JPWO2020230268A1 - 熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

管軸方向の両端部同士で接続されている複数の伝熱管を備える熱交換器において、変形を抑制することができる熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。本発明に係る熱交換器及び冷凍サイクル装置は、互いに間隔をあけて第１方向に並列される複数の構成部材と、第１方向に交差する第２方向における複数の構成部材の端で、複数の構成部材に接続されたヘッダと、を備え、複数の構成部材は、第２方向に延びる本体部と、第１方向及び第２方向に平行な面に交差する第３方向の本体部の端縁部から第３方向に延設される延在部と、を備え、端縁部は、本体部の端縁のうち第２方向における本体部の端部を除いた部分であり、ヘッダは、複数の構成部材の本体部の端部が挿し込まれる複数の挿入穴を備え、複数の構成部材は、本体部の内部に冷媒が流通しない第１構成部材と、本体部の内部に冷媒が流通する第２構成部材と、を備えるものである。

Description

本発明は、熱交換器及び当該熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関し、特に伝熱管の座屈を抑制する構造に関するものである。

近年、複数の伝熱管の間に形成される隙間に配置されるコルゲートフィンを廃止すると共に、伝熱管を細径化し、伝熱管同士の間隔を狭くした冷凍空調機器の熱交換器が知られている。このような熱交換器においては、複数の伝熱管が密に並べられ、その伝熱管の間を空気が通過するため、熱交換性能が向上し、冷凍サイクル装置の高性能化と軽量化が図られている。また、近年では地球温暖化係数の高い冷媒の使用量の削減が重要な課題となっており、従来の熱交換器よりも更に伝熱管の管内の容積が小さく、高性能な熱交換器の開発が求められている。

例えば、特許文献１に開示されている熱交換器は、従来の銅製の円管に換わってアルミ製の扁平管を有する。熱交換器は、間隔を空けて複数配列されている扁平管と、扁平管の管軸方向の両端に接続されている一対のヘッダと、を備えている。

また、特許文献２に開示されている熱交換器は、通風方向に細径化した円管を複数並べ、その円管にフィンを接合し円管同士を接続した伝熱管を有する。熱交換器は、間隔を空けて通風方向と直交する方向に複数配列された複数の伝熱管と、伝熱管を構成する円管の両端に接続されている一対のヘッダと、を備えている。

国際公開第２０１５／００５３５２号 特開２０１８−１５５４７９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の熱交換器の伝熱管は、管軸方向に直交する断面の面積が小さく、従来よりも剛性及び強度が低い。また、熱交換器は、複数の伝熱管の間にフィン等の伝熱促進部材が存在しないため、伝熱管の管軸方向の座屈、及び伝熱管の配列方向への反りを抑制することが困難であり、全体が変形する虞がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためのものであり、管軸方向の両端部同士で接続されている複数の伝熱管を備える熱交換器において、変形を抑制することができる熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、互いに間隔をあけて第１方向に並列される複数の構成部材と、前記第１方向に交差する第２方向における前記複数の構成部材の端で、前記複数の構成部材に接続されたヘッダと、を備え、前記複数の構成部材は、前記第２方向に延びる本体部と、前記第１方向及び前記第２方向に平行な面に交差する第３方向の前記本体部の端縁部から前記第３方向に延設される延在部と、を備え、前記端縁部は、前記本体部の端縁のうち前記第２方向における前記本体部の端部を除いた部分であり、前記ヘッダは、前記複数の構成部材の前記本体部の前記端部が挿し込まれる複数の挿入穴を備え、前記複数の構成部材は、前記本体部の内部に冷媒が流通しない第１構成部材と、前記本体部の内部に冷媒が流通する第２構成部材と、を備えるものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の熱交換器を備えたものである。

本発明によれば、ヘッダに伝熱管と共に接続された補強部材により、熱交換器の複数の伝熱管の配列方向への変形を抑制することができる。

実施の形態１に係る熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の要部構成を示す正面図である。 図３は、図２の熱交換器５０の底面図である。 図４は、図２の熱交換器５０の側面図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の伝熱管１０の構造の説明図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の補強部材２０の構造の説明図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０のヘッダ３０の構造の説明図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の第１ヘッダ３０の断面図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の第１ヘッダ３０の断面図である。 比較例としての熱交換器１５０の正面図である。 実施の形態２に係る熱交換器２５０の要部構成を示す正面図である。 図１１の熱交換器２５０の底面図である。 図１１の熱交換器２５０の側面図である。 実施の形態２に係る熱交換器２５０の伝熱管２１０の構造の説明図である。 実施の形態２に係る熱交換器２５０の補強部材２２０の構造の説明図である。 実施の形態２に係る熱交換器２５０のヘッダ２３０の構造の説明図である。 実施の形態２に係る熱交換器２５０の第１ヘッダ２３０の断面図である。 実施の形態２に係る熱交換器２５０の第１ヘッダ２３０の断面図である。 実施の形態３に係る熱交換器３５０の要部構成を示す正面図である。 図１９の熱交換器３５０の底面図である。 図１９の熱交換器３５０の側面図である。 実施の形態３に係る熱交換器３５０のヘッダ３３０の構造の説明図である。 実施の形態３に係る熱交換器３５０の第１ヘッダ３３０の断面図である。 実施の形態３に係る熱交換器３５０の第１ヘッダ３３０の断面図である。

以下、実施の形態１に係る熱交換器について図面等を参照しながら説明する。なお、以下の図面では、各部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など）を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置あるいは部品の配置及び向きを限定するものではない。明細書中において、各部材同士の位置関係、各部材の延伸方向、及び各部材の配列方向は、原則として、熱交換器が使用可能な状態に設置されたときのものである。

実施の形態１．
［冷凍サイクル装置１００］
図１は、実施の形態１に係る熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。なお、図１において、点線で示す矢印は、冷媒回路１１０において、冷房運転時における冷媒の流れる方向を示すものであり、実線で示す矢印は、暖房運転時における冷媒の流れる方向を示すものである。まず、図１を用いて熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置１００について説明する。実施の形態１では、冷凍サイクル装置１００として空気調和装置を例示しているが、冷凍サイクル装置１００は、例えば、冷蔵庫あるいは冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器などの、冷凍用途または空調用途に使用される。なお、図示した冷媒回路１１０は一例であって、回路要素の構成等について実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、実施の形態に係る技術の範囲内で適宜変更が可能である。

冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１、流路切替装置１０２、室内熱交換器１０３、減圧装置１０４及び室外熱交換器１０５が冷媒配管を介して環状に接続された冷媒回路１１０を有している。室外熱交換器１０５及び室内熱交換器１０３の少なくとも一方には、後述する熱交換器５０が用いられている。冷凍サイクル装置１００は、室外機１０６及び室内機１０７を有している。室外機１０６には、圧縮機１０１、流路切替装置１０２、室外熱交換器１０５及び減圧装置１０４と、室外熱交換器１０５に室外空気を供給する室外送風機１０８と、が収容されている。室内機１０７には、室内熱交換器１０３と、室内熱交換器１０３に空気を供給する室内送風機１０９と、が収容されている。室外機１０６と室内機１０７との間は、冷媒配管の一部である２本の延長配管１１１及び延長配管１１２を介して接続されている。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する流体機械である。流路切替装置１０２は、例えば四方弁であり、制御装置（図示は省略）の制御により、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える装置である。

室内熱交換器１０３は、内部を流通する冷媒と、室内送風機１０９により供給される室内空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室内熱交換器１０３は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。

減圧装置１０４は、例えば膨張弁であり、冷媒を減圧させる装置である。減圧装置１０４としては、制御装置の制御により開度が調節される電子膨張弁を用いることができる。

室外熱交換器１０５は、内部を流通する冷媒と、室外送風機１０８により供給される空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室外熱交換器１０５は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。

［冷凍サイクル装置の動作］
次に、図１を用いて冷凍サイクル装置１００の動作の一例について説明する。冷凍サイクル装置１００の暖房運転時には、圧縮機１０１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、流路切替装置１０２を介して室内熱交換器１０３に流入し、室内送風機１０９によって供給される空気と熱交換を行い凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室内熱交換器１０３から流出し、減圧装置１０４によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１０５に流入し、室外送風機１０８によって供給される空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、圧縮機１０１に吸入される。

冷凍サイクル装置１００の冷房運転時には、冷媒回路１１０を流れる冷媒は暖房運転時とは逆方向に流れる。すなわち、冷凍サイクル装置１００の冷房運転時には、圧縮機１０１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、流路切替装置１０２を介して室外熱交換器１０５に流入し、室外送風機１０８によって供給される空気と熱交換を行い凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室外熱交換器１０５から流出し、減圧装置１０４によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器１０３に流入し、室内送風機１０９によって供給される空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、圧縮機１０１に吸入される。

