JP2007024353A - 熱交換器および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 超臨界流体と外部流体との間で熱交換を行なう熱交換器および熱交換器であって、熱交換後の外部流体の温度分布のばらつきを抑えることができる熱交換器および空気調和機を提供する。
【解決手段】 内部を冷媒が流通する複数のチューブ３と、チューブ３の両端に接続され、チューブ３に冷媒を分配するとともにチューブ３から冷媒を回収するヘッダ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆと、複数のチューブ３の間に冷媒と熱的に接続するように配置されるとともに、外部流体との間で熱交換する熱交換面５ａが形成された熱交換部材５と、を有し、外部流体における、熱交換面５ａの通過前と通過後の温度変化が小さい領域において、熱交換面５ａにおける熱交換量が他の領域より大きくされていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱交換器および空気調和機に関する。

近年、オゾン層保護の一環として、冷凍サイクルにおける脱フロンの研究が進められている。その研究において、冷媒として従来のフロンの代わりに自然冷媒である二酸化炭素を用いた超臨界サイクルを利用した冷凍サイクルの研究が進められている。

上述の超臨界サイクルにおいては、臨界点を越えた高圧条件の下で圧縮された冷媒が冷却されている。このような超臨界サイクルで用いられる放熱器は、従来から用いられてきたフロンを用いた冷凍サイクルにおける凝縮器（放熱器に相当する）異なる特性が求められ、さまざまな形式の放熱器が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
特開２００４−９３０３７号公報 特開２００３−２７９１９４号公報

上述の特許文献１においては、冷媒が流通する小径管と、小径管と同軸かつ小径管との間に間隔を形成するように配置された大径管とからなり、小径管と大径管との間の空間に冷却水を流通させる放熱器の構成が開示されている。この構成によれば、冷媒から放出された熱は冷却水に吸収され、高温となった冷却水（湯）を得ることができる。
しかしながら、室内などの空気温度を調節する際に上記放熱器を用いる場合には、冷却水を介して冷媒の熱を空気に伝える必要があり、熱損失が発生して熱効率が悪くなるという問題があった。

上述の特許文献２においては、冷媒が流入・流出する複数のヘッダタンクと、複数のヘッダタンクの間で冷媒を流通させる複数の扁平チューブと、複数の扁平チューブの間に配置されたコルゲートフィンとからなる放熱器の構成が開示されている。ここでは、冷媒流れに対する上流側の構成要素ほど、耐圧力性を備えるように形成されているため、高圧の冷媒が流入しても放熱器は不具合を発生することがなかった。
また、扁平チューブおよびコルゲートフィンの間を空気が流通するように構成されているため、冷媒の熱は空気に直接伝えられる。そのため、上記放熱器を空気調和機に用いた場合には、冷媒の熱を効率よく空調に用いることができる。

しかしながら、放熱器内で冷却される冷媒は超臨界状態であるため、図１に示すように、凝縮することがなく、冷却されるにつれてその温度が低下する。その結果、冷媒流れにおける放熱器の上流側と下流側とでは、冷媒温度が異なるため、放熱器を通過した後の空気の温度も異なっていた。つまり、上記放熱器を空気調和機などに用いた場合、吹き出し口から流出する空気の温度にムラが発生するという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、超臨界流体と外部流体との間で熱交換を行なう熱交換器および熱交換器であって、熱交換後の外部流体の温度分布のばらつきを抑えることができる熱交換器および空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の熱交換器は、内部を冷媒が流通する複数のチューブと、前記チューブの両端に接続され、前記チューブに前記冷媒を分配するとともに前記チューブから前記冷媒を回収するヘッダと、前記複数のチューブの間に前記冷媒と熱的に接続するように配置されるとともに、外部流体との間で熱交換する熱交換面が形成された熱交換部材と、を有し、前記外部流体における、前記熱交換面の通過前と通過後の温度変化が小さい領域において、前記熱交換面における熱交換量が他の領域より大きくされていることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、冷媒が熱交換器内を通過する際に温度低下する冷媒であっても、外部流体における熱交換前後の温度差が小さい領域の熱交換面の熱交換量が、他の領域の熱交換量より大きくされているため、熱交換器と通過した外部流体の温度のばらつきを抑えることができる。

このような冷媒おいては、熱交換器内の通過位置によって冷媒温度が異なるため、外部流体と冷媒との温度差が熱交換器内の位置よって異なり、熱交換後の外部流体の温度にばらつきが生じる。そこで、冷媒の温度低下に応じて熱交換部材の熱交換面における熱交換量を調節することにより、熱交換後の外部流体の温度のばらつきを抑えることができる。

なお。熱交換器内を通過する際に温度低下する冷媒としては、例えば、超臨界サイクルで使用される二酸化炭素を挙げることができる。超臨界状態で熱交換器に流入した二酸化炭素は、冷却されても凝縮することがなく、その温度が冷却されるとともに低下する。

上記発明においては、前記冷媒が一の平面上を流れるとともに、前記外部流体が前記一の平面に対して交差する方向に通過するように前記複数のチューブと前記ヘッダとが構成され、前記温度変化が小さい領域が、前記冷媒が前記ヘッダから外部へ流出する流出部の近傍領域であることが望ましい。

本発明によれば、冷媒が一の平面上を流れるようにチューブとヘッダとが構成されている場合では、流出部の近傍領域における熱交換面の熱交換量を増やすことにより、熱交換後の外部流体の温度のばらつきを抑えることができる。
つまり、冷媒が一の平面上を流れる構成においては、流出部の近傍領域での冷媒と外部流体との温度差が最も小さくなって熱交換量が減少する。そのため、この領域において熱交換面の熱交換量を増やすことで外部流体の温度のばらつきを抑えることができる。

