WO2022264348A1

WO2022264348A1 - 熱交換器および冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2022264348A1
Application number: PCT/JP2021/022986
Authority: WO
Inventors: 悟梁池
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2022-12-22
Also published as: JPWO2022264348A1

Abstract

冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器が蒸発器で使用される場合に適正な分配がなされ、凝縮器として使用される場合においても熱交換性能を維持できる熱交換器を得るものである。熱交換器は、上下方向に間隔を空けて配列された複数の伝熱管１７と、蒸発器として使用される場合に冷媒の入口となり、凝縮器として使用される場合に冷媒の出口となる液側配管１６を備えた第１のヘッダー１４と、蒸発器として使用される場合に冷媒の出口となり、凝縮器として使用される場合に冷媒の入口となるガス側配管１５を備えた第２のヘッダー１３と、を備え、第１のヘッダー１４は、冷媒が下降方向に流通するときの流動抵抗が、上昇方向に流通するときの流動抵抗より大きくなるように形成されている。

Description

熱交換器および冷凍サイクル装置

本開示は、内部を熱媒体が流通する熱交換器に関し、特に、ヘッダー型の分配器を備えた熱交換器および、この熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

一般に、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器は、流入する冷媒を複数の流路に分岐し、各流路を構成する伝熱管に流通させるように構成されている。そのため、熱交換器の入口および出口には、冷媒を複数流路に分岐あるいは合流させる分配器が備えられている。

また、特に家庭用の空気調和装置においては、四方切換弁によって冷媒の流通方向を反転させ、冷房運転と暖房運転とを切替可能としているものが一般的である。このような空気調和装置に用いられる熱交換器は、凝縮器と蒸発器の兼用となるので、凝縮器および蒸発器のどちらで利用される場合にも冷媒を適正に分配する分配器が必要となる。

分配器の代表的な構造の一つに、上下方向に長い直管の側壁に複数の伝熱管が略直角方向に所定間隔で差し込まれて接合されたヘッダー型分配器がある（以降、ヘッダーと記する）。しかし、熱交換器が蒸発器として使用される場合、流入する冷媒は気液二相状態であり、液冷媒とガス冷媒では作用する重力あるいは慣性力に差があるため、上下方向で伝熱管毎の冷媒流量にばらつきが生じてしまう。

このような問題を解決するため、蒸発器として使用する場合に入口となるヘッダーの分岐部に、適正な分配比率となるように進行方向に対して湾曲形状が異なる分流部を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開平８－１９３７６８号公報

しかしながら、先行技術文献のような構成では、蒸発器として使用される場合は冷媒を適正に分配することができるが、凝縮器として使用される場合に対して考慮されていない。凝縮器で使用される場合、上下方向に長く延びるヘッダーでは、出口側の下にある分岐部（合流部）ほど冷媒の液柱高さによって圧力が高くなる。すなわち、入口側の圧力に対して出口側の圧力が高いと、冷媒が流通するための圧力差が小さくなるため、相対的に下に位置する伝熱管ほど冷媒の流量が小さくなる。

伝熱管ごとの冷媒流量に差が生じると、凝縮しないままで冷媒が通過する伝熱管と、すぐに凝縮して過冷却状態となって熱源温度に達してしまい、十分に熱交換されない伝熱管が混在する。これにより、熱交換性能の低下となることがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器が蒸発器で使用される場合に適正な分配がなされ、凝縮器として使用される場合においても熱交換性能を維持できる熱交換器を得るものである。

