(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔をおいて配置されかつ少なくとも１つのヘッダ部を有する１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に並列状に配置されかつ両端部がそれぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の扁平チューブとを備えており、各ヘッダタンクが、外側プレートと、内側プレートと、これら両プレート間に介在させられた中間プレートとが互いに積層されてろう付されることにより構成され、外側プレートに、ヘッダタンクの長さ方向にのびかつ中間プレートにより開口が閉鎖された少なくとも１つの外方膨出部が形成されるとともに、外方膨出部内が第１冷媒流通部となされ、内側プレートにおける外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、扁平チューブの両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、中間プレートに、内側プレートの各管挿入穴を外側プレートの第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、当該連通穴が、中間プレートにおける隣り合う連通穴どうしの間に形成された連通部により連通させられ、これらの連通部と、連通部により連通させられた連通穴における連通部に対応する部分とによって、中間プレートに、外側プレートの第１冷媒流通部に通じかつ冷媒がヘッダタンクの長さ方向に流れる第２冷媒流通部が形成されており、各ヘッダタンクを構成する３種類のプレートにおける外方膨出部と対応する部分によりヘッダ部が形成され、扁平チューブの両端が両ヘッダタンクの中間プレートの第２冷媒流通部内に位置している熱交換器であって、
扁平チューブのチューブ高さをＴ（mm）、扁平チューブの両端から外側プレート内面までの距離をＬ（mm）、中間プレートの連通穴の穴幅をＷ（mm）とした場合、Ｌ≧０．７Ｔ、および１．１Ｔ≦Ｗ≦２．５Ｔの関係を満たす熱交換器。
【請求項２】
Ｌ≦２．５Ｔの関係を満たす請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
第１のヘッダタンクに、ヘッダタンクの長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられ、第２のヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダ部の数よりも１つ少ないヘッダ部が、第１ヘッダタンクの隣り合う２つのヘッダ部に跨るように設けられ、第１ヘッダタンクの下端部のヘッダ部が冷媒出口を有する出口ヘッダ部となされている請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
第１ヘッダタンクのヘッダ部の数が２であり、第２ヘッダタンクのヘッダ部の数が１である請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えており、かつ超臨界冷媒を用いる冷凍サイクルであって、ガスクーラが請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器からなる超臨界冷凍サイクル。
【請求項６】
超臨界冷媒が二酸化炭素からなる請求項５記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項７】
請求項５または６記載の超臨界冷凍サイクルがカーエアコンとして搭載されている車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は熱交換器に関し、さらに詳しくは、たとえばＣＯ２（二酸化炭素）などの超臨界冷媒が用いられる超臨界冷凍サイクルのガスクーラやエバポレータに好適に使用される熱交換器に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。さらに、この明細書および特許請求の範囲において、「超臨界冷凍サイクル」とは、高圧側において、冷媒が臨界圧力を超えた超臨界状態となる冷凍サイクルを意味するものとし、「超臨界冷媒」とは、超臨界冷凍サイクルに用いられる冷媒を意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
超臨界冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、本出願人は先に、互いに間隔をおいて配置されかつ少なくとも１つのヘッダ部を有する１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に並列状に配置されかつ両端部がそれぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の扁平チューブとを備えており、各ヘッダタンクが、外側プレートと、内側プレートと、これら両プレート間に介在させられた中間プレートとが互いに積層されてろう付されることにより構成され、外側プレートに、ヘッダタンクの長さ方向にのびかつ中間プレートにより開口が閉鎖された少なくとも１つの外方膨出部が形成されるとともに、外方膨出部内が第１冷媒流通部となされ、内側プレートにおける外