JPWO2015037641A1 - 積層型ヘッダー、熱交換器、及び、ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

積層型ヘッダー１０は、扁平管２０がベア材１２の開口部１２Ａに挿入され、扁平管２０の先端部２０Ａがストッパー１２Ｂに当接された状態において、扁平管２０と、クラッド材１１と、ベア材１２と、の間には空間３０が形成され、空間３０は、扁平管２０とクラッド材１１との接触境界面近傍に形成される第１空間３０ａと、少なくとも第１空間３０ａよりも狭く、ベア材１２とクラッド材１１との接触境界面近傍に形成される第２空間３０ｂと、少なくとも第１空間３０ａよりも狭く、ベア材１１と扁平管２０との接触境界面近傍に形成される第３空間３０ｃと、で構成されている。

Description

本発明は、積層型ヘッダーと、熱交換器と、ヒートポンプ装置と、に関するものである。

従来、ベア材となるプレートとクラッド材となるプレートとを互いに積層してロウ付けしたヘッダタンクを備えた積層形ヘッダーが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の積層形ヘッダーでは、ヘッダタンク（ヘッダタンク２）内のベア材（中間プレート１４）に設けられた連通穴（連通穴３１）の側面から穴の内方に突出させた突起（位置決め部３２）を備え、突起によってベア材とクラッド材（内側プレート１３）の接触境界面から扁平管（熱交換管８）の先端に向かって連通穴の空間断面積を小さくすることで、扁平管の端部の位置決めと、管内部へのロウ材の流入を防止するようにしている。

また、ベア材からなるタンク部とクラッド材からなるプレート部とを積層したヘッダタンクを備えた積層形ヘッダーが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の積層形ヘッダーでは、ベア材からなるタンク部２５とクラッド材からなるプレート部２７との接触境界面から扁平管（チューブ２）の先端部に向かって幅方向が狭まる一対の傾斜部（チューブ位置決め部２９）をタンク部２５に形成し、この傾斜部に扁平管の端部を突き当てることで扁平管の端部の位置決めをするようにしている。

特開２００８−２４９２４１号公報（第５〜８頁、図２〜図７） 特開２００６−１７４４２号公報（第５、６頁、図２）

特許文献１に記載されているような積層型ヘッダーでは、ベア材とクラッド材との接触境界面から扁平管に向かって連通穴の空間断面積を小さくなるよう形成するため、溶けたロウ材が扁平管の下部に流れ、扁平管の上部にフィレットを形成し難いという問題点があった。

特許文献２に記載されているような積層型ヘッダーでは、ベア材とクラッド材との接触境界面から扁平管の端部に向かって幅方向のみを先細りとする形状を採用しているため、扁平管の周方向全体にフィレットを形成できず、接合強度が低くなってしまうという問題点があった。加えて、ロウ材の収納量が少ないという問題点も生じる。

また、特許文献２に記載されているような積層型ヘッダーでは、扁平管の端部と傾斜部とが点接触するため、扁平管とタンク部との接触境界面にフィレットを形成できないという問題点もあった。

本発明は、以上のような課題を背景としてなされたもので、積層された熱媒体流路を持つ積層型ヘッダーにおいて、目的の接合箇所にフィレットを形成することによって、プレートと扁平管との接合強度を向上させる積層型ヘッダーを提供することを目的としている。
また、本発明は、そのような積層型ヘッダーを備えた熱交換器を得ることを目的とする。
また、本発明は、そのような熱交換器を備えたヒートポンプ装置を得ることを目的とする。

本発明に係る積層型ヘッダーは、 ロウ材が塗布され、扁平管が挿入される側に設けられるクラッド材と、前記クラッド材に積層され、前記扁平管が挿入される開口部、及び、挿入された前記扁平管の先端部が当接するストッパーを前記開口部内に有するベア材と、を備え、前記扁平管が前記ベア材の前記開口部に挿入され、前記扁平管の前記先端部が前記ストッパーに当接された状態において、前記扁平管と、前記クラッド材と、前記ベア材と、の間には空間が形成され、前記空間は、前記扁平管と前記クラッド材との接触境界面近傍に形成される第１空間と、前記第１空間よりも狭く、前記ベア材と前記クラッド材との接触境界面近傍に前記第１空間に連続して形成される第２空間と、前記第１空間よりも狭く、前記ベア材と前記扁平管との接触境界面近傍に前記第１空間に連続して形成される第３空間と、で構成されているものである。

本発明に係る積層型ヘッダーは、扁平管と、ベア材と、クラッド材との間に形成される空間が、扁平管とクラッド材との接触境界面近傍に形成される第１空間と、少なくとも第１空間よりも狭く、ベア材とクラッド材との接触境界面近傍に形成される第２空間と、少なくとも第１空間よりも狭く、ベア材と扁平管との接触境界面近傍に形成される第３空間と、で構成されているので、ベア材とクラッド材との接触境界面から扁平管に向かって空間が大きくなる構造にでき、目的の接合箇所にフィレットを形成し、扁平管とクラッド材及びベア材との接合強度を向上できる。

