(57)【要約】  【課題】ガス冷媒が相変化を伴わずに外部空気と熱交換するように構成された熱交換器において、パスを３以上にして冷媒の流速向上を図りながら、冷媒の圧力損失の増大を抑制して冷媒を流れやすくし、熱交換器のトータルとしての性能を向上させる。  【解決手段】複数のチューブ２及びフィン３でコア４を構成し、チューブ２の両端部にヘッダタンク５を配設する。ヘッダタンク５に仕切部材１０を設けてチューブ２を複数の組に分け、熱交換器に第１〜第３パスを構成する。仕切部材１０には、この仕切部材１０で仕切った２つの空間Ｒ１、Ｒ２を連通させる連通孔１０ａを形成する。この連通路１０ａにより、冷媒の流れ方向最上流に位置する第１パスよりも下流側の第２パスに流入する前の冷媒の一部を、第２パスよりも冷媒の流れ方向下流側にバイパスさせる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数のパスを備え、該パスの外部を流れる空気よりも高温状態のガス冷媒を該パスに流通させ、冷媒が該パスの内部で相変化を伴わずに空気と熱交換するように構成された熱交換器であって、
上記パスの数が３以上に設定され、
冷媒の流れ方向最上流に位置する最上流パスよりも下流側に位置するパスに流入する前の冷媒の一部を、該パスよりも冷媒の流れ方向下流側にバイパスさせるバイパス手段を備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
パスの数が５以上に設定されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、
バイパス手段は、冷媒の流れ方向最下流に位置する最下流パスに隣接する中間パスを流れる前の冷媒の一部をバイパスさせるように構成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の熱交換器において、
最上流パスよりも下流側のパスを流れる前の冷媒をバイパスさせる第１バイパス手段と、上記下流側のパスよりもさらに冷媒の流れ方向下流側に位置するパスを流れる前の冷媒をバイパスさせる第２バイパス手段とを備え、
上記第２バイパス手段により形成されたバイパス通路断面積は、上記第１バイパス手段により形成されたバイパス通路断面積よりも広く設定されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の熱交換器において、
バイパス手段により形成されたバイパス通路断面積が１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の熱交換器において、
パスは、最上流パスが最も上に位置した状態で上下方向に並んでいることを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の熱交換器において、
パスの流路断面積は、冷媒の流れ方向下流側に位置するものほど狭くなるように設定されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の熱交換器において、
複数のチューブが空気の流れ方向と交差する方向に並設され、チューブの両端部にタンクがそれぞれ設けられ、
上記タンクの内部空間には該内部空間を仕切る仕切部材が設けられ、該仕切部材によりチューブを複数組に分けることでパスが構成され、
バイパス手段は、上記仕切部材で仕切った内部空間を連通させるように該仕切部材に形成された連通孔であることを特徴とする熱交換器。
【請求項９】
請求項８に記載の熱交換器において、
仕切部材は複数設けられ、
連通孔のある仕切部材と、連通孔のない仕切部材との外形形状が互いに異なっていることを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の熱交換器において、
連通孔のある仕切部材は、ろう材が設けられていない部材で構成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか１つに記載の熱交換器において、
タンクは、チューブの並設方向に延びる第１及び第２タンク構成部材を組み合わせて構成され、
第１タンク構成部材のタンク内側には、チューブの並設方向に延びる中間材が設けられ、
バイパス手段は、仕切部材により仕切られたタンクの内部空間を連通させるように上記中間材に設けられた連通路形成部であることを特徴とする熱交換器。
【請求項１２】
請求項８から１０のいずれか１つに記載の熱交換器において、
タンクは、チューブの並設方向に延びる第１及び第２タンク構成部材を組み合わせて構成され、
バイパス手段は、仕切部材により仕切られたタンクの内部空間を連通させるように上記第２タンク構成部材に設けられた連通路形成部であ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、例えば、空調装置等に用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、特許文献１に開示されているように、複数の扁平状チューブと、該チューブの両端部にそれぞれ設けられた一対のヘッダタンクとを備えた熱交換器が知られている。この熱交換器は、二酸化炭素が冷媒として充填された超臨界冷凍回路においてガスクーラとして使用されるものである。ヘッダタンクには、内部空間を仕切る仕切部材が配設されている。ヘッダタンクの内部空間を仕切ることにより、チューブが複数組に分けられて冷媒の流れを形成するように直列に接続された複数のパスが構成される。このように熱交換器に複数のパスを形成することで、各パスの流路断面積を、パスが１つしかない熱交換器に比べて狭くすることができる。これにより、熱交換器の内部を流通する冷媒の流速を向上させることが可能になり、単位時間当たりの熱交換量を多くすることができる。
