(57)【要約】  ヘッダーは、複数の枝管と、ヘッダー集合管と、を有し、ヘッダー集合管に流入する冷媒の流動様式が環状流またはチャーン流であるとき、ヘッダー集合管に差し込まれた枝管の先端部が液相の厚さδ［ｍ］を貫きガス相に至るように接続されて構成された。ここで、液相の厚さδ［ｍ］は、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、ヘッダー集合管の内径Ｄ［ｍ］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］、ヘッダー集合管の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］としたとき、δ＝Ｇ×（１−ｘ）×Ｄ／（４ρＬ×ＵＬＳ）で定義される。また、基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］は、Ｇ（１−ｘ）／ρＬで定義される。
2018047332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の枝管と、
前記複数の枝管に連通すると共に、気液二相状態の冷媒が上向きに流れて前記複数の枝管に流出させる流通空間が形成されるヘッダー集合管と、
を有し、
前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の流動様式が環状流またはチャーン流であるとき、前記ヘッダー集合管に差し込まれた前記枝管の先端部が液相の厚さδ［ｍ］を貫きガス相に至るように接続されて構成されたヘッダー。
ここで、液相の厚さδ［ｍ］は、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、前記ヘッダー集合管の内径Ｄ［ｍ］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］、前記ヘッダー集合管の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］としたとき、δ＝Ｇ×（１−ｘ）×Ｄ／（４ρＬ×ＵＬＳ）で定義される。また、基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］は、Ｇ（１−ｘ）／ρＬで定義される。
【請求項２】
前記ヘッダー集合管の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、冷媒ボイド率α、助走距離Ｌ［ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、前記ヘッダー集合管の内径Ｄ［ｍ］としたとき、ＵＧＳ≧α×Ｌ×（ｇ×Ｄ）０.５／(４０．６×Ｄ)−０.２２α×(ｇ×Ｄ)０.５を満たす請求項１に記載のヘッダー。
ここで、冷媒ボイド率αは、冷媒の乾き度ｘ、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ｘ／［ｘ＋（ρＧ／ρＬ）×（１−ｘ）］で定義される。
【請求項３】
前記ヘッダー集合管の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］、冷媒表面張力σ［Ｎ／ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ＵＧＳ≧３.１／（ρＧ０.５）×［σ×ｇ×（ρＬ−ρＧ）］０.２５を満たす請求項２に記載のヘッダー。
【請求項４】
複数の枝管と、
前記複数の枝管に連通すると共に、気液二相状態の冷媒が上向きに流れて前記複数の枝管に流出させる流通空間が形成されるヘッダー集合管と、
を有し、
前記ヘッダー集合管の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義し、前記ヘッダー集合管の流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義したときに、前記ヘッダー集合管に差し込まれた前記枝管の先端部が±５０％以内の領域に収められ、
前記ヘッダー集合管の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、冷媒ボイド率α、助走距離Ｌ［ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、前記ヘッダー集合管の内径Ｄ［ｍ］としたとき、ＵＧＳ≧α×Ｌ×（ｇ×Ｄ）０.５／(４０．６×Ｄ)−０.２２α×(ｇ×Ｄ)０.５を満たすヘッダー。
ここで、冷媒ボイド率αは、冷媒の乾き度ｘ、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ｘ／［ｘ＋（ρＧ／ρＬ）×（１−ｘ）］で定義される。
【請求項５】
前記ヘッダー集合管の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］、冷媒表面張力σ［Ｎ／ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ＵＧＳ≧３.１／（ρＧ０.５）×［σ×ｇ×（ρＬ−ρＧ）］０.２５を満たす請求項４に記載のヘッダー。
【請求項６】
前記ヘッダー集合管の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義し、前記ヘッダー集合管の流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義し、前記複数の枝管の前記水平面での差し込み方向をＸ方向と定義し、前記複数の枝管の前記水平面でのＸ方向に直交する幅方向をＹ方向と定義するとき、前記複数の枝管の全ての先端部がＸ方向にて±５０％以内の領域に収められ、前記複数の枝管の全ての中心軸がＹ方向にて±５０％以内の領域に収められた請求項１〜５のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項７】
前記複数の枝管の全ての先端部がＸ方向にて±２５％以内の領域に収められ、前記複数の枝管の全ての中心軸がＹ方向にて±２５％以内の領域に収められた請求項６に記載のヘッダー。
【請求項８】
前記複数の枝管の全ての先端部がＸ方向にて０％に位置し、前記複数の枝管の全ての中心軸がＹ方向にて０％に位置する請求項７に記載のヘッダー。
【請求項９】
冷媒流量［ｋｇ／ｈ］をＭＲ、暖房定格運転時での前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度をｘ、前記ヘッダー集合管の有効流路断面積［ｍ２］をＡと定義したとき、前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）が、０．００４×１０６≦（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）≦０．１２０×１０６の範囲である請求項１〜８のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項１０】
冷媒流量［ｋｇ／ｈ］をＭＲ、暖房定格運転時での前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度をｘ、前記ヘッダー集合管の有効流路断面積［ｍ２］をＡと定義したとき、前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）が、０．０１０×１０６≦（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）≦０．１２０×１０６の範囲である請求項９に記載のヘッダー。
【請求項１１】
冷媒流量［ｋｇ／ｈ］をＭＲ、暖房定格運転時での前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度をｘと定義したとき、前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、前記ヘッダー集合管の内径Ｄ［ｍ］が０．０１０≦Ｄ≦０．０１８であり、冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／３１．６が、０．４２７≦（ＭＲ×ｘ）／３１．６≦５．７００の範囲である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項１２】
暖房定格運転時での前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度をｘ、前記ヘッダー集合管の有効流路断面積［ｍ２］をＡと定義したとき、前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、前記ヘッダー集合管の内径Ｄ［ｍ］が０．０１０≦Ｄ≦０．０１８であり、冷媒の液膜厚さに関連するパラメータｘ／（３１．６×Ａ）が、１．４×１０≦ｘ／（３１．６×Ａ）≦８．７×１０の範囲である請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項１３】
暖房定格運転時での前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度をｘと定義したとき、前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、前記ヘッダー集合管に流入する冷媒のガス見かけ速度ＵＳＧ［ｍ／ｓ］が、１≦ＵＳＧ≦１０の範囲である請求項１〜１２のいずれか１項に記載のヘッダー。
ここで、ガス見かけ速度ＵＳＧ［ｍ／ｓ］は、前記ヘッダー集合管に流入する冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ＵＳＧ＝（Ｇ×ｘ）／ρＧで定義される。また、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］は、暖房定格運転時での前記ヘッダー集合管に流入する冷媒流量ＭＲ［ｋｇ／ｈ］、前記ヘッダー集合管の有効流路断面積Ａ［ｍ２］としたとき、Ｇ＝ＭＲ／（３６００×Ａ）で定義される。
【請求項１４】
前記枝管には、熱交換器構成要素の扁平伝熱管に接続される扁平管形状から前記ヘッダー集合管に差し込まれた前記枝管の先端部を円管形状に変換する管形状変換ジョイントが設けられた請求項１〜１３のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項１５】
前記枝管は、熱交換器構成要素の伝熱管の一部を延伸して形成された請求項１〜１４のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項１６】
前記複数の枝管は、扁平管形状である請求項１〜１５のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項１７】
前記複数の枝管のうち隣接する前記枝管の間のピッチ長さをＬｐ、前記ヘッダー集合管の上部の淀み領域長さをＬｔと定義したとき、Ｌｔ≧２×Ｌｐである請求項１〜１６のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項１８】
前記複数の枝管のうち最も上方の枝管は、前記ヘッダー集合管の上端に上側から接続された請求項１〜１７のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項１９】
冷媒として、Ｒ３２、Ｒ４１０ＡまたはＣＯ２を用いる請求項１〜１８のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項２０】
冷媒として、オレフィン系冷媒、ＨＦＣ冷媒、炭化水素冷媒、ＣＯ２またはＤＭＥのうち少なくとも２種類以上を混合した沸点差の異なる混合冷媒を用いる請求項１〜１８のいずれか１項に記載のヘッダー。
【請求項２１】
両側に突出するように配列された複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管のそれぞれの一方の端部に接続された第１ヘッダーと、
前記複数の伝熱管のそれぞれの他方の端部に接続された第２ヘッダーと、
前記複数の伝熱管のそれぞれに接合された複数のフィンと、
を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路の一部を構成する熱交換器であって、
前記第２ヘッダーは、請求項１〜２０のいずれか１項に記載のヘッダーであり、
前記第２ヘッダーの前記ヘッダー集合管は、前記複数の伝熱管にそれぞれ接続される複数の枝管に連通されると共に、前記熱交換器が蒸発器として機能する場合に、気液二相状態の冷媒が上向きに流れて前記複数の枝管に流出させる流通空間が形成された熱交換器。
【請求項２２】
前記第２ヘッダーは、暖房運転時の前記熱交換器への冷媒流れの上流側にて、高さ方向で少なくとも２つに分割されて接続された請求項２１に記載の熱交換器。
【請求項２３】
圧縮機と、室内熱交換器と、絞り装置と、室外熱交換器と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成され、
前記室外熱交換器は、請求項２１または２２に記載の熱交換器であり、
暖房定格運転時にて、前記圧縮機または前記絞り装置を、前記第２ヘッダーに流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御する構成の制御装置を有する空気調和装置。
【請求項２４】
圧縮機と、室内熱交換器と、絞り装置と、室外熱交換器と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成され、
前記室外熱交換器は、請求項２１または２２に記載の熱交換器であり、
暖房運転時に前記室内熱交換器の下流側に取り付けられた第１温度センサと、
前記室内熱交換器に取り付けられた第２温度センサと、
暖房運転時に前記第１温度センサの検出温度と前記第２温度センサの検出温度とに基づいて前記室内熱交換器の出口温度差を求め、暖房定格運転時にて、前記圧縮機または前記絞り装置を、前記第２ヘッダーに流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御する構成の制御装置と、
を有する空気調和装置。
【請求項２５】
圧縮機と、室内熱交換器と、絞り装置と、室外熱交換器と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成され、
前記室外熱交換器は、請求項２１または２２に記載の熱交換器であり、
