(57)【要約】【課題】冷媒の吸熱量を増加させて熱交換効率を向上させることができる熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することである。【解決手段】実施形態の熱交換器は、第１ヘッダおよび第２ヘッダと、複数の熱交換チューブと、を持つ。第１ヘッダおよび第２ヘッダは、筒状に形成され、相互に離間して並んで配置される。複数の熱交換チューブは、第１ヘッダおよび第２ヘッダの中心軸方向に間隔を置いて配列され、両端部が第１ヘッダおよび第２ヘッダの内部に開口する。第１ヘッダおよび第２ヘッダのうち少なくとも一方のヘッダは、該ヘッダの内部空間のガス冷媒を該ヘッダ外に取出すガス取出手段を持つ。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成され、相互に離間して並んで配置された第１ヘッダおよび第２ヘッダと、
前記第１ヘッダおよび前記第２ヘッダの中心軸方向に間隔を置いて配列され、両端部が前記第１ヘッダおよび前記第２ヘッダの内部に開口する複数の熱交換チューブと、
前記第１ヘッダおよび前記第２ヘッダのうち少なくとも一方のヘッダに設けられ、該ヘッダの内部空間のガス冷媒を該ヘッダ外に取出すガス取出手段と、を有する、
熱交換器。
【請求項２】
前記ガス取出手段は、ガス取出配管であり、
前記ガス取出配管は、前記ヘッダの内部空間に開口する開口部である内部開口を有するとともに、前記ヘッダの外部に延出された延出部を有し、
前記内部開口は、前記ヘッダの内部空間の上方に配置される、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記ヘッダは、前記中心軸方向において複数の内部空間に区分され、
前記内部開口は、前記複数の内部空間のそれぞれに開口し、
前記ガス取出配管の配管経路に沿った前記延出部からの距離が大きい前記内部開口の開口面積は、前記ガス取出配管の配管経路に沿った前記延出部からの距離が小さい前記内部開口の開口面積よりも大きい、
請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記内部開口は、前記内部空間に開口する前記複数の熱交換チューブのうち、最上方に配置される前記熱交換チューブよりも上方に配置される、
請求項２または３に記載の熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器と、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記ガス取出手段を前記圧縮機の冷媒導入口に連通させるバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を流通する冷媒の流量調整を実施する流量調整機構と、
前記流量調整機構の動作を制御する制御部と、を有する、
冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記バイパス配管を流通する冷媒を加熱する加熱部と、
前記バイパス配管に沿って前記加熱部の両側に設けられ、前記バイパス配管を流通する冷媒の温度に対応する信号を出力する一対の温度センサと、を有し、
前記制御部は、
前記一対の温度センサから出力された信号に基づいて、前記加熱部の両側における冷媒の温度差を検出し、
検出した前記温度差に基づいて、前記流量調整機構の動作を制御する、
請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、熱交換器および冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器が利用されている。冷凍サイクル装置の蒸発器として熱交換器が使用される場合、冷媒は外気から吸熱する。冷媒の吸熱量を増加させて熱交換効率を向上させることができる熱交換器が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公昭５８−９１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、冷媒の吸熱量を増加させて熱交換効率を向上させることができる熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の熱交換器は、第１ヘッダおよび第２ヘッダと、複数の熱交換チューブと、を持つ。第１ヘッダおよび第２ヘッダは、筒状に形成され、相互に離間して並んで配置される。複数の熱交換チューブは、第１ヘッダおよび第２ヘッダの中心軸方向に間隔を置いて配列され、両端部が第１ヘッダおよび第２ヘッダの内部に開口する。第１ヘッダおよび第２ヘッダのうち少なくとも一方のヘッダは、該ヘッダの内部空間のガス冷媒を該ヘッダ外に取出すガス取出手段を持つ。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の冷凍サイクル装置の概略構成図。
【図２】第１の実施形態の熱交換器の正面図。
【図３】第１の実施形態の熱交換器の部分斜視図。
【図４】図２のＦ４−Ｆ４線における部分断面図。
【図５】ガス取出配管の概略構成図。
【図６】ガス取出方法のフローチャート。
