(57)【要約】【課題】  コンパクトで、かつ流体の圧力損失が小さい高性能な熱交換器、及び冷凍空調装置を得ることを目的とする。【解決手段】  この発明の熱交換器は、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、上記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１入口ヘッダー及び第１出口ヘッダーと、上記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２入口ヘッダー及び第２出口ヘッダーとを備えた熱交換器であって、上記第１扁平管と上記第２扁平管とは、扁平な面で互いに接触するように、かつ上記低流体の流れ方向と上記高温流体の流れ方向とが並行となるようにして折返され、３以上の複数の積層数で積層配置されたことを特徴とする熱交換器。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、上記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１入口ヘッダー及び第１出口ヘッダーと、上記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２入口ヘッダー及び第２出口ヘッダーとを備えた熱交換器であって、上記第１扁平管と上記第２扁平管とは、扁平な面で互いに接触するように、かつ上記低流体の流れ方向と上記高温流体の流れ方向とが並行となるようにして折返され、３以上の複数の積層数で積層配置されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
第１扁平管と第２扁平管とは、可とう性部材により構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
第１入口ヘッダーまたは第１出口ヘッダーと、第２入口ヘッダーまたは第２出口ヘッダーとは、管状部材により一体成形され、上記管状部材の内部に設けられた仕切り板を介して隣接していることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
第１扁平管と第２扁平管との少なくとも一方の扁平管を、扁平な面に沿って並んだ複数の扁平管で構成し、該複数の扁平管と、該複数の扁平管の両端にそれぞれ設けた入口ヘッダー及び出口ヘッダーとにより並列流路を構成すると共に、上記入口ヘッダーまたは上記出口ヘッダーのいずれかを、両端が開口した管状ヘッダーで構成し、上記並列流路を構成する複数の扁平管を束ねて、上記管状ヘッダーの開口端に、上記管状ヘッダーの管軸方向と上記並列流路を構成する複数の扁平管内の流体の流れ方向とが同一方向となるようにして接続したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
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、上記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１入口ヘッダー及び第１出口ヘッダーと、上記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２入口ヘッダー及び第２出口ヘッダーとを備えた熱交換器であって、上記第１扁平管と上記第２扁平管とは、扁平な面で互いに接触するように、かつ上記低流体の流れ方向と上記高温流体の流れ方向とが並行となるようにして積層配置されると共に、上記第１扁平管と上記第２扁平管との少なくとも一方の扁平管は、積層方向に並んだ複数の扁平管で構成され、上記第１扁平管の両端と上記第２扁平管の両端とが互いに交差しないように、上記複数の扁平管の両端を、上記各流体の流れ方向と上記積層方向とのいずれにも直交する方向に曲げて構成し、上記複数の扁平管と、上記複数の扁平管の両端にそれぞれ設けた入口ヘッダー及び出口ヘッダーとにより並列流路を構成し、上記並列流路を構成する入口ヘッダーまたは上記並列流路を構成する出口ヘッダーのいずれかを、管軸が、上記並列流路を構成する複数の扁平管の扁平な面に直交する枝分岐ヘッダーで構成し、上記枝分岐ヘッダーの側面に、上記複数の扁平管を接続したことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
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、上記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１入口ヘッダー及び第１出口ヘッダーと、上記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２入口ヘッダー及び第２出口ヘッダーとを備えた熱交換器であって、上記第１扁平管と上記第２扁平管とは、扁平な面で互いに接触するように、かつ上記低流体の流れ方向と上記高温流体の流れ方向とが並行となるようにして積層配置されると共に、上記第１扁平管と上記第２扁平管との少なくとも一方の扁平管は、積層方向に並んだ複数の扁平管で構成され、上記第１扁平管の両端と上記第２扁平管の両端とが互いに交差しないように、上記複数の扁平管の両端を、上記各流体の流れ方向と上記積層方向とのいずれにも直交する方向に曲げて構成し、上記複数の扁平管と、上記複数の扁平管の両端にそれぞれ設けた入口ヘッダー及び出口ヘッダーとにより並列流路を構成し、上記並列流路を構成する入口ヘッダーまたは並列流路を構成する出口ヘッダーのいずれかを、両端が開口した管状ヘッダーで構成し、上記並列流路を構成する複数の扁平管を束ねて、上記管状ヘッダーの開口端に、上記管状ヘッダーの管軸方向と上記複数の扁平管内の流体の流れ方向とが同一方向となるようにして接続したことを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
第１扁平管及び第２扁平管は、それぞれ複数の貫通穴を有し、上記第１扁平管の貫通穴と上記第２扁平管の貫通穴とは、数、流路断面積、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１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
低温流体及び高温流体の少なくとも一方は、気液二相状態の流体であることを特徴とする請求項４または６に記載の熱交換器。
【請求項９】
低温流体及び高温流体の少なくとも一方は、気液二相状態の流体であり、第１扁平管または第２扁平管内を流れる上記気液二相状態の流れ方向が、鉛直方向となるように、第１扁平管または第２扁平管を配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
並列流路を構成する複数の扁平管は、各扁平管の端部を円弧状に湾曲させて環状に並べ、管状ヘッダーの開口端に接続したことを特徴とする請求項４または６に記載の熱交換器。
【請求項１１】
管状ヘッダーの内部に、流路断面積が前後の流路断面積より小さいオリフィスを設けたことを特徴とする請求項４または６に記載の熱交換器。
【請求項１２】
低温流体及び高温流体の少なくとも一方は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
第１扁平管または第２扁平管をアルミニウム合金で構成し、各ヘッダーを鉄鋼で構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱交換器を用いた冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。また、この熱交換器を用いた冷凍空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器は、低温流体が流れる複数の貫通穴を有する扁平状の第１扁平管と、高温流体が流れる複数の貫通穴を有する扁平状の第２扁平管と、第１扁平管の両端に接続された第１ヘッダーと、第２扁平管の両端に接続された第２ヘッダーとを備え、第１の扁平管と第２の扁平管とを長手方向（流体の流れ方向）が並行になるようにして、それぞれの扁平な面同士を接触積層させることにより、高い熱交換性能を得ている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４０４８５号公報（第４〜５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の熱交換器を用いた冷凍空調装置は、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、従来に比べて熱交換性能がきわめて小さいという問題点がある。
【０００５】
このような熱交換器にあって高い熱交換性能を得るには、第１扁平管及び第２扁平管の長さ（流体の流れ方向の長さ）あるいは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二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、それには第１扁平管及び第２扁平管の幅を大きくするなど幅方向にしか調整できないため、長さ方向の調整も行うと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があった。
【０００６】
また、幅方向に大きくした場合のように並列流路数が増えると、第１ヘッダー及び第２ヘッダーで各流路に流体を分配する際に流路抵抗差に起因する流量の偏りが発生しやすく、特に流体が気相と液相の混在した気液二相流状態の場合、気液比率にも偏りが発生するという問題が生じる。その結果、有効に熱交換できる流体の流量に過不足が生じ、著しく温度効率が低下するとともに、圧力損失も増大し、熱交換性能が低下するという問題があった。
【０００７】
さらに、上記特許文献に記載された従来の熱交換器において、第１扁平管と第２扁平管と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ヘッダーとが干渉するため困難であるという問題があった。
【０００８】
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、かつ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。
