JPWO2020189483A1 - 熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

熱交換器（１Ａ）は、伝熱管（２０）と、ヘッダ（１０Ｆ、１０Ｂ）と、を備える。伝熱管（２０）は、フィン（３０）に熱を伝える。ヘッダ（１０Ｆ、１０Ｂ）は、伝熱管（２０）が挿入された挿入孔及び、挿入孔を囲み、伝熱管（２０）の管軸方向に突出したエンボス部（１２）が形成された外郭壁（１１Ｆ、１１Ｂ）を有する。ヘッダ（１０Ｆ、１０Ｂ）では、伝熱管（２０）がエンボス部（１２）と挿入孔の内壁にロウ付けされている。

Description

本開示は熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。

熱交換器には、フィンに熱を伝える伝熱管に冷媒を分配、集約するヘッダを備えるものがある。このような熱交換器では、一般的にはヘッダと伝熱管がロウ付けされている。

例えば、特許文献１には、伝熱管と、伝熱管が挿入された挿入孔及び、挿入孔の開口を囲む周壁が形成された外郭壁を有するヘッダと、を備え、伝熱管が周壁にロウ付けされた熱交換器が開示されている。

特許文献１に記載の熱交換器では、ヘッダの外郭壁をバーリング加工することにより、挿入孔と周壁が形成されている。

一方、特許文献２には、金属板を打ち抜いて、板厚に対して径が小さい孔を金属板に形成する方法において、孔の内壁にバリが付着することが記載されている。

特開２０００−３９２８８号公報 特開平６−９１３３４号公報

伝熱管とヘッダとの接合強度を高めるには、伝熱管とヘッダの接合面積を広くすることが望ましい。

特許文献１に記載の熱交換器では、伝熱管とヘッダの接合面積を広くするために、バーリング加工によって挿入孔と周壁が形成されていると考えられる。そして、その挿入孔と周壁の形成では、挿入孔よりも小さい下穴を予め形成する必要があると考えられる。しかし、特許文献２に記載されているように、板厚に対して下穴の径が小さい場合、バリが付着する。このため、挿入孔に対して外郭壁の厚みが大きすぎると、挿入孔と周壁の形成が困難である。

また、ヘッダと伝熱管の接合面積を広くするため、ヘッダの外郭壁の厚みを大きくすることが考えられる。この場合も、挿入孔に対して外郭壁の厚みが大きすぎると、挿入孔の形成が困難である。

本開示は上記の課題を解決するためになされたもので、伝熱管とヘッダの接合強度が高く、製造が容易な熱交換器及び熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本開示に係る熱交換器は、フィンに熱を伝える伝熱管と、伝熱管が挿入された挿入孔及び、挿入孔を囲み、伝熱管の管軸方向に突出したエンボス部が形成された外郭壁を有するヘッダと、を備える。ヘッダでは、伝熱管がエンボス部と挿入孔の内壁にロウ付けされている。

本開示の構成によれば、伝熱管がエンボス部と挿入孔の内壁にロウ付けされているので、接合強度が高い。また、外郭壁にエンボス部を形成するだけであるため、外郭壁の厚みを大きくしても製造が容易である。

本開示の実施の形態１に係る熱交換器の斜視図 本開示の実施の形態１に係る熱交換器が備える伝熱管の斜視図 図１に示すＩＩＩ領域で熱交換器を切断したときの切断部分の斜視図 図１に示すＩＩＩ領域で熱交換器を切断したときの切断部分の正面図 図４に示すＶ−Ｖ切断線での断面図 本開示の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法で、エンボス部が形成された、ヘッダの外郭壁の断面図 本開示の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法で、エンボス部に貫通孔を形成したときのヘッダの外郭壁の断面図 本開示の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法で、貫通孔に伝熱管を挿入したときのヘッダの断面図 本開示の実施の形態２に係る熱交換器の斜視図 本開示の実施の形態２に係る熱交換器の正面図 図１０に示すＸＩ−ＸＩ切断線での断面図 本開示の実施の形態２に係る熱交換器の製造方法で、貫通孔に伝熱管を挿入したときのヘッダの断面図 本開示の実施の形態３に係る熱交換器の斜視図 本開示の実施の形態３に係る熱交換器の正面図 図１４に示すＸＶ−ＸＶ切断線での断面図 本開示の実施の形態１に係る熱交換器の変形例の断面図 本開示の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダが有する外郭壁の変形例の断面図

以下、本開示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。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る熱交換器は、ヘッダの外郭壁にエンボス部が形成された熱交換器である。この熱交換器では、エンボス部に伝熱管がロウ付けされている。以下、図１−図２を参照して、熱交換器の構成について説明し、続いて、図３−図５を参照して、エンボス部について説明する。次に、図６−図８を参照して、熱交換器の製造方法について説明する。

図１は、実施の形態１に係る熱交換器１Ａの斜視図である。図２は、熱交換器１Ａが備える伝熱管２０の斜視図である。なお、図１では、理解を容易にするため、冷媒を供給、排出するための冷媒管、継手等の部品を省略している。

図１に示すように、熱交換器１Ａは、外部機器から冷媒が供給又は外部機器へ冷媒を排出するヘッダ１０Ｆ、１０Ｂと、ヘッダ１０Ｆ、１０Ｂの冷媒が流通し、その冷媒の熱を伝える複数の伝熱管２０と、伝熱管２０の熱を放熱する複数のフィン３０と、を備えている。

ヘッダ１０Ｆ、１０Ｂは、直方体状の外郭壁１１Ｆ、１１Ｂを有する。図示しないが、その内部には、冷媒を流すための流路が形成されている。そして、ヘッダ１０Ｆ、１０Ｂは、外郭壁１１Ｆ、１１Ｂの長手方向を左右方向に向け、互いに離されて配置されている。ヘッダ１０Ｆと１０Ｂは、冷媒を流通させるため、複数の伝熱管２０によって互いに接続されている。

