JP2014066502A - 熱交換器および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平多穴管の幅方向の長さを大きくした場合であっても、ヘッダの内部において冷媒を鉛直上方に向かいやすくさせることが可能な熱交換器および冷凍装置を提供する。
【解決手段】熱交換器３は、第２ヘッダ１４の第２円柱部材４１、扁平多穴管１１および複数の中間空間形成体４２を備えている。中間空間形成体４２は、第２円柱部材４１の分流空間１４１ａと連通させるための分流開口４２ａおよび扁平多穴管１１が接続される開口４２ｂを有している。それぞれの中間空間形成体４２は、複数の扁平多穴管１１それぞれを第２円柱部材４１に接続するために設けられている。
【選択図】図７

Description

本発明は、熱交換器および冷凍装置に関する。

従来から、特許文献１（特開２０１０−２４３０７６号公報）に示すように、ヘッダに対して複数の扁平多穴管が連結するようにして構成された熱交換器が提案されている。

この熱交換器では、複数の扁平多穴管は、ヘッダに対して径方向から挿入されることで連結されており、複数の扁平多穴管の端部は、いずれもヘッダの内部空間の壁面よりも内側に位置している。そして、ヘッダの内部空間のうち、複数の扁平多穴管が延びだしている部分以外には、鉛直方向に連通した空間が形成されている。

上述のように、特許文献１（特開２０１０−２４３０７６号公報）に記載の熱交換器では、鉛直方向に連通した空間を有しており、この空間を冷媒が通過することで、各扁平多穴管に冷媒が送られることになる。

ここで、ヘッダの上方に連結された扁平多穴管に対して冷媒を送るためには、冷媒は、ヘッダの内部空間のうちの上記鉛直方向に連通した空間を、自重に逆らって上方に移動することが必要になる。ここで、ヘッダに供給される冷媒およびヘッダから各扁平多穴管に送られる冷媒は、ある程度の流速が付与された状態にあるため、その流速に乗って、ヘッダの上方に連結された扁平多穴管に冷媒を送ることも可能である。ところが、ヘッダに供給される冷媒およびヘッダから各扁平多穴管に送られる冷媒にある程度の流速が付与されていたとしても、ヘッダの上記鉛直方向に連通した空間の水平方向の断面が非常に大きい場合には、冷媒は失速してしまい、自重に打ち勝ってヘッダの上方にまで送り届けることが難しくなる。

これに対して、ヘッダの上記鉛直方向に連通した空間の水平方向の断面が小さくなるように構成された場合には、冷媒は失速しにくく、ヘッダの上方にまで冷媒を送り届けやすい。

他方で、扁平多穴管における冷媒の進行方向に対して垂直であって水平方向の長さ成分である扁平多穴管の幅が大きい方が、冷媒の伝熱面積を多くすることができることから、熱交換器としての性能を高めることができる。

しかし、扁平多穴管の幅方向の大きさを大きくすると、扁平多穴管が連結される対象であるヘッダの大きさも大きくせざるを得ないことになってしまう。この場合には、ヘッダの上記鉛直方向に連通した空間の水平方向の断面が大きくなってしまい、やはり、ヘッダの上方まで冷媒を送り届けることが難しくなってしまう。

本発明は上記上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、扁平多穴管の幅方向の長さを大きくした場合であっても、ヘッダの内部において冷媒を鉛直上方に向かいやすくさせることが可能な熱交換器および冷凍装置を提供することにある。

第１観点に係る熱交換器は、ヘッダ、扁平多穴管および複数の中間空間形成部材を備えている。ヘッダは、鉛直方向に延びている。複数の扁平多穴管は、それぞれ水平方向に延びており、異なる高さ位置に設けられている。それぞれの中間空間形成部材は、ヘッダの内部空間と連通させるための第２開口および扁平多穴管が接続される第２開口を有している。それぞれの中間空間形成部材は、複数の扁平多穴管それぞれをヘッダに接続するために設けられている。

この熱交換器では、ヘッダと扁平多穴管とは直接接続されるのではなく、中間空間形成部材を介して接続されている。このため、扁平多穴管の幅方向の大きさを大きく形成した場合であっても、ヘッダの内部における鉛直方向に連通した空間の水平方向の断面を大きく形成する必要が無い。また、扁平多穴管の幅方向の大きさを大きく形成した場合であっても、中間空間形成部材の第２開口を扁平多穴管の幅方向の大きさに対応した大きさにすればよく、中間空間形成部材の第１開口を大きくする必要がない。このため、ヘッダの内部空間に連結されるための第１開口の水平方向の大きさを、第２開口の水平方向の大きさに比べて小さくなるように形成することにより、ヘッダの内部空間の水平方向の大きさを小さく抑えることが可能になる。これにより、扁平多穴管の幅方向の長さを大きくした場合であっても、ヘッダの内部において冷媒を鉛直上方に向かいやすくさせることが可能になる。

第２観点に係る熱交換器は、第１観点に係る熱交換器であって、扁平多穴管は、水平方向に互いに平行になるように並んだ複数の内部流路を有している。扁平多穴管が有している複数の内部流路のうち互いに最も離れた位置に有る内部流路同士の最長の水平方向の距離よりも、ヘッダの内部空間の水平方向における最長部分の長さの方が短い。

この熱交換器では、扁平多穴管の水平方向に並んだ複数の内部流路のうち最も離れた位置にある内部流路同士の最長の水平方向の距離を長くして、扁平多穴管の幅方向の大きさを大きくした場合であっても、ヘッダの内部空間の水平方向の大きさを小さく抑えることで、冷媒を鉛直上方に向かいやすくさせることが可能になる。

第３観点に係る熱交換器は、第２観点に係る熱交換器であって、中間空間形成部材に形成されている第１開口の開口方向と、第２開口の開口方向とは、互いに異なる開口方向である。

この熱交換器では、中間空間形成部材に形成された第１開口と第２開口の開口方向を異なる方向にすることにより、扁平多穴管の内部流路が延びている方向の延長線上からずれる位置にヘッダを配置することができる。このため、熱交換器における扁平多穴管の内部流路が延びている方向の長さを短くして、熱交換器をコンパクト化させることが可能になる。

