JP7086264B2

JP7086264B2 - 熱交換器、室外機、及び冷凍サイクル装置

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Publication number: JP7086264B2
Application number: JP2021209219A
Authority: JP
Inventors: 真哉東井上; 繁佳松井; 厚志望月
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2038-10-29
Also published as: JP2022043207A

Description

本発明は、複数の扁平管とヘッダとを備えた熱交換器、室外機、及び冷凍サイクル装置に関するものである。

特許文献１には、熱交換器が記載されている。この熱交換器は、水平方向に延びて上下方向に並列した複数本の扁平チューブと、上下方向に延びて各扁平チューブの両端に接続された一対のヘッダタンクと、を有している。ヘッダタンクは、扁平チューブを差し込んで接合するための長孔が形成された接合プレートと、接合プレートの長孔に対応した連通孔が形成された連通プレートと、半円筒形状の冷媒通路が形成されたタンクプレートと、から構成されている。

特開２００４－６９２２８号公報

特許文献１の熱交換器が冷媒蒸発器として機能する場合、熱交換器の入口側に位置するヘッダタンクには気液二相冷媒が流入する。冷媒流入口がヘッダタンクの下部に設けられている場合、ヘッダタンクに流入した気液二相冷媒は、ヘッダタンク内を上向きに流れて各扁平チューブに分配される。しかしながら、この場合、ガス冷媒よりも密度の大きい液冷媒が慣性力によってヘッダタンク内の上部に滞留するため、上方に位置する扁平チューブほど冷媒の分配量が多くなってしまう。したがって、各扁平チューブへの冷媒の分配量に偏りが生じてしまうという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、複数の扁平管に冷媒をより均等に分配できる熱交換器、室外機、及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、互いに上下方向に並列し、複数の冷媒通路を有し、冷媒を流通させる複数の扁平管と、前記複数の扁平管のそれぞれの延伸方向の一端に接続されたヘッダと、を備え、前記ヘッダは、冷媒を上向きに流通させる上昇流路と、冷媒を下向きに流通させる下降流路と、前記上昇流路の上部と前記下降流路の上部とを接続する第１渡り流路と、前記上昇流路の下部と前記下降流路の下部とを接続する第２渡り流路と、を有し、前記ヘッダには、前記上昇流路を上昇した冷媒を前記第１渡り流路、前記下降流路、前記第２渡り流路を通って前記上昇流路に戻す循環流路が構成されており、前記循環流路は、前記延伸方向に配置された複数の板状部材によって形成されており、前記複数の板状部材は、冷媒流入口が形成された第１板状部材と、前記上昇流路として機能する第１流路及び前記下降流路として機能する第２流路が形成された第２板状部材と、前記第１流路と前記複数の扁平管のそれぞれとを連通させる少なくとも１つの連通孔が形成された第３板状部材と、を有し、前記ヘッダは、さらに、前記第３板状部材と前記複数の扁平管との間に配置された第４板状部材と、前記第３板状部材と前記第４板状部材との間に配置された第５板状部材と、を有し、前記第１渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のいずれか一方に形成され、前記第２渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のいずれか一方に形成され、前記第４板状部材は、前記複数の扁平管の一端がそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有し、前記複数の挿入孔は前記第４板状部材を前記第４板状部材の板厚方向に貫通しており、前記第５板状部材は、複数の貫通孔を有し、前記複数の貫通孔は、前記第５板状部材を第５板状部材の板厚方向に貫通しており、前記複数の扁平管のそれぞれと対応して互いに独立して設けられており、前記複数の貫通孔の内部には、前記複数の扁平管に対応して設けられた挿入空間が形成されており、前記複数の扁平管の一端は、それぞれ前記第４板状部材の前記挿入孔を貫通し、前記第５板状部材の前記貫通孔の前記挿入空間にまで達し、前記複数の扁平管の前記複数の冷媒通路の開口端は、前記挿入空間に面しており、前記複数の扁平管の前記複数の冷媒通路のそれぞれは、前記第４板状部材の前記挿入孔及び前記第５板状部材の前記挿入空間を介して前記循環流路と連通しているものである。
また、本発明に係る熱交換器は、互いに上下方向に並列し、複数の冷媒通路を有し、冷媒を流通させる複数の扁平管と、前記複数の扁平管のそれぞれの延伸方向の一端に接続されたヘッダと、を備え、前記ヘッダは、冷媒を上向きに流通させる上昇流路と、冷媒を下向きに流通させる下降流路と、前記上昇流路の上部と前記下降流路の上部とを接続する第１渡り流路と、前記上昇流路の下部と前記下降流路の下部とを接続する第２渡り流路と、を有し、前記ヘッダには、前記上昇流路を上昇した冷媒を前記第１渡り流路、前記下降流路、前記第２渡り流路を通って前記上昇流路に戻す循環流路が構成されており、前記循環流路は、前記延伸方向に配置された複数の板状部材によって形成されており、前記複数の板状部材は、冷媒流入口が形成された第１板状部材と、前記上昇流路として機能する第１流路、及び前記下降流路として機能する第２流路が形成された第２板状部材と、前記第１流路と前記複数の扁平管のそれぞれとを連通させる少なくとも１つの連通孔が形成された第３板状部材と、を有し、前記ヘッダは、さらに、前記第３板状部材と前記複数の扁平管との間に配置された第４板状部材を有し、前記第１渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のいずれか一方に形成され、前記第２渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のいずれか一方に形成され、前記第４板状部材は、前記複数の扁平管の一端がそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有し、前記複数の挿入孔は前記第４板状部材を前記第４板状部材の板厚方向に貫通しており、前記複数の挿入孔の内部には、前記複数の扁平管に対応して設けられた挿入空間が形成されており、前記複数の扁平管の一端は、それぞれ前記第４板状部材の前記挿入孔の前記挿入空間にまで達し、前記複数の扁平管の前記複数の冷媒通路の開口端は、前記挿入空間に面しており、前記複数の扁平管の前記複数の冷媒通路のそれぞれは、前記第４板状部材の前記挿入空間を介して前記循環流路と連通しているものである。
本発明に係る室外機は、本発明に係る熱交換器を備えたものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係る熱交換器を備えたものである。

