(57)【要約】【課題】ヘッダ管と熱交換管との接続部の強度を高め、構造上最弱部である熱交換管の接続部での破損を防ぐと共に管の重量を抑え、省スペース化を満足させる熱交換器の管継手構造を提供することを目的としている。【解決手段】冷凍サイクル装置の熱交換用の扁平管２と、ヘッダ管３と、これらを相互に接続するために内部に冷媒流通孔６が形成され管継手１とで構成され、管継手１には扁平管２を嵌め合わせるために嵌合孔４が設けられ、また、ヘッダ管には管継手１を挿入、固定するために挿入孔７が設けられている。ヘッダ管３と扁平管２とが互いに管継手１を介して連通されることにより冷媒の流路８が形成されている。これにより、扁平管の先端部近傍の変形を抑制し、扁平管の管継手部での破損を防ぐことができる【選択図】図１
2012163223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッダ管に熱交換用の熱交換管を接続する熱交換器の管継手構造であって、
内部に冷媒流通孔が形成され、一端に前記熱交換管を嵌め合せる嵌合孔を持ち、他端に前記ヘッダ管の挿入孔に差し込む挿入部を持つ管継手を備え、前記ヘッダ管と前記熱交換管とが互いに前記管継手を介して連通されることにより冷媒の流路が形成されていることを特徴する熱交換器の管継手構造。
【請求項２】
前記管継手は、前記ヘッダ管及び前記熱交換管よりも高い剛性を有する材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の管継手構造。
【請求項３】
前記管継手の冷媒流通孔は、断面が矩形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器の管継手構造。
【請求項４】
前記管継手の冷媒流通孔は、複数並設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器の管継手構造。
【請求項５】
前記管継手の冷媒流通孔の周縁部には、前記熱交換管の当り座が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器の管継手構造。
【請求項６】
前記管継手の冷媒流通孔は、孔径がヘッダ管側よりも熱交換管側の方が小さいテーパ形状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の熱交換器の管継手構造。
【請求項７】
前記管継手の挿入部側にフランジが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器の管継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置などに用いられる熱交換器の管継手構造に関するものであり、特に二酸化炭素等の高圧冷媒を用いる、高耐圧が必要とされる熱交換器の管継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置では、ヘッダ管と熱交換を行う熱交換管を接続する箇所があるが、冷媒の圧力に耐え得るようにその接続部を強固に固定しておく必要がある。
【０００３】
そこで、特許文献１の熱交換器の取付け具では、内圧に耐え得る管継手部を補強する構造として、円筒状の一対のヘッドパイプ１の相互間に複数の熱交換用のチューブ２が接続されてなる熱交換器の取付け具１３が、概扁平チューブが貫通される穴を有し、ヘッダパイプ外周の扁平チューブ接続側に外接して固着される円弧部と、取付け穴を有し該円弧部の端部から延長された取付け部とで構成された取付け具を固着する管継手構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平４−１０８１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、環境問題等から冷媒にフロン等を用いずに二酸化炭素を用いる冷凍サイクル装置が増えている。しかしながら、冷媒として二酸化炭素を用いる場合には、従来のフロン等を使用する場合に比べて著しく管内部の圧力が高くなる。このため、管接続部などの構造上問題となりうる部位は、耐圧の観点から、特に高耐圧の設計をしておくことが必要である。
【０００６】
特許文献１の熱交換器の取付け具では、扁平チューブの位置決めとヘッダパイプと扁平チューブを固着することが目的であり、二酸化炭素冷媒の高圧が考慮されておらず、ヘッダパイプが挿入孔を押し広げる力（開口力）の影響を受けるため、構造上最弱部となる扁平チューブの接続部での破損を防ぐためには、扁平チューブの接続部が上記開口力の影響を受けない程度に、取付け具の肉厚を十分に大きくする必要があるが、それによって重量が大きくなり軽量化が困難になる。