(57)【要約】【課題】冷媒が流れる流路の内壁の表面積を大きくして熱交換性能を高くできる熱交換器を提供する。【解決手段】冷媒ＲＦが流通する孔部４１が設けられた金属板を有するフィン１１と、フィン１１に離隔して積層され、フィン１１との積層方向から見て孔部４１とは異なる位置に冷媒ＲＦが流通する孔部４２が設けられた金属板を有するフィン１２と、孔部４１および孔部４２を囲ってフィン１１とフィン１２との間に設けられたスペーサ２０と、を備え、フィン１１、フィン１２、およびスペーサ２０で構成され、フィン１１の表面に沿って冷媒ＲＦが流れる流路５１の内壁が孔部４１に対向して設けられる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流通する第１の孔部が設けられた金属板を有する第１のフィンと、
前記第１のフィンに離隔して積層され、前記第１のフィンとの積層方向から見て前記第１の孔部とは異なる位置に前記冷媒が流通する第２の孔部が設けられた金属板を有する第２のフィンと、
前記第１の孔部および前記第２の孔部を囲って前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に設けられたスペーサと、
を備え、
前記第１のフィン、前記第２のフィン、および前記スペーサで構成され、前記第１のフィンの表面に沿って前記冷媒が流れる流路の内壁が前記第２の孔部に対向して設けられた熱交換器。
【請求項２】
前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間には、前記冷媒と熱交換を行う流体が流れ、
前記第１の孔部は、前記第２の孔部よりも前記流体が流れる方向の下流側に設けられた請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記積層方向から見て前記第２の孔部とは異なる位置に前記冷媒が流通する第３の孔部が設けられた金属板を有する第３のフィンと、
前記第２の孔部と前記第３の孔部とを囲って前記第２のフィンと前記第３のフィンとの間に設けられたスペーサと、
をさらに備えた請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に設けられたスペーサは、前記積層方向から見て前記第１の孔部と前記第２の孔部とを結ぶ直線に垂直であって前記第２のフィンの表面に沿った第１の方向に凸状の内壁を有し、
前記第２のフィンと前記第３のフィンとの間に設けられたスペーサは、前記積層方向から見て前記第２の孔部と前記第３の孔部とを結ぶ直線に垂直であって前記第２のフィンの表面に沿った第２の方向に凸状の内壁を有し、
前記第１の方向と前記２の方向とは逆向きである請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第２のフィンには、前記第１の孔部に対向する位置に前記冷媒が流通する第４の孔部が設けられ、
前記第２の孔部と対向する位置に前記冷媒が流通する第３の孔部が設けられた金属板を有する第３のフィンと、
前記第２の孔部、前記第３の孔部、および前記第４の孔部を囲って前記第２のフィンと前記第３のフィンとの間に設けられたスペーサと、
をさらに備えた請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第２の孔部に対向した前記流路の内壁は、前記第１のフィンである請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に設けられたスペーサは、前記第２のフィンから遠ざかるに従って内側に傾斜した内壁を有し、
前記第２の孔部に対向した前記流路の内壁は、前記傾斜した内壁である請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に複数のスペーサを有し、
前記第１のフィン、前記第２のフィン、および前記複数のスペーサで構成された複数の流路が、互いに平行に設けられた請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記複数の流路が、互いに連通された請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記スペーサは、樹脂からなる請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記スペーサは、金属からなり、
前記冷媒と接する内壁表面に樹脂膜、前記金属の酸化物膜、前記金属の窒化物膜、前記金属の炭化物膜、あるいは、前記金属よりもイオン化傾向が大きい金属膜が設けられた請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張弁と、請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱交換器からなる第２の熱交換器と、
を備えた空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器および熱交換器を用いた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、ハイドロフルオロカーボンあるいは水などの冷媒と、空気や水などの流体との間で熱交換を行う装置であり、空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクル装置や、各種冷却装置のラジエターなどに広く用いられている。
【０００３】
従来の熱交換器は、複数個の孔を有する複数のフィン部材と、孔を有する複数のスペーサ部材とからなり、フィン部材の孔とスペーサ部材の孔とが合致するように、フィン部材とスペーサ部材とを交互に積層して構成されていた。フィン部材の孔とスペーサ部材の孔とにより冷媒が鉛直方向に流れる第１の流路が形成され、相隣るフィン部材の間および相隣るスペーサ部材の間には流体が水平方向に流れる第２の流路が形成され、第１の流路に流れる冷媒と第２の流路に流れる流体との間で熱交換を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−００６３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の熱交換器では、フィン部材に設けられた孔とスペーサ部材に設けられた孔とで構成された第１の流路の内壁の表面積が小さく、第１の流路の内壁と第１の流路に流れる冷媒との接触面積が小さいため、第１の流路の内壁と冷媒との間の熱伝達が小さく、第１の流路に流れる冷媒と第２の流路に流れる流体との間の熱交換性能が不十分であるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、冷媒が流れる流路の内壁の表面積を大きくして熱交換性能を高くできる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱交換器は、冷媒が流通する第１の孔部が設けられた金属板を有する第１のフィンと、第１のフィンに離隔して積層され、第１のフィンとの積層方向から見て第１の孔部とは異なる位置に冷媒が流通する第２の孔部が設けられた金属板を有する第２のフィンと、第１の孔部および第２の孔部を囲って第１のフィンと第２のフィンとの間に設けられたスペーサと、を備え、第１のフィン、第２のフィン、およびスペーサで構成され、第１のフィンの表面に沿って冷媒が流れる流路の内壁が第２の孔部に対向して設けられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る熱交換器によれば、流路内の冷媒がフィンの表面に沿って流れるので、冷媒が流れる流路の内壁の表面積を大きくして熱交換性能を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における熱交換器の一部構成を示す部分断面斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における熱交換器の一部構成を示す部分断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における熱交換器の一部構成を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２における熱交換器の一部構成を示す部分断面斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２における熱交換器の一部構成を示