(57)【要約】熱交換器は、入口ヘッダと出口ヘッダとの間に延びる複数のマルチチャネル伝熱管を含む。各伝熱管は、その入口端から出口端に互いに平行に長手方向に延びる個別の流路を画定する複数のチャネルを有する。入口ヘッダは、流体回路から２相流体を受けるチャネルと、流体を集めるチャンバと、を有する。チャンバは、チャネルと流体連通する入口と、伝熱管の複数の流体流路と流体連通する出口と、を有する。チャネルは、液体相冷媒と蒸気相流体とを均一に混合させる比較的高乱流の通路を画定し、ヘッダを通る流体が蒸気相と液体相に層化する可能性を低減する。
2008528941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を通る複数の個別の流体流路を画定するとともに、該複数の個別の流体流路に対して開口する入口を有する少なくとも１つの伝熱管と、
流体を分配するチャンバと、流体回路からの流体を受けるチャネルとを有するヘッダと、
を備え、
前記チャンバは、前記チャネルと流体連通する入口と、前記少なくとも１つの伝熱管の前記複数の個別の流体流路に開口する入口と流体連通する出口と、を有し、前記チャネルは、比較的高乱流の通路を画定することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記チャンバは、概ねＴ字形の断面を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記チャンバは、概ねＶ字形の断面を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記流路は、概ね円形の断面を有することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記概ねＶ字形のチャンバは、前記チャネルに流体連通して直接開口していることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記概ねＶ字形のチャンバは、少なくとも１つのオリフィスによって前記チャネルに流体連通して接続されることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記チャンバは、前記チャネルから前記チャンバの前記出口に向かって、概ね外側に末広がり状に湾曲した断面を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記チャンバは、前記チャネルに流体連通して直接開口していることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記チャンバは、少なくとも１つのオリフィスによって、前記チャネルに流体連通して接続されることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記チャネルは、概ね円形の断面を有することを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記ヘッダは、押出体であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１２】
入口端および出口端を有する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管の各々が、前記入口端から前記出口端に互いに平行でかつ長手方向に延びる複数の流路を有しており、
長手方向に延びるチャンバを画定する入口ヘッダと、
前記入口ヘッダの壁を貫通して該入口ヘッダの前記チャンバに対して開口し、長手方向に間隔を置いて設けられた複数のスロットを有し、該複数のスロットの各々は、各伝熱管の前記入口端を受けるように適合されており、
前記入口ヘッダの前記チャンバ内に配置された長手方向に延びるインサートと、
前記インサートは、前記入口ヘッダ内に長手方向に延びるとともに、流体回路からの流体を受けるチャネルと、前記ヘッダ内に長手方向に延びるチャンバと、を画定し、前記インサートの前記チャンバは、前記複数の伝熱管の前記複数の流路と流体連通するとともに、前記チャネルと流体連通し、該チャネルは、比較的高乱流の通路を画定することを特徴とする熱交換器。
【請求項１３】
