JP7459402B1

JP7459402B1 - 熱交換器及び空気調和装置

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Publication number: JP7459402B1
Application number: JP2023573129A
Authority: JP
Inventors: 七海岸田; 洋次尾中; 理人足立
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2023-04-26
Filing date: 2023-04-26
Publication date: 2024-04-01
Anticipated expiration: 2043-04-26

Abstract

熱交換器は、複数の伝熱管を備え、複数の伝熱管のそれぞれには、複数の貫通孔が形成されており、複数の伝熱管は、複数の伝熱管の内、隣り合う伝熱管の複数の貫通孔同士を直接連結させた複数の連結部を有し、又は、複数の貫通孔に挿入され、複数の伝熱管の内、隣り合う伝熱管の複数の貫通孔同士を連結させる複数のヘッダ管を有し、複数の連結部又は複数のヘッダ管は、第１方向に延びるように形成された複数のヘッダ部であって、複数の伝熱管のそれぞれの内部空間との間で冷媒を連通させ、複数の伝熱管により構成された伝熱管群の冷媒の出入口となる複数のヘッダ部を構成し、複数のヘッダ部は、重力方向において複数の伝熱管を上下に分割する位置に設けられているものである。

Description

本開示は、熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置に関するものである。

従来より、伝熱管が鉛直に設置された熱交換器であって、ヘッダ部と、そのヘッダ部に接続され上下方向に延びるように形成された複数の伝熱管と、を有する熱交換器が存在している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－９６６３８号公報

特許文献１の熱交換器のように、伝熱管が鉛直に設置された熱交換器は、伝熱管の鉛直方向の長さが長くなると、凝縮運転時において熱交換器の下部から冷媒が流入する際に、ヘッド差（位置エネルギー）に負けて伝熱管の上部まで冷媒が上昇できず液滞留を生ずる恐れがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためのものであり、ヘッド差を緩和して液滞留を抑制する熱交換器及び空気調和装置の提供を目的とするものである。

本開示に係る熱交換器は、第１方向に配列され、それぞれが第１方向と交差する第２方向に延伸しており、第２方向の両端部が封止され内部を冷媒が流れる複数の伝熱管を備え、複数の伝熱管のそれぞれには、両端部よりも内側に形成されており、複数の伝熱管のそれぞれの内部空間と外部とを連通させる複数の貫通孔が形成されており、複数の伝熱管は、複数の伝熱管の内、隣り合う伝熱管の複数の貫通孔同士を直接連結させた複数の連結部を有し、又は、複数の貫通孔に挿入され、複数の伝熱管の内、隣り合う伝熱管の複数の貫通孔同士を連結させる複数のヘッダ管を有し、複数の連結部又は複数のヘッダ管は、第１方向に延びるように形成された複数のヘッダ部であって、複数の伝熱管のそれぞれの内部空間との間で冷媒を連通させ、複数の伝熱管により構成された伝熱管群の冷媒の出入口となる複数のヘッダ部を構成し、複数のヘッダ部は、重力方向において複数の伝熱管を上下に分割する位置に設けられており、複数の伝熱管の１本当たりの流路断面積ａをａ［ｍ ^２］と定義し、伝熱管の本数をＮ［本］としたときの複数の伝熱管の全流路断面積ＡをＡ［ｍ ^２］＝ａ×Ｎ［ｍ ^２］と定義し、複数の伝熱管の第２方向の長さをＨ［ｍ］と定義し、第１方向を水平面と平行な方向とした場合であって、水平面に対する複数の伝熱管の傾斜角度をθ［°］と定義し、冷媒流路の差圧をΔＰ _ＨＥＸと定義し、液ヘッドをΔＰ _ＨＥＡＤと定義した場合に、ΔＰ _ＨＥＸ／ΔＰ _ＨＥＡＤ＝（５．９４６３５×１０－４×Ａ－１．７５０３０）／（８．４３０３ＨＳｉｎθ＋０．８７７９）＞１の関係を満たすものである。

また、本開示に係る空気調和装置は、上記の熱交換器を備えたものである。

本開示に係る熱交換器及び空気調和装置は、連結部あるいはヘッダ管によって複数の貫通孔が連結して構成された複数のヘッダ部を有し、複数のヘッダ部は、重力方向において複数の伝熱管を上下に分割する位置に設けられているものである。熱交換器及び空気調和装置は、複数のヘッダ部が重力方向において複数の伝熱管を上下に分割する位置に設けられていない場合と比較して、伝熱管の内部において冷媒が上昇する距離を短くすることができる。熱交換器及び空気調和装置は、複数のヘッダ部が重力方向において複数の伝熱管を上下に分割する位置に設けられていない場合と比較して、冷媒が上昇する距離を短くすることによって、ヘッド差を緩和し、液滞留を抑制することができる。

実施の形態１に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。実施の形態１に係る熱交換器の縦断面図である。実施の形態１に係る熱交換器の伝熱管を第１方向に見た図である。実施の形態１に係る熱交換器において、図３の伝熱管のＡ－Ａ線位置の断面を矢視方向に見た概念図である。実施の形態１に係る熱交換器の変形例の縦断面図である。実施の形態１の熱交換器を搭載した空気調和装置の冷房運転時の冷媒回路図である。実施の形態２に係る熱交換器の伝熱管を示す斜視図である。実施の形態２に係る熱交換器において、図３の伝熱管のＡ－Ａ線位置の断面を矢視方向に見た概念図である。実施の形態３に係る熱交換器の伝熱管の内面の一部を示す斜視図である。実施の形態４に係る熱交換器を第１方向に見た概念図である。実施の形態４に係る熱交換器の変形例を第１方向に見た概念図である。比較例に係る熱交換器を第１方向に見た概念図である。実施の形態５に係る熱交換器を第１方向に見た概念図である。

以下、実施の形態１に係る熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置について図面等を参照しながら説明する。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など）を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置あるいは部品の配置及び向きを限定するものではない。明細書中において、各構成部材同士の位置関係、各構成部材の延伸方向、及び各構成部材の配列方向は、原則として、熱交換器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．
［熱交換器１００の構成］
図１は、実施の形態１に係る熱交換器１００の概略構成を示す斜視図である。なお、図１に示す白抜き矢印は、冷媒の流れる方向の一例を示している。図１を用いて熱交換器１００の構成について説明する。なお、以下に白抜き矢印で示す冷媒の方向は、一例であり、熱交換器１００が蒸発器又は凝縮器として機能する場合によって冷媒の流れる方向が図示と逆方向になる場合がある。また、図１では、伝熱管１０の内部に設けられた仕切部７０を破線で示している。

熱交換器１００は、熱交換器１００の内部を流れる冷媒と熱交換器１００の外部を流れる流体との間で熱交換を行う機器である。熱交換器１００は、空気調和装置の場合、熱交換器１００の内部を流れる冷媒と熱交換器１００の外部を流れる空気との間で熱交換を行う。熱交換器１００は、他の熱交換器及び圧縮機等と冷媒配管によって接続されており、冷媒回路を構成する各種機器の一部を構成している。

図２は、実施の形態１に係る熱交換器１００の縦断面図である。図３は、実施の形態１に係る熱交換器１００の伝熱管１０を第１方向Ｄ１に見た図である。図４は、実施の形態１に係る熱交換器１００において、図３の伝熱管１０のＡ－Ａ線位置の断面を矢視方向に見た概念図である。なお、図２に示す断面図は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿った平面における熱交換器１００の断面を示している。また、図２は、熱交換器１００の一部を示している。また、図３では、伝熱管１０の内部に設けられた仕切部７０を破線で示している。以下、図１～図４を用いて、熱交換器１００の構造について詳しく説明する。

熱交換器１００は、第１方向Ｄ１に配列され、それぞれが第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に延伸しており、第２方向Ｄ２の両端部が封止され内部を第２方向Ｄ２に冷媒が流れる複数の伝熱管１０を備える。

（伝熱管１０）
図１に示すように、熱交換器１００は、第１方向Ｄ１に配列され互いに連結された複数の伝熱管１０を有する。伝熱管１０は、一例として、扁平管であり、管軸Ａｘが延びる方向（以下、管軸方向ともいう）に延伸し、管軸Ａｘと垂直な断面において一方向に長い扁平形状を呈する。なお、伝熱管１０は、扁平管が好ましいが、扁平管に限定されるものではない。

以下の説明では、複数の伝熱管１０が配列する第１方向Ｄ１を配列方向といい、伝熱管１０の管軸方向を第２方向Ｄ２あるいは伝熱管１０の長手方向といい、伝熱管１０の断面の長手方向を第３方向Ｄ３あるいは伝熱管１０の短手方向という場合がある。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に直交する方向である。

