JP2009287907A

JP2009287907A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2009287907A
Application number: JP2008144254A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kamoshita; 理鴨志田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】製造時に各部品を組み立てて仮止めした際に仕切板の有無を確認することができるとともに、仕切板のヘッダタンクの長さ方向への位置ずれを防止しうる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器のヘッダタンク２を、両端が開口した中空部を有するタンク本体７と管接続用プレート８とにより構成する。タンク本体７の所定位置に仕切板11を配置する。タンク本体７に、外側から仕切板11を挿入する仕切板挿入穴27を形成し、仕切板11を、その外側縁部がタンク本体７の外方に露出するように仕切板挿入穴27に挿入する。仕切板11の管接続用プレート８側を向いた縁部に凸部39を形成する。管接続用プレート８に仕切板11の凸部39が嵌る貫通穴37を形成し、仕切板11の凸部39を貫通穴37内に圧入した状態で管接続用プレート８にろう付する。
【選択図】図４

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、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。

さらに、この明細書において、「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、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、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、タンク本体と、タンク本体における熱交換管側を向いた面を覆うとともにタンク本体に接合された管接続用プレートとにより構成され、各ヘッダタンクに、内部が冷媒流路となった少なくとも１つのヘッダ部が設けられ、タンク本体が、両端が開口した１つの円筒状体からなるとともに、両端が開口した中空部を有しており、中空部の少なくとも両端部に中空部を塞ぐ仕切板が配置されることによって、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、管接続用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、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、タンク本体に管接続用プレートの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形成され、タンク本体に、内側（熱交換管側）から仕切板を挿入する仕切板挿入穴が形成され、仕切板が、その内側縁部がタンク本体の内方に露出するように仕切板挿入穴に内側から挿入されるとともに、外側縁部がタンク本体の内周面に当接した状態で、タンク本体および管接続用プレートにろう付されているものが知られている（特許文献１参照）。

ところで、特許文献１記載の熱交換器の製造は、各部品を組み立てて仮止めした後、各部品を一括してろう付することにより行われるが、各部品を組み立てて仮止めした後はタンク本体内の仕切板の有無を確認することができないので、各部品の組立の際に仕切板を配置することを忘れた場合、熱交換器として不良品が発生するという問題がある。また、ろう付の際に、仕切板におけるタンク本体の中空部内周面に接触する部分が、ヘッダタンクの長さ方向に位置ずれを起こしてろう付不良が発生し、冷媒の洩れが発生するおそれがある。
特表２００２−５４３３６８号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、製造時に各部品を組み立てて仮止めした際に仕切板の有無を確認することができるとともに、仕切板のヘッダタンクの長さ方向への位置ずれを防止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、タンク本体と、タンク本体における熱交換管側を向いた面を覆うとともにタンク本体に接合された管接続用プレートとにより構成され、各ヘッダタンクに、内部が冷媒流路となった少なくとも１つのヘッダ部が設けられ、タンク本体が、ヘッダタンクの長さ方向にのびかつ両端が開口した中空部を有しており、タンク本体の少なくとも両端部に中空部を塞ぐ仕切板が配置されることによって、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、管接続用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、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、タンク本体に管接続用プレートの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形成された熱交換器において、
タンク本体に、外側から仕切板を挿入する仕切板挿入穴が形成され、仕切板が、その外側縁部がタンク本体の外方に露出するように仕切板挿入穴に外側から挿入されてヘッダタンクに接合され、仕切板における管接続用プレート側を向いた縁部に熱交換管側に突出した凸部が形成され、管接続用プレートに仕切板の凸部が嵌る貫通穴が形成され、仕切板の凸部が、管接続用プレートの貫通穴内に圧入された状態で管接続用プレートに接合されている熱交換器。

2)タンク本体が、外側に位置する第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るとともに両プレートにろう付された第２プレートとよりなり、タンク本体の第１プレートの前後方向の中央部に、第２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、タンク本体の第２プレートに、管接続用プレートの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、第１プレートおよび第２プレートに跨るように、仕切板挿入穴が形成され、仕切板の外側縁部と、第１プレートの外面とが面一となっている上記1)記載の熱交換器。

3)ヘッダタンクのヘッダ部の冷媒流路が、第１プレートの外方屈曲部の内部空間よりなり、かつヘッダタンクの長さ方向にのびるとともに外側に凹んだ第１流路形成部と、第２プレートの第１プレート側を向いた面に形成され、かつヘッダタンクの長さ方向にのびるとともに内側に凹んだ第２流路形成部とからなり、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位置している上記2)記載の熱交換器。

4)第１プレートの第１流路形成部および第２プレートの第２流路形成部の内周面の横断面形状が、それぞれ全体に円弧状であって１つの円弧部からなる上記3)記載の熱交換器。