また、高性能でコンパクトな冷凍空調装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、上記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１入口ヘッダー及び第１出口ヘッダーと、上記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２入口ヘッダー及び第２出口ヘッダーとを備えた熱交換器であって、上記第１扁平管と上記第２扁平管とは、扁平な面で互いに接触するように、かつ上記低流体の流れ方向と上記高温流体の流れ方向とが並行となるようにして折返され、３以上の複数の積層数で積層配置されたものである。
【００１０】
また、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、上記第１扁平管の両端にそれぞれ接続された第１入口ヘッダー及び第１出口ヘッダーと、上記第２扁平管の両端にそれぞれ接続された第２入口ヘッダー及び第２出口ヘッダーとを備えた熱交換器であって、上記第１扁平管と上記第２扁平管とは、扁平な面で互いに接触するように、かつ上記低流体の流れ方向と上記高温流体の流れ方向とが並行となるようにして積層配置されると共に、上記第１扁平管と上記第２扁平管との少なくとも一方の扁平管は、積層方向に並んだ複数の扁平管で構成され、上記第１扁平管の両端と上記第２扁平管の両端とが互いに交差しないように、上記複数の扁平管の両端を、上記各流体の流れ方向と上記積層方向とのいずれにも直交する方向に曲げて構成し、上記複数の扁平管と、上記複数の扁平管の両端にそれぞれ設けた入口ヘッダー及び出口ヘッダーとにより並列流路を構成したものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る熱交換器は、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が並行になるようにして折り返し、３以上の複数の積層数で積層配置したので、熱交換器が 二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、上記複数の扁平管の両端を、第１扁平管の両端と第２扁平管の両端とが互いに交差しないように、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するので、第１扁平管と第２扁平管とを、流れ方向が並行となるように交互に積層しても、各扁平管の両端に接続されるヘッダーが干渉することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１による熱交換器を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による熱交換器を利用した冷凍空調装置を示す系統図である。
【図３】本発明の実施の形態１の熱交換器の動作を説明するための二酸化炭素の圧力−エンタルピー線図である。
【図４】本発明の実施の形態１による熱交換器を利用した別の冷凍空調装置を示す系統図である。
【図５】本発明の実施の形態１による熱交換器を利用したさらに別の冷凍空調装置を示す系統図である。
【図６】本発明の実施の形態２による熱交換器を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係わる別の管状ヘッダーを示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係わるさらに別の管状ヘッダーを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係わる更に別の管状ヘッダーを示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による熱交換器を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４による熱交換器を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による熱交換器を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態６による熱交換器を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態７による熱交換器を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態８による熱交換器を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態９による熱交換器を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態１０による熱交換器を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による熱交換器１０を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印ｂ方向の側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ線での断面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）のｄ−ｄ線での断面図である。
図において、第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ低温流体及び高温流体が流れる複数の貫通穴を有しており、扁平な面で互いに接触するように、かつそれぞれの長手方向（第１扁平管と第２扁平管とが接触する面における各流体の流れ方向：Ｌ方向）が並行になるように、交互に積層され、ロウ付け等で接合されている。
第１扁平管１は積層方向（Ｓ方向）に並んだ３本の第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃ、第２扁平管２は積層方向（Ｓ方向）に並んだ２本の第２扁平管２ａ，２ｂからなり、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃの両端と第２扁平管２ａ，２ｂの両端とが積層方向から見て重ならないように、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃと第２扁平管２ａ，２ｂとは、両端部が扁平な面に沿ってそれぞれ所定角度曲がっている。即ち、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃの両端部と第２扁平管２ａ，２ｂの両端部とを、それぞれ長手方向（Ｌ方向）と積層方向（Ｓ方向）とのいずれにも直交する方向（Ｗ方向）に、かつ第１扁平管１の両端と第２扁平管２の両端とが互いに交差しないように曲げて構成されている。
また、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃは両端部でそれぞれ第１入口ヘッダー３と第１出口ヘッダー４とに接続され、並列流路を構成する。
また、２本の第２扁平管２ａ，２ｂは両端部でそれぞれ第２入口ヘッダー５と第２出口ヘッダー６とに接続され、並列流路を構成する。
さらに、第１扁平管１の貫通穴の流路断面積（流体の流れ方向と垂直な断面積）または数を第２扁平管２より大きく構成し、第１扁平管１の全流路面積は第２扁平管より大きくしてある。
【００１４】
また、第１入口ヘッダー３、第１出口ヘッダー４、第２入口ヘッダー５、第２出口ヘッダー６の少なくともいずれか１つは、それぞれ両端が開口した管形状の管状ヘッダーであり（図１では全てのヘッダーが管状ヘッダー）、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、並列流路を構成する複数の扁平管１ａ，１ｂ，１ｃ（または２ａ，２ｂ）を束ねて、管状ヘッダーの開口端に、管状ヘッダーの管軸方向Ａと並列流路を構成する複数の扁平管内の流体の流れ方向とが同一方向となるように接続されている。
また、本実施の形態では、図１（ｄ）に示すように、複数の扁平管１ａ，１ｂ，１ｃの端部を積層方向に曲げて、扁平管の厚み方向に重ねて、管状ヘッダーの開口端に接続している。
また、本実施の形態において、第１入口ヘッダー３は管軸方向Ａが鉛直方向になるように設置されている。
【００１５】
また、第１扁平管１及び第２扁平管２の材質は、Ａ１０５０やＡ１０７０など１０００番台や、Ａ３００３などの３０００番台、及び６０００番台などのアルミニウム合金、各ヘッダーの材質は、ステンレス鋼や炭素鋼などの鉄鋼で、それぞれロウ付け等により接合されている。
【００１６】
なお、図１（ｃ）では扁平管１ａ，１ｂ，１ｃの管端は管状ヘッダー内部から見て内壁と面一で接続されているが、突き出したり引っ込めて接続されていても良い。
【００１７】
また、本実施の形態の構成によれば、第１扁平管の両端と第２扁平管の両端とを扁平な面に沿って曲げた構成としたが、いずれか一方の扁平管の端部を扁平な面に沿って曲げて、第１扁平管の両端と第２扁平管の両端とが積層方向から見て重ならないようにしても良い。
【００１８】
また、本実施の形態では、第１扁平管１と第２扁平管２とが３本と２本の例で示したが、一方が複数であれば、この数に限ることはなく、第１扁平管１と第２扁平管２とを３以上の積層数で積層配置すればよい。
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。
また、貫通穴の形状は矩形であるが、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。
【００１９】
なお、扁平管の代わりに、貫通穴を有する細管を並べて用いても本実施の形態と同様な熱交換器を構成できることは言うまでもない。
【００２０】
図１において、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の順に流れ、第１扁平管１と第２扁平管２との接触面を介して両流体が熱交換される。
【００２１】
