(57)【要約】【課題】流路の閉塞を防止できるマイクロチャンネル熱交換器を提供すること。【解決手段】マイクロチャンネル熱交換器１は、複数のマイクロチャンネル１００を有する熱交換器本体１０と、複数のマイクロチャンネル１００に連通し、流体が導入される上流ヘッダ２１，２２と、上流ヘッダ２１，２２に流入した流体を攪拌する攪拌部４０とを備える。攪拌部４０は、流体の流れの状態を変化させる形態の静止した部材４１を有するものであってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロチャンネルを有する熱交換器本体と、
前記複数のマイクロチャンネルに連通し、流体が導入される上流ヘッダと、
前記上流ヘッダに流入した前記流体を攪拌する攪拌部と、を備える、
ことを特徴とするマイクロチャンネル熱交換器。
【請求項２】
前記攪拌部は、前記流体の流れの状態を変化させる形態の静止した部材を有する、
請求項１に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
【請求項３】
前記上流ヘッダにおいて前記攪拌部が配置される領域は、複数の区画に仕切られ、
前記複数の区画にはそれぞれ、前記静止した部材が配置される、
請求項２に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
【請求項４】
前記攪拌部は、
回転される回転部材と、
前記回転部材を駆動する駆動部と、を有する、
請求項１に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
【請求項５】
前記攪拌部は、
前記上流ヘッダの内部において、前記マイクロチャンネルの開口の近傍に配置される、
請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
【請求項６】
前記複数のマイクロチャンネルは、
第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、
前記第１マイクロチャンネル群および前記第２マイクロチャンネル群には、前記流体が並行流または対向流の状態で流れ、
前記第１マイクロチャンネル群に連通し、前記流体が導入される第１上流ヘッダは、
直線状に延びる前記第１マイクロチャンネル群の延長線上に位置し、
前記第２マイクロチャンネル群に連通し、前記流体が導入される第２上流ヘッダは、
前記延長線から外れた位置にある、
請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
【請求項７】
前記複数のマイクロチャンネルは、
第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、
前記第１マイクロチャンネル群を流れる前記流体の向きと、前記第２マイクロチャンネル群を流れる前記流体の向きとは、直交し、
前記第１マイクロチャンネル群に連通し、前記流体が導入される第１上流ヘッダは、
直線状に延びる前記第１マイクロチャンネル群の延長線上に位置し、
前記第２マイクロチャンネル群に連通し、前記流体が導入される第２上流ヘッダは、
直線状に延びる前記第２マイクロチャンネル群の延長線上に位置する、
請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器と、
前記流体である冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒と熱源とを熱交換させる第１熱交換器と、
前記冷媒の圧力を減少させる減圧部と、
前記冷媒と熱負荷とを熱交換させる第２熱交換器と、を含む冷媒回路を備え、
前記マイクロチャンネル熱交換器は、
第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、
前記第１マイクロチャンネル群を流れる第１冷媒と、前記第２マイクロチャンネル群を流れる第２冷媒とを熱交換させる、
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な流路を有するマイクロチャンネル熱交換器およびそれを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学エッチング等の微細加工により形成されたマイクロチャンネルを液体や気体の流路として有するマイクロチャンネル熱交換器が知られている（特許文献１）。マイクロチャンネルは、例えば、微細な溝が加工された複数の金属板を積層することで金属板間に形成される。積層された金属板は拡散接合等により一体化され、ヘッダと組み付けられる。
【０００３】
マイクロチャンネル熱交換器は、加熱流体および被加熱流体のうちの一方が流れる第１のマイクロチャンネル群と、他方が流れる第２のマイクロチャンネル群とを備えている。第１のマイクロチャンネル群と第２のマイクロチャンネル群とを隔てる隔壁を介して、加熱流体と被加熱流体との間で熱が授受される。
マイクロチャンネル熱交換器によれば、細径のマイクロチャンネルを有することにより、従来の熱交換器と比べて単位体積あたりの伝熱面積を大きく確保することができる。そのため、マイクロチャンネル熱交換器を含む機器の実用化により、機器のさらなる小型化や高性能化が期待されている。
