JP4922712B2 - 熱交換器 - Google Patents

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（二酸化炭素）などの超臨界冷媒が用いられ、カーエアコンとして車両に搭載される超臨界冷凍サイクルのガスクーラ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、「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。

たとえばカーエアコンに使用される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、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、第１ヘッダタンクの外側プレートに、中間プレートにより開口が閉鎖された２つの外方膨出部がその長さ方向に並んで形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外側プレートに、中間プレートにより開口が閉鎖された１つの外方膨出部が第１ヘッダタンクの２つの外方膨出部に跨るように形成され、各ヘッダタンクの外側プレートの外方膨出部内が第１冷媒流通部となされ、内側プレートにおける第１冷媒流通部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、熱交換管の両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、内側プレートの両側縁部における長さ方向の中央部および両端部に、外側プレートの両側縁部外面に直接係合する係合爪が形成され、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第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、同じ第１冷媒流通部に通じる連通穴を連通させることにより、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる第２冷媒流通部が形成され、各ヘッダタンクを構成する３つのプレートにおける第１および第２冷媒流通部を含む部分によりヘッダ部が形成されるとともに、第１ヘッダタンクの一方のヘッダ部が入口ヘッダ部となっているとともに、他方のヘッダ部が出口ヘッダ部となっている熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

通常、カーエアコンに使用される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は、軽量、高熱伝導性、安価などの理由からアルミニウムやアルミニウム合金により形成されることが多く、特許文献１記載のヘッダタンクを構成する各プレートもアルミニウム合金により形成されており、外側プレートはたとえばJIS Ａ３００３からなる心材の両面がアルミニウム合金ろう材からなる皮材で覆われたアルミニウムブレージングシートにより形成されている。

超臨界冷凍サイクルにおいては、圧縮機で圧縮された冷媒は高温高圧になるので、ガスクーラの全ヘッダ部のうち、特に入口ヘッダ部の耐圧性を向上させる必要がある。そこで、特許文献１記載の熱交換器においては、第１ヘッダタンクの外側プレート全体の肉厚を大きくすることによって耐圧性を向上させている。しかしながら、外側プレート全体の肉厚を大きくした場合、熱交換器全体の重量が大きくなるという問題がある。しかも、出口ヘッダ部に流入する冷媒温度は低下しているので、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける出口ヘッダ部を構成する部分の強度はさほど高くする必要がないが、上述したように、外側プレート全体の肉厚を大きくした場合には、出口ヘッダ部を構成する部分の肉厚は必要以上の肉厚となり、熱交換器全体の重量が大き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、入口ヘッダ部の十分な耐圧性を確保しつつ軽量化を図り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、各ヘッダタンクに少なくとも１つのヘッダ部が形成されるとともに、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っており、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、ヘッダタンクの長さ方向に伸びる少なくとも１つの第１冷媒流通部が形成され、内側プレートにおける第１冷媒流通部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、熱交換管の両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、内側プレートの両側縁部に外側プレートの両側縁部外面に係合する係合爪が形成されるとともに、当該係合爪が外側プレートにろう付され、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第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、同じ第１冷媒流通部に通じる連通穴を連通させることにより、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる第２冷媒流通部が形成され、各ヘッダタンクを構成する３つのプレートにおける第１および第２冷媒流通部を含む部分によりヘッダ部が形成され、外側プレートの第１冷媒流通部と中間プレートの第２冷媒流通部とによりヘッダ部の内部冷媒流通空間が形成されている熱交換器であって、
入口ヘッダ部を有するヘッダタンクにおいて、内側プレートにおける少なくとも入口ヘッダ部を構成する部分の両側縁部に、外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分の外面に直接係合する複数の係合爪が、中間プレートの連通穴に対応するように、長さ方向に間隔をおいて形成され、入口ヘッダ部を有するヘッダタンクの外側プレート外面に、入口ヘッダ部の内部冷媒流通空間内に冷媒を流入させる入口部材がろう付され、入口部材の基端部に、通風方向外方に突出した突出部が設けられ、内側プレートの両側縁部に、入口部材の突出部に係合する突出部係合爪が形成されるとともに、当該突出部係合爪が突出部にろう付されている熱交換器。