本発明によれば、上昇流路を上昇する気液二相冷媒のうち、複数の扁平管のいずれにも分配されずに上昇流路の上部にまで到達した液冷媒は、第１渡り流路、下降流路及び第２渡り流路を通って上昇流路の下部に戻される。このため、上昇流路の上部で液冷媒が滞留するのを防ぐことができる。したがって、本発明によれば、複数の扁平管に冷媒をより均等に分配することができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管７０の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダ６０の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態２に係る熱交換器のヘッダ６０の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態３に係る熱交換器のヘッダ６０の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態４に係る熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。本発明の実施の形態５の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る熱交換器について説明する。図１は、本実施の形態に係る熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。図１の上下方向は、鉛直上下方向を表している。本実施の形態に係る熱交換器は、空気と冷媒との熱交換を行う空気熱交換器であり、少なくとも冷凍サイクル装置の蒸発器として機能する。図１を含む以下の図面では、空気の流れ方向を白抜き矢印で示している。明細書中において、各構成部材同士の位置関係、各構成部材の延伸方向、及び各構成部材の並列方向は、原則として、熱交換器が使用可能な状態に設置されたときのものである。

図１に示すように、熱交換器は、冷媒を流通させる複数の扁平管７０と、複数の扁平管７０のそれぞれの延伸方向の一端に接続されたヘッダ６０と、ヘッダ６０の下部に形成された冷媒流入口１５と、を有している。複数の扁平管７０のそれぞれは、水平方向に延伸している。複数の扁平管７０は、互いに上下方向に並列している。ヘッダ６０は、複数の扁平管７０の並列方向に沿って上下方向に延伸している。複数の扁平管７０のうち隣り合う２つの扁平管７０の間には、空気の流路となる隙間７１が形成されている。隣り合う２つの扁平管７０の間には、伝熱フィンが設けられていてもよい。図示していないが、複数の扁平管７０のそれぞれの延伸方向の他端には、例えば円筒形状を有するヘッダ集合管が接続されている。熱交換器が冷凍サイクル装置の蒸発器として機能する場合、複数の扁平管７０のそれぞれでは、上記一端から上記他端に向かって冷媒が流れる。熱交換器が冷凍サイクル装置の凝縮器として機能する場合、複数の扁平管７０のそれぞれでは、上記他端から上記一端に向かって冷媒が流れる。

図２は、本実施の形態に係る熱交換器の扁平管７０の構成を示す断面図である。図２では、扁平管７０の延伸方向と垂直な断面を示している。図２に示すように、扁平管７０は、長円形状等の一方向に扁平な断面形状を有している。扁平管７０は、第１側端部７０ａ及び第２側端部７０ｂと一対の平坦面７０ｃ、７０ｄとを有している。図２に示す断面において、第１側端部７０ａは、平坦面７０ｃの一方の端部と平坦面７０ｄの一方の端部とに接続されている。同断面において、第２側端部７０ｂは、平坦面７０ｃの他方の端部と平坦面７０ｄの他方の端部とに接続されている。第１側端部７０ａは、熱交換器を通過する空気の流れにおいて風上側、すなわち前縁側に配置される側端部である。第２側端部７０ｂは、熱交換器を通過する空気の流れにおいて風下側、すなわち後縁側に配置される側端部である。以下、扁平管７０の延伸方向と垂直であってかつ平坦面７０ｃ、７０ｄに沿う方向を、扁平管７０の長径方向という場合がある。図２では、扁平管７０の長径方向は左右方向である。扁平管７０の長径方向での長径寸法はＬ１である。

扁平管７０は、長径方向に沿って第１側端部７０ａと第２側端部７０ｂとの間に配列した複数の冷媒通路７２を有している。つまり、扁平管７０は、複数の冷媒通路７２を有する扁平多孔管である。複数の冷媒通路７２のそれぞれは、扁平管７０の延伸方向と平行に延びるように形成されている。

図１に戻り、ヘッダ６０は、第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第４板状部材４０及び第５板状部材５０を有している。第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第４板状部材４０及び第５板状部材５０はいずれも、金属平板を用いて形成され、一方向に長い帯状の形状を有している。第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第４板状部材４０及び第５板状部材５０のそれぞれの外縁の輪郭は、互いに同一の形状を有している。第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第４板状部材４０及び第５板状部材５０は、それぞれの板厚方向が扁平管７０の延伸方向と平行になるように、すなわち、それぞれの板面が扁平管７０の延伸方向と垂直になるように配置されている。

