JP6913826B2 - 熱交換器、連通部の製造方法、室内機、室外機及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、連通部の製造方法、室内機、室外機及び空気調和機に関する。

本技術分野の背景技術として、特開平２０１３−１３０３８６号公報（特許文献１）がある。この公報には、「室外熱交換器では、各扁平管の一端が第１ヘッダ集合管に接続される。第１ヘッダ集合管の下側空間は、上側横仕切板と下側横仕切板と縦仕切板とによって、三つの連通室と一つの混合室とに仕切られる。複数の連通室は、上下に並んでいる。各連通室には、複数本の扁平管が接続されている。混合室は、中央の連通室に隣接している。混合室は、下側横仕切板の連通用貫通孔を介して第１連通室に連通し、縦仕切板（の連通用貫通孔を介して第２連通室に連通し、上側横仕切板の連通用貫通孔を介して第３連通室に連通する。」と記載されている（要約参照）。

特開２０１３−１３０３８６号公報

前記特許文献１の技術は、各扁平管に流入する冷媒の乾き度を均一化することを意図している。しかしながら、各扁平管及び各フィンの通風量にはばらつきが存在する場合がある。その場合には、扁平管によって冷媒の供給量を可変する必要がある。しかしながら、特許文献１には、扁平管によって冷媒の供給量を変えて熱交換器の熱交換効率を向上させる技術については何ら開示されていない。
そこで、本発明は、伝熱管によって冷媒の供給量を変えて熱交換器の熱交換効率を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の一形態である熱交換器は、一対のヘッダと、前記ヘッダの長手方向に複数本並び、両端側が前記各ヘッダにそれぞれ接続されている伝熱管と、前記各伝熱管に接続されて、複数枚が当該伝熱管の長手方向に並ぶフィンとを備え、前記一対のヘッダのうちで外部からの冷媒の流入側となる流入側ヘッダは、前記冷媒の流入口が設けられ、気液二相の冷媒が流入する気液混合部と、前記流入側ヘッダをその長手方向に仕切って複数設けられ、前記気液混合部とも仕切られていて、１本又は連続的に並列した複数本の前記伝熱管と接続しているヘッダ内空間と、異なる前記ヘッダ内空間と前記気液混合部とをそれぞれ連通する複数本の連通管と、前記気液混合部内に位置している前記各連通管に設けられて、前記連通管を介して当該気液混合部内の冷媒を前記各ヘッダ内空間に導く開口部とを有し、前記開口部の面積は、複数本の前記連通管の中で互いに異なるものを含む。

本発明によれば、伝熱管によって冷媒の供給量を変えて熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る熱交換器の平面図である。 図１ＡのＡ−Ａ切断断面図である。 本発明の実施例１に係る熱交換器の２本の連通管を並べて図示した正面図である。 本発明の実施例１に係る熱交換器の他の例における２本の連通管を並べて図示した正面図である。 本発明の実施例１に係る熱交換器の他の例における２本の連通管を並べて図示した正面図である。 本発明の実施例１に係る空気調和機の系統図である。 本発明の実施例１に係る空気調和機の室外機の内部を透過して図示した斜視図である。 本発明の実施例１に係る空気調和機の室内機の横断面図である。 本発明の実施例２に係る熱交換器の２本の連通管を並べて図示した正面図である。 本発明の実施例２に係る熱交換器の他の例における２本の連通管を並べて図示した正面図である。 本発明の実施例２に係る熱交換器の他の例における２本の連通管を並べて図示した正面図である。 本発明の実施例３に係る熱交換器の流入側ヘッダにおける気液混合部部分の縦断面図である。 図７ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図７ＡのＢ−Ｂ断面図の他の例である。 本発明の実施例３に係る熱交換器の流入側ヘッダにおける気液混合部及びその上部の部分の縦断面図である。

図１Ａは、本発明の実施例１に係る熱交換器１の平面図である。熱交換器１は、図１Ａにおいて左右方向にある程度の長さを有するものであるため、左右の長手方向の一部を切欠いて図示している。

熱交換器１は、一対の流入側ヘッダ３ａ、流出側ヘッダ（ヘッダ）３ｂを備えている。流入側ヘッダ３ａは、外部からの冷媒の入口となり、流出側ヘッダ３ｂは冷媒の外部への出口となる。以下では、流入側ヘッダ３ａ及び流出側ヘッダ３ｂを単にヘッダと呼ぶ場合もある。流入側ヘッダ３ａ、流出側ヘッダ３ｂは、いずれも長尺の円筒形部材である。図１Ａにおいては、流入側ヘッダ３ａを縦断面で示し、流出側ヘッダ３ｂはその外面だけを示している。流入側ヘッダ３ａ、流出側ヘッダ３ｂは、図１Ａにおいて、一般的に下端側（後記する気液混合部４１側）が上端側よりも低い位置に配置されるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

伝熱管１９は、例えばアルミニウム等の金属部材で構成され、ヘッダ３ａ，３ｂの長手方向に複数本並んでいる当該長手方向に扁平な扁平伝熱管である。その段ピッチは、図１Ａの例でＰｄである。伝熱管１９の長手方向は、ヘッダ３ａ，３ｂの長手方向と略直角である。各伝熱管１９は、両端側が各ヘッダ３ａ，３ｂにそれぞれ接続されていて、流入側ヘッダ３ａから冷媒が流入して、図１Ａで矢印ａ方向に流れる。そして、各伝熱管１９を通過した冷媒は流出側ヘッダ３ｂに流入する。流出側ヘッダ３ｂから外部に冷媒が流出する経路は図示を省略するが、当該経路は流出側ヘッダ３ｂに様々な形態で接続することができる。

フィン２は、薄板状の例えばアルミニウム等の金属部材で構成され、各伝熱管１９の伝熱面積を拡大する。フィン２は、各伝熱管１９に接続されて、複数枚が伝熱管１９の長手方向に例えば等間隔で並ぶ。その場合のフィンピッチは、図１Ａに図示するようにＰｆである。フィン２は、伝熱管１９と伝熱可能にろう付けにより接合されている。

