(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に自動車空調装置用の一体型ヘッダ・熱交換器組立体であって、
ヘッダケーシング（１）を有し、このヘッダケーシング内に貯蔵室（２）と熱交換器副組立体（５、６）があり、この副組立体が２つの分離されて熱接触した熱交換通路を備えており、
第１熱交換通路（５）はケーシング入口（５ｂ）からケーシング出口（５ａ）へとヘッダケーシング内を延びる第１流路の一部であり且つ螺旋形状を有し、第２熱交換通路（６）は貯蔵室（２）とケーシング接続管（８）との間を延びる第２流路の一部であり、
第２熱交換通路（６）も螺旋形状を有し、その回旋がそれぞれ第１熱交換通路（５）の少なくとも１つの隣接回旋と熱接触しており、
更に、ヘッダケーシング（１）の内部に配置される貯蔵タンク（２）によって貯蔵室が形成されており、軸方向で相互に離間した回旋を備えて貯蔵タンクを取り囲む熱交換蛇行チューブ（５）によって一方の熱交換通路が形成されており、この蛇行チューブはその半径方向内側の回旋面が貯蔵タンクに密に接合され、またその半径方向外側回旋面がヘッダケーシングに密に接合されており、他方の熱交換通路が螺旋空隙（６）によって形成されており、この螺旋空隙が軸方向では離間蛇行チューブ回旋（５）によって、半径方向内側では貯蔵タンク（２）によって、また半径方向外側ではヘッダケーシング（１）によって限定されており、
更に、貯蔵タンク（２）が上側で開口しており、第２流路（６）は上側で開口した貯蔵タンク領域と貯蔵タンク下側領域の高さに又はそれより低い位置にある付属のケーシング接続管（８）との間を延びており、貯蔵タンクは第２流路に接続された下側領域内に単数又は複数の油吸出穴（９）を備えていることを特徴とする、一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項２】
更に、貯蔵タンクの外壁（２ａ）が、隣接する熱交換蛇行チューブ（５）に適合した異形輪郭を有し、この異形輪郭によって外壁が蛇行チューブ回旋に面的に当接することを特徴とする、請求項１記載の一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項３】
更に、熱交換蛇行チューブ（５ａ）が表面積を拡大する外側異形輪郭を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項４】
更に、熱交換器副組立体が同軸蛇行チューブ（１２）によって形成されており、この同軸蛇行チューブの半径方向内側通路（１２ａ）が一方の熱交換通路を形成し、半径方向外側通路（１２ｂ）が他方の熱交換通路を形成することを特徴とする、請求項１記載の一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項５】
特に自動車空調装置用の一体型ヘッダ・熱交換器組立体であって、
ヘッダケーシング（１）を有し、このヘッダケーシング内に貯蔵室（２）と熱交換器副組立体（５、６）があり、この副組立体が２つの分離されて熱接触した熱交換通路を備えており、
第１熱交換通路（５）はケーシング入口（５ｂ）からケーシング出口（５ａ）へとヘッダケーシング内を延びる第１流路の一部であり且つ螺旋形状を有し、第２熱交換通路（６）は貯蔵室（２）とケーシング接続管（８）との間を延びる第２流路の一部であり、
第２熱交換通路（６）も螺旋形状を有し、その回旋がそれぞれ第１熱交換通路（５）の少なくとも１つの隣接回旋と熱接触しており、
更に、第１流路（１２）のケーシング入口（２３）とケーシング出口が共通のケーシング側（１０ｂ）に配置されており、第１流路がケーシング入口又はケーシング出口から直線的チューブ部分で反対側ケーシング領域内に通されて、そこで付属の螺旋状熱交換通路（１２ａ）に移行していることを特徴とする、一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項６】
特に自動車空調装置用の一体型ヘッダ・熱交換器組立体であって、
ヘッダケーシング（１）を有し、このヘッダケーシング内に貯蔵室（２）と熱交換器副組立体（５、６）があり、この副組立体が２つの分離されて熱接触した熱交換通路を備えており、
