JP5496369B2 - 積層型熱交換器及びそれを搭載したヒートポンプシステム - Google Patents

積層型熱交換器及びそれを搭載したヒートポンプシステム Download PDF

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Description

本発明は、低温流体又は高温流体である第１冷媒と第２冷媒との熱交換を実施する熱交換器及びそれを搭載したヒートポンプシステムに関する。
従来の熱交換器として、低温流体が流れる第１伝熱管と、高温流体が流れ、その高温流体の流れ方向が上記低温流体の流れ方向と並行になるように配置した第２伝熱管とを交互に積層した熱交換器であって、少なくとも一方の伝熱管を、積層方向に並んだ複数の伝熱管で構成し、その複数の伝熱管の両端を、各流体の流れ方向と積層方向とのいずれにも直交する方向に曲げて構成している。さらに、その複数の伝熱管と、入口ヘッダー及び出口ヘッダーにより並列流路を構成し、入口ヘッダー又は出口ヘッダーのいずれかを管状ヘッダーで構成し、そして、並列流路を構成する複数の伝熱管を束ねて、管状ヘッダーの管軸方向と伝熱管の流体の流れ方向とが垂直となるようにして接続するものがある（例えば、特許文献１参照）。
ＷＯ２００７／１２２６８５Ａ１（第２８頁、図１７）
しかし、特許文献１に記載された熱交換器は、伝熱管を積層した構造であるため、高性能かつ高スペース効率ではあるが、冷媒を流入するヘッダー管のうち少なくとも一方は積層方向に対し垂直方向に曲げられた伝熱管と接続する構造を有するため、その際の伝熱管の幅方向への曲げ工程を有すること、及び、ヘッダー管によるデッドスペースが増大してしまうという問題点があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、伝熱管の曲げ工程をなくし、ヘッダー管によるデッドスペースのない積層型熱交換器及びそれを搭載したヒートポンプシステムを得ることを目的とする。
本発明に係る積層型熱交換器は、扁平形状を有し、第１冷媒がその内部の第１冷媒流路を流通する複数の第１伝熱管と、扁平形状を有し、前記第１伝熱管と交互に当接して積層され、前記第１冷媒と温度が異なる第２冷媒がその内部の第２冷媒流路を流通する複数の第２伝熱管と、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管において、前記各第１冷媒流路を互いに連通させ、かつ、前記積層構造における積層方向の両端に位置する前記第１伝熱管又は前記第２伝熱管である２つの最外伝熱管のうちいずれか一方の該最外伝熱管において前記第１冷媒流路と外部とを連通させるように、貫通して形成された２組の第１連通穴と、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管において、前記各第２冷媒流路を互いに連通させ、かつ、２つの前記最外伝熱管のうちいずれか一方の該最外伝熱管において前記第２冷媒流路と外部とを連通させるように、貫通して形成された２組の第２連通穴と、前記各第１伝熱管の前記第１冷媒流路、及び、前記各第２伝熱管の前記第２冷媒流路の冷媒の流通方向の両端部に形成された開口部を閉塞する閉塞手段と、前記各第２伝熱管に形成された前記第１連通穴が、前記第２冷媒流路に連通しないように遮断する第１遮断手段と、前記各第１伝熱管に形成された前記第２連通穴が、前記第１冷媒流路に連通しないように遮断する第２遮断手段と、を備え、前記最外伝熱管に形成され、該最外伝熱管の内部の冷媒流路と外部とを連通させる２つの前記第１連通穴は、それぞれ前記第１冷媒の流入口及び流出口として機能し、前記最外伝熱管に形成され、該最外伝熱管の内部の冷媒流路と外部とを連通させる２つの前記第２連通穴は、それぞれ前記第２冷媒の流入口及び流出口として機能し、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管の当接面を介して、前記第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を実施するものである。
本発明によれば、第１冷媒の流出入口である第１ポートから各第１伝熱管の第１冷媒流路を連通させ、そして、第２冷媒の流出入口である第２ポートから各第２伝熱管の第２冷媒流路を連通させることによって、ヘッダー管を不要とすることができ、デッドスペースをなくすことができ、積層型熱交換器全体をコンパクトにすることができる。
本発明の実施の形態１に係る積層型熱交換器である熱交換器１０の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型熱交換器である熱交換器１０の上面図、Ａ−Ａ断面図及び側面図からなる三面図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型熱交換器である熱交換器１０の伝熱管端部に挿入する蓋８の三面図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型熱交換器である熱交換器１０の構成を示す伝熱管の要部断面図である。 本発明の実施の形態１に係る積層型熱交換器である熱交換器１０の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る積層型熱交換器である熱交換器１０ａの斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る積層型熱交換器である熱交換器１０ａの上面図、Ｂ−Ｂ断面図及び側面図からなる三面図である。 本発明の実施の形態２に係る積層型熱交換器である熱交換器１０ａの製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る積層型熱交換器の伝熱管の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る熱交換器の温熱を利用したヒートポンプシステムの構成図である。 本発明の実施の形態４に係るヒートポンプシステムの別形態の構成図である。 本発明の実施の形態４に係るヒートポンプシステムの別形態の構成図である。 本発明の実施の形態４に係るヒートポンプシステムの別形態の構成図である。
実施の形態１．
（熱交換器１０の構造）
図１は、本発明の実施の形態１に係る積層型熱交換器である熱交換器１０の斜視図であり、図２は、同熱交換器１０の上面図、Ａ−Ａ断面図及び側面図からなる三面図であり、そして、図３は、同熱交換器１０の伝熱管端部に挿入する蓋８の三面図である。以下、図１〜図３を参照しながら、本実施の形態に係る積層型熱交換器である熱交換器１０の構成について説明する。また、以下の説明では、図１の上下左右方向に合わせて説明する。
図１及び図２で示されるように、熱交換器１０は、冷媒が流れる断面が矩形状の冷媒流路を有し、その冷媒流路の冷媒の流通方向に略同一の長さを有し、かつ、冷媒流路の幅方向においても略同一の長さを有した長方形状の複数の第１伝熱管１及び第２伝熱管２が交互に積層された構造を有している。このうち、第１伝熱管１の両側の端部である第１伝熱管端部５を貫通する矩形状の冷媒流路を第１冷媒流路１ａとし、第２伝熱管２の両側の端部である第２伝熱管端部６を貫通する矩形状の冷媒流路を第２冷媒流路２ａとする。この第１伝熱管端部５における第１冷媒流路１ａ、及び、第２伝熱管端部６における第２冷媒流路２ａは、それぞれ蓋８によって塞がれている。この蓋８は、図３で示されるように、蓋８の片側の面に対して垂直に立設された矩形状の伝熱管挿入部８ａを備えている。また、この伝熱管挿入部８ａは、蓋８の長手方向の中心より片側に寄った態様で立設されている。第１伝熱管端部５における第１冷媒流路１ａ、及び、第２伝熱管端部６における第２冷媒流路２ａは、蓋８によって塞がれる際、この伝熱管挿入部８ａが内部に挿入される。このとき、すべての第１伝熱管端部５における第１冷媒流路１ａに挿入される各伝熱管挿入部８ａは、蓋８の長手方向の中心から同一側寄りとなるように挿入される。これに対し、すべての第２伝熱管端部６における第２冷媒流路２ａに挿入される各伝熱管挿入部８ａは、蓋８の長手方向の中心から第１冷媒流路１ａに挿入された伝熱管挿入部８ａとは逆側寄りとなるように挿入される。
なお、第１伝熱管１及び第２伝熱管２を、その冷媒流路の冷媒の流通方向、及び、冷媒流路の幅方向において略同一の長さとしているが、これに限定されるものではなく、異なる長さであってもよい。
また、蓋８及び熱交換器１０は、それぞれ本発明の「閉塞手段」及び「積層型熱交換器」に相当する。また、第２冷媒流路２ａに挿入された伝熱管挿入部８ａ、及び、第１冷媒流路１ａに挿入された伝熱管挿入部８ａは、それぞれ本発明の「第１遮断手段」及び「第２遮断手段」に相当する。
また、図１及び図２で示されるように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造の最上段の伝熱管（図１及び図２においては、第１伝熱管１）の上面には、後述するように、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａに連通する管状の第１ポート３、及び、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａに連通する管状の第２ポート４が、それぞれアルミ−シリコン系等のろう材２１によってろう付けされている。この第１ポート３及び第２ポート４は、冷媒の入口用及び出口用にそれぞれ２つ設置されており、ヒートポンプシステムにおける冷媒回路等に接続される。
