(57)【要約】  トランスクリティカル冷却システム１２の冷却剤に超臨界冷却を与えるための熱交換器１０は１組の細長いヘッダー２０，２２、ヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６に並列した関係で間隔を開けて配置された、複数の細長い管２８、及び隣接した管の組の間に拡張するサーペンタインフィン３０を含む。各管２８は管２８の、少なくとも２つの平行区間を画定するために折り曲げられ、平らな断面を有する。管２８の平行区間は好まれるものとして、各平行区間の長辺Ｄが共通平面上に配置された状態で、互いに間隔を開けて配置される。各フィンは交互になったタブ４０及び、各フィン３０の幅Ｗをタブ４０に互いに接続された個々のフィン要素４４に分割するために、平行区間３６に平行に拡張し、隣接する管２８の平行区間３６の間に配置された細長い間隙４２を含む。各フィン要素４４は隣接する管２８の平行区間３６の１つに沿って拡張する。
2005512009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスクリティカル冷却サイクルの作業流体の超臨界冷却を与えるための熱交換器であって：
互いに実質的に平行に配置された縦軸を有する１組の細長いヘッダー；
前記ヘッダーの前記縦軸に沿って並行関係で間隔を開けて配置された複数の細長い管であって、各管が長辺及び短辺を有する平らな断面を有し、各管が前記ヘッダー間に作業流体を伝えるために、１つの前記ヘッダーに接続した第１端及び他の前記ヘッダーに接続した第２端を有し、各管が前記１つのヘッダーから前記他のヘッダーに対して連続的に少なくとも２つの平行流体経路を通って前記作業流体を流すように、少なくとも２つの管の平行区間を画定するために管自体が折り曲げられており、各管の前記平行区間が前記平行区間の各々の前記長辺が前記ヘッダーの前記縦軸に対して実質的に垂直な共通平面上に配置される状態で、互いに間隔を開けて配置されていることを特徴とする管；及び、
前記管の隣接する組の間に拡張するサーペンタインフィンであって、各フィンが前記隣接する管の前記平行区間に平行に拡張する長さ及び前記隣接する管の少なくとも２つの平行区間の全体にわたって拡張する横幅を有し、各フィンが前記平行区間に平行に拡張する複数の交互になったタブ及び細長い間隙を含み、前記タブ及び前記間隙が各フィンの前記横幅を前記タブによって互いに接続した複数の分離したフィン要素に分割するために前記隣接する管の前記平行区間の間に配置されており、各フィン要素が前記隣接する各管の前記平行区間の１つに対応し、前記平行区間の１つに沿って拡張していることを特徴とするフィン、
から成る熱交換器。
【請求項２】
前記各管の前記長辺が１２.７ｍｍ以下であり、前記短辺が２.５４ｍｍ以下である請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記各管の前記長辺が８.１３ｍｍ以下であり、前記短辺が１.５２ｍｍ以下である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記各管が前記作業流体を１つのヘッダーから他のヘッダーに対して連続的に少なくとも３つの平行流体経路を通って流すように、少なくとも３つの管の平行区間を画定するために少なくとも２回折り曲げられている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記各フィンが前記ヘッダーの前記縦軸に平行に、前記管の１つから隣接するもう１つの前記管まで拡張するフィン高を有し、前記管の前記長辺が前記フィン高以下である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記管の前記端の前記長辺が、前記管の前記端が前記ヘッダーに接続する部分で前記ヘッダーの前記縦軸に平行に拡張している、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記フィンの前記間隙が、前記フィンを形成するときにフィン材料の除去を必要としないスリットである、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記フィンの前記間隙が、前記フィンを形成するときにフィン材料の除去を必要とするスロットである、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項９】
広げられた状態の少なくとも１つの前記フィンに対して、前記間隙及び前記タブが前記フィンの長さに平行に拡張する長さを有し、前記間隙の長さの前記タブの長さに対する比が２００から６００である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記管の少なくとも１つが０.３８ｍｍから１.０２ｍｍの流体力学的径を有するマルチポート管である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１１】
