(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流通する複数本のチューブと、該複数本のチューブと連通する一対のヘッダタンクとを備えた熱交換器であって、
前記一対のヘッダタンクは、それぞれ積層されるカバープレートと、中間プレートと、接合プレートとを備え、
前記一方のヘッダタンク内には、前記中間プレートに貫通孔により形成されている、前記接合プレートに接続された前記複数本のチューブが連通する冷媒の流入タンク部と、前記接合プレートに接続された前記複数本のチューブが連通する冷媒の流出タンク部と、前記複数本の２列のチューブ間を接続する接続流路とからなる冷媒流路のみが形成され、
前記他方のヘッダタンク内には、前記中間プレートに貫通孔により形成されている、前記接合プレートに接続された前記複数本の２列のチューブが連通する長手方向の縦流路からなる冷媒流路のみが形成されており、
前記一対のヘッダタンクおよび前記複数本のチューブ内に設けられている前記冷媒流路における冷媒密度が高い領域の断面積が、冷媒密度が低い領域の断面積よりも狭いことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記中間プレートに形成された前記冷媒流入タンク部および前記冷媒流出タンク部の幅が変化することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記中間プレートに形成された前記冷媒流入タンク部および前記冷媒流出タンク部の本数が変化することを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記一方のヘッダタンクに外部から流入する冷媒の温度が、前記チューブの周囲を流れる空気温度よりも低く、
前記冷媒流路における冷媒流入側の断面積が、冷媒流出側の断面積よりも狭いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】
冷媒が流通する複数本のチューブと、該複数本のチューブと連通する一対のヘッダタンクとを備えた熱交換器であって、
前記一対のヘッダタンクは、それぞれ積層されるカバープレートと、中間プレートと、接合プレートとを備え、
前記一方のヘッダタンク内には、前記中間プレートに貫通孔により形成されている、前記接合プレートに接続された前記複数本の１列のチューブが連通する冷媒の流入タンク部と、前記接合プレートに接続された前記複数本の１列のチューブが連通する冷媒の流出タンク部とからなる冷媒流路のみが形成され、
前記他方のヘッダタンク内には、前記中間プレートに貫通孔により形成されている、前記接合プレートに接続された前記複数本の１列のチューブが連通する長手方向の縦流路からなる冷媒流路のみが形成されており、
前記一対のヘッダタンクおよび前記複数本のチューブ内に設けられている前記冷媒流路における冷媒密度が高い領域の断面積が、冷媒密度が低い領域の断面積よりも狭いことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
前記一方のヘッダタンクに外部から流入する冷媒の温度が、前記チューブの周囲を流れる空気温度よりも高く、
前記冷媒流路における冷媒流出側の断面積が、冷媒流入側の断面積よりも狭いことを特徴とする請求項５記載の熱交換器。
【請求項７】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された冷媒の熱を外部に放出させる放熱器と、
放熱した高温冷媒の圧力を減圧させる減圧器と、
減圧された低温冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、
前記蒸発器が、請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換器を用いていることを特徴とする空気調和機。
【請求項８】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された冷媒の熱を外部に放出させる放熱器と、
放熱した高温冷媒の圧力を減圧させる減圧器と、
減圧された低温冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、
前記放熱器が、請求項５または６に記載の熱交換器を用いていることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器および空気調和機、特に超臨界サイクルで運転される空気調和機の熱交換器および空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いた空気調和機に使用される冷媒としては、各種のフロンが用いられてきた。しかしながら、近年の地球温暖化などを防止するため、上記の各種フロンの変わりに二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒に用いる空気調和機の開発が進められている。
ＣＯ２はフロンと比べて熱力学的特性がかなり異なるため、冷媒であるＣＯ２と外気との間で熱交換を行う熱交換器においては、耐圧性を向上させた様々な熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−８１２９４号公報（第３頁、第２図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述特許文献１においては、冷媒が流通する複数のチューブと、チューブから流出する冷媒を集合回収するヘッダタンクとを備えたマルチフロータイプの熱交換器であって、ヘッダタンクがヘッダープレートとプレートカバーとを備える熱交換器の構成が開示されている。
この熱交換器によれば、耐圧性および搭載性を向上させつつ、熱交換器の大型化を抑制することができると記載されている。