［熱交換器５０］
図２は、実施の形態１に係る熱交換器５０の要部構成を示す正面図である。図３は、図２の熱交換器５０の底面図である。図４は、図２の熱交換器５０の側面図である。なお、図２において、矢印ＲＦは、熱交換器５０に流入し、又は熱交換器５０から流出する冷媒の流れを示すものである。図２〜図４を用いて、実施の形態１に係る熱交換器５０について説明する。

実施の形態１に係る熱交換器５０は、複数の伝熱管１０と、複数の伝熱管１０の端部に接続された第１ヘッダ３０、第２ヘッダ４０、及び複数の伝熱管１０と並列に配置された複数の補強部材２０を備える。伝熱管１０は、ｘ方向に複数並べられている。また、複数の伝熱管１０は、管軸をｙ方向に沿わせて配置されている。実施の形態１においては、ｙ方向は重力方向と平行である。ただし、熱交換器５０の配置は、これだけに限定されるものではなく、ｙ方向を重力方向に対して傾斜させて配置しても良い。また、複数の伝熱管１０の間隔は、それぞれ等間隔であって、ｘ方向に幅ｗ１の間隔を持って配置されている。また、複数の伝熱管１０の並列する方向を第１方向、管軸方向を第２方向と称する場合がある。なお、複数の伝熱管１０及び複数の補強部材２０を総称して、構成部材と称する。また、補強部材２０は第１構成部材、伝熱管１０は第２構成部材と称される場合がある。

複数の伝熱管１０の管軸方向の一方の端部１６（図５参照）には第１ヘッダ３０が接続されている。また、複数の伝熱管１０の管軸方向の他方の端部１６には、第２ヘッダ４０が接続されている。第１ヘッダ３０及び第２ヘッダ４０は、複数の伝熱管１０の並列方向に長手方向を向けて配置されている。第１ヘッダ３０及び第２ヘッダ４０の長手方向は、互いに平行になっている。以下の説明において、第１ヘッダ３０と第２ヘッダ４０とを総称してヘッダと称する場合がある。

補強部材２０は、ｘ方向に複数並べられた伝熱管１０の両端に位置する伝熱管１０よりも外側に配置されている。図２〜４に示された熱交換器５０においては、補強部材２０は、２つ配置されており、一方の補強部材２０は、第１ヘッダ３０及び第２ヘッダ４０のｘ方向の端部において、第１ヘッダ３０の上面３４と第２ヘッダ４０の下面４４の間に配置されている。他方の補強部材２０は、第１ヘッダ３０及び第２ヘッダ４０のｘ方向逆側の端部において、第１ヘッダ３０の上面３４と第２ヘッダ４０の下面４４の間に配置されている。

複数の伝熱管１０は、端部１６がそれぞれヘッダ３０及び４０に挿し込まれ、複数の補強部材２０も、端部２６（図６参照）がそれぞれヘッダ３０及び４０に挿し込まれ、ろう付け等の接合手段により接合されている。また、複数の伝熱管１０及び複数の補強部材２０は、ｘ方向に並列されている。複数の伝熱管１０は、端部１６以外の本体部１１（図５参照）及び延在部を第１ヘッダ３０の上面３４と第２ヘッダ４０の下面４４との間に位置させている。補強部材２０は、端部２６以外の本体部２１を第１ヘッダ３０の上面３４と第２ヘッダ４０の下面４４との間に位置させている。

（伝熱管１０）
図５は、実施の形態１に係る熱交換器５０の伝熱管１０の構造の説明図である。複数の伝熱管１０のそれぞれは、冷媒を内部に流通させる。複数の伝熱管１０のそれぞれは、第１ヘッダ３０と第２ヘッダ４０との間に延伸している。複数の伝熱管１０のそれぞれは、ｘ方向に互いに間隔ｗ１をあけて配列され、ヘッダ３０及び４０の延伸方向に並列されている。複数の伝熱管１０は、互いに側面が対向するように配置されている。複数の伝熱管１０のうち隣り合う２つの伝熱管１０の間には、空気の流路となる隙間が形成されている。

熱交換器５０は、第１方向である複数の伝熱管１０の配列方向を水平方向としている。ただし、第１方向である複数の伝熱管１０の配列方向は、水平方向に限定されるものではなく、鉛直方向であってもよく、鉛直方向に対して傾いた方向であってもよい。同様に、熱交換器５０は、複数の伝熱管１０の延伸方向を鉛直方向としている。ただし、複数の伝熱管１０の延伸方向は、鉛直方向に限定されるものではなく、水平方向であってもよく、鉛直方向に対して傾いた方向であってもよい。

複数の伝熱管１０の中で隣り合う伝熱管１０は、互いの伝熱管１０同士が伝熱促進部材１３０によって接続されていない。伝熱促進部材１３０（図１０参照）とは、例えば、プレートフィン、あるいは、コルゲートフィン等である。実施の形態１においては、複数の伝熱管１０は、それぞれが互いにヘッダ３０及び４０のみにより接続されている。

図５に示されるように、複数の伝熱管１０は、円管１１ａの管軸を平行にして２つ並べ、その間をフィン１２ａで接続したものである。伝熱管１０は、板材１２を折り曲げて形成された凹み部に円管１１ａを配置し、板材１２と円管１１ａとを接合させて形成されている。伝熱管１０の円管１１ａと板材１２の円弧状の部分とが組み合わされた部分を本体部１１と称する。伝熱管１０の本体部１１は、内部に冷媒を流通させる流路を備える部分である。

複数の伝熱管１０は、更に円管１１ａの端部からｚ逆向き方向及びｚ方向に延設されているフィン１２ｂ及び１２ｃを備える。実施の形態１においては、伝熱管１０は、２つの円管１１ａを接続して構成されているが、更に多くの円管１１ａを接続して構成されていても良い。また、円管１１ａの内部には冷媒が流通するが、円管１１ａの断面形状は、円だけでなく楕円、その他の形状であっても良い。

フィン１２ｂは、本体部１１のｚ逆向き方向の端縁１５からｚ逆向き方向に延設されている。フィン１２ｃは、本体部１１のｚ方向の端縁１５からｚ方向に延設されている。フィン１２ｂ及び１２ｃは、本体部１１の端縁１５のうち、本体部１１の管軸方向の端部１６を除く端縁部１５ａから延設されている。フィン１２ｂ及び１２ｃは、延在部と称される場合がある。また、フィン１２ｂ及び１２ｃが延びる方向を第３方向と称する。実施の形態１においては、フィン１２ｂ及びフィン１２ｃは、ｚ逆向き方向及びｚ方向の両方に延設されているが、何れか一方にのみ延設されていても良い。

実施の形態１においては、伝熱管１０は、板材１２と円管１１ａとを接合させて形成されているが、フィン１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃと本体部１１とを一体に成形したものでも良い。

熱交換器５０が冷凍サイクル装置１００の蒸発器として機能する場合、複数の伝熱管１０のそれぞれでは、伝熱管１０の内部を延伸方向の一端から他端に向かって冷媒が流れる。また、熱交換器５０が冷凍サイクル装置１００の凝縮器として機能する場合、複数の伝熱管１０のそれぞれでは、伝熱管１０の内部を延伸方向の他端から一端に向かって冷媒が流れる。伝熱管１０の端縁部１５ａから設けられるフィン１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃは、複数の伝熱管１０の間に伝熱促進部材１３０（図１０参照）を有していない熱交換器５０において、伝熱管１０の熱交換性能を向上させる目的で設けられるものである。

（補強部材２０）
図２に示される様に、熱交換器５０において、補強部材２０は、複数の伝熱管１０に並列して配置されている。つまり、補強部材２０は、長手方向を複数の伝熱管１０の管軸に平行にして配置されている。また、実施の形態１においては、補強部材２０は、複数の伝熱管１０の配列の両端に配置されている。つまり、補強部材２０は、熱交換器５０に２箇所設けられており、一方の補強部材２０は、ｘ方向逆側の端に位置する伝熱管１０ａに隣合って配置されており、複数の伝熱管１０の配列の外側に位置している。また、他方の補強部材２０は、ｘ方向の端に位置する伝熱管１０ｂに隣合って配置されており、複数の伝熱管１０の配列の外側に位置している。

図６は、実施の形態１に係る熱交換器５０の補強部材２０の構造の説明図である。実施の形態１においては、補強部材２０は、伝熱管１０の円管１１ａを管軸方向に伸ばし、端縁部１５ａから延設されているフィン１２ｂ及び１２ｃのｚ方向における長さを縮めたものである。補強部材２０は、板材２２を円管２１ａに接合させて形成されている。２つの円管２１ａは、フィン２２ａにより接続され、円管２１ａの端縁部２５ａからｚ逆向き方向及びｚ方向にフィン２２ｂ及びフィン２２ｃが延設されている。フィン２２ｂ及びフィン２２ｃは、延在部と称される場合がある。

