JP7471392B2

JP7471392B2 - 熱交換器用ヘッダ、熱交換器、熱交換器用ヘッダの製造方法、及び熱交換器の製造方法

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Publication number: JP7471392B2
Application number: JP2022508036A
Authority: JP
Inventors: 幸大宮川; 典宏米田; 大士永友; 寧彦松尾; 優紀大谷; バストス鉄夫アンダーソン宇根
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2024-04-19
Anticipated expiration: 2040-09-07
Also published as: JPWO2021186766A1; WO2021186766A1; DE112020006927T5

Description

本開示は、熱交換器用ヘッダ、熱交換器、熱交換器用ヘッダの製造方法、及び熱交換器の製造方法に関する。

空気調和機、冷凍機等に用いられる熱交換器として、平板状の放熱フィンを取り付けた伝熱管に熱媒体を流通させて熱交換を行うフィンチューブ型熱交換器が知られている。フィンチューブ型熱交換器は、複数の伝熱管に熱媒体を分配して流通させる熱交換器用ヘッダを備える。

特許文献１は、メイン流路が形成された熱交換器用ヘッダを備えた熱交換器を開示している。この熱交換器用ヘッダは、冷却効率を高めるために、メイン流路の断面を矩形状にしている。

特開２００４－２３９５９２号公報

特許文献１に開示の熱交換器用ヘッダは、形成されたメイン流路の断面形状を矩形状としているため、メイン流路を形成する周壁に応力集中が生じやすい。特に曲率が大きい部分に大きな応力が作用する。

本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、耐圧性能を向上させることができる熱交換器用ヘッダ、熱交換器、熱交換器用ヘッダの製造方法、及び熱交換器の製造方法を提供することを目的としている。

本開示に係る熱交換器用ヘッダは、熱媒体を流通させる流路が形成されたパイプの一部であるパイプ形成部を有する第１ヘッダ部材と、パイプ形成部と接合されて、パイプ形成部とともにパイプを形成する第２ヘッダ部材と、を備える。パイプ形成部の流路に沿った両縁部には、第２ヘッダ部材の縁部と接合される接合部がパイプ形成部の外面領域に形成されている。接合部は、第２ヘッダ部材の内面と対向した状態で接合される第１対向面と、パイプ形成部の外面から内面に向けて形成されて第１対向面と交わり、第２ヘッダ部材の端面と対向した状態で接合される第２対向面と、を有し、第２ヘッダ部材の端面は、両縁部が延びる方向に直交する方向において第２対向面よりも幅が広く、パイプ形成部から外側に突出している。

本開示によれば、メイン流路を円形状に形成することにより、耐圧性能を向上させることができる。

実施の形態１に係る熱交換器の平面図実施の形態１に係る伝熱管の斜視図実施の形態１に係る熱交換器用ヘッダの分解斜視図実施の形態１に係る熱交換器用ヘッダにキャップを取り付ける様子を示した斜視図実施の形態１に係る熱交換器用ヘッダの断面図図５中の円で囲んだ部分の拡大図実施の形態１に係る熱交換器内の熱媒体の流れを説明するための説明図実施の形態１に係る熱交換器の組み立て手順を説明するための図であり、第１ヘッダ部材にジョイント管とキャップとを取り付けた状態を示した図実施の形態１に係る第１ヘッダ部材にペーストろうを塗布している様子を示した図実施の形態１に係る第１ヘッダ部材に第２ヘッダ部材を組み合わせる様子を示した図実施の形態１に係るヘッダに内圧が作用した状況を説明するための断面図第１ヘッダ部材と第２ヘッダ部材との接合部に着目した断面図であり、実施の形態１を示した図第１ヘッダ部材と第２ヘッダ部材との接合部に着目した断面図であり、比較例を示した図実施の形態２に係る第１ヘッダ部材にペーストろうを塗布している様子を示した図実施の形態２に係るヘッダを示す断面図実施の形態２に係るヘッダを示す図であり、図１４Ａ中の円で囲んだ部分の拡大図

以下、本開示の好適な実施の形態に係る熱交換器用ヘッダ、熱交換器、熱交換器用ヘッダの製造方法、及び熱交換器の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る熱交換器１は、熱交換器１の外部を流れる空気と、熱交換器１の内部を流れる熱媒体との間で熱交換を行う。図１に示すように、熱交換器１は、内部に熱媒体を流通させる伝熱管２０と、伝熱管２０に接続されて伝熱管２０に熱媒体を流入させる熱交換器用ヘッダ１００と、熱交換器用ヘッダ１００に熱媒体を流入させるジョイント管１３０と、伝熱管２０に接続されて伝熱管２０から熱媒体を流出させる熱交換器用ヘッダ２００と、伝熱管２０に取り付けられる放熱フィン３０とを備える。

