JP2020012562A - マイクロチャンネル熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路の閉塞を防止できるマイクロチャンネル熱交換器を提供すること。【解決手段】マイクロチャンネル熱交換器１は、複数のマイクロチャンネル１００を有する熱交換器本体１０と、複数のマイクロチャンネル１００に連通し、流体が導入される上流ヘッダ２０と、上流ヘッダ２０に設けられる磁石４１とを備える。さらに、上流ヘッダ２０が、流体が導入される導入部２０１と、上流ヘッダ２０の内側で導入部２０１側とマイクロチャンネル１００側とを隔てる壁体２４とを有し、壁体２４と磁石４１との間には、流体が流れる吸着流路２５が形成されていることが好ましい。【選択図】図４

Description

本発明は、微細な流路を有するマイクロチャンネル熱交換器、およびそれを備えた冷凍サイクル装置に関する。

化学エッチング等の微細加工により形成されたマイクロチャンネルを液体や気体の流路として有するマイクロチャンネル熱交換器が知られている（特許文献１）。マイクロチャンネルは、例えば、微細な溝が加工された複数の金属板を積層することで金属板間に形成される。積層された金属板は拡散接合等により一体化され、ヘッダと組み付けられる。

マイクロチャンネル熱交換器は、冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置等に組み込まれて用いられ、加熱流体および被加熱流体のうちの一方が流れる第１のマイクロチャンネル群と、他方が流れる第２のマイクロチャンネル群とを備えている。第１のマイクロチャンネル群と第２のマイクロチャンネル群とを隔てる隔壁を介して、加熱流体と被加熱流体との間で熱が授受される。
マイクロチャンネル熱交換器によれば、細径のマイクロチャンネルを有することにより、従来の熱交換器と比べて単位体積あたりの伝熱面積を大きく確保することができる。そのため、マイクロチャンネル熱交換器を含む機器の実用化により、機器のさらなる小型化や高性能化が期待されている。

ところで、マイクロチャンネル熱交換器に限らず、熱交換器には、流体が流れる配管が接続される。その配管を流れる流体には、配管施工時に生じた銅粉や、圧縮機等の鉄系の部材の摩耗等に起因した鉄粉等の異物が混入している。
そうした異物により絞り等が詰まるのを防ぐため、特許文献２では、配管の内側に設置されたスラッジフィルタにより異物を捕集する。また、特許文献３では、配管の外側に設置した磁石により異物を吸着する。

特許第５１８５９７５号 特開平１０−３００２８６号公報 特開２０１２−５７８５８号公報

熱交換器よりも上流の配管に、異物を捕集するためのフィルタが設置されていたとしても、鉄粉等の微細な異物がフィルタを通過して熱交換器のヘッダに流入すると、流速の小さいヘッダの内部で凝集し易い。そうすると、凝集した異物の塊に対してマイクロチャンネルの径が微細であるため、異物によりマイクロチャンネルが閉塞されるおそれがある。
そこで、本発明は、流路の閉塞を防止できるマイクロチャンネル熱交換器、およびそれを備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明のマイクロチャンネル熱交換器は、複数のマイクロチャンネルを有する熱交換器本体と、複数のマイクロチャンネルに連通し、流体が導入される上流ヘッダと、上流ヘッダに設けられる磁石と、を備えることを特徴とする。

本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、磁石は、上流ヘッダの底部に設けられることが好ましい。

本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、上流ヘッダは、流体が導入される導入部と、上流ヘッダの内側で導入部側とマイクロチャンネル側とを隔てる壁体と、を有し、壁体と磁石との間には、流体が流れる流路が形成されていることが好ましい。

本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、上流ヘッダの内部は、マイクロチャンネルに近づくにつれて広がっていることが好ましい。

本発明のマイクロチャンネル熱交換器は、複数のマイクロチャンネルから流体が流出する下流ヘッダをさらに備え、下流ヘッダにも磁石が設けられていることが好ましい。

本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、複数のマイクロチャンネルは、
第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、第１マイクロチャンネル群を流れる流体の向きと、第２マイクロチャンネル群を流れる流体の向きとは、対向するか、あるいは直交することが好ましい。

また、本発明の冷凍サイクル装置は、上述のマイクロチャンネル熱交換器と、流体である冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と熱源とを熱交換させる第１熱交換器と、冷媒の圧力を減少させる減圧部と、冷媒と熱負荷とを熱交換させる第２熱交換器と、を含む冷媒回路を備え、マイクロチャンネル熱交換器は、第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、第１マイクロチャンネル群を流れる第１冷媒と、第２マイクロチャンネル群を流れる第２冷媒とを熱交換させることを特徴とする。