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２における熱交換器の一部構成を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態２における他の熱交換器の一部構成を示す部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３における熱交換器の一部構成を示す側方断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における熱交換器の一部構成を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態４における熱交換器の一部構成を示す部分断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４における熱交換器のスペーサの形状を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における熱交換器のスペーサの形状を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５における空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１における熱交換器の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器を示す斜視図である。図１には、ＸＹＺ直交座標軸を合わせて示した。
【００１１】
本発明の実施の形態１では、熱交換器内の流路に流れる冷媒が水であって、熱交換器の外側の流路に流れる流体が空気であって、水と空気との間で熱交換を行う熱交換器について説明するが、冷媒は水に限らず他の液体冷媒、あるいはハイドロフルオロカーボンなどのガス冷媒であってもよく、冷媒と熱交換を行う流体は空気に限らず水など他の気体や液体からなる流体であってもよい。
【００１２】
図１において、熱交換器１００は、アルミニウムなどの熱伝導率が大きい金属で形成された金属板からなる複数のフィン１１、１２、１３、１４が、環状のスペーサ２０を介してＸ方向に複数積層されて構成されている。図１に示すように、積層された複数のフィンは、積層方向の両端に位置するフィン１３およびフィン１４と、フィン１３とフィン１４とに挟まれた複数のフィン１１および複数のフィン１２とからなる。フィン１１、１２、１３、１４の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ〜２ｍｍである。フィン１１とフィン１２とは、環状のスペーサ２０を介して交互に積層されている。
【００１３】
スペーサ２０は、フィンの積層方向に垂直な方向、すなわちＺ方向に互いに離隔して複数設けられている。以下では、スペーサ２０がフィンを介してＸ方向に複数積層された構成を段と呼ぶ。そして、熱交換器１００は、段がＺ方向に複数設けられることで構成される。図１の熱交換器１００は、５つの段で構成されているので段数は５であり、５段と呼んでよい。熱交換器１００の段数は、任意の段数であってよく、数十段以上であってもよい。
【００１４】
複数のフィン１１、１２、１３、１４のフィンとフィンとの間には、スペーサ２０の高さ分の間隔が設けられ、複数のスペーサ２０も、フィンの積層方向と垂直な方向、すなわち段と段との間に間隔が設けられている。従って、フィンとフィンとの間であって段と段との間のスペーサ２０の外側の領域は、空気などの流体が流れる流路５０となっている。流路５０は、熱交換器１００の外側に設けられた流路であり、フィン１１、１２、１３、１４はそれぞれ流体が流れる流路５０の壁面を構成している。スペーサ２０の高さは、数ｍｍ程度であってよく、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。また、スペーサ２０の段と段との間の間隔は、数ｍｍ〜数十ｍｍであってよく、例えば、１０ｍｍ〜３０ｍｍであってよい。従って、図１に示すように、熱交換器１００のフィンの積層方向および複数のスペーサ２０の離隔方向のそれぞれに垂直な方向、すなわちＹ方向に流れる流体ＷＦは、熱交換器１００の流入面側からその裏側の流出面側に流路５０を通って通過する。
【００１５】
図１に示すように、積層された複数のフィンの積層方向の一端のフィン１３には、Ｘ方向から見てスペーサ２０が設けられた位置を含む位置に通液管３３の一端側が接続され、複数の通液管３３がＺ方向に互いに離隔して複数設けられている。複数の通液管３３のフィン１３に接続された側とは反対の他端側には入口ヘッダ３１が接続されている。同様に、積層された複数のフィンの積層方向の他端のフィン１４には、Ｘ方向から見てスペーサ２０が設けられた位置を含む位置に通液管３４の一端側が接続され、複数の通液管３４がＺ方向に互いに離隔して設けられている。複数の通液管３４のフィン１４に接続された側とは反対の他端側には出口ヘッダ３２が接続されている。
【００１６】
入口ヘッダ３１および出口ヘッダ３２は、金属管あるいは樹脂管で形成され、同様に、通液管３３および通液管３４も金属管あるいは樹脂管で形成されている。入口ヘッダ３１と通液管３３との接続、通液管３３とフィン１３との接続、出口ヘッダ３２と通液管３４との接続、および通液管３４とフィン１４との接続は、溶接、ロウ付け、あるいは接着剤による接着などにより行われ、入口ヘッダ３１、出口ヘッダ３２、通液管３３、３４の内部を通って流れる冷媒ＲＦが外部に漏れないように液密に封止されている。
【００１７】
なお、複数の積層されたフィンのうち、積層方向の両端のフィン１３およびフィン１４は、通液管３３、３４が接続されるため、フィン１３、１４よりも内側のフィン１１、１２よりも強度を高くするために、フィン１１、１２よりも厚い金属板で形成してよく、防錆処理された鉄などフィン１１、１２とは異なる金属で形成されていてもよい。
【００１８】
図１では、冷媒ＦＲは、入口ヘッダ３１から熱交換器１００内に流入し、出口ヘッダ３２から熱交換器１００の外部に流出するように示されているが、運転状況などに応じて、冷媒ＲＦが流れる方向を逆にしてもよい。例えば、冷暖房運転が可能な空気調和装置に熱交換器１００が用いられる場合、冷房運転時には、図１のように冷媒ＲＦを入口ヘッダ３１から流入させて出口ヘッダ３２から流出させ、暖房運転時には、図１とは逆に冷媒ＲＦを出口ヘッダ３２から流入させて入口ヘッダ３１から流出させてもよい。なお、冷房運転および暖房運転の両方において冷媒ＲＦが流れる方向を切替えずに、冷媒ＲＦを入口ヘッダ３１から熱交換器１００内に流入させて出口ヘッダ３２から熱交換器１００の外部に流出させてもよい。
【００１９】
熱交換器１００の構成についてさらに詳しく説明する。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１における熱交換器の一部構成を示す部分断面斜視図である。図２は、図１に破線で示したＡ−Ａ断面における断面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における熱交換器の一部構成を示す部分断面図である。図３は、図２に破線Ａ−Ａで示した断面をこの断面の法線方向であるＺ方向から見た断面図である。さらに、図４は、本発明の実施の形態１における熱交換器の一部構成を示す分解斜視図である。なお、図２〜４は、１段の構成を示したものであり、図２〜４の構成がＺ方向に複数段設けられて熱交換器１００は構成される。
【００２１】
図２〜４に示すように、フィン１１およびフィン１３には孔部４１が設けられ、フィン１２およびフィン１４には孔部４２が設けられている。フィン１１、１２、１３、１４はアルミニウムなどの金属板で形成されているので、フィン１１、１３の孔部４１を除く領域は金属板部となっており、フィン１２、１４の孔部４２を除く領域は金属板部となっている。つまり、フィン１１、１３は孔部４１と金属板部とから成り、フィン１２、１４は孔部４２と金属板部とからなる。
【００２２】
孔部４１と孔部４２とは、フィンの積層方向から見た場合に異なる位置に設けられている。より具体的には、孔部４１と孔部４２とは、流体ＷＦが流れる方向であるＹ方向の位置が異なっており、流体ＷＦが流れる方向と垂直なＺ方向の位置は同じになっている。つまり、孔部４１の中心と孔部４２の中心とを結ぶ直線は、熱交換器１００の外側の流路５０を流体ＷＦが流れる方向に平行であって、孔部４１が流体ＷＦの下流側に、孔部４２が流体ＷＦの上流側に位置している。また、孔部４１はフィン１２あるいはフィン１４の金属板部と対向し、フィン１２あるいはフィン１４の金属板部が孔部４１を覆っており、孔部４２はフィン１１あるいはフィン１３の金属板部と対向し、フィン１１あるいはフィン１３の金属板部が孔部４２を覆っている。
