JP6409981B2 - 熱交換器、熱交換器の製造方法 - Google Patents

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関連出願への相互参照

本出願は、２０１５年９月２２日に出願された日本出願番号２０１５−１８６１６７号に基づくものであって、ここにその記載内容を援用する。

本開示は、複数のチューブを積層して構成された熱交換器、および当該熱交換器の製造方法に関する。

従来、複数のチューブが積層された積層体、および当該積層体の積層方向に延びると共に、複数のチューブそれぞれの延在方向の端部が接合されて複数のチューブの内部と連通するヘッダタンクを備える熱交換器が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

例えば、特許文献１に記載の熱交換器では、ヘッダタンクが、外殻を構成するタンク部、チューブの端部を挿入して接合するチューブ挿入穴を有するプレート部、チューブの端部の先端部の位置を規定する中間プレート部の三部品で構成されている。

一方、特許文献２に記載の熱交換器では、ヘッダタンクが、外殻を構成するタンク部、チューブの端部を挿入して接合するチューブ挿入穴を有するプレート部の二部品で構成され、タンク部の一部にチューブの端部を受け入れる凹部が設けられている。そして、特許文献２に記載の熱交換器では、タンク部に設けた凹部により、チューブの端部の先端部の位置を規定することで、ヘッダタンクの簡素化が図られている。

特開２００３−３１６４３７号公報 特開２００６−１７４４２号公報

ところで、特許文献２の如く、タンク部におけるチューブと対向する部位に凹部を設けた構成では、タンク部における冷媒が流通する部位の内側表面積が、凹部が形成された部位と凹部が形成されていない部位とで異なることになる。すなわち、タンク部における凹部が形成された部位の内側表面積が、タンク部における凹部が形成されていない部位の内側表面積よりも大きくなる。

このような構成のヘッダタンクは、凹部が形成された部位における耐圧強度が、凹部が形成されていない部位における耐圧強度よりも低くなり、ヘッダタンク全体としての耐圧強度を充分に確保することが困難となる。

ここで、特許文献１の如く、タンク部ではなく、中間プレートでチューブの端部の先端部の位置を規定する構成では、ヘッダタンクにおける耐圧強度を確保することが可能であるが、部品点数の増加が避けられない。

本開示は、部品点数を増加させることなく、ヘッダタンクにおける耐圧強度を確保することが可能な熱交換器、および当該熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

本開示の１つの観点によれば、熱交換器は、熱交換対象流体を流通させる複数のチューブを有する。

熱交換器は、複数のチューブが積層された積層体と、積層体の積層方向に延びると共に、複数のチューブそれぞれの延在方向の端部が接合されて複数のチューブの内部と連通する内部空間を有するヘッダタンクと、を備える。

そして、ヘッダタンクは、複数のチューブそれぞれの延在方向の端部が接合されたプレートヘッダ、およびプレートヘッダに接合されてプレートヘッダとの間に内部空間を形成するタンク外殻部材を有する構成となっている。

また、プレートヘッダは、複数のチューブそれぞれの延在方向の端部を挿入するチューブ挿入穴が形成されると共に、チューブ挿入穴にチューブの延在方向の端部をチューブ挿入穴の内部に位置付けるストッパ部が設けられた構成となっている。

さらに、ストッパ部は、チューブ挿入穴におけるタンク外殻部材側に設けられ、積層体の積層方向から見た際の幅寸法が、チューブ挿入穴におけるタンク外殻部材の反対側の幅寸法、およびチューブの延在方向の端部の幅寸法よりも小さくなる構成となっている。

これによれば、各チューブの延在方向の端部が接合されたプレートヘッダに対して、チューブの端部よりも幅寸法が小さいストッパ部を設ける構成としているので、中間プレートが無くても、チューブの延在方向の端部の位置を規定することができる。

さらに、本開示の構成では、タンク外殻部材ではなく、プレートヘッダに対してストッパ部を設ける構成としているので、タンク外殻部材の耐圧強度を確保することが可能となる。

従って、部品点数を増加させることなく、ヘッダタンクにおける耐圧強度を確保することが可能な熱交換器を実現することができる。

本開示の別の観点によれば、熱交換器の製造方法において、熱交換器は、複数のチューブが積層された積層体と、複数のチューブの内部と連通する内部空間を有するヘッダタンクと、を備える。

熱交換器の製造方法は、
複数のチューブを積層して積層体を製造することと、
複数のチューブそれぞれの延在方向の端部を挿入するチューブ挿入穴が形成されると共に、チューブ挿入穴にチューブの延在方向の端部をチューブ挿入穴の内部に位置付けるストッパ部が形成されたプレートヘッダを成形することと、
断面の形状がＵ字状となる膨出部を有するタンク外殻部材を成形することと、
プレートヘッダとタンク外殻部材とを組み付けてヘッダタンクを製造することと、
積層体およびヘッダタンクを製造した後、複数のチューブの延在方向の端部を複数のチューブ挿入穴に挿入した状態でヘッダタンクと積層体とを接合することと、
を含んでいる。