【図７】第１の実施形態の変形例の冷凍サイクル装置の概略構成図。
【図８】第２の実施形態の熱交換器の正面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の熱交換器および冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
本願において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、以下のように定義される。Ｚ方向は、第１ヘッダおよび第２ヘッダの中心軸方向（延在方向）である。例えば、Ｚ方向は鉛直方向であり、＋Ｚ方向は上方向である。Ｘ方向は、熱交換チューブの中心軸方向（延在方向）である。例えば、Ｘ方向は水平方向であり、＋Ｘ方向は第１ヘッダから第２ヘッダに向かう方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向である。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
図１に示されるように、冷凍サイクル装置１は、圧縮機２と、四方弁３と、室外熱交換器（熱交換器）４と、膨張装置５と、室内熱交換器６と、制御部９と、を有する。冷凍サイクル装置１の構成要素は、配管７によって順次接続されている。各図では、暖房運転時の冷媒の流通方向が実線矢印で、冷房運転時の冷媒の流通方向が破線矢印で示される。
【０００９】
圧縮機２は、圧縮機本体２Ａと、アキュムレータ２Ｂと、を有する。圧縮機本体２Ａは、内部に取り込まれる低圧の気体冷媒を圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。アキュムレータ２Ｂは、気液二相冷媒を分離して、気体冷媒を圧縮機本体２Ａに供給する。
【００１０】
四方弁３は、冷媒の流通方向を逆転させ、暖房運転と冷房運転とを切り替える。暖房運転時に冷媒は、圧縮機２、四方弁３、室内熱交換器６、膨張装置５、室外熱交換器４の順に流れる。このとき冷凍サイクル装置１は、室内熱交換器６を凝縮器として機能させ、室外熱交換器４を蒸発器として機能させ、室内を暖房する。冷房運転時に冷媒は、圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、膨張装置５及び室内熱交換器６の順に流れる。このとき冷凍サイクル装置１は、室外熱交換器４を凝縮器として機能させ、室内熱交換器６を蒸発器として機能させ、室内を冷房する。
【００１１】
凝縮器は、圧縮機２から吐出される高温・高圧の気体冷媒を、外気へ放熱させて凝縮させることにより、高圧の液体冷媒にする。蒸発器は、膨張装置５から送り込まれる低温・低圧の液体冷媒を、外気から吸熱させて気化させることにより、低圧の気体冷媒にする。
膨張装置５は、凝縮器から送り込まれる高圧の液体冷媒の圧力を下げ、低温・低圧の液体冷媒にする。
【００１２】
制御部９は、圧縮機２、四方弁３、膨張装置５などの動作を制御する。
このように、冷凍サイクル装置１では、作動流体である冷媒が気体冷媒と液体冷媒との間で相変化しながら循環し、気体冷媒から液体冷媒に相変化する過程で放熱し、液体冷媒から気体冷媒に相変化する過程で吸熱する。そして、これらの放熱や吸熱を利用して暖房や冷房などが行われる。
【００１３】
図２は、第１の実施形態の熱交換器の正面図である。図３は、第１の実施形態の熱交換器の部分斜視図である。実施形態の熱交換器４は、冷凍サイクル装置１の室外熱交換器４および室内熱交換器６のうち一方または両方に使用される。以下、実施形態の熱交換器４が冷凍サイクル装置１の室外熱交換器４として使用される場合を例にして説明する。
【００１４】
図２に示されるように、熱交換器４は、第１ヘッダ１０と、第２ヘッダ２０と、熱交換チューブ３０と、フィン４０と、を有する。
第１ヘッダ１０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。第１ヘッダ１０は、筒状に形成され、例えばＺ方向に垂直な断面が円形状の円筒状に形成される。第１ヘッダ１０のＺ方向の両端部は閉塞される。第１ヘッダ１０の外周面には、熱交換チューブ３０が挿入される複数の貫通孔が形成される。
第２ヘッダ２０は、第１ヘッダ１０と同様に形成される。第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０は、Ｘ方向に相互に離間して並んで配置される。
【００１５】
熱交換チューブ３０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。図３に示されるように、熱交換チューブ３０は、偏平管状に形成される。すなわち熱交換チューブ３０は、Ｙ方向に所定の幅を有し、Ｚ方向に薄く、Ｘ方向に長く伸びる。
【００１６】
図４は、図２のＦ４−Ｆ４線における部分断面図である。熱交換チューブ３０の外形は、長円形状に形成される。熱交換チューブ３０の内部には、複数の冷媒流路３４がＹ方向に並んで形成される。隣り合う冷媒流路３４の間は、ＸＺ平面と平行な流路壁３５により仕切られる。複数の冷媒流路３４は、熱交換チューブ３０をＸ方向に貫通する。
【００１７】
