JP7437418B2 - 熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、熱交換器および冷凍サイクル装置に関する。

ヘッダ型の熱交換器は、複数の熱交換チューブと、ヘッダとを持つ。熱交換チューブの内部には、冷媒流路が形成される。ヘッダは、熱交換チューブの端部に設けられている。熱交換器は、小型であること、および軽量であることが要望されている。

国際公開第２０１５／０３７６４１号 国際公開第２０１５／０６３８７５号

本発明が解決しようとする課題は、小型かつ軽量の熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することである。

実施形態の熱交換器は、複数の熱交換チューブと、ヘッダとを持つ。複数の前記熱交換チューブは、冷媒が流れる冷媒流路が形成される。複数の前記熱交換チューブは、第１方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブと、前記第１方向と直交する第２方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブと、を含む。前記ヘッダは、前記熱交換チューブの一方および他方の端部にそれぞれ設けられる。前記ヘッダの少なくとも１つは、第１主面どうしが向かい合うように積層された一対の板体を備える。前記板体の少なくとも１つの前記第１主面に、前記冷媒流路と連通する空間流路を形成する複数の凹部が形成されている。複数の前記凹部は、第１凹部と、第２凹部と、を含む。前記第１凹部は、前記第１方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブの前記冷媒流路を連通する前記空間流路を形成する。前記第２凹部は、前記第２方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブの前記冷媒流路を連通する前記空間流路を形成する。前記第１凹部によって形成された前記空間流路は、前記第１方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブのうち一つの前記熱交換チューブから他の一つの前記熱交換チューブに前記冷媒を流す。前記第２凹部によって形成された前記空間流路は、前記第２方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブのうち一つの前記熱交換チューブから他の一つの前記熱交換チューブに前記冷媒を流す。

実施形態における冷凍サイクル装置の概略構成図。 第１の実施形態における熱交換器の斜視図。 第１ヘッダの分解斜視図。 第１ヘッダおよび熱交換チューブの分解斜視図。 第１ヘッダの断面図。 第２ヘッダの分解斜視図。 第２ヘッダの断面図。 第１変形例の第１ヘッダの断面図。 第２変形例の第１ヘッダの断面図。 第２の実施形態における第１ヘッダの断面図。 第３変形例の第１ヘッダの断面図。

以下、実施形態の熱交換器を、図面を参照して説明する。
本願において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、以下のように定義される。Ｚ方向は、第１ヘッダおよび第２ヘッダの長手方向（延在方向）である。例えば、Ｚ方向は鉛直方向であり、＋Ｚ方向は上方向である。Ｘ方向は、熱交換チューブの中心軸方向（延在方向）である。例えば、Ｘ方向は水平方向であり、＋Ｘ方向は第２ヘッダから第１ヘッダに向かう方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向である。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
図１に示されるように、冷凍サイクル装置１は、圧縮機２と、四方弁３と、室外熱交換器（熱交換器）４と、膨張装置５と、室内熱交換器（熱交換器）６と、を有する。冷凍サイクル装置１の構成要素は、配管７によって順次接続されている。図１では、冷房運転時の冷媒（熱媒体）の流通方向が実線矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流通方向が破線矢印で示される。

圧縮機２は、圧縮機本体２Ａと、アキュムレータ２Ｂと、を有する。圧縮機本体２Ａは、内部に取り込まれる低圧の気体冷媒を圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。アキュムレータ２Ｂは、気液二相冷媒を分離して、気体冷媒を圧縮機本体２Ａに供給する。

四方弁３は、冷媒の流通方向を逆転させ、冷房運転と暖房運転とを切り替える。冷房運転時に冷媒は、圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、膨張装置５及び室内熱交換器６の順に流れる。このとき冷凍サイクル装置１は、室外熱交換器４を凝縮器として機能させ、室内熱交換器６を蒸発器として機能させ、室内を冷房する。暖房運転時に冷媒は、圧縮機２、四方弁３、室内熱交換器６、膨張装置５、室外熱交換器４の順に流れる。このとき冷凍サイクル装置１は、室内熱交換器６を凝縮器として機能させ、室外熱交換器４を蒸発器として機能させ、室内を暖房する。

凝縮器は、圧縮機２から吐出される高温・高圧の気体冷媒を、外気へ放熱させて凝縮させることにより、高圧の液体冷媒にする。
膨張装置５は、凝縮器から送り込まれる高圧の液体冷媒の圧力を下げ、低温・低圧の気液二相冷媒にする。
蒸発器は、膨張装置５から送り込まれる低温・低圧の気液二相冷媒を、外気から吸熱させて気化させることにより、低圧の気体冷媒にする。

このように、冷凍サイクル装置１では、作動流体である冷媒が気体冷媒と液体冷媒との間で相変化しながら循環する。冷媒は、気体冷媒から液体冷媒に相変化する過程で放熱し、液体冷媒から気体冷媒に相変化する過程で吸熱する。冷凍サイクル装置１は、冷媒の放熱または吸熱を利用して、暖房や冷房、除霜などを行う。

図２は、第１の実施形態の熱交換器の斜視図である。図２に示されるように、第１の実施形態の熱交換器４は、冷凍サイクル装置１の室外熱交換器４および室内熱交換器６のうち一方または両方に使用される。以下、熱交換器４が冷凍サイクル装置１（図１参照）の室外熱交換器４として使用される場合を例にして説明する。

熱交換器４は、第１ヘッダ１０と、第２ヘッダ２０と、熱交換チューブ（伝熱管）３０と、を有する。
図３は、第１ヘッダ１０の分解斜視図である。図４は、第１ヘッダ１０および熱交換チューブ３０の分解斜視図である。図５は、第１ヘッダ１０のＸＺ平面に沿う断面図である。

