(57)【要約】【課題】  車両用空調装置の蒸発器などに用いられる熱交換器において、ＣＯ２冷媒に耐え得る耐圧性を確保しながら、部品点数を少なくして軽量且つ低コストを実現する。【解決手段】  本発明に係わる発明は、内部に冷媒通路が形成され且つ略Ｕ字形に成形されたチューブ１１及び冷却用のフィン１２を隣接して交互に複数列設したコア部１０と、各チューブ１１の冷媒入口端部と連通する複数の入口用冷媒通路２１、及び各チューブ１１の冷媒出口端部と連通する複数の出口用冷媒通路２２をチューブ１１の列設方向に沿って交互に設けたヘッダタンク２０と、ヘッダタンク２０の入口用冷媒通路２１とのみ連通する入口サブタンク３０と、ヘッダタンクの出口用冷媒通路２２とのみ連通する出口サブタンク４０とを備えることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒通路が形成され且つ略Ｕ字形に成形されたチューブ（１１）及び冷却用のフィン（１２）を隣接して交互に複数列設してなるコア部（１０）と、
前記各チューブ（１１）の冷媒入口端部（１１ａ）と連通する複数の第１冷媒通路（２１）、及び前記各チューブ（１１）の冷媒出口端部と（１１ｂ）連通する複数の第２冷媒通路（２２）を前記チューブ（１１）の列設方向に沿って交互に設けるとともに、前記各第１冷媒通路（２１）及び各第２冷媒通路（２２）と前記各チューブ（１１）とを連通させるチューブ挿入孔（２３）を設けたヘッダタンク（２０）と、
前記ヘッダタンク（２０）に接合され、前記複数の第１冷媒通路（２１）と連通し且つ前記複数の第２冷媒通路（２２）と連通しない第１サブタンク（３０）と、
前記ヘッダタンク（２０）に接合され、前記複数の第２冷媒通路（２２）と連通し且つ前記複数の第１冷媒通路（２１）と連通しない第２サブタンク（４０）とを備えることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置の蒸発器などに用いられる熱交換器に関し、とくにＣＯ２などの高圧流体を冷媒とする熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用空調装置の冷凍サイクルに用いられる冷媒として、環境への影響が少ないＣＯ２などの自然冷媒が注目されている。このようなＣＯ２冷媒は現行冷媒よりも高温高圧で使用されるため、熱交換器においても高い耐圧性が求められている。
【０００３】
こうした高温高圧の冷媒圧力に耐え得る熱交換器の従来技術として、熱交換器のヘッダ間をＵ字形に連続して蛇行させた複数のチューブで並列に連結したサーペンタイン形の熱交換器が提案されている（特許文献１参照）。また、冷媒の流入パイプを複数の入口パイプにより分岐するとともに、冷媒チューブを各入口パイプの入口端を接続した複数のチューブサブユニットとして構成し、且つこれら複数のチューブサブユニットの出口端を接続した複数の出口パイプを流出パイプに集合させて、複数のチューブサブユニットからなる並列な冷媒通路を形成するように構成した熱交換器が提案されている（特許文献２参照）。さらに、上下のヘッダ間をＳ字形のチューブで接続したコアユニットを複数隣接配置し、各コアユニットの上側ヘッダを分配管に接続するとともに、各コアユニットの下側ヘッダを集合管に接続し、分配管の入口部をコアユニットの並び方向の一側に、また集合管の出口部をコアユニットの並び方向の他側にそれぞれ配置した熱交換器が提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２０００−２８２２６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０４４７２公報
【特許文献３】特開２００２−３４９９９８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２０００−２８２２６号公報に示された熱交換器では、多穴管のチューブを複数回蛇行させているために冷媒通路が長くなり、通路抵抗が高くなる。また熱交換器として奥行きがある場合にはヘッダとなるパイプの耐圧を確保するためにチューブを複数に分割する必要があり、部品点数が多くなるという課題があった。
【０００５】
また、特開２０００−３０４４７２公報に示された熱交換器では、耐圧性を確保するためにパイプ径を大きくすることができず、径の小さな１本のパイプに２本のチューブを接合しなければならないため組み付け工数が増え、部品点数も多くなるという課題があった。
【０００６】
また、特開２００２−３４９９９８公報に示された熱交換器では、各コアユニットごとに上下にヘッダー部材を設ける必要があるため、部品点数が多くなるという課題があった。
