(57)【要約】【課題】入口ヘッダの十分な耐圧性を確保しつつ軽量化および低コスト化を図りうる熱交換器を提供する。【解決手段】ガスクーラ１は、１対のヘッダタンク2,3と、両ヘッダタンク2,3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2,3に接続された複数の熱交換管４とを備えている。各ヘッダタンク2,3を、外側プレート７と、内側プレート８と、中間プレート９とを積層してろう付することにより構成する。第１ヘッダタンク２に、入口ヘッダ10Aおよび出口ヘッダ(10B)を設ける。第１ヘッダタンク２の外側プレート７を入口ヘッダ構成部7Aと、出口ヘッダ構成部7Bとに分割する。両ヘッダ構成部7A,7Bの肉厚を同一とする。入口ヘッダ構成部7Aを形成する材料の熱交換器使用温度域強度を、出口ヘッダ構成部7Bを形成する材料の熱交換器使用温度域強度に対して１０〜５０％高くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔をおいて配置された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熱交換管とを備えており、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、第１ヘッダタンクに、その長さ方向に並んだ複数のヘッダが設けられるとともに、第１ヘッダタンクの長さ方向の一端部のヘッダが、冷媒入口を有する入口ヘッダとなっている熱交換器において、
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける入口ヘッダを構成する第１のヘッダ構成部が、これに隣接するヘッダを構成する第２のヘッダ構成部から分割されている熱交換器。
【請求項２】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも高くなっている請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部と第２ヘッダ構成部とが同一の材料からなり、第１ヘッダ構成部の肉厚が、第２ヘッダ構成部の肉厚に対して５〜３０％厚くなっている請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部と第２ヘッダ構成部との肉厚が同一であり、第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度に対して１０〜５０％高くなっている請求項２記載の熱交換器。
【請求項５】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部および第２ヘッダ構成部が、それぞれＭｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇを含むアルミニウム合金で形成されており、第１ヘッダ構成部のＭｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇのうちの少なくとも１種の含有量が、第２ヘッダ構成部におけるこれと同種の元素の含有量よりも多くなっている請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
第１ヘッダ構成部のＭｎ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている請求項５記載の熱交換器。
【請求項７】
第１ヘッダ構成部のＣｕ含有量が、第２ヘッダ構成部のＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている請求項５または６記載の熱交換器。
【請求項８】
第１ヘッダ構成部のＳｉ含有量が、第２ヘッダ構成部のＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている請求項５〜７のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項９】
第１ヘッダ構成部のＭｇ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｇ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている請求項５〜８のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項１０】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、Ｍｎ０．８〜１．７質量％、Ｃｕ０．１５〜０．５質量％、Ｓｉ０．４〜１．７質量％、Ｍｇ０．０５〜１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されている請求項５〜９のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項１１】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、１５０〜１８０℃の温度域での耐力が５０ＭＰａ以上、引張強さが１００ＭＰａ以上である請求項２〜１０のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項１２】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、第２ヘッダ構成部よりも電位的に貴となっており、両ヘッダ構成部の電位差が３０ｍＶ以上である請求項１または４記載の熱交換器。
【請求項１３】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部および第２ヘッダ構成部が、それぞれＭｎ、ＣｕおよびＳｉを含むアルミニウム合金で形成されており、第１ヘッダ構成部のＭｎ、ＣｕおよびＳｉのうちの少なくとも１種の含有量が、第２ヘッダ構成部におけるこれと同種の元素の含有量よりも多くなっている請求項１２記載の熱交換器。
【請求項１４】
第１ヘッダ構成部のＭｎ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている請求項１３記載の熱交換器。
【請求項１５】
第１ヘッダ構成部のＣｕ含有量が、第２ヘッダ構成部のＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている請求項１３または１４記載の熱交換器。
【請求項１６】
第１ヘッダ構成部のＳｉ含有量が、第２ヘッダ構成部のＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている請求項１３〜１５のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項１７】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、Ｍｎ０．８〜１．７質量％、Ｃｕ０．１５〜０．５質量％、Ｓｉ０．４〜１．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されている請求項１３〜１６のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項１８】