2)係合爪の厚みをＴ、外側プレートの厚みをｔとした場合、０．３ｔ≦Ｔ≦２ｔの関係を満たす上記1)記載の熱交換器。

3)内側プレートの厚みと係合爪の厚み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)熱交換管の長さ方向の外側から見た場合、内側プレートの各係合爪における連通穴と重複している部分のヘッダタンクの幅方向の長さが、中間プレートの連通穴におけるヘッダタンクの幅方向の長さの１０％以上である上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

5)熱交換管の長さ方向の外側から見た場合、内側プレートの各係合爪と中間プレートの各連通穴とが、連通穴におけるヘッダタンクの長さ方向の幅の５０％以上重複している上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

6)内側プレートの各係合爪におけるヘッダタンクの長さ方向の幅が、中間プレートの連通穴におけるヘッダタンクの長さ方向の幅の１．５倍以下である上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

7)内側プレートの両側縁部に、熱交換管の長さ方向の外側に突出し、かつ外側プレートおよび中間プレートの両側面を覆う側面被覆部が形成されており、側面被覆壁の突出端縁に係合爪が形成されている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

8)各ヘッダタンクの外側プレートに、ヘッダタンク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少なくとも１つの外方膨出部が形成され、外方膨出部内が第１冷媒流通部となっている上記1)〜7)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

9)両ヘッダタンクにおいて、内側プレートにおける全ヘッダ部を構成する部分の両側縁部に、外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分の外面に直接係合する複数の係合爪が形成されている上記1)〜8)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

10)第１のヘッダタンクに、ヘッダタンクの長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられるとともに、第１ヘッダタンクの一端部のヘッダ部が冷媒入口を有する入口ヘッダ部となっており、第２のヘッダタンクに、熱交換管を通って入口ヘッダ部から冷媒が流入する流入部、および熱交換管を通って第１ヘッダタンクの入口ヘッダ部に隣接するヘッダ部内に冷媒を流出させる流出部を有する中間ヘッダ部が設けられている上記1)〜9)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

11)第２のヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダ部の数よりも１つ少ないヘッダ部が、第１ヘッダタンクの隣り合う２つのヘッダ部に跨るように設けられ、第１ヘッダタンクにおける入口ヘッダ部とは他端側のヘッダ部が冷媒出口を有する出口ヘッダ部となされている上記10)記載の熱交換器。

12)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冷凍サイクルであって、ガスクーラが上記1)〜11)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。

13)超臨界冷媒が二酸化炭素からなる上記12)記載の超臨界冷凍サイクル。

14)上記12)または13)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、入口ヘッダ部を有するヘッダタンクにおいて、内側プレートにおける少なくとも入口ヘッダ部を構成する部分の両側縁部に、外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分の外面に直接係合する複数の係合爪が、中間プレートの連通穴に対応するように、長さ方向に間隔をおいて形成されているので、外側プレート全体の肉厚を大きくすることなく、入口ヘッダ部の耐圧性を向上させることができる。すなわち、外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分は中間プレートにろう付されていないので、入口ヘッダ部を構成する外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分の耐圧性が低下する。しかしながら、上記1)の熱交換器のように構成されていると、外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分の耐圧性を向上させることができ、その結果入口ヘッダ部全体の耐圧性を向上させることができる。しかも、内側プレートに複数の係合爪を形成するだけであるから、外側プレート全体の肉厚を大きくする場合に比べて軽量化を図ることができる。

上記1)の熱交換器によれば、製造の際に、内側プレートの両側縁部に外側に真っ直ぐに突出した係合爪形成用突片を形成しておき、入口部材を外側プレートの外面に配置した後、係合爪形成用突片を内方に曲げて突出部係合爪を形成するとともに突出部係合爪を入口部材の突出部に係合させることにより、入口部材を外側プレートに仮止めすることができる。したがって、製造コストが安くなる。