上流ヘッダの内部における流体の流速が小さいため、上流ヘッダの内部では流体に含まれている異物が凝集し易い。一方、流体の流速が小さいことで、流体の流れに抗して磁力により異物を磁石に引き寄せて保持することができる。
したがって、本発明によれば、上流ヘッダの内部において異物が凝集するとしても、凝集した塊状のものも含めて異物を磁石に留めることができるため、異物がマイクロチャンネルに向かうのを避けることができる。そうすると、少なくともマイクロチャンネルの開口において異物の凝集を抑えることができるので、径が小さいため詰まり易いとしてもマイクロチャンネルの閉塞を防ぐことができる。
しかも、流速が小さい上流ヘッダの内部で、凝集した状態の異物を磁石に保持することができるので、異物を効率よく捕集してマイクロチャンネルの閉塞のリスクを下げることができる。

マイクロチャンネル熱交換器を示す分解斜視図である。 （ａ）は、図１に示す熱交換器が有するマイクロチャンネル群の模式図である。（ｂ）は、流路形状の異なるマイクロチャンネル群の模式図である。 空気調和機等である冷凍サイクル装置の冷媒回路を模式的に示す図である。 （ａ）は、第１実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のIVb−IVb線断面図であり、上流ヘッダおよびマイクロチャンネルを示している。 （ａ）および（ｂ）は、第２実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器を示す図である。（ｂ）は、（ａ）のVb−Vb線断面図である。 第２実施形態の変形例に係るマイクロチャンネル熱交換器を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、変形例に係る対向流式のマイクロチャンネル熱交換器を示す分解斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のVIIb−VIIb線断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、他の変形例に係る直交流式のマイクロチャンネル熱交換器を示す分解斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のVIIIb−VIIIb線断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔マイクロチャンネル熱交換器の構成〕
まず、図１および図２を参照して、各実施形態に共通するマイクロチャンネル熱交換器１の構成を説明する。
マイクロチャンネル熱交換器１は、図１に示すように、流路としての複数のマイクロチャンネル１００を有する熱交換器本体１０と、複数のマイクロチャンネル１００に連通し、熱交換器本体１０に組み付けられる上流ヘッダ２０および下流ヘッダ３０とを備えている。
複数のマイクロチャンネル１００は、第１マイクロチャンネル群１０１と、第２マイクロチャンネル群１０２とを含む。

各実施形態のマイクロチャンネル熱交換器１，２（図４、図５）は、後述するように、冷媒に混入した鉄粉等の異物を捕集するための磁石４１をヘッダ２０に備えることを主要な特徴とする。

マイクロチャンネル熱交換器１は、例えば図３に示す冷媒回路８０に組み込まれることで、空気調和機、冷凍機、給湯機等である冷凍サイクル装置８を構成する。マイクロチャンネル熱交換器１は、配管により、冷凍サイクルの他の構成要素（８１〜８４）と接続されている。

冷凍サイクル装置８に備わる冷媒回路８０は、冷媒を圧縮する圧縮機８１と、冷媒と熱源との間で熱交換させる第１熱交換器８２と、冷媒の圧力を減少させる膨張弁等である減圧部８３と、冷媒と熱負荷との間で熱交換させる第２熱交換器８４と、マイクロチャンネル熱交換器１とを含んで構成されている。
空気調和機である冷凍サイクル装置８が冷房運転される場合、マイクロチャンネル熱交換器１は、第１熱交換器８２により外気（熱源）と熱交換されることで凝縮した冷媒と、第２熱交換器８４により室内空気（熱負荷）と熱交換されることで蒸発した冷媒とを熱交換させる。かかる熱交換により、冷媒に過冷却を与えることができる。

マイクロチャンネル熱交換器１は、冷媒回路８０を流れる相対的に高温の冷媒（加熱冷媒である第１冷媒）と、同じく冷媒回路８０を流れる相対的に低温の冷媒（被加熱冷媒である第２冷媒）とを熱交換させる。
第１冷媒は、例えば図３の第１熱交換器８２から流出した冷媒であり、第１マイクロチャンネル群１０１に対応する。第２冷媒は、例えば図３の第２熱交換器８４から流出した冷媒であり、第２マイクロチャンネル群１０２に対応する。

図１に示すマイクロチャンネル熱交換器１は、第１冷媒がマイクロチャンネル１００を流れる向きと、第２冷媒がマイクロチャンネル１００を流れる向きとが同一である並行流式に構成されている。第１冷媒がマイクロチャンネル１００を流れる向きを破線の矢印で示し、第２冷媒がマイクロチャンネル１００を流れる向きを実線の矢印で示している。

（ヘッダ）
上流ヘッダ２０は、第１マイクロチャンネル群１０１に連通する第１上流ヘッダ２１と、第２マイクロチャンネル群１０２に連通する第２上流ヘッダ２２とに区分されている。第１上流ヘッダ２１および第２上流ヘッダ２２のそれぞれの内部には、マイクロチャンネル１００の上流側の開口が臨んでいる。このとき、第１マイクロチャンネル群１０１のそれぞれのマイクロチャンネル１００の上流側の開口は第１上流ヘッダ２１に、第２マイクロチャンネル群１０２のそれぞれのマイクロチャンネル１００の上流側の開口は第２上流ヘッダ２２に接続されている。

