(57)【要約】冷媒を流通する偏平状のチューブ３０１及び波型のフィン３０２を積層してなるコア３００ａと、チューブの端部を挿入するスロットを設けたタンク３１０とを備えた熱交換器において、コアは、チューブの偏平状の面が前記通風方向と平行になるように構成し、チューブは、その端部３０１ａの幅方向が通風方向に対して９０°に捩じれた構成の熱交換器、及びそのチューブである。また、超臨界冷凍サイクルの熱交換器に関し、通風方向に重ねられた複数のコア３００ａ，３００ｂの一方の側部において、各タンク３１０ａ，３１０ｃの位置は通風方向と直交する方向にずらすとともに、冷媒の入口部３２０及び出口部３３０は通風方向の風上側又は風下側に揃えて向けた。
2003040640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の熱交換を行う熱交換器に用いられ、前記冷媒を流通する偏平状のチューブにおいて、
前記熱交換器は、当該チューブ及び波型のフィンを積層してなるコアと、当該チューブの端部を挿入するスロットを設けたタンクとを備え、前記コアに対して通風がなされるとともに前記コアに伝わる熱にて前記冷媒の熱交換を行うものであり、
前記コアは、当該チューブの偏平状の面が前記通風方向と平行になるように構成し、
当該チューブは、その端部の幅方向が前記通風方向に対して９０°に捩じれたことを特徴とする熱交換器用チューブ。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記冷媒を循環する冷凍サイクルに用いられ、前記冷凍サイクルは、高圧側の圧力が前記冷媒の臨界点を超えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用チューブ。
【請求項３】
冷媒を流通する偏平状のチューブ及び波型のフィンを積層してなるコアと、前記チューブの端部を挿入するスロットを設けたタンクとを備え、前記コアに対して通風がなされるとともに前記コアに伝わる熱にて前記冷媒の熱交換を行う熱交換器において、
前記コアは、前記チューブの偏平状の面が前記通風方向と平行になるように構成し、
前記チューブは、その端部の幅方向が前記通風方向に対して９０°に捩じれたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
前記タンクの内径は、前記チューブの幅よりも小さいことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
複数の前記スロットを前記タンクの長手方向に沿って列設するとともに、前記チューブの幅を前記チューブの配置間隔よりも小さく設定したことを特徴とする請求項３又は４記載の熱交換器。
【請求項６】
前記チューブの配置間隔をＰ、前記チューブの幅をＴとするとき、これらは、Ｐ＝（６〜１２）ｍｍ、Ｔ＝Ｐ・（０．９５〜０．８０）、の関係にあることを特徴とする請求項５記載の熱交換器。
【請求項７】
当該熱交換器は、前記通風方向に複数の前記コアを重ねてなることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか記載の熱交換器。
【請求項８】
前記コアとしては、前記通風方向に重ねられた第１コア及び第２コアを備え、
前記タンクとしては、前記第１コアのチューブの一方の端部を挿入する第１タンクと、前記第１コアのチューブの他方の端部及び前記第２コアのチューブの一方の端部を挿入する第２タンクと、前記第２コアのチューブの他方の端部を挿入する第３タンクとを備え、
前記第１タンクには前記冷媒の入口部を設け、前記第３タンクには前記冷媒の出口部を設けたことを特徴とする請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】
前記第１タンク及び前記第３タンクの位置は前記通風方向と直交する方向にずらすとともに、前記入口部及び前記出口部は前記通風方向の風上側又は風下側に揃えて向けたことを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記フィンの幅は、前記チューブの幅よりも大きく設定したことを特徴とする請求項３乃至９のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記タンクは、筒状を呈するものであり、半筒状の第１部材と、前記スロットが列設された第２部材と、その端部を閉鎖する閉鎖部材とを組み付けてなることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記タンクは、前記第１部材と、複数の前記第２部材と、複数の前記第２部材を互いに連結するスペーサと、前記閉鎖部材とを組み付けてなることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記閉鎖部材には、前記第２部材を嵌合する嵌合部を設けたことを特徴とする請求項１１又は１２記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記第１部材にはカシメ部を設け、前記第１部材及び前記第２部材は前記カシメ部をカシメることにより固定したことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記カシメ部をカシメることにより、前記第１部材、前記第２部材、及び前記閉鎖部材を固定したことを特徴とする請求項１４記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記チューブの端部を前記スロットに挿入した後に前記第１部材と前記第２部材とを組み付けたことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記第１部材と前記第２部材とを組み付けた後に前記チューブの端部を前記スロットに挿入したことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記チューブの端部は、前記チューブの長手方向に対して屈曲したことを特徴とする請求項３乃至１７のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記チューブの端部は、前記スロットに挿入する前に屈曲したことを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２０】
