JP5869517B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関する。

一般に熱交換器とは、熱交換サイクルを構成する部品であり、凝縮器又は蒸発器として動作してその内部を流動する冷媒と外部の流体とを熱交換させるものである。

このような熱交換器はその形状によってフィンチューブ型とマイクロチャネル型に大別される。フィンチューブ型の熱交換器は、複数のフィン及びフィンを貫通する円形又はそれと類似した形状のチューブを含み、マイクロチャネル型の熱交換器は、冷媒が流動する複数のフラットチューブ及び複数のフラットチューブの間に備えられるフィンを含む。そして、フィンチューブ型の熱交換器及びマイクロチャネル型の熱交換器は、いずれもチューブ又はフラットチューブの内部を流動する冷媒と外部の流体とが熱交換され、フィンはチューブ又はフラットチューブの内部を流動する冷媒と外部の流体との熱交換面積を増加させる役割を果たす。

図１６に示したように、従来のマイクロチャネル型の熱交換器１には、複数のフラットチューブ４に結合されるヘッダ２、３が含まれる。以下、熱交換器１は蒸発器として機能する場合を例に挙げて説明する。

ヘッダ２、３は複数個が提供され、複数のヘッダ２、３のうち第１ヘッダ２は複数のフラットチューブ４の一側に結合され、第２ヘッダ３は複数のフラットチューブ４の他側に結合される。そして、複数のフラットチューブ４の間には、冷媒と外部空気の間に熱交換が容易に行われるようにする放熱フィン５が含まれる。

第１ヘッダ２には、冷媒を熱交換器１に流入させる冷媒流入部６と、熱交換器１内で熱交換された冷媒を流出させる冷媒流出部７が形成される。そして、第１ヘッダ２及び第２ヘッダ３の内部には、冷媒の流動をガイドするバッフル８が提供される。バッフル８によって第１ヘッダ２又は第２ヘッダ３内部の冷媒流動はフラットチューブ４にガイドされ得る。

一方、熱交換器１に流入される冷媒の状態は２相状態であるのに対し、熱交換器１から流出される直前の冷媒は気相の冷媒又は乾燥度が非常に高い状態であるため、熱交換器１から流出される冷媒の流速が熱交換器１に流入される冷媒の流速より相対的に高く形成される。

したがって、流速の速い熱交換器の出口側に冷媒が偏るようになる現象が現れる。特に、フラットチューブの少なくとも一側に結合されるヘッダが垂直方向に配置される場合、重力がヘッダ内の冷媒に作用して出口側の中でも下部に位置するフラットチューブに冷媒が集中するという問題点があった。

そして、図１７に示したように、ヘッダ３内で流動する液相冷媒と気相冷媒が別途の層に区画化される。すなわち、ヘッダ３内には液相層３ａ及び気相層３ｂが上下又は左右方向に区画化されて形成される。

そして、液相層３ａはヘッダの内側面に沿って厚く形成されるため、フラットチューブに均一な冷媒の分配が起こらなくなる。そして、複数のフラットチューブのうち１つのフラットチューブには液相冷媒、他のフラットチューブには気相冷媒が流入するという問題点があった。

結局、複数のフラットチューブのうち１つのフラットチューブを流動する冷媒の量と、他のフラットチューブを流動する冷媒の量との間に差が生じ、熱交換効率が低下するという問題点があった。

本実施形態は、このような問題点を解決するために、複数のフラットチューブに冷媒が均一に分配され得る熱交換器を提供することを目的とする。

本実施形態による熱交換器は、冷媒が流動する複数の冷媒チューブと、複数の冷媒チューブが挿入され、冷媒と流体の間の熱交換が行われるようにする放熱フィンと、複数の冷媒チューブの少なくとも一側に結合され、冷媒流動空間を形成するヘッダと、ヘッダの内部に備えられ、冷媒流動を複数の冷媒チューブに対応する複数の経路に分岐するガイド装置と、を含む。

他の実施形態による熱交換器は、冷媒が流動し、上下方向に配列される複数のフラットチューブと、複数のフラットチューブの一側に結合され、冷媒を複数のフラットチューブにガイドするヘッダと、ヘッダの内部の少なくとも一領域に備えられるガイド装置と、を含み、ガイド装置は、冷媒を複数の流動空間に分配する複数のガイド部と、複数のガイド部の一側に結合され、複数の流動空間で流動する冷媒をフラットチューブに流動させるための連通孔を有する区画部と、を含む。

本発明の実施形態によれば、ヘッダにガイド装置が提供されヘッダの内部空間を複数の流動空間に分割することができ、冷媒がガイド装置に沿って流動しながら複数の流動空間に分配されるので、冷媒がヘッダ内の一部の空間に偏る現象を防止できる。

そして、液相の冷媒と気相の冷媒が適宜混合された状態で各流動空間に分配されるので、ヘッダに連結された各フラットチューブに２相状態の冷媒が容易に流入され得るという長所がある。

