(57)【要約】【課題】チューブ体に対する冷媒の流通構造が簡素化された熱交換器を得ること。【解決手段】冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルに用いられ、冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器において、当該熱交換器は、高圧側の冷媒及び低圧側の冷媒を流通するチューブ体２００を備え、チューブ体に伝わる熱にて熱交換を行うものであり、チューブ体は、高圧側の冷媒を流通する偏平型の第１チューブ２１０と、低圧側の冷媒を流通する偏平型の第２チューブ２２０とを積層してなり、チューブ体の端部２０１は、第１チューブの端部２１１及び第２チューブの端部２２１を積層方向の片側に向けて折り曲げてなり、第１チューブの端部及び第２チューブの端部には、冷媒の入口部又は出口部となるヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０をそれぞれ設けた構成の熱交換器である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルに用いられ、前記冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器において、
当該熱交換器は、前記高圧側の冷媒及び前記低圧側の冷媒を流通するチューブ体を備え、前記チューブ体に伝わる熱にて前記熱交換を行うものであり、
前記チューブ体は、前記高圧側の冷媒を流通する偏平型の第１チューブと、前記低圧側の冷媒を流通する偏平型の第２チューブとを積層してなり、
前記チューブ体の端部は、前記第１チューブの端部及び前記第２チューブの端部を積層方向の片側に向けて折り曲げてなり、
前記第１チューブの端部及び前記第２チューブの端部には、前記冷媒の入口部又は出口部となるヘッダをそれぞれ設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第１チューブ及び前記第２チューブを交互に合計３層以上積層してなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記ヘッダは、前記第１チューブの端部又は前記第２チューブの端部の幅方向と平行に配置された円筒部を複数備え、前記複数の円筒部には、前記第１チューブの端部又は前記第２チューブの端部をそれぞれ接続したことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記ヘッダは、前記複数の円筒部を構成する所定の形状に曲げられたパイプ部材を備えたことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
前記ヘッダは、前記複数の円筒部をそれぞれ構成する複数のパイプ部材と、前記複数のパイプ部材を連通する連通部材とを備えたことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項６】
前記冷凍サイクルは、放熱器の内部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乃至５のいずれか記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルに用いられ、前記冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルは、その冷凍効率の向上とともに、設置スペースの狭小化、製造コストの低減等が非常に重要な課題とされている。
【０００３】
さて、このような冷凍サイクルは、冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換することにより、その冷凍効率を向上させることが可能である。特に近年では、冷媒としてＣＯ２を採用し、放熱器の内部の圧力が冷媒の臨界点を超える冷凍サイクルも知られている。この超臨界冷凍サイクルは、非常に高い耐圧性を要し、冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器についても、その熱交換効率を向上するとともに、かかる冷媒の圧力に耐え得る構成が要求される。
【０００４】
特許文献１及び２には、それらの諸点を考慮しつつ合理的に構成された熱交換器の基本構成が開示されている。これらの文献に開示された熱交換器は、高圧側及び低圧側の冷媒を流通するチューブ体を備え、高圧側及び低圧側の冷媒がチューブ体に伝わる熱によって互いに熱交換をするものである。チューブ体は、高圧側の冷媒を流通する第１チューブと、低圧側の冷媒を流通する第２チューブとを積層して構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９８４２４号公報