下流ヘッダ３０は、第１マイクロチャンネル群１０１に連通する第１下流ヘッダ３１と、第２マイクロチャンネル群１０２に連通する第２下流ヘッダ３２とに区分されている。第１下流ヘッダ３１および第２下流ヘッダ３２のそれぞれの内部には、マイクロチャンネル１００の下流側の開口が臨んでいる。このとき、第１マイクロチャンネル群１０１のそれぞれのマイクロチャンネル１００の下流側の開口は第１下流ヘッダ３１に、第２マイクロチャンネル群１０２のそれぞれのマイクロチャンネル１００の下流側の開口は第２上流ヘッダ３２に接続されている。

第１、第２上流ヘッダ２１，２２および第１、第２下流ヘッダ３１，３２のいずれも、第１冷媒、第２冷媒のそれぞれの圧力損失等を考慮して、マイクロチャンネル１００を冷媒がスムーズに流れるように適切な流路断面積および容積が確保されている。各ヘッダ２１，２２，３１，３２のそれぞれの流路断面積は、マイクロチャンネル１００の径に対して十分に大きい。後述するようにヘッダ２０，３０の内部の冷媒流速が小さいと、冷媒に混入した異物の捕集に有利であることも考慮して、ヘッダ２０，３０に適切な流路断面積を与えるとよい。

上流ヘッダ２０は、熱交換器本体１０の上流側に第１、第２上流ヘッダ２１，２２を形成する適宜な形態に構成することができる。また、下流ヘッダ３０は、熱交換器本体１０の下流側に第１、第２下流ヘッダ３１，３２を形成する適宜な形態に構成することができる。
図示された上流ヘッダ２０の例によれば、上流ヘッダ２０は、熱交換器本体１０の上面に連続した上壁２０Ａと、熱交換器本体１０の下面に連続した下壁２０Ｂと、上壁２０Ａおよび下壁２０Ｂの間に第１、第２上流ヘッダ２１，２２を形成する側壁２０Ｃとを有している。下流ヘッダ３０も同様に構成されている。

本実施形態の上流ヘッダ２０の内部は、マイクロチャンネル１００に近づくにつれて次第に広がっている。この上流ヘッダ２０の平面視における幅は、熱交換器本体１０の幅と同等の寸法にまで次第に広がっている。上流ヘッダ２０の第１、第２上流ヘッダ２１，２２のそれぞれの内部も、マイクロチャンネル１００に近づくにつれて次第に広がっている。
本実施形態に限らず、上流ヘッダ２０および下流ヘッダ３０は、一定の幅に形成されていてもよい。

（第１冷媒および第２冷媒の流れ）
第１冷媒は、図１に白抜きの矢印で示すように、冷媒配管が接続される導入部２０１から上流ヘッダ２０の第１上流ヘッダ２１に導入されて、第１マイクロチャンネル群１０１をなす個々のマイクロチャンネル１００へと分配される。それらのマイクロチャンネル１００を流れた第１冷媒は、下流ヘッダ３０の第１下流ヘッダ３１で合流し、排出部３０１から冷媒回路８０へと流出する。
第２冷媒は、図１に黒い矢印で示すように、冷媒配管が接続される導入部２０２から上流ヘッダ２０の第２上流ヘッダ２２に導入されて、第２マイクロチャンネル群１０２をなす個々のマイクロチャンネル１００へと分配される。それらのマイクロチャンネル１００を流れた第２冷媒は、下流ヘッダ３０の第２下流ヘッダ３２で合流し、排出部３０２から冷媒回路８０へと流出する。

マイクロチャンネル熱交換器１は、並行流式に限らず、対向流式であったり、直交流式であったりしてもよい。対向流式は、例えば図７に示すように、第１冷媒が第１マイクロチャンネル群１０１を流れる向きと、第２冷媒が第２マイクロチャンネル群１０２を流れる向きとが対向する。図３に示すマイクロチャンネル熱交換器１も、対向流式に記載されている。直交流式は、例えば図８に示すように、第１冷媒が第１マイクロチャンネル群１０１を流れる向きと、第２冷媒が第２マイクロチャンネル群１０２を流れる向きとが直交する。

（マイクロチャンネル）
マイクロチャンネル１００は、例えばステンレス鋼、銅、銅合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金等の金属材料から形成された熱交換器本体１０の基材に、エッチング等の微細加工により任意の断面形状に形成されている。
マイクロチャンネル１００の流路の大きさは、一例として直径１ｍｍ未満である。マイクロチャンネル１００の長さや数は、熱交換器本体１０に必要な熱交換の能力に応じて適宜に定められる。
マイクロチャンネル１００の流路の大きさは、マイクロチャンネル１００を流れる液相の表面張力の影響が現れる直径数ｍｍ以下に設定されていてもよい。マイクロチャンネル１００の流路の大きさは、一般的にマイクロチャンネルの範疇に含まれる適宜な大きさに設定することができる。

