JP2014533819A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器を提供すること。【解決手段】本実施の形態に係る熱交換器には、冷媒が流動し、横方向に延びる多数の冷媒チューブと、多数の冷媒チューブが挿入され、冷媒と流体との間の熱交換がなされるようにする放熱フィンと、多数の冷媒チューブの一方に結合されて縦方向に延び、多数の冷媒チューブに冷媒が分配されるようにするヘッダと、ヘッダの内部空間のうち、少なくとも一部空間を左右区画する区画部と、区画部に形成され、冷媒が区画部を貫通して多数の冷媒チューブに流動するようにガイドする少なくとも２つ以上の貫通ホールとが備えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に関する。

一般に、熱交換器とは、熱交換サイクルを構成する部品であって、凝縮器または蒸発器として動作して、その内部を流動する冷媒と外部の流体とが熱交換されるようにする。

このような熱交換器は、その形状によって、フィンアンドチューブタイプとマイクロチャネルタイプとに大別される。フィンアンドチューブタイプの熱交換器は、多数のフィン及びフィンを貫通する円状またはこれと類似の形状のチューブを備え、マイクロチャネルタイプの熱交換器は、冷媒が流動する多数のフラットチューブ及び多数のフラットチューブの間に具備されるフィンを備える。そして、フィンアンドチューブタイプの熱交換器及びマイクロチャネルタイプの熱交換器は、両方とも、チューブまたはフラットチューブの内部を流動する冷媒と外部の流体とが熱交換され、フィンは、チューブまたはフラットチューブの内部を流動する冷媒と外部の流体との熱交換面積を増加させる機能を果たす。

従来のマイクロチャネルタイプの熱交換器の場合、熱交換器に流入した冷媒が多数のフラットチューブに分配されて流動するように構成される。

一方、熱交換器に流入する冷媒の状態は、二相状態であることに対し、熱交換器に流出する直前の冷媒は、気相の冷媒または乾度が極めて高い状態であるから、熱交換器から流出する冷媒の流速が熱交換器に流入する冷媒の流速より相対的に高く形成される。

そのため、流速が速い熱交換器の出口側に冷媒が偏る現象が現れる。特に、フラットチューブの少なくとも一方に結合されるヘッダが垂直方向に配置される場合、重力がヘッダ内の冷媒に作用して出口側の中でも下部に位置したフラットチューブに冷媒が集中するという問題点があった。

結局、多数のフラットチューブのうち、一フラットチューブを流動する冷媒の量と他のフラットチューブを流動する冷媒の量に差が発生して、熱交換効率が低下するという問題点があった。

本実施の形態は、このような問題点を解決するために、多数のフラットチューブに冷媒が均一に分配されることのできる熱交換器を提供することを目的とする。

本実施の形態による熱交換器には、冷媒が流動し、横方向に延びる多数の冷媒チューブと、前記多数の冷媒チューブが挿入され、冷媒と流体との間の熱交換がなされるようにする放熱フィンと、前記多数の冷媒チューブの一方に結合されて縦方向に延び、前記多数の冷媒チューブに冷媒が分配されるようにするヘッダと、前記ヘッダの内部空間のうち、少なくとも一部空間を左右区画する区画部と、前記区画部に形成され、冷媒が前記区画部を貫通して前記多数の冷媒チューブに流動するようにガイドする少なくとも２つ以上の貫通ホールとが備えられる。

他の実施の形態に係る熱交換器には、冷媒が流動し、上下方向に配列する多数のフラットチューブと、前記多数のフラットチューブの一方に結合され、冷媒が前記多数のフラットチューブに均一に分配されるようにするヘッダと、前記ヘッダに形成され、冷媒が前記ヘッダ内に流入するようにする冷媒流入部と、前記冷媒流入部の上側に配置され、冷媒が吐出されるようにする冷媒流出部と、前記冷媒流出部と対応する高さに備えられて流路を区画し、貫通ホールの形成される区画部と、が備えられ、前記流路には、前記区画部の一方に形成され、冷媒が前記貫通ホールに流動するようにする第１流路と、前記貫通ホールを経由した冷媒を前記多数のフラットチューブに流動するようにする第２流路とが備えられる。

提案される実施の形態によれば、ヘッダの内部に冷媒流動をガイドする区画部が提供され、区画部に冷媒が通る互いに異なる大きさの多数の流動ホールが形成されるので、冷媒の分配が均一になされることができるという効果がある。

特に、冷媒が流動する方向に、流動ホールがますます大きく形成されるので、冷媒がより遠く位置した流動ホールを介しても容易に流動されうるという効果がある。

また、ヘッダの内部に多数の区画部を提供して多数の区画部間の冷媒流速（または運動エネルギー）が低減するようにし、冷媒が慣性力によって流動するようにすることによって、冷媒の流動方向を基準に近距離に位置した流動ホールに冷媒が集中通過する現象を防止できるという効果がある。

結局、冷媒が多数のフラットチューブに均一に分配されて流動するので、冷媒と周辺空気との間の熱交換効率が増大することができるという長所がある。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の構成を示す斜視図である。 図１のＩ−Ｉ’に沿う断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ’に沿う断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るヘッダアセンブリーの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る区画部の構成を示す斜視図である。 図４のＩＩＩ−ＩＩＩ’に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るヘッダの構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るヘッダの構成を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るヘッダの構成を示す横断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るヘッダの構成を示す縦断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るヘッダの構成を示す横断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るヘッダの構成を示す斜視図である。 本発明の第５の実施の形態に係るヘッダの構成を示す縦断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るヘッダの構成を示す横断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る区画部の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施の形態を説明する。ただし、本発明の思想は、提示される実施の形態に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は、同じ思想の範囲内で他の実施の形態を容易に提案できるはずである。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の構成を示す斜視図で、図２は、図１のＩ−Ｉ’に沿う断面図で、図３は、図１のＩＩ−ＩＩ’に沿う断面図である。

