(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管と、
側面部に前記伝熱管が接続された複数の接続箇所を有し、前記伝熱管のそれぞれと連通し、前記伝熱管の端部が内部空間に挿入された管状のヘッダと、
前記ヘッダにおける上下方向の途中部において、前記ヘッダと連通する冷媒配管と、
一端が前記ヘッダの下部に連通し、他端が前記冷媒配管の途中部に連通する第１バイパス管と、
を備え、
前記第１バイパス管には、前記複数の伝熱管から前記ヘッダに流入したガス状の冷媒の一部が通って前記冷媒配管に流入し、
前記第１バイパス管と前記冷媒配管との連通位置と前記ヘッダの内壁との間の距離が、前記冷媒配管の内径の２倍以内であって、
前記伝熱管のそれぞれは、端部が前記ヘッダの内部空間に挿入された状態で前記接続箇所に接続されており、
横断面において、
複数の前記伝熱管のうちの少なくとも１つは、前記ヘッダの前記内部空間の重心よりも前記接続箇所から離れた位置まで、前記ヘッダの前記内部空間に挿入されている熱交換器。
【請求項２】
上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管と、
側面部に前記伝熱管が接続された複数の接続箇所を有し、前記伝熱管のそれぞれと連通し、前記伝熱管の端部が内部空間に挿入された管状のヘッダと、
前記ヘッダにおける上下方向の途中部において、前記ヘッダと連通する冷媒配管と、
一端が前記ヘッダの下部に連通し、他端が前記冷媒配管の途中部に連通する第１バイパス管と、
を備え、
前記第１バイパス管には、前記複数の伝熱管から前記ヘッダに流入したガス状の冷媒の一部が通って前記冷媒配管に流入し、
前記第１バイパス管と前記冷媒配管との連通位置と前記ヘッダの内壁との間の距離が、前記冷媒配管の内径の２倍以内であって、
前記ヘッダ及び前記第１バイパス管は、一体形成品である熱交換器。
【請求項３】
上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管と、
側面部に前記伝熱管が接続された複数の接続箇所を有し、前記伝熱管のそれぞれと連通し、前記伝熱管の端部が内部空間に挿入された管状のヘッダと、
前記ヘッダにおける上下方向の途中部において、前記ヘッダと連通する冷媒配管と、
一端が前記ヘッダの下部に連通し、他端が前記冷媒配管の途中部に連通する第１バイパス管と、
を備え、
前記第１バイパス管には、前記複数の伝熱管から前記ヘッダに流入したガス状の冷媒の一部が通って前記冷媒配管に流入し、
前記第１バイパス管と前記冷媒配管との連通位置と前記ヘッダの内壁との間の距離が、前記冷媒配管の内径の０．２倍より大きく、１．６倍よりも小さい熱交換器。
【請求項４】
前記冷媒配管の内径をＤ１とし、前記ヘッダの内径をＤ２とした場合、
０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦１
の関係を満たす請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
一端が前記ヘッダと前記冷媒配管との連通位置よりも上方となる位置で前記ヘッダと連通し、他端が前記冷媒配管の途中部に連通する第２バイパス管を備えた請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記伝熱管は、断面形状が扁平形状である扁平管である請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を有する冷媒回路を備え、
前記蒸発器として、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の熱交換器を用い、
前記熱交換器が蒸発器として機能する際、前記冷媒配管と前記圧縮機の吸入口とが連通する構成であり、
前記圧縮機の吐出側に設けられ、除霜運転時、前記圧縮機の吐出口と前記熱交換器の前記冷媒配管とを連通させる流路切替装置を備えた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の伝熱管の一端がヘッダに連通する熱交換器、及び該熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管と、上下方向に延び、側面部において伝熱管のそれぞれと連通する管状のヘッダと、を備えた熱交換器が知られている。このような熱交換器を低温環境下で蒸発器として機能させた場合、熱交換器の表面に着霜する。この際、熱交換器の下部ほど、着霜しやすい。このため、各伝熱管の一端がヘッダに連通する従来の熱交換器には、除霜性能の向上を図ったものも提案されている（特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１に記載の熱交換器は、断面扁平形状の伝熱管を複数備えている。これらの伝熱管は、上下方向に規定の間隔を空けて配置されている。そして、これらの伝熱管のうち、上方に配置されている複数の伝熱管はメイン熱交換部として用いられ、下方に配置されている複数の伝熱管はサブ熱交換部として用いられている。さらに、メイン熱交換部を構成する複数の伝熱管は、中央部に配置された中段メイン熱交換部、中段メイン熱交換部よりも上方に配置された上段メイン熱交換部、及び、中段メイン熱交換部よりも下方に配置された下段メイン熱交換部に分けられている。また、サブ熱交換部を構成する複数の伝熱管は、中央部に配置された中段サブ熱交換部、中段サブ熱交換部よりも上方に配置された上段サブ熱交換部、及び、中段サブ熱交換部よりも下方に配置された下段サブ熱交換部に分けられている。【０００４】
また、これらの伝熱管の一端は、ヘッダの側面部において、該ヘッダと連通している。詳しくは、ヘッダの内部空間は、上側出入り空間と、下側出入り空間とに仕切られている。そして、メイン熱交換部を構成する伝熱管のそれぞれの一端は、上側出入り空間と連通している。また、サブ熱交換部を構成する伝熱管のそれぞれの一端は、下側出入り空間と連通している。また、中段メイン熱交換部を構成する伝熱管の他端は、下段サブ熱交換部を構成する伝熱管の他端と連通している。上段メイン熱交換部を構成する伝熱管の他端は、中段サブ熱交換部を構成する伝熱管の他端と連通している。下段メイン熱交換部を構成する伝熱管の他端は、上段サブ熱交換部を構成する伝熱管の他端と連通している。【０００５】
また、ヘッダの上側出入り空間には、中段メイン熱交換部と対向する位置に、ガス冷媒管が連通している。このガス冷媒管は、ガス状態の冷媒が流れる配管である。また、ヘッダの下側出入り空間には、中段サブ熱交換部と対向する位置に、液冷媒管が連通している。この液冷媒管は、液状態又は気液二相状態の冷媒が流れる配管である。【０００６】
すなわち、特許文献１に記載の熱交換器においては、凝縮器として機能する場合、あるいは当該熱交換器の除霜運転を行う場合、圧縮機で圧縮された高温高圧でガス状の冷媒が、ガス冷媒管からヘッダの上側出入り空間に流入する。ヘッダの上側出入り空間に流入したこのガス状の冷媒は、メイン熱交換部を構成する伝熱管、及びサブ熱交換部を構成する伝熱管を通り、例えば液状の冷媒となってヘッダの下側出入り空間に流入する。そして、ヘッダの下側出入り空間に流入した冷媒は、液冷媒管から、熱交換器の外部へ流出していく。【０００７】
ここで、特許文献１に記載の熱交換器においては、上述のように、ガス冷媒管は、中段メイン熱交換部と対向する位置でヘッダの上側出入り空間と連通している。このため、ヘッダの上側出入り空間に流入した高温高圧でガス状の冷媒は、メイン熱交換部のうち、中段メイン熱交換部に多く流れることとなる。すなわち、中段メイン熱交換部と連通する下段サブ熱交換部に、高温高圧でガス状の冷媒を多く流すことができる。このため、特許文献１に記載の熱交換器は、着霜しやすい熱交換器の下部に高温高圧でガス状の冷媒を多く流すことができるので、除霜性能が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１４８４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の熱交換器は、熱交換部の下部の除霜性能を向上させるため、上述のようにヘッダ及び複数の伝熱管が連通している。このため、特許文献１に記載の熱交換器は、蒸発器として機能する際、圧力損失が大きくなってしまうという課題があった。また、冷凍サイクル装置の冷媒回路には、冷媒と共に、圧縮機の摺動部等を潤滑する冷凍機油も循環する。特許文献１に記載の熱交換器は、蒸発器として機能する際、ヘッダの上側出入り空間の下部に潤滑油が滞留しやすいという課題もあった。【００１０】
