(57)【要約】      （修正有）【課題】容量を必要最小限に留めることができる熱交換器用流体回収ボックスを提供する。【解決手段】熱交換器のチューブが挿入される概ね方形の装着孔２８の列が長辺方向に設けられた矩形の回収プレート２６，４６とこれを覆うカバー４５，５１とを備え、各装着孔２８は、回収プレート２６，４６の短辺方向である第１の方向に延びるように設けられている熱交換器用流体回収ボックスにおいて、カバー４５を、第１の方向と直交する第２の方向に延びるように設けられた複数のスロットを有する中間プレート４３とこれを被う波型プレート４４，５０とから構成し、中間プレート４３と波型プレート４４，５０を、中間プレート４３の各スロットと、波型プレート４４，５０の各突条とが一致するように互いに鑞接し、中間プレート４３の各スロットと波型プレート４４，５０の各突条によって、前記装着孔２８が互いに連通するように、冷媒回収のための空間を区画する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器のチューブ(18)が挿入される概ね方形の装着孔(28)の列が長辺方向に設けられた矩形の回収プレート(26)(46)と、この回収プレート(26)(46)を覆うカバー(45)(51)とを備え、前記各装着孔(28)は、回収プレート(26)(46)の短辺方向である第１の方向に延びるように設けられている熱交換器用流体回収ボックス(14)(16)において、前記カバー(45)は、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びるように設けられた複数のスロット(65)(82)を有する中間プレート(43)(80)と、この中間プレート(43)(80)を被う波型プレート(44)(50)とからなり、これら中間プレート(43)(80)と波型プレート(44)(50)は、中間プレート(43)(80)の各スロット(65)(82)と、波型プレート(44)(50)の各突条(68)とが一致するように互いに鑞接され、中間プレート(43)(80)の各スロット(65)(82)と波型プレート(44)(50)の各突条(68)は、協働して、前記回収プレート(26)(46)の長辺方向に並ぶ隣り合う装着孔(28)同士が、互いに連通するように、流体回収のための空間(70)を区画するようになっていることを特徴とする流体回収ボックス。
【請求項２】
前記回収プレート(26)(46)に隣接して、分配プレート(38)(48)が設けられ、この分配プレート(38)(48)も、前記チューブ(18)と連通する空間(70)を区画するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の流体回収ボックス。
【請求項３】
前記カバー(45)(51)は、前記空間(70)を閉じるようになっており、前記分配プレート(38)(48)は、チューブ(18)を挿入する際のストッパを形成しつつ、前記回収プレート(26)(46)に鑞接されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の流体回収ボックス。
【請求項４】
前記カバー(45)(51)は、前記波型プレート(44)(50)の突条(68)が空間(70)を閉じるように、前記分配プレート(38)(48)に鑞接され、かつ分配プレートと回収プレートも、互いに鑞接されるようになっていることを特徴とする請求項２または３に記載の流体回収ボックス。
【請求項５】
前記分配プレート(38)(48)は、前記カバー(45)(51)の内面(67)に当接する外面(64)を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項６】
前記中間プレート(80)のスロット(82)には、このスロット(82)の両長縁部同士をつなぐブリッジ(84)が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項７】
前記波型プレート(44)(50)は、概ね矩形であり、波型プレート(44)(50)の突条(68)は、波型プレート(44)(50)の長辺方向に延びていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項８】
前記波型プレート(44)(50)の突条(68)は、波型プレート(44)(50)の短辺方向において複数個設けられていることを特徴とする請求項７に記載の流体回収ボックス。
【請求項９】
前記回収プレート(26)(46)の分配プレート側の面(54)に、鑞接層が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項１０】
前記中間プレート(43)(80)と波型プレート(44)(50)の界面に、鑞接層が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項１１】
前記分配プレート(38)(48)とカバー(45)(51)の界面に、鑞接層が設けられていることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項１２】