上記の目的を達成するため、この発明に係る熱交換器は、
冷媒が流通する冷媒回路の一部を構成し、蒸発器と凝縮器とに切り替えられて使用される熱交換器であって、
上下方向に間隔を空けて配列された複数の伝熱管と、
上下方向に延びる内部空間に前記複数の伝熱管の一端が接続され、前記蒸発器として使用される場合に前記冷媒の入口となり、前記凝縮器として使用される場合に前記冷媒の出口となる液側配管を備えた第１のヘッダーと、
前記複数の伝熱管の他端が接続され、前記蒸発器として使用される場合に前記冷媒の出口となり、前記凝縮器として使用される場合に前記冷媒の入口となるガス側配管を備えた第２のヘッダーと、を備え、
前記第１のヘッダーは、前記冷媒が下降方向に流通するときの流動抵抗が、上昇方向に流通するときの流動抵抗より大きくなるように形成されている。

本開示によれば、蒸発器として使用する場合に適正に分配されるとともに、冷媒の流れ方向が反転されて凝縮器として使用する場合においても適正に分配される熱交換器を得ることができる。

実施の形態１に係る熱交換器を搭載した冷凍サイクル装置の冷媒回路構成図である。実施の形態１に係る熱交換器の構成を示す外観図である。実施の形態１に係る熱交換器の一部を構成する液側ヘッダーの内部構造の一例を示す断面図である。実施の形態１に係る液側ヘッダーに内挿される抵抗部材の形状の一例を示す斜視図である。実施の形態１に係る液側ヘッダーに内挿される抵抗部材の別の一例を示す断面図である。実施の形態１に係る抵抗部材の別の一例の詳細構造を示す斜視図である。実施の形態２に係る熱交換器の一部である液側ヘッダー構造の一例を示す断面図である。実施の形態３に係る熱交換器の一部である液側ヘッダーの構成を示す外観図である。実施の形態３に係る液側ヘッダーの内部構造を示す展開図である。実施の形態３に係る液側ヘッダーの内部流路形状の一例を示す模式図である。実施の形態３に係る液側ヘッダーの他の一例の内部構造を示す展開図である。実施の形態３に係る液側ヘッダーの他の一例の内部構造を示す展開図である。実施の形態４に係る液側ヘッダーの内部構成を示す展開図である。

以下に、本開示の実施の形態に係る熱交換器および冷凍サイクル装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る熱交換器を搭載した冷凍サイクル装置の冷媒回路構成図である。図１に示す冷凍サイクル装置１は、冷房暖房兼用の空気調和機であり、室外ユニット２と室内ユニット３が接続配管であるガス管４と液管５で接続されて１つの冷媒回路を形成している。この冷媒回路には、沸点が異なる３種類のＨＦＣ冷媒の混合冷媒であるＲ４０７Ｃが封入されている。この冷媒回路内に封入される冷媒はこれに限定されるものではなく、例えばＨＦＯ冷媒であるＲ１２３４ｙｆとＲ３２との混合冷媒であってもよい。また、Ｒ２９０等のＨＣ冷媒、あるいはＣＯ２等の自然冷媒を成分の１つとする混合冷媒を採用してもよい。

室外ユニット２には、圧縮機６、四方切換弁７、室外熱交換器８、室外送風機９、膨張弁１０が内蔵されている。室外熱交換器８の前後に設置されているガス側ヘッダー１３と液側ヘッダー１４は、室内熱交換器８における冷媒の流れを分岐あるいは合流させる機能を有している。室外送風機９は、室外熱交換器８への送風量を変化させることで、冷媒と室外空気との熱交換量を調整するものである。

　室内ユニット３には、室内熱交換器１１および室内送風機１２が内蔵されており、設置される空調対象室の空調負荷に応じて冷房運転または暖房運転を行う。室内送風機１２は、室内熱交換器１１を流通する冷媒と室内空気との熱交換量を調整するものである。

図２は、実施の形態１に係る熱交換器の構成を示す外観図である。実施の形態１において、実施の形態１に係る熱交換器は、冷凍サイクル装置１の構成要素の１つである室外熱交換器８に適用されているものとして説明する。１５は、四方切換弁７に繋がるガス側配管であり、ガス側ヘッダー１３と接続されている。１６は、膨張弁１０に繋がる液側配管であり、液側ヘッダー１４と接続されている。