詳しくは、特許文献１に記載の熱交換器が蒸発器として機能する場合、膨張弁で膨張した気液二相状態の冷媒は、液冷媒管からヘッダの下側出入り空間に流入する。そして、下側出入り空間に流入した気液二相状態の冷媒は、サブ熱交換部に流入する。ここで、上述のように、液冷媒管は、中段サブ熱交換部と対向する位置で、ヘッダの下側出入り空間と連通している。このため、中段サブ熱交換部に多くの冷媒が流れることとなる。【００１１】
すなわち、メイン熱交換部では、中段サブ熱交換部と連通する上段メイン熱交換部に、多くの冷媒が流れることとなる。このため、ヘッダの上側出入り空間では、上段メイン熱交換部からガス冷媒管へ流出する冷媒の流量が大きくなる。ここで、ヘッダ内を流れる冷媒は、伝熱管が突出している箇所と、伝熱管が突出していない箇所とを流れていくこととなる。この流路断面積が異なる箇所を冷媒が流れていく際、冷媒の流れに拡大及び縮小が生じるため、圧力損失が発生する。そして、この圧力損失は、冷媒の流量が多いほど増大する。したがって、特許文献１に記載の熱交換器のヘッダの上側出入り空間では、上段メイン熱交換部からガス冷媒管へ冷媒が流れる範囲において、圧力損失が増大してしまう。【００１２】
また、メイン熱交換部からヘッダの上側出入り空間へ冷媒が流出した際、該冷媒中に混在していた冷凍機油が分離される。そして、分離された冷凍機油は、上側出入り空間の下部へ落下していく。この際、上述のように、上側出入り空間では、上段メイン熱交換部からガス冷媒管へ流出する冷媒の流量が大きくなる。すなわち、上側出入り空間では、ガス冷媒管の上方からガス冷媒へ流れる冷媒の流量が大きくなり、ガス冷媒管の下方からガス冷媒へ流れる冷媒の流量が小さくなる。このため、特許文献１に記載の熱交換器は、上側出入り空間で冷媒から分離された冷凍機油を上側出入り空間から排出する能力が低く、上側出入り空間の下部に潤滑油が滞留しやすくなってしまう。【００１３】
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あり、上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管と、側面部において伝熱管のそれぞれと連通するヘッダとを備えた熱交換器であって、除霜性能を向上させることができると共に、圧力損失を低減でき、冷凍機油の滞留を抑制することもできる熱交換器を得ることを第１の目的とする。また、本発明は、当該熱交換器を備えた冷凍サイクル装置を得ることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る熱交換器は、上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管と、側面部に前記伝熱管が接続された複数の接続箇所を有し、前記伝熱管のそれぞれと連通し、前記伝熱管の端部が内部空間に挿入された管状のヘッダと、前記ヘッダにおける上下方向の途中部において、前記ヘッダと連通する冷媒配管と、一端が前記ヘッダの下部に連通し、他端が前記冷媒配管の途中部に連通する第１バイパス管と、を備え、前記第１バイパス管には、前記複数の伝熱管から前記ヘッダに流入したガス状の冷媒の一部が通って前記冷媒配管に流入し、前記第１バイパス管と前記冷媒配管との連通位置と前記ヘッダの内壁との間の距離が、前記冷媒配管の内径の２倍以内であって、前記伝熱管のそれぞれは、端部が前記ヘッダの内部空間に挿入された状態で前記接続箇所に接続されており、横断面において、複数の前記伝熱管のうちの少なくとも１つは、前記ヘッダの前記内部空間の重心よりも前記接続箇所から離れた位置まで、前記ヘッダの前記内部空間に挿入されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る熱交換器は、蒸発器として機能する場合及び除霜運転時に以下のように冷媒を流すことにより、除霜性能を向上させることができると共に、圧力損失を低減でき、冷凍機油の滞留を抑制することもできる。【００１６】
詳しくは、本発明に係る熱交換器は、除霜運転時、冷媒配管からヘッダに流入した冷媒が伝熱管のそれぞれに分配されるように、冷媒を流すと良い。除霜運転時、本発明に係る熱交換器においてこのように冷媒を流す場合、圧縮機で圧縮された高温高圧でガス状の冷媒は、まず、冷媒配管に流入する。そして、冷媒配管に流入したガス状冷媒の一部は、第１バイパス管を通ってヘッダの下部に流出する。このため、熱交換器の下部に配置された伝熱管に、高温高圧でガス状の冷媒を多く流すことができる。したがって、本発明に係る熱交換器は、除霜性能を向上させることができる。【００１７】
また、本発明に係る熱交換器は、蒸発器として機能させる場合、伝熱管のそれぞれから流出した冷媒がヘッダで合流するように、冷媒を流すと良い。このように冷媒を流して本発明に係る熱交換器を蒸発器として機能させる場合、膨張弁で膨張した気液二相状態の冷媒は、各伝熱管を流れる過程で蒸発し、ガス状冷媒となってヘッダに流入する。そして、ヘッダに流入したガス状冷媒の一部は、直接、冷媒配管に流入していく。また、ヘッダに流入したガス状冷媒の他の一部は、第１バイパス管を通って、冷媒配管に流入していく。このため、本発明に係る熱交換器は、第１バイパス管がない場合と比べ、ヘッダ内の任意の位置における冷媒の流量を小さくすることができる。したがって、本発明に係る熱交換器は、ヘッダで発生する圧力損失を抑制することができる。【００１８】
さらに、本発明においては、第１バイパス管と冷媒配管との連通位置とヘッダの内壁との間の距離が、冷媒配管の内径の２倍以内となっている。このような位置において冷媒配管に第１バイパス管を連通させることにより、冷媒配管の流入口近傍（ヘッダとの連通箇所近傍）の渦領域を削減することができ、冷媒配管の内壁に衝突する冷媒の流速を小さくすることができる。このため、本発明に係る熱交換器は、冷媒配管で発生する圧力損失を抑制することもできる。【００１９】
また、第１バイパス管の一端は、ヘッダの下部と連通している。このため、上述のように冷媒を流して本発明に係る熱交換器を蒸発器として機能させる場合、ヘッダの下部に存在する冷媒が、第１バイパス管を通って冷媒配管に流入する。このため、第１バイパス管を通る冷媒によって、ヘッダの下部に溜まった冷凍機油を冷媒配管に運ぶことができる。つまり、ヘッダの下部に溜まっていた冷凍機油を、再び冷媒回路中に循環させることができる。このため、本発明に係る熱交換器は、冷凍機油の滞留を抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す斜視図である。
【図２】図１のＺ部を拡大した側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す底面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す側面図である。
【図５】図４のＹ部を拡大した側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るヘッダの内部空間の流路断面形状の別の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る第１バイパス管の内部空間の流路断面形状の別の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る熱交換器から第１バイパス管を取り除いた熱交換器を蒸発器として機能させた際の、ヘッダ内及び冷媒配管内の静圧を示す図である。