そして、プレートヘッダを成形することでは、チューブ挿入穴におけるタンク外殻部材側に、積層体の積層方向から見た際の幅寸法が、チューブ挿入穴におけるタンク外殻部材の反対側の幅寸法、およびチューブの延在方向の端部の幅寸法よりも小さくなる部位をストッパ部として形成するようになっている。また、ヘッダタンクと積層体とを接合することでは、複数のチューブの延在方向の端部をチューブ挿入穴のストッパ部に当接させた状態でヘッダタンクと積層体とを接合するようになっている。

これによれば、プレートヘッダに対してストッパ部を設ける構成としているので、部品点数を増加させることなく、ヘッダタンクにおける耐圧強度を確保することが可能な熱交換器を製造することができる。

第１実施形態の放熱器の全体構成図である。 第１実施形態の放熱器のチューブを示す斜視図である。 第１実施形態の放熱器のヘッダタンクを示す斜視図である。 第１実施形態の放熱器のタンク外殻部材を示す斜視図である。 第１実施形態の放熱器のプレートヘッダを示す斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 図１のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 図７の符号ＶＩＩＩで指示した部位の拡大図である。 第１実施形態の放熱器の製造過程を示すブロック図である。 第１実施形態の放熱器のタンク製造工程の流れを説明するための説明図である。 第２実施形態の放熱器のタンク外殻部材を示す斜視図である。 第２実施形態の放熱器のプレートヘッダを示す斜視図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。 第２実施形態の放熱器のチューブが接合されたヘッダタンクの断面図である。 第２実施形態の放熱器のタンク製造工程の流れを説明するための説明図である。 第３実施形態の放熱器のタンク外殻部材およびプレートヘッダの断面図である。 第３実施形態の放熱器のタンク製造工程の流れを説明するための説明図である。 第４実施形態の放熱器のプレートヘッダの断面図である 第４実施形態の放熱器のチューブが接合されたヘッダタンクの断面図である。 タンク外殻部材側からプレートヘッダを見た際のプレートヘッダとチューブとの関係を説明するための説明図である。 第５実施形態の放熱器のタンク外殻部材を示す斜視図である。 第５実施形態の放熱器のヘッダタンクを示す斜視図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。

また、各実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。

以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。本実施形態では、車室内の空調を行う車両用空調装置において冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を放熱させる放熱器１に対して、本開示の熱交換器を適用した例について説明する。

放熱器１は、図示しない圧縮機、減圧機構、および蒸発器と共に蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成する。本実施形態の冷凍サイクルは、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上（すなわち、超臨界状態）となる超臨界冷凍サイクルで構成されている。冷凍サイクルは、熱交換対象流体を構成する冷媒として、地球温暖化係数の小さい自然冷媒である二酸化炭素が採用されている。

図１に示すように、本実施形態の放熱器１は、主たる構成要素として、熱交換コア部２、サイドプレート３、一対のヘッダタンク４、タンクキャップ５、および一対のコネクタ６を備える。なお、図１の上下、左右を示す各矢印の方向は車両搭載状態において、車両前方から見た方向を示している。

放熱器１を構成する各部材は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等のアルミニウム製の金属材料で構成されている。放熱器１は、各部材が組み付けられた状態で、各部材の必要な部位に予め設けられたろう材によりろう付け接合されている。

熱交換コア部２は、放熱器１における冷媒と空気とを熱交換させる熱交換部を構成する。熱交換コア部２は、内部を冷媒が流れる複数のチューブ２１、および隣接するチューブ２１間に配置されて冷媒と空気との熱交換を促進するフィン２２を有する。本実施形態では、熱交換コア部２が、複数のチューブ２１が積層された積層体に相当している。

本実施形態の各チューブ２１は、図２に示すように、一方向に対して延在すると共に、扁平な断面を有する扁平管で構成されている。本実施形態のチューブ２１の内部には、その延在方向に沿って延びる多数の穴で構成される流体流路２１１が形成されている。なお、流体流路２１１は、単一の穴で構成されていてもよい。

また、本実施形態の各チューブ２１は、その扁平面が平行に並ぶように、互いに所定間隔を設けて配列されている。本実施形態では、チューブ２１における熱交換対象流体の流通方向に沿って延びる方向をチューブ２１の延在方向として解釈することができる。

図１に戻り、サイドプレート３は、熱交換コア部２を補強する補強部材である。本実施形態のサイドプレート３は、熱交換コア部２におけるチューブ２１の積層方向の両端側に配置されている。なお、本実施形態では、各チューブ２１を上下に積層している。このため、各サイドプレート３は、熱交換コア部２の上下方向の両端側に配置されている。

一対のヘッダタンク４は、チューブ２１の延在方向の端部が接続されて、チューブ２１を流れる冷媒の集合、分配を行うタンクとして機能する。各ヘッダタンク４は、チューブ２１の積層方向に沿って延びる筒状の中空部材で構成されている。各ヘッダタンク４は、その内部に各チューブ２１の内部と連通する内部空間４０が形成されている。

本実施形態では、ヘッダタンク４として、分割タイプのヘッダタンクが採用されている。本実施形態のヘッダタンク４は、図３に示すように、主にタンク外殻部材４１、およびプレートヘッダ４２の二部品で構成されている。

タンク外殻部材４１は、ヘッダタンク４の外殻を構成する部材である。タンク外殻部材４１は、プレートヘッダ４２と共に、各チューブ２１の内部と連通する内部空間４０を形成する。タンク外殻部材４１は、アルミニウム製の金属材料を押出し加工により成形したものである。

