(57)【要約】  本発明に係る積層型ヘッダは、１つの第１開口と、複数の第２開口と、第１開口と第２開口とを接続する分配流路と、を有し、複数の板状体を積層して形成された積層型ヘッダであって、分配流路は、直線形状となる第１流路と、第１流路を複数の流路に分岐する第１分岐流路と、第１分岐流路で分岐した複数の流路に接続し直線形状となる第２流路と、第２流路を複数の流路に分岐する第２分岐流路と、第２分岐流路で分岐した複数の流路に接続し直線形状となる第３流路と、を有し、分配流路に流入した冷媒は、第１流路と第２流路とを対向して逆方向に流れるとともに、第２流路と第３流路とを対向して逆方向に流れる構成となるものである。
2016071946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの第１開口と、複数の第２開口と、前記第１開口と前記第２開口とを接続する分配流路と、を有し、複数の板状体を積層して形成された積層型ヘッダであって、
前記分配流路は、直線形状となる第１流路と、該第１流路を複数の流路に分岐する第１分岐流路と、該第１分岐流路で分岐した前記複数の流路に接続し直線形状となる第２流路と、該第２流路を複数の流路に分岐する第２分岐流路と、該第２分岐流路で分岐した前記複数の流路に接続し直線形状となる第３流路と、を有し、
前記分配流路に流入した冷媒は、前記第１流路と前記第２流路とを対向して逆方向に流れるとともに、前記第２流路と前記第３流路とを対向して逆方向に流れる構成となる積層型ヘッダ。
【請求項２】
前記第１分岐流路は、１枚の第１分岐板状体に形成され、
前記第２分岐流路は、１枚の第２分岐板状体に形成され、
前記第１分岐板状体と前記第２分岐板状体との間には、複数の板状体が積層されて前記分配流路が形成されている請求項１に記載の積層型ヘッダ。
【請求項３】
前記第１分岐流路は、１枚の第１分岐板状体に形成され、
前記第２分岐流路は、１枚の第２分岐板状体に形成され、
前記第１分岐板状体と前記第２分岐板状体との間には、１枚の板状体が配置されて前記分配流路が形成されている請求項１に記載の積層型ヘッダ。
【請求項４】
前記第２流路は、内径寸法Ｄ２の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ２の直線形状として形成され、
Ｄ２／Ｌ２の値が２≦Ｄ２／Ｌ２≦５の範囲となる請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型ヘッダ。
【請求項５】
前記第２流路は、内径寸法Ｄ３の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ３の直線形状として形成され、
Ｄ３／Ｌ３の値が２≦Ｄ３／Ｌ３≦５の範囲となる請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型ヘッダ。
【請求項６】
前記第１流路は、内径寸法Ｄ１の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ１の直線形状として形成され、
前記第２流路は、内径寸法Ｄ２の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ２の直線形状として形成され、
前記第３流路は、内径寸法Ｄ３の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ３の直線形状として形成され、
Ｄ１／Ｌ１、Ｄ２／Ｌ２、Ｄ３／Ｌ３の値が２以上５以下の範囲となる請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型ヘッダ。
【請求項７】
前記第１流路は、内径寸法Ｄ１の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ１の直線形状として形成され、
前記第２流路は、内径寸法Ｄ２の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ２の直線形状として形成され、
前記第３流路は、内径寸法Ｄ３の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ３の直線形状として形成され、
少なくともＤ１／Ｌ１、Ｄ２／Ｌ２、Ｄ３／Ｌ３のいずれか１つの値が２以上５以下の範囲となる請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型ヘッダ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層型ヘッダと、
前記複数の第２開口のそれぞれに接続された複数の伝熱管と、
を備えた熱交換器。
【請求項９】
請求項８に記載の熱交換器を備えた空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型ヘッダと熱交換器と空気調和装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換器の各伝熱管に対して冷媒を分配して供給する積層型ヘッダが知られている。この積層型ヘッダは、１つの入口流路に対して複数の出口流路に分岐する分配流路を形成する板状体を複数枚積層することによって、熱交換器の各伝熱管に冷媒を分配して供給するものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１８９４６３号公報（図１等を参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような積層型ヘッダでは、熱交換器の各伝熱管に均一に冷媒を供給するために、複数の出口流路のそれぞれから流出する液冷媒の流量の比率、つまり、分配率を均一に保つことが蒸発器として機能する熱交換器の性能を確保する上で重要である。