図２に示されるように、複数の熱交換チューブ３０が、Ｚ方向に間隔をおいて配置される。熱交換チューブ３０の両端部は、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０の外周面に形成された貫通孔に挿入される。これにより、熱交換チューブ３０の冷媒流路３４の両端部は、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０の内部に開口する。第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０と熱交換チューブ３０との間は、ロウ付け等により封止されて固定される。
【００１８】
フィン４０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。フィン４０は、図２および図３に示されるように、平板状に形成されたプレートフィンである。フィン４０は、ＹＺ平面と平行に配置される。フィン４０のＺ方向の長さは、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０のＺ方向の長さと同等か、それより少し短い。
【００１９】
図４に示されるように、フィン４０のＹ方向の幅は、熱交換チューブ３０のＹ方向の幅より大きい。フィン４０の＋Ｙ方向の端辺から−Ｙ方向にかけて、切欠き４３が形成される。切欠き４３には熱交換チューブ３０が挿入される。熱交換チューブ３０とフィン４０との間は、ロウ付け等により固定される。
図２に示されるように、複数のフィン４０が、Ｘ方向に間隔をおいて配置される。
【００２０】
隣り合う熱交換チューブ３０の間および隣り合うフィン４０の間には、Ｙ方向に伸びる外気流路が形成される。熱交換器４は、送風ファン（不図示）等により外気流路に外気を流通させる。熱交換器４は、外気流路を流通する外気と、冷媒流路３４を流通する冷媒との間で熱交換させる。熱交換は、熱交換チューブ３０およびフィン４０を介して、間接的に行われる。フィン４０には凹凸が設けられてもよい。凹凸は、外気流路を流通する外気に乱流を発生させ、熱交換効率を向上させる。
実施形態のフィン４０はプレートフィンであるが、コルゲートフィンでもよい。コルゲートフィンは波型に形成され、隣り合う熱交換チューブ３０の間に配置される。
【００２１】
熱交換器４の内部構造について説明する。
図２に示されるように、第１ヘッダ１０は、内部空間１１に複数の仕切部材１５を有する。仕切部材１５は、ＸＹ平面と平行に配置され、第１ヘッダ１０の内部空間１１をＺ方向に仕切る。複数の仕切部材１５は、第１ヘッダ１０の内部空間１１を、複数の小室１１ｓに区分する。図２の例では、２個の仕切部材１５が、内部空間１１を３個の小室１１ｓに区分する。図２の例では、３個の小室１１ｓのＺ方向の高さは等しい。
【００２２】
第２ヘッダ２０は、第１ヘッダ１０と同様に、複数の仕切部材２５を有する。複数の仕切部材２５が、第２ヘッダ２０の内部空間２１を複数の小室２１ｓに区分する。図２の例では、２個の仕切部材２５が、内部空間を３個の小室２１ｓに区分する。図２の例では、３個の小室２１ｓのＺ方向の高さは等しい。第１ヘッダ１０の小室１１ｓの高さと、第２ヘッダ２０の小室２１ｓの高さとは等しい。
【００２３】
熱交換チューブ３０の−Ｘ方向の第１端部は、第１ヘッダ１０の内部空間１１に開口する。内部空間１１に形成された複数の小室１１ｓには、それぞれ複数の熱交換チューブ３０が開口する。図５の例では、複数の小室１１ｓに対して、それぞれ同数の熱交換チューブ３０が開口する。
熱交換チューブ３０の＋Ｘ方向の第２端部は、第２ヘッダ２０の内部空間２１に開口する。内部空間２１に形成された複数の小室２１ｓには、それぞれ複数の熱交換チューブ３０が開口する。第１ヘッダ１０の小室１１ｓに開口する熱交換チューブ３０の数と、第２ヘッダ２０の小室２１ｓに開口する熱交換チューブ３０の数とは同じである。
【００２４】
第１ヘッダ１０は、第１冷媒ポート１７を有する。複数の小室１１ｓは、それぞれ第１冷媒ポート１７を有する。第１冷媒ポート１７は、各小室１１ｓの下方に形成される。
第２ヘッダ２０は、第２冷媒ポート１８を有する。複数の小室２１ｓは、それぞれ第２冷媒ポート１８を有する。第２冷媒ポート１８は、各小室２１ｓの上方に形成される。
【００２５】
図１に示される冷凍サイクル装置１が暖房運転を行うとき、室外熱交換器４は蒸発器として機能する。この場合に冷媒は、図２に示される第１冷媒ポート１７、小室１１ｓ、熱交換チューブ３０、小室２１ｓ、第２冷媒ポート１８の順に流通する。小室１１ｓ，２１ｓは、冷媒の流通経路を区分する。区分された冷媒の流通経路をモジュールと呼ぶ。熱交換器４には、複数のモジュールが並列に配置される。図２の例では、３個の小室１１ｓ，２１ｓにより、３個のモジュールＡ，Ｂ，Ｃが形成される。モジュールＡは小室１１ａを有し、モジュールＢは小室１１ｂを有し、モジュールＣは小室１１ｃを有する。
【００２６】
図５は、ガス取出手段の一例であるガス取出配管５０の概略構成図である。
ガス取出配管５０は、第１ヘッダ１０に装着される。ガス取出配管５０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。ガス取出配管５０は、配管本体５１と、延出部５９と、内部開口５５と、を有する。
