JP2010175158A - 熱交換器および冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産コストを増加することなく伝熱性能を向上する熱交換器および効率の良い冷凍空調装置を得る。
【解決手段】本発明の熱交換器は、第１冷媒が流れる第１冷媒流路１ａを内部に複数有する扁平状の第１扁平管１と、第２冷媒が流れる第２冷媒流路２ａを有する扁平状の第２扁平管２とを備え、第１扁平管１と第２扁平管２とは冷媒の流れ方向が平行となるように配置され、第１扁平管１は、第１冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面形状の全体が第２扁平管２の外形状に沿うように湾曲している。
【選択図】図２

Description

この発明は、低温流体と高温流体とを熱交換させて高温流体から低温流体に熱を伝える熱交換器に関するものである。

従来の熱交換器においては、第１流体が流れる第１流路を内部に有する細管状の第１伝熱管と、第２流体が流れる第２流路を内部に有する中空扁平状の第２伝熱管とを備え、第１伝熱管は複数本が互いに並び置かれて、中空扁平状の第２伝熱管の間に挟まれて配置され、第１伝熱管と第２伝熱管とは、ロウ付け処理で一体的に結合されているものがある（例えば、特許文献１）。

また、第１流体が流れる複数の第１伝熱管と、これらを内包しかつ列状に密着保持する案内管と、第２流体が流れる第２伝熱管とからなり、案内管と第２伝熱管とをこれらの外周面で密着させ、第２伝熱管および案内管が第１伝熱管の外周面に沿う形状を有する熱交換器もある（例えば、特許文献２）。

さらに、全体として扁平な本体内に多数の穴が幅方向に離間して並列され、本体の外周は、断面波形に形成された多穴管を複数用い、第１の多穴管の断面波形面の外周がそれに整合する第２の多穴管の外周に重ね合わされるとともに、その接触面が一体に接合され、第１の多穴管に第１流体が流通され、第２の多穴管に第２流体が流通して、両流体間に熱交換が行われる熱交換器もある（例えば、特許文献３）。

特開２００６−２３４２５４（第４頁、図２） 特開２００４−２１８９４５（第３頁、図３） 特開２００４−２３３０１２（第３頁、図３）

特許文献１に記載される熱交換器においては、円管状の第１伝熱管と扁平状の第２伝熱管との間に隙間が発生し、接触面積が小さくなって伝熱性能が低下するという問題がある。また、隙間を低減するために隙間をろう材で満たすと多量のろう材が必要となり、生産コストが増加するという問題がある。

また、特許文献２に記載される熱交換器においては、第２伝熱管および案内管を第１伝熱管の外周面に沿う形状とするため、第２伝熱管を拡管する必要があり、生産工程が増加するとともに生産コストが増加するという問題がある。
特許文献３に記載される熱交換器においても、多穴管の両端に接合されるヘッダに断面波形の多穴管の形状に合わせて多穴管の挿入口を形成する必要があり、生産コストが増加するという問題がある。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、生産コストを増加することなく伝熱性能を向上する熱交換器および効率の良い冷凍空調装置を提供することを目的としている。

この発明による熱交換器は、第１冷媒が流れる第１冷媒流路を内部に複数有する扁平状の第１扁平管と、第２冷媒が流れる第２冷媒流路を有する扁平状の第２扁平管とを備え、前記第１扁平管と前記第２編の扁平管とは冷媒の流れ方向が平行となるように配置され、前記第１扁平管は、前記第１冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面形状の全体が第２扁平管の外形状に沿うように湾曲している。
この発明による冷凍空調装置は、上記熱交換器を備えたものである。

この発明の熱交換器によれば、生産コストを増加することなく伝熱性能を向上することができる。また、この発明の冷凍空調装置によれば、生産コストを増加することなく効率を向上することができる。

この発明の実施の形態１による熱交換器を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１による熱交換器の冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による熱交換器の第２扁平管を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１による熱交換器の接合工程における冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図およびこの発明の実施の形態１による熱交換器の接合工程を示す概略図である。 この発明の実施の形態１による熱交換器を備えた冷凍空調装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２による熱交換器の冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による熱交換器の冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による熱交換器の第２扁平管の冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による熱交換器の第２扁平管の他の例における冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。 この発明の実施の形態５による熱交換器の構成を示す斜視図である この発明の実施の形態５による熱交換器を備えた冷凍空調装置の構成を示す図である。

図１は、この発明の実施の形態１による熱交換器を示す斜視図であり、図２は、この発明の実施の形態１による熱交換器の冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。