しかしながら上述の熱交換器においては、ヘッダタンクにおける外周壁が、ヘッダープレートと、プレートカバーとの２つの部材から構成されていたため、ヘッダタンク内の冷媒流路の断面積が、ヘッダタンクの長手方向にわたって同一面積となっていた。
例えば、上記熱交換器を空気調和機に適用した場合、熱交換器内を流れる冷媒の質量循環流量が一定となる。かかる場合に、冷却された（質量密度が高くなった）冷媒が滞留する領域が広いと、空気調和機が停止したときのバランス圧が高くなっていた。その結果、熱交換器の耐圧性を確保するため、ヘッダタンク等の肉厚が厚くなり熱交換器の重量が重くなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、耐圧性を向上させるとともに、熱交換器の重量増加を抑制することができる熱交換器および空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の熱交換器は、冷媒が流通する複数本のチューブと、該複数本のチューブと連通する一対のヘッダタンクとを備えた熱交換器であって、前記一対のヘッダタンクは、それぞれ積層されるカバープレートと、中間プレートと、接合プレートとを備え、前記一方のヘッダタンク内には、前記中間プレートに貫通孔により形成されている、前記接合プレートに接続された前記複数本のチューブが連通する冷媒の流入タンク部と、前記接合プレートに接続された前記複数本のチューブが連通する冷媒の流出タンク部と、前記複数本の２列のチューブ間を接続する接続流路とからなる冷媒流路のみが形成され、前記他方のヘッダタンク内には、前記中間プレートに貫通孔により形成されている、前記接合プレートに接続された前記複数本の２列のチューブが連通する長手方向の縦流路からなる冷媒流路のみが形成されており、前記一対のヘッダタンクおよび前記複数本のチューブ内に設けられている前記冷媒流路における冷媒密度が高い領域の断面積が、冷媒密度が低い領域の断面積よりも狭いことを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、冷媒流路における冷媒密度が高い領域の断面積が、冷媒密度が低い領域の断面積よりも狭いため、熱交換器の耐圧性を向上させつつ、熱交換器の重量増加を抑制することができる。
例えば、本発明の熱交換器を空気調和機に適用した場合、熱交換器内を流れる冷媒の質量循環流量は一定となる。かかる場合に、熱交換器における温度の低い（質量密度が高くなった）冷媒が滞留する冷媒流路の断面積を小さくすることにより、空気調和機が停止したときのバランス圧を低下させることができる。そのため、熱交換器が耐える必要のある最高圧力を低くすることができ、熱交換器の耐圧性を向上させることができる。同時に、ヘッダタンク等の肉厚を厚くする必要がなく、熱交換器の重量増加を抑制することができる。
【０００７】
また、ヘッダタンクが、カバープレートと、貫通孔が形成された中間プレートと、接合プレートとを積層させて形成しているため、冷媒流路の断面積を冷媒の流れ方向にわたって変化しやすくできる。特に、中間プレートに貫通孔を形成し、カバープレートと中間プレートと接合プレートとを順に積層させることにより、冷媒流路を形成するため、冷媒流路の断面積を変化させやすくできる。つまり、断面積を変化させやすい中間プレートの貫通孔における断面積を変化させることで、冷媒流路の断面積を変化させ易くすることができるとともに、ヘッダタンク内の冷媒流路の内容積が必要以上に大きくなるのを抑え、必要冷媒量の低減と熱交換器の小型化を図ることができる。
【０００８】
上記発明においては、前記中間プレートに形成された前記冷媒流入タンク部および前記冷媒流出タンク部の幅が変化することが望ましい。
【０００９】
本発明によれば、中間プレートに形成された冷媒流入タンク部および冷媒流出タンク部の幅を変化させることにより、冷媒流入タンク部および冷媒流出タンク部の断面積を変化させることができる。
冷媒流入タンク部および冷媒流出タンク部の幅は、中間プレートの貫通孔の幅を変化させることにより変化させることができる。貫通孔の幅は容易に変化させることができるため、冷媒流入タンク部および冷媒流出タンク部の幅も容易に変化させることができる。
【００１０】
上記発明においては、前記中間プレートに形成された前記冷媒流入タンク部および前記冷媒流出タンク部の本数が変化することが望ましい。
【００１１】
本発明によれば、中間プレートに形成された冷媒流入タンク部および冷媒流出タンク部の本数を変化させることにより、冷媒流入タンク部および冷媒流出タンク部の断面積を変化させることができる。
冷媒流入タンク部および冷媒流出タンク部の本数は、中間プレートの貫通孔の本数を変化させることにより変化させることができる。貫通孔の数は容易に変化させることができるため、冷媒流入タンク部および冷媒流出タンク部の本数も容易に変化させることができる。
【００１２】
上記発明においては、前記一方のヘッダタンクに外部から流入する冷媒の温度が、前記チューブの周囲を流れる空気温度よりも低く、前記冷媒流路における冷媒流入側の断面積が、冷媒流出側の断面積よりも狭いことが望ましい。
【００１３】
本発明によれば、外部から一方のヘッダタンクに流入する冷媒の温度が、チューブの周囲を流れる空気温度よりも低く、冷媒流路における冷媒流入側の断面積が、冷媒流出側の断面積よりも狭いため、熱交換器の耐圧性を向上させつつ、熱交換器の重量増加を抑制することができる。
外部から一方のヘッダタンクに流入する冷媒温度がチューブの周囲を流れる空気温度よりも低いため、外部から一方のヘッダタンクに流入する冷媒温度と、他方のヘッダタンクから外部に流出する冷媒温度とを比較すると、外部から一方のヘッダタンクに流入する冷媒温度のほうが低くなっている。そのため、冷媒流路における冷媒流入側の断面積を冷媒流出側の断面積よりも狭くすることで、質量密度が高い冷媒が滞留する領域を狭くできる。例えば、本発明の熱交換器を空気調和機の蒸発器に適用した場合、空気調和機が停止した場合のバランス圧を低くすることができ、熱交換器の耐圧性を向上させるとともに、重量増加を抑制することができる。
【００１４】
