(57)【要約】  圧力損失を低く抑えることができ、熱交換器の伝熱性能の低下を招くことなく冷媒を均等に分配することが可能で、構造が単純な熱交換器用ヘッダ及びこの熱交換器用ヘッダを備えた熱交換器を提供する。  並列に配置された複数の伝熱管（３０）に冷媒を並列に流す熱交換器の熱交換器用ヘッダ（１０）、（２０）であって、前記ヘッダは、前記複数の伝熱管の一端が接続される複数の貫通孔（１２）が長手方向に並設され、前記複数の貫通孔に連通して冷媒流路となる部屋（１０Ａ）が少なくとも一つ形成されており、前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記複数の伝熱管の冷媒入口側又は冷媒出口側の端部が接続される入口側貫通孔又は出口側貫通孔であり、前記部屋の中の前記入口側貫通孔と対向する部分に、前記ヘッダの長手方向に延びる溝（１４）が、前記長手方向と直交する短手方向に複数形成されている。
2013161795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配置された複数の伝熱管に冷媒を並列に流す熱交換器の熱交換器用ヘッダであって、前記ヘッダは、
前記複数の伝熱管の一端が接続される複数の貫通孔が長手方向に並設され、
前記複数の貫通孔に連通して冷媒流路となる部屋が少なくとも一つ形成されており、
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記複数の伝熱管の冷媒入口側又は冷媒出口側の端部が接続される入口側貫通孔又は出口側貫通孔であり、前記部屋の中の前記入口側貫通孔と対向する部分に、前記ヘッダの長手方向に延びる溝が、前記長手方向と直交する短手方向に複数形成されていることを特徴とする熱交換器用ヘッダ。
【請求項２】
前記部屋が前記ヘッダの長手方向に仕切られて複数形成されており、前記複数の部屋のそれぞれは、外部からの冷媒が流入する流入部屋、折り返し流路となる折り返し部屋、外部へ冷媒が流出する流出部屋の何れかに分類され、
前記流入部屋に連通する貫通孔は全てが入口側貫通孔であり、前記流入部屋を形成する部分の前記長手方向の全体に前記複数の溝が形成され、
前記折り返し部屋に連通する貫通孔は入口側貫通孔群と出口側貫通孔群とに分けられ、入口側貫通孔群と対向する部分に、前記複数の溝が形成され、
前記流出部屋に連通する貫通孔は全てが出口側貫通孔であり、前記流出部屋を形成する部分には前記複数の溝が形成されていないことを特徴とする請求項１記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項３】
前記複数の溝は、突出した複数の突部同士の間の隙間により形成されており、前記折り返し部屋に形成された前記複数の突部において、前記入口側貫通孔群と前記出口側貫通孔群との境目側の端部の位置は、前記短手方向に隣接する前記突部同士で互いにずれていることを特徴とする請求項２記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項４】
前記複数の溝は、突出した複数の突部同士の間の隙間により形成されており、前記複数の突部は、隣接する前記突部同士の高さが互い異なることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項５】
前記複数の突部の高さを、前記短手方向に交互に高低としたことを特徴とする請求項４記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項６】
前記複数の突部の高さを、前記短手方向の中心部分に行くに連れて高く形成したことを特徴とする請求項４記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項７】
前記ヘッダは、一面が開口した箱状を成し、前記開口と対向する底面に前記複数の貫通孔が形成されたヘッダ本体と、前記開口を覆う板状に形成された蓋体と、を有していること特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項８】
前記溝が前記蓋体に形成されていることを特徴とする請求項７記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の熱交換器用ヘッダを備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
空気通過方向に対して直交する方向に互いに離間して配置された一対の請求項２又は請求項３記載の熱交換器用ヘッダと、前記一対の熱交換器用ヘッダ間に並列に配置され、両端が一対の熱交換器用ヘッダの前記複数の貫通孔に接続された複数の伝熱管と、前記空気通過方向に空気が通過するように配置された複数のフィンとを備えた熱交換部を、前記空気通過方向に少なくとも２つ有し、前記熱交換部同士は列跨ぎ配管で連通され、冷媒が、空気通過方向上流側の前記熱交換部の前記複数の伝熱管を、前記流入部屋から前記流出部屋まで前記折り返し部屋で折り返しながら流れた後、前記列跨ぎ配管を介して空気通過方向下流側の前記熱交換部に流入し、同様に前記熱交換器用ヘッダの前記流入部屋から前記流出部屋まで前記折り返し部屋で折り返しながら流れる冷媒流路が形成されており、
熱交換器が蒸発器として用いられる場合、上流側の前記熱交換部を流れる冷媒パス数が、下流側の前記熱交換部を流れる冷媒パス数よりも少なく構成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項１１】
