(57)【要約】【課題】アルミニウムまたはアルミニウム合金製の円管を備えた熱交換器の熱交換能力を高める。【解決手段】熱交換器（10）は、円形の貫通孔（21）が形成されたフィン（20）と、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された円管（30）であって、フィン（20）の貫通孔（21）に挿通され、円管（30）を拡張させる拡管と接合材を用いた接合とによってフィン（20）に固定された円管（30）とを備える。円管（30）の外径をＤとし、円管（30）の最小肉厚をｔとして、３ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍおよび０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．２５が成り立っている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形の貫通孔（21）が形成されたフィン（20）と、
アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された円管（30）であって、上記フィン（20）の上記貫通孔（21）に挿通され、上記円管（30）を拡張させる拡管と接合材を用いた接合とによって上記フィン（20）に固定された円管（30）とを備え、
上記円管（30）の外径をＤとし、上記円管（30）の最小肉厚をｔとして、３ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍおよび０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．２５が成り立っている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
上記接合材は、ロウ材または接着剤である
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記円管（30）は、全体が直線状に延びている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記円管（30）は、複数設けられており、
２つ以上の上記円管（30）の内部空間に連通する連通空間（41,51,61）が内部に形成されたヘッダ（40,50,60）を備える
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
上記円管（30）は、該円管（30）の延びる方向に沿って延びる溝（32）が内面（31）に形成されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項において、
上記円管（30）は、内面（31）が平滑面に構成されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器（10）の製造方法であって、
上記フィン（20）の上記貫通孔（21）に上記円管（30）を挿通する挿通工程と、
上記円管（30）を流体圧によって拡張させて上記フィン（20）に接触させる拡管工程と、
上記フィン（20）と上記円管（30）とを互いに接合する接合工程とを含む
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フィンの貫通孔にＵ字状パイプを挿入して、当該Ｕ字状パイプを拡張する拡管によりフィンとＵ字状パイプとを固定する熱交換器の製造方法が知られている（例えば、特許文献１）。また、同文献の段落００１８には、Ｕ字状パイプを銅製とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３９１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記Ｕ字状パイプに相当する部材、すなわち冷媒が流通する管体を銅製ではなくアルミニウムまたはアルミニウム合金製とすることが考えられる。しかしながら、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の管体は、銅製の管体よりも肉厚を分厚くする必要があり、それにより冷媒と外部流体との間の伝熱面積が減少したり、冷媒が流通する際の圧力損失が増大したりして、熱交換器の熱交換能力を高くすることが難しい。
【０００５】
本開示の目的は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の円管を備えた熱交換器の熱交換能力を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様は、熱交換器（10）を対象とする。この熱交換器（10）は、円形の貫通孔（21）が形成されたフィン（20）と、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された円管（30）であって、上記フィン（20）の上記貫通孔（21）に挿通され、上記円管（30）を拡張させる拡管と接合材を用いた接合とによって上記フィン（20）に固定された円管（30）とを備え、上記円管（30）の外径をＤとし、上記円管（30）の最小肉厚をｔとして、３ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍおよび０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．２５が成り立っている。