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第２ヘッダ構成部がJIS Ａ３００３からなり、第１ヘッダ構成部が、Ｍｎ１．２〜１．７質量％、Ｃｕ０．１〜０．５質量％、Ｓｉ０．１５〜１．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されている請求項１２記載の熱交換器。
【請求項１９】
第２のヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダの数よりも１つ少ないヘッダが、第１ヘッダタンクの隣り合う２つのヘッダに跨るように設けられ、第１ヘッダタンクの入口ヘッダとは反対側の端部のヘッダが、出口ヘッダとなっており、すべての熱交換管が、ヘッダタンクの長さ方向に連続して並んだ複数の熱交換管からなりかつ第１ヘッダタンクのヘッダ数と同数のパスに区分されている請求項１〜１８のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項２０】
第１のヘッダタンクに２つのヘッダが設けられているとともに、入口ヘッダに隣接するヘッダが出口ヘッダとなっており、第１のヘッダタンクを構成する外側プレートが、入口ヘッダ構成部および出口ヘッダ構成部の２つに分割されている請求項１９記載の熱交換器。
【請求項２１】
両ヘッダタンクの外側プレートに、それぞれ長さ方向にのびるとともに中間プレートにより開口が閉鎖された外方膨出部が形成されており、両ヘッダタンクの各外方膨出部と対応する部分がヘッダとなっている請求項１〜２０のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項２２】
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１〜２１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２３】
超臨界冷媒が二酸化炭素からなる請求項２２記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項２４】
請求項２２または２３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、たとえば車両にカーエアコンとして搭載される超臨界冷凍サイクルのガスクーラ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、「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】
たとえば車両のカーエアコンに適用される超臨界冷凍サイクルのガスクーラに用いられる熱交換器として、互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両ヘッダタンクに接続された扁平状熱交換管と、隣接する熱交換管間の通風間隙に配置されかつ熱交換管にろう付されたフィンとを備えており、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、第１ヘッダタンクの外側プレートに、中間プレートにより開口が閉鎖された２つの外方膨出部がその長さ方向に並んで形成されるとともに、第２ヘッダタンクの外側プレートに、中間プレートにより開口が閉鎖された１つの外方膨出部が第１ヘッダタンクの２つの外方膨出部に跨るように形成され、各ヘッダタンクにおける外側プレートの各外方膨出部と対応する部分がヘッダとなり、第１ヘッダタンクの一方のヘッダが冷媒入口を有する入口ヘッダとなっているとともに、他方のヘッダが冷媒出口を有する出口ヘッダとなっている熱交換器が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
通常、車両のカーエアコンに適用される超臨界冷凍サイクルのガスクーラに用いられる熱交換器は、軽量、高熱伝導性、安価などの理由からアルミニウムやアルミニウム合金により形成されることが多く、特許文献１記載のにおけるヘッダタンクを構成する各プレートもアルミニウム合金により形成されており、外側プレートはたとえばJIS Ａ３００３からなる心材の両面がアルミニウム合金ろう材からなる皮材で覆われたアルミニウムブレージングシートにより形成されている。
【０００５】
超臨界冷凍サイクルにおいては、圧縮機で圧縮された冷媒は高温高圧になり、ガスクーラの入口ヘッダに流入する超臨界冷媒の温度が１５０℃を超えることがある。そこで、特許文献１記載の熱交換器においては、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける入口ヘッダを構成する部分の上記温度域での強度を高くして入口ヘッダの耐圧性を向上させるために、外側プレート全体の肉厚を、上述した温度域での強度を満たしうるように厚くしたり、あるいは外側プレート全体の材質を、上述した温度域での強度を満たしうるような材質にしている。
【０００６】
ところで、出口ヘッダに流入する冷媒温度は大きく低下しているので、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける出口ヘッダを構成する部分の強度はさほど高くする必要がない。したがって、上述したように、外側プレート全体の肉厚を大きくした場合には、出口ヘッダを構成する部分の肉厚は必要以上の肉厚となり、熱交換器全体の重量が大きくなるという問題がある。また、上述したように、外側プレート全体の材質を、上述した温度域での強度を満たしうるような材質にした場合、コストが高くなる。
【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、入口ヘッダの十分な耐圧性を確保しつつ軽量化および低コスト化を図り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た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熱交換管とを備えており、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、第１ヘッダタンクに、その長さ方向に並んだ複数のヘッダが設けられるとともに、第１ヘッダタンクの長さ方向の一端部のヘッダが、冷媒入口を有する入口ヘッダとなっている熱交換器において、
第１ヘッダタンクの外側プレートにおける入口ヘッダを構成する第１のヘッダ構成部が、これに隣接するヘッダを構成する第２のヘッダ構成部から分割されている熱交換器。
【００１０】
2)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも高くなっている上記1)記載の熱交換器。
【００１１】
3)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部と第２ヘッダ構成部とが同一の材料からなり、第１ヘッダ構成部の肉厚が、第２ヘッダ構成部の肉厚に対して５〜３０％厚くなっている請求項２記載の熱交換器。
【００１２】
上記3)の熱交換器において、第１ヘッダ構成部の肉厚を、第２ヘッダ構成部の肉厚に対して５〜３０％厚くしたのは、５％未満であると第１ヘッダ構成部における熱交換器の使用温度域での強度である熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に大きくならず、３０％を超えると第１ヘッダ構成部の加工が困難になるおそれがあるからである。
【００１３】
4)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部と第２ヘッダ構成部との肉厚が同一であり、第１ヘッダ構成部を形成する材料の熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部を形成する材料の熱交換器使用温度域強度に対して１０〜５０％高くなっている上記2)記載の熱交換器。