上記2)、4)〜6)の熱交換器によれば、入口ヘッダ部を構成する外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分の耐圧性を、効果的に向上させることができる。

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、「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。さらに、以下の説明において、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)にろう付されたアルミニウムブレージングシート製コルゲートフィン(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アルミニウムブレージングシート製外側プレート(7)と、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製内側プレート(8)と、外側プレート(7)と内側プレート(8)との間に配置されたアルミニウムベア材製中間プレート(9)とが、積層されてろう付されるこ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)の両外方膨出部(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、かつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(11a)(11b)（外側プレート(7)の第１冷媒流通部）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。

外側プレート(7)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部材(13)が、外側プレート(7)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部材(16)が、外側プレート(7)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。

入口部材(13)および出口部材(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た板状の突出部(13a)(16a)がそれぞれ一体に形成されている。各突出部(13a)(16a)の肉厚は全体に均等になっており、その先端面は内側プレート(8)および中間プレート(9)の前後両側面と同一平面上に位置している。入口部材(13)および出口部材(16)の左側面に、上下方向に伸びかつ外側プレート(7)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。凹所(13b)(16b)の内周面は部分円筒面状であり、入口部材(13)の冷媒流入路(14)の一端および出口部材(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、入口部材(13)および出口部材(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、外側プレート(7)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、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、かつタンク形成部材(7)の外側プレート(7)および中間プレート(9)の前後両側面を覆う側面被覆壁(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。内側プレート(8)の各側面被覆壁(19)の突出端縁に、それぞれ前後方向内方に突出しかつ外側プレート(7)の外面に直接係合する複数のプレート係合爪(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。また、各側面被覆壁(19)の突出端縁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、それぞれ前後方向内方に突出しかつ入口部材(13)および出口部材(16)の突出部(13a)(16a)に係合する突出部係合爪(25)が一体に形成されている。そして、突出部係合爪(25)が入口部材(13)および出口部材(16)の突出部(13a)(16a)に係合した状態で、入口部材(13)および出口部材(16)が外側プレート(7)にろう付されるとともに、突出部係合爪(25)が突出部(13a)(16a)にろう付されている。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)(22A)が、管挿入穴(18)と同じ数だけ形成されている。各連通穴(22)(22A)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)(22A)は管挿入穴(18)よりも一回り大きくなっている。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)(22A)を介して、外側プレート(7)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、中間プレート(9)の下半部の複数の連通穴(22)(22A)を介して、外側プレート(7)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。外側プレート(7)の上側冷媒流通部(11a)に通じるすべての連通穴(22)(22A)、および下側冷媒流通部(11b)に通じるすべての連通穴(22)(22A)は、それぞれ中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)(22A)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、外側プレート(7)の各冷媒流通部(11a)(11b)に臨む連通穴(22)(22A)を連通させる連通部(23)、および連通穴(22)(22A)の前後方向中央部（連通穴(22)(22A)における連通部(23)に対応する部分）によって、中間プレート(9)に、外側プレート(7)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(9a)(9b)（中間プレート(9)の第２冷媒流通部）が形成されている。

そして、第１ヘッダタンク(2)の外側プレート(7)、内側プレート(8)および中間プレート(9)における上側の両冷媒流通部(11a)(9a)および下側の両冷媒流通部(11b)(9b)を含む部分により、それぞれ入口ヘッダ部(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)の外側プレート(7)の両冷媒流通部(11a)(11b)と中間プレート(9)の両冷媒流通部(9a)(9b)とによって、左方に開口するとともに当該開口が内側プレート(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)の内部冷媒流通空間が形成されている。

