JP6531380B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、特に、複数の扁平多穴管が冷媒ヘッダに連結される構造を持つ熱交換器に関する。

従来から、多数の穴が開いた扁平管である扁平多穴管を用いた熱交換器が存在している。例えば、特許文献１（特開２０１４−１４２１６５号公報）の図４に開示されている熱交換器は、積層型の熱交換器であって、水平に延びる冷媒ヘッダから扁平多穴管が水平に延び、扁平多穴管を流れる冷媒と扁平管を流れる水との間で熱交換を行わせている。

しかし、冷媒ヘッダが水平方向に沿って配置され、扁平多穴管の複数の穴が鉛直方向に沿って並ぶ構造の熱交換器においては、冷媒を蒸発させることによって熱交換の対象を冷却する使い方をする場合、冷媒ヘッダの内部空間に入った気液二相状態の冷媒が偏流し、液相と気相とが偏った状態で扁平多穴管の各穴に流れ込むことが多くなる。このような、冷媒ヘッダ内での冷媒の偏流が生じると、熱交換器の性能が低下する。

本発明の課題は、水平方向に沿って延びる冷媒ヘッダおよび鉛直方向に沿って並ぶ複数の穴を有する扁平多穴管を備えた熱交換器において、冷媒の偏流を抑制することにある。

本発明の第１観点に係る熱交換器は、冷媒ヘッダと、複数の扁平多穴管とを備えている。冷媒ヘッダには、冷媒入口が形成されている。扁平多穴管は、冷媒ヘッダのヘッダ長手方向と交差する方向に延びている。扁平多穴管には、ヘッダから冷媒が流れ込む。冷媒ヘッダの内部空間は、ヘッダ長手方向に延びる仕切り板によって、冷媒入口の側の第１室と、第１室とは別の第２室とに仕切られている。そして、冷媒入口から第１室に入った冷媒の少なくとも一部は、第１室から第２室に流れ、再び第２室から第１室に戻る。

ここでは、冷媒入口から冷媒ヘッダの内部空間に入った冷媒が、複数の扁平多穴管の各穴に流れ、扁平多穴管の外部を流れる流体と熱交換を行う。ここで、冷媒が気相および液相が混じる二相状態であった場合、仮に仕切り板がなければ、その内部空間において、冷媒入口に近いところの冷媒が主として液相となり冷媒入口から遠いところの冷媒が主として気相となる状況が生じる。その状況になると、液相の冷媒が多く流れる扁平多穴管と、気相の冷媒が多く流れる扁平多穴管とに分かれてしまい、冷媒の偏流が生じる。

しかし、第１観点に係る熱交換器では、ヘッダ長手方向に延びる仕切り板によって、冷媒ヘッダの内部空間を第１室と第２室とに分けている。そして、冷媒入口から第１室に入った冷媒の少なくとも一部が、第１室から第２室に流れ、再び第２室から第１室に戻るように冷媒ヘッダを構成している。すなわち、冷媒ヘッダの内部空間において、冷媒の一部が循環（ループ）するような構成を、ヘッダ長手方向に延びる仕切り板によって実現している。このような構成を採っているため、冷媒ヘッダの内部空間における循環流にのって、冷媒入口から遠いところまで液相の冷媒が届くようになり、冷媒ヘッダの内部空間の冷媒の液相・気相の偏りが少なくなる。引いては、各扁平多穴管を流れる冷媒の偏流も抑制される。

本発明の第２観点に係る熱交換器は、第１観点に係る熱交換器であって、冷媒ヘッダの内部空間には、ヘッダ長手方向の冷媒入口の側と反対側の端部に、第１開口が形成されている。第１開口は、第１室から第２室へと冷媒を流す。また、冷媒ヘッダの内部空間には、ヘッダ長手方向の冷媒入口の側の端部に、第２開口が形成されている。第２開口は、第２室から第１室へと冷媒を戻す。

ここでは、第１室から第２室へと冷媒を流す第１開口と、第２室から第１室へと冷媒を戻す第２開口とを、ヘッダ長手方向の一方の端部と他方の端部とに配している。このため、冷媒ヘッダの内部空間において冷媒が滞るデッドエリアが小さくなり、冷媒ヘッダの内部空間に液相の冷媒が滞留することが抑制される。

本発明の第３観点に係る熱交換器は、第２観点に係る熱交換器であって、冷媒入口は、流路面積が絞られたノズルである。また、第２開口は、冷媒入口の近傍に形成されている。そして、冷媒入口から冷媒ヘッダの内部空間に流入する冷媒の噴流により、冷媒入口の近傍が低圧力状態となって、第２開口を通って第２室から第１室へと戻る冷媒の流れが生じる。

ここでは、ノズルを通って冷媒ヘッダの内部空間に冷媒が入ってくるため、その冷媒の流速が速くなる。そして、ノズル（冷媒入口）の近傍に低圧力の空間が生まれることを利用して第２開口を介する第２室から第１室への冷媒の流れを生成している。このため、冷媒ヘッダの内部空間における冷媒の循環量を増やすことができている。すなわち、ノズルによる冷媒の噴流を利用してベンチュリ効果によって減圧状態を作り、その近傍に配した第２開口を通る冷媒の量を増やしているため、冷媒ヘッダの内部空間の冷媒の液相・気相の偏りが更に少なくなる。

本発明の第４観点に係る熱交換器は、第１〜第３観点のいずれかに係る熱交換器であって、仕切り板は、冷媒ヘッダの内部空間を第１室、第２室に仕切っている。そして、冷媒ヘッダの内部空間の冷媒は、第１室から扁平多穴管の複数の穴の一部の穴に流れ込み、第２室から扁平多穴管の複数の穴の残りの穴に流れ込む。