上記発明においては、前記冷媒が一の平面上を流れた後に、前記一の平面と平行に隣接する他の平面上を流れるとともに、前記外部流体が前記一の平面および前記他の平面に対して交差する方向に通過するように前記複数のチューブと前記ヘッダとが構成され、前記温度変化が小さい領域が、前記冷媒が前記一の平面上に配置された前記ヘッダから前記他の平面上に配置された前記ヘッダへ流入する折返し部の近傍領域であることが望ましい。

本発明によれば、冷媒が一の平面上を流れた後に他の平面上を流れるようにチューブとヘッダとが構成されている場合では、折返し部の近傍領域における熱交換面の熱交換量を増やすことにより、熱交換後の外部流体の温度のばらつきを抑えることができる。
冷媒が一の平面上を流れた後に他の平面上を流れる構成においては、折返し部の近傍領域において外部流体と冷媒との熱交換量が最も少なくなるため、この領域において熱交換面の熱交換量を増やすことで外部流体の温度のばらつきを抑えることができる。

上記発明においては、前記折返し部の近傍領域における前記熱交換部材が、前記一の平面上に配置された前記複数のチューブの間と、前記他の平面上に配置された前記複数のチューブとの間とをつなぐように配置されていることが望ましい。
本発明によれば、一の平面上および他の平面上に配置された複数のチューブの間にも、熱交換部材が配置されることにより、熱交換部材の熱交換面と外部流体との接触面積を増やすことができる。そのため、折返し部の近傍領域における外部流体と冷媒との熱交換量を大きくすることができ、熱交換後の外部流体の温度分布のばらつきを抑えることができる。

上記発明においては、前記熱交換部材がコルゲートフィンであって、該コルゲートフィンにおける波形状のピッチを狭くすることにより、前記熱交換面の熱交換量を大きくすることが望ましい。
本発明によれば、熱交換部材であるコルゲートフィンのピッチを狭くすることにより、熱交換器を通過する外部流体の単位体積あたりの熱交換面積を増やすことができ、熱交換量を大きくすることができる。

上記発明においては、前記熱交換部材がコルゲートフィンであって、該コルゲートフィンの一部を切り起こすことにより、前記熱交換面の熱交換量を大きくすることが望ましい。
本発明によれば、コルゲートフィンの一部を切り起こすことにより、熱交換面における熱交換効性を向上させることができ、熱交換量を大きくすることができる。

本発明の空気調和機は、内部に外部流体が流通する筐体と、該筐体内に前記外部流体を流通させるブロアと、前記筐体内に配置され、前記外部流体と冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器と、を有し、前記ブロアが前記熱交換器を通過した前記外部流体を吸入し、前記筐体外部へ送り出すことを特徴とする。
本発明によれば、熱交換器を通過した外部流体をブロアが吸入し、筐体外部へ送り出すことにより、温度分布にばらつきのある外部流体を攪拌して、その温度分布を均一にすることができる。

上記発明においては、前記熱交換器を通過した前記外部流体を攪拌する攪拌部が設けられ、前記冷媒から前記外部流体へ放熱される際に、前記攪拌部が作動されることが望ましい。
本発明によれば、攪拌部を設けたことにより、熱交換器を通過した外部流体を更に攪拌することができ、外部流体の温度分布をより均一にすることができる。
また、熱交換器において外部流体を加熱する暖房運転時にのみ、攪拌部が作動され外部流体を攪拌することができる。そのため、外部流体を攪拌する必要がない冷房運転時には、攪拌部を停止させることができ、空気調和機の運転コストを低減させることができる。なお、攪拌部としては、空気攪拌用のファンを例示できる。

本発明の空気調和機は、内部に外部流体が流通する筐体と、該協体内に前記外部流体を流通させるブロアと、前記筐体内に配置され、前記外部流体と冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器と、該熱交換器を通過した前記外部流体を攪拌する攪拌部と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、攪拌部により熱交換器を通過した外部流体を攪拌することにより、温度分布にばらつきのある外部流体の温度分布を均一にすることができる。

上記発明においては、前記冷媒から前記外部流体へ放熱される際に、前記攪拌部が作動されることが望ましい。
本発明によれば、熱交換器において外部流体を加熱する暖房運転時にのみ、攪拌部が作動され外部流体を攪拌することができる。そのため、外部流体を攪拌する必要がない冷房運転時には、攪拌部を停止させることができ、空気調和機の運転コストを低減させることができる。なお、攪拌部としては、空気攪拌用のファンを例示できる。

上記発明においては、上記本発明の空気調和機における熱交換器が、上記本発明の熱交換器であることが望ましい。
本発明によれば、上記本発明の熱交換器を備えることにより、熱交換器との間で熱交換した直後の外部流体の温度分布のばらつきを抑えることができるため、空気調和機から送り出される外部流体の温度のばらつきをより抑えることができる。

本発明の熱交換器によれば、外部流体における熱交換前後の温度差が小さい領域の熱交換面の熱交換量が、他の領域の熱交換量より大きくされているため、熱交換器と通過した外部流体の温度のばらつきを抑えることができるという効果を奏する。

本発明の空気調和機によれば、熱交換器を通過した外部流体をブロアが吸入して筐体外部へ送り出すことにより、温度分布にばらつきのある外部流体を攪拌することができる。そのため、熱交換後の外部流体の温度分布を均一にすることができ、温度分布のばらつきを抑えることができるという効果を奏する。