図１ないし図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１０には、上下方向または垂直方向に所定長分だけ延びるヘッダ５０、１００と、ヘッダ５０、１００に結合されて横方向または左右方向に延びる多数のフラットチューブ２０と、ヘッダ５０、１００の間に所定間隔で配列し、フラットチューブ２０によって貫通する多数の放熱フィン３０が備えられる。ヘッダ５０、１００が垂直方向に延びるという点で、「垂直型ヘッダ」と名付けることができる。

詳細に、ヘッダ５０、１００には、冷媒が熱交換器１０に流入するようにする冷媒流入部５１と熱交換器１０内で熱交換された冷媒が流出するようにする冷媒流出部５５との形成される第１ヘッダ５０、及び第１ヘッダ５０から離隔される第２ヘッダ１００が備えられる。多数のフラットチューブ２０の一方の端部は、第１ヘッダ５０に結合され、多数のフラットチューブ２０の他方の端部は、第２ヘッダ１００に結合されることができる。

第１ヘッダ５０及び第２ヘッダ１００の内部には、冷媒の流動空間が規定される。第１ヘッダ５０または第２ヘッダ１００内部の冷媒は、フラットチューブ２０に流入することができ、フラットチューブ２０を流動した冷媒は、第１ヘッダ５０または第２ヘッダ１００で方向転換されることができる。

一例として、フラットチューブ２０を介して左側方向に流動した冷媒は、第１ヘッダ５０で方向転換されて右側方向に流動し、フラットチューブ２０を介して右側方向に流動した冷媒は、第２ヘッダ１００で方向転換されて左側方向に流動できる（図３参照）。よって、第１ヘッダ５０または第２ヘッダ１００は、「リターンヘッダ」と名付けることができる。

冷媒流入部５１は、第１ヘッダ５０の下部に形成され、冷媒流出部５５は、第１ヘッダ５０の上部に形成されることができる。冷媒流入部５１から流入した冷媒は、フラットチューブ２０を循環しながら重力の反対方向に流動した後、冷媒流出部５５に流出できる。すなわち、冷媒は、冷媒流入部５１から冷媒流出部５５に向かって、上方に流動することができる。

フラットチューブ２０は、第１ヘッダ５０及び第２ヘッダ１００の間に多数備えられ、多数のフラットチューブ２０は、縦方向に互いに離隔して配置されることができる。

フラットチューブ２０には、外観を形成するチューブボディー２１及びチューブボディー１０の内部に多数の冷媒流路（ｍｉｃｒｏ ｃｈａｎｎｅｌ）２５が形成されるようにする区画リブ２２が含まれる。フラットチューブ２０の内部に流入した冷媒は、多数の冷媒流路２５に均一に分配されて流動できる。そして、放熱フィン３０には、多数のフラットチューブ２０が貫通されるようにする貫通ホール３２が形成される。

第１ヘッダ５０または第２ヘッダ１００の内部には、冷媒が第１ヘッダ５０、フラットチューブ２０及び第２ヘッダ１００を通ってジグザグで流動できるようにガイドするバッフル５８が提供される。バッフル５８は、第１ヘッダ５０または第２ヘッダ１００の内部空間を上部及び下部に区画するように配置されることができる。

バッフル５８によって、フラットチューブ２０に沿って流れる冷媒の流路は、Ｓ状のメアンダライン（ｍｅａｎｄｅｒ ｌｉｎｅ）を形成できる。フラットチューブ２０に沿って流れる冷媒の流路がメアンダラインを形成することによって、冷媒と空気との接触面積及び接触時間が増大して、熱交換効率が増大することができる。

整理すると、バッフル５８によって第１ヘッダ５０または第２ヘッダ１００の内部空間は、多数の空間に区画され、各区画された空間は、フラットチューブ２０に冷媒を流動させ始める空間部として理解されうる。

一方、第２ヘッダ１００には、第２ヘッダ１００の内部空間を左右方向に区画する区画部１５０、及び区画部１５０の下側に提供される遮断リブ１５８が提供される。区画部１５０は、バッフル５８によって区画された空間のうち、最上部の空間に備えられる。そして、遮断リブ１５８は、区画部１５０によって区画された左側空間または右側空間の下部を遮蔽するように構成される。図３には、左側空間の下部を遮蔽するように示される。

詳細に、区画部１５０は、冷媒流出口５５に対応する高さに配置される。すなわち、区画部１５０は、冷媒流出口５５の一方（左側または右側）に結合される多数のフラットチューブ２０と対応する高さに配置されることができる。

言い換えれば、区画部１５０は、冷媒流入部５１から冷媒流出部５５まで熱交換器１０の内部を流動する冷媒の全体流路の中で、冷媒流入部５１より冷媒流出部５５側により近い流路上に配置されるものと理解されることができる。

図３を参照して、本実施の形態に係る冷媒の流動を説明する。

冷媒は、冷媒流入部５１を介して流入して、多数のフラットチューブ２０の内部を流動する（図３にて右側方向に）。冷媒は、冷媒流入部５１の上側に位置したバッフル５８によって一定高さ以上に上方に流動することが制限されることができる。フラットチューブ２０を通った冷媒は、第２ヘッダ１００の内部から上方へ流動し、その流動方向が転換されて左側方向に流動する。冷媒は、第２ヘッダ１００に備えられるバッフル５８によって、一定高さ以上に上方に流動するのが制限されることができる。