前記チャンバは、概ねＴ字形の断面を有することを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記チャンバは、概ねＶ字形の断面を有することを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記概ねＶ字形のチャンバは、前記チャネルに流体連通して直接開口することを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記概ねＶ字形のチャンバは、少なくとも１つのオリフィスによって前記チャネルに流体連通して接続されることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記チャンバは、前記チャネルから前記複数のスロットを有する前記入口ヘッダの壁に向かって、概ね外側に末広がり状に湾曲した断面を有することを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記チャンバは、前記チャネルに流体連通して直接開口していることを特徴とする請求項１７に記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記チャンバは、少なくとも１つのオリフィスによって、前記チャネルに流体連通して接続されることを特徴とする請求項１７に記載の熱交換器。
【請求項２０】
開口を有する長手方向に延びるチャンバと、ヘッダ内に長手方向に延びるとともに、流体回路から流体を受けるチャネルと、を画定するとともに、前記チャンバは、前記チャネルと流体連通する入口ヘッダと、
長手方向に間隔を置いて配置された複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管の各々は、入口端と、出口端と、該入口端から該出口端に互いに平行に長手方向に延びる複数の流路と、を有し、前記複数の伝熱管の前記入口端は、前記ヘッダの前記チャンバの前記開口内に延びており、
前記ヘッダの前記チャンバ内で、前記複数の伝熱管の隣接する伝熱管の各対の間に１つのインサートが配置された複数のブロックインサートと、
前記複数のブロックインサートは、前記隣り合う伝熱管の各対の間の前記ヘッダの前記チャンバ内の容積を埋めることを特徴とする熱交換器。
【請求項２１】
前記チャネルは、比較的高乱流の通路を画定することを特徴とする請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項２２】
前記チャンバは、前記チャネルから、前記複数のスロットを有する前記入口ヘッダの壁に向かって、概ね外側に末広がり状に湾曲した断面を有することを特徴とする請求項２１の記載の熱交換器。
【請求項２３】
前記チャンバは、前記チャネルに流体連通して直接開口することを特徴とする請求項２２の記載の熱交換器。
【請求項２４】
前記チャンバは、少なくとも１つのオリフィスによって流体連通して接続されることを特徴とする請求項２２の記載の熱交換器。
【請求項２５】
前記ヘッダは、押出体であることを特徴とする請求項２０の記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、第１ヘッダと第２ヘッダとの間に延びる複数の平行管を有する熱交換器に関し、より詳細には、例えば、冷媒蒸気圧縮システムの熱交換器等の熱交換器において、ヘッダから流体流を受ける管への流体流の分配を改善することに関する。
【０００２】
本出願は、２００５年２月２日に米国で出願された米国仮出願第６０／６４９，４２６号明細書「小流路熱交換器ヘッダ」を参照し、同出願の優先権と利益を主張し、参照により、その全体を本明細書に組み込むものとする。
【背景技術】
【０００３】
冷媒蒸気圧縮システムは、本技術分野では公知である。冷媒蒸気圧縮サイクルを採用する空調装置やヒートポンプは、住居、オフィスビル、病院、学校、レストラン、または他の施設内の温度と湿度が調節された快適範囲に供給される空気の冷却または冷却／加熱によく使用される。冷媒蒸気圧縮システムは、空気または、水やグリコール溶液等の他の二次媒体の冷却にもよく使用されて、例えば、スーパーマーケット、コンビニエンスストア、食料品店、カフェテリア、レストラン、および他の食品サービス施設の陳列ケース内の食料品や飲料製品に冷蔵環境を提供する。
【０００４】
