(57)【要約】【課題】  金属ブロックを用いた熱交換器を生産性よく製造する方法を提供することを目的とする。【解決手段】  平行な複数の貫通穴２を有する金属ブロック２０を用意する工程と、貫通穴２のそれぞれに伝熱管４を挿入した状態で、伝熱管４のそれぞれの端部から伝熱管を拡管する拡管玉８を押し入れて、伝熱管４を拡管して貫通穴２に固定する拡管工程と、を有する熱交換器の製造方法であって、拡管工程は、複数の拡管玉８が昇降ブロック６に拡管棒７で固定された拡管装置を用いて、昇降ブロック６を昇降させて複数の伝熱管を同時に拡管する工程であり、拡管工程中において、最も近接しあう拡管玉８の位置が貫通穴２の軸方向にずれるように拡管玉８が昇降ブロック６に固定されている熱交換器の製造方法とした。【選択図】  図１
2015000432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行な複数の貫通穴を有する金属ブロックを用意する工程と、
前記貫通穴のそれぞれに伝熱管を挿入した状態で、前記伝熱管のそれぞれの端部から前記伝熱管を拡管する拡管玉を押し入れて、前記伝熱管を拡管して前記貫通穴に固定する拡管工程と、を有する熱交換器の製造方法であって、
前記拡管工程は、複数の拡管玉が昇降ブロックに拡管棒で固定された拡管装置を用いて、前記昇降ブロックを昇降させて複数の伝熱管を同時に拡管する工程であり、
前記拡管工程中において、最も近接しあう前記拡管玉の位置が前記貫通穴の軸方向にずれるように前記拡管玉が前記昇降ブロックに固定されている熱交換器の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記伝熱管は２本の直線部を有するＵ字管であり、
前記拡管工程は、複数の前記Ｕ字管の２本の直線部をそれぞれ前記貫通穴に挿入した状態で拡管する工程であり、
前記拡管工程中において、Ｕ字管の２本の直線部を拡管する２つの前記拡管玉の位置は前記貫通穴の軸方向で同じであり、隣のＵ字管の２本の直線部を拡管する２つの前記拡管玉の位置とは前記貫通穴の軸方向にずれるように前記昇降ブロックに固定されている熱交換器の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記伝熱管は２本の直線部を有するＵ字管であり、
前記金属ブロックは、前記Ｕ字管の２本の直線部が挿入される貫通穴の間隔よりも、異なるＵ字管の直線部が挿入される貫通穴の間隔のほうが狭い熱交換器の製造方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記金属ブロックは前記貫通穴のほかに冷媒が流れる流路を内部に有し、
前記流路を挟んで両側に配列された複数の前記貫通穴を備え、前記Ｕ字管の２本の直線部は前記流路を挟んだ両側の前記貫通穴に挿入される熱交換器の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記金属ブロックの複数の前記貫通穴の中心位置は、前記貫通穴の軸に垂直な面において中心位置どうしを線で結ぶと折れ曲がり線となるように、前記金属ブロックに列として並ぶ熱交換器の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記拡管工程において、最も近接しあう前記貫通穴どうしの間隔は前記貫通穴の直径よりも小さい熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の伝熱管を有するブロック型の熱交換器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属ブロック内に第１冷媒および第２冷媒が流通する冷媒流路を設けて、第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換する熱交換器がある。たとえば、特許文献１に、金属ブロックと材質の異なる金属によって形成された第２冷媒用伝熱管が金属ブロックの貫通穴に挿通された熱交換器が示されている。金属ブロックと第２冷媒用伝熱管とは伝熱管の拡管またはロウ付けによって接合することが示されている。
【０００３】