【特許文献１】特開２００１−２２１５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のような超臨界冷凍回路の熱交換器では、内部には超臨界状態のガス冷媒が流れており、この冷媒は相変化を伴わずに外部空気と熱交換するため、例えば従来より一般的に用いられているＨＦＣ−１３４ａのように相変化して凝縮する冷媒に比べて、体積の減少量が大幅に少ない。従って、この熱交換器では、体積があまり減少しないままの冷媒がパスを流れていくことになるので、熱交換器の大きさによっては、パスを例えば３以上に増やすと、各パスの流路断面積が冷媒の量に対して狭くなり過ぎるとともに、冷媒が熱交換器内でターンする回数が増えることになり、冷媒の圧力損失が大きく増加してしまうことが考えられる。こうなると、熱交換器内で冷媒が流れにくくなってしまい、熱交換器のトータルとしての性能が低下してしまう。
【０００４】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガス冷媒が相変化を伴わずに外部空気と熱交換するように構成された熱交換器において、パスを３以上にして冷媒の流速向上を図りながら、冷媒の圧力損失の増大を抑制して冷媒を流れやすくし、熱交換器のトータルとしての性能を向上させることにある。
【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、本発明では、最上流パスよりも下流側に位置するパスに流入する前の冷媒の一部を熱交換器の下流側にバイパスさせるようにした。
【０００６】
具体的には、請求項１の発明では、直列に接続された複数のパスを備え、該パスの外部を流れる空気よりも高温状態のガス冷媒を該パスに流通させ、冷媒が該パスの内部で相変化を伴わずに空気と熱交換するように構成された熱交換器であって、上記パスの数が３以上に設定され、冷媒の流れ方向最上流に位置する最上流パスよりも下流側に位置するパスに流入する前の冷媒の一部を、該パスよりも冷媒の流れ方向下流側にバイパスさせるバイパス手段を備えている構成とする。
【０００７】
この構成によれば、パスの数が３以上であるため、熱交換器内の冷媒の流速が十分に高まる。この熱交換器内の冷媒のうち、最上流パスを流れる冷媒は、熱交換器に流入してきたばかりなので、外部空気との温度差が大きく、外部空気と効果的に熱交換されて温度が低下する。この最上流パスを流れて冷却された冷媒は相変化しないため、体積があまり減少しないまま、下流側のパスに流入する。この下流側のパスに流入する前の冷媒の一部はバイパス手段によって熱交換器の下流側にバイパスされるので、下流側のパスに流入する冷媒の量は減少する。このため、パスの数を３以上にしても下流側のパスの流路断面積が冷媒の量に対して狭くなり過ぎることはなく、しかも、下流側のパスをバイパスした冷媒は熱交換器内でのターン回数が減ることになり、よって、全体として見たときに冷媒の圧力損失の増大が抑制される。
【０００８】
尚、最上流パスよりも下流側に位置するパスとは、最上流パスに隣接して設けられたパスを含むとともに、最上流パスとの間に別のパスを挟んだ状態で設けられたパスも含むものである。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、パスの数が５以上に設定されている構成とする。
【００１０】
この構成によれば、熱交換器の内部を流れる冷媒の流速をより一層高めた場合に、冷媒の圧力損失の増大が抑制される。
【００１１】
請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、バイパス手段は、冷媒の流れ方向最下流に位置する最下流パスに隣接する中間パスを流れる前の冷媒の一部をバイパスさせるように構成されているものとする。
【００１２】
この構成によれば、最下流パスに隣接する中間パスを流れる冷媒は、該中間パスよりも上流側のパスを流れる間に外部空気と熱交換して温度が低下しており、外部空気との温度差が小さくなっている。このため、中間パスにおける熱交換効率は、上流側のパスに比べて悪い。この熱交換効率が比較的悪い中間パスを流れる前の冷媒が、該中間パスをバイパスして下流側へ流れる。
【００１３】
請求項４の発明では、請求項１から３のいずれか１つの発明において、最上流パスよりも下流側のパスを流れる前の冷媒をバイパスさせる第１バイパス手段と、上記下流側のパスよりもさらに冷媒の流れ方向下流側に位置するパスを流れる前の冷媒をバイパスさせる第２バイパス手段とを備え、上記第２バイパス手段により形成されたバイパス通路断面積は、上記第１バイパス手段により形成されたバイパス通路断面積よりも広く設定されている構成とする。
【００１４】
この構成によれば、第１及び第２バイパス手段により冷媒が複数回バイパスされる。第２バイパス手段により、熱交換効率が比較的悪いパスを流れる前の冷媒のバイパス量を多くすることが可能になる。
【００１５】
請求項５の発明では、請求項１から４のいずれか１つの発明において、バイパス手段により形成されたバイパス通路断面積が１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている構成とする。
【００１６】
すなわち、バイパス通路断面積を１ｍｍよりも狭くすると、冷媒のバイパス量が少なすぎてバイパス手段の効果が得られなくなる。一方、バイパス通路断面積を３ｍｍよりも広くすると、冷媒のバイパス量が多くなりすぎて下流側のパスを流れる冷媒の量が少なくなり、外部空気との熱交換量が不足してしまう。
