JP2018059664A - 蒸発器及び冷媒回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の伝熱管を備えた構成において、ヘッダ内に潤滑油が溜まってしまうことを抑える。【解決手段】熱交換器１０Ａは、鉛直方向に間隔をあけて複数が設けられ、一方側の端部に向かって冷媒が流通する伝熱管１１と、前記鉛直方向に延びて複数の伝熱管１１の前記一方側の端部がそれぞれ接続されて、下端部２０ｓから冷媒配管４が接続された上端部２０ｔに向かって冷媒が流通するヘッダ２０Ａと、を備える。ヘッダ２０Ａは、上端部２０ｔにおける流路断面積よりも、複数の伝熱管１１のうち最下段に位置する伝熱管１１Ａが接続された部分の流路断面積が小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発器及び冷媒回路に関する。

冷凍システムや空調システムを構成する蒸発器は、伝熱管を流れる冷媒と、伝熱管の周囲の空気との間で熱交換が行われる。このような蒸発器として、例えば、鉛直方向に間隔を空けて配置された複数本の伝熱管を備えた構造がある。このような蒸発器では、上流側から流れてきた冷媒は、蒸発器入口側のヘッダを介して複数本の伝熱管に分岐して流れ込む。各伝熱管の終端は、鉛直方向に延びる蒸発器出口側のヘッダに接続されている。伝熱管で熱交換がなされた冷媒は、各伝熱管から蒸発器出口側のヘッダに流れ込んで合流する。蒸発器出口側のヘッダは、冷媒の流通方向の下流側に設けられた配管に接続されている。この配管を通して冷媒は、アキュムレータや圧縮機に送られる。

このような多段の伝熱管を備えた蒸発器において、複数の伝熱管との分流部分や合流部分で液冷媒が流れにくくなる。その結果、ヘッダに液冷媒が溜まることがある。そこで、特許文献１に記載の蒸発器では、ヘッダの流路断面積を次第に減少させて、蒸発器入口側のヘッダで冷媒の液相（液冷媒）が気相から分離してしまうことを抑えている。また、この蒸発器では、複数の冷媒管（伝熱管）が合流する分流管（ヘッダ）の内壁に、冷媒を旋回させるガイドや溝をさらに形成することで、液冷媒の流れをスムーズにしている。

特開平１１−３２５６５６号公報

ところで、このような蒸発器を備えた冷凍システムや空調システムの冷媒回路では、冷媒とともに潤滑油が流れている。潤滑油は、冷媒とともに冷媒回路を循環し、圧縮機の軸受等を潤滑している。

しかしながら、多段の伝熱管を備えた蒸発器においては、複数の伝熱管を流れてきた潤滑油が合流する蒸発器出口側のヘッダの下端部で、潤滑油が溜まってしまう可能性がある。

これに対し、特許文献１に記載されたヘッダの流路断面積を次第に減少させる構成は、蒸発器入口側のヘッダで冷媒の液相（液冷媒）が気相から分離してしまうことを抑えるものであり、蒸発器出口側のヘッダ内に潤滑油が溜まる問題を解決できるものではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の伝熱管を備えた構成において、ヘッダ内に潤滑油が溜まってしまうことを抑えることが可能な蒸発器及び冷媒回路を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る蒸発器は、鉛直方向に間隔をあけて複数が設けられ、一方側の端部に向かって冷媒が流通する伝熱管と、前記鉛直方向に延びて複数の前記伝熱管の前記一方側の端部がそれぞれ接続されて、下端部から冷媒配管が接続された上端部に向かって冷媒が流通するヘッダと、を備え、前記ヘッダは、前記上端部における流路断面積よりも、複数の前記伝熱管のうち最下段に位置する前記伝熱管が接続された部分の流路断面積が小さい。

このような構成とすることで、ヘッダの上端部に対して最下段の伝熱管が接続された部分の流路断面積を小さくしなかった場合に比べて、ヘッダの下端部における冷媒の流速が遅くなり過ぎてしまうことが抑えられる。したがって、ヘッダの下端部に流れ込んだ潤滑油は重力に逆らって上端部側に向かって流れる。これによって、冷媒に含まれる潤滑油がヘッダの下端部に溜まることを抑えることができる。