ここでは、仕切り板が冷媒ヘッダの内部空間を第１室、第２室に仕切っている。そして、扁平多穴管の穴が、第１室にも第２室にも露出しており、冷媒入口の側の第１室からだけではなく、第２室からも扁平多穴管の穴に冷媒が流れ込む。このような構成を採っているため、多くの冷媒が第１室から第２室に流れ、その冷媒の一部が第２室から再び第１室に戻る。これにより、自然と冷媒ヘッダの内部空間における冷媒循環量が多くなり、冷媒の偏流も更に抑制される。

また、第４観点に係る熱交換器では、冷媒ヘッダの内部空間の冷媒入口に近い側と冷媒入口から遠い側との冷媒の偏流、すなわち、冷媒ヘッダの長手方向の冷媒偏流が抑制されることに加えて、仕切り板が冷媒ヘッダの内部空間を第１室、第２室に仕切っているため、冷媒ヘッダの内部空間の第１室、第２室の冷媒の偏りも抑制することができる。

本発明の第５観点に係る熱交換器は、第１〜第３観点のいずれかに係る熱交換器であって、仕切り板は、冷媒ヘッダの内部空間を、扁平多穴管の複数の穴が露出しない第１室と、扁平多穴管の複数の穴が露出する第２室とに仕切っている。そして、冷媒ヘッダの内部空間の冷媒は、第２室から扁平多穴管の複数の穴に流れ込む。

ここでは、扁平多穴管の側の第２室と、その反対側の第１室とに、冷媒ヘッダの内部空間が分かれるように、仕切り板が配置される。そして、冷媒入口の側の第１室に入ってきた冷媒は、まず第１室を通り、そこから第２室に入った後に、扁平多穴管の複数の穴に流れ込む。このような構成を採っているため、多くの冷媒が第１室から第２室に流れ、その冷媒が第２室から扁平多穴管へと流れる。そして、一部の冷媒は、第２室から再び第１室に戻る。これにより、自然と冷媒ヘッダの内部空間における冷媒循環量が多くなり、冷媒の偏流が更に抑制される。

本発明の第６観点に係る熱交換器は、第５観点に係る熱交換器であって、第２室から第１室に戻る冷媒は、第２室の底面の近傍から第１室に戻る。

まず第１室から第２室に流れ、その冷媒が第２室から扁平多穴管へと流れるという構成を採る場合、流速が弱まった第２室において、液相の冷媒が第２室の下部に滞留することも想定される。これに鑑み、その第２室の下部に溜まった冷媒を、第２室の底面の近傍から第１室に戻る構造を、ここでは採用している。これにより、第２室の下部に滞留する液相の冷媒の量を減らすことができる。なお、第１室に戻された液相の冷媒は、冷媒の流速が速い第１室において気相の冷媒と混じり、第２室を経由して扁平多穴管へと流れる。

本発明の第７観点に係る熱交換器は、第１〜第６観点のいずれかに係る熱交換器であって、冷媒ヘッダとは別の折り返し冷媒ヘッダをさらに備える。冷媒ヘッダは、冷媒の入口配管が接続されるヘッダである。冷媒ヘッダの内部空間には、入口配管から冷媒が流れ込む。折り返し冷媒ヘッダの内部空間は、冷媒流入側の扁平多穴管が接続される冷媒流入側内部空間と、冷媒流出側の扁平多穴管が接続される冷媒流出側内部空間とに分かれている。冷媒流出側内部空間は、ヘッダ長手方向に延びる仕切り板によって、冷媒流入側内部空間の側の第３室と、第３室とは別の第４室とに仕切られる。そして、冷媒流入側内部空間から第３室に入った冷媒の少なくとも一部は、第３室から第４室に流れ、再び第４室から第３室に戻る。

この熱交換器では、折り返し冷媒ヘッダを備えているが、冷媒が折り返される熱交換器を蒸発器として用いた場合、一般に折り返すときの冷媒の冷媒乾き度が高くなる傾向にある。しかし、ここでは、冷媒ヘッダの内部空間だけではなく、折り返し冷媒ヘッダの冷媒流出側内部空間も、仕切り板によって２つの室に分けている。そして、折り返し冷媒ヘッダの冷媒流出側内部空間においても、冷媒の一部が循環（ループ）するような構成を、ヘッダ長手方向に延びる仕切り板によって実現している。このため、折り返し冷媒ヘッダの冷媒流出側内部空間でも、冷媒の液相・気相の偏りが少なくなる。

本発明の第１観点に係る熱交換器によれば、冷媒ヘッダの内部空間における循環流にのって、冷媒入口から遠いところまで液相の冷媒が届くようになり、冷媒ヘッダの内部空間の冷媒の液相・気相の偏りが少なくなり、各扁平多穴管を流れる冷媒の偏流も抑制される。

本発明の第２観点に係る熱交換器によれば、冷媒ヘッダの内部空間に液相の冷媒が滞留することが抑制される。

本発明の第３観点に係る熱交換器によれば、ノズルによる冷媒の噴流を利用して減圧状態を作り、その近傍に配した第２開口を通る冷媒の量を増やしているため、冷媒ヘッダの内部空間の冷媒の液相・気相の偏りが更に少なくなる。

本発明の第４観点に係る熱交換器によれば、冷媒ヘッダの長手方向の冷媒偏流が抑制されることに加えて、仕切り板が冷媒ヘッダの内部空間を第１室、第２室に、仕切っているため、冷媒ヘッダの内部空間の第１室、第２室の冷媒の偏りも抑制することができる。

