(57)【要約】【課題】マイクロチューブを用いた熱交換器の寸法を縮小する。【解決手段】熱交換器１０は、所定間隔を存して並設された複数のマイクロチューブ２０から成る列を複数備える。一列を成す複数のマイクロチューブ２０の端部をヘッダー部１１、１２により相互に連通する。一列を成す各マイクロチューブ２０の間に、隣接した列を成す各マイクロチューブ２０の一部がそれぞれ進入するよう構成する。ヘッダー部１１、１２の連通路１４の幅よりも、連通路１４を構成する壁の幅（連通路１４と連通路１４との間の幅）を大きく構成する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を存して並設された複数のマイクロチューブから成る列を複数備え、一列を成す前記複数のマイクロチューブの端部をヘッダー部により相互に連通して成る熱交換器において、
一列を成す前記各マイクロチューブの間に、隣接した列を成す前記各マイクロチューブの一部がそれぞれ進入するよう構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ヘッダー部の通路幅よりも当該通路を構成する壁の幅を大きく構成したことを特徴とする請求項１の熱交換器。
【請求項３】
前記各ヘッダー部を、隣接するマイクロチューブの列が相互に直列となるように接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２の熱交換器。
【請求項４】
ＣＯ２冷媒を使用する冷媒回路のガスクーラとして用いられることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定間隔を存して並設された複数のマイクロチューブから成る列を複数備え、一列を成す複数のマイクロチューブの端部をヘッダー部により相互に連通して成る熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年地球環境問題に対応するためにカーエアコンなどの空調機器に冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が用いることが提案されている。ＣＯ２は超臨界で作動するため、冷媒回路のガスクーラにおける熱移動が発生し易く、温度変化が著しいため、凝縮冷媒対応のフィンアンドチューブ式の熱交換器では耐圧対応のため放熱効率が低下してしまう。そこで、マイクロチューブを用いた熱交換器を使用することが考えられる。このマイクロチューブは、微小径の断面略楕円形の長孔から成る貫通孔を複数備えた扁平チューブにて構成される。そして、複数のマイクロチューブを準備し、各マイクロチューブの端部をヘッダーにて連通させる構成が採られていた（特許文献１参照）。また、高効率化のため多層カウンターフローが考えられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６３８６１号公報（第２頁、第４頁参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のマイクロチューブ式の熱交換器は、扁平チューブからなるマイクロチューブを所定間隔を存して複数並設して列を作り、この列を複数間隔を存して並べて構成していたため、どうしても熱交換器全体の寸法が大きくなる問題があった。
【０００５】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、高効率なマイクロチューブを用いた熱交換器の寸法を縮小することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、所定間隔を存して並設された複数のマイクロチューブから成る列を複数備え、一列を成す複数のマイクロチューブの端部をヘッダー部により相互に連通して成る熱交換器において、一列を成す各マイクロチューブの間に、隣接した列を成す各マイクロチューブの一部がそれぞれ進入するよう構成したので、従来の如く複数のマイクロチューブから成る複数の列を単に間隔を存して並設していた熱交換器に比してその全体寸法を著しく小型化することが可能となる。
