JP6915714B1 - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】各扁平伝熱管に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる熱交換器を提供すること。【解決手段】本発明に係る熱交換器は、複数の扁平伝熱管と、複数の扁平伝熱管の端部が接続された中空のヘッダと、を備える。ヘッダは、冷媒が流入する流入部と、流入部の上側に位置し複数の扁平伝熱管の端部が接続される循環部とに区画する流入板と、循環部を、複数の扁平伝熱管の端部が接続される側である内側に位置する上昇路と、内側と反対側である外側に位置する下降路とに区画し、循環部の内部の上側で上昇路と下降路とを連通させる上側連通路を形成し、循環部の内部の下側で上昇路と下降路とを連通させる下側連通路とを形成する第１の仕切り部材と、を有する。流入板は、上昇路側且つ風下側において、冷媒を流入部から上昇路に噴出する少なくとも一つの第１の噴出孔を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関する。

空気調和機に用いられる熱交換器は、一般的に、複数の流路を有する扁平伝熱管の両端が一方と他方のヘッダにそれぞれ接続され、一方のヘッダから各扁平伝熱管に冷媒の分流を行う構造を有する。例えば、ヘッダ内部で冷媒を循環させ、ヘッダに接続された複数の扁平伝熱管に対し冷媒を偏りなく分配させる技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１５−１２７６１８号公報

しかしながら、各扁平伝熱管内においては、風上側と風下側の流路において熱交換量に差が生じる。このため、各扁平伝熱管内の複数の流路間で冷媒の状態が不均一となり、熱交換能力が低下する場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各扁平伝熱管に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる熱交換器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る熱交換器は、間隔を開けて積層された複数の扁平伝熱管と、複数の扁平伝熱管の端部が接続された中空のヘッダと、を備える。ヘッダは、ヘッダの内部を、冷媒が流入する流入部と、流入部の上側に位置し複数の扁平伝熱管の端部が接続される循環部とに区画する流入板と、循環部を、複数の扁平伝熱管の端部が接続される側である内側に位置する上昇路と、内側と反対側である外側に位置する下降路とに区画し、循環部の内部の上側で上昇路と下降路とを連通させる上側連通路を形成し、循環部の内部の下側で上昇路と下降路とを連通させる下側連通路とを形成する第１の仕切り部材と、循環部を上側に位置する上循環部と下側に位置する下循環部とに区画する第２の仕切り部材とを有する。流入板は、上昇路側且つ風下側において、冷媒を流入部から上昇路に噴出する少なくとも一つの第１の噴出孔を有する。第２の仕切り部材は、上昇路側且つ風下側において、冷媒を下循環部から上循環部に噴出する開口部を有する。

本発明によれば、各扁平伝熱管に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器が適用される空気調和機の構成を説明する図である。 図２（ａ）は熱交換器の平面図、図２（ｂ）は熱交換器の正面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダの斜視図である。 図４は、二つの噴出孔を有する流入板を例示した図である。 図５は、風上側から見たヘッダ及び複数の扁平伝熱管の一部の断面図を示している。 図６は、複数の扁平伝熱管側から見たヘッダの断面図を示している。 図７は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器のヘッダの斜視図である。 図８は、風上方向から見た実施の形態２に係る熱交換器のヘッダの断面図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）は、図８のａ−ａに沿った断面図である。 図１０は、複数の扁平伝熱管側から見たヘッダの断面図を示している。 図１１は、図１０に示したヘッダとの比較例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）について、添付図面を参照して説明する。なお、実施の形態の説明の全体を通して同じ構成には同じ番号を付している。

[実施の形態１]
（空気調和機）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器４および熱交換器５が適用される空気調和機１の構成を説明する図である。図１に示すように、空気調和機１は、室内機２と、室外機３とを備える。室内機２は、室内用の熱交換器４が設けられ、室外機３には、室外用の熱交換器５のほかに、圧縮機６、膨張弁７、四方弁８が設けられている。

暖房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して凝縮器として機能する熱交換器４に流入する。暖房運転時には、図１において黒矢印で示す方向に冷媒が流れている。熱交換器４では、外部の空気と熱交換した冷媒が液化する。液化した高圧の冷媒は、膨張弁７を通過して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒として蒸発器として機能する熱交換器５に流入する。熱交換器５では、外部の空気と熱交換した冷媒はガス化する。ガス化した低圧の冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。

