(57)【要約】【課題】固定部に取り付けるのに別個に形成された取付部材を必要としない熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１は、外管２、外管２内に間隔をおいて設けられた内管３、および外管２と内管３との間に設けられたフィン４よりなる熱交換部20と、内外両管2,3の両端部に固定されたコネクタ５とを備えている。外管２と内管３との間の間隙が熱交換部20の第１の流体通路６となり、内管３内が熱交換部20の第２の流体通路７となっている。コネクタ５に取付用ブラケット10を一体に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立して形成された２つの流体通路を有する熱交換部と、熱交換部の両端部に固定され、かつ熱交換部の２つの流体通路を配管用パイプに通じさせるコネクタとを備えた熱交換器であって、コネクタに取付用ブラケットが一体に形成されている熱交換器。
【請求項２】
コネクタおよび取付用ブラケットが押出加工により一体に形成されている請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
熱交換部が、外管と、外管内に間隔をおいて設けられた内管と、外管と内管との間に設けられたフィンとを備えており、外管と内管との間の間隙が第１の流体通路となっているとともに内管内が第２の流体通路となっている請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
コンプレッサ、ガスクーラ、エバポレータ、気液分離器、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、中間熱交換器が請求項１〜３のうちのいずれかに記載された熱交換器からなるとともに、コネクタに一体に形成された取付用ブラケットを用いて固定部に固定されている冷凍サイクル。
【請求項５】
中間熱交換器の第１流体通路内をエバポレータから出てきた低圧の冷媒が流れ、同じく第２流体通路内をガスクーラから出てきた高圧の冷媒が流れるようになっている請求項４記載の冷凍サイクル。
【請求項６】
超臨界冷媒が二酸化炭素からなる請求項４または５記載の冷凍サイクル。
【請求項７】
請求項４〜６のうちのいずれかに記載の冷凍サイクルがカーエアコンとして搭載されており、冷凍サイクルの中間熱交換器がコネクタに一体に形成された取付用ブラケットを用いて固定部に固定されている車両。  
【請求項８】
コンプレッサ、室外熱交換器、気液分離器、減圧器、およびコンプレッサにより圧縮された高温高圧の熱媒体とエンジンからヒータコアに送られるエンジン冷却液とを熱交換させる冷却液加熱用熱交換器とを備えており、かつ高圧側において超臨界状態となる超臨界熱媒体を用いる暖房サイクルであって、冷却液加熱用熱交換器が請求項１〜３のうちのいずれかに記載された熱交換器からなるとともに、コネクタに一体に形成された取付用ブラケットを用いて固定部に固定されている暖房サイクル。
【請求項９】
冷却液加熱用熱交換器の第１流体通路内をエンジン冷却液が流れ、同じく第２流体通路内をコンプレッサにより圧縮された高温高圧の熱媒体が流れるようになっている請求項８記載の暖房サイクル。
【請求項１０】
超臨界熱媒体が二酸化炭素からなる請求項８または９記載の暖房サイクル。
【請求項１１】
請求項８〜１０のうちのいずれかに記載の暖房サイクルがカーエアコンとして搭載されており、暖房サイクルの冷却液加熱用熱交換器がコネクタに一体に形成された取付用ブラケットを用いて固定部に固定されているいる車両。
【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、たとえばコンプレッサ、ガスクーラ、エバポレータ、気液分離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気液分離器を通過してきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とを備えており、かつＣＯ２のような超臨界冷媒を用いる超臨界冷凍サイクルにおいて、中間熱交換器として好適に用いら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、「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】
従来、自動車に搭載されるカーエアコンとして、コンプレッサ、コンデンサ、エバポレータ、気液分離器および減圧器からなり、かつフロン系冷媒を使用する冷凍サイクルからなるものが広く使用されている。
【０００４】
ところが、近年においては、環境保護を目的として、ＣＯ２のような超臨界冷媒を用いる超臨界冷凍サイクルをカーエアコンとして自動車に搭載することが考えられている。
【０００５】
超臨界冷凍サイクルは、コンプレッサ、ガスクーラ、エバポレータ、気液分離器としてのアキュムレータ、減圧器としての膨張弁、およびガスクーラから出てきた高温高圧の冷媒とエバポレータから出てアキュムレータを通過してきた低温低圧の冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とを備えたものである。
【０００６】
