(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィンが間隔をあけて第１方向に積層されたフィン積層体と、
前記複数のフィンを貫通して流体が流れる第１流路と、
凹部を有し、該凹部の開口部の周囲が前記フィン積層体の前記第１方向の端部に固着された接続部材と、を備え、
前記凹部が前記第１流路の第１開口部を覆い、前記第１開口部から前記凹部内に流入した前記流体が前記凹部内で前記第１方向と交差する第２方向に流れる熱交換器であって、
前記第１開口部の前記第２方向側の脇に、前記第１開口部から前記第１方向に離れるにつれて前記第２方向への距離が大きくなる第１傾斜面を有する第１流れガイドを備え、
前記第１傾斜面に前記第１開口部から前記第２方向にのびる溝を有する、
熱交換器。
【請求項２】
複数のフィンが間隔をあけて第１方向に積層されたフィン積層体と、
前記複数のフィンを貫通して流体が流れる第１流路と、
凹部を有し、該凹部の開口部の周囲が前記フィン積層体の前記第１方向の端部に固着された接続部材と、を備え、
前記凹部が前記第１流路の第１開口部を覆い、前記第１開口部から前記凹部内に流入した前記流体が前記凹部内で前記第１方向と交差する第２方向に流れる熱交換器であって、
前記第１開口部の前記第２方向側の脇に、前記第１開口部から前記第１方向に離れるにつれて前記第２方向への距離が大きくなる第１傾斜面を有する第１流れガイドを備え、
前記第１開口部の前記第１流れガイドと反対側の脇に、前記第１方向に対して傾斜し、前記第１流れガイドの前記第１傾斜面と対向する第３傾斜面を有する第２流れガイドを備える、
熱交換器。
【請求項３】
前記複数のフィンを貫通して前記流体が流れる第２流路と、
前記凹部が前記第２流路の第２開口部を覆い、前記第１開口部から前記凹部内に流入した前記流体が前記凹部内で前記第２方向に流れて前記第２開口部から流れ出る熱交換器であって、
前記第１流れガイドは
前記第２開口部の前記第１開口部側の脇に、前記第２開口部から前記第１方向に離れるにつれて前記第１開口部側への距離が大きくなる第２傾斜面を有する、
請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１流れガイドの前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とが連続した面として構成される請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１流れガイドが前記フィン積層体の端部に固定されている請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１流れガイドが、前記フィン積層体の端部の板の前記凹部側に凸となった凸形状部分である、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第１方向と交差し、かつ前記第２方向に対して垂直な第３方向とするとき、
前記第３方向の前記第１傾斜面の幅が前記第１開口部の幅に比べて大きい請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第１流路がフィンのカラー部を連結することで構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
複数のフィンが間隔をあけて第１方向に積層されたフィン積層体と、
前記複数のフィンを貫通して流体が流れる第１流路と、
凹部を有し、該凹部の開口部の周囲が前記フィン積層体の前記第１方向の端部に固着された接続部材と、を備え、
前記凹部が前記第１流路の第１開口部を覆い、前記第１開口部から前記凹部内に流入した前記流体が前記凹部内で前記第１方向と交差する第２方向に流れる熱交換器であって、
前記第１開口部の前記第２方向側の脇に、前記第１開口部から前記第１方向に離れるにつれて前記第２方向への距離が大きくなる第１傾斜面を有する第１流れガイドを備え、
前記第１流路が、チューブまたは連結されたカラー部で構成され、
前記第１流れガイドが、前記凹部内に突出する前記カラー部または前記チューブの少なくとも一部で構成される、
熱交換器。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器と、
前記熱交換器に流体を供給する利用回路と、
前記流体を加熱または冷却する熱源とを備える、
空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィンを有する熱交換器、およびその熱交換器を用いた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のフィンが間隔をあけて積層されたフィン積層体と、そのフィン積層体をフィンの積層方向に貫通するチューブ（流路）と、フィン積層体の端部でチューブ内の流路に流体を供給する部分とで構成されたフィンチューブ型の熱交換器がある。このような熱交換器では、フィン積層体の端部で２つの流路をＵ字管で接続する構造が知られている。また、Ｕ字管のかわりに、特許文献１または特許文献２のように端板に形成した凹部で２つの流路を接続する構造も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−２２９１９４号公報