【００１４】
上記4)の熱交換器において、第１ヘッダ構成部を構成する材料における熱交換器の使用温度域での強度である熱交換器使用温度域強度を、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度に対して１０〜５０％高くしたのは、１０％未満であると第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に大きくならず、５０％を超えると第１ヘッダ構成部の加工が困難になるおそれがあるからである。
【００１５】
5)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部および第２ヘッダ構成部が、それぞれＭｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇを含むアルミニウム合金で形成されており、第１ヘッダ構成部のＭｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇのうちの少なくとも１種の含有量が、第２ヘッダ構成部におけるこれと同種の元素の含有量よりも多くなっている上記4)記載の熱交換器。
【００１６】
6)第１ヘッダ構成部のＭｎ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている上記5)記載の熱交換器。
【００１７】
7)第１ヘッダ構成部のＣｕ含有量が、第２ヘッダ構成部のＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている上記5)または6)記載の熱交換器。
【００１８】
8)第１ヘッダ構成部のＳｉ含有量が、第２ヘッダ構成部のＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている上記5)〜7)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００１９】
9)第１ヘッダ構成部のＭｇ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｇ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている上記5)〜8)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００２０】
上記5)〜9)の熱交換器において、Ｍｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇはアルミニウム合金の強度を高める元素である。しかしながら、第１ヘッダ構成部のＭｎ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｎ含有量よりも０．１質量％未満しか多くなっていない場合、第１ヘッダ構成部のＣｕ含有量が、第２ヘッダ構成部のＣｕ含有量よりも０．０５質量％未満しか多くなっていない場合、第１ヘッダ構成部のＳｉ含有量が、第２ヘッダ構成部のＳｉ含有量よりも０．１質量％未満しか多くなっていない場合、および第１ヘッダ構成部のＭｇ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｇ含有量よりも０．０５質量％未満しか多くなっていない場合には、それぞれ第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に大きくならないことがある。
【００２１】
10)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、Ｍｎ０．８〜１．７質量％、Ｃｕ０．１５〜０．５質量％、Ｓｉ０．４〜１．７質量％、Ｍｇ０．０５〜１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されている上記5)〜9)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００２２】
上記10)の熱交換器において、第１ヘッダ構成部を構成するアルミニウム合金に含まれるＭｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇは、それぞれ第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度を高める効果を有するが、Ｍｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇの含有量が下限値未満であるとこの効果が十分ではない。また、Ｍｎ含有量が上限値を超えると粗大な金属間化合物が生成して加工性が悪くなるおそれがあり、Ｃｕ含有量が上限値を超えると耐食性が低下するおそれがあり、Ｓｉ含有量が上限値を超えると融点が低下し、ろう付時に溶融する可能性があり、Ｍｇ含有量が上限値を超えるとろう付性が低下するおそれがある。
【００２３】
11)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、１５０〜１８０℃の温度域での耐力が５０ＭＰａ以上、引張強さが１００ＭＰａ以上である上記2)〜10)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００２４】
上記1)〜10)の熱交換器を超臨界冷凍サイクルのガスクーラとして使用した場合、冷媒入口から入口ヘッダ内に流入する超臨界冷媒の温度は１５０〜１８０℃程度になる。そして、この温度域で、第１ヘッダ構成部の耐力が５０ＭＰａ以上、引張強さが１００ＭＰａ以上であると、第１ヘッダ構成部における熱交換器の使用温度域での強度である熱交換器使用温度域強度が十分高められていることになり、入口ヘッダの耐圧性が確実に向上する。
【００２５】
12)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、第２ヘッダ構成部よりも電位的に貴となっており、両ヘッダ形成部の電位差が３０ｍＶ以上である上記1)または4)記載の熱交換器。
【００２６】
上記12)の熱交換器において、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、第２ヘッダ構成部よりも電位的に貴となっているのは、第２ヘッダ構成部を第１ヘッダ構成部に対して犠牲的に腐食させることにより、第１ヘッダ構成部の腐食を抑制し、その結果第１ヘッダ構成部の腐食の進行による強度低下を防止するためである。しかしながら、両ヘッダ形成部の電位差が３０ｍＶ未満であると、この効果が十分ではないおそれがある。両ヘッダ形成部の電位差は５０〜３００ｍＶであることが好ましい。３００ｍＶを超えると犠牲腐食させたい部分が短期間で喪失し、第１ヘッダ構成部を長期的に防食することができなくなるおそれがあるからである。
【００２７】
13)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部および第２ヘッダ構成部が、それぞれＭｎ、ＣｕおよびＳｉを含むアルミニウム合金で形成されており、第１ヘッダ構成部のＭｎ、ＣｕおよびＳｉのうちの少なくとも１種の含有量が、第２ヘッダ構成部におけるこれと同種の元素の含有量よりも多くなっている上記12)記載の熱交換器。
【００２８】
