特許 6354868 水熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6354868

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】水熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/16 20060101AFI20180702BHJP

   F28F 3/08 20060101ALI20180702BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/16 E

   F28F3/08 311

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-4639(P2017-4639)

(22)【出願日】2017年1月13日

【審査請求日】2018年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】柴田 豊

【審査官】 中田 誠二郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／２０３５１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５３−１２９７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／００８４６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１９６６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００８４１２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ ３／００− ７／０２，９９／００

Ｆ２８Ｄ １／００−１３／００

Ｆ２５Ｂ ３１／００−３１／０２，３９／００−４１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１流体としての水が流れる第１流路（１１）が複数列形成された第１層（１０）と、第２流体としての冷媒が流れる第２流路（２１）が複数列形成された第２層（２０）と、が積層されることによって構成されており、前記第１流体と前記第２流体との熱交換を行う水熱交換器において、
前記第１流路が、前記第１及び第２層の積層方向に沿って前記第１層を見た際に、前記第１流路の配列方向に交差する方向に沿って前記第１層の一端部から他端部まで延びており、
前記第２流路が、前記積層方向に沿って前記第２層を見た際に、前記第２流路の配列方向に交差する方向に沿って前記第２層の一端部から他端部まで延びており、
前記第２流体によって前記第１流体を加熱する場合において、前記第１流路が、前記第１流体の出口近傍に位置する第１流体出口近傍部（１１ａ）における流路断面積が前記第１流体出口近傍部よりも上流側の部分（１１ｂ）における流路断面積よりも大きくなるように形成されている、
水熱交換器（１）。

【請求項2】

前記第１流路が、前記第１流体出口近傍部における流路数が前記第１流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように合流している、
請求項１に記載の水熱交換器。

【請求項3】

前記第２流体によって前記第１流体を冷却する場合において、前記第２流路が、前記第２流体の出口近傍に位置する第２流体出口近傍部（２１ａ）における流路断面積が前記第２流体出口近傍部よりも上流側の部分（２１ｂ）における流路断面積よりも大きくなるように形成されている、
請求項１又は２に記載の水熱交換器。

【請求項4】

前記第２流路が、前記第２流体出口近傍部における流路数が前記第２流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように合流している、
請求項３に記載の水熱交換器。

【請求項5】

前記第２流路が、前記第２流体出口近傍部における流路数が前記第２流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路数よりも多くなるように分岐している、
請求項３に記載の水熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水熱交換器、特に、第１流体としての水が流れる第１流路が複数列形成された第１層と、第２流体としての冷媒が流れる第２流路が複数列形成された第２層と、が積層されることによって構成されており、第１流体と第２流体との熱交換を行う水熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ヒートポンプ式冷暖房機やヒートポンプ式給湯機等において、第１流体としての水と、第２流体としての冷媒（フロン冷媒、自然冷媒、ブライン等）との熱交換を行う水熱交換器が使用されている。このような水熱交換器として、特許文献１（特開２０１０−１１７１０２号公報）に示すように、第１流体が流れる第１流路が複数列形成された第１層と、第２流体が流れる第２流路が複数列形成された第２層と、が積層されることによって構成されたものがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

上記従来の水熱交換器では、第１流路や第２流路の流路断面積を小さくすることによって高性能化及びコンパクト化を図ることができる。

【0004】

しかし、第１流路や第２流路の流路断面積を小さくし過ぎると、圧力損失の増大や流路の詰まり等の懸念がある。このため、圧力損失の増大や流路の詰まり等を抑えることができる流路形状の工夫等が必要になってきている。

