに熱交換チューブ６０を選択的に連通させる構成を示したが、例えば、３枚以上の中間プレートを用いて各流路に熱交換チューブ６０を選択的に連通させるように構成しても良い。

また、上記実施形態では、相対的に開口面積が大きい熱交換チューブ１２０Ａに高圧側冷媒ＲＨを流通させるとともに、相対的に開口面積が小さい熱交換チューブ１２０Ｂに低圧側冷媒ＲＬを流通させるように構成していたが、それぞれの熱交換チューブ１２０Ａ，１２０Ｂに流通させる冷媒種は特に規定せず、連通孔９０Ａ，９０Ｂにより各流路１００Ｈ，１００Ｌに連通させる熱交換チューブ１２０Ａ，１２０Ｂを変更することで各冷媒の総流路断面積を変更するようにしても良い。

第１の実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの全体構成を示した概略図である。 蒸発器の全体構成を示した斜視図である。 ヘッダタンク内の構成を示した分解斜視図である。 図３におけるＩ−Ｉ線断面図である。 図３におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 蒸発器内の各冷媒の冷媒流動状態を示した概念図である。 第２の実施形態においてヘッダタンク内構造を示した断面図である。 熱交換チューブの構成を示した上面図である。 第３の実施形態においてヘッダタンク内の構成を示した分解斜視図である。 図９におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図９におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 第４の実施形態においてヘッダタンク周辺構造を示した断面図である。 熱交換チューブの構成を示した上面図である。 第５の実施形態においてヘッダタンク内の構成を示した分解斜視図である。 図１４におけるＶ−Ｖ線断面図である。 第６の実施形態においてヘッダタンク周辺構造を示した断面図である。 熱交換チューブの構成を示した上面図である。

符号の説明

１…圧縮機
２…放熱器
３…エジェクタ
４…蒸発器（熱交換器）
５０Ａ…ヘッダタンク
５０Ｂ…ボトムタンク
５１…ロアハウジング
５２…アッパーハウジング
５３…中間プレート
５３Ａ…下側中間プレート
５３Ｂ…上側中間プレート
９０…連通孔
９０Ａ…小径連通孔
９０Ｂ…大径連通孔
９０Ｃ…中継連通孔
１００Ｈ…高圧側流路
１００Ｌ…低圧側流路
ＡＩＲ…外部空気
ＲＨ…高圧側冷媒
ＲＬ…低圧側冷媒

Claims (9)

1. 互いに冷媒流量が異なる複数種類の冷媒を一括して外部流体と熱交換させるための熱交換器であって、
   前記複数種類の冷媒のそれぞれに対応して互いに併設された複数の冷媒流路を有する一対のタンクと、
   前記一対のタンク間に前記冷媒流路の延伸方向に沿って並べて配置され、前記一対のタンク間で前記複数種類の冷媒を流通させることで、前記複数種類の冷媒を前記外部流体と熱交換させる複数の熱交換チューブと、
   前記一対のタンクにそれぞれ設けられ、前記一対のタンクのそれぞれと前記複数の熱交換チューブとの間に介在しており、前記複数の熱交換チューブのそれぞれを前記複数の冷媒流路のいずれかに選択的に連通させる複数の連通孔が形成されている中間プレートとを備え、
   前記複数の連通孔は、前記複数種類の冷媒がそれぞれ流通する熱交換チューブの総流路断面積比が、前記複数種類の冷媒の冷媒流量比と対応するように前記複数の熱交換チューブのそれぞれを前記複数の冷媒流路のいずれかに選択的に連通させるように前記中間プレートに形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記複数の熱交換チューブは、さらに前記複数の冷媒流路の併設方向に複数並べて配置されており、
   前記複数の連通孔のうち、前記併設方向に隣接している前記複数の熱交換チューブを前記複数の冷媒流路のいずれかに共通に連通させるものは、大径連通孔として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記中間プレートは複数枚を積層状態で配置して構成されており、
   前記中間プレートのうち前記熱交換チューブ側に配されたものには、前記大径連通孔が形成されており、
   前記中間プレートのうち前記複数の冷媒流路側に配されたものには、前記大径連通孔と前記複数の冷媒流路のいずれかと連通させる中継連通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記複数の熱交換チューブは、開口面積が異なる複数種類を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記複数の連通孔は、前記熱交換チューブのうち同種のものを前記複数の冷媒通路のうち共通の冷媒通路に連通させるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記複数の熱交換チューブのうち、前記併設方向に並んでいる熱交換チューブは、一体形成された熱交換チューブを、前記併設方向に区画して構成されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記複数の冷媒流路のそれぞれの流路断面積は、前記複数の冷媒流路を流通する複数種類の冷媒の冷媒流量に応じて設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱交換器。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱交換器を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルであって、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機を流出した冷媒を外部流体と熱交換する放熱器と、
   前記放熱器を流出した冷媒のうち一方側に分岐した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル部、前記ノズル部から噴射する冷媒流により冷媒が内部に吸引される冷媒吸引口、および前記ノズル部から噴射する冷媒と前記冷媒吸引口から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部を有するエジェクタとを備え、
   前記熱交換器は、前記放熱器を流出した冷媒のうち他方側に分岐した冷媒（低圧側冷媒）、及び前記昇圧部を流出した冷媒（高圧側冷媒）を一括して熱交換するものであり、
   前記複数の連通孔は、前記昇圧部を流出した冷媒（高圧側冷媒）と前記冷媒吸引口に吸引される冷媒（低圧側冷媒）とのそれぞれが流通する熱交換チューブの総流路断面積比が、前記高圧側冷媒の冷媒流量と前記低圧側冷媒の冷媒流量との比率に対応するように、前記複数の熱交換チューブのそれぞれを前記複数の冷媒流路のいずれかに選択的に連通させるように前記中間プレートに形成されていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
9. 前記外部流体は、前記併設方向に沿って流動することで、前記複数の熱交換チューブを流通する複数種類の冷媒と熱交換されるようになっており、
   前記複数の連通孔は、前記外部流体の流れ方向上流側に配された熱交換チューブに前記高圧側冷媒を流通させるように前記中間プレートに形成されていることを特徴とする請求項８に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。

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