【特許文献２】特表２０１４−５１３７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、特許文献２のように、端板に凹部を設けて、凹部内で流路を接続する構造は、Ｕ字管での接続に比べて、突出する長さが短くコンパクトになる、生産性が向上するなどの利点がある。しかしながら、Ｕ字管等を用いた接続に比べて、流路から凹部内に流入した流体は急な角度で曲げられるため、渦等が発生して圧力損失が発生しやすいという問題がある。
【０００５】
そこで、本願は、このような凹部を有する接続部材を用いた場合でも、圧力損失を低減できる熱交換器を実現することを目的とする。また、そのような熱交換器を用いて損失が小さな空気調和装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の熱交換器は、複数のフィンが間隔をあけて第１方向に積層されたフィン積層体と、
前記複数のフィンを貫通して流体が流れる第１流路と、
凹部を有し、該凹部の開口部の周囲が前記フィン積層体の前記第１方向の端部に固着された接続部材と、を備え、
前記凹部が前記第１流路の第１開口部を覆い、前記第１開口部から前記凹部内に流入した前記流体が前記凹部内で前記第１方向と交差する第２方向に流れる熱交換器であって、
前記第１開口部の前記第２方向側の脇に、前記第１開口部から前記第１方向に離れるにつれて前記第２方向への距離が大きくなる第１傾斜面を有する第１流れガイドを備え、
前記第１傾斜面に前記第１開口部から前記第２方向にのびる溝を有する、
または、前記第１開口部の前記第１流れガイドと反対側の脇に、前記第１方向に対して傾斜し、前記第１流れガイドの前記第１傾斜面と対向する第３傾斜面を有する第２流れガイドを備える、
または、前記第１流路が、チューブまたは連結されたカラー部で構成され、前記第１流れガイドが、前記凹部内に突出する前記カラー部または前記チューブの少なくとも一部で構成される。
【０００７】
本発明の空気調和装置は、上記の熱交換器と、前記熱交換器に流体を供給する利用回路と、前記流体を加熱または冷却する熱源とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱交換器は、接続部材内に第１傾斜面を有する流れガイドを備えることにより、凹部内に流入した流体の曲りが穏やかなものとなり、圧力損失を低減することができる。
【０００９】
本発明の空気調和装置は、上記の熱交換器を備えることにより、圧力損失を低減することができるので、利用回路の損失が低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の熱交換器の全体を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１の熱交換器の全体を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１の熱交換器の内部構造を説明する断面図である。
【図４】実施の形態１の熱交換器の内部構造を説明する断面図である。
【図５】実施の形態１の熱交換器の構成を説明するための部分断面図である。
【図６】実施の形態１の傾斜面７の作用を説明する模式図である。
【図７】実施の形態１の傾斜面７の作用を説明する模式図である。
【図８】実施の形態１の接続部材６内の各要素の配置の一例を説明する透視図である。
【図９】実施の形態１の熱交換器１０を利用した空気調和装置１００の構成図である。
【図１０】実施の形態１の熱交換器の変形例を示す断面図である。
【図１１】実施の形態１の熱交換器の変形例を示す断面図である。
【図１２】実施の形態１の熱交換器の変形例を示す断面図である。
【図１３】実施の形態１の熱交換器の変形例を示す断面図である。
【図１４】実施の形態２の熱交換器１０の構成を説明するための部分断面図である。
【図１５】実施の形態２の変形例の熱交換器１０の構成を説明するための部分断面図である。
【図１６】実施の形態３の熱交換器１０の構成を説明するための部分断面図である。
【図１７】実施の形態３の熱交換器１０の傾斜面７の１例を示す斜視図である。
【図１８】実施の形態３の熱交換器１０の変形例の構成を説明する部分断面図である。
【図１９】実施の形態３の変形例の一例を説明する透視図である。
【図２０】実施の形態４の熱交換器の構成を説明するための部分断面図である。
【図２１】実施の形態４の熱交換器を示す斜視図である。
【図２２】実施の形態４の熱交換器の変形例の構成を説明するための部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の熱交換器および空気調和装置について、図面を用いて説明する。なお、異なる実施の形態において、同様の機能をもつ構成要素については同じ符号を付して説明を省略するものとする。また、以下の実施の形態のうち、ある実施の形態で述べた構造、材料等を技術的な矛盾が生じない範囲で他の実施の形態で述べた構造、材料等に置き換え、付加等する構成も、本発明に含まれるものとする。
