JP2005337546A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 中空の細管を使った熱交換器において高い熱交換効率を確保する。
【解決手段】 熱交換器は、冷媒と空気との間で熱交換を行わせる熱交換器であって、熱交換シートを備えている。熱交換シートは、冷媒を中に通す複数の中空の細管５０と複数の細線部材６０とが交差して織り込まれ一体化されたものである。また、細管５０の外面は、空気と接する。そして、細管５０の外面には、溝５０ａが形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、熱交換器、特に、中空の細管を有する熱交換部を備える熱交換器に関する。

従来、空気調和機においては、銅管、アルミのフィンなどを使ったフィンアンドチューブ型の金属製の熱交換器が広く利用されている。
このような熱交換器に代わるものとして、特許文献１に、複数の細径の中空糸を相互に織り込んで構成した編成体（熱交換部）を有する熱交換器が開示されている。ここでは、編成体の中空糸の中に冷媒を流通させる一方、編成体の編み目に空気を通すようにして、冷媒と空気との間で熱交換を行わせる。
特開平３−６７９９４号公報

特許文献１の編成体を有する熱交換器においては、比較的自由に編成体を屈曲させることができるため、空気調和機において広く用いられているフィンアンドチューブ型などの熱交換器に較べて設計の自由度が向上するなどの有利な効果がある。
このような編成体から成る熱交換器を使うときに、伝熱面積を十分に確保しようと考えた場合、細管径を大きくして細管ピッチを小さくするという方法を考えつく。

しかし、この場合には、例えば熱交換器を通過する空気の流れにおいて圧力損失が大きくなり、空気の流れを生成する送風機などの能力を大きくしなければならないというデメリットが生じる。
本発明の課題は、中空糸（中空の細管）を使った熱交換器において高い熱交換効率を確保することにある。

第１発明に係る熱交換器は、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行わせる熱交換器であって、熱交換部を備えている。熱交換部は、第１熱媒体を中に通す複数の中空の細管同士が交差して一体化されたもの、あるいは、第１熱媒体を中に通す複数の中空の細管と複数の細線部材とが交差して一体化されたものである。また、熱交換部の細管の外面は、第２熱媒体と接する。そして、熱交換部の細管の外面には、凹部が形成されている。

ここでは、細管同士あるいは細管と細線部材とを交差して一体化した熱交換部において、伝熱面積を増やすための金属製フィンなどを付加しにくいことから、その代わりに細管の外面に凹部を形成することによって伝熱面積の拡大を図っている。これにより、第１熱媒体と第２熱媒体との熱交換量が大きくなる。
また、細管の外面に凹部を形成することにより、伝熱面積の拡大に加えて、凹部の近くを流れる第２熱媒体の流れに乱れが生じる。これにより、細管を介して第１熱媒体と熱の交換をする第２熱媒体における対流熱伝達作用の増大が起こるため、伝熱面積の拡大以上の効果（熱交換効率の更なる向上）が本発明で得られることになる。

このように、第１発明に係る中空の細管を使った熱交換器では、高い熱交換効率を確保することができる。
第２発明に係る熱交換器は、第１発明の熱交換器であって、熱交換部の細管の外面には、細管の長手方向に沿って延びる複数の溝が、凹部として形成されている。
ここでは、小さな凹部を細管の外面に点在させるのではなく、凹部としての溝を細管の長手方向に沿って形成するので、凹部を細管の外面に比較的容易に形成させることができる。

第３発明に係る熱交換器は、第２発明の熱交換器であって、熱交換部の細管の内面に、細管の長手方向に沿って延びる複数の溝が形成されている。
ここでは、細管の外面だけではなく内面にも溝が形成されているため、細管と第２熱媒体との間の熱交換量が増すだけではなく、細管と第１熱媒体との間の熱交換量も増すことになり、細管を介した第１熱媒体と第２熱媒体との熱交換効率がより高くなる。

第４発明に係る熱交換器は、第２発明又は第３発明の熱交換器であって、熱交換部の細管は、押し出し成型されている。
ここでは、細管として樹脂から成型するものを使い、その細管を押し出し成型によって作成している。第２発明又は第３発明の熱交換器において細管の長手方向に沿って溝を形成する構成を採っているため、このような成型が可能になる。

このような押し出し成型による溝付き細管の作成を行っているため、細管の作成にかかる費用を小さく抑えることができる。
なお、押し出し成型と同時に外面の溝を形成するのが難しいときには、押し出し成型によって円管状に成型した細管の外面に対して、さらに凹凸を持つローラ等で型押し成型を施して溝を形成させるようにしてもよい。

第５発明に係る熱交換器は、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行わせる熱交換器であって、熱交換部を備えている。熱交換部は、第１熱媒体を中に通す複数の中空の細管同士が交差して一体化されたもの、あるいは、第１熱媒体を中に通す複数の中空の細管と複数の細線部材とが交差して一体化されたものである。また、熱交換部の細管の外面は、第２熱媒体と接する。そして、熱交換部の細管の外面には、付着物が固定されている。

ここでは、細管同士あるいは細管と細線部材とを交差して一体化した熱交換部において、伝熱面積を増やすための金属製フィンなどを付加しにくいことから、その代わりに細管の外面に付着物を固定することによって伝熱面積の拡大を図っている。これにより、第１熱媒体と第２熱媒体との熱交換量が大きくなる。
また、細管の外面に付着物を固定することにより、伝熱面積の拡大に加えて、付着物の近くを流れる第２熱媒体の流れに乱れが生じる。これにより、細管を介して第１熱媒体と熱の交換をする第２熱媒体における対流熱伝達作用の増大が起こるため、伝熱面積の拡大以上の効果（熱交換効率の更なる向上）が本発明で得られることになる。