図１、図２に示すように、熱交換器８は、第１冷媒が流れる第１冷媒流路１ａを内部に複数有する全体として扁平状（板状）の第１扁平管１と、第２冷媒である水が流れる第２冷媒流路２ａを有する扁平状の第２扁平管２とを備える。第１扁平管１と複数の第２扁平管２とは、冷媒の流れ方向が平行となるように接合部７を介して接合されており、第１扁平管１の両端には１対の円筒状の第１出入口ヘッダー３，４の円筒面が接続され、第２扁平管２の両端には１対の円筒状の第２出入口ヘッダー５，６の円筒面が接続されている。熱交換器８は、全体が冷媒の流れ方向（長手方向）の２箇所で逆方向にＳ字状に折り曲げられている。

第１扁平管１はアルミまたはアルミ合金で構成され、第２扁平管２は銅または銅合金などの水に対して耐食性を有する材料で構成される。また、第１扁平管１に接続される第１出入口ヘッダー３，４は、第１扁平管１と同様のアルミまたはアルミ合金で製造され、第２扁平管２に接続される第２出入口ヘッダー５，６は、第２扁平管２と同様の銅または銅合金などの水に対して耐食性を有する材料で製造される。第２扁平管２は、第１扁平管１と対向する面が平面状であればよい。

第１扁平管と第２扁平管との間に設けられる接合部７は、アルミまたはアルミ合金製の第１扁平管１と銅または銅合金製の第２扁平管２とを接合させる接合板７ｃ、第１扁平管１と接合板７ｃとの間に設けられる第１ろう材層７ａおよび第２扁平管２と接合板７ｃとの間に設けられる第２ろう材層７ｂを備える。
第１扁平管１および接合板７ｃは、炭素鋼、ステンレス鋼などの鋼材で構成され第１冷媒の流れ方向に垂直な断面の形状全体が厚さ方向に一様に第２扁平管２の外形状に沿うように湾曲している。また、接合板７ｃには、複数の第２扁平管２の間に長手方向に延在するろう材溝７ｄが形成されている。

熱交換器８の製造方法について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１による熱交換器の第２扁平管を示す斜視図である。また、図４（ａ）は、この発明の実施の形態１による熱交換器の接合工程における冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。また、図４（ｂ）は、この発明の実施の形態１による熱交換器の接合工程を示す概略図である。
第２扁平管２は、例えば、図３に示すように、円筒の両端を除く部分を扁平に押圧成形して、形成される。第１扁平管１は、複数の第１冷媒流路を有し平坦な扁平面を持つ扁平管を押し出し成形または引き抜き成形することによって製造された後、長手方向の両端を除く部分を押圧成形して、断面形状を接合板７ｃ及び第２扁平管２の外形状に沿うように折り曲げ成形する。また、接合板７ｃの形状は、例えば、平板から押圧加工などで折り曲げて製造される。なお、第１扁平管１の第１冷媒流路は、円形でも矩形でもよい。

図４（ｂ）に示すように、熱交換器８を接合する際には、第１扁平管１、接合板７ｃおよび第２扁平管２をクランプジグ３１によって第１扁平管１および第２扁平管２の外側から挟持する。クランプジグ３１は、カーボンなどの材質からなり、第１扁平管１、接合板７ｃおよび第２扁平管２の長手方向に複数組に分けて取り付けられている。また、クランプジグ３１は、第１扁平管１または第２扁平管２と対向する面（狭持面）と狭持面の側面との角が円弧状となっている。さらに、第２扁平管２または接合板７ｃの長手方向の途中には、凹みなどで構成され、第２扁平管２の扁平面に平行であって長手方向に垂直な方向に延在するろう材流れ止め部３６が形成されている。

第１扁平管１、接合板７ｃおよび第２扁平管２は以下に示すとおり接合される。図４（ａ）に示すように、第２扁平管２の形状に沿うように接合板７ｃに形成されたガイド及びろう材溝７ｄにそれぞれ第２扁平管２、及び棒状の第２ろう材７ｂｂを配置し、炉等に投入して加熱し、第２ろう材７ｂｂを溶融し、第２扁平管２と接合板７ｃとの隙間に浸透させ、両者をろう付けする。一方、接合板７ｃの他方の面と第１扁平管１との間にシート状の第１ろう材７ａａを挿入し、図４（ｂ）に示すように、クランプジグ３１で挟みこんで加熱し、接合板７ｃと第２扁平管２とがろう付け接合される。第１扁平管１と接合板７ｃとを接合する第１ろう材７ａは、アルミ−シリコン系などのろう材であり、第２扁平管２と接合板７ｃとを接合する第２ろう材７ｂは銀系またはりん青銅系などのろう材である。また、第１扁平管１と第１出入口ヘッダー３，４とを接合するろう材は、アルミ−シリコン系などのろう材であり、第２扁平管２と第２出入口ヘッダー５，６とを接合するろう材は、銀系またはりん青銅系などのろう材である。

