JP6038302B2 - 積層型ヘッダー、熱交換器、及び、空気調和装置 - Google Patents

積層型ヘッダー、熱交換器、及び、空気調和装置 Download PDF

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Description

本発明は、積層型ヘッダーと熱交換器と空気調和装置とに関するものである。
従来の積層型ヘッダーとして、複数の出口流路が形成された第1板状体と、第1板状体に積層され、入口流路から流入する冷媒を、第1板状体に形成された複数の出口流路に分配して流出する分配流路が形成された第2板状体と、を備えるものがある。分配流路は、冷媒が流入する位置から冷媒の流入方向と垂直な方向に延びる複数の溝を全周方向に亘って有する分岐流路を含む。入口流路から分岐流路に流入する冷媒は、その複数の溝を通過することで複数に分岐し、第1板状体に形成された複数の出口流路を通って流出する(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−161818号公報(段落[0012]〜段落[0020]、図1、図2)
このような積層型ヘッダーでは、複数の溝の角度間隔を細かくすることで、パス数(つまり伝熱管の本数)の増加に対応しており、溝と溝との間の隔離壁の厚さが薄くなりすぎることを抑制するために、入口流路の径を大きくして、溝を入口流路の中心から遠くに配置する必要がある。つまり、積層型ヘッダーが冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化されてしまうという問題点があった。
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化されることが抑制された積層型ヘッダーを得ることを目的とする。また、本発明は、そのような積層型ヘッダーを備えた熱交換器を得ることを目的とする。また、本発明は、そのような熱交換器を備えた空気調和装置を得ることを目的とする。
本発明に係る積層型ヘッダーは、複数の第1出口流路が形成された第1板状体と、前記第1板状体に取り付けられ、第1入口流路が形成された第2板状体と、を有し、前記第2板状体には、前記第1入口流路から流入する冷媒を前記複数の第1出口流路に分配して流出する分配流路が形成され前記分配流路は、少なくとも1つの分岐流路を含み、前記第2板状体は、1つの枝部を2つの枝部に枝分かれさせる少なくとも1つの枝分かれ部を有する溝が流路として形成された、少なくとも1つの板状部材を有し、前記1つの枝部は、直線状に延び、前記2つの枝部は、前記1つの枝部の直線状の部分と垂直な互いに反対の方向に直線状に延び、前記分岐流路は、前記溝において、前記冷媒が流入する領域及び前記冷媒が流出する領域以外の領域、閉塞されたものであり、前記分岐流路に流入する記冷媒の少なくとも一部は、前記1つの枝部と前記2つの枝部とを順に通過して、前記溝の端部から流出するものである。
本発明に係る積層型ヘッダーでは、分配流路は、少なくとも1つの分岐流路を含み、第2板状体は、1つの枝部を複数の枝部に枝分かれさせる少なくとも1つの枝分かれ部を有する溝が流路として形成された、少なくとも1つの板状部材を有し、分岐流路は、溝が、冷媒が流入する領域及び冷媒が流出する領域以外の領域を、閉塞されたものであり、分岐流路に流入することで分岐された冷媒の少なくとも一部は、1つの枝部と複数の枝部とを順に通過して、溝の端部から流出する。分岐流路において、冷媒が流入する位置で分岐された冷媒が枝分かれ部で更に分岐されるため、冷媒が流入する位置での分岐の数を削減することができ、積層型ヘッダーが冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化されることが抑制される。
実施の形態1に係る熱交換器の、構成を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の変形例を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部の、直線比と分配比との関係を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部の、直線比と熱交換器のAK値との関係を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部の、直線比と分配比との関係を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部の、曲がり角度と分配比との関係を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器の変形例−1の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。 実施の形態1に係る熱交換器の変形例−1の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。 実施の形態1に係る熱交換器の変形例−2の、積層型ヘッダーを分解した状態での要部の斜視図と要部の断面図である。 実施の形態1に係る熱交換器の変形例−3の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。 実施の形態2に係る熱交換器の、構成を示す図である。 実施の形態2に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。 実施の形態2に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。 実施の形態2に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。 実施の形態3に係る熱交換器の、構成を示す図である。 実施の形態3に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。 実施の形態3に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。 実施の形態3に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。
以下、本発明に係る積層型ヘッダーについて、図面を用いて説明する。
なお、以下では、本発明に係る積層型ヘッダーが、熱交換器に流入する冷媒を分配するものである場合を説明しているが、本発明に係る積層型ヘッダーが、他の機器に流入する冷媒を分配するものであってもよい。また、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、そのような構成、動作等に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。
実施の形態1.
実施の形態1に係る熱交換器について説明する。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の構成について説明する。
図1は、実施の形態1に係る熱交換器の、構成を示す図である。
図1に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、ヘッダー3と、複数の第1伝熱管4と、保持部材5と、複数のフィン6と、を有する。
積層型ヘッダー2は、冷媒流入部2Aと、複数の冷媒流出部2Bと、を有する。ヘッダー3は、複数の冷媒流入部3Aと、冷媒流出部3Bと、を有する。積層型ヘッダー2の冷媒流入部2A及びヘッダー3の冷媒流出部3Bには、冷媒配管が接続される。積層型ヘッダー2の複数の冷媒流出部2Bとヘッダー3の複数の冷媒流入部3Aとの間には、複数の第1伝熱管4が接続される。
第1伝熱管4は、複数の流路が形成された扁平管である。第1伝熱管4は、例えば、アルミニウム製である。複数の第1伝熱管4の積層型ヘッダー2側の端部は、板状の保持部材5によって保持された状態で、積層型ヘッダー2の複数の冷媒流出部2Bに接続される。保持部材5は、例えば、アルミニウム製である。第1伝熱管4には、複数のフィン6が接合される。フィン6は、例えば、アルミニウム製である。第1伝熱管4とフィン6との接合は、ロウ付け接合であるとよい。なお、図1では、第1伝熱管4が8本である場合を示しているが、そのような場合に限定されない。
