WO2020178966A1 - ガスヘッダ、熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

ガスヘッダは、第１管状部と、第２管状部と、を一体化して有し、第１管状部の内部には、水平方向の一方から複数の扁平管のそれぞれの端部が途中まで挿入され、第２管状部は、第１管状部に対して水平方向において複数の扁平管とは反対側に設けられ、第２管状部は、上下方向の途中であって上下方向における中央よりも上の位置にて、冷媒配管に接続され、第１管状部と第２管状部とに挟まれた壁には、冷媒配管との接続箇所に対して水平方向の延長上にて開けられた第１孔と、第１孔よりも下部にて第１管状部と第２管状部とを連通させる第１孔よりも孔径の小さい第２孔と、が形成される。

Description

ガスヘッダ、熱交換器及び冷凍サイクル装置

　本発明は、複数の扁平管の一方の端部に接続されるとともに冷媒配管に接続されたガスヘッダ、熱交換器及び冷凍サイクル装置に関する。

　従来の空気調和装置の蒸発器では、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態の冷媒が冷媒分配器によって流入して複数の伝熱管に分配される。そして、複数の伝熱管に分配された冷媒は、空気から吸熱し、ガスリッチ又はガス単相の状態となる。その後、冷媒は、ガスヘッダに流入して合流され、冷媒配管から蒸発器の外に流出する。

　ここで、ガスヘッダには、冷媒が下から上に移動する。このため、ガスヘッダの底部には、圧縮機油が溜まり込む。ガスヘッダの底部に圧縮機油を溜め込んだ状態に維持すると、圧縮機内の油量が減少し、圧縮機の故障が発生するおそれがある。そのため、ガスヘッダの底部に溜まり込む圧縮機油の量を少なくする必要がある。そこで、ガスヘッダの内部の圧縮機油の返油性を向上させるために、ガスヘッダにバイパス流路を備える技術がある（たとえば、特許文献１参照）。

　一方、近年のエネルギー消費性能の向上と冷媒量の削減とに対応するため、熱交換器に用いられる伝熱管の細径化と多パス化とが進められている。それに伴い、伝熱管には、従来の円管から細径の流路に形成された扁平管を用いる場合が多い。そして、扁平管の端部をヘッダの内部に挿入した技術がある(たとえば、特許文献２参照)。

実開平０３－０６７８６９号公報 特開２０１５－０２１６６４号公報

　特許文献１の技術では、ガスヘッダにバイパス流路を設けることにより、圧縮機油の滞留が防止されている。しかしながら、ヘッダパイプ内にバイパス流路を設けたことにより、ガスヘッダでの冷媒の圧力損失が増加する課題がある。また、バイパス流路を設けたことにより、製造コストが増加する課題がある。また、特許文献２の技術のようにガスヘッダ内に扁平管の先端を挿入した場合でも、ガスヘッダでの冷媒の圧力損失が増加する課題がある。

　本発明は、上記課題を解決するためのものであり、簡素な構造が図られつつ、冷媒の圧力損失が低減できるガスヘッダ、熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本発明に係るガスヘッダは、上下方向に間隔をあけて並ぶ複数の扁平管の一方の端部に接続され、前記複数の扁平管に対して冷媒の流入出が逆になる冷媒配管に接続されたガスヘッダであって、上下方向に冷媒の流路が形成される第１管状部と、前記第１管状部よりも流路断面積が小さい第２管状部と、を一体化して有し、前記第１管状部の内部には、水平方向の一方から前記複数の扁平管のそれぞれの端部が途中まで挿入され、前記第２管状部は、前記第１管状部に対して水平方向において複数の扁平管とは反対側に設けられ、前記第２管状部は、上下方向の途中であって上下方向における中央よりも上の位置にて、前記冷媒配管に接続され、前記第１管状部と前記第２管状部とに挟まれた壁には、前記冷媒配管との接続箇所に対して水平方向の延長上にて開けられた第１孔と、前記第１孔よりも下部にて前記第１管状部と前記第２管状部とを連通させる前記第１孔よりも孔径の小さい第２孔と、が形成されるものである。

　本発明に係る熱交換器は、上記のガスヘッダを備えるものである。

　本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の熱交換器を備えるものである。

　本発明に係るガスヘッダ、熱交換器及び冷凍サイクル装置によれば、第１管状部と第２管状部とが壁面に設けた第１孔及び第２孔によって連通する。したがって、簡素な構造が図られつつ、冷媒の圧力損失が低減できる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す概略図である。 本発明の実施の形態１に係るガスヘッダを示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るガスヘッダを示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係るガスヘッダを示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器が蒸発器として機能するときのガスヘッダを縦断面にて示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器が凝縮器として機能するときのガスヘッダを縦断面にて示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るガスヘッダの下部を拡大した縦断面にて示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係るガスヘッダを示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器が蒸発器として機能するときのガスヘッダを縦断面にて示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器が凝縮器として機能するときのガスヘッダを縦断面にて示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係る冷房運転時の空気調和装置を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る暖房運転時の空気調和装置を示す冷媒回路図である。