そして、フラットチューブ２０を通った冷媒は、第１ヘッダ５０で再度方向転換されてフラットチューブ２０を流動する。このような冷媒の循環過程（左側または右側流動）は繰り返され、上述のように、バッフル５８によって容易になされることができる。そして、冷媒は、冷媒流入部５１から流入して循環しながら冷媒流出口５５に向かって上方に、すなわち重力の反対方向に移動されることができる。

このような冷媒の循環過程において、冷媒が第２ヘッダ１００の上部に至ると、冷媒は、区画部１５０に沿って上方に流動する。この過程において、冷媒は、区画部１５０の一方（図３では、右側）から他方（図３では、左側）に向かって流動する。一例として、他方は、一方の「反対側」でありうる。

すなわち、冷媒は、区画部１５０を貫通してフラットチューブ２０に流動する。そして、冷媒がフラットチューブ２０を通過すると、第１ヘッダ５０に流入した後、冷媒流出口５５を介して熱交換器１０の外部に流出する。

以下、本発明の第１の実施の形態に係る第２ヘッダの構成について図面を参照して説明する。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係るヘッダアセンブリーの構成を示す斜視図で、図５は、本発明の第１の実施の形態に係る区画部の構成を示す斜視図で、図６は、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ’に沿う断面図である。

図４ないし図６に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る第２ヘッダ１００には、冷媒の流動空間を形成するヘッダ本体１１０と、ヘッダ本体１１０の前方を遮蔽しフラットチューブ２０が結合されるチューブ結合部１２０とが備えられる。ヘッダ本体１１０とチューブ結合部１２０が別に備えられても良く、一つの構成として一体になっても良い。

チューブ結合部１２０には、フラットチューブ２０が結合される多数の結合ホール１２５が形成される。多数の結合ホール１２５は、フラットチューブ２０の数と対応する個数分だけ形成され、縦方向に互いに離隔して形成される。一例として、多数の結合ホール１２５は、同じ間隔で離隔して配置されることができる。

第２ヘッダ１００には、第２ヘッダ１００内の冷媒流動空間を区画する区画部１５０が提供される。区画部１５０は、ヘッダ本体１１０の上端内側面から下方に延びる。一例として、区画部１５０は、第２ヘッダ１００の上部空間を左右方向に区画し、冷媒が上方移動する場合、冷媒の流動方向に略平行に延びる。

詳細に、区画部１５０には、板状を有する区画部本体１５１と、区画部本体１５１に貫通形成され、冷媒の流動方向に沿って配置される多数のホール１５４、１５５、１５６が備えられる。区画部本体１５１は、第２ヘッダ１５０の内部空間の一部を区画して冷媒が特定フラットチューブ２０に一度に流入するのを防止する「遮断板」として理解されることができる。

多数のホール１５４、１５５、１５６は、区画部本体１５１の一方に沿って流動する冷媒が均一に分配されて区画部本体１５１の他方に流動できるようにガイドする。

詳細に、多数のホール１５４、１５５、１５６には、冷媒の流動方向を基準に最上流側に配置される第１ホール１５４、第１ホール１５４から冷媒流動方向に離隔されて配置される第２ホール１５５、及び第２ホール１５５から冷媒流動方向に離隔されて配置される第３ホール１５６が備えられる。

すなわち、第２ホール１５５は、第１ホール１５４より下流側に位置し、第３ホール１５６は、第２ホール１５５より下流側に位置する。一例として、冷媒が区画部１５０の下部から上部に向かって流動する場合、第１ホール１５４は、区画部１５０の下部に位置し、第２ホール１５５は、区画部１５０の略中央部に位置し、第３ホール１５６は、区画部１５０の上部に位置できる。図面では、上の３個のホールについてのみ図面符号を付して説明したが、図面に開示したように、これらのホールの間には、多数のホールがさらに配置されることができる。

多数のホール１５４、１５５、１５６は、互いに異なる大きさを有するよう形成される。詳細に、第２ホール１５５の直径ｂは、第１ホール１５４の直径ａより大きく形成され、第３ホール１５６の直径ｃは、第２ホール１５５の直径ｂより大きく形成される。すなわち、冷媒の流動方向を基準に、上流側に位置したホールの大きさが下流側に位置したホールの大きさより小さく形成されることができる。

そして、第１ホール１５４と第３ホール１５６との間に多数のホールが配置されることができ、ホールの大きさは、第１ホール１５４から第３ホール１５６に行くほど、次第に大きくなるように形成されるものと理解されることができる。

一例として、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、熱交換器１０に流入する冷媒の状態は、二相状態である。そして、冷媒は、熱交換器１０を通りながら蒸発して乾度が上昇し、冷媒流出部５５に近づくほど、気相の状態に近くなる。

気相の冷媒は、液相の冷媒より流速が速いので、冷媒流出部５５から吐出する以前に通る多数のフラットチューブ２０のうち、少なくとも一つのフラットチューブ２０に冷媒の偏り現象が発生できる。特に、ヘッダ５０、１００が縦方向に配置される場合に重力が作用して、少なくとも一つのフラットチューブ２０は、多数のフラットチューブ２０のうち、下部に位置したフラットチューブ２０である可能性が大きくなる。

