JP6890509B2

JP6890509B2 - 空気調和機

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Publication number: JP6890509B2
Application number: JP2017175737A
Authority: JP
Inventors: 松本　崇; 崇松本; 洋次尾中; 繁佳松井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: JP2019052784A

Description

本発明は、複数の伝熱管及びヘッダを備えた熱交換器を備える空気調和機に関するものである。

特許文献１には、交互に積層されたチューブ及びフィンと、チューブの両端に設けられたタンクと、を備えた熱交換器が記載されている。冷媒の流入側のタンク内には、反チューブ接続側からチューブ側に向かって突出した壁が設けられている。タンク内の空間は、壁によって空調風の上流側部位と下流側部位とに分けられる。また、チューブも、空調風の上流側部位と下流側部位とに分離される。

特開２００６−２６６５２１号公報

特許文献１には、冷媒の流量が少ないときにも全てのチューブに冷媒を流すことができることが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器では、冷媒が必ずしも全てのチューブに均等に分配されないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ヘッダ内に流入した流体をより均等に複数の伝熱管に分配できる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、熱交換器と、前記熱交換器に空気を供給する送風機と、を備え、前記熱交換器は、互いに並列して配置された複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部が挿入されたヘッダと、前記ヘッダの長手方向一端部に接続された第１流入管と、前記ヘッダの長手方向他端部に接続された第２流入管と、前記ヘッダの長手方向に沿って延伸し、前記ヘッダの内部を第１流路と第２流路とに仕切る仕切壁と、を備え、前記ヘッダは、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部が挿入される複数の挿入孔が形成された第１内壁面と、前記第１内壁面と対向する第２内壁面と、を有しており、前記仕切壁は、前記第２内壁面から前記第１内壁面に向かって突出して形成されており、前記仕切壁の突出方向の先端部は、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部と対向しており、前記第１流入管は、前記第１流路に接続されており、前記第２流入管は、前記第２流路に接続されており、前記第１流路は、前記第２流路よりも風上側に配置されており、前記第１流入管の流路断面積は、前記第２流入管の流路断面積よりも大きいものである。

本発明では、第１流入管からヘッダ内に流入した流体は、第１流路を一方向に流れながら、複数の扁平管に分配される。第２流入管からヘッダ内に流入した流体は、第２流路を上記一方向とは逆の方向に流れながら、複数の扁平管に分配される。したがって、本発明によれば、第１流路及び第２流路のそれぞれの長手方向で流体の偏流が生じたとしても、流体をより均等に複数の扁平管に分配することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００の熱源側ユニット１０の構成を模式的に示す透視斜視図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００において、ハイドロフルオロカーボン冷媒Ｒ４１０ａが用いられた場合の冷凍サイクルのＰ−Ｈ線図である。本発明の実施の形態１に係る熱源側熱交換器１３の構成を示す外観斜視図である。図４のＶ部付近を気流の上流側から見た構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る熱源側熱交換器１３の構成を模式的に示す断面図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す断面図である。図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る熱源側熱交換器１３の液ヘッダ１０１０に流入した冷媒の状態を示す図である。本発明の実施の形態１に係る熱源側熱交換器１３において、扁平管１３ａの位置とその扁平管１３ａに分配される液相冷媒の流量との関係を概念的に示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る熱源側熱交換器１３と、当該熱源側熱交換器１３の第１流入管１００１及び第２流入管１００２に接続される分岐構造１０５０と、の構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態３に係る熱源側熱交換器１３の液ヘッダ１０１０近傍の構成を模式的に示す断面図である。図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面を示す断面図である。本発明の実施の形態４に係る熱源側熱交換器１３の液ヘッダ１０１０近傍の構成を模式的に示す断面図である。図１４のＸＶ−ＸＶ断面を示す断面図である。本発明の実施の形態５に係る熱源側熱交換器１３の液ヘッダ１０１０近傍の構成を模式的に示す断面図である。図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面を示す断面図である。図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面を示す断面図である。

以下、本発明に係る熱交換器及び空気調和機の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図中において、同一の機能及び作用を有する構成要素には同一符号を付し、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成要素の形状、大きさ及び配置などは、本発明の範囲内で適宜変更することができる。明細書中における各構成要素同士の位置関係（例えば、上下関係等）は、原則として、熱交換器及び空気調和機が使用可能な状態に設置されたときのものである。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る熱交換器及び空気調和機について説明する。図１は、本実施の形態に係る空気調和機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。図１では、暖房運転時の冷媒の流れを白抜き矢印で示している。図２は、本実施の形態に係る空気調和機１００の熱源側ユニット１０の構成を模式的に示す透視斜視図である。本実施の形態に係る空気調和機１００は、熱源側ユニット１０と、熱源側ユニット１０に接続された利用側ユニット２０と、利用側ユニット２０と並列に熱源側ユニット１０に接続された利用側ユニット３０と、を備えるマルチ型空気調和機である。熱源側ユニット１０は戸外に設置され、利用側ユニット２０、３０は空調対象である室内に設置される。なお、本実施の形態では、熱源側ユニット１０に２台の利用側ユニット２０、３０が接続されているが、利用側ユニット２０、３０の台数は限定されるものではない。