さらに、本発明の熱交換器は、冷媒が流通する複数本のチューブと、該複数本のチューブと連通する一対のヘッダタンクとを備えた熱交換器であって、前記一対のヘッダタンクは、それぞれ積層されるカバープレートと、中間プレートと、接合プレートとを備え、前記一方のヘッダタンク内には、前記中間プレートに貫通孔により形成されている、前記接合プレートに接続された前記複数本の１列のチューブが連通する冷媒の流入タンク部と、前記接合プレートに接続された前記複数本の１列のチューブが連通する冷媒の流出タンク部とからなる冷媒流路のみが形成され、前記他方のヘッダタンク内には、前記中間プレートに貫通孔により形成されている、前記接合プレートに接続された前記複数本の１列のチューブが連通する長手方向の縦流路からなる冷媒流路のみが形成されており、前記一対のヘッダタンクおよび前記複数本のチューブ内に設けられている前記冷媒流路における冷媒密度が高い領域の断面積が、冷媒密度が低い領域の断面積よりも狭いことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、冷媒流路における冷媒密度が高い領域の断面積が、冷媒密度が低い領域の断面積よりも狭いため、熱交換器の耐圧性を向上させつつ、熱交換器の重量増加を抑制することができる。例えば、本発明の熱交換器を空気調和機に適用した場合、熱交換器内を流れる冷媒の質量循環流量は一定となる。かかる場合に、熱交換器における温度の低い（質量密度が高くなった）冷媒が滞留する冷媒流路の断面積を小さくすることにより、空気調和機が停止したときのバランス圧を低下させることができる。そのため、熱交換器が耐える必要のある最高圧力を低くすることができ、熱交換器の耐圧性を向上させることができる。同時に、ヘッダタンク等の肉厚を厚くする必要がなく、熱交換器の重量増加を抑制することができる。
【００１６】
また、ヘッダタンクが、カバープレートと、貫通孔が形成された中間プレートと、接合プレートとを積層させて形成しているため、冷媒流路の断面積を冷媒の流れ方向にわたって変化しやすくできる。特に、中間プレートに貫通孔を形成し、カバープレートと中間プレートと接合プレートとを順に積層させることにより、冷媒流路を形成するため、冷媒流路の断面積を変化させやすくできる。つまり、断面積を変化させやすい中間プレートの貫通孔における断面積を変化させることで、冷媒流路の断面積を変化させ易くすることができるとともに、ヘッダタンク内の冷媒流路の内容積が必要以上に大きくなるのを抑え、必要冷媒量の低減と熱交換器の小型化を図ることができる。
【００１７】
上記発明においては、前記一方のヘッダタンクに外部から流入する冷媒の温度が、前記チューブの周囲を流れる空気温度よりも高く、前記冷媒流路における冷媒流入側の断面積が、冷媒流出側の断面積よりも広いことが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、外部から一方のヘッダタンクに流入する冷媒の温度が、チューブの周囲を流れる空気温度よりも高く、冷媒流路における冷媒流出側の断面積が、冷媒流入側の断面積よりも狭いため、熱交換器の耐圧性を向上させつつ、熱交換器の重量増加を抑制することができる。
外部から一方のヘッダタンクに流入する冷媒温度がチューブの周囲を流れる空気温度よりも高いため、外部から一方のヘッダタンクに流入する冷媒温度と、他方のヘッダタンクから外部に流出する冷媒温度とを比較すると、他方のヘッダタンクから外部へ流出する冷媒温度のほうが低くなっている。そのため、冷媒流路における冷媒流出側の断面積を冷媒流入側の断面積よりも狭くすることで、質量密度が高い冷媒が滞留する領域を狭くできる。例えば、本発明の熱交換器を空気調和機の放熱器に適用した場合、空気調和機が停止した場合のバランス圧を低くすることができ、熱交換器の耐圧性を向上させるとともに、重量増加を抑制することができる。
【００１９】
本発明の空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒の熱を外部に放出させる放熱器と、放熱した高温冷媒の圧力を減圧させる減圧器と、減圧された低温冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、前記蒸発器が、請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換器を用いていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、上記本発明の熱交換器を蒸発器として用いているため、蒸発器の耐圧性を向上させるとともに、放熱器の重量増加を抑制することができる。そのため、空気調和機の耐圧性を向上させ、熱交換器の重量増加を抑制することができる。
【００２１】
本発明の空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒の熱を外部に放出させる放熱器と、放熱した高温冷媒の圧力を減圧させる減圧器と、減圧された低温冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備え、前記放熱器が、請求項５または６に記載の熱交換器を用いていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、上記本発明の熱交換器を放熱器として用いているため、放熱器の耐圧性を向上させるとともに、放熱器の重量増加を抑制することができる。そのため、空気調和機の耐圧性を向上させ、熱交換器の重量増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の熱交換器および空気調和機によれば、冷媒流路の断面積が冷媒流路の長手方向にわたって変化するため、熱交換器の耐圧性を向上させつつ、熱交換器の重量増加を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態に係る車両用空気調和機の全体構成を説明する模式図である。