トランスクリティカル冷却サイクルの作業流体の超臨界冷却を与えるための熱交換器であって：
互いに実質的に平行に配置された縦軸を有する１組の細長いヘッダー；
前記ヘッダーの前記縦軸に沿って並行関係で間隔を開けて配置された複数の細長い管であって、各管が長辺及び短辺を有する平らな断面を有し、各管が前記ヘッダー間に作業流体を伝えるために、１つの前記ヘッダーに接続した第１端及び他の前記ヘッダーに接続した第２端を有し、各管が前記１つのヘッダーから前記他のヘッダーに対して連続的に少なくとも２つの平行流体経路を通って前記作業流体を流すように、少なくとも２つの管の平行区間を画定するために管自体が折り曲げられており、各管の前記平行区間が前記平行区間の各々の前記長辺が前記ヘッダーの前記縦軸に対して実質的に垂直な共通平面上に配置されていることを特徴とする管；及び、
前記管の隣接する組の間に拡張するサーペンタインフィンであって、各フィンが前記隣接する管の前記平行区間に平行に拡張する長さ及び前記隣接する管の少なくとも２つの平行区間の全体にわたって拡張する横幅を有し、各フィンが前記平行区間に平行に拡張する複数の交互になったタブ及び細長い間隙を含み、前記タブ及び前記間隙が各フィンの前記横幅を前記タブによって互いに接続した複数の分離したフィン要素に分割するために前記隣接する各管の前記平行区間の間に配置されており、各フィン要素が前記隣接する各管の前記平行区間の１つに対応し、前記平行区間の１つに沿って拡張していることを特徴とするフィン、
から成る熱交換器。
【請求項１２】
前記各管の前記長辺が１２.７ｍｍ以下であり、前記短辺が２.５４ｍｍ以下である請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記各管の前記長辺が８.１３ｍｍ以下であり、前記短辺が１.５２ｍｍ以下である、請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記各管が前記作業流体を１つのヘッダーから他のヘッダーに対して連続的に少なくとも３つの平行流体経路を通って流すように、少なくとも３つの管の平行区間を画定するために少なくとも２回折り曲げられている、請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記管の前記端の前記長辺が、前記管の前記端が前記ヘッダーに接続する部分で前記ヘッダーの前記縦軸に平行に拡張している、請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記フィンの前記間隙が、前記フィンを形成するときにフィン材料の除去を必要としないスリットである、請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１７】
広げられた状態の少なくとも１つの前記フィンに対して、前記間隙及び前記タブが前記フィンの長さに平行に拡張する長さを有し、前記間隙の長さの前記タブの長さに対する比が２００から６００である、請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１８】
トランスクリティカル冷却サイクルの作業流体の超臨界冷却を与えるための熱交換器であって：
互いに実質的に平行に配置された縦軸を有する１組の細長いヘッダー；
前記ヘッダーの前記縦軸に沿って並行関係で間隔を開けて配置された複数の細長い管であって、各管が長辺及び短辺を有する平らな断面を有し、各管の前記長辺が１２.７ｍｍ以下であり、前記短辺が２.５４ｍｍ以下であり、各管が前記ヘッダー間に作業流体を伝えるために、１つの前記ヘッダーに接続した第１端及び他の前記ヘッダーに接続した第２端を有し、各管が前記１つのヘッダーから前記他のヘッダーに対して連続的に少なくとも２つの平行流体経路を通って前記作業流体を流すように、少なくとも２つの管の平行区間を画定するために管自体が折り曲げられており、各管の前記平行区間が前記平行区間の各々の前記長辺が前記ヘッダーの前記縦軸に対して実質的に垂直な共通平面上に配置されていることを特徴とする管；及び、
前記管の隣接する組の間に拡張するサーペンタインフィンであって、各フィンが前記隣接する管の前記平行区間に平行に拡張する長さを有していることを特徴とするフィン、
から成る熱交換器。
【請求項１９】
トランスクリティカル冷却サイクルの作業流体の超臨界冷却を与えるための熱交換器であって：
互いに実質的に平行に配置された縦軸を有する１組の細長いヘッダー；