14)第１ヘッダ構成部のＭｎ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている上記13)記載の熱交換器。
【００２９】
15)第１ヘッダ構成部のＣｕ含有量が、第２ヘッダ構成部のＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっている上記13)または14)記載の熱交換器。
【００３０】
16)第１ヘッダ構成部のＳｉ含有量が、第２ヘッダ構成部のＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっている上記13)〜15)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００３１】
上記13)〜16)の熱交換器において、第１ヘッダ構成部を構成するアルミニウム合金に含まれるＭｎ、ＣｕおよびＳｉは、それぞれ第１ヘッダ構成部を電位的に貴にするとともに第１ヘッダ構成部の強度を高める元素である。しかしながら、第１ヘッダ構成部のＭｎ含有量が、第２ヘッダ構成部のＭｎ含有量よりも０．１質量％未満しか多くなっていない場合、第１ヘッダ構成部のＣｕ含有量が、第２ヘッダ構成部のＣｕ含有量よりも０．０５質量％未満しか多くなっていない場合、第１ヘッダ構成部のＳｉ含有量が、および第２ヘッダ構成部のＳｉ含有量よりも０．１質量％未満しか多くなっていない場合には、それぞれ第１ヘッダ構成部の電位を貴にする効果および第１ヘッダ構成部の強度を高める効果が少なく、第２ヘッダ構成部を効果的に犠牲腐食させることが不可能になるおそれがあるとともに、第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に大きくならないことがある。
【００３２】
17)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、Ｍｎ０．８〜１．７質量％、Ｃｕ０．１５〜０．５質量％、Ｓｉ０．４〜１．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されている上記13)〜16)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００３３】
上記17)の熱交換器において、第１ヘッダ構成部を構成するアルミニウム合金に含まれるＭｎ、ＣｕおよびＳｉは、それぞれ第１ヘッダ構成部を貴にする効果および第１ヘッダ構成部の強度を高める効果を有するが、Ｍｎ、ＣｕおよびＳｉの含有量が下限値未満であるとこの効果が十分ではない。また、Ｍｎ含有量が上限値を超えると粗大な金属間化合物が生成して加工性が悪くなるおそれがあり、Ｃｕ含有量が上限値を超えると耐食性が低下するおそれがあり、Ｓｉ含有量が上限値を超えると融点が低下するおそれがある。
【００３４】
18)第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第２ヘッダ構成部がJIS Ａ３００３からなり、第１ヘッダ構成部が、Ｍｎ１．２〜１．７質量％、Ｃｕ０．１〜０．５質量％、Ｓｉ０．１５〜１．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されている上記12)記載の熱交換器。
【００３５】
上記18)の熱交換器のように、第２ヘッダ構成部がJIS Ａ３００３からなる場合、第１ヘッダ構成部を電位的に貴にして第２ヘッダ構成部を効果的に犠牲腐食させるには、Ｍｎ、ＣｕおよびＳｉをそれぞれ下限値以上含有させることが効果的である。また、Ｍｎ、ＣｕおよびＳｉの上限値の限定理由は、上記17)の熱交換器の場合と同じである。
【００３６】
19)第２のヘッダタンクに、第１ヘッダタンクのヘッダの数よりも１つ少ないヘッダが、第１ヘッダタンクの隣り合う２つのヘッダに跨るように設けられ、第１ヘッダタンクの入口ヘッダとは反対側の端部のヘッダが、出口ヘッダとなっており、すべての熱交換管が、ヘッダタンクの長さ方向に連続して並んだ複数の熱交換管からなりかつ第１ヘッダタンクのヘッダ数と同数のパスに区分されている上記1)〜18)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００３７】
20)第１のヘッダタンクに２つのヘッダが設けられているとともに、入口ヘッダに隣接するヘッダが出口ヘッダとなっており、第１のヘッダタンクを構成する外側プレートが、第１ヘッダ構成部および出口ヘッダ形成部の２つに分割されている上記19)記載の熱交換器。
【００３８】
21)両ヘッダタンクの外側プレートに、それぞれ長さ方向にのびるとともに中間プレートにより開口が閉鎖された外方膨出部が形成されており、両ヘッダタンクの各外方膨出部と対応する部分がヘッダとなっている上記1)〜20)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００３９】
22)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)〜21)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。
【００４０】
23)超臨界冷媒が二酸化炭素からなる上記22)記載の超臨界冷凍サイクル。
【００４１】
24)上記22)または23)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。
【００４２】
なお、この明細書および特許請求の範囲において、第１ヘッダ構成部および第２ヘッダ構成部の材料に関する説明は、第１ヘッダ構成部および第２ヘッダ構成部が、それぞれその少なくとも片面にろう材層を有するブレージングシートからなる場合、一旦溶融した後凝固して第１ヘッダ構成部および第２ヘッダ構成部の表面に付着しているう材を除いた部分、すなわちブレージングシートの心材についての説明である。
【発明の効果】
【００４３】
上記1)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける入口ヘッダを構成する第１のヘッダ構成部が、これに隣接するヘッダを形成する第２のヘッダ構成部から分割されているので、熱交換器の使用温度域での入口ヘッダの十分な耐圧性を得るためには、第１ヘッダ構成部だけが熱交換器の使用温度域で必要な強度を維持するように、第１ヘッダ構成部の肉厚、材質を適切なものにすることができる。したがって、第２ヘッダ構成部の肉厚を大きくする必要はなく、熱交換器全体の軽量化を図ることができる。しかも、第２ヘッダ構成部の材質も特殊なものにする必要はなく、コストが安くなる。
【００４４】
また、外側プレートの第１ヘッダ構成部および第２ヘッダ構成部を中間プレートにろう付した後、たとえばヘリウムリーク試験を行うと、これらのろう付部にろう付不良が発生している場合、ヘリウムの外部への漏れが検出される。したがって、ろう付不良を簡単に検出することができ、入口ヘッダ内と出口ヘッダ内とが短絡することに起因する熱交換性能の低下を防止することができる。
【００４５】
上記2)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度が、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも高くなっているので、熱交換器の使用温度域で入口ヘッダの十分な耐圧性を確保することができる。しかも、第１ヘッダ構成部だけが熱交換器の使用温度域で必要な強度を維持するように、第１ヘッダ構成部の肉厚、材質を適切なものにすればよいので、材料コストが安価になる。