【特許文献２】特開２００２−９８４８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複数の偏平型のチューブを積層してなるチューブ体に高圧側及び低圧側の冷媒をそれぞれ流通する場合は、各チューブに対する冷媒の流通構造が非常に重要な問題となる。つまり、このような熱交換器は、各チューブの端部に冷媒の入口部又は出口部となるヘッダをそれぞれ設ける必要から、冷媒の流通構造がやや複雑にならざるを得ない。熱交換器の製造現場においては、こうした冷媒の流通構造を踏まえ、より生産性に優れた熱交換器の構成が望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器であって、複数のチューブを積層してなるチューブ体を備えたものについて、そのチューブ体に対する冷媒の流通構造を簡素化することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願第１請求項に記載した発明は、冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルに用いられ、前記冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器において、当該熱交換器は、前記高圧側の冷媒及び前記低圧側の冷媒を流通するチューブ体を備え、前記チューブ体に伝わる熱にて前記熱交換を行うものであり、前記チューブ体は、前記高圧側の冷媒を流通する偏平型の第１チューブと、前記低圧側の冷媒を流通する偏平型の第２チューブとを積層してなり、前記チューブ体の端部は、前記第１チューブの端部及び前記第２チューブの端部を積層方向の片側に向けて折り曲げてなり、前記第１チューブの端部及び前記第２チューブの端部には、前記冷媒の入口部又は出口部となるヘッダをそれぞれ設けた構成の熱交換器である。このような構成によると、チューブ体に対する冷媒の流通構造が簡素化された熱交換器が得られる。
【０００９】
すなわち、チューブ体を構成する第１チューブ及び第２チューブの端部には、冷媒の入口部又は出口部となるヘッダをそれぞれ設ける。それらのヘッダは、互いに干渉しないように配置する必要があるところ、本発明によれば、第１チューブ及び第２チューブの端部を積層方向の片側に向けて折り曲げることにより、ヘッダの省スペース化を図りつつヘッダ同士の干渉を合理的に回避する構成となっている。
【００１０】
本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記第１チューブ及び前記第２チューブを交互に合計３層以上積層してなる構成の熱交換器である。
【００１１】
すなわち、第１チューブ及び第２チューブの端部を積層方向の片側に向けて折り曲げるという本発明の構成は、第１チューブ及び第２チューブを合計３層以上積層してなるチューブ体において極めて有効である。
【００１２】
本願第３請求項に記載した発明は、請求項２において、前記ヘッダは、前記第１チューブの端部又は前記第２チューブの端部の幅方向と平行に配置された円筒部を複数備え、前記複数の円筒部には、前記第１チューブの端部又は前記第２チューブの端部をそれぞれ接続した構成の熱交換器である。
【００１３】
すなわち、複数の第１チューブの端部又は複数の第２チューブの端部を接続するヘッダは、このような円筒部を複数配置して構成するとよい。
【００１４】
本願第４請求項に記載した発明は、請求項３において、前記ヘッダは、前記複数の円筒部を構成する所定の形状に曲げられたパイプ部材を備えた構成の熱交換器である。
【００１５】
すなわち、複数の円筒部は、所定の形状に曲げられたパイプ部材にて構成すことが可能である。
【００１６】
本願第５請求項に記載した発明は、請求項３において、前記ヘッダは、前記複数の円筒部をそれぞれ構成する複数のパイプ部材と、前記複数のパイプ部材を連通する連通部材とを備えた構成の熱交換器である。
【００１７】
すなわち、複数の円筒部は、複数の第１チューブの端部又は複数の第２チューブの端部にそれぞれパイプ部材を配置して構成することが可能である。各パイプ部材は、連通部材にて連通する。
【００１８】
本願第６請求項に記載した発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記冷凍サイクルは、放熱器の内部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。ここで、臨界点とは、気層と液層が共存する状態の高温側の限界（つまり高圧側の限界）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。放熱器の内部において、圧力が冷媒の臨界点を超えると、冷媒は凝縮されない。
【００１９】
すなわち、本発明の熱交換器は、冷媒の高圧側と低圧側とを効率よく熱交換することができるものであり、放熱器の内部の圧力が冷媒の臨界点を超える冷凍サイクルにおいて、好適に利用される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の具体例を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示す圧縮式の冷凍サイクル１は、自動車に搭載される車内空調用のものであり、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２で圧縮された冷媒を冷却する放熱器３と、放熱器３で冷却された冷媒を減圧して膨張する減圧機４と、減圧機４で減圧された冷媒を蒸発するエバポレータ５と、エバポレータ５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圧縮機２へ送るアキュムレータ６とを備えている。冷媒としては、ＣＯ２を採用しており、放熱器３の内部の圧力は、気温等の使用条件により、冷媒の臨界点を超える。
【００２１】
また、本冷凍サイクル１について、放熱器３と減圧機４との間及びアキュムレータ６と圧縮機２との間には、冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器１００を設けている。かかる熱交換器１００は、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換することにより、冷凍サイクル１の効率を向上するものである。図中の白矢印は高圧側の冷媒が流れる方向を示し、黒矢印は、低圧側の冷媒が流れる方向を示している。