前記ヘッダーの前記縦軸に沿って並行関係で間隔を開けて配置された複数の細長い管であって、各管が長辺及び短辺を有する平らな断面を有し、各管が前記ヘッダー間に作業流体を伝えるために、１つの前記ヘッダーに接続した第１端及び他の前記ヘッダーに接続した第２端を有し、各管が前記１つのヘッダーから前記他のヘッダーに対して連続的に少なくとも３つの平行流体経路を通って前記作業流体を流すように、少なくとも３つの管の平行区間を画定するために管自体が少なくとも２回折り曲げられており、各管の前記平行区間が前記平行区間の各々の前記長辺が前記ヘッダーの前記縦軸に対して実質的に垂直な共通平面上に配置されていることを特徴とする管；及び、
前記管の隣接する組の間に拡張するサーペンタインフィンであって、各フィンが前記隣接する管の前記平行区間に平行に拡張する長さを有していることを特徴とするフィン、
から成る熱交換器。
【請求項２０】
トランスクリティカル冷却サイクルの作業流体の超臨界冷却を与えるための熱交換器であって：
互いに実質的に平行に配置された縦軸を有する１組の細長いヘッダー；
前記ヘッダーの前記縦軸に沿って並行関係で間隔を開けて配置された複数の細長い管であって、各管が長辺及び短辺を有する平らな断面を有し、各管が０.３８ｍｍから１.０２ｍｍの流体力学的径を有するマルチポート管であり、各管が前記ヘッダー間に作業流体を伝えるために、１つの前記ヘッダーに接続した第１端及び他の前記ヘッダーに接続した第２端を有し、各管が前記１つのヘッダーから前記他のヘッダーに対して連続的に少なくとも２つの平行流体経路を通って前記作業流体を流すように、少なくとも２つの管の平行区間を画定するために管自体が折り曲げられており、各管の前記平行区間が前記平行区間の各々の前記長辺が前記ヘッダーの前記縦軸に対して実質的に垂直な共通平面上に配置されていることを特徴とする管；及び、
前記管の隣接する組の間に拡張するサーペンタインフィンであって、各フィンが前記隣接する管の前記平行区間に平行に拡張する長さを有していることを特徴とするフィン、
から成る熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器、特に、トランスクリティカル冷却サイクル（transcritical cooling cycle）における作業流体の超臨界冷却（supercritical cooling）を与える熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器の一般的な１つの形態は管及び管と相互接続するフィンから成る「コア」と呼ばれる部材を含む。この形態において、一方の流体がコアの管を通過するのに対し、もう一方の流体はフィンと管の間の空間でコア自体を通過する。通常、管の両端は１組の平行なマニホールドまたは「タンク」に接続され、一方のマニホールドが流体を管に導く吸入用マニホールドとして使用され、もう一方のマニホールドが流体を管から排出する排出用マニホールドとして利用される。
【０００３】
この種の熱交換器は自動車等のラジエーター、凝縮器、蒸発器、チャージ型空気冷却器、オイルクーラー等の多様な用途で使用されている。この種の熱交換器の共通な形式はパラレルフロー熱交換器（parallel flow heat exchanger）として知られており、熱交換器全体に冷却剤を導くために平らなマルチポート管（multi-port tube）を使用する。通常、平らな管は直線状であり、マニホールドは管の両端を受容するために熱交換器の両側に間隔を開けて配置される。しかしながら、各管を２つの平行な区間（または、２つの平行な脚部）を備えた「ヘアピン」状の形状に折り曲げ、管の両端を受容するために吸入用マニホールドと排出用マニホールドを隣り合わせの状態で配置する方法も知られている。そのような構造の１つはHoshinoらの米国特許No.5,531,268に開示されている。この特許に開示されている構造は意図した目的に対して適当な構造を有しているが、いくつかの問題点も残されている。さらに、この構造は、二酸化炭素等（ＣＯ2）の冷却剤の超臨界冷却を与えるために気体冷却器（または、ガスクーラー）を必要とするトランスクリティカル冷却サイクル等の、比較的高い作業圧力に依存する空調システムでの使用に対して適当（または、少なくとも最適）ではない。
【０００４】