従来、これらの冷媒蒸気圧縮システムは、冷媒流連通で接続された、圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器と、を含む。前述の基本的な冷媒システムの構成要素は、閉じた冷媒回路の冷媒ラインによって相互に接続され、採用された蒸気圧縮サイクルに従って配置される。普通は、膨張弁、または、オリフィスや毛管等の一定口径の計量装置である膨張装置は、冷媒流に対して蒸発器の上流、凝縮器の下流の冷媒回路内の位置で冷媒ラインに配置される。膨張装置は、凝縮器から蒸発器に向かう冷媒ラインを通る液体冷媒を膨張させるよう動作して、低圧低温にする。そうすると、膨張装置を通り抜ける液体冷媒の一部が、膨張して蒸気になる。結果として、この型の従来の冷媒圧縮システムにおいては、蒸発器に入る冷媒流は、二相混合物を構成する。液体冷媒と蒸気冷媒との特定のパーセンテージは、採用された特定の膨張装置と、例えば、Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ１３４ａ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ４１０Ａ，Ｒ４０７Ｃ，Ｒ７１７，Ｒ７４４または他の圧縮性流体等の使用される冷媒と、によって決まる。
【０００５】
一部の冷媒蒸気圧縮システムにおいては、蒸発器は、平行管熱交換器である。このような熱交換器は、入口ヘッダつまり入口マニホールドと、出口ヘッダつまり出口マニホールドとの間に互いに平行に延びる複数の管によって提供されるとともに、その中を通る複数の平行な冷媒流経路を有する。入口ヘッダは、冷媒回路から冷媒流を受けて、その冷媒流を熱交換器を通る複数の流路に分配する。出口ヘッダは、冷媒流が各流路を出るときに冷媒流を集め、集めた冷媒流を、シングルパス熱交換器においては、圧縮機に戻る冷媒ラインに戻し、マルチパス熱交換器においては、他の伝熱管列に導く役目をする。後者の場合、出口ヘッダは、中間マニホールドまたはマニホールドチャンバであり、次の下流の管列の入口ヘッダとして働く。
【０００６】
従来、このような冷媒蒸気圧縮システムで用いられる平行管熱交換器は、一般的に直径１／２インチ、３／８インチ、または７ｍｍの円管を用いてきた。より最近では、一般的には、平坦な長方形つまり楕円形断面のマルチチャネル管が冷媒蒸気圧縮システムの熱交換器に用いられている。各マルチチャネル管は、管の長さに亘って互いに平行に長手方向に延びる複数の流路を有し、各流路は、小さい流路面積の冷媒流経路を提供する。従って、熱交換器の入口ヘッダと出口ヘッダとの間に互いに平行に延びるマルチチャネル管を有する熱交換器は、２つのヘッダ間に延びる比較的多数の小さい流路面積の冷媒流経路を有することになる。対照的に、従来の円管を有する平行管熱交換器は、入口ヘッダと出口ヘッダとの間に延びる比較的少数の大きい流路面積の流路を有することになる。
【０００７】
二相冷媒流の不均衡分配とも呼ばれる一様でない分配は、熱交換器の効率に悪影響を与える平行管熱交換器に共通の問題である。二相の不均衡分配の問題は、冷媒が上流の膨張装置を通り抜けて膨張することによる、入口ヘッダ内に存在する蒸気相冷媒と液体相冷媒との密度の差が原因である。
【０００８】
蒸発熱交換器の平行管を通る冷媒流の分配を制御する解決法の１つが、米国特許第６，５０２，４１３号明細書にＲｅｐｉｃｅ他によって開示されている。開示された冷媒蒸気圧縮システムにおいては、凝縮器からの高圧の液体冷媒を、蒸発熱交換器の入口ヘッダの上流にある従来の冷媒ライン中の膨張弁で部分的に膨張させて、低圧の液体冷媒にする。管内を単に狭くすることや、管内部に配置された内部オリフィスプレート等の制限を、管入口下流の入口ヘッダに接続される各管に設けて、管に入った後、膨張を完了して、低圧の液体／蒸気冷媒混合物にする。
【０００９】
蒸発熱交換器の平行管を通る冷媒流の分配を制御する別の解決法が、日本国特許第４０８０５７５号公報においてカンザキ他によって開示されている。開示された冷媒蒸気圧縮システムにおいても、凝縮器からの高圧の液体冷媒は、従来の冷媒ライン中の膨張弁において、部分的に膨張させられて熱交換器の分配チャンバの上流で低圧の液体冷媒になる。複数のオリフィスを有するプレートが、分配チャンバを横切って延びる。低圧の液体冷媒は、オリフィスを通るとき、膨張して、プレートの下流、チャンバに開く各管の入口の上流で低圧の液体／蒸気混合物になる。
【００１０】
日本国特許第２００２０２２３１３号公報において、ヤスシは、平行管熱交換器を開示しており、開示の熱交換器においては、冷媒は、ヘッダの軸に沿ってヘッダの端の手前で終了するように延びる入口管を通して、ヘッダに供給され、これによって、二相冷媒流は、入口管から、入口管の外面とヘッダの内面との間の環状流路に入るので、分離しない。その後、二相冷媒流は、環状流路に開く管の各々に入る。
【００１１】
