JP2017133820A - ヘッダ、及び、熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】上下方向に積層されている各冷媒管に対して気液混合状態の冷媒を均一に分配することを可能とするヘッダを提供する。
【解決手段】上下方向に延びるメインヘッダ室１と、前記メインヘッダ室１から水平方向へ分岐させて上下方向に並べて設けられた複数のサブヘッダ室２と、を備え、前記メインヘッダ室１に流入する冷媒を前記複数のサブヘッダ室２にそれぞれ接続された冷媒管４に対して流入させるためのヘッダ１００であって、前記メインヘッダ室１が、当該メインヘッダ室１の内部へ気液混合状態の冷媒を水平方向に流入させる冷媒流入穴１１と、前記冷媒流入穴１１から流出する冷媒が衝突するように設けられ、冷媒の流れ方向を上下方向に変更する流れ方向変更機構３とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の冷媒管を有した熱交換器に用いられるものであり、各冷媒管に対して冷媒を分配するヘッダに関するものである。

従来のヘッダを用いたマイクロチャネル熱交換器においては、扁平管として形成された各冷媒管のヘッダ内への突出長さを運転時の冷媒流量に応じて最適化したものや（特許文献１参照）、ヘッダ管内にヘッダ管の軸に対して平行または垂直な仕切り板を設置して混合室、分配室、分配流路を形成したものがある（特許文献２参照）。

ところで、特許文献１に記載のヘッダでは、ヘッダ内に突出させた扁平管突出部による流動抵抗は冷媒の流量により変動してしまう。このため変動する流量に対して各扁平管へ流入する冷媒量を均一にすることは困難である。さらに、扁平管をヘッダ内に突出させると、その突出部分で冷媒の流れに渦が発生し、各扁平管に対してスムーズに冷媒が流入されなくなってしまうという問題もある。

また、先行文献２におけるヘッダであっても流動抵抗は変動するため変動する流量に対して各扁平管へ流入する冷媒量を均一にすることは困難である。また、仕切り板を多数設置した場合や仕切り板の形状を複雑にした場合には高価になってしまう。

さらに特許文献３に示されるように上下方向に延びるメインヘッダ室から複数のサブヘッダ室を水平方向に分岐させ、各サブヘッダ室に対して直接各扁平管を接続したものもある。このものはメインヘッダ室に流入した冷媒が各サブヘッダ室に分配して、各扁平管に対して均一に冷媒を分配することが意図されている。

しかしながら、このようなものであっても下方にある扁平管には比重の大きい液冷媒が入り込みやすくなり、上方にある扁平管には気体冷媒が偏って導入されてしまい、均一な冷媒の分配を実現できていない。

特許第5626254号公報 特開2014-66502号公報 米国特許文献2012/291998号公報

そこで、本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、上下方向に並べて設けられている各冷媒管に対して気液混合状態の冷媒を均一に分配することを可能とするヘッダを提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係るヘッダは、上下方向に延びるメインヘッダ室を備え、前記メインヘッダ室に流入する冷媒を上下方向に並べて設けられた複数の冷媒管にそれぞれ流入させるためのヘッダであって、前記メインヘッダ室が、当該メインヘッダ室の内部へ気液混合状態の冷媒を水平方向に流入させる冷媒流入穴と、前記冷媒流入穴から流出する冷媒が衝突するように設けられ、冷媒の流れ方向を上下方向に変更する流れ方向変更機構と、を備えていることを特徴とする。ここで、冷媒管とは例えば冷媒が流通し、空気との間で熱交換が行われる扁平管や円筒管等を含む概念である。

このようなものであれば、前記流れ方向変更機構により前記メインヘッダ室に流入する気液混合状態の冷媒が前記メインヘッダ室の上方へと流され、下方に設けられた冷媒管に対して多量の冷媒が流入するのを防ぎ、上方に設けられた前記冷媒管にも液体の冷媒を十分分配することが可能となる。また、メインヘッダ室の内部容積を小さくすることで、気体と液体が分離した偏流が発生しやすい低流量の場合でも気液混合を促進できる。したがって、各冷媒管には気液の混合比率が近い状態で冷媒を分配することができ、各冷媒管での熱交換効率を理想的な状態にすることができるようになる。

上下方向に並べて設けられた各冷媒管に対して、上方に設けられた冷媒管にも液冷媒が十分に含まれた状態での冷媒の分配を可能にし、下部の冷媒管に冷媒がたまり過ぎないようにするためのヘッダの具体的な構造としては、前記メインヘッダ室から水平方向へ分岐させて上下方向に並べて設けられた複数のサブヘッダ室と、をさらに備え、前記複数のサブヘッダ室のそれぞれに前記複数の冷媒管が接続されており、前記メインヘッダ室に流入する冷媒が、前記複数のサブヘッダ室を介して前記複数の冷媒管にそれぞれ分流されるように構成されているものが挙げられる。

簡単な構成で前記メインヘッダ室から前記複数のサブヘッダ室に対して冷媒を分流できる構造を有したヘッダを製造できるようにするには、前記メインヘッダ室が上下方向に延びるメインヘッダ管で形成されており、前記複数のサブヘッダ室が、前記メインヘッダ管の外側面に対して上下方向に並べて設けられた複数のサブヘッダ管で形成されていればよい。

前記メインヘッダ管に対して複数のサブヘッダ管をろう付けする工程を省略しながら、前記メインヘッダ室及び前記サブヘッダ室を形成できるようにして、冷媒漏れに対する信頼性を向上させられるようにするには、前記メインヘッダ室及び前記複数のサブヘッダ室が１つのヘッダ管内に形成されており、前記メインヘッダ室が、前記ヘッダ管の内面と、前記ヘッダ管内を上下方向に仕切るように設けられた第１板部材と、で形成されており、前記複数のサブヘッダ室が、前記ヘッダ管の内面と、前記第１板部材と、前記ヘッダ管内を水平方向に仕切るように設けられた複数の第２板部材と、で形成されていればよい。