ヘッダ３ａ，３ｂ、伝熱管１９、フィン２の構成や製造方法の例を更に具体的に説明する。ヘッダ３ａ，３ｂの側面には、伝熱管１９を挿入するための複数の穴が予め段ピッチＰｄで複数個空けられている。伝熱管１９は、例えば、扁平断面内に複数の多穴流路（図示せず）を押出加工で形成したものである。フィン２は、長手方向の側端部に等間隔で複数の切り込みを入れ、その切り込みに各伝熱管１９を差し込むか、各フィン２に、その長手方向に並ぶ複数個の貫通孔を空けて、当該貫通孔に伝熱管１９を差し込むかして、伝熱管１９ と一体に形成することができる。

これらの部材を組み合わせた熱交換器１の製造時には、先ず、各伝熱管１９の端部をヘッダ３の穴に差し込み、さらに、伝熱管１９にフィン２を取り付けた仮組状態で、炉中で一括ろう付けして熱交換器１を製造してもよいし、部分的にトーチでろう付けして熱交換器１を製造してもよい。
ここで、伝熱管１９とフィン２との接合は、前述のろう付けに代え、多穴流路内を液圧やガス圧で加圧することで伝熱管１９に塑性変形を発生させて密着する方式を採ってもよい。また、図１Ａのような板状のフィン２に代え、コルゲート状（波型）のフィンを、伝熱管１９間に差し込む構成としてもよい。

流入側ヘッダ３ａの図１Ａで下端側は仕切板３１ａで仕切られている。そして、流入側ヘッダ３ａの仕切板３１ａより上側の空間は、複数枚、図１Ａの例で３枚の仕切板３１ｂによって例えば等間隔に仕切られている。つまり、流入側ヘッダ３ａ内は、仕切板３１ａ，３１ｂによって、例えば５区画に仕切られている。そのうち、仕切板３１ａで仕切られた流入側ヘッダ３ａの下側の空間は、気液混合部４１となる、仕切板３１ａよりも流入側ヘッダ３ａの上側で、仕切板３１ｂで仕切られている４つの空間はヘッダ内空間３２〜３５を構成する。なお、気液混合部４１を流入側ヘッダ３ａの長手方向のどの位置にもってくるかは、様々に実施することができる。例えば、気液混合部４１を流入側ヘッダ３ａの長手方向の中間位置に配置し、各ヘッダ内空間３２〜３５をその上下に分配してもよい。

各ヘッダ内空間３２〜３５には、それぞれ１本又は連続して並ぶ複数本（図１Ａの例では連続して並ぶ４本）の伝熱管１９が接続している。なお、ヘッダ内空間３２〜３５ごとに接続している伝熱管１９の本数が異なっていてもよい。
気液混合部４１の下部側方には、冷媒の流入口となる入口管３６が接続されている。この入口管３６から気液二相の冷媒Ｌが外部から流入する。符号４２は、冷媒Ｌの気液界面を示している。

気液混合部４１と各ヘッダ内空間３２〜３５とは、それぞれ連通管５ａ〜５ｄで接続されている。なお、連通管５ａ〜５ｄを単に連通管５と図示、記載する場合もある。すなわち、連通管５ａ〜５ｄは、仕切板３１ａを貫通している。さらに、連通管５ａ〜５ｄのうちの３本は、１又は複数枚の仕切板３１ｂも貫通している。連通管５ａ〜５ｄは、仕切板３１ａ，３１ｂの貫通孔に接合されて支持されている。連通管５ａ〜５ｄと仕切板３１ａ，３１ｂとの接合部は密閉され、隣り合うヘッダ内空間３２〜３５同士やヘッダ内空間３５と気液混合部４１との間で冷媒Ｌのリークは生じない。連通管５ａ〜５ｄの下端は流入側ヘッダ３ａの底板３ａ１との間に所定の間隔を空けて同じ高さに揃っている。なお、図１Ａは、複数の連通管５がそれぞれ異なるヘッダ内空間３２〜３５と連通していることを模式的に示しているだけであり、各連通管５の配置を正確に示したものではない。

ところで、複数本の伝熱管１９を並べ、その長手方向に多数枚のフィン２を接合した熱交換器１では、流入する空気と冷媒Ｌとが熱交換する面積は一般的にはある程度の拡がりを有している。そのため、同じ熱交換器１でも各伝熱管１９やその各伝熱管１９の周囲のフィン２を通過する単位時間当たりの空気量には部位によってばらつきがある場合が存在する。

そこで、通過する単位時間当たりの空気量が多い（熱負荷が部分的に大きい）と考えられる伝熱管１９には相対的に多くの冷媒Ｌを供給するようにしたい。また、逆に通過する単位時間当たりの空気量が少ない（熱負荷が部分的に小さい）と考えられる伝熱管１９には相対的に少ない冷媒Ｌを供給するようにしたい。これにより、熱交換器１の熱交換効率を高めることができる。
以下では、伝熱管１９によって、単位時間当たりに供給する冷媒量を可変して、熱交換器１の熱交換効率を高める手段について説明する。

図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ切断断面図である。図２Ａは、２本の連通管５ａ，５ｃを並べて図示した正面図である。図２Ａにおいて、連通管５ｂ，５ｄは図示を省略している。また、図２Ａの連通管５ａと５ｃは、現実には長さが異なるが、図２Ａでは便宜上同じ長さで図示している（以下同様）。気液混合部４１内に位置している各連通管５ａ〜５ｄには、それぞれ側部に開口部５ａ１〜５ｄ１が設けられている。各開口部５ａ１〜５ｄ１は、各連通管５ａ〜５ｄを介して気液混合部４１内の冷媒Ｌを各ヘッダ内空間３２〜３５に導く各連通管５ａ〜５ｄへの入口となるものである。すなわち、気液混合部４１内のガス冷媒が各開口部５ａ１〜５ｄ１に吸い込まれ、その勢いで気液混合部４１内の液冷媒も各開口部５ａ１〜５ｄ１に吸い込まれる。