また、ガイド装置は冷媒が流動する方向に沿って延長されるので冷媒に対して流動抵抗が発生しないという効果がある。

また、ガイド装置はヘッダの中心から外側方向に次第に傾斜をなして配置されるので、冷媒（特に、液相冷媒）がヘッダ内の流動空間に均一に広がって流動され得るという効果がある。

また、ガイド装置の区画部に複数の連通孔を形成し、複数の連通孔の形成位置を、冷媒流動方向を基準に左右に離隔されるように形成することによって各流動空間の冷媒が連通孔を介してフラットチューブに効果的に流入されるという長所がある。

また、ガイド装置に隔壁が提供され連通孔を通過した冷媒がヘッダに沿って流動し続けることが防止されることによって、冷媒が冷媒チューブに容易にガイドされるという効果がある。

結果として、冷媒が複数のフラットチューブに均一に分配されて流動されるので、冷媒と周辺空気の間の熱交換効率が増大するという長所がある。

本発明の第１実施形態による熱交換器の構成を示す斜視図である。 図１のＩ−Ｉ’に沿って切り取った断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ’に沿って切り取った断面図である。 本発明の第１実施形態によるヘッダの構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるヘッダの分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるヘッダの一部構成に対して、冷媒の流動の様子を示す図である。 本発明の第１実施形態によるヘッダの一部構成に対して、冷媒の流動の様子を示す図である。 図７のＩ−Ｉ’に沿って切り取った断面図である。 図８のヘッダ構成による冷媒流動シミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２実施形態によるヘッダの構成を示す断面図である。 図１０のヘッダ構成による冷媒流動シミュレーション結果を示す図である。 本発明の第３実施形態による熱交換器の構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態による熱交換器の構成を示す正面図である。 本発明の第４実施形態による熱交換器の構成を示す側面図である。 本発明の第４実施形態による流入ヘッダの構成を示す斜視図である。 従来の熱交換器の構成を示す図である。 従来の熱交換器ヘッダでの冷媒流動の様子を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態について説明する。ただし、本発明の思想は提示される実施形態に制限されるものではなく、本発明の思想を理解する当業者は同一思想の範囲内で他の実施形態を容易に提案できる。

図１は、本発明の第１実施形態による熱交換器の構成を示す斜視図で、図２は、図１のＩ−Ｉ’に沿って切り取った断面図で、図３は、図１のＩＩ−ＩＩ’に沿って切り取った断面図である。

図１乃至図３を参照すると、本発明の第１実施形態による熱交換器１０は、上下方向又は垂直方向に所定長さだけ延長されるヘッダ５０、１００と、ヘッダ５０、１００に結合され横方向又は左右方向に延長される冷媒チューブとしての複数のフラットチューブ２０と、ヘッダ５０、１００の間に所定間隔に配列されフラットチューブ２０によって貫通される複数の放熱フィン３０と、を含む。ヘッダ５０、１００は垂直方向に延長されることから、「垂直型ヘッダ」と称することができるであろう。

詳しくは、ヘッダ５０、１００は、冷媒を熱交換器１０に流入させる冷媒流入部５１と熱交換器１０内で熱交換された冷媒を流出させる冷媒流出部５５が形成される第１ヘッダ５０、及び第１ヘッダ５０から離隔される第２ヘッダ１００を含む。複数のフラットチューブ２０の一側端部は第１ヘッダ５０に結合され、複数のフラットチューブ２０の他側端部は第２ヘッダ１００に結合され得る。

第１ヘッダ５０及び第２ヘッダ１００の内部には、冷媒の流動空間が規定される。第１ヘッダ５０又は第２ヘッダ１００内部の冷媒はフラットチューブ２０に流入され、フラットチューブ２０を流動した冷媒は第１ヘッダ５０又は第２ヘッダ１００で方向転換され得る。

一例として、フラットチューブ２０を介して左側方向に流動した冷媒は第１ヘッダ５０で方向転換されて右方向に流動され、フラットチューブ２０を介して右方向に流動した冷媒は第２ヘッダ１００で方向転換されて左側方向に流動され得る（図３参照）。したがって、第１ヘッダ５０又は第２ヘッダ１００は「リターンヘッダ」と称することができる。

冷媒流入部５１は第１ヘッダ５０の下部に形成され、冷媒流出部５５は第１ヘッダ５０の上部に形成され得る。冷媒流入部５１に流入された冷媒はフラットチューブ２０を循環しながら重力と反対方向に流動した後、冷媒流出部５５に流出され得る。すなわち、冷媒は冷媒流入部５１から冷媒流出部５５に向かって、上方に流動され得る。

一例として、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、冷媒流入部５１に流入される冷媒は液相又は乾燥度の低い２相状態の冷媒であり、冷媒流出部５５を介して排出される冷媒は気相又は乾燥度の高い２相状態の冷媒である場合がある。したがって、冷媒が熱交換器１０を通過する過程で密度及び比体積が大きくなる場合があり、これにより上方に容易に移動され得る。

