(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管と、内部に上下方向にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管から複数の前記伝熱管に前記冷媒を流入させるヘッダー集合管と、を有する熱交換器と、
回転するボスの周りに羽根を有し、前記羽根の回転面が複数の前記伝熱管に対して水平方向に対向する軸流ファンと、
前記流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように前記冷媒を流入させ、前記熱交換器で前記冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、
前記ヘッダー集合管に流れる前記冷媒の流動様式は、前記ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒が集まり、壁面に液相冷媒が集まる環状流またはチャーン流であり、
前記流通空間の水平面における中心を０％、前記ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、前記水平面における前記中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、高さが前記羽根の回転する高さの範囲内にある複数の前記枝管のうち、前記ボスの高さ以下に位置する前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において０〜５０％にあるように前記ヘッダー集合管に挿入され、前記ボスの高さよりも上に位置する前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において５０％より大となるように前記ヘッダー集合管に接続されている
空気調和装置。
【請求項２】
前記ボスの高さ以下に位置する前記枝管のうち、先端が前記中心からの距離において０〜５０％にあり、かつ、最も上流側に位置する前記枝管の先端は、前記壁面に前記液相冷媒が集まってできた厚さδ［ｍ］の液層を貫いて前記ガス相冷媒に至り、
前記ボスの高さよりも上に位置する枝管のうち、先端が前記中心からの距離において５０％より大となり、かつ、最も上流側に位置する枝管の先端は、前記液層内にある
請求項１記載の空気調和装置。
ここで、液層の厚さ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３】
前記ヘッダー集合管に流入する冷媒の乾き度が０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲にある
請求項１又は２記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記ヘッダー集合管は、前記羽根の回転する高さの範囲内にある複数の前記枝管と接続される前記流通空間が、上下方向に複数に分割されている
請求項１〜３のいずれか一項記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記ヘッダー集合管は、上下方向に異なる高さに配置された複数のヘッダー集合管で構成され、前記羽根の回転する高さの範囲内にある複数の前記枝管のうち、前記ボスの高さより下に位置する前記枝管が接続される下部のヘッダー集合管と、前記ボスの高さよりも上に位置する前記枝管が接続される上部のヘッダー集合管とでは、下部の前記ヘッダー集合管の前記流通空間の内径が上部の前記ヘッダー集合管の前記流通空間の内径よりも大きい
請求項４記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記軸流ファンは、上下方向に異なる高さに配置された複数の軸流ファンで構成され、各軸流ファンの前記羽根の回転する高さの範囲内にある複数の前記枝管のうち、各軸流ファンの前記ボスの高さ以下に位置する前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において０〜５０％にあるように前記ヘッダー集合管に挿入され、各軸流ファンの前記ボスの高さよりも上に位置する前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において５０％より大となるように接続されている
請求項１〜３のいずれか一項記載の空気調和装置。
【請求項７】
上下方向に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管と、内部に上下方向にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管から複数の前記伝熱管に前記冷媒を流入させるヘッダー集合管と、を有する熱交換器と、
複数の前記伝熱管よりも上方に位置するファンと、
前記流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように前記冷媒を流入させ、前記熱交換器で前記冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、
前記ヘッダー集合管に流れる前記冷媒の流動様式は、前記ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒が集まり、壁面に液相冷媒が集まる環状流またはチャーン流であり、
前記ヘッダー集合管は、上下方向に異なる高さに配置された複数のヘッダー集合管で構成されたものであり、
前記流通空間の水平面における中心を０％、前記ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、前記水平面における前記中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、前記ファンに最も近い位置にあるヘッダー集合管では、接続される前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において０〜５０％にあるように挿入され、前記ファンに最も近い位置にあるヘッダー集合管よりも低い位置にあるヘッダー集合管では、接続される前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において５０％より大となるように接続されている
空気調和装置。
【請求項８】
前記ファンに最も近い位置にあるヘッダー集合管の前記流通空間の内径は、前記ファンに最も近い位置にあるヘッダー集合管よりも低い位置にあるヘッダー集合管の前記流通空間の内径よりも大きい
請求項７記載の空気調和装置。
【請求項９】
上下方向に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管と、内部に上下方向にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管から複数の前記伝熱管に前記冷媒を流入させるヘッダー集合管と、を有する熱交換器と、
複数の前記伝熱管よりも上方に位置するファンと、
前記流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように前記冷媒を流入させ、前記熱交換器で前記冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、
前記ヘッダー集合管に流れる前記冷媒の流動様式は、前記ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒が集まり、壁面に液相冷媒が集まる環状流またはチャーン流であり、
前記流通空間の水平面における中心を０％、前記ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、前記水平面における前記中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、前記ヘッダー集合管に接続される前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において０〜５０％にあるように前記ヘッダー集合管に挿入され、前記ヘッダー集合管に接続される前記枝管の少なくとも最上部に位置する前記枝管は、先端が前記中心からの距離において５０％より大となるように前記ヘッダー集合管に接続されている
空気調和装置。
【請求項１０】
複数の前記枝管は、複数の前記伝熱管の端部、または複数の前記伝熱管の端部に取り付けられたジョイント管である
請求項１〜９のいずれか一項記載の空気調和装置。
【請求項１１】
運転条件に応じて前記ヘッダー集合管に流入する前記冷媒の乾き度を調整する制御装置と、を備え
前記冷媒回路は、暖房運転時の冷媒流れにおける前記ヘッダー集合管の上流に第１の絞り装置が設けられ、
前記制御装置は、前記第１の絞り装置を制御する
請求項１〜１０のいずれか一項記載の空気調和装置。
【請求項１２】
前記冷媒回路は、
前記第１の絞り装置と前記ヘッダー集合管との間に設けられた気液分離容器と、
前記気液分離容器と、暖房運転時の冷媒流れにおける前記熱交換器の下流とを接続するバイパス配管と、
前記バイパス配管上に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス流量調整機構と、を有する
請求項１１記載の空気調和装置。
【請求項１３】
前記冷媒回路はさらに、
前記冷媒の流れを切り替える流路切替装置と、
前記熱交換器と前記第１の絞り装置との間に設けられた第２の絞り装置と、を有し、
前記制御装置は、前記流路切替装置と前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置とを制御する
請求項１２記載の空気調和装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、暖房運転時に、前記ヘッダー集合管に流入する前記冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるように調整する
請求項１１〜１３のいずれか一項記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置に関し、特に、分配ヘッダーを備えた熱交換器の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和装置において、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、その熱交換部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、室外機に搭載される熱交換器の分配器としてヘッダーを用いて、ヘッダー内に仕切り板あるいは噴出孔を設置したものがある。【０００４】
しかしながら、上記のようにヘッダー集合管内に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。そこで、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（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の発明では、差し込み長さは複数の枝管で互いに等しく、ヘッダー集合間の流通空間における冷媒の流速を適切な値に設定することで、熱交換器に均等に冷媒が分配される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
【０００６】
しかしながら、実際の熱交換器を通過する気流は熱交換器の上下方向に対して分布がある。例えば、室外機または室外機の熱交換器の上面にファンが設置されているトップフロー配置の熱交換器においては、ファンに近い熱交換器部分ほど風量が大きく、ファンから離れるに従い、風量が小さくなる。また、室外機の側面にファンが配置されているサイドフローの熱交換器においても、通過する風量は、ファンのボス中心に近い位置ほど大きく、室外機の筐体パネルに近い上端または下端に近づくほど小さくなる。このため、熱交換器に冷媒を均等に分配しても、風量に対して最適な冷媒分配ではないため、熱交換器の性能が低下し、空気調和装置のエネルギー効率の低下を引き起こす場合があった。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、構造が簡易でありながら、熱交換器を通過する風量に最適な冷媒分配を行うことができる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】
【０００８】
本発明に係る空気調和装置は、上下方向に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管と、内部に上下方向にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管から複数の前記伝熱管に前記冷媒を流入させるヘッダー集合管と、を有する熱交換器と、回転するボスの周りに羽根を有し、前記羽根の回転面が複数の前記伝熱管に対して水平方向に対向する軸流ファンと、前記流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように前記冷媒を流入させ、前記熱交換器で前記冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、前記ヘッダー集合管に流れる前記冷媒の流動様式は、前記ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒が集まり、壁面に液相冷媒が集まる環状流またはチャーン流であり、前記流通空間の水平面における中心を０％、前記ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、前記水平面における前記中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、高さが前記羽根の回転する高さの範囲内にある複数の前記枝管のうち、前記ボスの高さ以下に位置する前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において０〜５０％にあるように前記ヘッダー集合管に挿入され、前記ボスの高さよりも上に位置する前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において５０％より大となるように前記ヘッダー集合管に接続されているものである。
【０００９】
また、本発明に係る別の空気調和装置は、上下方向に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管と、内部に上下方向にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管から複数の前記伝熱管に前記冷媒を流入させるヘッダー集合管と、を有する熱交換器と、複数の前記伝熱管よりも上方に位置するファンと、前記流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように前記冷媒を流入させ、前記熱交換器で前記冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、前記ヘッダー集合管に流れる前記冷媒の流動様式は、前記ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒が集まり、壁面に液相冷媒が集まる環状流またはチャーン流であり、前記ヘッダー集合管は、上下方向に異なる高さに配置された複数のヘッダー集合管で構成されたものであり、前記流通空間の水平面における中心を０％、前記ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、前記水平面における前記中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、前記ファンに最も近い位置にあるヘッダー集合管では、接続される前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において０〜５０％にあるように挿入され、前記ファンに最も近い位置にあるヘッダー集合管よりも低い位置にあるヘッダー集合管では、接続される前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において５０％より大となるように接続されている。