本発明の実施の形態１に係る積層型ヘッダーが適用される熱交換器の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型ヘッダーを分解した状態を概略的に示す部分分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型ヘッダーに接合される扁平管の断面構成を概略的に示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型ヘッダーの扁平管及びベア材の関係を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型ヘッダーの扁平管と、クラッド材と、ベア材と、の接続状態を概略的に拡大して示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型ヘッダーを分解した状態を概略的に拡大して示す部分分解拡大斜視図である。 図６のＡ−Ａ断面における扁平管の積層型ヘッダーへの挿入前後の概略構成図である。 従来の積層型ヘッダーと扁平管との接合方法の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型ヘッダーと扁平管との接合方法の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態２に係る積層型ヘッダーの扁平管と、クラッド材と、ベア材と、の接続状態を概略的に拡大して示す概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置の概略構成を示す概略回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、本発明の実施の形態に係る積層型ヘッダーが、冷媒が流入する熱交換器に適用される場合を説明しているが、本発明の実施の形態に係る積層型ヘッダーが、他の流体が流入する他の機器に適用されてもよい。また、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、そのような構成、動作等に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１に係る積層型ヘッダー１０が適用される熱交換器１について説明する。
＜熱交換器１の構成＞
以下に、熱交換器１の構成について説明する。
図１は、積層型ヘッダー１０が適用される熱交換器１の構成を示す図である。なお、図１では、冷媒の流れ方向を墨付き矢印で示している。
図１に示されるように、熱交換器１は、積層型ヘッダー１０と、ヘッダー３と、複数の扁平管２０と、複数のフィン５と、を有する。なお、ヘッダー３は、積層型ヘッダー１０と同様の積層型ヘッダーであってもよく、また、異なるタイプのヘッダーであってもよい。

積層型ヘッダー１０の内部には、熱媒体流路１０ａが形成される。熱媒体流路１０ａの流入側には、図示省略の冷媒配管が接続される。熱媒体流路１０ａの流出側には複数の扁平管２０が接続される。ヘッダー３の内部には、合流流路３ａが形成される。合流流路３ａの流入側には、複数の扁平管２０が接続される。合流流路３ａの流出側には図示省略の冷媒配管が接続される。

扁平管２０は、内部に複数の流路が形成された扁平管である。扁平管２０は、例えば、アルミニウム製である。扁平管２０には、複数のフィン５が接合される。フィン５は、例えば、アルミニウム製である。扁平管２０とフィン５との接合は、ロウ付け接合であるとよい。なお、図１では、扁平管２０が８本である場合を示しているが、そのような場合に限定されない。

＜熱交換器１における冷媒の流れ＞
以下に、熱交換器１における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、積層型ヘッダー１０に流入して熱媒体流路１０ａで分配され、複数の扁平管２０に流出する。冷媒は、複数の扁平管２０において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の扁平管２０を流れる冷媒は、ヘッダー３の合流流路３ａに流入して合流し、冷媒配管に流出する。なお、冷媒は、逆流することもできる。

＜積層型ヘッダー１０の構成＞
次に、積層型ヘッダー１０の構成について説明する。
図２は、積層型ヘッダー１０を分解した状態を概略的に示す部分分解斜視図である。図３は、積層型ヘッダー１０に接合される扁平管２０の断面構成を概略的に示す概略断面図である。
図２に示すように、積層型ヘッダー１０は、クラッド材１１と、ベア材１２と、を備えている。後述するが、ベア材１２には、扁平管２０が挿入される開口部１２Ａ、及び扁平管２０の先端部２０Ａが当接するストッパー１２Ｂが設けられ、ベア材１２の開口部１２Ａに挿入された扁平管２０の先端部２０Ａがストッパー１２Ｂに突き当たる構造になっている。また、クラッド材１１は、少なくとも一枚設けられ、ベア材１２の扁平管２０が挿入される側に設けられている。扁平管２０の先端部２０Ａとは、扁平管２０のベア材１２側の端部を意味し、先端及び先端の周囲外周面を含む。

なお、図２では、１枚のクラッド材１１と、１枚のベア材１２と、を積層した積層型ヘッダー１０を例に図示しているが、これに限定するものではない。例えば、図２に図示した積層型ヘッダー１０の構造以外に、開口部のみを設けたベア材とクラッド材とを複数枚積層し、任意の位置に図２に示すベア材１２を設け、位置決めを行なうようにしてもよい。

ベア材１２は、例えば、アルミニウム製である。ベア材１２には、ロウ材が塗布されない。開口部１２Ａは、ベア材１２の表裏面を貫通する貫通穴である。ベア材１２とクラッド材１１とが積層されると、開口部１２Ａは、熱媒体流路１０ａの一部として機能する。