図３および図５に示されるように、第１ヘッダ１０は、一対の板体１１，１２が積層されて構成されている。すなわち、第１ヘッダ１０は、第１内板体１１と第１外板体１２とが積層されて構成されている。第１内板体１１および第１外板体１２は、アルミニウム、アルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。第１内板体１１および第１外板体１２は、概略、ＹＺ平面と平行とされる。第１外板体１２は、第１内板体１１の＋Ｘ方向側の面（第１主面１１ａ）に積層される。
図５に示されるように、第１主面１１ａは、第１内板体１１の主面であって、第１外板体１２に対向する面である。第２主面１１ｂは、第１主面１１ａとは反対の面である。

第１内板体１１の第１主面１１ａには、複数の凹部１３が形成されている。凹部１３は、第１内板体１１の曲げ変形により形成された変形部１５によって形成されている。凹部１３は、変形部１５の内面に形成された凹部である。例えば、凹部１３の深さＤ１は、第１内板体１１の厚さＴ１より大である。

変形部１５は、底板部１５ａと、側板部１５ｂとを備えるトレイ形状とされている。側板部１５ｂは、底板部１５ａの周縁から＋Ｘ方向に向かって拡径しつつ延出する。例えば、変形部１５は、長円錐台形状、角錐台形状、円錐台形状などであってよい。例えば、変形部１５は、平板状の板体を加工することによって形成することができる。加工方法としては、冷間鋳造（エンボス加工）、プレス成形などがある。

第２主面１１ｂには、凹部１３に即した形状の凸部１４が形成されている。凸部１４は、変形部１５の外面に形成された凸部である。

図３に示されるように、複数の凹部１３は、第１凹部１３Ａ～第９凹部１３Ｉを含む。
第１凹部１３Ａは、Ｘ方向から見て長円形状とされている。「長円形状」は、互いに平行かつ向かい合う２つの直線と、２つの直線の端部どうしをそれぞれ結ぶ湾曲凸状（例えば半円状、楕円弧状など）の曲線とで構成される形状である。第１凹部１３Ａの長径方向はＹ方向と平行である。第１凹部１３Ａは、第１凹部１３Ａ～第９凹部１３Ｉのなかで最も高い位置にある（すなわち、最も＋Ｚ方向側に位置する）。

第２凹部１３Ｂ～第５凹部１３Ｅおよび第８凹部１３Ｈは、Ｘ方向から見て矩形状とされている。例えば、第２凹部１３Ｂ～第５凹部１３Ｅおよび第８凹部１３Ｈは、丸みを帯びた角部を有する矩形状とされている。
第２凹部１３Ｂおよび第３凹部１３Ｃは、第１凹部１３Ａに対して低い位置にある（すなわち、第１凹部１３Ａの－Ｚ方向側に位置する）。第２凹部１３Ｂと第３凹部１３Ｃとは、Ｙ方向に間隔をおいて、Ｙ方向に並んで形成されている。第３凹部１３Ｃは、第２凹部１３Ｂに対して、＋Ｙ方向側に位置する。

第４凹部１３Ｄは、第２凹部１３Ｂに対して低い位置にある（すなわち、第２凹部１３Ｂの－Ｚ方向側に位置する）。第５凹部１３Ｅは、第３凹部１３Ｃに対して低い位置にある（すなわち、第３凹部１３Ｃの－Ｚ方向側に位置する）。第４凹部１３Ｄと第５凹部１３Ｅとは、Ｙ方向に間隔をおいて、Ｙ方向に並んで形成されている。第５凹部１３Ｅは、第４凹部１３Ｄに対して、＋Ｙ方向側に位置する。

第６凹部１３Ｆは、第４凹部１３Ｄに対して低い位置にある（すなわち、第４凹部１３Ｄの－Ｚ方向側に位置する）。第７凹部１３Ｇは、第６凹部１３Ｆに対して低い位置にある（すなわち、第６凹部１３Ｆの－Ｚ方向側に位置する）。第６凹部１３Ｆおよび第７凹部１３Ｇは、Ｘ方向から見て長円形状とされている。第６凹部１３Ｆおよび第７凹部１３Ｇの長径方向はＹ方向と平行である。
第８凹部１３Ｈは、第５凹部１３Ｅに対して低い位置にある（すなわち、第５凹部１３Ｅの－Ｚ方向側に位置する）。第８凹部１３Ｈは、第６凹部１３Ｆおよび第７凹部１３Ｇに対して、Ｙ方向側に位置する。

第９凹部１３Ｉは、Ｘ方向から見て長円形状とされている。第９凹部１３Ｉの長径方向はＹ方向と平行である。第９凹部１３Ｉは、第７凹部１３Ｇおよび第８凹部１３Ｈに対して低い位置にある（すなわち、第７凹部１３Ｇおよび第８凹部１３Ｈの－Ｚ方向側に位置する）。

第１凹部１３Ａを形成する変形部１５の底板部１５ａには、２つの差込部４１，４１が形成されている。差込部４１は、底板部１５ａを厚さ方向に貫通する。差込部４１は、Ｙ方向に平行なスリット状に形成されている。差込部４１には、熱交換チューブ３０の端部が挿入される（図５参照）。２つの差込部４１，４１は、Ｙ方向に間隔をおいて形成されている。

第２凹部１３Ｂ～第５凹部１３Ｅおよび第８凹部１３Ｈを形成する変形部１５の底板部１５ａには、それぞれ２つの差込部４１，４１が形成されている。２つの差込部４１，４１は、Ｚ方向に間隔をおいて形成されている。