【００１０】
また、本発明に係る別の空気調和装置は、上下方向に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管と、内部に上下方向にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管から複数の前記伝熱管に前記冷媒を流入させるヘッダー集合管と、を有する熱交換器と、複数の前記伝熱管よりも上方に位置するファンと、前記流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように前記冷媒を流入させ、前記熱交換器で前記冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、前記ヘッダー集合管に流れる前記冷媒の流動様式は、前記ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒が集まり、壁面に液相冷媒が集まる環状流またはチャーン流であり、前記流通空間の水平面における中心を０％、前記ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、前記水平面における前記中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、前記ヘッダー集合管に接続される前記枝管のうち半数を超える枝管は、先端が前記中心からの距離において０〜５０％にあるように前記ヘッダー集合管に挿入され、前記ヘッダー集合管に接続される前記枝管の少なくとも最上部に位置する前記枝管は、先端が前記中心からの距離において５０％より大となるように前記ヘッダー集合管に接続されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空気調和装置によれば、複数の枝管のヘッダー集合管への差し込み長さを、熱交換器とファンまたは軸流ファンとの位置関係により、熱交換器の上下方向で異ならせている。そして、液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、枝管が液層を貫くように差し込まれたヘッダー領域では上部に液冷媒が偏って流れ、枝管が液層に覆われる様に接続されたヘッダー領域では下部に液冷媒が偏って流れる。そのため、このような領域を上下に組み合わせることで、熱交換器の風速分布に適した冷媒分配が実現でき、熱交換器の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る伝熱管を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る伝熱管の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る伝熱管の他の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の風速分布と液ヘッダーの液冷媒分布の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー内での位置を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー内での位置の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー内での位置の他の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の位置と熱交換器性能との関係の一例を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーに流入するガス見かけ速度と分配性能の改善効果、流動様式の関係を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー内での位置の他の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー内での位置の他の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの助走距離Ｌｉと気液二相冷媒が発達する様子を示した模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略図である。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略図である。
【図１７】本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略図である。
【図１８】本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーと流入管の接続位置の一例を示したものである。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の一例を示す概略図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図２１】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図２２】本発明の実施の形態２に係る第２液ヘッダーに接続される複数の枝管先端部の第２液ヘッダー内での位置を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態２に係る第２液ヘッダーに接続される複数の枝管先端部の第２液ヘッダー内での位置の一例を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態２に係る第２液ヘッダーに接続される複数の枝管先端部の第２液ヘッダー内での位置の他の一例を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態２に係る風速分布と液冷媒流量分布の関係を示した図である。
【図２６】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の一例を示す概略図である。
【図２７】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図２８】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図２９】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の一例を示す概略図である。
【図３０】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図３１】本発明の実施の形態５に係る熱交換器の一例を示す概略図である。
【図３２】本発明の実施の形態６に係る熱交換器の一例を示す概略図である。
【図３３】本発明の実施の形態６に係る熱交換器の風量分布と液ヘッダーの液冷媒分布の一例を示す説明図である。
【図３４】本発明の実施の形態６に係る熱交換器の他の一例を示したものである。
【図３５】本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの一例を示す概略断面図である。
【図３６】本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略断面図である。
【図３７】本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの中心位置の一例を示す説明図である。
【図３８】本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略断面図である。
【図３９】本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの中心位置の一例を示す説明図である。
【図４０】本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略断面図である。
【図４１】本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略断面図である。
【図４２】本発明の実施の形態８に係る液ヘッダーの枝管の接続の一例を示す概略斜視図である。
【図４３】本発明の実施の形態８に係る液ヘッダーの枝管の接続の他の一例を示す概略斜視図である。
【図４４】本発明の実施の形態９に係る熱交換器の一例を示す概略図である。
【図４５】図４４のＢ−Ｂ断面を示す部分断面図である。
【図４６】本発明の実施の形態１０に係る熱交換器の一例を示す概略図である。
【図４７】本発明の実施の形態１０に係る液ヘッダーと、液冷媒流量および風量分布の関係を示した概略図である。
【図４８】本発明の実施の形態１０に係るトップフローの室外機の一例を示した外観図である。
【図４９】本発明の実施の形態１０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５０】本発明の実施の形態１０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５１】本発明の実施の形態１０に係る冷媒の流量に依存しない流動様式を表すパラメータｘ／（３１．６×Ａ）と熱交換器の性能との関係を示す図である。
【図５２】本発明の実施の形態１０に係るガス見かけ速度ＵＳＧ［ｍ／ｓ］と分配性能の改善効果の関係を示した図である。
【図５３】本発明の実施の形態１１に係る熱交換器の一例を示した概略図である。
【図５４】本発明の実施の形態１１に係る液ヘッダーの液冷媒流量分布と熱交換器の風量分布の一例を示した図である。
【図５５】本発明の実施の形態１１に係る液ヘッダーの液冷媒流量分布の他の一例を示した図である。
【図５６】本発明の実施の形態１２に係る空気調和装置の冷媒回路の一例を示す回路図である。
【図５７】本発明の実施の形態１２に係る空気調和装置のセンサ配置の一例を示す回路図である。
【図５８】本発明の実施の形態１３に係る空気調和装置の冷媒回路の一例を示す回路図である。
【図５９】本発明の実施の形態１３に係る気液分離容器の構成の一例を示す概略図である。
【図６０】本発明の実施の形態１３に係る気液分離容器の構成の他の一例を示す概略図である。
【図６１】本発明の実施の形態１３に係る気液分離容器の構成の他の一例を示す概略図である。
【図６２】本発明の実施の形態１４に係る空気調和装置の冷媒回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
実施の形態１．
図１〜図４に基づき、熱交換器１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の一例を示す概略図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る伝熱管を示す図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る伝熱管の一例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る伝熱管の他の一例を示す図である。
【００１５】
実施の形態１において、熱交換器１は、液ヘッダー１０と、ガスヘッダー４０と、熱交換部２０と、熱交換部２０に液ヘッダー１０またはガスヘッダー４０を接続する複数の枝管１２等とで構成される。また、熱交換器１の側面には、１つの軸流ファン３０が配置されている。熱交換器１は、空気調和装置の冷凍サイクルの一部を構成する。
【００１６】
液ヘッダー１０は、液ヘッダー主管１１に、複数の枝管１２が接続されて構成される。以下、液ヘッダー１０を構成する１または複数の液ヘッダー主管１１をまとめてヘッダー集合管と称する場合がある。液ヘッダー主管１１は、内部に上下方向（矢印Ｚ方向）に延びる流通空間が形成され、円管形状を有している。液ヘッダー主管１１の下部は、上流側が冷媒回路の配管に接続された流入管５２に接続されている。流通空間には液相冷媒Ｒｂおよびガス相冷媒Ｒａが分布し、液ヘッダー主管１１の壁面に沿って液相冷媒Ｒｂが集まってできた液層が形成されている。また、図１には、液ヘッダー１０の流入部の助走距離Ｌ［ｍ］と、液ヘッダー１０の内径Ｄ［ｍ］が示されている。助走距離Ｌ［ｍ］は、冷媒が流入する液ヘッダー１０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。
【００１７】
ガスヘッダー４０は、内部に流通空間が形成された円管形状のガスヘッダー主管４１に、複数の枝管１２が接続されて構成される。また、ガスヘッダー４０の下部には、冷媒が流出する流出管５１が接続されている。
【００１８】
図２には、図１に示される熱交換部２０のＡ−Ａ断面の一部が斜視図として示されている。図２に示されるように、熱交換部２０は、間隔を空けて矢印Ｘ方向に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のフィン２１を貫通し、両側に突出するように配列された複数の伝熱管２２等とで構成されている。図１において、伝熱管２２は上下方向（矢印Ｚ方向）に離間して配列されている。伝熱管２２は、枝管１２を介して一端が液ヘッダー１０に、他端がガスヘッダー４０に接続され、内部に冷媒が流通する。
【００１９】
なお、図２には、熱交換部２０の伝熱管２２として、断面が扁平形状の扁平管が示されているが、種類や形状を限定するものではない。伝熱管２２は、例えば、図３に示すように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２２ａとしてもよいし、あるいは、図４に示すように断面が円形状の円管２２ｂ等で構成されてもよい。また伝熱管２２は、溝を切ることで伝熱面積の拡大を図る溝付き面で構成されてもよく、あるいは、圧力損失の増加を抑制するために平滑面で構成されてもよい。
【００２０】
軸流ファン３０は、ボス３１と、ボス３１の周り配置された羽根３２とを備え、熱交換器１に空気を供給するものである。軸流ファン３０は、モータ等によりボス３１が回転され、矢印Ｙ方向の一方の側面から空気を取り込み、他方の側面から吹き出す。実施の形態１において、軸流ファン３０は、羽根３２の回転面が、熱交換器１の複数の伝熱管２２に対して水平方向に対向するように配置されている。以降、上下方向（矢印Ｚ方向）におけるボス３１の中心の高さを、ボス中心線Ｏｂで表す。
【００２１】
複数の枝管１２は、上下方向（矢印Ｚ方向）に離間して配列され、液ヘッダー１０またはガスヘッダー４０と複数の伝熱管２２とを接続し、内部に冷媒が流通するものである。複数の枝管１２において、ボス中心線Ｏｂよりも下方に位置する枝管１２ａは、先端位置が液層を貫くように液ヘッダー１０に接続されており、ボス中心線Ｏｂよりも上方に位置する枝管１２ｂは、先端位置が液相冷媒Ｒｂに覆われるように接続されている。つまり、ボス中心線Ｏｂより下方の枝管１２ａは、上方の枝管１２ｂに比べて、液ヘッダー主管１１への差し込み長さが長くなっている。
【００２２】
図５は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の風速分布と液ヘッダーの液冷媒分布の一例を示す説明図である。図５（ａ）は熱交換器１の概略図であり、図５（ｂ）は熱交換器１を通過する気流の風速分布を示し、図５（ｃ）は液ヘッダー１０の液冷媒流量分布を示す。図５（ａ）および図５（ｂ）において、縦軸は、図５（ａ）に示す熱交換器１の高さを表している。
【００２３】
実施の形態１のように、熱交換器１の側面に１つの軸流ファン３０が配置されるサイドフローの熱交換器１では、軸流ファン３０のボス３１の高さ位置を流通する風速が最大となる。一方、熱交換器１の下端または上端に近づくほど流通する風速が小さくなる。これに対して、液ヘッダー１０の液冷媒流量分布は、熱交換器１の下端からボス中心線Ｏｂまでの領域では、ボス３１に近づくほど液冷媒が多くなり、ボス中心線Ｏｂから熱交換器１の上端までの領域では、ボス３１から遠くなるほど液冷媒が少なくなる分布となる。
