(57)【要約】  【課題】非常に優れた熱交換性能を維持しながら、安価に熱交換器を提供する。  【解決手段】略平行に複数配置され管内を流体が流動する伝熱管１０と、内部に空間を持ち伝熱管１０の両端に配置したヘッダー２０とから構成され、少なくともヘッダー２０の伝熱管１０との接続面２１が伝熱管１０を構成する材料よりも融点が低い材料で構成されることを特徴とする熱交換器であり、接続面２１を成形すると同時に伝熱管１０と接続面２１との接合ができるため、改めて伝熱管１０と接続面２１を接合する必要が無く、非常に優れた熱交換性能を保持しながら安価に熱交換器を提供することができる。【選択図】図１
2006145130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平行に複数配置され管内に流体流路を備えた伝熱管と、内部に空間を持ち前記伝熱管の両端に接続され、前記空間と前記流体流路が連通されたヘッダーとから構成され、前記ヘッダーを構成する面のうち、少なくとも前記伝熱管との接続面が前記伝熱管を構成する材料よりも低融点の材料で構成されることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱管の管内に複数の前記流体流路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記接続面から前記伝熱管の周囲に沿って管軸方向にカラーを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記伝熱管が金属材料で構成され、少なくとも前記接続面が樹脂材料から構成されることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記伝熱管がアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記接続面を成形すると同時に前記伝熱管と前記接続面を接合する請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記接続面を射出成形により成形することを特徴とする請求項６に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８】
前記接続面を粉体焼結により成形することを特徴とする請求項６に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９】
前記接続面をダイキャストにより成形することを特徴とする請求項６に記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却システム、放熱システムや加熱システム等用の熱交換器に関するもので、特に情報機器などコンパクト性を要求されるシステムで使用される液体と気体の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、伝熱管とフィンとから構成されたものが一般的であるが、近年はそのコンパクト化を図るために、管径及び管ピッチを小さくし、伝熱管を高密度化する傾向にある。その極端な形態としては、管外径が０．５ｍｍ程度の非常に細い伝熱管のみから熱交換部が構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１４は、特許文献１に記載された従来の熱交換器の正面図である。
【０００４】
図１４に示すように、従来の熱交換器は、所定間隔を置いて対向配置される入口ヘッダー１と出口ヘッダー２と、入口ヘッダー１と出口ヘッダー２の間に断面円環の複数の伝熱管３が配置され、伝熱管３の外部を外部流体が流通されるコア部４が構成されている。伝熱管３内を流通する内部流体としては主に水や不凍液が用いられ、外部流体としては空気が主流であり、それぞれが流通し、熱交換を行う。
【０００５】
そして、伝熱管３を碁盤目状に配置するとともに、伝熱管３の外径を０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とし、隣接する伝熱管３のピッチを管外径で除した値を０．５以上３．５以下とすることで、使用動力に対する熱交換量を大幅に向上できるとしている。
【特許文献１】特開２００１−１１６４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の熱交換器を構成する具体的な要素や製造方法については示されていないが、一般的には、多数の細い管３と、特定の面に多数の細かい円孔を予め空けた入口ヘッダー１と出口ヘッダー２を用意し、入口ヘッダー１及び出口ヘッダー２の円孔に伝熱管３の両端を挿入し、溶接等によって伝熱管３の挿入部を入口ヘッダー１及び出口ヘッダー２に接着する方法が考えられる。しかしながら、長くて細い伝熱管３は非常に高価であるばかりでなく、入口ヘッダー１や出口ヘッダー２に伝熱管３の挿入用の微細な円孔を所定の微細なピッチで設けることと、非常に多くの伝熱管３を入口ヘッダー１や出口ヘッダー２に挿入し接合する工程が非常に困難であり、熱交換性能が高くても、非常に高価でかつ洩れに対する信頼性が低いものになるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、非常に優れた熱交換性能を保持しながら、安価に熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、略平行に複数配置され管内に流体流路を備えた伝熱管と、内部に空間を持ち前記伝熱管の両端に接続され、前記空間と前記流体流路が連通されたヘッダーとから構成され、前記ヘッダーを構成する面のうち、少なくとも前記伝熱管との接続面が前記伝熱管を構成する材料よりも低融点の材料で構成されることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、溶融した材料で前記ヘッダーの少なくとも前記接続面を成形すると同時に前記伝熱管と前記接続面との接合ができるため、改めて前記伝熱管と前記接続面を接合する必要が無く、非常に優れた熱交換性能を保持しながら安価に熱交換器を提供することができる。