前記室外熱交換器と前記絞り装置との間に配置された気液分離器と、
前記気液分離器で分離されたガス冷媒を前記圧縮機にバイパスさせるガスバイパス配管と、
前記ガスバイパス配管に配置されたガスバイパス調整弁と、
前記ガスバイパス調整弁を、運転条件に応じて、前記第２ヘッダーに流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御する構成の制御装置と、
を有する空気調和装置。
【請求項２６】
圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、絞り装置と、室外熱交換器と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成され、前記四方弁で冷媒の流れを切り替えることにより、暖房運転および冷房運転が可能なものであり、
前記室外熱交換器は、請求項２１または２２に記載の熱交換器であり、
前記室外熱交換器と前記絞り装置との間に配置された気液分離器と、
前記気液分離器で分離されたガス冷媒を前記圧縮機にバイパスさせるガスバイパス配管と、
前記ガスバイパス配管に配置されたガスバイパス調整弁と、
暖房運転時に前記気液分離器の下流側に配置されたヘッダー前調整弁と、
暖房運転時に、前記絞り装置、前記ガスバイパス調整弁および前記ヘッダー前調整弁を、前記第２ヘッダーに流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御すると共に、冷房運転時に、前記ヘッダー前調整弁を制御し、前記気液分離器を液溜めとして使用する構成の制御装置と、
を有する空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッダー集合管から複数の枝管へ冷媒を分配するヘッダー、熱交換器および空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機において、室内機に搭載された凝縮器として機能する熱交換器で凝縮された液冷媒は、膨張弁によって減圧され、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態となる。そして、気液二相状態の冷媒は、室外機に搭載された蒸発器として機能する熱交換器に流入する。【０００３】
気液二相状態の冷媒が蒸発器として機能する熱交換器に流入すると、その熱交換器への冷媒の分配性能が悪化する。そこで、冷媒の分配性能を改善するため、室外機に搭載された熱交換器の分配器としてヘッダーを用いて、ヘッダー内の仕切り板あるいは噴出孔を設置するなどヘッダー内に構造物を設ける方法がある。【０００４】
しかし、上記のようにヘッダー内の構造物を追加した場合には、コストの大幅な増加を伴う割には分配性能の改善効果が小さい。また、ヘッダー内部で圧力損失の大幅な増加を伴い、エネルギー効率の低下を引き起こす。加えて、空気調和機の室外機は、ファンから近い部分ほど風が多く流れる。このため、ヘッダー上部よりもファンから遠いヘッダー下部で、ヘッダー上部よりも多くの冷媒が分配されてしまう場合には、さらに冷媒の分配性能および熱交換器の性能が悪化し、さらなるエネルギー効率の低下を引き起こしてしまう。【０００５】
このような課題を解決するために、室外機熱交換器を上下に分割し、ファンに近い風量の大きい熱交換器に接続されるヘッダー集合管の管径を、ファンから遠く風量の小さい熱交換器に接続されるヘッダー集合管の管径よりも小さくする技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１の技術によれば、液冷媒がヘッダー上部に多く分配できる。【０００６】
また、別の方法として、ヘッダー集合管に差し込まれる枝管の挿し込み長さを調整する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２の技術によれば、ヘッダー集合管の内部の流動抵抗を変えて、冷媒の分配性能の改善が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１７８０９７号
【特許文献２】特許第５６２６２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２のような従来の手法では、冷媒流量または冷媒速度に依存するため、限られた狭い冷媒流量または冷媒速度の範囲のみしかヘッダーでの冷媒の分配性能の改善が図れないものであった。このため、実際の空気調和装置のような環境負荷に応じて様々な冷媒流量で運転する場合には、運転条件によってはヘッダーでの冷媒の分配性能の改善が図れないという課題があった。【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、構造の簡易化により低コスト化を図りつつ、幅広い運転範囲においてヘッダー集合管から複数の枝管への冷媒の分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上するヘッダー、熱交換器および空気調和装置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】
【００１０】
本発明に係るヘッダーは、複数の枝管と、前記複数の枝管に連通すると共に、気液二相状態の冷媒が上向きに流れて前記複数の枝管に流出させる流通空間が形成されるヘッダー集合管と、を有し、前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の流動様式が環状流またはチャーン流であるとき、前記ヘッダー集合管に差し込まれた前記枝管の先端部が液相の厚さδ［ｍ］を貫きガス相に至るように接続されて構成されたものである。
ここで、液相の厚さδ［ｍ］は、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、前記ヘッダー集合管の内径Ｄ［ｍ］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］、前記ヘッダー集合管の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］としたとき、δ＝Ｇ×（１−ｘ）×Ｄ／（４ρＬ×ＵＬＳ）で定義される。また、基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］は、Ｇ（１−ｘ）／ρＬで定義される。【００１１】
本発明に係る熱交換器は、両側に突出するように上下に並んで配列された複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管のそれぞれの一方の端部に接続された第１ヘッダーと、前記複数の伝熱管のそれぞれの他方の端部に接続された第２ヘッダーと、前記複数の伝熱管のそれぞれに接合された複数のフィンと、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路の一部を構成する熱交換器であって、前記第２ヘッダーは、上記のヘッダーであり、前記第２ヘッダーの前記ヘッダー集合管は、前記複数の伝熱管にそれぞれ接続される複数の枝管に連通されると共に、前記熱交換器が蒸発器として機能する場合に、気液二相状態の冷媒が上向きに流れて前記複数の枝管に流出させる流通空間が形成されたものである。【００１２】
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、室内熱交換器と、絞り装置と、室外熱交換器と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成され、前記室外熱交換器は、上記の熱交換器であり、暖房定格運転時にて、前記圧縮機または前記絞り装置を、前記第２ヘッダーに流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御する構成の制御装置と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るヘッダー、熱交換器および空気調和装置によれば、ヘッダー集合管に流入する冷媒の流動様式が環状流またはチャーン流であるとき、ヘッダー集合管に差し込まれた枝管の先端部が液相の厚さδ［ｍ］を貫きガス相に至るように接続されている。したがって、構造の簡易化により低コスト化を図りつつ、幅広い運転範囲においてヘッダー集合管から複数の枝管への冷媒の分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヘッダーを示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るヘッダー集合管のパス位置に対する液冷媒流量を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る枝管の先端部のヘッダー集合管内での位置の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る枝管の先端部のヘッダー集合管内での位置の他の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る枝管の先端部のヘッダー集合管内での位置の他の例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る冷媒の基準ガス見かけ速度と分配性能の改善効果との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る枝管の先端部の位置と熱交換器の性能との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る枝管の先端部のヘッダー集合管内での位置の他の例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る枝管の先端部のヘッダー集合管内での位置の他の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係るヘッダー集合管の下部の助走部における環状流が発達する様子を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係るヘッダーの一例を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係るヘッダーの他の例を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係るヘッダーの他の例を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係るヘッダーの他の例を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係るヘッダーの他の例を示す概略図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係るヘッダーの水平断面を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係るヘッダーの水平断面の一例を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係るヘッダーの水平断面の他の例を示す説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態２に係るヘッダーの水平断面の他の例を示す説明図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係るヘッダーの水平断面の他の例を示す説明図である。
【図２１】本発明の実施の形態３に係るヘッダーを示す斜視図である。
【図２２】本発明の実施の形態３に係るヘッダーの一例を示す斜視図である。
【図２３】本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の室外機を示す側面図である。
【図２４】本発明の実施の形態４に係るヘッダーを室外熱交換器に接続した場合を示す側面模式図である。
【図２５】本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器の図２４のＡ−Ａ断面の一例を示す斜視図である。
【図２６】本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器の図２４のＡ−Ａ断面の他の例を示す斜視図である。
【図２７】本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器の図２４のＡ−Ａ断面の他の例を示す斜視図である。
【図２８】本発明の実施の形態４に係るヘッダーおよび室外熱交換器での液冷媒流量と風量分布との関係をまとめて示す図であり、図２８（ａ）はヘッダーを示す概略図であり、図２８（ｂ）はパス位置と液冷媒流量との関係を示す図であり、図２８（ｃ）はパス位置と風量分布との関係を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態４に係る冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）/（３１．６×Ａ）と熱交換器の性能との関係を示す図である。
【図３０】本発明の実施の形態４に係る冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／３１．６と熱交換器の性能との関係を示す図である。
【図３１】本発明の実施の形態４に係る冷媒の液膜厚さに関連するパラメータｘ／（３１．６×Ａ）と熱交換器の性能との関係を示す図である。
【図３２】本発明の実施の形態４に係るガス見かけ速度と分配性能の改善効果との関係を示す図である。
【図３３】本発明の実施の形態４に係るヘッダーを室外熱交換器に接続した場合の一例を示す側面模式図である。
【図３４】本発明の実施の形態４に係るヘッダーと流入配管との接続関係の一例を示す模式図である。
【図３５】本発明の実施の形態４に係るヘッダーと流入配管との接続関係の他の例を示す模式図である。
【図３６】本発明の実施の形態５に係る室外熱交換器を示す側面概略図である。
【図３７】本発明の実施の形態５に係るヘッダーおよび伝熱管を示す上面図である。
【図３８】本発明の実施の形態６に係る室外熱交換器を示す側面概略図である。
【図３９】本発明の実施の形態７に係る空気調和装置の構成を示す図である。
【図４０】本発明の実施の形態８に係る空気調和装置の構成を示す図である。
【図４１】本発明の実施の形態９に係る空気調和装置の構成を示す図である。