【００２４】
上記のような液ヘッダー１０の液冷媒流量分布は、枝管１２ａと枝管１２ｂとの差し込み量の違い等によって得られる。ボス中心線Ｏｂに対して下方に位置する領域では、複数の枝管１２ａが液ヘッダー１０を流れる冷媒の液層を貫くため、下方すなわち熱交換器１の下部への液冷媒の分配が抑制される。一方、ボス中心線Ｏｂに対して上方に位置する領域では、複数の枝管１２ｂが液ヘッダー１０を流れる冷媒の液層内にとどまるため、下方すなわちボス中心線Ｏｂの高さ位置での液冷媒の分配が多くなる。このような構成により、熱交換器１は、風速分布に適した冷媒分配ができ、熱交換器１の性能を向上させることができる。
【００２５】
また、図１および図５ではボス中心線Ｏｂに対して下方に位置する複数の枝管１２ａの全てが液ヘッダー１０を流れる冷媒の液層を貫いており、ボス中心線Ｏｂに対して上方に位置する複数の枝管１２ｂの全てが液ヘッダー１０を流れる冷媒の液層内にとどまる様に接続されている場合を示している。しかし、例えば、複数の枝管１２ａの半数以上が液ヘッダー１０を流れる冷媒の液層を貫いており、複数の枝管１２ｂの半数以上が液ヘッダー１０を流れる冷媒の液層内にとどまる様に接続されていれば、熱交換器１は分配改善の効果を得ることができる。特に、このように差し込み長さが調整された複数の枝管１２ａ，１２ｂはそれぞれ、液ヘッダー１０の上流側に位置することが好ましい。これは、ボス中心線Ｏｂに対して上下に液ヘッダー１０の領域を分ける場合に、各領域において、下流側よりも上流側の構造の方が液分配特性に与える影響が大きいためである。
【００２６】
次に、液ヘッダー１０と、ボス中心線Ｏｂよりも下方に位置する枝管１２ａとの接続について説明する。図１では、ボス中心線Ｏｂよりも下方に位置する枝管１２ａは、先端位置が、液ヘッダー主管１１の内径中心に位置するように接続されている。しかしながら、枝管１２ａの先端部は、液ヘッダー１０に流れる冷媒の液層を貫いていれば良く、中心付近の広がりをもった範囲に位置しても良い。以下に、中心付近の広がりをもった範囲について説明する。
【００２７】
図６は、本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー内での位置を示す図である。図７は、本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー内での位置の一例を示す図である。図８は、本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー内での位置の他の一例を示す図である。
【００２８】
したがって、ここでいう中心付近とは、図６、図７、図８に示すように、液ヘッダー主管１１の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義し、液ヘッダー主管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、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。枝管１２は、矢印Ｘ方向において、図６では中心位置に、図７では−５０％の位置に、図８では５０％の位置に、先端部が配置された例が示されている。ここで、図６、図７、図８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。
【００２９】
図９は、本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管の先端位置と熱交換器性能との関係の一例を示した図である。図９は、発明者らの実験結果の一例を示したものである。横軸は枝管１２ａの先端位置、縦軸は熱交換器性能を表す。
【００３０】
乾き度ｘ＝０．３０の場合には、枝管１２ａの先端部が±７５％よりも外であると、熱交換器１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、液層が厚い。このため、枝管１２ａ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１２ａの先端部が±５０％以内の領域では、熱交換器１の性能の低下が抑えられる。
【００３１】
このように、液層の厚い乾き度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。ボス中心線Ｏｂに対して下部に位置する枝管１２ａの先端部を±５０％以内の位置に収めることにより、液ヘッダー１０の下端からボス中心線Ｏｂまでの領域で、液冷媒を上方すなわちボス中心線Ｏｂ付近の高さに多く分配させることができる。さらに、枝管１２ａの先端部が液ヘッダー主管１１の内径中心すなわち０％の位置に配置される場合には、より幅広い冷媒流量範囲において、液ヘッダー１０の下端からボス中心線Ｏｂの領域で液冷媒を上部に多く流すことができてなお良い。
【００３２】
また、ボス中心線Ｏｂに対して上部に位置する枝管１２ｂの先端部は、−１００％以上−５０％未満、または５０％より大きく１００％以下の範囲に収まっていると、ボス中心線Ｏｂから液ヘッダー１０の上端の領域において、液冷媒を下部に多く流すことができてなお良い。
【００３３】
ところで、発明者らの実験と解析によると、液層の厚みδ［ｍ］は、液ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度が０．０５≦ｘ≦０．３０であるとき、冷媒流速Ｇ［ｋｇ／（ｍ２ｓ）］、冷媒の乾き度ｘ、液ヘッダー１０の内径Ｄ［ｍ］、冷媒液密度ρＬ［ｋｇ／ｍ３］、液ヘッダー１０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、ボス中心線Ｏｂより下方で液ヘッダー１０に接続される複数の枝管１２ａの先端部は、少なくとも上記式で求められる液層の厚みδよりも突出し、流通空間においてガス相冷媒Ｒａに到達していればよい。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。
【００３４】
流動様式の判定は、垂直上昇流の流動様式線図から行い、液ヘッダー主管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。液ヘッダー主管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。
【００３５】
図１０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１０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、液ヘッダー１０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る。
【００３６】
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は液ヘッダー１０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、液ヘッダー１０の流入部の助走距離Ｌ２［ｍ］は、液ヘッダー１０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。
【００３７】
また、基準ガス見かけ速度ＵＳＧは液ヘッダー１０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。
【００３８】
ここで、図１０に示しているように、分配性能向上効果は、ＵＳＧ≧α×Ｌ２×（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が顕著となる。
【００３９】
例えば、空気調和装置に液ヘッダー１０を搭載する場合には、液ヘッダー１０の流通空間へ流入する冷媒流速の変動範囲の最大値は、液ヘッダー１０が暖房定格運転時にて、液ヘッダー１０の流通空間を気液二相冷媒が上昇流となって流れる。
【００４０】
また、液ヘッダー１０に流入した冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるときに、液ヘッダー主管１１に流れる冷媒は、液相冷媒Ｒｂが壁面近傍に多く分布する流動様式となる。このとき、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。
【００４１】
また、ここまでの説明では、ボス中心線Ｏｂに対して下部に位置する枝管１２ａに関しては、枝管１２ａの水平方向（矢印Ｘ方向）に延びる中心軸と液ヘッダー主管１１の上下方向（矢印Ｚ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、例えば、枝管１２ａの水平方向に延びる中心軸が液ヘッダー主管１１の上下方向に延びる中心軸からずれていてもよい。
【００４２】
図１１は、本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー１０内での位置の他の一例を示す図である。図１２は、本発明の実施の形態１に係るボス中心線よりも下部に接続される複数の枝管先端部の液ヘッダー１０内での位置の他の一例を示す図である。
【００４３】
ここでは、液ヘッダー主管１１の流通空間の水平面での中心位置を０％と定義する。液ヘッダー主管１１の流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義する。また、複数の枝管１２の水平面での差し込み方向をＸ方向、幅方向をＹ方向としている。
【００４４】
図１１に示すように、ボス中心線Ｏｂに対して下部に位置する枝管１２ａ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１２ａの先端部がＸ方向にて０％に位置し、枝管１２ａ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１２ａ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。また、液ヘッダー１０に流入した冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まるとき、液相冷媒Ｒｂが液ヘッダー主管１１の壁面近傍に多く分布する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。
【００４５】
また、図１２に示すように、ボス中心線Ｏｂに対して下部に位置する枝管１２ａの中心軸がＹ方向にて±５０％以内の領域に収められ、かつ、枝管１２ａの先端部がＸ方向にて±５０％以内の領域に収められている場合には、枝管１２ａの一部が液ヘッダー主管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。
【００４６】
また、ボス中心線Ｏｂに対して下部に位置する枝管１２ａは、全て同じ差し込み量であることが好ましい。しかし、各枝管１２ａの先端部または枝管１２ａの中心軸がそれぞれ±５０％以内の領域に収められていれば、同じ差し込み量でなくても良い。
【００４７】
また、冷媒は、Ｒ１２３４ｙｆもしくはＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）等のオレフィン系冷媒、Ｒ３２等のＨＦＣ冷媒、プロパンもしくはイソブタン等の炭化水素冷媒、ＣＯ２、およびＤＭＥ（ジメチルエーテル）等のうちから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１の性能の改善効果を大きくすることができる。
【００４８】
また、本発明は、液ヘッダー１０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Ｌは、液ヘッダー主管１１の内径をＤ［ｍ］とした場合に、発明者らの実験によると、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より大きい。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なお良い。
【００４９】
図１３は、本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの助走距離Ｌｉと気液二相冷媒が発達する様子を示した模式図である。気液二相状態の冷媒は、液ヘッダー１０の下部の冷媒入口から垂直上昇流として流入する。液層は、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、冷媒入口からの距離が助走距離Ｌｉ以上の上方部分では、液層の厚みが一定となる。
【００５０】
図１４は、本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの他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、液ヘッダー１０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、液ヘッダー１０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る。
【００５１】
図１５は、本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略図である。図１５では、液ヘッダー１０の上端に端部枝管１８ｂが上側から接続されている。この構成によれば、液ヘッダー１０の上部での冷媒の衝突による動圧の減少が抑制される。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る。
【００５２】
なお、先端部の位置について説明した上記の枝管１２は、例えば端部枝管１８ｂのように液ヘッダー主管１１の上端または下端から接続されるものは含まないものとする。
【００５３】
図１６は、本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略図である。図１６では、枝管１２として二股管１３を用いた場合を示している。二股管１３は、液ヘッダー主管１１からの流入口に対して、流出口の数を２つ有するものである。枝管１２として二股管１３を用いることにより、ボス中心線Ｏｂに対して下部に位置する枝管１２ａを液ヘッダー主管１１に突出させ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、液ヘッダー１０は、流動様式の変化を抑制でき、熱交換器１の効率を高めることができる。
【００５４】
なお、ここでは１つの流入口に対して２つの流出口を有する二股管１３に関して説明した。しかし、枝管１２の構成はこれに限定されない。枝管１２は、流入口に対して流出口の数が多くなっていれば良い。また、図１６では、複数の枝管１２が全て二股管１３で構成されている場合を例に示している。しかし、複数の枝管１２のうち一部のみが二股管１３で構成されてもよい。
【００５５】
図１７は、本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略図である。図１７では、一部の枝管に二股管１３を用い、他の枝管には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、液ヘッダー１０を流れる冷媒流量が大きい液ヘッダー１０の下部に近い位置に設けるとよい。この場合、枝管の突出しによる動圧低下が効率的に抑制できて良い。
【００５６】
なお、上記の説明において、枝管１２は液ヘッダー１０の部品として説明している。しかし、例えば、熱交換器１の円管形状の伝熱管２２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２２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。
【００５７】
また、図１では、流入管５２は液ヘッダー主管１１の下端に接続されているが、下端と、下端に最も近い枝管１２とで形成される液ヘッダー主管１１の空間であれば、側面に接続されていても良い。
【００５８】