【０００４】
ところで、マイクロチャンネル熱交換器に限らず、熱交換器には、流体が流れる配管が接続される。その配管を流れる流体には、配管施工時に生じた銅粉や、圧縮機等の鉄系の部材の摩耗等に起因した鉄粉等の異物が混入している。
そうした異物により絞り等が詰まるのを防ぐため、特許文献２では、配管の内側に設置されたスラッジフィルタにより異物を捕集する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１８５９７５号
【特許文献２】特開平１０−３００２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱交換器よりも上流の配管に、異物を捕集するためのフィルタが設置されていたとしても、鉄粉等の微細な異物がフィルタを通過して熱交換器のヘッダに流入すると、流速の小さいヘッダの内部で凝集し易い。そうすると、凝集した異物の塊に対してマイクロチャンネルの径が微細であるため、異物によりマイクロチャンネルが閉塞されるおそれがある。
そこで、本発明は、流路の閉塞を防止できるマイクロチャンネル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】
本発明のマイクロチャンネル熱交換器は、複数のマイクロチャンネルを有する熱交換器本体と、複数のマイクロチャンネルに連通し、流体が導入される上流ヘッダと、上流ヘッダに流入した流体を攪拌する攪拌部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、攪拌部は、流体の流れの状態を変化させる形態の静止した部材を有することが好ましい。
【０００９】
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、上流ヘッダにおいて攪拌部が配置される領域は、複数の区画に仕切られ、複数の区画にはそれぞれ、静止した部材が配置されることが好ましい。
【００１０】
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、攪拌部は、回転される回転部材と、回転部材を駆動する駆動部と、を有することが好ましい。
【００１１】
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、攪拌部は、上流ヘッダの内部において、マイクロチャンネルの開口の近傍に配置されることが好ましい。
【００１２】
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、複数のマイクロチャンネルは、第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群には、流体が並行流または対向流の状態で流れ、第１マイクロチャンネル群に連通し、流体が導入される第１上流ヘッダは、直線状に延びる第１マイクロチャンネル群の延長線上に位置し、第２マイクロチャンネル群に連通し、流体が導入される第２上流ヘッダは、延長線から外れた位置にあることが好ましい。
【００１３】
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、複数のマイクロチャンネルは、第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、第１マイクロチャンネル群を流れる流体の向きと、第２マイクロチャンネル群を流れる流体の向きとは、直交し、第１マイクロチャンネル群に連通し、流体が導入される第１上流ヘッダは、直線状に延びる第１マイクロチャンネル群の延長線上に位置し、第２マイクロチャンネル群に連通し、流体が導入される第２上流ヘッダは、直線状に延びる第２マイクロチャンネル群の延長線上に位置することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、上述のマイクロチャンネル熱交換器と、流体である冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と熱源とを熱交換させる第１熱交換器と、冷媒の圧力を減少させる減圧部と、冷媒と熱負荷とを熱交換させる第２熱交換器と、を含む冷媒回路を備え、マイクロチャンネル熱交換器は、第１マイクロチャンネル群および第２マイクロチャンネル群を含み、第１マイクロチャンネル群を流れる第１冷媒と、第２マイクロチャンネル群を流れる第２冷媒とを熱交換させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上流ヘッダの内部において異物が凝集するとしても、攪拌部により異物を分散させることにより、凝集した異物がマイクロチャンネルに到達するのを避けることができる。そうすると、マイクロチャンネルの開口において異物の凝集を抑えることができるので、径が小さいため詰まり易いとしてもマイクロチャンネルの閉塞を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す熱交換器が有するマイクロチャンネル群の模式図である。（ｂ）は、流路形状の異なるマイクロチャンネル群の模式図である。