前記メインヘッダ室の形状を複雑化することなく、前記冷媒流入穴から流入する冷媒の流れ方向を前記メインヘッダ室の上側へと効率よく変更できるようにするには、前記冷媒流入穴が前記メインヘッダ室の下方側面に開口しており、前記流れ方向変更機構が、前記メインヘッダ室の内部において底部から上下方向に延びる抵抗体であればよい。

例えば、前記流れ方向変更機構と、メインヘッダ室同士を上下方向に積層するための構造を兼ねさせることができるようにするには、前記冷媒流入穴が前記メインヘッダ室の下方側面に開口しており、前記流れ方向変更機構が、前記冷媒流入穴と対向する前記メインヘッダ室の内部側面として形成された冷媒衝突部であればよい。

前記メインヘッダ室内に流入した冷媒が前記サブヘッダ室の近傍で渦を発生させることを防ぎ、冷媒の流通抵抗をできるだけ小さくして各サブヘッダ室及び各冷媒管に均一に冷媒が流入するようにするには、前記メインヘッダ室が、上下方向に延びる水力直径が冷媒管の開口よりも小さい冷媒流路と、前記サブヘッダ室にそれぞれ接続されるものであり、上下方向に並べて形成された複数の冷媒流出穴と、をさらに備え、前記サブヘッダ室が、前記冷媒流出穴から前記メインヘッダ室内へと突出しないように接続されていればよい。

例えば、前記冷媒流入穴近傍に設けられた前記サブヘッダ室への冷媒の流入量を制限できる、あるいは、各サブヘッダ室への冷媒の流入のしやすさを調節できるようにして、各サブヘッダ室から各冷媒管に均一に冷媒が流れるようにするには、前記複数のサブヘッダ室の少なくとも一部が、流路が狭められた絞り部を介して前記メインヘッダ室に対して接続されるものであればよい。

前記メインヘッダ室内において上下方向の冷媒量をより均一に分配させられるようにするには、前記メインヘッダ室内が前記絞り部の形成された少なくとも１つの絞り板により上下方向に仕切られていればよい。

前記冷媒流入穴から近傍のサブヘッダ室へ直線的に冷媒が流入することを防ぎ、各冷媒管への冷媒の流入量の均一化を促進させるには、前記抵抗体が、前記冷媒流入穴と、前記複数の冷媒流出穴の一部との間を仕切るように設けられたものであればよい。

前記メインヘッダ室に対して複数のサブヘッダ室を例えば溶接等で接続する必要がなく簡単な組み立て作業のみで複雑な流路形状を実現できるようにして製造性を良くするには、凹部を有する少なくとも２枚の対向するプレス板を組み合わせて、各プレス板の間に形成される空洞により前記メインヘッダ室およびサブヘッダ室が形成されるように構成されており、一方のプレス板において前記サブヘッダ室が形成される位置に形成された板面方向に貫通する穴に対して前記各冷媒管が差し込まれるように構成されたものであればよい。また、このようなものであれば前記サブヘッダ室に対して冷媒管を差し込むだけなので、この点でも組立性がよく、しかも冷媒管が差し込まれても前記メインヘッダ室内には何も突出しないので冷媒の流れの妨げにもならない。

前記メインヘッダ室及び前記サブヘッダ室についての別の製造方法としては、前記メインヘッダ室及び前記サブヘッダ室が押し出し成型部材の組み合わせにより形成されるものが挙げられる。

前記冷媒流入穴から流入する冷媒の流量に応じて自動的に前記サブヘッダ室への流入口の大きさが変更されて、冷媒の流量によらずより均一に各サブヘッダ室へ冷媒を分配できるようにするには、前記メインヘッダ内には、一端が開放され、他端が孔を有する蓋体でふさがれているとともに、側面に前記冷媒流出穴と連通可能な連通穴が形成された筒状構造体が1つ以上挿入され、前記メインヘッダ室の内壁には、前記筒状構造体が所定範囲で上下方向に可動するように前記筒状構造体の上方に上部ストッパおよび下方に下部ストッパが設けられたものであればよい。

例えば冷媒の流量が少なく勢いが弱い場合には所定のサブヘッダ室に対してより多くの冷媒が流入しやすくするため、前記筒状構造体が前記下部ストッパに突き当たる位置となるように設計し、前記筒状構造体の前記連通穴が前記サブヘッダ室に対してずれるように構成されたものであればよい。

逆に冷媒の流量が多く勢いが強い場合に所定のサブヘッダ室には冷媒が流入しにくくなるようにするため、前記筒状構造体が前記上部ストッパに突き当たる位置となるように設計し、前記筒状構造体の前記連通穴が前記サブヘッダ室に対して一致するように構成されたものであればよい。

前記冷媒流入穴から流入した冷媒が前記衝突部に衝突することなく、前記サブヘッダ室に直線的に流入するのを防ぎ、各サブヘッダ室への冷媒の流入を均一化させるには、前記冷媒流入穴が、前記冷媒流出穴に対して対向しないように配置されたものであればよい。

例えば前記メインヘッダ室及びサブヘッダ室との接続部分に予め絞り部を形成しておかなくても後付けで適宜その流入量を調節できるようにするには、サブヘッダ室内に挿入されるサブ挿入管をさらに備え、前記サブ挿入管の一端がメインヘッダ内部に突出していればよい。

ろう付け工程を無くすとともに、簡単な形状だけでメインヘッダ室から複数のサブヘッダ室内へ冷媒が均一に行きわたる構造を製造コストをおさえながら実現するには、前記ヘッダ管が電縫管で形成されており、前記第１板部材及び前記第２板部材がプレス加工で形成された板材であり、前記第１板部材及び前記第２板部材の間に差し込み構造が形成されていればよい。