内側プレート(8)のプレート係合爪(21)は、内側プレート(8)における入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)を構成する部分（全ヘッダ部(10A)(10B)を構成する部分）に、中間プレート(9)の全連通穴(22)(22A)のうちの入口部材(13)および出口部材(16)と対応する位置に存在している連通穴(22A)を除いた連通穴(22)に対応するように形成されている。すなわち、プレート係合爪(21)は、外側プレート(7)における中間プレート(9)の連通穴(22)の臨む部分の外面に直接係合するように形成されている。内側プレート(8)のプレート係合爪(21)の厚みをＴ、外側プレート(7)の厚みをｔとした場合、０．３ｔ≦Ｔ≦２ｔの関係を満たしていることが好ましい（条件Ａ）（図４参照）。条件Ａを満たしている場合、入口ヘッダ部(10A)を構成する外側プレート(7)における中間プレート(9)の連通穴(22)に臨む部分の耐圧性が効果的に向上する。ここで、プレート係合爪(21)の厚みＴは、内側プレート(8)の厚みと等しくなっている。熱交換管(4)の長さ方向の外側（図６では左側）から見た場合、内側プレート(8)の各プレート係合爪(21)における連通穴(22)と重複している部分の前後方向の長さＬは、連通穴(22)の前後方向の長さｌの１０％以上であることが好ましい（条件Ｂ）（図６参照）。条件Ｂを満たしている場合、入口ヘッダ部(10A)を構成する外側プレート(7)における中間プレート(9)の連通穴(22)に臨む部分の耐圧性が効果的に向上する。なお、前記長さＬは、前記長さｌの２０％以上であることが望ましい。内側プレート(8)の各プレート係合爪(21)の上下方向の幅Ｗは、中間プレート(9)の連通穴(22)の上下方向の幅ｗの１．５倍以下であることが好ましい（条件Ｃ）（図６参照）。条件Ｃを満たしている場合、入口ヘッダ部(10A)を構成する外側プレート(7)における中間プレート(9)の連通穴(22)に臨む部分の耐圧性が効果的に向上する。さらに、熱交換管(4)の長さ方向の外側（図６では左側）から見た場合、内側プレート(8)の各プレート係合爪(21)と、中間プレート(9)の各連通穴(22)とが、連通穴(22)における第１ヘッダタンク(2)の長さ方向（上下方向）の幅の５０％以上重複していることが好ましい（条件Ｄ）。この実施形態においては、１００％重複している（図６参照）。条件Ｄを満たしている場合、入口ヘッダ部(10A)を構成する外側プレート(7)における中間プレート(9)の連通穴(22)に臨む部分の耐圧性が効果的に向上する。

入口部材(13)および出口部材(16)の存在する部分においては、突出部(13a)(16a)が外側プレート(7)の外面にろう付されているので、外側プレート(7)における中間プレート(9)の連通穴(22Ａ)に臨んだ部分の耐圧性が確保され、突出部係合爪(25)は、プレート係合爪(21)の上述した条件Ａ〜Ｄを満たしている必要はない。なお、この実施形態においては、突出部係合爪(25)は、プレート係合爪(21)の上述した条件Ａ、ＣおよびＤを満たしている。

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、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)の外側プレート(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。外側プレート(7)の外方膨出部(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、かつ冷媒が上下方向に流れる冷媒流通部(24a)（外側プレート(7)の第１冷媒流通部）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)の内側プレート(8)のすべての管挿入穴(18)は、外側プレート(7)の外方膨出部(24)の上下方向の範囲内に形成されており、内側プレート(8)のすべての管挿入穴(18)は、中間プレート(9)のすべての連通穴(22)を介して、外側プレート(7)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。中間プレート(9)のすべての連通穴(22)は、中間プレート(9)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、中間プレート(9)に、外側プレート(7)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(9c)（中間プレート(9)の第２冷媒流通部）が形成されている。

そして、第２ヘッダタンク(3)の外側プレート(7)、内側プレート(8)および中間プレート(9)における両冷媒流通部(24a)(9c)を含む部分により、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)の外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)とによって、右方に開口するとともに当該開口が内側プレート(8)により塞がれた中間ヘッダ部(20)の内部冷媒流通空間が形成されている。

第２ヘッダタンク(3)の内側プレート(8)のプレート係合爪(21)は、中間プレート(9)の全連通穴(22)と対応するように複数形成されている。すなわち、プレート係合爪(21)は、外側プレート(7)における中間プレート(9)の連通穴(22)の臨む部分の外面に直接係合するように形成されている。プレート係合爪(21)は、上記条件Ａ〜Ｄを満たしていることが好ましい。