【００４６】
上記3)および4)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度を、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に高くすることができる。しかも、第１ヘッダ構成部の加工性を損なうことはない。
【００４７】
上記5)〜9)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度を、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に高くすることができる。
【００４８】
上記10)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度を、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に高くすることができる。しかも、加工性の低下、耐食性の低下、ろう付時の溶融、およびろう付性の低下を防止することができる。
【００４９】
上記11)の熱交換器を超臨界冷凍サイクルのガスクーラとして使用した場合、冷媒入口から入口ヘッダ内に流入する超臨界冷媒の温度域の強度が十分高められていることになり、入口ヘッダの耐圧性が確実に向上する。
【００５０】
上記12)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部が、第２ヘッダ構成部よりも電位的に貴となっており、両ヘッダ形成部の電位差が３０ｍＶ以上であるから、第２ヘッダ構成部を第１ヘッダ構成部に対して犠牲的に腐食させることにより、第１ヘッダ構成部の腐食を抑制し、その結果第１ヘッダ構成部の腐食の進行による強度低下を防止することが可能になる。
【００５１】
上記13)〜16)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度を、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に高くすることができる。しかも、第２ヘッダ構成部を第１ヘッダ構成部に対して犠牲的に腐食させることにより、第１ヘッダ構成部の腐食を抑制し、その結果第１ヘッダ構成部の腐食の進行による強度低下を防止することが可能になる。
【００５２】
上記17)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクの外側プレートにおける第１ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度を、第２ヘッダ構成部の熱交換器使用温度域強度よりも十分に高くすることができる。また、第２ヘッダ構成部を第１ヘッダ構成部に対して犠牲的に腐食させることにより、第１ヘッダ構成部の腐食を抑制し、その結果第１ヘッダ構成部の腐食の進行による強度低下を防止することが可能になる。しかも、加工性の低下、耐食性の低下、ろう付時の溶融、およびろう付性の低下を防止することができる。
【００５３】
上記18)の熱交換器のように、第２ヘッダ構成部は、材料コストが安価でかつ加工性に優れたJIS Ａ３００３により形成されることが多い。この場合であっても、第１ヘッダ構成部が、Ｍｎ１．２〜１．７質量％、Ｃｕ０．１〜０．５質量％、Ｓｉ０．１５〜１．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成されていると、第１ヘッダ構成部を電位的に貴にして第２ヘッダ構成部を効果的に犠牲腐食させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
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用ヘッダタンク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。
【００５５】
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。さらに、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。但し、当然のことながら元素記号「Ａｌ」はＡｌ元素を示す。
【００５６】
実施形態１
この実施形態は図１〜図１０に示すものである。
【００５７】
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５はその要部の構成を示し、図６および図７はヘッダタンクの製造方法を示す。また、図８および図９は熱交換管を示し、図１０は熱交換管の製造方法を示す。
【００５８】
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いて並列状に配置された複数の扁平状熱交換管(4)と、隣接する熱交換管(4)どうしの間の通風間隙、および上下両端の熱交換管(4)の外側に配置されて熱交換管(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。
【００５９】
図２〜図５に示すように、第１ヘッダタンク(2)は、外側プレート(7)と、内側プレート(8)と、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(10A)および出口ヘッダ(10B)が上下に並んで設けられている。
【００６０】
外側プレート(7)は入口ヘッダ(10A)を構成するする入口ヘッダ構成部(7A)（第１ヘッダ構成部）と、出口ヘッダ(10B)を形成する出口ヘッダ形成部(7B)（第２ヘッダ構成部）とに分割されている。入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)に、それぞれ上下方向にのびかつ膨出高さおよび幅の等しいドーム状外方膨出部(11A)(11B)が形成されている。両ヘッダ構成部(7A)(7B)の外方膨出部(11A)(11B)における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た冷媒流通部となっており、第１ヘッダタンク(2)の各外方膨出部(11A)(11B)と対応する部分が、入口ヘッダ(10A)および出口ヘッダ(10B)となっている。
【００６１】
外側プレート(7)の入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)は、それぞれアルミニウム材製心材の両面がアルミニウムろう材製皮材で覆われた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おり、両者の肉厚は同一となっている。出口ヘッダ構成部(7B)を形成するアルミニウムブレージングシートの心材（以下、単に出口ヘッダ構成部(7B)と称することもある）は、たとえばJIS Ａ３００３のようなＭｎ、ＣｕおよびＳｉを含有する合金や、JIS Ａ３００４のようなＭｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇを含有する合金から形成される。
【００６２】
入口ヘッダ構成部(7A)を形成するアルミニウムブレージングシートの心材（以下、当該心材を単に入口ヘッダ構成部(7A)と称することもある）のガスクーラ(1)の使用温度域、たとえば１５０〜１８０℃での強度は、耐力が５０ＭＰａ以上、引張強さが１００ＭＰａ以上であり、出口ヘッダ構成部(7B)の上記温度域での強度（耐力および引張強さ）よりも１０〜５０％高くなっていることが好ましい。ちなみに、JIS Ａ３００３の１５０〜１８０℃の温度域での強度は、耐力が３０〜５０ＭＰａ程度、引張強さが６０〜８０ＭＰａ程度であり、JIS Ａ３００４の１５０〜１８０℃の温度域での強度は、耐力が６０〜８０ＭＰａ程度、引張強さが９０〜１７０ＭＰａ程度である。