本発明の第５観点に係る熱交換器によれば、冷媒ヘッダの内部空間における冷媒循環量が多くなり、冷媒の偏流が更に抑制される。

本発明の第６観点に係る熱交換器によれば、第２室の下部に溜まる液相の冷媒の量を減らすことができる。

本発明の第７観点に係る熱交換器によれば、折り返し冷媒ヘッダの冷媒流出側内部空間でも、冷媒の液相・気相の偏りが少なくなる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器を備えるヒートポンプ式温水・冷水生成装置の冷媒回路および水循環回路を示す図。 冷凍装置の内部構造を示す図。 熱交換器の外観の一部を示す図。 熱交換器の上面図。 熱交換器の正面図。 図３のVI矢視断面図。 左側の冷媒ヘッダの縦断面図。 上下仕切り板の平面図。 左側の冷媒ヘッダおよび連結される扁平多穴管を背面側から見た図。 変形例Ａに係る熱交換器の冷媒ヘッダの横断面図。 図１０のXI-XI矢視断面図。 変形例Ｂに係る、右側の冷媒ヘッダ（折り返し冷媒ヘッダ）の縦断面図。

本発明の一実施形態に係る熱交換器１０は、熱交換中に相変化を起こす冷媒と、他の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。冷媒として、例えば、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２などのＨＦＣ冷媒が使用される。以下では、冷媒と熱交換を行う他の熱媒体として水を用いる場合を例として記載しているが、他の熱媒体は水に限定されるものではない。

以下、本発明の一実施形態に係る熱交換器１０を、ヒートポンプ式温水・冷水生成装置９０に組み込んだ例を説明する。

（１）ヒートポンプ式温水・冷水生成装置の構成
ヒートポンプ式温水・冷水生成装置９０は、図１に示すように、熱源装置である冷凍装置９１と、貯水ユニット９２とを備える。

冷凍装置９１は、主として、冷媒を圧縮する圧縮機９３と、冷媒と水との間で熱交換を行わせる熱交換器１０と、冷媒の減圧手段として機能する膨張弁９４と、外気と冷媒との間で熱交換を行わせる空気熱交換器９５とを備えている。そして、冷凍装置９１では、圧縮機９３、熱交換器１０、膨張弁９４、空気熱交換器９５が冷媒配管によって接続され、冷媒が循環する冷媒回路が構成されている。また、冷凍装置９１は、冷媒回路に四路切換弁９１ｅを有しており、これを切り替えることで、冷熱源としても温熱源としても働く。四路切換弁９１ｅが図１に示す状態になっているときには、空気熱交換器９５が凝縮器として機能し、熱交換器１０が蒸発器として機能することで、冷凍装置９１が冷熱源として働く。

貯水ユニット９２は、貯水タンク９６と、水循環ポンプ９７とを備える。そして、貯水ユニット９２では、熱交換器１０、貯水タンク９６、水循環ポンプ９７が順に接続されて、水が循環する水循環回路が構成されている。貯水タンク９６に溜められる冷水あるいは温水は、図示しない二次側の設備において冷房や暖房、給湯といった用途に利用される。

図２は、冷凍装置９１の内部構造を示す模式図である。図２において、断熱壁９１ｃの右側区画が機械室９１ａであり、断熱壁９１ｃの左側区画が送風機室９１ｂである。機械室９１ａには、圧縮機９３や膨張弁９４、四路切換弁９１ｅが配置されている。送風機室９１ｂには、モータ（図示省略）によって駆動されるファン９８が配置されている。

また、送風機室９１ｂの下方には、断熱壁９１ｄを隔てて熱交換器１０が配置されている。そして、熱交換器１０にて、冷媒回路を循環する冷媒と、水循環回路を循環する水との間で熱交換が行われる。なお、図２において、空気熱交換器９５は、送風機室９１ｂの左側と背面側に配置されている。

（２）熱交換器の構成
図３は、熱交換器１０の外観の一部を示す図である。図６は、図３のVI矢視の断面図であり、図４は熱交換器１０の上面図、図５は熱交換器１０の正面図である。

なお、以下の説明において、熱交換器１０における冷媒の流れを説明するときには、熱交換器１０が冷媒の蒸発器として機能するときの冷媒の流れで説明を行う。熱交換器１０が冷媒の凝縮器として機能するときの冷媒の流れについては、説明を省略する。

熱交換器１０は、冷媒と水とを熱交換させる積層型のプレート式水熱交換器であって、複数の扁平管２０と、複数の扁平多穴管４０と、各扁平多穴管４０の長手方向に交差する方向に延びる冷媒ヘッダ５１，５２と、を含んで構成される。また、各扁平管２０は、連通部３１，３２で連通している。連通部３１，３２は、扁平管２０の両端部近傍に設けられており、冷媒ヘッダ５１，５２の延びる方向に沿って延びている。なお、本実施形態の熱交換器１０では、１２個の扁平管２０と、１３個の扁平多穴管４０と、が交互に積層されている。ただし、これら積層される扁平管２０や扁平多穴管４０の数は、要求される性能などに応じて適宜選択されるものであり、扁平管２０や扁平多穴管４０の数が、本実施形態の熱交換器１０より多くても良く、あるいは、少なくても良い。

そして、扁平管２０には水が流れ、扁平多穴管４０には圧力の高い冷媒が流れる。このため、扁平多穴管４０には、扁平管２０よりも高い耐圧が要求される。扁平多穴管４０の内部には、扁平多穴管４０の長手方向（水平方向）に延びる複数の穴４１が設けられている。また、扁平多穴管は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、ステンレスなどで形成することができるが、ここでは、アルミニウム合金製の扁平多穴管４０を採用している。アルミニウム合金の引き抜き加工あるいは押し出し加工によって、複数の穴４１を有する扁平多穴管４０を成形している。