ＣＦＣ１２やＨＦＣ１３４ａ等の、従来の多くの冷却剤の使用に対する環境上の関心の高まりは、特に自動車等で使用されるトランスクリティカルＣＯ2システムの使用に対する注目を高めている。その理由の１つとして、これらのシステムに冷却剤として利用されているＣＯ2は大気中から取得することができるので、冷却剤が大気中に漏れ出したとしても、それらは大気中のＣＯ2を実質的に増加させる心配がない。すなわち、ＣＯ2は温室効果の観点から見て望ましくない物質であるが、これらのシステムは漏れ等によって大気中のＣＯ2を増加させることがないので、オゾン層に影響を与えず、温室効果を増大させる心配がない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第１の目的は改善された新規の熱交換器を提供することである。本発明のもう１つの目的はトランスクリティカル冷却サイクル中の作業流体の超臨界冷却に対して有効な、改善された熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施例は上述の目的を達成し、トランスクリティカル冷却サイクル中の作業流体の超臨界冷却を提供する。熱交換器は：互いに実質的に平行に配置された縦軸を有する１組の細長いヘッダー；ヘッダーの縦軸に沿って並列に、間隔を開けて配置された複数の細長い管であって、前記管が少なくとも２つの平行区間（または、平行な脚部）を構成し、作業流体が１つのヘッダーから他のヘッダーに対して連続的に少なくとも２つの平行な経路を通って流れるように管自体が折り曲げられている管；及び、隣接する管の組の間に拡張する、曲がりくねったフィン（または、サーペンタインフィン）であって、各々が隣接する管の平行区間に対して平行に拡張するだけの長さを持ったフィンを備える。各管は長辺と短辺を有する平らな断面を持つ。各管の平行区間の長辺はヘッダーの縦軸に対して実質的に横向の（または、垂直な）共通平面上に配置される。各管はヘッダーの間に作業流体を流すために一方のヘッダーに接続した第１端及び、他のヘッダーに接続した第２端を備える。
【０００７】
１つの形式において、各サーペンタインフィン（または、各曲がりくねったフィン）は隣接する管の平行区間全体にわたって拡張する横幅を持つ。各フィンは、各フィンの幅を各々がタブによって接続された、複数の別個のフィン要素に分割するために、隣接した管の平行区間の間に配置された複数の交互になった（または、互い違いの位置に配置された）タブ及び平行区間に対して平行に拡張する細長い間隙を含む。各フィン要素は隣接する各管の平行区間の１つに対応し、その平行区間に沿って拡張する。
【０００８】
１つの形式において、各管の平行区間は互いに間隔を開けて配置される。１つの形式において、各管は作業流体が１つのヘッダーから他のヘッダーに対して、少なくとも３つの連続的な平行な流体用経路を通って流れるように、少なくとも３つの平行区間を画定するために少なくとも２回折り曲げられる。
【０００９】
１つの形式において、各管は約０.３８ｍｍから１.０２ｍｍの流体学的径を持った、マルチポート管である。１つの形式において、各管の長辺は１２.７ｍｍ以下であり、短辺は２.５４ｍｍ以下である。
【００１０】
１つの形式において、各フィンは１つの管から隣接するもう１つの管まで、ヘッダーの縦軸に対して平行に拡張するフィン長を有し、管の長辺はフィン長以下である。１つの形式において、管の長辺は、管の端がヘッダーに接続する場所において、ヘッダーの縦軸に平行に拡張する。
【００１１】
本発明の他の目的、特徴、及び長所は付随する図面とともに以下の説明を参照することにより、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、本発明に従った熱交換器１０はトランスクリティカル冷却サイクル（transcritical cooling cycle）で動作する基本的な冷却システムとともに示されている。熱交換器１０は、熱交換器１０のフィン側の気体流Ａ等の媒体に熱を排出することによって、ＣＯ2等の、冷却システム１２の作業流体または冷却剤に超臨界冷却を与える気体冷却器（または、ガスクーラー）１３の形式で図示されている。冷却システム１２は熱交換器１０、熱交換器１０への伝達のために気相の冷却剤を超臨界圧力（supercritical pressure）に圧縮する圧縮器（または、コンプレッサー）１４、熱交換器１０から供給された冷却剤の圧力を減少させ、冷却剤を少なくとも部分的に液相にする膨張器１６、冷却剤を液相から気相に変化させるために媒体からの熱を冷却剤に移す蒸発器１７、（選択的な）蓄圧器１８、及び、熱交換器１０から排出される冷却剤からの熱を蒸発器１７または蓄圧器１８から排出される冷却剤に移すサクションライン熱交換器（suction line heat exchanger）１９。ここで、本発明の熱交換器がトランスクリティカル冷却サイクルを実施する他の種類の冷却システムや他の構成の冷却システムで使用することができ、本発明が図１に示されている特定の冷却システムでの使用に限定されないことは理解されなければならない。さらに、開示された熱交換器１０は気体冷却器１３として使用されたときに特に有効であるが、トランスクリティカル冷却サイクルとの関連で使用されるかどうかにかかわらず、凝縮器や蒸発器等の、他の目的で使用されたときにも有効であることは理解されなければならない。
【００１３】