また、以下の説明では、図１に示すように、熱交換器１００は、伝熱管１０の配列方向（第１方向Ｄ１）が左右方向となるように設置されているものと定義する。そして、各伝熱管１０は、その管軸Ａｘが、配列方向（第１方向Ｄ１）と直交する上下方向となり、その短手方向（第３方向Ｄ３）が、管軸方向及び配列方向と直交する前後方向となるように配置されているものと定義する。

なお、熱交換器１００の配置、あるいは、熱交換器１００における伝熱管１０の配列方向（第１方向Ｄ１）と各伝熱管１０の管軸方向（第２方向Ｄ２）との角度は、上記の場合に限定されない。例えば、各伝熱管１０の管軸方向が上下方向に対して傾斜した方向となるように、熱交換器１００が傾いて配置されてもよい。あるいは、伝熱管１０の配列方向（第１方向Ｄ１）が左右方向となるように熱交換器１００が設置された場合において各伝熱管１０の管軸方向が上下方向に対して傾斜した方向となるように、熱交換器１００を構成してもよい。

伝熱管１０の配列方向（第１方向Ｄ１）において隣り合う伝熱管１０の管壁１１間には、空気の流路Ｐ２である隙間が形成されており、熱交換器１００において各隙間には、伝熱管１０の短手方向（第３方向Ｄ３）に沿って空気が流通する。伝熱管１０内に流通する流体は、冷媒である。伝熱管１０の内部には、冷媒が流れる伝熱流路Ｐ１ａが設けられている。なお、伝熱管１０内に流通する流体は、冷媒の代わりに、水又はブライン等の他の流体でもよい。

伝熱管１０の長手方向（第２方向Ｄ２）両側の端部は封止されている。具体的には、熱交換器１００は、伝熱管１０の長手方向（第２方向Ｄ２）両側の各開口端１０ｅを閉塞する管封止部２０を備える。図２の例では、管封止部２０は、扁平管の上側及び下側の２箇所に、伝熱管１０毎に設けられる。管封止部２０は、例えば、伝熱管１０の開口端１０ｅにロウ付け又は接着剤等の接合手段により接合されている。

図２～図４に示すように、複数の伝熱管１０のそれぞれは、内部空間に冷媒が流通する伝熱流路Ｐ１ａが設けられた管壁１１を有する。伝熱管１０は、その長手方向（第２方向Ｄ２）にわたり、すなわち管壁１１の上端から下端まで、冷媒が流通する内部空間が保たれた管構造を有する。

伝熱管１０の管壁１１は、第１方向Ｄ１で向かい合う略平板状の管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂを有する。また、伝熱管１０の管壁１１は、管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂの第３方向Ｄ３両側の各端部において管側壁部１０ａと管側壁部１０ｂとを接続する曲面状の接続壁部１０ｃ及び接続壁部１０ｄを有する。なお、以下の説明では、管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂを、管側壁部１０ａ等と記載する場合がある。

管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂはそれぞれ、伝熱管１０の長手方向（第２方向Ｄ２）に長辺が延び、伝熱管１０の短手方向（第３方向Ｄ３）に短辺が延びた長方形状を有する。管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂはそれぞれ平板状であるが、本願でいう「平板状」は完全に平面で構成された面でなくてもよく、全体として平面的に広がって見える構造であれば良い。例えば、管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂは、平面的に広がる領域の一部に窪み、突起、波形が形成されていてもよい。図２では、管壁１１の左側の壁部が管側壁部１０ａであり、管壁１１の右側の壁部が管側壁部１０ｂである。なお、伝熱管１０が円管である場合は、管壁１１は円筒状形成されている。

図２及び図３に示すように、複数の伝熱管１０のそれぞれには、第２方向Ｄ２における両端部よりも内側に形成されており、複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間と外部とを連通させる複数の貫通孔３０が形成されている。

図２及び図３に示すように、管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂには、貫通孔３０が形成されている。左側の管側壁部１０ａには、第１方向Ｄ１に貫通する貫通孔３０ａが形成され、右側の管側壁部１０ｂには、第１方向Ｄ１に貫通する貫通孔３０ｂが形成されている。

貫通孔３０ａ及び貫通孔３０ｂは、後述する第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２を構成する貫通孔である。貫通孔３０ａ及び貫通孔３０ｂは、第１方向Ｄ１において互いに対向する位置に形成されている。なお、貫通孔３０は、貫通孔３０ａ及び貫通孔３０ｂの総称である。貫通孔３０は、後述するヘッダ部５０を構成する貫通孔である。

図２に示すように、隣り合う伝熱管１０は、互いの管壁１１を連結するための連結部１２を有する。隣り合う伝熱管１０は、管壁１１同士を接続し、且つ管壁１１の内部の伝熱流路Ｐ１ａ同士を連通させる連結部１２を有する。各伝熱管１０は、管壁１１と、管壁１１から外側の第１方向Ｄ１に延びた、連結部１２を構成する連結突起部１２ａ及び連結突起部１２ｂとを有する。

隣り合う伝熱管１０の連結部１２は、第１方向Ｄ１に貫通する中空部Ｓｇが形成された筒形状を有する。連結部１２は、連結突起部１２ａ及び連結突起部１２ｂを組み合わせて形成されている。図２の例では、連結部１２は、連結突起部１２ｂが連結突起部１２ａに挿入されて形成されている。連結部１２を構成する連結突起部１２ａと連結突起部１２ｂとは、例えば嵌まり合う構成となっている。

連結部１２は、隣り合う伝熱管１０の対向する管側壁部１０ａ等の少なくとも一方に形成された、貫通孔３０の周縁部から第１方向Ｄ１へ突出する連結突起部１２ａ及び連結突起部１２ｂにより構成されている。

なお、連結部１２は、連結突起部１２ａと連結突起部１２ｂとが嵌まり合う構成でなくともよい。例えば、連結部１２は、ロウ付け又は接着剤等の接合手段により連結突起部１２ａと連結突起部１２ｂとを接合する構成でもよい。

連結部１２は、隣り合う伝熱管１０において対向する管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂの内、少なくとも一方の管側壁部１０ａ又は管側壁部１０ｂに設けられた連結突起部１２ａ又は連結突起部１２ｂで構成される。連結突起部１２ａは、貫通孔３０ａの周縁部から、対向する管側壁部１０ｂ側へ延びている。連結突起部１２ｂは、貫通孔３０ｂの周縁部から、対向する管側壁部１０ａの側へ延びている。

図２では、連結部１２は、隣り合う伝熱管１０において対向する管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂの双方の管側壁部に形成された円筒形状の連結突起部１２ａ及び連結突起部１２ｂで構成されている。このような貫通孔３０ａ及び貫通孔３０ｂと連結突起部１２ａ及び連結突起部１２ｂとは、たとえば伝熱管１０の平板部分に穴をあけ、その周縁の平板部分を筒状に立ち上げるように変形するバーリング加工によって形成することができる。

図２に示すように、連結部１２は、管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂに設けられた貫通孔３０ａと貫通孔３０ｂとを中空部Ｓｇによって接続することで隣り合う管壁１１の内部空間同士を連通させる。また、連結部１２は、その内側の中空部Ｓｇと、連結部１２の外側の空間である空気の流路Ｐ２とを隔てる機能を有する。

図２及び図３に示すように、貫通孔３０及び連結部１２は、伝熱管１０の長手方向（第２方向Ｄ２）において両側の開口端１０ｅよりも内側に形成される。具体的には、図１のように配置された熱交換器１００では、各伝熱管１０の貫通孔３０、連結突起部１２ａ及び連結突起部１２ｂは、伝熱管１０の上側の開口端１０ｅよりも下側且つ伝熱管１０の下側の開口端１０ｅよりも上側に形成されている。

貫通孔３０及び連結部１２は、重力方向において複数の伝熱管１０を上下に分割する位置に形成されている。また、貫通孔３０及び連結部１２は、第２方向Ｄ２において複数の伝熱管１０の中央部１７に設けられている。なお、中央部１７は、伝熱管１０の第２方向Ｄ２における完全な中央部分だけではなく、中央部部分の付近の部分も含む。また、２つの貫通孔３０は、伝熱管１０の第３方向Ｄ３において並んで形成されている。また、２つの連結部１２は、伝熱管１０の第３方向Ｄ３において並んで形成されている。

伝熱管１０は、例えば、伝熱管１０の元になる部材に予め貫通孔３０と連結突起部１２ａ及び連結突起部１２ｂとを形成しておき、その部材をロールフォーミングにより成形することで製造することができる。また、連結突起部１２ａ及び連結突起部１２ｂは、伝熱管１０の元になる部材において貫通孔３０を形成する際に穴周縁部を起こすことで形成するようにしてもよい。伝熱管１０には、例えば、アルミニウム、銅又は真鍮等の高い熱伝導性を有する金属材料が用いられる。