本実施形態における車両用空気調和機（空気調和機）１は、超臨界サイクルにより運転されるものであり、冷媒としては、例えば自然冷媒である二酸化炭素（以下、ＣＯ２と表記する。）を用いるものである。
【００２５】
車両用空気調和機１は、図１に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮された冷媒の熱を放熱させるガスクーラ（放熱器）５と、ガスクーラ５から流出した冷媒を冷却する内部熱交換器７と、冷却された冷媒の圧力を減圧させる圧力制御弁（減圧器）９と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータ（蒸発器、熱交換器）１１と、を備えている。
車両用空気調和機１は車両Ｃに搭載され、エバポレータ１１以外の構成要素はエンジンルーム１３内に搭載されている。エバポレータ１１は、車室１５内に搭載されている。
【００２６】
圧縮機３は、内部熱交換器７から流出した低圧のガス冷媒を吸入し、冷媒を超臨界状態にまで圧縮してガスクーラ５に向けて吐出するものである。圧縮機３は、駆動ベルト（図示せず）を介してエンジン１７により回転駆動され、この回転駆動力により冷媒を圧縮している。
ガスクーラ５は、超臨界状態の冷媒の熱を外気に放熱させることで、冷媒を冷却するものである。ガスクーラ５は、ラジエータ２５に対して車両Ｃの前方側（図１の左方向側）に配置されている。なお、ラジエータ２５は、エンジン１７の冷却水の熱を外気に放熱するものである。ラジエータ２５の後方（図１の右方向）には、熱交換部２３に外気を前方から後方に向けて通風させるファン２７が配置されている。
【００２７】
内部熱交換器７は、ガスクーラ５から流出した冷媒とエバポレータ１１から流出した冷媒との間で熱交換をする熱交換器である。ガスクーラ５から流出した冷媒は、より低温のエバポレータ１１から流出した冷媒に熱を奪われ、冷却される。
圧力制御弁９は、内部熱交換器７において冷却された冷媒の圧力を減圧するものである。
【００２８】
エバポレータ１１は、減圧された冷媒と車室１５内の空気とを間で熱交換を行うものである。冷媒は車室１５内の空気の熱を吸収して蒸発し、ガス冷媒となる。車室１５内の空気は冷媒に熱を奪われて冷却される。なお、エバポレータ１１内においては、冷媒は気液二層状態となっている。
エバポレータ１１と内部熱交換器７との間には、アキュムレータ２９が配置されている。アキュムレータ２９は、エバポレータ１１から流出したガス冷媒および液冷媒のうち、ガス冷媒のみが通過され、液冷媒が貯留されるものである。
【００２９】
次に本実施形態の特徴部であるエバポレータの構成について説明する。
図２は、図１のエバポレータの構成を説明する斜視図である。
エバポレータ１１は、図２に示すように、上部ヘッダタンク（ヘッダタンク）３１Ａと、下部ヘッダタンク（ヘッダタンク）３１Ｂと、両ヘッダタンク３１Ａ，３１Ｂ間に配置された複数のチューブ３３と、を備えている。
上部ヘッダタンク３１Ａおよび下部ヘッダタンク３１Ｂは略直方体状に形成され、互いに平行に配置されている。上部ヘッダタンク３１Ａには、外部から冷媒が流入される流入部３５と、冷媒が外部へ流出する流出部３７とが備えられている。
チューブ３３は略板状に形成され、上部ヘッダタンク３１Ａおよび下部ヘッダタンク３１Ｂの間に両ヘッダタンク３１Ａ，３１Ｂの長手方向に沿って等間隔に並んで配置されている。チューブ３３とチューブ３３との間にはコルゲートフィン３９が備えられている。
エバポレータ１１には、流出部３７が設けられた側（図２の左奥側）から、反対側（図２の右手前側）に向かって外部の空気が流れている。
【００３０】
図３は、図２のエバポレータにおける上部ヘッダタンクの構成を説明する分解斜視図である。
上部ヘッダタンク３１Ａは、図３に示すように、順に積層されるカバープレート４１Ａと、第１中間プレート（中間プレート）４３Ａと、第２中間プレート４５Ａと、チューブ接合プレート（接合プレート）４７Ａとを備えている。
カバープレート４１Ａは略長方形に形成された板状部材である。
【００３１】
第１中間プレート４３Ａは、カバープレート４１Ａと第２中間プレート４５Ａとチューブ接合部レート４７Ａとともに上部ヘッダタンク３１Ａを形成し、流入タンク（冷媒流路）５１と流出タンク（冷媒流路）５３と接続流路５５とを形成するものである。
第１中間プレート４３Ａは、冷媒が外部から流入する流入タンク５１と、冷媒が外部へ流出する流出タンク５３と、接続流路５５とを備えている。
流入タンク５１と流出タンク５３とは、第１中間プレート４３Ａにおける流入部３５および流出部３７が形成されている一方の端部（図３の左側の端部）側に形成されている。流入タンク５１と流出タンク５３とは、第１中間プレート４３Ａの長手方向に延びる略長方形状の貫通孔である。第１中間プレート４３Ａの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）の長さを比較すると、流入タンク５１の幅方向の長さが、流出タンク５３の幅方向の長さよりも短くなっている。
接続流路５５は、第１中間プレート４３Ａにおける他方の端部（図３の右側の端部）側に形成されている。接続流路５５は、第１中間プレート４３Ａの幅方向に延びる略長方形状の貫通孔であって、第１中間プレート４３Ａの長手方向に沿って所定間隔をあけて並んで配置されている。
【００３２】
第２中間プレート４５Ａは、上部ヘッダタンク３１Ａにロウ付けされるチューブ３３Ａ，３３Ｂのロウ詰まりを防止する貫通孔５７Ａ，５７Ｂが形成されたものである。
第２中間プレート４５Ａは、図３に示すように、第２中間プレート４５Ａの長手方向に所定間隔をあけて２列に配列された貫通孔５７Ａ，５７Ｂを備えている。貫通孔５７Ａ，５７Ｂは、第２中間プレート４５Ａの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）に延びる略長方形状の孔である。貫通孔５７Ａは、貫通孔５７Ｂと比較して、上記幅方向の長さが短くなるように形成されている。貫通孔５７Ａは、第２中間プレート４５Ａにおける流入部３５が配置される側（図３の手前側）の領域に長手方向に並ぶ孔である。貫通孔５７Ｂは、第２中間プレート４５Ａにおける流出部３７が配置される側（図３の奥側）の領域に長手方向に並ぶ孔である。