上下方向に延びる前記メインヘッダ室を低コストで形成するための具体的な構造としては前記ヘッダ管は概略矩形状又は概略円形状断面の横断面を有し、第1板部材は平板または概略コの字状又は概略L字状の横断面を有する形状であるものが挙げられる。

前記メインヘッダ室内における上下方向の冷媒の分配を簡単な構造で均一にできるようにするには、前記絞り板は１又は複数の穴が形成された板材であればよい。

前記冷媒衝突部に隣接するサブヘッダ室に複数の冷媒管が接続されている。

本発明に係るヘッダを備え、複数の冷媒管と、を備えた熱交換器であれば、各冷媒管に対して冷媒を均一に分配して熱交換器全体で効率よく熱交換を実現することができる。

このように本発明に係るヘッダであれば、前記流れ方向変更機構により流入する冷媒を前記メインヘッダ室の上方へと流し、下側の冷媒管だけでなく上側の冷媒管にも気液混合状態の冷媒を均一に分配する事が可能となる。そして、熱交換器全体で均一な熱交換が可能となるので従来よりも熱交換効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るヘッダ及びマイクロチャネル型の熱交換器の構成を示す模式的斜視図。 第１実施形態におけるヘッダの構造を示す模式的縦断面図。 従来例のヘッダと第１実施形態のヘッダ内における冷媒の分布状態を示す模式図。 第１実施形態の第１変形例を示す模式的縦断面図。 第１実施形態の第１変形例におけるヘッダを上下方向に積層した状態を示す模式図。 第１実施形態の第２変形例を示す模式的縦断面図。 第１実施形態の第３変形例を示す模式的縦断面図。 第１実施形態の第４変形例を示す模式的縦断面図。 第２実施形態におけるヘッダの構造を示す模式的縦断面図。 第２実施形態の第１変形例を示す模式的縦断面図。 第３実施形態におけるヘッダの構造を示す模式的縦断面図。 第３実施形態における筒状構造体の構造を示す模式図。 従来例の熱交換器と第３実施形態の熱交換器による過熱領域の比較図。 第４実施形態におけるヘッダの構造を示す模式的縦断面図。 第４実施形態におけるヘッダの下方部分を拡大した模式的縦断面拡大図。 第４実施形態の第１変形例におけるヘッダの下方部分を拡大した模式的縦断面拡大図。 第４実施形態の第２変形例におけるヘッダを示す模式的縦断面図。 第４実施形態の第２変形例におけるヘッダの下方部分を拡大した模式的縦断面拡大図。 第４実施形態の第３変形例におけるヘッダの下方部分を拡大した模式的縦断面拡大図。 第４実施形態の第４変形例におけるヘッダの下方部分を拡大した模式的縦断面拡大図。 第４実施形態の第５変形例におけるヘッダの下方部分を拡大した模式的縦断面拡大図。 本発明の別の実施形態におけるヘッダの構造を示す模式的分解斜視図。 本発明のさらに別の実施形態におけるヘッダの構造を示す模式的分解斜視図。 本発明の異なる実施形態におけるヘッダの構造を示す模式図。 本発明のさらに異なる実施形態におけるヘッダの構造を示す模式的分解斜視図。 本発明のさらに異なる実施形態の第１変形例におけるヘッダの構造を示す模式的分解斜視図。 本発明のさらに異なる実施形態の第２変形例におけるヘッダの構造を示す模式的断面図。 本発明のさらに異なる実施形態の第３変形例におけるヘッダの構造を示す模式的断面図。 本発明のさらに異なる実施形態の第４変形例におけるヘッダの構造を示す模式的断面図。 本発明のさらに異なる実施形態の第５変形例におけるヘッダの構造を示す模式的断面図。 本発明のさらに異なる実施形態の第６変形例におけるヘッダの構造を示す模式的断面図。 本発明のさらに異なる実施形態の第７変形例におけるヘッダの構造を示す模式的断面図。

本発明の第１実施形態に係るヘッダ１００、及び、このヘッダ１００を用いたマイクロチャネル型熱交換器ＨＥについて図面を参照しながら説明する。

本実施形態のマイクロチャネル型熱交換器ＨＥは例えば空気調和装置に用いられるものであり、図１に示すように扁平管４とフィン５が交互に上下方向に積層された熱交換部と、前記熱交換部を構成する複数の冷媒管である各扁平管４に対して冷媒を分配するヘッダ１００とを少なくとも備えたものである。

図２に示すように前記ヘッダ１００は、上下方向に延びるメインヘッダ室１と、前記メインヘッダ室１から水平方向に分岐するとともに、上下方向に並べて設けられた複数のサブヘッダ室２と、を備えている。前記サブヘッダ室２の側面には前記扁平管４の端部を差し込むための貫通穴が形成してある。

前記メインヘッダ室１は、下端部を除いて概略円筒状のメインヘッダ管内に形成してあり、下方に内側面に開口し、冷媒流入管と接続される冷媒流入穴１１と、前記冷媒流入穴１１とは反対側の内側面において前記各サブヘッダ室２と連通する複数の冷媒流出穴１２が上下方向に並べて設けてある。図１に示されるように前記冷媒流入穴１１は前記冷媒流出穴１２のいずれよりも下方に設けてあり、前記冷媒流入穴１１から冷媒が噴出する方向には冷媒の流れを水平方向から上方向に変更する流れ方向変更機構３が形成してある。この流れ方向変更機構３は、本実施形態では前記メインヘッダ室１において前記冷媒流出穴１２と対向する内側面により形成した冷媒衝突部３１である。

この冷媒衝突部３１は、前記サブヘッダ室２と接続される前記冷媒流出穴１２よりも前記メインヘッダ室１の中心軸側に寄せて前記冷媒流入穴１１に対して近づけて設けてある。すなわち、この冷媒衝突部３１には前記冷媒流入穴１１から噴出する冷媒が所定の速度で衝突するようにしてあり、その勢いで前記メインヘッダ室１内を気液混合状態の冷媒が上昇するようにしてある。