伝熱管２０は、図２に示すように、円弧状の短辺と直線状の長辺とを有する断面扁平形状の配管部材である。詳細には、伝熱管２０は、内部に流通孔２０ａが形成されており、流通孔２０ａを介して熱媒体を流通させる。このように伝熱管２０を断面扁平形状に形成することにより、伝熱管２０周りの通風抵抗を低減し、熱交換効率を向上させることができる。

伝熱管２０は、押し出し加工、あるいは引き抜き加工といった公知の加工技術によって成形される。伝熱管２０は、外側面に亜鉛溶射して犠牲陽極層を形成したアルミニウム合金製であるが、その他の金属から形成してもよい。これにより、伝熱管２０の腐食による熱媒体の漏れを防止することができる。

伝熱管２０の一方の端部は、図１、図３に示す熱交換器用ヘッダ１００に形成された取付孔１２０ａに挿入され、ろう付けにより熱交換器用ヘッダ１００に溶着固定される。また、伝熱管２０の他方の端部は、図１に示す熱交換器用ヘッダ２００に形成された取付孔２２０ａに挿入され、ろう付けにより熱交換器用ヘッダ２００に溶着固定される。

放熱フィン３０は、空気との接触面積を大きくすることで、冷却効率を高めるための平板状の部材である。放熱フィン３０は、図１に示すように、伝熱管２０に複数枚取り付けられている。放熱フィン３０の材質は、例えば、アルミ板の表面にろう材が圧延接合されたクラッド材である。また、放熱フィン３０の厚さは、０．０９～０．２ｍｍ程度である。

放熱フィン３０は、図１に示すように、伝熱管２０が挿通される複数の貫通孔３０ａを備える。貫通孔３０ａは、扁平形状である伝熱管２０を挿通可能な扁平形状の孔である。各貫通孔３０ａには、それぞれ伝熱管２０が挿通される。そして、挿通された伝熱管２０と放熱フィン３０との接続部をろう付けすることにより、放熱フィン３０と伝熱管２０とが接合される。

放熱フィン３０は、図１に示すように、伝熱管２０の長手方向、すなわち熱媒体の流れる方向に、複数枚取り付けられる。

熱交換器用ヘッダ１００、２００は、熱交換器１に流体である熱媒体を供給、排出するための一対の配管部材である。熱交換器用ヘッダ１００、２００には、それぞれ複数の取付孔１２０ａ、２２０ａが形成されている。それぞれの取付孔１２０ａ、２２０ａに伝熱管２０が挿入されて、熱交換器用ヘッダ１００、２００と伝熱管２０とが接続される。

熱交換器用ヘッダ１００は、図３、図４に示すように、第１ヘッダ部材１１０と、第２ヘッダ部材１２０と、キャップ１４０と、を備えている。

第１ヘッダ部材１１０は、バイパス流路Ｂｆが形成された第１パイプ１１１と、組み合わされる第２ヘッダ部材１２０とともにメイン流路Ｍｆが形成された第２パイプ１５０を形成するパイプ形成部１１２とを有している。第１ヘッダ部材１１０は、押し出し加工によって第１パイプ１１１とパイプ形成部１１２とが一体成形されたアルミニウム合金製の部材である。第１ヘッダ部材１１０の外側面には、亜鉛溶射されることによって犠牲陽極層が形成されている。これにより、熱交換器用ヘッダ１００の腐食による熱媒体の漏れを防止することができる。

第１パイプ１１１には、長手方向に貫く断面が円形状の貫通孔１１１ａが形成されている。この貫通孔１１１ａは、熱媒体を流通させるバイパス流路Ｂｆを構成する。また、第１パイプ１１１には、図３に示すように、後述するジョイント管１３０が接続されるジョイント管接続部１１１ｂが形成されている。ジョイント管接続部１１１ｂは、第１パイプ１１１の中間部の一部を切り欠いた部分である。ジョイント管接続部１１１ｂは、ジョイント管１３０を差し込むことができる形状及び大きさで形成されている。

パイプ形成部１１２は、図３に示すように、バイパス流路Ｂｆと並列するメイン流路Ｍｆの一部を形成する。パイプ形成部１１２は、第１パイプ１１１の全長にわたって第１パイプ１１１と一体で成形されている。パイプ形成部１１２の断面は半円形状である。また、パイプ形成部１１２には、図３、図７に示すように、ジョイント管接続部１１１ｂに対応する位置にジョイント管挿入孔１１２ａが形成されている。ジョイント管挿入孔１１２ａの孔径は、ジョイント管１３０の外径と同等か小さい。そのため、ジョイント管１３０は、ジョイント管挿入孔１１２ａに押し込み圧入することで、第１ヘッダ部材１１０に仮固定することができる。