一方、内部に水が流れる扁平管２０には、高い耐食性が要求される。このため、扁平管２０は、ステンレス鋼や銅合金で形成されていることが好ましい。また、扁平管２０をアルミニウムやアルミニウム合金から作ることもできるが、この場合には、水の流路となる内面にアルマイト加工や樹脂加工コーティングなどの防食処理を施すことが好ましい。なお、１つの扁平管２０は、金属板のプレス加工により成形された対となる金属プレートが重ね合わされて、その外周縁がロウ付け又は溶接によって接合されることで構成されている。

（２−１）熱交換器における水の流路
扁平管２０、扁平多穴管４０及び冷媒ヘッダ５１，５２が水平方向に延びるように配置された熱交換器１０を示す図４において、熱交換器１０への水の入口管３７および出口管３８を含む左側の連通部３１は扁平管２０の左端部近傍に配置されており、熱交換器１０の右側の連通部３２は扁平管２０の右端部近傍に配置されている。連通部３１の入口管３７及び出口管３８には、それぞれ入口側コック８０及び出口側コック８１が設けられている。また、連通部３１，３２の入口管３７及び出口管３８には、配管などと接続される出入口ポート３６が設けられている（図３参照）。また、連通部３１は、図４に示すように、仕切部によって内部空間が２つの空間３１ａ，３１ｂに仕切られている。

このような構成により、図４において、水は、連通部３１の入口管３７から空間３１ａに入り、６本の扁平管２０に分岐してその中を左から右に向かって流れ、連通部３２において合流する。合流した水は、出口管３８側の６本の扁平管２０に分岐し、それらの中を右から左に向かって流れ、連通部３１の空間３１ｂで合流する。そして、合流した水は、出口管３８を経て熱交換器１０から流出する。なお、熱交換器１０が冷媒の蒸発器として機能する場合、水は、１２個の扁平管２０の中を流れる間に、扁平多穴管４０の冷媒に熱を奪われて冷却される。

（２−２）熱交換器における冷媒の流路
直線状の冷媒ヘッダ５１，５２は、左右方向に水平に延びる１３個の扁平多穴管４０の長手方向の両端部に配置されている。熱交換器１０の上面図である図４において、扁平多穴管４０の左端部に配置される冷媒ヘッダが冷媒ヘッダ５１、扁平多穴管４０の右端部に配置される冷媒ヘッダが冷媒ヘッダ５２である。

冷媒ヘッダ５１，５２には、図４に示すように、その内部空間を２つの空間に仕切る前後仕切り板６８ａ，６８ｂが設けられている。前後仕切り板６８ａ，６８ｂは、冷媒ヘッダ５１，５２の延びる前後方向に直交する面を形成している。そして、冷媒ヘッダ５１の前後仕切り板６８ａは、冷媒ヘッダ５１の内部空間を、後側内部空間ＩＳ１０と前側内部空間ＩＳ２０とに仕切っている。また、冷媒ヘッダ５２の前後仕切り板６８ｂは、冷媒ヘッダ５２の内部空間を、後側内部空間ＩＳ３０と前側内部空間ＩＳ４０とに仕切っている。なお、冷媒ヘッダ５１の前後仕切り板６８ａには穴が開いておらず、冷媒ヘッダ５２の前後仕切り板６８ｂには穴が開いている。

冷媒ヘッダ５２の後側内部空間ＩＳ３０には、後側の６本の扁平多穴管４０が接続されており、これらの６本の扁平多穴管４０から冷媒が流入してくる。前側の７本の扁平多穴管４０が接続されている冷媒ヘッダ５２の前側内部空間ＩＳ４０は、これらの７本の扁平多穴管４０に冷媒を分岐させて流出する。すなわち、冷媒ヘッダ５２は、冷媒を折り返す折り返しヘッダである。

図４において、冷媒は、入口配管５７から冷媒ヘッダ５２の後側内部空間ＩＳ１０に入り、後側の６本の扁平多穴管４０に分岐してそれらの中を左から右に向かって流れ、冷媒ヘッダ５２の後側内部空間ＩＳ３０で合流する。合流した冷媒は、前後仕切り板６８ｂの穴を通って後側内部空間ＩＳ３０から前側内部空間ＩＳ４０に移り、前側の７本の扁平多穴管４０に分岐してその中を右から左に向かって流れ、冷媒ヘッダ５１の前側内部空間ＩＳ２０で合流する。そして、合流した冷媒は、出口配管５８を経て熱交換器１０から流出する。なお、熱交換器１０が冷媒の蒸発器として機能する場合、冷媒は、扁平多穴管４０の中を流れる間に、扁平管２０を流れる水から熱を奪って蒸発する。

なお、ここでは、連通部３１及び冷媒ヘッダ５１，５２が、それぞれ、２つの空間に仕切られているが、仕切られる空間の数はこれに限定されない。また、連通部３２の内部空間が仕切られていてもよい。

（２−３）冷媒ヘッダの詳細構成
次に、左側の冷媒ヘッダ５１の詳細構造、特に、熱交換器１０が冷媒の蒸発器として機能する場合に入口配管５７から気液二相の冷媒が流れ込む、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０に関係する構造について説明する。

図７に、冷媒ヘッダ５１の縦断面図を示す。冷媒ヘッダ５１は、そのヘッダ長手方向が前後方向であって、主として、水平方向（前後方向）に長く延びる筒状部材６５と、後端板６６と、前端板６７と、上述の前後仕切り板６８ａと、上下仕切り板６９とから構成されている。

（２−３−１）筒状部材
筒状部材６５は、その内部空間ＩＳ１０，ＩＳ２０が正面視において略Ｄ字状であり（図９参照）、フラットな右側面（図９における左側の側面）に１３本の上下に延びるスリットが形成されている。これらのスリットには、図４および図５に示すように、右側から扁平多穴管４０が差し込まれる。