【０００７】
この発明の目的は、ＣＯ２冷媒に耐え得る耐圧性を確保しながら、部品点数を少なくして軽量且つ低コストな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】
上記目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、内部に冷媒通路が形成され且つ略Ｕ字形に成形されたチューブ及び冷却用のフィンを隣接して交互に複数列設してなるコア部と、前記各チューブの冷媒入口端部と連通する複数の第１冷媒通路、及び前記各チューブの冷媒出口端部と連通する複数の第２冷媒通路を備え、前記第１冷媒通路及び前記第２冷媒通路を前記チューブの列設方向に沿って交互に設けるとともに、前記各第１冷媒通路及び各第２冷媒通路と前記各チューブとを連通させるチューブ挿入孔を設けたヘッダタンクと、前記ヘッダタンクに接合され、前記複数の第１冷媒通路と連通し且つ前記複数の第２冷媒通路と連通しない第１サブタンクと、前記ヘッダタンクに接合され、前記複数の第２冷媒通路と連通し且つ前記複数の第１冷媒通路と連通しない第２サブタンクとを備えることを特徴とする熱交換器である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、チューブの形状を略Ｕ字形としているため、複数回蛇行させたチューブに比べて１本あたりの冷媒通路が短くなり、通路抵抗を低くすることができる。
【００１０】
また、パイプ材からなるヘッダタンクのようにヘッダタンクの耐圧性を確保するためにチューブを複数に分割する必要がないので、部品点数を少なくすることができる。
【００１１】
また、ヘッダタンクが１つ（入口出口共用）となり、更に各チューブごとに第１冷媒通路、第２冷媒通路を形成しているため、冷媒通路の径を小さくすることができる。したがって、ヘッダタンク自体の厚みを薄くすることができるので、軽量化を図ることができる。また、ヘッダタンクに複数のチューブを接合するようにしたので、チューブに冷媒を分配するために複数のパイプを接続する構成に比べて組み付け工数を少なくすることができ、また部品点数を少なくすることもできる。
【００１２】
さらには、１つのヘッダタンクですべてのチューブと接続させることができるため、各チューブごとにヘッダタンクを設けた構成と比べて部品点数を少なくすることができる。
【００１３】
したがって、本発明に係わる熱交換器によれば、ＣＯ２冷媒に耐え得る耐圧性を確保しながらも、部品点数を少なくすることができるため、軽量化と低コストを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係わる熱交換器の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
［実施形態１］
図１は実施形態１に係わる熱交換器１の構成図、図２は熱交換器から入口サブタンクを除いた構成図である。
【００１６】
本実施形態の熱交換器１は、図１に示すように、内部に冷媒を流通させて通過空気との間で熱交換を行うコア部１０と、コア部１０に冷媒を供給し、またコア部１０で熱交換した冷媒を吐出するヘッダタンク２０と、ヘッダタンク２０に冷媒を供給する入口サブタンク３０と、ヘッダタンク２０から吐出された冷媒を外部に排出する出口サブタンク４０とを備えている。
【００１７】
コア部１０は、内部に複数の冷媒流路が形成されたチューブ１１と、冷却用のフィン１２とが隣接するように交互に複数列設したものである。チューブ１１は、多穴管の扁平チューブであり、略Ｕ字形に成形されている。各チューブ１１では、一方の端から冷媒が流入し、内部に形成された複数の冷媒流路を流れ、他方の端から吐出される。このように、チューブ１１の一端は冷媒入口端部となり、他端は冷媒出口端部となる。また、列設方向の最外側となるフィン１２の更に外側には補強部材としてサイドプレート１３が取り付けられている。これら各部は炉中でのロウ付けにより一体に接合されている。
【００１８】
ヘッダタンク２０は、板厚の厚い金属部材により構成され、図２に示すように、断面略円形の入口用冷媒通路２１と、出口用冷媒通路２２とがそれぞれ複数形成されると共に、これら各冷媒通路とコア部１０との接合面側とを連通するチューブ挿入孔（図示せず）が形成されている。
【００１９】