第１熱交換通路（５）はケーシング入口（５ｂ）からケーシング出口（５ａ）へとヘッダケーシング内を延びる第１流路の一部であり且つ螺旋形状を有し、第２熱交換通路（６）は貯蔵室（２）とケーシング接続管（８）との間を延びる第２流路の一部であり、
第２熱交換通路（６）も螺旋形状を有し、その回旋がそれぞれ第１熱交換通路（５）の少なくとも１つの隣接回旋と熱接触しており、
更に、熱交換器副組立体が同軸蛇行チューブ（１２）によって形成されており、この同軸蛇行チューブの半径方向内側通路（１２ａ）が一方の熱交換通路を形成し、半径方向外側通路（１２ｂ）が他方の熱交換通路を形成しており、
更に、同軸蛇行チューブ（１２）が一方の末端領域でＵ形同軸チューブ部分（２７）に移行しており、この同軸チューブ部分が螺旋領域の半径方向内側にあることを特徴とする、一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項７】
特に自動車空調装置用の一体型ヘッダ・熱交換器組立体であって、
ヘッダケーシング（１）を有し、このヘッダケーシング内に貯蔵室（２）と熱交換器副組立体（５、６）があり、この副組立体が２つの分離されて熱接触した熱交換通路を備えており、
第１熱交換通路（５）はケーシング入口（５ｂ）からケーシング出口（５ａ）へとヘッダケーシング内を延びる第１流路の一部であり且つ螺旋形状を有し、第２熱交換通路（６）は貯蔵室（２）とケーシング接続管（８）との間を延びる第２流路の一部であり、
第２熱交換通路（６）も螺旋形状を有し、その回旋がそれぞれ第１熱交換通路（５）の少なくとも１つの隣接回旋と熱接触しており、
更に、第１流路（１２）のケーシング入口（２３）とケーシング出口が共通のケーシング側（１０ｂ）に配置されており、第１流路がケーシング入口又はケーシング出口から直線的チューブ部分で反対側ケーシング領域内に通されて、そこで付属の螺旋状熱交換通路（１２ａ）に移行しており、
更に、同軸蛇行チューブ（１２）が一方の末端領域でＵ形同軸チューブ部分（２７）に移行しており、この同軸チューブ部分が螺旋領域の半径方向内側にあることを特徴とする、一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項８】
更に、同軸蛇行チューブ（１２）が貯蔵室（１１）の内部に配置されており、その半径方向外側通路（１２ｂ）が第２熱交換通路を形成し、一端が貯蔵室上側領域内で成端する一方、その内側通路（１２ａ）は両側で付属のケーシング入口若しくはケーシング出口まで延設されていることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項記載の一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項９】
更に、同軸蛇行チューブ（１２）の半径方向外側通路（１２ｂ）が単数又は複数の油吸出穴（１７）を介して貯蔵室下側領域に接続されていることを特徴とする、請求項８記載の一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【請求項１０】
更に、貯蔵室内に一時貯蔵されるべき熱媒を接線方向流れ成分で貯蔵室（１１）に供給する貯蔵室供給手段（２５、２５ａ）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の一体型ヘッダ・熱交換器組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に自動車空調装置用の一体型ヘッダ・熱交換器組立体であって、ヘッダケーシングを有し、このケーシング内に貯蔵室と熱交換器副組立体があり、この副組立体が２つの分離されて熱接触した熱交換通路を備えており、第１熱交換通路はケーシング入口からケーシング出口へとヘッダケーシング内を延びる第１流路の一部であり且つ螺旋形状を有し、第２熱交換通路は貯蔵室とケーシング接続管との間を延びる第２流路の一部であるものに関するものである。このような組立体は、特に、二酸化炭素空調装置等の自動車空調装置においてそこで各１つのヘッダと冷凍サイクルの内部熱交換器とを一体に配置して用意するために利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
