特許 7581921 熱交換器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】熱交換器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 9/26 20060101AFI20241106BHJP

   F28F 9/18 20060101ALI20241106BHJP

   F28D 1/053 20060101ALI20241106BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

F28F9/26

F28F9/18

F28D1/053 A

B23K1/00 330K

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021013098

(22)【出願日】2021-01-29

(65)【公開番号】P2022116759

(43)【公開日】2022-08-10

【審査請求日】2023-09-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109612

【弁理士】

【氏名又は名称】倉谷 泰孝

(74)【代理人】

【識別番号】100116643

【弁理士】

【氏名又は名称】伊達 研郎

(74)【代理人】

【識別番号】100184022

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 美保

(72)【発明者】

【氏名】大谷 優紀

(72)【発明者】

【氏名】松本 武巳

(72)【発明者】

【氏名】宮川 幸大

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】特許第３０４３０５０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１８－１８９２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３８４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３９５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０８６５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－１１５２８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００１－０５９６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１４８２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ ９／００ － ９／２６

Ｆ２８Ｄ １／００ － １３／００

Ｂ２３Ｋ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

列方向及び段方向に配列された熱媒体を流通させる複数の伝熱管と、
前記列方向に配列された複数の前記伝熱管の端部がそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有し、前記伝熱管が挿入されて前記列方向に前記熱媒体を連通させる連通流路を形成し、前記連通流路を前記段方向に複数配設する第１ヘッダ部材と、
前記第１ヘッダ部材の側面から前記第１ヘッダ部材の側面の内周面に嵌合され、前記段方向の複数の前記連通流路を閉塞する、前記段方向に配置された複数の突出した第１凸部と、前記第１ヘッダ部材の外周面に接する複数の突出した第２凸部と、を有する第２ヘッダ部材と、
前記伝熱管に接触する複数のフィンと、
を備える熱交換器。

【請求項2】

前記第１ヘッダ部材は、波板形状の第１波板と、前記第１波板の谷部と接合される第２の板により前記段方向の複数の前記連通流路を形成し、前記第１波板又は前記第２の板は、複数の前記挿入孔を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記第２の板は波板形状であって、前記第１波板の谷部と前記第２の板の谷部とが接合されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記第１ヘッダ部材は、筒形状に前記連通流路を形成し、複数の前記筒形状の前記連通流路が前記段方向に配設されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

【請求項5】

列方向及び段方向に配列された熱媒体を流通させる複数の伝熱管と、
前記列方向に配列された複数の前記伝熱管の端部がそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有し、前記伝熱管が挿入されて前記列方向に前記熱媒体を連通させる連通流路を形成し、前記連通流路を前記段方向に複数配設する第１ヘッダ部材と、
前記第１ヘッダ部材の側面から前記第１ヘッダ部材の側面の内周面に嵌合され、前記段方向の複数の前記連通流路を閉塞する、前記段方向に配置された複数の突出した第１凸部を有する第２ヘッダ部材と、
前記伝熱管に接触する複数のフィンと、
を備え、
前記第１ヘッダ部材の片側の側面は、前記第１凸部により閉塞され、他の側面は塞がったコップ形状であることを特徴とする熱交換器。

【請求項6】

列方向及び段方向に配列された熱媒体を流通させる複数の伝熱管と、
前記列方向に配列された複数の前記伝熱管の端部がそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有し、前記伝熱管が挿入されて前記列方向に前記熱媒体を連通させる連通流路を形成し、前記連通流路を前記段方向に複数配設する第１ヘッダ部材と、
前記第１ヘッダ部材の側面から前記第１ヘッダ部材の側面の内周面に嵌合され、前記段方向の複数の前記連通流路を閉塞する、前記段方向に配置された複数の突出した第１凸部を有する第２ヘッダ部材と、
前記伝熱管に接触する複数のフィンと、
を備え、
前記第２ヘッダ部材は前記段方向に、折り曲げられた折曲部を備えることを特徴とする熱交換器。

【請求項7】

前記連通流路を形成する前記第１ヘッダ部材の前記内周面の断面及び前記第１凸部の断面の形状は、円、楕円、半円のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱交換器。

【請求項8】

列方向に配列された熱媒体を流通させる複数の伝熱管の端部を第１ヘッダ部材の複数の挿入孔に挿入させて前記列方向の前記熱媒体の連通流路を形成する工程と、
段方向に複数配置された突出した第１凸部及び第２凸部を有する第２ヘッダ部材において、前記第１凸部及び前記第２凸部によって前記第１ヘッダ部材の位置決めを行い、前記連通流路を前記段方向に複数形成する前記第１ヘッダ部材の側面の内周面に、前記第１凸部をそれぞれ篏合させて、前記連通流路の側面を閉塞する工程と、
前記第１ヘッダ部材の前記側面の前記内周面と前記第２ヘッダ部材の前記第１凸部とを嵌合させた箇所をろう付けする工程と、
前記列方向及び前記段方向に配置された複数の前記伝熱管にフィンを組付ける工程と、を備える熱交換器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換器及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

熱媒体を流通させる複数の伝熱管を列方向及び段方向にそれぞれ配置させ、列方向に並列する伝熱管の端部を連結する連結ヘッダを備えた熱交換器が検討されている。伝熱管と連結ヘッダは互いに接合され製造される。
例えば特許文献１の熱交換器は、複数の筒状の部材が補強バーに取り付けられた連結ヘッダを備える。筒状の部材には、列方向に並ぶ２本の伝熱管の端部が挿入され、熱媒体を筒状の部材内の空間で連通させている。そして、伝熱管と連結ヘッダはろう付けにより接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－２１４７９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の熱交換器は、複数の筒状の部材をそれぞれ補強バーに取り付ける必要があり、それぞれを位置決めするため煩雑であった。また複数の筒状の部材の列方向に挿入された伝熱管の向きにばらつきが生じる虞もあった。

