(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された熱媒体流通用のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置され、それぞれヘッダーの側面に接続される複数の熱媒体流通用のチューブとを備え、ヘッダーの側面には各チューブの端部がそれぞれ接続される複数の接続孔を設けた熱交換器において、
前記ヘッダーを、互いにヘッダーの軸方向に接合される複数の分割部材によって形成するとともに、
各分割部材の両端の接合端面のうち少なくとも一方の接合端面に前記接続孔の一部をなす切り欠き部を設け、
互いに接合される各分割部材の接合端面間に前記切り欠き部によって接続孔を形成し、
各分割部材の接合端面に、互いにヘッダーの径方向への移動を規制するように係合する係合部を設け、
係合部を分割部材の軸方向一方の端面に設けた凸部と軸方向他方の端面に設けた凹部とから形成した
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記係合部を分割部材の周方向に延びるように形成した
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記各分割部材のうち一部の分割部材に、ヘッダー内を軸方向に仕切る仕切部を設けた
ことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
筒状に形成された熱媒体流通用のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置され、それぞれヘッダーの側面に接続される複数の熱媒体流通用のチューブとを備え、ヘッダーの側面には各チューブの端部がそれぞれ接続される複数の接続孔を設けた熱交換器の製造方法において、
前記ヘッダーを、互いにヘッダーの軸方向に接合される複数の分割部材によって形成するとともに、
各分割部材の両端の接合端面のうち少なくとも一方の接合端面に前記接続孔の一部をなす切り欠き部を設け、
チューブの端部が分割部材の切り欠き部に係合するように分割部材とチューブとを交互に積み重ねるとともに、各分割部材の軸方向一方の端面に設けた凸部と軸方向他方の端面に設けた凹部とを互いにヘッダーの径方向への移動を規制するように係合することにより、各チューブの端部が各接続孔にそれぞれ接続されたヘッダーを形成する
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】
本発明は、例えば車両用空気調和装置の蒸発器、凝縮器またはヒータ等として用いられる熱交換器及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、熱媒体流通用の筒状のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置され、それぞれヘッダーの側面に接続される複数の熱媒体流通用のチューブとを備え、ヘッダーの側面に設けた複数の接続孔に各チューブの端部をそれぞれ挿入することにより、各チューブをヘッダーの側面に接続するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４５１９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記熱交換器では、予め接続孔が設けられたヘッダーに各チューブの端部をそれぞれ挿入するようにしているため、各接続孔にチューブを一本ずつ挿入しなければならず、組立作業が煩雑になるという問題点があった。特に、フィンを用いずに扁平状のチューブを狭い間隔で配列した、いわゆるフィンレス型の熱交換器においては、チューブの表面による伝熱面積を大きくする必要があるため、チューブの本数が多くなり、その分だけチューブの挿入作業が煩雑になるという問題点があった。また、扁平状のチューブが挿入される横長の接続孔を互いに近接するように設ける場合、各接続孔の間部分が細長くなり、ヘッダーへの接続孔の打ち抜き加工が困難になるという問題点もあった。
