JP6028452B2 - 水熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、２つの流体の間で熱交換を行わせるための熱交換器及びその製造方法に関する。

従来より、ヒートポンプ式給湯装置の冷媒回路においては、例えば水と冷媒等、２つの流体の間で熱交換させるプレート型水熱交換器が用いられてきた。例えば、特許文献１（特開２００３−１８５３６２号公報）には、２つの伝熱プレート同士を接合することにより作られた扁平管を積層したプレート型水熱交換器が記載されている。

ところで、水熱交換器で６０度以上の高温出湯をするために、熱交換効率を上げる様々な工夫が試みられてきた。例えば、特許文献１に記載の水熱交換器では、プレートの流路を形成する面に円形のディンプルを設けることにより、流体の圧力損失を抑えつつ、有効伝熱面積の増大及び水−冷媒間の熱伝達率の向上が試みられている。

しかし、特許文献１に記載の水熱交換器のように単に円形のディンプルを設けるだけでは十分な熱伝達率の向上が得られず、さらなる工夫の必要がある。

そこで、本発明の課題は、水と冷媒との間の熱伝達性能が向上された水熱交換器を提供することである。

本発明の第１観点に係る水熱交換器は、長方形断面の水流体流路と、冷媒流体流路とを備える。水流体流路は、一対のプレス加工板の周縁を重ね合わせて形成されている。冷媒流体流路は、長方形断面の長辺側において水流体流路と接する。水流体流路には、四角以上且つ八角以下の角錐状の複数のディンプルが形成されている。ディンプルの平面頂点が水の流れの上流側及び下流側に向くようにディンプルが形成されている。

ここで、長方形とは、長方形のほか、一方向の長く伸びた六角形等及びこれらの形状の角が面取りされた形状を含む。また、角錐とは、角錐に近い形状を含み、角錐、角錐台、及びこれらの形状の角を面取りした形状を含む。

本発明の第１観点に係る水熱交換器では、ディンプルの平面頂点が水の流れの上流側に向くので、ディンプルの前方では、水との衝突部分が流れに対して鋭角となり、よどみが減り、熱伝達がよくなる。また、ディンプルの他の平面頂点が水の流れの下流側に向くので、ディンプルの後方では、水の流れとの迎え角が減少することにより、流れの剥離と渦を抑制できる。その結果、死水域が減少し、有効伝熱面積が増大し、熱伝達性能が向上する。

また、本発明の第１観点に係る水熱交換器は、プレス加工板は、その長方形断面の長辺側を構成する面にディンプルとは別に凸部が形成されている。一対のプレス加工板を重ね合わせて水流体流路を形成すると、凸部同士が突き合う。

ここでは、水流体流路は、互いに突き合う凸部が形成されている一対のプレートにより形成されており、水流体流路の厚み方向の変形が抑制される。

また、本発明の第１観点に係る水熱交換器は、水流体流路の幅Ｗと長さＬとの間に、５≦Ｌ／Ｗ≦３０ （式１）の関係が成り立つ。

これにより、熱伝達率がより向上する。

また、本発明の第１観点に係る水熱交換器は、長方形断面の短辺側の寸法Ｈと、ディンプルの高さｈとの間に、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．６ （式２）の関係が成り立つ。

これにより、熱伝達率がより向上する。

本発明の第２観点に係る水熱交換器は、第１観点に係る水熱交換器において、水流体流路と冷媒流体流路とは、交互に積層されるように組み合わされて一体となっている。

ここでは、水熱交換器は、水流体流路と冷媒流体流路とが交互に積層された構成となっており、冷媒の熱を水に効率良く伝達する。

本発明の第３観点に係る水熱交換器は、第１観点又は第２観点の水熱交換器において、水流体流路を流れる水のレイノルズ数が５００以上、且つ、１００００以下である。

これにより、熱伝達率がより向上する。

本発明の第４観点に係る水熱交換器は、第１観点から第３観点のいずれかの水熱交換器において、ディンプル同士の水の流れ方向の間隔Ｐｘとディンプルの水の流れ方向の寸法ｂとの間に、０．６≦Ｐｘ／ｂ≦２ （式３） の関係が成り立つ。