　以下では、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。また、断面図の図面では、視認性に鑑みて適宜ハッチングが省略されている。さらに、明細書全文に示す構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
＜熱交換器の構成＞
　図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１００を示す概略図である。以下、図中のＸ方向は、水平方向を表す。Ｙ方向は、Ｘ方向に直交した上下方向あるいは鉛直方向を表す。

　図１に示すように、熱交換器１００は、ガスヘッダ４と、複数の扁平管３と、フィン６と、冷媒分配器２と、流入管１と、流出管５と、を備える。

　複数の扁平管３は、Ｘ方向に配管を延伸させ、Ｙ方向に間隔をあけて並ぶ。このように、伝熱管に扁平管３を用いているので、熱交換器１００が扁平管熱交換器とも呼ばれる。

　ガスヘッダ４は、Ｙ方向に長手に延び、Ｙ方向に冷媒を流通させる。ガスヘッダ４は、Ｙ方向に間隔をあけて並ぶ複数の扁平管３の一方の端部に接続されている。ガスヘッダ４は、複数の扁平管３に対して冷媒の流入出が逆になる冷媒配管である流出管５に接続されている。

　冷媒分配器２は、複数の扁平管３におけるガスヘッダ４と接続されてない他方の端部に接続されている冷媒分配器２は、液ヘッダともいう。冷媒分配器２の種類は、特に限定されるものではない。

　フィン６は、複数の扁平管３に対してＸ方向に間隔をあけて複数配置されている。フィン６は、Ｙ方向にガスヘッダ４又は冷媒分配器２と同等に延伸されている。フィン６は、複数の扁平管３のそれぞれの外管表面と接合されている。フィン６は、プレートフィン又はコルゲートフィンなどであり、種類を限定されるものではない。

　ガスヘッダ４の端部には、流出管５が少なくとも１つ接続されている。流出管５は、後述する冷凍サイクル装置において、熱交換器１００と他の構成要素とを接続し、冷媒を連通させる。なお、流出管５の流路断面形状は、円形状に限定されない。

　冷媒分配器２の端部には、流入管１が少なくとも１つ接続されている。

＜蒸発器である熱交換器１００の動作＞
　液相又は気液二相状態の冷媒は、流入管１を介し、冷媒分配器２に流入する。冷媒分配器２に流入した冷媒は、流入管１から近い扁平管３から順次、分配されて行く。これにより、冷媒は、冷媒分配器２から複数の扁平管３に分配される。各扁平管３に分配された気液二相状態の冷媒は、フィン６を介し、周囲の空気と熱交換し、ガスリッチ又はガス状態の冷媒になり、ガスヘッダ４に流入する。ガスヘッダ４には、複数の扁平管３から冷媒が流入して合流する。合流した冷媒は、流出管５を通り、熱交換器１００から流出する。

＜ガスヘッダの構成＞
　図２は、本発明の実施の形態１に係るガスヘッダ４を示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１に係るガスヘッダ４を示す正面図である。図４は、本発明の実施の形態１に係るガスヘッダ４を示す分解斜視図である。図４では、ガスヘッダ４の上部及び下部が示され、Ｙ方向の中間部が省略されている。

　図２、図３及び図４に示すように、ガスヘッダ４は、Ｙ方向に間隔をあけて並ぶ複数の扁平管３の一方の端部に接続され、複数の扁平管３に対して冷媒の流入出が逆になる流出管５に接続されている。

　ガスヘッダ４は、第１管状部１１と第２管状部１２とを一体化して有する。

　第１管状部１１は、Ｙ方向に長手に形成されてＹ方向に冷媒が流れる。第１管状部１１の内部には、水平方向の一方から複数の扁平管３のそれぞれの端部が途中まで挿入されている。

　第２管状部１２は、第１管状部１１に対してＸ方向において複数の扁平管３とは反対側に設けられている。第２管状部１２は、Ｙ方向に長手に形成されてＹ方向に冷媒が流れる。第２管状部１２は、第１管状部１１よりも流路断面積が小さい。第２管状部１２は、Ｙ方向の途中であってＹ方向における中央よりも上の位置にて、流出管５に接続されている。

　第１管状部１１と第２管状部１２とは、Ｙ方向に同じ長さである。第１管状部１１と第２管状部１２とのＹ方向の両端部のＸ方向高さは、一致している。

　図４に示すように、第１管状部１１と第２管状部１２とに挟まれた壁１４には、第１孔３１と第２孔３２とが形成されている。

　第１孔３１は、流出管５との第２管状部１２の接続箇所に対してＸ方向の延長上にて壁１４に開けられている。

　第２孔３２は、壁１４の第１孔３１よりも下部にて、第１管状部１１と第２管状部１２とを連通させる。つまり、壁１４に設けられた第２孔３２は、流出管５と連通した第１孔３１よりも下方となる位置にて、第１管状部１１と第２管状部１２とを連通している。なお、第１孔３１及び第２孔３２の形状は、円形状に限定されるものではない。