【図３】空気調和機等である冷凍サイクル装置の冷媒回路を模式的に示す図である。
【図４】図１のIV−IV線断面図であり、上流ヘッダおよびマイクロチャンネルを示している。
【図５】図１に示す熱交換器に備わる攪拌部の静止部材を示す斜視図である。
【図６】攪拌部の静止部材の他の例を示す側面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態の変形例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）のVIIb−VIIb線断面図である。
【図８】第２実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器を示す平面図である。
【図９】（ａ）は、第３実施形態に係る直交流式のマイクロチャンネル熱交換器を示す分解斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のIXb−IXb線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
まず、図１および図２を参照して、各実施形態に共通するマイクロチャンネル熱交換器１の構成を説明する。
マイクロチャンネル熱交換器１は、図１に示すように、流路としての複数のマイクロチャンネル１００を有する熱交換器本体１０と、複数のマイクロチャンネル１００に連通し、熱交換器本体１０に組み付けられる上流ヘッダ２１，２２および下流ヘッダ３１，３２とを備えている。
【００１８】
各実施形態のマイクロチャンネル熱交換器１〜３は、後述するように、ヘッダの内部で凝集し易い鉄粉等の異物９を含む冷媒を攪拌する攪拌部４０を上流ヘッダ２１，２２に備えることを主要な特徴とする。
【００１９】
マイクロチャンネル熱交換器１は、例えば図３に示す冷媒回路に組み込まれることで、空気調和機、冷凍機、給湯機等である冷凍サイクル装置８を構成する。マイクロチャンネル熱交換器１は、配管により、冷凍サイクルの他の構成要素（８１〜８４）と接続されている。
【００２０】
冷凍サイクル装置８に備わる冷媒回路８０は、冷媒を圧縮する圧縮機８１と、冷媒と熱源との間で熱交換させる第１熱交換器８２と、冷媒の圧力を減少させる膨張弁等である減圧部８３と、冷媒と熱負荷との間で熱交換させる第２熱交換器８４と、マイクロチャンネル熱交換器１とを含んで構成されている。
空気調和機である冷凍サイクル装置８が冷房運転される場合、マイクロチャンネル熱交換器１は、第１熱交換器８２により外気（熱源）と熱交換されることで凝縮した冷媒と、第２熱交換器８４により室内空気（熱負荷）と熱交換されることで蒸発した冷媒とを熱交換させる。かかる熱交換により、冷媒に過冷却を与えることができる。
【００２１】
マイクロチャンネル熱交換器１は、冷媒回路８０を流れる相対的に高温の冷媒（加熱冷媒である第１冷媒）と、同じく冷媒回路８０を流れる相対的に低温の冷媒（被加熱冷媒である第２冷媒）とを熱交換させる。
第１冷媒は、例えば図３の第１熱交換器８２から流出した冷媒であり、第１マイクロチャンネル群１０１に対応する。第２冷媒は、例えば図３の第２熱交換器８４から流出した冷媒であり、第２マイクロチャンネル群１０２に対応する。
【００２２】
図１において、第１冷媒が第１マイクロチャンネル群１０１を流れる向きを破線の矢印で示し、第２冷媒が第２マイクロチャンネル群１０２を流れる向きを実線の矢印で示している。
第１冷媒および第２冷媒は、それぞれマイクロチャンネル１００を同一の向きに平行に流れながら熱を授受する。図１に示すマイクロチャンネル熱交換器１は、並行流式に構成されている。
【００２３】
（ヘッダ）
第１上流ヘッダ２１および第１下流ヘッダ３１は、第１冷媒に対応しており、第１マイクロチャンネル群１０１に連通している。
第２上流ヘッダ２２および第２下流ヘッダ３２は、第２冷媒に対応しており、第２マイクロチャンネル群１０２に連通している。
【００２４】
第１冷媒用のヘッダ２１，３１および第２冷媒用のヘッダ２２，３２のいずれも、第１冷媒、第２冷媒のそれぞれの圧力損失等を考慮して、マイクロチャンネル１００を冷媒がスムーズに流れるように適切な流路断面積および容積が確保されている。
加えて、上流ヘッダ２１，２２には、攪拌部４０を収容可能な容積が確保されている。
各ヘッダ２１，２２，３１，３２は、適宜な形態に構成することができる。例えば、図１に示す上流ヘッダ２１は、流路断面積が一定であるが、マイクロチャンネル１００に近づくほど次第に流路断面積が大きくなるように、マイクロチャンネル１００に向けて広がった形態に上流ヘッダ２１を構成することもできる。他のヘッダ２２，３１，３２も同様である。
【００２５】
（第１冷媒および第２冷媒の流れ）
第１冷媒は、図１に白抜きの矢印で示すように、冷媒配管が接続される導入部２０１から第１上流ヘッダ２１に導入されて、第１マイクロチャンネル群１０１をなす個々のマイクロチャンネル１００へと分配される。それらのマイクロチャンネル１００を流れた第１冷媒は、第１下流ヘッダ３１で合流し、排出部３０１から冷媒回路８０へと流出する。