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１の熱交換器を示す斜視図である。図２はその熱交換器を図１と異なる方向から見た斜視図である。図３は熱交換器の内部構造を説明する断面図である。図４は図３と異なる方向から見た断面図であり、図１の点線Ａ−Ａを含む面で切断して得られる断面図である。実施の形態１の熱交換器は、間隔をあけて重なり合う複数のフィンと、フィンを貫通する流路とを有し、流路内を流れる流体（液体または気体）と、フィン周囲の空気と熱交換を行うものである。なお、以下では、主に流体として水などの液体とすることを想定して説明するが、流体は水蒸気などの気体、また気体と液体の混合物であってもよい。フィンには送風機などで風が送られ、または、自然対流による空気が流れて、空気との熱交換が促進される。図中の白抜き矢印は、空気の流れ（ＷＦ）、または熱交換器に出入りする冷媒の流れ（ＲＦ）を示す。また、図中で破線矢印は、流路内での流体の流れる方向を示す。
【００１３】
熱交換器１０は、複数のフィン１ａが一方向に間隔をあけて積層されたフィン積層体１を有している。フィン１ａはおおむね平らな薄板からなり、その主面に表面に小さな凹凸、切り起こしなどが形成されていてもよい。隣り合うフィン１ａの主面どうしはほぼ平行とされる。フィン積層体１の積層方向の両端にフィン１ａと平行に板材１ｂが積層されている。板材１ｂはフィン１ａよりも厚手の板としてもよく、またフィン１ａと同じ部材としてもよい。
【００１４】
図３、図４に示すように、熱交換器１０は、フィン積層体１の内部に複数のフィン１ａを積層方向に貫通する流路３（第１流路３Ａ、第２流路３Ｂ）を有している。第１流路３Ａ、第２流路３Ｂは、それぞれ直線状であり、両者はほぼ平行である。
【００１５】
フィン積層体１の端で第１流路３Ａ、第２流路３Ｂの端の開口部に対応する位置に接続部材が設けられている。この接続部材は、フィン積層体１の一方の端で複数の流路３と連通して、複数の流路３に流体を流入または流出させる。接続部材は、たとえば、第１流路３Ａと第２流路３Ｂとを接続する接続部材６、外部から接続された配管から送られてきた流体を複数の流路３に分配する接続部材４、複数の流路３から流出した流体をまとめて外部の配管に送り出すように接続する接続部材５などである。接続部材６は第１流路３Ａ、第２流路３Ｂを端部で折り返すように接続する部材である。
【００１６】
接続部材４、５、６は凹部４ａ、５ａ、６ａと凹部の開口部の周囲に形成されたフランジ部４ｂ、５ｂ、６ｂとを有する。凹部４ａ、５ａ、６ａはフィン積層体１の一方の端で流路３の開口部を覆う。フランジ部４ｂ、５ｂ、６ｂはフィン積層体１の最外の板材１ｂに固定される。最外の板材と凹部とで挟まれてできた空間が複数の流路３を連通する接続流路となる。
【００１７】
熱交換器１０には、外部の配管１４から流体が送られ、もう一方の配管１５からは流体を吸い出されるように、ポンプ等により圧力が付与されて、流体が流される。外部の配管１４から流入する流体は接続部材４の凹部４ａ内を板材１ｂまたはフィン１ａの主面と平行な方向に流れた後、開口部９Ｃから往路となる第１流路３Ａに流入する。第１流路３Ａに流れる流体の熱は第１流路３Ａから複数のフィン１ａに伝わり、さらにその熱はフィン１ａの表面で空気に伝わる。接続部材４の反対側となるフィン積層体１の端部に接続部材６があり、接続部材６内で流体は第１流路３Ａの第１開口部９Ａから流出する。流体は接続部材６の内部で、板材１ｂまたはフィン１ａの主面に平行な向きに流れる方向を変えたのち、第２開口部９Ｂから復路となる第２流路３Ｂに流入する。第２流路３Ｂを流れる流体は第１流路３Ａと同様にフィン１ａを介して空気と熱交換を行った後に開口部９Ｄから接続部材５内に流出する。接続部材５に行った流体はフィン１ａの主面と平行な方向に向きが変えられて、フィン１ａの主面に沿って流れた後に、外部の配管１５から送り出される。このように流体はフィン積層体１の内部の流路３を往復して流れ、フィン１ａに流れる空気と熱交換する。
【００１８】
なお、上記では流入した流体が、第１流路３Ａと第２流路３Ｂとを通過して、すなわちフィン積層体１の両端間を１往復して、流出する構成としたが、流れる順序、往復する回数などは種々に変更可能である。たとえば、一方の端に接続部材４、他方の端に接続部材５を設置して、第１流路３Ａを１方向に流れたのちに流出する構成としてもよい。また、両方の端に接続部材６を設置して、第１流路３Ａから第２流路３Ｂ、第２流路３Ｂから別の第３流路３Ｃに流れるように、両端間を複数回往復するように構成としてもよい。また、少なくとも凹部のある接続部材を用いれば、接続部材４、５、６の全てを凹部のある部材としなくてもよい。たとえば、２つの流路を接続する部分のみ接続部材６を使用して、接続部材４、５のかわりに管状のヘッダを用いてもよい。