【0005】

本発明の課題は、第１流体としての水が流れる第１流路が複数列形成された第１層と、第２流体としての冷媒が流れる第２流路が複数列形成された第２層と、が積層されることによって構成されており、第１流体と第２流体との熱交換を行う水熱交換器において、流路形状の工夫によって、圧力損失の増大や流路の詰まりを抑えることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の観点にかかる水熱交換器は、第１流体としての水が流れる第１流路が複数列形成された第１層と、第２流体としての冷媒が流れる第２流路が複数列形成された第２層と、が積層されることによって構成されており、第１流体と第２流体との熱交換を行う。第１流路は、第１及び第２層の積層方向に沿って第１層を見た際に、第１流路の配列方向に交差する方向に沿って第１層の一端部から他端部まで延びている。第２流路は、積層方向に沿って第２層を見た際に、第２流路の配列方向に交差する方向に沿って第２層の一端部から他端部まで延びている。そして、ここでは、第２流体によって第１流体を加熱する場合に、第１流路が、第１流体の出口近傍に位置する第１流体出口近傍部おける流路断面積が第１流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路断面積よりも大きくなるように形成されている。

【0007】

ここでは、上記のように、第１流路について、第１流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくしているため、第１流路における第１流体の流速低下による熱伝達率の低下を第１流体出口近傍部だけに限定しつつ、第１流体が加熱される際に析出するスケールを第１流体出口近傍部に詰まりにくくすることができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第１流路の詰まりを抑えることができる。

【0008】

第２の観点にかかる水熱交換器は、第１の観点にかかる水熱交換器において、第１流路が、第１流体出口近傍部における流路数が第１流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように合流している。

【0009】

ここでは、上記のように、第１流体出口近傍部における流路数がその上流側の部分よりも少なくなるように第１流路を合流させることによって、第１流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくすることができる。

【0010】

第３の観点にかかる水熱交換器は、第１流体としての水が流れる第１流路が複数列形成された第１層と、第２流体としての冷媒が流れる第２流路が複数列形成された第２層と、が積層されることによって構成されており、第１流体と第２流体との熱交換を行う。第１流路は、第１及び第２層の積層方向に沿って第１層を見た際に、第１流路の配列方向に交差する方向に沿って第１層の一端部から他端部まで延びている。第２流路は、積層方向に沿って第２層を見た際に、第２流路の配列方向に交差する方向に沿って第２層の一端部から他端部まで延びている。そして、ここでは、第２流体によって第１流体を冷却する場合に、第２流路が、第２流体の出口近傍に位置する第２流体出口近傍部おける流路断面積が第２流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路断面積よりも大きくなるように形成されている。

【0011】

ここでは、上記のように、第２流路について、第２流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくしているため、第２流路における第２流体の流速低下による熱伝達率の低下を第２流体出口近傍部だけに限定しつつ、蒸発に伴って増加するガス成分を多く含む第２流体を第２流体出口近傍部にスムーズに流すことができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第２流路の圧力損失の増大を抑えることができる。

【0012】

第４の観点にかかる水熱交換器は、第３の観点にかかる水熱交換器において、第２流路が、第２流体出口近傍部における流路数が第２流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように合流している。

【0013】

ここでは、上記のように、第２流体出口近傍部における流路数がその上流側の部分よりも少なくなるように合流させることによって、第２流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくすることができる。

【0014】

第５の観点にかかる水熱交換器は、第３の観点にかかる水熱交換器において、第２流路が、第２流体出口近傍部における流路数が第２流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路数よりも多くなるように分岐している。

【0015】

ここでは、上記のように、第２流体出口近傍部における流路数がその上流側の部分よりも多くなるように分岐させることによって、第２流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくすることができる。しかも、これにより、ここでは、第２流体の入口近傍における流路数が少なくなるため、第２流体の第２流路における分配性能を良好に保つことができる。

【0016】

第６の観点にかかる水熱交換器は、第１又は第２の観点にかかる水熱交換器において、第２流体によって第１流体を冷却する場合に、第２流路が、第２流体の出口近傍に位置する第２流体出口近傍部おける流路断面積が第２流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路断面積よりも大きくなるように形成されている。