なお、ヘッダ１０Ｆと１０Ｂは、ＸＺ平面に対して対称な形状である。また、ヘッダ１０Ｆと１０Ｂは、この対称であることを除いて同じ構成である。このため、本明細書では、以下、配置関係を説明するときを除いて、ヘッダ１０Ｆと１０Ｂを単にヘッダ１０と称する。また、外郭壁１１Ｆ、１１Ｂも、同様に、配置関係を説明するときを除いて、単に外郭壁１１と称する。

伝熱管２０は、図２に示すように、正面視扁平状に形成されている。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のことであり、例えば、正面視で平たい長円のことである。伝熱管２０は、冷媒を流すため、流路となる内部空間を有している。その内部空間は、伝熱性を高めるため、水平方向に延在し、上下方向に並べられた複数の隔壁２１によって仕切られている。

図１に戻って、伝熱管２０の管軸は、背面から正面に向かう方向、すなわち、Ｙ方向に直線的に延在している。そして、伝熱管２０と伝熱管２０は、空気との熱交換率を高めるため、互いの間に隙間を設けて配置されている。伝熱管２０には、冷媒から伝わった熱を放熱するため、複数のフィン３０が取り付けられている。

フィン３０は、放熱性を高めるため、矩形状の板の形状に形成されている。その厚さは、０．０９−０．２ｍｍである。図示しないが、フィン３０の長手方向には、伝熱管２０の管断面長手方向端部に嵌合可能な切り欠き部が形成されている。その切り欠き部の数は、伝熱管２０と同数であり、切り欠き部のピッチは、伝熱管２０と伝熱管２０の左右方向ピッチと同じである。そして、切り欠き部が伝熱管２０に嵌め合わされ、複数のフィン３０が伝熱管２０に取り付けられている。フィン３０は、それら切り欠き部で伝熱管２０にロウ付けされることにより、伝熱管２０に固定されている。そして、フィン３０は、図１に示すように、長手方向を左右方向に向けた状態かつ、一定のピッチで、例えば、１．０−２．０ｍｍのピッチで複数の伝熱管２０に組み付けられている。

フィン３０と伝熱管２０は、伝熱性を高めて冷媒と空気との熱交換率を高めるため、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。そして、フィン３０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が施されている。伝熱管２０の表面には、孔食による冷媒の漏れを防ぐため、亜鉛を含む犠牲陽極層が設けられている。

これに対して、ヘッダ１０は、伝熱管２０と同じく、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。その表面には、亜鉛を含む犠牲陽極層が形成されている。ヘッダ１０は、伝熱管２０と同材料で形成されることにより、伝熱管２０との接合後のゆがみの発生を小さくしている。ヘッダ１０には、伝熱管２０を接合するためのエンボス部１２が形成されている。次に、図３−図５を参照して、ヘッダ１０のエンボス部１２について説明する。

図３は、図１に示すＩＩＩ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、その切断部分の正面図である。図５は、図４に示すＶ−Ｖ切断線での断面図である。なお、図３では、理解を容易にするため、ロウ材１４を省略している。

図３及び図４に示すように、外郭壁１１の正面側、すなわち＋Ｙ側の壁部には、＋Ｙ側に凸状のエンボス部１２が形成されている。

エンボス部１２は、エンボス加工、ハーフピアス加工、半抜き加工、ダボ加工等の名称で呼ばれる加工方法で形成された部分である。詳細な加工方法は後述するが、エンボス部１２は、図５に示すように、外郭壁１１の一部分が伝熱管２０の管軸方向にずれた形状を有する。なお、エンボス部１２を形成した上記加工方法のことを、以下、エンボス加工法というものとする。

詳細には、エンボス部１２は、外郭壁１１の一部が外郭壁１１の厚さＴよりも狭い局所的な領域Ａで管軸方向であるＹ方向に浮き出している。その外郭壁１１の浮き出した部分は、外郭壁１１の浮き出していない部分と平行である。その浮き出した距離は、外郭壁１１の厚さＴの半分である。このため、エンボス部１２では、＋Ｙ側の壁面が＋Ｙ方向に厚さＴの半分だけ突出し、−Ｙ側の壁面が−Ｙ方向に厚さＴの半分だけ窪んでいる。なお、本明細書では、エンボス部１２が浮き出す方向のことを突出方向、ずれ方向ともいい、エンボス部１２が浮き出す長さのことを突出長ともいう。

また、エンボス部１２は、上記加工方法により剪断面１２０を有する。ここで、剪断面１２０とは、上記の加工方法で外郭壁１１が剪断加工されたときに、加工具によって形成される平滑な面のことである。剪断面１２０は、加工具によって壁の厚み方向に向かって延在する微細な傷を有する。

図３及び図４に戻って、エンボス部１２は、正面視で、伝熱管２０と相似形の扁平の形状に形成されている。その大きさは、伝熱管２０よりも大きい。一方、エンボス部１２の中央には、伝熱管２０が挿入された貫通孔１３が形成されている。

貫通孔１３は、伝熱管２０が緩挿可能な、伝熱管２０と正面視相似形の扁平に形成されている。貫通孔１３は、図５に示すように、エンボス部１２をＹ方向に貫通している。そして、貫通孔１３は、伝熱管２０の全周にわたって隙間Ｃ１を有する。

隙間Ｃ１は、溶融したロウ材１４が浸透可能な大きさに形成されている。詳細には、隙間Ｃ１は、ヘッダ１０の材質、表面処理に依存するが、例えば、０．１−０．５ｍｍ程度の大きさである。そして、貫通孔１３には、ロウ材１４が充填され、貫通孔１３の内壁には、伝熱管２０が接合されている。