冷房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して凝縮器として機能する熱交換器５に流入する。冷房運転時には、図１において白矢印で示す方向に冷媒が流れている。熱交換器５では、外部の空気と熱交換した冷媒が液化する。液化した高圧の冷媒は、膨張弁７を通過して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒として蒸発器として機能する熱交換器４に流入する。熱交換器４では、外部の空気と熱交換した冷媒はガス化する。ガス化した低圧の冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。

（熱交換器）
本発明の実施の形態１に係る熱交換器は、熱交換器４および熱交換器５のいずれにも適用可能である。以下においては、説明を具体的にするため、実施の形態１に係る熱交換器を、暖房運転時に蒸発器として機能する熱交換器５に適用するものとして説明する。

図２（ａ）は熱交換器５の平面図、図２（ｂ）は熱交換器５の正面図である。熱交換器５は、複数の扁平伝熱管１１、ヘッダ１２、ヘッダ１３、フィン１４を備える。

膨張弁７を通過して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒は、配管１５によりヘッダ１２に供給され、各扁平伝熱管１１に分流される。扁平伝熱管１１を流れる際に、フィン１４を介して空気と熱交換した気液二相冷媒はガス化してヘッダ１３に流出し、ヘッダ１３で合流した冷媒は、配管１６、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。以下、複数の扁平伝熱管１１、ヘッダ１２、ヘッダ１３、フィン１４の具体的な構成について説明する。

複数の扁平伝熱管１１は、それぞれ扁平な断面と、扁平伝熱管が伸びる方向に沿って、その内部に冷媒を流すための複数の流路を有する伝導管である。複数の扁平伝熱管１１は、複数の扁平伝熱管１１は、幅方向が対向するように、ヘッダ１２及びヘッダ１３の上下方向に沿って間隔を開けて積層される。複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの一端はヘッダ１２に接続され、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの他端はヘッダ１３に接続される。

ヘッダ１２から各扁平伝熱管１１に分流される冷媒は、各扁平伝熱管１１の内部の流路を流れてヘッダ１３に流出する。各扁平伝熱管１１の内部の流路を流れる冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の間の空間を通過する外部の空気と熱交換を行う。以下の説明においては、外部の空気の流れの上流側を風上、下流側を風下という。

なお、図２等では、扁平伝熱管１１の数を９本とする場合を例示した。しかしながら、これはあくまでも例示であり、扁平伝熱管１１の数は９本に限定されない。

ヘッダ１２は、管状（例えば円筒形状）を有する冷媒流路である。ヘッダ１２の内部は、冷媒が複数の扁平伝熱管１１に分流されるように中空に形成されている。ヘッダ１２には、配管１５と、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの端部が接続される。配管１５を介してヘッダ１２に流入する冷媒は、ヘッダ１２において各扁平伝熱管１１へ分流される。

図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器５のヘッダ１２の斜視図である。図３に示した様に、ヘッダ１２は、流入板１２０、第１の仕切り部材１２１を備える。なお、以下の説明においては、ヘッダ１２において、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの端部が接続される側を内側と呼び、内側の反対側であって、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの端部が接続されていない側を外側と呼ぶ。また、図３において、矢印は外部の空気の流れの方向を示しており、フィン１４の図示は省略されている。

流入板１２０は、ヘッダ１２の内部を、流入部１２Ｆと、流入部１２Ｆの上側に位置する循環部１２Ｓとに区画する。流入部１２Ｆには、配管１５が接続される。循環部１２Ｓには、複数の扁平伝熱管１１の端部が接続される。

第１の仕切り部材１２１は、管状のヘッダ１２の長手方向（すなわち、扁平伝熱管１１の積層方向）に沿って、ヘッダ１２の内部に設けられる。第１の仕切り部材１２１は、循環部Ｓを、内側に位置する上昇路１２Ｓｕと、外側に位置する下降路１２Ｓｄとに区画する。

なお、上昇路１２Ｓｕ、下降路１２Ｓｄの断面積は、流れる冷媒の状態や種類に応じて、予め設計することができる。これらの事項は、熱交換器５に必要とされる性能に応じて、適宜設定され得る。