開口部５ａ１〜５ｄ１の面積は、各連通管５ａ〜５ｄの中で互いに異なるものを含んでいる。すなわち、図２Ａの開口部５ａ１〜５ｄ１は、各連通管５ａ〜５ｄに同じ数だけ設けられた貫通孔である。この貫通孔は各連通管５ａ〜５ｄに同じ数だけ、長手方向に並べて形成されている。そして、各連通管５ａ〜５ｄにおいて、上から１番目の貫通孔は各連通管５ａ〜５ｄにおいて中心が同じ高さであり、上から２番目の貫通孔は各連通管５ａ〜５ｄにおいて中心が同じ高さであり、…というように構成されている。すなわち、上から又は下から数えて同じ順番にある貫通孔は各連通管５ａ〜５ｄにおいて同じ高さに位置している。そして、各開口部５ａ１〜５ｄ１の相違は連通管５ａ〜５ｄによって貫通孔の大きさが異なることである。これにより、各連通管５ａ〜５ｄにおいて、単位時間当たりに流入する冷媒Ｌの量を変えることができる。

図１Ｂ、図２Ａの例では、連通管５ａの開口部５ａ１である貫通孔の大きさを最も大きくして（径サイズＧ５ａ）、単位時間当たりに流入する冷媒Ｌの量を連通管５ａ〜５ｄの中で最大としている。さらに、連通管５ｃの開口部５ｃ１である貫通孔の大きさを最も小さくして（径サイズＧ５ｃ）、単位時間当たりに流入する冷媒Ｌの量を連通管５ａ〜５ｄの中で最小としている。その上、連通管５ｂ，５ｄの開口部５ｂ１，５ｄ１である貫通孔の大きさをこれらの中間的な大きさとして（径サイズＧ５ｂ，Ｇ５ｄ）、単位時間当たりに流入する冷媒Ｌの量を連通管５ａ〜５ｄの中で中間的な値としている。なお、図２Ａの例では、各貫通孔を丸孔とした例を示しているが、貫通孔の形状は四角形状や三角形状など、様々な形状とすることができる。
また、開口部５ａ１〜５ｄ１は、図１Ｂの例では、全て円筒状である気液混合部４１の中心軸線側に向けている。これにより、連通管５ｄの開口部５ｄ１は、入口管３６からの冷媒の流入方向に背を向けている。

図２Ｂは、別の例における２本の連通管５ａ，５ｃを並べて図示した正面図である。図２Ｂにおいても、連通管５ｂ，５ｄは図示を省略している。図２Ｂの例は、各連通管５ａ〜５ｄの各開口部５ａ１〜５ｄ１が各連通管５ａ〜５ｄの長手方向に長い長孔となっている点が、図２Ａの例と異なっている。そして、この長孔である各開口部５ａ１〜５ｄ１において幅が異なるもの同士を含んでいる。これにより、各開口部５ａ１〜５ｄ１において面積の異なるもの同士が存在するようにしている。本例においても、長孔である各開口部５ａ１〜５ｄ１の幅サイズＧ５ａ〜Ｇ５ｄは、“Ｇ５ａ＞Ｇ５ｂ＝Ｇ５ｄ＞Ｇ５ｃ”となっている。

図２Ｃは、図２Ｂの変形例である２本の連通管５ａ，５ｃを並べて図示した正面図である。図２Ｃにおいても、連通管５ｂ，５ｄは図示は省略している。図２Ｃが図２Ｂと異なるのは、管状の部材である各連通管５ａ〜５ｄの下端部に栓５３を嵌め込んで、当該各連通管５ａ〜５ｄの下端部を閉塞していることである。すなわち、図２Ｂの例では、各連通管５ａ〜５ｄの下端部が開口しているが、図２Ｃの例では、開口部５ａ１〜５ｄ１のみから冷媒Ｌを流動させることで冷媒分配を行っている。図２Ａの例でも各連通管５ａ〜５ｄの下端部が開口しているが、図２Ｃの例と同様、栓５３によって各連通管５ａ〜５ｄの下端部を閉塞してもよい。
なお、各開口部のサイズはあくまでも一例である（以下の各実施例においても同様）。どの開口部を広くし、どの開口部を狭くするかは、空気調和機１００の機種、その他の条件により変動する。

図３は、前記熱交換器１を適用した空気調和機１００の全体構成を示す系統図である。空気調和機１００は、圧縮機８、四方弁９、室内熱交換器（第１熱交換器）１０１、膨張弁１０３、室外熱交換器（第２熱交換器）１０６等で構成され、各部材は配管１２１で接続されている。室内熱交換器１０１及び室内ファン１０２は室内機１０８に設けられている。圧縮機８、四方弁９、膨張弁１０３、室外熱交換器１０６、室外ファン１０７は室外機１０５に設けられている。なお、膨張弁１０３は、室内機１０８に設けてもよいし、室内機１０８及び室外機１０５の両方に設けてもよい。

圧縮機８は、圧縮機モータ（図示せず）の駆動によって、低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する装置である。
四方弁９は、空気調和機１００の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。
膨張弁１０３は、「凝縮器」（空調運転の種類に応じて室外熱交換器１０６及び室内熱交換器１０１の一方）で凝縮した冷媒を減圧する弁である。なお、膨張弁１０３において減圧された冷媒は、「蒸発器」（空調運転の種類に応じて室外熱交換器１０６及び室内熱交換器１０１の他方）に導かれる。

室内熱交換器１０１には、前記熱交換器１を適用している。室内熱交換器１０１は、その伝熱管１９を通流する冷媒と、室内ファン１０２から送り込まれる室内空気（空調対象空間の空気）との間で熱交換を行う熱交換器である。
室内ファン１０２は、室内熱交換器１０１に室内空気を送り込むファンであり、室内熱交換器１０１の近傍に設置されている。