【0017】

ここでは、上記のように、第２流路について、第２流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくしているため、第２流路における第２流体の流速低下による熱伝達率の低下を第２流体出口近傍部だけに限定しつつ、蒸発に伴って増加するガス成分を多く含む第２流体を第２流体出口近傍部にスムーズに流すことができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第２流路の圧力損失の増大を抑えることができる。

【発明の効果】

【0018】

以上の説明に述べたように、本発明によれば、第１流路における第１流体の流速低下による熱伝達率の低下を第１流体出口近傍部だけに限定しつつ、第１流体が加熱される際に析出するスケールが第１流体出口近傍部に詰まりにくくすることができるため、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第１流路の詰まりを抑えることができる。また、本発明によれば、第２流路における第２流体の流速低下による熱伝達率の低下を第２流体出口近傍部だけに限定しつつ、蒸発に伴って増加するガス成分を多く含む第２流体を第２流体出口近傍部にスムーズに流すことができるため、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第２流路の圧力損失の増大を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態にかかる水熱交換器の外観を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態にかかる水熱交換器の第１流路を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態にかかる水熱交換器の第２流路を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態にかかる水熱交換器の第１流路及び第２流路の積層状態を示す斜視図である。

【図5】本発明の変形例１にかかる水熱交換器の第１流路を示す図（図２に対応）である。

【図6】本発明の変形例１にかかる水熱交換器の第２流路を示す図（図３に対応）である。

【図7】本発明の変形例２にかかる水熱交換器の外観を示す図である。

【図8】本発明の変形例２にかかる水熱交換器の第２流路を示す図（図３に対応）である。

【図9】本発明の変形例３にかかる水熱交換器の第２流路を示す図（図３に対応）である。

【図10】本発明の変形例３にかかる水熱交換器の第２流路を示す図（図３に対応）である。

【図11】本発明の変形例４にかかる水熱交換器の第１流路を示す図（図２に対応）である。

【図12】本発明の変形例５にかかる水熱交換器の第２流路を示す図（図３に対応）である。

【図13】本発明の変形例５にかかる水熱交換器の第２流路を示す図（図３に対応）である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明にかかる水熱交換器の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる水熱交換器の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

【0021】

（１）構成及び特徴
図１〜４は、本発明の一実施形態にかかる水熱交換器１を示す図である。

【0022】

水熱交換器１は、ヒートポンプ式冷暖房機やヒートポンプ式給湯機等において、第１流体としての水と、第２流体としての冷媒との熱交換を行う熱交換器である。以下の説明では、図１〜３に示された水熱交換器１の紙面手前側の面を基準として、「上」、「下」、「左」、「右」、「縦」、「横」などの方向を示す表現を使用するが、これらの表現は、説明の便宜上の表現であって、水熱交換器１及びその構成部分の実際の配置を意味するものではない。

【0023】

水熱交換器１は、主として、第１流体と第２流体との熱交換を行う熱交換部３が設けられたケーシング２と、第１流体の出入口となる第１出入口管４ａ、４ｂと、第２流体の出入口となる第２出入口管５ａ、５ｂと、を有している。

【0024】

熱交換部３は、第１流体が流れる第１流路１１が複数列形成された第１層１０と、第２流体が流れる第２流路２１が複数列形成された第２層２０と、が積層されることによって構成されている。ここで、第１層１０と第２層２０とが積層される方向（ここでは、図１〜３の紙面手前側から紙面奥側の方向）を積層方向とする。また、複数の第１流路１１が並ぶ方向（ここでは、図２の紙面左右方向）を第１流路１１の配列方向とし、複数の第２流路２１が並ぶ方向（ここでは、図３の紙面上下方向）を第２流路２１の配列方向とする。そして、第１流路１１は、第１及び第２層１０、２０の積層方向に沿って第１層１０を見た際に、第１流路１１の配列方向に交差する方向（ここでは、図２の紙面上下方向、縦方向）に沿って第１層１０の一端部（図２における第１層１０の上端部）から他端部（図２における第１層１０の下端部）まで延びている。また、第２流路２１は、第１及び第２層１０、２０の積層方向に沿って第２層２０を見た際に、第２流路２１の配列方向に交差する方向（ここでは、図３の紙面左右方向、横方向）に沿って第２層２０の一端部（図３-における第２層２０の左端部）から他端部（図３における第２層２０の右端部）まで延びている。このように、ここでは、第１流路１１と第２流路２０とが直交流をなすように配置されている。