ここで、ヘッダタンク２０内における各冷媒通路の配置について説明する。図３は、ヘッダタンク２０とコア部１０との接続部分の構成を示す部分側面図である。図３に示すように、ヘッダタンク２０の下段には、幅方向に貫通する複数の入口用冷媒通路２１がチューブ１１の列設方向に沿って一列に形成されている。また上段には、同じく幅方向に貫通する複数の出口用冷媒通路２２がチューブ１１の列設方向に沿って一列に形成されている。これら入口用冷媒通路２１、出口用冷媒通路２２は、チューブ１１の列設方向に沿って一つおきに交互に且つ上下に分かれて並ぶように形成されている。また、ヘッダタンク２０の底部には、チューブ１１を挿入する複数のチューブ挿入孔２３が形成されている。これら各チューブ挿入孔２３は、入口用冷媒通路２１、出口用冷媒通路２２と連通している。
【００２０】
ヘッダタンク２０に形成されたチューブ挿入孔２３には、コア部１０の各チューブ１１の端部が挿入されている。図３に示すように、チューブ１１の冷媒入口端部１１ａは入口用冷媒通路２１とつながるチューブ挿入孔２３に挿入され、入口用冷媒通路２１と連通している。またチューブ１１の冷媒出口端部１１ｂは出口用冷媒通路２２とつながるチューブ挿入孔２３に挿入され、出口用冷媒通路２２と連通している。これにより、下段の入口用冷媒通路２１から供給された冷媒は、チューブ１１の冷媒入口端部１１ａから流入してチューブ内を流れ、同じチューブ１１の冷媒出口端部１１ｂから吐出して上段の出口用冷媒通路２２から吐出されることになる。
【００２１】
次に、入口サブタンク３０、出口サブタンク４０の構成を図４、図５により説明する。ただし各図においてコア部１０の図示を省略する。
【００２２】
図４は、入口サブタンク３０の構成を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図に相当する。入口サブタンク３０は、板厚の厚い金属部材により構成され、内部には長手方向に沿って入口側冷媒通路３２が形成されている。この入口側冷媒通路３２の側壁面には、入口用冷媒通路２１と連通する入口連通孔３１が複数形成されている。この入口連通孔３１の孔径、配置間隔は、ヘッダタンク２０の入口用冷媒通路２１の孔径、配置間隔と同一となるように設定されている。なお、入口側冷媒通路３２の側壁面には出口用冷媒通路２２と連通する孔は形成されていない。
【００２３】
図５は、出口サブタンク４０の構成を示す断面図であり、図１のＢ−Ｂ線断面図に相当する。出口サブタンク４０は、板厚の厚い金属部材により構成され、内部には長手方向に沿って出口側冷媒通路４２が形成されている。この出口側冷媒通路４２の側壁面には、出口用冷媒通路２２と連通する出口連通孔４１が複数形成されている。この出口連通孔４１の孔径、配置間隔は、ヘッダタンク２０の出口用冷媒通路２２の孔径、配置間隔と同一となるように設定されている。なお、出口側冷媒通路４２の側壁面には入口用冷媒通路２１と連通する孔は形成されていない。
【００２４】
上記各サブタンクはヘッダタンク２０のどちらの側に配置してもよいが、熱交換効率を高めるためには、入口サブタンク３０はコア部１０を通過する空気の流れ方向に対して風下側に配置し、出口サブタンク４０は風上側に配置することが望ましい。
【００２５】
上述したコア部１０、ヘッダタンク２０、入口サブタンク３０、及び出口サブタンク４０は一体のユニットとして組み付けられ、仮止め等が施された後、炉中でのロウ付けにより一体に接合される。
【００２６】
次に、上記のように構成された熱交換器１における冷媒の流れについて説明する。
【００２７】
図１に示すように、冷媒は入口サブタンク３０から供給される（ＩＮ）。入口サブタンク３０内に供給された冷媒は各入口連通孔３１（図４）に分配され、ヘッダタンク２０の各入口用冷媒通路２１へ流入する。ここで、入口用冷媒通路２１の反対側の開口端は出口サブタンク４０の側壁により塞がれているため、入口用冷媒通路２１へ流入した冷媒は各チューブ１１の冷媒入口端部１１ａへ流入する。そして、チューブ内の図示しない冷媒流路を流通し、同じチューブ１１の冷媒出口端部１１ｂから上段の出口用冷媒通路２２に吐出される。ここで、出口用冷媒通路２２の反対側の開口端は入口サブタンク３０の側壁により塞がれているため、出口用冷媒通路２２へ流入した冷媒は各出口連通孔４１（図５）を通って出口サブタンク４０に流れ込み、この出口サブタンク４０内で集合して外部に排出される（ＯＵＴ）。このように、外部から供給された冷媒は各チューブ１１に分配され、それぞれのチューブを流通する間にコア部１０を通過する図示しない空気との間で熱交換を行い、再び集められて外部に排出される。
【００２８】
本実施形態に係わる熱交換器１では、チューブ１１の形状を略Ｕ字形としているため、複数回蛇行させたチューブに比べて１本あたりの冷媒通路が短くなり、通路抵抗を低くすることができる。
【００２９】
また、ヘッダタンクや各サブタンクは板厚の厚い金属部材により構成されているため、ヘッダタンクをパイプ等で構成した場合に比べて高い耐圧性を確保することができる。したがって、熱交換器として奥行きのある設計とした場合でも、ヘッダタンクの耐圧性を確保するためにチューブを複数に分割する必要がなく、部品点数を少なくすることができる。