室外熱交換器１０６には、前記熱交換器１を適用している。室外熱交換器１０６は、その伝熱管１９を通流する冷媒と、室内ファン１０２から送り込まれる屋外空気との間で熱交換を行う熱交換器である。
室外ファン１０７は、室外熱交換器１０６に屋外空気を送り込むファンであり、室外熱交換器１０６の近傍に設置されている。
なお、室内熱交換器１０１及び室外熱交換器１０６の一方にのみ前記熱交換器１を用い、他方は他の構成の熱交換器を用いてもよい。

図３を用いて、暖房運転時を例に、ヒートポンプ式の空気調和機１００の冷凍サイクルを説明する。空気調和機１００において、暖房運転時の冷媒の流れは実線矢印６０で示している。圧縮機８は、ガス冷媒を圧縮する装置であり、圧縮機８で高温・高圧状態になった冷媒は、四方弁９を介して室内機１０８内の室内熱交換器１０１（凝縮器）に導かれる。そして、室内熱交換器１０１の伝熱管１９（図１Ａ）内を流れる高温の冷媒が、室内ファン１０２から供給される室内空気に放熱することで、室内が暖められる。このとき、伝熱管内では、熱を奪われたガス冷媒が次第に液化し、室内熱交換器１０１の出口からは、飽和温度よりも数℃程度低温の過冷却状態の液冷媒が流出する。

その後、室内機１０８から流出した液冷媒は、膨張弁１０３を通過時の膨張作用により低温・低圧状態の気液二相冷媒となる。この低温・低圧の気液二相冷媒は、室外機１０５内の室外熱交換器１０６（蒸発器）に導かれる。そして、室外熱交換器１０６の伝熱管内を流れる低温の冷媒が、室外ファン１０７から供給される外気から吸熱することで、冷媒の乾き度（＝ガス冷媒の質量速度／（液冷媒の質量速度＋ガス冷媒の質量速度））が高まる。室外熱交換器１０６の出口では、冷媒はガス化して数℃程度、過熱度が上昇した状態で圧縮機８に戻る。以上で説明した、一連の冷凍サイクルによって、空気調和機１００の暖房運転が実現される。

一方、冷房運転時の冷媒の流れは破線矢印６１で示している。冷房運転時には、四方弁９を切り替えて、破線矢印６１方向に冷媒が循環する冷凍サイクルを形成する。この場合、室内熱交換器１０１が蒸発器として作用し、室外熱交換器１０６が凝縮器として作用する。この一連の冷凍サイクルによって、空気調和機１００の冷房運転が実現される。
次に、本実施例１にかかる空気調和機１００の作用効果について説明する。

図４は、室外機１０５の内部を透過して図示した斜視図である。なお、図４、図５において伝熱管１９等は具体的に図示しない（伝熱管１９等については図１Ａ等を参照）。室外ファン１０７の駆動により外気が室外機１０５内に取り込まれ、この外気が室外熱交換器１０６（熱交換器１）を通過して、冷媒Ｌと外気との熱交換が図られる。

しかし、水平方向を長さ方向として上下方向に多数本が並列している各伝熱管１９において、単位時間当たりに通過する外気の量、すなわち外気の流速は一律ではない。図４の例では、室外機１０５の中間高さで流入する外気の流速Ｖ２が最も速く、次に、室外機１０５の上部に流入する外気の流速Ｖ１が速く、室外機１０５の下部に流入する外気の流速Ｖ３が最も遅い。すなわち、“Ｖ２＞Ｖ１＞Ｖ３”である。

そこで、図１Ａ〜図２Ｃに示すように、各伝熱管１９が接続しているヘッダ内空間３２〜３５に対応した各連通管５ａ〜５ｄの開口部５ｂ１，５ｄ１のサイズを前記の流速Ｖ１〜Ｖ３に応じて変えるようにする。すなわち、流速Ｖ２で外気が通過する伝熱管１９に対応したヘッダ内空間に接続された連通管５の開口部は面積を相対的に広くする。一方、流速Ｖ３で外気が通過する伝熱管１９に対応したヘッダ内空間に接続された連通管５の開口部は面積を相対的に狭くする。

これによって、通過する単位時間当たりの空気量が多い（熱負荷が大きい）と考えられる伝熱管１９には相対的に多くの冷媒Ｌを供給するようにできる。また、逆に通過する単位時間当たりの空気量が少ない（熱負荷が小さい）と考えられる伝熱管１９には相対的に少ない冷媒Ｌを供給するようにできる。これにより、室外熱交換器１０６（熱交換器１）の熱交換効率を高めることができる。

より具体的には、連通管５ａ〜５ｄの開口部５ａ１〜５ｄ１は、面積が広いと、その部分の圧力損失が低下することでガス冷媒が当該連通管に多く流れる。そして、室外熱交換器１０６（熱交換器１）が蒸発器の場合に役割を発揮する液冷媒がガス冷媒の流れに作用され、ガス冷媒が多く流れる連通管に多く流れる。よって、開口部５ａ１〜５ｄ１の開口面積を互いに変えることで液冷媒の分配量を調節し、ひいてはヘッダ内空間３２〜３５に流入する液冷媒の分配量も調節することが可能となる。

図５は、室内機１０８の横断面図である。室内熱交換器１０１としては、この例で３台の室内熱交換器１０１ａ〜１０１ｃ（いずれも熱交換器１）を備えている。室内ファン１０２は円筒状で長手方向が図５の紙面に垂直な方向である。室内熱交換器１０１ａ〜１０１ｃも長手方向が室内ファン１０２の長手方向に沿うように、そして、３台の室内熱交換器１０１ａ〜１０１ｃで室内ファン１０２を覆うように配置されている。室内ファン１０２の駆動により、各室内熱交換器１０１ａ〜１０１ｃの外側から室内の空気を取り込んで各室内熱交換器１０１ａ〜１０１ｃを通過させ、矢印ｃに示すように吹出口１１０から当該空気を室内に吹き出す。