本実施形態のタンク外殻部材４１は、ヘッダタンク４の内部空間４０を形成する膨出部４１１、膨出部４１１の開口側端部４１１ａから外側に延在してプレートヘッダ４２を受け入れるプレート受入部４１２を有している。

ここで、本実施形態では、超臨界冷凍サイクルで構成されているので、冷媒である二酸化炭素が放熱器１に流入する際に臨界状態となる。そして、放熱器１の内部における冷媒圧力は、７ＭＰａ以上の非常に高い圧力になる。このため、放熱器１のヘッダタンク４には、冷媒圧力に耐えられる耐圧強度が要求される。

そこで、本実施形態の放熱器１は、ヘッダタンク４における幅方向の中央部の断面がＵ字状となるように膨出部４１１を構成している。すなわち、本実施形態の膨出部４１１は、チューブ２１の延在方向に沿う断面の形状がＵ字状となるように構成されている。これにより、ヘッダタンク４の内部空間４０を流通する冷媒の圧力による荷重が、タンク外殻部材４１とプレートヘッダ４２とが離れる方向に集中することを回避して、ヘッダタンク４の耐圧強度を向上させている。

プレート受入部４１２は、プレートヘッダ４２を受け入れた状態で、タンク外殻部材４１に対してプレートヘッダ４２を仮固定する部位である。本実施形態のプレート受入部４１２は、プレートヘッダ４２の外周に沿ってＣ字状に曲折されている。

ここで、本実施形態のプレート受入部４１２は、図４に示すように、タンク外殻部材４１にプレートヘッダ４２を配置する前の状態が、Ｌ字状に曲折した形状となっている。本実施形態では、タンク外殻部材４１にプレートヘッダ４２を配置した状態で、図４に示すプレート受入部４１２の先端部４１３をプレートヘッダ４２側に近づくように塑性変形させることで、タンク外殻部材４１に対してプレートヘッダ４２を仮固定している。

本実施形態の膨出部４１１およびプレート受入部４１２は、冷媒圧力に耐えられる耐圧強度を確保するために、押出し加工により一体に成形されている。本実施形態のタンク外殻部材４１には、膨出部４１１に耐圧強度が要求される。一方、プレート受入部４１２の先端部４１３は、膨出部４１１と同等の強度まで要求されない。

このため、本実施形態では、膨出部４１１の厚みｔａをプレート受入部４１２の先端部４１３の厚みｔｂよりも大きくしている（すなわち、ｔａ＞ｔｂ）。これにより、膨出部４１１における耐圧強度を確保しつつ、プレート受入部４１２の先端部４１３を塑性変形させる際の抵抗力を小さくしている。

続いて、プレートヘッダ４２は、複数のチューブ２１それぞれの延在方向の端部が接合される部材である。プレートヘッダ４２は、外側両面に図示しないろう材がクラッドされた細長板状のアルミニウム製の金属材料を成形したものである。

本実施形態のプレートヘッダ４２は、図５に示すように、チューブ２１の扁平断面に適合する形状の複数のスリット穴４２１が形成された板状部材で構成されている。プレートヘッダ４２に形成された各スリット穴４２１は、チューブ２１の延在方向の端部を挿入するチューブ挿入穴に相当する。各スリット穴４２１は、チューブ２１と同数設けられている。

各スリット穴４２１には、図６に示すように、チューブ２１の延在方向の端部をスリット穴４２１の内部に位置付けるストッパ部４２２が設けられている。具体的には、本実施形態のストッパ部４２２は、スリット穴４２１の内側壁部に形成された傾斜面４２２ａを有する部位で構成されている。

傾斜面４２２ａは、チューブ２１の積層方向から見たときのスリット穴４２１の幅方向の両側に形成されている。傾斜面４２２ａは、スリット穴４２１の内側壁部において内側に傾斜するように形成されている。

また、各スリット穴４２１には、チューブ２１の延在方向の端部の側面に対向する部位に、チューブ２１の延在方向の端部の側面に当接する当接部位４２３が形成されている。本実施形態の当接部位４２３は、スリット穴４２１の内側壁部におけるチューブ２１の延在方向に沿って延びる部位で構成されている。

ここで、図７は、図１のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。具体的には、図７は、チューブ２１の延在方向の端部が接合されたヘッダタンク４をチューブ２１の積層方向に直交する方向に切断した際の断面を示している。

図７に示すように、本実施形態のストッパ部４２２は、スリット穴４２１におけるタンク外殻部材４１側に設けられている。ストッパ部４２２は、チューブ２１の積層方向、すなわち図７の紙面垂直方向から見た際の幅寸法Ｗａが、スリット穴４２１のタンク外殻部材４１の反対側の幅寸法Ｗｂおよびチューブ２１の延在方向の端部の幅寸法Ｗｃよりも小さくなるように構成されている。

また、スリット穴４２１は、当接部位４２３がチューブ２１の延在方向の端部の側面に当接するように、タンク外殻部材４１の反対側の幅寸法Ｗｂが、チューブ２１の延在方向の端部の幅寸法Ｗｃと同程度、又は若干大きくなっている（すなわち、Ｗｂ≒Ｗｃ）。