また、図３に示すように、パイプ形成部１１２のメイン流路Ｍｆが延びる方向に沿った両縁部には、第２ヘッダ部材１２０と接合する接合部１１３が、パイプ形成部１１２の全長にわたって形成されている。接合部１１３は、図５、図６に示すように、パイプ形成部１１２の外面１１２ｂから内面１１２ｃに向けて形成された凹部である。すなわち、接合部１１３は、パイプ形成部１１２の外面領域に形成されている。接合部１１３は、図６に示すように、第２ヘッダ部材１２０と対向する第１対向面１１３ａと第２対向面１１３ｂとを有している。第２対向面１１３ｂは、外面１１２ｂから内面１１２ｃに向けて形成された面である。第１対向面１１３ａは、第２対向面１１３ｂに直交する面である。後述するように接合部１１３に第２ヘッダ部材１２０の縁部が接合される際、第１対向面１１３ａは第２ヘッダ部材１２０の内面１２０ｂと対向し、第２対向面１１３ｂは第２ヘッダ部材１２０の端面１２０ｃと対向する。

また、第１ヘッダ部材１１０には、図７に示すように、メイン流路Ｍｆとバイパス流路Ｂｆとを連通させるバイパス孔１１０ａが形成されている。このバイパス孔１１０ａと、後述するジョイント管１３０に形成された貫通孔１３０ａとによって、ジョイント管１３０から流入する熱媒体のバイパス回路が構成される。

第２ヘッダ部材１２０は、図３、図５に示すように、第１ヘッダ部材１１０と接合されて、熱交換器用ヘッダ１００のメイン流路Ｍｆの一部を形成する断面Ｕ字状の長尺部材である。すなわち、第２ヘッダ部材１２０は、第２パイプ１５０のうち、パイプ形成部１１２が形成する部分以外の部分を形成する。第２ヘッダ部材１２０は、外側面に亜鉛溶射されて犠牲陽極層が形成されたアルミニウム合金製であるが、その他の金属から形成してもよい。

第２ヘッダ部材１２０には、伝熱管２０を取り付けるための複数の取付孔１２０ａが形成されている。取付孔１２０ａの形状は、伝熱管２０の外形形状に合わせた扁平形状である。第２ヘッダ部材１２０は、図５に示すように、断面が半円状の半円状部１２１と、半円状部１２１の端部に接続された２つの平面状部１２２とを有している。曲げ加工された半円状部１２１は、内面１２０ｂの半径が、パイプ形成部１１２の内面１１２ｃの半径と等しい。すなわち、内面１２０ｂの曲率と内面１１２ｃの曲率とは同じである。これにより、熱交換器用ヘッダ１００に形成されるメイン流路Ｍｆの断面形状を円形状とすることができる。なお、メイン流路Ｍｆは、一部が曲率を有さない平面状部１２２により画定されている。このように、平面状部１２２を有することで、第１ヘッダ部材１１０と第２ヘッダ部材１２０とを容易に組み合わせることができる。一方、平面状部１２２を有することで、メイン流路Ｍｆの断面形状は、完全な円形状をなしていない。しかしながら、上述のように、メイン流路Ｍｆを画定する周壁の多くの部分は同一の円に一致していることから、メイン流路Ｍｆの断面形状は円形状と認識できる。本開示においては、メイン流路Ｍｆ及びバイパス流路Ｂｆの断面形状が円形状であるとは、断面が完全な円形の形状だけでなく、製造上、断面の一部に円弧ではない部分が含まれているものの全体として円形状であると認識される形状も含めるものとする。

なお、第２ヘッダ部材１２０は、図５、図６に示すように、端面１２０ｃを第１ヘッダ部材１１０の第２対向面１１３ｂに対向させ、かつ縁側の内面１２０ｂを第１対向面１１３ａに対向させた状態で、第１ヘッダ部材１１０にろう付けされている。

キャップ１４０は、図３、図４に示すように、第１ヘッダ部材１１０及び第２ヘッダ部材１２０の長手方向における両端部にそれぞれ取り付けられている。これによりキャップ１４０は、熱交換器用ヘッダ１００に形成されたメイン流路Ｍｆとバイパス流路Ｂｆとを閉塞する。キャップ１４０は、アルミ板の表面にろう材が圧延接合されたクラッド材で形成され、プレス加工によって成形されている。

キャップ１４０は、図４、図７に示すように、メイン流路Ｍｆに挿入される第１凸部１４１と、バイパス流路Ｂｆに挿入される第２凸部１４２とを有している。第１凸部１４１は、円形状の凸部であり、その半径はメイン流路Ｍｆの半径と同等か大きい。また、第２凸部１４２は、円形状の凸部であり、その半径はバイパス流路Ｂｆの半径と同等か大きい。そのため、キャップ１４０を、熱交換器用ヘッダ１００の両端部に押し込むことにより、第１凸部１４１をメイン流路Ｍｆに嵌合させることができるとともに、第２凸部１４２をバイパス流路Ｂｆに嵌合させることができる。これにより、キャップ１４０は、ろう付けされる前に、第１ヘッダ部材１１０及び第２ヘッダ部材１２０の端部に仮固定することができる。