また、第１の仕切り部材１２１は、ヘッダ１２の上面及び底面と離間して設けられている。第１の仕切り部材１２１は、循環部１２Ｓの内部の上側で上昇路１２Ｓｕと下降路１２Ｓｄとを連通させる上側連通路１２Ｓｔを形成する。また、第１の仕切り部材１２１は、循環部Ｓの内部の下側で上昇路１２Ｓｕと下降路１２Ｓｄとを連通させる下側連通路１２Ｓｂを形成する。

ここで、第１の仕切り部材１２１の上端は、複数の扁平伝熱管１１のうちの最上段の扁平伝熱管１１よりも上方に位置する。第１の仕切り部材１２１の下端は、複数の扁平伝熱管１１のうちの最下段の扁平伝熱管１１よりも下方に位置する。

流入板１２０は、上昇路１２Ｓｕ側且つ風下側において、冷媒を流入部１２Ｆから上昇路１２Ｓｕに噴出する少なくとも一つの第１の噴出孔（オリフィス）１２１Ｈ１を有する。また、第１の噴出孔１２１Ｈ１は、上面視において、第１の仕切り部材１２１と複数の扁平伝熱管１１の端部との間に位置している。この様に、第１の噴出孔１２１Ｈ１が複数の扁平伝熱管１１の端部と重ならない位置に配置されるため、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓへ噴出される冷媒が複数の扁平伝熱管１１によって減速されることを抑止できる。

なお、図３においては、流入板１２０において、一つの第１の噴出孔１２１Ｈ１が形成されている場合を例示した。これに対し、流入板１２０において、第１の噴出孔１２１Ｈ１は複数形成されていてもよい。また、第１の噴出孔１２１Ｈ１の数や大きさ（断面積）は、流れる冷媒の状態や種類に応じて、予め設計することができる。これらの事項は、熱交換器５に必要とされる性能に応じて、適宜設定され得る。

また、流入板１２０は、上昇路１２Ｓｕ側且つ第１の噴出孔１２１Ｈ１に対して風上側において、冷媒を流入部１２Ｆから上昇路１２Ｓｕに噴出する少なくとも一つの第２の噴出孔を有してもよい。この第２の噴出孔は、第１の噴出孔１２１Ｈ１に比して小さく形成される。言い換えれば、第１の噴出孔１２１Ｈ１は、第２の噴出孔に比して大きく形成される。

図４は、第２の噴出孔１２１Ｈ２を有する流入板１２０を例示した図である。図４に示した様に、風下側の第１の噴出孔１２１Ｈ１は、風上側の第２の噴出孔１２１Ｈ２に比して大きく形成されている。

図２、図３に戻り、ヘッダ１３は、ヘッダ１２と対をなし、管状（例えば円筒形状）を有する冷媒流路である。ヘッダ１３は、ヘッダ１２と実質的に同様の構成を有する。ヘッダ１３には、配管１６と、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの他端が接続される。複数の扁平伝熱管１１の他端が接続され、各扁平伝熱管１１から流出した冷媒は、ヘッダ１３内において合流する。

フィン１４は、複数の扁平伝熱管１１と交差する方向に伸び、複数の扁平伝熱管１１と接合する。フィン１４は、複数の扁平伝熱管１１の長手方向に沿って、空気が通過するための間隔を介して所定のピッチで配列される。

（ヘッダ内での冷媒の循環）
次に、ヘッダ内での冷媒の循環について説明する。なお、以下においては、説明を具体的にするため、ヘッダ１２を例とする。

図５、図６は、ヘッダ１２内での冷媒の循環について説明するための図である。図５は、風上側から見たヘッダ１２及び複数の扁平伝熱管１１の一部の断面図を示している。また、図６は、複数の扁平伝熱管１１側から見たヘッダ１２の断面図を示している。なお、図６において、循環部１２Ｓのドット領域は液体冷媒の分布を、循環部１２Ｓの白抜き領域はガス冷媒の分布を、それぞれ模式的に例示している。また、図５、図６においては、フィン１４の図示が省略されている。

図５に示した様に、配管１５から流入部１２Ｆに供給された冷媒（気液二相冷媒）は、流入板１２０の第１の噴出孔１２１Ｈ１を介して循環部１２Ｓへ噴出される。第１の噴出孔１２１Ｈ１は、流入部１２Ｆにおいて、上昇路１２Ｓｕ側且つ風下側に形成されている。従って、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓへ噴出した冷媒は、図６の矢印Ａ１で示した様に、上昇路１２Ｓｕの風下側において上昇する。