前記伝熱管は、冷媒流路となる貫通孔を複数有する扁平管であることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気調和機等の冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器の熱交換器用ヘッダ及びこの熱交換器用ヘッダを備えた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上下方向に延びる一対のヘッダが左右方向に離間して配置され、一対のヘッダ間に複数の扁平管を並列に配置し、複数の熱交換管の両端部を一対のヘッダに連通するように構成した熱交換器がある。この種の熱交換器では、蒸発器として用いる場合に冷媒が気液二相流で流入するため、入口側のヘッダ内で重力方向に液が溜まり、一方でガスがヘッダ内の上方に溜まる。よって、各扁平管に冷媒を均等に分配することができず、熱交換器の性能が低下する課題がある。【０００３】
そこで、熱交換器を蒸発器として用いる場合には、入口側のヘッダに対し、冷媒を均等に分配する機能が求められる。このような機能を備えたヘッダとして、従来より、ヘッダ内部に、上下方向に折り返すループ状流路を構成し、流入した二相冷媒流をヘッダ内部で循環させて均質化し、複数の伝熱管のそれぞれに分配するようにしたヘッダがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８５３２４号公報（要約、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のヘッダでは冷媒をループ状流路に通すため、圧力損失が生じ、熱交換器の伝熱性能の低下を招くという問題があった。
また、特許文献１のヘッダでは、ヘッダ内部に別途、ループ状流路を形成する必要があるため、構造が複雑でコストアップを招くという問題があった。【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、圧力損失を低く抑えることができ、熱交換器の伝熱性能の低下を招くことなく冷媒を均等に分配することが可能で、構造が単純な熱交換器用ヘッダ及びこの熱交換器用ヘッダを備えた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】
本発明に係る熱交換器用ヘッダは、
並列に配置された複数の伝熱管に冷媒を並列に流す熱交換器の熱交換器用ヘッダであって、前記ヘッダは、
前記複数の伝熱管の一端が接続される複数の貫通孔が長手方向に並設され、
前記複数の貫通孔に連通して冷媒流路となる部屋が少なくとも一つ形成されており、
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記複数の伝熱管の冷媒入口側又は冷媒出口側の端部が接続される入口側貫通孔又は出口側貫通孔であり、前記部屋の中の前記入口側貫通孔と対向する部分に、前記ヘッダの長手方向に延びる溝が、前記長手方向と直交する短手方向に複数形成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧力損失を低く抑えることができ、熱交換器の伝熱性能の低下を招くことなく冷媒を均等に分配することが可能で、且つ構造が単純な熱交換器用ヘッダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器用ヘッダを用いた熱交換器１の概略斜視図である。
【図２】図１の扁平管３０を示す斜視図である。
【図３】図１の入口ヘッダ１０の分解斜視図である。
【図４】図１の入口ヘッダ部分のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１の熱交換器１が適用された冷凍サイクル装置５０の冷媒回路を示す図である。
【図６】図１の熱交換器１を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを示す図である。
【図７】入口ヘッダ１０における冷媒流動状態を示す図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】比較列として溝を設けないヘッダとした場合のヘッダ内の冷媒流動状態を示す図である。
【図１０】図３の溝１４の変形例１を示す図である。
【図１１】図３の溝１４の変形例２を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る熱交換器１Ａを示す図である。
【図１３】図１のヘッダ７０の分解斜視図である。
【図１４】図１３の溝１４の変形例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る熱交換器１Ｂを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器用ヘッダを用いた熱交換器の概略斜視図である。図１及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又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。更に、明細書全文に表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。
【００１１】
熱交換器１は、冷媒を並列に流すパラレルフローの熱交換器であって、特に、熱交換器１全体において一方から他方側に冷媒を流す一方向流路タイプの熱交換器である。熱交換器１は、互いに離間して配置された一対のヘッダ１０、２０と、一対のヘッダ１０、２０間に並列に配置され、両端が一対のヘッダ１０、２０に接続された複数の扁平管（伝熱管）３０と、複数のフィン４０とを備えている。一対のヘッダ１０、２０、扁平管３０及びフィン４０は、何れもアルミ又はアルミ合金で構成されている。
【００１２】
フィン４０は、一対のヘッダ１０、２０間に互いに間隔を空けて積層され、その間を空気が通過する板状フィンであり、複数の扁平管３０が貫通している。なお、フィン４０は必ずしも板状フィンでなくてもよく、空気通過方向に空気が通過するように配置されたフィン４０であればよい。例えば上下方向に扁平管３０と交互に積層して配置される波形状のフィン等でもよく、要は空気通過方向に空気が通過するように配置されたフィンであればよい。