熱源側ユニット１０は、圧縮機１１、流路切替装置１２、熱源側熱交換器１３、１４、アキュムレータ１５及び送風機１６を備えている。熱源側熱交換器１３、１４は、本発明に係る熱交換器の一例である。利用側ユニット２０は、利用側熱交換器２０ａ、絞り装置２０ｂ及び送風機（図示せず）を備えている。利用側ユニット３０は、利用側ユニット２０と同様に、利用側熱交換器３０ａ、絞り装置３０ｂ及び送風機（図示せず）を備えている。圧縮機１１、流路切替装置１２、熱源側熱交換器１３、１４、アキュムレータ１５、利用側熱交換器２０ａ、３０ａ及び絞り装置２０ｂ、３０ｂは、冷房運転及び暖房運転のそれぞれに応じて冷媒が循環するように、冷媒配管によって接続されている。

圧縮機１１は、吸引した低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧の状態にする流体機械である。圧縮機１１としては、例えばスクロール型圧縮機、レシプロ型圧縮機、又はベーン型圧縮機などが用いられる。

流路切替装置１２は、冷房運転及び暖房運転の間での運転モードの切替えに応じて、冷房用の流路と暖房用の流路とを切り替えるものである。流路切替装置１２は、例えば四方弁で構成されている。流路切替装置１２は、暖房運転が行われる際には、圧縮機１１の吐出側と利用側熱交換器２０ａ、３０ａとを接続するとともに、圧縮機１１の吸引側と熱源側熱交換器１３、１４とを接続する。また、流路切替装置１２は、冷房運転が行われる際には、圧縮機１１の吐出側と熱源側熱交換器１３、１４とを接続するとともに、圧縮機１１の吸引側と利用側熱交換器２０ａ、３０ａと接続する。本実施の形態の流路切替装置１２は四方弁で構成されているが、流路切替装置１２は、例えば複数の二方弁などの組合せにより構成されていてもよい。

熱源側熱交換器１３、１４は、図２に示すように、熱源側ユニット１０の筐体１０ａ内の上部寄りの位置に配置されている。熱源側熱交換器１３、１４は、筐体１０ａの片側の側面及び背面に沿って、上面視でＬ字状に配置されている。熱源側熱交換器１３、１４のそれぞれは、互いに並列して上下方向に延伸した複数の扁平管と、複数の扁平管のうち互いに隣り合う２つの扁平管の間にそれぞれ設けられた複数のコルゲートフィンと、複数の扁平管のそれぞれ上端に接続されたヘッダ集合管１０３０と、複数の扁平管のそれぞれ下端に接続された液ヘッダ１０１０と、を有している。ヘッダ集合管１０３０のそれぞれは、冷媒配管を介して流路切替装置１２に接続されている。液ヘッダ１０１０のそれぞれは、冷媒配管を介して利用側ユニット２０及び利用側ユニット３０に接続されている。熱源側熱交換器１３、１４の詳細な構成については後述する。

送風機１６は、熱源側ユニット１０の筐体１０ａの上部に設けられている。送風機１６は、熱源側熱交換器１３、１４を通過した室外空気を吸引して上方に排出するように構成されている。これにより、熱源側熱交換器１３、１４のそれぞれでは、送風機１６により供給される室外空気と、複数の扁平管を流通する冷媒と、の熱交換が行われる。以下、室外空気の流れのことを単に「気流」又は「風」という場合がある。

アキュムレータ１５は、冷媒の流れにおいて圧縮機１１の吸引側に設けられている。アキュムレータ１５は、流路切替装置１２を介して流入した冷媒を貯留するとともに、ガス冷媒と液冷媒とを分離する。アキュムレータ１５で分離されたガス冷媒は、圧縮機１１によって吸引される。

絞り装置２０ｂは、冷媒の流れにおいて、熱源側熱交換器１３及び熱源側熱交換器１４と利用側熱交換器２０ａとの間に設けられている。絞り装置３０ｂは、冷媒の流れにおいて、熱源側熱交換器１３及び熱源側熱交換器１４と利用側熱交換器３０ａとの間に設けられている。絞り装置２０ｂ、３０ｂとしては、例えば、冷媒の流量調整が可能なリニア電子膨張弁が用いられている。絞り装置２０ｂ、３０ｂのそれぞれによって、冷媒の圧力及び温度が調整される。絞り装置２０ｂ、３０ｂとしては、二位置動作によって冷媒の流れの有無を切り替える開閉弁を用いることもできる。

利用側熱交換器２０ａ、３０ａのそれぞれは、内部を流通する冷媒と、不図示の送風機によって供給される室内空気と、の熱交換を行うように構成されている。

以上のように構成された空気調和機の暖房運転時の動作について、図１及び図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る空気調和機１００において、ハイドロフルオロカーボン冷媒Ｒ４１０ａが用いられた場合の冷凍サイクルのＰ−Ｈ線図である。図３の横軸は比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］を表しており、縦軸は圧力［ＭＰａ］を表している。図３においてＡＡ、ＡＢ、ＡＣ及びＡＤの各点を結ぶ略台形状の実線は、冷凍サイクルの動作状態を示している。高圧側に凸となっている太線の曲線は、冷媒の乾き度Ｘが０又は１となる点を結んだ飽和曲線である。飽和曲線よりも左側は、冷媒がガス状態となる領域であり、飽和曲線よりも右側は、冷媒が液状態となる領域である。飽和曲線の内側の９本の曲線は、冷媒の乾き度Ｘが等しい点を結んだ等乾き度線（Ｘ＝０．１、０．２、・・・、０．９）である。