すなわち、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕに噴出される冷媒は、液冷媒とガス冷媒の気液二相冷媒であるが、ガス冷媒は、液冷媒に比して流速が速い。このため、冷媒が第１の噴出孔１２１Ｈ１から上昇路１２Ｓｕの風下側に噴出され上昇する場合、ガス冷媒の多くは、図６の矢印Ａ１で示した様に、第１の噴出孔１２１Ｈ１から上昇路１２Ｓｕの風下側の上方に向かって勢いよく流れる。

一方、流速の遅い液冷媒は、図６の矢印Ａ２で示した様に、第１の噴出孔１２１Ｈ１から噴出されるガス冷媒の気流によって、風下側から風上側に押し出される。このため、図６に示した様に、上昇路１２Ｓｕの風下側には吹き上がった高流速のガス冷媒が多く分布し、上昇路１２Ｓｕの風上側にはガス冷媒よりも低速な液冷媒が多く分布することになる。

上昇路１２Ｓｕにおいて、図６に示した相分布となった冷媒は、複数の扁平伝熱管１１に分流される。複数の扁平伝熱管１１に分流した冷媒は、各扁平伝熱管１１を流れる際に、フィン１４を介して空気と熱交換した冷媒はガス化してヘッダ１３に流出される。

また、複数の扁平伝熱管１１に分流されなかった冷媒は、上側連通路１２Ｓｔで上下の流れ方向が反転し、循環部１２Ｓの下降路１２Ｓｄへと流れ込む。下降路１２Ｓｄへ流れ込んだ冷媒は、循環部１２Ｓの下降路１２Ｓｄを下降し、下側連通路１２Ｓｂで上下の流れ方向が反転し、再び上昇路１２Ｓｕへと流れ込む。

上記のようにして上昇路１２Ｓｕへと流れ込んだ冷媒は、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓへ新たに噴出された冷媒と合流し、再び同様の循環を繰り返す。

以上述べた様に、流入板１２０の上昇路１２Ｓｕ側であり且つ風下側に第１の噴出孔１２１Ｈ１を設けることにより、ガス冷媒を上昇路１２Ｓｕの上方まで勢いよく噴出させることができる。このガス冷媒の風下側の上昇流により、図６に示した様に、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの幅方向についてのガス冷媒と液冷媒との流量比を変化させることができる。具体的には、各扁平伝熱管１１に対して、気液二相冷媒のうち、熱交換量の多い風上側に液冷媒を多く分流させ、風上側に比して熱交換量の少ない風下側にガス冷媒を多く分流させることができる。なお、本実施形態においては、この様に、複数の扁平伝熱管１１の幅方向についてのガス冷媒と液冷媒との流量比を異ならせる効果を冷媒相分布の偏り効果と呼ぶ。

また、上記冷媒相分布の偏り効果は、第１の噴出孔１２１Ｈ１からガス冷媒が上昇路１２Ｓｕの上方まで勢いよく噴出することから、ヘッダ１２上部の扁平伝熱管１１に対しても作用する。さらに、第１の噴出孔１２１Ｈ１から液冷媒がガス冷媒と共に上昇路１２Ｓｕの上方まで勢いよく噴出することから、最下段の扁平伝熱管１１への液冷媒流入を抑制することができる。

また、流入板１２０が風上側に第２の噴出孔１２１Ｈ２を、風下側に第１の噴出孔１２１Ｈ１をそれぞれ設ける場合が考えられる（図４参照）。第２の噴出孔１２１Ｈ２を設けることによって、流入板１２０上面の風上側に滞留し易い液冷媒を第２の噴出孔１２１Ｈ２から噴出されたガス冷媒によって押し上げることができ、複数の扁平伝熱管１１へ流入させる冷媒の量の偏りを抑制できる。この場合、風下側の第１の噴出孔１２１Ｈ１は、風上側の第１の噴出孔１２１Ｈ１に比して大きく形成される。一般に、風下側の第１の噴出孔１２１Ｈ１、風上側の第２の噴出孔１２１Ｈ２のそれぞれから循環部１２Ｓへ流入する冷媒の量は、それぞれの開口面積に比例する。従って、風下側の第１の噴出孔１２１Ｈ１からの冷媒の噴出量を風上側の第２の噴出孔１２１Ｈ２からの冷媒の噴出量に比して多くすることができる。これにより、流入板１２０が風上側に第２の噴出孔１２１Ｈ２を、風下側に第１の噴出孔１２１Ｈ１をそれぞれ有する場合であっても、気液二相冷媒のうち、熱交換量の多い風上側に液冷媒を多く分流させ、風上側に比して熱交換量の少ない風下側にガス冷媒を多く分流させることができる。