前記メインヘッダ室１の水力直径は前記扁平管４の幅寸法のほぼ半分程度に本実施形態では設定してある。なお、このメインヘッダ室１の水力直径はできるだけ小さい方が前記冷媒流入穴１１から流入した冷媒を前記メインヘッダ室１の最上部までより均一に分配しやすい。

本実施形態では前記サブヘッダ室２は、メインヘッダ管の外側面に上下方向に並べてろう付けされたサブヘッダ管内に形成してある。前記サブヘッダ室２は、前記メインヘッダ室１の内部に対して突出する部分が無いように構成してある。このため、前記サブヘッダ室２が接続されていることにより前記メインヘッダ室１内を流れる冷媒の渦が発生する事を防ぎ、均一に冷媒を分配しやすくしてある。

次に従来のヘッダ１００と本実施形態のヘッダ１００における各サブヘッダ室２及び各扁平管４への気液混合状態の冷媒の分配状態について図３を参照しながら説明する。

従来のヘッダ１００のように前記冷媒流入穴１１に対してほぼ水平方向に同じ高さで前記サブヘッダ室２が接続される冷媒流出穴１２が形成されていると、重力の影響が大きくでるため図３（ａ）に示されるように前記冷媒流入穴１１から噴出される冷媒の大部分が下方に設置されているサブヘッダ室２に対して直線的に流入してしまう。この結果、従来のヘッダ１００においてはメインヘッダ室１の上方に接続されているサブヘッダ室２については液体の冷媒がほとんど流入せず、気体の冷媒が流入することになる。したがって、従来のヘッダ１００では各扁平管４には上下方向に対して気液混合状態が不均一に冷媒が分配されてしまう。

これに対して本実施形態のヘッダ１００によれば、図３（ｂ）に示すように前記冷媒流入穴１１から噴出する冷媒はまず前記冷媒衝突部３１に衝突し、その勢いが前記メインヘッダ室１の上方向に変更される。このため、液体の冷媒成分を前記メインヘッダ室１の上方まで行きわたらせることができ、各扁平管４に対して均一な冷媒の分配を実現することができる。

このように第１実施形態のヘッダ１００によれば、前記流れ方向変更機構３である前記冷媒衝突部３１が、前記冷媒流入穴１１に対向するように設けてあるので、冷媒の流れ方向を上向きにして前記メインヘッダ室１内の上下方向に対して気液混合状態の冷媒を均一に行きわたらせることができる。

したがって、前記メインヘッダ室１から前記サブヘッダ室２を経由して各扁平管４に上下方向によらずほぼ同じ気液混合状態の冷媒を分配する事が可能となる。また、前記ヘッダ１００に流入する冷媒の流量の変化による分配比率への影響も低減することができる。

次に第１実施形態のヘッダ１００の変形例について説明する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように前記メインヘッダ室１の下端部に設けられた冷媒衝突部３１と対象な形状を前記メインヘッダ室１の上端部に形成してもよい。このようにすれば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように複数のヘッダ１００を上下方向に積層して配置しさらに大型で高効率の熱交換器ＨＥを簡単に構成することができる。

また、図４（ｂ）に示すように前記冷媒衝突部３１は前記メインヘッダ室１の軸方向にまっすぐ延びる物に限られず、例えば前記メインヘッダ室１の中央部から外縁部へと傾斜した傾斜面として形成してもよい。

さらに図６に示すように前記メインヘッダ室１の形状は概略円筒状のものに限られず、例えば縦断面が台形形状のものや三角錐状、円錐状等であっても構わない。

加えて、図７に示すように前記冷媒流入穴１１の近傍にある前記メインヘッダ室１の下方に設けられた複数のサブヘッダ室２の冷媒入口に対して水力直径を小さくするためのサブヘッダ挿入管２１を設けても構わない。サブヘッダ挿入管２１は前記メインヘッダ室１の内部へ一部が突出するように設けてある。このようにすることで、下方に設けられたサブヘッダ室２には冷媒が流入しにくくして、上方のサブヘッダ室２に気液混合状態の冷媒がより導入されやすくして均一な分配を実現しやすくしてもよい。また、すべてのサブヘッダ室２に対してサブヘッダ挿入管２１を設けて各サブヘッダ室２への冷媒の流入量を細かく設定しても構わない。

また、図８に示すように前記メインヘッダ室１と前記各サブヘッダ室２の接続部分に絞り部２２を形成し水力直径を小さく構成するようにしてもよい。この絞り部２２の径をそれぞれ異ならせることで各サブヘッダ室２への流体抵抗を調節し、冷媒の分配状態を調節してもよい。

これらのようなものであっても第１実施形態のヘッダ１００と同様又はさらに優れた効果を奏し得る。

次に第２実施形態のヘッダ１００について説明する。

図９に示すように第２実施形態のヘッダ１００は前記流れ方向変更機構３として前記メインヘッダ室１の内部において底部から上下方向に延びる抵抗体３２を前記冷媒流入穴１１に対して対向するように近接させて設けてある。

この抵抗体３２は水平方向に対して冷媒の一部を通すことができるように小孔が多数形成してあるが、例えばスリット等を形成するようにしてもよい。この抵抗体３２に対して前記冷媒流入穴１１から水平方向に噴出する冷媒が衝突し、その流れ方向が前記メインヘッダ室１の上方向に変更されるようにしてある。

このようなものであっても、気液混合状態の冷媒を前記メインヘッダ室１の内部において上下方向に分布させ、各扁平管４に対して均一に冷媒を分配する事が可能となる。

次に第２実施形態のヘッダ１００の変形例について説明する。前記抵抗体３２を用いる代わりに図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように冷媒流入穴１１に対して差し込まれたＬ字管３３を用いても構わない。すなわちＬ字管３３の湾曲部分が前記流れ方向変更機構３として作用するようにして、Ｌ字管３３の内側面に衝突した冷媒が前記メインヘッダ室１を上方向に上昇するようにしてある。これらのようなものであっても第２実施形態のヘッダ１００とほぼ同様の効果を得ることができる。