【0005】

本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであり、列方向及び段方向の伝熱管を簡単に位置精度よく配置させ、熱媒体を流通させることができる熱交換器を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る熱交換器は、列方向及び段方向に配列された熱媒体を流通させる複数の伝熱管と、列方向に配列された複数の伝熱管の端部がそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有し、伝熱管が挿入されて列方向に熱媒体を連通させる連通流路を形成し、連通流路を段方向に複数配設する第１ヘッダ部材と、第１ヘッダ部材の側面から第１ヘッダ部材の側面の内周面に嵌合され、段方向の複数の連通流路を閉塞する、段方向に配置された複数の突出した第１凸部と、第１ヘッダ部材の外周面に接する複数の突出した第２凸部と、を有する第２ヘッダ部材と、伝熱管に接触する複数のフィンとを備えたものである。

【0007】

また、本開示に係る熱交換器の製造方法は、列方向に配列された熱媒体を流通させる複数の伝熱管の端部を第１ヘッダ部材の複数の挿入孔に挿入させて列方向の熱媒体の連通流路を形成する工程と、段方向に複数配置された突出した第１凸部及び第２凸部を有する第２ヘッダ部材において、前記第１凸部及び前記第２凸部によって前記第１ヘッダ部材の位置決めを行い、連通流路を段方向に複数形成する第１ヘッダ部材の側面の内周面に、第１凸部をそれぞれ篏合させて、連通流路の側面を閉塞する工程と、第１ヘッダ部材の側面の内周面と第２ヘッダ部材の第１凸部とを嵌合させた箇所をろう付けする工程と、列方向及び段方向に配置された複数の伝熱管にフィンを組付ける工程とを備えたものである。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、列方向に配列された複数の伝熱管が第１ヘッダ部材に挿入されて列方向に熱媒体を連通させる連通流路を形成するとともに、第１ヘッダ部材により連通流路が段方向に複数配設され、第１ヘッダ部材の側面の内周面に段方向に配置された第２ヘッダ部材の複数の突出した第１凸部を嵌合させることにより、第２ヘッダ部材で段方向の複数の連通流路が閉塞されるようにしたので、列方向及び段方向の伝熱管を簡単に位置精度よく配置させ、熱媒体を流通させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１の熱交換器の一部を示す斜視図である。

【図2】実施の形態１の伝熱管を示す斜視図である。

【図3】実施の形態１の熱交換器の一部を示す斜視図である。

【図4】実施の形態１の熱交換器の一部を示す展開斜視図である。

【図5】実施の形態１の熱交換器の一部を示す正面図である。

【図6】実施の形態１の熱交換器の一部の切断部分の概略図である。

【図7】実施の形態１の熱交換器の一部を示す断面図である。

【図8】実施の形態１の熱交換器の一部を示す断面図である。

【図9】実施の形態２の熱交換器の一部を示す展開斜視図である。

【図10】実施の形態２の熱交換器の一部を示す正面図である。

【図11】実施の形態２の熱交換器の一部を示す断面図である。

【図12】実施の形態２の熱交換器の一部を示す断面図である。

【図13】実施の形態２の熱交換器の一部を示す斜視図である。

【図14】実施の形態２の熱交換器の一部を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態に係る熱交換器及び熱交換器の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中、同一又は同等の部分には同一の符号を付す。図に示す直交座標系ＸＹＺにおいて、伝熱管が延在する方向を正面から背面に向かう方向としたときの、左右方向がＸ軸、上下方向がＺ軸、Ｘ軸とＺ軸とに直交する方向がＹ軸である。以下、適宜、この座標系を引用して説明する。また、Ｘ軸方向を段方向、Ｚ軸方向を列方向とする。また、図では理解を容易にするため、連結ヘッダ周辺のみを図示し、熱媒体を供給、排出するための熱媒体管、継手、ろう材等を省略している。

【0011】

実施の形態１．
実施の形態１における熱交換器１Ａは、熱媒体を流通させる複数の伝熱管２１０が列方向及び段方向に配列され、列方向に配置された複数の伝熱管２１０の端部を連結する連結ヘッダ１００Ａを備える。以下、図１及び図２を参照して熱交換器１Ａの構成について説明する。図１は、熱交換器１Ａの一部を示す斜視図である。図２は、伝熱管２１０の斜視図である。

【0012】

図１に示すように、連結ヘッダ１００Ａは第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａとを備える。第１ヘッダ部材１１０Ａは、列方向に配置された複数の伝熱管２１０の端部がそれぞれ挿入される複数の挿入孔１１２を有し、伝熱管２１０の挿入方向と垂直なＺ軸方向に熱媒体を連通させる連通流路を形成する。第２ヘッダ部材１２０Ａは、段方向に配置された連通流路の側面を両側から閉塞するように、第１ヘッダ部材１１０Ａの内周面にそれぞれ篏合される段方向に配置された複数の突出した第１凸部１２１Ａを有する。第２ヘッダ部材１２０Ａは第１ヘッダ部材１１０Ａの側面の両側に配置される。第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａとの位置は第１凸部１２１Ａが第１ヘッダ部材１１０Ａの内周面に篏合されることにより決定される。