複数の伝熱管１０のそれぞれは、管壁１１の内部空間に配置され、第２方向Ｄ２に延伸し、内部空間を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に対してそれぞれ直交する第３方向Ｄ３に分割する仕切部７０を有する。仕切部７０の第２方向Ｄ２の両端は、伝熱管１０の伝熱流路Ｐ１ａにおける第２方向Ｄ２の両側の端よりも内側に位置している。仕切部７０の上端７０ａは、伝熱管１０の上側の開口端１０ｅ（図２参照）よりも下側に設けられており、仕切部７０の下端７０ｂは、伝熱管１０の下側の開口端１０ｅ（図２参照）よりも上側に設けられている。

仕切部７０は、伝熱管１０の内部空間において、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に延びる板状あるいは棒状の部材である。仕切部７０は、管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂと接続するように設けられている。仕切部７０は、管側壁部１０ａと管側壁部１０ｂとの間に延びるように設けられている。仕切部７０は、伝熱管１０の第２方向Ｄ２の両端部を除いて、伝熱管１０の内部空間を、第３方向Ｄ３に隔てる部材である。

仕切部７０は、例えば、伝熱管１０の内部空間において、第３方向Ｄ３の中央部分に設けられている。なお、仕切部７０の設置位置は、当該部分に限定されるものではなく、第３方向Ｄ３において、いずれか一方の方向に偏って設けられてもよい。

熱交換器１００における冷媒の流路は、各伝熱管１０の管壁１１内に設けられ、伝熱管１０の長手方向（第２方向Ｄ２）に延伸する伝熱流路Ｐ１ａを有する。また、熱交換器１００における冷媒の流路は、複数の伝熱管１０の配列方向（第１方向Ｄ１）に延伸し、複数の伝熱管１０の伝熱流路Ｐ１ａを連通させるヘッダ流路Ｐ１ｂを有する。また、熱交換器１００における冷媒の流路は、複数の伝熱管１０の配列方向（第１方向Ｄ１）に延伸し、複数の伝熱管１０の伝熱流路Ｐ１ａを連通させるヘッダ流路Ｐ１ｃを有する。

伝熱流路Ｐ１ａは、仕切部７０によって、第１流路Ｐ１ａ１と、第２流路Ｐ１ａ２とに隔てられている。第１流路Ｐ１ａ１は、伝熱管１０の第２方向Ｄ２に延びており、後述する第１ヘッダ部５１から流入した冷媒が伝熱管１０の中央部１７から上下端に向かうように分かれて流れる流路である。第２流路Ｐ１ａ２は、伝熱管１０の第２方向Ｄ２に延びており、第１流路Ｐ１ａ１から流入した冷媒が伝熱管１０の上下端から中央部１７に向かい合流して第２ヘッダ部５２に流れる流路である。

第１流路Ｐ１ａ１と第２流路Ｐ１ａ２とは、伝熱管１０の上下の両端部において互いに連通している。そのため、冷媒の伝熱流路Ｐ１ａは、略Ｏ字形状に形成されている。

熱交換器１００の冷媒の流路は、複数の伝熱流路Ｐ１ａと、熱交換器１００の中央部１７に前後に並列して設けられたヘッダ流路Ｐ１ｂ及びヘッダ流路Ｐ１ｃ（図３参照）と、により構成されている。ヘッダ流路Ｐ１ｂは、熱交換器１００の中央部１７において前側に設けられた複数の連結部１２の中空部Ｓｇ等で構成される。また、ヘッダ流路Ｐ１ｃは、熱交換器１００の中央部１７において後側に設けられた複数の連結部１２の中空部（図示は省略）等で構成されている。

伝熱流路Ｐ１ａは、伝熱管１０の長手方向（第２方向Ｄ２）において、伝熱流路Ｐ１ａの中央部１７で、ヘッダ流路Ｐ１ｂ及びヘッダ流路Ｐ１ｃと連通している。ヘッダ流路Ｐ１ｂ及びヘッダ流路Ｐ１ｃは、それぞれ複数の伝熱流路Ｐ１ａと連通している。上述した貫通孔３０ａ、貫通孔３０ｂ及び連結部１２の中空部Ｓｇ等は、ヘッダ流路Ｐ１ｂ及びヘッダ流路Ｐ１ｃを構成するものであり、中空部Ｓｇには冷媒が流通する。

熱交換器１００において、連結部１２は、伝熱管１０の一部で構成され、そして、ヘッダ流路Ｐ１ｂ及びヘッダ流路Ｐ１ｃの内、伝熱管１０の管壁１１間に配置される部分は、連結部１２の内側の中空部Ｓｇである。したがって、熱交換器１００では、熱交換部材である伝熱管１０にヘッダ流路Ｐ１ｂ及びヘッダ流路Ｐ１ｃが形成されるので、複数の伝熱管１０の外側にヘッダ部を備える必要が無い構成となっている。

複数の伝熱管１０は、複数の伝熱管１０の内、隣り合う伝熱管１０の複数の貫通孔３０同士を連結して形成された複数のヘッダ部５０を有する。ヘッダ部５０は、例えば、水平方向に延びるように形成されている。ヘッダ部５０は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に直交する第３方向Ｄ３において、複数の伝熱管１０の幅よりも小さく形成されている。ヘッダ部５０は、図１に示すように複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間との間で冷媒を連通させ、複数の伝熱管１０により構成された伝熱管群１５の冷媒の出入口５１ａ及び出入口５２ａとなる。なお、ヘッダ部５０の出入口５１ａ及び出入口５２ａの反対側の端部は、管壁１１等により閉塞されている。

ヘッダ部５０は、伝熱管群１５に流入する冷媒を、複数の伝熱管１０に分配する分配機構として機能する。また、ヘッダ部５０は、冷媒が、伝熱管群１５から流出する際に、複数の伝熱管１０から流出する冷媒が合流する際の合流機構として機能する。

複数のヘッダ部５０は、少なくとも第１ヘッダ部５１と、第２ヘッダ部５２とを含む。ヘッダ部５０は、第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２の総称である。図１及び図２に示すように、複数のヘッダ部５０は、第３方向Ｄ３において、伝熱管１０の一方の端部側に設けられた第１ヘッダ部５１と、伝熱管１０の他方の端部側に設けられた第２ヘッダ部５２とを有する。なお、ヘッダ部５０は、伝熱管１０の第２方向Ｄ２における端部よりも内側に設けられている。第３方向Ｄ３における、第１ヘッダ部５１と第２ヘッダ部５２との位置は、図示の位置と逆の位置でもよい。

複数のヘッダ部５０は、重力方向において複数の伝熱管１０を上下に分割する位置に形成されている。また、複数のヘッダ部５０は、第２方向Ｄ２において複数の伝熱管１０の中央部１７に設けられている。また、第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２は、伝熱管１０の第３方向Ｄ３において並んで形成されている。

実施の形態１の熱交換器１００では、複数のヘッダ部５０は、熱交換器１００が凝縮器又は蒸発器のいずれか一方である場合、冷媒の流入口となる第１ヘッダ部５１と、冷媒の流出口となる第２ヘッダ部５２と、を含む。第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２は、第３方向Ｄ３において、仕切部７０を間に挟んで仕切部７０の両側に設けられている。

複数の伝熱管１０は、上述したように、複数の伝熱管１０の内、隣り合う伝熱管１０の複数の貫通孔３０同士を直接連結させた複数の連結部１２を有し、複数のヘッダ部５０のそれぞれは、複数の連結部１２により構成されている。すなわち、複数の連結部１２は、第１方向Ｄ１に延びるように形成された複数のヘッダ部５０を形成する。複数の連結部１２は、複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間との間で冷媒を連通させ、複数の伝熱管１０により構成された伝熱管群１５の冷媒の出入口となる複数のヘッダ部５０を構成する。熱交換器１００は、貫通孔３０に設けられた連結部１２によって、直接、貫通孔３０同士を連結している。

［熱交換器１００の変形例］
図５は、実施の形態１に係る熱交換器１００の変形例の縦断面図である。なお、図５は、熱交換器１００の一部を示している。図５を用いて、熱交換器１００の変形例について説明する。

熱交換器１００は、ヘッダ部５０の構成に当たり、連結部１２を用いず、ヘッダ管８０を有してもよい。すなわち、熱交換器１００は、貫通孔３０同士の連結に当たり、連結部１２の代わりにヘッダ管８０を用いてもよい。熱交換器１００は、貫通孔３０同士を、ヘッダ管８０を用いて伝熱管１０とは別部材で連結してもよい。

