(57)【要約】【課題】冷媒等の漏洩を防止するとともに、耐圧強度の向上を達成した熱交換ユニットを提供する。【解決手段】内管６および外管７を有する二重管式の熱交換器２には、内管６の内外に第１流路８および第２流路９が形成されている。ヘッダ３は、外管７の端部に連結されている。ヘッダ３は、第２流路９と連通する空間部１０を有する。ヘッダ３には、内管６の先端部分１６が通って空間部１０の外へ出る貫通孔１１が形成されている。ヘッダ３の外面における貫通孔１１の周囲には、拡管受け部１３が設けられている。拡管受け部１３は、空間部１０の内部における内管６の外径よりも大きい内径を有する。内管６の先端部分１６のうち貫通孔１１を通して空間部１０の外へ出た部分１７は、拡管されることにより、拡管受け部１３の内面に密着されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管（６）と、前記内管（６）の外周に配置された外管（７）とを有する熱交換器（２）であって、前記内管（６）が前記外管（７）よりも長く、前記内管（６）の内部に前記内管（６）の長手方向に延びる第１流路（８）が形成され、前記内管（６）と外管（７）との間に前記内管（６）の長手方向に延びる第２流路（９）が形成された熱交換器（２）と、
前記外管（７）の端部に連結されたヘッダ（３）であって、前記第２流路（９）と連通する空間部（１０）を有し、前記内管（６）の先端部分（１６）が通って前記空間部（１０）の外へ出る貫通孔（１１）が形成されたヘッダ（３）と
を備えており、
前記ヘッダ（３）の外面における前記貫通孔（１１）の周囲には、前記空間部（１０）内部における前記内管（６）の外径よりも大きい内径を有する拡管受け部（１３）が設けられ、
前記内管（６）の先端部分（１６）のうち前記貫通孔（１１）を通して前記空間部（１０）の外へ出た部分（１７）は、拡管されることにより、前記拡管受け部（１３）の内面に密着されている、
熱交換ユニット（１）。
【請求項２】
前記内管（６）の先端部分（１６）における拡管された部分の内部には、外部から接続管（４）が挿入され、
前記内管（６）の先端部分（１６）と前記接続管（４）との間、および前記内管（６）の先端部分（１６）と前記拡管受け部（１３）との間は、まとめて同時に溶接またはロウ付けされている、
請求項１に記載の熱交換ユニット（１）。
【請求項３】
前記内管（６）の先端部分（１６）の端部は、前記拡管受け部（１３）の先端よりも外へ突出している、
請求項１または２に記載の熱交換ユニット（１）。
【請求項４】
前記内管（６）のうち拡管受け部（１３）の外へ出た部分（１６ａ）の長さ（Ｌ１）は、０．５〜３ｍｍである、
請求項３に記載の熱交換ユニット（１）。
【請求項５】
前記拡管受け部（１３）の内径は、前記貫通孔（１１）の内径よりも大きい、
請求項１から４のいずれかに記載の熱交換ユニット（１）。
【請求項６】
前記拡管受け部（１３）は、前記ヘッダ（３）の空間部（１０）周囲の壁の厚さよりも薄い肉厚の筒状部分である、
請求項１から５のいずれかに記載の熱交換ユニット（１）。
【請求項７】
前記熱交換器（２）は、前記内管（６）と外管（７）とを一体化させて押出成形することにより製造されている、
請求項１から６のいずれかに記載の熱交換ユニット（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内管と外管を有する二重管式熱交換器を備えた熱交換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＯ２冷媒を用いたヒートポンプ等において、ＣＯ２超臨界エコノマイザサイクルに用いられるエコノマイザ熱交換器として種々の熱交換ユニットが提案されているが、とくに低コストでかつコンパクトに形成しやすい熱交換ユニットとして、例えば、特許文献１（特開２００８−１７５４４９号）に記載されるように、内管と外管を有する二重管式熱交換器をヘッダに取り付けた熱交換ユニットが用いられている。