フラットチューブ２０は第１ヘッダ５０及び第２ヘッダ１００の間に複数個が備えられ、複数のフラットチューブ２０は縦方向に互いに離隔して配置され得る。

フラットチューブ２０は、外観を形成するチューブボディ２１、及びチューブボディ２１の内部に複数の冷媒流路２５（ｍｉｃｒｏ ｃｈａｎｎｅｌ）が形成されるようにする区画リブ２２を含む。フラットチューブ２０の内部に流入された冷媒は複数の冷媒流路２５に均一に分配されて流動され得る。そして、放熱フィン３０には、複数のフラットチューブ２０が貫通されるようにする貫通孔３２が形成される。

第１ヘッダ５０又は第２ヘッダ１００の内部には、冷媒が第１ヘッダ５０、フラットチューブ２０及び第２ヘッダ１００を経てジグザグに流動され得るようにガイドするバッフル５８が提供される。バッフル５８は第１ヘッダ５０又は第２ヘッダ１００の内部空間を上部及び下部に区画化するように配置され得る。

バッフル５８によって、フラットチューブ２０に沿って流れる冷媒の流路はＳ字形のメアンダライン（ｍｅａｎｄｅｒ ｌｉｎｅ）を形成できる。フラットチューブ２０に沿って流れる冷媒の流路がメアンダラインを形成することによって、冷媒と空気の接触面積と、その接触時間が増大し、熱交換効率が増大し得る。

以上をまとめると、バッフル５８によって第１ヘッダ５０又は第２ヘッダ１００の内部空間は複数の空間に区画化され、各区画化された空間はフラットチューブ２０に冷媒を流動させるための空間部であると理解され得る。

一方、第２ヘッダ１００の内部には、第２ヘッダ１００を流動する冷媒をフラットチューブ２０にガイドするためのガイド装置１５０が提供される。

ガイド装置１５０は、第２ヘッダ１００の内部空間を区画化する区画部１５１を含む。一例として、区画部１５１は縦方向に延長され、第２ヘッダ１００の内部空間を左右方向に区画化できる。

ガイド装置１５０は、区画部１５１の一側に提供され冷媒を複数の流動経路に分配するガイド部１５５、及び区画部１５１の他側に提供され冷媒を少なくとも１つ以上のフラットチューブ２０に流入されるようにガイドする複数の隔壁１５７をさらに含む。

隔壁１５７は区画部１５１からフラットチューブ２０方向に延長され、ガイド部１５５は区画部１５１からフラットチューブ２０の反対方向に延長される。隔壁１５７とガイド部１５５はそれぞれ複数個が提供され得る。

区画部１５１には、ガイド部１５５に沿って流動する冷媒が区画部１５１を通過できるようにする連通孔１５２が形成される。連通孔１５２はフラットチューブ２０の位置又は高さに対応して複数が形成され得る。冷媒がガイド部１５５に沿って上方に流動する過程で、一部の冷媒が連通孔１５２を介してフラットチューブ２０に流入される。

複数の隔壁１５７のうち一隔壁と、一隔壁に隣接した他の隔壁の間には、複数の連通孔１５２が配置され得る。

一方、ガイド装置１５０はバッフル５８によって区画化された空間のうち最上部の空間に備えられ得る。一例として、ガイド装置１５０は冷媒流出口５５に対応する高さに配置され得る。

言い換えると、ガイド装置１５０は、冷媒流入部５１から冷媒流出部５５まで熱交換器１０の内部を流動する冷媒の流路全体の中で、冷媒流入部５１よりも冷媒流出部５５側に近い流路上に配置されると理解され得る。このような構成によって、流速の速い気相の冷媒又は乾燥度の高い２相冷媒はガイド装置１５０によってガイドされ複数のフラットチューブ２０に均一に分配され得る。

無論、ガイド装置１５０はヘッダ１００内から上下方向に複数個が提供されても良い。一例として、ガイド装置１５０はヘッダ１００の下部又は中間の高さにさらに提供され得る。

図３を参照して、本実施形態による冷媒の流動について説明する。

冷媒は冷媒流入部５１を介して流入されて複数のフラットチューブ２０の内部を（図３の右方向に）流動する。冷媒は冷媒流入部５１の上側に位置したバッフル５８によって所定高さ以上上方に流動することが制限され得る。フラットチューブ２０を通った冷媒は第２ヘッダ１００の内部で上方へ流動し、その流動方向が転換されて左方向に流動される。冷媒は第２ヘッダ１００に備えられるバッフル５８によって所定高さ以上上方に流動することが制限され得る。

そして、フラットチューブ２０を通った冷媒は第１ヘッダ５０で再度方向転換されてフラットチューブ２０を流動する。このような冷媒の循環過程（左方流動又は右方流動）は繰り返され、上述のようにバッフル５８によって容易に行われ得る。そして、冷媒は冷媒流入部５１から流入されて循環しながら冷媒流出口５５に向かって上方に、すなわち重力と反対方向へ移動することができる。