【図４２】本発明の実施の形態９に係る気液分離器の構成を示す図である。
【図４３】本発明の実施の形態９に係る気液分離器の構成の一例を示す図である。
【図４４】本発明の実施の形態９に係る気液分離器の構成の他の例を示す図である。
【図４５】本発明の実施の形態１０に係る空気調和装置の暖房運転時の構成を示す図である。
【図４６】本発明の実施の形態１０に係る空気調和装置の冷房運転時の構成を示す図である。
【図４７】本発明の実施の形態１０に係る伝熱管内部の冷媒の流れの概要をまとめて示す図であり、図４７（ａ）は伝熱管出口のＳ.Ｃ.＝５ｄｅｇの場合であり、図４７（ｂ）は伝熱管出口のＳ.Ｃ.＝１０ｄｅｇの場合である。
【図４８】本発明の実施の形態１１に係る室外熱交換器を示す側面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
さらに、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る第２ヘッダー１０を示す概略図である。
図１に示すように、第２ヘッダー１０は、第２ヘッダー集合管１１と、複数の枝管１２と、から構成されている。
【００１７】
第２ヘッダー集合管１１は、鉛直方向に延びて水平面での断面が円管形状である。第２ヘッダー集合管１１の下部が冷凍サイクル回路の冷媒配管に接続されている。
【００１８】
複数の枝管１２は、それぞれが水平方向に延びて第２ヘッダー集合管１１に対面する鉛直断面が円管形状である。複数の枝管１２は、等ピッチで上下方向に並んでいる。複数の枝管１２のそれぞれは、冷凍サイクル回路の一部を構成する室外熱交換器の伝熱管に接続されている。
複数の枝管１２の先端は、第２ヘッダー集合管１１の内径中心に突出するように第２ヘッダー集合管１１に連通されている。
【００１９】
次に、第２ヘッダー１０の内部を流通する気液二相状態の冷媒の流れを説明する。
気液二相状態の冷媒は、第２ヘッダー集合管１１の下部から流入し、上昇流として重力に逆らって流れる。そして、第２ヘッダー集合管１１に流入した気液二相状態の冷媒は、第２ヘッダー集合管１１の下部から各枝管１２に順次分配される。
この時、第２ヘッダー１０に流入する気液二相状態の冷媒の流動様式が環状流またはチャーン流であると、図１に示すようにガス相が第２ヘッダー集合管１１の中心部に分布し、液相が第２ヘッダー集合管１１の環状部に分布する。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１に係る第２ヘッダー集合管１１のパス位置に対する液冷媒流量を示す図である。
図２に示すように、第２ヘッダー集合管１１の下部では、ガス冷媒が枝管１２に多く分配されると共に、第２ヘッダー集合管１１の上部では、液冷媒が多く分配される液流量分布を得ることができる。
このような液流量分布を達成することにより、重力の影響による液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れないなどのヘッダー特有の課題を解決することができる。これにより、冷媒の分配性能が改善でき、熱交換器の効率が向上でき、エネルギー効率が向上できる。
【００２１】
枝管１２の先端部の第２ヘッダー集合管１１内での位置は、略中心が最も好ましい。しかし、発明者らの実験結果によると、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の冷媒流動様式が環状流またはチャーン流である場合には、枝管１２の先端部が第２ヘッダー集合管１１に流れる冷媒の液相を貫いていれば良く、中心付近の広がりを持った範囲でも良い。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態１に係る枝管１２の先端部の第２ヘッダー集合管１１内での位置の一例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る枝管１２の先端部の第２ヘッダー集合管１１内での位置の他の例を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る枝管１２の先端部の第２ヘッダー集合管１１内での位置の他の例を示す図である。
ここでいう中心付近とは、図３、図４、図５に示すように、第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義し、第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義したときに、複数の枝管１２の先端部が±５０％以内の領域に収められるように接続されていることをいう。
ここで、図３、図４、図５に示すＡは、枝管１２が差し込まれた位置での水平断面図における有効流路断面積［ｍ２］を示している。
【００２３】
また、発明者らの実験と解析によると、液相の厚みδ［ｍ］は、環状流またはチャーン流であるとき、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、第２ヘッダー集合管１１の内径Ｄ［ｍ］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］、第２ヘッダー集合管１１の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］としたとき、δ＝Ｇ×（１−ｘ）×Ｄ／（４ρＬ×ＵＬＳ）で比較的、良く一致する。このため、第２ヘッダー集合管１１に接続される複数の枝管１２の先端部が、少なくとも上記式で求められる液相の厚みδよりも突出し、第２ヘッダー集合管１１内の突出先側の液相の厚みδよりも突出せず、ガス相に存在するように、液相の厚さδを貫きガス相に至っていれば良い。
ここで、基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］はＧ（１−ｘ）／ρＬで定義される。
【００２４】
流動様式の判定は、垂直上昇流の流動様式線図から行い、第２ヘッダー集合管１１の流通空間へ流入する冷媒流速の変動範囲の最大値での冷媒の基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］に基づいて設定される。
第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、ＵＧＳ≧α×Ｌ×（ｇ×Ｄ）０．５／（４０．６×Ｄ）−０．２２α×（ｇ×Ｄ）０．５を満たすと良い。加えて、ＵＧＳ≧３．１／（ρＧ０．５）×［σ×ｇ×（ρＬ−ρＧ）］０．２５を満たすと更に良い。
【００２５】
図６は、本発明の実施の形態１に係る冷媒の基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］と分配性能の改善効果との関係を示す図である。
図６に示すように、上記で規定した範囲の冷媒の基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］のときに、第２ヘッダー集合管１１に流れる冷媒が環状流またはチャーン流となり、分配性能の改善効果が期待でき、熱交換器の効率が向上でき、エネルギー効率が向上できる。
ここで、αは冷媒ボイド率α＝ｘ／［ｘ＋（ρＧ／ρＬ）×（１−ｘ）］であり、Ｌは助走距離［ｍ］、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ２］、Ｄは第２ヘッダー集合管１１の内径［ｍ］、ｘは冷媒の乾き度、ρＧは冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］、ρＬは冷媒液密度［ｋｇ／ｍ３］、σは冷媒表面張力［Ｎ／ｍ］と定義される。冷媒ボイド率αは、たとえば、電気抵抗を利用した計測、あるいは、可視化による観察などによって測定される。また、第２ヘッダー集合管１１の流入部の助走距離Ｌ［ｍ］は、第２ヘッダー集合管１１の流入部の位置と、流入部の位置から最も近い枝管１２の中心軸の位置と、に至る距離で定義する。
また、基準ガス見かけ速度ＵＳＧは第２ヘッダー集合管１１に流れる冷媒流速Ｇ、冷媒の乾き度ｘおよび冷媒ガス密度ρＧを測定することによって求められ、ＵＳＧ＝（Ｇ×ｘ）／ρＧで定義される。
ここで、図６に示しているように、分配性能向上効果は、ＵＳＧ≧α×Ｌ×（ｇ×Ｄ）０．５／（４０．６×Ｄ）−０．２２α×（ｇ×Ｄ）０．５を満たすことで効果を急激に増加させる。そして、ＵＳＧ≧３．１／（ρＧ０．５）×［σ×ｇ×（ρＬ−ρＧ）］０．２５を満たすことで特にその効果を顕著としてなお良い。
【００２６】
たとえば、空気調和装置に第２ヘッダー１０を搭載する場合には、第２ヘッダー集合管１１の流通空間へ流入する冷媒流速の変動範囲の最大値は、第２ヘッダー集合管１１が暖房定格運転時にて、第２ヘッダー集合管１１の流通空間を気液二相冷媒が上昇流となって流れる。
【００２７】
また、第２ヘッダー１０に流入した第２ヘッダー集合管１１の冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるときに、第２ヘッダー集合管１１への枝管１２の突き出しによる分配性能の改善および熱交換器の性能の改善効果が特に大きくなって良い。
【００２８】
図７は、本発明の実施の形態１に係る枝管１２の先端部の位置と熱交換器の性能との関係を示す図である。図７は、発明者らの実験結果の一例を示したものである。
なおここでの、枝管１２の先端部の位置は、図３、図４、図５に示すように、第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義し、第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義したときのものである。
【００２９】
乾き度ｘ＝０．３０の場合には、枝管１２の先端部が±７５％よりも外であると、熱交換器の性能が急激に低下する。
一方、乾き度ｘ＝０．０５の場合には、乾き度ｘ＝０．３０よりも乾き度ｘが小さいため、液相が厚い。このため、枝管１２の先端部が±５０％よりも外の領域で熱交換器の性能が急激に低下する。しかし、枝管１２の先端部が±５０％以内の領域では、熱交換器の性能の低下が小さい領域となる。
【００３０】
このため、液相の厚い乾き度ｘ＝０．０５の場合を想定し、枝管１２の先端部は、±５０％以内の位置に収めるようにすることにより、分配性能の改善効果を得ることができる。
なお、枝管１２の先端部を±５０％以内の位置に収めることにより、液冷媒を第２ヘッダー１０の上部に多く分配させることができる。しかし、枝管１２の先端部を第２ヘッダー集合管１１の内径中心、すなわち０％の位置に配置すると、より幅広い冷媒流量範囲において液冷媒を第２ヘッダー集合管１１の上部に流すことができてより良い。
【００３１】
また、ここまでの説明では、枝管１２の水平方向に延びる中心軸と第２ヘッダー集合管１１の鉛直方向に延びる中心軸とが交差する場合について言及している。しかし、たとえば、枝管１２の水平方向に延びる中心軸が第２ヘッダー集合管１１の鉛直方向に延びる中心軸からずれていてもよい。
【００３２】
図８は、本発明の実施の形態１に係る枝管１２の先端部の第２ヘッダー集合管１１内での位置の他の例を示す図である。図９は、本発明の実施の形態１に係る枝管１２の先端部の第２ヘッダー集合管１１内での位置の他の例を示す図である。
ここでは、第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義する。第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義する。複数の枝管１２の水平面での差し込み方向をＸ方向と定義する。複数の枝管１２の水平面でのＸ方向に直交する幅方向をＹ方向と定義する。
【００３３】
図８に示すように、枝管１２の中心軸をＹ方向にずらす場合には、分配改善効果を最も大きく得られるのは、枝管１２の先端部がＸ方向にて０％に位置し、枝管１２の中心軸がＹ方向にて０％に位置するときである。
しかし、枝管１２の中心軸がＹ方向にて±５０％以内の領域に収められていれば、環状流またはチャーン流の流動様式の特性を利用した分配性能の改善効果が得られる。
【００３４】
また、図９に示すように、枝管１２の中心軸がＹ方向にて±５０％以内の領域に収められており、同時に枝管１２の先端部が±５０％以内の領域に収められている場合には、枝管１２の一部が第２ヘッダー集合管１１の内壁に接触する様に接続することで、突出長さを容易に管理することができて良い。
【００３５】
ここで、枝管１２の中心軸がＹ方向にて±２５％以内の領域に収められており、同時に枝管１２の先端部が±２５％以内の領域に収められている場合には、冷媒の乾き度の低い条件でも安定して分配性能の改善効果が得られる。
【００３６】
また、複数の枝管１２は、全て第２ヘッダー集合管１１内に同じ差し込み量であることが好ましい。しかし、各枝管１２の先端部または枝管１２の中心軸がそれぞれ±５０％以内の領域に収められていれば、同じでなくても良い。
【００３７】
また、枝管１２は、第２ヘッダー１０の部品として説明している。しかし、たとえば、熱交換器の円管形状の伝熱管を延伸させて伝熱管の一部で構成されても良い。
また、枝管１２は、伝熱管の一部で代用されている場合もあるため、内面に溝などの伝熱促進形状が加工されていても良い。
【００３８】
なお、第２ヘッダー１０を流れる冷媒種を特に限定するものではない。しかし、冷媒ガス密度の大きいＲ３２、Ｒ４１０ＡまたはＣＯ２のうちいずれかの冷媒を用いると、本来、第２ヘッダー１０の上部に液冷媒が流れ難い特性を有しているため、熱交換器の性能の改善効果が大きくて良い。
また、Ｒ１２３４ｙｆまたはＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）などのオレフィン系冷媒、Ｒ３２などのＨＦＣ冷媒、プロパンまたはイソブタンなどの炭化水素冷媒、ＣＯ２、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）などのうちから２種類以上混合した沸点差の異なる混合冷媒を用いると、分配性能の改善による熱交換器の性能の改善効果が大きくて良い。
【００３９】
また、図１には、第２ヘッダー集合管１１の流入部の助走距離Ｌ［ｍ］を示している。助走距離Ｌ［ｍ］は、第２ヘッダー集合管１１の流入部の位置と、流入部の位置から最も近い枝管１２の中心軸の位置と、に至る距離で定義する。