なお、貫通孔５７Ａ，５７Ｂの第２中間プレート４５Ａにおける長手方向の幅は、後述する挿入孔５９Ａ，５９Ｂの幅よりも広く形成されている。このように形成することにより、チューブ３３Ａ，３３Ｂを上部ヘッダタンク３１Ａにロウ付けする際に、ロウ材がチューブ３３Ａ，３３Ｂを詰まらせることを防止できる。
【００３３】
チューブ接合プレート４７Ａは、チューブ３３Ａ，３３Ｂが挿入される挿入孔５９Ａ，５９Ｂが形成されたものである。
チューブ接合プレート４７Ａは、図３に示すように、チューブ接合プレート４７Ａの長手方向に所定間隔をあけて２列に配列された挿入孔５９Ａ，５９Ｂを備えている。挿入孔５９Ａ，５９Ｂは、チューブ接合プレート４７Ａの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）に延びる略長方形状の孔である。挿入孔５９Ａは、挿入孔５９Ｂと比較して、上記幅方向の長さが短くなるように形成されている。挿入孔５９Ａは、チューブ接合プレート４７Ａにおける流入部３５が配置される側（図３の手前側）の領域に長手方向に並ぶ孔である。挿入孔５９Ｂは、チューブ接合プレート４７Ａにおける流出部３７が配置される側（図３の奥側）の領域に長手方向に並ぶ孔である。
なお、挿入孔５９Ａ,５９Ｂの形状に合わせて、チューブ３３も、挿入孔５９Ａに挿入されるチューブ３３Ａと、挿入孔５９Ｂに挿入されるチューブ３３Ｂとでは、上記幅方向の寸法が異なる。つまり、チューブ３３Ａのほうがチューブ３３Ｂよりも幅寸法が狭く形成されている。
【００３４】
図４は、図２のエバポレータにおける下部ヘッダタンクの構成を説明する分解斜視図である。
下部ヘッダタンク３１Ｂは、図４に示すように、順に積層されるカバープレート４１Ｂと、第１中間プレート（中間プレート）４３Ｂと、第２中間プレート４５Ｂと、チューブ接合プレート（接合プレート）４７Ｂとを備えている。カバープレート４１Ｂは略長方形に形成された板状部材である。
【００３５】
第１中間プレート４３Ｂは、カバープレート４１Ｂと第２中間プレート４５Ｂとチューブ接合部レート４７Ｂとともに下部ヘッダタンク３１Ｂを形成し、縦流路６１Ａ，６１Ｂを形成するものである。
第１中間プレート４３Ｂは、流入タンク５１から冷媒が流入する縦流路（冷媒流路）６１Ａと、流出タンク５３へ冷媒が流出する縦流路（冷媒流路）６１Ｂと、を備えている。
縦流路６１Ａ，６１Ｂは、第１中間プレート４３Ｂの長手方向に延びる略長方形状の貫通孔である。縦流路６１Ａは、第１中間プレート４３Ｂにおける流入部３５が設けられた側（図４の手前側）に配置され、縦流路６１Ｂは、第１中間プレート４３Ｂにおける流出部３７が設けられた側（図４の奥側）に配置されている。第１中間プレート４３Ｂの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）の長さを比較すると、縦流路６１Ａの幅方向の長さが、縦流路６１Ｂの幅方向の長さよりも短くなっている。
【００３６】
第２中間プレート４５Ｂは、下部ヘッダタンク３１Ｂにロウ付けされるチューブ３３Ａ，３３Ｂのロウ詰まりを防止する貫通孔５７Ａ，５７Ｂが形成されたものである。
第２中間プレート４５Ｂは、図４に示すように、第２中間プレート４５Ｂの長手方向に所定間隔をあけて２列に配列された貫通孔５７Ａ，５７Ｂを備えている。貫通孔５７Ａ，５７Ｂは、第２中間プレート４５Ｂの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）に延びる略長方形状の孔である。貫通孔５７Ａは、貫通孔５７Ｂと比較して、上記幅方向の長さが短くなるように形成されている。貫通孔５７Ａは、第２中間プレート４５Ｂにおける流入部３５が配置される側（図４の手前側）の領域に長手方向に並ぶ孔である。貫通孔５７Ｂは、第２中間プレート４５Ｂにおける流出部３７が配置される側（図４の奥側）の領域に長手方向に並ぶ孔である。
なお、貫通孔５７Ａ，５７Ｂの長手方向の幅は、後述する挿入孔５９Ａ，５９Ｂの幅よりも広く形成されている。このように形成することにより、チューブ３３Ａ，３３Ｂを下部ヘッダタンク３１Ｂにロウ付けする際に、ロウ材がチューブ３３Ａ，３３Ｂを詰まらせることを防止できる。
【００３７】
チューブ接合プレート４７Ｂは、チューブ３３Ａ，３３Ｂが挿入される挿入孔５９Ａ，５９Ｂが形成されたものである。
チューブ接合プレート４７Ｂは、図４に示すように、チューブ接合プレート４７Ｂの長手方向に所定間隔をあけて２列に配列された挿入孔５９Ａ，５９Ｂを備えている。挿入孔５９Ａ，５９Ｂは、チューブ接合プレート４７Ｂの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）に延びる略長方形状の孔である。挿入孔５９Ａは、挿入孔５９Ｂと比較して、上記幅方向の長さが短くなるように形成されている。挿入孔５９Ａは、チューブ接合プレート４７Ｂにおける流入部３５が配置される側（図４の手前側）の領域に長手方向に並ぶ孔である。挿入孔５９Ｂは、チューブ接合プレート４７Ｂにおける流出部３７が配置される側（図４の奥側）の領域に長手方向に並ぶ孔である。
【００３８】
次に、上記の構成からなる車両用空気調和機１における冷房運転時の動作について、図１を参照しながら説明する。
圧縮機３は、図１に示すように、エンジン１７により回転駆動される。回転駆動された圧縮機３は内部熱交換器７から流出した低温低圧冷媒を吸入し、超臨界状態にまで圧縮してガスクーラ５に向けて吐出する。
吐出された高温高圧冷媒は、ガスクーラ５に流入し、車室１５外の空気にその熱の一部を放熱する。放熱して冷却された高温高圧冷媒は内部熱交換器７に向けて流出する。