実施の形態１において、円管２１ａは、管軸方向寸法のみが異なるだけで、他は伝熱管１０の円管１１ａと同じ構造のものを用いている。このように構成されることにより、熱交換器の強度を維持しながら冷媒充填量を削減することができる。また、伝熱管１０と補強部材２０とが管軸方向を平行にしてヘッダ３０及び４０に接続されるため、接合する際の位置決め治具を伝熱管１０と補強部材２０とで共用できる。よって、熱交換器５０をろう付け等で接合する際の治具を簡素化することができる。

また、伝熱管１０の円管１１ａと補強部材２０の円管２１ａとは、管軸に垂直な断面形状が同一であるため、ヘッダ３０及び４０に設けられた挿入穴３１ａ（図７参照）を全て同じ形状にできる。従って、ヘッダ３０及び４０の形状を簡素化でき、伝熱管１０の円管１１ａ及び補強部材２０の円管２１ａのヘッダ３０及び４０への挿し込み作業を安定して行える。なお、ヘッダ３０及び４０に設けられた挿入穴３１ａのうち、補強部材２０が挿し込まれるものを第１挿入穴と称し、伝熱管１０が挿し込まれるものを第２挿入穴と称する。

さらに、補強部材２０のフィン２２ｂ及びフィン２２ｃは、伝熱管１０のフィン１２ｂ及びフィン２２ｃよりもｚ方向の長さが短いため、補強部材２０と伝熱管１０とを見た目で識別できるという利点がある。ただし、補強部材２０のフィン２２ａ及びフィン２２ｃは、伝熱管１０のフィン１２ｂ及びフィン１２ｃと同じ長さにしても良い。

実施の形態１において、補強部材２０は伝熱管１０と同じ材料で構成されている。しかし、補強部材２０は、伝熱管１０を構成する材料よりも強度の高い材料で構成しても良い。実施の形態１においては、伝熱管１０がアルミニウムを材料としているため、補強部材２０は、例えばステンレス等の剛性及び強度がアルミニウムよりも高い材料を用いることもできる。

複数の補強部材２０は、複数の伝熱管１０と同様にｘ方向に並列されており、伝熱管１０と隣合っている補強部材２０も、複数の伝熱管１０同士の間隔と同じ間隔を持って配置されている。これにより、熱交換器５０の複数の伝熱管１０及び複数の補強部材２０により形成される複数の隙間を通過する流体の圧力損失を平準化することができる。また、複数の隙間のそれぞれを通過する流体の流速は、ばらつきが抑えられるため、熱交換器５０の熱交換効率の低下を抑えることができる。

（ヘッダ３０及び４０）
図７は、実施の形態１に係る熱交換器５０のヘッダ３０の構造の説明図である。第１ヘッダ３０は、それぞれｘ方向に延伸しており、内部に冷媒が流通するように構成されている。図２に示される様に、例えば、第１ヘッダ３０の一端に設けられた流出入口３３から冷媒が流入し、複数の伝熱管１０のそれぞれに冷媒が分配される。複数の伝熱管１０を通過した冷媒は、第２ヘッダ４０において合流し、第２ヘッダ４０の一端に設けられた流出入口４３から流出する。

図７に示されるように、第１ヘッダ３０の外形は、直方体になっているが、形状は限定されるものではない。第１ヘッダ３０の外形は、例えば、円柱形状、又は楕円柱形状等でも良く、断面形状も適宜変更することができる。また、第１ヘッダ３０の構造は、例えば、両端が閉じられた筒状体、スリットが形成された板状体を積層させたもの等を採用することができる。

第１ヘッダ３０の上面３４には複数の挿入穴３１ａが形成されている。実施の形態１においては、第１ヘッダ３０の上面３４を構成する外郭部材３１は、平板状であり、その板面に複数の挿入穴３１ａが形成されている。上面３４を構成する外郭部材３１は、例えば板金に打ち抜き加工により挿入穴３１ａを形成することにより、容易に製造することができる。

また、第１ヘッダ３０の下側部分を構成する外郭部材３２は、上側が開放された箱体であり、上側に外郭部材３１が接合される。外郭部材３１及び３２を接合することにより、筒体が形成される。筒体の一端には、流出入口３３が取り付けられ、筒体の内部に冷媒が流入、又は筒体の内部から冷媒が流出できる様に構成されている。

実施の形態１において第２ヘッダ４０は、第１ヘッダ３０と同じ構造になっている。第２ヘッダ４０は、下面４４が第１ヘッダ３０の上面３４に相当し、挿入穴３１ａが形成されている。熱交換器５０は、第１ヘッダ３０の上面３４と第２ヘッダ４０の下面４４とを対向させて構成されている。

（熱交換器５０のヘッダ３０及び４０の内部の構造）
図８は、実施の形態１に係る熱交換器５０の第１ヘッダ３０の断面図である。図８は、図３のＡ−Ａ部の断面構造を示しており、第１ヘッダ３０に接続された伝熱管１０の管軸を通る断面であり、複数の伝熱管１０の配列方向に垂直な断面を示している。伝熱管１０の本体部１１の管軸方向の端部１６は、第１ヘッダ３０の挿入穴３１ａに挿入されている。また、伝熱管１０のフィン１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃのうち少なくとも何れかの管軸方向の縁１４は、第１ヘッダ３０の上面３４に当接している。このとき、本体部１１の管軸方向の端面１３は、第１ヘッダ３０の内部の空間においてｙ方向の中央部に位置している。つまり、伝熱管１０の本体部１１の管軸方向の端面１３からフィン１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃの管軸方向の縁１４までの距離Ｌ１は、第１ヘッダ３０の内部の底面３５から上面３４までの距離Ｈ１よりも短い。なお、第１ヘッダ３０の上面３４のうち、伝熱管１０のフィン１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃのうち少なくとも何れかの管軸方向の縁１４が当接する面を、第２外周面と称する。第２外周面は、伝熱管１０が挿入される第１挿入穴の周囲に配置されている面である。また、第１ヘッダ３０の底面３５のうち、伝熱管１０の端面１３に対し距離をもって位置している面を、第２の面と称する。

図９は、実施の形態１に係る熱交換器５０の第１ヘッダ３０の断面図である。図９は、図３のＢ−Ｂ部の断面構造を示しており、第１ヘッダ３０に接続された補強部材２０の管軸を通る断面であり、複数の伝熱管１０の配列方向に垂直な断面を示している。補強部材２０の本体部２１の管軸方向の端部２６は、第１ヘッダ３０の挿入穴３１ａに挿入されている。補強部材２０の本体部２１の管軸方向の端面２３は、第１ヘッダ３０の内部において、第１ヘッダ３０の下側の外郭部材３２の底面３５に当接している。このとき、補強部材２０のフィン２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃは、第１ヘッダ３０の上面３４との間に隙間を持って位置している。つまり、補強部材２０の本体部２１の管軸方向の端面２３からフィン２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃの管軸方向の縁２４までの距離Ｌ２は、第１ヘッダ３０の内部の底面３５から上面３４までの距離Ｈ１よりも長い。なお、第１ヘッダ３０の底面３５のうち、補強部材２０の本体部２１の管軸方向の端面２３が当接している部分を第１の面と称する。また、補強部材２０の端部２６が挿入される挿入穴３１ａの周囲に配置されており、補強部材２０のフィン２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃに対し隙間を持って位置している面を第１外周面と称する。つまり、距離Ｈ１は、第１の面から第１外周面までの距離に相当する。

図９に示される様に、補強部材２０は、ヘッダ３０の内部において本体部２１の端面２３が底面３５当接することにより、ヘッダ３０と補強部材２０との位置決めを行うことができる。また、第２ヘッダ４０の内部においても、補強部材２０の本体部２１の端面２３と第２ヘッダ４０の底面３５が当接しており、第２ヘッダ４０と補強部材２０との位置決めが行われる。従って、補強部材２０の本体部２１の管軸方向の両側の端面２３をヘッダ３０及び４０に当接させることにより、第１ヘッダ３０と第２ヘッダ４０との位置関係も決まる。

補強部材２０は、ヘッダ内部において端面２３が底面３５と当接することにより、熱交換器５０の強度及び剛性を向上させることができる。なお、補強部材２０の本体部２１の端面２３とヘッダ３０及び４０の底面３５とろう付け等の手段を用いて接合させても良い。

伝熱管１０の本体部１１の端面１３からフィン２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃの縁１４までの距離Ｌ１は、第１ヘッダ３０の内部の底面３５から上面３４までの距離Ｈ１よりも短くなっている。これにより、伝熱管１０は、本体部１１の内部の流路に冷媒が確実に侵入する。従って、伝熱管１０は、内部の流路を流れる冷媒と複数の伝熱管１０の間を通過する流体との間で熱交換を行うことができる。

（熱交換器５０の効果）
図１０は、比較例としての熱交換器１５０の正面図である。比較例に係る熱交換器１５０は、実施の形態１と同様な構造であるが、複数の伝熱管１０の間に伝熱促進部材１３０を備えている点と、補強部材２０が備えられていない点が異なる。また、伝熱促進部材１３０は、隣合う複数の伝熱管１０の側面を接続している。伝熱促進部材１３０は、複数の伝熱管１０ｘの側面にろう付け等の手段により接合されている。