（２−３−２）後端板
後端板６６は、筒状部材６５の左側面に形成された後側スリットから差し込まれ、筒状部材６５の後ろの開口を塞ぐ。この後端板６６には、図９に示すように、下部にノズル穴ＥＮ１が開けられている。冷媒入口となるノズル穴ＥＮ１の直径は、後端板６６に連結される入口配管５７の内径よりも小さい。すなわち、ノズル穴ＥＮ１は、入口配管５７を流れてくる冷媒の流路面積を絞る役割を果たす。ノズル穴ＥＮ１から後側内部空間ＩＳ１０に入る冷媒は、噴流となる。

（２−３−３）前端板
前端板６７は、筒状部材６５の左側面に形成された前側スリットから差し込まれ、筒状部材６５の前の開口を塞ぐ。この前端板６７には、図７に示すように、上部に冷媒出口穴ＥＸ１が開けられている。この冷媒出口穴ＥＸ１に、出口配管５８が連結される。

（２−３−４）前後仕切り板
前後仕切り板６８ａは、筒状部材６５の左側面に形成された中央スリットから差し込まれ、内部空間を、後側内部空間ＩＳ１０と前側内部空間ＩＳ２０とに仕切る。後側内部空間ＩＳ１０には、後側の６本の扁平多穴管４０が差し込まれ、前側内部空間ＩＳ２０には、前側の７本の扁平多穴管４０が差し込まれる。

なお、扁平多穴管４０は左右方向に水平に延び、冷媒ヘッダ５１は前後方向に水平に延び、扁平多穴管４０の長手方向と冷媒ヘッダ５１の長手方向とは直交している。また、この熱交換器１０の設置状態において、各扁平多穴管４０の多数の穴４１は、鉛直方向に沿って並ぶ。

（２−３−５）上下仕切り板
上下仕切り板６９は、ヘッダ長手方向に延び、後側内部空間ＩＳ１０をノズル穴ＥＮ１に面した第１室ＩＳ１１と、それとは別の第２室ＩＳ１２とに仕切っている。より詳細に言えば、上下仕切り板６９は、後側内部空間ＩＳ１０を、下側の第１室ＩＳ１１と、上側の第２室ＩＳ１２とに仕切っている。図８に示すように、長方形の上下仕切り板６９には、扁平多穴管４０を避けるための切り欠き６９ａと、前側の切り欠き６９ｂと、後側の切り欠き６９ｃとが形成されている。図７および図８に示すように、前側の切り欠き６９ｂは、前後仕切り板６８ａとともに、第１室ＩＳ１１と第２室ＩＳ１２とを連通させる第１開口ＰＡ１を形成する。また、後側の切り欠き６９ｃは、後端板６６とともに、第１室ＩＳ１１と第２室ＩＳ１２とを連通させる第２開口ＰＡ２を形成する。第１開口ＰＡ１は、ノズル穴ＥＮ１から遠い後側内部空間ＩＳ１０の前端部に位置し、第２開口ＰＡ２は、ノズル穴ＥＮ１に近い後側内部空間ＩＳ１０の後端部に位置している。図７に示すように、第２開口ＰＡ２は、ノズル穴ＥＮ１の近傍に配置されている。

（２−３−６）冷媒ヘッダ内の冷媒の流れ
冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０における冷媒の流れを説明する。

入口配管５７を流れてきてノズル穴ＥＮ１を通った冷媒は、噴流となって後側内部空間ＩＳ１０の下側の第１室ＩＳ１１に流れ込む。冷媒の約半分は、扁平多穴管４０の下部の複数の穴４１に流れ込むが、残りの冷媒は、第１開口ＰＡ１を通って第１室ＩＳ１１から第２室ＩＳ１２に流れる。そして、第２室ＩＳ１２に流れた冷媒の大半は、第２室ＩＳ１２から扁平多穴管４０の上部の複数の穴４１に流れ込む。第２室ＩＳ１２に流れた冷媒の一部は、第２開口ＰＡ２を通って再び第２室ＩＳ１２から第１室ＩＳ１１に戻る。

冷凍装置９１の冷媒回路を流れる冷媒量が多いときは、第２開口ＰＡ２を通って第２室ＩＳ１２から第１室ＩＳ１１に戻る冷媒量が多くなり、冷凍装置９１の冷媒回路を流れる冷媒量が少ないときは、第２開口ＰＡ２を通って第２室ＩＳ１２から第１室ＩＳ１１に戻る冷媒量が少なくなる。

なお、第２開口ＰＡ２がノズル穴ＥＮ１の近傍に配置されているため、ノズル穴ＥＮ１の近傍が低圧力状態となって、第２開口ＰＡ２を通って第２室ＩＳ１２から第１室ＩＳ１１へと戻る冷媒の流れが促進される。

（３）熱交換器の特徴
（３−１）
熱交換器１０では、ノズル穴ＥＮ１から冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０に入った冷媒が、複数の扁平多穴管４０の各穴４１に流れ、扁平多穴管４０に隣接する扁平管２０を流れる水と熱交換を行う。ここで、熱交換器１０が蒸発器として機能し、膨張弁９４で減圧された冷媒が気相および液相が混じる二相状態であった場合、冷媒ヘッダ５１が水平方向に沿って延びているため、仮に上下仕切り板６９がなければ、その後側内部空間ＩＳ１０において、ノズル穴ＥＮ１に近いところの冷媒が主として液相となり、ノズル穴ＥＮ１から遠いところの冷媒が主として気相となる状況が生じる。その状況になると、液相の冷媒が多く流れる扁平多穴管４０と、気相の冷媒が多く流れる扁平多穴管４０とに分かれてしまい、冷媒の偏流が生じる。