本実施の形態の構成によれば、第１扁平管の両端と第２扁平管の両端とが積層方向から見て重ならないように、第１扁平管の両端または第２扁平管の両端を、扁平な面に沿って曲げて構成しているので、第１扁平管と第２扁平管とを、流れ方向が並行となるように交互に積層しても、第１扁平管に接続される第１ヘッダーと第２扁平管に接続される第２ヘッダーとが干渉することがないため、複数の扁平管を積層方向にも多層積層して接触面積を増加させることができる。その結果、熱交換性能を上げることができると共に、熱交換器が二次元的に大型化することなくコンパクトとなる。
【００２２】
また、第１ヘッダーと第２ヘッダーとが干渉することがないため、積層方向に並んだ複数の第１扁平管及び複数の第２扁平管が、それぞれ並列流路となるように構成できるので、圧力損失を増大させること無く、流体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、熱交換器に流体を送り循環させるための駆動装置の動力増加を招くことがない。
【００２３】
さらに、並列流路を構成する扁平管に接続されるヘッダーは管状ヘッダーであり、管状ヘッダーの開口端（扁平管と管状ヘッダーとの接続部）における各扁平管の貫通穴は、管状ヘッダーの他方の開口端から流入または流出する流体に対し、ほぼ均等に配置されるため、各貫通穴に対する流路抵抗差は小さくなり、流体が均等に分配または混合される。このため、流体の温度効率を最大化、圧力損失を最小化することができ、熱交換の性能を増加させることができる。
【００２４】
また、第１扁平管の両端と第２扁平管の両端とが積層方向から見て重ならないように、第１扁平管または第２扁平管の両端は扁平な面に沿って曲げられており、複数の第１扁平管の両端と複数の第２扁平管の両端とはそれぞれ、その端部同士が比較的近接しているので、管状ヘッダーに接続する際、各扁平管の端部を積層方向に曲げることにより、扁平管の端部を一箇所に束ねるための配管の取り回しが容易となり、熱交換器全体をコンパクトに構成することができる。
また、封入する使用冷媒量の増加も抑制できるため、コンパクトで環境性の高い熱交換器を提供することができる。
【００２５】
また、本実施の形態の構成によれば、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。
【００２６】
また、図１に示す本実施の形態では、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Ｗ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る。
【００２７】
さらに、流量を増加させて熱交換性能を大きくする場合、圧力損失を抑制するために、適正流速になるようにヘッダーの内径を拡大する必要があり、それに伴い耐圧性を維持するためには肉厚が増し、外径が著しく増大するが、ヘッダーを高強度の鉄鋼で構成したため、外径の増大を抑えることができ、熱交換器全体の小型化に効を奏する
【００２８】
また、ヘッダーを構成するステンレス鋼や炭素鋼などの鉄鋼は、アルミニウム合金や銅及び銅合金とは、強度の弱い脆弱な化合物層を生成させずにロウ付け接合が可能であるため、熱交換器１０を家庭用エアコンや業務用空調機などで一般的に使用されている銅配管にロウ付け等により比較的容易に取り付けることができる。
【００２９】
さらに、扁平管をアルミニウム合金で構成しているので、ヘッダーにロウ付け等により比較的容易に取り付けることができると共に、上記アルミニウム合金は、比較的低コストな押出成型により製造できるため、製造コストを抑制することができる。
また、３０００番台や６０００番台の比較的高強度のアルミニウム合金では肉厚をさらに薄くできるため、より小型、低コスト化を図ることができる。
【００３０】
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を示す図であり、図２（ａ）は系統図、図２（ｂ）及び（ｃ）は、各々、内部構造の斜視図及び上面図である。
図２（ａ）において、本冷凍空調装置の冷媒回路は、二酸化炭素を冷媒として用い、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３と冷却器２３、第１出口ヘッダー４と圧縮機２０、第２入口ヘッダー５と放熱器２１、及び第２出口ヘッダー６と減圧装置２２とがそれぞれ接続されている。また、第１入口ヘッダー３を管状ヘッダーで構成し、第１出口ヘッダー４、第２入口ヘッダー５、及び第２出口ヘッダー６のそれぞれを、管状ヘッダー、または、管軸が、並列流路を構成する複数の扁平管の扁平な面に直交する枝分岐ヘッダーで構成する。枝分岐ヘッダーの場合はヘッダー側面に、上記複数の扁平管が接続される。
【００３１】
圧縮機２０の冷媒配管内の低温低圧の蒸気の冷媒は圧縮機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。
【００３２】
図２（ｂ）（ｃ）において、本冷凍空調装置は、室外に設置され圧縮機２０、放熱器２１、及び熱交換器１０が収納された室外ユニットと、室内に設置される減圧装置２２、及び冷却器２３とが配管で接続されている。室外ユニットのファン２４の通風により放熱器２１から放熱が行われる。
ここで、熱交換器１０は、上記実施の形態１の熱交換器を用いており、各扁平管を、アルミニウム合金、銅及び銅合金のような比較的延性の大きな材質、または肉薄の可とう性部材で構成すれば、第１扁平管１及び第２扁平管２は共に、長手方向（Ｌ方向）を揃えて並行に、扁平な面で接合されており、またヘッダーは両端に接続されているので、長手方向を比較的剛性が小さい積層方向に自在に曲げることができるため、室外ユニット内に実装する場合、図に示すように、圧縮機２０などの容器類のシェル周りに沿わせて配置したり、または、容器や配管との間の隙間スペースを有効利用することができ、装置への実装効率が上がり、装置全体の小型化に寄与する。
【００３３】
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Ｄ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２１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２３の冷媒液を含んだ低温の冷媒が効率良く放熱器２１出口から減圧装置２２入口へと流れる冷媒を冷却するため、減圧装置２２入口の冷媒温度を十分下げることができる。
【００３４】
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１の貫通穴の流路断面積または数を第２扁平管２より大きくしてあるので、第１扁平管内の流速を抑制できるため適正な圧力損失を保つことができる。また、長さ方向に大きくして接触面積を増やす構成ではないので圧力損失を適正に保つことができる。
【００３５】
また、第１入口ヘッダー３を管状ヘッダーで構成し、この第１入口ヘッダー３に気液二相冷媒が流入するように構成しているので、各貫通穴への流路抵抗差が小さいため冷媒が適正に分配されやすいことに加えて、ヘッダー内部での気液のミキシングにより、各貫通穴へ流れる流体の気液比率も均等にすることができる。
さらに、管状ヘッダーで構成される第１入口ヘッダー３は、管軸方向が鉛直方向になるように配置されているので、各貫通穴へ流れる流体に働く重力に差が生じないため、気液比率に及ぼす影響を抑制することができる。このため、流体の温度効率を最大化、圧力損失が最小化することができ、熱交換の性能を増加させることができる。
なお、第２入口ヘッダー５を管状ヘッダーで構成し、この第２入口ヘッダー５に気液二相冷媒が流入する場合は、第２入口ヘッダー５において同様な効果を奏する。
【００３６】
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３３に接続されたバイパス配管３２とを備え、バイパス配管３２の途中に第２減圧装置３１を備えており、熱交換器１０の第１入口ヘッダー３（管状ヘッダー）と第２減圧装置３１、第１出口ヘッダー４とインジェクションポート３３、第２入口ヘッダー５と放熱器２１、及び第２出口ヘッダー６と減圧装置２２とがそれぞれ接続されている。
【００３７】
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２０のインジェクションポート３３に送られる。熱交換器１０では、第２減圧装置３１の出口からの冷媒液を含んだ低温の冷媒が、放熱器２１の出口から減圧装置２２の入口へと流れる冷媒を効率良く冷却するため、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。
【００３８】
図５は本実施の形態１の熱交換器を利用したさらに別の冷凍空調装置を示す図であり、図５（ａ）は系統図、図５（ｂ）及び（ｃ）は、各々、内部構造の斜視図及び上面図である。
図５（ａ）において、本冷凍空調装置の冷媒回路は、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５（管状ヘッダー）と放熱器２１、第２出口ヘッダー６と減圧装置２２とが接続されている。また、第１出口ヘッダー４、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３が順に接続された第２冷媒回路を有している。第２冷媒回路は、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。
【００３９】
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４０に戻る。熱交換器１０では、補助減圧装置４２の出口からの冷媒液を含んだ低温の冷媒が、放熱器２１の出口から減圧装置２２の入口へと流れる冷媒を効率良く冷却するため、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。
【００４０】
図５（ｂ）（ｃ）において、本冷凍空調装置は、室外に設置され圧縮機２０、放熱器２１、補助圧縮機４０、補助凝縮器４１、補助減圧装置４２、及び熱交換器１０が収納された室外ユニットと、室内に設置される減圧装置２２、及び冷却器２３とが配管で接続されている。室外ユニットのファン２４の通風により放熱器２１から放熱が行われる。
ここで、熱交換器１０は、上記実施の形態１の熱交換器を用いており、各扁平管を、アルミニウム合金、銅及び銅合金のような比較的延性の大きな材質、または肉薄の可とう性部材で構成すれば、第１扁平管１及び第２扁平管２は共に、長手方向（Ｌ方向）を揃えて並行に、扁平な面で接合されており、またヘッダーは両端に接続されているので、長手方向を比較的剛性が小さい積層方向に自在に曲げることができるため、ユニット内に実装する場合、図２（ｂ）、（ｃ）と同様、圧縮機などの容器類のシェル周りに沿わせて配置したり、または、容器や配管との間の隙間スペースを有効利用することができ、装置への実装効率が上がり、装置全体の小型化に寄与する。