【００１０】
また本発明は、前記伝熱管の管内に複数の流体流路を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
これにより、前記伝熱管内の前記流路数を維持しながら、前記伝熱管の本数を低減することができるため、前記伝熱管を設置する工数が低減でき、さらに安価に熱交換器を提供できる。
【００１２】
また本発明は、前記接続面から前記伝熱管の周囲に沿って管軸方向にカラーを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
これにより、さらに前記接続面と前記伝熱管とが接触する面積を増加することができ、接続部からのリークを低減することができ、信頼性を向上することができる。
【００１４】
また本発明は、前記伝熱管が金属材料で構成され、少なくとも前記接続面が樹脂材料から構成されることを特徴とするものである。
【００１５】
これにより、金属管は広く一般的に用いられており、安価に入手可能であり、前記接続面を融点が金属よりも低く、安価である樹脂材料で構成することにより、さらに安価に熱交換器を提供できる。
【００１６】
また本発明は伝熱管がアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、アルミニウムは安価であり加工がし易いためさらに安価に熱交換器を提供できるとともに、樹脂との密着性が良く、ヘッダーとの接合部からリークが低減され、信頼性が高い熱交換器を提供することができる。
【００１８】
また本発明は、前記接続面を成形すると同時に前記伝熱管と前記接続面を接合することを特徴とする熱交換器の製造方法である。
【００１９】
これにより、前記接続面と前記伝熱管を改めて接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができる。
【００２０】
また本発明は、前記接続面を射出成形により成形することを特徴とする熱交換器の製造方法である。
【００２１】
これにより、前記接続面と前記伝熱管を改めて接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができる。さらに安価な樹脂材料で成形できるため、さらに安価に熱交換器を提供することができる。
【００２２】
また本発明は、前記接続面を粉体焼結により成形することを特徴とする熱交換器の製造方法である。
【００２３】
これにより、前記接続面と前記伝熱管を改めて接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができるとともに、前記接続面を金属で成形することができ、耐圧性に優れた熱交換器を提供できる。
【００２４】
また本発明は、前記接続面をダイキャストにより成形することを特徴とする熱交換器の製造方法である。
【００２５】
これにより、前記接続面と前記伝熱管を改めて接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができるとともに、金属の中でも安価なアルミニウム合金で製作できるため、さらに安価かつ耐圧性に優れた熱交換器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の熱交換器は、非常に優れた熱交換性能を保持しながら、安価に熱交換器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
請求項１に記載の発明は、略平行に複数配置され管内に流体流路を備えた伝熱管と、内部に空間を持ち伝熱管の両端に接続され、空間と流体流路が連通されたヘッダーとから構成され、ヘッダーを構成する面のうち、少なくとも伝熱管との接続面が伝熱管を構成する材料よりも低融点の材料で構成されることを特徴とする熱交換器あり、溶融した材料で少なくとも接続面を成形すると同時に伝熱管と接続面との接合ができるため、改めて伝熱管と接続面を接合する必要が無く、非常に優れた熱交換性能を保持しながら安価に熱交換器を提供することができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の熱交換器の伝熱管の管内に複数の流体流路を備えたことを特徴とするものであり、伝熱管内の流路数を維持しながら、伝熱管の本数を低減することができるため、伝熱管を設置する工数が低減でき、安価に熱交換器を提供できる。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の熱交換器のヘッダーと伝熱管の接続面から伝熱管の周囲に沿って管軸方向にカラーを設けたことを特徴とするものであり、接続面と伝熱管とが接触する面積を増加することができ、接続部からのリークを低減することができ、請求項１または２の効果に加えて信頼性を向上することができる。