【００２７】
配管本体５１は、管状に形成され、例えばＺ方向に垂直な断面が円形状の円管状に形成される。Ｚ方向に垂直な断面において、配管本体５１は第１ヘッダ１０の中心に配置される。すなわち、配管本体５１の中心軸は第１ヘッダ１０の中心軸に一致する。配管本体５１はＺ方向に伸びる。配管本体５１の下端部は、第１ヘッダ１０の下端部まで伸びて閉塞される。配管本体５１の上端部は、第１ヘッダ１０の上端部に形成された貫通孔を通って、第１ヘッダ１０の外部まで伸び延出部５９を構成する。配管本体５１と第１ヘッダ１０の上端部との間は、ロウ付け等により封止されて固定される。
【００２８】
延出部５９は、配管本体５１の上端部に形成される。延出部５９は、ガス取出配管５０と他の配管とを接続する。他の配管は、例えば後述するバイパス配管６０である。
【００２９】
内部開口５５は、第１ヘッダ１０の内部空間１１に開口する。内部開口５５は、配管本体５１の管壁に形成された貫通孔である。内部開口５５は、各小室１１ｓにそれぞれ形成される。図５の例では、小室１１ａに内部開口５５ａが形成され、小室１１ｂに内部開口５５ｂが形成され、小室１１ｃに内部開口５５ｃが形成される。内部開口５５は、小室１１ｓの上方に形成される。すなわち、内部開口５５は小室１１ｓの上半部に形成される。小室１１ｓに開口する複数の熱交換チューブ３０のうち、最上方に配置される熱交換チューブ３０よりも上方に、内部開口５５が配置される。すなわち、内部開口５５の下端部は、最上方に配置される熱交換チューブ３０の上端部よりも上方に配置される。
【００３０】
ガス取出配管５０の配管経路に沿った、延出部５９の端部から内部開口５５までの距離をＤとする。距離Ｄが大きい内部開口５５の開口面積は、距離Ｄが小さい内部開口５５の開口面積よりも大きい。図５の例では、内部開口５５ａまでの距離Ｄａと、内部開口５５ｂまでの距離Ｄｂと、内部開口５５ｃまでの距離Ｄｃとは、Ｄａ＜Ｄｂ＜Ｄｃの関係である。このとき、内部開口５５ａの開口面積Ｆａと、内部開口５５ｂの開口面積Ｆｂと、内部開口５５ｃの開口面積Ｆｃとは、Ｆａ＜Ｆｂ＜Ｆｃの関係である。
【００３１】
図１に示されるように、冷凍サイクル装置１は、バイパス配管６０と、流体制御弁６２と、加熱部７０と、一対の温度センサ７１，７２と、を有する。
バイパス配管６０の第１端部は、室外熱交換器４の第１ヘッダの外部に配置された、ガス取出配管の延出部５９に接続される。バイパス配管６０の第２端部は、圧縮機２の吸込み側の配管（サクションライン）に接続され、圧縮機２の冷媒導入口に連通する。これによりバイパス配管６０は、ガス取出配管を圧縮機２の冷媒導入口に連通させて、室外熱交換器４をバイパスする。
【００３２】
流体制御弁６２は、流量調整機構の一例であり、バイパス配管６０を流通する冷媒の流量調整を実施する。流体制御弁６２は、弁開度の調整および閉弁が可能である。流体制御弁６２は、バイパス配管６０の任意の位置に設けられる。
加熱部７０は、バイパス配管６０を流通する冷媒を加熱する。加熱部７０の加熱源は任意である。図１の例では、冷凍サイクル装置１が暖房運転を行う場合に、膨張装置５の上流側の配管７ｈが加熱部７０の加熱源として利用される。加熱部７０は、バイパス配管６０を流通する冷媒と加熱源との間で熱交換を行うことにより、冷媒を加熱する。
【００３３】
一対の温度センサ７１，７２は、バイパス配管６０に沿って加熱部７０の両側に設けられる。一対の温度センサ７１，７２は、第１温度センサ７１と、第２温度センサ７２と、を有する。第１温度センサ７１は、加熱部７０の室外熱交換器４側に設けられる。第２温度センサ７２は、加熱部７０の圧縮機２側に設けられる。一対の温度センサ７１，７２は、バイパス配管６０を流通する冷媒の温度に対応する信号を、制御部９に出力する。
【００３４】
制御部９は、流体制御弁６２の動作を制御する。熱交換器４が凝縮器として機能する場合に、制御部９は流体制御弁６２を閉弁して、バイパス配管６０に冷媒を流通させない。一方、熱交換器４が蒸発器として機能する場合に、制御部９は流体制御弁６２を開弁して、バイパス配管６０に冷媒を流通させる。このとき制御部９は、一対の温度センサ７１，７２からの出力信号に基づいて、加熱部７０の両側における冷媒の温度差ΔＴを検出する。制御部９は、検出した温度差ΔＴに基づいて、流体制御弁６２の動作を制御する。
【００３５】
制御部９の具体的な動作について説明する。
図１に示される冷凍サイクル装置１が暖房運転を行うとき、室外熱交換器４は蒸発器として機能する。このとき、図２に示される熱交換器４の第１冷媒ポート１７には、冷媒分配機構（不図示）により均等に分配された、液相成分の多い気液二相冷媒が流入する。冷媒は、熱交換チューブ３０を流通する過程で外気から吸熱する。具体的には、液相冷媒から気相冷媒への相変化と、気相冷媒の温度上昇とにより、冷媒は外気から吸熱する。
【００３６】
熱交換器４に流入する気液二相冷媒のうち液相冷媒は、気相冷媒への相変化および温度上昇により吸熱するため、吸熱余力が大きい。これに対して気相冷媒は、温度上昇のみで吸熱するため、吸熱余力が小さい。そのため、熱交換チューブ３０を流通する気液二相冷媒に気相冷媒が多く含まれると、熱交換器４の熱交換効率が低下する。