なお、図１及び図２で示されるように、伝熱管の積層構造のうち最上段の伝熱管を第１伝熱管１としているが、これに限定されるものではなく、第２伝熱管２を最上段としてもよいのは言うまでもない。
また、図１及び図２で示されるように、伝熱管の積層構造のうち最上段の伝熱管に第１ポート３及び第２ポート４が設置される構成としているが、これに限定されるものではなく、この第１ポート３及び第２ポート４を設置せず、最上段の伝熱管に形成された連通穴を接続ポートとして、ヒートポンプシステムにおける冷媒回路等の配管が直接接続されるものとしてもよい。
次に、図２及び図３を参照しながら、第１ポート３及び積層された第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａが連通する構造、並びに、第２ポート４及び積層された第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａが連通する構造について説明する。図２（ａ）は、本実施の形態に係る熱交換器１０の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、そして、図２（ｃ）は、同熱交換器１０の側面図である。
図２（ｂ）で示されるように、最上段の第１伝熱管１の上面及び下面には、第１連通穴３ａが貫通されており、第１ポート３は、この第１伝熱管１の上面の第１連通穴３ａを介して、第１冷媒流路１ａに連通している。また、第１伝熱管１の下面に形成された第１連通穴３ａは、その第１伝熱管１の直下の第２伝熱管２の上面に貫通して形成された第１連通穴３ｂに連通している。ここで、この第１連通穴３ｂに連通する第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａには、前述した蓋８の伝熱管挿入部８ａが挿入されている。ただし、図３で示されるように、伝熱管挿入部８ａには連通穴８ｂが貫通して形成されており、この連通穴８ｂ、及び、第２伝熱管２の上面の第１連通穴３ｂは連通しており、さらに、これらは第２伝熱管２の下面に貫通して形成された第１連通穴３ｂとも連通している。さらに、この第２伝熱管２の直下の第１伝熱管１には、最上段の第１伝熱管１と同様に、その上面及び下面に第１連通穴３ａが貫通されており、この第１伝熱管１の直上の第２伝熱管２の下面の第１連通穴３ｂは、このうち第１伝熱管１の上面の第１連通穴３ａを介してその第１冷媒流路１ａに連通している。
すなわち、第１ポート３は、最上段の第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａに連通しており、さらにこの第１冷媒流路１ａは、その直下の第２伝熱管２を介して、さらにその下の第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａに連通している。以下、同様の構造を取り、第１ポート３及び各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａは連通した構造を有し、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａとは、蓋８の伝熱管挿入部８ａによって遮断された構造を有している。ただし、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造の最下段の第１伝熱管１（図２（ｂ）における下から二番目の伝熱管）においては、上面のみ第１連通穴３ａが形成されている。このような構造によって、２つの第１ポート３のうち一方から流入した冷媒（以下、第１冷媒という）は、積層構造のうち各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａを流通して、他方の第１ポート３から流出する。
また、最上段の第１伝熱管１の上面及び下面には、第２連通穴４ａが貫通しており、第２ポート４は、この第１伝熱管１の上面の第２連通穴４ａを介して、第１冷媒流路１ａに連通している。ここで、この第２連通穴４ａに連通する第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａには、前述した蓋８の伝熱管挿入部８ａが挿入されている。ただし、図３で示されるように、伝熱管挿入部８ａには連通穴８ｂが貫通して形成されており、この連通穴８ｂ、及び、第１伝熱管１の上面の第２連通穴４ａは連通しており、さらに、これらは第１伝熱管１の下面に貫通して形成された第２連通穴４ａとも連通している。また、この第１伝熱管１の直下の第２伝熱管２には、その上面及び下面に第２連通穴４ｂが貫通されており、この第２伝熱管２の直上の第１伝熱管１の下面の第２連通穴４ａは、このうち第２伝熱管２の上面の第２連通穴４ｂを介して、第２冷媒流路２ａに連通している。さらに、第２伝熱管２の下面に形成された第２連通穴４ｂは、その第２伝熱管２の直下の第１伝熱管１の上面に貫通して形成された第２連通穴４ａに連通している。ここで、上記と同様に、この第２連通穴４ａに連通する第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａには、伝熱管挿入部８ａが挿入されており、この伝熱管挿入部８ａには連通穴８ｂが貫通して形成され、この連通穴８ｂ、及び、第１伝熱管１の上面の第２連通穴４ａは連通しており、さらに、これらは第１伝熱管１の下面に貫通して形成された第２連通穴４ａとも連通している。また、この第１伝熱管１の直下の第２伝熱管２には、その上面及び下面に第２連通穴４ｂが貫通されており、この第２伝熱管２の直上の第１伝熱管１の下面の第２連通穴４ａは、このうちの第２伝熱管２の上面の第２連通穴４ｂを介して、第２冷媒流路２ａに連通している。
すなわち、第２ポート４は、最上段の第１伝熱管１の直下の第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａに連通しており、さらにこの第２冷媒流路２ａは、その直下の第１伝熱管１を介して、さらにその下の第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａに連通している。以下、同様の構造を取り、第２ポート４及び各第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａは連通した構造を有し、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａとは、蓋８の伝熱管挿入部８ａによって遮断された構造を有している。ただし、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造の最下段の第２伝熱管２（図２（ｂ）における最下段の伝熱管）においては、上面のみ第２連通穴４ｂが形成されている。このような構造によって、２つの第２ポート４のうち一方から流入した冷媒（以下、第２冷媒という）は、積層構造のうち各第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａを流通して、他方の第２ポート４から流出する。
なお、図１で示されるように、それぞれ４つの第１伝熱管１及び第２伝熱管２が交互に積層される構造としているが、これに限定されるものではなく、それぞれ４つ以外の個数の第１伝熱管１及び第２伝熱管２が交互に積層される構造としてもよい。
また、積層される第１伝熱管１及び第２伝熱管２の個数は同数に限定されるものではなく、例えば、第１伝熱管１の個数が、第２伝熱管２の個数よりも１つ少なく、又は、１つ多い積層構造としてもよい。
また、図２（ｂ）で示されるように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２それぞれに、断面が矩形状の第１冷媒流路１ａ及び第２冷媒流路２ａを形成しているものとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、楕円状等のその他の形状としてもよい。
また、図３で示されるように、伝熱管挿入部８ａを矩形状としているが、これに限定されるものではなく、連通穴８ｂを形成することができる範囲で、異なる形状としてもよい。
また、図１及び図２で示されるように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の上面は長方形としているが、これに限定されるものではなく、例えば、長方形の四隅をＲ形状としてもよく、平行四辺形等としてもよく、あるいは、ヒートポンプシステム等に搭載される位置によって形状を適宜変更するものとしてもよい。