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の発明の熱交換器の伝熱管が金属材料で構成され、少なくとも前記接続面が樹脂材料から構成されることを特徴とするものであり、金属管は広く一般的に用いられており、安価に入手可能であり、また、接続面を融点が金属よりも低く、安価である樹脂材料で構成することにより、安価に熱交換器を提供できる。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明の熱交換器において、伝熱管がアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されることを特徴とするものであり、アルミニウムは安価であり加工がし易いため安価に熱交換器を提供できるとともに、樹脂との密着性が良く、ヘッダーとの接合部からリークが低減され、信頼性が高い熱交換器を提供することができる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は請求項１に記載の発明において、接続面を成形すると同時に伝熱管と接続面を接合することを特徴とする熱交換器の製造方法であり、接続面と伝熱管を改めて接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができる。
【００３３】
請求項７に記載の発明は請求項６に記載の発明において、接続面を射出成形により成形することを特徴とするものであり、接続面と伝熱管を改めて接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができる。さらに接続面を金属で成形することができ、耐圧性に優れた熱交換器を提供できる。
【００３４】
請求項８に記載の発明は請求項６に記載の発明において、接続面を粉体焼結により成形することを特徴とするものであり、接続面と伝熱管を改めて接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができるとともに、接続面を金属で成形することができ、耐圧性に優れた熱交換器を提供できる。
【００３５】
請求項９に記載の発明は請求項６に記載の発明において、接続面をダイキャストにより成形することを特徴とするものであり、接続面と伝熱管を改めて接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができるとともに、金属の中でも安価なアルミニウム合金で製作できるため、さらに安価かつ耐圧性に優れた熱交換器を提供することができる。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の熱交換器の正面図、図２は、同実施の形態の熱交換器の側面図である。図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線断面図である。また、図５は図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【００３８】
図１から図５において、熱交換器は、伝熱管１０と伝熱管１０の両端に設置したヘッダー２０から構成される。伝熱管１０とヘッダー２０は接続面２１で接続されている。ヘッダー２０の内部には空間２５が設けられており、伝熱管１０内には流体流路３０が設けられている。空間２５と流体流路３０は連通している。
【００３９】
また、ヘッダー２０を構成する面の中、少なくとも接続面２１は伝熱管１０よりも融点が低い材料で構成されている。本実施の形態では、伝熱管１０は金属材料のアルミニウムで構成されており、接続面２１は樹脂材料、例えばＰＰＳやＰＢＴで構成されている。
【００４０】
また、接続面２１から伝熱管１０の周囲に沿って管軸方向にカラー２３が設けられている。
【００４１】
このように接続面２１を伝熱管１０よりも融点が低い材料で構成することにより、射出成形等のように溶融した材料から接続面２１を成形する際、予め金型等に伝熱管１０を設置した状態で成形することにより、改めて伝熱管１０と接続面２１を接続する工程が無くなり、安価に熱交換器が提供できる。
【００４２】
以上のように構成された熱交換器では、伝熱管１０の管内を流れる流体Ａと伝熱管１０の外部を流れる流体Ｂとが伝熱管１０を介して熱交換する。流体Ａの具体例としては水や冷媒、流体Ｂの具体例としては空気やガスなどが考えられる。また流体Ａは、流入管からヘッダー２０の空間２５に流入し、空間２５に接続されている複数の流体流路３０に分岐されて流れる。流体流路３０内を流れた流体Ａはヘッダー２０の空間２５で合流した後、流出管から流出する。
【００４３】
以上のように、本実施の形態においては、伝熱管１０をアルミニウムで構成し、伝熱管１０を構成するアルミニウムよりも融点が低い樹脂材料でヘッダー２０を構成することにより、接続面２１を成形すると同時に伝熱管１０と接続させることができるため、改めて伝熱管１０を接続面２１と接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができる。
【００４４】
また、カラー２３を設けることによりヘッダー２０と伝熱管１０の接触面積が増加し、伝熱管１０と接続面２１の接合部からのリークが低減され、信頼性が高い熱交換器を安価に提供することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２の熱交換器の正面図、図７は、同実施の形態の熱交換器の側面図である。図８は図６のＤ−Ｄ線断面図、図９は図６のＥ−Ｅ線断面図である。また、図１０は図７のＦ−Ｆ線断面図である。
【００４６】