実施の形態１に係る熱交換器５０は、複数の伝熱管１０の間隔ｗ１を狭くし、配置する伝熱管１０の数を増加させている。これにより、複数の伝熱管１０の間に配置され伝熱管１０同士の側面を接続する伝熱促進部材１３０を設けることなく、熱交換器５０は、容積を減少させつつ、冷媒と熱交換器を通過する流体との熱交換性能を向上させることができる。また、実施の形態１に係る複数の伝熱管１０は、伝熱促進部材１３０が設置された比較例に係る熱交換器１５０の伝熱管１０ｘよりもｘ方向の幅寸法を小さくされている。そのため、実施の形態１に係る熱交換器５０の伝熱管１０は、例えば端部１６を固定端としてヘッダ３０及び４０の間に位置する本体部１１にｘ方向の荷重を加えた場合、比較例の伝熱管１０ｘよりも曲げに対する強度及び剛性が低い。一方、比較例の熱交換器１５０は、複数の伝熱管１０の断面積が大きく、複数の伝熱管１０ｘの間に伝熱促進部材１３０が設置されている。そのため、複数の伝熱管１０ｘの本体部１１に荷重が加わったとしても、伝熱促進部材１３０及び隣の伝熱管１０ｘと接合されて変形しにくい。

ここで、実施の形態１に係る熱交換器５０に補強部材２０が設けられておらず、熱交換器５０の補強部材２０の位置に伝熱管１０が配置されている比較例としての熱交換器５０ｘを仮定する。すると、熱交換器５０ｘは、例えば第１ヘッダ３０を固定し、第２ヘッダ４０にｘ方向の荷重を加えると、図２に二点鎖線で示されている当初の形状Ｆ０から形状Ｆ１のように変形し易い。なお、形状Ｆ０及びＦ１は、熱交換器５０ｘを正面から見たときにヘッダ３０及び４０のｘ方向に沿った中心線と補強部材２０のｙ方向に沿った中心線とを接続して構成された長方形であり、正面から見たときの熱交換器５０の概略の形状を示している。以上のように、比較例の熱交換器１５０の伝熱促進部材１３０を廃止しただけの熱交換器５０ｘの場合、複数の伝熱管１０の配列方向に変形に対する強度及び剛性が低下するという課題があった。

つまり、上記のような補強部材２０が設けられていない比較例の熱交換器５０ｘの場合、複数の伝熱管１０のそれぞれのｘ方向への曲げに対する強度が低く、第１ヘッダ３０と第２ヘッダ４０とは複数の伝熱管１０のみにより接続されていることになる。そのため、比較例の熱交換器５０ｘは、第１ヘッダ３０を固定し、第２ヘッダ４０にｘ方向の荷重を加えた場合、複数の伝熱管１０が変形し易く、結果として熱交換器５０ｘの全体の形状が変形し易いという課題があった。また、熱交換器５０ｘにｙ方向に荷重が加わった場合も、複数の伝熱管１０のそれぞれが座屈変形し、第１ヘッダ３０と第２ヘッダ４０との距離が縮む方向に熱交換器５０ｘが変形し易いという課題があった。

しかし、実施の形態１に係る熱交換器５０は、複数の伝熱管１０の配列の両端に本体部２１の端面２３がヘッダ３０及び４０の内部に当接した補強部材２０を備えている。複数の伝熱管１０の配列に補強部材２０が加わっているため、補強部材２０が熱交換器５０に加わる荷重を分担することにより、熱交換器５０の強度が向上する。また、補強部材２０は、本体部１１の端面がヘッダ３０及び４０の底面に当接することにより、ヘッダ３０及び４０に拘束され、熱交換器５０の全体が変形するのを抑制することができる。

また、補強部材２０は、複数の伝熱管１０の管軸に長手方向を沿わせて配置されているため、複数の伝熱管１０の結露又は着霜を融解により生じた水分を流下させるのを阻害することなく熱交換器５０の強度及び剛性を向上し、変形を抑制できる。

また、補強部材２０は、本体部２１の端面２３がヘッダ３０及び４０の内部の底面３５に当接するため、円管２１ａの内部に冷媒が侵入しない。従って、熱交換器５０に必要な熱交換性能に応じて補強部材２０の本数を変動させることにより、熱交換器５０の強度を維持しながら冷媒を流通させる伝熱管１０の本数を調節できる。また、熱交換器５０が有する補強部材２０の本数が変わっても、ヘッダ３０及び４０は、同じ形状ものを使用できるため、熱交換器５０の要求性能の変更に容易に対応することができる。

以上に説明したように、熱交換器５０は、補強部材２０により強度及び剛性が向上し、ヘッダ３０及び４０の相対位置決めが可能となり、製造が容易になり、精度も向上する。また、熱交換器５０は、補強部材２０の本数及び設置箇所を適宜変更することができるため、強度及び剛性を確保しつつ、熱交換器５０の要求性能の変更に容易に対応できる。なお、補強部材２０は、図２〜９に示された管状の部材でなくとも良い。例えば、補強部材２０の円管１１ａを中実の棒材にして更に強度を向上させても良い。なお、伝熱管１０及び補強部材２０を総称して構成部材と称する場合がある。構成部材のうち、第２構成部材である伝熱管１０と第１構成部材である補強部材２０との本数の比率は、適宜変更することができる。つまり、補強部材２０の円管２１ａは、管軸方向寸法のみが異なるだけで、他は伝熱管１０の扁平管１１ａと同じ構造のものを用いているが、端面２３が第１の面である底面３５に当接することにより補強部材２０の円管２１ａには冷媒が流れない。これにより、熱交換器５０は、伝熱管１０を補強部材２０に置き換えるだけで、熱交換器５０に必要な熱交換性能と熱交換器の強度を維持しながら冷媒充填量を削減することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る熱交換器２５０について説明する。熱交換器２５０は、実施の形態１に係る熱交換器５０の複数の伝熱管１０及び補強部材２０の構造を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１は、実施の形態２に係る熱交換器２５０の要部構成を示す正面図である。図１２は、図１１の熱交換器２５０の底面図である。図１３は、図１１の熱交換器２５０の側面図である。実施の形態２に係る熱交換器２５０は、複数の伝熱管２１０、複数の伝熱管２１０の端部に接続された第１ヘッダ２３０、第２ヘッダ２４０、及び複数の伝熱管２１０と並列に配置された複数の補強部材２２０を備える。複数の伝熱管２１０及び複数の補強部材２２０は、ｘ方向に並べられている。また、複数の伝熱管２１０及び複数の補強部材２２０の間隔は、それぞれ等間隔であって、ｘ方向に幅ｗ１の間隔を持って配置されている。

複数の伝熱管２１０の管軸方向の一方の端部１６には第１ヘッダ２３０が接続されている。また、複数の伝熱管２１０の管軸方向の他方の端部１６には、第２ヘッダ２４０が接続されている。第１ヘッダ２３０及び第２ヘッダ２４０は、複数の伝熱管１０の並列方向に長手方向を向けて配置されている。第１ヘッダ２３０及び第２ヘッダ２４０の長手方向は、互いに平行になっている。以下の説明において、第１ヘッダ２３０と第２ヘッダ２４０とを総称してヘッダと称する場合がある。

補強部材２２０は、ｘ方向に複数並べられた伝熱管２１０の両端に位置する伝熱管２１０よりも外側に配置されている。その他、複数の伝熱管２１０の配列の内部にも補強部材２２０が２箇所配置されている。

複数の伝熱管２１０は、端部１６がそれぞれヘッダ２３０及び２４０に挿し込まれ、複数の補強部材２２０も、端部２６がそれぞれヘッダ２３０及び２４０に挿し込まれ、ろう付け等の接合手段により接合されている。また、複数の伝熱管２１０及び複数の補強部材２２０は、ｘ方向に並列されている。複数の伝熱管２１０は、端部１６以外の本体部１１及びフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃを第１ヘッダ２３０の上面３４と第２ヘッダ２４０の下面４４との間に位置させている。補強部材２２０は、端部２６以外の本体部２２１及びフィン２２２ａ、２２２ｂ、及び２２２ｃを第１ヘッダ３０の上面３４と第２ヘッダ４０の下面４４との間に位置させている。

（伝熱管１０）
図１４は、実施の形態２に係る熱交換器２５０の伝熱管２１０の構造の説明図である。複数の伝熱管２１０のそれぞれは、冷媒を内部に流通させる扁平管である。複数の伝熱管２１０のそれぞれは、第１ヘッダ２３０と第２ヘッダ２４０との間に延伸している。複数の伝熱管２１０のそれぞれは、ｘ方向に互いに間隔ｗ１をあけて配列され、ヘッダ２３０及び２４０の延伸方向に並列されている。複数の伝熱管２１０は、互いに側面が対向するように配置されている。複数の伝熱管２１０のうち隣り合う２つの伝熱管２１０の間には、空気の流路となる隙間が形成されている。