このように、第５発明に係る中空の細管を使った熱交換器では、高い熱交換効率を確保することができる。
第６発明に係る熱交換器は、第５発明の熱交換器であって、熱交換部の付着物は、細管の外径よりも小さい粒状物である。
ここでは、細管の外径よりも小さい粒状物を細管の外面に固定するため、細管と細管との隙間を細管の外径の１倍〜数倍程度の小さな隙間とすることができる。

第７発明に係る熱交換器は、第５発明の熱交換器であって、熱交換部の付着物は、細管の外面に巻き付く線状物である。
ここでは、細管の外面に多数の付着物を点在させるのではなく、細管の外面に線状物を巻き付けることで伝熱面積の拡大および第２熱媒体における対流熱伝達作用の増大を図っている。このように、線状物を巻き付けることで細管の外面に付着物を固定させる構造を実現させているため、熱交換器の製造コストが安く抑えられる。

第８発明に係る熱交換器は、第１発明から第７発明のいずれかの熱交換器であって、熱交換部の細管の外径が１ｍｍ以下である。
ここでは、細管の外径を１ｍｍ以下としているため、各熱交換部の高い屈曲性を維持することができ、熱交換器を適用する空気調和機などの装置における設計の自由度を向上させたり熱交換器の製作誤差を吸収したりすることが容易となる。

なお、細管の外径については、成形を考慮する必要はあるが、できるだけ小さいほうが望ましく、さらに０．５ｍｍ以下まで小さくすることが望ましい。
第９発明に係る熱交換器は、第１発明から第８発明のいずれかの熱交換器であって、熱交換部の隣接する細管同士の隙間が３ｍｍ以下である。
ここでは、熱交換部の隣接する細管同士の隙間を３ｍｍ以下としているため、殆ど熱交換を行わずに熱交換部を通り抜けていってしまう対象流体の量を小さく抑えることができる。

なお、細管の外径にもよるが、隣接する細管同士の隙間は、さらに２ｍｍ以下まで小さくしておくことが望ましい。

第１発明に係る熱交換器では、細管の外面に凹部を形成することにより、伝熱面積の拡大に加えて、凹部の近くを流れる第２熱媒体の流れに乱れが生じ、細管を介して第１熱媒体と熱の交換をする第２熱媒体における対流熱伝達作用の増大が起こるため、伝熱面積の拡大以上の効果（熱交換効率の更なる向上）が得られる。したがって、高い熱交換効率を確保することができる。

第２発明に係る熱交換器では、凹部としての溝を細管の長手方向に沿って形成するので、凹部を細管の外面に比較的容易に形成させることができる。
第３発明に係る熱交換器では、細管と第２熱媒体との間の熱交換量が増すだけではなく、細管と第１熱媒体との間の熱交換量も増すことになり、細管を介した第１熱媒体と第２熱媒体との熱交換効率がより高くなる。

第４発明に係る熱交換器では、押し出し成型による溝付き細管の作成を行っているため、細管の作成にかかる費用を小さく抑えることができる。
第５発明に係る熱交換器では、細管の外面に付着物を固定することにより、伝熱面積の拡大に加えて、付着物の近くを流れる第２熱媒体の流れに乱れが生じ、細管を介して第１熱媒体と熱の交換をする第２熱媒体における対流熱伝達作用の増大が起こるため、伝熱面積の拡大以上の効果（熱交換効率の更なる向上）が得られる。したがって、高い熱交換効率を確保することができる。

第６発明に係る熱交換器では、細管の外径よりも小さい粒状物を細管の外面に固定するため、細管と細管との隙間を細管の外径の１倍〜数倍程度の小さな隙間とすることができる。
第７発明に係る熱交換器では、線状物を巻き付けることで細管の外面に付着物を固定させる構造を実現させているため、熱交換器の製造コストが安く抑えられる。

第８発明に係る熱交換器では、各熱交換部の高い屈曲性を維持することができ、熱交換器を適用する空気調和機などの装置における設計の自由度を向上させたり熱交換器の製作誤差を吸収したりすることが容易となる。
第９発明に係る熱交換器では、殆ど熱交換を行わずに熱交換部を通り抜けていってしまう対象流体の量を小さく抑えることができる。

＜熱交換器を含む熱交換システムの概要＞
本発明の一実施形態に係る熱交換器は、空気（第２熱媒体）の流路に配置され、その流路を流れる空気を冷やしたり暖めたりするために用いられるものである。図１に示すように、熱交換器１０は、四方を壁９１で囲まれた断面が長方形の流路９０の中に配置されており、矢印Ａ１１で示すように上流側から流れてくる空気と熱交換を行う。熱交換器１０と熱交換を行った空気は、矢印Ａ１９で示すように、下流側へと流れてゆき、空調対象空間などに供給される。矢印Ａ１１で示すように流れてくる空気は、建物の外部にある外気であってもよいし、建物の内部にある空気であってもよい。また、流路９０内の空気の流れは、熱交換器１０の下流側あるいは上流側に配置される送風機９５などによって生成される。