この発明の実施の形態１においては、第１扁平管１および接合板７ｃは、第１冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面形状の全体が厚さ方向に一様に第２扁平管２の外形状に沿うように湾曲している。そのため、第２扁平管２と接合板７ｃとの間の隙間および第１扁平管１と接合板７ｃとの間の隙間が小さく均一であり、接触面積が大きく伝熱性能が向上でき、接合のためのろう材量も抑制することができ、軽量化も図ることができるので、生産コストを増大することがないという効果がある。第２ろう材７ｂは、第１ろう材７ａに比べて比重が大きいため、第２扁平管２と接合板７ｃとの間のすきまを極力小さくして、第２ろう材７ｂの使用量を削減し、軽量化することが望ましい。
また、第２扁平管２は、流路幅の比較的小さい管を複数個並べて配置されているので、耐圧性が向上するとともに、長手方向途中でＳ字状に曲げる場合、曲げ内外周の伸縮差が抑制され、流路が厚み方向に反るなどの流路変形やつぶれが生じにくく、より小さな曲げ半径で曲げることができるため、熱交換器を小型することができる。

さらに、第１扁平管１は、長手方向の両端を除く部分だけを厚さ方向に一様に押圧成形して折り曲げているので、第１扁平管１の長手方向両端部の断面形状はフラットな扁平面を持つ平板の形状を保っている。そのため、第１出入口ヘッダー３，４との接続口も長辺がフラットな長穴で構成でき、穴加工の簡素化が図れ、生産性が向上し、生産コストを増大することがないという効果がある。また、第１扁平管１と第１出入口ヘッダー３，４とをろう付け接合した後、長手方向の両端を除く部分を押圧加工すれば、生産性をさらに高めることができる。
第２扁平管２の長手方向両端部の断面形状は、円筒状であるので、穴加工の簡素化が図れ、生産性が向上し、生産コストを増大することがないという効果がある。

さらに、接合板７ｃには、複数の第２扁平管２の間に長手方向に延在するろう材溝７ｄが形成されているので、分量調整が比較的容易で生産性の良い棒状のろう材７ｂｂを用いることができる。なお、ろう材溝７ｄは、平坦であってもよく、ろう材を置くスペースが形成されていればよい。また、ろう材７ｂｂを置くスペースは、接合板７ｃの幅方向の両端部と第２扁平管２で形成される隙間に配置しても良い。また、接合板７ｃの幅方向の両端を直角に折り曲げて構成する折り曲げ部と第２扁平管２との間に形成される隙間をろう材７ｂｂを置くスペースとしても良い。また、折り曲げ部は、長手方向全体に設ける必要はなく、長手方向に部分的に設ければ、構造の簡素化を図ることができる。

また、クランプジグ３１は、長手方向に複数組に分けて取り付けられているので、アルミまたはアルミ合金と線膨張係数の異なる銅及び銅合金などの材料とを接合する場合でも、熱応力等によりクランプ３１に過度に曲げ応力がかかり反りなどが発生するのを抑制できる。また、クランプジグ３１における第１扁平管１または第２扁平管２と対向するクランプ面の角が円弧状となっているため、接合の際の特に冷却過程において、第１扁平管１および第２扁平管２などの管材料とクランプジグ３１との間の熱収縮差により、クランプジグ３１の角エッジに管材料が押し付けられて変形するのを抑制することができる。
さらに、ろう材流れ止め部３６の近傍に、第１扁平管１または第２扁平管２と接合板７ｃとが接合していない非接合部ができ、長手方向の接合長さが短くなる。そのため、接合の際にろう材層に働くせん断応力が緩和され、接合信頼性が向上する。また、熱交換器の長手方向を第１扁平管１の反対方向にＳ字状に曲げる場合に、曲げる箇所をろう材流れ止め部３６の近傍にすると、接合部に働く曲げによるせん断応力が緩和されるので、曲げによる接合信頼性低下を抑制できる。