一方、貫通孔１３の＋Ｙ端には、伝熱管２０との間に貫通孔１３からはみ出し、かつ伝熱管２０との間を塞ぐロウフィレットが形成されている。その結果、伝熱管２０との接合強度が高められている。なお、図示しないが、貫通孔１３と伝熱管２０との隙間Ｃ１全周にわたってロウ材１４が充填されている。そして、ロウフィレットは、その全周にわたって形成されている。これにより、隙間Ｃ１は、高い気密性で塞がれ、ロウ付け部の耐圧性が高められている。

貫通孔１３の−Ｙ端は、エンボス部１２の＋Ｙ側への窪みと連続している。その窪みの内壁には、上述した剪断面１２０が形成されている。剪断面１２０と挿入された伝熱管２０との間には、隙間Ｃ１の２−３倍程度の大きさの隙間Ｃ２が設けられている。

隙間Ｃ２には、上述したロウ材１４が充填されている。そして、隙間Ｃ２には、ロウフィレットが形成され、隙間Ｃ２は、そのロウフィレットによって塞がれている。ここで、図示しないが、隙間Ｃ２は、全周にわたってロウ材１４が充填され、ロウフィレットによって塞がれている。上述したように、剪断面１２０は、壁の厚み方向に向かって延在する微細な傷を有する。このため、ロウ材１４は、剪断面１２０の傷と傷の間に浸透している。その結果、伝熱管２０との接合強度が高められている。
なお、本明細書では、貫通孔１３は、伝熱管２０が挿入されることから、挿入孔ともいう。また、貫通孔１３は、本明細書でいうところの挿入孔の一例である。

次に、図６−図８を参照して、熱交換器１Ａの製造方法について説明する。

図６は、実施の形態１に係る熱交換器１Ａの製造方法で、エンボス部１２を形成するときのヘッダ１０の外郭壁１１の断面図である。図７は、同製造方法で、エンボス部１２に貫通孔１３を形成したときのヘッダ１０の外郭壁１１の断面図である。図８は、同製造方法で、貫通孔１３に伝熱管２０を挿入したときのヘッダ１０の断面図である。なお、図６−図８では、図５に示すＶＩ−ＶＩＩＩ領域に相当する切断面を図示している。

まず、上述した形状の複数の伝熱管２０を押し出し成形、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３０を、プレス加工により作製する。このとき、材料には、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料が用いられる。その表面には、使用目的に応じて表面処理が施される。

続いて、複数の伝熱管２０を上述した位置に配置し、複数のフィン３０の切り欠き部に配置された伝熱管２０を嵌め合わせる。さらに、切り欠き部を伝熱管２０にロウ付けして、伝熱管２０とフィン３０を接合する。このロウ付けでは、ペースト状のロウ材を塗布したり、フィン３０の切り欠き部近傍に固定のロウ材を置いたりすることによりロウ材を供給する。その後、ロウ材を熔解させて、伝熱管２０とフィン３０の切り欠き部との間に浸透させる。さらに浸透したロウ材を冷却させてロウ材で伝熱管２０とフィン３０を接合する。これにより、伝熱管２０とフィン３０を接合する。なお、この工程を、以下、伝熱管２０とフィン３０の組み立てという。

上記の伝熱管２０、フィン３０の作製と、伝熱管２０とフィン３０の組み立てと並行して、ヘッダ１０を作製する。

そのヘッダの作製では、まず、上述した厚さＴのアルミニウム、アルミニウム合金の板金を準備し、ヘッダ１０の外郭壁１１とする。続いて、その板金を、上述したエンボス加工法で加工して、上述した形状のエンボス部１２を形成する。詳細には、図６に示すように、外郭壁１１をパンチ１００とダイ２００の間に配置し、パンチ１００を外郭壁１１に押し込んで、パンチ１００で外郭壁１１を剪断する。このとき、パンチ１００の押し込み量を、外郭壁１１の厚さＴの半分とする。これにより、外郭壁１１にエンボス部１２が形成される。また、外郭壁１１の、パンチ１００で押し込んだ部分に、剪断面１２０が形成される。剪断面１２０には、パンチ１００の押し込みによってその押し込み方向に延在する線状の微細な傷が多数、形成される。なお、この工程は、本明細書でいうところのエンボス部形成工程の一例である。

次に、図７に示すように、エンボス部１２が形成された外郭壁１１に、上述した形状の貫通孔１３を形成する。この貫通孔１３の形成では、切削工具、工作機械、プレス機械等を用いて、外郭壁１１に貫通孔１３を形成する。換言すると、機械加工又はプレス加工により、貫通孔１３を形成する。なお、この工程は、本明細書でいうところの貫通孔形成工程の一例である。

続いて、貫通孔１３が形成された外郭壁１１をプレス加工することにより、上述した直方体状のヘッダ１０を形成する。なお、貫通孔形成工程で、プレス加工することにより、貫通孔１３を形成すると共に、上述した形状のヘッダ１０を形成しても良い。

次に、図８に示すように、プレス加工により直方体状に形成されたヘッダ１０の貫通孔１３に、伝熱管２０を挿入する。このとき、貫通孔１３の内壁と伝熱管２０との間に隙間Ｃ１を設ける。ここで、挿入する伝熱管２０は、図示しないが、伝熱管２０とフィン３０の組み立てによって、フィン３０が接合された伝熱管２０である。なお、この工程は、本明細書でいうところの伝熱管挿入工程の一例である。