これにより、熱伝達率がより向上する。

本発明の第５観点に係る水熱交換器は、第１観点から第４観点のいずれかの水熱交換器において、ディンプル同士の水の流れ方向に直交する方向の間隔Ｐｙとディンプルの水の流れ方向に直交する方向の寸法ａとの間に、１．３≦Ｐｙ／ａ≦３ （式４） の関係が成り立つ。

これにより、熱伝達率がより向上する。

本発明に係る熱交換器では、熱伝達性能を向上させることができる。

本実施形態の熱交換器を含むヒートポンプ式給湯装置の概要を示す回路図。 冷凍装置の内部構造を模式的に示す断面図である。 本実施形態に係る熱交換器の構成の概要を示す概念図。 熱交換器の外観を示す部分斜視図。 図４のＶ−Ｖ断面図。 熱交換器の一構成部材の金属プレートを示す平面図。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図。 プレス加工工程を経た金属プレートを示す部分平面図。 重ね合わされた金属プレートの断面図。 流路の寸法比を模式的に示す図。 （ａ）互いに接合された扁平管２０の断面を示す図、（ｂ）第１組立体と第２組立体との組立工程を示す部分斜視図、（ｃ）組立後の熱交換器を示す部分斜視図。 ディンプルが形成された凹面部を示す金属プレートの部分拡大図。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図。 第２ディンプルの断面図。 扁平管の縦断面の一部分を模式的に示す図。 第１ディンプルの間隔を示す模式図。 比較例に係る金属プレートの部分拡大図。 比較例に係る扁平管内の温度分布を示す図。 比較例に係る扁平管内の流速度分布を示す図。 本実施形態に係る扁平管内の温度分布を示す図。 本実施形態に係る扁平管内の流速度分布を示す図。 熱伝達率を比較したグラフ。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明にかかる水熱交換器の実施形態は、以下に説明する実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本発明に係る水熱交換器は、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ３２などのフロン系冷媒から二酸化炭素（ＣＯ₂）冷媒を含む自然冷媒を対象としているが、以下においては、Ｒ３２冷媒を対象とする水熱交換器を例に挙げて説明する。

（１）ヒートポンプ式給湯装置の構成
図１には、第１実施形態に係る熱交換器を含むヒートポンプ式給湯装置が示されている。ヒートポンプ式給湯装置１は、温水熱源装置である冷凍装置２と、貯湯ユニット３とを備える。

冷凍装置２は、冷媒であるＲ３２を圧縮する圧縮機４と、Ｒ３２と水との間で熱交換を行うための熱交換器１０と、Ｒ３２の減圧手段としての膨張弁５と、外気とＲ３２との間で熱交換を行うための空気熱交換器６とを有している。圧縮機４と熱交換器１０と膨張弁５と空気熱交換器６とが接続されて、Ｒ３２の循環する冷媒回路が構成される。また、貯湯ユニット３は、貯湯タンク８と、水循環ポンプ９とを備える。水熱交換器１０と貯湯タンク８と水循環ポンプ９とが接続されて、水の循環する水循環回路が構成される。

図２には、冷凍装置の内部構造が模式的に示されている。図２において、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画が送風機室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機４や膨張弁５が配置されている。送風機室２ｂには、モータ（図示省略）によって駆動されるファン７が配置されている。送風機室２ｂの下方には、断熱壁２ｄを隔てて熱交換器１０が配置されている。熱交換器１０内にて、冷媒回路を循環するＲ３２と、水循環回路を循環する水との間で熱交換が行われる。また、図２において、空気熱交換器６は、送風機室２ｂの左側と背面側に配置されている。