【００１７】
請求項６の発明では、請求項１から５のいずれか１つの発明において、パスは、最上流パスが最も上に位置した状態で上下方向に並んでいる構成とする。
【００１８】
この構成によれば、冷媒が熱交換器の内部を上から下へ流れていく。このとき、バイパス手段による冷媒の流れ方向は自重による下方への流れ方向となり、熱交換器の内部の冷媒の流れに対応するようになる。
【００１９】
請求項７の発明では、請求項１から６のいずれか１つの発明において、パスの流路断面積は、冷媒の流れ方向下流側に位置するものほど狭くなるように設定されている構成とする。
【００２０】
この構成によれば、下流側に位置するパスほど流れる冷媒の温度は低くなっているので、その分、体積が減少しており、これに対応するようにパスの流路断面積を設定することが可能になる。
【００２１】
請求項８の発明では、請求項１から７のいずれか１つの発明において、複数のチューブが空気の流れ方向と交差する方向に並設され、チューブの両端部にタンクがそれぞれ設けられ、上記タンクの内部空間には該内部空間を仕切る仕切部材が設けられ、該仕切部材によりチューブを複数組に分けることでパスが構成され、バイパス手段は、上記仕切部材で仕切った内部空間を連通させるように該仕切部材に形成された連通孔である構成とする。
【００２２】
この構成によれば、タンクに設ける仕切部材の位置や数により、パスの数や各パスの流路断面積を容易に変更可能となる。そして、仕切部材に連通孔を設けるというシンプルかつ製造の容易な構造でバイパス手段を構成することが可能になる。
【００２３】
請求項９の発明では、請求項８の発明において、仕切部材は複数設けられ、連通孔のある仕切部材と、連通孔のない仕切部材との外形形状が互いに異なっている構成とする。
【００２４】
この構成によれば、連通孔のある仕切部材と、連通孔のない仕切部材とをタンクに設ける場合に、組付作業者が、例えば、本来は連通孔のある仕切部材を組み付ける部位に、連通孔のない仕切部材を誤って組み付けてしまうのを防止することが可能になる。
【００２５】
請求項１０の発明によれば、請求項８または９の発明において、連通孔のある仕切部材は、ろう材が設けられていない部材で構成されているものとする。
【００２６】
この構成によれば、ろう付け時に流れたろう材が連通孔に入り込むことによって起こる閉塞を回避することが可能になる。
【００２７】
請求項１１の発明では、請求項８から１０のいずれか１つの発明において、タンクは、チューブの並設方向に延びる第１及び第２タンク構成部材を組み合わせて構成され、第１タンク構成部材のタンク内側には、チューブの並設方向に延びる中間材が設けられ、バイパス手段は、仕切部材により仕切られたタンクの内部空間を連通させるように上記中間材に設けられた連通路形成部である構成とする。
【００２８】
この構成によれば、中間材によりタンクの補強が可能になり、この中間材に設けた連通路形成部により冷媒をバイパスさせることが可能になる。
【００２９】
請求項１２の発明では、請求項８から１０のいずれか１つの発明において、タンクは、チューブの並設方向に延びる第１及び第２タンク構成部材を組み合わせて構成され、バイパス手段は、仕切部材により仕切られたタンクの内部空間を連通させるように上記第２タンク構成部材に設けられた連通路形成部である構成とする。
【００３０】
この構成によれば、第２タンク構成部材に設けた連通路形成部により冷媒をバイパスさせることが可能になる。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１の発明によれば、パスの数を３以上にして冷媒の流速を十分に高める場合に、最上流パスよりも下流側のパスに流入する前の冷媒の一部を下流側にバイパスさせるようにしたので、冷媒を最上流パスで外部空気と効果的に熱交換させながら、冷媒の圧力損失の増大を抑制して冷媒を流れやすくできる。これにより、熱交換器のトータルとしての性能を向上させることができる。
【００３２】
請求項２の発明によれば、パスの数を５以上にして冷媒の流速をより一層高めながら、冷媒の圧力損失の増大を抑制して冷媒を流れやすくでき、熱交換器の性能をより一層向上させることができる。
【００３３】
請求項３の発明によれば、上流側のパスに比べて熱交換効率の悪い最下流パスに隣接する中間パスを流れる前の冷媒を、該中間パスをバイパスさせて流すことができる。これにより、冷媒をバイパスさせたことによる熱交換効率の悪化を抑制できる。
【００３４】
請求項４の発明によれば、冷媒を複数回バイパスさせる場合に、熱交換効率への悪影響を抑制しながら、バイパス手段による効果を得ることができる。
【００３５】
請求項５の発明によれば、バイパス手段によるバイパス通路断面積を１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定したので、バイパス手段の効果を十分に得て熱交換効率を高めることができる。
【００３６】
請求項６の発明によれば、パスは、最上流パスが最も上となるように上下方向に並んでいるので、バイパス手段による冷媒の流れをスムーズにすることができる。
【００３７】
請求項７の発明によれば、冷媒の流れ方向下流側に位置するパスほど、冷媒の流路断面積を狭くしたので、冷媒の温度の低下による体積の減少に対応するようにパスの流路断面積を設定でき、冷媒の圧力損失をより一層低減することができる。
【００３８】