これにより、本実施形態の放熱器１では、チューブ２１の延在方向の端部をスリット穴４２１に挿入した際に、チューブ２１の延在方向の端部がストッパ部４２２に突き当たることで、チューブ２１の延在方向の端部をスリット穴４２１に位置付けることができる。

さらに、本実施形態のストッパ部４２２は、傾斜面４２２ａを有する部位で構成しているので、チューブ２１の外周縁部とストッパ部４２２の傾斜面４２２ａとが線接触となる。このため、スリット穴４２１のストッパ部４２２によってチューブ２１における流体流路２１１が閉塞されることはない。換言すれば、本実施形態の各チューブ２１は、流体流路２１１の周囲の部位がストッパ部４２２に当接すると共に、流体流路２１１がストッパ部４２２から離間した状態でプレートヘッダ４２に接合される構成となっている。

また、本実施形態の各スリット穴４２１は、その幅方向の寸法が、タンク外殻部材４１側からタンク外殻部材４１と反対側に向かうに伴って拡大している。このような構成では、冷媒がストッパ部４２２付近を流れる際に、ストッパ部４２２にて冷媒の流れに淀みが生じてしまうことを抑制できる点で特に有効である。

ここで、本実施形態では、タンク外殻部材４１に対して断面の形状がＵ字状となる膨出部４１１を形成している。このような構成では、膨出部４１１の開口側端部４１１ａにおいて形状が大きく変化することから、開口側端部４１１ａに応力集中が生じ易い傾向がある。

そこで、プレートヘッダ４２のスリット穴４２１におけるタンク外殻部材４１側の幅寸法Ｗａを、膨出部４１１の開口側端部４１１ａにおける幅寸法Ｗｄよりも小さくしている。そして、本実施形態では、図８に示すように、膨出部４１１の開口側端部４１１ａとプレートヘッダ４２のスリット穴４２１を囲む部位とをろう材ＢＲで接合する構成としている。

図１に戻り、一対のヘッダタンク４のうち、一方の内部には、セパレータ４ａが配置されている。セパレータ４ａは、ヘッダタンク４の内部空間を上下に分割する部材である。また、各ヘッダタンク４には、チューブ２１の積層方向における両端部に、ヘッダタンク４の上下端部の閉塞を行うタンクキャップ５が接合されている。

続いて、一対のコネクタ６は、冷媒が流通する図示しない外部配管内の流通路とヘッダタンク４の内部空間４０とを連通させる接続器である。各コネクタ６は、一対のヘッダタンク４のうち、セパレータ４ａが配置されたヘッダタンク４に接合されている。各コネクタ６は、一方のコネクタがヘッダタンク４へ冷媒を導入する入口側コネクタを構成し、他方のコネクタがヘッダタンク４から冷媒を導出する出口側コネクタを構成している。

次に、本実施形態の放熱器１の製造方法について、図９、図１０を用いて説明する。図９は、放熱器１の概略的な製造手順を示している。本実施形態の放熱器１は、図９に示すように、その製造手順の前半部分において、熱交換コア部２とヘッダタンク４とを分けて製造している。このため、製造手順の前半部分については、個別に説明する。

まず、熱交換コア部２の製造手順は、複数のチューブ２１を積層した積層体を製造する。このことは、積層体を構成する熱交換コア部２を製造する積層工程に相当する。具体的には、積層工程では、まず、押出し加工により所望の形状に形成されると共に、必要な箇所にろう材がクラッドされたチューブ２１、フィン２２、サイドプレート３を用意する。そして、積層工程では、各チューブ２１間にフィン２２を配置すると共に、各チューブ２１の積層方向の端部にサイドプレート３を配置した状態でワイヤ等の治具により各チューブ２１、フィン２２、サイドプレート３を組付ける。

一方、ヘッダタンク４の製造手順は、まず、プレート成形工程にてプレートヘッダ４２を成形すると共に、外殻成形工程にてタンク外殻部材４１を成形する。その後、タンク製造工程では、タンク外殻部材４１とプレートヘッダ４２とを組み付けてヘッダタンク４を製造する。

具体的には、プレート成形工程では、複数のスリット穴４２１、および各スリット穴４２１にストッパ部４２２が形成されたプレートヘッダ４２を成形する。本実施形態のプレート成形工程では、予め芯材の表面に圧延によりろう材が設置された金属板に対して、穴あけ加工等によりストッパ部４２２を有する複数のスリット穴４２１を形成することで、プレートヘッダ４２を成形する。

外殻成形工程では、断面の形状がＵ字状となる膨出部４１１を有するタンク外殻部材４１を成形する。本実施形態の外殻成形工程では、膨出部４１１、および膨出部４１１の開口側端部４１１ａから延在するプレート受入部４１２を有するタンク外殻部材４１を押出し加工により成形する。

本実施形態のタンク製造工程では、図１０に示すように、タンク外殻部材４１のプレート受入部４１２にプレートヘッダ４２を挿入する。そして、タンク製造工程では、タンク外殻部材４１のプレート受入部４１２にプレートヘッダ４２を配置する。タンク製造工程では、プレート受入部４１２にプレートヘッダ４２を配置した状態で、プレート受入部４１２の先端部４１３をプレートヘッダ４２側に近づくように塑性変形させることで、タンク外殻部材４１に対してプレートヘッダ４２を仮固定する。