（２）熱交換器の構成の概要
本発明の第１実施形態に係る熱交換器１０は、図３〜図５に示されているように、多数の扁平管２０と多数の扁平多穴管４０と出入口分配管５０とを含んで構成される。多数の扁平管２０は、その両端の出入口部３０が隣接する扁平管２０の出入口部３０と連通するように、積層されている。当該積層された多数の扁平管２０は、第１組立体６０を構成する。多数の扁平多穴管４０は、その両端がそれぞれ出入口分配管５０に接続され、隣接する扁平多穴管４０同士の間に隙間を空けて積層されている。当該積層された多数の扁平多穴管４０は、出入口分配管５０と共に第２組立体７０を構成する。第１組立体６０と、第２組立体７０とは、各扁平管２０および各扁平多穴管４０が交互に積層されるように組み合わされて一体となり、熱交換器１０を形成している。図３〜図５には、５つの扁平管２０と４つの扁平多穴管４０とが交互に積層されている例が示されている。ただし、これら積層される扁平管２０や扁平多穴管４０の数は、要求される性能などに応じて適宜選定されるものである。また、この例では、最下段と最上段に扁平管２０が配置されているが、扁平多穴管４０を最下段や最上段に配置することもできる。

扁平管２０には低圧の水が流れ、扁平多穴管４０にはガス状のＲ３２が流れる。扁平多穴管４０には高い耐圧が要求される一方、水が流れる扁平管２０には高い耐食性が要求される。そのため、高い耐圧が要求される扁平多穴管４０には、多数の細い流路４１が設けられている。扁平多穴管４０は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼などを用いて形成するのが好適である。このような細い多数の流路４１を有する扁平多穴管４０の形成には、アルミニウム及びアルミニウム合金の引き抜き加工や押し出し加工が好適に用いられ、このような加工を用いると安価に扁平多穴管４０を製造することができる。本実施形態においては、扁平多穴管４０は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。

扁平管２０の母材には、水の腐食性を考慮して、ステンレス鋼や銅合金を用いることが好ましい。ステンレス鋼の種類としては、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などがある。扁平管２０をアルミニウムやアルミニウム合金からつくることもできるが、その場合には、内面に、アルマイト加工や樹脂コーティングなどの防食処理を施すことが好ましい。本実施形態においては、扁平管２０は、ステンレス鋼製の金属プレート８０によって構成されている。即ち、扁平管２０の母材は、ステンレス鋼である。

熱交換器１０は、図３に示されているように扁平管２０及び扁平多穴管４０が水平に配置された状態において、出入口部３０として、扁平管２０の右端部に配置される右側出入口部３１と、左端部に配置される左側出入口部３２とを含んでいる。左側出入口部３２の端部や図４に示されている右側出入口部３１の端部には、配管などと接続される出入口ポート３４が設けられる。なお、ここでは、説明を分かり易くするために図３の状態に熱交換器１０を置いた場合について説明しているが、この熱交換器１０は、必ずしも図３の状態で使用されなければならないものではない。

扁平管２０の側においては、水は、まず、左側出入口部３２に入り、５つの扁平管２０に分かれてその中を左から右に向かって流れ、右側出入口部３１から出る。そして、水は、扁平管２０の中を流れる間に扁平多穴管４０内のＲ３２から与えられる熱で加熱される。

また、熱交換器１０には、出入口分配管５０として、扁平多穴管４０の右端部に配置される右側出入口分配管５１と、左端部に配置される左側出入口分配管５２とを含んでいる。Ｒ３２は、左側出入口分配管５２に入り、４つの扁平多穴管４０に分かれてその中を左から右に向かって流れ、右側出入口分配管５１から出る。そして、Ｒ３２は、扁平多穴管４０の中を流れる間に扁平管２０内の水に熱を奪われて冷却される。