複数の伝熱管１０は、複数の貫通孔３０に挿入され、複数の伝熱管１０の内、隣り合う伝熱管１０の複数の貫通孔３０同士を連結させる複数のヘッダ管８０を有する。複数のヘッダ部５０のそれぞれは、貫通孔３０に挿入されたヘッダ管８０により構成されている。ヘッダ管８０には、複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間と連通する複数の穴８２が形成されている。

複数の伝熱管１０のそれぞれは、内部空間に流体が流通する伝熱流路Ｐ１ａが設けられた管壁１１を有する。管壁１１は、第１方向Ｄ１で向かい合う管側壁部１０ａ等を有し、管側壁部１０ａ等には、ヘッダ管８０が挿入される貫通孔３０が形成されている。熱交換器１００は、ヘッダ管８０によって、間接的に貫通孔３０同士を連結している。

ヘッダ管８０は、上述したように、複数の伝熱管１０を第１方向Ｄ１に貫通しており、内部を冷媒が流れる。ヘッダ管８０は、例えば、断面形状が円筒状の円管である。なお、ヘッダ管８０は、円管に限定されるものではなく、断面形状が円筒とは異なる他の形状の管でもよい。

ヘッダ管８０又は連結部１２の内部には、ヘッダ流路Ｐ１ｂ又はヘッダ流路Ｐ１ｃが形成されている。例えば、第１ヘッダ部５１を構成するヘッダ管８０又は連結部１２は、ヘッダ流路Ｐ１ｂを構成し、第２ヘッダ部５２を構成するヘッダ管８０又は連結部１２は、ヘッダ流路Ｐ１ｃを構成する。

複数のヘッダ部５０は、第１方向Ｄ１に延びるように形成された複数のヘッダ部５０であって、複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間との間で冷媒を連通させ、複数の伝熱管１０により構成された伝熱管群１５の冷媒の出入口となる複数のヘッダ部５０を構成する。

次に、図１及び図２を用いて、熱交換器１００の動作の一例について説明する。図１に示すように、第１ヘッダ部５１から伝熱管群１５に流入した冷媒は、伝熱管群１５の内部を流れ、第２ヘッダ部５２から流出する。より詳細には、図１に白抜き矢印で示すように、冷媒が、第１ヘッダ部５１の冷媒の出入口５１ａから熱交換器１００内に流入する。図２に示すように、熱交換器１００において冷媒は、まず、複数の伝熱管１０の中央部１７を左右方向に貫通する第１ヘッダ部５１のヘッダ流路Ｐ１ｂに流入し、ヘッダ流路Ｐ１ｂを流れる。その過程で、冷媒は、複数の伝熱管１０のそれぞれの管壁１１内に設けられた伝熱流路Ｐ１ａに分配され流入する。

図３に示すように、各伝熱管１０の内部では、第１ヘッダ部５１から各伝熱流路Ｐ１ａに流入した冷媒は、第１流路Ｐ１ａ１において上下に分岐して流れ、第１流路Ｐ１ａ１から第２流路Ｐ１ａ２で合流し、第２ヘッダ部５２から流出する。このとき、冷媒は、伝熱管１０の管壁１１同士の隙間（すなわち空気の流路Ｐ２）を流通する空気と、管壁１１を介して熱交換する。冷媒は、複数の伝熱流路Ｐ１ａから複数の伝熱管１０の中央部１７を貫通する第２ヘッダ部５２のヘッダ流路Ｐ１ｃに流入し、ヘッダ流路Ｐ１ｃにおいて合流する。ヘッダ流路Ｐ１ｃにおいて合流した冷媒は、ヘッダ流路Ｐ１ｃを流れ、第２ヘッダ部５２の冷媒の出入口５２ａ（図１参照）から熱交換器１００の外部へ流出する。

なお、図１～図５に示した熱交換器１００は、本開示の熱交換器１００の一例であり、伝熱管１０、伝熱流路Ｐ１ａ、ヘッダ流路Ｐ１ｂ及びヘッダ流路Ｐ１ｃの数及び形状は、適宜変更できる。例えば、伝熱管１０は、伝熱促進部材となるフィンを備えてもよい。また、伝熱管１０は、空気の流路Ｐ２に突出したディンプル等の凸部を有してもよい。

［空気調和装置２００］
図６は、実施の形態１の熱交換器１００を搭載した空気調和装置２００の冷房運転時の冷媒回路図である。図６に示すように、熱交換器１００は、空気調和装置２００において冷媒が循環する冷媒回路２５０の一部を構成する。熱交換器１００は、後述する室外側熱交換器２０３又は室内側熱交換器２０５のいずれか一方又は双方に適用される。

空気調和装置２００は、圧縮機２０１と、冷媒の流路を切り替える流路切替装置２０２と、室外空気と内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う室外側熱交換器２０３と、を有する。また、空気調和装置２００は、内部を流れる冷媒を減圧する膨張弁２０４と、室内空気と内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う室内側熱交換器２０５と、を備える。なお、空気調和装置２００は、流路切替装置２０２を有していなくともよい。

図６では、空気調和装置２００は、圧縮機２０１、流路切替装置２０２、室外側熱交換器２０３及び膨張弁２０４が室外機ユニット２３１に設けられ、室内側熱交換器２０５が室内機ユニット２３２に設けられている。熱交換器１００の冷媒の出入口となるヘッダ部５０（図２参照）は、冷媒回路２５０の流路切替装置２０２及び膨張弁２０４に接続される。

空気調和装置２００は、圧縮機２０１、流路切替装置２０２、室外側熱交換器２０３、膨張弁２０４、室内側熱交換器２０５が冷媒配管２５５で接続され、冷媒が循環する冷媒回路２５０を構成している。図６に示す空気調和装置２００は、流路切替装置２０２の切り替えにより冷房運転及び暖房運転の両方が運転可能である。

圧縮機２０１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。流路切替装置２０２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転と暖房運転との切り替えを行う。流路切替装置２０２は、暖房運転時に圧縮機２０１の吐出側と室内側熱交換器２０５とを接続させ、冷房運転時に圧縮機２０１の吐出側と室外側熱交換器２０３とを接続させる。

室外側熱交換器２０３は、室外空気と室外側熱交換器２０３の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う。室外側熱交換器２０３は、図６に示すように、冷房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器２２１として機能する。また、室外側熱交換器２０３は、暖房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器として機能する。

膨張弁２０４は、例えば絞りの開度を調整することができる電子式膨張弁であり、開度を調整することによって室外側熱交換器２０３又は室内側熱交換器２０５に流入する冷媒の圧力を制御する。なお、実施の形態では、膨張弁２０４は、室外機ユニット２３１に設けられているが、室内機ユニット２３２に設けられていてもよく、設置箇所は限定されない。

室内側熱交換器２０５は、室内空気と室内側熱交換器２０５の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う。室内側熱交換器２０５は、図６に示すように、冷房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器２２２として機能する。また、室内側熱交換器２０５は、暖房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。

なお、空気調和装置２００は、室外側熱交換器２０３及び室内側熱交換器２０５に空気を送風するための室外ファン２０３ａ及び室内ファン２０５ａを有してもよい。室外ファン２０３ａ及び室内ファン２０５ａは、隣接する伝熱管１０同士の間の流路Ｐ２（図２参照）を流れる空気の流れを形成する。

空気調和装置２００は、圧縮機２０１が動作することにより、圧縮機２０１、室外側熱交換器２０３、膨張弁２０４及び室内側熱交換器２０５を冷媒が相変化しながら循環する冷凍サイクルが行われる。

図７に示す空気調和装置２００の冷房運転時には、圧縮機２０１で圧縮された冷媒が室外側熱交換器２０３へ送られる。室外側熱交換器２０３では、冷媒が室外の空気へ熱を放出して凝縮される。この後、冷媒は、膨張弁２０４へ送られ、膨張弁２０４で減圧された後、室内側熱交換器２０５へ送られる。この後、冷媒は、室内側熱交換器２０５で室内の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機２０１へ戻る。したがって、空気調和装置２００の冷房運転時には、室外側熱交換器２０３が凝縮器２２１として機能し、室内側熱交換器２０５が蒸発器２２２として機能する。

空気調和装置２００の暖房運転時には、圧縮機２０１で圧縮された冷媒が室内側熱交換器２０５へ送られる。室内側熱交換器２０５では、冷媒が室内の空気へ熱を放出して凝縮される。この後、冷媒は、膨張弁２０４へ送られ、膨張弁２０４で減圧された後、室外側熱交換器２０３へ送られる。この後、冷媒は、室外側熱交換器２０３で室外の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機２０１へ戻る。したがって、空気調和装置２００の暖房運転時には、室外側熱交換器２０３が蒸発器として機能し、室内側熱交換器２０５が凝縮器として機能する。