【００１３】
扁平管３０は、図２に示すように冷媒流路となる貫通孔３０ａを複数有している。なお、伝熱管は扁平管に限らず、円管やその他どのような形状であっても採用可能である。
【００１４】
一対のヘッダ１０、２０のうち、複数の扁平管３０の冷媒入口側となる入口ヘッダ１０には冷媒入口配管１０ａが接続され、複数の扁平管３０の冷媒出口側となる出口ヘッダ２０には冷媒出口配管２０ａが接続されている。
【００１５】
本発明は、一対のヘッダ１０、２０のうち、特に入口側のヘッダ（以下、入口ヘッダ１０という）に特徴を有するものであり、以下、図３を参照してその構造について説明する。
【００１６】
図３は、図１の入口ヘッダ１０の分解斜視図である。図４は、図１の入口ヘッダ部分のＡ−Ａ断面図である。
入口ヘッダ１０は、一面が開口した箱状のヘッダ本体１１と、ヘッダ本体１１の開口１１ａを覆う板状の蓋体１３とを有し、両者間に冷媒流路となる少なくとも１つの部屋１０Ａが形成されている。ヘッダ本体１１において開口１１ａと対向する底面１１ｂには、入口側貫通孔としての複数の貫通孔１２がヘッダ本体１１の長手方向に沿って並設されている。この複数の貫通孔１２に複数の扁平管３０の冷媒入口側の端部が接続され、部屋１０Ａで連通している。また、入口ヘッダ１０には冷媒入口配管１０ａが接続されている。
【００１７】
また、蓋体１３において、少なくとも１つの部屋１０Ａの中の、貫通孔１２と対向する面１３ａには長手方向に延びる溝１４が長手方向と直交する短手方向の全体にわたって複数の形成されている。溝１４は、具体的には蓋体１３から突出した複数の突部１５同士の間の隙間により形成されている。溝１４は、入口ヘッダ１０内に流入した冷媒液を、表面張力の作用により溝内部に引き込むことで、入口ヘッダ１０から各パスへの冷媒の分配を均等に行うために設けられたものである。
【００１８】
このように構成された入口ヘッダ１０を製造する際には、切削加工等により箱状のヘッダ本体１１を形成し、ヘッダ本体１１に貫通孔１２を形成する。また、切削加工等により蓋体１３を形成する。蓋体１３はヘッダ本体１１の開口１１ａに仮留めできるように嵌合可能に構成され、嵌合部分にはロウ材が塗布される。
【００１９】
そして、熱交換器１全体を製造する際には、ヘッダ本体１１の開口１１ａに蓋体１３を嵌合して仮留めすると共に、出口ヘッダ２０、扁平管３０及びフィン４０を全て組み立てた状態で全体を同時にロウ付け接合する。
【００２０】
図５は、図１の熱交換器１が適用された冷凍サイクル装置５０の冷媒回路を示す図である。
冷凍サイクル装置５０は、圧縮機５１と、凝縮器５２と、減圧装置としての膨張弁５３と、蒸発器５４とを備えている。凝縮器５２と蒸発器５４の少なくとも一方に、熱交換器１が用いられる。圧縮機５１から吐出されたガス冷媒は凝縮器５２に流入し、凝縮器５２を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。凝縮器５２を流出した高圧液冷媒は膨張弁５３で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器５４に流入する。蒸発器５４に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器５４を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒となり、再び圧縮機５１に吸入される。
【００２１】
図６は、図１の熱交換器１を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを示す図である。
膨張弁５３から流出した気液二相冷媒は、冷媒入口配管１０ａから入口ヘッダ１０内に流入する。入口ヘッダ１０内に流入した冷媒は、熱交換器１の各パスを構成する各扁平管３０の一端から他端へ流れ、出口ヘッダ２０で合流して冷媒出口配管２０ａから外部に流出する。
【００２２】
次に、入口ヘッダ内部の動作について説明する。図７は、入口ヘッダ１０における冷媒流動状態を示す図である。図８は、図７のＢ−Ｂ断面図で、入口ヘッダ１０において溝間に液冷媒が溜まった状態を示す模式図である。図９（ａ）、（ｂ）は、比較列として溝１４を設けないヘッダにおける、ヘッダ内の冷媒流動状態を示す図である。
まず、図９により比較例の冷媒流動状態について説明する。冷媒回路内を循環する冷媒量が多い場合、冷媒入口配管１０ａから入口ヘッダ１０に流入した気液二相冷媒は、図９（ａ）に示すように流入時の勢いで入口ヘッダ１０の上部に溜まる。一方、冷媒回路内を循環する冷媒量が少ない場合、冷媒入口配管１０ａから入口ヘッダ１０に流入した気液二相冷媒は、液冷媒が重力の影響で入口ヘッダ１０の下部に溜まる。このように入口ヘッダ１０に溝１４を設けない構成の場合、液冷媒が上部又は下部に集中し、各パスへの分配が不均等になる。
【００２３】
次に、図７及び図８により本実施の形態の入口ヘッダ１０における冷媒流動状態について説明する。冷媒入口配管１０ａから入口ヘッダ１０内に流入した気液二相冷媒は、入口ヘッダ１０内を流動し、表面張力の作用により液冷媒が溝１４内に引き込まれる。よって、液冷媒は入口ヘッダ１０内において長手方向に均一に保持され、各扁平管３０に流入する液冷媒量が均一化される。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、蓋体１３に複数の溝１４を設けて表面張力を作用させることにより、液冷媒の偏りを抑制でき、複数の扁平管３０のそれぞれに冷媒を均等に分配して流入させることができる。よって、熱交換効率を向上することができ、熱交換器１を蒸発器として用いる場合の能力を最大限に発揮させることができる。
【００２５】
また、本実施の形態１は、液冷媒の表面張力作用を利用して不均等な冷媒分配の防止を図る構成であるため、従来構成に比べて圧力損失を抑制することができ、熱交換器１を蒸発器として用いる場合の性能低下を抑えることができる。