【００１９】
図５は本実施の形態１の熱交換器の構成を説明するための部分断面図であり、図３の左部分を拡大した図である。この図は、第１流路３Ａと第２流路３Ｂとを折り返すように接続する接続部材６の内部構造を示している。
【００２０】
本実施の形態１の熱交換器１０では第１流路３Ａと第２流路３Ｂとはフィン１ａに形成したカラー部１１で構成されている。フィン１ａは良熱伝導の金属材料、たとえばアルミニウム、銅、それらの合金などからなる薄板である。カラー部１１はその薄板のフィン１ａにプレス加工等で形成され、フィン１ａの一方に筒状に突出するように開口された部分である。カラー部１１は根元となるフィン１ａの主面から先端側の外径が細く突出して、その先端が開口するテーパー形状とされる。流路３（第１流路３Ａ、第２流路３Ｂ）は、フィン１ａどうしが重ねられて、一方のフィン１ａのカラー部１１の先端が他方のフィン１ａのカラー部１１の開口部に挿入され、カラー部１１が連結することでできている。連結したカラー部１１の内部が流路３である。
【００２１】
カラー部１１の連結によってフィン１ａどうしの積層方向の間隔が概ね一定に保たれる。フィン１ａどうしの間隔は、カラー部１１が挿入される深さで決まり、その深さはカラー部１１の加工形状、サイズ等によって決まる。たとえば、フィン１ａの厚みを０．２〜１ｍｍ、フィン１ａどうしの間隔を１〜５ｍｍとすることができる。
【００２２】
また、フィン積層体１の積層方向の最も端の板材１ｂもフィン１ａと同様にカラー部１２が形成されて、このカラー部１２がフィン１ａのカラー部１１と連結して、流路３（第１流路３Ａ、第２流路３Ｂ）の一部を形成する。
【００２３】
カラー部１１、１２を連結した内部の表面は樹脂層２３で覆われる。樹脂層２３は連結したカラー部１１、１２どうしの隙間を封止し、また、カラー部１１、１２の内部を保護する。また、樹脂層２３はカラー部１１、１２どうしの連結を機械的に補強する。
【００２４】
流路３に流れる流体の主成分が水であり、フィン１ａの主成分がアルミニウムなどのように水に対して腐食しやすい材料の場合に、樹脂層２３はカラー部１１、１２の内部表面の腐食を防止する。流体からフィン１ａには樹脂層２３を介して熱が伝わる。樹脂層２３の熱伝導率は金属に比べて小さいため、樹脂層２３の厚みは、耐久性を確保したうえで、できるだけ薄い方が好ましい。たとえば、主な部分における樹脂層２３の厚みを５０μｍ以下、１０μｍ以上などとするとよい。
【００２５】
なお、カラー部１１の先端部分はカラー部１１間に急な段差が発生する部分であり、その部分では樹脂層２３の厚みが５０μｍよりも厚いことが望ましい。熱交換を促進するために流路３の内部にある程度の流れの乱れがあってもよいが、乱れは圧力損失となるため、適度な乱れとなるようにカラー部１１どうしの接続段差が樹脂層２３で滑らかなものとされるようにしてもよい。このように、樹脂層２３は段差を適度になだらかにして圧力損失を低減することができる。
【００２６】
接続部材６はフランジ部６ｂによってフィン積層体１の最も端の板材１ｂに固着されている。接続部材６の凹部６ａの開口部は板材１ｂ側を向いている。凹部６ａと板材１ｂとの間にはフランジ部６ｂによって閉じられた空間ができる。第１流路３Ａの第１開口部９Ａと第２流路３Ｂの第２開口部９Ｂとはこの空間に繋がって、流路として繋がっている。このように凹部６ａを用いて同じ板材１ｂに端部がある複数の流路間が繋ぐため、フィン積層体１の端から突出する長さが短く、コンパクトな接続が可能となる。
【００２７】
接続部材６はフィン１ａと同様にアルミニウムを主な成分として含む金属で作成することができる。接続部材６の凹部６ａはカラー部１１、１２と同様に内面を樹脂層２６で被覆すると良い。また、板材１ｂはフィン１ａと同様にアルミニウムを主な成分として含む金属で作成することができる。板材１ｂは凹部６ａ側に向いた面を樹脂層２２で被覆されると良い。板材１ｂとフランジ部６ｂとは樹脂層２６、樹脂層２２などで固定されてもよい。
【００２８】
このような、凹部を有する接続部材４、５、６を用いる場合、その内部では流体の流れる方向が大きく変化して渦が発生しやすい、そこで、本実施の形態１では流路３（第１流路３Ａ等）の開口部９（第１開口部９Ａ等）の脇に傾斜面を有する第１流れガイド７を設けた。
【００２９】
流路３はフィン積層体１内を開口部９まで直線状にのびている。この流路３の直線方向を流路方向とすると、第１流れガイド７は、この流路方向に対し９０度未満に傾斜する傾斜面を有している。第１流れガイド７の傾斜面は開口部９から流路方向に離れるにつれて流路を流路方向に延長した位置から離れる傾斜となっている。また、傾斜面は開口部９から流路方向に離れるにつれて流路方向と直交する接続部材６内を流れ方向への距離が大きくなる傾斜となっている。この傾斜面は、第１流路３Ａの第１開口部９Ａの脇に設けた第１傾斜面７Ａ、第２流路３Ｂの第２開口部９Ｂの脇に設けた第２傾斜面７Ｂなどである。第１流れガイド７は１つの部材だけでなく、複数の部材で構成されてもよい。また、図では２つの開口部に第１流れガイド７を設けたが、いずれか一方であってもよい。第１流れガイド７は、凹部６ａ内を流路方向に見た場合に、一方の開口部と他方の開口部との間に設けられる。接続部材６の場合は２つの流路３Ａ，３Ｂで折り返すためのものであるので、２つの流路３Ａ，３Ｂに対して対称な形状で第１流れガイド７が設置されている。なお、接続部材４、５では図４に示すように、複数の流路３のそれぞれの開口部に接続部材４ののびる方向の流れに合わせて、同方向に傾斜する第１流れガイド７を設けると良い。第１流れガイド７は種々の部材の表面形状として設けることができ、図では板材を用いた場合を示している。
