JP2011127831A - 熱交換器及びこれを備えた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器を流れる冷媒の流し方を、扁平伝熱管端部に接続されるヘッダーの構成に制限されることなく自由に設定でき、段方向の扁平伝熱管の間隔を短くでき、小型化または熱交換性能の向上を図れる熱交換器を得る。
【解決手段】 互いに所定の間隔をあけて並列し、個々の間を気体が流通する複数の板状フィン２と、これら板状フィンを該板状フィン２の並列方向Ａに貫通するように設けられ、断面扁平形状の中に並列方向Ａに伸びる複数の隔壁によって流通方向Ｄに並ぶ複数の冷媒流路を有すると共に、板状フィンの並列方向Ａ及び気体の流通方向Ｄのそれぞれに直交する方向Ｂに複数段をなす扁平伝熱管１と、扁平伝熱管１の２段の端部同士を接続する接続部１８と、を備え、接続部１８は、気体の流通方向Ｄに並ぶ複数本のＵ字状に曲げられた円管８を有し、円管８を介して２段の扁平伝熱管１が接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器及びこれを備えた空気調和機や冷凍冷蔵庫などの冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、例えば空気調和機などの冷凍サイクル装置に搭載される熱交換器として、プレートフィンアンドチューブタイプと呼ばれるものがある（特許文献１、図２６参照）。この熱交換器は、上下に延び、対向して配置された一対のヘッダーと、この各ヘッダーに両側が連通し上下に複数段に架設された扁平伝熱管とを備えており、この各伝熱管は熱交換用板状フィンに挿入されている。扁平伝熱管内は冷媒が流れ、冷凍サイクル装置を流れる冷媒が流入する流入管が一方のヘッダーの上方に設けられ、他方のヘッダーの下方には冷媒が流出する流出管が設けられている。流入管から流入した冷媒は、複数段の扁平伝熱管に分岐して流れるうちに、熱交換器外部を流れる空気と熱交換する形態である。板状フィンによって伝熱面積を増加させている。

また、扁平断面の内部に作動流体が流通する複数の流路を設けたＵ字形状に曲げられた伝熱管と、伝熱管の端部が連通するとともに作動流体の流入管と流出管が接続したヘッダーと、ヘッダー内に設けられ流入管から伝熱管に連通する空間と伝熱管から流出管へ連通する空間とを分離するヘッダー長手方向の第１の縦仕切り板と、隣り合うＵ字形状の伝熱管間に設けられ、ヘッダー内空間を気体の流れ方向に対して２以上に分離するヘッダー長手方向の第２の縦仕切り板と、Ｕ字形状の伝熱管の両端部を隔てる横仕切り板と、を備え、気体の流れ方向に対して対向流又は並向流となる冷媒流れを構成するものがある（特許文献１、図１参照）。

また、例えば凝縮器の例で、円管状の接続配管の一端を拡管し、プレス等で押し潰して扁平状に変形させ、扁平伝熱管と圧縮機からの円管状の接続配管を接続する接続部材がある（特許文献２参照）。

特開２００３−２８７３９０号公報（図１、図２６） 特開２００８−２６１６１５号公報（図５）

従来のプレートフィンアンドチューブタイプのように、一対のヘッダーで扁平伝熱管の流路が接続されている熱交換器において、前面から流入する空気に風速分布がある場合、風速が速い部分と、風速が遅い部分できる。風速が速い部分は、風速が遅い部分よりも扁平伝熱管内を流れる冷媒との熱交換が促進されるが、風速の遅い部分は、熱交換量が低下する。このように熱交換器内において、各扁平伝熱管に流れる冷媒と空気との熱交換量が不均一になり、全体として熱交換性能が低下する。さらに熱交換器は一つのヘッダーに多数の扁平伝熱管が接続されているので、例えばこの熱交換器を蒸発器として使用し、流入冷媒がガスと液体の２相流となった場合、重力等の影響で下方側の扁平伝熱管には液体の割合が多い冷媒、上方側の扁平伝熱管にはガスの割合が多い冷媒が流れることになる。このため、各扁平伝熱管を流れる冷媒の状態が上下で異なり、各扁平伝熱管に流れる冷媒と空気との熱交換量が不均一となって、熱交換性能が低下する。即ち、前面から流入する風速分布、又は扁平伝熱管を流れる冷媒状態の不均一により、熱交換器の熱交換性能が低下するという課題があった。

このように、各扁平伝熱管を流れる冷媒の状態が不均一となるという課題を解決するため、特許文献１の図１のように、ヘッダー内に仕切り板を設け、扁平伝熱管を流れる冷媒の流路を複数持たせる構造がある。その場合、風速分布に対して、扁平伝熱管を流れる冷媒のパスの長さを調整することにより、風速分布に対しての熱交換器性能の低下を防ぐことができる。

しかしこのようなヘッダー構造は、伝熱管の端部のそれぞれを一括して接続する構成であり、一旦決定されてしまうと決定された冷媒流路を変更するのは困難である。例えば風速分布の発生等で冷媒流路を変更しようとすると、ヘッダーの構造を再設計することになる。即ち、この熱交換器を空気調和機などの冷凍サイクル装置に使用する場合は、製品ごとに異なる仕様のヘッダーが必要となる。その結果、製造が煩雑になり、コスト増となるという課題があった。

また、扁平伝熱管の端部でヘッダーを用いずに、扁平伝熱管と円管を接続する接続部材（特許文献２）を使用し、Ｕ字状に曲げられた円管等で２段の扁平伝熱管同士を接続する構成も可能である。ヘッダーを用いることなく複数段の扁平伝熱管の端部を円管で接続するように構成すると、熱交換器内で複数パスを構成したり、冷媒の流し方の変更が容易になるなど、冷媒流路構成の自由度の向上を図ることができる。

ところが２段の扁平伝熱管を１本の円管で接続する場合、冷媒流量を考慮すると、ある程度以上の径の円管で構成する必要がある。そして、接続する円管をＵ字状に曲げて２段の扁平伝熱管に接続するのであるが、Ｕ字状に曲げる最小半径は曲げる円管の直径に依存する。即ち、段方向の扁平伝熱管の間隔は、円管をＵ字状にした時の間隔に依存することになり、それほど小さくできない。一方、円管の直径を小さくすると、流路の断面積が減少し、中を流れる冷媒の圧力損失が増大するという課題があった。

また、扁平伝熱管と円管とを接続する接続ジョイントをプレス等で成形する場合、扁平伝熱管と円管の形状の違いが大きいため、変形量を大きくしなければならない。その場合変肉が起こり、肉厚がうすくなってしまったり、変形や割れがおこりやすくなる。そのため、不良率の増加、耐圧の低下の問題が起こってしまうという課題があった。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、熱交換器を流れる冷媒の流し方をヘッダーの構成で制限されることなく自由に設定でき、段方向の扁平伝熱管の間隔を小さくでき、小型化又は熱交換量の増加を図ることができる熱交換器を得ることを目的とするものである。
さらに、２段の扁平伝熱管の接続部で、成形時の不良品の増加や耐圧の低下を防止でき、熱交換器の信頼性の向上を図ることを目的とするものである。
また、小型化又は熱交換量の増加を図ることができる熱交換器を備え、信頼性が高く、小型化でき、熱交換性能のよい冷凍サイクル装置を得ることを目的とするものである。

本発明に係る熱交換器は、互いに所定の間隔をあけて並列し、個々の間を気体が流通する複数の板状フィンと、これら板状フィンを該板状フィンの並列方向に貫通するように設けられ、断面扁平形状の中に前記板状フィンの並列方向に伸びる複数の隔壁によって前記気体の流通方向に並ぶ複数の冷媒流路を有すると共に、前記板状フィンの並列方向及び前記気体の流通方向のそれぞれに直交する方向に複数段をなす扁平伝熱管と、前記複数段をなす前記扁平伝熱管の２段の端部同士を接続する接続部と、を備え、前記扁平伝熱管は、その扁平面が前記複数段をなす方向で対向するように配置されると共に、前記接続部は、前記気体の流通方向に並ぶ複数本のＵ字状に曲げられた円管を有し、前記円管を介して２段の前記扁平伝熱管が接続されることを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で接続し、冷媒が循環されると共に、扁平伝熱管の端部を接続する接続部を複数本の円管で接続する構成の熱交換器を前記蒸発器又は凝縮器として用いることを特徴とする。