次に、隙間Ｃ１が設けられた状態のまま、貫通孔１３の開口にロウ材１４を載置する。そして、ロウ材１４を加熱して熔解させ、矢印Ｒに示すように、貫通孔１３の内壁と伝熱管２０との間の隙間Ｃ１にロウ材１４を浸透させる。さらに、ロウ材１４を貫通孔１３の内壁と剪断面１２０との間の隙間まで浸透させる。その結果、ロウ材１４は、図５に示すように、貫通孔１３の開口と剪断面１２０があるエンボス部１２の窪みからはみ出し、表面張力によりこれら隙間を塞ぐロウフィレットが形成される。さらに、ロウ材１４は、剪断面１２０の微細な線状の傷と傷の間まで浸透する。その後、ロウ材１４を冷却して硬化させる。ロウ材１４は、ロウフィレットを形成すると共に、伝熱管２０は、ヘッダ１０に強固に接合される。なお、この工程は、本明細書でいうところのロウ付け工程の一例である。

なお、ロウ付け工程では、貫通孔１３の開口にロウ材１４を載置するが、そのロウ材１４は、ペースト、ワイヤー、箔状等の周知の形態であっても良い。

以上の工程により、フィン３０、伝熱管２０及びヘッダ１０が組み立てられ、熱交換器１Ａが完成する。

以上のように、実施の形態１に係る熱交換器１Ａは、伝熱管２０が、ヘッダ１０に形成されたエンボス部１２の剪断面１２０と貫通孔１３の内壁がロウ材１４によって接合されている。このため、伝熱管２０とヘッダ１０の接合面積が大きく、接合強度が高い。

エンボス部１２は、ヘッダ１０が有する外郭壁１１の一部の壁部が伝熱管２０の管軸方向に浮き出した形状に形成されている。このため、エンボス部１２は、浮き出した方向と逆方向に窪んでいる。そして、その窪みにはロウ材１４が充填されている。これにより、エンボス部１２は、伝熱管２０を支持する。その結果、熱交換器１Ａでは、伝熱管２０の強度が高い。

一般に、バーリング加工により、貫通孔１３と周壁を形成する場合、外郭壁１１の厚さが、貫通孔１３の内径よりも大きい場合、貫通孔１３と周壁を形成することが難しい。

これに対して、エンボス部１２は、エンボス加工、ハーフピアス加工等の名称で呼ばれる加工方法で、外郭壁１１の一部をパンチ１００が押し込むことで形成されている。このため、熱交換器１Ａでは、貫通孔１３の内径よりも外郭壁１１の厚さが大きい場合でも、エンボス部１２を容易に製造できる。その結果、外郭壁１１の厚さを大きくして、伝熱管２０とヘッダ１０の接合強度を高めることが容易である。

また、外郭壁１１に貫通孔１３よりも一回り大きなエンボス部１２を形成するだけであるので、バーリング加工と比較して外郭壁１１の厚みを大きくしても製造が容易である。

熱交換器１Ａでは、エンボス部１２に機械加工又はプレス加工により、貫通孔１３を形成する。このため、バーリング加工により貫通孔１３と周壁を形成する場合と比較して、高い位置精度でエンボス部１２と貫通孔１３を形成することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、１つのエンボス部１２に１つの貫通孔１３が形成されている。これにより、１つのエンボス部１２に１つの伝熱管２０が接合されている。しかし、エンボス部１２はこれに限定されない。実施の形態２に係る熱交換器１Ｂでは、１つのエンボス部４２に複数の貫通孔４３が形成されている。そして、複数の貫通孔４３に複数の伝熱管２０が接合されている。

以下、図９−図１２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に係る熱交換器１Ｂの斜視図である。図１０は、熱交換器１Ｂの正面図である。図１１は、図１０に示すＸＩ−ＸＩ切断線での断面図である。図１２は、実施の形態２に係る熱交換器１Ｂの製造方法で、貫通孔４３に伝熱管２０を挿入したときのヘッダ４０の断面図である。なお、図９では、図３と同様に、ヘッダ４０をＹＺ平面に平行な平面で部分的に切断したときの切断部分を示している。また、図１２では、図１０に示すＸＩ−ＸＩ切断線の切断面を図示している。

図９に示すように、熱交換器１Ｂは、２つの伝熱管２０が接合されたエンボス部４２が形成されたヘッダ４０を備えている。

エンボス部４２は、図１０に示すように、正面視矩形状に形成されている。エンボス部４２の長手方向は、上下方向に向けられている。その長さは、伝熱管２０の管断面長手方向よりも大きい。また、エンボス部４２の短手方向は、左右方向に向けられている。短手方向の長さは、伝熱管２０のピッチＰと伝熱管２０の管断面短手方向の長さとの和よりも大きい。これにより、エンボス部４２には、実施の形態１で説明した貫通孔１３と同形、同じ大きさの貫通孔４３が２つ配置可能な大きさを有する。そして、エンボス部４２には、上述した貫通孔４３が２つ形成されている。それら貫通孔４３には、伝熱管２０がそれぞれ挿入されている。

貫通孔４３の内壁と伝熱管２０との間には、図１１に示すように、実施の形態１と同じ隙間Ｃ１が設けられている。そして、貫通孔４３の内壁と伝熱管２０との間には、実施の形態１と同じくロウ材１４が充填されている。これにより、伝熱管２０が貫通孔４３の内壁に接合されている。その結果、熱交換器１Ｂでは、エンボス部４２に２つの伝熱管２０が接合されている。

一方、エンボス部４２の窪み上端の内壁ＵＷと伝熱管２０との間には、実施の形態１と同じ隙間Ｃ２が設けられている。これにより、実施の形態１と同様に、ロウ材１４が充填されている。そして、内壁ＵＷは、実施の形態１と同じ剪断面１２０である。その結果、伝熱管２０は、内壁ＵＷに強固に接合されている。

これに対して、エンボス部４２の窪み下端の内壁ＬＷでは、伝熱管２０との間に隙間Ｃ２よりも大きい隙間Ｃ３が形成されている。これにより、隙間Ｃ３には、ロウ材１４が充填されず、内壁ＬＷの近傍だけにロウ材１４が存在している。その結果、内壁ＬＷは、伝熱管２０と接合されていない。