本発明の空気調和機によれば、熱交換器を通過した外部流体を攪拌部により攪拌することにより、温度分布にばらつきのある外部流体の温度分布を均一にすることができる。その結果、熱交換後の外部流体の温度分布のばらつきを抑えることができるという効果を奏する。

〔熱交換器〕
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器について図１から図４を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る冷凍サイクルを説明する模式図である。
本実施形態に係る冷凍サイクルは、二酸化炭素などの冷媒を超臨界サイクルで用いる冷凍サイクルであって、車両用の空気調和機に適用されるものである。

冷房の場合には、図１に示すように、冷媒は圧縮され（Ｃ１→Ｃ２）、室外空気に放熱して冷却される（Ｃ２→Ｃ３）。冷却された冷媒は減圧され（Ｃ３→Ｃ４）、室内空気から熱を吸収して蒸発される（Ｃ４→Ｃ１）。
暖房の場合には、冷媒は圧縮され（Ｈ１→Ｈ２）、室内空気に放熱して冷却される（Ｈ２→Ｈ３）。冷却された冷媒は減圧され（Ｈ３→Ｈ４）、室外空気から熱を吸収して蒸発される（Ｈ４→Ｈ１）。

このサイクルにおいて、冷媒の熱が放熱される過程（Ｃ２→Ｃ３，Ｈ２→Ｈ３）は、超臨界領域に属している。そのため、気液二相領域で放熱過程が行われる冷凍サイクルとは異なり、放熱過程において、複数の等温曲線（Ｔ１〜Ｔ５）を横切り、放熱過程の前後において冷媒の温度が異なっている。

図２は、本実施形態に係る熱交換器の概略構成を説明する模式図である。図３は、図２の熱交換器の構成要素を説明する分解斜視図である。
本実施形態に係る熱交換器は、上述の冷凍サイクルにおける熱交換器であって、暖房時に圧縮された冷媒の熱を空気（外部流体）に放熱させる熱交換器である。

熱交換器１は、図２および図３に示すように、冷媒が流通する複数の扁平チューブ（チューブ）３と、扁平チューブ３間に配置されるコルゲートフィン（熱交換部材）５と、扁平チューブ３へ冷媒を分配供給するとともに冷媒を集合回収するヘッダタンク（ヘッダ）７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆと、から概略構成されている。

扁平チューブ３は板状に形成された部材であり、扁平チューブ３の内部には、その内部に冷媒が流通する複数のチューブ流路３ａが長手方向に貫通するように形成されている。
コルゲートフィン５は波形に形成された部材であり、ロウ材などにより扁平チューブ３と熱伝導可能に固定されている。

ヘッダタンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆの内部には、その内部に冷媒が流通する２本のタンク流路９が長手方向に延びるように形成されている。ヘッダタンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆの側面には、扁平チューブ３が差し込まれる複数のスリット１１がチューブ流路とつながるように形成されている。

ヘッダタンク７Ａ，７Ｃは、ヘッダタンク７Ｂと比較して長手方向の長さが約半分に形成されるとともに、ヘッダタンク７Ｂと対向する位置に配置されている。
ヘッダタンク７Ａとヘッダタンク７Ｂとは、扁平チューブ３の一端および他端がヘッダタンク７Ａ，７Ｂのスリット１１に差し込まれ、固定されることにより接続される。ヘッダタンク７Ｂとヘッダタンク７Ｃも同様に、扁平チューブ３がそれぞれのスリット１１に差し込まれ、固定されることにより接続される。

ヘッダタンク７Ａにおけるヘッダタンク７Ｃに対向する端面（図３中の右側端面）には、キャップが設けられタンク流路９の開口が閉じられている。上記対向端面と反対側の端面（図３中の左側端面）には、キャップは設けられず、タンク流路９の開口が残されている。
ヘッダタンク７Ｂにおける両側の端面（図３中の右側、左側の両端面）には、キャップが設けられタンク流路９の開口が閉じられている。
ヘッダタンク７Ｃにおける両側の端面（図３中の右側、左側の両端面）には、キャップが設けられタンク流路９の開口が閉じられている。ヘッダタンク７Ｃにおけるヘッダタンク７Ｄと対向する側面（図３中の手前側の側面）であって、ヘッダタンク７Ａから離れた側の端面の近傍領域（図３中の右側領域）には、タンク流路９とつながる折返し流路（折返し部）１３が形成されている。

ヘッダタンク７Ｄ，７Ｅ，７Ｆの構成についても、ヘッダタンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃと同様であるので、図３において構成を示し、その説明を省略する。

ヘッダタンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃおよび扁平チューブ３等が一の平面上に配置されることにより構成される高温セクション１５Ａと、ヘッダタンク７Ｄ，７Ｅ，７Ｆおよび扁平チューブ３等が他の平面上に配置されることにより構成される低温セクション１５Ｂとは、平行かつ隣接して配置されている。
また、両セクション１５Ａ，１５Ｂは、ヘッダタンク７Ｃに形成された折返し流路１３と、ヘッダタンク７Ｄに形成された折返し流路１３とがつながるように配置されている。