【００２３】
図２および図４では、孔部４１および孔部４２は、矩形状を呈しているが、冷媒ＲＦが通過できる孔であれば、円形、楕円形、多角形など任意の形状であってよい。孔部４１、４２が円形あるいは楕円形である場合には直径あるいは長径が、孔部４１、４２が多角形である場合には最も長い対角線が、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍであってよい。また、孔部４１、４２の縁にフィン１１、１２、１３、１４の表面に対して角度を持って金属板部を直立させたカラー部が設けられていてもよい。図２、図３では図１で示した通液管３３、３４を省略しているが、フィン１３に設けられた孔部４１に通液管３３を連通させて通液管３３がフィン１３に接続され、フィン１４に設けられた孔部４２に通液管３４を連通させて通液管３４がフィン１４に接続されている。
【００２４】
スペーサ２０は、フィン１１あるいはフィン１３に設けられた孔部４１と、フィン１２あるいはフィン１４に設けられた孔部４２とを囲って、フィン１１とフィン１２との間、フィン１２とフィン１３との間、およびフィン１１とフィン１４との間にそれぞれ設けられ、各フィンに液密に接合されている。複数のフィン１１、１２は、フィンの積層方向から見て、各フィンの孔部４１の位置が揃えられ、各フィンの孔部４２の位置が揃えられて、スペーサ２０を介して交互に積層されている。スペーサ２０は、肉厚が数ｍｍ程度、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍの環状の側壁を有する筒状に形成されている。この構成により、フィン１１とフィン１２とスペーサ２０とで囲われた領域、フィン１２とフィン１３とスペーサ２０とで囲われた領域、およびフィン１１とフィン１４とスペーサ２０とで囲われた領域に、冷媒ＲＦが流れる流路５１が設けられる。フィン１１とフィン１２との離間距離、フィン１２とフィン１３との離間距離、およびフィン１１とフィン１４との離間距離は、筒状のスペーサ２０の高さになっている。
【００２５】
フィン１１、１２、１３、１４はそれぞれ流路５１の壁面を構成しており、スペーサ２０も流路５１の壁面を構成している。また、フィン１１、１３に設けられた孔部４１に対向する位置にフィン１２あるいはフィン１４からなる流路５１の壁面が設けられており、フィン１２、１４に設けられた孔部４２に対向する位置にフィン１１あるいはフィン１３からなる流路５１の壁面が設けられている。従って、孔部４１あるいは孔部４２から流路５１内に流入した冷媒ＲＦは、孔部４１あるいは孔部４２に対向する流路５１の壁面により流れる向きを変更され、各フィンの表面に沿って流路５１を流れる。
【００２６】
スペーサ２０は、筒状の上面側と底面側に開口部を有しており、開口部の大きさは孔部４１の全体および孔部４２の全体を含む大きさとなっている。従って、例えば、孔部４１、４２が直径２ｍｍの円形であって、孔部４１、４２が、流体ＷＦが流れるＹ方向に２０ｍｍ離れている場合には、スペーサ２０の開口部のＺ方向の幅は２ｍｍ以上であればよく、スペーサ２０の開口部のＹ方向の幅は２０ｍｍ以上であればよい。スペーサ２０の開口部を必要以上に大きくすると、流体ＷＦの流れに対する圧力損失が大きくなるので、スペーサ２０の開口部の大きさは、孔部４１と孔部４２とを完全に含む大きさであれば小さい方が好ましい。
【００２７】
図３に示すように、流路５１は、積層した複数のフィンの一端であるフィン１３の孔部４１から、積層した複数のフィンの他端であるフィン１４の孔部４２まで連通して設けられる。そして、孔部４１と孔部４２との位置が、流体ＷＦが流れるＹ方向で異なっているため、流路５１は、流体ＷＦが流れる方向に平行に蛇行した流路となる。この結果、フィン１３側からフィン１４側に至る流路が直線的な構造の場合よりも、流路５１が蛇行しているために流路５１の総延長が長くなり、流路５１の内壁の表面積を増大させることができる。従って、流路５１の内壁の流路５１を流れる冷媒ＲＦへの伝熱面積を増大させることができるので、流路５１の内壁と冷媒ＲＦとの熱伝達率を高め、熱交換器１００の熱交換性能を向上させることができる。入口ヘッダ３１から通液管３３を通ってフィン１３の孔部４１に流入した冷媒ＲＦは、複数のフィンと複数のスペーサ２０とで囲われた流路５１を通って流れ、フィン１４の孔部４２から流出し、通液管３４と出口ヘッダ３２とを通って熱交換器１００の外部に流出する。
【００２８】
スペーサ２０は、金属や樹脂で形成されている。スペーサ２０を金属で形成する場合には、例えば、アルミニウムや真鍮などでスペーサ２０を形成してよい。スペーサ２０が金属で形成されている場合には、金属板からなるフィンにロウ付けや拡散接合あるいは接着剤による接着などによって液密に接合され、スペーサ２０の開口部が封止される。この場合、アルミニウム製フィンの表面にロウ付けや拡散接合を行い易くするためにめっき処理等の表面処理を施してもよい。また、金属製のスペーサ２０の表面、特に冷媒である水が接触するスペーサ２０の内壁に、水に対する耐食性が高い耐食性皮膜が設けられているのが好ましい。耐食性皮膜としては、樹脂膜、酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜であってもよい。これらの耐食性皮膜は、冷媒が例えばエチレングリコールなど水以外の液体である場合にも設けてもよい。
【００２９】
また、耐食性皮膜の代わりに、金属製のスペーサ２０を構成する金属よりイオン化傾向が大きい金属のめっき膜などの金属膜を設けてもよい。例えば、スペーサ２０をアルミニウムで形成した場合には、冷媒である水が接触する部分に金属膜として亜鉛めっき膜を形成するとよい。イオン化傾向が大きい金属膜を設けることで、スペーサ２０の表面に腐食が発生しても腐食が表面方向に進み、腐食が板厚方向に進むのを抑制し、耐腐食信頼性を向上させることができる。
【００３０】
スペーサ２０を樹脂で形成する場合には、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂や、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーンなどでスペーサ２０を形成してよい。スペーサ２０は、エポキシ系接着剤などの接着剤でフィンに接合してよい。また、スペーサ２０が樹脂で形成されている場合には、樹脂製のスペーサ２０をフィンで挟んだ後に１００℃〜３００℃の加熱処理により溶融させ、その後の冷却により樹脂製のスペーサ２０を固化させて、スペーサ２０とフィンとを接合してもよい。さらに、熱硬化性や室温硬化性など硬化性のエポキシ系などの合成樹脂接着剤やシリコーン接着剤を用いて、フィンとフィンとの間に塗布した後に、接着剤を硬化させてスペーサ２０としてもよい。
【００３１】
以上のように熱交換器１００は構成される。
【００３２】
なお、図１では、熱交換器１００は、複数枚積層されたフィンの積層方向の一端に設けられたフィン１３に入口ヘッダ３１に連通する通液管３３を接続し、複数枚積層されたフィンの積層方向の他端に設けられたフィン１４に出口ヘッダ３２に連通する通液管３４を接続した構成を示したが、入口ヘッダ３１と出口ヘッダ３２との両方をフィン１３側に接続してもよい。この場合には、例えば、熱交換器の奇数段では上記図２〜図４で示したように構成し、偶数段では、フィン１１、１３には、Ｙ方向の位置が孔部４２と同じ位置に孔部を設け、フィン１２、１４には、Ｙ方向の位置が孔部４１と同じ位置に孔部を設ける。そして、フィン１３の偶数段に設けられた孔部、すなわちＹ方向の位置が孔部４２と同じ位置にある孔部に連通させて、出口ヘッダ３２に連通する通液管３４を設け、フィン１４の奇数段の孔部４２と、フィン１４の偶数段の孔部すなわちＹ方向の位置が孔部４１と同じ位置に設けられた孔部と、をＵ字管で接続すればよい。
【００３３】
次に、熱交換器１００の製造方法について説明する。
【００３４】
まず、所定の幅（Ｙ方向の長さ）および高さ（Ｚ方向の長さ）の金属板に孔部４１または孔部４２を形成して、フィン１１およびフィン１２を形成する。金属板には、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍのアルミニウム板を用い、プレス加工によって所定サイズにカットするとともに孔部４１または孔部４２を形成してよい。フィン１１には、幅方向の位置が同じ孔部４１のみを、高さ方向に所定の間隔を隔てて複数形成し、フィン１２には、幅方向の位置が同じ孔部４２のみを、高さ方向に所定の間隔を隔てて複数形成してもよい。また、フィン１１およびフィン１２に、孔部４１と、孔部４１とはＹ方向の位置が異なる孔部４２とを、高さ方向に交互に形成してもよい。
