JP2011075165A

JP2011075165A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2011075165A
Application number: JP2009225445A
Authority: JP
Inventors: Genei Kin; 鉉永金; Hirokazu Fujino; 宏和藤野; Yutaka Shibata; 豊柴田; Keiko Ryu; 継紅劉
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】高圧冷媒が流れる熱交換器において、耐圧強度を向上しつつ、ヘッダの本来の機能を保持することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器１であって、複数の扁平管１１ａ〜１１ｋと、ヘッダ１３とを備える。複数の扁平管１１ａ〜１１ｋには、冷媒が流れる流路穴が形成される。ヘッダ１３は、扁平管１１ａ〜１１ｋが延びる方向に交差する方向に延び、各々の扁平管１１ａ〜１１ｋに異なる位置から挿入され、流路穴と連通する内部空間が形成される。また、ヘッダは、補強部材１３５を有する。補強部材１３５は、扁平管１１ａ〜１１ｋの端面の近傍に扁平管近傍空間が形成されるように、且つ、少なくとも空気流れの上流側に、扁平管近傍空間に連通しヘッダの長手方向に延びる連通空間Ｓ１が形成されるように、ヘッダ１３の内部空間に配置されてヘッダ１３と一体化される。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来、特許文献１（特開２００６−２８４１３３号公報）に記載のように、鉛直方向に延びるヘッダと、そのヘッダの長手に直交する方向に延びヘッダに挿入する複数の扁平管と、各扁平管の間に配置される伝熱フィンとを備え、扁平管に形成される複数の穴を流れる冷媒と扁平管の幅方向（短手方向）に流れる空気との間で熱交換させる積層型の熱交換器が提案されている。

特許文献１（特開２００６−２８４１３３号公報）に記載のような熱交換器において、例えば、高圧冷媒（例えば、ＣＯ２冷媒）が流れる場合、耐圧強度の向上が要求される。ヘッダの耐圧強度の向上としては、ヘッダの内径を小さくすることが考えられる。しかし、ヘッダの内径を小さくすると、特許文献１（特開２００６−２８４１３３号公報）に記載の熱交換器の構造では、扁平管の短手方向の幅がヘッダの内径に合わせて小さくなるので、扁平管の伝熱面積と伝熱フィンとの接触面積が小さくなる。このため、熱交換器の性能に影響が出ることが懸念される。

そこで、本発明の課題は、高圧冷媒が流れる熱交換器において、耐圧強度を向上しつつ、ヘッダの短手方向の幅を保持してヘッダの本来の機能を保持することができる熱交換器を提供することにある。

第１発明に係る熱交換器は、空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、複数の扁平管と、ヘッダとを備える。複数の扁平管には、冷媒が流れる流路穴が形成される。ヘッダは、扁平管が延びる方向に交差する方向に延び、各々の扁平管に異なる位置から挿入され、流路穴と連通する内部空間が形成される。また、ヘッダは、補強部材を有する。補強部材は、扁平管の端面の近傍に扁平管近傍空間が形成されるように、且つ、少なくとも空気流れの上流側に、扁平管近傍空間に連通しヘッダの長手方向に延びる連通空間が形成されるように、ヘッダの内部空間に配置されてヘッダと一体化される。

ここで、例えば、熱交換器内を流れる冷媒は、高圧の冷媒である。

第１発明に係る熱交換器では、補強部材がヘッダ内に配置されて一体化されることにより、ヘッダの耐圧強度が向上する。また、補強部材が、扁平管の端面の近傍に扁平管近傍空間が形成されるように、且つ、少なくとも空気流れの上流側に、扁平管近傍空間に連通しヘッダの長手方向に延びる連通空間が形成されるように、ヘッダ内に配置されることにより、冷媒が流れる通路が確保されている。すなわち、ヘッダから各扁平管へ冷媒を流すことができ、且つ、扁平管から流れてくる冷媒をヘッダ内において集合させることができる。これらにより、耐圧強度を向上しつつ、ヘッダの短手方向の幅を保持してヘッダの本来の機能を保持することができている。