［熱交換器１００の作用効果］
熱交換器１００は、第１方向Ｄ１に配列され、それぞれが第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に延伸しており、第２方向Ｄ２の両端部が封止され内部を冷媒が流れる複数の伝熱管１０を備える。複数の伝熱管１０のそれぞれには、両端部よりも内側に形成されており、複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間と外部とを連通させる複数の貫通孔３０が形成されている。複数の伝熱管１０は、複数の伝熱管１０の内、隣り合う伝熱管１０の複数の貫通孔３０同士を直接連結させた複数の連結部１２を有する。あるいは、複数の伝熱管１０は、複数の貫通孔３０に挿入され、複数の伝熱管１０の内、隣り合う伝熱管１０の複数の貫通孔３０同士を連結させる複数のヘッダ管８０を有する。複数の連結部１２又は複数のヘッダ管８０は、第１方向Ｄ１に延びるように形成された複数のヘッダ部５０を構成する。複数のヘッダ部５０は、複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間との間で冷媒を連通させ、複数の伝熱管１０により構成された伝熱管群１５の冷媒の出入口となる。複数のヘッダ部５０は、重力方向において複数の伝熱管１０を上下に分割する位置に設けられているものである。

熱交換器１００は、連結部１２あるいはヘッダ管８０によって複数の貫通孔３０が連結して構成された複数のヘッダ部５０を有し、複数のヘッダ部５０は、重力方向において複数の伝熱管１０を上下に分割する位置に設けられているものである。熱交換器１００は、複数のヘッダ部５０が重力方向において複数の伝熱管１０を上下に分割する位置に設けられていない場合と比較して、伝熱管１０の内部において冷媒が上昇する距離を短くすることができる。熱交換器１００は、冷媒が上昇する距離を短くすることによって、複数のヘッダ部５０が重力方向において複数の伝熱管１０を上下に分割する位置に設けられていない場合と比較して、ヘッド差を緩和し、液滞留を抑制することができる。

また、複数のヘッダ部５０は、第２方向Ｄ２において複数の伝熱管１０の中央部１７に設けられている。熱交換器１００は、複数のヘッダ部５０が複数の伝熱管１０の中央部１７に設けられていない場合と比較して、伝熱管１０の内部においてヘッダ部５０から流出する冷媒あるいはヘッダ部５０に流入する冷媒が上昇する距離を短くすることができる。熱交換器１００は、冷媒が上昇する距離を短くすることによって、複数のヘッダ部５０が重力方向において複数の伝熱管１０を上下に分割する位置に設けられていない場合と比較して、ヘッド差を緩和し、液滞留を抑制することができる。また、熱交換器１００は、複数のヘッダ部５０が複数の伝熱管１０の中央部１７に設けられていることで、冷媒の出入口を中央部分に集められることができ、配管の取り回しが容易になる。

また、複数の伝熱管１０のそれぞれは、管壁１１の内部空間に配置され、第２方向Ｄ２に延伸し、内部空間を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に対してそれぞれ直交する第３方向Ｄ３に分割する仕切部７０を有する。仕切部７０の第２方向Ｄ２の両端は、伝熱管１０の伝熱流路Ｐ１ａにおける第２方向Ｄ２の両側の端よりも内側に位置している。複数のヘッダ部５０は、冷媒の流入口となる第１ヘッダ部５１と、冷媒の流出口となる第２ヘッダ部５２と、を含む。第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２は、第３方向Ｄ３において、仕切部７０を間に挟んで仕切部７０の両側に設けられている。熱交換器１００は、仕切部７０を有することによって、第１ヘッダ部５１から流入する冷媒を上下に分岐させやすくなり、伝熱管１０の内部の流路を狭めることによって上昇する冷媒の流速を上げることができる。そのため、熱交換器１００は、仕切部７０を有していない場合と比較して、冷媒を上昇させやすくなるため、ヘッド差を緩和し、液滞留を抑制することができる。

また、空気調和装置２００は、熱交換器１００を備える。空気調和装置２００は、熱交換器１００を備えているため、上述した熱交換器１００の効果を発揮することができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る熱交換器１００の伝熱管１０を示す斜視図である。図８は、実施の形態２に係る熱交換器１００において、図３の伝熱管１０のＡ－Ａ線位置の断面を矢視方向に見た概念図である。実施の形態２の熱交換器１００は、実施の形態１の熱交換器１００における伝熱管１０の構成を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７及び図８に示すように、実施の形態２に係る熱交換器１００の仕切部７０は、第３方向Ｄ３において、いずれか一方の方向に偏って設けられている。仕切部７０は、第３方向Ｄ３において中央部分よりも第１ヘッダ部５１に近い位置に設けられている。

熱交換器１００は、第１ヘッダ部５１側の内部空間の流路断面積が、第２ヘッダ部５２側の内部空間の流路断面積よりも小さく形成されている。すなわち、熱交換器１００は、第１流路Ｐ１ａ１の流路断面積が、第２流路Ｐ１ａ２の流路断面積よりも小さく形成されている。

熱交換器１００は、第１ヘッダ部５１には第２ヘッダ部５２よりも、液成分がガス成分よりも多い冷媒が流れるヘッダ部５０であるとする。熱交換器１００は、第１ヘッダ部５１側の内部空間には、第２ヘッダ部５２側の内部空間よりも液成分がガス成分よりも多い冷媒が流れる。熱交換器１００は、第１流路Ｐ１ａ１には、第２流路Ｐ１ａ２よりも、液成分がガス成分よりも多い冷媒が流れる。熱交換器１００において、第１ヘッダ部５１側の内部空間は、第２ヘッダ部５２側の内部空間よりも、ガス成分に対する液成分の比率が高い冷媒が流れる。

第１ヘッダ部５１は、例えば、熱交換器１００が蒸発器である場合に冷媒が流入する側のヘッダ部５０であり、熱交換器１００が蒸発器である場合に冷媒が流出する側のヘッダ部５０である。図６に示す例では、実施の形態２に係る熱交換器１００は、室内側熱交換器２０５に適用される。

［熱交換器１００の作用効果］
実施の形態２の熱交換器１００における仕切部７０は、第３方向Ｄ３において中央部分よりも第１ヘッダ部５１に近い位置に設けられている。そのため、熱交換器１００の伝熱管１０は、第１ヘッダ部５１側の内部空間の流路断面積が、第２ヘッダ部５２側の内部空間の流路断面積よりも小さく形成されている。そして、熱交換器１００の伝熱管１０は、第１ヘッダ部５１側の内部空間には第２ヘッダ部５２側の内部空間よりも、液成分がガス成分よりも多い冷媒が流れる。

熱交換器１００は、上記の構成を有することで、ガス成分が多い側の冷媒に対して液成分が多い側の流速が速くなるため、上記構成を有していない場合と比較して、冷媒を上昇させやすくなり、更にヘッド差を緩和し、液滞留を抑制することができる。熱交換器１００は、上記の構成を有することで、ガス成分が多い側の冷媒に対して熱伝達が行われやすい液成分が多い側の流速が速くなるため、熱伝達率も向上し、熱交換器性能が向上する。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る熱交換器１００の伝熱管１０の内面の一部を示す斜視図である。実施の形態３の熱交換器１００は、実施の形態１の熱交換器１００における伝熱管１０の構成を変更したものである。なお、実施の形態１及び実施の形態２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

複数の伝熱管１０のそれぞれは、伝熱管１０の内部空間に突出した少なくとも１つ以上の凸部６０を有する。凸部６０は、突起状に形成されている。凸部６０は、１つでもよく、複数でもよい。熱交換器１００は、凸部６０によって、伝熱管１０の内部における伝熱流路Ｐ１ａを狭めることができる。冷媒は、狭められていない空間を流れるよりも、狭められた空間を流れる方が、流速が上がる。

凸部６０は、伝熱管１０の第２方向Ｄ２における両端部よりも、貫通孔３０に近い位置に設けられていることが望ましい。凸部６０は、伝熱管１０の第２方向Ｄ２における両端部よりも、ヘッダ部５０に近い位置に設けられていることが好ましい。凸部６０が、貫通孔３０あるいはヘッダ部５０に近い位置に設けられていることで、熱交換器１００は、ヘッダ部５０に流入した冷媒の流速を上げることができる。

凸部６０は、特に貫通孔３０あるいはヘッダ部５０の上方に設けられていることが好ましい。凸部６０が貫通孔３０あるいはヘッダ部５０の上方に設けられていることで、凸部６０は、上方に向かう冷媒に勢いをつけることができる。