図２−４を参照すると、熱交換器１０は：互いに実質的に平行に配置された縦軸２４及び２６を有する１組の細長い管状のヘッダー２０及び２２；ヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６に沿って並行関係で、間隔を開けて配置された複数の細長い管２８；及び、隣接する管２８の組の間に拡張するサーペンタインフィン（または、曲がりくねったフィン）３０を含む。ここで、図示された実施例において、各フィン３０は管２８の長さＬと同じ長さまで拡張しているが、図２において、フィンの中央の部分は図解のために省略されている。好まれるものとして、フィン３０はルーバー式（または、がらり式）にされる。図３に図示されているように、各管２８はヘッダー２０，２２間に冷却剤を伝えるために、ヘッダー２０に接続された第１端３１、及びヘッダー２２に接続された第２端３２を備える。
【００１４】
図５に図示されているように、各管２８は長辺Ｄ及び短辺ｄを有する平らな（または、長方形の）断面を持つ。各管２８は好まれるものとしてマルチポート管（multi-port tube）であり、さらに好まれる実施例においては、０.３８ｍｍから１.１４ｍｍの流体学的径を持ったマルチポート管である。ここで、図５は６個のポート３４を図示しているが、他の実施例において、各マルチポート管２８は７個以上または５個以下のポートを含んでもよい。例えば、１つの実施例において、各管は４個のポート３４を備えてもよい。１つの好まれる実施例において、管は、例えばトランスクリティカルＣＯ2冷却システムの気体冷却器（または、ガスクーラー）等で要求される、２０℃の環境で少なくとも４５Ｍｐａの破裂圧に耐えられるように構成される。
【００１５】
好まれるものとして、各管２８の長辺Ｄは規格上１２.７ｍｍ以下であり、短辺ｄは２.５４ｍｍ以下である。また、さらに好まれる実施例において、短辺ｄは規格上１.５２ｍｍ以下であり、長辺Ｄは規格上８.１３ｍｍ以下である。ここで、長辺Ｄは小さければ小さいほど多くの長所をもたらす。例えば、各管２８は少なくとも２つの平行区間（または、平行な脚部）３６を含むので、熱交換器１０の深さ（または、厚さ）は長辺Ｄの寸法に大きく依存し、長辺Ｄが小さければ小さいほど熱交換器の深さを小さくすることができる。さらに、図１−４に示されているような長辺Ｄとヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６が平行になる構成ではなく、管の端３１，３２の長辺Ｄがヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６に対して横方向（または、垂直方向）に拡張するような構成においては、ヘッダー２０，２２の径を小さくすることができる。また、図１−４に示されているような長辺Ｄとヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６が平行になる構成においては、ヘッダー２０，２２の長さを小さくすることができる。さらに、長辺Ｄの減少は他の好まれる実施例において、フィンの高さの縮小を可能にする。しかしながら、フィンの高さは大きい方が、空気側の効率を高めることができることに注意しなければならない。
【００１６】
図３、４及び６に最もよく図示されているように、各管２８は冷却剤がヘッダー２０からヘッダー２２に対して、少なくとも２つの連続的な平行な流体用経路３８を通って流れるように、少なくとも２つの平行区間３６を画定するために、管自体が折り曲げられる。ここで、吸入用及び排出用ヘッダー２０，２２は、熱交換器１０が気体冷却器として動作するときに、熱交換器１０が熱交換器のフィン側の流体の流れに対してクロス向流（cross-counterflow）構成で動作するように選択されるのが望ましい。平行区間の各組は、折り曲げ部３９のところで長辺Ｄが縦軸２６、２４に対して（横向ではなく）平行になるように、折り曲げ部３９の場所で脚部３６に対して９０°ねじれた折り曲げ部３９によって接合されている。好まれるものとして、折り曲げ部３９は、最初に折り曲げ部３９の場所で脚部３６を管２８の部分に対して９０°ねじり、次に、折り曲げ部３９を形成するために折り曲げ部の場所で管を約１８０°折り曲げることによって形成される。ここで、各脚部３６の９０°のねじりは、図３及び図６に示されているように、同じ方向であってもよいし、または、熱交換器１０の特定の用途に応じて、異なった方向で構成されてもよい。
【００１７】