【図１０】図９のＸ部を拡大した図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器における、第１バイパス管と冷媒配管との連通位置と、冷媒配管内の静圧との関係を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す側面図である。
【図１４】図１３のＶ部を拡大した側面図である。
【図１５】図１３のＷ部を拡大した側面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係るヘッダ本体の外周形状の一例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す斜視図である。図２は、図１のＺ部を拡大した側面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す底面図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す側面図である。図５は、図４のＹ部を拡大した側面図である。なお、図１に示す白抜き矢印は、ファンから熱交換器１へ供給される空気の流れ方向を示している。
【００２２】
本実施の形態１に係る熱交換器１は、管内に冷媒が流れる複数の伝熱管２と、伝熱管２に接合されたフィン３と、伝熱管２のそれぞれの一端と連通するヘッダ４と、ヘッダ４と連通する冷媒配管５と、ヘッダ４及び冷媒配管５と連通する第１バイパス管８と、を備えている。ヘッダ４、伝熱管２、フィン３、冷媒配管５、第１バイパス管８は、いずれもアルミニウム製であって、ロウ付けによって接合されている。
【００２３】
伝熱管２は、内部に冷媒が流れるものである。本実施の形態１に係る熱交換器１では、伝熱管２として断面が扁平形状である扁平管を用いている。伝熱管２のそれぞれは、ファンから熱交換器１へ供給される空気の流れに対して略直行方向となる横方向に延びるものである。また、伝熱管２のそれぞれは、上下方向に規定の間隔を空けて配置されている。このため、ファンから熱交換器１へ供給された空気は、伝熱管の側面部から、隣接する伝熱管２の間に流入することとなる。そして、ファンから熱交換器１へ供給された空気は、伝熱管２を流れる冷媒と熱交換し、加熱又は冷却される。なお、伝熱管２は、扁平管に限定されるものではない。例えば、伝熱管２として円管を用いてもよい。また、伝熱管２のそれぞれの間の間隔は、均一でなくてもよい。例えば、１つの伝熱管２を基準伝熱管として着目するとする。そして、基準伝熱管に隣接する伝熱管２のうち、基準伝熱管の下方に配置された伝熱管２を下側伝熱管と称し、基準伝熱管の上方に配置された伝熱管２を上側伝熱管と称するとする。この場合、基準伝熱管と下側伝熱管との間の間隔は、基準伝熱管と上側伝熱管との間の間隔と比べ、広くなっていてもよいし、狭くなっていてもよい。
【００２４】
フィン３は、例えば、上下方向に長い直方体形状をした板状フィンである。これらのフィン３は、ファンから熱交換器１へ供給される空気の流れに対して略直行方向となる横方向に、規定の間隔を空けて配置されている。そして、これらのフィン３のそれぞれには、上述の伝熱管２が貫通するように接合されている。換言すると、伝熱管２のそれぞれは、フィン３の並設方向に、フィン３のそれぞれを貫通している。なお、フィン３は、板状フィンに限定されるものではない。例えば、断面波状に形成したフィンをフィン３として用い、隣接する伝熱管２の間に、これらの伝熱管２と接触するようにフィン３を配置してもよい。また、フィン３を設けなくとも熱交換器１の熱交換性能を担保できる場合、フィン３を設けなくてもよい。
【００２５】
ヘッダ４は、上下方向に延びる管状部材である。本実施の形態１では、円管でヘッダ４を構成している。すなわち、ヘッダ４の内部空間１７は、横断面が円形状となっている。換言すると、ヘッダ４の内部空間１７は、流路断面が円形状となっている。なお、ヘッダ４の内部空間１７の流路断面形状は、円形状に限定されるものではない。
【００２６】
図６は、本発明の実施の形態１に係るヘッダの内部空間の流路断面形状の別の一例を示す図である。
例えば、ヘッダ４の内部空間１７の流路断面形状は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、円形状の一部を削除したような形状（半円形状等）でもよい。また例えば、ヘッダ４の内部空間１７の流路断面形状は、図６（ｃ）に示すように、Ｄ字状の形状でもよい。また例えば、ヘッダ４の内部空間１７の流路断面形状は、図６（ｄ）に示すように、楕円形状でもよい。また例えば、ヘッダ４の内部空間１７の流路断面形状は、図６（ｅ）及び図６（ｆ）に示すように、多角形状でもよい。
【００２７】
ヘッダ４の側面部には、上下方向に規定の間隔を空けて、複数の貫通孔１９が形成される。これら貫通孔１９のそれぞれには、伝熱管２の端部１６が挿入されている。すなわち、ヘッダ４の内部空間１７は、各伝熱管２と連通している。例えば、各伝熱管２は、ヘッダ４の側面部に対して略垂直となるように、貫通孔１９に挿入されている。そして、貫通孔１９の縁部と伝熱管２の外周面とがろう付けにより接合されている。すなわち、ヘッダ４は、貫通孔１９の縁部によって、伝熱管２と接続されている。
ここで、貫通孔１９の縁部が、本発明の接続箇所に相当する。
【００２８】
なお、貫通孔１９の縁部と伝熱管２の外周面とを接合するろう付けの方法は、特に限定されない。例えば、貫通孔１９の縁部にろう材が塗布されたヘッダ４を用い、該ヘッダ４の貫通孔１９に伝熱管２を挿入し、ヘッダ４及び伝熱管２を加熱して両者を接合してもよい。また例えば、外周面にろう材が塗布された伝熱管２を用い、該伝熱管２をヘッダ４の貫通孔１９に挿入し、ヘッダ４及び伝熱管２を加熱して両者を接合してもよい。また例えば、伝熱管２をヘッダ４の貫通孔１９に挿入した状態で貫通孔１９近傍にリング状又は線状等のろう材を配置し、ヘッダ４及び伝熱管２を加熱して両者を接合してもよい。また例えば、貫通孔１９の縁部と伝熱管２の外周面とがろう付けされやすいように、貫通孔１９の縁部にバーリング加工が施されていてもよい。
【００２９】
ここで、上述のように伝熱管２とヘッダ４とを接続した場合、図２に示すように、ヘッダ４の内部空間１７には、伝熱管２の端部１６が配置されている箇所と、伝熱管２の端部１６が配置されていない箇所とが、交互に存在することとなる。伝熱管２の端部１６が配置されていない箇所は、伝熱管２の端部１６が配置されている箇所と比べ、横断面つまり流路断面が大きくなる流路拡大部１１となる。また、伝熱管２の端部１６が配置されている箇所は、伝熱管２の端部１６が配置されていない箇所と比べ、横断面つまり流路断面が小さく流路拡大部１１となる。ヘッダ４の内部空間１７を流れる冷媒は、図２において破線矢印に示すように、流路拡大部１１及び流路縮小部１２を交互に通過していく。この際、圧力損失が生じる。
【００３０】
従来の熱交換器においては、この圧力損失を抑制するには、伝熱管２の端部１６の内部空間１７への挿入長さＡを小さくする必要がある（挿入長さＡについては図３参照）。一方、伝熱管２の端部１６の内部空間１７への挿入が不十分だと、換言すると、ヘッダ４の貫通孔１９に対して伝熱管２の端部１６の挿入が不十分だと、ヘッダ４の貫通孔１９の縁部と伝熱管２との間で接合不良が生じてしまう。このため、従来の熱交換器では、ヘッダ４内の圧力損失を抑制しつつ、ヘッダ４と伝熱管２との接合不良も防止するためには、各伝熱管２の端部１６位置のバラツキを小さくする必要があった。しかしながら、各伝熱管２の端部１６位置のバラツキを小さくするには、伝熱管２の長さの加工精度、伝熱管２とヘッダ４との組立精度を高くする必要がある。すなわち、熱交換器の製造が難しくなり、熱交換器のコストが上昇してしまう。
【００３１】