比較的多数の小さい流路面積の冷媒流経路に均一に冷媒流を分配することは、従来の円管熱交換器においてよりもさらに難しく、熱交換器の効率を著しく下げるだけでなく、圧縮機の氾濫が原因で重大な信頼性の問題を引き起こす場合がある。二相の不均衡分配の問題は、従来の平坦な管熱交換器に関連付けられた入口ヘッダにおいては、そのヘッダの直径が大きくなることに伴って流体の流速が低くなることが原因で、悪化することがある。流体の流速が低くなると、蒸気相流体は、液体相流体から、より分離しやすくなる。従って、入口ヘッダ内の流れが、蒸気相流体と液体相流体の比較的均一な混合物とならずに、蒸気相成分は液体相成分から分離して、層状になる程度が大きくなる。結果として、流体混合物は、望ましくないことに、多数の管に不均一に分配され、各管は、蒸気相と液体相の混合比が異なった流体を受け取る。
【００１２】
米国特許第６，６８８，１３８号明細書において、ＤｉＦｌｏｒａは、細長い外側シリンダと、外側シリンダ内に偏心的に配置された細長い内側シリンダと、により形成された入口ヘッダを有し、内側シリンダと外側シリンダとの間に流体チャンバを画定する平行な平坦な管熱交換器を開示している。平坦な長方形の伝熱管の各々の入口端が、外側シリンダの壁を貫いて延びるとともに、内側シリンダと外側シリンダとの間に画定された流体チャンバ内に開く。
【００１３】
日本国特許第６２４１６８２号公報において、マッサキ他は、ヒートポンプ用平行管熱交換器を開示しており、開示の熱交換器においては、入口ヘッダに接続する各マルチチャネル管の入口端は、押しつぶされて、各マルチチャネル管の入口のすぐ下流で各管に部分的なスロットルによる制限を形成する。日本国特許第８２３３４０９号公報において、ヒロアキ他は、平行管熱交換器を開示しており、開示の熱交換器においては、複数の平坦なマルチチャネル管が、一対のヘッダ間で接続しており、各管は、各管に均一に冷媒を分配する手段として冷媒流の方向に流路面積が減少する内部を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の一般的な目的は、第１ヘッダと第２ヘッダとの間に延びる複数のマルチチャネル管を有する熱交換器の二相流体流の不均衡分配を低減させることである。
【００１５】
本発明の一態様の目的は、第１ヘッダと第２ヘッダとの間に延びる複数のマルチチャネル管を有する熱交換器において、二相流体流を比較的均一な様態で分配することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
複数の個別の流体流路を画定する少なくとも１つの伝熱管と、流体を集めるチャンバと流体回路から二相流体を受ける流路と、を有するヘッダと、を備える熱交換器が提供される。チャンバは、流路と流体連通する入口と、伝熱管の複数の流体流路に開く入口と流体連通する出口と、を有する。流路は、液体相冷媒と蒸気相流体を均一に混合させる比較的高乱流の通路を画定し、ヘッダを通る流体が蒸気相と液体相に層化する可能性を低減する。他にも用途はあるが、本発明の熱交換器は、ヒートポンプサイクル、エコノマイザサイクル、商業用冷凍サイクル等を含むが、これらに限定されない様々な設計の冷媒蒸気圧縮システムに採用することができる。
【００１７】
ある実施形態においては、熱交換器は、入口端から出口端まで互いに平行でかつ長手方向に延びる複数の流路を有する複数の伝熱管と、長手方向に延びるチャンバを画定する入口ヘッダと、を含む。入口ヘッダは、長手方向に離間した複数のスロットを有し、複数のスロットは、入口ヘッダの壁を貫いてヘッダチャンバに開く。各スロットは、各伝熱管の入口端を受けるように適合される。長手方向に延びるインサートは、ヘッダチャンバ内に配置される。インサートヘッダは、流体回路から流体を受けるヘッダ内に長手方向に延びる流路と、ヘッダ内に長手方向に延びるチャンバと、を画定し、チャンバは、複数の伝熱管における複数の流路と流体連通するとともに、チャネルと流体連通する。チャネルは、比較的高乱流な通路を画定する。
【００１８】