また気液二相冷媒のうち、液相冷媒の比重は大きく、気相冷媒の比重は小さい。そのため、気相成分のみが上方の熱交換チューブを流通（ガス抜け）し、液相成分が下方の熱交換チューブに滞留（液溜まり）するおそれがある。
【００３７】
実施形態の熱交換器４は、ガス取出配管５０を有する。ガス取出配管５０の内部開口５５は、第１ヘッダ１０の小室１１ｓの上方に配置される。第１冷媒ポート１７は、小室１１ｓの下方に形成される。そのため、第１冷媒ポート１７から小室１１ｓの下方に気液二相冷媒が流入するとき、比重の小さい気相冷媒が小室１１ｓの上方に移動する。気相冷媒は、小室１１ｓの上方に配置された内部開口５５から、ガス取出配管５０に流入する。気相冷媒は、ガス取出配管５０を流通し、外部に取り出される。これにより、小室１１ｓに流入した気相冷媒の多くは外部に取り出される。そのため、小室１１ｓから熱交換チューブ３０に気液二相冷媒が流入するとき、気液二相冷媒に含まれる気相冷媒が少なくなる。その結果、冷媒の吸熱量が増加する。したがって熱交換器４は、熱交換効率を向上させることができる。
また、気液二相冷媒のうち気相冷媒の多くが内部開口５５からガス取出配管５０に流入する。そのため、液相冷媒が複数の熱交換チューブ３０に分散して流入し、複数の熱交換チューブ３０を均等に流通する。したがって熱交換器４は、ガス抜けおよび液溜まりを抑制できる。
【００３８】
ガス取出配管５０から外部に取り出された気相冷媒は、図１に示される延出部５９を介してバイパス配管６０に流入する。気相冷媒は、バイパス配管６０により熱交換器４をバイパスして、圧縮機２に流入する。
仮に、ガス取出配管５０の内部開口５５に液相冷媒が流入すると、液相冷媒がバイパス配管６０を介して圧縮機２に流入することになる。制御部９は、以下のガス取出方法を実施して、液相冷媒が圧縮機２に流入するのを抑制する。
【００３９】
図６は、ガス取出方法のフローチャートである。
制御部９は、暖房運転を実施する（Ｓ２）。このとき、熱交換器４の第１ヘッダ１０の小室１１ｓに気液二相冷媒が流入する。制御部９は、流体制御弁６２を所定開度だけ開弁する（Ｓ４）。これにより、小室１１ｓに流入した気液二相冷媒の一部が、ガス取出配管５０の内部開口５５に流入する。内部開口５５に流入した冷媒は、ガス取出配管５０からバイパス配管６０に流入する。バイパス配管６０を流通する冷媒は、加熱部７０において加熱される。
【００４０】
制御部９は、一対の温度センサ７１，７２の出力信号に基づいて、加熱部７０の前後における冷媒の温度差ΔＴを検出する（Ｓ５）。バイパス配管６０を流通するのが気相冷媒であるとき、加熱部７０からの吸熱により気相冷媒の温度が上昇する。この場合、温度差ΔＴは０より大きい値になる。これに対して、バイパス配管６０を流通するのが液相冷媒であるとき、加熱部７０からの吸熱により液相冷媒が気相冷媒に相変化するので、冷媒の温度変化は小さい。この場合、温度差ΔＴはほとんど０になる。すなわち、温度差ΔＴに基づいて、バイパス配管６０を流通する冷媒の相状態が推定できる。
【００４１】
制御部９は、温度差ΔＴが所定値αより大きいか判断する（Ｓ６）。所定値αは、予め０に近い小さな値に設定される。Ｓ６の判断がＮＯの場合には、バイパス配管６０を流通するのが液相冷媒であると推定される。この場合に制御部９は、流体制御弁６２の開度を減少させる（Ｓ８）。制御部９は、流体制御弁６２を閉弁してもよい。これにより、液相冷媒の圧縮機２への流入が抑制される。
【００４２】
Ｓ６の判断がＹＥＳの場合には、バイパス配管６０を流通するのが気相冷媒であると推定される。この場合に制御部９は、流体制御弁６２の開度を所定開度のまま維持する。これにより、気相冷媒がバイパス配管６０から圧縮機２に流入する。
Ｓ６の判断がＹＥＳの場合に制御部９は、Ｓ６で検出した温度差ΔＴに基づいて、流体制御弁６２の弁開度を調節してもよい。例えば制御部９は、温度差ΔＴが所定値β（＞α）を超える場合に、流体制御弁６２の弁開度を増加させてもよい。
【００４３】
室外熱交換器４が蒸発器として機能するとき、室外熱交換器４の圧縮機２側（出口側）の冷媒圧力は、膨張装置５側（入口側）の冷媒圧力より小さい。流体制御弁６２の弁開度の調整により、バイパス配管６０の圧縮機２側（出口側）の冷媒圧力が、膨張装置５側（入口側）の冷媒圧力より小さくなる。これにより、室外熱交換器４およびバイパス配管６０の両方から圧縮機２に冷媒が供給される。
以上により、ガス取出方法の処理が終了する。
【００４４】
冷凍サイクル装置１が冷房運転を行うとき、室外熱交換器４は凝縮器として機能する。この場合に冷媒は、図２に示される第２冷媒ポート１８、小室２１ｓ、熱交換チューブ３０、小室１１ｓ、第１冷媒ポート１７の順に流通する。すなわち、熱交換チューブ３０で熱交換を終了した冷媒が、小室１１ｓに流入する。そのため、小室１１ｓに流入する気液二相冷媒の気相成分を外部に取り出す必要がない。そこで制御部９は、図１に示される流体制御弁６２を閉弁する。これにより、小室１１ｓに流入した液相冷媒が、図５に示されるガス取出配管５０の内部開口５５に流入しない。したがって、液相冷媒の圧縮機２への流入が防止される。
【００４５】