このような冷媒の循環過程で、冷媒が第２ヘッダ１００の上部に到達すると冷媒はガイド装置１５０に沿って上方に流動する。そして、ガイド部１５５によって、冷媒は複数の経路に分岐されて流動され得る。

そして、冷媒は連通孔１５２を介して区画部１５１の一側から他側に流動し、フラットチューブ２０に流入され得る。冷媒がフラットチューブ２０を通過すると、第１ヘッダ５０に流入された後、冷媒流出口５５を介して熱交換器１０の外部に流出される。

以下、本発明の第１実施形態による第２ヘッダの構成に関して図面を参照して説明する。第２ヘッダを「ヘッダ」と称して説明する。

図４は、本発明の第１実施形態によるヘッダの構成を示す斜視図で、図５は、本発明の第１実施形態によるヘッダの分解斜視図である。

図４及び図５を参照すると、本発明の実施形態によるヘッダ１００は、フラットチューブ２０に結合されるヘッダ本体１１０、ヘッダ本体１１０の一側に結合されるヘッダカバー１２０、及びヘッダ本体１１０とヘッダカバー１２０の内部に結合されるガイド装置１５０を含む。ヘッダ本体１１０、ヘッダカバー１２０、及びガイド装置１５０は一体に構成されても良く、別々の構成品として互いに結合されても良い。

詳しくは、ヘッダ本体１１０、ヘッダカバー１２０、及びガイド装置１５０はブレイズ溶接（ｂｒａｚｉｎｇ ｗｅｌｄｉｎｇ）によって一体型に構成され得る。すなわち、ヘッダ本体１１０、ヘッダカバー１２０、及びガイド装置１５０の少なくとも一部には熔接剤（一例として、クラッド）が備えられて互いに結合又は組み立てられることができ、この状態でろう付炉（Ｎｏｒｍａｌ ｂｒａｚｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ）内で加熱されて溶接され得る。

このように、ヘッダ本体１１０、ヘッダカバー１２０、及びガイド装置１５０が、ブレイズ溶接によって一体に形成されることによって、ヘッダ１００は堅固な状態を維持することができ、別途の締結部材を必要としないのでヘッダ１００の製造工程が簡単となり費用を低減できるという長所がある。

ヘッダ本体１１０には、複数のフラットチューブ２０が結合されるチューブ結合部１１２が形成される。チューブ結合部１１２はヘッダ本体１１０の少なくとも一部が切り開かれて形成され、複数のフラットチューブ２０の位置に対応して複数個が形成され得る。

ガイド装置１５０は、ガイド装置１５０の長さ方向に延長される区画部１５１と、区画部１５１の一側に結合され互いに離隔して配置される複数の隔壁１５７と、区画部１５１の他側に結合され区画部１５１に沿って長さ方向に延長されるガイド部１５５と、を含む。

複数の隔壁１５７はヘッダ本体１１０の内側に結合され、略同一隔離距離を形成して配置される。一の隔壁と、一の隔壁に隣接した他の隔壁の間には、予め設定された数のチューブ結合部１１２が位置し得る。一例として、図４に示したように、予め設定された数は２つであっても良い。

一の隔壁と他の隔壁の間に流動する冷媒は予め設定された数のチューブ結合部１１２に流入されるようにガイドされ、一の隔壁又は他の隔壁を貫通してヘッダ１００の長さ方向に沿って流動することが制限される。

ガイド部１５５は互いに離隔されて複数個が提供され、冷媒の流動方向に沿って、すなわち冷媒の流動方向に平行して延長される。すなわち、ヘッダ１００が熱交換器１０に結合された状態で、ガイド部１５５は縦方向に延長され得る。したがって、ガイド部１５５は冷媒の流動方向を基準に、冷媒を左右方向に分配できる。

ガイド部１５５は区画部１５１から延長されてヘッダ本体１１０又はヘッダカバー１２０の内側面に結合され得る。また、冷媒の有効な分配のために、複数のガイド部１５５は互いに平行して延長され得る（図８参照）。

図６及び図７は、本発明の第１実施形態によるヘッダの一部構成に対して、冷媒の流動の様子を示す図で、図８は、図７のＩ−Ｉ’に沿って切り取った断面図で、図９は、図８のヘッダ構成による冷媒流動シミュレーション結果を示す図である。

図６を参照すると、本発明の第１実施形態によるヘッダ１００の内部には冷媒が流動し、冷媒はヘッダ１００から複数のフラットチューブ２０に流入され得る。

冷媒がヘッダ１００を流動する過程でガイド装置１５０に到達すると、ガイド流入部１５５ａで複数の経路に分岐される。一例として、冷媒はガイド流入部１５５ａによって流動方向を基準に左右に広がってガイド部１５５に流入され得る。したがって、冷媒が複数の経路に分岐される過程で、冷媒がヘッダ１００の一部の空間に偏ることなく空間全体にわたって均一に分配され得る。