前提部分に係る一体型ヘッダ・熱交換器組立体が米国特許公報第ＵＳ３９５５３７５号に開示されている。そこに示された組立体は空調装置の一部であり、組立体のヘッダ部は蒸発器の出口側と圧縮機の入口側との間にあり、その熱交換器副組立体は貯蔵室内にある低圧側冷媒と蒸発器入口側の前の高圧側冷媒との間に内部熱交換器を形成している。冷媒は貯蔵室上側領域の側部入口を介して貯蔵室内に達し、上面の貯蔵室穴を介してこの貯蔵室から吸出される。同時に、貯蔵室下側領域内に沈降した油は、そこで貯蔵室から上に引き出された油吸出管路を介して一緒に吸引される。この一体型熱交換器副組立体はヘッダケーシング内、従って貯蔵室内に配置される蛇行チューブによって形成されており、両方のチューブ端はケーシング下面で貯蔵室から引き出され、そこで接続ブロックの側面に設けられた接続穴に注いでいる。
【０００３】
ドイツ公開特許公報第ＤＥ１９６３５４５４Ａ１号に開示されたヘッダ・熱交換器組立体では、相互に離間した回旋を有する単数又は複数の扁平チューブ渦巻体によって熱交換器副組立体が形成されており、扁平チューブの内部が熱交換器副組立体の第１熱交換通路を形成し、チューブ渦巻体の空隙は前記熱交換通路に熱接触した第２熱交換通路を形成する。
【０００４】
米国特許公報第ＵＳ４８９５２０３号により、特に自動車エンジンの冷媒によって使用水を加温するのに利用される２流体熱交換器が公知であり、この熱交換器は円筒形外側ケーシングと、その内部に同軸で配置される中空円筒と、中空円筒と外側ケーシングとの間を流体密に延びた蛇行チューブとを有し、この蛇行チューブは軸方向で相互に離間した回旋を備えている。蛇行チューブが流体用熱交換通路を形成する一方、螺旋回旋の間の蛇行空隙は他の流体用の螺旋状熱交換通路として機能する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、比較的単純な構造を有し、比較的僅かな支出で製造可能であり、ヘッダケーシング内で熱交換器副組立体のコンパクトな一体化を良熱交換効率で実現する特に自動車空調装置用の一体型ヘッダ・熱交換器組立体であって、ヘッダケーシングを有し、このケーシング内に貯蔵室と熱交換器副組立体があり、この副組立体が２つの分離されて熱接触した熱交換通路を備えており、第１熱交換通路はケーシング入口からケーシング出口へとヘッダケーシング内を延びる第１流路の一部であり且つ螺旋形状を有し、第２熱交換通路は貯蔵室とケーシング接続管との間を延びる第２流路の一部である一体型ヘッダ・熱交換器組立体を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第２熱交換通路も螺旋形状を有し、その回旋がそれぞれ第１熱交換通路の少なくとも１つの隣接回旋と熱接触している一体型ヘッダ・熱交換器組立体を提供することによってこの問題を解決する。この組立体では特徴的には熱交換器副組立体の両方の熱交換通路が螺旋形状を有し、一方の通路の回旋がそれぞれ他方の通路の少なくとも１つの隣接回旋と熱接触している。これにより、相互に別々に両方の熱交換通路内を流れる熱媒は巻回された通路全長にわたって互いに熱交換接続されている。蛇行によってこの流路は熱交換器副組立体の外寸よりも著しく大きくしておくことができるので、熱交換器副組立体は要請された所定の熱交換性能において比較的コンパクトにヘッダケーシング内に収容することができる。同時に、熱接触した２つの螺旋状熱交換通路からなる熱交換器副組立体の構造は比較的単純であり、僅かな支出で製造することができる。その際、付加的ろう接継手を必要とすることなく、一体型ヘッダ・熱交換器組立体を全体として純溶接構造体として構成することが特に可能である。
【０００７】
請求項２により展開された組立体では、ヘッダケーシングの内部に配置される貯蔵タンクによって貯蔵室が形成されており、熱交換器副組立体がごく簡単に蛇行チューブによって実現されており、この蛇行チューブは軸方向で離間した回旋によって半径方向で密封してヘッダケーシング内壁と貯蔵タンク外壁との間に取付けられている。この蛇行チューブのチューブ内部が一方の熱交換通路を形成する一方、蛇行チューブの離間回旋の間の蛇行空隙は他方の熱交換通路として機能する。このように構成されるヘッダ・熱交換器組立体は若干数の単純な部材で製造することができる。
【０００８】