前記チューブの端部は、前記スロットに挿入した後に屈曲したことを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２１】
当該熱交換器は、前記冷媒を循環する冷凍サイクルに用いられ、前記冷凍サイクルは、高圧側の圧力が前記冷媒の臨界点を超えることを特徴とする請求項３乃至２０のいずれか記載の熱交換器。
【請求項２２】
高圧側の圧力が冷媒の臨界点を超える冷凍サイクルの熱交換器であり、前記冷媒を流通する偏平状のチューブ及び波型のフィンを積層してなるコアと、前記チューブの端部を挿入するスロットを設けたタンクとを備え、前記コアに対して通風がなされるとともに前記コアに伝わる熱にて前記冷媒の熱交換を行う熱交換器において、
前記コアとしては、前記通風方向に重ねられた第１コア及び第２コアを備え、
前記第１コア及び前記第２コアの一方の側部において、前記第１コアのチューブの端部を挿入する前記タンクには前記冷媒の入口部を設け、且つ前記第２コアのチューブの端部を挿入する前記タンクには前記冷媒の出口部を設け、これらのタンクの位置は前記通風方向と直交する方向にずらすとともに、前記入口部及び前記出口部は前記通風方向の風上側又は風下側に揃えて向けたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、冷媒を流通する偏平状のチューブ及び波型のフィンを積層してなるコアと、チューブの端部を挿入するスロットを設けたタンクとを備え、コアに対して通風がなされるとともにコアに伝わる熱にて冷媒の熱交換を行う熱交換器に関する。
背景技術
冷凍サイクルに用いられる放熱器やエバポレータ等の熱交換器としては、複数の偏平状のチューブと複数の波型のフィンとを交互に積層してコアをなすとともに、チューブの端部をパイプ状のタンクに挿入してなるものが知られている。チューブの偏平状の面は、通風方向と平行となるように構成されている。冷媒は、タンクから内部に取り入れられて、コアに伝わる熱によって熱交換をしつつチューブを流通した後、タンクから外部に排出される。
また、冷凍サイクルの冷媒としては、これまで代替フロンを含めフロン系の冷媒が広く採用されてきたところ、近年では地球環境に配慮して、これをＣＯ２に変更する傾向にある。ＣＯ２を冷媒とする冷凍サイクルは、フロン系の冷媒を用いた冷凍サイクルと比較すると、内部の圧力が極めて高く、とりわけ高圧側の圧力は、気温等の使用条件によって、冷媒の臨界点を超える訳である。臨界点とは、気層と液層が共存する状態の高圧側の限界（つまり高温側の限界）であり、蒸気圧曲線の一方での終点である。臨界点での圧力、温度、密度は、それぞれ臨界圧力、臨界温度、臨界密度となる。特に、冷凍サイクルの高温熱源部である放熱器においては、圧力が冷媒の臨界点を上まわると、冷媒が凝縮することはない。
ところで、冷凍サイクルの熱交換器については、冷媒の熱交換効率の向上、小型化、軽量化、製造の容易化、及び設置スペースの節約等が重要な課題とされる。特に、高圧側の圧力が冷媒の臨界点を超える超臨界冷凍サイクルは、フロン系の冷媒を用いる冷凍サイクルと比較すると、非常に高い耐圧強度を要し、これに用いる熱交換器については、耐圧性の確保とともに、より一層の合理化が必要とされている。
例えば、超臨界冷凍サイクルの熱交換器は、耐圧性を確保する点で、チューブやタンクの容積を小さくするとともに、それらの肉厚を厚くする必要がある。ここで、タンクの肉厚を厚くすると、タンクに挿入するチューブの幅をタンクの外径に対して極端に小さく設定しなければならない不都合が生じる。つまり、肉厚が厚いタンクは、外径と内径の差が大きく、長手方向に亘り一定幅のチューブの端部をタンクに挿入するには、タンクの外径に対するチューブの幅が著しく小さくなり、延いては、熱交換器の設置スペースに対し、コアの幅が満足に得られなくなるという問題がある。
本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より合理的に構成された熱交換器を提供することである。
発明の開示
本願第１請求項に記載した発明は、冷媒の熱交換を行う熱交換器に用いられ、前記冷媒を流通する偏平状のチューブにおいて、前記熱交換器は、当該チューブ及び波型のフィンを積層してなるコアと、当該チューブの端部を挿入するスロットを設けたタンクとを備え、前記コアに対して通風がなされるとともに前記コアに伝わる熱にて前記冷媒の熱交換を行うものであり、前記コアは、当該チューブの偏平状の面が前記通風方向と平行になるように構成し、当該チューブは、その端部の幅方向が前記通風方向に対して９０°に捩じれた構成の熱交換器用チューブである。本発明の熱交換器用チューブによると、合理的に構成された熱交換器が得られる。
すなわち本発明によれば、チューブの幅は、タンクの内径に拘束されることがないので、これを適宜に設定できる利点がある。また、タンクの内部の冷媒流路に対してチューブの偏平状の面が対峙しないので、冷媒流路に大きな流路抵抗を生じる事態を回避することができ、圧力欠損を小さくすることも可能である。更に、チューブ端部の幅方向の捩じれ角度が９０°であれば、スロットはタンクの長手方向に沿って設けられ、その加工が容易となる利点もある。つまり、チューブ端部の幅方向の捩じれ角度を９０°未満とし、タンクの長手方向に対してスロットを斜めに設ける場合は、タンクを加工する点でやや困難を伴うが、本発明によればそのような不都合が回避される。また、スロットを斜めに設ける場合と比較すると、チューブの組み付けも容易である。
本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記熱交換器は、前記冷媒を循環する冷凍サイクルに用いられ、前記冷凍サイクルは、高圧側の圧力が前記冷媒の臨界点を超える構成の熱交換器用チューブである。