ところで、超臨界冷凍サイクルにおける中間熱交換器は、従来のフロン系冷媒を使用した冷凍サイクルにはなかった熱交換器であり、自動車のエンジンルーム内に中間熱交換器を効率良く収納することが課題となっており、現在のところエンジンルーム内のガスクーラとエバポレータとの間の部分に配置することが考えられている。
【０００７】
上述した超臨界冷凍サイクルの中間熱交換器に用いられる熱交換器として、真っ直ぐな外管、外管内に間隔をおいて同心状に配置された真っ直ぐな内管、および内管の外周面に周方向に間隔をおき、かつ内管の長さ方向に伸びるように一体に形成されたフィンよりなる熱交換部と、熱交換部の内外両管の両端部に固定されたコネクタとを備えており、熱交換部の外管と内管との間の間隙が第１の流体通路となっているとともに内管内が第２の流体通路となっており、各コネクタに、熱交換部の第１流体通路を外部に通じさせる第１流路、および第１流路に対して独立しかつ熱交換部の第２流体通路を外部に通じさせる第２流路が形成され、すべてのフィンの先端部が外管の内周面に当接しているものが知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
特許文献１記載の中間熱交換器を自動車のエンジンルーム内に取り付けるには、中間熱交換器とは別個に形成された専用の取付部材を用意し、この取付部材を中間熱交換器に取り付けるとともに、取付部材をねじやボルトを用いて固定部に固定する必要がある。しかしながら、ねじやボルトの他に取付部材を必要とするので、部品点数が多くなるとともに取付作業の工数が増えるという問題がある。しかも、中間熱交換器の取付強度が不足するおそれがある。
【特許文献１】国際公開第０３／０８５３４４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の目的は、上記問題を解決し、固定部に取り付けるのに別個に形成された取付部材を必要としない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】
【００１０】
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。
【００１１】
1)互いに独立して形成された２つの流体通路を有する熱交換部と、熱交換部の両端部に固定され、かつ熱交換部の２つの流体通路を配管用パイプに通じさせるコネクタとを備えた熱交換器であって、コネクタに取付用ブラケットが一体に形成されている熱交換器。
【００１２】
2)コネクタおよび取付用ブラケットが押出加工により一体に形成されている上記1)記載の熱交換器。
【００１３】
3)熱交換部が、外管と、外管内に間隔をおいて設けられた内管と、外管と内管との間に設けられたフィンとを備えており、外管と内管との間の間隙が第１の流体通路となっているとともに内管内が第２の流体通路となっている上記1)または2)記載の熱交換器。
【００１４】
4)コンプレッサ、ガスクーラ、エバポレータ、気液分離器、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、中間熱交換器が上記1)〜3)のうちのいずれかに記載された熱交換器からなるとともに、コネクタに一体に形成された取付用ブラケットを用いて固定部に固定されている冷凍サイクル。
【００１５】
5)中間熱交換器の第１流体通路内をエバポレータから出てきた低圧の冷媒が流れ、同じく第２流体通路内をガスクーラから出てきた高圧の冷媒が流れるようになっている上記4)記載の冷凍サイクル。
【００１６】
6)超臨界冷媒が二酸化炭素からなる上記4)または5)記載の冷凍サイクル。
【００１７】
7)上記4)〜6)のうちのいずれかに記載の冷凍サイクルがカーエアコンとして搭載されており、冷凍サイクルの中間熱交換器がコネクタに一体に形成された取付用ブラケットを用いて固定部に固定されている車両。  
8)コンプレッサ、室外熱交換器、気液分離器、減圧器、およびコンプレッサにより圧縮された高温高圧の熱媒体とエンジンからヒータコアに送られるエンジン冷却液とを熱交換させる冷却液加熱用熱交換器とを備えており、かつ高圧側において超臨界状態となる超臨界熱媒体を用いる暖房サイクルであって、冷却液加熱用熱交換器が上記1)〜3)のうちのいずれかに記載された熱交換器からなるとともに、コネクタに一体に形成された取付用ブラケットを用いて固定部に固定されている暖房サイクル。
【００１８】
9)冷却液加熱用熱交換器の第１流体通路内をエンジン冷却液が流れ、同じく第２流体通路内をコンプレッサにより圧縮された高温高圧の熱媒体が流れるようになっている上記8)記載の暖房サイクル。
【００１９】
10)超臨界熱媒体が二酸化炭素からなる上記8)または9)記載の暖房サイクル。
【００２０】
11)上記8)〜10)のうちのいずれかに記載の暖房サイクルがカーエアコンとして搭載されており、暖房サイクルの冷却液加熱用熱交換器がコネクタに一体に形成された取付用ブラケットを用いて固定部に固定されているいる車両。
【発明の効果】
【００２１】
上記1)の熱交換器によれば、この熱交換器を、たとえば自動車のエンジンルーム内に取り付ける場合には、コネクタに一体に形成された取付用ブラケットを、ねじやボルトを用いて固定部に固定するだけでよい。したがって、ねじやボルトの他に熱交換器と別個に形成された取付部材を必要とせず、部品点数が少なくなる。しかも、熱交換器の固定部への取付強度が大きくなる。
