JPWO2019026242A1 - 熱交換器、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

熱交換器、及び冷凍サイクル装置 Download PDF

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Abstract

熱交換器において、冷媒分配器は、気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する機能を持つ気液分離部と、気液分離部に設けられている分配部とを有している。分配部には、複数の伝熱管が接続されている。複数の伝熱管は、第１方向へ並べられ、かつ第１方向に交差する第２方向に沿ってそれぞれ延びている。第１方向及び第２方向のそれぞれに直交する方向に沿って冷媒分配器を見たときには、第１の空間形成部が複数の伝熱管の領域に重なっている。第１方向に沿って冷媒分配器及び伝熱管を見たときには、気液分離部と伝熱管との間に隙間が存在している。

Description

この発明は、複数の伝熱管に冷媒を分配する冷媒分配器を有する熱交換器、及び熱交換器を有する冷凍サイクル装置に関するものである。
従来、冷媒流入側分流器と冷媒流出側分流器との間に接続された複数の伝熱管に冷媒を均等に分配するために、気液混合冷媒を気液分離器によって液冷媒とガス冷媒とに分離し、液冷媒を気液分離器から冷媒管を通して冷媒流入側分流器に流入させるようにした熱交換器が知られている。このような従来の熱交換器では、複数の伝熱管の間を気流が通過することにより冷媒と気流との間で熱交換が行われる。気液分離器は、気流の流れ方向に沿って見たとき、熱交換器から外れた位置に配置されている（例えば特許文献１参照）。
特開平８−５１９５号公報
特許文献１に示されている従来の熱交換器では、気流の流れ方向に沿って見たとき、気液分離器が熱交換器の本体から外れて配置されているので、熱交換器及び気液分離器を含むユニット全体のスペースは気流の流れ方向に対して拡大してしまい、気液分離器及び熱交換器を含むユニット全体が大型化してしまう。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換効率の低下及び大型化を抑制しながら、気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する機能を付加することができる熱交換器、及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
この発明による熱交換器は、気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する機能を持つ気液分離部と、気液分離部に設けられている分配部とを有する冷媒分配器、及び分配部に接続されている複数の伝熱管を備え、複数の伝熱管は、第１方向へ並べられ、かつ第１方向に交差する第２方向に沿ってそれぞれ延びており、第１方向及び第２方向のそれぞれに直交する方向に沿って冷媒分配器を見たとき、気液分離部が複数の伝熱管の領域に重なっており、第１方向に沿って冷媒分配器及び伝熱管を見たとき、気液分離部と伝熱管との間に隙間が存在している。
この発明による熱交換器、及び冷凍サイクル装置によれば、第１のヘッダタンク２の大型化を抑制しながら、気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する機能を冷媒分配器に付加することができる。また、第１方向及び第２方向のそれぞれに直交する方向に沿って熱交換器を見たとき、気液分離部の少なくとも一部を、複数の伝熱管が並ぶ範囲に収めることができ、熱交換器の大型化を抑制することができる。さらに、気液分離部と伝熱管と間を気流が通り抜けやすくなり、複数の伝熱管を流れる冷媒と気流との間での熱交換効率の低下を抑制することができる。
この発明の実施の形態１による熱交換器を示す斜視図である。 図１の第１のヘッダタンクを示す斜視図である。 図１の第１のヘッダタンクの長手方向に直交する平面で切断したときの第１のヘッダタンクを示す断面図である。 図１の第１方向ｚ及び第２方向ｙのいずれにも直交する方向に沿って見たときの第１のヘッダタンクを示す正面図である。 この発明の実施の形態２による熱交換器の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による熱交換器の第１のヘッダタンクの他の例を示す断面図である。 この実施の形態３による熱交換器の第１のヘッダタンクを示す斜視図である。 