(57)【要約】      （修正有）【課題】  チューブ幅に対しタンクの内径寸法を小さくするのに適した熱交換器の構造としつつ、更に、冷媒分配性の維持とタンクの小型化、軽量化とを両立することができる熱交換器の寸法数値関係を提供する。【解決手段】  熱交換器は、チューブ幅に対しタンクの内径寸法を小さくしていると共にタンクの通路断面の相当直径をＤｔ、入口部から各チューブの開口端に到達するまでの最長経路の寸法をＬとした場合に、１５≦Ｌ／Ｄｔ≦４２となるように設定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のタンクと、この一対のタンク間に配置される複数のチューブと、これらのチューブ間に介在するフィンとから構成され、前記チューブの長手方向に沿った両側の開口端部位を前記タンクに形成される挿入孔に挿入することで前記一対のタンク同士が連通されると共に、前記タンクの軸方向から見た前記チューブの所定部位の幅が前記タンクの通路断面の相当直径よりも大きい熱交換器において、
前記タンクの通路断面の相当直径をＤｔ、冷媒入口から前記各チューブの開口端に到達するまでの最長経路の寸法をＬとした場合に、１５≦Ｌ／Ｄｔ≦４２としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記タンク内の流路面積をＳとした場合に、２０ｍｍ2 ≦Ｓ≦５０ｍｍ2 としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記タンク内の流路面積をＳ、前記タンクの内周の周長の寸法をＰ、周長の寸法がＰである場合の円の面積をＳｃとした場合に、Ｓ≧Ｓｃ×０．７であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記チューブのうち長手方向の中央部位にあっては、前記タンクの軸方向から見た幅が通風方向から見た幅よりも広く、両側の開口部位にあっては、通風方向から見た幅が前記タンクの軸方向から見た幅よりも広くなるように、前記チューブがねじられた構造をなしていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍サイクル、特に高圧冷媒を用いた冷凍サイクル一部を構成する熱交換器であって、一対のタンクと複数のチューブとを連通して構成されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一対のタンクを複数の扁平状のチューブで連通する構成の熱交換器は、しばしば高圧冷媒を冷却するコンデンサ等として用いられるが、このような熱交換器としては、タンクに形成されたチューブ挿入孔に扁平チューブの端部を挿入してろう付けする接合構造を採択し、かつチューブ挿入孔は扁平チューブの相対的に広い面積側の面が隣接する扁平チューブに向くようにタンクの径方向に沿って延びて開口しているものが公知である（例えば特許文献１及び特許文献２を参照。）。すなわち、タンクの内径寸法は、タンクの軸方向から見たチューブの幅（以下、チューブ幅と略す。）と等しいかそれよりも大きい寸法を有していた。
【０００３】
ところが、上記の様に、タンクの内径寸法を、前記チューブ幅と等しいかそれよりも大きい寸法とした場合には、冷媒としてＣＯ2 冷媒等の高圧冷媒を用いたときに、タンクの強度を高めるために側壁の肉厚を厚くするにあたり、当該タンクの外形寸法を相対的に大きくする必要があるので、熱交換器が不必要に大型化し、重量増となるという不具合が考えられる。
【０００４】
これに対し、特許文献３のように、タンクに対し軸方向に沿って延びる流通部と共に連通部を形成し、この連通部を流通部からチューブ挿入孔部位にかけてチューブ幅と同等になるまで暫時広がる形状とすることで、チューブ幅に対しタンクの流通部の内径寸法が小さくなるようにしたものが考えられている。
【特許文献１】特開平８−１４５５９１号公報
【特許文献２】特開２００１−１３３０７６号公報
【特許文献３】特開２００３−３１４９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３に示すような構造では、例えばチューブから連通部を介して流通部に冷媒が流れる際に、連通路が絞りとなり、且つ、流路部の流路断面積が相対的に狭いので冷媒の流れがほぼ一点に集中して、冷媒が円滑に流通部内に流れず流路抵抗を生じ、これに伴って冷媒分配性が悪化し、熱交換器の効率が悪化することが想定される。