【００３０】
また、ヘッダタンク２０が１つ（入口出口共用）となり、更に各チューブごとに入口用冷媒通路２１、出口用冷媒通路２２を形成しているため、冷媒通路の径を小さくすることができる。したがって、ヘッダタンク自体の厚みを薄くすることができるので、軽量化を図ることができる。また、ヘッダタンク２０に複数のチューブ１１を接合するようにしたので、チューブに冷媒を分配するために複数のパイプを接続する構成に比べて組み付け工数を少なくすることができ、また部品点数を少なくすることもできる。
【００３１】
さらには、１つのヘッダタンク２０ですべてのチューブ１１と接続させることができるため、各チューブごとにヘッダタンクを設けた構成と比べて部品点数を少なくすることができる。
【００３２】
したがって、本実施形態に係わる熱交換器１によれば、ＣＯ２冷媒に耐え得る耐圧性を確保しながらも、部品点数を少なくすることができるため、軽量化と低コストを実現することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、図２に示すように、入口用冷媒通路２１及び出口用冷媒通路２２をチューブ１１の列設方向に沿って一つおきに交互に且つ上下に分かれて並ぶように配置しているため、これらの冷媒通路をチューブ１１の列設方向に沿って交互に一列に配置した場合に比べて入口側冷媒と出口側冷媒との間で熱が伝わりにくくなり、熱交換効率を向上させることができる。
【００３４】
さらに、入口サブタンク３０、出口サブタンク４０により、ヘッダタンク２０の下方における隙間（タンク下面とフィンとの間の空間）を覆うことができるため、上記隙間に熱交換に寄与しないバイパス風が通るのを防ぐことができる。加えて、バイパス風を防ぐために隙間に設けるパッキン等が不要となるため、部品点数を少なくすることができる。
【００３５】
［実施形態２］
図６は実施形態２に係わる熱交換器２の構成図であり、実施形態１と同等部分を同一符号で示している。以下、実施形態１と異なる構成、作用効果について説明し、共通する構成、作用効果については適宜に説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の熱交換器２は、図６に示すように、内部に冷媒を流通させて通過空気との間で熱交換を行うコア部１０と、コア部１０に冷媒を供給し、またコア部１０で熱交換した冷媒を吐出するヘッダタンク５０と、ヘッダタンク５０に冷媒を供給するとともに、ヘッダタンク５０から吐出された冷媒を外部に排出する共用サブタンク６０とを備えている。
【００３７】
ヘッダタンク５０は、板厚の厚い金属部材により構成され、実施形態１と同様に、断面略円形の入口用冷媒通路２１と、出口用冷媒通路２２とがそれぞれ複数形成されると共に、各冷媒通路とコア部１０との接合面側とを連通するチューブ挿入孔２３が形成されている。ただし、各冷媒通路はヘッダタンク５０の幅方向を貫通しておらず、共用サブタンク６０と接続する側は開口し、反対側には壁部が残されている。
【００３８】
図７は、共用サブタンク６０の構成を示す断面図であり、図６のＣ−Ｃ線断面図に相当する。共用サブタンク６０は板厚の厚い金属部材からなり、内部には入口側冷媒通路６１、出口側冷媒通路６２が形成されている。これら通路は中間壁６３により連通しない空間として仕切られている。本実施形態では、中間壁６３の下段が入口側冷媒通路６１、上段が出口側冷媒通路６２となっている。
【００３９】
入口側冷媒通路６１の側壁面には、ヘッダタンク２０の入口用冷媒通路２１と連通する入口連通孔３１が複数形成されている。この入口連通孔３１の孔径、配置間隔は、ヘッダタンク２０の入口用冷媒通路２１の孔径、配置間隔と同一となるように設定されている。
【００４０】
出口側冷媒通路６２の側壁面には、ヘッダタンク２０の出口用冷媒通路２２と連通する出口連通孔４１が複数形成されている。この出口連通孔４１の孔径、配置間隔は、ヘッダタンク２０の出口用冷媒通路２２の孔径、配置間隔と同一となるように設定されている。
【００４１】
次に、上記のように構成された熱交換器２における冷媒の流れについて説明する。
【００４２】
図６に示すように、冷媒は共用サブタンク６０の下段側から供給される（ＩＮ）。共用サブタンク６０内に供給された冷媒は入口側冷媒通路６１（図７）から入口連通孔３１に分配され、ヘッダタンク２０の各入口用冷媒通路２１へ流入する。そして、入口用冷媒通路２１へ流入した冷媒は各チューブ１１の冷媒入口端部１１ａへ流入し、チューブ内の図示しない冷媒流路を流通した後、同じチューブ１１の冷媒出口端部１１ｂから上段の出口用冷媒通路２２に吐出される。出口用冷媒通路２２へ流入した冷媒は各出口連通孔４１（図７）を通って共用サブタンク６０の出口サブタンク部６３に流れ込み、この出口サブタンク部６３内で集合して外部に排出される（ＯＵＴ）。