図７の第１のヘッダタンクの長手方向に直交する平面で熱交換器を切断したときの第１のヘッダタンクを示す断面図である。 この発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による冷凍サイクル装置を示す構成図である。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による熱交換器を示す斜視図である。図において、熱交換器１は、冷媒分配器としての第１のヘッダタンク２と、第１のヘッダタンク２から離して配置されている第２のヘッダタンク３と、第１及び第２のヘッダタンク２，３を互いに連結する複数の伝熱管４と、複数の伝熱管４の間に設けられているフィン５とを有している。熱交換器１は、冷媒が循環する冷凍サイクル装置における蒸発器として機能する。
第１及び第２のヘッダタンク２，３は、第１方向ｚに沿って互いに平行に延びる中空の容器である。この例では、第１及び第２のヘッダタンク２，３の長手方向、即ち第１方向ｚを水平方向と一致させて熱交換器１が配置されている。また、この例では、第２のヘッダタンク３が第１のヘッダタンク２の上方に配置されている。
複数の伝熱管４は、第１及び第２のヘッダタンク２，３のそれぞれの長手方向へ互いに間隔を置いて並んでいる。また、複数の伝熱管４は、第１方向ｚに交差する第２方向ｙに沿って互いに平行にそれぞれ延びている。この例では、第２方向ｙが第１方向ｚに直交している。また、この例では、各伝熱管４の長手方向、即ち第２方向ｙを鉛直方向と一致させて熱交換器１が配置されている。
各伝熱管４は、扁平管である。従って、伝熱管４の長手方向に直交する平面で切断したときの伝熱管４の断面形状は、長軸及び短軸を持つ扁平形状になっている。伝熱管４の断面の長軸方向を伝熱管４の幅方向とし、伝熱管４の断面の短軸方向を伝熱管４の厚さ方向とすると、各伝熱管４の厚さ方向は、第１及び第２のヘッダタンク２，３のそれぞれの長手方向、即ち第１方向ｚと一致している。また、各伝熱管４の幅方向は、第１方向ｚ及び第２方向ｙのいずれにも交差する第３方向ｘと一致している。この例では、第３方向ｘが、第１方向ｚ及び第２方向ｙのいずれにも直交する方向になっている。伝熱管４内には、冷媒を流す図示しない複数の冷媒流路が伝熱管４の長手方向に沿ってそれぞれ設けられている。複数の冷媒流路は、伝熱管４の幅方向へ並んでいる。
フィン５は、フィン５の両側の伝熱管４にそれぞれ接続されている。この例では、フィン５がコルゲートフィンとなっている。従って、フィン５は、当該フィン５を挟む両側の伝熱管４に交互に接触する波状のフィンとなっている。
熱交換器１では、図示しないファンの動作によって生じる気流Ａが複数の伝熱管４の間を通過する。気流Ａは、伝熱管４及びフィン５のそれぞれの表面に接触しながら流れる。これにより、複数の冷媒流路を流れる冷媒と気流Ａとの間で熱交換が行われる。この例では、第３方向ｘに沿って流れる気流Ａが複数の伝熱管４の間を通過する。
第１のヘッダタンク２は、気液分離部である第１の空間形成部１１と、第１の空間形成部１１の下部に設けられている分配部である第２の空間形成部１２とを有している。これにより、第１の空間形成部１１が第２の空間形成部１２と一体になっている。第１の空間形成部１１及び第２の空間形成部１２は、第１のヘッダタンク２の長手方向、即ち第１方向ｚに沿ってそれぞれ延びている。第１のヘッダタンク２は、第１の空間形成部１１及び第２の空間形成部１２のそれぞれの長手方向を水平にして配置される。
第１の空間形成部１１には、第１の冷媒管６と、第２の冷媒管７とが接続されている。また、第１の空間形成部１１には、第１の冷媒管６から気液混合冷媒が流入する。第２の空間形成部１２には、各伝熱管４の下端部がそれぞれ挿入されている。
第２のヘッダタンク３には、各伝熱管４の上端部がそれぞれ接続されている。各伝熱管４の上端部は、第２のヘッダタンク３にそれぞれ挿入されている。これにより、各伝熱管４の冷媒流路は、第２のヘッダタンク３内の空間と連通している。第２のヘッダタンク３の長手方向端部には、第３の冷媒管８が接続されている。図示しないが、第３の冷媒管８には、第２の冷媒管７が接続されている。
図２は、図１の第１のヘッダタンク２を示す斜視図である。また、図３は、図１の第１のヘッダタンク２の長手方向に直交する平面で切断したときの第１のヘッダタンク２を示す断面図である。さらに、図４は、図１の第１方向ｚ及び第２方向ｙのいずれにも直交する方向に沿って見たときの第１のヘッダタンク２を示す正面図である。