図１４に示されるように、複数の伝熱管２１０は、内部に冷媒が流通する流路２１８を備える扁平管である。実施の形態２に係る伝熱管２１０は、平板状の板材２１２に扁平管２１１ａを接合させて形成されている。伝熱管２１０の扁平管２１１ａと板材２１２のｚ方向中央部にあるフィン２１２ａとをあわせて本体部２１１と称する。伝熱管２１０の本体部２１１は、内部に冷媒を流通させる流路を備える部分である。

複数の伝熱管２１０は、本体部２１１の端縁部１５ａからｚ逆向き方向及びｚ方向に延設されているフィン２１２ｂ及び２１２ｃを備える。フィン２１２ｂ及び２１２ｃは、延在部と称される場合がある。実施の形態１においては、伝熱管２１０は、板材２１２と扁平管２１１ａとを接合させて形成されているが、フィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃと扁平管２１１ａとを一体に成形したものでも良い。

（補強部材２０）
図１１に示される様に、熱交換器２５０において、補強部材２２０は、複数の伝熱管２１０に並列して配置されている。つまり、補強部材２２０は、長手方向を複数の伝熱管２１０の管軸に平行にして配置されている。また、実施の形態２においては、補強部材２２０は、複数の伝熱管２１０の配列の両端に配置されているだけでなく、複数の伝熱管２１０の配列の内部にも配置されている。つまり、複数の補強部材２２０は、ｘ方向において両隣に伝熱管２１０が配置されている補強部材２２０を有する。

図１５は、実施の形態２に係る熱交換器２５０の補強部材２２０の構造の説明図である。実施の形態１においては、補強部材２２０は、伝熱管２１０の扁平管２１１ａを管軸方向に伸ばし、端縁部１５ａから延設されているフィン２１２ｂ及び２１２ｃのｚ方向における長さを縮めたものである。補強部材２２０は、板材２２２を扁平管２２１ａに接合させて形成されている。また、補強部材２２０は、本体部２２１の端縁部２５ａからｚ逆向き方向及びｚ方向にフィン２２２ｂ及びフィン２２２ｃが延設されている。フィン２２２ｂ及びフィン２２２ｃは、延在部と称される場合がある。

実施の形態２において、扁平管２２１ａは、管軸方向寸法のみが異なるだけで、他は伝熱管２１０の扁平管２１１ａと同じ構造のものを用いている。このように構成されることにより、熱交換器の強度を維持しながら冷媒充填量を削減することができる。また、伝熱管２１０と補強部材２２０とが管軸方向を平行にしてヘッダ２３０及び２４０に接続されるため、接合する際の位置決め治具を伝熱管２１０と補強部材２２０とで共用できる。よって、熱交換器２５０をろう付け等で接合する際の治具を簡素化することができる。

また、伝熱管２１０の扁平管２１１ａと補強部材２２０の扁平管２２１ａとは、管軸に垂直な断面形状が同一であるため、ヘッダ２３０及び２４０に設けられた挿入穴２３１ａ（図１６参照）を全て同じ形状にできる。従って、ヘッダ２３０及び２４０の形状を簡素化でき、伝熱管２１０の扁平管２１１ａ及び補強部材２２０の扁平管２２１ａのヘッダ２３０及び２４０への挿し込み作業を安定して行える。なお、ヘッダ２３０及び２４０に設けられた挿入穴２３１ａのうち、補強部材２０が挿し込まれるものを第１挿入穴と称し、伝熱管１０が挿し込まれるものを第２挿入穴と称する。

さらに、補強部材２２０のフィン２２２ｂ及びフィン２２２ｃは、伝熱管２１０のフィン２１２ｂ及びフィン２２２ｃよりもｚ方向の長さが短いため、補強部材２２０と伝熱管２１０とを見た目で識別できるという利点がある。ただし、補強部材２２０のフィン２２２ａ及びフィン２２２ｃは、伝熱管２１０のフィン２１２ｂ及びフィン２１２ｃと同じ長さにしても良い。

また、実施の形態２において、補強部材２２０は伝熱管２１０と同じ材料で構成されている。しかし、補強部材２２０は、伝熱管２１０を構成する材料よりも強度の高い材料で構成しても良い。

複数の補強部材２２０は、複数の伝熱管２１０と同様にｘ方向に並列されており、伝熱管２１０と隣合っている補強部材２２０も、複数の伝熱管２１０同士の間隔と同じ間隔を持って配置されている。これにより、熱交換器２５０の複数の伝熱管２１０及び複数の補強部材２２０により形成される複数の隙間を通過する流体の圧力損失を平準化することができる。また、複数の隙間のそれぞれを通過する流体の流速は、ばらつきが抑えられるため、熱交換器２５０の熱交換効率の低下を抑えることができる。

（ヘッダ２３０及び２４０）
図１６は、実施の形態２に係る熱交換器２５０のヘッダ２３０の構造の説明図である。第１ヘッダ２３０は、ｘ方向に延伸しており、内部に冷媒が流通するように構成されている。図１１に示される様に、例えば、第１ヘッダ２３０の一端に設けられた流出入口２３３から冷媒が流入し、複数の伝熱管２１０のそれぞれに冷媒が分配される。複数の伝熱管２１０を通過した冷媒は、第２ヘッダ２４０において合流し、第２ヘッダ２４０の一端に設けられた流出入口４３から流出する。

図１６に示されるように、第１ヘッダ２３０の外形は、直方体になっているが、形状は限定されるものではない。ヘッダ２３０の外形は、例えば、円柱形状、又は楕円柱形状等でも良く、断面形状も適宜変更することができる。また、第１ヘッダ２３０の構造は、例えば、両端が閉じられた筒状体、又はスリットが形成された板状体を積層させたもの等を採用することができる。

第１ヘッダ２３０の上面３４には複数の挿入穴２３１ａが形成されている。実施の形態２においては、第１ヘッダ２３０の上面３４を構成する外郭部材２３１は、平板状であり、その板面に複数の挿入穴２３１ａが形成されている。挿入穴２３１ａは、複数の伝熱管２１０の本体部２１１の端部１６及び複数の補強部材２２０の本体部２２１の端部２２６の断面形状に合わせた形状になっている。上面３４を構成する外郭部材２３１は、例えば板金に打ち抜き加工により挿入穴２３１ａを形成することにより、容易に製造することができる。

また、第１ヘッダ２３０の下側部分を構成する外郭部材２３２は、上側が開放された箱体であり、上側に外郭部材２３１が接合される。外郭部材２３１及び２３２を接合することにより、筒体が形成される。また、外郭部材２３２の内部には仕切部材３６が設けられている。仕切部材３６は、第１ヘッダ２３０の内部の空間を２つに仕切っている。

図１６（ｂ）に示される第１ヘッダ２３０の内部の上側の第１の空間３７は、挿入穴２３１ａにより外部と連通している。また、第１ヘッダ２３０の内部の下側の第２の空間３８は、流出入口３３により外部と連通している。仕切部材３６には、連通穴３６ｈが設けられており、連通穴３６ｈは、第１の空間３７と第２の空間３８とを連通している。

連通穴３６ｈは、複数の伝熱管２１０が挿入される挿入穴２３１ａに対応して設けられている。つまり、複数の伝熱管２１０が挿入される挿入穴２３１ａから複数の伝熱管２１０の管軸方向に向かった先に位置する仕切部材３６の面に連通穴３６ｈが設けられている。また、複数の補強部材２２０が挿入される挿入穴２３１ａに対応する面には、穴は設けられていない。連通穴３６ｈは、第１ヘッダ２３０において、流出入口３３が設けられている端部から数えて２〜３番目の挿入穴２３１ａ、５〜７番目の挿入穴２３１ａ、及び９〜１２番目の挿入穴２３１ａに対応する位置に設けられている。つまり、連通穴３６ｈは、第２連通穴に対応して設けられている。第１ヘッダ２３０は、流出入口３３が設置されている側から遠くなるに従い伝熱管２１０を設置する数を増加させている。これにより、熱交換器２５０の複数の伝熱管２１０のそれぞれに流入する冷媒量を平準化している。

実施の形態２において第２ヘッダ２４０は、第１ヘッダ２３０と同じ構造になっている。ただし、第２ヘッダ２４０は、流出入口４３が第１ヘッダ２３０とは逆側の端部に設けられている。従って、第２ヘッダ２４０の仕切部材３６に設けられている連通穴３６ｈは、流出入口４３が設けられている端部とは反対側の端部を基準として、第１ヘッダ２３０と同様に形成されている。