拡管技術として液圧を利用した拡管法などもあるが、拡管工具を用いて管の内部から機械的に力をかけて管の径を押し広げる方法が一般的である。熱交換器の場合、ある程度の長さにわたって均一な管を行う必要があるため、たとえば、特許文献２に示されるように、管内に拡管玉を押し込んでいく方法が採用される。特許文献２では、拡管棒の先端に略球状のヘッド（拡管玉）が固定された拡散治具を複数備えた拡管装置が用いられる。拡管棒は昇降板に連結されて、複数の伝熱管が同時に拡管加工される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１５３３６１号
【特許文献２】特開２００８−１００２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２のように複数の拡管治具で同時に複数の伝熱管を拡管する方法は生産性に優れるが、特許文献１のような金属ブロックを用いた熱交換器に採用する場合に問題がある。特許文献２はフィン型の熱交換器の製造の場合であり、伝熱管どうしの間に隙間があるため、拡管による伝熱管の変形はフィンの変形により吸収される。しかし、特許文献１のような金属ブロックでは変形可能な隙間がなく、拡管治具を並列にして同時に拡管する方法では、拡管負荷の増大、またその増大に伴う拡管治具の変形、伝熱管と金属ブロックとの密着性の悪化、などの問題が発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、拡管負荷の増大や密着性の悪化を抑えながら、金属ブロックを用いた熱交換器を生産性よく製造する方法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】
【０００７】
本発明の熱交換器の製造方法は、平行な複数の貫通穴を有する金属ブロックを用意する工程と、前記貫通穴のそれぞれに伝熱管を挿入した状態で、前記伝熱管のそれぞれの端部から前記伝熱管を拡管する拡管玉を押し入れて、前記伝熱管を拡管して前記貫通穴に固定する拡管工程と、を有する熱交換器の製造方法であって、前記拡管工程は、複数の拡管玉が昇降ブロックに拡管棒で固定された拡管装置を用いて、前記昇降ブロックを昇降させて複数の伝熱管を同時に拡管する工程であり、前記拡管工程中において、最も近接しあう前記拡管玉の位置が前記貫通穴の軸方向にずれるように前記拡管玉が前記昇降ブロックに固定されている熱交換器の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、複数の伝熱管を同時に拡管工程中において、最も近接しあう前記拡管玉の位置が前記貫通穴の軸方向にずれるように前記拡管玉が前記昇降ブロックに固定されているため、拡管負荷の増大や密着性の悪化を抑えることができ、生産性よく熱交換器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法の拡管工程を説明する構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法の拡管工程を説明する構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法の比較例を模式的に説明する断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の製造方法の拡管工程を説明する構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の金属ブロックにおける貫通穴の位置を説明する構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の金属ブロックにおける貫通穴の位置を説明する上面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の変形例の金属ブロックにおける貫通穴の位置を説明する上面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の構造例を説明する斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の金属ブロックの上面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の金属ブロックの断