【0013】

伝熱管２１０は、図２に示すように、例えば正面視扁平状の断面である。ここで、扁平状とは、正面視で長手方向の両端が半円状に丸められた形状であり、例えば、正面視で平たい長円となる形状である。伝熱管２１０は、熱媒体を流すための流路となる内部空間を有する。内部空間は、伝熱性を高めるため、例えばＹ軸方向に延在しＺ軸方向に並べられた複数の隔壁２１１によって仕切られている。伝熱管２１０の表面には、孔食による熱媒体の漏れを防ぐため、亜鉛を含む犠牲陽極層を設けるのが好ましい。図１に示すように、複数の伝熱管２１０は、管軸がＹ軸方向に直線的に延在し、熱交換率を高めるため、互いの間に隙間を設けてＸ軸方向及びＺ軸方向に配置される。

【0014】

伝熱管２１０は、熱媒体の熱を伝えるため、複数のフィン２２０と接触し接合されている。フィン２２０は、伝熱性を高めるため、例えば矩形状の板形状に形成される。厚さは、例えば０．０５ｍｍ以下０．２ｍｍ以上程度である。
フィン２２０と伝熱管２１０は、熱媒体との熱交換率を高めるため、伝熱性に優れた例えばアルミニウム又はアルミニウム合金を材料として用いるとよい。また、フィン２２０は、使用環境に応じて防食、防汚、親水、撥水等のための表面処理を施すことが好ましい。

【0015】

図３から図８を参照して、連結ヘッダ１００Ａについて説明する。図３は、図１に示すＩ領域で熱交換器１Ａを切断したときの切断部分の斜視図である。図４は、その切断部分の展開斜視図である。図５は、図３に示す切断部分の正面図である。図６は、図３に示す切断部分の概略図である。図７は、図５に示すＩＩ－ＩＩ切断線での断面図である。図８は、図５に示すＩＩＩ－ＩＩＩ切断線での断面図である。

【0016】

図３に示すように、連結ヘッダ１００Ａは、例えば円筒状に形成されＺ軸方向に延伸する連通流路をＸ軸方向である段方向に複数形成する。それぞれの連通流路には、列方向に複数の挿入孔１１２が設けられ、それぞれの挿入孔１１２に列方向に配置された伝熱管２１０が挿入される。図示しないが、挿入孔１１２の周縁にフランジを設けてもよい。フランジを設けることにより、伝熱管２１０と挿入孔１１２の接合面積を大きくすることができ、ろう付品質を向上させることができる。フランジは連結ヘッダ１００Ａの内側に設けてもよく、外側に設けてもよい。挿入された伝熱管２１０を流れる熱媒体は連結ヘッダ１００Ａが形成する連通流路を介して連通する。

【0017】

連結ヘッダ１００Ａは、第１ヘッダ部材１１０Ａ及び第２ヘッダ部材１２０Ａを備える。第１ヘッダ部材１１０Ａは、例えば段方向に複数の連通流路を形成する２枚の波板が用いられる。例えば図４に示すように、第１ヘッダ部材１１０Ａは、第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａを備える。第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａは、波形状の曲率の大きい山部Ｍと、曲率の小さい谷部Ｖと、Ｘ軸方向端部の平滑部Ｆとを有する。第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａは、それぞれの谷部Ｖどうし及び平滑部Ｆどうしをそれぞれ貼り合わせ、段方向に複数の連通流路を形成する。

【0018】

第１ヘッダ部材１１０Ａは、例えば伝熱性の良いアルミニウム、アルミニウム合金等で形成される。その表面には、亜鉛を含む犠牲陽極層を有してもよい。第１ヘッダ部材１１０Ａは、伝熱管２１０と同材料を用いれば、伝熱管２１０との接合後のゆがみの発生を小さくすることができる。

【0019】

第１波板１１１Ａの山部Ｍには、伝熱管２１０を挿入する挿入孔１１２が列方向に複数設けられている。挿入孔１１２に挿入された伝熱管２１０の端部の位置は、第１波板１１１Ａの谷部Ｖと同じ高さであることが好ましい。この場合、第１波板１１１Ａの内周面からの距離が確保できる。
挿入孔１１２に挿入された伝熱管２１０の端部の位置は、第１波板１１１Ａの谷部Ｖと同じ高さに限定されない。例えば、伝熱管２１０と挿入孔１１２の接合に用いるろう材等が伝熱管２１０の端部に流れることにより、伝熱管２１０内の流路を塞ぐことを抑制する観点から、挿入量を確保するため第１波板１１１Ａの谷部Ｖよりも深く挿入してもよい。伝熱管２１０の端部が第２波板１１３Ａの距離が近づいて圧力損失が大きくなることを抑制する観点から、伝熱管２１０の端部を第１波板１１１Ａの谷部Ｖより浅く挿入してもよい。

【0020】

図５に示すＩＩ－ＩＩ切断線は、第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａが貼り合わされた谷部Ｖに沿っている。図６に示す切断部分の概略図は、第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａの山部Ｍで切断した断面から連通流路内を覗いたものである。図７はＩＩ－ＩＩ切断線で切断した断面図である。図５に示す伝熱管２１０のＸ軸方向の間隔を伝熱管ピッチＴＰ、図６に示す第１凸部１２１Ａの第２ヘッダ部材１２０Ａからの突出量を第１凸部高さＥＨ１、第１ヘッダ部材１１０Ａの厚さをＴ１、第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａ以外の厚さをＴ２、挿入孔１１２の端から第１ヘッダ部材１１０Ａの端部までの距離をＬ１、Ｌ２、図７に示す第２凸部１２２Ａの第２ヘッダ部材１２０Ａからの突出量を第２凸部高さＥＨ２とそれぞれ称する。