【０００７】
第１の態様では、円管（30）において、３ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍおよび０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．２５が成り立っている。すなわち、Ｄが比較的小さいために、熱交換器（10）を通過する空気の圧力損失（すなわち、熱交換器（10）の通風抵抗）を小さくできる。また、ｔ／Ｄが０．０６以上であるために、円管（30）をある程度まで分厚く構成して、当該円管（30）の耐圧性を確保できる。さらに、ｔ／Ｄが０．２５以下であるために、円管（30）を過度に分厚くすることなく、当該円管（30）内を流れる冷媒の圧力損失を抑えることができる。また、拡管と接合材を用いた接合とによって円管（30）がフィン（20）に固定されているために、円管（30）とフィン（20）との間の伝熱抵抗を小さくすることができる。以上により、第１の態様によると、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の円管（30）を備えた熱交換器（10）の熱交換能力を高めることができる。
【０００８】
本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、上記接合材は、ロウ材または接着剤であることを特徴とする。
【０００９】
第２の態様では、ロウ材または接着剤を使用することで、円管（30）とフィン（20）との間の伝熱抵抗を確実に小さくすることができる。
【００１０】
本開示の第３の態様は、上記第１または第２の態様において、上記円管（30）は、全体が直線状に延びていることを特徴とする。
【００１１】
第３の態様では、円管（30）を、流体圧による拡管に適したものとすることができる。すなわち、円管（30）の全体が直線状に延びているため、流体圧で拡管する際に他部分に比べて脆弱になる部分（典型的には、湾曲した部分）がなく、円管（30）の破損を回避しつつ当該円管（30）を十分に拡張することができる。
【００１２】
本開示の第４の態様は、上記第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、上記円管（30）は、複数設けられており、２つ以上の上記円管（30）の内部空間に連通する連通空間（41,51,61）が内部に形成されたヘッダ（40,50,60）を備えることを特徴とする。
【００１３】
第４の態様では、ヘッダ（40,50,60）により、２つ以上の円管（30）に対して冷媒を分流または合流させること、それに代えてまたは加えて、熱交換器（10）を空気流れ方向に対して複数列に構成する場合に、ある列を構成する円管（30）とその隣の列を構成する円管（30）との間の接続部を構成することができる。
【００１４】
本開示の第５の態様は、上記第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、上記円管（30）は、該円管（30）の延びる方向に沿って延びる溝（32）が内面（31）に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
第５の態様では、アルミニウムまたはアルミニウム合金製で内面（31）に溝（32）がある円管（30）を例えば押出成形によって容易に製造することが可能となる。なお、円管（30）の内面（31）に溝（32）がある場合、本明細書において「円管（30）の最小肉厚」とは、溝（32）の底面と円管（30）の外面との間の距離のことを言う。
【００１６】
本開示の第６の態様は、上記第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、上記円管（30）は、内面（31）が平滑面に構成されていることを特徴とする。
【００１７】
第６の態様では、円管（30）内を流れる冷媒の圧力損失をより小さくすることができる。なお、円管（30）の内面（31）が平滑面に構成されている場合、本明細書において「円管（30）の最小肉厚」とは、円管（30）の内面（31）と外面との間の距離のことを言う。
【００１８】
本開示の第７の態様は、上記第１〜第６の態様のいずれか１つの熱交換器（10）の製造方法に関する。この熱交換器（10）の製造方法は、上記フィン（20）の上記貫通孔（21）に上記円管（30）を挿通する挿通工程と、上記円管（30）を流体圧によって拡張させて上記フィン（20）に接触させる拡管工程と、上記フィン（20）と上記円管（30）とを互いに接合する接合工程とを含む。
【００１９】
第７の態様では、上記第１〜第６の態様と同様の作用効果を奏する熱交換器（10）を得ることができる。また、比較的小径の円管（30）を、流体圧（すなわち、空気圧または液圧）によって不要な変形を伴うことなく拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施形態の熱交換器の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のII−II線における断面図である。