また、熱交換器１０は、流路９０の外から冷媒入口管１１によって冷媒（第１熱媒体）を取り入れ（図１の矢印Ａ２１参照）、冷媒出口管１２によって流路９０の外に冷媒を出す（図１の矢印Ａ２４参照）。空気を冷やすときには、低温・低圧の霧状の冷媒が冷媒入口管１１から熱交換器１０の中に入り、空気から熱を奪って気化したガス状の冷媒が冷媒出口管１２から出ていく。一方、空気を暖めるときには、圧縮機などで高圧にされたガス状の冷媒が冷媒入口管１１から熱交換器１０の中に入り、空気に熱を放出して液化した液状の冷媒が冷媒出口管１２から出ていく。

なお、熱交換器１０は圧縮機、他の熱交換器、膨張機構、切替弁などとともに冷凍サイクルを構成しているが、このような冷凍サイクルについては公知のため説明を省略する。
＜熱交換器の詳細構成＞
次に、図２、図３、および図４（Ａ）を参照して、熱交換器１０の詳細構成について説明する。

熱交換器１０は、主として、ヘッダー２０と、中間部３０と、６枚の熱交換シート（熱交換部）４１〜４６から成る熱交換シート群４０とから構成されている。
ヘッダー２０は、冷媒入口管１１から入ってくる冷媒を熱交換シート４１，４２，４３に分配する役割を果たす分配部２１と、熱交換シート４４，４５，４６から出てくる冷媒を集合させ冷媒出口管１２へと流す役割を果たす集合部２２とに分かれている。冷媒入口管１１から分配部２１に流れ込んだ冷媒は、熱交換シート４１，４２，４３の後述する細管５０の中を通り、中間部３０に流れる。中間部３０は、熱交換シート群４０を挟んでヘッダー２０と対向するように配置されており、各熱交換シート４１〜４６の細管５０の下端と連通している。熱交換シート４１，４２，４３の細管５０から中間部３０に流れ込んだ冷媒は、熱交換シート４４，４５，４６の細管５０の中を通ってヘッダー２０の集合部２２へと流れていき、集合部２２から冷媒出口管１２を通って冷凍サイクルの下流へと流れる。

熱交換シート群４０の熱交換シート４１〜４６は、それぞれ同様の構造を有している。ここでは、熱交換シート４６を例にとって説明を行う。
熱交換シート４６は、ヘッダー２０と中間部３０とを結ぶ方向に延びる多数の細管５０と、それらの細管５０に略直交するように交差する多数の細線部材６０とから構成されている。具体的には、多数の細管５０と多数の細線部材６０とが織り込まれ、屈曲性のある熱交換シート４６が形成されている。図３（Ａ）の部分拡大図および図３（Ｂ）の断面図に示すように、ここでは細管５０と細線部材６０とが交互に織り込まれている。

細管５０は、外径０．５ｍｍ以下（ここでは０．３ｍｍ）の中空の管であり、長期耐熱性や耐食性に優れたスーパーエンプラ（スーパーエンジニアリングプラスチック）から成形されたものである。各細管５０の上端がヘッダー２０に下端が中間部３０に連通している。また、隣り合う細管５０同士の隙間は、平均して２ｍｍ以下（ここでは０．５〜１．０ｍｍ）にセットされる。

また、図３に示すように、細管５０の外面には複数の溝５０ａが形成されている。これらの溝５０ａは、細管５０の長手方向に沿って延びるもので、細管５０の押し出し成型の際に形成されるものである。
細線部材６０は、細管５０と同等の外径あるいはそれよりも小さな外径の中実の線状部材であり、伝熱特性の高い金属あるいは炭素繊維から形成されている。細線部材６０の断面の最大幅は、０．５ｍｍ以下（ここでは、細管５０の外径寸法である０．３ｍｍ以下）となっている。これらの細線部材６０は、多数の細管５０を縫うようにして、多数の細管５０が所定のピッチで並ぶ状態を維持させる。すなわち、細線部材６０は、多数の細管５０を一体化させ、１つの熱交換シート４６に仕上げている。また、隣り合う細線部材６０同士の隙間は、０．５〜１．０ｍｍにセットされている。

このような細管５０および細線部材６０が織り込まれることで、非常に薄い厚みを持つ熱交換シート４１〜４６が形成されている。また、熱交換シート４１〜４６は、細部において、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように細管５０と細線部材６０とが交互に織り込まれるとともに、全体としては、図６に示すように、厚み方向に緩やかな凹凸ができるように織り込まれる。このような織り込みにより形成される凹凸があるため、熱交換シート４１〜４６を重ねたときにも隣り合うシート間に隙間が多く空くようになっており、重ねられた熱交換シート４１〜４６（熱交換シート群４０）を空気が通り抜ける際に被る圧力損失が小さくなっている。具体的には、熱交換シート４１〜４６が重ねられて、ある熱交換シートの編み目を他の熱交換シートの細管５０や細線部材６０が平面的に塞ぐようになってしまった場合にも、シート間に厚み方向の隙間が存在するため、空気抵抗が少なくなっている。