次に第３実施形態のヘッダ１００について説明する。

第３実施形態のヘッダ１００のメインヘッダ室１は図１１及び図１２（ａ）に示すようにその横断面形状が半円筒形状してあり、図１１に示すように前記メインヘッダ１００内には、一端が開放され、他端が孔６２を有する蓋体６１でふさがれているとともに、側面に前記冷媒流出穴１２と連通可能な連通穴６３が形成された筒状構造体６が挿入してある。この筒状構造体６も概略半円筒形状をしており、前記メインヘッダ室１の内部に対して上下方向に摺動可能に嵌合させてある。すなわち、前記メインヘッダ室１に対して前記筒状構造体６は円周方向に回転しないようにしてあり、常に前記連通穴６３と前記サブヘッダ室２の流入口の向きが同じ方向を向くようにしてある。

前記メインヘッダ室１の内部には、前記筒状構造体６の移動範囲を制限する上部ストッパ１３及び下部ストッパ１４が設けてある。

前記筒状構造体６が前記下部ストッパ１４に突き当たる位置では、図１１（ａ）に示すように前記筒状構造体６の前記連通穴６３が前記サブヘッダ室２の流入口に対してずれるようにしてある。すなわち、前記冷媒流入穴１１から流入する冷媒の量が少なく勢いが小さい場合には中央部に設けられたサブヘッダ室２に冷媒が流入しにくい。

一方、前記筒状構造体６が上部ストッパ１３に突き当たる位置では、図１１（ｂ）に示すように前記筒状構造体６の前記連通穴６３が前記サブヘッダ室２の流入口に対して一致するように構成してある。この場合、中央部に設けられたサブヘッダ室２への冷媒が多量に流入することになる。

次に第３実施形態のヘッダ１００による効果について図１３を参照しながら説明する。図１３（ａ）に示すように従来のヘッダ１００においては冷媒流量が比較的小さい場合には、たとえば過熱領域が図中αとβのようになり、冷媒流れに偏りが起きているが、図１３（ｂ）のように第３実施形態のヘッダ１００を適用することで、前記筒状構造体６が自重で下部ストッパ１４に突き当たる位置では、前記筒状構造体６の前記連通穴６３が前記サブヘッダ室２の流路位置とずれて、前記略円筒構造体(12)から前記サブヘッダ室２への冷媒の流れが制限されるため、図１３（ａ）の従来例で流れが不足していたα部に冷媒が流れるようになり、過熱度領域が図１３（ｂ）に示されるα´のように小さくなる。これは、従来例で流れ過ぎていたαとβの間の領域に、前記筒状構造体６の前記連通穴６３が前記サブヘッダ室２の流路を制限し流れにくくするためであり、同時に、前記筒状構造体６の蓋体６１の下部に冷媒が衝突し、冷媒が下方に跳ね返ることで、従来過熱度領域だったα部に冷媒が行きわたり、さらに前記筒状構造体６の蓋体６１の孔６２を介して冷媒がより上方に噴射することで、従来過熱度領域だったβ部に冷媒が行きわたりβ´のように過熱度領域が小さくなる。

一方、図１３（ｃ）の従来例のように、冷媒流量が比較的大きい場合には、たとえば過熱領域が図中γとδのようになって冷媒流れの偏りは前記冷媒流量が比較的小さい場合と異なり、一般に冷媒はより上方に多く流れようとする。これに対して、前記筒状構造体６が、図１３（ｂ）と逆の動作をし、前記筒状構造体６の前記連通穴６３が前記サブヘッダ室２の流路と一致させることができる。そして、従来過熱度領域であった部位に冷媒が抵抗に制限されることなく流れ、さらに、前記筒状構造体６の前記蓋体６１の下部に冷媒が衝突し、冷媒が下方に跳ね返ることで、前記サブヘッダ室２への流れが促進され、従来の過熱度領域γがγ´のように狭められる。また、従来最上部にあった過熱度領域へは、前記筒状構造体６の蓋体６１の孔６２を介して冷媒がより上方に噴射することで、その過熱度領域γ部がγ´のように小さくなる。

このように第３実施形態のヘッダ１００であれば、過熱領域を小さくして熱交換器ＨＥの全体で均一な熱交換を実現し効率を高めることができる。なお、第３実施形態の変形例としては、前記筒状構造体６が前記下部ストッパ１４に突き当たる位置では、前記筒状構造体６の前記連通穴６３が前記サブヘッダ室２に対して一致し、前記筒状構造体６が上部ストッパ１３に突き当たる位置では、前記筒状構造体６の前記連通穴６３が前記サブヘッダ室に対してずれるように構成したものが挙げられる。また、前記筒状構造体６の外側面により前記サブヘッダ室２の入口が完全に塞がれるものではなく、前記連通穴６３が前記サブヘッダ室２の入口の連通している広さが前記筒状構造体６の上下動により変化するようにしてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように蓋体６１は筒状構造体６の下方側を塞ぐものであってもよい。さらに連通穴６３の形状は冷媒流出穴１２の形状と一致させてもよいし、図１２（ｃ）に示すように楕円形状にして連通する面積を適宜変更してもよい。