本発明は、第２ヘッダー集合管１１を流れる気液二相状態の冷媒の流動様式に依存する。このため、気液二相状態の冷媒の流れが十分に発達した状態であると、より良い。気液二相状態の冷媒が発達するのに必要な助走距離は、第２ヘッダー集合管１１の内径をＤ［ｍ］とした場合に、発明者らの実験によると、助走距離Ｌは、Ｌ≧５Ｄを満たすように確保されていれば分配性能の改善効果が得られる。また、助走距離Ｌは、Ｌ≧１０Ｄを満たすように確保されていると、より効果が向上する。
【００４０】
図１０は、本発明の実施の形態１に係る第２ヘッダー集合管１１の下部の助走部における環状流が発達する様子を示す模式図である。
気液二相状態の冷媒は、第２ヘッダー集合管１１の下部から垂直上昇流として流入する。液相は、流入部では厚いが、流れの発達に伴い、液滴が発生し始めることで次第に薄くなる。環状流が十分に発達した距離Ｌｉ以上の上方部分では、液相の厚みが一定となる。
【００４１】
図１１は、本発明の実施の形態１に係る第２ヘッダー１０の一例を示す概略図である。
複数の枝管１２のうち隣接する枝管１２の間のピッチ長さをＬｐ、第２ヘッダー集合管１１の上部の淀み領域長さをＬｔと定義したとき、Ｌｔ≧２×Ｌｐである。
この場合には、気液二相状態の冷媒は、第２ヘッダー集合管１１の上部で衝突する影響が軽減され、流動様式が安定することにより、分配性能の改善効果が大きくなって良い。
【００４２】
以上、これまでは枝管１２は、第２ヘッダー集合管１１の側方から延出しているものに関して説明した。しかし、これに限られない。
図１２は、本発明の実施の形態１に係る第２ヘッダー１０の他の例を示す概略図である。
図１２に示すように、複数の枝管１２のうち最も上方の枝管１２は、第２ヘッダー集合管１１の上端に上側から接続されていても良い。
この場合には、第２ヘッダー集合管１１の上部で冷媒が衝突することによる動圧の変動が小さくなり、第２ヘッダー集合管１１の流通空間に流れる冷媒の流動様式が安定し、熱交換器の効率が高くなって良い。
【００４３】
図１３は、本発明の実施の形態１に係る第２ヘッダー１０の他の例を示す概略図である。
図１３では、第２ヘッダー集合管１１に接続される枝管１２に関して説明されている。図１３に示すように、第２ヘッダー集合管１１の下部に位置する枝管１２の少なくとも１つが、枝管１２の流入部と流出部との高さが異なる様に歪曲され、ヘッド差が発生するように接続されている。
第２ヘッダー集合管１１の下部にて、ヘッド差が発生するように枝管１２を接続することにより、第２ヘッダー集合管１１の下部に液冷媒がヘッド差の影響で流れ難くなり、液冷媒を第２ヘッダー集合管１１の上部に多く分配することができ、より良い。
【００４４】
図１４は、本発明の実施の形態１に係る第２ヘッダー１０の他の例を示す概略図である。
図１４では、枝管として二股管１３を用いた場合を示している。二股管１３は、第２ヘッダー集合管１１からの流入口に対して、流出口の数を２つに多くしている。
枝管として二股管１３を用いることにより、枝管を第２ヘッダー集合管１１に突出することが原因で発生する動圧の変動を抑制できる。そのため、流動様式の変化が抑制でき、熱交換器の効率が高くなって良い。
なお、ここでは流入口が１つに対して流出口が２つの二股管１３に関して説明した。しかし、これに限定するものではない。枝管は、流入口に対して流出口の数が多くなっていれば良い。
【００４５】
また、図１４では、枝管が全て二股管１３で構成されている形態を示している。しかし、一部のみ二股管１３を用いても良い。
図１５は、本発明の実施の形態１に係る第２ヘッダー１０の他の例を示す概略図である。
図１５では、一部に二股管１３を用い、他は通常の流入口と流出口とが１つずつの枝管１２を用いている。一部に二股管１３を用いる場合には、第２ヘッダー集合管１１を流れる冷媒流量が大きく、第２ヘッダー集合管１１の下部に近い程、枝管の突出しによる動圧低下を効率的に抑制できて良い。
【００４６】
実施の形態１によれば、第２ヘッダー１０は、複数の枝管１２を有している。第２ヘッダー１０は、複数の枝管１２に連通すると共に、気液二相状態の冷媒が上向きに流れて複数の枝管１２に流出させる流通空間が形成される第２ヘッダー集合管１１を有している。第２ヘッダー１０は、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の流動様式が環状流またはチャーン流であるとき、第２ヘッダー集合管１１に差し込まれた枝管１２の先端部が液相の厚さδ［ｍ］を貫きガス相に至るように接続されて構成されている。ここで、液相の厚さδ［ｍ］は、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、前記ヘッダー集合管の内径Ｄ［ｍ］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］、前記ヘッダー集合管の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］としたとき、δ＝Ｇ×（１−ｘ）×Ｄ／（４ρＬ×ＵＬＳ）で定義される。また、基準液見かけ速度ＵＬＳ［ｍ／ｓ］は、Ｇ（１−ｘ）／ρＬで定義される。
この構成によれば、気液二相状態の冷媒が上向きに流れる第２ヘッダー集合管１１では、環状流またはチャーン流となる。この環状流またはチャーン流では、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心付近に多く分布し、液冷媒が環状部付近に多く分布する。このため、第２ヘッダー集合管１１に差し込まれた枝管１２の先端部が液相の厚さδを貫きガス相に至るように接続されていることで、第２ヘッダー集合管１１の下部でガス冷媒が選択的に多く分配され、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れ易くなる。したがって、第２ヘッダー１０の分配性能が改善でき、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。このように、第２ヘッダー１０の構造の簡易化により低コスト化を図りつつ、幅広い運転範囲において第２ヘッダー集合管１１から複数の枝管１２への冷媒の分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
すなわち、第２ヘッダー集合管１１に上向きに流れる気液二相状態の冷媒の流動様式が環状流またはチャーン流にできる。このため、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心部に偏流すると共に、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の環状部に偏流する。よって、ガス冷媒が第２ヘッダー１０の上部よりも下部から枝管１２に選択的に多く流れる分配にできる。そのため、第２ヘッダー１０の下部から上部にかけて、液冷媒の分配量が増加していく分配比となり、冷媒がトップフローファンの風量分布に沿って分配できる。これによって、室外熱交換器の性能が向上できる。また、冷媒流量は第２ヘッダー１０の取り付けられる室外熱交換器の運転条件あるいは負荷によって大きく変わる。これに対して、冷媒の乾き度は室外熱交換器の冷媒流れの上流側に取り付けられた絞り装置の開度によって調整できる。これにより、幅広い運転条件でトップフローファンに適した冷媒の分配性能が改善できる。したがって、幅広い運転範囲でエネルギー効率が向上できる。なお、この効果は、トップフローファンを搭載した室外熱交換器の場合に特に高い効果が得られる。しかし、サイドフローファンを搭載した室外熱交換器の場合においても、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れ難い課題が同様にあり、第２ヘッダー１０によって液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上側に流れ易くできるため、分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００４７】
実施の形態１によれば、第２ヘッダー１０では、第２ヘッダー集合管１１の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、冷媒ボイド率α、助走距離Ｌ［ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、第２ヘッダー集合管１１の内径Ｄ［ｍ］としたとき、ＵＧＳ≧α×Ｌ×（ｇ×Ｄ）０.５／(４０．６×Ｄ)−０.２２α×(ｇ×Ｄ)０.５を満たしている。ここで、冷媒ボイド率αは、冷媒の乾き度ｘ、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ｘ／［ｘ＋（ρＧ／ρＬ）×（１−ｘ）］で定義される。
この構成によれば、気液二相状態の冷媒が上向きに流れる第２ヘッダー集合管１１では、環状流またはチャーン流となる。この環状流またはチャーン流では、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心付近に多く分布し、液冷媒が環状部付近に多く分布する。このため、ＵＧＳ≧α×Ｌ×（ｇ×Ｄ）０.５／(４０．６×Ｄ)−０.２２α×(ｇ×Ｄ)０.５を満たしていることで、第２ヘッダー集合管１１の下部でガス冷媒が選択的に多く分配され、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れ易くなる。したがって、第２ヘッダー１０の分配性能が改善でき、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。このように、第２ヘッダー１０の構造の簡易化により低コスト化を図りつつ、幅広い運転範囲において第２ヘッダー集合管１１から複数の枝管１２への冷媒の分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００４８】
実施の形態１によれば、第２ヘッダー１０では、第２ヘッダー集合管１１の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］、冷媒表面張力σ［Ｎ／ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ＵＧＳ≧３.１／（ρＧ０.５）×［σ×ｇ×（ρＬ−ρＧ）］０.２５を満たしている。
この構成によれば、気液二相状態の冷媒が上向きに流れる第２ヘッダー集合管１１では、環状流またはチャーン流となる。この環状流またはチャーン流では、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心付近に多く分布し、液冷媒が環状部付近に多く分布する。このため、ＵＧＳ≧３.１／（ρＧ０.５）×［σ×ｇ×（ρＬ−ρＧ）］０.２５を満たしていることで、第２ヘッダー集合管１１の下部でガス冷媒が選択的により多く分配され、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部により流れ易くなる。したがって、第２ヘッダー１０の分配性能が改善でき、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。このように、第２ヘッダー１０の構造の簡易化により低コスト化を図りつつ、幅広い運転範囲において第２ヘッダー集合管１１から複数の枝管１２への冷媒の分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００４９】
実施の形態１によれば、第２ヘッダー１０は、複数の枝管１２を有している。第２ヘッダー１０は、複数の枝管１２に連通すると共に、気液二相状態の冷媒が上向きに流れて複数の枝管１２に流出させる流通空間が形成される第２ヘッダー集合管１１を有している。第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義する。第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義する。このときに、第２ヘッダー集合管１１に差し込まれた枝管１２の先端部が±５０％以内の領域に収められている。第２ヘッダー集合管１１の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、冷媒ボイド率α、助走距離Ｌ［ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、第２ヘッダー集合管１１の内径Ｄ［ｍ］としたとき、ＵＧＳ≧α×Ｌ×（ｇ×Ｄ）０.５／(４０．６×Ｄ)−０.２２α×(ｇ×Ｄ)０.５を満たしている。ここで、冷媒ボイド率αは、冷媒の乾き度ｘ、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ｘ／［ｘ＋（ρＧ／ρＬ）×（１−ｘ）］で定義される。
この構成によれば、気液二相状態の冷媒が上向きに流れる第２ヘッダー集合管１１では、環状流またはチャーン流となる。この環状流またはチャーン流では、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心付近に多く分布し、液冷媒が環状部付近に多く分布する。このため、枝管１２の先端部が±５０％以内の領域に収められるように接続し、ＵＧＳ≧α×Ｌ×（ｇ×Ｄ）０.５／(４０．６×Ｄ)−０.２２α×(ｇ×Ｄ)０.５を満たしていることで、第２ヘッダー集合管１１の下部でガス冷媒が選択的に多く分配され、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れ易くなる。したがって、第２ヘッダー１０の分配性能が改善でき、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。このように、第２ヘッダー１０の構造の簡易化により低コスト化を図りつつ、幅広い運転範囲において第２ヘッダー集合管１１から複数の枝管１２への冷媒の分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００５０】
実施の形態１によれば、第２ヘッダー集合管１１の流通空間に流入する冷媒のガス見かけ速度の変動範囲の最大値である基準ガス見かけ速度ＵＧＳ［ｍ／ｓ］が、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］、冷媒表面張力σ［Ｎ／ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ＵＧＳ≧３.１／（ρＧ０.５）×［σ×ｇ×（ρＬ−ρＧ）］０.２５を満たしている。