クラッド材１１は、例えば、アルミニウム製であり、ベア材１２と比較して薄い。クラッド材１１の少なくとも表裏面には、ロウ材が塗布される。クラッド材１１には、開口部１１Ａが形成される。開口部１１Ａは、クラッド材１１の表裏面を貫通する貫通穴である。ベア材１２とクラッド材１１とが積層されると、開口部１１Ａは、熱媒体流路１０ａの一部として機能する。

ベア材１２には、図示省略の冷媒配管が接続される。例えば、ベア材１２の冷媒の流入側の面に口金等が設けられ、その口金等を介して冷媒配管が接続されてもよく、また、ベア材１２の開口部１２Ａの内周面が、冷媒配管の外周面と嵌合する形状であり、口金等を用いずに、開口部１２Ａに冷媒配管が直接接続されてもよい。

図３に示すように、扁平管２０は、管高さ２１（以下、Ｈ２１と称する）と、管幅２２（以下、Ｌ２２と称する）と、管肉厚２３（以下、ｔ２３と称する）と、を備え、管内に少なくとも１枚以上の仕切り２０Ｂが設けられ、多穴構造を有している。

図４は、積層型ヘッダー１０の扁平管２０及びベア材１２の関係を説明するための概略図である。図５は、積層型ヘッダー１０の扁平管２０と、クラッド材１１と、ベア材１２と、の接続状態を概略的に拡大して示す概略構成図である。図４及び図５に基づいて、積層型ヘッダー１０について更に詳細に説明する。なお、図５には、空間３０の２つの構成例を示している。

図４及び図５に示すように、ベア材１２には、扁平管２０が挿入される開口部１２Ａ及びストッパー１２Ｂが設けられている。
開口部１２Ａは、扁平管２０が挿入される側の穴高さが穴高さ２４（以下、Ｈ２４と称する）、穴幅が穴幅２５（以下、Ｌ２５と称する）として形成されている。
また、開口部１２Ａは、扁平管２０が挿入される側の反対側であるストッパー側の穴高さが穴高さ２６（以下、Ｈ２６と称する）、穴幅が穴幅２７（以下、Ｌ２７と称する）として形成されている。

つまり、開口部１２Ａは、Ｌ２５＞Ｌ２２＞Ｌ２７、Ｈ２４＞Ｈ２１＞Ｈ２６として、挿入される側からストッパー側に向かうにつれて縮径して形成されている。そして、ベア材１２の中で扁平管２０の差込み位置を規定するようにしている。なお、空間３０の形状は、図５（ａ）に示すような壁面を平面に構成した面取り形状でもよく、図５（ｂ）に示すような壁面を曲面（開口部１２Ａの中心軸に向かって凸となるような曲面）に構成した丸みつき形状でもよい。

また、開口部１２Ａのストッパー側の周縁には、開口部１２Ａの中心軸に向かってベア材１２を突出させたストッパー１２Ｂを形成している。ストッパー１２Ｂを形成することによって、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、扁平管２０の先端部２０Ａがベア材１２の内部に面接触し、扁平管２０の位置が規定されることになる。

扁平管２０が積層型ヘッダー１０に接合されると、扁平管２０と、クラッド材１１と、ベア材１２との間に空間３０がベア材１２の内部に形成される。この空間３０は、開口部１２Ａ（扁平管２０が挿入される側、及び、扁平管２０が挿入される側の反対側であるストッパー側）と連通している。空間３０は、第１空間３０ａ、第２空間３０ｂ、及び、第３空間３０ｃで構成されている。

第１空間３０ａは、扁平管２０とクラッド材１１との接触境界面近傍に形成され、バッファ空間として機能する。
第２空間３０ｂは、ベア材１２とクラッド材１１との接触境界面近傍に、少なくとも第１空間３０ａよりも狭く形成される。また、第２空間３０ｂは、ベア材１２とクラッド材１１との接触境界面から扁平管２０に近づくにつれて大きくなるよう形成される。
第３空間３０ｃは、ベア材１２と扁平管２０との接触境界面近傍に、少なくとも第１空間３０ａよりも狭く形成される。また、第３空間３０ｃは、ベア材１２と扁平管２０との接触境界面からベア材１２に近づくにつれて大きくなるよう形成されている。

なお、第１空間３０ａ、第２空間３０ｂ、および、第３空間３０ｃの境界面の長さは、ロウ材の種類、材料により任意に変更してもよい。

図６は、積層型ヘッダー１０を分解した状態を概略的に拡大して示す部分分解拡大斜視図である。図７は、図６のＡ−Ａ断面における扁平管２０の積層型ヘッダー１０への挿入前後の概略構成図である。図６及び図７に基づいて、扁平管２０の積層型ヘッダー１０への挿入について説明する。なお、図７では、（ａ）が扁平管２０の積層型ヘッダー１０への挿入前の状態を、（ｂ）が扁平管２０の積層型ヘッダー１０への挿入後の状態を、それぞれ示している。

