JP5007267B2 - 熱交換器 - Google Patents

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Description

この発明は、熱交換器に関し、さらに詳しくは、たとえばＣＯ２（二酸化炭素）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やエバポレータ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。また、この明細書および特許請求の範囲において、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。
超臨界冷凍サイクル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、幅方向を前後方向に向けるとともにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、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、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と、これら両プレート間に介在させられたアルミニウムベア材製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、ヘッダタンクに、冷媒の流れる中空状の冷媒流路を有する少なくとも１つのヘッダ部が形成され、ヘッダタンクの外側プレートの前後方向の中央部に、中間プレート側に開口する横断面略Ｕ字状の外方屈曲部が形成されているとともに、外方屈曲部の前後両側部分にそれぞれ同一平面内に位置する平坦部が形成され、内側プレートにおけるヘッダ部の冷媒流路と対応する部分に、前後方向に長い複数の管挿入穴が内側プレートの長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成され、中間プレートに、前後方向に長くかつ内側プレートの各管挿入穴をヘッダ部の冷媒流路内に通じさせる連通穴が貫通状に形成され、中間プレートにおける同一のヘッダ部内の冷媒流路に通じる全連通穴が、中間プレートのおける隣り合う連通穴の長さ方向の中間部を切除することにより形成された連通部を介して通じさせられ、ヘッダタンクのヘッダ部の冷媒流路が、外側プレートの外方屈曲部内の内部空間からなる第１流路形成部と、当該ヘッダ部に通じる複数の連通穴およびこれらの連通穴を通じさせる連通部よりなる第２流路形成部とからなり、熱交換管の端部が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るとともに、熱交換管の端部がヘッダタンクのヘッダ部の冷媒流路内に臨んでいる熱交換器が知られている（特許文献１参照）。
ところで、超臨界冷凍サイクルに用いられるガスクーラやエバポレータの内圧は、フロン系冷媒が使用される冷凍サイクルに用いられる熱交換器の内圧よりもかなり高くなるので、この種の熱交換器においては、ヘッダタンクの耐圧性を向上させる目的で、外側プレートが、肉厚および強度が比較的大きいアルミニウム板を用いて製造されている。すなわち、横断面形状が形成すべき外方屈曲部の外形の横断面形状に合致した凹部を備えた雌型と、横断面形状が外方屈曲部の内形の横断面形状に合致した横断面形状を有する凸部を備えた雄型とを使用し、アルミニウム板に１度のプレス加工を施すことにより、外側プレートが製造されている。しかしながら、この場合、アルミニウム板の肉厚および強度が比較的大きいために変形が不十分となり、特許文献１記載の熱交換器のように、形成された外方屈曲部の内周面における両平坦部に連なる部分に、曲率半径が予め決められていた寸法よりも大きくなった丸みが形成される。その結果、熱交換器の製造時における外側プレートと中間プレートとのろう付時に、外側プレートの平坦部から溶け出したろう材が、外側プレートの平坦部と中間プレートとの間から冷媒流路内に流れ出すことになり、外側プレートにおける上記丸みと、中間プレートの外側プレート側を向いた面との間にフィレットが形成されない場合がある。したがって、外側プレートと中間プレートとのろう付強度が不足してヘッダタンクの耐圧性が低下するおそれがある。
特開２００５−３５１５２０号公報
この発明の目的は、上記問題を解決し、ヘッダタンクの十分な耐圧性を確保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、幅方向を前後方向に向けるとともにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、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扁平状熱交換管とを備えており、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、ヘッダタンクの外側プレートの前後方向の中央部に、中間プレート側に開口する横断面略Ｕ字状の外方屈曲部が形成されているとともに、外方屈曲部の前後両側部分にそれぞれ同一平面内に位置する平坦部が形成されている熱交換器において、
中間プレートの外側プレート側を向いた面における外側プレートの外方屈曲部内に臨む部分の前後両側縁部に、外方屈曲部内に突出しかつ中間プレートの長さ方向にのびるろう流れ防止用凸部が形成されている熱交換器。
2)ろう流れ防止用凸部の突出端が、外側プレートの外方屈曲部の内周面に当接している上記1)記載の熱交換器。
3)ろう流れ防止用凸部の突出高さが０．３ｍｍ以上であり、同じく前後方向の厚みが０．３ｍｍ以上である上記1)または2)記載の熱交換器。
