JP6138264B2 - 積層型ヘッダー、熱交換器、及び、空気調和装置 - Google Patents

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、冷媒の流入方向と垂直な方向に向かって放射状に延びる複数の溝が形成された分岐流路を含む。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され、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、分岐流路に流入する冷媒の流入方向が重力方向と平行ではない状況で使用されると、重力の影響を受け、分岐方向のいずれかにおいて、冷媒の不足又は過剰が生じてしまう。つまり、従来の積層型ヘッダーでは、冷媒の分配の均一性が低い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、冷媒の分配の均一性が向上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、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、第２板状体には、第１入口流路から流入する冷媒を複数の第１出口流路に分配して流出する分配流路の少なくとも一部が形成され、分配流路は、流入流路と、流入流路に連通する分岐部と、分岐部に連通する複数の流出流路と、を有する少なくとも１つの分岐流路を含み、流入流路は、重力方向と平行でなく、且つ、垂直でない部分流路を有し、部分流路を介して分岐部に冷媒を流入させるように形成され、複数の流出流路のうちの少なくとも１つの流出流路は、分岐部と連通する側の端部において、分岐部の中心を通り、且つ、部分流路と垂直に交差する方向に対して、上方傾斜又は下方傾斜させた方向に沿って、冷媒を流出させるように形成され、少なくとも１つの流出流路は、上方傾斜又は下方傾斜させた方向が互いに反対の２つの流出流路であり、２つの流出流路は、分岐部に直線状に連通する直線部と、直線部の冷媒の流れの下流側に形成された曲部と、を有するものである。

本発明に係る積層型ヘッダーでは、複数の流出流路のうちの少なくとも１つの流出流路が、分岐部と連通する側の端部において、分岐部の中心を起点としその中心と重力方向での高さが等しい点を終点とする第１方向を、流入流路の重力方向と平行でない部分と垂直に交差する第１平面と平行で、且つ、分岐部の中心を通る第２平面に、その終点が近づく方向に、上方傾斜又は下方傾斜させた第２方向に沿って、冷媒を流出させるように形成されている。そのため、複数の流出流路が、分岐部の中心を起点としその中心と重力方向での高さが等しい点を終点とする第１方向に沿って、冷媒を流出させるように形成されている場合と比較して、冷媒が流入流路を通過する際に生じる慣性力の影響を緩和することができ、その結果、積層型ヘッダーの複数の第１出口流路から流出する冷媒の分配の均一性が向上される。

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、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。 比較例に係る熱交換器の、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。 実施の形態１に係る熱交換器の、分配率と熱交換器性能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、傾斜角度θ１が４０°以下の条件下での、傾斜角度θ２と分配率との関係の代表例を示す図である。 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、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。 実施の形態１に係る熱交換器の変形例−２の、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。 実施の形態１に係る熱交換器の変形例−３の、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。 実施の形態１に係る熱交換器の変形例−４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−４の、分岐流路の各流路及びそれらに連通される流路の正面図を重ねた図である。 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、本発明に係る積層型ヘッダーは、そのような構成、動作等である場合に限定されない。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の冷媒流出部２Ｂとヘッダー３の冷媒流入部３Ａとの間には、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ってもよく、また、細径（例えば、直径４ｍｍ以下）の円管であってもよい。第１伝熱管４は、例えば、アルミニウム等で形成される。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、アルミニウム合金等で形成される。第１伝熱管４には、複数のフィン６がロウ付け等によって接合される。フィン６は、例えば、アルミニウム等で形成される。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。例えば、２本であってもよい。

＜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は、冷媒の流出側に積層される。第２板状体１２は、冷媒の流入側に積層される。

第１板状体１１は、第１板状部材２１と、クラッド材２４＿５と、を有する。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＿３と、複数のクラッド材２４＿１〜２４＿４と、を有する。クラッド材２４＿１〜２４＿５の両面又は片面には、ロウ材が塗布される。第１板状部材２１は、保持部材５にクラッド材２４＿５を介して積層される。複数の第３板状部材２３＿１〜２３＿３は、第１板状部材２１に、クラッド材２４＿２〜２４＿４を介して積層される。第２板状部材２２は、第３板状部材２３＿１に、クラッド材２４＿１を介して積層される。第１板状部材２１と第２板状部材２２と第３板状部材２３＿１〜２３＿３とは、例えば、厚さ１〜１０ｍｍ程度であり、アルミニウム、アルミニウム合金等で形成される。クラッド材２４＿１〜２４＿５は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等で形成される。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＿１〜２３＿３とクラッド材２４＿１〜２４＿５とを総称して、板状部材と記載する場合がある。また、第３板状部材２３＿１〜２３＿３を総称して、第３板状部材２３と記載する場合がある。また、クラッド材２４＿１〜２４＿５を総称して、クラッド材２４と記載する場合がある。