また、ヘッダパイプの肉厚を増せば、ヘッダパイプが大きくなり、省スペース化にも反するといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ヘッダ管と熱交換管との接続部の強度を高め、構造上最弱部である熱交換管の接続部での破損を防ぐと共に管の重量を抑え、省スペース化を満足させる熱交換器の管継手構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の熱交換器の管継手構造は、ヘッダ管に熱交換用の熱交換管を接続する熱交換器の管継手構造において、内部に冷媒流通孔が形成され、一端に前記熱交換管を嵌め合せる嵌合孔を持ち、他端が前記ヘッダ管の挿入孔に差し込まれる管継手を備え、前記ヘッダ管と前記熱交換管とが互いに前記管継手を介して連通されることにより冷媒の流路が形成されていることを特徴するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換器の管継手構造によれば、管継手を介して熱交換管とヘッダ管とを相互に接続し、冷媒の圧力によるヘッダ管の挿入孔に懸る応力を低減することによって、熱交換管の破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の管継手構造の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における管継手の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における管継手構造の作用を説明する管継手部の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における管継手の斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３における管継手の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態３における他の管継手の斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態４における管継手の斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態５における管継手の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る熱交換器の管継手構造について図１〜図８を参照して説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る熱交換器の管継手構造の概略斜視図であり、図２は、この管継手構造の管継手の斜視図である。図３は、実施の形態１における管継手構造の作用を説明する断面図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、実施の形態１に係る熱交換器の管継手構造では、冷凍サイクル装置の熱交換管である扁平管２と、ヘッダ管３と、これらを相互に接続するために内部に冷媒流通孔６が形成された管継手１とで構成され、管継手１には扁平管２を嵌め合わせるために嵌合孔４が設けられ、また、ヘッダ管３には管継手１の挿入部７を挿入、固定するために挿入孔８が設けられている。これにより、ヘッダ管３と扁平管２とが互いに管継手１を介して連通されることにより冷媒流路９が形成されている。ここで、管継手１は、剛性の高い材料である鋼や銅、扁平管２には熱伝導性の良い材料、例えば、アルミ合金、銅およびステンレスなどで構成される。なお、管継手１と扁平管２および管継手１とヘッダ管３とは、ロウ付けあるいは溶接などで接合がなされている。冷媒の流れ方向９は、ヘッダ管３から扁平管２の方向である。
【００１４】
実施の形態１の管継手１には、扁平管２を嵌め合わせるために、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２と同じ大きさの嵌合孔４が設けられ、扁平管２の嵌合部５以外の部分において、楕円形の断面形状を持つ冷媒流通孔６の孔径の長径寸法ｄ３および短径寸法ｄ４が、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２よりも小さくなるように（ｄ３＜ｄ１、ｄ４＜ｄ２）かつ中央部に加工されている。これにより、扁平管２の嵌合時に冷媒流通孔６の周縁部が扁平管２の当り座となり、扁平管２が冷媒流通孔６部に当接されて、冷媒流通孔６の周縁部がストッパの役目を果たし、所定の位置で固定される。なお、ｄ３＜ｄ１、又はｄ４＜ｄ２のいずれかが満たされれば良く、必ずしも両方同時に満たす必要はない。
【００１５】
次に、実施の形態１による熱交換器の管継手構造の作用、効果について説明する。図３は、実施の形態１における管継手構造の作用を説明する管継手部の断面図である。上記構成において、ヘッダ管３の冷媒流路９を通る二酸化炭素の高圧冷媒により、ヘッダ管３の
内面には、冷媒圧力１１が均等に作用する。この際、図３に示す管継手部の断面図のように、挿入孔８を押し広げようとする力（開口力１２）が作用することになるが、扁平管２が嵌合されている管継手１の挿入部７が、ヘッダ管３に挿入されて接合されているため、ヘッダ管３の挿入孔８を押し広げる開口力１２を、つまりヘッダ管３に懸かる応力自体を小さくでき、扁平管２の先端がヘッダ管３と管継手１との接合部近傍まで嵌め合わされているため、管継手１の剛性によって、扁平管２の先端部近傍の変形を抑制し、扁平管２の管継手１部での破損を防ぐことができる。これにより、従来よりも耐久性に優れた熱交換器の管継手構造が可能となり、扁平管２もしくはヘッダ管３の管肉厚を厚くする必要が無く、さらに補強したい箇所のみ管継手１を採用することで、従来の管継手部と比べ、軽量化および低コスト化も期待できる。
【００１６】
また、扁平管２を管継手１の嵌合孔４に嵌め合わせる構成のため、管継手１と扁平管２とが確実に位置決めされ、強固な接着が可能となる。また、管継手１によりヘッダ管３の挿入孔８に懸る開口力１２を抑え、変形、破損を防ぐことができる。
【００１７】
