JP4561305B2

JP4561305B2 - 熱交換器

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Publication number: JP4561305B2
Application number: JP2004303199A
Authority: JP
Inventors: 寿守務吉村; 慎一若本; 一吉安
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: JP2006112756A

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及びそれを用いた冷凍空調装置に関するものである。

従来の熱交換器では、低温流体が流れる複数の貫通穴を有する扁平状の第１扁平管、高温流体が流れる複数の貫通穴を有する扁平状の第２扁平管、第１扁平管及び第２扁平管の両端に接続された第１ヘッダー及び第２ヘッダーを備え、第１の扁平管と第２の扁平管とを長手方向が並行になるようにそれぞれの広い面同士を接触積層させて高い熱交換性能を得ている（例えば特許文献１）。

特開平２００２−３４０４８５（４〜５頁、図１）

従来の冷凍空調装置は、圧縮機、放熱器、流量制御手段、蒸発器を冷媒配管で接続しＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒が循環するように構成されているが、最近、ＨＦＣ冷媒が地球温暖化の原因になることから、地球温暖化係数の小さい二酸化炭素などの冷媒が代わりに用いられている。しかしながら、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、従来に比べて性能がきわめて小さいという課題がある。

このような熱交換器にあっては、高い熱交換性能を得るには、第１扁平管と第２扁平管の長さ及び幅を大きくして接触面積を増加させる必要があり、このため熱交換器が２次元的に大型化する。また、低温流体及び高温流体の流量を増加させて熱交換性能を上げる場合、管内の流速増加に伴う圧力損失の上昇を抑える必要があるが、第１扁平管と第２扁平管の幅を長くするなど幅方向にしか調整できないため、圧力損失を十分抑制しきれず、このため流体を熱交換器に送り循環させるための駆動装置の動力増加を招くという問題点があった。さらに、第１扁平管と第２扁平管を積層方向に多層重ねて接触面積を大きくすることは第１ヘッダーと第２ヘッダーが干渉するため困難であるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、コンパクトで流体の圧力損失が小さい高性能な熱交換器を得ることを目的としている。

この発明に係る熱交換器は、低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、前記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、前記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、前記第１扁平管と前記第２扁平管とは、長手方向が並行になるように積層して接触させ、第１扁平管及び第２扁平管の両端は、長手方向と積層方向とのいずれにも直角となる方向にかつ互いに交差しないように曲げて、それぞれ第１ヘッダー及び第２ヘッダーに接続したことを特徴とするものである。

この発明に係る熱交換器は、低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、前記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、前記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、前記第１扁平管と前記第２扁平管とは、前記第１扁平管の前記貫通穴の方向と前記第２扁平管の前記貫通穴の方向とが直交するように積層して接触し、前記第１扁平管は、前記第２扁平管を挟み込むように折り曲げて構成されることを特徴とするものである。

この発明に係る熱交換器は、低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、前記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、前記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、前記第１扁平管と前記第２扁平管とは、長手方向が並行になるように積層して接触させ、第１扁平管及び第２扁平管の両端は、長手方向と積層方向とのいずれにも直角となる方向にかつ互いに交差しないように曲げて、それぞれ第１ヘッダー及び第２ヘッダーに接続したので、コンパクトで流体の圧力損失の小さい高性能な熱交換器を得ることができる。

この発明に係る熱交換器は、低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、前記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、前記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、前記第１扁平管と前記第２扁平管とは、前記第１扁平管の前記貫通穴の方向と前記第２扁平管の前記貫通穴の方向とが直交するように積層して接触し、前記第１扁平管は、前記第２扁平管を挟み込むように折り曲げて構成されるので、コンパクトで流体の圧力損失の小さい高性能な熱交換器を得ることができる。

実施の形態１．
図１（a）は本発明の実施の形態１による熱交換器１０を示す斜視図、（b）は水平断面図、（c）は垂直断面である。第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ複数の貫通穴を有しており、長手方向が直交するようにそれらを交互に積層し、ロウ付け等で接合されている。第１扁平管１は３本からなり、それぞれの上下端同士は第１入口ヘッダー管３及び第１出口ヘッダー４と接続されている。第２扁平管２は長手方向途中で折り曲げて３段で構成され、両端はそれぞれ第２入口ヘッダー５及び第２出口ヘッダー６と接続されている。また、第１扁平管１の幅は第２扁平管の幅より大きくしてある。さらに、３本の第１扁平管１の貫通穴の径または数は、第２扁平管２の出口側と接触する扁平管ほど大きくなっている。また、第２扁平管の貫通穴の径または数は、第１扁平管１の入口側と接触する側ほど大きくなっている。この実施の形態では、扁平管は３本の例で示したが、３本に限定されるものではない。