<熱交換器における冷媒の流れ>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、冷媒流入部2Aを介して積層型ヘッダー2に流入して分配され、複数の冷媒流出部2Bを介して複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を流れる冷媒は、複数の冷媒流入部3Aを介してヘッダー3に流入して合流し、冷媒流出部3Bを介して冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
<積層型ヘッダーの構成>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図2は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。
図2に示されるように、積層型ヘッダー2は、第1板状体11と、第2板状体12と、を有する。第1板状体11と第2板状体12とは、積層される。
第1板状体11は、冷媒の流出側に積層される。第1板状体11は、第1板状部材21を有する。第1板状体11には、複数の第1出口流路11Aが形成される。複数の第1出口流路11Aは、図1における複数の冷媒流出部2Bに相当する。
第1板状部材21には、複数の流路21Aが形成される。複数の流路21Aは、内周面が第1伝熱管4の外周面に沿う形状の貫通穴である。第1板状部材21が積層されると、複数の流路21Aは、複数の第1出口流路11Aとして機能する。第1板状部材21は、例えば、厚さ1〜10mm程度であり、アルミニウム製である。複数の流路21Aが、プレス加工等で形成される場合には、加工が簡略化され、製造コストが削減される。
保持部材5の表面から第1伝熱管4の端部が突出しており、第1板状体11が保持部材5に積層されて、その端部の外周面に第1出口流路11Aの内周面が嵌合することで、第1出口流路11Aに第1伝熱管4が接続される。第1出口流路11Aと第1伝熱管4とが、例えば、保持部材5に形成された凸部と第1板状体11に形成された凹部との嵌合等によって位置決めされてもよく、そのような場合には、第1伝熱管4の端部は、保持部材5の表面から突出しなくてもよい。保持部材5が設けられず、第1出口流路11Aに第1伝熱管4が直接接続されてもよい。そのような場合には、部品費等が削減される。
第2板状体12は、冷媒の流入側に積層される。第2板状体12は、第2板状部材22と、複数の第3板状部材23_1、23_2と、を有する。第2板状体12には、分配流路12Aが形成される。分配流路12Aは、第1入口流路12aと、複数の分岐流路12bと、を有する。第1入口流路12aは、図1における冷媒流入部2Aに相当する。
第2板状部材22には、流路22Aが形成される。流路22Aは、円形状の貫通穴である。第2板状部材22が積層されると、流路22Aは、第1入口流路12aとして機能する。第2板状部材22は、例えば、厚さ1〜10mm程度であり、アルミニウム製である。流路22Aが、プレス加工等で形成される場合には、加工が簡略化され、製造コスト等が削減される。
例えば、第2板状部材22の冷媒の流入側の表面に口金等が設けられ、その口金等を介して第1入口流路12aに冷媒配管が接続される。第1入口流路12aの内周面が、冷媒配管の外周面と嵌合する形状であり、口金等を用いずに、第1入口流路12aに冷媒配管が直接接続されてもよい。そのような場合には、部品費等が削減される。
第3板状部材23_1には、流路23Aが形成される。第3板状部材23_2には、複数の流路23Bが形成される。流路23A、23Bは、貫通溝である。貫通溝の形状は、後に詳述する。複数の第3板状部材23_1、23_2が積層されると、流路23A、23Bのそれぞれは、分岐流路12bとして機能する。複数の第3板状部材23_1、23_2は、例えば、厚さ1〜10mm程度であり、アルミニウム製である。流路23A、23Bが、プレス加工等で形成される場合には、加工が簡略化され、製造コスト等が削減される。
以下では、複数の第3板状部材23_1、23_2を総称して、第3板状部材23と記載する場合がある。以下では、保持部材5と第1板状部材21と第2板状部材22と第3板状部材23とを総称して、板状部材と記載する場合がある。
流路23Aによって形成される分岐流路12bは、流入する冷媒を4つに分岐して、溝の端部から流出する。流路23Bによって形成される分岐流路12bは、流入する冷媒を2つに分岐して、溝の端部から流出する。そのため、接続される第1伝熱管4が8本である場合には、第3板状部材23は、2枚必要となる。接続される第1伝熱管4が16本である場合には、流路23Aが形成された第3板状部材23が2枚必要となる。流路23Aが形成された第3板状部材23が1枚と、流路23Bが形成された第3板状部材23が2枚と、であってもよい。接続される第1伝熱管4の本数は、2の累乗に限定されない。そのような場合には、分岐流路12bと分岐しない流路とが組み合わされればよい。なお、接続される第1伝熱管4が4本で、流路23Aが形成された第3板状部材23が1枚であってもよい。また、第3板状部材23_1と第3板状部材23_2との積層順序が逆であってもよい。そのような場合には、例えば、第3板状部材23_2に流路23Bが1個形成され、第3板状部材23_1に流路23Aが2個形成されればよい。
図3は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。なお、図3(b)は、枝分かれ部23fの詳細を示す図である。
図3(a)に示されるように、第3板状部材23に形成された流路23Aは、端部23aと端部23bと端部23cと端部23dとの間を、直線部23eと2つの枝分かれ部23fとを介して結ぶ形状である。直線部23eは、重力方向と垂直である。流路23Aが、冷媒の流入側に隣接して積層される部材によって、直線部23eの端部23gと端部23hとの間の一部の領域23i(以降、開口部23iという)以外の領域を閉塞され、冷媒の流出側に隣接して積層される部材によって、端部23a〜23d以外の領域を閉塞されることで、分岐流路12bが形成される。
開口部23iに流入して分岐され、更に枝分かれ部23fで枝分かれされた冷媒を、異なる高さから流出するために、端部23a〜23dは、互いに異なる高さに位置する。特に、枝分かれ部23fの一方が、直線部23eと比較して上側にあり、他方が、直線部23eと比較して下側にある場合には、開口部23iから流路23Aに沿って端部23a〜23dのそれぞれに至る各距離の偏りを、形状を複雑化することなく小さくすることができる。また、端部23a及び端部23cが、枝分かれ部23fと比較して上側にあり、端部23b及び端部23dが、枝分かれ部23fと比較して下側にある場合には、開口部23iから流路23Aに沿って端部23a〜23dのそれぞれに至る各距離の偏りを、形状を複雑化することなく小さくすることができる。端部23a〜23dの配列方向が、第3板状部材23の長手方向と平行になることで、第3板状部材23の短手方向の寸法を小さくすることが可能となり、部品費、重量等が削減される。更に、端部23a〜23dの配列方向が、第1伝熱管4の配列方向と平行になることで、熱交換器1が省スペース化される。
第3板状部材23に形成された流路23Bは、第3板状部材23に形成された流路23Aと比較して、2つの端部23a、23bを有し、枝分かれ部23fを有しないこと以外は、同様である。つまり、流路23Bが、冷媒の流入側に隣接して積層される部材によって、開口部23i以外の領域を閉塞され、冷媒の流出側に隣接して積層される部材によって、端部23a、23b以外の領域を閉塞されることで、分岐流路12bが形成される。他の形状の流路23Bによって、分岐流路12bが形成されてもよい。
図3(b)に示されるように、枝分かれ部23fは、枝部23jを、枝部23k、23lに枝分かれさせる。枝部23jは、開口部23iに連通する。枝部23k、23lは、端部23a〜23dのいずれかに連通する。枝部23jは、枝分かれ部の中心23mに向かって、重力方向と平行な方向から直線状に延びる。枝分かれ部の中心23mから直線状の部分の端部までが、直線部23nと定義される。枝部23k、23lは、枝分かれ部の中心23mから、重力方向と垂直な互いに反対の方向に向かって直線状に延びる。枝分かれ部の中心23mから直線状の部分の端部までが、直線部23o、23pと定義される。