第２発明に係る熱交換器は、第１発明に係る熱交換器であって、ヘッダは、非円筒状の断面を有する。

第２発明に係る熱交換器では、耐圧強度の向上が図られ、ヘッダの、各扁平管へ冷媒を流す機能と、扁平管から流れてくる冷媒を集合させる機能とを保持することができる。

第３発明に係る熱交換器は、第１発明または第２発明に係る熱交換器であって、ヘッダは、複数の部材から構成される。

第３発明に係る熱交換器では、ヘッダの製作が容易になる。

第４発明に係る熱交換器は、第１発明〜第３発明のいずれかに係る熱交換器であって、補強部材は、一部材から構成される。

第４発明に係る熱交換器では、部品点数を削減することができ、コストを抑制することができる。

第５発明に係る熱交換器は、第１発明〜第４発明のいずれかに係る熱交換器であって、補強部材は、縦断面視において櫛歯形状を有する。

第５発明に係る熱交換器では、補強部材が縦断面視において櫛歯形状を有することによって、扁平管の端面の近傍に空間を形成することができる。これにより、冷媒が通る空間が確保されている。

第６発明に係る熱交換器は、第１発明〜第４発明のいずれかに係る熱交換器であって、補強部材は、板状の部材がプレス加工により折り曲げられることで成形される。

第６発明に係る熱交換器では、コストを抑制することができる。

第７発明に係る熱交換器は、第１発明〜第６発明のいずれかに係る熱交換器であって、ヘッダと補強部材とは、ロウ付けによって一体化される。

第７発明に係る熱交換器では、ヘッダの耐圧強度が向上する。

第８発明に係る熱交換器は、第２発明に係る熱交換器であって、非円筒状の断面とは、略楕円状、略長円状、および、一方の第１円弧の第１半径と他方の第２円弧の第２半径とが異なり第１円弧と第２円弧とが直線または曲線によって結ばれる形状のいずれかである。

第８発明に係る熱交換器では、耐圧強度の向上が図られ、ヘッダの、各扁平管へ冷媒を流す機能と、扁平管から流れてくる冷媒を集合させる機能とを保持することができる。

第１発明に係る熱交換器では、補強部材がヘッダ内に配置されて一体化されることにより、ヘッダの耐圧強度が向上する。また、補強部材が、扁平管の端面の近傍に扁平管近傍空間が形成されるように、且つ、少なくとも空気流れの上流側に、扁平管近傍空間に連通しヘッダの長手方向に連通する連通空間が形成されるように、ヘッダ内に配置されることにより、冷媒が流れる通路が確保されている。すなわち、ヘッダから各扁平管へ冷媒を流すことができ、且つ、扁平管から流れてくる冷媒をヘッダ内において集合させることができる。これらにより、耐圧強度を向上しつつ、ヘッダの短手方向の幅を保持してヘッダの本来の機能を保持することができている。

熱交換器の概略正面図。図１のII部の拡大図。第１ヘッダおよび扁平管を示した概略斜視図（第１ヘッダの上部は省略）。第２ヘッダ形成部材の概略斜視図。補強部材の概略斜視図。補強部材と扁平管との配置関係を示すための概略斜視図（流路穴は省略）。第１ヘッダの一部を長手方向に沿って破断した場合の第１ヘッダの一部の左側面図。図１のVIII−VIIIで切断した場合の第１ヘッダの断面図。変形例（Ａ）に係る補強部材を示すための、第１ヘッダの一部を長手方向に沿って破断した場合の第１ヘッダの一部の左側面図。変形例（Ｂ）に係る補強部材を示すための、図１のVIII−VIIIで切断した場合の第１ヘッダの断面図。変形例（Ｃ）に係る補強部材を示すために第１ヘッダを扁平管の平面部に直交する面で切断した場合の一部の断面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る熱交換器１について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜熱交換器１の構成＞
熱交換器１は、空気を冷却源または加熱源として、冷媒の凝縮や蒸発を行う熱交換器であり、例えば、蒸気圧縮式の冷凍装置の冷媒回路を構成する熱交換器として採用されるものである。ここでは、冷媒回路を循環する冷媒として、二酸化炭素冷媒を使用するものとする。

熱交換器１は、図１や図２に示すように、主として、複数の扁平管１１ａ〜１１ｋと、伝熱フィン１２と、１対のヘッダ１３，１４とを有している。

（１）扁平管１１ａ〜１１ｋ
各扁平管１１ａ〜１１ｋは、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属部材を、押し出し成形等をすることによって形成される。各扁平管１１ａ〜１１ｋは、後述するヘッダ１３，１４の長手方向に直交する方向に長く延び、図２に示すように、長尺で幅広の平面部１１１が上下方向に向く状態で上下方向（ヘッダ１３，１４の長手方向）に所定の間隔を空けて配置されている。各扁平管１１ａ〜１１ｋには、各扁平管１１ａ〜１１ｋを、その長手方向に貫通するように、その短手方向に並んだ複数の流路穴１１２が形成されている。この流路穴１１２には、冷媒が流れる。