従来の積層型ヘッダでは、分岐流路で冷媒が繰り返して分岐するうちに分配流路内で液冷媒が偏った状態となり、積層型ヘッダの複数の出口で液冷媒が不均一に流出する。すると、熱交換器の各伝熱管に冷媒が不均一に供給され、熱交換性能が低下するという問題があった。【０００５】
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、熱交換器の各伝熱管に対して冷媒を均一に分配して熱交換器の熱交換性能を担保するとともに、小型化を実現した積層型ヘッダを得ることを目的とする。また、本発明は、そのような積層型ヘッダを備えた熱交換器を得ることを目的とする。また、本発明は、そのような熱交換器を備えた空気調和装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る積層型ヘッダは、１つの第１開口と、複数の第２開口と、第１開口と第２開口とを接続する分配流路と、を有し、複数の板状体を積層して形成された積層型ヘッダであって、分配流路は、直線形状となる第１流路と、第１流路を複数の流路に分岐する第１分岐流路と、第１分岐流路で分岐した複数の流路に接続し直線形状となる第２流路と、第２流路を複数の流路に分岐する第２分岐流路と、第２分岐流路で分岐した複数の流路に接続し直線形状となる第３流路と、を有し、分配流路に流入した冷媒は、第１流路と第２流路とを対向して逆方向に流れるとともに、第２流路と第３流路とを対向して逆方向に流れる構成となるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る積層型ヘッダでは、分配流路に流入した冷媒は、第１流路と第２流路とを対向して逆方向に流れるとともに、第２流路と第３流路とを対向して逆方向に流れるため、積層型ヘッダを小型化することができるとともに、分配流路の直線部分を一定長さ確保することができるため、冷媒の偏りを抑制して分岐流路での分配率を均一化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る熱交換器の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る積層型ヘッダにおける分解斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る積層型ヘッダの分配流路の正面断面図及び側面断面図である。
【図４】実施の形態１に係る各伝熱管への冷媒分配比とＬ／Ｄ（Ｌ：直線部分Ｓの長さ、Ｄ：流路の内径）との関係を示したグラフである。
【図５】実施の形態１に係る熱交換器が適用される空気調和装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る積層型ヘッダにおける変形例を示す分解斜視図である。
【図７】実施の形態１に係る積層型ヘッダに対する比較例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る積層型ヘッダ２について、図面を用いて説明する。
なお、以下では、本発明に係る積層型ヘッダ２が、熱交換器１に流入する冷媒を分配するものである場合を説明しているが、本発明に係る積層型ヘッダ２が、他の機器に流入する冷媒を分配するものであってもよい。また、以下で説明する構成、動作等は、一例に過ぎず、本発明に係る積層型ヘッダ２は、そのような構成、動作等である場合に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１に係る熱交換器１について説明する。
＜熱交換器の構成＞
以下に、実施の形態１に係る熱交換器１の構成について説明する。
図１は、実施の形態１に係る熱交換器の構成を示す図である。
図１に示されるように、熱交換器１は、積層型ヘッダ２と、円筒型ヘッダ３と、複数の伝熱管４と、保持部材５と、複数のフィン６と、を有する。
【００１１】
積層型ヘッダ２は、１つの冷媒流入部２Ａ（本発明の第１開口に相当する）と、複数の冷媒流出部２Ｂ（本発明の第２開口に相当する）と、を有する。円筒型ヘッダ３は、複数の冷媒流入部３Ａと、１つの冷媒流出部３Ｂと、を有する。積層型ヘッダ２の冷媒流入部２Ａ及び円筒型ヘッダ３の冷媒流出部３Ｂには、冷凍サイクル装置の冷媒配管が接続される。積層型ヘッダ２の冷媒流出部２Ｂと円筒型ヘッダ３の冷媒流入部３Ａとの間には、伝熱管４が接続される。
【００１２】
伝熱管４は、複数の流路が形成された扁平管もしくは円管である。伝熱管４は、例えば、銅製やアルミニウム製である。伝熱管４の積層型ヘッダ２側の端部は、板状の保持部材５によって保持された状態で、積層型ヘッダ２の冷媒流出部２Ｂに接続される。保持部材５は、例えば、アルミニウム製である。伝熱管４には、複数のフィン６が接合される。フィン６は、例えば、アルミニウム製である。なお、図１では、伝熱管４が８本である場合を示しているが、そのような場合に限定されない。例えば、２本であってもよい。