図１８は、本発明の実施の形態１に係る液ヘッダーと流入管の接続位置の一例を示したものである。図１８に示すように、流入管５２が側面に接続される場合、流入管５２は、液ヘッダー主管１１の中心線に対して偏心させるとよい。この場合、液ヘッダー１０を流れる気液二相冷媒が環状流に遷移し易く、冷媒分配が改善される。
【００５９】
以上のように、実施の形態１において、空気調和装置は、上下方向に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管２２と、内部に上下方向（矢印Ｚ方向）にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管１２から複数の伝熱管２２に冷媒を流入させるヘッダー集合管（液ヘッダー主管１１）と、を有する熱交換器１と、回転するボス３１の周りに羽根３２を有し、羽根３２の回転面が複数の伝熱管２２に対して水平方向に対向する軸流ファン３０と、流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように冷媒を流入させ、熱交換器１で冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、ヘッダー集合管に流れる冷媒の流動様式は、ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒Ｒａが集まり、壁面に液相冷媒Ｒｂが集まる環状流またはチャーン流であり、流通空間の水平面における中心を０％、ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、水平面における中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、高さが羽根３２の回転する高さの範囲内にある複数の枝管１２のうち、ボス３１の高さ以下に位置する枝管１２ａの大半は、先端が中心からの距離において０〜５０％にあるようにヘッダー集合管に挿入され、ボス３１の高さよりも上に位置する枝管１２ｂの大半は、先端が中心からの距離において５０％より大となるようにヘッダー集合管に接続されている。
【００６０】
これにより、空気調和装置は、液ヘッダー主管１１に接続されている複数の枝管１２が、ボス３１より高い位置では枝管が液層に覆われる様に接続され、ボス３１より低い位置では枝管が液層を貫くように差し込まれている。そのため、液ヘッダー１０内で液相冷媒Ｒｂが壁面に多く分布する場合には、ボス３１より上方の領域では下部に液冷媒が多く流れ、ボス３１より下方の領域では上部に液冷媒が多く流れる。したがって、サイドフローの熱交換器１は、ボス中心線Ｏｂ付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができる。その結果、空気調和装置は、熱交換器１の性能が向上し、エネルギー効率を向上させることができる。
【００６１】
また、ボス３１の高さ以下に位置する枝管１２ａのうち、先端が中心からの距離において０〜５０％にあり、かつ、最も上流側に位置する枝管の先端は、壁面に液相冷媒Ｒｂが集まってできた厚さδ［ｍ］の液層を貫いてガス相冷媒Ｒａに至り、ボス３１の高さよりも上に位置する枝管１２ｂのうち、先端が中心からの距離において５０％より大となり、かつ、最も上流側に位置する枝管の先端は、液層内にある。ここで、液層の厚さ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。
【００６２】
これにより、ボス３１の高さより下部に接続される複数の枝管１２ａは、少なくとも、実験結果に基づく上記の式で得られる厚さδ［ｍ］の液層を貫いていればよいので、液ヘッダー１０において、調整可能な差し込み長さの範囲を広くすることができる。
【００６３】
また、熱交換器１において、ヘッダー集合管（液ヘッダー主管１１）に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲にある。これにより、液ヘッダー１０において液相冷媒Ｒｂが壁面に多く分布する流動様式となり易く、上記の枝管１２の接続構成と併せて、分配改善効果を得ることができる。
【００６４】
実施の形態２．
図１９は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の一例を示す概略図である。実施の形態２において、１つの軸流ファン３０は熱交換器１の側面に配置され、液ヘッダー１０は、液ヘッダー主管１１が軸流ファン３０のボス３１のボス中心線Ｏｂに対して上下に２分割され、下部が第１液ヘッダー主管１１ａ、上部が第２液ヘッダー主管１１ｂを構成している。液ヘッダー１０において、ボス中心線Ｏｂよりも下部に位置する複数の枝管１２ａは、第１液ヘッダー主管１１ａに接続され、液層を貫くように第１液ヘッダー主管１１ａの内径中心付近まで差し込まれている。一方、ボス中心線Ｏｂよりも上部に位置する複数の枝管１２ｂは、第２液ヘッダー主管１１ｂに、液層に覆われるように接続されている。そして、第１液ヘッダー主管１１ａの上流には第１流入管５２ａが接続され、第２液ヘッダー主管１１ｂの上流には第２流入管５２ｂが接続される。図１９では、第１流入管５２ａおよび第２流入管５２ｂはそれぞれ、第１液ヘッダー主管１１ａまたは第２液ヘッダー主管１１ｂの下端に接続されているが、接続位置は特にこれに限定されない。
【００６５】
図２０は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。図２０に示すように、各流入管は、各液ヘッダー主管の下端と、下端に最も近い枝管との間の空間であれば、各液ヘッダー主管の側面に接続されていても良い。特に、第２液ヘッダー主管１１ｂに関しては、第２流入管５２ｂを側面に接続することで、第１液ヘッダー主管１１ａと第２液ヘッダー主管１１ｂとが同軸上に上下に配置できる。このため、液ヘッダー１０は、枝管１２の差し込みの管理が容易にでき、製造性に優れたものとなる。
【００６６】
図２１は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。図２１では、第１液ヘッダー主管１１ａの上端に上側から端部枝管１８ａが接続されている。これにより、液ヘッダー１０において、第２液ヘッダー主管１１ｂの下端に第２流入管５２ｂを接続するためのスペースを確保し易い。また、この場合、第２液ヘッダー主管１１ｂには冷媒を下端から流入させて流動様式を安定させることができるとともに、第１液ヘッダー主管１１ａの上部での冷媒の衝突による動圧の減少を抑制できる。
【００６７】
なお、先端部の位置について説明した上記の枝管１２は、例えば端部枝管１８ａのように各液ヘッダー主管の上端または下端から接続されるものは含まないものとする。
【００６８】
なお、図１９〜図２１では、ボス中心線Ｏｂより下部に接続される複数の枝管１２ａは第１液ヘッダー主管１１ａの内径中心付近まで差し込まれているが、実施の形態１の場合と同様に、液層の厚みδ［ｍ］を貫いていれば良い。
【００６９】
ここで、第１液ヘッダー主管１１ａについては、複数の枝管１２ａの接続に関し、実施の形態１で説明した液層の厚みδ［ｍ］の式、複数の枝管１２ａの先端部の位置範囲、乾き度範囲、および流動様式の特性等を適用することで、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を得ることができる。
【００７０】
一方、第２液ヘッダー主管１１ｂについては、接続される複数の枝管１２ｂは、枝管１２ｂの差し込み長さが液層の厚さδ［ｍ］未満であればよい。
【００７１】
図２２〜図２４に基づき、ボス中心線Ｏｂより下部に接続される複数の枝管１２ｂの差し込み長さについて説明する。図２２は、本発明の実施の形態２に係る第２液ヘッダーに接続される複数の枝管先端部の第２液ヘッダー内での位置を示す図である。図２３は、本発明の実施の形態２に係る第２液ヘッダーに接続される複数の枝管先端部の第２液ヘッダー内での位置の一例を示す図である。図２４は、本発明の実施の形態２に係る第２液ヘッダーに接続される複数の枝管先端部の第２液ヘッダー内での位置の他の一例を示す図である。
【００７２】
第２液ヘッダー主管１１ｂに接続される枝管１２ｂの流通空間の水平面での中心位置を０％と定義し、第２液ヘッダー主管１１ｂの流通空間の水平面での壁面位置を±１００％と定義する。図２２では、枝管１２ｂは、第２液ヘッダー主管１１ｂの壁面に沿って接続されている。図２３では、枝管１２ｂの先端部は、−５１％の位置に差し込まれ、図２４では、７０％の位置に差し込まれている。このように、液ヘッダー１０の上部に位置する複数の枝管１２ｂは、差し込み方向である矢印Ｘ方向において、先端部が−１００％〜５１％以内または５１％〜１００％以内の領域に収められるように接続されているとよい。ここで、図２２〜図２４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。
【００７３】
図２５は、本発明の実施の形態２に係る風速分布と液冷媒流量分布の関係を示した図である。上述のように、熱交換器１の側面に軸流ファン３０が配置されるサイドフローの熱交換器１においては、ボス３１の中心付近で風量がピークを有し、熱交換器１の上端または下端付近に近づくにつれて風量が小さくなる分布となる。このため、軸流ファン３０のボス中心線Ｏｂに対して液ヘッダー１０を上下に２分割し、下部の第１液ヘッダー主管１１ａに接続される複数の枝管１２ａは液層を貫く様に接続し、上部の第２液ヘッダー主管１１ｂに接続される複数の枝管１２ｂは液層に覆われる様に接続している。このような構成により、第１液ヘッダー主管１１ａでは液冷媒が上部すなわちボス中心線Ｏｂの高さ付近に多く流れ、第２液ヘッダー主管１１ｂでは液冷媒が下部すなわちボス中心線Ｏｂの高さ付近に多く流れる。したがって、熱交換器１においてサイドフローの風速分布に適した冷媒分配ができ、熱交換器１の性能が向上する。
【００７４】
以上のように、実施の形態２において、空気調和装置は、ボス３１より高い位置にある第２液ヘッダー主管１１ｂでは複数の枝管１２ｂは先端が液層に覆われる様に接続され、ボス３１より低い位置にある第１液ヘッダー主管１１ａでは複数の枝管１２ａは先端が液層を貫くように差し込まれている。
【００７５】
これにより、実施の形態１の場合と同様に、サイドフローの熱交換器１は、ボス中心線Ｏｂ付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができ、熱交換器１の性能が向上する。
【００７６】
また、実施の形態２において、ヘッダー集合管（液ヘッダー主管１１）は、羽根３２の回転する高さの範囲内にある複数の枝管１２と接続される流通空間が、上下方向に複数に分割されている。
【００７７】
これにより、それぞれの流通空間ごとに枝管の差し込み長さを管理すればよく、製造性に優れている。また、熱交換器１は、液ヘッダー１０を１つの流通空間で構成する場合に比べて、上下の組合せによって風速分布に適した冷媒分布となるように調整し易い。
【００７８】
実施の形態３．
図２６は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器の一例を示す概略図である。実施の形態３において、サイドフローの熱交換器１は、実施の形態２の場合と同様に液ヘッダー１０の主管が上下に２つに分割されている。そして下部の第１液ヘッダー主管１１ａには第１流入管５２ａが接続され、上部の第２液ヘッダー主管１１ｂには第２流入管５２ｂが接続されている。また実施の形態３において、熱交換器１は、さらに、第１流入管５２ａ上に配置された第１流量調整機構５３を備える。以下、実施の形態３において、実施の形態２と異なる構成についてのみ説明し、同一または対応する構成については同一符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
第１流量調整機構５３は、例えば開度の調整により、第１液ヘッダー主管１１ａおよび第２液ヘッダー主管１１ｂにそれぞれ流入する冷媒の流量を調整できるものである。第１流量調整機構５３の開度により流動抵抗が可変となり、幅広い運転範囲において熱交換器１の性能を向上することができる。また、第１流量調整機構５３により流動抵抗を増加させる場合には、第１流量調整機構５３の上流と下流で圧力差を生じさせることができる。これにより、熱交換器１は、幅広い運転範囲において、第１液ヘッダー主管１１ａに流入する冷媒の乾き度ｘを０．０５≦ｘ≦０．３０に調整することができ、熱交換器１の性能を向上させることができる。
【００８０】
なお、図２６では、第１流量調整機構５３は第１流入管５２ａ上に設けられ、開度調整可能なものであるが、これに限定されるものではない。第１流量調整機構５３は、第１流入管５２ａと第２流入管５２ｂの流動抵抗を調整するものであればよく、例えば、キャピラリーチューブ、配管径、または配管長さ等により調整を行っても良い。
【００８１】
図２７は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。図２７に示される熱交換器１は、ガスヘッダー４０に接続された複数の枝管１２のうち最上端の枝管１２に、上部温度センサ４２が設けられている。上部温度センサ４２は、ガスヘッダー４０に接続された最上端の枝管１２の温度を検知し、枝管１２の温度が飽和温度よりも高くなる場合には第１流量調整機構５３の開度を閉じる方向に制御し、液冷媒を第２液ヘッダー主管１１ｂに多く流動させ、冷媒分配を調整し、熱交換器１の性能を向上させる。ここで、飽和温度は、ガスヘッダー４０の冷媒出口の圧力から推算した飽和温度、またはガスヘッダー４０の冷媒出口の測定温度で定義するとよい。
【００８２】
図２８は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。図２８に示される熱交換器１は、ガスヘッダー４０に接続された流出管５１に、流出部温度センサ４３が設けられている。流出部温度センサ４３は、ガスヘッダー４０から流出する冷媒の温度を検知する。また、図２７および図２８では、上部温度センサ４２はガスヘッダー４０に接続される複数の枝管１２のうち最上部の枝管に設けられた場合が示されているが、これに限るものではない。例えば、上部温度センサ４２の位置は、ガスヘッダー４０の高さ方向（矢印Ｚ方向）の距離を、下端を０％として０％〜１００％で定義したとき、７５％〜１００％の領域に接続される枝管１２であればどこに配置されてもよい。
【００８３】
また、図２８に示すように、流出部温度センサ４３が設けられる構成では、上部温度センサ４２の温度をＴｔｏｐ、流出部温度センサ４３の温度をＴｅｘｉｔと定義したとき、Ｔｔｏｐ＞Ｔｅｘｉｔである場合に、第１流量調整機構５３の開度を閉じる方向に制御し、液冷媒を第２液ヘッダー主管１１ｂに多く流動させ、冷媒分配を調整し、熱交換器１の性能を向上させる。
【００８４】
以上のように、実施の形態３においても、実施の形態１の場合と同様に、サイドフローの熱交換器１は、ボス中心線Ｏｂ付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができ、熱交換器１の性能が向上する。
【００８５】
実施の形態４．
図２９は、本発明の実施の形態４に係る熱交換器の一例を示す概略図である。実施の形態４において、サイドフローの熱交換器１は、実施の形態２の場合と同様に、液ヘッダー１０の主管が上下２つに分割されている。そして、下部の第１液ヘッダー主管１１ａには第１流入管５２ａが接続され、上部の第２液ヘッダー主管１１ｂには第２流入管５２ｂが接続されている。実施の形態４では、液ヘッダー１０の主管のサイズが上下で異なる。以下、実施の形態４において、実施の形態２と異なる構成についてのみ説明し、同一または対応する構成には同一符号を付し、説明を省略する。
【００８６】
下部の第１液ヘッダー主管１１ａでは、枝管１２が液層を貫くように差し込まれているため、枝管１２による流路閉塞面積は、第２液ヘッダー主管１１ｂよりも大きい。そのため、液ヘッダー１０は、第１液ヘッダー主管１１ａの内径をＤ１［ｍ］、第２液ヘッダー主管１１ｂの内径をＤ２［ｍ］と定義したとき、Ｄ１＞Ｄ２を満たすように構成されている。つまり、液ヘッダー１０の下部に位置する第１液ヘッダー主管１１ａの内径Ｄ１は、上部に位置する第２液ヘッダー主管１１ｂの内径Ｄ２よりも大きく構成され、枝管１２による流動抵抗の増加が抑制されている。
【００８７】