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、内側プレート(8)のろう材層を利用して内側プレート(8)にろう付されている。なお、熱交換管(4)の両端は中間プレート(9)の厚さ方向の中間部まで連通穴(22)内に入り込んでおり、中間プレート(9)の冷媒流通部(9a)(9b)(9c)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)の内部冷媒流通空間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)の内部冷媒流通空間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)の内部冷媒流通空間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)の内部冷媒流通空間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７および図８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)を有する外側プレート(7)を形成する。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)、側面被覆壁(19)、ならびに側面被覆壁(19)に真っ直ぐに連なったプレート係合爪形成用突片(21A)および突出部係合爪形成用突片(25A)を有する第１ヘッダタンク(2)の内側プレート(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)の内側プレート(8)とを形成する。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)(22A)および連通部(23)を有する中間プレート(9)を形成する。さらに、
ついで、３つのプレート(7)(8)(9)を中間プレート(9)が中間部に来るように積層するとともに、入口部材(13)および出口部材(16)を、外方膨出部(11A)(11B)が凹所(13b)(16b)内に嵌るように外側プレート(7)の外面側に配置し、内側プレート(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)を外側プレート(7)外面に直接係合させることにより、３つのプレート(7)(8)(9)を仮止めして第１ヘッダタンク(2)用の仮止め体をつくり、さらに突出部係合爪形成用突片(25A)を内方に曲げて突出部係合爪(25)を形成するとともに突出部係合爪(25)を入口部材(13)および出口部材(16)の突出部(13b)(16b)に係合させることにより、入口部材(13)および出口部材(16)を仮止め体に仮止めする。これと同様に、３つのプレート(7)(8)(9)を中間プレート(9)が中間部に来るように積層し、内側プレート(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)を外側プレート(7)に係合させることにより、３つのプレート(7)(8)(9)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、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)(22A)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、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、側面被覆壁(19)と外側プレート(7)および中間プレート(9)の前後両側面、プレート係合爪(21)と外側プレート(7)、突出部係合爪(25)と入口部材(13)および出口部材(16)の突出部(13a)(16a)とをそれぞれろう付し、さらに外側プレート(7)のろう材層を利用して外側プレート(7)と入口部材(13)および出口部材(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、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、側面被覆壁(19)と外側プレート(7)および中間プレート(9)の前後両側面、プレート係合爪(21)と外側プレート(7)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、内側プレート(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)内に入り、外側プレート(7)の冷媒流通部(11a)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9a)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)内の上半部（流入部）に流入する。中間ヘッダ部(20)内の上半部に流入したＣＯ_２は、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9c)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)内に入る。その後、ＣＯ_２は、外側プレート(7)の冷媒流通部(11b)および中間プレート(9)の冷媒流通部(9b)を下方に流れ、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、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、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、ヘッダタンク(2)(3)の中間プレート(9)の数は１枚であるが、中間プレート(9)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のガスクーラの要部を示す拡大斜視図である。 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部材および出口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。

(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)：外側プレート
(8)：管接続用プレート
(9)：中間プレート
(9a)〜(9c)：冷媒流通部（中間プレートの第２冷媒流通部）
(10A)：入口ヘッダ部
(10B)：出口ヘッダ部
(11A)(11B)：外方膨出部
(11a)(11b)：冷媒流通部（外側プレートの第１冷媒流通部）
(12)：冷媒入口
(13)：入口部材
(13a)：突出部
(16)：出口部材
(16a)：突出部
(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
(22)：連通穴
(23)：連通部
(24)：外方膨出部
(24a)：冷媒流通部（外側プレートの第１冷媒流通部）
(25)：突出部係合爪

Claims (14)