また、第１扁平管１および第２扁平管２の添え字ａ，ｂ，ｃは、それぞれ単体の第１扁平管１および第２扁平管２を示すものである。なお、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。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

図中、ＦＣは低温流体の流れ、ＦＨは高温流体の流れを示す。低温流体は第１入口ヘッダー３、第１扁平管１、第１出口ヘッダー４の順に、高温流体は第２入口ヘッダー５、第２扁平管２、第２出口ヘッダー６の順に流し、第１扁平管と第２扁平管との接触部を介して両流体が熱交換される。

熱交換性能を大きくするには接触面積を増加させる必要があるが、このような構成によれば、扁平管の幅、長さ方向だけでなく、積層方向にも扁平管を多層積層して接触させることができるため、熱交換器が２次元的に大型化することなくコンパクトとなる。また、扁平管に接続されたそれぞれのヘッダー同士が干渉することがないため、よりコンパクトとなり、かつ製造時ロウ付け等により扁平管やヘッダーを接合する際の加工の簡素化を図ることができる。さらに、流量を上げて熱交換性能を大きくする場合も、扁平管の幅、長さ方向だけでなく、積層方向にも扁平管を多層積層し、並列流路にできる（図１では第１扁平管の場合のみ）ため、流量増加に伴う圧力損失を抑制することができ、熱交換器に流体を送り循環させるための駆動装置駆動装置の動力増加を招くことがない。

図２は、本実施の形態１の熱交換器を利用した冷凍空調装置の系統図である。圧縮機２０、放熱器２１、減圧装置２２、冷却器２３が順に接続された冷媒回路であって、熱交換器１０の第１入口ヘッダー５と冷却器２３、第１出口ヘッダー６と圧縮機２０、第２入口ヘッダー３と放熱器２１、及び第２出口ヘッダー４と減圧装置２２とがそれぞれ接続されている。

圧縮機２０の冷媒配管内の低温低圧の冷媒蒸気は圧縮機２０によって圧縮され、高温高圧の超臨界流体となって吐出される。この冷媒は放熱器２１に送られ、そこで空気などと熱交換して温度が低下し、高圧の超臨界流体になる。この冷媒は熱交換器１０によって冷却されて温度が低下し、減圧装置２２に流入して減圧され、低温低圧の気液二相流状態に変化し冷却器２３に送られる。冷却器２３では空気などと熱交換して蒸発し低温低圧の冷媒蒸気となり、熱交換器１０でさらに加熱され圧縮機２０に戻る。

図３は、二酸化炭素の圧力−エンタルピー線図である。図中Ａ点は放熱器入口の冷媒の状態、Ｂ点は放熱器出口の冷媒の状態、Ｃ点は減圧装置入口の冷媒の状態を示す。二酸化炭素を冷凍空調装置の冷媒として用い、臨界点以上で放熱するには、臨界点近傍の比熱の極めて大きい領域（図中太線で囲まれた領域）で熱交換させることにより大幅に効率を向上できるが、外気温度が高い場合、放熱器２２の出口温度を十分に下げることができない。しかし、熱交換器１０で、冷却器出口の冷媒液を含んだ低温の冷媒が効率良く放熱器出口から減圧装置入口を流れる冷媒を冷却するため、減圧装置入口の冷媒温度を十分下げることができる。

熱交換器１０において、冷媒液を含んだ低温の気液二相状態の冷媒が第１扁平管１を流れる際の圧力損失は、高温高圧の超臨界状態の冷媒が第２扁平管２を流れる際の圧力損失よりも大きくなるが、第１扁平管は第２扁平管より幅が大きく並列流路となっているため管内の流速を抑制でき、また長さも短いため適正な圧力損失を保つことができる。