以上に詳述したように、図２に示される実施形態の熱交換器４は、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０と、複数の熱交換チューブ３０と、を持つ。第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０は、筒状に形成され、Ｘ方向に相互に離間して並んで配置される。複数の熱交換チューブ３０は、第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０の中心軸方向（Ｚ方向）に間隔を置いて配列され、両端部が第１ヘッダ１０および第２ヘッダ２０の内部に開口する。第１ヘッダ１０は、図５に示されるガス取出配管５０を持つ。ガス取出配管５０は、内部開口５５と、延出部５９を持つ。内部開口５５は、第１ヘッダ１０の小室１１ｓに開口する。延出部５９は、第１ヘッダ１０の外部に設けられる。内部開口５５は、第１ヘッダ１０の小室１１ｓの上方に配置される。
【００４６】
小室１１ｓに気液二相冷媒が流入すると、比重の小さい気相冷媒が小室１１ｓの上方に移動する。内部開口５５が小室１１ｓの上方に配置されるので、気相冷媒が内部開口５５からガス取出配管５０に流入し、第１ヘッダ１０の外部に取り出される。これにより、小室１１ｓから熱交換チューブ３０に気液二相冷媒が流入するとき、気液二相冷媒に含まれる気相冷媒が少なくなる。これにより冷媒の吸熱量が増加するので、熱交換器４は熱交換効率を向上させることができる。
【００４７】
第１ヘッダ１０は、Ｚ方向において複数の小室１１ｓに区分される。内部開口５５は、複数の小室１１ｓのそれぞれに開口する。ガス取出配管５０の配管経路に沿った延出部５９からの距離Ｄが大きい内部開口５５の開口面積は、距離Ｄが小さい内部開口５５の開口面積よりも大きい。
【００４８】
距離Ｄが大きいほど、ガス取出配管５０を流通する過程で気相冷媒に発生する圧力損失が大きい。そのため、距離Ｄが大きい内部開口５５には気相冷媒が流入し難くなる。距離Ｄが大きい内部開口５５の開口面積を大きくすることで、その内部開口５５にも気相冷媒が流入し易くなる。これにより、複数の小室１１ｓのそれぞれに開口する内部開口５５について、気相冷媒の流入量の不均衡が抑制される。これに伴って、複数の小室１１ｓにおける液相冷媒の液面高さが均等になる。
【００４９】
内部開口５５は、小室１１ｓに開口する複数の熱交換チューブ３０のうち、最上方に配置される熱交換チューブ３０よりも上方に配置される。
これにより、液相冷媒が内部開口５５に流入するのを抑制できる。したがって、液相冷媒が、ガス取出配管５０およびバイパス配管６０を介して、圧縮機２に流入するのを抑制できる。
【００５０】
図１に示される実施形態の冷凍サイクル装置１は、熱交換器４と、圧縮機２と、バイパス配管６０と、流体制御弁６２と、制御部９と、を持つ。圧縮機２は、冷媒を圧縮する。バイパス配管６０は、ガス取出配管５０を圧縮機２の冷媒導入口に連通させる。流体制御弁６２は、バイパス配管６０に設けられ、バイパス配管６０を流通する冷媒の流量調整を実施する。制御部９は、流体制御弁６２の動作を制御する。
【００５１】
熱交換器４が蒸発器として機能する場合に、制御部９は流体制御弁６２を開弁して、バイパス配管６０に冷媒を流通させる。これにより、第１ヘッダ１０の外部に取り出された気相冷媒が、熱交換器４をバイパスして圧縮機２に流入する。したがって、冷媒を循環させることができる。一方、熱交換器４が凝縮器として機能する場合に、制御部９は流体制御弁６２を閉弁して、バイパス配管６０に冷媒を流通させない。これにより、第１ヘッダ１０の外部に冷媒が取り出されないので、液相冷媒が圧縮機２に流入するのを防止できる。
【００５２】
加熱部７０は、バイパス配管６０を流通する冷媒を加熱する。一対の温度センサ７１，７２は、バイパス配管６０に沿って加熱部７０の両側に設けられ、バイパス配管６０を流通する冷媒の温度に対応する信号を出力する。制御部９は、一対の温度センサ７１，７２から出力された信号に基づいて加熱部７０の両側における冷媒の温度差ΔＴを検出する。制御部９は、検出した温度差ΔＴに基づいて、流体制御弁６２の動作を制御する。
【００５３】
バイパス配管６０を流通するのが気相冷媒であるとき、加熱部７０からの吸熱により冷媒の温度が上昇する。バイパス配管６０を流通するのが液相冷媒であるとき、加熱部７０からの吸熱による冷媒の温度変化は小さい。制御部９は、検出した温度差ΔＴに基づいて、流体制御弁６２の動作を制御する。これにより、液相冷媒が圧縮機２に流入するのを抑制できる。
【００５４】
冷凍サイクル装置の変形例について説明する。
図７は、第１の実施形態の変形例の冷凍サイクル装置の概略構成図である。図７に示される変形例の冷凍サイクル装置１０１は、キャピラリ管６４および開閉弁６６を有する点で、図１に示される第１の実施形態の冷凍サイクル装置１とは異なる。変形例の構成のうち、以下に説明する構成以外の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００５５】
冷凍サイクル装置１０１は、流量調整機構としてキャピラリ管６４および開閉弁６６を有する。本願において「流量調整」とは、時間的または空間的に流量を変化させることを意味する。すなわち流量調整は、開閉弁６６により（開閉弁６６の動作時点の前後で）時間的に流量を変化させることを含む。流量調整は、キャピラリ管６４により（キャピラリ管６４の上流側と下流側との間で）空間的に流量を変化させることを含む。