本発明の熱交換器用チューブは、タンクのスロットに挿入する端部の幅方向が９０°捩じれたものであり、かかる構成は、タンクの容積が比較的小さい超臨界冷凍サイクルの熱交換器において極めて有効である。すなわち当該チューブは、超臨界冷凍サイクルの熱交換器に用いるチューブとして、極めて顕著な効果を達成したものである。
本願第３請求項に記載した発明は、冷媒を流通する偏平状のチューブ及び波型のフィンを積層してなるコアと、前記チューブの端部を挿入するスロットを設けたタンクとを備え、前記コアに対して通風がなされるとともに前記コアに伝わる熱にて前記冷媒の熱交換を行う熱交換器において、前記コアは、前記チューブの偏平状の面が前記通風方向と平行になるように構成し、前記チューブは、その端部の幅方向が前記通風方向に対して９０°に捩じれた構成の熱交換器である。このような構成によると、合理的に構成された熱交換器が得られる。
すなわち本発明によれば、チューブの幅は、タンクの内径に拘束されることがないので、これを適宜に設定できる利点がある。また、タンクの内部の冷媒流路に対してチューブの偏平状の面が対峙しないので、冷媒流路に大きな流路抵抗を生じる事態を回避することができ、圧力欠損を小さくすることも可能である。更に、チューブ端部の幅方向の捩じれ角度が９０°であれば、スロットはタンクの長手方向に沿って設けられ、その加工が容易となる利点もある。つまり、チューブ端部の幅方向の捩じれ角度を９０°未満とし、タンクの長手方向に対してスロットを斜めに設ける場合は、タンクを加工する点でやや困難を伴うが、本発明によればそのような不都合が回避される。また、スロットを斜めに設ける場合と比較すると、チューブの組み付けも容易である。
本願第４請求項に記載した発明は、請求項３において、前記タンクの内径は、前記チューブの幅よりも小さい構成の熱交換器である。このような構成によると、一層合理的に構成された熱交換器が得られる。
すなわち本発明によれば、タンクの内径よりも大きな幅のチューブを採用することが可能であり、耐圧性能並びに熱交換性能を確保するうえで有利となる利点がある。
本願第５請求項に記載した発明は、請求項３又は４において、複数の前記スロットを前記タンクの長手方向に沿って列設するとともに、前記チューブの幅を前記チューブの配置間隔（つまり積層間隔）よりも小さく設定した構成の熱交換器である。このような構成によると、一層合理的に構成された熱交換器が得られる。
すなわちチューブの配置間隔よりもチューブの幅を小さく設定すれば、９０°捩じったチューブの端部をスロットに挿入するも、チューブ同士が干渉することはない。
本願第６請求項に記載した発明は、請求項５において、前記チューブの配置間隔をＰ、前記チューブの幅をＴとするとき、これらは、Ｐ＝（６〜１２）ｍｍ、Ｔ＝Ｐ・（０．９５〜０．８０）、の関係にある構成の熱交換器である。チューブの配置間隔Ｐ並びにチューブ幅Ｔの関係をこのように設定すれば、熱交換器は一層合理的に構成される。
すなわちかかる関係は、チューブの配置間隔Ｐが６ｍｍから１２ｍｍの間において、（Ｔ／Ｐ）が０．９５よりも小さく且つ０．８よりも大きいことを意味し、相対的にチューブの配置間隔Ｐが大きくなると熱交換効率が低下することと、配置間隔Ｐが小さくなるとスロットの間隔が小さくなるのでタンクの強度が低下すると、との利害損失の合理的な線引きを数値化して表したものである。
本願第７請求項に記載した発明は、請求項３乃至６のいずれかにおいて、当該熱交換器は、前記通風方向に複数の前記コアを重ねてなる構成の熱交換器である。このような構成によると、一層合理的に構成された熱交換器が得られる。
すなわち複数のコアを重ねることによれば、熱交換効率を一層向上することが可能であり、ついては、熱交換器の設置スペースをより有効に利用することが可能となる。
本願第８請求項に記載した発明は、請求項７において、前記コアとしては、前記通風方向に重ねられた第１コア及び第２コアを備え、前記タンクとしては、前記第１コアのチューブの一方の端部を挿入する第１タンクと、前記第１コアのチューブの他方の端部及び前記第２コアのチューブの一方の端部を挿入する第２タンクと、前記第２コアのチューブの他方の端部を挿入する第３タンクとを備え、
前記第１タンクには前記冷媒の入口部を設け、前記第３タンクには前記冷媒の出口部を設けた構成の熱交換器である。
このような構成によると、一層合理的に構成された熱交換器が得られる。
すなわち本発明は、通風方向に第１コア及び第２コアを重ねるとともに、第１コア及び第２コアにおける冷媒の流れを対向流としたカウンターフロータイプの熱交換器であり、冷媒の熱交換効率が向上されるという利点がある。更に、第１コアのチューブの端部及び第２コアのチューブの端部を共に第２タンクに挿入することによれば、第１コア及び第２コアの連結に関わる構造の簡素化が達成され、その製造性を向上することが可能である。また、熱交換器の設置スペースを節約する点でも有利である。
本願第９請求項に記載した発明は、請求項８において、前記第１タンク及び前記第３タンクの位置は前記通風方向と直交する方向にずらすとともに、前記入口部及び前記出口部は前記通風方向の風上側又は風下側に揃えて向けた構成の熱交換器である。このような構成によると、一層合理的に構成された熱交換器が得られる。
すなわち本発明は、第１タンク及び第３タンクの位置を通風方向と直交する方向にずらすことにより、第１タンク及び第３タンクの径を所要の大きさに設定するとともに、それらが互いに干渉するのを回避する構成となっている。かかる構成は、タンクの外径と内径の差が大きい超臨界冷凍サイクルの熱交換器において極めて有効である。また、このように第１タンク及び第３タンクの位置をずらすことによれば、第１タンクの入口部と第３タンクの出口部とを通風方向の風上側又は風下側に揃えて向けることが可能となり、冷凍サイクルのレイアウトについて、配管構造の簡素化が達成される。
本願第１０請求項に記載した発明は、請求項３乃至９のいずれかにおいて、前記フィンの幅は、前記チューブの幅よりも大きく設定した構成の熱交換器である。