また、本発明の第二態様に係る蒸発器では、第一態様において、前記ヘッダは、前記下端部から前記上端部に向かって、接続される前記伝熱管の数が増加するにしたがって流路断面積が段階的に大きくなるようにしてもよい。

このような構成とすることで、ヘッダ内を流通する冷媒の流量の増加に伴って生じる流速の変化を抑えることができる。そのため、下端部から上端部に向かって流速を変化させることなく、ヘッダ内から潤滑油を排出することが可能な流速を確保できる。

また、本発明の第三態様に係る蒸発器では、第一態様又は第二態様において、前記ヘッダは、前記鉛直方向に並んで配置された内径が互いに異なる複数本の配管部材を有していてもよい。

このような構成とすることで、複数本の配管部材を繋げるだけで、下端部から上端部に向かって流路断面積が段階的に大きくなるヘッダを容易かつ低コストに製作することができる。

また、本発明の第四態様に係る蒸発器では、第三態様において、複数の前記伝熱管の前記一方側の端部は、前記鉛直方向に隣接する前記配管部材の接合部に対して前記鉛直方向に間隔をあけた位置で前記配管部材に接合されているようにしてもよい。

このような構成とすることで、配管部材同士の接合部と、配管部材と伝熱管との接合部とが離されている。そのため、配管部材同士の接合作業と、配管部材と伝熱管との接合作業とを行うためのスペースをそれぞれ確保できる。これにより、ヘッダを製造する際の接合作業を容易に行うことができる。

また、本発明の第五態様に係る蒸発器では、第一態様から第四態様のいずれか一つにおいて、前記ヘッダの前記下端部と、前記冷媒配管とを連通するバイパス管をさらに備えているようにしてもよい。

このような構成とすることで、ヘッダの下端部の潤滑油を、上端部を通すことなく下端部からバイパス管を通して、冷媒配管に冷媒を送ることができる。これによって、ヘッダの下端部に潤滑油が留まってしまうことを抑えることができる。

また、本発明の第六態様に係る蒸発器では、第五態様において、前記バイパス管は、前記バイパス管内の前記冷媒の流通を制御する弁部材をさらに備えるようにしてもよい。

このような構成とすることで、バイパス管を介して冷媒配管へ送られる潤滑油や冷媒の液相（液冷媒）の量やタイミングを調整することができる。

本発明の第七態様に係る冷媒回路は、第一態様から第六態様のいずれか一つの蒸発器を備える。

本発明によれば、複数の伝熱管を備えた構成において、ヘッダ内に潤滑油が溜まってしまうことを抑えることが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る蒸発器、冷媒回路の構成を示す模式図である。 上記蒸発器の第一実施形態の変形例を示す模式図である。 上記蒸発器の第二実施形態に係る蒸発器、冷媒回路の構成を示す模式図である。 上記蒸発器の第三実施形態に係る蒸発器、冷媒回路の構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による蒸発器、冷媒回路を実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る蒸発器、冷媒回路の構成を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態の冷媒回路１００Ａは、空調システム１の室外機（図示無し）に備えられている。空調システム１は、冷媒回路１００Ａを備えている。冷媒回路１００Ａは、熱交換器（蒸発器）１０Ａと、入口側配管２と、アキュムレータ３と、出口側配管（冷媒配管）４と、圧縮機５とを有している。

熱交換器１０Ａは、暖房運転時に蒸発器として機能する。熱交換器１０Ａは、冷媒の流通方向上流側である入口側に、室内機（図示無し）から送られてくる冷媒の流路となる入口側配管２が接続されている。熱交換器１０Ａは、冷媒の流通方向下流側である出口側に、アキュムレータ３を介して圧縮機５に冷媒を送り出す出口側配管（冷媒配管）４が接続されている。熱交換器１０Ａは、複数本（本実施形態では、例えば３本）の伝熱管１１と、ディストリビュータ１２と、複数本のキャピラリチューブ１３と、ヘッダ２０Ａと、を備えている。