一方、本実施の形態１に係る熱交換器１は、第１バイパス管８を備えることにより、後述のようにヘッダ４の内部空間１７で発生する圧力損失を抑制することができる。このため、本実施の形態１に係る熱交換器１は、各伝熱管２の端部１６位置のバラツキを、従来よりも大きくすることができる。例えば図３に示すように、横断面において、複数の伝熱管２のうちの少なくとも１つは、内部空間１７の中心１４（つまり重心）よりも貫通孔１９（換言すると接続箇所）から離れた位置まで、内部空間１７に挿入されていてもよい。なお、図６で例示したように、ヘッダ４の内部空間の流路断面形状は、円形状に限定されない。ヘッダ４の内部空間の流路断面形状が円形状でない場合、上述の「中心１４」は、「重心」と読み替えるものとする。
本実施の形態１に係る熱交換器１は、各伝熱管２の端部１６位置のバラツキを従来よりも大きくすることができるので、熱交換器１の製造を容易とすることができ、熱交換器１のコストの上昇を抑制できる。
【００３２】
冷媒配管５は、例えば円管である。すなわち、本実施の形態１では、冷媒配管５の流路断面の形状は、円形状となっている。冷媒配管５は、ヘッダ４の上下方向の途中部において、ヘッダ４の内部空間１７と連通している。冷媒配管５は、冷凍サイクル装置において、熱交換器１と他の構成要素とを接続（連通）させるものである。
【００３３】
なお、冷媒配管５の流路断面形状は、円形状に限定されるものではない。また、冷媒配管５のヘッダ４への連通位置も、図１，３〜５の位置に限定されるものではない。例えば、図１，３〜５では、冷媒配管５は、ヘッダ４の上下方向の中央位置よりも高い位置において、ヘッダ４の内部空間１７と連通している。これに限らず、冷媒配管５は、ヘッダ４の上下方向の中央位置において、ヘッダ４の内部空間１７と連通していてもよい。また、冷媒配管５は、ヘッダ４の上下方向の中央位置よりも低い位置において、ヘッダ４の内部空間１７と連通してもよい。
【００３４】
第１バイパス管８は、例えば円管である。すなわち、本実施の形態１では、第１バイパス管８の内部空間１８の流路断面の形状は、円形状となっている。第１バイパス管８の一端である端部２０は、ヘッダ４における冷媒配管５との連通箇所よりも下方となる位置で、ヘッダ４の内部空間１７と連通している。詳しくは、第１バイパス管８の端部２０は、ヘッダ４の下部において、ヘッダ４の内部空間１７と連通している。なお、端部２０がヘッダ４の内部空間１７と連通するヘッダ４の下部とは、例えば、内部空間１７の上下方向の中央位置と内部空間１７の底部との中間位置よりも、内部空間１７の底部に近い位置である。また例えば、内部空間１７の上下方向の全高を１００％とした場合、内部空間１７の底部から２０％までの高さを、ヘッダ４の下部としてもよい。また例えば、図４のように３０本以上の伝熱管２が上下に並ぶ場合、下から６番目の伝熱管２との接続箇所よりも下方の位置を、ヘッダ４の下部としてもよい。また例えば、図４に示すように、最も下側に配置された伝熱管２との接続箇所以下の位置を、ヘッダ４の下部としてもよい。また例えば、ヘッダ４の底部を、ヘッダ４の下部としてもよい。また、第１バイパス管８の他端である端部２１は、冷媒配管５の途中部２２に連通している。なお、第１バイパス管８の内部空間１８の流路断面形状は、円形状に限定されるものではない。
【００３５】
図７は、本発明の実施の形態１に係る第１バイパス管の内部空間の流路断面形状の別の一例を示す図である。
例えば、第１バイパス管８の内部空間１８の流路断面形状は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、円形状の一部を削除したような形状（半円形状等）でもよい。また例えば、第１バイパス管８の内部空間１８の流路断面形状は、図７（ｃ）に示すように、Ｄ字状の形状でもよい。また例えば、第１バイパス管８の内部空間１８の流路断面形状は、図７（ｄ）に示すように、楕円形状でもよい。また例えば、第１バイパス管８の内部空間１８の流路断面形状は、図７（ｅ）及び図７（ｆ）に示すように、多角形状でもよい。
【００３６】
また、第１バイパス管８の端部２０のヘッダ４への連通構成も、図１，３，４に限定されるものではない。例えば、図１，３，４では、第１バイパス管８の端部２０と伝熱管２の管軸方向とが平行となるように、第１バイパス管８の端部２０はヘッダ４の内部空間１７と連通している。これに限らず、第１バイパス管８の端部２０と伝熱管２の管軸方向とが平面視において平行とならないように、第１バイパス管８の端部２０をヘッダ４の内部空間１７と連通させてもよい。また例えば、図１，３，４では、第１バイパス管８の端部２０は、ヘッダ４の側面部において、ヘッダ４の内部空間１７と連通している。これに限らず、第１バイパス管８の端部２０は、ヘッダ４の底面部においてヘッダ４の内部空間１７と連通していてもよい。
【００３７】
また、第１バイパス管８の端部２１の冷媒配管５への連通構成も、図１，３〜５に限定されるものではない。例えば、図１，３〜５では、第１バイパス管８の端部２１と冷媒配管５の側面部とが略垂直となるように、第１バイパス管８の端部２１は冷媒配管５と連通している。これに限らず、第１バイパス管８の端部２１と冷媒配管５の側面部とが略垂直とならないように、第１バイパス管８の端部２１を冷媒配管５と連通させてもよい。また例えば、図１，３〜５では、第１バイパス管８の端部２１は、冷媒配管５の下側から、冷媒配管５に連通している。これに限らず、第１バイパス管８の端部２１は、冷媒配管５の下側以外の方向から、冷媒配管５と連通していてもよい。
【００３８】
さらに、第１バイパス管８の端部２１は、次のような位置で、冷媒配管５と連通している。詳しくは、図３，５に示すように、冷媒配管５の内径をＤ１と定義する。また、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置と、ヘッダ４の内壁との間の距離を、Ｌと定義する。このように定義した場合、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置とヘッダ４の内壁との間の距離Ｌは、冷媒配管５の内径Ｄ１の２倍以内となっている。ここで、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置とは、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通箇所の流路断面の重心である。また、冷媒配管５の流路断面形状が円形状でない場合、上述の「冷媒配管５の内径Ｄ１」として、「冷媒配管５の流路断面形状の等価直径」を用いるものとする。
【００３９】
なお、各伝熱管２における端部１６とは反対側の端部は、公知のヘッダ等、公知の構成によって、冷凍サイクル装置における熱交換器１以外の構成要素と接続される。
【００４０】
続いて、本実施の形態１に係る熱交換器１を備えた冷凍サイクル装置の一例について説明する。本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、蒸発器として熱交換器１を備えたものである。以下では、冷凍サイクル装置の一用途である空気調和装置の蒸発器に熱交換器１を用いた例について説明する。なお、給湯装置等、空気調和装置以外の冷凍サイクル装置の蒸発器に熱交換器１を採用しても勿論よい。
【００４１】
図８は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。
空気調和装置１００は、圧縮機３１、室内熱交換器３２、室内ファン３０、膨張弁２９、室外熱交換器２８、及び、室外ファン２７を備えている。圧縮機３１、室内熱交換器３２、膨張弁２９、及び室外熱交換器２８が配管接続され、冷媒回路が形成されている。
【００４２】
圧縮機３１は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機３１で圧縮された冷媒は、吐出されて室内熱交換器３２へ送られる。圧縮機３１は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、又は往復圧縮機等で構成することができる。
【００４３】
室内熱交換器３２は、暖房運転時、凝縮器として機能するものである。室内熱交換器３２は、凝縮器として機能する際、圧縮機３１の吐出口と連通する。室内熱交換器３２は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、又はプレート熱交換器等で構成することができる。