また、図２で示されるように、第１伝熱管１に形成された第１連通穴３ａ、第２伝熱管２に形成された第１連通穴３ｂ、及び、第２冷媒流路２ａに挿入された伝熱管挿入部８ａの連通穴８ｂは、同一径、かつ、積層方向に同心状に形成されているが、これに限定されるものではなく、同一径ではなく、あるいは、積層方向に同心状でないように形成されてもよく、各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａが連通されるように形成されるものとすればよい。同様に、第１伝熱管１に形成された第２連通穴４ａ、第２伝熱管２に形成された第２連通穴４ｂ、及び、第１冷媒流路１ａに挿入された伝熱管挿入部８ａの連通穴８ｂは、同一径、かつ、積層方向に同心状に形成されているが、これに限定されるものではなく、同一径ではなく、あるいは、積層方向に同心状でないように形成されてもよく、各第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａが連通されるように形成されるものとすればよい。また、上記の各穴は、円形状に限定されるものでもなく、矩形状等のその他の形状で形成されてもよい。
また、連通穴８ｂは、本発明の「挿入部連通穴」に相当する。
（熱交換器１０の製造方法）
図４は、本発明の実施の形態１に係る積層型熱交換器である熱交換器１０の要部断面図であり、図５は、同熱交換器１０の製造方法を示す図である。
図１及び図２で示される本実施の形態の熱交換器１０の第１伝熱管１及び第２伝熱管２は、熱伝導性の良い材質、例えば、アルミ合金、銅又はステンレス等によって構成され、平板をロール成形等で曲げた後、この平板の両端部である継ぎ目を電縫（溶接）して形成したり、円筒をロール成形若しくはプレス成形したり、又は、押し出し成形若しくは引き抜き成形したりすることによって製造される。
また、図４で示される第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造は、互いの当接面において、アルミ−シリコン系等のろう材２１によってろう付けされて接合されている。
また、図５（ａ）で示されるように、第１伝熱管１の両側の第１伝熱管端部５における第１冷媒流路１ａの開口部、及び、第２伝熱管２の両側の第２伝熱管端部６における第２冷媒流路２ａの開口部は、前述したように、それぞれ、蓋８の伝熱管挿入部８ａが挿入され、蓋８によって塞がれる。このとき、伝熱管挿入部８ａは、第１冷媒流路１ａの内面及び第２冷媒流路２ａの内面のそれぞれに、ろう材２１によってろう付けされ、さらに、第１伝熱管端部５及び第２伝熱管端部６と、蓋８との接合面もろう材２１によってろう付けされて接合される。これによって、第１伝熱管端部５及び第２伝熱管端部６から冷媒が漏洩することがない。また、伝熱管挿入部８ａが第１冷媒流路１ａの内面及び第２冷媒流路２ａの内面のそれぞれにろう付けされることによって、第１冷媒流路１ａと第２冷媒流路２ａとは、連通することがなく、第１冷媒流路１ａを流通する第１冷媒と、第２冷媒流路２ａを流通する第２冷媒とが混合されてしまうこともない。
また、図５（ｂ）で示されるように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造の最上段の伝熱管である第１伝熱管１の上面には、管状の第１ポート３及び第２ポート４が、それぞれ２つずつ、ろう材（図示せず）によってろう付けされて設置される。そして、前述したように、第１ポート３は、すべての第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａに連通するように構成され、そして、第２ポート４は、すべての第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａに連通するように構成される。
以上のような方法によって、積層型熱交換器である熱交換器１０が構成される。
（熱交換器１０の熱交換動作）
本実施の形態に係る積層型熱交換器である熱交換器１０は、温熱又は冷熱を利用するヒートポンプシステムに搭載される。例えば、温熱を利用する動作の場合、冷媒回路から流れてきた高温の第１冷媒は、一方の第１ポート３から熱交換器１０内に流入して、各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａを流通し、他方の第１ポート３から流出する。また、利用側回路から流れてきた第２冷媒は、一方の第２ポート４から熱交換器１０内に流入して、各第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａを流通し、他方の第２ポート４から流出する。このとき、第１冷媒及び第２冷媒は、それぞれ第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａ、及び、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａを対向流又は平行流となるように流れて、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の壁面を介して、互いに熱交換が実施される。
なお、本実施の形態に係る熱交換器１０において、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａの流路面積、及び、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａの流路面積は、必ずしも同一である必要はない。第１冷媒と第２冷媒との間に、比熱若しくは密度等の熱物性値、流量、圧力条件、又は、流体の清浄度等について差がある場合には、第１冷媒流路１ａと第２冷媒流路２ａとで流路面積を異なるようにしてもよい。例えば、第１冷媒として二酸化炭素又はフロン系の冷媒を用いて、第２冷媒として十分には水質管理されていない水道水等を用いる場合には、熱交換性能を向上するために、あるいは、冷媒流路内面へのスケール付着による圧力損失の増大を抑制するために、冷媒流路面積は、第２冷媒流路２ａの流路面積を第１冷媒流路１ａの流路面積より大きくするとよい。
（実施の形態１の効果）
特許文献１に記載されている熱交換器は、各伝熱管へ冷媒を分配するヘッダー管によってデッドスペースを有しており、スペース効率を低下させていたが、上記の構成のように、第１ポート３から各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａを連通させ、そして、第２ポート４から各第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａを連通させることによって、ヘッダー管を不要とすることができ、デッドスペースをなくすことができ、熱交換器１０全体をコンパクトにすることができる。
また、特許文献１に記載されている熱交換器は、ヘッダー管に接合された伝熱管を曲げ加工する必要があるが、本実施の形態に係る熱交換器１０における伝熱管（第１伝熱管１及び第２伝熱管２）については、そのような曲げ加工を実施する必要がなく穴加工を施すのみでよいので、工作性に優れている。
また、第１伝熱管１及び第２伝熱管２を交互に積層することによって、第１冷媒と第２冷媒との熱交換効率を向上させることができる。さらに、第１伝熱管１及び第２伝熱管２を、その冷媒流路の冷媒の流通方向、及び、冷媒流路の幅方向において略同一の長さとすることによって、第１冷媒と第２冷媒との熱交換をさらに効果的に実施することができ、かつ、熱交換器１０全体をコンパクトにすることができる。
また、熱交換器１０の積層構造の最上段の伝熱管（図１及び図２においては、第１伝熱管１）の上面において、２つの第１ポート３及び第２ポート４をそれぞれ、対角となる位置、かつ、伝熱管における冷媒流路の端部である蓋８近傍に備えてるので、各第１冷媒流路１ａ及び各第２冷媒流路２ａにおける冷媒が流れる流路長を略最長にすることができ、第１冷媒と第２冷媒との熱交換効率をさらに向上させることができる。
ただし、第１ポート３及び第２ポート４を上記の位置に設置することに限定するものではなく、ヒートポンプシステム等における熱交換器１０の搭載位置によって、第１ポート３及び第２ポート４の位置を適宜変更するものとしてもよく、この場合、第１ポート３については、第２冷媒流路２ａに挿入された伝熱管挿入部８ａにおける連通穴８ｂと連通させ、第２ポート４については、第１冷媒流路１ａに挿入された伝熱管挿入部８ａにおける連通穴８ｂと連通させることが必要である。
さらに、図１及び図２で示されるように、それぞれ２つの第１ポート３及び第２ポート４は、熱交換器１０の積層構造の最上段の伝熱管の上面に設置される構成としているが、これについても限定されるものではない。例えば、２つの第１ポート３のうち一方を積層構造の最上段の伝熱管の上面に設置し、他方を積層構造を最下段の伝熱管の下面に設置するものとしてもよい。これについては、２つの第２ポート４についても同様である。また、第１ポート３及び第２ポート４を同一面に設置するものとしなくてもよい。例えば、２つの第１ポート３を積層構造の最上段の伝熱管の上面に設置し、そして、２つの第２ポート４を積層構造の最下段の伝熱管の下面に設置するものとしてもよい。
また、伝熱管挿入部８ａが第１冷媒流路１ａの内面及び第２冷媒流路２ａの内面のそれぞれにろう付けされることによって、第１冷媒流路１ａと第２冷媒流路２ａとは、遮断されて連通することがなく、第１冷媒流路１ａを流通する第１冷媒と、第２冷媒流路２ａを流通する第２冷媒とが混合されることを防止することができる。
実施の形態２．
（熱交換器１０ａの構造）