第４観点に係る熱交換器は、第３観点に係る熱交換器であって、中間空間形成部材に形成されている第１開口の開口方向と、第２開口の開口方向とがなす角度は、９０度である。

この熱交換器では、扁平多穴管の外部を通過する空気や熱媒体の流れがヘッダによって遮られることなく、熱交換器をコンパクト化させることが可能になる。

第５観点に係る熱交換器は、第２観点から第４観点のいずれかに係る熱交換器であって、中間空間形成部材の長手方向は、扁平多穴管の水平方向における幅方向と平行である。

この熱交換器では、中間空間形成部材のうち、扁平多穴管の内部流路が延びている方向における長さを短くすることで、熱交換器をコンパクト化させることが可能になる。

第６観点に係る熱交換器は、第５観点に係る熱交換器であって、中間空間形成部材の外形は、直方体形状、半円筒形状および円柱形状のいずれかである。

この熱交換器では、中間空間形成部材の外形が直方体形状であるか半円筒形状である場合には、中間空間形成部材の平面部分に対して扁平多穴管を連結することによって、扁平多穴管の端部近傍のうちヘッダの内部空間に位置している部分の扁平多穴管の内部流路が延びている方向における長さを短くすることが可能になる。また、中間空間形成部材の外形が円筒形状である場合には、中間空間形成部材に作用する冷媒圧力を均等にすることができるため、信頼性を向上させることが可能になる。

第７観点に係る冷凍装置は、第１観点から第６観点のいずれかに係る熱交換器と、熱交換器に空気流れを送るための送風機を備えている。熱交換器のヘッダは、扁平多穴管に対して空気流れの風上側または風下側に配置されている。

この熱交換器では、ヘッダを、扁平多穴管に対して空気流れの風上側もしくは風下側に配置しているため、中間空間形成体の風上側もしくは風下側のスペースをヘッダのスペースとして利用することができる。この場合には、ヘッダは、中間空間形成体の扁平多穴管側とは反対側の外側に配置する必要が無いため、扁平多穴管が延びている方向における熱交換器の大きさを小型化させることが可能になる。

第８観点に係る冷凍装置は、第１観点から第６観点のいずれかに係る熱交換器を有し、実質的にＲ３２からなる単一冷媒が内部を循環する冷媒回路を備えている。なお、実質的にＲ３２からなる単一冷媒は、特に限定されないが、冷媒におけるＲ３２の重量比率が９０重量％以上であってよく、９５重量％以上であってもよく、９９重量％以上であってもよい。

この冷凍装置では、従来のＲ４１０Ａ等の冷媒と比べて低い流速で循環される実質的にＲ３２からなる単一冷媒を、冷媒回路を循環する冷媒として用いている。このため、従来よりも、ヘッダの内部空間において冷媒が上方に到達しにくい。これに対して、この冷凍装置では、上記熱交換器を採用することによって、ヘッダの内部空間において冷媒をより上方に到達させやすくしている。

第１観点および第２観点に係る熱交換器では、扁平多穴管の幅方向の長さを大きくした場合であっても、ヘッダの内部において冷媒を鉛直上方に向かいやすくさせることが可能になる。

第３観点に係る熱交換器では、熱交換器をコンパクト化させることが可能になる。

第４観点に係る熱交換器では、扁平多穴管の外部を通過する空気や熱媒体の流れがヘッダによって遮られることなく、熱交換器をコンパクト化させることが可能になる。

第５観点に係る熱交換器では、熱交換器の扁平多穴管の内部流路が延びている方向における長さを短くしてコンパクト化させることが可能になる。

第６観点に係る熱交換器では、中間空間形成部材の外形が直方体形状であるか半円筒形状である場合には、扁平多穴管の端部近傍のうちヘッダの内部空間に位置している部分の扁平多穴管の内部流路が延びている方向における長さを短くでき、中間空間形成部材が円筒形状である場合には、信頼性を向上させることが可能になる。

第７観点に係る熱交換器では、扁平多穴管が延びている方向における熱交換器の大きさを小型化させることが可能になる。

第８観点に係る冷凍装置では、ヘッダの内部空間において冷媒をより上方に到達させやすくしている。

実施形態に係る熱交換器および冷凍装置における冷媒回路の概略構成図である。 実施形態に係る熱交換器の概略外観斜視図である。 冷媒回路に組み込まれた熱交換器の例を示す図である。 伝熱フィンの構成を示す部分拡大図である。 熱交換器の冷媒パスを示す図である。 第２ヘッダに対して扁平多穴管が中間空間形成体を介して接続される様子を示す概略説明斜視図である。 第２ヘッダの分流空間（１４３ａ）および中間空間（１４３ｂ）近傍の上面視概略断面図である。 中間空間（１４３ｂ）近傍の正面視概略断面図である。 第２ヘッダの分流空間（１４１ａ）および中間空間（１４１ｂ）近傍の上面視概略断面図である。 中間空間（１４１ｂ）近傍の正面視概略断面図である。 第２ヘッダの分流空間（１４２ａ）および中間空間（１４２ｂ）近傍の上面視概略断面図である。 中間空間（１４２ｂ）近傍の正面視概略断面図である。 他の実施形態（６−１）に係る第２ヘッダに対して扁平多穴管が中間空間形成体を介して接続される様子を示す概略説明斜視図である。 参考例に係る熱交換器の第２ヘッダと扁平多穴管の接続状態を示す上面視概略断面図である。

以下、実施形態およびその変形例に係る熱交換器および冷凍装置について、図面に基づいて説明する。なお、以下の記載は、本発明を限定するものではない。

（１）冷凍装置１
図１に、本実施形態の熱交換器３を備えた冷凍装置１の冷媒回路構成図を示す。

冷凍装置１は、室外ユニット１ａおよび室内ユニット１ｂを備えている。室外ユニット１ａと室内ユニット１ｂは、液側連絡配管７およびガス側連絡配管８を介して互いに接続されている。冷凍装置１は、室外ユニット１ａ、室内ユニット１ｂ、液側連絡配管７およびガス側連絡配管８が互いに接続されることで構成される冷媒回路１０を有している。