高温セクション１５Ａは、ヘッダタンク７Ａとヘッダタンク７Ｂとに挟まれた第１ブロック１７と、ヘッダタンク７Ｃとヘッダタンク７Ｂとに挟まれた第２ブロック１９と分けられる。低温セクション１５Ｂは、ヘッダタンク７Ｄとヘッダタンク７Ｅとに挟まれた第３ブロック２１と、ヘッダタンク７Ｆとヘッダタンク７Ｅとに挟まれた第４ブロック２３とに分けられる。

図４は、図２の熱交換器の第２ブロックおよび第３ブロックにおけるコルゲートフィンの構成を説明する断面視図である。
第２ブロック１９および第３ブロック２１における折返し流路１３近傍の所定領域のコルゲートフィン５は、図４に示すように、第２ブロック１９の扁平チューブ３間から、第３ブロック２１の扁平チューブ３間に延びるように配置されている。
なお、上記所定領域は、第２ブロック１９および第３ブロック２１の全面であってもよいし、第２ブロック１９および第３ブロック２１の上端から略中央までの領域であってもよいし、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなる熱交換器１における作用について説明する。
超臨界領域まで圧縮された冷媒は、図２および図３に示すように、第１ブロック１７のヘッダタンク７Ａの開口からタンク流路９に流入する。ヘッダタンク７Ａのタンク流路９に流入した冷媒は、扁平チューブ３のチューブ流路３ａに分配配給される。分配配給された冷媒は、チューブ流路３ａを下方に向かって流れ、ヘッダタンク７Ｂのタンク流路９に流入する。冷媒は、チューブ流路３ａを流れる間にその熱を扁平チューブ３に放熱し、徐々にその温度を下げていく。

ヘッダタンク７Ｂに集合回収された冷媒は第２ブロック１９へ流れ、扁平チューブ３内を上方に向かって流れて、ヘッダタンク７Ｃのタンク流路９に流入する。ヘッダタンク７Ｃに流入した冷媒は、折返し流路１３を経て、第３ブロック２１のヘッダタンク７Ｄに流入する。
ヘッダタンク７Ｄに流入した冷媒は、扁平チューブ３内を下方に向かって流れ、ヘッダタンク７Ｅのタンク流路９に流入する。ヘッダタンク７Ｅに流入した冷媒は第４ブロック２３へ流れる。そして冷媒は、扁平チューブ３内を上方に向かって流れて、ヘッダタンク７Ｆのタンク流路９に流入し、熱交換器１から外部へ流出する。

熱交換器１には、高温セクション１５Ａ，低温セクション１５Ｂに対して略直交方向であって、低温セクション１５Ｂから高温セクション１５Ａに向かう方向に空気が流れている。空気は、低温セクション１５Ｂにおける扁平チューブ３とコルゲートフィン５との隙間を通過する。その後、空気は高温セクション１５Ａにおける扁平チューブ３とコルゲートフィン５との隙間を通過する。
空気は、これら扁平チューブ３とコルゲートフィン５との隙間を通過する際に、冷媒の熱を受け取った扁平チューブ３の側面や、コルゲートフィン５の側面（熱交換面）５ａから冷媒の熱を受け取り、加熱される。

上記の構成によれば、折返し流路１３近傍の所定領域におけるコルゲートフィン５の側面５ａ面積を増やすことにより、上記所定領域における熱交換量を増やすことができ、加熱後の空気の温度のばらつきを抑えることができる。
上述の熱交換器１においては、折返し流路１３近傍の所定領域における空気と冷媒との熱交換量が最も少なくなるため、当該領域においてコルゲートフィン５による熱交換量を増やすことで空気の温度のばらつきを抑えることができる。

折返し流路１３近傍の所定領域においてのみ、コルゲートフィン５が第２ブロック１９と第３ブロック２１との間に延びるように配置されているため、他の領域、例えば、第１ブロックと第４ブロックとの間の熱伝達を防止できる。第１ブロックと第４ブロックとの間で熱伝達を防止することで、第４ブロック２３における冷媒温度の上昇を防止でき、熱交換器１から流出する冷媒温度の上昇を防止できる。
そのため、上述の熱交換器を冷凍サイクルに用いた場合、冷凍サイクルの能力低下を防止できる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図５および図６を参照して説明する。
本実施形態の熱交換器の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、コルゲートフィンの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５および図６を用いてコルゲートフィン周辺のみを説明し、ヘッダタンク等の説明を省略する。
図５は、本実施形態に係る熱交換器の概略構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

熱交換器５１は、図５および図６に示すように、冷媒が流通する複数の扁平チューブ３と、扁平チューブ３間に配置されるコルゲートフィン（熱交換部材）５５と、扁平チューブ３へ冷媒を分配供給するとともに冷媒を集合回収するヘッダタンク７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆと、から概略構成されている。
コルゲートフィン５５は波形に形成された部材であり、ロウ材などにより扁平チューブ３と熱伝導可能に固定されている。

図６は、図５の熱交換器の第２ブロックおよび第３ブロックにおけるコルゲートフィンの構成を説明する図である。
第２ブロック１９および第３ブロック２１における折返し流路１３近傍の所定領域のコルゲートフィン５５は、図６に示すように、ヘッダタンク７Ｂからヘッダタンク７Ｃに向かって、ヘッダタンク７Ｅからヘッダタンク７Ｄに向かって波形のピッチが徐々に狭くなるように形成されている。
なお、上記所定領域は、第２ブロック１９および第３ブロック２１の全面であってもよいし、第２ブロック１９および第３ブロック２１の上端から略中央までの領域であってもよいし、特に限定するものではない。