図６は、本発明の実施の形態２に係る積層型熱交換器である熱交換器１０ａの斜視図であり、図７は、同熱交換器１０ａの上面図、Ｂ−Ｂ断面図及び側面図からなる三面図である。以下、図６及び図７を参照しながら、本実施の形態に係る積層型熱交換器である熱交換器１０ａの構成について、実施の形態１に係る熱交換器１０の構成と相違する点を中心に説明する。
図６及び図７で示されるように、熱交換器１０ａは、冷媒が流れる断面が矩形状の冷媒流路を有し、その冷媒流路の冷媒の流通方向に同一の長さを有し、かつ、冷媒流路の幅方向においても略同一の長さを有した長方形状の複数の第１伝熱管１及び第２伝熱管２が交互に積層された構造を有している。このうち、第１伝熱管１の両側の端部である第１伝熱管端部５を貫通する矩形状の冷媒流路を第１冷媒流路１ａとし、第２伝熱管２の両側の端部である第２伝熱管端部６を貫通する矩形状の冷媒流路を第２冷媒流路２ａとする。
なお、第１伝熱管１及び第２伝熱管２を、その冷媒流路の冷媒の流通方向、及び、冷媒流路の幅方向において略同一の長さとしているが、これに限定されるものではなく、異なる長さであってもよい。
また、熱交換器１０ａは、本発明の「積層型熱交換器」に相当する。
第１伝熱管１は、第１伝熱管端部５から内部に向かって所定長さの領域において、第１冷媒流路１ａの貫通方向から見て、その長手方向の一端部から他端側に至る途中までの部分を、図６における上下方向から押し潰して形成された押し潰し部９ａを有する。この押し潰し部９ａによって、第１冷媒流路１ａの開口部の一部が塞がれる。また、押し潰し部９ａが形成された第１伝熱管端部５の反対側の第１伝熱管端部５においても、同様に、押し潰し部９ａが形成され、この際、２つの押し潰し部９ａは第１伝熱管１の上面から見て対角の位置となるように形成される。また、第１伝熱管１の２つの押し潰し部９ａに挟まれた中央部は、第１伝熱管１の内部の第１冷媒流路１ａが押し潰されて消失しない程度に、図６における上下方向から押し潰され、これによって、押し潰し部９ａを形成する際に押し潰されなかった他端側の部分が、上記の中央部よりも盛り上がった形状の盛り上がり部９ｂが形成される。この盛り上がり部９ｂは、２つの押し潰し部９ａに対応して２つ形成され、第１伝熱管１の上面から見て対角の位置となるように形成される。また、第２伝熱管２についても同様に、両側の第２伝熱管端部６について、それぞれ押し潰し部９ｃ及び盛り上がり部９ｄが形成されている。また、上記のように、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａの開口部の一部は、押し潰し部９ａによって塞がれているが、盛り上がり部９ｂの部分は開口しており、この内部には、第１冷媒流路１ａに連通した、第１冷媒補助流路１ｂが形成されている。同様に、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａの開口部の一部は、押し潰し部９ｃによって塞がれているが、盛り上がり部９ｄの部分は開口しており、この内部には、第２冷媒流路２ａに連通した、第２冷媒補助流路２ｂが形成されている。
また、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造は、第１伝熱管１の押し潰し部９ａ及び第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄが重なるように、かつ、第１伝熱管１の盛り上がり部９ｂ及び第２伝熱管２の押し潰し部９ｃが重なるようにして積層して構成される。この際、押し潰し部９ａ及び盛り上がり部９ｄは、ろう材２１によってろう付けされ、同様に、盛り上がり部９ｂ及び押し潰し部９ｃも、ろう材２１によってろう付けされる。
また、図６及び図７で示されるように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造の最上段の伝熱管（図６及び図７においては、第１伝熱管１）の両側の端部（図６及び図７においては、第１伝熱管端部５）に形成された盛り上がり部９ｂの上面には、後述するように、第１冷媒補助流路１ｂに連通する管状の第１ポート３、そして、押し潰し部９ａの上面には、後述するように、第２冷媒補助流路２ｂに連通する管状の第２ポート４が、それぞれろう材２１によってろう付けされている。この第１ポート３及び第２ポート４は、冷媒の入口用及び出口用に、上記のようにそれぞれ２つ設置されており、ヒートポンプシステムにおける冷媒回路等に接続される。
次に、図６及び図７を参照しながら、第１ポート３及び積層された第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａが連通する構造、並びに、第２ポート４及び積層された第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａが連通する構造について説明する。図７（ａ）は、本実施の形態に係る熱交換器１０ａの上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図であり、そして、図７（ｃ）は、同熱交換器１０ａの側面図である。
図７（ｂ）で示されるように、最上段の第１伝熱管１に形成された盛り上がり部９ｂの上面及び下面には、第１連通穴３ｃが貫通されており、第１ポート３は、この盛り上がり部９ｂの上面の第１連通穴３ｃを介して、盛り上がり部９ｂの内部に形成された第１冷媒補助流路１ｂに連通している。この第１冷媒補助流路１ｂは、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａに連通している。また、盛り上がり部９ｂの下面に形成された第１連通穴３ｃは、第１伝熱管１の直下の第２伝熱管２において、盛り上がり部９ｂの直下に位置する押し潰し部９ｃに貫通して形成された第１連通穴３ｄに連通している。ここで、この押し潰し部９ｃは、前述のように、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａの開口部の一部を塞いでおり、第１連通穴３ｄは、第２冷媒流路２ａには連通していない。さらに、この第２伝熱管２の直下の第１伝熱管１において、押し潰し部９ｃの直下に位置する盛り上がり部９ｂも、最上段の第１伝熱管１に形成された盛り上がり部９ｂと同様に、その上面及び下面に第１連通穴３ｃが貫通されており、上記の第１連通穴３ｄは、このうちの盛り上がり部９ｂの上面の第１連通穴３ｃを介して、その内部に形成された第１冷媒補助流路１ｂに連通し、さらに、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａに連通している。
すなわち、第１ポート３は、最上段の第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａに連通しており、さらにこの第１冷媒流路１ａは、その直下の第２伝熱管２を介して、さらにその下の第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａに連通している。以下、同様の構造を取り、第１ポート３及び各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａは連通した構造を有し、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａとは、この第２伝熱管２に形成された押し潰し部９ｃによって遮断された構造を有している。ただし、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造の最下段の第１伝熱管１（図７（ｂ）における下から二番目の伝熱管）の押し潰し部９ａにおいては、上面のみ第１連通穴３ｃが形成されている。このような構造によって、２つの第１ポート３のうち一方から流入した第１冷媒は、積層構造のうち各第１伝熱管１の第１冷媒補助流路１ｂ及び第１冷媒流路１ａを流通して、他方の第１ポート３から流出する。
また、最上段の第１伝熱管１に形成された押し潰し部９ａには、第２連通穴４ｃが貫通されており、第２ポート４は、この第２連通穴４ｃに連通している。また、この第１伝熱管１の直下の第２伝熱管２において、押し潰し部９ａの直下に位置する盛り上がり部９ｄには、その上面及び下面に第２連通穴４ｄが形成されており、この第２伝熱管２の直上の第１伝熱管１に形成された押し潰し部９ａの第２連通穴４ｃは、このうちの盛り上がり部９ｄの上面の第２連通穴４ｄを介して、その内部に形成された第２冷媒補助流路２ｂに連通している。この、第２冷媒補助流路２ｂは、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａに連通している。また、盛り上がり部９ｄの下面に形成された第２連通穴４ｄは、第２伝熱管２の直下の第１伝熱管１において、盛り上がり部９ｄの直下に位置する押し潰し部９ａに貫通して形成された第２連通穴４ｃに連通している。さらに、この第１伝熱管１の直下の第２伝熱管２において、押し潰し部９ａの直下に位置する盛り上がり部９ｄには、その上面及び下面に第２連通穴４ｄが貫通されており、上記の第２連通穴４ｃは、このうちの盛り上がり部９ｄの上面の第２連通穴４ｄを介して、その内部に形成された第２冷媒補助流路２ｂに連通し、さらに、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａに連通している。