　第２孔３２の孔径は、第１孔３１の孔径よりも小さい。これにより、第２孔３２を通過する冷媒の流速が高められる。このため、第１管状部１１に流入したガス冷媒の気流は、第１管状部１１の底部に溜まる油を第２孔３２に通過させて第２管状部１２内に導き、流出管５を経て後述する圧縮機５１に容易に戻せる。

　第１管状部１１と第２管状部１２との双方の内部のＸ方向の横断面から見た流路断面形状は、円形である。なお、流路断面形状は、円形に限定されない。

　図１、図２、図３及び図４に示すように、ガスヘッダ４における第２孔３２よりも下の位置には、第１管状部１１に挿入された複数の扁平管３のうち少なくとも１つの扁平管３の端部が位置している。

　図２、図３及び図４に示すように、ガスヘッダ４は、第１管状部１１と第２管状部１２との長手方向の両端のそれぞれにて、第１管状部１１と第２管状部１２との双方の内部を覆う一対のヘッダ蓋１３を備える。

　図４に示すように、一対のヘッダ蓋１３は、第１管状部１１及び第２管状部１２の双方の端面に突き当たった大径部１３ａを有する。一対のヘッダ蓋１３は、大径部１３ａから第１管状部１１の内部に突出して内部を閉栓した第１栓部１３ｂを有する。一対のヘッダ蓋１３は、大径部１３ａから第２管状部１２の内部に突出して内部を閉栓した第２栓部１３ｃを有する。

　ガスヘッダ４は、第１管状部１１の一部を構成して複数の扁平管３が挿入固定された複数の孔２１ａが形成された第１部材２１を有する。第１部材２１は、円菅状の一部を削除した半円菅状などの形状に形成されている。

　複数の孔２１ａは、Ｘ方向に規定の間隔をあけて並んでいる。たとえば、各扁平管３は、第１部材２１の側面部に対して略垂直となるように、Ｘ方向から孔２１ａに挿入されている。孔２１ａの縁部と扁平管３の外周面とは、ろう付けによって接合されている。なお、孔２１ａの縁部と扁平管３の外周面とを接合するろう付けの方法は、特に限定されない。また、孔２１ａの縁部と扁平管３の外周面とがろう付けされ易いように、バーリング加工が孔２１ａの縁部に施されていても良い。

　ガスヘッダ４は、第１管状部１１の第１部材２１以外の他部と第２管状部１２とが形成された第２部材２２を有する。第１部材２１と第２部材２２とは、嵌め合わせによって第１管状部１１を構成している。

　流出管５は、第２管状部外壁に挿通されて壁１４に形成された第１孔３１に接合されている。流出管５の壁１４に対する接合端部は、開口している。つまり、流出管５は、ガスヘッダ４のＹ方向の中央位置よりも高い位置にて、壁１４に設けられた第１孔３１に接合されて第１管状部１１と連通している。第１孔３１は、流出管５の接合端部の中心軸延長上に開けられた孔である。

　流出管５には、接合端部近傍のＹ方向の上下部分に一対の孔３３が形成されている。一対の孔３３は、第２管状部１２の流路に繋がっている。これにより、Ｘ方向の上部の扁平管３から流出して第１管状部１１を通って流出管５の先端がある第１孔３１から流入するガス状態の冷媒と、Ｘ方向の下部付近にある扁平管３から流出して第２管状部１２を通って流出管５の下面の孔３３から流入するガス状態の冷媒と、が流出管５にて合流する。

　ここで、第１管状部１１では、扁平管３の挿入によって見かけ流路断面積が小さくなっている。これにより、特に第１管状部１１の下部付近にある扁平管３から流出したガス状態の冷媒が第２孔３２を通って第１管状部１１よりも第２管状部１２を経由して孔３３から流出管５に流れる。

　第１部材２１と第２部材２２と一対のヘッダ蓋１３とは、たとえば全てアルミニウム製で構成され、ロウ付けによって接合されている。流出管５は、第２部材２２にロウ付けによって接合されている。

＜熱交換器１００が蒸発器として機能するときのガスヘッダ４の動作＞
　図５は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１００が蒸発器として機能するときのガスヘッダ４を縦断面にて示す説明図である。図６は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１００が凝縮器として機能するときのガスヘッダ４を縦断面にて示す説明図である。図６は、熱交換器１００が凝縮器として機能するときのガスヘッダ４の動作を、図５に示す熱交換器１００が蒸発器として機能するときのガスヘッダ４の動作と対比して示す。

　図５に示す実線矢印は、熱交換器１００を蒸発器として機能させる場合の冷媒の流れ方向を示している。第１管状部１１に流入したガス状冷媒の一部は、直接、流出管５に流入して行く。また、第１管状部１１に流入したガス状冷媒の他の一部は、第２管状部１２を通って、流出管５に流入して行く。