なお、図５（ｂ）、（ｃ）では、圧縮機２０、補助圧縮機４０の他に、冷媒回路内の冷媒量を適正量に調整する液溜め容器４３が追加されたユニットの場合において、熱交換器１０を液だめ容器４３の周りに設置した例であり、容器類が多くなるほど、設置スペースの自由度が増え、実装効率向上に寄与する。
【００４１】
また、図５において、放熱器２１を省略し、圧縮機２０から吐出された高温高圧のガスを全て熱交換器１０で冷却する、いわゆる二次ループ形冷凍空調装置にも適用でき、この場合、熱交換器１０においては、必要熱交換量が大きくなり冷凍空調装置全体に占める容積割合が比較的大きくなるため、熱交換器１０がコンパクトとなる効果が一層高まる。
なお、図２、図４、及び図５に示す冷凍空調装置は、例えば、ルームエアコンやパッケージエアコン、給湯器、及び冷凍機のような定置式冷凍空調装置に適用できる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態の熱交換器を用いた冷凍空調機器においては、熱交換器の第１扁平管及び第２扁平管をそれぞれ流れる低温流体及び高温流体の少なくとも一方が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入口ヘッダーまたは第２入口ヘッダーを管状ヘッダーで構成すると共に、該管状ヘッダーの出口端では積層した扁平管を一箇所に束ねて接続しているので、各貫通穴への流路抵抗差が小さいため、適正に分配されやすい。また、管状ヘッダー内部での気液のミキシングにより各貫通穴へ流れる流体の気液比率も均等にすることができる。
また、この管状ヘッダーは管軸方向が鉛直方向となるように配置されているため、各貫通穴に流れる流体に働く重力に差が生じないため、流体を扁平管の各貫通穴へ適正に流すことができ、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。
【００４３】
また、二酸化炭素を冷媒とした冷凍空調機器に対して、熱交換器の第２扁平管を流れる高温流体が高温高圧の超臨界流体、第１扁平管を流れる低温流体が気液二相流体となるようにしたので、温度や流量条件などの熱交換器条件に合わせて熱交換器を最適構成でき、熱交換器の性能の最大化、ひいては機器の性能向上を図ることができる。
また、熱交換器がコンパクトに構成できるとともに、封入する使用冷媒量の増加も抑制できるため、コンパクトで環境性の高い冷凍空調装置を提供することができる。
【００４４】
また、低温流体と高温流体の種類に応じて、各扁平管の積層数（各扁平管による並列流路数）を変えることができるため、各扁平管を流れる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、熱交換性能を増加させることができる。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。
【００４５】
また、第１扁平管及び第２扁平管において、それぞれの貫通穴の数、流路断面積、配列ピッチＰの少なくとも一つを変化させることにより、それぞれの貫通穴を流れる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、熱交換性能を増加させることができる。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。
【００４６】
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を示す図であり、図６（ａ）は図１（ｂ）と同様の方向からみた側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ−ｂ線での断面図である。
図において、第１入口ヘッダー３、第１出口ヘッダー４、第２入口ヘッダー５（図示を省略）、第２出口ヘッダー６（図示を省略）の少なくともいずれか１つは、それぞれ両端が開口した管形状の管状ヘッダーであり（図６では全てのヘッダーが管状ヘッダー）、図６（ｂ）に示すように、複数の扁平管１ａ，１ｂ，１ｃの端部を円弧状に湾曲させるとともに、環状に並べて管状ヘッダーの開口端に接続し、この開口端の中央部には内壁５０が形成されている。
なお、扁平管の管端は管状ヘッダー内部から見て内壁と面一でも、突き出したり引っ込めて接続されていても良い。
また、第１入口ヘッダー３の両開口端の間、即ち、第１入口ヘッダー３の内部には、流路断面積が前後の流路断面積より小さいオリフィス５１が設けられている。その他の構成は、実施の形態１と同様のため説明を省略する。
【００４７】
このような構成によれば、各扁平管の貫通穴への流路抵抗の均一化が図れるほかに、オリフィス５１の流路抵抗により各貫通穴への流路抵抗差が相対的に小さくなり、冷媒が一層均等分配されやすくなる。このため、流体の温度効率を最大化、圧力損失を最小化することができ、熱交換の性能を一層増加させることができる。
なお、オリフィス５１は第１入口ヘッダー３のみならず、その他のヘッダーに設けても同様の効果が得られる。
【００４８】
また、管状ヘッダー出口と接続された湾曲した扁平管の端部は、環状に一列でなくとも、図７に示すように、一部分が互いに重なるように、オーバーラップして構成しても良く、この場合、管状ヘッダーの小径化が図れ、よりコンパクトとなる。
なお、図７では第１扁平管１ａ，１ｂを２本で構成したが、本数は１本のものでも３本以上のものでも良い。
【００４９】
また、図８は管状ヘッダーを直管から絞り加工やプレス加工により成型したものであり、図８（ａ）は第１入口ヘッダー３を出口側から見た斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）矢印ｂ方向からみた背面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）のｃ−ｃ線での断面図、図８（ｄ）は図８（ａ）矢印ｄ方向からみた正面図である。
図８に示す管状ヘッダーは、一端において、管外周を径方向に変形させて、扁平管が接続される開口部５２ａ，５２ｂ，５２ｃを設けるとともに、中央部を接合して内壁５０を形成している。
管状ヘッダーをこのように構成することにより、ヘッダー構造が簡素化でき、より一層コンパクトになるとともに、製造過程においても大幅な簡素化を図ることができる。
【００５０】
図９は、管状ヘッダーの内部に設けるオリフィス５１を一体成型したものであり、低コストで、各扁平管の貫通穴への流体の分配特性をさらに向上させることができる。
なお、図９においては、左側の開口端に扁平管が接続される。
【００５１】
第２入口ヘッダー５に気液二相冷媒が流入する場合は、第２入口ヘッダー５においても同様な効果を奏する。
【００５２】
本実施の形態２の熱交換器は、、図２、図４、図５で示した全ての冷凍空調装置に利用できる。第１入口ヘッダー３に気液二相状態の低温流体が流入する場合、図６（ｂ）に示すように、第１入口ヘッダー３に流入した流体はヘッダーの出口端の中央部の内壁５０に衝突して気液のミキシングが促進され、径方向に拡がって環状に配置された貫通穴に流入するので、運転条件や姿勢によらず各貫通穴へ流れる流体の気液比率を一層均等分配させることできる。
また、オリフィス５１により流体を増速させて中心部に衝突させることができるため、増速及び衝突の際に、気液の混合がさらに促進され、各貫通穴への均等分配性を高めることができ、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。
【００５３】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３による熱交換器１０を示す図であり、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のｂ−ｂ線での断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のｃ−ｃ線での断面図である。
図において、第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ低温流体及び高温流体が流れる複数の貫通穴を有しており、扁平な面で互いに接触するように、かつそれぞれの長手方向（第１扁平管と第２扁平管とが接触する面における各流体の流れ方向：Ｌ１方向とＬ２方向）が直交するように、交互に積層され、ロウ付け等で接合されている。
第１扁平管１は６本の扁平管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆからなり、扁平管１ａ，１ｂ，１ｃ、及び扁平管１ｄ，１ｅ，１ｆは、それぞれ扁平な面に沿って、扁平管１の幅方向（流れ方向に直交する方向：Ｗ１方向）に並んでいる。また、扁平管１ａ，１ｂ，１ｃと扁平管１ｄ，１ｅ，１ｆとは積層方向（Ｓ方向）に並んで配置されている。また、各扁平管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ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に接続され、並列流路を構成する。
第２扁平管２は長手方向（Ｌ２方向）で折返して３段に積層され、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。
【００５４】
また、第１扁平管１の全流路面積は第２扁平管２の全流路面積より大きくしてある。
また、第１扁平管の長手方向（Ｌ１方向）の長さは第２扁平管の長手方向（Ｌ２方向）の長さより短くしている。
また、図１０では、６本の第１扁平管のそれぞれの貫通穴の流路断面積または数は全て同じであるが、第２扁平管２の出口側と接触する扁平管ほど、貫通穴の流路断面積または数を大きくしてもよい。
同様に、第２扁平管２の貫通穴の流路断面積または数は、第１扁平管１の入口側と接触する側ほど大きくしてもよい。
【００５５】
さらに、図１０（ｃ）に示すように、第１入口ヘッダー３は、実施の形態１または実施の形態２に示した管状ヘッダーとなっている。第１出口ヘッダー４、第２入口ヘッダー５、第２出口ヘッダー６は、管軸方向と扁平管の扁平な面とが並行になるようにして、各扁平管をヘッダー側面に接続するヘッダーである。