【０００７】
また、請求項２の発明の熱交換器は、上記に加えてヘッダー部の通路幅よりも当該通路を構成する壁の幅を大きく構成したので、各マイクロチューブ間に、隣接する他の列の各マイクロチューブを支障無く配置することができるようになるものである。
【０００８】
また、請求項３の発明の熱交換器は、上記各発明に加えて各ヘッダー部を、隣接するマイクロチューブの列が相互に直列となるように接続したので、例えば、マイクロチューブ内に流入した冷媒の流れの方向に対して熱交換器に通風される空気を対向流とすることで、熱交換器における冷媒と空気との熱交換効率を著しく改善することができるようになるものである。
【０００９】
そして、係る熱交換器は請求項４の如き超臨界で作動する温度変化の著しいＣＯ２を使用した冷媒回路のガスクーラとして用いる場合に極めて有効なものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の熱交換器１０を備えた実施例の冷却装置１の冷媒回路図である。この図において、１はカーエアコンなどに使用される冷却装置、２は冷却装置１を構成する２段圧縮式のロータリコンプレッサで、この冷媒回路には冷媒としてＣＯ２（二酸化炭素）が用いられている。
【００１１】
このロータリコンプレッサ２は、密閉容器５１内に図示しない電動要素と、この電動要素にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素５２、５３を備えて構成されている。そして、冷媒吸入管２Ｂから吸い込んだ冷媒ガス（ＣＯ２）を第１の回転圧縮要素５２で圧縮し、この圧縮した冷媒を一旦密閉容器５１内に吐出する。そして、この密閉容器５１内の中間圧の冷媒ガスを第２の回転圧縮要素５３に吸い込んで圧縮し、冷媒吐出管２Ａより吐出するものである。
【００１２】
そして、係るロータリコンプレッサ２の冷媒吐出管２Ａには本発明の熱交換器としてのガスクーラ１０が接続され、このガスクーラ１０の出口側に設けられた配管４Ａには膨張弁（減圧装置）４を介して蒸発器（エバポレータ）５が接続されている。この蒸発器５の出口側はアキュムレータ６を介してロータリコンプレッサ２の冷媒吸入管２Ｂに接続され、これにより、環状の冷媒回路が構成されている。尚、５４はガスクーラ１０を出た冷媒と蒸発器５を出た冷媒を熱交換させる中間熱交換器である。
【００１３】
そして、ロータリコンプレッサ２の第１及び第２の回転圧縮要素５２、５３で前述の如く二段圧縮された高温高圧のガス冷媒（ＣＯ２）は、ガスクーラ１０においてそこに通風される空気と熱交換し、放熱する。この状態では冷媒は依然凝縮せず、中間熱交換器５４で更に冷却され、膨張弁４に流入して絞られる過程で液化していく。そして、蒸発器５に流入し、そこで蒸発して気化することで周囲から熱を奪い、冷却効果を発揮する。この冷却効果を利用して図示しない車室内の空気を冷却して空調する。
【００１４】
蒸発器４を出た冷媒は中間熱交換器５４でガスクーラ１０からの冷媒から熱を奪い、次にアキュムレータ６に流入し、そこで気液分離されてガス冷媒のみが冷媒吸入管２Ｂからロータリコンプレッサ２に吸い込まれる遷臨界冷媒サイクルを繰り返す。
【００１５】
前記ガスクーラ１０は相対向して平行に配置された上下（左右でもよい）一対のヘッダー部１１、１２と、両ヘッダー部１１、１２間に渡って複数取り付けられたマイクロチューブ２０・・・とから構成されている。この場合、両ヘッダー部１１、１２は同一形状であり、各マイクロチューブ２０・・の両端に両ヘッダー部１１、１２を覆い被せてそれぞれ接続する（図２白抜き矢印）。
【００１６】
上記マイクロチューブ２０は、例えば、アルミニウムなどの金属にて構成され、断面略楕円形（若しくは長円形。この場合、断面長手方向の寸法約１５ｍｍ、断面幅寸法約２ｍｍ）の扁平チューブである。このマイクロチューブ２０の内部には、一端から他端まで延在し、内部を冷媒が流れる微小径の断面長孔（この場合、断面長手方向の寸法約０．５ｍｍ、断面幅寸法約０．０８ｍｍ）から成る冷媒通路２１が複数形成されている。