図８に示したように、ガイド部１５５は区画部１５１から延長されヘッダカバー１２０の内側に結合される。したがって、ヘッダ１００の内部には、ガイド部１５５によって区画化される複数の流動空間１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、１５６ｅが形成される。

複数の流動空間１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、１５６ｅは、冷媒の流動方向を基準に、左右方向に区画化されて形成され得る。

そして、各流動空間１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、１５６ｅの下部（図８基準）には、流動空間から隔壁１５７が位置する方向に冷媒を流動させる連通孔１５２が形成される。連通孔１５２は区画部１５１に形成され、流動空間１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、１５６ｅの冷媒は区画部１５１を貫通して区画部１５１の一側空間に流動する。ここで、一側空間とは区画部１５１を基準に流動空間の反対側の空間を意味する。

隔壁１５７は、区画部１５１の一側空間を区画化する複数の隔壁を含む。複数の隔壁は、第１隔壁１５７ａ、第２隔壁１５７ｂ及び第３隔壁１５７ｃを含む。

上述のように、複数の隔壁は略同一間隔に離隔されて配置され、隣接した２つの隔壁の間にはそれぞれ同じ数のチューブ結合部１１２が配置され得る。そして、連通孔１５２は隣接した２つの隔壁の間の空間に対応して位置するように形成される。

したがって、各流動空間１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、１５６ｅに沿って流動する冷媒は連通孔１５２を介して流動しながら隣接した２つの隔壁によってガイドされ、隣接した２つの隔壁の間の空間を経由してフラットチューブ２０に流入され得る。

一例として、図７及び図８に示したように、各流動空間１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、１５６ｅに沿って流動する冷媒のうち第５流動空間１５６ｅの冷媒が先に連通孔１５２を貫通し、その後、第１流動空間１５６ａ、第２流動空間１５６ｂ、第４流動空間１５６ｄ及び第３流動空間１５６ｃを順に貫通して流動するように作用することができる。

すなわち、流動空間１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、１５６ｅの下部に形成される各連通孔１５２はガイド流入部１５５ａからの距離が互いに異なるように形成される。したがって、冷媒は各流動空間に分岐された状態で、互いに異なる時点に連通孔１５２を貫通し、これにより各流動空間の冷媒は互いに異なるフラットチューブ２０に流入され得る。

一例として、図７に示したように、第３流動空間１５６ｃを流動する冷媒が熱交換器１０の最上部のフラットチューブ２０に流入され得る（図３参照）。

このような冷媒の流動によれば、冷媒はヘッダ１００内の流動空間に均一に分布されるので、複数のフラットチューブ２０に効果的に分配され得るという長所がある。

具体的には、図９に示したように、冷媒がガイド装置１５０に流入されると、複数のガイド部によって区画化された各流動空間に液冷媒及び気相冷媒が均一に分配される。詳しくは、ヘッダ１００の内部には、気相の冷媒が流動する気相流動空間１７１及び液相の冷媒が流動する液相流動空間１７２が規定される。

液相流動空間１７２は気相流動空間１７１を囲むように配置され、ヘッダ１００の内側面に隣接した状態で比較的薄い層を形成して流動され得る。

このような流動は、ガイド部が提供されていない場合の流動、すなわちヘッダの内側面に沿って液相冷媒が厚い流動層を形成し、液相冷媒及び気相冷媒が上下部層に区画化される流動（図１７参照）に比べ、冷媒の分配効率を改善することができるという長所がある。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は第１実施形態に比べ、ガイド装置の一部構成において異なるので相異点を中心に説明し、第１実施形態と同じ部分については第１実施形態の説明と符号を援用する。

図１０は、本発明の第２実施形態によるヘッダの構成を示す断面図で、図１１は、図１０のヘッダ構成による冷媒流動シミュレーション結果を示す図である。

図１０を参照すると、本発明の第２実施形態によるガイド装置１５０は、区画部１５１からヘッダカバー１２０に向かって放射状に延長される複数のガイド部２５５を含む。複数のガイド部２５５はヘッダカバー１２０の内側面に結合され、これによりヘッダ１００内部の空間は複数の流動空間に区画化される。これは第１実施形態について説明した内容と同様であるので、詳細な説明は省略する。

複数のガイド部２５５は区画部１５１の仮想中心線ｌ₁に対して外側方向に傾斜するように配置される。ここで、仮想中心線ｌ₁は区画部１５１の中心部Ｃ₁からヘッダカバー１２０の外周面中心部Ｃ₂に向かって直線に延長した線であると理解される。すなわち、仮想中心線ｌ₁はヘッダ１００の縦中心線と称することができる。

複数のガイド部２５５には、仮想中心線ｌ₁の一側に提供される第１ガイド部２５５ａ及び第２ガイド部２５５ｂと、仮想中心線ｌ₁の他側に提供される第３ガイド部２５５ｃ及び第４ガイド部２５５ｄが含まれる。仮想中心線ｌ₁を基準に、複数のガイド部２５５の両側は互いに対称をなす形状を有し得る。