図５は、この発明の実施の形態１による熱交換器を備えた冷凍空調装置の構成を示す図である。
図５に示す冷凍空調装置は、温熱または冷熱を利用するヒートポンプシステムであり、第１冷媒が流れる第１冷媒回路と水である第２冷媒が流れる第２冷媒回路と第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行う熱交換器８を有する。この例では、第１冷媒としてＲ４１０Ａ、第２冷媒として水を用いる。また、図５に示す四方弁３２の流路方向は、温熱利用・温水供給の場合を示している。
第１冷媒回路は、第１冷媒を圧縮する圧縮機３１、第１冷媒の流れ方向を切り替える四方弁３２、第１冷媒を膨張する膨張弁３３、室外の空気と第１冷媒とを熱交換する室外熱交換器３４、室外熱交換器３４に室外の空気を供給するファン３９および第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する熱交換器８を有する。第２冷媒回路は、第２冷媒を循環するポンプ３６、第２冷媒と空気、水などの利用側の冷媒とを熱交換する利用側熱交換器３５および第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する熱交換器８を有する。また、利用側熱交換器３５は、タンク３８内に設置し、タンク内に給水される水を加熱・冷却して取水する給湯・冷水システムとして利用した第１の利用側熱交換器３５ａと、ファンコイル、床暖房ヒーターまたは輻射冷房パネルなどである第２の利用側熱交換器３５ｂとを有する。

温熱利用・温水供給の場合には、第１冷媒回路においては、圧縮機３１で高温高圧となった第１冷媒は、四方弁３２を介して熱交換器８に送られる。熱交換器８の第１出入口ヘッダー３から流入した第１冷媒は、複数の第１冷媒流路１ａに分流され、第２冷媒と熱交換して放熱する。第２冷媒と熱交換した第１冷媒は、第１出入口ヘッダー４で合流され、膨張弁３３で減圧された後、室外熱交換器３４に送られる。室外熱交換器３４に送られた第１冷媒は、ファン３９からの空気と熱交換して蒸発し、圧縮機３１に戻る。第２冷媒回路においては、熱交換器８の第２出入口ヘッダー５で分流され、複数の第２冷媒流路２ａに送られた第２冷媒は、第１冷媒と熱交換して加熱される。第１冷媒と熱交換した第２冷媒は、第２出入口ヘッダー６で合流された後、ポンプ３６で利用側熱交換器３５に供給されて放熱する。

冷熱利用・冷水供給の場合には、第１冷媒回路においては、圧縮機３１で高温高圧となった第１冷媒は、四方弁３２を介して室外熱交換器３４に送られる。熱交換器３４でファン３９からの空気と熱交換し放熱した第１冷媒は、膨張弁３３で減圧された後、熱交換器８に送られる。熱交換器８の第１出入口ヘッダー４から流入した第１冷媒は、複数の第１冷媒流路１ａに分流され、第２冷媒と熱交換して蒸発する。第２冷媒と熱交換した第１冷媒は、第１出入口ヘッダー４で合流され、圧縮機３１に戻る。第２冷媒回路においては、熱交換器８の第２出入口ヘッダー５で分流され、複数の第２冷媒流路２ａに送られた第２冷媒は、第１冷媒と熱交換して冷却される。第１冷媒と熱交換した第２冷媒は、第２出入口ヘッダー６で合流された後、ポンプ３６で利用側熱交換器３５に供給されて加熱される。
熱交換器８では、第１冷媒と第２冷媒とを対向流とした方が熱交換効率はよいが、上記の冷熱利用・冷水供給の場合のとおり並行流としてもよい。

この発明の実施の形態１による熱交換器を備えた冷凍空調装置においては、生産コストを増加することなく伝熱性能を向上した熱交換器を用いるので、生産コストを増加することなく冷凍空調装置の効率を向上することができる。
なお、この発明の実施の形態１による冷凍空調装置においては、四方弁を備え、温熱利用・温水供給と冷熱利用・冷水供給とを切り替えるようにしたが、四方弁がなく、温熱利用・温水供給または冷熱利用・冷水供給のどちらかの一方の機能のみを有するものでもよい。また、また、利用側熱交換器３５は、第１の利用側熱交換器３５ａおよび第２の利用側熱交換器３５ｂの両方を有するものを示したが、どちらか一方の利用側熱交換器のみを有するものでもよい。

