(57)【要約】【課題】２列の熱交換器において、部品数を増やさずに、ヘッダ幅が低減可能となり、低コストで冷媒充填量を削減可能な熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器５は、風上側で冷媒流れ方向に垂直となる方向に積層された複数の第１扁平管１１ａと、風下側で冷媒流れ方向に垂直となる方向に積層された複数の第２扁平管１１ｂと、複数の第１扁平管１１ａ及び複数の第２扁平管１１ｂの一方の端部が内側に接続された中空のヘッダ１２と、を備え、複数の第１扁平管１１ａの一方の端部及び複数の第２扁平管１１ｂの一方の端部はヘッダ１２に向かって屈曲しており、双方が冷媒流れ方向に垂直となる方向に交互にヘッダ１２に接続されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風上側で冷媒流れ方向に垂直となる方向に積層された複数の第１扁平管と、
風下側で冷媒流れ方向に垂直となる方向に積層された複数の第２扁平管と、
前記複数の第１扁平管及び前記複数の第２扁平管の一方の端部が内側に接続された中空のヘッダと、を備え、
前記複数の第１扁平管の一方の端部及び前記複数の第２扁平管の一方の端部は前記ヘッダに向かって屈曲しており、双方が冷媒流れ方向に垂直となる方向に交互に前記ヘッダに接続されている、ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記複数の第１扁平管の一方の端部及び前記複数の第２扁平管は、冷媒流れ方向に垂直となる方向から見た上面視において、冷媒流れ方向に平行となる長手方向について線対称に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記複数の第１扁平管及び前記複数の第２扁平管の一方の端部は、前記ヘッダに向かって屈曲する屈曲部と、前記屈曲部から前記本体部に平行な方向に屈曲して前記ヘッダに接続される接続部とを有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、特に空気調和機に用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、扁平管（伝熱管）の両端がヘッダに接続され、扁平管への冷媒分流がヘッダ内で行われる構造を持つ熱交換器が知られている。扁平管は、冷媒流れ方向に垂直となる方向に対して複数積層している。この熱交換器５Ａとして、図７に示すように、性能を向上させるため、２列の扁平管を風上側１１ａＡと風下側１１ｂＡに配列している例がある（図７参照）。このように２列に配置した場合、列数に応じたヘッダ１２ａＡ，１２ｂＡが必要となる。ヘッダ１２ａＡ，１２ｂＡが複数となることにより容積が増大するため冷媒の充填量も増加する。また、複数のヘッダ１２ａＡ，１２ｂＡを連通させる接続部１２１Ａが必要となり製造コストも増すという問題があった
【０００３】
これに対し、例えば、特許文献１には、複数の伝熱管（扁平管の場合を含む）を１か所にまとめる連結ヘッダを介して主ヘッダに接続する熱交換器が開示されている。この熱交換器では、伝熱管の主ヘッダへの接続位置をずらすことができるため、多数の伝熱管を配置することが可能となり、熱交換を効率的に行うことができる。また、特許文献２から４には、各列の扁平管を横並びに１つの長方形型ヘッダに接続する熱交換器が開示されている。この熱交換器では、ヘッダ内部に仕切板を設けることにより、列間で冷媒をＵターンさせる折り返し部として機能させることができ、ひいてはヘッダ構造の簡易化や製造性の向上を図ることができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の熱交換器では、部材（特に連結ヘッダ）が増えることから製造面、コスト面で工数や製造費が増加するとともに、冷媒の充填量を減らせないという問題も依然としてあった。また、特許文献２から４の熱交換器では、各列の扁平管を横並びに接続するため、必要ヘッダ幅が大きくなって容積が増すことによりコンパクト化が図れない問題があるとともに、冷媒の充填量を減らせないという問題も依然としてあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−８０７０４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２７３１号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３４０１６号公報