本発明の更なる１構成において請求項３によれば、貯蔵タンクが上側で開口しており、貯蔵タンクからケーシング外側へと通じた付属の流路は上側で開口した貯蔵タンク領域から当該螺旋状熱交換通路を介して下方に、少なくとも貯蔵タンク下側領域にまで延び、そこで貯蔵タンクに設けられた単数又は複数の油吸出穴に接続されている。用語“油吸出穴”とはこの場合、本来の熱媒によって一緒に運ばれるがそれよりもかなり粘性の高い流体が飛沫同伴されるあらゆる微孔のことである。この流体は油とすることができるが、しかし必ずしもではない。空調装置内で利用する場合これは大抵、冷媒によって飛沫同伴される圧縮機用潤滑油である。この潤滑油は、まず貯蔵タンク内で下方に沈降したのち、油吸出穴を介して制御下に、貯蔵タンクから吸出された冷媒によって再び飛沫同伴することができる。
【０００９】
更なる１構成において請求項４によれば、蛇行チューブが貯蔵タンク外壁に線状にだけでなく面的にも当接して熱交換を高めるように貯蔵タンクの外壁が熱交換蛇行チューブに適合した異形輪郭を有することによって、熱交換能力の向上が与えられている。やはり熱交換を向上する１構成において請求項５によれば、熱交換蛇行チューブが表面積を拡大する外側異形輪郭を備えている。
【００１０】
請求項６により構成された組立体では、熱交換器副組立体が同軸蛇行チューブによって形成されており、この同軸蛇行チューブの半径方向内側通路と半径方向外側通路が両方の熱交換通路となる。この組立体も簡単に、若干数の部材で製造することができる。この場合特にヘッダケーシングは同時に貯蔵室の境界を形成することができ、次にこの貯蔵室内に同軸蛇行チューブが設けられる。
【００１１】
請求項７に従って構成された組立体では、貯蔵室内で成端することなく連続した第１流路の両方のケーシング側接続個所が、好ましくは螺旋状熱交換通路の一方の末端領域に向き合う共通のケーシング側にあり、この流路は直線的チューブ部分でヘッダケーシング内を反対側の熱交換通路末端領域へと通されている。必要ならば、貯蔵室内に一時貯蔵されるべき熱媒用にもケーシング側入口と出口をこのケーシング側に同様に設けておくことができ、こうして一体型ヘッダ・熱交換器組立体用のすべての接続管が片側から接近可能となる。
【００１２】
請求項８に従って構成された組立体では、同軸蛇行チューブが一方の末端領域でＵ形同軸チューブ部分に移行しており、この同軸チューブ部分が螺旋領域の半径方向内側にあり、この同軸チューブ部分でもって熱交換上有効な流れ長は組立体自体を拡大することなく更に高めることができる。
【００１３】
請求項９による本発明の更なる構成では、同軸蛇行チューブが貯蔵室内に配置されて、一端ではその半径方向外側通路が短縮されて、その注ぎ端が貯蔵室上側領域内にある一方、半径方向内側通路はケーシング外側まで延設されている。この措置の更なる構成において請求項１０によれば、同軸蛇行チューブは貯蔵室下側領域内に単数又は複数の油吸出穴を備えており、油吸出穴はその半径方向外側通路を貯蔵室下側領域に接続し、本来の熱媒によって飛沫同伴された粘性流体がこの貯蔵室下側領域内に沈降する。
【００１４】
請求項１１に従って構成された組立体では、貯蔵室内に一時貯蔵されるべき熱媒を接線方向流れ成分で貯蔵室に供給する貯蔵室供給手段が設けられている。これによって貯蔵室内に引き起こされる回転流入流は本来の熱媒とこの熱媒によって飛沫同伴された粘性流体との望ましい分離を容易とする。本発明の有利な実施態様が図面に示してあり、以下に説明される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に示したヘッダ・熱交換器組立体はヘッダケーシング１の内部に貯蔵室として機能する円筒形貯蔵タンク２を含み、この貯蔵タンクが中間床３に載置されている。貯蔵タンク２とヘッダケーシング１との間に蛇行チューブ５が取付けられており、蛇行チューブの回旋は軸方向で相互に離間し、半径方向内側では流体密に貯蔵タンク外壁に当接し、半径方向外側では流体密にヘッダケーシング内壁に当接している。こうして相符合する螺旋空隙６が形成されており、この空隙は軸方向では各２つの隣接する蛇行チューブ回旋によって、半径方向内側では貯蔵タンク壁によって、そして半径方向外側ではヘッダケーシング壁によって限定される。蛇行チューブ５は、ケーシング１から引き出される出口管５ａを備えたケーシング上面と入口管５ｂを備えたケーシング下面とで成端している。入口管は中間床３とヘッダケーシング１の底壁１ａとに挿通されている。入口管５ｂがケーシング底壁１ａに流体密に通されている一方、中間床３には入口管５ｂよりも大きい詳しくは図示しない通孔が設けられており、この通孔を介して蛇行空隙６は中間床３とケーシング底壁１ａとによって限定された抽出室７と流体接続されている。この抽出室７を介して出口管８がヘッダケーシング１から引き出される。ケーシング上面１ｂの他の開口部を介して入口管４が取付けられており、この入口管は上側で開口した貯蔵タンク２内に注ぐ。