第２冷媒は、図１に黒い矢印で示すように、冷媒配管が接続される導入部２０２から第２上流ヘッダ２２に導入されて、第２マイクロチャンネル群１０２をなす個々のマイクロチャンネル１００へと分配される。それらのマイクロチャンネル１００を流れた第２冷媒は、第２下流ヘッダ３２で合流し、排出部３０２から冷媒回路８０へと流出する。
【００２６】
マイクロチャンネル熱交換器１は、並行流式に限らず、対向流式であったり、直交流式であったりしてもよい。対向流式は、例えば図８に示すように、第１冷媒が第１マイクロチャンネル群１０１を流れる向きと、第２冷媒が第２マイクロチャンネル群１０２を流れる向きとが対向する。図３に示すマイクロチャンネル熱交換器１も、対向流式に記載されている。直交流式は、例えば図９に示すように、第１冷媒が第１マイクロチャンネル群１０１を流れる向きと、第２冷媒が第２マイクロチャンネル群１０２を流れる向きとが直交する。
【００２７】
（マイクロチャンネル）
マイクロチャンネル１００は、例えばステンレス鋼、銅、銅合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金等の金属材料から形成された熱交換器本体１０の基材に、エッチング等の微細加工により任意の断面形状に形成されている。
マイクロチャンネル１００の流路の大きさは、一例として直径１ｍｍ未満である。マイクロチャンネル１００の長さや数は、熱交換器本体１０に必要な熱交換の能力に応じて適宜に定められる。
マイクロチャンネル１００の流路の大きさは、マイクロチャンネル１００を流れる液相の表面張力の影響が現れる直径数ｍｍ以下に設定されていてもよい。マイクロチャンネル１００の流路の大きさは、一般的にマイクロチャンネルの範疇に含まれる適宜な大きさに設定することができる。
【００２８】
マイクロチャンネル１００を有する熱交換器本体１０は、例えば図２（ａ）に示すように、微細な溝１１Ａが所定ピッチで加工された複数の金属板１１を積層することで構成されている。
熱交換器本体１０は、金属板１１が積層されることで全体として直方体状に形成されている。積層された金属板１１は拡散接合等の方法により一体化される。
なお、拡散接合により熱交換器本体１０にヘッダ２１，２２，３１，３２を組み付けることができる。
【００２９】
各金属板１１には、図２（ａ）に示すように半円形の横断面を呈する多数の溝１１Ａが、紙面と直交する方向に沿って平行に形成されている。溝１１Ａが形成されている面が重ね合わせられることで、円形の横断面を呈するマイクロチャンネル１００が、隣接した金属板１１間に形成される。
マイクロチャンネル１００は、図２（ｂ）に示すように、矩形状の横断面を呈する溝１１Ｂが形成された金属板１１と、隣接する金属板１１との間に形成されていてもよい。
【００３０】
マイクロチャンネル１００は、金属板１１の面内方向において一方向（ｘ方向）に配列されるとともに、金属板１１が積層される方向（ｙ方向）にも配列されている。金属板１１の面に沿ってｘ方向に配列されたマイクロチャンネル１００の集合のことを熱交換器の「段」と称するものとする。
図２（ａ）および（ｂ）に示す例では、ある段のマイクロチャンネル１００の直下に、下段のマイクロチャンネル１００が位置するように、マイクロチャンネル１００が配列されている。これに限らず、ある段のマイクロチャンネル１００と下段のマイクロチャンネル１００とがｘ方向にシフトするように（千鳥状に）配列されていてもよい。
【００３１】
第１マイクロチャンネル群１０１は、積層方向ｙの１段おきに位置する複数段のマイクロチャンネル１００からなる。
第２マイクロチャンネル群１０２は、残りの段のマイクロチャンネル１００からなる。
図２（ａ）および（ｂ）に、第１冷媒が流れる第１マイクロチャンネル群１０１の開口を白色で示し、第２冷媒が流れる第２マイクロチャンネル群１０２の開口を黒色で示している。第１マイクロチャンネル群１０１と第２マイクロチャンネル群１０２とを隔てる隔壁（金属の基材）を介して、第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換が行われる。
効率よく熱交換するため、図２（ａ）および（ｂ）に示すように第１マイクロチャンネル群１０１と第２マイクロチャンネル群１０２とが積層方向ｙにおいて交互に配置されていると好ましい。
但し、第１マイクロチャンネル群１０１と第２マイクロチャンネル群１０２とが必ずしも交互に配置されている必要はない。また、第１マイクロチャンネル群１０１と第２マイクロチャンネル群１０２とが必ずしも段毎に区分されている必要もない。
【００３２】
〔第１実施形態〕
以下、図１〜図５を参照し、第１実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器１について説明する。
上述したように、マイクロチャンネル熱交換器１は、冷媒を攪拌する攪拌部４０を上流ヘッダ２１，２２に備えている。
図４には、第１上流ヘッダ２１および攪拌部４０を示している。以下、第１冷媒に対応した第１上流ヘッダ２１および攪拌部４０を例にとり説明するが、第２冷媒に対応した第２上流ヘッダ２２および攪拌部４０についても同様である。
