(57)【要約】【課題】多数の挿入穴を一括して打ち抜き加工することができるＣＯ２冷媒用熱交換器の提供を目的とする。【解決手段】一対のヘッダー部２０，３０の間がフィン４２を介在させた複数の扁平チューブ４１により連結され、冷媒としてＣＯ２を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられるＣＯ２冷媒用熱交換器において、ヘッダ部２０，３０が、幅方向に貫通する冷媒空間部２３，３３とこの冷媒空間部２３，３３に外面から連通する扁平チューブ４１の挿入穴２６，３６とを備えているヘッダジョイント部２１，３１と、該ヘッダジョイント部２１，３１の両側端を挿入して冷媒空間部２３，３３と管内部２７の冷媒流路とが連通するよう固定されたヘッダ管２２Ｌ，２２Ｒ，４４Ｌ，４４Ｒと、を具備して構成した。【選択図】　図１
2004011949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のヘッダー部の間がフィンを介在させた複数のチューブにより連結され、冷媒としてＣＯ２を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられるＣＯ２冷媒用熱交換器であって、
前記ヘッダ部が、幅方向に貫通する冷媒空間部とこの冷媒空間部に外面から連通する前記チューブの挿入穴とを備えているヘッダジョイント部と、該ヘッダジョイント部の両側端を挿入して前記冷媒空間部と管内部の冷媒流路とが連通するよう固定されたヘッダ管と、を具備して構成したことを特徴とするＣＯ２冷媒用熱交換器。
【請求項２】
一対のヘッダー部の間がフィンを介在させた複数のチューブにより連結され、冷媒としてＣＯ２を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられるＣＯ２冷媒用熱交換器であって、
前記ヘッダ部の内部を長手方向へ貫通して設けられた冷媒流路の端部開口が、前記冷媒流路と交差するように挿入された仕切部材により閉じられ、前記仕切部材が前記冷媒流路の長手方向に移動するのを阻止する係止部が設けられていることを特徴とするＣＯ２冷媒用熱交換器。
【請求項３】
前記係止部が、前記冷媒流路と交差するように設けられた仕切板挿入溝であることを特徴とする請求項２記載のＣＯ２冷媒用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いる超臨界冷凍サイクルのように高い耐圧設計圧力が要求されるガスクーラ（放熱器）やエバポレータ（蒸発器）などのＣＯ２冷媒用熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境の保全に対する関心が高まっているが、たとえば車両用空調装置の冷媒として従来用いられているＲ１３４ａといった代替フロンは、地球温暖化に対して影響を与えることが懸念されている。このため、このような代替フロン冷媒に代わる物質として、元来自然界に存在する物質、いわゆる自然冷媒を用いた冷凍サイクルの研究が行われている。
このような自然冷媒の候補として、二酸化炭素（ＣＯ２）が注目されている。このＣＯ２は、地球温暖化に対する寄与が代替フロンよりもはるかに小さいだけでなく、可燃性がないうえ、基本的には人体に無害であるため、このような背景から、ＣＯ２を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ２冷凍サイクルと略す）の研究開発が行われている。
【０００３】
ところで、ＣＯ２冷凍サイクルの作動は、フロンを使用した通常の蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、通常冷凍サイクルと呼ぶ）と比較して、高圧側（圧縮機の吐出側）の圧力が冷媒の臨界圧力を越え、通常冷凍サイクルにおける高圧側の約１０倍という高圧が作用する。このような超臨界冷凍サイクルに用いられるマルチフロー（パラレルフロー）タイプのガスクーラ（放熱器）は、十分な耐圧強度を確保する必要があるため、扁平チューブを挿入する挿入穴が打ち抜かれたプレートとヘッダカバーとをろう付けして一体化するようなヘッダの構成に代えて、たとえば特開平１１−２２６６８５号公報に記載されたように、ヘッダを引き抜き加工又は押し出し加工にて一体成形し、扁平チューブの挿入穴を切削加工するという技術が提案されている。
【０００４】
図５に示すヘッダ１は、引き抜き加工又は押し出し加工にて一体成形した本体部２に切削加工を施して挿入穴３を設けたものである。図示の例では、本体部２が仕切部４により分割された２本の冷媒流路５ａ，５ｂを備えており、挿入穴３は冷媒流路５ａ，５ｂまで貫通するようにして設けられている。なお、ヘッダ１の冷媒流路５ａ，５ｂは、図示省略の仕切部材によってヘッダ長手方向に分割されている。