なお、ここでは、扁平管１１ａ〜１１ｋは１１本配置されているが、本数はこれに限られるものではない。

（２）伝熱フィン１２
伝熱フィン１２は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属部材から構成され、板状部材が長手方向に波形に折り曲げられることによって形成される波形フィンである。伝熱フィン１２は、各扁平管１１ａ〜１１ｋに挟まれた空間に配置されている。伝熱フィン１２は、その上端の山折りの部分が平面部１１１の下面にロウ付け等によって接合され、その下端の谷折りの部分が平面部１１１の上部にロウ付け等によって接合されている。また、伝熱フィン１２には、熱交換効率を向上させるための複数の切り起こし部１２ａが、ルーバー状に切り起こされている。切り起こし部１２ａは、空気流れ方向（各扁平管１１ａ〜１１ｋの幅方向（短手方向）に向かって流れる空気の流れ方向）の上流側部分と下流側部分とで、空気流れ方向に対する傾斜方向が逆になるように形成されている。

（３）ヘッダ１３，１４
ヘッダ１３，１４は、図１に示すように、互いに離間しており、それぞれが鉛直方向に延びる筒形状をした部材である。ヘッダ１３，１４の外面には、その長手方向に沿って所定の間隔を空けるように複数の穴（図示せず）が形成されており、この複数の穴に、各扁平管１１ａ〜１１ｋの長手方向の両端部が挿入している。すなわち、ヘッダ１３，１４は、それぞれ、各扁平管１１ａ〜１１ｋを支持する機能と、冷媒を各扁平管１１ａ〜１１ｋ（具体的には、各扁平管１１ａ〜１１ｋに形成される複数の流路穴１１２）に流入させる機能と、各扁平管１１ａ〜１１ｋ（具体的には、各扁平管１１ａ〜１１ｋに形成される複数の流路穴１１２）から流出する冷媒を集合させる機能とを有している。なお、ヘッダ１３，１４に扁平管１１ａ〜１１ｋを挿入させるための穴は、プレス加工等によって形成される。

なお、以下の説明においては、説明の便宜上、図１における左側のヘッダを第１ヘッダ１３とし、図１における右側のヘッダを第２ヘッダ１４とする。なお、ヘッダ１３，１４の構成は図１に示すものに限られず、種々の構成を適用可能である。

第１ヘッダ１３は、下部に開口１３１が形成され、上端が閉じられた上下方向に延びる筒状の部材である。開口１３１は、冷媒を、第１ヘッダ１３内に流入させる、または、第１ヘッダ１３から外方に流出させる機能を有する。具体的には、開口１３１は、熱交換器１が冷媒の蒸発器として機能する場合は、冷媒の入口となり、熱交換器１が冷媒の凝縮器として機能する場合は、冷媒の出口となる。

また、第１ヘッダ１３内には、第１ヘッダ１３の内部を上下方向に仕切る金属製のバッフル板１３２が配置されている（具体的には、ここでは、バッフル板１３２は、下から３段目の扁平管１１ｉと、下から４段目の扁平管１１ｈとの間に配置されている）。

第２ヘッダ１４は、上部に開口１４１が形成され、下端が閉じられた上下方向に延びる筒状の部材である。開口１４１は、冷媒を、第２ヘッダ１４内に流入させる、または、第２ヘッダ１４から外方に流出させる機能を有する。具体的には、開口１４１は、熱交換器１が冷媒の凝縮器として機能する場合は、冷媒の入口となり、熱交換器１が冷媒の蒸発器として機能する場合は、冷媒の出口となる。

また、第２ヘッダ１４内には、第２ヘッダ１４の内部を上下方向に仕切る金属製のバッフル板１４２が配置されている（具体的には、ここでは、バッフル板１４２は、上から２段目の扁平管１１ｂと、上から３段目の扁平管１１ｃとの間に配置されている）。

ここで、第１ヘッダ１３内および第２ヘッダ１４内に、それぞれバッフル板１３２および１４２が配置されることで、冷媒の流れ方向が決定され、熱交換器１内を冷媒が蛇行するように流れている。