＜従来からの課題＞
　第１管状部１１の内部には、Ｘ方向の半ばまでに扁平管３の先端が挿入されている。このため、第１管状部１１のＹ方向に流れるガス状冷媒は、扁平管３が挿入されない空間である流路拡大部と、扁平管３の挿入で狭くなった隙間である流路縮小部と、を交互に通過して行く。第１管状部１１を流れるガス状冷媒の流れの拡大と縮小とが順次生じる。そのため、ガスヘッダ４の管内圧力損失が生じる。また、ガス状冷媒中に混在していた冷凍機油が分離され、第１管状部１１の下部へ落下する。このように、第１管状部１１の下部には、冷凍機油が溜まり易い。圧縮機５１に戻る冷凍機油が少なくなると、圧縮機５１の圧縮機構部の摺動不良などにより、圧縮機５１の性能及び信頼性が低下する。

　上記課題の解決のために、ガスヘッダ４の下部には、バイパス流路が設けられ、冷媒の圧力損失の抑制及び冷凍機油の戻りの向上を図る技術がある。しかし、バイパス流路を設ける場合には、ガスヘッダ４が大型化する。ガスヘッダ４の大型化は、その分、熱交換器１００の実装面積を減少させる課題がある。また、バイパス流路を設ける場合には、製造コストが増加する課題もある。

＜課題解決方法＞
　しかしながら、熱交換器１００のガスヘッダ４は、第１管状部１１と第２管状部１２とを壁１４に設けた第２孔３２によって連通させている。この構成のため、冷媒の圧力損失の抑制及び冷凍機油の戻りの向上が図られつつ、ガスヘッダ４が小型化できる。

　また、壁１４の端部とヘッダ蓋１３とが接合させてろう付けでき、ガスヘッダ４の強度及び気密性の向上が図られる。

＜ガスヘッダ４の下部構成＞
　図７は、本発明の実施の形態１に係るガスヘッダ４の下部を拡大した縦断面にて示す説明図である。図７に示すように、第２孔３２の開口断面積Ｓ_１は第２管状部１２の流路断面積Ｓ_２以上である。つまり、Ｓ_１≧Ｓ_２の関係が満たされる。これにより、第２管状部１２に流入するガス状態の冷媒の流量が増大し、圧縮機油が更に圧縮機５１に返油できる。

　なお、第２管状部１２の流路断面積Ｓ_２は、第１管状部１１の流路断面積よりも小さい。しかし、冷媒の圧力損失を減少する観点から、第２管状部１２の流路断面積Ｓ_２は、ガス冷媒が容易に通過できる大きさであると好ましい。たとえば、隣り合う扁平管３の間の高さであるＸ方向の幅を１とした場合に、流出管５が接続される高さが１の幅の下端から３／５～９／１０と設定される。このとき同時に、第２管状部１２の流路断面積Ｓ_２が隣り合う扁平管３の幅が狭い範囲における第１管状部１１の見かけ流路断面積の１／５～１／２などに設定されると良い。

＜熱交換器１００が凝縮器として機能するときのガスヘッダ４の動作＞
　一方、図６に示す破線矢印は、熱交換器１００を凝縮器として機能させる場合の冷媒の流れ方向を示している。ガスヘッダ４は、壁１４に設けた第２孔３２によって、管内圧力損失が抑制される。
　ここで、図７に示すように、第２孔３２は第１管状部１１と第２管状部１２とを隔てる壁１４の下端よりも少し上に形成すると良い。特に、複数の扁平管３のうち少なくとも１つの扁平管３は、第２孔３２よりも下部にて第１管状部１１の内部に途中まで挿入されると良い。これにより、ガス状態の冷媒がある特定の扁平管３に偏っての流入が抑制できる。そして、ガスヘッダ４でのガス状態の冷媒の分配性能が向上できる。

＜作用＞
　以上のように、ガスヘッダ４では、第１管状部１１と第２管状部１２とが壁１４に設けた第２孔３２によって連通されている。これにより、ガスヘッダ４での冷媒の圧力損失が抑制でき、熱交換性能が向上できる。また、蒸発運転時のガスヘッダ内に滞留する圧縮機油が減少できる。さらに、凝縮運転時のガスヘッダ４でのガス状態の冷媒の分配性能が向上できる。加えて、ガスヘッダ４の小型化並びに強度及び気密性の向上が図られる。