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、扁平チューブの両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、中間プレートに、内側プレートの各管挿入穴を外側プレートの第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、当該連通穴が、中間プレートにおける隣り合う連通穴どうしの間に形成された連通部により連通させられ、これらの連通部と、連通部により連通させられた連通穴における連通部に対応する部分とによって、中間プレートに、外側プレートの第１冷媒流通部に通じかつ冷媒がヘッダタンクの長さ方向に流れる第２冷媒流通部が形成されており、各ヘッダタンクを構成する３種類のプレートにおける外方膨出部と対応する部分によりヘッダ部が形成され、中間プレートの第２冷媒流通部の幅が外側プレートの第１冷媒流通部の幅よりも狭くなされ、扁平チューブの両端が、中間プレートの第２冷媒流通部内、すなわち中間プレートの厚さ方向の中間部に位置する熱交換器を提案した（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１記載の熱交換器において、扁平チューブからヘッダタンクの外側プレートの第１冷媒流通部内への超臨界冷媒の流入は、次のようにして行われる。すなわち、扁平チューブにおける中間プレートの第２冷媒流通部内に臨んでいる部分においては、超臨界冷媒は直接第２冷媒流通部内に流入し、第２冷媒流通部内を経て第１冷媒流通部内に流入する。一方、扁平チューブにおける外側プレートの内面に対向している部分においては、超臨界冷媒は一旦中間プレートの連通穴内に流入した後、連通穴内をその長さ方向に流れて第２冷媒流通部内に流入し、第２冷媒流通部内を経て第１冷媒流通部内に流入する。
【０００５】
また、特許文献１記載の熱交換器において、ヘッダタンクの外側プレートの第１冷媒流通部内から扁平チューブへの超臨界冷媒の流入は、次のようにして行われる。すなわち、扁平チューブにおける中間プレートの第２冷媒流通部内に臨んでいる部分においては、超臨界冷媒は第１冷媒流通部内から直接第２冷媒流通部内を経て扁平チューブに流入する。一方、扁平チューブにおける外側プレートの内面に対向している部分においては、超臨界冷媒は第１冷媒流通部内から第２冷媒流通部内に流入した後、連通穴内をその長さ方向に流れて扁平チューブに流入する。
【０００６】
そして、扁平チューブにおける外側プレートの内面に対向している部分においては、扁平チューブからヘッダタンクの外側プレートの第１冷媒流通部内への超臨界冷媒の流入、およびヘッダタンクの外側プレートの第１冷媒流通部内から扁平チューブへの超臨界冷媒の流入のいずれの場合にも、圧力損失が大きくなることが避けられず、熱交換器の性能が低下するおそれがある。
【特許文献１】特開２００５−３００１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、超臨界冷媒が扁平チューブから外側プレートの第１冷媒流通部内へ流入する際、および外側プレートの第１冷媒流通部内から扁平チューブに流入する際の圧力損失の増大を最小限に抑制しうる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００９】
1)互いに間隔をおいて配置されかつ少なくとも１つのヘッダ部を有する１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に並列状に配置されかつ両端部がそれぞれ両ヘッダタンクに接続された複数の扁平チューブとを備えており、各ヘッダタンクが、外側プレートと、内側プレートと、これら両プレート間に介在させられた中間プレートとが互いに積層されてろう付されることにより構成され、外側プレートに、ヘッダタンクの長さ方向にのびかつ中間プレートにより開口が閉鎖された少なくとも１つの外方膨出部が形成されるとともに、外方膨出部内が第１冷媒流通部となされ、内側プレートにおける外方膨出部と対応する部分に、複数の管挿入穴が長さ方向に間隔をおいて貫通状に形成されるとともに、扁平チューブの両端部が両ヘッダタンクの内側プレートの管挿入穴内に挿入されて内側プレートにろう付され、中間プレートに、内側プレートの各管挿入穴を外側プレートの第１冷媒流通部に通じさせる連通穴が貫通状に形成されるとともに、当該連通穴が、中間プレートにおける隣り合う連通穴どうしの間に形成された連通部により連通させられ、これらの連通部と、連通部により連通させられた連通穴における連通部に対応する部分とによって、中間プレートに、外側プレートの第１冷媒流通部に通じかつ冷媒がヘッダタンクの長さ方向に流れる第２冷媒流通部が形成されており、各ヘッダタンクを構成する３種類のプレートにおける外方膨出部と対応する部分によりヘッダ部が形成され、扁平チューブの両端が両ヘッダタンクの中間プレートの第２冷媒流通部内に位置している熱交換器であって、
扁平チューブのチューブ高さをＴ（mm）、扁平チューブの両端から外側プレート内面までの距離をＬ（mm）、中間プレートの連通穴の穴幅をＷ（mm）とした場合、Ｌ≧０．７Ｔ、および１．１Ｔ≦Ｗ≦２．５Ｔの関係を満たす熱交換器。
【００１０】
2)Ｌ≦２．５Ｔの関係を満たす上記1)記載の熱交換器。
【００１１】