【００４３】
本実施形態に係わる熱交換器２では、ヘッダタンク２０への冷媒の入口／出口が片側のみとなり、サブタンクを一つにすることができるため、熱交換器をより軽量化することができると共に、更なる低コスト化を実現することができる。
【００４４】
上記各実施形態におけるヘッダタンク、サブタンクは、耐圧性を確保するために押し出し材により製作することが望ましいが、プレス材により製作されたものであってもよい。
【００４５】
［実施形態３］
図８、図９は実施形態３に係わる各サブタンクの構成を示す断面図である。本実施形態における熱交換器の基本構成は実施形態１と同じであり、実施形態１と同等部分を同一符号で示している。以下、実施形態１と異なる構成、作用効果について説明し、共通する構成、作用効果については適宜に説明を省略する。
【００４６】
本実施形態におけるヘッダタンクは図示していないが、入口用冷媒通路２１と出口用冷媒通路２２とが長手方向に沿って直線状に並べられている。
【００４７】
図８は、入口サブタンク７０の構成を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図に相当する。入口サブタンク７０は、板厚の厚い金属部材により構成され、内部には長手方向に沿って波形形状の入口側冷媒通路７１が形成されている。この入口側冷媒通路７１の側壁面には、入口用冷媒通路２１と連通する入口連通孔３１が複数形成されている。この入口連通孔３１の孔径、配置間隔は、ヘッダタンクの入口用冷媒通路２１の孔径、配置間隔と同一となるように設定されている。なお、入口側冷媒通路７１の側壁面には出口用冷媒通路２２と連通する孔は形成されていない。
【００４８】
図９は、出口サブタンク８０の構成を示す断面図であり、図１のＢ−Ｂ線断面図に相当する。出口サブタンク８０は、板厚の厚い金属部材により構成され、内部には長手方向に沿って波形形状の出口側冷媒通路８１が形成されている。この出口側冷媒通路８１の側壁面には、出口用冷媒通路２２と連通する出口連通孔４１が複数形成されている。この出口連通孔４１の孔径、配置間隔は、ヘッダタンクの出口用冷媒通路２２の孔径、配置間隔と同一となるように設定されている。なお、出口側冷媒通路８１の側壁面には入口用冷媒通路２１と連通する孔は形成されていない。
【００４９】
このような構成とすることにより、入口連通孔３１と出口連通孔４１とが直線状に並べられ、ヘッダタンク及び各サブタンクを他の実施形態に比べて薄くすることができる。よって、同一の外径寸法において、熱交換面積を大きくすることができるとともに、軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態１に係わる熱交換器の構成図。
【図２】図１の熱交換器から入口サブタンクを除いた構成図。
【図３】実施形態１においてヘッダタンクとコア部との接続部分の構成を示す部分側面図。
【図４】実施形態１における入口サブタンクの構成を示す断面図。
【図５】実施形態１における出口サブタンクの構成を示す断面図。
【図６】実施形態２に係わる熱交換器の構成図。
【図７】実施形態２における共用サブタンクの構成を示す断面図。
【図８】実施形態３における入口サブタンクの構成を示す断面図。
【図９】実施形態３における出口サブタンクの構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１、２…熱交換器
１０…コア部
１１…チューブ
１１ａ…冷媒入口端部
１１ｂ…冷媒出口端部
１２…フィン
１３…サイドプレート
２０、５０…ヘッダタンク
２１…入口用冷媒通路
２２…出口用冷媒通路
２３…チューブ挿入孔
３０、７０…入口サブタンク
３１…入口連通孔
３２、６１、７１…入口側冷媒通路
４０、８０…出口サブタンク
４１…出口連通孔
４２、６２、８１…出口側冷媒通路
６０…共用サブタンク
６３…中間壁
【図１】
2007263453.tif 000003
【図２】
2007263453.tif 000004
【図３】
2007263453.tif 000005
【図４】
2007263453.tif 000006
【図５】
2007263453.tif 000007
【図６】
2007263453.tif 000008
【図７】
2007263453.tif 000009
【図８】
2007263453.tif 000010
【図９】
2007263453.tif 000011