【００６３】
また、入口ヘッダ構成部(7A)は、出口ヘッダ構成部(7B)よりも電位的に貴となっており、両ヘッダ構成部(7A)(7B)の電位差が３０ｍＶ以上であることが好ましく、両ヘッダ構成部(7A)(7B)の電位差は５０〜３００ｍＶであることが望ましい。この明細書および特許請求の範囲において、「電位」とは、孔食電位を意味するものとする。
【００６４】
出口ヘッダ構成部(7B)が、Ｍｎ、ＣｕおよびＳｉを含有する合金からなる場合、入口ヘッダ構成部(7A)は、Ｍｎ、ＣｕおよびＳｉを含有する合金からなり、当該合金中のＭｎ、ＣｕおよびＳｉのうちの少なくとも１種の含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)におけるこれと同種の元素の含有量よりも多くなっていることが好ましい。たとえば、入口ヘッダ構成部(7A)のＭｎ含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)のＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっており、入口ヘッダ構成部(7A)のＣｕ含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)のＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっており、入口ヘッダ構成部(7A)のＳｉ含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)のＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっていることが好ましい。具体的には、入口ヘッダ構成部(7A)は、Ｍｎ０．８〜１．７質量％、Ｃｕ０．１５〜０．５質量％、Ｓｉ０．４〜１．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金で形成されていることが好ましい。さらに、出口ヘッダ構成部(7B)がJIS Ａ３００３からなる場合、入口ヘッダ構成部(7A)が、Ｍｎ１．２〜１．７質量％、Ｃｕ０．１〜０．５質量％、Ｓｉ０．１５〜１．７質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金で形成されていることが好ましい。なお、入口ヘッダ構成部(7A)には、Ｍｇが０．０５〜１質量％含有されていてもよい。
【００６５】
出口ヘッダ構成部(7B)が、Ｍｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇを含有する合金からなる場合、入口ヘッダ構成部(7A)は、Ｍｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇを含有する合金からなり、当該合金中のＭｎ、Ｃｕ、ＳｉおよびＭｇのうちの少なくとも１種の含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)におけるこれと同種の元素の含有量よりも多くなっていることが好ましい。たとえば、入口ヘッダ構成部(7A)のＭｎ含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)のＭｎ含有量よりも０．１質量％以上多くなっており、入口ヘッダ構成部(7A)のＣｕ含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)のＣｕ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっており、入口ヘッダ構成部(7A)のＳｉ含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)のＳｉ含有量よりも０．１質量％以上多くなっており、入口ヘッダ構成部(7A)のＭｇ含有量が、出口ヘッダ構成部(7B)のＭｇ含有量よりも０．０５質量％以上多くなっていることが好ましい。具体的には、入口ヘッダ構成部(7A)は、Ｍｎ０．８〜１．７質量％、Ｃｕ０．１５〜０．５質量％、Ｓｉ０．４〜１．７質量％、Ｍｇ０．０５〜１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金で形成されていることが好ましい。
【００６６】
外側プレート(7)における入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)の上述した２つの組み合わせによれば、第１ヘッダタンク(2)の外側プレート(7)の入口ヘッダ構成部(7A)におけるガスクーラ(1)の使用温度域での強度を、出口ヘッダ構成部(7B)におけるガスクーラ(1)の使用温度域での強度よりも十分に高くすることができる。しかも、出口ヘッダ構成部(7B)を入口ヘッダ構成部(7A)に対して犠牲的に腐食させることにより、入口ヘッダ構成部(7A)の腐食を抑制し、その結果入口ヘッダ構成部(7A)の腐食の進行による強度低下を防止することが可能になる。しかも、加工性の低下、耐食性の低下、ろう付時の溶融、およびろう付性の低下を防止することができる。
【００６７】
外側プレート(7)の入口ヘッダ構成部(7A)の外方膨出部(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、入口ヘッダ構成部(7A)外面のろう材を利用してろう付されている。また、出口ヘッダ構成部(7B)の外方膨出部(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、出口ヘッダ構成部(7B)外面のろう材を利用してろう付されている。
【００６８】
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、入口ヘッダ構成部(7A)の外方膨出部(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、出口ヘッダ構成部(7B)の外方膨出部(11B)の上下方向の範囲内に形成されている。また、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)の両ヘッダ構成部(7A)(7B)の外面まで至り、かつ両ヘッダ構成部(7A)(7B)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、両ヘッダ構成部(7A)(7B)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)の両ヘッダ構成部(7A)(7B)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、両ヘッダ構成部(7A)(7B)にろう付されている。内側プレート(8)は、アルミニウム材製心材の両面がアルミニウムろう材製皮材で覆われた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。
【００６９】