すなわちチューブの幅よりも大きい幅のフィンを採用すれば、熱交換性能の向上が達成される。また、チューブ及びフィンを積層する際、フィンが多少変形することを考慮すれば、チューブがフィンに保持されることにより、これらの位置ずれは防止される。ついては、これらの組み付け性が向上されるという利点もある。
本願第１１請求項に記載した発明は、請求項３乃至１０のいずれかにおいて、前記タンクは、筒状を呈するものであり、半筒状（つまり一部を欠いた不完全な筒状）の第１部材と、前記スロットが列設された第２部材と、その端部を閉鎖する閉鎖部材とを組み付けてなる構成の熱交換器である。
すなわちタンクは、半筒状の第１部材とスロットが列設された第２部材とを組み付けて筒状となすとともに、その端部を閉鎖部材にて閉鎖することにより構成される。このような構成によると、タンクは合理的に構成される。
本願第１２請求項に記載した発明は、請求項１１において、前記タンクは、前記第１部材と、複数の前記第２部材と、複数の前記第２部材を互いに連結するスペーサと、前記閉鎖部材とを組み付けてなる構成の熱交換器である。
すなわち１つのタンクに複数のスロット列を設ける場合は、スペーサを用いて複数の第２部材を互いに連結するとよい。
本願第１３請求項に記載した発明は、請求項１１又は１２において、前記閉鎖部材には、前記第２部材を嵌合する嵌合部を設けた構成の熱交換器である。
すなわち閉鎖部材の嵌合部に第２部材を嵌合すれば、閉鎖部材及び第２部材をより正確且つ堅固に組み付けることが可能となる。
本願第１４請求項に記載した発明は、請求項１１乃至１３のいずれかにおいて、前記第１部材にはカシメ部を設け、前記第１部材及び前記第２部材は前記カシメ部をカシメることにより固定した構成の熱交換器である。
すなわちカシメ部をカシメて第１部材及び第２部材を固定すれば、それらをより正確且つ堅固に組み付けることが可能となる。
本願第１５請求項に記載した発明は、請求項１４において、前記カシメ部をカシメることにより、前記第１部材、前記第２部材、及び前記閉鎖部材を固定した構成の熱交換器である。
すなわちカシメ部によれば、第１部材及び第２部材とともに閉鎖部材を固定することも可能である。このような構成によると、第１部材、第２部材、及び閉鎖部材は効率よく組み付けられる。
本願第１６請求項に記載した発明は、請求項１１乃至１５のいずれかにおいて、前記チューブの端部を前記スロットに挿入した後に前記第１部材と前記第２部材とを組み付けた構成の熱交換器である。
すなわちチューブとタンクとの組み付けは、第２部材のスロットにチューブの端部を挿入し、その第２部材と第１部材とを組み付けて行われる。
本願第１７請求項に記載した発明は、請求項１１乃至１５のいずれかにおいて、前記第１部材と前記第２部材とを組み付けた後に前記チューブの端部を前記スロットに挿入した構成の熱交換器である。
すなわちチューブとタンクとの組み付けは、第１部材と第２部材とを組み付け、その第２部材のスロットにチューブの端部を挿入して行われる。
本願第１８請求項に記載した発明は、請求項３乃至１７のいずれかにおいて、前記チューブの端部は、前記チューブの長手方向に対して屈曲した構成の熱交換器である。
すなわちチューブの端部をチューブの長手方向に対して屈曲することによれば、タンク及びチューブのレイアウトについて、設計の自由度が向上するという利点がある。例えば、通風方向に複数のコアを重ねる場合は、かかる構成を採用してコア同士の間隔を小さく設定することが可能となる。つまり、タンクの形状に拘らずコア全体の厚さを薄型化することが可能となる。
本願第１９請求項に記載した発明は、請求項１８において、前記チューブの端部は、前記スロットに挿入する前に屈曲した構成の熱交換器である。
すなわちチューブは、その端部をチューブの長手方向に対して予め所定の角度に屈曲し、屈曲した端部をスロットに挿入する。このような構成によれば、チューブとタンクとを効率よく組み付けることが可能となる。
本願第２０請求項に記載した発明は、請求項１８において、前記チューブの端部は、前記スロットに挿入した後に屈曲した構成の熱交換器である。
すなわちチューブは、屈曲前の端部をスロットに挿入し、かかる状態からその端部を所定の角度に屈曲する。このような構成によれば、チューブとタンクとを効率よく組み付けることが可能となる。
本願第２１請求項に記載した発明は、請求項３乃至２０のいずれかにおいて、当該熱交換器は、前記冷媒を循環する冷凍サイクルに用いられ、前記冷凍サイクルは、高圧側の圧力が前記冷媒の臨界点を超える構成の熱交換器である。本発明の熱交換器用は、タンクのスロットに挿入する端部の幅方向が９０°捩じれたチューブを用いてなるものであり、かかる構成は、タンクの容積が比較的小さい超臨界冷凍サイクルの熱交換器において極めて有効である。すなわち当該熱交換器は、超臨界冷凍サイクルの熱交換器として、極めて顕著な効果を達成したものである。
本願第２２請求項に記載した発明は、高圧側の圧力が冷媒の臨界点を超える冷凍サイクルの熱交換器であり、前記冷媒を流通する偏平状のチューブ及び波型のフィンを積層してなるコアと、前記チューブの端部を挿入するスロットを設けたタンクとを備え、前記コアに対して通風がなされるとともに前記コアに伝わる熱にて前記冷媒の熱交換を行う熱交換器において、前記コアとしては、前記通風方向に重ねられた第１コア及び第２コアを備え、前記第１コア及び前記第２コアの一方の側部において、前記第１コアのチューブの端部を挿入する前記タンクには前記冷媒の入口部を設け、且つ前記第２コアのチューブの端部を挿入する前記タンクには前記冷媒の出口部を設け、これらのタンクの位置は前記通風方向と直交する方向にずらすとともに、前記入口部及び前記出口部は前記通風方向の風上側又は風下側に揃えて向けた構成の熱交換器である。このような構成によると、合理的に構成された熱交換器が得られる。