したがって、本実施の形態は、多数のフラットチューブ２０のうち、下部に配置されたフラットチューブ２０と対応する位置に第１ホール１５４を位置させ、上部に位置したフラットチューブ２０と対応する位置に第３ホール１５６を位置させることを特徴とする。言い換えられば、第１、２、３ホール１５４、１５５、１５６は、下側から上側方向に順に配置される。

したがって、冷媒は、流動方向を基準に最も近い第１ホール１５４に偏る傾向が発生するようになるが、第１ホール１５４の大きさが最も小さく形成されることによって、冷媒は、第１ホール１５４だけでなく、第１ホール１５４より大きさが大きな第２ホール１５５または第３ホール１５６に均一に分配されて、ホール１５４、１５５、１５６を通過できるようになる。

区画部１５０には、区画部本体１５１の上面としてヘッダ本体１１０の上面下側に結合される上面結合部１５２、及び区画部本体１５１の下面として遮断リブ１５８に結合されるリブ結合部１５３が備えられる。

区画部１５０は、ヘッダ本体１１０の上面から下方に所定長分だけ延び、区画部１５０の下端部には、遮断リブ１５８が結合される。遮断リブ１５８は、区画部１５０の下端部から前方に延びてチューブ結合部１２０に結合される。

区画部１５０によって、第２ヘッダ１００の上部の冷媒流動空間は、左右方向に区画される。区画された流動空間には、冷媒が区画部１５０側に流動するようにする第１流路１７０、及び区画部１５０を通過した冷媒がフラットチューブ２０側に流動するようにする第２流路１８０が備えられる。

第１流路１７０の下端部には、冷媒が第１流路１７０に流入する通路として規定される流路流入部１７２が形成される。流路流入部１７２は、第２ヘッダ１００の横幅に対応する長さのうち、遮断リブ１５８の長さを除いた残りの長さに対応する幅を有するようになる。

冷媒流入部５１に流入する冷媒は、熱交換されながら上昇流動し、第２ヘッダ１００の上部に至ると、流路流入部１７２を介して第１流路１７０に流入する。

そして、ホール１５４、１５５、１５６の大きさ差によって、冷媒は、流動方向を基準に最も近い第１ホール１５４だけでなく、相対的に大きさが大きな第２ホール１５５または第３ホール１５６を介して区画部１５０を通過できるようになる。すなわち、冷媒は、区画部１５０の全体断面積を介して均一に分配または通過されることができる。

区画部１５０を通過した冷媒は、第２流路１８０に沿って流動した後、多数のフラットチューブ２０に流入する。多数のフラットチューブ２０は、区画部１５０と略平行に上下方向に配置されるので、冷媒は、多数のフラットチューブ２０に均一に分配されて流入することができる。

一方、第２流路１８０の下端部は、遮断リブ１５８によって遮蔽されるので、冷媒は、第２流路１８０に直接流入することが制限され、流路流入部１７２、第１流路１７０及び区画部１５０を介して第２流路１８０に流入することができる。

他の実施の形態を提案する。

本実施の形態は、区画部１５０がヘッダ１００の上部側、すなわち冷媒の均一な分配が脆弱な部分に提供されて、冷媒の均一な分配をガイドすると説明されたが、これとは異なり、区画部１５０は、ヘッダ１００の下部または中間部に提供されても良く、ヘッダ１００の上部から下部に至るまで長く配置されても良い。この場合、ヘッダ１００の全体空間にわたって冷媒の均一な分配がガイドされることができる。

さらに他の実施の形態を提案する。

図５には、多数のホール１５４、１５５、１５６が所定の直径を有する円状を有すると説明されたが、これとは異なり、縦または横方向に切り取ったスリット（ｓｌｉｔ）の形状を有するように備えられても良い。

さらに他の実施の形態を提案する。

本実施の形態では、区画部によってヘッダの内部空間のうち、一部空間を区画すると説明されたが、区画部の代わりをして別の配管が提供されることによって、冷媒流路が区画されるように構成されても良い。

以下、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、区画部の構成においてのみ差があるので、差異を中心に説明し、第１の実施の形態と同じ部分に対しては、第１の実施の形態の説明と図面符号を援用する。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係るヘッダの構成を示す断面図である。

図７に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る第２ヘッダ１００には、第２ヘッダ１００の上部空間を区画する多数の区画部２５０、２６０が備えられる。多数の区画部２５０、２６０には、遮断リブ１５８の一方の端部に結合される第１区画部２５０及び第１区画部２５０からチューブ結合部１２０側に離隔されて遮断リブ１５８に結合される第２区画部２６０が備えられる。

第１区画部２５０には、冷媒が通過する多数の貫通ホール２５１、２５２、２５３が形成される。多数の貫通ホール２５１、２５２、２５３には、位置上、下方から上方に向かって第１ホール２５１、第２ホール２５２及び第３ホール２５３が含まれる。もちろん、このような３個の貫通ホールの他に、多数のホールがさらに含まれることができる。

第１の実施の形態において説明したように、多数の貫通ホール２５１、２５２、２５３の大きさは、第１ホール２５１から第３ホール２５３に行くほど、ますます大きくなるように形成されることができる。ただし、第１、２、３ホール２５１、２５２、２５３は、同じ大きさに形成されても良い。

第２区画部２６０には、冷媒が通過する多数の貫通ホール２６１、２６２、２６３が形成される。多数の貫通ホール２６１、２６２、２６３には、位置上下方から上方に向かって第４ホール２６１、第５ホール２６２及び第６ホール２６３が含まれる。もちろん、このような３個の貫通ホールの他に、多数のホールがさらに含まれることができる。