室内熱交換器１０１ａ〜１０１ｃにおいても前記の図４の例と同様に各伝熱管１９で流通する室内空気の流速が異なることは生じ得る。例えば、室内熱交換器１０１ｂ，１０１ｃでは、入口管３６に近い側の伝熱管１９は室内ファン１０２に近いので室内空気の流速が相対的に速く、入口管３６に遠い側の伝熱管１９は室内ファン１０２に遠いので室内空気の流速が相対的に遅いことが考えうる。また、室内熱交換器１０１ａでは、室内熱交換器１０１ｂ，１０１ｃの近傍では当該室内熱交換器１０１ｂ，１０１ｃが邪魔になって室内空気の流速が相対的に遅くなることが考えられる。一方、当該室内熱交換器１０１ｂ，１０１ｃから遠い位置では当該室内熱交換器１０１ｂ，１０１ｃが邪魔にならず室内空気の流速が相対的に速くなることが考えられる。

よって、各室内熱交換器１０１ａ〜１０１ｃにおいても、通過する単位時間当たりの空気量が多い（熱負荷が部分的に大きい）と考えられる伝熱管１９には相対的に多くの冷媒Ｌを供給するようにできるようにする。また、逆に通過する単位時間当たりの空気量が少ない（熱負荷が部分的に小さい）と考えられる伝熱管１９には相対的に少ない冷媒Ｌを供給するようにできる。これにより、室内熱交換器１０１ａ〜１０１ｃ（いずれも熱交換器１）の熱交換効率を高めることができる。

また、気液混合部４１を流入側ヘッダ３ａの一端部（下端部）に配置し、他端側（上部側）にヘッダ内空間３２〜３５を並べている。気液混合部４１内ではある瞬間を見れば気液界面４２が全体に略一定の水位である。そのため、各ヘッダ内空間３２〜３５に気液混合部４から供給する冷媒Ｌは、ガス冷媒と液冷媒とを略均一にすることができる。

また、連通管５ａ〜５ｄとして、図２Ａの例を用いるときは次のような作用を奏する。すなわち、例えば、図２Ａで気液界面４２が上から３番目の貫通孔である開口部５ａ１〜５ｄ１に達していた状態から上から２番目の貫通孔である開口部５ａ１〜５ｄ１に達する状態となったときには、連通管５ａ〜５ｄに流れ込む冷媒Ｌの流量が急変する。すなわち、気液界面４２が上から３番目の貫通孔である開口部５ａ１〜５ｄ１と上から２番目の貫通孔である開口部５ａ１〜５ｄ１との中間位置にあるときは気液界面４２が上から３番目の貫通孔である開口部５ａ１〜５ｄ１にあるときとでは冷媒Ｌの流量は変わらない。このときは、気液界面４２が上から３番目の貫通孔である開口部５ａ１〜５ｄ１にあるときに連通管５ａ〜５ｄに流れ込む冷媒Ｌの流量となる。これらの関係は上下に隣接し合う全ての貫通孔において生じる。すなわち、図２Ａの例では、気液界面４２の上下によって生じる開口部５ａ１〜５ｄ１からの冷媒Ｌの連通管５ａ〜５ｄへの吸い込み量（ガス冷媒、液冷媒の分配量も同様）を段階的に変えることができる。

これに対して、図２Ｂの例では、開口部５ａ１〜５ｄ１が連通管５ａ〜５ｄの長手方向を長手方向とする長孔となっている。そのため、気液界面４２の僅かな上下によっても、開口部５ａ１〜５ｄ１からの冷媒Ｌの連通管５ａ〜５ｄへの吸い込み量が変動する。すなわち、図２Ｂの例では、気液界面４２の上下によって生じる開口部５ａ１〜５ｄ１からの冷媒Ｌの連通管５ａ〜５ｄへの吸い込み量（ガス冷媒、液冷媒の分配量も同様）を無段階的に変えることができる。
また、図２Ｃの例では、連通管５ａ〜５ｄへの冷媒Ｌの入口を開口部５ａ１〜５ｄ１に限定することができる。
さらに、図１Ｂに示すように、開口部５ｄ１は入口管３６の冷媒Ｌが流入する流路に背を向けているので、開口部５ｄ１にのみ過度に冷媒Ｌが流入することを抑制することができる。

図６Ａは、本実施例２における２本の連通管５ａ，５ｃを並べて図示した正面図である。本実施例２において、実施例１と共通する部材等については実施例１と同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
図６Ａに示すように、本実施例２が実施例１と技術的に異なるのは、開口部５ａ１〜５ｄ１の構成にある。すなわち、図２Ａの例では開口部５ａ１〜５ｄ１である貫通孔の各面積（径サイズ）を変えることにより、開口部５ａ１〜５ｄ１の面積を変えるようにしている。
これに対して、図６Ａの例では開口部５ａ１〜５ｄ１である貫通孔の各面積（径サイズ）は同じで、貫通孔の数を変えることにより、開口部５ａ１〜５ｄ１の面積を変えるようにしている。

また、この場合に気液混合部４１（図１Ａ）内の最も気相冷媒側（最上部）の貫通孔は、流入側ヘッダ３ａの長手方向の同じ高さにある。すなわち、貫通孔が相対的に少ない連通管は、図６Ａの連通管５ｃのように、当該連通管の下側に貫通孔が設けられていない領域を有する。すなわち、気液混合部４１内の液相冷媒側（下側）で貫通孔の数が異なる。図６Ａの例では、一番上の貫通孔から一番下の貫通孔までの長さが、連通管５ａではＡ２の長さがあって長いのに対して、連通管５ｃではＡ１の長さで短くなっている。

図６Ｂは、別の例において２本の連通管５ａ，５ｃを並べて図示した正面図である。また、図６Ｂに示すように、図６Ｂに関して、本実施例２が実施例１と技術的に異なるのは、同じく開口部５ａ１〜５ｄ１の構成にある。すなわち、図２Ｂの例では開口部５ａ１〜５ｄ１である長孔の幅を変えることにより、開口部５ａ１〜５ｄ１の面積を変えるようにしている。
これに対して、図６Ｂの例では開口部５ａ１〜５ｄ１である長孔の長さを変えることによって開口部５ａ１〜５ｄ１の面積を変えるようにしている。図６Ｂの例では、長孔の長さが、連通管５ａではＢ２であって長いのに対して、連通管５ｃではＢ１であって短い。