【0025】

そして、ここでは、第１層１０及び第２層２０の積層構造を有する熱交換部３は、第１流路１１をなす溝が片面に形成された第１板材１２と、第２流路２１をなす溝が片面に形成された第２板材２２と、が交互に積層されることによって構成されている。第１及び第２板材１２、２２は、金属製の素材で形成されている。第１流路１１や第２流路２１をなす溝は、例えば、第１及び第２板材１２、２２に機械加工やエッチング加工を施すことによって形成されている。そして、このような溝加工がなされた第１及び第２板材１２、２２を所定数積層した後に、例えば、拡散接合等の接合処理を用いて第１及び第２板材１２、２２間を接合することによって、第１層１０及び第２層２０の積層構造を有する熱交換部３が得られている。尚、ここでは、第１及び第２板材１２、２２の両方の片面に流路１１、２１をなす溝が形成されているが、これに限定されるものではなく、第１及び第２板材１２、２２のいずれか一方の両面に流路１１、２１をなす溝が形成されていてもよいし、第１及び第２板材１２、２２の両方の両面に流路１１、２１をなす溝が形成されていてもよい。

【0026】

第１出入口管４ａ、４ｂは、ここでは、ケーシング２の上部及び下部に設けられている。ケーシング２には、その上部に第１流路１１の上端部間を合流させる空間が形成された第１ヘッダ部６と、その下部に第１流路１１の下端部間を合流させる空間が形成された第１ヘッダ部７と、が設けられている。そして、第１出入口管４ａは、第１ヘッダ部６を介して第１流路１１の上端部に連通しており、第１出入口管４ｂは、第１ヘッダ部７を介して第１流路１１の下端部に連通している。第２出入口管５ａ、５ｂは、ここでは、ケーシング２の左部及び右部に設けられている。ケーシング２には、その左部に第２流路２１の左端部間を合流させる空間が形成された第２ヘッダ部８と、その右部に第２流路２１の右端部間を合流させる空間が形成された第２ヘッダ部９と、が設けられている。そして、第２出入口管５ａは、第２ヘッダ部８を介して第２流路２１の左端部に連通しており、第２出入口管５ｂは、第２ヘッダ部９を介して第２流路２１の右端部に連通している。

【0027】

このような構成を有する水熱交換器１では、例えば、第２流体によって第１流体を加熱する場合に、第１出入口管４ｂを第１流体の入口とし、第１出入口管４ａを第１流体の出口とし、第２出入口管５ｂを第２流体の入口とし、第２出入口管５ａを第２流体の出口とすることができる。そして、この場合には、水熱交換器１は、第１流体が第１流路１１を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第２流体が第２流路２１を右から左に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、水熱交換器１では、例えば、第２流体によって第１流体を冷却する場合に、第１出入口管４ｂを第１流体の入口とし、第１出入口管４ａを第１流体の出口とし、第２出入口管５ａを第２流体の入口とし、第２出入口管５ｂを第２流体の出口とすることができる。そして、この場合には、水熱交換器１は、第１流体が第１流路１１を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第２流体が第２流路２１を左から右に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。