（３）扁平管の構成
扁平管２０は、その両端に出入口部３０を有する。扁平管２０は、一対のプレス加工板である金属プレート８０の周縁を重ね合わせて形成されている。

図７は、扁平管２０を形成するための金属プレート８０の平面図である。金属プレート８０の平面形状が、左右に長い略長方形であって、第１長辺８１の左右の両端部に２つの膨出部８６，８７が形成されている。２つの膨出部８６，８７は、右側膨出部８６、左側膨出部８７である。右側膨出部８６には第１開口部９１が形成され、左側膨出部８７には第２開口部９２が形成されている。第１開口部９１及び第２開口部９２は、まとめて単に開口部９０と呼ぶ。

これら開口部９０は、円形であって、全て同じ大きさである。また、開口部９０は、第１長辺８１の延長線よりも外側にはみ出して配置されている。ただし、これらの形状は、水漏れし難くするために同じ形状であればよく、円形には限られない。また、配置される位置や大きさは流量や流路に合わせて設定される。

図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。図８に示されているように、金属プレート８０には、凹面部９５がプレス加工によって形成されている。凹面部９５は、金属プレート８０の外周８３に沿って形成されている所定幅の周縁部８４の内側の領域を占める。そして、開口部９０は凹面部９５に形成されている。これら開口部９０は、凹面部９５の中でもさらに一段深くなった凹部９８に配置されている。

そして、一対の金属プレート８０は、図９に示すように、凹面部９５同士が対向する状態で周縁部８４が重なるように接合された扁平管２０を形成する。金属プレート８０が重ね合わされることによって、開口部９０同士が対向して配置される。これにより、出入口部３０が真直ぐに形成される。金属プレート８０において重なっている周縁部８４がロウ付や溶接により接合されて一本の扁平管２０が形成される。金属プレート８０が重ね合わされると、２つの凹面部９５によって水が流れる流路２１が形成される。流路２１は、一方の端の開口部９０から他方の端の開口部９０まで続いている。なお、各扁平管２０は、曲げ加工されない。したがって、扁平管２０は、真直ぐに延びており、その両端にある右側出入口部３１と左側出入口部３２との間に流路２１が真直ぐに延びている。

流路２１、即ち扁平管２０は、図５に示すような長方形の横断面を有する。ここでは、長方形には、図５に示すような、一方向に延びた六角形をも含み、これらの形状の角を面取りした形状をも含む。当該長方形断面の長辺側が凹面部９５となっており、扁平多穴管４０と当該長辺側で接するようになっている。また、長手方向に沿った流路２１、即ち扁平管２０の断面も長方形であり、扁平管２０内に形成された流路２１の平面形状も図１０に示すように長方形である。

ここで、扁平管２０内に形成された流路２１の幅をＷ、長さをＬとすると、幅Ｗと長さＬとの間に、
５≦Ｌ／Ｗ≦３０ （式１）
の関係が成り立つことが好ましい。これにより、熱伝達率が向上する。

また、扁平管２０内の流路２１を流れる流体である水のレイノルズ数が５００以上、且つ、１００００以下であることが好ましい。これにより、熱伝達率が向上する。

また、凹面部９５が形成されるプレス加工の際に、凹面部９５には、後述するディンプル２２が形成される。なお、ディンプル２２は、図５、図７、図９、及び図１１では、省略されている。

（４）扁平管と扁平多穴管との積層構造
（４−１）第１組立体
多数の扁平管２０は、図１１（ａ）に示されているように、その出入口部３０が隣接する扁平管２０の出入口部３０と重なるように積層され、第１組立体６０を形成する。扁平管２０の出入口部３０同士は、ロウ付又は溶接により接合される（図１１（ａ）の符号１０２参照）。即ち、扁平管２０の右側の出入口部３０は、隣接する扁平管２０の右側の出入口部３０と接合され、扁平管２０の左側の出入口部３０は、隣接する扁平管２０の左側の出入口部３０と接合される。

（４−２）第２組立体
多数の扁平多穴管４０は、その左端及び右端がそれぞれ前述の出入口分配管５０に接合され、図１１（ｂ）に示すような第２組立体７０が形成される。扁平多穴管４０と出入口分配管５０との接合は、ロウ付、又は、はんだ付により行われる。