本発明によれば、２段の扁平伝熱管の端部は、気体の流通方向に並ぶ複数本のＵ字状に曲げられた円管を介して接続されることにより、熱交換器を流れる冷媒の流し方をヘッダーの構成で制限されることなく自由に設定でき、段方向の扁平伝熱管の間隔を小さくでき、同様の熱交換量の場合は小型化を図ることができ、また同様の大きさの場合には熱交換量の増加を図ることができる熱交換器を得ることができる。
さらに、複数本の円管を介して接続することで、１本の円管の径を小さくでき、接続部の変形量を小さくして、成形時の不良品の増加や耐圧の低下を防止でき、信頼性の高い接続部を有する熱交換器を実現できる。
また、冷凍サイクル装置にこの小型化又は熱交換量の増加を図ることができる熱交換器を備え、信頼性が高く、小型化が可能で、熱交換性能のよい冷凍サイクル装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る室内ユニットを示す断面構成図である。 本発明の実施の形態１に係る扁平伝熱管を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係り、図１のＶ−Ｖ線における断面図である。 本発明の実施の形態１に係り、流入管及び流出管の接続部付近を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係り、比較例の熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る接続ジョイントの比較例を示す上面図（図８（ａ））、正面図（図８（ｂ））、側面図（図８（ｃ））である。 本発明の実施の形態１に係り、扁平伝熱管の接続部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る接続ジョイントを示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る接続ジョイントを示す上面図（図１１（ａ））、正面図（図１１（ｂ））、側面図（図１１（ｃ））である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平伝熱管の段方向の間隔を説明する説明図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の比較例の前面を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の前面を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の前面を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る扁平伝熱管の接続部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る扁平伝熱管を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る接続部の断面を示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係り、冷媒温度と空気温度の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係り、冷媒温度と空気温度の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る接続部の断面を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す斜視図、図２は冷凍サイクル装置として例えば空気調和機の冷媒回路を示す回路構成図、図３は室内機の一例を示す断面構成図、図４は本実施の形態に係る扁平形状の伝熱管を示す断面図、図５は図１のＶ−Ｖ線における断面図である。本実施の形態に係る熱交換器２０は、一般にプレートフィンアンドチューブタイプと呼ばれるものである。

空気調和機や冷凍冷蔵庫などの冷凍サイクル装置に搭載される熱交換器２０は、図１に示すように、断面が扁平形状の伝熱管１（以下扁平伝熱管と称す）と板状フィン２で構成される。複数の板状フィン２は、長さ方向（例えばＡ方向）に互いに所定の間隔をあけて略平行に並列され、個々の板状フィン２の間を気体、例えば室内の空気がＤ方向に流通する。扁平伝熱管１は板状フィン２のそれぞれを板状フィン２の並列方向（Ａ方向）に貫通するように設けられ、段方向（Ｂ方向）に複数段、例えば８段積層される。即ち、扁平伝熱管１は、その扁平面が複数段をなす方向（Ｂ方向）で対向するように配置され、板状フィン２の並列方向（Ａ方向）及び気体の流通方向（Ｄ方向）のそれぞれに直交する方向（Ｂ方向）に複数段をなす。扁平伝熱管１内には、貫通方向（Ａ方向）に冷媒が流通する複数の扁平伝熱管内流路を有する。また、２段づつの扁平伝熱管１の端部同士を接続して冷媒流路を構成するのであるが、扁平伝熱管１の２段の端部同士を接続する接続部１８のうちの少なくとも一つの接続部を複数本、例えば２本のＵ字状に曲げられた円形の伝熱管８（以下円管と称す）を介して接続する。即ち、接続部１８は、気体の流通方向（Ｄ方向）に並ぶ複数本のＵ字状に曲げられた円管８を有し、円管８を介して２段の扁平伝熱管１が接続される。図１に示す構成では、２段の扁平伝熱管１を接続する際、接続ジョイント９を介して一方の扁平伝熱管１と円管８が接続され、再び接続ジョイント９を介して円管８と他方の扁平伝熱管１を接続する。本実施の形態では、流入配管３と流出配管４は熱交換器２０の一端側に接続され、この一端側での扁平伝熱管１同士の接続にＵ字状円管８を用いる。また、他端側はＵ字状に曲げられた扁平伝熱管１ａで接続され、流入配管３から流出配管４までの冷媒流路を形成している。また、本実施の形態ではＣ方向に複数列、例えば２列の熱交換器２０ａ、２０ｂを並設して全体として熱交換器２０を構成する。

図２に示すように、空気調和機は室外ユニット４１と室内ユニット４２で構成される。室外ユニット４１には、圧縮機３１、四方弁３２、室外熱交換器３３、絞り装置３４、及び室外送風機３５と室外送風機用モータ３６が格納される。また、室内ユニット４２には、室内熱交換器２０、室内送風機３７、及び室内送風機用モータ３８が格納される。２台の熱交換器のどちらかの片方、又は両方に、図１に示した構成の熱交換器を使用するが、ここでは例えば室内熱交換器に本実施の形態に係る熱交換器２０を用いる。室外ユニット４１と室内ユニット４２間は、冷媒配管３９、４０によって接続されている。図中、冷媒の流れ方向は、実線の矢印が冷房時、点線の矢印が暖房時であり、四方弁３２によって冷媒の流れ方向を切り替える。

この空気調和機で、冷房運転を行う場合について説明する。四方弁３２内で実線に示すように冷媒配管が接続され、室内熱交換器２０を蒸発器、室外熱交換器３３を凝縮器として動作させる。少なくとも圧縮機３１、凝縮器３３、絞り装置３４、蒸発器２０が順次配管で接続され、冷媒を循環させることで、冷凍サイクル装置が構成される。この時、冷媒回路の内部を流れる低温低圧のガス冷媒は、圧縮機３１で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。その高温高圧となったガス冷媒は、室外熱交換器３３で室外空気と熱交換して冷媒自身は凝縮して高圧低温の液冷媒になり、絞り装置３４で断熱膨張して低圧低温の二相冷媒となる。そして、室内熱交換器２０で板状フィン２間を流れる室内空気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機３１に戻る。この室内熱交換器２０を蒸発器として機能させて冷媒が蒸発することで、室内空気に冷熱を与えて室内が冷房される。また、暖房運転では、四方弁３２内で点線のように冷媒配管を接続し、冷媒を点線矢印で示すように循環させる。室内熱交換器２０を凝縮器として機能させて冷媒が凝縮することで、室内空気に温熱を与えて室内が暖房される。また、図２には図示していないが、室内ユニット４２、室外ユニット４１はそれぞれ１つづつ、又は共通に１つの制御装置を備え、圧縮機３１の回転数、四方弁３２の接続、絞り装置３４の開度、送風機３５、３７のモータ３６、３８の回転数などを制御する。

室内ユニット４２は、図３に示すように、空調される部屋の壁４３に設置される。室内ユニット４２の上部には、室内空気の吸込口となる吸込グリル４４やホコリを除塵する網目状のフィルタ４５を配設している。さらに、本実施の形態による熱交換器２０を、送風機３７の正面側と上部側に、送風機３７を囲むように配置している。また、室内ユニット４２の前面は前面パネルで覆われ、その下側に吹出口４６が開口している。この送風機３７は例えば貫流ファンである。図において、実線矢印は冷媒の流入及び流出方向を示し、白抜き矢印Ｄは空気の流通方向を示し、点線矢印Ｏは送風機３７の回転方向を示している。

このように構成された室内ユニット４２において、運転が開始されると送風機３７が点線矢印Ｏ方向に回転する。部屋の空気が吸込口４４より吸込まれ、フィルタ４５でホコリが除去された後、Ｄ方向に示すように熱交換器２０の板状フィン２間を流れる。熱交換器２０には流入配管３から流出配管４までの扁平伝熱管及び円管で形成された冷媒流路内に冷媒が循環している。熱交換器２０に流れ込んだ空気は、円管及び扁平伝熱管内を流れる冷媒と熱交換して加熱され暖房、又は冷却され冷房、除湿のいずれかがされ、送風機３７へ吸込まれる。その後、送風機３７から吹出された気流は風路に誘導され吹出口４６へ向かい、吹出口４６から部屋へ吹出すことで、室内の空気調和がなされる。