マイクロチャンネル１００を有する熱交換器本体１０は、例えば図２（ａ）に示すように、微細な溝１１Ａが所定ピッチで加工された複数の金属板１１を積層することで構成されている。
熱交換器本体１０は、金属板１１が積層されることで全体として直方体状に形成されている。積層された金属板１１は拡散接合等の方法により一体化される。
なお、拡散接合により熱交換器本体１０にヘッダ２０，３０を組み付けることができる。

各金属板１１には、図２（ａ）に示すように半円形の横断面を呈する多数の溝１１Ａが、紙面と直交する方向に沿って平行に形成されている。溝１１Ａが形成されている面が重ね合わせられることで、円形の横断面を呈するマイクロチャンネル１００が、隣接した金属板１１間に形成される。
マイクロチャンネル１００は、図２（ｂ）に示すように、矩形状の横断面を呈する溝１１Ｂが形成された金属板１１と、隣接する金属板１１との間に形成されていてもよい。

マイクロチャンネル１００は、金属板１１の面内方向において一方向（ｘ方向）に配列されるとともに、金属板１１が積層される方向（ｙ方向）にも配列されている。金属板１１の面に沿ってｘ方向に配列されたマイクロチャンネル１００の集合のことを熱交換器の「段」と称するものとする。
図２（ａ）および（ｂ）に示す例では、ある段のマイクロチャンネル１００の直下に、下段のマイクロチャンネル１００が位置するように、マイクロチャンネル１００が配列されている。これに限らず、ある段のマイクロチャンネル１００と下段のマイクロチャンネル１００とがｘ方向にシフトするように（千鳥状に）配列されていてもよい。

第１マイクロチャンネル群１０１は、積層方向ｙの１段おきに位置する複数段のマイクロチャンネル１００からなる。
第２マイクロチャンネル群１０２は、残りの段のマイクロチャンネル１００からなる。
図１、図２（ａ）および（ｂ）に、第１冷媒が流れる第１マイクロチャンネル群１０１の開口を白色で示し、第２冷媒が流れる第２マイクロチャンネル群１０２の開口を黒色で示している。第１マイクロチャンネル群１０１と第２マイクロチャンネル群１０２とを隔てる隔壁（金属の基材）を介して、第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換が行われる。
効率よく熱交換するため、図１、図２（ａ）および（ｂ）に示すように第１マイクロチャンネル群１０１と第２マイクロチャンネル群１０２とが積層方向ｙにおいて交互に配置されていると好ましい。
但し、第１マイクロチャンネル群１０１と第２マイクロチャンネル群１０２とが必ずしも交互に配置されている必要はない。また、第１マイクロチャンネル群１０１と第２マイクロチャンネル群１０２とが必ずしも段毎に区分されている必要もない。

以下、第１実施形態（図４）に係るマイクロチャンネル熱交換器１について説明する。
上述したように、マイクロチャンネル熱交換器１は、上流ヘッダ２０に設けられた磁石４１を有する。
図４（ｂ）には、第１冷媒に対応した第１上流ヘッダ２１を示している。図示を省略する第２上流ヘッダ２２も同様に構成されている。

冷媒回路８０を流れる冷媒には、圧縮機等の鉄系の部材の摩耗等に起因した鉄粉や、冷媒配管５の施工時のフレア加工等により発生した銅粉等の異物９が混入している。鉄粉等の異物９の粒径は、大きくても１５０μｍ程度であって、微細である。そのため、マイクロチャンネル熱交換器１よりも上流で、冷媒中の異物９を捕捉するための図示しないストレーナが冷媒配管５に設置されていたとしても、ストレーナを通過した微細な異物９が上流ヘッダ２０に流入する可能性がある。

冷媒配管５から上流ヘッダ２０に流入した冷媒は、上流ヘッダ２０の内部で流速が減少する。そうすると、マイクロチャンネル１００に分配されるまで冷媒が滞留する上流ヘッダ２０の内部では冷媒流れの影響が少ないことにより、冷媒に混入した異物９が異物９間の引力により凝集し易い。凝集した異物９によりマイクロチャンネル１００が詰まることを防ぐため、上流ヘッダ２０には、異物９を吸着する磁石４１が設けられている。
図４（ｂ）に、磁石４１に関する磁束φを模式的に示している。磁束φは、銅合金やアルミニウム合金等により構成されている典型的には非磁性の上流ヘッダ２０を板厚方向に貫通する。
なお、磁束φが貫通する限りにおいて、上流ヘッダ２０が磁性体であっても許容される。