前記回収プレート(46)の一方の端部には、流体の流入および流出用のダクト(22)(24)を連結するための２つのオリフィス(34)(36)が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項１３】
前記回収プレート(26)(46)のチューブ側の面(58)には、チューブ(18)を装着するための突縁(58)が形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項１４】
前記回収プレート(26)(46)の突縁(58)は、前記チューブ(18)の断面形状に対応して、概ね方形の断面を有することを特徴とする請求項１３に記載の流体回収ボックス。
【請求項１５】
前記回収プレート(26)(46)の装着孔(28)と突縁(58)は、２列に並べられたチューブ(18)の束を挿入しうるよう、２列にわたって並べられていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項１６】
前記回収プレート(26)(46)には、鑞接による組立てのために、波型プレート(44)(50)に当接しつつ、分配プレート(38)(48)を包み込む折曲げ部(30)が形成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の流体回収ボックス。
【請求項１７】
前記回収プレート(26)(46)の折曲げ部(30)の各縁は、波型プレート(44)(50)に向けて折曲げうるようになっていることを特徴とする請求項１６に記載の流体回収ボックス。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の熱交換器用流体回収ボックス(14)(16)と、チューブ(18)とを備える熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、特に、高圧の流体が流れるようになっている熱交換器に関する。
【０００２】
より具体的にいうと、本発明は、超臨界状態の冷媒（二酸化炭素のような自然界に存在するガス）が流れる空調機のエバポレータに関する。このような空調機は、主に、自動車に用いられる。
【背景技術】
【０００３】
超臨界状態の冷媒が流れる空調サイクルにおいては、冷媒は、100,000〜150,000hPa（１００〜１５０bar）という極めて高い圧力下にある。そのため、熱交換器、特に冷媒回収ボックスは、そのような高い圧力に耐えうるものでなければならない。冷媒の急激な膨張時に想定される圧力は、熱交換器作動時の名目的な圧力の概ね３倍である。
【０００４】
高圧に耐えうるように設計された冷媒回収ボックスは、すでに知られており、概ね鑞接によって組み立てられている。
【０００５】
特許文献１には、熱交換器のチューブ束を収容しうるスリットが形成された、中空の押出し体からなる流体回収ボックスが記載されている。中空の押出し体は、チューブ束を挿入しうるよう、機械加工する必要がある。したがって、鑞接が良好に行なわれるよう、内部に鑞接層を形成することはできない。
【０００６】
他の公知の熱交換器も、少なくとも２つの部分、すなわちボックス本体とカバーとからなる流体回収ボックスを備えている。
【０００７】
特許文献２は、概ね平坦なボックス本体と、押出し成形されるカバーとからなる流体回収ボックスを開示している。フラットチューブは、ボックス本体のスロットに挿入されている。
【０００８】
特許文献３は、３つの部分、すなわち、概ね平坦なボックス本体、カバー、および流体循環のために用いられる中間プレートからなる流体回収ボックスを開示している。中間プレートは、型打ち加工によって形成され、チューブは、中間プレートのコレットチャック（ボックス本体の内部に向かって突出している）に挿入される。しかし、チューブの先端部が、流体回収ボックスの内部に入り込んでいるため、流体回収ボックスの容量を最小限度のものに留めることはできない。
【０００９】
特許文献４は、上記特許文献３と類似する流体回収ボックスを開示しているが、この流体回収ボックスにおいても、チューブの先端部が、流体回収ボックスの内部に入り込んでいるため、上記と同様の問題がある。
【００１０】
特許文献５に開示されている、複数の部品からなる流体回収ボックスにおいては、チューブの先端部は、ボックス本体の内部に入らない。チューブとボックス本体との鑞接は、ボックス本体の厚さの範囲内で行なわれる。しかし、この流体回収ボックスは、チューブの先端部を押さえるために、補足プレートが必要である。チューブの先端部と接する補足プレートの表面には、鑞接層は形成されない。鑞接層は、ボックス本体または補足プレートのチューブの先端部と接しない部分に形成される。したがって、チューブの固定は、最適なものとはいえない。
【００１１】
特許文献６は、３つの部品、すなわち、ボックス本体、カバー、および分配プレートからなる流体回収ボックスを開示している。ボックス本体および分配プレートは、それぞれ、平坦な表面を有する。分配プレートは、ボックス本体に収容されて、チューブ導入時のストッパを形成し、チューブが、流体回収ボックスの内部へ入り込むのを防止している。しかし、流体回収ボックスのカバーは、押出し成形によって形成されるため、部品同士を鑞接することは困難であり、流体回収ボックスは、冷媒の急激な膨張時には、脆弱なものとなる。