以下、熱交換器１の外方から熱交換器１内に流入し、熱交換器１から外方に流出する、熱交換器１付近における冷媒の一連の流れを簡単に説明し、その後にヘッダ１３，１４のさらに具体的な構成について説明する。

＜冷媒の流れ＞
（１）熱交換器１が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れ
まず、第１ヘッダ１３の外方から熱交換器１に向かって流れる冷媒は、開口１３１を介して第１ヘッダ１３内に流入する。第１ヘッダ１３内に流入した冷媒は、下から１段目〜３段目の扁平管１１ｋ〜１１ｉに分配され、それぞれの扁平管１１ｋ〜１１ｉに形成される複数の流路穴１１２にほぼ均等に分流されて、第２ヘッダ１４に向かって流れ、第２ヘッダ１４内において集合する。第２ヘッダ１４内で集合した冷媒は、下から４段目〜９段目の扁平管１１ｈ〜１１ｃに分配され、それぞれの扁平管１１ｈ〜１１ｃに形成される複数の流路穴１１２にほぼ均等に分流されて、第１ヘッダ１３に向かって流れ、第１ヘッダ１３内において集合する。第１ヘッダ１３内で集合した冷媒は、下から１０段目，１１段目の扁平管１１ｂ，１１ａに分配され、それぞれの扁平管１１ｂ，１１ａに形成される複数の流路穴１１２にほぼ均等に分流されて、第２ヘッダ１４に向かって流れ、第２ヘッダ１４内において集合する。第２ヘッダ１４内で集合した冷媒は、開口１４１を介して熱交換器１の外方へと流出する。

（２）熱交換器１が凝縮器として機能する場合の冷媒の流れ
まず、第２ヘッダ１４の外方から熱交換器１に向かって流れる冷媒は、開口１４１を介して第２ヘッダ１４内に流入する。第２ヘッダ１４内に流入した冷媒は、上から１段目，２段目の扁平管１１ａ，１１ｂに分配され、それぞれの扁平管１１ａ，１１ｂに形成される複数の流路穴１１２にほぼ均等に分流されて第１ヘッダ１３に向かって流れ、第１ヘッダ１３内で集合する。第１ヘッダ１３で集合した冷媒は、上から３段目〜８段目の扁平管１１ｃ〜１１ｈに分配され、それぞれの扁平管１１ｃ〜１１ｈに形成される複数の流路穴１１２にほぼ均等に分流されて第２ヘッダ１４に向かって流れ、第２ヘッダ１４内で集合する。第２ヘッダ１４内で集合した冷媒は、上から９段目〜１１段目の扁平管１１ｉ〜１１ｋに分配され、それぞれの扁平管１１ｉ〜１１ｋに形成される複数の流路穴１１２にほぼ均等に分流されて第１ヘッダ１３に向かって流れ、第１ヘッダ１３内で集合する。第１ヘッダ１３内で集合した冷媒は、開口１３１を介して熱交換器１の外方へと流出する。

＜ヘッダ１３，１４の具体的な構成について＞
第１ヘッダ１３および第２ヘッダ１４は、ヘッダ１３，１４の長手方向に平行な面を軸として対称となる構成を有する。よって、以下の説明においては、第１ヘッダ１３の構成についてのみ説明し、第２ヘッダ１４の構成については説明を省略する。

図３は、第１ヘッダ１３および扁平管１１ａ〜１１ｋを示した概略斜視図（第１ヘッダ１３の上部は除く）である。

図３に示すように、第１ヘッダ１３は、主として、第１ヘッダ１３の外周の大部分を構成する第１ヘッダ形成部材１３３と、第１ヘッダ１３の外周の第１ヘッダ形成部材１３３によって構成される部分の残りの部分を構成する第２ヘッダ形成部材１３４と、第１ヘッダ形成部材１３３と第２ヘッダ形成部材１３４との間に嵌合するように配置される補強部材１３５とを有する。