なお、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＿１〜２３＿３とが、クラッド材２４を介さずに直接積層されてもよく、また、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＿１〜２３＿３とのそれぞれと、それに隣接して積層されるクラッド材２４と、が一体化された板状部材が、直接積層されてもよい。

第１板状部材２１に形成された流路２１Ａと、クラッド材２４＿５に形成された流路２４Ａと、によって、複数の第１出口流路１１Ａが形成される。流路２１Ａとその流路２４Ａとは、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伝熱管４の端部は、保持部材５にロウ付けによって接合されて保持される。第１板状体１１と保持部材５とが接合されると、第１伝熱管４の端部と第１出口流路１１Ａとが接続される。保持部材５が設けられず、第１出口流路１１Ａと第１伝熱管４とが接合されてもよい。そのような場合には、部品費等が削減される。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２板状部材２２に形成された流路２２Ａと、第３板状部材２３＿１〜２３＿３に形成された流路２３Ａ＿１〜２３Ａ＿３と、クラッド材２４＿１〜２４＿４に形成された流路２４Ａと、によって、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、分岐流路１２ｂ＿１と、複数の分岐流路１２ｂ＿２と、を有する。以下では、流路２３Ａ＿１〜２３Ａ＿３を総称して、流路２３Ａと記載する場合がある。また、分岐流路１２ｂ＿１と複数の分岐流路１２ｂ＿２とを総称して、分岐流路１２ｂと記載する場合がある。

第２板状部材２２に形成された流路２２Ａによって、第１入口流路１２ａが形成される。流路２２Ａは、円形状の貫通穴である。冷媒配管が第１入口流路１２ａに接続される。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に形成された流路２２Ａと、クラッド材２４＿１に形成された流路２４Ａと、第３板状部材２３＿１に形成された流路２３Ａと、クラッド材２４＿２に形成された流路２４Ａと、によって分岐流路１２ｂ＿１が形成される。

第３板状部材２３に形成された流路２３Ａのうちの一部と、その第３板状部材２３の冷媒が流出する側の面に積層されたクラッド材２４に形成された流路２４Ａと、そのクラッド材２４の冷媒が流出する側の面に積層された第３板状部材２３に形成された流路２３Ａと、その第３板状部材２３の冷媒が流出する側の面に積層されたクラッド材２４に形成された流路２４Ａと、によって分岐流路１２ｂ＿２が形成される。分岐流路１２ｂ＿２は、分岐流路１２ｂ＿１に接続され、分岐流路１２ｂ＿１で分岐された冷媒を更に分岐する。以下では、分岐流路１２ｂ＿２における、第３板状部材２３に形成された流路２３Ａを流路２３Ｘと記載し、その第３板状部材２３の冷媒が流出する側の面に積層されたクラッド材２４に形成された流路２４Ａを流路２４Ｘと記載し、そのクラッド材２４の冷媒が流出する側の面に積層された第３板状部材２３に形成された流路２３Ａを流路２３Ｙと記載し、その第３板状部材２３の冷媒が流出する側の面に積層されたクラッド材２４に形成された流路２４Ａを流路２４Ｙと記載する。分岐流路１２ｂ＿２の詳細は、後述される。分岐流路１２ｂ＿２は、本発明の「少なくとも１つの分岐流路」に相当する。

流路２３Ａは、線状の貫通溝である。その流路２３Ａに接続される流路２４Ａは、円形状の貫通孔である。流路２４Ａが冷媒隔離流路として機能するため、流路２２Ａと流路２３Ａ＿１とが流路２４Ａを介して接続されることで、また、流路２３Ａ同士が流路２４Ａを介して接続されることで、また、流路２３Ａ＿３と流路２１Ａとが流路２４Ａを介して接続されることで、分岐流路１２ｂを通過する冷媒同士、又は、分岐流路１２ｂから流出する冷媒同士の隔離が確実化される。