以上より、実施の形態１に係る熱交換器５によれば、各扁平伝熱管１１に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる。

[実施の形態２]
次に、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７は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器５のヘッダ１２の斜視図である。図８は、風上方向から見た実施の形態２に係る熱交換器５のヘッダ１２の断面図である。図７、図８に示した様に、実施の形態２に係る熱交換器５は、実施の形態１に係る熱交換器５の構成に加えて、ヘッダ１２内の循環部１２Ｓにおいて第２の仕切り部材をさらに備える構成となっている。

第２の仕切り部材１２３は、ヘッダ１２内の循環部１２Ｓを、上側に位置する上循環部１２Ｓ１と下側に位置する下循環部１２Ｓ２とに区画する。第２の仕切り部材１２３は、例えば、複数の扁平伝熱管１１の積層方向（図７、図８ではヘッダ１２の長手方向）に関して、循環部Ｓの中央又は中央よりも上方に設けられている。

なお、図７、図８では、上循環部１２Ｓ１に接続された扁平伝熱管１１の数を４本とし、下循環部１２Ｓ２に接続された扁平伝熱管１１の数を５本とした。しかしながら、これらはあくまでも例示であり、上循環部１２Ｓ１、下循環部１２Ｓ２に接続される扁平伝熱管１１の数はこれらの例に限定されない。

図９（ａ）、図９（ｂ）は、図８のａ−ａに沿った断面図であり、第２の仕切り部材１２３の正面図に対応する図である。図９（ａ）に示した様に、第２の仕切り部材１２３は、上昇路１２Ｓｕ側且つ風下側において開口部１２３Ｈ１を有する。開口部１２３Ｈ１は、冷媒を下循環部１２Ｓ２から上循環部１２Ｓ１へ噴出する。また、第２の仕切り部材１２３は、下降路１２Ｓｄ側に、上循環部１２Ｓ１から下循環部１２Ｓ２へ冷媒を噴出する少なくとも一つの開口部１２３Ｈ２を有する。

なお、開口部１２３Ｈ１の形状は、孔形状でも切欠き形状でも良い。また、開口部１２３Ｈ１は、図９（ｂ）に示した様に、上面視において少なくとも一つの第１の噴出孔１２１Ｈ１と重なるような位置関係となっている。例えば、開口部１２３Ｈ１は、流入板１２０の第１の噴出孔１２１Ｈ１の上（例えば真上）に位置する。また、開口部１２３Ｈ１の大きさ（開口面積）は、例えば、少なくとも一つの第１の噴出孔１２１Ｈ１の総開口面積よりも大きい。

開口部１２３Ｈ１と第１の噴出孔１２１Ｈ１との間において、この様な位置関係及び大きさ関係とするのは、以下の理由による。すなわち、第２の仕切り部材１２３の開口部１２３Ｈ１以外の部分（すなわち、板状の部分）が、第１の噴出孔１２１Ｈ１から噴出される冷媒の流路抵抗にならないようにするためである。

なお、開口部１２３Ｈ１の具体的な数や大きさは、流れる冷媒の状態や種類に応じて、予め設計することができる。これらの事項は、熱交換器５に必要とされる性能に応じて、適宜設定され得る。

（ヘッダ内での冷媒の循環）
次に、ヘッダ内での冷媒の循環について図８、図１０を参照しながら説明する。

図１０は、複数の扁平伝熱管１１側から見たヘッダ１２の断面図を示している。なお、図１０においても図６と同様に、循環部１２Ｓのドット領域は液体冷媒の分布を、循環部１２Ｓの白抜き領域はガス冷媒の分布を、それぞれ模式的に例示している。また、図１０においては、フィン１４の図示が省略されている。