請求項８の発明によれば、複数のチューブが連通するタンクに仕切部材を設け、この仕切部材の連通孔によりバイパス手段を構成したので、バイパス手段を安価に得ることができる。
【００３９】
請求項９の発明によれば、連通孔のある仕切部材と、連通孔のない仕切部材との外形形状が互いに異なっているので、両仕切部材が誤った部位に組み付けられるのを防止でき、不良品の発生を抑制できる。
【００４０】
請求項１０の発明によれば、連通孔のある仕切部材にろう材を設けていないので、連通孔がろう材により閉塞されてしまうのを回避できる。
【００４１】
請求項１１の発明によれば、タンクを補強する中間材に設けた連通路形成部によりバイパス手段を構成することができる。これにより、バイパス手段を設けるタンクと設けないタンクとの間で、第１及び第２タンク構成部材を共通化することができる。
【００４２】
請求項１２の発明によれば、第２タンク構成部材に設けた連通路形成部によりバイパス手段を構成することができる。これにより、バイパス手段を設ける仕切部材と設けない仕切部材とを共通化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る熱交換器を示す。この熱交換器は、自動車用空調装置を構成する超臨界冷凍回路においてガスクーラとして使用されるものであり、自動車の前部に設けられたエンジンルーム（図示せず）内に配置され、該エンジンルームを構成する車体部材（図示せず）に取り付けられるようになっている。上記超臨界冷凍回路には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。
【００４５】
上記熱交換器１は、冷媒が流れるチューブ２及び伝熱用のフィン３を上下方向に交互に並べてなるコア４と、該コア４のチューブ２の長手方向両端部に該チューブ２の端部と連通するように設けられた第１ヘッダタンク５及び第２ヘッダタンク６と、コア４の上端部及び下端部に設けられた上側エンドプレート７及び下側エンドプレート８とを備えている。尚、この実施形態の説明では、図１の左側を熱交換器１の左側といい、また、図１の右側を熱交換器１の右側という。
【００４６】
上記チューブ２は、外部空気の流れ方向に長い断面形状を有しかつ左右方向に延びる偏平チューブであり、アルミニウム合金で構成されている。上記フィン３は、外部空気の流れ方向に沿って見て波型をなすコルゲートフィンであり、アルミニウム合金の薄板材で構成されている。上記チューブ２またはフィン３の外面にはろう材が設けられており、チューブ２の外面に上記フィン３がろう付けされてチューブ２及びフィン３が一体化している。
【００４７】
上記上側エンドプレート７及び下側エンドプレート８はアルミニウム合金製の板材で構成されている。上側エンドプレート７がコア４の上端部に位置するフィン３にろう付けされ、下側エンドプレート８がコア４の下端部に位置するフィン３にろう付けされている。
【００４８】
上記第１ヘッダタンク５は、熱交換器１の右側に配置されており、上下方向に長く延びて形成され、図２にも示すように、タンク５のコア４側を構成する内側プレート部材５０と、コア４と反対側を構成する外側プレート部材５１と、内側プレート部材５０のタンク５内側に位置する中間材としての中間プレート部材５２とを備えている。これらプレート部材５０〜５２は、アルミニウム合金を成形してなるものであり、ろう付けによる一体化が可能なように、例えば内側プレート部材５０及び外側プレート部材５１の表面、または、中間プレート部材５２の表面にはろう材が設けられている。上記外側プレート部材５１の厚みは、内側プレート部材５０及び中間プレート部材５２の厚みよりも厚くなっている。上記内側プレート部材５０が第１タンク構成部材であり、外側プレート部材５１が第２タンク構成部材である。
【００４９】
上記内側プレート部材５０は、外部空気の流れ方向である幅方向の中間部に、コア４側へ向けて膨出しかつ長手方向両端部に亘って延びる膨出部５０ａを有している。内側プレート部材５０の幅方向両側は略平坦に形成された平坦部５０ｂで構成されている。内側プレート部材５０には、図４に示すように、上記チューブ２の端部が挿入されるチューブ挿入孔５０ｃが貫通するように形成されている。チューブ挿入孔５０ｃは、内側プレート部材５０の両平坦部５０ｂ、５０ｂに亘るように延びるスリット形状をなしている。
【００５０】
上記中間プレート部材５２は、図２に示すように、内側プレート部材５０の膨出部５０ａ内面に沿うように形成された膨出部５２ａと、内側プレート部材５０の平坦部５０ｂに沿うように形成された平坦部５２ｂとを有している。この中間プレート部材５２にも、図４に示すように、上記チューブ２の端部が挿入されるチューブ挿入孔５２ｃが、上記内側プレート部材５０のチューブ挿入孔５０ｃと一致するように形成されている。上記チューブ２の端部は、これらチューブ挿入孔５０ｃ、５２ｃに挿入された状態で、該チューブ挿入孔５０ｃ、５２ｃの周縁部にろう付けされている。
【００５１】
上記外側プレート部材５１は、図２に示すように、幅方向の中間部に、コア４と反対側へ向けて膨出しかつ長手方向両端部に亘って延びる膨出部５１ａを有している。外側プレート部材５１の幅方向両側は、上記平坦部５２ｂと略平行に延びるように形成された平坦部５１ｂで構成されている。両平坦部５１ｂ、５１ｂの幅方向外縁部には、コア４側へ向けて突出するプレート保持部５１ｃ、５１ｃが設けられている。各プレート保持部５１ｃは、内側プレート部材５０及び中間プレート部材５２の平坦部５０ｂ、５２ｂを重ねた状態でこれら両プレート部材５０、５２を保持するためのものである。プレート保持部５１ｃの突出方向先端部には、内側プレート部材５０の平坦部５０ｂに係合する係合爪５１ｄが設けられている。