【００３５】
フィン１１およびフィン１２をプレス加工で形成する際に、流体ＷＦあるいは冷媒ＲＦと接するフィン１１、１２の金属板部に凹凸形状あるいはルーバなどを設けて、流体ＷＦあるいは冷媒ＲＦとフィン１１、１２との間の熱伝達が向上するように加工してもよい。
【００３６】
次に、フィン１１とフィン１２とをスペーサ２０を介して交互に積層する。ここでは、スペーサ２０を樹脂で形成する場合について説明するが、スペーサ２０を金属で形成する場合には、上述したようにロウ付けや拡散接合あるいは接着などによってフィン１１、１２とスペーサ２０とを接合すればよい。
【００３７】
両端に開口部を有する筒状のスペーサ２０を熱溶着性樹脂、例えば、オレフィン系樹脂で形成する。そして、フィン１１とフィン１２との間に孔部４１、４２の数に応じて複数のスペーサ２０を配置し、フィン１１およびフィン１２に設けられた孔部４１および孔部４２をスペーサ２０の開口部に対向させて、孔部４１および孔部４２をスペーサ２０で囲う。フィン１１とフィン１２とを交互に複数積層する場合には、それぞれのフィン１１とフィン１２との間にスペーサ２０を配置する。
【００３８】
次に、スペーサ２０を介してフィン１１とフィン１２とを積層配置したものの両端に、同様に孔部４１あるいは孔部４２を囲ってスペーサ２０を配置し、両端のフィンを構成するフィン１３、１４を配置する。
【００３９】
そして、スペーサ２０を介してフィン１１、１２、１３、１４を積層したものを、１００℃〜３００℃で加熱して熱溶着性樹脂で形成されたスペーサ２０を溶融させる。これにより溶融したスペーサ２０がフィン１１、１２、１３、１４に濡れるので、その後冷却することで、熱溶着性樹脂が固化し、スペーサ２０とフィン１１、１２、１３、１４とが強固に接着される。
【００４０】
なお、上記のように、全てのフィン１１、１２、１３、１４を接着前のスペーサ２０を介して積層配置した後、一度に加熱してスペーサ２０を溶融させて接着させなくてもよい。例えば、予めフィン１１とスペーサ２０とを熱溶着により接着したものと、予めフィン１２とスペーサ２０とを熱溶着により接着したものとを、交互に積層配置した後に再度加熱して熱溶着させて全体を接着するようにしてもよい。
【００４１】
次に、スペーサ２０により所定の間隔を隔てて接着された複数のフィンの両端に位置するフィン１３、１４に通液管３３、３４を接続し、通液管３３に入口ヘッダ３１、通液管３４に出口ヘッダ３２を接続する。なお、通液管３３、３４および入口ヘッダ３１、出口ヘッダ３２が金属で形成される場合には、予めフィン１３、１４に通液管３３、３４および入口ヘッダ３１、出口ヘッダ３２をロウ付けなどで接続しておき、その後、スペーサ２０を介してフィン１３、１４をフィン１１、１２に接着してもよい。
【００４２】
以上の工程により熱交換器１００を製造することができる。なお、熱交換器１００の製造方法は上記方法に限るものではない。例えば、前述のようにスペーサ２０を硬化性の接着剤を用いて形成してよく、その場合には、上記の熱溶着性樹脂で形成したスペーサを配置する位置に、硬化性の接着剤を塗布して、フィン１１、１２、１３、１４を積層し、その後加熱処理などにより硬化性接着剤を硬化させて熱交換器１００を製造してもよい。
【００４３】
次に、熱交換器１００の動作および作用効果について説明する。
【００４４】
熱交換器１００は、熱交換器が用いられる各種システムに用いることができ、その用途が限定されるものではないが、ここでは、熱交換器１００内の流路５１に流れる冷媒ＲＦが水であって、熱交換器１００の外側の流路５０に流れる流体ＷＦが空気である空気調和装置に用いられる場合について説明する。
【００４５】
熱交換器１００を備える空気調和装置は、空気流の上流側あるいは下流側にファンを備えており、ファンによって熱交換器１００のスペーサ２０の外側に設けられた流路５０を通過する流体ＷＦの流れである空気流が形成される。また、空気調和装置は、熱交換器１００の入口ヘッダ３１あるいは出口ヘッダ３２に接続された循環ポンプを備えており、循環ポンプによって熱交換器１００内の流路５１を通過する冷媒ＲＦの流れである水流が形成される。
【００４６】
空気調和装置が暖房運転を行う場合には、熱交換器１００内の流路５１に流れる冷媒ＲＦは温水であって、温水の熱により熱交換器１００の外側の流路５０を流れる空気が加熱される。一方、空気調和装置が冷房運転を行う場合には、熱交換器１００内の流路５１に流れる冷媒ＲＦは冷水であって、熱交換器１００の外側の流路５０を流れる空気の熱が冷水に吸熱され、空気が冷却される。ここで説明する空気調和装置では、空気流の向きＷＦおよび水流の向きＲＦは、暖房運転の場合と冷房運転の場合とで同じであって、図１〜図３に示す通りである。
【００４７】
図３に示すように、入口ヘッダ３１から熱交換器１００内に流入した冷媒ＲＦである水は、フィン１３に設けられた孔部４１から、フィン１３とフィン１２とスペーサ２０とで囲われた流路５１に流入し、フィン１３およびフィン１２の表面に沿ってフィン１２に設けられた孔部４２に向かって流れる。そして、フィン１２に設けられた孔部４２を通過した冷媒ＲＦである水は、フィン１２とフィン１１とスペーサ２０とで囲われた流路５１を、フィン１２およびフィン１１の表面に沿ってフィン１１に設けられた孔部４１に向かって流れる。これを繰り返すことで、図３に示したＲＦの矢印のように、冷媒ＲＦである水は、フィン１３の孔部４１からフィン１４の孔部４２に至る流路５１を、フィン１１、１２、１３、１４の表面に沿って蛇行しながら流れる。
【００４８】
冷媒ＲＦである水が、流路５１内をフィン１１、１２、１３、１４の表面に沿って流れるため、流路５１内のフィン１１、１２、１３、１４の表面と冷媒ＲＦである水との接触面積、すなわち伝熱面積を大きくすることができ、流路５１内のフィン１１、１２、１３、１４の表面と冷媒ＲＦである水との間の熱伝達を向上させることができる。つまり、冷媒ＲＦと接触する流路５１の内壁の表面積を大きくすることができるので、流路５１の内壁と冷媒ＲＦである水との間の熱伝達を向上させることができる。
【００４９】
また、流体ＷＦである空気は、フィン１１とフィン１２との間、フィン１３とフィン１２との間、およびフィン１４とフィン１１との間であって、スペーサ２０の外側に設けられた流路５０に流れるため、各フィンと流体ＷＦである空気との間で熱伝達が行われる。すなわち、暖房運転の場合は、高温のフィンから低温の空気へ熱伝達が行われ、冷房運転の場合は、高温の空気から低温のフィンへ熱伝達が行われる。
【００５０】
冷媒ＲＦである水が流れる流路５１と、流体ＷＦである空気が流れる流路５０とは、スペーサ２０の厚さ数ｍｍの側壁を介して、スペーサ２０を挟む２枚のフィンの間に隣接して設けられている。フィン１１、１２、１３、１４は、熱伝導率が大きい金属で形成されているため、フィン１１、１２、１３、１４の表面のうち流路５１内の冷媒ＲＦに接する部分と流路５０の流体ＷＦに接する部分との間の熱抵抗を非常に小さくすることができ、流路５１内に位置する部分と流路５０内に位置する部分との間の熱伝導を十分に高くすることができる。この結果、冷媒ＲＦが流れる流路５１と流体ＷＦが流れる流路５０との間の伝熱経路の熱伝達および熱伝導を共に高くすることができるので、冷媒ＲＦと流体ＷＦとの間の熱交換性能が高い熱交換器１００を得ることができる。
【００５１】
また、流路５１を流れる冷媒ＲＦと流路５０を流れる流体ＷＦとの間の伝熱を、スペーサ２０を介さずにフィンのみを熱伝導する経路によって行わせることができるので、スペーサ２０を熱伝導率が金属より小さい樹脂で形成しても、冷媒ＲＦと流体ＷＦとの間の熱交換性能を高くすることができる。なお、スペーサ２０を金属で形成した場合には、スペーサ２０の熱伝導率を高くすることができるので、流路５１と流路５０との間の伝熱経路に、熱伝導に優れた金属製のスペーサを介する経路が加わるので、冷媒ＲＦと流体ＷＦとの間の熱交換性能をさらに高くすることができる。また、金属粒子などを含有させた熱伝導性の樹脂でスペーサ２０を形成しても、スペーサ２０を金属で形成した場合と同様、冷媒ＲＦと流体ＷＦとの間の熱交換性能をさらに高くすることができる。
【００５２】