そして、このようなヘッダ１は、仕切部材による冷媒流路５ａ，５ｂの分割位置が異なるものを一対平行に配置し、互いの挿入穴３に扁平チューブ６（図６参照）の端部を挿入して固定すれば、冷媒がヘッダ間を往復して流れるマルチフロータイプの熱交換器となる。なお、扁平チューブ６には、複数（図示の例では６本）の流体通路６ａが形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した構成のヘッダ１においては、多数の扁平チューブ６を挿入する挿入穴３を形成するためには、加工コストの高い切削加工をする必要があった。これは、２本の冷媒流路５ａ，５ｂを分割する非中空の仕切部４が存在するためであり、この非中空部材が多数の挿入穴３を一括して打ち抜き加工することの妨げとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、多数の挿入穴を一括して打ち抜き加工することができるＣＯ２冷媒用熱交換器の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の発明は、一対のヘッダー部の間がフィンを介在させた複数のチューブにより連結され、冷媒としてＣＯ２を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられるＣＯ２冷媒用熱交換器であって、前記ヘッダ部が、幅方向に貫通する冷媒空間部とこの冷媒空間部に外面から連通する前記チューブの挿入穴とを備えているヘッダジョイント部と、該ヘッダジョイント部の両側端を挿入して前記冷媒空間部と管内部の冷媒流路とが連通するよう固定されたヘッダ管と、を具備して構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
このようなＣＯ２冷媒用熱交換器によれば、ヘッダ部が、幅方向に貫通する冷媒空間部とこの冷媒空間部に外面から連通するチューブの挿入穴とを備えているヘッダジョイント部と、該ヘッダジョイント部の両側端を挿入して冷媒空間部と管内部の冷媒流路とが連通するよう固定されたヘッダ管と、を具備してなる構成としたので、引き抜き加工または押し出し加工により冷媒空間部を同時に形成したヘッダジョイント部に、外面から冷媒空間部に連通するチューブの挿入穴を一括して打ち抜き加工により形成することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、一対のヘッダー部の間がフィンを介在させた複数のチューブにより連結され、冷媒としてＣＯ２を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられるＣＯ２冷媒用熱交換器であって、前記ヘッダ部の内部を長手方向へ貫通して設けられた冷媒流路の端部開口が、前記冷媒流路と交差するように挿入された仕切部材により閉じられ、前記仕切部材が前記冷媒流路の長手方向に移動するのを阻止する係止部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
このようなＣＯ２冷媒用熱交換器によれば、ヘッダ部の内部を長手方向へ貫通して設けられた冷媒流路の端部開口が、冷媒流路と交差するように挿入された仕切部材により閉じられ、この仕切部材が冷媒流路の長手方向に移動するのを阻止する係止部が設けられているので、ＣＯ２冷媒の高圧が作用しても係止部に阻止されて仕切部材が飛び出すのを防止することができる。
この場合、前記係止部が、前記冷媒流路と交差するように設けられた仕切板挿入溝であることが好ましく、これにより、仕切板挿入溝に挿入された仕切部材（仕切板）により端部開口を確実に塞ぎ、しかも、仕切部材が仕切板挿入溝に係止されているので、高圧を受けても飛び出しが防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＣＯ２冷媒用熱交換器の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、図１は本発明によるＣＯ２冷媒用熱交換器の分解組立図、図２は図１の組立完了状態を示す斜視図である。
【００１２】
ＣＯ２冷媒用熱交換器１０は、上部ヘッダ２０及び下部ヘッダ３０よりなる一対のヘッダ部と、このヘッダ部２０，３０間を連結する熱交換部４０とにより構成される。
【００１３】
上部ヘッダ２０は、直方体形状のヘッダジョイント部２１と、円筒形状とした左右一対のヘッダ管２２Ｌ，２２Ｒとを具備して構成される。ヘッダジョイント部２１は、その板厚部分を幅（短辺）方向に貫通する多数の冷媒空間部２３を備えている。この冷媒空間部２３の数は、後述する熱交換部４０の扁平チューブと同数になり、各冷媒空間部２３は直方体形状の長手方向へ等ピッチに配置されている。なお、このヘッダジョイント部２１は、引き抜き加工または押し出し加工により一体的に製造することができる。
【００１４】
ヘッダジョイント部２１の上面２１ａには、切削加工により長手方向へ延びる仕切板挿入溝２４が設けられている。この仕切板挿入溝２４は、全ての冷媒空間部２３を幅方向の左右に分割する仕切板２５を挿入して設置するものである。