【０００３】
この熱交換ユニットでは、内管内部に水（または他の冷媒）を通し、外管の管壁内部に形成された複数の冷媒流路にＣＯ２冷媒を通すことにより、ＣＯ２冷媒と水との間で熱交換を行っている。
【０００４】
二重管式熱交換器をヘッダに接続する場合、外管の端部をヘッダに挿入して外管の冷媒流路をヘッダ内部の空間部に連通させ、一方、内管の端部をヘッダの壁を貫通させて外部の水配管と接続している。このような状態で、二重管式熱交換器とヘッダとの継ぎ目部分に溶接またはロウ付けを行うことにより、冷媒等の漏洩を防止している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような二重管式熱交換器とヘッダの接続部分は、溶接やロウ付けの接合工程箇所が多く、接合部からのＣＯ２冷媒や水の漏洩のおそれがあることや耐圧強度が不足するという問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、冷媒等の漏洩を防止するとともに、耐圧強度の向上を達成した熱交換ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明の熱交換ユニットは、熱交換器と、ヘッダとを備えている。熱交換器は、内管と、内管の外周に配置された外管とを有し、内管が外管よりも長い。熱交換器には、第１流路および第２流路が形成されている。第１流路は、内管の内部に内管の長手方向に延びる。第２流路は、内管と外管との間に内管の長手方向に延びる。ヘッダは、外管の端部に連結されている。ヘッダは、第２流路と連通する空間部を有する。ヘッダには、内管の先端部分が通って空間部の外へ出る貫通孔が形成されている。ヘッダの外面における貫通孔の周囲には、拡管受け部が設けられている。拡管受け部は、空間部内部における内管の外径よりも大きい内径を有する。内管の先端部分のうち貫通孔を通して空間部の外へ出た部分は、拡管されることにより、拡管受け部の内面に密着されている。
【０００８】
ここでは、ヘッダの外面における貫通孔の周囲に拡管受け部が設けられ、熱交換器の内管の先端部分のうち貫通孔を通して空間部の外へ出た部分が拡管されることにより、拡管受け部の内面に密着されているので、内管とヘッダとの間の接合部分および内管と外部の接続管との間の接合部分において、冷媒漏洩を防止でき、また、耐圧強度が向上している。
【０００９】
第２発明の熱交換ユニットは、第１発明の熱交換ユニットであって、内管の先端部分における拡管された部分の内部には、外部から接続管が挿入されている。内管の先端部分と接続管との間、および内管の先端部分と拡管受け部との間は、まとめて同時に溶接またはロウ付けされている。
【００１０】
ここでは、内管の先端部分と接続管との間、および内管の先端部分と拡管受け部との間は、まとめて同時に溶接またはロウ付けされているので、シール性よく接合できる。しかも、従来は２箇所別個に行っていた作業を同時に行うことができるので、接合工程を短縮でき、接合作業が迅速かつ確実に行うことが可能である。
【００１１】
第３発明の熱交換ユニットは、第１発明または第２発明に記載の熱交換ユニットであって、内管の先端部分の端部は、拡管受け部の先端よりも外へ突出している。
【００１２】
ここでは、内管の先端部分の端部が拡管受け部の先端よりも外へ突出しているので、溶接またはロウ付けが容易である。
【００１３】
第４発明の熱交換ユニットは、第３発明の熱交換ユニットであって、内管のうち拡管受け部の外へ出た部分の長さは、０．５〜３ｍｍである。
【００１４】
ここでは、内管のうち拡管受け部の外へ出た部分の長さが０．５〜３ｍｍであるので、内管の溶接またはロウ付けを行うことがより容易である。
【００１５】