本実施形態の磁石４１は、永久磁石であるが、鉄心およびコイルを有する電磁石であってもよい。磁石４１は、上流ヘッダ２０における任意の箇所に設けることができる。

本明細書においては、磁石に係る磁場により磁石と強磁性体との間に発生する磁力によって、強磁性体を磁石に引き付け（磁気的に吸引して）保持することを「吸着」と定義するものとする。
冷媒に混入した異物９は、典型的には鉄粉であり、鉄粉は強磁性体である。鉄粉は、磁力により磁石４１に吸着され、磁化される。

磁石４１に吸着される異物９は、必ずしも、鉄粉に代表される強磁性体や強磁性体の凝集物には限らず、強磁性体と銅粉等の非磁性体（反磁性体、常磁性体、および反強磁性体）が凝集して成長したものにも該当する。
冷媒回路８０の冷媒配管を流れる過程で、あるいは、流速の小さい上流ヘッダ２０の内部において、微細な鉄粉が銅粉や塵埃等と一体化すると、銅粉や塵埃も鉄粉と共に、磁石４１に吸着される。
磁石４１に吸着された異物９における磁性体が磁化されると、その異物９に、磁性体を含む他の異物９が吸着される。
上流ヘッダ２０の内部では冷媒の流速が小さいため、冷媒の流れにさほど影響を受けることなく、吸着された異物９を磁力によりその場に継続して留めることができる。
磁石４１の大きさや磁束密度等は、冷媒流速やヘッダ２０の大きさ等を考慮して適宜に定めることができる。

本実施形態の上流ヘッダ２０の内部は、マイクロチャンネル１００に近づくにつれて次第に広がっているため、上流ヘッダ２０の奥（下流）に向かうほど冷媒の流速が小さくなる。そのため、上流ヘッダ２０の奥側では、冷媒の流れの影響を殆ど受けずに異物９を磁石により確実に吸着することができる。
なお、上流ヘッダ２０と同様に、磁石４１も、マイクロチャンネル１００に向けて広がる形状にすると良い。

本実施形態では、マイクロチャンネル熱交換器１が機器筐体に設置されると、マイクロチャンネル１００が水平または水平に近い状態に配置される。このとき上流ヘッダ２０は、マイクロチャンネル１００が並ぶ熱交換器本体１０の側面に対して水平方向に隣接している。
本実施形態の磁石４１は、板状であって、図４（ｂ）に示すように、上流ヘッダ２０の下壁２０Ｂ（底部）に設けられている。磁石４１は、第１上流ヘッダ２１および第２上流ヘッダ２２のいずれの領域にも設けられている。
磁石４１は、下壁２０Ｂの上面側、下面側のいずれに設けられていてもよく、下壁２０Ｂに埋め込まれていてもよい。磁石４１は、必ずしも下壁２０Ｂに設けられる必要はない。側壁２０Ｃの下端部に磁石４１が設けられていてもよい。
下壁２０Ｂと磁石４１との間に隙間があいている場合も、磁石４１に異物９が吸着される限りにおいて許容される。この場合も、磁石４１が上流ヘッダ２０に設けられていることに該当する。

上流ヘッダ２０の内部に冷媒が滞留する間に、冷媒中の異物が、冷媒との密度差により下壁２０Ｂに向けて自重により沈降する。沈降により下壁２０Ｂに近づいた異物９が、下壁２０Ｂに設けられた磁石４１に下壁２０Ｂを介して吸着されることとなる。
このように異物９が磁石４１に向けて沈降するように、上流ヘッダ２０における鉛直方向の下方に磁石４１が配置されていると、重力により異物９が磁石４１に近づくので、磁石４１の近傍に及ぶ強い磁力により異物９をより確実に磁石４１に吸着することができる。
磁石４１に向けた異物９の移動に重力が寄与する場合、磁力のみにより異物９を磁石４１に吸引する場合と比べて磁石４１に要求される磁力が小さい。そのため、磁石４１として、磁力の強い高価な磁石を採用しなくても、安価で入手性の良い磁石、例えばフェライト磁石を採用することができる。

沈降した異物９を下壁２０Ｂの領域全体で吸着するため、下壁２０Ｂの領域全体に亘り磁石４１が設けられることが好ましい。下壁２０Ｂに設けられる磁石４１は、一体であっても、分割されていてもよい。
なお、下壁２０Ｂの一部に磁石４１を設けることも許容される。例えば、冷媒配管５から第１上流ヘッダ２１に冷媒が導入される導入部２０１に近い領域のみ、あるいは、熱交換器本体１０に近い領域のみに磁石４１を設けるようにしてもよい。

仮に、上流ヘッダ２０に磁石４１が設けられていないとすれば、冷媒配管５から上流ヘッダ２０に導入された冷媒中の異物９が、凝集しつつ冷媒と共に熱交換器本体１０に向けて流れ、細径のマイクロチャンネル１００の開口に集まる。そして、マイクロチャンネル１００の開口近傍に異物９が付着すると、開口近傍に付着した異物９に対しても異物９が凝集するため、異物９の凝集が促進されてマイクロチャンネル１００が閉塞する可能性がある。