【００１５】
また、ヘッダジョイント部２１の下面２１ｂには、後述する扁平チューブ４１を挿入するために設けた挿入穴２６が開口している。この挿入穴２６は、上述した冷媒空間部２３の全てに一致して設けられているが、図１においては簡単のため１箇所のみが示されている。すなわち、挿入穴２６は、下面２１ｂの肉厚を貫通して冷媒空間部２３に連通するよう、扁平チューブ４１の断面形状と同一形状として、全ての冷媒空間部２３毎にヘッダジョイント部２１の幅方向へ細長く設けられている。
このような挿入穴２６は、全体が冷媒空間部２３に貫通するものであるから、非中空部がなく全数を一括して打ち抜き加工することができる。
【００１６】
上述したヘッダジョイント部２１の両側端にはヘッダ管２２Ｌ，２２Ｒが連結され、両ヘッダ管２２Ｌ，２２Ｒの管内部２７と各冷媒空間部２３とが連通するようにして固定されている。両ヘッダ管２２Ｌ、２２Ｒの長手方向には連結挿入口２８が開口して設けられ、同連結挿入口２８にヘッダジョイント部２１の側端部を挿入した後、ろう付け等適当な手段を用いて固定する。なお、ヘッダ管２２Ｌ、２２Ｒの端部開口は、冷媒入口１１及び冷媒出口１２となる部分を除いて、キャップ２９により密閉封鎖されている。
【００１７】
次に、下部ヘッダ３０について説明するが、この下部ヘッダ３０の基本構造は上述した上部ヘッダ２０とほぼ同じになる。ここで、図中の符合３１はヘッダジョイント部、４４Ｌ，４４Ｒはヘッダ管、３３は冷媒空間部、３６は挿入穴、３８は連結挿入口であり、挿入穴３６はヘッダジョイント部３１の上面３１ａに打ち抜き加工して設けられている。
しかし、ヘッダジョイント部３１には、上述した上部ヘッダ２０と異なり、仕切板挿入溝２４及び仕切板２５に相当する部材がなく、連通状態となっている。
【００１８】
一方、熱交換部４０は、多数（図２の例では１４本）の扁平チューブ４１が所定の間隔をもって平行に配置され、隣接する扁平チューブ４１の間隙部には、チューブ壁面に一部を密着させてフィン４２を取り付けてある。隣接する扁平チューブ４１の間隔は、上述した冷媒空間部２３，３３及び挿入穴２６，３６のピッチと同じである。なお、扁平チューブ４１及びフィン４２が交互に配置された両端部には、熱交換器全体の剛性向上やフィン４２を保護するなどの目的から、サイドプレート４３が設置されている。
【００１９】
扁平チューブ４１には、両端まで貫通する複数本（図示の例では６本）の流体通路４１ａが形成されており、この両端部をそれぞれ挿入穴２６，３６に適量挿入して固定すれば、上部ヘッダ２０及び下部ヘッダ３０の冷媒空間部２３，３３間が多数の流体通路４１ａにより連通状態となる。
【００２０】
さて、上述した構成のＣＯ２冷媒用熱交換器１０では、ＣＯ２冷媒の流れは下記の通りである。なお、冷媒入口１１及び冷媒出口１２は、図示省略の冷媒配管を介して冷凍サイクルに連結されている。
【００２１】
冷媒入口１１から流れ込むと、ヘッダ管２２Ｒの管内部２７を流れる過程で順次分流して冷媒空間部２３へ流出する。上部ヘッダ２０の冷媒空間部２３は仕切板２５によって左右に２分割されているので、ここに流入した冷媒は、扁平チューブ４１に形成されている合計６本の流体通路４１ａのうち、右側の３本にのみ流れ込む。そして、この冷媒は３本の流体通路４１ａを通って下部ヘッダ３０へ流下した後、冷媒空間部３３から左側の３本の流体流路４１ａへ流入して上部ヘッダ２０へ向けて上昇する。上部ヘッダ２０に戻った冷媒は、冷媒空間部２３から左側のヘッダ管２２Ｌへ流出し、各冷媒空間部２３から流入した冷媒が合流して冷媒出口１２から流出する。
【００２２】
このようにして、冷媒入口１１からＣＯ２冷媒用熱交換器１０に流入した冷媒は、概ねＵ字状の経路を流れて熱交換器の外部に流出するが、熱交換部４０の扁平チューブ４１内を通過する時には、チューブ外側を流れる空気等の流体と熱交換することで気化または凝縮する。
【００２３】
ところで、上述した構成のヘッダ管２２Ｌ，２２Ｒは、キャップ２９を使用して端部開口を密閉封鎖するため、一般的には圧入したキャップ２９をろう付けする構造が採用されている。しかし、このような密閉封鎖構造は、ＣＯ２冷媒のように高圧になる場合、万が一の破壊モードではキャップ２９が飛散して周辺の機器に当たり、思わぬ二次災害を引き起こす虞がある。
【００２４】
そこで、上述したキャップによる密閉封鎖構造に代えて、係止部を備えた仕切板によって開口端部をシールする構造を採用する。
すなわち、冷媒流路となるヘッダ管２２Ｌ，２２Ｒの管内部２７は、冷媒入口１１及び冷媒出口１２を除いて密閉封鎖される端部開口が、冷媒流路の管内部２７と交差するように挿入された仕切部材により閉じられ、この仕切部材が長手（管軸）方向に移動するのを阻止する係止部を設けた構造とすればよい。
【００２５】