【特許文献４】特開２０１５−１１３９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、複数の伝熱管を風上側と風下側の２列に配置した熱交換器において、低コストで冷媒充填量を削減可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の第１の観点は、熱交換器であって、風上側で冷媒流れ方向に垂直となる方向に積層された複数の第１扁平管と、風下側で冷媒流れ方向に垂直となる方向に積層された複数の第２扁平管と、前記複数の第１扁平管及び前記複数の第２扁平管の一方の端部が接続された中空のヘッダと、を備え、前記複数の第１扁平管の一方の端部及び前記複数の第２扁平管の一方の端部は前記ヘッダに向かって屈曲しており、双方が冷媒流れ方向に垂直となる方向に交互に前記ヘッダに接続されている、ことを特徴とする。
【０００８】
（２）上記（１）の熱交換器において、前記複数の第１扁平管の一方の端部及び前記複数の第２扁平管は、冷媒流れ方向に垂直となる方向から見た上面視において、冷媒流れ方向に平行となる長手方向（前記第１扁平管の一方の端部から他方の端部にかけての方向と平行となる方向）について線対称に配置されている。
【０００９】
（３）上記（１）又は（２）の熱交換器において、前記複数の第１扁平管及び前記複数の第２扁平管の一方の端部は、前記ヘッダに向かって屈曲する屈曲部と、前記屈曲部から前記本体部に平行な方向に屈曲して前記ヘッダに接続される接続部とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の伝熱管を風上側と風下側の２列に配置した熱交換器において、低コストで冷媒充填量を削減可能な熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態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】本発明の実施形態に係る熱交換器を説明する図であって、（ａ）は熱交換器の平面図、（ｂ）は熱交換器の正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱交換器の扁平管とヘッダを説明する斜視図である。
【図４】図３において、扁平管とヘッダを上面視で説明する図である。
【図５】本発明の変形例１に係る熱交換器の扁平管とヘッダを上面視で説明する図である。
【図６】本発明の変形例２に係る熱交換器の扁平管とヘッダを上面視で説明する図である。
【図７】従来の熱交換器において、２列の扁平管に対してそれぞれにヘッダを設けた場合を上面視で説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態）
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
【００１３】
（空気調和機の全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器５が適用される空気調和機１の構成を示している。図１に示すように、空気調和機１は、室内機２と室外機３とを備えて構成されている。室内機２には、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等が設けられている。
【００１４】
暖房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出した高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して室内用の熱交換器４に流入する。図中、黒矢印の方向に冷媒が流れる。暖房運転時には、室内用の熱交換器４は凝縮器として機能し、空気と熱交換した冷媒は凝縮して液化する。その後、高圧の液冷媒は、室外機３の膨張弁７を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり室外用の熱交換器５へ流入する。室外用の熱交換器５は蒸発器として機能し、外気と熱交換した冷媒はガス化する。その後、低圧のガス冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。
【００１５】
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を介して室外用の熱交換器５に流入する。図中、白抜き矢印の方向に冷媒が流れる。冷房運転時には、室外用の熱交換器５が凝縮器として機能し、外気と熱交換した冷媒は凝縮して液化する。その後、高圧の液冷媒は、室外機３の膨張弁７を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内用の熱交換器４へ流入する。室内用の熱交換器４は蒸発器として機能し、空気と熱交換した冷媒はガス化する。その後、低圧のガス冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。