（熱交換器５０のヘッダ３０及び４０の内部の構造）
図１７は、実施の形態２に係る熱交換器２５０の第１ヘッダ２３０の断面図である。図１７は、図１２のＡ−Ａ部の断面構造を示しており、第１ヘッダ２３０に接続された伝熱管２１０の管軸を通る断面であり、複数の伝熱管２１０の配列方向に垂直な断面を示している。伝熱管２１０の本体部２１１の管軸方向の端部１６は、第１ヘッダ２３０の挿入穴２３１ａに挿入されている。また、伝熱管２１０のフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃの少なくとも何れかの管軸方向の縁１４は、第１ヘッダ２３０の上面３４に当接している。このとき、本体部２１１の管軸方向の端面１３は、第１ヘッダ２３０の内部の仕切部材３６よりも伝熱管２１０側に位置する第１の空間３７においてｙ方向の中央部に位置しており、仕切部材３６の面３６ａに当接していない。つまり、伝熱管２１０の本体部２１１の管軸方向の端面１３からフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃの管軸方向の縁１４までの距離Ｌ１は、第１ヘッダ２３０の内部の仕切部材３６の面３６ａから上面３４までの距離Ｈ１よりも短い。なお、第１ヘッダ２３０の上面３４のうち、伝熱管２１０のフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃのうち少なくとも何れかの管軸方向の縁１４が当接する面を、第２外周面と称する。第２外周面は、伝熱管２１０が挿入される挿入穴３１ａ、即ち第１挿入穴の周囲に配置されている面である。また、第１ヘッダ２３０の仕切部材３６のうち、伝熱管２１０の端面１３に対し距離をもって位置している面３６ａを、第２の面と称する。

図１８は、実施の形態２に係る熱交換器２５０の第１ヘッダ２３０の断面図である。図１８は、図１２のＢ−Ｂ部の断面構造を示しており、第１ヘッダ２３０に接続された補強部材２２０の管軸を通る断面であり、複数の伝熱管２１０の配列方向に垂直な断面を示している。補強部材２２０の本体部２２１の管軸方向の端部２２６は、第１ヘッダ２３０の挿入穴２３１ａに挿入されている。補強部材２２０の本体部２２１の管軸方向の端面２３は、第１ヘッダ２３０の内部において、仕切部材３６の面３６ｂに当接している。このとき、補強部材２２０のフィン２２２ａ、２２２ｂ、及び２２２ｃは、第１ヘッダ２３０の上面３４との間に隙間を持って位置している。つまり、補強部材２２０の本体部２２１の管軸方向の端面２２３からフィン２２２ａ、２２２ｂ、及び２２２ｃの管軸方向の縁２４までの距離Ｌ２は、第１ヘッダ２３０の内部の仕切部材３６の面３６ｂから上面３４までの距離Ｈ１よりも長い。なお、第１ヘッダ２３０の仕切部材３６のうち、補強部材２２０の本体部２２１の管軸方向の端面２３が当接している面３６ｂを第１の面と称する。また、補強部材２２０の端部２６が挿入される挿入穴２３１ａの周囲に配置されており、補強部材２２０のフィン２２２ａ、２２２ｂ、及び２２２ｃに対し隙間を持って位置している面を第１外周面と称する。

図１８に示される様に、補強部材２２０は、ヘッダ２３０の内部において本体部２２１の端面２３が仕切部材３６の面３６ｂに当接することにより、ヘッダ２３０と補強部材２２０との位置決めを行うことができる。また、第２ヘッダ２４０の内部においても、補強部材２２０の本体部２２１の端面２３と第２ヘッダ２４０の内部の仕切部材３６の面３６ｂが当接しており、第２ヘッダ２４０と補強部材２２０との位置決めが行われる。従って、補強部材２２０の本体部２２１の管軸方向の両側の端面２３を仕切部材３６に当接させることにより、第１ヘッダ２３０と第２ヘッダ２４０との位置関係も決まる。

補強部材２２０は、ヘッダ内部において端面２３が仕切部材３６の面３６ｂと当接することにより、熱交換器２５０の強度及び剛性が向上する。なお、補強部材２２０の本体部２２１の端面２３と仕切部材３６とは、ろう付け等の手段を用いて接合されていても良い。

伝熱管２１０の本体部２１１の端面１３からフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃの縁１４までの距離Ｌ１は、第１ヘッダ２３０の内部の仕切部材３６の面３６ａから上面３４までの距離Ｈ１よりも短くなっている。これにより、伝熱管２１０は、端面１３が仕切部材３６の面３６ａから離れて位置するため、本体部１１の内部の流路に冷媒が確実に侵入する。従って、伝熱管２１０は、内部の流路を流れる冷媒と複数の伝熱管１０の間を通過する流体との間で熱交換を行うことができる。

実施の形態２に係る熱交換器２５０によれば、複数の伝熱管２１０として扁平管を用いた場合であっても、実施の形態１と同様な効果を得ることが出来る。つまり、熱交換器２５０は、強度及び剛性が向上し、製造が容易になり、精度も向上し、熱交換器２５０の要求性能の変更に容易に対応できる。また、実施の形態２に係る熱交換器２５０は、複数の伝熱管２１０に扁平管２１１ａを用いているため、冷媒の使用量も削減しつつ、熱交換効率も高くできるという利点がある。

また、熱交換器２５０によれば、ヘッダ２３０及びヘッダ２４０の内部に仕切部材３６を設けることにより、熱交換器２５０に流入する冷媒が流出入口３３又は４３に連通する第２の空間に流入する。そのため、ヘッダ２３０又はヘッダ２４０に流入した冷媒が、複数の補強部材２２０に流れを阻害されることがないため、ヘッダ２３０及びヘッダ２４０内での冷媒の圧力損失を抑えることができる。また、熱交換器２５０は、仕切部材３６により、ヘッダ２３０及びヘッダ２４０から複数の伝熱管２１０への冷媒の分配量のばらつきを抑えることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る熱交換器３５０について説明する。熱交換器３５０は、実施の形態２に係る熱交換器３５０のヘッダ２３０及び２４０の構造を変更し、伝熱管３１０及び補強部材３２０の構造を共通化したものである。なお、実施の形態１及び２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１９は、実施の形態３に係る熱交換器３５０の要部構成を示す正面図である。図２０は、図１９の熱交換器３５０の底面図である。図２１は、図１９の熱交換器３５０の側面図である。実施の形態３に係る熱交換器３５０は、複数の伝熱管３１０、複数の伝熱管３１０の端部に接続された第１ヘッダ３３０、第２ヘッダ３４０、及び複数の伝熱管３１０と並列に配置された複数の補強部材３２０を備える。複数の伝熱管３１０及び複数の補強部材３２０は、ｘ方向に並べられている。また、複数の伝熱管３１０及び複数の補強部材３２０の間隔は、それぞれ等間隔であって、ｘ方向に幅ｗ１の間隔を持って配置されている。

実施の形態３に係る熱交換器３５０の複数の補強部材３２０は、複数の伝熱管３１０と同じ構造であり、各部の寸法も全て同じである。実施の形態３においては、複数の伝熱管３１０及び複数の補強部材３２０として、図１４に示されている伝熱管２１０を用いている。複数の伝熱管３１０及び複数の補強部材３２０は、全て同じ構造の構成部材で構成されている。

図２２は、実施の形態３に係る熱交換器３５０のヘッダ３３０の構造の説明図である。第１ヘッダ３３０は、ｘ方向に延伸しており、内部に冷媒が流通するように構成されている。図１９に示される様に、例えば、第１ヘッダ３３０の一端に設けられた流出入口３３から冷媒が流入し、複数の伝熱管３１０のそれぞれに冷媒が分配される。複数の伝熱管３１０を通過した冷媒は、第２ヘッダ３４０において合流し、第２ヘッダ３４０の一端に設けられた流出入口４３から流出する。

図２２に示されるように、第１ヘッダ３３０の外形は、直方体になっているが、形状は限定されるものではない。第１ヘッダ３３０の外形は、例えば、円柱形状、又は楕円柱形状等でも良く、断面形状も適宜変更することができる。また、第１ヘッダ３３０の構造は、例えば、両端が閉じられた筒状体、スリットが形成された板状体を積層させたもの等を採用することができる。

第１ヘッダ３３０の上面３４には複数の挿入穴３３１ａ及び３３１ｂが形成されている。実施の形態３においては、第１ヘッダ３３０の上面３４を構成する外郭部材３３１は、平板に突出部３９が設けてある。挿入穴３３１ａは、外郭部材３３１の上面３４に設けられた突出部３９の天面３４ａに開口されている。また、挿入穴３３１ｂは、外郭部材３３１の上面３４のうち突出部３９が設けられている部位以外の面３４ｂに開口されている。挿入穴３３１ａは、複数の伝熱管３１０の本体部２１１の端部１６が挿入される穴である。挿入穴３３１ｂは、複数の補強部材３２０の本体部２１１の端部１６が挿入される穴である。なお、ヘッダ３３０及び３４０に設けられた、補強部材２０が挿し込まれる挿入穴３３１ｂを第１挿入穴と称し、伝熱管１０が挿し込まれる挿入穴３３１ａを第２挿入穴と称する。