第２のヘッダーであるガス側ヘッダー１３および第１のヘッダーである液側ヘッダー１４は、上端と下端が塞がれている円管であり、凡そ２０ｍｍの間隔で上下方向に並列した複数の伝熱管１７が溶接により接続されている。１８は、板厚０．１ｍｍのアルミニウム製のフィンであり、凡そ１．５ｍｍの間隔を空けて多数枚が積層されて伝熱管１７と接合されている。

　室外熱交換器８は、冷凍サイクル装置１が暖房運転を行う場合に、蒸発器として機能し、冷房運転においては凝縮器として機能する。続いて、室外熱交換器８が蒸発器あるいは凝縮器として機能するときの冷媒の流通状態について説明する。

まず、冷凍サイクル装置１が暖房運転を行う場合について説明する。圧縮機６から吐出される高温高圧のガス冷媒は、四方切替弁７によってガス管４に向かうように流通方向が設定され、室内ユニット３に送られる。室内ユニット３に到達したガス冷媒は、室内熱交換器１１で室内空気と熱交換して凝縮し、液冷媒となって液管５を流通する。

液管５から室外ユニット２に流入した液冷媒は、膨張弁１０で減圧されて低圧の気液二相状態となり、液側ヘッダー１４に下方から流入する。液側ヘッダー１４は、上昇する冷媒流れの慣性力によって伝熱管１７に分岐することなく上方に進む液冷媒の量と、重力によって下方に滞留する液冷媒の量が略均等になるように管径が調整されている。これにより、液側ヘッダー１４に流入した気液二相状態の冷媒は、略均等に伝熱管１７の各々に分配される。

　複数の伝熱管１７を流通する気液二相冷媒は、室外空気と熱交換しながら蒸発し、低圧ガス冷媒となってガス側ヘッダー１３で合流する。ガス側ヘッダー１３で合流した低圧ガス冷媒は、ガス側配管１５、四方切替弁７を経由して再び圧縮機６に吸入される。

　続いて、冷凍サイクル装置１が冷房運転を行う場合について説明する。圧縮機６から吐出される高圧ガス冷媒は、四方切換弁７によってガス側ヘッダー１３に向かうように流通方向が設定され、ガス側ヘッダー１３から室外熱交換器８に流れる。室外熱交換器８に流入した高圧ガス冷媒は、室外空気に放熱して凝縮液化し、液側ヘッダー１４を経由して膨張弁１０で減圧される。

　膨張弁１０で減圧された低圧の気液二相冷媒は、液管５から室内ユニット２に流入し、室内熱交換器１１で室内空気と熱交換しながら蒸発する。室内熱交換器１１で蒸発した低圧ガス冷媒は、ガス管４を通って室内ユニット２に戻り、四方切換弁７を経由して再び圧縮機６に吸入される。

続いて、第１のヘッダーである液側ヘッダー１４の内部構造について、図３および図４を参照して説明する。図３は、実施の形態１に係る熱交換器の一部である液側ヘッダー１４の内部構造の一例を示す断面図であり、図４は、液側ヘッダーに内挿される抵抗部材の形状の一例を示す斜視図である。

第２のヘッダーであるガス側ヘッダー１３は、暖房運転では室外熱交換器８で蒸発した低圧ガス冷媒が流通し、冷房運転では圧縮機６から吐出された高圧ガス冷媒が流通する。すなわち、ガス側ヘッダー１３を流通する冷媒は、冷房暖房に関わらずガス単相状態であり、伝熱管１７への分配特性に影響することが無いため、単純な中空円管であり、図示を省略する。