3)第１のヘッダタンクに、ヘッダタンクの長さ方向に並んだ複数のヘッダ部が設けられ、第２のヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダ部の数よりも１つ少ないヘッダ部が、第１ヘッダタンクの隣り合う２つのヘッダ部に跨るように設けられ、第１ヘッダタンクの下端部のヘッダ部が冷媒出口を有する出口ヘッダ部となされている上記1)または2)記載の熱交換器。
【００１２】
4)第１ヘッダタンクのヘッダ部の数が２であり、第２ヘッダタンクのヘッダ部の数が１である上記3)記載の熱交換器。
【００１３】
5)圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えており、かつ超臨界冷媒を用いる冷凍サイクルであって、ガスクーラが上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器からなる超臨界冷凍サイクル。
【００１４】
6)超臨界冷媒が二酸化炭素からなる上記5)記載の超臨界冷凍サイクル。
【００１５】
7)上記5)または6)記載の超臨界冷凍サイクルがカーエアコンとして搭載されている車両。
【発明の効果】
【００１６】
上記1)の熱交換器によれば、扁平チューブのチューブ高さをＴ（mm）、扁平チューブの両端から外側プレート内面までの距離をＬ（mm）、中間プレートの連通穴の穴幅をＷ（mm）とした場合、Ｌ≧０．７Ｔ、および１．１Ｔ≦Ｗ≦２．５Ｔの関係を満たしているので、超臨界冷媒が、扁平チューブにおける外側プレートの内面に対向している部分から一旦中間プレートの連通穴内に流入した後、連通穴内をその長さ方向に流れて第２冷媒流通部内に流入し、第２冷媒流通部内を経て第１冷媒流通部内に流入する際の圧力損失の増大を最小限に抑制することができる。また、超臨界冷媒が、第１冷媒流通部内から第２冷媒流通部内に流入した後、連通穴内をその長さ方向に流れて扁平チューブにおける外側プレートの内面に対向している部分に流入する際の圧力損失の増大を最小限に抑制することができる。したがって、熱交換器の性能低下を抑制することができる。しかも、外側プレートと中間プレートとの接合面積の減少を最小限に抑制することができるので、ヘッダタンクの耐圧性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による熱交換器を超臨界冷凍サイクルのガスクーラに適用したものである。
【００１８】
なお、以下の説明において、図１および図２の上下、左右をそれぞれ上下、左右という。また、隣接する熱交換管どうしの間の通風間隙を流れる空気の下流側（図１に矢印Ｘで示す方向）を前、これと反対側を後というものとする。
【００１９】
図１および図２はこの発明による熱交換器を適用したガスクーラの全体構成を示し、図３〜図８はその要部の構成を示す。また、図９および図１０は熱交換管を示し、図１１は熱交換管の製造方法を示す。さらに、図１２は図１に示すガスクーラにおける冷媒の流れを示す。
【００２０】
図１において、超臨界冷媒、たとえばＣＯ２を使用する超臨界冷凍サイクルのガスクーラ(1)は、左右方向に間隔をおいて配置されかつ上下方向にのびる２つのヘッダタンク(2)(3)と、両ヘッダタンク(2)(3)間に、上下方向に間隔をおきかつ幅方向を前後方向に向けて並列状に配置された複数の扁平チューブ(4)と、隣接する扁平チューブ(4)どうしの間の通風間隙、および上下両端の扁平チューブ(4)の外側に配置されて扁平チューブ(4)にろう付されたコルゲートフィン(5)と、上下両端のコルゲートフィン(5)の外側にそれぞれ配置されてコルゲートフィン(5)にろう付されたアルミニウム製サイドプレート(6)とを備えている。なお、この実施形態において、右側のヘッダタンク(2)を第１ヘッダタンク、左側のヘッダタンク(3)を第２ヘッダタンクというものとする。
【００２１】
図２〜図７に示すように、第１ヘッダタンク(2)は、両面にろう材層を有するブレージングシート、ここではアルミニウムブレージングシートから形成された外側プレート(7)と、両面にろう材層を有するブレージングシート、ここではアルミニウムブレージングシートから形成された内側プレート(8)と、金属ベア材、ここではアルミニウムベア材からなりかつ外側プレート(7)と内側プレート(8)との間に介在させられた１枚の中間プレート(9)とが、積層されて互いにろう付されることにより構成されており、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)が上下に並んで設けられている。
【００２２】
外側プレート(7)に、上下方向にのび、かつ膨出高さ、長さおよび幅の等しい複数、ここでは２つのドーム状外方膨出部(11A)(11B)が上下方向に間隔をおいて形成されている。外側プレート(7)における各外方膨出部(11A)(11B)の左側を向いた開口の周縁部は中間プレート(9)にろう付され、各外方膨出部(11A)(11B)の左側を向いた開口は中間プレート(9)により塞がれている。その結果、各外方膨出部(11A)(11B)内は上下両端が閉鎖され、かつ冷媒が上下方向に流れる第１冷媒流通部(11a)(11b)となっている。
【００２３】