上流ヘッダ２０に磁石４１を備えた本実施形態によれば、上流ヘッダ２０の内部において冷媒中の異物９が凝集するとしても、凝集した塊状のものも含めて異物９を磁石４１に留めることができるため、異物９がマイクロチャンネル１００に向かうのを避けることができる。そうすると、少なくともマイクロチャンネル１００の開口において異物９の凝集を抑えることができるので、マイクロチャンネル１００の径が小さいとしても、マイクロチャンネル１００の閉塞を防ぐことができる。

冷媒の流速が小さい上流ヘッダ２０に磁石４１が設けられていることで、磁石４１の磁力により上流ヘッダ２０内部の冷媒の流れに抗して異物９を確実に吸着できる。上流ヘッダ２０の内部よりも流速が大きい冷媒配管５等に磁石を設けたとしても、上流ヘッダ２０に設けられた磁石４１のように十分には異物９を吸着することが難しい。つまり、冷媒配管５に対して大きな流路断面積を有するため冷媒流速が小さい上流ヘッダ２０にこそ、磁石４１を備える意義が存在する。

しかも、流速が小さいヘッダ２０の内部では異物９が凝集し易く、凝集した状態の異物９が磁石４１に吸着されるので、冷媒に混入した異物９を効率よく捕集して異物９による閉塞のリスクを下げることができる。そして、磁石４１による異物９の捕集により冷媒回路８０への異物９の流出を抑えることで、上流ヘッダ２０に流入する冷媒中の異物９の量を抑えることができる点でも、異物９によるマイクロチャンネル１００の閉塞のリスクを下げることができる。

ところで下流ヘッダ３０に磁石４２（図１）を設けた場合にも、磁石４２により、上流ヘッダ２０の磁石４１と同様に、冷媒中の異物９を吸着して留めることができる。マイクロチャンネル１００から下流ヘッダ３０の内部に流出した冷媒の流速は、下流ヘッダ３０から冷媒を排出する冷媒配管における流速よりも小さい。このため、上流ヘッダ２０と同様に流速の小さい下流ヘッダ３０において、冷媒中の異物９を磁石４２に確実に吸着することができる。
そして、磁石４２による異物９の捕集により冷媒回路８０への異物９の流出を抑えることができる点でも、異物９によるマイクロチャンネル１００の閉塞のリスクを下げることができる。

〔第２実施形態〕
次に、図５を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。
以下、第１実施形態と相違する事項を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付している。

第２実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器２は、上流ヘッダ２０の内側で、冷媒が導入される側とマイクロチャンネル１００側とを隔てる壁体２４を有することを特徴とする。

上流ヘッダ２０は第１上流ヘッダ２１と第２上流ヘッダ２２とに区分されている。壁体２４は、第１上流ヘッダ２１に位置する第１壁体２４１と、第２上流ヘッダ２２に位置する第２壁体２４２とからなる。図５（ｂ）には、第１上流ヘッダ２１に位置する第１壁体２４１を示している。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第１壁体２４１は、第１上流ヘッダ２１において、導入部２０１側とマイクロチャンネル１００側とを隔てている。
この第１壁体２４１は、導入部２０１に対向した板状の案内部２４１Ａと、案内部２４１Ａの下側に連続し、熱交換器本体１０に向けて下壁２０Ｂに沿って延びた板状の接近部２４１Ｂとを有している。
鉛直方向に延びた案内部２４１Ａに対して、接近部２４１Ｂはマイクロチャンネル１００側に向けて屈曲している。案内部２４１Ａおよび接近部２４１Ｂは全体として、図５（ｂ）に示すように、Ｌ字状の断面を呈する。

第１壁体２４１の接近部２４１Ｂは、下壁２０Ｂに設けられた磁石４１の近傍を磁石４１に沿って延びている。この接近部２４１Ｂと磁石４１との間には、導入部２０１から流入した冷媒が熱交換器本体１０に向けて流れる吸着流路２５が形成されている。
吸着流路２５の終端２５Ａは熱交換器本体１０から離れている。

導入部２０１を通じて上流ヘッダ２０の第１上流ヘッダ２１に導入された冷媒は、第１壁体２４１の案内部２４１Ａにより下方へ案内され吸着流路２５に流入する。この吸着流路２５を磁石４１に接近した状態で冷媒が流れる過程で、冷媒中の異物９が磁力により磁石４１に吸着される。その後、冷媒は、吸着流路２５の終端２５Ａから、案内部２４１Ａと熱交換器本体１０との間に流入し、さらに第１マイクロチャンネル群１０１へと流入する。
吸着流路２５は上流ヘッダ２０の形状と同様にマイクロチャンネル１００に近づくにつれて広がっているので、吸着流路２５の奥に向かうにつれて冷媒の流速が遅くなる。そのため、吸着流路２５の特に奥側で、冷媒の流れに妨げられることなく冷媒中の異物９を磁石４１に確実に吸着することができる。