このように、実施の形態１に係る熱交換器の管継手構造では、特に二酸化炭素等を冷媒とする、耐圧が必要とされる場合において、管継手の嵌合孔に扁平管が嵌合され、ヘッダ管の挿入孔に管継手が挿入されることにより、ヘッダ管を押し広げる開口力を小さくすることができ、さらに、扁平管の先端がヘッダ管と管継手との接合部近傍まで嵌め合わされているため、管継手の剛性によって、扁平管の先端部近傍の変形を抑制し、扁平管の管継手部での破損を防ぐことができるという顕著な効果がある。
【００１８】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２における管継手の斜視図である。図２に示す実施の形態１の管継手との違いは、冷媒流通孔６の形状が実施の形態１では、扁平形であったのに対して実施の形態２では矩形である点であり、他の構成要素は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００１９】
実施の形態２の管継手１には、扁平管２を嵌め合わせるために、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２と同じ大きさの嵌合孔４が設けられ、扁平管２の嵌合部５以外の部分において、矩形の断面形状を持つ冷媒流通孔６の孔径の長径寸法ｄ３および短径寸法ｄ４が、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２よりも小さくなるように（ｄ３＜ｄ１、ｄ４＜ｄ２）、かつ中央部に加工されている。これにより、扁平管２の嵌合時に冷媒流通孔６の周縁部が扁平管２の当り座となり、扁平管２が冷媒流通孔６部に当接されて、冷媒流通孔６の周縁部がストッパの役目を果たし、所定の位置で固定される。なお、実施の形態１と同様、ｄ３＜ｄ１、又はｄ４＜ｄ２のいずれかが満たされれば良く、必ずしも両方同時に満たす必要はない。
【００２０】
次に、実施の形態２による熱交換器の管継手構造の作用、効果については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。管継手１に形成されている冷媒流通孔６の断面が矩形で形成されているため、形状の加工性に優れている。
【００２１】
このように、実施の形態２に係る熱交換器の管継手構造では、管継手の冷媒流通孔の断面形状を矩形にすることにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、冷媒流通孔の加工が容易であるという効果が期待できる。
【００２２】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３における管継手の斜視図である。図２に示す実施の形態１の管継手との違いは、実施の形態１では冷媒流通孔６が一つの孔で形成されているのに対して、実施の形態３では冷媒流通孔６が複数個の孔で形成されている点であり、他の構成要素は
実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２３】
実施の形態３の管継手１には、扁平管２を嵌め合わせるために、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２と同じ大きさの嵌合孔４が設けられ、扁平管２の嵌合部５以外の部分において、円形の断面形状を持つ複数の冷媒流通孔６の孔径の直径寸法ｄ３が、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２よりも小さくなるように（ｄ３＜ｄ２）、かつ中央部に加工されている。ここで、嵌合された扁平管２は冷媒流通孔６部に当接されるので、冷媒流通孔６は扁平管２のストッパの役目を果たし、所定の位置で固定される。これにより、管継手１の扁平管２の嵌合部５以外の部分の剛性が向上し、ヘッダ管３の挿入孔８を押し広げる力（開口力１２）、つまり応力をより低減させることができ、冷媒に対する耐圧強度をさらに向上できる構造となっている。また、実施の形態１と同様、ｄ３＜ｄ１、又はｄ３＜ｄ２のいずれかが満たされれば良く、必ずしも両方同時に満たす必要はない。
【００２４】
図６は、実施の形態３における他の管継手１を示すもので、円形の断面形状を持つ複数の冷媒流通孔６の替わりに矩形の断面形状を持つ複数の冷媒流通孔６で構成されていてもよい。冷媒流通孔６は孔径の長径寸法ｄ３（全体の長径ｄ５）および短径寸法ｄ４を持ち、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２よりも小さくなるように（ｄ５＜ｄ１、ｄ４＜ｄ２）、かつ中央部に加工されている。これにより、扁平管２の嵌合時に冷媒流通孔６の周縁部が扁平管２の当り座となり、扁平管２が冷媒流通孔６部に当接されて、冷媒流通孔６の周縁部がストッパの役目を果たし、所定の位置で固定される。
【００２５】
このように、実施の形態３に係る熱交換器の管継手構造では、管継手の冷媒流通孔を複数の孔で構成することにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、管継手の剛性を向上させることができ、冷媒に対する耐圧強度をさらに向上させることが期待できる。
【００２６】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４における管継手の斜視図である。図２に示す実施の形態１の管継手との違いは、実施の形態１では冷媒流通孔６の孔径が同一であるのに対して、実施の形態４では冷媒流通孔６の孔径がヘッダ管側よりも熱交換管側の方が小さいテーパ形状である点であり、他の構成要素は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２７】