【００１２】
上記のように、公知の流体回収ボックスは、容量を最小化することができず、流体回収ボックスの構成要素についての種々の制約も避けることができない。
【特許文献１】国際公開第０３／０４６１４号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−３３７７８８号公報
【特許文献３】特開２００３−０７５０２４号公報
【特許文献４】特開２００２−０４１３３２号公報
【特許文献５】欧州特許出願公開第０５５３４７１号明細書
【特許文献６】フランス国特許出願公開第２８９２８０４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決した熱交換器用流体回収ボックス、およびこれを備える熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の目的を実現するために、熱交換器のチューブが挿入される概ね方形の装着孔の列が長辺方向に設けられた矩形の回収プレートと、この回収プレートを覆うカバーとを備え、前記各装着孔は、回収プレートの短辺方向である第１の方向を向くように設けられている熱交換器用流体回収ボックスにおいて、前記カバーは、前記第１の方向と直交する第２の方向に向けて設けられた複数のスロットを有する中間プレートと、この中間プレートを被う波型プレートとからなり、これら中間プレートと波型プレートは、中間プレートの各スロットと、波型プレートの各突条とが一致するように互いに鑞接され、中間プレートの各スロットと波型プレートの各突条は、協働して、前記回収プレートにおいて列をなす隣り合う装着孔が、互いに連通するように、流体回収のための空間を区画するようになっていることを特徴とする流体回収ボックスを提供するものである。
【００１５】
上記の流体回収ボックスは、穿孔するかまたは波打つように加工することによって得られる、中間プレートと波形プレートを含む４つの部品からなっている。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、上記の流体回収ボックスは、以下の特徴を有する。
＊分配プレートは、回収プレートに隣接して設けられ、チューブと連通する空間を区画している。
＊カバーは、前記空間を閉じるようになっており、分配プレートは、チューブを挿入する際のストッパを形成しつつ、回収プレートに鑞接されるようになっている。
＊カバーは、波型プレートの突条が前記空間を閉じるように、分配プレートに鑞接され、かつ分配プレートと回収プレートも、互いに鑞接されるようになっている。
＊分配プレートは、カバーの内面と当接する外面を有する。
＊中間プレートのスロットには、このスロットの長縁部同士をつなぐブリッジが設けられている。
＊波型プレートは、概ね矩形であり、波型プレートの突条は、波型プレートの長辺方向に延びている。
＊波型プレートの突条は、波型プレートの短辺方向において複数個設けられている。
＊回収プレートの分配プレート側の面に、鑞接層が設けられている。
＊中間プレートと波型プレートの界面に、鑞接層が設けられている。
＊分配プレートとカバーの界面に、鑞接層が設けられている。
＊回収プレートの一方の端部には、流体の流入および流出用のダクトを連結するための２つのオリフィスが形成されている。
＊回収プレートのチューブ側の面には、チューブを装着するための突縁が形成されている。
＊回収プレートの突縁は、前記チューブの断面形状に対応して、概ね方形の断面を有する。
＊回収プレートの装着孔と突縁は、２列に並べられたチューブの束を挿入しうるよう、２列にわたって並べられている。
＊回収プレートには、鑞接による組立てのために、波型プレートに当接しつつ、分配プレートを包み込む折曲げ部が形成されている。
＊回収プレートの折曲げ部の縁辺は、波型プレートに向けて折曲げうるようになっている。
【００１７】
＊本発明は、前記熱交換器用流体回収ボックスと、チューブとを備える熱交換器をも提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、鑞接を最適に行いうるため、容易に組み立てることができ、かつ高圧の流体に対する抵抗力を確保することができる流体回収ボックスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の特徴と技術的効果は、以下に添付図面を参照して行なう実施形態の説明から、明らかになると思う。
【００２０】
図１は、上部流体回収ボックス16と下部流体回収ボックス14の間に設けられたチューブ束12を備える熱交換器10を示す。
【００２１】
チューブ束12は、熱交換器の短辺方向に２列となるように並べられた複数のフラットチューブ18（図１には、そのうちの１列を示してある）と、２列のチューブに共通の波型フィン20とからなっている。チューブ束12の短辺側の側面は、両端のチューブが当接している２つの端部プレート21,21によって区画されている。上部流体回収ボックス16には、チューブ18を流れる流体の入口管22と出口管24が連結されている。
【００２２】