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の製造方法の途中段階を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の製造方法の途中段階を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の製造方法の途中段階を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る熱交換器の製造方法の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。技術的な矛盾が生じない範囲で、ある実施の形態で述べた構成の一部と別の実施の形態で述べた構成とを組み合わせてもよい。また、図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。さらに、実施の形態において同じ構成要素は同じ符号を付し、ある実施の形態において説明した構成要素については、別の実施の形態においてその詳細な説明を略すものとする。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法の拡管工程を説明する構成図である。製造される熱交換器１は、平行な複数の貫通穴２を有する金属ブロック２０と、貫通穴２の内部に伝熱管４が挿通された熱交換器１である。貫通穴２は金属ブロック２０を直線的に貫く形状に形成されている。伝熱管４はＵ字部５を備えたＵ字管であり、Ｕ字管の両端の２本の直線部が、それぞれ対応する貫通穴２に挿入される。金属ブロック２０の材質は熱伝導性の良い、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などであり、伝熱管４の材質は銅、銅合金などである。伝熱管４は直線部がほとんどない短いＵ字管を２本の直管をロウ付けなどで接続して形成してもよいし、長い直管をＵ字型に曲げて形成してもよい。また、金属ブロック２０は押し出し成型、穴あけ加工等によって作製することができる。金属ブロック２０の典型的な形状は直方体であるが、他の形状でもよい。
【００１２】
伝熱管４の挿入される貫通穴２は金属ブロック２０内で列をなすように形成される。伝熱管４内は水などの冷媒が流される流路となる。熱交換性能を向上するには流路の間隔を狭くして金属ブロック２０内を占める流路の割合をある程度大きくする方が良い。Ｕ字部５には管の曲げの曲率に限界があるため、伝熱管の２本の直線部が挿通される貫通穴２の中心軸間隔Ａ１はある程度大きくなる。そのため、異なるＵ字管が挿通される隣りあった貫通穴２どうしの中心軸間隔Ａ２をＡ１よりも狭くしてもよい。Ａ２＜Ａ１とすることで貫通穴間の冷媒壁３の平均的な長さを短くすることができ、金属ブロック２０内を占める流路の割合が増加するので熱交換性能を向上できる。
【００１３】
拡管工程は、拡管装置を用いて伝熱管４の一端から伝熱管４内径よりもわずかに大きな最大径を有する拡管玉８を押し入れることで行う。拡管装置は拡管玉８、拡管棒７、昇降ブロック６、管受台９などで構成される。なお、図では昇降ブロック６を昇降させる駆動機構、金属ブロック２０を保持する機構などは省略している。管受台９はＵ字管のＵ字部５を受けるため、受けの部分はＵ字型の形状を受ける曲面で構成されている。拡管玉８は拡管棒７の先端、または先端付近に固定する。拡管玉８を有する複数の拡管棒７は昇降ブロック６に固定される。拡管玉８は拡管される伝熱管４、伝熱管４が固定される金属ブロック２０よりも硬質な材質、例えば、炭素鋼、工具鋼などからなる。拡管玉８は伝熱管４内を通過する際の摩擦抵抗がなるべく小さくなるように、最大径となる部分は短く、かつ、滑らかな曲面となるように、たとえば、球形、雫形、卵形などとする。拡管棒７の外径は伝熱管４の内径より小さく、拡管棒７の長さは拡管する距離よりも長い。
【００１４】
本実施の形態１では隣接する拡管棒７どうしの長さを変えて、拡管時に拡管玉８の位置が貫通穴２の軸方向で異なるようにした。図１のように、貫通穴２が横一列に並ぶ場合に、長短の拡管棒７を交互に並べるようにした。特に、Ａ２＜Ａ１とした場合は、最も近接しあうＡ２の間隔で拡管装置に固定された拡管棒７の拡管玉６の位置が貫通穴２の軸方向でずれるようにする。
【００１５】