冷媒回路１０は、循環することで冷凍サイクルを行う作動冷媒が充填された閉回路である。なお、特に限定されないが、本実施形態では、作動冷媒としてＲ３２からなる単一冷媒が用いられている。冷媒回路１０は、圧縮機２、四路切換弁６、室内熱交換器としての熱交換器３、膨張弁４、分流器２９、各細管５７，５８，５９、室内熱交換器としての熱交換器５が互いに冷媒配管によって接続されて構成されている。四路切換弁６は、図１に示すように、圧縮機２の吐出側、圧縮機２の吸入側、室外熱交換器としての熱交換器３側、室内熱交換器としての熱交換器５側のそれぞれに接続される４つのポートを有している。

室外ユニット１ａは、室外ファン３ａと、上記冷媒回路１０を構成している圧縮機２、四路切換弁６、膨張弁４、分流器２９、各細管５７，５８，５９および熱交換器３と、を収納している。室外ファン３ａは、室外熱交換器としての熱交換器３に対して、室外空気を供給するための送風手段である。圧縮機２は、スクロール型またはロータリ型の全密閉型圧縮機である。膨張弁４は、いわゆる電子膨張弁である。分流器２９は、膨張弁４を通過した冷媒が各細管５７，５８，５９に分流させながら熱交換器３に送られるように、膨張弁４と熱交換器３との間に設けられている。室外熱交換器としての熱交換器３は、内部を通過する冷媒と室外空気との間で熱交換を行わせる。この室外熱交換器としての熱交換器３の詳細構成については、後述する。

室内ユニット１ｂは、室内ファン５ａと、上記冷媒回路１０を構成している室内熱交換器としての熱交換器５と、を収納している。室内ファン５ａは、室内熱交換器としての熱交換器５に対して、室内空気を供給するための送風手段である。室内熱交換器としての熱交換器５は、内部を通過する冷媒と室内空気との間で熱交換を行わせる。室内熱交換器としての熱交換器５は、円管である伝熱管を備えたいわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器によって構成されている。

（２）全体の動作
冷凍装置１は、冷房運転時には、圧縮機２の吐出側と室外熱交換器としての熱交換器３側が接続され、圧縮機２の吸入側と室内熱交換器としての熱交換器５側が接続されるように、四路切換弁６の接続状態が切り換えられて、冷凍サイクルが行われる。冷媒回路１０では、具体的には、圧縮機２から吐出された冷媒が、四路切換弁６を通って室外熱交換器としての熱交換器３へ流入し、冷媒の熱を室外空気に対して放熱する。室外熱交換器としての熱交換器３から流出した冷媒は、膨張弁４を通過する際に減圧されることで気液二相状態となり、室内熱交換器としての熱交換器５へ流入する。室内熱交換器としての熱交換器５では、冷媒は、室内空気から吸熱することで蒸発する。室内熱交換器としての熱交換器５から流出した冷媒は、四路切換弁６を通過して、圧縮機２に吸入され、再び圧縮されて吐出される。

冷凍装置１は、暖房運転時には、圧縮機２の吐出側と室内熱交換器としての熱交換器５側が接続され、圧縮機２の吸入側と室外熱交換器としての熱交換器３側が接続されるように、四路切換弁６の接続状態が切り換えられて、冷凍サイクルが行われる。冷媒回路１０は、具体的には、圧縮機２から吐出された冷媒が、四路切換弁６を通って室内熱交換器としての熱交換器５へ流入し、冷媒の熱を室内空気に対して放熱する。室内熱交換器としての熱交換器５から流出した冷媒は、膨張弁４を通過する際に減圧されることで気液二相状態となり、室外熱交換器としての熱交換器３へ流入する。室外熱交換器としての熱交換器３では、冷媒は、室外空気から吸熱することで蒸発する。室外熱交換器としての熱交換器３から流出した冷媒は、四路切換弁６を通過して、圧縮機２へ吸入され、再び圧縮されて吐出される。

（３）熱交換器３の詳細構造
冷凍装置１の室外熱交換器としての熱交換器３の詳細構造を、図面を参照しながら説明する。

図２は、本実施形態に係る熱交換器３の概略外観斜視図である。図３は、冷凍装置１の冷媒回路１０に組み込まれた熱交換器３の例を示す。図４に、設置状態における扁平多穴管１１の長手方向から見た伝熱フィン１２の拡大図を示す。

本実施形態に係る熱交換器３は、内部を作動冷媒が流れ、外部を空気が通過する、いわゆる空気熱交換器である。この熱交換器３は、積層型熱交換器である。

以下の説明において、冷媒の流れに関連する説明では、主として、冷凍装置１が暖房運転を行っている場合において室外熱交換器としての熱交換器３が冷媒の蒸発器として機能している場合を例に挙げて説明する。

室外熱交換器としての熱交換器３が冷媒の蒸発器として機能する場合には、図３に示すように、膨張弁４において減圧されて気液二相状態となった冷媒は、分流器２９によって各細管５７，５８，５９に分流されて、熱交換器３に送られる。なお、熱交換器３の内部を通過した冷媒は、冷媒配管７１を介して四路切換弁６まで送られる。

熱交換器３は、図３に示されるように、主として、分流器２９から延びる各細管５７，５８，５９に接続された第１ヘッダ１３と、もう１つのヘッダである第２ヘッダ１４と、中間空間形成体４２と、複数の扁平多穴管１１と、複数の伝熱フィン１２と、第２ヘッダ１４を流れる冷媒を連絡する第１連絡配管５４および第２連絡配管５５を有している。

（３−１）扁平多穴管１１
扁平多穴管１１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属素材を用いて、押し出し成形等により製造される。

扁平多穴管１１は、伝熱面となる平面部と、冷媒が流れる複数の内部流路１１ａ（図４参照）を有している。

平面部は、長尺かつ幅広であって、設置状態において内部流路１１ａの上方部分を構成し鉛直上方を法線方向とする上面と、内部流路１１ａの下方部分を構成し鉛直下方を法線方向とする下面を有している。平面部の幅寸法（空気流れ方向における上流側端部から下流側端部までの水平方向の長さ）は、約２５ｍｍである。各扁平多穴管１１の一端は、後述する第１ヘッダ１３に接続され、他端が後述する第２ヘッダ１４に接続される。