（４−３）第１組立体と第２組立体との接合
第１組立体６０は、図１１（ｂ）に示すように、第２組立体７０の各２つの扁平多穴管４０の隙間に各１つの扁平管２０が挿入されるように第２組立体７０と組み合わされる。即ち、各扁平多穴管４０が、扁平管２０の長方形断面の長辺側において扁平管２０と接した状態で、扁平多穴管４０と扁平管２０とが交互に並ぶ。扁平管２０と扁平多穴管４０とは、ロウ付又はハンダ付により接合される。このようにして、図１１（ｃ）に示すような熱交換器１０が形成される。

（５）ディンプル
（５−１）種類及び形状
図１２は、金属プレート８０の平面の一部を拡大した図である。図１３は、図１２の金属プレート８０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。なお、図１３では、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線から一番近い第１ディンプル２２ａのみ表しており、その他の第１ディンプル２２ａを省略している。

図１０に示すように金属プレート８０の凹面部９５には、凹面部９５の底面から突起した多数のディンプル２２が形成されている。ディンプル２２には、２種類あり、一方は、第１ディンプル２２ａであり、他方は、凸部或いは突き合わせディンプルとも呼ばれる第２ディンプル２２ｂである。

（５−１−１）第１ディンプル
第１ディンプル２２ａは、図１２及び図１３に示すように、四角錐状の突起であり、金属プレート８０に多数が形成されている。第１ディンプル２２ａは、後述するように、水への熱伝達を向上させるために設けてある。ここで、角錐とは、角錐に近い形状を含み、角錐、角錐台、及びこれらの形状の角を面取りした形状を含む。したがって、四角錐には、四角錐、四角錐台、及びこれらの形状の角を面取りした形状、等の四角錐に近い形状が含まれる。角錐、特に八角以下の角錐は、円形と比べると、平滑な面が少なく、また水と接触する面積が大きい。したがって、有効伝熱面積が大きくなり、好適である。

本発明に係る扁平管２０は、内側に形成された第１ディンプル２２ａの平面頂点が、上流側及び下流側を向くように形成されていることを特徴とする。即ち、第１ディンプル２２ａの形状である四角錐の四角のうちの１つの角が水の流れに対向する方向（上流側）を向き、当該角の対角線上にある角が水の流れる方向（下流側）に向いている。後述する比較例のように角が水の流れに直交する方向を向いていると流れの剥離と渦が発生し、熱伝達率が悪くなるが、四角の平面頂点を上流側及び下流側に向けると流れの剥離と渦の発生が抑制される。これにより、第１ディンプル２２ａは、後述するように、水への熱伝達を向上させる。

なお、第１ディンプル２２ａは、図１５に示すように、対向する金属プレート８０に設けられた第１ディンプル２２ａと対向しない。金属プレート８０同士を重ねあわせて扁平管２０を形成しても、第１ディンプル２２ａ同士は、互いに突き合わないように構成されている。

（５−１−２）第２ディンプル
第２ディンプル２２ｂは、四角錐状の突起である。本実施形態では、第２ディンプル２２ｂの四角の平面頂点は、水の流れに直交する方向を向いている。

第２ディンプル２２ｂの突起の高さは、凹面部９５の底面から、周縁部８４の端面までの高さに等しく、第２ディンプル２２ｂの突起の先端面は、周縁部８４の端面に平行である。即ち、第２ディンプル２２ｂの突起の先端面は、周縁部８４の端面を延長した面に含まれる。そして、第２ディンプル２２ｂは、図１４に示すように対向する金属プレート８０に設けられた第２ディンプル２２ｂと対向し、金属プレート８０同士を重ねあわせて扁平管２０を形成すると、互いに突き合うように構成されている。このように、第２ディンプル２２ｂが設けられていることにより、扁平管２０は、その内側に形成された流路２１が外側からの圧力により厚み方向に変形しないように、即ち、押し潰されないようになっている。第２ディンプル２２ｂの数は、第１ディンプル２２ａの数よりも少ない。本実施形態においては、第２ディンプル２２ｂは、１つの金属プレート８０に、その長手方向の中央付近２箇所に２個ずつが幅方向に並んで、計４個が形成されている。