図4は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。
図4に示されるように、第1伝熱管4の配列方向が、重力方向と平行ではない、つまり重力方向と交差する場合には、第3板状部材23の長手方向と直線部23eとが垂直にならない。つまり、積層型ヘッダー2は、複数の第1出口流路11Aが、重力方向に沿って配列されるものに限定されず、例えば、壁掛けタイプのルームエアコン室内機、空調機用室外機、チラー室外機等の熱交換器のように、熱交換器1が傾斜して配設される場合に用いられてもよい。なお、図4では、第1板状部材21に形成された流路21Aの断面の長手方向、つまり、第1出口流路11Aの断面の長手方向が、第1板状部材21の長手方向と垂直である場合を示しているが、第1出口流路11Aの断面の長手方向が、重力方向と垂直であってもよい。
流路23Aは、直線部23eを有しなくてもよい。そのような場合には、流路23Aの、上側の枝分かれ部23fの下端と下側の枝分かれ部23fの上端との間の、重力方向と垂直な水平部が、開口部23iとなる。直線部23eを有する場合には、冷媒が開口部23iで分岐する際に、各分岐方向の重力方向に対する角度が均一になって、重力の影響を受け難くなる。
図5は、実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の変形例を示す図である。
図5(a)に示されるように、流路23Aは、8つの端部を有し、枝分かれ部23fを6つ有してもよい。そのような場合には、1つの分岐流路12bで、流入する冷媒を8つに分岐することができ、第3板状部材23の枚数を削減することができる。また、ロウ付け不良の発生の頻度を低減することができる。つまり、流路23Aは、枝分かれ部23fの数が2つである必要はなく、枝分かれ部23fの個数を変化させることで、流入する冷媒の分岐の個数を自由に変化させることができる。
図5(b)に示されるように、流路23Aは、3つの端部を有し、枝分かれ部23fを1つ有してもよい。例えば、接続される第1伝熱管4の本数が2の累乗ではない場合に、有効である。そのような場合には、流路23Aの、枝分かれ部23fを通過せずに流路23Aの端部から流出する冷媒が通過する領域の、流路抵抗を大きくして、3つの端部から流出する冷媒の流量を均一化するとよい。流路の形状(流路の幅、流路の長さ、流路の曲がり、流路の表面粗さ等)を最適化することで、流路抵抗を大きくすることができる。
<積層型ヘッダーにおける冷媒の流れ>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図3及び図4に示されるように、第2板状部材22の流路22Aを通過した冷媒は、第3板状部材23_1に形成された流路23Aの開口部23iに流入する。開口部23iに流入した冷媒は、隣接して積層される部材の表面に当たり、直線部23eの端部23gと端部23hとのそれぞれに向かって2つに分岐する。分岐された冷媒は、枝分かれ部23fの枝部23jと枝部23k、23lとを順に通過して、流路23Aの端部23a〜23dに至り、第3板状部材23_2に形成された流路23Bの開口部23iに流入する。
第3板状部材23_2に形成された流路23Bの開口部23iに流入した冷媒は、隣接して積層される部材の表面に当たり、直線部23eの端部23gと端部23hとのそれぞれに向かって2つに分岐する。分岐された冷媒は、流路23Bの端部23a、23bに至り、第1板状部材21の流路21Aを通過して、第1伝熱管4に流入する。
<板状部材の積層方法>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダーの各板状部材の積層方法について説明する。
各板状部材は、ロウ付け接合によって積層されるとよい。全ての板状部材又は1つおきの板状部材に、ロウ材が両面に圧延加工された両側クラッド材が用いられることで、接合のためのロウ材が供給されてもよい。全ての板状部材に、ロウ材が片面に圧延加工された片側クラッド材が用いられることで、接合のためのロウ材が供給されてもよい。各板状部材の間に、ロウ材シートが積層されることで、ロウ材が供給されてもよい。各板状部材の間に、ペースト状のロウ材が塗布されることで、ロウ材が供給されてもよい。各板状部材の間に、ロウ材が両面に圧延加工された両側クラッド材が積層されることで、ロウ材が供給されてもよい。
ロウ付け接合によって積層されることで、各板状部材間が隙間なく積層されることとなり、冷媒の漏れが抑制され、また、耐圧性が確保される。板状部材を加圧しつつロウ付け接合する場合には、ロウ付け不良の発生が更に抑制される。冷媒の漏れが生じやすい箇所に、リブが形成される等、フィレットの形成が促進されるような処理が施された場合には、ロウ付け不良の発生が更に抑制される。
更に、第1伝熱管4、フィン6等を含む全てのロウ付け接合される部材が、同一の材質(例えば、アルミニウム製)であるような場合には、纏めてロウ付け接合することが可能となり、生産性が向上される。積層型ヘッダー2のロウ付け接合を行った後に、第1伝熱管4及びフィン6のロウ付けを行ってもよい。また、第1板状体11のみを先に保持部材5にロウ付け接合し、第2板状体12を後からロウ付け接合してもよい。
図6は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。図7は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。
特に、各板状部材の間に、ロウ材が両面に圧延加工された板状部材、つまり両側クラッド材が積層されることで、ロウ材が供給されるとよい。図6及び図7に示されるように、複数の両側クラッド材24_1〜24_4が、各板状部材間に積層される。以下では、複数の両側クラッド材24_1〜24_4を総称して、両側クラッド材24と記載する場合がある。なお、一部の板状部材の間に、両側クラッド材24が積層され、他の板状部材の間に、他の方法によってロウ材が供給されてもよい。
両側クラッド材24には、冷媒が流入する側に隣接して積層される板状部材に形成される流路の冷媒が流出する領域と対向する領域に、両側クラッド材24を貫通する流路24Aが形成される。第2板状部材22及び第3板状部材23に積層される両側クラッド材24に形成される流路24Aは、円形状の貫通穴である。第1板状部材21と保持部材5との間に積層される両側クラッド材24_4に形成される流路24Aは、内周面が第1伝熱管4の外周面に沿う形状の貫通穴である。
両側クラッド材24が積層されると、流路24Aは、第1出口流路11A及び分配流路12Aの冷媒隔離流路として機能する。保持部材5に両側クラッド材24_4が積層された状態で、両側クラッド材24_4の表面から第1伝熱管4の端部が突出してもよく、また、突出しなくてもよい。流路24Aが、プレス加工等で形成される場合には、加工が簡略化され、製造コスト等が削減される。両側クラッド材24を含む全てのロウ付け接合される部材が、同一の材質(例えば、アルミニウム製)である場合には、纏めてロウ付け接合することが可能となり、生産性が向上される。
両側クラッド材24によって冷媒隔離流路が形成されることで、特に、分岐流路12bから分岐して流出する冷媒同士の隔離が確実化される。また、各両側クラッド材24の厚み分だけ、分岐流路12b及び第1出口流路11Aに流入するまでの助走距離を確保することができ、冷媒の分配の均一性が向上される。また、冷媒同士の隔離が確実化されることによって、分岐流路12bの設計自由度が向上される。
<第3板状部材の流路の形状>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダーの第3板状部材に形成される流路の詳細について説明する。
なお、以下では、枝部23jが枝分かれ部の中心23mに向かって下方から延び、枝部23kが枝分かれ部の中心23mから上方に延び、枝部23lが枝分かれ部の中心23mから下方に延びる場合について説明している。他の場合についても同様である。
図8は、実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部を示す図である。