【００２２】
図２乃至図４に示すように、本例の熱交換器１００は、高圧側の冷媒及び低圧側の冷媒を流通するチューブ体２００を備え、チューブ体２００に伝わる熱にて熱交換を行うものである。
【００２３】
チューブ体２００は、高圧側の冷媒を流通する偏平型の第１チューブ２１０と、低圧側の冷媒を流通する偏平型の第２チューブ２２０とを上下に積層してなるものである。第１チューブ２１０及び前記第２チューブ２２０は、交互に合計３層以上積層されている。図例のチューブ体２００は、第１チューブ２１０を２層、第２チューブ２２０を３層積層したものである。第１チューブ２１０及び第２チューブ２２０は、複数の冷媒流路が列設された押出し部材からなるものである。
【００２４】
チューブ体２００の一方の端部２０１においては、第１チューブ２１０の端部２１１及び第２チューブ２２０の端部２２１は、積層方向の片側である上方に向けて垂直に折り曲げられている。また、チューブ体２００の他方の端部２０１においては、第１チューブ２１０の端部２１１及び第２チューブ２２０の端部２２１は、積層方向の片側である下方に向けて垂直に折り曲げて構成されている。
【００２５】
そして、第１チューブ２１０の端部２１１及び第２チューブ２２０の端部２２０には、冷媒の入口部又は出口部となるヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０がそれぞれ設けられている。ヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０としては、第１チューブ２１０の冷媒の入口部となる第１ヘッダ３１０、第１チューブ２１０の冷媒の出口部となる第２ヘッダ３２０、第２チューブ２２０の冷媒の入口部となる第３ヘッダ３３０、及び第２チューブ２２０の冷媒の出口部となる第４ヘッダ３４０があり、チューブ体２００の一方の端部２０１には、第１ヘッダ３１０及び第４ヘッダ３４０が設けられ、チューブ体２００の他方の端部２０１には、第２ヘッダ３２０及び第３ヘッダ３３０が設けられている。
【００２６】
各ヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０は、第１チューブ２１０の端部２１１又は第２チューブ２２０の端部２２１の幅方向と平行に配置された円筒部３０１を複数備えたものである。各ヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０における複数の円筒部３０１には、第１チューブ２１０の端部２１１又は第２チューブ２２０の端部２２１がそれぞれ接続されている。各円筒部３０１には、第１チューブ２１０の端部２１１又は第２チューブ２２０の端部２２１を挿入するスリット３０２が設けられている。
【００２７】
本例のヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０は、複数の円筒部３０１を構成する所定の形状に曲げられたパイプ部材Ｐ１からなるものである。パイプ部材Ｐ１は、押出し部材を成形して作成したものであり、第１チューブ２１０の端部２１１又は第２チューブ２２０の端部２２１を接続する円筒部３０１は、Ｕ字状に湾曲した部位によって互いに連通した状態となっている。パイプ部材Ｐ１の一方の端部は冷凍サイクル１の配管と接続される。また、パイプ部材Ｐ１の他方の端部は閉鎖されている。
【００２８】
そして、第１チューブ２１０の端部２１１と第２チューブ２２０の端部２２１との間には、所定の間隔が設定され、更に第１チューブ２１０の端部２１１の端面及び第２チューブ２２０の端部２２１の端面は、上下方向の位相が互いに異なるように設定されている。つまりチューブ体２００の各端部２０１においては、第１チューブ２１０の端部２１１及び第２チューブ２２０の端部２２１を積層方向の片側に向けて適宜に折り曲げることにより、第１ヘッダ３１０と第４ヘッダ３４０との干渉、並びに第２ヘッダ３２０と第３ヘッダ３３０との干渉を回避している。
【００２９】
尚、本例の熱交換器１００は、チューブ体２００及びヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０を組み付け、この組み付け体を炉中で加熱処理してろう付けし、製造される。ろう付けに際し、各部材の要所にはろう材及びフラックスが設けられる。
【００３０】
本例の熱交換器１００によると、放熱器３から第１ヘッダ３１０に流入した高圧側の冷媒は、第１チューブ２１０を流通した後に第２ヘッダ３２０から減圧機４へともたらされる。また、アキュムレータ６から第３ヘッダ３３０に流入した低圧側の冷媒は、第２チューブ２２０を流通した後に第４ヘッダ３４０から圧縮機２へともたらされる。高圧側の冷媒と低圧側の冷媒との熱交換は、チューブ体１００に伝わる熱によって行われる。
【００３１】
以上説明したように、本例の熱交換器は、チューブ体２００に対する冷媒の流通構造が簡素化されたものであり、熱交換器１００の製造の容易化、及び設置スペースの狭小化を達成したものである。
【００３２】
尚、図５に示すように、チューブ体２００の周囲には断熱材７６０を装着してもよい。断熱材７６０によれば、外部との断熱性が向上されることにより、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒との熱交換が促進される。その結果、冷凍サイクル１の効率は一層向上される。
【００３３】