この構成によれば、気液二相状態の冷媒が上向きに流れる第２ヘッダー集合管１１では、環状流またはチャーン流となる。この環状流またはチャーン流では、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心付近に多く分布し、液冷媒が環状部付近に多く分布する。このため、枝管１２の先端部が±５０％以内の領域に収められるように接続し、ＵＧＳ≧３.１／（ρＧ０.５）×［σ×ｇ×（ρＬ−ρＧ）］０.２５を満たしていることで、第２ヘッダー集合管１１の下部でガス冷媒が選択的により多く分配され、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部により流れ易くなる。したがって、第２ヘッダー１０の分配性能が改善でき、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。このように、第２ヘッダー１０の構造の簡易化により低コスト化を図りつつ、幅広い運転範囲において第２ヘッダー集合管１１から複数の枝管１２への冷媒の分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００５１】
実施の形態１によれば、第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義する。第２ヘッダー集合管１１の流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義する。複数の枝管１２の水平面での差し込み方向をＸ方向と定義する。複数の枝管１２の水平面でのＸ方向に直交する幅方向をＹ方向と定義する。このとき、複数の枝管１２の全ての先端部がＸ方向にて±５０％以内の領域に収められている。複数の枝管１２の全ての中心軸がＹ方向にて±５０％以内の領域に収められている。
この構成によれば、環状流またはチャーン流では、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心付近に多く分布し、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の環状部付近に多く分布する。このとき、複数の枝管１２の全ての先端部がＸ方向にて±５０％以内の領域に収められている。複数の枝管１２の全ての中心軸がＹ方向にて±５０％以内の領域に収められている。これにより、第２ヘッダー集合管１１の下部でガス冷媒が選択的に多く分配され、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れ易くなる。したがって、第２ヘッダー１０の分配性能が改善でき、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００５２】
実施の形態１によれば、複数の枝管１２の全ての先端部がＸ方向にて±２５％以内の領域に収められている。複数の枝管１２の全ての中心軸がＹ方向にて±２５％以内の領域に収められている。
この構成によれば、環状流またはチャーン流では、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心付近に多く分布し、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の環状部付近に多く分布する。このとき、複数の枝管１２の全ての先端部がＸ方向にて±２５％以内の領域に収められている。複数の枝管１２の全ての中心軸がＹ方向にて±２５％以内の領域に収められている。これにより、乾き度の低い条件でも安定して分配性能の改善効果が得られ、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００５３】
実施の形態１によれば、複数の枝管１２の全ての先端部がＸ方向にて０％に位置している。複数の枝管１２の全ての中心軸がＹ方向にて０％に位置している。
この構成によれば、特に大きく分配性能の改善効果が得られ、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００５４】
実施の形態１によれば、枝管１２は、熱交換器構成要素の伝熱管の一部を延伸して形成されている。
この構成によれば、複数の枝管１２に伝熱管の一部を使用することにより、枝管１２と伝熱管の接続継ぎ手が不要になり、省スペース化が図れると共に、圧力損失の低下が図れる。
【００５５】
実施の形態１によれば、複数の枝管１２のうち隣接する枝管１２の間のピッチ長さをＬｐ、第２ヘッダー集合管１１の上部の淀み領域長さをＬｔと定義する。このとき、Ｌｔ≧２×Ｌｐである。
この構成によれば、第２ヘッダー集合管１１の上部での気液二相状態の冷媒が衝突する影響が軽減される。これにより、流動様式が安定し、枝管の突出しによる分配性能の改善効果が大きくなり、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００５６】
実施の形態１によれば、複数の枝管１２のうち最も上方の枝管１２は、第２ヘッダー集合管１１の上端に上側から接続されている。
この構成によれば、第２ヘッダー集合管１１の上部での冷媒の衝突による動圧の減少が小さくなる。これにより、流動様式が安定し、分配性能の改善効果が大きくなり、熱交換器の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００５７】
実施の形態１によれば、冷媒として、Ｒ３２、Ｒ４１０ＡまたはＣＯ２を用いる。
この構成によれば、上記冷媒は冷媒ガス密度の大きい冷媒であるため、枝管１２の突出しによる分配性能の改善効果が大きくなる。
【００５８】
実施の形態１によれば、冷媒として、オレフィン系冷媒、ＨＦＣ冷媒、炭化水素冷媒、ＣＯ２またはＤＭＥのうち少なくとも２種類以上を混合した沸点差の異なる混合冷媒を用いる。
この構成によれば、冷媒の分配悪化による濃度分布の差が混合冷媒を用いることで改善できる。よって、分配性能の改善による熱交換器の効率改善の効果が大きくなり、エネルギー効率が向上できる。
【００５９】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２について説明する。ここで、実施の形態１と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
実施の形態２は、第２ヘッダー集合管１１の水平断面が円管形状ではない流路で構成されている。第２ヘッダー集合管１１の水平断面は、非円管形状である。
【００６０】
図１６は、本発明の実施の形態２に係る第２ヘッダー１０の水平断面を示す説明図である。図１７は、本発明の実施の形態２に係る第２ヘッダー１０の水平断面の一例を示す説明図である。
図１６、図１７に示すように、第２ヘッダー集合管１１の水平断面が矩形管形状であり、第２ヘッダー集合管１１の流路が矩形流路である。このような矩形流路においても枝管１２を中心付近まで突出することにより、分配性能が改善できる。
【００６１】
また、図１７に示すように、水平断面が矩形管形状の第２ヘッダー集合管１１は、水平断面が円管形状の第２ヘッダー集合管と比べて枝管１２が差し込まれた両脇に至る幅方向の寸法を小さくすることができる。このため、省スペース性に優れて良い。
また、水平断面が矩形管形状の第２ヘッダー集合管１１では、枝管１２との接合面が直交面となる。これらの金属の接合には一般的にロウ付けが行われる。その際に、接合面が直交面であることにより、ロウ付け性が良く、接合品質が良い。
ここで、第２ヘッダー集合管１１の流路が矩形流路である場合には、その中心位置は、矩形流路の対角線の交点であると定義する。なお、流動様式を判定する際には、矩形流路の流路断面積に相当する等価円の直径を用いるものとする。
【００６２】
図１８は、本発明の実施の形態２に係る第２ヘッダー１０の水平断面の他の例を示す説明図である。
図１８に示すように、第２ヘッダー集合管１１の水平断面が楕円管形状であり、第２ヘッダー集合管１１の流路が楕円流路である。このような楕円流路においても枝管１２を中心付近まで突出すことにより、分配性能が改善できる。
ここで、楕円流路における中心点は、長軸と短軸の中心線の交点と定義する。
第２ヘッダー集合管の流路を楕円流路にすることにより、枝管１２を中心付近まで突出することによる楕円流路の第２ヘッダー集合管１１を流れる冷媒の圧力損失の増大を抑制し、流動様式を安定させることができて良い。
また、楕円流路の長軸に向かって枝管１２を差し込む構造とすることにより、第２ヘッダー集合管の水平断面が円管形状の場合よりも、第２ヘッダー集合管１１と枝管１２のロウ付け面との曲率が小さくなり、ロウ付け性が良くなる。
なお、楕円流路における流動様式を判定する際には、楕円流路断面積に相当する等価円の直径を用いるものとする。
【００６３】
図１９は、本発明の実施の形態２に係る第２ヘッダー１０の水平断面の他の例を示す説明図である。
図１９に示すように、第２ヘッダー集合管１１の水平断面が半円管形状であり、第２ヘッダー集合管１１の流路が半円流路である。このような半円流路においても枝管１２を中心付近まで突出することにより、分配性能が改善できる。
ここで、半円流路における第２ヘッダー集合管１１の中心点は、中心点に対する３つの最接近位置と最遠方位置とを結ぶ直線の交点と定義する。
流動様式を判定する際には、半円流路断面積に相当する等価円の直径を用いるものとする。
半円流路の第２ヘッダー集合管１１では、幅方向の容積増加を抑えつつ、流路断面積を増やすことができ、省スペース性に優れ、低圧損であって良い。また、枝管１２との接合面は平坦な平面を用いることができ、ロウ付け性能に優れて良い。
【００６４】
図２０は、本発明の実施の形態２に係る第２ヘッダー１０の水平断面の他の例を示す説明図である。
図２０に示すように、第２ヘッダー集合管１１の水平断面が三角管形状であり、第２ヘッダー集合管１１の流路が三角流路である。このような三角流路においても枝管１２を中心付近まで突出することにより、分配性能が改善できる。
ここで、三角流路における第２ヘッダー集合管１１の中心点は、３つの最接近する各辺の中点位置と最遠方の角部位置とを結ぶ直線の交点と定義する。
流動様式を判定する際には、三角流路断面積に相当する等価円の直径を用いるものとする。
三角流路の第２ヘッダー集合管１１では、幅方向の容積増加を抑えつつ、流路断面積を増やすことができ、省スペース性に優れ、低圧損であって良い。また、枝管１２との接合面は平坦な平面を用いることができ、ロウ付け性能に優れて良い。
【００６５】
また、上記の矩形流路、楕円流路、半円流路および三角流路の第２ヘッダー集合管１１においては、実施の形態１と同様に枝管１２を第２ヘッダー集合管１１に突出する構造としている。また、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の流動様式が環状流またはチャーン流となるようにする。これにより、分配性能の改善効果が得られる。また、乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０である範囲では、分配性能の改善効果が大きくて良い。
【００６６】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３について説明する。ここで、実施の形態１、２と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１、２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
実施の形態３では、複数の枝管１２は、扁平管形状である。
【００６７】
図２１は、本発明の実施の形態３に係る第２ヘッダー１０を示す斜視図である。図２２は、本発明の実施の形態３に係る第２ヘッダー１０の一例を示す斜視図である。
図２１、図２２に示すように、複数の枝管１２は、扁平管形状である。
このように扁平管形状の枝管１２を用いることにより、分岐部で表面張力の影響が大きくなり、枝管１２内を液冷媒が均一に流れ、熱交換器の効率の改善効果が大きくなって良い。
ここで、この場合の枝管１２の上記で定義したＹ方向の中心軸の位置は、扁平流路の有効流路断面積で円管の等価直径を考え、±５０％以内の領域に位置しているものとする。
また、扁平管形状の枝管１２は、空気熱交換器の一部であっても良い。すなわち、空気熱交換器を構成する扁平伝熱管の一部を延伸して扁平管形状に構成されても良い。
また、扁平管形状の枝管１２は、伝熱管の一部として代用されている場合もあるため、内面に溝などの伝熱促進形状が加工されていても良い。
また、図２２に示すように、枝管１２の内側に仕切り１２ａを有する多孔扁平形状の枝管１２である場合には、強度が高くなって良い。
【００６８】
実施の形態３によれば、複数の枝管１２は、扁平管形状である。
この構成によれば、扁平管形状の枝管１２を用いることにより、分岐部で表面張力の影響が大きくなり、枝管１２内を液冷媒が均一に流れ、熱交換器の効率の改善効果が大きくなる。
また、扁平管形状の枝管１２を直接第２ヘッダー集合管１１に差し込むことにより、部品点数が削減でき、低コスト化が図れる。
【００６９】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４について説明する。ここで、実施の形態１〜３と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜３と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図２３は、本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の室外機１００を示す側面図である。図２４は、本発明の実施の形態４に係る第２ヘッダー１０を室外熱交換器２０に接続した場合を示す側面模式図である。図２５は、本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器２０の図２４のＡ−Ａ断面の一例を示す斜視図である。図２６は、本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器２０の図２４のＡ−Ａ断面の他の例を示す斜視図である。図２７は、本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器２０の図２４のＡ−Ａ断面の他の例を示す斜視図である。
なお、図中の実線矢印は暖房運転時の空気調和装置の室外機１００における冷媒の流れを表しており、破線矢印は空気の流れを表している。