複数の伝熱管１１は、入口側配管２にディストリビュータ１２及び複数のキャピラリチューブ１３を介してそれぞれ接続されている。言い換えると、入口側配管２を通して流れてくる冷媒の流路は、ディストリビュータ１２及び複数のキャピラリチューブ１３を介し、複数の伝熱管１１に分岐している。これにより、冷媒は、複数の伝熱管１１内を流通して熱交換される。複数の伝熱管１１は、熱交換器１０Ａにおいて、鉛直方向に間隔を空けて並設されている。伝熱管１１は、立ち上がり部１１１と、下部管部１１２と、屈曲部１１３と、上部管部１１４と、有している。伝熱管１１は、立ち上がり部１１１と、下部管部１１２と、屈曲部１１３と、上部管部１１４とが一体に形成された配管である。

立ち上がり部１１１は、ディストリビュータ１２側から鉛直方向の上方に向かって延びている。立ち上がり部１１１の端部（伝熱管１１の他方側の端部）は、キャピラリチューブ１３に接続されている。

下部管部１１２は、立ち上がり部１１１と連続している。下部管部１１２は、熱交換器１０Ａ内で横方向に向かって水平に延びている。

屈曲部１１３は、下部管部１１２と連続している。屈曲部１１３は、Ｕ字状に屈曲している。

上部管部１１４は、屈曲部１１３と連続している。上部管部１１４は、横方向に向かって水平に延びている、上部管部１１４は、下部管部１１２に対して鉛直方向の上方に離間して位置している。上部管部１１４の終端（伝熱管１１の一方側の端部）１１５は、ヘッダ２０Ａに接続されている。

本実施形態の熱交換器１０Ａは、複数の伝熱管１１として、鉛直方向の下方から順に、第一伝熱管１１Ａと、第二伝熱管１１Ｂと、第三伝熱管１１Ｃとを備えている。第一伝熱管１１Ａ、第二伝熱管１１Ｂ、及び第三伝熱管１１Ｃは、それぞれ鉛直方向に離れて配置されている。第一伝熱管１１Ａ、第二伝熱管１１Ｂ、及び第三伝熱管１１Ｃは、同じ管径ｄ１を有する配管である。

キャピラリチューブ１３は、伝熱管１１と、ディストリビュータ１２との間に設けられている。キャピラリチューブ１３は、伝熱管１１よりも流路断面積が小さく、螺旋状をなしている。本実施形態では、複数のキャピラリチューブ１３として、第一伝熱管１１Ａとディストリビュータ１２とを接続する第一キャピラリチューブ１３Ａと、第二伝熱管１１Ｂとディストリビュータ１２とを接続する第二キャピラリチューブ１３Ｂと、第三伝熱管１１Ｃとディストリビュータ１２とを接続する第三キャピラリチューブ１３Ｃとを有している。

ヘッダ２０Ａは、複数の伝熱管１１の側方に配置されている。ヘッダ２０Ａは、鉛直方向の下方から上方に向かって延びている。ヘッダ２０Ａは、鉛直方向の下端部２０ｓから上端部２０ｔに向かって冷媒が流通する。ヘッダ２０Ａは、複数の伝熱管１１の終端１１５がそれぞれ鉛直方向に離間して接続されている。本実施形態のヘッダ２０Ａは、鉛直方向の下方から順に第一伝熱管１１Ａ、第二伝熱管１１Ｂ、及び第三伝熱管１１Ｃが接続されている。ヘッダ２０Ａの上端部２０ｔは、出口側配管４と接続されている。本実施形態のヘッダ２０Ａの下端部２０ｓは、閉塞されている。ヘッダ２０Ａは、上端部２０ｔにおける流路断面積よりも、複数の伝熱管１１のうち最下段に位置する第一伝熱管１１Ａが接続された部分の流路断面積が小さい。