また、図６に示すように、チューブ体２００の双方の端部２０１における第１チューブ２１０の端部２１１及び第２チューブ２２０の端部２２１は、同じ方向に向けて折り曲げるようにしてもよい。つまり、第１チューブ２１０の端部２１１及び第２チューブ２２０の端部２２１の折り曲げ方向は、チューブ体２００の端部２０１において互いに揃えるのであれば、熱交換器１の設置場所等に応じて適宜に設定することが可能である。
【００３４】
次に、本発明の第２具体例を説明する。図７乃至図１０に示すように、本例における各ヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０は、複数の円筒部３０１をそれぞれ構成する複数のパイプ部材Ｐ２と、複数のパイプ部材Ｐ２を連通する連通部材３０３からなるものである。連通部材３０３には、冷凍サイクル１の配管と接続する継手部３０４が設けられている。
【００３５】
第１ヘッダ３１０のパイプ部材Ｐ２及び第４ヘッダ３４０のパイプ部材Ｐ２は、交互に列設されるとともに、第１ヘッダ３１０の連通部材３０３及び第４ヘッダ３４０の連通部材３０３の間に支持されている。また同様に、第２ヘッダ３２０のパイプ部材Ｐ２及び第３ヘッダ３３０のパイプ部材Ｐ２は、交互に列設されるとともに、第２ヘッダ３２０の連通部材３０３及び第３ヘッダ３３０の連通部材３０３の間に支持されている。各パイプ部材Ｐ２は、所定の連通部材３０３とみと連通されている。冷媒は、連通部材３０３から流入又は流出する。
【００３６】
そして、第１チューブ２１０の端部２１１と第２チューブ２２０の端部２２１との間には、所定の間隔が設定され、更に第１チューブ２１０の端部２１１の端面及び第２チューブ２２０の端部２２１の端面は、上下方向の位相が同じになるように設定されている。尚、その他の基本構成は前述した具体例と同様である。
【００３７】
このように、各ヘッダ３１０，３２０，３３０，３４０は、パイプ部材Ｐ２及び連通部材３０３にて構成することも可能である。
【００３８】
尚、本例の熱交換器１００もまた、図１１に示すように、チューブ体２００の双方の端部２０１における第１チューブ２１０の端部２１１及び第２チューブ２２０の端部２２１は、同じ方向に向けて折り曲げるようにしてもよい。つまり、第１チューブ２１０の端部２１１及び第２チューブ２２０の端部２２１の折り曲げ方向は、チューブ体２００の端部２０１において互いに揃えるのであれば、熱交換器１の設置場所等に応じて適宜に設定することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルに用いられ、前記冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器において、当該熱交換器は、前記高圧側の冷媒及び前記低圧側の冷媒を流通するチューブ体を備え、前記チューブ体に伝わる熱にて前記熱交換を行うものであり、前記チューブ体は、前記高圧側の冷媒を流通する偏平型の第１チューブと、前記低圧側の冷媒を流通する偏平型の第２チューブとを積層してなり、前記チューブ体の端部は、前記第１チューブの端部及び前記第２チューブの端部を積層方向の片側に向けて折り曲げてなり、前記第１チューブの端部及び前記第２チューブの端部には、前記冷媒の入口部又は出口部となるヘッダをそれぞれ設けた構成の熱交換器である。このような構成によると、チューブ体に対する冷媒の流通構造が簡素化された熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体例に係り、冷凍サイクルを示す概要図である。
【図２】本発明の具体例に係り、熱交換器を示す斜視図である。
【図３】本発明の具体例に係り、熱交換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、熱交換器の要部を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の具体例に係り、熱交換器を示す斜視図である。
【図６】本発明の具体例に係り、熱交換器を示す斜視図である。
【図７】本発明の具体例に係り、熱交換器を示す斜視図である。
【図８】本発明の具体例に係り、熱交換器の要部を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の具体例に係り、熱交換器の要部を示す分解斜視図である。
【図１０】本発明の具体例に係り、（ａ）は第１ヘッダ及び第４ヘッダを示す上面断面図であり、（ｂ）は第２ヘッダ及び第３ヘッダを示す上面断面図である。
【図１１】本発明の具体例に係り、熱交換器を示す斜視図である。
【符号の説明】
１      冷凍サイクル
２      圧縮機
３      放熱器
４      減圧機
５      エバポレータ
６      アキュムレータ
１００      熱交換器
２００      チューブ体
２０１      チューブ体の端部
２１０      第１チューブ
２１１      第１チューブの端部
２２０      第２チューブ
２２１      第２チューブの端部
３０１      円筒部
３０２      スリッド
３０３      連通部材
３０４      継手部
３１０      第１ヘッダ
３２０      第２ヘッダ
３３０      第３ヘッダ
３４０      第４ヘッダ
Ｐ１      パイプ部材
Ｐ２      パイプ部材
４００      断熱材
【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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