まず、アキュムレータ１５で分離されたガス冷媒は、圧縮機１１によって吸引されて圧縮され、高温高圧のガス冷媒となる（図３の点ＡＢ）。この高温高圧のガス冷媒は、圧縮機１１から吐出され、流路切替装置１２を通って利用側熱交換器２０ａ、３０ａに流入する。暖房運転時には、利用側熱交換器２０ａ、３０ａは凝縮器として機能する。利用側熱交換器２０ａに流入した高温高圧のガス冷媒は、利用側ユニット２０の送風機により供給される室内空気との熱交換によって凝縮し、低温高圧の液冷媒となる（図３の点ＡＣ）。室内空気は、冷媒からの放熱によって加熱される。この低温高圧の液冷媒は、利用側熱交換器２０ａから流出し、絞り装置２０ｂで減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、利用側ユニット２０から流出する（図３の点ＡＤ）。同様に、利用側熱交換器３０ａに流入した高温高圧のガス冷媒は、利用側ユニット３０の送風機により供給される室内空気との熱交換によって凝縮し、低温高圧の液冷媒となる。この低温高圧の液冷媒は、利用側熱交換器３０ａから流出し、絞り装置３０ｂで減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、利用側ユニット３０から流出する。図３に示す例では、利用側ユニット２０、３０から流出する冷媒の乾き度Ｘは、０．２３程度である。

利用側ユニット２０、３０から流出した低温低圧の気液二相冷媒は、熱源側熱交換器１３、１４のそれぞれの液ヘッダ１０１０に流入する。液ヘッダ１０１０に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、液ヘッダ１０１０から複数の扁平管に分配される。暖房運転時には、熱源側熱交換器１３、１４は蒸発器として機能する。複数の扁平管に流入した気液二相冷媒は、送風機１６により供給される室外空気との熱交換によって蒸発し、低圧のガス冷媒となる（図３の点ＡＡ）。この低温低圧のガス冷媒は、ヘッダ集合管１０３０をそれぞれ介して熱源側熱交換器１３、１４のそれぞれから流出し、流路切替装置１２を通ってアキュムレータ１５に流入する。アキュムレータ１５に流入した冷媒は、液冷媒とガス冷媒とに分離される。アキュムレータ１５で分離されたガス冷媒は、圧縮機１１によって吸引されて圧縮され、高温高圧のガス冷媒となる（図３の点ＡＢ）。暖房運転時には、以上の流れが連続的に繰り返される。これにより、冷媒が冷媒回路内を循環する。

次に、熱源側熱交換器１３、１４の詳細な構成について説明する。熱源側熱交換器１３、１４は概ね同様の構成を有しているため、ここでは熱源側熱交換器１３を例に挙げて説明する。図４は、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３の構成を示す外観斜視図である。図５は、図４のＶ部付近を気流の上流側から見た構成を示す斜視図である。

図４及び図５に示すように、熱源側熱交換器１３は、内部流体である冷媒を上下方向、例えば鉛直上下方向に流通させる縦流れ式の空気−冷媒熱交換器である。熱源側熱交換器１３は、互いに並列して上下方向に延伸した複数の扁平管１３ａ（伝熱管の一例）と、複数の扁平管１３ａのうち互いに隣り合う２つの扁平管１３ａの間にそれぞれ設けられた複数のコルゲートフィン１３ｂと、複数の扁平管１３ａのそれぞれ上端に接続されたヘッダ集合管１０３０と、複数の扁平管１３ａのそれぞれ下端に接続された液ヘッダ１０１０（ヘッダの一例）と、を有している。冷媒と空気との熱交換が行われるコア部１０４０は、複数の扁平管１３ａと複数のコルゲートフィン１３ｂとが交互に積層された構成を有している。ヘッダ集合管１０３０及び液ヘッダ１０１０は、それぞれの長手方向が水平となるように配置されている。

送風機１６の駆動によって発生する気流は、図４中の矢印Ｆ１で示す方向に沿って熱源側熱交換器１３のコア部１０４０に流入する。コア部１０４０を通過した後の気流は、図４中の矢印Ｆ２で示す上方向に向きを変えて、筐体１０ａから流出する。

複数の扁平管１３ａは、矢印Ｆ１で示す気流の流れ方向と直交するように左右方向に並列して配置されている。扁平管１３ａのそれぞれは、気流の流れ方向と扁平面１３ｅとが平行になるように配置されている。隣り合う２つの扁平管１３ａにおいて互いに対向する扁平面１３ｅ同士の間隔は、例えば１０ｍｍである。扁平管１３ａとしては、複数の冷媒通路１３ｆが並列して内部に形成された多穴管が用いられている。

コルゲートフィン１３ｂは、例えば厚さ１ｍｍ未満の薄板が波状に折り曲げられた形状を有している。コルゲートフィン１３ｂは、気流の流れ方向において、２つの扁平管１３ａに挟まれた本体部１３ｇと、２つの扁平管１３ａの間から気流の上流側に突出した端部１３ｋと、を有している。コルゲートフィン１３ｂの本体部１３ｇの折曲げ頂部は、２つの扁平管１３ａのいずれかの扁平面１３ｅに接合されている。

コルゲートフィン１３ｂの本体部１３ｇにおける各斜面には、凝縮水を排水する排水穴１３ｈと、排水穴１３ｈよりも気流の上流側に設けられた第１ルーバー１３ｉと、排水穴１３ｈよりも気流の下流側に設けられた第２ルーバー１３ｊと、が形成されている。

扁平管１３ａ及びコルゲートフィン１３ｂは、熱伝導性の高いアルミニウムを用いて形成されている。扁平管１３ａとコルゲートフィン１３ｂとは、例えばノコロックろう付け法などの金属接合方法を用いて接合されている。なお、扁平管１３ａ及びコルゲートフィン１３ｂは、必ずしも同じ材質で形成されていなくてもよい。