【０００６】
すなわち、チューブ幅に対しタンクの内径寸法が小さいタイプの構造を採択した熱交換器の着想のみでは、タンクの細径化、軽量化が過ぎるなどの構造的な面から、冷媒分配性が悪化し、熱交換器の効率が悪化することも考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、チューブ幅に対しタンクの内径寸法を小さくした熱交換器の構造としつつ、更に、冷媒分配性の維持とタンクの小型化、軽量化とを両立することができる熱交換器の数値関係をも提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱交換器は、一対のタンクと、この一対のタンク間に配置される複数のチューブと、これらのチューブ間に介在するフィンとから構成され、前記チューブの長手方向に沿った両側の開口端部位を前記タンクに形成される挿入孔に挿入することで前記一対のタンク同士が連通されると共に、前記タンクの軸方向から見た前記チューブの所定部位の幅が前記タンクの通路断面の相当直径よりも大きい熱交換器において、前記タンクの通路断面の相当直径をＤｔ、冷媒入口から前記各チューブの開口端に到達するまでの最長経路の寸法をＬとした場合に、１５≦Ｌ／Ｄｔ≦４２としたことを特徴とする（請求項１）。前記タンクの軸方向から見た前記チューブの所定部位とは、前記チューブがねじられた構造をなしている場合には、チューブのうち長手方向の中央部位にあっては、タンクの軸方向から見た幅が通風方向から見た幅よりも広い部位で、両側の開口部位にあっては、通風方向から見た幅がタンクの軸方向から見た幅よりも広い部位である。
【０００９】
そして、この発明に係る熱交換器は、前記タンク内の流路面積をＳとした場合に、２０ｍｍ2 ≦Ｓ≦５０ｍｍ2 としたことを特徴としている（請求項２）。また、この発明に係る熱交換器は、前記タンク内の流路面積をＳ、前記タンクの内周の周長の寸法をＰ、周長の寸法がＰである場合の円の面積をＳｃとした場合に、Ｓ≧Ｓｃ×０．７であることを特徴としている（請求項３）。更にまた、前記チューブのうち長手方向の中央部位にあっては、前記タンクの軸方向から見た幅が通風方向から見た幅よりも広く、両側の開口部位にあっては、通風方向から見た幅が前記タンクの軸方向から見た幅よりも広くなるように、前記チューブがねじられた構造をなしている（請求項４）。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、チューブ幅に対しタンクの内径寸法を小さくした熱交換器に対し、優れた冷媒分配性とタンクの外形寸法の小型化、軽量化との両立を図るための数値関係を提供することができる。
【００１１】
特に、請求項２、３に記載の発明によれば、タンクに対し圧損率及び耐圧性について許容することができる流路面積を備えたタンクを提供することができる。
【００１２】
特に、請求項４に記載の発明によれば、タンクに形成されるチューブ挿入孔も、当該タンクの径方向に沿った幅よりも軸方向に沿った幅の方が広い開口形状とすることが可能であるので、チューブの中央側部位のタンク軸方向側から見た幅は、タンクの径方向に沿った内幅よりも大きくすることが可能となる。しかるに、ＣＯ2 冷媒などの高圧冷媒を用いるにあたって、タンクに対して、その外形状を大きくせずに側面の肉厚を相対的に厚くするために流入室・流出室の内幅を小さく細径化するにあたり、このような目的を達成することのできるタンクの寸法設定を採っても、チューブの中央側部位のタンク軸方向側から見た幅は、その影響を受けることがない。よって、チューブは、冷媒の冷媒通路内の通過において通路抵抗（圧損率）の小さい寸法を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施形態を図面により説明する。
【００１４】
図１から図４に示される熱交換器１は、例えば車両用空調装置の冷凍サイクルであってＣＯ2 冷媒などの高圧冷媒を用いたものの一部を構成するコンデンサとして用いられるものである。この熱交換器１は、一対のタンク２、３と、この一対のタンク２、３を連通する複数のチューブ４と、このチューブ４間に挿入接合されたコルゲート状のフィン５とを有して構成されている。そして、この熱交換器１は、通常のものにあっては、タンク２、３が図１（ｂ）に示されるように上下に延びるように配置され、紙面に対して垂直に流れる空気がフィン５を通過するようになっている。