ジョイント管１３０は、図３に示すように、熱媒体を熱交換器用ヘッダ１００に流入させるためのＬ字状の配管部材である。ジョイント管１３０は、第１ヘッダ部材１１０に形成されたジョイント管挿入孔１１２ａに挿入される。これにより、ジョイント管１３０の内部はメイン流路Ｍｆと連通する。また、ジョイント管１３０には、ジョイント管１３０の内部とバイパス流路Ｂｆとを連通させる貫通孔１３０ａが形成されている。貫通孔１３０ａは、ジョイント管１３０の円形断面の直径方向に貫通する孔であり、図７に示すように、ジョイント管１３０の２箇所に形成されている。

図１に示すように、熱交換器用ヘッダ２００は、伝熱管２０が熱交換器用ヘッダ１００に接続された側とは反対側の端部に接続される。熱交換器用ヘッダ２００の基本構成は、熱交換器用ヘッダ１００と同様であり、第１ヘッダ部材２１０、第２ヘッダ部材２２０、及びキャップ２４０を備えている。

熱交換器用ヘッダ２００は、図示しない流出パイプに接続されており、熱交換器用ヘッダ１００から伝熱管２０に流入された熱媒体を集約し、流出パイプへと流出させる。

次に、熱交換器１を流れる熱媒体の動きについて、図７を参照しながら説明する。なお、図７において、熱媒体の動きを矢印で図示している。矢印Ｙ１で示すようにジョイント管１３０に流入した熱媒体のうち、一部は矢印Ｙ２で示すようにメイン流路Ｍｆに流入し、残りは矢印Ｙ３で示すようにバイパス流路Ｂｆに流入する。バイパス流路Ｂｆに流入した熱媒体は、矢印Ｙ４で示すように、バイパス孔１１０ａを通りメイン流路Ｍｆに流入する。メイン流路Ｍｆに流入した熱媒体は、矢印Ｙ５で示すように、それぞれの伝熱管２０に流入し熱交換が行われる。伝熱管２０に流入した熱媒体は、熱交換後に図１に示す熱交換器用ヘッダ２００に流入し図示しない流出パイプから流出する。

このように、伝熱管２０が差し込まれていないバイパス流路Ｂｆを設けることにより、熱交換器用ヘッダ１００内の圧力損失を抑制し、図示しない圧縮機で用いられる冷凍機油の返油性を向上させることが可能となる。また、バイパス流路Ｂｆを設けることで、メイン流路Ｍｆにむらなく熱媒体を流入させることができ、伝熱管２０を通る熱媒体の量を均一にすることができる。なおバイパス孔１１０ａの位置は、なるべく熱交換器１の重力方向下側部分に位置することが望ましい。

次に、熱交換器用ヘッダの各構成部材の接合手順について説明する。まず、図８に示すように、第１ヘッダ部材１１０にジョイント管１３０を取り付ける。具体的には、ジョイント管１３０にリングロウ１３５を通し、ジョイント管１３０の端部１３０ｂを第１ヘッダ部材１１０に形成されたジョイント管挿入孔１１２ａに圧入する。これにより、ジョイント管１３０は、第１ヘッダ部材１１０に仮固定される。

続いて、図８に示すように、第１ヘッダ部材１１０の長手方向における一方の端部にキャップ１４０を取り付ける。具体的には、キャップ１４０の第２凸部１４２をバイパス流路Ｂｆに圧入する。これにより、キャップ１４０は第１ヘッダ部材１１０に仮固定される。

続いて、図９に示すように、ペーストろう１９０を排出するノズル１６０を図に直交する方向に動かし、第１ヘッダ部材１１０に形成された接合部１１３にペーストろう１９０を塗布する。その際、第１ヘッダ部材１１０を載置台１８０に置き、長手方向に沿って複数配置された押圧部材１７０により、第１ヘッダ部材１１０を押圧する。これにより、第１ヘッダ部材１１０に生じた反りを矯正することができ、ノズル１６０から排出されるペーストろう１９０を接合部１１３から外すことなく塗布することができる。

続いて、図１０に示すように、第１ヘッダ部材１１０に第２ヘッダ部材１２０を組み合わせる。具体的には、第１ヘッダ部材１１０の外面領域に形成された凹部である接合部１１３に、第２ヘッダ部材１２０の縁部を合わせる。これにより、図１０の拡大図に示すように、第１ヘッダ部材１１０と第２ヘッダ部材１２０との隙間に、ペーストろう１９０ａ、１９０ｂを介在させることができる。