【００１６】
（熱交換器）
本実施形態の熱交換器は、室内用の熱交換器４及び室外用の熱交換器５に適用可能であるが、以下の説明では、暖房運転時に蒸発器として機能する、室外機３の熱交換器５に適用するものとして説明する。なお、室外機３の熱交換器５は、平型のまま使用しても平面視Ｌ型として使用しても良い。通常、平面視Ｌ型で使用する場合には、平型に形成された熱交換器５を曲げ加工することで得られる。具体的には、表面にロウ材が塗布された部材で平型の熱交換器５を組み立てる組立工程と、組み立てられた平型の熱交換器５を炉に入れてロウ付けするロウ付け工程と、ロウ付けされた平型の熱交換器５をＬ型に曲げ加工する曲げ工程と、を経てＬ型の熱交換器５が製造される。以下、本発明の熱交換器を平型の熱交換器５として説明する。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る熱交換器５を説明する図であり、図２（ａ）は熱交換器５の平面図、図２（ｂ）は熱交換器５の正面図を示している。扁平管１１（第１扁平管１１ａおよび第２扁平管１１ｂ）は、空気が流通する方向に延びた扁平な断面を有し、その内部には、冷媒が流れる複数の流路が空気流通方向に並んで形成されている。熱交換器５は、扁平管１１の側面のうち幅広となる面（幅広面）が対向するように上下方向に配列された複数の第１扁平管１１ａと、同じく上下方向に配列された複数の第２扁平管１１ｂと、第１扁平管１１ａ及び第２扁平管１１ｂの両端に接続される左右一対のヘッダ１２と、第１扁平管１１ａ及び第２扁平管１１ｂとそれぞれに交差する方向に配置され扁平管１１と接合された複数のフィン１１１と、を備えて構成されている。熱交換器５には、これらのほかに、空気調和機１の他の要素との間をつなぎ冷媒が流れる冷媒配管がヘッダ１２に設けられている。
【００１８】
扁平管１１は、空気が通過するための間隔Ｓ１を介して上下方向に並列に配置され、その両端部が一対のヘッダ１２に接続される。具体的には、左右方向に沿う複数の第１扁平管１１ａ及び第２扁平管１１ｂを上下方向に所定の間隔Ｓ１で配列し、その両端部をヘッダ１２に接続している。
【００１９】
ヘッダ１２は、円筒形状であり、その内部には、熱交換器５に供給された冷媒を複数の扁平管１１に分岐状に流入させたり、複数の扁平管１１から流出した冷媒を合流させたりする冷媒流路（不図示）が形成されている。なお、ここでは、円筒形状のヘッダ１２を図示しているが、後述するように、その断面は円形以外の形状であっても差し支えない。
【００２０】
フィン１１１は、正面視において扁平管１１と交差する方向に伸びて配置される平板形状であり、空気が通過するための間隔を介して、左右方向に所定の配列ピッチで配列されている。 
【００２１】
（扁平管及びヘッダ）
次に、本実施形態に係る熱交換器５の第１扁平管１１ａ、第２扁平管１１ｂ、ヘッダ１２の接続関係について、図３から図６を用いて説明する。ヘッダ１２は、扁平管１１の一方の端部と他方の端部に設けられているが、以下では、一方の端部側のヘッダ１２を用いて説明する。また、本実施形態では、第１扁平管１１ａ側（図中、上側）を風上側、第２扁平管１１ｂ側（図中、下側）を風下側という。なお、図３から図６では、フィン１１１を省略している。
【００２２】
図３及び図４に示すように、ヘッダ１２の内部は、冷媒が複数の扁平管１１に分流されるように中空に形成されている。扁平管１１は、風上側で冷媒流れ方向に垂直となる方向に積層された複数の第１扁平管１１ａと、風下側で冷媒流れ方向に垂直となる方向に積層された複数の第２扁平管１１ｂとの２列に配置されている。複数の第１扁平管１１ａ及び複数の第２扁平管１１ｂの一方の端部は、１つのヘッダ１２に接続される。それぞれの一方の端部は、ヘッダ１２の径方向とそれぞれ平行となるように接続される。
【００２３】
このように、１つのヘッダ１２に２列の扁平管１１を接続することから、ヘッダ１２の径を増加させることなく、また、ヘッダ１２の共通化によって内容積が低減し、かつ、ヘッダ１２間の接続部も不要となる。
【００２４】
ここで、複数の第１扁平管１１ａの一方の端部及び複数の第２扁平管１１ｂの一方の端部は、図３に示すように、ヘッダ１２に向かって屈曲している。すなわち、風上側の第１扁平管１１ａの一方の端部は風下側に、風下側の第２扁平管１１ｂの一方の端部は風上側に屈曲している。そして、第１扁平管１１ａの一方の端部及び第２扁平管１１ｂの一方の端部の双方は、冷媒流れ方向に垂直となる方向（図中、上下方向）に交互となるように、ヘッダ１２に接続される。
【００２５】