第６凹部１３Ｆおよび第７凹部１３Ｇを形成する変形部１５の底板部１５ａには、それぞれ１つの差込部４１が形成されている。
第９凹部１３Ｉを形成する変形部１５の底板部１５ａには、２つの差込部４１，４１が形成されている。２つの差込部４１，４１は、Ｙ方向に間隔をおいて形成されている。

第１凹部１３Ａおよび第９凹部１３Ｉは、同一形状の凹部である。第１凹部１３Ａおよび第９凹部１３Ｉは、後述する熱交換チューブ３０をＹ方向に２つ並べた長さ（または、熱交換チューブ３０をＹ方向に２つ並べた長さを超える長さ）の長円形状となっている。第２凹部１３Ｂ、第３凹部１３Ｃ、第４凹部１３Ｄ、第５凹部１３Ｅおよび第８凹部１３Ｈは、同一形状の凹部である。第６凹部１３Ｆおよび第７凹部１３Ｇは、同一形状の凹部である。第６凹部１３Ｆおよび第７凹部１３Ｇは、他の凹部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｈおよび１３Ｉよりも小さく形成されている。

図５に示されるように、第１主面１２ａは、第１外板体１２の主面であって、第１内板体１１に対向する面である。第２主面１２ｂは、第１主面１２ａとは反対の面である。

第１外板体１２の第１主面１２ａには、複数の凹部１７が形成されている。凹部１７は、第１内板体１１の曲げ変形により形成された変形部１９によって形成されている。凹部１７は、変形部１９の内面に形成された凹部である。例えば、凹部１７の深さＤ２は、第１外板体１２の厚さＴ２より大である。

変形部１９は、底板部１９ａと、側板部１９ｂとを備えるトレイ形状とされている。側板部１９ｂは、底板部１９ａの周縁から－Ｘ方向に向かって拡径しつつ延出する。例えば、変形部１９は、長円錐台形状、角錐台形状、円錐台形状などであってよい。例えば、変形部１９は、平板状の板体を加工することによって形成することができる。加工方法としては、冷間鋳造（エンボス加工）、プレス成形などがある。

第２主面１２ｂには、凹部１７に即した形状の凸部１８が形成されている。凸部１８は、変形部１９の外面に形成された凸部である。

図４に示されるように、複数の凹部１７は、第１凹部１７Ａ～第９凹部１７Ｉを含む。第１凹部１７Ａ～第９凹部１７Ｉは、それぞれ、第１内板体１１の第１凹部１３Ａ～第９凹部１３Ｉと対応する形状とされる。詳しくは、第１凹部１７Ａは、Ｘ方向から見て長円形状とされている。第２凹部１７Ｂ～第５凹部１７Ｅおよび第８凹部１７Ｈは、Ｘ方向から見て矩形状（例えば、丸みを帯びた角部を有する矩形状）とされている。第６凹部１７Ｆおよび第７凹部１７Ｇは、Ｘ方向から見て長円形状とされている。第９凹部１７Ｉは、Ｘ方向から見て長円形状とされている。第１凹部１７Ａ～第９凹部１７Ｉは、それぞれ、第１内板体１１の第１凹部１３Ａ～第９凹部１３Ｉと対面して位置する。

第１凹部１７Ａおよび第９凹部１７Ｉは、同一形状の凹部である。第１凹部１７Ａおよび第９凹部１７Ｉは、後述する熱交換チューブ３０をＹ方向に２つ並べた長さ以上の長さ（例えば、熱交換チューブ３０をＹ方向に２つ並べた長さを超える長さ）の長円形状となっている。第２凹部１７Ｂ、第３凹部１７Ｃ、第４凹部１７Ｄ、第５凹部１７Ｅおよび第８凹部１７Ｈは、同一形状の凹部である。第６凹部１７Ｆおよび第７凹部１７Ｇは、同一形状の凹部である。第６凹部１７Ｆおよび第７凹部１７Ｇは、他の凹部１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｈおよび１７Ｉよりも小さく形成されている。

図５に示されるように、第１内板体１１の凹部１３と、これに対向する第１外板体１２の凹部１７とは、ヘッド空間流路１６（空間）を形成する。ヘッド空間流路１６は、向かい合う凹部１３と凹部１７とによって区画される空間流路を形成する。ヘッド空間流路１６は、ＹＺ平面に沿う板状の空間流路を形成する。差込部４１に挿入された熱交換チューブ３０の端部は、ヘッド空間流路１６に開口する。そのため、ヘッド空間流路１６は、熱交換チューブ３０の冷媒流路３４と連通する。

図２および図３に示されるように、第１凹部１３Ａと第１凹部１７Ａとが区画するヘッド空間流路１６を第１ヘッド空間流路１６Ａという。第２凹部１３Ｂと第２凹部１７Ｂとが区画するヘッド空間流路１６を第２ヘッド空間流路１６Ｂという。第３凹部１３Ｃと第３凹部１７Ｃとが区画するヘッド空間流路１６を第３ヘッド空間流路１６Ｃという。第４凹部１３Ｄと第４凹部１７Ｄとが区画するヘッド空間流路１６を第４ヘッド空間流路１６Ｄという。第５凹部１３Ｅと第５凹部１７Ｅとが区画するヘッド空間流路１６を第５ヘッド空間流路１６Ｅという。第６凹部１３Ｆと第６凹部１７Ｆとが区画するヘッド空間流路１６を第６ヘッド空間流路１６Ｆという。第７凹部１３Ｇと第７凹部１７Ｇとが区画するヘッド空間流路１６を第７ヘッド空間流路１６Ｇという。第８凹部１３Ｈと第８凹部１７Ｈとが区画するヘッド空間流路１６を第８ヘッド空間流路１６Ｈという。第９凹部１３Ｉと第９凹部１７Ｉとが区画するヘッド空間流路１６を第９ヘッド空間流路１６Ｉという。