内部熱交換器７に流入した高温高圧冷媒は、エバポレータ１１から流出した低温低圧冷媒と熱交換して、さらに冷却される。冷却された高温高圧冷媒は、内部熱交換器７から圧力制御弁９に向けて流出する。
圧力制御弁９に流入した高温高圧冷媒は、減圧され低温低圧の冷媒となる。低温低圧冷媒は圧力制御弁９からエバポレータ１１に向けて流出する。なお、圧力制御弁９は、ガスクーラ５から流出して内部熱交換器７に流入する高温高圧冷媒の温度に基づいて、内部熱交換器７から流出して圧力制御弁９に流入する高温高圧冷媒の圧力を制御している。
【００３９】
エバポレータ１１に流入した低温低圧の冷媒は、車室１５内の空気の熱を奪い蒸発・気化する。車室１５内の空気は冷媒に冷却され、再び車室１５内に戻される。気化したガス冷媒および液冷媒は、エバポレータ１１からアキュムレータ２９に向けて流出する。
アキュムレータ２９に流入したガス冷媒および液冷媒のうち、ガス冷媒（低温低圧冷媒）はアキュムレータ２９から内部熱交換器７に向けて流出する。液冷媒はアキュムレータ２９に貯留される。
内部熱交換器７に流入した低温低圧冷媒は、ガスクーラ５から流出した高温高圧冷媒から熱を奪い、内部熱交換器７から圧縮機３に向けて流出する。
圧縮機３に吸入された低温低圧冷媒は、再び超臨界状態に圧縮されガスクーラ５に向けて吐出される。以後、冷媒は上述のサイクルを繰り返し循環する。
【００４０】
次に、エバポレータ１１における冷媒の流れ、および、熱交換について説明する。
図５は、図２のエバポレータにおける冷媒流れを説明する模式図である。
なお、以下に説明するエバポレータにおける冷媒流れの説明中に記載されているＦ１からＦ９は、図５に記載された冷媒流れの模式図における該当箇所を指示する符号である。
エバポレータ１１には、図２に示すように、流入部３５から冷媒が流入する（Ｆ１）。流入部３５に流入した冷媒は、図３に示すように、上部ヘッダタンク３１Ａ内の流入タンク５１に流入する。冷媒は流入タンク５１内を上部ヘッダタンク３１Ａの長手方向に沿って流れ、チューブ３３Ａに流入する（Ｆ２）。チューブ３３Ａを通った冷媒は、図４に示すように、下部ヘッダタンク３１Ｂの縦流路６１Ａに流入する。縦流路６１Ａに流入した冷媒は、下部ヘッダタンク３１Ｂの長手方向に流れ（Ｆ３）、チューブ３３Ａに流入する（Ｆ４）。チューブ３３Ａを通った冷媒は、図３に示すように、上部ヘッダタンク３１Ａの接続流路５５に流入し、上部ヘッダタンク３１Ａの幅方向に流れる（Ｆ５）。冷媒は、接続流路５５からチューブ３３Ｂに流入し（Ｆ６）、図４に示すように、下部ヘッダタンク３１Ｂの縦流路６１Ｂに流入する。冷媒は、縦流路６１Ｂを下部ヘッダタンク３１Ｂの長手方向に流れ（Ｆ７）、チューブ３３Ｂに流入する。チューブ３３Ｂを通った（Ｆ８）冷媒は、図３に示すように流出タンク５３に流入し、流出部３７からエバポレータ１１の外部へ流出する（Ｆ９）。
【００４１】
上記の構成によれば、流入タンク５１および縦流路６１Ａの流路断面積が、それぞれ流出タンク５３および縦流路６１Ｂの流路断面積よりも狭いため、エバポレータ１１の耐圧性を向上させつつ、エバポレータ１１の重量増加を抑制することができる。
つまり、車両用空気調和機１においては、エバポレータ１１内を流れる冷媒の質量循環流量は一定となる。かかる場合に、エバポレータ１１における温度の低い（質量密度が高くなった）冷媒が滞留する流入タンク５１および縦流路６１Ａの断面積を小さくすることにより、車両用空気調和機１が停止したときのバランス圧を低下させることができる。そのため、エバポレータ１１が耐える必要のある最高圧力を低くすることができ、エバポレータ１１の耐圧性を向上させることができる。同時に、上部および下部ヘッダタンク３１Ａ，３１Ｂ等の肉厚を厚くする必要がなく、エバポレータ１１の重量増加を抑制することができる。
【００４２】
上部ヘッダタンク３１Ａが、カバープレート４１Ａと、第１中間プレート４３Ａと、第２中間プレート４５Ａと、チューブ接合プレート４７Ａとを積層させて形成されているため、流入タンク５１および流出タンク５３を異なる断面積となるように形成しやすくできる。第１中間プレート４３Ａに貫通孔を形成し、カバープレート４１Ａと、第１中間プレート４３Ａと、第２中間プレート４５Ａと、チューブ接合プレート４７Ａとを順に積層させることにより、流入タンク５１および流出タンク５３を形成するため、貫通孔の幅をかえることにより、流入タンク５１および流出タンク５３を異なる断面積に形成することができる。
一方、下部ヘッダタンク３１Ｂが、カバープレート４１Ｂと、第１中間プレート４３Ｂと、第２中間プレート４５Ｂと、チューブ接合プレート４７Ｂとを積層させて形成されているため、縦流路６１Ａ，６１Ｂを異なる断面積となるように形成しやすくできる。第１中間プレート４３Ｂに貫通孔を形成し、カバープレート４１Ｂと、第１中間プレート４３Ｂと、第２中間プレート４５Ｂと、チューブ接合プレート４７Ｂとを順に積層させることにより、縦流路６１Ａ，６１Ｂを形成するため、貫通孔の幅をかえることにより、縦流路６１Ａ，６１Ｂを異なる断面積に形成することができる。
なお、上述のように、流入タンク５１と流出タンク５３との幅方向の長さを異ならせてもよいし、流入タンクおよび流出タンクとを同じ断面積を有する複数の流路とから形成し、流入タンクを形成する流路の数と、流出タンクを形成する流路の数とを異ならせてもよい。また、縦流路６１Ａ，６１Ｂについても同様である。上記流路の本数は、は容易に変化させることができるため、冷媒流路の本数も容易に変化させることができる。
【００４３】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図６から図９を参照して説明する。
本実施形態の車両用空気調和機の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ガスクーラの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６から図９を用いてガスクーラの構成周辺のみを説明し、その他圧縮機等の説明を省略する。図６は、本実施形態に係る車両用空気調和機の全体構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