図３において、２１は液側ヘッダー１４に複数挿入された抵抗部材であり、液側ヘッダー１４内を流れる冷媒が上昇流である場合には、なだらかに縮小するような傾斜面を有している。一方、抵抗部材２１は、液側ヘッダー１４内を流れる冷媒が下降流である場合に、流路が急縮小となるような垂直面を有している。より詳細には、図４に示すように、抵抗部材２１は、上面が狭く、下面が広く空いた孔を有するリング状の部材である。

この抵抗部材２１が挿入された液側ヘッダー１４においては、冷媒が上昇する方向に流通する暖房運転時、すなわち蒸発器として機能する場合には、抵抗部材２１はほとんど流動抵抗とならず、スムーズに冷媒が流通する。一方で、室外熱交換器８が凝縮器として機能する冷房運転時には、伝熱管１７を流通して液化した冷媒が、液側ヘッダー１４の内部で合流しながら下降流を形成する。

凝縮器として使用されるときの液側ヘッダー１４の内部は、ほぼ液冷媒で満たされる状態となるため、上下方向に液冷媒の自重による水頭圧が発生する。すなわち、下方にある伝熱管１７ほど入口側と出口側の圧力差が得られず、僅かしか冷媒が流通しない状態となる。そのため、下方にある伝熱管内では冷媒が流入後にすぐに液化し、過冷却度を増大させながら流通する。このため当該伝熱管１７は室外空気との温度差が無くなり、所望の熱交換量が得られない状態となる。

　本開示の液側ヘッダー１４においては、抵抗部材２１の急縮小効果によって下降する冷媒の流動抵抗が大きくなるため、水頭圧を打ち消すように作用する。すなわち、液側ヘッダー１４内の流動抵抗によって下方に進むとともに冷媒圧力が低下するため、水頭圧の影響が小さくなり、上下方向に並ぶ伝熱管の冷媒流量が均等になるように作用する。

このように、液側ヘッダー１４の内部では、液側配管１６から冷媒が流入して上昇流を形成する場合には流動抵抗にならず、複数の伝熱管１７から冷媒が流入し、液側ヘッダーで合流して液側配管１６から流出する場合には流動抵抗が大きくなる。

すなわち、抵抗部材２１は、室外熱交換器８が凝縮器として使用される場合に、液側ヘッダー１４に生じる水頭圧を打ち消すように流動抵抗を発生させるので、伝熱管１７の流量分配を均等化することができる。これにより、冷媒の分配特性の不具合による冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。室外熱交換器８が蒸発器として使用される場合に液側ヘッダー１４の分配特性を調整されていれば、凝縮器として使用する場合においても適正な分配特性が得られる。

　図５は、実施の形態１に係る液側ヘッダー１４に内挿される抵抗部材の他の一例を示す断面図である。図５において、２２は、液側ヘッダー１４に内挿される円管状の抵抗部材であり、管壁が部分的に内側に切り起こされている。

　図６は、実施の形態１に係る抵抗部材の他の一例の詳細構造を示す斜視図である。抵抗部材２２は、円管材で構成されており、その側面には、左右と上端が切断され、下端が切断されていない矩形型の切り起こし部２３が軸方向と周方向にそれぞれ複数形成されている。この切り起こし部２３は、内側に２０°程度の角度で折曲げられて内部を流動する冷媒の抵抗として作用するようになっている。また、伝熱管１７が挿入される貫通孔２４が複数形成されている。

　切り起こし部２３は、冷媒が上昇流となる冷房運転時には、流れ方向に対してなだらかに傾斜しているのでほとんど抵抗にならない。一方で、下降流となる暖房運転では切り起こし部２３で分流された冷媒の一方が切り起こし部２３の根元部分で流れがせき止められ、流動抵抗が増大する。

　このように、図５および図６に示した抵抗部材２２は、室外熱交換器８が凝縮器として使用される場合に、液側ヘッダー１４に生じる水頭圧を打ち消すように流動抵抗を増大させるので、伝熱管１７の流量分配を均等化することができる。これにより、冷媒の分配特性の不具合による冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。さらに、1つの部品だけで液側ヘッダー１４に所望の流動抵抗を与えることができるので、部品コストおよび製造工程を節約することができる。