第３板状部材２３に形成された流路２３Ａの端部間の一部と、その第３板状部材２３の冷媒が流入する側の面に積層されたクラッド材２４に形成された流路２４Ａと、は対向する位置に形成される。そのため、第３板状部材２３に形成された流路２３Ａは、その第３板状部材２３の冷媒が流入する側の面に積層されたクラッド材２４によって、端部間の一部以外が閉塞される。また、第３板状部材２３に形成された流路２３Ａの端部と、その第３板状部材２３の冷媒が流出する側の面に積層されたクラッド材２４に形成された流路２４Ａと、は対向する位置に形成される。そのため、第３板状部材２３に形成された流路２３Ａは、その第３板状部材２３の冷媒が流出する側の面に積層されたクラッド材２４によって、端部以外が閉塞される。

なお、第２板状体１２に、分配流路１２Ａが複数形成され、分配流路１２Ａのそれぞれが、第１板状体１１に形成された複数の第１出口流路１１Ａの一部に接続されてもよい。また、第１入口流路１２ａが、第２板状部材２２以外の板状部材に形成されてもよい。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。

＜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。
冷媒は、第１入口流路１２ａを通過して分岐流路１２ｂ＿１に流入する。分岐流路１２ｂ＿１に流入した冷媒は、流路２４Ａを介して流路２３Ａ＿１の端部間の一部に流入し、クラッド材２４＿２の表面に当たって２つに分岐して、分岐流路１２ｂ＿２に流入する。

分岐流路１２ｂ＿２において、冷媒は、流路２３Ｘのうちの一部を通過して流路２３Ｘの端部に至った後、流路２４Ｘを介して流路２３Ｙの端部間の一部に流入する。流路２３Ｙの端部間の一部に流入した冷媒は、流路２４Ｙが形成されたクラッド材２４の表面に当たって、２つに分岐して、次の分岐流路１２ｂ＿２に流入する。これを複数回繰り返した冷媒は、複数の第１出口流路１１Ａに流入して、複数の第１伝熱管４に流出する。

＜分岐流路の詳細＞
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分岐流路の詳細について説明する。
図３は、実施の形態１に係る熱交換器の、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。なお、図３では、分岐流路１２ｂ＿２が、流路２３Ｘの部分流路２３ｘ１が重力方向の下側から流路２４Ｘに接続される分岐流路１２ｂ＿２である場合を示しているが、分岐流路１２ｂ＿２が、流路２３Ｘの部分流路２３ｘ１が重力方向の上側から流路２４Ｘに接続される分岐流路１２ｂ＿２である場合についても、同様である。

図３に示されるように、分岐流路１２ｂ＿２は、流路２３Ｙのうちの流路２４Ｘと対向する領域である分岐部３１（図中斜線部）と、分岐部３１に連通され、流路２３Ｘのうちの流路２４Ｘに連通される部分である部分流路２３ｘ１と流路２４Ｘとによって構成される流入流路３２と、分岐部３１に連通され、流路２３Ｙのうちの重力方向の上側に位置する流路２４Ｙに連通される部分である部分流路２３ｙ１とその流路２４Ｙとによって構成される第１流出流路３３と、分岐部３１に連通され、流路２３Ｙのうちの重力方向の下側に位置する流路２４Ｙに連通される部分である部分流路２３ｙ２とその流路２４Ｙとによって構成される第２流出流路３４と、を有する。

流入流路３２は、部分流路２３ｘ１、流路２４Ｘの順に冷媒を通過させて、分岐部３１に冷媒を流入させる。部分流路２３ｘ１は、重力方向と平行ではない。

第１流出流路３３は、部分流路２３ｙ１、流路２４Ｙの順に冷媒を通過させて、分岐部３１で分岐された冷媒を流出させる。第２流出流路３４は、部分流路２３ｙ２、流路２４Ｙの順に冷媒を通過させて、分岐部３１で分岐された冷媒を流出させる。部分流路２３ｙ１及び部分流路２３ｙ２のそれぞれは、分岐部３１に直線状に連通する直線部３５、３６を有する。直線部３５、３６を有することで、分岐部３１と、直線部３５、３６の下流側に形成された曲部と、の間の距離が確保されることとなって、冷媒の分配の均一性が向上される。

