JP2021148389A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】空気と冷媒との熱交換の性能を向上させる。【解決手段】熱交換器は、空気が流れる領域に配置される複数の扁平伝熱管１１と、ヘッダ１２とを備えている。複数の扁平伝熱管１１の各々の内部には、複数の風上側流路と、複数の風上側流路より空気の風下側に配置される複数の風下側流路とが形成されている。ヘッダ１２は、複数の風上側流路と複数の風下側流路とに接続される内部空間が形成される本体部２０と、第２の仕切り部材２２と、風上側流出入口２７とを備えている。風上側流出入口２７は、風上側空間２４の下部に冷媒を供給したり、風上側空間２４の下部から冷媒を排出したりする。第２の仕切り部材２２は、複数の風上側流路の端部に近い側の風上側空間２４と、複数の風下側流路の端部に近い側の風下側空間２５とを区画する。第２の仕切り部材２２の下部には、風下側空間２５と風上側空間２４とを連通する下側連通路２９が形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器に関する。

複数の流路を有する扁平伝熱管の両端が２つのヘッダにそれぞれ挿入、接続され、一方のヘッダから扁平伝熱管に冷媒の分流を行う構造を有する熱交換器が知られている（特許文献１）。

空気調和機において、蒸発器として使用された熱交換器を通過する途中で気液二相状態から気相状態となった冷媒は、出口側において過熱された状態で流出される。過熱された冷媒は気液二相状態のときよりも空気との温度差ΔＴが小さくなるため、空気との熱交換量Φ（＝Ｋ＊ΔＴ＊Ａ Ｋ：熱通過率、Ａ：伝熱面積）が低下してしまう。また、熱交換器の出口における冷媒の乾き度が１．０を下回るような場合、熱交換器を通過した冷媒の乾き度が１．０の場合と比較して、熱交換器を通過する冷媒の乾き度の平均値が下がる。熱交換器を通過する冷媒の乾き度の平均値が低いと冷媒の流速が低下するため、冷媒側の熱伝達率が高くなる。冷媒側の熱伝達率が高いと、冷媒と空気との間の熱通過率Ｋが低くなり、冷媒と空気との熱交換量Φが低下してしまう。よって、熱交換器を蒸発器として利用したとき、熱交換器を通過した冷媒の乾き度がちょうど１．０となるように冷媒循環量を調整することが理想的である。

特開２０１８−１００８００号公報

一方、上述した熱交換器を用いて外部の空気と冷媒との熱交換を行う際、扁平伝熱管における風上側に位置する流路は通過する空気との温度差が大きいため、熱交換量が大きい。このため、熱交換器は、例えば蒸発器として利用されたときに、扁平伝熱管における風上側に位置する流路を流れる冷媒だけが気相状態となり、この気相冷媒が過熱状態になることがある。一方で、風上側に位置する流路を流れる冷媒が気化して過熱状態とならないようにするため、乾き度の低い冷媒を扁平伝熱管に流入させることが考えられる。しかし、扁平伝熱管における風下側に位置する流路は、扁平伝熱管における風上側に位置する流路よりも熱交換量が小さい流路である。そのため、扁平伝熱管における風下側に位置する流路を流れる冷媒の空気との熱交換が不十分となり、当該流路を通過した冷媒の乾き度が１．０よりも低くなる。この場合、熱交換器を通過した冷媒の乾き度がちょうど１．０となるように冷媒循環量を調整された理想的な場合と比較して冷媒と空気との間の熱通過率Ｋが低くなるため、空気との熱交換量Φが低下する、という問題がある。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、空気と冷媒との熱交換量の低下を抑制する熱交換器を提供することを目的とする。

本開示の一態様による熱交換器は、空気が流れる領域に配置される複数の扁平伝熱管と、前記複数の扁平伝熱管の端部に接合されるヘッダとを備えている。前記複数の扁平伝熱管の各々の内部には、複数の風上側流路と、前記複数の風上側流路より前記空気の風下側に配置される複数の風下側流路とが形成されている。前記ヘッダは、前記複数の風上側流路と前記複数の風下側流路とに接続される内部空間が形成される本体部と、仕切部材と、流出入部とを有している。その仕切部材は、前記内部空間を前記複数の風上側流路の端部に近い側の風上側空間と、前記複数の風下側流路の端部に近い側の風下側空間とに区画している。その流出入部は、前記風上側空間の下部に冷媒を供給したり、前記風上側空間の下部から冷媒を排出させたりする。前記仕切部材の上部には、前記風下側空間と前記風上側空間とを連通する上側連通路が形成されている。

開示の熱交換器は、空気と冷媒との熱交換量の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器が適用される空気調和機の構成を説明する図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器を説明する図であって、（ａ）は熱交換器の平面図、（ｂ）は熱交換器の正面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平伝熱管を示す正面図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダの斜視図である。 図５は、図４のヘッダの水平断面図である。 図６は、図４のヘッダの鉛直断面図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器のヘッダを示す斜視図である。 図８は、図７のヘッダの水平断面図である。 図９は、図７のヘッダの水平断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器のヘッダを示す鉛直断面図である。 図１１は、ヘッダの変形例を示す鉛直断面図である。 図１２は、ヘッダの他の変形例を示す鉛直断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）について、添付図面を参照して説明する。なお、実施の形態の説明の全体を通して同じ構成には同じ番号を付している。

［実施の形態１］
（空気調和機）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器４および熱交換器５が適用される空気調和機１の構成を説明する図である。図１に示すように、空気調和機１は、室内機２と、室外機３とを備える。室内機２は、室内用の熱交換器４が設けられ、室外機３には、室外用の熱交換器５のほかに、圧縮機６、膨張弁７、四方弁８が設けられている。

暖房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して凝縮器として機能する熱交換器４に流入する。暖房運転時には、図１において黒矢印で示す方向に冷媒が流れている。熱交換器４では、流入したガス冷媒が外部の空気と熱交換して液化する。液化した高圧の冷媒は、膨張弁７を通過して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒として蒸発器として機能する熱交換器５に流入する。熱交換器５では、流入した気液二相冷媒が外部の空気と熱交換してガス化する。ガス化した低圧の冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。