　以上のように、実施の形態１に係る熱交換器は、蒸発器として使用する場合に、液側ヘッダーが冷媒を適正に分配するように調整されていれば、冷媒の流れ方向が反転されて凝縮器として使用する場合においても、適正に分配される熱交換器を得ることができる。ここでは、実施の形態１に係る熱交換器が、室外熱交換器８に適用されているとして説明したが、室内熱交換器１１に適用しても同様の効果が得られる。

　また、抵抗部材２１、あるいは抵抗部材２２に複数配置された切り起こし部２３は、液側ヘッダー１４の上部にあるほど流動抵抗が大きくなるような形状が好ましい。室外熱交換器８が凝縮器として使用される場合、冷媒は伝熱管１７から合流しながら液側ヘッダー１４を流動するため、液側ヘッダー１４の上部ほど冷媒流量が小さい。よって、圧力損失が生じにくい上部ほど圧力損失が大きくなるような形状することで水頭圧の影響を小さくできる。具体的には、複数の抵抗部材２１では液側ヘッダー１４の上部ほど開口面積を小さくし、切り起こし部２３では液側ヘッダー１４の上部ほど切り起こしの角度を大きくする。

あるいは、液側ヘッダー１４を上側と下側に分割し、下側の液側ヘッダー１４には抵抗部材２１あるいは２２を設置しないようにしてもよい。上側は伝熱管１７からの冷媒合流部が少ないので流動抵抗が大きくなるようにする一方、下側は冷媒流量が大きくなるので抵抗部材２１あるいは２２を配置しなくても水頭差を緩和できる圧力損失が得られる場合がある。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る熱交換器の一部を構成する液側ヘッダーの一例を示す断面図である。液側ヘッダー１１４には、２つに分岐した液側配管１６が上端と下端の２か所で接続されている。上端に分岐された液側配管１６には逆止弁３１が設置されて、液側配管１６から液側ヘッダー１１４に流入する蒸発器使用時に開放される。また、下端に接続された液側配管１６にも逆止弁３２が設置されて、凝縮器として使用されるときに液側ヘッダー１１４から液側配管１６に冷媒が流通するときに開放される。

この構成によって、暖房運転時も冷房運転時も液側ヘッダー１１４内の冷媒の流れは下降流となる。実施の形態１において室外熱交換器８が蒸発器と使用されるときは、分配特性が良好に設計されている前提であったが、実際はヘッダー型分配器で気液二相冷媒を適正に分配することは困難であることが多い。

実施の形態２に係る液側ヘッダー１１４においては、熱交換器入口の冷媒状態である気液二相流を下降流とすることで、液冷媒は抵抗部材１４によって流路途中でトラップされ、伝熱管１７に流入する挙動になる。これにより、重力の影響で上方の伝熱管１７に液冷媒が分配されにくい状況が緩和され、蒸発器として使用する場合の分配特性を向上することができる。

　以上のように、実施の形態２に係る熱交換器は、凝縮器として使用される場合も蒸発器と使用される場合も液側ヘッダー１１４を流通する冷媒が下降流となるように構成されている。これにより、凝縮器として使用される場合に、液側ヘッダー１１４に生じる流動抵抗が大きくなるので、凝縮した液冷媒の水頭圧の影響を緩和し、複数の伝熱管１７への冷媒分配特性が向上する。また、蒸発器として使用する場合にも、抵抗部材２１によって液冷媒が上部の伝熱管１７にも多く配分されるようになり、適正に分配される熱交換器を得ることができる。