【００１５】
このうち、タンク２、３は、ろう材をクラッドしたアルミ材を筒状に押出成形してヘッダ本体２ａ、３ａを形成し、このヘッダ本体２ａ、３ａの両端開口部を蓋体６によって閉塞して成るもので、チューブ４を挿入するチューブ挿入孔７がその長手方向に沿って多数形成されている。なお、各チューブ挿入孔７の形状は後述する。また、タンク２、３のヘッダ本体２ａ、３ａの肉厚は、ＣＯ2 冷媒などの高圧冷媒を用いるので、通常のものの肉厚よりも相対的に厚くなっている。更に、タンク２、３は、この実施形態では、一方のタンク２に冷媒の熱交換媒体が流入する入口部８が、他方のタンク３に冷媒を流出する出口部９がそれぞれ形成されている。
【００１６】
尚、図示しないが、積層されたチューブ４とフィン５とによって構成される熱交換器１の積層方向の両端において、タンク２、３間に固定されることで配置されるエンドプレートを有しても良い。
【００１７】
従って、入口部８から流入された冷媒は、この実施形態では、タンク２内の最上流側に入り、このタンク２内をその軸方向に沿って流れつつ当該タンク２内からチューブ４を通ってタンク３内に移動し、このタンク３内をその軸方向に沿って流れてその最下流側に至り、そこから出口部９を介して流出される。したがって、コンデンサとして用いられるこの熱交換器に流入される冷媒は、冷凍サイクルの圧縮機で圧縮されて相対的に高温高圧冷媒であり、チューブ４を通過する際にフィン５を通過する空気と熱交換することによって熱を放出し、相対的に低温低圧の冷媒となる。
【００１８】
これに対し、チューブ４は、ＣＯ2 冷媒などの高圧冷媒を用いるため、基本的形態については押出し成形により形成されるもので、特に図２に示される様に、その内部には一方の開口端から他方の開口端にかけて、例えば断面円状の冷媒通路１０が複数並列して形成されている。このチューブ４は、図３及び図４に示されるように、その中央側部位４ａにおいては、タンクの軸方向側から見た幅Ｔ１が通風方向側から見た幅Ｔ３よりもその寸法を大きくした扁平形状であるのに対し、開口端からその近傍までの部位である開口端部位４ｂにおいては、反対に、通風方向側から見た幅Ｔ４がタンクの軸方向側から見た幅Ｔ２よりもその寸法を大きくした扁平形状となっている。なお、幅Ｔ１とＴ４、幅Ｔ２とＴ３とは略同じ寸法である。このようなチューブ４の幅Ｔ１とＴ３、Ｔ２とＴ４の比率の変化は、例えば、図２に示すように、チューブの中央側部位４ａに対し開口端部位４ｂについて、後加工で約９０度の角度でひねりを加える形成を施すことにより生じているものである。
【００１９】
このような構成により、タンク２、３に形成されるチューブ挿入孔７も、その径方向に沿った幅よりも軸方向に沿った幅の方が広い開口形状とすることが可能であるので、チューブ４の中央側部位４ａの幅Ｔ１及び開口端部位４ｂの幅Ｔ４は、図３、図４に示すように、タンク２、３の通路断面の相当直径Ｄｔよりも大きくすることが可能となる。すなわち、ＣＯ2 冷媒などの高圧冷媒を用いるにあたって、タンク２、３について、外形状を大きくせずに側面の肉厚を相対的に厚くするために流入室・流出室の内幅を小さく細径化する必要があるところ、このようなタンク２、３の寸法設定によってもチューブ４の中央側部位４ａの幅Ｔ１及び開口端部位４ｂの幅Ｔ４は、その影響を受けることがない。よって、チューブ４は、冷媒の冷媒通路１０内の通過において通路抵抗（圧損率）の小さい幅Ｔ１、Ｔ４を確保することができる。
【００２０】
ところで、タンク２、３の設計上の数値であるが、ＣＯ2 冷媒などの高圧冷媒を用いるにあたって、以下のような値にするのが妥当である。
【００２１】
まず、最小チューブ流量を最大チューブ流量で割ったものを冷媒分配率とし、この数式で導き出された値を横軸とし、熱交換器１の性能を縦軸とし、更に熱交換器１の性能がＭＡＸである場合の冷媒分配率を１．０とすることで、図５（ｂ）に示すように、緩やかにやや上弦の円弧を描いて右上がりの特性線図が導き出される。そして、この特性線図によれば、熱交換器１の性能として許容される最低限度を前記ＭＡＸに対し９０％とした場合の冷媒分配率の数値はαとなる。
【００２２】