【００２６】
また、本実施の形態１の入口ヘッダ１０は、ヘッダ本体１１と、溝１４を有する蓋体１３とで構成され、構造が単純であるため、製造が容易で低コスト化が可能である。
【００２７】
なお、本発明の入口ヘッダは、図３に示した構造に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下の（１）、（２）のように種々変形実施可能である。
【００２８】
（１）図１０は、図３の溝１４の変形例１を示す図である。
図５に示した本実施の形態の溝１４の構成では、突部１５の高さが全て同じであったが、図１０に示すように、突部１５の高さを、蓋体１３の短手方向（図１０において上下方向）に交互に高低とした構成としてもよい。このように構成した場合、溝１４の扁平管３０側の端面（傾斜面）（図１０において点線１４ａで示す）が、図５に示すように高さを揃えた構成に比べて広くなるため、液冷媒を引き込む効果が高くなることが期待できる。なお、突部１５の高さは、このように交互に長短とする構成に限らず、蓋体１３の短手方向に隣接する突部１５同士の高さを互いにずらした構成とすれば、同様の効果が期待できる。蓋体１３の短手方向に隣接する突部１５同士の突部１５の高さを互いにずらした構成の他の例として、次の変形例２としてもよい。
【００２９】
（２）図１１は、図３の溝１４の変形例２を示す図である。
表面張力による溝１４内の冷媒保持作用は、溝１４の幅（図１１において上下方向の長さ）が狭く、また溝１４の高さが高い程、大きくなる。また、入口ヘッダ１０に流入した液冷媒は、蓋体１３の短手方向についてはその両端に溜まり易い。よって、この変形例２では、短手方向の両端部分から中心部分に行くに連れて突部１５の高さを高く形成し、溝１４の高さを調整して短手方向の中心部分に行くに連れて冷媒の保持力が大きくなるようにした。これにより、短手方向についても冷媒の偏りが抑制され、長手方向と短手方向の両方で各溝１４内の冷媒量を均一化できる。その結果、各扁平管３０のそれぞれに、より均等に冷媒を分配できることが期待できる。なお、ここでは溝１４の高さのみを変えた例を示したが、溝１４の幅を中心部分に行くに連れて狭くするように構成してもよい。
【００３０】
以上説明したように、本発明の特徴は入口ヘッダ１０に複数の溝１４を設けた点にある。そして、その特徴を適用した熱交換器１として、本実施の形態１では、熱交換器全体において一方から他方に冷媒が流れる一方向流路タイプの熱交換器の例を示したが、途中流路を折り返しながら流れる折り返し流路タイプの熱交換器にも適用可能である。以下、折り返し流路タイプの熱交換器に本発明を適用した構成について、以下の実施の形態２、実施の形態３で説明する。
【００３１】
実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１Ａを示す図である。
熱交換器１Ａは、冷媒を並列に流すパラレルフローの熱交換器であって、特に、折り返し流路タイプの熱交換器である。また、ここでは、パス数を５とした構成例を示している。
熱交換器１Ａは、互いに離間して配置された一対のヘッダ７０、８０と、一対のヘッダ７０、８０間に並列に配置され、両端が一対のヘッダ７０、８０に接続された複数本（ここでは２０本）の扁平管（伝熱管）３０と、複数のフィン４０とを備えている。一対のヘッダ７０、８０、扁平管３０及びフィン４０は、何れもアルミ又はアルミ合金で構成されている。扁平管３０及びフィン４０の構成は実施の形態１と同様である。
【００３２】
図１３は、図１のヘッダ７０の分解斜視図である。
ヘッダ７０は、一面が開口した箱状のヘッダ本体７１を有している。ヘッダ本体７１の開口７１ａと対向する底面７１ｂには、複数の扁平管３０が接続される複数の貫通孔７２がヘッダ本体７１の長手方向に沿って並設されている。また、ヘッダ本体７１の内部には２枚の仕切板７３が設けられ、複数の貫通孔１２に連通して冷媒流路となる３つの独立した部屋Ａ、Ｂ、Ｃが形成されており、それぞれが蓋体７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃにより閉められるようになっている。
【００３３】
熱交換器１Ａにおける冷媒の流れについては後述するが、蓋体７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃにおいて扁平管３０の冷媒入口側の端部と対向する部分には、実施の形態１と同様の作用を有する複数の溝１４が形成されている。以下、具体的に説明する。
【００３４】
部屋Ａは、外部からの冷媒が流入する流入部屋であり、部屋Ａに連通する複数の貫通孔７２には、扁平管３０の冷媒入口側の端部が接続されるため、蓋体７４Ａにおいては全体に溝１４が形成されている。また、部屋Ｂは、折り返し流路となる折り返し部屋であり、部屋Ｂに連通する複数の貫通孔７２のうち上半分には扁平管３０の冷媒入口側の端部が接続され、下半分には扁平管３０の冷媒出口側の端部が接続されるため、蓋体７４Ｂの上半分に溝１４が設けられている。また、部屋Ｃは、外部へ冷媒が流出する流出部屋であり、部屋Ｃに連通する複数の貫通孔７２は扁平管３０の冷媒出口側の端部が接続されるため、蓋体７４Ｃにおいては溝１４は設けられていない。なお、以下では、複数の貫通孔７２のうち、扁平管３０の冷媒入口側の端部が接続される貫通孔を入口側貫通孔、扁平管３０の冷媒出口側の端部が接続される貫通孔を出口側貫通孔という場合がある。
【００３５】
一方、ヘッダ８０は、図１２に示すように仕切板８３が１枚設けられており、内部が２つの部屋Ｄ、Ｅに分けられている。そして、ヘッダ７０と同様、各部屋Ｄ、Ｅは、それぞれ蓋体８４Ｄ、８４Ｅにより閉められるようになっている。そして、蓋体８４Ｄ、８４Ｅにおいても上記と同様、扁平管３０において入口側貫通孔と対向する部分には複数の溝１４が形成されている。具体的には、蓋体８４Ｄ、８４Ｅのそれぞれにおいて上半分に複数の溝１４が形成されている。