図１０に示した様に、配管１５から流入部１２Ｆに供給された冷媒（気液二相冷媒）は、流入板１２０の第１の噴出孔１２１Ｈ１を介して下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕへ噴出される。第１の噴出孔１２１Ｈ１は、流入部１２Ｆにおいて、上昇路１２Ｓｕ側且つ風下側に形成されている。従って、第１の噴出孔１２１Ｈ１から下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕへ噴出した冷媒は、図１０の矢印Ａ３で示した様に、風下側において勢いよく上昇する。この第１の噴出孔１２１Ｈ１から噴出されるガス冷媒の気流によって、流速の遅い液冷媒は、図１０の矢印Ａ５で示した様に、風下側から風上側に押し出される。その結果、下循環部１２Ｓ２において、上述した冷媒相分布の偏り効果が実現される。

下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕにおいて、風下側にガス冷媒が多く分布し風上側に液冷媒が多く分布した冷媒は、下循環部１２Ｓ２に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流される。下循環部１２Ｓ２に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流した冷媒は、各扁平伝熱管１１を流れる際に、フィン１４を介して空気と熱交換した冷媒はガス化してヘッダ１３に流出する。

また、複数の扁平伝熱管１１に分流されなかった冷媒は、第２の仕切り部材１２３の開口部１２３Ｈ１から上循環部１２Ｓ１の上昇路１２Ｓｕへ噴出される。ガス冷媒の多くは、第２の仕切り部材１２３の開口部１２３Ｈ１によって再度加速され、図１０の矢印Ａ４で示した様に、上循環部１２Ｓ１の上方に向かって勢いよく上昇する。この開口部１２３Ｈ１から再加速して噴出されるガス冷媒の気流によって、流速の遅い液冷媒は、図１０の矢印Ａ５で示した様に、風下側から風上側に押し出される。その結果、上循環部１２Ｓ１において、上述した冷媒相分布の偏り効果が実現される。

上循環部１２Ｓ１の上昇路１２Ｓｕにおいて、風下側にガス冷媒が多く分布し風上側に液冷媒が多く分布した冷媒は、上循環部１２Ｓ１に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流される。上循環部１２Ｓ１に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流した冷媒は、各扁平伝熱管１１を流れる際に、フィン１４を介して空気と熱交換した冷媒はガス化してヘッダ１３に流出する。

また、上循環部１２Ｓ１に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流されなかった冷媒は、上側連通路１２Ｓｔで上下の流れ方向が反転し、循環部１２Ｓの下降路１２Ｓｄへと流れ込む。下降路１２Ｓｄへ流れ込んだ冷媒は、循環部１２Ｓの下降路１２Ｓｄを下降し、下側連通路１２Ｓｂで上下の流れ方向が反転し、再び下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕへと流れ込む。

上記のようにして下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕへと流れ込んだ冷媒は、第１の噴出孔１２１Ｈ１から下循環部１２Ｓ２へ新たに噴出された冷媒と合流し、再び同様の循環を繰り返す。

以上述べた様に、流入板１２０の上昇路１２Ｓｕ側であり且つ風下側に第１の噴出孔１２１Ｈ１を設けることにより、下循環部１２Ｓ２から上循環部１２Ｓ１へ流れるガス冷媒の多くは、第２の仕切り部材１２３の開口部１２３Ｈ１によって再度加速される。これにより、循環部１２Ｓ内の上方において、開口部１２３Ｈ１を有する第２の仕切り部材１２３がない場合に比して、複数の扁平伝熱管１１の幅方向についてのガス冷媒と液冷媒との流量比をさらに異ならせることができる。言い換えれば、上循環部１２Ｓ１においても下循環部１２Ｓ２に比して効率を落とすことなく、冷媒相分布の偏り効果を実現することができる。その結果、各扁平伝熱管１１に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流をより効率的に行うことができる。

図１１は、図１０に示したヘッダとの比較例として、実施形態１のヘッダに低循環量（低流量）の冷媒を流入させた場合を説明するための図である。図１１に示したヘッダと図１０に示したヘッダとを比較した場合、図１１に示したヘッダは、開口部１２３Ｈ１を有する第２の仕切り部材１２３が存在しない。なお、図１１において、循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕの斜線領域は気液二相冷媒の分布を、循環部１２Ｓのドット領域は液体冷媒の分布を、循環部１２Ｓの白抜き領域はガス冷媒の分布を、それぞれ模式的に例示している。また、図１１においては、フィン１４の図示が省略されている。