第１の空間形成部１１と第２の空間形成部１２との境界部分は、第１のヘッダタンク２内の冷媒の流路を狭める縮流部１３となっている。第１の空間形成部１１内の空間は、縮流部１３を通して第２の空間形成部１２内の空間に連通されている。第１の空間形成部１１内の空間及び第２の空間形成部１２内の空間は、第１のヘッダタンク２の長手方向、即ち第１方向ｚに沿って第１のヘッダタンク２を見たとき、縮流部１３に向かってそれぞれ狭くなる形状になっている。即ち、第１の空間形成部１１内の空間が第２の空間形成部１２に向かって狭くなっており、第２の空間形成部１２内の空間が第１の空間形成部１１に向かって狭くなっている。また、第１の空間形成部１１内の空間は、第２の空間形成部１２内の空間よりも大きくなっている。
第２の空間形成部１２は、第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って見たとき、図３に示すように、第１の空間形成部１１の下部から側方へ突出している。この例では、第２の空間形成部１２の上面及び第２の空間形成部１２内の底面１４が水平になっている。
第２の空間形成部１２には、図２に示すように、伝熱管接続部としての複数の挿入孔１５が設けられている。複数の挿入孔１５は、第２の空間形成部１２の長手方向、即ち第１方向ｚへ互いに間隔を置いて並んでいる。また、複数の挿入孔１５は、第２の空間形成部１２の上面に設けられている。
各伝熱管４の下端部は、挿入孔１５を通して第２の空間形成部１２内に挿入されている。これにより、各伝熱管４の冷媒流路は、第２の空間形成部１２内の空間と連通している。また、各伝熱管４の下端部は、第２の空間形成部１２における挿入孔１５の位置に接続されている。この例では、各伝熱管４の下端部の端面４ａが伝熱管４の長手方向に直交している。これにより、この例では、各伝熱管４の下端部の端面４ａを水平にして各伝熱管４が鉛直方向に沿って配置されている。また、この例では、複数の伝熱管４の下端部の端面４ａのそれぞれが第２の空間形成部１２内の底面１４から離れている。
第１方向ｚ及び第２方向ｙのいずれにも直交する方向に沿って熱交換器１を見たとき、図４に示すように、第１の空間形成部１１が各伝熱管４の領域に重なっている。また、第１の空間形成部１１は、第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って見たとき、図３に示すように、各伝熱管４から離して配置されている。即ち、第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って熱交換器１を見たとき、第１の空間形成部１１と各伝熱管４との間には、隙間１６が存在している。この例では、各伝熱管４よりも気流Ａの下流側、即ち風下側に第１の空間形成部１１が各伝熱管４から離して配置されている。
第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って見たときの第１の空間形成部１１は、第２の空間形成部１２から上方に向かって連続的に拡大している。第１の空間形成部１１は、図２に示すように、第１のヘッダタンク２の長手方向両端部の位置で第１のヘッダタンク２の長手方向について互いに対向する一対の端面壁１７と、一対の端面壁１７の間に設けられ、一対の端面壁１７の外周縁部に沿って一対の端面壁１７の間の空間を囲む周壁１８とを有している。第１のヘッダタンク２の内面及び外面は、一対の端面壁１７及び周壁１８によって形成されている。
周壁１８は、図３に示すように、第１の空間形成部１１の上部を形成する上面壁部１８１と、上面壁部１８１の伝熱管４に近い側の端部と第２の空間形成部１１とを繋ぐ第１側面壁部１８２と、上面壁部１８１の伝熱管４から遠い側の端部と第２の空間形成部１１とを繋ぐ第２側面壁部１８３とを有している。
この例では、上面壁部１８１が第１の空間形成部１１の外側へ盛り上がるように湾曲している。これにより、この例では、第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って見たときの第１の空間形成部１１の上部の外形が、第１の空間形成部１１の外側へ盛り上がる曲線状となっている。また、この例では、第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って周壁１８を見たとき、第１側面壁部１８２が伝熱管４の長手方向に沿って配置され、第２側面壁部１８３が第１側面壁部１８２に対して傾斜している。
第１の空間形成部１１には、図２に示すように、第１の冷媒口１９と、第２の冷媒口２０とが設けられている。第２の冷媒口２０の軸線は、第１の冷媒口１９の軸線から外れている。即ち、第１の冷媒口１９及び第２の冷媒口２０は、同一の軸線上から外れた位置にそれぞれ設けられている。この例では、第１の冷媒口１９が周壁１８に設けられ、第２の冷媒口２０が一方の端面壁１７に設けられている。