【００５２】
上記内側プレート部材５０、外側プレート部材５１及び中間プレート部材５２がろう付けにより一体化されることで、膨出部５１ａ、５２ａにより形成された内部空間Ｒ（図１に示す）を有する第１ヘッダタンク５が構成される。第１ヘッダタンク５の上端部及び下端部には、図２に示すように、内部空間Ｒを閉塞するための閉塞部材５３が設けられている。
【００５３】
図１に示すように、第１ヘッダタンク５の下側寄りには、内部空間Ｒを上側空間Ｒ１と下側空間Ｒ２とに仕切るための第１仕切部材１０が配設されている。この第１仕切部材１０は、アルミニウム合金製の板材で構成されている。図３及び図４に示すように、外側プレート部材５１には、第１仕切部材１０を内部空間Ｒに挿入するための第１仕切部材挿入孔５１ｅがタンク周方向に延びるスリット状に形成されている。第１仕切部材１０の周縁部は、第１仕切部材挿入孔５１ｅの周縁部及び中間プレート部材５２の膨出部５２ａ内面にろう付けされている。この状態で第１仕切部材１０の挿入方向基端部は第１仕切部材挿入孔５１ｅからタンク５外方へ突出している。上記第１仕切部材１０には、ろう材が設けられておらず、内側プレート部材５０や外側プレート部材５１に設けたろう材によってろう付けされるようになっている。
【００５４】
図１に示すように、上記第１ヘッダタンク５の第１仕切部材１０よりも下側には、流出管１６が設けられている。この流出管１６の基端部は、外側プレート部材５１に設けられた貫通孔（図示せず）に挿入された状態で該貫通孔の周縁部にろう付けされ、下側空間Ｒ２に連通している。流出管１６の先端部には、図示しない冷凍回路の膨張弁に連通する冷媒配管が接続されている。
【００５５】
上記第２ヘッダタンク６は、熱交換器１の左側に配置され、第１ヘッダタンク５と同様に、内側プレート部材６０、外側プレート部材６１、中間プレート部材６２及び閉塞部材６３を備えている。第２ヘッダタンク６の上下方向中央部近傍には、内部空間Ｓを上側空間Ｓ１と下側空間Ｓ２とに仕切るための第２仕切部材１１が配設されている。この第２仕切部材１１は、第１仕切部材１０と同様に構成され、第２ヘッダタンク６に設けられた第２仕切部材挿入孔（図示せず）から内部空間Ｓに挿入されるようになっている。上記第１仕切部材１０及び第２仕切部材１１は、チューブ２を複数の組に分けるためのものである。
【００５６】
第２ヘッダタンク６の第２仕切部材１１よりも上側には、流入管１５が設けられている。この流入管１５の基端部は、外側プレート部材６１に設けられた貫通孔（図示せず）に挿入された状態で該貫通孔の周縁部にろう付けされ、上側空間Ｓ１に連通している。流入管１５の先端部には、図示しない冷凍回路の圧縮機の吐出口と連通する冷媒配管が接続されている。
【００５７】
上記第２仕切部材１１よりも上側のチューブ２により第１パスＰ１が構成され、第１仕切部材１０と第２仕切部材１１との間のチューブ２により第２パスＰ２が構成され、第１仕切部材１０よりも下側のチューブ２により第３パスＰ３が構成されている。これら第１〜第３パスＰ１〜Ｐ３は、直列に接続された状態となっており、第１パスＰ１が冷媒の流れ方向最上流に位置する最上流パスであり、第３パスＰ３が最下流に位置する最下流パスである。また、第１パスＰ１は熱交換器１の最上部に位置しており、第２パスＰ２及び第３パスＰ３が順に下方に並んでいる。
【００５８】
上記第１パスＰ１の構成するチューブ２の本数が最も多く、第３パスＰ３を構成するチューブ２の本数が最も少なくなっている。従って、第１パスＰ１の流路断面積が最も広く、第２パスＰ２及び第３パスＰ３の流路断面積が順に狭くなっている。
【００５９】
図４に示すように、上記第１仕切部材１０には、上側空間Ｒ１と下側空間Ｒ２とを連通させて上側空間Ｒ１の冷媒を下側空間Ｒ２に流すための連通孔１０ａが形成されている。この連通孔１０ａは、第１パスＰ１よりも下流側に位置する第２パスＰ２に流入する前の冷媒の一部を、該第２パスＰ２よりも下流側にバイパスさせるバイパス手段を構成している。
【００６０】
上記連通孔１０ａは円形断面を有しており、その開口面積であるバイパス通路断面積は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。このようにバイパス通路断面積を設定しているのは、バイパス通路断面積を１ｍｍよりも狭くすると、冷媒のバイパス量が少なすぎて後述する冷媒をバイパスさせることによる効果が得られなくなり、一方、バイパス通路断面積を３ｍｍよりも広くすると、冷媒のバイパス量が多くなりすぎて第２バスＰ２及び第３パスＰ３を流れる冷媒の量が少なくなり、外部空気との熱交換量が不足してしまうからである。上記バイパス通路断面積は、連通孔１０ａの内径や個数により容易に変更可能となっている。
【００６１】
尚、連通孔１０ａの形状は、矩形状やスリット形状であってもよく、また、連通孔１０ａの個数は、複数であってもよい。また、連通孔１０ａを形成する箇所は、第１仕切部材１０の中央部近傍であってもよいし、周縁部近傍であってもよい。
【００６２】
また、上記第１仕切部材１０と第２仕切部材１１との外形形状は、互いに異なっている。すなわち、第１仕切部材１０の周縁部のうち、第１ヘッダタンク５から突出する部分は、角張った形状とされ、一方、第２仕切部材１１の周縁部のうち、第２ヘッダタンク６から突出する部分は、図示しないが、半円形に近い形状とされている。尚、これら仕切部材１０、１１の外形形状は、円形や角張った形状以外にも切り欠きや突起等を設けた形状としてもよい。
【００６３】