このように、エンボス部４２では、窪みの内壁の一部だけがロウ材１４によって伝熱管２０と接合されている。しかし、その内壁の一部は、剪断面１２０である。このため、ヘッダ４０と伝熱管２０は、エンボス部４２が形成されていない場合と比較して、より強固に接合されている。

次に、実施の形態２に係る熱交換器１Ｂの製造方法について説明する。

まず、実施の形態１と同様に、伝熱管２０とフィン３０を作製し、その後、伝熱管２０とフィン３０を組み立てる。また、上述した形状のヘッダ４０を作製する。このとき、実施の形態１と同じエンボス部形成工程、貫通孔形成工程を行うことにより、上述した形状のエンボス部４２と貫通孔４３を作製する。

続いて、図１２に示すように、貫通孔４３に隙間Ｃ１を設けた状態で、伝熱管２０を挿入する。そして、隙間Ｃ１を維持したまま、伝熱管２０の外周を囲む形状のロウ材１４を伝熱管２０に設置する。そして、実施の形態１と同様に、ロウ材１４を加熱して熔解させ、貫通孔４３の内壁と伝熱管２０との間の隙間Ｃ１にロウ材１４を浸透させる。このとき、ロウ材１４は、隙間Ｃ１のほか、エンボス部４２の窪み上端の内壁ＵＷと伝熱管２０との隙間Ｃ２に表面張力により浸透する。そして、ロウ材１４は、この隙間Ｃ２に充填される。

一方、エンボス部４２の窪み下端では、隙間Ｃ１に浸透したロウ材１４が、矢印Ｓに示すように、重力により下に垂れる。隙間Ｃ３は、エンボス部４２の窪み上端の内壁ＵＷの隙間Ｃ２よりも大きい。このため、ロウ材１４は、表面張力によって隙間Ｃ３に充填されにくい。

ここで、貫通孔４３の内壁と伝熱管２０との接合に必要な量以上にロウ材１４が溶融している場合に、ロウ詰まりが発生したり、ヘッダ４０又は伝熱管２０を溶融させる、いわゆるエロージョンが発生したりする。しかし、実施の形態２では、エンボス部４２の窪み下端には、隙間Ｃ２よりも大きい隙間Ｃ３が設けられている。このため、余剰なロウ材１４は、重力により下に流れて、隙間Ｃ３に集まる。その結果、ロウ詰まりが発生しにくく、また、いわゆるエロージョンが発生しにくい。

ロウ材１４を加熱して熔解させた後、ロウ材１４を冷却させて硬化させる。これにより、伝熱管２０をヘッダ１０にロウ付けする。以上の工程により、熱交換器１Ｂが完成する。

以上のように、実施の形態２に係る熱交換器１Ｂでも、実施の形態１と同様に、伝熱管２０が、剪断面１２０である、エンボス部４２の内壁ＵＷにロウ付けされている。このため、熱交換器１Ｂでも、伝熱管２０とヘッダ４０の接合強度が高い。

バーリング加工では、伝熱管２０のピッチＰが小さすぎる場合、貫通孔４３のピッチも小さくなり、貫通孔４３間の壁部の強度が低下する。その結果、貫通孔４３と周壁を形成することが難しいことがある。

しかし、熱交換器１Ｂでは、実施の形態１と同じエンボス部形成工程で複数の伝熱管２０が接合可能なエンボス部４２を形成する。また、エンボス部４２に、実施の形態１と同じ貫通孔形成工程で貫通孔４３を形成する。すなわち、機械加工又はプレス加工により貫通孔４３を形成する。このため、バーリング加工よりも、容易にエンボス部４２と貫通孔４３を形成することができる。

（実施の形態３）
実施の形態１及び２では、外郭壁１１とエンボス部１２、４２との間に段差が設けられている。すなわち、エンボス部１２、４２は、外郭壁１１から正面側へ出た段の形状であり、その結果、段差が設けられている。その段数は一段である。しかし、エンボス部１２、４２はこれに限定されない。エンボス部１２、４２は、段数が複数の階段状であっても良い。実施の形態３に係る熱交換器１Ｃは、階段状のエンボス部５２を備える。

以下、図１３−図１５を参照して、実施の形態３に係る熱交換器１Ｃを説明する。実施の形態３では、実施の形態１及び２と異なる構成について説明する。

図１３は、本開示の実施の形態３に係る熱交換器１Ｃの斜視図である。図１４は、熱交換器１Ｃの正面図である。図１５は、図１４に示すＸＶ−ＸＶ切断線での断面図である。なお、図１３では、図３と同様に、ヘッダ５０をＹＺ平面に平行な平面で部分的に切断したときの切断部分を示している。また、図１３では、理解を容易にするため、ロウ材１４を省略している。

図１３及び図１４に示すように、熱交換器１Ｃは、ヘッダ５０を備え、そのヘッダ５０が有する外郭壁５１には、階段状に正面側に突出するエンボス部５２が形成されている。

エンボス部５２は、複数の段を有する階段の形状に形成されている。詳細には、エンボス部５２は、その周縁から中央に向かって正面側に高くなる、３つの段５２１−５２３を有する階段の形状に形成されている。エンボス部５２の各段５２１−５２３は、伝熱管２０の断面形状と同じく、正面視扁平の形状である。各段は、互いに相似形である。そして、エンボス部５２の中央側にある段５２３が段５２１−５２３のうち最も小さいが、その段５２３は、伝熱管２０と接続するため、正面視で伝熱管２０の断面形状よりも大きい。