【0028】

そして、ここでは、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流路１１について、第１流体の出口近傍に位置する第１流体出口近傍部１１ａおける流路断面積Ｓ１１ａが、第１流体出口近傍部１１ａよりも上流側の部分１１ｂにおける流路断面積Ｓ１１ｂよりも大きくなるように形成している。具体的には、第１流体出口近傍部１１ａにおける第１流路１１の流路幅Ｗ１１ａを第１流体出口近傍部１１ａよりも上流側の部分１１ｂにおける流路幅Ｗ１１ｂよりも大きくなるように形成することによって、流路断面積Ｓ１１ａを流路断面積Ｓ１１ｂよりも大きくなるようにしている。また、第１流体出口近傍部１１ａとは、第１流路１１の入口側（ここでは、第１出入口管４ｂ側の端部）から出口側（ここでは、第１出入口管４ａ側の端部）に至るまでの流路長のうち出口側寄りの２０〜５０％の流路長を有する部分をいう。

【0029】

また、ここでは、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流路２１について、第２流体の出口近傍に位置する第２流体出口近傍部２１ａおける流路断面積Ｓ２１ａが、第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路断面積Ｓ２１ｂよりも大きくなるように形成している。具体的には、第２流体出口近傍部２１ａにおける第２流路２１の流路幅Ｗ２１ａを第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路幅Ｗ２１ｂよりも大きくなるように形成することによって、流路断面積Ｓ２１ａを流路断面積Ｓ２１ｂよりも大きくなるようにしている。また、第２流体出口近傍部２１ａとは、第２流路２１の入口側（ここでは、第２出入口管５ａ側の端部）から出口側（ここでは、第２出入口管５ｂ側の端部）に至るまでの流路長のうち出口側寄りの２０〜５０％の流路長を有する部分をいう。

【0030】

このような水熱交換器１では、上記のように、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流路１１について、第１流体出口近傍部１１ａおける流路断面積Ｓ１１ａをその上流側の部分１１ｂよりも大きくしているため、第１流路１１における第１流体の流速低下による熱伝達率の低下を第１流体出口近傍部１１ａだけに限定しつつ、第１流体が加熱される際に析出するスケールを第１流体出口近傍部１１ａに詰まりにくくすることができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器１における第１流路１１の詰まりを抑えることができる。

【0031】

また、このような水熱交換器１では、上記のように、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流路２１について、第２流体出口近傍部２１ａおける流路断面積Ｓ２１ａをその上流側の部分２１ｂよりも大きくしているため、第２流路２１における第２流体の流速低下による熱伝達率の低下を第２流体出口近傍部２１ａだけに限定しつつ、蒸発に伴って増加するガス成分を多く含む第２流体を第２流体出口近傍部２１ａにスムーズに流すことができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器１における第２流路２１の圧力損失の増大を抑えることができる。

【0032】

（２）変形例１
上記実施形態の水熱交換器１では、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流路１１について、第１流体出口近傍部１１ａおける流路断面積Ｓ１１ａをその上流側の部分１１ｂよりも大きくしている。しかも、上記実施形態の水熱交換器１では、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流路２１について、第２流体出口近傍部２１ａおける流路断面積Ｓ２１ａをその上流側の部分２１ｂよりも大きくしている。しかし、これに限定されるものではなく、第１流路１１又は第２流路２１だけに、流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくする構成を適用してもよい。

【0033】

例えば、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流路２１については、図３に示すように、第２流体出口近傍部２１ａおける流路断面積Ｓ２１ａをその上流側の部分２１ｂよりも大きくし、第１流路１１については、図５に示すように、流路断面積（ここでは、流路幅）が第１流路１１の入口側から出口側にわたって変化しない構成を適用してもよい。

【0034】

また、例えば、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流路１１については、図２に示すように、第１流体出口近傍部１１ａおける流路断面積Ｓ１１ａをその上流側の部分１１ｂよりも大きくし、第２流路２１については、図６に示すように、流路断面積（ここでは、流路幅）が第２流路２１の入口側から出口側にわたって変化しない構成を適用してもよい。