挿入穴３３１ａ及び挿入穴３３１ｂは、第１ヘッダ３３０の上面３４に垂直な方向から見て、全て同じ形状に形成されている。挿入穴３３１ａ及び挿入穴３３１ｂの形状は、複数の伝熱管３１０及び複数の補強部材３２０の本体部２１１を構成する扁平管２１１ａの断面形状に合わせた形状になっている。また、上面３４を構成する外郭部材３３１は、例えば板金をプレス加工により突出部３９を設け、打ち抜き加工により挿入穴３３１ａ及び３３１ｂを形成することにより、容易に製造することができる。

また、第１ヘッダ３３０の下側部分を構成する外郭部材２３２は、図１６に示された実施の形態２の第１ヘッダ２３０の外郭部材２３２と同じ構造である。図２２（ｂ）に示される第１ヘッダ３３０の内部の上側の第１の空間３７は、挿入穴３３１ａ及び３３１ｂにより外部と連通している。また、第１ヘッダ３３０の内部の下側の第２の空間３８は、流出入口３３により外部と連通している。仕切部材３３６には、連通穴３６ｈが設けられており、連通穴３６ｈは、第１の空間３７と第２の空間３８とを連通している。

また、外郭部材２３２の内部に配置されている仕切部材３３６は、補強部材３２０が挿入される挿入穴３３１ｂに対応して、凸部３６ｃが設けられている。凸部３６ｃの挿入穴３３１ｂ側を向いた面３６ｂは、補強部材３２０の本体部２１１の端面１３が当接する面となる。

連通穴３６ｈは、伝熱管３１０が挿入される挿入穴３３１ａに対応する位置に設けられている。つまり、複数の伝熱管３１０が挿入される挿入穴３３１ａから複数の伝熱管３１０の管軸方向に向かった先に位置する仕切部材３３６の面３６ａに連通穴３６ｈが設けられている。また、複数の補強部材３２０が挿入される挿入穴３３１ｂに対応する面３６ｂには、穴は設けられていない。

連通穴３６ｈは、複数の伝熱管３１０が挿入される挿入穴３３１ａに対応して設けられている。つまり、連通穴３６ｈは、第１ヘッダ３３０において、流出入口３３が設けられている端部から数えて２〜３番目の挿入穴３３１ａ、５〜７番目の挿入穴３３１ａ、及び９〜１２番目の挿入穴３３１ａに対応する位置に設けられている。

実施の形態３において第２ヘッダ３４０は、第１ヘッダ３３０と同じ構造になっている。ただし、第２ヘッダ３４０は、流出入口４３が第１ヘッダ３３０とは逆側の端部に設けられている。従って、第２ヘッダ３４０の仕切部材３３６に設けられている連通穴３６ｈは、流出入口４３が設けられている端部とは反対側の端部を基準として、第１ヘッダ３３０と同様に形成されている。

（熱交換器３５０のヘッダ３３０及び３４０の内部の構造）
図２３は、実施の形態３に係る熱交換器３５０の第１ヘッダ３３０の断面図である。図２３は、図２０のＡ−Ａ部の断面構造を示しており、第１ヘッダ３３０に接続された伝熱管３１０の管軸を通る断面であり、複数の伝熱管３１０の配列方向に垂直な断面を示している。伝熱管３１０の本体部２１１の管軸方向の端部１６は、第１ヘッダ３３０の挿入穴３３１ａに挿入されている。また、伝熱管３１０のフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃの少なくとも何れかの管軸方向の縁１４は、第１ヘッダ３３０の上面３４の突出部３９の天面３４ａに当接している。このとき、本体部３１１の管軸方向の端面１３は、第１ヘッダ３３０の内部の仕切部材３３６よりも上方に位置している。つまり、端面１３は、伝熱管３１０側に位置する第１の空間３７においてｙ方向の中央部に位置しており、仕切部材３３６の面３６ａに当接していない。即ち、伝熱管３１０の本体部２１１の管軸方向の端面１３からフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃの管軸方向の縁１４までの距離Ｌ１は、第１ヘッダ３３０の内部の仕切部材３３６の面３６ａから上面３４に設けられた突出部３９の天面３４ａまでの距離Ｈ１よりも短い。なお、伝熱管３１０のフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃの少なくとも何れかが当接する第１ヘッダ３３０の突出部３９の天面３４ａを、第２外周面と称する。第２外周面は、伝熱管２１０が挿入される挿入穴３３１ａ、即ち第２挿入穴の周囲に配置されている面である。また、第１ヘッダ３３０の仕切部材３３６のうち、伝熱管３１０の端面１３に対し距離をもって位置している面３６ａを、第２の面と称する。

図２４は、実施の形態３に係る熱交換器３５０の第１ヘッダ３３０の断面図である。図２４は、図２０のＢ−Ｂ部の断面構造を示しており、第１ヘッダ３３０に接続された補強部材３２０の管軸を通る断面であり、複数の伝熱管３１０の配列方向に垂直な断面を示している。補強部材３２０の本体部２１１の管軸方向の端部１６は、第１ヘッダ２３０の挿入穴３３１ｂに挿入されている。補強部材３２０の本体部２１１の管軸方向の端面１３は、第１ヘッダ３３０の内部において、仕切部材３３６の凸部３６ｃの面３６ｂに当接している。このとき、補強部材３２０のフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃは、第１ヘッダ３３０の上面３４との間に隙間を持って位置している。ここで、補強部材３２０が伝熱管３１０と同じ構造の構成部材であるため、補強部材３２０の本体部２１１の管軸方向の端面１３からフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃの管軸方向の縁２４までの距離Ｌ１は、伝熱管３１０と同じ長さである。そして、距離Ｌ１は、第１ヘッダ３３０の内部の仕切部材３６の面３６ｂから上面３４までの距離Ｈ１よりも長い。補強部材３２０の本体部２１の管軸方向の端面２３が当接している、第１ヘッダ３３０の仕切部材３３６の面３６ｂを第１の面と称する。また、補強部材３２０の端部２６が挿入される挿入穴３３１ｂの周囲に配置されており、補強部材３２０のフィン２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃに対し隙間を持って位置している面を第１外周面と称する。

図２４に示される様に、補強部材３２０は、ヘッダ３３０の内部において本体部２１１の端面１３が仕切部材３３６の面３６ｂに当接することにより、ヘッダ３３０と補強部材３２０との位置決めを行うことができる。また、第２ヘッダ３４０の内部においても、補強部材３２０の本体部２１１の端面１３と第２ヘッダ３４０の内部の仕切部材３３６の面３６ｂが当接しており、第２ヘッダ３４０と補強部材３２０との位置決めが行われる。従って、補強部材３２０の本体部２１１の管軸方向の両側の端面１３を仕切部材３３６に当接させることにより、第１ヘッダ３３０と第２ヘッダ３４０との位置関係も決まる。

補強部材３２０は、ヘッダ内部において端面１３が仕切部材３３６の第１の面３６ｂと当接することにより、熱交換器２５０の強度及び剛性を向上させることができる。なお、補強部材３２０の本体部２１１の端面１３と仕切部材３６とは、ろう付け等の手段を用いて接合されていても良い。

実施の形態３に係る熱交換器３５０においては、ヘッダ３３０及び３４０の構造により、同じ形状の１種類の伝熱管２１０を伝熱管３１０及び補強部材３２０として利用することが出来る。これにより、熱交換器３５０は、実施の形態１の熱交換器５０及び実施の形態２の熱交換器２５０と同様の効果を得ることができる。更に、実施の形態１の熱交換器５０及び実施の形態２の熱交換器２５０と比較して、異なる寸法の構成部材をヘッダ３３０及び３４０に組み付ける必要がないため、実施の形態３に係る熱交換器３５０は製造がより容易である。また、熱交換器３５０は、ヘッダ３３０及び３４０の構造を変更するだけで、複数の伝熱管３１０と複数の補強部材３２０との数量の比率を容易に変更することができる。よって、熱交換器３５０は、熱交換器３５０に求められる熱交換性能に応じて、複数の伝熱管３１０及び複数の補強部材３２０の数量の変更に容易に対応できる。従って、熱交換器３５０は、強度及び剛性を確保しつつ、様々な種類の熱交換器を製造するのに有利な構造となっている。

また、伝熱管３１０は、熱交換器３５０に多数使用される部品である。従って、熱交換器３５０によれば、熱交換器３５０に用いられる部品の種類が減少するため、組み立てが容易になり、誤組み付け等の不良の発生を抑制することができる。

以上に実施の形態について説明したが、上述した実施の形態のみに限定されるものではない。例えば、各実施の形態を組み合わせて構成されていても良い。要するに、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも技術的範囲に含むことを念のため申し添える。