実施の形態４の管継手１には、扁平管２を嵌め合わせるために、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２と同じ大きさの嵌合孔４が設けられ、扁平管２の嵌合部５以外の部分において、冷媒流通孔６の孔径の長径寸法の扁平管側がｄ３と小さく、ヘッダ管側がｄ６と大きくなるテーパ形状となっている。また、短径寸法の扁平管側がｄ４と小さく、ヘッダ管側がｄ７と大きくなるテーパ形状となっている。冷媒流通孔６の孔径の長径寸法ｄ３および短径寸法ｄ４が、扁平管２の断面外径の長径寸法ｄ１および短径寸法ｄ２よりも小さくなるように（ｄ３＜ｄ１、ｄ４＜ｄ２）、かつ中央部に加工されている。ここで、嵌合された扁平管２は冷媒流通孔６部に当接されるので、冷媒流通孔６は扁平管２のストッパの役目を果たし、所定の位置で固定される。これにより、冷媒が流れる下流部に比べて上流部が大きくなるように加工することによって、圧損を低減させ、効率を向上させることができる。また、実施の形態１と同様、ｄ３＜ｄ１、又はｄ４＜ｄ２のいずれかが満たされれば良く、必ずしも両方同時に満たす必要はない。
【００２８】
なお、実施の形態４では、冷媒流通孔６のテーパ形状は、長径、短径両方に設ける場合について説明したが、長径側あるいは短径側のいずれか一方に設けてもよい。
【００２９】
このように、実施の形態４に係る熱交換器の管継手構造では、管継手の冷媒流通孔の孔径を扁平管側を小さく、ヘッダ管側を大きくすることにより、実施の形態１と同様の効果
を有すると共に、冷媒の流れに対して圧損を低減させることができ、効率を向上させることができる効果が期待できる。
【００３０】
実施の形態５．
図８は、実施の形態５における管継手の斜視図である。図２に示す実施の形態１の管継手との違いは、挿入部側の外周部にフランジ１３を設けた点であり、他の構成要素は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３１】
実施の形態５の管継手１には、管継手１をヘッダ管３の挿入孔８に差し込む挿入部７側の外周部にフランジ１３が設けられている。管継手の挿入部が必要以上にヘッダ管の奥にまで差し込まれるとヘッダ管を流れる冷媒の流れを乱し、好ましくない。フランジ１３は、必要以上に挿入部７が差し込まれることを防止するストッパの役割を果たすために設けられたもので、フランジ１３を設ける位置は、挿入部７がヘッダ管３を流れる冷媒の流れを乱さないよう、管継手の先端からヘッダ管２の肉厚よりも少し長くなる程度の位置に取り付けることが好ましい。また、フランジ１３を設けることにより、管継手１とヘッダ管を接合する際に、フランジによりヘッダ管の管壁と、より広い面積でロウ付けあるいは溶接することで、さらに強固に接合することができる。さらに、フランジ１３をヘッダ管の外周曲面に合わせた形状にすることにより、フランジ１３とヘッダ管３の外周壁を密着させることができるため、ロウ付けあるいは溶接による接合が容易になり、強度を増すことができる。
【００３２】
このように、実施の形態５に係る熱交換器の管継手構造では、管継手の挿入部側の外周部にフランジを設けることにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、管継手とヘッダ管との接合をより強固にすることができる効果が期待できる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、高圧冷媒として、二酸化炭素を用いる例について説明したが、他の高圧冷媒であっても構わない。
【００３４】
また、上記実施の形態では、扁平管２の断面の長径方向がヘッダ管３の長手方向と平行である場合について説明したが、扁平管２の断面の長径方向がヘッダ管３の長手方向と直角の場合あるいは他の角度の場合であってもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態では、熱交換管２の断面形状が扁平形である場合について説明したが、円形、楕円形等、他の形状の場合であっても同様の効果が期待し得る。
【００３６】
また、上記実施の形態では、管継手１の挿入部７及びヘッダ管３の挿入孔８の接触面の断面形状が平坦である場合について説明したが、両者の接触面にテーパを持たせてもよく、隙間なく接触、接合することができる効果が期待し得る。
【００３７】
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  管継手
２  扁平管
３  ヘッダ管
４  嵌合孔
５  嵌合部
６  冷媒流通孔
７  挿入部
８  挿入孔
９  冷媒流路
１０  冷媒の流れ方向
１１  冷媒圧力
１２  開口力
１３  フランジ
【図１】
2012163223.tif 000003
【図２】
2012163223.tif 000004
【図３】
2012163223.tif 000005
【図４】
2012163223.tif 000006
【図５】
2012163223.tif 000007
【図６】
2012163223.tif 000008
【図７】
2012163223.tif 000009
【図８】
2012163223.tif 000010