分岐部３１に流入する冷媒を異なる高さに分岐して流出するために、流路２３Ｙの上側端部２３Ｙａが、分岐部３１と比較して重力方向の上側に位置し、下側端部２３Ｙｂが、分岐部３１と比較して重力方向の下側に位置する。上側端部２３Ｙａと下側端部２３Ｙｂとを結ぶ直線が、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、上側端部２３Ｙａと下側端部２３Ｙｂとを結ぶ直線が、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。なお、上側端部２３Ｙａと下側端部２３Ｙｂとを結ぶ直線、第３板状部材２３の長手方向、及び第１伝熱管４の配列方向が、重力方向と平行でなくてもよい。

直線部３５及び直線部３６は、重力方向と垂直で、且つ、分岐部３１の中心を通る平面Ｐ１との間の角度がθ１になる傾斜した直線部である。つまり、部分流路２３ｘ１と垂直に交差する平面と平行で、且つ、分岐部３１の中心を通る平面を、平面Ｐ２と定義すると、第１流出流路３３は、分岐部３１の中心を起点としその中心と重力方向での高さが等しい点を終点とする方向を、その終点が平面Ｐ２に近づく方向に傾斜角度θ１だけ傾斜させた方向、つまり上方傾斜させた方向Ｄ１に沿って、分岐部３１から冷媒を直線状に流出させる。第２流出流路３４は、分岐部３１の中心を起点としその中心と重力方向での高さが等しい点を終点とする方向を、その終点が平面Ｐ２に近づく方向に傾斜角度θ１だけ傾斜させた方向、つまり下方方傾斜させた方向Ｄ２に沿って、分岐部３１から冷媒を直線状に流出させる。方向Ｄ１と方向Ｄ２とは、互いに反対である。平面Ｐ２は、本発明における「第２平面」に相当する。方向Ｄ１及び方向Ｄ２は、本発明における「第２方向」に相当する。

直線部３５及び直線部３６が、平面Ｐ１との間の角度がθ１になる傾斜した直線部であることで、直線部３５及び直線部３６が、平面Ｐ１と平行な直線部である場合と比較して、冷媒の分配の均一性が向上される。

図４は、比較例に係る熱交換器の、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。
つまり、直線部３５及び直線部３６が、平面Ｐ１と平行な直線部である場合には、分岐部３１に流入した冷媒は、部分流路２３ｘ１を通過する際に生じた慣性力の影響で、部分流路２３ｘ１から遠い側の流出流路、つまり、第２流出流路３４に多く流入することとなる。特に、冷媒が気液二相状態である場合には、密度がガス冷媒の約３０倍である液冷媒に慣性力が作用することとなるため、分岐部３１に流入した冷媒は、第２流出流路３４に更に多く流入することとなる。

一方、直線部３５及び直線部３６が、平面Ｐ１との間の角度がθ１になる傾斜した直線部である場合には、正面視した状態での、直線部３５の部分流路２３ｘ１に対する角度と、直線部３６の部分流路２３ｘ１に対する角度と、の差が小さくなるため、上述の慣性力によって冷媒の分配の均一性が低下してしまうことが抑制される。

以下に、傾斜角度θ１及び傾斜角度θ２を具体的に説明する。傾斜角度θ２は、直線部３５及び直線部３６と、部分流路２３ｘ１に平行で、且つ、分岐部３１の中心を通る直線Ｌ１と、の間の角度である。

傾斜角度θ１が過剰に大きい値であると、重力の影響が強まって、第２流出流路３４を通過して流出する冷媒の流量が増加しすぎてしまうため、傾斜角度θ１は、４０°以下とする必要がある。

図５は、実施の形態１に係る熱交換器の、分配率と熱交換器性能との関係を示す図である。なお、分配率は、第１流出流路３３を通過して流出する冷媒の流量の、第１流出流路３３を通過して流出する冷媒の流量と第２流出流路３４を通過して流出する冷媒の流量との合計に対する比率である。分配率が５０％に近い程、冷媒の分配の均一性が高い。

また、図５に示されるように、分配率が５０％に近い程、熱交換器性能が向上されて、冷凍サイクルの運転効率が高くなり、分配率が５０％から遠い程、熱交換器性能が低下して、冷凍サイクルの運転効率が低くなる。そのため、分配率は、熱交換器性能の許容範囲を満たすことができる範囲の分配率である必要がある。