図8に示されるように、枝部23jの、直線部23nの距離を直線距離L1と定義する。また、直線部23nの水力相当直径を、水力相当直径De1とし、直線距離L1の水力相当直径De1に対する比率を、直線比L1/De1と定義する。枝部23kから流出する冷媒の流量の、枝部23kから流出する冷媒の流量と枝部23lから流出する冷媒の流量との和に対する比率を、分配比Rと定義する。
図9は、実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部の、直線比と分配比との関係を示す図である。なお、図9は、直線比L1/De1を変化させた際の、分配比Rの変化を示している。
図9に示されるように、分配比Rは、直線比L1/De1が、10.0になるまで増加し、10.0以上で0.5になるように変化する。直線比L1/De1が10.0未満であると、流路23Aの、直線部23eと直線部23nとの間の領域が、重力方向と平行ではないことに起因して、冷媒が枝分かれ部の中心23mに偏流を生じた状態で流入することになり、分配比Rが0.5にならない。
図10は、実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部の、直線比と熱交換器のAK値との関係を示す図である。なお、図10(a)は、直線比L1/De1を変化させた際の熱交換器1のAK値の変化を示している。図10(b)は、直線比L1/De1を変化させた際の熱交換器1の実効AK値の変化を示している。AK値は、熱交換器1の伝熱面積A[m]と、熱交換器1の熱通過率K[J/(S・m・K)]と、の乗算値であり、実効AK値は、AK値と、上述の分配比Rと、の乗算値で定義される値である。実効AK値が高い程、熱交換器1の性能が高くなる。
一方、図10(a)に示されるように、直線比L1/De1が大きくなる程、第1伝熱管4の配列間隔が広くなる、つまり、第1伝熱管4の本数が減ることとなり、熱交換器1のAK値は減少する。そのため、図10(b)に示されるように、実効AK値は、直線比L1/De1が、3.0になるまで増加し、3.0以上で減少量を減らしつつ減少するように変化する。すなわち、直線比L1/De1を、3.0以上にすることで、実効AK値、つまり熱交換器1の性能を維持することができる。
図8に示されるように、枝部23kの、直線部23oの距離を直線距離L2と定義する。枝部23lの、直線部23pの距離を直線距離L3と定義する。枝部23kの水力相当直径を、水力相当直径De2とし、直線距離L2の水力相当直径De2に対する比率を、直線比L2/De2と定義する。枝部23lの水力相当直径を、水力相当直径De3とし、直線距離L3の水力相当直径De3に対する比率を、直線比L3/De3と定義する。
図11は、実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部の、直線比と分配比との関係を示す図である。なお、図11は、直線比L2/De2=直線比L3/De3とした状態で、直線比L2/De2(=L3/De3)を変化させた際の、分配比Rの変化を示している。
図11に示されるように、分配比Rは、直線比L2/De2と直線比L3/De3とが、1.0になるまで増加し、1.0以上で0.5になるように変化する。直線比L2/De2と直線比L3/De3とが1.0未満であると、枝部23kと枝部23lとが、重力方向に対する方向が異なるように折り曲げられることの影響を受け、分配比Rが0.5にならない。すなわち、直線比L2/De2と直線比L3/De3とを、1.0以上にすることで、冷媒の分配の均一性を更に向上することができる。
図8に示されるように、枝部23kの曲がり角度を角度θ1、枝部23lの曲がり角度を角度θ2、と定義する。
図12は、実施の形態1に係る熱交換器の、第3板状部材に形成される流路の枝分かれ部の、曲がり角度と分配比との関係を示す図である。なお、図12は、角度θ1=角度θ2とした状態で、角度θ1(=角度θ2)を変化させた際の、分配比Rの変化を示している。
図12に示されるように、角度θ1と角度θ2とが90°に近づく程、分配比Rは0.5に近づく。すなわち、角度θ1と角度θ2とを、大きくすることで、冷媒の分配の均一性を更に向上することができる。
<熱交換器の使用態様>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
なお、以下では、実施の形態1に係る熱交換器が空気調和装置に使用される場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、例えば、冷媒循環回路を有する他の冷凍サイクル装置に使用されてもよい。また、空気調和装置が、冷房運転と暖房運転とを切り替えるものである場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、冷房運転又は暖房運転のみを行うものであってもよい。
図13は、実施の形態1に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。なお、図13では、冷房運転時の冷媒の流れが実線の矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流れが点線の矢印で示される。
図13に示されるように、空気調和装置51は、圧縮機52と、四方弁53と、熱源側熱交換器54と、絞り装置55と、負荷側熱交換器56と、熱源側ファン57、負荷側ファン58、制御装置59と、を有する。圧縮機52と四方弁53と熱源側熱交換器54と絞り装置55と負荷側熱交換器56とが冷媒配管で接続されて、冷媒循環回路が形成される。
制御装置59には、例えば、圧縮機52、四方弁53、絞り装置55、熱源側ファン57、負荷側ファン58、各種センサ等が接続される。制御装置59によって、四方弁53の流路が切り替えられることで、冷房運転と暖房運転とが切り替えられる。熱源側熱交換器54は、冷房運転時に凝縮器として作用し、暖房運転時に蒸発器として作用する。負荷側熱交換器56は、冷房運転時に蒸発器として作用し、暖房運転時に凝縮器として作用する。
冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機52から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して熱源側熱交換器54に流入し、熱源側ファン57によって供給される外気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、熱源側熱交換器54から流出する。熱源側熱交換器54から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置55に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置55から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、負荷側熱交換器56に流入し、負荷側ファン58によって供給される室内空気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、負荷側熱交換器56から流出する。負荷側熱交換器56から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して圧縮機52に吸入される。
暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機52から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して負荷側熱交換器56に流入し、負荷側ファン58によって供給される室内空気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、負荷側熱交換器56から流出する。負荷側熱交換器56から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置55に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置55から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器54に流入し、熱源側ファン57によって供給される外気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、熱源側熱交換器54から流出する。熱源側熱交換器54から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して圧縮機52に吸入される。