第１の冷媒口１９には第１の冷媒管６が接続され、第２の冷媒口２０には第２の冷媒管７が接続されている。この例では、第１の冷媒管６の軸線が第１の冷媒口１９の軸線と一致し、第２の冷媒管７の軸線が第２の冷媒口２０の軸線と一致している。
次に、熱交換器１の動作について説明する。熱交換器１が蒸発器として機能する場合には、気液混合冷媒が第１の冷媒管６から第１の冷媒口１９を通って第１の空間形成部１１内の空間に流入する。第１の冷媒管６から第１の空間形成部１１内の空間に流入した気液混合冷媒は、第１の空間形成部１１内の空間で急拡大する。これにより、気液混合冷媒の流速が低下する。このとき、密度の大きい液冷媒は、重力によって下方へ移動し、縮流部１３を通って第２の空間形成部１２内の空間に溜まる。一方、密度の小さいガス冷媒は、第２の冷媒口２０から第２の冷媒管７へ流出する。これにより、第１の空間形成部１１内の空間において気液混合冷媒が液冷媒とガス冷媒とに分離される。
第２の空間形成部１２内の空間に溜まった液冷媒は、第２の空間形成部１２の長手方向について第２の空間形成部１２内の空間に均等に溜まる。第２の空間形成部１２内の空間に液冷媒が溜まると、各伝熱管４のそれぞれの下端部が液冷媒で満たされる。この後、第２の空間形成部１２内の空間に溜まった液冷媒は、各伝熱管４のそれぞれの下端部の端面４ａから冷媒流路に流入して第２のヘッダタンク３に向かって冷媒流路を上方へ流れる。このとき、各伝熱管４のそれぞれの下端部が液冷媒で満たされていることから、液冷媒が各伝熱管４の冷媒流路に均等に流入し、液冷媒が各伝熱管４に均等に分配される。
各伝熱管４の冷媒流路を液冷媒が流れると、複数の伝熱管４の間を通過する気流Ａと液冷媒との間で熱交換が行われる。これにより、液冷媒から気流Ａに熱が放出され、液冷媒が蒸発してガス冷媒になる。
第１の空間形成部１１には複数の伝熱管４の間を通過した気流Ａが衝突するが、気流Ａは、湾曲状の上面壁部１８１に沿って滑らかに第１の空間形成部１１の上方を流れたり、第１の空間形成部１１と各伝熱管４との間の隙間１６を通って第１の空間形成部１１の長手方向両側へ流れたりする。
各伝熱管４で液体からガスに相変化したガス冷媒は、第２のヘッダタンク３内の空間で合流し、第２のヘッダタンク３から第３の冷媒管８へ流出する。この後、第２のヘッダタンク３から第３の冷媒管８へ流出したガス冷媒は、第１の空間形成部１１の第２の冷媒口２０から第２の冷媒管７へ流出したガス冷媒と合流する。なお、熱交換器１が凝縮器として機能する場合には、熱交換器１が蒸発器として機能する場合とは逆方向へ冷媒が流れる。
このような熱交換器１では、第１方向ｚ及び第２方向ｙのそれぞれに直交する方向に沿って第１のヘッダタンク２を見たとき、気液分離部である第１の空間形成部１１が複数の伝熱管４の領域に重なっており、第１方向ｚに沿って第１のヘッダタンク２及び伝熱管４を見たとき、第１の空間形成部１１と伝熱管４との間に隙間１６が存在しているので、第１の空間形成部２と第２の空間形成部１２とを一体にすることができ、第１のヘッダタンク２の大型化を抑制しながら、気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する機能を第１のヘッダタンク２に付加することができる。また、気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する機能を第１のヘッダタンク２に付加しても、第１方向ｚ及び第２方向ｙのそれぞれに直交する方向に沿って第１のヘッダタンク２を見たとき、第１の空間形成部１１の少なくとも一部を、複数の伝熱管４が並ぶ範囲に収めることができ、熱交換器１の大型化を抑制することができる。さらに、第１の空間形成部１１と伝熱管４との間に隙間１６が存在していることから、第１の空間形成部１１と伝熱管４と間を気流Ａが通り抜けやすくなる。これにより、複数の伝熱管４を流れる冷媒と気流Ａとの間での熱交換の促進を図ることができ、冷媒と気流Ａとの間での熱交換効率の低下を抑制することができる。
また、第１の空間形成部１１は、複数の伝熱管４の風下側に配置されているので、気流Ａと伝熱管４との間の温度差が大きい状態で、複数の伝熱管４の間に気流Ａを通すことができる。これにより、伝熱管４を流れる冷媒と気流Ａとの間での熱交換効率を向上させることができる。