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)の両ヘッダ構成部(7A)(7B)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おり、連通穴(22)の穴幅は管挿入穴(18)と同じになっている。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熱交換管(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、熱交換管(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)を介して入口ヘッダ構成部(7A)の外方膨出部(11A)内に通じさせられ、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)を介して出口ヘッダ構成部(7B)の外方膨出部(11B)内に通じさせられている。入口ヘッダ構成部(7A)の外方膨出部(11A)内に通じるすべての連通穴(22)、および出口ヘッダ構成部(7B)の外方膨出部(11B)内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おり、これにより中間プレート(9)に、外方膨出部(11A)(11B)内の冷媒流通部に通じる冷媒流通部が形成されている。そして、各外方膨出部(11A)(11B)内の冷媒流通部と、この冷媒流通部に通じる中間プレート(9)の冷媒流通部とによって、入口ヘッダ(10A)および出口ヘッダ(10B)の内部空間が形成されている。
【００７０】
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。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。
【００７１】
第２ヘッダタンク(3)における第１ヘッダタンク(2)との主な相違点は、外側プレート(7)が分割されておらず、全体が、第１ヘッダタンク(2)の出口ヘッダ構成部(7B)と同じ材質のアルミニウムブレージングシートで形成されている点、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、これにより第２ヘッダタンク(3)に、第１ヘッダタンク(2)の入口ヘッダ(10A)および出口ヘッダ(10B)よりも１つ少ない数、ここでは１つの中間ヘッダ(20)が、第１ヘッダタンク(2)の両ヘッダ(10A)(10B)に跨るように設けられている点、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点、内側プレート(8)のすべての管挿入穴(18)が中間プレート(9)のすべての連通穴(22)を介して中間ヘッダ(24)の外方膨出部(24)内に通じている点、ならびに中間プレート(9)のすべての連通穴(22)が、隣り合う連通穴(22)間の部分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点である。外方膨出部(24)の膨出高さおよび幅は、第１ヘッダタンク(2)の外方膨出部(11A)(11B)の膨出高さおよび幅と等しくなっている。また、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た冷媒流通部となっている。そして、超臨界冷媒は、中間ヘッダ(20)内において、外方膨出部(24)内の冷媒流通部と、この冷媒流通部に通じる中間プレート(9)の冷媒流通部とを通って流れるようになっている。
【００７２】
両ヘッダタンク(2)(3)の製造方法を、図６および図７を参照して説明する。
【００７３】
まず、アルミニウム材製心材の両面がアルミニウムろう材製皮材で覆われた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、第１ヘッダタンク(2)の外側プレート(7)の入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)を形成する。このとき、外方膨出部(11A)(11B)にそれぞれ冷媒入口(12)および冷媒出口(15)を形成しておく。また、アルミニウム材製心材の両面がアルミニウムろう材製皮材で覆われた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、第２ヘッダタンク(3)の外側プレート(7)を形成する。
【００７４】
また、アルミニウム材製心材の両面がアルミニウムろう材製皮材で覆われた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、管挿入穴(18)、被覆壁(19)および被覆壁(19)に真っ直ぐに連なった係合部形成用突片(21A)を有する内側プレート(8)を形成する。さらに、アルミニウムベア材にプレス加工を施すことにより、連通穴(22)、段部(25)および連通部(23)を有する中間プレート(9)を形成する。
【００７５】
ついで、入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)と内側プレート(8)と中間プレート(9)を積層状に組み合わせた後、突片(21A)を曲げて係合部(21)を形成し、係合部(21)を入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)に係合させて仮止め体をつくる。その後、この仮止め体を所定温度に加熱し、入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)のろう材層、ならびに内側プレート(8)のろう材層を利用して両ヘッダ構成部(7A)(7B)と内側プレート(8)と中間プレート(9)とを相互にろう付するとともに、被覆壁(19)と中間プレート(9)および両ヘッダ構成部(7A)(7B)の前後両側面、係合部(21)と両ヘッダ構成部(7A)(7B)とをそれぞれろう付する。こうして、第１ヘッダタンク(2)が製造される。また、３つのプレート(7)(8)(9)を積層状に組み合わせた後、突片(21A)を曲げて係合部(21)を形成し、係合部(21)を外側プレート(7)に係合させて仮止め体をつくる。その後、この仮止め体を所定温度に加熱し、入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)および、または外側プレート(7)のろう材層および内側プレート(8)のろう材層を利用して３つのプレート(7)(8)(9)を相互にろう付するとともに、被覆壁(19)と中間プレート(9)および外側プレート(7)の前後両側面、ならびに係合部(21)と外側プレート(7)とをそれぞれろう付する。こうして、第２ヘッダタンク(3)が製造されている。
【００７６】
第１ヘッダタンク(2)の製造の後に、たとえばヘリウムリーク試験を行うと、入口ヘッダ構成部(7A)の下端部および出口ヘッダ構成部(7B)の上端部と中間プレート(9)とのろう付部にろう付不良が発生している場合、ヘリウムの外部への漏れが検出される。したがって、ろう付不良を簡単に検出することができ、入口ヘッダ(10A)内と出口ヘッダ(10B)内とが短絡することに起因する熱交換性能の低下を防止することができる。
【００７７】
熱交換管(4)は、図８および図９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。
【００７８】
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熱交換管(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。
【００７９】