また、図示しないが、タンク製造工程では、タンク外殻部材４１に対してプレートヘッダ４２を仮固定したヘッダタンク４の延在方向の両端部にタンクキャップ５を取り付ける。さらに、タンク製造工程では、各コネクタ６を、タンク外殻部材４１の外表面に対してＭＩＧ溶接等により接合する。

図９に戻り、放熱器１の製造手順は、上述の積層工程およびタンク製造工程の後、各チューブ２１の延在方向の端部をプレートヘッダ４２の各スリット穴４２１に挿入した状態で熱交換コア部２とヘッダタンク４とを接合する。このことは、積層体を構成する熱交換コア部２とヘッダタンク４とを接合する接合工程に相当する。

具体的には、接合工程では、複数のチューブ２１の延在方向の端部を各スリット穴４２１のストッパ部４２２に当接させた状態で、ヘッダタンク４と熱交換コア部２とを組付ける。そして、接合工程では、ヘッダタンク４と熱交換コア部２との組付体を、炉内で加熱することで、ヘッダタンク４と熱交換コア部２とが一体となるようにろう付け接合する。最後に、接合工程では、ヘッダタンク４と熱交換コア部２とを組付けた際に利用した治具があれば、当該治具を取り外す。

以上説明した本実施形態の放熱器１では、各チューブ２１の延在方向の端部が接合されたプレートヘッダ４２に対して、チューブ２１の端部よりも幅寸法が小さいストッパ部４２２を設ける構成としている。これによれば、タンク外殻部材４１とプレートヘッダ４２との間に中間プレートを介在させることなく、チューブ２１の延在方向の端部の位置をスリット穴４２１の内部に位置付けることができる。

さらに、本構成では、タンク外殻部材４１ではなく、プレートヘッダ４２に対してストッパ部４２２を設ける構成としているので、タンク外殻部材４１の耐圧強度を確保することができる。

従って、本実施形態によれば、部品点数を増加させることなく、ヘッダタンク４における耐圧強度を確保することが可能な放熱器１を実現することができる。このように、ヘッダタンク４の耐圧強度を充分に確保することが可能な構成は、放熱器１に流入する冷媒の圧力が高圧になる二酸化炭素を熱交換対象流体とする構成に対して特に好適である。

加えて、本実施形態では、プレートヘッダ４２のスリット穴４２１におけるタンク外殻部材４１側の幅寸法Ｗａを、膨出部４１１の開口側端部４１１ａにおける幅寸法Ｗｄよりも小さくしている。そして、膨出部４１１の開口側端部４１１ａとプレートヘッダ４２のスリット穴４２１を囲む部位とをろう材ＢＲで接合する構成としている。これによれば、ろう材ＢＲが充填されたフィレットによって開口側端部４１１ａを補強することができるので、タンク外殻部材４１の耐圧強度を充分に確保することが可能となる。

また、本実施形態では、ストッパ部４２２を、スリット穴４２１の内側壁部に形成された傾斜面４２２ａを有する部位で構成している。これによると、チューブ２１とストッパ部４２２とが線接触となるので、チューブ２１とストッパ部４２２との接触面積を抑えることができる。このため、スリット穴４２１に設けたストッパ部４２２によって、チューブ２１における流体流路２１１の一部が閉塞されてしまうことを抑えることができる。

さらに、本実施形態では、スリット穴４２１の内側壁部の一部にチューブ２１の延在方向の端部の側面に当接する当接部位４２３を形成している。これによると、チューブ２１とスリット穴４２１との接触面積を確保することができるので、チューブ２１とスリット穴４２１との間における密封性を充分に確保することが可能となる。

ここで、本実施形態では、押出し加工によりタンク外殻部材４１を成形している。押出し加工は、プレスによる加工に比べて、耐圧強度に影響するダレ等の加工痕が生じ難いため、タンク外殻部材４１の耐圧強度を確保し易くなる。

また、本実施形態では、タンク外殻部材４１のプレート受入部４１２の先端部４１３を塑性変形させることで、タンク外殻部材４１に対してプレートヘッダ４２を固定している。これによると、曲げ加工等の簡易な加工によって、タンク外殻部材４１に対してプレートヘッダ４２を仮固定することができるので、加工装置の簡素化等によって放熱器１の製造コストの低減を図ることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図１１〜図１５を参照して説明する。本実施形態では、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを固定している点が第１実施形態と相違している。

本実施形態のタンク外殻部材４１Ａは、図１１に示すように、断面がＵ字状となる膨出部４１１を有している。なお、本実施形態のタンク外殻部材４１Ａは、第１実施形態のタンク外殻部材４１Ａからプレート受入部４１２を除去した構成となっている。

本実施形態のプレートヘッダ４２Ａは、図１２〜図１４に示すように、スリット穴４２１が形成された板状部４２０、および板状部４２０の両端部から板状部４２０に交差する方向に延在してタンク外殻部材４１Ａを受け入れるタンク受入部４２４を有している。