＜実施の形態１の効果＞
　実施の形態１によれば、ガスヘッダ４は、Ｙ方向に間隔をあけて並ぶ複数の扁平管３の一方の端部に接続され、複数の扁平管３に対して冷媒の流入出が逆になる冷媒配管である流出管５に接続されている。ガスヘッダ４は、Ｙ方向に長手に形成されてＹ方向に冷媒が流れる流路が形成される第１管状部１１と、第１管状部１１よりも流路断面積が小さい第２管状部１２と、を一体化して有する。第１管状部１１の内部には、Ｘ方向の一方から複数の扁平管３のそれぞれの端部が途中まで挿入されている。第２管状部１２は、第１管状部１１に対してＸ方向において複数の扁平管３とは反対側に設けられている。第２管状部１２は、Ｙ方向の途中であってＹ方向における中央よりも上の位置にて、流出管５に接続されている。第１管状部１１と第２管状部１２とに挟まれた壁１４には、流出管５との接続箇所に対してＸ方向の延長上にて開けられた第１孔３１と、下部にて第１管状部１１と第２管状部１２とを連通させる第１孔３１よりも孔径の小さい第２孔３２と、が形成されている。

　この構成によれば、第１管状部１１と第２管状部１２とが壁１４に設けた第１孔３１及び第２孔３２によって連通することにより、簡素な構造が図られつつ、ガスヘッダ４での冷媒の圧力損失が低減でき、熱交換性能が向上できる。また、第２孔３２がガスヘッダ４の下部に形成されることにより、熱交換器１００が蒸発器として機能するときのガスヘッダ４内に滞留する圧縮機油が減少できる。さらに、熱交換器１００が凝縮器として機能するときのガス冷媒の分配性能が向上できる。加えて、ガスヘッダ４の小型化並びに強度及び気密性の向上が図れる。

　実施の形態１によれば、ガスヘッダ４は、第１管状部１１の一部を構成して複数の扁平管３が挿入固定された孔２１ａを有する第１部材２１を有する。ガスヘッダ４は、第１管状部１１の他部と第２管状部１２とを有する第２部材２２を有する。

　この構成によれば、部品点数が少なく、製造コストが低減できる。

　実施の形態１によれば、第１管状部１１と第２管状部１２とは、Ｙ方向に同じ長さである。第１管状部１１と第２管状部１２との長手方向の両端部のＹ方向高さは、一致する。

　この構成によれば、簡素な構造が図られる。

　実施の形態１によれば、ガスヘッダ４は、第１管状部１１と第２管状部１２との長手方向の両端のそれぞれにて、第１管状部１１と第２管状部１２との双方の内部を覆う一対のヘッダ蓋１３を備える。

　この構成によれば、一対のヘッダ蓋１３によって第１管状部１１と第２管状部１２との双方の内部が覆え、簡素な構造が図られつつ、部品点数が少なく製造コストが低減できる。

　実施の形態１によれば、一対のヘッダ蓋１３は、第１管状部１１及び第２管状部１２の双方の端面に突き当たった大径部１３ａを有する。一対のヘッダ蓋１３は、大径部１３ａから第１管状部１１の内部に突出して内部を閉栓した第１栓部１３ｂを有する。一対のヘッダ蓋１３は、大径部１３ａから第２管状部１２の内部に突出して内部を閉栓した第２栓部１３ｃを有する。

　この構成によれば、一対のヘッダ蓋１３が第１栓部１３ｂによって第１管状部１１の内部を閉栓することと第２栓部１３ｃによって第２管状部１２の内部を閉栓することとを同時に実施でき、製造工数が低減でき、製造コストが低減できる。

　実施の形態１によれば、第１管状部１１と第２管状部１２との双方の内部の流路断面形状は、円形である。

　この構成によれば、第１管状部１１と第２管状部１２との双方での冷媒の流れがスムーズになって冷媒の圧力損失が低減できる。

　実施の形態１によれば、第２孔３２の開口断面積Ｓ_１は、第２管状部１２の流路断面積Ｓ_２以上である。

　この構成によれば、第２孔３２での冷媒の流れがスムーズになって冷媒の圧力損失が低減できる。

　実施の形態１によれば、第２孔３２よりも下の位置には、第１管状部１１に挿入された複数の扁平管３のうち少なくとも１つの扁平管３の端部が位置する。

　この構成によれば、第１管状部１１の底部に溜まろうとする圧縮機油に第２孔３２よりも下に位置した扁平管３からの冷媒が流入して返油性が向上できる。

　実施の形態１によれば、熱交換器１００は、ガスヘッダ４を備える。熱交換器１００は、Ｙ方向に間隔をあけて並ぶ複数の扁平管３を備える。熱交換器１００は、複数の扁平管３の他方の端に接続された液ヘッダである冷媒分配器２を備える。

　この構成によれば、上記のガスヘッダ４を備える熱交換器１００では、簡素な構造が図られつつ、ガスヘッダ４での冷媒の圧力損失が低減できる。

実施の形態２．
＜ガスヘッダ４＞
　図８は、本発明の実施の形態２に係るガスヘッダ４を示す分解斜視図である。図９は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１００が蒸発器として機能するときのガスヘッダ４を縦断面にて示す説明図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１００が凝縮器として機能するときのガスヘッダ４を縦断面にて示す説明図である。実施の形態２は、上記実施の形態１と同事項を省略し、その特徴部分を説明する。