各内部流路１１ａは、扁平多穴管１１の長手方向の一端側から他端側に向けて貫通するように延びている。複数の内部流路１１ａは、扁平多穴管１１の幅方向に所定の間隔を開けながら並んでいる。特に限定されないが、本実施形態では、図４では一部省略しているが、１本の扁平多穴管１１には、２４〜２８個の内部流路１１ａが設けられている。また、本実施形態では、内部流路１１ａの流路断面形状は、鉛直方向の長さが０．５ｍｍであって、水平方向の長さが０．５ｍｍである方形となっている。

長手方向が鉛直方向となるように配置された第１ヘッダ１３と第２ヘッダ１４および中間空間形成体４２との間において、複数の扁平多穴管１１は、上下方向に間隔を開けながら並んでいる。一の扁平多穴管１１と他の扁平多穴管１１との間に形成された空間は、室外ファン３ａから供給される空気流れが扁平多穴管１１の幅方向に通過する通風空間となる。このように配置された扁平多穴管１１は、平面部のうちの上面が、１つ上に配置された扁平多穴管１１の平面部のうちの下面に対面するように配置されている。

（３−２）伝熱フィン１２
伝熱フィン１２は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフィンである。伝熱フィン１２は、板状部材であって、一方の面とその裏面が扁平多穴管１１の内部流路１１ａが延びる方向を向くように配置されている。

伝熱フィン１２は、設置状態における空気流れの風上方向側端部から風下方向の端部の手前まで水平方向に延びた切り欠き１２ａが、上下方向に所定の間隔で形成されている。この切り欠き１２ａは、扁平多穴管１１の上下の平面部に沿った形状を有しており、挿入された扁平多穴管１１の外周面と接触している。

なお、伝熱フィン１２は、扁平多穴管１１が挿入された状態において、扁平多穴管１１の空気流れの風上側端部よりもさらに風上側に膨出した部分が形成されるように構成されている。

（３−３）第１ヘッダ１３
第１ヘッダ１３は、扁平多穴管１１の長手方向の一端近傍を、内部空間が扁平多穴管１１の内部流路１１ａと連通した状態で固定支持するように設けられている。

第１ヘッダ１３は、図５に示すように、主として、第１円柱部材３１と、第１上下仕切板１３ａ〜１３ｃとからなる。

（３−３−１）第１円柱部材３１
第１円柱部材３１は、軸方向が鉛直方向となるように延びた円柱形状の部材であって、第１ヘッダ１３の外形を構成している。第１円柱部材３１は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製である。

第１円柱部材３１には、鉛直方向に所定の間隔を開けて複数の開口３１ａが設けられている。これらの開口３１ａに対して複数の扁平多穴管１１の長手方向の一端近傍部分が挿入され、各扁平多穴管１１の内部流路１１ａと第１円柱部材３１の内部空間が連通した状態で、第１円柱部材３１と複数の扁平多穴管１１とがロウ付けによって互いに接合されている。

第１円柱部材３１は、第１円柱部材３１に対して連結された複数の扁平多穴管１１のうち最も上方に位置している扁平多穴管１１と同等の高さ位置において、四路切換弁６側に向かって延びた冷媒配管７１が接続されている。

第１円柱部材３１は、第１円柱部材３１に対して連結された複数の扁平多穴管１１のうち最も下方に位置している扁平多穴管１１と同等の高さ位置において、分流器２９側に向かって延びた細管５９が接続されている。同様に、第１円柱部材３１は、第１円柱部材３１に対して連結された複数の扁平多穴管１１のうち下から３段目に位置している扁平多穴管１１と同等の高さ位置において分流器２９側に向かって延びた細管５８が接続されており、下から５段目に位置している扁平多穴管１１と同等の高さ位置において分流器２９側に向かって延びた細管５７が接続されている。

なお、第１円柱部材３１の鉛直上方端部と鉛直下方端部は、いずれも閉鎖されている。

（３−３−２）第１上下仕切板１３ａ〜１３ｃ
第１上下仕切板１３ａ〜１３ｃは、図５に示すように、第１円柱部材３１の内部空間を上下に並んだ４つの小空間に仕切るようにしてロウ付け固定された円盤状部材である。

第１上下仕切板１３ａは、第１円柱部材３１の内部空間を、下から７段目の扁平多穴管１１と下から６段目の扁平多穴管１１の間の高さ位置で上下に仕切るように配置されている。同様に、第１上下仕切板１３ｂは、第１円柱部材３１の内部空間を下から５段目の扁平多穴管１１と下から４段目の扁平多穴管１１の間の高さ位置で上下に仕切るように配置され、第１上下仕切板１３ｃは、第１円柱部材３１の内部空間を下から３段目の扁平多穴管１１と下から２段目の扁平多穴管１１の間の高さ位置で上下に仕切るように配置されている。

これにより、第１円柱部材３１の内部空間は、第１上下仕切板１３ａの上方である第１上方小空間１３１と、第１上下仕切板１３ａの下方であって第１上下仕切板１３ｂの上方である第１下方小空間１３２と、第１上下仕切板１３ｂの下方であって第１上下仕切板１３ｃの上方である第１下方小空間１３３と、第１上下仕切板１３ｃの下方である第１下方小空間１３４と、の４つの小空間に仕切られている。

第１上方小空間１３１は、上から１段目から２３段目までの２３の扁平多穴管１１と冷媒配管７１とを連通させる空間である。第１下方小空間１３２は、上から２４段目および２５段目の２つの扁平多穴管１１と細管５７とを連通させる空間である。第１下方小空間１３３は、上から２６段目および２７段目の２つの扁平多穴管１１と細管５８とを連通させる空間である。第１下方小空間１３４は、上から２８段目および２９段目の２つの扁平多穴管１１と細管５９とを連通させる空間である。

（３−４）第２ヘッダ１４
第２ヘッダ１４は、扁平多穴管１１の長手方向における第１ヘッダ１３側端部とは反対側の端部近傍を、内部空間が扁平多穴管１１の内部流路１１ａと連通した状態で固定支持するように設けられている。