図２は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法の拡管工程を説明する構成図であり、図１と異なる方向から見た斜視図である。図のように、金属ブロック２０は貫通穴２以外に、他の冷媒の流路として第２冷媒流路１３が形成されている。従って、熱交換器１は第１冷媒流路１１である伝熱管４の内部を流れる第１冷媒と第２冷媒流路１３内を流れる第２冷媒間で熱交換を行う熱交換器である。貫通穴２は穴の中心位置が列をなすように形成され、第２冷媒流路１３もその列と平行な列をなすように形成される。金属ブロック２０内で貫通穴２の列と第２冷媒流路１３の列とがそれぞれ平行に近接する層をなし、層間で熱交換する構成である。本実施の形態１では貫通穴２の列に対して、第２冷媒流路１３の列で挟み込んだ構成としたが、列の並びは他の構成としてもよい。
【００１６】
伝熱管４を挿入しやすくするため、貫通穴２の内径は拡管前の伝熱管４の外径よりもごくわずかに大きくされる。加工誤差を無視すれば、基本的に複数の貫通穴２の内径は同じであり、また複数の伝熱管４の外径も同じとするとよい。
【００１７】
また、伝熱管４の内部には微細な管溝１０が形成されているとよい。管溝１０により冷媒と伝熱管４との熱交換が促進され、冷媒から金属ブロック２０への伝熱特性がより高まる。また、第２冷媒流路１３は図では貫通穴２と同じピッチで並ぶ角型の穴として示したが、冷媒の特性に合わせてより小さな穴の集合体としてもよく、貫通穴２と異なるピッチで並ぶ穴としてもよい。
【００１８】
次に、拡管工程について説明する。まず。貫通穴２を有する金属ブロック２０を用意する。次に、この金属ブロック２０に伝熱管４を挿入し、金属ブロック２０と伝熱管４とを図１のように拡管装置にセットする。管受台５の曲面部の上に伝熱管４のＵ字部５を載せ、Ｕ字管の直線部の軸が鉛直となるようにする。拡管装置の昇降ブロック６には金属ブロックの貫通穴２に対応した位置に拡管棒７が取り付けられる。昇降ブロック６の昇降方向、拡管棒７の軸方向、貫通穴２の軸方向は平行であり、これらは本実施の形態１では鉛直方向とする。複数の伝熱管４の直線部は長さが揃えられ、金属ブロック２０の一方側の貫通穴２からおおよそ同じ長さで突出している。昇降ブロック６を管受台５側に降下させていくと、長い拡管棒７の拡管玉８は短い拡管棒７の拡管玉８に比べて下方に位置するので、まず長い拡管棒７の拡管玉８が伝熱管４に入り、次いで短い拡管棒７の拡管玉８が入る。拡管棒７の長さの差は、たとえば、最も接近しあう貫通穴２の管壁間距離と同程度か、その距離の数倍程度などとされる。長短の拡管棒７で拡管玉８の貫通穴２の軸方向の位置が異なるが、大きく異なるものではないため、昇降ブロック６をさらに下降させていくことによって、拡管が貫通穴２の軸方向に同時に並行して行われる。短い拡管棒７の拡管玉８が金属ブロック２０の貫通穴２の他方の開口位置まで達すると、伝熱管４の挿入された領域全体の拡管が完了し、昇降ブロック６を上昇させて拡管処理が完了する。なお、本実施の形態１の方法によれば、長い拡管棒７の拡管玉８は短い拡管棒７の拡管玉８が金属ブロック２０の貫通穴２の下端に達した際にその下端よりもさらに下まで進むため、伝熱管４の拡管される距離がＵ字管側に少し長くなる。また、長短の拡管棒７の拡管玉８のずれは、昇降ブロックを上昇させる際も保たれる。
【００１９】
図４は本実施の形態１の拡管を模式的に説明する断面図であり、図３はその比較例を説明する断面図である。図３、図４ともに、近接する２本の伝熱管４Ａ、４Ｂがそれぞれ拡管玉８Ａ、８Ｂにより拡管される近傍の断面を示している。図３の比較例では、２つの伝熱管４Ａ、４Ｂを拡管する拡管玉８Ａ、８Ｂの貫通穴２の軸方向の位置は同じである。なお、この軸方向の位置とは貫通穴２の軸に垂直な方向から見た拡管玉８の最大径の位置である。比較例では拡管玉８Ａ、８Ｂの最大径の位置ＰＡ、ＰＢは貫通穴２の軸に垂直な直線Ｌ上にある。このＰＡ、ＰＢの位置で拡管の加工圧力が最も大きくなる。
【００２０】