【0021】

第２ヘッダ部材１２０Ａは第１ヘッダ部材１１０ＡのＺ軸方向の両側に配置される。連通流路は、第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａにより形成され、第２ヘッダ部材１２０Ａにより閉塞される。図６に示すように、第２ヘッダ部材１２０Ａは、連通流路に面する方向に突出し、段方向に配置された複数の第１凸部１２１Ａを有し、第１凸部１２１Ａは第１ヘッダ部材１１０Ａの内周面に嵌合される。このように、複数の第１凸部１２１Ａは段方向に配置された複数の連通流路を閉塞するように篏合されることにより、第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａの位置が決定される。

【0022】

第１凸部１２１Ａは連結ヘッダ１００Ａが形成する連通流路の断面形状に凡そ沿った形状である。例えば略楕円形又は略円形で連通流路に面する方向であるＺ軸方向に突出する形状である。第１凸部１２１Ａの突出した凸部の側面は、連結ヘッダ１００Ａが形成する連通流路の側面の内周面と対面する位置にある。第１凸部高さＥＨ１は、第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａとを位置決めし、接合された構成を保持できる高さであればよい。例えば、厚さＴ２に対して０．４以上２．５倍以下の範囲であれば、第１凸部１２１Ａの側面と第１ヘッダ部材１１０Ａの内周面をろう付けする際に、ろう付け面積を確保できるため第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａとを接合し易く好ましい。

【0023】

図７に示すように、第２ヘッダ部材１２０Ａは、連通流路に面する方向であるＺ軸方向に突出した複数の第２凸部１２２Ａを備える。例えば対向する２つの第２凸部１２２Ａは側面で第１ヘッダ部材１１０Ａの外周面を挟み、第１ヘッダ部材１１０Ａを固定する。第２凸部高さＥＨ２は、第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａとを位置決めし、保持できる高さであればよい。例えば、厚さＴ２に対して０．４倍以上１倍以下の範囲で、第１凸部高さＥＨ１と同等又は小さくするとよい。第２凸部１２２Ａの形状は限定されないが、プレス成形により作製する場合は例えば略楕円形又は略円形とすれば成形性がよい。

【0024】

第１凸部１２１Ａ及び第２凸部１２２Ａはどちらも連通流路側に突出しており、その反対側はへこんでいる例を図示したが、連通流路側が突出していれば、その反対側の凹凸はなくてもよい。また、第１凸部１２１Ａと第２凸部１２２Ａを設ける例を図示したが、第１凸部だけでもよい。

【0025】

図８は、図５に示すＩＩＩ－ＩＩＩ切断線での断面図である。ＩＩＩ－ＩＩＩ切断線は、第１凸部１２１Ａ及び第２凸部１２２Ａの突出した凸部の内部で切断している。第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３ＡのＹ軸方向の高さをそれぞれ第１波板高さＷＨ１、第２波板高さＷＨ２、第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３ＡのＸ軸方向の隣り合う波の間隔を波板ピッチＷＰと称する。

【0026】

第１波板高さＷＨ１と第２波板高さＷＨ２は異なっていてもよいが、第１波板高さＷＨ１と第２波板高さＷＨ２とを等しくすれば金型が共通化でき経済的である。また、波板ピッチＷＰに対して第１波板高さＷＨ１と第２波板高さＷＨ２の和が大きい場合、第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａの少なくともいずれかの山部Ｍを急峻にする必要があるが、挿入孔１１２を有する第１波板１１１Ａの山部Ｍは緩やかにするのが好ましい。すなわち、第１波板１１１Ａの山部Ｍの曲率を大きくするために第１波板高さＷＨ１を小さくし、第２波板高さＷＨ２を大きくして第２波板１１３Ａを急峻にすればよい。波板ピッチＷＰは第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａで等しくなるようにすることで、連通流路が第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａの山部Ｍにより形成される。そして第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａは第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａの山部Ｍに篏合される。波板ピッチＷＰと伝熱管ピッチＴＰは等しくするか伝熱管ピッチＴＰの整数倍となるようにすればよい。

【0027】

図８を用いて、第１凸部１２１Ａによる連結ヘッダ１００Ａ及び段方向の伝熱管２１０の位置決め機構について説明する。第１凸部１２１ＡはＸ軸方向に第１凸部ピッチＥＰ１で複数配列される。

【0028】

第１凸部ピッチＥＰ１は波板ピッチＷＰと等しくなるように形成され、第１凸部１２１Ａは連結ヘッダ１００Ａが形成する連通流路の断面形状に凡そ沿った形状である。そのため、第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａを貼り合わせる際に、複数の第１凸部１２１Ａの側面に第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａの山部Ｍが沿うように配置し、第１ヘッダ部材１１０Ａの内周面に第１凸部１２１Ａを嵌合させる。このように、第１凸部１２１Ａをガイドとすることにより、第２ヘッダ部材１２０Ａに対する第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａの位置を容易に決定することができ、段方向に配置された連通流路の位置精度をよくすることができる。そして、連結ヘッダ１００Ａの段方向にそれぞれ配置された挿入孔１１２の位置が決定されているから、段方向に配置された複数の伝熱管２１０の位置も決定できる。