扁平管２０を積層型ヘッダー１０に接合する際、扁平管２０を、クラッド材１１の開口部１１Ａ、ベア材１２の開口部１２Ａに挿入し、ベア材１２のストッパー１２Ｂにて扁平管２０の先端部２０Ａの位置を規定する。扁平管２０が挿入されると、扁平管２０、クラッド材１１、及び、ベア材１２によって、空間３０が形成される。それから、扁平管２０が積層型ヘッダー１０にロウ付けされる。

ロウ付け時、クラッド材１１に塗布されているロウ材は、毛細管現象により、より狭い第２空間３０ｂおよび第３空間３０ｃに流入し、空間３０の周方向全体にフィレット３１を形成する。なお、図に記載していないが、第１空間３０ａ内の扁平管２０と、クラッド材１１の接触境界面近傍にもロウ材の流入によりフィレット３１を形成する。

扁平管２０の差込み位置を規定させるストッパー側のベア材１２の開口部１２Ａの壁面穴サイズは、Ｈ２１≧Ｈ２６≧（Ｈ２１−２×ｔ２３）、かつ、Ｌ２２≧Ｌ２７≧（Ｌ２２−２×ｔ２３）の関係を満たすように設定されている。そのため、扁平管２０の先端部２０Ａがベア材１２の壁面から突き出さないようになっている。

また、扁平管２０が挿入される側のベア材１２の開口部１２Ａの壁面穴サイズは、Ｈ２１≦Ｈ２４、かつ、Ｌ２２≦Ｌ２５の関係を満たすように設定されている。そのため、ベア材１２の開口部１２Ａを、挿入される側からストッパー側にかけて、丸み付きまたは面取りされるように形成することができる（図５（ａ）、（ｂ）参照）。つまり、開口部１２Ａによるベア材１２の内部壁面の形状を、挿入される側からストッパー側にかけて、丸み付き形状、または、面取り形状となるように形成できる。

こうすることで、第２空間３０ｂ、第３空間３０ｃにおいて、毛細管現象が発生する部分の厚さ（それぞれの部材間の間隔）を薄く（短く）、かつ、毛細管現象が発生する部分の距離を長くすることが可能になる。つまり、第２空間３０ｂ及び第３空間３０ｃでは、それぞれの空間を構成している各部材の間隔、距離を調整することで、毛細管現象を発生しやすくしている。

したがって、空間３０を、第３空間３０ｃから第１空間３０ａに向かって大きくなる構造とすることになり、目的の接合箇所にフィレット３１を設けやすい形状になる。

＜積層型ヘッダー１０と扁平管２０との接合の方法＞
ここで、積層型ヘッダー１０と扁平管２０との接合方法の一例について、ロウ材の挙動とともに説明する。まず、従来の積層型ヘッダーと扁平管と接合方法の一例について説明する。
図８は、従来の積層型ヘッダー４９と扁平管４０との接合方法の一例を示す概略図である。図８では、クラッド材４１とベア材４２の接触境界面から扁平管４０の先端に向かって形成されている開口部の空間断面積が小さくならないものを例に示している。また、図８には、ロウ材４５の挙動を併せて示している。なお、図８では、重力方向を実線矢印で示している。また、図８（ａ）には、フィレットを形成したい目的の接合箇所を破線の円で示している。

扁平管４０を、クラッド材４１の開口部４１Ａ、ベア材４２の開口部４２Ａに挿入する。そして、この状態で、扁平管４０、クラッド材４１、及び、ベア材４２を加熱する（図８（ａ））。こうすることで、クラッド材４１に塗布してあるロウ材４５の温度が融点以上となって、ロウ材４５が溶け出し、空間４６内にロウ材４５が流入する（図８（ｂ））。

ロウ材４５は重力の影響により空間４６の下部に流入しやすく、扁平管４０の上部にフィレットを形成する前に、扁平管４０の下部に多量のロウ材４５が収容される（図８（ｃ））。その結果、扁平管４０の下部の空間４６にのみ多量のロウ材４５が収容されることになり、扁平管４０の上部の空間４６には多量のロウ材４５が収容されないことになる（図８（ｄ））。つまり、フィレットを形成したい目的の接合箇所の全部に適量のロウ材４５を導くことができない。

扁平管４０、クラッド材４１、及び、ベア材４２の加熱が終了して、ロウ材４５が冷却されると、扁平管４０、クラッド材４１、及び、ベア材４２が接合される。ただし、積層型ヘッダー４９では、フィレットを形成したい目的の接合箇所の全部に適量のロウ材４５が行き渡っておらず、扁平管４０、クラッド材４１、及び、ベア材４２の接合強度が低い。