次に、熱源側熱交換器１３における液ヘッダ１０１０及びヘッダ集合管１０３０の構成について説明する。図６は、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３の構成を模式的に示す断面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す断面図である。図８は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を示す断面図である。図６〜図８に示すように、液ヘッダ１０１０は、一方向に長くかつ四角形状の断面を備えた四角筒状の形状を有している。液ヘッダ１０１０は、少なくとも、液ヘッダ１０１０の内部空間の上側に位置する第１内壁面１０１１と、当該内部空間の下側に位置する第２内壁面１０１２とを有している。第１内壁面１０１１には、複数の挿入孔１０１４が形成されている。複数の挿入孔１０１４には、複数の扁平管１３ａの下端部１３ａ１がそれぞれ挿入されている。扁平管１３ａの延伸方向は、液ヘッダ１０１０の長手方向と直交している。第２内壁面１０１２は、液ヘッダ１０１０の内部空間を挟んで第１内壁面１０１１と対向している。

液ヘッダ１０１０の長手方向一端部（図６及び図７では右端部）には、直管状の第１流入管１００１が接続されている。液ヘッダ１０１０の長手方向他端部（図６及び図７では左端部）には、直管状の第２流入管１００２が接続されている。熱源側熱交換器１３が蒸発器として機能する暖房運転時には、第１流入管１００１及び第２流入管１００２のそれぞれを介して、液ヘッダ１０１０内に気液二相冷媒が流入する。液ヘッダ１０１０内に流入した気液二相冷媒は、複数の扁平管１３ａに分配される。すなわち、液ヘッダ１０１０は、流体を複数の扁平管１３ａに分配する水平ヘッダ分配器として機能する。

第１流入管１００１は、当該第１流入管１００１の管軸１００１ａ（図７参照）が液ヘッダ１０１０の長手方向と平行になるように設けられている。第１流入管１００１の一部は、液ヘッダ１０１０の内部に挿入されている。第２流入管１００２は、当該第２流入管１００２の管軸１００２ａが液ヘッダ１０１０の長手方向と平行になるように設けられている。第２流入管１００２の一部は、液ヘッダ１０１０の内部に挿入されている。第１流入管１００１から液ヘッダ１０１０に冷媒が流入する方向と、第２流入管１００２から液ヘッダ１０１０に冷媒が流入する方向とは、互いに逆向きになっている。

液ヘッダ１０１０の内部には、液ヘッダ１０１０の長手方向に沿って延伸した平板状の仕切壁１０１３が形成されている。液ヘッダ１０１０の内部は、仕切壁１０１３によって第１流路１０２１と第２流路１０２２とに不完全に仕切られている。第１流路１０２１は、第２流路１０２２よりも風上側に位置している。仕切壁１０１３の一方の面１０１３ｂは、第１流路１０２１に面している。仕切壁１０１３の他方の面１０１３ｃは、第２流路１０２２に面している。

仕切壁１０１３は、液ヘッダ１０１０の第２内壁面１０１２から第１内壁面１０１１に向かって突出して形成されている。仕切壁１０１３の突出方向の先端部１０１３ａは、複数の扁平管１３ａのそれぞれの下端部１３ａ１と、隙間を介して対向している。仕切壁１０１３の先端部１０１３ａは、複数の扁平管１３ａのそれぞれの下端部１３ａ１のうち、下端部１３ａ１の長手方向（すなわち、扁平管１３ａの扁平方向）の中央部と対向している。ここで、扁平管１３ａの扁平方向とは、扁平管１３ａの延伸方向と垂直でかつ扁平面１３ｅと平行な方向のことである。

扁平管１３ａの延伸方向が鉛直上下方向となるように熱源側熱交換器１３が立てて置かれている場合、扁平管１３ａの下端部１３ａ１の高さ位置Ｈ１は、仕切壁１０１３の先端部１０１３ａの高さ位置Ｈ２と同じか又はそれより高くなっている。また、仕切壁１０１３の先端部１０１３ａの高さ位置Ｈ２は、第１流入管１００１及び第２流入管１００２の上部の高さ位置Ｈ３（例えば、第１流入管１００１及び第２流入管１００２の内部流路の最上部の高さ位置）よりも高くなっている。

第１流入管１００１及び第２流入管１００２は、風の流れ方向において互いにずれて設けられている。第１流入管１００１は、液ヘッダ１０１０のうち仕切壁１０１３よりも風上側、すなわち第１流路１０２１に接続されている。扁平管１３ａの延伸方向に沿って見たとき、第１流入管１００１の管軸１００１ａは、液ヘッダ１０１０の長手方向に沿って第１流路１０２１上に延びている（図７参照）。これにより、第１流入管１００１を介して液ヘッダ１０１０に流入した気液二相冷媒は、仕切壁１０１３の風上側の面１０１３ｂに沿って第１流路１０２１を流通する。

第２流入管１００２は、液ヘッダ１０１０のうち仕切壁１０１３よりも風下側、すなわち第２流路１０２２に接続されている。第２流入管１００２の管軸１００２ａは、液ヘッダ１０１０の長手方向に沿って第２流路１０２２上に延びている。これにより、第２流入管１００２を介して液ヘッダ１０１０に流入した気液二相冷媒は、仕切壁１０１３の風下側の面１０１３ｃに沿って、第１流路１０２１の冷媒の流通方向とは逆向きに第２流路１０２２を流通する。