しかし、本発明を適用した熱交換器１０では、ヘッダ長手方向に延びる上下仕切り板６９によって、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０を第１室ＩＳ１１と第２室ＩＳ１２とに分けている。そして、ノズル穴ＥＮ１から第１室ＩＳ１１に入った冷媒の一部が、第１室ＩＳ１１から第２室ＩＳ１２に流れ、再び第２室ＩＳ１２から第１室ＩＳ１１に戻るように冷媒ヘッダ５１を構成している。すなわち、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０において、冷媒の一部が循環（ループ）するような構成を、上下仕切り板６９によって実現している。このような構成を採っているため、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０における循環流にのって、ノズル穴ＥＮ１から遠いところまで液相の冷媒が届くようになり、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０の冷媒の液相・気相の偏りが少なくなっている。引いては、各扁平多穴管４０を流れる冷媒の偏流も抑制されている。

（３−２）
熱交換器１０では、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０の第１室ＩＳ１１から第２室ＩＳ１２へと冷媒を流す第１開口ＰＡ１と、第２室ＩＳ１２から第１室ＩＳ１１へと冷媒を戻す第２開口ＰＡ２とを、ヘッダ長手方向の前端部と後端部とに配している。このため、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０において冷媒が滞るデッドエリアが小さくなり、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０に液相の冷媒が滞留することが抑制されている。

（３−３）
熱交換器１０では、ノズル穴ＥＮ１を通って冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０に冷媒が入ってくるため、その冷媒の流速が速くなる。そして、ノズル穴ＥＮ１の近傍に低圧力の空間が生まれることを利用して、第２開口ＰＡ２を介する第２室ＩＳ１２から第１室ＩＳ１１への冷媒の流れを促進している。このため、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０における冷媒の循環量を増やすことができている。すなわち、ノズル穴ＥＮ１による冷媒の噴流を利用してベンチュリ効果によって減圧状態を作り、その近傍に配した第２開口ＰＡ２を通る冷媒の量を増やしているため、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０の冷媒の液相・気相の偏りが更に少なくなっている。

（３−４）
熱交換器１０では、冷媒入口であるノズル穴ＥＮ１の側の第１室ＩＳ１１を下に配置し、その上に第２室ＩＳ１２が配置されるように、上下仕切り板６９が冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０を上下に仕切っている。そして、扁平多穴管４０の穴４１が、第１室ＩＳ１１にも第２室ＩＳ１２にも露出しており、ノズル穴ＥＮ１の側の第１室ＩＳ１１からだけではなく、第２室ＩＳ１２からも扁平多穴管４０の穴４１に冷媒が流れ込む。このような構成を採っているため、多くの冷媒が第１室ＩＳ１１から第２室ＩＳ１２に流れ、その冷媒の一部が第２室ＩＳ１２から再び第１室ＩＳ１１に戻る。これにより、自然と冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０における冷媒循環量が多くなり、冷媒の偏流も更に抑制されている。

また、熱交換器１０では、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０のノズル穴ＥＮ１に近い側（後側）とノズル穴ＥＮ１から遠い側（前側）との冷媒の偏流、すなわち、冷媒ヘッダ５１の長手方向の冷媒偏流が抑制されることに加えて、上下仕切り板６９が冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０を上下に仕切っているため、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０の上部・下部の冷媒の偏りも抑制することができている。

（４）変形例
（４−１）変形例Ａ
上記の熱交換器１０では、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０を上下仕切り板６９で上下に仕切る構造を採用しているが、上下ではなく、左右に仕切る構造を採用してもよい。

図１０に、変形例Ａに係る熱交換器の冷媒ヘッダ１５１を水平面で切断した断面図を示す。図１０の紙面左右方向が、冷媒ヘッダ１５１のヘッダ長手方向であり、図１０の紙面上下方向が、扁平多穴管１４０の長手方向である。冷媒ヘッダ１５１は、冷媒ヘッダ５１と同じく、そのヘッダ長手方向が前後方向であって、主として、水平方向（前後方向）に長く延びる筒状部材１６５と、後端板１６６と、前端板１６７と、前後仕切り板１６８ａと、左右仕切り板１６９とから構成されている。

筒状部材１６５は、筒状部材６５と同じく、その内部空間ＩＳ１１０，ＩＳ１２０が正面視において略Ｄ字状であり、フラットな右側面（図１０における上側の側面）に１３本の上下に延びるスリットが形成されている。これらのスリットには、扁平多穴管１４０が差し込まれる。なお、扁平多穴管１４０は、扁平多穴管４０と同じく、図１１に示すように、多数の穴１４１が鉛直方向（図１０の紙面に直交する方向）に沿って並ぶように配置される。

後端板１６６は、筒状部材１６５の左側面に形成された後側スリットから差し込まれ、筒状部材１６５の後ろの開口を塞ぐ。この後端板１６６には、図１０に示すように、ノズル穴ＥＮ１０１が開けられている。冷媒入口となるノズル穴ＥＮ１０１の直径は、後端板１６６に連結される入口配管１５７の内径よりも小さい。すなわち、ノズル穴ＥＮ１０１は、入口配管１５７を流れてくる冷媒の流路面積を絞る役割を果たす。ノズル穴ＥＮ１０１から後側内部空間ＩＳ１１０に入る冷媒は、噴流となる。

前端板１６７は、筒状部材１６５の左側面に形成された前側スリットから差し込まれ、筒状部材１６５の前の開口を塞ぐ。この前端板１６７には、図１０に示すように、冷媒出口穴ＥＸ１０１が開けられている。この冷媒出口穴ＥＸ１０１に、出口配管１５８が連結される。