【0029】

第２ヘッダ部材１２０Ａは、さらに第２凸部１２２Ａを備えてもよい。第２凸部１２２Ａは、Ｘ軸方向に第２凸部ピッチＥＰ２で複数配列され、Ｙ軸方向にも複数設けてもよい。第２凸部ピッチＥＰ２は、波板ピッチＷＰと等しくするか整数倍の間隔とする。
第２凸部１２２Ａの突出した凸部の側面は、例えば第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａの谷部と対面し、複数の第２凸部１２２Ａによって、第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａが離れる方向であるＹ軸方向に動くことを抑制する。また、波板ピッチＷＰと第１凸部ピッチＥＰ１及び第２凸部ピッチＥＰ２はそれぞれ等しいか整数倍とすれば、Ｘ軸方向に第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａが動くことも抑制できる。さらに、第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３ＡはＺ軸方向に加圧されても剛性が高いため、第１波板１１１Ａの谷部と第２波板１１３Ａの谷部が離れにくい。このように、第１波板１１１Ａ、第２波板１１３Ａ及び第２ヘッダ部材１２０Ａの位置を容易に固定することができ、段方向に配置された連通流路の位置精度を向上することができる。そして、連結ヘッダ１００Ａの段方向にそれぞれ配置された挿入孔１１２の位置が決定されているため、段方向に配置された複数の伝熱管２１０の位置精度も向上することができる。

【0030】

次に、熱交換器１Ａの製造方法について説明する。
まず、伝熱管２１０とフィン２２０の作製方法について説明する。上述した形状の伝熱管２１０を、例えば押し出し成形、引き抜き成形、曲げ加工等の加工方法により作製する。また、上述した形状の複数のフィン２２０を、例えばプレス加工により作製する。フィン２２０には、伝熱管２１０を嵌め合わせるための切り欠き部を形成する。材料は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金又はこれらの材料がクラッドされたクラッド材を用いる。その表面には、使用目的に応じて表面処理を施してもよい。

【0031】

次に、第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａを作製する。例えば第１ヘッダ部材１１０Ａを２枚の波板で構成する場合、上述した厚さＴ１のアルミニウム、アルミニウム合金、又はこれらの材料がクラッドされたクラッド材の板金を、押出加工、プレス加工等により第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａを作製する。第１波板１１１Ａ側に挿入孔１１２を設ける場合、挿入孔１１２は、あらかじめプレス加工、機械加工等により形成しておく。また、上述した厚さＴ２のアルミニウム、アルミニウム合金、又はこれらの材料がクラッドされたクラッド材の板金を、プレス加工等によって第２ヘッダ部材１２０Ａを作製する。複数の第１凸部１２１Ａは、例えばエンボス加工、ハーフピアス加工、半抜き加工、ダボ加工、絞り加工、鍛造等により加工する。第２凸部１２２Ａを設ける場合は、同様に加工すればよい。また、必要に応じて、第１波板１１１Ａ、第２波板１１３Ａ及び第２ヘッダ部材１２０Ａのそれぞれの表面にろう付けに用いられるろう材やフラックス等のろう付材料を塗布するとよい。ろう付材料は、第１波板１１１Ａの挿入孔１１２周辺と、第１波板１１１Ａ又は第２波板１１３Ａいずれかの平滑部と谷部とに塗布すればよい。例えば第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａ及び第２凸部１２２Ａの側面に塗布してもよく、それ以外の部分にも塗布してもよい。材料にろう材をクラッドされたクラッド材を用いる場合は、ろう材がクラッドされた面にフラックスを塗布すればよい。その場合、フラックスは接合面の少なくとも１面に塗布すればよい。

【0032】

続いて、複数の伝熱管２１０を、管軸がＹ軸方向に直線的に延在するように配置し、列方向に配列された複数の伝熱管２１０の端部を第１ヘッダ部材１１０Ａの複数の挿入孔１１２に挿入させて列方向の熱媒体の連通流路を形成する。次に、第１ヘッダ部材１１０Ａにより段方向に列方向の連通流路を複数形成し、連通流路を形成する第１ヘッダ部材１１０Ａの側面の内周面に、段方向に複数配置された第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａをそれぞれ篏合させて、連通流路の側面を閉塞する。

【0033】

そして、第１ヘッダ部材１１０Ａの側面の内周面と第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａとが嵌合させた箇所をろう付けし、列方向及び段方向に配置された複数の伝熱管２１０にフィン２２０を組付けて熱交換器１Ａを製造する。ここで、伝熱管２１０は第１ヘッダ部材１１０Ａを第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａに嵌合させた後、第１ヘッダ部材１１０Ａの挿入孔１１２に挿入してもよい。また、列方向と段方向の伝熱管２１０を並べ、フィン２２０を組付けて熱交換ユニット２００を作製した後で第１ヘッダ部材１１０Ａの挿入孔１１２に挿入してもよい。

【0034】

このように、列方向に配列された複数の伝熱管２１０を第１ヘッダ部材１１０Ａに挿入して列方向に連通流路を形成するとともに、第１ヘッダ部材１１０Ａにより連通流路を段方向に複数配設する。さらに、第１ヘッダ部材１１０Ａの側面の内周面に段方向に配置された第２ヘッダ部材１２０Ａの複数の第１凸部１２１Ａを嵌合させることにより、第２ヘッダ部材１２０Ａで段方向の複数の連通流路を閉塞するようにすれば、列方向及び段方向の伝熱管２１０を簡単に位置精度よく配置させ、熱媒体を流通させることができる。