板状部４２０の各スリット穴４２１には、図１３、図１４に示すように、チューブ２１の延在方向の端部をスリット穴４２１の内部に位置付けるストッパ部４２２が設けられている。具体的には、本実施形態のストッパ部４２２は、スリット穴４２１の内側壁部に形成された傾斜面４２２ａを有する部位で構成されている。本実施形態では、板状部４２０が、プレートヘッダ４２Ａにおける穴形成部に相当している。

また、図１４に示すように、本実施形態のストッパ部４２２は、スリット穴４２１におけるタンク外殻部材４１Ａ側に設けられている。そして、ストッパ部４２２は、チューブ２１の積層方向から見た際の幅寸法Ｗａが、スリット穴４２１のタンク外殻部材４１Ａの反対側の幅寸法Ｗｂおよびチューブ２１の延在方向の端部の幅寸法Ｗｃよりも小さくなるように構成されている。

さらに、本実施形態では、プレートヘッダ４２Ａのスリット穴４２１におけるタンク外殻部材４１Ａ側の幅寸法Ｗａを、膨出部４１１の開口側端部４１１ａにおける幅寸法Ｗｄよりも小さくしている。そして、本実施形態では、膨出部４１１の開口側端部４１１ａとプレートヘッダ４２Ａのスリット穴４２１を囲む部位とを図示しないろう材で接合する構成としている。

タンク受入部４２４は、タンク外殻部材４１Ａを受け入れた状態で、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを仮固定する部位である。本実施形態のタンク受入部４２４は、図１４に示すように、タンク外殻部材４１Ａの外周に沿って曲折されている。

ここで、本実施形態のタンク受入部４２４は、図１３に示すように、プレートヘッダ４２Ａにタンク外殻部材４１Ａを配置する前の状態が、直線状に延びた形状となっている。本実施形態では、プレートヘッダ４２Ａにタンク外殻部材４１Ａを配置した状態で、図１３に示すタンク受入部４２４の先端部４２５をタンク外殻部材４１Ａ側に近づくように塑性変形させることで、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを仮固定している。本実施形態の板状部４２０およびタンク受入部４２４は、強度を確保するために、押出し加工により一体に成形されている。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。以下、本実施形態の放熱器１の製造方法について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態で説明した製造方法と異なる部分について説明し、同様な部分については説明を省略又は簡略化する。

本実施形態のヘッダタンク４の製造手順は、まず、プレート成形工程にてプレートヘッダ４２Ａを成形すると共に、外殻成形工程にてタンク外殻部材４１Ａを成形する。その後、タンク製造工程では、タンク外殻部材４１Ａとプレートヘッダ４２Ａとを組み付けてヘッダタンク４を製造する。

本実施形態のプレート成形工程では、ストッパ部４２２が設けられた複数のスリット穴４２１が形成された板状部４２０、およびタンク受入部４２４を有するプレートヘッダ４２Ａを押出し加工により成形する。

一方、外殻成形工程では、膨出部４１１を有するタンク外殻部材４１Ａを成形する。具体的には、外殻成形工程では、予め芯材の表面に圧延によりろう材が設置された金属板に対して、曲げ加工等により断面の形状がＵ字状となる膨出部４１１を形成することで、タンク外殻部材４１Ａを成形する。

そして、本実施形態のタンク製造工程では、図１５に示すように、プレートヘッダ４２Ａのタンク受入部４２４にタンク外殻部材４１Ａを挿入する。そして、タンク製造工程では、プレートヘッダ４２Ａのタンク受入部４２４にタンク外殻部材４１Ａを配置する。タンク製造工程では、タンク受入部４２４にタンク外殻部材４１Ａを配置した状態で、タンク受入部４２４の先端部４２５をタンク外殻部材４１Ａ側に近づくように塑性変形させることで、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを仮固定する。

以上説明した本実施形態の放熱器１は、各チューブ２１の延在方向の端部が接合されたプレートヘッダ４２Ａに対して、チューブ２１の端部よりも幅寸法が小さいストッパ部４２２を設ける構成としている。このため、本実施形態では、第１実施形態と同様に、部品点数を増加させることなく、ヘッダタンク４における耐圧強度を確保することが可能な放熱器１を実現することができる。

ここで、本実施形態では、押出し加工によりプレートヘッダ４２Ａを成形すると共に、プレートヘッダ４２Ａのタンク受入部４２４の先端部４２５を塑性変形させることで、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを仮固定している。これによっても、曲げ加工等の簡易な加工によって、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを固定することができるので、加工装置の簡素化等によって放熱器１の製造コストの低減を図ることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１６、図１７を参照して説明する。本実施形態では、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを圧入により固定している点が第２実施形態と相違している。

図１６に示すように、本実施形態のタンク外殻部材４１Ａは、その外形の幅寸法Ｗｅがプレートヘッダ４２Ａのタンク受入部４２４の幅寸法Ｗｆよりも大きくなるように構成されている。

その他の構成は、第２実施形態と同様である。以下、本実施形態の放熱器１の製造方法について説明する。なお、本実施形態では、第２実施形態で説明した製造方法と異なる部分について説明し、同様な部分については説明を省略又は簡略化する。

本実施形態のタンク製造工程では、図１７に示すように、プレートヘッダ４２Ａのタンク受入部４２４にタンク外殻部材４１Ａを圧入することで、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを仮固定する。