【００５６】
キャピラリ管６４および開閉弁６６は、バイパス配管６０に設けられる。
キャピラリ管６４は、バイパス配管６０の圧縮機２側（出口側）の冷媒圧力を、膨張装置５側（入口側）の冷媒圧力より小さくする。これにより、室外熱交換器４およびバイパス配管６０の両方から圧縮機２に冷媒が供給される。
開閉弁６６は、開弁および閉弁を切り替える。
【００５７】
冷凍サイクル装置１０１が暖房運転を行うとき、制御部９は開閉弁６６を開弁する。これにより、図５に示されるガス取出配管５０の内部開口５５に、気相冷媒が流入する。気相冷媒は、ガス取出配管５０およびバイパス配管６０を介して、圧縮機２に流入する。
【００５８】
冷凍サイクル装置１０１が冷房運転を行うとき、制御部９は開閉弁６６を閉弁する。これにより、図５に示されるガス取出配管５０の内部開口５５に冷媒が流入しない。したがって、液相冷媒が圧縮機２に流入するのを防止できる。
図７に示される変形例の冷凍サイクル装置１０１は、図１に示される第１の実施形態の冷凍サイクル装置１と同様の作用効果を有する。
【００５９】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態の熱交換器２０４の正面図である。第２の実施形態の構成のうち、以下に説明する構成以外の構成については、第１の実施形態と同様である。
熱交換器２０４は、第１熱交換器２０４ｇと、第２熱交換器２０４ｈと、接続流路２６と、を有する。第１熱交換器２０４ｇは下方に配置され、第２熱交換器２０４ｈは上方に配置される。第１熱交換器２０４ｇの構成のうち、以下に説明する構成以外の構成については、図２に示される第１の実施形態の熱交換器４と同様である。
【００６０】
第２熱交換器２０４ｈの第２ヘッダ２２０は、内部空間２２に複数の仕切部材２５を有する。複数の仕切部材２５は、第２ヘッダ２２０の内部空間２２を、複数の小室２２ｓに区分する。図８の例では、２個の仕切部材２５が、内部空間２２を３個の小室２２ｓに区分する。モジュールＡは小室２２ａを有し、モジュールＢは小室２２ｂを有し、モジュールＣは小室２２ｃを有する。
【００６１】
接続流路２６は、第１熱交換器２０４ｇの第２ヘッダ２０の小室２１ｓと、第２熱交換器２０４ｈの第２ヘッダ２２０の小室２２ｓとを接続する。第１熱交換器２０４ｇに形成された複数の小室２１ｓと、第２熱交換器２０４ｈに形成された複数の小室２２ｓとの間には、それぞれ接続流路２６が形成される。図５の例では、接続流路２６が、第１熱交換器２０４ｇの上方からｎ番目（ｎは自然数）の小室２１ｓと、第２熱交換器２０４ｈの下方からｎ番目の小室２２ｓとを接続する。これにより、複数の接続流路２６の交差が回避され、レイアウトが単純化される。接続流路２６は、小室２１ｓと小室２２ｓとを上記以外の組み合わせで接続してもよい。
【００６２】
第２熱交換器２０４ｈの第１ヘッダ２１０は、内部空間１２に仕切部材を有しない。
第２冷媒ポート１８は、第２熱交換器２０４ｈの第１ヘッダ２１０の上方（上半部）に形成される。
【００６３】
図１に示される冷凍サイクル装置１が暖房運転を行う場合の、熱交換器２０４の冷媒の流通経路について説明する。冷媒は、第１熱交換器２０４ｇの第１冷媒ポート１７に流入し、第１熱交換器２０４ｇを流通する。冷媒は、第１熱交換器２０４ｇから接続流路２６を介して、第２熱交換器２０４ｈに流入する。冷媒は、第２熱交換器２０４ｈを流通し、第２冷媒ポート１８から流出する。冷媒は、第１熱交換器２０４ｇおよび第２熱交換器２０４ｈの熱交換チューブ３０を流通する過程で、外気から吸熱する。
【００６４】
ガス取出配管２５０について説明する。
図８に示されるように、ガス取出配管２５０は、第１配管本体５１と、第１延出部５９ａと、第２配管本体５２と、第２延出部５９ｂと、第１内部開口５５ａ，５５ｂ，５５ｃと、第２内部開口５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、を有する。
【００６５】
第１配管本体５１は、第１熱交換器２０４ｇの第１ヘッダ１０から上方に伸びる。第１配管本体５１は、第２熱交換器２０４ｈの第１ヘッダ２１０を貫通して、第１ヘッダ２１０の上方まで伸びる。
第１延出部５９ａは、第１配管本体５１の上端部に形成される。
【００６６】
第２配管本体５２は、第１熱交換器２０４ｇの第２ヘッダ２０から上方に伸びる。第２配管本体５２は、第２熱交換器２０４ｈの第２ヘッダ２２０を貫通して、第２ヘッダ２２０の上方まで伸びる。第２配管本体５２の下端部は、第２ヘッダ２０の下端部まで伸びて閉塞される。第２配管本体５２の下端部は、第２熱交換器２０４ｈの第２ヘッダ２２０の下端部で閉塞されてもよい。
第２延出部５９ｂは、第２配管本体５２の上端部に形成される。
【００６７】
第１内部開口５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、第１熱交換器２０４ｇの第１ヘッダ１０の内部空間の各小室１１ａ，１１ｂ，１１ｃにそれぞれ開口するように形成される。一方、第２熱交換器２０４ｈの第１ヘッダ２１０の内部空間１２に開口する第１内部開口はない。