【００１７】
複数の冷媒通路２１・・は、マイクロチューブ２０の長手方向に延在して形成されると共に、これらの冷媒通路２１・・は互いに平行に設けられている。実施例では、冷媒通路２１は断面楕円形のマイクロチューブ２０内に六列設けられている。尚、マイクロチューブ２０内の冷媒通路２１の数は実施例に限られるものでない。
【００１８】
前記両ヘッダー部１１、１２には、接続孔１３が複数形成されており、各接続孔１３・・は、マイクロチューブ２０の端部が挿入できるようにその端面形状に略合致した楕円状に形成され、ヘッダー部１１、１２の一面側（相対向する面の側）に開口している。また、これらの接続孔１３・・は、一面側の開口からヘッダー部１１、１２の他面側に行くに従って内寸が縮小せられている。
【００１９】
実施例では接続孔１３・・は三列所定間隔を存して構成され、各列にはそれぞれ四個と三個と四個所定間隔を存して接続孔１３が形成されている。また、ヘッダー部１１、１２内には連通路１４が複数列（実施例では三列）設けられ、各連通路１４・・はそれぞれ各列の接続孔１３・・・の奥部に連通している（図２、図３）。係る連通路１４により、各列を構成する接続孔１３・・・はそれぞれ一列ごとに相互に連通されている。
【００２０】
尚連通路１４は接続孔１３の列を相互に連通するものではない。１５はヘッダー部１１に設けた連通路１４を閉塞するための閉塞部、１６は中央の連通路１４とそれに隣接する冷媒下流側の連通路１４とを連通するためのベンド配管である。
【００２１】
上側のヘッダー部１１に設けられた冷媒上流側の連通路１４部分には閉塞部１５の上側から前記冷媒吐出管２Ａが接続され、係る冷媒上流側の連通路１４と冷媒吐出管２Ａとは相互に連通する。下側のヘッダー部１２には図示しない閉塞部の下側からベンド配管１７が取り付けられており、このベンド配管１７は下側のヘッダー部１２に設けられた図示しない冷媒上流側の連通路と、中央の連通路とを連通する。また、下側のヘッダー部１２に設けられた冷媒下流側の連通路、即ち、ガスクーラ１０の出口側となる連通路に前記配管４Ａが接続される。
【００２２】
一方、ヘッダー部１１、１２間に渡るマイクロチューブ２０は、接続孔１３・・に対応して三列所定間隔を存して配置され、各列は所定間隔を存して並設された四本、三本、四本のマイクロチューブ２０・・にて構成される。そして、各マイクロチューブ２０・・の両端がヘッダー部１１、１２の接続孔１３・・内にそれぞれ挿入されて接続されている。
【００２３】
この場合、複数列（三列）配設されたマイクロチューブ２０は、隣接する一方の列の各マイクロチューブ２０・・間に、他方の列の各マイクロチューブ２０・・がそれぞれ所定の間隔を存して所定寸法進入したかたちで配置されている（接続孔１３・・・も同様の配置とされている）。
【００２４】
ここで、ヘッダー部１１の連通路１４の幅（本発明の通路幅に相当。図４のＸ）よりも連通路１４間の幅（本発明の通路を構成する壁の幅に相当。図４のＹ。）を大きく構成している。即ち、連通路１４の幅（Ｘ）より連通路１４間の幅（Ｙ）を広く構成している（図４）。これにより、複数並設された一列の各マイクロチューブ２０・・の端部に構成されるスペースに隣接する他の列の各マイクロチューブ２０・・の端部を支障無く配置することができるようになる。これにより、隣接する列を成す各マイクロチューブ２０・・の端部に構成されるスペースを隣接する各マイクロチューブ２０・・の端部で埋めること可能となり、従来のようにマイクロチューブの列を単に複数並設する場合に比べてガスクーラ１０の全体寸法を大幅にコンパクト化することができるようになる。
【００２５】