また、この場合に気液混合部４１内の最も気相冷媒側（最上部）の長孔の一端部は、流入側ヘッダ３ａの長手方向の同じ位置にある。すなわち、長孔が相対的に短い連通管は、図６Ｂの連通管５ｃのように、当該連通管の下側に長孔が設けられていない領域を有する。すなわち、気液混合部４１内の液相冷媒側（下側）で長孔の他端部の位置が異なる。
さらに、図６Ｃの例は、図６Ｂの例において、図２Ｃの例のように栓５３を設けた例である。図６Ａの例でも栓５３を設けるようにしてもよい。

次に、本実施例２の作用効果について説明する。
本実施例２において実施例１と共通する構成から生じる作用効果は本実施例２においても奏することができる。
また、図６Ａの連通管５ａ〜５ｄに関しては、全て同じ形状、サイズの貫通孔を形成すればよく、貫通孔のサイズを連通管５ａ〜５ｄ間で変える必要がないので、連通管５ａ〜５ｄの製造が容易である。

さらに、図６Ｂの連通管５ａ〜５ｄに関しても、長さは違っても全て同じ幅の長孔を形成すればよく、長孔の幅を連通管５ａ〜５ｄ間で変える必要がないので、連通管５ａ〜５ｄの製造が容易である。
また、図２Ｂのように長孔の幅を変えるのに対して、図６Ｂでは長孔の長さを変えるので、連通管５ａ〜５ｄ間で開口部５ａ１〜５ｄ１の面積に大きな差をつけることが容易となる。よって、連通管５ａ〜５ｄ間で冷媒Ｌの流入量に大きな差がある場合に有効である。

その上、図６Ａ、図６Ｂにおいて、複数の貫通孔又は長孔である開口部５ａ１〜５ｄ１の一番上の貫通孔又は長孔の上端の高さが揃っている。つまり、貫通孔の数を減らしたり、長孔の長さを短くしたりしているのは、連通管５ａ〜５ｄの下端側においてである。そのため、気液界面４２が上昇しても、ガス冷媒を吸い込む開口部５ａ１〜５ｄ１が狭くなることがない。よって、気液界面４２の変動に関わらず充分にガス冷媒を吸い込むことが可能で、よってガス冷媒の勢いで開口部５ａ１〜５ｄ１に吸い込まれる液冷媒の吸込みが悪くなることがない。

図７Ａは、流入側ヘッダ３ａの気液混合部４１部分の縦断面図である。図７Ｂは、気液混合部４１内に設けられる連通部５０の図７ＡにおけるＢ−Ｂ断面図である。本実施例３において、実施例１と共通する部材等については実施例１と同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
実施例３が実施例１と異なるのは、流入側ヘッダ３ａ内の連通管５ａ〜５ｄの開口部５ａ１〜５ｄ１が設けられている部分に代えて単一の連通部５０が設けられていることである。連通部５０は円柱状の部材であり、流入側ヘッダ３ａの気液混合部４１内に設けられている。

連通部５０は、気液混合部４１内で各連通管５ａ〜５ｄと接続されて各連通管５ａ〜５ｄに代えて単一の連通部５０内に開口部５ａ１〜５ｄ１が形成されている。
連通部（連通部本体）５０は、その中央部に設けられていて、流入側ヘッダ３ａの長手方向に上下に貫通した空間であり、気液二相の冷媒Ｌが流入する円筒状の混合室５１を備えている。

混合室５１の周囲には、混合室５１を取り囲むように複数、本例で４つの冷媒連通路５２ａ〜５２ｄが設けられている。冷媒連通路５２ａ〜５２ｄは、流入側ヘッダ３ａの長手方向に上下に貫通した例えば円筒状の空間で、それぞれその上端部が各連通管５ａ〜５ｄと接続されている。各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄの径サイズは、混合室５１の径サイズよりも小さい。

また、連通部（連通部本体）５０には、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄと混合室５１とを接続し、混合室５１から各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄに冷媒を流入させる接続路５３ａ〜５３ｄが設けられている。接続路５３ａ〜５３ｄも連通部（連通部本体）５０の上から下まで貫通している。各接続路５３ａ〜５３ｄは、それぞれが接続している冷媒連通路５２ａ〜５２ｄの径サイズよりも幅が狭い。

また、本実施例３では、仕切板３１ａは、混合室５１、接続路５３ａ〜５３ｄ、連通部５０と気液混合部４１との間の隙間を閉塞して、冷媒連通路５２ａ〜５２ｄ以外からは流入側ヘッダ３ａの気液混合部４１とは反対側には冷媒Ｌが流れないようにする。あるいは、仕切板３１ａを設けずに、混合室５１、接続路５３ａ〜５３ｄ、連通部５０と気液混合部４１との間の隙間の上端部を所定の部材や材料を用いて閉塞するようにしてもよい。

図７Ｂの例では、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄは同一径サイズだが、接続路５３ａ〜５３ｄの幅サイズが一律ではない。すなわち、接続路５３ａ〜５３ｄが開口部５ａ１〜５ｄ１となり、その各径サイズが開口部５ａ１〜５ｄ１の面積となる。すなわち、接続路５３ａの幅Ｗ５３ａが最大であり、接続路５３ｃの幅Ｗ５３ｃが最小である。そして、接続路５３ｂ，５３ｄの幅がこれらの中間的なサイズとなる。

そして、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄには連通管５ａ〜５ｄが冷媒Ｌのリークを生じることがないように所定の手段で接合されている。連通管５ａ〜５ｄは、径サイズは全て同じであるが長さがそれぞれ異なっている。連通部５０は、連通管５ａ〜５ｄに支持されていてもよいし、仕切板３１ａに支持されていてもよいし、気液混合部４１の内周面に支持されていてもよい。