【００６８】
第２内部開口５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、第２熱交換器２０４ｈの第２ヘッダ２２０の内部空間の各小室２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ開口するように形成される。一方、第１熱交換器２０４ｇの第２ヘッダ２０の内部空間２１に開口する第２内部開口はない。第２内部開口は、第２ヘッダ２２０および第２ヘッダ２０のうち、一方または両方の内部空間に開口すればよい。
【００６９】
図１に示される冷凍サイクル装置１が暖房運転を行うとき、第１熱交換器２０４ｇの第１冷媒ポート１７から小室１１ｓに気液二相冷媒が流入する。このとき気相冷媒は、各小室１１ａ，１１ｂ，１１ｃの上方に配置された第１内部開口５５ａ、５５ｂ、５５ｃから、第１配管本体５１に流入する。気相冷媒は、第１配管本体５１を流通し、第１延出部５９ａから外部に取り出される。残りの冷媒は、熱交換チューブ３０、小室２１ｓを流通して、接続流路２６に流入する。
【００７０】
接続流路２６から第２熱交換器２０４ｈの小室２２ｓに気液二相冷媒が流入する。小室２２ｓから熱交換チューブ３０に流入する気液二相冷媒に気相成分が多く含まれると、第２熱交換器２０４ｈの熱交換効率が低下する。小室２２ｓに流入した気相冷媒は、小室２２ａ，２２ｂ，２２ｃの上方に配置された第２内部開口５６ａ、５６ｂ、５６ｃから、第２配管本体５２に流入する。気相冷媒は、第２配管本体５２を流通し、第２延出部５９ｂから外部に取り出される。
【００７１】
第２の実施形態の熱交換器２０４も、第１の実施形態の熱交換器４と同様に、熱交換効率を向上させることができる。
第２の実施形態の熱交換器２０４は、別体の第１熱交換器２０４ｇおよび第２熱交換器２０４ｈを組み合わせて形成される。これに対して、第１熱交換器２０４ｇおよび第２熱交換器２０４ｈが一体に形成されてもよい。
第２の実施形態の熱交換器２０４は、２個の第１熱交換器２０４ｇおよび第２熱交換器２０４ｈを、１個の接続流路２６で接続して形成される。これに対して、ｎ個（ｎは自然数）の熱交換器を、ｎ−１個の接続流路で接続して形成されてもよい。
【００７２】
実施形態のヘッダの内部空間は、複数の小室に区分される。この場合にガス取出配管は、各小室にそれぞれ内部開口を有する。これに対して、ヘッダの内部空間が複数の小室に区分されなくてもよい。この場合にガス取出配管は、ヘッダの一つの内部空間に内部開口を有する。
実施形態のガス取出配管は、ヘッダの上端部を貫通してヘッダの上方に伸びる。これに対してガス取出配管は、ヘッダの下端部を貫通してヘッダの下方に伸びてもよい。ガス取出配管は、ヘッダの側壁を貫通してヘッダの側方に伸びてもよい。
【００７３】
実施形態のガス取出配管は、ヘッダの内部においてヘッダと同軸状に配置される。これに対してガス取出配管は、ヘッダの内部においてヘッダの中心軸からオフセットして配置されてもよい。ガス取出配管は、ヘッダの外周面上に配置されてもよい。
実施形態のガス取出配管は、小室に１個の内部開口を有する。これに対してガス取出配管は、小室に複数の内部開口を有してもよい。
【００７４】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ガス取出配管５０の内部開口５５が、第１ヘッダ１０の小室１１ｓの上方に配置される。これにより熱交換器は、冷媒の吸熱量を増加させて、熱交換効率を向上させることができる。
なお、上記実施形態では、ガス取出手段として、一方のヘッダの内部空間の上方に開口する内部開口を有するとともに、一方のヘッダの外部に延出された延出部を有するガス取出配管について説明したが、本発明のガス取出手段は、これに限定されるものではない。例えば、ヘッダの内部空間の上方の位置で、ヘッダの側壁に開口を形成し、この開口にバイパス配管を接続するようにしても良い。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７６】
Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ…距離、１，１０１…冷凍サイクル装置、２…圧縮機、４，２０４…熱交換器、９…制御部、１０，２１０…第１ヘッダ、１１…内部空間、１１ｓ…小室（内部空間）、２０，２２０…第２ヘッダ、２２…内部空間、２２ｓ…小室（内部空間）、３０…熱交換チューブ、５０…ガス取出配管、５５，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ…内部開口，第１内部開口、５６ａ，５６ｂ，５６ｃ…第２内部開口、５９…延出部、６０…バイパス配管、６２…流体制御弁（流量調整機構）、６４…キャピラリ管（流量調整機構）、６６…開閉弁（流量調整機構）、７０…加熱部、７１…第１温度センサ、７２…第２温度センサ。
【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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