【0035】

本変形例の構成においても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0036】

（３）変形例２
上記実施形態及び変形例１の水熱交換器１では、第１流路１１と第２流路２１とが直交流をなすように配置されているが、これに限定されるものではない。

【0037】

例えば、横方向に沿って第２層２０の一端部（図３における第２層２０の左端部）から他端部（図３における第２層２０の右端部）まで延びていた第２流路２１を、図７、８に示すように、縦方向に沿って第２層２０の一端部（図８における第２層２０の下端部）から他端部（図８における第２層２０の上端部）まで延びるようにして、第１流路１１と第２流路２１とが対向流（又は並行流）をなすように配置してもよい。この場合には、第２出入口管５ａ、５ｂ及び第２ヘッダ８、９をケーシング２の下部及び上部に設けることになる。この構成では、第２流体によって第１流体を加熱する場合に、第１流体が第１流路１１を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第２流体が第２流路２１を上から下に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、この構成では、第２流体によって第１流体を冷却する場合に、第１流体が第１流路１１を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第２流体が第２流路２１を下から上に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。

【0038】

本変形例の構成においても、上記実施形態及び変形例１と同様の作用効果を得ることができる。

【0039】

（４）変形例３
上記実施形態及び変形例１の水熱交換器１では、第１流路１１と第２流路２１とが直交流をなすように配置されているが、これに限定されるものではない。

【0040】

例えば、第２流路２１を複数の流路群に区分するとともに、これらの流路群が直列に接続されるようにして、第１流路１１と第２流路２１とが直交対向流（又は直交並行流）をなすように配置してもよい。具体的には、図９に示す構成では、第２流路２１を第２流路２１の配列方向（ここでは、図９の紙面上下方向）に３つの流路群２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに区分している。そして、第２ヘッダ９に仕切部材を設ける等によって、第２ヘッダ９内の空間を、第２出入口管５ｂ及び流路群２１Ａを構成する第２流路２１の右端部に連通する空間９ａと、流路群２１Ｂ、２１Ｃを構成する第２流路２１の右端部に連通する空間９ｂと、に区分している。また、第２ヘッダ８に仕切部材を設ける等によって、第２ヘッダ８内の空間を、第２出入口管５ａ及び流路群２１Ｃを構成する第２流路２１の左端部に連通する空間８ａと、流路群２１Ａ、２１Ｂを構成する第２流路２１の左端部に連通する空間８ｂと、に区分している。これにより、第２流路２１の流路群２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが、第２ヘッダ８、９を介して直列に接続され、第１流路１１と第２流路２１とが直交対向流（又は直交並行流）をなすように配置されている。この構成では、第２流体によって第１流体を加熱する場合に、第１流体が第１流路１１を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第２流体が第２流路２１を流路群２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの順に左右に折り返しながら上から下に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、この構成では、第２流体によって第１流体を冷却する場合に、第１流体が第１流路１１を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第２流体が第２流路２１を流路群２１Ｃ、２１Ｂ、２１Ａの順に左右に折り返しながら下から上に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。そして、この場合には、第２流体の出口近傍に位置する流路群２１Ａを第２流体出口近傍部２１ａとし、流路群２１Ｂ、２１Ｃを第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂとして、流路群２１Ａを構成する流路群２１Ａを構成する第２流路２１の流路幅Ｗ２１ａを流路群２１Ｂ、２１Ｃを構成する第２流路２１の流路幅Ｗ２１ｂよりも大きくなるように形成している。これにより、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流体出口近傍部２１ａおける流路断面積Ｓ２１ａが、第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路断面積Ｓ２１ｂよりも大きくなるように形成することができる。

【0041】

尚、図９に示す構成では、第２ヘッダ８、９内の空間を、流路群２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが直列に接続されるように空間８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂに区分しているが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、第２流路２１の左端部や右端部に空間８ｂ、９ｂと同じ機能を有する接続流路２９ａ、２９ｂを形成してもよい。すなわち、流路群２１Ａ、２１Ｂを構成する第２流路２１の左端部間を連通させる接続流路２９ａ、及び、流路群２１Ｂ、２１Ｃを構成する第２流路２１の右端部間を連通させる接続流路２９ｂを第２層２０に形成するのである。ここでは、第２板材２２に接続流路２９ａ、２９ｂをなす溝を形成することができる。この場合には、第２ヘッダ８を図９の空間８ａに対応する空間だけを有するものにし、第２ヘッダ９を図９の空間９ａに対応する空間だけを有するものにすることができる。