以上のように、実施の形態４においても、実施の形態１の場合と同様に、サイドフローの熱交換器１は、ボス中心線Ｏｂ付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができ、熱交換器１の性能が向上する。
【００８８】
また、実施の形態３において、ヘッダー集合管（液ヘッダー主管１１）は、上下方向（矢印Ｚ方向）に異なる高さに配置された複数のヘッダー集合管（第１液ヘッダー主管１１ａ、第２液ヘッダー主管１１ｂ）で構成され、羽根３２の回転する高さの範囲内にある複数の枝管１２のうち、ボス３１の高さより下に位置する枝管１２ａが接続される下部のヘッダー集合管（第１液ヘッダー主管１１ａ）と、ボスの高さよりも上に位置する枝管１２ｂが接続される上部のヘッダー集合管（第２液ヘッダー主管１１ｂ）とでは、下部のヘッダー集合管の流通空間の内径Ｄ１が上部のヘッダー集合管の流通空間の内径Ｄ２よりも大きい。
【００８９】
これにより、第１液ヘッダー主管１１ａの内径Ｄ１は第２液ヘッダー主管１１ｂの内径Ｄ２よりも大きく構成されるので、第１液ヘッダー主管１１ａでの枝管１２ａによる流動抵抗の増加を抑制できる。その結果、液ヘッダー１０の上下における枝管１２の差し込み量の違いによる流動抵抗の差が小さく抑えられ、液ヘッダー１０の上部と下部に、均等に近い状態で冷媒を流入させることができる。
【００９０】
なお、図２９では、第１液ヘッダー主管１１ａと第２液ヘッダー主管１１ｂとを内径中心が同一直線上に位置する様に配置した場合を例として示したが、第１液ヘッダー主管１１ａと第２液ヘッダー主管１１ｂとの位置関係は特にこれに限定されない。
【００９１】
図３０は、本発明の実施の形態４に係る熱交換器の他の一例を示す概略図である。例えば、図３０に示すように、熱交換器１において第１液ヘッダー主管１１ａと第２液ヘッダー主管１１ｂの幅方向（矢印Ｘ方向）の端を揃える様に配置しても良い。この場合、第１液ヘッダー主管１１ａと第２液ヘッダー主管１１ｂとは内径が異なるため、枝管１２が同じ長さであっても枝管１２ａと枝管１２ｂの差し込み量を異なるものとすることができる。これにより、熱交換器１は、部品種類を減らすことができ、また、差し込み量の管理が容易となる。
【００９２】
実施の形態５．
図３１は、本発明の実施の形態５に係る熱交換器の一例を示す概略図である。実施の形態５において、サイドフローの熱交換器１は、液ヘッダー１０に流路が複数形成されている。以下、実施の形態２と異なる構成についてのみ説明し、同一または対応する構成については同一符号を付し、説明を省略する。
【００９３】
図３１に示すように、液ヘッダー１０は、液ヘッダー主管１１の流路が分割され、第１液ヘッダー流路１３ａと第２液ヘッダー流路１３ｂとを有している。第１液ヘッダー流路１３ａと第２液ヘッダー流路１３ｂとは、熱交換器１の側面に配置された軸流ファン３０のボス中心線Ｏｂに対して上下に分割されている。各流路は冷媒が流れる流通空間を構成し、下部に位置する第１液ヘッダー流路１３ａと上部に位置する第２液ヘッダー流路１３ｂとの間には、各流路を仕切る仕切り壁１４が設けられている。そして、液ヘッダー主管１１の下端には、第１液ヘッダー流路１３ａに貫通する第１流入口１５ａが形成され、第１流入管５２ａから冷媒が流入する。また液ヘッダー主管１１において、第２液ヘッダー流路１３ｂの下部の側面には、第２液ヘッダー流路１３ｂに貫通する第２流入口１５ｂが形成され、第２流入管５２ｂから冷媒が流入する。
【００９４】
軸流ファン３０のボス中心線Ｏｂに対して下方に位置する複数の枝管１２ａは、先端部が液層を貫く様に液ヘッダー１０に差し込まれ、第１液ヘッダー流路１３ａに接続されている。一方、ボス中心線Ｏｂに対して上方に位置する複数の枝管１２ｂは、先端部が液層に覆われる様に液ヘッダー１０に差し込まれ、第２液ヘッダー流路１３ｂに接続されている。この様に差し込み量の異なる複数の流路を有する液ヘッダー１０を用いることで、熱交換器１は、図２５に示されるようなサイドフローの風量分布に適した冷媒分配ができ、熱交換器１の性能を向上させることができる。
【００９５】
また、液ヘッダー１０は、第１液ヘッダー流路１３ａの内径をＤ１［ｍ］、第２液ヘッダー流路１３ｂの内径をＤ２［ｍ］と定義するとき、Ｄ１＞Ｄ２となるように流路を形成するとよい。このような構成によれば、枝管１２の差し込み量の違いによる、流路間の流路抵抗の差を小さく抑えることができ、各流路への冷媒分配を均等に近い状態にすることができる。
【００９６】
上記のサイドフローの熱交換器１は、複数の流路を１本のヘッダー管で構成することで、枝管１２差し込み時の位置決めがし易く、製造性が良い。また、各流路を仕切る仕切り壁１４があることで、液ヘッダー１０の耐圧強度が向上する。特に、液ヘッダー１０の水平面での断面形状が円形ではなく、例えば、楕円形、矩形、Ｄ型、または半円形の場合に、各流路を仕切ることで耐圧強度が向上できてよい。
【００９７】
また、液ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲に収まる様に調整することで、第１液ヘッダー流路１３ａにおいて液相冷媒Ｒｂが壁面に多く分布する流動様式による分配改善効果を得ることができる。
【００９８】
以上のように、実施の形態５においても、実施の形態１の場合と同様に、サイドフローの熱交換器１は、ボス中心線Ｏｂ付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができ、熱交換器１の性能が向上する。
【００９９】
また、実施の形態５において、ヘッダー集合管（液ヘッダー主管１１）は、羽根の回転する高さの範囲内にある複数の枝管１２と接続される流通空間が、上下方向に複数に分割されている。これにより、それぞれの流通空間ごとに枝管の差し込み長さを管理すればよく、製造性に優れている。また、熱交換器１は、液ヘッダー１０を１つの流通空間で構成する場合に比べて、上下の組合せによって風速分布に適した冷媒分布となるように調整し易い。
【０１００】
実施の形態６．
図３２は、本発明の実施の形態６に係る熱交換器の一例を示す概略図である。実施の形態６において、サイドフローの熱交換器１０１は、側面に上下に２つの軸流ファン３０ａ、３０ｂを備えている。また実施の形態６において、液ヘッダー１１０は、各ボス３１ａ、３１ｂのボス中心線Ｏｂ１、Ｏｂ２に対してそれぞれ上下２つに分割され、４つの主管から構成されている。以下、実施の形態２と異なる構成についてのみ説明し、同一または対応する構成については同一符号を付し、説明を省略する。
【０１０１】
２つの軸流ファン３０ａ、３０ｂは、各羽根３２ａ、３２ｂの回転面が、複数の伝熱管２２に対して水平方向に対向するように設けられている。液ヘッダー１１０は、２つの軸流ファンのうち下方に配置された軸流ファン３０ａの回転面の高さでは、ボス中心線Ｏｂ１に対して下部に位置する第１液ヘッダー主管１１１ａと上部に位置する第２液ヘッダー主管１１１ｂとに分割され、上方に配置された軸流ファン３０ｂの回転面の高さでは、ボス中心線Ｏｂ２に対して下部に位置する第３液ヘッダー主管１１１ｃと上部に位置する第４液ヘッダー主管１１１ｄとに分割されている。
【０１０２】
また、液ヘッダー１１０の上流には、第１液ヘッダー主管１１１ａ、第２液ヘッダー主管１１１ｂ、第３液ヘッダー主管１１１ｃおよび第４液ヘッダー主管１１１ｄに冷媒を均等に分配するためにディストリビュータ５４が設けられている。そして、ディストリビュータ５４と各液ヘッダー主管は、それぞれ、冷媒が流れる第１流入管５２ａ、第２流入管５２ｂ、第３流入管５２ｃまたは第４流入管５２ｄにより接続されている。
【０１０３】
また、図３２において、流出管５１はガスヘッダー４０の上部に接続され、液冷媒が液ヘッダー１１０の上部に流れ易くなっている。なお、流出管５１の接続位置は特にこれに限定されず、流出管５１は、実施の形態１の場合と同様に、ガスヘッダー４０の下部に接続されてもよい。
【０１０４】
実施の形態６では、下方の軸流ファン３０ａのボス中心線Ｏｂ１に対して上下に配置された液ヘッダー主管のうち、下部に配置された第１液ヘッダー主管１１１ａに接続される複数の枝管１１２ａは、先端部が液層を貫く様に内径中心付近に差し込まれている。一方、ボス中心線Ｏｂ１に対して上部に配置された第２液ヘッダー主管１１１ｂに接続される複数の枝管１１２ｂは、先端部が液相冷媒Ｒｂに覆われるように接続されている。
【０１０５】
また、同様に、上方の軸流ファン３０ｂのボス中心線Ｏｂ２に対して上下に配置された液ヘッダー主管のうち、下部に配置された第３液ヘッダー主管１１１ｃに接続される複数の枝管１１２ｃは、先端部が液層を貫く様に内径中心付近に差し込まれている。一方、ボス中心線Ｏｂ２に対して上部に配置された第４液ヘッダー主管１１１ｄに接続される複数の枝管１１２ｄは、先端部が液相冷媒Ｒｂに覆われるように接続されている。
【０１０６】
ここで、液ヘッダー１１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の領域に収まる様に調整することで、各液ヘッダー主管の管壁付近に液相冷媒Ｒｂが多く分布する流動様式となる。これにより、熱交換器１０１は、２つの軸流ファン３０ａ、３０ｂを上下に配置した場合のサイドフローの風量分布に適した冷媒分配を得ることができる。
【０１０７】
図３３は、実施の形態６の熱交換器の風量分布と液ヘッダーの液冷媒分布の一例を示す説明図である。図３３（ａ）および図３３（ｂ）において、縦軸は、熱交換器１０１の上下方向（矢印Ｚ方向）の高さを表し、横軸は、それぞれ熱交換器１０１の風速分布または液ヘッダー１１０の液冷媒流量分布を表す。図３３に示すように、軸流ファン３０ａ、３０ｂを複数配置した構成でも、風速分布は、各軸流ファンのボス３１ａ、３１ｂの高さでピークを有する。
【０１０８】
上記のように、熱交換器１０１は、液ヘッダー１１０を各ボス中心線Ｏｂ１、Ｏｂ２に対してそれぞれ上下に分割し、枝管１２の差し込み量を異ならせることで、図３３に示すように、２つの軸流ファン３０ａ、３０ｂを上下に配置した場合のサイドフローの風量分布に適した冷媒分配ができる。
【０１０９】
また、第１液ヘッダー主管１１１ａの内径をＤ１［ｍ］、第２液ヘッダー主管１１１ｂの内径をＤ２［ｍ］、第３液ヘッダー主管１１１ｃの内径をＤ３［ｍ］、第４液ヘッダー主管１１１ｄの内径をＤ４［ｍ］と定義したとき、Ｄ１＞Ｄ２およびＤ３＞Ｄ４であると、枝管１２の差し込み量の違いによる各液ヘッダー主管での流動抵抗の差が低減されてなお良い。
【０１１０】
図３４は、本発明の実施の形態６に係る熱交換器の他の一例を示したものである。図３２では、液ヘッダー１１０は４つの液ヘッダー主管に分割されて上下に配置されているが、図３４に示す様に、１本の液ヘッダー１１０の内部で流路が第１液ヘッダー流路１１３ａ、第２液ヘッダー流路１１３ｂ、第３液ヘッダー流路１１３ｃおよび第４液ヘッダー流路１１３ｄの４つに分割されている構成でもよい。この場合、液ヘッダー１１０は、１本のヘッダー管から構成されるため、枝管１２の差し込み量の管理が容易にでき、製造性に優れている。また液ヘッダー１１０は、流路間に仕切り壁１４が形成されているので、耐圧強度が向上する。
【０１１１】
以上のように、実施の形態６においても、実施の形態１の場合と同様に、サイドフローの熱交換器１０１は、ボス中心線Ｏｂ１、Ｏｂ２付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができ、熱交換器１０１の性能が向上する。
【０１１２】
また、実施の形態６において、軸流ファン３０は、上下方向（矢印Ｚ方向）に異なる高さに配置された複数の軸流ファン３０ａ、３０ｂで構成され、各軸流ファンの羽根３２ａ、３２ｂの回転する高さの範囲内にある複数の枝管１１２のうち、各軸流ファンのボス３１ａ、３１ｂの高さ以下に位置する枝管１１２ａ、１１２ｃの大半は、先端が中心からの距離において０〜５０％にあるようにヘッダー集合管（第１液ヘッダー主管１１１ａ、第３液ヘッダー主管１１１ｃ）に挿入され、各軸流ファンのボス３１ａ、３１ｂの高さよりも上に位置する枝管１１２ｂ、１１２ｄの大半は、先端が中心からの距離において５０％より大となるように接続されている。
【０１１３】
これにより、各軸流ファン３０ａ、３０ｂについて、ボス３１ａ、３１ｂの高さを境界に、枝管１２の差し込み長さを異ならせて液ヘッダー１１０が構成されるため、複数の軸流ファン３０ａ、３０ｂが上下方向に配置されたサイドフローの熱交換器１０１においても、熱交換器１０１を通過する風速分布に適した冷媒分配ができ、熱交換器１０１の性能が向上する。
【０１１４】
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は同じ符号を付す。実施の形態７において、液ヘッダー１０は、液ヘッダー主管１１の水平断面が非円形状である流路を有している。
【０１１５】
まず、図３５〜図３７に基づき、液ヘッダー主管１１の水平断面が矩形状を有する場合について説明する。図３５は、本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの一例を示す概略断面図である。図３６は、本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略断面図である。図３７は、本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの中心位置の一例を示す説明図である。
【０１１６】
図３５および図３６には、液ヘッダー主管１１の水平断面が矩形状であり、液ヘッダー１０内の流路が矩形流路である場合が示されている。このような矩形流路においても、ボス中心線Ｏｂに対して下部に配置される液ヘッダー主管１１に接続される複数の枝管１２が、液層を貫く様に接続されることで、サイドフローの熱交換器１の風速分布に適した冷媒分配が実現でき、分配改善ができる。
【０１１７】
また、図３５に示すように、水平断面が矩形状である液ヘッダー１０は、水平断面が円管形状である液ヘッダー１０と比べて、枝管１２が差し込まれた両脇に至る幅方向（矢印Ｘ方向）の寸法を小さくすることができ、省スペース性に優れている。
【０１１８】
また、水平断面が矩形状の液ヘッダー１０では、液ヘッダー主管１１と枝管１２との接合面が直交面となる。これらの金属の接合は、一般的にロウ付けにより行われるため、水平断面が矩形状の液ヘッダー１０では、接合の際に接合面のロウ付け性が良く、接合品質が向上する。
【０１１９】
ところで、実施の形態１〜６では、液ヘッダー１０内における枝管１２の先端位置を示すために、流通空間の水平面での中心位置を定義する必要があった。ここで、液ヘッダー１０の流路が矩形流路である場合には、流通空間の水平面での中心位置は、図３７に示す様に、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Ａに相当する等価円の直径を用いるものとする。
【０１２０】
また、熱交換器１の作動流体は、Ｒ１３４ａ等の低圧のフロン冷媒、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）等のＨＦＯ冷媒、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）、もしくはプロパン等の炭化水素系冷媒等を純冷媒として使用してもよいし、あるいは、混合冷媒の成分の１つとして使用してもよい。混合冷媒を用いる場合には、圧力が小さく抑えられるため、耐圧強度上なお良い。
【０１２１】
次に、図３８および図３９に基づき、液ヘッダー１０の水平断面が楕円形状を有する場合について説明する。図３８は、本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略断面図である。図３９は、本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの中心位置の一例を示す説明図である。
【０１２２】
図３８には、液ヘッダー主管１１の水平断面が楕円形状であり、液ヘッダー１０内の流路が楕円流路である場合が示されている。このような楕円流路においても、ボス中心線Ｏｂに対して下部に配置される液ヘッダー主管１１に接続される複数の枝管１２が、液層を貫く様に接続されることで、サイドフローの熱交換器１の風速分布に適した冷媒分配が実現でき、分配改善ができる。