【0035】

また、第１波板１１１Ａ、第２波板１１３Ａ、第２ヘッダ部材１２０Ａを仮組みして連結ヘッダ１００Ａを作製してもよい。例えば、第２ヘッダ部材１２０Ａには複数の第１凸部１２１Ａ及び第２凸部１２２Ａを設け、これらをガイドとする。第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａを、第１凸部１２１Ａ及び第２凸部１２２Ａの凸面を有する面の上に配置する。その上に、もう一枚の第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａ及び第２凸部１２２Ａの凸面を有する面を下にして、上下の第２ヘッダ部材１２０Ａを加圧して第１ヘッダ部材１１０Ａの内周面に第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａを篏合させる。
このように、第１凸部１２１Ａ及び第２凸部１２２Ａによって、第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａの位置決めをしてもよい。この場合、第２ヘッダ部材１２０Ａを介して上下を加圧するだけで、固定できる。これにより、段方向に配置された連通流路の位置精度をよくすることができる。

【0036】

また、伝熱管２１０の挿入を仮組みした連結ヘッダ１００Ａの挿入孔１１２に挿入してもよい。すなわち、一つの連通流路には列方向に配置された伝熱管２１０が挿入され、段方向に配置された連通流路にそれぞれ段方向に配置されフィン２２０が組付けられた熱交換ユニット２００の伝熱管２１０が挿入される。仮組された連結ヘッダ１００Ａは段方向に配置された連通流路の位置精度がよいため、連結ヘッダ１００Ａの段方向にそれぞれ配置された挿入孔１１２の位置も決定され、段方向に配置された複数の伝熱管２１０と連結ヘッダ１００Ａの位置精度を向上することができる。
その後又は各工程の間に必要に応じて、部品の接続部分にペーストろう、リングろう等のろう材を供給してろう付けする。図示しないが、この工程で連結ヘッダ１００Ａ以外に、熱交換ユニット２００に接続される熱媒体管、継手等の部品を組立ててもよい。また、１つの連結ヘッダ１００Ａに対して第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａのそれぞれの山部Ｍの数すなわち連通流路の数が多いほど部品数が減少するため、連結ヘッダ１００Ａ及び熱交換器１Ａの組立にかかる時間が削減でき経済的である。例えば１つの第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａとで複数の連通流路、例えば５個以上の連通流路を形成するのが好ましい。

【0037】

ろう付工程では、伝熱管２１０が挿入された連結ヘッダ１００Ａ及び熱交換ユニット２００は、加熱され、ろう材が溶融し部品間の隙間に充填される。その後、冷却してろう材を凝固させる。これにより、段方向に配置された複数の伝熱管２１０と連結ヘッダ１００Ａの位置精度よくろう付けされ、熱交換器１Ａが製造される。

【0038】

また、第２ヘッダ部材１２０Ａに第１ヘッダ部材１１０Ａの外周面に接する複数の突出した第２凸部１２２Ａを設けることで、第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａが離れる方向であるＹ軸方向に動くことを抑制する。また、波板ピッチＷＰと第１凸部ピッチＥＰ１及び第２凸部ピッチＥＰ２はそれぞれ等しいか整数倍とする場合、Ｘ軸方向に第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａが動くことを抑制できる。これにより、第１波板１１１Ａ、第２波板１１３Ａ及び第２ヘッダ部材１２０Ａを容易に位置決めすることができ、段方向に配置された連通流路の位置精度をよくすることができる。よって、連結ヘッダ１００Ａの段方向にそれぞれ配置された挿入孔１１２の位置も決定され、段方向に配置された複数の伝熱管２１０と連結ヘッダ１００Ａの位置精度をよくすることができる。

【0039】

また、第１ヘッダ部材１１０Ａは第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａを貼り合わせる構成により、複数の連通流路を少ない部品で作製することができる。

【0040】

また、連結ヘッダ１００Ａを構成する第１ヘッダ部材１１０Ａ及び第２ヘッダ部材１２０Ａに位置決め機構がない場合、第１ヘッダ部材１１０Ａと第２ヘッダ部材１２０Ａとの位置がばらつき、ろう材が均一に充填されない。本実施の形態における熱交換器１Ａの製造方法は、第１波板１１１Ａ、第２波板１１３Ａ及び第２ヘッダ部材１２０Ａを仮組することで、位置精度よく連結ヘッダ１００Ａを作製できるため、ろう付け品質をよくすることができる。
また、第１凸部１２１Ａ及び第２凸部１２２Ａを有する第２ヘッダ部材１２０Ａを介して第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａの上下を加圧するだけで、第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａの固定が可能である。そのため、ろう付の際の結束部品及び治具を減らすことができるため、結束部品及び治具の定期的な点検、修理及び交換が不要となり、経済的でろう付品質のよい連結ヘッダ１００Ａを備える熱交換器１Ａを提供することができる。

【0041】

また、第２ヘッダ部材１２０Ａの第１凸部１２１Ａの側面と、第１ヘッダ部材１１０Ａの内周面をろう付けすることで、ろう付け面積を大きくすることができる。さらに、ろう付時の重力方向がＺ軸方向の負の方向である場合、Ｌ１よりもＬ２を長くすることで、伝熱管２１０のろう詰まりを抑制することができる。

【0042】

なお、図１において、２列の伝熱管２１０により熱交換ユニット２００を構成する例について説明したが、２列以上でもよい。また、１つの連通流路に２つの伝熱管２１０が挿入されている例について説明したが、３つ以上の伝熱管２１０が挿入されていてもよい。また図２において、直線状の伝熱管２１０を用いる例について説明したが、伝熱管２１０をＵ字状としてもよい。