上記のように構成された熱交換器１を製造する際には、チューブ２及びフィン３を交互に配置してコア４を構成するとともに、コア４の外端部にエンドプレート７、８を配置して図示しない治具等で結束しておく。一方、内側プレート部材５０及び中間プレート部材５２のチューブ挿入孔５０ｃ、５２ｃにチューブ２の端部を挿入するとともに、プレート部材５０〜５２を重ねて第１ヘッダタンク５を構成する。第２ヘッダタンク６も同様に構成する。そして、第１仕切部材挿入孔５１ｅに第１仕切部材１０を挿入し、第２仕切部材挿入孔に第２仕切部材１１を挿入する。
【００６４】
これら仕切部材１０、１１を組み付ける際、第１仕切部材１０及び第２仕切部材１１の外形形状が互いに異なっているので、組付作業者が両仕切部材１０、１１を区別し易く、例えば、連通孔１０ａのある第１仕切部材１０を組み付けるべき第１ヘッダタンク５に、連通孔のない第２仕切部材１１を誤って組み付けてしまうことや、その逆も防止することが可能になる。
【００６５】
上記各部材を組み付けて一体化した後、ろう付け用の炉内に搬送して各部材を加熱すると、ろう材が溶融して各ろう付け部分に流れる。このとき、第１仕切部材１０にはろう材が設けられていないので、ろう材が連通孔１０ａに流れ込むことはない。これにより、連通孔１０ａがろう材により閉塞されてしまう事態を回避することが可能になり、所期のバイパス通路断面積を確保することが可能である。その後、炉から取り出して各部のろう材を固化させることで熱交換器１が得られる。
【００６６】
このように構成された熱交換器１では、使用時、図５に太線の矢印で示すように、圧縮機の吐出口から吐出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管及び流入管１５を通って第２ヘッダタンク６の上側空間Ｓ１に流入した後、第１パスＰ１を流通して第１ヘッダタンク５の上側空間Ｒ１に流入する。第１パスＰ１を流れる冷媒は、熱交換器１に流入してきたばかりなので、外部空気との温度差が大きく、外部空気と効果的に熱交換されて温度が低下する。この第１パスＰ１により冷却された冷媒は相変化しないため、体積があまり減少しない。
【００６７】
そして、第１パスＰ１から第１ヘッダタンク５の上側空間Ｒ１に流入した冷媒の一部は、第２パスＰ２に流入する前に、図４に矢印で示すように、第１仕切部材１０の連通孔１０ａから下側空間Ｒ２に流入する。一方、第１ヘッダタンク５の上側空間Ｒ１に存在する他の冷媒は、第２パスＰ２を流通して第２ヘッダタンク６の下側空間Ｓ２に流入し、その後、第３パスＰ３を流通して第１ヘッダタンク５の下側空間Ｒ２に流入する。下側空間Ｒ２の冷媒は、流出管１６を通って熱交換器１の外部に排出される。
【００６８】
このように第２パスＰ２に流入する前の冷媒の一部が第２パスＰ２及び第３パスＰ３をバイパスして流れるため、これらパスＰ２、Ｐ３を流れる冷媒の量が少なくなる。これにより、熱交換器１に３つのパスを形成しても、第２パスＰ２及び第３パスＰ３の流路断面積が冷媒の量に対して狭くなり過ぎることはなく、しかも、第２パスＰ２及び第３パスＰ３をバイパスした冷媒のターン回数は減ることになり、よって、冷媒の圧力損失の増大が抑制される。
【００６９】
以上説明したように、この実施形態１に係る熱交換器１によれば、３つのパスＰ１〜Ｐ３を設けたので、熱交換器１内での冷媒の流速を十分に高めることができ、しかも、第１パスＰ１よりも下流側の第２パスＰ２及び第３パスＰ３に流入する前の冷媒の一部を熱交換器１の第３パスＰ３よりも下流側にバイパスさせるようにしたので、冷媒を第１パスＰ１で外部空気と効果的に熱交換させながら、冷媒の圧力損失の増大を抑制して冷媒を流れやすくすることができる。これにより、熱交換器１のトータルとしての性能を向上させることができる。
【００７０】
また、最下流の第３パスＰ３に隣接する第２パスＰ２を流れる冷媒は、第１パスＰ１を流れる間に外部空気と熱交換して温度が低下しており、外部空気との温度差が小さくなっている。このため、第２パスＰ２における熱交換効率は、第１パスＰ１に比べて悪い。この熱交換効率が比較的悪い第２パスＰ２を流れる前の冷媒をバイパスさせることができるので、冷媒をバイパスさせたことによる熱交換効率の悪化を抑制できる。
【００７１】
また、バイパス通路断面積を１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定したので、冷媒をバイパスさせたことによる効果を十分に得ながら熱交換効率を高めることができる。
【００７２】
また、この熱交換器１では、冷媒が該熱交換器１の内部を上から下へ流れていく。このとき連通孔１０ａを流れる冷媒の流れ方向は自重による下方となっており、熱交換器１の内部の冷媒の流れに対応している。これにより、バイパスされる冷媒の流れをスムーズにすることができる。
【００７３】
また、第１ヘッダタンク５の上側空間Ｒ１に流入した冷媒のうち、比較的低温な冷媒は、上側空間Ｒ１の下側に存在し、比較的高温な冷媒は、上側空間Ｒ１の上側に存在し易くなる。そして、連通孔１０ａは上側空間Ｒ１の下端部に位置しているので、この連通孔１０ａからは比較的低温な冷媒がバイパスされることになる。つまり、高温な冷媒がバイパスされにくく、第２及び第３パスＰ２、Ｐ３を流れて冷却されることになるので、熱交換効率を高めることができる。
【００７４】
また、下流側に位置するパスほど流れる冷媒の温度は低くなっているので、その分、体積が減少することになる。この実施形態では、このような冷媒の体積の減少に対応するように第１パスＰ１〜第３パスＰ３の流路断面積を順に狭くしている。これにより、冷媒の圧力損失をより一層低減することができる。
【００７５】