続いて、第１ヘッダ部材１１０及び第２ヘッダ部材１２０のもう一方側の端部に、キャップ１４０を取り付ける。このキャップ１４０は、図７で示す図中上側のキャップである。具体的には、キャップ１４０の第１凸部１４１をメイン流路Ｍｆに圧入するとともに、第２凸部１４２をバイパス流路Ｂｆに圧入する。これにより、第１ヘッダ部材１１０及び第２ヘッダ部材１２０にキャップ１４０が仮固定される。

このようにして組み立てられた熱交換器用ヘッダ１００は、図示しないろう付け炉で加熱することでろうを融解させ、その後冷却させる。これにより、各部材が接合し、熱交換器用ヘッダ１００が構築される。

（効果）
上記の実施の形態によれば、第１パイプ１１１に形成されたバイパス流路Ｂｆと第２パイプ１５０に形成されたメイン流路Ｍｆの断面形状を円形とすることで、熱交換器用ヘッダの耐圧性能を向上させることができる。例えば、メイン流路Ｍｆを流れる熱媒体の圧力が高まると、図１１に示すように、メイン流路Ｍｆの周壁には外側に向けて内圧Ｐが作用する。これにより、メイン流路Ｍｆが形成された第２パイプ１５０には、周方向に沿って均一な引張力Ｔが作用する。そのため、第２パイプ１５０に応力集中が生じず過度な力が作用することがないため、通常の使用条件下での熱交換器用ヘッダの破損を抑制することができ耐圧性能を向上させることができる。また、耐圧性能が向上させることができることから、熱交換器用ヘッダ１００の肉厚を減らすことができ、部品サイズを小さくすることができる。

また、キャップ１４０に形成されたメイン流路Ｍｆに圧入する第１凸部１４１と、バイパス流路Ｂｆに圧入する第２凸部１４２とを、流路の形状に合わせて円形状とすることができる。これにより、円の径という単一のパラメータで第１凸部１４１及び第２凸部１４２を製造することができるため、製造コストの抑制を図ることができる。

また、図６に示すように、接合部１１３は、パイプ形成部１１２の外面領域に形成されることで、第２パイプ１５０の外側を向いている。これにより、図１２Ａに示すように、パイプ形成部１１２の第２対向面１１３ｂと、第２ヘッダ部材１２０の端面１２０ｃとが、冷え固まったろう１９１を介して接合されているか否かを容易に視認することができる。この第２対向面１１３ｂと端面１２０ｃとの間のろう１９１には、第２パイプ１５０に内圧が作用することによって引張力が作用する。例えば金属をはじめとした多くの材料は、せん断強さよりも引張強さのほうが強いことが知られている。すなわち、本実施の形態では、強度を発揮しやすい引張力が作用する箇所に、ろうが形成されているか否かを容易に視認することができる。

なお、第２対向面１１３ｂは、図１２Ａに示すように、第２対向面１１３ｂと端面１２０ｃとの間に冷え固まったろう１９１による接合層が形成されることで、熱交換器用ヘッダ１００の必要強度が確保できる大きさを有している。そのため、熱交換器用ヘッダ１００の外側から第２対向面１１３ｂと端面１２０ｃとの間にろう１９１による接合層が形成されているか否かを視認するだけで、熱交換器用ヘッダ１００の必要強度が確保されているか否かを確認することができる。すなわち、熱交換器用ヘッダの品質の確認を、容易に行うことができる。

なお、図１２Ｂは、本実施の形態の比較例であり、接合部１１１３が内面領域に形成された第２パイプ１１５０を図示している。なお、第２パイプ１１５０においては、第１ヘッダ部材１１１０と第２ヘッダ部材１１２０との接合箇所のうち、第２パイプ１１５０の外側から視認できる箇所にのみ、ろう１１９１が形成されている。このろう１１９１は、第２パイプ１１５０に内圧が作用することによってせん断力Ｓが作用する位置に形成されており、すなわち第１ヘッダ部材１１１０と第２ヘッダ部材１１２０との接合強度を発揮しにくい箇所に設けられている。そのため、第２パイプ１１５０の外側から視認できる接合箇所にろう１１９１が形成されていることで、第２パイプ１１５０の接合強度が十分に確保できているか否かを判断することは困難である。

なお、物体の降伏の応力条件にはいくつかの説が存在するが、その中で鋼材をはじめとした金属によく合うとされる最大せん断ひずみエネルギー説（von Miseseの説）というものがある。この説は、三次元近似式として、次の２式で表せる。
（式１）
（σ_１１ ^’２＋σ_２２ ^’２＋σ_３３ ^’２）／２＋σ_１２ ^２＋σ_２３ ^２＋σ_３１ ^２＝ｋ^２
（式２）
｛（σ_１－σ_２）^２＋（σ_２－σ_３）^２＋（σ_３－σ_１）^２｝／６＝ｋ^２
ここに、σ_ｉｉ ^’は偏差応力、σ_ｉｊはせん断の応力、σ_ｉは主応力である。単純せん断試験では、σ_１１ ^’、σ_２２ ^’、σ_３３ ^’、σ_２３、σ_３１＝０であることから、（式１）からせん断強度τ_ｙは、
（式３）
τ_ｙ＝σ_１２＝ｋ
となる。さらに（式２）に、一軸圧縮破壊状態の関係σ_１＝σ_ｙ、σ_２＝σ_３＝０の関係を入れると、
（式４）
σ_ｙ＝ｋ√３
を得る。これらの（式３）、（式４）から、
（式５）
τ_ｙ＝σ_ｙ／√３
を得る。すなわち、引張強度はせん断強度よりも√３倍強いことが分かる。