（５−２）第１ディンプルの寸法及び配置
図１５は、扁平管２０を水の流れ方向に切断した断面を模式的に示した図である。図中のｈは、第１ディンプル２２ａの高さの寸法である。Ｈは、扁平管２０の流路２１の高さの寸法である。高さｈと寸法Ｈとの間に、
０．１≦ｈ／Ｈ≦０．６ （式２）
の関係が成り立つことが好ましい。これにより、熱伝達率が向上する。

図１６は、第１ディンプル２２ａ同士の間隔を示す図である。図中のＰｘは、第１ディンプル２２ａ同士の水の流れ方向の間隔である。Ｐｙは、第１ディンプル２２ａ同士の水の流れ方向に直交する方向の間隔である。ａは、第１ディンプル２２ａの水の流れ方向に直交する方向の寸法である。ｂは、第１ディンプル２２ａの水の流れ方向の寸法である。

第１ディンプル２２ａ同士の水の流れ方向の間隔Ｐｘは、間隔Ｐｘと寸法ｂとの間に、
０．６≦Ｐｘ／ｂ≦２ （式３）
の関係が成り立つように設定されることが好ましい。これにより、熱伝達率が向上する。

また、第１ディンプル２２ａ同士の水の流れ方向に直交する方向の間隔Ｐｙは、間隔Ｐｙと寸法ａとの間に、
１．３≦Ｐｙ／ａ≦３ （式４）
の関係が成り立つように設定されることが好ましい。これにより、熱伝達率が向上する。

（６）効果
（６−１）比較例
図１７は、比較例に係る扁平管２０’に形成されたディンプル２２’を示す図である。ディンプル２２’は、その形状が四角錐の突起であるが、その平面頂点は、水の流れの上流側及び下流側を向いておらず、当該四角錐の角は、水の流れに直交する方向を向いている。即ち、四角の２辺が、流れ方向に直交する方向に延びており、当該２辺は、水の流れに対向している。

（６−２）比較分析
扁平管２０及び扁平管２０’の温度分布をシュミレーションして解析すると図１８及び図２０に示すようになった。図１８は、扁平管２０’の温度分布を表している。図２０は、扁平管２０の温度分布を表している。また、扁平管２０及び扁平管２０’の流路速度分布をシュミレーションして解析すると図１９及び図２１に示すようになった。図１９は、扁平管２０’の流路速度分布を表している。図２１は、扁平管２０の流路速度分布を表している。

扁平管２０’の場合、水の流れをディンプル２２’の四角の辺で受けるので、ディンプル２２’の水の流れとの衝突角度（水の流れ方向に対するディンプル２２’の前方の辺の角度）が９０度となる。そのため、ディンプル２２’の前方領域Ｆ’において水の流れが淀む領域ができる。そして、前方領域Ｆ’では、温度が４５．９℃以上の高温領域が生じる。また、ディンプル２２’の後方では、水の流れとの迎え角（水の流れ方向に対するディンプル２２’の後方の辺の角度）が９０度となる。その結果、後方領域Ｂ’では、水の流れの渦が発生し、死水域が生じる。そのため、後方領域Ｂ’では、温度が４５．９℃以上の大きな高温領域が生じる。高温領域の存在は、水により熱が上手く奪われていないこと、即ち水に熱が上手く伝達されていないことを示している。