１０ 伝熱管、１０ａ 伝熱管、１０ｂ 伝熱管、１０ｘ 伝熱管、１１ 本体部、１１ａ 円管、１２ 板材、１２ａ フィン、１２ｂ フィン、１２ｃ フィン、１３ 端面、１４ 縁、１５ 端縁、１５ａ 端縁部、１６ 端部、２０ 補強部材、２１ 本体部、２１ａ 円管、２２ 板材、２２ａ フィン、２２ｂ フィン、２２ｃ フィン、２３ 端面、２４ 縁、２５ａ 端縁部、２６ 端部、３０ 第１ヘッダ、３１ 外郭部材、３１ａ 挿入穴、３２ 外郭部材、３３ 流出入口、３４ 上面、３４ａ 天面、３４ｂ 面、３５ 底面、３６ 仕切部材、３６ａ 面、３６ｂ 面、３６ｃ 凸部、３６ｈ 連通穴、３７ 第１の空間、３８ 第２の空間、３９ 突出部、４０ 第２ヘッダ、４３ 流出入口、４４ 下面、５０ 熱交換器、５０ｘ 熱交換器、１００ 冷凍サイクル装置、１０１ 圧縮機、１０２ 流路切替装置、１０３ 室内熱交換器、１０４ 減圧装置、１０５ 室外熱交換器、１０６ 室外機、１０７ 室内機、１０８ 室外送風機、１０９ 室内送風機、１１０ 冷媒回路、１１１ 延長配管、１１２ 延長配管、１３０ 伝熱促進部材、１５０ 熱交換器、２１０ 伝熱管、２１１ 本体部、２１１ａ 扁平管、２１２ 板材、２１２ａ フィン、２１２ｂ フィン、２１２ｃ フィン、２１８ 流路、２２０ 補強部材、２２１ 本体部、２２１ａ 扁平管、２２２ 板材、２２２ａ フィン、２２２ｂ フィン、２２２ｃ フィン、２２３ 端面、２２６ 端部、２３０ 第１ヘッダ、２３１ 外郭部材、２３１ａ 挿入穴、２３２ 外郭部材、２３３ 流出入口、２４０ 第２ヘッダ、２５０ 熱交換器、３１０ 伝熱管、３１１ 本体部、３２０ 補強部材、３３０ 第１ヘッダ、３３１ 外郭部材、３３１ａ 挿入穴、３３１ｂ 挿入穴、３３６ 仕切部材、３４０ 第２ヘッダ、３５０ 熱交換器、Ｆ０ 形状、Ｆ１ 形状、Ｈ１ 距離、Ｌ１ 距離、Ｌ２ 距離、ＲＦ 矢印。

本発明に係る熱交換器は、互いに間隔をあけて第１方向に並列される複数の構成部材と、前記第１方向に交差する第２方向における前記複数の構成部材の端で、前記複数の構成部材に接続されたヘッダと、を備え、前記複数の構成部材は、前記第２方向に延びる本体部と、前記第１方向及び前記第２方向に平行な面に交差する第３方向の前記本体部の端縁部から前記第３方向に延設される延在部と、を備え、前記端縁部は、前記本体部の端縁のうち前記第２方向における前記本体部の端部を除いた部分であり、前記ヘッダは、前記複数の構成部材の前記本体部の前記端部が挿し込まれる複数の挿入穴を備え、前記複数の構成部材は、前記本体部の内部に冷媒が流通しない第１構成部材と、前記本体部の内部に冷媒が流通する第２構成部材と、を備え、前記第１構成部材は、前記本体部の前記第２方向の端面が前記ヘッダの内部に当接又は接合されるものである。

Claims (17)

1. 互いに間隔をあけて第１方向に並列される複数の構成部材と、
   前記第１方向に交差する第２方向における前記複数の構成部材の端で、前記複数の構成部材に接続されたヘッダと、を備え、
   前記複数の構成部材は、
   前記第２方向に延びる本体部と、
   前記第１方向及び前記第２方向に平行な面に交差する第３方向の前記本体部の端縁部から前記第３方向に延設される延在部と、を備え、
   前記端縁部は、
   前記本体部の端縁のうち前記第２方向における前記本体部の端部を除いた部分であり、
   前記ヘッダは、
   前記複数の構成部材の前記本体部の前記端部が挿し込まれる複数の挿入穴を備え、
   前記複数の構成部材は、
   前記本体部の内部に冷媒が流通しない第１構成部材と、
   前記本体部の内部に冷媒が流通する第２構成部材と、を備える、熱交換器。
2. 前記第１構成部材は、
   前記本体部の前記第２方向の端面が前記ヘッダの内部に当接又は接合される、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第２構成部材は、
   前記延在部の前記第２方向の縁が前記ヘッダに当接する、請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記複数の挿入穴は、
   前記第１構成部材が挿入される第１挿入穴と、
   前記第２構成部材が挿入される第２挿入穴と、を備え、
   前記ヘッダは、
   当該ヘッダの外周面に、前記第１挿入穴が設けられている周囲に位置する第１外周面と、前記第２挿入穴が設けられている周囲に位置する第２外周面と、を備え、
   前記ヘッダの内部は、
   前記第１挿入穴から前記第２方向に向かった位置に前記第１構成部材の前記第２方向の端面が当接する第１の面と、
   前記第２挿入穴から前記第２方向に向かった位置に第２の面と、を備え、
   前記第１の面から前記第１外周面までの距離は、
   前記第２の面から前記第２外周面までの距離よりも小さい、請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器。
5. 前記第１構成部材の前記本体部の前記第２方向の前記端面から前記延在部の前記第２方向の前記縁までの距離は、
   前記ヘッダの前記第１の面から前記第１外周面までの距離より長い、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記第２構成部材の前記本体部の前記第２方向の前記端面から前記延在部の前記第２方向の前記縁までの距離は、
   前記ヘッダの前記第２の面から前記第２外周面までの距離より短い、請求項４又は５に記載の熱交換器。
7. 前記第１構成部材の前記本体部の前記第２方向の前記端面から前記延在部の前記第２方向の前記縁までの距離は、
   前記第２構成部材の前記本体部の前記第２方向の前記端面から前記延在部の前記第２方向の前記端縁までの距離と同等に形成されている、請求項４〜６の何れか１項に記載の熱交換器。
8. 前記ヘッダは、
   内部に仕切部材を備え、
   前記仕切部材は、
   前記第１の面を備える、請求項４〜７の何れか１項に記載の熱交換器。
9. 前記仕切部材は、
   更に前記第２の面を備え、
   前記第２構成部材の前記本体部の前記第２方向の前記端面は、
   前記第２の面から離れて位置し、
   前記第２の面は、
   前記第２構成部材の前記本体部の内部の管路と前記ヘッダの内部の空間とを連通する連通穴が形成されている、請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記ヘッダは、
    前記第２外周面が前記第１外周面よりも前記第２方向に突出している、請求項４〜９の何れか１項に記載の熱交換器。
11. 前記複数の挿入穴は、
    前記第１構成部材が挿入される第１挿入穴と、
    前記第２構成部材が挿入される第２挿入穴と、を備え、
    前記ヘッダは、
    当該ヘッダの外周面に、前記第１挿入穴が形成される第１外周面と、前記第２挿入穴が形成される第２外周面と、
    前記ヘッダの前記内部は、
    前記第１挿入穴から前記第２方向に向かった位置に前記第１構成部材の前記第２方向の端面が当接する第１の面と、
    前記第２挿入穴から前記第２方向に向かった位置に第２の面と、を備え、
    前記第１の面から前記第１外周面までの距離は、
    前記第２の面から前記第２外周面までの距離と等しい、請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器。
12. 前記第１構成部材の前記本体部の前記第２方向の前記端面から前記延在部の前記第２方向の前記縁までの距離は、
    前記第２構成部材の前記本体部の前記第２方向の前記端面から前記延在部の前記第２方向の前記縁までの距離よりも長い、請求項１１に記載の熱交換器。
13. 前記ヘッダは、
    内部に仕切部材を備え、
    前記仕切部材は、
    前記第１の面を備える、請求項１１又は１２に記載の熱交換器。
14. 前記仕切部材は、
    更に前記第２の面を備え、
    前記第２構成部材の前記本体部の前記第２方向の前記端面は、
    前記第２の面から離れて位置し、
    前記第２の面は、
    前記第２構成部材の前記本体部の内部の管路と前記ヘッダの内部の空間とを連通する連通穴が形成されている、請求項１３に記載の熱交換器。
15. 前記第１構成部材の前記本体部は、
    前記第２構成部材の前記本体部と前記第２方向に垂直な断面における外形が同形状である、請求項１〜１４の何れか１項に記載の熱交換器。
16. 前記第１構成部材の前記延在部の前記第３方向の長さは、
    前記第２構成部材の前記延在部の前記第３方向の長さよりも短い、請求項１〜１５の何れか１項に記載の熱交換器。
17. 請求項１〜１６の何れか１項に記載の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置。

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