本実施形態のヘッダ２０Ａは、鉛直方向の下端部２０ｓから上端部２０ｔに向かって、接続される伝熱管１１の数が増加するにしたがって流路断面積が段階的に大きくなるよう形成されている。この実施形態では、ヘッダ２０Ａは、下方から上方に向かって、管径（外径）及び内径が互いに異なる複数（本実施形態では３本）の配管部材３１を互いに接合することで構成されている。本実施形態では、鉛直方向の下端部２０ｓ側から順に、第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、及び第三配管部材３１Ｃを有している。本実施形態のヘッダ２０Ａは、第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、及び第三配管部材３１Ｃは、互いにロウ付け、溶接等の接合手段によって互いに接合されて形成されている。

第一配管部材３１Ａは、最も鉛直方向の下方に位置している。第一配管部材３１Ａは、最下段の第一伝熱管１１Ａの終端１１５が接続されている。第一配管部材３１Ａは、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓを形成するよう鉛直方向の下方の端部が閉塞された有底筒状の配管である。第一配管部材３１Ａは、鉛直方向にわたって一定の管径をなす配管である。第一配管部材３１Ａは、伝熱管１１Ａの管径ｄ１と同径または同径以上の管径Ｄ１１を有している（ｄ１≦Ｄ１１）。

第二配管部材３１Ｂは、第一配管部材３１Ａの鉛直方向の上方に配置されている。第二配管部材３１Ｂは、下から２段目の第二伝熱管１１Ｂの終端１１５が接続されている。第二配管部材３１Ｂは、両端が開口した筒状の配管である。第二配管部材３１Ｂは、鉛直方向にわたって一定の管径をなす配管である。第二配管部材３１Ｂの鉛直方向の下方の端部は、第一配管部材３１Ａの鉛直方向の上方の端部と接合されている。本実施形態では、第二配管部材３１Ｂの鉛直方向の下方の端部の内周面と第一配管部材３１Ａの上方の端部の外周面とが摺接するように嵌まり込んで接合されている。第二配管部材３１Ｂは、直下の第一配管部材３１Ａの管径Ｄ１１以上の管径Ｄ１２を有している（Ｄ１１＜Ｄ１２）。

第三配管部材３１Ｃは、第二配管部材３１Ｂの鉛直方向の上方に配置されている。第三配管部材３１Ｃは、下から３段目の第三伝熱管１１Ｃの終端１１５が接続されている。第三配管部材３１Ｃは、両端が開口した筒状の配管である。第三配管部材３１Ｃは、鉛直方向にわたって一定の管径をなす配管である。第三配管部材３１Ｃの下方の端部は、第二配管部材３１Ｂの鉛直方向の上方の端部と接合されている。本実施形態では、第三配管部材３１Ｃの鉛直方向の下方の端部の内周面と第二配管部材３１Ｂの上方の端部の外周面とが摺接するように嵌まり込んで接合されている。第三配管部材３１Ｃの上方の端部は、出口側配管４の端部と接合されている。第三配管部材３１Ｃは、直下の第二配管部材３１Ｂの管径Ｄ１２以上の管径Ｄ１３を有している（Ｄ１２＜Ｄ１３）。したがって、ヘッダ２０Ａは、下端部２０ｓを形成する第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、上端部２０ｔを形成する第三配管部材３１Ｃの順で段階的に管径が大きくなっている。

ここで、複数の伝熱管１１と複数の配管部材３１とのそれぞれに対する鉛直方向の接合位置については本実施形態によって何ら限定するものではないが、本実施形態では複数の伝熱管１１の終端１１５は、鉛直方向に隣接する配管部材３１同士の接合部に対して鉛直方向に間隔をあけた位置で配管部材３１に接合されている。つまり、配管部材３１同士の接合部に対し、鉛直方向に離間した位置に配管部材３１との接合部が形成されることが好ましい。

出口側配管４は、一方の端部がヘッダ２０Ａの上端部２０ｔと接合されている。本実施形態の出口側配管４は、第三配管部材３１Ｃと接続されている。出口側配管４は、Ｕ字状に湾曲したリターン部２２を有する。出口側配管４は、第三配管部材３１Ｃと接続されていない側である他方の端部が冷媒の液相（液冷媒）を回収するアキュムレータ３と接続されている。