【0043】

また、１つの連結ヘッダ１００Ａに対して、それぞれ１枚ずつ第１波板１１１Ａと第２波板１１３Ａを用いる例について説明したが、複数枚で形成してもよい。第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａを用いて１つの連結ヘッダ１００Ａを形成する例を示したが、それぞれ複数枚用いて形成してもよい。また、第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａは両方が波板形状でなくてもよい。例えば山部Ｍが１つであってもよい。さらに、第２ヘッダ部材１２０ＡはＸ軸方向に複数分割してもよい。これにより、第１波板１１１Ａ、第２波板１１３Ａ、第２ヘッダ部材１２０Ａそれぞれが小さくなるため、加工が容易になる。

【0044】

実施の形態２．
実施の形態１では、第１ヘッダ部材１１０Ａは第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａを備える例を示したが、実施の形態２の熱交換器１Ｂでは、筒形状の第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄを備える。以下、図９―図１１を参照して、実施の形態２に係る熱交換器１Ｂを説明する。実施の形態２では、実施の形態１と異なる構成について説明する。
図９は、実施の形態２にかかる熱交換器１Ｂの一部を示す展開斜視図である。図１０は、実施の形態２に係る熱交換器１Ｂの一部を示す正面図である。図１１は、図１０に示すＶＩ―ＶＩ切断線の切断面を図示している。図１０のＶＩ―ＶＩ切断線は、第１凸部１２１Ｂの突出した凸部の内部で切断している。

【0045】

図９及び図１０に示すように、連結ヘッダ１００Ｂは、実施の形態１と同様に、Ｚ方向に延伸する連通流路が、Ｘ方向である段方向に複数配置される。実施の形態１では、第１波板１１１Ａ及び第２波板１１３Ａを貼り合わせた第１ヘッダ部材１１０Ａを用いることで、複数の連通流路を形成していたが、実施の形態２では、１つの連通流路に対して１つの第１ヘッダ部材１１０Ｂを用いる。

【0046】

第１ヘッダ部材１１０ＢはＺ方向に延伸する例えば円筒形状又は楕円筒形状であり、列方向に複数の挿入孔１１２を有し、列方向に配置された複数の伝熱管２１０を流れる熱媒体を連通させる。

【0047】

実施の形態１と同様に、第２ヘッダ部材１２０Ｂは、第１ヘッダ部材１１０ＢのＺ軸方向の両側面を、閉塞するように配置され、連通流路に面する方向に突出した複数の第１凸部１２１Ｂを有する。第１凸部１２１Ｂは、第１ヘッダ部材１１０Ｂの内周面の断面に凡そ沿った形状であり、例えば円形状又は楕円形状である。

【0048】

次に、図１１を用いて、第１凸部１２１Ｂによる段方向に配置された複数の伝熱管２１０と連結ヘッダ１００Ｂとの位置決め機構について説明する。

【0049】

第１凸部ピッチＥＰ１は、伝熱管ピッチＴＰと等しいか伝熱管ピッチＴＰの整数倍なるように形成され、第１凸部１２１Ｂは連結ヘッダ１００Ｂが形成する連通流路の断面形状に凡そ沿った形状である。上述の連結ヘッダ１００Ｂを組み立てる工程において、複数の第１ヘッダ部材１１０Ｂの内周面に第２ヘッダ部材１２０Ｂの段方向に配置された複数の第１凸部１２１Ｂがそれぞれ篏合する。この際、段方向に複数設けられた第１凸部１２１Ｂにより、複数の第１ヘッダ部材１１０ＢのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置が決まる。さらに、第１凸部１２１Ｂは連通流路の断面形状及び第１凸部１２１Ｂが楕円形状である場合は、Ｚ軸方向の円周方向の回転も抑制することができ、位置決めが容易となる。したがって、段方向に配置された複数の第１ヘッダ部材１１０Ｂと第２ヘッダ部材１２０Ｂとの位置精度を向上することができ、段方向の複数の伝熱管２１０の位置精度も向上できる。

【0050】

さらに、図１２を用いて実施の形態２の変形例を説明する。
図１２は本発明の実施の形態２に係る熱交換器１Ｂの変形例のＶＩ―ＶＩ切断面での断面である。上述した実施の形態２の第１ヘッダ部材１１０Ｂは円筒形状又は楕円筒形状であるのに対し、この例は、第１ヘッダ部材１１０Ｃが略半円の外形を有する筒形状である。

【0051】

第１ヘッダ部材１１０Ｃは、断面形状が略半円の形状を有する筒形状である。第２ヘッダ部材１２０Ｃは、ＸＹ平面に対して略半円の断面形状を有する凸部である第１凸部１２１Ｃを有する。また、例えば円形状の断面を有する凸部である第２凸部１２２Ｃを有してもよい。複数の第１ヘッダ部材１１０Ｃの内周面に、複数の第１凸部１２１Ｃが篏合されることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ方向の円周方向への回転を抑制することができ、段方向に配置された複数の第１ヘッダ部材１１０Ｃと第２ヘッダ部材１２０Ｃとの位置精度をよくすることができる。さらに、第１凸部１２１Ｃは第１ヘッダ部材１１０Ｃの内周面の断面形状に凡そ沿った略半円の断面形状とすることで、第１ヘッダ部材１１０Ｃの挿入孔１１２の位置が固定される。これにより、挿入孔１１２の位置が決まり、段方向に配置された複数の伝熱管２１０と連結ヘッダ１００Ｃの位置精度をよくすることができる。挿入孔１１２の位置は、第１ヘッダ部材１１０Ｃの曲面側でも平面側でもよい。