各管２８の平行区間３６は好まれるものとして、図２及び図５にヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６に対して実質的に垂直な点線Ｐによって示されているように、平行区間３６の長辺Ｄを共通面に配置しながら、図６に最もよく図示されているように、互いに距離Ｘだけ間隔を開けて配置される。この構成は長辺Ｄがフィン３０を介した媒体の流れの方向に対して平行に拡張することを可能にする。この間隔Ｘは１つの脚部から他の脚部への熱伝導を減少させる。熱交換器１０が超臨界冷却を与えるために使用される場合、冷却剤が管２８を介して１つのヘッダー２０からもう１つのヘッダー２２へ流れるときに冷却剤の温度は大きく変化するので、この特徴は特に重要となる。好まれるものとして、距離Ｘは熱交換器１０の鑞付け中に鑞付け材料によって隣接する平行区間３６間の隙間が埋まることを防止または最小化する程度に大きいことが望まれるが、熱交換器１０の深さを必要以上に増大させるほど大きくすることは望ましくない。隣接した各管の平行区間３６は互いに間隔を開けることが望まれるが、用途によってはこのような間隔が必要ない場合、または望まれない場合もあるだろう。
【００１８】
図１及び図５に図示されているように、フィン３０は隣接する管の間の間隔に等しいフィン長Ｈ、すなわち、管２８の１つからヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６に平行な方向に隣接する他の管２８まで拡張するフィン長Ｈを有する。好まれるものとして、管２８の長辺Ｄはフィン長Ｈ以下である。この構成は図２に図示されているように、各管の端３１，３２が対応する平行区間３６に対して９０°ねじれることができ、それによって、管の端３１，３２がヘッダー２０，２２に接続する場所で端３１，３２の長辺Ｄがヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６に平行に拡張することを可能にする。この構造は、ヘッダー２０，２２の径が可能な限り小さいことが望まれる、トランスクリティカル冷却システムで使用される気体冷却器等の、高い圧力を必要とする用途において特に重要である。そのような構成においては、長辺Ｄはヘッダー２０，２２の内径よりも大きくなることが考えら。管の端３１，３２がヘッダー２０，２２に接続する場所で、長辺Ｄがヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６に対して平行に拡張することを可能にすることにより、各管２８の長辺Ｄをヘッダー２０，２２の内径よりも大きくすることができる。好まれる実施例において、管の端３１，３２がヘッダー２０，２２に接続する場所で長辺Ｄはヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６に対して平行に拡張するが、他の用途においては、これらの場所において長辺Ｄが他の方向に向けられてもよい。例えば、いくつかの用途において、管の端３１，３２の長辺Ｄは、管の端３１，３２がヘッダー２０，２２に接続する場所で、縦軸２４，２６に横方向（または、垂直方向）に拡張してもよい。
【００１９】
前述したように、各サーペンタインフィン３０は図４に最もよく図示されているように、隣接する管２８の平行区間３６に平行に拡張する長さＬ、及び隣接する管２８の平行区間３６全体にわたって拡張する横幅Ｗを有する。図解のために、図５は管２８の３つの脚部３６を示しており、図７は各管２８が２つだけの平行区間３６を備えた、熱交換器構造１０とともに使用するためのフィン３０を示している。図７を参照すると、各フィン３０は、各フィン３０の幅Ｗを各々がタブ４０によって互いに接続された、複数の別個の（または、複数の分離した）フィン片またはフィン要素４４に分割するために、隣接した管２８の平行区間３６の間に配置された複数の交互になった（または、互い違いの位置に配置された）タブ４０及び平行区間３６に対して平行に拡張する細長い間隙（または、分離溝）４２を含む。各フィン要素４４は各管２８の平行区間３６の隣接する１つに対応し、それに沿って拡張する。間隙４２は概略直線であり、互いに向かい合い、フィン３０を通る媒体の流れの方向に概略垂直な対向する縁部４５を備える。ここで、図７の実施例は２つの平行区間３６を備えた管２８に対するフィン３０を図示しているが、タブ４０、間隙４２及びフィン要素４４を含む上述の構造が図２−５に示されているような、各管２８に３つ以上の平行区間３６を備えた熱交換器１０に対しても利用可能であることは理解されなければならない。そのような構成において、各フィン３０は好まれるものとして、隣接する各管２８の各平行区間３６に対応し、それに沿って拡張するフィン要素４４、並びに、各フィン要素４４の間に備えられたタブ４０及び間隙４２を備え、平行区間３６全体にわたって拡張する。
【００２０】