第５発明の熱交換ユニットは、第１発明から第４発明のいずれかに記載の熱交換ユニットであって、拡管受け部の内径は、貫通孔の内径よりも大きい。
【００１６】
ここでは、拡管受け部の内径が貫通孔の内径よりも大きいので、内管の先端部分の拡管しやすく、くびれが生じやすい。
【００１７】
第６発明の熱交換ユニットは、第１発明から第５発明のいずれかに記載の熱交換ユニットであって、拡管受け部は、ヘッダの空間部周囲の壁の厚さよりも薄い肉厚の筒状部分である。
【００１８】
ここでは、拡管受け部がヘッダの空間部周囲の壁の厚さよりも薄い肉厚の筒状部分であるので、拡管受け部の薄肉化により溶接やロウ付けがしやすくなる。
【００１９】
第７発明の熱交換ユニットは、第１発明から第６発明のいずれかに記載の熱交換ユニットであって、熱交換器は、前記内管と外管とを一体化させて押出成形することにより製造されている。
【００２０】
ここでは、熱交換器が内管と外管とを一体化させて押出成形することにより製造されているので、熱交換器を容易に製造できる。しかも、押出成形可能な材料を採用することにより、内管の拡管作業も容易である。
【発明の効果】
【００２１】
第１発明によれば、熱交換器の内管の先端部分が拡管されて拡管受け部の内面に密着されているので、内管とヘッダとの間の接合部分および内管と外部の接続管との間の接合部分において、冷媒漏洩を防止でき、また、耐圧強度が向上する。
【００２２】
第２発明によれば、シール性よく接合できる。しかも、従来は２箇所別個に行っていた作業を同時に行うことができるので、接合工程を短縮でき、接合作業が迅速かつ確実に行うことができる。
【００２３】
第３発明によれば、溶接またはロウ付けが容易である。
【００２４】
第４発明によれば、内管の溶接またはロウ付けを行うことがより容易である。
【００２５】
第５発明によれば、内管の先端部分の拡管しやすく、くびれが生じやすい。
【００２６】
第６発明によれば、拡管受け部の薄肉化により溶接やロウ付けがしやすくなる。
【００２７】
第７発明によれば、熱交換器を容易に製造できる。しかも、押出成形可能な材料を採用することにより、内管の拡管作業も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係わる熱交換ユニットの断面図。
【図２】図１の熱交換器の端部付近における拡大斜視図。
【図３】図１の熱交換器の端部の正面図。
【図４】図１の熱交換ユニットの製造工程を示す断面説明図。
【図５】図１の熱交換ユニットの製造工程を示す断面説明図。
【図６】図１の熱交換ユニットの製造工程を示す断面説明図。
【図７】本発明の比較例である従来の熱交換ユニットの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
つぎに本発明の熱交換ユニットの実施形態を図面を参照しながら説明する。
〔実施形態〕
図１に示される熱交換ユニット１は、二重管式の熱交換器２と、ヘッダ３とを備えている。また、この熱交換ユニット１には、第１接続管４および第２接続管５が接続されている。
【００３０】
熱交換器２は、図１〜３に示されるように、内管６と、内管６の外周に配置された外管７とを有する二重管構造である。内管６は、外管７よりも長くなっている。
【００３１】
また、熱交換器２には、２つの冷媒流路、すなわち、第１流路８および第２流路９が形成されている。第１流路８は、内管６の内部に内管６の長手方向に延びるように形成されている。第２流路９は、内管６と外管７との間に内管６の長手方向に延びるように、内管６の周囲に等間隔に複数本互いに平行に形成されている。
【００３２】
熱交換器２は、アルミニウムなどの材料を用いて、内管６と外管７とを一体化させて押出成形することにより製造されており、製造が容易である。
【００３３】