また、図１（ｃ）に示すように、第１扁平管が垂直配置され、上部に第１入口ヘッダーが設けられているため、第１入口ヘッダーに気液二相冷媒が流入する場合でも、重力分離によりヘッダー内に液面が形成されやすく、３本の第１扁平管のそれぞれに冷媒を適正に分配することができる。

さらに、図３に示すよう、第２扁平管における高温冷媒の温度は出口側ほど低く、かつ温度変化も小さいため、第１扁平管を流れる低温冷媒との温度差が小さい領域が増えて熱交換性能が低下するが、３本の第１扁平管１の貫通穴の径または数は、第２扁平管２の出口側と接触する扁平管ほど大きく低温冷媒が多く流れるようにしてあるので、上記の熱交換特性低下を防ぐことができる。また、第１扁平管の入口側は冷媒液が多く冷却性能が高く、第２扁平管の貫通穴の径または数は、第１扁平管１の入口側と接触する側ほど大きくしてあるので、第２扁平管の高温冷媒の多くの流量と、第１扁平管の入口部分の低温冷媒とを熱交換させることができるため、熱交換性能が向上する。

このように、高温流体と低温流体との間に、比熱、密度などの熱物性値や流量条件などに差があっても、管内の流速増加に伴う圧力損失の上昇を招くことなく熱交換性能を上げることができる。

なお、図１では貫通穴の形状が矩形であるが、円形でもよく、また、内面に突起物を形成することにより伝熱面積を大きくして、熱交換特性をさらに向上させることもできる。また、図４は本実施の形態１の熱交換器を利用した別の冷凍空調装置の系統図である。圧縮機２０、放熱器２１、減圧装置２２、冷却器２３が順に接続された冷媒回路と、一端が放熱器２１と減圧装置２２の間に接続され、他端が圧縮機２０における冷媒の圧縮工程の途中に設けられたインジェクションポート３４に接続されたバイパス配管３２が設けられ、バイパス配管３２の途中に第２減圧装置３１を備えた冷媒回路であって、熱交換器１０の第１入口ヘッダー５と第２減圧装置２４、第１出口ヘッダー６とインジェクションポート３４、第２入口ヘッダー３と放熱器２１、及び第２出口ヘッダー４と減圧装置２２とがそれぞれ接続されている。

第２減圧装置３１で減圧された冷媒は低温の気液二相流状態に変化し、熱交換器１０を通り、圧縮機のインジェクションポートに送られる。熱交換器１０では、第２減圧装置出口の冷媒液を含んだ低温の冷媒が効率良く放熱器出口から減圧装置２２の入口を流れる冷媒を冷却するため、図２に示した冷凍空調装置と同様、減圧装置２２入口の冷媒温度を十分下げることができる。

さらに、図５は、本実施の形態１の熱交換器を利用した第３の冷凍空調装置の系統図である。圧縮機２０、放熱器２１、減圧装置２２、冷却器２３が順に接続された冷媒回路であって、熱交換器１０の第２入口ヘッダー３と放熱器２１、第２出口ヘッダー４と減圧装置２２とが接続され、また、第１出口ヘッダー６、補助圧縮機４０、補助凝縮器４１、補助減圧装置４２、第１入口ヘッダー５が順に接続されている。補助圧縮機、補助凝縮器、補助減圧装置、熱交換器１０は、ＨＦＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒またはアンモニアを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルで動作するように構成されている。

補助減圧装置４２で減圧された冷媒は低温の気液二相流状態に変化し、熱交換器１０を通り、補助圧縮機に戻る。熱交換器１０では、第２減圧装置出口の冷媒液を含んだ低温の冷媒が効率良く放熱器出口から減圧装置２２の入口を流れる冷媒を冷却するため、図２及び図３に示した冷凍空調装置と同様、減圧装置２２入口の冷媒温度を十分下げることができる。また、ここでは、第１扁平管１及び第２扁平管２の貫通穴が一列になっている場合を示したが、貫通穴は一列である必要はなく、複数の列をなしていてよい。

低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、第１扁平管と第２扁平管とは、長手方向が直交するように積層して接触させたので、第１ヘッダー及び第２ヘッダーとが干渉することなく、第１の扁平管と第２の扁平管を積層方向に多層積層することが可能となり、熱交換器が２次元的に大型化することなくコンパクトとなり、また、第１扁平管と第２扁平管の幅方向だけでなく積層方向にも大きくできるため、圧力損失の増大により流体を熱交換器に送り循環させるための駆動装置の動力増加を招くことなく、低温流体及び高温流体の流量を増加させて熱交換特性を増大させることができる。