すなわち本発明は、第１コア及び第２コアの一方の側部における２つのタンクの位置を通風方向と直交する方向にずらすことにより、各タンクの径を所要の大きさに設定するとともに、それらが互いに干渉するのを回避する構成となっている。かかる構成は、タンクの外径と内径の差が大きい超臨界冷凍サイクルの熱交換器において極めて有効である。また、このようにタンクの位置をずらすことによれば、各タンクの入口部と出口部とを通風方向の風上側又は風下側に揃えて向けることが可能となり、冷凍サイクルのレイアウトについて、配管構造の簡素化が達成される。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の具体例を図面に基いて詳細に説明する。図１に示す冷凍サイクル１は、自動車に搭載される車内空調用の冷凍サイクルであり、冷媒を圧縮するコンプレッサ２００と、コンプレッサ２００で圧縮された冷媒を冷却する放熱器３００と、放熱器３００で冷却された冷媒を減圧して膨張する膨張弁４００と、膨張弁４００で減圧された冷媒を蒸発するエバポレータ５００と、エバポレータ５００から流出する冷媒を気層と液層に分離して気層の冷媒をコンプレッサ２００へ送るアキュムレータ６００と、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換することによってサイクルの効率を向上する内部熱交換器７００とを備えたものである。冷媒としてはＣＯ２を用いており、当該超臨界冷凍サイクル１の高圧側の圧力は、気温等の使用条件により、冷媒の臨界点を上まわる。図１中の矢印は冷媒の循環方向を示す。
図２及び図３に示すように、本例の熱交換器たる放熱器３００は、偏平状のチューブ３０１と、ルーバーを設けた波型のフィン３０２とを交互に積層してなるコア３００ａと、チューブ３０１の端部３０１ａを挿入するタンク３１０とを備え、チューブ３０１を流通する冷媒がコア３００ａに伝わる熱にて熱交換を行う構成を備えている。コア３００ａの上下側部には、補強部材たるサイドプレート３０３を設けており、各サイドプレート３０３の両端部は、それぞれ各タンク３１０に支持されている。各タンク３１０はそれぞれ、両端を閉鎖部材３１２にて閉鎖した筒状を呈する部材である。
また、一方のタンク３１０には冷媒を導入する入口部３２０を設けており、他方のタンク３１０には冷媒を排出する出口部３３０を設けている。これらの入口部３２０及び出口部３３０は、タンク３１０の要所に孔部を設けるとともに、その孔部に外部の配管を接続する継手を設けて構成している。
冷媒は、入口部３２０から一方のタンク３１０の内部に導入されて、コア３００ａに伝わる熱によって熱交換をしつつチューブ３０１を流通した後に、他方のタンク３１０の出口部３３０から外部に排出される。
本例ではＣＯ２を冷媒として用いており、この放熱器３００は、非常に高い耐圧強度を要するものである。故にタンク３１０については、肉厚を厚くするとともにその容積を小さくすることにより、所要の耐圧強度を確保する。特にタンク３１０の内径は、チューブ３０１の幅よりも小さいものとなっている。
各チューブ３０１は、一方の端部３０１ａを一方のタンク３１０に挿入され、且つ、他方の端部３０１ａを他方のタンク３１０に挿入されている。各タンク３１０には、その長手方向に沿って、チューブ３０１の端部３０１ａを挿入する複数のスロット３１１が列設されている。
そして、かかる放熱器３００は、チューブ３０１、フィン３２０、タンク３１０、入口部３２０、及び出口部３３０を一体に組み付けた後、その組み付け体を炉中にてろう付けして製造される。尚、このようなろう付けに関し、各部材の要所には、予めろう材及びフラックスが設けられる。
本例のコア３００ａは、チューブ３０１の偏平状の面が通風方向と平行になるように構成されている。また、本例のチューブ３０１は、その両端部３０１ａの幅方向が通風方向に対してそれぞれ９０°に捩じれたものである。この例では、タンク３１０を上下方向に立設し、チューブ３０１の両端部３０１ａはそれぞれ、偏平状の面が上下方向に向くように構成されている。図４の（ａ）には、チューブ３０１の上面を示し、（ｂ）はチューブ３０１の正面を示す。また、図５には、チューブ３０１の断面を示す。これらの図に示すチューブ３０１は、複数の流路３０１ｂを有するアルミ合金製の押出し成形チューブである。本例の場合、チューブ３０１の端部３０１ａは、押出し成形チューブを所定の長さに切断した後に、チューブ３０１の端部３０１ａとその近傍を一対のジグでそれぞれ挟むとともに、各ジグを互いに相対移動することによって加工されている。
このように、チューブ３０１の端部３０１ａを９０°捩じってタンク３１０のスロット３１１に挿入すれば、タンク３１０内の冷媒流路に対しチューブ３０１の偏平状の面が対峙しないので、冷媒流路に大きな流路抵抗を生じることはない。従って、圧力欠損を小さくすることができる。また、入口部３２０や出口部３３０の配置の自由度が増すという利点もある。すなわち、入口部３２０や出口部３３０はタンク３１０の内部にある程度突出しているものの、その取り付け角度は、適宜に設定することが可能となる。例えば図６に示すように、入口部３２０や出口部３３０の取り付け角度は、チューブ３０１の挿入方向に対して斜めに設定することも可能である。尚、タンク３１０に挿入される入口部３２０や出口部３３０の先端部は、テーパ状に加工されている。
また本例においては、チューブ３０１の配置間隔Ｐよりもチューブ３０１の幅Ｔを小さく設定しており、配置間隔Ｐと幅Ｔについては、Ｐ＝（６〜１２）ｍｍ、Ｔ＝Ｐ・（０．９５〜０．８０）、の関係が成立する。尚、スロットの幅δＴは、チューブの幅Ｔよりも僅かに大きいものとなっている。このような構成によれば、冷媒の熱交換効率及びタンク３１０の強度は十分に確保することができる。
更に本例の場合、フィン３０２の幅は、チューブ３０１の幅よりもやや大きく設定している。すなわち、チューブ３０１の幅よりも大きい幅のフィン３０２を採用すれば、熱交換面積が拡大し、熱交換性能の向上が達成される。また、チューブ３０１及びフィン３０２を積層する際、フィン３０２が多少変形することを考慮すれば、チューブ３０１がフィン３０２に保持されることにより、これらの位置ずれは防止される。ついては、これらの組み付け性は向上される。