上述のとおり、貫通穴２Ａ、２Ｂの内径は拡管前の伝熱管４Ａ、４Ｂの外径よりも大きく、それらの間にわずかな隙間があるが、拡管によって伝熱管４Ａ、４Ｂは塑性変形して貫通穴２Ａ、２Ｂの内壁に密着する形となる。ここで、拡管玉の外径＋伝熱管の肉厚＝貫通穴の内径とすれば、計算上は貫通穴２Ａ、２Ｂの内壁にちょうど密着することになるが、誤差があるために完全に等しくすることはできず、わずかでも拡管玉の外径＋伝熱管の肉厚＜貫通穴の内径となると密着しない。また、拡管後に伝熱管が弾性的に縮小する変形する場合も密着できない。そこで、通常は拡管玉の外径＋伝熱管の肉厚＞貫通穴の内径となるように、拡管玉の外径をわずかに大きめとする。たとえば、伝熱管が５〜２０ｍｍの外径の場合、貫通穴の内径はその外形よりも３〜７％程度大きくされる。そして、拡管玉の外径＋伝熱管の肉厚を貫通穴の内径よりも１〜３％程度大きくするとよい。
【００２１】
このように、通常は拡管玉の外径＋伝熱管の肉厚＞貫通穴の内径であるため、金属を変形させる応力は伝熱管を通して金属ブロック２０にも及ぶ。拡管中において応力が最も高くなるのは、最大径の位置ＰＡ、ＰＢの近傍であり、その周囲にも応力がかかる。図では応力が最も強くかかる部分に濃い網掛けのハッチング、その周囲で比較的応力が強くかかる部分に網掛けのハッチングを施した。なお、この図は応力分布を模式的に示したものであり、実際の応力分布の形状とは多少異なる場合がある。
【００２２】
フィン型の熱交換器ではフィンが薄く応力変形を吸収する空間が多くあり、また伝熱管の間に比較的距離が長いことから、拡管時の応力が問題となることが少ない。しかし、金属ブロックの熱交換器では伝熱管の間に金属が密に存在し、隣接する拡管玉８の応力同士が重ねあわされることになる。特に貫通穴３の間隔が貫通穴３の穴径よりも小さくなるにつれて、拡管時の負荷が増加する傾向があり、特に貫通穴３間の間隔が２ｍｍ以下になると、著しく負荷が増加し、拡管玉８、拡管棒７の変形、貫通穴２の異常な変形により貫通穴２と伝熱管４との密着不良、などの問題が生じる。
【００２３】
そこで、本実施の形態１では図４のように、近接する２つの伝熱管４Ａ、４Ｂを拡管する拡管玉８Ａ、８Ｂの貫通穴２の軸方向の位置をずらした。拡管玉８Ａの最大径の位置ＰＡを通過する貫通穴２の軸に垂直な線ＬＡと、拡管玉８Ｂの最大径の位置ＰＢを通過する貫通穴２の軸に垂直な線ＬＢとは、軸方向にＨ（＞０）だけずれている。ずれ量Ｈの長さは、たとえば、貫通穴２間の間隔Ｗと同等以上で、１．５〜３倍程度などとすると好ましい。Ｈを長くすると、拡管される長さの差が大きくなり、長い拡管棒７の拡管玉８がＵ字部５付近まで拡管することになり、別の問題が生じる可能性がある。このように最大径の位置ＰＡ、ＰＢを軸方向にＨずらしたことにより、ＰＡの近傍にかかる応力とＰＢの近傍にかかる応力とが重ねあわされることが抑制される。また、一方の拡管玉８で発生する応力の横に、拡管玉８が無い他方の貫通穴２が空間として存在するため、この他方の貫通穴２が弾性変形して応力を緩和することができる。なお、貫通穴２間の間隔Ｗを小さくしすぎると、小さな応力でも緩和が容易に起こり、伝熱管４の密着力が小さくなる可能性があり、金属ブロック２０がアルミニウムを儒成分とする材質の場合、貫通穴２間の間隔Ｗは１ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００２４】
以上のように、本実施の形態１では、平行な複数の貫通穴２を有する金属ブロック２０を用意する工程と、前記貫通穴２のそれぞれに伝熱管４を挿入した状態で、前記伝熱管４のそれぞれの端部から前記伝熱管４を拡管する拡管玉８を押し入れて、前記伝熱管４を拡管して前記貫通穴２に固定する拡管工程と有し、前記拡管工程は、複数の拡管玉８が昇降ブロック６に拡管棒７で固定された拡管装置を用いて、前記昇降ブロック６を昇降させて複数の伝熱管４を同時に拡管する工程であり、前記拡管工程中において、最も近接しあう前記拡管玉８の位置が前記貫通穴２の軸方向にずれるように前記拡管玉８が前記昇降ブロック６に固定されている。このため、このような並列拡管加工において、拡管中における拡管負荷の増大や、伝熱管４の密着性の悪化を抑えることができ、生産性よく熱交換器を製造することができる。
【００２５】
なお、同時に複数の拡管を行う場合に、近接する２つの拡管玉が、軸方向にずれていればよく、管の径がことなるとか拡管方向が異なるなどの事情で、同時に拡管が困難なものまで同時に行う必要はない。
【００２６】
また、本実施の形態１の発明では拡管棒７の長さを交互に変えたが、昇降ブロック６における拡管棒７の取付位置に段差を設けたり、拡管棒７を昇降ブロック６の穴に挿入する構造の場合挿入長さを変化させたりしてもよい。