第２ガイド部２５５ｂは第１ガイド部２５５ａと仮想中心線ｌ₁の間に配置され、第３ガイド部２５５ｃは仮想中心線ｌ₁と第４ガイド部２５５ｄの間に配置される。

複数のガイド部２５５のうち仮想中心線ｌ₁から遠く離隔された一方のガイド部は仮想中心線ｌ₁に隣接した他方のガイド部より外側にさらに傾斜をなして延長される。すなわち、複数のガイド部２５５のうち仮想中心線ｌ₁からさらに遠く離隔されたガイド部が隣接したガイド部より外側にさらに傾斜して延長され得る。

一例として、第１ガイド部２５５ａが仮想中心線ｌ₁に対してなす角度α₂は第２ガイド部２５５ｂが仮想中心線ｌ₁に対してなす角度α₁より大きく形成される。

同様に、第４ガイド部２５５ｄが仮想中心線ｌ₁に対してなす角度は第３ガイド部２５５ｃが仮想中心線ｌ₁に対してなす角度より大きく形成される。すなわち、複数のガイド部２５５は中心線ｌ₁から遠ざかるほど傾斜をなす角度がより大きくなるように配置され得る。

このように、多数のガイド部２５５がヘッダ１００の中心線から外側方向に傾斜して形成され、中心線から遠く離隔されたガイド部の傾斜角度が中心線に隣接したガイド部の傾斜角度よりさらに大きく形成されることによって、ガイド装置２５０に流入された冷媒がヘッダ１００の流動空間全体にわたって均一に配分され得るという効果がある。

具体的には、図１１に示したように、冷媒がガイド装置２５０に流入されると、複数のガイド部によって区画化された各流動空間に液冷媒及び気相冷媒が均一に分配される。詳しくは、ヘッダ１００の内部には、気相の冷媒が流動する気相流動空間２７１と、液相の冷媒が流動する液相流動空間２７２及び気相冷媒及び液相冷媒が混合された層を形成する混合流動空間２７３と、が規定される。

混合流動空間２７３は気相流動空間２７１を囲むように配置され、液相流動空間２７２は混合流動空間２７３を囲むように配置される。そして、液相流動空間２７２の冷媒は傾斜したガイド部によってヘッダ１００の隅部分（片隅の部分）にガイドされるので、ヘッダ１００の内側面に隣接した状態で比較的薄い層を形成して流動され得る。

このような流動は、ガイド部が提供されていない場合の流動、すなわちヘッダの内側面に沿って液相冷媒が厚い流動層を形成し、液相冷媒及び気相冷媒が上下部層に区画化される流動（図１７参照）に比べ、冷媒の分配効率が改善され得るという長所がある。

図１２は、本発明の第３実施形態による熱交換器の構成を示す断面図である。

図１２を参照すると、本発明の第３実施形態による熱交換器１０のヘッダ１００には、ヘッダ１００の長さ方向に配置される複数のガイド装置１５０が提供される。

複数のガイド装置１５０はヘッダ１００の下段部から上段部に達するまで互いに離隔されて配置され得る。詳しくは、複数のガイド装置１５０はバッフル５８を基準に上下方向に区画化されて配置され得る。ガイド装置１５０についての説明は第１実施形態の説明を援用する。

図１２のように、ヘッダ１００の内部に複数のガイド装置１５０が提供されていることによって、冷媒がヘッダ１００の全長又は全領域にわたり、ヘッダ内の一部の空間に偏る現象を防止できる。そして、液相の冷媒と気相の冷媒が適宜混合された状態で各流動空間に分配されるので、ヘッダに連結された各フラットチューブに２相状態の冷媒が容易に流入され得るという長所がある。

一方、垂直型ヘッダにおいて図３にはガイド装置１５０がヘッダ１００の最上側に配置され、図１２にはヘッダ１００領域全体にわたり複数のガイド装置１５０が提供されているものが図示される。

しかし、これとは異なってガイド装置１５０はヘッダ１００の中間の高さ又は下部に配置されても良く、これは上述の実施形態について説明した内容を鑑みて当業者が容易に理解することができる。

他の実施形態を提案する。

図１２では、複数のガイド装置１５０がヘッダ１００の全長に沿って配置されるものが図示されるが、これとは異なって１つのガイド装置１５０がヘッダ１００の全長に沿って配置され得る。すなわち、１つのガイド装置１５０がヘッダ１００の下段部から上段部に達するまで延長され得る。

図１３は、本発明の第４実施形態による熱交換器の構成を示す正面図であり、図１４は、本発明の第４実施形態による熱交換器の構成を示す側面図であり、図１５は、本発明の第４実施形態による流入ヘッダの構成を示す斜視図である。

図１３を参照すると、本発明の第４実施形態による熱交換器１０には、横方向又は水平方向に所定長さだけ延長されるヘッダ８０、３００と、ヘッダ８０、３００に結合され縦方向又は垂直方向に延長される冷媒チューブとしての複数のフラットチューブ２０と、ヘッダ８０、３００の間に所定間隔に配列されフラットチューブ２０によって貫通される複数の放熱フィン３０が含まれる。ヘッダ８０、３００は水平方向に延長されることから、「水平型ヘッダ」と称することができる。