また、第１扁平管の幅または長さと、第２扁平管の幅または長さとが異なるので、低温流体と高温流体の種類に応じて扁平管の長さ及び幅を変えることができるため、それぞれの流体の温度効率を最大化、さらには圧力損失を最小化することができ、熱交換性能の増加、また流体を熱交換器に送り循環させるための駆動装置の動力増加を抑制できる。

また、低温流体または高温流体の少なくともいずれか一方は、気液二相状態の流体であり、気液二相状態の流体が流れる第１扁平管または第２扁平管の長手方向は、重力方向となるので、第１ヘッダーまたは第２ヘッダーの入口側のヘッダーが上部に配置され流体をヘッダー内の底面から扁平管に流出させる構成にでき、一方ヘッダーに流入する気液二相状態の流体はヘッダー内で重力分離して下部が液相となりやすいため、ヘッダー内の底面（扁平管への入口）は全面液相となり、このため流体を扁平管の各貫通穴へ均等に流すことができ、流体の温度効率を最大化、さらには圧力損失を最小化することができ、熱交換器の性能を増加させることができる。

また、高温流体は、超臨界状態となる二酸化炭素としたので、超臨界状態となる二酸化炭素を用いる冷凍空調機用の熱交換器として熱交換器を適用することにより、熱交換器の性能向上が図れ、ひいては機器の性能向上となり、環境性の高い高性能な装置を提供することが可能となる。

また、第１扁平管及び第２扁平管は、複数本からなるので、低温流体と高温流体の種類に応じて扁平管の列数を変えることができるため、それぞれの流体の温度効率を最大化、さらには圧力損失を最小化することができ、熱交換性能の増加、また流体を熱交換器に送り循環させるための駆動装置の動力増加を抑制できる。

また、第１扁平管及び第２扁平管の貫通穴は複数設けられ、第１扁平管の貫通穴と第２扁平管の貫通穴とは、数、孔径、配列ピッチの少なくとも一つが異なるので、それぞれの流体の温度効率を最大化、さらには圧力損失を最小化することができ、熱交換性能の増加、また流体を熱交換器に送り循環させるための駆動装置の動力増加を抑制できる。

実施の形態２．
図６（a）は本発明の実施の形態２による熱交換器１０を示す斜視図、（b）は垂直断面図である。第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ複数の貫通穴を有しており、長手方向が並行になるように交互に積層し、ロウ付け等で接合されている。第１扁平管１及び第２扁平管２は長手方向途中で折り曲げて３段で構成され、両端はそれぞれ第１入口ヘッダー、第１出口ヘッダー及び、第２入口ヘッダー５、第２出口ヘッダー６と接続されている。

低温流体は第１入口ヘッダー３、第１扁平管１、第１出口ヘッダー４の順に、高温流体は第２入口ヘッダー５、第２扁平管２、第２出口ヘッダー６の順に流し、第１扁平管と第２扁平管との接触部を介して両流体が熱交換される。

熱交換性能を大きくするには接触面積を増加させる必要があるが、このような構成によれば、扁平管の幅、長さ方向だけでなく、積層方向にも扁平管を多層積層して接触させることができるため、実施の形態１と同様、熱交換器が２次元的に大型化することなくコンパクトとなる。加えて、低温流体と高温流体の流れの向きを対向させることができるため、温度効率が増加し、熱交換性能を増加させることができる。

なお、本実施の形態２の熱交換器は、実施の形態１で示した全ての冷凍空調装置に利用できる。また、第１ヘッダー入口３に気液二相状態の低温流体が流入する場合は、第１入口ヘッダー３、第１扁平管１、第１出口ヘッダー４が鉛直下向きになるように配置する方が望ましく、この場合、重力分離により第１入口ヘッダー内に液面が形成されやすく、第１扁平管の貫通穴のそれぞれに冷媒を適正に分配することができる。また、ここでは、第１扁平管１及び第２扁平管２の貫通穴が一列になっている場合を示したが、貫通穴は一列である必要はなく、複数の列をなしていてよい。