上記の構成からなる熱交換器５１における作用は、第１の実施形態における作用と同等であるので、その説明を省略する。

上記の構成によれば、折返し流路１３近傍の所定領域においてのみ、コルゲートフィン５５のピッチが狭くなるように形成されているため、コルゲートフィン５５の側面（熱交換面）５５ａの面積を増やすことができる。そのため、上記所定領域における熱交換量を増やすことができ、加熱後の空気の温度のばらつきを抑えることができる。
上述の熱交換器５１においては、折返し流路１３近傍の所定領域における空気と冷媒との熱交換量が最も少なくなるため、当該領域においてコルゲートフィン５５による熱交換量を増やすことで空気の温度のばらつきを抑えることができる。

なお、上述のように、所定領域においてコルゲートフィン５５の波形のピッチを狭くするように形成してもよいし、所定領域のコルゲートフィン５５を切り起こしてこるゲートフィン５５の熱交換性を向上させてもよい。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図７を参照して説明する。
本実施形態の熱交換器の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ヘッダタンクおよび扁平チューブなどの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７を用いてヘッダタンクおよび扁平チューブなどの構成を説明し、扁平チューブの構成等の詳細な説明を省略する。
図７は、本実施形態に係る熱交換器の全体構成を説明する図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

熱交換器１０１は、図７に示すように、冷媒が流通する複数の扁平チューブ３と、扁平チューブ３間に配置されるコルゲートフィン（熱交換部材）１０５と、扁平チューブ３へ冷媒を分配供給するとともに冷媒を集合回収するヘッダタンク１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃと、から概略構成されている。

ヘッダタンク１０７Ａ，１０７Ｃは、ヘッダタンク１０７Ｂと比較して長手方向の長さが約半分に形成されるとともに、ヘッダタンク１０７Ｂと対向する位置に配置されている。
ヘッダタンク１０７Ａとヘッダタンク１０７Ｂとは、扁平チューブ３の一端および他端がヘッダタンク１０７Ａ，１０７Ｂのスリット（図示せず）に差し込まれ、固定されることにより接続される。ヘッダタンク１０７Ｂとヘッダタンク１０７Ｃも同様に、扁平チューブ３がそれぞれのスリット（図示せず）に差し込まれ、固定されることにより接続される。

ヘッダタンク１０７Ａ，１０７Ｃの内部に形成されたヘッダ流路（図示せず）は、ヘッダタンク１０７Ａ，１０７Ｃ間に配置されたキャップにより隔離されており、つながっていない。ヘッダタンク１０７Ａには、冷媒が熱交換器１０１内に流入する開口部が形成され、ヘッダタンク１０７Ｃには、冷媒が熱交換器１０１から流出する開口部が形成されている。
ヘッダタンク１０７Ｂにおける両側の端面には、キャップが設けられ内部に形成されたタンク流路の開口が閉じられている。

コルゲートフィン１０５は波形に形成された部材であり、ロウ材などにより扁平チューブ３と熱伝導可能に固定されている。
第２ブロック１９のヘッダタンク１０７Ｃ近傍の所定領域におけるコルゲートフィン１０５は、ヘッダタンク１０７Ｃに向かって波形のピッチが小さくなるように形成されている。
なお、上記所定領域は、第２ブロック１９の全面であってもよいし、第２ブロック１９の右端から略中央までの領域であってもよいし、特に限定するものではない。

上記の構成からなる熱交換器１０１における作用について説明する。
超臨界領域まで圧縮された冷媒は、図７に示すように、第１ブロック１７のヘッダタンク１０７Ａの開口から熱交換器１０１に流入する。ヘッダタンク１０７Ａに流入した冷媒は、扁平チューブ３に分配配給される。分配配給された冷媒は、扁平チューブ３をヘッダタンク１０７Ｂに向かって流れ、ヘッダタンク７Ｂに流入する。冷媒は、扁平チューブ３を流れる間にその熱を扁平チューブ３に放熱し、徐々にその温度を下げていく。

ヘッダタンク１０７Ｂに集合回収された冷媒は第２ブロック１９へ流れ、扁平チューブ３内をヘッダタンク１０７Ｃに向かって流れる。ヘッダタンク７Ｃに流入した冷媒は、熱交換器１０１から外部へ流出する。

上記の構成によれば、ヘッダタンク１０７Ｃの近傍領域におけるコルゲートフィン１０５における波形のピットを小さくすることで、上記近傍領域におけるコルゲートフィン１０５の熱交換面積を大きくすることができる。そのため、コルゲートフィン１０５における熱交換量を増やすことができ、熱交換後の空気の温度のばらつきを抑えることができる。
つまり、本実施形態のように冷媒が一の平面上を流れる構成においては、冷媒が流出するヘッダタンク１０７Ｃの近傍領域では、冷媒と空気との温度差が最も小さくなって熱交換量が減少する。そのため、この領域においてコルゲートフィン１０５の熱交換量を増やすことで空気の温度のばらつきを抑えることができる。

〔空気調和機〕
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係る空気調和機について図８を参照して説明する。
図８は、本実施形態に係る空気調和機の全体構成を説明する模式図である。
本実施形態に係る空気調和機は、二酸化炭素などの冷媒を超臨界サイクルで用いた空気調和機であって、車両用の空気調和機に適用されるものである。

空気調和機２０１は、図８に示すように、その内部に室内へ供給される空気（外部流体）が流通する筐体２０３と、供給空気と冷媒との間で熱交換が行なわれる熱交換器２０５と、供給空気を加熱するヒータコア２０７と、筐体２０３内に供給空気を流通させるブロア２０９と、から概略構成されている。
筐体２０３には、空気が流入する取入口２１１と、空気が流出する吹出口２１３とが形成されている。また、筐体２０３の取入口２１１近傍には、室内空気、室外空気の切換えを行う内外気切り替えダンパ２１５が配置されている。