各フィン３０の交互になった（または、互い違いの位置に配置された）タブ４０はフィン要素４４の他のフィン要素に対する動き（すなわち、フィン要素間どうしの動き）を制限し、それによって、フィン３０が熱交換器１０の組み立て中に単体の部材として留まることを可能にし、さらに、熱交換器のフィン側の圧力低下を最小にするために、フィン要素４４を他のフィン要素と整列した状態で維持することを可能にする。細長い間隙４２は各管２８の各平行区間３６から隣接する平行区間３６への熱伝導を最小にし、それによって、各平行区間３６に関連したフィン要素４４の間の熱伝導を最小にするために利用される。この構成は熱交換器１０に吸入される作業流体の温度が熱交換器１０から排出される作業流体の望まれる温度と大幅に異なる、図２−４の気体冷却器等の用途において特に重要である。全長の１０％だけがルーバー式でないフィン（または、典型的なルーバー式のフィン）３０の場合、平行区間の間の全熱伝導の４０％程度がフィンを介して伝導され、したがって、大気中に排出されないことが計算によって示されている。状況によっては、熱交換器１０の高温側のフィン３０から熱交換器１０の低温側のフィン３０に受容される熱の伝導は低温側のフィン３０を低温側の管２８を通って流れている作業流体より高い温度にする程度に大きい場合があり、作業流体が熱交換器１０を出る前に作業流体に熱を送り返してしまう状況を作り出す可能性がある。したがって、各間隙４２はフィン３０の長さに沿って可能な限り絶え間なく拡張することが望まれ、そして、タブ４０の数及び寸法は、各フィン要素４４が組み立て中に分離（または、分解）することを防止し、組み立て中に各フィン３０のフィン要素間の容認可能な整列状態を維持するために必要な最小限の値まで最小化されることが望まれる。
【００２１】
前述の説明において、タブ４０及び細長の間隙４２に対して多数の異なった構成が可能であることは理解されなければならない。例えば、広がった状態の（または、折りたたまれていない状態の）フィン３０を備えた、アルミニウム製のフィン３０の実施例において、各タブ４０がフィン３０の長さに沿って約０.５１ｍｍ拡張し、アルミニウム製のフィン３０の各間隙４２が広がった状態のフィン３０の長さに沿って約２０ｃｍ拡張してもよい。フィン３０の１つの好まれる実施例において、タブ４０及び間隙４２は広がった状態のフィン３０の長さに平行に拡張する長さを有し、間隙４２の長さのタブ４０の長さに対する比が２００から６００の範囲であってもよい。もう１つの実施例において、図７に示されているように、各細長の間隙４２は広がった状態のフィン３０とともに、１つのタブ４０から１０から１４個の折り曲げ部４６を通って次のタブ４０まで絶え間なく拡張してもよい。
【００２２】
タブ４０及び間隙４２は多様な方法で形成可能であるが、好まれるものとして、間隙４２はフィン３０の形成中にフィン材料の除去を必要としない、フィン材料中の切り込みまたはスリットとして形成される。そのようなスリットや切り込みを作製するための１つの方法は、フィン３０がシート材料の片から形成されるときに、フィン３０中に単純な切り込みを形成するためにフィン用ロール型（fin roll die）にスプリッターディスク（splitter disk）を使用することである。タブ４０を形成することにより（または、タブ４０を切り取らずに残すことにより）各フィン要素４４がフィン３０の隣接するフィン要素４４に接続したままであることを確実にするために、スプリットは各回転中にディスクの小部分に対してだけ排除されるようにする。この構成はフィンの表面に損失を与えずに、フィン３０に物理的な切り込みまたはスリットを備えることを可能にする。
【００２３】
このような構成において、縁４５は（完全ではないが）実質的に他の縁と隣接する。この構成における１つの問題点はフィン要素４４が鑞付け処理中に一緒に鑞付けされてしまう可能性があることである。この問題を最小に抑えるための１つの手法は鑞付け材料をフィン３０に被覆するのではなく、鑞付け材料をフィン３０と隣接する管状の脚部３６の側壁に局在させることである。この問題を最小に抑えるためのもう１つの手法はフィン３０の隣接したフィン要素４４をタブ４０から離れた場所でオフセットさせることであり、これは被覆フィン（clad fin）を可能にする。もう１つの手法はスリットによって形成された縁４５を僅かに離れるように曲げ、非常に小さいルーバーを形成することであり、これも被覆フィンを可能にする。さらにもう１つの手法はフィン要素４４を互いに分離するために各タブ部分４０を鋳造（coin）することである。そして、この手法も被覆フィンを可能にする。上述の実施例においてはスリットが望まれるが、いくつかの用途においては、間隙４２を、フィン３０を形成するときにフィン材料の除去を必要とするスロット（または、溝）として形成することが望まれる場合もある。ここで、スロットはフィン３０の幅Ｗに平行な百分の１ｍｍ（数千分の１インチ）程度の幅をもてば十分であるだろう。
【００２４】