車両用空気調和機（空気調和機）１０１は、図６に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮された冷媒の熱を放熱させるガスクーラ（放熱器、熱交換器）１０５と、ガスクーラ１０５から流出した冷媒を冷却する内部熱交換器７と、冷却された冷媒の圧力を減圧させる圧力制御弁９と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータ１１と、を備えている。車両用空気調和機１０１は車両Ｃに搭載され、エバポレータ１１以外の構成要素はエンジンルーム１３内に搭載されている。エバポレータ１１は、車室１５内に搭載されている。
【００４４】
次に本実施形態の特徴部であるガスクーラの構成について説明する。
図７は、図６のガスクーラの構成を説明する斜視図である。
ガスクーラ１０５は、図７に示すように、第１ヘッダタンク（ヘッダタンク）１３１Ａと、第２ヘッダタンク（ヘッダタンク）１３１Ｂと、両ヘッダタンク１３１Ａ，１１３１Ｂ間に配置された複数のチューブ１３３とを備えている。
第１ヘッダタンク１３１Ａおよび第２ヘッダタンク１３１Ｂは略直方体状に形成され、互いに平行に配置されている。
【００４５】
図８は、図７のガスクーラにおける第１ヘッダタンクの構成を説明する分解斜視図である。
第１ヘッダタンク１３１Ａは、図８に示すように、順に積層されるカバープレート１４１Ａと、第１中間プレート（中間プレート）１４３Ａと、第２中間プレート１４５Ａと、チューブ接合プレート（接合プレート）１４７Ａとを備えている。
第１ヘッダタンク１３１Ａには、外部から冷媒が流入される流入部１３５と、冷媒が外部へ流出する流出部１３７とが備えられている。
チューブ１３３は略板状に形成され、第１ヘッダタンク１３１Ａおよび第２ヘッダタンク１３１Ｂの間に、両ヘッダタンク１３１Ａ，１３１Ｂの長手方向に沿って等間隔に並んで配置されている。チューブ１３３とチューブ１３３との間にはコルゲートフィン３９が備えられている。
【００４６】
カバープレート１４１Ａは略長方形に形成された板状部材であり、流入部１３５が配置された領域と、流出部１３７が配置された領域とでは、幅方向の長さが異なっている。つまり、カバープレート１４１Ｂにおける流出部１３７が配置された領域は、流入部１３５が配置された領域よりも幅方向の長さが狭くなっている。
【００４７】
第１中間プレート１４３Ａは、カバープレート１４１Ａと第２中間プレート１４５Ａとチューブ接合プレート１４７Ａとともに第１ヘッダタンク１３１Ａを形成し、流入タンク（冷媒流路）１５１と流出タンク（冷媒流路）１５３とを形成するものである。
第１中間プレート１４３Ａは、冷媒が外部から流入する流入タンク１５１と、冷媒が外部へ流出する流出タンク１５３とを備えている。
流入タンク１５１は第１中間プレート１４３Ａの長手方向における流入部１３５が形成された端部側に配置されている。一方、流出タンク１５３は、上記長手方向における流出部１３７が形成された端部側に配置されている。流出タンク１５３における第１中間プレート１４３Ａにおける幅方向の長さは、流入タンク１５１の幅方向の長さよりも短く形成されている。
【００４８】
第２中間プレート１４５Ａは、第１ヘッダタンク１３１Ａにロウ付けされるチューブ１３３のロウ詰まりを防止する貫通孔１５７が形成されたものである。
第２中間プレート１４５Ａは、図８に示すように、第２中間プレート１４５Ａの長手方向に所定間隔をあけて配列された貫通孔１５７を備えている。貫通孔１５７は、第２中間プレート４５Ａの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）に延びる略長方形状の孔である。
なお、貫通孔１５７の第２中間プレート１４５Ａにおける長手方向の幅は、後述する挿入孔１５９の幅よりも広く形成されている。このように形成することにより、チューブ１３３を第１ヘッダタンク１３１Ａにロウ付けする際に、ロウ材がチューブ１３３を詰まらせることを防止できる。
【００４９】
チューブ接合プレート１４７Ａは、チューブ１３３が挿入される挿入孔１５９が形成されたものである。
チューブ接合プレート１４７Ａは、図８に示すように、チューブ接合プレート１４７Ａの長手方向に所定間隔をあけて配列された挿入孔１５９を備えている。挿入孔１５９は、チューブ接合プレート１４７Ａの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）に延びる略長方形状の孔である。
【００５０】
図９は、図７のエバポレータにおける第２ヘッダタンクの構成を説明する分解斜視図である。
第２ヘッダタンク１３１Ｂは、図９に示すように、順に積層されるカバープレート１４１Ｂと、第１中間プレート（中間プレート）１４３Ｂと、第２中間プレート１４５Ｂと、チューブ接合プレート（接合プレート）１４７Ｂとを備えている。カバープレート１４１Ｂは略長方形に形成された板状部材である。
【００５１】
第１中間プレート１４３Ｂは、カバープレート１４１Ｂと第２中間プレート１４５Ｂとチューブ接合プレート１４７Ｂとともに第２ヘッダタンク１３１Ｂを形成し、縦流路１６１を形成するものである。
第１中間プレート１４３Ｂは、流入タンク１５１から冷媒が流入するとともに、流出タンク１５３へ冷媒が流出する縦流路（冷媒流路）１６１Ａを備えている。
縦流路１６１は、第１中間プレート１４３Ｂの長手方向に延びる略長方形状の貫通孔である。縦流路１６１の第１中間プレートの幅方向における長さは、流入タンク１５１の幅方向の長さよりも短く形成されているとともに、流出タンク１５３の幅方向長さと同等かそれ以上の長さに形成されている。
【００５２】
第２中間プレート１４５Ｂは、第２ヘッダタンク１３１Ｂにロウ付けされるチューブ１３３のロウ詰まりを防止する貫通孔１５７が形成されたものである。