【図３】図３は、実施形態の円管を拡大して示す横断面図である。
【図４】図４は、円管と液ヘッダとの接続部を拡大して示す断面図である。
【図５】図５は、円管とガスヘッダとの接続部を拡大して示す断面図である。
【図６】図６は、円管と接続ヘッダとの接続部を拡大して平面視で示す断面図である。
【図７】図７は、実施形態の熱交換器の製造方法における挿通工程、拡管工程、および接合工程を示す図である。
【図８】図８は、実施形態の熱交換器の製造方法におけるヘッダ固定工程を示す図である。
【図９】図９は、その他の実施形態の円管を拡大して示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施形態について説明する。本実施形態の熱交換器（10）は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（図示せず）に設けられて内部を流れる冷媒と空気とを熱交換させるものである。以下では、まず熱交換器（10）の構成について説明し、その後、当該熱交換器（10）の製造方法について説明する。
【００２２】
−熱交換器の構成−
図１は、熱交換器（10）の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１のII−II線における断面図である。図３は、円管（30）を拡大して示す横断面図である。図４は、円管（30）と液ヘッダ（40）との接続部を拡大して示す断面図である。図５は、円管（30）とガスヘッダ（50）との接続部を拡大して示す断面図である。そして、図６は、円管（30）と接続ヘッダ（60）との接続部を拡大して平面視で示す断面図である。
【００２３】
これらの図に示すように、熱交換器（10）は、二列熱交換器に構成されていて、複数のフィン（20）と、複数の円管（30）と、液ヘッダ（40）と、ガスヘッダ（50）と、接続ヘッダ（60）と、分流器（70）とを備える。
【００２４】
フィン（20）は、図１および図２に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された上下に細長い矩形板状の部材であって、図１における左右方向において互いに平行に複数並んでいる。フィン（20）には、円形の貫通孔（21）が複数形成されている。ここで、図１における手前側の列を構成するフィン（20）の貫通孔（21）と、図１における奥側の列を構成するフィン（20）の貫通孔（21）とは、その高さ位置が互いに異なる（図２も参照）。
【００２５】
円管（30）は、図１〜図３に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された細長い円筒状の部材である。円管（30）は、全体が直線状に延びている。すなわち、円管（30）は、その長手方向（図１における左右方向）における一端から他端にわたって直線状に延びている。
【００２６】
円管（30）は、図１および図２に示すように、フィン（20）の貫通孔（21）に挿通および固定されている。ここで、円管（30）は、下でも述べるように、当該円管（30）を拡張させる拡管と、不図示の接合材（例えば、ロウ材）を用いた接合とによってフィン（20）に固定されている。なお、接合材としては、接着剤が用いられてもよいし、他の任意の種類のものが用いられてもよい。
【００２７】
円管（30）は、図３に示すように、当該円管（30）の延びる方向に沿って延びる複数の溝（32）が内面（31）に形成されている。これらの溝（32）は、円管（30）の長手方向の一端から他端にわたって直線状に延びている。複数の溝（32）は、円管（30）の周方向において等間隔に配置されている。
【００２８】
ここで、図３に示すように、円管（30）の外径をＤとし、また円管（30）の最小肉厚、すなわち溝（32）の底面と円管（30）の外面との間の距離をｔとする。この場合において、３ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍおよび０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．２５が成り立っている。つまり、本実施形態の円管（30）は、比較的小径であり、ある程度まで分厚く構成される一方で過度に分厚くは構成されていない。
【００２９】
液ヘッダ（40）は、図１および図４に示すように、手前側の列を構成する円管（30）に対応して設けられた上下に延びる円筒状の部材であって、その上端および下端は閉塞されている。液ヘッダ（40）の内部には、少なくとも１つの、この例では２つの液用連通空間（41）が形成されている。上側の液用連通空間（41）は、２つ以上の、この例では５つの円管（30）の内部空間に連通している。下側の液用連通空間（41）は、２つ以上の、この例では４つの円管（30）の内部空間に連通している。液ヘッダ（40）は、ヘッダを構成しており、液用連通空間（41）は、連通空間を構成している。
【００３０】
ガスヘッダ（50）は、図１および図５に示すように、奥側の列を構成する円管（30）に対応して設けられた上下に延びる円筒状の部材であって、その上端および下端は閉塞されている。ガスヘッダ（50）の内部には、少なくとも１つの、この例では１つのガス用連通空間（51）が形成されている。このガス用連通空間（51）は、２つ以上の、この例では９つの円管（30）の内部空間に連通している。ガスヘッダ（50）には、ガス用連通空間（51）に連通するガス管（82）が接続されている。ガスヘッダ（50）は、ヘッダを構成しており、ガス用連通空間（51）は、連通空間を構成している。