また、孔部４１が設けられたフィン１１と孔部４２が設けられたフィン１２とがスペーサ２０を挟持することで、冷媒ＲＦが流れる流路５１が形成されるため、流路５１の幅を容易に小さくすることができる。例えば、流路５１の幅をフィン間隔と同等の２ｍｍ程度まで小さくすることができ、流路５１を通過する冷媒ＲＦの体積当たりの伝熱面積の比率を増大させて熱交換性能を高くした熱交換器１００を得ることができる。加えて、流路５１を冷媒ＲＦがフィン１１およびフィン１２の表面に沿った方向に流れるので、流路５１の幅をフィン間隔と同等の２ｍｍ程度まで小さくしても、流路５１に流れる冷媒ＲＦの流速を低下させることなく、冷媒ＲＦと流路５１の内壁との間の高い熱伝達を維持させることができる。
【００５３】
そして、冷媒ＲＦである水がフィンの表面に沿って流れるように流路５１が構成されるので、流路５１内のフィン表面において水が滞留し易い場所を少なくすることができ、水が循環する領域と水が滞留し易い領域との溶存酸素濃度差に起因する酸素濃度電池の形成を抑制して、水に対するフィンの耐腐食信頼性を向上することができ、熱交換器１００の信頼性を高めることができる。
【００５４】
さらに、スペーサ２０を樹脂で形成した場合には、スペーサ２０の材料コストや製造コストを低く抑えることができるため熱交換器１００を低コストで製造することができる。また、スペーサ２０を樹脂で形成することにより、冷媒ＲＦが水であっても、スペーサ２０の耐腐食信頼性を向上させて熱交換器１００の信頼性を高めることができる。
【００５５】
以上のように本発明の実施の形態１の熱交換器１００によれば、冷媒ＲＦが流通する孔部４１が設けられたフィン１１、１３と、フィン１１、１３に離隔して積層され、フィン１１、１３との積層方向から見て孔部４１とは異なる位置に冷媒ＲＦが流通する孔部４２が設けられたフィン１２、１４と、孔部４１および孔部４２を囲ってフィン１１あるいはフィン１３とフィン１２あるいはフィン１４との間に設けられたスペーサ２０とを備え、２枚のフィンとスペーサ２０で囲われた領域にフィンに沿って冷媒ＲＦが流れる流路５１を設けたので、流路５１の内壁の表面積を大きくして熱交換性能を高くすることができる。
【００５６】
また、流路５１の内壁がフィンの表面であるので、水などの冷媒により流路５１内のフィンが腐食しても十分に大きな伝熱面積をより長く確保することができ、熱交換性能を長期にわたって高く維持できる。さらに、流路５１の流路方向がフィンの表面に沿って設けられているので、流路５１の流路方向と直交する流路幅を１〜２ｍｍ程度に補足しても十分に大きな流速で冷媒ＲＦを流すことができるため、冷媒体積に対する流路５１内の伝熱面積の比率を大きくして、流路５１の内壁と冷媒ＲＦとの間の熱伝達をさらに高めることができる。
【００５７】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における熱交換器の一部構成を示す部分断面斜視図である。本発明の実施の形態２の熱交換器２００は、図１に示した実施の形態１の熱交換器と同様の外観をしているが、スペーサ２０の内側の流路５１の構成が相違している。図５は、図１に破線で示したＡ−Ａ断面における断面図である。また、図６は、本発明の実施の形態２における熱交換器の一部構成を示す部分断面図である。図６は、図５に破線Ａ−Ａで示した断面をこの断面の法線方向であるＺ方向から見た断面図である。さらに、図７は、本発明の実施の形態２における熱交換器の一部構成を示す分解斜視図である。
【００５８】
なお、図５〜７は、実施の形態１の図２〜４に対応するものである。図２〜４と同様、図５〜７は、１段の構成を示したものであり、図５〜７の構成がＺ方向に複数段設けられて熱交換器２００は構成される。図５〜７において、図２〜４と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。
【００５９】
図５〜７に示すように、熱交換器２００は、孔部４１のみが設けられたフィン１３と、孔部４２のみが設けられたフィン１４との間に、フィンの積層方向から見て、孔部４１および孔部４２と重なる位置にそれぞれ孔部４１および孔部４２の両方が設けられた複数のフィン１５が設けられている。フィン１３およびフィン１４は、実施の形態１で説明したものと同じ構成をしており、フィン１３に設けられた孔部４１は通液管３３および入口ヘッダ３１に連通し、フィン１４に設けられた孔部４２は通液管３４および出口ヘッダ３２に連通している。
【００６０】
フィン１３とフィン１４との間に設けられた複数のフィン１５には、孔部４１および孔部４２の両方が設けられている。孔部４１と孔部４２とは、実施の形態１で説明したように、Ｚ方向の位置は同じであるがＹ方向の位置が異なっている。熱交換器２００の外側の流路５０には、実施の形態１で説明したように流体ＷＦが流れるが、流体ＷＦの下流側に孔部４１が設けられ、上流側に孔部４２が設けられている。フィン１５の構成は、孔部４１と孔部４２との両方が設けられている点以外は、実施の形態１で説明したフィン１１、１２と同じであってよく、フィン１５は、孔部４１および孔部４２と、孔部以外の領域である金属板部とからなる。
【００６１】
図５〜７に示すように、複数のフィン１５が、スペーサ２０を介して積層され、複数のフィン１５を積層した両端には、それぞれスペーサ２０を介してフィン１３およびフィン１４が設けられている。スペーサ２０は、実施の形態１で説明したように金属あるいは樹脂であってよい。スペーサ２０は、各フィンに液密に接合されており、フィン１５と他のフィン１５とスペーサ２０とで囲まれた領域、フィン１３とフィン１５とスペーサ２０とで囲まれた領域、およびフィン１４とフィン１５とスペーサ２０とで囲まれた領域に流路５１が形成される。流路５１は、フィン１３の孔部４１からフィン１４の孔部４２にまで連通しており、入口ヘッダ３１から流入した冷媒ＲＦが流路５１を通って、出口ヘッダ３２から流出するようになっている。
【００６２】
熱交換器２００の積層された複数のフィンのうち、積層方向の両端のフィン１３、１４を除く複数のフィン１５は、孔部４１および孔部４２の両方を有しているが、冷媒ＲＦの上流側のフィン１３が孔部４１のみを有し、冷媒ＲＦの下流側のフィン１４が孔部４２のみを有しているため、フィン１５の表面に沿った流路５１内を流れる冷媒ＲＦには、孔部４１側と孔部４２側とで圧力差が生じるため、図６に示すように流路５１内のＲＦの矢印で示した向きに冷媒が流れる。すなわち、フィン１３の孔部４１から流入した冷媒ＲＦはフィン１５に設けられた各孔部４１を貫通して、積層方向の端に位置するフィン１４にまで到達するとともに、各フィンの孔部４１側から孔部４２側すなわち流体ＷＦが流れる方向と逆向き且つ平行にも流れる。
【００６３】
図６に示すように、本実施の形態２の熱交換器２００は、熱交換器２００の外側に設けられた流路５０に流れる流体ＷＦの下流側の孔部４１から冷媒ＲＦを流入させ、流体ＷＦの上流側の孔部４２から冷媒ＲＦを流出させることで、流路５１を冷媒ＲＦが流れる方向と、流路５０を流体ＷＦが流れる方向とを対向させることができるので、流体ＷＦと冷媒ＲＦの温度差を大きく保つことができ、熱交換器２００の熱交換性能を向上させることができるのでより好ましい。
【００６４】
ただし、図６に示した熱交換器２００より熱交換性能は低下するが、フィン１３に流体ＷＦの上流側に位置する孔部４２を設け、フィン１４に流体ＷＦの下流側に位置する孔部４１を設け、冷媒ＲＦをフィン１３の孔部４２から流入させフィン１４の孔部４１から流出させてもよい。すなわち、流路５１をＹ方向に流れる冷媒ＲＦの向きを図６とは逆向きにした構成の熱交換器であっても、各フィンの表面に沿って流路５１を設けることができるので、流体ＷＦが流れる方向に直交する方向に冷媒ＲＦを流す従来の熱交換器よりも熱交換性能を高くすることができる。
【００６５】
なお、フィン１５に設けられる孔部４１と孔部４２とは、同じ形状、同じ面積であってもよいが、孔部４１と孔部４２とを異なる形状としたり、異なる面積としたりしてもよい。さらには、フィン１５のＸ方向の位置に応じて、孔部４１、孔部４２の形状や面積を変化させてもよい。このように、孔部４１および孔部４２の形状や面積を変化させることで、各孔部４１を貫通してＸ方向に流れる冷媒ＲＦの流量と、孔部４１側から孔部４２側すなわちＹ方向に流れる冷媒ＲＦの流量との比率を調整して、熱交換器２００の熱交換性能を向上させることができる。
【００６６】