さらに、各ヘッダー３〜６はそれぞれ接続配管３ａ、４ａ、５ａ、６ａと接続されている。
【００５６】
また、第１扁平管１及び第２扁平管２の材質は、Ａ１０５０やＡ１０７０など１０００番台や、Ａ３００３などの３０００番台、及び６０００番台などのアルミニウム合金、各ヘッダー３〜６の材質は、ステンレス鋼や炭素鋼などの鉄鋼、接続配管３ａ〜６ａの材質は、銅及び銅合金製で、それぞれロウ付け等により接合されている。
【００５７】
また、本実施の形態において、第１入口ヘッダー３は管軸方向Ａが鉛直方向になるように設置されている。
【００５８】
図１０において、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の順に流れ、第１扁平管１と第２扁平管２との接触面を介して両流体が熱交換される。
【００５９】
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、本実施の形態では、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が直交するように積層配置したので、熱交換器が二次元的に大型化することなく第１扁平管と第２扁平管との接触面積を増加させることができる。また、各流体の流れ方向が直交するように構成しているので、各扁平管に接続されるそれぞれのヘッダー同士が干渉することがないため、コンパクトな構成となり、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。
【００６０】
また、本実施の形態では、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が直交するように積層配置したので、第１扁平管に接続される第１ヘッダーと第２扁平管に接続される第２ヘッダーとが干渉することがないため、複数の扁平管を積層方向にも多層積層して接触面積を増加させることができる。その結果、熱交換性能を上げることができると共に、熱交換器が二次元的に大型化することなくコンパクトとなる。
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を異なる構成にすることができるので、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、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。
【００６１】
さらに、第１扁平管または第２の扁平管を複数の扁平管で構成し（図１０では第１扁平管のみ）、並列流路を構成するようにしているので、圧力損失を増大させること無く、流体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、熱交換器に流体を送り循環させるための駆動装置の動力増加を招くことがない。
【００６２】
また、並列流路を構成する扁平管に接続される入口ヘッダーまたは出口ヘッダーのいずれかは管状ヘッダーであり（図１０では第１入口ヘッダーのみ）、並列流路を構成する複数の扁平管を束ねて、管状ヘッダーの開口端に、管状ヘッダーの管軸方向と並列流路を構成する複数の扁平管内の流体の流れ方向とが同一方向となるようにして接続するので、上記開口端における各扁平管の貫通穴は、管状ヘッダーの他方の開口端から流入または流出する流体に対し、ほぼ均等に配置されるため、各貫通穴に対する流路抵抗差は小さくなり、流体が均等に分配または混合されるので、各扁平管における流量が均一化でき、熱交換性能が向上する。
【００６３】
さらに、扁平な面に沿って並んだ複数の扁平管は扁平管同士、及びその端部同士が比較的近接しているので、管状ヘッダーに接続する際、扁平管の端部を扁平な面に沿って曲げると共に、積層方向にも曲げることにより、扁平管の端部を一箇所に束ねるための配管の取り回しが容易にでき、熱交換器全体をコンパクトに構成することができる。
また、積層方向に並んだ複数の扁平管もその端部同士が比較的近接しているので、管状ヘッダーに接続する際、各扁平管の端部を積層方向に曲げることにより、扁平管の端部を一箇所に束ねるための配管の取り回しが容易となり、熱交換器全体をコンパクトに構成することができる。
【００６４】
また、銅及び銅合金製の接続配管３ａ〜６ａを設けることにより、外部の銅配管との取り付けがさらに容易となる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、第１入口ヘッダー３に管状ヘッダーを適用したが、第１出口ヘッダー４に管状ヘッダーを適用しても良い。
また、本実施の形態では、６本の第１扁平管１と、折返して構成された１本の第２扁平管２により積層方向に５層積層された熱交換器を示したが、積層方向に並ぶ第１扁平管の数、及び扁平な面に沿って並ぶ第１扁平管の数は本実施の形態の数に限ることはない。
また、積層方向にのみ並ぶ複数の第１扁平管により並列流路を構成してもよいし、扁平な面に沿って並ぶ複数の第１扁平管のみで並列流路を構成し、扁平な面に沿って並ぶ該複数の第１扁平管を積層方向に折返す構成としても良い。
さらに、第２扁平管２に対しても、第１扁平管と同様の構成とし、第１扁平管と第２扁平管の両方が、扁平な面に沿って並んだ、あるいは積層方向に並んだ並列流路としてもよい。
第２扁平管２を並列流路とした場合には、第１扁平管１と同様、第２入口ヘッダー５または第２出口ヘッダー６を管状ヘッダーとするとよい。
【００６６】
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。
また、貫通穴の形状は矩形であるが、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。
【００６７】
また、本実施の形態では第１入口ヘッダーに実施の形態１と同様の管状ヘッダーを適用したが、実施の形態２と同様、並列流路を構成する複数の扁平管の端部を円弧状に湾曲させて環状、または互いにオーバーラップするように並べ、管状ヘッダーの開口端に接続してもよい。
【００６８】
本実施の形態３の熱交換器は、、図２、図４、図５で示した全ての冷凍空調装置に利用できる。熱交換器１０において、第１扁平管と第２扁平管とが同じ形状であれば、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扁平管を流れる際の圧力損失よりも大きくなるが、本実施の形態では、並列流路構成の第１扁平管は第２扁平管より全流路断面積が大きくなっているので、管内の流速を抑制できるため適正な圧力損失を保つことができる。また、第１扁平管の長手方向（Ｌ１方向）の長さは第２扁平管の長手方向（Ｌ２方向）の長さより短いため、第１扁平管の圧力損失を適正に保つことができる。
【００６９】
さらに、図３に示すように、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、本実施の形態の熱交換器を用いれば、扁平な面に沿って並んだ第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃ、及び第１扁平管１ｄ，１ｅ，１ｆの各貫通穴の流路断面積または数を、第２扁平管２の出口側と接触する扁平管ほど大きくして、第２扁平管２の出口側と接触する扁平管ほど低温冷媒が多く流れるように構成することができるので、上記の熱交換特性低下を防ぐことができる。
また、本実施の形態の熱交換器を用いれば、第２扁平管２の貫通穴の流路断面積または数を、第１扁平管１の入口側と接触する扁平管ほど大きくして、第１扁平管１の入口側と接触する扁平管ほど高温冷媒が多く流れるように構成することができるので、第２扁平管２を流れる高温冷媒の多くの流量を、冷却性能が高い第１扁平管１の入口側を流れる低温冷媒と熱交換させることができるため、熱交換性能を上げることができる。
【００７０】
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。
【００７１】
実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４による熱交換器１０を示す図であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のｂ−ｂ線での断面図である。
図において、第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ低温流体及び高温流体が流れる複数の貫通穴を有しており、扁平な面で互いに接触するように、かつそれぞれの長手方向（第１扁平管と第２扁平管とが接触する面における各流体の流れ方向：Ｌ方向）が並行になるように、ロウ付け等で接合されている。
また、各扁平管を、アルミニウム合金、銅及び銅合金のような比較的延性の大きな材質、または肉薄の可とう性部材で構成すれば、第１扁平管１及び第２扁平管２は共に、長手方向（Ｌ方向）を揃えて並行に、扁平な面で接合されており、またヘッダーは両端に接続されているので、長手方向（Ｌ方向）に直交する方向に対し自在に折返せる構成となっている。図１１では、第１扁平管と第２扁平管とを３段に折返すことにより第１扁平管と第２扁平管とを積層した構成であり（積層方向：Ｓ方向）、第１扁平管１の両端はそれぞれ第１入口ヘッダー３及び第１出口ヘッダー４に、第２扁平管２の両端はそれぞれ第２入口ヘッダー５及び第２出口ヘッダー６に接続されている。
また、第１扁平管１は扁平面に沿って並んだ３本の扁平管１ａ，１ｂ，１ｃからなり、並列流路を構成する。
また、第１入口ヘッダー３は、実施の形態１及び実施の形態２に示した管状ヘッダーとなっている。第１出口ヘッダー４、第２入口ヘッダー５、及び第２出口ヘッダー６は、管軸方向と扁平管の扁平な面とが並行になるようにして、各扁平管をヘッダー側面に接続するヘッダーである。
その他の構成は、実施の形態３と同様のため、説明を省略する。
【００７２】
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、本実施の形態では、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が並行となるように配置すると共に、各扁平管を折返して積層したので、熱交換器が二次元的に大型化することなく第１扁平管と第２扁平管との接触面積を増加させることができる。