【００４４】
膨張弁２９は、室内熱交換器３２を経由した冷媒を膨張させて減圧するものである。膨張弁２９は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。なお、膨張弁２９としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁等を適用することも可能である。
【００４５】
室外熱交換器２８は、暖房運転時、蒸発器として機能するものである。本実施の形態１に係る空気調和装置１００では、室外熱交換器２８として、熱交換器１を用いている。熱交換器１が蒸発器として機能する状態においては、各伝熱管２における端部１６とは反対側の端部は、膨張弁２９と連通する。また、冷媒配管５は、圧縮機３１の吸入口と連通する。
【００４６】
室内ファン３０は、室内熱交換器３２の近傍に設けられており、室内熱交換器３２に熱交換流体となる室内空気を供給するものである。
室外ファン２７は、室外熱交換器２８の近傍に設けられており、室外熱交換器２８に熱交換流体である室外空気を供給するものである。
【００４７】
また、空気調和装置１００は、暖房運転に加えて冷房運転も可能とするため、圧縮機３１の吐出側に設けられた流路切替装置３３を備えている。流路切替装置３３は、例えば四方弁等である。この流路切替装置３３は、圧縮機３１の吐出口の連通先を、室内熱交換器３２又は室外熱交換器２８に切り替えるものである。つまり、流路切替装置３３は、暖房運転と冷房運転とにおいて冷媒の流れを切り替えるものである。詳しくは、流路切替装置３３は、暖房運転時、圧縮機３１の吐出口と室内熱交換器３２とを連通させ、圧縮機３１の吸入口と室外熱交換器２８とを連通させる。また、流路切替装置３３は、冷房運転時、圧縮機３１の吐出口と室外熱交換器２８とを連通させ、圧縮機３１の吸入口と室内熱交換器３２とを連通させる。すなわち、冷房運転時、室外熱交換器２８つまり熱交換器１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３２が蒸発器として機能する。熱交換器１が凝縮器として機能状態においては、各伝熱管２における端部１６とは反対側の端部は、膨張弁２９と連通する。また、冷媒配管５は、圧縮機３１の吐出口と連通する。
【００４８】
なお、本実施の形態１に係る空気調和装置１００では、室外熱交換器２８のみに熱交換器１を採用した。これに限らず、室外熱交換器２８及び室内熱交換器３２の双方に熱交換器１を採用してもよい。
【００４９】
［空気調和装置１００の動作］
（冷房運転）
次に、空気調和装置１００の動作について説明する。まず、空気調和装置１００が実行する冷房運転について説明する。なお、冷房運転時の冷媒の流れは、図８に破線矢印で示している。
【００５０】
圧縮機３１を稼働させることによって、圧縮機３１から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出される。圧縮機３１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、流路切替装置３３を介して凝縮器として機能する室外熱交換器２８に流れ込む。室外熱交換器２８では、流れ込んだ高温高圧のガス状冷媒と、室外ファン２７によって供給される室外空気との間で熱交換が行われる。そして、高温高圧のガス状冷媒は、凝縮して高圧の液状冷媒になる。
【００５１】
詳しくは、圧縮機３１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、冷媒配管５から、室外熱交換器２８である熱交換器１に流入する。冷媒配管５に流入した高温高圧のガス状冷媒の一部は、直接、ヘッダ４の内部空間１７に流入する。また、冷媒配管５に流入した高温高圧のガス状冷媒の他の一部は、第１バイパス管８を通って、ヘッダ４の内部空間１７の下部に流入する。そして、ヘッダ４の内部空間１７に流入した高温高圧のガス状冷媒は、伝熱管２のそれぞれに分岐して流れていく。高温高圧のガス状冷媒は、伝熱管２のそれぞれを流れる際、伝熱管２の表面及びフィン３の表面を介して、室外ファン２７によって供給される室外空気と熱交換する。これにより、伝熱管２のそれぞれを流れる高温高圧のガス状冷媒は、凝縮して高圧の液状冷媒になり、熱交換器１つまり室外熱交換器２８から流出する。
【００５２】
室外熱交換器２８から流出した高圧の液状冷媒は、膨張弁２９によって、低圧の気液二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、蒸発器として機能する室内熱交換器３２に流れ込む。室内熱交換器３２では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室内ファン３０によって供給される室内空気との間で熱交換が行われて、二相状態の冷媒のうち液状冷媒が蒸発して低圧のガス状冷媒になる。この熱交換によって、室内が冷却されることになる。室内熱交換器３２から送り出された低圧のガス状冷媒は、流路切替装置３３を介して圧縮機３１に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス状冷媒となって、再び圧縮機３１から吐出される。以下、このサイクルが繰り返される。
【００５３】
（暖房運転）
次に、空気調和装置１００が実行する暖房運転について説明する。なお、暖房運転時の冷媒の流れは、図８に実線矢印で示している。
【００５４】
圧縮機３１を稼働させることによって、圧縮機３１から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出される。圧縮機３１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、流路切替装置３３を介して凝縮器として機能する室内熱交換器３２に流れ込む。室内熱交換器３２では、流れ込んだ高温高圧のガス状冷媒と、室内ファン３０によって供給される室内空気との間で熱交換が行われる。そして、高温高圧のガス状冷媒は、凝縮して高圧の液状冷媒になる。この熱交換によって、室内が暖房されることになる。
【００５５】
室内熱交換器３２から送り出された高圧の液状冷媒は、膨張弁２９によって、低圧の気液二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器２８に流れ込む。室外熱交換器２８では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室外ファン２７によって供給される室外空気との間で熱交換が行われて、二相状態の冷媒のうち液状冷媒が蒸発して低圧のガス状冷媒になる。
【００５６】
詳しくは、膨張弁２９によって低圧の気液二相状態となった冷媒は、端部１６とは反対側の端部から、室外熱交換器２８である熱交換器１の伝熱管２のそれぞれに流入する。気液二相状態の冷媒は、伝熱管２のそれぞれを流れる際、伝熱管２の表面及びフィン３の表面を介して、室外ファン２７によって供給される室外空気と熱交換する。これにより、伝熱管２のそれぞれを流れる気液二相状態の冷媒は、低圧のガス状冷媒になる。そして、低圧のガス状冷媒は、図２において矢印１３で示すように、各伝熱管２の端部１６から流出し、ヘッダ４の内部空間１７で合流する。
【００５７】
ヘッダ４の内部空間１７で合流したガス状冷媒の一部は、図４において矢印１０で示すように、直接、冷媒配管５に流入していく。また、ヘッダ４の内部空間１７で合流したガス状冷媒の他の一部は、図４において矢印９で示すように、第１バイパス管８を通って、冷媒配管５に流入していく。冷媒配管５に流入したガス状の冷媒は、図１において矢印６で示すように、熱交換器１つまり室外熱交換器２８から流出する。
【００５８】
室外熱交換器２８から流出した低圧のガス状冷媒は、流路切替装置３３を介して圧縮機３１に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス状冷媒となって、再び圧縮機３１から吐出される。以下、このサイクルが繰り返される。
【００５９】