第１ヘッダ形成部材１３３は、心材となるアルミニウム合金の表面に融点の低い別のアルミニウム合金が張り合わされる１枚のクラッド材が、長手方向に沿って、両端面が当接しないように（すなわち、両端面間に空間が形成されるように）、かつ、ヘッダ１３，１４の長手方向に直交する断面視において空気流れ方向の上流側から下流側に向かって幅狭となるように折り曲げられることによって形成されている。具体的には、第１ヘッダ形成部材１３３は、その両端面が当接していると想定した場合、ヘッダ１３，１４の長手方向に直交する断面視において、空気流れ方向の上流側の第１円弧Ａ１の半径と空気流れ方向の下流側の第２円弧Ａ２との半径とが異なり（第１円弧Ａ１の半径＞第２円弧Ａ２の半径）、第１円弧Ａ１と第２円弧Ａ２とが曲線によって結ばれるような形状を有している。なお、本発明はこれに限られず、例えば、第１ヘッダ形成部材１３３は、その両端面が当接していると想定した場合、ヘッダ１３，１４の長手方向に直交する断面視において、略楕円形状、略矩形状、または、略長円形状を有するような形状であってもよい。また、上記では、円弧Ａ１と円弧Ａ２とが曲線で結ばれていると説明したが、円弧Ａ１と円弧Ａ２とは、直線で結ばれていてもよい。

第１ヘッダ形成部材１３３の両端部には、それぞれ、複数の凸部１３３ａ，１３３ｂが形成されている。凸部１３３ａ，１３３ｂは、第１ヘッダ形成部材１３３の両端部からそれぞれ折り曲げ方向に突出している。

第２ヘッダ形成部材１３４は、クラッド材から構成され、押し出し成形等によって形成される。第２ヘッダ形成部材１３４は、図３や図４に示すように、上下方向（ヘッダ１３，１４の長手方向）に細長く延びる平板状の部材である。第２ヘッダ形成部材１３４の上下の長さは、第１ヘッダ形成部材１３３の上下の長さと同じである。また、第２ヘッダ形成部材１３４は、湾曲面を有する第１ヘッダ形成部材１３３と当接することができるように、一部（第１ヘッダ形成部材１３３に当接する複数の当接部）が湾曲面１３４ａ，１３４ｂを有している。

補強部材１３５は、熱交換器１を流れる冷媒が高圧冷媒である二酸化炭素冷媒であることから、第１ヘッダ１３の耐圧強度を上げるために用いられる部材である。補強部材１３５は、図５に示すように、上下方向（ヘッダ１３，１４の長手方向）に延び、縦断面視において櫛歯形状を有する部材である。補強部材１３５は、アルミニウム等の金属から構成され、切削加工等によって形成される。ここで、補強部材１３５は、一部材から構成されるものである。よって、熱交換器１の製造においては、部品点数を削減することができている。補強部材１３５の上下の長さは、第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４の上下の長さと同じである。補強部材１３５は、図３に示すように、第１ヘッダ形成部材１３３と第２ヘッダ形成部材１３４によって形成される空間に嵌合するように配置されている（具体的には、後述する支持部１３５ａの空気流れ方向の下流側の第１面１３６ａ（図５を参照）と、後述する突出部１３５ｂの扁平管１１ａ〜１１ｋが第１ヘッダ１３に挿入する第１方向の上流側の第２面１３７ａ（図５を参照）とが、第１ヘッダ形成部材１３３に当接しており、突出部１３５ｂの第１方向の下流側の第３面１３７ｂ（図５を参照）が第２ヘッダ形成部材１３４に当接するように配置されている、すなわち、補強部材１３５と第２ヘッダ形成部材１３４とは、第１方向の上流側から順に並んで配置されている）。

さらに具体的には、補強部材１３５は、図３や図８に示すように、ヘッダ１３，１４の長手方向に直交する断面視において、第１ヘッダ１３の略半分の空間を占めるように（具体的には、ヘッダ１３，１４の長手方向に直交する断面視において空気流れ方向の下流側の空間を占めるように）配置されている。すなわち、第１ヘッダ１３内においては、空気流れ方向の上流側には、ヘッダ１３，１４の長手方向に延びる空間Ｓ１が形成されている。これにより、第１ヘッダ１３内には冷媒が流れるための空間が確保されている。

補強部材１３５は、図５に示すように、支持部１３５ａと、支持部１３５ａに第１端部（空気流れ方向の下流側の端部）が連結され、第２端部（空気流れ方向の上流側の端部）が第１端部とは反対側（空気流れ方向の上流側）に突出する複数の突出部１３５ｂとを有する。突出部１３５ｂは、所定の間隔を空けて上下方向（ヘッダ１３，１４の長手方向）に配置されている。