【００３１】
接続ヘッダ（60）は、図１および図６に示すように、手前側の列を構成する円管（30）と、奥側の列を構成する円管（30）とを互いに連通させるための部材である。接続ヘッダ（60）は、上下に延びる中空の直方体状に形成されている。接続ヘッダ（60）の内部には、少なくとも１つの、この例では１つの列間連通空間（61）が形成されている。この列間連通空間（61）は、２つ以上の、この例では全ての円管（30）の内部空間に連通している。接続ヘッダ（60）は、ヘッダを構成しており、列間連通空間（61）は、連通空間を構成している。なお、図６では、実際には高さ位置の異なる２つの円管（30）を同じ平面上に図示している。
【００３２】
分流器（70）は、液管（81）から流れてきた液冷媒を分流させるための部品である。分流器（70）は、液ヘッダ（40）の上側の液用連通空間（41）に連通する第１分岐管（71）と、液ヘッダ（40）の下側の液用連通空間（41）に連通する第２分岐管（72）とを有する。第１分岐管（71）は、上側の液用連通空間（41）の下部に開口している。第２分岐管（72）は、下側の液用連通空間（41）の下部に開口している。
【００３３】
−熱交換器の製造方法−
熱交換器（10）の製造方法について説明する。この製造方法は、挿通工程と、拡管工程と、接合工程と、ヘッダ固定工程とを含む。ここで、図７は、挿通工程、拡管工程および接合工程を示し、そして、図８は、ヘッダ固定工程を示している。
【００３４】
図７に示すように、挿通工程では、フィン（20）の貫通孔（21）に円管（30）が挿通される。ここで、フィン（20）の貫通孔（21）の内径は、円管（30）の外径Ｄよりもわずかに大きく、そのため比較的容易に円管（30）を挿通することができる。
【００３５】
拡管工程では、円管（30）内に流体を送り込むことで当該円管（30）を流体圧（すなわち、空気圧または液圧）によって拡張させ、円管（30）の外面とフィン（20）の貫通孔（21）の内縁とを接触させる。
【００３６】
接合工程では、フィン（20）と円管（30）とを、例えばロウ付けによって互いに接合する。ここまでの各工程により、熱交換器本体（11）が形成される。
【００３７】
図８に示すように、ヘッダ固定工程では、手前側の列を構成する円管（30）の一端部（図８における右端部）に液ヘッダ（40）を取り付け、奥側の列を構成する円管（30）の一端部（図８における右端部）にガスヘッダ（50）を取り付け、かつ全ての円管（30）の他端部に接続ヘッダ（60）を取り付ける。そして、各円管（30）と液ヘッダ（40）、ガスヘッダ（50）、および接続ヘッダ（60）とを、例えばロウ付けによって互いに接合する。
【００３８】
−実施形態の効果−
本実施形態の熱交換器（10）は、円形の貫通孔（21）が形成されたフィン（20）と、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された円管（30）であって、上記フィン（20）の上記貫通孔（21）に挿通され、上記円管（30）を拡張させる拡管と接合材を用いた接合とによって上記フィン（20）に固定された円管（30）とを備え、上記円管（30）の外径をＤとし、上記円管（30）の最小肉厚をｔとして、３ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍおよび０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．２５が成り立っている。このように、円管（30）において、３ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍおよび０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．２５が成り立っている。すなわち、Ｄが比較的小さいために、熱交換器（10）を通過する空気の圧力損失（すなわち、熱交換器（10）の通風抵抗）を小さくできる。また、ｔ／Ｄが０．０６以上であるために、円管（30）をある程度まで分厚く構成して、当該円管（30）の耐圧性を確保できる。さらに、ｔ／Ｄが０．２５以下であるために、円管（30）を過度に分厚くすることなく、当該円管（30）内を流れる冷媒の圧力損失を抑えることができる。また、拡管と接合材を用いた接合とによって円管（30）がフィン（20）に固定されているために、円管（30）とフィン（20）との間の伝熱抵抗を小さくすることができる。以上により、第１の態様によると、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の円管（30）を備えた熱交換器（10）の熱交換能力を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態の熱交換器（10）は、上記接合材が、ロウ材または接着剤である。したがって、ロウ材または接着剤を使用することで、円管（30）とフィン（20）との間の伝熱抵抗を確実に小さくすることができる。
【００４０】