外側プレート(7)の上側外方膨出部(11A)の頂部に冷媒入口(12)が形成されており、外方膨出部(11A)外面に、冷媒入口(12)に通じる冷媒流入路(14)を有する金属製、ここではアルミニウムベア材製入口部材(13)が、外側プレート(7)の外面のろう材を利用してろう付されている。また、下側外方膨出部(11B)の頂部に冷媒出口(15)が形成されており、外方膨出部(11B)外面に、冷媒出口(15)に通じる冷媒流出路(17)を有する金属製、ここではアルミニウムベア材製出口部材(16)が、外側プレート(7)の外面のろう材を利用してろう付されている。外側プレート(7)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートにプレス加工を施することにより形成されている。
【００２４】
内側プレート(8)に、前後方向に長い複数の貫通状管挿入穴(18)が、上下方向に間隔をおいて形成されている。上半部の複数の管挿入穴(18)は、外側プレート(7)の上側外方膨出部(11A)の上下方向の範囲内に形成され、同じく下半部の複数の管挿入穴(18)は、下側外方膨出部(11B)の上下方向の範囲内に形成されている。管挿入穴(18)の前後方向の長さは、各外方膨出部(11A)(11B)の前後方向の幅よりも若干長く、管挿入穴(18)の前後両端部は外方膨出部(11A)(11B)の前後両側縁よりも外方に突出している。また、内側プレート(8)の前後両側縁部に、それぞれ右方に突出して先端が外側プレート(7)の外面まで至り、かつ外側プレート(7)と中間プレート(9)との境界部分を全長にわたって覆う被覆壁(19)が一体に形成され、外側プレート(7)および中間プレート(9)の前後両側面にろう付されている。各被覆壁(19)の突出端に、外側プレート(7)の外面に係合する複数の係合部(21)が、上下方向に間隔をおいて一体に形成され、外側プレート(7)にろう付されている。なお、係合部(21)は、３枚のプレート(7)(8)(9)を重ねる前には、図７に鎖線で示すように、折り曲げられておらず、被覆壁(19)に真っ直ぐに連なっている。折り曲げ前の真っ直ぐな係合部を(21A)で示す。
【００２５】
内側プレート(8)における管挿入穴(18)の管幅方向（上下方向）の両側部分には、内側プレート(8)が左右方向外方に曲げられることによって、管挿入穴(18)側に向かって中間プレート(9)側（左右方向外側）に若干傾斜し、かつ左右方向外側、すなわち中間プレート(7)側に突出した突出部(26)が一体に形成されている。突出部(26)の上下方向外側面は、左右方向外側に向かって管挿入穴(18)側に傾斜した傾斜面となっている。内側プレート(8)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートにプレス加工を施すことにより形成されている。
【００２６】
中間プレート(9)に、内側プレート(8)の管挿入穴(18)を外側プレート(7)の外方膨出部(11A)(11B)内に通じさせる貫通状連通穴(22)が、管挿入穴(18)と同じ数だけ形成されている。各連通穴(22)は、内側プレート(8)の各管挿入穴(18)と対応する位置に形成されている。中間プレート(9)の各連通穴(22)の上下方向の幅は、その前後両端部を除いて、内側プレート(8)の管挿入穴(18)の上下方向の幅よりも大きく、内側プレート(8)の管挿入穴(18)の上下両側縁部の突出部(26)が連通穴(22)内に入るようになっている。なお、各連通穴(22)の前後両端部の上下方向の幅は、管挿入穴(18)の上下方向の幅とほぼ等しくなっている。中間プレート(9)の連通穴(22)の穴長さ方向両端部（前後両端部）において、その内周面における中間プレート(9)の板厚方向の中間部に、連通穴(22)の内方に突出しかつ扁平チューブ(4)の端面が当接する段部(25)が形成されている。中間プレート(9)の段部(25)における連通穴(22)内周面からの突出高さは、扁平チューブ(4)の後述する冷媒通路(4a)を塞がないような高さとされている。そして、内側プレート(8)の上半部の複数の管挿入穴(18)は、中間プレート(9)の上半部の複数の連通穴(22)を介して、外側プレート(7)の上側外方膨出部(11A)内の第１冷媒流通部(11a)に通じさせられ、同じく下半部の複数の管挿入穴(18)は、中間プレート(9)の下半部の複数の連通穴(22)を介して、外側プレート(7)の下側外方膨出部(11B)内の第１冷媒流通部(11b)に通じさせられている。外側プレート(7)の上側第１冷媒流通部(11a)に通じるすべての連通穴(22)、および下側第１冷媒流通部(11b)に通じるすべての連通穴(22)は、それぞれ中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の部分の前後方向中央部を切除することにより形成された連通部(23)により連通させられている。その結果、外側プレート(7)の各第１冷媒流通部(11a)(11b)に臨む連通穴(22)を連通させる連通部(23)、および連通穴(22)の前後方向中央部（連通穴(22)における連通部(23)に対応する部分）によって、中間プレート(9)に、外側プレート(7)の各第１冷媒流通部(11a)(11b)に通じかつ冷媒が上下方向に流れる第２冷媒流通部(9a)(9b)が形成されている。扁平チューブ(4)の右端は、中間プレート(9)の第２冷媒流通部(9a)(9b)内、すなわち中間プレート(9)の厚さ方向の中間部に位置している。中間プレート(9)は、アルミニウムベア材にプレス加工を施すことにより形成されている。
【００２７】