第２ヘッダ１４は、図５〜図１２に示すように、主として、第２下方円柱部材４９と、第２上方円柱部材４１と、第２上下仕切板１４ａ〜１４ｅとを有している。

（３−４−１）第２下方円柱部材４９
第２下方円柱部材４９は、複数の扁平多穴管１１の第１円柱部材３１側とは反対側の端部近傍であって、下方の２０〜３０％の高さ部分に接続された部材である。この第２下方円柱部材４９は、軸方向が鉛直方向となるように延びた円柱形状の部材であって、第２ヘッダ１４の外形のうち下方部分を構成している。第２下方円柱部材４９は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製である。

第２下方円柱部材４９には、鉛直方向に所定の間隔を開けて複数の開口４９ａが設けられている。これらの開口４９ａに対して複数の扁平多穴管１１の長手方向の他端近傍部分（第１円柱部材３１側とは反対側の端部近傍部分）が挿入され、各扁平多穴管１１の内部流路１１ａと第２下方円柱部材４９の内部空間が連通した状態で、第２下方円柱部材４９と複数の扁平多穴管１１とがロウ付けによって互いに接合されている。なお、第２下方円柱部材４９には、第１連絡配管５４、第２連絡配管５５および第３連絡配管５６のそれぞれの一端が連通されている。第２下方円柱部材４９の上方には、第２下方円柱部材４９との間で第１連絡配管５４、第２連絡配管５５および第３連絡配管５６を介して冷媒の行き来が可能となるように接続された第２上方円柱部材４１および中間空間形成体４２が設けられている。

なお、第２下方円柱部材４９の鉛直下方端部は閉鎖されており、鉛直上方端部は後述する第２上下仕切板１４ｃの下面によって閉鎖されている。

（３−４−２）第２上方円柱部材４１
第２上方円柱部材４１は、複数の扁平多穴管１１の第１円柱部材３１側とは反対側の端部近傍であって、上方の７０〜８０％の高さ部分に接続された部材である。この第２上方円柱部材４１は、軸方向が鉛直方向となるように延びた円柱形状の部材であって、第２ヘッダ１４の外形のうち上方の風上側部分を構成している。第２上方円柱部材４１は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製である。

第２上方円柱部材４１には、径方向のうち中間空間形成体４２が接続されている側は、上端から下端まで開放されている。

第２上方円柱部材４１には、各高さ位置に対して、第１連絡配管５４、第２連絡配管５５および第３連絡配管５６のそれぞれの他端が連通されている。

なお、第２上方円柱部材４１の鉛直上方端部は閉鎖されており、鉛直方向下端部は第２上下仕切板１４ｃの上面によって閉鎖されている。

（３−４−３）第２上下仕切板１４ａ〜１４ｅ
第２上下仕切板１４ａ〜１４ｅは、図５、図６に示すように、第２下方円柱部材４９と
第２上方円柱部材４１の内部空間を６つの小空間に仕切るようにしてロウ付け固定された円盤状部材である。

第２上下仕切板１４ａ、１４ｂは、図６に示すように、第２上方円柱部材４１の異なる高さ位置に対して取り付けられ、第２上方円柱部材４１の内部空間を上下方向に３つに仕切っている。

第２上下仕切板１４ｃは、第２下方円柱部材４９の内部空間と第２上方円柱部材４１の内部空間とを上下に仕切るように設けられている。

第２上下仕切板１４ｄ、１４ｅは、第２下方円柱部材４９の異なる高さ位置に対して取り付けられ、第２下方円柱部材４９の内部空間を上下方向に３つに仕切っている。

各仕切板の配置の詳細は、以下の通りである。

第２上下仕切板１４ａは、第２上方円柱部材４１の内部空間を、上から８段目の扁平多穴管１１と上から９段目の扁平多穴管１１の間の高さ位置に対応する位置で上下に仕切るように配置されている。第２上下仕切板１４ｂは、第２上方円柱部材４１の内部空間を、上から１５段目の扁平多穴管１１と上から１６段目の扁平多穴管１１の間の高さ位置に対応する位置で上下に仕切るように配置されている。第２上下仕切板１４ｃは、下から７段目の扁平多穴管１１と下から６段目の扁平多穴管１１の間の高さ位置に対応する位置（第１上下仕切板１３ａと同じ高さ位置）で、第２上方円柱部材４１の内部空間と第２下方円柱部材４９の内部空間を上下に仕切るように配置されている。第２上下仕切板１４ｄは、第２下方円柱部材４９の内部空間を下から５段目の扁平多穴管１１と下から４段目の扁平多穴管１１の間の高さ位置（第１上下仕切板１３ｂと同じ高さ位置）で上下に仕切るように配置され、第２上下仕切板１４ｅは、第２下方円柱部材４９の内部空間を下から３段目の扁平多穴管１１と下から２段目の扁平多穴管１１の間の高さ位置（第１上下仕切板１３ｃと同じ高さ位置）で上下に仕切るように配置されている。

これにより、第２上方円柱部材４１の内部空間は、第２上下仕切板１４ａの上方である分流空間１４１ａと、第２上下仕切板１４ａの下方であって第２上下仕切板１４ｂの上方である分流空間１４２ａと、第２上下仕切板１４ｂの下方の分流空間１４３ａとの３つの小空間に仕切られている。また、第２下方円柱部材４９の内部空間は、第２上下仕切板１４ｃの下方であって第２上下仕切板１４ｄの上方である第２下方小空間１４４と、第２上下仕切板１４ｄの下方であって第２上下仕切板１４ｅの上方である第２下方小空間１４５と、第２上下仕切板１４ｅの下方である第２下方小空間１４６と、の３つの小空間に仕切られている。

第２下方小空間１４６の上方と、分流空間１４１ａの下方とは、第１連絡配管５４を介して連通している。第２下方小空間１４５の上方と、分流空間１４２ａの下方とは、第２連絡配管５５を介して連通している。第２下方小空間１４４の上方と、分流空間１４３ａの下方とは、第２連絡配管５６を介して連通している。

（３−５）中間空間形成体４２
中間空間形成体４２は、熱交換器３が冷媒の蒸発器として機能する運転状態において、第２ヘッダ１４から扁平多穴管１１に向けて冷媒が流入する部分に設けられている。具体的には、熱交換器３が冷媒の蒸発器として機能する運転状態において、第２上方円柱部材４１から流出した冷媒が各扁平多穴管１１の内部流路１１ａに取り込まれる前に冷媒が通過するように、第２上方円柱部材４１と扁平多穴管１１との間に介在している。なお、この中間空間形成体４２についても、アルミニウム製またはアルミニウム合金によって構成されている。