前後仕切り板１６８ａは、筒状部材１６５の左側面に形成された中央スリットから差し込まれ、筒状部材１６５の内部空間を、後側内部空間ＩＳ１１０と前側内部空間ＩＳ１２０とに仕切る。後側内部空間ＩＳ１１０には、後側の６本の扁平多穴管１４０が差し込まれ、前側内部空間ＩＳ１２０には、前側の７本の扁平多穴管１４０が差し込まれる。扁平多穴管１４０は左右方向に水平に延び、冷媒ヘッダ１５１は前後方向に水平に延び、扁平多穴管１４０の長手方向と冷媒ヘッダ１５１の長手方向とは直交している。

左右仕切り板１６９は、ヘッダ長手方向に延び、後側内部空間ＩＳ１１０をノズル穴ＥＮ１０１に面した第１室ＩＳ１１１と、それとは別の第２室ＩＳ１１２とに仕切っている。より詳細に言えば、左右仕切り板１６９は、後側内部空間ＩＳ１１０を、扁平多穴管１４０の複数の穴１４１が露出しない左側の第１室ＩＳ１１１と、扁平多穴管１４０の複数の穴１４１が露出する右側の第２室ＩＳ１１２とに仕切っている。そして、冷媒ヘッダ１５１の内部空間に入った冷媒は、第２室ＩＳ１１２から扁平多穴管１４０の複数の穴１４１に流れ込む。左右仕切り板１６９には、図１１に示すように、前側の切り欠き１６９ａと、後側の切り欠き１６９ｂとが形成されている。前側の切り欠き１６９ａは、前後仕切り板１６８ａとともに、第１室ＩＳ１１１と第２室ＩＳ１１２とを連通させる第１開口ＰＡ１０１を形成する。また、後側の切り欠き１６９ｂは、後端板１６６とともに、第１室ＩＳ１１１と第２室ＩＳ１１２とを連通させる第２開口ＰＡ１０２を形成する。第１開口ＰＡ１０１は、ノズル穴ＥＮ１０１から遠く、第２開口ＰＡ１０２は、ノズル穴ＥＮ１０１に近い。図１１に示すように、第２開口ＰＡ１０２は、ノズル穴ＥＮ１０１の近傍で且つ第１室ＩＳ１１１および第２室ＩＳ１１２の底面の近傍に配置されている。

以上のような構造を採る変形例に係る熱交換器は、冷媒ヘッダ１５１において、扁平多穴管１４０の側の第２室ＩＳ１１２（右側の室）と、その反対側の第１室ＩＳ１１１（左側の室）とに内部空間が分かれるように、左右仕切り板１６９を配置している。そして、ノズル穴ＥＮ１０１の側の第１室ＩＳ１１１に入ってきた冷媒は、まず第１室ＩＳ１１１を通り、そこから第２室ＩＳ１１２に入った後に、扁平多穴管１４０の複数の穴１４１に流れ込む。このような構成を採っているため、多くの冷媒が第１室ＩＳ１１１から第２室ＩＳ１１２に流れ、その冷媒が第２室ＩＳ１１２から扁平多穴管１４０へと流れる。そして、一部の冷媒は、第２室ＩＳ１１２から再び第１室ＩＳ１１１に戻る。これにより、自然と冷媒ヘッダ１５１の後側内部空間ＩＳ１１０における冷媒循環量が多くなり、冷媒の偏流が抑制される。

また、まず第１室ＩＳ１１１から第２室ＩＳ１１２に流れ、その冷媒が第２室ＩＳ１１２から扁平多穴管１４０へと流れるという構成を採っているため、冷媒の流速が弱まった第２室ＩＳ１１２において、液相の冷媒が下部に滞留することも想定される。これに鑑み、変形例に係る熱交換器では、冷媒ヘッダ１５１の後側内部空間ＩＳ１１０において、第２室ＩＳ１１２から第１室ＩＳ１１１に戻る冷媒が、第２室ＩＳ１１２の底面の近傍から第１室ＩＳ１１１に戻るという構造を採っている。すなわち、第２室ＩＳ１１２の下部に溜まった冷媒を、第２室ＩＳ１１２の底面の近傍から第２開口ＰＡ１０２を介して第１室ＩＳ１１１に戻す構造を、ここでは採用している。これにより、第２室ＩＳ１１２の下部に滞留する液相の冷媒の量を減らすことができる。なお、第１室ＩＳ１１１に戻された液相の冷媒は、冷媒の流速が速い第１室ＩＳ１１１において気相の冷媒と混じり、第２室ＩＳ１１２を経由して扁平多穴管１４０へと流れることになる。

（４−２）変形例Ｂ
上記の熱交換器１０では、冷媒ヘッダ５１の後側内部空間ＩＳ１０を上下仕切り板６９で上下に仕切る構造を採用しており、その変形例Ａでは、後側内部空間ＩＳ１０を左右仕切り板１６９で仕切る構造を採用しているが、このような仕切り構造を、冷媒ヘッダ５２の内部空間においても採用することができる。具体的には、冷媒ヘッダ５２の前後仕切り板６８ｂよりも前側の前側内部空間ＩＳ４０を、上下仕切り板６９ｂ（図４および図１２参照）あるいは左右仕切り板によって２つの室（第３室および第４室）に分けてもよい。