取入口２１１の下流には熱交換器２０５が配置され、熱交換器２０５は、外部から冷媒が供給されるように構成されている。熱交換器２０５としては、上述の第１の実施形態から第３の実施形態に係る熱交換器を用いてもよいし、それ以外の熱交換器を用いてもよく特に限定するものではない。
なお、熱交換器２０５として、上述の第１の実施形態から第３の実施形態に係る熱交換器を用いることにより、空気調和機２０１から吹き出される空気の温度分布にばらつきが少なくなる。

熱交換器２０５の下流では、流路が２つに分かれており、分岐点には空気の流れを制御するエアミックスダンパ２１７が配置されている。エアミックスダンパ２１７は板状の部材からなり、回動可能に配置されている。なお、エアミックスダンパ２１７は、図８に示すような、エアミックスドアであってもよいし、フィルムドアであってもよく、特に限定するものではない。

２つに分岐された一方の流路にはヒータコア２０７が配置され、他方の流路には何も配置されていない。ヒータコア２０７は、例えば自動車のエンジンなどの熱源から熱を奪ってきた冷媒が供給され、その熱を筐体２０３内に流れる空気に伝えられるように構成されていてもよいし、燃料電池自動車の場合には、燃料電池の排熱が筐体２０３内に流れる空気に伝えられるように構成されていてもよく、特に限定するものではない。さらに、吹出口２１３近傍に補助熱源、例えばＰＣＴヒータ等を配置し、吹き出される空気をさらに加熱してもよい。

分岐された流路はその後合流し、合流点の下流側にブロア２０９が配置されている。ブロア２０９としてはさまざまな形式のファンを用いることができ、特に限定するものではない。

上記の構成からなる空気調和機２０１における作用について説明する。
本実施形態における特徴は、空気調和機２０１による暖房時の作用にあるため、暖房時の作用について説明する。
内外気切り替えダンパ２１５の回動により、室外空気あるいは室内空気の一方、または、両者の混合空気が筐体２０３内に流入する。筐体２０３内に流入した空気は、熱交換器２０５を通過する際に高温高圧の冷媒から熱を受け取る。
ここで、本実施形態においては超臨界サイクルを適用した冷凍サイクルが用いられているため、熱交換器２０５内の冷媒は一定温度に保たれていない。そのため、熱交換器２０５を通過した空気の温度分布には、ばらつきが存在している。

熱交換器２０５により加熱された空気は、エアミックスダンパ２１７により、ヒータコア２０７へ導かれ更に加熱される。ヒータコア２０７により加熱された空気は、下流に配置されたブロア２０９に吸込まれる。ブロア２０９に吸込まれた空気は、下流に向けて吹き出され、吹出口２１３から室内に供給される。

上記の構成によれば、熱交換器２０５を通過した温度分布にばらつきのある空気をブロア２０９が吸入し、筐体２０３外部へ送り出している。そのため、ブロア２０９が温度分布にばらつきのある空気を攪拌することにより、その温度分布を均一にすることができ、空気調和機２０１から送り出される空気の温度のばらつきを抑えることができる。

なお、上述のように、熱交換器２０５の下流に配置されたブロア２０９により、空気を攪拌してもよいし、さらに、空気攪拌ファンを熱交換器２０５の下流に配置し、空気攪拌ファンを用いて更に空気を攪拌してもよい。
また、空気調和機２０１において暖房運転が行われている間のみ、空気攪拌ファンを駆動してもよい。空気を攪拌する必要がない冷房運転時に、空気攪拌ファンを停止させることにより、空気調和機２０１の運転コストを低減させることができる。

〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について図９を参照して説明する。
本実施形態の空気調和機の基本構成は、第４の実施形態と同様であるが、第４の実施形態とは、ブロアの配置等が異なっている。よって、本実施形態においては、図９を用いてブロアの配置等について説明し、各種ダンパ等の説明を省略する。
図９は、本実施形態に係る空気調和機の全体構成を説明する模式図である。
なお、第４の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

空気調和機２５１は、図９に示すように、その内部に室内へ供給される空気（外部流体）が流通する筐体２０３と、供給空気と冷媒との間で熱交換が行なわれる熱交換器２０５と、供給空気を加熱するヒータコア２０７と、筐体２０３内に供給空気を流通させるブロア２５９と、熱交換器２０５を通過した空気を攪拌する攪拌部２６１と、から概略構成されている。

筐体２０３の取入口２１１と、熱交換器２０５との間には、ブロア２５９が配置されている。ブロア２５９としてはさまざまな形式のファンを用いることができ、特に限定するものではない。
攪拌部２６１は、ヒータコア２０７の下流であって、吹出口２１３の上流に配置されている。攪拌部２６１は、流路全体を覆うように配置されたハニカム部２６３と、流路の側壁から内側に向けて突出した突起部２６５とから構成されている。

ハニカム部２６３は、ハニカム状の孔が空気の流れる方向に延びるように構成された部材である。
なお、空気が流れる孔の形状はハニカム形状に限られることはなく、他のさまざまな形状を取ることができる。
また、ハニカム部２６３の代わりに、網状の部材など、流通する空気を攪拌する作用を有する部材を用いることもできる。
突起部２６５は、空気を攪拌する作用を備えた公知の形状に形成されることが望ましく、特にその形状が限定されることはない。