また、第１方向ｚに沿って見たときの第１の空間形成部１１の上部の外形は、曲線状であるので、気流Ａが第１の空間形成部１１の外形に沿って滑らかに流れるようにすることができ、第１の空間形成部１１から気流Ａが受ける抵抗を抑制することができる。これにより、複数の伝熱管４の間に気流Ａを効果的に通過させることができ、伝熱管４を流れる冷媒と気流Ａとの間での熱交換効率をさらに向上させることができる。
また、第１の冷媒口１９の軸線は、第２の冷媒口２０の軸線から外れているので、第１の冷媒口１９から第１の空間形成部１１内の空間に流入した気液混合冷媒の流れの向きを第１の空間形成部１１内の空間で変えることができ、気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離させやすくすることができる。
また、複数の挿入孔１５は、第２の空間形成部１２の長手方向へ並んでおり、第１のヘッダタンク２は、第２の空間形成部１２の長手方向を水平にして配置されているので、第２の空間形成部１２の長手方向の全範囲に亘って第２の空間形成部１２内の空間に液冷媒を均等に溜めることができる。これにより、複数の伝熱管４のそれぞれへの液冷媒の均等な分配をさらに確実にすることができる。
また、第２の空間形成部１２には、複数の伝熱管４の下端部が接続されているので、第２の空間形成部１２から上方へ突出する第１の空間形成部１２を第２方向ｙについて伝熱管４の範囲内に収めることができ、熱交換器１の高さ方向の寸法の拡大を防止することができる。
また、第１の空間形成部１１内の空間は、第２の空間形成部１２に向かって狭くなっているので、第２の空間形成部１２内の空間に溜まった液冷媒が第１の空間形成部１１内の空間へ逆流しにくくすることができる。これにより、気液混合冷媒の液冷媒及びガス冷媒への分離をより確実にすることができる。
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による熱交換器１の要部を示す断面図である。図５は、実施の形態１の図３に対応する図である。本実施の形態では、第１のヘッダタンク２の長手方向、即ち第１方向ｚに沿って第１のヘッダタンク２を見たとき、第２の空間形成部１２の上面及び第２の空間形成部１２内の底面１４が、水平面に対して傾斜している。また、第２の空間形成部１２の上面及び第２の空間形成部１２内の底面１４は、第１方向ｚに沿って第１のヘッダタンク２を見たとき、第１の空間形成部１１の下部から斜め下方へ傾斜している。この例では、第２の空間形成部１２の上面及び第２の空間形成部１２内の底面１４が、第１の空間形成部１１の下部から風上側に向かって斜め下方へ傾斜している。
各伝熱管４の下端部の端面４ａは、水平面に対して傾斜している。この例では、各伝熱管４の下端部の端面４ａが水平面に対して底面１４と同じ方向へ傾斜している。従って、この例では、各伝熱管４の下端部の端面４ａが、伝熱管４の風下側から風上側に向かって下方へ傾斜している。他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
このような熱交換器１では、第２の空間形成部１２内の底面１４が水平面に対して傾斜しているので、第２の空間形成部１２内の空間に溜まった液冷媒の量が少なくても液冷媒の深さを確保しやすくすることができる。これにより、各伝熱管４の下端部が液冷媒に満たされやすくなり、第２の空間形成部１２内の空間に溜まった液冷媒を各伝熱管４のそれぞれにさらに確実に流入させることができる。
また、各伝熱管４の下端部の端面４ａは、水平面に対して傾斜しているので、第２の空間形成部１２内の空間に溜まった液冷媒が少なくても、伝熱管４の端面４ａの傾斜下端部が液冷媒に満たされやすくすることができる。これにより、伝熱管４の中で、端面４ａの傾斜上端部側の冷媒流路よりも端面４ａの傾斜下端部側の冷媒流路に、液冷媒を積極的に流すことができる。従って、例えば、各伝熱管４の下端部の端面４ａを伝熱管４の風下側から風上側に向かって下方へ傾斜させることにより、伝熱管４の風上側の冷媒流路に液冷媒を積極的に流すことができ、気流Ａと液冷媒との熱交換の効率を向上させることができる。
なお、上記の例では、第２の空間形成部１２内の底面１４及び伝熱管４の下端部の端面４ａがいずれも水平面に対して傾斜しているが、第２の空間形成部１２内の底面１４を水平にし、伝熱管４の下端部の端面４ａを水平面に対して傾斜させてもよいし、伝熱管４の下端部の端面４ａを水平にし、第２の空間形成部１２内の底面１４を水平面に対して傾斜させてもよい。