なお、この実施の形態１の熱交換器８は、１本の第１扁平管１に２本の第２扁平管２が接合された組が一組で構成されているが、複数組を並列に構成してもよく、また、第１扁平管１に接合する第２扁平管２の本数についても２本に限ったものではなく、１本でもよい。第２扁平管２が複数本ある場合は、第１扁平管１および接合板７ｃを第２扁平管に沿った形状にするので、複数の第２扁平管２の間も第２扁平管２に沿う形状となり、接触面積が増加し伝熱性能を向上できる。第１扁平管１および接合板７ｃにおいて、複数の第２扁平管２の間または両端部のいずれか一方を第２扁平管２に沿わさずフラットなままでもよいが、複数の第２扁平管２の間および両端部の両方を第２扁平管２に沿う形状とした方が接触面積が増加し伝熱性能を向上できる。

また、第１扁平管１に流れる第１冷媒としてＲ４１０Ａ、第２扁平管２に流れる第２冷媒として水を用いた。冷媒の種類はこれに限らず、第１冷媒として他のフロン系冷媒あるいは二酸化炭素や炭化水素などの自然冷媒としても良い。また、第２冷媒である水には、水道水、蒸留水、ブラインも含まれる。第１冷媒として二酸化炭素を用いる場合は、圧力が他の冷媒よりも高くなるので、第１冷媒流路１ａの形状を円形とすることにより、耐圧強度を向上することができる。

実施の形態２．
実施の形態１に示す熱交換器８においては、扁平状（板状）の第１扁平管１の内部に複数の第１冷媒流路１ａが形成されている。この実施の形態２に示す熱交換器８の第１扁平管１においては、複数の第２扁平管２の間の部分に対向する部分または冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面の両端部が第１冷媒流路１ａのない中実である。また、冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面において、第１扁平管１の端部は、第２扁平管２または接合板７ｃの端部と離間している。その他の構成および機能は、実施の形態１に示す熱交換器と同様である。

図６は、この発明の実施の形態２による熱交換器の冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。
図６において、第１扁平管１は、冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面において、複数の第２扁平管２の間の部分に対向する部分および第１扁平管１の両端部（外周部）が第１冷媒流路のない幅広の中実部を持つ構成となっている。この第１扁平管１は、複数の第２扁平管２の間の部分に対向する部分および第１扁平管１の外周部が第１冷媒流路１ａのない幅広の中実部を持つ扁平管を押し出し製造後、上記中実部を押圧成形して折り曲げ、第２扁平管２の外形状に沿うように形状にしたものである。この構成によれば、第１扁平管１の断面形状を折り曲げ形状に成形する際、中実部を押圧成形するので、第１冷媒流路１ａの変形、つぶれを抑制することができ、第１扁平管１の第１冷媒流路１ａに第１冷媒を均一に流すことができる。

また、図６に示すように、この発明の実施の形態２による熱交換器では、冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面において、第１扁平管１の端部と接合板７の端部とが距離Ｌだけ離間しており、接合板７ｃの外周部（図示しないが長手方向の外周部も含む）には、第１扁平管１と接合していない非接合部が設けられている。この構成によれば、第１扁平管１、第２扁平管２及び接合板７ｃが異種金属で構成され接触電位が大きい場合でも、第１扁平管１の外周部に中実部があること、および、接合板７ｃに第１扁平管１と接合していない外周部を持つことより、第１扁平管１の第１冷媒流路１ａの端部と第２扁平管２の第２冷媒流路２ａの端部との間を所定距離以上離間できるので、外表面に水等の電解液が付着しても、電解液中を流れるイオン電流が抑制され、第１扁平管１と第２扁平管２の冷媒流路１ａ，２ａ近傍の腐食を抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態１に示す熱交換器８においては、第１扁平管１と第２扁平管２との間に接合板７ｃを備えている。この実施の形態３に示す熱交換器においては、第１扁平管１と第２扁平管２とが接合板７ｃを介さず直接接合されている点が実施の形態１に示す熱交換器８と異なっている。

図７は、この発明の実施の形態３による熱交換器の冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。
図７において、熱交換器８は、第１扁平管１と第２扁平管２とがろう材７ｅにより直接接合されている。ここで、第１扁平管１、第２扁平管２、第１出入口ヘッダー３，４および第２出入口ヘッダー５，６はすべてアルミ、アルミ合金、銅または銅合金で形成されている。この発明の実施の形態３による熱交換器においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、第１扁平管１がアルミまたはアルミ合金で構成され、第２扁平管２が銅または銅合金で構成されている場合には、第１扁平管１と第２扁平管２とは、接着剤等によって直接接合されていてもよい。