【００１３】
＜熱交換器における冷媒の流れ＞
以下に、実施の形態１に係る熱交換器１における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、例えば熱交換器１が蒸発器として機能する際に、冷媒流入部２Ａを介して積層型ヘッダ２に流入して分配され、複数の冷媒流出部２Ｂを介して複数の伝熱管４に流出する。冷媒は、複数の伝熱管４において、例えば、送風機によって供給される空気等と熱交換する。複数の伝熱管４を流れる冷媒は、複数の冷媒流入部３Ａを介して円筒型ヘッダ３に流入して合流し、冷媒流出部３Ｂを介して冷媒配管に流出する。なお、熱交換器１が凝縮器として機能する場合には冷媒は、この流れと逆方向に流れる。
【００１４】
＜積層型ヘッダの構成＞
以下に、実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダ２の構成について説明する。
図２は、実施の形態１に係る積層型ヘッダにおける分解斜視図である。
【００１５】
図２に示す積層型ヘッダ２は、例えば矩形形状の第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６と、この各第１板状体の間に挟み込まれる第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５とで構成されている。
第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５の両面又は片面には、ロウ材が塗布される。第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６は、第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５を介して積層され、ろう付けにより一体に接合される。第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６と、第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５とは、例えば、厚さ１〜１０ｍｍ程度であり、アルミニウム製である。
【００１６】
積層型ヘッダ２には、第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、及び、第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５に形成された円形の貫通穴である第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａと、略Ｚ字形状の貫通溝である分岐流路１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂと、によって、分配流路が形成されている。なお、各板状体は、プレス加工や切削加工によって加工される。プレス加工によって加工する場合は、プレス加工が可能な厚みが５ｍｍ以下の板材を使用し、切削加工によって加工する場合は、厚みが５ｍｍ以上の板材を使用してもよい。
【００１７】
冷凍サイクル装置の冷媒配管は、第１板状体１１１の第１流路１０Ａに接続される。第１板状体１１１の第１流路１０Ａは、図１における冷媒流入部２Ａに相当する。
【００１８】
第１板状体１１１、１１２、１１３、及び第２板状体１２１、１２２、１２３の略中央には第１流路１０Ａが開口している。また、第１板状体１１３、及び第２板状体１２２、１２３には第１流路１０Ａに対して対向する位置に一対の第２流路１１Ａが開口している。
さらに、第１板状体１１３、１１４、及び、第２板状体１２２、１２３、１２４の第２流路１１Ａに対して対向する位置には第３流路１２Ａが４箇所開口している。
そして、第１板状体１１６と第２板状体１２５には、第４流路１３Ａが８箇所開口している。
【００１９】
これら第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａは、第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、及び、第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５を積層したときにそれぞれ連通するように位置決めされて開口している。
【００２０】
また、第１板状体１１４（本発明の第１分岐板状体に相当する）には、第１分岐流路１０Ｂが形成され、第１板状体１１２（本発明の第２分岐板状体に相当する）には、第２分岐流路１１Ｂが形成され、第１板状体１１５には、第３分岐流路１２Ｂが形成されている。
【００２１】
ここで、各板状体が積層され分配流路が形成された際には、第１板状体１１４に形成された第１分岐流路１０Ｂの中央に、第１流路１０Ａが接続されるとともに、第１分岐流路１０Ｂの両端部には、第２流路１１Ａが接続される。
また、第１板状体１１２に形成された第２分岐流路１１Ｂの中央には、第２流路１１Ａが接続されるとともに、第２分岐流路１１Ｂの両端部には、第３流路１２Ａが接続されている。