このような各熱交換シート４１〜４６が、それぞれ複数回折り返されるとともに、空気の流れ方向に重ねられることによって、コンパクトな熱交換シート群４０が形成される。図４（Ａ）に示すように、各熱交換シート４１〜４６は、２０°以下の鋭角に多数回折り返されており、それぞれ流路９０の断面積の数倍の表面積を持つものになっている。
そして、熱交換シート４１〜４６の各部位は、空気の流れ方向（矢印Ａ１１，Ａ１９で示す向き）に対して傾斜を有するようになっている。このため、熱交換シート４１を例にとって説明すると、図５に示すように、熱交換器１０の上流側から矢印Ａ１１で示すように流れてきた空気は、その流れの向きを一旦熱交換シート４１に直交する向きに変えて熱交換シート４１の編み目を通過し、その後矢印Ａ１３で示すように下流側に流れていく。熱交換シート４１の編み目を通過する際には、細かい編み目を通るため抵抗が大きいように感じるが、熱交換シート４１の空気流れ方向（矢印Ａ１１等で示す向き）に対する傾斜があるため、熱交換シート４１の単位面積当たりの通り抜け空気量はそれほど多くはなく、トータルとしての熱交換シート４１による空気流れの圧力損失は小さくなっている。

また、各熱交換シート４１〜４６は、細管５０ではなく細線部材６０の部分で折り返されており、細管５０の中を流れる冷媒は折り返しの影響を殆ど受けない。
このように多数折り返された熱交換シート４１〜４６は、隣接する熱交換シートが厚み方向に接し重なるように配置されている。具体的には、熱交換シート４１〜４６が、図４に示すように、自然と生じる隙間をあけて重ね合わされている。ここでいう自然と生じる隙間とは、上述の図６を使って説明した隙間である。図４においては、図６を使って説明した隙間を平均化して簡易的に隙間を図示している。

＜熱交換器の特徴＞
（１）
熱交換器１０では、細管５０を含む複数の熱交換シート４１〜４６が、厚み方向に重なるように配置されており、且つ、厚み方向と空気の流れ方向（矢印Ａ１１，Ａ１９で示す向き）とが傾斜を有するように折り曲げられて配置されている。すなわち、熱交換シート４１〜４６の表面が、図４（Ｂ）に示すように空気の流れ方向（矢印Ａ１１参照）に対して垂直な状態となっているのではなく、空気の流れ方向に垂直な面に対して傾いている。このため、図４（Ａ）に示す６枚の熱交換シート４１〜４６から成る熱交換シート群４０は、空気の流れ方向に垂直な面に複数の熱交換シートを平行に並べた熱交換シート群１００（図４（Ｂ）参照）に較べ、伝熱面積を大きく確保しつつ、空気が熱交換シート群４０を通り抜ける際の圧力損失を小さく抑えることができるようになっている。

熱交換シート４１を例にとってもう少し詳細に説明する。上述したように、熱交換器１０の上流側から矢印Ａ１１で示すように流れてきた空気は、図５に示すように、その流れの向きを一旦熱交換シート４１に直交する向きに変えて熱交換シート４１の編み目を通過し、その後矢印Ａ１３で示すように下流側に流れていく。熱交換シート４１の編み目を通過する際には、細かい編み目を通るため抵抗が大きいように感じるが、熱交換シート４１の空気流れ方向（矢印Ａ１１等で示す向き）に対する傾斜があるため、熱交換シート４１の単位面積当たりの通り抜け空気量はそれほど多くはなく、トータルとして熱交換シート４１による空気流れの圧力損失は小さくなる。具体的には、熱交換シートの面積を増やすために図４（Ｂ）に示すように空気流れの方向に垂直な面に複数枚の熱交換シートを並べる場合と、熱交換シートの折り曲げを利用して熱交換シートの面積を増やした図４（Ａ）に示す構造を採る場合とを、同等の熱交換量を確保できるもので比較すると、図４（Ａ）の構造の後者の場合の圧力損失が図４（Ｂ）の構造の前者の場合の圧力損失の約１０分の１になる。この比較は、図４（Ａ）の構造の場合には図５に示すように空気の流れの急激な減速と加速とが存在することによる圧力損失が生じることも考慮に入れたものである。

このように、ここでは、複数枚の熱交換シート４１〜４６を使って伝熱面積を大きく確保しつつ、空気が熱交換シート群４０を通り抜ける際の圧力損失を小さく抑えることができる熱交換器１０が実現されている。
（２）
熱交換器１０では、各熱交換シート４１〜４６の細管５０の外径を０．３ｍｍと０．５ｍｍ以下まで小さくしているため、各熱交換シート４１〜４６の高い屈曲性を維持することができている。また、各熱交換シート４１〜４６において隣接する細管５０同士の隙間を２ｍｍ以下まで小さくしているため、殆ど熱交換を行わずに熱交換シート４１〜４６を通り抜けていってしまう空気の量を小さく抑えることができている。

（３）
熱交換器１０では、各熱交換シート４１〜４６を複数回折り返すことによって熱交換シート４１〜４６の各部位が空気の流れ方向に対して傾斜を持つようにしている。これにより、流路９０全体を熱交換シート４１〜４６でカバーしつつ、空気の流れ方向と熱交換シート４１〜４６の厚み方向とが傾斜を持つようにすることが容易に実現できている。

また、複数の折り目がつくように熱交換シート４１〜４６が複数回折り込まれているため、単に熱交換シートを空気の流れ方向に垂直な面に対して少し傾けたような構造に較べ、伝熱面積を大幅に拡大させることができている。特に、ここでは、細線部材６０の部分でかなり鋭角に熱交換シート４１〜４６を折り曲げているため、各熱交換シート４１〜４６の面積が流路９０の断面積の十数倍に達しており、熱交換器１０の熱交換量も飛躍的に大きくなっている。