【００２７】
また、貫通穴２以外に第２冷媒流路１３が形成された金属ブロック２０を用意したので、熱交換性能に優れるが、第２冷媒流路１３のない貫通穴２のみが形成された金属ブロック２０を用いもよい。その場合、金属ブロック２０と、第２冷媒流路１３の形成された他の金属ブロックとを接合しあうことでも、２種類の冷媒間で熱交換する熱交換器を作成することができる。
【００２８】
また、伝熱管４をＵ字管としてＵ字部５で加工時の力を管受台９で受けるようにしたので、直線部にかかる力を安定して受け持つことが容易である。また、Ｕ字管とした伝熱管２の直線部の中心軸間隔Ａ１と隣あうＵ字管どうしの直線部の中心軸間隔Ａ２とは等しくしてもよいが、Ａ２＜Ａ１とすると、金属ブロック２０における伝熱管の密度を保ったままＵ字管の曲率を大きくでき、Ｕ字管内を流れる水などの抵抗を低減できる。また、拡管装置の管受台９の接触面積を大きくできるので、拡管時の負荷をより均等に分担して、Ｕ字管部の変形も抑えられる。なお、管受台９の形状を変更し、本実施の形態１のＵ字管の代わりに直管を用いても、ずれた拡管玉８を用いた拡管処理により同様の効果が得られる。
【００２９】
＜実施の形態２＞
図５は本発明の実施の形態２に係る熱交換器の製造方法の拡管工程を説明する構成図である。本実施の形態２では長さが違う拡管棒７の配列が実施の形態１と異なる。実施の形態１では１本ずつ交互に長さが異なるように拡管棒７を配列したが、本実施の形態２では２本ごとに長さが異なるように配列した。拡管工程において、短い２本の拡管棒７は１つのＵ字管の２つの直線部にそれぞれ挿入され、短い２本の拡管棒７は隣のＵ字管の２つの直線部にそれぞれ挿入される。つまり、同じＵ字管の２本の直線部に挿入される拡管玉８の軸方向の位置は等しくされる。Ｕ字管の直線部が挿入される拡管穴２の中心軸間隔Ａ１と隣り合うＵ字管の直線部が挿入される拡管穴２の中心軸間隔Ａ２とが、Ａ２＜Ａ１に関係にある場合に有効である。拡管工程中において、Ｕ字管の２本の直線部を拡管する２つの拡管玉８の位置は貫通穴の軸方向で同じであるので、２つの直線部に対して水平方向に対称な位置で力がかかるため、拡管加工が安定し、伝熱管４の金属ブロック２０に対する密着が良好となる。一方、その拡管玉８の位置は最も近接しあう隣のＵ字管の２本の直線部を拡管する２つの拡管玉８の位置と貫通穴の軸方向にずれるように昇降ブロックに固定されているため、実施の形態１と同様に、拡管中における拡管負荷の増大や、伝熱管４の密着性の悪化を抑えることができ、生産性よく熱交換器を製造することができる。
【００３０】
＜実施の形態３＞
図６は本発明の実施の形態２に係る熱交換器の製造方法の拡管工程を説明する構成図である。図６は金属ブロック２０の貫通穴２に伝熱管４を挿入し、金属ブロック２０の貫通穴２一方側から伝熱管４の端部が出た状態で拡管される前の状態を示している。上記の実施の形態１との違いは金属ブロック２０内の貫通穴２の配列である。実施の形態１では貫通穴２の軸に垂直な面において複数の貫通穴２の中心が直線状に並ぶが、本実施の形態３では貫通穴２の中心がジグザグな列を形成する位置にある。
【００３１】
図７は本実施の形態３に係る熱交換器の製造方法の金属ブロックにおける貫通穴２の位置を説明する上面図であり、金属ブロック２０の貫通穴２を軸方向から見た図である。図では貫通穴２の中心を太い点線で結んで示した。第２冷媒流路の列間に挟まれた貫通穴２の列はジグザグとなっている。その中心位置は紙面の上下方向に交互にシフトした配置であり、列方向に１つおきの中心の位置を線で結ぶと２本の平行な直線が形成されるが、その間隔はＢ（＞０）である。なお、このＢは貫通穴２の直径よりも小さな値である。従って、中心位置は間隔Ｂで平行な２本の直線で挟まれた領域内にある。Ｂが大きくなるとジグザグの度合いが大きくなり、図の紙面上下の列幅が広くなり、冷媒流路の密度が低下する。従って、Ｂの間隔は貫通穴２の半径以下とするとより好ましい。貫通穴２の中心を結ぶジグザグが、鈍角で構成される折れ曲がりの線となることが好ましい。
【００３２】