さらに、第１板状体１１５に形成された第３分岐流路１２Ｂの中央には、第３流路１２Ａが接続されるとともに、第３分岐流路１２Ｂの両端部には、第４流路１３Ａが接続されている。
このように第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、及び、第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５を積層してろう付けすることで各流路を接続し分配流路を形成することができる。
【００２２】
＜積層型ヘッダにおける冷媒の流れ＞
次に、積層型ヘッダ２内の分配流路及び冷媒の流れについて説明する。
熱交換器１が蒸発器として機能する場合、気液二相流の冷媒が、第１板状体１１１の第１流路１０Ａから積層型ヘッダ２内に流入する。流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を直進し、第１板状体１１４の第１分岐流路１０Ｂ内で第２板状体１２４の表面に衝突し、重力方向における上下に分流する。
分流した冷媒は第１分岐流路１０Ｂの両端部まで進み一対の第２流路１１Ａ内に流入する。
【００２３】
第２流路１１Ａ内に流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を進む冷媒と対向する反対向きに第２流路１１Ａ内を直進する。この冷媒は、第１板状体１１２の第２分岐流路１１Ｂ内で第２板状体１２１の表面に衝突し、重力方向における上下に分流する。
分流した冷媒は第２分岐流路１１Ｂの両端部まで進み４つの第３流路１２Ａ内に流入する。
【００２４】
第３流路１２Ａ内に流入した冷媒は、第２流路１１Ａ内を進む冷媒と対向する反対向きに第３流路１２Ａ内を直進する。この冷媒は、第１板状体１１５の第３分岐流路１２Ｂ内で第２板状体１２５の表面に衝突し、重力方向における上下に分流する。
分流した冷媒は第３分岐流路１２Ｂの両端部まで進み８つの第４流路１３Ａ内に流入する。
【００２５】
第４流路１３Ａ内に流入した冷媒は、第３流路１２Ａ内を進む冷媒と対向する反対向きに第４流路１３Ａ内を直進する。そして第４流路１３Ａから流出し、保持部材５の流路を介して複数の伝熱管４に均一に分配されて流入する。
なお、実施の形態１の分配流路では、３回分岐流路を通り、８分岐とした積層型ヘッダ２の例を示したが、分岐の回数は特段限定されない。
【００２６】
＜積層型ヘッダ内の分配流路における液膜の状態について＞
ここで、積層型ヘッダ２内の流路における液膜の状態について図３を用いて説明する。
図３は、実施の形態１に係る積層型ヘッダの分配流路の正面断面図及び側面断面図である。
積層型ヘッダ２内の冷媒の分配流路は、図３に示すように直角に曲折するとともに、複数の分岐を繰り返すことで複数の冷媒流出部２Ｂに接続されている。冷媒が分配流路を流れる際には、図３に示すように冷媒の液膜が流路の曲折部分や分岐部分で遠心力により流路の外側方向に偏って多量に存在するように流れる。この状態で次の分岐流路に冷媒が流入すると分岐流路の一方に偏って多くの液冷媒が流入し、複数の伝熱管４に均一に気液二相冷媒を分配することができなくなる。
【００２７】
そこで、実施の形態１に係る積層型ヘッダ２では、流路の曲折部分や分岐部分から次の分岐流路に流入するまでの間に図２に破線で示す一定長さの直線部分Ｓを形成している。
具体的には、第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａを一定長さ確保した構成となっている。
このように冷媒の流路の曲折部分や分岐部分から次の分岐流路に流入するまでの間に一定距離の直線部分Ｓを形成することで、これら直線部分Ｓで液膜の偏りが均一化され、次に流入する分岐流路で均一に気液二相冷媒が分配される。
【００２８】
気液二相流を整流化する直線部分Ｓの長さの指標は、流路の内径Ｄに対する直線部分Ｓの長さＬの値となり、Ｌ／Ｄで表される（Ｌ：図３に示す流路の直線部分Ｓの長さ［ｍ］、Ｄ：流路の内径［ｍ］）。直線部分Ｓの長さＬが長いほど、また、流路の内径Ｄが小さいほど整流効果がある。
【００２９】
ここで、直線部分Ｓの流路の気液二相流の圧力損失ΔＰを考える。
直線部分Ｓの流路の気液二相流の圧力損失ΔＰは次式（１）で表される。
【００３０】
【数１】
2016071946.tif 000003
ｆ：摩擦係数、ρ：密度［ｋｇ／ｍ３]、ｕ：流速［ｍ／ｓ］、Ｇｒ：冷媒循環量［ｋｇ／ｈ］、φ：二相流増大係数、Ｌ：直線部分Ｓの長さ［ｍ］、Ｄ：流路の内径［ｍ］
【００３１】
式（１）より、気液二相流の整流効果を得るために流路の内径Ｄを小さくすると、圧力損失ΔＰ増大への寄与度が非常に大きくなることがわかる。そこで、直線部分Ｓの長さＬを長くとることで圧力損失ΔＰの増大を抑制しながら気液二相流の整流効果を得ることができる。
【００３２】
さらに、本発明の積層型ヘッダ２の各板材は、炉中で一体ろう付けすることにより、接合される。ロウ材による閉塞を防ぐためには、流路の内径Ｄ≧２［ｍｍ］である必要があり、大幅に小さい流路の内径Ｄとすることができない。したがって、流路を流れる冷媒の流動状態を絞り機能を用いて環状噴霧流などの均質流とすることは困難であり、流路内は環状流、スラグ流、または層状流となるため、気液二相流の整流を行うための直線部分Ｓが必要となる。
【００３３】
ここで、Ｌ／Ｄの最適な値について図４を用いて説明する。