次に、積層型ヘッダー１０と扁平管２０との接合方法一例について説明する。
図９は、積層型ヘッダー１０と扁平管２０との接合方法の一例を示す概略図である。図９では、上述したように、クラッド材１１とベア材１２の接触境界面から扁平管４０の先端に向かって形成されている開口部１２Ａの空間断面積が小さくなるものを例に示している。また、図９には、ロウ材の挙動を併せて示している。なお、図９では、重力方向を実線矢印で示している。また、図９（ａ）には、フィレットを形成したい目的の接合箇所を破線の円で示している。

扁平管２０を、クラッド材１１の開口部１１Ａ、ベア材１２の開口部１２Ａに挿入する。そして、この状態で、扁平管２０、クラッド材１１、及び、ベア材１２を加熱する（図９（ａ））。こうすることで、クラッド材１１に塗布してあるロウ材１５の温度が融点以上となって、ロウ材１５が溶け出し、空間３０内にロウ材１５が流入する。

扁平管２０、クラッド材１１、及び、ベア材１２の加熱の際に、扁平管２０の内側から扁平管２０の先端部２０Ａに向かって流体が供給されるとよい。流体の温度が、ロウ材１５の融点と比較して高いとよく、そのような場合には、ロウ材１５の溶融を妨げることが抑制される。また、流体は、空気であるとよく、そのような場合には、汎用の設備機器を流用して工程を簡略化することが可能となる。

溶け出したロウ材１５は、毛細管現象の影響により、第２空間３０ｂのクラッド材１１とベア材１２との接触境界面に集まる（図９（ｂ））。

ロウ材１５の流入量が増え、毛細管現象の影響よりも重力の影響が大きくなると、空間３０の壁面に沿ってロウ材１５が空間３０の内部に集まってくる。空間３０内の壁面に沿って第３空間３０ｃに流入したロウ材１５は、第２空間３０ｂと同様に毛細管現象により、第３空間３０ｃ内のベア材１２と扁平管２０との接触境界面に集まる（図９（ｃ））。

目的の接合箇所にフィレット３１を形成した後、さらにロウ材１５が流入した場合、ロウ材１５は、第１空間３０ａに流入し、クラッド材１１と扁平管２０との接触境界面近傍に集まり、扁平管２０の先端部２０Ａからのロウ材１５の流入を防止する（図９（ｄ））。

＜積層型ヘッダー１０における冷媒の流れ＞
次に、積層型ヘッダー１０の動作について、一実施例に基づき説明する。

積層型ヘッダー１０は、クラッド材１１と、ベア材１２と、を複数積層することで熱媒体を流入させるための熱媒体流路１０ａを有している。そのため、積層型ヘッダー１０に流入した熱媒体は、積層型ヘッダー１０の作用により、複数の熱媒体流路１０ａに分配され、扁平管２０の各部へ流入あるいは流出する。

＜積層型ヘッダー１０の効果＞
積層型ヘッダー１０の効果について説明する。

積層型ヘッダー１０は、扁平管２０と、クラッド材１１と、ベア材１２と、で形成される空間３０が、クラッド材１１とベア材１２との接触境界面から扁平管２０に向かって大きくなる構造としている。こうすることによって、積層型ヘッダー１０は、目的の接合箇所にロウ材１５を優先的に流入させることができる。そして、目的の接合箇所にロウ材１５を優先的に流入させることで、目的の接合箇所に容易にフィレット３１を形成させることができる。

また、目的の接合箇所に優先的にロウ材１５を流入させることで、従来のものと比べ、同量のロウ材１５の使用量に対して、接合強度を向上させることができる。さらに、目的の接合箇所に優先的にロウ材１５を流入し、フィレット３１を形成するため、ロウ材１５の使用量を減らすことができる。

ベア材１２のストッパー側の穴サイズをＨ２１≧Ｈ２６≧（Ｈ２１−２×ｔ２３）、かつ、Ｌ２２≧Ｌ２７≧（Ｌ２２−２×ｔ２３）、挿入される側の穴サイズをＨ２１≦Ｈ２４、かつ、Ｌ２２≦Ｌ２５の関係を満たすように設定することで、扁平管２０の周方向全体の目的の接合箇所にフィレット３１を形成することができる。そして、扁平管２０の周方向全体にフィレット３１を形成することで接合強度を向上させることができる。

扁平管２０の先端部２０Ａとベア材１２のストッパー１２Ｂとを面接触させることで、ロウ材１５が扁平管２０の内部に流入することを防止することができる。

また、ベア材１２のストッパー側の穴サイズをＨ２１≧Ｈ２６≧（Ｈ２１−２×ｔ２３）、かつ、Ｌ２２≧Ｌ２７≧（Ｌ２２−２×ｔ２３）の関係を満たし、扁平管２０の先端部２０Ａとベア材１２のストッパー１２Ｂとを面接触させることで、ロウ材１５の流入防止だけでなく、熱媒体の流入出時の抵抗を低減することもできる。さらに、扁平管２０の先端部２０Ａの位置を容易に規定することができる。