以上説明した本実施形態の放熱器１は、第２実施形態と同様の構成を有しているので、第２実施形態と同様に、部品点数を増加させることなく、ヘッダタンク４における耐圧強度を確保することが可能な放熱器１を実現することができる。

ここで、本実施形態では、押出し加工によりプレートヘッダ４２Ａを成形すると共に、プレートヘッダ４２Ａのタンク受入部４２４にタンク外殻部材４１Ａを圧入することで、プレートヘッダ４２に対してタンク外殻部材４１Ａを仮固定している。これによっても、圧入加工といった簡易な加工によって、プレートヘッダ４２Ａに対してタンク外殻部材４１Ａを固定することができるので、加工装置の簡素化等によって放熱器１の製造コストの低減を図ることが可能となる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１８〜図２０を参照して説明する。本実施形態では、ストッパ部４２２をスリット穴４２１の内側壁部に形成された段差４２２ｂを有する部位で構成している点が第１実施形態と相違している。

図１８に示すように、本実施形態のスリット穴４２１の内側壁部には、ストッパ部４２２を構成する段差４２２ｂが設けられている。この段差４２２ｂは、スリット穴４２１の内側壁部において、当接部位４２３に比べて幅寸法が縮小された階段状の部位である。

段差４２２ｂは、図１９に示すように、スリット穴４２１におけるタンク外殻部材４１側に設けられている。そして、段差４２２ｂは、チューブ２１の積層方向、すなわち図１９の紙面垂直方向から見た際の幅寸法Ｗａが、スリット穴４２１のタンク外殻部材４１の反対側の幅寸法Ｗｂおよびチューブ２１の延在方向の端部幅寸法Ｗｃよりも小さくなるように構成されている。

これにより、本実施形態では、チューブ２１の延在方向の端部をスリット穴４２１に挿入した際に、チューブ２１の延在方向の端部がストッパ部４２２の段差４２２ｂに突き当たるので、チューブ２１の延在方向の端部をスリット穴４２１に位置付けることができる。

ここで、本実施形態のストッパ部４２２は、段差４２２ｂを有する部位で構成しているので、チューブ２１の外周縁部と段差４２２ｂとが面接触となる。このため、スリット穴４２１のストッパ部４２２によってチューブ２１における流体流路２１１の一部が閉塞されることが懸念される。

そこで、本実施形態では、段差４２２ｂが流体流路２１１の周囲の部位と当接すると共に、段差４２２ｂが流体流路２１１から離間するように構成されている。換言すれば、本実施形態の各チューブ２１は、流体流路２１１の周囲の部位が段差４２２ｂに当接すると共に、流体流路２１１が段差４２２ｂから離間した状態でプレートヘッダ４２に接合される構成となっている。

具体的には、図２０に示すように、本実施形態の段差４２２ｂは、その幅寸法Ｗａが、チューブ２１の流体流路２１１の幅方向における最も外側の部位同士の間隔Ｗｇよりも大きくなっている。これにより、スリット穴４２１のストッパ部４２２によってチューブ２１における流体流路２１１が閉塞されること避けている。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の構成によっても、第１実施形態と同様に、部品点数を増加させることなく、ヘッダタンク４における耐圧強度を確保することが可能な放熱器１を実現することができる。

ここで、本実施形態では、スリット穴４２１の内側壁部に形成された段差４２２ｂを有する部位でストッパ部４２２を構成している。これによると、チューブ２１とストッパ部４２２とが面接触となるので、チューブ２１とストッパ部４２２との接触面積を確保して、チューブ２１とスリット穴４２１との間における密封性を充分に確保することができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図２１、図２２を参照して説明する。本実施形態では、タンク外殻部材４１のプレート受入部４１２の先端部４１３の形状が第２実施形態と相違している。

図２１、図２２に示すように、本実施形態のプレート受入部４１２には、その先端部４１３に複数の爪部４１３ａが形成されている。各爪部４１３ａは、タンク外殻部材４１とプレートヘッダ４２とを仮固定するための部位である。

本実施形態のタンク製造工程では、プレート受入部４１２にプレートヘッダ４２を配置した状態で、各爪部４１３ａをプレートヘッダ４２側に近づくように塑性変形させることで、タンク外殻部材４１に対してプレートヘッダ４２を仮固定する。

その他の構成は、第１実施形態と同様の構成となっている。本実施形態の放熱器１は、第１実施形態と同様の構成を有しているので、第１実施形態と同様に、部品点数を増加させることなく、ヘッダタンク４における耐圧強度を確保することが可能な放熱器１を実現することができる。

加えて、本実施形態では、プレート受入部４１２の先端部４１３に複数の爪部４１３ａを形成している。これによれば、膨出部４１１における耐圧強度を確保しつつ、プレート受入部４１２の先端部４１３を塑性変形させる際の抵抗力を小さくすることができる。

ここで、本実施形態では、タンク外殻部材４１のプレート受入部４１２の先端部４１３に対して複数の爪部４１３ａを形成する例について説明したが、これに限定されない。例えば、第２実施形態の如く、プレートヘッダ４２にタンク受入部４２４が設けられた構成では、タンク受入部４２４の先端部４２５に対して複数の爪部を形成してもよい。これにより、第２実施形態の構成においても、膨出部４１１における耐圧強度を確保しつつ、プレート受入部４１２の先端部４１３を塑性変形させる際の抵抗力を小さくすることができる。