図４は、実施の形態１に係る各伝熱管への冷媒分配比と、Ｌ／Ｄ（Ｌ：直線部分Ｓの長さ［ｍ］、Ｄ：流路の内径［ｍ］）との関係を示したグラフである。
図４からわかるように流路の直線部分の長さＬは長いほど液膜の整流効果があるが、５＜Ｌ／Ｄの範囲では整流効果の増加が横ばいとなっている。また、Ｌ／Ｄを大きくすると積層型ヘッダ２が大型化する。
また、分岐部分での冷媒分流比を実用上、熱交換器１の性能に支障をきたさない値である４８％以上とするために、Ｌ／Ｄの値を２以上とすることが望ましいことがわかる。
【００３４】
このことから、２≦Ｌ／Ｄ≦５の範囲において冷媒を直線部分Ｓの流路内で整流することにより、分岐部分で効果的に冷媒分流比を最適値である４８〜５２％とすることができ、熱交換器１の熱交換性能を担保することができる。
【００３５】
実施の形態１に係る積層型ヘッダ２では、流路の直線部分Ｓとして、第１流路１０Ａの長さをＬ１、流路の内径をＤ１としたときに、２≦Ｌ１／Ｄ１≦５の範囲を確保する。同様に、流路の直線部分Ｓとして、第２流路１１Ａの長さをＬ２、流路の内径をＤ２としたときに、２≦Ｌ２／Ｄ２≦５の範囲を確保する。さらに、流路の直線部分Ｓとして、第３流路１２Ａの長さをＬ３、流路の内径をＤ３としたときに、２≦Ｌ３／Ｄ３≦５の範囲を確保する。このように、第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａの直線部分Ｓの長さを全て２≦Ｌ／Ｄ≦５の範囲で確保することで、熱交換器１の伝熱管４に均等に冷媒を供給して熱交換性能を担保することができる。
【００３６】
また、第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａを冷媒が対向して反対向きに流れることで、積層型ヘッダ２を小型化することが可能となる。
なお、少なくとも第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａのうちのいずれか１つの直線部分Ｓの長さを２≦Ｌ／Ｄ≦５の範囲で確保することでも、その直線部分Ｓの下流の各分岐流路で均等に冷媒を分岐することができる。
【００３７】
また、Ｌ／Ｄの値が５以上に大きくなっても整流効果が落ちることはないため、積層型ヘッダ２の寸法が許容する範囲でＬ／Ｄの値を大きくとることが可能である。
また、少なくとも第１分岐流路１０Ｂと第２分岐流路１１Ｂとの間の第２流路１１Ａの直線部分Ｓの長さＬ２を２≦Ｌ２／Ｄ２≦５の範囲で確保することで、第１流路１０Ａと第３流路１２Ａの長さは第２流路１１Ａより長くなるため必要十分な整流効果を得ることができる。
【００３８】
さらに、図３において、略Ｚ字形状の貫通溝である第１分岐流路１０Ｂ、第２分岐流路１１Ｂ、第３分岐流路１２Ｂにおける両端部の流路軸と、鉛直方向（第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、及び、第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５の長手方向）とのなす角度θとする。すると、第１分岐流路１０Ｂ、第２分岐流路１１Ｂ、第３分岐流路１２Ｂの順に鉛直方向の高さが低くなるため、角度θの値はこの順番で大きくなる。この角度θが大きい程、液膜の偏りが大きく発生する。
よって、特に第３分岐流路１２Ｂの上流側に位置する第３流路の直線部分Ｓの長さＬ３を２≦Ｌ３／Ｄ３≦５の範囲で確保することで、第３分岐流路１２Ｂで冷媒を均一に分岐することが可能になる。
【００３９】
＜熱交換器の使用態様＞
以下に、実施の形態１に係る熱交換器１の使用態様の一例について説明する。
なお、以下では、実施の形態１に係る熱交換器１が、空気調和装置２０に使用される場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、例えば、冷媒循環回路を有する他の冷凍サイクル装置に使用されてもよい。また、空気調和装置２０が、冷房運転と暖房運転とを切り替えるものである場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、冷房運転又は暖房運転のみを行うものであってもよい。
【００４０】
図５は、実施の形態１に係る熱交換器が適用される空気調和装置の構成を示す図である。
なお、図５では、冷房運転時の冷媒の流れが点線の矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流れが実線の矢印で示される。
図５に示されるように、空気調和装置２０は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器（熱源側熱交換器）２３と、絞り装置２４と、室内熱交換器（負荷側熱交換器）２５と、室外ファン（熱源側ファン）２６と、室内ファン（負荷側ファン）２７と、制御装置２８と、を有する。圧縮機２１と四方弁２２と室外熱交換器２３と絞り装置２４と室内熱交換器２５とが冷媒配管で接続されて、冷媒循環回路が形成される。
【００４１】
制御装置２８には、例えば、圧縮機２１、四方弁２２、絞り装置２４、室外ファン２６、室内ファン２７、各種センサ等が接続される。制御装置２８によって、四方弁２２の流路が切り替えられることで、冷房運転と暖房運転とが切り替えられる。
【００４２】
冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機２１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁２２を介して室外熱交換器２３に流入し、室外ファン２６によって供給される空気と熱交換を行い、凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室外熱交換器２３から流出し、絞り装置２４によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２５に流入し、室内ファン２７によって供給される空気との熱交換によって蒸発することで、室内を冷却する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、室内熱交換器２５から流出し、四方弁２２を介して圧縮機２１に吸入される。
【００４３】
暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機２１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁２２を介して室内熱交換器２５に流入し、室内ファン２７によって供給される空気との熱交換によって凝縮することで、室内を暖房する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室内熱交換器２５から流出し、絞り装置２４によって、低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に流入し、室外ファン２６によって供給される空気と熱交換を行い、蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、室外熱交換器２３から流出し、四方弁２２を介して圧縮機２１に吸入される。
【００４４】
室外熱交換器２３及び室内熱交換器２５の少なくとも一方に、熱交換器１が用いられる。熱交換器１は、蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダ２から冷媒が流入し、円筒型ヘッダ３に冷媒を流出するように接続される。つまり、熱交換器１が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダ２に気液二相状態の冷媒が流入し、分岐して熱交換器１の各伝熱管４に流入する。また、熱交換器１が凝縮器として作用する際は、各伝熱管４から積層型ヘッダ２に液冷媒が流入し合流して冷媒配管に流出する。
【００４５】
［変形例］
実施の形態１に係る積層型ヘッダ２では、第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａによる直線部分Ｓの長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を一定長さ以上確保するために第１板状体１１３及び第２板状体１２２、１２３を複数枚積層して直線部分Ｓの長さＬを確保したが、この変形例では１枚の第２板状体１２３の厚みにより第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａの長さを調整する例である。
なお、その他の分配流路の構成は実施の形態１に係る積層型ヘッダ２と同様である。
また、この変形例に係る積層型ヘッダ２を使用した熱交換器１や、熱交換器１の使用態様などは実施の形態１に係る積層型ヘッダ２と同様である。
【００４６】
＜積層型ヘッダの構成＞
以下に、実施の形態１に係る積層型ヘッダ２の変形例の構成について説明する。
図６は、実施の形態１に係る積層型ヘッダにおける変形例を示す分解斜視図である。
積層型ヘッダ２は、例えば第１板状体１１１、１１２、１１４、１１５、１１６と、この各第１板状体の間に挟み込まれる第２板状体１２１、１２３、１２４、１２５とで構成されている。
第２板状体１２１、１２３、１２４、１２５の両面又は片面には、ロウ材が塗布される。第１板状体１１１、１１２、１１４、１１５、１１６は、第２板状体１２１、１２３、１２４、１２５を介して積層され、ろう付けにより一体に接合される。
【００４７】
積層型ヘッダ２には、第１板状体１１１、１１３、１１４、１１５、１１６、及び、第２板状体１２１、１２３、１２４、１２５に形成された円形の貫通穴である第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａと、略Ｓ字もしくは略Ｚ字形状の貫通溝である分岐流路１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂと、によって構成される分配流路が形成されている。
【００４８】
このように、図６に示す変形例に係る積層型ヘッダ２では、上記実施の形態１に係る積層型ヘッダ２と同様の分配流路が形成されており、１枚の第２板状体１２３の厚みを調整して破線部で示す流路の直線部分Ｓである第１流路１０Ａを２≦Ｌ１／Ｄ１≦５の範囲で確保する。同様に、第２流路１１Ａを２≦Ｌ２／Ｄ２≦５の範囲を確保する。さらに、第３流路１２Ａを２≦Ｌ３／Ｄ３≦５の範囲を確保する。
【００４９】
すると、１枚の第２板状体１２３の厚みを調整するだけで熱交換器１の伝熱管４に均等に冷媒を供給して熱交換性能を担保することができ、実施の形態１に係る積層型ヘッダ２に比べて製造工程を簡略化することができる。