第１ヘッド空間流路１６Ａおよび第９ヘッド空間流路１６Ｉは、同一形状の空間流路部を形成している。第１ヘッド空間流路１６Ａおよび第９ヘッド空間流路１６Ｉは、後述する熱交換チューブ３０をＹ方向に２つ並べた長さ以上の長さ（例えば、熱交換チューブ３０をＹ方向に２つ並べた長さを超える長さ）の長円形状となっている。第２ヘッド空間流路１６Ｂ、第３ヘッド空間流路１６Ｃおよび第４ヘッド空間流路１６Ｄは、同一形状の空間流路部を形成している。また、第３ヘッド空間流路１６Ｃ、第５ヘッド空間流路１６Ｅおよび第８ヘッド空間流路１６Ｈは、同一形状の空間流路部を形成している。第６ヘッド空間流路１６Ｆおよび第７ヘッド空間流路１６Ｇは、同一形状の空間流路部を形成している。第６ヘッド空間流路１６Ｆおよび第７ヘッド空間流路１６Ｇは、他のヘッド空間流路１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｈおよび１６Ｉよりも小さく形成されている。

図３に示されるように、第６凹部１７Ｆを形成する変形部１９の底板部１９ａには、差込部４２が形成されている。例えば、差込部４２は、円形状である。差込部４２には、管状の第１冷媒ポート５１が挿入される（図２参照）。第１冷媒ポート５１の端部は、第６ヘッド空間流路１６Ｆの内部に開口する。この開口は、冷媒を熱交換器４に導入する導入口、または冷媒を熱交換器４から導出する導出口となる。

第７凹部１７Ｇを形成する変形部１９の底板部１９ａには、差込部４３が形成されている。例えば、差込部４３は、円形状であり、差込部４２と同じ大きさ、形状で形成されている。差込部４３には、管状の第２冷媒ポート５２が挿入される（図２参照）。第２冷媒ポート５２の端部は、第７ヘッド空間流路１６Ｇの内部に開口する。この開口は、冷媒を熱交換器４に導入する導入口、または冷媒を熱交換器４から導出する導出口となる。

第３凹部１７Ｃを形成する変形部１９の底板部１９ａには、差込部４４が形成されている。例えば、差込部４４は、円形状であり、差込部４２、４３よりも大きく形成されている。差込部４４には、管状の第３冷媒ポート５３が挿入される（図２参照）。第３冷媒ポート５３の端部は、第３ヘッド空間流路１６Ｃの内部に開口する。この開口は、冷媒を熱交換器４に導入する導入口、または冷媒を熱交換器４から導出する導出口となる。

図５に示されるように、ヘッド空間流路１６の圧力を「Ｐ」とする。第１内板体１１および第１外板体１２の厚さを「Ｔ」とする。ヘッド空間流路１６の厚さ寸法（Ｘ方向の寸法）を「Ｌ」とする。第１内板体１１および第１外板体１２の材料耐力σは、次の式（１）を満たすことが好ましい。

σ＞－１０．１Ｔ＋２．１Ｌ＋８．１Ｐ＋３．５ ・・・（１）

式（１）を満たす場合、第１ヘッダ１０の耐圧性を確保することができる。

図６は、第２ヘッダ２０の分解斜視図である。図７は、第２ヘッダ２０のＸＺ平面に沿う断面図である。
図６および図７に示されるように、第２ヘッダ２０は、一対の板体２１，２２が積層されて構成されている。すなわち、第２ヘッダ２０は、第２内板体２１と第２外板体２２とが積層されて構成されている。第２内板体２１および第２外板体２２は、アルミニウム、アルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。第２内板体２１および第２外板体２２は、概略、ＹＺ平面と平行とされる。第２外板体２２は、第２内板体２１の－Ｘ方向側の面（第１主面２１ａ）に積層される。
図７に示されるように、第１主面２１ａは、第２内板体２１の主面であって、第２外板体２２に対向する面である。第２主面２１ｂは、第１主面２１ａとは反対の面である。

第２内板体２１の第１主面２１ａには、複数の凹部２３が形成されている。凹部２３は、第２内板体２１の曲げ変形により形成された変形部２５によって形成されている。凹部２３は、変形部２５の内面に形成された凹部である。例えば、凹部２３の深さＤ３は、第２内板体２１の厚さＴ３より大である。

変形部２５は、底板部２５ａと、側板部２５ｂとを備えるトレイ形状とされている。側板部２５ｂは、底板部２５ａの周縁から－Ｘ方向に向かって拡径しつつ延出する。例えば、変形部２５は、長円錐台形状、角錐台形状、円錐台形状などであってよい。例えば、変形部２５は、平板状の板体を加工することによって形成することができる。加工方法としては、冷間鋳造（エンボス加工）、プレス成形などがある。