（他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。本開示は、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の各実施形態の如く、タンク外殻部材４１、４１Ａの膨出部４１１をＵ字状の断面の形状とすることが望ましいが、これに限定されない。例えば、タンク外殻部材４１、４１Ａの膨出部４１１をＶ字状の断面形状やＷ字状の断面形状としてもよい。

上述の各実施形態の如く、流体流路２１１がストッパ部４２２から離間した状態でタンク外殻部材４１、４１Ａとプレートヘッダ４２、４２Ａとが接合された構成とすることが望ましいがこれに限定されない。例えば、流体流路２１１がストッパ部４２２の一部と当接した状態でタンク外殻部材４１、４１Ａとプレートヘッダ４２、４２Ａとが接合された構成となっていてもよい。

上述の第１実施形態等の如く、スリット穴４２１のタンク外殻部材４１側の幅寸法Ｗａを、開口側端部４１１ａの幅寸法Ｗｄよりも小さくし、開口側端部４１１ａとスリット穴４２１を囲む部位とをろう材で接合することが望ましいが、これに限定されない。例えば、スリット穴４２１のタンク外殻部材４１側の幅寸法Ｗａを、開口側端部４１１ａの幅寸法Ｗｄと同程度、又は大きくして、開口側端部４１１ａとスリット穴４２１を囲む部位とをろう材で接合するようにしてもよい。

上述の各実施形態の如く、スリット穴４２１の内側壁部の一部にチューブ２１の延在方向の端部の側面に当接する当接部位４２３を形成することが望ましいが、これに限らず、当接部位４２３を設けない構成としてもよい。

上述の各実施形態で説明した放熱器１は、二酸化炭素を熱交換対象流体とする熱交換器に好適であるが、これに限らず、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等の地球温暖化係数が低い冷媒を熱交換対象流体としてもよい。

上述の実施形態では、放熱器１を、超臨界冷凍サイクルを構成する車両用空調装置に適用した例を説明したが、これに限らず、通常の亜臨界冷凍サイクルを構成する空調装置用の熱交換器や、車両エンジン冷却用等に用いられる熱交換器に適用してもよい。もちろん、本開示の熱交換器は、車両用に限定されずその他の用途の熱交換器に適用してもよい。

上述の実施形態では、放熱器１への適用例を示したが、適用範囲は放熱用の熱交換器に限らず、蒸発器等の吸熱用の熱交換器に適用することも可能である。

上述の各実施形態で説明した放熱器１の製造手順は一例であり、他の製造手順により放熱器１を製造するようにしてもよい。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

Claims (6)

1. 熱交換対象流体を流通させる複数のチューブを有する熱交換器であって、
   前記複数のチューブが積層された積層体と、
   前記積層体の積層方向に延びると共に、前記複数のチューブそれぞれの延在方向の端部が接合されて前記複数のチューブの内部と連通する内部空間を有するヘッダタンクと、を備え、
   前記熱交換対象流体は、二酸化炭素で構成されており、
   前記ヘッダタンクは、前記複数のチューブそれぞれの延在方向の端部が接合されたプレートヘッダ、および前記プレートヘッダに接合されて前記プレートヘッダとの間に前記内部空間を形成するタンク外殻部材を有しており、
   前記プレートヘッダには、前記複数のチューブそれぞれの延在方向の端部を挿入するチューブ挿入穴が形成されると共に、前記チューブ挿入穴に前記チューブの延在方向の端部を前記チューブ挿入穴の内部に位置付けるストッパ部が設けられており、
   前記ストッパ部は、前記チューブ挿入穴における前記タンク外殻部材側に設けられ、前記積層体の積層方向から見た際の幅寸法が、前記チューブ挿入穴における前記タンク外殻部材の反対側の幅寸法、および前記チューブの延在方向の端部の幅寸法よりも小さくなるように構成されており、
   前記タンク外殻部材は、断面の形状がＵ字状となる膨出部を有しており、
   前記プレートヘッダは、前記チューブ挿入穴における前記積層体の積層方向から見た際の前記タンク外殻部材側の幅寸法が、前記膨出部の開口側端部における幅寸法よりも小さくなるように構成されており、
   前記プレートヘッダおよび前記タンク外殻部材は、少なくとも前記膨出部の開口側端部と前記チューブ挿入穴を囲む部位とがろう材で接合されている熱交換器。
2. 前記複数のチューブは、前記熱交換対象流体が流通する流体流路の周囲の部位が前記ストッパ部に当接すると共に、前記流体流路が前記ストッパ部から離間した状態で前記プレートヘッダに接合されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記ストッパ部は、前記チューブ挿入穴の内側壁部に形成された傾斜面を有する部位で構成されている請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記ストッパ部は、前記チューブ挿入穴の内側壁部に形成された段差を有する部位で構成されている請求項１または２に記載の熱交換器。
5. 前記チューブ挿入穴には、その内側壁部の一部に前記チューブの延在方向の端部の側面に当接する当接部位が形成されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
6. 前記チューブ挿入穴の幅寸法は、前記タンク外殻部材側から前記タンク外殻部材と反対側に向かうに伴って拡大している請求項１または２に記載の熱交換器。

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