実施の形態３．
　図８は、実施の形態３に係る熱交換器の一部である液側ヘッダーの構成を示す外観図であり、図９は、実施の形態３に係る液側ヘッダーの内部構造を示す展開図である。図８に示すように、液側ヘッダー２１４は、複数枚の金属板５１、５２、５３が積層するように溶接されており、内部に冷媒流路が形成されている。冷媒の出入口として、金属板５１に液側配管１６が、金属板５２に複数の伝熱管１７が接合されて構成されている。

図９に示すように、金属板５１は配管側サイドプレートであり、液側配管１６を接合するための接続孔６１が加工されている。金属板５２は伝熱管側サイドプレートであり、伝熱管１７を接合するための接続孔６２が複数箇所に加工されている。

　金属板５３は、冷媒流路が溝加工された流路プレートであり、金属板５１および金属板５２に挟まれて冷媒流路を形成する。金属板５３の冷媒流路は、配管接続孔６１および伝熱管接続孔６２と連通し、上下方向に長く延びる主流部７１と、複数の支流部７２により形成されている。冷媒が液側ヘッダー２１４を下降方向に流通する場合、複数の支流部７２は、各々が主流部７１から分岐する分岐端７６と主流部７１に合流する合流端７７を有している。冷媒が液側ヘッダー２１４を上昇方向に流通する場合には、分岐端７６で合流、合流端７７で分岐となる。この分岐と合流によって金属板５３には中洲部７３が複数形成される。

続いて、金属板５３に形成されている冷媒流路の流動抵抗特性について、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態３に係る液側ヘッダーの内部流路形状の一例を示す模式図である。図１０に示したような流路は、一般にテスラバルブ、あるいはテスラダイオードと呼ばれている。

図１０において、網掛けされているＡは図９における主流部７１であり、網掛けされていないＢは図９における複数の支流部７２である。冷媒がＣの方向からテスラバルブに流入する場合、支流部Ｂを流れる冷媒はＥで主流部Ａと衝突するように合流する。これにより冷媒の流れは進行方向への速度を失い、流動するためのエネルギーを大きく損失する。一方、Ｄの方向から冷媒が流入する場合、支流部Ｂを流れる冷媒は主流部Ａと同方向の速度をもってＦで合流するので、ほとんどエネルギーを失わずに合流する。すなわち、テスラバルブは、流入側と流出側が入れ替わると、流動抵抗が大きく異なるように形成された流路である。

　図９に示すように、実施の形態３に係る液側ヘッダー２１４は、内部流路にテスラバルブが適用されており、冷媒が上昇流である場合には流動抵抗が小さく、冷媒が下降流である場合には流動抵抗が大きくなるように構成されている。

　液側ヘッダー２１４は、上述のような流動抵抗特性が付与されているので、凝縮器として使用する場合に、水頭圧の影響が液側ヘッダー２１４を下降して流れる流動抵抗によって緩和され、良好な分配状態が得られる。よって、蒸発器としても凝縮器としても適正な分配状態が得られる。

図１１は、実施の形態３に係る液側ヘッダーの他の一例の内部構造を示す展開図である。図９に示すように、テスラバルブを金属板５３上に形成する場合、主流部７１と主流部７１から分岐して再度合流する支流部７２によって中洲部７３が形成される。

中洲部７３は、金属板の打ち抜き加工では形成することができないため、別の部材を新たに追加するような製造工程となる。これにより、製造コストが増大してしまう。そこで、図１１に示す液側ヘッダー３１４では、メインプレートである金属板５３の支流部７２の途中に橋梁部７４を設けることで、中洲部７３が金属板５３から分離しないようになっている。さらに、橋梁部７４を跨ぐ位置に迂回路７５が形成されたサブプレートである金属板５４が追設されている。

この構成によれば、テスラバルブを形成する際に、橋梁部７４によって、主流部７１と支流部７２で挟まれる中洲部７３が分離しないように形成されたメインプレート５３と、橋梁部７４を跨ぐ迂回路７５が形成されたサブプレート５４でテスラバルブを形成できる。すなわち、打ち抜き加工のみで流路プレートが形成できるので、液側ヘッダー３１４の製造コストを低減することができる。