【0052】

この例において、円筒形状又は楕円筒形状の第１ヘッダ部材１１０Ｂの両側面のみが図１２のような略半円の断面形状でもよい。つまり、伝熱管２１０が挿入される第１ヘッダ部材１１０Ｃの中央付近は、例えば円筒断面又は楕円筒形状であってもよい。

【0053】

さらに、変形例を説明する。図１３は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１Ｂの一部を示す斜視図である。図１３に示すように、第１ヘッダ部材１１０Ｄは、一側面は開口し、他側面は塞がったＺ方向に延伸したコップ形状を有する。これにより、開口した一側面のみ複数の第１凸部１２１Ｄを有する第２ヘッダ部材１２０Ｄで閉塞すればよく、コップ形状の塞がった他側面への第２ヘッダ部材１２０Ｄの配置が不要となる。複数の第１ヘッダ部材１１０Ｄは一側面に配置した第２ヘッダ部材１２０Ｄの複数の第１凸部１２１Ｄで位置決めされるため、部品数を削減し経済的に熱交換器１Ｂを製造することが可能となる。

【0054】

第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃの作製方法は、上述の連結ヘッダ１００を作製する工程において、例えば押出成形、引き抜き成形、電縫加工等の加工方法により作製した円筒材料に、プレス加工又は機械加工により挿入孔１１２を形成する。必要に応じて、第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃの両側面を加工して、所望の断面形状にしてもよい。第１ヘッダ部材１１０Ｄは、例えば絞り加工やインパクト成形によりコップ形状を形成し、プレス加工又は機械加工により挿入孔１１２を形成する。

【0055】

このような熱交換器１Ｂにおいては、列方向及び段方向にそれぞれ配置された複数の伝熱管２１０と、列方向に配置された複数の伝熱管２１０の端部がそれぞれ挿入される挿入孔１１２を有し、列方向に連通流路を形成する複数の筒形状の第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄと、複数の第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄの内周面に篏合する段方向に配置された複数の第１凸部１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄが設けられた第２ヘッダ部材１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄとを有する連結ヘッダ１００Ｂが備えられる。そして、連結ヘッダ１００Ｂを作製する際に、複数の第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄの内周面に第２ヘッダ部材１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄの段方向に設けられた複数の第１凸部１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄがそれぞれ篏合し、第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ及び第２ヘッダ部材１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄを組み立てるため、第２ヘッダ部材１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄに対する複数の第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄの位置を容易に決定することができる。これにより、段方向に配置された連通流路の位置精度を向上でき、列方向及び段方向の伝熱管２１０を簡単に位置精度よく配置させ、熱媒体を流通させることができる。

【0056】

また、第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄを筒形状にすることにより、連通流路内の容積を狭くすることが可能となり、熱媒体の量を減らすことができる。

【0057】

なお、１つの第１ヘッダ部材１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄに対して１つの連通流路を有する例を示したが、複数の連通流路を一体に形成してもよい。これにより、連通流路の断面形状が第１ヘッダ部材１１０Ｂのように円形であっても、Ｚ方向の円周方向の回転を防ぐことが可能である。また、部品数を削減することができる。

【0058】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
実施の形態１、２では、第１凸部１２１及び第２凸部１２２の形状は例えば略楕円柱又は略円柱形状であって、ＸＹでの断面は高さによらず一定として説明したが、突出する方向に断面積が減少するような円錐形状又は円錐台形状でもよい。この場合、第１凸部１２１の根元側は連通流路の断面よりも大きくするとよい。これにより、第２ヘッダ部材１２０に第１ヘッダ部材１１０を差し込むと、第１ヘッダ部材１１０の端部又は第２ヘッダ部材１２０の第１凸部１２１の、片方又は両方がつぶれて圧入することが可能となり、部品間の隙間が小さくなりろう付性が改善される。さらに、圧入した部分では摩擦力が生じるため、第２ヘッダ部材１２０を介した上下の加圧も不要になり、結束部品や治具を減らすことができる。

【0059】

実施の形態１、２では、１つの熱交換器１Ａ、１Ｂに対して、１つの連結ヘッダ１００がろう付されていた例にについて説明したが、１つの熱交換器１に対して複数の連結ヘッダ１００がろう付されていてもよい。熱交換器１は多数の伝熱管２１０が配列されるため、それにろう付される連結ヘッダ１００もＸ方向に長くなる可能性がある。連結ヘッダ１００の１辺が長いと、連結ヘッダ１００を作製する際に使用できる装置が制限される、ハンドリングが困難である等、加工難易度が高くなる虞がある。そこで、複数の連結ヘッダ１００を用いることで１つ１つの連結ヘッダ１００を小さくし、加工を容易にすることができる。

【0060】

また、製造工程において、変形を抑制するために、第２ヘッダ部材１２０に折曲部１２３を設けてもよい。図１４のように、例えば第２ヘッダ部材１２０の両端を折り曲げた折曲部１２３を段方向に設けることで、第２ヘッダ部材１２０の剛性が向上し、変形を抑制することができる。また、第２ヘッダ部材１２０の連通流路を閉塞する部分以外に穴を設けて軽量化してもよい。

【符号の説明】

【0061】

１、１Ａ、１Ｂ 熱交換器、１００、１００Ａ、１００Ｂ 連結ヘッダ、１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ 第１ヘッダ部材、１１１Ａ 第１波板、１１２ 挿入孔、１１３Ａ 第２波板、１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ 第２ヘッダ部材、１２１、１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ 第１凸部、１２２、１２２Ａ、１２２Ｃ 第２凸部、１２３ 折曲部、２００、２００Ａ、２００Ｂ 熱交換ユニット、２１０ 伝熱管、２１１ 隔壁、２２０ フィン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】