詳しくは、ヘッダ５０、１００には、冷媒を熱交換器１０に流入させる冷媒流入部５１と熱交換器１０内で熱交換された冷媒を流出させる冷媒流出部５５が形成される入出ヘッダ３０及び入出ヘッダ３００から上方又は下方に離隔されるリターンヘッダ８０が含まれる。複数のフラットチューブ２０の一側端部は入出ヘッダ３００に結合され、複数のフラットチューブ２０の他側端部はリターンヘッダ８０に結合され得る。

入出ヘッダ３００は、冷媒流入部５１が形成される流入ヘッダ３１０、流入ヘッダ３１０の一側に配置され冷媒流出部５５が形成される排出ヘッダ３２０、及び流入ヘッダ３１０と排出ヘッダ３２０の間に提供されヘッダを区画化するヘッダ区画部３３０を含む。

リターンヘッダ８０は、フラットチューブ２０から冷媒が流入される流入ヘッダ８１、流入ヘッダ８１の一側に配置される排出ヘッダ８２、及び流入ヘッダ８１と排出ヘッダ８２を区画化するヘッダ区画部８５を含む。ヘッダ区画部８５には冷媒が通過できる貫通孔８６が形成される。

リターンヘッダ８０に流入された冷媒は貫通孔８６を介して排出ヘッダ８２に流動し、排出ヘッダ８２の冷媒はフラットチューブ２０に流動される。

フラットチューブ２０は２列に配置される。冷媒流入部５１を介して流入ヘッダ３１０に流入された冷媒は２列のフラットチューブ２０のうち第１フラットチューブに流入される。この時、冷媒は複数の第１フラットチューブに分岐されて流入され得る。

第１フラットチューブを流動する冷媒は入出ヘッダ８０に流入される。そして、冷媒は流入ヘッダ８１及び排出ヘッダ８２を経由して２列のフラットチューブ２０のうち複数の第２フラットチューブを流動する。複数の第２フラットチューブを流動した冷媒は入出ヘッダ３００で合流され、冷媒流出部５５を介して熱交換器１０の外部に排出され得る。

入出ヘッダ３００には、冷媒の分配のためのガイド装置が提供される。詳しくは、ガイド装置は熱交換器に流入される冷媒の流動をガイドする流入ヘッダ３１０の内部に配置され得る。

詳しくは、流入ヘッダ３１０は、フラットチューブ２０が結合されるチューブ結合部３１２を有するヘッダ本体３１１、ヘッダ本体３１１の一側に結合されるヘッダカバー３１８、及びヘッダ本体３１１とヘッダカバー３１８がなす空間内部に配置されるガイド装置を含む。

ガイド装置は、流入ヘッダ３１０の内部空間を区画化する区画部３１４、区画部３１４から一側方向に延長されて冷媒を分岐する複数のガイド部３１５、及び区画部３１４から他側方向に延長されてガイド装置でからフラットチューブ２０への冷媒流入をガイドする複数の隔壁３１３を含む。ここで、一側方向と他側方向は互いに反対方向をなす。そして、区画部３１４には、複数の連通孔３１６が形成される。

区画部３１４、ガイド部３１５、隔壁３１３、及びガイド部３１５の配置は、第１実施形態及び第２実施形態について説明した内容と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

冷媒流入部５１を介して流入ヘッダ３１０に流入された冷媒はガイド装置の入口側に到達すると、ガイド部３１５によって複数の経路に分岐され連通孔３１６を介して隔壁３１３が位置する方向に流動する。そして、チューブ結合部３１２を介して複数の第１フラットチューブに流入され得る。

このように、水平型ヘッダを備える熱交換器において、入出ヘッダにガイド装置が提供され冷媒が複数のガイド部によって分岐されて冷媒チューブに流入され得るので、冷媒が均一に分配された状態で熱交換を行うことができるという効果がある。

特に、熱交換器１０が蒸発器として作用する場合、熱交換器１０に流入される初期の冷媒は乾燥度の低い２相冷媒又は液相状態を有し、熱交換器１０で熱交換した後、熱交換器１０から排出する直前の冷媒は乾燥度の高い２相冷媒又は気相状態を有する。

したがって、本実施形態のように熱交換器の流入ヘッダにガイド装置を備えた場合、液相又は乾燥度の低い２相冷媒を効率的に分配して冷媒チューブに流入させることができるので、冷媒チューブでの熱交換性能が改善され得るという長所がある。

Claims (16)