また、この実施の形態３に示す第１扁平管１と第２扁平管２とを直接接合する熱交換器８の場合でも、実施の形態２に示す熱交換器８と同様に、第１扁平管１は、冷媒の流れ方向に垂直な断面において、複数の第２扁平管２の間の部分に対向する部分および第１扁平管１の両端部（外周部）が第１冷媒流路１ａのない幅広の中実部を持つ構成としてもよい。これにより、実施の形態２に示す熱交換器８と同様に、第１扁平管１の断面形状を折り曲げ形状に成形する際、中実部を押圧成形するので、第１冷媒流路１ａの変形、つぶれを抑制することができ、第１扁平管１に第１冷媒流路に第１冷媒１ａを均一に流すことができる。

また、この実施の形態３に示す第１扁平管１と第２扁平管２とを直接接合する熱交換器８の場合でも、実施の形態２に示す熱交換器８と同様に、第１扁平管１の外周部を第１冷媒流路１ａのない中実部とし、第１扁平管１の外周部を第２扁平管２と接合していない非接合部としてもよい。これにより、第１扁平管１の第１冷媒流路１ａの端部と第２扁平管２の第２冷媒流路２ａの端部との間を所定距離以上離間できるので、外表面に水等の電解液が付着しても、電解液中を流れるイオン電流が抑制され、第１扁平管１と第２扁平管２の冷媒流路１ａ，２ａ近傍の腐食を抑制することができる。
なお、第１扁平管１と第２扁平管２とをろう材で接合する場合には、第１扁平管１にろう材溝を、第１扁平管１または第２扁平管２にろう材流れ止め部を設ければよい。

実施の形態４．
実施の形態４に示す熱交換器８は、実施の形態１〜３に示す熱交換器８の第２扁平管２にスペーサ２０を設けたものである。その他の構成および機能は、実施の形態１〜３に示す熱交換器８と同様である。

図８は、この発明の実施の形態４による熱交換器の第２扁平管の冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。図８（ａ）は、この発明の実施の形態４による熱交換器の第２扁平管の一例であり、図８（ｂ）は、この発明の実施の形態４による熱交換器の第２扁平管の他の例である。
図８（ａ）において、熱交換器８の第２扁平管２は、内部に第２扁平管２の短軸方向に配置され、長手方向に延在するスペーサ２０を有する。スペーサ２０の高さを第２扁平管２の短軸方向の略内寸法にし、管を押圧成形する際にスペーサ２０を内挿すれば、第２扁平管２を所定の内寸法に調整できるとともに、第２扁平管２の内側への変形を防止できる。さらに、スペーサ２０が伝熱面を拡大する機能を有するので、伝熱性能が向上する。また、スペーサ２０を長手方向に波型に屈曲させた形状にすれば、伝熱面積がさらに増加するとともに、第２冷媒流路２ａを流れる第２冷媒の流れを乱すことができ、伝熱性能がさらに向上する。
また、図８（ｂ）のように、スペーサ２０に、扁平面に垂直であって長手方向に直交するように切り起こし２１を設け、矢印に示すとおり、第２冷媒の流れを蛇行させれば、増速、衝突、攪拌等により伝熱性能がさらに向上する。

図９は、この発明の実施の形態４による熱交換器の第２扁平管の他の例における冷媒の流れ方向に垂直な断面を示す断面図である。
図９において、第２扁平管２は、短軸方向に凹むように接合板７または第１扁平管１と接合面する面と反対側の面に設けられた凹み２２を有する。この凹み２２は、半球状であって、第２扁平２管の長手方向に点在するように配置されている。凹み２２により、第２冷媒流路２ａを流れる第２冷媒の流れに増速、衝突、攪拌などが生じ、流れが乱され、伝熱性能がさらに向上する。この凹み２２は、第２扁平管２を押圧加工により形成する際に、管を扁平にするのと同時に形成することができる。また、凹み２２の高さを第２扁平管２の短軸方向の略内寸法にして、管を押圧成形すれば、第２扁平管２の所定の内寸法への調整も同時に行うことができる。凹み２２は、第２扁平管２の長手方向に沿って、千鳥状に配置すれば、伝熱性能がさらに向上する。なお、凹み２２は、半球状に限らず、長手方向に延在するＶ字状、Ｕ字状、矩形状でもよい。

このように、図８、図９に示した第２扁平管２の構成により、第２扁平管２の伝熱性能を向上させることができるが、伝熱性能は同等に維持したまま、第２扁平管２の本数を減らして構造の簡素化を図ることもできる。
なお、これらの第２扁平管２として、内周に長手方向に沿った溝が形成された内面溝付き管を用いると、さらに伝熱性能が向上する。