第２主面２１ｂには、凹部２３に即した形状の凸部２４が形成されている。凸部２４は、変形部２５の外面に形成された凸部である。

図６に示されるように、複数の凹部２３は、第１凹部２３Ａ～第８凹部２３Ｈを含む。第１凹部２３Ａ～第８凹部２３Ｈは、Ｘ方向から見て矩形状とされている。第１凹部２３Ａと第２凹部２３Ｂとは、Ｙ方向に並んで形成されている。第３凹部２３Ｃは、第１凹部２３Ａの－Ｚ方向側に位置する。第４凹部２３Ｄは、第２凹部２３Ｂの－Ｚ方向側に位置する。第３凹部２３Ｃと第４凹部２３Ｄとは、Ｙ方向に並んで形成されている。第５凹部２３Ｅは、第３凹部２３Ｃの－Ｚ方向側に位置する。第６凹部２３Ｆは、第４凹部２３Ｄの－Ｚ方向側に位置する。第５凹部２３Ｅと第６凹部２３Ｆとは、Ｙ方向に並んで形成されている。第７凹部２３Ｇは、第５凹部２３Ｅの－Ｚ方向側に位置する。第８凹部２３Ｈは、第６凹部２３Ｆの－Ｚ方向側に位置する。第７凹部２３Ｇと第８凹部２３Ｈとは、Ｙ方向に並んで形成されている。

第１凹部２３Ａ～第８凹部２３Ｈを形成する変形部２５の底板部２５ａには、それぞれ２つの差込部４５，４５が形成されている。差込部４５は、Ｙ方向に平行なスリット状に形成されている。差込部４５には、熱交換チューブ３０の端部が挿入される（図７参照）。２つの差込部４５，４５は、Ｚ方向に間隔をおいて形成されている。

図７に示されるように、第１主面２２ａは、第２外板体２２の主面であって、第２内板体２１に対向する面である。第２主面２２ｂは、第１主面２２ａとは反対の面である。

第２外板体２２の第１主面２２ａには、複数の凹部２７が形成されている。凹部２７は、第２内板体２１の曲げ変形により形成された変形部２９によって形成されている。凹部２７は、変形部２９の内面に形成された凹部である。例えば、凹部２７の深さＤ４は、第２外板体２２の厚さＴ４より大である。

変形部２９は、底板部２９ａと、側板部２９ｂとを備えるトレイ形状とされている。側板部２９ｂは、底板部２９ａの周縁から＋Ｘ方向に向かって拡径しつつ延出する。例えば、変形部２９は、長円錐台形状、角錐台形状、円錐台形状などであってよい。例えば、変形部２９は、平板状の板体を加工することによって形成することができる。加工方法としては、冷間鋳造（エンボス加工）、プレス成形などがある。

第２主面２１ｂには、凹部２７に即した形状の凸部２８が形成されている。凸部２８は、変形部２９の外面に形成された凸部である。

図６に示されるように、複数の凹部２７は、第１凹部２７Ａ～第８凹部２７Ｈを含む。第１凹部２７Ａ～第９凹部２７Ｉは、それぞれ、第２内板体２１の第１凹部２３Ａ～第８凹部２７Ｈと対応する形状とされる。第１凹部２７Ａ～第８凹部２７Ｈは、Ｘ方向から見て矩形状とされている。第１凹部２７Ａ～第８凹部２７Ｈは、それぞれ、第２内板体２１の第１凹部２３Ａ～第８凹部２３Ｈと対面して位置する。

図７に示されるように、第２内板体２１の凹部２３と、これに対応する第２外板体２２の凹部２７とは、ヘッド空間流路２６（空間）を形成する。ヘッド空間流路２６は、凹部２３と凹部２７とによって区画される空間で空間流路を形成する。ヘッド空間流路２６は、ＹＺ平面に沿う板状の空間で空間流路を形成する。

図２に示されるように、第１凹部２３Ａと第１凹部２７Ａとが区画するヘッド空間流路２６を第１ヘッド空間流路２６Ａという。第２凹部２３Ｂと第２凹部２７Ｂとが区画するヘッド空間流路２６を第２ヘッド空間流路２６Ｂという。第３凹部２３Ｃと第３凹部２７Ｃとが区画するヘッド空間流路２６を第３ヘッド空間流路２６Ｃという。第４凹部２３Ｄと第４凹部２７Ｄとが区画するヘッド空間流路２６を第４ヘッド空間流路２６Ｄという。第５凹部２３Ｅと第５凹部２７Ｅとが区画するヘッド空間流路２６を第５ヘッド空間流路２６Ｅという。第６凹部２３Ｆと第６凹部２７Ｆとが区画するヘッド空間流路２６を第６ヘッド空間流路２６Ｆという。第７凹部２３Ｇと第７凹部２７Ｇとが区画するヘッド空間流路２６を第７ヘッド空間流路２６Ｇという。第８凹部２３Ｈと第８凹部２７Ｈとが区画するヘッド空間流路２６を第８ヘッド空間流路２６Ｈという。

第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０は、Ｘ方向に相互に離間して並んで配置される。

熱交換チューブ３０は、アルミニウム、アルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。熱交換チューブ３０は、偏平管状に形成される。すなわち、熱交換チューブ３０は、Ｚ方向の寸法に比べてＹ方向の寸法が大きい。熱交換チューブ３０の、長さ方向に直交する断面（ＹＺ断面）の形状は、長円形状である。熱交換チューブ３０は、Ｘ方向に延在する。熱交換チューブ３０の内部には、冷媒流路３４が形成される（図５参照）。冷媒流路３４は、熱交換チューブ３０の全長にわたって形成されている。

複数の熱交換チューブ３０の少なくとも一部は、Ｚ方向に間隔をおいて並列配置される。熱交換チューブ３０の＋Ｘ方向の端部は、第１ヘッダ１０に形成された差込部４１に挿入される（図５参照）。これにより、熱交換チューブ３０の冷媒流路３４の＋Ｘ方向の端部は、第１ヘッダ１０のヘッド空間流路１６の内部に開口する。そのため、ヘッド空間流路１６は、熱交換チューブ３０の冷媒流路３４と連通する。