以下、熱交換器２０の構成について、さらに詳しく述べる。図４に示すように、扁平伝熱管１は対向する扁平面を有する断面が扁平形状の伝熱管である。扁平伝熱管１内には、板状フィン２の並列方向（Ａ方向）に伸びる複数、例えば７つの隔壁４７によって気体の流通するＤ方向に並ぶ複数、例えば８個の冷媒流路である扁平伝熱管内流路５を有する。８個の扁平伝熱管内流路５は、扁平断面の中に長軸方向（Ｄ方向）に例えば１列に設けられている。図５に示す断面では、列方向（Ｃ方向）に並んで配置された２つの熱交換器２０ａ、２０ｂを構成する２列の板状フィン２が示されている。１枚の板状フィン２において、扁平伝熱管１の周囲には扁平伝熱管１を固着するためのカラー６が形成される。カラー６と扁平伝熱管１はロウ付け、又は接着材等で接合、あるいは機械的に圧着される。１枚の板状フィン２には、段方向（Ｂ方向）の２段の扁平伝熱管１の間に、熱交換性能向上のためスリット部７を有する。具体的には板状フィン２の一部を切り起こしてスリット部７を構成している。なお、扁平伝熱管内流路５は８個に限るものではなく、２〜１６個程度で構成される。また、スリット部７は、他の形状でもよく、さらに露付きや着霜の関係上、設けられていない場合もある。この板状フィン２に対して、白抜き矢印Ｄは気体の流通方向であり、どちら向きに配置されてもよい。白抜き矢印Ｑは、製造時に板状フィン２の一方から扁平伝熱管１を挿入する方向を示している。このように挿入されることからも扁平伝熱管１の断面形状は適している。

図１に示すように、熱交換器２０のＡ方向の一端部は、２本のＵ字状に曲げられた円管８を気体の流通方向（Ｄ方向）に並べて、上段又は下段の扁平伝熱管１に接続する。接続ジョイント９と扁平伝熱管１、Ｕ字状円管８は炉中ロウ付け、又は高周波ロウ付け、又はトーチロウ付け等で接合する。また、冷媒の圧力がそれほど高くない場合は、接着剤で接合も可能である。接続ジョイント９はプレス又は切削等により加工する。なお、扁平伝熱管１や円管８の材質は、例えばアルミニウムや銅などで構成される。また、接続ジョイント９の材質も、例えばアルミニウムや銅などで構成される。また、Ａ方向の他端部は、扁平伝熱管１をＵ字形状に曲げられた扁平伝熱管１ａで上段又は下段の扁平伝熱管１と接続する。

本実施の形態に係る熱交換器２０を蒸発器として動作させるときには、図１に示した１列目のＢ方向の中央部分に設けた流入配管３から冷媒を流入し、２列目の流出配管４から冷媒を流出する。冷媒は、流入配管３から流出配管４に流れる間に、送風機（図示せず）によってＤ方向から熱交換器２０の前面に送風される熱交換器外部を流れる空気と熱交換する。ここでは、例えば２つの流入配管３から流入し、上半分と下半分の扁平伝熱管１を流れて、２つの流出配管４に流出するという２パスで冷媒が流れる構成を示している。例えば下半分のパスについて詳しく説明すると、一列目の下から４段目の扁平伝熱管１に流入配管３が接続されている。下方の流入配管３から流入した冷媒は、４段目の扁平伝熱管１を図１の図面に向かって右から左へ流れ、左側端部でＵ字状の扁平伝熱管１ａを通って３段目の扁平伝熱管１を左から右へ流れる。右側端部では２本のＵ字状円管８を通って２段目の扁平伝熱管１を右から左へ流れていく。次に１段目の扁平伝熱管１を通って右側端部に流れてきた冷媒は、２本のＵ字状円管８を通って２列目の１段目に流れていく。２列目では１段目から４段目まで扁平伝熱管１を流れ、流出配管４から流出する。上半分のパスも同様である。

図６は扁平伝熱管１と流入配管３又は流出配管４を接続ジョイント１１で接続する部分を示す斜視図である。複数の冷媒流路を有する扁平伝熱管１と１つの流路で構成される流入配管３又は流出配管４を接続する場合、扁平伝熱管１の流路断面積の和と円管３、４の流路断面積を同程度に構成する。流路断面積を同程度に構成することで、冷媒流路を流れる冷媒の圧力損失が増大することなく、熱交換性能のよい熱交換器が得られる。

次に、熱交換器２０の一端部において、流入配管３及び流出配管４の上段や下段で、扁平伝熱管１同士の接続部１８を、１本のＵ字状円管１０で接続した熱交換器の比較例の構成を図７に示す。このように、扁平伝熱管１の端部で従来装置のような内部で流路が一括して形成されているヘッダーを用いずに、Ｕ字状円管１０によって２段の扁平伝熱管１の端部同士を接続するような構成にすると、扁平伝熱管１を接続して冷媒流路を構成する際の自由度が増える。例えば、図７では図１の構成と同様、２列の熱交換器２０ａ、２０ｂを接続して冷媒流路を形成しており、２パス有しそれぞれのパスにおける扁平伝熱管１の長さは同じにしている。熱交換する空気流によってはパス数やパスの長さを変更したい場合がある。ヘッダーを用いずに円管１０で接続する構成では、Ｕ字状円管１０及び流入配管３又は流出配管４の接続を変更すれば、実現できる。一例として１パスに変更しようとすれば、例えば、２つの流出配管４を他の接続部１８と同様、Ｕ字状円管１０で接続し、２つの流入配管３の一方を流出配管として用いることで変更可能である。これに対して、従来のようにヘッダーで構成する場合には、ヘッダー自体を再設計して製造しなおす必要があり、煩雑である。即ち、ヘッダーを用いることなく２段の扁平伝熱管１を円管１０で接続する構成では、熱交換器２０内で複数パスを構成したり、冷媒の流し方の変更が容易になるなど、ヘッダーの構成で制限されることなく冷媒流路構成の自由度の向上を図ることができる。

ところが上下段の扁平伝熱管１を１本の円管１０で接続する場合、扁平伝熱管１の流路断面積と円管１０の流路断面積を同程度として構成すると、ある程度以上の径の円管１０で構成する必要がある。接続部１８では、接続する円管１０をＵ字状に曲げて２段の扁平伝熱管１に接続するのであるが、Ｕ字状に曲げる最小半径は曲げる円管の直径に依存する。図７に示す構成は、熱交換器２０の他端側ではＵ字状の扁平伝熱管１ａで接続しており、扁平伝熱管１ａをＵ字状に曲げる最小半径は、一端側の１本の円管１０をＵ字状に曲げる最小半径よりも小さくできる。即ち、熱交換器２０の段方向（Ｂ方向）の間隔（段ピッチ）は、円管１０で接続する一端側の円管１０の直径で決定されるので、段方向の扁平伝熱管１間の間隔が大きくなり、熱交換器２０全体の大きさ、ここでは（Ａ方向の長さ）×（Ｂ方向の長さ）で表される前面面積を大きくしなければならない。また、熱交換器２０の前面面積を大きくしない場合には、扁平伝熱管１の段数が少なくなり、熱交換量の低下を招く。
一方、段ピッチを小さくするために円管１０の直径を小さくすると、扁平伝熱管１の流路断面積と円管１０の流路断面積との差が大きくなり、圧力損失が増大して熱交換効率が低減するという問題がある。

図８は図７の比較例で用いた扁平伝熱管１と１本の円管１０とを接続する接続ジョイント１２を示す図であり、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は側面図である。接続ジョイント１２の一端部には扁平伝熱管１が接続される扁平伝熱管接続部１２ａを有し、他端部には円管１０が接続される円管接続部１２ｂを有する。扁平伝熱管１の流路断面積と円管１０の流路断面積を同程度として構成するので、ある程度以上の径の円管１０になる。このため、図８（ａ）の上面図に示す扁平伝熱管１と円管１０との幅の差ＥＥや、図８（ｂ）の正面図に示す幅の差ＦＦが大きい。この接続ジョイント１２は例えばプレス等で成形するのであるが、この際、扁平伝熱管１と円管１０との形状の違いが大きいために変形量を大きくしなければならない。変形量を大きくすると、変肉が起こり、肉厚がうすくなってしまったり、変形や割れが起こりやすくなる。そのため、不良率の増加や耐圧の低下等の問題が起こってしまう。