以下の説明において、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。しかし、これは説明のためのものである。これらの用語は、本発明を限定するものではない。また、実施の形態４では、室外機１００を正面視した状態において「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」を使用する。そして、後述する実施の形態についても同様である。
【００７０】
図２３に示す実施の形態４に係る空気調和装置の室外機１００は、図２４に示す室外熱交換器２０を搭載している。空気調和装置の室外機１００は、トップフロー型であり、図示しない室内機との間で冷媒を循環させることにより、冷凍サイクル回路を構成する。なお、室外機１００は、例えばビル用マルチの室外機などに用いられ、ビルの屋上などに設置される。
【００７１】
室外機１００は、箱状に形成されたケーシング１０１を備えている。室外機１００は、ケーシング１０１の側面の開口により形成された吸込口１０２を備えている。室外機１００は、吸込口１０２に沿うようにケーシング１０１内に配置された図２４に示すような室外熱交換器２０を備えている。室外機１００は、ケーシング１０１の上面の開口により形成された吹出口１０３を備えている。室外機１００は、吹出口１０３を覆うように通風可能に設けられたファンガード１０４を備えている。室外機１００は、ファンガード１０４の内部に配置され、吸込口１０２から外気を吸い込み、吹出口１０３から外気を排出する図２４に示すようなトップフロー型のファン３０を備えている。
【００７２】
空気調和機の室外機１００に搭載されている室外熱交換器２０は、ファン３０によって吸込口１０２から吸い込まれた外気と冷媒とを熱交換するものである。図２４に示すように、室外熱交換器２０は、ファン３０の下方に配置されている。室外熱交換器２０は、間隔を空けて並設された複数のフィン２１と、フィン２１の並設方向にこれらフィン２１を貫通し、内部を冷媒が流れる両側に突出するように配列された複数の伝熱管２２と、で構成されている。
複数の伝熱管２２のそれぞれの一方の端部には、第１ヘッダー４０が接続されている。複数の伝熱管２２のそれぞれの他方の端部には、第２ヘッダー１０が接続されている。
第１ヘッダー４０の下部には、流出配管５１が接続されている。第２ヘッダー１０の下部には、流入配管５２が接続されている。
なお、図２４に示すように、実施の形態４では、第２ヘッダー１０の構成要素である複数の枝管は、室外熱交換器２０の構成要素の伝熱管２２の一部を延伸して形成されている。しかし、これに限られず、第２ヘッダー１０の構成要素である複数の枝管は、室外熱交換器２０の構成要素の伝熱管２２とは別体であってもよい。
【００７３】
なお、実施の形態４に係る室外熱交換器２０の伝熱管２２は、図２５に示す断面が扁平形状の扁平管であってもよい。しかし、伝熱管２２は、図２６に示す断面が扁平形状であり、内部に複数の孔が形成されている扁平多孔管としてもよい。また、伝熱管２２は、扁平管に限らず、図２７に示す断面が円形状の円管などでも良く、その形状を限定するものではない。また、これらの伝熱管２２は溝を切ることで伝熱面積の拡大を図る溝付き面としても良く。または、圧力損失の増加を抑制するために平滑面としても良い。
【００７４】
次に、実施の形態４に係る空気調和装置の室外機１００の暖房運転時の冷媒の流れについて、図２４を用いて説明する。
暖房運転時、室外機１００には、気液二相状態の冷媒が流入配管５２を通り、第２ヘッダー１０に流入する。第２ヘッダー１０において冷媒は、第２ヘッダー集合管１１の上部に向けて流れつつ、第２ヘッダー集合管１１と直交する複数の伝熱管２２にそれぞれ分配される。複数の伝熱管２２に分配された冷媒は、室外熱交換器２０において、周囲の空気から熱を受け取り、蒸発し、ガス冷媒またはガスが多く含まれた状態となる。室外熱交換器２０にて熱交換された冷媒は、第１ヘッダー４０に合流し、流出配管５１を通り、流出していく。
ここで、実施の形態１〜３において説明しているように、流入配管５２を流れる冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０であり、第２ヘッダー１０に実施の形態１〜３に記載のヘッダーを用いる。
【００７５】
図２８は、本発明の実施の形態４に係る第２ヘッダー１０および室外熱交換器２０での液冷媒流量と風量分布との関係をまとめて示す図であり、図２８（ａ）は第２ヘッダー１０を示す概略図であり、図２８（ｂ）はパス位置と液冷媒流量との関係を示す図であり、図２８（ｃ）はパス位置と風量分布との関係を示す図である。
図２８に示すように、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に多く流れる分布になり、トップフロー型のファン３０の上部に多くの風量が流れる風量分布に沿った分配ができ、熱交換器の効率が向上できる。
【００７６】
図２９は、本発明の実施の形態４に係る液相の厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）と熱交換器の性能との関係を示す図である。
トップフロー型のファン３０の風量分布に沿った冷媒分配には、液相の厚さが重要なパラメータとなっている。発明者らの実験によると、トップフロー型のファン３０の室外熱交換器２０である場合には、第２ヘッダー１０に流れる最大冷媒流量［ｋｇ／ｈ］をＭＲ、冷媒乾き度をｘ、第２ヘッダー集合管１１の有効流路断面積［ｍ２］をＡと定義するとき、冷媒の液膜厚さ（液相の厚さ）に関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）が、０．００４×１０６≦（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）≦０．１２０×１０６の範囲である。
また、冷媒の液膜厚さ（液相の厚さ）に関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）が０．０１０×１０６≦（ＭＲ×ｘ）／（３１．６）≦０．１２０×１０６の範囲であるとなお良い。この場合、幅広い運転条件範囲で分配性能の改善効果を得ることができ、なお良い。
図２９に示すような範囲の冷媒の液膜厚さ（液相の厚さ）を表すパラメータ（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）を満たすことにより、風量分布に適した冷媒分配特性が得られる。なお、最大冷媒流量は、暖房定格運転時における冷媒流量とし、圧縮機入力や室内機能力、圧縮機の回転数や、室内機の運転台数などによって測定することができる。
【００７７】
図３０は、本発明の実施の形態４に係る冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／３１．６と熱交換器の性能との関係を示す図である。
図３０に示すように、伝熱管２２の伝熱管長さが実質的に同じ場合であるときには、第２ヘッダー集合管１１の内径Ｄ［ｍ］が０．０１０≦Ｄ≦０．０１８の範囲で、０．４２７≦（ＭＲ×ｘ）／３１．６≦５．７００を満たすと良い。これにより、最適な液膜厚さで第２ヘッダー集合管１１に冷媒が流れ、分配性能が改善できる。
【００７８】
図３１は、本発明の実施の形態４に係る冷媒の液膜厚さに関連するパラメータｘ／（３１．６×Ａ）と熱交換器の性能との関係を示す図である。
図３１に示すように、別の冷媒の液膜厚さに関連するパラメータｘ／（３１．６×Ａ）が１．４×１０≦ｘ／（３１．６×Ａ）≦８．７×１０を満足するとよい。この場合には、冷媒流量に依らず、トップフロー型のファン３０の風量分布に最適な冷媒の分配性能が得られる。
【００７９】
図３２は、本発明の実施の形態４に係るガス見かけ速度ＵＳＧ［ｍ／ｓ］と分配性能の改善効果との関係を示す図である。
図３２に示すように、ガス見かけ速度ＵＳＧが、１≦ＵＳＧ≦１０の範囲を満足する場合には、分配悪化による性能低下が１／２以下にできる。
ここで、ガス見かけ速度ＵＳＧ［ｍ／ｓ］は、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］としたときに、ＵＳＧ＝（Ｇ×ｘ）/ρＧで定義される。
またここで、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］は、第２ヘッダー１０に流れる最大流量をＭＲ［ｋｇ／ｈ］、第２ヘッダー集合管１１の有効流路断面積Ａ［ｍ２］としたときに、Ｇ＝ＭＲ／（３６００×Ａ）で定義される。
【００８０】
また、実施の形態４では、流出配管５１は、第１ヘッダー４０の下部に接続されている。しかし、これに限られない。
図３３は、本発明の実施の形態４に係る第２ヘッダー１０を室外熱交換器２０に接続した場合の一例を示す側面模式図である。
図３３に示すように、流出配管５１は、第１ヘッダー４０の上部に接続されても良い。この場合には、液冷媒が第２ヘッダー１０の上部に流れ易くなって良い。
【００８１】
図３４は、本発明の実施の形態４に係る第２ヘッダー１０と流入配管５２との接続関係の一例を示す模式図である。
図３４に示すように、流入配管５２は、第２ヘッダー１０の下部に接続されている。このとき、流動様式の発達を考慮すると、十分に発達した流れである程、環状流における液膜厚さが薄くなり、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れ易くなる。一般的には、液膜が十分に発達するまでに１００Ｄが必要だとされている。しかし、本発明者らの実験結果によると、流入配管５２の最下端部から最も下側に配置された枝管１２の中心位置までの長さＬ１は、第２ヘッダー集合管１１の内径をＤ［ｍ］とする場合に、Ｌ１≧５Ｄであれば良い。これによると、分配性能の改善効果が十分に発達した場合とほとんど変わらない。
【００８２】
なお、ここでの説明では、流入配管５２は、図３４に示すように第２ヘッダー１０に対して、９０度に曲げられて接続されている。しかし、あくまでも一例を説明しただけである。
図３５は、本発明の実施の形態４に係る第２ヘッダー１０と流入配管５２との接続関係の他の例を示す模式図である。
流入配管５２の形態あるいは向き、取り付け角度は、たとえば、図３５に示すように、流入配管５２は、傾斜するように取り付けられていても良い。
この場合には、第２ヘッダー１０の助走部と流入配管５２の直接部とをＬ２とし、流入配管５２の傾斜部をＬ３とした場合には、（Ｌ２＋Ｌ３）≧６Ｄであると、流動様式が発達して良い。
【００８３】
実施の形態４によれば、冷媒流量［ｋｇ／ｈ］をＭＲ、暖房定格運転時での前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度をｘ、前記ヘッダー集合管の有効流路断面積［ｍ２］をＡと定義したとき、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）が、０．００４×１０６≦（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）≦０．１２０×１０６の範囲である。
この構成によれば、トップフロー型のファン３０の近くの風量の多い伝熱管２２に液冷媒が多く分配でき、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００８４】
実施の形態４によれば、冷媒流量［ｋｇ／ｈ］をＭＲ、暖房定格運転時での前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度をｘ、第２ヘッダー集合管１１の有効流路断面積［ｍ２］をＡと定義したとき、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）が、０．０１０×１０６≦（ＭＲ×ｘ）／（３１．６×Ａ）≦０．１２０×１０６の範囲である。
この構成によれば、トップフロー型のファン３０の近くの風量の多い伝熱管２２に液冷媒がより多く分配でき、室外熱交換器２０の効率がより改善でき、エネルギー効率がより向上できる。
【００８５】
実施の形態４によれば、冷媒流量［ｋｇ／ｈ］をＭＲ、暖房定格運転時での第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の乾き度をｘと定義したとき、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、第２ヘッダー集合管１１の内径Ｄ［ｍ］が０．０１０≦Ｄ≦０．０１８であり、冷媒の液膜厚さに関連するパラメータ（ＭＲ×ｘ）／３１．６が、０．４２７≦（ＭＲ×ｘ）／３１．６≦５．７００の範囲である。
この構成によれば、トップフロー型のファン３０の風量分布に最適に冷媒分配が得られ、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００８６】
実施の形態４によれば、暖房定格運転時での第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の乾き度をｘ、第２ヘッダー集合管１１の有効流路断面積［ｍ２］をＡと定義したとき、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、第２ヘッダー集合管１１の内径Ｄ［ｍ］が０．０１０≦Ｄ≦０．０１８であり、冷媒の液膜厚さに関連するパラメータｘ／（３１．６×Ａ）が、１．４×１０≦ｘ／（３１．６×Ａ）≦８．７×１０の範囲である。
この構成によれば、トップフロー型のファン３０の風量分布に最適に冷媒分配が得られ、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００８７】
実施の形態４によれば、暖房定格運転時での第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の乾き度をｘと定義したとき、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の条件であり、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒のガス見かけ速度ＵＳＧ［ｍ／ｓ］が、１≦ＵＳＧ≦１０の範囲である。
ここで、ガス見かけ速度ＵＳＧ［ｍ／ｓ］は、第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、冷媒ガス密度ρＧ［ｋｇ／ｍ３］としたとき、ＵＳＧ＝（Ｇ×ｘ）／ρＧで定義される。また、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］は、暖房定格運転時での第２ヘッダー集合管１１に流入する冷媒流量ＭＲ［ｋｇ／ｈ］、第２ヘッダー集合管１１の有効流路断面積Ａ［ｍ２］としたとき、Ｇ＝ＭＲ／（３６００×Ａ）で定義される。