そして、第１ヘッダタンク(2)を構成する３つのプレート(7)(8)(9)における両外方膨出部(11A)(11B)と対応する部分により、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)が形成されており、外側プレート(7)の両第１冷媒流通部(11a)(11b)と、中間プレート(9)の両第２冷媒流通部(9a)(9b)とによって、入口ヘッダ部(10A)および出口ヘッダ部(10B)の内部冷媒流通空間が形成されている。
【００２８】
第２ヘッダタンク(3)は、第１ヘッダタンク(2)とほぼ同様な構成であり、同一物および同一部分に同一符号を付す（図２参照）。両ヘッダタンク(2)(3)は、内側プレート(8)どうしが対向するように配置されている。
【００２９】
図１、図２および図８に示すように、第２ヘッダタンク(3)の外側プレート(7)に、第１ヘッダタンク(2)の外方膨出部(11A)(11B)の数よりも１つ少ない数、ここでは１つのドーム状外方膨出部(24)が、第１ヘッダタンク(2)の両外方膨出部(11A)(11B)にまたがるように外側プレート(7)の上端部から下端部にかけて形成されている。外側プレート(7)における外方膨出部(24)の右側を向いた開口の周縁部は中間プレート(9)にろう付され、外方膨出部(24)の右側を向いた開口は中間プレート(9)により塞がれている。その結果、外方膨出部(24)内は上下両端が閉鎖され、かつ冷媒が上下方向に流れる第１冷媒流通部(24a)となっている。外方膨出部(24)に冷媒入口および冷媒出口が形成されていない。
【００３０】
第２ヘッダタンク(3)の内側プレート(8)のすべての管挿入穴(18)は、外側プレート(7)の外方膨出部(24)の上下方向の範囲内に形成されており、内側プレート(8)のすべての管挿入穴(18)は、中間プレート(9)のすべての連通穴(22)を介して、外側プレート(7)の外方膨出部(24)内の第１冷媒流通部(24a)に通じさせられている。中間プレート(9)のすべての連通穴(22)は、中間プレート(9)における隣り合う連通穴(22)間の前後方向中央部を切除することにより形成された連通部(23)により連通させられている。その結果、連通部(23)、および連通穴(22)の前後方向中央部（連通穴(22)における連通部(23)に対応する部分）によって、中間プレート(9)に、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)に通じかつ冷媒が上下方向に流れる第２冷媒流通部(9c)が形成されている。
【００３１】
そして、第２ヘッダタンク(3)を構成する３つのプレート(7)(8)(9)における外方膨出部(24)と対応する部分により、第１ヘッダタンク(2)の２つのヘッダ部(10A)(10B)よりも１つ少ない数、ここでは１つの中間ヘッダ部(20)が、第１ヘッダタンク(2)の両ヘッダ部(10A)(10B)に跨るように設けられており、外側プレート(7)の冷媒流通部(24a)と、中間プレート(9)の第２冷媒流通部(9c)とによって、中間ヘッダ部(20)の内部冷媒流通空間が形成されている。
【００３２】
第２ヘッダタンク(3)のその他の構成は第１ヘッダタンク(2)と同様であり、同一物および同一部分には同一符号を付す。
【００３３】
ここで、扁平チューブ(4)の上下方向の厚みであるチューブ高さをＴ（mm）、扁平チューブ(4)の両端から外側プレート(7)内面までの距離をＬ（mm）、中間プレート(9)の連通穴(22)における前後両端の幅狭部分を除いた部分の穴幅をＷ（mm）とした場合、Ｌ≧０．７Ｔ、および１．１Ｔ≦Ｗ≦２．５Ｔの関係を満たしているべきである。（図６参照）。
【００３４】
Ｌ＜０．７Ｔの場合、扁平チューブ(4)の両端と外側プレート(7)との間の間隙が小さくなりすぎ、その結果第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ部(10A)および第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の下半部において、超臨界冷媒が第１冷媒流通部(11a)(24a)内から第２冷媒流通部(9a)(9c)内に流入し、連通穴(22)内をその長さ方向に流れて扁平チューブ(4)の両端における外側プレート(7)の内面に対向している部分から扁平チューブ(4)内に流入する際に、圧力損失が増大してガスクーラ(1)の性能低下を招く。また、第１ヘッダタンク(2)の出口ヘッダ部(10B)および第２ヘッダタンク(3)の中間ヘッダ部(20)の上半部において、超臨界冷媒が扁平チューブ(4)の両端における外側プレート(7)の内面に対向している部分から一旦中間プレート(9)の連通穴(22)内に流入した後、連通穴(22)内をその長さ方向に流れて第２冷媒流通部(9b)(9c)内に流入し、第２冷媒流通部(9b)(9c)内を経て第１冷媒流通部(11b)(24a)内に流入する際に、圧力損失が増大してガスクーラ(1)の性能低下を招く。なお、Ｌの上限は２．５Ｔであることが好ましい。Ｌ＞２．５Ｔであっても、上述した圧力損失の増大を抑制する効果はほとんど同じであり、しかも扁平チューブ(4)のチューブ高さ(T)を小さくしたり、中間プレート(9)の肉厚を大きくする必要がある。扁平チューブ(4)のチューブ高さ(T)を小さくすると、超臨界冷媒が第１冷媒流通部(11a)(24a)から扁平チューブ(4)内に流入する際、および扁平チューブ(4)から第１冷媒流通部(11b)(24)内に流入する際の圧力損失の増大を抑制する効果よりも、扁平チューブ(4)自体の圧力損失の増大の方が大きくなるおそれがあり、中間プレート(9)の肉厚を大きくするとヘッダタンク(2)(3)が大型になるとともに重量が大きくなる。