第１の実施の形態において説明したように、多数の貫通ホール２６１、２６２、２６３の大きさは、第４ホール２６１から第６ホール２６３に行くほど、ますます大きくなるように形成されることができる。ただし、第４、５、６ホール２６１、２６２、２６３は、同じ大きさに形成されても良い。

第１区画部２５０及び第２区画部２６０によって、第２ヘッダ１００の上部空間は、多数の流路１７０、１８０、１９０により区画される。

詳細に、多数の流路１７０、１８０、１９０には、流路流入部１７２を介して第２ヘッダ１００の上部に流入した冷媒が第１区画部２５０側に流動する第１流路１７０と、第２区画部２６０を通過した冷媒がフラットチューブ２０に流動する第２流路１８０、及び第１区画部２５０と第２区画部２６０との間の空間として第１区画部２５０を通過した冷媒が第２区画部２６０に向かって流動する第３流路１９０が備えられる。

一方、第１区画部２５０と第２区画部２６０とが互いに対向して配置される状態で、第１区画部２５０の貫通ホール２５１、２５２、２５３と、第２区画部２６０の貫通ホール２６１、２６２、２６３とは、互いに異なる高さに形成される。

一例として、第４ホール２６１は、第１ホール２５１より高く位置し、第５ホール２６２は、第２ホール２５２より高く位置し、第６ホール２６３は、第３ホール２５３より高く位置する。詳細に、第４ホール２６１の下端部の位置は、第１ホール２５１の中心部位置に対応し、第５、６ホール２６２、２６３の下端部位置は、第２、３ホール２５２、２５３の中心部位置にそれぞれ対応できる。

もちろん、これとは反対に、第１、２、３ホール２５１、２５２、２５３が第４、５、６ホール２６１、２６２、２６３より高い位置に形成されても良い。

このように、第１区画部２５０の貫通ホール２５１、２５２、２５３と、第２区画部２６０の貫通ホール２６１、２６２、２６３とが互いに異なる高さに形成されることによって、第１、２、３ホール２５１、２５２、２５３を通過した冷媒が第４、５、６ホール２６１、２６２、２６３を直に通過する流動が発生することが制限される。

したがって、第３流路１９０での冷媒速度は顕著に減少し、これにより冷媒の運動エネルギーが低下する。結局、流路流入部１７２を介して流入した冷媒は、第１ホール２５１に集中することが防止されることができ、むしろ冷媒の慣性力によって第２ホール２５２または第３ホール２５３に流動できる。

整理すれば、第２ヘッダ１００内に多数の区画部を提供し、区画部に各々形成された貫通ホールの高さを異なるように位置させることによって、冷媒の流速を低くすることができ、これにより多数の貫通ホールのうち、下部に位置した貫通ホールだけでなく、上部に位置した貫通ホールまで冷媒が均一に分配されて区画部を通過できるという効果が現れる。

図８は、本発明の第３の実施の形態に係るヘッダの構成を示す縦断面図で、図９は、本発明の第３の実施の形態に係るヘッダの構成を示す横断面図である。

図８及び図９に示すように、本発明の第３の実施の形態に係るヘッダ１００には、ヘッダ本体１１０及びヘッダ本体１１０の内部に提供される区画部３５０が備えられる。

区画部３５０は、内部に冷媒の流動空間を規定するパイプであって、ヘッダ本体１１０の内部空間を多数の空間に区画するように構成される。ヘッダ本体１１０内にパイプ形状の区画部３５０が提供されることによって、本実施の形態に係るヘッダは、「二重管」構造から構成されるものと理解されることができる。これは、区画部がプレート形状にて提供される以前の実施の形態と区別される点である。

フラットチューブ２０は、ヘッダ本体１１０の前方に延び、チューブ結合部１２０は、ヘッダ本体１１０の前面部を形成する。そして、区画部３５０には、フラットチューブ２０と対向する前面部３５１、及びフラットチューブ２０と対向する方向に形成される後面部３５５が備えられる。

円筒形状の区画部３５０を考慮する時、前面部３５１は、区画部３５０の中心Ｃを通る縦方向の中心線を基準として前方に位置する。そして、後面部３５５は、縦方向の中心線を基準として後方に位置する。

後面部３５５には、区画部３５０の内部を流動する冷媒が区画部３５０の外側に流動するようにガイドする多数のホール３５７が形成される。多数のホール３５７は、縦方向に互いに離隔して配置される。したがって、多数のホール３５７は、冷媒が区画部３５０の後方に流動するようにガイドする「ガイドホール」として理解されることができる。

区画部３５０の下側には、遮断リブ３５８、３５９が提供される。遮断リブ３５８、３５９には、ヘッダ本体１１０の前面から後方に延びる第１遮断リブ３５８、及びヘッダ本体１１０の後面から前方に延びる第２遮断リブ３５９が備えられる。

第１遮断リブ３５８は、区画部３５０の一方に結合され、第２遮断リブ３５９は、区画部３５０の他方に結合される。遮断リブ３５８、３５９によって、区画部３５０の下側から上方に流動する冷媒は、区画部３５０の外側に流動することが制限される。

区画部３５０の下端部には、冷媒が流入する流路流入部１７２が形成される。冷媒は、流路流入部１７２を介して区画部３５０の内部に流動する。上述のように、冷媒は、遮断リブ３５８、３５９によって流路流入部１７２に流入するようにガイドされることができる。

図９に示すように、区画部３５０の内部を流動する冷媒は、ホール３５７を介して後方に排出し、区画部３５０とヘッダ本体１１０との間の空間を介して前方にガイドされることができる。ここで、空間は、区画部３５０の外周面とヘッダ本体１１０の内周面との間の空間として理解され、冷媒を区画部３５０の後方から前方に流動させる「前方ガイド流路」として名付けることができる。