好まれる実施例においてフィン３０はタブ４０及び間隙４２を含むが、いくつかの用途において、タブ４０及び間隙４２は必要ない、または、望まれない場合もある。好まれるものとして、フィン３０はルーバー式である。この分野で多数のルーバーが周知であるだろう。ルーバーの正確な構造は熱交換器１０のフィン側の流体、熱交換器１０のフィン側の可能な圧力低下、各管２８の平行区間３６の数、及び各管２８の平行区間３６の数が奇数か偶数か等の、特定の用途の特定のパラメーター大きく依存する。
【００２５】
システム１２の気体冷却器として動作する場合、熱交換器１０が通常、冷却剤の超臨界冷却を与えることは理解されなければならない。しかしながら、周囲の温度が臨界温度より低い動作状態も存在し、そのような場合には、熱交換器１０は冷却剤に対して臨界未満冷却（subcritical cooling）を与える凝縮器として動作するであろう。
【００２６】
図３に最もよく図示されているように、熱交換器１０は各管２８に対して１２個の平行区間３６を含む。しかしながら、熱交換器１０の多様な用途に対する平行区間の最適な数がシステム１２の作業流体、熱交換器１０が収容される筐体や環境、及び熱交換器の機能（すなわち、空調または熱ポンプシステムの気体冷却器、凝集器、または蒸発器）等の、特定の用途に対する特定のパラメーターに大きく依存することは理解されなければならない。例えば、いくつかの用途においては、各管２８に対して２個または３個の平行区間を備えることが望まれてもよい。
【００２７】
もう１つの選択肢として、特定の用途で要求される可能性がある性能を与えることが必要な場合等に、冷却剤をヘッダー２０から管２８のサブセットを通ってヘッダー２２に導き、さらに、管２８の他のサブセットを通ってヘッダー２０に戻すために、そして、同様に一方のヘッダーから他方のヘッダーに同様な経路を通って冷却剤を導くために、１つまたは複数のバッフル（baffle）がヘッダー２０，２２のどちらかまたは両方に備えられてもよい。
【００２８】
１つの好まれる実施例において、熱交換器２０，２２、管２８およびフィン３０は全てアルミニウムから作製され、適当な鑞付け材料で鑞付けされる。しかしながら、いくつかの用途においては、特定の用途のパラメーターに応じて、これらの部材に対して他の適当な材料が利用されてもよい。
【００２９】
また、図１−３に図示されている実施例において、熱交換器１０はヘッダー２０，２２の縦軸２４，２６が水平方向に拡張し、管２８の平行区間３６が横方向（または、垂直方向）に拡張しているが、いくつかの用途において、熱交換器１０が横方向に拡張した縦軸２４，２６及び水平方向に拡張した平行区間３６を有することが望まれる場合もあることは理解されなければならない。さらに、図１−３に図示された実施例において、熱交換器１０のヘッダー２０，２２は熱交換器１０の同じ側に配置されているが、いくつかの用途において、ヘッダー２０，２２は熱交換器１０の両側（すなわち、互いに反対側）に配置されることが望まれる場合もある。熱交換器の同じ側にヘッダー２０，２２が配置される構成は通常、各管２８に対して偶数の平行区間３６を必要とし、熱交換器の両側にヘッダー２０，２２が配置される構成は通常、各管２８に対して奇数の平行区間３６を必要とする。さらに、特定の用途によっては、管状のヘッダー２０，２２の代わりにタンクに取り付けられたヘッダープレートが利用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の熱交換器の実施例を含む冷却システムの、一部概略的な立面図である。
【図２】図１に示されている熱交換器の立面図である。
【図３】図２に示されている熱交換器の側面図である。
【図４】図２に示されている熱交換器の上面図である。
【図５】図３の線５−５に沿って切り取ったときの、拡大された部分断面図である。
【図６】図１−５に示されている熱交換器で利用されている管の、拡大された部分断面図である。
【図７】本発明の熱交換器の実施例で利用されている管及びフィンを示している斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    熱交換器
１２    トランスクリティカル冷却システム
１３    気体冷却器（熱交換器）
１４    圧縮器
１６    膨張器
１７    蒸発器
１８    蓄圧器
１９    サクションライン熱交換器
２０，２２  ヘッダー
２４，２６  ヘッダーの縦軸
２８    管
３０    フィン
３１，３２  管の端
３４    マルチポート
３６    管の脚部
３８    流体用経路
３９    折り曲げ部
４０    タブ
４２    間隙
４４    フィン要素
４５    フィン要素の縁
４６    折り曲げ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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