熱源側熱交換器54及び負荷側熱交換器56の少なくともいずれか一方に、熱交換器1が用いられる。熱交換器1は、熱交換器1が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー2から冷媒が流入し、ヘッダー3から冷媒が流出するように接続される。つまり、熱交換器1が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2に気液二相状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4からヘッダー3にガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器1が凝縮器として作用する際は、冷媒配管からヘッダー3にガス状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2に液状態の冷媒が流入する。
<熱交換器の作用>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の作用について説明する。
積層型ヘッダー2の第2板状体12に、分岐流路12bを含む分配流路12Aが形成され、分岐流路12bに流入することで分岐された冷媒の少なくとも一部は、枝部23jと枝部23k、23lとを順に通過して更に分岐された状態で、分岐流路12bから流出する。つまり、開口部23iで分岐された冷媒が枝分かれ部23fで更に分岐されるため、開口部23iでの分岐の数を削減することができ、積層型ヘッダー2が冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化されることが抑制される。
また、積層型ヘッダー2では、枝分かれ部23fにおいて、冷媒が、枝部23jから2つの枝部23k、23lに分岐される。そのため、冷媒の分配を均一化することが、確実化される。特に、開口部23iと枝分かれ部23fとの全てが、冷媒を2つに分岐させる場合には、冷媒の分配を均一化することが、更に確実化される。
また、積層型ヘッダー2では、枝分かれ部23fにおいて、枝部23kの直線部23oと枝部23lの直線部23pとが、一直線上にあり、枝部23jの直線部23nと枝部23k、23lの直線部23o、23pとが垂直に交わる。そのため、枝部23jから流入する冷媒が、方向を変える角度が偏ることなく、枝部23k、23lに流入することとなり、冷媒の分配の均一性が更に向上される。
また、積層型ヘッダー2では、枝部23jの直線部23nが、重力方向と平行に延び、枝部23k、23lの直線部23o、23pが、重力方向と垂直な方向に延びる。そのため、冷媒が枝分かれ部の中心23mで分岐する際に、重力が偏って作用することが抑制され、冷媒の分配の均一性が更に向上される。
また、第3板状部材23に形成された流路23Aが貫通溝であり、第3板状部材23を積層することで分岐流路12bが形成される。そのため、加工及び組立が簡略化され、生産効率及び製造コスト等が削減される。
特に、従来の積層型ヘッダーでは、流入する冷媒が気液二相状態である場合に、重力の影響を受け易く、各伝熱管に流入する冷媒の流量及び乾き度を均一にすることが困難であったが、積層型ヘッダー2では、流入する気液二相状態の冷媒の流量及び乾き度に拘わらず、重力の影響を受け難く、各第1伝熱管4に流入する冷媒の流量及び乾き度を均一にすることが可能である。
特に、従来の積層型ヘッダーでは、冷媒量の削減、熱交換器の省スペース化等を目的として、伝熱管が円管から扁平管に変更されると、冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化されなければならないが、積層型ヘッダー2では、冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化されなくてもよく、熱交換器1が省スペース化される。つまり、従来の積層型ヘッダーでは、伝熱管が円管から扁平管に変更されると、伝熱管内の流路断面積が小さくなって、伝熱管内で生じる圧力損失が増大してしまうため、分岐流路を形成する複数の溝の角度間隔を更に細かくして、パス数(つまり伝熱管の本数)を増加させる必要が生じ、積層型ヘッダーが冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化される。一方、積層型ヘッダー2では、パス数を増加させる必要が生じても、枝分かれ部23fの個数又は第3板状部材23の枚数を増加すればよいため、積層型ヘッダー2が冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化されることが抑制される。なお、積層型ヘッダー2は、第1伝熱管4が扁平管である場合に限定されない。
<変形例−1>
図14は、実施の形態1に係る熱交換器の変形例−1の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。なお、図14以下の図面では、両側クラッド材24が積層される状態(図6及び図7の状態)を示しているが、両側クラッド材24が積層されない状態(図2及び図3の状態)であってもよいことは、言うまでもない。
図14に示されるように、第2板状部材22に流路22Aが複数形成されて、つまり、第3板状部材23に流路23Aが複数形成されて、第3板状部材23の枚数が削減されてもよい。このように構成されることで、部品費、重量等が削減される。
図15は、実施の形態1に係る熱交換器の変形例−1の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。
複数の流路22Aが、第3板状部材23に形成される流路23Aの冷媒が流入する領域と対向する領域に設けられなくてもよい。図15に示されるように、例えば、複数の流路22Aが一箇所に纏めて形成され、第2板状部材22と第3板状部材23_1との間に積層される他の板状部材25の流路25Aによって、複数の流路22Aを通過した冷媒のそれぞれが、第3板状部材23に形成される流路23Aの冷媒が流入する領域と対向する領域に導かれてもよい。
<変形例−2>
図16は、実施の形態1に係る熱交換器の変形例−2の、積層型ヘッダーを分解した状態での要部の斜視図と要部の断面図である。なお、図16(a)は、積層型ヘッダーを分解した状態での要部の斜視図であり、図16(b)は、図16(a)のA−A線での第3板状部材23の断面図である。
図16に示されるように、第3板状部材23に形成された流路23Aが、有底の溝であってもよい。そのような場合には、流路23Aの溝の底面の端部23qに円形状の貫通穴23rが形成される。このように構成されることで、分岐流路12b間に冷媒隔離流路として機能する流路24Aを介在させるために、板状部材間に両側クラッド材24が積層されなくてもよくなり、生産効率が向上される。なお、図16では、流路23Aの冷媒の流出側が底面である場合を示しているが、流路23Aの冷媒の流入側が底面であってもよい。そのような場合には、開口部23iに相当する領域に貫通穴が形成されればよい。
<変形例−3>
図17は、実施の形態1に係る熱交換器の変形例−3の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。
図17に示されるように、第1入口流路12aとして機能する流路22Aは、第2板状部材22以外の積層される部材、つまり、他の板状部材、両側クラッド材24等に形成されてもよい。そのような場合には、流路22Aを、例えば、他の板状部材の側面から第2板状部材22の有る側の表面までを貫通する貫通穴とすればよい。つまり、本発明は、第1入口流路12aが第1板状体11に形成されるものを含み、本発明の「分配流路」は、第1入口流路12aが第2板状体12に形成される分配流路12A以外を含む。
実施の形態2.