また、第１扁平管に接続される第１ヘッダーと第２扁平管に接続される第２ヘッダーとは、共に各扁平管の両端部にのみ設ければよいので、ヘッダー同士が干渉することがない。
また、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。
また、第１扁平管及び第２扁平管の少なくともいずれか一方（図１１では第１扁平管のみ）は、扁平面に沿って並んだ複数の扁平管により並列流路を構成しているので、圧力損失を増大させること無く、流体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、熱交換器に流体を送り循環させるための駆動装置の動力増加を招くことがない。
また、並列流路を構成する扁平管に接続される入口ヘッダーまたは出口ヘッダーのいずれかは管状ヘッダーであるので（図１１では第１入口ヘッダーのみ）、実施の形態３と同様の効果を奏する。
【００７３】
なお、扁平管を折返す段数は３段に限ることはなく、折返さない１段構成から、それ以上のいくらでも良く、装置の実装スペースに応じて自在に構成できる。
【００７４】
本実施の形態４の熱交換器は、図２、図４、図５で示した全ての冷凍空調装置に利用できる。
本実施の形態の熱交換器は、例えば長手方向を比較的剛性が小さい積層方向に自在に曲げることができるため、冷凍空調装置の室外ユニット内に実装する場合、圧縮機などの容器類のシェル周りに沿わせて配置したり、容器や配管との間の隙間スペースに配置することができ、装置への実装効率が上がり、装置全体の小型化に寄与する。
【００７５】
実施の形態５．
図１２は本発明の実施の形態５による熱交換器１０を示す図であり、図１２（ａ）は正面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のｂ−ｂ線での断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のｃ−ｃ線での断面図である。
図において、第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ低温流体及び高温流体が流れる複数の貫通穴を有しており、扁平な面で互いに接触するように、かつそれぞれの管内を流れる流体の流れ方向（Ｌ１方向、Ｌ２方向）が直交するように、３以上の複数の積層数（図１２では６）で交互に積層され、ロウ付け等で接合されている。
第１扁平管１は３本の扁平管１ａ，１ｂ，１ｃからなり、扁平管１ａ，１ｂ，１ｃは積層方向（Ｓ方向）に並んで配置され、各扁平管の上下端同士は第１入口ヘッダー管３及び第１出口ヘッダー４に接続され、並列流路を構成する。
第２扁平管２は長手方向（Ｌ２方向）で折返して３段に積層され、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。
【００７６】
さらに、図１２（ｃ）に示すように、第１入口ヘッダー３、及び第１出口ヘッダー４は、管軸方向と扁平管の扁平な面とが並行になるようにして、複数の第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃをヘッダー側面に接続するヘッダーである。第２入口ヘッダー５、及び第２出口ヘッダー６は、管軸方向と扁平管の扁平な面とが並行になるようにして、第２扁平管２をヘッダー側面に接続するヘッダーである。
また、各ヘッダーはそれぞれ接続配管３ａ、４ａ、５ａ、６ａと接続されている。
【００７７】
また、第１扁平管の長手方向（Ｌ１方向）の長さは第２扁平管の長手方向（Ｌ２方向）の長さより短くしており、第１扁平管１の幅方向（流れ方向に直交する方向：Ｗ１方向）の長さは、第２扁平管の幅方向（流れ方向に直交する方向：Ｗ２方向）の長さより大きい。
また、図１２では、３本の第１扁平管の貫通穴の流路断面積または数は全て同じであるが、第２扁平管２の出口側と接触する扁平管ほど、貫通穴の流路断面積または数を大きくしてもよい。
同様に、第２扁平管２の貫通穴の流路断面積または数は、第１扁平管１の入口側と接触する側ほど大きくしてもよい。
【００７８】
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。
また、貫通穴の形状は矩形であるが、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。
【００７９】
また、第１扁平管１及び第２扁平管２の材質は、Ａ１０５０やＡ１０７０など１０００番台や、Ａ３００３などの３０００番台、及び６０００番台などのアルミニウム合金、各ヘッダー３〜６の材質は、ステンレス鋼や炭素鋼などの鉄鋼、接続配管３ａ〜６ａの材質は、銅及び銅合金製で、それぞれロウ付け等により接合されている。
【００８０】
なお、本実施の形態では、Ｓ方向に積層する３本の第１扁平管１と、折返して積層構成された１本の第２扁平管２により構成されるものを示したが、各扁平管の数は本実施の形態の数に限らない。また、扁平面に沿って並んだ複数の扁平管で、並列流路を構成するようにしてもよい。また、扁平面に沿って並んだ複数の扁平管を折り返して積層してもよい。
【００８１】
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の順に流れ、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。
【００８２】
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、本実施の形態では、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が直交するように交互に６層積層配置したので、熱交換器が二次元的に大型化することなく第１扁平管と第２扁平管との接触面積を増加させることができる。また、各流体の流れ方向が直交するように構成しているので、各扁平管に接続されるそれぞれのヘッダー同士が干渉することがないため、コンパクトな構成となり、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。
【００８３】
また、本実施の形態では、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が直交するように積層配置したので、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を異なる構成にすることができるため、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、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。
【００８４】
さらに、第１扁平管または第２の扁平管を複数の扁平管で構成し（図１２では第１扁平管のみ）、並列流路を構成するようにしているので、圧力損失を増大させること無く、流体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、熱交換器に流体を送り循環させるための駆動装置の動力増加を招くことがない。
【００８５】
さらに、流量を増加させて熱交換性能を大きくする場合、圧力損失を抑制するために、適正流速になるようにヘッダーの内径を拡大する必要があり、それに伴い耐圧性を維持するためには肉厚が増し、外径が著しく増大するが、ヘッダーを高強度の鉄鋼で構成したため、外径の増大を抑えることができ、熱交換器全体の小型化に効を奏する
【００８６】
また、ヘッダーを構成するステンレス鋼や炭素鋼などの鉄鋼は、アルミニウム合金や銅及び銅合金とは、強度の弱い脆弱な化合物層を生成させずにロウ付け接合が可能であるため、熱交換器１０を家庭用エアコンや業務用空調機などで一般的に使用されている銅配管にロウ付け等により比較的容易に取り付けることができる。
また、銅及び銅合金製の接続配管３ａ〜６ａを設けることにより、外部の銅配管との取り付けがさらに容易となる。
【００８７】
さらに、扁平管をアルミニウム合金で構成しているので、ヘッダーにロウ付け等により比較的容易に取り付けることができると共に、上記アルミニウム合金は、比較的低コストな押出成型により製造できるため、製造コストを抑制することができる。
また、３０００番台や６０００番台の比較的高強度のアルミニウム合金では肉厚をさらに薄くできるため、より小型、低コスト化を図ることができる。
【００８８】
本実施の形態５の熱交換器は、図２、図４、図５で示した全ての冷凍空調装置に利用できる。二酸化炭素を冷媒とした冷凍空調機器に対して、熱交換器の第２扁平管を流れる高温流体を高温高圧の超臨界流体、第１扁平管を流れる低温流体を気液二相流体とした場合、第１扁平管と第２扁平管とが同じ形状であれば、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扁平管を流れる際の圧力損失よりも大きくなるが、本実施の形態では、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。
【００８９】
また、図１２（ｃ）に示すように、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃが垂直配置され、上部に第１入口ヘッダー３が設けられているため、第１入口ヘッダー３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、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３本の第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃ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。
【００９０】
さらに、図３に示すように、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、本実施の形態の熱交換器を用いれば、積層方向に並んだ第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃの各貫通穴の流路断面積または数を、第２扁平管２の出口側と接触する扁平管ほど大きくして（図１２では、扁平管１ａ＞扁平管１ｂ＞扁平管１ｃ）、第２扁平管２の出口側と接触する扁平管ほど低温冷媒が多く流れるように構成することができるので、上記の熱交換特性低下を防ぐことができる。