（４）
熱交換器１０の各熱交換シート４１〜４６では、細管５０ではなく細線部材６０を折り曲げているため、細管５０には折り曲げ部分が存在せず、細管５０の外径が０．３ｍｍと非常に小さいにもかかわらず、細管５０の中を通る冷媒の流れが阻害されることが殆どなくなっている。特に、熱交換シート４１〜４６は鋭角に折り曲げられているが、細管５０が折り曲げられているわけではなく、細管５０の中の冷媒の流れに悪影響は殆どない。

また、熱交換器１０では、多数の細管５０を一体化させる役割を担う細線部材６０として、金属あるいは炭素繊維から成るものを採用している。すなわち、伝熱特性の高い材料を、多数の細管５０を一体化させる細線部材６０に使っている。このため、これらの細線部材６０は、単に細管５０を一体化させる役割だけでなく、細管５０と空気との熱交換を補助する伝熱部材としての役割を果たすことになる。細管５０と細管５０との間を流れる空気は、それらの細管５０を結ぶ伝熱特性に優れた細線部材６０を介して、より多くの熱交換を細管５０と行うことになる。このように、熱交換器１０では、熱交換効率が非常に高くなっている。

（５）
熱交換器１０の各熱交換シート４１〜４６は、細部において、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように細管５０と細線部材６０とが交互に織り込まれるとともに、全体としては、図６に示すように、厚み方向に緩やかな凹凸ができるように織り込まれている。このような織り込みにより形成される全体としての凹凸があるため、熱交換シート４１〜４６は、それぞれ、その全体としての厚みが、他の熱交換シートと重ね合わされたときにも空気が厚み方向に通り抜けられるようなものになっている。

これにより、熱交換シート４１〜４６が重なったときに、ある熱交換シートの編み目を他の熱交換シートの細管５０や細線部材６０が平面的に塞ぐようになった場合にも、シート間の厚み方向の隙間を介して空気が通り抜ける。すなわち、重ね合わせる熱交換シート４１〜４６の間に自然と隙間ができるように各熱交換シート４１〜４６が織り込むことにより、熱交換器１０による圧力損失が予想外に大きくなってしまうことを抑えている。

なお、熱交換器１０では、細管５０と細線部材６０との織り込み方を工夫することで全体として凹凸のある波立った熱交換シート４１〜４６を成形して、重ね合わせたときの熱交換シート間の隙間を確保しているが、スペーサーを熱交換シートの間に挟んでより確実に隙間を形成させてもよい。また、波立たない平面状の熱交換シートにスペーサーを固着させることで熱交換シート間の隙間を確保するようにしてもよい。

（６）
熱交換器１０では、細管５０と細線部材６０とを織り込むことで多数の細管５０を一体化させており、単に交差する細管５０と細線部材６０とを接着させたような構造に較べ、一体化が崩れる恐れが少ない。
また、細管５０と細線部材６０とを図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように織り込んでいるため、空気を熱交換器１０に通すときに空気の流れに適度な乱れが生じる。この乱れにより、空気と細管５０との熱交換量が更に増大するようになっている。

（７）
熱交換器１０では、細管５０と細線部材６０とを交差させて織り込むことで一体化させ熱交換シート４１〜４６において、細管５０の外面に溝５０ａを形成することによって伝熱面積の拡大を図っている。これにより、細管５０を介した空気と冷媒との熱交換効率が向上し、熱交換量が大きくなっている。

また、細管５０の外面に溝５０ａを形成していることにより、伝熱面積の拡大に加えて、溝５０ａの近くを流れる空気の流れに乱れが生じ、空気の対流熱伝達作用の増大が生じるため、熱交換器１０による熱交換効率が更に向上している。
＜第１変形例＞
上記実施形態では、各熱交換シート４１〜４６を複数回折り返して空気の流れ方向に重ね合わせることで熱交換シート群４０を構成しているが、熱交換器１０において、熱交換シート群４０に変えて、図７に示す熱交換シート群１１０を採用することも可能である。

熱交換シート群１１０は、上述の熱交換シート４１〜４６と同様の構成であって折り返されていない複数の熱交換シートから構成される。これらの熱交換シートは、図７に示すように、その厚み方向が空気の流れ方向（矢印Ａ１１参照）に対して傾斜している、また、熱交換シート群１１０では、空気の流れ方向に直交する方向に複数の熱交換シートが互いに隙間を開けて並べられている。

熱交換シート群４０に代えて熱交換シート群１１０を採用した熱交換器では、熱交換器の上流側と下流側とを熱交換シートを介さずに連通させる通路が熱交換シート間に存在するようになるため、その通路を通って何れの熱交換シートの細管５０の間も通らずに熱交換器の上流側から下流側へと流れていってしまう空気が存在するようになる。しかし、熱交換シート間の隙間をある程度小さくするとともに熱交換シートに空気の流れ方向に対する傾斜を持たせているため、図７に示す熱交換シート群１１０を採用した熱交換器においても所定の熱交換量を確保することができている。