ヘッダ管２２Ｌの場合について具体例をあげると、端部開口の近傍に管内部２７と交差するように、すなわち管軸と直交する半径方向に仕切部材挿入溝（図示省略）を形成しておき、この仕切部材挿入溝に板材等の仕切部材を挿入した後、ろう付け等の手段により固定及びシールする。
このような構成とすれば、万が一破壊モードとなって仕切部材が飛散しようとしても、この仕切部材は仕切部材挿入溝に係止されて長手方向の移動が阻止される。従って、仕切部材挿入溝から飛散するようなことはなく、思わぬ二次災害の発生を防止することができる。
【００２６】
さて、上述した係止部は、図１及び図２に示した構成のＣＯ２冷媒用熱交換器１０の他にも、たとえば従来技術に示したヘッダ１の本体部２に設けられている冷媒流路５ａ，５ｂへの適用が可能である。
また、図３及び図４に示すように、直方体形状とした高圧対応のヘッダ５０に適用することも可能であり、同ヘッダ５０を長手方向に貫通して設けられた冷媒流路５１ａ，５１ｂの開口端部５２を密閉封鎖することができる。なお、図中の符合５３は仕切板挿入溝、５４は仕切板、５５は挿入穴である。
【００２７】
この場合、仕切板挿入溝５３は、挿入穴５５と平行となるように、かつ、冷媒流路５１ａ，５１ｂの全断面と交差するようにして設けられている。この仕切板挿入溝５３に仕切板５４を差し込んでろう付け等の手段により固定及びシールすれば、冷媒流路５１ａ，５１ｂの開口端部５２は仕切板５４によって完全に密閉封鎖される。しかも、万が一の破壊モードでも、仕切板５４の端部が仕切板挿入溝５４に係止されているので、内圧を受ける長手方向の移動が阻止されて飛散することもない。なお、図示の冷媒流路５１ａ，５１ｂのように、冷媒流路が複数並んで存在する場合には、一枚の仕切板で全てを密閉封鎖できるので、キャップを用いる構造と比較して部品点数を低減することもできる。
【００２８】
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばヘッダ管２２Ｌ等については耐圧に有利な円筒形状に限定されることはなく、角柱形状などを採用しても同様の作用効果を得ることができ、従って、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のＣＯ２冷媒用熱交換器によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、幅方向に貫通する冷媒空間部とこの冷媒空間部に外面から連通するチューブの挿入穴とを備えているヘッダジョイント部と、該ヘッダジョイント部の両側端を挿入して冷媒空間部と管内部の冷媒流路とが連通するよう固定されたヘッダ管と、を具備してなるヘッダ部の構成としたので、引き抜き加工または押し出し加工により冷媒空間部を同時に形成したヘッダジョイント部に、外面から冷媒空間部に連通するチューブの挿入穴を一括して打ち抜き加工により形成することができる。このため、作業工数及び加工コストの低減に大きな効果を奏する。
【００３０】
請求項２に記載の発明によれば、ヘッダ部の内部を長手方向へ貫通して設けられた冷媒流路の端部開口が、冷媒流路と交差するように挿入された仕切部材により閉じられ、この仕切部材が冷媒流路の長手方向に移動するのを阻止する係止部が設けられているので、ＣＯ２冷媒の高圧が作用しても係止部に阻止されて仕切部材が飛び出すのを防止することができる。このため、高圧を受けた仕切部材が万が一飛散しても、この悲惨による二次的な被害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＣＯ２冷媒用熱交換器の一実施形態を示す分解組立図である。
【図２】図１に示したＣＯ２冷媒用熱交換器の組立完了（完成）状態を示す斜視図である。
【図３】仕切部材による端部開口の密封封鎖構造の要部を示す分解斜視図である。
【図４】図３の組立完了（完成）状態を示す図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】ヘッダの従来例を示す要部斜視図である。
【図６】扁平チューブを示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１０　　ＣＯ２冷媒用熱交換器
２０　　上部ヘッダ
２１，３１　　ヘッダジョイント部
２２Ｌ，２２Ｒ，４４Ｌ，４４Ｒ　　ヘッダ管
２３，３３　　冷媒空間部
２４　　仕切板挿入溝
２５　　仕切板
２６，３６　　挿入穴
２７　　管内部
２８，３８　　連結挿入部
２９　　キャップ
３０　　下部ヘッダ
４０　　熱交換部
４１　　扁平チューブ
４２　　フィン
４３　　サイドプレート
５０　　ヘッダ
５１ａ，５１ｂ　　冷媒流路
５２　　開口端部
５３　　仕切板挿入溝
５４　　仕切板
５５　　挿入穴
【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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