熱交換チューブ３０の－Ｘ方向の端部は、第２ヘッダ２０に形成された差込部４５に挿入される（図７参照）。これにより、熱交換チューブ３０の冷媒流路３４の－Ｘ方向の端部は、第２ヘッダ２０のヘッド空間流路２６の内部に開口する。そのため、ヘッド空間流路２６は、熱交換チューブ３０の冷媒流路３４と連通する。

第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０と、熱交換チューブ３０との隙間は、ロウ付け等により封止される。ロウ付けの具体的な手順は以下の通りである。第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０の内面にロウが塗布される。第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０に熱交換チューブ３０が挿入されて、熱交換器４が組み立てられる。組み立てられた熱交換器４が、炉内で加熱される。加熱により、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０の内面のロウが溶融する。溶融したロウは、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０と熱交換チューブ３０との隙間を塞ぐ。熱交換器４が冷却されて、ロウは固化する。これにより、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０と、熱交換チューブ３０とが固定される。

上下に隣り合う熱交換チューブ３０の間には、Ｙ方向に沿う外気流路が形成される。熱交換器４は、送風ファン（不図示）等により外気流路に外気を流通させる。熱交換器４は、外気流路を流通する外気と、冷媒流路３４を流通する冷媒との間で熱交換させる。熱交換は、熱交換チューブ３０を介して、間接的に行われる。

図１に示される冷凍サイクル装置１が冷房運転を行うとき、室外熱交換器４は凝縮器として機能する。この場合には、圧縮機２から流出した気体冷媒が、室外熱交換器４に流入する。
図２に示されるように、冷媒は、第１冷媒ポート５１および第２冷媒ポート５２から、第１ヘッダ１０の内部に流入する。第１冷媒ポート５１から第６ヘッド空間流路１６Ｆに流入した冷媒は、熱交換チューブ３０（３０Ｆ）を－Ｘ方向に流れ、第２ヘッダ２０の第５ヘッド空間流路２６Ｅの下部に流入する。冷媒は、第５ヘッド空間流路２６Ｅの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｄ２）を＋Ｘ方向に流れ、第１ヘッダ１０の第４ヘッド空間流路１６Ｄの下部に流入する。冷媒は、第４ヘッド空間流路１６Ｄの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｄ１）を－Ｘ方向に流れ、第２ヘッダ２０の第３ヘッド空間流路２６Ｃの下部に流入する。

冷媒は、第３ヘッド空間流路２６Ｃの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｂ２）を＋Ｘ方向に流れ、第１ヘッダ１０の第２ヘッド空間流路１６Ｂの下部に流入する。冷媒は、第２ヘッド空間流路１６Ｂの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｂ１）を－Ｘ方向に流れ、第２ヘッダ２０の第１ヘッド空間流路２６Ａの下部に流入する。冷媒は、第１ヘッド空間流路２６Ａの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ａ１）を＋Ｘ方向に流れ、第１ヘッダ１０の第１ヘッド空間流路１６Ａに流入する。冷媒は、第１ヘッド空間流路１６Ａから、熱交換チューブ３０（３０Ａ２）を－Ｘ方向に流れ、第２ヘッダ２０の第２ヘッド空間流路２６Ｂの上部に流入する。冷媒は、第２ヘッド空間流路２６Ｂの下部から、熱交換チューブ３０（３０Ｃ１）を＋Ｘ方向に流れ、第１ヘッダ１０の第３ヘッド空間流路１６Ｃに流入する。冷媒は、第３ヘッド空間流路１６Ｃから、第３冷媒ポート５３を通して流出する。

第２冷媒ポート５２から第７ヘッド空間流路１６Ｇに流入した冷媒は、熱交換チューブ３０（３０Ｇ）を－Ｘ方向に流れ、第２ヘッダ２０の第７ヘッド空間流路２６Ｇの上部に流入する。冷媒は、第７ヘッド空間流路２６Ｇの下部から、熱交換チューブ３０（３０Ｉ１）を＋Ｘ方向に流れ、第１ヘッダ１０の第９ヘッド空間流路１６Ｉに流入する。冷媒は、第９ヘッド空間流路１６Ｉから、熱交換チューブ３０（３０Ｉ２）を－Ｘ方向に流れ、第２ヘッダ２０の第８ヘッド空間流路２６Ｈの下部に流入する。冷媒は、第８ヘッド空間流路２６Ｈの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｈ２）を＋Ｘ方向に流れ、第１ヘッダ１０の第８ヘッド空間流路１６Ｈの下部に流入する。

冷媒は、第８ヘッド空間流路１６Ｈの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｈ１）を－Ｘ方向に流れ、第２ヘッダ２０の第６ヘッド空間流路２６Ｆの下部に流入する。冷媒は、第６ヘッド空間流路２６Ｆの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｅ２）を＋Ｘ方向に流れ、第１ヘッダ１０の第５ヘッド空間流路１６Ｅの下部に流入する。冷媒は、第５ヘッド空間流路１６Ｅの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｅ１）を－Ｘ方向に流れ、第２ヘッダ２０の第４ヘッド空間流路２６Ｄの下部に流入する。冷媒は、第４ヘッド空間流路２６Ｄの上部から、熱交換チューブ３０（３０Ｃ２）を＋Ｘ方向に流れ、第１ヘッダ１０の第３ヘッド空間流路１６Ｃに流入する。冷媒は、第３ヘッド空間流路１６Ｃから、第３冷媒ポート５３を通して流出する。

気体冷媒は、熱交換チューブ３０を流通する過程で外気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は液体冷媒となって、第３冷媒ポート５３から熱交換器４の外部に流出する。
図１に示される冷凍サイクル装置１が暖房運転を行うとき、冷媒は上記と逆方向に流通する。つまり、液体冷媒は、第３冷媒ポート５３から第３ヘッド空間流路１６Ｃに流入し、気液二相冷媒が第１冷媒ポート５１および第２冷媒ポート５２から流出する。