5)少なくともいずれか一方のヘッダタンクが、複数のヘッダ部を有しており、仕切板が、当該ヘッダタンクの両端部、および隣り合うヘッダ部どうしの間に配置されている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

上記1)の熱交換器によれば、タンク本体に、外側から仕切板を挿入する仕切板挿入穴が形成され、仕切板が、その外側縁部がタンク本体の外方に露出するように仕切板挿入穴に外側から挿入されてヘッダタンクに接合されているので、熱交換器の製造時に各部品を組み立てて仮止めした後にも、タンク本体内の仕切板の有無を確認することができ、その結果熱交換器として不良品が発生することを防止することができる。また、仕切板における管接続用プレート側を向いた縁部に熱交換管側に突出した凸部が形成され、管接続用プレートに仕切板の凸部が嵌る貫通穴が形成され、仕切板の凸部が、管接続用プレートの貫通穴内に圧入された状態で管接続用プレートにろう付されているので、熱交換器の製造時に各部品を組み立てて仮止めした際の仕切板の位置ずれを防止することができ、その結果全部品の一括ろう付時に、タンク本体および管接続用プレートと仕切板との間のろう付不良の発生が防止される。

上記2)の熱交換器によれば、タンク本体を比較的簡単につくることができる。また、この熱交換器の製造の際に、管接続用プレートと、第１プレートと、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するとともに、適当な手段で仮止めし、仕切板を仕切板挿入穴に外側から挿入して凸部を管接続用プレートの貫通穴内に圧入することによって、仕切板を仮止めすることができる。

上記3)の熱交換器によれば、ヘッダタンクのヘッダ部の冷媒流路が、第１プレートの外方屈曲部の内部空間よりなり、かつヘッダタンクの長さ方向にのびるとともに外側に凹んだ第１流路形成部と、第２プレートの第１プレート側を向いた面に形成され、かつヘッダタンクの長さ方向にのびるとともに内側に凹んだ第２流路形成部とからなり、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位置しているので、熱交換器の製造の際に、第１プレート、第２プレートおよび管接続用プレートに対する熱交換管の端部の位置決めを簡単に行うことができる。すなわち、熱交換器の製造の際に、管接続用プレートと、第１プレートと、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するとともに適当な手段で仮止めした状態においては、仕切板は仕切板挿入穴に挿入されていないので、第１プレートおよび第２プレートにより形成されるタンク本体素材の中空部の両端は開口している。したがって、棒状の管受け部材をいずれか一端の開口から中空部内に挿入した状態で、熱交換管の端部を、管接続用プレートの管挿入穴および第２プレートの連通穴に挿入して管受け部材に当てることにより、熱交換管の端部の位置決めを行うことができ、その作業が簡単になる。しかも、熱交換管の端部を、管接続用プレートの管挿入穴および第２プレートの連通穴に挿入して管受け部材に当てることにより位置決めを行い、ついで管受け部材を引く抜いた後に、仕切板を仕切板挿入穴に外側から挿入して凸部を管接続用プレートの貫通穴内に圧入することによって、仕切板を仮止めすることができる。

上記4)の熱交換器によれば、第１プレートの第１流路形成部および第２プレートの第２流路形成部の内周面の横断面形状が、それぞれ全体に円弧状であって１つの円弧部からなるので、第１および第２プレートに生じる応力集中箇所が少なくなり、しかもヘッダタンクのヘッダ部の流路内の熱交換管側への圧力は、第２プレートと管接続用プレートとによって受けられることになるので、ヘッダタンクの耐圧性が向上する。

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８はその要部の構成を示す。また、図９はガスクーラを製造する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、アルミニウム製タンク本体(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、かつタンク本体(7)の左側面を覆うようにタンク本体(7)にろう付された管接続用プレート(8)とを備えている。

タンク本体(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いる。タンク本体(7)は、上下方向にのびかつ両端が開口した中空部(9)を有しており、タンク本体(7)の上下両端部および上下方向の中央部に、中空部(9)を塞ぐ仕切板(11)が配置されている。そして、中空部(9)の上下両端開口が仕切板(11)により閉鎖されるとともに、中空部(9)が長さ方向の中央部において仕切板(11)により上下両部分(9A)(9B)に区画されることによって、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。入口ヘッダ部(10A)の冷媒流路(10a)および出口ヘッダ部(10B)の冷媒流路(10b)には冷媒が長さ方向に流れるようになっている。

図２〜図７に示すように、第１ヘッダタンク(2)のタンク本体(7)の第１プレート(7A)の前後方向（幅方向）の中央部に、左側（第２プレート(7B)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。第１プレート(7A)の外方屈曲部(7a)の内周面は横断面円弧状である。第１プレート(7A)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。また、第１プレート(7A)の外方屈曲部(7a)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。第１プレート(7A)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。