次に第４実施形態のヘッダ１００について説明する。

第４実施形態のヘッダ１００は、図１４に示すように１つのヘッダ管ＨＴ内を上下方向と水平方向に板材で複数の空間が形成されるように仕切ることでメインヘッダ室１及び複数のサブヘッダ室２を形成してある。より具体的には、ヘッダ管ＨＴ内において上下方向に延びる平板状の第１板部材７０に仕切られて冷媒流入穴１１が開口している法の空間がメインヘッダ室１となる。一方、前記ヘッダ管ＨＴ内において前記第１板部材７０に仕切られた空間のうち扁平管４が差し込まれる穴が開口している側の空間をさらに仕切る水平方向延び、上下方向に並び設けられた複数の第２板部材７１により仕切られる複数の空間が複数のサブヘッダ室２となる。

前記冷媒流入穴１１は前記メインヘッダ室１の下方側面に開口しており、前記流れ方向変更機構３が、前記メインヘッダ室１の内部において底部から上下方向に延びる第１板部材７０により構成されている。また前記冷媒流入穴１１が前記サブヘッダ室２へと連通する前記冷媒流出穴１２のいずれよりも下方に設けてあり、前記冷媒流入穴１１から冷媒が噴出する方向には冷媒の流れを水平方向から上方向に変更する流れ方向変更機構３が形成してある。この流れ方向変更機構３は、第４実施形態では前記ヘッダ管ＨＴにおいて前記冷媒流入穴１１と対向する第１板部材７０により形成した冷媒衝突部３１である。

前記メインヘッダ室１の水力直径は前記肩平管４の幅寸法のほぼ半分程度に第４実施形態では設定してある。なお、このメインヘッダ室１の水力直径はできるだけ小さい方が前記冷媒流入穴１１から流入した冷媒を前記第１空間７２の最上部までより均一に分配しやすい。

前記サブヘッダ室２は、前記メインヘッダ室１の内部に対して突出する部分を無くして、前記第１空間７２と前記第２空間７３との連通部で渦が発生する事を防ぎ、均一に冷媒を分配しやすくしてある。

前記メインヘッダ室１の少なくとも一部には、上下方向を仕切るとともに流路が狭められた絞り板が複数設けてある。なお、絞り板は１つだけ設けてあってもよい。前記絞り板は前記第１板部材７０から前記メインヘッダ室１内へと水平方向に突出するように設けてあり、下方にある前記冷媒流入穴１１と、前記複数の冷媒流出穴１２の一部との間を仕切る。

前記サブヘッダ室２は、最も下方にあるサブヘッダ室のみ３つの扁平管４と連通するように空間が仕切られており、これ以外のサブヘッダ室２には１つの扁平管４と連通するようにしてある。

このように構成された第４実施形態のヘッダ１００によれば、前記流れ方向変更機構３である前記冷媒衝突部３１が、前記冷媒流入穴１１に対向するように設けてあるので、冷媒の流れ方向を上向きにして前記メインヘッダ室１内の上下方向に対して気液混合状態の冷媒を均一に行きわたらせることができる。また、前記絞り板７４を前記メインヘッダ室１内に設けることで、上向きに流れた冷媒を前記各冷媒流出穴１２にさらに均等にいきわたらせることができる。

また、図１４及びヘッダ１００の下方部分を拡大した図１５に示すように前記冷媒衝突部３１に隣接する最も下方にあるサブヘッダ室２内には、複数の扁平管４が前記ヘッダ管ＨＴに接続されるようにしてある。したがって、他のサブヘッダ室２と比較して１つの扁平管４に分配される冷媒の量を減らすことができ、前記冷媒流入穴１１から最も冷媒の流入しやすい最も部分に配置されている扁平管４も他の扁平管４とほぼ同じ量の冷媒を分配する事が可能となる。

次に第４実施形態の変形例について説明する。

図１６に示すように、サブ挿入管２１を前記冷媒流出穴１２に追加してもよい。前記サブヘッダ室２への分配を調整する、あるいは、前記サブ挿入管２１を前記第１空間内に突出させ、故意に冷媒の流れにうず部を生成してサブヘッダ室２への分配をさらに調整する方法もとることができる。

図１７に示すように前記第１板部材７０は前記ヘッダ管ＨＴの軸方向にまっすぐ延びる物に限られず、例えば前記ヘッダ管ＨＴの上側から下側へ進むに連れて半径方向中央部から外縁部へと傾斜した傾斜面として形成してもよい。

加えて、図１８に示すように前記冷媒流入穴１１の近傍にある前記ヘッダ管ＨＴの下方に設けられた複数の前記冷媒流出穴１２において、前記冷媒流出穴１２側から前記メインヘッダ室１側に突出する微小突起Ｐをバーリング加工を第１板部材７０へ施すことで形成してもよい。これにより、バーリング加工穴径とバーリング高さをそれぞれ異ならせることで、前記サブヘッダ室２への流体抵抗を調節し、冷媒の分配状態を調節してもよい。また、すべての前記サブヘッダ室２に対して前記微小突起Ｐを設けて各サブヘッダ室２への冷媒の流入量を細かく設定しても構わない。

図１９に示すように第４実施形態のヘッダ１００に対して前記流れ方向変更機構３として前記ヘッダ管ＨＴの内部において底部から上下方向に延びる抵抗体３２を前記冷媒流入穴１１に対して対向するように近接させて設けてもよい。

この抵抗体３２は水平方向に対して冷媒の一部を通すことができるように小孔が多数形成してあるが、例えばスリット等を形成するようにしてもよい。この抵抗体３２に対して前記冷媒流入穴１１から水平方向に噴出する冷媒が衝突し、その流れ方向が前記ヘッダ管ＨＴの上方向に変更されるようにできる。

このようなものであっても、気液混合状態の冷媒を前記メインヘッダ室１の内部において上下方向に分布させ、各肩平管４に対して均一に冷媒を分配する事が可能となる。

前記抵抗体３２を用いる代わりに図２０及び図２１に示すように冷媒流入穴１１に対して差し込まれたＬ字管３３を用いても構わない。すなわちＬ字管３３の湾曲部分が前記流れ方向変更機構３として作用するようにして、Ｌ字管３３の内側面に衝突した冷媒が前記ヘッダ管ＨＴを上方向に上昇するようにしてある。これらのようなものであっても第４実施形態のヘッダ１００とほぼ同様の効果を得ることができる。