ヘッダ集合管１０３０は、一方向に長くかつ四角形状の断面を備えた四角筒状の形状を有している。液ヘッダ１０１０とは異なり、ヘッダ集合管１０３０の内部には仕切壁が形成されていない。ヘッダ集合管１０３０には、複数の扁平管１３ａの上端部１３ａ２がそれぞれ挿入されている。ヘッダ集合管１０３０の長手方向一端部（図６では右端部）には、流出管１００３が接続されている。暖房運転時のヘッダ集合管１０３０からは、扁平管１３ａで空気との熱交換により蒸発したガス冷媒が流出管１００３を介して流出する。

次に、暖房運転時に液ヘッダ１０１０に流入した冷媒の状態について説明する。図９は、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３の液ヘッダ１０１０に流入した冷媒の状態を示す図である。図９では、第２流入管１００２から第２流路１０２２に流入した気液二相冷媒のうちの液相冷媒の液面の例を実線で示しており、第１流入管１００１から第１流路１０２１に流入した気液二相冷媒のうちの液相冷媒の液面の例を破線で示している。

図９に示すように、暖房運転時には、第１流入管１００１及び第２流入管１００２のそれぞれを介して液ヘッダ１０１０に気液二相冷媒が流入する。液ヘッダ１０１０に流入した気液二相冷媒は、複数の扁平管１３ａのそれぞれに分流し、空気との熱交換によって蒸発する。蒸発したガス冷媒は、複数の扁平管１３ａのそれぞれからヘッダ集合管１０３０に流入し、流出管１００３を介して外部に流出する。

一般に、流入管は液ヘッダの長手方向一端部のみに接続されている。このため、流入管を介して液ヘッダに流入する気液二相冷媒の質量速度が大きいときには、ガス冷媒よりも密度の大きい液相冷媒は、慣性力によって液ヘッダの終端側に偏流する。一方、流入管を介して液ヘッダに流入する気液二相冷媒の質量速度が小さいときには、液相冷媒は液ヘッダの入口側に偏流する。したがって、液ヘッダの入口側に位置する扁平管に分配される液相冷媒の流量と、液ヘッダの終端側に位置する扁平管に分配される液相冷媒の流量とが不均一になりやすかった。これにより、熱交換器での熱交換効率の低下が生じやすかった。

図１０は、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３において、扁平管１３ａの位置とその扁平管１３ａに分配される液相冷媒の流量との関係を概念的に示すグラフである。グラフの横軸は、液ヘッダ１０１０の長手方向における扁平管１３ａの接続位置を表している。この横軸において、左端は第２流入管１００２の位置（図９では、液ヘッダ１０１０の長手方向左端部）を表しており、右端は第１流入管１００１の位置（図９では、液ヘッダ１０１０の長手方向右端部）を表している。グラフの縦軸は、扁平管１３ａに分配される液相冷媒の流量（液分配流量）を表している。線ＦＲ１は、第１流入管１００１から液ヘッダ１０１０に流入して各扁平管１３ａに分配される液相冷媒の流量の分布を表している。線ＦＲ２は、第２流入管１００２から液ヘッダ１０１０に流入して各扁平管１３ａに分配される液相冷媒の流量の分布を表している。線ＦＲｔｏｔａｌは、各扁平管１３ａに分配される液相冷媒の総流量の分布を表している。なお、第１流入管１００１及び第２流入管１００２から液ヘッダ１０１０に流入する気液二相冷媒の質量速度は、いずれも比較的大きいものとする。

図１０の線ＦＲ１で示すように、第１流入管１００１から液ヘッダ１０１０に流入して各扁平管１３ａに分配される液相冷媒の流量は、第１流入管１００１から遠ざかり第１流路１０２１の終端に近づくほど多くなる。一方、線ＦＲ２で示すように、第２流入管１００２から液ヘッダ１０１０に流入して各扁平管１３ａに分配される液相冷媒の流量は、第２流入管１００２から遠ざかり第２流路１０２２の終端に近づくほど多くなる。線ＦＲ１で示す液相冷媒の流量の分布と線ＦＲ２で示す液相冷媒の流量の分布とは、液ヘッダ１０１０の長手方向において概ね対称となっている。このため、複数の扁平管１３ａのそれぞれに分配される液相冷媒の総流量は、線ＦＲｔｏｔａｌで示すように、液ヘッダ１０１０の長手方向における各扁平管１３ａの位置に関わらずほぼ均等になる。