＜第２変形例＞
上記第１変形例をさらに発展させた熱交換器として、図８に示す第１熱交換シート群１２１および第２熱交換シート群１２２から成る熱交換シート群１２０を上述の熱交換シート群４０に代えて採用するものが考えられる。
ここでは、上述の熱交換シート群１１０と同様の構成を持つ第１熱交換シート群１２１および第２熱交換シート群１２２を空気の流れ方向（矢印Ａ１１参照）に並べて少し隙間を空けて配置している。そして、第１熱交換シート群１２１における各熱交換シートの空気の流れ方向に対する傾斜と、第２熱交換シート群１２２における各熱交換シートの空気の流れ方向に対する傾斜とを、異なった傾斜に設定している。このように、第１熱交換シート群１２１と第２熱交換シート群１２２とで熱交換シートの傾斜が異なるため、これらの熱交換シート群１２１，１２２を通り抜ける空気が各所で複雑な乱れを起こし、細管５０との熱交換量が増えるようになる。

なお、この熱交換器では、各熱交換シート群１２１，１２２における熱交換シートの傾斜を変えることによって、熱交換器における空気の圧力損失量を変更したり熱交換量を調整したりすることが可能である。
＜第３変形例＞
上記第１変形例の一形態として、複数の熱交換シートの厚み方向を空気の流れ方向（矢印Ａ１１参照）に対して９０°傾斜させた熱交換シート群１３０を上述の熱交換シート群４０に代えて採用する熱交換器が挙げられる。

ここでは、各熱交換シートの表面が、空気の流れ方向に沿う形になる。したがって、熱交換シート同士の間に隙間が存在する構成において、その隙間においては空気の流れを阻害するものがなくなり、熱交換器の上流側から下流側へと流れる空気の流れの圧力損失を小さくし易くなる。一方、熱交換シート群１３０において熱交換をしないまま下流側に流れていってしまう空気が多くなりやすくなるが、熱交換シート間の隙間の寸法や熱交換シートの面積を適当な値に調整してやることによって、熱交換器における空気の流れの圧力損失を小さく抑えつつ熱交換器における熱交換量を所定量だけ確保することが可能となっている。

＜第４変形例＞
上記実施形態では、金属あるいは炭素繊維から形成される中実の円柱状の細線部材６０を細管５０と織り込んで熱交換シート４１〜４６を作っているが、このような細線部材６０に代えて、図１０に示す細線部材６２を用いてもよい。
細線部材６０の断面が円形だったのに対し、細線部材６２の断面は扁平形状になっており、楕円に近い形状である。そして、断面が扁平形状になっていることにより、細線部材６２は、細管５０との接触面積が大きくなっている。細線部材６２の断面の最大幅Ｗは、細管５０の外径寸法である０．３ｍｍ程度に設定されている。

このように、細線部材６２の細管５０との接触面積が大きくなっているため、細線部材６２が空気との間で交換した熱が、細管５０に伝わりやすくなる。このため、空気と細管５０内の冷媒との間の熱交換量が多くなる。
＜第５変形例＞
上記実施形態では、金属あるいは炭素繊維から形成される中実の単線の細線部材６０を細管５０と織り込んで熱交換シート４１〜４６を作っているが、このような細線部材６０に代えて、図１１に示す撚り線の細線部材６３を用いてもよい。

細線部材６０が単線であったのに対し、細線部材６３は、複数本の金属製の単線６３ａを撚り合わせたものである（図１１（Ａ）では詳細図示省略。図１１（Ｂ）を参照）。このため、細線部材６３は、強度的な安定性が向上していることに加え、空気流れの局所的な乱れを生じさせる役割を果たし、熱交換器の熱交換効率の向上に寄与する。
＜第６変形例＞
上記実施形態では、金属あるいは炭素繊維から形成される中実の細線部材６０を細管５０と織り込んで熱交換シート４１〜４６を作っているが、このような細線部材６０に代えて、図１２に示す細線部材６４を用いてもよい。

細線部材６４は、細線部材６０のように断面が円形状であるときよりも外表面の面積が大きくなるように、断面が非円形状になっている。具体的には、図１２に示すように、微粒物６４ａが細線部材６４の周りに固着させられて一体化されており、断面を見たときに円形の周りに小さな突起が多数付着したように見える（図１２（Ｂ）参照）。
このように、細線部材６４では微粒物６４ａの固着により断面が非円形状となっており、細線部材６４の外表面の面積が大きくなっているため、細管５０と空気との熱交換を補助する伝熱部材としての細線部材６４の作用が向上している。また、微粒物６４ａの存在により、空気流れの局所的な乱れが生じ、熱交換器の熱交換効率が向上する。

＜第７変形例＞
上記実施形態では、細線部材６０を細管５０と織り込んで熱交換シート４１〜４６を作っているが、細線部材６０に代えて、細管５０と接触するものの細管５０に織り込まない細線部材６５によって熱交換シートを形成することも可能である。
図１３に示すように、細線部材６５は、細管５０と直交するとともに各細管５０と接触しているが、細管５０には織り込まれていない。これらの細線部材６５は、金属あるいは炭素繊維から形成されるものであり、接着剤によって細管５０に固着されるか、あるいは熱処理によって細管５０に固着される。

熱処理によって細管５０に細線部材６５を固着する場合には、樹脂製の細管５０の表面を一部溶解させて、その後の冷却により細管５０と細線部材６５とを固着させる。
＜第８変形例＞
上記実施形態では、細線部材６０と細管５０とを織り込むことで熱交換シート４１〜４６を作っているが、細管５０の配設ピッチなどが崩れないように、さらに熱交換シート４１〜４６に熱処理を施してもよい。このように熱処理を施し、細管５０と細線部材６０との一体性を増せば、細管５０同士や細管５０と細線部材６０との相対位置関係が変わって熱交換効率が低下してしまうという事態が回避できるようになる。