　図８、図９及び図１０に示すように、第１管状部１１に途中まで挿入された複数の扁平管３の端部のＹ方向の間隔は、狭い部分と広い部分とを混在させて並ばせている。第１孔３１の位置は、複数の扁平管３のうち隣り合う扁平管３の端部のＹ方向の間隔が広い部分のＹ方向の中央の位置である。この構成であると、扁平管３の挿入による第１管状部１１の流路縮小部と、流出管５の挿入による第１管状部１１の流路縮小部と、が近接しない。これにより、第１管状部１１の流路縮小部が過度に小さくならず、第１管状部１１での冷媒の圧力損失が低減でき、なお良い。また、凝縮運転時のガス冷媒分配において、ガスヘッダ４では、ガス状態の冷媒がある特定の扁平管３に偏っての流入が抑制でき、ガス状態の冷媒の分配性能が向上でき、なお良い。

　第２孔３２の位置は、複数の扁平管３のうち隣り合う扁平管３の端部のＹ方向の間隔が狭い部分のＹ方向範囲内の位置であると良い。特に第２孔３２の位置は、最下部の隣り合う扁平管３の端部のＹ方向の間隔が狭い部分に設置すると、ガス状態の冷媒が扁平管３から第１孔３１に強く流入する。よって、第１管状部１１の下部に溜まった圧縮機油が第２孔３２を介して第２管状部１２を経て圧縮機５１に戻す効果が高められる。

＜実施の形態２の効果＞
　実施の形態２によれば、第１管状部１１に挿入された複数の扁平管３の端部のＹ方向の間隔は、狭い部分と広い部分とを混在させて並んでいる。

　この構成によれば、複数の扁平管３の端部のＹ方向の間隔が狭い部分にて冷媒流れ方向の流路断面積の拡大と縮小とが緩やかになり、第１管状部１１での冷媒の圧力損失が低減できる。

　実施の形態２によれば、第１孔３１の位置は、隣り合う扁平管３の端部のＹ方向の間隔が広い部分のＹ方向の中央の位置である。

　この構成によれば、熱交換器１００が凝縮器として機能するときのガス状態の冷媒の分配において、ガス状態の冷媒がある特定の扁平管３に偏っての流入が抑制でき、ガス状態の冷媒の分配性能が向上できる。

　実施の形態２によれば、第２孔３２の位置は、隣り合う扁平管３の端部のＹ方向の間隔が狭い部分のＹ方向範囲内の位置である。

　この構成によれば、ガス状態の冷媒が隣り合う扁平管３の端部のＹ方向の間隔が狭い部分の扁平管３から第２孔３２に強く流入し易くなる。そのため、第１管状部１１の底部に溜まろうとする圧縮機油がガス状態の冷媒と伴に第２管状部１２に流入し易くなり、返油性が向上できる。

実施の形態３．
＜空気調和装置５０＞
　図１１は、本発明の実施の形態３に係る冷房運転時の空気調和装置５０を示す冷媒回路図である。図１２は、本発明の実施の形態３に係る暖房運転時の空気調和装置５０を示す冷媒回路図である。空気調和装置５０は、冷凍サイクル装置の一例である。

　図１１及び図１２に示すように、空気調和装置５０は、圧縮機５１、室内熱交換器５２、室内ファン５３、膨張弁５４、室外熱交換器５５、室外ファン５６及び流路切替装置５７を備える。

　圧縮機５１は、たとえば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機又は往復圧縮機などを用いて良い。

　室内熱交換器５２は、たとえば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器又はプレート熱交換器などを用いて良い。

　膨張弁５４は、たとえば、冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁などを用いて良い。なお、膨張弁５４は、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁などでも良い。

　流路切替装置５７は、たとえば四方弁などである。流路切替装置５７は、圧縮機５１の吐出口からの冷媒の送り先を、室内熱交換器５２又は室外熱交換器５５に切り替える。

　空気調和装置５０は、実施の形態１及び実施の形態２で説明した熱交換器１００を室外熱交換器５５に用いる。熱交換器１００を用いることにより、エネルギー効率の向上が図られる。

　なお、空気調和装置５０などの冷凍サイクル装置は、室外熱交換器５５又は室内熱交換器５２の一方又は双方に熱交換器１００を採用して良い。

＜空気調和装置５０の動作＞
＜冷房運転＞
　図１１の破線矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。圧縮機５１を稼働させることにより、高温高圧のガス状態の冷媒が圧縮機５１から吐出される。圧縮機５１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、流路切替装置５７を介して凝縮器として機能する室外熱交換器５５に流れ込む。室外熱交換器５５では、流れ込んだ高温高圧のガス状態の冷媒と、室外ファン５６によって供給される室外空気と、の間で熱交換が行われる。熱交換により、高温高圧のガス状態の冷媒は、凝縮して高圧の液状冷媒になる。