支持部１３５ａは、上下方向（ヘッダ１３，１４の長手方向）に細長く延びる。突出部１３５ｂは、第２端部から第１端部に向かって幅狭となる形状を有する、略直方体の形状を有する。

ここで、補強部材１３５は、第１ヘッダ１３全体の空気流れ方向の下流側の空間を占めるように配置されていると説明した。但し、突出部１３５ｂが所定の間隔を空けて配置されていることから、突出部１３５ｂの上下には、空間Ｓ２が形成されている。そして、図６や図７に示すように、第１ヘッダ１３に挿入する各扁平管１１ａ〜１１ｋの端部（端面）は、突出部１３５ｂの上下に形成される空間Ｓ２に位置するようになっている。すなわち、空間Ｓ１を流れる冷媒は、空間Ｓ２に流れるようになっており、空間Ｓ２に流れた冷媒は、各扁平管１１ａ〜１１ｋに形成される流路穴１１２に分流されるようになっている。（図８の太線で示す冷媒の流れを参照）また、第２ヘッダ１４から流路穴１１２を介して流れてくる冷媒は、第１ヘッダ１３内に空間Ｓ１およびＳ２が形成されていることにより集合することができるようになっている。

よって、冷媒が、第１ヘッダ１３内の空気流れ方向の上流側の空間Ｓ１と、突出部１３５ｂの上下に形成される空間Ｓ２とを流れることができるようになっていることにより、ヘッダ１３，１４の耐圧強度を向上させつつ、冷媒の流路が確保されている。よって、ヘッダ１３，１４の有する扁平管１１ａ〜１１ｋへの分配機能と、扁平管１１ａ〜１１ｋから流れてくる冷媒を集合させる機能とを保持することができている。また、空間Ｓ１が、第１ヘッダ１３内の空気流れ方向の上流側に形成されていることにより、扁平管１１ａ〜１１ｋに形成される流路穴１１２のうち、空気流れ方向の上流側の流路穴１１２に多く流れやすくなる。これにより、熱交換器１の熱交換効率を上げることが期待できる。

以上のように、補強部材１３５の配置や構造により、第１ヘッダ１３の耐圧強度を向上させつつ、ヘッダ１３，１４の機能を発揮させることができている。

＜ヘッダ１３，１４の製作方法＞
以下の説明においても、第１ヘッダ１３の製作方法についてのみ説明し、第２ヘッダ１４の制作方法については説明を省略する。

まず、第１ヘッダ形成部材１３３を折り曲げることによって形成される上下方向に貫通する筒状の空間であって、平面視において略楕円形状となる空間に補強部材１３５を挿入する。このとき、補強部材１３５の第１面１３６ａ，第２面１３７ａと、第１ヘッダ形成部材１３３の内面とを、ロウ付けによって接合する。次に、第１ヘッダ形成部材１３３と、補強部材１３５とによって形成される空間に嵌めるように第２ヘッダ形成部材１３４を挿入する。このとき、補強部材１３５の第３面１３７ｂと第２ヘッダ形成部材１３４の第１方向の上流側の側面の一部とを、ロウ付けによって接合する。そして、第１ヘッダ形成部材１３３の凸部１３３ａを第２ヘッダ形成部材１３４の第１方向の下流側の側面に当接するように折り曲げて、両者の当接面をロウ付けによって接合する。

最後に、図示はしないが、第１ヘッダ１３の上下端部を構成する上部形成部材と下部形成部材とを、それぞれ、第１ヘッダ形成部材１３３，第２ヘッダ形成部材１３４および補強部材１３５のそれぞれの上下端面に当接するように、ロウ付け等によって接合する。

ここでは、第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４は、クラッド材から構成されているため、他の部材とのロウ付け時においては、別途ロウ材を用いる必要がない。よって、ロウ付け作業における工数を減らすことができ、かつ、コストを抑制することができる。

＜本実施形態に係る熱交換器１の特徴＞
１対のヘッダと、複数の扁平管から構成される積層型の熱交換器内を高圧の冷媒が流れる場合、耐圧強度の向上が要求される。ヘッダの耐圧強度の向上としては、まず、ヘッダの肉厚を大きくすることが考えられる。しかし、ヘッダの肉厚を大きくすると、扁平管をヘッダに挿入させるための穴の加工コストが上がってしまうことが懸念される。次に、ヘッダの耐圧強度の向上として、ヘッダの径を小さくする、あるいは、ヘッダの内容積を小さくすることが考えられる。しかし、ヘッダの径、あるいは、ヘッダの内容積を小さくすると、設計上、扁平管の短手方向の幅を小さくする必要が生じる。このため、扁平管に形成される流路穴も小さくなると想定され、扁平管に形成される流路穴を流れる冷媒の圧損が大きくなることが懸念される。また、扁平管の伝熱面積と伝熱フィンとの接触面積が小さくなることが想定される。以上のことから、熱交換器における空気と冷媒との熱交換効率に影響が出ることが懸念される。よって、このような状況下においては、ヘッダの本来の機能を保持することが困難になる場合があることが懸念される。