熱交換器10は、エバポレータに使用され、かつ超臨界状態で働く冷媒（特にＣＯ2）が流通することが想定されている。冷媒の圧力は、100,000〜150,000hPa（１００〜１５０bar）に達することもある。冷媒は、特に自動車においては、温度調整された空気流をつくり出すため、チューブ束の間を通過する空気流との間で、熱交換が行なわれる。
【００２３】
図２は、図１に示す熱交換器の分解斜視図である。
【００２４】
下部流体回収ボックス14は、チューブ束12の装着孔28を有する回収プレート26を備えている。回収プレート26は、概ね方形であり、長辺側の各縁には、折曲げ部30が形成されている。
【００２５】
チューブ束の装着孔28は、長孔であり、２列のチューブ束に合わせて形成されている。長孔である装着孔28が延びている方向は、２列のチューブ束に合わせて、装着孔28が２つ並べられている方向である。すなわち、装着孔28は、回収プレート26の短辺方向に２つ並べて形成され、かつ回収プレート26の長辺方向にも複数個並んで形成されている。
【００２６】
回収プレート26の下方には、２列のチューブ束を構成する各チューブ18と連通する２列のスリット40,42を有する分配プレート38が位置している。スリット40,42は、予め設定された経路に沿って流体を循環させるための室を区画している。
【００２７】
分配プレート38の下方には、中間プレート43と、波型プレート44が位置している。これらの中間プレート43と波型プレート44は、回収プレート26の折曲げ部30を介して組み合わされることにより、分配プレート38を保持しつつ、回収プレート26に対向するカバー45を形成している。カバー45については、図３と図４を参照して説明する。
【００２８】
上部流体回収ボックス16は、分配プレート48に、入口管22と出口管24を組み立てるためのオリフィス34,36を有する延長部32が設けられていることを除いて、下部流体回収ボックス14と同様の構成を有する。
【００２９】
すなわち、上部流体回収ボックス16は、回収プレート46、分配プレート48、およびカバー51を備えている。カバー51は、中間プレート49と波型プレート50からなっている。また、分配プレート48は、チューブの上端と連通する２列のスリット52を有している。
【００３０】
図３は、上部流体回収ボックス16の短辺方向の断面図であり、回収プレート46、分配プレート48、およびカバー51を示している。回収プレート46の内面（上面）54は、分配プレート48を収容しうるように、プレス加工されている。他方、回収プレート46の外面56からは、チューブ束の装着孔28を包囲する突縁58が延出している。
【００３１】
回収プレート46の外面56は、下向きであり、突縁58も、同様に下向きである。突縁58は、チューブ束の２列の装着孔28に対応して、２列になっている。突縁58と装着孔28は、フラットチューブ18を挿入しうるよう、概ね方形の断面を有している。
【００３２】
分配プレート48の下面62は、回収プレート46の内面54と当接し、他方、分配プレート48の上面64は、カバー51と当接している。
【００３３】
スリット52は、分配プレート48を貫いて形成されている。また、分配プレート48は、チューブを挿入する際にストッパとなる。したがって、チューブの上端は、回収プレート46の内面54によって画定される高さよりも上方に進むことはできない。
【００３４】
図４に示すように、カバー51は、中間プレート49および波型プレート50から構成されている。
【００３５】
中間プレート49は、概ね方形であり、下面67と上面69を有している。中間プレート49の大きさは、分配プレート48のそれと概ね同じである。また、中間プレート49は、スロット65の配列も有している。スロット65の配列の態様については、後述する。
【００３６】
波型プレート50は、回収プレート46の折曲げ部30（図３参照）と接する縁部66を有している。折曲げ部30の上縁60は、折り曲げられると、カバー51を、回収プレート46に向けて、分配プレート48を間に挟みつつ押さえつける。
【００３７】
波型プレート50は、カバー51の長辺方向に延びる複数の突条68を備えている。突条68とスロット65は、波型プレート50が中間プレート49を覆蓋したときに、各突条68が、中間プレート49のスロット65を介して、分配プレート48のスリット52と連通する空間70を区画するように組み立てられる。
【００３８】
図５(ａ)に示すように、中間プレート49のスロット65は、中間プレート49の長辺方向に延びている。また、このスロット65は、中間プレート49の短辺方向に複数個並べられている。
【００３９】
波型プレート50は、突条68の反対側に、中間プレート49の上面69と当接する概ね平坦な面72を有している。
【００４０】
突条68は、冷媒が、入口管22を介して上部流体回収ボックス16に流入し、ついで、上部流体回収ボックス16および下部流体回収ボックス14の間に位置するチューブ束を循環し、最後に、出口管24を介して熱交換器から流出しうるよう、正確に設けられている。
【００４１】
下部流体回収ボックス14は、冷媒の入口管と出口管を取り付けるためのプレートを備えていないことを除いて、上部流体回収ボックス16と同様の構成を有している。
【００４２】