ヘッダ６０は、第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第５板状部材５０及び第４板状部材４０が、扁平管７０からの距離が遠い方からこの順に積層された構成を有している。扁平管７０からの距離が最も遠いのは第１板状部材１０であり、扁平管７０からの距離が最も近いのは第５板状部材５０ではなく第４板状部材４０である。第２板状部材２０は、第１板状部材１０と扁平管７０との間に配置されており、第１板状部材１０と隣接している。第３板状部材３０は、第２板状部材２０と扁平管７０との間に配置されており、第２板状部材２０と隣接している。第５板状部材５０は、第３板状部材３０と扁平管７０との間に配置されており、第３板状部材３０と隣接している。第４板状部材４０は、第５板状部材５０と扁平管７０との間に配置されており、第５板状部材５０と隣接している。第４板状部材４０には、複数の扁平管７０のそれぞれの一端が接続されている。第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第５板状部材５０及び第４板状部材４０のうち隣接する部材同士は、ろう付けによって接合されている。第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第５板状部材５０及び第４板状部材４０は、それぞれの長手方向が上下方向に沿うように配置されている。

図３は、本実施の形態に係る熱交換器のヘッダ６０の構成を示す断面図である。図３では、扁平管７０の延伸方向及び長径方向と平行な断面を示している。第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第５板状部材５０及び第４板状部材４０のそれぞれの板厚方向は、図３の左右方向である。第１板状部材１０、第２板状部材２０、第３板状部材３０、第５板状部材５０及び第４板状部材４０のそれぞれの短手方向は、図３の上下方向である。

図１及び図３に示すように、第１板状部材１０は、扁平管７０から離れる方向に膨出した膨出部１１を有している。膨出部１１は、第１板状部材１０の長手方向に沿って、第１板状部材１０の長手方向一端から長手方向他端まで延伸している。膨出部１１は、半円状、半楕円状又は半長円状の断面形状を有している。膨出部１１は、第１板状部材１０の短手方向の中心部に形成されている。また、第１板状部材１０は、膨出部１１を挟んだ両側に、平板状に形成された一対の平板部１２ａ、１２ｂを有している。平板部１２ａ、１２ｂはいずれも、第１板状部材１０の長手方向に沿って、第１板状部材１０の長手方向一端から長手方向他端まで延伸している。

膨出部１１の内側には、第１板状部材１０の長手方向に沿って上下方向に延伸したタンク空間１３が形成されている。タンク空間１３は、半円状、半楕円状又は半長円状の断面形状を有している。すなわち、タンク空間１３は、半円筒状、半楕円筒状又は半長円筒状に形成された空間である。タンク空間１３は、冷媒流入口１５と連通している。タンク空間１３の幅方向は、第１板状部材１０の短手方向と平行である。タンク空間１３の幅方向での幅寸法Ｗ１は、扁平管７０の長径寸法Ｌ１よりも小さくなっている（Ｗ１＜Ｌ１）。タンク空間１３の形状を半円筒状、半楕円筒状又は半長円筒状にすることにより、円筒状のタンク空間と比較して、タンク空間１３の内容積を小さくすることができる。また、タンク空間１３の幅寸法Ｗ１を扁平管７０の長径寸法Ｌ１よりも小さくすることにより、タンク空間１３の内容積をさらに小さくすることができる。したがって、本実施の形態の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置では、冷媒量を削減することが可能になる。

第１板状部材１０の板厚方向に見たとき、タンク空間１３は、複数の扁平管７０のそれぞれと交差して延伸している。また、第１板状部材１０の板厚方向に見たとき、タンク空間１３の幅方向の中心部は、各扁平管７０の長径方向の中心部と重なっている。タンク空間１３の上端部は、閉塞部材１４によって閉塞されている。タンク空間１３の下端部には、冷媒流入口１５が設けられている。冷媒流入口１５は、熱交換器が蒸発器として機能する際、タンク空間１３に気液二相冷媒を上向きに流入させるように構成されている。なお、熱交換器が凝縮器として機能する際には、タンク空間１３内の液冷媒が冷媒流入口１５を介して下向きに流出する。

第２板状部材２０は、第１流路２１及び第２流路２２を有している。第１流路２１は、第２板状部材２０を第２板状部材２０の板厚方向に貫通するとともに、第２板状部材２０の長手方向に沿って上下方向に延伸している。第１流路２１の上端は、第２板状部材２０の上端までは達しておらず、第２板状部材２０の一部である上枠部２６によって閉じられている。第１流路２１の下端は、第２板状部材２０の下端までは達しておらず、第２板状部材２０の一部である下枠部２７によって閉じられている。第１流路２１は、第２板状部材２０の板厚方向に見たとき、タンク空間１３と重なるように配置されている。第１流路２１は、第２板状部材２０の板厚方向に見たとき、当該第１流路２１の全体がタンク空間１３と重なるように配置されていてもよい。また、第１流路２１の幅寸法は、タンク空間１３の幅寸法Ｗ１と同一であってもよい。第１流路２１は、タンク空間１３と共に、冷媒流入口１５から流入した気液二相冷媒を上向きに流通させる上昇流路として機能する。第２板状部材２０の板厚方向に見たとき、第１流路２１の幅方向中心部は、各扁平管７０の長径方向の中心部と重なっている。

第２流路２２は、第２板状部材２０を第２板状部材２０の板厚方向に貫通するとともに、第１流路２１に沿って上下方向に延伸している。第２流路２２の上端は、第２板状部材２０の上端までは達しておらず、上枠部２６によって閉じられている。第２流路２２の下端は、第２板状部材２０の下端までは達しておらず、下枠部２７によって閉じられている。第２流路２２は、第２板状部材２０の板厚方向に見たとき、タンク空間１３と重ならないように配置されている。第２板状部材２０の短手方向における第２流路２２の流路幅は、同方向における第１流路２１の流路幅と同一又はそれより狭くなっている。第２流路２２は、液冷媒を下向きに流通させる下降流路として機能する。図１及び図３に示すヘッダ６０では、第２流路２２が第１流路２１の風下側に配置されているが、第２流路２２は第１流路２１の風上側に配置されていてもよい。