実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５による熱交換器の構成を示す斜視図である。
図１０において、熱交換器１８は、第１扁平管１１は、第２扁平管２と同じ流路長さを有する第１扁平管１１ｂと、第２扁平管２と同じ長さの部分でＵベンド４０を介して折り返され第２扁平管２の２倍の流路長さを有し第１扁平管１１ｂよりも流路断面積が小さい第１扁平管１１ａとの２つの扁平管で構成されている。したがって、熱交換器１８の第１扁平管１１は、第１出入口ヘッダー１３ａ、第１扁平管１１ａ、第１出入口ヘッダー１４ａと、第１出入口ヘッダー１３ｂ、第１扁平管１１ｂ、第１出入口ヘッダー１４ｂの２つの並列回路で構成されている。Ｕベンド４０は、断面が略円管の曲がり管部と、扁平状に開口した端部を有しており、端部で第１扁平管１１ａの端部（流路の中間部分）と接続されている。その他の構成および機能は、実施の形態１に示す熱交換器８と同様である。
なお、熱交換器１８は、長手方向の２箇所で曲げて、Ｕの字状になっており、例えばユニット等の壁に貼り付けて実装される。

図１１は、この発明の実施の形態５による熱交換器を用いた冷凍空調装置の構成を示す図である。
この発明の実施の形態５に示す熱交換器１８は、温熱や冷熱を利用する冷凍空調装置に搭載される。図１１に示すとおり、冷凍空調装置は、第１冷媒が流れる第１冷媒回路、第２冷媒が流れる第２冷媒回路および第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行うこの発明の実施の形態５に示す熱交換器１８を有する。この例では、第１冷媒としてＲ４１０Ａ、第２冷媒として水を用いている。第１冷媒回路は、第１冷媒を圧縮する圧縮機３１、第１冷媒の流れ方向を切り替える四方弁３２、第１冷媒を膨張する第１膨張弁３３ａ，第２膨張弁３３ｂ、室外の空気と第１冷媒とを熱交換する室外熱交換器３４、室外熱交換器３４に室外の空気を供給するファン３９および第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する熱交換器８を有する。第２冷媒回路は、第２冷媒を循環するポンプ３６、第２冷媒と空気、水などの利用側の冷媒とを熱交換する利用側熱交換器３５および第１冷媒と第２冷媒とを熱交換する熱交換器８を有する。また、利用側熱交換器３５は、タンク３８内に設置し、タンク内に給水される水を加熱・冷却して取水する給湯・冷水システムとして利用した第１の利用側熱交換器３５ａと、ファンコイル、床暖房ヒーターまたは輻射冷房パネルなどである第２の利用側熱交換器３５ｂとを有する。

温熱利用・温水供給の場合には、第１冷媒回路においては、圧縮機３１で高温高圧となった第１冷媒は、四方弁３２を介して熱交換器８の２つの並列した第１扁平管１１ａ，１１ｂに分流し、第２冷媒と熱交換して凝縮される。次に、第１冷媒は、第１膨張弁３３ａ、第２膨張弁３３ｂで減圧され、室外熱交換器３４でファン３９からの空気と熱交換して蒸発し、圧縮機３１に戻る。第２冷媒回路においては、熱交換器８で加熱された第２冷媒は、ポンプ３６で利用側熱交換器３５に供給されて放熱する。
冷熱利用・冷水供給の場合には、第１冷媒回路においては、圧縮機３１で高温高圧となった第１冷媒は、四方弁３２を介して室外熱交換器３４に送られる。熱交換器３４でファン３９からの空気と熱交換し放熱した第１冷媒は、第１膨張弁３３ａ、第２膨張弁３３ｂで減圧された後、熱交換器８に送られる。熱交換器８の２つの並列した第１扁平管１１ａ，１１ｂに分流した第１冷媒は、第２冷媒と熱交換して蒸発し、圧縮機３１に戻る。第２冷媒回路においては、熱交換器８で冷却された第２冷媒は、ポンプ３６で利用側熱交換器３５に供給されて加熱される。

この発明の実施の形態５においては、利用側の温熱及び冷熱負荷が低下するに応じて、第１冷媒回路の能力を低下させるために、第１冷媒の流量を低下させる。この際、第１膨張弁３３ａを全閉にして第１扁平管１１ｂだけに第１冷媒を流通させることで、第１冷媒の流速の低下を抑制することができ、効率良く熱交換を行うことできる。さらに、利用側の温熱及び冷熱負荷が低下すれば、第２膨張弁３３ｂを全閉にして第１扁平管１１ａだけに第１冷媒を流通させて、第１冷媒のさらなる流速低下を抑制できる。このように、熱交換器１８を複雑な配管の取り回しなど組立て性を悪化させることなく、２つの並列回路で構成できる。このため、熱交換器１８を用いた冷凍空調装置は、温熱負荷および冷熱負荷の変化に応じて効率の良い運転ができる。また、熱交換器１８は、Ｕの字状など種々の形状に折り曲げて、冷凍空調装置のユニットの内壁に貼り付けて設置することができ、また、配管を取り回すための余分なスペースが不要のため、冷凍空調装置のユニット全体を小型化することができる。