【００３３】
冷媒回路８０を流れる冷媒には、圧縮機等の鉄合金からなる部材の摩耗等に起因した鉄粉や、冷媒配管５の施工時のフレア加工等により発生した銅粉等の異物９が混入している。鉄粉等の異物９の粒径は、大きくても１５０μｍ程度であって、微細である。そのため、マイクロチャンネル熱交換器１よりも上流で、冷媒中の異物９を捕捉するための図示しないストレーナが冷媒配管５に設置されていたとしても、ストレーナを通過した微細な異物９が上流ヘッダ２１，２２に流入する可能性がある。
【００３４】
冷媒配管５から流入した冷媒の流速が上流ヘッダ２１，２２の内部で減少すると、上流ヘッダ２１，２２の内部では冷媒流れの影響が少ないことにより、冷媒に混入した異物９が異物９間の引力により凝集し易い。凝集した異物９によりマイクロチャンネル１００が詰まることを防ぐため、上流ヘッダ２１，２２に設置した攪拌部４０により、冷媒を攪拌して異物９を分散させる。
【００３５】
攪拌部４０は、冷媒に流れを与えて、流れのエネルギにより、冷媒中の異物９を分散させる。攪拌部４０の作用により、上流ヘッダ２１，２２の内部で異物９が凝集したとしても、異物９が細分化される。
本明細書において、「攪拌」は、液相や湿り蒸気、あるいは気相の流体に流れを与えたり、流体の流れの状態を変化させる意味で用いる。
【００３６】
攪拌することにより、冷媒と、冷媒に混入した異物９とを均一化させることができる。この観点からは、攪拌は、２つの物を均一化させる「混合」と同様の作用を生じさせると言える。
【００３７】
異物９を分散させるため、攪拌部４０は、回転することで冷媒に流れを与える攪拌翼や、形態に基づいて冷媒の流れの状態を変化させる静止した部材等を備えることができる。
本実施形態の攪拌部４０は、後者の静止部材４１を備えている。本実施形態の攪拌部４０は、静止部材４１のみからなり、可動部分を備えていない。静止部材４１は、上流ヘッダ２１に固定されており、静止した状態で冷媒に作用する。
【００３８】
静止部材４１は、上流ヘッダ２１の内部に設置され、マイクロチャンネル１００の開口が並んだ熱交換器本体１０の端面１０Ａに対向している。
静止部材４１は、上流ヘッダ２１の下壁２１１、上壁２１２、および側壁２１３（図１）により囲まれている。
静止部材４１は、冷媒に適合する材料である限り、金属材料や樹脂材料等の適宜な材料から構成することができる。
【００３９】
第１上流ヘッダ２１と第２上流ヘッダ２２とのそれぞれに必要な流路断面積および容積を確保しつつ攪拌部４０を設置するため、第１上流ヘッダ２１と第２上流ヘッダ２２とは、図１に示すように、互いに離れた位置に配置されている。
【００４０】
第１マイクロチャンネル群１０１は、マイクロチャンネル１００の入口から出口まで直線状に延びている。第１上流ヘッダ２１は、第１マイクロチャンネル群１０１の入口側で、第１マイクロチャンネル群１０１の延長線Ｘ上に位置している。第１下流ヘッダ３１は、第１マイクロチャンネル群１０１の出口側で、第１マイクロチャンネル群１０１の延長線Ｘ上に位置している。
【００４１】
第２マイクロチャンネル群１０２は、第１マイクロチャンネル群１０１と平行に延びている区間１０２Ｍに対して、マイクロチャンネル１００の入口側と出口側とで屈曲している。第２マイクロチャンネル群１０２の入口および出口は、熱交換器本体１０の側面に開口している。
そのため、第２マイクロチャンネル群１０２の入口と連通する第２上流ヘッダ２２は、第１マイクロチャンネル群１０１の延長線Ｘから外れた位置にある。第２マイクロチャンネル群１０２の出口と連通する第２下流ヘッダ３２も同様である。
【００４２】
本実施形態の第２マイクロチャンネル群１０２は、中間の区間１０２Ｍに対して入口側と出口側とで逆向きに屈曲している。そのため、第２上流ヘッダ２２が熱交換器本体１０の幅方向の一方側に配置されているのに対し、第２下流ヘッダ３２は熱交換器本体１０の幅方向の他方側に配置されている。
【００４３】
本実施形態に限らず、第２マイクロチャンネル群１０２が入口側と出口側とで同じ向きに屈曲していてもよい。その場合は、第２上流ヘッダ２２と第２下流ヘッダ３２とが熱交換器本体１０の幅方向の同じ側に配置される。
【００４４】
並行流式や対向流式の場合は、典型的には、第１上流ヘッダ２１および第２上流ヘッダ２２のいずれも、延長線Ｘ上に位置するように配置される。本実施形態における第１上流ヘッダ２１および第２上流ヘッダ２２の配置は、典型例とは相違している。典型例では、第１上流ヘッダ２１および第２上流ヘッダ２２が一体化されるのに対し、本実施形態における第１上流ヘッダ２１および第２上流ヘッダ２２は互いに分離しており、位置が異なっている。
そうすると、第１、第２上流ヘッダ２１，２２の内部に、攪拌部４０の部材を容易に設置できる。第１上流ヘッダ２１と第２上流ヘッダ２２とが分離していれば、攪拌部４０の位置が干渉しないし、攪拌部４０の設置により占有される分を考慮しても各ヘッダ２１，２２の内部に要求される所定の流路断面積および容積を容易に確保できるためである。
したがって、第１上流ヘッダ２１の位置と第２上流ヘッダ２２の位置とが離れている本実施形態によれば、攪拌部４０を設置すること、また、攪拌部４０の部材のサイズや形状等に関して自由度が向上する。