そして、ロータリコンプレッサ２から冷媒吐出管２Ａに吐出された高温の冷媒は上側のヘッダー部１１内の上流側一列目の連通路１４に入り、そこで当該一列目を成す各マイクロチューブ２０・・の冷媒通路２１・・・に分流して流下する。そして、下側のヘッダー部１２に設けた一列目の連通路１４にて合流し、ベンド配管１７を経て二列目の連通路１４に入り、そこで分流されて二列目を成す各マイクロチューブ２０・・の冷媒通路２１・・・に流入して上昇する。次に、上側のヘッダー部１１内の二列目の連通路１４に入り、そこで合流してベンド配管１６から三列目の連通路１４に流入し、そこで分流して三列目を成すマイクロチューブ２０・・の冷媒通路２１・・に流入して流下した後、下側のヘッダー部１２の三列目の連通路１４に入り、そこで合流してヘッダー部１２に接続された配管４Ａに流出する。
【００２６】
即ち、各ベンド配管１６、１７により、隣接するマイクロチューブ２０・・の列が相互に直列となるように、一列目のマイクロチューブ２０・・、二列目のマイクロチューブ２０・・、三列目のマイクロチューブ２０・・の順で直列に接続している。これにより、ガスクーラ１０の各列を成すマイクロチューブ２０内には、一列目から三列目に向けて直列に冷媒が流れる（一列のマイクロチューブ２０・・内には平行して冷媒は流れる）ようになる。そして、一列目を通風の下流側とし、三列目を通風の上流側とすることで、冷媒と通風空気の流れを対向流と成すことが可能となる。
【００２７】
以上の構成で、次に冷却装置１の動作を説明する。ロータリコンプレッサ２の図示しない電動要素に通電され、それによって第１及び第２の回転圧縮要素５２、５３が駆動されると、ロータリコンプレッサ２からは２段圧縮された高温高圧の冷媒（ＣＯ２）が冷媒吐出管２Ａに吐出される。冷媒吐出管２Ａに吐出された冷媒はガスクーラ１０に流入し、ガスクーラ１０に流入した冷媒は上側のヘッダー部１１に設けられた一列目の連通路１４内に流入する。そこで冷媒は各接続孔１３に分かれて一列目の各マイクロチューブ２０・・の冷媒通路２１・・内を通り、下側のヘッダー部１２に設けられた連通路１４に流入する。そこで冷媒は合流してベンド配管１７から二列目の連通路１４及び各接続孔１３・・を介して二列目の各マイクロチューブ２０・・の冷媒通路２１・・内に流入する。
【００２８】
以後は前述したように二列目のマイクロチューブ２０・・・内を上昇してヘッダー部１１に至り、ベンド配管１６から今度は三列目のマイクロチューブ２０・・内を流下して最終的に配管４Ａに流出する。ガスクーラ１０は、図示しない送風機で図１の中白抜き矢印方向に通風されている。
【００２９】
送風機から送られた風は各マイクロチューブ２０・・間を通過し、マイクロチューブ２０の冷媒通路２１・・内を流通する冷媒と熱交換することにより、冷媒は冷却され、逆に空気は暖められる。この場合、ガスクーラ１０のマイクロチューブ２０内を流れる冷媒の流れに対して、通風を対向流としているので、ガスクーラ１０内の冷媒を効率よく冷却することができる。
【００３０】
このガスクーラ１０内の冷媒と空気との熱交換の状態を図６で説明する。尚、縦軸には温度、横軸には冷媒ガスの流れ方向を示している。図中各マイクロチューブ２０・・内の冷媒ガスの流れは左側から右側に流れる（図中矢印方向）。この場合、図中の左側（マイクロチューブ２０内を流れる冷媒の上流側）に冷媒吐出管２Ａ、右側（マイクロチューブ２０内を流れる冷媒の下流側）に配管４Ａ、その間には左側から右側にマイクロチューブ２０が一列目、二列目、三列目と直列に接続され、送風機にて三列目側から一列目側に送風されている。
【００３１】
ガスクーラ１０は図中右側から左側に送風されるので、送風機から送風された空気は、まず三列目のマイクロチューブ２０・・と熱交換し、次に二列目のマイクロチューブ２０・・、一列目のマイクロチューブ２０・・と順次熱交換が行われる。詳しくは、送風機から送風された空気は最初に三列目のマイクロチューブ２０・・内の冷媒と熱交換し、そこで少し暖まって次に二列目のマイクロチューブ２０・・内の冷媒と熱交換し、更に暖まって三列目のマイクロチューブ２０・・内の冷媒と熱交換して暖まることによりガスクーラ１０と熱交換する。
【００３２】