【００３６】
このように構成されたヘッダ７０を製造する際には、切削加工等によりヘッダ本体７１を形成し、ヘッダ本体７１に貫通孔７２を形成する。また、切削加工等により各蓋体７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃを形成する。各蓋体７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃはヘッダ本体１１の各部屋Ａ、Ｂ、Ｃの開口に仮留めできるように嵌合可能に構成され、嵌合部分にはロウ材が塗布される。ヘッダ８０も同様にして製造できる。
【００３７】
そして、熱交換器１Ｂ全体を製造する際には、ヘッダ７０の各部屋Ａ、Ｂ、Ｃの開口にそれぞれ蓋体７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃを嵌合して仮留めすると共に、ヘッダ８０についても同様に各部屋Ｄ、Ｅの開口にそれぞれ蓋体８４Ｄ、８４Ｅを嵌合して仮留めする。そして、扁平管３０及びフィン４０を全て組み立てた状態で全体を同時にロウ付け接合する。
【００３８】
以下、熱交換器１における冷媒の流れを図１２を参照して説明する。ここでは、熱交換器１を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを説明する。図１２において実線矢印は冷媒の流れを示している。
冷媒入口配管１０ａから流入した気液二相冷媒は、部屋Ａに流入し、部屋Ａに接続された扁平管群の一端から他端へ向けて流れ、部屋Ｄに流入する。部屋Ｄに流入した冷媒はここで折り返し、部屋Ｄに接続される他の扁平管群の一端から他端へ流れて部屋Ｂに流入する。そして、部屋Ｂに流入した冷媒はここで折り返し、部屋Ｂに接続される他の扁平管群の一端から他端へ流れて部屋Ｅに流入する。そして、部屋Ｅに流入した冷媒はここで折り返し、部屋Ｅに接続される他の扁平管群の一端から他端へ流れる。そして、この他端から流出した各冷媒は部屋Ｃで合流し、冷媒出口配管２０ａから外部に流出する。
【００３９】
以上の冷媒の流れにおいて、各扁平管群の冷媒入口側の端部と対向して溝１４が設けられているため、上記実施の形態１と同様、液冷媒の表面張力作用により冷媒の偏流が抑制され、各部屋から各パスへ冷媒が略均等に分配される。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、折り返し流路タイプの熱交換器においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態２では、折り返し部屋となる部屋Ｂ、Ｄ、Ｅの蓋体７４Ｂ、８４Ｄ、８４Ｅに形成された複数の突部１５において、入口側貫通孔群と出口側貫通孔群との境目側の端部の位置が、全て揃っている構成としたが、次の図１４のようにしてもよい。
【００４２】
図１４は、図１３の溝１４の変形例を示す図で、蓋体７４Ｂ、８４Ｄ、８４Ｅを溝１４の形成面側から見た図である。
図１４（ａ）に示すように、複数の突部１５において、入口側貫通孔群と出口側貫通孔群との境目側の端部の位置が、蓋体の短手方向に交互にずれる構成としてもよい。このように構成すると、溝１４の前記境目側の端面が傾斜面となり、図１３のように端部の位置が揃っている構成に比べて端面が広くなるため、液冷媒を引き込む効果が高くなることが期待できる。なお、突部１５の端部の位置は、このように交互にずらす構成に限らず、蓋体の短手方向に隣接する突部１５同士の位置が互いにずれた構成とすれば、同様の効果が期待できる。
【００４３】
また、図１４（ｂ）は、蓋体の短手方向に隣接する突部１５同士の位置を互いにずらした構成の他の例であるが、このように短手方向の中心部に行くに連れて突部１５の長手方向の長さを短く、又は図示しないが短手方向の中心部に行くに連れて突部１５の長手方向の長さを長く構成してもよい。
【００４４】
また、実施の形態１と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態２についても同様に適用される。また、本実施の形態２で説明した変形例と実施の形態１で説明した変形例とを組み合わせた構成としてもよい。これらの点は後述の実施の形態３においても同様である。
【００４５】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態２の折り返し流路タイプの熱交換器を空気通過方向に複数列（ここでは２列）設けた構成に相当する。
【００４６】
図１５は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器を示す図である。図１５（ａ）は、熱交換器を点線矢印で示す空気通過方向と直交する方向から見た概略側面図である。図１５（ｂ）は、空気通過方向に対して上流側の上流側熱交換部１Ｂａの概略断面図である。図１５（ｃ）は、空気通過方向に対して下流側の下流側熱交換部１Ｂｂの概略断面図である。図１５（ｄ）は、熱交換器の平面図である。以下、実施の形態３が実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
熱交換器１Ｂは、実施の形態２と同様の熱交換器１Ａを、上流側熱交換部１Ｂａとして備え、更に、空気通過方向の下流側に下流側熱交換部１Ｂｂを有している。そして、上流側熱交換部１Ｂａと下流側熱交換部１Ｂｂとが列跨ぎ配管９０により接続されている。
【００４８】
下流側熱交換部１Ｂｂは、上流側熱交換部１Ｂａが５パスで構成されているのに対し、下流側熱交換部１Ｂｂは、上流側熱交換部１Ｂａよりもパス数が多い１０パスで構成されている。このように、上流側熱交換部１Ｂａと下流側熱交換部１Ｂｂとでパス数を変えた理由については後述する。下流側熱交換部１Ｂｂは、ヘッダ部分の構成が上流側熱交換部１Ｂａと異なる以外は上流側熱交換部１Ｂａと同様である。