また、本実施の形態の熱交換器を用いれば、第２扁平管２の貫通穴の流路断面積または数を、第１扁平管１の入口側と接触する貫通穴ほど大きくして、第１扁平管１の入口側と接触する貫通穴ほど高温冷媒が多く流れるように構成することができるので、第２扁平管２を流れる高温冷媒の多くの流量を、冷却性能が高い第１扁平管１の入口側を流れる低温冷媒と熱交換させることができるため、熱交換性能を上げることができる。
【００９１】
このように、両流体の間で比熱、密度などの熱物性値や流動条件などの動作条件に差が発生しても、管内の流速増加に伴う圧力損失の上昇を招くことなく、扁平管の幅、長さ、積層する段数、及び貫通穴の流路断面積、数などを調整して熱交換器を最適構成できるため、熱交換器の性能の最大化、ひいては機器の性能向上を図ることができる。
また、熱交換器がコンパクトに構成できるとともに、封入する使用冷媒量の増加も抑制できるため、コンパクトで環境性の高い冷凍空調装置を提供することができる。
【００９２】
実施の形態６．
図１３は本発明の実施の形態６による熱交換器を示す図であり、図１３（ａ）は斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のｂ−ｂ線での断面図である。
図において、第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ低温流体及び高温流体が流れる複数の貫通穴を有しており、扁平な面で互いに接触するように、かつそれぞれの長手方向（第１扁平管と第２扁平管とが接触する面における各流体の流れ方向：Ｌ方向）が並行になるように、ロウ付け等で接合されている。
また、各扁平管を、アルミニウム合金、銅及び銅合金のような比較的延性の大きな材質、または肉薄の可とう性部材で構成すれば、第１扁平管１及び第２扁平管２は共に、長手方向（Ｌ方向）を揃えて並行に、扁平な面で接合されており、またヘッダーは両端に接続されているので、長手方向（Ｌ方向）に直交する方向に対し自在に折返せる構成となっている。図１３では、第１扁平管と第２扁平管とを３段に折返すことにより第１扁平管と第２扁平管とを積層方向に６層積層した構成であり（積層方向：Ｓ方向）、第１扁平管１の両端はそれぞれ第１入口ヘッダー３及び第１出口ヘッダー４に、第２扁平管２の両端はそれぞれ第２入口ヘッダー５及び第２出口ヘッダー６に接続されている。
また、第１入口ヘッダー３、第１出口ヘッダー４、第２入口ヘッダー５、及び第２出口ヘッダー６は、管軸方向と扁平管の扁平な面とが並行になるようにして、各扁平管をヘッダー側面に接続するヘッダーである。
【００９３】
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、本実施の形態では、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が並行となるように配置すると共に、各扁平管を折返して積層したので、熱交換器が二次元的に大型化することなく第１扁平管と第２扁平管との接触面積を増加させることができる。
また、第１扁平管に接続される第１ヘッダーと第２扁平管に接続される第２ヘッダーとは、共に各扁平管の両端部にのみ設ければよいので、ヘッダー同士が干渉することがない。
また、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。
【００９４】
なお、扁平管の代わりに、貫通穴を有する細管を並べて構成しても同様の作用、効果があることは言うまでもない。
【００９５】
なお、本実施の形態６の熱交換器は、図２、図４、図５で示した全ての冷凍空調装置に利用できる。
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扁平管内の流れ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が均等分配されやすくなる。
【００９６】
また、本実施の形態の熱交換器は、例えば長手方向を比較的剛性が小さい積層方向に自在に曲げることができるため、冷凍空調装置の室外ユニットに実装する場合、構成機器（例えば圧縮機や液だめ容器など）に沿わせて配置したり、容器や配管との間の隙間スペースに配置することができ、装置への実装効率が上がり、装置全体の小型化に寄与する。
【００９７】
なお、扁平管を折返す段数は３段に限ることはなく、折返さない１段構成から、それ以上のいくらでも良く、装置の実装スペースに応じて自在に構成できる。
【００９８】
実施の形態７．
図１４は本発明の実施の形態７による熱交換器を示す図であり、図１４（ａ）は斜視図、図１４（ｂ）はｘｚ面での断面図、図１４（ｃ）はｘｙ面での断面図である。
図において、第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ低温流体及び高温流体が流れる複数の貫通穴を有しており、長手方向（第１扁平管と第２扁平管とが接触する面における各流体の流れ方向：Ｌ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、アルミニウム合金、銅及び銅合金のような比較的延性の大きな材質、または肉薄の可とう性部材で構成されており、長手方向途中で折り曲げて３段で構成されている。また、一体成形された第１扁平管１及び第２扁平管２の両端には、扁平管の扁平な面と管軸方向とが並行になるようにして、管状部材が接続されており、管状部材の内部に長手方向に仕切板５２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とが仕切板５２を介して隣接配置され、第１出口ヘッダー４と第２入口ヘッダー５とが仕切板５２を介して隣接配置された構成となっており、第１扁平管１の両端で第１入口ヘッダー３及び第１出口ヘッダー４が接続され、第２扁平管２の両端で第２入口ヘッダー５及び第２出口ヘッダー６が接続されている。
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。
【００９９】
このような構成によれば、実施の形態６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、ヘッダーの一体化により、一層コンパクトとなるとともに、製造の大幅な簡素化を図ることができる。
【０１００】
なお、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もよい。
【０１０１】
実施の形態８．
図１５は本発明の実施の形態８による熱交換器を示す図であり、図１５（ａ）は斜視図、図１５（ｂ）はｘｚ面での断面図、図１５（ｃ）はｙｚ面での断面図である。
実施の形態６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とから構成されている。第１ヘッダー体６１は、内部に多孔管の１段目〜４段目と、５段目と、６段目とを仕切る仕切板、並びに多孔管の５段目及び６段目の流路にそれぞれ連通するように接続された第１出口管６１１及び第２入口管６１２を備えている。第２ヘッダー体６２は、多孔管の１段目と、２段目と、３段目〜６段目とを仕切る仕切板、並びに多孔管の１段目及び２段目の流路にそれぞれ連通するように接続された第１入口管６２１及び第２出口管６２２を備えている。また、第１ヘッダー体６１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６２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。
【０１０２】
このように構成することにより、低温流体が、第１入口管６２１から、第１ヘッダー体６１、多孔管６０、第２ヘッダー体６２を蛇行して、第１出口管６１１へ、一方、高温流体が、第２入口管６１２から、第２ヘッダー体６２、多孔管６０、第１ヘッダー体６１を蛇行して、第２出口管６２２へ、交互に対向して流れるようにできる。
【０１０３】
したがって、このような構成によれば、実施の形態６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。
【０１０４】
なお、第１ヘッダー体６１と第１カバー６１３、及び第２ヘッダー体６２と第２カバー６２３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６０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。
【０１０５】
実施の形態９．
図１６は本発明の実施の形態９による熱交換器を示す図であり、図１６（ａ）は斜視図、図１６（ｂ）はｙｚ面での断面図、図１６（ｃ）は多孔管の詳細図である。
実施の形態６の第１扁平管１と第２扁平管２と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、及び第２ヘッダー体６２から構成される。
【０１０６】
第１ヘッダー体６１及び第２ヘッダー体６２には、多孔管６０の２、４、６段目の流路と連通するようにそれぞれ接続された第１出口管６１１及び第１入口管６２１を備えている。
また、第１ヘッダー体６１及び第２ヘッダー体６２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それぞれ接続された第１内部ヘッダー６３１及び第２内部ヘッダー６３２を備え、さらに、第１内部ヘッダー６３１及び第２内部ヘッダー６３２には、それぞれ高温流体を外部に取り出す第２入口管６１２、第２出口管６２２が接続されている。
【０１０７】
このように構成することにより、低温流体が、第１入口管６２１から、第１ヘッダー体６１、多孔管６０、第２ヘッダー体６２、第１出口管６１１へ、一方、高温流体が、第２入口管６１２から、第２ヘッダー体６２、多孔管６０、第１ヘッダー体６１、第２出口管６２２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。
【０１０８】
したがって、このような構成によれば、実施の形態６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。
【０１０９】
なお、図１６（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。
【０１１０】
実施の形態１０．
図１７は本発明の実施の形態１０による熱交換器を示す図であり、図１７（ａ）は斜視図、図１７（ｂ）はｘｙ面での断面図である。