第２壁体２４２（図５（ａ））は、第２上流ヘッダ２２において導入部２０２側とマイクロチャンネル１００側とを隔てている。この第２壁体２４２も、具体的な図示を省略するが、案内部および接近部を有している。第２壁体２４２の接近部と磁石４１との間には、吸着流路２５が形成される。
導入部２０２を通じて第２上流ヘッダ２２に導入された冷媒は、第２壁体２４２の案内部により下方へ案内され吸着流路２５に流入する。この吸着流路２５を磁石４１に接近した状態で冷媒が流れる過程で、冷媒中の異物９が磁力により磁石４１に吸着される。その後、第２壁体２４２と熱交換器本体１０との間に冷媒が流入し、第２マイクロチャンネル群１０２へと流入する。

第２実施形態によれば、上流ヘッダ２０に導入された冷媒が壁体２４により吸着流路２５を流れることにより、磁石４１の近くを冷媒が必ず流れることとなる。そのため、磁石４１が発生する磁場に関する磁力が十分に異物９に作用するので、冷媒中の異物９を一層確実に磁石４１に吸着することができる。
ここで、案内部２４１Ａの上端Ｔが上壁２０Ａに突き当てられていると、導入された冷媒の全量が吸着流路２５に流入するので好ましい。但し、上端Ｔと上壁２０Ａとの間に隙間があいていることも許容される。

第２実施形態によれば、仮に、異物９が磁石４１に向けて鉛直方向下方に沈降する向きにマイクロチャンネル熱交換器２が設置されていないとしても、異物９の混入した冷媒が壁体２４により磁石４１の近くへと案内されて吸着流路２５を流れる。吸着流路２５の終端２５Ａまで冷媒が磁石４１に接近した状態で流れる間に、異物９が磁石４１に吸着される。
つまり、第２実施形態によれば、吸着流路２５を形成する壁体２４をヘッダ２０に備えていることにより、マイクロチャンネル熱交換器２を設置する姿勢の自由度が向上する。

壁体２４は、上流ヘッダ２０に設けられる導入部２０１，２０２の位置や磁石４１の位置等に応じて、適宜な形態に構成することができる。
例えば、図６に示す上流ヘッダ２７は、上壁２０Ａに設けられる導入部２０３と、壁体２８とを備えている。冷媒配管５から導入部２０３を通じて冷媒が下壁２０Ｂに向けて導入される。この上流ヘッダ２７の側壁２０Ｃに磁石４１が設けられている。
壁体２８は、導入部２０３の軸線の延長方向に沿って延在し、導入部２０３側とマイクロチャンネル１００側とを隔てている。
導入部２０３から導入された冷媒が、壁体２８と磁石４１との間の吸着流路２９を流れる過程で、冷媒中の異物９が磁石４１に吸着される。

図７は、対向流式のマイクロチャンネル熱交換器３を示している。
マイクロチャンネル熱交換器３においては、第１冷媒が第１マイクロチャンネル群１０１を流れる向き（破線の矢印）と、第２冷媒が第２マイクロチャンネル群１０２を流れる向き（実線の矢印）とが対向する。破線の矢印と実線の矢印は、互いに平行で逆向きである。
こうした対向流式では、マイクロチャンネル１００の一端側に、第１冷媒の上流ヘッダ２１および第２冷媒の下流ヘッダ３２が配置され、マイクロチャンネル１００の他端側に、第１冷媒の下流ヘッダ３１および第２冷媒の上流ヘッダ２２が配置される。

マイクロチャンネル１００の一端側では上流ヘッダ２１および下流ヘッダ３２が、許容される設置スペースに対応するサイズに一体に構成されることが好ましい。これら上流ヘッダ２１および下流ヘッダ３２はヘッダ構造体５１をなしている。
他端側に位置する上流ヘッダ２２および下流ヘッダ３１についても同様である。これら上流ヘッダ２２および下流ヘッダ３１は他のヘッダ構造体５２をなしている。

並行流式（図１、図４および図５）において第１冷媒の上流ヘッダ２１と第２冷媒の上流ヘッダ２２とが隣接しているのとは異なり、対向流式では、上流ヘッダ２１と上流ヘッダ２２とがマイクロチャンネル１００の両端側に離間した位置にある。
第１冷媒および第２冷媒のそれぞれの上流ヘッダ２１，２２が互いに離間していた方が、各上流ヘッダ２１，２２の内部に、壁体２４や磁石４１等の造作物を容易に設置できる。離間していれば、造作物の位置が干渉せず、造作物の設置により占有される分を考慮しても各ヘッダ２１，２２の内部に要求される所定の流路断面積および容積を確保し易いためである。
したがって、対向流式のマイクロチャンネル熱交換器３によれば、壁体２４や磁石４１を設置すること、また、壁体２４や磁石４１のサイズや形状等に関して自由度が向上する。
具体的には、上流ヘッダ２１，２２のそれぞれに、異物９の捕集に適した形態の壁体２４を設置しつつ、ヘッダ構造体５１の全体およびヘッダ構造体５２のサイズが大型化するのを抑えることができる。