【００１６】
こうして一方で貯蔵タンク領域内で螺旋状のチューブ５が、他方で上側貯蔵タンク出口及び抽出室７と合わせて蛇行空隙６が、第１若しくは第２流路を形成する。両方の流路はそれらの螺旋状部分に沿って、即ち蛇行チューブ５と蛇行空隙６とに沿って、互いに熱接触しており、こうしてヘッダケーシング１に一体化された熱交換器副組立体の第１若しくは第２熱交換通路を形成する。
【００１７】
運転時、第１熱媒Ｍ１は入口管５ｂから出口管５ａへとヘッダケーシング１内を連続して延びるチューブ流路内に通され、このチューブ流路は熱交換上活性な領域では蛇行チューブ５からなる。第１熱媒と熱接触させるべき第２熱媒Ｍ２は入口管４を介して貯蔵タンク２内に達し、そこに一時貯蔵される。この熱媒はそこから蒸気の態様で貯蔵タンク２から上に再び抽出することができ、蛇行空隙６に沿って下方に流れ、次に抽出室７内に達し、そこから出口管８を介して抽出される。蛇行空隙６によって形成される螺旋状流路に沿って第２熱媒Ｍ２は、良伝熱性材料から作製される蛇行チューブ５の壁を介して、蛇行チューブ５内に通される第１熱媒Ｍ１と向流で熱接触している。
【００１８】
貯蔵タンク２に導入される第２熱媒Ｍ２によって粘性流体が飛沫同伴される場合、この流体は貯蔵タンク２の底に沈降する。ヘッダケーシング１から抽出される第２熱媒Ｍ２の流れによってこの流体をそこから再び飛沫同伴し得るようにするために、貯蔵タンク側壁の下側領域に単数又は複数の油吸出穴９が設けられている。これらの油吸出穴は、粘性流体が吸引作用に依存して一定の希望する程度に貯蔵室２から吸出されるように寸法設計されている。
【００１９】
このように構成されたヘッダ・熱交換器組立体は、二酸化炭素又はその他の従来の冷媒が使用される自動車空調装置の冷凍サイクル用に特に利用することができる。ヘッダ内に一体化された熱交換器副組立体５、６はその際、この場合第１熱媒Ｍ１である冷凍サイクル高圧側を流れる冷媒と、この場合第２熱媒Ｍ２である低圧側を流れる冷媒との間の内部熱交換器として機能する。低圧側で組立体のヘッダ部は貯蔵タンク２で蒸発器に続き、内部熱交換器５、６に移行しており、他方で後者は高圧側で凝縮器又はガス冷却器と膨張弁との間にある。
【００２０】
こうして蒸発器からくる冷媒は入口管４を介して貯蔵タンク２内に達する。流入する冷媒によって飛沫同伴される圧縮機潤滑油は貯蔵タンクの底に沈降する。貯蔵タンク２内で、一時貯蔵された冷媒は下側領域において沈降油の上で液体状態で存在し、上側領域では気体状態で存在する。圧縮機の吸引作用によって気体冷媒は貯蔵タンク２から上に抽出され、螺旋状に蛇行空隙６を通して下方に抽出室７に流入し、油吸出穴９を介して一定量の潤滑油を再び飛沫同伴し、出口管８を介してヘッダケーシング１から圧縮機の方向に流出する。これに対して向流で、ガス冷却器又は凝縮器からくる高圧側冷媒は入口管５ｂを介して蛇行チューブ５に導入され、そこで螺旋状に蛇行チューブ５内を上方に流れ、蛇行空隙６内を下方に流れる低圧側冷媒と熱交換接続され、次に出口管５ａを介してヘッダケーシング１から流出する。
【００２１】
自明のことであるが、応用事例に応じて第１熱媒Ｍ１は図示方向とは逆方向でも付属の第１流路内に通すことができ、この場合熱媒は蛇行チューブ５内を下方に、蛇行空隙６内の第２熱媒Ｍ２と向流で流れる。即ち、一体型熱交換器副組立体はこの場合平行流原理に従って作動する。
【００２２】
図２は図１の組立体の変更態様を示しており、中間床の造形の点で相違しているにすぎず、平らな中間床ではなく、下方に湾曲した中間床３ａが貯蔵タンク２を下側で成端している。その他、対応する要素には図１と同じ符号が選択されており、その限りで図１についての上記説明を参照するように指示することができる。図２の実施例では、単数又は複数の側部油吸出穴９の代わりに又はそれを補足して、中間床３ａの最も低い個所に油吸出穴９ａが設けられている。貯蔵タンク２の下側領域に一時貯蔵された圧縮機潤滑油はこの油吸出穴を介して希望する一定量が抽出室７内に吸出され、圧縮機へと吸引される冷媒Ｍ２によってそこから飛沫同伴することができる。下方に湾曲造形された中間床は、最も低い個所に設けられた油吸出穴９ａを介して、貯蔵タンク２内に微量の油が溜まっただけの場合でも既に圧縮機への油の飛沫同伴を可能とする。