そこで、本実施形態に係る熱交換器１では、第１ヘッダ形成部材１３３と第２ヘッダ形成部材１３４とによってヘッダ１３の外周を構成し、第１ヘッダ１３の内径を小さくしている。また、その第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４によって形成される空間に補強部材１３５を配置している。そして、補強部材１３５と、第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４とをロウ付けによって接合し一体化している（なお、第２ヘッダ１４についても同様の構成である。以下でも、第１ヘッダ１３のみについて説明するが、第２ヘッダ１４についても同様の効果を奏する）。補強部材１３５には、第１ヘッダ１３の外周を構成する第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４と、接合される箇所が複数ある。これにより、第１ヘッダ１３の耐圧強度が向上している。

また、補強部材１３５は、第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４によって形成される空間の空気流れ方向の下流側に配置される。すなわち、第１ヘッダ１３内においては、空気流れ方向の上流側には第１ヘッダ１３の長手方向に延びるような空間Ｓ１が形成されている。よって、冷媒はこの空間Ｓ１を流れることができる。また、第１ヘッダ１３は、空気流れ方向の上流側から下流側に向かって狭くなるような形状を有している。すなわち、空間Ｓ１をできるだけ広くすることにより空間Ｓ１により多くの冷媒が流れるようにしている。

また、補強部材１３５は、縦断面視において櫛歯形状を有しており、突出部１３５ｂの上下には、空間Ｓ２が形成されている。これにより、空間Ｓ１を流れる冷媒は、空間Ｓ２に流れることが可能になり、空間Ｓ２の近傍に端面が位置する各扁平管１１ａ〜１１ｋの流路穴１１２に流れることができるようになっている。また、空間Ｓ１および空間Ｓ２が形成されていることにより、第２ヘッダ１４から流路穴１１２を介して流れてくる冷媒を通す通路が確保されている。よって、第１ヘッダ１３内において他方のヘッダ（第２ヘッダ１４）から流れてくる冷媒を集合させることができるようになっている。

以上のことから、熱交換器１では、耐圧強度の向上が図られ、かつ、ヘッダ１３，１４が本来機能を保持することができている。また、熱交換器１では、扁平管１１ａ〜１１ｋの短手方向の幅（なお、ここでいう短手方向の幅とは、図２のＬの部分を意味する）を小さくすることを抑制できるため、熱交換効率の低下を抑制することができる。

＜本実施形態に係る熱交換器１の変形例＞
（Ａ）
上記実施形態では、第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４によって形成される空間に、図７に示すように、縦断面視において突出部１３５ｂの第３面１３７ｂが矩形状となるような補強部材１３５が配置されているが、本発明はこれに限られるものではない。

例えば、図９に示すように、突出部１３５ｂの第３面１３７ｂが空気流れ方向の上流側から下流側に向かって幅広となるような形状を有する補強部材１３５を用いてもよい。

この場合、扁平管１１ａ〜１１ｋの流路穴１１２のうち、空気流れ方向の下流側の流路穴１１２にも冷媒を流すことができる。すなわち、扁平管１１ａ〜１１ｋに形成される流路穴１１２のいずれかには冷媒が多く流れ、いずれかには冷媒があまり流れないといった偏流を抑制することができる。

（Ｂ）
上記実施形態では、第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４によって形成される空間に、櫛歯形状を有する補強部材１３５が配置されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図１０に示すように、板状部材をプレス加工等によって蛇状に折り曲げることによって成形される部材を挿入してもよい。

この場合、冷媒が通る通路空間が上記実施形態よりも増加するので、ヘッダ１３，１４の耐圧強度の向上のほか、冷媒を各扁平管１１ａ〜１１ｋへより均等に分配させることが可能になる。また、この場合、補強部材１３５をプレス加工によって成形することができるので、コストを抑制することができる。