第１プレート(7A)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、第１プレート(7A)の外面に、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、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、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、第１プレート(7A)の外面に、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、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)の管接続用プレート(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、管接続用プレート(8)における第１プレート(7A)の貫通穴(25)と対応する位置の前後方向の中央部に、仕切板(11)の後述する凸部(39)が圧入される貫通穴(37)が形成されている。さらに、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)の突出端における貫通穴(25)から上下方向にずれた位置、ここでは上下両端部の貫通穴(25)と上下方向の中央部の貫通穴(25)との間の高さ位置に、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。なお、図７に実線で示すように、係合爪(21)は、３つのプレート(7A)(7B)(8)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(7A)(7B)(8)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(7A)(7B)(8)が仮止めされる。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)の第２プレート(7B)には、前後方向に長くかつ管接続用プレート(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。第２プレート(7B)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、第２プレート(7B)の第１プレート(7A)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（第２プレート(7B)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、第１プレート(7A)の外方屈曲部(7a)内に嵌っている。さらに、第２プレート(7B)の上下両端部および上下方向の中央部に、第１プレート(7A)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。第１プレート(7A)の貫通穴(25)と第２プレート(7B)の貫通穴(26)とによって、タンク本体(7)に、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、第１プレート(7A)および第２プレート(7B)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って、仕切板挿入穴(27)内に外側縁部が第１プレート(7A)の外面と面一となるように挿入されており、その内側縁部（管接続用プレート(8)側を向いた縁部）に内方（熱交換管(4)側）に突出した凸部(39)が形成されている。仕切板(11)は、外側縁部がタンク本体(7)の外方に露出するように各仕切板挿入穴(27)内に外側から挿入されてるとともに、凸部(39)が管接続用プレート(8)の貫通穴内に圧入され、この状態で、仕切板(11)の凸部(39)を除いた部分の前後両側縁部が第１プレート(7A)および第２プレート(7B)にろう付され、同じく左右方向内側縁部が管接続用プレート(8)にろう付され、仕切板(11)の凸部(39)を除いた部分の上下両面が第１プレート(7A)および第２プレート(7B)にろう付され、さらに凸部(39)が管接続用プレート(8)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、第１プレート(7A)および第２プレート(7B)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、これにより第１プレート(7A)の外方屈曲部(7a)の内部空間(24)の上下両端開口、および第２プレート(7B)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)および第２プレート(7B)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、管接続用プレート(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、第１プレート(7A)、管接続用プレート(8)および第２プレート(7B)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、第１プレート(7A)、管接続用プレート(8)および第２プレート(7B)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)と上下方向中央部の仕切板(11)との間において、それぞれ第１プレート(7A)の左右方向内面（第２プレート(7B)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、第２プレート(7B)の左右方向外面（第１プレート(7A)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。第１プレート(7A)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、第２プレート(7B)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。第１プレート(7A)の第１流路形成部(28)(29)および第２プレート(7B)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つの円弧部を有している。

図２および図８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)の第１プレート(7A)および第２プレート(7B)には上下両端部のみに仕切板(11)が配置されており、タンク本体(7)の中空部(9)は、上下両端開口のみが仕切板(11)により閉鎖されている。したがって、タンク本体(7)の中空部(9)、第１プレート(7A)の外方屈曲部(7a)の内部空間(24)および第２プレート(7B)の凹溝(23)は上下に区画されておらず、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、第１プレート(7A)の外方屈曲部(7a)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、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、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、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、第１プレート(7A)、管接続用プレート(8)および第２プレート(7B)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、それぞれ第１プレート(7A)の左右方向内面（第２プレート(7B)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、第２プレート(7B)の左右方向外面（第１プレート(7A)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。第１プレート(7A)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、第２プレート(7B)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。第１プレート(7A)の第１流路形成部(33)および第２プレート(7B)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)の第１プレート(7A)の第１流路形成部(28)(29)および第２プレート(7B)の第２流路形成部(31)(32)の場合と同一であり、１つの円弧部を有している。