【0042】

本変形例の構成においても、上記実施形態及び変形例１と同様の作用効果を得ることができる。

【0043】

（５）変形例４
上記実施形態及び変形例１〜３の水熱交換器１では、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流路１１について、第１流体の出口近傍に位置する第１流体出口近傍部１１ａにおける第１流路１１の流路幅Ｗ１１ａを第１流体出口近傍部１１ａよりも上流側の部分１１ｂにおける流路幅Ｗ１１ｂよりも大きくなるように形成している。そして、これにより、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流体出口近傍部１１ａおける流路断面積Ｓ１１ａが、第１流体出口近傍部１１ａよりも上流側の部分１１ｂにおける流路断面積Ｓ１１ｂよりも大きくなるようにし、スケール析出による第１流路１１の出口近傍の部分の詰まりを抑えるようにしている。

【0044】

しかし、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流路１１について、第１流体出口近傍部１１ａおける流路断面積Ｓ１１ａが、第１流体出口近傍部１１ａよりも上流側の部分１１ｂにおける流路断面積Ｓ１１ｂよりも大きくなるように形成するための構成は、これに限定されるものではない。

【0045】

具体的には、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流路１１について、第１流体出口近傍部１１ａにおける流路数が、第１流体出口近傍部１１ａよりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように第１流路１１を合流させるようにしてもよい。例えば、図１１に示すように、第１流路１１の配列方向に隣り合う２本の第１流路１１を第１流体出口近傍部１１ａにて合流させて１本にすることで、合流後の第１流体出口近傍部１１ａにおける流路幅Ｗ１１ａを、合流前の第１流体出口近傍部１１ａよりも上流側の部分１１ｂにおける流路幅Ｗ１１ｂの合計よりも大きくなるように形成してもよい。これにより、第２流体によって第１流体としての水を加熱する場合に、第１流路１１について、合流後の第１流体出口近傍部１１ａにおける流路断面積Ｓ１１ａが、合流前の第１流体出口近傍部１１ａよりも上流側の部分１１ｂにおける流路断面積Ｓ１１ｂの合計よりも大きくすることができる。

【0046】

（６）変形例５
上記実施形態及び変形例１〜４の水熱交換器１では、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流路２１について、第２流体の出口近傍に位置する第２流体出口近傍部２１ａにおける第２流路２１の流路幅Ｗ２１ａを第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路幅Ｗ２１ｂよりも大きくなるように形成している。そして、これにより、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流体出口近傍部２１ａおける流路断面積Ｓ２１ａが、第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路断面積Ｓ２１ｂよりも大きくなるようにし、第２流体の蒸発に伴って第２流路２１を流れるガス成分が多くなることによる第２流路２１の圧力損失の増大を抑えるようにしている。

【0047】

しかし、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流路２１について、第２流体出口近傍部２１ａおける流路断面積Ｓ２１ａが、第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路断面積Ｓ２１ｂよりも大きくなるように形成するための構成は、これに限定されるものではない。

【0048】

具体的には、第２流体としての冷媒によって第１流体を冷却する場合に、第２流路２１について、第２流体出口近傍部２１ａにおける流路数が、第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように第２流路２１を合流させるようにしてもよい。例えば、図１２に示すように、第２流路２１の配列方向に隣り合う２本の第２流路２１を第２流体出口近傍部２１ａにて合流させて１本にすることで、合流後の第２流体出口近傍部２１ａにおける流路幅Ｗ２１ａを、合流前の第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路幅Ｗ２１ｂの合計よりも大きくなるように形成してもよい。これにより、合流後の第２流体出口近傍部２１ａにおける流路断面積Ｓ２１ａが、合流前の第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路断面積Ｓ２１ｂの合計よりも大きくすることができる。