第１流路２１と第２流路２２との間は、上下方向に延伸した仕切部材２５によって仕切られている。仕切部材２５は、第２板状部材２０の板厚と同一の板厚を有する金属平板を用いて、第２板状部材２０とは別部材として形成されている。仕切部材２５は、第２板状部材２０と隣接する部材である第１板状部材１０又は第３板状部材３０と一体的に形成されていてもよい。

また、第２板状部材２０は、仕切部材２５の上端と上枠部２６との間に形成された第１渡り流路２３と、仕切部材２５の下端と下枠部２７との間に形成された第２渡り流路２４と、を有している。第１渡り流路２３及び第２渡り流路２４はいずれも、第２板状部材２０を第２板状部材２０の板厚方向に貫通するとともに、第２板状部材２０の短手方向に沿って延伸している。第１渡り流路２３は、第１流路２１の上部と第２流路２２の上部とを接続している。第１渡り流路２３は、第２板状部材２０の板厚方向に見たとき、複数の扁平管７０のうちの最上段の扁平管７０よりも上方に位置している。第２渡り流路２４は、第１渡り流路２３よりも下方に形成されており、第１流路２１の下部と第２流路２２の下部とを接続している。第２渡り流路２４は、第２板状部材２０の板厚方向に見たとき、複数の扁平管７０のうちの最下段の扁平管７０よりも下方に位置している。図１の上下方向での第１渡り流路２３の流路幅は、同方向での第２渡り流路２４の流路幅と同一又はそれより広くなっている。第１渡り流路２３及び第２渡り流路２４は、第１流路２１及び第２流路２２と共に、冷媒を循環させる循環流路を構成する。これにより、第１流路２１又はタンク空間１３を上昇して第１流路２１の上端部に達した冷媒は、第１渡り流路２３、第２流路２２及び第２渡り流路２４を通って第１流路２１の下部に戻される。

第１渡り流路２３及び第２渡り流路２４の少なくとも一方は、第３板状部材３０に形成されていてもよい。この場合、仕切部材２５と第２板状部材２０とを一体化できるようになるため、ヘッダ６０の部品点数を削減することができる。つまり、第１渡り流路２３及び第２渡り流路２４のそれぞれは、第２板状部材２０又は第３板状部材３０に形成される。

第３板状部材３０は、１つの連通孔３１を有している。連通孔３１は、第３板状部材３０を第３板状部材３０の板厚方向に貫通するとともに、第３板状部材３０の長手方向に沿って上下方向に延伸している。連通孔３１の上端は、第３板状部材３０の上端までは達しておらず、第３板状部材３０の一部である上枠部３２によって閉じられている。連通孔３１の下端は、第３板状部材３０の下端までは達しておらず、第３板状部材３０の一部である下枠部３３によって閉じられている。連通孔３１は、第３板状部材３０の板厚方向に見たとき、第２板状部材２０の第１流路２１と重なるように配置されている。連通孔３１は、第３板状部材３０の板厚方向に見たとき、当該連通孔３１の全体が第１流路２１と重なるように配置されていてもよい。また、連通孔３１の幅寸法は、第１流路２１の幅寸法と同一であってもよい。第３板状部材３０の板厚方向に見たとき、連通孔３１の幅方向の中心部は、各扁平管７０の長径方向の中心部と重なっている。第２板状部材２０の第１流路２１と、複数の扁平管７０のそれぞれとは、連通孔３１を介して連通する。

また、第３板状部材３０は、平板状の閉塞部３４を有している。閉塞部３４は、第３板状部材３０のうち、第３板状部材３０の板厚方向に見たときに第２板状部材２０の第２流路２２と重なる部分に相当する。第２流路２２と複数の扁平管７０のそれぞれとの間は、閉塞部３４によって閉塞されている。閉塞部３４は、第２流路２２と複数の扁平管７０のそれぞれとが、第１流路２１を介さずに直接連通するのを防ぐ機能を有している。

第４板状部材４０は、複数の扁平管７０の一端がそれぞれ挿入される複数の挿入孔４１を有している。複数の挿入孔４１のそれぞれは、第４板状部材４０を第４板状部材４０の板厚方向に貫通している。複数の挿入孔４１は、第４板状部材４０の長手方向に沿って上下方向に並列している。挿入孔４１は、扁平管７０の外周形状と同様に扁平な開口形状を有している。挿入孔４１の開口端は、ろう付けにより扁平管７０の外周面と全周にわたって接合されている。

第３板状部材３０と第４板状部材４０との間に配置された第５板状部材５０は、複数の貫通孔５１を有している。複数の貫通孔５１のそれぞれは、第５板状部材５０を第５板状部材５０の板厚方向に貫通している。複数の貫通孔５１は、複数の扁平管７０のそれぞれと対応して互いに独立して設けられている。複数の貫通孔５１は、第５板状部材５０の長手方向に沿って上下方向に並列している。貫通孔５１は、扁平管７０の外周形状と同様に扁平な開口形状を有している。各貫通孔５１の開口面積は、第４板状部材４０の各挿入孔４１の開口面積と同一又はそれより大きくなっている。扁平管７０の延伸方向に沿って見たとき、貫通孔５１の開口端は、扁平管７０の外周面と重なっているか、又は当該外周面よりも外側に位置している。各貫通孔５１の内部には、各扁平管７０に対応して設けられた挿入空間５２が形成されている。扁平管７０の一端は、第４板状部材４０の挿入孔４１を貫通して挿入空間５２にまで達している。扁平管７０の一端に形成された複数の冷媒通路７２の開口端は、いずれも挿入空間５２に面している。扁平管７０の複数の冷媒通路７２のそれぞれは、挿入空間５２及び連通孔３１を介して、第１流路２１及びタンク空間１３と連通している。ここで、扁平管７０が第４板状部材４０の挿入孔４１を貫通しておらず、扁平管７０の一端が挿入孔４１の途中に位置する場合には、複数の冷媒通路７２の開口端が面する挿入空間が挿入孔４１内に形成される。この場合には、ヘッダ６０の構成から第５板状部材５０を省略することができる。