図７の上下方向を高さとすると、貫通穴２の高さが異なるようにしたことにより、貫通穴２間の間隔が広がるので、拡管玉２が隣の貫通穴２に及ぼす応力が少なくなる。また、ある貫通穴２とその両側に隣り合う貫通穴２とが同一線状になく、近隣の複数の拡管玉８によって生じる応力が異なる方向や、第２冷媒流路側に逃げやすくなるため、拡管負荷を低減することができ、熱交換器１、伝熱管４、伝熱管内側の管溝１０、Ｕ字部５、さらには拡管棒７や昇降ブロック６の変形をさらに抑制することができる。
【００３３】
図８は本実施の形態３の熱交換器の変形例を示す上面図であり、金属ブロックにおける貫通穴の位置を示している。図６では貫通穴２の中心をジグザグな列としたが、この変形例では、貫通穴２の中心が台形波を描くように配置した。図では貫通穴２の中心を太い点線で結んで示した。この台形波のように貫通穴２の中心の列のなかに異なる方向に斜めとなる部分を設けたことにより、その部分で間隔が広がり、応力方向が分散する。従って、上記のジグザグとした場合と同様な効果が得られる。また、複数の貫通穴２は、前記貫通穴の軸に垂直な面において接近しあう中心位置どうしを線で結んだ場合に、上記のジグザグ線、台形波の線など、折れ曲がり線となるような位置に列として並ぶ構成とすれば同様な効果が得られる。また、貫通穴２の列は、それらの中心位置が貫通穴２の半径の間隔で離れた２本の平行な直線で挟まれた領域内に収まっていることが望ましい。
【００３４】
＜実施の形態４＞
図９は本発明の実施の形態４に係る熱交換器１の構造例を説明する斜視図である。この熱交換器１は金属ブロック２０の内部にＵ字管を固定した点で、上記の実施の形態と同様であるが、Ｕ字管の挿入される方向が異なっている。また、熱交換器１の第１冷媒流路であるＵ字の伝熱管に冷媒を導入するための入口となる第１冷媒入口ヘッダー２８、冷媒の出口となる第２冷媒入口ヘッダー２９を取り付けた構造である。さらに第２冷媒流路１３についても、その冷媒を導入するための入口となる第２冷媒入口管３０と出口となる第２冷媒出口管３１とを取り付けてある。図中に冷媒の流れる方向を矢印で示した。なお、図では伝熱管４として短いＵ字管に直線状の管を接続したものを用いた例を示したが、直線状の管の途中でＵ字型に曲げて作製したものを用いると使用材料が少なくてよい。冷媒を導入するための入口、出口の構成は自由に変更可能であり、各管ごとに異なる経路から冷媒を入れてもよい。また、隣り合うＵ字管の一方の端を、短いＵ字管で接続することにより、伝熱管４どうしが連続するように接続して、接続された一連の両端に入口、出口を設けてもよい。
【００３５】
図１０は本実施の形態４に係る熱交換器の金属ブロックの貫通孔２の軸方向から見た上面図である。また、図１１は本実施の形態４に係る熱交換器の金属ブロックの断面図であり、図１０の点線ＸＹでの断面図である。金属ブロック２０内には伝熱管４を挿通する貫通孔２が複数列並び、その列間に第２冷媒流路１３が存在する。なお、第２冷媒流路１３の上下の端部は第２冷媒流路封止部材によって封じられている。図９のように、伝熱管４のＵ字管の２本の直線部は２つの列の貫通孔２にまたがって挿入される。従って、熱交換器１では第１冷媒流路１１であるＵ字管の直線部間に第２冷媒流路１３がある。なお、図１０中の左下の貫通孔２内に第１冷媒流路１１となる部分を点線で示した。
【００３６】
図１０のように２つの貫通穴２の列の中心間の間隔Ａ１に比べて、列方向に並ぶ貫通穴２の中心間の間隔Ａ２は小さくされる。従って、２つの貫通穴２の列間の間隔Ｇ１に比べて、列方向の間隔Ｇ２は大幅に小さくすることができる。Ｇ２は隣接するＵ字管である伝熱管４の間隔であり、金属ブロック２０内において最も近接しあう貫通孔２の間隔となる。列間の間隔Ｇ１はおおよそＵ字管の２本の直線部間の間隔である。Ｕ字管のＵ字部５は曲率の制限があり、十分小さくすることは難しい。このため、１列内の貫通穴２内にＵ字管を挿入した場合には、Ｕ字管の２本の直線部を挿入する貫通孔２管の間隔Ａ１が大きくなり、挿入する管の密度を向上することは難しい。本実施の形態４の熱交換器では、列方向の間隔Ｇ２は管の直径よりも小さくしたので、金属ブロック２０内を通る第１冷媒流路１１の密度を大幅に向上することができる。また、貫通穴２の列間に第２冷媒流路１３を設けたことにより、金属ブロック２０内に流れる２種類の冷媒の流路を高密度に配置される。貫通穴２と第２冷媒流路１３との間隔Ｇ３もＧ２と同程度の間隔とすることで、冷媒間の管壁が薄くなり、熱交換特性に優れた熱交換器が実現できる。たとえば伝熱管４として５〜２０ｍｍの外径の銅管、銅合金の管であり、金属ブロック２０がアルミニウムを主成分とするブロックである場合に、間隔Ｇ３、Ｇ２を１〜２ｍｍなどと伝熱管４の外径に比べて半分以下に小さくすると優れた熱交換特性が得られる。