以上のように２段の扁平伝熱管１を１本の円管１０で接続する構成では、冷媒流路の構成において自由度が向上できるが、製造の不良率や熱交換性能において課題があった。そこで、本実施の形態では、図１に示すように、熱交換器２０の一端部の接続部１８で、扁平伝熱管１を複数のＵ字状円管、例えば２本のＵ字状円管８で接続する構成とした。図９は扁平伝熱管１と複数本例えば２本のＵ字状円管８を接続ジョイント９で接続する部分を示す斜視図である。また、図１０は接続ジョイント９を示す斜視図であり、図１０（ａ）は扁平伝熱管接続部９ａから見た斜視図であり、図１０（ｂ）は円管接続部９ｂから見た斜視図である。接続ジョイント９の一端部には扁平伝熱管１が接続される扁平伝熱管接続部９ａを有し、他端部にはＵ字状円管８のそれぞれが接続される円管接続部９ｂを有する。また、図１１は扁平伝熱管１と２本の円管８とを接続する接続ジョイント９を示す図であり、図１１（ａ）は上面図、図１１（ｂ）は正面図、図１１（ｃ）は側面図である。

図１に示す構成の扁平伝熱管１、円管８、及び熱交換器２０の大きさの一例を以下に示す。
板状フィン２に関しては、並列ピッチ（Ｆｐ）＝０．００１ｍ〜０．００２ｍ、板状フィンの厚み（Ｆｔ）＝０．００００９ｍ〜０．０００１１ｍ、板状フィンの幅（ＦＬ）＝０．００１ｍ〜０．０３ｍである。また、扁平伝熱管１に関しては、扁平伝熱管１の断面の長軸長さ（Ｄｌ）＝０．０１ｍ〜０．０２ｍ、扁平伝熱管１の断面の短軸長さ（Ｄｓ）＝０．００２ｍ〜０．００５ｍ、扁平伝熱管１の段ピッチは０．００５ｍ〜０．０３ｍ、扁平伝熱管１内の流路の数は３〜１０個で構成した。
なお、上記の寸法に関しては一例であり、上記範囲に限定するものではない。例えば熱交換器２０の熱交換性能等に応じて、熱交換器の大きさや冷媒流量が変わったりすると、上記範囲とは異なるものとなる。

本実施の形態では、図１に示すように、熱交換器２０の一端部で扁平伝熱管１と２本の円管８を接続することを特徴としている。複数の冷媒流路を有する扁平伝熱管１と２本の円管８を接続する場合、扁平伝熱管１の流路断面積の和と円管８の流路断面積の和を同程度に構成する。流路断面積を同程度に構成することで、冷媒流路を流れる冷媒の圧力損失が増大することなく、熱交換効率のよい熱交換器が得られる。この場合には、２本の円管８を接続するので、ある程度以上の径の円管８になるが、１本の円管１０で構成するよりも小さい径で構成できる。このため、図１１（ａ）の上面図に示す扁平伝熱管１と円管８との幅の差Ｅや、図１１（ｂ）の正面図に示す幅の差Ｆは、図８に示したＥＥやＦＦよりも小さくなる。このため、接続ジョイント９を製造する際、接続ジョイント１２を製造する場合ほど変形量は大きくならない。大きな変形量のものを製造する場合に比較して、変肉が起こりにくく、割れ等がおこるのを防止できる。そのため、不良率が増加したり、耐圧が低下するのを防ぐことができる。

即ち、複数本の円管８で接続する構成では、接続ジョイント成形時に変形させる量を少なくできるため、肉厚の変化量を少なくでき、割れ等を防ぐことができる。このため、耐圧、腐食等の信頼性を損なうことない。さらに、２段の扁平伝熱管１を接続する接続部１８では、接続する円管８の直径を小さくできるため、円管８をＵ字状に曲げる最小半径を小さくできる。従って、扁平伝熱管１のＢ方向の段ピッチを小さくできる。一方、円管８の径を小さくすることで冷媒の圧力損失が大きくなるが、２本の円管８を使用することで圧力損失の増加を防止できる。

図１２は本実施の形態に係る熱交換器の一部分の構成を示す説明図であり、図１２(ａ)は、本実施の形態による熱交換器に関し、図１２（ｂ）は比較例として、上下段の扁平伝熱管１間を１本の円管１０で接続したときの一部分の構成を示す説明図である。図中、Ｐ、ＰＰは扁平伝熱管１の段方向（Ｂ方向）の間隔、Ｒ、ＲＲは円管８、１０をＵ字状に曲げた場合の曲げ部の半径を示している。

例えば、断面扁平形状の長軸（Ｄｌ）１４ｍｍ、短軸（Ｄｓ）４ｍｍ、扁平管内流路５の数が７個、厚み０．４ｍｍの扁平伝熱管１を使用する場合、その流路と同程度の流路断面積である１本の円管１０の内径は約４．４ｍｍとなる。円管の厚さを０．５ｍｍとすると、円管１０の外径は５．４ｍｍであるが、簡単にするため、一般的なサイズとして外径６ｍｍ、内径５ｍｍとする。一般的に円管をＵ字状に曲げるときの曲げ半径は外径以上必要であるため、１本の円管１０を使用する場合は、段ピッチは外径の２倍として１２ｍｍ程度となる。そのため扁平伝熱管１の段ピッチを１０ｍｍにしたい場合は、外径５ｍｍの円管を使用する必要がある。厚さが同じだとすると、その内径は４ｍｍであり、上記の約４．４ｍｍ以下になるので扁平伝熱管１の流路の圧力損失よりも大きな圧力損失の流路断面積となってしまう。円管１０の厚さを下げて流路断面積を上げることもできるが、耐圧強度や腐食を考慮すると、それほど円管１０の厚さを小さくすることができない。しかし本実施の形態に係る熱交換器２０では、２本の外径５ｍｍの円管８のを使用すれば、内径４．４ｍｍ以上の流路断面積を得ることができる。このため、扁平伝熱管１の段ピッチを増加することなく、圧力損失が増加するのを防止できる。具体的には、図１２（ａ）、（ｂ）で、同程度の圧力損失になるように冷媒を流す場合、上記の構成例において、図１２（ａ）ではＲ＝５ｍｍ、Ｐ＝１０ｍｍとなるが、図１２（ｂ）ではＲＲ＝６ｍｍ、ＰＰ＝１２ｍｍとなる。このように、１本の円管１０で接続する場合に比較して、２本の円管８で接続する場合には、扁平伝熱管１の段ピッチをＰ／ＰＰ＝１０／１２＝５／６に小さくできる。

図１３は、比較例として１本の円管１０で扁平伝熱管１を接続した熱交換器２０を示す構成図、図１４、図１５は２本の円管８で扁平伝熱管１を接続した熱交換器２０を示す構成図である。図１３、図１４、図１５は、熱交換器２０を冷媒と熱交換される空気の流通方向から見た前面の図であり、図１３と図１４では、熱交換器２０の前面面積を同じとして示している。また、図１５は段方向（Ｂ方向）に図１３と同数の扁平伝熱管１を用いた構成である。

図１３では１本の円管１０の外径を圧力損失の点から小さくすることができず、扁平伝熱管１の段ピッチは大きくなる。このため、図１３で示した所定の前面面積の大きさでは、８段の扁平伝熱管１しか接続することができない。これに対して、図１４では１２段の扁平伝熱管１を接続できる。図１３と図１４を比較して明らかな様に、扁平伝熱管１を円管で接続する場合、複数本の円管８で接続すると、同一の前面面積の熱交換器では、圧力損失を増加させることなく、熱交換量を増加でき熱交換性能を向上できる。

また、図１３と図１５を比較して明らかな様に、同一の段数の扁平伝熱管１で構成する熱交換器２０では、複数本の円管８で扁平伝熱管１を接続する場合の方が、１本の円管１０で接続する場合に比較して、同様の熱交換量とすると、前面面積を小さくできる。即ち、同一本数の扁平伝熱管１であれば、圧力損失を増加させることなく、扁平伝熱管１の段方向（Ｂ方向）に小さくできるので、小型化が実現できる。