次に、本実施の形態に係る熱交換器の動作について、熱交換器が冷凍サイクル装置の蒸発器として機能する際の動作を例に挙げて説明する。蒸発器として機能する熱交換器には、減圧装置で減圧された気液二相冷媒が流入する。熱交換器に流入する気液二相冷媒は、まず、冷媒流入口１５からヘッダ６０のタンク空間１３に流入する。タンク空間１３に流入した気液二相冷媒は、上昇流路となるタンク空間１３及び第１流路２１を上向きに流通し、連通孔３１及び複数の挿入空間５２のそれぞれを介して複数の扁平管７０に分配される。

このとき、タンク空間１３及び第１流路２１を流通する気液二相冷媒のうちの一部の液冷媒は、慣性力によって、複数の扁平管７０のいずれにも分配されずにタンク空間１３の上端部及び第１流路２１の上端部にまで到達する。タンク空間１３の上端部及び第１流路２１の上端部に到達した液冷媒は、第１渡り流路２３を通って第２流路２２に流入する。第２流路２２に流入した液冷媒は、第２流路２２を下向きに流通し、第２渡り流路２４を通って第１流路２１の下部に戻される。第１流路２１の下部に戻された液冷媒は、冷媒流入口１５からタンク空間１３に流入した気液二相冷媒と合流し、再びタンク空間１３及び第１流路２１を上向きに流通し、複数の扁平管７０に分配される。

各扁平管７０に分配された気液二相冷媒は、複数の冷媒通路７２のいずれかを流通し、空気との熱交換により蒸発してガス冷媒となる。このガス冷媒は、扁平管７０の他端側に設けられたヘッダ集合管を介して、冷媒回路の圧縮機側に流出する。

このように、タンク空間１３の上端部及び第１流路２１の上端部に到達した液冷媒は、第１渡り流路２３、第２流路２２及び第２渡り流路２４を通り、第１流路２１の下部に戻される。このため、タンク空間１３の上端部及び第１流路２１の上端部では、滞留する液冷媒の量が減少する。したがって、上方に位置する扁平管７０への冷媒の分配量を減少させることができるため、複数の扁平管７０に冷媒をより均等に分配することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器は、互いに上下方向に並列し冷媒を流通させる複数の扁平管７０と、上下方向に延伸し複数の扁平管７０のそれぞれの一端に接続されたヘッダ６０と、ヘッダ６０の下部に形成された冷媒流入口１５と、を備えている。ヘッダ６０は、第１板状部材１０と、第１板状部材１０と複数の扁平管７０との間に配置された第２板状部材２０と、第２板状部材２０と複数の扁平管７０との間に配置された第３板状部材３０と、を有している。第１板状部材１０は、冷媒流入口１５と連通して上下方向に延伸するタンク空間１３を形成する膨出部１１を有している。第２板状部材２０は、第１流路２１及び第２流路２２を有している。第１流路２１は、第２板状部材２０を第２板状部材２０の板厚方向に貫通している。また、第１流路２１は、第２板状部材２０の板厚方向に見たときタンク空間１３と重なるように、上下方向に延伸している。第２流路２２は、第２板状部材２０を第２板状部材２０の板厚方向に貫通している。また、第２流路２２は、第２板状部材２０の板厚方向に見たときタンク空間１３と重ならないように、第１流路２１に沿って上下方向に延伸している。第１流路２１の上部と第２流路２２の上部とは、第１渡り流路２３を介して接続されている。第１流路２１の下部と第２流路２２の下部とは、第１渡り流路２３よりも下方に形成された第２渡り流路２４を介して接続されている。第３板状部材３０は、第３板状部材３０を第３板状部材３０の板厚方向に貫通して第１流路２１と複数の扁平管７０のそれぞれとを連通させる少なくとも１つの連通孔３１を有している。

この構成によれば、第１流路２１を上向きに流通する気液二相冷媒のうち、複数の扁平管７０のいずれにも分配されずに第１流路２１の上部にまで到達した液冷媒は、第１渡り流路２３、第２流路２２及び第２渡り流路２４を通って第１流路２１の下部に戻される。このため、第１流路２１の上端部で液冷媒が滞留するのを防ぐことができる。したがって、上記構成によれば、複数の扁平管７０に冷媒をより均等に分配することができる。よって、熱交換器の熱交換器性能を向上させることができる。この結果、熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の運転効率を向上させることができるため、冷凍サイクル装置の省エネルギー化を実現することができる。