なお、外管７から突出している内管６の先端部分１６を形成する場合、たとえば、内管６と外管７とを一体化させて押出成形した後、外管７の端部付近を切削加工により除去して内管６の先端部分１６を露出させることによって形成する。
【００３４】
ヘッダ３は、図１に示されるように、外管７の端部に連結された第２流路９と連通する空間部１０を有している。また、ヘッダ３の壁には、内管６の先端部分１６が通って空間部１０の外へ出る貫通孔１１が形成されている。ヘッダ３は、例えば、アルミニウム合金などで製造される。
【００３５】
さらに、ヘッダ３の外面における貫通孔１１の周囲には、空間部１０内部における内管６の外径（貫通孔１１の内径Ｄ１以下の大きさ）よりも大きい内径（Ｄ２）を有する拡管受け部１３が設けられている。
【００３６】
内管６の先端部分１６のうち貫通孔１１を通して空間部１０の外へ出た部分１７は、拡管されることにより、拡管受け部１３の内面に密着されている。そのため、内管６とヘッダ３との間の接合部分および内管６と外部の第１接続管４との間の接合部分において、冷媒漏洩を防止し、かつ、耐圧強度を向上した構造になっている。
【００３７】
さらに、図１の熱交換ユニット１では、内管６の先端部分における拡管された部分１７の内部には、外部から第１接続管４が挿入されている。そして、内管６の先端部分１６と第１接続管４との間、および内管６の先端部分１６と拡管受け部１３との間は、まとめて同時に溶接またはロウ付けされている。この溶接又はロウ付け部分は、図１において符号２１で示されている。
【００３８】
また、図１に示されるように、他の接合部分も同様に溶接又はロウ付けされており、具体的には、ヘッダ３と熱交換器２の外管７との間は溶接またはロウ付け部分２２で接合され、ヘッダ３と第２接続管５との間は溶接またはロウ付け部分２３で接合されている。
【００３９】
さらに、図１に示されるように、内管６の先端部分１６の端部１６ａは、拡管受け部１３の先端よりも外へ突出しており、内管６の溶接またはロウ付けが容易になっている。  
【００４０】
とくに、内管６のうち拡管受け部１３の外へ出た部分１６ａの長さＬ１が０．５〜３ｍｍであるので、内管６の溶接またはロウ付けを行うことがより容易である。
【００４１】
ここで、長さＬ１が０．５ｍｍ未満であれば、部分１６ａに溶接またはロウ付け部分との接触面積が小さくなるので、溶接またはロウ付けがしにくくなるとともに接合強度やシール性が低くなり、一方、長さＬ１が３ｍｍを超えれば、第１接続管４および拡管受け部１３とともに溶接またはロウ付けができなくなる。したがって、長さＬ１が０．５〜３ｍｍの範囲であれば、内管６を第１接続管４および拡管受け部１３とともに容易に溶接またはロウ付けすることができ、しかも接合強度やシール性が高い。
【００４２】
また、拡管受け部１３の内径Ｄ１は、貫通孔１１の内径Ｄ２よりも大きくなっており、拡管が容易になっている。
【００４３】
さらに、図４に示されるように、拡管受け部１３は、ヘッダ３の空間部１０の周囲の壁１４の厚さＴ１よりも薄い肉厚Ｔ２の筒状部分であり、厚肉のヘッダ３において部分的に拡管受け部１３の部位が薄肉になっている。
＜熱交換ユニット１の製造方法＞
つぎに、本実施形態の熱交換ユニット１の製造方法について、図４〜６に示される各工程を順に追って説明する。
【００４４】
まず、図４〜５に示されるように、アルミニウムなどを押出し一体成形して製造された熱交換器２を、ヘッダ３の内部の空間部１０へ挿入する。このとき、図５に示されるように、外管７の外周面は、ヘッダ３の内壁に嵌合し、内管６の先端部分１６の一部は、ヘッダ３の貫通孔１１を通して空間部１０の外へ出るような状態になる。
【００４５】
ついで、図６に示されるように、内管６の先端部分１６のうち貫通孔１１を通して空間部１０の外へ出た部分１７を、そこへテーパＴｅの付いた拡管ヘッドＥを圧入することによって、拡管する。
【００４６】