そして、インバーターによって圧縮機の駆動周波数が制御される場合等を想定し、その分配率は、冷凍サイクルが低流量条件で運転している場合でも、高流量条件で運転している場合でも、熱交換器性能の許容範囲を満たすことができる分配率である必要がある。

図６は、実施の形態１に係る熱交換器の、傾斜角度θ１が４０°以下の条件下での、傾斜角度θ２と分配率との関係の代表例を示す図である。なお、図６では、冷凍サイクルが低流量条件で運転している場合を実線で示し、冷凍サイクルが高流量条件で運転している場合を点線で示している。

傾斜角度θ１が４０°以下の条件下では、図６に示されるように、傾斜角度θ２が所定の角度である場合に、分配率が最も５０％に近くなる。その所定の角度は、冷凍サイクルの流量条件によって変化する。その所定の角度は、冷凍サイクルが高流量条件である程大きくなる。つまり、傾斜角度θ２が大きい場合には、高流量条件下では慣性力の影響が相対的に弱まり、低流量条件下では重力の影響が相対的に強まることとなるため、高流量条件下での分配率が、低流量条件下での分配率と比較して５０％に近くなる。また、傾斜角度θ２が小さい場合には、高流量条件下では慣性力の影響が相対的に強まり、低流量条件下では重力の影響が相対的に弱まることとなるため、低流量条件下での分配率が、高流量条件下での分配率と比較して５０％に近くなる。

また、傾斜角度θ２が５０°未満になると、低流量条件下では分配率の許容範囲が満たされるものの、高流量条件下で分配率の許容範囲が満たされなくなってしまう。傾斜角度θ２が９０°を超えると、高流量条件下では分配率の許容範囲が満たされるものの、低流量条件下で分配率の許容範囲が満たされなくなってしまう。

そのため、分配率を、冷凍サイクルが低流量条件で運転している場合でも、高流量条件で運転している場合でも、熱交換器性能の許容範囲を満たすことができる分配率にして、冷凍サイクルの運転効率を常時高く維持するには、傾斜角度θ２を、５０°以上９０°以下にする必要がある。

＜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７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７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７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、室外熱交換器（熱源側熱交換器）５４と、絞り装置５５と、室内熱交換器（負荷側熱交換器）５６と、室外ファン（熱源側ファン）５７と、室内ファン（負荷側ファン）５８と、制御装置５９と、を有する。圧縮機５２と四方弁５３と室外熱交換器５４と絞り装置５５と室内熱交換器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、室外ファン５７、室内ファン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。

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を介して室外熱交換器５４に流入し、室外ファン５７によって供給される空気と熱交換を行い、凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室外熱交換器５４から流出し、絞り装置５５によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器５６に流入し、室内ファン５８によって供給される空気との熱交換によって蒸発することで、室内を冷却する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、室内熱交換器５６から流出し、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を介して室内熱交換器５６に流入し、室内ファン５８によって供給される空気との熱交換によって凝縮することで、室内を暖房する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室内熱交換器５６から流出し、絞り装置５５によって、低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器５４に流入し、室外ファン５７によって供給される空気と熱交換を行い、蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、室外熱交換器５４から流出し、四方弁５３を介して圧縮機５２に吸入される。

室外熱交換器５４及び室内熱交換器５６の少なくとも一方に、熱交換器１が用いられる。熱交換器１は、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に冷媒を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する。また、熱交換器１が凝縮器として作用する際は、積層型ヘッダー２を冷媒が逆流する。

＜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。
分岐流路１２ｂ＿２において、第１流出流路３３及び第２流出流路３４が、分岐部３１の中心を起点としその中心と重力方向での高さが等しい点を終点とする方向を、その終点が平面Ｐ２に近づく方向に、上方傾斜又は下方傾斜させた方向Ｄ１、Ｄ２に沿って、冷媒を直線状に流出させる。そのため、第１流出流路３３及び第２流出流路３４が、分岐部３１の中心を起点としその中心と重力方向での高さが等しい点を終点とする方向に沿って、冷媒を直線状に流出させるような場合と比較して、冷媒が流入流路３２を通過する際に生じる慣性力の影響を緩和することができ、その結果、積層型ヘッダー２の複数の第１出口流路１１Ａから流出する冷媒の分配の均一性が向上される。