また、接合部１１３である凹部を第１ヘッダ部材１１０の外側に向けて形成することで、図９に示すように、第１ヘッダ部材１１０の外側からノズル１６０でペーストろう１９０を塗布することができる。これにより、ペーストろう１９０を塗布する工程の作業性に優れ、製造工程の短縮、製造設備の投資抑制、及び加工費削減といったメリットがある。また、図９に示すように、第１ヘッダ部材１１０の外側からペーストろう１９０を塗布するノズル１６０と、第１ヘッダ部材１１０の内側を押圧する押圧部材１７０とが干渉するのを防止することができるため、作業性に優れる。

また、接合部１１３の第１対向面１１３ａは、図６に示すように、第２ヘッダ部材１２０の内面１２０ｂに対向しているので、接合部１１３に塗布したペーストろう１９０が第２パイプ１５０の内側へ流れ出るのを遮る。これにより、溶融したろうが第２パイプ１５０の内側へ流れ出し、伝熱管２０（図１）をふさぐのを防止することができる。

また、第１ヘッダ部材１１０と第２ヘッダ部材１２０とをろう付けする際に、ペーストろう１９０を接合部１１３に塗布している。これにより、接合部１１３に必要なろうを塗布することができ、必要なろうが塗布されているか否かを確認することも容易である。そのため、第１ヘッダ部材１１０と第２ヘッダ部材１２０との間にろう切れが起こるといった不具合が生じにくい。

（実施の形態２）
次に、接合部１１３の形状を上記の形態と異ならせた実施の形態２について説明する。なお、以下で説明する形態は、上記の実施の形態１と共通する構成も多い。そこで、以下では、上記実施の形態１とは異なる構成を中心に説明し、共通する構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１３に示すように、第１ヘッダ部材３１０に形成された接合部３１３は、第１対向面３１３ａ、第２対向面３１３ｂ、及び第３対向面３１３ｃを有している。第１対向面３１３ａは、第３対向面３１３ｃに向かい合った面で、第３対向面３１３ｃよりも内側に位置している。第２対向面３１３ｂは、第１対向面３１３ａと第３対向面３１３ｃとを接続する面である。図１４Ａに示すように、第１ヘッダ部材３１０と第２ヘッダ部材１２０とを接合することで、熱交換器用ヘッダ３００が形成される。第２ヘッダ部材１２０に接合した第１ヘッダ部材３１０は、図１４Ｂに示すように、第１対向面３１３ａが第２ヘッダ部材１２０の縁側の内面１２０ｂと対向し、第２対向面３１３ｂが第２ヘッダ部材１２０の端面１２０ｃと対向し、第３対向面３１３ｃが第２ヘッダ部材１２０の縁側の外面１２０ｄと対向する。第１対向面３１３ａの第２対向面３１３ｂからの高さＨ１は、第１対向面３１３ａよりも外側に位置する第３対向面３１３ｃの第２対向面３１３ｂからの高さＨ２よりも高い。そのため、接合部３１３は第１ヘッダ部材３１０の外側に開放した形状で形成されている。これにより、図１３に示すように、第１ヘッダ部材３１０の外側からノズル１６０でペーストろう３９０を塗布することができる。そのため、塗布する工程の作業性に優れ、製造工程の短縮、製造設備の投資抑制、及び加工費削減といったメリットがある。また、図１３に示すように、第１ヘッダ部材３１０の外側からペーストろう３９０を塗布するノズル１６０と、第１ヘッダ部材３１０の内側を押圧する押圧部材１７０とが干渉するのを防止することができるため、作業性に優れる。

実施の形態２によれば、ペーストろう３９０を、第１対向面３１３ａ、第２対向面３１３ｂ、及び第３対向面３１３ｃで囲まれた接合部３１３に塗布することができるため、溶け出したろうが接合部３１３から流れ出るのを抑制することができる。また、第１ヘッダ部材３１０にの接合部３１３に第２ヘッダ部材１２０の縁部を嵌めることで、第２ヘッダ部材１２０の位置合わせを行うことができ、作業性に優れる。また、図１４Ｂに示すように、第１ヘッダ部材３１０と第２ヘッダ部材１２０とは、接合部３１３において３面に形成されたろう３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃを介して接合されるため、十分な接合強度が確保される。