図８は、本発明の実施の形態２における他の熱交換器の一部構成を示す部分断面図である。図８に示す熱交換器３００の部分断面図は、図６の熱交換器２００の部分断面図に対応しており、図６と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。図８の熱交換器３００は、図６に示した熱交換器２００とは、複数のフィンの積層構成が相違している。図６の熱交換器２００では、積層方向の両端のフィンを除く複数のフィンは、孔部４１および孔部４２の両方を有するフィン１５であったが、図８の熱交換器３００は、積層方向の両端のフィンを除く複数のフィンが、孔部４１および孔部４２の両方を有するフィン１５と、孔部４１あるいは孔部４２のいずれか一方のみを有するフィン１１あるいはフィン１２とで構成されている。
【００６７】
図８に示すように、熱交換器３００は、積層方向の両端に位置し孔部４２のみを有する２枚のフィン１４と、フィン１４で挟まれて積層された複数のフィン１５と、フィン１５の積層途中に設けられた孔部４１のみを有するフィン１１とで構成されている。
【００６８】
すなわち、図８で示す真ん中のフィン１１より紙面上側では、孔部４１のみを有するフィン１１と孔部４２のみを有するフィン１４との間に、孔部４１と孔部４２の両方を有するフィン１５が複数設けられている。また、図８で示す真ん中のフィン１１より紙面下側でも、孔部４１のみを有するフィン１１と孔部４２のみを有するフィン１４との間に、孔部４１と孔部４２の両方を有するフィン１５が複数設けられている。
【００６９】
図８では、フィン１５が７枚、フィン１１が１枚として示しているが、フィン１５とフィン１１との枚数の比率は任意であってよく、フィン１１の代わりに孔部４２のみを有するフィン１２を設けてもよく、また、フィン１１とフィン１２とフィン１５とが任意の枚数比で設けられた構成であってもよい。
【００７０】
図８では、冷媒ＲＦの上流側のフィン１４とフィン１１との間のＹ方向の流路５１が、流体ＷＦが流れる方向と同じ向きの流路となっており、冷媒ＲＦの下流側のフィン１１とフィン１４との間のＹ方向の流路５１が、流体ＷＦが流れる方向と逆向きの流路となっている。このように、フィン１１とフィン１２とフィン１５とを組み合わせて熱交換器を構成することで、熱交換器内の流路５１の設計自由度が高まるので、用途に合わせて熱交換器を設計することができる。
【００７１】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３における熱交換器の一部構成を示す側方断面図である。図９に示す側方断面図は、図１のように配置された熱交換器４００のＹ−Ｚ平面における断面図である。また、図１０は、本発明の実施の形態３における熱交換器の一部構成を示す分解斜視図である。図１０は、実施の形態１の図４に対応するものであり、図９、図１０において、実施の形態１の図１〜図４と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。実施の形態１の熱交換器１００とは、スペーサの構成が相違している。
【００７２】
図９は、熱交換器４００をスペーサ２１の位置で切断した場合の断面図である。図９には、Ｘ方向にスペーサ２１と交互に設けられるスペーサ２２を破線で示している。図９および図１０に示すように、本発明の実施の形態３の熱交換器４００は、スペーサ２１、２２内に形成される流路の形状が直線的ではなく、曲線的になるように構成されている。図９では、スペーサ２１、２２の断面形状は直線のみで形成された多角形状を呈しており、図１０では、スペーサ２１、２２の断面形状は、曲線と直線とで形成された形状を呈しているように示されているが、スペーサ２１、２２の断面形状は、直線のみで構成されていても、曲線のみで構成されていても、曲線と直線とを組み合わせて構成されていてもよい。
【００７３】
本実施の形態３の熱交換器４００を構成する各フィン１１、１２は、実施の形態１で説明したものと同一の構成をしており、図９、１０では省略しているが、複数枚のフィンを積層した両端のフィンや、両端のフィンに接続される通液管や入口ヘッダ、出口ヘッダの構成も実施の形態１で説明した熱交換器１００と同じである。
【００７４】
スペーサ２１、２２は、孔部４１と孔部４２とを囲うように構成されているが、孔部４１と孔部４２とを結ぶ冷媒ＲＦの流路が、孔部４１と孔部４２とを結ぶ直線よりもフィン１１およびフィン１２の面方向の一方の方向に凸となるように壁面が構成されている。より具体的には、スペーサ２１、２２は、複数枚のフィンを積層した積層方向から見て、孔部４１の中心と孔部４２の中心とを結ぶ直線より、孔部４１の中心と孔部４２の中心とを結ぶ直線に垂直な方向に凸の形状を呈する内壁を有している。スペーサ２１、２２が、孔部４１の中心と孔部４２の中心とを結ぶ直線に垂直な方向に凸の形状を呈する内壁を有しているため、孔部４１と孔部４２との間を流れる冷媒ＲＦは、直線的には流れず、図９に示すように、フィン１１およびフィン１２の面方向の一方の方向に凸となるように流れる。この結果、流路５１は曲がった形状となり、流路５１が直線的な場合よりも孔部４１と孔部４２との間の距離が長くなり、流路５１の内壁の表面積をさらに増加させることができる。
【００７５】
そして、図９および図１０に示すように、スペーサ２１とスペーサ２２とは、内壁が凸となる方向が互いに逆向きとなっている。すなわち、図９に示すように、スペーサ２１は紙面上側に凸の内壁を有しているが、スペーサ２２は紙面下側に凸の内壁を有している。そして、スペーサ２１、２２の内壁が凸となっている方向は、熱交換器４００の外側の流路を流れる流体ＷＦの流れる方向と垂直な方向になっている。また、図１０に示すように、スペーサ２１とスペーサ２２とは、フィン１１あるいはフィン１２を介して交互に設けられている。
【００７６】
このように構成された熱交換器４００で、入口ヘッダから冷媒ＲＦが流入すると、冷媒ＲＦは、フィン１１に設けられた孔部４１から、スペーサ２１の内壁の内側の流路に流れ込み、フィン１２に設けられた孔部４２から流出して、スペーサ２２の内壁の内側に設けられた流路に流れ込む。そして、冷媒ＲＦは、スペーサ２１の内壁の内側に設けられた流路とスペーサ２２の内壁の内側に設けられた流路を交互に流れ、出口ヘッダから熱交換器４００の外部に流出する。冷媒ＲＦが熱交換器４００内の流路５１を流れる際に、スペーサ２１の内壁の内側とスペーサ２２の内壁の内側とを交互に流れるため、冷媒ＲＦは積層された複数のフィンの一端から他端までを螺旋状に流れる。この結果、熱交換器４００内の流路を流れる冷媒ＲＦでは、実施の形態１で説明した蛇行して流れる場合よりも方向転換の際の圧力損失が低減するので、流路５１に流れる冷媒ＲＦの流速を大きくすることができ、熱交換器４００の熱交換性能を向上させることができる。
【００７７】
また、図９に示すように、複数枚のフィンの積層方向から見た場合の、スペーサ２１の内壁の内側の流路と、スペーサ２２の内壁の内側の流路との位置を、孔部４１と孔部４２との間の領域で異なる位置に形成できる。すなわち、図９の破線Ｂ−Ｂと破線Ｃ−Ｃとの間の領域では、スペーサ２１の内壁の内側の流路は、フィン１１およびフィン１２を介して流体ＷＦが流れる流路に挟まれており、スペーサ２２の内壁の内側の流路は、フィン１１およびフィン１２を介して流体ＷＦが流れる流路に挟まれている。つまり、スペーサ２１およびスペーサ２２の内壁の内側の流路と、フィン１１あるいはフィン１２の外側の流体ＷＦの流路とがフィンの厚さ分の距離を介して設けられるので、スペーサ２１およびスペーサ２２の内壁の内側の流路に流れる冷媒ＲＦとフィン１１あるいはフィン１２の外側の流路を流れる流体ＷＦとの間の熱交換を高めることができる。
【００７８】
なお、スペーサ２１とスペーサ２２とを同一の形状で形成し、熱交換器を形成する際に、内壁が凸となっている方向の向きを交互に変えて、スペーサ２１およびスペーサ２２としてもよい。
【００７９】
本実施の形態３では、２種類のスペーサ２１、２２を用いて、スペーサ２１の内壁の内側の流路とスペーサ２２の内壁の内側の流路とが、複数枚のフィンの積層方向から見て異なる位置となりようにしたが、３種類以上のスペーサを用いて、それぞれのスペーサの内壁の内側の流路がフィンの積層方向から見て異なる位置となるように構成してもよい。
【００８０】
実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４における熱交換器の一部構成を示す部分断面図である。図１１の部分断面図は、実施の形態１の図３に対応するものであり、図１１において、実施の形態１の図３と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。実施の形態１の熱交換器１００とは、スペーサの構成が相違している。
【００８１】