【００４５】
さて、本実施形態の静止部材４１は、図５に示すように、所定の軸線Ａの周りにねじれた適宜な数の要素４１１が軸線Ａの方向に連なった形態に構成されている。以下、冷媒の流れの上流側を「前」、下流側を「後」と称する。
【００４６】
各要素４１１は、矩形の板状の部材が１８０°ねじれた形状に構成されている。軸線Ａの方向に隣り合う要素４１１は、軸線Ａの周りに互いに９０°シフトしている。要素４１１の後端４１１Ｂと、後続の要素４１１の前端４１１Ａとは直交した状態に結合している。
静止部材４１は、設置されるヘッダ２１における冷媒の流れの向きと軸線Ａとが一致するようにヘッダ２１に配置されることが好ましい。
複数の要素４１１が連なる静止部材４１としては、例えば、マーキュリー・サプライ・システムス株式会社から入手可能な「スパイラル・タイプ」の「スタティックミキサー」等を用いることができる。
【００４７】
図４に示すように冷媒配管５を通じて上流ヘッダ２１の内部に導入された冷媒は、導入部２０１と攪拌部４０との間に流入し、さらに攪拌部４０へと流入する。
攪拌部４０に流入し、図５に示す静止部材４１と上流ヘッダ２１の壁との間を熱交換器本体１０に向けて流れる冷媒の挙動を説明する。
攪拌部４０に流入した冷媒は、静止部材４１（図５）の要素４１１の前端４１１Ａにより分割され、さらに、要素４１１の表面により案内されることでねじれながら、要素４１１の前端４１１Ａから後端４１１Ｂに向けて矢印で示す向きに回転しながら、要素４１１の表面と上流ヘッダ２１の壁との間で転回する。冷媒が次の要素４１１に流入すると、要素４１１のねじれる方向が変化するため、前端４１１Ａから後端４１１Ｂに向けて冷媒が回転する方向（矢印で示す向き）も変化する。その回転方向の変化に伴う慣性力が冷媒に加えられる。
冷媒の流れに対する分割、転回、および回転方向の変化の各作用が、複数の要素４１１により繰り返され、攪拌部４０に流入した冷媒が十分に攪拌される。ここで言う冷媒の流れの分割、転回、および回転方向の変化は、冷媒の流れ状態の変化に相当する。つまり、静止部材４１は、冷媒の流れ状態を変化させることで冷媒を攪拌する。
【００４８】
上流ヘッダ２１の内部では冷媒の流速が小さいため、静止部材４１は、静止部材４１に流入する前における冷媒の流れに影響を殆ど受けることなく、冷媒の流れの状態を十分に変化させることができる。また、上流ヘッダ２１の内部では冷媒の流速が小さいため、静止部材４１を通過する際の冷媒の圧力損失が過大となることなく、マイクロチャンネル１００にスムーズに冷媒が流入する。
【００４９】
上流ヘッダ２１に流入した冷媒中の異物９が、上流ヘッダ２１の内部でたとえ凝集したとしても、攪拌部４０を流れる過程で冷媒が攪拌されることで、異物９が冷媒に分散する。そのため、凝集した異物９によりマイクロチャンネル１００の開口が詰まるのを防ぐことができる。
【００５０】
仮に、上流ヘッダ２１に攪拌部４０が設けられていないとすれば、冷媒配管５から上流ヘッダ２１，２２に導入された冷媒中の異物９が、凝集しつつ冷媒と共に熱交換器本体１０に向けて流れ、細径のマイクロチャンネル１００の開口に集まる。そして、マイクロチャンネル１００の開口近傍に異物９が付着すると、開口近傍に付着した異物９に対しても異物９が凝集するため、異物９の凝集が促進されてマイクロチャンネル１００が閉塞する可能性がある。
【００５１】
上流ヘッダ２１，２２に攪拌部４０を備えた本実施形態によれば、上流ヘッダ２１，２２の内部において冷媒中の異物９が凝集するとしても、攪拌部４０により異物９を分散させることにより、異物９が凝集物の状態でマイクロチャンネル１００に到達するのを避けることができる。そうすると、マイクロチャンネル１００の開口において異物９の凝集を抑えることができるので、マイクロチャンネル１００の径が小さいとしても、マイクロチャンネル１００の閉塞を防ぐことができる。
【００５２】
攪拌部４０がマイクロチャンネル１００の開口の近傍に配置されていることにより、攪拌部４０から流出した冷媒中の異物９が再凝集を防いで、マイクロチャンネル１００の閉塞をより確実に防ぐことができる。
【００５３】
本実施形態の攪拌部４０は、静止部材４１のみからなり、可動部分を備えていないため、可動部分の破損や故障が発生し難い。また、可動部分を駆動するための動力を必要としない。そのため、マイクロチャンネル熱交換器１、およびそれを備えた冷媒システムの信頼性を確保できるとともに、冷媒システムの運転コストを抑えることができる。
【００５４】
図５に示す静止部材４１に代えて、図６に示す静止部材４２を用いることもできる。
静止部材４２も、上流ヘッダ２１に固定されて静止した状態で冷媒に作用することで、冷媒を攪拌する。
【００５５】
静止部材４２は、図６に示すように、バッフルプレート（邪魔板）からなる適宜な数の要素４２０が軸部４２Ｓの軸線方向に連なった形態に構成されている。これらの要素４２０と軸部４２Ｓとは一体化されている。
要素４２０は、３つのバッフルプレート４２１，４２２，４２３からなる。これらのバッフルプレート４２１，４２２，４２３のいずれも、楕円形を長軸に沿って半分にした形状に構成されており、長軸に沿った直線状のエッジ４２Ｅが軸部４２Ｓに向けて配置されている。