この構成によれば、トップフロー型のファン３０の風量分布に最適に冷媒分配が得られ、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００８８】
実施の形態４によれば、室外熱交換器２０は、両側に突出するように配列された複数の伝熱管２２を備えている。室外熱交換器２０は、複数の伝熱管２２のそれぞれの一方の端部に接続された第１ヘッダー４０を備えている。室外熱交換器２０は、複数の伝熱管２２のそれぞれの他方の端部に接続された第２ヘッダー１０を備えている。室外熱交換器２０は、複数の伝熱管２２のそれぞれに接合された複数のフィン２１を備えている。室外熱交換器２０は、冷媒が循環する冷凍サイクル回路の一部を構成する。第２ヘッダー１０は、実施の形態１〜４に記載のヘッダーである。第２ヘッダー１０の第２ヘッダー集合管１１は、複数の伝熱管２２にそれぞれ接続される複数の枝管１２に連通されると共に、室外熱交換器が蒸発器として機能する場合に、気液二相状態の冷媒が上向きに流れて複数の枝管１２に流出させる流通空間が形成されている。
この構成によれば、第２ヘッダー１０の第２ヘッダー集合管１１では、気液二相状態の冷媒が上向きに流れ、環状流またはチャーン流となる。これにより、環状流またはチャーン流では、ガス冷媒が第２ヘッダー集合管１１の中心付近に多く分布し、液冷媒が環状部付近に多く分布する。このため、第２ヘッダー集合管１１の下部でガス冷媒が選択的に多く分配され、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れ易くなる。よって、第２ヘッダー１０では、冷媒の分配性能が改善し、室外熱交換器２０の効率が改善し、エネルギー効率が向上できる。このように、第２ヘッダー１０の構造の簡易化により低コスト化を図りつつ、幅広い運転範囲において第２ヘッダー集合管１１から複数の枝管１２への冷媒の分配性能が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【００８９】
実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５について説明する。ここで、実施の形態１〜４と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜４と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
実施の形態５では、第２ヘッダー１０の複数の枝管１２のそれぞれには、熱交換器構成要素の扁平形状の伝熱管２２に接続される扁平管形状から第２ヘッダー集合管１１に差し込まれた枝管１２の先端部を円管形状に変換する管形状変換ジョイント２３が設けられている。
【００９０】
図３６は、本発明の実施の形態５に係る室外熱交換器２０を示す側面概略図である。図３７は、本発明の実施の形態５に係る第２ヘッダー１０および伝熱管２２を示す上面図である。
実施の形態５では、第２ヘッダー１０に接続される円管形状の枝管１２と室外熱交換器２０の扁平管形状の伝熱管２２とを管形状を変形させて接続させる管形状変換ジョイント２３が取り付けられている。また、第１ヘッダー４０に接続される円管形状の枝管４２と室外熱交換器２０の扁平管形状の伝熱管２２とを管形状を変形させて接続させる管形状変換ジョイント２４が取り付けられている。
管形状変換ジョイント２３、２４は、第２ヘッダー１０または第１ヘッダー４０に挿入する枝管１２、４２の形状を扁平管形状の伝熱管２２から円管形状に変換する。
【００９１】
第２ヘッダー１０または第１ヘッダー４０に挿入する枝管１２、４２の形状を扁平管形状のものから円管形状にすることにより、第２ヘッダー１０および第１ヘッダー４０の有効流路断面積が大きくでき、それによって枝管１２、４２の突出部による圧力損失の増加が抑制でき、室外熱交換器２０の性能の低下が抑制できる。特に、枝管１２を第２ヘッダー集合管１１内に中心付近まで突出させた第２ヘッダー１０においてより効果が顕著となる。
また、第２ヘッダー集合管１１において枝管１２の突出部の冷媒流れへの影響が小さくでき、流動様式が安定し易く、枝管１２の突出による分配性能の改善効果が大きくなる。
また、管形状変換ジョイント２３、２４を用いることにより、第２ヘッダー１０および第１ヘッダー４０の水平断面での径が小さくでき、省スペースな分配器が提供できる。
【００９２】
ここで、図３６では、第２ヘッダー１０および第１ヘッダー４０のいずれにも管形状変換ジョイント２３、２４を用いる構造となっている。しかし、第２ヘッダー１０の複数の枝管１２の一部に管形状変換ジョイント２３を接続するだけでも良い。
その場合には、冷媒流量が相対的に大きいヘッダー流入口に近い枝管１２に管形状変換ジョイント２３を接続すると、圧損の低減効果が大きくなり、効果的である。
また、管形状変換ジョイントは、扁平管形状の伝熱管２２を円管形状に変換するものに限らず、たとえば、伝熱管２２が円管の場合、枝管１２が伝熱管２２よりも細径管になるような変換ジョイントであっても良い。これにより、第２ヘッダー集合管１１の有効流路断面積が仮に伝熱管２２を第２ヘッダー集合管１１に突出した場合よりも、大きくなるような枝管１２に変換するものであれば良い。
【００９３】
実施の形態５によれば、枝管１２には、熱交換器構成要素の扁平管形状の伝熱管２２に接続される扁平管形状から第２ヘッダー集合管１１に差し込まれた枝管１２の先端部を円管形状に変換する管形状変換ジョイント２３が設けられている。
この構成によれば、差し込みによる第２ヘッダー集合管１１の有効流路断面積の縮小が抑制でき、流動様式の乱れが抑制でき、分配性能の改善効果が大きくなり、室外熱交換器２０の効率が改善し、エネルギー効率が向上できる。
【００９４】
実施の形態６．
以下、本発明の実施の形態6について説明する。ここで、実施の形態１〜５と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜５と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
実施の形態６では、第２ヘッダー１０ａ、１０ｂは、暖房運転時の室外熱交換器２０への冷媒流れの上流側にて、高さ方向で少なくとも２つに分割されて接続されている。
【００９５】
図３８は、本発明の実施の形態６に係る室外熱交換器２０を示す側面概略図である。
図３８に示すように、第１流入配管５２ａから気液二相状態の冷媒が流入する第２ヘッダー１０ａと、第２流入配管５２ｂから気液二相状態の冷媒が流入する第２ヘッダー１０ｂと、を室外熱交換器２０の高さ方向に分割して有するものである。
室外熱交換器２０の高さ方向に第２ヘッダー１０ａ、１０ｂを分割することにより、ヘッド差の影響が小さくでき、液冷媒がトップフロー型のファン３０を用いて風量の多い室外熱交換器２０の上部に多く分配できる。このため、第２ヘッダーを分割しない場合よりも室外熱交換器２０の性能の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
なお、実施の形態６では、第２ヘッダーを２分割した場合に関して説明している。しかし、第２ヘッダーの分割数および分割する際の各ヘッダーの枝管の本数の内訳を限定するものではない。
【００９６】
実施の形態６によれば、第２ヘッダー１０ａ、１０ｂは、暖房運転時の室外熱交換器２０への冷媒流れの上流側にて、高さ方向で少なくとも２つに分割されて接続されている。
この構成によれば、第２ヘッダー１０ａ、１０ｂにおけるヘッド差の影響が軽減でき、分配性能の改善効果が高まる。
【００９７】
実施の形態７．
以下、本発明の実施の形態７について説明する。ここで、実施の形態１〜６と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜６と同じ部分または相当する部分については同じ符号を付す。
実施の形態７では、上記実施の形態で記載した第２ヘッダー１０を用いた室外熱交換器２０を圧縮機６１、絞り装置６２および室内熱交換器６３と冷媒配管で接続して冷凍サイクル回路を構成し、暖房運転が可能な空気調和装置２００を構成したものである。
【００９８】
図３９は、本発明の実施の形態７に係る空気調和装置２００の構成を示す図である。
図３９に示す空気調和装置２００は、第２ヘッダー１０および室外熱交換器２０を備えている室外機１００を室内機２０１に接続している。
室外熱交換器２０の流入配管５２の上流側に、膨張弁などの絞り装置６２が配置されている。絞り装置６２と室内機２０１とは、接続配管６４で配管接続されている。室内機２０１と圧縮機６１とは、接続配管６５で配管接続されている。圧縮機６１には、室外熱交換器２０からの冷媒が流出配管５１と通じて流入する。
【００９９】
また、暖房定格運転時にて、圧縮機６１または絞り装置６２を、第２ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御する構成の制御装置７０が設けられている。
制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポートなどを備えたマイコンを有している。
制御装置７０には、無線あるいは有線の制御信号線を介して各種センサが検出値を受信可能に接続されている。また、制御装置７０には、無線あるいは有線の制御信号線を介して圧縮機６１の回転速度または絞り装置６２の開度を制御可能に接続されている。
【０１００】
ここで、室内機２０１は、その種類あるいは形状を限定するものではない。しかし、室内機２０１は、一般的に室内熱交換器６３と、図示しないファンと、膨張弁などの絞り装置６２と、で構成されている。室内機２０１では、室内熱交換器６３の両側に室内機用ヘッダーが接続されて室内熱交換器６３の伝熱管に冷媒が流通するようになっている。
【０１０１】
次に、実施の形態７に係る空気調和装置２００の暖房運転時の冷媒の流れについて、図３９を用いて説明する。
図中の実線矢印は暖房運転時の冷媒の流れを表している。圧縮機６１によって圧縮されて高温高圧になったガス冷媒は、接続配管６５を通り、室内機２０１に流入する。室内機２０１に流入した冷媒は、ヘッダーに流入し、室内熱交換器６３の複数の伝熱管に分配され、室内熱交換器６３に流入する。冷媒は、室内熱交換器６３にて周囲の空気に放熱し、液単相または気液二相状態でヘッダーに流れて合流する。ヘッダーで合流した冷媒は、接続配管６４を通り、絞り装置６２に流れて行く。絞り装置６２で冷媒は、低温低圧の気液二相状態または液単相状態となり、流入配管５２を通過し、第２ヘッダー１０に流入する。
気液二相状態の冷媒は、第２ヘッダー１０の下部に流入し、第２ヘッダー集合管１１の上部に向けて流通しつつ、複数の伝熱管２２に分配されていく。分配された冷媒は、伝熱管２２の外を流れる空気から熱を受け取り、それに伴い液相が気相に状態変化し、第１ヘッダー４０に流出する。第１ヘッダー４０では、冷媒が各伝熱管２２から合流し、第１ヘッダー４０の下部から流出し、再び圧縮機６１に流入する。
【０１０２】
ここで、圧縮機６１の周波数は室内機２０１で要求される室内熱交換器６３の能力に応じて変化する。
なお、図３９では、室外機１００一台に対して室内機２０１が一台の場合について記載している。しかし、室内機２０１および室外機１００の接続台数を限定するものではない。
また、室内機２０１の室内熱交換器６３の伝熱管の両端にはヘッダー型の分配が接続されている場合を示している。しかし、分配器の種類を限定するものではなく、たとえば、ディストリビュータ型（衝突型）の分配器などが室内熱交換器６３の伝熱管に接続されていても良い。
また、絞り装置６２の開度は、暖房定格運転時にて、第２ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０になるように制御される。制御の方法としては、圧縮機６１の回転速度に応じた最適な絞り装置６２の開度のテーブルを記録しておくなどとして制御する。このような制御を行うことで、幅広い運転条件において第２ヘッダー１０での枝管１２の突出しによる分配性能の改善効果が得られる。
【０１０３】
実施の形態７によれば、空気調和装置２００は、圧縮機６１と、室内熱交換器６３と、絞り装置６２と、室外熱交換器２０と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成されている。室外熱交換器２０は、実施の形態１〜６に記載の熱交換器である。空気調和装置２００は、暖房定格運転時にて、圧縮機６１または絞り装置６２を、第２ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御する構成の制御装置７０を有している。
この構成によれば、幅広い運転条件範囲において、第２ヘッダー１０の分配性能の改善効果が安定して得られ、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【０１０４】
実施の形態８．
図４０は、本発明の実施の形態８に係る空気調和装置２００の構成を示す図である。ここで、実施の形態７と重複するものについては説明を省略し、実施の形態７と同じ部分または相当する部分については同じ符号を付す。
実施の形態８では、実施の形態７に記載の空気調和装置２００において、接続配管６４に室内機出口の温度を検出する第１温度センサ６６を有している。また、空気調和装置２００は、室内熱交換器６３に室内熱交換器６３の伝熱管を流通する冷媒の温度を検出する第２温度センサ６７を有している。
【０１０５】
そして、制御装置７０は、暖房運転時、第２温度センサ６７で冷媒の凝縮飽和温度Ｔｃを測定し、室内機出口の第１温度センサ６６で冷媒の凝縮器出口温度ＴＲｏｕｔを測定する。これにより、制御装置７０は、凝縮器出口のＳ.Ｃ.（＝Ｔｃ−ＴＲｏｕｔ、出口温度差ともいう）を検知し、第２ヘッダー１０に流入する乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０となるように制御する。
なお、この時のＳ.Ｃ.の制御は、絞り装置６２の開度の調整によって行い、たとえば圧縮機６１の周波数、Ｓ.Ｃ.、乾き度の関係をあらかじめ調べておくことで、調整することができる。このような制御を行うことにより、幅広い運転条件において、第２ヘッダー１０の枝管１２の突出しによる分配性能の改善効果が得られる。
【０１０６】