まず、スペーサ２３の構成について説明する。図１２は、本発明の実施の形態４における熱交換器のスペーサの形状を示す斜視図である。また、図１３は、本発明の実施の形態４における熱交換器のスペーサの形状を示す図である。図１３（ａ）は、スペーサ２３の平面図、図１３（ｂ）は、スペーサ２３の正面図、図１３（ｃ）は、スペーサ２３の側面図である。
【００８２】
図１２および図１３に示すように、スペーサ２３は、筒状の側面を構成する環状の側壁２３ｃの上面側に開口部２３ａと底面側に開口部２３ｂとを有しており、上面側の開口部２３ａの形状と底面側の開口部２３ｂの形状とは、スペーサ２３の中心を通る高さ方向（Ｘ方向）の軸を回転軸として、１８０°回転させた場合に重なる形状を呈している。つまり、図１３（ａ）で示した点Ｏを通りＸ方向に平行な軸を回転軸として１８０°回転させた場合に、Ｘ方向から見た上面側の開口部２３ａが、１８０°回転させる前の底面側の開口部２３ｂの形状に重なる。
【００８３】
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、スペーサ２３の上面側の開口部２３ａは、スペーサ２３の中心点Ｏを通るＸ−Ｚ平面より紙面右側の方が紙面左側より面積が大きくなっており、底面側の開口部２３ｂは、点Ｏを通るＸ−Ｚ平面より紙面左側の方が紙面右側より面積が大きくなっている。また、スペーサ２３の側壁２３ｃの形状は、点Ｏを通るＸ−Ｚ平面より紙面右側では、上面側から底面側に向かうに連れて、Ｙ方向の幅およびＺ方向の幅が小さくなり、点Ｏを通るＸ−Ｚ平面より紙面左側では、上面側から底面側に向かうに連れて、Ｙ方向の幅およびＺ方向の幅が大きくなるように形成されている。このため、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、スペーサ２３の上面側の開口部２３ａと底面側の開口部２３ｂとを結ぶ側壁２３ｃは滑らかな曲面で形成されている。スペーサ２３の上面側は紙面右側に孔部４１を有するフィン１１に接合され、スペーサ２３の底面側は紙面左側に孔部４２を有するフィン１２に接合される。
【００８４】
次に図１１を用いてさらに詳しく説明する。図１１には、破線Ｅ−Ｅ〜破線Ｋ−Ｋまで８本の破線を記した。これらの各破線は、複数のフィンの積層方向から見た場合の、孔部４１、孔部４２、スペーサ２３の上面側の開口部２３ａおよび底面側の開口部２３ｂの範囲を示すものである。フィン１１およびフィン１３に設けられた孔部４１は、破線Ｉ−Ｉと破線Ｊ−Ｊとの間に設けられ、フィン１２およびフィン１４に設けられた孔部４２は、破線Ｅ−Ｅと破線Ｆ−Ｆとの間に設けられている。流路５１に平行な方向で、孔部４１側の側壁２３ｃは、破線Ｈ−Ｈと破線Ｋ−Ｋとの間に設けられ、孔部４２側の側壁２３ｃは、破線Ｄ−Ｄと破線Ｇ−Ｇとの間に設けられている。また、スペーサ２３の上面側の開口部２３ａは、破線Ｇ−Ｇと破線Ｋ−Ｋとの間に設けられ、スペーサ２３の底面側の開口部２３ｂは、破線Ｄ−Ｄと破線Ｈ−Ｈとの間に設けられている。
【００８５】
図１１に示すように、スペーサ２３は、孔部４１と孔部４２との両方を囲っている。しかし、フィンの積層方向であるＸ方向から見た場合に、スペーサ２３の上面側の開口部２３ａは孔部４１を囲っているが孔部４２を囲っておらず、スペーサ２３の底面側の開口部２３ｂは孔部４２を囲っているが孔部４１を囲っていない。つまり、フィンの積層方向から見た場合に、孔部４１の全体はスペーサ２３の底面側の開口部２３ｂ内には含まれておらず、孔部４２の全体はスペーサ２３の上面側の開口部２３ａ内には含まれていない。
【００８６】
また、複数のフィンの積層方向から見た場合に、孔部４１と重なる位置に孔部４１側の側壁２３ｃが含まれており、孔部４２と重なる位置に孔部４２側の側壁２３ｃが含まれている。つまり、複数のフィンの積層方向から見た場合に、孔部４１と重なる位置にスペーサ２３の孔部４１側の内壁が含まれており、孔部４２と重なる位置にスペーサ２３の孔部４２側の内壁が含まれている。このため、スペーサ２３の内壁は、孔部４１あるいは孔部４２が設けられたフィンに接合された一端から他端に向かって遠ざかるに連れて、他端の開口部と滑らかに繋がるようにＹ方向で内側に向かう曲面となる。つまり、スペーサ２３の内壁のうち、孔部４１に近い内壁は、孔部４１が設けられたフィン１１、１３から遠ざかるに従いスペーサ２３の内側に傾斜しており、孔部４２に近い内壁は、孔部４２が設けられたフィン１２、１４から遠ざかるに従いスペーサ２３の内側に傾斜している。
【００８７】
図１１に示すように、フィン１１あるいはフィン１３に設けられた孔部４１からスペーサ２３の内側に至る流路５１は、スペーサ２３の内壁が流路５１の方向である紙面左方向に向かって滑らかに曲がっているので、孔部４１からスペーサ２３の内側に流入した冷媒ＲＦは、スペーサ２３の内壁に沿って滑らかに流れる向きを変えて紙面左方向に流れる。同様に、フィン１２に設けられた孔部４２からスペーサ２３の内側に至る流路５１は、スペーサ２３の内壁が流路５１の方向である紙面右方向に向かって滑らかに曲がっているので、孔部４２からスペーサ２３の内側に流入した冷媒ＲＦは、スペーサ２３の内壁に沿って滑らかに流れる向きを変えて紙面右方向に流れる。
【００８８】
以上のようにスペーサ２３は、内壁の形状が、熱交換器５００内の流路５１を流れる冷媒ＲＦの流線に沿った滑らかな形状を呈しているので、フィン１１、１３およびフィン１２、１４とスペーサ２３とで囲われた流路５１内に冷媒ＲＦが滞留し易い場所である滞留部を無くすことができる。この結果、流路５１内に冷媒ＲＦである水が滞留し易い滞留部とそれ以外の場所との溶存酸素濃度差に起因する酸素濃度電池の形成を抑制して、熱交換器５００の耐腐食信頼性を向上させることができる。
【００８９】
さらに、熱交換器５００内の流路５１を、熱交換器５００の外側の流路に流れる流体ＷＦが流れる方向に対して平行に蛇行する蛇行流路としても、流路５１の向きが方向転換する箇所で流路５１の内壁が滑らかな曲線となっているため、流路５１に流れる冷媒ＲＦの圧力損失を低減し、冷媒ＲＦの流速を大きくして熱交換器５００の熱交換性能を向上させることができる。特に、本発明の熱交換器５００では、スペーサ２３を樹脂で形成することができるので、流路５１を流れる冷媒ＲＦの流線に沿った滑らかな形状のスペーサ２３を容易に形成することができる。
【００９０】
なお、本実施の形態４では、複数のフィンの積層方向から見た場合に、孔部４１と重なる位置に孔部４１側の側壁２３ｃが含まれており、孔部４２と重なる位置に孔部４２側の側壁２３ｃが含まれている構成としたが、少なくとも孔部４１側か孔部４２側のどちらか一方の側壁２３ｃが、複数のフィンの積層方向から見た場合に、孔部４１あるいは孔部４２と重なる位置に含まれていればよい。
【００９１】
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５における空気調和装置の構成を示す概略構成図である。図１４の空気調和装置１は、上記の実施の形態１〜４で説明した熱交換器１００〜５００のうちのいずれかを備えている。本実施の形態では、実施の形態１で説明した熱交換器１００を備えているとして説明する。
【００９２】
図１４に示すように空気調和装置１は、本発明の熱交換器１００、第１の熱交換器１０４、および第２の熱交換器１１０の３つの熱交換器を備えている。第１の熱交換器１０４は、例えば、室外熱交換器であって、ガス冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器である。第２の熱交換器１１０は、例えば、ガス冷媒と水冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、例えば、ガス冷媒の流路を構成する第１の導管と水冷媒の流路を構成する第２の導管とが、熱伝導率が大きい金属を介して接続されて構成されている。また、本発明の熱交換器１００は、例えば、室内熱交換器であり、実施の形態１で説明したように熱交換器１００内の流路に流れる水と熱交換器１００の外側に設けられた流路を流れる室内空気との間で熱交換を行う。図１４の空気調和装置１は、冷房運転では室内熱交換器である熱交換器１００から室外熱交換器である第１の熱交換器１０４に熱を移動させ、暖房運転では室外熱交換器である第１の熱交換器１０４から室内熱交換器である熱交換器１００に熱を移動させる。
【００９３】