これら段５２１−５２３は、実施の形態１で説明したエンボス加工法で形成されることにより、正面側、すなわち＋Ｙ方向に浮き出している。

詳細には、段５２１は、図１５に示すように、外郭壁５１の一部分が、エンボス加工法によって、＋Ｙ方向に突出長Ｌ１だけ突出することにより、形成されている。その突出長Ｌ１は、外郭壁５１の厚さＴの半分以上である。これにより、段５２１の−Ｙ側は、外郭壁５１の−Ｙ面よりも、突出長Ｌ１だけ窪んでいる。その結果、段５２１の−Ｙ面と外郭壁５１の−Ｙ面との間に、突出長Ｌ１の段差を有する。その段差面は、エンボス加工法によって形成された剪断面１２１を有する。

また、段５２２は、段５２１の一部分が、エンボス加工法によって、＋Ｙ方向に突出することにより、形成されている。その突出長Ｌ２は、段５２１の突出長Ｌ１と同じである。また、段５２２の＋Ｘ端、−Ｘ端は、段５２１の＋Ｘ端、−Ｘ端よりも幅Ｗだけ、段５２１の中央側に位置する。ここで、幅Ｗは、外郭壁５１の厚さＴの半分以上である。これにより、段５２２は、ＸＹ断面視で段５２１よりも小さい。

段５２２の−Ｙ側は、エンボス加工法で形成されることにより、段５２１の−Ｙ面よりも、突出長Ｌ２だけ窪んでいる。その結果、段５２２の−Ｙ面は、段５２１の−Ｙ面との間に突出長Ｌ２の段差を有する。また、段差面は、剪断面１２２によって形成されている。

さらに、段５２３は、段５２２の一部分が、エンボス加工法によって、＋Ｙ方向に突出することにより、形成されている。その突出長Ｌ３は、段５２１の突出長Ｌ１と同じであり、段５２３の、段５２２に対する位置関係は、段５２２の、段５２１に対する位置関係と同じである。そして、段５２３は、−Ｙ側に突出長Ｌ３と同じ段差を有し、その段差面に、剪断面１２３を有する。

段５２３は、段５２２の内部に形成されている。さらに、段５２２は、段５２１の内部に形成されている。その結果、段５２３の−Ｙ側は、段５２１−５２３のうちで、最も窪んでいる。その中央部には、その中央部をＹ方向に貫通する貫通孔５３が形成されている。その貫通孔５３には、同方向に延在する伝熱管２０が挿入されている。

伝熱管２０は、実施の形態１と同様に、貫通孔５３の内壁との間に隙間Ｃ１を有する。また、伝熱管２０は、段５２３の−Ｙ側にある剪断面１２３との間に、実施の形態１で説明した剪断面１２０と同様に、隙間Ｃ２を有する。さらに、伝熱管２０は、剪断面１２２と１２１との間に、隙間Ｃ４、Ｃ５を有する。

これら隙間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５には、ロウ材１４が充填されている。そして、隙間Ｃ５には、ロウフィレットが形成されている。図示しないが、このロウフィレットは、伝熱管２０と剪断面１２１との間の隙間Ｃ５全周にわたって形成されている。これにより、隙間Ｃ５は、高い気密性で塞がれ、ロウ付けの耐圧性が高い。その結果、隙間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４も、高い気密性で塞がれている。

さらに、剪断面１２１−１２３にロウ材１４が浸透しているので、伝熱管２０とエンボス部５２との接合強度が高い。

次に、実施の形態３に係る熱交換器１Ｃの製造方法について説明する。

まず、実施の形態１、２と同様に、伝熱管２０とフィン３０を作製し、続いて、作製した伝熱管２０とフィン３０を組み立てる。

また、上述したエンボス部５２を有するヘッダ５０を作製する。このヘッダ５０の作製では、実施の形態１で説明したエンボス部形成工程を繰り返すことにより、外郭壁５１に階段状の段５２１−５２３を形成する。

詳細には、実施の形態１で説明したパンチ１００とダイ２００を用いて、段５２１を形成し、続いて、パンチ１００とダイ２００とは図示しない別のパンチとダイを用いて、段５２１の内部に、段５２２を形成する。さらに、その別のパンチとダイをさらに別のものに交換して、段５２２の内部に、段５２３を形成する。これにより、外郭壁５１に階段状のエンボス部５２を形成する。

次に、実施の形態１と同じ貫通孔形成工程とロウ付け工程を行う。これにより、エンボス部５２に貫通孔５３が形成され、形成された貫通孔５３に伝熱管２０が挿入される。さらに、伝熱管２０と貫通孔５３又はエンボス部５２との間に形成された隙間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５がロウ材１４によって充填される。

このロウ材１４の充填では、毛細管現象によって、溶融したロウ材１４が隙間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５に浸透する。溶融したロウ材１４は、表面張力により狭い空間に集まる結果、隙間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５に集まるので、伝熱管２０の端部からその内部に流れにくい。その結果、伝熱管２０の内部空間がロウ材１４によって塞がれる、いわゆるロウ詰まりが抑制される。ロウ材１４は、隙間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５を充填して、隙間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５を高い気密性で塞ぐ。

なお、実施の形態３では、階段の形状に形成され、３つの段を有する、すなわち段５２１−５２３を有するエンボス部５２を説明している。しかし、エンボス部５２は、複数の段を有してれば良い。このため、エンボス部５２は、例えば、２段の段を有していても良い。また、エンボス部５２は、３段よりも多い数の段を有しても良い。

また、実施の形態３では、隙間Ｃ５にロウフィレットが形成されているが、ロウフィレットは、隙間Ｃ５のほか、隙間Ｃ２、Ｃ４に形成されても良い。このような形態であっても、少なくとも剪断面１２１に伝熱管２０をロウ付けすることができるからである。ロウフィレットは、ロウ付け工程でのロウ材１４の供給量に応じて、隙間Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５に形成されることになれば良い。