【０００５】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チューブの本数が多い場合でも、各チューブをヘッダーに容易に接続することのできる熱交換器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記目的を達成するために、筒状に形成された熱媒体流通用のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置され、それぞれヘッダーの側面に接続される複数の熱媒体流通用のチューブとを備え、ヘッダーの側面には各チューブの端部がそれぞれ接続される複数の接続孔を設けた熱交換器において、前記ヘッダーを、互いにヘッダーの軸方向に接合される複数の分割部材によって形成するとともに、各分割部材の両端の接合端面のうち少なくとも一方の接合端面に前記接続孔の一部をなす切り欠き部を設け、互いに接合される各分割部材の接合端面間に前記切り欠き部によって接続孔を形成し、各分割部材の接合端面に、互いにヘッダーの径方向への移動を規制するように係合する係合部を設け、係合部を分割部材の軸方向一方の端面に設けた凸部と軸方向他方の端面に設けた凹部とから形成している。
【０００７】
また、本発明は前記目的を達成するために、熱媒体流通用の筒状のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置され、それぞれヘッダーの側面に接続される複数の熱媒体流通用のチューブとを備え、ヘッダーの側面には各チューブの端部がそれぞれ接続される複数の接続孔を設けた熱交換器の製造方法において、前記ヘッダーを、互いにヘッダーの軸方向に接合される複数の分割部材によって形成するとともに、各分割部材の両端の接合端面のうち少なくとも一方の接合端面に前記接続孔の一部をなす切り欠き部を設け、チューブの端部が分割部材の切り欠き部に係合するように分割部材とチューブとを交互に積み重ねるとともに、各分割部材の軸方向一方の端面に設けた凸部と軸方向他方の端面に設けた凹部とを互いにヘッダーの径方向への移動を規制するように係合することにより、各チューブの端部が各接続孔にそれぞれ接続されたヘッダーを形成するようにしている。
【０００８】
これにより、各チューブの端部が分割部材の切り欠き部に係合するように分割部材とチューブとを交互に積み重ねることにより、各チューブの端部が各接続孔にそれぞれ接続されたヘッダーを形成することができる。また、各分割部材の接合端面に設けられた係合部としての凸部及び凹部が互いにヘッダーの径方向への移動を規制するように係合することから、各分割部材を積み重ねる際、各分割部材同士が容易且つ正確に位置決めされる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、各チューブの端部が各接続孔にそれぞれ接続されたヘッダーを容易に形成することができるので、チューブの本数が多い場合でも組立作業が煩雑になることがなく、生産性の向上を図ることができる。また、各分割部材を積み重ねる際、各分割部材同士を容易且つ正確に位置決めすることができるので、組立作業を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す熱交換器の斜視図
【図２】ヘッダー部材の上面側斜視図
【図３】ヘッダー部材の下面側斜視図
【図４】ヘッダー部材の背面断面図
【図５】上側蓋部材の背面断面図
【図６】下側蓋部材の背面断面図
【図７】チューブの部分斜視図
【図８】チューブの側面断面図
【図９】ヘッダーの組立工程を示す斜視図
【図１０】ヘッダーの組立工程を示す斜視図
【図１１】ヘッダーの組立工程を示す部分背面断面図
【図１２】ヘッダーの部分背面断面図
【図１３】熱媒体の流通状態を示す熱交換器の正面断面図
【図１４】冷房運転を示すヒートポンプ回路の構成図
【図１５】暖房運転を示すヒートポンプ回路の構成図
【図１６】本発明の第２の実施形態を示す仕切部材の上面側斜視図
【図１７】仕切部材の背面断面図
【図１８】熱媒体の流通状態を示す熱交換器の正面断面図
【図１９】チューブの変形例を示す側面断面図
【図２０】本発明の第３の実施形態に係るヘッダーの組立工程を示す背面断面図
【図２１】ヘッダーの部分背面断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１乃至図１３は本発明の第１の実施形態を示すもので、例えば車両用空気調和装置の蒸発器、凝縮器またはヒータとして用いられるフィンレス型の熱交換器を示すものである。
【００１２】
この熱交換器は、一対の熱媒体流通用のヘッダー１０と、互いに各ヘッダー１０の軸方向に間隔をおいて配置された複数の熱媒体流通用のチューブ２０とから構成され、各チューブ２０は両端をそれぞれ各ヘッダー１０の側面に接続されている。
【００１３】