具体的な屈曲の態様は次のとおりである。第１扁平管１１ａは、図示しない他方の端部側（図中、左側）のヘッダ１２から伸びて配置される本体部１１ａ１と、図示するヘッダ１２の手前でヘッダ１２に向かって本体部１１ａ１から屈曲する屈曲部１１ａ２と、屈曲部１１ａ２から本体部１１ａ１に平行な方向に再び屈曲して伸びて配置されヘッダ１２に接続される接続部１１ａ３とを有する。接続部１１ａ３の先端は、ヘッダ１２の内部で開口し、冷媒流出入口１１ａ４を形成している。
【００２６】
同じく、第２扁平管１１ｂの一方の端部は、図示しない他方の端部側（図中、左側）のヘッダ１２から伸びて配置される本体部１１ｂ１と、図示するヘッダ１２の手前でヘッダ１２に向かって本体部１１ｂ１から屈曲する屈曲部１１ｂ２と、屈曲部１１ｂ２から本体部１１ｂ１に平行な方向に再び屈曲して伸びて配置されヘッダ１２に接続される接続部１１ｂ３とを有する。接続部１１ｂ３の先端がヘッダ１２の内部で開口し、冷媒流出入口１１ｂ４を形成している点も同様である。
【００２７】
図４は、本実施形態における熱交換器を上面視したものである。図４に示すように、第１扁平管１１ａの一方の端部及び第２扁平管１１ｂの一方の端部は、上面視において、風上側と風下側に千鳥状に配列されるとともに、ヘッダ１２の軸Ｐと交差し熱交換器５の冷媒流れ方向に平行となる長手方向（第１扁平管の一方の端部から他方の端部にかけての方向と平行となる方向）に延びる対称線Ｑについて線対称で配置されている。なお対称線Ｑの位置は本実施形態に限定されるものではなく、必ずしもヘッダ１２の軸Ｐと交差する必要は無い。
【００２８】
このように、第１扁平管１１ａの一方の端部及び第２扁平管１１ｂの一方の端部は、上面視において、風上側と風下側で千鳥状となるように交互に積層されることから、熱交配列で冷媒流れ方向に垂直となる方向（上下方向であって、ヘッダ１２の軸方向）に積層するように並べることにより、水平方向の曲げのみで同一のヘッダ１２に接続可能となり加工が容易となる。
【００２９】
また、第１扁平管１１ａの一方の端部及び第２扁平管１１ｂの一方の端部は長手方向について線対称であることから、同一の扁平管１１を反転（裏返し）して使用することができ、異なる形状の扁平管１１を製造する必要がなく、低コストで熱交換器５を製造することが可能となる。
【００３０】
（変形例１）
第１扁平管１１ａ及び第２扁平管１１ｂの一方の端部は、図５に示す熱交換器５０のように変形することもできる。すなわち、第１扁平管１１ａの一方の端部を、本体部１１ａ１からヘッダ１２に向かって屈曲して伸びて配置されヘッダ１２に接続される屈曲部１１ａ２のみによって形成する。同じく、第２扁平管１１ｂの一方の端部を、本体部１１ｂ１からヘッダ１２に向かって屈曲して伸びて配置されヘッダ１２に接続される屈曲部１１ｂ２のみによって形成する。換言すると、前述の実施形態では設けていたそれぞれの接続部１１ａ３及び接続部１１ｂ３を省略し、屈曲部１１ａ２及び屈曲部１１ｂ２をヘッダ１２に直接接続するものである。
【００３１】
（変形例２）
ここまで、ヘッダ１２については断面を円筒形状として説明してきたが、その断面形状は、円筒に限られるものではない。例えば、図６に示すような三角形状のようなものでもよい。この場合、変形例１で示したように、それぞれの屈曲部１１ａ２及び屈曲部１１ｂ２をヘッダ１２に対して直接接続するような場合、製造が容易となる。
【００３２】
（実施形態の効果）
上記のような熱交換器としたことから、本実施形態は、２列に配置した熱交換器（第１扁平管１１ａと第２扁平管１１ｂの２列）において、低コストで冷媒充填量を削減可能な熱交換器５を提供することができる。すなわち、扁平管１１の一方の端部を屈曲させることにより、部品数を増加させずに一方の端部の位置を変位させることが可能となる。また、１つのヘッダ１２の軸方向に積層するように接続することにより、ヘッダ１２の小型化が可能となり、ヘッダ１２周囲の省スペース化と材料コストの減少を図ることができる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…空気調和機
２…室内機
３…室外機
４…熱交換器（室内）
５，５０，５１…熱交換器（室外）
６…圧縮機
１１…扁平管、
１１ａ…第１扁平管、１１ａ１…本体部、１１ａ２…屈曲部、１１ａ３…接続部、１１ａ４…冷媒流出入口
１１ｂ…第２扁平管、１１ｂ１…本体部、１１ｂ２…屈曲部、１１ｂ３…接続部、１１ｂ４…冷媒流出入口
１１１…フィン
１２…ヘッダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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