(57)【要約】【課題】ＣＯ２  を冷媒とした圧縮サイクルにおける熱交換器のごとく、極めて高い圧力の冷媒を用いる熱交換器において、製作コストをアップすることなく、ヘッダーの耐圧性を向上させることができる熱交換器の提供。【解決手段】コア５とヘッダー９とを備え、ロウ付けされて一体に形成される熱交換器において、ヘッダー９の開口部８４は、サイドプレート４の端部を多重にした多重部７を、スリット６Ｂに差し込んで閉塞されている。多重部７はサイドプレート４の端部を折り曲げたり、他の板をサイドプレート４の端部に重ね合わせるなどして厚みを増やしているので耐圧性が向上している。さらに、スリット６Ｂに差し込むだけで、開口部８４を閉塞することができるため、製作コストをアップする必要がない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行して配した一対のサイドプレート間に、複数のチューブとフィンとを交互に積層して配置したコアと、
両端が閉塞した筒体からなり、該筒体に列設したスリットに前記各チューブおよび前記各サイドプレートの端部が差し込まれたヘッダーとを備え、ロウ付けされて一体に形成される熱交換器において、
前記ヘッダーの両端は、前記各サイドプレートの端部を多重にした多重部を前記スリットに差し込んで閉塞されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、前記サイドプレート間に、前記コアを複数備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱交換器において、前記チューブおよび前記ヘッダーに二酸化炭素を流すことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちいずれか１つに記載の熱交換器を用いた空調装置の冷却用熱交換器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のうちいずれか１つに記載の熱交換器を用いた空調装置の加熱用熱交換器。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のうちいずれか１つに記載の熱交換器を用いた空調装置の室外熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧の冷媒を用いて熱交換を行う熱交換器およびそれを用いた空調装置に関するものであり、特に耐圧性を高めたヘッダーの端部の閉塞構造にかかわる。
【０００２】
【従来の技術】
空調装置の冷媒として、近年、オゾン層破壊などの環境破壊を生じないＣＯ２  が注目されている。しかし、ＣＯ２  の飽和圧力は従来の冷媒であるフロン１３４ａなどにくらべ極めて高い。このため、通常の空調条件でのＣＯ２  の凝縮又は蒸発は、極めて高圧で行うことになる。したがって、何らかの手段で耐圧性を向上させる必要がある。
特に、車両用空調装置の冷却用熱交換器として用いられる冷媒蒸発器では図７に示すごとく、冷媒の分配および集約のため重要な役割をもつヘッダーは複数のパーツを組み合わせて構成されているため、高圧化にともなう破裂、破損が懸念される。
【０００３】
車両用空調装置の冷却用熱交換器には、低温霧状の冷媒を蒸発させその蒸発熱を奪うことにより、空気の冷却をする冷媒蒸発器が用いられている。従来、冷媒蒸発器に用いられる熱交換器１００のヘッダー１０１は、図７に示すごとく、各チューブ１０２が差し込まれ内側を成すヘッダープレート１０３と、外側を成すヘッダータンク１０４とによって、まず筒体１０５が構成され、次に筒体１０５の両端の開口部１０６を、キャップ１０７を嵌合することで閉塞して構成される。