この開示は、上記実施の形態に限定されず、様々な変形及び応用が可能である。上記実施の形態では、図５に示すように、第２ヘッダ部材１２０に平面状部１２２を設けて、第１ヘッダ部材１１０との接続を容易なものとした。しかしながら、この平面状部１２２が形成された範囲を小さくしてもよいし、あるいは平面状部１２２をなくしてもよい。その場合、パイプ形成部１１２をより延ばした形状として１８０度の半円状とし、第２ヘッダ部材１２０も１８０度の半円状あるいはそれに近い形状として両者を接合すればよい。これにより、メイン流路Ｍｆの形状をより円形に近づけることができる。

また、パイプ形成部１１２と第２ヘッダ部材１２０とが、組み合わされて円形状のメイン流路Ｍｆを形成すればよく、メイン流路Ｍｆをそれぞれがどの程度の割合で形成するかは任意に設定することができる。例えば、パイプ形成部１１２の断面形状を中心角度が１８０度を超える扇形の形状とし、第２ヘッダ部材１２０の断面形状を中心角度が１８０よりも小さい扇形の形状としてもよい。このように、パイプ形成部１１２が、メイン流路Ｍｆの多くの部分を形成してもよい。

また、熱交換器用ヘッダの組み立て手順は、上記の手順に限定されない。例えば、最初に第１ヘッダ部材１１０と第２ヘッダ部材１２０とを組み合わせ、その後、ジョイント管１３０及びキャップ１４０を第１ヘッダ部材１１０及び第２ヘッダ部材１２０に圧入してもよい。あるいは、最初に第１ヘッダ部材１１０にジョイント管１３０を圧入し、続いて第１ヘッダ部材１１０に第２ヘッダ部材１２０を組み合わせ、最後にキャップ１４０を両端部に圧入する組立手順を採用してもよい。

また、接合部１１３は、第１ヘッダ部材１１０に形成されていると説明したが、このような態様に限定されず、第２ヘッダ部材１２０に形成されていてもよい。この場合であっても、接合部を第２ヘッダ部材１２０の外側に向けて形成することにより、上記実施の形態の効果を得ることができる。

また、接合部１１３は、９０度の交差角度を有する第１対向面１１３ａと第２対向面１１３ｂとを有する凹部であると説明したが、ノズル１６０で塗布するペーストろう１９０がとどまる形状であれば、第１対向面１１３ａと第２対向面１１３ｂの交差角度は任意である。例えば、第１対向面１１３ａと第２対向面１１３ｂの交差角度を９０度よりも大きくしてもよいし、９０度よりも小さくしてもよい。

また、熱交換器用ヘッダ１００、２００に接続される伝熱管２０は、断面が扁平形状のものに限定されない。例えば、円形状、正方形状、あるいは三角形状といった他の断面形状の伝熱管を熱交換器用ヘッダ１００、２００に接続してもよい。

また、バイパス流路Ｂｆは、押し出し加工により一体成形された第１ヘッダ部材１１０の内部に形成されている。そのため、バイパス流路Ｂｆの形状が、熱交換器用ヘッダ１００、２００の耐圧性能上の問題となりにくい。熱交換器用ヘッダ１００、２００の耐圧性能上の問題とならない場合、バイパス流路Ｂｆの断面形状を円形以外の断面としてもよい。

本開示は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。つまり、本開示の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。

本出願は、２０２０年３月１９日に出願された、日本国特許出願２０２０－０４８７７９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０２０－０４８７７９号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

１熱交換器、２０伝熱管、２０ａ流通孔、３０放熱フィン、３０ａ貫通孔、１００熱交換器用ヘッダ、１１０第１ヘッダ部材、１１０ａバイパス孔、１１１第１パイプ、１１１ａ貫通孔、１１１ｂジョイント管接続部、１１２パイプ形成部、１１２ａジョイント管挿入孔、１１２ｂ外面、１１２ｃ内面、１１３接合部、１１３ａ第１対向面、１１３ｂ第２対向面、１２０第２ヘッダ部材、１２０ａ取付孔、１２０ｂ内面、１２０ｃ端面、１２０ｄ外面、１２１半円状部、１２２平面状部、１３０ジョイント管、１３０ａ貫通孔、１３０ｂ端部、１３５リングロウ、１４０キャップ、１４１第１凸部、１４２第２凸部、１５０第２パイプ、１６０ノズル、１７０押圧部材、１８０載置台、１９０，１９０ａ，１９０ｂペーストろう、１９１ろう、２００熱交換器用ヘッダ、２１０第１ヘッダ部材、２２０第２ヘッダ部材、２２０ａ取付孔、２４０キャップ、３００熱交換器用ヘッダ、３１０第１ヘッダ部材、３１３接合部、３１３ａ第１対向面、３１３ｂ第２対向面、３１３ｃ第３対向面、３９０ペーストろう、１１１０第１ヘッダ部材、１１１３接合部、１１２０第２ヘッダ部材、１１５０第２パイプ、１１９１ろう。