実施の形態2に係る熱交換器について説明する。
なお、実施の形態1と重複又は類似する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の構成について説明する。
図18は、実施の形態2に係る熱交換器の、構成を示す図である。
図18に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、複数の第1伝熱管4と、保持部材5と、複数のフィン6と、を有する。
積層型ヘッダー2は、冷媒流入部2Aと、複数の冷媒流出部2Bと、複数の冷媒流入部2Cと、冷媒流出部2Dと、を有する。積層型ヘッダー2の冷媒流入部2A及び積層型ヘッダー2の冷媒流出部2Dには、冷媒配管が接続される。第1伝熱管4は、ヘアピン曲げ加工が施された扁平管である。積層型ヘッダー2の複数の冷媒流出部2Bと積層型ヘッダー2の複数の冷媒流入部2Cとの間に、複数の第1伝熱管4が接続される。
<熱交換器における冷媒の流れ>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、冷媒流入部2Aを介して積層型ヘッダー2に流入して分配され、複数の冷媒流出部2Bを介して複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を通過した冷媒は、複数の冷媒流入部2Cを介して積層型ヘッダー2に流入して合流し、冷媒流出部2Dを介して冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
<積層型ヘッダーの構成>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図19は、実施の形態2に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。図20は、実施の形態2に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。なお、図20では、両側クラッド材24の図示が省略されている。
図19及び図20に示されるように、積層型ヘッダー2は、第1板状体11と、第2板状体12と、を有する。第1板状体11と第2板状体12とは、積層される。
第1板状体11には、複数の第1出口流路11Aと、複数の第2入口流路11Bと、が形成される。複数の第2入口流路11Bは、図18における複数の冷媒流入部2Cに相当する。
第1板状部材21には、複数の流路21Bが形成される。複数の流路21Bは、内周面が第1伝熱管4の外周面に沿う形状の貫通穴である。第1板状部材21が積層されると、複数の流路21Bは、複数の第2入口流路11Bとして機能する。
第2板状体12には、分配流路12Aと、合流流路12Bと、が形成される。合流流路12Bは、混合流路12cと、第2出口流路12dと、を有する。第2出口流路12dは、図18における冷媒流出部2Dに相当する。
第2板状部材22には、流路22Bが形成される。流路22Bは、円形状の貫通穴である。第2板状部材22が積層されると、流路22Bは、第2出口流路12dとして機能する。なお、流路22B、つまり第2出口流路12dが、複数形成されてよい。
第3板状部材23_1、23_2には、流路23C_1、23C_2が形成される。流路23C_1、23C_2は、第3板状部材23の高さ方向のほぼ全域を貫通する矩形状の貫通穴である。第3板状部材23_1、23_2が積層されると、流路23C_1、23C_2のそれぞれは、混合流路12cとして機能する。流路23C_1、23C_2は、矩形状でなくてもよい。以下では、複数の流路23C_1、23C_2を総称して、流路23Cと記載する場合がある。
特に、各板状部材の間に、ロウ材が両面に圧延加工された両側クラッド材24が積層されることで、ロウ材が供給されるとよい。保持部材5と第1板状部材21との間に積層される両側クラッド材24_4に形成される流路24Bは、内周面が第1伝熱管4の外周面に沿う形状の貫通穴である。第1板状部材21と第3板状部材23_2の間に積層される両側クラッド材24_3に形成される流路24Bは、円形状の貫通穴である。第3板状部材23_1及び第2板状部材22に積層される両側クラッド材24に形成される流路24Bは、両側クラッド材24の高さ方向のほぼ全域を貫通する矩形状の貫通穴である。両側クラッド材24が積層されると、流路24Bは、第2入口流路11B及び合流流路12Bの冷媒隔離流路として機能する。
なお、第2出口流路12dとして機能する流路22Bが、第2板状体12の第2板状部材22以外の他の板状部材、両側クラッド材24等に形成されてもよい。そのような場合には、流路23C又は流路24Bの一部と、例えば、他の板状部材又は両側クラッド材24の側面と、を連通する切り欠きが形成されればよい。混合流路12cが折り返されて、第1板状部材21に第2出口流路12dとして機能する流路22Bが形成されてもよい。つまり、本発明は、第2出口流路12dが第1板状体11に形成されるものを含み、本発明の「合流流路」は、第2出口流路12dが第2板状体12に形成される合流流路12B以外を含む。
<積層型ヘッダーにおける冷媒の流れ>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図19及び図20に示されるように、第1板状部材21の流路21Aから流出して第1伝熱管4を通過した冷媒は、第1板状部材21の流路21Bに流入する。第1板状部材21の流路21Bに流入した冷媒は、第3板状部材23に形成された流路23Cに流入して混合される。混合された冷媒は、第2板状部材22の流路22Bを通過して、冷媒配管に流出する。
<熱交換器の使用態様>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
図21は、実施の形態2に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。
図21に示されるように、熱源側熱交換器54及び負荷側熱交換器56の少なくともいずれか一方に、熱交換器1が用いられる。熱交換器1は、熱交換器1が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー2の分配流路12Aから第1伝熱管4に冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の合流流路12Bに冷媒が流入するように接続される。つまり、熱交換器1が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の分配流路12Aに気液二相状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の合流流路12Bにガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器1が凝縮器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の合流流路12Bにガス状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の分配流路12Aに液状態の冷媒が流入する。
<熱交換器の作用>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の作用について説明する。
積層型ヘッダー2では、第1板状体11に複数の第2入口流路11Bが形成され、第2板状体12に合流流路12Bが形成される。そのため、ヘッダー3が不要となって、熱交換器1の部品費等が削減される。また、ヘッダー3が不要となる分、第1伝熱管4を延長してフィン6の枚数等を増加する、つまり熱交換器1の熱交換部の実装体積を増加することが可能となる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る熱交換器について説明する。