近年、冷媒蒸発器などの熱交換器１００の耐圧性に対する要求が高まる中、ヘッダー１０１の耐圧性を向上させるため、ヘッダー１０１を構成する各パーツに爪などをもうけ、嵌合を強化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−３３５９９５号公報（第２−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、爪を設けたパーツは従来よりも構造が複雑になり、製作コストがかかってしまう。また、接着剤などにより接合を強化する方法も考えられるが、この方法では接着剤などのコストが別途必要になる。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、ＣＯ２  のごとく極めて高い圧力の冷媒を用いる熱交換器において、製作コストをアップすることなく、ヘッダーの耐圧性を向上させることができる熱交換器の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明は、平行して配した一対のサイドプレート間に、複数のチューブとフィンとを交互に積層して配置したコアと、両端が閉塞した筒体からなり、該筒体に列設したスリットに各チューブおよび各サイドプレートの端部が差し込まれたヘッダーとを備え、ロウ付けされて一体に形成される熱交換器において、ヘッダーの両端は、各サイドプレートの端部を多重にした多重部を、スリットに差し込んで閉塞されたことを特徴とする。
【０００８】
それによれば、サイドプレートの多重部は、サイドプレートの端部を折り曲げたり、他の板をサイドプレートの端部に重ね合わせるなどして構成されているため、板厚は高圧の冷媒に対し十分な耐圧性をもつことができるものとなっている。さらに、ヘッダーの構成部分である筒体に差し込むだけで、筒体の開口部を閉塞することができるため、ヘッダーの構成も容易にでき、製作コストをアップする必要がない。
【０００９】
なお、ＣＯ２  のごとく極めて高圧の流体を扱う場合、その流動部は、耐圧性の向上のため、サイズダウンするのが一般的である。このため、筒体の内径もフロン媒体を使用する場合に比べて、小さく設計されるため、サイドプレートの多重部で、筒体の開口部を完全に閉塞することがより容易になる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の発明は、サイドプレート間にコアを複数備えていることを特徴とする。
それによって、平行した多層のコアとヘッダーとを有する熱交換器やヘッダーを有するＵターン型の熱交換器などにおいて、請求項１と同様の効果が得られる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の発明は、チューブおよびヘッダーに二酸化炭素を流すことを特徴とする。
それによれば、高圧のＣＯ２  を冷媒として循環させる空調装置に用いられる熱交換器を、製作コストをアップすることなく提供することができる。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のうちいずれか１つに記載の熱交換器を用いた空調装置の冷却用熱交換器である。
それによれば、高圧のＣＯ２  などを冷媒として循環させる空調装置に用いられる冷却用熱交換器を、製作コストをアップすることなく提供することができる。
【００１３】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のうちいずれか１つに記載の熱交換器を用いた空調装置の加熱用熱交換器である。
それによれば、高圧のＣＯ２  などを冷媒として循環させる空調装置に用いられる加熱用熱交換器を、製作コストをアップすることなく提供することができる。
【００１４】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のうちいずれか１つに記載の熱交換器を用いた空調装置の室外熱交換器である。
それによれば、高圧のＣＯ２  などを冷媒として循環させる空調装置に用いられる室外熱交換器を、製作コストをアップすることなく提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔実施形態の構成〕
この発明を図１ないし図６に示す実施例とともに説明する。本実施例ではＣＯ２  を冷媒とする圧縮式冷凍機１を適用した車両用空調装置２（以降、空調装置２と呼ぶ。）を取り上げ、空調装置２の冷却用熱交換器を構成する冷媒蒸発器（冷却用熱交換器）３を用いて説明する。
【００１６】