冷房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して凝縮器として機能する熱交換器５に流入する。冷房運転時には、図１において白矢印で示す方向に冷媒が流れている。熱交換器５では、流入したガス冷媒が外部の空気と熱交換して液化する。液化した高圧の冷媒は、膨張弁７を通過して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒として蒸発器として機能する熱交換器４に流入する。熱交換器４では、流入した気液二相冷媒が外部の空気と熱交換してガス化する。ガス化した低圧の冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。

（熱交換器）
本発明の実施の形態１に係る熱交換器は、熱交換器４および熱交換器５のいずれにも適用可能であるが、暖房運転時に蒸発器として機能する熱交換器５に適用するものとして説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器５を説明する図であって、（ａ）は熱交換器５の平面図、（ｂ）は熱交換器５の正面図である。

熱交換器５は、幅広な面が対向するように積層され、冷媒が流通する複数の扁平伝熱管１１と、複数の扁平伝熱管１１の端部が接続され、扁平伝熱管１１に冷媒を分流する管状のヘッダ１２と、複数の扁平伝熱管１１の他端が接続され、扁平伝熱管１１から流出した冷媒を合流する管状のヘッダ１３と、扁平伝熱管１１に接合される平板形状の複数のフィン１４と、を備える。扁平伝熱管１１は、図２（ａ）において矢印で示す、外部の空気が流通する方向と直交する方向に延び、断面は扁平形状をなしている。ここで、外部の空気は、図示しないファンによる送風によって流通する。扁平伝熱管１１は、内部に扁平伝熱管が伸びる方向と同じ方向に延びる複数の流路を有している。図２（ｂ）に示すように、扁平伝熱管１１は、側面のうちの扁平面（幅広の面）が対向するように上下方向に積層され、左右の端部がヘッダ１２およびヘッダ１３と接続されている。また、ヘッダ１２とヘッダ１３の間には、扁平伝熱管１１と直交するように複数のフィン１４が配置されている。膨張弁７を通過して減圧された低温低圧の気液二相冷媒は、配管１５によりヘッダ１２に供給され、各扁平伝熱管１１に分流される。扁平伝熱管１１を流通する際に、フィン１４を介して空気と熱交換した気液二相冷媒はガス化してヘッダ１３に流出し、ヘッダ１３で合流したガス冷媒は、配管１６、四方弁８を介して圧縮機に吸入される。

（扁平伝熱管）
複数の扁平伝熱管１１のうちの１つの扁平伝熱管４１は、図３に示されているように、複数の扁平伝熱管１１が積層される上下方向に垂直である流通方向４２に空気が流れる空間に配置されている。図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平伝熱管４１を示す正面図である。扁平伝熱管４１は、概ね平坦である帯状に形成されている。扁平伝熱管４１の長手方向に沿う直線は、流通方向４２に概ね垂直であり、かつ、上下方向に概ね垂直である。扁平伝熱管４１の幅広な面に沿う平面は、上下方向に概ね垂直であり、すなわち、流通方向４２に概ね平行である。扁平伝熱管４１の内部には、流通方向４２に並ぶ複数の流路４３が形成されている。複数の流路４３は、扁平伝熱管４１の断面幅方向の中心より風上側に位置する複数の風上側流路４４と扁平伝熱管４１の断面幅方向の中心より風下側に位置する複数の風下側流路４５とを含んでいる。複数の風下側流路４５は、複数の風上側流路４４より風下側に配置されている。複数の扁平伝熱管１１のうちの扁平伝熱管４１と異なる他の扁平伝熱管も、扁平伝熱管４１と同様に形成され、複数の流路４３が並ぶ方向が流通方向４２に沿うように配置されている。

（ヘッダ）
次に、本発明の実施の形態１に係るヘッダ１２について、図４〜図６を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダ１２の斜視図である。図５は、ヘッダ１２の水平断面図である。図６は、ヘッダ１２の鉛直断面図である。なお、本明細書では、ヘッダ１２の扁平伝熱管１１側を内側、ヘッダ１２の扁平伝熱管１１と対向する側を外側といい、外部の空気の上流側を風上、下流側を風下という。図４では、フィン１４の図示を省略している。

ヘッダ１２は、管状の本体部２０と、本体部２０内に設けられた第１の仕切り部材２１と、本体部２０内に設けられた第２の仕切り部材２２と、を有する。本体部２０は、上下方向に延びる円筒状の筒状部２０ａと、筒状部２０ａの下端開口を塞いだ下壁２０ｂと、筒状部２０ａの上端開口を塞いだ上壁２０ｃと、を有する。すなわち、本体部２０は中空状である。図３および図４に示すように、ヘッダ１２は円筒形状のものを使用しているが、円筒形状に限定されるものではなく、内部が空洞の角柱形状等であってもよい。また、ヘッダ１２は、図４および図５に示すように、管状の本体部２０を上下方向に並ぶ二つの空間に区画する第１の仕切り部材２１と、第１の仕切り部材２１により区画された本体部２０の上部側を外部の空気の流れ方向に並ぶ二つの空間に区画する第２の仕切り部材２２と、を有する。第１の仕切り部材２１は、本体部２０の水平方向の断面全体にわたり設けられ、第２の仕切り部材２２は、本体部２０の第１の仕切り部材２１の上方において上下方向の断面全体にわたり設けられている。

第１の仕切り部材２１により区画される本体部２０の下部側の空間は、配管１５を介し膨張弁７から低温低圧の気液二相冷媒が流入する冷媒流出入空間２３である。また、第２の仕切り部材２２と第１の仕切り部材２１とにより区画される本体部２０の上部側において、外部の空気の風上側の空間は風上側空間２４であり、風下側の空間は風下側空間２５である。