ストッパー１２Ｂによって扁平管２０の差込み位置を規定することで、差込み代を必要以上に長くすることなく、熱交換器１を製造でき、同サイズの熱交換器において、熱交換部の比率を上げることができる。加えて、差込み代を必要以上に長くすることなくすることで、同等の熱交換能力を得る際に熱交換器のサイズを小さくすることができる。

クラッド材１１とベア材１２接触境界面近傍の第１空間３０ａ、扁平管２０とベア材１２との接触境界面近傍の第２空間３０ｂの厚さを薄くかつ長くすることで、毛細管現象の影響を大きくすることができる。そのため、第１空間３０ａ、第２空間３０ｂ内のフィレット３１が形成される領域を大きくすることができる。そして、第１空間３０ａ、第２空間３０ｂ内のフィレット３１が形成される領域を大きくすることで、各接触境界面の接合強度を向上させることができる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る積層型ヘッダー１０Ａの扁平管２０と、クラッド材１１と、ベア材１２と、の接続状態を概略的に拡大して示す概略構成図である。図１０に基づいて、積層型ヘッダー１０Ａについて説明する。なお、図１０には、空間３０の２つの構成例を示している。実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と重複又は類似する部分には、同一符号を付して説明を省略又は適宜簡略化している。

積層型ヘッダー１０Ａの基本的構成は実施の形態１に係る積層型ヘッダー１０と同じであるが、扁平管２０を挿入するベア材１２の開口部１２Ａの挿入される側からストッパーにかけての形状つまり空間３０の構成が段形状である点で実施の形態１と異なっている。

実施の形態１で説明したように、開口部１２Ａは、Ｌ２５＞Ｌ２２＞Ｌ２７、Ｈ２４＞Ｈ２１＞Ｈ２６として、挿入される側からストッパー側に向かうにつれて縮径して形成されている。そして、ベア材１２の中で扁平管２０の差込み位置を規定するようにしている。空間３０の形状は、図１０に示すように、第１空間３０ａ、第２空間３０ｂが一定の容積を確保できるような形状になっている。

例えば、図１０（ａ）に示すように、第１空間３０ａ及び第２空間３０ｂを確保した上で、第１空間３０ａと第２空間３０ｂとを繋ぐ空間３０の壁面を階段状に構成した複数段形状にするとよい。
また、図１０（ｂ）に示すように、第１空間３０ａ及び第２空間３０ｂを確保した上で、第１空間３０ａと第２空間３０ｂとを繋ぐ空間３０の壁面を平面状に構成した段形状にしてもよい。ただし、第１空間３０ａと第２空間３０ｂとを繋ぐ空間３０の壁面が完全に平面となっていなくてもよく、一部に曲面が含まれていてもよい。また、第１空間３０ａと第２空間３０ｂとを繋ぐ空間３０の壁面を曲面状にしてもよい。

＜積層型ヘッダー１０Ａの効果＞
積層型ヘッダー１０Ａの効果について説明する。積層型ヘッダー１０Ａは、実施の形態１に係る積層型ヘッダー１０と同様の効果を奏するとともに、以下のような効果を奏する。

積層型ヘッダー１０Ａは、扁平管２０が挿入されるベア材１２の開口部１２Ａの開口部からストッパーにかけての形状を段形状とすることで、面取りや曲面形状加工と比べ、比較的容易に製造することができる。

また、積層型ヘッダー１０Ａは、第１空間３０ａ及び第２空間３０ｂの厚みや長さを任意に形成しやすくすることができる。そのため、積層型ヘッダー１０Ａによれば、製造を容易にできることで、製造コストを低減することができる。また、積層型ヘッダー１０Ａは、第１空間３０ａ及び第２空間３０ｂの厚みや長さを任意に形成しやすくすることで、製造の際により均質に製造することができる。そのため、積層型ヘッダー１０Ａによれば、均質に製造可能にすることで、製品化の際に信頼性を向上させることができる。

さらに、積層型ヘッダー１０Ａは、空間３０の形状を段形状の簡素な形状とすることで、切削や鋳造等による型での製造においても、型の製作を容易にすることができる。そのため、積層型ヘッダー１０Ａによれば、製作を容易にすることで製造コストを低減することができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置５１の概略構成を示す概略回路図である。図１１に基づいて、ヒートポンプ装置５１について説明する。このヒートポンプ装置５１は、実施の形態１又は２に係る積層型ヘッダーが適用された熱交換器が搭載され、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器等として利用されるものである。なお、実施の形態３では、実施の形態１に係る積層型ヘッダー１０を用いた場合を代表として説明するものとする。