また、その他の効果については実施の形態１に係る積層型ヘッダ２と同様である。
【００５０】
［比較例］
実施の形態１に係る積層型ヘッダ２では、分配流路において第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａを冷媒が対向して反対向きに流れる構成とした。
これに対して、比較例では、第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａを冷媒が同一方向に流れる構成となっている。
【００５１】
＜積層型ヘッダの構成＞
以下に、実施の形態１に係る積層型ヘッダ２の比較例の構成について説明する。
実施の形態１に係る積層型ヘッダに対する比較例を示す分解斜視図である。
積層型ヘッダ２は、例えば第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９と、この各第１板状体の間に挟み込まれる第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８とで構成されている。
第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８の両面又は片面には、ロウ材が塗布される。第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９は、第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８を介して積層され、ろう付けにより一体に接合される。
【００５２】
積層型ヘッダ２には、第１板状体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、及び、第２板状体１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８に形成された円形の貫通穴である第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａと、略Ｓ字もしくは略Ｚ字形状の貫通溝である分岐流路１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂと、によって構成される分配流路が形成されている。
【００５３】
図７に示す比較例に係る積層型ヘッダ２では、上記実施の形態１に係る積層型ヘッダ２の冷媒の流れが対向流となる構成に対して、第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａを冷媒が同一方向に流れる分配流路の構成となっている。
【００５４】
ここで、比較例において図７に示す破線部の直線部分Ｓである第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａをそれぞれ２≦Ｌ／Ｄ≦５（Ｌ：直線部分Ｓの長さ［ｍ］、Ｄ：流路の内径［ｍ］）の範囲で確保すると、第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａが直列方向に並んで配置されているため、実施の形態１や上記変形例に係る積層型ヘッダ２の積層側の寸法に対して比較例の積層側の寸法は長くなる。
【００５５】
これに対して、実施の形態１や、実施の形態１の上記変形例に係る積層型ヘッダ２は、分配流路を第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａ、第４流路１３Ａを冷媒が対向して反対向きに流れる構成とすることで、この比較例に対して積層型ヘッダ２を小型化することが可能となる。また、実施の形態１や、実施の形態１の上記変形例に係る積層型ヘッダ２を比較例と同一寸法とした場合には、第１流路１０Ａ、第２流路１１Ａ、第３流路１２Ａの直線部分Ｓの長さＬを比較例よりも長く設定することができるため、液膜の整流効果をより向上させることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  熱交換器、２  積層型ヘッダ、２Ａ  冷媒流入部（第１開口）、２Ｂ  冷媒流出部（第２開口）、３  円筒型ヘッダ、３Ａ  冷媒流入部、３Ｂ  冷媒流出部、４  伝熱管、５  保持部材、６  フィン、１０Ａ  第１流路、１０Ｂ  第１分岐流路、１１Ａ  第２流路、１１Ｂ  第２分岐流路、１２Ａ  第３流路、１２Ｂ  第３分岐流路、１３Ａ  第４流路、２０  空気調和装置、２１  圧縮機、２２  四方弁、２３  室外熱交換器、２４  絞り装置、２５  室内熱交換器、２６  室外ファン、２７  室内ファン、２８  制御装置、１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９  第１板状体、１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８  第２板状体。
【図１】
2016071946.tif 000004
【図２】
2016071946.tif 000005
【図３】
2016071946.tif 000006
【図４】
2016071946.tif 000007
【図５】