ここで、上述のように、ヘッダ４の内部空間１７のガス状冷媒は、流路拡大部１１及び流路縮小部１２を交互に通過していく。ヘッダ４の内部空間１７を流れるガス状冷媒の流れの拡大及び縮小が生じるため、ヘッダ４内において圧力損失が生じる。この圧力損失は、冷媒の流量が多いほど大きくなる。しかしながら、本実施の形態１に係る熱交換器１においては、ヘッダ４の内部空間１７に流入したガス状冷媒の一部は、第１バイパス管８を通って、冷媒配管５に流入していく。このため、本実施の形態１に係る熱交換器１は、第１バイパス管８がない場合と比べ、ヘッダ４の内部空間１７の任意の位置における冷媒の流量を小さくすることができる。つまり、本実施の形態１に係る熱交換器１は、ガス状冷媒の流れの拡大及び縮小が生じるヘッダ４の内部空間１７の任意の箇所を観察した際、第１バイパス管８がない場合と比べ、当該箇所の冷媒の流量を小さくすることができる。したがって、本実施の形態１に係る熱交換器１は、ヘッダで発生する圧力損失を抑制することができる。
【００６０】
さらに、本実施の形態１に係る熱交換器１においては、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置とヘッダ４の内壁との間の距離Ｌが、冷媒配管５の内径Ｄ１の２倍以内となっている。このような位置において冷媒配管５に第１バイパス管８を連通させることにより、冷媒配管５で発生する圧力損失を抑制することもできる。以下、本実施の形態１に係る熱交換器１が冷媒配管５で発生する圧力損失を抑制できるということを、詳しく説明する。
【００６１】
図９は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器から第１バイパス管を取り除いた熱交換器を蒸発器として機能させた際の、ヘッダ内及び冷媒配管内の静圧を示す図である。図１０は、図９のＸ部を拡大した図である。また、図１１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器における、第１バイパス管と冷媒配管との連通位置と、冷媒配管内の静圧との関係を示した図である。ここで、図９及び図１０は、色が濃い程、静圧値が低いことを示している。また、図１１の縦軸は、冷媒配管５の静圧低下比を表している。図１１の横軸は、連通位置をＬ／Ｄ１として示している。また、冷媒配管５の静圧低下比は、次式（１）で表されるものである。
（冷媒配管５の静圧低下比）＝｛（第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置Ｃにおける冷媒配管５内の静圧値）−（冷媒配管５内において静圧値が安定し始める箇所Ｂの静圧値）｝÷｛（第１バイパス管８が無い場合における冷媒配管５内の静圧値の最低値）−（冷媒配管５内において静圧値が安定し始める箇所Ｂの静圧値）｝…（１）
なお、ヘッダ４の内径をＤ２とした場合、図１１は、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦１となる範囲において、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置と、冷媒配管５内の静圧との関係を求めたものである。また、図１１では、式（１）の「冷媒配管５内において静圧値が安定し始める箇所Ｂ」として、ヘッダ４の内壁からの距離が冷媒配管５の内径Ｄ１の２倍となる位置を採用した。また、図１１では、式（１）の「第１バイパス管８が無い場合における冷媒配管５内の静圧値の最低値」として、冷媒配管５の流入口近傍（ヘッダ４との連通箇所近傍）の渦領域の静圧値を採用した。
【００６２】
図１１に示すように、Ｄ１／Ｄ２の値がいずれの場合においても、Ｌ／Ｄ１≦２の範囲において、冷媒配管５の静圧低下比の値が低下している。すなわち、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置とヘッダ４の内壁との間の距離Ｌを冷媒配管５の内径Ｄ１の２倍以内にすることにより、冷媒配管５内の静圧が低下することを抑制できることがわかる。これは、冷媒配管５の流入口近傍（ヘッダ４との連通箇所近傍）の渦領域を削減することができ、冷媒配管５の内壁に衝突する冷媒の流速を小さくすることができるからである。したがって、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置とヘッダ４の内壁との間の距離Ｌを冷媒配管５の内径Ｄ１の２倍以内にすることにより、冷媒配管５内の圧力損失を抑制することができる。
【００６３】
ところで、圧縮機３１内には、圧縮機構部等の摺動部を潤滑する冷凍機油が貯留されている。この冷凍機油の一部は、圧縮機３１から高温高圧のガス状冷媒が吐出される際、該ガス状冷媒に混ざって圧縮機３１から吐出される。このため、冷媒回路内には、冷媒と共に冷凍機油も循環することとなる。そして、冷媒回路内を循環する冷凍機油の一部は、圧縮機３１に戻る前に冷媒と分離し、冷媒回路の途中に溜まってしまうことがある。そして、圧縮機３１に戻る冷凍機油が少なくなると、圧縮機構部の摺動不良等により、圧縮機３１の性能及び信頼性が低下してしまう。
【００６４】
例えば、暖房運転中、室外熱交換器２８である熱交換器１では、各伝熱管２の端部１６からヘッダ４の内部空間１７へ低圧のガス状冷媒が流れ込んだ際、ガス状冷媒中に混在していた冷凍機油が分離され、ヘッダ４の内部空間１７の下部へ落下する。このため、ヘッダ４の内部空間１７の下部に、冷凍機油が溜まりやすい。
【００６５】
しかしながら、本実施の形態１に係る熱交換器１においては、第１バイパス管８の端部２０が、ヘッダ４の内部空間１７の下部と連通している。すなわち、ヘッダ４の内部空間１７の下部に存在する冷媒が、第１バイパス管８を通って冷媒配管５に流入する。このため、第１バイパス管８を通る冷媒によって、ヘッダ４の内部空間１７の下部に溜まった冷凍機油を冷媒配管５に運ぶことができる。つまり、ヘッダ４の内部空間１７の下部に溜まっていた冷凍機油を、再び冷媒回路中に循環させることができる。このため、本実施の形態１に係る熱交換器１は、冷凍機油の滞留を抑制することもできる。
【００６６】
（除霜運転）
低外気温状態となっている暖房運転時、蒸発器として機能する室外熱交換器２８では、空気中の水分が凝縮して付着し、室外熱交換器２８の表面で凍ってしまう場合がある。すなわち、室外熱交換器２８に着霜することがある。このため、空気調和装置１００では、暖房運転中に室外熱交換器２８に付着した霜を除去する「除霜運転」を行うようになっている。
【００６７】
「除霜運転」とは、蒸発器として機能する室外熱交換器２８に付着した霜を融解させて除去するために、圧縮機３１から室外熱交換器２８に高温高圧のガス状冷媒を供給する運転のことである。本実施の形態１に係る空気調和装置１００においては、除霜運転を開始する場合、流路切替装置３３の流路が冷房運転時の流路に切り替えられる。すなわち、除霜運転時、室外熱交換器２８である熱交換器１の冷媒配管５は、圧縮機３１の吐出口と連通する。
【００６８】
これにより、圧縮機３１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、冷媒配管５から、熱交換器１に流入する。そして、冷媒配管５に流入した高温高圧のガス状冷媒の一部は、第１バイパス管８を通って、ヘッダ４の内部空間１７の下部に流入する。このため、本実施の形態１に係る熱交換器１は、熱交換器１の下部に配置された着霜しやすい伝熱管２に、高温高圧のガス状冷媒を多く流すことができる。したがって、本実施の形態１に係る熱交換器１は、除霜性能を向上させることができる。
【００６９】
以上、本実施の形態１に係る熱交換器１は、上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管２と、側面部に伝熱管２が接続された複数の接続箇所（貫通孔１９の縁部）を有し、伝熱管２のそれぞれと連通する管状のヘッダ４と、ヘッダ４における上下方向の途中部において、ヘッダ４と連通する冷媒配管５と、端部２０がヘッダ４の下部に連通し、端部２１が冷媒配管５の途中部２２に連通する第１バイパス管８と、を備えている。また、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通位置とヘッダ４の内壁との間の距離Ｌが、冷媒配管５の内径Ｄ１の２倍以内となっている。