【００３０】
図６、図７は実施の形態１の第１流れガイド７の作用を説明する模式図である。図６は第１流れガイド７が無い場合の流体の流れ、図７は第１流れガイド７が有る場合の流体の流れ、を示している。いずれの場合も、流れは凹部６ａ内でＵ字形に曲げられる点で共通する。この流れは接続部材６に接続された２つの流路に与えられる圧力差によって生じている。図６のように、第１流れガイド７が無い状態で流体が第１流路３Ａから凹部６ａ内に入った場合は、板材１ｂと流路方向におおよそ直角の角があるので、流体の一部はこの角により渦となる。一方、図７のように、第１流れガイド７がある状態で流体が第１流路３Ａから凹部６ａ内に入った場合は、曲がり部分が鈍角の角となり、流路の向きの変化が緩やかになり、渦の発生が抑えられる。また、流体の流れは壁に沿って流れやすい性質があることから、図７の場合は、流体の一部は第１流れガイド７に沿って流れる。実施の形態１では第１開口部９Ａは第２開口部９Ｂ側にのみに第１傾斜面７Ａを設置したため、第１開口部９Ａから流出した流れは第２開口部９Ｂの方向に流れやすいものとなる。このように、第１流れガイド７は流体の流れを滑らかにするガイドとして機能する。第１流れガイド７は凹部６ａ内に設置した板材、部材の表面である。渦の発生が抑えられることにより、圧力損失の増加を抑えることができる。
【００３１】
第１流れガイド７は流路方向に対して、たとえば３０〜６０度の角度の面を有することが好ましい。これにより第１流路３Ａの開口部の脇は１２０〜１５０度の鈍角とすることができる。第１流れガイド７は第１流路３Ａの端部の開口部の縁に連続的に繋がる面とすると最も好ましいが、開口部の縁からわずかに離れていても類似の効果が得られる。たとえば、開口部の縁から離れる距離が、第１流路３Ａの径の１／４以内などとするとよい。また、凹部６ａ内の流路面積が少なくとも第１流路３Ａ、第２流路３Ｂの流路面積よりも広くなるに確保できれば第１流れガイド７の長さは適宜変更可能である。また、第１流れガイド７の長さは流路３の径のサイズと同等以上とすると、第１流れガイド７に沿った流れが良好にできる。
【００３２】
なお、図７では第１流路３Ａの出口近傍にのみに設けた例を示したが、図５に示したように、第２流路３Ｂの入口近傍に第２傾斜面７Ｂを設けてもよい。凹部６ａ内から第２流路３Ｂに流入する部分にも直角の角があるため、これを鈍角の曲りに変更して、第２流路３Ｂに入る流体をスムーズに流れるようにできる。また、両方に第１流れガイド７がある構成は、熱交換器１０が第１流路３Ａと第２流路３Ｂとの流れ方向が変化するような双方向に流れるシステムで特に有効である。
【００３３】
図８は実施の形態１の接続部材６内の各要素の配置の１例を説明する透視図である。図において、流路方向をＸ（第１方向）、第１開口部９Ａと第２開口部９Ｂとの間を結ぶ方向をＹ（第２方向）、それらに直交する方向をＺ（第３方向）とした。図の第１流れガイド７はＺ方向に長手の板で形成されている。板は略長方形としたが、他の形状でも良い。この板は長手方向の両端を凹部６ａ内に固定されて流路方向Ｘと適度な角度を保つように保持されている。なお、この第１流れガイド７を板材１ｂに固定するようにしてもよい。第１流れガイド７のＸ方向の高さは凹部６ａ内のＸ方向の高さよりも低く、たとえば凹部６ａ内の高さの半分程度とされる。第１流れガイド７は凹部６ａ内で板材１ｂ側に寄って存在し、凹部６ａ内には板材１ｂと反対側に第１開口部９Ａから第２開口部９Ｂでの流路が確保されている。凹部６ａは第１開口部９Ａまたは第２開口部９Ｂの径に比べてＸ方向、Ｚ方向に数倍以上のサイズを有するため、Ｙ方向の流路断面積は流路３に比べてはるかに大きい。Ｚ方向の第１流れガイド７の傾斜面７Ａの幅も第１開口部９Ａの幅に比べて大きい。従って、凹部６ａ内のＸ方向が第１流れガイド７の設置により狭くなったとしても、第１開口部９Ａに比べて十分大きな流路断面積が確保することができ、流路断面積が狭くなることで失が増加する影響はない。
【００３４】
図９は実施の形態１の熱交換器１０を利用した空気調和装置１００の構成図である。熱源回路３０と利用回路４０とを有して、熱源回路３０で生成した熱を中間熱交換器５０で利用回路４０と交換して室内温度の調整などに利用する。利用回路４０は流体が循環して流れる回路である。実施の形態１の熱交換器１０は利用回路４０の中で、流体の温度と室内の空気の温度とを熱交換する室内熱交換器４３に好適に用いることができる。
【００３５】