また、上記構成では、第１流路２１及び第２流路２２がいずれも第２板状部材２０に形成されている。これにより、第１流路２１及び第２流路２２を平面的に配置することができるため、板厚方向におけるヘッダ６０の厚み寸法の増大を防ぐことができる。したがって、上記構成によれば、熱交換器を小型化しつつ、熱交換器の熱交換器性能を向上させることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る熱交換器について説明する。図４は、本実施の形態に係る熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。図５は、本実施の形態に係る熱交換器のヘッダ６０の構成を示す断面図である。図５では、図３と対応する断面を示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図４及び図５に示すように、本実施の形態では、第１板状部材１０の膨出部１１が、第１板状部材１０の短手方向の中心部よりも風上寄りに形成されている。このため、第１板状部材１０の板厚方向に見たとき、タンク空間１３の幅方向の中心部は、各扁平管７０の長径方向の中心部よりも風上寄りに配置されている。

第２板状部材２０の第１流路２１及び第３板状部材３０の連通孔３１はいずれも、タンク空間１３と重なるように配置されている。このため、第２板状部材２０の板厚方向に見たとき、第１流路２１の幅方向の中心部は、各扁平管７０の長径方向の中心部よりも風上寄りに配置されている。同様に、第３板状部材３０の板厚方向に見たとき、連通孔３１の幅方向の中心部は、各扁平管７０の長径方向の中心部よりも風上寄りに配置されている。

扁平管７０の前縁となる風上側の第１側端部７０ａでは、冷媒と空気との間の熱伝達率が扁平管７０で最も高くなる。このため、第１側端部７０ａ寄りの冷媒通路７２に多くの冷媒を流通させることにより、冷媒と空気との熱交換を促進することができ、熱交換器が蒸発器として機能する際の熱交換効率を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器において、複数の扁平管７０のそれぞれは、複数の冷媒通路７２が形成された扁平多孔管である。タンク空間１３は、第１板状部材１０の板厚方向に見たとき、複数の扁平管７０のそれぞれの長径方向の中心部よりも風上寄りに形成されている。この構成によれば、複数の扁平管７０のそれぞれの風上寄りの冷媒通路７２に多くの冷媒を流通させることができるため、熱交換器の熱交換器性能を向上させることができる。この結果、熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の運転効率を向上させることができるため、冷凍サイクル装置の省エネルギー化を実現することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る熱交換器について説明する。図６は、本実施の形態に係る熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。図７は、本実施の形態に係る熱交換器のヘッダ６０の構成を示す断面図である。図７では、図３と対応する断面を示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６及び図７に示すように、本実施の形態の第３板状部材３０には、それぞれ円形の開口形状を有する複数の連通孔３５が形成されている。複数の連通孔３５のそれぞれは、複数の扁平管７０のそれぞれに対応して設けられている。複数の連通孔３５のそれぞれは、第３板状部材３０を第３板状部材３０の板厚方向に貫通している。複数の連通孔３５は、第３板状部材３０の長手方向に沿って上下方向に配列している。複数の連通孔３５はいずれも、第３板状部材３０の板厚方向に見たとき、第２板状部材２０の第１流路２１と重なるように配置されている。また、複数の連通孔３５のそれぞれは、第３板状部材３０の板厚方向に見たとき、第５板状部材５０の複数の挿入空間５２のそれぞれと重なるように配置されている。さらに、複数の連通孔３５のそれぞれは、第３板状部材３０の板厚方向に見たとき、複数の扁平管７０のそれぞれと重なるように配置されている。

複数の連通孔３５のそれぞれの流路断面積は、複数の扁平管７０のそれぞれの流路断面積、すなわち各扁平管７０に形成された複数の冷媒通路７２の流路断面積の総和よりも小さくなっている。また、複数の連通孔３５のそれぞれの流路断面積は、複数の貫通孔５１のそれぞれの開口面積よりも小さくなっている。

複数の連通孔３５のそれぞれは、第１流路２１と複数の扁平管７０のそれぞれとの間の冷媒流路において、流動抵抗の高い絞り孔として機能する。熱交換器が蒸発器として機能する際には、各連通孔３５が絞り孔として機能することにより、タンク空間１３及び第１流路２１の圧力が上昇し、タンク空間１３及び第１流路２１の圧力と、複数の挿入空間５２のそれぞれの圧力と、の圧力差が増大する。このため、タンク空間１３及び第１流路２１の圧力と上段の挿入空間５２の圧力との圧力差と、タンク空間１３及び第１流路２１の圧力と下段の挿入空間５２の圧力との圧力差と、がより均一化する。これにより、タンク空間１３及び第１流路２１内の冷媒は、各挿入空間５２に均等に分配され、結果として各扁平管７０に均等に分配される。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器では、少なくとも１つの連通孔は、複数の連通孔３５を有している。複数の連通孔３５のそれぞれの流路断面積は、複数の扁平管７０のそれぞれの流路断面積よりも小さい。この構成によれば、タンク空間１３及び第１流路２１の圧力を上昇させることができるため、複数の扁平管７０に冷媒を均等に分配することができる。よって、熱交換器の熱交換器性能を向上させることができる。この結果、熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の運転効率を向上させることができるため、冷凍サイクル装置の省エネルギー化を実現することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る熱交換器について説明する。図８は、本実施の形態に係る熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。なお、実施の形態１～３のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、本実施の形態の第１板状部材１０は、実施の形態２と同様に、風上寄りに形成された膨出部１１を有している。これにより、タンク空間１３の幅方向の中心部は、第１板状部材１０の板厚方向に見たとき、各扁平管７０の長径方向の中心部よりも風上寄りに配置されている。また、本実施の形態の第３板状部材３０には、実施の形態３と同様に、それぞれ円形の開口形状を有する複数の連通孔３５が形成されている。複数の連通孔３５のそれぞれは、第３板状部材３０の板厚方向に見たときタンク空間１３及び第１流路２１と重なるように、第３板状部材３０の風上寄りに形成されている。複数の連通孔３５のそれぞれの流路断面積は、複数の扁平管７０のそれぞれの流路断面積よりも小さくなっている。