　ここでは、熱交換器１００を用いた室外熱交換器５５での詳細な運転状態を後述する。圧縮機５１から吐出された高温高圧のガス状態の冷媒は、流出管５から室外熱交換器５５に流入する。流出管５に流入した高温高圧のガス状態の冷媒の一部は、直接、第１管状部１１に流入する。また、流出管５に流入した高温高圧のガス状態の冷媒の他の一部は、第２管状部１２を通って、第２孔３２を介して第１管状部１１の下部に流入する。そして、第１管状部１１に流入した高温高圧のガス状態の冷媒は、複数の扁平管３のそれぞれに分岐して流れて行く。高温高圧のガス状態の冷媒は、複数の扁平管３のそれぞれを流れる際に、扁平管３の表面及びフィン６の表面を介して、室外ファン５６によって供給される室外空気と熱交換する。これにより、扁平管３のそれぞれを流れる高温高圧のガス状態の冷媒は、凝縮して高圧の液状冷媒になり、冷媒分配器２を経て室外熱交換器５５から流出する。

　その後、室外熱交換器５５から流出した高圧の液状態の冷媒は、膨張弁５４によって低圧の気液二相状態の冷媒になる。気液二相状態の冷媒は、蒸発器として機能する室内熱交換器５２に流れ込む。室内熱交換器５２では、流れ込んだ気液二相状態の冷媒と、室内ファン５３によって供給される室内空気と、の間で熱交換が行われる。熱交換により、気液二相状態の冷媒のうち液状態の冷媒が蒸発して低圧のガス状態の冷媒になる。熱交換の効果により、熱交換された室内空気が冷却され、室内が冷房される。室内熱交換器５２から送り出された低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置５７を介して圧縮機５１に流れ込む。低圧のガス冷媒は、圧縮機５１にて圧縮されて高温高圧のガス状冷媒となり、再び圧縮機５１から吐出される。以下、このサイクルが繰り返される。

＜暖房運転＞
　図１２の実線矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。圧縮機５１を稼働させることによって、高温高圧のガス状態の冷媒が圧縮機５１から吐出される。圧縮機５１から吐出された高温高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置５７を介して凝縮器として機能する室内熱交換器５２に流れ込む。室内熱交換器５２では、流れ込んだ高温高圧のガス状態の冷媒と、室内ファン５３によって供給される室内空気と、の間で熱交換が行われる。熱交換により、高温高圧のガス状態の冷媒は、凝縮して高圧の液状冷媒になる。熱交換の効果により、室内空気が温められ、室内が暖房される。

　室内熱交換器５２から送り出された高圧の液状態の冷媒は、膨張弁５４によって低圧の気液二相状態の冷媒になる。気液二相状態の冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器５５に流れ込む。室外熱交換器５５では、流れ込んだ気液二相状態の冷媒と、室外ファン５６によって供給される室外空気と、の間で熱交換が行われる。熱交換により、気液二相状態の冷媒のうち液状態の冷媒が蒸発して低圧のガス状態の冷媒になる。

　ここでは、熱交換器１００を用いた室外熱交換器５５での詳細な運転状態を後述する。膨張弁５４によって低圧の気液二相状態となった冷媒は、室外熱交換器５５における複数の扁平管３のそれぞれに流入する。気液二相状態の冷媒は、複数の扁平管３のそれぞれを流れる際に、扁平管３の表面及びフィン６の表面を介し、室外ファン５６によって供給される室外空気と熱交換する。熱交換により、複数の扁平管３のそれぞれを流れる気液二相状態の冷媒は、低圧のガス状態の冷媒になる。低圧のガス状冷媒は、各扁平管３の端部からガスヘッダ４に流出し、第１管状部１１で合流する。

　ガスヘッダ４の第１管状部１１で合流したガス状態の冷媒の一部は、直接、流出管５に流入して行く。また、第１管状部１１で合流したガス状態の冷媒の他の一部は、第２孔３２を介して第２管状部１２を通って、流出管５に流入して行く。流出管５に流入したガス状態の冷媒は、室外熱交換器５５から流出する。

　その後、室外熱交換器５５から流出した低圧のガス状冷媒は、流路切替装置５７を介して圧縮機５１に流れ込む。圧縮機５１に流れ込んだ低圧のガス状冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス状冷媒となり、再び圧縮機５１から吐出される。以下、このサイクルが繰り返される。

　＜除霜運転＞
　低外気温状態となっている暖房運転時、蒸発器として機能する室外熱交換器５５では、空気中の水分が凝縮して付着し、室外熱交換器５５の表面で凍ってしまう場合がある。すなわち、室外熱交換器５５に着霜することがある。このため、空気調和装置５０は、暖房運転中に室外熱交換器５５に付着した霜を除去する「除霜運転」を行う。