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。
【００８０】
熱交換管(4)は、図１０(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。
【００８１】
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。
【００８２】
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１０(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。
【００８３】
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１０(c)参照）。
【００８４】
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、熱交換管(4)が製造される。
【００８５】
熱交換管(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。
【００８６】
したがって、上半分の複数の熱交換管(4)の右端部は入口ヘッダ構成部(7A)の側外方膨出部(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、下半分の複数の熱交換管(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。
【００８７】
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。
【００８８】
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)を形成する入口ヘッダ構成部(7A)および出口ヘッダ構成部(7B)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熱交換管(4)を形成し、さらに熱交換管(4)をヘッダタンク(2)(3)に、フィン(5)を熱交換管(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。
【００８９】
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。
【００９０】
上述したガスクーラ(1)において、圧縮機を通過した高温高圧の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)の入口ヘッダ(10A)内に入り、分流して入口ヘッダ構成部(7A)の外方膨出部(11A)内に通じているすべての熱交換管(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)の中間ヘッダ(20)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、分流して出口ヘッダ構成部(7B)の外方膨出部(11B)に通じているすべての熱交換管(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)の出口ヘッダ(10B)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が熱交換管(4)の冷媒通路(4a)内を流れる間に、通風間隙を図１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。
【００９１】
そして、入口ヘッダ構成部(7A)を形成する合金および出口ヘッダ構成部(7B)を形成する合金の上述した２つの組み合わせによれば、第１ヘッダタンク(2)の外側プレート(7)の入口ヘッダ構成部(7A)におけるガスクーラ(1)の使用温度域での強度を、出口ヘッダ構成部(7B)におけるガスクーラ(1)の使用温度域での強度よりも十分に高くすることができるので、入口ヘッダ(10A)の耐圧性が優れたものになる。また、出口ヘッダ構成部(7B)を入口ヘッダ構成部(7A)に対して犠牲的に腐食させることにより、入口ヘッダ構成部(7A)の腐食を抑制し、その結果入口ヘッダ構成部(7A)の腐食の進行による強度低下を防止することが可能になる。
【００９２】
実施形態２
この実施形態は図１１および図１２に示すものである。
【００９３】
この実施形態の場合、第１ヘッダタンク(2)の外側プレート(7)の入口ヘッダ構成部(70A)および出口ヘッダ構成部(70B)は同じ材料からなる。すなわち、入口ヘッダ構成部(70A)と出口ヘッダ構成部(70B)は、それぞれ同一のアルミニウム材製心材の両面が、同一のアルミニウムろう材製皮材で覆われた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おり、心材および皮材は実施形態１の出口ヘッダ構成部(7B)と同一材質である。また、入口ヘッダ構成部(70A)の肉厚は、出口ヘッダ構成部(70B)の肉厚に対して５〜３０％厚くなっており、これにより入口ヘッダ構成部(70A)におけるガスクーラ(1)の使用温度域、たとえば１５０〜１８０℃での強度は、出口ヘッダ構成部(70B)の上記温度域での強度よりも１０〜５０％高くなっている。
【００９４】
また、入口ヘッダ構成部(70A)の肉厚が、出口ヘッダ構成部(70B)の肉厚よりも厚くなっているので、内側プレート(8)の被覆壁(19)における上部の幅は下部の幅よりも大きくなっている。そして、入口ヘッダ構成部(70A)と中間プレート(9)の上部の前後両側面に被覆壁(19)の幅広部(19a)がろう付されている。
【００９５】
その他の構成は実施形態１のガスクーラと同様である。
【００９６】
上記２つの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。
【００９７】
さらに、上記２つの実施形態においては、熱交換管(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】
【００９８】
【図１】この発明による熱交換器を適用したガスクーラの実施形態１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７】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８】図１のガスクーラの熱交換管を示す横断面図である。
【図９】図８の部分拡大図である。
【図１０】図８に示す熱交換管の製造方法を示す図である。
【図１１】この発明による熱交換器を適用したガスクーラの実施形態２の第１ヘッダタンクを示す斜視図である。
【図１２】図１１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。
【符号の説明】
【００９９】
(1)：ガスクーラ（熱交換器）
(2)(3)：ヘッダタンク
(4)：熱交換管
(7)：外側プレート
(7A)：入口ヘッダ構成部
(7B)：出口ヘッダ構成部
(8)：内側プレート
(9)：中間プレート
(10A)：入口ヘッダ
(10B)：出口ヘッダ
(11A)(11B)：外方膨出部
(18)：管挿入穴
(22)：連通穴
(23)：連通部
(24)：外方膨出部
(70A)：入口ヘッダ構成部
(70B)：出口ヘッダ構成部
【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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