実施の形態３では、エンボス部５２に伝熱管２０が１つ接合されているが、実施の形態２と同様に、エンボス部５２に複数の伝熱管２０が接合されても良い。

以上のように、実施の形態３に係る熱交換器１Ｃでは、階段状に形成されたエンボス部５２を備え、そのエンボス部５２が、剪断面１２１−１２３を有する。熱交換器１Ｃでも、実施の形態１及び２と同様に、伝熱管２０が、剪断面１２１−１２３にロウ付けされているので、伝熱管２０とヘッダ５０の接合強度が高い。

また、熱交換器１Ｃでは、実施の形態１と比較してロウフィレットが大きいので、実施の形態１よりも、伝熱管２０の接合強度が高い。

以上、本開示の実施の形態を説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、実施の形態１−３では、エンボス部１２、４２、５２が、ヘッダ１０、４０、５０の外側に向かって突出している。しかし、エンボス部１２、４２、５２はこれに限定されない。エンボス部１２、４２、５２は、伝熱管２０の管軸方向に突出していれば良い。このため、エンボス部１２、４２、５２は、ヘッダ１０、４０、５０の内側に向かって突出しても良い。

図１６は、実施の形態１に係る熱交換器１Ａの変形例の断面図である。なお、図１６では、図４に示すＶ−Ｖ切断線と同じ箇所の切断線での断面図を示している。

図１６に示すように、熱交換器１Ｄは、流路である内部空間に向かって突出したエンボス部６２が形成されたヘッダ６０を備えている。エンボス部６２は、伝熱管２０の管軸方向、詳細には、−Ｙ方向に突出する。

このように、エンボス部１２、４２、５２は、ヘッダ１０、４０、５０の内側に向かって突出しても良い。このような形態であっても、エンボス部１２、４２、５２の窪みにロウ材１４を充填して、伝熱管２０をエンボス部１２、４２、５２に強固に接合することができる。

実施の形態１−３では、エンボス部１２、４２、５２、６２が、外郭壁１１の厚さＴの半分だけ浮き出している。また、エンボス部１２、４２、５２、６２の厚さは、外郭壁１１の厚さＴと同じである。しかし、エンボス部１２、４２、５２、６２はこれに限定されない。エンボス部１２、４２、５２、６２は管軸方向に突出していればよく、その突出長は任意である。また、エンボス部１２、４２、５２、６２の厚さも任意である。例えば、エンボス部１２、４２、５２、６２は、外郭壁１１の厚さＴの１／３だけ突出しても良いし、エンボス部１２、４２、５２、６２の厚さは、パンチ１００に加圧されることにより、厚さＴよりも薄くなっても良い。

実施の形態１−３では、ヘッダ１０、４０、５０、６０が直方体状の外郭壁１１を有しているが、ヘッダ１０、４０、５０、６０はこれに限定されない。ヘッダ１０、４０、５０、６０は、貫通孔１３、４３、５３とエンボス部１２、４２、５２、６２が形成された外郭壁１１、４１、５１、６１を有していれば良い。このため、ヘッダ１０、４０、５０、６０は、この限りにおいて、その形状は任意である。例えば、ヘッダ１０、４０、５０、６０は、円筒状の外郭壁１１を有しても良い。

また、上記の限りにおいて、ヘッダ１０、４０、５０、６０の材料も任意である。実施の形態１−３では、ヘッダ１０、４０、５０、６０の表面に犠牲陽極層が形成されているが、ヘッダ１０、４０、５０、６０は、これに限定されない。例えば、ヘッダ１０、４０、５０、６０は、外郭壁７１のブレージングシートで形成されても良い。

図１７は、ヘッダ１０が有する外郭壁１１の変形例の断面図である。なお、図１７では、外郭壁１１の一部だけを図示している。

外郭壁７１は、心材となるアルミニウム又はアルミニウム合金に、皮材としてロウ材料が設けられた、ブレージングシートで形成されている。詳細には、外郭壁７１は、図１７に示すように、マンガンとアルミニウムを含む合金で形成された第１の層７２と、第１の層７２の合金よりも融点が低いアルミニウム合金で形成された第２の層７３と、第２の層７３と同じアルミニウム合金又は、亜鉛とアルミニウムを含む合金で形成された第３の層７４と、が積層されている。ここで、第２の層７３のアルミニウム合金は、ロウ材１４と同じ材料である。

このように、ヘッダ１０、４０、５０、６０は、外郭壁７１のブレージングシートで形成されても良い。この場合、ブレージングシートの皮材は、外郭壁７１と同じく、心材の片面に形成されても良いし、心材の両面に形成されても良い。そして、上述した剪断面１２０は、皮材であるロウ材料に形成されると良い。このような形態であれば、剪断面１２０それ自体が、ロウ材料であるため、確実に伝熱管２０を接合することができる。

また、ヘッダ１０、４０、５０、６０の内部構造も任意である。ヘッダ１０、４０、５０、６０の内部が隔壁で分割され、複数の流路があっても良い。なお、熱交換器１Ａ−１Ｄは、流路に応じてヘッダ１０、４０、５０、６０の数は１つであっても良い。

実施の形態１−３では、ヘッダ１０、４０、５０、６０、７０が一つの部材で形成されているが、ヘッダ１０、４０、５０、６０、７０は複数のヘッダ部品が組み合わされることにより作製されていても良い。その場合、複数のヘッダ部品はロウ付けされていても良い。

上述したように、ヘッダ１０、４０、５０、６０、７０は、貫通孔１３、４３、５３と、エンボス部１２、４２、５２、６２が形成された外郭壁１１、４１、５１、６１を有していれば良い。そして、伝熱管２０がエンボス部１２、４２、５２、６２と貫通孔１３、４３、５３の内壁にロウ付けされていれば良い。このため、この条件を満たす限りにおいて、外郭壁１１、４１、５１、６１がどの向きに向いているか、伝熱管２０がどの向きに延びているか、は任意である。また、この条件を満たす限りにおいて、伝熱管２０が何本設けられているか、も任意である。