＜第９変形例＞
上記の熱交換器１０は、空気の流路９０に配置され、その流路９０を流れる空気を冷やしたり暖めたりするために用いられているが、対象となる流体は空気だけに限られるものではない。また、流路についても、上記の流路９０のようなものに限られない。例えば、本発明に係る熱交換器を空気調和装置の室内機や室外機における熱交換器として用いることも可能である。

＜第１０変形例＞
上記の熱交換器１０は、図３に示すような外面に溝５０ａが形成された細管５０を用いているが、この細管５０に代えて、図１４に示す細管５２を用いることも考えられる。
細管５２では、細管５０の溝５０ａと同様に複数の溝５２ａが外面に形成されているとともに、その内面にも溝５２ｂが形成されている。これらの溝５２ａ，５２ｂは、細管５０の長手方向に沿って延びるものであり、両方とも細管５０の押し出し成型によって形成
される。これらの溝５２ａ，５２ｂの深さは、細管５０の最小肉厚よりも小さい。

このような細管５２を採用した場合には、細管５２の外面だけではなく内面にも溝が形成されているため、細管５２と空気との間の熱交換量が増すだけではなく、細管５２の中を流れる冷媒と細管５２との間の熱交換量も増すことになり、細管５２を介した空気と冷媒との熱交換効率がより高くなる。
＜第１１変形例＞
上記の熱交換器１０では、図３に示すような外面に溝５０ａが形成された細管５０を用いているが、この細管５０に代えて、図１５に示す粒状物５３ｂが付着した細管５３を用いることも考えられる。

細管５３の円管状の本体５３ａの外周面には、多数の粒状物（付着物）５３ｂが固着している。これらの粒状物５３ｂは、細管５３の本体５３ａの外径よりも小さいものであり、ここでは本体５３ａの肉厚と同等あるいはそれ以下の大きさである。
図１５に示すような細管５３を採用した場合には、粒状物５３ｂの存在により細管５３の伝熱面積が増えるとともに、粒状物５３ｂの近くを流れる空気の流れに乱れが生じ、細管５３を介して冷媒と熱交換する空気における対流熱伝達作用の増大が生じる。このため、熱交換器の熱交換効率が非常に高くなる。

＜第１２変形例＞
上記の熱交換器１０では、図３に示すような外面に溝５０ａが形成された細管５０を用いているが、この細管５０に代えて、図１６に示す極細線５４ｂが巻き付けられた細管５４を用いることも考えられる。
細管５４の円管状の本体５４ａの外周面には、極細線５４ｂが図１６（Ａ）に示すように螺旋状に巻き付けられている。極細線５４ｂは、細管５４の本体５４ａよりもかなり外径が小さな線状部材である。

このような極細線５４ｂが巻き付けられた細管５４を採用する場合には、比較的低コストで、上記第１１変形例の細管５３と同様に細管５４の伝熱面積の拡大や空気の対流熱伝達作用の増大を図ることができる。
＜第１３変形例＞
上記の熱交換器１０では、６枚の熱交換シート４１〜４６を重ねるとともに折り返しているが、要求される熱交換量を得ることができる場合には、１枚の熱交換シートだけしか使わない熱交換器としたり、折り返しのない熱交換シートから成る熱交換器としたりすることも可能である。

例えば、図１７に示すような空気調和装置の室内機７０において、薄型化するために熱交換器の配置スペースが大きくとれないような場合に、折り返しのない熱交換シートから成る熱交換器を採用することが有効となる。
図１７に示す室内機７０では、クロスフローファン７１を回して正面側および天井側の空間からケーシングの内部に室内空気を取り込み、スクロール７２下方の吹出口から室内へと空調空気を供給する。この室内機７０において、熱交換器は、図３に示すような細管５０と細線部材６０とを織り込んで作られた熱交換シート７５を複数枚有している。そして、各熱交換シート７５は、折り曲げられることなく、図１７に示すようにケーシング正面およびケーシング上面とクロスフローファン７１との間に配置され、ケーシング内を流れる空気との間で熱交換を行う。

この場合には、側面視において各熱交換シート７５が非常に薄い厚みしか持たないため、室内機７０の前後幅を極めて小さくすることが可能となる。また、各熱交換シート７５に折り返しが存在せず、伝熱面積の点で不利にはなるが、伝熱特性に優れる金属あるいは炭素繊維から成る細線部材６０を採用することによって、熱交換器の熱交換効率を高くすることができる。

＜第１４変形例＞
上記の熱交換器１０では、図３に示すように細管５０の外面に溝５０ａを形成しているが、溝５０ａではなく多数の凹みを細管５０の外面に形成するようにしてもよい。このように凹みを細管５０の外面に形成した場合にも、伝熱面積の拡大に加え、凹みの近くを流れる空気の流れに乱れが生じて空気の対流熱伝達作用の増大が起こるため、高い熱交換効率を確保することができるようになる。

＜第１５変形例＞
上記の熱交換器１０では、細管５０の押し出し成型の際に溝５０ａを同時に形成させているが、押し出し成型と同時に溝５０ａを形成させるのが難しいときには、押し出し成型によって円管状に成型した細管５０の外面に対して、さらに凹凸を持つローラで型押し成型を施すことで溝５０ａを形成させるようにしてもよい。