ある実施形態においては、熱交換器は、開口を有する長手方向に延びるチャンバを画定する入口ヘッダと、長手方向に離間して配置された複数の伝熱管と、を含み、伝熱管の各入口端は、ヘッダチャンバの開口に延びている。各伝熱管は、管の入口端から出口端まで互いに平行でかつ長手方向に延びる複数の流路を画定する。チャネルは、ヘッダ内に長手方向に延びるとともに、流体回路から流体を受ける。ヘッダチャンバは、チャネルと流体連通する。ヘッダチャンバ内で、隣り合う伝熱管の各対の間に１つのインサートが配置されて、隣り合う伝熱管の各対の間のヘッダチャンバ内の容積を埋めるように、複数のブロックインサートが配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の熱交換器１０は、図１に示すマルチチャネル管熱交換器の例示的なシングルパス平行管の実施形態に関して説明する。図１に示す熱交換器１０の例示的な実施形態においては、伝熱管４０は、概ね水平に延びる入口ヘッダ２０と、概ね水平に延びる出口ヘッダ３０との間に、概ね垂直でかつ互いに平行に延びる配置で示されている。複数の長手方向に延びるマルチチャネル伝熱管４０は、入口ヘッダ２０と出口ヘッダ３０との間に複数の流体流路を付与する。各伝熱管４０は、入口端において、入口ヘッダ２０と流体連通する入口を有し、他方の端において、出口ヘッダ３０と流体連通する出口を有する。
【００２０】
しかしながら、図示の実施形態は例示的なもので、本発明を制限するものではない。本発明は、他の様々な構成の熱交換器１０で実施することができることを理解されたい。例えば、伝熱管は、概ね垂直に延びる入口ヘッダと、概ね垂直に延びる出口ヘッダとの間に、互いに平行でかつ概ね水平に延びるように配置されてもよい。さらに別の例として、熱交換器は、トロイダル型入口ヘッダと、異なる直径のトロイダル型出口ヘッダと、を有し、伝熱管が、該トロイダル型ヘッダ間で、多少半径方向内側に、または多少半径方向外側に延びてもよい。このような配置においては、管は、物理的には互いに平行ではないが、共通の入口ヘッダと出口ヘッダとの間に延びるという点において、管は、「平行流」の配置となっている。
【００２１】
各マルチチャネル伝熱管４０は、長手方向に、すなわち、管の軸に沿って管の長さに亘って延びる複数の平行なチャネル４２を有し、それによって、管の入口と管の出口との間に、多数の独立した平行流路を提供する。各マルチチャネル伝熱管４０は、平坦な長方形つまり楕円形の断面の「平坦な」管が内部を画定し、内部は、さらに分割されて、独立したチャネル４２が隣り合って配列されている。平坦なマルチチャネル伝熱管４０の幅は、例えば、５０ｍｍ以下、一般的には、１２〜２５ｍｍである。また、奥行きは、従来の先行技術の円管が１／２インチ、３／８インチ、または７ｍｍの直径を有するのと比較して、約２ｍｍ以下である。マルチチャネル伝熱管４０は、一般的に、約１０〜２０本のチャネル４２を有するが、これより多い、または少ない、所望の数のチャネルを有してもよい。通常、各チャネル４２の流路面積を周長で割った４倍として定義される水力直径は、約２００μｍ〜約３ｍｍの範囲となり、一般的には約１ｍｍである。図では、円形断面を有するとして示されているが、チャネル４２は、長方形、三角形、または台形の断面を有してもよく、任意の他の所望の非円形断面を有してもよい。
【００２２】
図２〜図５に示す熱交換器１０の実施形態においては、ヘッダ２０，３０は、長方形の断面を有するとともに、長手方向に細長く、端が閉じている中空のシェル２２を備える。シェルの閉じた端の間において、インサート５０が、長手方向に延びるように入口ヘッダ２０のシェル２２の内部に配置される。インサート５０はトラフ５２を含み、トラフ５２は、入口ヘッダ２０の長さに亘って長手方向に延びるとともに、上方に開いている開口を有する。トラフ５２は、底部に長手方向に延びるチャネル５４と、チャネル５４からインサート５０の開口に概ね上方かつ外側に延びるチャンバ５５と、を含む。チャネル５４は、入口ライン１４からヘッダ２０に入る流体を受ける。
【００２３】
熱交換器１０における複数の伝熱管４０の各々は入口端４３を備え、この入口端は、入口ヘッダ２０の壁２２にあるスロット２６に挿入される。挿入されると、伝熱管４０のチャネル４２は、インサート５０のトラフ５２の口に対して開くため、これによって、チャンバ５５と流体連通する。チャンバ５５は、図２および図３に示されるように、Ｖ字形のチャンバの底が、その長さに沿ってチャネル５４に対して開口した、概ねＶ字形でもよく、図４および図５に示すように、Ｔ字形のチャンバの直立部分の下部がチャンバ５４となる、概ねＴ字形であってもよい。しかし、チャンバ５５は、伝熱管４０のチャネル４２への流体の分配を容易にするために、半円形、すなわち、トラフ５２の口に向かって、概ね上方かつ、外側に末広がりに湾曲していてもよいことを、当業者であれば認識されるであろう。
【００２４】