以上のように、本実施の形態では、互いに所定の間隔をあけて並列し、個々の間を気体が流通する複数の板状フィン２と、これら板状フィン２を該板状フィン２の並列方向（Ａ方向）に貫通するように設けられ、断面扁平形状の中に板状フィン２の並列方向（Ａ方向）に伸びる複数の隔壁４７によって気体の流通方向（Ｄ方向）に並ぶ複数の冷媒流路５を有すると共に、板状フィン２の並列方向（Ａ方向）及び気体の流通方向（Ｄ方向）のそれぞれに直交する方向（Ｂ方向）に複数段をなす扁平伝熱管１と、複数段をなす扁平伝熱管１の２段の端部同士を接続する接続部１８と、を備え、扁平伝熱管１は、その扁平面が複数段をなす方向（Ｂ方向）で対向するように配置されると共に、接続部１８は、気体の流通方向（Ｄ方向）に並ぶ複数本のＵ字状に曲げられた円管８を有し、円管８を介して２段の扁平伝熱管１が接続されることにより、熱交換器２０を流れる冷媒の流し方をヘッダーの構成で制限されることなく自由に設定でき、段方向の扁平伝熱管１の間隔を小さくでき、同様の熱交換量の場合は小型化を図ることができ、また同様の大きさの場合には熱交換量の増加を図ることができる熱交換器を得ることができる。
また、２段の扁平伝熱管１の接続部１８をＵ字状に曲げられた複数本の円管８を介して接続することで、１本の円管８の径を小さくでき、接続部１８の形状の変形量を小さくして、成形時の不良品の増加や耐圧の低下を防止でき、信頼性の高い接続部１８を有する熱交換器２０を実現できる。

また、扁平伝熱管内流路５の断面積の和と、複数本の円管８の断面積の和が同程度になるように構成したことにより、圧力損失の増加を防止でき、熱交換効率のよい熱交換器が得られる効果がある。

また、接続部１８は、扁平伝熱管１と複数本の円管８とを接続する接続ジョイント９を備え、この接続ジョイント９は、一端部に複数本の円管８のそれぞれを接続する円管接続部９ｂを有し、他端部に扁平伝熱管１を接続する扁平伝熱管接続部９ａを有していることにより、扁平伝熱管１と複数本の円管８のそれぞれを容易に接続できる。さらに扁平伝熱管１の端部と複数本の円管８の端部で形状の違いを小さくできるので、接続ジョイント９の形状の変形量を小さくできる。このため、成形時の不良品の増加や耐圧の低下を防止でき、信頼性の高い接続部１８を有する熱交換器２０を実現できる。

なお、本実施の形態では扁平伝熱管１が８個の扁平伝熱管内流路５を有するが、これに限定されるものではなく、８個よりも多くても、また８個よりも少なくても、同様の効果を得る。また、複数の扁平伝熱管内流路５が気体の流通方向（Ｄ方向）に一列に配置されているが、気体の流通方向（Ｄ方向）に並ぶと共に扁平伝熱管１の断面で上下に複数列になるように隔壁が扁平伝熱管１内に形成されていてもよい。また、本実施の形態では、熱交換器２０の一端部で、各段の扁平伝熱管１が２本の円管８によって接続されているが、２本よりも多い本数の円管８で接続しても、同様の効果を得る。

また、本実施の形態は流入配管３及び流出配管４の接続に関しては、接続配管数が多くなり冷媒回路が複雑になる可能性があるため、図６に示すような１本の接続配管を使用しているが、複数本の円管で構成してもよい。流入配管３及び流出配管４と扁平伝熱管１を接続する部分において、複数本の円管８が接続できる本実施の形態で示した接続ジョイント９を使用すれば、流入配管３及び流出配管４の接続部においても、成形時の信頼性を向上できる。

なお、図１の熱交換器２０において、空気流の流れ方向Ｄに対して上流側に位置する冷媒配管を流入配管３とし、下流側に位置する冷媒配管を流出配管４としたが、これに限るものではない。この熱交換器２０を蒸発器として使用している場合は、冷媒は空気流に対して上流側から下流側に流れるように配置している。これに対し、暖房運転する場合には、室内熱交換器２０は凝縮器、室外熱交換器３３は蒸発器として動作する。そして、図１の流出配管４から冷媒を流入させ、流入配管３から流出させるように冷媒を循環させる。このように冷媒の流れを冷房と暖房とで逆に循環するように構成すると、蒸発器と凝縮器を容易に切り替えることができる。実際には図２に示した冷凍サイクルにおいて、四方弁２で流路の接続をを切り替えて、実線矢印で示す冷房運転と、点線矢印で示す暖房運転とを切り替えている。さらに、熱交換器２０、３３における冷媒の流れ方向を切り替えることで、熱交換器２０内の冷媒の温度変化と空気流の温度変化を考慮した場合、冷房運転及び暖房運転共に、空気温度と冷媒温度の温度差を確保できるので、熱交換効率のよい熱交換器を実現できる。

また、図１の構成では、熱交換器２０の一端側で、流入配管３と流出配管４以外の接続部１８を２本の円管８で接続しているが、これに限るものではない。気体の流入方向（Ｄ方向）に対し冷媒流路を変更する必要がなければ、こちら側の接続部１８の数箇所もＵ字状の扁平伝熱管１ａで接続してもよい。Ｂ方向の段ピッチを全て同一に構成しなくてもよい場合には、数箇所をＵ字状の扁平伝熱管１ａで接続すると、円管８で接続するよりもさらにＢ方向の段ピッチの一部分を小さくできるので、同様の熱交換量の場合は小型化を図ることができ、また同様の大きさの場合には熱交換量の増加を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、熱交換器２０の一端部に、例えばＵ字状に曲げてなるＵ字状円管８を２本備えて、扁平伝熱管１を接続する構成とした。本発明の実施の形態２では、他の構成例について説明する。

図１６は本実施の形態に係る熱交換器２０を示す斜視図である。図において、図１と同一符号は同一、又は相当部分を示す。図１６に示すように、２段の扁平伝熱管１の端部同士を接続する接続部１８において、接続ジョイント１３によって、複数本の円管として例えば３本のＵ字状円管８を気体の流通方向（Ｄ）方向、即ち扁平伝熱管１の長軸方向に並べて設ける。
図１６の構成では、図１のＵ字状円管８を３本接続したものであり、実施の形態１と同様、熱交換器２０内を流れる冷媒の流し方をヘッダーの構成で制限されることなく自由に設定できる。また、圧力損失の増加を防ぐために、扁平伝熱管１の冷媒流路の断面積の和と接続部１８の円管８の断面積の和を同程度にする必要があるが、３本の円管８としたことで、１本又は２本の円管で接続部１８を構成するよりも、さらに小さな径の円管８で構成できる。従って、段方向（Ｂ方向）の扁平伝熱管１の間隔を小さくできる。このため、同様の熱交換量の場合は小型化を図ることができ、また同様の大きさの場合には扁平伝熱管１の段数を多くして、熱交換量の増加を図ることができる。

実施の形態１で挙げた例では、２本の円管８で接続する場合、１本の円管８は内径４．４ｍｍ程度としたが、本実施の形態のように３本の円管８で接続する場合、１本の円管８は内径３．６ｍｍ程度となり、図１２で示した扁平伝熱管１の段ピッチＰをさらに短くできる。このため、実施の形態１よりも、さらに小型化、又は熱交換性能の向上が可能となる。
また、接続ジョイント１３の扁平伝熱管接続部と円管接続部で、接続ジョイント１１と比較して、形状の変形量を小さくできる。このため、接続ジョイント１３をプレス等で成形する際、変肉、割れ等が起こりにくくなり、不良率、耐圧の低下を防ぐことができ、腐食耐力が向上する。

また、図１６では３本のＵ字状円管８で接続しているが、４本以上でも同様、扁平伝熱管１の段ピッチを、実施の形態１よりも短くすることができ、さらに小型化、又は熱交換性能の向上が可能となる。さらに接続ジョイントの成形が容易となり、信頼性が向上する。

４本以上の円管で接続部１８を構成する際、気体の流通方向に一列にＵ字状円管を配置してもよいが、他の配置方法も可能である。図１７は本実施の形態に係り、円管８を４本で構成した場合の接続部１８の一例を示す斜視図である。接続する円管８を扁平伝熱管１の断面の長軸方向に並べるような接続でなく、４本の円管８を環状の束にするような接続形状としたものである。