すなわち、第２ポート４は、最上段の第１伝熱管１の直下の第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａに連通しており、さらにこの第２冷媒流路２ａは、その直下の第１伝熱管１を介して、さらにその下の第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａに連通している。以下、同様の構造を取り、第２ポート４及び各第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａは連通した構造を有し、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａとは、この第１伝熱管１に形成された押し潰し部９ａによって遮断された構造を有している。ただし、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造の最下段の第２伝熱管２（図７（ｂ）における最下段の伝熱管）に押し潰し部９ｃにおいては、上面のみ第２連通穴４ｄが形成されている。このような構造によって、２つの第２ポート４のうち一方から流入した第２冷媒は、積層構造のうち各第２伝熱管２の第２冷媒補助流路２ｂ及び第２冷媒流路２ａを流通して、他方の第２ポート４から流出する。
なお、図６及び図７（ｂ）で示されるように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２それぞれに、断面が矩形状の第１冷媒補助流路１ｂ及び第２冷媒補助流路２ｂを形成しているものとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、楕円状等のその他の形状としてもよい。
また、図７で示されるように、盛り上がり部９ｂに形成された第１連通穴３ｃ、及び、押し潰し部９ｃに形成された第１連通穴３ｄは、同一径、かつ、積層方向に同心状に形成されているが、これに限定されるものではなく、同一径ではなく、あるいは、積層方向に同心状でないように形成されてもよく、各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａが連通されるように形成されるものとすればよい。同様に、押し潰し部９ａに形成された第２連通穴４ｃ、及び、盛り上がり部９ｄに形成された第２連通穴４ｄは、同一径、かつ、積層方向に同心状に形成されているが、これに限定されるものではなく、同一径ではなく、あるいは、積層方向に同心状でないように形成されてもよく、各第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａが連通されるように形成されるものとすればよい。また、上記の各穴は、円形状に限定されるものではなく、矩形状等のその他の形状で形成されてもよい。
（熱交換器１０ａの製造方法）
図８は、本発明の実施の形態２に係る積層型熱交換器である熱交換器１０ａの製造方法を示す図である。
図８で示される本実施の形態の熱交換器１０ａの第１伝熱管１及び第２伝熱管２は、熱伝導性の良い材質、例えば、アルミ合金、銅又はステンレス等によって構成され、平板をロール成形等で曲げた後、この平板の両端部である継ぎ目を電縫（溶接）して形成したり、円筒をロール成形若しくはプレス成形したり、又は、押し出し成形若しくは引き抜き成形したりすることによって製造される。
次に、第１伝熱管１の第１伝熱管端部５から内部に向かって所定長さの領域において、第１冷媒流路１ａの貫通方向から見て、その長手方向の一端部から他端側に至る途中までの部分を、図８における上下方向から押し潰して、押し潰し部９ａが形成される。この押し潰し部９ａによって、第１冷媒流路１ａの開口部の一部が塞がれる。また、押し潰し部９ａが形成された第１伝熱管端部５の反対側の第１伝熱管端部５においても、同様に、押し潰し部９ａを形成し、この際、２つの押し潰し部９ａは第１伝熱管１の上面から見て対角の位置となるように形成される。
次に、第１伝熱管１の２つの押し潰し部９ａに挟まれた中央部を、第１伝熱管１の内部の第１冷媒流路１ａが押し潰されて消失しない程度に、図８における上下方向から押し潰し、この結果、押し潰し部９ａを形成する際に押し潰されなかった他端側の部分が、上記の中央部よりも盛り上がった形状の盛り上がり部９ｂが形成される。この盛り上がり部９ｂは、２つの押し潰し部９ａに対応して２つ形成され、第１伝熱管１の上面から見て対角の位置となるように形成される。
そして、第２伝熱管２についても同様に、両側の第２伝熱管端部６について、それぞれ押し潰し部９ａに相当する押し潰し部９ｃ、及び、盛り上がり部９ｂに相当する盛り上がり部９ｄが形成される。
この段階で、押し潰し部９ａが、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａの開口部の一部を塞いでいるのに対し、盛り上がり部９ｂの部分は開口しており、この内部には、第１冷媒流路１ａに連通する第１冷媒補助流路１ｂが形成される。また、同様に、押し潰し部９ｃが、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａの開口部の一部を塞いでいるのに対し、盛り上がり部９ｄの部分は開口しており、この内部には、第２冷媒流路２ａに連通する第２冷媒補助流路２ｂが形成される。
次に、上記のように、第１伝熱管１については押し潰し部９ａ及び盛り上がり部９ｂが形成された状態において、そして、第２伝熱管２については押し潰し部９ｃ及び盛り上がり部９ｄが形成された状態において、第１伝熱管１及び第２伝熱管２について、次のように積層構造が形成される。すなわち、第１伝熱管１の押し潰し部９ａ及び第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄが重なるように、かつ、第１伝熱管１の盛り上がり部９ｂ及び第２伝熱管２の押し潰し部９ｃが重なるようにして積層される。この際、第１伝熱管１及び第２伝熱管２のそれぞれの中央部を互いにろう材２１によってろう付けされて接合する。そして、押し潰し部９ａ及び盛り上がり部９ｄについては、ろう材２１によってろう付けし、同様に、盛り上がり部９ｂ及び押し潰し部９ｃも、ろう材２１によってろう付けして、それぞれ接合される。
なお、前述のように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２のそれぞれの中央部を互いに接合した際に、押し潰し部９ａと盛り上がり部９ｄとの間、又は、盛り上がり部９ｂと押し潰し部９ｃとの間に、隙間が存在する場合は、その隙間にろう材２１を充填してろう付けするものとすればよい。同様に、押し潰し部９ａ及び盛り上がり部９ｄ、並びに、盛り上がり部９ｂ及び押し潰し部９ｃを接合した際に、第１伝熱管１の中央部と第２伝熱管２の中央部との間に、隙間が存在する場合は、その隙間にろう材２１を充填してろう付けするものとすればよい。
また、図８（ａ）で示されるように、第１伝熱管１の盛り上がり部９ｂの開口部、及び、第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄの開口部は、それぞれ蓋１３によって塞がれる。この蓋１３は、図８（ａ）で示されるように、蓋１３の片側の面に対して垂直に立設された直方体状の伝熱管挿入部１３ａを備えている。上記のように、第１伝熱管１の盛り上がり部９ｂの開口部、及び、第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄの開口部が、それぞれ蓋１３によって塞がれる際、それぞれの開口部に蓋１３の伝熱管挿入部１３ａが挿入され、ろう材２１によってそれぞれの開口部に蓋１３が接合されて塞がれる。これによって、盛り上がり部９ｂ及び盛り上がり部９ｄの開口部から冷媒が漏洩することがなくなる。
また、図８（ｂ）で示されるように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造の最上段の伝熱管である第１伝熱管１のそれぞれの盛り上がり部９ｂの上面には、管状の第１ポート３がろう材（図示せず）によってろう付けされ、第１伝熱管１のそれぞれの押し潰し部９ａの上面には、管状の第２ポート４がろう材によってろう付けされて設置される。そして、前述したように、第１ポート３は、すべての第１伝熱管１の第１冷媒補助流路１ｂ及び第１冷媒流路１ａに連通するように構成され、そして、第２ポート４は、すべての第２伝熱管２の第２冷媒補助流路２ｂ及び第２冷媒流路２ａに連通するように構成される。
以上のような方法によって、積層型熱交換器である熱交換器１０ａが構成される。
なお、第１伝熱管１の盛り上がり部９ｂについて、第１伝熱管１の２つの押し潰し部９ａに挟まれた中央部を、第１伝熱管１の内部の第１冷媒流路１ａが押し潰されて消失しない程度に、図８における上下方向から押し潰すことによって形成されるものとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、押し潰し部９ａを形成した際に、塞がれなかった第１伝熱管端部５における第１冷媒流路１ａの開口部を内部から外側に向かって拡張させることによって、盛り上がり部９ｂを形成するものとしてもよい。また、第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄの形成についても同様である。