［熱交換器１００の作用効果］
実施の形態３に係る熱交換器１００における複数の伝熱管１０のそれぞれは、伝熱管１０の内部空間に突出した少なくとも１つ以上の凸部６０を有する。熱交換器１００は、伝熱管１０内に凸部６０を設けることで、凸部６０が流体抵抗となり伝熱管１０の内部空間を狭めるため液冷媒の流速が上がる。熱交換器１００は、凸部６０を有していない場合と比較して、伝熱管１０内の冷媒の流速を上げることができるため、冷媒を上昇させやすくなり、ヘッド差を緩和し、液滞留を抑制することができる。熱交換器１００は、凸部６０の位置によって液冷媒の偏流も制御でき、液滞留を抑えながら、伝熱管１０内の冷媒分配の調整機能も果たせるため、熱交換器性能を向上させることができる。

実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る熱交換器１００を第１方向Ｄ１に見た概念図である。図１１は、実施の形態４に係る熱交換器１００の変形例を第１方向Ｄ１に見た概念図である。実施の形態４の熱交換器１００は、実施の形態１の熱交換器１００における伝熱管１０の構成を変更したものである。なお、図１０では伝熱管１０の内部に設けられた上下仕切部９０を破線で示している。実施の形態１～実施の形態３と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０及び図１１に示すように、複数の伝熱管１０のそれぞれは、管壁１１の内部空間に配置され、内部空間を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に対してそれぞれ直交する第３方向Ｄ３に延びている少なくとも１つ以上の上下仕切部９０を有する。

図１０及び図１１に示すように、上下仕切部９０は、複数のヘッダ部５０の内、第２方向Ｄ２に並列して設けられた２つのヘッダ部５０同士の間を隔て、伝熱管１０の内部空間を上下に分割する。あるいは、図１１に示すように、上下仕切部９０は、複数の端部側ヘッダ部５５の内、第２方向Ｄ２に並列して設けられた２つの端部側ヘッダ部５５同士の間を隔て、伝熱管１０の内部空間を上下に分割する。

熱交換器１００は、上下仕切部９０、複数のヘッダ部５０及び端部側ヘッダ部５５によって２系統以上の冷媒経路が形成されている。図１０では、一例として、２系統の冷媒経路を有する熱交換器１００を示している。また、図１１では、一例として、４系統の冷媒経路を有する熱交換器１００を示している。

例えば、図１０に示すように、複数の伝熱管１０のそれぞれは、管壁１１の内部空間に配置され、第１ヘッダ部５１と第２ヘッダ部５２とを隔てる上下仕切部９０を有する。上下仕切部９０は、伝熱管１０の内部空間を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に対してそれぞれ直交する第３方向Ｄ３に延びており、伝熱管１０の内部空間を上下に分割する。伝熱管１０の内部空間は、上下仕切部９０によって上部空間１０ｆと下部空間１０ｇとに隔てられる。

上下仕切部９０は、伝熱管１０の内部空間において、第３方向Ｄ３に延びる板状あるいは棒状の部材である。図１０に示す上下仕切部９０は、第１方向Ｄ１に見た場合に、略Ｚ字形状に形成されているが、当該形状に限定するものではない。例えば、上下仕切部９０は、第１方向Ｄ１に見た場合に、第３方向Ｄ３における両端の高さ位置が異なるように傾斜した直線状に形成されてもよい。

上下仕切部９０は、管側壁部１０ａ及び管側壁部１０ｂ（図４参照）と接続するように設けられている。上下仕切部９０は、管側壁部１０ａと管側壁部１０ｂとの間に延びるように設けられている。

複数のヘッダ部５０は、冷媒の流入口となる第１ヘッダ部５１と、冷媒の流出口となる第２ヘッダ部５２と、を含む。

複数の連結部１２又は複数のヘッダ管８０は、第１方向Ｄ１に延びるように形成された複数の端部側ヘッダ部５５を構成する。端部側ヘッダ部５５は、複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間との間で冷媒を連通させ、複数の伝熱管１０により構成された伝熱管群１５の冷媒の出入口となる。複数の端部側ヘッダ部５５は、第２方向Ｄ２において複数のヘッダ部５０よりも複数の伝熱管１０の端部側に構成されている。

端部側ヘッダ部５５は、ヘッダ部５０と同様の構造で構成されている。すなわち、端部側ヘッダ部５５は、伝熱管１０の貫通孔３０同士を直接又は間接的に接続されて構成されている。端部側ヘッダ部５５は、連結部１２又はヘッダ管８０で構成されている。端部側ヘッダ部５５は、中央部１７に設けられたヘッダ部５０よりも伝熱管１０の端部側に設けられている。

複数の端部側ヘッダ部５５は、冷媒の流入口となる第３ヘッダ部５６と、冷媒の流出口となる第４ヘッダ部５７と、を含む。

第３ヘッダ部５６は、第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２よりも下方に形成されており、第２ヘッダ部５２から流出する冷媒が流入する冷媒の流入口を形成する。第４ヘッダ部５７は、第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２よりも上方に形成されており、第１ヘッダ部５１から流入した冷媒が流出する冷媒の流出口を形成する。

ヘッダ管８０又は連結部１２の内部には、ヘッダ流路Ｐ１ｅ又はヘッダ流路Ｐ１ｆが形成されている。例えば、第３ヘッダ部５６を構成するヘッダ管８０又は連結部１２は、ヘッダ流路Ｐ１ｅを構成し、第４ヘッダ部５７を構成するヘッダ管８０又は連結部１２は、ヘッダ流路Ｐ１ｆを構成する。

実施の形態４の熱交換器１００の冷媒の流路は、複数の伝熱流路Ｐ１ａと、熱交換器１００の中央部１７に前後に並列して設けられたヘッダ流路Ｐ１ｂ及びヘッダ流路Ｐ１ｃ（図３参照）と、により構成されている。また、熱交換器１００の冷媒流路は、熱交換器１００の中央部１７よりも第２方向Ｄ２の端部側に設けられたヘッダ流路Ｐ１ｅ及びヘッダ流路Ｐ１ｆにより構成されている。

伝熱流路Ｐ１ａは、伝熱管１０の長手方向（第２方向Ｄ２）において、伝熱流路Ｐ１ａの端部側で、ヘッダ流路Ｐ１ｅ及びヘッダ流路Ｐ１ｆと連通している。ヘッダ流路Ｐ１ｅ及びヘッダ流路Ｐ１ｆは、それぞれ複数の伝熱流路Ｐ１ａと連通している。連結部１２（図２参照）を有する場合、上述した貫通孔３０ａ、貫通孔３０ｂ及び連結部１２の中空部Ｓｇ等は、ヘッダ流路Ｐ１ｅ及びヘッダ流路Ｐ１ｆを構成するものであり、中空部Ｓｇには冷媒が流通する。

熱交換器１００は、熱交換部材である伝熱管１０にヘッダ流路Ｐ１ｂ、ヘッダ流路Ｐ１ｃ、ヘッダ流路Ｐ１ｅ及びヘッダ流路Ｐ１ｆが形成されているので、複数の伝熱管１０の外側にヘッダ部を備える必要が無い構成となっている。

［熱交換器１００の作用効果］
図１２は、比較例に係る熱交換器１００Ｌを第１方向Ｄ１に見た概念図である。比較例に係る熱交換器１００Ｌは、従来用いられている熱交換器であって、第２方向Ｄ２において伝熱管１０Ｌの両端部にヘッダ部５０Ｌを有する熱交換器である。比較例に係る熱交換器１００は、第２方向Ｄ２において伝熱管１０Ｌの両端部にヘッダ部５０Ｌを有しているため、伝熱管１０Ｌによる熱交換のための有効面積Ｅがヘッダ部５０を有していない場合と比較して削減されている。

実施の形態４に係る熱交換器１００における複数の連結部１２又は複数のヘッダ管８０は、第１方向Ｄ１に延びるように形成された複数の端部側ヘッダ部５５を構成する。端部側ヘッダ部５５は、複数の伝熱管１０のそれぞれの内部空間との間で冷媒を連通させ、複数の伝熱管１０により構成された伝熱管群１５の冷媒の出入口となる。複数の端部側ヘッダ部５５は、第２方向Ｄ２において複数のヘッダ部５０よりも複数の伝熱管１０の端部側に構成されている。複数の伝熱管１０のそれぞれは、管壁１１の内部空間に配置され、内部空間を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に対してそれぞれ直交する第３方向Ｄ３に延びており、伝熱管１０の内部空間を上下に分割する少なくとも１つ以上の上下仕切部９０を有している。上下仕切部９０は、複数のヘッダ部５０の内、第２方向Ｄ２に並列して設けられた２つのヘッダ部５０同士の間を隔てる。あるいは、上下仕切部９０は、複数の端部側ヘッダ部５５の内、第２方向Ｄ２に並列して設けられた２つの端部側ヘッダ部５５同士の間を隔てる。熱交換器１００は、上下仕切部９０、複数のヘッダ部５０及び端部側ヘッダ部５５によって２系統以上の冷媒経路が構成されている。