実施の形態１では扁平伝熱管内流路５の並んでいる方向と円管８の並んでいる方向が一致しており、扁平伝熱管内流路５を流れている冷媒がそのまま円管８に流れていく可能性が高い。これに対し、図１７のように円管８を環状に接続すると、扁平伝熱管内流路５から流れ出た冷媒が、流れが乱されて混ざった後、それぞれの円管８に流れていく。従って、扁平伝熱管１から流出した冷媒を各円管８にほぼ均等に分配させることができ、分配器の機能を持たせることができる。この場合、扁平伝熱管１の接続ジョイントと分配器が一体化するため、別に分配器を用意する必要がなく、設置スペースを小さくできる利点がある。

図１８は、本実施の形態に係る熱交換器２０の他の構成例を示す斜視図である。２本のＵ字状円管８で接続部１８を構成し、さらに、上段又は下段の扁平伝熱管１を接続する際、気体の流通方向（Ｄ方向）で、上流と下流とを交差するように接続した。このように円管８を交差させることで、気体が流通する方向（Ｄ方向）に対して異なる位置の扁平伝熱管内流路５と接続するような構成となる。

扁平伝熱管１は、図４に示すように空気流の流れ方向に並設された複数の扁平伝熱管内流路５で構成されているため、熱交換器２０を使用する場合、空気流の風上側と風下側で、空気と冷媒との温度差が異なってくる。このため、中を流れる冷媒の状態が複数の扁平伝熱管内流路５で不均一になる。例えば蒸発器として使用する場合は、風上側のほうが温度差があり、熱交換しやすい。即ち、冷媒の乾き度が風下側よりも高くなってそのまま扁平伝熱管１を流れていくと、ガスのみとなり、熱交換しなくなってしまう。凝縮器として使用する場合は、やはり風上側のほうが温度差があり、熱交換しやすい。即ち、冷媒の乾き度が低くなってそのまま扁平伝熱管１を流れていくと、液のみとなり、熱交換しなくなってしまう。そのため熱交換量が低下してしまう。

そこで、扁平伝熱管１の風上側の流路から流れた冷媒を次に流す扁平伝熱管１の風下側にながし、扁平伝熱管１の風下側の流路から流れた冷媒を次に流す扁平伝熱管１の風上側に流すように、接続部の円管８を接続する。このように、熱交換器２０の一端部で、Ｕ字状円管８を交差させるように接続すると、熱交換器２０内を流れる冷媒は、熱交換器２０の一端部に来たときには常に風上側と風下側の冷媒の流れが入れ替わり、熱交換器２０全体で扁平伝熱管１内の冷媒状態が均一になる。このため、扁平伝熱管１に流れる冷媒状態の偏りを防ぎ、熱交換効率の低下を防止して熱交換性能の高い熱交換器を得ることができる。

なお、接続部１８では、複数本のＵ字状円管８を交差して扁平伝熱管１を接続することで、気体の流通方向（Ｄ方向）の上流側と下流側とで冷媒を入れ替えて流す。例えば、図１６のように接続部１８が３本のＵ字状円管８で構成される場合には、気体の流通方向（Ｄ方向）の一番上流側と一番下流側のＵ字状円管８を交差させ、中央のＵ字状円管８は、そのまま中央に接続すれば、扁平伝熱管１に流れる冷媒状態の偏りを防ぐことができる。即ち、複数本の円管８のうちの少なくとも２本の円管８が交差して接続することで、扁平伝熱管１に流れる冷媒状態の偏りを防ぐことができる。

図１９は本実施の形態に係り、別の構成例の熱交換器２０を示す斜視図である。実施の形態１では、熱交換器２０の一端側、例えば流入配管３及び流出配管４を設置する一端側で、扁平伝熱管１を複数本の円管８で接続するように構成した。図１９では、熱交換器２０の両端側で２段づつの扁平伝熱管１を複数本、例えば２本の円管で接続している。図１のように一端側をＵ字状にした扁平伝熱管１ａで接続する場合には、Ｕ字状扁平伝熱管１ａで接続されている２段の扁平伝熱管１内の冷媒流路は固定である。これに対し、図１９では熱交換器２０の両端部で円管８の接続を変更でき、さらに自由度の高い冷媒流路を構成することができる。

もちろん、図１６、図１７のどちらの場合においても、図１９に示すように熱交換器２０の両端部を３本の円管、又は４本の円管で接続する構成としてもよい。一端部のみよりもさらに自由度の高い冷媒流路を構成することができる。
また、図１８の構成においても、熱交換器２０の両端部を円管８とし、上段又は下段と接続する際、空気流の流入方向（Ｄ方向）に対して交差させて接続してもよい。図１８の構成では２段毎に空気流の上流側と下流側の冷媒回路が入れ替えられるが、両端部で交差すると、１段毎に空気流の上流側と下流側の冷媒回路が入れ替えられる構成となる。このため、空気流と熱交換する冷媒の温度をさらに均一化でき、さらに熱交換効率を向上できる。

図２０は本実施の形態に係る扁平伝熱管１の別の構成を示す断面図である。ここで示した扁平伝熱管１は断面が楔形状で構成している。即ち、短軸方向の長さが、長軸方向の両端部で異なる長さ、ここではＨ＜Ｇとしたものである。図２１は、図２０に示す形状の扁平伝熱管１を使用した熱交換器の縦断面図である。図４、図５と同一符号は同一、又は相当部分を示す。

熱交換器２０は、複数、例えば８個の扁平伝熱管内流路５で構成されている楔形状の扁平伝熱管１と、その扁平伝熱管１を板状フィン２に挿入した形状で構成されている。

扁平伝熱管１をこのような楔形状にすることで、製造時に、板状フィン２に矢印Ｑ方向から挿入しやすくなる。複数並べた板状フィン２に楔形状の扁平伝熱管１の短いほうから挿入すれば、挿入しやすい。挿入後、カラー６と扁平伝熱管１とをロウ付け、又は接着剤等で接合、あるいは機械的に圧着する。
このように、扁平伝熱管１を楔形状にすることで、製造時に、板状フィン２に挿入しやすい熱交換器を得ることができ、不良品率が増加するのを防止できる。
なお、図２０では、扁平伝熱管１の楔形状の断面で、気体の流通方向（Ｄ方向）の上流側の長さＧを下流側の長さＨよりも長い構成としたが、これに限るものではなく、逆でもよい。

このように断面が楔形状の扁平伝熱管１を使用すると、複数設けた冷媒流路の断面積が複数の扁平伝熱管内流路５で異なる。このため、扁平伝熱管内流路５のそれぞれを流れる冷媒の温度が不均一になり易い。このとき、図１８で示したように接続部１８で円管８を接続する際、気体の流れ方向（Ｄ方向）の風上側と風下側で交差させるように接続し、冷媒の流れる位置を入れ替えるようにすると、熱交換器２０全体で冷媒状態が均一化され、さらに効果的である。

以上のように、本実施の形態では、接続部１８の円管の別の構成について記載したが、実施の形態１と同様、互いに所定の間隔をあけて並列し、個々の間を気体が流通する複数の板状フィン２と、これら板状フィン２を該板状フィン２の並列方向（Ａ方向）に貫通するように設けられ、断面扁平形状の中に板状フィン２の並列方向（Ａ方向）に伸びる複数の隔壁４７によって気体の流通する流通方向（Ｄ方向）に並ぶ複数の冷媒流路５を有すると共に、板状フィン２の並列方向（Ａ方向）及び気体の流通方向（Ｄ方向）のそれぞれに直交する方向（Ｂ方向）に複数段をなす扁平伝熱管１と、複数段をなす扁平伝熱管１の２段の端部同士を接続する接続部１８と、を備え、扁平伝熱管１は、その扁平面が複数段をなす方向（Ｂ方向）で対向するように配置されると共に、接続部１８は、気体の流通方向（Ｄ方向）に並ぶ複数本のＵ字状に曲げられた円管８を有し、円管８を介して２段の扁平伝熱管１が接続されることにより、熱交換器２０内の冷媒の流し方をヘッダーの構成で制限されることなく自由に設定でき、段方向の扁平伝熱管１の間隔を小さくでき、同様の熱交換量の場合は小型化を図ることができ、また同様の大きさの場合には熱交換量の増加を図ることができる熱交換器を得ることができる効果がある。

また、扁平伝熱管内流路５の断面積の和と、複数本の円管８の断面積の和が同程度になるように構成したことにより、圧力損失の増加を防止でき、熱交換効率のよい熱交換器が得られる効果がある。