第１の仕切り部材２１の風上側、すなわち風上側空間２４の底面となる第１の仕切り部材２１上には、風上側流入口２７が設けられている。第２の仕切り部材２２の上部には、上壁２０ｃから第２の仕切り部材２２の上端が離れていることにより、風上側空間２４と風下側空間２５とを連通する上側連通路２８が形成されている。第２の仕切り部材２２の下部付近には、第１の仕切り部材２１から第２の仕切り部材２２の下端が離れていることにより、風上側空間２４と風下側空間２５とを連通する下側連通路２９が形成されている。

複数の扁平伝熱管１１は、一端が本体部２０の内部に配置されるように、ヘッダ１２に接合されている。詳細には、扁平伝熱管４１は、複数の風上側流路４４の端が風上側空間２４に配置されるように、かつ、複数の風下側流路４５の端が風下側空間２５に配置されるように、配置され、ヘッダ１２に接合されている。複数の扁平伝熱管１１のうちの扁平伝熱管４１と異なる他の扁平伝熱管も、扁平伝熱管４１と同様に、複数の風上側流路４４の端が風上側空間２４に配置され、複数の風下側流路４５の端が風下側空間２５に配置され、ヘッダ１２に接合されている。なお、第２の仕切り部材２２は、扁平伝熱管４１の一端と干渉しないようにするため、切欠きが上下方向に並んで形成されている。

（暖房運転時）
熱交換器５は、空気調和機１の暖房運転時に、膨張弁７から配管１５を介して気液二相冷媒が冷媒流出入空間２３に供給される。冷媒流出入空間２３に供給された気液二相冷媒は、第１の仕切り部材２１の風上側流出入口２７を介して風上側空間２４の下部に供給される。風上側空間２４の下部に供給された気液二相冷媒は、風上側空間２４を上昇する。風上側空間２４を上昇した気液二相冷媒は、第２の仕切り部材２２の上側連通路２８を介して風下側空間２５の上部に供給される。風下側空間２５の上部に供給された気液二相冷媒は、風下側空間２５を下降する。風下側空間２５を下降した気液二相冷媒は、第２の仕切り部材２２の下側連通路２９を介して風下側空間２５の下部に供給される。下側連通路２９を介して風下側空間２５に供給された気液二相冷媒は、風上側空間２４を上昇する気液二相冷媒に押し上げられ、風上側空間２４を上昇する気液二相冷媒とともに風上側空間２４を上昇する。

風上側空間２４に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の風上側流路４４に入り込み、複数の風上側流路４４を流れる。風下側空間２５に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の風下側流路４５に入り込み、複数の風下側流路４５を流れる。複数の風上側流路４４と複数の風下側流路４５とを流れる気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の外部の空気と熱交換されることにより加熱され、気液二相冷媒のうちの液冷媒が気化することにより、乾き度が上昇し、ガス冷媒に状態変化する。複数の風上側流路４４と複数の風下側流路４５とを流れたガス冷媒は、ヘッダ１３の内部に供給され、配管１６を介して四方弁８に供給され、圧縮機６に供給される。このように、熱交換器５は、空気調和機１の暖房運転時に、蒸発器として適切に機能することができる。

風上側空間２４に存在する気液二相冷媒のうちの液冷媒は、風上側流出入口２７を介して風上側空間２４に供給される冷媒の流量が小さいときに、冷媒の流量が大きいときと比較して風上側空間２４を上昇する気液二相冷媒により押し上げられ難く、風上側空間２４の下部に溜まる傾向がある。このため、上側連通路２８を介して風上側空間２４から風下側空間２５に供給される気液二相冷媒のうちの液冷媒の比率は、風上側空間２４に存在する気液二相冷媒のうちの液冷媒の比率より小さくなる傾向がある。このため、風上側空間２４に存在する気液二相冷媒のうちの液冷媒の比率は、風下側空間２５に存在する気液二相冷媒のうちの液冷媒の比率より大きくなる。複数の扁平伝熱管１１の複数の風上側流路４４に入り込む気液二相冷媒の質量流量は、風上側空間２４の気液二相冷媒の液冷媒の比率が風下側空間２５の気液二相冷媒の液冷媒の比率より大きいことから、複数の風下側流路４５に入り込む気液二相冷媒の質量流量より大きくなる。

複数の風下側流路４５を流れる冷媒と熱交換する空気は、複数の風上側流路４４を流れる冷媒と熱交換した空気である。そのため、風上側流路４４を流れる冷媒と空気との温度差は、風下側流路４５を流れる冷媒と空気との温度差よりも大きい。そのため、複数の風上側流路４４を流れる気液二相冷媒に空気から伝達される熱量は、複数の風下側流路４５を流れる気液二相冷媒に空気から伝達される熱量より大きい。すなわち、複数の風上側流路４４を流れる比較的多くの気液二相冷媒には、比較的多くの熱量が伝達され、複数の風下側流路４５を流れる比較的少ない量の気液二相冷媒には、比較的少ない量の熱量が伝達される。このため、熱交換器５は、複数の扁平伝熱管１１の風上側流路４４及び風下側流路４５を通過した冷媒の乾き度を揃えることができる。これにより、熱交換器５を蒸発器として利用したとき、熱交換器５を通過した冷媒の乾き度がおよそ１．０となるような理想的な状態にすることができる。

複数の流路４３に冷媒が均等に流れる他の熱交換器は、複数の風上側流路４４を流れる気液二相冷媒のうちの液冷媒の全部が気化した後に、その気化されたガス冷媒に空気から熱を伝達してガス冷媒を過熱することがあり、一方で風下側流路４５を流れる気液二相冷媒のうちの液冷媒は空気との熱交換が不十分で蒸発し切らない場合がある。この場合、空気と冷媒との熱交換を効率良く行えていない。これに対して、熱交換器５は、複数の扁平伝熱管１１の風上側流路４４及び風下側流路４５を通過した冷媒の乾き度を揃えることにより、ガス冷媒を過熱することを防止し、これにより、熱交換器５を蒸発器として利用したとき、熱交換器５を通過した冷媒の乾き度がおよそ１．０となるような理想的な状態にすることができる。