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、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)内に位置している。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適当な手段で仮止めし、一括ろう付することにより製造される。ガスクーラ(1)の製造時において、３つのプレート(7A)(7B)(8)を組み合わせた後真っ直ぐな係合爪(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(7A)(7B)(8)を仮止めし、ついで熱交換管(4)の両端部を管接続用プレート(8)の管挿入穴(18)および第２プレート(7B)の連通穴(22)に挿入するとともに、仕切板(11)を仕切板挿入穴(27)内に挿入する。すなわち、図９に示すように、３つのプレート(7A)(7B)(8)の仮止め体を間隔をおいて配置するとともに、熱交換管(4)とコルゲートフィン(5)（図９ではコルゲートフィン(5)の図示は省略されている）を交互に配置し、棒状の管受け部材(40)をいずれか一端の開口から仮止め体の第１および第２プレート(7A)(7B)の中空部(9)内に挿入する。ついで、熱交換管(4)の両端部を管接続用プレート(8)の管挿入穴(18)および第２プレート(7B)の連通穴(22)内に、管受け部材(40)に当たるまで挿入する。その結果、熱交換管(4)の両端部の位置決めを行うことができ、その作業が簡単になる。ついで、管受け部材(40)を仮止め体の第１および第２プレート(7A)(7B)の中空部(9)から引き抜いた後に、仕切板(11)を仕切板挿入穴(27)内に挿入するとともに、凸部(39)を管接続用プレート(8)の貫通穴(37)内に圧入する。凸部(39)の貫通穴(37)内への圧入は、凸部(39)の大きさを、貫通穴(37)の大きさよりも若干小さくしておき、凸部(39)を貫通穴(37)内に挿入した後に凸部(39)をかしめて変形させることにより行われる。また、凸部(39)の大きさを、貫通穴(37)の大きさよりも若干大きくしておき、凸部(39)を貫通穴(37)内に強制的に挿入することにより行われてもよい。

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ＣＯ_２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、ＣＯ_２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、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、ヘッダタンク(2)(3)は３枚のプレート(7A)(7B)(8)により形成されているが、管接続用プレート(8)と第２プレート(7B)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、第２プレート(7B)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、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。

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の部分拡大図である。図３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２のＣ−Ｃ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。ガスクーラを製造する方法の一部の工程の概略を示す斜視図である。

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)：タンク本体
(7A)：第１プレート
(7B)：第２プレート
(7a)：外方屈曲部
(8)：管接続用プレート
(9)：中空部
(10A)：入口ヘッダ部
(10a)：冷媒流路
(10B)：出口ヘッダ部
(10b)：冷媒流路
(11)：仕切板
(18)：管挿入穴
(20)：中間ヘッダ部
(20a)：冷媒流路
(22)：連通穴
(24)：内部空間
(27)：仕切板挿入穴
(28)(29)(33)：第１流路形成部
(31)(32)(34)：第２流路形成部
(37)：貫通穴
(39)：凸部

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、タンク本体と、タンク本体における熱交換管側を向いた面を覆うとともにタンク本体に接合された管接続用プレートとにより構成され、各ヘッダタンクに、内部が冷媒流路となった少なくとも１つのヘッダ部が設けられ、タンク本体が、ヘッダタンクの長さ方向にのびかつ両端が開口した中空部を有しており、タンク本体の少なくとも両端部に中空部を塞ぐ仕切板が配置されることによって、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、管接続用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、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、タンク本体に管接続用プレートの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形成された熱交換器において、
タンク本体に、外側から仕切板を挿入する仕切板挿入穴が形成され、仕切板が、その外側縁部がタンク本体の外方に露出するように仕切板挿入穴に外側から挿入されてヘッダタンクに接合され、仕切板における管接続用プレート側を向いた縁部に熱交換管側に突出した凸部が形成され、管接続用プレートに仕切板の凸部が嵌る貫通穴が形成され、仕切板の凸部が、管接続用プレートの貫通穴内に圧入された状態で管接続用プレートに接合されている熱交換器。
タンク本体が、外側に位置する第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るとともに両プレートにろう付された第２プレートとよりなり、タンク本体の第１プレートの前後方向の中央部に、第２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、タンク本体の第２プレートに、管接続用プレートの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、第１プレートおよび第２プレートに跨るように、仕切板挿入穴が形成され、仕切板の外側縁部と、第１プレートの外面とが面一となっている請求項１記載の熱交換器。
ヘッダタンクのヘッダ部の冷媒流路が、第１プレートの外方屈曲部の内部空間よりなり、かつヘッダタンクの長さ方向にのびるとともに外側に凹んだ第１流路形成部と、第２プレートの第１プレート側を向いた面に形成され、かつヘッダタンクの長さ方向にのびるとともに内側に凹んだ第２流路形成部とからなり、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位置している請求項２記載の熱交換器。
第１プレートの第１流路形成部および第２プレートの第２流路形成部の内周面の横断面形状が、それぞれ全体に円弧状であって１つの円弧部からなる請求項３記載の熱交換器。
少なくともいずれか一方のヘッダタンクが、複数のヘッダ部を有しており、仕切板が、当該ヘッダタンクの両端部、および隣り合うヘッダ部どうしの間に配置されている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器。