圧縮式冷凍機１は図４に示すごとく、ＣＯ２  ガスを臨界点以上の高温、高圧まで圧縮する圧縮機１１、高温のＣＯ２  ガスにより空気の加熱を行う室内ガスクーラ（加熱用熱交換器）２３、暖房運転時には室内ガスクーラ２３で温度が低下したＣＯ２  ガスを膨張して温度を低下させる暖房用膨張弁１２、冷房運転時には暖房用膨張弁１２をバイパスするためのバイパスバルブ１２Ｂ、大気と熱交換を行う室外ガスクーラ（室外熱交換器）１３、冷房運転時に冷媒蒸発器３を出たＣＯ２  から残余の冷熱を受け取る内部熱交換器１４、冷房運転時には冷却され液化したＣＯ２  を膨張する冷房用膨張弁１５、暖房運転時には冷房用膨張弁１５をバイパスするためのバイパスバルブ１５Ｂ、液化したＣＯ２  の蒸発熱を奪うことにより空気の冷却除湿を行う冷媒蒸発器３、および圧力調整を行うアキュムレータ１６を備える。
【００１７】
空調装置２は図４に示すごとく、内外気を切り替える内外気切替ドア２１、内外気切替ドア２１を介して空気を導入する送風機２２、冷却用熱交換器をなす冷媒蒸発器３、加熱用熱交換器をなす室内ガスクーラ２３、および目標温度に応じて室内ガスクーラ２３への通気量を調整するエアミックスドア２４を備える。
【００１８】
冷媒蒸発器３に使用される熱交換器は図３に示すごとく、平行して配した一対のサイドプレート４、４間に、複数のチューブ５１とフィン５２とを交互に積層して構成されたコア５が配置されている。チューブ５１は図１または図２に示すごとく、その両端が筒体８、８に列設されたスリット６Ａに差し込まれている。
【００１９】
筒体８は、冷媒蒸発器３の内側に配置されるヘッダープレート８１と、ＣＯ２  の流動部をなし冷媒蒸発器３の外側へ配置されるヘッダータンク８２と、耐圧性向上のためヘッダープレート８１とヘッダータンク８２の間に挿入される補強板８３とからなる。ヘッダータンク８２と補強板８３とは冷媒の流動部８４を構成し、その両端は開口部８５、８５をなしている。ヘッダータンク８２および補強板８３には、後記する多重部７が差し込まれるスリット６Ｂが両端に設けられ、スリット６Ｂ、６Ｂ間にチューブ５１が差し込まれるスリット６Ａが列設されている。
【００２０】
サイドプレート４、４の端部は、各々、多重部７、７をなしている。多重部７は、サイドプレート４の端部を折り曲げたり、他の板をサイドプレート４の端部に重ね合わせるなどして厚みを増したのち、プレスなどにより圧接され、流動部８４の内部の断面に沿った形状に切削加工されている。
【００２１】
サイドプレート４、４が備える４つの多重部７を、筒体８、８に設けられた４つのスリット６Ｂに差し込み、ヘッダー９、９が構成される。このとき、多重部７は筒体８の流動部８４の内部の断面に沿った形状に加工されているので、開口部８５は完全に閉塞されている。
また、ヘッダー９、９の外側には図３に示すごとく、ＣＯ２  の配管を接続するためのコネクター３１、３１が備えられている。
冷媒蒸発器３の各構成部品は所定の位置に組み合わされた後、ロウ付けされて一体に形成される。
【００２２】
〔実施形態の作用〕
本実施形態の作用を図４に基づいて説明する。まず、圧縮式冷凍機１では、ＣＯ２  ガスは圧縮機１１により、臨界点以上の高温、高圧まで圧縮されて吐出され、室内ガスクーラ２３で空気を加熱する。
その後、冷房運転においてはバイパスバルブ１２Ｂを通過し、室外ガスクーラ１３で大気によって冷却され、さらに内部熱交換器１４で冷媒蒸発器３を出た低温のＣＯ２  によって冷却される。冷却され液化したＣＯ２  は冷房用膨張弁１５で膨張され、冷媒蒸発器３で蒸発熱を奪い空気の冷却除湿を行う。冷媒蒸発器３を出たＣＯ２  は、アキュムレータ１６を介して圧力調整され、内部熱交換器１４で残余の冷熱を、室外ガスクーラ１３を出たＣＯ２  に与える。その後、再度圧縮機１１によって圧縮され、サイクルを繰り返す。
【００２３】
一方、暖房運転においては、室内ガスクーラ２３で空気を加熱することにより温度が低下したＣＯ２  ガスは、暖房用膨張弁１２で膨張されてさらに温度を下げ、室外ガスクーラ１３で大気熱を吸収する。その後、バイパスバルブ１５Ｂを通過し、アキュムレータ１６で圧力調整されたのち、再度圧縮機１１によって圧縮され、サイクルを繰り返す。
【００２４】
空調装置２では、空気は内外気切替ドア２１を介して、送風機２２によりダクト内に導入される。導入された空気は冷媒蒸発器３で冷却除湿される。その後、空気の一部は目標温度に応じてエアミックスドア２４を介して、室内ガスクーラ２３により加熱され再度混合されたのち、各吹出口（図示せず）から吹き出される。
【００２５】