以上のように、本実施の形態では、液ヘッダ１０１０内に設けられた仕切壁１０１３により、第１流入管１００１から流入した冷媒が流通する第１流路１０２１と、第２流入管１００２から流入した冷媒が流通する第２流路１０２２と、が仕切られている。これにより、液ヘッダ１０１０内には、長手方向一端部側及び長手方向他端部側のそれぞれから互いに対向するように気液二相冷媒を流通させることができる。このため、冷媒回路の運転条件、すなわち液ヘッダ１０１０内に流入する冷媒の流量に依存せず、複数の扁平管１３ａに冷媒をより均等に分配することができる。したがって、熱源側熱交換器１３の熱交換効率の向上、及び熱源側熱交換器１３での冷媒の圧力損失の低減を実現できるため、空気調和機１００全体の性能を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３は、互いに並列して配置された複数の扁平管１３ａと、複数の扁平管１３ａのそれぞれの下端部１３ａ１が挿入された液ヘッダ１０１０と、液ヘッダ１０１０の長手方向一端部に接続された第１流入管１００１と、液ヘッダ１０１０の長手方向他端部に接続された第２流入管１００２と、液ヘッダ１０１０の長手方向に沿って延伸し、液ヘッダ１０１０の内部を第１流路１０２１と第２流路１０２２とに仕切る仕切壁１０１３と、を備えている。液ヘッダ１０１０は、複数の扁平管１３ａのそれぞれの下端部１３ａ１が挿入される複数の挿入孔１０１４が形成された第１内壁面１０１１と、第１内壁面１０１１と対向する第２内壁面１０１２と、を有している。仕切壁１０１３は、第２内壁面１０１２から第１内壁面１０１１に向かって突出して形成されている。仕切壁１０１３の突出方向の先端部１０１３ａは、複数の扁平管１３ａのそれぞれの下端部１３ａ１と対向している。第１流入管１００１は、第１流路１０２１に接続されている。第２流入管１００２は、第２流路１０２２に接続されている。ここで、熱源側熱交換器１３は、熱交換器の一例である。扁平管１３ａは、伝熱管の一例である。下端部１３ａ１は、伝熱管の端部の一例である。液ヘッダ１０１０は、ヘッダの一例である。

第１流入管１００１から液ヘッダ１０１０内に流入した流体は、第１流路１０２１を一方向に流れながら、複数の扁平管１３ａに分配される。第２流入管１００２から液ヘッダ１０１０内に流入した流体は、第２流路１０２２を上記一方向とは逆の方向に流れながら、複数の扁平管１３ａに分配される。したがって、この構成によれば、第１流路１０２１及び第２流路１０２２のそれぞれの長手方向で慣性力による流体の偏流が生じたとしても、複数の扁平管１３ａに流体をより均等に分配することができる。よって、熱源側熱交換器１３の熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３において、複数の伝熱管のそれぞれは扁平管１３ａである。仕切壁１０１３の先端部１０１３ａは、扁平管１３ａの下端部１３ａ１における長手方向中央部と対向している。この構成によれば、第１流路１０２１及び第２流路１０２２のいずれからも複数の扁平管１３ａのそれぞれに流体を分配することができる。

また、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３において、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２を複数の扁平管１３ａの延伸方向に沿って見たとき、第１流入管１００１の管軸１００１ａは、液ヘッダ１０１０の長手方向に沿って第１流路１０２１上に延伸している。第２流入管１００２の管軸１００２ａは、液ヘッダ１０１０の長手方向に沿って第２流路１０２２上に延伸している。この構成によれば、第１流路１０２１及び第２流路１０２２のそれぞれを流れる流体の流量分布を、液ヘッダ１０１０の長手方向において概ね対称とすることができる。したがって、複数の扁平管１３ａに流体をより均等に分配することができる。

本実施の形態に係る空気調和機１００は、上記の熱源側熱交換器１３を備えるものである。この構成によれば、熱源側熱交換器１３の熱交換効率を向上させることができるため、空気調和機１００の性能を向上させることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る熱交換器について説明する。図１１は、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３と、当該熱源側熱交換器１３の第１流入管１００１及び第２流入管１００２に接続される分岐構造１０５０と、の構成を模式的に示す図である。

図１１に示すように、暖房運転時の冷媒の流れにおいて熱源側熱交換器１３の上流側には、冷媒を分流させる分岐構造１０５０が設けられている。分岐構造１０５０は、冷媒管１０５３と、冷媒管１０５３から分岐部１０５４で分岐して第１流入管１００１及び第２流入管１００２にそれぞれ接続される冷媒管１０５１及び冷媒管１０５２と、を有している。熱源側熱交換器１３が蒸発器として機能する暖房運転時において、冷媒管１０５３には、絞り装置２０ｂ、３０ｂで減圧された気液二相冷媒が流入する。冷媒管１０５３に流入した気液二相冷媒は、分岐部１０５４で冷媒管１０５１及び冷媒管１０５２に分流する。冷媒管１０５１に分流した気液二相冷媒は、第１流入管１００１から液ヘッダ１０１０の第１流路１０２１に流入する。冷媒管１０５２に分流した気液二相冷媒は、第２流入管１００２から液ヘッダ１０１０の第２流路１０２２に流入する。分岐構造１０５０は、冷媒管１０５１、１０５２のそれぞれに分流する気液二相冷媒の質量流量及び乾き度が同程度になるように、水平方向で概ね対称な構造となるように設けられている。

本実施の形態によれば、第１流入管１００１から第１流路１０２１に流入する気液二相冷媒の質量流量及び乾き度と、第２流入管１００２から第２流路１０２２に流入する気液二相冷媒の質量流量及び乾き度と、をそれぞれ同程度にすることができる。したがって、複数の扁平管１３ａに気液二相冷媒をより均等に分配することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る熱交換器について説明する。図１２は、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３の液ヘッダ１０１０近傍の構成を模式的に示す断面図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面を示す断面図である。

図１２及び図１３に示すように、本実施の形態の仕切壁１０１３には、複数の孔１０６０が形成されている。複数の孔１０６０のそれぞれは、仕切壁１０１３の第１流路１０２１側の面１０１３ｂと、仕切壁１０１３の第２流路１０２２側の面１０１３ｃと、の間を仕切壁１０１３の厚み方向に貫通している。これにより、第１流路１０２１又は第２流路１０２２の一方を流通する冷媒の一部は、孔１０６０を介して第１流路１０２１又は第２流路１０２２の他方に流入することが可能になっている。複数の孔１０６０は、液ヘッダ１０１０の長手方向で互いに並列するように設けられている。孔１０６０の形状は円形に限られず、スリット状等の他の形状であってもよい。