次に、本発明の第２具体例を図７に基づいて説明する。同図に示すように、本例の放熱器３００は、通風方向に第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂを重ねてなるものである。第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂの両側部にはそれぞれタンク３１０が設けられている。そして、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂの一方の側部において、第１コア３００ａのチューブ３０１の端部３０１ａを挿入するタンク３１０には冷媒の入口部３２０を設け、且つ第２コア３００ｂのチューブ３０１の端部３０１ａを挿入するタンク３１０には冷媒の出口部３３０を設けている。また、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂの他方の側部においては、第１コア３００ａのチューブ３０１の端部３０１ａを挿入するタンク３１０と、第２コア３００ｂのチューブ３０１の端部３０１ａを挿入するタンク３１０とが連通されている。冷媒は、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂを順次に流通する。つまり本例の放熱器３００は、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂにおける冷媒の流れを対向流としたカウンターフロータイプの熱交換器である。
このように、複数のコア３００ａ，３００ｂを通風方向に重ねることによれば、熱交換効率を一層向上することができる。
次に、本発明の第３具体例を説明する。図８乃至図１０に示すように、本例の熱交換器たる放熱器３００は、冷媒を流通する偏平状のチューブ３０１及び波型のフィン３０２を積層してなる第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂと、各チューブ３０１の端部３０１ａがそれぞれ挿入接続されたパイプ状の第１タンク３１０ａ、第２タンク３１０ｂ、及び第３タンク３１０ｃと、第１タンク３１０ａに設けられたパイプ状の冷媒の入口部３２０と、第３タンク３１０ｃに設けられたパイプ状の冷媒の出口部３３０とを備えている。コンプレッサ２００から送られる冷媒は入口部３２０から流入し、出口部３３０から流出した冷媒は膨張弁４００へと送られる。尚、これらの図中の矢印は放熱器３００における冷媒の流通方向を示しており、白抜き矢印は第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂに対する通風方向を示している。
第１タンク３１０ａには、第１コア３００ａのチューブ３０１の一方の端部３０１ａが挿入されている。第２タンク３１０ｂには、第１コア３００ａのチューブ３０１の他方の端部３０１ａ及び第２コア３００ｂのチューブ３０１の一方の端部３０１ａが挿入されている。また、第３タンク３１０ｃには、第２コア３００ｂのチューブ３０１の他方の端部３０１ａが挿入されている。
そして、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂに対しては、図示を省略したファンによって通風がなされ、冷媒は、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂに伝わる熱にて熱交換を行う。また、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂは、通風方向に重ねられるとともに、チューブ３０１の偏平状の面が通風方向と平行になるように構成されており、通風は、第２コア３００ｂ側から施される。つまり本例の放熱器３００は、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂにおける冷媒の流れを対向流としたカウンターフロータイプの熱交換器である。
図１１に示すように、本例のチューブ３０１もまた、前述した具体例と同様のアルミ合金製の押出し成形チューブである。また、その両端部３０１ａの幅方向は、通風方向に対してそれぞれ９０°に捩じれている。チューブ３０１の端部３０１ａは、押出し成形チューブを所定の長さに切断した後に、かかる端部３０１ａとその近傍を一対のジグでそれぞれ挟むとともに、各ジグを互いに相対移動することによって加工されている。
図１２に示すように、第１タンク３１０ａは、その長手方向に沿って各チューブ３０１の端部３０１ａをそれぞれ挿入する複数のスロット３１１が設けられた押出し成形パイプ又は引抜き成形パイプである。スロット３１１は、プレス加工又は切削加工にて形成され、第１タンク３１０ａの長手方向に沿って１列に列設されている。また、第３タンク３１０ｃは、第１タンク３１０ａと同様の部材を用いて構成されている。尚、第１タンク３１０ａの要所には入口部３２０を接続する孔部が設けられ、第３タンク３１０ｃの要所には出口部３３０を接続する孔部が設けられる。
図１３に示すように、第２タンク３１０ｂもまた、その長手方向に沿って各チューブ３０１の端部３０１ａをそれぞれ挿入する複数のスロット３１１が設けられた押出し成形パイプ又は引抜き成形パイプである。スロット３１１は、第２タンク３１０ｂの長手方向に沿って２列に列設されている。つまり、一方の列は第１コア３００ａのチューブ３０１に対応し、他方の列は第２コア３００ｂのチューブ３０１に対応する。更に、この第２タンク３１０ｂは、第１タンク３１０ａや第３タンク３１０ｃと比較すると、その断面積が比較的大きいものであり、故に肉厚もある程度厚く設定されている。
尚、図１４又は図１５に示すように、第２タンク３１０に挿入するチューブ３０１の端部３０１ａは、チューブ３０１の長手方向に対して所定の角度に屈曲されており、第２タンク３１０ｂに対しては、その中心に向って挿入される。図１４に示すチューブ３０１は、端部３０１ａを捩じりつつその角度を設定したものであり、図１５に示すチューブ３０１は、端部３０１ａを一旦捩じった後にこれを所定の角度に屈曲したものである。チューブ３０１の端部３０１ａは、スロット３１１に挿入する前に屈曲している。このような構成によると、冷媒の流れを良好に確保することが可能である。或いは、図１６に示すように、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂのチューブ３０１の端部３０１ａが第２タンク３１０ｂに対して互いに平行に挿入されるように構成すれば、それらの組み付け性を向上することが可能である。