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【図６】
2016071946.tif 000009
【図７】
2016071946.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月1日(2016.12.1)
【手続補正１】
【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】
本発明に係る積層型ヘッダは、１つの第１開口と、複数の第２開口と、第１開口と第２開口とを接続する分配流路と、を有し、複数の板状体を積層して形成された積層型ヘッダであって、分配流路は、第１流路と、第１流路を複数の流路に分岐する第１分岐流路と、第１分岐流路で分岐した複数の流路に接続された第２流路と、第２流路を複数の流路に分岐する第２分岐流路と、第２分岐流路で分岐した複数の流路に接続された第３流路と、を有し、分配流路に流入した冷媒は、第１流路と第２流路とを対向して逆方向に流れるとともに、第２流路と第３流路とを対向して逆方向に流れる構成となるものである。
【手続補正２】
【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】
１つの第１開口と、複数の第２開口と、前記第１開口と前記第２開口とを接続する分配流路と、を有し、複数の板状体を積層して形成された積層型ヘッダであって、
前記分配流路は、第１流路と、該第１流路を複数の流路に分岐する第１分岐流路と、該第１分岐流路で分岐した前記複数の流路に接続された第２流路と、該第２流路を複数の流路に分岐する第２分岐流路と、該第２分岐流路で分岐した前記複数の流路に接続された第３流路と、を有し、
前記分配流路に流入した冷媒は、前記第１流路と前記第２流路とを対向して逆方向に流れるとともに、前記第２流路と前記第３流路とを対向して逆方向に流れる構成となる積層型ヘッダ。
【請求項２】
前記第１分岐流路は、１枚の第１分岐板状体に形成され、
前記第２分岐流路は、１枚の第２分岐板状体に形成され、
前記第１分岐板状体と前記第２分岐板状体との間には、複数の板状体が積層されて前記分配流路が形成されている請求項１に記載の積層型ヘッダ。
【請求項３】
前記第１分岐流路は、１枚の第１分岐板状体に形成され、
前記第２分岐流路は、１枚の第２分岐板状体に形成され、
前記第１分岐板状体と前記第２分岐板状体との間には、１枚の板状体が配置されて前記分配流路が形成されている請求項１に記載の積層型ヘッダ。
【請求項４】
前記第２流路は、内径寸法Ｄ２の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ２の直線形状として形成され、
Ｄ２／Ｌ２の値が２≦Ｄ２／Ｌ２≦５の範囲となる請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型ヘッダ。
【請求項５】
前記第２流路は、内径寸法Ｄ３の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ３の直線形状として形成され、
Ｄ３／Ｌ３の値が２≦Ｄ３／Ｌ３≦５の範囲となる請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型ヘッダ。
【請求項６】
前記第１流路は、内径寸法Ｄ１の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ１の直線形状として形成され、
前記第２流路は、内径寸法Ｄ２の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ２の直線形状として形成され、
前記第３流路は、内径寸法Ｄ３の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ３の直線形状として形成され、
Ｄ１／Ｌ１、Ｄ２／Ｌ２、Ｄ３／Ｌ３の値が２以上５以下の範囲となる請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型ヘッダ。
【請求項７】
前記第１流路は、内径寸法Ｄ１の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ１の直線形状として形成され、
前記第２流路は、内径寸法Ｄ２の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ２の直線形状として形成され、
前記第３流路は、内径寸法Ｄ３の円形断面形状、かつ、軸方向の長さ寸法Ｌ３の直線形状として形成され、
少なくともＤ１／Ｌ１、Ｄ２／Ｌ２、Ｄ３／Ｌ３のいずれか１つの値が２以上５以下の範囲となる請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型ヘッダ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層型ヘッダと、
前記複数の第２開口のそれぞれに接続された複数の伝熱管と、
を備えた熱交換器。
【請求項９】
請求項８に記載の熱交換器を備えた空気調和装置。
【国際調査報告】
2016071946.tif 000011
2016071946.tif 000012
2016071946.tif 000013
2016071946.tif 000014