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、各ヘッダタンクに少なくとも１つのヘッダ部が形成されるとともに、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っており、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、ヘッダタンクの長さ方向に伸びる少なくとも１つの第１冷媒流通部が形成され、内側プレートにおける第１冷媒流通部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、熱交換管の両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、内側プレートの両側縁部に外側プレートの両側縁部外面に係合する係合爪が形成されるとともに、当該係合爪が外側プレートにろう付され、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第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、同じ第１冷媒流通部に通じる連通穴を連通させることにより、外側プレートの第１冷媒流通部に通じる第２冷媒流通部が形成され、各ヘッダタンクを構成する３つのプレートにおける第１および第２冷媒流通部を含む部分によりヘッダ部が形成され、外側プレートの第１冷媒流通部と中間プレートの第２冷媒流通部とによりヘッダ部の内部冷媒流通空間が形成されている熱交換器であって、
   入口ヘッダ部を有するヘッダタンクにおいて、内側プレートにおける少なくとも入口ヘッダ部を構成する部分の両側縁部に、外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分の外面に直接係合する複数の係合爪が、中間プレートの連通穴に対応するように、長さ方向に間隔をおいて形成され、入口ヘッダ部を有するヘッダタンクの外側プレート外面に、入口ヘッダ部の内部冷媒流通空間内に冷媒を流入させる入口部材がろう付され、入口部材の基端部に、通風方向外方に突出した突出部が設けられ、内側プレートの両側縁部に、入口部材の突出部に係合する突出部係合爪が形成されるとともに、当該突出部係合爪が突出部にろう付されている熱交換器。
2. 係合爪の厚みをＴ、外側プレートの厚みをｔとした場合、０．３ｔ≦Ｔ≦２ｔの関係を満たす請求項１記載の熱交換器。
3. 内側プレートの厚みと係合爪の厚み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. 熱交換管の長さ方向の外側から見た場合、内側プレートの各係合爪における連通穴と重複している部分のヘッダタンクの幅方向の長さが、中間プレートの連通穴におけるヘッダタンクの幅方向の長さの１０％以上である請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
5. 熱交換管の長さ方向の外側から見た場合、内側プレートの各係合爪と中間プレートの各連通穴とが、連通穴におけるヘッダタンクの長さ方向の幅の５０％以上重複している請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器。
6. 内側プレートの各係合爪におけるヘッダタンクの長さ方向の幅が、中間プレートの連通穴におけるヘッダタンクの長さ方向の幅の１．５倍以下である請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器。
7. 内側プレートの両側縁部に、熱交換管の長さ方向の外側に突出し、かつ外側プレートおよび中間プレートの両側面を覆う側面被覆部が形成されており、側面被覆壁の突出端縁に係合爪が形成されている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の熱交換器。
8. 各ヘッダタンクの外側プレートに、ヘッダタンク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少なくとも１つの外方膨出部が形成され、外方膨出部内が第１冷媒流通部となっている請求項１〜７のうちのいずれかに記載の熱交換器。
9. 両ヘッダタンクにおいて、内側プレートにおける全ヘッダ部を構成する部分の両側縁部に、外側プレートにおける中間プレートの連通穴に臨む部分の外面に直接係合する複数の係合爪が形成されている請求項１〜８のうちのいずれかに記載の熱交換器。
10. 第１のヘッダタンクに、ヘッダタンクの長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられるとともに、第１ヘッダタンクの一端部のヘッダ部が冷媒入口を有する入口ヘッダ部となっており、第２のヘッダタンクに、熱交換管を通って入口ヘッダ部から冷媒が流入する流入部、および熱交換管を通って第１ヘッダタンクの入口ヘッダ部に隣接するヘッダ部内に冷媒を流出させる流出部を有する中間ヘッダ部が設けられている請求項１〜９のうちのいずれかに記載の熱交換器。
11. 第２のヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダ部の数よりも１つ少ないヘッダ部が、第１ヘッダタンクの隣り合う２つのヘッダ部に跨るように設けられ、第１ヘッダタンクにおける入口ヘッダ部とは他端側のヘッダ部が冷媒出口を有する出口ヘッダ部となされている請求項１０記載の熱交換器。
12. 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冷凍サイクルであって、ガスクーラが請求項１〜１１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。
13. 超臨界冷媒が二酸化炭素からなる請求項１２記載の超臨界冷凍サイクル。
14. 請求項１２または１３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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