【００７０】
また、空気調和装置１００で例示した本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機３１、室内熱交換器３２等の凝縮器、膨張弁２９、及び室外熱交換器２８等の蒸発器を有する冷媒回路を備え、蒸発器として本実施の形態１に係る熱交換器１を用いている。また、熱交換器１が蒸発器として機能する際、冷媒配管５と圧縮機３１の吸入口とが連通する構成である。また、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機３１の吐出側に設けられ、除霜運転時、圧縮機３１の吐出口と熱交換器１の冷媒配管５とを連通させる流路切替装置３３を備えている。
【００７１】
本実施の形態１に係る熱交換器１を蒸発器として機能させる場合、熱交換器１に対して本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置で示した方向に冷媒を流すことにより、上述のように、熱交換器１での圧力損失を抑制できる。すなわち、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機３１が吸入する冷媒の圧力低下を抑制でき、効率を向上させることができる。
【００７２】
また、本実施の形態１に係る熱交換器１を蒸発器として機能させる場合、熱交換器１に対して本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置で示した方向に冷媒を流すことにより、上述のように、熱交換器１での冷凍機油の滞留を抑制することもできる。
【００７３】
また、本実施の形態１に係る熱交換器１を除霜する際、熱交換器１に対して本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置で示した方向に冷媒を流すことにより、上述のように、熱交換器１の除霜性能を向上させることができる。
【００７４】
また、本実施の形態１に係る熱交換器１は、第１バイパス管８を備えることにより、ヘッダ４の内部空間１７で発生する圧力損失を抑制させることができる。このため、本実施の形態１に係る熱交換器１は、各伝熱管２の端部１６位置のバラツキを、従来よりも大きくすることができる。例えば図３に示すように、横断面において、複数の伝熱管２のうちの少なくとも１つは、内部空間１７の中心１４よりも貫通孔１９（換言すると接続箇所）から離れた位置まで、内部空間１７に挿入されていてもよい。本実施の形態１に係る熱交換器１は、各伝熱管２の端部１６位置のバラツキを従来よりも大きくすることができるので、熱交換器１の製造を容易とすることができ、熱交換器１のコストの上昇を抑制できる。
【００７５】
また、本実施の形態１に係る熱交換器１は、伝熱管２として扁平管を用いている。伝熱管２として扁平管を用いた熱交換器１は、伝熱管２として円管を用いた熱交換器１と比較して、伝熱管の本数を多く配置できる。つまり、伝熱管２として扁平管を用いた熱交換器１は、冷媒が分岐して流れる流路が多くなる。このため、伝熱管２として扁平管を用いた熱交換器１は、伝熱管２として円管を用いた熱交換器１と比較して、ヘッダ４の下部の冷媒流量が小さくなり、ヘッダ４の下部に冷凍機油が溜まりやすくなる。このため、冷凍機油の滞留抑制効果が高い本実施の形態１に係る熱交換器１において、伝熱管２として扁平管を用いることは、特に有効である。
【００７６】
実施の形態２．
実施の形態１で説明した熱交換器１に対して、以下のような第２バイパス管２３を設けることにより、熱交換器１での圧力損失をさらに低減することができる。なお、本実施の形態２で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００７７】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す側面図である。
第２バイパス管２３は、例えば円管である。すなわち、本実施の形態２では、第２バイパス管２３の流路断面の形状は、円形状となっている。第２バイパス管２３の一端である端部２４は、ヘッダ４における冷媒配管５との連通箇所よりも上方となる位置で、ヘッダ４の内部空間１７と連通している。詳しくは、第２バイパス管２３の端部２４は、ヘッダ４の上部において、ヘッダ４の内部空間１７と連通している。
【００７８】
また、第２バイパス管２３の他端である端部２５は、冷媒配管５の途中部２６に連通している。詳しくは、第２バイパス管２３と冷媒配管５との連通位置と、ヘッダ４の内壁との間の距離を、Ｌ２と定義する。このように定義した場合、第２バイパス管２３と冷媒配管５との連通位置とヘッダ４の内壁との間の距離Ｌ２は、冷媒配管５の内径Ｄ１の２倍以内となっている。例えば、第１バイパス管８と冷媒配管５との連通箇所を第１連通箇所とし、第２バイパス管２３と冷媒配管５との連通箇所を第２連通箇所とした場合、第１バイパス管８及び第２バイパス管２３は、前記第１連通箇所と前記第２連通箇所とが対向するように、冷媒配管５に連通している。ここで、第２バイパス管２３と冷媒配管５との連通位置とは、第２バイパス管２３と冷媒配管５との連通箇所の流路断面の重心である。
【００７９】
なお、第２バイパス管２３の流路断面形状は、第１バイパス管８と同様に、円形状に限定されるものではない。
【００８０】
また、第２バイパス管２３の端部２４のヘッダ４への連通構成も、図１２に限定されるものではない。例えば、図１２では、第２バイパス管２３の端部２４と伝熱管２の管軸方向とが平行となるように、第２バイパス管２３の端部２４はヘッダ４の内部空間１７と連通している。これに限らず、第２バイパス管２３の端部２４と伝熱管２の管軸方向とが平面視において平行とならないように、第２バイパス管２３の端部２４をヘッダ４の内部空間１７と連通させてもよい。また例えば、図１２では、第２バイパス管２３の端部２４は、ヘッダ４の側面部において、ヘッダ４の内部空間１７と連通している。これに限らず、第２バイパス管２３の端部２４は、ヘッダ４の上面部においてヘッダ４の内部空間１７と連通していてもよい。
【００８１】
また、第２バイパス管２３の端部２５の冷媒配管５への連通構成も、図１２に限定されるものではない。例えば、図１２では、第２バイパス管２３の端部２５と冷媒配管５の側面部とが略垂直となるように、第２バイパス管２３の端部２５は冷媒配管５と連通している。これに限らず、第２バイパス管２３の端部２５と冷媒配管５の側面部とが略垂直とならないように、第２バイパス管２３の端部２５を冷媒配管５と連通させてもよい。また例えば、図１２では、第２バイパス管２３の端部２５は、冷媒配管５の上側から、冷媒配管５に連通している。これに限らず、第２バイパス管２３の端部２５は、冷媒配管５の上側以外の方向から、冷媒配管５と連通していてもよい。また、第１バイパス管８及び第２バイパス管２３は、前記第１連通箇所と前記第２連通箇所とが対向しないように、冷媒配管５と連通していてもよい。
【００８２】
本実施の形態２のように構成された熱交換器１においては、伝熱管２からヘッダ４の内部空間１７の上部に流入したガス状冷媒は、図１２において矢印３４で示すように、第２バイパス管２３を通って、冷媒配管５に流入していく。このため、本実施の形態２に係る熱交換器１は、実施の形態１と比べ、ヘッダ４の内部空間１７の任意の位置における冷媒の流量をさらに小さくすることができる。つまり、本実施の形態２に係る熱交換器１は、ガス状冷媒の流れの拡大及び縮小が生じるヘッダ４の内部空間１７の任意の箇所を観察した際、実施の形態１と比べ、当該箇所の冷媒の流量をさらに小さくすることができる。したがって、本実施の形態２に係る熱交換器１は、実施の形態１で示した効果に加え、ヘッダ４で発生する圧力損失をさらに抑制できるという効果が得られる。すなわち、本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１と比べ、圧縮機３１が吸入する冷媒の圧力低下をさらに抑制でき、効率をさらに向上させることができる。