【０１２３】
ここで、液ヘッダー１０の流路が楕円流路である場合には、流通空間の水平面での中心位置は、図３９に示す様に、楕円の長軸と短軸の中心線の交点と定義する。枝管１２が流通空間の中心位置付近まで突出す構成では、液ヘッダー１０内に突き出した枝管１２による冷媒の圧力損失が懸念されるが、楕円流路を有する液ヘッダー１０では、液ヘッダー１０を流れる冷媒の圧力損失の増加が抑制でき、流動様式を安定させることができる。
【０１２４】
また、図３８に示す様に、液ヘッダー１０は、楕円流路の長軸に向かって、すなわち短軸方向に枝管１２を差し込む構造とすることにより、液ヘッダー１０の水平断面が円形状である場合に比べ、枝管１２とのロウ付け面の曲率が小さくでき、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、楕円流路の流路断面積Ａに相当する等価円の直径を用いるものとする。
【０１２５】
また、液ヘッダー１０の水平断面の形状は、円形状、矩形状または楕円形状のものに限定されない。図４０は、本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略断面図である。図４１は、本発明の実施の形態７に係る液ヘッダーの他の一例を示す概略断面図である。
【０１２６】
図４０には、液ヘッダー主管１１の水平断面が半円形状であり、液ヘッダー１０内の流路が半円流路である場合が示されている。このような半円流路においても、ボス中心線Ｏｂに対して下部に配置される液ヘッダー主管１１に接続される複数の枝管１２が、液層を貫く様に接続されることで、サイドフローの熱交換器１の風速分布に適した冷媒分配が実現でき、分配改善ができる。
【０１２７】
ここで、液ヘッダー１０の流路が半円流路である場合には、流通空間の水平面での中心位置は、中心に対する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。また、流動様式を判定する際には、半円流路の流路断面積Ａに相当する等価円の直径を用いるものとする。
【０１２８】
このような半円流路を有する液ヘッダー１０では、幅方向（矢印Ｘ方向）の容積増加を抑えつつ、流路断面積Ａを増やすことができ、省スペース性に優れ、低圧損である。また、このような液ヘッダー１０は、枝管１２との接合面を平坦な平面とすることができ、ロウ付け性に優れている。
【０１２９】
図４１には、液ヘッダー主管１１の水平断面が三角管形状であり、液ヘッダー１０内の流路が三角流路である場合が示されている。このような三角流路においても、ボス中心線Ｏｂに対して下部に配置される液ヘッダー主管１１に接続される複数の枝管１２が、液層を貫く様に接続することで、サイドフローの熱交換器１の風速分布に適した冷媒分配が実現でき、分配改善ができる。
【０１３０】
ここで、液ヘッダー１０の流路が三角流路である場合には、流通空間の水平面での中心位置は、３つの最接近する各辺の中点と最遠方の角部位置とを結ぶ直線の交点と定義する。また、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。
【０１３１】
このような三角流路を有する液ヘッダー１０では、幅方向（矢印Ｙ方向）の容積増加を抑えつつ、流路断面積Ａを増やすことができ、省スペース性に優れ、低圧損である。また、このような液ヘッダー１０は、枝管１２との接合面を平坦な平面とすることができ、ロウ付け性に優れている。
【０１３２】
また、上記の矩形流路、楕円流路、半円流路または三角流路を有する液ヘッダー１０において、液ヘッダー１０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構成するとよい。これにより、多様な水平断面形状の液ヘッダー１０にて、分配性能の改善効果が得られる。また、液ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０である範囲では、より大きな分配性能の改善効果が得られる。
【０１３３】
以上のように、実施の形態７においても、実施の形態１の場合と同様に、熱交換器１は、ボス中心線Ｏｂ付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができ、熱交換器１の性能が向上する。
【０１３４】
実施の形態８．
以下、本発明の実施の形態８について説明する。実施の形態８では、複数の枝管１２は、扁平管形状である。ここで、実施の形態１〜７と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜７と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
【０１３５】
図４２は、本発明の実施の形態８に係る液ヘッダーの枝管の接続の一例を示す概略斜視図である。図４３は、本発明の実施の形態８に係る液ヘッダー１０の枝管の接続の他の一例を示す概略斜視図である。図４２および図４３に示すように、複数の枝管１２は、扁平管形状を有している。このように扁平管形状の枝管１２を用いることにより、液ヘッダー主管１１から枝管１２への分岐部で表面張力の影響が大きくなり、枝管１２内を流れる液冷媒が均一となり、熱交換器１の効率の改善効果が大きくなる。
【０１３６】
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、熱交換器１の一部であっても良い。すなわち、熱交換器１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２２の一部として代用されている場合もあるため、内面に溝等の伝熱促進形状が加工されていても良い。
【０１３７】
また、図４３に示すように、液ヘッダー１０に接続される複数の枝管１２は、枝管１２内側に仕切り１６を有する多孔扁平形状のものでもよく、この場合、枝管１２の強度が向上する。
【０１３８】
以上のように、実施の形態８においても、実施の形態１の場合と同様に、熱交換器１は、ボス中心線Ｏｂ付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができ、熱交換器１の性能が向上する。
【０１３９】
また、実施の形態８において、複数の枝管１２は、複数の伝熱管２２の端部で構成される。これにより、熱交換部２０の伝熱管２２を枝管１２として代用でき、熱交換器１の部品数を減らすことができる。
【０１４０】
実施の形態９．
図４４は、本発明の実施の形態９に係る熱交換器の一例を示す概略図である。実施の形態９において、熱交換器１は、伝熱管２２と枝管１２の管形状を変換するジョイント管２３を備えている。以下、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１４１】
図４４に示す様に、管形状を変換するジョイント管２３を用いた場合、熱交換部２０の伝熱管２２よりも液ヘッダー１０の閉塞面積が小さい枝管１２へ、管形状を変換することができる。そのため、液ヘッダー１０では、枝管１２として伝熱管２２が直接差し込まれる場合に比べて、枝管１２が流路へ突出することによる圧力損失が低減される。
【０１４２】
なお、ジョイント管２３は、一端が伝熱管２２に接続され他端が枝管１２に接続されるものであってもよく、あるいは、枝管１２が一体構成され、一端が伝熱管２２に接続されるものであってもよい。
【０１４３】
また、ジョイント管２３は液ヘッダー１０での使用に限るものではなく、ガスヘッダー４０と熱交換部２０との接続にも用いてもよい。この場合、ガスヘッダー主管４１へ伝熱管２２を接続する場合に比べ、ガスヘッダー４０において、枝管１２の差し込みによる圧力損失が低減される。
【０１４４】
図４５は、図４４のＢ−Ｂ断面を示す部分断面図である。ジョイント管２３を用いた場合の伝熱管２２と枝管１２と液ヘッダー主管１１との接続状態が、横断面図で示されている。矢印Ｙ方向において、枝管１２の幅をＬｂ［ｍ］、伝熱管２２の幅をＬｍ［ｍ］と定義するとき、Ｌｂ＜Ｌｍである場合に、液ヘッダー１０での圧力損失が低減できる。
【０１４５】
以上のように、実施の形態９においても、実施の形態１の場合と同様に、サイドフローの熱交換器１は、ボス中心線Ｏｂ付近の高さでピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができ、熱交換器１の性能が向上する。
【０１４６】
また、実施の形態９において、複数の枝管１２は、複数の伝熱管２２の端部に取り付けられたジョイント管２３である。これにより、伝熱管２２よりも幅が小さい枝管１２が液ヘッダー１０に接続されるため、液ヘッダー１０では、枝管１２を流路へ突出させることによる圧力損失が低減できる。
【０１４７】
実施の形態１０．
図４６は、本発明の実施の形態１０に係る熱交換器の一例を示す概略図である。図４７は、本発明の実施の形態１０に係る液ヘッダーと、液冷媒流量および風量分布の関係を示した概略図である。熱交換器２０１は、液ヘッダー２１０と、ガスヘッダー４０と、熱交換部２０と、熱交換部２０に液ヘッダー２１０およびガスヘッダー４０を接続する複数の枝管１２、２１２等で構成される。実施の形態１０において、熱交換器２０１は、上面にファン３５が配置されたトップフローの熱交換器２０１である。以下、実施の形態１０において、実施の形態１の場合と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略する。
【０１４８】
図４６に示す様に、液ヘッダー２１０は、液ヘッダー主管２１１に、複数の枝管２１２が接続されて構成される。液ヘッダー２１０は熱交換部２０の上流に配置され、複数の枝管２１２により熱交換部２０と液ヘッダー２１０とが接続されている。また、液ヘッダー２１０の下端には流入管５２が接続され、冷媒回路から液ヘッダー２１０へ気液二相の冷媒が流入する。
【０１４９】
ファン３５は、ボス３６と、ボス３６の周りに配置された羽根３７とを備え、回転により熱交換器２０１に空気を供給する。ファン３５は、例えば、熱交換器２０１の側面から空気を通過させて垂直方向（矢印Ｚ方向）上向きに送出する。このようなトップフローの熱交換器２０１では、図４７に示すように、ファン３５に近い位置、すなわち熱交換器２０１の上部で風速が最大となる。そのため、液ヘッダー２１０の全ての枝管２１２は、液ヘッダー主管２１１の内径中心付近に差し込まれる構成であってもよい。図４７において、縦軸は熱交換器２０１の高さを表し、図４７（ａ）は液ヘッダー２１０の構成、図４７（ｂ）は液ヘッダー２１０の液冷媒流量分布、図４７（ｃ）は熱交換器２０１の風量分布を示している。
【０１５０】
実施の形態１の場合と同様に、液ヘッダー２１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０の領域であると、トップフローの熱交換器２０１の風量分布に適した冷媒分配が得られ、熱交換器の性能が向上する。
【０１５１】
図４６では、熱交換器２０１において下端の高さを０％、上端の高さ１００％と定義したとき、複数の枝管２１２のうち熱交換器２０１の高さ７５％〜１００％に接続されている上部の枝管２１２ｂは、先端部が液層に覆われる様に液ヘッダー主管２１１に差し込まれている。この場合でも、全ての枝管２１２を内径中心付近まで差し込む上記の構成と、ほとんど液冷媒分配の特性は変わらない。このため、高さ７５％〜１００％に接続されている枝管２１２ｂの先端位置は、液ヘッダー２１０に差し込まれていない方が、圧力損失が低減されてよい。
【０１５２】
一方、図４６において、液ヘッダー主管２１１に高さ０％〜７５％で接続されている下部の枝管２１２ａの先端位置は、冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０であるとき液層を貫く様に差し込まれている。このように、液ヘッダー２１０に接続されている複数の枝管２１２のうち少なくとも下部の枝管２１２ａは液層を貫くよう差し込まれた構成とすることで、図４７に示す様なトップフローの熱交換器２０１に適した液冷媒分配が実現でき、熱交換器２０１の性能が向上し、エネルギー効率が向上する。
【０１５３】
また、図４６には、７５％の高さ位置を境界として枝管２１２の差し込み量を異なるものとしているが、これに限定されない。例えば、液ヘッダー２１０に接続される複数の枝管２１２のうち、大半は、先端部が液層を貫くように差し込まれ、少なくとも最上部の枝管は、先端部が液層に覆われるように接続される構成でもよい。ここで、複数の枝管２１２の大半とは、全ての枝管２１２の半数を超えることを意味し、この範囲で、上記の境界となる高さ位置が、熱交換部２０の風量分布、液ヘッダー２１０の上部の淀み領域長さＬｔ、または冷媒の流動様式等に応じて決定されてもよい。
【０１５４】
なお、流入管５２の接続位置は液ヘッダー１０の下端に限るものではなく、液ヘッダー１０の下端と、下端に最も近い枝管１２の中心線とで構成される空間であれば、どこに差し込まれていてもよい。
【０１５５】
また、ここでは枝管１２を用いた場合を例に説明しているが、熱交換部２０の伝熱管２２を延伸させて液ヘッダー主管２１１に接続させても良い。また、管形状を変換するジョイント管２３を用いても良い。また、枝管１２の形状は円管に限るものではなく、例えば扁平形状の管であっても良い。
【０１５６】
また、高さ０％〜７５％の液ヘッダー主管２１１については、接続されている複数の枝管２１２ａは、液ヘッダー主管２１１に流れる冷媒の液層を貫いていれば良く、先端部が、中心付近の広がりをもった範囲に位置してもよい。
【０１５７】
ここで、高さ０％〜７５％の液ヘッダー主管２１１については、複数の枝管２１２ａの接続に関し、実施の形態１で説明した、複数の枝管２１２ａの先端部の位置範囲、乾き度範囲、および流動様式の特性等を適用することで、例えば図１０に示す様な、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を得ることができる。
【０１５８】
図４８は、本発明の実施の形態１０に係るトップフローの熱交換器を搭載した室外機の一例を示す外観図である。なお、図中の破線矢印は空気の流れを表している。
【０１５９】
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１０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。
【０１６０】
図４８に示す様なトップフローの熱交換器２０１を搭載した室外機１００は、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等に用いられ、ビルの屋上等に設置される。
【０１６１】
室外機１００は、箱状に形成されたケーシング１０２を備え、ケーシング１０２の側面には、開口により吸込口１０３が形成され、上面には、開口により吹出口１０４が形成されている。室外機１００は、吸込口１０３に沿うようにケーシング１０２内に上記の熱交換器２０１を備えている。室外機１００は、吹出口１０４を覆うように通風可能なファンガード１０５を備えている。また室外機１００は、ファンガード１０５の内部に配置され、吸込口１０３から外気を吸い込み、吹出口１０４から外気を排出するトップフロー型のファン３５を備えている。
【０１６２】
図４９は、本発明の実施の形態１０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３５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３５の熱交換器２０１である場合には、液ヘッダー２１０に流れる最大冷媒流量［ｋｇ／ｈ］をＭＲ、冷媒乾き度をｘ、液ヘッダー主管２１１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。
【０１６３】
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る。
【０１６４】
図４９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ＭＲは、暖房定格運転時における冷媒流量とし、圧縮機入力および室内機能力、または、圧縮機の回転数および室内機の運転台数等によって測定することができる。
【０１６５】