実施形態の熱交換器４では、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０に、凹部１３，１７，２３，２７によって、冷媒が流通するヘッド空間流路１６，２６が形成されている（図５および図７参照）。そのため、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０の構造を簡略にすることができる。よって、小型かつ軽量の熱交換器４が得られる。
第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０は、板体１１～１４で構成されているため、円筒形状のヘッダに比べ、小型化および軽量化が可能である。よって、熱交換器４は、小型化および軽量化を図ることができる。熱交換器４は、小型かつ軽量であるため、室外機等の筐体への収納性の点でも優れている。第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０は、過不足のない冷媒の流通が可能なヘッド空間流路１６，２６を設計できるため、冷媒使用量を抑制できる。

第１比較形態として、円筒形状のヘッダを用いた熱交換器を想定する。この熱交換器は、外径が大きいヘッダが用いられるため、小型化および軽量化は難しい。特に、熱交換効率を高めるために扁平形状の熱交換チューブを用いる場合、外径が大きいヘッドが必要となり、小型化および軽量化は難しくなる。円筒形状のヘッダでは、内部空間が大きくなり、冷媒使用量が多くなる可能性がある。

第２比較形態として、ヘッダを備えていない熱交換器を想定する。この熱交換器は、ストレート部分と湾曲部分とが交互に形成された、蛇行形態の熱交換チューブが用いられる。扁平形状の熱交換チューブを用いる場合、湾曲部分では、座屈防止のため曲率半径を大きくする必要があり、熱交換器の小型化は難しい。湾曲部分にのみ円管状の熱交換チューブを用いれば曲率半径を小さくできる。しかし、その場合には、扁平形状の熱交換チューブと円管状の熱交換チューブとを接続する機構が必要となるため、小型化は容易でない。

実施形態の熱交換器４では、第１ヘッダ１０に、冷媒の導入口を有する冷媒ポート５１，５２と、冷媒の導出口を有する冷媒ポート５３とが設けられる（図２参照）。熱交換器４は、冷媒ポート５１～５３がいずれも第１ヘッダ１０に設けられるため、冷媒ポートが２つのヘッダに分散して設けられる場合に比べて、小型化が可能である。よって、熱交換器４は、筐体への収納性の点で優れている。

図８は、第１変形例の第１ヘッダ１０ＡのＸＺ平面に沿う断面図である。既出の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
第１ヘッダ１０Ａは、第１内板体１１（図５参照）に代えて第１内板体１１１が用いられる。第１ヘッダ１０Ａでは、第１外板体１２（図５参照）に代えて第１外板体１１２が用いられる。

第１内板体１１１は、板体主部１１３と、被覆層１１４とを備える。例えば、板体主部１１３は、アルミニウムを含む材料（アルミニウム、アルミニウム合金等）で構成される。被覆層１１４は、板体主部１１３の外面１１３ｂ（第２主面）に設けられている。外面１１３ｂは、第１外板体１１２に対向する第１主面１１１ａとは反対の面である。被覆層１１４は、Ｚｎを含む金属材料で構成される。例えば、被覆層１１４は、７０００系のアルミニウム合金で構成される。被覆層１１４のＺｎ含有量（含有率）は、板体主部１１３のＺｎ含有量（含有率）より高い。

第１外板体１１２は、板体主部１１５と、被覆層１１６とを備える。例えば、板体主部１１５は、アルミニウムを含む材料（アルミニウム、アルミニウム合金等）で構成される。被覆層１１６は、板体主部１１５の外面１１５ｂ（第２主面）に設けられている。外面１１５ｂは、第１内板体１１１に対向する第１主面１１２ａとは反対の面である。被覆層１１６は、Ｚｎを含む金属材料で構成される。例えば、被覆層１１６は、７０００系のアルミニウム合金で構成される。被覆層１１６のＺｎ含有量（含有率）は、板体主部１１５のＺｎ含有量（含有率）より高い。

第１内板体１１１および第１外板体１１２は、予めＺｎを含む被覆層を形成したクラッド材（積層板材）を用いて作製することができる。被覆層は、溶射により形成することもできる。
第２ヘッダについても、第１ヘッダ１０Ａと同様に、被覆層を有する板体を用いることができる。

この熱交換器では、板体１１１，１１２が被覆層１１４，１１６を有するため、第１ヘッダ１０Ａの耐食性を高めることができる。

図９は、第２変形例の第１ヘッダ１０ＢのＸＺ平面に沿う断面図である。既出の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図９に示されるように、第１ヘッダ１０Ｂは、第１内板体１１（図５参照）に代えて第１内板体２１１が用いられる。第１ヘッダ１０Ｂでは、第１外板体１２（図５参照）に代えて第１外板体２１２が用いられる。

第１内板体２１１は、板体主部２１３と、低融点層２１４とを備える。例えば、板体主部２１３は、アルミニウムを含む材料（アルミニウム、アルミニウム合金等）で構成される。低融点層２１４は、板体主部２１３の内面２１３ａ（第１主面）に設けられている。低融点層２１４は、Ｓｉを含む金属材料で構成される。例えば、低融点層２１４は、４０００系のアルミニウム合金で構成される。低融点層２１４のＳｉ含有量（含有率）は、板体主部２１３のＳｉ含有量（含有率）より高い。低融点層２１４の構成材料の融点は、板体主部２１３の構成材料の融点より低い。