4)ヘッダタンクに、冷媒の流れる中空状の冷媒流路を有する少なくとも１つのヘッダ部が形成され、内側プレートにおけるヘッダ部の冷媒流路と対応する部分に、前後方向に長い複数の管挿入穴が内側プレートの長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成され、中間プレートに、前後方向に長くかつ内側プレートの各管挿入穴をヘッダ部の冷媒流路内に通じさせる連通穴が貫通状に形成され、熱交換管の端部が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、中間プレートにおける連通穴が形成されていない部分にろう流れ防止用凸部が形成されている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
上記1)の熱交換器によれば、中間プレートの外側プレート側を向いた面における外側プレートの外方屈曲部内に臨む部分の前後両側縁部に、外方屈曲部内に突出しかつ中間プレートの長さ方向にのびるろう流れ防止用凸部が形成されているので、熱交換器の製造時における外側プレートと中間プレートとのろう付時に、ろう流れ防止用凸部の働きによって、溶け出したろう材が外側プレートの平坦部と中間プレートとの間から内方に流れ出すことが防止され、溶融ろう材は、外方屈曲部の内周面における両平坦部に連なる部分、中間プレートの外側プレート側を向いた面における外方屈曲部内に臨む部分、およびろう流れ防止用凸部により囲まれた空間内に溜まる。したがって、外側プレートの内周面における両平坦部に連なる部分と、中間プレートの外側プレート側を向いた面との間に確実にフィレットが形成され、外側プレートと中間プレートとのろう付強度が増大してヘッダタンクの耐圧性が向上する。
上記2)の熱交換器によれば、ろう流れ防止用凸部の突出端が、外側プレートの外方屈曲部の内周面にろう付されることになるので、外側プレートの内周面における両平坦部に連なる部分と、中間プレートの外側プレート側を向いた面との間に、比較的曲率半径の大きな丸みが形成されていたとしても、ヘッダタンクの耐圧性が一層向上する。すなわち、外側プレートの内周面における両平坦部に連なる部分と、中間プレートの外側プレート側を向いた面との間に、比較的曲率半径の大きな丸みが形成されていた場合、当該丸みの部分において、外側プレートに外向きの力が加わってヘッダタンクの耐圧性が低下するおそれがあるが、ろう流れ防止用凸部の突出端が、外側プレートの外方屈曲部の内周面にろう付されていると、上記丸みの部分において、外側プレートに外向きの力が加わることが防止される。
上記3)の熱交換器によれば、熱交換器の製造時における外側プレートと中間プレートとのろう付時に、ろう流れ防止用凸部の働きによって、溶け出したろう材が外側プレートの平坦部と中間プレートとの間から内方に流れ出すことが確実に防止される。
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、図１および図２の上下、左右をそれぞれ上下、左右というものとする。
さらに、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。
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す。
図１および図２において、超臨界冷媒、たとえばＣＯ２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くとともに幅方向を前後方向に向けて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。
第１ヘッダタンク(2)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た外側プレート(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た内側プレート(8)と、金属ベア材、ここではアルミニウムベア材から形成されかつ外側プレート(7)と内側プレート(8)との間に介在させられて外側プレート(7)および内側プレート(8)にろう付された中間プレート(9)とを備えており、内部が冷媒流路(10a)となった入口ヘッダ部(10A)および内部が冷媒流路(10b)となった出口ヘッダ部(10B)が上下に並んで設けられている。
図２〜図５に示すように、第１ヘッダタンク(2)の外側プレート(7)の前後方向（幅方向）の中央部に、左側（中間プレート(9)側）に開口した横断面略Ｕ字状の外方屈曲部(7a)が全長にわたって形成されている。外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)の内周面は横断面円弧状である。外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)の前後両側部分はそれぞれ同一平面内に位置する平坦部(7b)となっている。外方屈曲部(7a)の内周面における両平坦部(7b)に連なる部分には、比較的大きな曲率半径を有する丸み(37)が形成されている（図７参照）。また、外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)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。外側プレート(7)の上下両端部および上下方向の中央部に、それぞれ前後方向に長くかつ一方の平坦部(7b)から他方の平坦部(7b)に至る貫通穴(25)が形成されている。