図６および図７を参照すると、図示の実施形態においては、ヘッダ２０は、長手方向に細長い中実の本体６０を備え、本体６０は、長方形断面を有するとともに、ヘッダ２０の軸に沿って、または、概ね平行に長手方向に延びるボア６２を有する。ボア６２は、複数の伝熱管４０のチャネル４２へと分配する流体を入口ライン１４から受ける。長手方向に間隔を置いた複数の開放スロット６６が、本体６０に形成されて、ヘッダ２０の上面を貫通し開口している。各スロット６６は、インサート５０を受けるように適合される。インサート５０の各々は、底部にチャネル５４を有するトラフ５２と、チャンバ５５と、を含み、チャンバ５５は、流路５４から、伝熱管４０の各々の入口端４３を受けるように適合された上方に開口する口に向かって、上方向外側に延びる。チャネル５４は、ボア６２と流体連通して開口しており、ボア６２から流体を受ける。図６に示すように、チャンバ５５は、Ｖ字形のチャンバの底部が、その長さに沿ってチャネル５４に対して開口した、概ねＶ字形であってもよく、図７に示すように、Ｔ字形のチャンバの直立部分の下部がチャネル５４となる、概ねＴ字形であってもよい。しかし、チャンバ５５は、伝熱管４０のチャネル４２への流体の分配を容易にするために、半円形、すなわち、チャネル５４から、概ね上方向外側に末広がり状に湾曲していてもよいことを、当業者であれば認識されるであろう。図６および図７に示す実施形態においては、図３および図５に示すのと同様に、インサート５０は、伝熱管４０の各々の入口端４３を受ける。
【００２５】
図８〜図１１を参照すると、図示の実施形態においては、入口ヘッダ２０は、長手方向に細長い押出体６０を備え、この押出体６０は、押出体の下部に入口ヘッダ２０の軸と平行に長手方向に延びるボア６２と、その上方に配置されて、ボア６２と流体連通するチャンバ６５と、を有する。チャンバ６５は、押出体６０の長さに亘って長手方向に延び、各伝熱管４０の入口端４３を受けるように適合される。伝熱管４０は、長手方向に間隔をおいて、押出体６０の長さに沿って配置される。ボア６２は、複数の伝熱管４０のチャネル４２へと分配する流体を入口ライン１４から受ける。伝熱管４０を長手方向に間隔をおいて配置すると、チャンバ６５内で、隣接する伝熱管４０の入口端４３の間およびヘッダの両端において最も外側に位置する伝熱管の外側に、隙間が生じる。これらの隙間を埋めるために、中実のインサート７０を各隙間に挿入する。従って、チャンバ６５は、複数のサブチャンバにさらに分けられ、サブチャンバの各々は、下端部においてボア６２と流体連通し、口部において、複数の伝熱管４０の各々のチャネル４２への入口４１と流体連通する。入口ライン１４からヘッダ２０に入る流体は、ボア６２に入り、ボア６２を通ってチャンバ６５の各サブチャンバの各々に入り、サブチャンバに開口する複数の伝熱管４０のチャネル４２に分配される。図１０および図１１に示すように、チャンバ６５は、概ねＶ字形であってもよく、伝熱管４０のチャネル４２への流体の分配を容易にするために、半円形、すなわち、チャンバ６５の底部からチャンバの口に向かって、概ね上方向外側に末広がりに湾曲していてもよい。図１０に示す実施形態においては、チャンバ６５は、その全長に沿ってボア６２に直接開口している。図１１に示す実施形態においては、チャンバ６５は、ボア６２に直接開口しておらず、ボア６２の長さに沿って長手方向に間隔をおいて複数のオリフィス６６が、伝熱管４０の各入口端４３と一直線に並ぶように設けられている。各オリフィス６６は、ボア６２から垂直に上方に延びて、対になった隣接するインサート７０間に形成されたチャンバ６５の各サブチャンバに開口している。各オリフィス６６は、通流する流体を少なくとも部分的に膨張させる膨張オリフィスとして機能するように、十分に小さい流路断面積を有するサイズで形成される。従って、図１１の実施形態においては、入口ヘッダ２０は、分配ヘッダおよび膨張ヘッダとして機能する。
【００２６】
図１２および図１３を参照すると、入口ヘッダ２０は、押出ブロック９０を備え、通路９２が、押出ブロックの中を通って長手方向に延びる。通路９２は、その底部に、入口ライン１４から入口ヘッダ２０に入る流体を受けるように長手方向に延びるチャネル９４と、チャネル９４から上方向外側に延びかつ長手方向に延びるチャンバ９５と、を有する。複数のスロット９６が、ブロック９０の上面の壁に長手方向に間隔をおいて設けられて、通路９２に開口し流体連通する。スロット９６の各々は、各伝熱管４０の入口端４３を受けるように適合され、これによって、伝熱管のチャネル４２の入口４１は、通路９２のチャンバ９５と流体連通して開く。図１２に示すように、チャンバ９５は、Ｖ字形のチャンバの底がチャンバの長さに沿ってチャネル９４に開いた、概ねＶ字形であってもよく、図１３に示すように、Ｔ字形のチャンバの直立部分の下部がチャネル９４となる概ねＴ字形であってもよい。しかし、チャンバ９５は、伝熱管４０のチャネル４２への流体の分配を容易にするために、半円形、すなわち、チャネル９４から、概ね上方向外側に末広がりに湾曲していてもよいことを、当業者であれば認識するであろう。