ここでは熱源回路３０として、冷媒サイクルを用いたヒートポンプの例を示す。圧縮機３１、凝縮器、膨張弁３３、蒸発器、に順に冷媒が流れるよう配管３９で接続される。凝縮器、蒸発器のいずれか一方が室外熱交換器３２、他方が中間熱交換器５０となるように、冷媒に流れを切り替える切替器３４を有している。図で実線矢印に冷媒が流れる方向で中間熱交換器５０が凝縮器となり、暖房運転となる。利用回路４０が、図で破線矢印に冷媒が流れる方向で中間熱交換器５０が蒸発器となり、冷房運転となる。室外熱交換器３２は冷媒と室外の空気と熱交換し、送風機３５による風で空気との熱交換が促進される。なお、冷媒サイクルを用いたヒートポンプのかわりに、燃焼システム、地域熱供給を利用するもの、など、流体を加熱または冷却する熱源であればよい。
【００３６】
利用回路４０は中間熱交換器５０と室内熱交換器４３との間を循環して利用側冷媒が流れる配管４９と、その配管４９の途中に設けられたポンプ４１を有している。ポンプ４１によって利用側冷媒（流体）が室内熱交換器４３（熱交換器１０）に供給される。利用側冷媒は水、または水を含む不凍液などである。中間熱交換器５０は熱源側の冷媒と利用側冷媒との間で熱交換を行うもので、プレート熱交換器、二重管熱交換器などを用いることができる。室内熱交換器４３は水を含有する利用側冷媒と空気との熱交換を行うものであり、送風機４５で風が送られて、室内の空気との熱交換が促進される。また、室内からの要求に従って運転を調整する制御装置６０がある。制御装置６０は、熱源回路３０の切替器３４、圧縮機３１、送風機３５、膨張弁３３の動作、また利用回路４０のポンプ４１、送風機４３の動作を要求にあわせて調節する。
【００３７】
室内熱交換器４３内の流体にかかる圧力はポンプ４１からの比較的低い圧力、たとえば０．１〜０．５ＭＰａ程度である。このように低い圧力の流路では、流路の圧力損失による影響が大きくなりやすい。熱交換器に内部の圧力損失が大きくなると、供給する利用側冷媒を高圧としなければならなくなり、高性能なポンプ４１、また、高圧に耐える信頼性の高い樹脂層、接着部が必要となる。実施の形態１の熱交換器１０では第１流れガイド７により圧力損失を低減したため、そのような問題が発生しにくい。従って、実施の形態１の熱交換器１０は、このようなシステムの室内熱交換器４３に適したものである。
【００３８】
次に、本実施の形態１の熱交換器の変形例について述べる。図１０〜図１１は実施の形態１の熱交換器の変形例を示す断面図であり、図５と同じ断面図に相当する。
【００３９】
図１０に示す熱交換器は図５に示す熱交換器の傾斜面７Ａ、７Ｂを曲面で構成したものである。図１０の熱交換器では第１流れガイド７は開口部９から流路方向に離れるにつれて、流路３を直線として延長した延長線から離れる距離が加速的に増加する曲面である。従って、開口部９から入った流体は第１流れガイド７の曲面に沿って徐々に方向が板材１ｂと平行となるように、滑らかな変化となり、損失を低減する効果が増す。
【００４０】
図１１は図５に示す熱交換器の第１流れガイド７を曲面で構成した変形例を示す断面図である。曲面の形状は図１０に示した熱交換器と類似するが、図１１に示す熱交換器は２つの傾斜面７Ａ、７Ｂを１つの板で連続する面として構成したものである。全体が連続した２つの開口部の脇を連続して滑らかに繋ぐＵ字形の曲面で成っており、その曲面のうち、第１開口部９Ａ側に向いた面が第１傾斜面７Ａ、第２開口部９Ｂ側に向いた面が第２傾斜面７Ｂである。１つの部材で構成するため取り付けが簡単となり、また、２つの開口部間を連続して繋ぐため、第１傾斜面７Ａと第２傾斜面７Ｂとの間の途切れる部分で流れが乱れることがなく、さらに損失を低減する効果が増す。
【００４１】
図１２は図５に示す熱交換器の第１流れガイド７をブロック状の部材１５で構成した、さらに別の変形例を示す断面図である。２つの開口部の脇を連続して滑らかに繋ぐＵ字形の曲面がある点で図１１と同様であるが、この曲面（第１傾斜面７Ａと第２傾斜面７Ｂと）はブロック状部材１５の表面の一部である。曲面と反対側は板材１ｂと同じ平坦な面とされて、板材１ｂ、つまりフィン積層体１の端部、に接着固定されている。ブロック状部材１５はたとえば樹脂製のものを用いることができる。第１流れガイド７を板材で形成した場合、この板材と板材１ｂとの間に流体が入りこむ空間があったが、図１２の構造では板材１ｂと第１流れガイド７との間に流体が入りこまないため、さらに流れが乱れることが少なく、損失を低減する効果が増す。
【００４２】
図１３は図５に示す熱交換器の第１流れガイド７を板材で構成した、さらに別の変形例を示す断面図である。板材は２つの開口部の間を凹部６ａに向けて凸形状となるように変形されている。凸形状は２つの開口部の脇の間を連続して滑らかに繋ぐＵ字形の曲面を有している。これにより、凸形状部分の表面が傾斜面を有して、図１２のブロック状部材１５を設置した場合と同様に損失を低減する効果に優れる。さらに、凹部６ａ内に固定する部材が減り、コスト低減が実現できる。
【００４３】
＜実施の形態２＞