図１２は、実施の形態３に係る液側ヘッダーの他の一例の内部構造を示す展開図である。流路プレート８１は、配管側プレートである金属板５１と伝熱管側プレートである金属板５２に挟まれて液側ヘッダー４１４の内部流路を形成する。流路プレート８１には、抵抗部８２が複数形成されている。抵抗部８２は、冷媒が液側ヘッダー４１４の内部流路を上昇する場合に流動抵抗が小さく、下降する場合には流動抵抗が大きくなるように流動方向に対して傾斜している。

これによれば、テスラバルブのような複雑な流路を形成しなくても、凝縮器として用いる場合の分配特性を改善できる液側ヘッダーを得ることでき、製造コストを低減することができる。

以上のように、実施の形態３に係る熱交換器の液側ヘッダーは、打ち抜き加工された金属板５３を含む複数の金属板を積層することで内部流路が形成されているので、テスラバルブのような複雑な形状を有する冷媒流路を容易に形成することができる。すなわち、この液側ヘッダーは、金属板の打ち抜き加工あるいはプレス加工によって任意形状の内部流路を形成できる。これにより、熱交換器が凝縮器として使用される場合も蒸発器と使用される場合も適正に分配される熱交換器を低い製造コストで得ることができる。

実施の形態４．
図１３は、実施の形態４に係る液側ヘッダーの内部構成を示す展開図である。液側ヘッダー５１４は、伝熱管側プレートである金属板５２に対して、分配プレート９１、９３を積層して構成されている。

分配プレート９１、９３にはそれぞれ分配流路９２、９４が複数形成されている。分配プレート９１，９３は、冷媒が内部流路プレートである金属板５３から伝熱管側プレートである金属板５２に分岐した後、分岐数をさらに増やすように分配流路９２、９４が構成されている。

また、伝熱管１７に接続される分配プレート９３に形成された分配流路９４は扁平形状をしており、伝熱管１７が円管以外の形状に対応している。すなわち、伝熱管１７の仕様が変更された場合に対応する場合、分配プレート９３だけを設計変更すればよく、分配特性を悪化させることなく、仕様変更に柔軟に対応することが可能となる。

以上のように、実施の形態４に係る熱交換器は、内部流路プレートである金属板５３から伝熱管１７に接続する場合、分配流路９２，９４を有する複数枚の分配プレート９１，９３をさらに積層することで、伝熱管形状、伝熱管本数の変化に分配プレートのみの変更で対応することができる。これにより、仕様変更があった場合でも、それに要する部品変更が少なく、迅速かつ低コストで対応することができる。

また、以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１：冷凍サイクル装置、　２：室外ユニット、　３：室内ユニット、　４：ガス管、　５：　液管、　６：圧縮機、　７：四方切換弁、　８：室外熱交換器、　９：室外送風機、　１０：膨張弁、　１１：室内熱交換器、　１２：室内送風機、　１３：ガス側ヘッダー、　１４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４：液側ヘッダー、　１５：ガス側配管、　１６：液側配管、　１７：伝熱管、　１８：フィン、　２１、２２：抵抗部材、　２３：切り起こし部、　２４：貫通孔、　３１，３２：逆止弁、　５１、５２、５３、５４　金属板、　６１　配管接続孔、　６２：伝熱管接続孔、　７１：主流部、　７２：支流部、　７３：中洲部、　７４：橋梁部、　７５：迂回路、　７６：分岐端、　７７：合流端、　８１：内部流路プレート、　８２：抵抗部、　９１、９３：分配プレート、　９２，９４：分配流路