＜第１６変形例＞
上記の熱交換器１０では、細線部材６０と細管５０とを織り込むことで熱交換シート４１〜４６を作っているが、細線部材６０を用いずに冷媒を中に通す細管５０だけを用いて熱交換シートを作ることもできる。この場合には、細管５０のサイズによっては熱交換シートの折り曲げ度合いに制限がかかることも想定されるが、細管５０だけにより熱交換シートを構成することによる熱交換効率の向上も期待できるため、十分に高い熱交換効率を有する熱交換器を実現することが可能である。

＜第１７変形例＞
上記の熱交換器１０では、金属あるいは炭素繊維から形成される細線部材６０を細管５０と織り込んで熱交換シート４１〜４６を作っているが、樹脂製の細線部材を用いるほうがよい場合もある。金属や炭素繊維から細線部材を作るほうが熱交換器の熱交換効率が向上するが、耐食性や耐熱性などを重視して樹脂製の細線部材を採用することも考えられる。

本発明に係る熱交換器は、細管の外面に凹部を形成することにより、伝熱面積の拡大に加えて、凹部の近くを流れる第２熱媒体の流れに乱れが生じ第２熱媒体における対流熱伝達作用の増大が起こるため、高い熱交換効率を確保することができる。このような特徴を持つ本発明に係る熱交換器は、空調機器や冷凍機器において用いる熱交換器として有用である。

本発明の一実施形態に係る熱交換器を熱交換の対象流体である空気の流路内に配置した図。 熱交換器の概略斜視図。 （Ａ）・・・図２のIIIの拡大図。（Ｂ）・・・図３（Ａ）のＢ矢視の断面図。 （Ａ）・・・図１のIV-IV矢視断面図。（Ｂ）・・・図４（Ａ）に相当する比較構造の断面図。 熱交換シートを通過する際の空気の詳細な流れを示す図。 熱交換シートの詳細な重なり具合を示す図。 第１変形例に係る熱交換器の図４（Ａ）に相当する断面図。 第２変形例に係る熱交換器の図４（Ａ）に相当する断面図。 第３変形例に係る熱交換器の図４（Ａ）に相当する断面図。 （Ａ）・・・第４変形例の熱交換シートの一部拡大図。（Ｂ）・・・図１０（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。 （Ａ）・・・第５変形例の熱交換シートの一部拡大図。（Ｂ）・・・図１１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。 （Ａ）・・・第６変形例の熱交換シートの一部拡大図。（Ｂ）・・・図１２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。 （Ａ）・・・第７変形例の熱交換シートの一部拡大図。（Ｂ）・・・図１３（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。 第１０変形例の熱交換シートの図３（Ｂ）に相当する断面図。 （Ａ）・・・第１１変形例の熱交換シートの一部拡大図。（Ｂ）・・・図１３（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。 （Ａ）・・・第１２変形例の熱交換シートの一部拡大図。（Ｂ）・・・図１３（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。 折り曲げのない熱交換シートから成る熱交換器を空気調和装置の室内機に適用したときの断面図。

符号の説明

１０ 熱交換器
４０ 熱交換シート群
４１〜４６ 熱交換シート（熱交換部）
５０，５２，５３，５４ 細管
５０ａ，５２ａ 溝
５２ｂ 溝
５３ｂ 粒状物
５４ｂ 極細線（線状物）
６０ 細線部材
９０ 流路

Claims (9)

1. 第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行わせる熱交換器（１０）であって、
   前記第１熱媒体を中に通す複数の中空の細管同士が交差して一体化され、あるいは、前記第１熱媒体を中に通す複数の中空の細管（５０，５２）と複数の細線部材（６０）とが交差して一体化され、前記細管の外面が前記第２熱媒体と接する熱交換部（４１〜４６）を備え、
   前記細管（５０，５２）の外面には、凹部（５０ａ，５２ａ）が形成されている、
   熱交換器。
2. 前記細管（５０，５２）の外面には、前記凹部として、前記細管の長手方向に沿って延びる複数の溝（５０ａ，５２ａ）が形成されている、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記細管（５２）の内面に、前記細管の長手方向に沿って延びる複数の溝（５２ｂ）が形成されている、
   請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記細管（５０，５２）は、押し出し成型されている、
   請求項２又は３に記載の熱交換器。
5. 第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行わせる熱交換器であって、
   前記第１熱媒体を中に通す複数の中空の細管同士が交差して一体化され、あるいは、前記第１熱媒体を中に通す複数の中空の細管（５３，５４）と複数の細線部材（６０）とが交差して一体化され、前記細管の外面が前記第２熱媒体と接する熱交換部を備え、
   前記細管（５３，５４）の外面には、付着物（５３ｂ，５４ｂ）が固定されている、
   熱交換器。
6. 前記付着物は、前記細管の外径よりも小さい粒状物（５３ｂ）である、
   請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記付着物は、前記細管の外面に巻き付く線状物（５４ｂ）である、
   請求項５に記載の熱交換器。
8. 前記細管は、外径が１ｍｍ以下である、
   請求項１から７のいずれかに記載の熱交換器。
9. 隣接する前記細管同士の隙間は、３ｍｍ以下である、
   請求項１から８のいずれかに記載の熱交換器。

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