【００３５】
Ｗは、小さいほどＬの変動による圧力損失の変化が急になり、大きいほどＬの変動による圧力損失の変動が緩やかになるので、大きい方が好ましいが、大きくなりすぎると中間プレート(9)の外面と外側プレート(7)の内面との接合面積が小さくなり、ヘッダタンク(2)(3)の耐圧強度が低下する。また、Ｗが小さくなりすぎると扁平チューブ(4)の連通穴(22)内への挿入が困難になる。したがって、連通穴(22)の穴幅(W)は１．１Ｔ〜２．５Ｔの範囲内で選ぶべきである。
【００３６】
扁平チューブ(4)は、図９および図１０に示すように、互いに対向する平らな上下壁(31)(32)（１対の平坦壁）と、上下壁(31)(32)の前後両側縁どうしにまたがる前後両側壁(33)(34)と、前後両側壁間(33)(34)において上下壁(31)(32)にまたがるとともに長さ方向に伸びかつ相互に所定間隔をおいて設けられた複数の補強壁(35)とよりなり、内部に幅方向に並んだ複数の冷媒通路(4a)を有するものである。
【００３７】
前側壁(33)は２重構造であり、上壁(31)の前側縁より下方隆起状に一体成形されかつ扁平チューブ(4)の全高にわたる外側側壁用凸条(36)と、外側側壁用凸条(36)の内側において上壁(31)より下方隆起状に一体成形された内側側壁用凸条(37)と、下壁(32)の前側縁より上方隆起状に一体成形された内側側壁用凸条(38)とよりなる。外側側壁用凸条(36)は、下端部が下壁(32)の下面前側縁部に係合された状態で両内側側壁用凸条(37)(38)および下壁(32)にろう付されている。両内側側壁用凸条(37)(38)は、相互に突き合わされてろう付されている。後側壁(34)は、上下壁(31)(32)と一体に形成されている。下壁(32)の内側側壁用凸条(38)の先端面に、その長手方向に伸びる凸起(38a)が全長にわたって一体に形成され、上壁(31)の内側側壁用凸条(37)の先端面に、その長手方向に伸びかつ凸起(38a)が圧入される凹溝(37a)が全長にわたって形成されている。
【００３８】
補強壁(35)は、上壁(31)より下方隆起状に一体成形された補強壁用凸条(40)(41)と、下壁(32)より上方隆起状に一体成形された補強壁用凸条(42)(43)とが、相互に突き合わされてろう付されることにより形成されている。上壁(31)および下壁(32)には、それぞれ突出高さの異なる高低２種の補強壁用凸条(40)(41)(42)(43)が前後方向に交互に形成されており、上壁(31)における突出高さの高い補強壁用凸条(40)と下壁(32)における突出高さの低い補強壁用凸条(43)とがろう付され、上壁(31)における突出高さの低い補強壁用凸条(41)と下壁(32)における突出高さの高い補強壁用凸条(42)とがろう付されている。以下、上下両壁(31)(32)の突出高さの高い補強壁用凸条(40)(42)をそれぞれ第１補強壁用凸条といい、同じく低い補強壁用凸条(41)(43)をそれぞれ第２補強壁用凸条というものとする。上下両壁(31)(32)の第２補強壁用凸条(41)(43)の先端面に、その長手方向に伸びかつ他方の壁(32)(31)の第１補強壁用凸条(42)(40)の先端部が嵌る凹溝(44)(45)が全長にわたって形成されており、上下両壁(31)(32)の第１補強壁用凸条(40)(42)の先端部が凹溝(45)(44)内に嵌め入れられた状態で、両補強壁用凸条(40)(43)および(41)(42)がろう付されている。
【００３９】
扁平チューブ(4)は、図１１(a)に示すような管製造用金属板(50)を用いて製造される。管製造用金属板(50)は両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートに圧延加工を施すことにより形成されており、平らな上壁形成部(51)（平坦壁形成部）および下壁形成部(52)（平坦壁形成部）と、上壁形成部(51)および下壁形成部(52)を連結しかつ後側壁(34)を形成する連結部(53)と、上壁形成部(51)および下壁形成部(52)における連結部(53)とは反対側の側縁より上方隆起状に一体成形されかつ前側壁(33)の内側部分を形成する内側側壁用凸条(37)(38)と、上壁形成部(51)における連結部(53)とは反対側の側縁を外側方に延長することにより形成された外側側壁用凸条形成部(54)と、管製造用金属板(50)の幅方向に所定間隔をおいて上壁形成部(51)および下壁形成部(52)よりそれぞれ上方隆起状に一体成形された複数の補強壁用凸条(40)(41)(42)(43)とを備えており、上壁形成部(51)の第１補強壁用凸条(40)と下壁形成部(52)の第２補強壁用凸条(43)、および上壁形成部(51)の第２補強壁用凸条(41)と下壁形成部(52)の第１補強壁用凸条(42)とが、それぞれ連結部(53)の幅方向の中心線に対して対称となる位置にある。下壁形成部(52)の内側側壁用凸条(38)の先端面に凸起(38a)が、上壁形成部(51)の内側側壁用凸条(37)の先端面に凹溝(37a)がそれぞれ形成されている。また、上壁形成部(51)および下壁形成部(52)の第２補強壁用凸条(41)(43)の先端面には、他方の壁形成部(52)(51)の第１補強壁用凸条(42)(40)の先端部が嵌る凹溝(44)(45)が形成されている。
【００４０】