また、気液混合部４１内で連通部５０と流入側ヘッダ３ａの端部（下端部）との間には流入口となる入口管３６が接続される空間である冷媒流入部５５が設けられている。図７Ａの例では、流入側ヘッダ３ａの底板３ａ１に入口管３６が接続されている。
図８は、図７Ａの例において入口管３６の位置を変更した例を示す流入側ヘッダ３ａの下部の縦断面図である。入口管３６は冷媒流入部５５の側部における所望の位置に接続してもよい。

図７Ｃは、連通部５０の他の例を示す図７ＡのＢ−Ｂ断面図である。図７Ｃの例が図７Ｂの例と異なるのは、接続路５３ａ〜５３ｄの幅サイズは全て一定であり、冷媒連通路５２ａ〜５２ｄの径サイズが一律でないことである。すなわち、冷媒連通路５２ａの径サイズＤ５２ａが最大で、冷媒連通路５２ｃの径サイズＤ５２ｃが最小で、冷媒連通路５２ｂ，５２ｄの径サイズがこれらの中間的なサイズである。

また、図７Ｂ、図７Ｃの何れの連通部５０においても、混合室５１、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄ及び各接続路５３ａ〜５３ｄが何れも流入側ヘッダ３ａの長手方向に直線状であり、径サイズ及び形状が当該長手方向の全ての位置で一律である。よって、当該連通部５０を容易に押出成型により製造することができる。なお、図７Ｂ、図７Ｃの連通部５０の製造には、押出成型の他に鍛造や削り出し等の手段を用いてもよい。

次に、本実施例３の作用効果について説明する。
本実施例３において実施例１と共通する構成から生じる作用効果は本実施例３においても奏することができる。
入口管３６から流入した気液二相の冷媒Ｌは、入口管３６から冷媒流入部５５に流入し、さらには主として混合室５１に流入する。そして、混合室５１から各接続路５３ａ〜５３ｄを介して各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄに流入する。そして、各冷媒連通路５２ａ〜５２から各連通管５ａ〜５ｄに流入する。

この場合、図７Ｂの例では、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄの径サイズは同じであるが、各接続路５３ａ〜５３ｄの幅が互いに異なるため、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄ、ひいては各連通管５ａ〜５ｄに単位時間当たりに流入する冷媒Ｌの量を互いに異ならせることができる。
また、図７Ｃの例では、各接続路５３ａ〜５３ｄの径サイズは同じであるが、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄの径サイズは互いに異なるため、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄ、ひいては各連通管５ａ〜５ｄに単位時間当たりに流入する冷媒Ｌの量を互いに異ならせることができる。
この場合に、接続路５３ａ〜５３ｄの幅サイズの方が冷媒連通路５２ａ〜５２ｄの径サイズよりも小さい。そのため、径サイズが相当大きな冷媒連通路を設ける可能性がある図７Ｃの例よりも図７Ｂの例の方が、連通部５０をコンパクト化できる可能性がある。

これらの場合に、各接続路５３ａ〜５３ｄ並びに各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄは連通部５０の長手方向の端から端まで形成されているので、図２Ｂ、図６Ｂの例と同様、気液界面４２高さの変動に応じてガス冷媒、液冷媒の各連通管５ａ〜５ｄへの流入量を無段階で調節することができる。
また、実施例１，２の例では、複数本の連通管５ａ〜５ｄの各一端部側を何れも位置決めして気液混合部４１内に設置する工程が必要である。しかし、本実施例３では、単一の連通部５０を気液混合部４１内に設置するだけでよく、製造工程を簡素化することができる。
さらに、冷媒流入部５５を設けたので、入口管３６は流入側ヘッダ３ａの一端部側の様々な位置に取り付け可能である。そのため、冷媒配管の取り回しの自由度を高めることができる。

また、混合室５１、各冷媒連通路５２ａ〜５２ｄ並びに各接続路５３ａ〜５３ｄが何れも流入側ヘッダ３ａの長手方向に直線状であり、径サイズ及び形状が当該長手方向の全ての位置で一律である。よって、当該連通部５０を容易に押出成型により製造することができる。すなわち、押出成型機で連通部５０を押出成型すれば、あとは押し出された連通部５０を所定長さで径方向に切断する作業を繰り返すことで、連通部５０を容易に大量生産することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
例えば、前記各実施例では、各ヘッダ内空間３２〜３５ごとに各１本の連通管５ａ〜５ｄを接続しているが、単一のヘッダ内空間に複数本の連通管５を接続してもよい。そして、ヘッダ内空間に接続する連通管５の数を変えることで、ヘッダ内空間ごとの開口部の面積を変えるようにしてもよい。

また、空気調和機１００は、四方弁９を備えない冷房又は暖房専用の空気調和機として実施してもよい。さらに、熱交換器１を他の冷凍サイクル装置、例えば、自然冷媒ヒートポンプ給湯機に適用してもよい。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１ 熱交換器
２ フィン
３ａ ヘッダ（流入側ヘッダ）
３ｂ ヘッダ（流出側ヘッダ）
５，５ａ〜５ｄ 連通管
５ａ１〜５ｄ１ 開口部
８ 圧縮機
１９ 伝熱管
３２〜３５ ヘッダ内空間
３６ 入口管（流入口）
４１ 気液混合部
５０ 連通部（連通部本体）
５１ 混合室
５２ａ〜５２ｄ 冷媒連通路
５３ａ〜５３ｄ 接続路
５５ 冷媒流入部
６０ 冷媒の流れ方向（暖房）
６１ 冷媒の流れ方向（冷房）
１００ 空気調和機
１０１ 室内熱交換器（第１熱交換器）（熱交換器）
１０２ 室内ファン
１０３ 膨張弁
１０５ 室外機
１０６ 室外熱交換器（第２熱交換器）（熱交換器）
１０７ 室外ファン
１０８ 室内機

Claims (15)