【００２２】
上記2)の熱交換器によれば、コネクタおよび取付用ブラケットを、比較的簡単に一体に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
なお、以下の説明において、図２の上下、左右をそれぞれ上下、左右といい、図４の左側を前、右側を後というものとする。また、以下の説明において、「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。
【００２５】
図１はこの発明による熱交換器の全体構成を示し、図２〜図５はその要部の構成を示す。また、図６は図１の熱交換器を中間熱交換器として用いた超臨界冷凍サイクルを示す。
【００２６】
図１〜図５において、熱交換器(1)は、横断面円形の直管状外管(2)と、外管(2)内に間隔をおいて同心状に挿入された横断面円形の直管状内管(3)と、内管(3)の外周面に設けられたフィン(4)と、内外両管(2)(3)の両端部に固定されたコネクタ(5)とを備えており、外管(2)、内管(3)およびフィン(4)により互いに独立した２つの流体通路(6)(7)を有する熱交換部(20)が構成され、外管(2)と内管(3)との間の間隙が熱交換部(20)の第１の流体通路(6)となっているとともに内管(3)内が熱交換部(20)の第２の流体通路(7)となっている。各コネクタ(5)は熱交換部(20)の２つの流体通路(6)(7)を配管用パイプに通じさせる。
【００２７】
外管(2)は、金属、ここではアルミニウム押出形材からなる。内管(3)は、金属、ここではアルミニウム押出形材からなり、その外周面に、複数のフィン(4)が、周方向に間隔をおき、かつ内管(3)の長さ方向に伸びるように一体に形成されている。内管(3)の両端部は外管(2)よりも外方に突出しており、この外方突出部(3a)の全体にわたってフィン(4)が切除され、フィン無し部(8)が設けられている。また、内管(3)の内周面には、全長にわたる複数のインナーフィン(9)が周方向に間隔をおいて一体に形成されている（図３および図４参照）。
【００２８】
コネクタ(5)はブロック状であり、押出形材、ここではアルミニウム押出形材からなる。コネクタ(5)の後面には取付用ブラケット(10)が一体に形成されている。取付用ブラケット(10)は、後方に向かって上方に傾斜した傾斜部(10a)と、傾斜部(10a)の傾斜上端に一体に形成されて垂直上方に伸びる垂直部(10b)とよりなり、垂直部(10b)に複数、ここでは２つの貫通穴(11)が左右方向に間隔をおいて形成されている。
【００２９】
以下、左側のコネクタ(5)について説明する。コネクタ(5)の右端面の下部には、外管(2)の端部を嵌め入れる円形の外管嵌入用凹所(12)が形成されている。そして、外管(2)の端部がコネクタ(5)の外管嵌入用凹所(12)内に嵌め入れられ、外管(2)外周面と、コネクタ(5)の右端面における凹所(12)の開口の周縁部とが接合されている。また、コネクタ(5)の左端面の下部には、円形の凹所(15)が、右端面の凹所(12)と同心状に形成されている。
【００３０】
コネクタ(5)には、一端が右端面の凹所(12)の底面に開口するとともに他端が上面に開口し、かつ第１流体通路(6)に連通した流路(13)が形成されている。また、コネクタ(5)には、一端が流路(13)における凹所(12)底面への開口に連なった横向き部分(13a)の左端面に開口するとともに、他端が左端面の凹所(12)の底面に開口した円筒穴状の貫通穴(14)が、内管(3)と同心状に形成されている。そして、内管(3)のフィン無し部(8)の左側部分が貫通穴(14)内に挿通されており、フィン無し部(8)の左端部はコネクタ(5)の左端面よりも外方に突出している。
【００３１】
内管(3)のフィン無し部(8)におけるコネクタ(5)の左端面よりも突出した部分に被さるようにアルミニウム製ジョイント部材(16)が配置されている。ジョイント部材(16)の右端部は凹所(15)内に嵌っており、ジョイント部材(16)の外周面のと、コネクタ(5)の左端面とが接合されている。ジョイント部材(16)には、左右方向に伸びる貫通穴(17)が内管(3)と同心状に形成されている。そして、内管(3)のフィン無し部(8)の左端部が、ジョイント部材(16)の貫通穴(17)の左右方向の中央部に形成された小径部(17a)内に嵌め入れられており、フィン無し部(8)の外周面がジョイント部材(16)における貫通穴(17)の小径部(17a)とその右側の大径部(17b)との間の段部に接合されている。
【００３２】
コネクタ(5)には、その上面から下方に伸びる有底状のめねじ穴(19)が形成されている。一方のコネクタ(5)のめねじ穴(19)は、第１流体通路(6)内に流体を供給するための配管用パイプをコネクタ(5)に接続するのに利用され、他方のコネクタ(5)のめねじ穴(19)は、第１流体通路(6)内から流体を排出するための配管用パイプをコネクタ(5)に接続するのに利用される。また、ジョイント部材(16)における貫通穴(17)よりも上方の部分には左右方向に伸びる貫通状のめねじ穴(18)が形成されている。一方のコネクタ(5)に接合されたジョイント部材(16)のめねじ穴(18)は、第２流体通路(7)内に流体を供給するための配管用パイプをジョイント部材(16)接続するのに利用され、他方のコネクタ(5)に接合されたジョイント部材(16)のめねじ穴(18)は、第２流体通路(7)内から流体を排出するための配管用パイプをジョイント部材(16)に接続するのに利用される。