なお、両面にろう材がクラッドされたアルミニウムブレージングシートに圧延加工を施してその片面に側壁用凸条(37)(38)および補強壁用凸条(40)(41)(42)(43)が一体成形されていることにより、側壁用凸条(37)(38)および補強壁用凸条(40)(41)(42)(43)の両側面および先端面と、第２補強壁用凸条(41)(43)の凹溝(44)(45)の内周面と、上下壁形成部(50)(51)および外側側壁用凸条形成部(54)の上下両面とにろう材層（図示略）が形成される。
【００４１】
そして、管製造用金属板(50)を、ロールフォーミング法により、連結部(53)の両側縁で順次折り曲げていき（図１１(b)参照）、最後にヘアピン状に折り曲げて内側側壁用凸条(37)(38)どうしを突き合わせるとともに、第１補強壁用凸条(40)(42)の先端部を第２補強壁用凸条(43)(41)の凹溝(45)(44)内に嵌め入れ、さらに凸起(38a)を凹溝(37a)内に圧入する。
【００４２】
ついで、外側側壁用凸条形成部(54)を折り曲げていき、両内側側壁用凸条(37)(38)の外面に沿わせるとともに、その先端部を変形させて下壁形成部(52)に係合させて折り曲げ体(55)を得る（図１１(c)参照）。
【００４３】
その後、折り曲げ体(55)を所定温度に加熱し、内側側壁用凸条(37)(38)の先端部どうし、ならびに第１補強壁用凸条(40)(42)および第２補強壁用凸条(43)(41)の先端部どうしをそれぞれろう付するとともに、外側側壁用凸条形成部(54)と両内側側壁用凸条(37)(38)および下壁形成部(52)とをろう付することにより、扁平チューブ(4)が製造される。
【００４４】
扁平チューブ(4)の両端部は、それぞれ両ヘッダタンク(2)(3)の内側プレート(8)の管挿入穴(18)および中間プレート(9)の連通穴(22)内に挿入されるとともに、その端面が中間プレート(9)の段部(25)に当接した状態で、内側プレート(8)のろう材層および上述した管製造用金属板(50)のろう材層を利用して、内側プレート(8)の管挿入穴(18)および中間プレート(9)の連通穴(22)の内周面にろう付されている。すなわち、扁平チューブ(4)の両端部外周面全体と、両ヘッダタンク(2)(3)における内側プレート(8)の管挿入穴(18)の内周面全体とがろう付され、扁平チューブ(4)の両端部外周面全体のうち少なくとも管幅方向（前後方向）に伸びる両側面と、両ヘッダタンク(2)(3)における中間プレート(9)の連通穴(22)の内周面全体のうち少なくとも穴長さ方向（前後方向）に伸びる両側面(22a)とがろう付されている。
【００４５】
したがって、上半分の複数の扁平チューブ(4)の右端部は上側外方膨出部(11A)内に通じるように第１ヘッダタンク(2)に接続され、左端部は外方膨出部(24)内に通じるように第２ヘッダタンク(3)に接続されている。また、下半分の複数の扁平チューブ(4)の右端部は下側外方膨出部(11B)内に通じるように第１ヘッダタンク(2)に接続され、左端部は外方膨出部(24)内に通じるように第２ヘッダタンク(3)に接続されている。
【００４６】
コルゲートフィン(5)は両面にろう材層を有するブレージングシート、ここではアルミニウムブレージングシートを用いて波状に形成されたものである。
【００４７】
ガスクーラ(1)は、ヘッダタンク(2)(3)を製造する際の上述した２つの仮止め体と、複数の上述した折り曲げ体(55)と、複数のコルゲートフィン(5)とを用意すること、２つの仮止め体を、内側プレート(8)どうしが対向するように間隔をおいて配置すること、複数の折り曲げ体(55)とコルゲートフィン(5)とを交互に配置すること、折り曲げ体(55)の両端部をそれぞれ両仮止め体の内側プレート(8)の管挿入穴(18)および中間プレート(9)の連通穴(22)に挿入するとともに、その端面を中間プレート(9)の段部(25)に当接させること、両端のコルゲートフィン(5)の外側にサイドプレート(6)を配置すること、第１ヘッダタンク(2)を形成する外側プレート(7)の外方膨出部(11A)(11B)に入口部材(13)および出口部材(16)を配置すること、ならびに仮止め体の必要部分を上述したようにろう付してヘッダタンク(2)(3)を形成すると同時に、折り曲げ体(55)の必要部分を上述したようにろう付して扁平チューブ(4)を形成し、さらに扁平チューブ(4)をヘッダタンク(2)(3)に、フィン(5)を扁平チューブ(4)に、サイドプレート(6)をフィン(5)に、入口部材(13)および出口部材(16)を外方膨出部(11A)(11B)にそれぞれろう付することによって製造される。
【００４８】
ガスクーラ(1)は、圧縮機、エバポレータ、減圧器およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とともに超臨界冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。
【００４９】
上述したガスクーラ(1)において、図１２に示すように、圧縮機を通過したＣＯ２ が、入口部材(13)の冷媒流入路(14)を通って冷媒入口(12)から第１ヘッダタンク(2)の上側外方膨出部(11A)内に入り、分流して上側外方膨出部(11A)内に通じているすべての扁平チューブ(4)の冷媒通路(4a)内に流入する。冷媒通路(4a)内に流入したＣＯ２は、冷媒通路(4a)内を左方に流れて第２ヘッダタンク(3)の外方膨出部(24)内に流入する。外方膨出部(24)内に流入したＣＯ２はその内部および中間プレート(9)の連通部(33)を通って下方に流れ、分流して下側外方膨出部(11B)に通じているすべての扁平チューブ(4)の冷媒通路(4a)内に流入し、流れ方向を変えて冷媒通路(4a)内を右方に流れて第１ヘッダタンク(2)の下側外方膨出部(11B)内に入る。その後、ＣＯ２は冷媒出口(15)および出口部材(16)の冷媒流出路(17)を通って流出する。そして、ＣＯ２が扁平チューブ(4)の冷媒通路(4a)内を流れる間に、通風間隙を図１および図１２に矢印Ｘで示す方向に流れる空気と熱交換し、冷却される。