本実施の形態によれば、第１流入管１００１から流入する冷媒の流量と、第２流入管１００２から流入する冷媒の流量とが異なっていても、第１流路１０２１及び第２流路１０２２のそれぞれでの液相冷媒の液面高さをより均一にすることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３において、仕切壁１０１３には、当該仕切壁１０１３の第１流路１０２１側の面１０１３ｂと、当該仕切壁１０１３の第２流路１０２２側の面１０１３ｃと、の間を貫通した孔１０６０が形成されている。この構成によれば、孔１０６０を介して第１流路１０２１又は第２流路１０２２の一方から他方に流体を流通させることができる。これにより、第１流入管１００１から流入する流体の流量と、第２流入管１００２から流入する流体の流量とが異なっていても、第１流路１０２１及び第２流路１０２２のそれぞれでの流体の流量をより均一にすることができる。したがって、複数の扁平管１３ａに流体をより均等に分配することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る熱交換器について説明する。図１４は、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３の液ヘッダ１０１０近傍の構成を模式的に示す断面図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ断面を示す断面図である。

図１４及び図１５に示すように、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２は、いずれも円管状の形状を有している。第１流入管１００１及び第２流入管１００２のそれぞれの管軸は、液ヘッダ１０１０の管軸と平行になっている。液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２を液ヘッダ１０１０の長手方向（すなわち、液ヘッダ１０１０の管軸）に沿って見たとき、第１流入管１００１及び第２流入管１００２は、液ヘッダ１０１０の管壁よりも内周側に位置している（図１５参照）。仕切壁１０１３の先端部１０１３ａは、複数の扁平管１３ａのそれぞれの下端部１３ａ１の長手方向中央部と、隙間を介して対向している。

本実施の形態では仕切壁１０１３に孔１０６０が形成されているが、孔１０６０は形成されていなくてもよい。また、液ヘッダ１０１０と仕切壁１０１３とは、押出成形によって一体的に形成されていてもよい。この場合、液ヘッダ１０１０及び仕切壁１０１３は、例えばアルミニウム等の材料で形成される。押出成形によって液ヘッダ１０１０と仕切壁１０１３とを一体的に形成することにより、熱源側熱交換器１３の製造コストを削減することができる。

本実施の形態では、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２がいずれも円管状の形状を有している。これにより、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２をいずれも押出成形によって形成することができるため、熱源側熱交換器１３の製造コストを低減できる。また、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２がいずれも円管状の形状を有しているため、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２のそれぞれの耐圧性能を向上させることができる。さらに、液ヘッダ１０１０が円管状の形状を有しているため、液ヘッダ１０１０の底面となる第２内壁面１０１２と、冷媒の流出先である扁平管１３ａの下端部１３ａ１と、の距離を長くすることができる。これにより、液ヘッダ１０１０の下方（例えば、下端部１３ａ１よりも下方）に冷媒の液面を形成することができる。したがって、ガス冷媒と液冷媒との界面に作用するせん断力により液滴が飛散しやすくなるため、冷媒が撹拌されやすくなる。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３において、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２は、いずれも円管状の形状を有している。液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２を液ヘッダ１０１０の長手方向に沿って見たとき、第１流入管１００１及び第２流入管１００２は、液ヘッダ１０１０の管壁よりも内周側に位置している。この構成によれば、冷媒の液面が液ヘッダ１０１０の下方に形成されるともに、ガスにより冷媒が均一に攪拌される。このため、実施の形態１〜３と比較して、液ヘッダ１０１０内の冷媒をより均一に流動させることができる。したがって、複数の扁平管１３ａに流体をより均等に分配することができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る熱交換器及び空気調和機について説明する。図１６は、本実施の形態に係る熱源側熱交換器１３の液ヘッダ１０１０近傍の構成を模式的に示す断面図である。図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面を示す断面図である。図１８は、図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面を示す断面図である。

図１６〜図１８に示すように、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２は、いずれも円管状の形状を有している。第１流入管１００１の管径は、第２流入管１００２の管径よりも大きくなっている。すなわち、第１流入管１００１の流路断面積をＡ１とし、第２流入管１００２の流路断面積をＡ２とすると、流路断面積Ａ１は流路断面積Ａ２よりも大きくなっている（Ａ１＞Ａ２）。ここで、送風機１６（図１６〜図１８では図示せず）により熱源側熱交換器１３に供給される空気の流れにおいて、第１流入管１００１及び第１流路１０２１は、第２流入管１００２及び第２流路１０２２よりも風上側に配置されている。第１流入管１００１の一部及び第２流入管１００２の一部は、液ヘッダ１０１０の内部に挿入されている。第１流入管１００１及び第２流入管１００２のそれぞれの管軸は、液ヘッダ１０１０の管軸と平行になっている。液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２を液ヘッダ１０１０の長手方向（すなわち、液ヘッダ１０１０の管軸）に沿って見たとき、第１流入管１００１及び第２流入管１００２は、液ヘッダ１０１０の管壁よりも内周側に位置している（図１８参照）。

本実施の形態では仕切壁１０１３に孔１０６０が形成されているが、孔１０６０は形成されていなくてもよい。また、液ヘッダ１０１０と仕切壁１０１３とは、押出成形によって一体的に形成されていてもよい。この場合、液ヘッダ１０１０及び仕切壁１０１３は、例えばアルミニウム等の材料で形成される。押出成形によって液ヘッダ１０１０と仕切壁１０１３とを一体的に形成することにより、熱源側熱交換器１３の製造コストを低減できる。