また、分岐流路１２ｂ＿２において、分岐部３１に流入する冷媒が、第１流出流路３３及び第２流出流路３４に、つまり、方向Ｄ１と方向Ｄ２とが互いに反対である２つの流出流路に分岐されるため、誤差要因が少なくなって、積層型ヘッダー２の複数の第１出口流路１１Ａから流出する冷媒の分配の均一性が更に向上される。特に、部分流路２３ｙ１が、分岐部３１とその重力方向の上側にある上側端部２３Ｙａとの間を連通し、部分流路２３ｙ２が、分岐部３１とその重力方向の下側にある下側端部２３Ｙｂとの間を連通するものである場合には、重力の影響によって、複数の第１出口流路１１Ａから流出する冷媒の分配の均一性が低下してしまうため、上方傾斜又は下方傾斜させた方向Ｄ１、Ｄ２に沿って、冷媒を流出させることの有効性が向上される。

また、分岐流路１２ｂ＿２が、第３板状部材２３に形成された流路２３Ａの、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、隣接して積層される部材によって閉塞することで形成されるため、冷媒の分配の均一性が向上された分配流路１２Ａを、構造を複雑化することなく実現でき、部品費、製造工程等が削減される。

また、第１伝熱管４が扁平管である場合、又は、第１伝熱管４が細径円管である場合には、流路断面積が極めて小さいことに起因し、第１伝熱管４が細径でない従来の円管である場合と比較して、圧力損失が増大することとなって、冷凍サイクルの運転効率が低下してしまう。そのため、その運転効率の低下を抑制するために、熱交換器１のパス数（つまり第１伝熱管４の本数）を増加させることが必要となる。従来の積層型ヘッダーでは、パス数を増加させるために、冷媒の流入方向と垂直な全周方向に大型化する必要があるが、積層型ヘッダー２では、板状部材の枚数を増加すればよいため、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。つまり、第１伝熱管４が扁平管である場合、又は、第１伝熱管４が細径円管である場合でも、コンパクト化と、冷媒の分配の均一性を向上することと、を両立することができる。

＜変形例−１＞
図８は、実施の形態１に係る熱交換器の変形例−１の、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。
図８に示されるように、部分流路２３ｘ１の、流路２４Ｘに連通する側の端部が、重力方向と平行であってもよい。つまり、部分流路２３ｘ１は、一部のみが重力方向と平行ではないものであってもよい。そのような場合でも、冷媒が部分流路２３ｘ１を通過する際に生じる慣性力によって、冷媒の分配の均一性が低下してしまうため、上方傾斜又は下方傾斜させた方向Ｄ１、Ｄ２に沿って、冷媒を流出させることが有効となる。

＜変形例−２＞
図９は、実施の形態１に係る熱交換器の変形例−２の、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。
図９に示されるように、第１流出流路３３及び第２流出流路３４のうちの一方のみが、分岐部３１の中心を起点としその中心と重力方向での高さが等しい点を終点とする方向を、その終点が平面Ｐ２に近づく方向に、上方傾斜又は下方傾斜させた方向に沿って、冷媒を流出させてもよい。また、方向Ｄ１及び方向Ｄ２が、互いに異なる角度だけ上方傾斜又は下方傾斜されてもよい。分岐部３１に流入する冷媒が、方向Ｄ１と方向Ｄ２とが互いに反対である第１流出流路３３及び第２流出流路３４に分岐される場合と比較して、冷媒の分配の均一性は低下してしまうものの、そのような場合でも、冷媒が部分流路２３ｘ１を通過する際に生じる慣性力の影響を緩和することができる。

＜変形例−３＞
図１０は、実施の形態１に係る熱交換器の変形例−３の、分岐流路の各流路の正面図を重ねた図である。
図１０に示されるように、部分流路２３ｙ１及び部分流路２３ｙ２のそれぞれが、分岐部３１に直線状に連通する直線部３５、３６を有しなくてもよい。分岐部３１に流入する冷媒が、直線部３５、３６を有する第１流出流路３３及び第２流出流路３４に分岐される場合と比較して、冷媒の分配の均一性は低下してしまうものの、そのような場合でも、冷媒が部分流路２３ｘ１を通過する際に生じる慣性力の影響を緩和することができる。