このような構成の熱交換器１０Ａを備えた空調システム１において、暖房運転を行うときには、室内機側から入口側配管２を通して冷媒が送られてくる。この際、冷媒には、圧縮機５の軸受等を潤滑する潤滑油が混在している。

潤滑油が混在した冷媒は、入口側配管２からディストリビュータ１２を介し、第一キャピラリチューブ１３Ａ、第二キャピラリチューブ１３Ｂ、及び第三キャピラリチューブ１３Ｃにそれぞれ分岐して流れ込む。第一キャピラリチューブ１３Ａに流れ込んだ冷媒は、気液混合の二相状態で、第一伝熱管１１Ａに流れ込む。同様に、第二キャピラリチューブ１３Ｂに流れ込んだ冷媒は第二伝熱管１１Ｂに、第三キャピラリチューブ１３Ｃに流れ込んだ冷媒は第三伝熱管１１Ｃに、それぞれ流れ込む。第一伝熱管１１Ａ、第二伝熱管１１Ｂ、及び第三伝熱管１１Ｃのそれぞれにおいて、冷媒は、周囲の空気と熱交換することで、その少なくとも一部が気化（蒸発）する。第一伝熱管１１Ａ、第二伝熱管１１Ｂ、及び第三伝熱管１１Ｃを流通して熱交換された冷媒は、それぞれの終端１１５からヘッダ２０Ａ内に流れ込み、ヘッダ２０Ａ内を上端部２０ｔに向かって流れる。

最下段の第一伝熱管１１Ａから第一配管部材３１Ａに流れ込んだ冷媒は第二配管部材３１Ｂに向かって流れる。下から２段目の第二伝熱管１１Ｂから第二配管部材３１Ｂに流れ込んだ冷媒は、第一配管部材３１Ａから流れてくる冷媒と合流する。さらに、最上段の第三伝熱管１１Ｃから第三配管部材３１Ｃに流れ込んだ冷媒は、第二配管部材３１Ｂから流れてくる冷媒と合流する。このようにしてヘッダ２０Ａ内で合流した冷媒は、出口側配管４に送られる。その後、冷媒は、リターン部２２を経て、アキュムレータ３、圧縮機５へと順次送られる。

上述したような熱交換器１０Ａ、冷媒回路１００Ａ、及び空調システム１によれば、第一配管部材３１Ａの管径Ｄ１１が上段側の第二配管部材３１Ｂの管径Ｄ１２及び第三配管部材３１Ｃの管径Ｄ１３よりも小さく、ヘッダ２０Ａの中で流路断面積が最も小さい。つまり、最下段の第一伝熱管１１Ａが接続されている第一配管部材３１Ａの流路断面積がヘッダ２０Ａの上端部２０ｔに対して最も小さくされている。そのため、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓにおける冷媒の流速を、流路断面積を小さくしなかった場合に比べて高めることができる。そのため、最下段の第一伝熱管１１Ａからしか冷媒が流れこまず、内部を流通する冷媒の流量が少ない第一配管部材３１Ａ内において、流速が遅くなり過ぎてしまうことが抑えられる。その結果、第一配管部材３１Ａ内の冷媒及び潤滑油は、重力に逆らって上端部２０ｔ側に向かって流れる。これによって、冷媒に含まれる潤滑油がヘッダ２０Ａの下端部２０ｓに溜まることを抑えることができる。その結果、複数の伝熱管１１を備えた熱交換器１０Ａにおいて、ヘッダ２０Ａ内に潤滑油が溜まってしまうことを抑えることができる。

また、上端部２０ｔにおける流路断面積よりも、第一伝熱管１１Ａが接続された部分の流路断面積が大きくなるようにヘッダ２０Ａを構成することで、ヘッダ２０Ａ内に潤滑油を案内するためのガイドや溝を形成することなく、潤滑油が溜まることを抑えることができる。したがって、内部に潤滑油が溜まってしまうことを抑えたヘッダ２０Ａを簡易且つ低コストに製造することが可能となる。