1. 冷媒が流動する複数の冷媒チューブと、
   前記複数の冷媒チューブが挿入され、冷媒と流体の間の熱交換が行われるようにする放熱フィンと、
   前記複数の冷媒チューブの少なくとも一側に結合されて冷媒流動空間を形成し、前記冷媒流動空間を区画するバッフルが設置されるヘッダと、
   前記ヘッダの内部に備えられ、冷媒流動を前記複数の冷媒チューブに対応する複数の経路に分岐するガイド装置と、を含み、
   前記ヘッダは、
   前記ヘッダの下部に形成され、前記熱交換器に冷媒を流入させる冷媒流入部と、
   前記冷媒流入部から上方に離隔されて配置され、前記熱交換器を通った冷媒が吐出される冷媒流出部と、を含み、
   前記ガイド装置は、
   前記ヘッダの内部空間を区画する区画部と、
   前記区画部の一側から、前記ヘッダ又は区画部の長さ方向に直線に延長して冷媒を複数の流動空間に分岐する複数のガイド部と、
   前記区画部の他側から、同一間隔に離隔されて配置される複数の隔壁と、
   前記複数のガイド部の入口側に提供され、冷媒を前記複数の流動空間にガイドするガイド流入部と、を含み、
   前記区画部は、前記複数の流動空間の一側にそれぞれ形成され、前記複数のガイド部によって分岐された冷媒を前記区画部の他側方向に流動させる複数の連通孔を含み、
   前記複数の連通孔を通過した冷媒は、前記複数の隔壁のうち２つの隣接した隔壁によってそれぞれガイドされて前記冷媒チューブに流入し、
   前記複数の流動空間のうち一方の流動空間に形成された連通孔と前記ガイド流入部の間の距離は、前記複数の流動空間のうち他方の流動空間に形成された連通孔と前記ガイド流入部の間の距離より長いことを特徴とする熱交換器。
2. 前記ヘッダは、前記冷媒チューブが結合されるチューブ結合部を有するヘッダ本体及び前記ヘッダ本体に結合されるヘッダカバーを含み、
   前記ガイド部は前記区画部から延長され前記ヘッダ本体又はヘッダカバーの内側面に結合される、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記ヘッダ本体、ヘッダカバー、及びガイド装置は、ブレイズ溶接によって一体に形成される、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記ガイド装置は前記ヘッダの領域全体にわたって延長される、請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記ガイド装置は前記ヘッダの延長方向に沿って複数が提供される、請求項１に記載の熱交換器。
6. 前記区画部は前記冷媒流入部よりも冷媒流出部に近い冷媒流路上に備えられる、請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記ヘッダは、
   冷媒の流入のための流入ヘッダと冷媒の流出のための流出ヘッダを備える入出ヘッダと、
   前記入出ヘッダの上方又は下方に離隔されて配置され、前記冷媒チューブに伝達された冷媒の流動方向を転換するリターンヘッダと、を含み、
   前記ガイド部は前記流入ヘッダに備えられる、請求項１に記載の熱交換器。
8. 前記複数のガイド部のうち少なくとも１つのガイド部は冷媒の流動方向に沿って平行して延長される、請求項１に記載の熱交換器。
9. 前記複数のガイド部は前記区画部から互いに平行して延長されるか、前記区画部又はヘッダの中心線から外側方向に傾斜して延長される、請求項８に記載の熱交換器。
10. 冷媒が流動し、上下方向に配列される複数のフラットチューブと、
    前記複数のフラットチューブの一側に結合され、冷媒を前記複数のフラットチューブにガイドするヘッダと、
    前記ヘッダの内部の少なくとも一領域に備えられるガイド装置と、を含み、
    前記ガイド装置は、
    冷媒を複数の流動空間に分配する複数のガイド部と、
    前記複数のガイド部の一側に結合され、前記複数の流動空間で流動する冷媒を前記フラットチューブに流動させるための連通孔を有する区画部と、を含み、
    前記複数のガイド部は、前記区画部の中心線（l_１）に対して外側方向に傾斜して配置されて冷媒を前記ヘッダの隅方向にガイドし、
    前記複数のガイド部のうち前記中心線からさらに遠く離隔されたガイド部の傾斜した角度は、前記中心線に隣接したガイド部の傾斜した角度より大きいことを特徴とする熱交換器。
11. 前記複数の流動空間は、前記冷媒の流動方向を基準に、左右方向に区画化されて形成される、請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記ガイド装置は、前記区画部から前記フラットチューブの方向に延長され、前記連通孔を通過した冷媒を前記フラットチューブにガイドする複数の隔壁を含む、請求項１０に記載の熱交換器。
13. 前記複数の隔壁のうち一隔壁と、前記一隔壁に隣接する他の隔壁の間には、複数の連通孔が配置される、請求項１２に記載の熱交換器。
14. 前記ヘッダには前記フラットチューブが結合されるチューブ結合部が形成され、
    前記複数の隔壁間に配置されるチューブ結合部の数は互いに同じである、請求項１２に記載の熱交換器。
15. 前記連通孔は前記複数の流動空間に対応して複数が提供される、請求項１０に記載の熱交換器。
16. 前記複数のガイド部は冷媒の流動方向に対応して、互いに平行して延長される、請求項１０に記載の熱交換器。

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