（冷房運転時）
熱交換器５は、空気調和機１の冷房運転時に、圧縮機６により圧縮されたガス冷媒が四方弁８から配管１６を介してヘッダ１３に供給される。ヘッダ１３に供給されたガス冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の流路４３に分流される。複数の流路４３を流れるガス冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の外部を流れる空気と熱交換されることにより、液化し、液冷媒に状態変化する。複数の流路４３を流れた液冷媒は、ヘッダ１２の風上側空間２４と風下側空間２５とに供給される。風下側空間２５に供給された液冷媒は、風下側空間２５を下降し、風下側空間２５の下部に溜まる。風下側空間２５の下部に溜まった液冷媒は、下側連通路２９を介して風上側空間２４の下部に供給され、風上側空間２４の下部に溜まる。風上側空間２４に供給された液冷媒は、風上側空間２４を下降し、風上側空間２４の下部に溜まる。風上側空間２４の下部に溜まった液冷媒は、風上側流出入口２７を介して冷媒流出入空間２３に供給される。冷媒流出入空間２３に供給された液冷媒は、配管１５を介して膨張弁７に供給される。このように、熱交換器５は、空気調和機１の冷房運転時に、凝縮器として適切に機能することができる。

風上側空間２４に存在する液冷媒は、風上側流出入口２７を通ることにより冷媒流出入空間２３に排出されることに対し、風下側空間２５に存在する液冷媒は、冷媒流出入空間２３に排出されるときに、下側連通路２９と風上側流出入口２７とを通る必要がある。このため、風下側空間２５から冷媒流出入空間２３に冷媒が排出される流路抵抗は、風上側空間２４から冷媒流出入空間２３に冷媒が排出される流路抵抗より大きく、風上側空間２４から冷媒が排出される流量は、風下側空間２５から冷媒が排出される流量より大きい。その結果、複数の扁平伝熱管１１の複数の風上側流路４４を冷媒が流れる流量は、複数の風下側流路４５を冷媒が流れる流量より大きくなる。このため、熱交換器５は、複数の扁平伝熱管１１の複数の流路４３を流れる気液二相冷媒に関して単位量当たりに伝達される熱量を均等化することができる。すなわち、熱交換器５は、複数の流路４３を流れる冷媒に関して単位量当たりに伝達される熱量を均等化することにより、複数の風上側流路４４を流れる冷媒が過冷却されることを防止し、空気と冷媒との熱交換の性能を向上させることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る熱交換器５０で使用するヘッダ５１は、図７に示されているように、既述の実施の形態１の熱交換器５のヘッダ１２が備える第２の仕切り部材２２が、他の複数の仕切り部材に置換され、他の部分は、既述のヘッダ１２と同じである。図７は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器のヘッダ５１を示す斜視図である。

すなわち、ヘッダ５１は、既述のヘッダ１２と同様に、本体部２０と第１の仕切り部材２１とを備えている。本体部２０は、管状に形成され、本体部２０の内部には、内部空間が形成されている。第１の仕切り部材２１は、円板状に形成されている。第１の仕切り部材２１は、本体部２０の内部空間が冷媒流出入空間２３と上部空間５２とに区画されるように、本体部２０の内部空間に配置され、本体部２０に接合されている。冷媒流出入空間２３は、本体部２０の内部空間のうちの第１の仕切り部材２１より下側に形成されている。上部空間５２は、本体部２０の内部空間のうちの第１の仕切り部材２１より上側に形成されている。

ヘッダ５１は、さらに、風上側仕切り部材５３と風下側仕切り部材５４と循環空間仕切り部材５５とを備えている。風上側仕切り部材５３と風下側仕切り部材５４とは、平坦である１枚の板から形成されている。風上側仕切り部材５３と風下側仕切り部材５４とは、上部空間５２が複数の扁平伝熱管１１の一端が接続された空間である伝熱管差込空間５６と、複数の扁平伝熱管１１の一端が接続されていない空間である循環空間５７とに区画されるように、本体部２０の内部空間に配置され、本体部２０と第１の仕切り部材２１とに接合されている。伝熱管差込空間５６は、上部空間５２のうちの風上側仕切り部材５３と風下側仕切り部材５４とより複数の扁平伝熱管１１に近い側に形成されている。循環空間５７は、上部空間５２のうちの風上側仕切り部材５３と風下側仕切り部材５４とより複数の扁平伝熱管１１から遠い側に形成されている。

循環空間仕切り部材５５は、平坦である板状に形成されている。循環空間仕切り部材５５は、循環空間５７を風上側空間５８と風下側空間５９とに区画するように、本体部２０の内部空間に配置され、本体部２０と風上側仕切り部材５３と風下側仕切り部材５４とに接合されている。

第１の仕切り部材２１には、冷媒流入空間２３と風上側空間５８とを連通する風上側流入口２７が形成されている。循環空間仕切り部材５５の上部には、上壁２０ｃから循環空間仕切り部材５５の上端が離れていることにより、風上側空間５８と風下側空間５９とを連通する上側連通路６１が形成されている。循環空間仕切り部材５５の下部付近には、第１の仕切り部材２１から循環空間仕切り部材５５の下端が離れていることにより、風上側空間５８と風下側空間５９とを連通する下側連通路６２が形成されている。

図８は、図７のヘッダ５１の上下方向（鉛直方向）断面図である。風上側仕切り部材５３には、風上側空間５８と伝熱管差込空間５６とを連通する複数の風上側連通孔６３が形成されている。風下側仕切り部材５４には、風下側空間５９と伝熱管差込空間５６とを連通する複数の風下側連通孔６４が形成されている。このとき、複数の風上側連通孔６３の開口面積の総和は、複数の風下側連通孔６４の開口面積の総和より大きい。これにより、風上側流路４４に入り込む気液二相冷媒の質量流量は、風下側流路４５に入り込む気液二相冷媒の質量流量より大きくなる。