次に、前述の冷媒分配率を縦軸とし、冷媒入口となる入口部８の端部から各チューブ４の開口部へ到達するまでの寸法をＬとし、タンク断面、すなわち、タンク２、３の通路断面の相当直径を前述の如くＤｔとし、前記ＬをＤｔで割って導き出された値を横軸とする。この場合、図１のように、入口部８がタンク２の軸方向の途中に配置されている場合に、入口部８の開口端から積層方向の最上部側のチューブ４の開口部までの最長経路寸法をＬ１、入口部８の開口端から積層方向の最下部側のチューブ４の開口端部までの寸法をＬ２とした場合に、Ｌ１よりもＬ２の方が数値として大きいときには、このＬ２の数値を上記Ｌの数値として用いる。これにより、図５（ａ）に示すように、途中まで緩やかに右下がりに下降し、途中から相対的に急に右下がりに下降する特性線図が導き出される。そして、この特性線図によれば、冷媒分配率が前述のαである場合のＬ／Ｄｔの数値は、４２となる。これに対し、冷媒分配率が１である場合のＬ／Ｄｔの数値は０から１５であるが、１５未満の範囲は、冷媒分配率が１のまま推移するので特に必要のない範囲であるから、数値１５が導き出される。
【００２３】
以上により、タンク２、３は、冷媒分配性とタンク２、３の外形寸法の小型化、軽量化との両立を図るためには、入口部８の開口端から積層方向の最上部側のチューブ４の開口部までの最長経路寸法Ｌ、及びタンク２、３の流入室・流出室の内幅の相当直径Ｄｔについて、Ｌ／Ｄｔとした場合に、１５以上４２以下の範囲の数値になるよう各々相対的に設定すべきとなる。
【００２４】
また、タンク２、３の形状は必ずしも円（真円）に限定されるものではないが、タンク２、３が円に対して潰れるにつれてその流入路、流出路の流路面積も円の場合よりも暫時減少するので、図６の一点鎖線に示される様に、ＣＯ2 冷媒などの高圧冷媒がタンク２、３内を流れる際の通路抵抗（圧損率）が相対的に高くなる。その一方で、同じく図６の実線に示されるように、タンク２、３が円に対して潰れるにつれてＣＯ2 冷媒などの高圧冷媒に対する耐圧性も低くなる。このため、タンク２、３の円に対しての潰れ度を、円を１とした場合に０．７までとすることが、図６の２つの特性線図との関係で、タンク２、３の耐圧性、圧損率に対する許容性への限度として導き出される。
【００２５】
しかるに、タンク２、３の内周の周長の寸法を所定値Ｐとし、周長の寸法がＰである場合の円の面積をＳｃとし、タンク２、３内の流路面積をＳとした場合に、タンク２、３の流路面積Ｓは、同じ周長の寸法がＰである円である場合の流路面積Ｓｃに０．７を掛けた値と等しいかそれよりも大きいことが好ましく、更に、このＳの値は、２０ｍｍ2 よりも大きく５０ｍｍ2 よりも小さいことが望ましい。
【００２６】
尚、この実施形態では、チューブ４に対しねじり構造とした場合として説明したが必ずしもこれに限定されず、チューブ４の幅Ｔ１（Ｔ４）がタンクの通路断面の相当直径Ｄｔよりも大きいものであれば、上記数値は当てはまるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、この発明に係る熱交換器の概略構成が示されているもので、図１（ａ）は当該熱交換器を上面から見た概略断面図、図１（ｂ）は、当該熱交換器を正面から見た概略断面図である。
【図２】図２は、同上の熱交換器のチューブとタンクとの接続部分を示す要部拡大斜視図である。
【図３】図３は、同上の熱交換器のチューブとタンクとの接続部分に対しタンク軸方向側から見た状態を示す断面図である。
【図４】図４は、同上の熱交換器のチューブとタンクとの接続部分に対し通風方向側方から見た状態を示す断面図である。
【図５】図５は、同上の熱交換器におけるタンクの断面の相当直径の寸法で冷媒入口から前記各チューブの開口部に到達するまでの最長経路の寸法を割った際の数値の所定範囲を示すための特性線図である。
【図６】図６は、同上の熱交換器におけるタンクの円に対する潰れ度を圧損率及び耐圧性への許容値として示すための特性線図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  熱交換器
２  タンク
２ａ  ヘッダ本体
３  タンク
３ａ  ヘッダ本体
４  チューブ
４ａ  中央側部位
４ｂ  開口端部位
５  フィン
６  蓋体
７  チューブ挿入孔
８  入口部
９  出口部
１０  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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