例えば、図１２に示すように上下仕切り板６９ｂによって前側内部空間ＩＳ４０を上下に仕切り、下側の第３室ＩＳ４３と上側の第４室ＩＳ４４とに分けた場合、冷媒ヘッダ５２の前後仕切り板６８ｂの下部の穴６８ｂ１を通って後側内部空間ＩＳ３０から第３室ＩＳ４３に入った冷媒の少なくとも一部が、第３室ＩＳ４３から第４室ＩＳ４４に流れる。そして、上下仕切り板６９ｂの前側の開口ＰＡ３を通って第３室ＩＳ４３から第４室ＩＳ４４に流れた冷媒が、上下仕切り板６９ｂの後側の開口ＰＡ４を通って再び第４室ＩＳ４４から第３室ＩＳ４３に戻る。このような冷媒のループ構成を採れば、冷媒の折り返し部として機能し冷媒乾き度が高くなりがちな冷媒ヘッダ５２の前側内部空間ＩＳ４０においても、冷媒の液相・気相の偏りが少なくなり、前側の７本の扁平多穴管４０を流れる冷媒の偏流も抑制される。

１０ 熱交換器
４０ 扁平多穴管
４１ 扁平多穴管の複数の穴
５１ 冷媒ヘッダ
５２ 冷媒ヘッダ（折り返し冷媒ヘッダ）
５７ 入口配管
６９ 上下仕切り板（仕切り板）
６９ｂ 上下仕切り板（仕切り板）
１４０ 扁平多穴管
１４１ 扁平多穴管の複数の穴
１５１ 冷媒ヘッダ
１６９ 左右仕切り板（仕切り板）
ＥＮ１，ＥＮ１０１ ノズル穴（冷媒入口）
ＩＳ１０，ＩＳ１１０ 後側内部空間（冷媒ヘッダの内部空間）
ＩＳ１１，ＩＳ１１１ 第１室
ＩＳ１２，ＩＳ１１２ 第２室
ＩＳ３０ 後側内部空間（冷媒流入側内部空間）
ＩＳ４０ 前側内部空間（冷媒流出側内部空間）
ＩＳ４３ 第３室
ＩＳ４４ 第４室
ＰＡ１，ＰＡ１０１ 第１開口
ＰＡ２，ＰＡ１０２ 第２開口

特開２０１４−１４２１６５号公報

Claims (8)

1. 冷媒入口（ＥＮ１，ＥＮ１０１）が形成されている冷媒ヘッダ（５１，１５１）と、
   前記冷媒ヘッダのヘッダ長手方向と交差する方向に延び、前記冷媒ヘッダから冷媒が流れ込む、複数の扁平多穴管（４０，１４０）と、
   を備え、
   前記冷媒ヘッダの内部空間（ＩＳ１０，ＩＳ１１０）は、前記ヘッダ長手方向に延びる仕切り板（６９，１６９）によって、前記冷媒入口の側の第１室（ＩＳ１１，ＩＳ１１１）と、前記第１室とは別の第２室（ＩＳ１２，ＩＳ１１２）とに仕切られ、
   前記複数の扁平多穴管（４０）の複数の穴の一部の穴は前記第１室（ＩＳ１１）に接続されており、前記複数の扁平多穴管（４０）の複数の穴の残りの穴は前記第２室（ＩＳ１２）に接続されており、
   前記冷媒入口から前記第１室に入った冷媒の少なくとも一部は、前記第１室から前記第２室に流れ、再び前記第２室から前記第１室に戻る、
   熱交換器（１０）。
2. 前記冷媒ヘッダの内部空間には、前記ヘッダ長手方向の前記冷媒入口の側と反対側の端部に、前記第１室から前記第２室へと冷媒を流す第１開口（ＰＡ１，ＰＡ１０１）が形成され、前記ヘッダ長手方向の前記冷媒入口の側の端部に、前記第２室から前記第１室へと冷媒を戻す第２開口（ＰＡ２，ＰＡ１０２）が形成されている、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記冷媒入口は、流路面積が絞られたノズルであり、
   前記第２開口は、前記冷媒入口の近傍に形成されており、
   前記冷媒入口から前記冷媒ヘッダの内部空間に流入する冷媒の噴流により、前記冷媒入口の近傍が低圧力状態となって、前記第２開口を通って前記第２室から前記第１室へと戻る冷媒の流れが生じる、
   請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第２室（ＩＳ１１２）から前記第１室（ＩＳ１１１）に戻る冷媒は、前記第２室の底面の近傍から前記第１室に戻る、
   請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記扁平多穴管の冷媒が流れる穴は、水平方向に延びている、請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記扁平多穴管の複数の穴は、前記冷媒ヘッダのヘッダ長手方向と交差する方向に沿って並んでいる、請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記扁平多穴管の複数の穴は、鉛直方向に沿って並んでいる、請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器。
8. 前記冷媒ヘッダ（５１）は、冷媒の入口配管（５７）が接続されるヘッダであり、
   前記冷媒ヘッダ（５１）とは別の、折り返し冷媒ヘッダ（５２）、
   をさらに備え、
   前記冷媒ヘッダ（５１）の内部空間（ＩＳ１０）には、前記入口配管（５７）から冷媒が流れ込み、
   前記折り返し冷媒ヘッダ（５２）の内部空間は、冷媒流入側の前記扁平多穴管（４０）が接続される冷媒流入側内部空間（ＩＳ３０）と、冷媒流出側の前記扁平多穴管（４０）が接続される冷媒流出側内部空間（ＩＳ４０）とに分かれており、
   前記冷媒流出側内部空間（ＩＳ４０）は、ヘッダ長手方向に延びる仕切り板（６９ｂ）によって、前記冷媒流入側内部空間（ＩＳ３０）の側の第３室（ＩＳ４３）と、前記第３室とは別の第４室（ＩＳ４４）とに仕切られ、
   前記冷媒流入側内部空間（ＩＳ３０）から前記第３室に入った冷媒の少なくとも一部は、前記第３室から前記第４室に流れ、再び前記第４室から前記第３室に戻る、
   請求項１から７のいずれかに記載の熱交換器。

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