また、ヘッダ２０Ａの上端部２０ｔに対し、最下段の第一伝熱管１１Ａが接続された部分の流路断面積を小さくするには、例えばヘッダ２０Ａの下端部２０ｓから上端部２０ｔに向かって流路断面積が漸次大きくなるようにテーパ状に形成することもできる。これに対し、第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、及び第三配管部材３１Ｃを設けて接続される伝熱管の数が増える度にヘッダ２０Ａの流路断面積が段階的に大きくされている。そのため、ヘッダ２０Ａ内を流通する冷媒及び潤滑油の流量の増加に伴って生じる流速の変化を抑えることができる。そのため、下端部２０ｓから上端部２０ｔに向かう間の流速の変化を抑え、流速の変化によりヘッダ２０Ａ内の流れが乱れてしまうことを抑えられる。これにより、ヘッダ２０Ａ内から潤滑油を排出することが可能な流速を下端部２０ｓから上端部２０ｔにわたって確保できる。

さらに、ヘッダ２０Ａは、内径が互いに異なる第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、及び第三配管部材３１Ｃを鉛直方向に並べて接合されることで構成されている。これにより、三本の配管部材３１を繋げるだけで、下端部２０ｓから上端部２０ｔに向かって流路断面積が段階的に大きくなるヘッダ２０Ａを簡易かつ低コストに製作することができる。

また、第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、及び第三配管部材３１Ｃ同士の接合部と、第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、及び第三配管部材３１Ｃと第一伝熱管１１Ａ、第二伝熱管１１Ｂ、及び第三伝熱管１１Ｃとの接合部とがそれぞれ鉛直方向に離されている。そのため、複数の配管部材３１同士の接合作業（ロウ付け、溶接等）と、各配管部材３１と伝熱管１１との接合作業（ロウ付け、溶接等）とを行うためのスペースをそれぞれ確保できる。これにより、ヘッダを製造する際の接合作業を容易に行うことができる。

さらに、第一配管部材３１Ａの管径Ｄ１１が第一伝熱管１１Ａの管径ｄ１と同じとされている。これにより、第一伝熱管１１Ａから第一配管部材３１Ａに冷媒及び潤滑油が流れ込んだ際に、流速が低下してしまうことが抑えられる。これによって、潤滑油を排出することが可能な流速を第一配管部材３１Ａでより確保し易くなる。

（第一実施形態の変形例）
なお、上記第一実施形態において、最下段の第一伝熱管１１Ａを、ヘッダ２０Ａの最下段の第一配管部材３１Ａの鉛直方向の途中で接合したが、このような構成に限られるものではない。例えば、図２は、上記蒸発器の第一実施形態の変形例を示す模式図である。図２に示すように、最下段の第一伝熱管１１Ａの終端１１５を、第一配管部材３１Ａの下端に連続するよう直接的に接合してもよい。

（第二実施形態）
次に、本発明に係る蒸発器、冷媒回路の第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第二実施形態では、バイパス管を有する点で第一実施形態と異なっている。

図３は、上記蒸発器の第二実施形態に係る蒸発器、冷媒回路の構成を示す模式図である。
図３に示すように、熱交換器（蒸発器）１０Ｂは、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓと、出口側配管４とを連通する油戻し管（バイパス管）３０をさらに備えている。

油戻し管３０は、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓと、出口側配管４のリターン部２２よりも下流側であってアキュムレータ３と接続されている箇所よりも上流側の部分に接続されている。油戻し管３０は、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓにおける流路断面積よりも小さい流路断面積を有している。具体的には、本実施形態の油戻し管３０は、最下段の第一伝熱管１１Ａの管径ｄ１、及びヘッダ２０Ａの最下段の第一配管部材３１Ａの管径Ｄ１１よりも小さな管径ｄ３１を有している。油戻し管３０の長さは、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓから上端部２０ｔを通って出口側配管４の油戻し管３０が接合された部位に至る流路の長さよりも長くされている。つまり、油戻し管３０は、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓから上端部２０ｔを経て出口側配管４の油戻し管３０の終端３０ｅが接続された部分までに至る流路長よりも、長い管長を有しているのが好ましい。このため、油戻し管３０は、螺旋状に巻き回された螺旋状部３０ｒを有したキャピラリチューブによって形成して長さを確保することが好ましい。

ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓに重力によって溜まった潤滑油は、ヘッダ２０Ａの上端部２０ｔを通らず、油戻し管３０を通して、リターン部２２よりも下流側の出口側配管４の途中にバイパスされる。ここで、油戻し管３０では、ヘッダ２０Ａ側と、アキュムレータ３側との差圧によって、潤滑油が下端部２０ｓ側から出口側配管４側に向かって流れる。

上述したような熱交換器１０Ｂ及び冷媒回路１００Ｂによれば、上術した第一実施形態と同様の作用効果に加えて、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓの潤滑油を、油戻し管３０を通して、出口側配管４に送ることができる。したがって、潤滑油は、ヘッダ２０Ａの上端部２０ｔを通ることなく下端部２０ｓから油戻し管３０を介して出口側配管４に直接排出される。これによって、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓに潤滑油が留まってしまうことを抑えることができる。

また、油戻し管３０は、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓから上端部２０ｔを介して出口側配管４の油戻し管３０の終端３０ｅが接続された部分までに至る流路長よりも長く形成されている。そのため、油戻し管３０内を流通する冷媒及び潤滑油の流量は、出口側配管４を流通する冷媒及び潤滑油の流量よりも抑えられる。その結果、多くの冷媒の液相（液冷媒）や潤滑油が油戻し管３０を通ってアキュムレータ３に流れ込んでしまうことが抑えられる。したがって、油戻し管３０を介してヘッダ２０Ａ内の液冷媒が過度に流出してしまうことを抑制できる。

（第三実施形態）
次に、本発明に係る蒸発器、冷媒回路の第三実施形態について説明する。なお、以下に説明する第三実施形態においては、上記第一実施形態及び第二実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第三実施形態では、バイパス管が弁部材を有する点で第二実施形態と異なっている。

図４は、上記蒸発器の第三実施形態に係る蒸発器、冷媒回路の構成を示す模式図である。
図４に示すように、油戻し管３０には、油戻し管３０内の冷媒及び潤滑油の流通を制御する二方弁（弁部材）３２が設けられている。二方弁３２は、開閉されることで、油戻し管３０を通って潤滑油がヘッダ２０ＡをバイパスすることをＯＮ／ＯＦＦすることができる。

二方弁３２を開閉するタイミングは、なんら限定するものではないが、例えば、圧縮機５が起動開始時には二方弁３２を閉じておき、その後、予め設定した一定時間が経過してから、二方弁３２を開いて潤滑油を油戻し管３０を通してバイパスさせてもよい。

このように二方弁３２が閉じられていることで、圧縮機５の起動直後は、ヘッダ２０Ａの下端部２０ｓから潤滑油とともに液冷媒が油戻し管３０を介してバイパスしないようにされている。圧縮機５が起動して一定時間が経過すれば、ヘッダ２０Ａ内の冷媒の過熱度が高まって液冷媒がガス化する。そのため、一定時間が経過するまで二方弁３２を閉じておき、その後開くことで、液冷媒が圧縮機５に到達されることが抑えられる。

ここで、二方弁３２を開くタイミングは、タイマーによって予め設定した一定時間をカウントしてもよいが、ヘッダ２０Ａ等に、サーミスタ、圧力センサ等を設けることによって、冷媒の過熱度を検出し、検出された過熱度に応じて、二方弁３２を開くタイミングを決定することもできる。