また、図８（ａ）で示されるように、第１伝熱管１について、２つの押し潰し部９ａに挟まれた中央部よりも、上下方向に盛り上がった形状で盛り上がり部９ｂが形成されているが、これに限定されるものではない。すなわち、第１伝熱管１の中央部よりも、盛り上がり部９ｂが上下方向に盛り上るように形成しなくてもよく、その中央部の上面及び下面が、それぞれ盛り上がり部９ｂの上面及び下面と略面一となるように形成するものとしてもよい。これは、第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄの形成についても同様である。このとき、第１伝熱管１及び第２伝熱管２を積層させる場合、押し潰し部９ａと盛り上がり部９ｄとの間、及び、盛り上がり部９ｂと押し潰し部９ｃとの間には隙間が生じるが、その隙間にろう材２１を充填させることによって、それぞれ接合するものとすればよい。
また、図８（ａ）で示されるように、第１伝熱管１の盛り上がり部９ｂの開口部、及び、第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄの開口部を、蓋１３によって塞ぐ構成としているが、これに限定されるものではない。すなわち、盛り上がり部９ｂの開口部の端部を、盛り上がり部９ｂ内部の第１冷媒補助流路１ｂが消失しない程度に、押し潰して塞がれる構成としてもよい。これは、第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄの開口部についても同様である。これによって、蓋１３が不要となり、部品点数を減らし、熱交換器１０ａを軽量化することができる。
また、蓋１３は、本発明の「閉塞手段」に相当する。
（熱交換器１０ａの熱交換動作）
本実施の形態に係る積層型熱交換器である熱交換器１０ａは、温熱又は冷熱を利用するヒートポンプシステムに搭載される。例えば、温熱を利用する動作の場合、冷媒回路から流れてきた高温の第１冷媒は、一方の第１ポート３から熱交換器１０ａ内に流入して、各第１伝熱管１の盛り上がり部９ｂ内部の第１冷媒補助流路１ｂに流入し、そして、各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａ、及び、他方の盛り上がり部９ｂ内部の第１冷媒補助流路１ｂを流通して、他方の第１ポート３から流出する。また、利用側回路から流れてきた第２冷媒は、一方の第２ポート４から熱交換器１０ａ内に流入して、各第２伝熱管２の盛り上がり部９ｄ内部の第２冷媒補助流路２ｂに流入し、そして、各第２冷媒流路２ａ、及び、他方の盛り上がり部９ｄ内部の第２冷媒補助流路２ｂを流通して、他方の第２ポート４から流出する。このとき、第１冷媒及び第２冷媒は、それぞれ第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａ、及び、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａを対向流又は平行流となるように流れて、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の壁面を介して、互いに熱交換が実施される。
（実施の形態２の効果）
特許文献１に記載されている熱交換器は、各伝熱管へ冷媒を分配するヘッダー管によってデッドスペースを有しており、スペース効率を低下させていたが、上記の構成のように、第１ポート３から各第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａを連通させ、そして、第２ポート４から各第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａを連通させることによって、ヘッダー管を不要とすることができ、デッドスペースを削減することができ、熱交換器１０ａ全体をコンパクトにすることができる。
また、第１伝熱管１及び第２伝熱管２を交互に積層することによって、第１冷媒と第２冷媒との熱交換効率を向上させることができる。さらに、第１伝熱管１及び第２伝熱管２を、その冷媒流路の冷媒の流通方向、及び、冷媒流路の幅方向において略同一の長さとすることによって、第１冷媒と第２冷媒との熱交換をさらに効果的に実施することができ、かつ、熱交換器１０ａ全体をコンパクトにすることができる。
また、熱交換器１０ａの積層構造の最上段の伝熱管（図６及び図７においては、第１伝熱管１）において、２つの第１ポート３については、対角位置となるように構成された盛り上がり部９ｂの上面に設置し、２つの第２ポート４については、対角位置となるように構成された押し潰し部９ａの上面に設置しているので、各第１冷媒流路１ａ及び各第２冷媒流路２ａにおける冷媒が流れる流路長を略最長にすることができ、第１冷媒と第２冷媒との熱交換効率をさらに向上させることができる。
ただし、第１ポート３及び第２ポート４を上記の位置に設置することに限定するものではなく、ヒートポンプシステム等における熱交換器１０ａの搭載位置によって、第１ポート３及び第２ポート４の位置を適宜変更するものとしてもよい。
また、図６及び図７で示されるように、それぞれ２つの第１ポート３及び第２ポート４は、熱交換器１０ａの積層構造の最上段の伝熱管の上面に設置される構成としているが、これについても限定されるものではない。例えば、２つの第１ポート３のうち一方を積層構造の最上段の伝熱管の上面に設置し、他方を積層構造を最下段の伝熱管の下面に設置するものとしてもよい。これについては、２つの第２ポート４についても同様である。また、第１ポート３及び第２ポート４を同一面に設置するものとしなくてもよい。例えば、２つの第１ポート３を積層構造の最上段の伝熱管の上面に設置し、そして、２つの第２ポート４を積層構造の最下段の伝熱管の下面に設置するものとしてもよい。
また、第１伝熱管１の第１冷媒流路１ａの開口部については押し潰し部９ａ、そして、第２伝熱管２の第２冷媒流路２ａの開口部については押し潰し部９ｃが形成されることによって、第１冷媒流路１ａと第２冷媒流路２ａとは、遮断されて連通することがなく、第１冷媒流路１ａを流通する第１冷媒と、第２冷媒流路２ａを流通する第２冷媒とが混合されることを防止することができる。
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る積層型熱交換器の伝熱管の断面図である。以下、図９を参照しながら、本実施の形態に係る積層型熱交換器の伝熱管の構成について説明する。
図９（ａ）〜図９（ｄ）で示される伝熱管は何れもその断面が扁平形状を呈している。図９（ａ）で示される伝熱管１４ａは、その断面を長方形状とし、その内部の冷媒流路の断面形状も長方形状となっている。また、図９（ｂ）で示される伝熱管１４ｂは、その断面が長手方向における両端部をＲ形状とし、その内部の冷媒流路の断面形状も同様の形状となっている。この伝熱管１４ａ及び伝熱管１４ｂはいずれも上面及び下面が平面となっており、積層構造とする場合に、互いに密着して接合することができるので、熱交換効率を向上させることができる。
また、図９（ｃ）で示される伝熱管１４ｃは、その断面が長手方向における両端部をＲ形状とし、その内部の冷媒流路の断面形状も同様の形状となっている。ただし、伝熱管１４ｂとは異なり、その冷媒流路である内壁面には、伝熱管１４ｃの一方の開口部から他方の開口部に向かう方向に、直線状の溝１５が複数形成されている。この溝１５が形成されることによって、伝熱管１４ｃの内壁面の面積が増大し、隣接した伝熱管に流れる冷媒との熱交換効率を向上させることができる。また、前述したように、溝１５の方向を伝熱管１４ｃの一方の開口部から他方の開口部に向かう方向となるようにすることによって、冷媒の圧力損失を低減することができる。また、前述した、伝熱管１４ａ及び伝熱管１４ｂの効果も有することは言うまでもない。
なお、前述したように、伝熱管１４ｃの冷媒流路の内壁面には、一方の開口部から他方の開口部に向かう方向に、溝１５が形成されているものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、溝１５は、波線状又は斜線状に形成されるものとしてもよい。これによって、伝熱管１４ｃの内壁面の面積が増大し、隣接した伝熱管に流れる冷媒との熱交換効率を向上させることができると共に、冷媒の流れに乱流を発生させることができ、熱交換効率を向上させることができる。
そして、図９（ｄ）で示される伝熱管１４ｄは、その断面が長手方向における両端部をＲ形状とし、その内部の冷媒流路の断面形状も同様の形状となっている。ただし、伝熱管１４ｂとは異なり、その内部である冷媒流路に波形プレート１６を挿入している。また、この波形プレート１６の波形状における稜線方向が、伝熱管１４ｄの一方の開口部から他方の開口部に向かう方向となるように、波形プレート１６を設置している。また、波形プレート１６の波形状における各凸部は、伝熱管１４ｄの内壁面に当接している。この波形プレート１６を挿入することによって、冷媒流路を流通する冷媒が内壁面に接することに加え、波形プレート１６にも接することによって、その波形プレート１６を介して内壁面に温熱又は冷熱が伝達するので、伝熱管１４ｃのように内壁面の面積が増大したことによる効果と同様の効果、すなわち、隣接した伝熱管に流れる冷媒との熱交換効率が向上する効果を有する。また、前述した、伝熱管１４ａ及び伝熱管１４ｂの効果も有することは言うまでもない。