【００８３】
実施の形態３．
実施の形態１では、ヘッダ４及び第１バイパス管８を別部品で構成した。これに限らず、ヘッダ４及び第１バイパス管８を一体形成品として構成してもよい。また、熱交換器１が実施の形態２で示した第２バイパス管２３を備える場合には、ヘッダ４、第１バイパス管８及び第２バイパス管２３を一体形成品として構成してもよい。なお、本実施の形態３で特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００８４】
図１３は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器のヘッダ近傍を示す側面図である。図１４は、図１３のＶ部を拡大した側面図である。また、図１５は、図１３のＷ部を拡大した側面図である。
【００８５】
本実施の形態３に係る熱交換器１は、ヘッダ４、第１バイパス管８及び第２バイパス管２３を一体形成した一体型ヘッダ４０を備えている。この一体型ヘッダ４０は、ヘッダ本体３９、蓋３５及び蓋３６を有している。
【００８６】
ヘッダ本体３９には、上下方向に貫通するように、ヘッダ４の内部空間１７（流路）となる貫通孔が形成されている。また、ヘッダ本体３９の側面部には、上下方向に規定の間隔を空けて、複数の貫通孔１９が形成される。これら貫通孔１９のそれぞれには、伝熱管２の端部１６が挿入されている。これにより、内部空間１７は、各伝熱管２と連通している。また、ヘッダ本体３９には、一端が側面部に開口し、他端が内部空間１７に連通する連通孔３９ａが形成されている。この連通孔３９ａは、冷媒配管５の内部空間（流路）の一部を構成するものである。連通孔３９ａの開口部には、冷媒配管５の一部を構成する配管５ａが連通している。
【００８７】
また、ヘッダ本体３９には、一端が下端部に開口し、他端が連通孔３９ａに連通する貫通孔が形成されている。この貫通孔は、第１バイパス管８の内部空間１８（流路）となるものである。また、ヘッダ本体３９には、一端が上端部に開口し、他端が連通孔３９ａに連通する貫通孔が形成されている。この貫通孔は、第２バイパス管２３の内部空間２３ａ（流路）となるものである。本実施の形態３では、平面視において内部空間２３ａと内部空間１８とが対向するように、内部空間２３ａ及び内部空間１８を形成している。
【００８８】
蓋３５は、ヘッダ本体３９の下端部を覆うものである。蓋３５の上部には、蓋３５がヘッダ本体３９の下端部を覆った状態において、内部空間１７と内部空間１８とを連通させる空間３７が形成されている。
【００８９】
蓋３６は、ヘッダ本体３９の上端部を覆うものである。蓋３６の下部には、蓋３６がヘッダ本体３９の上端部を覆った状態において、内部空間１７と内部空間２３ａとを連通させる空間３８が形成されている。
【００９０】
なお、ヘッダ本体３９の外周形状は、特に限定されない。
図１６は、本発明の実施の形態３に係るヘッダ本体の外周形状の一例を示す横断面図である。詳しくは、図１６は、図１３のＵ−Ｕ位置においてヘッダ本体３９を切断した断面図である。
例えば、ヘッダ本体３９の外周形状は、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、四角形状でもよい。この際、図１６（ｂ）に示すように、角部を円弧状等に形成してもよい。また例えば、ヘッダ本体３９の外周形状は、図１６（ｃ）に示すように、８の字状の形状でもよい。また例えば、ヘッダ本体３９の外周形状は、図１６（ｄ）に示すように、楕円形状でもよい。
【００９１】
第１バイパス管８及び第２バイパス管２３を一体形成した一体型ヘッダ４０を備えた熱交換器１においても、実施の形態１及び実施の形態２と同様に冷媒が流れる。
【００９２】
例えば、熱交換器１が蒸発器として機能する場合、低圧の気液二相状態の冷媒は、端部１６とは反対側の端部から、熱交換器１の伝熱管２のそれぞれに流入する。気液二相状態の冷媒は、伝熱管２のそれぞれを流れる際、蒸発して低圧のガス状冷媒になる。そして、低圧のガス状冷媒は、各伝熱管２の端部１６から流出し、内部空間１７で合流する。
【００９３】
内部空間１７で合流したガス状冷媒の一部は、図１４において矢印１０で示すように、直接、冷媒配管５の一部を構成する連通孔３９ａに流入していく。また、内部空間１７で合流したガス状冷媒の一部は、図１５において矢印９で示すように、空間３７及び内部空間１８を通って、冷媒配管５の一部を構成する連通孔３９ａに流入していく。また、内部空間１７で合流したガス状冷媒の他の一部は、図１４において矢印３４で示すように、空間３８及び内部空間２３ａを通って、冷媒配管５の一部を構成する連通孔３９ａに流入していく。連通孔３９ａに流入したガス状の冷媒は、図１４において矢印６で示すように、冷媒配管５の一部を構成する配管５ａから、熱交換器１の外部へ流出する。
【００９４】
また例えば、熱交換器１の除霜を行う場合、圧縮機３１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、冷媒配管５の一部を構成する配管５ａから、熱交換器１に流入する。そして、配管５ａに流入した高温高圧のガス状冷媒の一部は、冷媒配管５の一部を構成する連通孔３９ａを通り、内部空間１８を通って、内部空間１７の下部に流入する。このため、熱交換器１の下部に配置された着霜しやすい伝熱管２に、高温高圧のガス状冷媒を多く流すことができる。
【００９５】
以上、本実施の形態３のように熱交換器１を構成しても、実施の形態１及び実施の形態２と同様に冷媒が流れる。したがって、本実施の形態３に係る熱交換器１も、実施の形態１及び実施の形態２で示した熱交換器１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態３に係る熱交換器１においては、ヘッダ４、第１バイパス管８及び第２バイパス管２３を一体形成品としているので、実施の形態１及び実施の形態２と比べ、ヘッダ周辺部品の加工コスト及び組立コストを低減することができる。すなわち、本実施の形態３に係る熱交換器１は、実施の形態１及び実施の形態２と比べ、該熱交換器１のコストを低減できるという効果も得られる。
【符号の説明】
【００９６】
１  熱交換器、２  伝熱管、３  フィン、４  ヘッダ、５  冷媒配管、５ａ  配管、８  第１バイパス管、１１  流路拡大部、１２  流路縮小部、１４  中心、１６  端部、１７  内部空間、１８  内部空間、１９  貫通孔、２０  端部、２１  端部、２２  途中部、２３  第２バイパス管、２３ａ  内部空間、２４  端部、２５  端部、２６  途中部、２７  室外ファン、２８  室外熱交換器、２９  膨張弁、３０  室内ファン、３１  圧縮機、３２  室内熱交換器、３３  流路切替装置、３５  蓋、３６  蓋、３７  空間、３８  空間、３９  ヘッダ本体、３９ａ  連通孔、４０  一体型ヘッダ、１００  空気調和装置。
【要約】
本発明に係る熱交換器は、上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管と、側面部に前記伝熱管が接続された複数の接続箇所を有し、前記伝熱管のそれぞれと連通する管状のヘッダと、前記ヘッダにおける上下方向の途中部において、前記ヘッダと連通する冷媒配管と、一端が前記ヘッダの下部に連通し、他端が前記冷媒配管の途中部に連通する第１バイパス管と、を備え、前記第１バイパス管と前記冷媒配管との連通位置と前記ヘッダの内壁との間の距離が、前記冷媒配管の内径の２倍以内となっている。【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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【図１５】
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【図１６】
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