また、図１７のように、一端部に複数本の円管８のそれぞれを接続する円管接続部を有し、他端部に扁平伝熱管１を接続する扁平伝熱管接続部を有する接続ジョイント１４を備え、接続ジョイント１４によって扁平伝熱管１と複数本の円管８のそれぞれとを接続することにより、扁平伝熱管１の端部を接続する際、接続を容易にできる。さらに１本の円管８の径を小さくでき、接続ジョイント１４の形状の変形量を小さくして、成形時の不良品の増加や耐圧の低下を防止でき、信頼性の高い接続部１８を有する熱交換器を実現できる効果がある。

また、２段の扁平伝熱管１を複数本の円管８によって交差させて接続し、気体が流通する方向（Ｄ方向）に対して異なる位置の扁平伝熱管内流路５と接続するように構成したことにより、熱交換器２０内の冷媒流路構成の自由度を向上でき、さらに熱交換器２０を流れる冷媒状態を均一化して熱交換効率を向上できる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、接続ジョイントについて記載する。図２２は、本発明の実施の形態３に係る接続ジョイント１５を含む接続部１８の断面を示す説明図である。実際には図１１（ｃ）の中央縦線における断面を示しており、一端部に扁平伝熱管１との接続部１５ａ、他端部に複数本、例えば２本の円管８のそれぞれとの接続部１５ｂを有する。ここでは、扁平伝熱管１は４個の扁平伝熱管内流路５を有するとしている。Ｊ１、Ｊ２は冷媒の流れ方向を示す。

図２２に示すように、接続ジョイント１５内部では、扁平伝熱管１の接続端１ｂと複数本の円管８の接続端８ｂとの間に、所定の空間１６を設けて、扁平伝熱管１と複数本の円管８とを接続する。冷媒は、２本の円管８内を実線の矢印Ｊ１の方向に流れ、空間１６に流入する。そして、冷媒は、この空間１６内で流れが乱されて混合され、扁平伝熱管１に設けた複数の扁平伝熱管内流路５のそれぞれにほぼ均等に流れていく。
逆に、破線の矢印Ｊ２の方向に冷媒が流れる場合には、扁平伝熱管１の複数の扁平伝熱管内流路５を流れる冷媒は、空間１６に流入する。そして、冷媒は、この空間１６内で流れが乱されて混合され、２本の円管８にそれぞれほぼ均等に流れていく。

このように、接続ジョイント１５内で、円管８と扁平伝熱管１との間に空間１６を設けることで、複数の扁平伝熱管内流路５又は円管８を流れる冷媒が接続ジョイント１５内で混合される。空間１６は、冷媒の流れ方向Ｊ１、Ｊ２において、扁平伝熱管１の接続端１ｂと複数本の円管８の接続端８ｂとの間に、所定の幅Ｌを有する。この幅Ｌは、例えば接続する円管８の外径以上で構成する。空間１６の幅Ｌは、内部を流れる冷媒の速度、流量などに応じて、最適値は異なるが、冷媒がある程度混合されればよい。

図１８の円管８を交差する構成で説明したように、空気の流通方向の風上側と風下側で、空気と扁平伝熱管内流路５を流れる冷媒の温度差が異なってくる。冷媒が流入配管３から流出配管４まで流れる間に、例えば風上側を流れる冷媒はそのまま風上側を流れ、風下側を流れる冷媒はそのまま風下側を流れるように固定のままだと、風上側と風下側とで冷媒状態が不均一になって熱交換効率が低下する。図２２の構成では、扁平伝熱管１の接続端１ｂと円管８の接続端８ｂとの間に空間１６を設け、この空間１６内で風上側と風下側の冷媒が混合されることで、冷媒状態を均一化でき、熱交換効率の低下を防止できる。

図２３は、熱交換器２０を蒸発器として使用した場合の熱交換器２０内での空気温度と冷媒温度の変化を示すグラフであり、図２４は、熱交換器２０を凝縮器として使用した場合の熱交換器２０内での空気温度と冷媒温度の変化を示すグラフである。図２３、図２４において、横軸に熱交換器の入口から出口までの位置を示し、縦軸に温度を示す。図２３（ａ）、図２４（ａ）は空気流に対して冷媒は同じ冷媒流路を流れ、風上側を流れる冷媒は常に風上側を流れ、風下側を流れる冷媒は常に風下側を流れる場合のグラフである。図中、点線曲線は空気温度の変化を示し、実線曲線は扁平後部穴冷媒温度、一点差線曲線は扁平管前部穴冷媒温度である。ここで、扁平管前部穴とは気体の流通方向（Ｄ方向）に対して上流側の扁平伝熱管内流路５であり、扁平管後部穴とは空気流に対して下流側の扁平伝熱管内流路５である。図２３（ａ）に示すように、熱交換器２０を蒸発器として動作させた場合、扁平管前部穴では熱交換しやすいので、扁平管前部穴冷媒温度は熱交換器出口に流れるに従って、空気温度との温度差が小さくなる。一方、扁平管後部穴では、冷媒と空気温度との温度差が徐々に小さくなる。この現象は、図２４（ａ）に示す凝縮器として動作させた場合にも同様である。このような冷媒状態の不均一が熱交換効率の低下をもたらす。

本実施の形態では、扁平伝熱管１内の空間１６で複数の流路の冷媒が混合され、再び扁平伝熱管１に流れていく。例えば図１の構成ではＵ字状円管８の両端部に接続ジョイントを設ける構成である。即ち、本実施の形態に係る接続ジョイント１５を使用すれば、扁平伝熱管１からの冷媒は空間１６で混合され、Ｕ字状円管８を流れ、再び空間１６で混合されて扁平伝熱管１に入る。このため、扁平伝熱管１のそれぞれの扁平伝熱管内流路５には、ほぼ均一な状態の冷媒が流れ、熱交換効率の低下を防止できる。

本実施の形態に係る接続ジョイント１５を使用したときの熱交換器２０内での空気温度と冷媒温度の変化の様子を図２３（ｂ）、図２４（ｂ）に示す。図２３（ｂ）は蒸発器として動作したとき、図２４（ｂ）は凝縮器として動作したときである。扁平伝熱管１を流れる間に、扁平管前部穴冷媒温度と空気温度との温度差が小さくなる。そして、扁平伝熱管１の接続部１８で、接続ジョイント１５に流入する。この接続ジョイント１５の部分（Ｓ）で、扁平管前部穴冷媒と扁平管後部穴冷媒とが混合される。このため、熱交換器入口から熱交換器出口までのどの位置においても、扁平管前部穴と扁平管後部穴の両方で、空気温度と冷媒温度の差をある程度保つことができ、熱交換効率が低下するのを防止できる。これは蒸発器として動作した場合（図２３（ｂ））でも、凝縮器として動作した場合（図２４（ｂ））のどちらにおいても同様である。

このように、本実施の形態の接続ジョイント１５を、図１や図１６に示した熱交換器２０に使用することで、熱交換効率が高い熱交換器を得ることができる。また、図１７や図１８に示した構成の熱交換器２０に接続ジョイント１５を用いれば、より冷媒が混合される効果が増し、より熱交換効率が高い熱交換器を得ることができる。また、熱交換器２０がＡ方向に幅があり、１段の扁平伝熱管１のＡ方向の長さが長くなってしまう場合は、図１９に示したように、流入配管３、流入配管４を設けた端部側と反対の端部側にも、接続ジョイント１５を使用して複数本のＵ字状円管８で接続すればよい。このように構成すれは、扁平伝熱管１の両端部で冷媒が混合されるので、より高い熱交換効率を有する熱交換器を得ることができる。

図２２に示した接続ジョイント１５は、空間１６で冷媒が混合される構成のものである。これに対して、接続ジョイント内で冷媒が混合されない構成の接続部１８を図２５に示す。図２５は、本発明の実施の形態３に係り、接続ジョイント１７を含む接続部１８の断面を示す説明図である。実際には図１１（ｃ）の中央縦線における断面を示しており、一端部に扁平伝熱管１との接続部１７ａ、他端部に複数本の円管８のそれぞれとの接続部１７ｂを有し、接続ジョイント１７内では、扁平伝熱管１の接続端１ｂと複数本の円管８の接続端８ｂとを突き合わせて、扁平伝熱管１と複数、例えば２本の円管８とを接続する。ここでは、扁平伝熱管１は４個の扁平伝熱管内流路５を有するとしている。