【００２３】
図３は図１又は図２の組立体の他の変更態様の要部断面図であり、変更された熱交換上活性な領域のみが示してあり、その他の点でこの組立体は図１又は図２のものと一致している。図３の組立体では、貯蔵室を形成するために、蛇行チューブ５に対応して異形輪郭付与された側壁を有する貯蔵タンク２ａが設けられている。これにより、蛇行チューブ５の回旋はそれらの半径方向内側で線状にだけでなく面的に貯蔵タンク外壁に当接する。これは一方で、必ずしもではないが一般に望ましいこの継手の流体気密性を容易とし、他方で、貯蔵タンク２ａ内に一時貯蔵されてそこから抽出される熱媒と蛇行チューブ５内に通される熱媒との間で熱交換の向上を可能とする。貯蔵タンク側壁のこの異形輪郭を補足して又はそれに代えて、蛇行チューブに外側異形輪郭を付与してその熱交換表面積を高めることができる。図４は外側で表面積を拡大して異形輪郭付与されたこのような蛇行チューブ５ａの１例を示す。拡大された熱交換表面積は更に、熱交換性能を低下させることなく熱媒の流速を高めることを可能とする。
【００２４】
図５が示す他のヘッダ・熱交換器組立体は図１、図２のものに対して変更されて、中間床が設けられていない。機能上一致する要素が設けられている限り、それらには図１と同じ符号が付けられており、それらの説明については図１の説明を参照するように指示することができる。貯蔵タンク２はこの例では、その限りで変更された貯蔵タンク１’の平らな底１ｃに直接に嵌着されている。蛇行チューブ５用入口管５ｂがケーシング底１ｃの第１穴に挿通されている一方、第２熱媒Ｍ２用出口管８は底１ｃの第２穴に嵌め込まれて、蛇行空隙６の下側末端領域に注ぐ。更に、貯蔵タンク側壁に設けられる単数又は複数の油吸出穴９がこの蛇行空隙に接続されている。
【００２５】
図６に示す一体型ヘッダ・熱交換器組立体に設けられているヘッダケーシング１０は、独自の貯蔵タンクが省かれて、内側にある貯蔵室１１を限定している。この貯蔵室１１内にある同軸蛇行チューブ１２は半径方向内側通路１２ａと半径方向外側通路１２ｂとを含む。両面を切削加工することによって同軸蛇行チューブ１２は折り曲げて入口管１２ｃ及び出口管１２ｄとされた両方の末端部分で半径方向外側通路１２ｂが短縮されており、これらの通路はそれぞれなおヘッダケーシング１０の内部で注ぎ出、半径方向内側通路１２ａはヘッダケーシング１０から両側に引き出されている。下端で外側同軸チューブ路１２ｂは、その上にある貯蔵室１１から中間床１２によって仕切られた抽出室１４に注ぎ、この抽出室を下方で限定しているケーシング底１０ａに排出管１５が取付けられている。
【００２６】
こうして内側同軸チューブ路１２ａが第１熱媒Ｍ１用流路を形成する一方、外側同軸チューブ路１２ｂは第２熱媒Ｍ２用流路を形成し、その蛇行流れ曲線全体に沿って半径方向内側流路１２ａと熱接触している。このため同軸チューブは高伝熱性材料で作製されている。従って同軸蛇行チューブ１２はこの例の場合ヘッダケーシング１０に一体化された熱交換器副組立体を形成し、この副組立体内で両方の熱媒Ｍ１、Ｍ２は好ましくは向流で、或は平行流で、互いに熱交換接続されている。
【００２７】
第２熱媒Ｍ２は側部入口１６を介して貯蔵室１１に導入される。この側部供給に代えて、第２熱媒Ｍ２は、破線で示唆したようにケーシング上面に設けられる入口管１６ａを介して貯蔵室１１に導入することもできる。この熱媒によって場合によって飛沫同伴された潤滑油等の粘性流体が中間床１３上に沈降する。この貯蔵室下側領域内で同軸チューブが単数又は複数の油吸出穴１７を備えており、溜まった粘性流体は、外側同軸チューブ路１２ｂを流れて貯蔵室１１から抽出される第２熱媒Ｍ２によって油吸出穴を介して希望量を飛沫同伴することができる。その際、第２熱媒Ｍ２は好ましくは蒸気状態又は気体状態で貯蔵室上側領域内で外側同軸チューブ路１２ｂ内に吸入され、反対側の下端で同軸チューブ路から流出し、そこから次に抽出室１４内に達し、そしてそこでヘッダケーシング１０から進出する。