図１４は実施の形態２の熱交換器１０の構成を説明するための部分断面図であり、実施の形態１における図５に相当する断面図である。実施の形態２の熱交換器１０は、傾斜面７Ａ，７Ｂに加えて、さらに開口部９（９Ａ，９Ｂ）の傾斜面７と反対側の縁の近傍に傾斜面８Ａ，８Ｂを有する第２流れガイド８を備える。それぞれの開口部において第２流れガイド８の傾斜面８Ａ，８Ｂが流路方向に対して傾斜する方向は、第１流れガイド７の傾斜面７Ａ，７Ｂが流路方向に対して傾斜する方向と同じである。第２流れガイド８の第３傾斜面８Ａは第１流れガイド７の第１傾斜面７Ａと対向し、また、第２流れガイド８の第４傾斜面８Ｂは第１流れガイド７の第３傾斜面７Ｂと対向する。第２流れガイド８の開口部９側が開口部９の縁と接近しており、流路の延長方向に第２流れガイド８の傾斜面が存在する。
【００４４】
第１流路３Ａから第１開口部９Ａを経て凹部６ａ内に入った流体のうち、第２開口部９Ｂに近い側を流れる流体は、上述のように傾斜面７Ａに沿って第２開口部９Ｂ側に曲がる。凹部６ａ内に入る流速が低い場合、第２開口部９Ｂから遠い側から凹部６ａ内に入った流体も、第２開口部９Ｂに近い側の流体の流れに合わせて第２開口部９Ｂ側に曲がる。しかしながら、流速が速い場合、凹部６ａ内に入った流体は曲がらずに第１流路３Ａの流路方向に進む。そのような流れの流体は、凹部６ａ内面に衝突して流れが乱れる可能性がある。そこで、本実施の形態２では、第１流路３Ａの流路方向の延長上に第２開口部９Ｂ側に曲げる第３傾斜面８Ａを設けたことにより、流れが乱れることなく第２開口部９Ｂ側に進めることができるので、損失を低減する効果に優れる。
【００４５】
また、本実施の形態２では、第２開口部９Ｂの第１開口部９Ａと反対側に第４傾斜面８Ｂを設けたので、凹部６ａ内を流れる流体を第２流路３Ｂに導くことができるので、損失を低減する効果に優れる。
【００４６】
第３傾斜面８Ａおよび第４傾斜面８Ｂは、凹部６ａまたは板材１ｂに板材、ブロック状の部材を固定して形成することができる。
【００４７】
図１５は本実施の形態２の変形例の熱交換器１０の構成を説明するための部分断面図である。この変形例の第３傾斜面８Ａと第４傾斜面８Ｂとは、図１１の第１傾斜面７Ａと第２傾斜面７Ｂの場合と同様に、滑らかに繋いだ連続面で構成されている。これにより、流体は、第１開口部９Ａと第２開口部９Ｂと近くでつなぐ第１流れガイド７、遠でつなぐ第２流れガイド８の２つの傾斜面に挟まれて流れる。第２流れガイド８を連続面で構成したので、第２流れガイド８よりもさらに外側に流体が侵入して流れの損失を生じることがなくなり、損失を低減する効果が大きい。
【００４８】
＜実施の形態３＞
図１６は実施の形態３の熱交換器１０の構成を説明するための部分断面図であり、実施の形態１における図５に相当する断面図である。上記の実施の形態では接続部材６内に流路３が突出しない構造の例を示した。本実施の形態３は接続部材６内で板材１ｂよりも流路３（３Ａ，３Ｂ）が突出した構造である。図では流路３を構成するカラー部１１が突出する場合を示したが、流路をパイプで構成して、そのパイプの端部が突出するような場合であってもよい。このような構造において、流路３（３Ａ，３Ｂ）の端部の開口部が第１開口部９Ａ、第２開口部９Ｂに相当する。このような構造では図６で述べた渦の発生などの問題は起こりにくいが、流体が流路の延長方向に直進して凹部６ａ内に衝突する問題がある。そこで、上記の実施の形態で述べた傾斜面７Ａ，７Ｂは流路３（３Ａ，３Ｂ）の端部の第１開口部９Ａ近傍に設けることにより、端部から出た流れを第１流れガイド７に沿った流れとして、第２開口部９Ｂ側に曲げるとよい。このような傾斜面は、板材の表面、ブロック状の部材１５の表面に形成して、凹部６ａ内に設置することができる。
【００４９】
図１７は実施の形態３の熱交換器１０の第１流れガイド７の１例としてブロック状の部材１５が凹部６ａ内で設置される様子を示す斜視図である。ブロック状の部材１５の表面に、第１開口部９Ａから第２開口部９Ｂ側に向かう方向（Ｙ方向）にのびる溝１６が設けられている。また、第１開口部９Ａの位置が溝１６の延長上にあり、第１開口部９Ａの脇近傍において第１開口部９ＡのＸ方向の高さ（第１流路３Ａが突出する高さ）と溝１６のＸ方向の高さがほぼ同じとなっている。なお、図では第１流路３Ａ側を示しているが、第２流路３Ｂも同様に溝１６の延長上に、その高さは溝と同程度とされている。これにより、第１開口部９Ａから出た流体は溝１６に沿って、第２開口部９Ｂまでスムーズに流れる。溝１６を設けたことによりＺ方向に流れが拡散することが防がれるので、流れが拡散することで発生する損失を防ぐことができる。
【００５０】
図１８は本実施の形態３の熱交換器１０の変形例の構成を説明する部分断面図である。この変形例の流路３（３Ａ，３Ｂ）はチューブで形成され、そのチューブの端部が突出する構造である。また、この変形例において第１流れガイド７は板材を曲げて形成されている。
【００５１】