接続ジョイント１７内部では、扁平伝熱管１の接続端１ｂと円管８の接続端８ｂが当接した状態となっている。そのため、実線の矢印Ｊ１の方向に円管８から流入した冷媒は、ほとんど混合されることなくそのまま扁平伝熱管１の扁平伝熱管内流路５に流れる。逆に破線の矢印Ｊ２の方向に扁平伝熱管１に設けた複数の扁平伝熱管内流路５から冷媒が流入した場合は、同様にそのまま円管８に流れる。図１の構成の熱交換器２０を接続ジョイント１７によって接続すると、図２３（ａ）、図２４（ａ）に示したように、扁平伝熱管前部穴冷媒温度と空気温度との差が小さくなって、熱交換効率の低下が起りやすい。ところが、図１８の構成の熱交換器２０を接続ジョイント１７で接続すると、接続ジョイント１７内では冷媒が混合されないので、Ｕ字状円管８の接続の仕方に応じてのみ冷媒状態が制御されることになる。

図１８の構成では、扁平伝熱管１の風上側の流路から流れた冷媒を次に流す扁平伝熱管１の風下側に流すようにＵ字状円管８を接続され、扁平伝熱管１の風下側の流路から流れた冷媒を次に流す扁平伝熱管１の風上側に流すようにＵ字状円管８を接続される。このように、扁平伝熱管１の接続を交差させるなどして、常に気体の流通方向（Ｄ方向）における風上側と風下側の冷媒の流れを入れ替えたり、熱交換器２０内で各段の扁平伝熱管１の接続の仕方を変えるなど、冷媒配管内での冷媒状態の流れを考慮して、積極的に希望の冷媒流路を構成する場合には接続ジョイント１７が有効となる。内部で冷媒がそのまま流れる接続ジョイント１７を用いることで、希望の冷媒流路を構成して冷媒流れを制御しやすくできる効果がある。

図２２、図２５は扁平伝熱管１が４つの扁平伝熱管内流路５を持っている構成としたが、これに限るものではない。４つよりも多い扁平伝熱管内流路５を有する構成でもよく、また３つ以下でもよい。一方、Ｕ字状円管８も２本に限るものではなく、２本よりも多くても同様の効果を得る。

以上のように、この実施の形態では、一端部に複数本の円管８を接続する円管接続部１５ｂ、１７ｂを有し、他端部に扁平伝熱管１を接続する扁平伝熱管接続部１５ａ、１７ａを有する接続ジョイント１５、１７を備え、接続ジョイント１５、１７によって扁平伝熱管１と複数本の円管８とを接続するので、製造しやすく、冷媒流路の変更に容易に対応できる構成の熱交換器が得られる。
なお、ここでは接続ジョイント１５、１７を成形し、扁平伝熱管１と接続ジョイント１５、１７、及び接続ジョイント１５、１７と円管８はロウ付け等で固着している。
図２５に示すような、扁平伝熱管１の接続端１ｂと複数本の円管８の接続端８ｂとを突き合わせた構成では、接続ジョイント１７を別体で設けず、扁平伝熱管１の接続端１ｂと一体に成形することも可能である。例えば、扁平伝熱管１の端部を拡管するなどして、その端部の隔壁が冷媒の流れ方向に所定の幅だけ設けていない状態とし、隔壁をなくした部分に複数本の円管８を挿入し、円管８の接続端８ｂが扁平伝熱管１内部の隔壁に突き合わされるように固着してもよい。

また、本実施の形態によれば、扁平伝熱管１の接続端１ｂと複数本の円管８の接続端８ｂとの間に、冷媒の流れる方向に所定の幅Ｌを有する空間１６が形成されていることで、複数本の円管８から流入する冷媒が空間１６で混合され、扁平伝熱管１の各流路５にほぼ均等に流れていく。逆に、扁平伝熱管１の各流路５から流出した冷媒が空間１６で混合され、接続ジョイント１５に接続された複数本の円管８にほぼ均等に冷媒が流れていく。これによって、扁平伝熱管１の気体の流通方向（Ｄ方向）で冷媒状態を均一化でき、熱交換効率を高くできる。

また、扁平伝熱管１の接続端１ｂと複数本の円管８の接続端８ｂとが突き合わされて、扁平伝熱管１と複数本の円管８とを接続することで、扁平伝熱管１の複数の扁平伝熱管内流路５の流路ごとに流す冷媒を制御しやすくできるという効果がある。

なお、実施の形態１〜実施の形態３のいずれにおいても、１つの熱交換器に２つの流路がある２パスの場合であり、例えば上半分と下半分で１パスづつ構成している。またＣ方向に２列の熱交換器を重ねて使用している。本発明は、これに限るものではなく、１パスや３パス以上で構成してもよい。また、Ｃ方向に１列や、３列以上で構成してもよい。

また、実施の形態１〜実施の形態３のいずれにおいても、扁平伝熱管１を接続する接続部ではＵ字状に曲げられた円管８を用い、近くの扁平伝熱管同士を接続する構成である。例えば、形成する冷媒流路によっては離れた扁平伝熱管同士を接続する場合もあり、この時には両端部が短く中央部分の長いＵ字状円管となる。

実施の形態１〜実施の形態３で説明した熱交換器２０を図２のような回路構成の空気調和機や冷凍冷蔵庫などの冷凍サイクル装置の蒸発器や凝縮器に用いることで、小型化又は熱交換量の増加を図ることができる熱交換器を備え、信頼性が高く、小型化が可能で、熱交換性能のよい冷凍サイクル装置を得ることができる。

また、冷凍サイクル装置に用いる冷媒は、特に限定するものではなく、どのようなものを用いてもよい。例えば、ＨＣ冷媒の単一、又はＨＣを含む混合冷媒、Ｒ３２、アンモニア、二酸化炭素などを用いると、地球温暖化係数の小さな装置を実現できる。また、冷媒として超臨界状態で放熱するものを用いる場合には、例えば冷房運転の場合には、図２で示した室外熱交換器３３は凝縮器の代わりに放熱器として動作する。
また、冷媒と熱交換する気体は、例えば空気としたが、これに限るものではなく、他の気体でもよい。

１ 扁平伝熱管
２ 板状フィン
３ 流入配管
４ 流出配管
５ 扁平伝熱管内流路
８ Ｕ字状円管
９ 接続ジョイント
１５ 接続ジョイント
１６ 空間
１７ 接続ジョイント
１８ 接続部
３１ 圧縮機
３３ 熱交換器
３４ 絞り装置
４７ 隔壁
Ａ 板状フィンの並列方向
Ｂ 段方向
Ｃ 列方向
Ｄ 気体の流通方向
Ｊ１、Ｊ２ 冷媒の流れ方向

Claims (6)

1. 互いに所定の間隔をあけて並列し、個々の間を気体が流通する複数の板状フィンと、
   これら板状フィンを該板状フィンの並列方向に貫通するように設けられ、断面扁平形状の中に前記板状フィンの並列方向に伸びる複数の隔壁によって前記気体の流通方向に並ぶ複数の冷媒流路を有すると共に、前記板状フィンの並列方向及び前記気体の流通方向のそれぞれに直交する方向に複数段をなす扁平伝熱管と、
   前記複数段をなす前記扁平伝熱管の２段の端部同士を接続する接続部と、を備え、
   前記扁平伝熱管は、その扁平面が前記複数段をなす方向で対向するように配置されると共に、
   前記接続部は、前記気体の流通方向に並ぶ複数本のＵ字状に曲げられた円管を有し、前記円管を介して２段の前記扁平伝熱管が接続されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記接続部は、前記扁平伝熱管と複数本の前記円管とを接続する接続ジョイントを備え、
   この接続ジョイントは、一端部に複数本の前記円管のそれぞれを接続する円管接続部を有し、他端部には前記扁平伝熱管を接続する扁平伝熱管接続部を有していることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記接続ジョイント内には、前記扁平伝熱管の接続端と複数の前記円管の接続端との間に、冷媒の流れる方向に所定の幅を有する空間が形成されていることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記接続部は、前記扁平伝熱管の接続端と複数本の前記円管の接続端とが突き合わせて構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱交換器。
5. 複数本の前記円管のうちの少なくとも２本の円管が交差していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 少なくとも、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器が順次配管で接続され、冷媒が循環されると共に、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱交換器が前記蒸発器又は前記凝縮器として用いられることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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