＜熱交換器の使用態様＞
なお、以下では、ヒートポンプ装置５１が、冷房運転と暖房運転とが切り替えられるように構成された空気調和装置である場合を説明する。また、図１１では、冷房運転時の冷媒の流れ方向が実線の矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流れ方向が点線の矢印で示される。

図１１に示されるように、ヒートポンプ装置５１は、圧縮機５２と、四方弁５３と、熱源側熱交換器５４と、絞り装置５５と、負荷側熱交換器５６と、熱源側ファン５７、負荷側ファン５８、制御装置５９と、を有する。圧縮機５２と四方弁５３と熱源側熱交換器５４と絞り装置５５と負荷側熱交換器５６とが冷媒配管で接続されて、冷媒循環回路が形成される。

制御装置５９には、例えば、圧縮機５２、四方弁５３、絞り装置５５、熱源側ファン５７、負荷側ファン５８、各種センサ等が接続される。制御装置５９によって、四方弁５３の流路が切り替えられることで、冷房運転と暖房運転とが切り替えられる。熱源側熱交換器５４は、冷房運転時に凝縮器として作用し、暖房運転時に蒸発器として作用する。負荷側熱交換器５６は、冷房運転時に蒸発器として作用し、暖房運転時に凝縮器として作用する。

冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機５２から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁５３を介して熱源側熱交換器５４に流入し、熱源側ファン５７によって供給される外気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、熱源側熱交換器５４から流出する。熱源側熱交換器５４から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置５５に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置５５から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、負荷側熱交換器５６に流入し、負荷側ファン５８によって供給される室内空気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、負荷側熱交換器５６から流出する。負荷側熱交換器５６から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁５３を介して圧縮機５２に吸入される。

暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機５２から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁５３を介して負荷側熱交換器５６に流入し、負荷側ファン５８によって供給される室内空気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、負荷側熱交換器５６から流出する。負荷側熱交換器５６から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置５５に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置５５から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器５４に流入し、熱源側ファン５７によって供給される外気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、熱源側熱交換器５４から流出する。熱源側熱交換器５４から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁５３を介して圧縮機５２に吸入される。

熱源側熱交換器５４及び負荷側熱交換器５６の少なくともいずれか一方に、実施の形態１に係る積層型ヘッダー１０が適用された熱交換器１が用いられる。熱交換器１は、熱交換器１が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー１０から冷媒が流入し、ヘッダー３から冷媒が流出するように接続される。つまり、熱交換器１が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー１０に気液二相状態の冷媒が流入し、扁平管２０からヘッダー３にガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器１が凝縮器として作用する際は、冷媒配管からヘッダー３にガス状態の冷媒が流入し、扁平管２０から積層型ヘッダー１０に液状態の冷媒が流入する。

積層型ヘッダー１０は、複数の分岐流路によって冷媒を分配するため、気液二相状態の冷媒が流入したとしても、複数の扁平管２０のそれぞれに流入する冷媒の流量及び乾き度を均一にすることが可能である。つまり、積層型ヘッダー１０は、ヒートポンプ装置５１に好適である。

＜熱交換器１の作用＞
積層型ヘッダー１０では、ベア材１２が、クラッド材１１と比較して厚く、扁平管２０は、先端部２０ａがストッパー１２Ｂにより位置決めされた状態で接合される。そのため、溶融したロウ材が、扁平管２０内に流入することがなく、これによって冷媒の圧力損失が増大することがない。

また、積層型ヘッダー１０では、ストッパー１２Ｂによって扁平管２０の差込み位置を規定することで、差込み代を必要以上に長くすることなく、熱交換器１を製造でき、同サイズの熱交換器において、熱交換部の比率を上げることができる。加えて、差込み代を必要以上に長くすることなくすることで、同等の熱交換能力を得る際に熱交換器のサイズを小さくすることができる。

以上、実施の形態１〜実施の形態３について説明したが、本発明は各実施の形態の説明に限定されない。例えば、各実施の形態の全部又は一部、各変形例等を組み合わせることも可能である。

１ 熱交換器、３ ヘッダー、３ａ 合流流路、５ フィン、１０ 積層型ヘッダー、１０Ａ 積層型ヘッダー、１０ａ 熱媒体流路、１１ クラッド材、１１Ａ 開口部、１２ ベア材、１２Ａ 開口部、１２Ｂ ストッパー、１５ ロウ材、２０ 扁平管、２０Ａ 先端部、２０Ｂ 仕切り、２０ａ 先端部、２１ 管高さ、２２ 管幅、２３ 管肉厚、２４ 穴高さ、２５ 穴幅、２６ 穴高さ、２７ 穴幅、３０ 空間、３０ａ 第１空間、３０ｂ 第２空間、３０ｃ 第３空間、３１ フィレット、４０ 扁平管、４１ クラッド材、４１Ａ 開口部、４２ ベア材、４２Ａ 開口部、４５ ロウ材、４６ 空間、４９ 積層型ヘッダー、５１ ヒートポンプ装置、５２ 圧縮機、５３ 四方弁、５４ 熱源側熱交換器、５５ 絞り装置、５６ 負荷側熱交換器、５７ 熱源側ファン、５８ 負荷側ファン、５９ 制御装置。