【００５０】
次に、上述したガスクーラ(1)を用いて行った実験例について述べる。
【００５１】
実験例１
中間プレート(9)の連通穴(22)の穴幅(W)が異なる３種類のガスクーラ(1)を用意し、各ガスクーラ(1)において、扁平チューブ(4)の両端から外側プレート(7)内面までの距離(L)を種々変化させ、上記距離(L)と圧力損失との関係を調べた。なお、各ガスクーラ(1)において、上記距離(L)以外の各部および各部品の寸法は同一である。その結果を図１３に示す。
【００５２】
図１３に示す結果から、扁平チューブ(4)のチューブ高さをＴ（mm）とした場合、各ガスクーラ(1)において、Ｌ≧０．７Ｔの場合に、圧力損失の増大を抑制できることが分かる。また、中間プレート(9)の連通穴(22)の穴幅(W)が小さいほどＬの変動による圧力損失の変化が急になり、大きいほどＬの変動による圧力損失の変動が緩やかになることが分かる。
【００５３】
実験例２
ガスクーラ(1)において、中間プレート(9)の連通穴(22)の穴幅(W)を種々変化させ、上記穴幅(W)とヘッダタンク(2)(3)の耐圧強度との関係を調べた。このガスクーラ(1)において、上記穴幅(W)以外の各部および各部品の寸法は同一である。その結果を図１４に示す。
【００５４】
図１４に示す結果から、Ｗ≦２．５Ｔの場合に、ヘッダタンク(2)(3)の耐圧強度が増大することが分かる。
【００５５】
上記実施形態においては、この発明による熱交換器が超臨界冷凍サイクルのガスクーラに適用されているが、この発明による熱交換器は上述した超臨界冷凍サイクルのエバポレータに適用されることもある。このエバポレータは、圧縮機、ガスクーラ、減圧器およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とともにＣＯ２などの超臨界冷媒を使用する超臨界冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。
【００５６】
また、上記実施形態においては、両ヘッダタンク(2)(3)は、外側プレート(7)、内側プレート(8)および中間プレート(9)の３種類のプレートが１枚ずつ積層されて形成されているが、これに限定されるものではなく、中間プレート(9)は２枚以上積層されていてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態においては、超臨界冷凍サイクルの超臨界冷媒として、ＣＯ２が使用されているが、これに限定されるものではなく、エチレン、エタン、酸化窒素などが使用可能である。
【００５８】
さらに、上記実施形態においては、扁平チューブ(4)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる管製造用金属板を曲げた折り曲げ体(55)からなるが、これに限定されるものではなく、たとえば外周面にろう材層を有するアルミニウム押出形材からなるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明による熱交換器を適用したガスクーラの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１のガスクーラの後方から前方を見た一部省略垂直断面図である。
【図３】図１のガスクーラの第１ヘッダタンクの部分を示す斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
【図７】図１のガスクーラの第１ヘッダタンクを示す分解斜視図である。
【図８】図１のガスクーラの第２ヘッダタンクを示す分解斜視図である。
【図９】図１のガスクーラの熱交換管を示す横断面図である。
【図１０】図９の部分拡大図である。
【図１１】図９に示す熱交換管の製造方法を示す図である。
【図１２】図１のガスクーラにおける冷媒の流れを示す図である。
【図１３】実験例１の結果を示すグラフである。
【図１４】実験例２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
(1)：ガスクーラ（熱交換器）
(2)(3)：ヘッダタンク
(4)：扁平チューブ
(7)：外側プレート
(8)：内側プレート
(9)：中間プレート
(9a)(9b)(9c)：第２冷媒流通部
(10A)：入口ヘッダ部
(10B)：出口ヘッダ部
(11A)(11B)：外方膨出部
(11a)(11b)：第１冷媒流通部
(18)：管挿入穴
(20)：中間ヘッダ部
(22)：連通穴
(23)：連通部
(24)：外方膨出部
(24a)：第１冷媒流通部
Ｔ：チューブ高さ
Ｌ：扁平チューブの両端から外側プレート内面までの距離
Ｗ：連通穴の幅
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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