外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)の頂部における上端部の貫通穴(25)よりも若干下方の位置に冷媒入口(12)が形成されており、外方屈曲部(7a)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、外方屈曲部(7a)の頂部における下端部の貫通穴(25)よりも若干上方の位置に冷媒出口(15)が形成されており、外方屈曲部(7a)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)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)には、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、入口ヘッダ部(10A)の冷媒流路(10a)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、出口ヘッダ部(10B)の冷媒流路(10b)の上下方向の範囲内に形成されている。管挿入穴(18)の前後方向の長さは、外方屈曲部(7a)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屈曲部(7a)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。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外側プレート(7)の外面に係合する係合爪(21)が一体に形成され、外側プレート(7)にろう付されている。上下両端部の係合爪(21)は、外側プレート(7)の貫通穴(25)の前後両端部を覆っている。なお、図５に実線で示すように、係合爪(21)は、３つのプレート(7)(8)(9)を組み合わせる前の状態では、側面被覆壁(19)に真っ直ぐに連なって左右方向外方にのびている。真っ直ぐな係合爪を(21A)で示す。そして、３つのプレート(7)(8)(9)を組み合わせた後に係合爪(21A)を前後方向内方に曲げることによって３つのプレート(7)(8)(9)が仮止めされる。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。
第１ヘッダタンク(2)の中間プレート(9)には、前後方向に長くかつ内側プレート(8)の管挿入穴(18)を入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)の冷媒流路(10a)(10b)内に通じさせる複数の連通穴(22)が貫通状に形成されている。各連通穴(22)は管挿入穴(18)よりも一回り大きくなっている。中間プレート(9)の左右方向外面における前後方向の中央部に、左右方向内側に凹みかつ左右方向外方に開口した横断面円弧状の凹溝(23)が全長にわたって形成されている。また、中間プレート(9)の外側プレート(7)を向いた面における凹溝(23)の前後両側部分に、それぞれ上下方向（中間プレート(9)の長さ方向）にのびるとともに左右方向外方に突出したろう流れ防止用凸部(38)が一体に形成されている。ろう流れ防止用凸部(38)の前後方向内面の横断面形状は、凹溝(23)の内周面の横断面形状と同一曲率を有する円弧状であり、凹溝(23)の内周面に滑らかに連なっている。また、ろう流れ防止用凸部(38)は、外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)内に嵌っており、その突出端は外方屈曲部(7a)の内周面における丸み(37)の前後方向内側縁部に当接している。そして、外側プレート(7)の丸み(37)と、中間プレート(9)の左右方向外側面およびろう流れ防止用凸部(38)の前後方向外側面との間にろう溜用空間(39)が形成されており（図７参照）、ろう溜用空間(39)内に外側プレート(7)の平坦部(7b)の左右方向内側面から溶け出したろう材からなるフィレット（図示略）が形成されている。さらに、中間プレート(9)の上下両端部および上下方向の中央部に、外側プレート(7)の貫通穴(25)と対応するように、それぞれ前後方向に長くかつ貫通穴(25)と同一の幅および長さを有する貫通穴(26)が形成されている。外側プレート(7)の貫通穴(25)と中間プレート(9)の貫通穴(26)とによって、貫通状の仕切板挿入穴(27)が、両プレート(7)(9)に跨るように形成されている。各仕切板挿入穴(27)内に仕切板(11)が挿入されることによって、外側プレート(7)および中間プレート(9)の上下両端部および上下方向の中央部に仕切板(11)が配置されている。なお、凹溝(23)およびろう流れ防止用凸部(38)は、連通穴(22)および貫通穴(26)によって分断されており、凹溝(23)およびろう流れ防止用凸部(38)は連通穴(22)および貫通穴(26)が形成されていない部分に設けられていることになる。
仕切板(11)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より形成されたものであり、各仕切板挿入穴(27)内に外側から挿入され、仕切板(11)の前後両側縁部が外側プレート(7)および中間プレート(9)にろう付され、同じく左右方向内側縁部が内側プレート(8)にろう付され、さらに仕切板(11)の上下両面が外側プレート(7)および中間プレート(9)にろう付されている。また、内側プレート(8)の係合爪(21)が、外側プレート(7)の貫通穴(25)、すなわち仕切板挿入穴(27)と対応する位置に、貫通穴(25)（仕切板挿入穴(27)）の前後両端部を覆うように形成されていることにより、係合爪(21)は仕切板(11)の前後両端部の外面にも係合し、仕切板(11)にろう付されている。そして、各仕切板挿入穴(27)内に仕切板(11)が挿入されることによって、外側プレート(7)および中間プレート(9)の上下両端部および上下方向の中央部に仕切板(11)が配置され、これにより外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)の内部空間(24)の上下両端開口、および中間プレート(9)の凹溝(23)の上下両端開口が仕切板(11)により閉鎖されるとともに、外方屈曲部(7a)の内部空間(24)および中間プレート(9)の凹溝(23)が長さ方向の中央部において仕切板(11)により上下に区画されている。上下両端の仕切板(11)と中央部の仕切板(11)との間の部分において、内側プレート(8)の上半部の複数の管挿入穴(18)および下半部の複数の管挿入穴(18)が形成されている。