第２中間プレート１４５Ｂは、図９に示すように、第２中間プレート１４５Ｂの長手方向に所定間隔をあけて配列された貫通孔１５７を備えている。貫通孔１５７は、第２中間プレート４５Ｂの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）に延びる略長方形状の孔である。
なお、貫通孔１５７の長手方向の幅は、後述する挿入孔１５９の幅よりも広く形成されている。このように形成することにより、チューブ１３３を第２ヘッダタンク１３１Ｂにロウ付けする際に、ロウ材がチューブ１３３を詰まらせることを防止できる。
【００５３】
チューブ接合プレート１４７Ｂは、チューブ１３３が挿入される挿入孔１５９が形成されたものである。
チューブ接合プレート１４７Ｂは、図９に示すように、チューブ接合プレート１４７Ｂの長手方向に所定間隔をあけて配列された挿入孔１５９を備えている。挿入孔１５９は、チューブ接合プレート１４７Ｂの幅方向（長手方向に対して略直交する方向）に延びる略長方形状の孔である。
【００５４】
次に、上記の構成からなる車両用空気調和機における冷房運転時の動作、および、ガスクーラにおける冷媒の流れ、および、熱交換について説明する。
なお、車両用空気調和機にける冷房運転時の動作については、第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５５】
次に、ガスクーラにおける冷媒の流れ、および、熱交換について説明する。
ガスクーラ１０５に流入した冷媒は、図８に示すように、流入部１３５から流入する。流入部に流入した冷媒は、第１ヘッダタンク１３１Ａ内の流入タンク１５１に流入する。冷媒は流入タンク１５１からチューブ１３３を通って、図９に示す第２ヘッダタンク１３１Ｂの縦流路１６１に流入する。縦流路１６１に流入した冷媒は、第２ヘッダタンク１３１Ｂの長手方向に流れた後、図８に示すように、チューブ１３３を通って第１ヘッダタンク１３１Ａの流出タンク１５３に流入する。流出タンク１５３に流入した冷媒は流出部１３７から外部へ流出する。
【００５６】
上記の構成によれば、流入タンク１５１の流路断面積が、流出タンク１５３の流路断面積よりも広いため、ガスクーラ１０５の耐圧性を向上させつつ、ガスクーラ１０５の重量増加を抑制することができる。
つまり、車両用空気調和機１０１においては、ガスクーラ１０５内を流れる冷媒の質量循環流量は一定となる。かかる場合に、ガスクーラ１０５における温度の低い（質量密度が高くなった）冷媒が滞留する流出タンク１５３の断面積を小さくすることにより、車両用空気調和機１０１が停止したときのバランス圧を低下させることができる。そのため、ガスクーラ１０５が耐える必要のある最高圧力を低くすることができ、ガスクーラ１０５の耐圧性を向上させることができる。同時に、第１および第２ヘッダタンク１３１Ａ，１３１Ｂ等の肉厚を厚くする必要がなく、ガスクーラ１０５の重量増加を抑制することができる。
【００５７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、冷媒としてＣＯ２ガスを用いた構成に適用して説明したが、このＣＯ２ガスを用いる構成に限られることなく、その他の超臨界サイクルで運転される冷媒を用いた構成に適用することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、この発明を車両用空気調和機に適用して説明したが、この発明は車両用空気調和機に限られることなく、その他各種の空気調和機などに適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用空気調和機の全体構成を説明する模式図である。
【図２】図１のエバポレータの構成を説明する斜視図である。
【図３】図２のエバポレータにおける上部ヘッダタンクの構成を説明する分解斜視図である。
【図４】図２のエバポレータにおける下部ヘッダタンクの構成を説明する分解斜視図である。
【図５】図２のエバポレータにおける冷媒流れを説明する模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る車両用空気調和機の全体構成を説明する模式図である。
【図７】図６のガスクーラの構成を説明する斜視図である。
【図８】図７のガスクーラにおける第１ヘッダタンクの構成を説明する分解斜視図である。
【図９】図７のエバポレータにおける第２ヘッダタンクの構成を説明する分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０１  車両用空気調和機（空気調和機）
３  圧縮機
５，１０５  ガスクーラ（放熱器）
９  圧力制御弁（減圧器）
１１  エバポレータ（蒸発器、熱交換器）
３１Ａ  上部ヘッダタンク（ヘッダタンク）
３１Ｂ  下部ヘッダタンク（ヘッダタンク）
３３，３３Ａ，３３Ｂ，１３３  チューブ
４１Ａ，４１Ｂ，１４１Ａ，１４１Ｂ  カバープレート
４３Ａ，４３Ｂ，１４３Ａ，１４３Ｂ  第１中間プレート（中間プレート）
４７Ａ，４７Ｂ，１４７Ａ，１４７Ｂ  チューブ接合プレート（接合プレート）
５１，１５１  流入タンク（冷媒流路）
５３，１５３  流出タンク（冷媒流路）
６１Ａ  縦流路（冷媒流路）
６１Ｂ  縦流路（冷媒流路）
１０５  ガスクーラ（放熱器、熱交換器）
１３１  第１ヘッダタンク（ヘッダタンク）
１３１Ｂ  第２ヘッダタンク（ヘッダタンク）
【図１】
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【図２】
0004690867.tif 000003
【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】
0004690867.tif 000008
【図８】
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【図９】
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