すなわち、冷媒は、区画部３５０からフラットチューブ２０に直接流動しなくて後方へ移動した後、方向転換されて前方へ移動されることができる。このように、冷媒の流動方向が転換され、冷媒の流動断面積が増加することによって、冷媒速度は減少し、冷媒の運動エネルギーが低下する。結局、流路流入部１７２を介して流入した冷媒は、多数のホール３５７のうち、下部に位置したホール３５７に集中することが防止でき、むしろ冷媒の慣性力によって多数のホール３５７のうち、上部に位置したホール３５７に流動できる。

図１０は、本発明の第４の実施の形態に係るヘッダの構成を示す縦断面図で、図１１は、本発明の第４の実施の形態に係るヘッダの構成を示す横断面図である。

図１０及び図１１に示すように、本発明の第４の実施の形態に係るヘッダ１００には、ヘッダ本体１１０及びヘッダ本体１１０の内部に提供される区画部４５０が備えられる。区画部４５０には、第１区画部４５１及び第１区画部４５１の内部に提供される第２区画部４５５が備えられる。

第１、２区画部４５１、４５５は、それぞれ略円筒形状のパイプであって、ヘッダ本体１１０の内部空間を多数の空間に区画するように構成される。ヘッダ本体１１０内にパイプ形状の第１、２区画部４５１、４５５が提供されることによって、本実施の形態に係るヘッダは、「３重管」構造から構成されるものと理解されることができる。

フラットチューブ２０は、ヘッダ本体１１０の前方に延び、チューブ結合部１２０は、ヘッダ本体１１０の前面部を形成する。第１区画部４５１には、多数の第１ホール４５２が形成され、第２区画部４５５には、多数の第２ホール４５６が形成される。第１ホール４５２及び第２ホール４５６は、縦方向に互いに離隔して配置される。

第１ホール４５２及び第２ホール４５６は、第１、２区画部４５１、４５５の各後面部に形成される。「後面部」の概念は、第３の実施の形態で説明した内容を援用する。

そして、第１ホール４５２と第２ホール４５６とは、互いに異なる高さに形成される。これと関連して、図７にて説明された内容、すなわち貫通ホール２５１、２５２、２５３と、貫通ホール２６１、２６２、２６３とが互いに異なる高さに形成される内容を援用する。

区画部４５０の下側には、遮断リブ４５８、４５９が提供される。遮断リブ４５８、４５９には、ヘッダ本体１１０の前面から後方に延びる第１遮断リブ４５８、及びヘッダ本体１１０の後面から前方に延びる第２遮断リブ４５９が備えられる。

第１遮断リブ４５８は、第２区画部４５５の一方に結合され、第２遮断リブ４５９は、第２区画部４５５の他方に結合される。遮断リブ４５８、４５９によって、区画部４５１、４５５の下側から上方に流動する冷媒は、第２区画部４５５の外側に流動することが制限される。

第２区画部４５５の下端部には、冷媒が流入する流路流入部１７２が形成される。冷媒は、流路流入部１７２を介して第２区画部４５５の内部に流動する。上述のように、冷媒は、遮断リブ４５８、４５９によって流路流入部１７２に流入するようにガイドされることができる。

図１１に示すように、第２区画部４５５の内部を流動する冷媒は、第２ホール４５６を介して後方に排出し、第１ホール４５２を介して後方に排出する。

そして、第１区画部４５１から排出した冷媒は、第１区画部４５１とヘッダ本体１１０との間の空間を介して前方にガイドされることができる。ここで、空間は、第１区画部４５１の外周面とヘッダ本体１１０の内周面との間の空間として理解される。

すなわち、冷媒は、区画部４５０からフラットチューブ２０に直接流動しなく、後方へ移動した後に方向転換されて前方へ移動されることができる。このように、冷媒の流動方向が転換され、冷媒の流動断面積が増加することによって、冷媒速度は減少し、冷媒の運動エネルギーが低下する。結局、流路流入部１７２を介して流入した冷媒は、第１、２ホール４５２、４５６のうち、下部に位置したホールに集中することが防止でき、むしろ冷媒の慣性力によって第１、２ホール４５２、４５６のうち、上部に位置したホールに流動できる。

そして、第１ホール４５２と第２ホール４５６とが互いに異なる高さに形成されることによって、第１ホール４５２を通過した冷媒が第２ホール４５６を直に通過する流動が発生することが制限される。したがって、区画部４５０内での冷媒速度は顕著に減少し、これにより冷媒の運動エネルギーが低下する。

図１２は、本発明の第５の実施の形態に係るヘッダの構成を示す斜視図で、図１３は、本発明の第５の実施の形態に係るヘッダの構成を示す縦断面図で、図１４は、本発明の第５の実施の形態に係るヘッダの構成を示す横断面図である。

図１２ないし図１４に示すように、本発明の第５の実施の形態に係るヘッダ１００には、前面にフラットチューブ２０が結合される結合ホール１２５を形成するヘッダ本体１１０、及びヘッダ本体１１０の内部に提供される区画部５５０が備えられる。区画部５５０は、パイプ形状を有し、その内部には、冷媒が流動する流動空間が規定されることができる。

そして、区画部５５０の下側には、冷媒を区画部５５０の内部に流動するようにガイドする遮断リブ５５８、５５９が備えられる。遮断リブ５５８、５５９には、ヘッダ本体１１０の前面から後方に延びる第１遮断リブ５５８、及びヘッダ本体１１０の後面から前方に延びる第２遮断リブ５５９が備えられる。第１、２遮断リブ５５８、５５９の構成は、図８にて説明した遮断リブ３５８、３５９の構成と似ているので、ここでは、具体的な説明を省略する。