また、第１仕切部材１０に連通孔１０ａを設けるというシンプルかつ製造の容易な構造でバイパス手段を構成したので、冷媒をバイパスさせる構造を安価に得ることができる。
【００７６】
また、連通孔１０ａのある第１仕切部材１０と、連通孔のない第２仕切部材１１との外形形状を変えているので、両仕切部材１０、１１が誤った部位に組み付けられるのを防止でき、不良品の発生を抑制できる。
【００７７】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係る熱交換器の部分断面図である。この実施形態２の熱交換器は、実施形態１のものとは、バイパス手段の構造が異なるだけで、他の部分は同じであるため、以下、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付し、異なる部分を詳細に説明する。すなわち、この実施形態２では、第１ヘッダタンク５の中間プレート部材５２に、連通路形成部、即ち、バイパス手段としての貫通孔５２ｄを設けた。
【００７８】
上記貫通孔５２ｄは、中間プレート部材５２における第１仕切部材１０の挿入方向先端部と対向する部位に設けられている。この貫通孔５２ｄの上下寸法は、第１仕切部材１０の板厚よりも長く設定されている。従って、第１仕切部材１０の挿入方向先端部は、中間プレート部材５２にろう付けされていない。この貫通孔５２ｄの大きさによりバイパス通路断面積を設定することが可能になっている。
【００７９】
また、この実施形態２では、中間プレート部材５２の貫通孔５２ｄでバイパス通路を形成しているので、第１仕切部材１０及び第２仕切部材１１は共通部品とすることが可能であり、誤組付の虞れもない。さらに、冷媒をバイパスさせる構造が設けられたタンクと、設けられていないタンクとの間で、内側プレート部材５０及び外側プレート部材５１を共通化することができる。
【００８０】
この実施形態２の熱交換器によっても、実施形態１のものと同様に、バイパス通路を設けたので、熱交換器のトータルとしての性能を向上させることができる。
【００８１】
（実施形態３）
図７及び図８は、本発明の実施形態３に係る熱交換器を示すものである。この実施形態３の熱交換器は、実施形態１のものとは、バイパス手段の構造が異なるだけで、他の部分は同じであるため、以下、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付し、異なる部分を詳細に説明する。
【００８２】
すなわち、第１ヘッダタンク５の内側プレート部材５０及び中間プレート部材５２には、第１仕切部材挿入孔５０ｄ、５２ｅがそれぞれ形成され、第１仕切部材１０は、実施形態１とは逆にコア４側から第１ヘッダタンク５に挿入されるようになっている。外側プレート部材５１における第１仕切部材１０の挿入方向先端部と対向する部位には、ヘッダタンク５の外方へ向けて窪むように凹部５１ｆが形成されている。従って、第１仕切部材１０の挿入方向先端部と、外側プレート部材５１の凹部５１ｆ内面とは互いに離れており、この凹部５１ｆにより、連通路形成部、即ち、バイパス手段が構成されている。この凹部５１ｆで形成されたバイパス通路断面積は、凹部５１ｆの大きさにより設定することが可能になっている。また、この実施形態３においても、実施形態２と同様に、第１仕切部材１０及び第２仕切部材１１は共通部品とすることが可能である。また、冷媒をバイパスさせる構造が設けられたタンクと、設けられていないタンクとの間で、内側プレート部材５０を共通化することができる。
【００８３】
この実施形態３の熱交換器によっても、実施形態１のものと同様に、バイパス通路を設けたので、熱交換器のトータルとしての性能を向上させることができる。
【００８４】
また、上記実施形態１〜３では、パスが３つである場合について説明したが、パスは４以上にすることも可能である。すなわち、図９に変形例１のように、第１ヘッダタンク５に、第１仕切材１０よりも下方に第３仕切部材１３を設け、第２ヘッダタンク６に第２仕切部材１１よりも下方に第４仕切部材１２を設けることで、冷媒流れ方向上流側から第１パスＰ１〜第５パスＰ５が形成される。この変形例では、第１パスＰ１から第５パスＰ５に向かって流路断面積が徐々に狭くなっている。
【００８５】
この変形例１の場合には、第３仕切部材１３にのみ、実施形態１の同様なバイパス手段としての連通孔（図示せず）が設けられており、第４パスＰ４に流入する前の冷媒の一部が下流側にバイパスして流れるようになっている。
【００８６】
また、図１０に示す変形例２のように、第１〜第５パスＰ１〜Ｐ５を設けた場合に、第１仕切部材１０、第３仕切部材１３及び第４仕切部材１２に、実施形態１の同様なバイパス手段としての連通孔（図示せず）をそれぞれ設けてもよい。第１仕切部材１０の連通孔により、第２パスＰ２に流入する前の冷媒の一部が下流側へ流れ、また、第４仕切部材１２の連通孔により、第３パスＰ３に流入する前の冷媒の一部が下流側へ流れ、また、第３仕切部材１３の連通孔により、第４パスＰ４に流入する前の冷媒の一部が下流側へ流れる。これら第１仕切部材１０、第３仕切部材１３及び第４仕切部材１２の連通孔を流れる冷媒の量は略同じである。
【００８７】
また、熱交換器１を自動車に搭載した状態では、車体のバンパー等の存在により、熱交換器１の全体に外部空気が略均一に当たる訳ではなく、熱交換器１の一部に熱気がまわり込んで該当するパスの熱交換効率が悪化するような状況がある。このような状況が生じた場合には、トータルとして熱交換効率が良好となるように、例えば、第４仕切部材１２にのみバイパス手段を設け、第１仕切部材１０及び第３仕切部材１３にはバイパス手段を設けないようにして、バイパス位置の設定を行うこともできる。このバイパス位置の設定の際には、第１仕切部材１０にのみバイパス手段を設けてもよいし、第３仕切部材１３にのみバイパス手段を設けてもよい。