以上の図９で示される伝熱管１４ａ〜伝熱管１４ｄのいずれかを、実施の形態１に係る熱交換器１０又は実施の形態２に係る熱交換器１０ａにおける第１伝熱管１及び第２伝熱管２として適用するものとし、これによって、以下のような効果を得ることができる。また、図９で示される１４ａ〜伝熱管１４ｄのいずれかを、実施の形態１に係る熱交換器１０又は実施の形態２に係る熱交換器１０ａにおける第１伝熱管１及び第２伝熱管２として適用して構成された熱交換器１０及び熱交換器１０ａを総称して熱交換器１０ｂというものとする。
なお、熱交換器１０ｂは、本発明の「積層型熱交換器」に相当する。
（実施の形態３の効果）
図９で示される伝熱管１４ａ〜伝熱管１４ｄは、いずれも上面及び下面が平面となっており、積層構造とする場合に、互いに密着して接合することができるので、熱交換効率を向上させることができる。
また、図９（ｃ）で示されるように、伝熱管１４ｃの冷媒流路の内壁面に溝１５が形成されることによって、伝熱管１４ｃの内壁面の面積が増大し、隣接した伝熱管に流れる冷媒との熱交換効率を向上させることができる。また、この溝１５の方向を伝熱管１４ｃの一方の開口部から他方の開口部に向かう方向となるようにすることによって、冷媒の圧力損失を低減することができる。また、溝１５を波線状又は斜線状に形成されるものとした場合、伝熱管１４ｃの内壁面の面積が増大し、隣接した伝熱管に流れる冷媒との熱交換効率を向上させることができると共に、冷媒の流れに乱流を発生させることができ、熱交換効率を向上させることができる。
また、図９（ｄ）で示されるように、伝熱管１４ｄの内部である冷媒流路に波形プレート１６を挿入することによって、冷媒流路を流通する冷媒が内壁面に接することに加え、波形プレート１６にも接することによって、その波形プレート１６を介して内壁面に温熱又は冷熱が伝達するので、隣接した伝熱管に流れる冷媒との熱交換効率が向上する効果を有する。
実施の形態４．
（ヒートポンプシステムの構成）
図１０は、本発明の実施の形態４に係る熱交換器の温熱を利用したヒートポンプシステムの構成図である。以下、図１０を参照しながら、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を実施する積層型熱交換器としての実施の形態１に係る熱交換器１０を搭載した構成について説明する。
図１０で示されるように、本実施の形態に係るヒートポンプシステムは、第１冷媒が流通する第１冷媒回路１００、第２冷媒が流通する第２冷媒回路１０１、及び、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を実施する熱交換器１０を備えた構成となっている。
第１冷媒回路１００は、圧縮機３１、熱交換器１０、膨張弁３３及び室外熱交換器３４が順に冷媒配管によって接続されて構成されている。また、室外熱交換器３４の近傍には、室外熱交換器３４に外気を送り、その外気と室外熱交換器３４内を流通する第１冷媒との熱交換を実施させるためのファン３９が設置されている。この第１冷媒回路１００には、第１冷媒として、例えば、Ｒ４１０Ａ、その他のフロン系冷媒、又は、二酸化炭素若しくは炭化水素等の自然冷媒等を用いるものとすればよい。
第２冷媒回路１０１は、ポンプ３６、利用側熱交換器３５及び熱交換器１０が順に冷媒配管によって接続されて構成されている。このうち、利用側熱交換器３５は、ラジエーター又は床暖房ヒーター等として用いられる。また、この第２冷媒回路１０１には、第２冷媒として、例えば、フロン系冷媒、二酸化炭素若しくは炭化水素等の自然冷媒、又は、水道水、蒸留水若しくはブライン等を用いるものとすればよい。
なお、室外熱交換器３４は、本発明の「熱源側熱交換器」に相当する。
（ヒートポンプシステムの動作）
次に、図１０を参照しながら、本実施の形態に係るヒートポンプシステムの動作について説明する。第１冷媒回路１００において、圧縮機３１によって圧縮され吐出された高温高圧のガス状態の第１冷媒は、熱交換器１０へ流入する。熱交換器１０へ流入した第１冷媒は、熱交換器１０内部において、この第１冷媒に対して対向流又は平行流となるように流れる第２冷媒と熱交換を実施し、第２冷媒に対して放熱して、熱交換器１０から流出する。熱交換器１０から流出した第１冷媒は、膨張弁３３に流れ込み、この膨張弁３３によって膨張及び減圧され、低温低圧の第１冷媒となる。この低温低圧の第１冷媒は、室外熱交換器３４に流入し、ファン３９の回転駆動によって送られてくる外気と熱交換を実施し、低温低圧のガス状態の第１冷媒となって、室外熱交換器３４から流出する。この室外熱交換器３４から流出したガス状態の第１冷媒は、圧縮機３１に流入し、再び、圧縮される。
一方、第２冷媒回路１０１において、熱交換器１０に流入した第２冷媒は、熱交換器１０内部において、この第２冷媒に対して対向流又は平行流となるように流れる第１冷媒と熱交換を実施し、第１冷媒によって加熱され、熱交換器１０から流出する。熱交換器１０から流出した第２冷媒は、ポンプ３６によって第２冷媒回路１０１を循環し、利用側熱交換器３５へ流入する。利用側熱交換器３５へ流入した第２冷媒は、外部に放熱し、利用側熱交換器３５から流出する。利用側熱交換器３５から流出した第２冷媒は、再び、熱交換器１０に流入して加熱される。
ここで、第２冷媒回路１０１を流通する第２冷媒として、水を使用する場合、熱交換器１０における第２伝熱管２及び第２ポート４を耐食性材で形成する等、熱交換器１０において水と接液する部分は水に対する耐食性を有するように構成するのが望ましい。
なお、図１０で示されるヒートポンプシステムは、実施の形態１に係る熱交換器１０が搭載される構成としたが、これに限定されるものではなく、実施の形態２に係る熱交換器１０ａ又は実施の形態３に係る熱交換器１０ｂが搭載される構成としてもよい。
（実施の形態４の効果）
以上の構成のように、第１伝熱管１及び第２伝熱管２の積層構造を有する熱交換器１０、熱交換器１０ａ又は熱交換器１０ｂを搭載することによって、第１冷媒と第２冷媒との熱交換効率を向上させたヒートポンプシステムを得ることができる。
さらに、実施の形態１〜実施の形態３において説明した効果を有するのは言うまでもない。
なお、本実施の形態に係るヒートポンプシステムは、図１０で示される構成に限定されるものではなく、例えば、以下の図１１〜図１３で示されるヒートポンプシステムの構成としてもよい。
まず、図１１は、本実施の形態に係るヒートポンプシステムの別形態の構成図であり、図１０で示されるヒートポンプシステムと同様に熱交換器の温熱を利用するものである。

図１１で示されるヒートポンプシステムは、図１０で示されるヒートポンプシステムにおける利用側熱交換器３５をタンク３８内に設置したものであり、その他の構成は、図１０で示されるヒートポンプシステムと同様である。熱交換器１０において加熱された第２冷媒が、利用側熱交換器３５を流通することによって、タンク３８内の水を加熱して取水することができる構成となっている。
この図１１で示されるヒートポンプシステム、及び、前述した図１０で示されるヒートポンプシステムのように、熱交換器１０の温熱を利用して、利用側熱交換器３５を暖房動作又は給湯動作に適用することによって、従来のボイラーを熱源とした暖房又は給湯システムと比較して省エネ効果を向上させることができる。
また、図１２は、本実施の形態に係るヒートポンプシステムの別形態の構成図であり、熱交換器の冷熱を利用するものである。
図１２で示されるヒートポンプシステムは、図１０で示されるヒートポンプシステムにおいて、圧縮機３１の吸入口と吐出口とを逆にし、第１冷媒回路１００における冷媒の流通方向を逆方向となるように構成したものである。また、利用側熱交換器３５は、冷房システムを構成するために、空気熱交換器又は冷水パネルとして用いられる。その他の構成は、図１０で示されるヒートポンプシステムと同様である。
この図１２で示されるヒートポンプシステムにおいては、まず、第１冷媒回路１００において、圧縮機３１によって圧縮され吐出された高温高圧のガス状態の第１冷媒が、室外熱交換器３４へ流入する。室外熱交換器３４へ流入した第１冷媒は、ファン３９の回転駆動によって送られてくる外気と熱交換を実施し、外気に対して放熱し、室外熱交換器３４から流出する。室外熱交換器３４から流出した第１冷媒は、膨張弁３３に流れ込み、この膨張弁３３によって膨張及び減圧され、低温低圧の第１冷媒となる。この低温低圧の第１冷媒は、熱交換器１０へ流入し、熱交換器１０内部において、この第１冷媒に対して対向流又は平行流となるように流れる第２冷媒と熱交換を実施し、第２冷媒から吸熱して、低温低圧のガス状態の第１冷媒となって、熱交換器１０から流出する。この熱交換器１０から流出したガス状態の第１冷媒は、圧縮機３１に流入し、再び、圧縮される。
そして、第２冷媒回路１０１において、熱交換器１０に流入した第２冷媒は、熱交換器１０内部において、この第２冷媒に対して対向流又は平行流となるように流れる第１冷媒と熱交換を実施し、第１冷媒によって冷却され、熱交換器１０から流出する。熱交換器１０から流出した第２冷媒は、ポンプ３６によって第２冷媒回路１０１を循環し、利用側熱交換器３５へ流入する。利用側熱交換器３５へ流入した第２冷媒は、外気等を冷却し、利用側熱交換器３５から流出する。利用側熱交換器３５から流出した第２冷媒は、再び、熱交換器１０に流入して冷却される。