上記の構成からなる空気調和機２５１における作用について説明する。
本実施形態における特徴は、空気調和機２５１による暖房時の作用にあるため、暖房時の作用について説明する。
内外気切り替えダンパ２１５の回動により、室外空気あるいは室内空気の一方、または、両者の混合空気が筐体２０３内に流入する。筐体２０３内に流入した空気は、ブロア２５９に吸込まれ、下流方向に送り出される。ブロア２５９から送り出された空気は、熱交換器２０５を通過し、熱交換器２０５を通過する際に高温高圧の冷媒から熱を受け取る。
ここで、本実施形態においては超臨界サイクルを適用した冷凍サイクルが用いられているため、熱交換器２０５内の冷媒は一定温度に保たれていない。そのため、熱交換器２０５を通過した空気の温度分布には、ばらつきが存在している。

熱交換器２０５により加熱された空気は、エアミックスダンパ２１７により、ヒータコア２０７へ導かれ更に加熱される。ヒータコア２０７により加熱された空気は、下流に配置された攪拌部２６１において攪拌される。
具体的には、ハニカム部２６３を通過する空気は、孔を構成する壁の下流に形成される乱流により攪拌され、突起部２６５の近傍を通過する空気は、突起部２６５の下流に形成される乱流により攪拌される。
攪拌部２６１により攪拌された空気は、その後、吹出口２１３から室内に供給される。

上記の構成によれば、熱交換器２０５を通過した空気を攪拌部２６１により攪拌することにより、温度分布にばらつきのある空気の温度分布を均一にすることができる。その結果、熱交換後の空気の温度分布のばらつきを抑えることができ、空気調和機２５１から送り出される空気の温度のばらつきを抑えることができる。

なお、上述のように、攪拌部２６１としてハニカム部２６３と突起部２６５とを備えたものを用いてもよいし、ハニカム部２６３または突起部２６５の一方を備えたものであってもよく、特に限定されるものではない。

なお、上述のように、熱交換器２０５の下流に攪拌部２６１として配置されたハニカム部２６３や突起部２６５により空気を攪拌してもよいし、攪拌部２６１として、空気攪拌ファンを熱交換器２０５の下流に配置し、空気攪拌ファンを用いて空気を攪拌してもよい。
また、空気調和機２５１において暖房運転が行われている間のみ、空気攪拌ファンを駆動してもよい。空気を攪拌する必要がない冷房運転時に、空気攪拌ファンを停止させることにより、空気調和機２５１の運転コストを低減させることができる。

〔第５の実施形態の変形例１〕
次に、本発明の第５の実施形態の変形例１について図１０を参照して説明する。
本変形例に係る空気調和機の基本構成は、第５の実施形態と同様であるが、第５の実施形態とは、熱交換器やヒータコア等の配置が異なっている。よって、本実施形態においては、図１０を用いて熱交換器やヒータコア等の配置について説明し、構成要素の構成等の説明を省略する。
図１０は、本実施形態の変形例に係る空気調和機の概略構成を説明する断面図である。
なお、第５の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

空気調和装置３０１は、図１０に示すように、その内部に室内へ供給される空気（外部流体）が流通する筐体３０３と、供給空気と冷媒との間で熱交換が行なわれる熱交換器２０５と、供給空気を加熱するヒータコア（図示せず）と、筐体２０３内に供給空気を流通させるブロア２５９と、熱交換器２０５を通過した空気を攪拌する攪拌部２６１と、から概略構成されている。

筐体３０３は、取込口２１１や、内外気切り替えダンパ２１５や、ブロア２５９が備えられた上流部３０３Ａと、熱交換器２０５や、エアミックスダンパ２１７や、ヒータコアや、攪拌部２６１が備えられた下流部３０３Ｂと、上流部３０３Ａと下流部３０３Ｂとを接続する接続部３０３Ｃと、から構成されている。

筐体３０３の上流部３０３Ａの上面には取込口２１１が形成され、取込口２１１の下方に内外気切り替えダンパ２１５が配置されている。上流部３０３Ａの下方にはブロア２５９が配置されている。
筐体３０３の下流部３０３Ｂの下方には、熱交換器２０５が斜めに配置され、熱交換器２０５の上方にエアミックスダンパ２１７が配置されている。エアミックスダンパ２１７の上方にはヒータコアが配置され、その上方には攪拌部２６１が形成されている。また、下流部３０３Ｂの上面には吹出口２１３が形成されている。
なお、上流部３０３Ａの下方と、下流部３０３Ｂの下方とは、接続部３０３Ｃにより空気が流通可能に接続されている。

上記の構成からなる空気調和機３０１における作用については、第５の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

上記の構成によれば、熱交換器２０５やヒータコア、ブロア２５９などを限られたスペース内に配置することができ、空気調和機３０１の小型化を図ることができる。そのため、空気調和機３０１を設置スペースに制約のある車両用空気調和機に適用することができる。

〔第５の実施形態の変形例２〕
次に、本発明の第５の実施形態の変形例２について図１１を参照して説明する。
本変形例に係る空気調和機の基本構成は、第５の実施形態と同様であるが、第５の実施形態とは、熱交換器やヒータコア等の配置が異なっている。よって、本実施形態においては、図１１を用いて熱交換器やヒータコア等の配置について説明し、構成要素の構成等の説明を省略する。
図１１は、本実施形態の変形例に係る空気調和機の概略構成を説明する断面図である。
なお、第５の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