低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、第１扁平管と第２扁平管とは、長手方向が並行になるように積層して接触させたので、低温流体と高温流体の流れの向きを対向させることができるため、温度効率が増加し、熱交換性能を増加させることができる。

実施の形態３．
図７（a）は本発明の実施の形態３による熱交換器１０を示す斜視図、（b）は垂直断面図、（ｃ）は水平断面図である。第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ複数の貫通穴を有しており、長手方向が並行になるように一体成形されている。一体成形された第１扁平管１及び第２扁平管２は長手方向途中で折り曲げて３段で構成されている。また、管状の部材の内部に長手方向に仕切板５０を挿入することにより第１入口ヘッダー３と第２出口ヘッダー６、及び第１出口ヘッダー４と第２入口ヘッダー５を形成し、第１扁平管1の両端で第１入口ヘッダー及び第１出口ヘッダーに接続し、第２扁平管２の両端で第２入口ヘッダー及び第２出口ヘッダーと接続されている。第１扁平管の流路と第２扁平管の流路が一体となった管は、例えばアルミニウムの押出し成形により加工することができる。

このような構成によれば、実施の形態１及び２と同様の効果に加え、第１扁平管１と第２扁平管２との間の接触熱抵抗を完全になくすことができ大幅な熱交換性能の向上が得られる。また、扁平管の一体成形、ヘッダーの一体化でより一層コンパクトとなるとともに、製造の大幅な簡素化図ることができる。

第１扁平管と第２扁平管とは、一体成形されたので、第１扁平管と第２扁平管との接触熱抵抗をなくすことができるため熱交換性能を大幅に増加させることができ、また２つの扁平管を同時に成形することができるため、製造の簡素化を図ることができる。また、ここでは、第１扁平管１及び第２扁平管２の貫通穴が一列になっている場合を示したが、貫通穴は一列である必要はなく、複数の列をなしていてよい。

第１ヘッダー及び第２ヘッダーは、管状の部材の内部に仕切り板を設けたので、２つのヘッダーを一つの部材で構成することができるため、コンパクトとなり、かつ製造の簡素化を図ることができる。

実施の形態４．
図８(ａ)は本発明の実施の形態４による熱交換器１０を示す斜視図、（b）はxz断面図、(c)はyz断面図である。実施の形態３の第１扁平管１と第２扁平管２に相当する複数の貫通穴を有した流路をそれぞれ３段、合計６段配列して一体成形された多孔管６０と、多孔管６０の両端に設けられた第１ヘッダー体６１、第２ヘッダー体６２から構成され、第１ヘッダー体には、内部に多孔管の１段目から４段目、５段目、及び６段目を仕切る仕切板、多孔管の５段目及び６段目の流路に連通するように接続された第１出口管６１１、第２入口管６１２を備え、第２ヘッダー体には、多孔管の１段目、２段目及び３段目から６段目を仕切る仕切板、多孔管の１段目及び２段目の流路に連通するように接続された第１入口管６２１、第２出口管６２２を備えている。また、第１ヘッダー体に内蔵され多孔管６０の２段目と３段目の流路を連通させる第１カバー６１３、第２ヘッダー体に内蔵され多孔管６０の３段目と６段目の流路を連通させる第２カバー６２３が設けられている。

このように構成することにより、低温流体が、第１入口管から、第１ヘッダー体、多孔管、第２ヘッダー体を蛇行して、第１出口管へ、一方、高温流体が、第２入口管から、第２ヘッダー体、多孔管、第１ヘッダー体を蛇行して、第２出口管へ、交互に対向して流れるようにできる。

したがって、このような構成によれば、実施の形態１、２及び３と同様の効果が得られ、また、それに加え、扁平管部分のより一層の一体成形化、ヘッダーの一体化が図れ、より一層コンパクトになるとともに、製造の大幅な簡素化を図ることができる。

なお、第１ヘッダー体と第１カバー及び第２ヘッダー体と第２カバーをそれぞれ一体成形しても良く、そうすれば部品点数削減によるさらなる製造簡素化が図れる。また、ここでは一体成形された多孔管の場合を示したが、第１扁平管及び第２扁平管を積層させて多孔管を構成してもよい。また、ここでは、各段の流路を構成する貫通穴が一列になっている場合を示したが、貫通穴は一列である必要はなく、複数の列をなしていてよい。