本実施の形態は、実施の形態２及び実施の形態３を組み合わせた構成を有している。したがって、本実施の形態によれば、実施の形態２及び実施の形態３の両方の効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、実施の形態２と同様に、複数の扁平管７０のそれぞれの風上寄りの冷媒通路７２に多くの冷媒を流通させることができるため、冷媒と空気との熱交換を促進することができる。また、本実施の形態によれば、実施の形態３と同様に、タンク空間１３及び第１流路２１の圧力を上昇させることができるため、複数の扁平管７０に冷媒を均等に分配することができる。したがって、本実施の形態によれば、熱交換器の熱交換器性能をさらに向上させることができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置について説明する。図９は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置として空気調和装置を例示しているが、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、給湯装置などにも適用できる。図９に示すように、冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１、四方弁１０２、室内熱交換器１０３、減圧装置１０４及び室外熱交換器１０５が冷媒配管を介して環状に接続された冷媒回路１００を有している。また、冷凍サイクル装置は、室外機１０６及び室内機１０７を有している。室外機１０６には、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外熱交換器１０５及び減圧装置１０４と、室外熱交換器１０５に室外空気を供給する室外送風機１０８と、が収容されている。室内機１０７には、室内熱交換器１０３と、室内熱交換器１０３に空気を供給する室内送風機１０９と、が収容されている。室外機１０６と室内機１０７との間は、冷媒配管の一部である２本の延長配管１１０、１１１を介して接続されている。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する流体機械である。四方弁１０２は、不図示の制御装置の制御により、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える装置である。室内熱交換器１０３は、内部を流通する冷媒と、室内送風機１０９により供給される室内空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室内熱交換器１０３は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。減圧装置１０４は、冷媒を減圧させる装置である。減圧装置１０４としては、制御装置の制御により開度が調節される電子膨張弁を用いることができる。室外熱交換器１０５は、内部を流通する冷媒と、室外送風機１０８により供給される空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室外熱交換器１０５は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。

室外熱交換器１０５及び室内熱交換器１０３の少なくとも一方には、実施の形態１～４のいずれかの熱交換器が用いられている。ヘッダ６０は、熱交換器において液相冷媒がより多くなる位置に配置されるのが望ましい。具体的には、ヘッダ６０は、冷媒回路１００での冷媒の流れにおいて、蒸発器として機能する熱交換器の入口側、すなわち凝縮器として機能する熱交換器の出口側に配置されるのが望ましい。

図１０は、本実施の形態の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。図１０に示すように、本変形例では、室外熱交換器１０５は、熱交換部１０５ａと熱交換部１０５ｂとに分割されている。熱交換部１０５ａ及び熱交換部１０５ｂは、冷媒の流れにおいて直列に接続されている。また、室内熱交換器１０３は、熱交換部１０３ａと熱交換部１０３ｂとに分割されている。熱交換部１０３ａ及び熱交換部１０３ｂは、冷媒の流れにおいて直列に接続されている。

本変形例においても、ヘッダ６０は、熱交換器において液相冷媒がより多くなる位置に配置されるのが望ましい。具体的には、ヘッダ６０は、冷媒回路１００での冷媒の流れにおいて、熱交換部１０５ａ、１０５ｂ、１０３ａ、１０３ｂのうち蒸発器として機能する熱交換部の入口側に配置されるのが望ましい。言い換えれば、ヘッダ６０は、冷媒回路１００での冷媒の流れにおいて、熱交換部１０５ａ、１０５ｂ、１０３ａ、１０３ｂのうち凝縮器として機能する熱交換部の出口側に配置されるのが望ましい。

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１～４のいずれかに係る熱交換器を備えたものである。ヘッダ６０は、蒸発器として機能する熱交換器の入口側に配置されるのが望ましい。この構成によれば、冷凍サイクル装置において、実施の形態１～４のいずれかと同様の効果が得られる。

上記の各実施の形態１～５は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１０第１板状部材、１１膨出部、１２ａ、１２ｂ平板部、１３タンク空間、１４閉塞部材、１５冷媒流入口、２０第２板状部材、２１第１流路、２２第２流路、２３第１渡り流路、２４第２渡り流路、２５仕切部材、２６上枠部、２７下枠部、３０第３板状部材、３１連通孔、３２上枠部、３３下枠部、３４閉塞部、３５連通孔、４０第４板状部材、４１挿入孔、５０第５板状部材、５１貫通孔、５２挿入空間、６０ヘッダ、７０扁平管、７０ａ第１側端部、７０ｂ第２側端部、７０ｃ、７０ｄ平坦面、７１隙間、７２冷媒通路、１００冷媒回路、１０１圧縮機、１０２四方弁、１０３室内熱交換器、１０３ａ、１０３ｂ熱交換部、１０４減圧装置、１０５室外熱交換器、１０５ａ、１０５ｂ熱交換部、１０６室外機、１０７室内機、１０８室外送風機、１０９室内送風機、１１０、１１１延長配管。