各ヘッダー１０は上下方向に延びる角筒状に形成され、互いに熱交換器の幅方向に間隔をおいて配置されている。ヘッダー１０の側面（周壁面）には、各チューブ２０の端部がそれぞれ接続される複数の接続孔１０ａが設けられ、各接続孔１０ａは互いに上下方向に等間隔で配置されている。ヘッダー１０は、互いにヘッダー１０の軸方向に接合される複数のヘッダー部材１１と、ヘッダー１０の上端を閉塞する上側蓋部材１２と、ヘッダー１０の下端を閉塞する下側蓋部材１３とからなり、各ヘッダー部材１１及び各蓋部材１２，１３は分割部材をなす。
【００１４】
各ヘッダー部材１１は、アルミニウム等の金属の成型品からなり、ヘッダー１０の周壁の軸方向一部をなすように環状に形成されている。各ヘッダー部材１１は上下方向の端面（接合端面）を他のヘッダー部材１１の上下方向の端面と突き合わせることにより、互いに接合されるようになっており、その上下方向両端面には、接続孔１０ａの一部をなす切り欠き部１４が設けられている。切り欠き部１４は横長に形成され、その底面には複数の凹凸部が幅方向に交互に設けられている。また、ヘッダー部材１１の上下方向の端面には、他のヘッダー部材１１と係合する係合部が設けられ、係合部はヘッダー部材１１の上下方向一方の端面に設けられた凸部１５と上下方向他方の端面に設けられた凹部１６とから形成されている。凸部１５及び凹部１６は切り欠き部１４の両端からヘッダー部材１１の周方向に延びるように形成され、互いに係合することによりヘッダー１０の径方向（軸方向に直交する方向）への移動を規制するようになっている。
【００１５】
上側蓋部材１２は、上端面を上面部１２ａによって閉塞され、その下端面をヘッダー部材１１の上端面と接合されるようになっている。上側蓋部材１２の周壁部はヘッダー部材１１と同様の外形をなしており、その下端面にはヘッダー部材１１と同様の切り欠き部１４及び凹部１６が設けられている。
【００１６】
下側蓋部材１３は、下端面を底面部１３ａによって閉塞され、その下端面をヘッダー部材１１の下端面と接合されるようになっている。下側蓋部材１３の周壁部はヘッダー部材１１と同様の外形をなしており、その上端面にはヘッダー部材１１と同様の切り欠き部１４及び凸部１５が設けられている。
【００１７】
各チューブ２０は、アルミニウム等の金属の押出成型品からなり、上下方向の寸法が幅方向の寸法に対して小さい扁平状に形成されている。チューブ２０には、熱媒体流通用の複数の流路２１が互いに幅方向に等間隔で設けられ、各流路２１の内形は四角形状に形成されている。チューブ２０の上面及び下面には複数の凹凸部が幅方向に交互に設けられており、これらの凹凸部は前記切り欠き部１４の凹凸部に係合するようになっている。この場合、チューブ２０の凹凸部は、各流路２１の上下に位置する部分が凸状をなし、各流路２１の間に位置する部分が凹状をなすように形成されている。
【００１８】
以上の構成からなる熱交換器は、図９及び図１１に示すように、各チューブ２０の端部がヘッダー部材１１の切り欠き部１４に係合するようにヘッダー部材１１とチューブ２０とを交互に積み重ねることにより、互いに接合される一方のヘッダー部材１１の切り欠き部１４と他方のヘッダー部材１１の切り欠き部１４によって接続孔１０ａが形成され、図１０及び図１２に示すように、各チューブ２０の端部が各接続孔１０ａにそれぞれ接続されたヘッダー１０が形成される。その際、各ヘッダー１０の上端及び下端には上側蓋部材１２及び下側蓋部材１３が配置されるとともに、一方のヘッダー１０の上側蓋部材１２には熱媒体流入用の流入パイプ１７が設けられ、他方のヘッダー１０の下側蓋部材１３には熱媒体流出用の流出パイプ１８が設けられる。また、各ヘッダー部材１１及び各蓋部材１２，１３を積み重ねる際、それらの接合端面の凸部１５と凹部１６が互いに係合し、凸部１５及び凹部１６によって各ヘッダー部材１１及び各蓋部材１２，１３の径方向への移動が規制される。この後、炉中でろう付けすることにより、各ヘッダー部材１１、各蓋部材１２，１３、各パイプ１７，１８及び各チューブ２０が接合される。                                                                       
【００１９】
前記熱交換器においては、図１３に示すように流入パイプ１７から一方のヘッダー１０内に流入した熱媒体が一方のヘッダー１０から各チューブ２０を流通して他方のヘッダー１０に流入し、他方のヘッダー１０の流出パイプ１８から流出する。その際、各チューブ２０を流通する熱媒体と、各チューブ２０の外部を流通する流体とが熱交換される。
【００２０】