＜変形例−４＞
図１１は、実施の形態１に係る熱交換器の変形例−４の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。図１２は、実施の形態１に係る熱交換器の変形例−４の、分岐流路の各流路及びそれらに連通される流路の正面図を重ねた図である。
図１１及び図１２に示されるように、流路２３Ａに流入することで分岐された冷媒が、その流路２３Ａに形成された枝分かれ部３７で更に分岐されてもよい。つまり、分岐流路１２ｂ＿２は、流路２４Ｘから流入する冷媒ではなく、流路２３Ａの一部である部分流路３８から流入する冷媒を分岐するものであってもよい。このように構成されることで、板状部材の枚数が低減され、部品費、製造費等が削減される。枝分かれ部３７は、第３板状部材２３＿１以外の第３板状部材２３に形成されてもよい。また、流路２３Ａの枝分かれ部３７で分岐された冷媒が、その流路２３Ａに形成された他の枝分かれ部で更に分岐されてもよい。枝分かれ部３７は、本発明における「分岐部」に相当する。部分流路３８は、本発明における「流入流路」に相当する。

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１３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１３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、冷媒流入部２Ａと、複数の冷媒流出部２Ｂと、複数の冷媒折返部２Ｃと、複数の冷媒流入部２Ｄと、冷媒流出部２Ｅと、を有する。冷媒流出部２Ｅには、冷媒配管が接続される。第１伝熱管４及び第２伝熱管７は、ヘアピン曲げ加工が施された扁平管である。冷媒流出部２Ｂと冷媒折返部２Ｃとの間に、第１伝熱管４が接続され、冷媒折返部２Ｃと冷媒流入部２Ｄとの間に、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。
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２Ｃ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２Ｄ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２Ｅ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１４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１４に示されるように、第１板状部材２１に形成された流路２１Ｂと、クラッド材２４＿５に形成された流路２４Ｂと、によって、複数の第２入口流路１１Ｂが形成される。流路２１Ｂとその流路２４Ｂとは、内周面が第２伝熱管７の外周面に沿う形状の貫通穴である。複数の第２入口流路１１Ｂは、図１３における複数の冷媒流入部２Ｄに相当する。

第１板状部材２１に形成された流路２１Ｃと、クラッド材２４＿５に形成された流路２４Ｃと、によって、複数の折返流路１１Ｃが形成される。流路２１Ｃとその流路２４Ｃとは、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。複数の折返流路１１Ｃは、図１３における複数の冷媒折返部２Ｃに相当する。

第２板状部材２２に形成された流路２２Ｂと、第３板状部材２３＿１〜２３＿３に形成された流路２３Ｂ＿１〜２３Ｂ＿３と、クラッド材２４＿１〜２４＿４に形成された流路２４Ｂと、によって、合流流路１２Ｂ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板状部材２２に形成された流路２２Ｂによって、第２出口流路１２ｄが形成される。流路２２Ｂは、円形状の貫通穴である。冷媒配管が第２出口流路１２ｄに接続される。第２出口流路１２ｄは、図１３における冷媒流出部２Ｅに相当する。

第３板状部材２３＿１〜２３＿３に形成された流路２３Ｂ＿１〜２３Ｂ＿３と、クラッド材２４＿１〜２４＿４に形成された流路２４Ｂと、によって混合流路１２ｃが形成される。流路２３Ｂ＿１〜２３Ｂ＿３とその流路２４Ｂとは、板状部材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。

なお、第２板状体１２に、合流流路１２Ｂが複数形成され、合流流路１２Ｂのそれぞれが、第１板状体１１に形成された複数の第２入口流路１１Ｂの一部に接続されてもよい。また、第２出口流路１２ｄが、第２板状部材２２以外の板状部材に形成されてもよい。

＜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。
複数の第１伝熱管４を通過した冷媒は、複数の折返流路１１Ｃに流入し、折り返されて、複数の第２伝熱管７に流入する。複数の第２伝熱管７を通過した冷媒は、複数の第２入口流路１１Ｂを通過して、混合流路１２ｃに流入して混合される。混合された冷媒は、第２出口流路１２ｄ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１５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１５に示されるように、室外熱交換器５４及び室内熱交換器５６の少なくとも一方に、熱交換器１が用いられる。熱交換器１は、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する。また、熱交換器１が凝縮器として作用する際は、積層型ヘッダー２を冷媒が逆流する。