【００４９】
下流側熱交換部１Ｂｂにおいて列跨ぎ配管９０が接続されるヘッダ７００は、仕切板の数が上流側熱交換部１Ｂａと異なり、ヘッダ７００では１枚の仕切板７０３が設けられ、内部に２つの部屋Ｆ、Ｇが形成されている。また、ヘッダ８００においては仕切板が設けられておらず、全体として１つの部屋Ｈが形成された構成となっている。また、実施の形態１、２と同様、下流側熱交換部１Ｂｂのヘッダ７００、８００においても各扁平管３０の冷媒入口側の端部と対向する部分に溝１４が設けられている。
【００５０】
以下、熱交換器１Ｂにおける冷媒の流れを図１５を参照して説明する。ここでは、熱交換器１を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを説明する。図１５において実線矢印は冷媒の流れを示している。
熱交換器１Ｂにおける冷媒の流れは、上流側熱交換部１Ｂａについては実施の形態２と同様である。そして、上流側熱交換部１Ｂａの冷媒出口配管２０ａから流出した冷媒は、列跨ぎ配管９０を介して冷媒入口配管１００ａから下流側熱交換部１Ｂｂの部屋Ｆに流入する。部屋Ｆに流入した冷媒は、部屋Ｆに連通する扁平管群の一端から他端へ向けて流れ、部屋Ｈに流入する。そして、部屋Ｈに流入した冷媒はここで折り返し、部屋Ｈに接続される他の扁平管群の一端から他端へ向けて流れる。そして、この他端から流出した各冷媒は、部屋Ｇで合流し、冷媒出口配管２００ａから外部に流出する。
【００５１】
以上の冷媒の流れにおいて、各扁平管群の冷媒入口側の端部と対向して溝１４が設けられているため、上記実施の形態１、２と同様、液冷媒の表面張力作用により冷媒の偏流が抑制され、各部屋から各パスへ冷媒が略均等に分配される。
【００５２】
次に、上流側熱交換部１Ｂａと下流側熱交換部１Ｂｂとでパス数を変えた理由について説明する。
熱交換器１Ｂを蒸発器として用いる場合、冷媒は気液二相状態で流入し、最終的にはガス冷媒となって流出するため、流路の後半に向かうに連れ、乾き度が大きくなっていく。乾き度が小さい場合、流路通過時の圧損が小さいため、冷媒流速を速くして熱伝達率を上げることが好ましい。一方、乾き度が大きい場合には、流路通過時の圧損が大きいため、冷媒流速を遅くすることが好ましく、冷媒流速は、パス数を多くする程、遅くなる。
【００５３】
熱交換器１Ｂにおいて流路前半に相当する上流側熱交換部１Ｂａでは、冷媒の乾き度が小さいことからパス数を少なくして冷媒流速を上げ、熱伝達率を上げるようにしている。一方、流路後半に相当する下流側熱交換部１Ｂｂでは、乾き度が大きくなるため、パス数を多くして冷媒流速を下げ、圧損の低減を図るようにしている。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態３によれば、実施の形態１、２と同様の効果が得られると共に、複数列構成としたので、熱交換能力を向上することができる。また、通過冷媒の乾き度が小さい空気通過方向上流側のパス数を減らして冷媒流速を上げ、熱伝達率を上げるようにしたので、この面においても、熱交換能力の向上を図ることができる。
【００５５】
なお、本実施の形態３においては２列構成を説明したが、３列以上の構成としてもよい。
【００５６】
また、上記各実施の形態においてヘッダの外形形状が角形状である例を示したが、角形状に限られず、円筒状としてもよい。なお、実施の形態３のように多列化する場合には、ヘッダとして必要な大きさを確保し且つ列同士の干渉を図る観点から角形状とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００５７】
１  熱交換器、１Ａ  熱交換器、１Ｂ  熱交換器、１Ｂａ  上流側熱交換部、１Ｂｂ  下流側熱交換部、１０  ヘッダ（入口ヘッダ）、１０Ａ  部屋、１０ａ  冷媒入口配管、１１  ヘッダ本体、１１ａ  開口、１１ｂ  底面、１２  貫通孔、１３  蓋体、１３ａ  面、１４  溝、１５  突部、２０  ヘッダ（出口ヘッダ）、２０ａ  冷媒出口配管、３０  扁平管、３０ａ  貫通孔、４０  フィン、５０  冷凍サイクル装置、５１  圧縮機、５２  凝縮器、５３  膨張弁、５４  蒸発器、７０  ヘッダ、７１  ヘッダ本体、７１ａ  開口、７１ｂ  底面、７２  貫通孔、７３  仕切板、７４Ａ  蓋体、７４Ｂ  蓋体、７４Ｃ  蓋体、８０  ヘッダ、８３  仕切板、８４Ｄ  蓋体、８４Ｅ  蓋体、９０  列跨ぎ配管、１００ａ  冷媒入口配管、２００ａ  冷媒出口配管、７００  ヘッダ、７０３  仕切板、８００  ヘッダ、Ａ〜Ｈ  部屋。
【図１】
2013161795.tif 000003
【図２】
2013161795.tif 000004
【図３】
2013161795.tif 000005
【図４】
2013161795.tif 000006
【図５】
2013161795.tif 000007
【図６】
2013161795.tif 000008
【図７】
2013161795.tif 000009
【図８】
2013161795.tif 000010
【図９】
2013161795.tif 000011
【図１０】
2013161795.tif 000012
【図１１】
2013161795.tif 000013
【図１２】
2013161795.tif 000014
【図１３】
2013161795.tif 000015
【図１４】
2013161795.tif 000016
【図１５】