【００２８】
図６のヘッダ・熱交換器組立体は、図１〜図５の上記例について述べられたのと同じ特性、利点を有して例えば自動車空調装置用に同様に利用可能である。
【００２９】
図７〜図９は、図６の同軸チューブの可能な構造形状を横断面図で示す。図７が特に示す完全押出し製造された同軸チューブ１８は一体な内側通路１２ａと、周方向で離間した複数の平行な通路分枝からなる外側通路１２ｂとを備えている。図８が示す同軸チューブ１９は厚肉高圧チューブ１９ａと薄肉包被チューブ１９ｂとの２部分で作製されている。高圧チューブ１９ａは内側通路１２ａを含み、外面に間座肋片２０を備えている。間座肋片は好ましくは流体密に包被チューブ１９ｂの内面に当接し、こうしてやはり複数の平行な分枝からなる外側通路１２ｂが形成されている。図９に示した同軸チューブ２１は軸方向に延びる間座腹部２２を内部に備えた薄肉包被チューブ２１ｂと内側にある高圧チューブ２１ａとからなり、この高圧チューブが内側流路１２ａを形成する。間座腹部２２が好ましくは流体密に高圧チューブ２１ａに当接し、こうしてやはり、外側流路１２ｂを形成する複数の平行な通路分枝が形成されている。
【００３０】
図７の同軸チューブ１８では内側通路１２ａに対して外側通路１２ｂの両側での短縮は既に触れたように切削加工によって行うことができるのに対して、図８、図９の同軸チューブ１９、２１ではこれは選択的に、内側高圧チューブに比べて適切に短い外側包被チューブを使用することによって実現可能である。
【００３１】
図１０は図６の組立体の変更態様を示しており、機能上同じ要素にはやはり同じ符号が付けてあり、その限りで図６の説明を参照するように指示する。図１０の一体型ヘッダ・熱交換器組立体では特徴として両方の熱媒Ｍ１、Ｍ２をヘッダケーシング１０に導入し又そこから排出するための４つの入口・出口管がすべて一緒にヘッダケーシングの上面１０ｂに設けられている。図６の造形を変更して内側同軸チューブ路１２ａはその下端が抽出室１４内で折り曲げられ、中間床１３と貯蔵室１１とに挿通される直線的入口管２３を通してケーシング上面１０ｂへと通されている。更に、貯蔵室１１と中間床１３とを貫通して抽出室１４まで達する直線的吸出管２４がケーシング上面１０ｂに取付けられており、貯蔵室１１から外側蛇行同軸チューブ路１２ｂを通して抽出室１４内に達する第２熱媒Ｍ２はヘッダケーシング１０内を通してこの吸出管を介して上方に抽出される。
【００３２】
貯蔵室１１への第２熱媒Ｍ２の供給は、やはりケーシング上面１０ｂに介装される入口管２５を介して行われ、この入口管は貯蔵室側で接線方向曲管２５ａで成端している。これによって第２熱媒Ｍ２、例えば空調装置低圧側冷媒が貯蔵室１１内に接線方向で供給されることになり、有利であることが判明した。というのも、こうして生成する回転流が例えば冷媒と飛沫同伴油との希望する分離をそれらの密度差に基づいて帰結するからである。図１０の組立体は、一体型ヘッダ・熱交換器組立体のすべての接続管が片側から接近可能であることが望ましく又は必要であるような応用事例に特に適している。図１１は、第１熱媒Ｍ１用入口管２３、出口管２６と第２熱媒Ｍ２用入口管２５、出口管２４とを備えた図１０の組立体の共通接続側を平面図で示す。その他の点でこの組立体には上記実施例について述べた特性及び利点が適宜妥当する。
【００３３】
図１２は図６の組立体の他の変更態様を示しており、機能上同じ要素にはやはり同じ符号が付けられており、その限りで図６についての上記説明を参照するように指示する。図６の造形を変更して図１２の一体型ヘッダ・熱交換器組立体では、使用された同軸チューブはその熱交換上活性な蛇行領域１２に続いて上端が折り曲げられてＵ形同軸チューブ部分２７とされており、この同軸チューブ部分は貯蔵室下側領域内に戻され、そこからヘッダケーシング１０内を通して再び上方に引き出されている。蛇行領域１２の半径方向内側にあるＵ形曲管の最も低い個所にやはり油吸出穴２８が設けられており、この油吸出穴が貯蔵室下側領域を外側同軸チューブ路１２ｂに連絡する。Ｕ形同軸チューブ部分２７はその長さに応じて、同軸チューブによって形成される一体型熱交換器副組立体の熱交換上活性な流れ長を高める。
【００３４】