このように、本実施形態によれば、ヘッダー１０を互いに軸方向に接合される分割部材としての複数のヘッダー部材１１及び各蓋部材１２，１３によって形成するとともに、各ヘッダー部材１１及び各蓋部材１２，１３の接合端面に接続孔１０ａの一部をなす切り欠き部１４を設け、互いに接合される一方のヘッダー部材１１の切り欠き部１４と他方のヘッダー部材１１の切り欠き部１４によって接続孔１０ａを形成するようにしたので、各チューブ２０の端部がヘッダー部材１１の切り欠き部１４に係合するようにヘッダー部材１１とチューブ２０とを交互に積み重ねることにより、各チューブ２０の端部が各接続孔１０ａにそれぞれ接続されたヘッダー１０を形成することができる。これにより、各チューブ２０をヘッダー１０に容易に接続することができ、チューブ２０の本数が多いフィンレス型の熱交換器においても組立作業が煩雑になることがなく、生産性の向上を図ることができる。また、ヘッダー１０に打ち抜き加工によって接続孔１０ａを穿設する必要がないので、各チューブ２０の間隔が狭い場合でも接続孔１０ａを形成することができ、チューブ２０のピッチが小さいフィンレス型の熱交換器に極めて有利である。
【００２１】
また、各ヘッダー部材１１の接合端面に、互いにヘッダー１０の径方向への移動を規制するように係合する係合部としての凸部１５及び凹部１６を設けたので、各ヘッダー部材１１を積み重ねる際、各ヘッダー部材１１同士を容易且つ正確に位置決めすることができ、組立作業を効率良く行うことができる。
【００２２】
この場合、凸部１５及び凹部１６をヘッダー部材１１の周方向に延びるように形成したので、凸部１５及び凹部１６によって各ヘッダー部材１１間をシールすることができ、各ヘッダー部材１１間の密閉性を高めることができる。
【００２３】
図１４及び図１５は前記熱交換器を蒸発器、室外側熱交換器またはヒータとして用いたヒートポンプ式車両用空気調和装置の回路図を示すものである。
【００２４】
同図に示すヒートポンプ回路は、冷媒を吐出する圧縮機３０と、圧縮機３０の下流側に接続されたヒータ３１と、ヒータ３１の下流側に接続された第１の膨張弁３２と、第１の膨張弁３２の下流側に接続された室外側熱交換器３３と、室外側熱交換器３３の下流側に接続された第２の膨張弁３４と、第２の膨張弁３４の下流側に接続された蒸発器３５と、蒸発器３５の下流側に接続されたアキュムレータ３６とを備え、アキュムレータ３６の下流側には圧縮機３０が接続されている。ヒータ３１の下流側には第１の膨張弁３２をバイパスする第１のバイパス回路３７が設けられ、第１のバイパス回路３７は第１の電磁弁３８によって開閉するようになっている。また、室外側熱交換器３３の下流側には第２の膨張弁３４及び蒸発器３５をバイパスする第２のバイパス回路３９が設けられ、第２のバイパス回路３９は第２の電磁弁４０によって開閉するようになっている。また、ヒータ３１及び蒸発器３５は、車両の室内空気を流通するダクト５０内に配置されている。
【００２５】
前記空気調和装置において、冷房運転を行うときは、ヒートポンプ回路の第１の電磁弁３８を開放し、第２の電磁弁４０を閉鎖する。これにより、図１４に示すように、圧縮機３０から吐出した冷媒が、ヒータ３１、室外側熱交換器３３、第２の膨張弁３４、蒸発器３５、アキュムレータ３６に順次流通して圧縮機３０に吸入され、ダクト５０を流通する空気が蒸発器３５によって冷却される。
【００２６】
また、前記空気調和装置において、冷房運転を行うときは、ヒートポンプ回路３０の第１の電磁弁３８を閉鎖し、第２の電磁弁４０を開放する。これにより、図１５に示すように、圧縮機３０から吐出した冷媒が、ヒータ３１、第１の膨張弁３２、室外側熱交換器３３、アキュムレータ３６に順次流通して圧縮機３０に吸入され、ダクト５０を流通する空気がヒータ３１によって加熱される。
【００２７】
図１６乃至図１８は本発明の第２の実施形態を示すもので、前記実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００２８】
本実施形態の熱交換器におけるヘッダー１０は、ヘッダー１０内を軸方向に仕切る仕切部材１９を有し、仕切部材１９はヘッダー１０を構成する分割部材のうち一部の分割部材をなす。仕切部材１９の周壁部はヘッダー部材１１と同様の外形をなしており、その上端面及び下端面にはヘッダー部材１１と同様の切り欠き部１４、凸部１５及び凹部１６が設けられている。また、仕切部材１９の内側には仕切部１９ａが設けられ、仕切部１９ａによって仕切部材１９内が上下に仕切られている。
【００２９】