　「除霜運転」とは、蒸発器として機能する室外熱交換器５５に付着した霜を融解させて除去するために、圧縮機５１から室外熱交換器５５に高温高圧のガス状態の冷媒を供給する運転である。空気調和装置５０では、除霜運転を開始する場合に、流路切替装置５７の流路が冷房運転時の流路に切り替えられる。すなわち、除霜運転時に、室外熱交換器５５の流出管５は、圧縮機５１の吐出口と連通する。

＜実施の形態３の効果＞
　実施の形態３によれば、冷凍サイクル装置としての空気調和装置５０は、熱交換器１００を備える。

　この構成によれば、上記の熱交換器１００を備える冷凍サイクル装置では、簡素な構造が図られつつ、ガスヘッダ４での冷媒の圧力損失が低減できる。

　なお、本発明の実施の形態１～３は、組み合わせられても良いし、他の部分に適用しても良い。

　１　流入管、２　冷媒分配器、３　扁平管、４　ガスヘッダ、５　流出管、６　フィン、１１　第１管状部、１２　第２管状部、１３　ヘッダ蓋、１３ａ　大径部、１３ｂ　第１栓部、１３ｃ　第２栓部、１４　壁、２１　第１部材、２１ａ　孔、２２　第２部材、３１　第１孔、３２　第２孔、３３　孔、５０　空気調和装置、５１　圧縮機、５２　室内熱交換器、５３　室内ファン、５４　膨張弁、５５　室外熱交換器、５６　室外ファン、５７　流路切替装置、１００　熱交換器。

Claims (13)

1. 　上下方向に間隔をあけて並ぶ複数の扁平管の一方の端部に接続され、前記複数の扁平管に対して冷媒の流入出が逆になる冷媒配管に接続されたガスヘッダであって、
   　上下方向に冷媒の流路が形成される第１管状部と、前記第１管状部よりも流路断面積が小さい第２管状部と、を一体化して有し、
   　前記第１管状部の内部には、水平方向の一方から前記複数の扁平管のそれぞれの端部が途中まで挿入され、
   　前記第２管状部は、前記第１管状部に対して水平方向において複数の扁平管とは反対側に設けられ、
   　前記第２管状部は、上下方向の途中であって上下方向における中央よりも上の位置にて、前記冷媒配管に接続され、
   　前記第１管状部と前記第２管状部とに挟まれた壁には、前記冷媒配管との接続箇所に対して水平方向の延長上にて開けられた第１孔と、前記第１孔よりも下部にて前記第１管状部と前記第２管状部とを連通させる前記第１孔よりも孔径の小さい第２孔と、が形成されるガスヘッダ。
2. 　前記第１管状部の一部を構成して前記複数の扁平管が挿入固定された孔を有する第１部材と、前記第１管状部の他部と前記第２管状部とを有する第２部材と、を有する請求項１に記載のガスヘッダ。
3. 　前記第１管状部と前記第２管状部とは、上下方向に同じ長さであり、
   　前記第１管状部と前記第２管状部との長手方向の両端部の水平方向高さは、一致する請求項１又は請求項２に記載のガスヘッダ。
4. 　前記第１管状部と前記第２管状部との長手方向の両端のそれぞれにて、前記第１管状部と前記第２管状部との双方の内部を覆う一対のヘッダ蓋を備える請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のガスヘッダ。
5. 　前記一対のヘッダ蓋は、前記第１管状部及び前記第２管状部の双方の端面に突き当たった大径部と、前記大径部から前記第１管状部の内部に突出して内部を閉栓した第１栓部と、前記大径部から前記第２管状部の内部に突出して内部を閉栓した第２栓部と、を有する請求項４に記載のガスヘッダ。
6. 　前記第１管状部と前記第２管状部との双方の内部の流路断面形状は、円形である請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のガスヘッダ。
7. 　前記第２孔の開口断面積は、前記第２管状部の流路断面積以上である請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のガスヘッダ。
8. 　前記第２孔よりも下の位置には、前記第１管状部に挿入された前記複数の扁平管のうち少なくとも１つの扁平管の端部が位置する請求項１～請求項７のいずれか１項に記載のガスヘッダ。
9. 　前記第１管状部に挿入された前記複数の扁平管の端部の上下方向の間隔は、狭い部分と広い部分とを混在させて並ぶ請求項１～請求項８のいずれか１項に記載のガスヘッダ。
10. 　前記第１孔の位置は、前記複数の扁平管のうち隣り合う扁平管の端部の上下方向の間隔が広い部分の上下方向の中央の位置である請求項９に記載のガスヘッダ。
11. 　前記第２孔の位置は、前記複数の扁平管のうち隣り合う扁平管の端部の上下方向の間隔が狭い部分の上下方向範囲内の位置である請求項９又は請求項１０に記載のガスヘッダ。
12. 　請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載のガスヘッダを備える熱交換器。
13. 　請求項１２に記載の熱交換器を備える冷凍サイクル装置。

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