第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)は、外側プレート(7)、内側プレート(8)および中間プレート(9)における上下方向中央部の仕切板(11)よりも上側の部分により形成され、同じく出口ヘッダ部(10B)は、外側プレート(7)、内側プレート(8)および中間プレート(9)における上下方向中央部の仕切板(11)よりも下側の部分により形成されている。第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)の冷媒流路(10a)(10b)は、上下両端の仕切板(11)と上下方向中央部中央部の仕切板(11)との間において、それぞれ外側プレート(7)の左右方向内面（中間プレート(9)側を向いた面）に形成され、かつ第１ヘッダタンク(2)の長さ方向にのびるとともに外側に凹んだ第１流路形成部(28)(29)と、中間プレート(9)の左右方向外面（外側プレート(7)を向いた面）における各第１流路形成部(28)(29)と対応する部分にそれぞれ形成され、かつ第１ヘッダタンク(2)の長さ方向にのびるとともに内側に凹んだ第２流路形成部(31)(32)とからなる。外側プレート(7)の第１流路形成部(28)(29)は、外方屈曲部(7a)の内部空間(24)における上下両端の仕切板(11)と上下方向中央部の仕切板(11)との間に存在する部分からなり、中間プレート(9)の第２流路形成部(31)(32)は、凹溝(23)における上下両端の仕切板(11)と上下方向中央部の仕切板(11)との間に存在する部分からなる。外側プレート(7)の第１流路形成部(28)(29)および中間プレート(9)の第２流路形成部(31)(32)の内周面の横断面形状は全体に円弧状であり、それぞれ１つの円弧部(28a)(29a)(31a)(32a)を有している。
図２および図６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)および中間プレート(9)には上下両端部のみに仕切板(11)が配置されており、外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)の内部空間(24)は、上下両端開口のみが仕切板(11)により閉鎖されている。これにより、外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)の内部空間(24)および中間プレート(9)の凹溝(23)は上下に区画されていない。その結果、第２ヘッダタンク(3)には、第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)に跨るように、内部が冷媒流路(20a)となった１つの中間ヘッダ部(20)が形成されている。なお、外側プレート(7)の外方屈曲部(7)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、中間ヘッダ部(20)の冷媒流路(20a)の上下方向の範囲、すなわち上下両端の仕切板(11)間に形成されており、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、中間ヘッダ部(20)内の冷媒流路(20a)に通じさせられている。
第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)は、外側プレート(7)、内側プレート(8)および中間プレート(9)における上下の仕切板(11)間の部分により形成されている。第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の冷媒流路(20a)は、上下両端の仕切板(11)の間において、それぞれ外側プレート(7)の左右方向内面（中間プレート(9)側を向いた面）に形成され、かつ第１ヘッダタンク(2)の長さ方向にのびるとともに外側に凹んだ第１流路形成部(33)と、中間プレート(9)の左右方向外面（外側プレート(7)を向いた面）における第１流路形成部(33)と対応する部分に形成され、かつ第２ヘッダタンク(3)の長さ方向にのびるとともに内側に凹んだ第２流路形成部(34)とからなる。外側プレート(7)の第１流路形成部(33)は、外方屈曲部(7a)の内部空間(24)における上下両端の仕切板(11)の間に存在する部分からなり、中間プレート(9)の第２流路形成部(34)は、凹溝(23)における上下両端の仕切板(11)の間に存在する部分からなる。外側プレート(7)の第１流路形成部(33)および中間プレート(9)の第２流路形成部(34)の内周面の横断面形状は、第１ヘッダタンク(2)の外側プレート(7)の第１流路形成部(28)(29)および中間プレート(9)の第２流路形成部(31)(32)の場合と同一であり、１つの円弧部(33a)(34a)を有している（図７参照）。