図９は、図７のヘッダ５１の上下方向に垂直な方向（水平方向）断面図である。風上側空間５８は、循環空間５７のうちの複数の風上側流路４４の端部に近い側の領域に形成されている。風下側空間５９は、循環空間５７のうちの複数の風下側流路４５の端部に近い側の領域に形成されている。このとき、風上側仕切り部材５３は、伝熱管差込空間５６と風上側空間５８との間に配置され、伝熱管差込空間５６と風上側空間５８とを区画している。風下側仕切り部材５４は、伝熱管差込空間５６と風下側空間５９との間に配置され、伝熱管差込空間５６と風下側空間５９とを区画している。

（暖房運転時）
実施の形態２に係る熱交換器は、既述の実施の形態１に係る熱交換器５と概ね同様に動作する。すなわち、熱交換器５０は、空気調和機１の暖房運転時に、膨張弁７から配管１５を介して気液二相冷媒が冷媒流入空間２３に供給される。冷媒流入空間２３に供給された気液二相冷媒は、第１の仕切り部材２１の風上側流入口２７を介して風上側空間５８の下部に供給される。風上側空間５８の下部に供給された気液二相冷媒は、風上側空間５８を上昇する。風上側空間５８を上昇した気液二相冷媒は、循環空間仕切り部材５５の上側連通路６１を介して風下側空間５９の上部に供給される。風下側空間５９の上部に供給された気液二相冷媒は、風下側空間５９を下降する。風下側空間５９を下降した気液二相冷媒は、循環空間仕切り部材５５の下側連通路６２を介して風上側空間５８の下部に供給される。下側連通路６２を介して風上側空間５８に供給された気液二相冷媒は、風下側空間５９を上昇する気液二相冷媒に押し上げられ、風下側空間５９を上昇する気液二相冷媒とともに風下側空間５９を上昇する。

風上側空間５８に存在する気液二相冷媒は、風上側仕切り部材５３の複数の風上側連通孔６３を介して伝熱管差込空間５６のうちの複数の風上側流路４４の端の近傍の領域に供給される。伝熱管差込空間５６のうちの複数の風上側流路４４の端の近傍の領域に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の風上側流路４４に入り込み、複数の風上側流路４４を流れる。風下側空間５９に存在する気液二相冷媒は、風下側仕切り部材５４の複数の風下側連通孔６４を介して伝熱管差込空間５６のうちの複数の風下側流路４５の端の近傍の領域に供給される。伝熱管差込空間５６のうちの複数の風下側流路４５の端の近傍の領域に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の風下側流路４５に入り込み、複数の風下側流路４５を流れる。複数の風上側流路４４と複数の風下側流路４５とを流れる気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の外部の空気と熱交換されることにより加熱され、気液二相冷媒のうちの液冷媒が気化することにより、ガス冷媒に状態変化する。複数の風上側流路４４と複数の風下側流路４５とを流れたガス冷媒は、ヘッダ１３の内部に供給され、配管１６を介して四方弁８に供給され、圧縮機６に供給される。このように、熱交換器５０は、空気調和機１の暖房運転時に、蒸発器として適切に機能することができる。

風下側空間５９に存在する気液二相冷媒の液冷媒の比率は、風上側流入口２７を介して風下側空間５９に供給される冷媒の流量が小さいときに、既述の実施の形態１の熱交換器５の場合と同様に、風下側空間５９に存在する気液二相冷媒の液冷媒の比率より大きくなる。このため、伝熱管差込空間５６のうちの複数の風上側流路４４の端の近傍の領域に存在する気液二相冷媒の液冷媒の比率も、伝熱管差込空間５６のうちの複数の風下側流路４５の端の近傍の領域に存在する気液二相冷媒の液冷媒の比率より大きくなる。この結果、複数の風上側流路４４に入り込む気液二相冷媒の質量流量は、風上側空間５８の気液二相冷媒の液冷媒の比率が風下側空間５９の気液二相冷媒の液冷媒の比率より大きいことから、複数の風下側流路４５に入り込む気液二相冷媒の質量流量より大きくなる。このため、熱交換器５０は、既述の熱交換器５と同様に、複数の扁平伝熱管１１の風上側流路４４及び風下側流路４５を通過した冷媒の乾き度を揃えることができる。これにより、熱交換器５を蒸発器として利用したとき、熱交換器５を通過した冷媒の乾き度がおよそ１．０となるような理想的な状態にすることができる。

複数の流路４３に冷媒が均等に流れる他の熱交換器は、複数の風上側流路４４を流れる気液二相冷媒のうちの液冷媒の全部が気化した後に、その気化されたガス冷媒に空気から熱を伝達してガス冷媒を過熱することがあり、このとき、熱交換の性能が劣化する。熱交換器５０は、複数の扁平伝熱管１１の風上側流路４４及び風下側流路４５を通過した冷媒の乾き度を揃えることにより、ガス冷媒を過熱することを防止し、これにより、熱交換器５を蒸発器として利用したとき、熱交換器５を通過した冷媒の乾き度がおよそ１．０となるような理想的な状態にすることができる。

（冷房運転時）
熱交換器５０は、空気調和機１の冷房運転時に、圧縮機６により圧縮されたガス冷媒が四方弁８から配管１６を介してヘッダ１３に供給される。ヘッダ１３に供給されたガス冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の流路４３に分流される。複数の流路４３を流れるガス冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の外部を流れる空気と熱交換されることにより、液化し、液冷媒に状態変化する。複数の流路４３を流れた液冷媒は、ヘッダ５１の伝熱管差込空間５６に供給される。伝熱管差込空間５６に供給された液冷媒は、複数の風上側連通孔６３を介して風上側空間５８に供給され、複数の風下側連通孔６４を介して風下側空間５９に供給される。風上側空間５８に供給された液冷媒は、風上側空間５８を下降し、風上側空間５８の下部に溜まる。風下側空間５９に供給された液冷媒は、風下側空間５９を下降し、風下側空間５９の下部に溜まる。風下側空間５９の下部に溜まった液冷媒は、下側連通路６２を介して風上側空間５８の下部に供給され、風上側空間５８の下部に溜まる。風上側空間５８の下部に溜まった液冷媒は、風上側流出入口２７を介して冷媒流出入空間２３に供給される。冷媒流出入空間２３に供給された液冷媒は、配管１５を介して膨張弁７に供給される。このように、熱交換器５０は、空気調和機１の冷房運転時に、凝縮器として適切に機能することができる。