また、実施の形態１及び２では、第１の冷媒口１９が第１の空間形成部１１の周壁１８に設けられ、第２の冷媒口２０が第１の空間形成部１１の端面壁１７に設けられているが、第１の空間形成部１１における第１の冷媒口１９及び第２の冷媒口２０のそれぞれの位置は、これに限定されない。例えば、第１の冷媒口１９及び第２の冷媒口２０をいずれも周壁１８に設けてもよいし、第１の冷媒口１９を一方の端面壁１７に設けるとともに、第２の冷媒口２０を他方の端面壁１７に設けてもよい。
さらに、第１の冷媒口１９及び第２の冷媒口２０をいずれも周壁１８に設ける場合、周壁１８の第２側面壁部１８３に第１の冷媒口１９を設け、周壁１８の上面壁部１８１に第２の冷媒口２０を設けてもよい。この場合、実施の形態１での第１のヘッダタンク２を例にすると、図６に示すように、第２の冷媒管７が第１の空間形成部１１の上面壁部１８１から上方へ延びて配置される。このようにすれば、第１の空間形成部１１内のガス冷媒を第２の冷媒口２０から流出させやすくすることができる。
また、実施の形態１及び２では、第２の冷媒口２０の軸線が第１の冷媒口１９の軸線から外れているが、第１の冷媒口１９から第１の空間形成部１１内の空間に流入した気液混合冷媒がそのまま第２の冷媒口２０から流出しない程度に、第１の冷媒口１９から第２の冷媒口２０までの距離が確保されていれば、第２の冷媒口２０の軸線が第１の冷媒口１９の軸線と一致していてもよい。
実施の形態３．
図７は、この実施の形態３による熱交換器１の第１のヘッダタンク２を示す斜視図である。また、図８は、図７の第１のヘッダタンク２の長手方向に直交する平面で熱交換器１を切断したときの第１のヘッダタンク２を示す断面図である。本実施の形態では、第１の冷媒口１９及び第２の冷媒口２０のそれぞれの位置が実施の形態１及び２と異なっている。
第１の冷媒口１９は、第１の空間形成部１１の上面壁部１８１に設けられている。第１の空間形成部１１の内面は、上面壁部１８１の湾曲によって形成された曲面１１ａを含んでいる。曲面１１ａは、第１の冷媒口１９から連続する曲面である。この例では、第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って見たとき、曲面１１ａが円弧になっている。
第１の冷媒口１９に接続される第１の冷媒管６は、第１の冷媒口１９における曲面１１ａの接線に沿って配置される。これにより、第１の冷媒管６は、曲面１１ａの接線に沿った方向から第１の空間形成部１１内の空間に流入するように冷媒を導く。
第２の冷媒口２０は、一方の端面壁１７に設けられている。また、第２の冷媒口２０は、第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って見たとき、曲面１１ａによって形成されている円弧の中心に位置している。他の構成は実施の形態１と同様である。
次に、熱交換器１の動作について説明する。第１の空間形成部１１内の空間には、第１の冷媒管６に導かれた気液混合冷媒が曲面１１ａの接線に沿った方向から流入する。これにより、第１の空間形成部１１内で気液混合冷媒が曲面１１ａに沿って流れ、気液混合冷媒に遠心力が作用する。
気液混合冷媒に遠心力が作用すると、密度の高い液冷媒が外側へ移動し、密度の低いガス冷媒が内側の中心に向かって移動する。これにより、第１の空間形成部１１内の空間で気液混合冷媒が液冷媒とガス冷媒とに分離される。この後、ガス冷媒が第２の冷媒口２０から第２の冷媒管７へ流出し、液冷媒が遠心力及び重力によって第２の空間形成部１２内の空間に溜まる。この後の動作は、実施の形態１と同様である。
このような熱交換器１では、第１の冷媒口１９に接続される第１の冷媒管６が、第１の冷媒口１９における曲面１１ａの接線に沿って配置されているので、曲面１１ａの接線に沿った方向から第１の空間形成部１１内の空間に気液混合冷媒を流入させることができる。これにより、第１の空間形成部１１内の空間に流入した気液混合冷媒を曲面１１ａに沿って流すことができ、気液混合冷媒に遠心力を作用させることができる。これにより、密度の高い液冷媒を密度の低いガス冷媒よりも外側へ遠心力によって積極的に移動させることができ、気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに効率良く分離することができる。
また、第１のヘッダタンク２の長手方向に沿って見たとき、第１の空間形成部１１の内面の曲面１１ａが円弧になっており、曲面１１ａの円弧の中心に第２の冷媒口２０が位置しているので、曲面１１ａの内側の中心に集まったガス冷媒を第２の冷媒口２０から第２の冷媒管７へ効率良く流出させることができる。
なお、上記の例では、第２の空間形成部１２が実施の形態１と同様になっているが、水平面に対して傾斜させた実施の形態２と同様の第２の空間形成部１２を本実施の形態の第２の空間形成部１２に適用してもよい。