実施の形態４に係る熱交換器１００は、複数のヘッダ部５０及び複数の端部側ヘッダ部５５によって、伝熱管１０に直接ヘッダ部を設けている。そのため、実施の形態４に係る熱交換器１００において、熱交換のための有効面積Ｅは、図１２に示すような比較例の熱交換器１００Ｌのようにヘッダ部によって削減されることがない。

実施の形態４に係る熱交換器１００と、比較例に係る熱交換器１００Ｌとの高さが同じ場合、熱交換器１００における熱交換のための有効面積Ｅは、図１２に示す比較例の熱交換器１００Ｌにおける熱交換のための有効面積Ｅよりも広くなる。すなわち、比較例のような従来の熱交換器１００Ｌにおいて、ヘッダ部５０Ｌを伝熱管１０Ｌの上下に配置する際に削減されていた熱交換のための有効面積が、実施の形態４の熱交換器１００では増加する。そのため、実施の形態４に係る熱交換器１００は、上記構成を有していない熱交換器１００Ｌと比較して、熱交換のための有効面積が広くなり、熱交換効率を向上させることができる。

実施の形態４に係る熱交換器１００は、伝熱管１０の内部空間を上下に分割する少なくとも１つ以上の上下仕切部９０を有している。熱交換器１００は、上下仕切部９０を有していない場合と比較して、冷媒が上昇する距離が短くなる。そのため、熱交換器１００は、上下仕切部９０を有していない場合と比較して、ヘッド差を緩和し、液滞留を抑制することができるため、熱交換効率を向上させることができる。

また、上下仕切部９０は、管壁１１の内部空間に配置され、第１ヘッダ部５１と第２ヘッダ部５２とを隔てている。そして、第３ヘッダ部５６は、第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２よりも下方に形成されており、第２ヘッダ部５２から流出する冷媒が流入する冷媒の流入口を形成する。また、第４ヘッダ部５７は、第１ヘッダ部５１及び第２ヘッダ部５２よりも上方に形成されており、第１ヘッダ部５１から流入した冷媒が流出する冷媒の流出口を形成する。熱交換器１００は、当該構成を有していない場合と比較して、熱交換のための有効面積Ｅが、図１２に示すような比較例の熱交換器１００Ｌのようにヘッダ部によって削減されることがない。そのため、実施の形態４に係る熱交換器１００は、当該構成を有していない熱交換器１００Ｌと比較して、熱交換のための有効面積が広くなり、熱交換効率を向上させることができる。

実施の形態５．
図１３は、実施の形態５に係る熱交換器１００を第１方向Ｄ１に見た概念図である。なお、実施の形態１～実施の形態４と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

伝熱管１０の本数をＮ［本］としたときの複数の伝熱管１０の全流路断面積Ａは、以下の式（１）で求められる。
Ａ＝ａ×Ｎ［ｍ^２］・・・・・（１）
ａ：複数の伝熱管１０の１本当たりの流路断面積［ｍ^２］
Ｎ：伝熱管１０の本数［本］
また、冷媒流路の差圧（以下、流路差圧と称する）をΔＰ_ＨＥＸ、液ヘッドをΔＰ_ＨＥＡＤと定義した場合、ΔＰ_ＨＥＸ／ΔＰ_ＨＥＡＤは、以下の式（２）で求められる。なお、流路差圧ΔＰ_ＨＥＸは、冷媒が上昇流として流動する流路の差圧であり、伝熱管群１５における伝熱管１０の上下端の差圧である。
ΔＰ_ＨＥＸ／ΔＰ_ＨＥＡＤ＝（５．９４６３５×１０－４×Ａ－１．７５０３０）／（８．４３０３ＨＳｉｎθ＋０．８７７９）＞１・・・・・（２）
Ａ：複数の伝熱管１０の全流路断面積［ｍ^２］
Ｈ：伝熱管１０の第２方向Ｄ２における長さ［ｍ］
θ：第１方向Ｄ１を水平面Ｆと平行な方向とした場合であって、水平面Ｆに対する複数の伝熱管１０の傾斜角度［°］

伝熱管１０の第２方向Ｄ２の長さＨ［ｍ］は、特に０．４２０［ｍ］よりも長い場合（長さＨ＞０．４２０）に効果的である。カーエアコンなどの室外機ユニットに用いられるコルゲートフィンを用いた熱交換器の多くは伝熱管の長さが０．３００［ｍ］程度のものが多いのに対し、ビルなどの室外機ユニットに用いられる熱交換器では、伝熱管の長さが０．４２０［ｍ］以上のものが多い。

発明者らの研究によると、例えば、０．４２０［ｍ］程度まで伝熱管１０の長さＨを長くすると、０．３００［ｍ］の長さのものに対し、ΔＰ_ＨＥＸ／ΔＰ_ＨＥＡＤが低下することが分かった。そして、発明者は、熱交換器における伝熱管の長さＨが０．４２０［ｍ］以上である場合、ヘッド差が生じ、熱交換器の一部に液冷媒が流れにくくなる液滞留が発生することが分かった。実施の形態５に係る熱交換器１００は、第２方向Ｄ２における伝熱管の長さＨ［ｍ］が０．４２０［ｍ］より長い場合であっても、上記（２）式を満たすことで液滞留を抑制でき、熱交換器性能を向上させることができる。

上記の式（２）は、発明者らの数値解析および実験結果によって得られた実験式である。式（２）は、流路差圧ΔＰ_ＨＥＸが支配的な熱交換器１００の形状パラメータである複数の伝熱管１０の全流路断面積Ａ［ｍ^２］と、液ヘッドΔＰ_ＨＥＡＤが支配的な熱交換器１００の形状パラメータである伝熱管１０の長さＨ［ｍ］とを用いて定式化したものである。式（２）は、例えば、熱交換器１００がビル用、店舗用、および、家庭用等の室外機ユニット２３１（図６参照）に用いられる条件の範囲において、定式化されたものである。

［熱交換器１００の作用効果］
熱交換器は、ヘッダ部が水平に設置され、伝熱管が重力方向に延びるような状態で室外機ユニットに搭載された場合、伝熱管の長さＨ方向の距離が長くなり液冷媒が伝熱管の中を上りきらず、滞留してしまう場合がある。

実施の形態５に係る熱交換器１００は、ΔＰ_ＨＥＸ／ΔＰ_ＨＥＡＤ＝（５．９４６３５×１０－４×Ａ－１．７５０３０）／（８．４３０３ＨＳｉｎθ＋０．８７７９）＞１を満たす。熱交換器１００は、当該式の範囲内で使用すれば、冷媒が伝熱管１００内部を上昇流として流動するとき、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留の発生を抑制することができ、熱交換器性能を向上させることができる。

実施の形態について説明したが、本開示は上述した実施の形態のみに限定されるものではない。例えば、各実施の形態を組み合わせて構成されていてもよい。

１０伝熱管、１０Ｌ伝熱管、１０ａ管側壁部、１０ｂ管側壁部、１０ｃ接続壁部、１０ｄ接続壁部、１０ｅ開口端、１０ｆ上部空間、１０ｇ下部空間、１１管壁、１２連結部、１２ａ連結突起部、１２ｂ連結突起部、１５伝熱管群、１７中央部、２０管封止部、３０貫通孔、３０ａ貫通孔、３０ｂ貫通孔、５０ヘッダ部、５０Ｌヘッダ部、５１第１ヘッダ部、５１ａ出入口、５２第２ヘッダ部、５２ａ出入口、５５端部側ヘッダ部、５６第３ヘッダ部、５７第４ヘッダ部、６０凸部、７０仕切部、７０ａ上端、７０ｂ下端、８０ヘッダ管、８２穴、９０上下仕切部、１００熱交換器、１００Ｌ熱交換器、２００空気調和装置、２０１圧縮機、２０２流路切替装置、２０３室外側熱交換器、２０３ａ室外ファン、２０４膨張弁、２０５室内側熱交換器、２０５ａ室内ファン、２２１凝縮器、２２２蒸発器、２３１室外機ユニット、２３２室内機ユニット、２５０冷媒回路、２５５冷媒配管、Ｐ１ａ伝熱流路、Ｐ１ａ１第１流路、Ｐ１ａ２第２流路、Ｐ１ｂヘッダ流路、Ｐ１ｃヘッダ流路、Ｐ１ｅヘッダ流路、Ｐ１ｆヘッダ流路、Ｐ２流路、Ｓｇ中空部。