（Ｃ）
上記実施形態では、第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４によって形成される空間に、櫛歯形状を有する補強部材１３５が配置されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図１１に示すように、ヘッダ１３，１４の長手方向に沿って波形に折り曲げられることによって構成される補強部材１３５を配置してもよい。

この場合、補強部材１３５をプレス加工によって成形することができるので、コストを抑制することができる。

（Ｄ）
上記実施形態では、補強部材１３５の突出部１３５ｂは、その突出部１３５ｂの上下の空間Ｓ２に各扁平管１１ａ〜１１ｋの端面が位置するように所定の間隔を空けているが、本発明はこれに限られるものではなく、種々の構成が可能である。例えば、隣接する突出部１３５ｂの間に２本の扁平管１１ａ〜１１ｋの端面が位置するような所定の間隔を空けていてもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、補強部材１３５は、ヘッダ１３，１４の長手方向に直交する断面視において空気流れの下流側部分を占めている（空間Ｓ２は除く）と説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ヘッダ１３，１４が高圧冷媒に耐えられるような耐圧強度を有していれば、補強部材１３５は、ヘッダ１３，１４の長手方向に直交する断面視において空気流れの下流側部分の全てを占めるような（空間Ｓ２は除く）形状でなくてもよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、ヘッダ１３，１４は、その外周が複数の部材（第１ヘッダ１３においては、第１ヘッダ形成部材１３３および第２ヘッダ形成部材１３４）から構成されると説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、一部材から構成されるものであってもよい。

また、上記実施形態では、補強部材１３５は、一部材から構成されると説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、複数の部材から構成されるものであってもよい。

（Ｇ）
上記実施形態では、二酸化炭素冷媒を用いているが、これに限られるものではなく、他の高圧の冷媒（例えば、炭化水素冷媒等）を用いてもよい。

本発明では、耐圧強度を向上しつつ、ヘッダの本来の機能を保持することができるので、有用である。

１熱交換器
１１ａ〜１１ｋ扁平管
１３第１ヘッダ（ヘッダ）
１４第２ヘッダ（ヘッダ）
１１２扁平管に形成される流路穴
１３５補強部材
Ａ１第１円弧
Ａ２第２円弧
Ｓ１ヘッダ内の空気流れの上流側の空間
Ｓ２ヘッダ内の扁平管の端面の近傍の空間

特開２００６−２８４１３３号公報

Claims

空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器（１）であって、
冷媒が流れる流路穴（１１２）が形成される複数の扁平管（１１ａ〜１１ｋ）と、
前記扁平管（１１ａ〜１１ｋ）が延びる方向に交差する方向に延び、各々の扁平管（１１ａ〜１１ｋ）に異なる位置から挿入され、前記流路穴（１１２）と連通する内部空間が形成されるヘッダ（１３，１４）と、
を備え、
前記ヘッダ（１３，１４）は、
前記扁平管（１１ａ〜１１ｋ）の端面の近傍に扁平管近傍空間（Ｓ２）が形成されるように、且つ、少なくとも空気流れの上流側に、前記扁平管近傍空間（Ｓ２）に連通し前記ヘッダ（１３，１４）の長手方向に延びる連通空間（Ｓ１）が形成されるように、前記ヘッダ（１３，１４）の内部空間に配置されて前記ヘッダ（１３，１４）と一体化される補強部材（１３５）、
を有する、
熱交換器（１）。
前記ヘッダ（１３，１４）は、非円筒状の断面を有する、
請求項１に記載の熱交換器（１）。
前記ヘッダ（１３，１４）は、複数の部材から構成される、
請求項１または２に記載の熱交換器（１）。
前記補強部材（１３５）は、一部材から構成される、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１）。
前記補強部材（１３５）は、縦断面視において櫛歯形状を有する、
請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器（１）。
前記補強部材（１３５）は、板状の部材がプレス加工により折り曲げられることで成形される、
請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器（１）。
前記ヘッダ（１３，１４）と前記補強部材（１３５）とは、ロウ付けによって一体化される、
請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器（１）。
前記非円筒状の断面とは、略楕円状、略長円状、および、一方の第１円弧（Ａ１）の第１半径と他方の第２円弧（Ａ２）の第２半径とが異なり前記第１円弧（Ａ１）と前記第２円弧（Ａ２）とが直線または曲線によって結ばれる形状のいずれかである、
請求項２に記載の熱交換器（１）。