本実施形態では、一方のヘッダー１０の軸方向上方寄りに一つの仕切部材１９が配置され、他方のヘッダー１０の軸方向下方寄りに他の一つの仕切部材１９が配置されている。この場合、仕切部材１９はヘッダー部材１１の間に配置され、上下のヘッダー部材１１にそれぞれ接合されるようになっている。
【００３０】
本実施形態の熱交換器では、図１８に示すように流入パイプ１７から一方のヘッダー１０内の仕切部材１９の上方に流入した熱媒体が一方のヘッダー１０から上方の約１／３のチューブ２０を流通して他方のヘッダー１０内の仕切部材１９の上方に流入し、上下方向中央側の約１／３のチューブ２０を流通して一方のヘッダー１０内の仕切部材１９の下方に流入する。この後、一方のヘッダー１０内の仕切部材１９の下方の熱媒体が一方のヘッダー１０から下方の約１／３のチューブ２０を流通して他方のヘッダー１０内の仕切部材１９の下方に流入し、他方のヘッダー１０の流出パイプ１８から流出する。即ち、熱媒体が各チューブ２０を蛇行状に流通し、各チューブ２０を流通する熱媒体と、各チューブ２０の外部を流通する流体とが熱交換される。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、ヘッダー１０を構成する各分割部材のうち一部の分割部材を仕切部材１９によって形成し、仕切部材１９に設けた仕切部１９ａによってヘッダー１０内を軸方向に仕切るようにしたので、各チューブ２０を流通する熱媒体を蛇行状に流通させることができ、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３２】
尚、前記第２の実施形態では、仕切部材１９を各ヘッダー１０に一つずつ設けたものを示したが、複数ずつ設けて蛇行回数を多くするようにしてもよい。また、冷媒が同一方向に流通するチューブ２０の割合を仕切部材１９の位置によって上流側と下流側で異なるようにすることも可能である。
【００３３】
また、前記各実施形態では、チューブ２０の各流路２１の内形を四角形状に形成したものを示したが、図１９に示すチューブ２０のように楕円形状の流路２２を設けるようにしてもよい。
【００３４】
図２０及び図２１は本発明の第３の実施形態を示すもので、前記実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００３５】
前記第１の実施形態では、ヘッダー部材１１の各接合端面のうち上端及び下端の両方の接合端面にそれぞれ切り欠き部１４を設け、互いに接合されるヘッダー部材１１のうち上方に位置するヘッダー部材１１の切り欠き部１４と下方に位置するヘッダー部材１１の切り欠き部１４によって接続孔１０ａを形成するようにしたものを示したが、本実施形態ではヘッダー部材１１の下端の接合端面のみに切り欠き部１４が設けられ、その上端の接合端面は平坦に形成されている。尚、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００３６】
即ち、本実施形態では、互いに接合されるヘッダー部材１１のうち上方に位置するヘッダー部材１１の切り欠き部１４と下方に位置するヘッダー部材１１の上端の接合端面によって接続孔１０ａを形成するようにしている。この場合、本実施形態では、チューブ２０の上面のみに凹凸部が設けられ、チューブ２０の下面は平坦に形成されている。また、本実施形態では、下側蓋部材１３には切り欠き部１４が設けられておらず、その上端の接合端面は平坦に形成されている。
【００３７】
尚、前記第３の実施形態においても、第２の実施形態のように仕切部材１９を設けてヘッダー１０内を軸方向に仕切るようにしてもよい。この場合、仕切部材１９には、第３の実施形態のヘッダー部材１１と同様、下端の接合端面のみに切り欠き部１４が設けられる。
【００３８】
また、前記第３の実施形態では、ヘッダー部材の下端の接合端面のみに切り欠き部１４を設けるようにしたものを示したが、上端の接合端面のみに切り欠き部１４を設けるようにしてもよい。この場合、各チューブ２０は、前記第３の実施形態とは上下反対向きに配置される。
【符号の説明】
【００３９】
１０…ヘッダー、１０ａ…接続孔、１１…ヘッダー部材、１２…上側蓋部材、１３…下側蓋部材、１４…切り欠き部、１５…凸部、１６…凹部、１９…仕切部材、１９ａ…仕切部、２０…チューブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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