空気調和機３５１は、図１１に示すように、その内部に室内へ供給される空気（外部流体）が流通する筐体３５３と、供給空気と冷媒との間で熱交換が行なわれる熱交換器２０５と、供給空気を加熱するヒータコア２０７と、筐体２０３内に供給空気を流通させるブロア（図示せず）と、熱交換器２０５を通過した空気を攪拌する攪拌部２６１と、から概略構成されている。
熱交換器２０５とヒータコア２０７との間には、エアミックスダンパ２１７が配置され、ヒータコア２０７の下流側には、攪拌部２６１が配置されている。

上記の構成からなる空気調和機３５１における作用については、第５の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

上記の構成によれば、熱交換器２０５やヒータコア２６１や攪拌部２６１などを限られたスペース内に配置することができ、空気調和機３５１の小型化を図ることができる。そのため、空気調和機３５１を設置スペースに制約のある車両用空気調和機に適用することができる。

なお、図１１に示すように、ヒータコア２６１を通過した空気が分流する前の領域に攪拌部２６１を配置してもよいし、分流後の領域において攪拌部２６１を配置してもよいし、さらには、両領域に攪拌部２６１を配置してもよく、特に限定するものではない。

本発明の第１の実施形態に係る冷凍サイクルを説明する模式図である。 第１の実施形態に係る熱交換器の概略構成を説明する模式図である。 図２の熱交換器の構成要素を説明する分解斜視図である。 図２の熱交換器の第２ブロックおよび第３ブロックにおけるコルゲートフィンの構成を説明する断面視図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器の概略構成を説明する模式図である。 図５の熱交換器の第２ブロックおよび第３ブロックにおけるコルゲートフィンの構成を説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱交換器の全体構成を説明する図である。 本発明の第４の実施形態に係る空気調和機の全体構成を説明する模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る空気調和機の全体構成を説明する模式図である。 本発明の第５の実施形態の変形例に係る空気調和機の概略構成を説明する断面図である。 本発明の第５の実施形態の他の変形例に係る空気調和機の概略構成を説明する断面図である。

符号の説明

１，５１，１０１，２０５ 熱交換器
３ 扁平チューブ（チューブ）
５，５５，１０５ コルゲートフィン（熱交換部材）
５ａ，５５ａ 側面（熱交換面）
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆ，１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃ ヘッダタンク（ヘッダ）
１３ 折返し流路（折返し部）
２０１，２５１，３０１，３５１ 空気調和機
２０３，３０３，３５３ 筐体
２０９，２５９ ブロア
２６１ 攪拌部

Claims (11)

1. 内部を冷媒が流通する複数のチューブと、
   前記チューブの両端に接続され、前記チューブに前記冷媒を分配するとともに前記チューブから前記冷媒を回収するヘッダと、
   前記複数のチューブの間に前記冷媒と熱的に接続するように配置されるとともに、外部流体との間で熱交換する熱交換面が形成された熱交換部材と、を有し、
   前記外部流体における、前記熱交換面の通過前と通過後の温度変化が小さい領域において、
   前記熱交換面における熱交換量が他の領域より大きくされていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記冷媒が一の平面上を流れるとともに、前記外部流体が前記一の平面に対して交差する方向に通過するように前記複数のチューブと前記ヘッダとが構成され、
   前記温度変化が小さい領域が、前記冷媒が前記ヘッダから外部へ流出する流出部の近傍領域であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記冷媒が一の平面上を流れた後に、前記一の平面と平行に隣接する他の平面上を流れるとともに、前記外部流体が前記一の平面および前記他の平面に対して交差する方向に通過するように前記複数のチューブと前記ヘッダとが構成され、
   前記温度変化が小さい領域が、前記冷媒が前記一の平面上に配置された前記ヘッダから前記他の平面上に配置された前記ヘッダへ流入する折返し部の近傍領域であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
4. 前記折返し部の近傍領域における前記熱交換部材が、前記一の平面上に配置された前記複数のチューブの間と、前記他の平面上に配置された前記複数のチューブとの間とをつなぐように配置されていることを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
5. 前記熱交換部材がコルゲートフィンであって、
   該コルゲートフィンにおける波形状のピッチを狭くすることにより、前記熱交換面の熱交換量を大きくすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記熱交換部材がコルゲートフィンであって、
   該コルゲートフィンの一部を切り起こすことにより、前記熱交換面における熱交換量を大きくすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器。
7. 内部に外部流体が流通する筐体と、
   該筐体内に前記外部流体を流通させるブロアと、
   前記筐体内に配置され、前記外部流体と冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器と、を有し、
   前記ブロアが前記熱交換器を通過した前記外部流体を吸入し、前記筐体外部へ送り出すことを特徴とする空気調和機。
8. 前記熱交換器を通過した前記外部流体を攪拌する攪拌部が設けられ、
   前記冷媒から前記外部流体へ放熱される際に、前記攪拌部が作動されることを特徴とする請求項７記載の空気調和機。
9. 内部に外部流体が流通する筐体と、
   該筐体内に前記外部流体を流通させるブロアと、
   前記筐体内に配置され、前記外部流体と冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器と、
   該熱交換器を通過した前記外部流体を攪拌する攪拌部と、
   を有することを特徴とする空気調和機。
10. 前記冷媒から前記外部流体へ放熱される際に、前記攪拌部が作動されることを特徴とする請求項９記載の空気調和機。
11. 請求項７から請求項１０に記載の前記熱交換器が、請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器であることを特徴とする空気調和機。

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