実施の形態５．
図９(ａ)は本発明の実施の形態５による熱交換器１０を示す斜視図、（b）はyz断面図、(c)は多孔管詳細図である。実施の形態３の第１扁平管１と第２扁平管２に相当する複数の貫通穴を有した流路をそれぞれ３段、合計６段配列して一体成形された多孔管６０と、多孔管６０の両端に設けられた第１ヘッダー体６１、第２ヘッダー体６２から構成される。

第１ヘッダー体及び第２ヘッダー体には、多孔管の２、４、６段目の流路と連通するように接続された第１出口管６１１及び第１入口管を備えている。

また、第１ヘッダー体及び第２ヘッダー体に内蔵され、多孔管６０の１、３、５段目の流路と連通するように接続された第１内部ヘッダー６３１及び第２内部ヘッダーを備え、さらに、第１内部ヘッダー及び第２内部ヘッダーには、高温流体を外部に取り出す第２入口管、第２出口管が接続されている。

このように構成することにより、低温流体が、第１入口管から、第１ヘッダー体、多孔管、第２ヘッダー体、第１出口管へ、一方、高温流体が、第２入口管から、第２ヘッダー体、多孔管、第１ヘッダー体、第２出口管へ、交互に対向して流れるようにできる。また、ここでは一体成形された多孔管の場合を示したが、第１扁平管及び第２扁平管を積層させて多孔管を構成してもよい。

したがって、このような構成によれば、実施の形態１、２、３及び４と同様の効果が得られ、また、それに加え、ヘッダー構造の簡素化が図れ、より一層コンパクトになるとともに、製造の大幅な簡素化を図ることができる。

なお、図９（ｃ）に示すように、多孔管６０の端部を凹凸構造としているため、ヘッダー体、内部ヘッダー及び多孔管とを接合することにより、高温流体と低温流体が通るそれぞれの流路を比較的容易に形成することができる。

実施の形態６．
図１０(ａ)は本発明の実施の形態５による熱交換器１０を示す斜視図、（b）はｘｙ断面図である。第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ複数の貫通穴を有しており、長手方向が並行になるように交互に積層し、ロウ付け等で接合されている。第１扁平管１及び第２扁平管２の両端は、長手方向と積層方向いずれにも直角となる方向に、かつ第１扁平管と第２扁平管とが互いに交差しないように曲げてそれぞれ第１ヘッダー入口３と第１ヘッダー出口４、及び第２ヘッダー入口５と第２ヘッダー出口６とに接続されている。

このような構成によれば、扁平管に接続されたそれぞれのヘッダー同士が干渉することがないため、よりコンパクトとなり、かつ製造時ロウ付け等により扁平管やヘッダーを接合する際の加工の簡素化を図ることができる。なお、第１扁平管と第２扁平管とで両端が同じ曲げ角度の同じ扁平管を用いれば、上下反転させて積層して構成することができるため、さらに、製造工程、管理を簡素化することができる。また、ここでは、第１扁平管１及び第２扁平管２の貫通穴が一列になっている場合を示したが、貫通穴は一列である必要はなく、複数の列をなしていてよい。

第１扁平管及び第２扁平管の両端は、長手方向と積層方向とのいずれにも直角となる方向にかつ互いに交差しないように曲げて、それぞれ第１ヘッダー及び第２ヘッダーに接続したので、第１ヘッダー及び第２ヘッダーとが干渉することなく、第１の扁平管と第２の扁平管を積層方向に多層積層することが可能となり、熱交換器が２次元的に大型化することなくコンパクトとなり、また、第１扁平管と第２扁平管の幅方向だけでなく積層方向にも大きくできるため、圧力損失の増大により流体を熱交換器に送り循環させるための駆動装置の動力増加を招くことなく、低温流体及び高温流体の流量を増加させて熱交換特性を増大させることができる。

第１扁平管及び第２扁平管の両端を曲げる方向は、第１扁平管と第２扁平管とで長手方向に対して逆向きとしたので、第１扁平管と第２扁平管とで両端が同じ曲げ角度の同じ扁平管を用い、上下反転させて積層して構成することができるため、製造工程、管理を簡素化することができ、また、２次元的に大型化することなくコンパクトとなる。