実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置を示す構成図である。冷凍サイクル装置３１は、圧縮機３２、凝縮熱交換器３３、膨張弁３４、蒸発熱交換器３５を含む冷凍サイクル回路を備えている。冷凍サイクル装置３１では、圧縮機３２が駆動することにより、圧縮機３２、凝縮熱交換器３３、膨張弁３４及び蒸発熱交換器３５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。本実施の形態では、冷凍サイクル回路を循環する冷媒が図９の矢印の方向へ流れる。
冷凍サイクル装置３１には、凝縮熱交換器３３及び蒸発熱交換器３５のそれぞれに対して気流を個別に送るファン３６，３７と、各ファン３６，３７を個別に回転させる駆動モータ３８，３９とが設けられている。凝縮熱交換器３３は、ファン３６の動作によって生じた空気の気流と冷媒との間で熱交換を行う。蒸発熱交換器３５は、ファン３７の動作によって生じた空気の気流と冷媒との間で熱交換を行う。
冷媒は、圧縮機２で圧縮されて凝縮熱交換器３３へ送られる。凝縮熱交換器３３では、冷媒が外部の空気へ熱を放出して凝縮される。この後、冷媒は、膨張弁３４へ送られ、膨張弁３４で減圧された後、蒸発熱交換器３５へ送られる。この後、冷媒は、蒸発熱交換器３５で外部の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機３２へ戻る。
本実施の形態では、凝縮熱交換器３３及び蒸発熱交換器３５の一方又は双方に、実施の形態１〜４のいずれかの熱交換器１が用いられている。これにより、エネルギ効率の高い冷凍サイクル装置を実現することができる。また、本実施の形態では、凝縮熱交換器３３が室内熱交換器に用いられ、蒸発熱交換器３５が室外熱交換器に用いられている。なお、蒸発熱交換器３５を室内熱交換器に用い、凝縮熱交換器３３を室外熱交換器に用いてもよい。
実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５による冷凍サイクル装置を示す構成図である。冷凍サイクル装置４１は、圧縮機４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４、室内熱交換器４５及び四方弁４６を含む冷凍サイクル回路を有している。冷凍サイクル装置４１では、圧縮機４２が駆動することにより、圧縮機４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４及び室内熱交換器４５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。本実施の形態では、圧縮機４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４及び四方弁４６が室外機に設けられ、室内熱交換器４５が室内機に設けられている。
室外機には、室外熱交換器４３に室外の空気を強制的に通過させる室外ファン４７が設けられている。室外熱交換器４３は、室外ファン４７の動作によって生じた室外の空気の気流と冷媒との間で熱交換を行う。室内機には、室内熱交換器４５に室内の空気を強制的に通過させる室内ファン４８が設けられている。室内熱交換器４５は、室内ファン４８の動作によって生じた室内の空気の気流と冷媒との間で熱交換を行う。
冷凍サイクル装置４１の運転は、冷房運転と暖房運転との間で切り替え可能になっている。四方弁４６は、冷凍サイクル装置１の冷房運転及び暖房運転の切り替えに応じて冷媒流路を切り替える電磁弁である。四方弁４６は、冷房運転時に、圧縮機４２からの冷媒を室外熱交換器４３へ導くとともに室内熱交換器４５からの冷媒を圧縮機４２へ導き、暖房運転時に、圧縮機４２からの冷媒を室内熱交換器４５へ導くとともに室外熱交換器４３からの冷媒を圧縮機４２へ導く。図１０では、冷房運転時の冷媒の流れの方向を破線の矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れの方向を実線の矢印で示している。
冷凍サイクル装置４１の冷房運転時には、圧縮機４２で圧縮された冷媒が室外熱交換器４３へ送られる。室外熱交換器４３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４４へ送られ、膨張弁４４で減圧された後、室内熱交換器４５へ送られる。この後、冷媒は、室内熱交換器４５で室内の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機４２へ戻る。従って、冷凍サイクル装置４１の冷房運転時には、室外熱交換器４３が凝縮器として機能し、室内熱交換器４５が蒸発器として機能する。