【００５６】
バッフルプレート４２１，４２２は、軸部４２Ｓを両側から挟み、かつ軸部４２Ｓに対して逆向きに傾斜するように配置されている。各要素４２０におけるバッフルプレート４２１は、互いに平行に配列されており、バッフルプレート４２２，４２３も同様である。バッフルプレート４２３は、バッフルプレート４２２の後端４２２Ｂと、後続のバッフルプレート４２２の前端４２２Ａとの間を接続している。
この静止部材４２として、例えば、マーキュリー・サプライ・システムス株式会社から入手可能な「ステータ・チューブ・タイプ」の「スタティックミキサー」等を用いることができる。
【００５７】
半楕円形のバッフルプレート４２１，４２２，４２３を組み合わせた静止部材４２によれば、静止部材４２に流入した冷媒が各プレート４２１，４２２，４２３により軸部４２Ｓと交差する向きに案内されつつ、エッジ４２Ｅを超えてプレート間を移動しながら流れる。プレート間を移動する際は、各プレートの軸部４２Ｓに対する傾斜の向きが異なるため、冷媒の流れの向きが急激に変化する。こうした冷媒の流れの向きの変化が複数の要素４２０により繰り返され、静止部材４２に流入した冷媒が十分に攪拌される。
【００５８】
その他、冷媒の流れの状態を変化させることができる限りにおいて、適宜な形態の静止部材を用いることができる。
【００５９】
〔第１実施形態の変形例〕
図７（ａ）および（ｂ）に示す例では、上流ヘッダ２１の内部の攪拌部４０が配置される領域を壁５１，５２により適宜な数の区画５３に仕切っている。ここでは、２つの壁５１と、２つの壁５２とを格子状に組み合わせることで、上流ヘッダ２１の内部に９つの区画５３を与えている。これらの区画５３が、上流ヘッダ２１の流路断面積の全体に亘り配置されることが好ましい。
【００６０】
複数の区画５３にはそれぞれ、上述した静止部材４１（図５）あるいは静止部材４２（図６）が設置される。攪拌部４０は、区画５３に配置された静止部材４１の集合、あるいは、区画５３に配置された静止部材４２の集合に相当する。攪拌部４０において、静止部材４１と静止部材４２とが混在していてもよい。
【００６１】
第２上流ヘッダ２２も、第１上流ヘッダ２１と同様に、静止部材４１あるいは静止部材４２がそれぞれ配置される複数の区画５３が与えられることが好ましい。
【００６２】
以下、区画５３に静止部材４１が配置される場合を例に取り、説明する。
区画５３に配置された静止部材４１は、壁５１，５２や、上流ヘッダ２１の壁により囲まれる。静止部材４１の外周部と、周囲の壁との間には、適切なクリアランスが設定される。
【００６３】
壁５１，５２により形成された区画５３に静止部材４１が配置されていると、攪拌により適した流路を静止部材４１の周りに与えることができる。静止部材４１を囲む壁は、冷媒の流れを静止部材４１の近傍に維持して、冷媒の流れの分割や転回、回転方向の変化等の静止部材４１による攪拌作用を冷媒に対して十分に働かせる。
区画５３に配置された静止部材４１の集合からなる攪拌部４０によれば、各静止部材４１により冷媒をより十分に攪拌して、異物９の分散を促進することができる。
静止部材４１の代わりに静止部材４２を使用した場合も同様である。
【００６４】
〔第２実施形態〕
次に、図８を参照し、本発明の第２実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器２について説明する。以下、第１実施形態と相違する事項を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。
【００６５】
第２実施形態のマイクロチャンネル熱交換器２は、第１上流ヘッダ２１および第２上流ヘッダ２２にそれぞれ、冷媒を攪拌する攪拌装置６０を備えている。
攪拌装置６０は、回転される回転部材６１と、回転部材６１を駆動する駆動部６２とを備えている。回転部材６１は、モータ等である駆動部により回転される軸部６１１と、軸部６１１と一体化された羽根部材６１２（ブレード）とを有している。
こうした攪拌装置６０は、所謂攪拌翼に相当する。タービン翼やパドル翼、プロペラ翼等の種々の攪拌翼を攪拌装置６０に用いることができる。
駆動部６２により回転部材６１の回転の向きを正回転、逆回転に切り替えることにより、冷媒に慣性力を作用させて攪拌効率を向上させることができる。
【００６６】
また、第２実施形態は、対向流式の構成を開示する。第１マイクロチャンネル群１０１および第２マイクロチャンネル群１０２は、並行流式である第１実施形態と同様に構成されているが、冷媒の流れる向きが相違する。第２実施形態においては、流れの向きを点線で示す第１冷媒と、流れの向きを実線で示す第２冷媒とが、第１、第２マイクロチャンネル群１０１，１０２が平行に延びている区間１０２Ｍにおいて互いに逆の向きに流れる。
【００６７】
第１実施形態に対して、第１冷媒の流れの向きが逆であるため、第２実施形態では、第１冷媒の上流ヘッダ２１および下流ヘッダ３１のそれぞれの位置が、第１実施形態（図１）とは逆である。
【００６８】