図５０は、本発明の実施の形態１０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５０に示すように、伝熱管２２の伝熱管長さが実質的に同じである場合には、液ヘッダー２１０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、最適な液膜厚さで液ヘッダー２１０に冷媒が流れ、分配性能が改善できる。
【０１６６】
図５１は、本発明の実施の形態１０に係る冷媒の流量に依存しない流動様式を表すパラメータｘ／（３１．６×Ａ）と熱交換器の性能との関係を示す図である。図５１に示すように、上記のパラメータｘ／（３１．６×Ａ）が、１．４×１０≦ｘ／（３１．６×Ａ）≦８．７×１０の条件を満足するとよい。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３５の風量分布に最適な冷媒の分配性能が得られる。
【０１６７】
図５２は、本発明の実施の形態１０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５２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、液ヘッダー２１０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、液ヘッダー２１０に流れる最大流量をＭＲ［ｋｇ／ｈ］、液ヘッダー２１０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。
【０１６８】
以上のように、実施の形態１０において、空気調和装置は、上下方向（矢印Ｚ方向）に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管２２と、内部に上下方向にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管２１２から複数の伝熱管２２に冷媒を流入させるヘッダー集合管（液ヘッダー主管２１１）と、を有する熱交換器２０１と、複数の伝熱管２２よりも上方に位置するファン３５と、流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように冷媒を流入させ、熱交換器２０１で冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、ヘッダー集合管に流れる冷媒の流動様式は、ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒Ｒａが集まり、壁面に液相冷媒Ｒｂが集まる環状流またはチャーン流であり、流通空間の水平面における中心を０％、ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、水平面における中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、ヘッダー集合管に接続される枝管２１２の大半（例えば、枝管２１２ａ）は、先端が中心からの距離において０〜５０％にあるようにヘッダー集合管に挿入され、ヘッダー集合管に接続される枝管の少なくとも最上部に位置する枝管（例えば、２１２ｂ）は、先端が中心からの距離において５０％より大となるようにヘッダー集合管に接続されている。
【０１６９】
これにより、空気調和装置は、液ヘッダー主管２１１に接続される複数の枝管２１２うち、大半の枝管２１２ａは、先端が液層を貫くように差し込まれ、少なくとも最上部の枝管２１２ｂは、先端が液層の覆われるように差し込まれている。そのため、液ヘッダー２１０内で液相冷媒Ｒｂが壁面に多く分布する場合に、大半の枝管２１２ａが接続される領域では、上部に液冷媒を多く分布させ、最上部の枝管２１２ｂが接続される領域では、枝管２１２ｂが流路に突出すことによる圧力損失が低減される。したがって、熱交換器２０１の上方にファン３５が配置されるトップフローの熱交換器２０１は、ファン３５に最も近い位置でピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができる。その結果、空気調和装置において、熱交換器１の性能が向上し、エネルギー効率が向上する。
【０１７０】
実施の形態１１．
図５３は、本発明の実施の形態１１に係る熱交換器の一例を示した概略図である。実施の形態１１において、トップフローの熱交換器３０１は、液ヘッダー３１０が少なくとも２つに分割されている。以下、実施の形態１１において、実施の形態１０と同じ構成については同一符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。
【０１７１】
液ヘッダー３１０は主管が、上下に分割され、下部の第１液ヘッダー主管３１１ａと、上部の第２液ヘッダー主管３１１ｂとにより構成されている。つまり、第２液ヘッダー主管３１１ｂは、液ヘッダー３１０においてファン３５に最も近い位置に配置されている。
【０１７２】
実施の形態１１において、上部の第２液ヘッダー主管３１１ｂに接続される複数の枝管３１２ｂは、液層を貫く様に差し込まれている。一方、下部の第１液ヘッダー主管３１１ａに接続される複数の枝管３１２ａは、先端部が液層を貫く様に差し込まれても良いし、あるいは先端部が液層に覆われる様に接続されてもよい。図５３のように、複数の枝管３１２ａが液層に覆われる様に接続される場合には、第１液ヘッダー主管３１１ａの内径Ｄ１１［ｍ］は、第２液ヘッダー主管３１１ｂの内径Ｄ１２［ｍ］よりも小さく構成されるとよい。
【０１７３】
また、図５３では、上部の第２液ヘッダー主管３１１ｂに接続される複数の枝管３１２ｂの全てが液ヘッダー３１０を流れる冷媒の液層を貫いており、下部の第１液ヘッダー主管３１１ａに接続される複数の枝管３１２ａの全てが液ヘッダー３１０を流れる冷媒の液層内にとどまる様に接続されている場合を示している。しかし、例えば、複数の枝管３１２ｂの半数以上が液ヘッダー３１０を流れる冷媒の液層を貫いており、複数の枝管３１２ａの半数以上が液ヘッダー３１０を流れる冷媒の液層内にとどまる様に接続されていれば、熱交換器３０１は、分配改善の効果を得ることができる。
【０１７４】
図５４は、本発明の実施の形態１１に係る液ヘッダーの液冷媒流量分布と熱交換器の風量分布の一例を示した図である。縦軸は、上下方向（矢印Ｚ方向）における枝管３１２の位置を表し、図５４（ａ）は、枝管３１２位置に対する液冷媒流量を示し、図５４（ｂ）は、枝管３１２位置に対する風量を示している。また、図中の破線Ｃ１は、トップフローの風量分布に適した液冷媒流量を表している。
【０１７５】
上記のように、第２液ヘッダー主管３１１ｂに接続される複数の枝管３１２ｂの先端部が液層を貫く様に接続されることで、液ヘッダー３１０のファンに近い位置では、液冷媒を上部に多く分配することができる。
【０１７６】
図５５は、本発明の実施の形態１１に係る液ヘッダーの液冷媒流量分布の他の一例を示した図である。図５５には、第１液ヘッダー主管３１１ａに接続される複数の枝管３１２ａの先端が液層に覆われている場合の液冷媒分布が示されている。このように、第２液ヘッダー主管３１１ｂの位置に比べてファン３５から離れた第１液ヘッダー主管３１１ａの位置では、枝管３１２の先端位置による液冷媒分布への影響は小さい。そのため、第２液ヘッダー主管３１１ｂに接続される複数の枝管３１２ｂの先端部が液層を貫く様に差し込まれていれば、液ヘッダー３１０上部での液冷媒分布を改善でき、破線Ｃ１で示すようなトップフローの風量分布に適した液冷媒分布に近づけることができる。ただし、このとき、上述したように、第１液ヘッダー主管３１１ａの内径Ｄ１１と第２液ヘッダー主管３１１ｂの内径Ｄ１２とは、Ｄ１２＞Ｄ１１であるとなお良い。
【０１７７】
なお、液ヘッダー３１０は、複数の主管に分割されているものでなくてもよい。例えば、図３１に示す場合と同様に、液ヘッダー内の流路が、仕切り壁１４等によって複数に分割される構成であってもよい。
【０１７８】
以上のように、実施の形態１１において、空気調和装置は、上下方向（矢印Ｚ方向）に離間して配列され、冷媒が流れる複数の伝熱管２２と、内部に上下方向にのびる流通空間を有し、上下方向に離間して配列された複数の枝管３１２から複数の伝熱管２２に冷媒を流入させるヘッダー集合管（第１液ヘッダー主管３１１ａ、第２液ヘッダー主管３１１ｂ）と、を有する熱交換器３０１と、複数の伝熱管２２よりも上方に位置するファン３５と、流通空間に気液二相状態の冷媒が上向きに流れるように冷媒を流入させ、熱交換器３０１で冷媒を蒸発させる冷媒回路と、を備え、ヘッダー集合管に流れる冷媒の流動様式は、ヘッダー集合管の中央にガス相冷媒Ｒａが集まり、壁面に液相冷媒Ｒｂが集まる環状流またはチャーン流であり、ヘッダー集合管は、上下方向に異なる高さに配置された複数のヘッダー集合管（第１液ヘッダー主管３１１ａ、第２液ヘッダー主管３１１ｂ）で構成されたものであり、流通空間の水平面における中心を０％、ヘッダー集合管の壁面の位置を１００％として、水平面における中心からの距離を０〜１００％であらわす場合に、ファン３５に最も近い位置にあるヘッダー集合管（第２液ヘッダー主管３１１ｂ）では、接続される枝管３１２ｂの大半は、先端が中心からの距離において０〜５０％にあるように挿入され、ファン３５に最も近い位置にあるヘッダー集合管よりも低い位置にあるヘッダー集合管（第１液ヘッダー主管３１１ａ）では、接続される枝管３１２ａの大半は、先端が中心からの距離において５０％より大となるように接続されている。
【０１７９】
これにより、空気調和装置は、液ヘッダー３１０に接続される複数の枝管２１２うち、ファン３５に最も近い第２液ヘッダー主管３１１ｂでは、枝管３１２ｂの大半は先端が液層を貫くように差し込まれている。そのため、液ヘッダー３１０内で液相冷媒Ｒｂが壁面に多く分布する場合に、ファン３５に最も近い第２液ヘッダー主管３１１ｂでは、上部に液冷媒を多く分布させることができる。したがって、熱交換器３０１の上方にファン３５が配置されるトップフローの熱交換器３０１は、ファン３５に最も近い位置でピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができる。その結果、空気調和装置において、熱交換器３０１の性能が向上し、エネルギー効率が向上する。
【０１８０】
また、ファン３５に最も近い位置にあるヘッダー集合管（第２液ヘッダー主管３１１ｂ）の流通空間の内径Ｄ１２は、ファン３５に最も近い位置にあるヘッダー集合管よりも低い位置にあるヘッダー集合管（第１液ヘッダー主管３１１ａ）の流通空間の内径Ｄ１１よりも大きい。
【０１８１】
これにより、液ヘッダー３１０では、ファン３５に最も近い第２液ヘッダー主管３１１ｂにおいて、枝管１２による流動抵抗の増加を抑制し、冷媒を流入し易くすることができる。その結果、熱交換器３０１は、液ヘッダー３１０の上部に液冷媒を多く分布させ、トップフローの熱交換器３０１の風速分布に適した冷媒分配を行うことができる。
【０１８２】
実施の形態１２．
以下、本発明の実施の形態１２について説明する。図５６は、本発明の実施の形態１２に係る空気調和装置の冷媒回路の一例を示す回路図である。ここで、実施の形態１０と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１０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。なお、実施の形態１２の空気調和装置２００は、実施の形態１〜１１の熱交換器のいずれを搭載するものであってもよい。
【０１８３】
実施の形態１２では、実施の形態１０で記載した液ヘッダー２１０を用いた熱交換器２０１（以下、室外熱交換器という）を、圧縮機６１、第１の絞り装置６２および室内熱交換器２６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について説明する。図５６に示す空気調和装置２００は、液ヘッダー２１０および室外熱交換器（熱交換器２０１）等を備えた室外機１００を、室内熱交換器２６等を備える室内機２５に接続している。圧縮機６１は冷媒を圧縮するものであり、第１の絞り装置６２は冷媒を減圧するものである。
【０１８４】
また空気調和装置２００は、運転を制御する制御装置７０を備える。制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏポートを備えたマイコン等で構成される。また制御装置７０は、無線あるいは有線の制御信号線を介して各種センサと接続され、検出情報を受信できるように構成されている。
【０１８５】
制御装置７０は、例えば、運転条件に応じて液ヘッダー主管２１１に流入する冷媒の乾き度を調整する。具体的には、制御装置７０は、運転モード、室内機２５の接続台数、圧縮機６１の周波数、外気温度、および室内温度等に応じて第１の絞り装置６２を制御し、液ヘッダー２１０に流入する冷媒の乾き度ｘを調整する。
【０１８６】
次に、実施の形態１２における暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。冷媒は圧縮機６１で高温高圧のガス状態になり、圧縮機吐出配管９３を流れ、室内機２５に流入する。ガス冷媒は室内機２５において室内熱交換器２６で室内空気と熱交換し、冷却される。室内熱交換器２６で高圧低温となった液冷媒は、室内機出口配管１７を流れ、第１の絞り装置６２に流れて行く。第１の絞り装置６２において冷媒は減圧され、低温低圧の気液二相冷媒または液冷媒となる。その後、冷媒は流入管５２を流れ、液ヘッダー２１０に流入する。液ヘッダー２１０で冷媒は複数の伝熱管２２に分配され、熱交換部２０で吸熱し、ガスヘッダー４０と流出管５１を通って圧縮機６１に戻る。圧縮機６１に戻った冷媒は、再び圧縮されて高温高圧の冷媒となり、冷媒回路を循環する。
【０１８７】
ここで、制御装置７０は、第１の絞り装置６２の開度を運転条件によって変化させることで減圧の程度を調整し、液ヘッダー２１０の冷媒の乾き度を調整することができる。その際、暖房定格運転（１００％暖房運転）において、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よい。このような制御により、液ヘッダー２１０において、トップフローあるいはサイドフローといった、ファン３５と熱交換器２０１の配置に適した冷媒分配が実現でき、熱交換器２０１の性能を向上させることができ、空気調和装置２００のエネルギー効率が向上する。
【０１８８】
また、空気調和装置２００は、さらに複数のセンサを備える構成であってもよい。図５７は、本発明の実施の形態１２に係る空気調和装置のセンサ配置の一例を示す回路図である。図５７に示すように、空気調和装置２００は、第１温度センサ６６、第２温度センサ６７および第３温度センサ６８等を備えている。第１温度センサ６６は、例えば室内熱交換器２６の伝熱管に設置され、室内熱交換器２６の飽和温度を測定する。第２温度センサ６７は、室内機出口配管１７に設置され、第１の絞り装置６２に流入する冷媒温度を測定する。第３温度センサ６８は、流入管５２に設置され、第１の絞り装置６２の下流の飽和温度を測定する。これらの温度センサの検出情報は制御装置７０に送信される。
【０１８９】
空気調和装置２００は、制御装置７０において、上記の複数の温度センサの検出情報に基づき冷媒乾き度ｘを推定する。空気調和装置２００は、第１温度センサ６６および第２温度センサ６７により、第１の絞り装置６２に流入する冷媒の温度および圧力を推定することができ、それにより第１の絞り装置６２に流入する冷媒のエンタルピーを推定することができる。また空気調和装置２００は、第１の絞り装置６２を通過する前後の冷媒変化が等エンタルピー過程であるものと仮定し、第３温度センサ６８で第１の絞り装置６２の下流の飽和温度を測定し、冷媒の圧力を推定する。これにより、第１の絞り装置６２の下流の冷媒エンタルピーと圧力が求まるので、空気調和装置２００は、冷媒乾き度を推定することができる。
【０１９０】
このように、空気調和装置２００は、複数の温度センサを備えることで、様々な運転条件においても冷媒乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０になるように第１の絞り装置６２の開度を調整することができ、液ヘッダー２１０における冷媒分配の適正化範囲を拡張することができる。