図６から図１０において、熱交換器は、伝熱管１１０と伝熱管１１０の両端に設置したヘッダー１２０から構成される。伝熱管１１０とヘッダー１２０は接続面１２１で接続されている。ヘッダー１２０は接続面１２１とヘッダー本体１２４とから構成されている。
【００４７】
ヘッダー１２０の内部には空間１２５が設けられており、伝熱管１１０内には流体流路１３０が設けられている。空間１２５と流体流路１３０は連通している。
【００４８】
本実施の形態では接続面１２１は伝熱管１１０よりも融点が低い材料で構成されている。
【００４９】
伝熱管１１０は金属材料のアルミニウムで構成されており、接続面１２１は樹脂材料、例えばＰＰＳやＰＢＴで構成されている。接続面１２１から伝熱管１１０の周囲に沿って管軸方向にカラー１２３が設けられている。
【００５０】
また、伝熱管１１０の管内には複数の冷媒流路１３０が設けられている。
【００５１】
本実施の形態では接続面１２１を射出成形により成形している。
【００５２】
図１１は射出成形金型の正面図である。図１２は図１１のＧ−Ｇ線断面図であり、図１３は図１１のＨ−Ｈ線断面図である。
【００５３】
図１１から図１３において、接続面１２１の成形金型１５０には予め伝熱管１１０が組み込まれており、ゲート１６０より溶融した樹脂を流し込み接続面１２１を成形すると同時に伝熱管１２０の周囲で固化し、伝熱管１２０と接続面１２１を接合する。
【００５４】
このように製作することにより、改めて伝熱管１１０と接続面１２１を接続する工程が無くなり、安価に熱交換器が提供できる。さらに、伝熱管１１０の管内に複数の冷媒流路１３０を設けたことにより、冷媒流路１３０の数を減らすことなく、伝熱管１１０の本数を減らすことができ、伝熱管１１０を設置する工数が低減できるため、さらに低価格で熱交換器を供給できる。
【００５５】
本実施の形態では接続面１２１の材料として樹脂を用い、射出成形を行ったが、粉体焼結により形成すれば、接続面１２１の材料に金属材料を用いることができ、耐圧性に優れた熱交換器を提供することができる。さらに、ダイキャストにより製作すれば、接続面１２１の材料として、安価なアルミニウム合金を用いることができ、耐圧性に優れかつさらに安価な熱交換器を提供できる。
【００５６】
以上のように構成された熱交換器では、伝熱管１１０の管内を流れる流体Ａと伝熱管１１０の外部を流れる流体Ｂとが伝熱管１１０を介して熱交換する。流体Ａの具体例としては水や冷媒、流体Ｂの具体例としては空気やガスなどが考えられる。また流体Ａは、流入管からヘッダー１２０の空間１２５に流入し、空間１２５に接続されている複数の流体流路１３０に分岐されて流れる。流体流路１３０内を流れた流体Ａはヘッダー１２０の空間１２５で合流した後、流出管から流出する。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、伝熱管１１０をアルミニウムで構成し、伝熱管１１０を構成するアルミニウムよりも融点が低い樹脂材料でヘッダー１２０を構成し、接続面１２１を成形すると同時に伝熱管１１０と接続させることができるため、改めて伝熱管１１０を接続面１２１と接続する工程が無くなり、安価に熱交換器を提供することができる。
【００５８】
また伝熱管１１０の管内に複数の流体流路１３０を設けることにより、流体流路１３０の数を減少させることなく、伝熱管１１０の本数を減少させることができ、伝熱管１１０の取り付け工数を低減することができ、さらに安価に熱交換器を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、非常に優れた熱交換性能を、非常に製造が容易な構造で、かつ安価に実現でき、冷凍冷蔵機器や空調機器用の熱交換器や、廃熱回収機器等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図
【図２】同実施の形態の熱交換器の側面図
【図３】図１の熱交換器のＡ−Ａ線断面図
【図４】図１の熱交換器のＢ−Ｂ線断面図
【図５】図２の熱交換器のＣ−Ｃ線断面図
【図６】本発明の実施の形態２における熱交換器の正面図
【図７】同実施の形態の熱交換器の側面図
【図８】図６の熱交換器のＤ−Ｄ線断面図
【図９】図６の熱交換器のＥ−Ｅ線断面図
【図１０】図７の熱交換器のＦ−Ｆ線断面図
【図１１】同実施の形態の接続面を成形するための金型の正面図
【図１２】図１１の熱交換器のＧ−Ｇ線断面図
【図１３】図１１の熱交換器のＨ−Ｈ線断面図
【図１４】従来の熱交換器の正面図
【符号の説明】
【００６１】
１０、１１０  伝熱管
２０、１２０  ヘッダー
２１、１２１  接続面
２３、１２３  カラー
２５、１２５  空間
３０、１３０  流体流路
【図１】
2006145130.tif 000003
【図２】
2006145130.tif 000004
【図３】
2006145130.tif 000005
【図４】
2006145130.tif 000006
【図５】
2006145130.tif 000007
【図６】
2006145130.tif 000008
【図７】
2006145130.tif 000009
【図８】
2006145130.tif 000010
【図９】
2006145130.tif 000011
【図１０】
2006145130.tif 000012
【図１１】
2006145130.tif 000013
【図１２】
2006145130.tif 000014
【図１３】
2006145130.tif 000015
【図１４】
2006145130.tif 000016