実施の形態８によれば、空気調和装置２００は、圧縮機６１と、室内熱交換器６３と、絞り装置６２と、室外熱交換器２０と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成されている。室外熱交換器２０は、実施の形態１〜６に記載の熱交換器である。空気調和装置２００は、暖房運転時に室内熱交換器６３の下流側に取り付けられた第１温度センサ６６を有している。空気調和装置２００は、室内熱交換器に取り付けられた第２温度センサ６７を有している。空気調和装置２００は、暖房運転時に第１温度センサ６６の検出温度（凝縮器出口温度ＴＲｏｕｔ）と第２温度センサ６７の検出温度（凝縮飽和温度Ｔｃ）とに基づいて室内熱交換器６３の出口温度差Ｓ.Ｃ.（＝Ｔｃ−ＴＲｏｕｔ）を求め、暖房定格運転時にて、圧縮機６１または絞り装置６２を、第２ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御する構成の制御装置７０を有している。
この構成によれば、幅広い運転条件範囲において、第２ヘッダー１０の分配性能の改善効果が安定して得られ、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【０１０７】
実施の形態９．
図４１は、本発明の実施の形態９に係る空気調和装置２００の構成を示す図である。ここで、実施の形態７、８と重複するものについては説明を省略し、実施の形態７、８と同じ部分または相当する部分については同じ符号を付す。
実施の形態９では、実施の形態７、８に記載の空気調和装置２００の第２ヘッダー１０と絞り装置６２との間に気液分離器８０を有している。絞り装置６２と気液分離器８０とは、接続配管８１で配管接続されている。気液分離器８０と流出配管５１とは、ガスバイパス配管８２で配管接続されている。ガスバイパス配管８２は、気液分離器８０で分離されたガス冷媒を圧縮機６１にバイパスさせる。ガスバイパス配管８２の途中には、ガスバイパス調整弁８３を有している。ガスバイパス調整弁８３は、制御装置７０により開度が変更可能である。
【０１０８】
制御装置７０は、運転条件に応じて、ガスバイパス調整弁８３の開度を調整し、第２ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０になるように制御する。
このような制御を行うことにより、幅広い運転条件において枝管１２の突出しによる第２ヘッダー１０の分配性能の改善が得られる。
また、これに加えて、ガスバイパス配管８２を用いてガス冷媒の一部を室外熱交換器２０からバイパスさせることにより、室外熱交換器２０の圧力損失が低減でき、室外熱交換器２０の効率が改善できる。
【０１０９】
また、ガスバイパス調整弁８３は、開度が変更可能であり、開度を調整することのできる電子膨張弁などを用いても良い。しかし、たとえば、電磁弁とキャピラリーチューブとの組合せ、あるいは、逆止弁とガスバイパス配管８２の流動抵抗とを用いるなどで代用しても良く、特に限定するものではない。
【０１１０】
図４２は、本発明の実施の形態９に係る気液分離器８０の構成を示す図である。図４３は、本発明の実施の形態９に係る気液分離器８０の構成の一例を示す図である。図４４は、本発明の実施の形態９に係る気液分離器８０の構成の他の例を示す図である。
図４２に示すように、気液分離器８０は、一般的には気液分離容器８４から構成される形が多い。しかし、これに限るものではない。
たとえば、図４３に示すようなＴ字形状の分岐配管８５、あるいは、図４４に示すようなＹ字形状の分岐配管８６などの冷媒配管の姿勢を利用した簡易的な気液分離器８０を用いても良い。
【０１１１】
制御装置７０による制御方法としては、たとえば、暖房定格運転時にて、乾き度ｘを０．０５≦ｘ≦０．３０になるよう制御するようにする。または、暖房定格運転時にて、ガスバイパス調整弁８３を開き、それ以外の条件ではガスバイパス調整弁８３を閉じる制御を行うとより良い。ガスバイパス調整弁８３を開く開度は、あらかじめ圧縮機６１の回転速度との最適開度の関係などを調べておくなどする。また、ガスバイパス調整弁８３を開く開度は、室内機２０１の運転台数と最適開度との関係を調べておくなどでも良い。
【０１１２】
なお、図４１において気液分離器８０は、室外機１００の外に示しているが、特にこれを限定するものではない。たとえば、気液分離器８０は、室外機１００の中に含まれていても良い。
【０１１３】
実施の形態９によれば、空気調和装置２００は、圧縮機６１と、室内熱交換器６３と、絞り装置６２と、室外熱交換器２０と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成されている。室外熱交換器２０は、実施の形態１〜６に記載の熱交換器である。空気調和装置２００は、室外熱交換器２０と絞り装置６２との間に配置された気液分離器８０を有している。空気調和装置２００は、気液分離器８０で分離されたガス冷媒を圧縮機６１にバイパスさせるガスバイパス配管８２を有している。空気調和装置２００は、ガスバイパス配管８２に配置されたガスバイパス調整弁８３を有している。空気調和装置２００は、ガスバイパス調整弁８３を、運転条件に応じて、第２ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御する構成の制御装置７０を有している。
この構成によれば、幅広い運転条件範囲において、第２ヘッダー１０の分配性能の改善効果が得られ、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【０１１４】
実施の形態１０．
図４５は、本発明の実施の形態１０に係る空気調和装置２００の暖房運転時の構成を示す図である。図中の実線矢印は暖房運転時の冷媒の流れを表している。図４６は、本発明の実施の形態１０に係る空気調和装置２００の冷房運転時の構成を示す図である。図中の実線矢印は冷房運転時の冷媒の流れを表している。ここで、実施の形態７〜９と重複するものについては説明を省略し、実施の形態７〜９と同じ部分または相当する部分については同じ符号を付す。
実施の形態１０では、実施の形態９の気液分離器８０と第２ヘッダー１０との間の流入配管５２の途中にヘッダー前調整弁９０が設けられている。また、圧縮機６１の前にアキュムレータ９１が設けられている。アキュムレータ９１の上流側には、アキュムレータ流入配管９２が設けられている。圧縮機６１の吐出側には、圧縮機吐出配管９３が設けられている。さらに、冷房運転および暖房運転によって冷媒の流れを切り替える四方弁９４が設けられている。
【０１１５】
制御装置７０がヘッダー前調整弁９０の開度を制御することにより、冷媒流量が小さい条件において、気液分離器８０によって液冷媒が完全分離され、ｘ＜０．０５となる場合が防止でき、幅広い運転範囲において、安定して分配性能の改善による室外熱交換器２０の効率の改善効果が得られ、エネルギー効率が向上できる。
また、圧縮機６１の手前には、圧縮機６１への液冷媒流入の抑制、あるいは、余剰冷媒を溜めておくために、アキュムレータ９１を設けている。ここで、制御装置７０は、絞り装置６２の開度とヘッダー前調整弁９０の開度とを調整することにより、絞り装置６２とヘッダー前調整弁９０との間にある流入配管５２および接続配管８１並びに気液分離器８０を液溜めとして使用することができる。このように液溜めとして利用すると、その分、アキュムレータ９１の容積が小さくでき、より良い。
また、冷房運転時には、制御装置７０は、ヘッダー前調整弁９０を全開にすることにより、液冷媒を流入配管５２、ガスバイパス配管８２の一部、気液分離器８０および接続配管８１に溜めることができる。このため、室外熱交換器２０の出口Ｓ.Ｃ.が小さくでき、冷房運転時においても室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できて良い。
【０１１６】
以下、冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
図４６に示すように、冷媒は圧縮機６１を出た後、高温高圧ガスの状態で圧縮機吐出配管９３、四方弁９４および流出配管５１を流れ、第１ヘッダー４０に流入する。第１ヘッダー４０において冷媒は、複数分岐で各伝熱管２２に分配される。分配された冷媒は、室外熱交換器２０にて周囲に放熱し、気液二相状態の冷媒または液冷媒として第２ヘッダー１０で合流し、流入配管５２を通り流出する。その後、ヘッダー前調整弁９０を通過し、気液分離器８０および接続配管８１を通過し、絞り装置６２で絞られ、低圧の気液二相状態の冷媒または液単相状態の冷媒となり、室内機２０１に流れる。室内機２０１に流れた冷媒は、室内機２０１の室内熱交換器６３にて周囲から吸熱し、蒸発し、ガス単相またはガス冷媒の多く含まれた気液二相状態の冷媒となり、ヘッダーおよび接続配管６５を通り、四方弁９４、アキュムレータ流入配管９２およびアキュムレータ９１を流れ、圧縮機６１に再び流入する。
【０１１７】
次に、実施の形態１０のヘッダー前調整弁９０、絞り装置６２およびガスバイパス調整弁８３を調整することにより、暖房運転および冷房運転のいずれの場合においても室外熱交換器２０の効率が向上できる理由について説明する。
【０１１８】
暖房運転時では、制御装置７０は、絞り装置６２で開度を調整することにより、冷媒を気液二相状態にする。このとき、制御装置７０は、ヘッダー前調整弁９０を全開にし、ガスバイパス調整弁８３を開くことにより、第２ヘッダー１０に流入する冷媒のガス流量が低減できる。それによって、第２ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘを０．０５≦ｘ≦０．３０とすることにより、枝管１２の突出しによる分配性能の改善が図られ、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【０１１９】
また、冷房運転時では、制御装置７０は、冷媒が多く必要な条件において、ガスバイパス調整弁８３を全閉し、ヘッダー前調整弁９０で冷媒を低圧の気液二相状態とすることにより、空気調和装置２００における気液二相領域を増やす。これにより、冷媒量が最適に調整でき、空気調和装置２００の効率が向上できる。一方、冷媒が過剰に余っている条件では、制御装置７０は、ヘッダー前調整弁９０を全開にすることにより、液冷媒の領域を増やし、室外熱交換器２０の液冷媒領域が削減できる。これにより、液単相の伝熱領域が減らせるため、室外熱交換器２０の効率が改善できる。
【０１２０】
液冷媒の領域を減らすことにより、室外熱交換器２０の効率が改善するメカニズムを以下に説明する。
図４７は、本発明の実施の形態１０に係る伝熱管２２内部の冷媒の流れの概要をまとめて示す図であり、図４７（ａ）は伝熱管出口のＳ.Ｃ.＝５ｄｅｇの場合であり、図４７（ｂ）は伝熱管出口のＳ.Ｃ.＝１０ｄｅｇの場合である。
Ｓ.Ｃ.は伝熱管出口の冷媒飽和温度と冷媒温度の差で定義され、Ｓ.Ｃ.が大きいほど伝熱管２２における液冷媒の領域が多いことを表している。
液冷媒の領域が多い場合、伝熱管２２の領域における液単相領域が増える。管内の液単相の熱伝達率は、気液二相状態の冷媒の熱伝達率よりも小さいため、伝熱管２２で液単相領域が多くなると、室外熱交換器２０の効率の低下が引き起こされる。
【０１２１】
実施の形態１０によれば、空気調和装置２００は、圧縮機６１と、四方弁９４と、室内熱交換器６３と、絞り装置６２と、室外熱交換器２０と、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路が構成され、四方弁９４で冷媒の流れを切り替えることにより、暖房運転および冷房運転が可能なものである。室外熱交換器２０は、実施の形態１〜６に記載の熱交換器である。空気調和装置２００は、室外熱交換器２０と絞り装置６２との間に配置された気液分離器８０を有している。空気調和装置２００は、気液分離器８０で分離されたガス冷媒を圧縮機６１にバイパスさせるガスバイパス配管８２を有している。空気調和装置２００は、ガスバイパス配管８２に配置されたガスバイパス調整弁８３を有している。空気調和装置２００は、暖房運転時に気液分離器８０の下流側に配置されたヘッダー前調整弁９０を有している。空気調和装置２００は、暖房運転時に、絞り装置６２、ガスバイパス調整弁８３およびヘッダー前調整弁９０を、第２ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように制御すると共に、冷房運転時に、ヘッダー前調整弁９０を制御し、気液分離器８０を液溜めとして使用する構成の制御装置７０を有している。
この構成によれば、冷房運転時および暖房運転時のいずれの条件においても室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【０１２２】
実施の形態１１．
図４８は、本発明の実施の形態１１に係る室外熱交換器２０を示す側面概略図である。
図４８に示すように、室外熱交換器２０は、横から風を受けるサイドフロー型のファン３０を搭載している。
サイドフロー型のファン３０を搭載した室外熱交換器２０の場合では、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上部に流れ難い課題が同様にある。そのため、第２ヘッダー１０を用いることにより、液冷媒が第２ヘッダー集合管１１の上側に流れ易くできる。よって、分配性能が改善でき、室外熱交換器２０の効率が改善でき、エネルギー効率が向上できる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  第２ヘッダー、１０ａ  第２ヘッダー、１０ｂ  第２ヘッダー、１１  第２ヘッダー集合管、１２  枝管、１２ａ  仕切り、１３  二股管、２０  室外熱交換器、２１  フィン、２２  伝熱管、２３  管形状変換ジョイント、２４  管形状変換ジョイント、３０  ファン、４０  第１ヘッダー、４２  枝管、５１  流出配管、５２  流入配管、５２ａ  第１流入配管、５２ｂ  第２流入配管、６１  圧縮機、６２  絞り装置、６３  室内熱交換器、６４  接続配管、６５  接続配管、６６  第１温度センサ、６７  第２温度センサ、７０  制御装置、８０  気液分離器、８１  接続配管、８２  ガスバイパス配管、８３  ガスバイパス調整弁、８４  気液分離容器、８５  分岐配管、８６  分岐配管、９０  ヘッダー前調整弁、９１  アキュムレータ、９２  アキュムレータ流入配管、９３  圧縮機吐出配管、９４  四方弁、１００  室外機、１０１  ケーシング、１０２  吸込口、１０３  吹出口、１０４  ファンガード、２００  空気調和装置、２０１  室内機。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【国際調査報告】
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