1. 一対のヘッダと、
   前記ヘッダの長手方向に複数本並び、両端側が前記各ヘッダにそれぞれ接続されている伝熱管と、
   前記各伝熱管に接続されて、複数枚が当該伝熱管の長手方向に並ぶフィンとを備え、
   前記一対のヘッダのうちで外部からの冷媒の流入側となる流入側ヘッダは、
   前記冷媒の流入口が設けられ、気液二相の冷媒が流入する気液混合部と、
   前記流入側ヘッダをその長手方向に仕切って複数設けられ、前記気液混合部とも仕切られていて、１本又は連続的に並列した複数本の前記伝熱管と接続しているヘッダ内空間と、
   異なる前記ヘッダ内空間と前記気液混合部とをそれぞれ連通する複数本の連通管と、
   前記気液混合部内に位置している前記各連通管に設けられて、前記連通管を介して当該気液混合部内の冷媒を前記各ヘッダ内空間に導く開口部とを有し、
   前記開口部は、前記連通管の長手方向に設けられた貫通孔であり、
   前記開口部の面積は、複数本の前記連通管の中で互いに異なるものを含む熱交換器。
2. 前記気液混合部は、前記流入側ヘッダの一端側に設けられ、前記各ヘッダ内空間は当該流入側ヘッダの他端側に並んでいる請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記開口部は、前記連通管の長手方向に並んで設けられた１又は複数個の貫通孔であり、当該貫通孔同士の大きさが異なることで前記開口部は面積が互いに異なるものが存在する請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記開口部は、前記連通管の長手方向を長手方向とする長孔であり、当該長孔同士の幅が異なることで前記開口部は面積が互いに異なるものが存在する請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記開口部は、前記連通管の長手方向に１又は複数個並んで設けられた貫通孔であり、当該貫通孔同士の数が異なることで前記開口部の面積が互いに異なる請求項１に記載の熱交換器。
6. 前記開口部は、前記連通管の長手方向を長手方向とする長孔であり、当該長孔同士の長さが異なることで前記開口部の面積が互いに異なる請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記貫通孔同士の数が異なる前記連通管同士は、前記気液混合部内の最も気相冷媒側の前記貫通孔は、前記流入側ヘッダの長手方向の同じ高さにあり、前記気液混合部内の液相冷媒側で前記貫通孔の数が異なる請求項５に記載の熱交換器。
8. 前記長孔同士の長さが異なる前記連通管同士は、前記気液混合部内の最も気相冷媒側で前記長孔の一端部が前記流入側ヘッダの長手方向の同じ高さにあり、前記気液混合部内の液相冷媒側で前記長孔の他端部の高さが異なる請求項６に記載の熱交換器。
9. 前記気液混合部内で前記各連通管と接続され、前記各連通管に設けられたものと代えて前記開口部が形成されている連通部を備え、
   前記連通部は、
   前記連通部の中央部に設けられ、前記流入側ヘッダの長手方向に貫通した空間で、前記気液二相の冷媒が流入する混合室と、
   前記連通部の前記混合室の周囲に複数形成され、前記流入側ヘッダの長手方向に貫通した空間である冷媒連通路と、
   前記連通部に設けられ、前記混合室と前記冷媒連通路とを接続し、前記混合室から前記冷媒連通路に冷媒を流入させる接続路とを備え、
   前記接続路又は前記冷媒連通路の径サイズが異なることにより、前記接続路又は前記冷媒連通路の径サイズである前記開口部の面積は複数本の前記連通管の中で互いに異なるものを含む請求項１に記載の熱交換器。
10. 前記気液混合部内で前記連通部と前記流入側ヘッダの端部との間には前記流入口が接続される空間である冷媒流入部が設けられている請求項９に記載の熱交換器。
11. 前記接続路は、前記連通部を前記流入側ヘッダの長手方向に貫通していて、
    前記連通部は、前記混合室、前記各冷媒連通路及び前記各接続路が何れも前記流入側ヘッダの長手方向に直線状であり、径サイズ及び形状が当該長手方向の全ての位置で一律である請求項９に記載の熱交換器。
12. 気液混合部内で各連通管と接続され、開口部が形成されている連通部本体と、
    前記連通部本体の中央部に設けられ、流入側ヘッダの長手方向に貫通した空間で、気液二相の冷媒が流入する混合室と、
    前記連通部本体の前記混合室の周囲に複数形成され、前記流入側ヘッダの長手方向に貫通した空間である冷媒連通路と、
    前記連通部本体に設けられ、前記混合室と前記冷媒連通路とを接続し、前記混合室から前記冷媒連通路に冷媒を流入させる接続路とを備え、
    前記接続路又は前記冷媒連通路の径サイズが異なることにより、前記接続路又は前記冷媒連通路の径サイズである前記開口部の面積は複数本の前記連通管の中で互いに異なるものを含み、
    前記混合室、前記各冷媒連通路及び前記各接続路が何れも前記流入側ヘッダの長手方向に直線状であり、径サイズ及び形状が当該長手方向の全ての位置で一律である連通部を、
    押出成型により製造する連通部の製造方法。
13. 請求項１乃至請求項１１の何れかの一項に記載の熱交換器と、
    前記熱交換器に外気を通風する室外ファンと、
    前記冷媒を圧縮する圧縮機とを備える室外機。
14. 請求項１乃至請求項１１の何れかの一項に記載の熱交換器と、
    前記熱交換器に外気を通風する室内ファンとを備える室内機。
15. 室内機と、
    前記室内機と冷媒を流通する配管で接続された室外機と、
    膨張弁とを備え、
    前記室内機は、
    第１熱交換器と、
    前記第１熱交換器に空気を通風する室内ファンとを備え、
    前記室外機は、
    冷媒を圧縮する圧縮機と、
    第２熱交換器と、
    前記第２熱交換器に空気を通風する室外ファンとを備え、
    前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器のうちの少なくとも一方は請求項１乃至請求項１１の何れかの一項に記載の熱交換器であることを特徴とする空気調和機。

Images