Claims

第１方向に配列され、それぞれが前記第１方向と交差する第２方向に延伸しており、前記第２方向の両端部が封止され内部を冷媒が流れる複数の伝熱管を備え、
前記複数の伝熱管のそれぞれには、
前記両端部よりも内側に形成されており、前記複数の伝熱管のそれぞれの内部空間と外部とを連通させる複数の貫通孔が形成されており、
前記複数の伝熱管は、
前記複数の伝熱管の内、隣り合う伝熱管の前記複数の貫通孔同士を直接連結させた複数の連結部を有し、又は、前記複数の貫通孔に挿入され、前記複数の伝熱管の内、隣り合う伝熱管の前記複数の貫通孔同士を連結させる複数のヘッダ管を有し、
前記複数の連結部又は前記複数のヘッダ管は、
前記第１方向に延びるように形成された複数のヘッダ部であって、前記複数の伝熱管のそれぞれの前記内部空間との間で冷媒を連通させ、前記複数の伝熱管により構成された伝熱管群の冷媒の出入口となる前記複数のヘッダ部を構成し、
前記複数のヘッダ部は、
重力方向において前記複数の伝熱管を上下に分割する位置に設けられており、
前記複数の伝熱管の１本当たりの流路断面積ａをａ［ｍ ^２］と定義し、
前記伝熱管の本数をＮ［本］としたときの前記複数の伝熱管の全流路断面積ＡをＡ［ｍ ^２］＝ａ×Ｎ［ｍ ^２］と定義し、
前記複数の伝熱管の前記第２方向の長さをＨ［ｍ］と定義し、
前記第１方向を水平面と平行な方向とした場合であって、前記水平面に対する前記複数の伝熱管の傾斜角度をθ［°］と定義し、
冷媒流路の差圧をΔＰ _ＨＥＸと定義し、
液ヘッドをΔＰ _ＨＥＡＤと定義した場合に、
ΔＰ _ＨＥＸ／ΔＰ _ＨＥＡＤ＝（５．９４６３５×１０－４×Ａ－１．７５０３０）／（８．４３０３ＨＳｉｎθ＋０．８７７９）＞１の関係を満たす熱交換器。
前記複数のヘッダ部は、
前記第２方向において前記複数の伝熱管の中央部に設けられている請求項１に記載の熱交換器。
前記複数の伝熱管のそれぞれは、
前記内部空間に冷媒が流通する伝熱流路が設けられた管壁を有し、
前記管壁は、前記第１方向で向かい合う管側壁部を有し、前記管側壁部には前記貫通孔が形成されており、
前記複数の伝熱管のそれぞれは、
前記管壁の前記内部空間に配置され、前記第２方向に延伸し、前記内部空間を前記第１方向及び前記第２方向に対してそれぞれ直交する第３方向に分割する仕切部を有し、
前記仕切部の前記第２方向の両端は、前記伝熱管の前記伝熱流路における前記第２方向の両側の端よりも内側に位置しており、
前記複数のヘッダ部は、
冷媒の流入口となる第１ヘッダ部と、
冷媒の流出口となる第２ヘッダ部と、
を含み、
前記第１ヘッダ部及び前記第２ヘッダ部は、
前記第３方向において、前記仕切部を間に挟んで前記仕切部の両側に設けられている請求項１又は２に記載の熱交換器。
前記第１ヘッダ部側の前記内部空間には前記第２ヘッダ部側の前記内部空間よりも、液成分がガス成分よりも多い冷媒が流れる熱交換器であって、
前記仕切部は、
前記第３方向において中央部分よりも前記第１ヘッダ部に近い位置に設けられており、
第１ヘッダ部側の前記内部空間の流路断面積が、前記第２ヘッダ部側の前記内部空間の流路断面積よりも小さく形成されている請求項３に記載の熱交換器。
第１方向に配列され、それぞれが前記第１方向と交差する第２方向に延伸しており、前記第２方向の両端部が封止され内部を冷媒が流れる複数の伝熱管を備え、
前記複数の伝熱管のそれぞれには、
前記両端部よりも内側に形成されており、前記複数の伝熱管のそれぞれの内部空間と外部とを連通させる複数の貫通孔が形成されており、
前記複数の伝熱管は、
前記複数の伝熱管の内、隣り合う伝熱管の前記複数の貫通孔同士を直接連結させた複数の連結部を有し、又は、前記複数の貫通孔に挿入され、前記複数の伝熱管の内、隣り合う伝熱管の前記複数の貫通孔同士を連結させる複数のヘッダ管を有し、
前記複数の連結部又は前記複数のヘッダ管は、
前記第１方向に延びるように形成された複数のヘッダ部であって、前記複数の伝熱管のそれぞれの前記内部空間との間で冷媒を連通させ、前記複数の伝熱管により構成された伝熱管群の冷媒の出入口となる前記複数のヘッダ部を構成し、
前記複数のヘッダ部は、
重力方向において前記複数の伝熱管を上下に分割する位置に設けられており、
前記複数の伝熱管のそれぞれは、
前記内部空間に冷媒が流通する伝熱流路が設けられた管壁を有し、
前記管壁は、前記第１方向で向かい合う管側壁部を有し、前記管側壁部には前記貫通孔が形成されており、
前記複数の連結部又は前記複数のヘッダ管は、
前記第１方向に延びるように形成された複数の端部側ヘッダ部であって、前記複数の伝熱管のそれぞれの前記内部空間との間で冷媒を連通させ、前記複数の伝熱管により構成された前記伝熱管群の冷媒の出入口となる前記複数の端部側ヘッダ部を構成し、
前記複数の端部側ヘッダ部は、
前記第２方向において前記複数のヘッダ部よりも前記複数の伝熱管の端部側に構成されており、
前記複数の伝熱管のそれぞれは、
前記管壁の前記内部空間に配置され、前記内部空間を前記第１方向及び前記第２方向に対してそれぞれ直交する第３方向に延びており、複数のヘッダ部の内、前記第２方向に並列して設けられた２つの前記ヘッダ部同士の間を隔て、あるいは、複数の端部側ヘッダ部の内、前記第２方向に並列して設けられた２つの前記端部側ヘッダ部同士の間を隔て、前記内部空間を上下に分割する少なくとも１つ以上の上下仕切部を有し、
前記上下仕切部、複数のヘッダ部及び前記端部側ヘッダ部によって２系統以上の冷媒経路が構成されている熱交換器。
前記複数のヘッダ部は、
冷媒の流入口となる第１ヘッダ部と、
冷媒の流出口となる第２ヘッダ部と、
を含み、
前記上下仕切部は、
前記管壁の前記内部空間に配置され、前記第１ヘッダ部と前記第２ヘッダ部とを隔てており、
前記複数の端部側ヘッダ部は、
冷媒の流入口となる第３ヘッダ部と、
冷媒の流出口となる第４ヘッダ部と、
を含み、
前記第３ヘッダ部は、
前記第１ヘッダ部及び前記第２ヘッダ部よりも下方に形成されており、前記第２ヘッダ部から流出する冷媒が流入する冷媒の流入口を形成し、
前記第４ヘッダ部は、
前記第１ヘッダ部及び前記第２ヘッダ部よりも上方に形成されており、前記第１ヘッダ部から流入した冷媒が流出する冷媒の流出口を形成する請求項５に記載の熱交換器。
前記複数の伝熱管のそれぞれは、
前記伝熱管の前記内部空間に突出した少なくとも１つ以上の凸部を有する請求項１又は５に記載の熱交換器。
前記複数の伝熱管の１本当たりの流路断面積ａをａ［ｍ^２］と定義し、
前記伝熱管の本数をＮ［本］としたときの前記複数の伝熱管の全流路断面積ＡをＡ［ｍ^２］＝ａ×Ｎ［ｍ^２］と定義し、
前記複数の伝熱管の前記第２方向の長さをＨ［ｍ］と定義し、
前記第１方向を水平面と平行な方向とした場合であって、前記水平面に対する前記複数の伝熱管の傾斜角度をθ［°］と定義し、
冷媒流路の差圧をΔＰ_ＨＥＸと定義し、
液ヘッドをΔＰ_ＨＥＡＤと定義した場合に、
ΔＰ_ＨＥＸ／ΔＰ_ＨＥＡＤ＝（５．９４６３５×１０－４×Ａ－１．７５０３０）／（８．４３０３ＨＳｉｎθ＋０．８７７９）＞１の関係を満たす請求項５又は６に記載の熱交換器。
請求項１又は５に記載の熱交換器を備えた空気調和装置。