【００８８】
また、図１１に示す変形例３のように、第１仕切部材１０、第３仕切部材１３及び第４仕切部材１２に連通孔を形成する場合に、これら連通孔の開口面積を互いに異ならせてもよい。この変形例３では、第４仕切部材１２の連通孔の開口面積は、第１仕切部材１０の連通孔の開口面積よりも広く設定され、かつ、第３仕切部材１３の連通孔の開口面積は、第４仕切部材１２の連通孔の開口面積よりも広く設定されている。つまり、第１仕切部材１０の連通孔を通る冷媒量が最も少なく、第３仕切部材１３の連通孔を通る冷媒量が最も多くなっている。尚、第１仕切部材１０の連通孔が第１バイパス手段であり、第３仕切部材１３の連通孔が第２バイパス手段である。
【００８９】
熱交換器１においては、冷媒の流れ方向下流側に位置するパスほど流れる冷媒の温度は低く、外部空気との温度差が小さくなっているので、熱交換効率は下流側のパスの方が悪い。変形例３では、この熱交換効率が比較的悪い第４パスＰ４や第５パスＰ５を流れる前の冷媒のバイパス量を、第３パスＰ３を流れる前の冷媒のバイパス量よりも多くすることが可能になる。これにより、冷媒を複数回バイパスさせた場合に、熱交換効率への悪影響を抑制しながら、冷媒をバイパスさせたことによる効果を得ることができる。
【００９０】
上記変形例１〜３において、実施形態２、３のようなバイパス手段を設けることも可能である。
【００９１】
また、上記実施形態１〜３では、ヘッダタンク５、６を複数の部材で構成し、中間プレート部材５２、６２を設けるようにしているが、これに限らず、中間プレート部材５２、６２は省略してもよい。また、ヘッダタンク５、６は、例えば、押し出し成形等による一体成形品で構成してもよいし、１枚の板材を筒状に成形したもので構成してもよい。
【００９２】
また、バイパス手段は、ヘッダタンク５、６の内部に設けることなく、外部に設けるようにしてもよい。
【００９３】
また、本発明は、車室内における暖房用の放熱器に適用することも可能である。
【００９４】
また、本発明は、空調装置以外に用いられる冷凍装置の放熱器に適用することも可能である。
【００９５】
また、この実施形態では、熱交換器が二酸化炭素を熱交換媒体とする超臨界サイクル用の放熱器である場合について説明しているが、熱交換媒体としては、二酸化炭素以外にも、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素等の超臨界域で使用するものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上説明したように、本発明に係る熱交換器は、例えば、二酸化炭素を冷媒とした超臨界冷凍装置のガスクーラに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態１に係る熱交換器を示し、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、正面図である。
【図２】熱交換器の右側部分を上方から見た拡大図である。
【図３】熱交換器の第１仕切部材近傍を正面から見た拡大図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線に相当する部分断面図である。
【図５】熱交換器の概略構造を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る図４相当図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る図２相当図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る図４相当図である。
【図９】実施形態１〜３の変形例１に係る図５相当図である。
【図１０】実施形態１〜３の変形例２に係る図５相当図である。
【図１１】実施形態１〜３の変形例３に係る図５相当図である。
【符号の説明】
【００９８】
１            熱交換器
２            チューブ
３            フィン
４            コア
５            第１ヘッダタンク
６            第２ヘッダタンク
１０          第１仕切部材
１０ａ        連通孔（バイパス手段）
１１          第２仕切部材
５０          内側プレート部材（第１タンク構成部材）
５１          外側プレート部材（第２タンク構成部材）
５１ｆ        凹部（連通路形成部）
５２          中間プレート部材（中間材）
５２ｄ        貫通孔（連通路形成部）
Ｐ１〜Ｐ５    パス
Ｒ、Ｓ        内部空間
【図１】
2007322089.tif 000003
【図２】
2007322089.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007322089.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007322089.tif 000008
【図７】
2007322089.tif 000009
【図８】
2007322089.tif 000010
【図９】
2007322089.tif 000011
【図１０】
2007322089.tif 000012
【図１１】
2007322089.tif 000013