本発明の実施の形態１による熱交換器を示す斜視図及び断面図である。本発明の実施の形態１を利用した冷凍空調装置を示す系統図である。本発明の実施の形態１の効果説明のための二酸化炭素の圧力−エンタルピー線図である。本発明の実施の形態１を利用した第２の冷凍空調装置を示す系統図である。本発明の実施の形態１を利用した第３の冷凍空調装置を示す系統図である。本発明の実施の形態２による熱交換器を示す斜視図及び断面図である。本発明の実施の形態３による熱交換器を示す斜視図及び断面図である。本発明の実施の形態４による熱交換器を示す斜視図及び断面図である。本発明の実施の形態５による熱交換器を示す斜視図及び断面図である。本発明の実施の形態６による熱交換器を示す斜視図及び断面図である。

符号の説明

１第１扁平管、２第２扁平管、３第１入口ヘッダー、４第１出口ヘッダー、５第２入口ヘッダー、６第２出口ヘッダー、１０熱交換器、２０圧縮機、２１放熱器、２２減圧装置、２３冷却器、３１第２減圧装置、３２バイパス配管、３３インジェクションポート、４０補助圧縮機、４１補助放熱器、４２補助減圧装置、５０仕切板、６０多孔管、６１第１ヘッダー体、６２第２ヘッダー体、６１１第１出口管、６１２第２入口管、６１３第１カバー、６２１第１入口管、６２２第２出口管、６２３第２カバー、６３１第１内部ヘッダー、６３２第２内部ヘッダー。

Claims

低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、
高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、
前記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、
前記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、
前記第１扁平管と前記第２扁平管とは、長手方向が並行になるように積層して接触させ、
第１扁平管及び第２扁平管の両端は、長手方向と積層方向とのいずれにも直角となる方向にかつ互いに交差しないように曲げて、それぞれ第１ヘッダー及び第２ヘッダーに接続したことを特徴とする熱交換器。
低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、
高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、
前記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、
前記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、
前記第１扁平管と前記第２扁平管とは、前記第１扁平管の前記貫通穴の方向と前記第２扁平管の前記貫通穴の方向とが並行になるように積層して接触させ、
第１扁平管及び第２扁平管の両端は、前記貫通穴の方向と積層方向とのいずれにも直角となる方向にかつ互いに交差しないように曲げて、それぞれ第１ヘッダー及び第２ヘッダーに接続したことを特徴とする熱交換器。
第１ヘッダー及び第２ヘッダーは、管状の部材の内部に仕切り板を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
低温流体または高温流体の少なくともいずれか一方は、気液二相状態の流体であり、
前記気液二相状態の流体が流れる第１扁平管または第２扁平管の長手方向は、重力方向となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
高温流体は、超臨界状態となる二酸化炭素としたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器。
第１扁平管及び第２扁平管は、複数本からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器。
第１扁平管及び第２扁平管の貫通穴は複数設けられ、第１扁平管の貫通穴と第２扁平管の貫通穴とは、数、孔径、配列ピッチの少なくとも一つが異なることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器。
低温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、
高温流体が流れる貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、
前記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１ヘッダーと、
前記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２ヘッダーとを備え、
前記第１扁平管と前記第２扁平管とは、前記第１扁平管の前記貫通穴の方向と前記第２扁平管の前記貫通穴の方向とが直交するように積層して接触し、
前記第１扁平管は、前記第２扁平管を挟み込むように折り曲げて構成されることを特徴とする熱交換器。
前記第２扁平管は、複数の扁平管を並列に配置し、それら複数の扁平管の両端をそれぞれ第２ヘッダーに接続してなり、
前記第１扁平管は、複数回折り曲げてそれら複数の扁平管のそれぞれを挟み込むように構成されることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
前記第１扁平管が接続される前記第１ヘッダーは、第１扁平管の入口側に接続される第１入口ヘッダー管および第１扁平管の出口側に接続される第１出口ヘッダー管を有し、それら第１入口ヘッダー管と第１出口ヘッダー管は、前記第２扁平管を挟んで反対側に設けれることを特徴とする請求項８又は９に記載の熱交換器。
前記第１扁平管は、気液二相状態の冷媒が流れ、前記第２扁平管は超臨界状態の冷媒が流れることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の熱交換器。