図８は、直交流式のマイクロチャンネル熱交換器４を示している。
マイクロチャンネル熱交換器４においては、第１冷媒が第１マイクロチャンネル群１０１を流れる向き（破線の矢印）と、第２冷媒が第２マイクロチャンネル群１０２を流れる向き（実線の矢印）とが直交する。
マイクロチャンネル熱交換器４は、第１冷媒用の上流ヘッダ６１および下流ヘッダ７１と、第２冷媒用の上流ヘッダ６２および下流ヘッダ７２とを備えている。

図８（ｂ）に示すように、第１冷媒および第２冷媒のそれぞれの上流ヘッダ６１，６２のいずれにも、磁石４１および壁体２４が設置されている。
直交流式においても、上流ヘッダ６１と上流ヘッダ６２とが互いに離間しているため、上述した対向流式と同様に、壁体２４や磁石４１を設置すること、そして壁体２４や磁石４１のサイズや形状等に関して自由度が向上する。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

マイクロチャンネル熱交換器の熱交換器本体１０が、マイクロチャンネル１００の長さ方向に分割されており、熱交換器本体１０の上流側の部分と、熱交換器本体１０の下流側の部分とを中継する中間ヘッダが備えられている場合がある。その場合、中間ヘッダは、熱交換器本体１０の上流側の部分から冷媒が導入され、熱交換器本体１０の下流側の部分に形成されたマイクロチャンネル１００へと冷媒を流入させる上流ヘッダに相当する。この中間ヘッダに、磁石４１を設けることにより、冷媒中の異物９を吸着するようにしてもよい。

１〜４ マイクロチャンネル熱交換器
５ 冷媒配管
８ 冷凍サイクル装置
９ 異物
１０ 熱交換器本体
１１ 金属板
１１Ａ，１１Ｂ 溝
２０，２７ 上流ヘッダ
２０Ａ 上壁
２０Ｂ 下壁（底部）
２０Ｃ 側壁
２１ 第１上流ヘッダ
２２ 第２上流ヘッダ
２４，２８ 壁体
２５，２９ 吸着流路
２５Ａ 終端
３０ 下流ヘッダ
３１ 第１下流ヘッダ
３２ 第２下流ヘッダ
４１ 磁石
４２ 磁石
５１，５２ ヘッダ構造体
６１ 第１上流ヘッダ
６２ 第２上流ヘッダ
７１ 第１下流ヘッダ
７２ 第２下流ヘッダ
８０ 冷媒回路
８１ 圧縮機
８２ 第１熱交換器
８３ 減圧部
８４ 第２熱交換器
１００ マイクロチャンネル
１０１ 第１マイクロチャンネル群
１０２ 第２マイクロチャンネル群
２０１，２０２ 導入部
２０３ 導入部
２４１ 第１壁体
２４１Ａ 案内部
２４１Ｂ 接近部
２４２ 第２壁体
３０１，３０２ 排出部
Ｔ 上端
φ 磁束

Claims (7)

1. 複数のマイクロチャンネルを有する熱交換器本体と、
   前記複数のマイクロチャンネルに連通し、流体が導入される上流ヘッダと、
   前記上流ヘッダに設けられる磁石と、を備える、
   ことを特徴とするマイクロチャンネル熱交換器。
2. 前記磁石は、前記上流ヘッダの底部に設けられる、
   請求項１に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
3. 前記上流ヘッダは、
   前記流体が導入される導入部と、
   前記上流ヘッダの内側で前記導入部側と前記マイクロチャンネル側とを隔てる壁体と、を有し、
   前記壁体と前記磁石との間には、前記流体が流れる流路が形成されている、
   請求項１または２に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
4. 前記上流ヘッダの内部は、前記マイクロチャンネルに近づくにつれて広がっている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
5. 前記複数のマイクロチャンネルから前記流体が流出する下流ヘッダをさらに備え、
   前記下流ヘッダにも磁石が設けられている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
6. 前記複数のマイクロチャンネルは、
   第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、
   前記第１マイクロチャンネル群を流れる前記流体の向きと、
   前記第２マイクロチャンネル群を流れる前記流体の向きとは、対向するか、あるいは直交する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器と、
   前記流体である冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記冷媒と熱源とを熱交換させる第１熱交換器と、
   前記冷媒の圧力を減少させる減圧部と、
   前記冷媒と熱負荷とを熱交換させる第２熱交換器と、を含む冷媒回路を備え、
   前記マイクロチャンネル熱交換器は、
   第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、
   前記第１マイクロチャンネル群を流れる第１冷媒と、前記第２マイクロチャンネル群を流れる第２冷媒とを熱交換させる、
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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