例えば、ヘッダ１０、４０、５０、６０、７０が前又は後に向く外郭壁１１、４１、５１、６１と、右又は左に向く外郭壁１１、４１、５１、６１と、を備え、前又は後に向く外郭壁１１、４１、５１、６１に多数、例えば、１０〜１００本の伝熱管２０が接続されて、伝熱管２０が左右方向に配列しても良い。さらに、上又は下に向く外郭壁１１、４１、５１、６１に多数、例えば、２〜１００本の伝熱管２０が接続されて、伝熱管２０が上下方向に配列しても良い。

また、上記条件を満たせば良いので、当然ながら、エンボス部１２、４２、５２、６２にロウ付けされる伝熱管２０の本数も任意である。例えば、エンボス部１２、４２、５２、６２に複数の伝熱管２０がロウ付けされても良い。また、ヘッダ１０、４０、５０、６０、７０が別々の方向に向く複数の外郭壁１１、４１、５１、６１を備える場合に、どの方向に向く外郭壁１１、４１、５１、６１にエンボス部１２、４２、５２、６２が設けられるかも任意である。例えば、上記の上又は下に向く外郭壁１１、４１、５１、６１にエンボス部１２、４２、５２、６２が設けられても良い。

本開示は、本開示の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、２０１９年３月１５日に出願された日本国特許出願特願２０１９−４７９２０号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１９−４７９２０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。

１Ａ−１Ｄ 熱交換器、１０，１０Ｆ，１０Ｂ ヘッダ、１１，１１Ｆ，１１Ｂ 外郭壁、１２ エンボス部、１３ 貫通孔、１４ ロウ材、２０ 伝熱管、２１ 隔壁、３０ フィン、４０ ヘッダ、４１ 外郭壁、４２ エンボス部、４３ 貫通孔、５０ ヘッダ、５１ 外隔壁、５２ エンボス部、５３ 貫通孔、６０ ヘッダ、６１ 外郭壁、６２ エンボス部、７１ 外郭壁、７２ 第１の層、７３ 第２の層、７４ 第３の層、１００ パンチ、１２０、１２１、１２２、１２３ 剪断面、２００ ダイ、５２１−５２３ 段、Ａ 領域、Ｃ１−Ｃ５ 隙間、Ｌ１−Ｌ３ 突出長、Ｐ ピッチ、ＬＷ，ＵＷ 内壁、Ｒ，Ｓ 矢印、Ｔ 厚さ、Ｗ 幅。

上記の目的を達成するため、本開示に係る熱交換器は、フィンに熱を伝える伝熱管と、伝熱管が挿入された挿入孔及び、挿入孔を囲み、伝熱管の管軸方向に突出すると共に、突出方向と反対の側が窪んだエンボス部が形成された外郭壁を有するヘッダと、を備える。エンボス部は、突出方向と反対側の窪みの、挿入孔が形成された底部を囲む内壁に形成され、突出方向へ延びる剪断面を有する。また、伝熱管は、挿入孔の内壁までの間と剪断面までの間に充填され、かつ剪断面との間にフィレットを形成したロウ材によって、挿入孔の内壁とエンボス部にロウ付けされている。

Claims (11)

1. フィンに熱を伝える伝熱管と、
   前記伝熱管が挿入された挿入孔及び、前記挿入孔を囲み、前記伝熱管の管軸方向に突出したエンボス部が形成された外郭壁を有し、前記伝熱管が前記エンボス部と前記挿入孔の内壁にロウ付けされたヘッダと、
   を備える熱交換器。
2. 前記エンボス部は、突出方向と反対の側が窪み、
   前記伝熱管は、前記エンボス部の窪みとの間に充填されたロウ材によって、前記窪みの内壁にロウ付けされている、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記伝熱管は、前記窪みの内壁全周にわたって、又は、前記窪みの内壁の一部にロウ付けされている、
   請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記外郭壁には、前記挿入孔が複数個、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。
5. 前記エンボス部は、複数の段を有する階段の形状を備える、
   請求項１から４のいずれかの１項に記載の熱交換器。
6. 前記伝熱管は、前記複数の段のうちの少なくとも一つが有する内壁との間に充填されたロウ材によって、前記エンボス部の内壁にロウ付けされている、
   請求項５に記載の熱交換器。
7. ヘッダが有する外郭壁をエンボス加工して前記外郭壁にエンボス部を形成するエンボス部形成工程と、
   前記エンボス部に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
   前記貫通孔に伝熱管を挿入する伝熱管挿入工程と、
   前記貫通孔に挿入された前記伝熱管を前記エンボス部と前記貫通孔の内壁にロウ付けするロウ付け工程と、
   を備える熱交換器の製造方法。
8. 前記ロウ付け工程では、前記エンボス部の、突出方向と反対の側にある窪み内壁と前記伝熱管との間にロウ材を充填し、前記ロウ材で前記伝熱管を前記エンボス部にロウ付けする、
   請求項７に記載の熱交換器の製造方法。
9. 前記エンボス部形成工程では、前記外郭壁をエンボス加工することにより、前記外郭壁に剪断面を形成する、
   請求項８に記載の熱交換器の製造方法。
10. 前記ロウ付け工程では、前記剪断面と前記伝熱管との間にロウ材を充填し、前記ロウ材で前記伝熱管を前記剪断面にロウ付けする、
    請求項９に記載の熱交換器の製造方法。
11. 前記貫通孔形成工程では、前記エンボス部をプレス加工又は機械加工することにより、前記貫通孔を形成する、
    請求項７から１０のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。

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