なお、実施の形態1及び実施の形態2と重複又は類似する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の構成について説明する。
図22は、実施の形態3に係る熱交換器の、構成を示す図である。
図22に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、複数の第1伝熱管4と、複数の第2伝熱管7と、保持部材5と、複数のフィン6と、を有する。
積層型ヘッダー2は、複数の冷媒折返部2Eを有する。第2伝熱管7は、第1伝熱管4と同様に、ヘアピン曲げ加工が施された扁平管である。積層型ヘッダー2の複数の冷媒流出部2Bと複数の冷媒折返部2Eとの間に、複数の第1伝熱管4が接続され、積層型ヘッダー2の複数の冷媒折返部2Eと複数の冷媒流入部2Cとの間に、複数の第2伝熱管7が接続される。
<熱交換器における冷媒の流れ>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、冷媒流入部2Aを介して積層型ヘッダー2に流入して分配され、複数の冷媒流出部2Bを介して複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を通過した冷媒は、積層型ヘッダー2の複数の冷媒折返部2Eに流入して折り返され、複数の第2伝熱管7に流出する。冷媒は、複数の第2伝熱管7において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第2伝熱管7を通過した冷媒は、複数の冷媒流入部2Cを介して積層型ヘッダー2に流入して合流し、冷媒流出部2Dを介して冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
<積層型ヘッダーの構成>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図23は、実施の形態3に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。図24は、実施の形態3に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。なお、図24では、両側クラッド材24の図示が省略されている。
図23及び図24に示されるように、積層型ヘッダー2は、第1板状体11と、第2板状体12と、を有する。第1板状体11と第2板状体12とは、積層される。
第1板状体11には、複数の第1出口流路11Aと、複数の第2入口流路11Bと、複数の折返流路11Cと、が形成される。複数の折返流路11Cは、図22における複数の冷媒折返部2Eに相当する。
第1板状部材21には、複数の流路21Cが形成される。複数の流路21Cは、内周面が第1伝熱管4の冷媒の流出側の端部の外周面と第2伝熱管7の冷媒流入側の端部の外周面とを囲む形状の貫通穴である。第1板状部材21が積層されると、複数の流路21Cは、複数の折返流路11Cとして機能する。
特に、各板状部材の間に、ロウ材が両面に圧延加工された両側クラッド材24が積層されることで、ロウ材が供給されるとよい。保持部材5と第1板状部材21との間に積層される両側クラッド材24_4に形成される流路24Cは、内周面が第1伝熱管4の冷媒の流出側の端部の外周面と第2伝熱管7の冷媒流入側の端部の外周面とを囲む形状の貫通穴である。両側クラッド材24が積層されると、流路24Cは、折返流路11Cの冷媒隔離流路として機能する。
<積層型ヘッダーにおける冷媒の流れ>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図23及び図24に示されるように、第1板状部材21の流路21Aから流出して第1伝熱管4を通過した冷媒は、第1板状部材21の流路21Cに流入し、折り返されて、第2伝熱管7に流入する。第2伝熱管7を通過した冷媒は、第1板状部材21の流路21Bに流入する。第1板状部材21の流路21Bに流入した冷媒は、第3板状部材23に形成された流路23Cに流入して混合される。混合された冷媒は、第2板状部材22の流路22Bを通過して、冷媒配管に流出する。
<熱交換器の使用態様>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
図25は、実施の形態3に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。
図25に示されるように、熱源側熱交換器54及び負荷側熱交換器56の少なくともいずれか一方に、熱交換器1が用いられる。熱交換器1は、熱交換器1が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー2の分配流路12Aから第1伝熱管4に冷媒が流入し、第2伝熱管7から積層型ヘッダー2の合流流路12Bに冷媒が流入するように接続される。つまり、熱交換器1が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の分配流路12Aに気液二相状態の冷媒が流入し、第2伝熱管7から積層型ヘッダー2の合流流路12Bにガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器1が凝縮器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の合流流路12Bにガス状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の分配流路12Aに液状態の冷媒が流入する。
更に、熱交換器1が凝縮器として作用する際に、第1伝熱管4が、第2伝熱管7と比較して、熱源側ファン57又は負荷側ファン58によって生じる気流の上流側(風上側)になるように、熱交換器1は配設される。つまり、第2伝熱管7から第1伝熱管4への冷媒の流れと気流とが対向する関係になる。第1伝熱管4の冷媒は、第2伝熱管7の冷媒と比較して、低温となる。熱源側ファン57又は負荷側ファン58によって生じる気流は、熱交換器1の上流側の方が、熱交換器1の下流側と比較して、低温となる。その結果、特に、熱交換器1の上流側を流れる低温の気流で、冷媒を過冷却(いわゆるSC化)することができ、凝縮器性能が向上される。なお、熱源側ファン57及び負荷側ファン58は、風上側に設けられてもよく、風下側に設けられてもよい。
<熱交換器の作用>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の作用について説明する。
熱交換器1では、第1板状体11に複数の折返流路11Cが形成され、複数の第1伝熱管4に加えて、複数の第2伝熱管7が接続される。例えば、熱交換器1の正面視した状態での面積を増加させて、熱交換量を増やすことも可能であるが、その場合には、熱交換器1を内蔵する筐体が大型化されてしまう。また、フィン6の間隔を小さくして、フィン6の枚数を増加させて、熱交換量を増やすことも可能であるが、その場合には、排水性、着霜性能、埃耐力の観点から、フィン6の間隔を約1mm未満にすることが困難であり、熱交換量の増加が不充分となってしまう場合がある。一方、熱交換器1のように、伝熱管の列数を増加させる場合には、熱交換器1の正面視した状態での面積、フィン6の間隔等を変えることなく、熱交換量を増加させることが可能である。伝熱管の列数が2列になると、熱交換量は約1.5倍以上に増加する。なお、伝熱管の列数が3列以上にされてもよい。また、更に、熱交換器1の正面視した状態での面積、フィン6の間隔等が変えられてもよい。