【0049】

また、図１２に示される第２流路２１を第２流体出口近傍部２１ａにおいて合流させることによって流路断面積Ｓ２１ａを流路断面積Ｓ２１ｂの合計よりも大きくする構成とは逆に、第２流体出口近傍部２１ａにおける流路数を第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂにおける流路数よりも多くなるように分岐させることによって流路断面積Ｓ２１ａの合計を流路断面積Ｓ２１ｂの合計よりも大きくしてもよい。例えば、上記変形例３のような第２流路２１を複数の流路群２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに区分するとともにこれらの流路群２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが直列に接続された構成において、図１３に示すように、第２流体の出口近傍に位置する流路群２１Ａを第２流体出口近傍部２１ａとし、流路群２１Ｂ、２１Ｃを第２流体出口近傍部２１ａよりも上流側の部分２１ｂとして、流路群２１Ａを構成する第２流路２１の流路数Ｎ２１ａを流路群２１Ｂ、２１Ｃにおける流路数Ｎ２１ｂよりも多くなるようにすればよい。尚、ここでは、各第２流路２１の流路幅Ｗ２１ａ、Ｗ２１ｂ（流路断面積Ｓ２１ａ、Ｓ２１ｂ）は同じであり、流路数を変えることによって流路群２１Ａにおける流路断面積Ｓ２１ａと流路群２１Ｂ、２１Ｃにおける流路断面積Ｓ２１ｂの合計を変えるようにしている。このように、第２流体出口近傍部２１ａおける流路数Ｎ２１ａをその上流側の部分２１ｂにおける流路数Ｎ２１ａを多くした構成では、水熱交換器１における第２流路２１の圧力損失の増大を抑えるだけでなく、第２流体の入口近傍における流路数が少なくなることで、第２流体の第２流路２１における分配性能を良好に保つことができる。特に、流路群２１Ａにおける流路数Ｎ２１ａをそれより上流側の流路群２１Ｂ、２１Ｃにおける流路数Ｎ２１ｂよりも多くするだけでなく、流路群２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの順、すなわち、第２流体の入口近傍に近づくにつれて、流路数が少なくすると、第２流体の第２流路２１における分配性能に有効に寄与する。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明は、第１流体としての水が流れる第１流路が複数列形成された第１層と、第２流体としての冷媒が流れる第２流路が複数列形成された第２層と、が積層されることによって構成されており、第１流体と第２流体との熱交換を行う水熱交換器に対して、広く適用可能である。

【符号の説明】

【0051】

１ 水熱交換器
１０ 第１層
１１ 第１流路
１１ａ 第１流体出口近傍部
１１ｂ 第１流体出口近傍部よりも上流側の部分
２０ 第２層
２１ 第２流路
２１ａ 第２流体出口近傍部
２１ｂ 第２流体出口近傍部よりも上流側の部分

【先行技術文献】

【特許文献】

【0052】

【特許文献1】特開２０１０−１１７１０２号公報

【要約】

【課題】第１流体としての水が流れる第１流路が複数列形成された第１層と、第２流体としての冷媒が流れる第２流路が複数列形成された第２層と、が積層されることによって構成されており、第１流体と第２流体との熱交換を行う水熱交換器において、流路形状の工夫によって、圧力損失の増大や流路の詰まりを抑える。
【解決手段】第１流路（１１）は、第２流体によって第１流体を加熱する場合に、第１流体の出口近傍に位置する第１流体出口近傍部（１１ａ）おける流路断面積がその上流側の部分（１１ｂ）における流路断面積よりも大きくなるように形成されている。また、第２流路（２１）は、第２流体によって第１流体を冷却する場合に、第２流体の出口近傍に位置する第２流体出口近傍部（２１ａ）おける流路断面積がその上流側の部分（２１ｂ）における流路断面積よりも大きくなるように形成されている。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】