＜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。
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を不要として、熱交換器１の部品費等を削減することができる。また、ヘッダー３が不要となる分、第１伝熱管４及び第２伝熱管７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。

また、第１板状体１１に折返流路１１Ｃが形成される。そのため、例えば、熱交換器１の正面視した状態での面積を変えることなく、熱交換量を増加させることができる。

以上、実施の形態１及び実施の形態２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 冷媒折返部、２Ｄ 冷媒流入部、２Ｅ 冷媒流出部、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、１２ｂ＿１、１２ｂ＿２ 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＿３ 第３板状部材、２３Ａ、２３Ａ＿１〜２３Ａ＿３、２３Ｂ＿１〜２３Ｂ＿３、２３Ｘ、２３Ｙ 流路、２３ｘ１、２３ｙ１、２３ｙ２ 部分流路、２３Ｙａ 上側端部、２３Ｙｂ 下側端部、２４、２４＿１〜２４＿５ クラッド材、２４Ａ〜２４Ｃ、２４Ｘ、２４Ｙ 流路、３１ 分岐部、３２ 流入流路、３３ 第１流出流路、３４ 第２流出流路、３５、３６ 直線部、３７ 枝分かれ部、３８ 部分流路、５１ 空気調和装置、５２ 圧縮機、５３ 四方弁、５４ 室外熱交換器、５５ 絞り装置、５６ 室内熱交換器、５７ 室外ファン、５８ 室内ファン、５９ 制御装置。

Claims (10)

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の少なくとも一部が形成され、
   前記分配流路は、流入流路と、該流入流路に連通する分岐部と、該分岐部に連通する複数の流出流路と、を有する少なくとも１つの分岐流路を含み、
   前記流入流路は、重力方向と平行でなく、且つ、垂直でない部分流路を有し、該部分流路を介して前記分岐部に前記冷媒を流入させるように形成され、
   前記複数の流出流路のうちの少なくとも１つの流出流路は、
   前記分岐部と連通する側の端部において、
   前記分岐部の中心を通り、且つ、前記部分流路と垂直に交差する方向に対して、上方傾斜又は下方傾斜させた方向に沿って、
   前記冷媒を流出させるように形成され、
   前記少なくとも１つの流出流路は、前記上方傾斜又は下方傾斜させた方向が互いに反対の２つの流出流路であり、
   前記２つの流出流路は、
   前記分岐部に直線状に連通する直線部と、
   前記直線部の冷媒の流れの下流側に形成された曲部と、を有する積層型ヘッダー。
2. 前記２つの流出流路のうちの一方の前記分岐部と連通しない側の端部は、該流出流路の前記分岐部と連通する側の端部と比較して、重力方向での高さが高く、
   前記２つの流出流路のうちの他方の前記分岐部と連通しない側の端部は、該流出流路の前記分岐部と連通する側の端部と比較して、重力方向での高さが低い請求項１に記載の積層型ヘッダー。
3. 前記２つの流出流路のそれぞれは、前記分岐部と連通する側の端部において、前記分岐部の中心を通り、且つ、重力方向と垂直な方向に対して４０°以下だけ上方傾斜又は下方傾斜させた方向に沿って、前記冷媒を流出させるように形成された請求項１又は２に記載の積層型ヘッダー。
4. 前記２つの流出流路のそれぞれは、前記分岐部と連通する側の端部において、前記部分流路と平行で、且つ、前記分岐部の中心を通る直線との間の角度が５０°以上９０°以下である方向に沿って、前記冷媒を流出させるように形成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
5. 前記第２板状体は、溝が形成された少なくとも１つの板状部材を有し、
   前記溝の、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が、閉塞されることで、前記分岐流路が形成された請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
6. 前記流入流路に分岐された前記冷媒が流入する、又は、前記流出流路から流出した前記冷媒が分岐される請求項１〜５のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。
7. 請求項１〜６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伝熱管と、を備えた熱交換器。
8. 前記伝熱管は、扁平管である請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記伝熱管は、円管である請求項７に記載の熱交換器。
10. 請求項７〜９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空気調和装置。

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