中間空間形成体４２は、１本１本の扁平多穴管１１の高さ位置に対応するように個別の空間である中間空間を内部に形成する直方体部４２ｃを複数有している。

ここで、中間空間形成体４２が有する複数の直方体部４２ｃの全ての内部空間のうち、分流空間１４１ａと直接連通している空間を中間空間１４１ｂと称し、分流空間１４２ａと直接連通している空間を中間空間１４２ｂと称し、分流空間１４３ａと直接連通している空間を中間空間１４３ｂと称する。

各直方体部４２ｃは、上面、下面、扁平多穴管１１が接続される側とは反対側の面、および、第２上方円柱部材４１と接続される側とは反対側の面は、いずれも開口を有しておらず閉じられている。

各直方体部４２ｃのうち第２上方円柱部材４１と接続される側の面は、図６に示すように、第２上方円柱部材４１のうちの径方向に開放されている部分に対して接続されている。各直方体部４２ｃのうち第２上方円柱部材４１と接続される側の面には、分流開口４２ａが１つずつ設けられている。各分流開口４２ａは、第２上方円柱部材４１内の分流空間１４１ａと、直方体部４２ｃの中間空間１４１ｂ、１４２ｂ、１４３ｂのうちのいずれかと、を互いに連通させるように設けられている。なお、１つの分流開口４２ａの大きさは、１本の扁平多穴管１１の内部流路１１ａの合計通過断面積よりもやや小さい大きさとなっている。なお、中間空間形成体４２に設けられた分流開口４２ａが開口する向きと、中間空間形成体４２に設けられた扁平多穴管１１を接続するための開口４２ｂが開口する向きは、本実施形態において９０度となっている。

各直方体部４２ｃのうち扁平多穴管１１が接続される側の面には、図６に示すように、扁平多穴管１１の端部の外縁形状に沿った形状の開口４２ｂが１つずつ設けられている。この開口４２ｂには、扁平多穴管１１の長手方向の他端近傍部分（第１円柱部材３１側とは反対側の端部近傍部分）が挿入され、ロウ付けされることで中間空間形成体４２に固定されている。これにより、各直方体部４２ｃの中間空間１４１ｂは、各扁平多穴管１１の内部流路１１ａと連通した状態になっている。

図７に、第２ヘッダ１４の分流空間１４３ａおよび中間空間１４３ｂ近傍の上面視概略断面図を示す。図８に、中間空間１４３ｂ近傍の正面視概略断面図を示す。

分流空間１４３ａの下方には、第２下方円柱部材４９内の第２下方小空間１４４の冷媒を流入させるように、第３連絡配管５６が接続されている。そして、第３連絡配管５６を介して分流空間１４３ａ内に流入した冷媒は、分流空間１４３ａ内を上昇しながら各分流開口４２ａを介して各中間空間１４３ｂに分流される。各中間空間１４３ｂに分流された冷媒は、それぞれ１対１に設けられている扁平多穴管１１の内部流路１１ａに流入して流れていく。

ここで、各中間空間１４３ｂには、分流空間１４３ａを上昇しながら各分流開口４２ａにおいて分流された冷媒が流入しているが、各中間空間１４３ｂ同士は直接接続されておらず互いに独立した個別の空間となっているため、一度、各中間空間１４３ｂに分流された冷媒は、その分流態様を維持したままでそれぞれの扁平多穴管１１に送られる。

なお、図７に示すように、第２上方円柱部材４１の内径Ｄは、扁平多穴管１１の内部流路１１ａのうち互いに最も離れた端部同士の間の長さＬよりも短く成るように構成されている。このため、第２上方円柱部材４１の分流空間１４３ａにおける冷媒通過断面積（平面視断面積）を小さくすることができ、分流空間１４３ａを上昇する冷媒の流速を確保しやすくなっている。このため、分流空間１４３ａを流れる冷媒を上方に到達させやすくすることができ、上下方向における冷媒の偏流を小さく抑えることができている。また、中間空間１４３ｂの内部の左右方向（扁平多穴管１１の長手方向）の長さＫは、第２上方円柱部材４１の内径Ｄよりもさらに小さくすることができているため、熱交換器３の左右方向の幅をコンパクト化させることができている。

また、図７に示すように、中間空間１４３ｂには、空気流れ上流側に配置された分流空間１４３ａから冷媒が導かれる。このため、冷媒は、扁平多穴管１１が有する空気流れ方向に複数並んだ内部流路１１ａのうち空気流れの上流側に位置している内部流路１１ａを優先的に流れることになる。このため、空気と冷媒の温度差が最も高い空気流れ上流部分をより有効に活用することができるため、熱交換効率を高めることが可能になっている。

図９に、第２ヘッダ１４の分流空間１４１ａおよび中間空間１４１ｂ近傍の上面視概略断面図を示す。図１０に、中間空間１４１ｂ近傍の正面視概略断面図を示す。

分流空間１４１ａの下方には、第２下方円柱部材４９内の第２下方小空間１４６の冷媒を流入させるように、第１連絡配管５４が接続されている。そして、第１連絡配管５４を介して分流空間１４１ａ内に流入した冷媒は、分流空間１４１ａ内を上昇しながら各分流開口４２ａを介して各中間空間１４１ｂに分流される。各中間空間１４１ｂに分流された冷媒は、それぞれ１対１に設けられている扁平多穴管１１の内部流路１１ａに流入して流れていく。

ここで、各中間空間１４１ｂには、分流空間１４１ａを上昇しながら各分流開口４２ａにおいて分流された冷媒が流入しているが、各中間空間１４１ｂ同士は直接接続されておらず互いに独立した個別の空間となっているため、一度、各中間空間１４１ｂに分流された冷媒は、その分流態様を維持したままでそれぞれの扁平多穴管１１に送られる。

なお、第２上方円柱部材４１の分流空間１４１ａについても、冷媒通過断面積を小さくすることができているため、冷媒をより上方に到達させやすく、上下方向の偏流を小さく抑えることができている。