この実施の形態５においては、熱交換器１８は、第１扁平管１１を冷媒の流れ方向に分割し、それぞれ１対の出入口ヘッダーと複数の第１冷媒流路を有するブロックである回路を２つ並列に有しているが、この例に限らず、並列回路数、並列回路毎の折り返し数および流路断面積を任意に選び、並列回路毎に開閉弁を設けそれぞれの並列回路に流れる冷媒流量を調整することで、複雑な配管をすることなく、コンパクトな配置および効率のよい運転を行うことができる。
また、Ｕベンド４０は、円管から構成されるため、流速を上げて、混合を促進し、分配性能を向上することができる。
さらに、この実施の形態５の熱交換器１８においては、第１冷媒側を並列回路とする例を示したが、第２冷媒側を同様に並列回路とすれば、冷凍空調装置は、負荷の低下に応じて、効率の良い運転ができる。

なお、この発明の実施の形態１による冷凍空調装置においては、四方弁を備え、温熱利用・温水供給と冷熱利用・冷水供給とを切り替えるようにしたが、四方弁がなく、温熱利用・温水供給または冷熱利用・冷水供給のどちらかの一方の機能のみを有するものでもよい。また、また、利用側熱交換器３５は、第１の利用側熱交換器３５ａおよび第２の利用側熱交換器３５ｂの両方を有するものを示したが、どちらか一方の利用側熱交換器のみを有するものでもよい。

１，１１ａ，１１ｂ 第１扁平管、１ａ 第１冷媒流路、２ 第２扁平管、２ａ 第２冷媒流路、３，４，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ 第１出入口ヘッダー、５，６ 第２出入口ヘッダー、７ａ 第１ろう材、７ｂ 第２ろう材、７ｂｂ 棒状の第２ろう材、７ｃ 接合板、７ｄ ろう材溝、７ｅ ろう材、８，１８ 熱交換器、２０ スペーサ、２１ 切り起し、２２ 凹み、３１ 圧縮機、３２ 四方弁、３３，３３ａ，３３ｂ 膨張弁、３４ 室外熱交換器、３５ 利用側熱交換器、３５ａ 第１の利用側熱交換器、３５ｂ 第２の利用側熱交換器、３６ ポンプ、３８ タンク、３９ ファン、４０ Ｕベンド。

Claims (12)

1. 第１冷媒が流れる第１冷媒流路を内部に複数有する扁平状の第１扁平管と、
   第２冷媒が流れる第２冷媒流路を有する扁平状の第２扁平管とを備え、
   前記第１扁平管と前記第２編の扁平管とは冷媒の流れ方向が平行となるように配置され、
   前記第１扁平管は、前記第１冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面形状の全体が第２扁平管の外形状に沿うように湾曲していることを特徴とする熱交換器。
2. 第２扁平管を複数備え、
   第１扁平管は、第１冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面形状が複数の前記第２扁平管の外形状に沿うように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 第１扁平管と第２扁平管との間に、前記第２扁平管の外形状に沿うように湾曲した接合板を備え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。
4. 接合板は、複数の第２扁平管の間にろう材を設置するろう材溝を有することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 第１扁平管は、第１冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面の端部が第２扁平管または接合板の端部と離間していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 第１扁平管は、複数の第２扁平管の間の部分に対向する部分が中実であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 第１扁平管は、第１冷媒の流れ方向に垂直な方向の断面の両端部が中実であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 第１扁平管の第１冷媒の流れ方向の両端に第１冷媒を分流または合流する第１ヘッダーを備え、
   第１扁平管は、冷媒の流れ方向の両端部が平板状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 第２扁平管の第２冷媒の流れ方向の両端に第２冷媒を分流または合流する第２ヘッダーを備え、
   第２扁平管は、冷媒の流れ方向の両端部が円管状であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器。
10. 第２扁平管は、内部に短軸方向に配置されたスペーサを有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
11. 第２扁平管は、第１扁平管と対向する面と反対側の面に短軸方向に凹んだ凹みを有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱交換器を備えた冷凍空調装置。

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