Claims

互いに上下方向に並列し、複数の冷媒通路を有し、冷媒を流通させる複数の扁平管と、
前記複数の扁平管のそれぞれの延伸方向の一端に接続されたヘッダと、を備え、
前記ヘッダは、
冷媒を上向きに流通させる上昇流路と、
冷媒を下向きに流通させる下降流路と、
前記上昇流路の上部と前記下降流路の上部とを接続する第１渡り流路と、
前記上昇流路の下部と前記下降流路の下部とを接続する第２渡り流路と、を有し、
前記ヘッダには、前記上昇流路を上昇した冷媒を前記第１渡り流路、前記下降流路、前記第２渡り流路を通って前記上昇流路に戻す循環流路が構成されており、
前記循環流路は、前記延伸方向に配置された複数の板状部材によって形成されており、
前記複数の板状部材は、
冷媒流入口が形成された第１板状部材と、
前記上昇流路として機能する第１流路及び前記下降流路として機能する第２流路が形成された第２板状部材と、
前記第１流路と前記複数の扁平管のそれぞれとを連通させる少なくとも１つの連通孔が形成された第３板状部材と、を有し、
前記ヘッダは、さらに、前記第３板状部材と前記複数の扁平管との間に配置された第４板状部材と、前記第３板状部材と前記第４板状部材との間に配置された第５板状部材と、を有し、
前記第１渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のいずれか一方に形成され、
前記第２渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のいずれか一方に形成され、
前記第４板状部材は、前記複数の扁平管の一端がそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有し、
前記複数の挿入孔は前記第４板状部材を前記第４板状部材の板厚方向に貫通しており、
前記第５板状部材は、複数の貫通孔を有し、
前記複数の貫通孔は、前記第５板状部材を第５板状部材の板厚方向に貫通しており、前記複数の扁平管のそれぞれと対応して互いに独立して設けられており、前記複数の貫通孔の内部には、前記複数の扁平管に対応して設けられた挿入空間が形成されており、
前記複数の扁平管の一端は、それぞれ前記第４板状部材の前記挿入孔を貫通し、前記第５板状部材の前記貫通孔の前記挿入空間にまで達し、
前記複数の扁平管の前記複数の冷媒通路の開口端は、前記挿入空間に面しており、
前記複数の扁平管の前記複数の冷媒通路のそれぞれは、前記第４板状部材の前記挿入孔及び前記第５板状部材の前記挿入空間を介して前記循環流路と連通している、熱交換器。
互いに上下方向に並列し、複数の冷媒通路を有し、冷媒を流通させる複数の扁平管と、
前記複数の扁平管のそれぞれの延伸方向の一端に接続されたヘッダと、を備え、
前記ヘッダは、
冷媒を上向きに流通させる上昇流路と、
冷媒を下向きに流通させる下降流路と、
前記上昇流路の上部と前記下降流路の上部とを接続する第１渡り流路と、
前記上昇流路の下部と前記下降流路の下部とを接続する第２渡り流路と、を有し、
前記ヘッダには、前記上昇流路を上昇した冷媒を前記第１渡り流路、前記下降流路、前記第２渡り流路を通って前記上昇流路に戻す循環流路が構成されており、
前記循環流路は、前記延伸方向に配置された複数の板状部材によって形成されており、
前記複数の板状部材は、
冷媒流入口が形成された第１板状部材と、
前記上昇流路として機能する第１流路、及び前記下降流路として機能する第２流路が形成された第２板状部材と、
前記第１流路と前記複数の扁平管のそれぞれとを連通させる少なくとも１つの連通孔が形成された第３板状部材と、を有し、
前記ヘッダは、さらに、前記第３板状部材と前記複数の扁平管との間に配置された第４板状部材を有し、
前記第１渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のいずれか一方に形成され、
前記第２渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のいずれか一方に形成され、
前記第４板状部材は、前記複数の扁平管の一端がそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有し、
前記複数の挿入孔は前記第４板状部材を前記第４板状部材の板厚方向に貫通しており、前記複数の挿入孔の内部には、前記複数の扁平管に対応して設けられた挿入空間が形成されており、
前記複数の扁平管の一端は、それぞれ前記第４板状部材の前記挿入孔の前記挿入空間にまで達し、
前記複数の扁平管の前記複数の冷媒通路の開口端は、前記挿入空間に面しており、
前記複数の扁平管の前記複数の冷媒通路のそれぞれは、前記第４板状部材の前記挿入空間を介して前記循環流路と連通している、熱交換器。
前記第１渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のうちの一方に形成され、前記第２渡り流路は、前記第２板状部材及び前記第３板状部材のうちの他方に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
前記第１渡り流路の一部は前記第２板状部材に形成され、前記第１渡り流路の他部は前記第３板状部材に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
前記第２渡り流路の一部は前記第２板状部材に形成され、前記第２渡り流路の他部は前記第３板状部材に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
前記少なくとも１つの連通孔は、複数の連通孔を有しており、
前記複数の連通孔は、前記複数の扁平管のそれぞれに対応した位置に設けられている、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
前記少なくとも１つの連通孔は、複数の連通孔を有しており、
前記複数の連通孔のそれぞれの流路断面積は、前記複数の扁平管のそれぞれの流路断面積よりも小さい、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
前記上昇流路は、前記複数の扁平管のそれぞれの長径方向の中心部よりも、前記熱交換器を通過する空気の流れにおいて風上寄りに形成されている、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の熱交換器。
前記上下方向における前記第１渡り流路の流路幅は、前記上下方向における前記第２渡り流路の流路幅より広い、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の熱交換器。
前記第１渡り流路は、前記複数の扁平管のうちの最上段の扁平管よりも上方に位置している、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の熱交換器。
前記第２渡り流路は、前記複数の扁平管のうちの最下段の扁平管よりも下方に位置している、請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の熱交換器を備えた室外機。
請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置。