上述の例が示すように、本発明が提供する一体型ヘッダ・熱交換器組立体では若干数の部材を使ってコンパクトな構造様式で僅かな支出でヘッダと熱交換器が共通の組立体内に一体化されている。特にこの組立体は溶接継手のみによって、付加的ろう接継手を必要とすることなく仕上げることができる。従ってこの場合、過剰の融剤とろうが運転中に剥げ落ちて例えば冷凍サイクル中に運転障害をもたらすような問題も生じず、ここでは流路の高い内部清潔さが与えられている。
【００３５】
本発明による一体型ヘッダ・熱交換器組立体は自動車空調装置内での利用に特別適しており、殊に二酸化炭素を冷媒としたものにも適している。熱交換器副組立体はこの場合、低圧側ヘッダ内に一体化された内部熱交換器を形成する。高圧側冷媒は適宜な高圧に設計されたチューブ内に閉じ込めてヘッダケーシングに通され、組立体のろう接継手又は溶接継手が高圧側冷媒圧力で負荷されてはいない。ヘッダケーシングはこの場合低圧側冷媒圧力で負荷されているだけであり、それ故に比較的薄い壁厚で実施しておくことができる。熱交換器副組立体内で両方の熱媒の流れが強制的に螺旋状に案内されることによって、与えられたコンパクトな構造様式において高い熱交換性能が得られ、この熱交換性能は両方の媒体を向流で案内することによって付加的に高めることができる。蛇行チューブ及び／又は場合によっては貯蔵タンクの異形輪郭付与によって熱交換性能は更に改善することができる。コンパクトな構造形状にとって更に有利なことに、熱交換器副組立体のために事実上ヘッダケーシング全体を利用することができる。場合によって設けられる中間床は両側で類似の圧力が現れるので真に薄くしておくことができる。中間床に挿通されるチューブ部材はこの理由から必ずしも中間床に溶接しておく必要はなく、場合によっては単純な差込みで間に合う。
【００３６】
全体として、軽量の組立体を製造することができる。外部への漏れは外部から簡単に除去することができる。高圧側と低圧側との間の接合個所での漏れは、既に述べたように設計に起因してヘッダケーシング内では現れ得ない。さまざまな上記例から更に明らかとなるように、入口接続管と出口接続管はヘッダケーシングの事実上希望するいずれの個所にも設けることができ、その都度の応用事例に存在する条件を十分に考慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平らな中間床に嵌着された貯蔵タンクとそれを取り囲む熱交換蛇行チューブとを備えた一体型ヘッダ・熱交換器組立体の縦断面図である。
【図２】下方に湾曲した中間床を備えたヘッダ・熱交換器組立体を図１と同様に示す図である。
【図３】異形輪郭貯蔵タンク壁を備えた図１、図２の一体型ヘッダ・熱交換器組立体の要部断面図である。
【図４】図１〜図３の非異形輪郭熱交換蛇行チューブに代えて使用可能な異形輪郭蛇行チューブの横断面図である。
【図５】中間床のないヘッダ・熱交換器組立体を図１と同様に示す図である。
【図６】同軸蛇行チューブと両側の接続管とを備えた一体型ヘッダ・熱交換器組立体の縦断面図である。
【図７】図６の組立体で使用可能な同軸蛇行チューブの横断面図である。
【図８】図６の組立体で使用可能な同軸蛇行チューブの横断面図である。
【図９】図６の組立体で使用可能な同軸蛇行チューブの横断面図である。
【図１０】１つの接続側のみを有する組立体を図６と同様に示す断面図である。
【図１１】図１０の組立体の接続側を上から見た略示図である。
【図１２】Ｕ形同軸チューブ部分を備えた組立体を図６と同様に示す断面図である。
【符号の説明】
１  ヘッダケーシング
１ａ  ケーシング
２  貯蔵タンク
３  中間床
５  蛇行チューブ
５ａ  出口管
５ｂ  入口管
６  蛇行空隙
７  抽出室
９  油吸出穴
１１  貯蔵室
１２  同軸蛇行チューブ
１２ａ  内側同軸チューブ路
１２ｂ  外側同軸チューブ路
１４  抽出室
１５  排出管
１６  側部入口
１７  油吸出穴
１８、１９、２１  同軸チューブ
１９ａ  厚肉高圧チューブ
１９ｂ  薄肉包被チューブ
２２  間座腹部
２３  直線的入口管
２４  直線的吸出管
２７  Ｕ形同軸チューブ部分
２８  油吸出穴
【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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