冷媒蒸発器３では、冷房用膨張弁１５によって霧状に膨張したＣＯ２  の液冷媒が一方のヘッダー９に流れ込み、コア５の各チューブ５１に分配され、空気から蒸発熱を奪って空気の冷却、除湿を行う。その後、気化したＣＯ２  ガスは他方のヘッダー９に集約されアキュムレータ１６へ送り出される
【００２６】
〔実施形態の効果〕
本実施形態では、筒体８の開口部８５を閉塞するのに、サイドプレート４の端部に十分な板厚を持たせた多重部７を用いている。これによって、従来のキャップによる閉塞方法で懸念されていた高圧化にともなうキャップの飛び抜けをなくすことができる。併せて耐圧性を向上させるために、ヘッダー９の構成部品に爪を設けるなど複雑な構造を用いず、簡単な構造の多重部７を用いているので、製作コストを上げることなく耐圧性を向上させることができる。
【００２７】
また、ＣＯ２  のように極めて高圧の冷媒を用いる場合、冷媒の流動する部分は耐圧性を持たせるため、一般的にサイズダウンされる。このため、ヘッダー９の冷媒の流動する部分、すなわち、筒体８の流動部８４も、通常のフロン媒体の場合に比べて内径が小さく設計されている。それによって、スリット６Ｂからサイドプレート４の端部である多重部７を差し込んで、筒体８の開口部８５を閉塞することがより容易になるため、本発明は高圧の冷媒を用いる場合には極めて有利である。
また、多重部７はサイドプレート４の２倍以上の板厚があるため、ロウ付け面積も２倍以上となり、さらに耐圧性を向上させることができる。
【００２８】
〔他の実施形態〕
本実施形態では、本発明にかかる熱交換器を空調装置２の冷却用熱交換器をなす冷媒蒸発器３に用いたが、加熱用熱交換器をなす室内ガスクーラ２３や室外熱交換器をなす室外ガスクーラ１３へ用いることも可能である。
また、本実施形態では、車両用空調装置のように冷却用熱交換器と加熱用熱交換器の両方をダクト内に備えた空調装置に適用したが、ダクト内に冷却用熱交換器のみを収容した空調装置、加熱用熱交換器のみを収容した暖房装置、または加熱用熱交換器で空気以外の流体を加熱する加熱装置（例えば水を加熱する給湯機など）に適用してもよい。
さらに熱交換器のコア５が、図５に示すごとく二層であってもよく、三層以上のコアを有する熱交換器に適用してもよい。また、複数のコアを有する場合は、冷媒流路をヘッダー９でターンさせるものであってもよい。
【００２９】
また、多重部７は使用条件に応じて、二重、三重、四重と厚みを増すこともできる。逆に耐圧性をさほど要しない場合は二重にしなくてもよい。さらに、筒体８の構成方法は、図６に示すごとく種々の構成にすることができ、図６（ａ）のごとくヘッダータンク８２と補強板８３とで構成されているものや、図６（ｃ）のごとく補強板８３を介挿せずにヘッダープレート８１とヘッダータンク８２とで構成されているものや、図６（ｄ）のごとく補強板８３に円柱状のヘッダータンク８２を圧接して埋め込んだものなどでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかるサイドプレート、ヘッダーおよびコアを部分的に示す斜視図である（差し込み前）。
【図２】実施形態にかかるサイドプレート、ヘッダーおよびコアを部分的に示す斜視図である（差し込み後）。
【図３】実施形態にかかる熱交換器の斜視図である。
【図４】ＣＯ２  を冷媒とする圧縮式冷凍機の車両用空調装置への適用を示す概略構成図である。
【図５】他の実施形態にかかるサイドプレート、ヘッダーおよびコアを部分的に示す斜視図である（差し込み前）。
【図６】他の実施形態にかかるヘッダーを構成する筒体の断面図である。
【図７】従来のキャップによるヘッダーの構成を部分的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１    圧縮式冷凍機
１３  室外ガスクーラ（室外熱交換器）
２    車両用空調装置（空調装置）
２３  室内ガスクーラ（加熱用熱交換器）
３    冷媒蒸発器（冷却用熱交換器）
４    サイドプレート
５    コア
５１  チューブ
５２  フィン
６Ａ  スリット（チューブ５１の差込用）
６Ｂ  スリット（多重部７の差込用）
７    多重部
８    筒体
９    ヘッダー
【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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