このとき、内管６の先端部分１６のうち貫通孔１１を通して空間部１０の外へ出た部分１７は、拡管されることにより、拡管受け部１３の内面に密着される。
【００４７】
なお、拡管時には、熱交換器２とヘッダ３とをクランプ固定しておくことが好ましい。
【００４８】
その後、図１に示されるように、３箇所の溶接またはロウ付けを行う。
【００４９】
まず、溶接またはロウ付け部分２２の部位で熱交換器２とヘッダ３とを溶接またはロウ付けする。
【００５０】
ついで、第１接続管４を内管６の先端部分１６の拡管された部分１７へ挿入した後、溶接またはロウ付け部分２１の部位で、第１接続管４、熱交換器２の部分１７、およびヘッダ３の拡管受け部１３をまとめて同時に溶接またはロウ付けする。
【００５１】
最後に、図１に示されるように、第２接続管５をヘッダ３の貫通孔１２に挿入した後、溶接またはロウ付け部分２３の部位で第２接続管５とヘッダ３とを溶接またはロウ付けして、熱交換ユニット１の製造が完了する。
＜比較例との比較について＞
例えば、本発明の比較例として、図７に示される従来の熱交換ユニット１０１では、内管１０６と外管１０７とを有する熱交換器１０２がヘッダ１０３に接合され、内管１０６の先端部分１１６のうちヘッダ１０３の貫通孔１１１から空間部１１０の外へ出た部分１１７は、拡管されずに、接続管１０４が部分１１７の外を覆うように嵌合した構造になっている。すなわち、ヘッダ１０３には、図１に示され本実施形態のような拡管受け部１３に相当する部分がなく、しかも、内管１０６の先端が拡管されない構造である。
【００５２】
このような構造の場合、内管１０６の先端部分１１６とヘッダ１０３との間を溶接又はロウ付け部分１２１で接合し、それとは別に、内管１０６の先端部分１１６と第１接続管１０４との間を溶接又はロウ付け部分１２４で接合する必要がある。そのため、２箇所に分散された接合部分ではシール性が悪く、耐圧強度が不足するおそれがある。しかも、接合作業が迅速かつ確実に行うことが不可能である。
＜特徴＞
（１）
実施形態の熱交換ユニット１では、ヘッダ３の外面における貫通孔１１の周囲には、空間部１０内部における内管６の外径よりも大きい内径を有する拡管受け部１３が設けられている。そして、内管６の先端部分１６のうち貫通孔１１を通して空間部１０の外へ出た部分１７は、拡管されることにより、拡管受け部１３の内面に密着されている。
【００５３】
このように、内管６の先端部分１６が拡管されることによってヘッダ３と密着しているので、内管６とヘッダ３との間の接合部分および内管６と外部の第１接続管４との間の接合部分において、冷媒漏洩を防止でき、また、耐圧強度が向上している。
（２）
また、本実施形態では、アルミニウムを押出成形された二重管式の熱交換器２の端部の内管６でヘッダ３より外に出る部分が少なくなり、しかも、その内管６の外に出る部分が第１接続管４により強度が保たれるので，耐圧強度不足を解消できる。
（３）
また、実施形態の熱交換ユニット１では、内管６の先端部分における拡管された部分１７の内部には、外部から第１接続管４が挿入されている。そして、内管６の先端部分１６と第１接続管４との間、および内管６の先端部分１６と拡管受け部１３との間は、まとめて同時に、溶接またはロウ付け部分２１の部位で、溶接またはロウ付けされている。
【００５４】
このように、内管６の先端部分１６、第１接続管４、および拡管受け部１３の３つの部分を同時に溶接またはロウ付けすることにより、シール性よく接合できる。しかも、従来は２箇所別個に行っていた作業を同時に行うことができるので、接合工程を短縮でき、接合作業が迅速かつ確実に行うことが可能である。
【００５５】
また、接合後に外部から目で確認する場合、上記２つの接合箇所が一方向から容易に確認できるため，冷媒もれの原因の接合不良を未然に防ぐことができる。
（４）
さらに、実施形態の熱交換ユニット１では、内管６の先端部分１６の端部１６ａは、拡管受け部１３の先端よりも外へ突出しているので、内管６のロウ付け等がしやすくなっている。  