冷凍サイクル装置４１の暖房運転時には、圧縮機４２で圧縮された冷媒が室内熱交換器４５へ送られる。室内熱交換器４５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４４へ送られ、膨張弁４４で減圧された後、室外熱交換器４３へ送られる。この後、冷媒は、室外熱交換器４３で室外の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機４２へ戻る。従って、冷凍サイクル装置４１の暖房運転時には、室外熱交換器４３が蒸発器として機能し、室内熱交換器４５が凝縮器として機能する。
本実施の形態では、室外熱交換器４３及び室内熱交換器４５の一方又は双方に、実施の形態１〜４のいずれかの熱交換器１が用いられている。これにより、エネルギ効率の高い冷凍サイクル装置を実現することができる。
実施の形態４及び５における冷凍サイクル装置は、例えば空気調和装置又は冷凍装置等に適用される。
なお、各上記実施の形態では、各伝熱管４の風下側に第１の空間形成部１１が各伝熱管４から離して配置されているが、各伝熱管４の風上側に第１の空間形成部１１を各伝熱管４から離して配置してもよい。このようにしても、第１方向ｚ及び第２方向ｙのそれぞれに直交する方向に沿って第１のヘッダタンク２を見たときの熱交換器１の大型化を抑制することができるとともに、第１の空間形成部１１と伝熱管４と間を気流Ａが通り抜けやすくなり、伝熱管４を流れる冷媒と気流Ａとの間での熱交換効率の低下を抑制することができる。
また、各上記実施の形態では、第１の空間形成部１１の上面壁部１８１が湾曲しているが、上面壁部１８１の形状はこれに限定されない。例えば、上面壁部１８１を平板状にしてもよい。
また、各上記実施の形態では、第１の空間形成部１１が第１のヘッダタンク２の長手方向の全体にわたって形成されているが、第１のヘッダタンク２の長手方向の一部にのみ第１の空間形成部１１を形成してもよい。即ち、第１のヘッダタンク２の長手方向について、第１の空間形成部１１の長さが第２の空間形成部１２の長さよりも短くなっていてもよい。さらに、第１のヘッダタンク２の長手方向の一部にのみ第２の空間形成部１２を形成してもよい。即ち、第１のヘッダタンク２の長手方向について、第２の空間形成部１２の長さが第１の空間形成部１１の長さよりも短くなっていてもよい。このようにしても、熱交換器１を含むユニット全体の小型化を図ることができる。
また、各上記実施の形態では、伝熱管４が扁平管であるが、伝熱管４の断面形状は扁平に限定されず、例えば、伝熱管４を円管にしてもよい。
また、この発明は各上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
１ 熱交換器、２ 第１のヘッダタンク（冷媒分配器）、４ 伝熱管、１１ 第１の空間形成部（気液分離部）、１２ 第２の空間形成部（分配部）、１９ 第１の冷媒口、２０ 第２の冷媒口、３１，４１ 冷凍サイクル装置。
。

Claims (4)

  1. 気液混合冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する機能を持つ気液分離部と、前記気液分離部に設けられている分配部とを有する冷媒分配器、及び
    前記分配部に接続されている複数の伝熱管
    を備え、
    前記複数の伝熱管は、第１方向へ並べられ、かつ前記第１方向に交差する第２方向に沿ってそれぞれ延びており、
    前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに直交する方向に沿って前記冷媒分配器を見たとき、前記気液分離部が前記複数の伝熱管の領域に重なっており、
    前記第１方向に沿って前記冷媒分配器及び前記伝熱管を見たとき、前記気液分離部と前記伝熱管との間に隙間が存在している熱交換器。
  2. 前記気液分離部は、前記複数の伝熱管の風下側に配置されている請求項１に記載の熱交換器。
  3. 前記分配部は、前記気液分離部の下部に設けられており、
    前記第１方向に沿って見たときの前記気液分離部の上部の外形は、曲線状である請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器
    を備えている冷凍サイクル装置。
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