なお、この図１２で示されるヒートポンプシステムに対して、図１１で示されるヒートポンプシステムと同様に、タンク３８を設置し、このタンク３８に利用側熱交換器３５を設置する構成としてもよい。この場合、利用側熱交換器３５によってタンク３８内の水を冷却して取水する構成とすることができる。
そして、図１３は、本実施の形態に係るヒートポンプシステムの別形態の構成図であり、熱交換器による温熱又は冷熱を利用するものである。
図１３で示されるヒートポンプシステムは、図１０で示されるヒートポンプシステムにおける第１冷媒回路１００に四方弁３２を追加したものである。具体的には、第１冷媒回路１００は、圧縮機３１、四方弁３２、熱交換器１０、膨張弁３３、室外熱交換器３４、四方弁３２、そして、圧縮機３１という順に冷媒配管によって接続されたものである。その他の構成は、図１０で示されるヒートポンプシステムと同様である。このような構成において、四方弁３２の流路を切り替えることによって、図１０で示されるヒートポンプシステムのように熱交換器１０の温熱を利用し、あるいは、図１２で示されるヒートポンプシステムのように熱交換器１０の冷熱を利用することができる。
なお、この図１３で示されるヒートポンプシステムに対して、図１１で示されるヒートポンプシステムと同様に、タンク３８を設置し、このタンク３８に利用側熱交換器３５を設置する構成としてもよい。この場合、四方弁３２の流路を切り替えることによって、熱交換器１０において加熱された第２冷媒を利用側熱交換器３５を流通させてタンク３８内の水を加熱して取水することができる構成とし、あるいは、熱交換器１０において冷却された第２冷媒を利用側熱交換器３５を流通させてタンク３８内の水を冷却して取水することができる構成とすることができる。
なお、図１１〜図１３で示されるヒートポンプシステムは、実施の形態１に係る熱交換器１０が搭載される構成としたが、これに限定されるものではなく、実施の形態２に係る熱交換器１０ａ又は実施の形態３に係る熱交換器１０ｂが搭載される構成としてもよい。
１ 第１伝熱管、１ａ 第１冷媒流路、１ｂ 第１冷媒補助流路、２ 第２伝熱管、２ａ 第２冷媒流路、２ｂ 第２冷媒補助流路、３ 第１ポート、３ａ〜３ｄ 第１連通穴、４ 第２ポート、４ａ〜４ｄ 第２連通穴、５ 第１伝熱管端部、６ 第２伝熱管端部、８ 蓋、８ａ 伝熱管挿入部、８ｂ 連通穴、９ａ 押し潰し部、９ｂ 盛り上がり部、９ｃ 押し潰し部、９ｄ 盛り上がり部、１０、１０ａ、１０ｂ 熱交換器、１３ 蓋、１３ａ 伝熱管挿入部、１４ａ〜１４ｄ 伝熱管、１５ 溝、１６ 波形プレート、２１ ろう材、３１ 圧縮機、３２ 四方弁、３３ 膨張弁、３４ 室外熱交換器、３５ 利用側熱交換器、３６ ポンプ、３８ タンク、３９ ファン、１００ 第１冷媒回路、１０１ 第２冷媒回路。

Claims (11)

  1. 扁平形状を有し、第１冷媒がその内部の第１冷媒流路を流通する複数の第１伝熱管と、
    扁平形状を有し、前記第１伝熱管と交互に当接して積層され、前記第１冷媒と温度が異なる第２冷媒がその内部の第２冷媒流路を流通する複数の第２伝熱管と、
    前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管において、前記各第１冷媒流路を互いに連通させ、かつ、前記積層構造における積層方向の両端に位置する前記第１伝熱管又は前記第２伝熱管である２つの最外伝熱管のうちいずれか一方の該最外伝熱管において前記第１冷媒流路と外部とを連通させるように、貫通して形成された２組の第１連通穴と、
    前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管において、前記各第２冷媒流路を互いに連通させ、かつ、２つの前記最外伝熱管のうちいずれか一方の該最外伝熱管において前記第２冷媒流路と外部とを連通させるように、貫通して形成された２組の第２連通穴と、
    前記各第１伝熱管の前記第１冷媒流路、及び、前記各第２伝熱管の前記第２冷媒流路の冷媒の流通方向の両端部に形成された開口部を閉塞する閉塞手段と、
    前記各第２伝熱管に形成された前記第１連通穴が、前記第２冷媒流路に連通しないように遮断する第１遮断手段と、
    前記各第１伝熱管に形成された前記第２連通穴が、前記第１冷媒流路に連通しないように遮断する第２遮断手段と、
    を備え、
    前記最外伝熱管に形成され、該最外伝熱管の内部の冷媒流路と外部とを連通させる２つの前記第１連通穴は、それぞれ前記第１冷媒の流入口及び流出口として機能し、
    前記最外伝熱管に形成され、該最外伝熱管の内部の冷媒流路と外部とを連通させる２つの前記第２連通穴は、それぞれ前記第２冷媒の流入口及び流出口として機能し、
    前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管の当接面を介して、前記第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を実施する積層型熱交換器。
  2. 前記閉塞手段は、前記各第１冷媒流路及び前記各第２冷媒流路の一部に挿入され、挿入部連通穴が貫通して形成された伝熱管挿入部を有し、
    前記第１遮断手段は、前記各第２冷媒流路に挿入された前記伝熱管挿入部によって構成され、該各伝熱管挿入部の前記挿入部連通穴は、前記各第１連通穴と連通し、
    前記第２遮断手段は、前記各第１冷媒流路に挿入された前記伝熱管挿入部によって構成され、該各伝熱管挿入部の前記挿入部連通穴は、前記各第２連通穴と連通する請求項１記載の積層型熱交換器。
  3. 前記第１遮断手段は、前記各第２伝熱管の開口部の一部であって前記第１連通穴を有する部分を積層方向に押し潰して形成された押し潰し部によって形成され、該押し潰し部における前記第１連通穴が、前記第２冷媒流路に連通しないように形成され、
    前記第２遮断手段は、前記各第１伝熱管の開口部の一部であって前記第２連通穴を有する部分を積層方向に押し潰して形成された押し潰し部によって形成され、該押し潰し部における前記第２連通穴が、前記第１冷媒流路に連通しないように形成された請求項１記載の積層型熱交換器。
  4. 前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管は、その冷媒流路の冷媒の流通方向、及び、該冷媒流路の幅方向において長さが同一である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の積層型熱交換器。
  5. 前記第１連通穴及び前記第２連通穴は、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管において、その冷媒流路の冷媒の流通方向の両端部近傍に形成された請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の積層型熱交換器。
  6. 前記２組の第１連通穴及び前記２組の第２連通穴は、積層方向から見て、それぞれ前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管の対角となる位置に形成された請求項５記載の積層型熱交換器。
  7. 前記第１伝熱管の前記第１冷媒流路、又は、前記第２伝熱管の前記第２冷媒流路は、その内壁面に複数の溝を有した請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の積層型熱交換器。
  8. 前記第１伝熱管の前記第１冷媒流路、又は、前記第２伝熱管の前記第２冷媒流路には、波形プレートが設置され、
    該波形プレートは、その波形状の稜線方向が前記第１冷媒流路又は前記第２冷媒流路の冷媒の流通方向と同一であり、前記波形状における各凸部が前記第１冷媒流路又は前記第２冷媒流路の内壁面に当接した請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の積層型熱交換器。
  9. 前記第１冷媒は、Ｒ４１０Ａ、フロン系冷媒、二酸化炭素若しくは炭化水素等の自然冷媒であり、
    前記第２冷媒は、水又はブラインである請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の積層型熱交換器。
  10. 圧縮機、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の積層型熱交換器、膨張装置及び熱源側熱交換器が冷媒配管によって接続された冷媒回路によって構成され、前記第１冷媒が流通する第１冷媒回路と、
    ポンプ、利用側熱交換器、前記積層型熱交換器が冷媒配管によって接続された冷媒回路によって構成され、前記第２冷媒が流通する第２冷媒回路と、
    を備えたヒートポンプシステム。
  11. 内部に前記利用側熱交換器を備え、該利用側熱交換器によって内部の水が加熱又は冷却されるタンクを備えた請求項１０記載のヒートポンプシステム。
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