2013161795.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月21日(2014.10.21)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、例えば空気調和機等の冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器の熱交換器用ヘッダ、この熱交換器用ヘッダを備えた熱交換器、冷凍サイクル装置及び空気調和機に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、圧力損失を低く抑えることができ、熱交換器の伝熱性能の低下を招くことなく冷媒を均等に分配することが可能で、構造が単純な熱交換器用ヘッダ、この熱交換器用ヘッダを備えた熱交換器、冷凍サイクル装置及び空気調和機を提供することを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る熱交換器用ヘッダは、
並列に配置された複数の伝熱管に冷媒を並列に流す熱交換器の熱交換器用ヘッダであって、前記ヘッダは、表面張力の作用により前記複数の伝熱管に冷媒を分配して並列に流すものであり、
前記複数の伝熱管の一端が接続される複数の貫通孔が長手方向に並設され、
前記複数の貫通孔に連通して冷媒流路となる部屋が少なくとも一つ形成されており、
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記複数の伝熱管の冷媒入口側又は冷媒出口側の端部が接続される入口側貫通孔又は出口側貫通孔であり、前記部屋の中の前記入口側貫通孔と対向する部分に、前記ヘッダの長手方向に延びる溝が、前記長手方向と直交する短手方向に複数形成されているものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器用ヘッダを用いた熱交換器１の概略正面図である。
【図２】図１の扁平管３０を示す斜視図である。
【図３】図１の入口ヘッダ１０の分解斜視図である。
【図４】図１の入口ヘッダ部分のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１の熱交換器１が適用された冷凍サイクル装置５０の冷媒回路を示す図である。
【図６】図１の熱交換器１を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを示す図である。
【図７】入口ヘッダ１０における冷媒流動状態を示す図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】比較列として溝を設けないヘッダとした場合のヘッダ内の冷媒流動状態を示す図である。
【図１０】図３の溝１４の変形例１を示す図である。
【図１１】図３の溝１４の変形例２を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る熱交換器１Ａを示す図である。
【図１３】図１２のヘッダ７０の分解斜視図である。
【図１４】図１３の溝１４の変形例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る熱交換器１Ｂを示す図である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図１３は、図１２のヘッダ７０の分解斜視図である。
ヘッダ７０は、一面が開口した箱状のヘッダ本体７１を有している。ヘッダ本体７１の開口７１ａと対向する底面７１ｂには、複数の扁平管３０が接続される複数の貫通孔７２がヘッダ本体７１の長手方向に沿って並設されている。また、ヘッダ本体７１の内部には２枚の仕切板７３が設けられ、複数の貫通孔７２に連通して冷媒流路となる３つの独立した部屋Ａ、Ｂ、Ｃが形成されており、それぞれが蓋体７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃにより閉められるようになっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
このように構成されたヘッダ７０を製造する際には、切削加工等によりヘッダ本体７１を形成し、ヘッダ本体７１に貫通孔７２を形成する。また、切削加工等により各蓋体７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃを形成する。各蓋体７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃはヘッダ本体７１の各部屋Ａ、Ｂ、Ｃの開口に仮留めできるように嵌合可能に構成され、嵌合部分にはロウ材が塗布される。ヘッダ８０も同様にして製造できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
以下、熱交換器１Ａにおける冷媒の流れを図１２を参照して説明する。ここでは、熱交換器１Ａを蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを説明する。図１２において実線矢印は冷媒の流れを示している。
冷媒入口配管１０ａから流入した気液二相冷媒は、部屋Ａに流入し、部屋Ａに接続された扁平管群の一端から他端へ向けて流れ、部屋Ｄに流入する。部屋Ｄに流入した冷媒はここで折り返し、部屋Ｄに接続される他の扁平管群の一端から他端へ流れて部屋Ｂに流入する。そして、部屋Ｂに流入した冷媒はここで折り返し、部屋Ｂに接続される他の扁平管群の一端から他端へ流れて部屋Ｅに流入する。そして、部屋Ｅに流入した冷媒はここで折り返し、部屋Ｅに接続される他の扁平管群の一端から他端へ流れる。そして、この他端から流出した各冷媒は部屋Ｃで合流し、冷媒出口配管２０ａから外部に流出する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
以下、熱交換器１Ｂにおける冷媒の流れを図１５を参照して説明する。ここでは、熱交換器１Ｂを蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを説明する。図１５において実線矢印は冷媒の流れを示している。