一方、ディンプル２２’を４５℃回転させた形状をした第１ディンプル２２ａを有する扁平管２０の場合、水の流れを第１ディンプル２２ａの四角の角で受ける。即ち、第１ディンプル２２ａの水の流れとの衝突角度θ１（図１６参照）が鋭角となる。そのため、第１ディンプル２２ａの前方領域Ｆでは、水の淀みがほとんど生じず、温度が４５．９℃以上の高温領域は、ほとんど存在しない。第１ディンプル２２ａの後方では、第１ディンプル２２ａの流れとの迎え角θ２（図１６参照）が鋭角となり減少することで，流れの剥離と渦の発生が抑制される。そのため、後方領域Ｂでは、温度が４５．９℃以上の高温領域が少し現れるが、ディンプル２２’の後方領域Ｂ’にある高温領域よりも小さい。即ち、第１ディンプル２２ａを設けた扁平管２０では、比較例に係る扁平管２０’に比べて死水域が減少し、有効伝熱面積が増大し、熱伝達率が向上している。

上述のように、第１ディンプル２２ａを設けた扁平管２０のほうが、ディンプル２２’を設けた扁平管２０’よりも熱伝達率が良いことが分かる。図２２は、流速０．８ｍ／ｓ 時における熱伝達率を比較したグラフである。太い実線は、本発明に係る扁平管２０の例を示し、それよりも細い実線は、比較例に係る扁平管２０’の例を示している。点線は、ディンプル等を設けていない平滑面を有する扁平管の例を示している。本発明に係る扁平管２０は、比較例に係る扁平管２０’に比べて熱伝達率が３％向上している。また、扁平管２０’を扁平管２０と同様の熱伝達率を達成するようにディンプル２２’の間隔を詰めると、圧損が扁平管２０と比べて１８％増加した。即ち、扁平管２０には圧力損失低減効果もある。

（７）特徴
（７−１）
上記実施形態では、熱交換器１０は、長方形断面を有する扁平管２０と、扁平多穴管４０とを備える。扁平多穴管４０は、長方形断面の長辺側において扁平管２０と接する。扁平管２０には、四角錐状の複数の第一ディンプル２２ａが形成されている。第一ディンプル２２ａの平面頂点が水の流れの上流側及び下流側に向くように第一ディンプル２２ａが形成されている。

水熱交換器１０では、第一ディンプル２２ａの平面頂点が水の流れの上流側に向くので、ディンプルの前方では、水の流れとの衝突角度θ１が鋭角となり、淀みが減り、熱伝達がよくなっている。また、第一ディンプル２２ａの他の平面頂点が水の流れの下流側に向くので、第一ディンプル２２ａの後方では、水の流れとの迎え角θ２が減少することにより、流れの剥離と渦を抑制できる。その結果、死水域が減少し、有効伝熱面積が増大し、熱伝達率、即ち熱伝達性能が向上している。

（７−２）
上記実施形態では、水熱交換器１０は、扁平管２０と扁平多穴管４０とが交互に積層された構成となっており、冷媒の熱を水に効率良く伝達している。

（７−３）
上記実施形態では、扁平管２０は、互いに突き合う第２ディンプル２２ｂが形成されている一対の金属プレート８０により形成されており、扁平管２０の厚み方向の変形を抑制している。

（７−４）
上記実施形態では、扁平管２０内に形成された流路２１の幅Ｗと長さＬとの間に、５≦Ｌ／Ｗ≦３０ （式１）の関係が成り立つように構成されている。

これにより、熱伝達率がより向上している。

（７−５）
上記実施形態では、扁平管２０の流路２１の長方形断面の短辺側の寸法Ｈと、ディンプルの高さｈとの間に、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．６ （式２）の関係が成り立つように構成されている。

これにより、熱伝達率がより向上している。

（７−６）
上記実施形態では、水流体流路を流れる水のレイノルズ数が５００以上、且つ、１００００以下となるように構成されている。

これにより、熱伝達率がより向上している。

（７−７）
上記実施形態では、第１ディンプル２２ａ同士の水の流れ方向の間隔Ｐｘと第１ディンプル２２ａの水の流れ方向の寸法ｂとの間に、０．６≦Ｐｘ／ｂ≦２ （式３） の関係が成り立つように構成されている。