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、入口ヘッダ部(10A)、出口ヘッダ部(10B)および中間ヘッダ部(20)の冷媒流路(10a)(10b)(20a)内に突出している。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)の冷媒流路(10a)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)の冷媒流路(20a)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)の冷媒流路(10b)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)の冷媒流路(20a)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。
ガスクーラ(1)はすべての部品を組み合わせて一括ろう付することにより製造される。ガスクーラ(1)の製造時における外側プレート(7)と中間プレート(9)のろう付の際に、ろう流れ防止用凸部(38)の働きによって、外側プレート(7)から溶け出した溶融ろう材が、外側プレート(7)の平坦部(7b)と中間プレート(9)との間から冷媒流路(10a)(10b)(20a)内に流れ出すことが防止され、溶融ろう材はろう溜用空間(39)、すなわち外方屈曲部(7a)の内周面における両平坦部(7b)に連なる丸み(37)の部分、中間プレート(9)の外側プレート(7)側を向いた面における外方屈曲部(7a)内に臨む部分、およびろう流れ防止用凸部(38)により囲まれた空間内に溜まる。したがって、ろう溜用空間(39)内、すなわち外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)の内周面における両平坦部(7b)に連なる丸み(37)の部分と、中間プレート(9)の外側プレート(7)側を向いた面との間に確実にフィレットが形成され、上記連接部と、中間プレートの外側プレート側を向いた面との間に確実にフィレットが形成され、外側プレート(7)と中間プレート(9)とのろう付強度が増大してヘッダタンク(2)(3)の耐圧性が向上する。
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ＣＯ２ 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)内の冷媒流路(10a)に入り、冷媒流路(10a)内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ＣＯ２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)内の冷媒流路(20a)の上半部に流入する。中間ヘッダ部(20)内の冷媒流路(20a)の上半部に流入したＣＯ２は、冷媒流路(20a)内を下方に流れ、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)内の冷媒流路(10b)に入る。その後、ＣＯ２は、出口ヘッダ部(10B)の冷媒流路(10b)内を下方に流れ、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、ＣＯ２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。
図８〜図１０は、第１ヘッダタンク(2)の中間プレートの変形例を示す。
図８〜図１０に示す中間プレート(40)の場合、上半部の複数の管挿入穴(18)を入口ヘッダ部(10A)の冷媒流路(10a)内に通じさせる複数の連通穴(22)、および下半部の複数の管挿入穴(18)を出口ヘッダ部(10B)の冷媒流路(10b)内に通じさせる複数の連通穴(22)は、それぞれ中間プレート(40)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(41)により連通させられている。そして、上半部の複数の管挿入穴(18)を入口ヘッダ部(10A)の冷媒流路(10a)内に通じさせる複数の連通穴(22)の前後方向中央部、およびこれらの連通穴(22)を連通させる連通部(41)によって、外側プレート(9)の第１流路形成部(28)とともに入口ヘッダ部(10A)の冷媒流路(10a)を形成する中間プレート(40)側の第２流路形成部(42)が形成され、下半部の複数の管挿入穴(18)を出口ヘッダ部(10B)の冷媒流路(10b)内に通じさせる複数の連通穴(22)の前後方向中央部、およびこれらの連通穴(22)を連通させる連通部(41)によって、外側プレート(9)の第１流路形成部(29)とともに出口ヘッダ部(10B)の冷媒流路(10b)を形成する中間プレート(40)側の第２流路形成部(43)が形成されている。
中間プレート(40)の外側プレート(7)を向いた面における連通部(41)の前後両側部分に、それぞれ上下方向にのびるとともに左右方向外方に突出したろう流れ防止用凸部(44)が一体に形成されている。ろう流れ防止用凸部(44)は、連通穴(22)および貫通穴(26)によって分断されており、ろう流れ防止用凸部(44)は連通穴(22)および貫通穴(26)が形成されていない部分に設けられていることになる。また、ろう流れ防止用凸部(44)の前後両側面は、中間プレート(40)の左右方向外面と直角をなしている。また、ろう流れ防止用凸部(44)は、外側プレート(7)の外方屈曲部(7a)内に嵌っており、その突出端は外方屈曲部(7a)の内周面における丸み(37)よりも前後方向内側の部分に当接している。そして、外側プレート(7)の丸み(37)と、中間プレート(40)の左右方向外側面およびろう流れ防止用凸部(44)の前後方向外側面との間にろう溜用空間(39)が形成されており、ろう溜用空間(39)内に外側プレート(7)の平坦部(7b)の左右方向内側面から溶け出したろう材からなるフィレット（図示略）が形成されている。