熱交換器１Ｂにおける冷媒の流れは、上流側熱交換部１Ｂａについては実施の形態２と同様である。そして、上流側熱交換部１Ｂａの冷媒出口配管２０ａから流出した冷媒は、列跨ぎ配管９０を介して冷媒入口配管１００ａから下流側熱交換部１Ｂｂの部屋Ｆに流入する。部屋Ｆに流入した冷媒は、部屋Ｆに連通する扁平管群の一端から他端へ向けて流れ、部屋Ｈに流入する。そして、部屋Ｈに流入した冷媒はここで折り返し、部屋Ｈに接続される他の扁平管群の一端から他端へ向けて流れる。そして、この他端から流出した各冷媒は、部屋Ｇで合流し、冷媒出口配管２００ａから外部に流出する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配置された複数の伝熱管に冷媒を並列に流す熱交換器の熱交換器用ヘッダであって、
前記ヘッダは、
表面張力の作用により前記複数の伝熱管に冷媒を分配して並列に流すものであり、
前記複数の伝熱管の一端が接続される複数の貫通孔が長手方向に並設され、
前記複数の貫通孔に連通して冷媒流路となる部屋が少なくとも一つ形成されており、
前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記複数の伝熱管の冷媒入口側又は冷媒出口側の端部が接続される入口側貫通孔又は出口側貫通孔であり、前記部屋の中の前記入口側貫通孔と対向する部分に、前記ヘッダの長手方向に延びる溝が、前記長手方向と直交する短手方向に複数形成されていることを特徴とする熱交換器用ヘッダ。
【請求項２】
前記部屋が前記ヘッダの長手方向に仕切られて複数形成されており、前記複数の部屋のそれぞれは、外部からの冷媒が流入する流入部屋、折り返し流路となる折り返し部屋、外部へ冷媒が流出する流出部屋の何れかに分類され、
前記流入部屋に連通する貫通孔は全てが入口側貫通孔であり、前記流入部屋を形成する部分の前記長手方向の全体に前記複数の溝が形成され、
前記折り返し部屋に連通する貫通孔は入口側貫通孔群と出口側貫通孔群とに分けられ、入口側貫通孔群と対向する部分に、前記複数の溝が形成され、
前記流出部屋に連通する貫通孔は全てが出口側貫通孔であり、前記流出部屋を形成する部分には前記複数の溝が形成されていないことを特徴とする請求項１記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項３】
前記複数の溝は、突出した複数の突部同士の間の隙間により形成されており、前記折り返し部屋に形成された前記複数の突部において、前記入口側貫通孔群と前記出口側貫通孔群との境目側の端部の位置は、前記短手方向に隣接する前記突部同士で互いにずれていることを特徴とする請求項２記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項４】
前記複数の溝は、突出した複数の突部同士の間の隙間により形成されており、前記複数の突部は、隣接する前記突部同士の高さが互い異なることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項５】
前記複数の突部の高さを、前記短手方向に交互に高低としたことを特徴とする請求項４記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項６】
前記複数の突部の高さを、前記短手方向の中心部分に行くに連れて高く形成したことを特徴とする請求項４記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項７】
前記ヘッダは、一面が開口した箱状を成し、前記開口と対向する底面に前記複数の貫通孔が形成されたヘッダ本体と、前記開口を覆う板状に形成された蓋体と、を有していること特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項８】
前記溝が前記蓋体に形成されていることを特徴とする請求項７記載の熱交換器用ヘッダ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の熱交換器用ヘッダを備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
空気通過方向に対して直交する方向に互いに離間して配置された一対の請求項２又は請求項３記載の熱交換器用ヘッダと、前記一対の熱交換器用ヘッダ間に並列に配置され、両端が一対の熱交換器用ヘッダの前記複数の貫通孔に接続された複数の伝熱管と、前記空気通過方向に空気が通過するように配置された複数のフィンとを備えた熱交換部を、前記空気通過方向に少なくとも２つ有し、前記熱交換部同士は列跨ぎ配管で連通され、冷媒が、空気通過方向上流側の前記熱交換部の前記複数の伝熱管を、前記流入部屋から前記流出部屋まで前記折り返し部屋で折り返しながら流れた後、前記列跨ぎ配管を介して空気通過方向下流側の前記熱交換部に流入し、同様に前記熱交換器用ヘッダの前記流入部屋から前記流出部屋まで前記折り返し部屋で折り返しながら流れる冷媒流路が形成されており、
熱交換器が蒸発器として用いられる場合、上流側の前記熱交換部を流れる冷媒パス数が、下流側の前記熱交換部を流れる冷媒パス数よりも少なく構成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項１１】
前記伝熱管は、冷媒流路となる貫通孔を複数有する扁平管であることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の熱交換器。
【請求項１２】
請求項９〜請求項１１の何れか一項に記載の熱交換器を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の冷凍サイクル装置を備えたことを特徴とする空気調和機。
【国際調査報告】
2013161795.tif 000018
2013161795.tif 000019
2013161795.tif 000020
2013161795.tif 000021