区画部５５０の下端部には、冷媒が区画部５５０の内部に流動するようにガイドする流路流入部１７２が形成される。

フラットチューブ２０は、ヘッダ本体１１０の前方に延び、チューブ結合部１２０は、ヘッダ本体１１０の前面部を形成する。そして、区画部５５０の外周面には、フラットチューブ２０と対向する前面部５５１、及びフラットチューブ２０と対向する方向に形成される後面部５５３が備えられる。

そして、後面部５５３には、区画部３５０の内部を流動する冷媒が区画部５５０の外側に流動するようにガイドする多数のホール５５５、５５６、５５７が形成される。多数のホール５５５、５５６、５５７は、縦方向に互いに離隔して配置される。したがって、多数のホール５５５、５５６、５５７は、冷媒が区画部５５０の後方に流動するようにガイドする「ガイドホール」として理解されることができる。

多数のホール５５５、５５６、５５７には、区画部５５０の下部に形成される第１ホール５５５、第１ホール５５５の上側に配置される第２ホール５５６、及び第２ホール５５６の上側に配置される第３ホール５５７が備えられる。冷媒の流動方向は、区画部５５０の下部から上方に向かうと規定される。

第１、２、３ホール５５５、５５６、５５７は、互いに異なる大きさを有するよう形成される。詳細に、第２ホール５５６の直径は、第１ホール５５５の直径より小さく形成され、第３ホール５５７の直径は、第２ホール５５６の直径より小さく形成される。すなわち、冷媒の流動方向を基準に、上流側に位置したホールの大きさが下流側に位置したホールの大きさより大きく形成されることができる。

そして、第１ホール５５５と第３ホール５５７との間に多数のホールが配置されることができ、ホールの大きさは、第１ホール５５５から第３ホール５５７へ行くほど、ますます小さくなるように形成されるものと理解されることができる。

区画部５５０の内部流動空間は、ヘッダ本体１１０の内部空間より小さく形成される。したがって、冷媒が区画部５５０の下側のヘッダ本体１１０から区画部５５０の内部に流動すると、狭くなった流動空間のため、冷媒の流動速度が増加するようになる。

この場合、冷媒の慣性または運動量（ｍｏｍｅｎｔｕｍ）に応じて、冷媒流動が区画部５５０の上部側に偏る現象が発生できる。特に、ヘッダ１００を流動する冷媒の全体流量が多いほど、区画部５５０の下部よりは上部側に冷媒が偏る現象が激しくなることができる。

すなわち、第１の実施の形態の思想と比較する時、熱交換器またはヘッダを通過する冷媒の全体流量が設定された流量以上の場合、本実施の形態に係るホールの構造を採択することが有利になりうる。

したがって、本実施の形態では、区画部の下部より上部側に位置したホールの大きさがより小さく形成されて、冷媒が区画部の上部側に偏る現象を防止できる。結局、冷媒は、区画部の下部から上部に至るまで均一に分配されることができる。

図１４に示すように、冷媒は、区画部５５０の内部から後方または側方に向かって排出した後、前方に方向転換され、フラットチューブ２０に流動できる。

図１５は、本発明の第６の実施の形態に係る区画部の構成を示す断面図である。

図１５に示すように、本発明の第６の実施の形態に係る区画部６５０には、冷媒の流動空間または流動断面積を変化させるための傾斜面６５１が備えられる。ここで、区画部６５０は、パイプ形状を有することができる。

図１５の断面図は、区画部６５０を縦方向に切り取った図であって、図示の台形の断面積の変化は、冷媒の流動断面積が上方に向かって減少することとして理解されることができる。台形の一面は、傾斜面６５１を形成できる。

傾斜面６５１は、縦方向の仮想の線を中心に断面積が小さくなる方向に傾斜するように延びることができる。冷媒の流動方向、すなわち上方に向かって流動断面積が小さくなることによって、冷媒の流動速度は、上方に向かって増加できる。

区画部６５０には、上方へ行くほど直径が小さくなる第１ホール６５３、第２ホール６５５及び第３ホール６５７が備えられる。区画部６５０の下部から上部に向かって、第１ホール６５３、第２ホール６５５及び第３ホール６５７が順に配列されることができる。

区画部６５０の流動断面積が上部へ行くほど狭くなるにつれて、冷媒の流動速度が増加することに対し、第１ホール６５３の大きさが小さく形成されることによって、区画部６５０の上部側に冷媒が偏る現象が防止できる。結局、区画部６５０の下部から上部に至るまで冷媒が均一に分配されて、フラットチューブ２０に流入するようになる。

他の実施の形態を提案する。

以上の実施の形態では、区画部が上部に向かって断面積が小さくなる方向に傾斜すると説明したが、これとは異なり、下部に向かって断面積が小さくなる方向に傾斜するように形成されても良い。

この場合、冷媒が区画部の上部に流動しながら流動断面積が増加することによって、冷媒の流動速度が減少できる。したがって、多数のホールは、上部へ行くほど、その直径が大きくなるように構成されることができる。

このような区画部の形状またはホールの大きさは、冷媒の流量または流速に応じて適宜に選択されることができる。

さらに他の実施の形態を提案する。

上の実施の形態では、区画部６５０が傾斜するように形成されると説明されたが、ヘッダ本体１１０が図１５に示すように傾斜するように形成されて、冷媒の流動断面積を変化させるように構成されても良い。この場合、区画部は、ヘッダ本体の内部空間を区画するプレート形状にて提供されることができる。