【００２７】
図１４に示す実施形態においても、入口ヘッダ２０は、押出ブロック９０を備え、通路９２が、その中を通って長手方向に延びる。チャネル９２は、その底部に、入口ライン１４から入口ヘッダ２０に入る流体を受けるように長手方向に延びるチャネル９４と、チャネル９４の上方向外側に延びかつ長手方向に延びるチャンバ９５と、を有する。この実施形態においては、通路９２は、押出ブロック９０の上面の壁を通して開口しており、カバープレート９８を受けるように適合され、複数のスロット９６がカバープレート９８を貫通して、その長さに沿って長手方向に間隔を置いて設けられている。スロット９６の各々は、チャンバ９５に対して開口しており、各伝熱管４０の入口端４３を受けるように適合され、これによって、伝熱管のチャネル４２の入口４１は、通路９２のチャンバ９５と流体連通して開くこととなる。
【００２８】
本発明のヘッダは、入口ライン１４から入口ヘッダ２０に入る流体が、各伝熱管４０のチャネル４２に分配されるために、比較的小さい液量と断面積の通路を通り抜けなければならないことを特徴とする。結果として、本発明のヘッダ内を流れる流体の流速は高くなり、乱流が著しくなる。乱流の増加によって、ヘッダ内を流れる流体の混合がより完全になり、結果として、ヘッダに開く伝熱管への流体流の分配がより均一になる。冷媒液体／蒸気混合物等の、冷凍サイクル、空調サイクル、またはヒートポンプサイクルとして動作する蒸気圧縮システムにおける蒸発熱交換器の入口ヘッダに運ばれる流体の一般的な状態である混合された液体／蒸気流体に、これは、特にあてはまる。チャネル５４，６２，９４は、液体相冷媒と蒸気相冷媒を均一に混合させる比較的高乱流の通路を画定し、ヘッダを通る冷媒が蒸気相と液体相に層化する可能性を低減させる。本発明の熱交換器は、ヒートポンプサイクル、エコノマイザサイクル、および商業用冷凍サイクル、を含むが、それらに限定されない、様々な設計の冷媒蒸気圧縮システムに採用することができる。
【００２９】
シングルパス熱交換器１０の図示の実施形態は、例示的なもので、本発明を制限するものではない。本発明は、他の様々な構成の熱交換器１０で実施することができることに留意されたい。例えば、本発明の熱交換器は、蒸発器、凝縮器、または、凝縮器／蒸発器として、様々なマルチパスの実施形態で配置してもよい。熱交換器の入口ヘッダの断面は、図に示された特定の断面に限定されず、半円形、半楕円形、または、六角形を含むが、それらに限定されない、任意の適切な断面であってよい。
【００３０】
本発明は、図に示した実施形態に関して、詳細に示し、説明したが、当業者であれば、請求項で画定される本発明の真意と範囲を逸脱することなく、細部にわたって様々な変更を行うことができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による熱交換器の実施形態の斜視図である。
【図２】図１の入口ヘッダの実施形態の部分断面斜視図である。
【図３】図１の線３−３に沿って取った断面図である。
【図４】図１の入口ヘッダの別の実施形態の部分断面斜視図である。
【図５】図４の入口ヘッダの、図１の線３−３に沿って取った断面図である。
【図６】本発明の熱交換器の別の実施形態の分解斜視図である。
【図７】図６のインサートの別の実施形態の斜視図である。
【図８】本発明の熱交換器の別の実施形態の部分断面図である。
【図９】図８のブロックインサートの斜視図である。
【図１０】入口ヘッダの一実施形態を示す図８の線１０−１０に沿って取った断面図である。
【図１１】入口ヘッダの一実施形態を示す図８の線１１−１１に沿って取った断面図である。
【図１２】本発明による熱交換器の入口ヘッダのさらに別の実施形態の部分断面斜視図である。
【図１３】本発明による熱交換器の入口ヘッダのさらに別の実施形態の部分断面斜視図である。
【図１４】本発明による熱交換器の入口ヘッダの別の実施形態の部分断面斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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