Claims

冷媒が流通する冷媒回路の一部を構成し、蒸発器と凝縮器とに切り替えられて使用される熱交換器であって、
上下方向に間隔を空けて配列された複数の伝熱管と、
上下方向に延びる内部空間に前記複数の伝熱管の一端が接続され、前記熱交換器が蒸発器として使用される場合に前記冷媒の入口となり、前記熱交換器が凝縮器として使用される場合に前記冷媒の出口となる液側配管が接続される第１のヘッダーと、
前記複数の伝熱管の他端が接続され、前記熱交換器が蒸発器として使用される場合に前記冷媒の出口となり、前記熱交換器が凝縮器として使用される場合に前記冷媒の入口となるガス側配管が接続される第２のヘッダーと、を備え、
前記第１のヘッダーは、前記冷媒が下降方向に流通するときの流動抵抗が、上昇方向に流通するときの流動抵抗より大きくなるように形成されている、熱交換器。
　前記第1のヘッダーは、上端と下端が塞がれている円管であって、前記内部空間に流路断面積を縮小する複数の抵抗部を備え、
前記複数の抵抗部は、前記冷媒が上昇方向に流通する場合に、
前記冷媒が下降方向に流通する場合よりも緩やかに流路断面積が縮小するように構成された請求項１に記載の熱交換器。
　前記複数の抵抗部は、前記複数の伝熱管の隣り合う２つの接続箇所の間に配置されたリング状の部材であって、上下に連通する孔の上面側の開口部が、前記孔の下面側開口部より小さい、請求項２に記載の熱交換器。
　前記複数の抵抗部は、前記第１のヘッダーに内挿される円管状部材の軸方向と周方向それぞれに複数配置され、下端から内側に折り曲げられる切り起こし部である、請求項２に記載の熱交換器。
　前記複数の抵抗部は、前記第１のヘッダーの上部に配置されるほど前記流路断面積の縮小度合いが大きい、請求項２～４のいずれか１項に記載の熱交換器
　前記第１のヘッダーは、前記液側配管が接続される第１板状体と、
前記複数の伝熱管が接続される第２板状体と、
前記第１板状体と前記第２板状体との間に積層され、前記第１板状体および前記第２板状体と接合されて前記内部空間を形成する１乃至複数の第３板状体を備えた、請求項１に記載の熱交換器。
前記内部空間は、上下方向に延びる主流と、
前記主流から分岐する第１分岐部を一端とし、前記第1分岐部より下方に位置し、前記主流から分岐する第２分岐部を他端とする複数の支流と、で構成され、
前記第１分岐部および前記第２分岐部は、水平よりも上向きに前記主流と連結されている請求項６に記載の熱交換器。
　前記第３板状体は、前記主流と前記支流が形成され、前記支流の一部を分断し、前記主流と前記支流に囲まれた領域を連結するように設けられた橋梁部を備えたメインプレートと、
前記橋梁部を跨いで前記支流を連通させる迂回路が形成されたサブプレートと、
で構成されている、請求項７に記載の熱交換器。
　前記第１のヘッダーは、前記第３板状体と前記第２板状体との間に積層され、
前記第３板状体に構成された前記内部空間から、前記第２板状体に接続された前記複数の伝熱管の数よりも少ない分岐流路を有する第４板状体を備えた、
請求項６～８のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記第１のヘッダーは、前記液側配管と接続される接続端を上方と下方にそれぞれ備え、
前記液側配管は、前記熱交換器が蒸発器として使用される場合に前記下方の接続端への冷媒の流通を閉止し、
前記熱交換器が凝縮器として使用される場合に前記上方の接続端への冷媒の流通を閉止する流路切換手段を備えた、請求項１～９のいずれか１項に記載の熱交換器。
　熱源側空気と熱交換を行う室外熱交換器を備え、
前記室外熱交換器は、請求項１～１０のいずれか１項に記載の熱交換器である冷凍サイクル装置。
　負荷側空間の加熱あるいは冷却を行う室内熱交換器を備え、
前記室内熱交換器は、請求項１～１０のいずれか１項に記載の熱交換器である冷凍サイクル装置。