提案される実施の形態によれば、ヘッダの内部に冷媒流動をガイドする区画部が提供され、区画部に冷媒が通る多数の流動ホールが形成されて冷媒が均一に分配されうるので、産業上利用可能性が著しい。

Claims (22)

1. 冷媒が流動し、横方向に延びる多数の冷媒チューブと、
   前記多数の冷媒チューブが挿入され、冷媒と流体との間の熱交換がなされるようにする放熱フィンと、
   前記多数の冷媒チューブの一方に結合されて縦方向に延び、前記多数の冷媒チューブに冷媒が分配されるようにするヘッダと、
   前記ヘッダの内部空間のうち、少なくとも一部空間を左右区画する区画部と、
   前記区画部に形成され、冷媒が前記区画部を貫通して前記多数の冷媒チューブに流動するようにガイドする少なくとも２つ以上の貫通ホールと
   が備えられる熱交換器。
2. 前記少なくとも２つ以上の貫通ホールは、互いに異なる大きさを有する請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記少なくとも２つ以上の貫通ホールは、
   冷媒の流動方向を基準に下流側の貫通ホールの大きさが上流側の貫通ホールの大きさより大きいことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記ヘッダには、
   前記ヘッダの下部に形成され、前記熱交換器に冷媒が流入するようにする冷媒流入部と、
   前記冷媒流入部から上方に離隔して配置され、前記熱交換器を通った冷媒が吐出される冷媒流出部と
   が備えられる請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記区画部は、前記冷媒流入部より冷媒流出部と近い冷媒流路上に備えられることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記ヘッダには、
   前記ヘッダ内の空間を上下方向に区画し、冷媒の流動方向を左側または右側に転換されるようにガイドするバッフルが備えられる請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記区画部は、
   前記ヘッダによって区画された空間のうち、最上部の空間に配置されることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記ヘッダには、
   冷媒の流動空間を形成するヘッダ本体と、
   前記ヘッダ本体の一方に結合され、前記多数の冷媒チューブが結合されるチューブ結合部と、
   前記区画部の一方の端部から前記チューブ結合部に延びる遮断リブと
   が備えられる請求項１に記載の熱交換器。
9. 前記区画部は、互いに離隔して複数備えられる請求項１に記載の熱交換器。
10. 前記区画部は、
    内部に冷媒流動空間を規定するパイプであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
11. 前記冷媒チューブは、前記ヘッダの前方に結合され、
    前記貫通ホールは、前記区画部の後面部に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記区画部の外周面と、前記ヘッダの内周面との間に規定されて、冷媒を前記区画部の後方から前方にガイドする前方ガイド流路がさらに備えられる請求項１１に記載の熱交換器。
13. 前記区画部には、
    前記ヘッダ内に収容される第１区画部と、
    前記第１区画部の内部に収容される第２区画部と
    が備えられる請求項１０に記載の熱交換器。
14. 前記貫通ホールは、前記パイプの外周面に複数形成され、
    多数の貫通ホールは、冷媒が流動する方向に向かって直径がますます小さくなるように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
15. 前記ヘッダまたは区画部には、
    前記ヘッダまたは区画部に沿って流動する冷媒の流動断面積が増加または減少できるように傾斜面が備えられる請求項１０に記載の熱交換器。
16. 冷媒が流動し、上下方向に配列する多数のフラットチューブと、
    前記多数のフラットチューブの一方に結合され、冷媒が前記多数のフラットチューブに均一に分配されるようにするヘッダと、
    前記ヘッダに形成され、冷媒が前記ヘッダ内に流入するようにする冷媒流入部と、
    前記冷媒流入部の上側に配置され、冷媒が吐出されるようにする冷媒流出部と、
    前記冷媒流出部と対応する高さに備えられて流路を区画し、貫通ホールの形成される区画部と、が備えられ、前記流路には、
    前記区画部の一方に形成され、冷媒が前記貫通ホールに流動するようにする第１流路と、
    前記貫通ホールを経由した冷媒を前記多数のフラットチューブに流動するようにする第２流路と
    が備えられる熱交換器。
17. 前記貫通ホールは、複数備えられ、
    多数の貫通ホールのうち、下部の貫通ホールの大きさは、上部の貫通ホールの大きさより小さなことを特徴とする請求項１６に記載の熱交換器。
18. 前記冷媒は、前記区画部の下部から上部に向かって流動することを特徴とする請求項１６に記載の熱交換器。
19. 前記第１流路の下部に規定され、冷媒が前記第１流路に流入する流路流入部と、
    前記第２流路の下部を遮蔽して、冷媒が前記第２流路に流入することを制限する遮断リブと
    がさらに備えられる請求項１６に記載の熱交換器。
20. 前記区画部には、
    前記遮断リブの一方の端部に結合される第１区画部と、
    前記第１区画部から離隔して前記遮断リブに結合される第２区画部と
    が備えられる請求項１９に記載の熱交換器。
21. 前記第１区画部及び第２区画部には、それぞれ多数の貫通ホールが貫通形成され、
    前記第１区画部の貫通ホールと、前記第２区画部の貫通ホールとは、互いに異なる高さに形成される請求項２０に記載の熱交換器。
22. 前記第１区画部と第２区画部との間に規定される第３流路がさらに備えられ、前記第３流路の冷媒流速は、前記第１流路の冷媒流速より減少することを特徴とする請求項２０に記載の熱交換器。

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