また、熱交換器1の片側のみにヘッダー(積層型ヘッダー2)が設けられる。熱交換器1が、熱交換部の実装体積を増加するために、例えば、熱交換器1を内蔵する筐体の複数の側面に沿うように、折り曲げられて配設される場合には、伝熱管の列毎にその折り曲げ部の曲率半径が異なることに起因して、伝熱管の列毎に端部がずれてしまう。積層型ヘッダー2のように、熱交換器1の片側のみにヘッダー(積層型ヘッダー2)が設けられる場合には、伝熱管の列毎に端部がずれてしまっても、片側の端部のみ揃えばよく、実施の形態1に係る熱交換器のように、熱交換器1の両側にヘッダー(積層型ヘッダー2、ヘッダー3)が設けられる場合と比較して、設計自由度、生産効率等が向上される。特に、熱交換器1の各部材を接合した後に、熱交換器1を折り曲げることも可能となり、生産効率が更に向上される。
また、熱交換器1が凝縮器として作用する際に、第1伝熱管4が、第2伝熱管7と比較して、風上側に位置する。実施の形態1に係る熱交換器のように、熱交換器1の両側にヘッダー(積層型ヘッダー2、ヘッダー3)が設けられる場合では、伝熱管の列毎に冷媒の温度差を与えて凝縮器性能を向上することが困難であった。特に、第1伝熱管4及び第2伝熱管7が扁平管である場合には、円管と異なり、曲げ加工の自由度が低いため、伝熱管の列毎に冷媒の温度差を与えることを、冷媒の流路を変形させて実現することが難しい。一方、熱交換器1のように、第1伝熱管4と第2伝熱管7とが積層型ヘッダー2に接続される場合には、伝熱管の列毎に冷媒の温度差が必然的に生じることとなり、冷媒の流れと気流とを対向する関係にすることを、冷媒の流路を変形させることなく簡易に実現することができる。
以上、実施の形態1〜実施の形態3について説明したが、本発明は各実施の形態の説明に限定されない。例えば、各実施の形態の全部又は一部、各変形例等を組み合わせることも可能である。
1 熱交換器、2 積層型ヘッダー、2A 冷媒流入部、2B 冷媒流出部、2C 冷媒流入部、2D 冷媒流出部、2E 冷媒折返部、3 ヘッダー、3A 冷媒流入部、3B 冷媒流出部、4 第1伝熱管、5 保持部材、6 フィン、7 第2伝熱管、11 第1板状体、11A 第1出口流路、11B 第2入口流路、11C 折返流路、12 第2板状体、12A 分配流路、12B 合流流路、12a 第1入口流路、12b 分岐流路、12c 混合流路、12d 第2出口流路、21 第1板状部材、21A〜21C 流路、22 第2板状部材、22A、22B 流路、23、23_1、23_2 第3板状部材、23A〜23C、23C_1、23C_2 流路、23a〜23d 貫通溝の端部、23e 直線部、23f 枝分かれ部、23g、23h 直線部の端部、23i 開口部、23j〜23l 枝部、23m 枝分かれ部の中心、23n〜23p 直線部、23q 有底溝の端部、23r 貫通穴、24、24_1〜24_4 両側クラッド材、24A〜24C 流路、25 板状部材、25A 流路、51 空気調和装置、52 圧縮機、53 四方弁、54 熱源側熱交換器、55 絞り装置、56 負荷側熱交換器、57 熱源側ファン、58 負荷側ファン、59 制御装置。

Claims (15)

  1. 複数の第1出口流路が形成された第1板状体と、
    前記第1板状体に取り付けられ、第1入口流路が形成された第2板状体と、を有し、
    前記第2板状体には、前記第1入口流路から流入する冷媒を前記複数の第1出口流路に分配して流出する分配流路が形成され
    前記分配流路は、少なくとも1つの分岐流路を含み、
    前記第2板状体は、1つの枝部を2つの枝部に枝分かれさせる少なくとも1つの枝分かれ部を有する溝が流路として形成された、少なくとも1つの板状部材を有し、
    前記1つの枝部は、直線状に延び、
    前記2つの枝部は、前記1つの枝部の直線状の部分と垂直な互いに反対の方向に直線状に延び、
    前記分岐流路は、前記溝において、前記冷媒が流入する領域及び前記冷媒が流出する領域以外の領域、閉塞されたものであり、
    前記分岐流路に流入する記冷媒の少なくとも一部は、前記1つの枝部と前記2つの枝部とを順に通過して、前記溝の端部から流出する、
    ことを特徴とする積層型ヘッダー。
  2. 前記1つの枝部の直線状の部分は、重力方向と平行である、
    ことを特徴とする請求項に記載の積層型ヘッダー。
  3. 前記1つの枝部は、線状に延びる距離が、該枝部の水力相当直径と比較して3倍以上である、
    ことを特徴とする請求項に記載の積層型ヘッダー。
  4. 前記2つの枝部のそれぞれは、線状に延びる距離が、該枝部の水力相当直径と比較して1倍以上である、
    ことを特徴とする請求項又はに記載の積層型ヘッダー。
  5. 前記1つの枝部に、前記分岐流路に流入することで分岐された前記冷媒の少なくとも一部が流入する、
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
  6. 前記溝の端部の配列方向は、前記複数の第1出口流路の配列方向に沿う、
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
  7. 前記複数の第1出口流路の配列方向は、重力方向と交差する、
    ことを特徴とする請求項に記載の積層型ヘッダー。
  8. 前記溝は、複数である、
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
  9. 前記第1板状体に、複数の第2入口流路が形成され、
    前記第2板状体に、前記複数の第2入口流路から流入する冷媒を合流して第2出口流路に流入させる合流流路が形成された、
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
  10. 前記第1板状体に、流入する冷媒を折り返して流出する複数の折返流路が形成された、
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
  11. 請求項1〜のいずれか一項に記載の積層型ヘッダーと、
    前記複数の第1出口流路のそれぞれに接続された複数の第1伝熱管と、
    を備えたことを特徴とする熱交換器。
  12. 前記第1板状体に、前記複数の第1伝熱管を通過した前記冷媒が流入する複数の第2入口流路が形成され、
    前記第2板状体に、前記複数の第2入口流路から流入する前記冷媒を合流して第2出口流路に流入させる合流流路が形成された、
    ことを特徴とする請求項11に記載の熱交換器。
  13. 前記第1伝熱管は、扁平管である、
    ことを特徴とする請求項11または12に記載の熱交換器。
  14. 請求項11〜13のいずれか一項に記載の熱交換器を備え、
    前記分配流路は、前記熱交換器が蒸発器として作用する際に、前記複数の第1出口流路に前記冷媒を流出する、
    ことを特徴とする空気調和装置。
  15. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の積層型ヘッダーと、
    前記複数の第1出口流路のそれぞれに接続された複数の第1伝熱管と、
    を有する熱交換器を備え、
    前記積層型ヘッダーは、
    前記第1板状体に、前記複数の第1伝熱管を通過した前記冷媒が流入する複数の第2入口流路が形成され、
    前記第2板状体に、前記複数の第2入口流路から流入する前記冷媒を合流して第2出口流路に流入させる合流流路が形成され、
    前記熱交換器は、前記複数の第2入口流路のそれぞれに接続された複数の第2伝熱管を有し、
    前記分配流路は、前記熱交換器が蒸発器として作用する際に、前記複数の第1出口流路に前記冷媒を流出し、
    前記第1伝熱管は、前記熱交換器が凝縮器として作用する際に、前記第2伝熱管と比較して、風上側に位置する、
    ことを特徴とする空気調和装置。
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