【００３３】
右側のコネクタ(5)は左側のコネクタ(5)と左右逆向きの構成であり、左側コネクタ(5)の場合と同様にして外管(2)および内管(3)に固定されている。
【００３４】
図６は、上述した熱交換器(1)を中間熱交換器として用いた超臨界冷凍サイクルを示す。
【００３５】
図６において、超臨界冷凍サイクルは超臨界冷媒としてＣＯ２を用いるものであり、コンプレッサ(21)、ガスクーラ(22)、エバポレータ(23)、気液分離器としてのアキュムレータ(24)、減圧器としての膨張弁(25)、およびガスクーラ(22)から出てきた冷媒とエバポレータ(23)から出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器(1)を備えている。超臨界冷凍サイクルは、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。中間熱交換器(1)は、取付用ブラケット(10)の貫通穴(11)に通されたねじやボルトを利用して、自動車の固定部に取り付けられる。
【００３６】
中間熱交換器(1)の第１流体通路(6)内をエバポレータ(23)から出てアキュムレータ(24)を通過してきた低圧の冷媒が流れるとともに、同じく第２流体通路(7)内をガスクーラ(22)から出てきた高圧の冷媒が流れ、両冷媒が熱交換するようになっている。
【００３７】
図７は、上述した熱交換器(1)を冷却液加熱用熱交換器として使用し、かつ超臨界熱媒体を用いる暖房サイクルを示す。
【００３８】
図７において、暖房サイクルは、超臨界熱媒体としてＣＯ２を用いるものであり、コンプレッサ(50)、コンプレッサ(50)により圧縮されて超臨界状態となっている高温高圧の熱媒体とエンジン(51)からヒータコア(52)に送られるエンジン冷却液とを熱交換させる冷却液加熱用熱交換器(1)、冷却液加熱用熱交換器(1)を通過した熱媒体を減圧する減圧器としての膨張弁(53)、膨張弁(53)で減圧された熱媒体を蒸発させる室外熱交換器(54)、および室外熱交換器(54)からコンプレッサ(50)に送られる熱媒体中の液体を分離する気液分離器としてのアキュムレータ(55)を備えている。暖房サイクルは、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。冷却液加熱用熱交換器(1)は、取付用ブラケット(10)の貫通穴(11)に通されたねじやボルトを利用して、自動車の固定部に取り付けられる。
【００３９】
冷却液加熱用熱交換器(1)の第１流体通路(6)内をエンジン冷却液が流れ、同じく第２流体通路(7)内をコンプレッサ(50)により圧縮された高温高圧の熱媒体が流れるようになっている。
【００４０】
なお、この暖房サイクルにおいて、コンプレッサ(50)、膨張弁(53)およびアキュムレータ(55)として、図６に示す超臨界冷凍サイクルのコンプレッサ(21)、減圧器としての膨張弁(25)および気液分離器としてのアキュムレータ(24)が共用されるとともに、室外熱交換器(54)としてガスクーラ(22)が共用されるように、配管および切り替え弁などが設けられることがある。
【００４１】
上記において、超臨界冷媒および超臨界熱媒体としては、二酸化炭素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、酸化窒素なども使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明による熱交換器の全体構成を示す一部切り欠き正面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図１の熱交換器における左側のコネクタの部分を示す斜視図である。
【図６】図１の熱交換器を中間熱交換器として用いた超臨界冷凍サイクルを示す図である。
【図７】図１の熱交換器を冷却液加熱用熱交換器として用いた暖房サイクルを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
(1)：熱交換器
(2)：外管
(3)：内管
(4)：フィン
(5)：コネクタ
(6)：第１流体通路
(7)：第２流体通路
(10)：取付用ブラケット
(20)：熱交換部
(21)：コンプレッサ
(22)：ガスクーラ
(23)：エバポレータ
(24)：アキュムレータ（気液分離器）
(25)：膨張弁（減圧器）
(50)：コンプレッサ
(51)：エンジン
(52)：ヒータコア
(53)：膨張弁（減圧器）
(54)：室外熱交換器
(55)：アキュムレータ（気液分離器）
【図１】
2007315683.tif 000003
【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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