第１外板体２１２は、板体主部２１５と、低融点層２１６とを備える。例えば、板体主部２１５は、アルミニウムを含む材料（アルミニウム、アルミニウム合金等）で構成される。低融点層２１６は、板体主部２１５の内面２１５ａ（第１主面）に設けられている。低融点層２１６は、Ｓｉを含む金属材料で構成される。例えば、低融点層２１６は、４０００系のアルミニウム合金で構成される。低融点層２１６のＳｉ含有量（含有率）は、板体主部２１５のＳｉ含有量（含有率）より高い。低融点層２１６の構成材料の融点は、板体主部２１５の構成材料の融点より低い。

第１内板体２１２および第１外板体２１２は、予めＳｉを含む低融点層を形成したクラッド材（積層板材）を用いて作製することができる。低融点層は、板体主部に、低融点材料で構成されるクラッドシートを積層することにより形成してもよい。
第２ヘッダについても、第１ヘッダ１０Ｂと同様に、低融点層を有する板体を用いることができる。

この熱交換器では、低融点層２１４，２１６は、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０と、熱交換チューブ３０との隙間を封止するロウとして機能するため、ロウ付けの作業が容易となる。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態の熱交換器における第１ヘッダ１０ＣのＸＺ平面に沿う断面図である。既出の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図１０に示されるように、第１ヘッダ１０Ｃは、第１内板体１１（図５参照）と第１外板体１２（図５参照）との間に、中間板体３１３が積層されている。例えば、中間板体３１３は、アルミニウムを含む材料（アルミニウム、アルミニウム合金等）で構成される。中間板体３１３は、Ｘ方向から見て凹部１３，１７に重なる差込部３１４が形成されている。凹部１３，１７と、差込部３１４とは、ヘッド空間流路３１６を形成する。
第２ヘッダについても、第１ヘッダ１０Ｃと同様に、第２内板体と第２外板体との間に中間板体が積層された構成を採用することができる。

第２の実施形態の熱交換器では、中間板体３１３を備えた第１ヘッダ１０Ｃを備えるため、ヘッド空間流路３１６の設計の自由度を高めることができる。例えば、ヘッド空間流路３１６のＸ方向寸法を大きくすることによって、ヘッド空間流路３１６の容積を大きくできる。

図１１は、第３変形例の第１ヘッダ１０ＤのＸＺ平面に沿う断面図である。既出の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図１１に示されるように、第１ヘッダ１０Ｄは、第１外板体１２（図５参照）に代えて、平板状の第１外板体４１２が用いられている。凹部１３と第１外板体４１２とは、ヘッド空間流路４１６を形成する。
第１ヘッダ１０Ｄは、平板状の第１外板体４１２が用いられているため、構造が簡略である。よって、小型化、低コスト化などの点で有利となる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ヘッダに、凹部によって、冷媒が流通する空間が形成されるため、ヘッダの構造を簡略にすることができる。よって、小型かつ軽量の熱交換器が得られる。ヘッダは、板材で構成されているため、円筒形状のヘッダに比べ、小型化および軽量化が可能である。よって、熱交換器は、小型化および軽量化を図ることができる。熱交換器は、小型かつ軽量であるため、室外機等の筐体への収納性の点でも優れている。ヘッダは、過不足のない冷媒の流通が可能な空間を設計できるため、冷媒使用量を抑制できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 冷凍サイクル装置
４ 室外熱交換器（熱交換器）
１０ 第１ヘッダ（ヘッダ）
１１，１１１，２１１ 第１内板体（板体）
１１ａ 第１主面
１２，１１２，２１２ 第１外板体（板体）
１２ａ 第１主面
１３，２３，１７，２７ 凹部
２０ 第２ヘッダ
２１ 第２内板体（板体）
２１ａ 第１主面
２２ 第２外板体（板体）
２２ａ 第１主面
３０ 熱交換チューブ
３４ 冷媒流路
１１３ｂ 外面（第２主面）
１１５ｂ 外面（第２主面）
３１３ 中間板体

Claims (5)

1. 冷媒が流れる冷媒流路が形成された複数の熱交換チューブと、
   前記熱交換チューブの一方および他方の端部にそれぞれ設けられたヘッダと、を備え、
   複数の前記熱交換チューブは、第１方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブと、前記第１方向と直交する第２方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブと、を含み、
   前記ヘッダの少なくとも１つは、第１主面どうしが向かい合うように積層された一対の板体を備え、
   前記板体の少なくとも１つの前記第１主面に、前記冷媒流路と連通する空間流路を形成する複数の凹部が形成され、
   複数の前記凹部は、
   前記第１方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブの前記冷媒流路を連通する前記空間流路を形成する第１凹部と、
   前記第２方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブの前記冷媒流路を連通する前記空間流路を形成する第２凹部と、
   を含み、
   前記第１凹部によって形成された前記空間流路は、前記第１方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブのうち一つの前記熱交換チューブから他の一つの前記熱交換チューブに前記冷媒を流し、
   前記第２凹部によって形成された前記空間流路は、前記第２方向に並列配置された２以上の前記熱交換チューブのうち一つの前記熱交換チューブから他の一つの前記熱交換チューブに前記冷媒を流す、
   熱交換器。
2. 前記板体は、前記第１主面とは反対の第２主面に、Ｚｎを含む被覆層を備える、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記熱交換チューブの一方および他方の端部に設けられた前記ヘッダのうち１つに、前記熱交換器に前記冷媒を導入する導入口、および前記熱交換器から前記冷媒を導出する導出口が形成される、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 一対の前記板体の間に、中間板体が設けられている、請求項１～３のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 請求項１～４のうちいずれか１項に記載の熱交換器を有する、冷凍サイクル装置。

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