図１１に示した比較例に係るヘッダにおいては、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕへ噴出した冷媒は、低循環量であるため、図１１の矢印Ａ６で示した様に、上昇するに従って失速する。このため、循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕにおける風上側と風下側の流速差は、循環部１２Ｓの上部に向かうに従って小さくなる。循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕの第１の噴出孔１２１Ｈ１に近い領域においては、図１１の矢印Ａ７で示した様に、上昇速度の速いガス冷媒によって、流速の遅い液冷媒を風下から風上側に押し出すことができる。一方、ガス冷媒が失速すると、ガス冷媒は液冷媒を風下から風上側に押し出すことができない。従って、循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕの上方向に行くに従って、図１１の矢印Ａ８で示した様に、気液二相冷媒が多く流れることになり、液冷媒とガス冷媒との相分布は、偏りが無くなる方向に変化すると考えられる。

これに対し、本実施形態に係る熱交換器では、冷媒相分布の偏り効果は、ガス冷媒が開口部１２３Ｈ１によって再度加速され上循環部１２Ｓ１の上方まで勢いよく噴出することから、上循環部１２Ｓ１の上部の扁平伝熱管１１に対してもより効率的に作用する。さらに、第１の噴出孔１２１Ｈ１からガス冷媒が上循環部１２Ｓ１の上方まで勢いよく噴出することから、最下段の扁平伝熱管１１への液冷媒流入を抑制することができる。

以上より、実施の形態１に係る熱交換器５によれば、各扁平伝熱管１１に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含み得るものである。

１ 空気調和機
２ 室内機
３ 室外機
４、５ 熱交換器
６ 圧縮機
７ 膨張弁
８ 四方弁
１１ 扁平伝熱管
１２、１３ ヘッダ
１４ フィン
１５、１６ 配管
１２Ｆ 流入部
１２Ｓ 循環部
１２Ｓ１ 上循環部
１２Ｓ２ 下循環部
１２Ｓｕ 上昇路
１２Ｓｄ 下降路
１２Ｓｔ 上側連通路
１２Ｓｂ 下側連通路
１２０ 流入板
１２１ 第１の仕切り部材
１２１Ｈ１ 第１の噴出孔
１２１Ｈ２ 第２の噴出孔
１２３ 第２の仕切り部材
１２３Ｈ１ 開口部

Claims (4)

1. 間隔を開けて積層された複数の扁平伝熱管と、
   複数の前記扁平伝熱管の端部が接続された中空のヘッダと、を備え、
   前記ヘッダは、
   前記ヘッダの内部を、冷媒が流入する流入部と、前記流入部の上側に位置し複数の前記扁平伝熱管の端部が接続される循環部とに区画する流入板と、
   前記循環部を、複数の前記扁平伝熱管の前記端部が接続される側である内側に位置する上昇路と、前記内側と反対側である外側に位置する下降路とに区画し、前記循環部の内部の上側で前記上昇路と前記下降路とを連通させる上側連通路を形成し、前記循環部の内部の下側で前記上昇路と前記下降路とを連通させる下側連通路とを形成する第１の仕切り部材と、
   前記循環部を上側に位置する上循環部と下側に位置する下循環部とに区画する第２の仕切り部材とを有し、
   前記流入板は、前記上昇路側且つ風下側において、冷媒を前記流入部から前記上昇路に噴出する少なくとも一つの第１の噴出孔を有し、
   前記第２の仕切り部材は、前記上昇路側且つ風下側において、冷媒を前記下循環部から前記上循環部に噴出する開口部を有する熱交換器。
2. 前記流入板は、前記上昇路側且つ少なくとも一つの前記第１の噴出孔に対して風上側において、冷媒を前記流入部から前記上昇路に噴出する少なくとも一つの第２の噴出孔を有し、
   少なくとも一つの前記第２の噴出孔は、少なくとも一つの前記第１の噴出孔に比して小さく形成されている、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第２の仕切り部材は、複数の前記扁平伝熱管の積層方向に関して、前記循環部の中央又は中央よりも上方に設けられている請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記開口部は、上面視において少なくとも一つの前記第１の噴出孔と重なる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。

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