Claims

熱媒体を流通させる流路が形成されたパイプの一部であるパイプ形成部を有する第１ヘッダ部材と、
前記パイプ形成部と接合されて、前記パイプ形成部とともに前記パイプを形成する第２ヘッダ部材と、を備え、
前記パイプ形成部の前記流路に沿った両縁部には、前記第２ヘッダ部材の縁部と接合される接合部が前記パイプ形成部の外面領域に形成されており、
前記接合部は、
前記第２ヘッダ部材の内面と対向した状態で接合される第１対向面と、
前記パイプ形成部の外面から内面に向けて形成されて前記第１対向面と交わり、前記第２ヘッダ部材の端面と対向した状態で接合される第２対向面と、を有し、
前記第２ヘッダ部材の前記端面は、前記両縁部が延びる方向に直交する方向において前記第２対向面よりも幅が広く、前記パイプ形成部から外側に突出している、
熱交換器用ヘッダ。
前記第１対向面と前記第２対向面とは、９０度または９０度よりも大きい角度で交わる、
請求項１に記載の熱交換器用ヘッダ。
前記パイプ形成部の断面は、半円状であり、
前記第１ヘッダ部材の前記パイプ形成部と前記第２ヘッダ部材とが接合されることにより形成される前記流路は１つの円形状の流路のみであり、
前記第２対向面は、半円状の前記パイプ形成部の湾曲した外面から内面に向けて形成されている、
請求項１または２に記載の熱交換器用ヘッダ。
前記パイプの端部に設けられ、前記流路を閉塞するキャップを備え、
前記キャップには、前記流路に嵌合する凸部が形成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器用ヘッダ。
前記第２ヘッダ部材は半円状に形成された半円状部を少なくとも有し、前記半円状部の曲率と断面が半円状の前記パイプ形成部の曲率とは同じである、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器用ヘッダ。
前記パイプ形成部の前記両縁部と前記第２ヘッダ部材の前記縁部とは、ろうを介して接合される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器用ヘッダ。
請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器用ヘッダと、
前記第２ヘッダ部材を貫通し、前記流路に接続された伝熱管と、
前記伝熱管に取り付けられたフィンと、を備える、
熱交換器。
熱媒体を流通させる流路が形成されたパイプの一部であるパイプ形成部を有する第１ヘッダ部材を準備する工程と、
前記第１ヘッダ部材の反りを矯正するために、前記第１ヘッダ部材の内面を押圧部材で押圧する工程と、
前記パイプ形成部の前記流路に沿った両縁部において前記パイプ形成部の外面領域に形成された接合部に、前記第１ヘッダ部材の内面を押圧した状態でろうを塗布する工程と、
前記接合部に第２ヘッダ部材の縁部を複数面で対向させる工程と、
前記接合部に塗布したろうを加熱し、前記第１ヘッダ部材と前記第２ヘッダ部材とを接合することで前記パイプを形成する工程と、を備える、
熱交換器用ヘッダの製造方法。
前記第１ヘッダ部材を準備する前記工程は、前記第２ヘッダ部材の内面と対向する第１対向面と、前記第２ヘッダ部材の端面と対向する第２対向面と、前記第２ヘッダ部材の外面と対向する第３対向面とを有する前記接合部が形成された前記第１ヘッダ部材を成形品として製造する工程を含み、
前記接合部に前記第２ヘッダ部材の縁部を複数面で対向させる前記工程は、前記第１対向面、前記第２対向面及び前記第３対向面に囲まれた部分に、前記第２ヘッダ部材の縁部を嵌め込む工程を含む、
請求項８に記載の熱交換器用ヘッダの製造方法。
前記第１ヘッダ部材の内面を押圧する前記工程において、前記第１ヘッダ部材の長手方向に沿って配置した前記押圧部材で、前記第１ヘッダ部材の内面を押圧し、
前記接合部にろうを塗布する前記工程において、前記第１ヘッダ部材の外側に傾倒させたノズルから前記接合部にろうを塗布する、
請求項８に記載の熱交換器用ヘッダの製造方法。
請求項８から１０のいずれか１項に記載の熱交換器用ヘッダの製造方法が備える各工程と、
フィンに形成された貫通孔に伝熱管を差し込む工程と、
前記第２ヘッダ部材に形成された取付孔に前記伝熱管を差し込み、熱媒体を流通させる前記流路に前記伝熱管を接続する工程と、
組み立てた前記第２ヘッダ部材、前記伝熱管、及び前記フィンを加熱して接合する工程と、を備える、
熱交換器の製造方法。