これにより、熱伝達率がより向上している。

（７−８）
上記実施形態では、第１ディンプル２２ａ同士の水の流れ方向に直交する方向の間隔Ｐｙと第１ディンプル２２ａの水の流れ方向に直交する方向の寸法ａとの間に、１．３≦Ｐｙ／ａ≦３ （式４）の関係が成り立つように構成されている。

これにより、熱伝達率がより向上している。

（８）変形例
（８−１）Ａ
上記実施形態では、第１ディンプル２２ａの形状は、四角錐状の突起であった。しかし、他の実施形態においては、第１ディンプル２２ａは、六角錐、又は八角錐、等の四角以上の角錐状の突起であってもよい。この場合でも、第１ディンプルの平面頂点、即ち、角錐の角が水の流れに対向するように形成することにより、比較例に係るディンプル２２ａよりも水への熱伝達率が向上する。また、第１ディンプルの形状は円よりも角錐状であるほうが熱伝達の観点において好適であり、したがって、八角以下の角錐状であることが好ましい。

（８−２）Ｂ
上記実施形態では、第２ディンプル２２ｂの形状は、四角錐状の突起であり、その平面頂点は、水の流れに直交する方向を向いていた。しかし、他の実施形態においては、第２ディンプル２２ｂの形状は、六角錐、又は八角錐、等の他の形状でもよく、その平面頂点が、水の流れの上流側及び下流側を向いていてもよい。

１０ 水熱交換器
２０ 扁平管（水流体流路）
２２ａ 第１ディンプル（ディンプル）
２２ｂ 第２ディンプル（凸部）
４０ 扁平多穴管（冷媒流体流路）
８０ 金属プレート（プレス加工板）
８４ 周縁部（周縁）

特開２００３−１８５３６２号公報

Claims (5)

1. 一対のプレス加工板（８０）の周縁（８４）を重ね合わせて形成される、長方形断面の水流体流路（２０）と、
   前記長方形断面の長辺側において前記水流体流路と接する冷媒流体流路（４０）と、
   を備え、
   前記水流体流路には、四角以上且つ八角以下の角錐状の複数のディンプル（２２ａ）が形成されており、
   前記ディンプルの平面頂点が水の流れの上流側及び下流側に向くように前記ディンプルが形成されており、
   前記プレス加工板は、その前記長方形断面の長辺側を構成する面に前記ディンプルとは別に凸部（２２ｂ）が形成されており、
   前記一対のプレス加工板を重ね合わせて前記水流体流路を形成すると、前記凸部同士が突き合い、
   前記水流体流路の幅Ｗと長さＬとの間に、
   ５≦Ｌ／Ｗ≦３０ （式１）
   の関係が成り立ち、
   且つ、
   前記長方形断面の短辺側の寸法Ｈと、前記ディンプルの高さｈとの間に、
   ０．１≦ｈ／Ｈ≦０．６ （式２）
   の関係が成り立つ、
   水熱交換器（１０）。
2. 前記水流体流路と前記冷媒流体流路とは、交互に積層されるように組み合わされて一体となっている、
   請求項１に記載の水熱交換器（１０）。
3. 前記水流体流路を流れる水のレイノルズ数が５００以上、且つ、１００００以下である、
   請求項１又は２に記載の水熱交換器（１０）。
4. 前記ディンプル同士の水の流れ方向の間隔Ｐｘと前記ディンプルの前記水の流れ方向の寸法ｂとの間に、
   ０．６≦Ｐｘ／ｂ≦２ （式３）
   の関係が成り立つ、
   請求項１〜３のいずれかに記載の水熱交換器（１０）。
5. 前記ディンプル同士の水の流れ方向に直交する方向の間隔Ｐｙと前記ディンプルの前記水の流れ方向に直交する方向の寸法ａとの間に、
   １．３≦Ｐｙ／ａ≦３ （式４）
   の関係が成り立つ、
   請求項１〜４のいずれかに記載の水熱交換器（１０）。