第１扁平管１及び第２扁平管２はそれぞれ低温流体及び高温流体が流れる複数の貫通穴を有しており、扁平な面で互いに接触するように、かつそれぞれの長手方向（第１扁平管と第２扁平管とが接触する面における各流体の流れ方向：Ｌ方向）が並行になるように、交互に積層され、ロウ付け等で接合されている。
第１扁平管１は積層方向（Ｓ方向）に並んだ３本の第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃ、第２扁平管２は積層方向（Ｓ方向）に並んだ３本の第２扁平管２ａ，２ｂ，２ｃからなり、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃの両端と第２扁平管２ａ，２ｂの両端とが積層方向から見て重ならないように、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃと第２扁平管２ａ，２ｂ，２ｃとは、両端部が扁平な面に沿ってそれぞれ所定角度曲がっている。即ち、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃの両端部と第２扁平管２ａ，２ｂ，２ｃの両端部とを、それぞれ長手方向（Ｌ方向）と積層方向（Ｓ方向）とのいずれにも直交する方向（Ｗ方向）に、かつ第１扁平管１の両端と第２扁平管２の両端とが互いに交差しないように曲げて構成されている。
また、第１扁平管１ａ，１ｂ，１ｃは両端部でそれぞれ第１入口ヘッダー３と第１出口ヘッダー４とに接続され、並列流路を構成する。
また、第２扁平管２ａ，２ｂ，２ｃは両端部でそれぞれ第２入口ヘッダー５と第２出口ヘッダー６とに接続され、並列流路を構成する。
さらに、第１扁平管１の貫通穴の流路断面積（流体の流れ方向と垂直な断面積）または数を第２扁平管２より大きく構成し、第１扁平管１の全流路面積は第２扁平管より大きくしてある。
【０１１１】
また、第１入口ヘッダー３、第１出口ヘッダー４、第２入口ヘッダー５、第２出口ヘッダー６は、管軸が、並列流路を構成する複数の扁平管の扁平な面に直交する枝分岐ヘッダーであり、上記枝分岐ヘッダーの側面に、上記複数の扁平管が接続されている。
【０１１２】
また、第１扁平管１及び第２扁平管２の材質は、Ａ１０５０やＡ１０７０など１０００番台や、Ａ３００３などの３０００番台、及び６０００番台などのアルミニウム合金、各ヘッダーの材質は、ステンレス鋼や炭素鋼などの鉄鋼で、それぞれロウ付け等により接合されている。
【０１１３】
本実施の形態の構成によれば、第１扁平管の両端と第２扁平管の両端とが積層方向から見て重ならないように、第１扁平管の両端または第２扁平管の両端を、扁平な面に沿って曲げて構成しているので、第１扁平管と第２扁平管とを、流れ方向が並行となるように交互に積層しても、第１扁平管に接続される第１ヘッダーと第２扁平管に接続される第２ヘッダーとが干渉することがないため、複数の扁平管を積層方向にも多層積層して接触面積を増加させることができる。その結果、熱交換性能を上げることができると共に、熱交換器が二次元的に大型化することなくコンパクトとなる。
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、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。
【０１１４】
また、第１ヘッダーと第２ヘッダーとが干渉することがないため、積層方向に並んだ複数の第１扁平管及び複数の第２扁平管が、それぞれ並列流路となるように構成できるので、圧力損失を増大させること無く、流体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、熱交換器に流体を送り循環させるための駆動装置の動力増加を招くことがない。
【０１１５】
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。
【０１１６】
なお、本実施の形態１０の熱交換器は、図２、図４、図５で示した全ての冷凍空調装置に利用できる。
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扁平管内の流れ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が均等分配されやすくなる。
【０１１７】
なお、熱交換器１０は、実施の形態１０の熱交換器を用いており、各扁平管を、アルミニウム合金、銅及び銅合金のような比較的延性の大きな材質、または肉薄の可とう性部材で構成すれば、第１扁平管１及び第２扁平管２は共に、長手方向（Ｌ方向）を揃えて並行に、扁平な面で接合されており、またヘッダーは両端に接続されているので、長手方向を比較的剛性が小さい積層方向に自在に曲げることができるため、冷凍空調装置の室外ユニットに実装する場合、構成機器（例えば圧縮機や液だめ容器など）に沿わせて配置したり、容器や配管との間の隙間スペースに配置することができ、装置への実装効率が上がり、装置全体の小型化に寄与する。
【０１１８】
以上のように、この発明に係る熱交換器は、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が直交するようにして、３以上の複数の積層数で積層配置したので、熱交換器が 二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扁平管と第２扁平管との少なくとも一方の扁平管を、扁平な面に沿って並んだ、または積層方向に並んだ複数の扁平管で構成したので、圧力損失を増大させること無く、流体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、並列流路を構成する扁平管に接続される入口ヘッダーまたは出口ヘッダーのいずれかを管状ヘッダーとし、並列流路を構成する複数の扁平管を束ねて、管状ヘッダーの開口端に、管状ヘッダーの管軸方向と並列流路を構成する複数の扁平管内の流体の流れ方向とが同一方向となるようにして接続すれば、上記開口端における各扁平管の貫通穴は、管状ヘッダーの他方の開口端から流入または流出する流体に対し、ほぼ均等に配置されるため、各貫通穴に対する流路抵抗差は小さくなり、流体が均等に分配または混合されるので、各扁平管における流量が均一化でき、熱交換性能が向上する。
【０１１９】
また、この発明に係る熱交換器は、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が並行になるようにして折り返し、３以上の複数の積層数で積層配置したので、熱交換器が 二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扁平管と第２扁平管との少なくとも一方の扁平管を、扁平な面に沿って並んだ複数の扁平管で構成し、上記複数の扁平管が並列流路を構成するようにすれば、圧力損失を増大させること無く、流体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、上記並列流路を構成する扁平管に接続される入口ヘッダーまたは出口ヘッダーのいずれかを管状ヘッダーとし、並列流路を構成する複数の扁平管を束ねて、管状ヘッダーの開口端に、管状ヘッダーの管軸方向と並列流路を構成する複数の扁平管内の流体の流れ方向とが同一方向となるようにして接続すれば、上記開口端における各扁平管の貫通穴は、管状ヘッダーの他方の開口端から流入または流出する流体に対し、ほぼ均等に配置されるため、各貫通穴に対する流路抵抗差は小さくなり、流体が均等に分配または混合されるので、各扁平管における流量が均一化でき、熱交換性能が向上する。
【０１２０】
また、この発明に係る熱交換器は、第１扁平管と第２扁平管とを、各流体の流れ方向が並行になるようにして積層配置したので、熱交換器が 二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扁平管と第２扁平管との少なくとも一方の扁平管を、積層方向に並んだ複数の扁平管で構成し、上記複数の扁平管が並列流路を構成するようにしたので、圧力損失を増大させること無く、流体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、上記複数の扁平管の両端を、第１扁平管の両端と第２扁平管の両端とが互いに交差しないように、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するので、第１扁平管と第２扁平管とを、流れ方向が並行となるように交互に積層しても、各扁平管の両端に接続されるヘッダーが干渉することがない。
また、並列流路を構成する扁平管に接続される入口ヘッダーまたは出口ヘッダーのいずれかを管状ヘッダーとし、並列流路を構成する複数の扁平管を束ねて、管状ヘッダーの開口端に、管状ヘッダーの管軸方向と並列流路を構成する複数の扁平管内の流体の流れ方向とが同一方向となるようにして接続すれば、上記開口端における各扁平管の貫通穴は、管状ヘッダーの他方の開口端から流入または流出する流体に対し、ほぼ均等に配置されるため、各貫通穴に対する流路抵抗差は小さくなり、流体が均等に分配または混合されるので、各扁平管における流量が均一化でき、熱交換性能が向上する。
【０１２１】
また、この発明に係る熱交換器は、第１扁平管または第２扁平管をアルミニウム合金で構成し、各ヘッダーを鉄鋼で構成したので、小型、低コスト化が図れると共に、一般的に使用されている銅配管に比較的容易に取り付けることができる効果がある。
【０１２２】
また、この発明に係る冷凍空調装置は、本発明の上記熱交換器を用いたので、高性能でコンパクトな冷凍空調装置を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【０１２３】
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、４３  液溜め容器、５０  内壁  ５１  オリフィス、５２  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。
【図１】
2010266197.tif 000003
【図２】
2010266197.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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