風上側空間５８から冷媒流出入空間２３に冷媒が排出される流量は、実施の形態１の熱交換器５における風上側空間２４と同様に、風下側空間２５から冷媒流出入空間２３に冷媒が排出される流量より大きい。このため、伝熱管差込空間５６のうちの複数の風上側流路４４の端の近傍の領域から風上側空間５８に媒体が排出される流量は、伝熱管差込空間５６のうちの複数の風下側流路４５の端の近傍の領域から風下側空間５９に媒体が排出される流量より大きい。この結果、複数の風上側流路４４から伝熱管差込空間５６に冷媒が供給される流量は、複数の風下側流路４５から伝熱管差込空間５６に冷媒が供給される流量より大きくなり、複数の風上側流路４４を冷媒が流れる流量は、複数の風下側流路４５を冷媒が流れる流量より大きくなる。このため、熱交換器５０は、複数の扁平伝熱管１１の複数の流路４３を流れる液冷媒に関して単位量当たりに伝達される熱量を均等化することができる。すなわち、熱交換器５０は、複数の風上側流路４４を流れる冷媒が過冷却されることを防止し、凝縮器として利用される場合でも、空気と冷媒との熱交換の性能を向上させることができる。

［実施の形態３］
実施の形態３に係る熱交換器で使用するヘッダ７１は、図１０に示されているように、既述の実施の形態２の熱交換器５０のヘッダ５１に複数の仕切り部材７２が追加されている。図１０は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器のヘッダ７１を示す上下方向（鉛直方向）断面図である。複数の仕切り部材７２は、それぞれ、概ね半円状の板から形成されている。複数の仕切り部材７２は、伝熱管差込空間５６が複数の伝熱管差込空間７３に区画されるように、伝熱管差込空間５６に配置され、本体部２０と風上側仕切り部材５３と風下側仕切り部材５４とに接合されている。複数の仕切り部材７２は、複数の伝熱管差込空間７３の各々に複数の扁平伝熱管１１のうちのいずれかの端部が配置されるように、配置されている。複数の仕切り部材７２は、さらに、複数の伝熱管差込空間７３の各々が複数の風上側連通孔６３のうちのいずれかを介して風上側空間５８に連通するように、配置されている。

（暖房運転時）
実施の形態３に係る熱交換器は、既述の実施の形態２に係る熱交換器５０と概ね同様に動作する。すなわち、実施の形態３に熱交換器は、空気調和機１の暖房運転時に、膨張弁７から配管１５を介して気液二相冷媒が冷媒流入空間２３に供給される。冷媒流入空間２３に供給された気液二相冷媒は、風上側空間５８を上昇して風下側空間５９を下降することにより循環空間５７を循環する。このとき、風上側空間５８に存在する気液二相冷媒の液冷媒の比率は、風上側流出入口２７を介して風上側空間５８に供給される冷媒の流量が比較的小さいときに、風下側空間５９に存在する気液二相冷媒の液冷媒の比率より大きくなる。

風上側空間５８に存在する気液二相冷媒は、風上側仕切り部材５３の複数の風上側連通孔６３を介して複数の伝熱管差込空間７３のうちの複数の風上側流路４４の端の近傍の領域に供給される。複数の伝熱管差込空間７３のうちの複数の風上側流路４４の端の近傍の領域に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の風上側流路４４に入り込み、複数の風上側流路４４を流れる。風下側空間５９に存在する気液二相冷媒は、風下側仕切り部材５４の複数の風下側連通孔６４を介して複数の伝熱管差込空間７３のうちの複数の風下側流路４５の端の近傍の領域に供給される。複数の伝熱管差込空間７３のうちの複数の風下側流路４５の端の近傍の領域に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の風下側流路４５に入り込み、複数の風下側流路４５を流れる。複数の風上側流路４４と複数の風下側流路４５とを流れる気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の外部の空気と熱交換されることにより加熱され、気液二相冷媒のうちの液冷媒が気化することにより、ガス冷媒に状態変化する。複数の風上側流路４４と複数の風下側流路４５とを流れたガス冷媒は、ヘッダ１３の内部に供給され、配管１６を介して四方弁８に供給され、圧縮機６に供給される。このように、実施の形態３に熱交換器は、空気調和機１の暖房運転時に、蒸発器として適切に機能することができる。

複数の伝熱管差込空間７３の各々は、複数の風上側流路４４の端の近傍の気液二相冷媒の液冷媒の比率が、複数の風下側流路４５の端の近傍の気液二相冷媒の液冷媒の比率より大きい。このため、複数の風上側流路４４に入り込む気液二相冷媒の質量流量は、複数の風下側流路４５に入り込む気液二相冷媒の質量流量より大きくなる。その結果、実施の形態３に係る熱交換器は、既述の熱交換器５０と同様に、複数の扁平伝熱管１１の風上側流路４４及び風下側流路４５を通過した冷媒の乾き度を揃えることができる。これにより、熱交換器５を蒸発器として利用したとき、熱交換器５を通過した冷媒の乾き度がおよそ１．０となるような理想的な状態にすることができる。

既述の熱交換器５０は、重力により、伝熱管差込空間５６の下部の気液二相冷媒の液冷媒の比率が伝熱管差込空間５６の上部の気液二相冷媒の液冷媒の比率より大きくなることがある。これに対して、実施の形態３に係る熱交換器は、伝熱管差込空間５６が複数の伝熱管差込空間７３に区画されていることにより、既述の熱交換器５０に比較して、複数の扁平伝熱管１１に供給される冷媒の量をより均等に分流することができる。実施の形態３に係る熱交換器は、複数の扁平伝熱管１１に供給される冷媒の量が均等になることにより、熱交換の性能を向上させることができる。