そして、かかる放熱器３００は、チューブ３０１、フィン３２０、第１タンク３１０ａ、第２タンク３１０ｂ、第３タンク３１０ｃ、入口部３２０、及び出口部３３０を一体に組み付けた後、その組み付け体を炉中にてろう付けして製造される。尚、このようなろう付けに関し、各部材の要所には、予めろう材及びフラックスが設けられる。
このように本例の放熱器３００は、超臨界状態となる冷媒に応じて所要の耐圧性を確保するとともに、冷媒の熱交換効率の向上、小型化、軽量化、製造の容易化、及び設置スペースの節約等について合理化を達成したものであり、自動車に搭載される超臨界冷凍サイクル１の熱交換器として、極めて好適に利用することができる。
次に、本発明の第４具体例を図１７及び図１８に基いて説明する。図１７に示すように、本例の放熱器３００は、自動車のラジエータ８００の風上に配置されたものであり、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂの一方の側部において、第１タンク３１０ａ及び第３タンク３１０ｃの位置を通風方向と直交する方向にずらすとともに、入口部３２０及び出口部３３０を通風方向の風下側に揃えて向けたものである。第１コア３００ａのチューブ３０１は、第２コア３００ｂのチューブ３０１よりもある程度短く設定されている。その他の構成は前述した具体例と同様である。
本例によれば、放熱器３００は一層合理的に構成することができ、延いては自動車における冷凍サイクル１のレイアウトについて、配管構造の簡素化を達成することができる。特に高圧の冷媒を流通するパイプ状の入口部３２０や出口部３３０、並びに入口部３０２や出口部３３０に接続する配管等は、肉厚となるため屈曲成形するのは非常に不利であるところ、本例によれば、それらの形状が比較的単純となる利点があり、それらの加工の省力化に貢献することができる。
尚、図１８に示すように、第１タンク３１０ａ及び第３タンク３１０ｃの位置関係を反転すれば、入口部３２０及び出口部３３０を通風方向の風上側に揃えて向けることも可能である。この場合、第２コア３００ｂのチューブ３０１は、第１コア３００ａのチューブ３０１よりもある程度短く設定される。
次に、本発明の第５具体例を図１９乃至図２４に基づいて説明する。図１９及び図２４に示すように、本例の第１タンク３１０ａ又は第３タンク３１０ｃは、筒状を呈するものであり、半筒状の第１部材３１３と、スロット３１１が１列に列設された第２部材３１４と、その端部を閉鎖する閉鎖部材３１１とを組み付けて構成されている。第１部材３１４の断面は、略Ｃ字状又はＵ字状となっている。
また、第１部材３１３にはカシメ部３１３ａを設けており、第１部材３１３、第２部材３１４、及び閉鎖部材３１２は、カシメ部３１３ａをカシメることにより固定する。チューブ３０１と第１タンク３１０ａ又は第３タンク３１０ｃとの組み付けは、第１部材３１３、第２部材３１４、及び閉鎖部材３１２を組み付けた後に、チューブ３０１の端部３０１ａをスロット３１１に挿入して行われる（図２０参照）。又は、チューブ３０１の端部３０１ａをスロット３１１に挿入した後に、第１部材３１３、第２部材３１４、及び閉鎖部材３１２を組み付けて行われる（図２１参照）。
閉鎖部材３１２は、第１部材３１３の内周面に保持されるとともに第２部材３１４の端面が突き当てられる所定の形状のプレートである。尚、その他の基本構成は前述した具体例と同様である。
本例によれば、タンクは一層合理的に構成することができる。
次に、本発明の第６具体例を図２５に基づいて説明する。本例の第２タンク３１０ｂもまた、第５具体例の第１タンク３１０ａ又は第３タンク３１０ｃと同様に、半筒状の第１部材３１３と、スロット３１１が列設された第２部材３１４と、その端部を閉鎖する閉鎖部材３１１とを組み付けて構成したものである。特に第２部材３１４は、スロット３１１が２列に列設されたものであり、スロット３１１の一方の列には第１コア３００ａのチューブ３０１の一方の端部３０１ａが挿入され、他方の列には第２コア３００ｂのチューブ３０１の一方の端部３０１ａが挿入されている。尚、その他の基本構成は、前述した具体例と同様である。
このように、第２タンク３１０ｂは、複数のスロット列を設けた第２部材３１４を用いて構成することも可能である。
次に、本発明の第７具体例を図２６に基づいて説明する。本例の第２タンク３１０ｂは、複数の第２部材３１４と、複数の第２部材を互いに連結するスペーサ３１５を用いてなるものである。そして、一方の第２部材３１４に設けられたスロット３１１の列には第１コア３００ａのチューブ３０１の一方の端部３０１ａが挿入され、他方の第２部材３１４に設けられたスロット３１１の列には第２コア３００ｂのチューブ３０１の一方の端部３０１ａが挿入されている。尚、その他の基本構成は、前述した具体例と同様である。
このように、１つのタンクに複数のスロット列を設ける場合は、スペーサ３１５を用いて複数の第２部材３１４を互いに連結し、その連結体と第１部材３１３とを組み付けるとよい。
次に、本発明の第８具体例を図２７乃至２９に基づいて説明する。本例の第２タンク３１０ｂは、その中心に向ってチューブ３０１の端部３０１ａを挿入するものであり、チューブ３０１の端部３０１ａは、チューブ３０１の長手方向に対して所定の角度に屈曲されている。
複数の第２部材３１４を連結するスペーサ３１５としては、各第２部材３１４を所定の角度で連結するテーパ型のものを用いており、一方の第２部材３１４のスロット３１１と他方の第２部材３１４のスロット３１１とは、互いに異なる方向に向けられている。
更に本例の場合、閉鎖部材３１２には、第２部材３１４の端部を嵌合する切欠状の嵌合部３１２ａを設けており、複数の第２部材３１４は、スペーサ３１５を介して連結するとともに、閉鎖部材３１２に端部を嵌合して設けられる。第１部材３１３には、閉鎖部材３１２を位置決めする段部３１３ｂが設けられている。また、閉鎖部材３１２にはスペーサ３１５の端面が突き当てられている。尚、その他の基本構成は、前述した具体例と同様である。