その他の構成は、上記実施形態の図１〜図７に示す中間プレート(9)と同一である。
図示は省略したが、図８〜図１０に示す中間プレート（４０）を第２ヘッダタンク(3)に適用する場合には、すべての管挿入穴(18)を中間ヘッダ部(20)の冷媒流路(20a)内に通じさせるすべての連通穴(22)は、中間プレート(40)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(41)により連通させられる。そして、すべての管挿入穴(18)を中間ヘッダ部(20)の冷媒流路(20a)内に通じさせる複数の連通穴(22)の前後方向中央部、およびこれらの連通穴(22)を連通させる連通部(41)によって、外側プレート(9)の第１流路形成部(33)とともに中間ヘッダ部(20)の冷媒流路(20a)を形成する中間プレート(40)側の第２流路形成部が形成されている。その他の構成は図８〜図１０に示す中間プレート(40)と同様である。
上記実施形態においては、ヘッダタンク(2)(3)は３枚のプレート(7)(8)(9)により形成されているが、内側プレート(8)と中間プレート(40)との間に、さらに１枚以上のプレートが介在させられていてもよい。当該プレートは、第２流路形成部(31)(32)が設けられていないことを除いては、中間プレート(40)と同様な構成である。
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、ＣＯ２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。
また、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。
さらに、上記の実施形態においては、この発明の熱交換器が超臨界冷凍サイクルのガスクーラに適用されているが、これに限定されるものではなく、他の熱交換器、たとえば超臨界冷凍サイクルのエバポレータに適用することも可能である。
この発明の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のガスクーラの第１ヘッダタンクの分解斜視図である。 図１のガスクーラの第２ヘッダタンクの分解斜視図である。 図１のガスクーラの入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および中間ヘッダ部の冷媒流路を示す拡大横断面図である。 中間プレートの変形例を示す図３相当の図である。 図８の中間プレートを示す斜視図である。 図８の中間プレートを用いた第１ヘッダタンクの入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の冷媒流路を示す図７相当の図である。
符号の説明
(1)：ガスクーラ（熱交換器）
(2)(3)：ヘッダタンク
(4)：熱交換管
(7)：外側プレート
(7a)：外方屈曲部
(7b)：平坦部
(8)：内側プレート
(9)：中間プレート
(10A)：入口ヘッダ部
(10a)：冷媒流路
(10B)：出口ヘッダ部
(10b)：冷媒流路
(18)：管挿入穴
(20)：中間ヘッダ部
(20a)：冷媒流路
(22)：連通穴
(38)(44)：ろう流れ防止用凸部

Claims (4)

  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、幅方向を前後方向に向けるとともにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、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扁平状熱交換管とを備えており、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、ヘッダタンクの外側プレートの前後方向の中央部に、中間プレート側に開口する横断面略Ｕ字状の外方屈曲部が形成されているとともに、外方屈曲部の前後両側部分にそれぞれ同一平面内に位置する平坦部が形成されている熱交換器において、
    中間プレートの外側プレート側を向いた面における外側プレートの外方屈曲部内に臨む部分の前後両側縁部に、外方屈曲部内に突出しかつ中間プレートの長さ方向にのびるろう流れ防止用凸部が形成されている熱交換器。
  2. ろう流れ防止用凸部の突出端が、外側プレートの外方屈曲部の内周面に当接している請求項１記載の熱交換器。
  3. ろう流れ防止用凸部の突出高さが０．３ｍｍ以上であり、同じく前後方向の厚みが０．３ｍｍ以上である請求項１または２記載の熱交換器。
  4. ヘッダタンクに、冷媒の流れる中空状の冷媒流路を有する少なくとも１つのヘッダ部が形成され、内側プレートにおけるヘッダ部の冷媒流路と対応する部分に、前後方向に長い複数の管挿入穴が内側プレートの長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成され、中間プレートに、前後方向に長くかつ内側プレートの各管挿入穴をヘッダ部の冷媒流路内に通じさせる連通穴が貫通状に形成され、熱交換管の端部が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、中間プレートにおける連通穴が形成されていない部分にろう流れ防止用凸部が形成されている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
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