（冷房運転時）
実施の形態３に係る熱交換器は、空気調和機１の冷房運転時に、圧縮機６により圧縮されたガス冷媒が四方弁８から配管１６を介してヘッダ１３に供給される。ヘッダ１３に供給されたガス冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の複数の流路４３に概ね均等に供給される。複数の流路４３を流れるガス冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の外部を流れる空気と熱交換されることにより、液化し、液冷媒に状態変化する。複数の流路４３を流れた液冷媒は、ヘッダ５１の複数の伝熱管差込空間７３に供給される。複数の伝熱管差込空間７３に供給された液冷媒は、複数の風上側連通孔６３を介して風上側空間５８に供給され、複数の風下側連通孔６４を介して風下側空間５９に供給される。風上側空間５８に供給された液冷媒は、風上側空間５８を下降し、風上側空間５８の下部に溜まる。風下側空間５９に供給された液冷媒は、風下側空間５９を下降し、風下側空間５９の下部に溜まる。風下側空間５９の下部に溜まった液冷媒は、下側連通路６２を介して風上側空間５８の下部に供給され、風上側空間５８の下部に溜まる。風上側空間５８の下部に溜まった液冷媒は、風上側流出入口２７を介して冷媒流出入空間２３に供給される。冷媒流出入空間２３に供給された液冷媒は、配管１５を介して膨張弁７に供給される。このように、実施の形態３に係る熱交換器は、空気調和機１の冷房運転時に、凝縮器として適切に機能することができる。

風上側空間５８から冷媒流出入空間２３に冷媒が排出される流量は、風下側空間５９から冷媒流出入空間２３に冷媒が排出される流量より大きい。このため、複数の伝熱管差込空間７３の各々のうちの複数の風上側流路４４の端の近傍の領域から風上側空間５８に媒体が排出される流量は、複数の伝熱管差込空間７３の各々のうちの複数の風下側流路４５の端の近傍の領域から風下側空間５９に媒体が排出される流量より大きい。この結果、複数の風上側流路４４から複数の伝熱管差込空間７３に冷媒が供給される流量は、複数の風下側流路４５から複数の伝熱管差込空間７３に冷媒が供給される流量より大きくなり、複数の風上側流路４４を冷媒が流れる流量は、複数の風下側流路４５を冷媒が流れる流量より大きくなる。このため、熱交換器５０は、複数の扁平伝熱管１１の複数の流路４３を流れる液冷媒に関して単位量当たりに伝達される熱量を均等化することができる。すなわち、熱交換器５０は、複数の風上側流路４４を流れる冷媒が過冷却されることを防止し、凝縮器として利用される場合でも、空気と冷媒との熱交換の性能を向上させることができる。

ところで、既述の実施の形態２、３の熱交換器における複数の風上側連通孔６３の面積の総和が複数の風下側連通孔６４の面積の総和より大きくなっているが、複数の風上側連通孔６３の開口面積の総和が複数の風下側連通孔６４の開口面積の総和と等しくてもよい。この場合でも、熱交換器は、複数の風上側流路４４を流れる冷媒の量を複数の風下側流路４５を流れる冷媒の量より多くすることができ、熱交換器５を蒸発器として利用したとき、熱交換器５を通過した冷媒の乾き度がおよそ１．０となるような理想的な状態にすることができる。よって、空気と冷媒との熱交換量の低下を抑制することができる。

ところで、既述の実施の形態２、３の熱交換器における風下側仕切り部材５４は、複数の風下側連通孔６４が形成されているが、複数の風下側連通孔６４が形成されなくてもよい。既述の実施の形態２、３の熱交換器が蒸発器として利用される場合に、複数の扁平伝熱管１１の複数の風上側流路４４が複数の風下側流路４５より複数の風上側連通孔６３に近いことにより、複数の風上側流路４４に供給される気液二相冷媒の質量流量は、複数の風下側流路４５に供給される気液二相冷媒の質量流量より多くなる。既述の実施の形態２、３の熱交換器が凝縮器として利用される場合に、複数の扁平伝熱管１１の複数の風上側流路４４が複数の風下側流路４５より複数の風上側連通孔６３に近いことにより、複数の風上側流路４４から排出される液冷媒の量は、複数の風下側流路４５から排出される液冷媒の量より多くなる。このため、実施の形態２、３の熱交換器は、このような場合でも、熱交換器５を蒸発器として利用したとき、熱交換器５を通過した冷媒の乾き度がおよそ１．０となるような理想的な状態にすることができる。よって、空気と冷媒との熱交換量の低下を抑制することができる。

ところで、上側連通路２８は、本体部２０のうちの内部空間の上端を形成する部材から第２の仕切り部材２２の上端が離れることにより形成されているが、図１１に示すように、第２の仕切り部材２２の上部に上部連通孔２２ａが形成されることにより形成されてもよい。同様に、上側連通路６１は、本体部２０のうちの内部空間の上端を形成する部材から循環空間仕切り部材５５の上端が離れることにより形成されているが、図１２に示すように、循環空間仕切り部材５５の上部に上部連通孔５５ａが形成されることにより形成されてもよい。実施の形態の熱交換器は、上側連通路２８または上側連通路６１がこのように形成された場合でも、同様に、空気と冷媒との熱交換の性能を向上させることができる。たとえば、上側連通路２８が上部連通孔２２ａにより形成されたときに、風下側空間２５の上端と風上側空間２４の上端との間に段差が形成され、風下側空間２５の上部に溜まる液冷媒がスムーズに風上側空間２４に供給されないことがある。既述の実施の形態１の熱交換器５は、風下側空間２５の上端と風上側空間２４の上端とが面一に形成されていることにより、上側連通路２８が上部連通孔２２ａから形成されている場合に比較して、風下側空間２５から風上側空間２４に液冷媒をスムーズに供給することができる。同様に、既述の実施の形態２、３の熱交換器は、上側連通路６１が上部連通孔５５ａから形成されている場合に比較して、風下側空間５９から風上側空間５８に液冷媒をスムーズに供給することができる。その結果、既述の実施の形態の熱交換器は、上側連通路２８が上部連通孔２２ａから形成されている場合、または、上側連通路６１が上部連通孔５５ａから形成されている場合に比較して、空気と冷媒との熱交換の性能を向上させることができる。