また、中間空間１４１ｂに接続されている扁平多穴管１１についても同様に、空気と冷媒の温度差が最も高い空気流れ上流部分をより有効に活用することができるため、熱交換効率を高めることが可能になっている。

図１１に、第２ヘッダ１４の分流空間１４２ａおよび中間空間１４２ｂ近傍の上面視概略断面図を示す。図１２に、中間空間１４２ｂ近傍の正面視概略断面図を示す。

分流空間１４２ａの下方には、第２下方円柱部材４９内の第２下方小空間１４５の冷媒を流入させるように、第２連絡配管５５が接続されている。そして、第２連絡配管５５を介して分流空間１４２ａ内に流入した冷媒は、分流空間１４２ａ内を上昇しながら各分流開口４２ａを介して各中間空間１４２ｂに分流される。各中間空間１４２ｂに分流された冷媒は、それぞれ１対１に設けられている扁平多穴管１１の内部流路１１ａに流入して流れていく。

ここで、各中間空間１４２ｂには、分流空間１４２ａを上昇しながら各分流開口４２ａにおいて分流された冷媒が流入しているが、各中間空間１４２ｂ同士は直接接続されておらず互いに独立した個別の空間となっているため、一度、各中間空間１４２ｂに分流された冷媒は、その分流態様を維持したままでそれぞれの扁平多穴管１１に送られる。

なお、第２上方円柱部材４１の分流空間１４２ａについても、冷媒通過断面積を小さくすることができているため、冷媒をより上方に到達させやすく、上下方向の偏流を小さく抑えることができている。

また、中間空間１４２ｂに接続されている扁平多穴管１１についても同様に、空気と冷媒の温度差が最も高い空気流れ上流部分をより有効に活用することができるため、熱交換効率を高めることが可能になっている。

（４）熱交換器３における冷媒の流れ
以下、冷凍装置１の冷媒回路１０が暖房運転を行うことで、室外熱交換器としての熱交換器３が冷媒の蒸発器として機能している場合の冷媒の流れを例に挙げて説明する。

図１および図３に示すように、圧縮機２によって吐出された高温高圧冷媒は、四路切換弁６を介して室内熱交換器としての熱交換器５に送られて放熱した後、膨張弁４に向けて流れる。膨張弁４では、冷媒は、減圧されて気液二相状態となり、分流器２９を通過して各細管５７，５８，５９に分流された冷媒は、その後、第１ヘッダ１３の下３つの第１下方小空間１３２，１３３，１３４に送られる（図３および図５参照）。具体的には、細管５７に分流された冷媒は、第１下方小空間１３２へと流れ込み、細管５８に分流された冷媒は、第１下方小空間１３３へ流れ込み、細管５９に分流された冷媒は、第１下方小空間１３４へと流れ込む。

第１下方小空間１３２に流れ込んだ冷媒は、扁平多穴管１１の内部流路１１ａに吸い込まれて第２下方小空間１４４に流れ込む。第２下方小空間１４４に流れ込んだ冷媒は、その後、第３連絡配管５６を通って第２上方円柱部材４１の分流空間１４３ａへと流れ込む。分流空間１４３ａへと流れ込んだ冷媒は、分流空間１４３ａ内を鉛直上方に上昇していきながら、各分流開口４２ａの高さ位置毎に分流し、中間空間形成体４２の中間空間１４３ｂに流れ込む。中間空間１４３ｂに流入した冷媒は、扁平多穴管１１の内部流路１１ａを介して第１上方小空間１３１に流れ込む。

第１下方小空間１３３に流れ込んだ冷媒は、扁平多穴管１１の内部流路１１ａに吸い込まれて第２下方小空間１４５に流れ込む。第２下方小空間１４５に流れ込んだ冷媒は、その後、第２連絡配管５５を通って第２上方円柱部材４１の分流空間１４２ａへと流れ込む。分流空間１４２ａに流れ込んだ冷媒は、分流空間１４２ａ内を鉛直上方に上昇していきながら、各分流開口４２ａの高さ位置毎に分流し、中間空間形成体４２の中間空間１４２ｂに流れ込む。中間空間１４２ｂに流入した冷媒は、各扁平多穴管１１の内部流路１１ａを介して第１上方小空間１３１に流れ込む。

第１下方小空間１３４に流れ込んだ冷媒は、扁平多穴管１１の内部流路１１ａに吸い込まれて第２下方小空間１４６に流れ込む。第２下方小空間１４６に流れ込んだ冷媒は、その後、第１連絡配管５４を通って第２上方円柱部材４１の分流空間１４１ａへと流れ込む。分流空間１４１ａに流れ込んだ冷媒は、分流空間１４１ａ内を鉛直上方に上昇していきながら、各分流開口４２ａの高さ位置毎に分流し、中間空間形成体４２の中間空間１４１ｂに流れ込む。中間空間１４１ｂに流入した冷媒は、各扁平多穴管１１の内部流路１１ａを介して第１上方小空間１３１に流れ込む。

熱交換を終えて第１上方小空間１３１で合流した冷媒は、蒸発を終えたガス冷媒となって冷媒配管７１および四路切換弁６をこの順に通過して、圧縮機２に吸入される。

（５）本実施形態の特徴
従来の熱交換器では、例えば、図１４の参考例の第２上方円柱部材４１ｘの軸方向視断面図が示すように、第２上方円柱部材４１ｘにおいて、上記実施形態と同じ幅寸法の扁平多穴管１１を挿入固定することが可能となるようにするには、第２上方円柱部材４１ｘの内径Ｄｘは、扁平多穴管１１の幅方向の寸法以上の長さが必要になる。この場合には、冷媒が上昇する際の通過断面積が大きくなってしまい、冷媒を上方に到達させることが難しく、偏流が生じてしまっていた。

これに対して、本実施形態の冷凍装置１に採用された熱交換器３では、蒸発器として機能される場合の冷媒流れの上流側に位置するヘッダ（第２ヘッダ１４）において、扁平多穴管１１が挿入固定される対象となる中間空間形成体４２と、その中間空間形成体４２に接続固定される第２上方円柱部材４１とに分ける構成を採用している。これにより、第２上方円柱部材４１の内径Ｄを、上記図１４の第２上方円柱部材４１ｘの内径Ｄｘよりも小さくすることが可能になっている。したがって、上昇する冷媒流れの通過断面積を小さくすることができているため、冷媒の流速を高く維持することができ、上下方向における冷媒の偏流を抑制することが可能になっている。