対向流式のマイクロチャンネル熱交換器２においても、第１実施形態と同様に、第１上流ヘッダ２１の位置と第２上流ヘッダ２２との位置が離れているため、第１上流ヘッダ２１と第２上流ヘッダ２２とのそれぞれに必要な流路断面積および容積を確保しつつ、各上流ヘッダ２１，２２にそれぞれ攪拌装置６０を容易に設置することができる。
【００６９】
第２実施形態では、攪拌装置６０の駆動部６２により回転部材６１を適宜な速度で回転させることにより、冷媒を攪拌する。上流ヘッダ２１に流入した冷媒に、回転する羽根部材６１２は強制的に流れを与える。羽根部材６１２により、冷媒には少なくとも、軸部６１１の周りを旋回する流れが与えられる。羽根部材６１２の形状によっては、軸部６１１の軸線方向の流れや、軸部６１１から径方向外側に向かう流れも与えられる。攪拌の効率を上げるため邪魔板を設置した場合も、軸線方向の流れが冷媒に与えられる。こうした流れにより主としてせん断力が冷媒に作用することで、異物９が分散する。
マイクロチャンネル１００の開口が並ぶ熱交換器本体１０の近傍に攪拌装置６０が配置されているため、攪拌装置６０から吐出された直後の冷媒が、再凝集することなく、マイクロチャンネル１００に流入する。
【００７０】
第２実施形態によっても、攪拌装置６０により異物９を分散させることにより、マイクロチャンネル１００の開口における異物９の凝集を抑えて、マイクロチャンネル１００の閉塞を防ぐことができる。
【００７１】
〔第３実施形態〕
図９（ａ）は、直交流式のマイクロチャンネル熱交換器３を示している。
マイクロチャンネル熱交換器３においては、第１冷媒が第１マイクロチャンネル群１０１を流れる向き（破線の矢印）と、第２冷媒が第２マイクロチャンネル群１０２を流れる向き（実線の矢印）とが直交する。
第１冷媒に対応する第１上流ヘッダ２１は、直線状に延びる第１マイクロチャンネル群１０１の延長線Ｘ１上に位置する。第１下流ヘッダ３１も同様である。
第２冷媒に対応する第２上流ヘッダ２２は、直線状に延びる第２マイクロチャンネル群１０２の延長線Ｘ２上に位置する。第２下流ヘッダ３２も同様である。
【００７２】
図９（ｂ）に示すように、第１上流ヘッダ２１および第２上流ヘッダ２２のいずれにも、攪拌部４０が設置されている。
直交流式においては、第１上流ヘッダ２１と第２上流ヘッダ２２とが互いに離間しているため、必要な流路断面積および容積を上流ヘッダ２１，２２に確保しつつ、攪拌部４０を容易にヘッダ２１，２２に設置することができる。
【００７３】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【００７４】
マイクロチャンネル熱交換器の熱交換器本体１０が、マイクロチャンネル１００の長さ方向に分割されており、熱交換器本体１０の上流側の部分と、熱交換器本体１０の下流側の部分とを中継する中間ヘッダが備えられている場合がある。その場合、中間ヘッダは、熱交換器本体１０の上流側の部分から冷媒が導入され、熱交換器本体１０の下流側の部分に形成されたマイクロチャンネル１００へと冷媒を流入させる上流ヘッダに相当する。この中間ヘッダに、攪拌部４０あるいは攪拌装置６０を設けることにより、異物９によるマイクロチャンネル１００の閉塞を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００７５】
１〜３    マイクロチャンネル熱交換器
５        冷媒配管
８        冷凍サイクル装置
９        異物
１０      熱交換器本体
１０Ａ    端面
１１      金属板
１１Ａ，１１Ｂ      溝
２１，２２      上流ヘッダ
３１，３２      下流ヘッダ
４０      攪拌部
４１，４２      静止部材
４２Ｅ    エッジ
４２Ｓ    軸部
５１，５２      壁
５３      区画
６０      攪拌装置（攪拌部）
６１      回転部材
６１１    軸部
６１２    羽根部材
６２      駆動部
８０      冷媒回路
８１      圧縮機
８２      第１熱交換器
８３      減圧部
８４      第２熱交換器
１００    マイクロチャンネル
１０１    第１マイクロチャンネル群
１０２    第２マイクロチャンネル群
１０２Ｍ  区間
２０１，２０２      導入部
２１１    下壁
２１２    上壁
２１３    側壁
３０１，３０２      排出部
４１１    要素
４１１Ａ  前端
４１１Ｂ  後端
４２０    要素
４２１，４２２，４２３      バッフルプレート
４２２Ａ  前端
４２２Ｂ  後端
Ａ        軸線
Ｘ，Ｘ１，Ｘ２      延長線
【図１】
2020012563.tif 000003
【図２】
2020012563.tif 000004
【図３】
2020012563.tif 000005
【図４】
2020012563.tif 000006
【図５】
2020012563.tif 000007
【図６】
2020012563.tif 000008
【図７】
2020012563.tif 000009
【図８】
2020012563.tif 000010
【図９】
2020012563.tif 000011