ところで、既述の実施の形態の熱交換器は、上側連通路２８、６１が形成されているが、上側連通路２８、６１が形成されていなくてもよい。この場合、実施の形態の熱交換器が凝縮器として利用されるときに、風下側空間２５には、風上側空間２４から下側連通路２９を介して気液二相冷媒が供給され、風下側空間５９には、風上側空間５８から下側連通路２９を介して気液二相冷媒が供給される。このため、冷媒流出入空間２３から風下側空間２５に気液二相冷媒が供給される流路抵抗は、冷媒流出入空間２３から風上側空間２４に気液二相冷媒が供給される流路抵抗より大きい。この結果、熱交換器は、複数の風上側流路４４に供給される気液二相冷媒の量を複数の風下側流路４５に供給される気液二相冷媒の量より多くすることができる。このため、この場合でも、熱交換器５を通過した冷媒の乾き度がおよそ１．０となるような理想的な状態にすることができる。よって、空気と冷媒との熱交換量の低下を抑制することができる。

以上、実施例を説明したが、前述した内容により実施例が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施例の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１ ：空気調和機
４、５ ：熱交換器
１１ ：複数の扁平伝熱管
１２ ：ヘッダ
１３ ：ヘッダ
２０ ：本体部
２１ ：第１の仕切り部材
２２ ：第２の仕切り部材
２３ ：冷媒流出入空間
２４ ：風上側空間
２５ ：風下側空間
２７ ：風上側流出入口
２８ ：上側連通路
２９ ：下側連通路
４２ ：流通方向
４４ ：複数の風上側流路
４５ ：複数の風下側流路
５０ ：熱交換器
５１ ：ヘッダ
５３ ：風上側仕切り部材
５４ ：風下側仕切り部材
５５ ：循環空間仕切り部材
５６ ：伝熱管差込空間
５７ ：循環空間
５８ ：風上側空間
５９ ：風下側空間
６１ ：上側連通路
６２ ：下側連通路
６３ ：複数の風上側連通孔
６４ ：複数の風下側連通孔
７１ ：ヘッダ
７２ ：複数の仕切り部材
７３ ：複数の伝熱管差込空間

本開示の一態様による熱交換器は、空気が流れる領域に配置される複数の扁平伝熱管と、前記複数の扁平伝熱管の端部に接合されるヘッダとを備えている。前記複数の扁平伝熱管の各々の内部には、複数の風上側流路と、前記複数の風上側流路より前記空気の風下側に配置される複数の風下側流路とが形成されている。前記ヘッダは、前記複数の風上側流路と前記複数の風下側流路とに接続される内部空間が形成される本体部と、仕切部材と、流出入部と、風上側仕切部材と、風下側仕切部材とを有している。その仕切部材は、前記内部空間を前記複数の風上側流路の端部に近い側の風上側空間と、前記複数の風下側流路の端部に近い側の風下側空間とに区画している。その流出入部は、前記風上側空間の下部に冷媒を供給したり、前記風上側空間の下部から冷媒を排出させたりする。風上側仕切部材は、前記内部空間を前記複数の風上側流路の端部と前記複数の風下側流路の端部とが配置される差込空間と前記風上側空間とに区画する。風下側仕切部材は、前記差込空間と前記風下側空間とを区画する。前記仕切部材の上部には、前記風下側空間と前記風上側空間とを連通する上側連通路が形成されている。前記風上側仕切部材には、前記差込空間と前記風上側空間とを連通する複数の風上連通孔が形成されている。

Claims (5)

1. 空気が流れる領域に配置される複数の扁平伝熱管と、
   前記複数の扁平伝熱管の端部に接合されるヘッダとを備え、
   前記複数の扁平伝熱管の各々の内部には、
   複数の風上側流路と、
   前記複数の風上側流路より前記空気の風下側に配置される複数の風下側流路とが形成され、
   前記ヘッダは、
   前記複数の風上側流路と前記複数の風下側流路とに接続される内部空間が形成される本体部と、
   前記内部空間を前記複数の風上側流路の端部に近い側の風上側空間と、前記複数の風下側流路の端部に近い側の風下側空間とに区画する仕切部材と、
   前記風上側空間の下部に冷媒を供給したり、前記風上側空間の下部から冷媒を排出したりする流出入部とを有し、
   前記仕切部材の下部には、前記風下側空間と前記風上側空間とを連通する下側連通路が形成される
   熱交換器。
2. 前記仕切部材の上部には、前記風下側空間と前記風上側空間とを連通する上側連通路がさらに形成される
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記ヘッダは、
   前記内部空間を前記複数の風上側流路の端部と前記複数の風下側流路の端部とが配置される差込空間と前記風上側空間とに区画する風上側仕切部材と、
   前記差込空間と前記風下側空間とを区画する風下側仕切部材とをさらに有し、
   前記風上側仕切部材には、前記差込空間と前記風上側空間とを連通する複数の風上連通孔が形成される
   請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記風下側仕切部材には、前記差込空間と前記風下側空間とを連通する複数の風下連通孔が形成される、
   請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記差込空間を複数の空間に区画する複数の仕切部材をさらに備え、
   前記複数の風上連通孔は、前記複数の空間を前記風上側空間にそれぞれ連通し、
   前記複数の空間の各々には、前記複数の扁平伝熱管のいずれかの端部が配置される
   請求項３または請求項４に記載の熱交換器。

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