第１の熱交換器１０４と第２の熱交換器１１０との間のガス冷媒回路は次のように構成される。図１４に示すように、ガス冷媒回路は、圧縮機１０１、マフラー１０２、四方弁１０３、第１の熱交換器１０４、毛細管１０５、ストレーナ１０６、電子制御式膨張弁１０７、ストップバルブ１０８ａ、１０８ｂ、補助マフラー１０９、および第２の熱交換器１１０を冷媒配管１１４で接続して構成されている。ガス冷媒回路の冷媒配管１１４内には、ハイドロフルオロカーボンなどのガス冷媒が封入されている。また、第１の熱交換器１０４はファン１１１を備えており、ファン１１１による送風を利用して第１の熱交換器１０４と、第１の熱交換器１０４の周囲の空気との間で熱交換を行っている。第１の熱交換器１０４と第２の熱交換器との間の熱の移動は、ハイドロフルオロカーボンなどのガス冷媒を用いた冷凍サイクルにより行われる。
【００９４】
本発明の熱交換器１００と第２の熱交換器１１０との間の水冷媒回路は次のように構成される。図１４に示すように、熱交換器１００と第２の熱交換器１１０とは冷媒配管１１５で接続され、熱交換器１００と第２の熱交換器１１０との間には循環ポンプ１１３が設けられる。冷媒配管１１５内には冷媒としての水が封入され、循環ポンプ１１３によって水が熱交換器１００と第２の熱交換器１１０との間を循環する。また、熱交換器１００はファン１１２を備えており、ファン１１２による送風を利用して熱交換器１００と、熱交換器１００の周囲の空気との間で熱交換を行っている。
【００９５】
また、空気調和装置１は、室外気温、室内気温、ガス冷媒および水冷媒の温度に基づいて、圧縮機１０１、循環ポンプ１１３、電子制御式膨張弁１０７などのアクチュエータ類の制御を行う制御部（図示せず）を備えており、制御部が四方弁１０３を切替え制御することで、冷房運転と暖房運転とが切替えられる。
【００９６】
次に、空気調和装置１の動作について説明する。
【００９７】
まず、冷房運転の場合の動作について説明する。冷房運転を行う際には、制御部によって四方弁１０３が冷房運転に切り替えられ、圧縮機２０３により圧縮されて高温高圧となった冷媒が、四方弁１０３を介して第１の熱交換器１０４に流入する。第１の熱交換器１０４に流入した高温高圧の冷媒は、第１の熱交換器１０４で第１の熱交換器１０４の外側の流路を通過する室外空気との間で熱交換を行い、高温高圧の冷媒の熱がファン１１１によって第１の熱交換器１０４の外側の流路に流されている室外空気に放熱され、冷媒は低温高圧になって第１の熱交換器１０４から流出する。第１の熱交換器１０４から流出した低温高圧の冷媒は毛細管１０５および電子制御式膨張弁１０７で減圧されて、低温低圧の冷媒となり、第２の熱交換器１１０に流入する。第２の熱交換器１１０に流入した冷媒は、水冷媒回路の流路に流れる水との間で熱交換を行い、水冷媒回路の水から熱を吸収して圧縮機１０１に吸入される。
【００９８】
一方、水冷媒回路を流れる水は、循環ポンプ１１３によって、第２の熱交換器１１０と本発明の熱交換器１００との間を循環する。循環ポンプ１１３は、制御部によって制御され、室内の冷房設定温度などに応じて、水冷媒回路を流れる水量を制御している。第２の熱交換器１１０に流入した水は、ガス冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうためガス冷媒に対して放熱し、冷却される。冷却されて、低温になった水は循環ポンプ１１３によって本発明の熱交換器１００に送られる。
【００９９】
実施の形態１で説明したように、熱交換器１００に到達した水は、熱交換器１００の入口ヘッダ３１から流入し、熱交換器１００内に設けられた流路５１を流れ、熱交換器１００の出口ヘッダ３２から流出する。熱交換器１００の外側の流路５０には、ファン１１２によって室内空気が流されているため、熱交換器１００の外側の流路５０を流れる空気と熱交換器１００内の流路５１を流れる水との間で熱交換が行われ、すなわち、流路５０に流れる空気の熱が流路５１に流れる水に放熱されて、熱交換器１００の外側の流路５０を通過する空気が冷却される。この結果、室内空気が冷却されて冷房が行われる。
【０１００】
次に、暖房運転の場合の動作について説明する。暖房運転を行う際には、制御部によって四方弁１０３が暖房運転に切り替えられ、圧縮機２０３により圧縮されて高温高圧となった冷媒が、四方弁１０３を介して第２の熱交換器１１０に流入する。第２の熱交換器１１０に流入した高温高圧の冷媒は、第２の熱交換器１１０で水冷媒回路の流路を流れる水との間で熱交換を行い、高温高圧の冷媒の熱が水冷媒回路の水に放熱され、冷媒は低温高圧になって第２の熱交換器１１０から流出する。第２の熱交換器１１０から流出した低温高圧の冷媒は電子制御式膨張弁１０７および毛細管１０５で減圧されて、低温低圧の冷媒となり、第１の熱交換器１０４に流入する。第１の熱交換器１０４に流入した冷媒は、ファン１１１によって第１の熱交換器１０４の外側の流路に流されている室外空気との間で熱交換を行い、室外空気から熱を吸収して圧縮機１０１に吸入される。
【０１０１】
水冷媒回路を流れる水は、冷房運転の場合と同様に、循環ポンプ１１３によって、第２の熱交換器１１０と本発明の熱交換器１００との間を循環する。第２の熱交換器１１０に流入した水は、ガス冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうためガス冷媒から放熱された熱を吸収して高温になり、熱交換器１００に流入する。
【０１０２】
冷房運転の場合と同様、熱交換器１００に到達した水は、熱交換器１００の入口ヘッダ３１から流入し、熱交換器１００内に設けられた流路５１を流れ、熱交換器１００の出口ヘッダ３２から流出する。熱交換器１００の外側の流路５０には、ファン１１２によって室内空気が流されているため、熱交換器１００の外側の流路５０を流れる空気と熱交換器１００内の流路５１を流れる水との間で熱交換が行われる。すなわち、流路５１に流れる水の熱が流路５０に流れる空気に放熱されて、熱交換器１００の外側の流路５０を通過する空気が加熱される。この結果、室内空気が加熱されて暖房が行われる。
【０１０３】
なお、本実施の形態５では、ガス冷媒回路と水冷媒回路とを備え、室外熱交換器である第１の熱交換器１０４と室内熱交換器である本発明の熱交換器１００との間の熱の移動が、ガス冷媒回路と水冷媒回路との間の熱交換を行う第２の熱交換器１１０を介して行われる空気調和装置１について説明したが、本発明の熱交換器１００は、ガス冷媒回路のみを備える空気調和装置に用いてもよい。すなわち、図１４の第２の熱交換器１１０の位置に本発明の熱交換器１００を設け、水冷媒回路を除去し、熱交換器１００内の流路５１にハイドロフルオロカーボンなどのガス冷媒を流し、熱交換器１００の外側の流路５０に室内空気を流して、冷凍サイクルにより第１の熱交換器１０４と本発明の熱交換器１００との間で熱の移動を行ってもよい。この場合には、圧縮機で圧縮された高圧のガス冷媒が熱交換器１００の流路５１に流れるので、熱交換器１００の各フィン１１、１２、１３、１４とスペーサ２０とを共に金属で形成し、各フィン１１、１２、１３、１４とスペーサ２０とをロウ付けや拡散接合などで接合する方が、ガス冷媒の圧力をより高くすることができるのでより好ましい。
【０１０４】
また、本実施の形態５では、実施の形態１で説明した熱交換器１００を用いた空気調和装置１について説明したが、実施の形態２〜４で説明したいずれの熱交換器を用いた空気調和装置であってもよい。
【０１０５】
以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更してもよい。また、上記実施の形態１〜４で説明した構成は互いに組合せることができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１  空気調和装置
１１、１２、１３、１４、１５  フィン
２０、２１、２２、２３  スペーサ
３１  入口ヘッダ、３２  出口ヘッダ
４１、４２  孔部
５０、５１  流路
１００、２００、３００、４００、５００  熱交換器
【図１】
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【図２】
2018100795.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018100795.tif 000007
【図６】
2018100795.tif 000008
【図７】
2018100795.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018100795.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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