図１９は、本実施の形態３の変形例の接続部材６内の各要素の配置の１例を説明する透視図である。板材は第１開口部９Ａ、第２開口部９ＢよりもＺ方向の幅が大きく、Ｙ方向の長さが第１開口部９Ａから第２開口部９Ｂまでの長さよりも長い板材を、Ｘ方向に凸となるように曲げて形成されている。Ｘ方向への曲げ部分が斜面を構成するようにして、その部分に穴、または切り込みを形成して第１開口部９Ａ、第２開口部９Ｂの先端が入るようにされている。第１開口部９Ａの第２開口部９Ｂ側の脇、第２開口部９Ｂの第１開口部９Ａ側の脇において、板材の形成する第１傾斜面７Ａ、第２傾斜面７Ｂがそれぞれほぼ同じ高さなるようにされている。このため、上記で述べた構成と同様に第１傾斜面７Ａ、第２傾斜面７Ｂによって流れの損失を低減することができる。
【００５２】
また、本実施の形態３のように流路３が突出する構造の場合、第１流れガイド７を構成する部材を流路３の突出する部分に固定してもよい。図１７、図１９のように、流路３を傾斜部分でＺ方向に挟み込む構造とすることで、開口部に対する第１流れガイド７の位置ずれを防ぎ、また、第１流れガイド７の固定を強固なものとすることもできる。
【００５３】
なお、図１９の板材には図１７に示した溝１６を形成していないが、図１９の板材、また、上記の実施の形態の傾斜面に溝１６を設けてもよい。
【００５４】
＜実施の形態４＞
図２０は実施の形態４の熱交換器の構成を説明するための部分断面図であり、実施の形態１における図５に相当する断面図である。本実施の形態４は流路３を構成するカラー部１１が接続部材６内に突出する構造であるが、カラー部１１の一部の変形された部分で、傾斜面を有するガイドが構成される。
【００５５】
図２１は実施の形態４の熱交換器のカラー部１１の一部が第１流れガイド７の構成する様子を示す斜視図である。図のように突出するカラー部１１の一部に端部から複数の切り込みがあり、切り込みの間に挟まれた面をもう一方の開口部側（Ｙ方向）に曲がっている傾斜面７Ａを有している。切り込みによってカラー部１１の一部が曲げて広げられていることから、この切り込みが入って曲げの基部が第１開口部９Ａに相当する。
【００５６】
また、傾斜面７Ａとした面と反対に位置する面も傾斜面７Ａと同方向に曲げることで、実施の形態２で述べた傾斜面８Ａと同様な構造を形成している。
【００５７】
本実施の形態４は接続部材６内に突出する流路の少なくとも一部を用いて第１流れガイド７または第２流れガイド８を構成したことにより、損失を低減する効果に加えて材料が少なくなり、コストが低減できるという効果が得られる。
【００５８】
図２２は本実施の形態４の熱交換器１０の変形例の構成を説明する部分断面図である。この変形例の流路３はチューブであり、チューブの接続部材６内に突出する部分が曲げられており、その曲がった部分が傾斜面を有する第１流れガイド７または第２流れガイド８となっている。フィン１ａを貫通する直線部分と、チューブ先端の曲がった部分の境界が各流路の開口部９A，９Ｂに相当する。一方のチューブの曲がった部分の内壁のうち、他方の開口部側にある面が第１傾斜面７Ａ、第２傾斜面７Ｂに相当し、他方の開口部より遠い側にある面が第３傾斜面８Ａ、第４傾斜面８Ｂに相当する。チューブの曲がった先端は接続部材６の凹部６ａ内で開放されている。このような形状により、チューブ内の第１流路３Ａからの流体は第１傾斜面７Ａ、第３傾斜面８Ａによって第３流路３Ｂに向かって曲げられて凹部６ａ内に入る。また、凹部６ａ内から第３流路３Ｂに入った流体は第２傾斜面７Ｂ、第３傾斜面８Ｂによって曲げられて第３流路３Ｂの直線部分に流れる。特に図のように第１傾斜面７Ａ、第３傾斜面８Ａ、第２傾斜面７Ｂ、第３傾斜面８Ｂが滑らかな曲面によって構成されているため、Ｕ字管で接続した場合と近い流れになり、乱れが発生しにくく、低損失な熱交換器とすることができる。かつ、カラー部１１と同様に流路を構成するチューブの一部を使って流れガイドを構成することにより、別材料が不要となり、コストの増大を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の熱交換器および空気調和装置は、水などの流体を用いた場合の損失を低減できる点で有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１  フィン積層体、１ａ  フィン、１ｂ  板材、３  流路、３Ａ  第１流路、３Ｂ  第２流路、４，５，６  接続部材、４ａ，５ａ，６ａ  凹部、４ｂ，５ｂ，６ｂ  フランジ部、７  第１流れガイド、７Ａ  第１傾斜面、７Ｂ  第２傾斜面、８  第２流れガイド、８Ａ  第３傾斜面、８Ｂ  第４傾斜面、９Ａ  第１開口部、９Ｂ  第２開口部、１０  熱交換器、１１  カラー部、３０  熱源回路、３１  圧縮機、３２  室外熱交換器、３３  膨張弁、３４  切替器、３５  送風機、３９  配管、４０  利用回路、４１  ポンプ、４３  送風機、４９  配管、５０  中間熱交換器、６０  制御装置、１００  空気調和装置。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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