しかも、中間空間形成体４２の複数の中間空間１４１ｂ、複数の中間空間１４２ｂおよび複数の中間空間１４３ｂ毎に分流された冷媒は、その分流態様を維持したままで扁平多穴管１１の内部流路１１ａに冷媒を送ることが可能になっている。したがって、偏流を抑制した冷媒流れを確実に維持することが可能になっている。

なお、上方円柱部材４１は、中間空間形成体４２に対して扁平多穴管１１が接続されている側とは反対側には配置されず、中間空間形成体４２の風上側に配置されている。このため、熱交換器３の扁平多穴管１１が延びている方向におけるサイズをコンパクト化させることが可能になっている。

また、本実施形態の冷凍装置１の冷媒回路１０では、作動冷媒としてＲ３２の単一冷媒を用いている。このように、作動冷媒としてＲ３２の単一冷媒を用いた場合には、従来のＲ４１０Ａ冷媒を作動冷媒とした例と同様の能力を出すためには、冷媒の流速が低くなりがちである。このように冷媒の流速が低くなってしまうと、鉛直方向に延びる空間において冷媒を上下方向に均一に届かせることがより一層困難になる。このように冷媒としてＲ３２の単一冷媒が用いられている場合であっても、本実施形態の冷凍装置１では熱交換器３において中間空間形成体４２と第２上方円柱部材４１に分けつつ分流開口４２ａで接続した構成を採用したことにより、冷媒をより上方に届きやすくさせて、偏流を抑制することが可能になっている。

（６）他の実施形態
上記実施形態は、その要旨を逸脱しない範囲で、例えば、以下のように、適宜変更してもよい。

（６−１）
上記実施形態では、中間空間形成体４２が複数の直方体部４２ｃによって構成されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図１３の第２ヘッダ２１４に扁平多穴管１１が中間空間形成体２４２を介して接続される様子を示す概略説明斜視図に示すように、第２ヘッダ２１４は、複数の半円筒部２４２ｃによって構成された中間空間形成体２４２を有していてもよい。

この半円筒部２４２ｃは、熱交換器３に対する空気流れ方向を軸方向とする略半円筒形状であって、円弧形状部分が扁平多穴管１１側とは反対側を構成されており、扁平多穴管１１側は空気流れ方向でかつ鉛直方向に広がった平面によって構成されている。なお、扁平多穴管１１は、当該平面に設けられた開口４２ｂを介してロウ付けによって固定されている。半円筒部２４２ｃの軸方向の一端側の面は、第２上方円柱部材４１に連結されており、当該面には軸方向に貫通した分流開口４２ａが形成されている。以上の構成において、中間空間形成体２４２を構成する各半円筒部２４２ｃは、上記実施形態と同様に、互いに冷媒が行き来しないように分けられている。このため、偏流を抑制した冷媒流れを確実に維持することが可能になっている。

なお、中間空間形成体を構成する各部は、互いに仕切られていれば特に形状は限定されず、例えば、空気流れ方向を軸方向とする円柱形状であってもよい。

（６−２）
上記実施形態では、中間空間形成体４２を構成する各直方体部４２ｃが直方体形状であり、分流開口４２ａと扁平多穴管１１を接続するための開口４２ｂとの開口方向が互いに９０度である場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、これらの開口方向が形成する角度は、特に限定されず、例えば、１３５度や１８０度であってもよい。

本発明は、扁平多穴管を有する熱交換器およびこの熱交換器を備えた冷凍装置において、特に有用である。

１ 冷凍装置
３ 熱交換器
４ 膨張弁
５ 熱交換器
１０ 冷媒回路
１１ 扁平多穴管
１１ａ 内部流路
１３ 第１ヘッダ
１４ 第２ヘッダ
４１ 第２上方円柱部材（ヘッダ）
４２ 中間空間形成体（中間空間形成部材）
４２ａ 分流開口（第１開口）
４２ｂ 開口（第２開口）
４２ｃ 直方体部
４９ 第２下方円柱部材
１４１ａ〜１４３ａ 分流空間（内部空間）
１４１ｂ〜１４３ｂ 中間空間

特開２０１０−２４３０７６号公報

Claims (8)

1. 鉛直方向に延びたヘッダ（４１）と、
   水平方向に延びており、異なる高さ位置に設けられた複数の扁平多穴管（１１）と、
   前記ヘッダの内部空間（１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ）と連通させるための第１開口（４２ａ）および前記扁平多穴管（１１）が接続される第２開口（４２ｂ）を有しており、それぞれの前記複数の扁平多穴管を前記ヘッダに接続するために設けられた複数の中間空間形成部材（４２）と、
   を備えた熱交換器（３）。
2. 前記扁平多穴管は、水平方向に互いに平行になるように並んだ複数の内部流路（１１ａ）を有しており、
   前記扁平多穴管が有している複数の前記内部流路のうち互いに最も離れた位置に有る前記内部流路（１１ａ）同士の最長の水平方向の距離（Ｌ）よりも、前記ヘッダの前記内部空間の水平方向における最長部分の長さ（Ｄ）の方が短い、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記中間空間形成部材に形成されている前記第１開口（４２ａ）の開口方向と、前記第２開口（４２ｂ）の開口方向とは、互いに異なる開口方向である、
   請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記中間空間形成部材に形成されている前記第１開口の開口方向（４２ａ）と、前記第２開口（４２ｂ）の開口方向とがなす角度は、９０度である、
   請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記中間空間形成部材（４２）の長手方向は、前記扁平多穴管の水平方向における幅方向と平行である、
   請求項２から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記中間空間形成部材の外形は、直方体形状、半円筒形状および円柱形状のいずれかである、
   請求項５に記載の熱交換器。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器（３）と、
   前記熱交換器に空気流れを送るための送風機（３ａ）と、
   を備え、
   前記熱交換器の前記ヘッダは、前記扁平多穴管に対して前記空気流れの風上側または風下側に配置されている、
   冷凍装置（１）。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器（３）を有し、実質的にＲ３２からなる単一冷媒が内部を循環する冷媒回路を備えた冷凍装置（１）。

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