また、本実施形態の熱交換器（10）は、上記円管（30）が、全体が直線状に延びている。したがって、円管（30）を、流体圧による拡管に適したものとすることができる。すなわち、円管（30）の全体が直線状に延びているため、流体圧で拡管する際に他部分に比べて脆弱になる部分（典型的には、湾曲した部分）がなく、円管（30）の破損を回避しつつ当該円管（30）を十分に拡張することができる。
【００４１】
また、本実施形態の熱交換器（10）は、上記円管（30）が、複数設けられており、２つ以上の上記円管（30）の内部空間に連通する液用連通空間（41）が内部に形成された液ヘッダ（40）と、２つ以上の上記円管（30）の内部空間に連通するガス用連通空間（51）が内部に形成されたガスヘッダ（50）と、２つ以上の上記円管（30）の内部空間に連通する列間連通空間（61）が内部に形成された接続ヘッダ（60）とを備える。したがって、各ヘッダ（40,50,60）により、２つ以上の円管（30）に対して冷媒を分流または合流させること、それに代えてまたは加えて、熱交換器（10）を空気流れ方向に対して複数列に構成する場合に、ある列を構成する円管（30）とその隣の列を構成する円管（30）との間の接続部を構成することができる。
【００４２】
また、本実施形態の熱交換器（10）は、上記円管（30）が、該円管（30）の延びる方向に沿って延びる溝（32）が内面（31）に形成されている。したがって、アルミニウムまたはアルミニウム合金製で内面（31）に溝（32）がある円管（30）を例えば押出成形によって容易に製造することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態の熱交換器（10）は、上記円管（30）が、内面（31）が平滑面に構成されている。したがって、円管（30）内を流れる冷媒の圧力損失をより小さくすることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態の熱交換器（10）の製造方法は、上記フィン（20）の上記貫通孔（21）に上記円管（30）を挿通する挿通工程と、全体が直線状に延びる上記円管（30）を流体圧によって拡張させて上記フィン（20）に接触させる拡管工程と、上記フィン（20）と上記円管（30）とを互いに接合する接合工程とを含む。したがって、脆弱な部分（典型的には、湾曲した部分）を有しない直線状の円管（30）を、流体圧（すなわち、空気圧または液圧）によって不要な変形を伴うことなく拡張することができる。
【００４５】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００４６】
例えば、図９に示すように、円管（30）は、内面（31）が平滑面に構成されていてもよい。ここで、円管（30）の外径をＤとし、また円管（30）の最小肉厚、すなわち円管（30）の内面（31）と外面との間の距離をｔとする。この場合において、３ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍおよび０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．２５が成り立っている。
【００４７】
また、上記実施形態では、フィン（20）と円管（30）とを互いに接合する接合工程と、熱交換器本体（11）に各ヘッダ（40,50,60）を取り付けて接合するヘッダ固定工程とを個別に実行しているが、フィン（20）と円管（30）と各ヘッダ（40,50,60）との接合を同時に実行してもよい。
【００４８】
また、円管（30）は、完成した熱交換器（10）において、全体が直線状に延びていなくてもよく、例えば上面視で略Ｌ字状に曲がっていてもよい。ここで、曲がった円管（30）を備える熱交換器（10）の製造方法において、当該円管（30）（より広くは、当該熱交換器（10））を曲げる工程は、ヘッダ固定工程が終了した後（すなわち、フィン（20）および各ヘッダ（40,50,60）がロウ付けによって円管（30）に固定された後）に行われる。当該製造方法における拡管工程では、曲げ加工が施される前の真っ直ぐな円管（30）を拡張させる作業が行われる。
【００４９】
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上説明したように、本開示は、熱交換器について有用である。
【符号の説明】
【００５１】
10  熱交換器
20  フィン
21  貫通孔
30  円管
31  内面
32  溝
40  液ヘッダ（ヘッダ）
41  液用連通空間（連通空間）
50  ガスヘッダ（ヘッダ）
51  ガス用連通空間（連通空間）
60  接続ヘッダ（ヘッダ）
61  列間連通空間（連通空間）
t  円管の最小肉厚
D  円管の外径
【図１】
2020076532.tif 000003
【図２】
2020076532.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020076532.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020076532.tif 000009
【図８】
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【図９】
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