図５(ａ)と図５(ｂ)は、それぞれ、上部流体回収ボックス16の中間プレート49と分配プレート48を示している。中間プレート49の複数のスロット65は、２つのグループＧ１とＧ２を形成している。Ｇ１グループに属するスロットの長さは、Ｇ２グループに属するスロットのそれよりも短い。
【００４３】
中間プレート49におけるＧ１グループに属するスロット65は、分配プレート48の延長部32にも重なるよう、外側に延びている。また、Ｇ１グループに属するスロット65を覆蓋する突条68は、分配プレート48のオリフィス34,36をも覆っている。
【００４４】
図２に示すように、下部流体回収ボックス14の中間プレート43と上部流体回収ボックス16の中間プレート49は、これらのプレートに設けられているスロットのグループＧ１，Ｇ２が、分配プレート38と48に設けられている２列のスリットと協働し、熱交換器内において、少なくとも６回、冷媒を循環させうるようになっている。
【００４５】
チューブ束を通る冷媒の循環態様については、当業者によく知られているため、詳しくは述べない。
【００４６】
中間プレートのスロットは、分配プレートのスリットと協働して、熱交換器内における冷媒の循環を制御する。
【００４７】
流体回収ボックスの回収プレート、分配プレート、中間プレート、および波型プレートは、いずれも、冷媒の高圧に耐えるのに十分な厚さをもつ金属板（好ましくはアルミニウム合金）から形成されている。また、波型プレートに設けられる複数の突条により、回収プレートに対する冷媒の加圧を緩和するわずかな空間70が形成されている。
【００４８】
流体回収ボックスを組み立てる際には、中間プレートの上面に波形プレートを被せる。また、中間プレートの下面を、分配プレートの上面に当接させる。さらに、分配プレートの下面を、回収プレートの上面に当接させた後、回収プレートに折曲げ部を形成する。
【００４９】
流体回収ボックスは、上記のようにして構成要素を組み合わせた後、鑞接によって最終的に組み立てられる。したがって、鑞接層を形成しなければならない。このため、回収プレートの上面、分配プレートの上面と下面、中間プレートの上面と下面、および波型プレートの下面に鑞接層を形成する。鑞接層は、隣合うプレート（すなわち、回収プレートと分配プレート、分配プレートと中間プレート、および中間プレートと波型プレート）の２つの面のいずれか一方にだけ形成することもある。
【００５０】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る流体回収ボックスにおける中間プレート80を示す。この実施形態においては、スロット82が形成されている部分が折り曲がるのを防止するため、各スロット82の長縁部同士をつなぐブリッジ84が設けられている。図７に示すように、ブリッジ84は、冷媒の循環を乱さないよう、厚さが最小限のものとなるように、プレス加工により形成する。ブリッジ84は、中間プレート80の剛性の増大と、ブリッジを介しての熱の損失との調整を、最もよく行うことができる位置に設けられる。
【００５１】
本発明に係る流体回収ボックスについては、上記の実施形態以外に、非常に多くの変形例が可能である。また、この流体回収ボックスは、主に、高圧の冷媒が流れる熱交換器、特にＣＯ2のような超臨界冷媒が流れる自動車用空調機のエバポレータに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る２つの流体回収ボックスの間にチューブ束を備えている、空調サイクルにおけるエバポレータ用熱交換器の斜視図である。
【図２】同じく、分解斜視図である。
【図３】図１および図２に示す熱交換器における上部流体回収ボックスの短辺方向の断面図である。
【図４】図３に示す上部流体回収ボックスにおけるカバーの短辺方向の断面図である。
【図５ａ】図４に示すカバーの中間プレートの平面図である。
【図５ｂ】図３に示す分配プレートの平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る流体回収ボックスにおける中間プレートの平面図である。
【図７】図６のVII-VII線断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
10  熱交換器
12  チューブ束
14  下部流体回収ボックス
16  上部流体回収ボックス
18  フラットチューブ
20  波型フィン
21  端部プレート
22  入口管
24  出口管
26  回収プレート
28  装着孔
30  折曲げ部
32  延長部
34,36  オリフィス
38  分配プレート
40,42  スリット
43  中間プレート
44  波型プレート
45  カバー
46  回収プレート
49  中間プレート
50  波型プレート
51  カバー
52  スリット
58  突縁
60  上縁
65  スロット
66  縁部
68  突条
70  空間
80  中間プレート
82  スロット
84  ブリッジ
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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