以上のように、これらのようなものであっても第４実施形態のヘッダ１００と同様又はさらに優れた効果を奏し得る。

その他の実施形態について説明する。

図２２に示すように前記ヘッダ１００は、凹部を有する少なくとも２枚の対向するプレス板を組み合わせて、各プレス板の間に形成される空洞により前記メインヘッダ室１およびサブヘッダ室２が形成されるように構成してもよい。また、図１４に示すように一方のプレス板において前記サブヘッダ室２が形成される位置に形成された板面方向に貫通する穴に対して前記各扁平管４が差し込まれるように構成してもよい。

さらに図２３に示すように前記メインヘッダ室１及び前記サブヘッダ室２が押し出し成型部材の組み合わせにより形成してもよい。

加えて図２４に示すようにヘッダ１００は、メインヘッダ室１に対して複数の扁平管４等の冷媒管がサブヘッダ室を介さずに直接接続されるように構成してもよい。すなわち、本発明の効果を得るには、少なくとも前記ヘッダ１００が各実施形態で説明した流れ方向変更機構３のいずれかを備えていればよい。より具体的には本発明のヘッダ１００と、上下方向に所定間隔ごとに設けられており、前記ヘッダ１００に対して冷媒の入力側が接続された扁平管４と、各扁平管４の間に設けられたフィン５と、前記複数の扁平管４の冷媒出力側が接続されたヘッダ６と、を備えた熱交換器ＨＥとして構成してもよい。このようなヘッダ１００であっても、前記流れ方向変更機構３により向きを変更された冷媒がヘッダ１００内の上方まで十分に導かれ、上方に配置されている扁平管４に対して液冷媒を十分に含ませた状態で冷媒を導入することが可能となる。結果として、各扁平管に流れる冷媒の状態を均一なものに近づけることができ、熱交換効率を高めることができる。

図２５に示すように、ヘッダ１００は、前記ヘッダ管ＨＴを電縫管とし、前記第１板部材７０、前記第２板部材７１はプレス加工の板材で形成し、前記第１板部材７０及び前記第２板部材７１との間に前記第１板部材７０に対して前記第２板部材７１が差し込まれる差し込み構造を形成してある。より具体的には電縫管は角丸矩形状の横断面を有し、上下方向の延びる両端が開口した筒であり、下方の細幅側面に冷媒流入穴が１つ形成してある。また、電縫管の太幅側面には上下方向に一定間隔ごとに扁平管４が差し込まれる扁平形状の穴が並べて形成してある。前記第１板部材７０及び前記第２板部材７１はそれぞれ組み立てられて一体となった後、前記電縫管内へと一方の端部から挿入される。

前記第１板部材７０はプレス加工により冷媒流出穴１２と、差し込み構造の一部であり前記第２板材７１に形成された係合爪と係合する係合溝が複数上下方向に一定間隔ごとに設けてある。これらの穴と係合溝がプレス加工により板材に形成された後に冷媒流出穴２が細幅側面に並ぶように概略コ字状の横断面が形成されように曲げ加工が施される。

一方、前記第２板部材７１は、概略長方形状の板材であり、その短辺の一端部に前記係合溝と係合する係合爪が外側へと突出するようにプレス加工で形成してある。

このようなものであれば、メインヘッダ管に対してサブヘッダ管を複数ろう付けするといった工程を無くし、冷媒の漏出に関する信頼性を高めることができる。また、ろう付け工程がなく簡単な組み付けだけで複雑な冷媒分流構造を実現でき、製造コストを大幅に低減することができる。

また図２５に示した実施形態は、前記サブヘッダ室を複数形成するために図２６に示すようにプレス加工で形成された波形部材７６にコの字断面の板部材７７を接合させた部材で構成することもできるし、さらに前記板部材７７は波形部材７６と一体でプレス成形してもよい。

図２５に示すように、ヘッダ１００の形状は、前記ヘッダ管ＨＴの流路断面形状が略矩形を有し、第１板部材７０は略コの字断面を有しているが、図２７に示すように、前記ヘッダ管ＨＴの流路断面形状は略円形断面でもよいし、図２８に示すように第１板部材７０は平板乃至略L字断面を有する形状でもよい。

図２９に示すように、前記メインヘッダ室１内に設けられる前記絞り板７４は板に略円形または略多角形の穴を開けたものであってもよいし、図３０に示すように、前記穴の形状は、スリットとしてもよいし、図３１、図３２に示すように、電縫管の内側面と自身の端部との間に隙間を設けてもよい。

また本発明に係る熱交換器ＨＥは空気調和装置に限らず、冷蔵庫等のその他の冷凍サイクル装置に用いても構わない。

各実施形態においては冷媒管として扁平管を用いたものを示したが、例えばフィンアンドチューブ方式の熱交換器に用いられるような円筒管を各サブヘッダ室に対して取り付けるようにして構成しても構わない。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。

ＨＥ ・・・熱交換器
１００・・・ヘッダ
１ ・・・メインヘッダ室
２ ・・・サブヘッダ室
３ ・・・流れ方向変更機構
３１ ・・・冷媒衝突部
３２ ・・・抵抗体
３３ ・・・Ｌ字管

Claims (22)