本発明に係る積層型ヘッダーは、ロウ材が塗布され、扁平管が挿入される側に設けられるクラッド材と、前記クラッド材に積層され、前記扁平管が挿入される開口部、及び、挿入された前記扁平管の先端部が当接するストッパーを有するベア材と、を備え、前記ストッパーは、前記開口部内に形成されており、前記扁平管が前記ベア材の前記開口部に挿入され、前記扁平管の前記先端部が前記ストッパーに当接された状態において、前記扁平管と、前記クラッド材と、前記ベア材と、の間には空間が形成され、前記空間は、前記ベア材と前記クラッド材との接触境界面から前記扁平管に近づくにつれて大きく、且つ前記ベア材と前記扁平管との接触境界面から前記クラッド材に近づくにつれて大きくなるよう形成されているものである。

本発明に係る積層型ヘッダーは、ロウ材が塗布され、扁平管が挿入される側に設けられるクラッド材と、前記クラッド材に積層され、前記扁平管が挿入される開口部、及び、挿入された前記扁平管の先端部が当接するストッパーを有するベア材と、を備え、前記ストッパーは、前記開口部内に形成されており、前記扁平管が前記ベア材の前記開口部に挿入され、前記扁平管の前記先端部が前記ストッパーに当接された状態において、前記扁平管と、前記クラッド材と、前記ベア材と、の間には空間が形成され、前記空間は、前記ベア材と前記クラッド材との接触境界面から前記扁平管に近づくにつれて大きく、且つ前記ベア材と前記扁平管との接触境界面から前記クラッド材に近づくにつれて大きくなるよう形成されており、前記開口部による前記ベア材の内部壁面を、挿入される側からストッパー側にかけて、段形状になるように形成しているものである。

Claims (9)

1. ロウ材が塗布され、扁平管が挿入される側に設けられるクラッド材と、
   前記クラッド材に積層され、前記扁平管が挿入される開口部、及び、挿入された前記扁平管の先端部が当接するストッパーを前記開口部内に有するベア材と、を備え、
   前記扁平管が前記ベア材の前記開口部に挿入され、前記扁平管の前記先端部が前記ストッパーに当接された状態において、前記扁平管と、前記クラッド材と、前記ベア材と、の間には空間が形成され、
   前記空間は、
   前記扁平管と前記クラッド材との接触境界面近傍に形成される第１空間と、
   前記第１空間よりも狭く、前記ベア材と前記クラッド材との接触境界面近傍に前記第１空間に連続して形成される第２空間と、
   前記第１空間よりも狭く、前記ベア材と前記扁平管との接触境界面近傍に前記第１空間に連続して形成される第３空間と、で構成されている
   積層型ヘッダー。
2. 前記第２空間は、
   前記ベア材と前記クラッド材との接触境界面から前記扁平管に近づくにつれて大きくなるよう形成されている
   請求項１に記載の積層型ヘッダー。
3. 前記第３空間は、
   前記ベア材と前記扁平管との接触境界面から前記ベア材に近づくにつれて大きくなるよう形成されている
   請求項１又は２に記載の積層型ヘッダー。
4. 前記開口部は前記ベア材の表裏面を貫通するように形成されており、
   前記開口部の前記ストッパー側の穴サイズは、
   前記扁平管の管高さ≧前記開口部の前記ストッパー側の穴高さ≧（前記扁平管の管高さ−２×前記扁平管の管肉厚）、
   かつ、
   前記扁平管の管幅≧前記開口部の前記ストッパー側の穴幅≧（前記扁平管の管幅−２×前記扁平管の管肉厚）、の関係を満たすように設定されている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
5. 前記扁平管が挿入される側の穴サイズは、
   前記扁平管の管高さ≦前記開口部の前記扁平管が挿入される側の穴高さ、
   かつ、
   前記扁平管の管幅≦前記開口部の前記扁平管が挿入される側の穴幅、の関係を満たすように設定されている
   請求項４に記載の積層型ヘッダー。
6. 前記第２空間及び前記第３空間では、
   それぞれの空間を形成する部材間の間隔及び距離によって、毛細管現象の発生を調整している
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
7. 前記開口部による前記ベア材の内部壁面を、挿入される側からストッパー側にかけて、丸み付き形状、面取り形状、又は、段形状になるように形成している
   請求項６に記載の積層型ヘッダー。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の積層型ヘッダーと、
   前記扁平管と、を備えた
   熱交換器。
9. 請求項８に記載の熱交換器を備えた
   ヒートポンプ装置。

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