このように、、各第２部材３１４を所定の角度で連結するように構成することも可能である。また、閉鎖部材３１２の嵌合部３１２ａに第２部材３１４を嵌合すれば、閉鎖部材３１２及び第２部材３１４はより正確且つ堅固に組み付けることができる。
次に、本発明の第９具体例を図３０に基づいて説明する。同図に示す放熱器３００は、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂの両側部にそれぞれタンク３１０を設けてなるものである。図中の３４０は、所定のタンク３１０同士を連通する連通部である。
また本例のチューブ３０１は、その端部３０１ａをスロットに挿入した後に所定の角度に屈曲したものである。つまりタンク３１０のスロット３１１には、チューブ３０１の長手方向に対して平行となるように捩じられたチューブ３０１の端部３０１ａを挿入し、チューブ３０１の端部３０１ａは、その後にジグ等を用いつつ各タンク３１０を強制的に動かすことにより屈曲されている。同図に示す場合は、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂの間隔が小さくなるようにチューブ３０１の端部３０１ａを屈曲している。ついては、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂ全体の厚さは薄型化する。連結部３４は、チューブ３０１の端部３０１ａを屈曲した後に設ける。
このように、チューブ３０１の端部３０１ａはスロットに挿入した後に屈曲することも可能である。
次に、本発明の第１０具体例を図３１及び図３２に基づいて説明する。これらの図に示すように、本例の放熱器３００は、第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂにおける冷媒の流れを平行に設定してなるクロスフロータイプの熱交換器である。第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂのチューブ３０１の一方の端部３０１ａは、入口部３２０が設けられた一方のタンク３１０に挿入されており、
第１コア３００ａ及び第２コア３００ｂのチューブ３０１の他方の端部３０１ａは、出口部３３０が設けられた他方のタンク３１０に挿入されている。
冷媒は、入口部３２０から一方のタンク３１０の内部に導入されて、第１コア３００ａ又は第２コア３００ｂのチューブ３０１を流通した後に、他方のタンク３１０の出口部３３０から外部に排出される。尚、その他の基本構成は、前述した具体例と同様である。
このように、チューブ３０１の端部３０１ａの幅方向が通風方向に対して９０°に捩じれた本例の構成は、カウンターフロータイプの熱交換器やクロスフロータイプの熱交換器等、各種の熱交換器に応用することが可能である。
産業上の利用可能性
本発明は、自動車や家庭用空調機等の冷凍サイクル一般に用いられる熱交換器とそのチューブであり、とりわけ、冷媒として例えばＣＯ２を採用し、放熱器の内部の圧力が冷媒の臨界点を上まわる冷凍サイクルに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体例に係り、超臨界冷凍サイクルを示す説明図である。
【図２】本発明の具体例に係り、放熱器の正面を示す説明図である。
【図３】本発明の具体例に係り、放熱器の要部を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の具体例に係り、（ａ）はチューブの上面を示す説明図、（ｂ）はチューブの正面を示す説明図である。
【図５】本発明の具体例に係り、チューブの断面を示す説明図である。
【図６】本発明の具体例に係り、タンクの要部断面を示す説明図である。
【図７】本発明の具体例に係り、放熱器を示す説明図である。
【図８】本発明の具体例に係り、放熱器を示す説明図である。
【図９】本発明の具体例に係り、放熱器の正面を示す説明図である。
【図１０】本発明の具体例に係り、放熱器の上面を示す説明図である。
【図１１】本発明の具体例に係り、（ａ）はチューブの上面を示す説明図、（ｂ）はチューブの正面を示す説明図である。
【図１２】本発明の具体例に係り、（ａ）は第１タンクの断面を示す説明図、（ｂ）は第１タンクの正面を示す説明図である。
【図１３】本発明の具体例に係り、（ａ）は第２タンクの断面を示す説明図、（ｂ）は第２タンクの正面を示す説明図である。
【図１４】本発明の具体例に係り、第２タンクの要部断面を示す説明図である。
【図１５】本発明の具体例に係り、第２タンクの要部断面を示す説明図である。
【図１６】本発明の具体例に係り、第２タンクの要部断面を示す説明図である。
【図１７】本発明の具体例に係り、放熱器の上面を示す説明図である。
【図１８】本発明の具体例に係り、放熱器の上面を示す説明図である。
【図１９】本発明の具体例に係り、第１タンクの要部断面を示す説明図である。
【図２０】本発明の具体例に係り、第１タンクの要部断面を示す分解説明図である。
【図２１】本発明の具体例に係り、第１タンクの要部断面を示す分解説明図である。
【図２２】本発明の具体例に係り、閉鎖部材を示す説明図である。
【図２３】本発明の具体例に係り、第１タンクの端部を示す説明図である。
【図２４】本発明の具体例に係り、第１タンクの縦断面を示す説明図である。
【図２５】本発明の具体例に係り、第２タンクの要部断面を示す説明図である。
【図２６】本発明の具体例に係り、第２タンクの要部断面を示す説明図である。
【図２７】本発明の具体例に係り、第２タンクの要部断面を示す説明図である。
【図２８】本発明の具体例に係り、閉鎖部材を示す説明図である。
【図２９】本発明の具体例に係り、第２タンクの端部を示す説明図である。
【図３０】本発明の具体例に係り、放熱器の上面を示す説明図である。
【図３１】本発明の具体例に係り、放熱器を示す説明図である。
【図３２】本発明の具体例に係り、放熱器の上面を示す説明図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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