1. 上下方向に延びるメインヘッダ室を備え、前記メインヘッダ室に流入する冷媒を上下方向に並べて設けられた複数の冷媒管にそれぞれ流入させるためのヘッダであって、
   前記メインヘッダ室が、
   当該メインヘッダ室の内部へ気液混合状態の冷媒を水平方向に流入させる冷媒流入穴と、
   前記冷媒流入穴から流出する冷媒が衝突するように設けられ、冷媒の流れ方向を上下方向に変更する流れ方向変更機構と、を備えていることを特徴とするヘッダ。
2. 前記メインヘッダ室から水平方向へ分岐させて上下方向に並べて設けられた複数のサブヘッダ室と、をさらに備え、
   前記サブヘッダ室のそれぞれに１つ又は複数の冷媒管が接続されており、
   前記メインヘッダ室に流入する冷媒が、前記複数のサブヘッダ室を介して前記複数の冷媒管にそれぞれ分流されるように構成されている請求項１記載のヘッダ。
3. 前記メインヘッダ室が上下方向に延びるメインヘッダ管で形成されており、
   前記複数のサブヘッダ室が、前記メインヘッダ管の外側面に対して上下方向に並べて設けられた複数のサブヘッダ管で形成されている請求項２記載のヘッダ。
4. 前記メインヘッダ室及び前記複数のサブヘッダ室が１つのヘッダ管内に形成されており、
   前記メインヘッダ室が、前記ヘッダ管の内面と、前記ヘッダ管内を上下方向に仕切るように設けられた第１板部材と、で形成されており、
   前記複数のサブヘッダ室が、前記ヘッダ管の内面と、前記第１板部材と、前記ヘッダ管内を水平方向に仕切るように設けられた複数の第２板部材と、で形成されている請求項２記載のヘッダ。
5. 前記冷媒流入穴が前記メインヘッダ室の下方側面に開口しており、
   前記流れ方向変更機構が、前記メインヘッダ室の内部において底部から上下方向に延びる抵抗体である請求項１乃至４いずれかに記載のヘッダ。
6. 前記冷媒流入穴が前記メインヘッダ室の下方側面に開口しており、
   前記流れ方向変更機構が、前記冷媒流入穴と対向する前記メインヘッダ室の内部側面として形成された冷媒衝突部である請求項１乃至４いずれかに記載のヘッダ。
7. 前記メインヘッダ室が、
   上下方向に延びる水力直径が冷媒管の開口よりも小さい冷媒流路と、
   前記サブヘッダ室にそれぞれ接続されるものであり、上下方向に並べて形成された複数の冷媒流出穴と、をさらに備え、
   前記サブヘッダ室が、前記冷媒流出穴から前記メインヘッダ室内へと突出しないように接続されている請求項２乃至６いずれかに記載のヘッダ。
8. 前記複数のサブヘッダ室の少なくとも一部が、流路が狭められた絞り部を介して前記メインヘッダ室に対して接続される請求項２乃至７いずれかに記載のヘッダ。
9. 前記メインヘッダ室内が前記絞り部の形成された少なくとも１つの絞り板により上下方向に仕切られている請求項８記載のヘッダ。
10. 前記抵抗体が、前記冷媒流入穴と、前記複数の冷媒流出穴の一部との間を仕切るように設けられた請求項５、７、８又は９いずれかに記載のヘッダ。
11. 凹部を有する少なくとも２枚の対向するプレス板を組み合わせて、各プレス板の間に形成される空洞により前記メインヘッダ室およびサブヘッダ室が形成されるように構成されており、
    一方のプレス板において前記サブヘッダ室が形成される位置に形成された板面方向に貫通する穴に対して前記各扁平管が差し込まれるように構成された請求項２乃至１０いずれかに記載のヘッダ。
12. 前記メインヘッダ室及び前記サブヘッダ室が押し出し成型部材の組み合わせにより形成される請求項２乃至１１いずれかに記載のヘッダ。
13. 前記メインヘッダ室内には、一端が開放され、他端が孔を有する蓋体でふさがれているとともに、側面に前記冷媒流出穴と連通可能な連通穴が形成された筒状構造体が1つ以上挿入され、
    前記メインヘッダ室の内壁には、前記筒状構造体が所定範囲で上下方向に可動するように前記筒状構造体の上方に上部ストッパおよび下方に下部ストッパが設けられた請求項７乃至１２いずれかに記載のヘッダ。
14. 前記筒状構造体が前記下部ストッパに突き当たる位置では、前記筒状構造体の前記連通穴が前記サブヘッダ室に対してずれており、
    前記筒状構造体が上部ストッパに突き当たる位置では、前記筒状構造体の前記連通穴が前記サブヘッダ室と一致するように構成された請求項１３記載のヘッダ。
15. 前記筒状構造体が前記下部ストッパに突き当たる位置では、前記筒状構造体の前記連通穴が前記サブヘッダ室に対して一致し、
    前記筒状構造体が上部ストッパに突き当たる位置では、前記筒状構造体の前記連通穴が前記サブヘッダ室に対してずれるように構成された請求項１４記載のヘッダ。
16. 前記冷媒流入穴が、前記冷媒流出穴に対して対向しないように配置された請求項７記載のヘッダ。
17. サブヘッダ室内に挿入されるサブ挿入管をさらに備え、
    前記サブ挿入管の一端がメインヘッダ内部に突出していることを特徴とする請求項５乃至１６いずれかに記載のヘッダ。
18. 前記ヘッダ管が電縫管で形成されており、
    前記第１板部材及び前記第２板部材がプレス加工で形成された板材であり、
    前記第１板部材及び前記第２板部材の間に差し込み構造が形成されている請求項４乃至１７いずれかに記載のヘッダ。
19. 前記ヘッダ管は概略矩形状又は概略円形状断面の横断面を有し、
    第1板部材は平板または概略コの字状又は概略L字状の横断面を有する形状である請求項４乃至１８いずれかに記載のヘッダ。
20. 前記絞り板は１又は複数の穴が形成された板材である請求項９乃至１９いずれかに記載のヘッダ。
21. 前記冷媒衝突部に隣接するサブヘッダ室に複数の冷媒管が接続されている請求項６乃至２０いずれかに記載のヘッダ。
22. 請求項１乃至２１いずれかに記載のヘッダと、
    複数の冷媒管と、を備えた熱交換器。