【００３７】
図１１の断面図のように、第２冷媒流路１３の上下端には第２冷媒流路封止部材２４によって封じられ、その封止部間に第２冷媒入口穴２２、第２冷媒出口穴２３が形成されている。第２冷媒入口穴２２、第２冷媒出口穴２３は金属ブロック２０内で第２冷媒流路１３に連通する孔であり、金属ブロック２０の一方に開口部を有している。これらの穴の軸は、たとえば、貫通穴２の軸に対して垂直に形成される。そして、それらの開口部には図９で示した第２冷媒入口管３０、第２冷媒出口管３１がそれぞれ取り付けられる。第２冷媒流路１３が微細な細管の集合体で構成される場合には、第２冷媒入口穴２２、第２冷媒出口穴２３はそれらをすべて連通する太い穴として形成するとよい。このようにすることで、第２冷媒入口穴２２から入った第２冷媒が貫通孔２と平行に流れ、第２冷媒出口穴２３から排出されることになる。なお、第１冷媒流路１１と第２冷媒流路１３とが平行に流れる構成としたが、第１冷媒流路１１と第２冷媒流路１３とが交差する配置としてもよい。たとえば、図１１において、紙面奥行き方向に第２冷媒が流れ、第１冷媒の流れと第２冷媒の流れが垂直となるように構成してもよい。
【００３８】
次に、上記の熱交換器１の製造方法を説明する。図１２から図１４は本実施の形態４に係る熱交換器の製造方法の途中段階を示す斜視図である。まず、図１４のように図１０、図１１で示した金属ブロック２０を用意する。金属ブロック２０は押し出し成型、穴あけ加工等によって作製することができる。第２冷媒流路封止部材２４はロウ付けや圧入などの方法によって固定することができる。
【００３９】
次いで、図１３のように金属ブロック２０にＵ字管である伝熱管４を挿入する。そして、図１４のように、拡管装置にセットして、金属ブロック２０に伝熱管４を挿入した状態で伝熱管４の端部から拡管玉８を押し入れて拡管処理を行い、伝熱管４を金属ブロック２０に固定する。この時、最も近接しあう貫通孔２である隣接するＵ字管の穴を拡管する拡管玉８は貫通孔２の軸方向にずれるように配置する。その後、伝熱管４に第１冷媒入口ヘッダー２８、第２冷媒入口ヘッダー２９を取り付け、第２冷媒入口穴２２に第２冷媒入口管３０、第２冷媒出口穴２３に第２冷媒出口管３１を取り付けることにより図９の熱交換器１が完成する。
【００４０】
本実施の形態４の熱交換器１は、金属ブロック２０内に第１冷媒流路１１となる貫通穴２のほかに第２冷媒流路１３を有し、第２冷媒流路１３を挟んで両側に配列された複数の貫通穴２を備え、伝熱管４であるＵ字管の２本の直線部が第２冷媒流路１３を挟んだ両側の貫通穴２に挿入される構造であるため、熱交換特性に優れた熱交換器を実現することができる。また、最も近接しあう貫通穴２どうしの間隔は貫通穴の直径よりも小さくすることで熱交換特性に優れるが、そのような貫通孔２に挿入した伝熱管４を貫通穴の軸方向にずれた拡管玉８で同時に拡管処理するため、実施の形態１で述べたとおり、拡管負荷の増大や密着性の悪化を抑えることができ、生産性に優れる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は複数の伝熱管を有するブロック型の熱交換器の製造に有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１  熱交換器、２  拡管穴、３  冷媒壁、４  伝熱管、５  Ｕ字部、６  昇降ブロック、７  拡管棒、８  拡管玉、９  管受台、１０  管溝、１１  第１冷媒流路、１３  第２冷媒流路、２０  金属ブロック、２２  第２冷媒入口穴、２３  第２冷媒出口穴、２４  第２冷媒流路封止部材、２８  第１冷媒入口ヘッダー、２９  第２冷媒入口ヘッダー、３０  第２冷媒入口管、３１  第２冷媒出口管
【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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