【０１９１】
なお、図５７には、３つの温度センサを備えた形態を一例として示したが、これに限定されない。例えば、いくつかの温度センサは、圧力センサ、または、圧縮機周波数、運転モードもしくは室内機の台数等の情報で代用してもよい。
【０１９２】
また、暖房運転時に関して説明したが、冷房運転と暖房運転とを切り替え可能に構成してもよい。この場合、冷房運転時には冷媒の流れが暖房運転時とは逆になり、室外熱交換器（熱交換器２０１）には高温高圧の冷媒ガスが流れ、外気との熱交換によって冷却される。
【０１９３】
以上のように、実施の形態１２においても、実施の形態１０の場合と同様に、空気調和装置２００の熱交換器２０１は、ファン３５に最も近い位置でピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができる。その結果、熱交換器１の性能が向上し、空気調和装置２００においてエネルギー効率が向上する。
【０１９４】
また、実施の形態１２において、空気調和装置２００は、上記の空気調和装置と、運転条件に応じてヘッダー集合管（液ヘッダー主管２１１）に流入する冷媒の乾き度ｘを調整する制御装置７０と、を備え、冷媒回路は、暖房運転時の冷媒流れにおけるヘッダー集合管の上流に第１の絞り装置６２が設けられ、制御装置７０は、第１の絞り装置６２を制御する。
【０１９５】
これにより、空気調和装置２００は、第１の絞り装置６２を制御して液ヘッダー２１０の冷媒の乾き度ｘを調整することができる。このような制御により、液ヘッダー２１０において、ファン３５と熱交換器２０１の配置に適した冷媒分配が実現でき、熱交換器２０１の性能を向上させることができ、空気調和装置２００のエネルギー効率が向上する。
【０１９６】
また、制御装置７０は、暖房運転時に、液ヘッダー集合管（液ヘッダー主管２１１）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調整する。これにより、空気調和装置２００は、液ヘッダー２１０における冷媒分配の適正化範囲を拡張することができる。
【０１９７】
実施の形態１３．
図５８は、本発明の実施の形態１３に係る空気調和装置の冷媒回路の一例を示す回路図である。実施の形態１３において、空気調和装置２００ａは、実施の形態１２の空気調和装置２００に、さらに気液分離容器８４を備えたものである。以下、実施の形態１３において、実施の形態１２と同一の構成については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１２と異なる構成についてのみ説明する。
【０１９８】
気液分離容器８４は、液ヘッダー２１０と第１の絞り装置６２との間に設けられ、第１の絞り装置６２と気液分離容器８４とは接続配管４７で接続されている。気液分離容器８４の下部には、液ヘッダー２１０に繋がる流入管５２が接続されている。また、気液分離容器８４の上部には、流出管５１と繋がるバイパス配管８２が接続され、バイパス配管８２上にはバイパス調整弁８３が設けられている。バイパス配管８２は、気液分離容器８４で分離されたガス冷媒を圧縮機６１にバイパスさせるものであり、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。
【０１９９】
図５９は、本発明の実施の形態１３に係る気液分離容器の構成の一例を示す概略図である。図５９に示すように、気液分離容器８４の上流側の接続配管４７は、気液分離容器８４の側面に接続されており、バイパス配管８２は、気液分離容器８４において接続配管４７の中心線よりも上部に接続されている。
【０２００】
冷媒回路において接続配管４７に流入した気液二相状態の冷媒は、気液分離容器８４に流入し、重力によって気液に分離され、ガス冷媒はバイパス配管８２に、液冷媒は流入管５２に流れていく。ここで、制御装置７０は、流入管５２に流れる冷媒の乾き度ｘが、ｘ＜０．０５の場合にはバイパス調整弁８３を閉じる方向に制御し、ｘ＞０．３０の場合にはバイパス調整弁８３を開く方向に制御することで、液ヘッダー２１０に流入する冷媒の乾き度ｘを０．０５≦ｘ≦０．３０に制御する。これにより、空気調和装置２００ａは、液ヘッダー２１０に冷媒を適切に分配することができ、熱交換器２０１の効率を向上させ、エネルギー効率が向上する。また空気調和装置２００ａは、気液分離容器８４を備えることで、分配改善可能な運転条件範囲がさらに拡張される。
【０２０１】
図６０は、本発明の実施の形態１３に係る気液分離容器の構成の他の一例を示す概略図である。図６０では、Ｔ字状の配管８５を用いて気液分離容器８４が構成されている。図中、矢印は冷媒の流れを表しており、配管８５に気液二相冷媒が流入し、上方からガス冷媒が、下方から液冷媒が流出する構成が示されている。気液分離容器８４としてこの様な簡素的な構造を採用した場合、空気調和装置２００ａは、低コストで、乾き度ｘを調整することができる。
【０２０２】
図６１は、本発明の実施の形態１３に係る気液分離容器の構成の他の一例を示す概略図である。図６１では、Ｙ字管８６を用いて気液分離容器８４が構成されている。この場合、流入管５２は傾斜を有してＹ字管８６に接続され、図６１に示すように、Ｙ字管８６に気液二相冷媒が流入し、気液が分離する。密度の大きい液冷媒ほど、慣性力で下部の配管に流れ易く、気液分離効率が高いため、分配改善可能な運転条件範囲が拡張できる。
【０２０３】
以上、気液分離容器に関して説明したが、ここではあくまで衝突型の気液分離容器の一例を示しただけである。例えば、他の衝突型の気液分離容器、表面張力を利用した気液分離容器、または遠心力を利用した気液分離容器等が採用されてもよい。
【０２０４】
また、空気調和装置２００ａは、上記のように気液分離容器８４を用いてガス冷媒をバイパスさせることで、熱交換器２０１に流れるガス冷媒を減らすことができ、熱交換器２０１での圧力損失を低減することができる。その結果、空気調和装置２００ａは、冷媒の分配改善に加えて、圧力損失の低減により熱交換器２０１の性能を向上させることができる。
【０２０５】
また、気液分離容器８４を搭載した効果は、暖房定格運転（１００％暖房運転）の場合に、分配改善効果、および熱交換器２０１での圧力損失の低減効果が最も大きい。このため、制御装置７０は、暖房定格条件のときに、液ヘッダー２１０に流入する冷媒の乾き度ｘが０．０５≦ｘ≦０．３０になるように、バイパス調整弁８３を制御するとよい。
【０２０６】
なお、バイパス調整弁８３は開度が調整できるものとして説明したが、バイパス配管８２の冷媒流量を調整できる構成（バイパス流量調整機構）であればどのようなものでもよい。
【０２０７】
また、ここではトップフロー配置のファン３５に関する形態を一例として示したが、実施の形態１〜１２に記載の熱交換器であれば、いずれに上記の構成を適用してもよい。
【０２０８】
以上のように、実施の形態１３においても、実施の形態１０の場合と同様に、空気調和装置２００ａの熱交換器２０１は、ファン３５に最も近い位置でピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができる。その結果、熱交換器２０１の性能が向上し、空気調和装置２００ａのエネルギー効率が向上する。
【０２０９】
また、冷媒回路は、第１の絞り装置６２とヘッダー集合管（液ヘッダー主管２１１）との間に設けられた気液分離容器８４（気液分離容器８４、配管８５またはＹ字管８６）と、気液分離容器８４と、暖房運転時の冷媒流れにおける熱交換器２０１の下流とを接続するバイパス配管８２と、バイパス配管８２上に設けられ、冷媒の流量を調整するバイパス流量調整機構（例えば、バイパス調整弁８３）と、を有する。
【０２１０】
これにより、空気調和装置２００ａは、気液分離容器８４において気液二相状態の冷媒を分離し、また、バイパス調整弁８３を制御して液ヘッダー２１０に流入する冷媒の乾き度ｘを調整することができる。そのため、空気調和装置２００ａは、液ヘッダー２１０に冷媒を適切に分配することができ、熱交換器２０１の効率を向上させ、エネルギー効率が向上する。
【０２１１】
実施の形態１４．
図６２は、本発明の実施の形態１４に係る空気調和装置の冷媒回路の一例を示す回路図である。実施の形態１４において、空気調和装置２００ｂは、暖房運転と冷房運転とを切り替え可能に構成されている。図中の実線矢印は、暖房運転時の冷媒流れを表している。ここで、実施の形態１３と重複する構成については説明を省略し、実施の形態１３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。
【０２１２】
実施の形態１４において、空気調和装置２００ｂは、さらに、流路切替装置９４、アキュムレータ９１、および第２の絞り装置９０を備えている。流路切替装置９４は、例えば四方弁等で構成され、冷房運転と暖房運転とで冷媒流れを切り替える。アキュムレータ９１は、圧縮機６１の吸入側に設けられ、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。第２の絞り装置９０は、気液分離容器８４と液ヘッダー１０との間、すなわち流入管５２上に設けられている。第２の絞り装置９０は、制御装置７０によって開度が調整される。
【０２１３】
暖房運転時には液ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘを０．０５≦ｘ≦０．３０とすると、分配が改善して良い。ここで、第２の絞り装置９０によって気液分離容器８４の圧力を増加させることで、冷媒のガス密度を増加させ、気液分離容器８４に流入する冷媒流速を低減し、小型の気液分離容器８４でも高い気液分離効率を得ることができる。また、冷媒流量が小さい場合に、気液分離容器８４でガス冷媒が過剰にバイパスされているとき、第２の絞り装置９０の流動抵抗が大きくなる様に開度が小さくなるように制御することで、液ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘを０．０５≦ｘ≦０．３０に調整できる運転範囲が拡大する。
【０２１４】
また、図６２は暖房運転時に関して説明したが、冷房時には流路切替装置９４にて冷媒の流れ方向が逆になる。この際、第２の絞り装置９０と第１の絞り装置６２の２段階で冷媒を減圧させることによって、気液分離容器８４に余剰冷媒を貯めることができ、アキュムレータ９１の補助装置としても機能させることができる。余剰冷媒の処理量は、第１の絞り装置６２と第２の絞り装置９０の開度を調整することで決定し、気液分離容器８４の圧力によって変化させることができる。これにより、冷房運転時においても冷媒量の調整が容易になり、空気調和装置２００ｂの性能を向上させることができる。また、冷房運転時に、気液分離容器８４をアキュムレータ９１の補助装置として使用することができるため、アキュムレータ９１の容量を小さくすることができる。
【０２１５】
なお、ここではトップフロー配置のファン３５に関する形態の一例として、熱交換器２０１を示したが、実施の形態１〜１３に記載の熱交換器であれば、いずれの熱交換器を用いても良い。
【０２１６】
以上のように、実施の形態１４においても、実施の形態１０の場合と同様に、空気調和装置２００ｂの熱交換器２０１は、ファン３５に最も近い位置でピークを有する風速分布に適した液冷媒流量分布を得ることができる。その結果、熱交換器２０１の性能が向上し、空気調和装置２００ｂのエネルギー効率が向上する。
【０２１７】
また、実施の形態１４において、空気調和装置２００ｂの冷媒回路はさらに、冷媒の流れを切り替える流路切替装置９４と、熱交換器２０１と第１の絞り装置６２との間に設けられた第２の絞り装置９０と、を有し、制御装置７０は、流路切替装置９４と第１の絞り装置６２と第２の絞り装置９０とを制御する。
【０２１８】
これにより、空気調和装置２００ｂは、暖房運転時には、第２の絞り装置９０の制御により、気液分離容器８４での気液分離効率を向上させ、液ヘッダー１０に流入する冷媒の乾き度ｘを調整できる運転範囲が拡大する。また空気調和装置２００ｂは、第２の絞り装置９０および第１の絞り装置６２を備えるため、冷房運転時においても冷媒量の調整が容易になり、空気調和装置２００の性能を向上させることができる。
【０２１９】
なお、本発明の実施の形態は上記実施の形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、実施の形態では室内機２５の台数が一台である場合について説明したが、これに限らず、複数台の室内機２５が接続されてもよい。
【符号の説明】
【０２２０】
１、１０１、２０１、３０１  熱交換器、１０、１１０、２１０、３１０  液ヘッダー、１１、２１１  液ヘッダー主管、１１ａ  第１液ヘッダー主管、１１ｂ  第２液ヘッダー主管、１２（１２ａ、１２ｂ）、１１２（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ）、２１２（２１２ａ、２１２ｂ）、３１２（３１２ａ、３１２ｂ）  枝管、１３  二股管、１３ａ  第１液ヘッダー流路、１３ｂ  第２液ヘッダー流路、１４  仕切り壁、１５ａ  第１流入口、１５ｂ  第２流入口、１６  仕切り、１７  室内機出口配管、１８ａ、１８ｂ  端部枝管、２０  熱交換部、２１  フィン、２２  伝熱管、２２ａ  扁平多孔管、２２ｂ  円管、２３  ジョイント管、２５  室内機、２６  室内熱交換器、３０、３０ａ、３０ｂ  軸流ファン、３１、３１ａ、３１ｂ  ボス、３２、３２ａ、３２ｂ  羽根、３５  ファン、３６  ボス、３７  羽根、４０  ガスヘッダー、４１  ガスヘッダー主管、４２  上部温度センサ、４３  流出部温度センサ、４７  接続配管、５１  流出管、５２  流入管、５２ａ  第１流入管、５２ｂ  第２流入管、５２ｃ  第３流入管、５２ｄ  第４流入管、５３  第１流量調整機構、５４  ディストリビュータ、６１  圧縮機、６２  第１の絞り装置、６６  第１温度センサ、６７  第２温度センサ、６８  第３温度センサ、７０  制御装置、８２  バイパス配管、８３  バイパス調整弁、８４  気液分離容器、８５  配管、８６  Ｙ字管、９０  第２の絞り装置、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  流路切替装置、１００  室外機、１０２  ケーシング、１０３  吸込口、１０４  吹出口、１０５  ファンガード、１１１ａ  第１液ヘッダー主管、１１１ｂ  第２液ヘッダー主管、１１１ｃ  第３液ヘッダー主管、１１１ｄ  第４液ヘッダー主管、１１３ａ  第１液ヘッダー流路、１１３ｂ  第２液ヘッダー流路、１１３ｃ  第３液ヘッダー流路、１１３ｄ  第４液ヘッダー流路、２００、２００ａ、２００ｂ  空気調和装置、３１１ａ  第１液ヘッダー主管、３１１ｂ  第２液ヘッダー主管、Ｏｂ、Ｏｂ１、Ｏｂ２  ボス中心線、Ｒａ  ガス相冷媒、Ｒｂ  液相冷媒、ｘ  乾き度、δ  液層の厚み。
【図１】
0006704507.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006704507.tif 000004
【図４】
0006704507.tif 000005
【図５】
0006704507.tif 000006
【図６】
0006704507.tif 000007
【図７】
0006704507.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0006704507.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006704507.tif 000014
【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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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
0006704507.tif 000061
【図６１】
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【図６２】
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