上述したような熱交換器１０Ｃ及び冷媒回路１００Ｃによれば、上記第二実施形態と同様の作用効果に加えて、油戻し管３０を介して潤滑油や冷媒の液相（液冷媒）の出口側配管４へのバイパスを二方弁３２によって切り替えることができる。そのため、油戻し管３０を介して出口側配管４へ送られる潤滑油や冷媒の液相（液冷媒）の量やタイミングを調整することができる。したがって、例えば、圧縮機５が設けられている場合、圧縮機５の起動直後等に二方弁３２を閉じることによって油戻し管３０内の流通を遮断することができる。そのため、圧縮機５の起動直後のように冷媒が液化しやすい状態となっている場合に多くの液冷媒が油戻し管３０を通ってアキュムレータ３から圧縮機５に到達してしまうことを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

例えば、熱交換器１０Ａ〜１０Ｃが備える伝熱管１１の数は、本実施形態のように第一伝熱管１１Ａ、第二伝熱管１１Ｂ、及び第三伝熱管１１Ｃの三つであることに限られるものではない。例えば、伝熱管１１は、二つだけあってもよく、あるいは四つ以上設けられていてもよい。

また、ヘッダ２０Ａが備える配管部材３１の数は、本実施形態のように第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、及び第三配管部材３１Ｃの三つであることに限られるものではない。配管部材３１は、二つ以上であればよく、例えば四つであってもよい。

また、上記実施形態のように、一つ配管部材３１に一つの伝熱管１１が接続されることに限定されるものではない。例えば、ヘッダ２０Ａを構成する第一配管部材３１Ａ、第二配管部材３１Ｂ、及び第三配管部材３１Ｃには、二本以上の伝熱管１１が接合されていてもよい。

さらに、一例として、冷媒回路を備える空調システム１を例示したが、これに限らず、冷媒回路を備える冷凍システムにおいても同様の構成を適用できる。

１ 空調システム
２ 入口側配管
３ アキュムレータ
４ 出口側配管（冷媒配管）
５ 圧縮機
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 熱交換器（蒸発器）
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ 冷媒回路
１１ 伝熱管
１１Ａ 第一伝熱管
１１Ｂ 第二伝熱管
１１Ｃ 第三伝熱管
１１１ 立ち上がり部
１１２ 下部管部
１１３ 屈曲部
１１４ 上部管部
１１５ 終端（一方側の端部）
１２ ディストリビュータ
１３ キャピラリチューブ
１３Ａ 第一キャピラリチューブ
１３Ｂ 第二キャピラリチューブ
１３Ｃ 第三キャピラリチューブ
２０Ａ ヘッダ
２０ｓ 下端部
２０ｔ 上端部
２２ リターン部
３０ 油戻し管（バイパス管）
３０ｅ 終端
３０ｒ 螺旋状部
３１ 配管部材
３１Ａ 第一配管部材
３１Ｂ 第二配管部材
３１Ｃ 第三配管部材
３２ 二方弁

Claims (7)

1. 鉛直方向に間隔をあけて複数が設けられ、一方側の端部に向かって冷媒が流通する伝熱管と、
   前記鉛直方向に延びて複数の前記伝熱管の前記一方側の端部がそれぞれ接続されて、下端部から冷媒配管が接続された上端部に向かって冷媒が流通するヘッダと、を備え、
   前記ヘッダは、前記上端部における流路断面積よりも、複数の前記伝熱管のうち最下段に位置する前記伝熱管が接続された部分の流路断面積が小さい蒸発器。
2. 前記ヘッダは、前記下端部から前記上端部に向かって、接続される前記伝熱管の数が増加するにしたがって流路断面積が段階的に大きくなる請求項１に記載の蒸発器。
3. 前記ヘッダは、前記鉛直方向に並んで配置された内径が互いに異なる複数本の配管部材を有する請求項１又は請求項２に記載の蒸発器。
4. 複数の前記伝熱管の前記一方側の端部は、前記鉛直方向に隣接する前記配管部材の接合部に対して前記鉛直方向に間隔をあけた位置で前記配管部材に接合されている請求項３に記載の蒸発器。
5. 前記ヘッダの前記下端部と、前記冷媒配管とを連通するバイパス管をさらに備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の蒸発器。
6. 前記バイパス管は、前記バイパス管内の前記冷媒の流通を制御する弁部材をさらに備える請求項５に記載の蒸発器。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の蒸発器を備える冷媒回路。

Images