このように直列に接続した各列を成すマイクロチューブ２０内を流れる冷媒の下流側から上流側に送風しているので、冷媒の上流側（図中左側）では冷媒ガスの温度は最も高温で、下流側に行くに従って順次低温になっていく。これにより、外気と熱交換したマイクロチューブ２０内の冷媒温度はガスクーラ１０内から流出する時点で最も外気温度に近づく低い温度となる。ここで、冷媒の流れ方向と風の流れ方向を同一とすると、冷媒の上流側で温められた風が冷媒の下流側に流れることになり、ガスクーラ１０から流出する冷媒の温度低下が阻害されるが、実施例では冷媒は下流側の列を成すマイクロチューブ２０内でより効果的に冷却されていくので、ガスクーラ１０内に流れる冷媒を最も効率よく冷却することができるようになる。
【００３３】
尚、実施例では本発明の熱交換器（ガスクーラ１０）をカーエアコンなどに使用される冷却装置１に適用したが、それに限らず、冷媒に熱伝導率が高く温度変化が著しい冷媒（実施例のＣＯ２など）が用いられる種々の冷媒回路装置に用いても本発明は有効である。また、請求項１乃至請求項３では冷媒もＣＯ２に限るものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、所定間隔を存して並設された複数のマイクロチューブから成る列を複数備え、一列を成す複数のマイクロチューブの端部をヘッダー部により相互に連通して成る熱交換器において、一列を成す各マイクロチューブの間に、隣接した列を成す各マイクロチューブの一部がそれぞれ進入するよう構成したので、従来の如く複数のマイクロチューブから成る複数の列を単に間隔を存して並設していた熱交換器に比してその全体寸法を著しく小型化することが可能となる。また、ガスクーラ出口温度を下げられるため、高圧圧力を低く設定でき、冷媒回路機器及びコンプレッサの信頼性を向上させることができる。
【００３５】
また、請求項２の発明の熱交換器は、上記に加えてヘッダー部の通路幅よりも当該通路を構成する壁の幅を大きく構成したので、各マイクロチューブ間に、隣接する他の列の各マイクロチューブを支障無く配置することができるようになるものである。
【００３６】
また、請求項３の発明の熱交換器は、上記各発明に加えて各ヘッダー部を、隣接するマイクロチューブの列が相互に直列となるように接続したので、例えば、マイクロチューブ内に流入した冷媒の流れの方向に対して熱交換器に通風される空気を対向流とすることで、熱交換器における冷媒と空気との熱交換効率を著しく改善することができるようになるものである。
【００３７】
そして、係る熱交換器は請求項４の如き温度変化の著しいＣＯ２を使用した冷媒回路のガスクーラとして用いる場合に極めて有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した冷却装置の冷媒回路図である。
【図２】本発明の熱交換器の実施例としてのガスクーラのヘッダー部の拡大斜視図である。
【図３】図２のガスクーラのヘッダー部の下面図である。
【図４】図３のヘッダー部のＡ−Ａ線断面に相当するガスクーラ上部の断面図である。
【図５】図３のヘッダー部のＢ−Ｂ線断面に相当するガスクーラ上部の断面図である。
【図６】ガスクーラのマイクロチューブ内の冷媒温度と送風された空気の温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  冷却装置
２  ロータリコンプレッサ
２Ａ  冷媒吐出管
２Ｂ  冷媒吸入管
４  膨張弁
４Ａ  配管
５  蒸発器
６  アキュムレータ
１０  ガスクーラ（熱交換器）
１１  ヘッダー部
１２  ヘッダー部
１３  接続孔
１４  連通路
１５  閉塞部
１６  ベンド配管
１７  ベンド配管
２０  マイクロチューブ
２１  冷媒通路
【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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