（５）
とくに、実施形態の熱交換ユニット１では、内管６のうち拡管受け部１３の外へ出た部分１６ａの長さが０．５〜３ｍｍであるので、内管６の溶接またはロウ付けを行うことがより容易である。すなわち、長さＬ１が０．５〜３ｍｍの範囲であれば、内管６を第１接続管４および拡管受け部１３とともに容易に溶接またはロウ付けすることができ、しかも接合強度やシール性が高い。
（６）
また、実施形態の熱交換ユニット１では、拡管受け部１３の内径Ｄ１は、貫通孔１１の内径Ｄ２よりも大きいので、内管６の先端部分１６の拡管がしやすく、またくびれが生じやすくなっている。
（７）
さらに、実施形態の熱交換ユニット１では、拡管受け部１３は、ヘッダ３の空間部１０の周囲の壁１４の厚さＴ１よりも薄い肉厚Ｔ２の筒状部分である（図４参照）。かかる形状により、拡管受け部１３の薄肉化により溶接やロウ付けがしやすくなる。
【００５６】
しかも、拡管受け部１３を薄肉の筒状にしても、拡管受け部１３の内部に第１接続管４が挿入されて強度が保たれるので、耐圧強度不足を解消できる。
（８）
また、実施形態の熱交換ユニット１では、熱交換器２は、アルミニウムなどの材料を用いて、内管６と外管７とを一体化させて押出成形することにより製造されている。
【００５７】
このように、熱交換器２をアルミニウムなどの材料を用いて押出し一体成形して製造することにより、熱交換器２を容易に製造できる。しかも、押出成形可能な材料を採用することにより、内管６の拡管作業も容易である。
＜変形例＞
（Ａ）
実施形態の熱交換ユニット１では、ヘッダ３よりも薄肉かつ小さい外形の円筒状の拡管受け部１３がされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヘッダ３の肉厚と同程度またはそれ以上の肉厚の拡管受け部１３を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、内管と外管を有する二重管式熱交換器を備えた熱交換ユニットであれば、種々の熱交換ユニットに適用することが可能である。
【００５９】
例えば、空調機・給湯器用のＣＯ２冷凍サイクルの効率向上のためのエコノマイザ回路の熱交換器として用いる熱交換ユニットに好適に適用することが可能である。
【００６０】
また、ＣＯ２冷凍サイクルの効率向上のための液ガス熱交換器（内部熱交換器）として用いる熱交換ユニットにも好適に適用することが可能である。
【００６１】
さらに、ＨＦＣ用液ガス熱交換器、ＨＦＣ−ＣＯ２用またはＨＦＣ−ＨＦＣ用カスケード熱交換器にも好適に適用することが可能である。なお、この場合、高温側流体は凝縮するが、凝縮した液を伝熱面から排除するために本発明を用いればよい。
【００６２】
また、内側に水、外側に冷媒を流通させて使用する水−冷媒熱交換用の熱交換器にも好適に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  熱交換ユニット
２  熱交換器
３  ヘッダ
６  内管
７  外管
１０  空間部
１１  貫通孔
１３  拡管受け部
１６  先端部分
１７  空間部の外に出た部分
２１、２２、２３  溶接またはロウ付け部分
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６４】
【特許文献１】特開２００８−１７５４４９号
【図１】
2011075154.tif 000003
【図２】
2011075154.tif 000004
【図３】
2011075154.tif 000005
【図４】
2011075154.tif 000006
【図５】
2011075154.tif 000007
【図６】
2011075154.tif 000008
【図７】
2011075154.tif 000009