本実施の形態の熱源側熱交換器１３では、第１流入管１００１の流路断面積が第２流入管１００２の流路断面積よりも大きいため、第１流路１０２１には、第２流路１０２２よりも多くの冷媒が流れる。これにより、空気の流れに対して扁平管１３ａの前縁側に位置する冷媒通路１３ｆには、扁平管１３ａの後縁側に位置する冷媒通路１３ｆよりも多くの冷媒を流すことができる。扁平管１３ａの前縁側は後縁側よりも熱負荷が大きいため、扁平管１３ａの前縁側に位置する冷媒通路１３ｆに多くの冷媒を流すことによって、熱源側熱交換器１３の熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態では、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２がいずれも円管状の形状を有している。これにより、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２をいずれも押出成形によって形成することができるため、熱源側熱交換器１３の製造コストを低減できる。また、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２がいずれも円管状の形状を有しているため、液ヘッダ１０１０、第１流入管１００１及び第２流入管１００２のそれぞれの耐圧性能を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和機１００は、熱源側熱交換器１３に空気を供給する送風機１６を備えている。第１流路１０２１は、第２流路１０２２よりも風上側に配置されている。第１流入管１００１の流路断面積Ａ１は、第２流入管１００２の流路断面積Ａ２よりも大きくなっている。この構成によれば、相対的に熱負荷が大きい扁平管１３ａの前縁側に、扁平管１３ａの後縁側よりも多くの冷媒を流すことができる。したがって、熱源側熱交換器１３の熱交換効率を向上させることができるため、空気調和機１００全体の性能を向上させることができる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、伝熱管として、扁平な断面形状を有する扁平管１３ａを例に挙げたが、伝熱管の断面形状及び挿入形状は扁平形状に限られない。また、上記実施の形態では、伝熱管として、複数の冷媒通路１３ｆが形成された多穴管を例に挙げたが、多穴管以外の伝熱管を用いることもできる。

上記の各実施の形態は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１０熱源側ユニット、１０ａ筐体、１１圧縮機、１２流路切替装置、１３、１４熱源側熱交換器、１３ａ扁平管、１３ａ１下端部、１３ａ２上端部、１３ｂコルゲートフィン、１３ｅ扁平面、１３ｆ冷媒通路、１３ｇ本体部、１３ｈ排水穴、１３ｉ第１ルーバー、１３ｊ第２ルーバー、１３ｋ端部、１５アキュムレータ、１６送風機、２０利用側ユニット、２０ａ利用側熱交換器、２０ｂ絞り装置、３０利用側ユニット、３０ａ利用側熱交換器、３０ｂ絞り装置、１００空気調和機、１００１第１流入管、１００１ａ管軸、１００２第２流入管、１００２ａ管軸、１００３流出管、１０１０液ヘッダ、１０１１第１内壁面、１０１２第２内壁面、１０１３仕切壁、１０１３ａ先端部、１０１３ｂ、１０１３ｃ面、１０１４挿入孔、１０２１第１流路、１０２２第２流路、１０３０ヘッダ集合管、１０４０コア部、１０５０分岐構造、１０５１、１０５２、１０５３冷媒管、１０５４分岐部、１０６０孔。

Claims

熱交換器と、
前記熱交換器に空気を供給する送風機と、を備え、
前記熱交換器は、
互いに並列して配置された複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管のそれぞれの端部が挿入されたヘッダと、
前記ヘッダの長手方向一端部に接続された第１流入管と、
前記ヘッダの長手方向他端部に接続された第２流入管と、
前記ヘッダの長手方向に沿って延伸し、前記ヘッダの内部を第１流路と第２流路とに仕切る仕切壁と、を備え、
前記ヘッダは、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部が挿入される複数の挿入孔が形成された第１内壁面と、前記第１内壁面と対向する第２内壁面と、を有しており、
前記仕切壁は、前記第２内壁面から前記第１内壁面に向かって突出して形成されており、
前記仕切壁の突出方向の先端部は、前記複数の伝熱管のそれぞれの端部と対向しており、
前記第１流入管は、前記第１流路に接続されており、
前記第２流入管は、前記第２流路に接続されており、
前記第１流路は、前記第２流路よりも風上側に配置されており、
前記第１流入管の流路断面積は、前記第２流入管の流路断面積よりも大きい
空気調和機。
前記複数の伝熱管のそれぞれは扁平管であり、
前記仕切壁の前記先端部は、前記扁平管の端部における長手方向中央部と対向している請求項１に記載の空気調和機。
前記ヘッダ、前記第１流入管及び前記第２流入管を前記複数の伝熱管の延伸方向に沿って見たとき、
前記第１流入管の管軸は、前記ヘッダの長手方向に沿って前記第１流路上に延伸しており、
前記第２流入管の管軸は、前記ヘッダの長手方向に沿って前記第２流路上に延伸している請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
前記仕切壁には、当該仕切壁の前記第１流路側の面と、当該仕切壁の前記第２流路側の面と、の間を貫通した孔が形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和機。
前記ヘッダ、前記第１流入管及び前記第２流入管は、いずれも円管状の形状を有しており、
前記ヘッダ、前記第１流入管及び前記第２流入管を前記ヘッダの長手方向に沿って見たとき、前記第１流入管及び前記第２流入管は、前記ヘッダの管壁よりも内周側に位置している請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の空気調和機。